JP3385974B2

JP3385974B2 - 内燃機関の排気浄化装置

Info

Publication number: JP3385974B2
Application number: JP24041498A
Authority: JP
Inventors: 信也広田; 俊明田中
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1998-08-26
Filing date: 1998-08-26
Publication date: 2003-03-10
Anticipated expiration: 2018-08-26
Also published as: JP2000073743A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関の排気浄化
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】排気通路内の或る位置よりも上流の排気
通路内、燃焼室内、および吸気通路内に供給された全燃
料量および全還元剤量に対する全空気量の比をその位置
を流通する排気の空燃比と称すると、従来より、リーン
混合気を燃焼せしめるようにした内燃機関において、流
入する排気の空燃比がリーンのときにＮＯ_Xを吸収し、
流入する排気中の酸素濃度が低くなると吸収しているＮ
Ｏ_Xを放出するＮＯ_X吸収剤を機関排気通路内に配置
し、ＮＯ_X吸収剤内に流入する排気の空燃比を一時的に
リッチにしてＮＯ_X吸収剤から吸収されているＮＯ_Xを
放出させると共に放出されたＮＯ_Xを還元するようにし
た内燃機関が知られている。

【０００３】ところが燃料および機関の潤滑油内にはイ
オウ分が含まれているので排気中にはイオウ分例えばＳ
Ｏ_Xが含まれており、このＳＯ_Xも例えばＳＯ₄ ^2-の形
でＮＯ_Xと共にＮＯ_X吸収剤に吸収される。しかしなが
らこのＳＯ_XはＮＯ_X吸収剤への流入する排気の空燃比
をただ単にリッチにしてもＮＯ_X吸収剤から放出され
ず、したがってＮＯ_X吸収剤内のＳＯ_Xの量は次第に増
大することになる。ところがＮＯ_X吸収剤内のＳＯ_Xの
量が増大するとＮＯ_X吸収剤が吸収しうるＮＯ_Xの量が
次第に低下し、ついにはＮＯ_X吸収剤がＮＯ_Xをほとん
ど吸収できなくなる。

【０００４】ところが、ＮＯ_X吸収剤の温度が高いとき
にＮＯ_X吸収剤内に流入する排気中の酸素濃度を低くす
ると吸収されているＳＯ_Xが例えばＳＯ₂の形で放出さ
れる。そこで、ＮＯ_X吸収剤を加熱する電気ヒータを設
け、この電気ヒータによりＮＯ_X吸収剤を一時的に加熱
しつつＮＯ_X吸収剤に流入する排気の空燃比を一時的に
リッチにすることによりＮＯ_X吸収剤からＳＯ_Xを放出
させるようにした排気浄化装置が公知である（特開平６
−６６１２９号公報参照）。すなわち、ＮＯ_X吸収剤が
ＳＯ_X被毒から再生される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＮＯ_X
吸収剤内を流通する排気の流速が高いとき、すなわちＮ
Ｏ_X吸収剤内を多量の排気が流通しているときにＮＯ_X
吸収剤を加熱してもこの多量の排気に熱エネルギを奪わ
れるためにＮＯ_X吸収剤をＳＯ_X放出のために十分に加
熱することができないという問題点がある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に１番目の発明によれば、触媒温度が高くなると被毒か
ら再生される触媒を機関排気通路内に配置し、加熱手段
により触媒を一時的に加熱することにより触媒を被毒か
ら再生するようにした内燃機関の排気浄化装置におい
て、触媒上流の排気通路内に熱容量体を配置し、触媒内
を流通する排気の流速が低下した直後に加熱手段により
触媒を一時的に加熱することにより触媒を被毒から再生
するようにしている。すなわち１番目の発明によれば、
加熱手段による熱エネルギのうち排気に奪われる熱エネ
ルギが低減されるので触媒が被毒再生のために十分に加
熱され、したがって触媒が確実に被毒から再生される。
更に、触媒内を流通する排気の流速が低いときには一般
に、機関から排出される排気の温度が低いので触媒に流
入する排気の温度が低く、このため触媒の温度が次第に
低下する。したがって触媒を被毒から再生すべく加熱す
るために多大なエネルギが必要になる。そこで１番目の
発明では、触媒上流に熱容量体を配置し、機関から排出
された排気の温度が低いときにも触媒に流入する排気の
温度ができるだけ低下しないようにしている。また、１
番目の発明では、触媒内を流通する排気の流速が小さく
なった直後に加熱手段により触媒を加熱するようにし、
すなわち熱容量体の温度が高いときに触媒の被毒再生を
行うようにしている。

【０００７】また、２番目の発明によれば１番目の発明
において、前記触媒が流入する排気の空燃比がリーンの
ときにＮＯ_Ｘを吸収し、流入する排気中の酸素濃度が低
下すると吸収しているＮＯ_Ｘを放出するＮＯ_Ｘ吸収剤を
具備し、ＮＯ_Ｘ吸収剤内を流通する排気の流速が低下し
た直後に加熱手段によりＮＯ_Ｘ吸収剤を一時的に加熱す
ると共にＮＯ_Ｘ吸収剤に流入する排気の空燃比を一時的
にリッチまたは理論空燃比にすることによりＮＯ_Ｘ吸収
剤をイオウ分被毒から再生するようにしている。すなわ
ち２番目の発明では、ＮＯ_Ｘ吸収剤がイオウ分被毒、例
えばＳＯ_Ｘ被毒から確実に再生される。

【０００８】

【０００９】

【発明の実施の形態】図１は本発明をディーゼル機関に
適用した場合を示している。しかしながら本発明を火花
点火式機関に適用することもできる。図１を参照する
と、１は機関本体、２はピストン、３は燃焼室、４は吸
気弁、５は吸気ポート、６は排気弁、７は排気ポート、
８は燃焼室３内に直接燃料を噴射する電磁式の燃料噴射
弁をそれぞれ示す。燃料噴射弁８は蓄圧室９を介して燃
料ポンプ１０に接続されており、したがって例えば燃焼
１サイクルにおいて複数回燃料噴射を行うことができ
る。各吸気ポート５はそれぞれ対応する吸気枝管１１を
介してサージタンク１２に連結され、サージタンク１２
は吸気ダクト１３を介してエアクリーナ１４に連結され
る。一方、各排気ポート７は排気マニホルド１５を介し
て熱容量体１６を内蔵したケーシング１７に接続され、
ケーシング１７は排気管１８を介して酸化触媒１９を内
蔵したケーシング２０に接続され、ケーシング２０は排
気管２１を介してＮＯ_X吸収剤２２を内蔵したケーシン
グ２３に接続される。酸化触媒１９には電気ヒータ２４
が設けられており、この電気ヒータ２４は通常オフに維
持されているスイッチ２５を介して電源２６に接続され
ている。各燃料噴射弁８およびスイッチ２５は電子制御
ユニット３０からの出力信号に基づいてそれぞれ制御さ
れる。

【００１０】電子制御ユニット３０はディジタルコンピ
ュータからなり、双方向性バス３１によって相互に接続
されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ラ
ンダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセ
ッサ）３４、常時電力が供給されているＢ−ＲＡＭ（バ
ックアップＲＡＭ）３５、入力ポート３６および出力ポ
ート３７を具備する。サージタンク１２にはサージタン
ク１２内の圧力に比例した出力電圧を発生する圧力セン
サ３８が取り付けられ、アクセルペダル３９にはアクセ
ルペダル３９の踏み込み量に比例した出力電圧を発生す
る踏み込み量センサ４０が取り付けられる。これらセン
サ３８，４０の出力電圧はそれぞれ対応するＡＤ変換器
４１を介して入力ポート３６に入力される。また、アク
セルペダル３９にはアクセルペダル３９の踏み込み量が
零のとき、すなわち機関減速運転時またはアイドリング
運転時にオンとなるアイドルスイッチ４２が取り付けら
れ、アイドルスイッチ４２の出力信号が入力ポート３６
に入力される。さらに、入力ポート３６には機関回転数
を表す出力パルスを発生する回転数センサ４３と、車速
を表す出力パルスを発生する車速センサ４４とが接続さ
れる。ＣＰＵ３４では圧力センサ３８の出力電圧に基づ
いて吸入空気量が算出され、車速センサ４４の出力パル
スに基づいて車両走行距離が算出される。一方、出力ポ
ート３７はそれぞれ対応する駆動回路４５を介して各燃
料噴射弁８およびスイッチ２５にそれぞれ接続される。

【００１１】ケーシング２３内に収容されているＮＯ_X
吸収剤２２は例えばアルミナを担体とし、この担体上に
例えばカリウムＫ，ナトリウムＮａ，リチウムＬｉ，セ
シウムＣｓのようなアルカリ金属、バリウムＢａ，カル
シウムＣａのようなアルカリ土類、ランタンＬａ，イッ
トリウムＹのような希土類から選ばれた少なくとも一つ
と、白金Ｐｔ、パラジウムＰｄ、ロジウムＲｈ、イリジ
ウムＩｒのような貴金属とが担持されている。このＮＯ
_X吸収剤２２は流入する排気の空燃比がリーンのときに
はＮＯ_Xを吸収し、流入する排気中の酸素濃度が低下す
ると吸収したＮＯ_Xを放出するＮＯ_Xの吸放出作用を行
う。なお、ＮＯ_X吸収剤２２上流の排気通路内に燃料或
いは空気が供給されない場合にはＮＯ_X吸収剤２２に流
入する排気の空燃比は機関に供給された燃料量に対する
空気量の比に一致する。

【００１２】上述のＮＯ_X吸収剤２２を機関排気通路内
に配置すればこのＮＯ_X吸収剤２２は実際にＮＯ_Xの吸
放出作用を行うがこの吸放出作用の詳細なメカニズムに
ついては明らかでない部分もある。しかしながらこの吸
放出作用は図２（Ａ）および図２（Ｂ）に示すようなメ
カニズムで行われているものと考えられる。次にこのメ
カニズムについて担体上に白金ＰｔおよびバリウムＢａ
を担持させた場合を例にとって説明するが他の貴金属、
アルカリ金属、アルカリ土類、希土類を用いても同様な
メカニズムとなる。

【００１３】すなわち、流入する排気がかなりリーンに
なると流入する排気中の酸素濃度が大巾に増大し、図２
（Ａ）に示されるようにこれら酸素Ｏ₂がＯ₂ ^-または
Ｏ^2-の形で白金Ｐｔの表面に付着する。一方、流入する
排気中のＮＯは白金Ｐｔの表面上でＯ₂ ^-またはＯ^2-と
反応し、ＮＯ₂となる（２ＮＯ＋Ｏ₂→２ＮＯ₂）。次
いで生成されたＮＯ₂の一部は白金Ｐｔ上でさらにに酸
化されつつ吸収剤内に吸収されて酸化バリウムＢａＯと
結合しながら、図２（Ａ）に示されるように硝酸イオン
ＮＯ₃ ^-の形で吸収剤内に拡散する。このようにしてＮ
Ｏ_XがＮＯ_X吸収剤２２内に吸収される。

【００１４】流入する排気中の酸素濃度が高い限り白金
Ｐｔの表面でＮＯ₂が生成され、吸収剤のＮＯ_X吸収能
力が飽和しない限りＮＯ₂が吸収剤内に吸収されて硝酸
イオンＮＯ₃ ^-が生成される。これに対して流入する排
気中の酸素濃度が低下してＮＯ₂の生成量が低下すると
反応が逆方向（ＮＯ₃ ^-→ＮＯ₂）に進み、斯くして吸
収剤内の硝酸イオンＮＯ₃ ^-がＮＯ₂の形で吸収剤から
放出される。すなわち、流入する排気中の酸素濃度が低
下するとＮＯ_X吸収剤２２からＮＯ_Xが放出されること
になる。流入する排気のリーンの度合が低くなれば流入
する排気中の酸素濃度が低下し、したがって流入する排
気のリーンの度合を低くすればＮＯ_X吸収剤２２からＮ
Ｏ_Xが放出されることになる。

【００１５】一方、このときＮＯ_X吸収剤２２に流入す
る排気の空燃比をリッチにするとこの排気中には多量の
ＨＣ，ＣＯが含まれ、これらＨＣ，ＣＯは白金Ｐｔ上の
酸素Ｏ₂ ^-またはＯ^2-と反応して酸化せしめられる。ま
た、流入する排気の空燃比をリッチにすると流入する排
気中の酸素濃度が極度に低下するために吸収剤からＮＯ
₂が放出され、このＮＯ₂は図２（Ｂ）に示されるよう
にＨＣ，ＣＯと反応して還元せしめられる。このように
して白金Ｐｔの表面上にＮＯ₂が存在しなくなると吸収
剤から次から次へとＮＯ₂が放出される。したがって流
入する排気の空燃比をリッチにすると短時間のうちにＮ
Ｏ_X吸収剤２２からＮＯ_Xが放出されることになる。

【００１６】図１に示されるようなディーゼル機関では
通常、機関から排出されるスモークや微粒子を低減する
ために、燃焼室３内で燃焼される混合気の平均空燃比は
理論空燃比よりもリーンに維持されている。したがって
通常運転時にＮＯ_X吸収剤２２に流入する排気の空燃比
はリーンとなるのでこのとき機関から排出されたＮＯ _X
はＮＯ_X吸収剤２２に吸収される。

【００１７】一方、通常運転時に機関から排出されたＨ
Ｃ，ＣＯは酸化触媒１９で酸化される。排気中のＮＯ_X
をＮＯ_X吸収剤２２内に確実に吸収させるためにはＮＯ
_X吸収剤２２のアルカリ度を高める必要がある。ところ
がＮＯ_X吸収剤２２のアルカリ度を高めるとＮＯ_X吸収
剤２２の酸化能力が低下し、排気中のＨＣ，ＣＯが酸化
されることなくＮＯ_X吸収剤２２から排出される恐れが
ある。そこで本実施態様では、酸化触媒１９を機関排気
通路内に配置し、この酸化触媒１９によりＨＣ，ＣＯを
酸化するようにしている。

【００１８】ところが、ＮＯ_X吸収剤２２のＮＯ_X吸収
能力には限界があるのでＮＯ_X吸収剤２２のＮＯ_X吸収
能力が飽和する前にＮＯ_X吸収剤２２からＮＯ_Xを放出
させる必要がある。そこで図１に示す内燃機関では、Ｎ
Ｏ_X吸収剤２２のＮＯ_X吸収量が予め定められた設定量
よりも多くなったときにはＮＯ_X吸収剤２２に流入する
排気の空燃比を一時的にリッチにしてＮＯ_X吸収剤２２
からＮＯ_Xを放出させると共に還元するようにしてい
る。

【００１９】ＮＯ_X吸収剤２２に流入する排気の空燃比
をリッチにするために、本実施態様では２次燃料噴射が
行われる。すなわち、圧縮上死点周りに行われる通常の
燃料噴射とは別に燃料噴射弁８から膨張行程または排気
行程に２回目の燃料噴射が行われる。この２次燃料噴射
による燃料は機関出力にほとんど寄与しない。この場合
の２次燃料噴射量ｑｓｆはｑｎとされるが、このｑｎは
例えばＮＯ_X吸収剤２２に流入する排気の空燃比をＮＯ
_X放出のために最適なリッチ空燃比とするのに必要な燃
料噴射量であって、例えばアクセルペダル３９の踏み込
み量ＤＥＰと機関回転数Ｎとの関数として予め実験によ
り求められている。このｑｎは図３に示されるマップの
形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。

【００２０】ところが流入する排気中にはイオウ分例え
ばＳＯ_Xが含まれており、ＮＯ_X吸収剤２２にはＮＯ_X
ばかりでなくＳＯ_Xも吸収される。このＮＯ_X吸収剤２
２へのＳＯ_Xの吸収メカニズムはＮＯ_Xの吸収メカニズ
ムと同じであると考えられる。すなわち、ＮＯ_Xの吸収
メカニズムを説明したときと同様に担体上に白金Ｐｔお
よびバリウムＢａを担持させた場合を例にとって説明す
ると、前述したように流入する排気の空燃比がリーンの
ときには酸素Ｏ₂がＯ₂ ^-またはＯ^2-の形で白金Ｐｔの
表面に付着しており、流入する排気中のＳＯ_X例えばＳ
Ｏ₂は白金Ｐｔの表面でＯ₂ ^-またはＯ^2-と反応してＳ
Ｏ₃となる。次いで生成されたＳＯ₃は白金Ｐｔ上で更
に酸化されつつ吸収剤内に吸収されて酸化バリウムＢａ
Ｏと結合しながら、硫酸イオンＳＯ₄ ^2-の形で吸収剤内
に拡散する。次いでこの硫酸イオンＳＯ₄ ^2-はバリウム
イオンＢａ²⁺と結合して硫酸塩ＢａＳＯ₄を生成する。

【００２１】しかしながらこの硫酸塩ＢａＳＯ₄は分解
しずらく、流入する排気の空燃比を単にリッチにしても
硫酸塩ＢａＳＯ₄は分解されずにそのまま残る。したが
ってＮＯ_X吸収剤２２内には時間が経過するにつれて硫
酸塩ＢａＳＯ₄が増大することになり、斯くして時間が
経過するにつれてＮＯ_X吸収剤２２が吸収しうるＮＯ _X
量が低下することになる。言い換えると、ＮＯ_X吸収剤
２２がＳＯ_Xにより被毒する。

【００２２】ところが、ＮＯ_X吸収剤２２内で生成され
た硫酸塩ＢａＳＯ₄はＮＯ_X吸収剤２２の温度が高いと
きにＮＯ_X吸収剤２２に流入する排気の空燃比をリッチ
または理論空燃比にすると分解して硫酸イオンＳＯ₄ ^2-
がＳＯ₃の形で吸収材から放出される。そこで本実施態
様では、ＮＯ_X吸収剤２２のＳＯ_X吸収量が予め定めら
れた設定量よりも多くなったときにＮＯ_X吸収剤２２を
加熱しつつＮＯ_X吸収剤２２内に流入する排気の空燃比
を一時的にリッチにし、それによってＮＯ_X吸収剤２２
からＳＯ_Xを放出させるようにしている。このとき放出
されたＳＯ₃は流入する排気中のＨＣ，ＣＯによってた
だちにＳＯ₂に還元せしめられる。

【００２３】すなわち、ＮＯ_X吸収剤２２からＳＯ_Xを
放出させるべきときにはスイッチ２５がオンにされて電
気ヒータ２４がオンにされ、それによりＮＯ_X吸収剤２
２内に流入する排気が加熱されるためにＮＯ_X吸収剤２
２が加熱される。このとき、２次燃料噴射が行われ、そ
れによりＮＯ_X吸収剤２２に流入する排気の空燃比がリ
ッチにされる。

【００２４】一般的に言うと、ＮＯ_X吸収剤２２がＳＯ
_Xにより被毒したか否かを判別し、ＮＯ_X吸収剤２２が
ＳＯ_Xにより被毒したときにはＮＯ_X吸収剤２２の再生
作用が行われるということになる。しかしながら、冒頭
で述べたように、ＮＯ_X吸収剤２２内を流通する排気の
流速すなわち例えば空間速度が高いときにはＮＯ_X吸収
剤２２内を多量の排気が流通しており、このときＮＯ_X
吸収剤２２を加熱してもこの多量の排気に熱エネルギを
奪われるためにＮＯ_X吸収剤２２をＳＯ_X放出のために
十分に加熱することができない。

【００２５】一方、ＮＯ_X吸収剤２２内を流通する排気
の空間速度が予め定められた設定値よりも低いときにＮ
Ｏ_X吸収剤２２を加熱すれば排気に奪われる熱エネルギ
が小さくなってＮＯ_X吸収剤２２を十分に加熱すること
ができる。また、アイドルスイッチ４２がオンのとき、
すなわち機関減速運転時またはアイドリング運転時には
ＮＯ_X吸収剤２２内を流通する排気の空間速度が設定値
よりも低くなる。そこで本実施態様では、アイドルスイ
ッチ４２がオンのときにＮＯ_X吸収剤２２を加熱すると
共にＮＯ_X吸収剤２２に流入する排気の空燃比をリッチ
にし、それによりＮＯ_X吸収剤２２をＳＯ_X被毒から再
生するようにしている。

【００２６】ところで、ＮＯ_X吸収剤２２のＳＯ_X放出
速度はＮＯ_X放出速度に比べてかなり低く、このためＮ
Ｏ_X吸収剤２２からＳＯ_Xを十分に放出させるためには
ＨＣ，ＣＯとＮＯ_X吸収剤２２との接触時間を長くする
必要がある。一方、ＮＯ_X吸収剤２２内を流通する排気
の空間速度が低いときには排気とＮＯ_X吸収剤２２との
接触時間が長くなるので本実施態様では、排気とＮＯ_X
吸収剤２２との接触時間が長いときにＮＯ_X吸収剤２２
のＳＯ_X放出作用が行われることになる。したがって、
本実施態様ではＮＯ_X吸収剤２２からＳＯ_Xをさらに十
分に放出できることになる。

【００２７】ＮＯ_X吸収剤２２からＳＯ_Xを放出させる
べきときの２次燃料噴射量ｑｓｆはｑｓとされるが、こ
のｑｓは例えばＮＯ_X吸収剤２２に流入する排気の空燃
比をＳＯ_X放出のために最適なリッチ空燃比とするのに
必要な燃料噴射量であって、例えば吸入空気量Ｑと機関
回転数Ｎとの関数として予め実験により求められてい
る。このｑｓは図４に示されるマップの形で予めＲＯＭ
３２内に記憶されている。

【００２８】本実施態様では、このようにアイドルスイ
ッチ４２がオンのとき、すなわち機関減速運転時または
アイドリング運転時にＮＯ_X吸収剤２２が加熱されてＮ
Ｏ_X吸収剤２２からＳＯ_Xを放出させるようにしてい
る。ところが、機関減速運転時またはアイドリング運転
時には機関から排出される排気の温度がかなり低くなる
ので、この排気を直接ＮＯ_X吸収剤２２内に流入せしめ
ると、ＳＯ_Xを十分に放出させるために必要な温度まで
ＮＯ_X吸収剤２２を加熱するために多大なエネルギが必
要となる。

【００２９】そこで本実施態様では、ＮＯ_X吸収剤２２
上流の排気通路内に例えばセラミックからなる熱容量体
１６を配置し、機関から排出された排気の温度が低いと
きにもＮＯ_X吸収剤２２に流入する排気の温度ができる
だけ低下しないようにしている。すなわち、アイドルス
イッチ４２がオフのときには機関から排出される排気の
温度は比較的高いのでこのとき機関に隣接配置された熱
容量体１６の温度は高くなっており、したがって熱容量
体１６を比較的低温の排気が流通するとこの排気が熱容
量体１６により加熱される。その結果、ＮＯ_X吸収剤２
２の温度低下を抑制することができ、したがってＮＯ_X
吸収剤２２を効率よく加熱することができる。本実施態
様では、熱容量体１６は触媒作用を備えていないが触媒
作用を備えていてもよく、あるいは熱容量体１６を流入
する排気中の微粒子を捕集するフィルタから形成しても
よい。

【００３０】また、ＮＯ_X吸収剤２２に流入する排気の
空燃比がリッチであってもこの排気中には酸素が含まれ
ており、この酸素は排気中のＨＣ，ＣＯと酸化触媒１９
において反応する。その結果、ＮＯ_X吸収剤２２内に流
入する排気がさらに効率よく加熱され、したがってＮＯ
_X吸収剤２２がさらに効率よく加熱される。図５は本実
施態様におけるＮＯ_X放出制御ルーチンを示している。
このルーチンは予め定められた設定時間毎の割り込みに
よって実行される。

【００３１】図５を参照すると、まずステップ５０では
ＮＯ_X吸収剤２２からＮＯ_Xを放出させるべきときにセ
ットされ、それ以外はリセットされるＮＯ_Xフラグがセ
ットされているか否かが判別される。ＮＯ_Xフラグがリ
セットされているときには次いでステップ５１に進み、
ＮＯ_X吸収剤２２に吸収されているＮＯ_X量ＳＮが機関
運転状態に基づいて算出される。例えば、ＮＯ_X吸収剤
２２に流入するＮＯ_X量は機関負荷を表すアクセルペダ
ル３９の踏み込み量ＤＥＰが大きくなるにつれて多くな
り、機関回転数Ｎが高くなるにつれて多くなるので、ア
クセルペダル３９の踏み込み量ＤＥＰと機関回転数Ｎの
積ＤＥＰ・Ｎの積算値に基づき吸収ＮＯ _X量ＳＮを推定
することができる。続くステップ５２では吸収ＮＯ_X量
ＳＮが設定量ＳＮ１よりも大きいか否かが判別される。
この設定量ＳＮ１は例えばＮＯ_X吸収剤２２が吸収しう
る最大ＮＯ_X量の約３０％である。ＳＮ≦ＳＮ１のとき
には処理サイクルを終了する。これに対し、ＳＮ＞ＳＮ
１のときには次いでステップ５３に進み、ＮＯ_Xフラグ
がセットされる。続くステップ５４では図３のマップか
らｑｎが算出される。続くステップ５５では２次燃料噴
射量ｑｓｆがｑｎとされる。したがってＮＯ_X吸収剤２
２に流入する排気の空燃比がリッチにされる。

【００３２】ＮＯ_Xフラグがセットされたときにはステ
ップ５０からステップ５６に進み、ＮＯ_Xフラグがセッ
トされてから一定時間経過したか否か、すなわちＮＯ_X
吸収剤２２のＮＯ_X放出作用が完了したか否かが判別さ
れる。ＮＯ_Xフラグがセットされてから一定時間経過し
ていないとき、すなわちＮＯ_X吸収剤２２のＮＯ_X放出
作用が完了していないときには処理サイクルを終了す
る。これに対し、ＮＯ_Xフラグがセットされてから一定
時間経過したとき、すなわちＮＯ_X吸収剤２２のＮＯ_X
放出作用が完了したときには次いでステップ５７に進
み、ＮＯ_Xフラグがリセットされる。続くステップ５８
では２次燃料噴射量ｑｓｆが零とされ、したがって２次
燃料噴射が停止される。

【００３３】図６は本実施態様におけるＳＯ_X放出制御
ルーチンを示している。このルーチンは予め定められた
設定時間毎の割り込みによって実行される。図６を参照
すると、まずステップ６０ではＮＯ_X吸収剤２２からＳ
Ｏ_Xを放出すべきときにセットされ、それ以外はリセッ
トされるＳＯ_Xフラグがセットされているか否かが判別
される。ＳＯ_Xフラグがリセットされているときには次
いでステップ６１に進み、ＮＯ_X吸収剤２２に吸収され
ているＳＯ_X量ＳＳが機関運転状態に基づいて算出され
る。例えば、ＮＯ_X吸収剤２２に流入するＳＯ_X量は車
両走行距離が大きくなるにつれて多くなるので車両走行
距離に基づき吸収ＳＯ _X量ＳＳを推定することができ
る。続くステップ６２では吸収ＳＯ_X量ＳＳが設定量Ｓ
Ｓ１よりも大きいか否かが判別される。この設定量ＳＳ
１は例えばＮＯ_X吸収剤２２が吸収しうる最大ＳＯ_X量
の約３０％である。ＳＳ≦ＳＳ１のときには処理サイク
ルを終了する。これに対し、ＳＳ＞ＳＳ１のときには次
いでステップ６３に進み、アイドルスイッチ４２がオン
であるか否かが判別される。アイドルスイッチ４２がオ
フのときには処理サイクルを終了する。これに対し、ア
イドルスイッチ４２がオンのときには次いでステップ６
４に進み、ＳＯ_Xフラグがセットされる。続くステップ
６５では図４のマップからｑｓが算出される。続くステ
ップ６６では２次燃料噴射量ｑｓｆがｑｓとされる。し
たがってＮＯ_X吸収剤２２に流入する排気の空燃比がリ
ッチとされる。続くステップ６７ではスイッチ２５がオ
ンにされて電気ヒータ２４がオンにされる。したがって
ＮＯ_X吸収剤２２の加熱が開始される。

【００３４】このようにＮＯ_X吸収剤２２に流入する排
気の空燃比をリッチにした後にＮＯ _X吸収剤２２を加熱
するようにしているのは次の理由による。すなわち、Ｎ
Ｏ_X吸収剤２２の温度がかなり高くなるとＮＯ_X吸収剤
２２のＮＯ_X吸収能力が低下するために、たとえＮＯ_X
吸収剤２２に流入する排気の空燃比がリーンであっても
ＮＯ_X吸収剤２２からＮＯ_Xが放出される恐れがある。
このときＮＯ_X吸収剤２２内にはＨＣ，ＣＯがほとんど
存在しないためにＮＯ_X吸収剤２２から放出されたＮＯ
_Xは還元されることなくＮＯ_X吸収剤２２から排出され
てしまう。そこで本実施態様では、ＮＯ_X吸収剤２２に
流入する排気の空燃比をリッチにした後にＮＯ_X吸収剤
２２を加熱するようにし、それによりＮＯ_X吸収剤２２
からＮＯ _Xが還元されることなく排出されるのを阻止す
るようにしている。

【００３５】ＳＯ_Xフラグがセットされたときにはステ
ップ６０からステップ６８に進み、アイドルスイッチ４
２がオンであるか否かが判別される。アイドルスイッチ
４２がオンのときには次いでステップ６９に進み、ＳＯ
_Xフラグがセットされてから一定時間経過したか否か、
すなわちＮＯ_X吸収剤２２のＳＯ_X放出作用が完了した
か否かが判別される。ＳＯ_Xフラグがセットされてから
一定時間経過していないとき、すなわちＮＯ_X吸収剤２
２のＳＯ_X放出作用が完了していないときには次いで処
理サイクルを終了する。これに対し、ステップ６８にお
いてアイドルスイッチ４２がオフのとき、またはステッ
プ６９においてＳＯ_Xフラグがセットされてから一定時
間経過したとき、すなわちＮＯ_X吸収剤２２のＳＯ_X放
出作用が完了したときには次いでステップ７０に進み、
ＳＯ_Xフラグがリセットされる。続くステップ７１では
２次燃料噴射量ｑｓｆが零にされる、すなわち２次燃料
噴射が停止される。続くステップ７２ではスイッチ２５
がオフにされて電気ヒータ２４がオフにされる。続くス
テップ７３ではＮＯ_Xフラグがリセットされる。ＮＯ_X
吸収剤２２からＳＯ_Xを放出させるべくＮＯ_X吸収剤２
２に流入する排気の空燃比がリッチにされるとＮＯ_X吸
収剤２２からＳＯ_XだけでなくＮＯ_Xも放出されて還元
される。ＮＯ_X吸収剤２２のＮＯ_X放出作用を完了させ
るのに必要な時間はかなり短く、したがってＮＯ_X吸収
剤２２のＳＯ_X放出作用が行われたときにはＮＯ_X吸収
剤２２のＮＯ_X放出作用は完了している。そこでＮＯ_X
吸収剤２２のＳＯ_X放出作用が行われたときにはステッ
プ７３に進んでＮＯ_Xフラグをリセットし、あるいはリ
セット状態に保持するようにしている。

【００３６】図７に別の実施態様を示す。図７を参照す
ると、排気マニホルド１５は熱容量体１６を内蔵したケ
ーシング１７および排気管１８を介してＮＯ_X吸収剤２
２を内蔵したケーシング２３に接続される。また、電気
ヒータ２４はＮＯ_X吸収剤２２の排気上流端周りに設け
られ、ＮＯ _X吸収剤２２の排気下流端周りには設けられ
ない。このように電気ヒータ２４をＮＯ_X吸収剤２２の
排気上流端周りに設けるとＮＯ_X吸収剤２２が直接的に
加熱されるのでＮＯ_X吸収剤２２を効率よく加熱するこ
とができる。一方、ＮＯ_X吸収剤２２の全体周りに電気
ヒータを設ければさらにＮＯ_X吸収剤２２全体を速やか
に加熱することができるが、ＮＯ_X吸収剤２２の排気上
流端周りを加熱すればＮＯ_X吸収剤２２内を流通する排
気を加熱することができ、したがってＮＯ_X吸収剤２２
の全体周りに電気ヒータを設けなくてもＮＯ_X吸収剤２
２全体を加熱することができる。また、ＮＯ_X吸収剤２
２に吸収されるＳＯ_Xのうち大部分はＮＯ_X吸収剤２２
の排気上流端周りに吸収されるので、ＮＯ_X吸収剤２２
からＳＯ _Xを十分に放出させるためにはＮＯ_X吸収剤２
２の排気上流端周りを特に加熱する必要がある。そこで
本実施態様ではＮＯ_X吸収剤２２の排気上流端周りに電
気ヒータ２４を配置している。

【００３７】本実施態様でも、ＮＯ_X吸収剤２２に吸収
されているＳＯ_X量ＳＳが設定量ＳＳ１よりも多くかつ
アイドルスイッチ４２がオンのときにＮＯ_X吸収剤２２
からＳＯ_Xが放出されるようにしている。ところが、例
えばアイドリング運転が長くなると熱容量体１６の温度
が次第に低下する。このとき吸収ＳＯ_X量ＳＳが設定量
ＳＳ１よりも多くなったということでＮＯ_X吸収剤２２
からＳＯ_Xを放出させるべく電気ヒータ２４をオンにし
てもＮＯ_X吸収剤２２に流入する排気の温度が低いため
にＮＯ_X吸収剤２２を効率よく加熱することができな
い。一方、ＮＯ_X吸収剤２２内を流通する排気の空間速
度が高い状態から低くなった直後、すなわちアイドルス
イッチ４２がオフからオンに切り替わった直後は熱容量
体１６の温度が比較的高く維持されている。すなわち、
熱容量体１６に大きな熱エネルギが蓄えられている。

【００３８】そこで本実施態様では、アイドルスイッチ
４２がオフからオンに切り替わったときにＮＯ_X吸収剤
２２からＳＯ_Xが放出されるようにし、それによりＮＯ
_X吸収剤２２からＳＯ_Xを放出すべきときにＮＯ_X吸収
剤２２の温度低下が抑制されるようにしている。すなわ
ち、吸収ＳＯ_X量ＳＳが設定量ＳＳ１よりも多くかつア
イドルスイッチ４２がオフからオンに切り替わったとき
にＮＯ_X吸収剤２２に流入する排気の空燃比がリッチに
され、電気ヒータ２４がオンにされる。

【００３９】図８は本実施態様におけるＳＯ_X放出制御
ルーチンを示している。このルーチンは予め定められた
設定時間毎の割り込みによって実行される。なお、本実
施態様でも図５に示されるＮＯ_X放出制御ルーチンが実
行される。図８を参照すると、まずステップ８０ではＳ
Ｏ_Xフラグがセットされているか否かが判別される。Ｓ
Ｏ_Xフラグがリセットされているときには次いでステッ
プ８１に進み、ＮＯ_X吸収剤２２に吸収されているＳＯ
_X量ＳＳが算出される。ＳＳ≦ＳＳ１のときには処理サ
イクルを終了し、ＳＳ＞ＳＳ１のときには次いでステッ
プ８３に進んでアイドルスイッチ４２がオンであるか否
かが判別される。アイドルスイッチ４２がオフのときに
は処理サイクルを終了し、アイドルスイッチ４２がオン
のときには次いでステップ８４に進んでＳＯ_Xフラグが
セットされる。続くステップ８５では図４のマップから
ｑｓが算出され、続くステップ８６では２次燃料噴射量
ｑｓｆがｑｓとされ、続くステップ８７では電気ヒータ
２４がオンにされる。

【００４０】ＳＯ_Xフラグがセットされたときにはステ
ップ８０からステップ８８に進み、アイドルスイッチ４
２がオンであるか否かが判別される。アイドルスイッチ
４２がオンのときには次いでステップ８９に進み、ＳＯ
_Xフラグがセットされてから一定時間経過したか否かが
判別される。ＳＯ_Xフラグがセットされてから一定時間
経過していないときには次いで処理サイクルを終了し、
ステップ８８においてアイドルスイッチ４２がオフのと
き、またはステップ８９においてＳＯ_Xフラグがセット
されてから一定時間経過したときには次いでステップ９
０に進んでＳＯ _Xフラグがリセットされる。続くステッ
プ９１では２次燃料噴射量ｑｓｆが零にされ、続くステ
ップ９２では電気ヒータ２４がオフにされ、続くステッ
プ９３ではＮＯ_Xフラグがリセットされる。

【００４１】なお、排気浄化装置のその他の構成および
作用は図１の実施態様と同様であるので説明を省略す
る。これまで述べてきた実施態様ではＮＯ_X吸収剤２２
に流入する排気の空燃比をリッチにするために２次燃料
噴射を行うようにしている。しかしながら、ＮＯ_X吸収
剤２２上流の排気通路内に還元剤噴射弁を配置してこの
還元剤噴射弁から還元剤例えば燃料を噴射することによ
りＮＯ_X吸収剤２２に流入する排気の空燃比をリッチに
するようにしてもよい。また、火花点火式機関では、筒
内で燃焼せしめられる混合気の空燃比をリッチにするこ
とによりＮＯ_X吸収剤２２に流入する排気の空燃比をリ
ッチにするようにしてもよい。

【００４２】また、これまで述べてきた実施態様ではＳ
Ｏ_Xによる被毒から触媒を再生するようにしている。し
かしながら、他のイオウ分による被毒、あるいは例えば
有機可溶物質（ＳＯＦ）や鉛Ｐｂのような他の浄化能力
低下物質による被毒から触媒を再生すべきときにも本発
明を適用することができる。

【００４３】

【発明の効果】加熱手段による熱エネルギのうち排気に
奪われる熱エネルギが低減されるので触媒を被毒再生の
ために十分に加熱することができ、したがって触媒を確
実に被毒から再生することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】内燃機関の全体図である。

【図２】ＮＯ_Xの吸放出作用を説明するための図であ
る。

【図３】ＮＯ_X吸収剤からＮＯ_Xを放出すべきときの２
次燃料噴射時間ｑｎのマップを示す図である。

【図４】ＮＯ_X吸収剤からＳＯ_Xを放出すべきときの２
次燃料噴射時間ｑｓのマップを示す図である。

【図５】ＮＯ_X放出制御を実行するためのフローチャー
トである。

【図６】ＳＯ_X放出制御を実行するためのフローチャー
トである。

【図７】別の実施態様による内燃機関の全体図である。

【図８】図７の実施態様においてＳＯ_X放出制御を実行
するためのフローチャートである。

【符号の説明】

１…機関本体８…燃料噴射弁１５…排気マニホルド１６…熱容量体２２…ＮＯ_X吸収剤２４…電気ヒータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＦ０１Ｎ 3/28 ３０１Ｆ０１Ｎ 3/28 ３０１ＣＦ０２Ｄ 41/04 ３０５Ｆ０２Ｄ 41/04 ３０５Ａ (56)参考文献特開平９−291814（ＪＰ，Ａ) 特開昭56−148608（ＪＰ，Ａ) 特開平８−177525（ＪＰ，Ａ) 特開平11−107840（ＪＰ，Ａ) 実開平４−116619（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F01N 3/08 - 3/36 F02D 41/04

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】触媒温度が高くなると被毒から再生され
る触媒を機関排気通路内に配置し、加熱手段により触媒
を一時的に加熱することにより触媒を被毒から再生する
ようにした内燃機関の排気浄化装置において、触媒上流
の排気通路内に熱容量体を配置し、触媒内を流通する排
気の流速が低下した直後に加熱手段により触媒を一時的
に加熱することにより触媒を被毒から再生するようにし
た内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】前記触媒が流入する排気の空燃比がリー
ンのときにＮＯ_Ｘを吸収し、流入する排気中の酸素濃度
が低下すると吸収しているＮＯ_Ｘを放出するＮＯ_Ｘ吸収
剤を具備し、ＮＯ_Ｘ吸収剤内を流通する排気の流速が低
下した直後に加熱手段によりＮＯ_Ｘ吸収剤を一時的に加
熱すると共にＮＯ_Ｘ吸収剤に流入する排気の空燃比を一
時的にリッチまたは理論空燃比にすることによりＮＯ_Ｘ
吸収剤をイオウ分被毒から再生するようにした請求項１
に記載の内燃機関の排気浄化装置。