JP4665914B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。

流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中に含まれるＮＯ_Xを吸蔵し流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチになると吸蔵したＮＯ_Xを放出するＮＯ_X吸蔵触媒を機関排気通路内に配置した内燃機関が公知である。この内燃機関ではリーン空燃比のもとで燃焼が行われているときに発生するＮＯ_XがＮＯ_X吸蔵触媒に吸蔵される。一方、ＮＯ_X吸蔵触媒のＮＯ_X吸蔵能力が飽和に近づくと排気ガスの空燃比が一時的にリッチにされ、それによってＮＯ_X吸蔵触媒からＮＯ_Xが放出され還元される。

ところで燃料および潤滑油内にはイオウが含まれており、従って排気ガス中にはＳＯ_Xが含まれている。このＳＯ_XはＮＯ_Xと共にＮＯ_X吸蔵触媒に吸蔵される。ところがこのＳＯ_Xは排気ガスの空燃比を単にリッチにしただけではＮＯ_X吸蔵触媒から放出されず、従ってＮＯ_X吸蔵触媒に吸蔵されているＳＯ_Xの量が次第に増大していく。その結果吸蔵しうるＮＯ_X量が次第に減少してしまう。

そこでＮＯ_X吸蔵触媒にＳＯ_Xが送り込まれるのを阻止するためにＮＯ_X吸蔵触媒上流の機関排気通路内にＳＯ_X吸収剤を配置した内燃機関が公知である（特許文献１参照）。この内燃機関では排気ガス中に含まれるＳＯ_XがＳＯ_X吸収剤に吸収され、斯くしてＮＯ_X吸蔵触媒にＳＯ_Xが流入するのが阻止される。その結果、ＳＯ_Xの吸蔵によりＮＯ_Xの吸蔵能力が低下するのを阻止することができる。

ところでこのようなＳＯ_X吸収剤を用いた場合、ＳＯ_X吸収剤のＳＯ_X吸収能力が飽和してしまうとＳＯ_XがＮＯ_X吸蔵触媒に流入してしまう。ところがこのＳＯ_X吸収剤ではＳＯ_X吸収剤の温度を上昇させかつＳＯ_X吸収剤に流入する排気ガスの空燃比をリッチにするとＳＯ_X吸収剤から吸収したＳＯ_Xを放出させることができ、斯くしてＳＯ_X吸収剤を再生することができる。しかしながらこのようにＳＯ_X吸収剤からＳＯ_Xを放出させると放出されたＳＯ_XがＮＯ_X吸蔵触媒に吸蔵されてしまう。従ってこの内燃機関ではＮＯ_X吸蔵触媒を迂回するバイパス通路を具えており、ＳＯ_X吸収剤からＳＯ_Xを放出させたときには放出されたＳＯ_Xをバイパス通路を介して大気中に排出させるようにしている。
特開２０００−１７９３２７号公報

しかしながらこのようにＳＯ_X吸収剤の再生時にＳＯ_X吸収剤から放出されたＳＯ_Xをバイパス通路を介して大気中に排出させるようにしても実際には一部のＳＯ_Xが漏洩してＮＯ_X吸蔵触媒内に流入してしまう。その結果、ＮＯ_X吸蔵触媒に吸蔵されるＳＯ_X量が次第に増大していくという問題がある。

上記問題を解決するために本発明によれば、機関排気通路内に排気ガス中に含まれるＳＯ_Xを捕獲しうる主ＳＯ_Xトラップ触媒を配置し、主ＳＯ_Xトラップ触媒下流の排気通路を主排気通路と主排気通路を迂回するバイパス通路とに分岐し、主排気通路内に、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中に含まれるＮＯ_Xを吸蔵し流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチになると吸蔵したＮＯ_Xを放出するＮＯ_X吸蔵触媒を配置すると共にＮＯ_X吸蔵触媒上流の主排気通路内に補助ＳＯ_Xトラップ触媒を配置し、通常は排気ガスが主排気通路内を流通せしめられ、主ＳＯ_Xトラップ触媒を再生すべきときには排気ガスがバイパス通路内を流通せしめられる。

ＳＯ_Xトラップ触媒を再生すべく排気ガスがバイパス通路内に流通せしめられたときに主ＳＯ_Xトラップ触媒から放出されたＳＯ_Xが主排気通路内に漏洩してもこの漏洩したＳＯ_Xは補助トラップ触媒により捕獲され、斯くしてＮＯ_X吸蔵触媒にＳＯ_Xが流入するのを阻止することができる。

図１に圧縮着火式内燃機関の全体図を示す。
図１を参照すると、１は機関本体、２は各気筒の燃焼室、３は各燃焼室２内に夫々燃料を噴射するための電子制御式燃料噴射弁、４は吸気マニホルド、５は排気マニホルドを夫々示す。吸気マニホルド４は吸気ダクト６を介して排気ターボチャージャ７のコンプレッサ７ａの出口に連結され、コンプレッサ７ａの入口はエアクリーナ８に連結される。吸気ダクト６内にはステップモータにより駆動されるスロットル弁９が配置され、更に吸気ダクト６周りには吸気ダクト６内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置１０が配置される。図１に示される実施例では機関冷却水が冷却装置１０内に導かれ、機関冷却水によって吸入空気が冷却される。

一方、排気マニホルド５は排気ターボチャージャ７の排気タービン７ｂの入口に連結され、排気タービン７ｂの出口は主ＳＯ_Xトラップ触媒１１の入口に連結される。ＳＯ_Xトラップ触媒１１の出口には排気管１２が連結され、この排気管１２内の排気通路は主排気通路１３とこの主排気通路１３を迂回するバイパス通路１４とに分岐される。主排気通路１３内にはＮＯ_X吸蔵触媒１５が配置され、またこのＮＯ_X吸蔵触媒１５上流の主排気通路１３内には補助ＳＯ_Xトラップ触媒１６が配置される。

図１に示されるようにＮＯ_X吸蔵触媒１５下流の主排気通路１３内にはアクチュエータ１７により開閉制御される第１の排気制御弁１８が配置され、バイパス通路１４内にはアクチュエータ１９により開閉制御される第２の排気制御弁２０が配置される。通常は図１に示されるように第１の排気制御弁１８が全開せしめられると共に第２の排気制御弁２０が全閉せしめられ、従って通常は排気ガスは主排気通路１３内を流通している。一方、排気マニホルド５には排気マニホルド５内を流れる排気ガス中に例えば炭化水素からなる還元剤を供給するための還元剤供給弁２１が取付けられる。

排気マニホルド５と吸気マニホルド４とは排気ガス再循環（以下、ＥＧＲと称す）通路２２を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路２２内には電子制御式ＥＧＲ制御弁２３が配置される。また、ＥＧＲ通路２２周りにはＥＧＲ通路２２内を流れるＥＧＲガスを冷却するための冷却装置２４が配置される。図１に示される実施例では機関冷却水が冷却装置２４内に導かれ、機関冷却水によってＥＧＲガスが冷却される。一方、各燃料噴射弁３は燃料供給管２５を介してコモンレール２６に連結される。このコモンレール２６内へは電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２７から燃料が供給され、コモンレール２６内に供給された燃料は各燃料供給管２５を介して燃料噴射弁３に供給される。

電子制御ユニット３０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス３１によって互いに接続された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、入力ポート３５および出力ポート３６を具備する。図１に示されるようにアクセルペダル４０にはアクセルペダル４０の踏込み量Ｌに比例した出力電圧を発生する負荷センサ４１が接続され、負荷センサ４１の出力電圧は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。更に入力ポート３５にはクランクシャフトが例えば１５°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ４２が接続される。一方、出力ポート３６は対応する駆動回路３８を介して燃料噴射弁３、スロットル弁９の駆動用ステップモータ、第１の排気制御弁１８および第２の排気制御弁２０を夫々駆動するためのアクチュエータ１７，１８、還元剤供給弁２１、ＥＧＲ制御弁２３および燃料ポンプ２７に接続される。

まず初めに図１に示されるＮＯ_X吸蔵触媒１５について説明すると、このＮＯ_X吸蔵触媒１５は例えばアルミナからなる触媒担体を有しており、図２はこの触媒担体４５の表面部分の断面を図解的に示している。図２に示されるように触媒担体４５の表面上には貴金属触媒４６が分散して担持されており、更に触媒担体４５の表面上にはＮＯ_X吸収剤４７の層が形成されている。

本発明による実施例では貴金属触媒４６として白金Ｐｔが用いられており、ＮＯ_X吸収剤４７を構成する成分としては例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ、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が用いられている。

機関吸気通路、燃焼室２およびＮＯ_X吸蔵触媒１５上流の排気通路内に供給された空気および燃料（炭化水素）の比を排気ガスの空燃比と称すると、ＮＯ_X吸収剤４７は排気ガスの空燃比がリーンのときにはＮＯ_Xを吸収し、排気ガス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。

即ち、ＮＯ_X吸収剤４７を構成する成分としてバリウムＢａを用いた場合を例にとって説明すると、排気ガスの空燃比がリーンのとき、即ち排気ガス中の酸素濃度が高いときには排気ガス中に含まれるＮＯは図２に示されるように白金Ｐｔ４６上において酸化されてＮＯ₂となり、次いでＮＯ_X吸収剤４７内に吸収されて酸化バリウムＢａＯと結合しながら硝酸イオンＮＯ₃ ^-の形でＮＯ_X吸収剤４７内に拡散する。このようにしてＮＯ_XがＮＯ_X吸収剤４７内に吸収される。排気ガス中の酸素濃度が高い限り白金Ｐｔ４６の表面でＮＯ₂が生成され、ＮＯ_X吸収剤４７のＮＯ_X吸収能力が飽和しない限りＮＯ₂がＮＯ_X吸収剤４７内に吸収されて硝酸イオンＮＯ₃ ^-が生成される。

これに対し、還元剤供給弁２１から還元剤を供給することによって排気ガスの空燃比をリッチ或いは理論空燃比にすると排気ガス中の酸素濃度が低下するために反応が逆方向（ＮＯ₃ ^-→ＮＯ₂）に進み、斯くしてＮＯ_X吸収剤４７内の硝酸イオンＮＯ₃ ^-がＮＯ₂の形でＮＯ_X吸収剤４７から放出される。次いで放出されたＮＯ_Xは排気ガス中に含まれる未燃ＨＣ，ＣＯによって還元される。

このように排気ガスの空燃比がリーンであるとき、即ちリーン空燃比のもとで燃焼が行われているときには排気ガス中のＮＯ_XがＮＯ_X吸収剤４７内に吸収される。しかしながらリーン空燃比のもとでの燃焼が継続して行われるとその間にＮＯ_X吸収剤４７のＮＯ_X吸収能力が飽和してしまい、斯くしてＮＯ_X吸収剤４７によりＮＯ_Xを吸収できなくなってしまう。そこで本発明による実施例ではＮＯ_X吸収剤４７の吸収能力が飽和する前に還元剤供給弁２１から還元剤を供給することによって排気ガス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４７からＮＯ_Xを放出させるようにしている。

具体的に言うと、本発明による実施例ではＮＯ_X吸蔵触媒１５に単位時間当り吸蔵されるＮＯ_X量ＮＯＸＡが要求トルクＴＱおよび機関回転数Ｎの関数として図４（Ａ）に示すマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されており、このＮＯ_X量ＮＯＸＡを積算することによってＮＯ_X吸蔵触媒１５に吸蔵されたＮＯ_X量ΣＮＯＸが算出される。本発明による実施例では図５に示されるようにこのＮＯ_X量ΣＮＯＸが許容値ＮＸに達する毎にＮＯ_X吸蔵触媒１５に流入する排気ガスの空燃比Ａ／Ｆが一時的にリッチにされ、それによってＮＯ_X吸蔵触媒１５からＮＯ_Xが放出される。

ところで排気ガス中にはＳＯ_X、即ちＳＯ₂が含まれており、このＳＯ₂がＮＯ_X吸蔵触媒１５に流入するとこのＳＯ₂は白金Ｐｔ４６において酸化されてＳＯ₃となる。次いでこのＳＯ₃はＮＯ_X吸収剤４７内に吸収されて酸化バリウムＢａＯと結合しながら、硫酸イオンＳＯ₄ ^2-の形でＮＯ_X吸収剤４７内に拡散し、安定した硫酸塩ＢａＳＯ₄を生成する。しかしながらＮＯ_X吸収剤４７が強い塩基性を有するためにこの硫酸塩ＢａＳＯ₄は安定していて分解しづらく、排気ガスの空燃比を単にリッチにしただけでは硫酸塩ＢａＳＯ₄は分解されずにそのまま残る。従ってＮＯ_X吸収剤４７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４７が吸収しうるＮＯ_X量が低下することになる。

そこで本発明ではＮＯ_X吸蔵触媒１５の上流に主ＳＯ_Xトラップ触媒１１を配置してこの主ＳＯ_Xトラップ触媒１１により排気ガス中に含まれるＳＯ_Xを捕獲し、それによってＮＯ_X吸蔵触媒１５にＳＯ_Xが流入しないようにしている。次にこの主ＳＯ_Xトラップ触媒１１について説明する。

この主ＳＯ_Xトラップ触媒１１は例えばハニカム構造のモノリス触媒からなり、主ＳＯ_Xトラップ触媒１１の軸線方向にまっすぐに延びる多数の排気ガス流通孔を有する。図３はこの主ＳＯ_Xトラップ触媒１１の基体５０の表面部分の断面を図解的に示している。図３に示されるように触媒担体５０の表面上にはコート層５１が形成されており、このコート層５１の表面上には貴金属触媒５２が分散して保持されている。

本発明による実施例では貴金属触媒５２として白金が用いられており、コート層５１を構成する成分としては例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ、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が用いられている。即ち、主ＳＯ_Xトラップ触媒１１のコート層５１は強塩基性を呈している。

さて、排気ガス中に含まれるＳＯ_X、即ちＳＯ₂は図３に示されるように白金Ｐｔ５２において酸化され、次いでコート層５１内に捕獲される。即ち、ＳＯ₂は硫酸イオンＳＯ₄ ^2-の形でコート層５１内に拡散し、硫酸塩を形成する。なお、上述したようにコート層５１は強塩基性を呈しており、従って図３に示されるように排気ガス中に含まれるＳＯ₂の一部は直接コート層５１内に捕獲される。

図３においてコート層５１内における濃淡は捕獲されたＳＯ_Xの濃度を示している。図３からわかるようにコート層５１内におけるＳＯ_X濃度はコート層５１の表面近傍が最も高く、奥部に行くに従って次第に低くなっていく。コート層５１の表面近傍におけるＳＯ_X濃度が高くなるとコート層５１の表面の塩基性が弱まり、ＳＯ_Xの捕獲能力が弱まる。ここで排気ガス中に含まれるＳＯ_Xのうちで主ＳＯ_Xトラップ触媒１１に捕獲されるＳＯ_Xの割合をＳＯ_Xトラップ率と称すると、コート層５１の表面の塩基性が弱まればそれに伴なってＳＯ_Xトラップ率が低下することになる。本発明による実施例ではＳＯ_Xトラップ率が予め定められた率よりも低下したときには排気ガスの空燃比がリーンのもとで主ＳＯ_Xトラップ触媒１１の温度を上昇させる昇温制御を行い、それによってＳＯ_Xトラップ率を回復させるようにしている。

即ち、排気ガスの空燃比がリーンのもとで主ＳＯ_Xトラップ触媒１１の温度を上昇させるとコート層５１内の表面近傍に集中的に存在するＳＯ_Xはコート層５１内におけるＳＯ_X濃度が均一となるようにコート層５１の奥部に向けて拡散していく。即ち、コート層５１内に生成されている硝酸塩はコート層５１の表面近傍に集中している不安定な状態からコート層５１内の全体に亘って均一に分散した安定した状態に変化する。コート層５１内の表面近傍に存在するＳＯ_Xがコート層５１の奥部に向けて拡散するとコート層５１の表面近傍のＳＯ_X濃度が低下し、斯くして主ＳＯ_Xトラップ触媒１１の昇温制御が完了するとＳＯ_Xトラップ率が回復する。

主ＳＯ_Xトラップ触媒１１の昇温制御を行ったときに主ＳＯ_Xトラップ触媒１１の温度をほぼ４５０℃程度にすればコート層５１の表面近傍に存在するＳＯ_Xをコート層５１内に拡散させることができ、主ＳＯ_Xトラップ触媒１１の温度を６００℃程度まで上昇させるとコート層５１内のＳＯ_X濃度をかなり均一化することができる。従って主ＳＯ_Xトラップ触媒１１の昇温制御時には排気ガスの空燃比がリーンのもとで主ＳＯ_Xトラップ触媒１１の温度を６００℃程度まで昇温させることが好ましい。

次にこの主ＳＯ_Xトラップ触媒１１の昇温制御の一実施例について具体的に説明する。
この実施例では、主ＳＯ_Xトラップ触媒１１に捕獲されたＳＯ_X量を推定し、主ＳＯ_Xトラップ触媒１１に捕獲されたＳＯ_X量が予め定められた量を越えたときにＳＯ_Xトラップ率が予め定められた率よりも低下したと判断され、このときＳＯ_Xトラップ率を回復するために排気ガスの空燃比がリーンのもとで主ＳＯ_Xトラップ触媒１１の温度を上昇させる昇温制御を行うようにしている。

即ち、燃料中には或る割合でイオウが含まれており、従って排気ガス中に含まれるＳＯ_X量、即ち主ＳＯ_Xトラップ触媒１１に捕獲されるＳＯ_X量は燃料噴射量に比例する。燃料噴射量は要求トルクおよび機関回転数の関数であり、従って主ＳＯ_Xトラップ触媒１１に獲得されるＳＯ_X量も要求トルクおよび機関回転数の関数となる。この実施例では主ＳＯ_Xトラップ触媒１１に単位時間当り捕獲されるＳＯ_X量ＳＯＸＡが要求トルクＴＱおよび機関回転数Ｎの関数として図４（Ｂ）に示されるようなマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。

また、この実施例では図４（Ｃ）に示されるようにＳＯ_X量ΣＳＯＸと、主ＳＯ_Xトラップ触媒１１を昇温処理すべきときの予め定められたＳＯ_X量ＳＯ（ｎ）との関係が予め記憶されており、ＳＯ_X量ΣＳＯＸが予め定められたＳＯ（ｎ）（ｎ＝１，２，３，・・・）を越えたときに主ＳＯ_Xトラップ触媒１１の昇温処理が行われる。なお、図４（Ｃ）においてはｎは何回目の昇温処理であるかを示している。図４（Ｃ）からわかるようにＳＯ_Xトラップ率を回復するための昇温処理回数ｎが増大するにつれて予め定められた量ＳＯ（ｎ）が増大せしめられ、この予め定められた量ＳＯ（ｎ）の増大割合は処理回数ｎが増大するほど減少する。即ち、ＳＯ（２）に対するＳＯ（３）の増大割合はＳＯ（１）に対するＳＯ（２）の増大割合よりも減少する。

即ち、図５に示されるようにこの実施例ではＳＯ_X量ΣＳＯＸがＳＯ（ｎ）に達すると主ＳＯ_Xトラップ触媒１１の温度Ｔが６００℃程度まで上昇せしめられ、排気ガスの空燃比がリーンのもとで６００℃程度に維持される。なお、この実施例では昇温制御時に炭化水素供給弁２１から炭化水素が供給され、この炭化水素の酸化反応熱によって主ＳＯ_Xトラップ触媒１１の温度が上昇せしめられる。

一方、このように主ＳＯ_Xトラップ触媒１１を昇温したときに排気ガスの空燃比をリッチにすると主ＳＯ_Xトラップ触媒１１からＳＯ_Xが放出されてしまう。従ってこの実施例では昇温制御時には排気ガスの空燃比をリーンに維持するようにしている。ただし、コート層５１の表面近傍のＳＯ_X濃度が高くなると排気ガスの空燃比をリーンに維持していたとしても主ＳＯ_Xトラップ触媒１１の温度が上昇せしめられたときに主ＳＯ_Xトラップ触媒１１からＳＯ_Xが放出されてしまう。従ってこのときＳＯ_XがＮＯ_X吸蔵触媒１５に流入しないように第１の排気制御弁１８が閉弁せしめられると共に第２の排気制御弁２０が開弁せしめられる。即ち、図５に示されるように主ＳＯ_Xトラップ触媒１１の昇温制御時には排気流路が主排気通路１３からバイパス通路１４に切換えられる。

ところで第１の排気制御弁１８が閉弁せしめられても実際には第１の排気制御弁１８の周りを通って排気ガスが漏洩する。従って第１の排気制御弁１８が閉弁せしめられると共に第２の排気制御弁２０が開弁せしめられたとしても少量ではあるが排気ガスが主排気通路１３内を流れ、斯くして主ＳＯ_Xトラップ触媒１１から排出されたＳＯ_XがＮＯ_X吸蔵触媒１５内に流入することになる。

そこで本発明ではＳＯ_XがＮＯ_X吸蔵触媒１５内に流入するのを阻止するために図１に示されるようにＮＯ_X吸蔵触媒１５上流の主排気通路１３内に補助ＳＯ_Xトラップ触媒１６を配置している。この補助ＳＯ_Xトラップ触媒１６は主ＳＯ_Xトラップ触媒１１と同様な構造を有しており、この補助ＳＯ_Xトラップ触媒１６でも図３に示されるように触媒担体５０の表面上にはコート層５１が形成されており、このコート層５１の表面上には貴金属触媒５２が分散して担持されている。

更にこの補助ＳＯ_Xトラップ触媒１６でも貴金属触媒５２として白金が用いられており、コート層５１を構成する成分としては例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ、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が用いられている。

なお、この補助ＳＯ_Xトラップ触媒１６は主ＳＯ_Xトラップ触媒１１のように再生させることはせず、この補助ＳＯ_Xトラップ触媒１６には永久的にＳＯ_Xの捕獲作用を行わせる。従って本発明による実施例では補助ＳＯ_Xトラップ触媒１６のコート層５１の塩基性は主ＳＯ_Xトラップ触媒１１のコート層５１の塩基性よりも強くされており、従って補助ＳＯ_Xトラップ触媒１６は主ＳＯ_Xトラップ触媒１１に比べてＳＯ_Xの保持力が高くされている。

次に図６を参照しつつ排気浄化制御ルーチンについて説明する。
図６を参照するとまず初めにステップ６０において図４（Ａ）に示すマップからＮＯ_X吸蔵触媒１５に単位時間当り吸蔵されるＮＯ_X量ＮＯＸＡが算出される。次いでステップ６１ではこのＮＯＸＡがＮＯ_X吸蔵触媒１５に吸蔵されているＮＯ_X量ΣＮＯＸに加算される。次いでステップ６２では吸蔵ＮＯ_X量ΣＮＯＸが許容値ＮＸを越えたか否かが判別され、ΣＮＯＸ＞ＮＸとなったときにはステップ６３に進んで還元剤供給弁２１から供給された還元剤によってＮＯ_X吸蔵触媒１５に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリーンからリッチに切換えるリッチ処理が行われ、ΣＮＯＸがクリアされる。

このときには図１に示されるように第１の排気制御弁１８が開弁せしめられており、第２の排気制御弁２０は閉弁せしめられている。即ち、排気ガスは主排気通路１３内を流通している。また、図５からわかるようにこのときには主ＳＯ_Xトラップ触媒１１は昇温されていないので通常主ＳＯ_Xトラップ触媒１１からＳＯ_Xが排出されることはないが、たとえこのとき主ＳＯ_Xトラップ触媒１１からＳＯ_Xが放出されたとしてもこのＳＯ_Xは補助ＳＯ_Xトラップ触媒１１内に捕獲される。従ってＮＯ_X放出制御時にＳＯ_XがＮＯ_X吸蔵触媒１５内に流入することはない。

次いでステップ６４では図４（Ｂ）に示すマップから主ＳＯ_Xトラップ触媒１１に単位時間当り吸蔵されるＳＯ_X量ＳＯＸＡが算出される。次いでステップ６５ではこのＳＯＸＡが主ＳＯ_Xトラップ触媒１１に捕獲されているＳＯ_X量ΣＳＯＸに加算される。次いでステップ６６ではＳＯ_X量ΣＥＯＸが図４（Ｃ）に示される予め定められた量ＳＯ（ｎ）（ｎ＝１，２，３，・・・）に達したか否かが判別される。ＳＯ_X量ΣＳＯＸが予め定められた量ＳＯ（ｎ）に達したときにはステップ６７に進んで図５に示されるように排気流路が主排気通路１３からバイパス通路１４に切換えられ、次いでステップ６８では排気ガスの空燃比がリーンのもとで主ＳＯ_Xトラップ触媒１１の温度を６００℃程度に維持する再生制御が行われる。再生処理が完了するとΣＳＯＸはクリアされ、排気流路が再び主排気通路１３に切換えられる。

また、主ＳＯ_Xトラップ触媒１１を再生すべきときには排気ガスの空燃比を図５において破線で示すようにリッチにすることもできる。このときには前述したように主ＳＯ_Xトラップ触媒１１から多量のＳＯ_Xが放出され、この放出された多量のＳＯ_Xはバイパス通路１４内に送り込まれる。このときにも主排気通路１３内にＳＯ_Xが流入した場合にはこの流入したＳＯ_Xは補助ＳＯ_Xトラップ触媒１６に捕獲される。

図７に圧縮着火式内燃機関の別の実施例を示す。この実施例では主ＳＯ_Xトラップ触媒７０が直列に配置されたＳＯ_Xトラップ触媒７１とパティキュレートフィルタ７２からなる。この実施例ではパティキュレートフィルタ７２を再生すべく排気ガスの空燃比がリーンのもとでパティキュレートフィルタ７２が昇温せしめられたときにＳＯ_Xトラップ触媒７１も再生される。なお、パティキュレートフィルタ７２上にＮＯ_X吸蔵触媒を担持させることもできる。

図８に圧縮着火式内燃機関の更に別の実施例を示す。この実施例では主ＳＯ_Xトラップ触媒７３がＮＯ_X吸蔵触媒からなり、このＮＯ_X吸蔵触媒７３を再生すべきときにはＮＯ_X吸蔵触媒７３の温度が６００℃以上まで上昇せしめられると共にＮＯ_X吸蔵触媒７３に流入する排気ガスの空燃比がリッチにされる。このときＮＯ_X吸蔵触媒７３からＳＯ_Xが放出される。

圧縮着火式内燃機関の全体図である。 ＮＯ_X吸蔵触媒の触媒担体の表面部分の断面図である。 ＳＯ_Xトラップ触媒の基体の表面部分の断面図である。 吸蔵ＳＯ_X量ΣＳＯＸと、昇温制御を行うべき吸蔵ＳＯ_X量ＳＯ（ｎ）との関係等を示す図である。 吸蔵ＳＯ_X量ΣＳＯＸ等の変化を示すタイムチャートである。 排気浄化制御を行うためのフローチャートである。 圧縮着火式内燃機関の別の実施例を示す全体図である。 圧縮着火式内燃機関の更に別の実施例を示す全体図である。

符号の説明

４ 吸気マニホルド
５ 排気マニホルド
７ 排気ターボチャージャ
１１ 主ＳＯ_Xトラップ触媒
１３ 主排気通路
１４ バイパス通路
１５ ＮＯ_X吸蔵触媒
１６ 補助ＳＯ_Xトラップ触媒
１８，２０ 排気制御弁
２１ 還元剤供給弁

Claims (8)

1. 機関排気通路内に排気ガス中に含まれるＳＯ_Xを捕獲しうる主ＳＯ_Xトラップ触媒を配置し、該主ＳＯ_Xトラップ触媒下流の排気通路を主排気通路と主排気通路を迂回するバイパス通路とに分岐し、該主排気通路内に、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中に含まれるＮＯ_Xを吸蔵し流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチになると吸蔵したＮＯ_Xを放出するＮＯ_X吸蔵触媒を配置すると共に該ＮＯ_X吸蔵触媒上流の主排気通路内に補助ＳＯ_Xトラップ触媒を配置し、通常は排気ガスが主排気通路内を流通せしめられ、主ＳＯ_Xトラップ触媒を再生すべきときには排気ガスがバイパス通路内を流通せしめられる内燃機関の排気浄化装置。
2. 補助ＳＯ_Xトラップ触媒は主ＳＯ_Xトラップ触媒に比べてＳＯ_Xの保持力が高くされている請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. 補助ＳＯ_Xトラップ触媒は基体上に形成されたコート層と、コート層上に維持された貴金属触媒からなり、コート層内にはアルカリ金属、アルカリ土類金属又は希土類金属が分散して含有されている請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 上記主ＳＯ_Xトラップ触媒は、排気ガスの空燃比がリーンのもとで主ＳＯ_Xトラップ触媒の温度が上昇すると捕獲したＳＯ_Xが次第に主ＮＯ_Xトラップ触媒の内部に拡散していく性質を有すると共に主ＳＯ_Xトラップ触媒に流入する排気ガスの空燃比がリッチになると主ＳＯ_Xトラップ触媒の温度がＳＯ_X放出温度以上であれば捕獲したＳＯ_Xを放出する性質を有し、主ＳＯ_Xトラップ触媒によるＳＯ_Xトラップ率が予め定められた率よりも低下したときに主トラップ触媒の再生作用が行われる請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
5. 主トラップ触媒を再生すべきときには主ＳＯ_Xトラップ触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチにさせることなくリーンに維持した状態で主ＳＯ_Xトラップ触媒の温度を上昇させる請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
6. 主トラップ触媒を再生すべきときには主ＳＯ_Xトラップ触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチにする請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
7. 主ＳＯ_Xトラップ触媒が直列に配置されたＳＯ_Xトラップ触媒とパティキュレートフィルタからなる請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
8. 主ＳＯ_Xトラップ触媒がＮＯ_X吸蔵触媒からなる請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。

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