JP5037283B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

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Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。詳しくは、排気中のＮＯｘを吸収するＮＯｘ吸収触媒を備える内燃機関の排気浄化装置に関する。
内燃機関の排気系にＮＯｘ（窒素酸化物）浄化装置を設けることにより、排気中のＮＯｘを吸収して、ＮＯｘの排出量を低減する技術は、従来より知られている。一方、内燃機関から排出される排気中には、ＮＯｘの他、燃料やエンジンオイル中の硫黄分が酸化して生成されるＳＯｘ（硫黄酸化物）が含まれている。このような排気中のＳＯｘがＮＯｘ浄化装置に吸収されると、ＮＯｘ浄化装置の浄化性能が低下してしまう。
このため、従来より、ＮＯｘ浄化装置よりも上流側に、ＳＯｘを吸収するＳＯｘ吸収材を設けることで、ＮＯｘ浄化装置に流入するＳＯｘの量を低減する排気浄化装置が提案されている（特許文献１参照）。しかしながら、例えば経年劣化などの理由により、ＳＯｘ吸収材の吸収性能が低下した場合には、下流側のＮＯｘ浄化装置へＳＯｘが漏洩してしまう。このため、ＮＯｘ浄化装置の浄化性能が低下するおそれがある場合や、あるいは低下してしまった場合には、浄化性能を適宜回復させることが好ましい。
そこで、例えば特許文献２には、予め余分なＳＯｘ吸収材を保持しておき、ＳＯｘ吸収材によるＳＯｘ保持性能が低下したと推定された場合には、ＳＯｘ吸収材を新規に供給する排気浄化装置が示されている。これにより、ＮＯｘ浄化装置にＳＯｘが吸収されて、このＮＯｘ浄化装置の性能が低下するのを未然に防止している。
特開２００６−３２９０１８号公報 特開２００６−１３８２２３号公報
しかしながら、特許文献２に示された排気浄化装置では、新規に供給するためのＳＯｘ吸収材を保持する保持手段と、この保持手段により保持されたＳＯｘ吸収材を供給するための供給手段を新たに設ける必要がある。このため、これら保持手段や供給手段の分だけ装置が大型化したり、コストが増大したりするおそれがある。
また、この特許文献２の排気浄化装置とは別に、吸蔵性能が高いＳＯｘ吸収材を設けることも考えられる。しかしながら、ＳＯｘ吸収材の吸蔵性能を向上させるためには、ＳＯｘ吸収材を担持する担体を大型化する必要があるため、この場合も、装置が大型化したり、製造コストが増大したりするおそれがある。
本発明は上述した点を考慮してなされたものであり、装置を大型化したりコストを増大したりすることなく、ＳＯｘ吸収材の下流に設けられたＮＯｘ浄化装置の浄化性能を適宜回復できる内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、内燃機関（１）の排気通路（４）に設けられ、排気中のＮＯｘを吸収するＮＯｘ吸収触媒（１７）を備える内燃機関の排気浄化装置において、前記排気通路のうち前記ＮＯｘ吸収触媒よりも上流側に設けられ、排気中のＳＯｘを吸収し、かつ、前記ＮＯｘ吸収触媒よりもＳＯｘの脱離温度が高いＳＯｘ吸収材（１３）と、前記排気通路のうち前記ＳＯｘ吸収材と前記ＮＯｘ吸収触媒との間を流通する排気のＳＯｘ濃度を検出するＳＯｘ濃度検出手段（１６）と、前記ＳＯｘ濃度検出手段により検出されたＳＯｘ濃度に基づいて、前記ＮＯｘ吸収触媒に吸収されたＳＯｘを脱離する前記ＮＯｘ吸収触媒の再生処理を行うか否かを判断する再生判断手段（２１）と、前記再生判断手段により前記ＮＯｘ吸収触媒の再生処理を行うと判断された場合には、排気を高温還元雰囲気に変化させる再生実行手段（２２）と、を備えることを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、内燃機関の排気通路に設けられ、排気中のＮＯｘを吸収するＮＯｘ吸収触媒を備える内燃機関の排気浄化装置において、前記排気通路のうち前記ＮＯｘ吸収触媒よりも上流側に設けられ、排気中のＳＯｘを吸収し、かつ、前記ＮＯｘ吸収触媒よりもＳＯｘの脱離温度が高いＳＯｘ吸収材と、前記排気通路のうち前記ＮＯｘ吸収触媒の下流側を流通する排気のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘ濃度検出手段（１６Ａ）と、前記ＮＯｘ濃度検出手段により検出されたＮＯｘ濃度に基づいて、前記ＮＯｘ吸収触媒に吸収されたＳＯｘを脱離する前記ＮＯｘ吸収触媒の再生処理を行うか否かを判断する再生判断手段（２１Ａ）と、前記再生判断手段により前記ＮＯｘ吸収触媒の再生処理を行うと判断された場合には、排気を高温還元雰囲気に変化させる再生実行手段（２２Ａ）と、を備えることを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、内燃機関の排気通路に設けられ、排気中のＮＯｘを吸収するＮＯｘ吸収触媒を備える内燃機関の排気浄化装置において、前記排気通路のうち前記ＮＯｘ吸収触媒よりも上流側に設けられ、排気中のＳＯｘを吸収し、かつ、前記ＮＯｘ吸収触媒よりもＳＯｘの脱離温度が高いＳＯｘ吸収材と、前記排気通路のうち前記ＮＯｘ吸収触媒の下流側を流通する排気の空燃比を検出する空燃比検出手段（１６Ｂ）と、前記空燃比検出手段により検出された空燃比に基づいて、前記ＮＯｘ吸収触媒に吸収されたＳＯｘを脱離する前記ＮＯｘ吸収触媒の再生処理を行うか否かを判断する再生判断手段（２１Ｂ）と、前記再生判断手段により前記ＮＯｘ吸収触媒の再生処理を行うと判断された場合には、排気を高温還元雰囲気に変化させる再生実行手段（２１Ｂ）と、を備えることを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、請求項１から３の何れかに記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記ＳＯｘ吸収材は、貴金属を実質的に含まないことを特徴とする。
請求項５に記載の発明は、請求項１から４の何れかに記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記ＳＯｘ吸収材の担体は、シリカを実質的に含まないことを特徴とする。
請求項６に記載の発明は、請求項１から５の何れかに記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記ＮＯｘ吸収触媒は、排気の空燃比がリッチであるときにアンモニアを生成するとともに、当該生成されたアンモニアを保持し、排気の空燃比がリーンであるときに前記保持したアンモニアによりＮＯｘを還元する触媒であることを特徴とする。
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記排気通路のうち前記ＳＯｘ吸収材の上流側に、排気を浄化する三元触媒を設けたことを特徴とする。
請求項１に記載の発明によれば、例えば、経年劣化などの理由によりＳＯｘ吸収材のＳＯｘ吸収性能が低下し、ＳＯｘ吸収材からＳＯｘが漏洩すると、排気通路のＳＯｘ吸収材の下流側のＳＯｘ濃度が上昇する。このＳＯｘ濃度の上昇は、ＳＯｘ吸収材とＮＯｘ吸収触媒の間のＳＯｘ濃度を検出するＳＯｘ濃度検出手段により検出される。このＳＯｘ濃度の検出に基づいて、ＮＯｘ吸収触媒の再生処理を行うか否かを判断し、再生処理を行うと判断した場合には、排気を高温還元雰囲気に変化させ、ＮＯｘ吸収触媒に吸収されたＳＯｘを脱離する。これにより、ＳＯｘ吸収材のＳＯｘ吸収性能が低下した場合であっても、ＮＯｘ吸収触媒のＮＯｘ浄化性能を回復させることができる。
またここで、ＳＯｘ吸収材には、そのＳＯｘの脱離温度がＮＯｘ吸収触媒の脱離温度よりも高いものを用いたので、再生処理において排気を高温還元雰囲気に変化させても、ＳＯｘ吸収材からＳＯｘが脱離することがない。したがって、ＮＯｘ吸収触媒の浄化性能の低下を防止するために、ＮＯｘ吸収触媒をバイパスする通路などを新たに設ける必要もない。このように、ＮＯｘ吸収触媒の浄化性能を適宜回復させるためには、ＳＯｘ濃度検出手段、再生判断手段、及び再生実行手段を新たに設けるだけでよいので、装置が大型化したり、製造コストが増大したりすることもない。
また、再生処理において排気を高温還元雰囲気にする場合には、例えば、ポスト噴射が行われる。この発明によれば、ＳＯｘ濃度検出手段で検出されたＳＯｘ濃度に基づいて再生処理を行うか否かの判断が行われるので、再生処理を行う回数を必要最低限にすることが可能となる。このため、再生処理の実行にかかる燃料の消費や、排気通路に設けられた触媒の熱劣化を最小限にできる。
請求項２に記載の発明によれば、例えば、経年劣化などの理由によりＳＯｘ吸収材のＳＯｘ吸収性能が低下し、ＳＯｘ吸収材からＳＯｘが漏洩すると、ＳＯｘ吸収材の下流側に設けられたＮＯｘ吸収触媒にＳＯｘが吸収され、ＮＯｘ吸収触媒の浄化性能が低下し始める。ＮＯｘ吸収触媒の浄化性能が低下すると、ＮＯｘ吸収触媒の下流のＮＯｘ濃度が正常時と比較して高くなる。そこで、ＮＯｘ濃度検出手段でＮＯｘ吸収触媒の下流のＮＯｘ濃度を検出し、このＮＯｘ濃度の検出に基づいて、ＮＯｘ吸収触媒の再生処理を行うか否かを判断し、再生処理を行うと判断した場合には、排気を高温還元雰囲気に変化させ、ＮＯｘ吸収触媒に吸収されたＳＯｘを脱離する。これにより、ＳＯｘ吸収材のＳＯｘ吸収性能が低下した場合であっても、ＮＯｘ吸収触媒のＮＯｘ浄化性能を回復させることができる。
またここで、ＳＯｘ吸収材には、そのＳＯｘの脱離温度がＮＯｘ吸収触媒の脱離温度よりも高いものを用いたので、再生処理において排気を高温還元雰囲気に変化させても、ＳＯｘ吸収材からＳＯｘが脱離することはない。したがって、ＮＯｘ吸収触媒の浄化性能の低下を防止するために、ＮＯｘ吸収触媒をバイパスする通路などを新たに設ける必要もない。このように、ＮＯｘ吸収触媒の浄化性能を適宜回復させるためには、ＮＯｘ濃度検出手段、再生判断手段、及び再生実行手段を新たに設けるだけでよいので、装置が大型化したり、製造コストが増大したりすることもない。
また、再生処理において排気を高温還元雰囲気にする場合には、例えば、ポスト噴射が行われる。この発明によれば、ＮＯｘ濃度検出手段で検出されたＮＯｘ濃度に基づいて再生処理を行うか否かの判断が行われるので、再生処理を行う回数を必要最低限にすることが可能となる。このため、再生処理の実行にかかる燃料の消費や、排気通路に設けられた触媒の熱劣化を最小限にできる。
請求項３に記載の発明によれば、例えば、経年劣化などの理由によりＳＯｘ吸収材のＳＯｘ吸収性能が低下し、ＳＯｘ吸収材からＳＯｘが漏洩すると、ＳＯｘ吸収材の下流側に設けられたＮＯｘ吸収触媒にＳＯｘが吸収され、ＮＯｘ吸収触媒の浄化性能が低下し始める。ＮＯｘ吸収触媒の浄化性能が低下すると、ＮＯｘ吸収触媒の下流側の空燃比が正常時からずれたものとなる。そこで、空燃比検出手段によりＮＯｘ吸収触媒の下流の空燃比を検出し、この空燃比に基づいて、ＮＯｘ吸収触媒の再生処理を行うか否かを判断し、再生処理を行うと判断した場合には、排気を高温還元雰囲気に変化させ、ＮＯｘ吸収触媒に吸収されたＳＯｘを脱離する。これにより、ＳＯｘ吸収材のＳＯｘ吸収性能が低下した場合であっても、ＮＯｘ吸収触媒のＮＯｘ浄化性能を回復させることができる。
またここで、ＳＯｘ吸収材には、そのＳＯｘの脱離温度がＮＯｘ吸収触媒の脱離温度よりも高いものを用いたので、再生処理において排気を高温還元雰囲気に変化させても、ＳＯｘ吸収材からＳＯｘが脱離することはない。したがって、ＮＯｘ吸収触媒の浄化性能の低下を防止するために、ＮＯｘ吸収触媒をバイパスする通路などを新たに設ける必要もない。このように、ＮＯｘ吸収触媒の浄化性能を適宜回復させるためには、空燃比検出手段、再生判断手段、及び再生実行手段を新たに設けるだけでよいので、装置が大型化したり、製造コストが増大したりすることもない。
また、再生処理において排気を高温還元雰囲気にする場合には、例えば、ポスト噴射が行われる。この発明によれば、空燃比検出手段で検出された空燃比に基づいて再生処理を行うか否かの判断が行われるので、再生処理を行う回数を必要最低限にすることが可能となる。このため、再生処理の実行にかかる燃料の消費や、排気通路に設けられた触媒の熱劣化を最小限にできる。
請求項４に記載の発明によれば、ＳＯｘ吸収材として貴金属を実質的に含まないものを用いることにより、ＳＯｘ吸収材のＳＯｘ脱離温度をさらに高い温度にできる。これにより、例えば、排気を高温還元雰囲気に変化させても、ＳＯｘ吸収材からＳＯｘが脱離するのを防止し、下流側に設けられたＮＯｘ吸収触媒の、ＳＯｘの吸収による劣化を防止できる。
請求項５に記載の発明によれば、ＳＯｘ吸収材を担持する担体として、シリカを実質的に含まないものを用いることで、シリカとアルカリとの反応が発生するのを防止する。したがって、ＳＯｘ吸収材として、アルカリ度が高くＳＯｘ脱離温度が高いものを用いることができる。これにより、ＳＯｘ吸収材の下流側に設けられたＮＯｘ吸収触媒の、ＳＯｘの吸収による劣化を防止できる。
請求項６に記載の発明によれば、空燃比がリッチであるときにアンモニアを発生し、リーンであるときにＮＯｘを還元する触媒をＮＯｘ吸収触媒として用いることで、このＮＯｘ吸収触媒のＳＯｘ脱離温度を低くできる。したがって、ＳＯｘ吸収材のＳＯｘの脱離温度とＮＯｘ吸収触媒のＳＯｘ脱離温度の温度差をさらに拡げることができる。これにより、ＮＯｘ吸収触媒に吸収されたＳＯｘを脱離する際に、ＳＯｘ吸収材からＳＯｘが脱離するのをさらに確実に防止できる。
請求項７に記載の発明によれば、ＳＯｘ吸収材の上流側に三元触媒を設けることで、例えば、ＮＯｘ吸収触媒のＳＯｘを脱離させる際に排気を高温還元雰囲気にした場合であっても、この三元触媒でＮＯｘを浄化することができる。特にここで、ＮＯｘ吸収触媒として、上述のようなリッチ時にアンモニアを発生し、リーン時にＮＯｘを窒素に変換するものを用いた場合、高温還元雰囲気下におけるＮＯｘ浄化率が低下してしまう。したがって、このような三元触媒を設けることにより、高温還元雰囲気下におけるＮＯｘの浄化率の低下を補うことができる。
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る排気浄化装置を備える内燃機関及びその制御装置の構成を示す図である。内燃機関（以下単に「エンジン」という）１は、各気筒内に燃料を直接噴射するディーゼルエンジンであり、各気筒には燃料噴射弁が設けられている。これら燃料噴射弁は、電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）２０により電気的に接続されており、燃料噴射弁の開弁時間及び閉弁時間は、ＥＣＵ２０により制御される。
エンジン１には、吸気が流通する吸気管２と、排気が流通する排気管４とが設けられている。吸気管２は、エンジン１の各気筒の吸気ポートに接続されている。排気管４は、エンジン１の各気筒の排気ポートに接続されている。
吸気管２内には、加圧された空気を冷却するためのインタークーラや、吸入空気量を制御するスロットル弁が設けられている。スロットル弁は、アクチュエータを介してＥＣＵ２０に接続されており、その開度はＥＣＵ２０により電磁的に制御される。
排気管４のうち、エンジン１の排気ポートから延び該エンジン１の直下に位置する区間には、上流側から順に、直下触媒コンバータ１１と、ＳＯｘトラップ１３と、粒子状物質捕集装置（以下「ＤＰＦ」（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ）という）１５とが設けられている。一方、排気管４のうち、ＤＰＦ１５の下流側の床下に位置する区間には、ＮＯｘ浄化装置１７が設けられている。
直下触媒コンバータ１１は、三元触媒を内蔵し、この触媒と排気との反応により排気を浄化する。より具体的には、直下触媒コンバータ１１は、触媒として作用する白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、及びロジウム（Ｒｈ）等の貴金属を、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）担体に担持させたものに、ＮＯｘ吸着性を有するセリアを加えた三元触媒を内蔵する。このような三元触媒を用いることにより、リーン時には、ＮＯｘを捕捉するとともに、炭化水素（ＨＣ）を一酸化炭素（ＣＯ）に酸化する。一方、リッチ時には、ＮＯｘを放出して窒素（Ｎ２）に還元浄化する。これにより、ＮＯｘの排出量を低減できる。
ＳＯｘトラップ１３は、排気中のＳＯｘを吸収するものであり、後述のＮＯｘ浄化装置１７の触媒よりも高いＳＯｘの脱離温度を有するＳＯｘトラップ材を、多孔質担体に担持して形成される。このＳＯｘトラップ材の担体は、より具体的には、シリカを実質的に含まないことが望ましく、例えば、アルミナ粒子とアルミナ繊維を主とし構成され、４００ｇ／Ｌ、かつ、４００セル／平方インチのハニカム状に形成される。
より具体的には、このＳＯｘトラップ１３は、カリウム重量及びカルシウム重量に換算して、それぞれ４５ｇ／Ｌとなるアルカリ金属化合物の硝酸カリウムとアルカリ土類化合物の硝酸カルシウム四水和物との混合溶液に、上述の多孔質担体を含侵し、これを空気中６００℃で１時間焼成して作成される。また、このＳＯｘトラップ材は、実質的に貴金属を含まないことが望ましい。
ＤＰＦ１５は、排気がフィルタ壁の微細な孔を通過する際、排気中の炭素を主成分とするパティキュレートとしてのスート（ｓｏｏｔ）を、フィルタ壁の表面及びフィルタ壁中の孔に堆積させることによって捕集する。フィルタ壁の構成材料としては、例えば、炭化珪素（ＳｉＣ）などのセラミックスや金属多孔体が使用される。
ＤＰＦ１５のスート捕集能力の限界、すなわち堆積限界までスートを捕集すると、排気圧力の上昇を引き起こすので、適時スートを燃焼させるＤＰＦ再生処理を行う必要がある。このＤＰＦ再生処理は、ポスト噴射を実行して排気の温度をスートの燃焼温度まで上昇することで行われる。
ＮＯｘ浄化装置１７は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）担体に担持された、触媒として作用する白金（Ｐｔ）と、ＮＯｘ吸着能力を有するセリアと、排気中のアンモニア（ＮＨ３）を、アンモニウムイオン（ＮＨ４ ＋）として保持する機能を有するゼオライトとを備える。
このＮＯｘ浄化装置１７のＳＯｘの脱離温度は、上述のＳＯｘトラップ１３の脱離温度よりも低いことが好ましい。より具体的には、ＮＯｘ浄化装置１７とＳＯｘトラップ１３とのＳＯｘ脱離温度の温度差は、２００℃以上であることが望ましい。
ＮＯｘ浄化装置１７の吸着アンモニア量が少なくなると、ＮＯｘの浄化能力が低下するので、適宜ＮＯｘを還元するために、ＮＯｘ浄化装置１７への還元剤の供給（以下「還元化」という）が行われる。この還元化では、燃料噴射弁から噴射される燃料量の増量とスロットル弁による吸入空気量の減量とによって燃焼室内の混合気の空燃比を理論空燃比よりリッチ側にすることにより、還元剤をＮＯｘ浄化装置１７に供給する。すなわち、空燃比をリッチ化することにより、ＮＯｘ浄化装置１７へ流入する排気中の還元剤濃度が、酸素濃度より高くなり、還元化が実行される。
このＮＯｘ浄化装置１７におけるＮＯｘの浄化について説明する。
先ず、エンジン１で燃焼する混合気の空燃比を理論空燃比よりリーン側に設定し、いわゆるリーンバーン運転を行うと、ＮＯｘ浄化装置１５へ流入する排気中の還元剤濃度が、酸素濃度より低くなる。その結果、排気中の一酸化炭素（ＮＯ）と酸素（Ｏ２）とが触媒の作用で反応し、ＮＯ２としてセリアに吸着される。また、酸素と反応していない一酸化炭素（ＣＯ）も、セリアに吸着される。
次に、排気中の還元剤濃度を酸素濃度より高くする還元化を実行すると、排気中の一酸化炭素（ＣＯ）が水（Ｈ２Ｏ）と反応して、二酸化炭素（ＣＯ２）と水素（Ｈ２）が生成され、また排気中の炭化水素（ＨＣ）が水と反応して、一酸化炭素（ＣＯ）及び二酸化炭素（ＣＯ２）とともに、水素が生成される。またさらに、排気中に含まれるＮＯｘ、及びセリア（及び白金）に吸着されているＮＯｘ（ＮＯ，ＮＯ２）と、生成された水素とが触媒の作用で反応し、アンモニア（ＮＨ３）及び水が生成される。また、ここで生成されたアンモニアは、アンモニウムイオン（ＮＨ４ ＋）の形でゼオライトに吸着される。
次に、空燃比を理論空燃比よりリーン側に設定するリーンバーン運転を行い、ＮＯｘ浄化装置１５へ流入する排気中の還元剤濃度を、酸素濃度より低い側に設定すると、セリアにＮＯｘが吸着される。さらにゼオライトにアンモニウムイオンが吸着した状態では、排気中のＮＯｘ及び酸素と、アンモニアとが反応して、窒素（Ｎ２）と水が生成される。
このように、ＮＯｘ浄化装置１７によれば、還元剤供給中に生成されるアンモニアがゼオライトに吸着され、リーンバーン運転中に吸着されたアンモニアがＮＯｘと反応するので、ＮＯｘの浄化を効率よく行うことができる。
このＮＯｘ浄化装置１７に吸収されたＳＯｘの脱離について説明する。
ＳＯｘトラップ１３が経年劣化などの理由によりＳＯｘ吸収性能が低下すると、ＳＯｘトラップ１３の下流側へＳＯｘが漏洩する。このＳＯｘがＮＯｘ浄化装置１７に吸収されると、ＮＯｘ浄化装置１７のＮＯｘ浄化性能が低下する。このため、ＮＯｘ浄化装置１７に吸収されたＳＯｘを脱離するＮＯｘ浄化装置１７の再生処理（以下、「サルファーパージ」という）を実行する必要がある。このサルファーパージは、ポスト噴射制御を実行して、排気の温度をＮＯｘ浄化装置１７のＳＯｘの脱離温度まで上昇することで行われる。このポスト噴射制御においては、燃料噴射弁により、圧縮工程における通常の噴射に加えて、その後の爆発工程や排気工程における後噴射（ポスト噴射）が行われる。
以上のような直下触媒コンバータ１１、ＳＯｘトラップ１３、ＤＰＦ１５、及びＮＯｘ浄化装置１７の容積は、例えば、排気中のＨＣ、ＣＯ、及びＮＯｘの浄化性能、パティキュレートの捕集効率、ＳＯｘの吸収量、排気管４の圧損などを考慮して決定される。具体的には、例えば、直下触媒コンバータ１１、ＳＯｘトラップ１３、ＤＰＦ１５、及びＮＯｘ浄化装置１７の容積は、それぞれ、０．７Ｌ、１．４Ｌ、２．１Ｌ、及び２．０Ｌとする。
また、排気管４のうち、ＤＰＦ１５とＮＯｘ浄化装置１７との間には、ＳＯｘ濃度検出手段としてのＳＯｘセンサ１６が設けられている。このＳＯｘセンサ１６は、排気管４のうち、ＳＯｘトラップ１３とＮＯｘ浄化装置１７の間流通する排気のＳＯｘ濃度を検出し、検出したＳＯｘ濃度に略比例した検出信号をＥＣＵ２０に供給する。
ＥＣＵ２０は、各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定のレベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換するなどの機能を有する入力回路と、中央演算処理ユニット（以下「ＣＰＵ」という）とを備える。この他、ＥＣＵ２０は、ＣＰＵで実行される各種演算プログラム及び演算結果などを記憶する記憶回路と、エンジン１の燃料噴射弁等に制御信号を出力する出力回路とを備える。
また、ＥＣＵ２０は、これら入力回路、ＣＰＵ、記憶回路、及び出力回路等のハードウェアの構成により機能する複数の制御ブロックを備える。具体的には、ＥＣＵ２０は、再生判断手段としてのサルファーパージ判断部２１と、再生実行手段としてのサルファーパージ実行部２２とを備える。
サルファーパージ判断部２１は、ＳＯｘセンサ１６により検出されたＳＯｘ濃度に基づいて、サルファーパージを実行するか否かを判断する。より具体的には、サルファーパージ判断部２１は、ＳＯｘセンサ１６により検出されたＳＯｘ濃度の経時変化に基づいて、ＮＯｘ浄化装置１７に吸収されたＳＯｘの量を推定し、この推定に基づいて、ＮＯｘ浄化装置１７のサルファーパージの実行を判断する。
サルファーパージ実行部２２は、サルファーパージ判断部２１によりＮＯｘ浄化装置１７のサルファーパージを行うと判断された場合には、ポスト噴射制御を実行して、ＮＯｘ浄化装置１７に流入する排気の温度を、ＮＯｘ浄化装置１７のＳＯｘ脱離温度よりも高い高温還元雰囲気に変化させ、ＮＯｘ浄化装置１７のサルファーパージを実行する。
以上詳述したように、本実施形態では、例えば、経年劣化などの理由によりＳＯｘトラップ１３のＳＯｘ吸収性能が低下し、ＳＯｘトラップ１３からＳＯｘが漏洩すると、排気管４のＳＯｘトラップ１３の下流側のＳＯｘ濃度が上昇する。このＳＯｘ濃度の上昇は、ＳＯｘトラップ１３とＮＯｘ浄化装置１７の間のＳＯｘ濃度を検出するＳＯｘセンサ１６により検出される。このＳＯｘ濃度の検出に基づいて、ＮＯｘ浄化装置１７のサルファーパージを行うか否かを判断し、サルファーパージを行うと判断した場合には、排気を高温還元雰囲気に変化させ、ＮＯｘ浄化装置１７に吸収されたＳＯｘを脱離する。これにより、ＳＯｘトラップ１３のＳＯｘ吸収性能が低下した場合であっても、ＮＯｘ浄化装置１７のＮＯｘ浄化性能を回復させることができる。
またここで、ＳＯｘトラップ１３には、そのＳＯｘの脱離温度がＮＯｘ浄化装置１７の脱離温度よりも高いものを用いたので、サルファーパージにおいて排気を高温還元雰囲気に変化させても、ＳＯｘトラップ１３からＳＯｘが脱離することがない。したがって、ＮＯｘ浄化装置１７の浄化性能の低下を防止するために、ＮＯｘ浄化装置１７をバイパスする通路などを新たに設ける必要もない。このように、ＮＯｘ浄化装置１７の浄化性能を適宜回復させるためには、ＳＯｘセンサ１６、サルファーパージ判断部２１、及びサルファーパージ実行部２２を新たに設けるだけでよいので、装置が大型化したり、製造コストが増大したりすることもない。
また、サルファーパージにおいて排気を高温還元雰囲気にする場合には、例えば、ポスト噴射が行われる。本実施形態によれば、ＳＯｘセンサ１６で検出されたＳＯｘ濃度に基づいてサルファーパージを行うか否かの判断が行われるので、サルファーパージを行う回数を必要最低限にすることが可能となる。このため、サルファーパージの実行にかかる燃料の消費や、排気管４に設けられた触媒の熱劣化を最小限にできる。
また、ＳＯｘトラップ１３のＳＯｘトラップ材として貴金属を実質的に含まないものを用いることにより、ＳＯｘトラップ１３のＳＯｘ脱離温度をさらに高い温度にできる。これにより、例えば、排気を高温還元雰囲気に変化させても、ＳＯｘトラップ１３からＳＯｘが脱離するのを防止し、下流側に設けられたＮＯｘ浄化装置１７の、ＳＯｘの吸収による劣化を防止できる。
また、ＳＯｘトラップ１３のＳＯｘトラップ材を担持する担体として、シリカを実質的に含まないものを用いることで、シリカとアルカリとの反応が発生するのを防止する。したがって、ＳＯｘトラップ材として、アルカリ度が高くＳＯｘ脱離温度が高いものを用いることができる。これにより、ＳＯｘトラップ１３の下流側に設けられたＮＯｘ浄化装置１７の、ＳＯｘの吸収による劣化を防止できる。
また、空燃比がリッチであるときにアンモニアを発生し、リーンであるときにＮＯｘを還元する触媒をＮＯｘ浄化装置１７の触媒として用いることで、このＮＯｘ浄化装置１７のＳＯｘ脱離温度を低くできる。したがって、ＳＯｘトラップ１３のＳＯｘの脱離温度とＮＯｘ浄化装置１７のＳＯｘ脱離温度の温度差をさらに拡げることができる。これにより、ＮＯｘ浄化装置１７に吸収されたＳＯｘを脱離する際に、ＳＯｘトラップ１３からＳＯｘが脱離するのをさらに確実に防止できる。
また、ＳＯｘトラップ１３の上流側に三元触媒を有する直下触媒コンバータ１１設けることで、例えば、ＮＯｘ浄化装置１７のＳＯｘを脱離させる際に排気を高温還元雰囲気にした場合であっても、この三元触媒でＮＯｘを浄化することができる。特にここで、ＮＯｘ浄化装置１７の触媒として、上述のようなリッチ時にアンモニアを発生し、リーン時にＮＯｘを窒素に変換するものを用いた場合、高温還元雰囲気下におけるＮＯｘ浄化率が低下してしまう。したがって、このような三元触媒を設けることにより、高温還元雰囲気下におけるＮＯｘの浄化率の低下を補うことができる。
［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態を、図面を参照して説明する。以下の第２の実施形態の説明にあたって、第１の実施形態と同一構成要件については同一符号を付し、その説明を省略または簡略化する。
図２は、本発明の第２の実施形態に係る排気浄化装置を備える内燃機関及びその制御装置の構成を示す図である。
本実施形態は、第１の実施形態に係る排気浄化装置のＳＯｘセンサ１６の代わりに、ＮＯｘセンサ１６Ａを設けたものである。
排気管４のうち、ＮＯｘ浄化装置１７の下流側には、ＮＯｘ濃度検出手段としてのＮＯｘセンサ１６Ａが設けられている。このＮＯｘセンサ１６Ａは、排気管４のうち、ＮＯｘ浄化装置１７の下流側を流通する排気のＮＯｘ濃度を検出し、検出したＮＯｘ濃度に略比例した検出信号をＥＣＵ２０Ａに供給する。
サルファーパージ判断部２１Ａは、ＮＯｘセンサ１６Ａにより検出されたＮＯｘ濃度に基づいて、サルファーパージを実行するか否かを判断する。ここで、ＮＯｘ浄化装置１７にＳＯｘが吸収されると、吸収された量に応じてＮＯｘ浄化装置１７の浄化性能が低下すると考えられる。これに基づき、サルファーパージ判断部２１Ａは、ＮＯｘセンサ１６Ａにより検出されたＮＯｘ濃度に基づいて、ＮＯｘ浄化装置１７のＮＯｘ浄化性能の低下を推定することにより、ＮＯｘ浄化装置１７に吸収されたＳＯｘの量を間接的に推定する。この推定に基づいて、サルファーパージ判断部２１Ａは、ＮＯｘ浄化装置１７のサルファーパージの実行を判断する。
サルファーパージ実行部２２Ａは、サルファーパージ判断部２１ＡによりＮＯｘ浄化装置１７のサルファーパージを行うと判断された場合には、ポスト噴射制御を実行して、ＮＯｘ浄化装置１７に流入する排気の温度を、ＮＯｘ浄化装置１７のＳＯｘ脱離温度よりも高い高温還元雰囲気に変化させ、ＮＯｘ浄化装置１７のサルファーパージを実行する。
以上詳述したように、本実施形態の排気浄化装置は、第１の実施形態の排気浄化装置と同様の効果を奏する。
［第３の実施形態］
本発明の第３の実施形態を、図面を参照して説明する。以下の第３の実施形態の説明にあたって、第１の実施形態と同一構成要件については同一符号を付し、その説明を省略または簡略化する。
図３は、本発明の第３の実施形態に係る排気浄化装置を備える内燃機関及びその制御承知の構成を示す図である。
本実施形態は、第１の実施形態に係る排気浄化装置のＳＯｘセンサ１６の代わりに、空燃比センサ（以下「ＬＡＦセンサ」という）１６Ｂを設けたものである。
排気管４のうち、ＮＯｘ浄化装置１７の下流側には、空燃比検出手段としてのＬＡＦセンサ１６Ｂが設けられている。このＬＡＦセンサ１６Ｂは、排気管４のうち、ＮＯｘ浄化装置１７の下流側を流通する排気中の酸素濃度（排気の空燃比）を検出し、検出した酸素濃度に略比例した検出信号をＥＣＵ２０Ｂに供給する。
サルファーパージ判断部２１Ｂは、ＬＡＦセンサ１６Ｂにより検出された酸素濃度に基づいて、サルファーパージを実行するか否かを判断する。具体的には、サルファーパージ判断部２１Ｂは、例えば、混合気の空燃比を増減した際におけるＮＯｘ浄化装置１７の下流側の空燃比の応答をＬＡＦセンサ１６Ｂで監視することで、ＮＯｘ浄化装置１７のＮＯｘ浄化性能の低下を推定し、ＮＯｘ浄化装置１７に吸収されたＳＯｘの量を間接的に推定する。この推定に基づいて、サルファーパージ判断部２１Ｂは、ＮＯｘ浄化装置１７のサルファーパージの実行を判断する。
サルファーパージ実行部２２Ｂは、サルファーパージ判断部２１ＢによりＮＯｘ浄化装置１７のサルファーパージを行うと判断された場合には、ポスト噴射制御を実行して、ＮＯｘ浄化装置１７に流入する排気の温度を、ＮＯｘ浄化装置１７のＳＯｘ脱離温度よりも高い高温還元雰囲気に変化させ、ＮＯｘ浄化装置１７のサルファーパージを実行する。
以上詳述したように、本実施形態の排気浄化装置は、第１の実施形態の排気浄化装置と同様の効果を奏する。
なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。
例えば、上述した実施形態では、上流側から、直下触媒コンバータ１１、ＳＯｘトラップ１３、ＤＰＦ１５、ＮＯｘ浄化装置１７の順で、排気管４に設けたが、これに限らず、ＮＯｘ浄化装置の上流側にＳＯｘトラップを設ければ、実施形態の順序とは異なる順序であってもよい。例えば、上流側から、直下触媒コンバータ、ＳＯｘトラップ、ＮＯｘ浄化装置、ＤＰＦの順序や、あるいは、直下触媒コンバータ、ＤＰＦ、ＳＯｘトラップ、ＮＯｘ浄化装置の順序等であってもよい。
また、上述した実施形態では、直下触媒コンバータ１１、ＳＯｘトラップ１３、及びＤＰＦ１５をエンジン直下に位置する区間に設け、ＮＯｘ浄化装置を床下に位置する区間に設けたが、これに限らない。例えば、直下触媒コンバータ、ＳＯｘトラップ、ＤＰＦ、及びＮＯｘ浄化装置をエンジン直下に位置する区間に設けてもよいし、直下触媒コンバータ、及びＳＯｘトラップをエンジン直下に設け、ＤＰＦ、及びＮＯｘ浄化装置を床下に設けてもよい。
また、上述した第１〜第３の実施形態では、それぞれ、ＳＯｘセンサ１６、ＮＯｘセンサ１６Ａ、及び空燃比センサ１６Ｂを設けたが、これに限らず、各センサを組み合わせてもよい。例えば、上述した第２の実施形態では、ＮＯｘセンサのみを設けたが、このような場合、例えば混合気の空燃比を増減させると、ＮＯｘ浄化装置から排出される排気のＮＯｘ濃度も変動してしまうため、ＮＯｘ浄化装置の浄化性能を推定しにくくなる。そこで、例えば、ＮＯｘセンサと空燃比センサを組み合わせて用いることにより、より高い精度で浄化性能を推定することができる。
また、上述した実施形態では、ＳＯｘトラップ１３の担体に、アルミナを主としたものを用いたがこれに限らず、ＳＯｘトラップの担体には、アルミナチタン系を主としたものを用いてもよい。
また本発明は、クランク軸を鉛直方向とした船外機などのような船舶推進用エンジンなどの排気浄化装置にも適用が可能である。
本発明の第１の実施形態に係る内燃機関及びその制御装置の構成を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る内燃機関及びその制御装置の構成を示す図である。 本発明の第３の実施形態に係る内燃機関及びその制御装置の構成を示す図である。
符号の説明
１…内燃機関
４…排気管（排気通路）
１１…直下触媒コンバータ（三元触媒）
１３…ＳＯｘトラップ（ＳＯｘトラップ材）
１６…ＳＯｘセンサ（ＳＯｘ濃度検出手段）
１６Ａ…ＮＯｘセンサ（ＮＯｘ濃度検出手段）
１６Ｂ…ＬＡＦセンサ（空燃比検出手段）
１７…ＮＯｘ浄化装置（ＮＯｘ吸収触媒）
２０，２０Ａ，２０Ｂ…電子制御ユニット
２１，２１Ａ，２１Ｂ…サルファーパージ判断部（再生判断手段）
２２，２２Ａ，２２Ｂ…サルファーパージ実行部（再生実行手段）

Claims (2)

  1. 内燃機関の排気通路に設けられ、排気中のＮＯｘを吸収するＮＯｘ吸収触媒を備える内燃機関の排気浄化装置において、
    前記排気通路のうち前記ＮＯｘ吸収触媒よりも上流側に設けられ、排気中のＳＯｘを吸収し、かつ、前記ＮＯｘ吸収触媒よりもＳＯｘの脱離温度が高いＳＯｘ吸収材と、
    前記排気通路のうち前記ＳＯｘ吸収材の上流側に設けられた三元触媒と、
    前記排気通路のうち前記ＳＯｘ吸収材と前記ＮＯｘ吸収触媒との間を流通する排気のＳＯｘ濃度を検出するＳＯｘ濃度検出手段と、
    前記ＳＯｘ濃度検出手段により検出されたＳＯｘ濃度に基づいて、前記ＮＯｘ吸収触媒に吸収されたＳＯｘを脱離する前記ＮＯｘ吸収触媒の再生処理を行うか否かを判断する再生判断手段と、
    前記再生判断手段により前記ＮＯｘ吸収触媒の再生処理を行うと判断された場合には、排気を高温還元雰囲気に変化させる再生実行手段と、を備え、
    前記ＳＯｘ吸収材は、貴金属を実質的に含まず、
    前記ＮＯｘ吸収触媒は、ＮＯｘ吸着能力を有するセリア及びアンモニアを保持するゼオライトを含み、排気の空燃比がリッチであるときにアンモニアを生成するとともに、当該生成されたアンモニアを保持し、排気の空燃比がリーンであるときに前記保持したアンモニアによりＮＯｘを還元し、
    前記ＳＯｘ吸収材を担持する担体は、前記ＳＯｘ吸収材に含まれるアルカリ金属化合物及びアルカリ土類化合物と反応しないようにシリカを実質的に含まないことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
  2. 前記三元触媒は、白金、パラジウム、及びロジウムのうち少なくとも何れかをアルミナ担体に担持させたものに、ＮＯｘ吸着性能を有するセリアを加えて構成されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
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