JP6235538B2

JP6235538B2 - 内燃機関の排気浄化装置

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Publication number: JP6235538B2
Application number: JP2015143979A
Authority: JP
Inventors: 和田　勝治; 勝治和田; 祐一郎村田; 智子津山
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2015-07-21
Filing date: 2015-07-21
Publication date: 2017-11-22
Anticipated expiration: 2035-07-21
Also published as: JP2017025757A

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。

内燃機関で発生した動力によって走行する車両には、内燃機関の排気を浄化する排気浄化装置が搭載される。排気浄化装置は、排気管に設けた触媒を利用して排気を浄化するものが主流となっている。触媒は、その温度が適切な温度に達していない間は十分な排気浄化性能を発揮することができない。そこで近年では、内燃機関の始動直後における排気の浄化性能を向上する様々な技術が提案されている。

例えば特許文献１には、始動時における内燃機関の排気の浄化に適した特性を有するＮＯｘ触媒が示されている。このＮＯｘ触媒は、ゼオライトと、このゼオライトに担持されたパラジウムと、を有することを特徴としている。特許文献１に示されたＮＯｘ触媒によれば、内燃機関の始動直後のような低温条件では排気中のＮＯｘを吸着しておき、その後暖機によってＮＯｘ触媒の温度が上昇するに伴い、吸着しておいたＮＯｘを還元浄化できる。

特願２０１４−５１６２８号

特許文献１に示すＮＯｘ触媒は、特に始動直後の低温条件でのＮＯｘの排出を抑制するために用いられるため、始動から暫くした後の排気浄化を担う三元触媒と組み合わせて用いられる場合が多い。しかしながらこのようにＮＯｘ触媒と三元触媒とを組み合わせた排気浄化装置において、各々の機能が十分に発揮されるように、これら２つの触媒をどのような位置に設けるべきかについては十分に検討されていない。また、排気還流装置や過給機等の排気を利用する装置を設けた場合に、これら装置に対し上記２つの触媒をどのような位置に設けるべきかについても十分に検討されていない。

本発明は、各々の機能が十分に発揮されるように適した位置に三元触媒及びＮＯｘ触媒が配置された内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。

（１）本発明の内燃機関（例えば、後述のエンジン１）の排気浄化装置（例えば、後述の排気浄化装置２）は、内燃機関の排気通路（例えば、後述の排気管１３）に設けられた三元触媒（例えば、後述の上流触媒コンバータ６１）と、前記排気通路に設けられかつゼオライトからなる担体及び当該担体に担持されたＰｄを有するＮＯｘ触媒（例えば、後述の下流触媒コンバータ６２）と、前記排気通路を流れる排気の一部を取り出し前記内燃機関の吸気通路に還流する排気還流装置（例えば、後述の排気還流装置３）と、を備え、前記ＮＯｘ触媒は、前記三元触媒より下流側でありかつ前記排気還流装置の排気取り出し部より下流側に設けられることを特徴とする。

（２）この場合、前記排気通路には、排気のエネルギーを利用して吸気を加圧する過給機（例えば、後述の過給機８）が設けられ、前記排気取り出し部及び前記ＮＯｘ触媒は、前記排気通路のうち前記過給機のタービン（例えば、後述のタービンホイール８１）よりも下流側に設けられることが好ましい。

（３）この場合、前記三元触媒は、前記排気通路のうち前記タービンよりも上流側に設けられることが好ましい。

（１）本発明では、ゼオライトからなる担体及びこの担体に担持されたＰｄを有するＮＯｘ触媒を、排気通路のうち三元触媒より下流側に設ける。このＮＯｘ触媒は、低温時にＮＯｘを吸着し、吸着したＮＯｘを高温時に脱離する特性を有する。このため本発明によれば、例えば始動直後のような三元触媒が活性化する前におけるＮＯｘをＮＯｘ触媒に吸着させることができるので、このＮＯｘが排気浄化装置の外へ排出されるのを防止できる。

ところでこのＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸着性能は、その温度によって変化する。より具体的には、ＮＯｘ触媒は、内燃機関の始動直後等における低温時には高いＮＯｘ吸着性能を発揮するが、このＮＯｘ吸着性能は温度の上昇につれて徐々に低下する特性がある（例えば、後述の図２や図４等参照）。本発明では、ＮＯｘ触媒を三元触媒よりも下流側に設けることにより、内燃機関を始動した後におけるＮＯｘ触媒の温度上昇を上流側の三元触媒よりも緩やかにできる。また本発明では、ＮＯｘ触媒を排気還流装置の排気取り出し部より下流側に設けることにより、ＮＯｘ触媒に流入する排気量を低減できるので、排気が流れることによるＮＯｘ触媒の温度上昇をさらに緩やかにできる。またこのようにＮＯｘ触媒の温度上昇を緩やかにすることにより、例えば内燃機関の始動を開始した後、三元触媒が活性化するよりも前に、ＮＯｘ触媒の温度がそのＮＯｘ吸着性能が無くなるまで上昇してしまい、排気浄化装置全体でのＮＯｘ浄化性能が一時的に低下するのを防止できる。

またＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸着性能は、ＮＯｘ触媒に吸着されているＮＯｘの量によっても変化する。より具体的には、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸着効率は、ＮＯｘ触媒に吸着されているＮＯｘの量が増えるほど低下する特性がある（例えば、後述の図２や図５等参照）。本発明では、ＮＯｘ触媒を排気還流装置の排気取り出し部より下流側に設けることにより、ＮＯｘ触媒に流入する排気量を低減できるので、ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ吸着量の上昇を緩やかにできる。このようにＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸着量の上昇も緩やかにすることにより、例えば内燃機関の始動を開始した後、三元触媒が活性化するよりも前に、ＮＯｘ吸着量がそのＮＯｘ吸着性能が無くなるまで上昇してしまい、排気浄化装置全体でのＮＯｘ浄化性能が一時的に低下するのを防止できる。

（２）本発明では、排気還流装置の排気取り出し部及びＮＯｘ触媒を、過給機のタービンよりも下流側に設ける。すなわち、排気還流装置として所謂低圧型の排気還流装置を用いる。これにより、タービンの下流側の排気温度がさらに低下するので、ＮＯｘ触媒の温度上昇をさらに緩やかにできる。

（３）本発明では、三元触媒をタービンより上流側に設ける。これにより、内燃機関の始動を開始した後、三元触媒が活性化されるまでにかかる時間を短くできる。したがって、三元触媒が活性化するよりも前に、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸着性能が低下してしまい、排気浄化装置全体でのＮＯｘ浄化性能が一時的に低下するのを防止できる。

本発明の一実施形態に係るエンジン及びその排気浄化装置の構成を示す図である。ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘの吸着、脱離挙動を示す図である。ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘの吸着量と脱離量とを比較する図である。ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ吸着率と、ＮＯｘ触媒の温度やＮＯｘ吸着量との関係を示す図である。ＮＯｘ触媒の温度を所定の温度で固定したときにおけるＮＯｘ吸着率のＮＯｘ吸着量との関係を示す図である。始動時ＮＯｘ浄化処理の具体的な手順を示すフローチャートである。上記実施形態の排気浄化装置の効果を説明するための図である。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態に係る内燃機関（以下、「エンジン」という）１及びその排気を浄化する排気浄化装置２の構成を示す図である。

エンジン１には、吸気が流れる吸気管１２と、排気が流れる排気管１３と、排気管１３内の排気の一部を取り出し、これをＥＧＲガスとして吸気管１２に還流する排気還流装置３と、触媒の機能を利用して排気を浄化する触媒浄化装置６と、排気の運動エネルギーを利用して吸気を加圧する過給機８と、エンジン１、排気還流装置３、及び過給機８を制御する電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という）５と、が設けられている。

エンジン１は、燃焼空燃比をストイキよりもリーンとする所謂リーン燃焼を基本としたもの、より具体的にはディーゼルエンジンやリーンバーンガソリンエンジンなどである。エンジン１には、各シリンダに燃料を噴射する燃料噴射弁１７が設けられている。この燃料噴射弁１７を駆動するアクチュエータは、ＥＣＵ５に電磁的に接続されている。ＥＣＵ５は、図示しない燃料噴射制御の下で燃料噴射弁１７からの燃料噴射量や燃料噴射時期を決定し、これが実現されるように燃料噴射弁１７を駆動する。

過給機８は、排気管１３に設けられたタービンホイール８１と、吸気管１２に設けられたコンプレッサホイール８２と、これらタービンホイール８１とコンプレッサホイール８２とを連結するシャフト８３と、を備える。タービンホイール８１は、エンジン１から排出された排気が吹き付けられることで回転駆動する。コンプレッサホイール８２は、タービンホイール８１により回転駆動され、エンジン１の吸気を加圧し吸気管１２内へ圧送する。

排気還流装置３は、排気管１３と吸気管１２とを連通するＥＧＲ管３１と、ＥＧＲ管３１を通流する排気の量を調整するＥＧＲバルブ３２と、を備える。この排気還流装置３は、ＥＧＲ管３１と排気管１３とが接続する部分、すなわち排気の取り出し部をタービンホイール８１よりも下流側とし、ＥＧＲ管３１と吸気管１２とが接続する部分、すなわち排気の戻し部をコンプレッサホイール８２よりも上流側とする、所謂低圧型の排気還流装置である。

ＥＧＲバルブ３２は、ＥＧＲ管３１内で開閉可能に設けられた電磁弁であり、アクチュエータ３３を介してＥＣＵ５に接続されている。ＥＧＲバルブ３２の開度は、図示しないバッテリからアクチュエータ３３に供給される駆動電流をＥＣＵ５で調整することによって制御される。ＥＣＵ５は、エンジン１の運転状態に応じて目標ＥＧＲ率及びこの目標ＥＧＲ率に応じたＥＧＲバルブ３２の開度を決定し、この開度が実現されるように駆動電流のデューティ比を決定する。このＥＧＲバルブ３２の制御の詳細については説明を省略する。

触媒浄化装置６は、それぞれ排気管１３に設けられた上流触媒コンバータ６１、下流触媒コンバータ６２及び排気温度センサ６３を含んで構成される。

上流触媒コンバータ６１は、フロースルー型のハニカム構造体を基材として、この基材に三元触媒を担持して構成される。三元触媒では、ストイキ空燃比の排気の下においては、三元浄化反応、すなわちＨＣ及びＣＯの酸化反応とＮＯｘの還元反応とが同時に進行する。また三元触媒では、リーン空燃比の排気の下においては、ＨＣ及びＣＯの酸化反応が進行する。エンジン１の始動開始後、できるだけ速やかに三元触媒が活性化されるように、上流触媒コンバータ６１は、排気管１３のうちタービンホイール８１より上流側に設けられる。

下流触媒コンバータ６２は、排気管１１のうち上流触媒コンバータ６１より下流側に設けられる。下流触媒コンバータ６２は、フロースルー型のハニカム構造体を基材として、この基材にＮＯｘ触媒を担持して構成される。ＮＯｘ触媒は、ゼオライトからなる担体と、この担体に担持されたＰｄと、を含んで構成される。このＮＯｘ触媒は、例えばエンジン１の始動直後の比較的低温の条件下（より具体的には、例えば上流触媒コンバータ６１の三元触媒が活性温度に達する前）において、三元触媒で浄化しきれなかったＮＯｘを吸着し、還元浄化する機能を有する。下流触媒コンバータ６２は、以下で詳細に説明するＮＯｘ触媒の特性を考慮して、排気管１３のうち上流触媒コンバータ６１、タービンホイール８１、及び排気還流装置３の排気取り出し部よりも下流側に設けられる。

上記ＮＯｘ触媒のゼオライトは、ストイキ又はリッチ空燃比の排気の下において、排気中に含まれるＨＣを低温条件下でその骨格中の細孔内に取り込んで吸着し、吸着したＨＣを高温条件下で脱離する特性を有する。ＨＣの脱離が開始されるＨＣ脱離温度は、後述するＰｄからＮＯｘが脱離し始めるＮＯｘ脱離温度とほぼ等しい。

ゼオライトとしては、ＺＳＭ−５、フェリエライト、モルデナイト、Ｙ型ゼオライト、ベータ型ゼオライト、ＣＨＡ型ゼオライトが挙げられる。本実施形態では、これらのうち何れかを単独で用いてもよいし、複数を併用してもよい。このようなゼオライトにＰｄを担持させることにより、優れたＮＯｘ吸着性能が発現する。

ここで、通常、ゼオライトは、ＮＯ_２として供給されたＮＯｘをその細孔内に吸着する特性を有する。そのため、主として排気中のＮＯｘを構成するＮＯをＮＯ_２に変換するためには、排気をリーンにし、高酸素濃度かつ高温雰囲気下にし、さらにＰｔ等の活性種が必要となる。これに対して、本実施形態のＮＯｘ触媒は、担体のゼオライトにＰｄを担持させることで、低温条件下で排気の空燃比がストイキ又はリッチのときにおいても優れたＮＯｘ吸着性能を発揮する。その理由は次の通りである。

すなわち、ＮＯｘ触媒では、Ｐｄは、ゼオライトを構成するＡｌ、Ｓｉ及びＯのうち、酸点であるＡｌの近傍に配置される。そのため、Ｐｄは、Ａｌとの相互作用によって電子状態が変化し、２価のＰｄ^２＋として存在する。この２価のＰｄ^２＋は、従来のゼオライトのＮＯｘ吸着とは異なり、ＮＯを酸化してＮＯ_２とするまでもなくＮＯをそのまま吸着する特性を有する。これにより、ＮＯｘ触媒は、低温条件下で排気の空燃比がストイキ又はリッチのときにおいても、優れたＮＯｘ吸着性能が得られるようになっている。

ＮＯｘ触媒全体に対するＰｄの含有量は、０．０１〜１０質量％であることが好ましい。Ｐｄの含有量がこの範囲内であれば、優れたＮＯｘ吸着性能が得られる。より好ましい含有量は、０．１〜３質量％である。

またＮＯｘ触媒としては、上述のようにゼオライトからなる担体にＰｄを担持したものに限らない。上記Ｐｄに加えて、Ｆｅ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｌａ、Ｇａ、Ｉｎ及びＭｎからなる群より選択される少なくとも１種の添加元素をゼオライトに共担持させてもよい。すなわち、Ｐｄの間に、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｌａ、Ｇａ、Ｉｎ及びＭｎからなる群より選択される少なくとも１種の添加元素が介在することで、２価のＰｄ^２＋が０価のＰｄ^０に還元されるのが抑制されるとともに、Ｐｄの移動及び凝集が抑制されるため、Ｐｄの分散性の悪化が抑制される。したがって、このようなＮＯｘ触媒によれば、優れたＮＯｘ吸着性能が維持され、低酸素濃度雰囲気における耐熱性が向上する。

図２は、上記ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘの吸着、脱離挙動を示す図である。この図２は、下記に示すような組成のモデルガスをＮＯｘ触媒に供給し、ＮＯｘ触媒を酸素過剰雰囲気（酸素過剰率λ＝２）に維持しながら、ＮＯｘ触媒に流入するガスのＮＯｘ濃度及びＮＯｘ触媒の温度を変化させた場合における、ＮＯｘ触媒から流出するガスのＮＯｘ濃度を示す。図２中、横軸は時間（秒）であり、右縦軸はＮＯｘ触媒の温度［℃］であり、左縦軸はＮＯｘ濃度［ｐｐｍ］である。

モデルガスは、ＣＯを１０００ｐｐｍで一定とし、Ｏ_２を０．１％で一定とし、ＮＯを所定の態様で変化させるとともに、Ｎ_２をバランスガスとすることで全体の酸素過剰率λ＝２とした。ここで、ＮＯｘ触媒に流入するモデルガスのＮＯｘ濃度は、図２において破線で示すように、モデルガスの供給開始から約２００秒を経過するまでの間では０より大きな所定値とし、これ以降は０とした。またＮＯｘ触媒の温度は、図２において一点鎖線で示すようにモデルガスの供給開始から約１２００秒を経過するまでの間では約５０℃で一定とし、約１２００秒を経過した後は約５００℃に達するまで徐々に上昇させた。なお約４００〜１０００秒までの間ではＮＯｘ濃度やＮＯｘ触媒の温度等にほとんど変化がないため、図２ではこれらの間の図示を省略する。

図２に示すように、ＮＯｘ触媒が５０℃の低温の状態で且つＮＯｘを含むモデルガスをＮＯｘ触媒に供給し始めてから約２００秒経過するまでの間では、ＮＯｘ触媒から流出するガスのＮＯｘ濃度（実線）はＮＯｘ触媒に流入するガスのＮＯｘ濃度（破線）よりも低い。特に、モデルガスの供給を開始した直後（０〜１００秒程度）においては、ＮＯｘ触媒から流出する排気中のＮＯｘ濃度はほぼ０ｐｐｍである。これは、ＮＯｘ触媒に流入するガス中に含まれるＮＯｘ（ＮＯ）のほぼ全てがＮＯｘ触媒に吸着されていることを意味する。この結果から、下流触媒コンバータのＮＯｘ触媒は、上流触媒コンバータの三元触媒が活性に達する前の５０℃の低温条件下においてＮＯｘ（ＮＯ）を効率良く吸着可能であることが分かる。

モデルガスの供給を開始してから約２００秒が経過するまでの間において、ＮＯｘ触媒から流出するガス中のＮＯｘ濃度は徐々に上昇し、ＮＯｘ触媒に流入するガスのＮＯｘ濃度とほぼ同等になる（図２中の２００秒付近を参照）。これは、ＮＯｘ触媒で吸着できるＮＯｘの量には限界があり、またＮＯｘ触媒に吸着されているＮＯｘ量がこの限界量に近付くにつれてＮＯｘが吸着しにくくなる（ＮＯｘ吸着率の低下）ことを意味する。すなわち、約２００秒が経過した時点では、ＮＯｘ触媒にはほぼ限界量に近い量のＮＯｘが吸着されている。また、図２中の領域Ｔａｄの面積は、ＮＯｘ触媒が吸着したＮＯｘの総量（すなわち、ＮＯｘ吸着量）を表している。

約２００秒が経過した時点でモデルガスのＮＯｘ濃度を０ｐｐｍまで低下させると、これに応じてＮＯｘ触媒から流出するガスのＮＯｘ濃度も直ちに０ｐｐｍまで低下する。またこれ以降、図２に示すように、ＮＯｘ触媒から流出するガスのＮＯｘ濃度は、ほぼ０ｐｐｍである。すなわちＮＯｘ触媒は、０〜２００秒の間にＮＯｘ触媒に吸着したＮＯｘを、酸素過剰雰囲気下において保持し続ける機能を有する。

またＮＯｘ濃度を０ｐｐｍまで低下させた後、約１２００〜２５００秒までの間でほぼ一定の速度でＮＯｘ触媒の温度を上昇させる。この際、ＮＯｘ触媒から流出するガスのＮＯｘ濃度は、図２に示すように約１８００秒において０ｐｐｍから増加し始め、約２３００秒において再び０ｐｐｍに戻る。なお、ＮＯｘ触媒の温度は、約１８００秒においては約２５０℃であり、約２３００秒においては約４５０℃である。これは、ＮＯｘ触媒に吸着されていたＮＯｘは、ＮＯｘ触媒の温度が約２５０℃を超えてから４５０℃を超えるまでの間に脱離したことを意味する。以下では、このようにＮＯｘ触媒に吸着されていたＮＯｘの脱離が開始する温度（図２の例では、約２５０℃）をＮＯｘの脱離温度という。なおこの際、ＮＯｘ触媒から脱離するＮＯｘは、ほぼ全てＮＯであり、ＮＯ_２やＮ_２Ｏはほとんど観測されなかった。また図２中の領域Ｔｄｅｓの面積は、ＮＯｘ触媒から脱離したＮＯｘの総量（すなわち、ＮＯｘ脱離量）を表している。

図３は、ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘの吸着量と脱離量とを比較する図である。図３において、ＮＯｘ吸着量及びＮＯｘ脱離量はそれぞれ所定の空気過剰率のモデルガスを用いて図２と同様の手順に従ってＮＯｘ濃度及び温度を変化させる試験を行うことによって取得した。図３の左側は酸素過剰率λ＝２のガスを用いて取得した結果であり、図３の右側は酸素過剰率λ＝０．９のガスを用いて取得した結果である。

図３の左側に示すように、酸素過剰雰囲気（λ＝２）のモデルガスの下では、ＮＯｘ脱離量はＮＯｘ吸着量とほぼ等しい。すなわち酸素過剰雰囲気では、低温時にＮＯｘ触媒に吸着されたＮＯｘは、約５００℃まで昇温するとほぼ全てがそのまま脱離する。

一方、図３の右側に示すように、λ＝０．９のモデルガスの下では、ＮＯｘ吸着量はλ＝２の場合とほぼ同じであるにもかかわらず、ＮＯｘ脱離量はこのＮＯｘ吸着量よりも大幅に減少する。すなわち還元雰囲気では、低温時にＮＯｘ触媒に吸着されたＮＯｘは、約５００℃まで昇温する過程でほぼ全てが脱離するとともにＮ_２に還元浄化する。これはすなわち、ＮＯｘ触媒は、λが１以下の適正な空燃比の排気の下では、排気中に含まれるＨＣ及びＣＯや、上述のようにゼオライトに吸着されていたＨＣを還元剤として、脱離したＮＯｘを還元浄化する機能があることを意味する。

図４は、ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ吸着率と、ＮＯｘ触媒の温度やＮＯｘ吸着量との関係を示す図である。ＮＯｘ吸着率は、ＮＯｘ触媒に流入するＮＯｘの総量のうちＮＯｘ触媒に吸着されるＮＯｘの量の割合で定義される。またＮＯｘ吸着量は、ＮＯｘに吸着されているＮＯｘの量で定義される。図４に示すように、ＮＯｘ吸着率は、ＮＯｘ触媒の温度が高くなるほど低下する特性があり、所定のＮＯｘ脱離温度を超えると０になる。

図５は、ＮＯｘ触媒の温度を所定の温度で固定したときにおけるＮＯｘ吸着率とＮＯｘ吸着量との関係を示す図である。図５に示すように、ＮＯｘ触媒に吸着されているＮＯｘの量が増加するほど新たなＮＯｘが吸着されにくくなるため、ＮＯｘ吸着率は、ＮＯｘ吸着量が増加するほど低くなる。このため、ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ吸着率を高く維持するためには、ＮＯｘ吸着量はできるだけ少なく維持する方が好ましい。またＮＯｘ触媒において吸着できるＮＯｘの量には限界があり、ＮＯｘ吸着量がこの最大値を超えると新たなＮＯｘを吸着することができなくなる。

図１に戻り、排気温度センサ６３は、排気管１３のうち下流触媒コンバータ６２より下流側に設けられる。この排気温度センサ６３は、下流触媒コンバータ６２から流出する排気の温度を検出し、検出値に略比例した信号をＥＣＵ５に送信する。上流触媒コンバータ６１の三元触媒の温度や、下流触媒コンバータ６２のＮＯｘ触媒の温度は、例えば、排気温度センサ６３の出力に基づいて、ＥＣＵ５における演算によって推定される。

ＥＣＵ５は、センサの検出信号をＡ／Ｄ変換するＩ／Ｏインターフェース、後述の図６等に示すフローチャートに沿った処理を実行するＣＰＵ、この処理の下で決定した態様で各種デバイスを駆動する駆動回路、及び各種データを記憶するＲＡＭやＲＯＭ等で構成されるマイクロコンピュータである。

図６は、始動直後のエンジンから排出されるＮＯｘを浄化する始動時ＮＯｘ浄化処理の具体的な手順を示すフローチャートである。図６の始動時ＮＯｘ浄化処理は、始動直後のエンジンの排気中に含まれるＮＯｘを一旦ＮＯｘ触媒に吸着しておき、その後所定のタイミングでＮＯｘパージ制御を実行することにより、吸着しておいたＮＯｘをＮＯｘ触媒上で還元浄化する。図６の処理は、エンジンを始動させたり停止させたりするイグニッションスイッチ（図示せず）がオンにされたことに応じて、ＥＣＵにおいて所定の制御周期の下で繰り返し実行される。

Ｓ１では、ＥＣＵは、パージ制御完了フラグが１であるか否かを判定する。このパージ制御完了フラグは、エンジンを始動してから１回目のＮＯｘパージ制御が完了したことを示すフラグである。この完了フラグは、エンジンの始動直後には０にセットされ、後述のＳ８において、所定時間にわたってＮＯｘパージ制御が実行されたことに応じて１にセットされる。ＥＣＵは、Ｓ１の判定がＮＯである場合にはＳ３に移り、ＹＥＳである場合には図６の処理を直ちに終了する。

Ｓ３では、ＥＣＵは、排気温度センサの出力に基づいて、ＮＯｘ触媒の温度（以下では単に「触媒温度」という）を算出し、Ｓ４に移る。Ｓ４では、ＥＣＵは、Ｓ３で取得した触媒温度がＮＯｘ触媒の脱離温度より高いか否か、すなわちエンジンの始動直後に吸着したＮＯｘがＮＯｘ触媒から脱離する時期であるか否かを判定する。

Ｓ４の判定がＹＥＳである場合、ＥＣＵは、Ｓ５に移り、始動時に吸着したＮＯｘが脱離する時期に合わせて、ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比をストイキ又はリッチに制御するＮＯｘパージ制御を実行し、Ｓ７に移る。ここでＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比は、例えばアフター噴射を行うことによってエンジンの燃焼室における空燃比をストイキ又はリッチにしたり、ポスト噴射を行い排気管内へ未燃燃料を供給したりすることによってストイキ又はリッチに制御される。これにより、ＮＯｘ触媒から脱離するＮＯｘは、このＮＯｘ触媒上で還元浄化される。

Ｓ７では、ＥＣＵは、上記Ｓ５のパージ制御を実行した時間を計測するパージタイマの値が０であるか否かを判定する。このパージタイマの値は、エンジンの始動直後は０より大きな所定の初期値に設定され、最小値を０として後述のＳ９の処理において制御周期ごとに経過時間分だけ減算される。したがって、パージタイマの値が０である状態とは、エンジンを始動してから、その初期値に相当する時間にわたってパージ制御が実行されたことを意味する。Ｓ７の判定がＹＥＳである場合、ＥＣＵは、Ｓ８に移り、パージ制御完了フラグの値を１にし、図６の処理を終了する。

Ｓ７の判定がＮＯである場合、ＥＣＵは、Ｓ９に移り、パージタイマの値を更新し、図６の処理を終了する。より具体的には、パージタイマの前回値から、図６の制御周期に相当する時間を減算することによってパージタイマの値を更新する。

図７は、以上のような本実施形態の排気浄化装置の効果を説明するための図である。図７には、上段から順に、エンジンの始動開始直後の所定期間における三元触媒の温度、ＮＯｘ触媒の温度、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸着量、及びＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸着率の変化を模式的に示す図である。図７において実線は、図１の本実施形態の排気浄化装置の結果を示し、破線は、図１の本実施形態の排気浄化装置からＮＯｘ触媒の位置を変更した比較例の排気浄化装置の結果を示す。なおこの比較例では、ＮＯｘ触媒を、三元触媒とタービンとの間に設けた。

先ず、比較例と本実施形態の排気浄化装置とでは、三元触媒を設ける位置は同じである。したがって、図７の最上段に示すように、エンジン始動開始直後における三元触媒の温度は、比較例及び本実施形態の排気浄化装置ともにほぼ等しい速度で上昇し、時刻ｔａｃｔにおいて三元触媒が所定の活性化温度に達する。

また、比較例と本実施形態の排気浄化装置とでは、ＮＯｘ触媒を設ける位置が異なる。より具体的には、比較例ではＮＯｘ触媒をタービン及び低圧ＥＧＲ装置の排気取り出し部よりも上流側に設けるのに対し、本実施形態の排気浄化装置ではＮＯｘ触媒をこれらよりも下流側に設ける。このため本実施形態の排気浄化装置では、ＮＯｘ触媒に流入する排気の量は比較例よりも少なくなるので、その分だけＮＯｘ触媒の温度上昇を緩やかにできる（図７の上から２段目参照）。図２〜図５等を参照して説明したように、ＮＯｘ触媒の吸着率は、約５０℃近傍をピークとして、温度が上昇するにつれて徐々に低下する。このため、図７の最下段に示すように、比較例では、ＮＯｘ触媒の温度が速やかに高くなってしまい、結果として三元触媒が活性化するよりも前にＮＯｘ吸着率が大きく低下する場合がある。これに対し本実施形態の排気浄化装置では、ＮＯｘ触媒の温度上昇を緩やかにすることにより、三元触媒が活性化する時点でも十分なＮＯｘ吸着率を維持できる。

また本実施形態の排気浄化装置では、上述のようにＮＯｘ触媒に流入する排気の量を少なくすることにより、その分だけＮＯｘ触媒に流入するＮＯｘの量も減らすことができるので、ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ吸着量の上昇も緩やかにできる（図７の下から２段目参照）。図２〜図５等を参照して説明したように、ＮＯｘ触媒の吸着率は、ＮＯｘ吸着量が増えるほど低下する。このため、図７の最下段に示すように、比較例では、ＮＯｘ吸着量が速やかに高くなってしまい、結果として三元触媒が活性化するよりも前にＮＯｘ吸着率が大きく低下する場合がある。これに対し本実施形態の排気浄化装置では、ＮＯｘ吸着量の上昇を緩やかにすることにより、三元触媒が活性化する時点でも十分なＮＯｘ吸着率を維持できる。

以上をまとめると、本実施形態の排気浄化装置では、ＮＯｘ触媒を低圧ＥＧＲ装置の排気取り出し部よりもさらに下流に設けることで、エンジンの始動開始直後におけるＮＯｘ触媒の温度及びＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸着量の上昇を両方とも緩やかにできるので、三元触媒が活性化する時点でも十分なＮＯｘ吸着率を維持できる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限らない。本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜変更してもよい。

１…エンジン（内燃機関）
１３…排気管（排気通路）
３…排気還流装置
６…排気浄化装置
６１…上流触媒コンバータ
６２…下流触媒コンバータ
８…過給機
８１…タービンホイール

Claims

内燃機関の排気通路に設けられた上流触媒コンバータと、
前記排気通路に設けられた下流触媒コンバータと、
前記排気通路を流れる排気の一部を取り出し前記内燃機関の吸気通路に還流する排気還流装置と、を備える内燃機関の排気浄化装置であって、
前記上流触媒コンバータは、三元触媒と、当該三元触媒が担持された基材と、を備え、
前記下流触媒コンバータは、ゼオライトからなる担体及び当該担体に担持されたＰｄを有するＮＯｘ触媒と、当該ＮＯｘ触媒が担持された基材と、を備え、
前記排気通路には、排気のエネルギーを利用して吸気を加圧する過給機が設けられ、
前記下流触媒コンバータは、前記上流触媒コンバータより下流側でありかつ前記排気還流装置の排気取り出し部より下流側に設けられ、
前記排気取り出し部及び前記下流触媒コンバータは、前記排気通路のうち前記過給機のタービンよりも下流側に設けられ、
前記上流触媒コンバータは、前記排気通路のうち前記タービンよりも上流側に設けられ、
前記ＮＯｘ触媒におけるＰｄの含有量は当該ＮＯｘ触媒全体に対し０．０１質量％から１０質量％の範囲内であり、
前記ＮＯｘ触媒では、Ｐｄはゼオライトとの相互作用によってＰｄ^２＋として存在することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。