JPH07102954A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ＮＯ_X 吸収剤のＮＯ_X 吸収能力の温度変化を
考慮して、効率的な排気浄化を行う。 【構成】 内燃機関１の排気通路３にＮＯ_X 吸収剤５
ａ、５ｂを並列に接続し、排気切換え弁２、２２により
排気を交互に切り換えてＮＯ_X 吸収剤５ａ、５ｂの再生
を交互に行う。エンジン制御回路（ＥＣＵ）２０は、排
気温度センサ７ａ、７ｂによりＮＯ_X 吸収剤を通過する
排気温度を検出して、ＮＯ_X 吸収剤のＮＯ_X吸収能力の
温度変化に基づく最適な吸収時間を算出し、算出された
吸収時間に応じて排気切換え弁の切換えを行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関の排気浄化装
置に関し、詳細には、ディーゼルエンジンや希薄燃焼を
行うガソリンエンジン等、リーン空燃比の燃焼を行う内
燃機関の排気中のＮＯ_X を効果的に除去可能な排気浄化
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の排気浄化装置の例としては、例
えば特開昭６２─１０６８２６号公報に開示されたもの
がある。同公報の装置は、ディーゼル機関の排気通路に
酸素の存在下でＮＯ_X を吸収する吸収剤（触媒）を２つ
並列に接続し、交互に一定時間排気中のＮＯ_X を吸収さ
せ、該吸収剤のＮＯ_X 吸収能力が飽和したときに吸収剤
への排気の流入を遮断して吸収剤に還元剤を供給し、吸
収剤からＮＯ_X を放出させるとともに放出されたＮＯ_X
を還元浄化するようにしたものである。すなわち、同公
報の装置では、２つのＮＯ_X 吸収剤のＮＯ_X 吸収と放
出、還元浄化とが、交互に一定時間毎に繰り返される。

【０００３】上記特開昭６２─１０６８２６号公報の装
置では、各ＮＯ_X 吸収剤は一定時間排気中のＮＯ_X を吸
収した後に還元剤の供給による再生操作が行われる（な
お、本明細書では、上記ＮＯ_X 吸収剤からの吸収したＮ
Ｏ_X の放出と還元浄化の操作を「ＮＯ_X 吸収剤の再生操
作」と言うことにする）。ところが、ＮＯ_X 吸収剤が吸
収可能なＮＯ_X の量（ＮＯ_X 吸収能力）は常に一定では
なく、ＮＯ_X 吸収剤の温度によって大きく変化する。こ
のため、上述の公報の装置のように各ＮＯ_X 吸収剤にＮ
Ｏ_X を吸収させる時間（ＮＯ_X 吸収時間）を一定に固定
していると、ＮＯ_X 吸収剤のＮＯ_X 吸収能力を有効に活
用できない場合が生じる。例えば、ＮＯ _X 吸収時間を固
定していると、ＮＯ_X 吸収剤の温度が低く吸収能力が低
下しているときには、ＮＯ_X 吸収時間が長すぎるため吸
収時間の途中でＮＯ_X 吸収剤が飽和してしまい、飽和後
は流入排気ガス中のＮＯ_X が吸収されずにＮＯ_X 吸収剤
を通過してしまい排気性状が悪化する場合がある。ま
た、ＮＯ_X 吸収剤の温度が適度に高く吸収能力が増大し
ている場合には、設定したＮＯ_X 吸収時間が終わっても
まだ充分にＮＯ_X を吸収できるにもかかわらずＮＯ_X 吸
収剤の再生が開始されてしまうような場合が生じ、ＮＯ
_X 吸収剤の吸収能力が最大限に使用されない場合があ
り、どちらの場合も効率的な排気浄化を行うことのでき
ない問題がある。

【０００４】本発明は上記問題に鑑み、ＮＯ_X 吸収剤の
温度によるＮＯ_X 吸収能力の変化に対応して効率的な排
気浄化を行うことの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している。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、リーン
空燃比の燃焼を行うことのできる内燃機関の排気通路に
並列に接続された複数の分岐通路と、該分岐通路のそれ
ぞれに配置され、流入する排気の空燃比がリーンのとき
に排気中のＮＯ_X を吸収し、排気酸素濃度が低下したと
きに吸収したＮＯ_X を放出するＮＯ_X 吸収剤と、前記Ｎ
Ｏ_X 吸収剤に流入する排気流量をそれぞれ個別に低減す
ることが可能な排気切換え弁と、前記ＮＯ_X 吸収剤のそ
れぞれに個別に還元剤を供給することが可能な還元剤供
給装置とを備え、前記ＮＯ_X 吸収剤に所定の吸収時間排
気中のＮＯ_X を吸収させた後、ＮＯ_X 吸収剤に流入する
排気流量を低減して還元剤を供給することにより、ＮＯ
_X 吸収剤から吸収したＮＯ_X を放出させるとともに放出
されたＮＯ_X を還元浄化する操作を、順次前記各ＮＯ_X
吸収剤に行う内燃機関の排気浄化装置において、前記内
燃機関の排気温度を検出する排気温度検出手段と、検出
された排気温度に応じて前記各ＮＯ_X 吸収剤の前記吸収
時間を設定する制御手段とを備えたことを特徴とする内
燃機関の排気浄化装置が提供される。

【０００６】また、本発明によれば、前記複数のＮＯ_X
吸収剤が温度吸収特性の異なるものを含み、前記制御装
置が、更に各ＮＯ_X 吸収剤の温度吸収特性に応じて異な
るＮＯ_X 吸収時間を設定するようにすることもできる。

【０００７】

【作用】ＮＯ_X 吸収剤の温度は、流入する排気の温度に
応じて変動する。請求項１に記載の本発明では、排気温
度（ＮＯ_X 吸収剤温度）に応じてＮＯ_X 吸収剤のＮＯ_X
吸収時間を変えることにより，ＮＯ_X 吸収剤の吸収能力
の変化に応じた最適なＮＯ_X 吸収時間が設定される。す
なわち、ＮＯ_X 吸収剤の吸収能力が低下する温度領域で
はＮＯ_X 吸収剤のＮＯ_X 吸収時間は短く設定され、ＮＯ
_X 吸収能力の飽和による排気中のＮＯ_X エミッションの
増大が防止されるとともに、ＮＯ_X 吸収能力の増大する
温度領域では吸収時間が長く設定され、ＮＯ_X 吸収剤の
吸収能力を有効に活用した効率的な排気浄化が行われ
る。

【０００８】一方、上記の場合において、複数のＮＯ_X
吸収剤の温度に対する吸収能力の変化特性（温度吸収特
性）が全て同一であると、ある特定の温度領域では全部
のＮＯ_X 吸収剤の吸収能力が低下するため、装置全体と
してのＮＯ_X 吸収能力が低下してしまう場合がある。更
に、上記の場合ＮＯ_X 吸収能力が低下する温度領域では
全部のＮＯ_X 吸収剤の吸収時間が短くなり、ＮＯ_X 吸収
剤の再生操作が短い周期で繰り返されることになる。複
数のＮＯ_X 吸収剤に流入する排気流量を順次低減させて
再生操作を行う場合には、再生操作に伴って排気の流れ
を切り換える必要があるが、切換え時に排気通路の背圧
の変化による機関出力の変動が生じる場合があり、ＮＯ
_X 吸収剤の切り換え頻度が増大することは運転上好まし
くない。

【０００９】請求項２に記載の本発明では、前記複数の
ＮＯ_X 吸収剤は温度に対する吸収能力の変化の特性（温
度吸収特性）が異なるものが使用され、各ＮＯ_X 吸収剤
のＮＯ_X 吸収時間は、排気温度とそれぞれのＮＯ_X 吸収
剤の温度特性とに応じて設定される。このため、ある特
定の温度領域で全部のＮＯ_X 吸収剤の吸収能力が低下す
ることがなく、装置全体としてのＮＯ_X 吸収能力の低下
が防止される。また、全部のＮＯ_X 吸収剤の吸収時間が
同時に短く設定されることがないため、ＮＯ_X吸収剤全
体の切換え頻度はほぼ一定に保たれ、運転上大きな影響
が生じることがない。

【００１０】

【実施例】以下、添付図面を用いて本発明の実施例を説
明する。図１において、１はディーゼルエンジンや希薄
燃焼を行うガソリンエンジン等のリーン空燃比の燃焼を
行うことのできる内燃機関、３は内燃機関１の排気通路
を示す。本実施例では排気通路３には２つの分岐通路３
ａ、３ｂが設けられており、通路３ａ、３ｂにはそれぞ
れ流入する排気空燃比がリーンのときに排気中のＮＯ_X
を吸収し、排気中の酸素濃度が低下したときに吸収した
ＮＯ_X を放出するＮＯ_X 吸収剤、それぞれ５ａ、５ｂが
接続されている。

【００１１】また、排気通路３の通路３ａ、３ｂの分岐
部には排気切り換え弁２が設けられ、排気通路３ａ、３
ｂの任意の一方を所定の開度に閉鎖して排気通路３ａ、
３ｂに排気を分配するようになっている。例えば排気切
換え弁２が図１に実線で示した位置に切り換えられる
と、排気の大部分は分岐通路３ｂ側に流入し、分岐通路
３ａ側に流入する排気流量が低減される。また、排気切
換え弁２が図１に点線で示した位置に切り換えられる
と、排気の大部分は分岐通路３ａ側に流入し、分岐通路
３ｂ側に流入する排気流量が低減される。図に２ａで示
すのは、後述するエンジン制御回路（ＥＣＵ）２０から
の制御信号により切り換え弁２を駆動して所定の切り換
え位置をとらせるための負圧アクチュエータ等、適宜な
形式のアクチュエータである。

【００１２】また、本実施例では分岐通路３ａ、３ｂは
ＮＯ_X 吸収剤５ａ、５ｂ下流側で再び合流しており、こ
の合流部には排気切換え弁２と同様な排気切換え弁２２
と、アクチュエータ２２ａとが設けられている。排気切
換え弁２２は、排気切換え弁２と連動して作動し、それ
ぞれの分岐通路に流入する排気流量を制御するととも
に、後述のＮＯ_X 吸収剤再生操作時に再生中のＮＯ_X 吸
収剤に下流側から排気が逆流することを防止している。

【００１３】更に、分岐通路３ａ、３ｂのＮＯ_X 吸収剤
５ａ、５ｂ上流側には後述する還元剤供給装置１１から
ＮＯ_X 吸収剤５ａ、５ｂに還元剤を供給する還元剤供給
ノズル、それぞれ１２ａ、１２ｂが接続されている。ま
た、図１に７ａ、７ｂで示すのは、それぞれ分岐通路３
ａ、３ｂのＮＯ_X 吸収剤５ａ、５ｂ下流側に配置された
排気温度センサである。排気温度センサ７ａ、７ｂはＮ
Ｏ_X 吸収剤５ａ、５ｂを通過した排気温度を検出する。
ＮＯ_X 吸収剤５ａ、５ｂのＮＯ_X 吸収中は、比較的大量
の排気がＮＯ_X 吸収剤を通過するため、ＮＯ_X 吸収剤の
温度は、排気温度センサ７ａ、７ｂで検出した排気温度
とほぼ等しくなっている。本実施例では、後述のように
排気温度センサ７ａ、７ｂで検出した排気温度に基づい
て、ＮＯ_X 吸収剤５ａ、５ｂのＮＯ_X 吸収時間（排気切
換え弁２、２２の切換え周期）を設定することにより、
ＮＯ_X 吸収剤の吸収能力に応じた吸収時間を設定してい
る。

【００１４】図に２０で示すのはエンジン１の制御回路
（ＥＣＵ）である。ＥＣＵ２０はＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯ
Ｍ、及び入力ポート、出力ポートを相互に双方向バスで
接続した構成の公知のディジタルコンピュータからな
り、エンジンの燃料噴射量制御等の基本制御を行ってい
る。また、本実施例ではＥＣＵ２０は、更に、図示しな
い駆動回路や負圧制御弁等を介してアクチュエータ２
ａ、２２ａを駆動して排気切り換え弁２、２２の切り換
え位置制御を行うほか、還元剤供給装置１１からの還元
剤供給制御を行う。これらの制御のためＥＣＵ２０の入
力ポートには、排気温度センサ７ａ、７ｂからの排気温
度信号が入力されている他、エンジン回転数、機関吸入
空気量等の信号がそれぞれ図示しないセンサから入力さ
れている。

【００１５】還元剤供給装置１１は還元剤容器、加圧ポ
ンプ等から構成される還元剤供給源１３と、還元剤供給
源１３から還元剤供給ノズル１２ａ、１２ｂに供給され
る還元剤供給量の流量を調節する制御弁１４ａ、１４ｂ
及び、ノズル１２ａ、１２ｂと制御弁１４ａ、１４ｂと
の間に配置された排気逆流防止用の逆止弁１５ａ、１５
ｂとを備えている。制御弁１４ａ、１４ｂは、後述する
ＮＯ_X 吸収剤５ａ、５ｂの再生操作時、ＥＣＵ２０の制
御信号に応じて所定の開度をとり、開度に応じた量の還
元剤をＮＯ_X 吸収剤５ａ、５ｂに供給するものである。

【００１６】ＮＯ_X 吸収剤５ａ、５ｂのＮＯ_X 放出、還
元操作（再生操作）に使用する還元剤としては、排気中
で炭化水素、一酸化炭素等の還元成分を発生するもので
あれば良く、水素、一酸化炭素等の気体、プロパン、プ
ロピレン、ブタン等の液体又は気体の炭化水素、ガソリ
ン、軽油、灯油等の液体燃料等が使用できる。ＮＯ_X 吸
収剤５ａ、５ｂは例えばアルミナ等の担体を使用し、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 のような貴金属とが担持されて
いる。このＮＯ_X 吸収剤５ａ、５ｂは流入する排気の空
燃比がリーンの場合にはＮＯ_X を吸収し、酸素濃度が低
下するとＮＯ_X を放出するＮＯ_X の吸放出作用を行う。

【００１７】なお、上述の排気空燃比とは、ここではＮ
Ｏ_X 吸収剤５ａ、５ｂの上流側の排気通路やエンジン燃
焼室、吸気通路等にそれぞれ供給された空気量の合計と
燃料と還元剤の合計との比を意味するものとする。従っ
て、ＮＯ_X 吸収剤５ａ、５ｂの上流側排気通路に燃料、
還元剤または空気が供給されない場合には排気空燃比は
エンジンの運転空燃比（エンジン燃焼室内の燃焼におけ
る空燃比）と等しくなる。

【００１８】本実施例では、リーン空燃比の燃焼を行う
機関が使用されているため、通常運転時の排気空燃比は
リーンであり、ＮＯ_X 吸収剤５ａ、５ｂは排気中のＮＯ
_X の吸収を行う。また、還元剤供給装置１１から排気中
に還元剤が導入されて酸素濃度が低下すると、ＮＯ_X 吸
収剤５ａ、５ｂは吸収した還元剤の放出を行う。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、この吸放出作用は図２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Ｂ
a 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。

【００１９】すなわち、流入排気がかなりリーンになる
と流入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、流入排気中のＮＯは
白金Ｐt の表面上でこのＯ₂ ^- またはＯ^2-と反応し、Ｎ
Ｏ₂ となる（２ＮＯ＋Ｏ₂ →２ＮＯ₂ ) 。次いで生成さ
れたＮＯ₂ の一部は白金Ｐｔ上で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ＮＯ_X がＮＯ_X 吸収剤５
ａ、５ｂ内に吸収される。

【００２０】従って、流入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。これに対して流入排
気中の酸素濃度が低下してＮＯ₂ の生成量が減少すると
反応が逆方向（ＮＯ₃ ^- →ＮＯ₂ ）に進み、こうして吸
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、流入排気中の酸素濃度が低下す
るとＮＯ_X 吸収剤５ａ、５ｂからＮＯ_X が放出されるこ
とになる。

【００２１】一方、流入排気中にＨＣ、ＣＯ等の還元成
分が存在すると、これらの成分は白金Ｐt 上の酸素Ｏ₂
^- またはＯ^2-と反応して酸化され、排気中の酸素を消費
して排気中の酸素濃度を低下させる。また、排気中の酸
素濃度低下によりＮＯ_X 吸収剤５ａ、５ｂから放出され
たＮＯ₂ は図２(B) に示すようにＨＣ，ＣＯと反応して
還元される。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。

【００２２】すなわち、流入排気中のＨＣ，ＣＯは、ま
ず白金Ｐt 上のＯ₂ ^- またはＯ^2-とただちに反応して酸
化され、次いで白金Ｐt 上のＯ₂ ^- またはＯ^2-が消費さ
れてもまだＨＣ，ＣＯが残っていればこのＨＣ，ＣＯに
よって吸収剤から放出されたＮＯ_X 、および排気ととも
に流入するＮＯ_X が還元される。本実施例では、排気切
換え弁２、２２の操作により交互にＮＯ_X 吸収剤５ａと
５ｂのＮＯ_X 吸収と放出とを行う。すなわち、本実施例
では、排気切換え弁２、２２の操作により一方のＮＯ_X
吸収剤（例えば５ａ）に大部分の排気を流してＮＯ_X を
吸収させる。また、後述の操作により設定された所定時
間ＮＯ_X 吸収を行ってＮＯ_X 吸収剤５ａのＮＯ_X 吸収量
が増大してくると、排気切換え弁２、２２を切り換えて
他方のＮＯ_X 吸収剤５ｂに排気を流し、ＮＯ_X 吸収剤５
ａに流入する排気流量を低減するとともに、還元剤供給
ノズル１２ａからＮＯ_X 吸収剤５ａに還元剤を供給して
ＮＯ_X 吸収剤５ａの再生を行う。また、切換え後所定時
間が経過してＮＯ_X 吸収剤５ｂのＮＯ_X 吸収量が増大し
てくると、再度排気切換え弁２、２２の切換えを行い、
ＮＯ_X 吸収剤５ａ側に排気を流してＮＯ_X 吸収剤５ａに
よるＮＯ_X 吸収を再開するとともにＮＯ_X 吸収剤５ｂの
再生を行う。

【００２３】ところが、前述のようにＮＯ_X 吸収剤のＮ
Ｏ_X 吸収能力は温度とともに変化する特性を有するた
め、上記のＮＯ_X 吸収時間を常に一定に設定している
と、ＮＯ _X 吸収剤の吸収能力を有効に活用できない問題
が生じる。以下に、図３から図５を用いてこの問題を詳
細に説明する。図３は、本発明に使用するＮＯ_X 吸収剤
の一般的な温度吸収特性を説明する図であり、図３縦軸
はＮＯ_X 吸収剤が吸収可能なＮＯ_X 量を示し、図３横軸
はＮＯ _X 吸収剤温度を示している。

【００２４】図３から判るように、ＮＯ_X 吸収剤の吸収
能力は一定の温度（図３、Ｔ₀ ）でピーク値を有してお
り、このピーク温度以下では温度上昇につれて増大し、
ピーク温度以上では温度上昇につれて減少する。これ
は、以下のような理由によると考えられる。図２で説明
したように、排気中のＮＯ_X はＮＯ_X 吸収剤のＰｔ上で
酸化されて吸収剤のＢａＯと結合しつつ吸収され、硝酸
イオンＮＯ₃ ^- の形で吸収剤内に拡散する。この酸化反
応は、温度の上昇とともに活発になるため、ある温度以
下ではＮＯ_X 吸収能力は温度とともに上昇して行く。し
かし、吸収剤の温度が上昇すると、ＢａＯと結合した硝
酸イオンが次第に分解し易くなり、ＮＯ_X 吸収剤からＮ
Ｏ₂ の形で放出されるようになる。特に、ＮＯ_X 吸収剤
の高温領域では、ＮＯ _X 吸収剤からのＮＯ₂ の放出が急
激に増大するため、ＮＯ_X の吸収量と放出量の平衡が放
出側に移行して、ＮＯ_X 吸収剤の吸収能力には図３に示
すようなピーク温度が生じ、高温領域、低温領域の両方
でＮＯ_X 吸収能力が低下してしまうのである。

【００２５】次に図４、図５にＮＯ_X 吸収剤に吸収され
ず下流側に排出されるＮＯ_X 量の、ＮＯ_X 吸収剤切換え
に伴う時間変化を示す。図４、図５においてＩＮで示す
のはＮＯ_X 吸収剤に流入する排気に含まれるＮＯ_X 濃
度、ＯＵＴで示すのはＮＯ_X 吸収剤通過後の排気中のＮ
Ｏ_X 濃度を示す。また、図４、図５は、ＮＯ_X 吸収剤５
ａ、５ｂのＮＯ_X 吸収時間を一定値（ｔ₀ ）に保持した
ときに排気温度が変化した場合について示しており、図
中（ａ）はＮＯ_X 吸収剤５ａによる吸収を、（ｂ）はＮ
Ｏ_X 吸収剤５ｂによる吸収を示している。更に、図４は
排気温度がＮＯ_X吸収剤の吸収能力が最大に成る温度
（図３、Ｔ₀ ）近傍にある場合、図５は排気温度が更に
上昇してＴ₁ （図３）付近になった場合について示して
いる。

【００２６】図４を参照すると、例えばＮＯ_X 吸収剤５
ａが吸収を開始すると（図４、Ａ点）、ＮＯ_X 吸収剤５
ａの吸収量が増大するにつれて下流側に流出するＮＯ_X
量（図４、ＯＵＴ）が増大する。吸収時間ｔ₁ が経過す
ると、排気切換え弁２、２２が切換えられてＮＯ_X 吸収
剤５ｂによる吸収が開始される（図４、Ｂ点）が、ＮＯ
_X 吸収剤の吸収能力が高いため、切換え時にもＮＯ_X の
流出量は小さく、ＮＯ _X 吸収剤通過後の排気中のＮＯ_X
レベルは流入排気中のＮＯ_X （図４、ＩＮ）より大幅に
低いレベルに維持されている。

【００２７】ところが、この状態で排気温度が上昇して
Ｔ₁ 付近になると、図３に示すようにＮＯ_X 吸収剤の吸
収能力が低下する。また、図５に示すように、流入する
排気中のＮＯ_X 濃度自体も機関の燃焼温度の上昇ととも
に増大する（図５、ＩＮ）。この場合、ＮＯ_X 吸収剤の
吸収能力が低下しているため、吸収時間ｔ₀ が経過した
時点では、ＮＯ_X 吸収剤のＮＯ_X 吸収量がほぼ飽和して
しまっており、排気中のＮＯ_X の殆どがＮＯ_X 吸収剤を
通過してしまう。このため、ＮＯ_X 吸収剤通過後の排気
中のＮＯ_X レベル（図５、ＯＵＴ）は、流入排気中のＮ
Ｏ_X （図５、ＩＮ）とほぼ同じレベルまで増大してお
り、、ＮＯ_X のエミッションが増大してしまう問題が生
じる。

【００２８】本実施例では、この問題を防止するために
図６に示すように排気温度に応じてＮＯ_X 吸収剤の吸収
時間を変更し、例えば排気温度が図３、Ｔ₀ 付近にある
ときは切換え時間をｔ₀ に設定し、排気温度がＴ₀ から
高温側または低温側になるにつれて切換え時間を短縮す
る。これにより、排気温度がＴ₁ になった時には切換え
時間はｔ₁ に設定され、図５に示すようにＮＯ_X 吸収剤
を通過する排気ＮＯ_X濃度が増大する前に切換えが行わ
れるため、ＮＯ_X のエミッション増大が防止される。

【００２９】図７は排気温度による上記吸収時間制御を
示すフローチャートである。本ルーチンは所定時間毎に
ＥＣＵ２０により実行される。図７においてルーチンが
スタートすると、ステップ７０１では、排気温度センサ
７ａ、７ｂのうち、現在ＮＯ_X 吸収中のＮＯ_X 吸収剤下
流側に配置された方のセンサ出力から排気温度Ｔ_EXが読
みこまれる。次いでステップ７０３では、吸収開始から
の経過時間を表すカウンタＣがカウントアップされる。

【００３０】次に、ステップ７０５では、排気温度Ｔ_EX
から図６に示す関係を用いて吸収時間が算出され、カウ
ンタ設定値Ｃ₀ が演算される。なお、図６に示す排気温
度と吸収時間との関係は、予めＥＣＵ２０のＲＯＭに記
憶されており、ステップ７０５ではＲＯＭから排気温度
Ｔ_EXに基づいて吸収時間が読みだされる。また、Ｃ₀は
上記により算出された吸収時間を本ルーチンの実行間隔
で割った値、すなわち吸収時間の設定値に相当するルー
チン実行回数である。

【００３１】次いで、ステップ７０７では上記吸収時間
が経過しているか否かがカウンタＣの値から判定され、
吸収時間が経過している場合には、ステップ７０９で排
気切換え弁２、２２を切り換えてもう一方のＮＯ_X 吸収
剤で排気中のＮＯ_X の吸収を開始するとともに、今まで
ＮＯ_X を吸収していた側のＮＯ_X 吸収剤に還元剤供給装
置１１から還元剤を供給してＮＯ_X 吸収剤の再生を行
う。また、このときステップ７１１ではカウンタＣがク
リアされ、新たに吸収時間のカウントを開始する。

【００３２】上記ルーチンの実行により、ＮＯ_X 吸収剤
５ａ、５ｂのＮＯ_X 吸収時間は常にＮＯ_X 吸収能力に応
じた適切な値に設定されるため、ＮＯ_X 吸収剤の能力を
有効に活用した効率的な排気浄化が行われる。次に図８
以下を用いて、請求項２に対応する本発明の実施例を説
明する。本実施例では、ＮＯ_X 吸収剤５ａと５ｂとは互
いに温度吸収特性が異なるＮＯ _X 吸収剤が使用され、そ
れぞれのＮＯ_X 吸収剤の切換え時間が排気温度とそれぞ
れの温度吸収特性に応じて設定される。

【００３３】図８は本実施例のＮＯ_X 吸収剤５ａ、５ｂ
の温度吸収特性を示す。図８に示すように、本実施例で
はＮＯ_X 吸収剤５ａは比較的低い温度（図８、Ｔ_A ）で
最大吸収能力を発揮するものが使用され、ＮＯ_X 吸収剤
５ｂは比較的高い温度（図８、Ｔ_B ）で最大吸収能力を
発揮するものが使用されている。図８、Ｔ_C はＮＯ_X吸
収剤５ａ、５ｂの吸収能力が等しくなる温度である。

【００３４】本実施例では、排気温度の変化によるＮＯ
_X 吸収剤の切換え回数の増減が生じることを防止するた
め、ＮＯ_X 吸収剤５ａのＮＯ_X 吸収時間とＮＯ_X 吸収剤
５ｂのＮＯ_X 吸収時間との和は排気温度にかかわらず一
定とし、ＮＯ_X 吸収剤５ａ、５ｂの切換え全体の周期を
一定に維持したまま、一周期に占めるＮＯ_X 吸収剤５ａ
と５ｂとの吸収時間の比率のみを排気温度に応じて変更
するようにしている。

【００３５】図９は、本実施例のＮＯ_X 吸収剤５ａと５
ｂの吸収時間比率（パーセント）の設定値を示す図であ
る。図９において、横軸は排気温度を示し、左側縦軸は
ＮＯ _X 吸収剤５ａの吸収時間比率を表し、右側縦軸はＮ
Ｏ_X 吸収剤５ｂの吸収時間比率を示している。図９に示
すように、本実施例では排気温度が低くなると、ＮＯ _X
吸収剤５ｂの吸収時間比率が増大し（すなわちＮＯ_X 吸
収剤５ａの吸収時間比率が減少し）、排気温度が高くな
るとＮＯ_X 吸収剤５ａの吸収時間比率が増大する（すな
わちＮＯ_X 吸収剤５ｂの吸収時間比率が減少する）よう
に吸収時間比率が設定されている。また、それぞれのＮ
Ｏ_X 吸収剤の温度吸収特性（図８）に対応して、排気温
度Ｔ_A ではＮＯ_X 吸収剤５ａの吸収時間比率は最大値Ｐ
_AMAX（ＮＯ_X 吸収剤５ｂの吸収時間比率は最小値
Ｐ_BMIN）をとり、排気温度Ｔ_B ではＮＯ _X 吸収剤５ｂの
吸収時間比率が最大値Ｐ_BMAX（ＮＯ_X 吸収剤５ａの吸収
時間比率が最小値Ｐ_AMIN）をとるようにされている。排
気温度Ｔ_C では、それぞれのＮＯ _X 吸収剤の吸収時間比
率は５０パーセントに設定され、ＮＯ_X 吸収剤５ａと５
ｂのＮＯ_X 吸収時間は等しくなる。

【００３６】上記のようにＮＯ_X 吸収剤５ａ、５ｂとし
て温度吸収特性が異なるＮＯ_X 吸収剤を使用し、それぞ
れの吸収時間比率を排気温度に応じて変えるようにした
結果、一方のＮＯ_X 吸収能力が低下する領域では、他方
のＮＯ_X 吸収能力が増大するため、装置全体としてのＮ
Ｏ_X 吸収能力は排気温度にかかわらずほぼ一定に維持さ
れる。また、このため、ＮＯ_X 吸収剤５ａ、５ｂの再生
操作頻度、すなわち排気切換え弁の切換え頻度も排気温
度にかかわらず一定になるので切換え頻度の増大による
運転性の悪化が生じない。

【００３７】図１０は、排気温度が高温領域（例えば、
図８、Ｔ_B ）における、ＮＯ_X 吸収剤の切換え操作に伴
うＮＯ_X 吸収剤下流側の排気ＮＯ_X 濃度の変化を示す、
図４、図５と同様な図である。図１０において、Ａで示
した区間はＮＯ_X 吸収剤５ａによるＮＯ_X 吸収、ＢはＮ
Ｏ_X 吸収剤５ｂによるＮＯ_X 吸収を示す。図１０に示す
ように、ＮＯ_X 吸収剤５ａの吸収時間は吸収能力の低下
に応じて短く設定され、吸収能力が飽和する前に切換え
が行われるため下流側のＮＯ_X 濃度は増大しない、ま
た、このときＮＯ_X 吸収剤５ｂの吸収時間は、吸収能力
の増大に応じて長く設定されるため、ＮＯ_X 吸収剤５ｂ
の吸収能力を最大限に活用することが可能となる。ま
た、吸収時間の合計（Ａ＋Ｂ）は排気温度にかかわらず
一定に保持されるため、ＮＯ_X 吸収剤５ａ、５ｂの切換
え頻度（排気切換え弁の切換え頻度）は一定になる。

【００３８】図１１は上記切換え操作のフローチャート
を示す。図１１においてルーチンがスタートすると、ス
テップ１１０１では、ＮＯ_X 吸収中のＮＯ_X 吸収剤を通
過する排気温度Ｔ_EXが排気温度センサから読み込まれ、
ステップ１１０３ではカウンタＣのカウントアップが行
われる。次いで、ステップ１１０５ではＲＯＭに記憶し
た、図９の関係から排気温度に基づいて、現在ＮＯ_X 吸
収中のＮＯ_X 吸収剤の吸収時間比率αが読みだされる。
また、ステップ１１０７では、ＮＯ_X 吸収剤５ａ、５ｂ
のＮＯ_X 吸収時間の合計Ａ＋Ｂ（図１０参照）と吸収時
間比率αから現在ＮＯ_X 吸収中のＮＯ_X 吸収剤の吸収時
間設定値が（Ａ＋Ｂ）×αとして計算され、この吸収時
間設定値に相当するルーチン実行回数Ｃ₀ が算出され
る。また、ステップ１１０９からステップ１１１３で
は、上記実行回数設定値Ｃ₀ とステップ１１０３でカウ
ントアップしたカウンタＣとの比較に基づいて切換え操
作が実行される。

【００３９】なお、本実施例ではＮＯ_X 吸収剤の吸収時
間比率は図９に示すように排気温度に応じて連続的に変
化させているが、吸収時間比率は、図１２に示すように
排気温度に応じて段階的に変化させるようにしてもよ
い。また、本実施例ではＮＯ_X吸収剤５ａと５ｂの吸収
時間の合計（Ａ＋Ｂ）は排気温度にかかわらず一定にな
るようにしているが、両方のＮＯ_X 吸収剤の吸収時間を
最適にするために、切換え頻度が大幅に増大しない範囲
で排気温度に応じて吸収時間の合計を変更し、この合計
時間から各ＮＯ_X 吸収剤の吸収時間比率に基づいて吸収
時間を設定するようにしても良い。

【００４０】

【発明の効果】上述のように、本発明の排気浄化装置
は、ＮＯ_X 吸収剤のＮＯ_X 吸収時間設定を排気温度に応
じて変更するようにしたことにより、ＮＯ_X 吸収剤の吸
収能力を有効に活用して効率的な排気浄化を実行するこ
とを可能とする効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の排気浄化装置の一実施例を示す全体図
である。

【図２】本発明に使用するＮＯ_X 吸収剤のＮＯ_X 吸放出
作用を説明する図である。

【図３】ＮＯ_X 吸収剤の温度吸収特性の一例を示す図で
ある。

【図４】ＮＯ_X 吸収剤の切換え操作に伴う、ＮＯ_X 吸収
剤下流側での排気ガスＮＯ_X 濃度の変化の一例を示す図
である。

【図５】ＮＯ_X 吸収剤の切換え操作に伴う、ＮＯ_X 吸収
剤下流側での排気ガスＮＯ_X 濃度の変化の一例を示す図
である。

【図６】ＮＯ_X 吸収剤の吸収時間の設定を示す図であ
る。

【図７】ＮＯ_X 吸収剤の切換え操作を示すフローチャー
トである。

【図８】異なる温度吸収特性を有する２つＮＯ_X 吸収剤
を使用した場合の、図３と同様な図である。

【図９】図８に示した場合の、ＮＯ_X 吸収剤のＮＯ_X 吸
収時間比率の設定例を示す図である。

【図１０】図８に示した場合のＮＯ_X 吸収剤の切換え操
作に伴う、ＮＯ_X 吸収剤下流側での排気ガスＮＯ_X 濃度
の変化の一例を示す図である。

【図１１】ＮＯ_X 吸収剤の切換え操作を示すフローチャ
ートである。

【図１２】図８に示した場合の、ＮＯ_X 吸収剤のＮＯ_X
吸収時間比率の設定の別の例を示す図である。

【符号の説明】

１…内燃機関 ２、２２…排気切り換え弁 ３…排気通路 ３ａ、３ｂ…分岐通路 ５ａ、５ｂ…ＮＯ_X 吸収剤 １１…還元剤供給装置 ７ａ、７ｂ…排気温度センサ ２０…エンジン制御回路（ＥＣＵ）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０１Ｎ 3/20 Ｎ Ｕ (72)発明者 小端 喜代志 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 リーン空燃比の燃焼を行うことのできる
   内燃機関の排気通路に並列に接続された複数の分岐通路
   と、 該分岐通路のそれぞれに配置され、流入する排気の空燃
   比がリーンのときに排気中のＮＯ_X を吸収し、排気酸素
   濃度が低下したときに吸収したＮＯ_X を放出するＮＯ_X
   吸収剤と、 前記ＮＯ_X 吸収剤に流入する排気流量をそれぞれ個別に
   低減することが可能な排気切換え弁と、 前記ＮＯ_X 吸収剤のそれぞれに個別に還元剤を供給する
   ことが可能な還元剤供給装置とを備え、 前記ＮＯ_X 吸収剤に所定の吸収時間排気中のＮＯ_X を吸
   収させた後、ＮＯ_X 吸収剤に流入する排気流量を低減し
   て還元剤を供給することにより、ＮＯ_X 吸収剤から吸収
   したＮＯ_X を放出させるとともに放出されたＮＯ_X を還
   元浄化する操作を、順次前記各ＮＯ_X 吸収剤に行う内燃
   機関の排気浄化装置において、 前記内燃機関の排気温度を検出する排気温度検出手段
   と、 検出された排気温度に応じて前記各ＮＯ_X 吸収剤の前記
   吸収時間を設定する制御手段とを備えたことを特徴とす
   る内燃機関の排気浄化装置。
2. 【請求項２】 前記複数のＮＯ_X 吸収剤は、異なる温度
   吸収特性を有するものを含み、前記制御手段は、更に各
   ＮＯ_X 吸収剤の温度吸収特性の相違に応じて異なるＮＯ
   _X 吸収時間を設定することを特徴とする請求項１に記載
   の排気浄化装置。