JPWO2008123628A1 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

内燃機関において、機関排気通路内にＮＯｘ吸蔵触媒からなる前段触媒（１２）と後段触媒（１４）とが配置される。これら触媒（１２，１４）のＳＯｘ被毒を回復すべきときには対応する触媒（１２，１４）の温度がＳＯｘ放出温度まで上昇せしめられると共に対応する触媒（１２，１４）に流入する排気ガスの空燃比をリッチにするＳＯｘ被毒回復処理が行われる。この場合後段触媒（１４）のＳＯｘ被毒回復処理を行う頻度が前段触媒（１２）のＳＯｘ被毒回復処理を行う頻度よりも高くされる。

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トラップ触媒を配置した内燃機関が公知である（特開２００５−１３３６１０号公報参照）。この内燃機関では排気ガス中に含まれるＳＯ_ｘがＳＯ_ｘトラップ触媒に捕獲され、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ＳＯ_ｘトラップ触媒は予め定められている使用の仕方をしている限り、予め定められている保証走行距離以内であれば排気ガス中に含まれるＳＯ_ｘを捕獲し続ける。しかしながら例えばユーザーが誤まって高濃度のイオウを含有している燃料を使用したり、或いは予め定められている保証走行距離を超えて車両が走行されたような場合には許容量以上のＳＯ_ｘがＳＯ_ｘトラップ触媒に送り込まれ、斯くしてＳＯ_ｘトラップ触媒がＳＯ_ｘを捕獲しえなくなるという問題がある。
このような問題を考えるＳＯ_ｘトラップ触媒に多量のＳＯ_ｘが捕獲されたときにはＳＯ_ｘトラップ触媒からＳＯ_ｘを放出させてＳＯ_ｘトラップ触媒のＳＯ_ｘ捕獲能力を回復させることが必要となる。

本発明の目的はこのようなＳＯ_ｘの捕獲能力或いはＳＯ_ｘの吸蔵能力を効率よく回復することのできる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
本発明によれば、機関排気通路内に排気ガス流に沿って前段触媒と後段触媒とをこの順序で配置し、これら前段触媒および後段触媒は、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吸蔵触媒から構成されており、前段触媒のＳＯ_ｘ被毒を回復すべきときには前段触媒の温度をＳＯ_ｘ放出温度まで上昇させると共に前段触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチにするＳＯ_ｘ被毒回復処理を行い、後段触媒のＳＯ_ｘ被毒を回復すべきときには後段触媒の温度をＳＯ_ｘ放出温度まで上昇させると共に後段触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチにするＳＯ_ｘ被毒回復処理を行い、後段触媒のＳＯ_ｘ被毒回復処理を行う頻度を前段触媒のＳＯ_ｘ被毒回復処理を行う頻度よりも高くした内燃機関の排気浄化装置が提供される。
即ち、前段触媒に比べて後段触媒の熱劣化の度合は低いので後段触媒の方がＳＯ_ｘ被毒から回復しやすい。従って後段触媒のＳＯ_ｘ被毒回復処理の頻度を高めることによってＮＯ_ｘ浄化率を高めることができる。

図１は圧縮着火式内燃機関の全体図、図２はＮＯ_ｘ吸蔵触媒の触媒担体の表面部分の断面図、図３は排出ＳＯ_ｘ量ＳＯＸＡのマップを示す図、図４はＮＯ_ｘ浄化率の変化とＳＯ_ｘ被毒回復処理のタイミングを示すタイムチャート、図５はＳＯ_ｘ被毒回復処理を実行するためのフローチャート、図６はＳＯ_ｘトラップ触媒の基体の表面部分の断面図である。

符号の説明

参照符号の一覧表
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
１２…前段触媒
１４…後段触媒
１５，１６…還元剤供給弁
１８…ＮＯ_ｘセンサ

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の入口は吸入空気量検出器８を介してエアクリーナ９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１０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１１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１１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の出口は前段触媒１２の入口に連結される。また、前段触媒１２の出口は排気管１３を介して後段触媒１４に連結される。排気マニホルド５内には前段触媒１２に流入す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前段触媒用還元剤供給弁１５が配置され、排気管１３内には後段触媒１４に流入す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後段触媒用還元剤供給弁１６が配置される。更に、後段触媒１４の出口に連結された排気管１７内にはＮＯ_ｘセンサ１８が配置される。
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１９を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路１９内には電子制御式ＥＧＲ制御弁２０が配置される。また、ＥＧＲ通路１９周りにはＥＧＲ通路１９内を流れるＥＧＲガスを冷却するための冷却装置２１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２１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２２を介してコモンレール２３に連結される。このコモンレール２３内へは電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２４から燃料が供給され、コモンレール２３内に供給された燃料は各燃料供給管２２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。吸入空気量検出器８およびＮＯ_ｘセンサ１８の出力信号は夫々対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。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１０の駆動用ステップモータ、前段触媒用還元剤供給弁１５、後段触媒用還元剤供給弁１６、ＥＧＲ制御弁２０および燃料ポンプ２４に接続される。
図１に示される前段触媒１２および後段触媒１４はいずれもＮＯ_ｘ吸蔵触媒からなり、従ってまず初めにＮＯ_ｘ吸蔵触媒について説明する。このＮＯ_ｘ吸蔵触媒はその基体上に例えばアルミナからなる触媒担体が担持されており、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および各触媒１２，１４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ＮＯ_２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ＮＯ_３ ⁻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ＮＯ_２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ＮＯ_２がＮＯ_ｘ吸収剤４７内に吸収されて硝酸イオンＮＯ_３ ⁻が生成される。
これに対し、還元剤供給弁１２，１４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（ＮＯ_３ ⁻→ＮＯ_２）に進み、斯くしてＮＯ_ｘ吸収剤４７内の硝酸イオンＮＯ_３ ⁻がＮＯ_２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１２，１４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、それによって前段触媒１２および後段触媒１４のＮＯ_ｘ吸収剤４７からＮＯ_ｘを放出させるようにしている。
ところで排気ガス中にはＳＯ_ｘ、即ちＳＯ_２が含まれており、このＳＯ_２がＮＯ_ｘ吸蔵触媒に流入するとこのＳＯ_２は白金Ｐｔ４６において酸化されてＳＯ_３となる。次いでこのＳＯ_３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ＳＯ_４ ^２−の形でＮＯ_ｘ吸収剤４７内に拡散し、安定した硫酸塩ＢａＳＯ_４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ＢａＳＯ_４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ＢａＳＯ_４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ＢａＳＯ_４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。即ち、ＮＯ_ｘ吸蔵触媒がＳＯ_ｘ被毒を受けることになる。
ところでこの場合、ＮＯ_ｘ吸蔵触媒の温度を６００℃以上のＳＯ_ｘ放出温度まで上昇させた状態でＮＯ_ｘ吸蔵触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチにするとＮＯ_ｘ吸収剤４７からＳＯ_ｘが放出され、斯くしてＮＯ_ｘ吸蔵触媒のＳＯ_ｘ被毒を回復することができる。そこで本発明による実施例では、前段触媒１２のＳＯ_ｘ被毒を回復すべきときには前段触媒１２の温度をＳＯ_ｘ放出温度まで上昇させると共に前段触媒１２に流入する排気ガスの空燃比をリッチにし、後段触媒１４のＳＯ_ｘ被毒を回復すべきときには後段触媒１４の温度をＳＯ_ｘ放出温度まで上昇させると共に後段触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチにするようにしている。
この場合、本発明による実施例では対応する還元剤供給弁１５，１６から燃料を供給することによって各触媒１２，１４がＳＯ_ｘ放出温度まで昇温せしめられ、各触媒１２，１４に流入する排気ガスの空燃比がリッチにされる。即ち、前段触媒１２のＳＯ_ｘ被毒を回復する処理を行うときには前段触媒用還元剤供給弁１５から還元剤が供給され、後段触媒１４のＳＯ_ｘ被毒を回復する処理を行うときには後段触媒用還元剤供給弁１６から還元剤が供給される。
また、本発明による実施例ではこのようなＳＯ_ｘ被毒を回復させるためのＳＯ_ｘ被毒回復処理は触媒１２，１４毎に行われる。具体的に言うと、本発明による実施例では前段触媒１２および後段触媒１４の双方の触媒によるＮＯ_ｘ浄化率が予め定められた許容レベル以下になったときに前段触媒１２のＳＯ_ｘ被毒回復処理又は後段触媒１４のＳＯ_ｘ被毒回復処理のいずれか一方が行われる。この場合、ＮＯ_ｘ浄化率はＮＯ_ｘセンサ１８により検出されたＮＯ_ｘ濃度から算出される。
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、従って排気ガス中に含まれるＳＯ_ｘ量も要求トルクおよび機関回転数の関数となる。本発明による実施例では燃焼室２から単位時間当り排出される排出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３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、排気ガス中に含まれるＮＯ_ｘ量も要求トルクおよび機関回転数の関数であり、燃焼室２から単位時間当り排出される排出ＮＯ_ｘ量も要求トルクＴＱおよび機関回転数Ｎの関数としてマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。一方、燃焼室２から単位時間当り排出される排気ガス量は吸入空気量から求められ、従って記憶されている単位時間当りの排出ＮＯ_ｘ量と吸入空気量から前段触媒１２に流入する排気ガス中のＮＯ_ｘ濃度が算出できる。このＮＯ_ｘ濃度とＮＯ_ｘセンサ１８により検出されたＮＯ_ｘ濃度からＮＯ_ｘ浄化率が算出される。
ところで前段触媒１２と後段触媒１４とを比較すると前段触媒１２の方が後段触媒１４よりも高温となるので前段触媒１２の方が後段触媒１４に比べて熱劣化する。ところが、熱劣化をすると還元剤を供給してもＳＯ_ｘ被毒が十分に回復されない。これに対し、熱劣化をしていないと同一量の還元剤でもってＳＯ_ｘ被毒が十分に回復する。従って熱劣化をしずらい後段触媒１４のＳＯ_ｘ被毒を回復する方がＮＯ_ｘ浄化率が向上し、還元剤、即ち燃料の消費量が少なくて済むことになる。そこで本発明では後段触媒１４のＳＯ_ｘ被毒の方を優先的に回復させるようにしている。次にこのことについて図４を参照しつつ説明する。
図４は時間経過に伴なうＮＯ_ｘ浄化率の変化と、前段触媒１２および後段触媒１４に対するＳＯ_ｘ被毒回復処理のタイミングを示している。なお、図４において白抜きの部分Ｆｒは前段触媒１２によるＮＯ_ｘ浄化率への寄与部分を示しており、ハッチングの部分Ｒｒは後段触媒１４によるＮＯ_ｘ浄化率への寄与部分を示している。また、図４においてＮＸはＮＯ_ｘ浄化率の許容レベルを示している。
図４からわかるように最初の頃はＮＯ_ｘ浄化率が１００パーセントに維持されている。このときＳＯ_ｘ被毒は上流側に位置する前段触媒１２から開始されるので前段触媒１２によるＮＯ_ｘ浄化率は次第に低下していく。一方、前段触媒１２によるＮＯ_ｘ浄化率が低下しても後段触媒１４によりＮＯ_ｘの浄化作用がカバーされるので暫らくの間はＮＯ_ｘ浄化率は１００パーセント維持される。次いで後段触媒１４のＳＯ_ｘ被毒が進行していくとＮＯ_ｘ浄化率が次第に低下していく。
次いで時刻ｔ_１においてＮＯ_ｘ浄化率が許容レベルＮＸ以下になると後段触媒１４のＳＯ_ｘ被毒回復処理が行われる。その結果、後段触媒１４によるＮＯ_ｘ浄化率が上昇し、斯くして双方の触媒１２，１４によるＮＯ_ｘ浄化率が上昇する。次いで時刻ｔ_２においてＮＯ_ｘ浄化率が許容レベルＮＸ以下になると再び後段触媒１４のＳＯ_ｘ被毒回復処理が行われ、後段触媒１４によるＮＯ_ｘ浄化率が上昇せしめられる。次いで時刻ｔ_３においてＮＯ_ｘ浄化率が許容レベルＮＸ以下になると再び後段触媒１４のＳＯ_ｘ被毒回復処理が行われ、後段触媒１４によるＮＯ_ｘ浄化率が上昇せしめられる。
次いで時刻ｔ_４において再びＮＯ_ｘ浄化率が許容レベルＮＸ以下になるとこのときには後段触媒１４のＳＯ_ｘ被毒回復処理を行ってもＮＯ_ｘ浄化率はほとんど上昇しない。従ってこのときには図４に示されるように前段触媒１２のＳＯ_ｘ被毒回復処理が行われ、それによって双方の触媒１２，１４によるＮＯ_ｘ浄化率が上昇せしめられる。なお、このとき同時に後段触媒１４のＳＯ_ｘ被毒回復処理を行ってもよい。
このように本発明ではＮＯ_ｘ浄化率を目標とするＮＯ_ｘ浄化率まで回復しうる限りは後段触媒１４のＳＯ_ｘ被毒回復処理が繰返えされ、後段触媒１４のＳＯ_ｘ被毒回復処理をしてもＮＯ_ｘ浄化率を目標とするＮＯ_ｘ浄化率まで回復しえないときに前段触媒１２のＳＯ_ｘ被毒回復処理が行われる。従って本発明では図４からわかるように後段触媒１４のＳＯ_ｘ被毒回復処理を行う頻度が前段触媒１２のＳＯ_ｘ被毒回復処理を行う頻度よりも高くされる。
なお、図４からわかるように後段触媒１４のＳＯ_ｘ被毒回復処理が行われる間隔は次第に短かくなる。従って別の見方をすると、本発明では後段触媒１４のＳＯ_ｘ被毒回復処理の間隔が予め定められた期間よりも短かくなったときに前段触媒１２のＳＯ_ｘ被毒回復処理が行われる。
図５はＳＯ_ｘ被毒回復処理を実行するためのルーチンを示している。
図５を参照するとまず初めにステップ１００において図３から排出ＳＯ_ｘ量ＳＯＸＡが算出される。次いでステップ１０１ではこの排出ＳＯ_ｘ量ＳＯＸＡをΣＳＯＸに加算することによって排出ＳＯ_ｘ量の積算値ΣＳＯＸが算出される。次いでステップ１０２では排出ＮＯ_ｘ量と吸入空気量から排出ＮＯ_ｘ濃度が算出される。次いでステップ１０３ではＮＯ_ｘセンサ１８の出力値が読み込まれ、ステップ１０４においてＮＯ_ｘセンサ１８の出力値と排出ＮＯ_ｘ濃度からＮＯ_ｘ浄化率が算出される。
次いでステップ１０５ではＮＯ_ｘ浄化率が許容レベルＮＸよりも高いか否かが判別され、ＮＯ_ｘ浄化率が許容レベルＮＸよりも低下するとステップ１０６に進んでＳＯ_ｘ被毒回復処理が行われた直後からの排出ＳＯ_ｘ量の積算値ΣＳＯＸが設定値ＳＸ以上であるか否かが判別される。ΣＳＯＸ＞ＳＸのときには、即ちＳＯ_ｘ被毒回復処理後かなりの量のＳＯ_ｘを吸蔵しえたときには後段触媒１４によるＮＯ_ｘ浄化率は十分に回復しうると判断され、このときにはステップ１０７に進んで後段触媒１４のＳＯ_ｘ被毒回復処理が行われる。次いでステップ１０９に進んでΣＳＯＸがクリアされる。これに対し、ΣＳＯＸ≦ＳＸのときには後段触媒１４によるＮＯ_ｘ浄化率は十分に回復しえないと判断され、このときにはステップ１０８に進んで前段触媒１２のＳＯ_ｘ被毒回復処理が行われる。次いでステップ１０９に進む。
前段触媒１２としては排気ガス中に含まれるＳＯ_ｘを捕獲しうるＳＯ_ｘトラップ触媒を用いることもできる。図６はこのＳＯ_ｘトラップ触媒の基体５０の表面部分の断面を図解的に示している。図６に示されるように基体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。
このＳＯ_ｘトラップ触媒では貴金属触媒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、ＳＯ_ｘトラップ触媒のコート層５１は強塩基性を呈している。
排気ガス中に含まれるＳＯ_ｘ、即ちＳＯ_２は図６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、ＳＯ_２は硫酸イオンＳＯ_４ ^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６に示されるように排気ガス中に含まれるＳＯ_２の一部は直接コート層５１内に捕獲される。
図６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６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。このＳＯ_ｘトラップ触媒ではこのとき排気ガスの空燃比がリーンのもとでＳＯ_ｘトラップ触媒の温度を上昇させるとＳＯ_ｘトラップ率が回復される。
即ち、排気ガスの空燃比がリーンのもとでＳＯ_ｘトラップ触媒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ＳＯ_ｘトラップ触媒が昇温せしめられるとＳＯ_ｘトラップ率が回復する。
従ってこのＳＯ_ｘトラップ触媒を用いた場合にはＳＯ_ｘトラップ触媒は定期的に昇温せしめられる。しかしながら多量のＳＯ_ｘがＳＯ_ｘトラップ触媒に送り込まれたときにはＳＯ_ｘトラップ触媒を昇温してもＳＯ_ｘトラップ率を回復できなくなる。従ってＳＯ_ｘトラップ触媒を用いた場合でもＳＯ_ｘトラップ触媒の温度をＳＯ_ｘ放出温度まで上昇させると共に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ＳＯ_ｘ被毒回復処理を行う必要が生じる。

Claims (7)

1. 機関排気通路内に排気ガス流に沿って前段触媒と後段触媒とをこの順序で配置し、これら前段触媒および後段触媒は、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吸蔵触媒から構成されており、前段触媒のＳＯ_ｘ被毒を回復すべきときには前段触媒の温度をＳＯ_ｘ放出温度まで上昇させると共に前段触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチにするＳＯ_ｘ被毒回復処理を行い、後段触媒のＳＯ_ｘ被毒を回復すべきときには後段触媒の温度をＳＯ_ｘ放出温度まで上昇させると共に後段触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチにするＳＯ_ｘ被毒回復処理を行い、後段触媒のＳＯ_ｘ被毒回復処理を行う頻度を前段触媒のＳＯ_ｘ被毒回復処理を行う頻度よりも高くした内燃機関の排気浄化装置。
2. 前段触媒上流の機関排気通路内に前段触媒用還元剤供給弁を配置すると共に前段触媒と後段触媒間に後段触媒用還元剤供給弁を配置し、前段触媒のＳＯ_ｘ被毒回復処理を行うときには前段触媒用還元剤供給弁から還元剤を供給し、後段触媒のＳＯ_ｘ被毒回復処理を行うときには後段触媒用還元剤供給弁から還元剤を供給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。
3. 前段触媒および後段触媒の双方の触媒によるＮＯ_ｘ浄化率が予め定められた許容レベル以下になったときに前段触媒のＳＯ_ｘ被毒回復処理又は後段触媒のＳＯ_ｘ被毒回復処理のいずれか一方が行われる請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 後段触媒下流の機関排気通路内にＮＯ_ｘセンサが配置され、該ＮＯ_ｘセンサにより検出されたＮＯ_ｘ濃度からＮＯ_ｘ浄化率が算出される請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
5. ＮＯ_ｘ浄化率を目標とするＮＯ_ｘ浄化率まで回復しうる限りは後段触媒のＳＯ_ｘ被毒回復処理が繰返えされ、後段触媒のＳＯ_ｘ被毒回復処理をしてもＮＯ_ｘ浄化率を目標とするＮＯ_ｘ浄化率まで回復しえないときに前段触媒のＳＯ_ｘ被毒回復処理が行われる請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
6. ＮＯ_ｘ浄化率を目標とするＮＯ_ｘ浄化率まで回復しうる限りは後段触媒のＳＯ_ｘ被毒回復処理が繰返えされ、後段触媒のＳＯ_ｘ被毒回復処理の間隔が予め定められた期間よりも短かくなったときに前段触媒のＳＯ_ｘ被毒回復処理が行われる請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
7. 上記前段触媒がＳＯ_ｘトラップ触媒からなり、該ＳＯ_ｘトラップ触媒は、ＳＯ_ｘトラップ触媒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ＳＯ_ｘを捕獲し、排気ガスの空燃比がリーンのもとで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ＳＯ_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ている請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。

Images