WO2007148821A1

WO2007148821A1 - 内燃機関の排気浄化装置

Info

Publication number: WO2007148821A1
Application number: PCT/JP2007/062828
Authority: WO
Inventors: Kohei Yoshida; Shinya Hirota; Takamitsu Asanuma
Original assignee: Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha
Priority date: 2006-06-22
Filing date: 2007-06-20
Publication date: 2007-12-27
Also published as: US8122706B2; KR20080096756A; KR101017878B1; JP4458070B2; EP2039899A1; EP2039899A4; CN101438037B; US20090183493A1; JP2008002360A; CN101438037A; EP2039899B1

Abstract

第１排気浄化装置１において昇温制御を実施する時には、第２排気浄化装置２が設定温度以上へ昇温されないようにする。

Description

内燃機関の排気浄化装置

技術分野

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。明

背景技術

ディーゼルエンジンのように希薄燃焼を実施する内燃機関が公知書

であり、このような内燃機関の排気通路に、 NO_x を浄化するための N〇_x 吸蔵還元触媒装置と、 N〇_x 吸蔵還元触媒装置の下流側にパティキュレートを浄化するためのパティキユレ一トフィル夕とを直列に配置することが提案されている（例えば、特開 2 0 0 5— 9 0 2 5 6、特開 2 0 0 5— 1 3 3 6 1 0、特開平 7 — 2 4 3 3 2 2 、特開平 1 1 — 2 0 0 8 5 2、特開平 1 0— 2 5 2 4 5 5、及び、特開平 6— 1 1 7 2 2 1参照）。

パティキユレ一卜フィル夕に N〇_x 吸蔵触媒を担持させれば、 N 〇_x を吸蔵して還元浄化することができると共に、 N〇_x 吸蔵触媒が活性酸素放出剤としても機能し、 N〇_x 吸蔵触媒から放出される活性酸素により捕集パティキュレートを低温度で酸化浄化することができる。しかしながら、機関加速運転時のように、多量のパティキュレートがパティキュレートフィル夕に一度に捕集されると、 N 〇_x 吸蔵触媒から放出される活性酸素だけでは捕集パティキュレートを十分に酸化浄化することができないことがある。こうして、パティキュレート堆積量が徐々に増加し、設定量以上のパティキユレートがパティキュレートフィル夕に堆積すると、パティキュレートフィル夕の排気抵抗が機関出力に悪影響を与えるようになるために、設定量のパティキュレートがパティキュレートフィル夕に堆積した時には、堆積パティキュレートを強制的に燃焼させて除去することが必要となり、そのためには、パティキュレートフィルタを約 6 0 0 °Cまで昇温しなければならない。

このようなパティキユレ一トフィル夕の昇温制御は、一般的に、膨張行程又は排気行程において気筒内へ追加燃料を噴射したり、 N O _x 吸蔵還元触媒装置の上流側において機関排気系に追加燃料を供給したりすることとなる。このような昇温制御の追加燃料は、 N O X 吸蔵還元触媒装置を通過する際に、 N〇_x 触媒還元触媒装置に担持された酸化触媒によって排気ガス中の酸素を使用して燃焼させられ、この燃焼熱により 6 0 0 °C以上に昇温した排気ガスをパティキユレートフィルタへ流入させ、パティキュレートフィル夕を昇温させる。

こうして、パティキュレートフィルタを昇温制御する毎に、 N O X 吸蔵還元触媒装置も同時に 6 0 0 °C以上に昇温され、 N〇_x 吸蔵還元触媒装置が熱劣化してしまう。発明の開示

従って、本発明の目的は、パティキュレートフィルタのような設定温度（例えば、 6 0 0 °C ) 以上への昇温制御を必要とする第 1排気浄化装置の上流側に配置された N O _x 吸蔵還元触媒装置のような第 2排気浄化装置が第 1排気浄化装置の昇温制御により熱劣化しないようにする内燃機関の排気浄化装置を提供することである。

本発明による請求項 1 に記載の内燃機関の排気浄化装置は、設定温度以上への昇温制御を必要とする第 1排気浄化装置と、前記第 1 排気浄化装置の上流側に配置された第 2排気浄化装置とを具備し、前記第 1排気浄化装置において前記昇温制御を実施する時には、前記第 2排気浄化装置が前記設定温度以上へ昇温されないようにすることを特徴とする。

本発明による請求項 2に記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項 1 に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記第 1排気浄化装置と前記第 2排気浄化装置との間に燃料を供給する燃料供給装置を具備し、前記燃料供給装置により供給された燃料を前記第 1排気浄化装置に担持させた酸化触媒又は前記第 1排気浄化装置の直上流側に位置する酸化触媒装置に担持させた酸化触媒によって燃焼させることにより、前記第 1排気浄化装置において前記昇温制御を実施し、前記昇温制御を実施する時には前記第 2排気浄化装置が前記設定温度以上へ昇温されないようにすることを特徵とする。

本発明による請求項 3に記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項 2に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記第 1排気浄化装置において前記昇温制御を実施する際に前記酸化触媒が活性温度未満である時には、前記燃料供給装置により供給される燃料量より少量の燃料を、前記第 2排気浄化装置の上流側から供給し、前記第 2排気浄化装置の酸化機能により前記少量の燃料を燃焼させて排気ガスを昇温させ、昇温させた排気ガスにより前記酸化触媒を活性化温度以上に昇温させた後に、前記燃料供給装置により燃料を供給することを特徴とする。

本発明による請求項 4に記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項 1から 3のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記第 2排気浄化装置は N〇_x 吸蔵還元触媒装置であり、前記 N O _x 吸蔵還元触媒装置において吸蔵 N〇_x を放出して還元浄化するために、前記 N〇_x 吸蔵還元触媒装置へ流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチ空燃比とされる時に、前記第 1排気浄化装置において前記昇温制御を実施することを特徴とする。本発明による請求項 5に記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項 1から 4のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記第 1排気浄化装置は活性酸素放出剤を担持するパティキュレートフィル夕であり、前記昇温制御とは別に、前記パティキユレートフィル夕へ流入する単位時間当たりのパティキュレート量が多いほど、前記パティキュレートフィル夕の温度が高くなるように、前記燃料供給装置から燃料が供給されることを特徴とする。

本発明による請求項 6に記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項 1から 5のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記第 2排気浄化装置は N〇_x 吸蔵還元触媒装置であり、前記 N O _x 吸蔵還元触媒装置の上流側には、排気ガス中の S〇_x を吸蔵する S トラップ装置が配置されることを特徴とする。

本発明による請求項 1 に記載の内燃機関の排気浄化装置によれば、設定温度以上への昇温制御を必要とする第 1排気浄化装置と、第 1排気浄化装置の上流側に配置された第 2排気浄化装置とを具備し、第 1排気浄化装置において昇温制御を実施する時には、第 2排気浄化装置が設定温度以上へ昇温されないようになっており、それにより、第 2排気浄化装置は、第 1排気浄化装置の昇温制御により熱劣化することがない。

本発明による請求項 2に記載の内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項 1 に記載の内燃機関の排気浄化装置において、第 1排気浄化装置と第 2排気浄化装置との間に燃料を供給する燃料供給装置を具備し、前記燃料供給装置により供給された燃料を第 1排気浄化装置に担持させた酸化触媒又は第 1排気浄化装置の直上流側に位置する酸化触媒装置に担持させた酸化触媒によって燃焼させることにより、第 2排気浄化装置の下流側において発生させた燃料の燃焼熱によって第 1排気浄化装置が設定温度以上へ昇温されるために、第 1 排気浄化装置の昇温制御によって第 2排気浄化装置が設定温度以上へ昇温されることはない。

本発明による請求項 3に記載の内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項 2に記載の内燃機関の排気浄化装置において、第 1排気浄化装置において昇温制御を実施する際に酸化触媒が活性温度未満である時には、燃料供給装置により第 1排気浄化装置と第 2排気浄化装置との間に供給される燃料量より少量の燃料を、第 2排気浄化装置の上流側から供給し、第 2排気浄化装置の酸化機能により少量の燃料を燃焼させて排気ガスを昇温させ、昇温させた排気ガスにより酸化触媒を活性化温度以上に昇温させた後に、燃料供給装置が燃料を供給するようになっており、第 2排気浄化装置は、少量の燃料の燃焼により温度上昇しても、設定温度以上へ昇温されることはなく、一方、第 1排気浄化装置は設定温度以上へ良好に昇温される。本発明による請求項 4に記載の内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項 1から 3のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置において、第 2排気浄化装置は N O _x 吸蔵還元触媒装置であり、 N 〇_x 吸蔵還元触媒装置において吸蔵 N O _x を放出して還元浄化するために、 N〇_x 吸蔵還元触媒装置へ流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリツチ空燃比とされる時には、第 2排気浄化装置としての N O _x 吸蔵還元触媒装置において、排気ガス中の H Cが排気ガス中の酸素及び放出 N O _x からの還元酸素を使用して燃焼するために、この燃焼熱が第 1排気浄化装置の昇温制御に利用可能であり、この時に第 1排気浄化装置において昇温制御を実施することにより、昇温制御のためのエネルギを低減することができる。

本発明による請求項 5に記載の内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項 1から 4のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置において、第 1排気浄化装置は活性酸素放出剤を担持するパティキユレ一卜フィル夕であり、昇温制御とは別に、パティキユレ一トフィル夕へ流入する単位時間当たりのパティキュレート量が多いほど、パティキュレートフィル夕の温度が高くなるように、燃料供給装置によりパティキュレートフィル夕と第 2排気浄化装置との間へ燃料が供給されるようになっており、それにより、パティキュレートフィルタへ流入する単位時間当たりのパティキユレ一ト量が多いほど、パティキュレートフィルタの温度は高くなり、活性酸素放出剤から放出される単位時間当たりの活性酸素量が多くなるために、パティキユレ一トフィル夕に捕集されるパティキュレートは良好に酸化除去され、設定量のパティキュレートが堆積し難くなつて、パティキュレートフィル夕の昇温制御の機会を減少させることができる本発明による請求項 6 に記載の内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項 1から 5のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置において、第 2排気浄化装置は N〇_x 吸蔵還元触媒装置であり、 N O _x 吸蔵還元触媒装置の上流側には、排気ガス中の S〇_x を吸蔵する S トラップ装置が配置されているために、 N O _x 吸蔵還元触媒装置には S O _x が吸蔵されることはなく、 N O _x 吸蔵還元触媒装置において、吸蔵 S O _x を放出させるための昇温制御が不必要となり、この昇温制御に伴う熱劣化は発生しない。図面の簡単な説明

図 1は本発明による内燃機関の排気浄化装置を示す機関排気系の概略図である。

図 2はパティキュレートフィル夕の昇温制御のためのフローチヤ一卜である。

図 3は活性酸素放出剤を担持するパティキュレートフィル夕において、パティキュレートフィル夕の温度と酸化除去可能パティキュレート量との関係を示すグラフである。発明を実施するための最良の形態

図 1 は本発明による内燃機関の排気浄化装置を示す機関排気系の概略図である。内燃機関は、ディーゼルエンジンのような希薄燃焼を実施するものであり、その排気ガス中には、比較的多くの N O _x と、パティキュレートとが含まれる。それにより、機関排気系には、パティキュレー卜を浄化するためのパティキユレ一トフィル夕 1 が配置され、パティキユレ一トフィルタ 1の上流側には、 N〇 _x 浄化するための N O _x 吸蔵還元触媒装置 2が直列に配置されている。

パティキュレートフィル夕 1 は、例えば、コージライ卜のような多孔質材料から形成されたハニカム構造をなすウォールフロー型であり、多数の軸線方向に延在する隔壁によって細分された多数の軸線方向空間を有している。隣接する二つの軸線方向空間において、栓によって、一方は排気下流側で閉鎖され、他方は排気上流側で閉鎖される。こうして、隣接する二つの軸線方向空間の一方は排気ガスの流入通路となり、他方は流出通路となり、排気ガスは、必ず隔壁を通過するようになる。排気ガス中のパティキュレートは、隔壁の細孔の大きさに比較して非常に小さいものであるが、隔壁の排気上流側表面及び隔壁内の細孔表面上に衝突して捕集される。パティキュレートフィルタは、捕集されたパティキュレートを酸化除去することを可能とするものであり、そのために、隔壁の両側表面上、及び、好ましくは隔壁内の細孔表面上にもアルミナ等を使用して以下に説明する活性酸素放出剤と貴金属触媒とが担持されている。

活性酸素放出剤とは、活性酸素を放出することによってパティキュレートの酸化を促進するものであり、好ましくは、周囲に過剰酸素が存在すると酸素を取込んで酸素を保持しかつ周囲の酸素濃度が低下すると保持した酸素を活性酸素の形で放出するものである。

活性酸素放出剤は、例えば、 N〇_x 吸蔵触媒とすることができる。 N〇 _x 吸蔵触媒は、例えば、カリウム、ナトリウム N a、リチゥム L i 、セシウム C s のようなアルカリ金属、ノリウム B a、力ルシゥム C aのようなアルカリ土類金属、ランタン L a、イツトリゥム Yのような希土類から選ばれた少なくとも一つである。この N 〇_x 吸蔵触媒は、流入する既燃ガスの空燃比がリーンの時、すなわち、酸素濃度が高い時には N〇_x を吸蔵し、空燃比が理論空燃比又はリッチになると、すなわち、酸素濃度が低下すると、吸蔵した N 〇_x を放出する N〇_x の吸放出作用を行う。この N〇_x の吸放出に際して、活性酸素が放出され、この活性酸素は輝炎を発生させることなくパティキユレ一トを酸化除去することができる。酸化触媒として機能する貴金属触媒としては、通常、白金 P tが用いられる。ところで、活性酸素放出剤としてパティキュレートフィルタ 1 に担持される場合には、 N O _x 吸蔵触媒としては、カルシウム C aよりもイオン化傾向の高いアルカリ金属又はアルカリ土類金属、例えばカリウム Kを用いることが好ましい。それにより、排気ガス中のカルシウム C aが、酸化除去され難い硫酸カルシウム C a S〇 ₄ を生成して、パティキュレートフィル夕上にアッシュとして残留し難くなる。

N〇_x 吸蔵還元触媒装置 2は、アルミナ等を使用して前述の N O X 吸蔵触媒と白金 P t のような貴金属触媒とが担持されたモノリス担体又はペレット担体を有するものである。こうして、排気ガス中の N O _x は、 N O _x 吸蔵還元触媒装置 2によって吸蔵されるが、もし、 N O _x 吸蔵還元触媒装置 2から流出する N O _x が存在しても、この N〇_x はパティキュレートフィルタ 1 によって吸蔵されるために、大気中への N O X 放出量を十分に低減することができ。

ところで、 N O X 吸蔵触媒は、約 5 5 0 °C以下に維持されれば、殆ど熱劣化しない o しカゝしながら、 5 5 0でより高い温度とされると熱劣化により N 〇 X 吸蔵能力が低下し、例えば、 6 3 0 °Cで 1 0 時間維持されれば、特に低温側の N〇_x 吸蔵能力が約 8 0 %に低下する。

パティキュレートフィル夕 1は、前述したように、活性酸素放出剤から放出される活性酸素により、自動的に捕集パティキュレートを酸化除去することができる。しかしながら、加速運転時のようにエンジンから多量のパティキュレートが放出されると、その全てを酸化除去するには活性酸素の量が不十分となつて、パティキュレートフィル夕にはパティキュレートが堆積することがある。この堆積パティキユレトが設定 -曰-となれば、ティキュレー卜フイ ^/夕 1 の排気抵抗は機関出力に亜ヽ影響を与えるようになるために、 RX

のパティキュレ一卜がパティキユレ一フィルタ 1に堆積した時には、堆積パティキュレーを強制的に燃焼させて除去することが必要となり、そのためには、パティキュレ一トフィル夕 1 をパティキユレ一卜の燃焼温度である約 6 0 0 °Cまで昇温しなければならないパティキュレートフィル夕 1 に設定量のパティキュレートが堆積したことを判断するためには、例えば、パティキュレートフィル夕 1 の上流側と下流側との差圧を検出すれば良い。この差圧が設定値以上となれば、設定量以上のパティキユレ一卜が堆積していると判断することができる。

パティキュレートフィル夕 1の昇温制御は、一般的に、膨張行程又は排気行程において気筒内へ追加燃料を噴射したり、 N〇_x 吸蔵還元触媒装置 2の上流側において機関排気系に追加燃料を供給したりすることとなる。このような昇温制御の追加燃料は、 N O _x 吸蔵還元触媒装置 2 を通過する際に、 N〇_x 触媒還元触媒装置 2に担持された酸化触媒によって排気ガス中の酸素を使用して燃焼させられ、この燃焼熱により 6 0 0 °C以上に昇温した排気ガスをパティキュレートフィル夕 1へ流入させ、パティキュレートフィルタ 1 を昇温させる。

こうして、パティキュレートフィル夕 1の昇温制御を実施する毎に、パティキュレートフィル夕 1 に担持されている N O _x 吸蔵触媒が熱劣化するのはしかたないとしても、 N O _x 吸蔵還元触媒装置 2 も同時に 6 0 0 °C以上に昇温され、 N〇_x 吸蔵還元触媒装置 2に担持されている N O _x 吸蔵触媒が熱劣化してしまう。

このような N O _x 吸蔵還元触媒装置 2の熱劣化を防止するために、本実施形態においては、パティキュレートフィル夕 1 の昇温制御を実施する際には、 N〇_x 吸蔵還元触媒装置 2 とパティキュレートフィル夕 1 との間に配置された第 1燃料供給装置 R I によりパティキユレ一卜フィルタ 1 を約 6 0 0 °Cまで昇温するのに必要な量の追加燃料が機関排気系へ供給される。このように供給された追加燃料は、パティキュレートフィル夕 1 に担持された酸化触媒によって排気ガス中の酸素を使用して燃焼させられ、パティキユレ一トフィル夕 1 を昇温させる。追加燃料が供給された排気ガスの空燃比は、理論空燃比よりリーンとして追加燃料を良好に燃焼させることが好ましく、そのためには、機関高回転高負荷時のように排気ガス量が多い時に昇温制御を実施することが好ましい。このような昇温制御において、パティキュレートフィル夕 1の上流側に配置された N〇 _x 吸蔵還元触媒装置 2は、全く昇温されないために熱劣化することはない。

パティキュレートフィルタ 1 に活性酸素放出剤が担持されていない場合には、排気ガス中のパティキユレ一トは、パティキュレートフィル夕 1 に堆積する一方となり、前述のようにして設定量のパティキュレートがパティキュレートフィルタ 1 に堆積していると判断された時、又は、車両走行距離又は車両走行時間等に基づき定期的に昇温制御を実施することとなる。この昇温制御に際して、パティキュレー卜フィル夕 1 に酸化触媒が担持されていれば、前述同様に、第 1燃料供給装置 R I から追加燃料を供給すれば良い。パティキユレ一トフィル夕 1 に酸化触媒が担持されていない場合には、パティキユレ一卜フィル夕 1の直上流側に酸化触媒を担持する酸化触媒装置を配置し、 N〇_x 吸蔵還元触媒装置 2 とパティキュレートフィル夕 1 との間に配置された第 1燃料供給装置 R I から、酸化触媒装置の上流側へ追加燃料を供給するようにする。

ところで、 N〇_x 吸蔵触媒は、 N O _x と同様なメカニズムによつて排気ガス中の S O _x も吸蔵してしまう。 N〇_x 吸蔵触媒を担持する N O _x 吸蔵還元触媒装置 2は、無制限に N O _x を吸蔵することはできず、最大吸蔵可能 N〇_x 量を有している。 S O _x が吸蔵されると、その分、この最大吸蔵可能 N O _x 量を低減させる。それにより、 S O _x 吸蔵量が設定量に達した時には、吸蔵 S O _x を放出させる回復処理が必要となる。 S〇_x は安定な硫酸塩として吸蔵されているために、回復処理には N O _x 吸蔵還元触媒装置を約 6 5 0 °Cへ昇温する昇温制御が必要となる。

この昇温制御は、膨張行程又は排気行程において気筒内へ追加燃料を噴射したり、 N〇_x 吸蔵還元触媒装置 2の上流側に配置された第 2燃料供給装置 F I によって機関排気系に追加燃料を供給したりすることとなる。このような昇温制御の追加燃料は、 N〇_x 吸蔵還元触媒装置 2において、酸化触媒によって排気ガス中の酸素を使用して燃焼させられ、この燃焼熱により N〇_x 吸蔵還元触媒装置 2 を約 6 5 0 °Cに昇温する。次いで、気筒内への追加燃料又は第 2燃料供給装置 F I による追加燃料により、 N〇_x 吸蔵還元触媒装置 2へ流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比又はリッチ空燃比とすることによって、 N O_x 吸蔵還元触媒装置 2に吸蔵されている NO_x だけでなく S O_x も放出され、こうして放出された NO_x 及び S O_x は、排気ガス中の H C及び C O等の還元物質により還元浄化されるこのような回復処理における昇温制御によって、 N O_x 吸蔵還元触媒装置 2は熱劣化するが、パティキュレートフィル夕 1の昇温制御による熱劣化は防止されるために、これまでに比較して N〇 _x 吸蔵還元触媒装置 2の熱劣化を抑制することができる。しかしながら、 NO_x 吸蔵還元触媒装置 2の回復処理の熱劣化は好ましいものではなく、本実施形態においては、 Ν〇_χ 吸蔵還元触媒装置 2の上流側に、排気ガス中の S〇_χ を吸蔵する S トラップ装置 3が配置されている。 S トラップ装置 3は、基本的には NO _χ 吸蔵還元触媒装置 2 と同じ構成を有し、好ましくは、 S O_x を吸蔵させるための NO X 吸蔵触媒を多量に担持している。

こうして、 S 卜ラップ装置 3が N O _x 吸蔵還元触媒装置 2の上流側に配置されていれば、排気ガス中の S〇_x は、殆ど S トラップ装置 3に吸蔵されるために、 NO_x 吸蔵還元触媒装置 2に吸蔵されることはなく、 N O_x 吸蔵触媒装置 2の回復処理は必要なくなる。それにより、回復処理の昇温制御による N〇_x 吸蔵触媒装置 2の熱劣化は防止される。 S トラップ装置 3 において、 S〇_x だけでなく N O_x も吸蔵されるが、 S〇_x が流入すると、 N〇_x と入れ代わって吸蔵され、 S O_x を吸蔵する一方となる。 S トラップ装置 3から S O_x を放出させるための回復処理は実施されず、最大吸蔵可能 S O _x 量まで S O_x が吸蔵されれば、 S トラップ装置 3は新品と交換される。

こうして NO_x 吸蔵還元触媒装置 2には N〇_x だけが吸蔵され、 NO_x 吸蔵量が最大吸蔵可能 NO_x 量に達する以前に、吸蔵 NO_x を放出させる再生処理が実施される。例えば、機関運転状態毎の単位時間当たりの N O _x 排出量を予めマップ化しておき、各機関運転状態において N〇_x 排出量を積算すれば、この積算値を NO_x 吸蔵還元触媒装置 2の N〇_x 吸蔵量とすることができる。この NO_x 吸蔵量が設定値に達した時に N〇_x 吸蔵還元触媒装置 2の再生時期と判断することができる。このように再生時期を判断することなく、設定車両走行時間毎又は設定車両走行距離毎に再生時期として再生処理を実施するようにしても良い。

再生処理においては、気筒内への追加燃料又は第 2燃料供給装置 F I による追加燃料により、 NO_x 吸蔵還元触媒装置 2へ流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比又はリッチ空燃比とする。この時には、 S トラップ装置 3及び NO _x 吸蔵還元触媒装置 2において、酸化触媒によって追加燃料は排気ガス中の酸素を使用して燃焼させられ、排気ガス中の酸素濃度を低下させる。排気ガスの空燃比を理論空燃比又はリツチ空燃比とするのに必要な追加燃料が多量となれば、追加燃料の燃焼により NO_x 吸蔵還元触媒装置 2が熱劣化するほど昇温してしまうために、再生処理を実施する際には、低回転低負荷時のように排気ガス量が少ない時が好ましい。

排気ガス中の酸素濃度が低下すれば、 S 卜ラップ装置 3及び N O _x 吸蔵還元触媒装置 2に吸蔵されている N〇_x が放出され、放出 N 〇_x は排気ガス中の還元物質により還元浄化され、再生処理が完了する。再生処理のために N〇_x 吸蔵還元触媒装置 2の上流側において機関排気系へ追加燃料を供給するための第 2燃料供給装置 F I は、 S トラップ装置 3の上流側に配置したが、 S トラップ装置 3の再生処理は特に必要ではないために、 S トラップ装置 3の下流側に配置するようにしても良い。

このような N〇_x 吸蔵還元触媒装置 2の再生処理においても、追加燃料の燃焼により排気ガス温度が高まるために、パティキユレ一トフィル夕 1 を昇温させる。それにより、パティキユレ一トフィル夕 1の昇温制御に合わせて、 N〇_x 吸蔵還元触媒装置 2の再生処理を実施するか、又は、 N〇_x 吸蔵還元触媒装置 2の再生処理に合わせてパティキュレートフィルタ 1の昇温制御を実施するようにすれば、パティキュレートフィルタ 1の昇温制御に必要なエネルギを節約することができる。

図 2はパティキュレー卜フィル夕 1 の昇温制御のためのフローチャ一トである。先ず、ステップ 1 0 1 において、パティキュレートフィルタ 1 に設定量のパティキュレートが堆積し、この堆積パティキユレ一トを燃焼させるための昇温制御が要求されているか否かが判断される。この判断が否定される時にはそのまま終了するが、肯定される時には、ステップ 1 0 2において、パティキュレートフィル夕 1 に担持された酸化触媒（又は、パティキュレートフィル夕 1 の直上流側に配置された酸化触媒装置の酸化触媒）の温度 T 1が活性温度 T以上であるか否かが判断される。例えば、パティキュレートフィル夕 1 (又は酸化触媒装置）' へ流入する排気ガス温度が推定又は測定され、この排気ガス温度を酸化触媒の温度 T 1 として使用することができる。

ステップ 1 0 2の判断が肯定される時には、ステップ 1 0 3において、前述したように、パティキユレ一トフィルタ 1 と N O _x 吸蔵還元触媒装置 2 との間に配置された第 1燃料供給装置 R I により機関排気系へ追加燃料が供給され、パティキユレ一トフィル夕 1 の昇温制御が実施される。しかしながら、パティキュレートフィル夕 1 の酸化触媒の温度 T 1が活性温度以下である時には、追加燃料が供給されても追加燃料を燃焼させることができない。

それにより、ステップ 1 0 2の判断が否定される時には、ステツプ 1 0 4において、 Ν Ο _χ 吸蔵還元触媒装置 2に担持された酸化触媒の温度 Τ 2が活性温度 Τ以上であるか否かが判断される。 Ν〇_χ 吸蔵還元触媒装置 2は、パティキュレートフィル夕 1 より機関本体近くに位置するために、パティキュレートフィル夕 1 よりは高温度となっている。しかしながら、ステップ 1 0 4の判断が否定される時には、パティキュレートフィルタ 1の昇温制御を実施することはできず、そのまま終了する。

一方、ステップ 1 0 4の判断が肯定され、 Ν Ο _χ 吸蔵還元触媒装置 2の酸化触媒の温度 Τ 2が活性温度 Τ以上である時には、ステツプ 1 0 5において、気筒内への追加燃料を実施するか、又は、 N O X 吸蔵還元触媒装置 2の上流側に配置された第 2燃料供給装置 F I により機関排気系へ追加燃料を供給し、 N O _x 吸蔵還元触媒装置 2 の酸化触媒により追加燃料を燃焼させる。

この燃料燃焼により昇温させた排気ガスをパティキユレ一卜フィルタ 1へ流入させ、パティキュレートフィル夕 1の酸化触媒の温度 T 1 を活性温度 Tへ昇温させる。 N O _x 吸蔵還元触媒装置 2において燃焼させる追加燃料は、パティキュレートフィル夕 1 を酸化触媒の活性温度 Tまで昇温すれば良いために、パティキユレ一卜フィル夕 1 の昇温制御において第 1燃料供給装置 R I により供給される燃料量より少量とされる。それにより、その燃焼熱によって N〇_x 吸蔵還元触媒装置 2が熱劣化温度（約 5 5 0 °C以上）に昇温されるようなことはない。

こうして、パティキユレ一トフィル夕 1の酸化触媒の温度 T 1が活性温度 T以上に昇温されれば、ステップ 1 0 2の判断が肯定され、パティキュレートフィル夕 1 と N O _x 吸蔵還元触媒装置 2 との間に配置された第 1燃料供給装置 R I により機関排気系へ追加燃料が供給され、パティキュレートフィルタ 1の昇温制御が実施される。第 1燃料供給装置 R I により供給される追加燃料量は、パティキュレートフィル夕 1 を設定温度へ昇温させるのに必要な最少量とされ、パティキユレ一トフィルタ 1へ流入する排気ガス温度が高いほど少なくされる。こうして、パティキユレ一トフィル夕 1の昇温制御を確実に実施することができる。

図 3は、パティキユレ一トフィルタ 1 に活性酸素放出剤を担持させた場合において、パティキユレ一トフィル夕 1の温度 T Fと、単位時間当たりの酸化除去可能パティキュレート量 Gとの関係を示すグラフである。

白金及び活性酸素放出剤はパティキュレートフィル夕 1の温度が高くなるほど活性化するので単位時間当りに活性酸素放出剤から放出される活性酸素の量はパティキュレートフィルタの温度 T Fが高くなるほど増大する。また、当然のことながら、パティキュレート自身の温度が高いほど酸化除去され易くなる。従ってパティキユレ —トフィルタ 1上において単位時間当りに輝炎を発することなくパティキュレートを酸化除去可能な酸化除去可パティキュレート量 G はパティキュレートフィルタの温度 T Fが高くなるほど増大する。図 3において単位時間は 1秒としたが、 1分、 1 0分等任意の時間を採用することができる。いずれにしても、パティキユレ一トフィルタ 1上において単位時間当たりに輝炎を発することなく酸化除去可能な酸化除去可能パティキュレート量 Gはパティキュレートフィル夕 1 の温度が高くなるほど増大する。

本実施形態では、現在の単位時間当たりにエンジンから排出されるパティキュレート量 Mを単位時間当たりの酸化除去可能パティキ P2007/062828 ュレート量 Gが上回るように、パティキユレ一トフィルタ 1の温度 T Fを制御するようにしている。

すなわち、パティキュレートフィル夕 1 の温度を推定又は測定し、このパティキュレートフィルタ 1の温度が低く、現在の単位時間当たりにエンジンから排出されるパティキュレート量 Mを単位時間当たりの酸化除去可能パティキュレート量 Gが下回る時には、第 1 燃料供給装置 R I により追加燃料を供給して、パティキユレ一トフィル夕 1の酸化触媒により追加燃料を燃焼させてパティキュレートフィルタ 1 を昇温し、現在の単位時間当たりにエンジンから排出されるパティキユレ一卜量 Mを単位時間当たりの酸化除去可能パティキュレート量 Gが上回るようにする。この際、第 1燃料供給装置 R I は必要最少量の燃料を供給するようにして、燃料を節約することが好ましい。

それにより、パティキュレートフィル夕 1 に捕集されたパティキユレ一トは短時間（長くても数分）で酸化除去され、パティキユレートフィルタ 1 にはパティキュレ一トが殆ど堆積することはない。それにより、パティキュレートフィルタ 1の昇温制御の機会を十分に低減することができる。

前述した実施形態では、パティキュレートフィルタ 1の上流側に N O _x 吸蔵還元触媒装置 2が直列に配置される場合を説明したが、これは本発明を限定するものでなく、パティキュレートフィル夕のような設定温度（例えば、 6 0 0 °C ) 以上への昇温制御を必要とする第 1排気浄化装置の上流側に、 N〇_x 吸蔵還元触媒装置のような熱劣化する第 2排気浄化装置が直列に配置されていれば、第 1排気浄化装置及び第 2排気浄化装置して任意の排気浄化装置の組み合わせが考えられる。特に、第 2排気浄化装置は、自身が熱劣化するほどの昇温制御が不必要であることが好ましい。例えば、第 2排気浄化装置は、三元触媒装置としても良い。また、第 1排気浄化装置は、回復処理を必要とする N〇_x 吸蔵還元触媒装置としても良い。

また、第 1排気浄化装置及び第 2排気浄化装置は、いずれも車両の床下に配置されても良いが、上流側の第 2排気浄化装置だけをェンジンルーム内に配置するようにしても良い。

Claims

請求の範囲

1 . 設定温度以上への昇温制御を必要とする第 1排気浄化装置と、前記第 1排気浄化装置の上流側に配置された第 2排気浄化装置とを具備し、前記第 1排気浄化装置において前記昇温制御を実施する時には、前記第 2排気浄化装置が前記設定温度以上へ昇温されないようにすることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。

2 . 前記第 1排気浄化装置と前記第 2排気浄化装置との間に燃料を供給する燃料供給装置を具備し、前記燃料供給装置により供給された燃料を前記第 1排気浄化装置に担持させた酸化触媒又は前記第 1排気浄化装置の直上流側に位置する酸化触媒装置に担持させた酸化触媒によって燃焼させることにより、前記第 1排気浄化装置において前記昇温制御を実施し、前記昇温制御を実施する時には前記第 2排気浄化装置が前記設定温度以上へ昇温されないようにす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。

3 . 前記第 1排気浄化装置において前記昇温制御を実施する際に前記酸化触媒が活性温度未満である時には、前記燃料供給装置により供給される燃料量より少量の燃料を、前記第 2排気浄化装置の上流側から供給し、前記第 2排気浄化装置の酸化機能により前記少量の燃料を燃焼させて排気ガスを昇温させ、昇温させた排気ガスにより前記酸化触媒を活性化温度以上に昇温させた後に、前記燃料供給装置により燃料を供給することを特徴とする請求項 2に記載の内燃機関の排気浄化装置。

4 . 前記第 2排気浄化装置は N O _x 吸蔵還元触媒装置であり、前記 N〇_x 吸蔵還元触媒装置において吸蔵 N O _x を放出して還元浄化するために、前記 N O _x 吸蔵還元触媒装置へ流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリツチ空燃比とされる時に、前記第 1排気净化装置において前記昇温制御を実施することを特徴とする請求項 1 から 3のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。

5，前記第 1排気浄化装置は活性酸素放出剤を担持するパティキュレートフィルタであり、前記昇温制御とは別に、前記パティキュレートフィル夕へ流入する単位時間当たりのパティキュレート量が多いほど、前記パティキユレ一トフィル夕の温度が高くなるように、前記燃料供給装置から燃料が供給されることを特徴とする請求項 1から 4のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。

6 . 前記第 2排気浄化装置は N〇_x 吸蔵還元触媒装置であり、前記 N〇_x 吸蔵還元触媒装置の上流側には、排気ガス中の S〇_x を吸蔵する S トラップ装置が配置されることを特徴とする請求項 1から 5のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。