WO2010089901A1 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

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加藤健治
増田桂
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トヨタ自動車株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an exhaust purification device for an internal combustion engine.
  • a plurality of NO x storage catalysts that store NO x contained in the exhaust gas when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lean and release the stored NO x when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas becomes the stoichiometric air-fuel ratio or rich
  • An internal combustion engine in which is disposed in an engine exhaust passage is known.
  • NO x generated when combustion is performed under a lean air-fuel ratio is stored in at least one NO x storage catalyst.
  • the NO x storage capacity of the NO x storage catalyst air-fuel ratio of the exhaust gas approaches the saturation is temporarily made rich, whereby the NO x storage catalyst from the NO x is released is reduced.
  • An object of the present invention is to provide an exhaust purification system of an internal combustion engine in this way the NO x purification performance and improved remarkably.
  • the NO x storage catalyst in which the NO x storage catalyst that releases the NO x that has been discharged is disposed, the NO x storage catalyst is an upstream side NO x storage catalyst and an exhaust passage space from the downstream end of the upstream side NO x storage catalyst to the downstream side It consists arranged downstream the NO x storage catalyst at a larger than the space velocity upstream the NO x storage catalyst and the downstream-side NO x storage catalyst space velocity in the downstream the NO x storage catalyst in the upstream storage catalyst An exhaust emission control device for an internal combustion engine configured as described above is provided.
  • FIG. 1 is an overall view of a compression ignition type internal combustion engine
  • FIG. 2 is a side sectional view of a NO x storage catalyst
  • FIGS. 3A and 3B are sectional views of a surface portion of a catalyst carrier of the NO x storage catalyst
  • FIGS. 4A to 4D are NO x shows various arrangements of the storage catalyst
  • FIG. 5 showing a variation of the exhaust NO x concentration discharged from the NO x storage catalyst
  • FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the NO x storage amount and the catalyst bed temperature Prefecture
  • Figure 7 is a time chart showing NO x and SO x release control
  • FIG. 8 is a view showing a map of the stored NO x amount NOXA, etc.
  • FIG. 9 is a flowchart for executing processing for the NO x storage catalyst.
  • FIG. 1 shows an overall view of a compression ignition type internal combustion engine.
  • 1 is an engine body
  • 2 is a combustion chamber of each cylinder
  • 3 is an electronically controlled fuel injection valve for injecting fuel into each combustion chamber
  • 4 is an intake manifold
  • 5 is an exhaust manifold.
  • the intake manifold 4 is connected to the outlet of the compressor 7 a of the exhaust turbocharger 7 via the intake duct 6, and the inlet of the compressor 7 a is connected to the air cleaner 9 via the intake air amount detector 8.
  • a throttle valve 10 driven by a step motor is disposed in the intake duct 6, and a cooling device 11 for cooling intake air flowing through the intake duct 6 is disposed around the intake duct 6.
  • a cooling device 11 for cooling intake air flowing through the intake duct 6 is disposed around the intake duct 6.
  • the engine cooling water is guided into the cooling device 11, and the intake air is cooled by the engine cooling water.
  • the exhaust manifold 5 is connected to an inlet of an exhaust turbine 7b of the exhaust turbocharger 7, the outlet of the exhaust turbine 7b is connected to the NO x treatment device 13 comprising a plurality of the NO x storage catalyst via a catalyst 12 having an oxidation function Is done.
  • the NO x treatment device 13 is connected to the outlet of the catalyst 12 to branch the exhaust gas flow into a pair of exhaust gas flows, and to each outlet of the exhaust branch pipe 14.
  • the exhaust manifold 5 is provided with a reducing agent supply valve 18 for supplying a reducing agent, for example, fuel, into the exhaust manifold.
  • the exhaust manifold 5 and the intake manifold 4 are connected to each other via an exhaust gas recirculation (hereinafter referred to as EGR) passage 19, and an electronically controlled EGR control valve 20 is disposed in the EGR passage 19.
  • EGR exhaust gas recirculation
  • a cooling device 21 for cooling the EGR gas flowing in the EGR passage 19 is disposed around the EGR passage 19.
  • the engine cooling water is guided into the cooling device 21, and the EGR gas is cooled by the engine cooling water.
  • each fuel injection valve 3 is connected to a common rail 23 via a fuel supply pipe 22. Fuel is supplied into the common rail 23 from an electronically controlled fuel pump 24 with variable discharge amount, and the fuel supplied into the common rail 23 is supplied to the fuel injection valve 3 through each fuel supply pipe 22.
  • the electronic control unit 30 is composed of a digital computer, and is connected to each other by a bidirectional bus 31.
  • the output signal of the intake air amount detector 8 is input to the input port 35 via the corresponding AD converter 37.
  • a load sensor 41 that generates an output voltage proportional to the depression amount L of the accelerator pedal 40 is connected to the accelerator pedal 40, and the output voltage of the load sensor 41 is input to the input port 35 via the corresponding AD converter 37. Is done.
  • the input port 35 is connected to a crank angle sensor 42 that generates an output pulse every time the crankshaft rotates, for example, 15 °.
  • FIG. 2 is a side cross-sectional view of the upstream NO x storage catalysts 15a and 15b. As shown in FIG. 2, a large number of exhaust gas flow holes, that is, cells 43 extending in the exhaust gas flow direction are formed on the bases of the upstream NO x storage catalysts 15a and 15b.
  • the downstream side NO x storage catalyst 17 also has a cross-sectional shape similar to that shown in FIG.
  • FIGS. 3A, 3B are schematically the cross-section of the surface part of this catalyst carrier 45 Show.
  • the noble metal catalyst 46 is dispersedly supported on the surface of the catalyst carrier 45, and a layer of NO x absorbent 47 is formed on the surface of the catalyst carrier 45.
  • platinum Pt is used as the noble metal catalyst 46, and the constituents of the NO x absorbent 47 are, for example, alkali metals such as potassium K, sodium Na, cesium Cs, barium Ba, calcium Ca.
  • At least one selected from alkaline earths such as these, lanthanum La, and rare earths such as yttrium Y is used.
  • the air-fuel ratio of the exhaust gas the ratio of the air and fuel (hydrocarbon) supplied into the engine intake passage, the combustion chamber 2 and the exhaust passage upstream of the NO x storage catalysts 15a, 15b, 17 is called the air-fuel ratio of the exhaust gas
  • the NO x absorbent 47 do absorbing and releasing action of the NO x when the air-fuel ratio of the exhaust gas is absorbed NO x when the lean, the oxygen concentration in the exhaust gas to release NO x absorbed to decrease. That is, the case where barium Ba is used as a component constituting the NO x absorbent 47 will be described as an example.
  • Oxygen concentration in the exhaust gas NO 2 is produced on the surface as long as the platinum Pt46 high, the NO x absorbent 47 of the NO x absorbing capability as long as NO 2 not to saturate been absorbed in the NO x absorbent 47 nitrate ions NO 3 - are produced. At this time, part of the NO contained in the exhaust gas is adsorbed by the NO x storage catalyst in the form of NO or NO 2 . In contrast, when the reducing agent is supplied from the reducing agent supply valve 18 or the air-fuel ratio in the combustion chamber 2 is made rich or stoichiometric, the exhaust gas becomes rich or stoichiometric.
  • the reaction proceeds in the reverse direction (NO 3 ⁇ ⁇ NO 2 ), and thus the nitrate ion NO 3 ⁇ in the NO x absorbent 47 is in the form of NO 2 and the NO x absorbent. 47 is released. NO x being adsorbed At the same time also be released. Next, the released NO x is reduced by unburned HC and CO contained in the exhaust gas.
  • NO x in the exhaust gas is absorbed or adsorbed in the NO x absorbent 47. . That is, NO x in the exhaust gas is stored in the NO x storage catalyst.
  • the exhaust gas is supplied by supplying the reducing agent from the reducing agent supply valve 18 before the absorption capacity of the NO x absorbent 47 is saturated or by making the air-fuel ratio in the combustion chamber 2 rich. of the air-fuel ratio temporarily rich and thereby so that to release the NO x from the NO x absorbent 47.
  • the exhaust gas contains SO x, namely SO 2, the SO 2
  • SO x namely SO 2
  • the SO 2 flows into the the NO x storage catalytic 15a, 15b, 17 is the is oxidized SO 3 in the platinum Pt 46.
  • this SO 3 is absorbed in the NO x absorbent 47 and bonded to the barium carbonate BaCO 3 , while diffusing into the NO x absorbent 47 in the form of sulfate ions SO 4 2 ⁇ , and stable sulfate BaSO 4 is formed.
  • NO x storage catalyst 15a, 15b, 17 NO x storage catalyst 15a in a state in which the temperature was raised up to release SO x temperatures above 600 ° C., the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the 15b, 17 rich Then, SO x is gradually released from the NO x absorbent 47. Therefore, in the embodiment according to the present invention, when the amount of SO x stored in the NO x storage catalyst 15a, 15b, 17 exceeds the allowable value, the temperature of the NO x storage catalyst 15a, 15b, 17 is set to an SO x release temperature of 600 ° C. or more.
  • the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NO x storage catalysts 15a, 15b, and 17 is made rich so that SO x is released from the NO x storage catalysts 15a, 15b, and 17.
  • the space velocity in the NO x storage catalyst is slowed, the oxidizing action from NO to NO 2 is promoted, and therefore the NO x purification performance by this NO x storage catalyst can be improved.
  • much the NO x purification performance can not be the amount of NO x to zero slip through the NO x storage catalyst is also improved, thus NO x further NO x storage catalyst downstream of the storage catalyst, i.e. the downstream-side NO x It is essential to arrange the storage catalyst.
  • the increase of the NO x purification performance at the downstream the NO x storage catalyst is necessary to promote the oxidation action of NO to NO 2.
  • the amount of the NO x that is if a large amount of the NO x is present in the exhaust gas flowing to the upstream-side NO x storage catalyst in contact with the precious metal catalyst 46 on the catalyst carrier 45 is large, therefore this case If the space velocity in the upstream NO x storage catalyst is decreased, the NO x purification ability can be increased. However, when the amount of NO x in the exhaust gas flowing in is small as in the downstream side NO x storage catalyst, the chance of NO x in the exhaust gas coming into contact with the noble metal catalyst 46 on the catalyst carrier 45 is reduced. Thus it is to increase the chance of contact between the NO x and the precious metal catalyst 46 in the exhaust gas to enhance this case the NO x purification capacity becomes the most important.
  • the increase opportunities for contact between the NO x and the precious metal catalyst 46 in the exhaust gas is necessary to provide turbulence in the exhaust gas stream, an effective method therefor is to accelerate the flow speed of the exhaust gas.
  • an effective method therefor is to accelerate the flow speed of the exhaust gas.
  • increase the flow rate of the exhaust gas flowing into the downstream-side NO x storage catalyst i.e. that the NO x purification rate by the NO x treatment device 13 when faster the spatial velocity in the downstream the NO x storage catalyst is increased by a large margin It turns out.
  • the exhaust passage space formed between the words and the downstream end of the upstream-side NO x storing catalyst and the downstream-side NO x storing catalyst is strongly disturbed in the exhaust passage space. Therefore, if such an exhaust passage space is formed, strong turbulence can be generated in the exhaust gas flowing into the downstream side NO x storage catalyst, and thus the NO x purification performance in the downstream side NO x storage catalyst. Can be increased.
  • the NO x storage catalyst disposed in the engine exhaust passage is an upstream NO x storage catalyst, and a downstream disposed from the downstream end of the upstream NO x storage catalyst with an exhaust passage space therebetween. made from the side the NO x storage catalyst, the upstream-side NO x storing catalyst and the downstream the NO x storage catalyst is formed such that the space velocity in the downstream the NO x storage catalyst is greater than the space velocity in the upstream storage catalyst.
  • the exhaust passage space is provided between the upstream NO x storage catalyst and the downstream NO x storage catalyst, and the space velocity in the downstream NO x storage catalyst is the space velocity in the upstream storage catalyst. It is characterized by being larger than.
  • FIGS. 4A-4D, 5 and 6 show one experimental example demonstrating this feature. That is, FIGS. 4A to 4D show cases where the arrangement of the NO x storage catalyst is variously changed in the state where the total volume of all the NO x storage catalysts is kept the same in the NO x treatment device 13. Incidentally, NO x treatment device 13 shown in FIG. 1 is shown in Figure 4C in these of the NO x treatment device 13.
  • FIG. 5 shows a variation of the exhaust NO x concentration in the exhaust gas flowing out in the case where the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NO x treatment device 13 temporarily from lean to rich from the NO x treatment device 13 ing.
  • the inflow concentration of NO x in the exhaust gas flowing into the NO x treatment device 13 is shown by a dashed line in FIG. 5.
  • the exhaust NO x concentration air-fuel ratio is made rich in the exhaust gas as shown in Figure 5 becomes zero as shown by the solid line, and then gradually increase after being kept in interim pleasure zero.
  • exhaust NO all of the NO x x concentration at the time of zero contained in the exhaust gas are occluded in the NO x storage catalyst, and the exhaust NO all NO x contained in the exhaust gas is no longer E occlude x concentration begins to rise.
  • the exhaust NO x concentration as shown in FIG.
  • the NO x amount occluded in the NOx represents the NO x occlusion amount that can be occluded by the NO x occlusion catalyst.
  • the vertical axis in FIG. 6 represents the NO x storage amount that can be stored by this NO x storage catalyst.
  • the horizontal axis indicates the bed temperature of the NO x storage catalyst.
  • FIG. 6B shows the NO x storage amount as shown in FIG. 4B.
  • a pair of upstream the NO x storage catalytic 51a, 51b and, respectively corresponding upstream the NO x storage catalyst 51a, the NO x storage when provided downstream the NO x storage catalyst 52a disposed on the downstream side of 51b, and 52b represents the amount
  • C of FIG. 6 shows the the NO x storage amount in the embodiment according to the present invention shown in FIG. 4C.
  • Figure 4A is composed of a pair of the NO x storage catalytic 50a, 50b of the NO x storage catalyst is arranged in parallel to slow the space velocity in the NO x storage catalyst, a change in the exhaust NO x concentration in this case is 5 In FIG. As can be seen from FIG.
  • FIG. 4A the amount of NO x discharged from the NO x treatment device 13 increases, and therefore the amount of stored NO x decreases as shown in FIG. 6A. That is, as shown in FIG. 4A, a high NO x purification performance cannot be obtained simply by arranging a large pair of NO x storage catalysts 50a and 50b in parallel.
  • Figure 4B is upstream the NO x storage catalyst 51a, respectively the discharged NO x from 51b s corresponding downstream the NO x storage catalyst 52a, shows a case in which so as to occluded in 52b.
  • the space velocity is slower at the upstream the NO x storage catalytic 15a, 15b because upstream the NO x storage catalyst 15a, the volume of 15b is larger than the case shown in Figure 4B in the case shown in FIG. 4C , it is possible to increase upstream the NO x storage catalyst 15a, the the NO x storage amount in 15b and thus.
  • a pair of upstream the NO x storage catalyst 15a, a space velocity in the downstream-side NO x storage catalyst 17 since the exhaust gas flowing out of the 15b flows into a downstream-side NO x storage catalyst 17 upstream the NO x storage catalyst 15a , 15b is about twice as fast as the space velocity.
  • the pair of upstream-side NO x storage catalyst 15a, and the exhaust collecting pipe 16 is formed an exhaust passage space 54 between the 15b and the downstream-side NO x storage catalyst 17, each in the exhaust passage space 54
  • the exhaust gas flowing out from the upstream side NO x storage catalysts 15a and 15b collides violently.
  • a strong turbulence is given to the exhaust gas flow flowing into the downstream side NO x storage catalyst 17, thereby increasing the amount of NO x stored in the downstream side NO x storage catalyst 17.
  • the NO x storage amount as shown by C in FIG.
  • the side NO x storage catalyst can be composed of a plurality of NO x storage catalysts arranged in parallel or one NO x storage catalyst, that is, at least one NO x storage catalyst.
  • the total cross-sectional area of the upstream NO x storage catalyst 15a, 15b, 15 is the downstream NO x storage catalyst 17. This is larger than the total cross-sectional area.
  • occlusion effects of the NO x in the embodiment according to the present invention is mainly upstream the NO x storage catalytic 15,15a, made by 15b, thus upstream the NO x storage catalytic 15,15a to increase the NO x storage amount 15b, it is preferable to increase the NO x storage capacity.
  • NO x to are inserted in the NO x storage catalyst is necessary that the NO x reaches the the NO x absorbent 47, for enhancing the NO x storage capacity thus reach the NO x absorbent 47 it is necessary to increase the amount of NO x.
  • the number of cells 43 per unit sectional area of the upstream NO x storage catalyst 15, 15 a, 15 b is the number of cells 43 per unit sectional area of the downstream NO x storage catalyst 17.
  • the basicity of the downstream side NO x storage catalyst 17 is weaker than that of the upstream side NO x storage catalyst 15, 15a, 15b. Downstream the NO x storage catalyst 17 of the basic upstream the NO x storage catalyst 15, 15a, one way to weaker than basic 15b less the amount of the NO x absorbent 47 of the downstream-side NO x storage catalyst 17 It is a method to do.
  • the amount of the NO x absorbent 47 of the downstream side NO x storage catalyst 17 is made smaller than the amount of the NO x absorbent 47 of each upstream side NO x storage catalyst 15, 15a, 15b.
  • the amount of potassium K supported by the downstream NO x storage catalyst 17 is approximately 1/3 of the amount of potassium K supported by each upstream NO x storage catalyst 15a, 15b. Has been.
  • NO x downstream the NO x storage catalyst 17 As the absorbent 47, a component that is less basic than the NO x absorbent 47 of the upstream NO x storage catalyst 15, 15a, 15b is used.
  • an alkali metal such as potassium K or sodium Na is used as the NO x absorbent 47 of the upstream side NO x storage catalyst 15, 15 a, 15 b, and barium Ba is used as the NO x absorbent 47 of the downstream side NO x storage catalyst 17.
  • Alkaline earth metals such as are used.
  • the air-fuel ratio in the rich upstream the NO x storage catalytic 15,15a exhaust gas when to release the NO x from 15b, that the released NO x is occluded again on the downstream side the NO x storage catalyst 17
  • the space velocity in the downstream the NO x storage catalyst 17 is as fast as in the upstream the NO x storage catalyst 15, 15a, SO x released from 15b is relatively fast downstream the NO x storage catalyst 17 Go through.
  • SO x can be desorbed in a short time.
  • the air-fuel ratio A / F of the exhaust gas flowing into the NO x treatment device 13 is temporarily made rich every time the total NO x amount ⁇ NOX reaches the allowable value NX.
  • NO x is released from all the NO x storage catalysts 15, 15 a, 15 b, 17.
  • the NO x storage catalytic 15,15a as described above, 15b, 17 from SO x released the NO x storage catalytic 15,15a in order to raise 15b, 17 a temperature of up to release SO x temperature and the NO x storage It is necessary to make the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalysts 15, 15a, 15b, 17 rich. Therefore, in the embodiment according to the present invention, as shown in FIG.
  • step 60 discharge amount of NO x NOXA per unit time from the map shown in FIG. 8A is calculated.
  • this NOXA is added to the amount of NO x ⁇ NOX that stored in the NO x storage catalyst 15,15a, 15b, 17.
  • step 62 occluded amount of NO x ⁇ NOX whether exceeds the allowable value NX is determined.
  • Rich processing rows to switch temporarily from lean air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NO x treatment device 13 by the reducing agent supplied from the reducing agent feed valve 18 proceeds to step 63 to rich when a .SIGMA.NOX> NX ⁇ NOX is cleared.
  • step 64 the discharge amount of SO x SOXZ per unit time from the map shown in FIG. 8B is calculated.
  • this SOXZ is added to the SO x amount ⁇ SOX stored in the NO x storage catalysts 15, 15a, 15b, and 17.
  • step 67 the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NO x treatment device 13 is made lean.
  • the temperature increase control is performed to raise the temperature T of each NO x storage catalyst 15, 15 a, 15 b, 17 to the SO x release temperature TX by supplying the reducing agent from the reducing agent supply valve 18 while maintaining.
  • the reducing agent supplied from the step 68 in the reducing agent supply valve 18 is then, or to maintain the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NO x treatment device 13 by maintaining the air-fuel ratio in the combustion chamber 2 rich rich Rich processing is performed and ⁇ SOX is cleared.

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Abstract

内燃機関において、機関排気通路内に、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NOx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NOxを放出する一対の上流側NOx吸蔵触媒15a,15bが配置される。この上流側NOx吸蔵触媒の15a,15bの下流側には下流側NOx吸蔵触媒17が配置される。上流側NOx吸蔵触媒15a,15bおよび下流側NOx吸蔵触媒17は下流側NOx吸蔵触媒17における空間速度が上流側吸蔵触媒15a,15bにおける空間速度よりも大きくなるように形成されている。

Description

内燃機関の排気浄化装置
 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を放出する複数のNO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が少くとも一つのNO吸蔵触媒に吸蔵される。一方、NO吸蔵触媒のNO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吸蔵触媒からNOが放出され還元される。
 このような複数のNO吸蔵触媒を用いた内燃機関として、一対のNO吸蔵触媒を機関排気通路に並列に配置し、いずれか一方のNO吸蔵触媒により排気ガス中のNOを吸蔵し、このとき他方のNO吸蔵触媒からNOを放出させるようにした内燃機関が公知である(特開2007−127020号公報参照)。
 このように従来よりNO浄化率を向上するために複数のNO吸蔵触媒を用いた内燃機関が公知であるがいずれの内燃機関でも十分なNO浄化率が得られていない。これはNOの浄化メカニズムが十分に解明されていなかったからに他ならない。
 しかしながら長期間に亘る研究の結果、本発明者は終いにNOの浄化メカニズムを解明するに至ったのである。このNOの浄化メカニズムについては後述するが、このNOの浄化メカニズムの解明によりNO吸蔵触媒によるNO浄化性能が格段と向上したのである。
 本発明の目的はこのようにNO浄化性能が格段と向上した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、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を放出するNO吸蔵触媒を配置した内燃機関の排気浄化装置において、NO吸蔵触媒が上流側NO吸蔵触媒と、上流側NO吸蔵触媒の下流端から下流側に排気通路空間を隔てて配置された下流側NO吸蔵触媒からなり、上流側NO吸蔵触媒および下流側NO吸蔵触媒は下流側NO吸蔵触媒における空間速度が上流側吸蔵触媒における空間速度よりも大きくなるように形成されている内燃機関の排気浄化装置が提供される。
 図1は圧縮着火式内燃機関の全体図、図2はNO吸蔵触媒の側面断面図、図3Aおよび3BはNO吸蔵触媒の触媒担体の表面部分の断面図、図4Aから4DはNO吸蔵触媒の種々の配置を示す図、図5はNO吸蔵触媒から排出される排出NO濃度の変化を示す図、図6はNO吸蔵量と触媒床温との関係を示す図、図7はNOおよびSO放出制御を示すタイムチャート、図8は吸蔵NO量NOXAのマップ等を示す図、図9はNO吸蔵触媒に対する処理を実行するためのフローチャートである。
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…触媒
15,15a,15b…上流側NO吸蔵触媒
17…下流側NO吸蔵触媒
 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の出口は酸化機能を有する触媒12を介して複数のNO吸蔵触媒からなるNO処理装置13に連結される。図1に示される実施例ではこのNO処理装置13は、触媒12の出口に連結されて排気ガス流を一対の排気ガス流に分岐する排気分岐管14と、排気分岐管14の各出口に連結された並列配置の一対の上流側NO吸蔵触媒15a,15bと、各上流側NO吸蔵触媒15a,15bの出口に連結されて各上流側NO吸蔵触媒15a,15bから排出された排気ガスを一つの排気ガス流に集合させる排気集合管16と、排気集合管16の出口に連結された下流側NO吸蔵触媒17とにより構成される。図1に示されるように排気マニホルド5には排気マニホルド内に還元剤、例えば燃料を供給するための還元剤供給弁18が配置されている。
 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の出力信号は対応するAD変換器37を介して入力ポート35に入力される。また、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、還元剤供給弁18、EGR制御弁20および燃料ポンプ24に接続される。
 図2は上流側NO吸蔵触媒15a,15bの側面断面図を示している。図2に示されるように上流側NO吸蔵触媒15a,15bの基体上には排気ガスの流れ方向に延びる多数の排気ガス流通孔、即ちセル43が形成されている。なお、下流側NO吸蔵触媒17も図2に示される断面形状と同様な断面形状を有する。
 これらのNO吸蔵触媒15a,15b,17では各コア43の表面上には例えばアルミナからなる触媒担体が担持されており、図3A,3B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3A,3B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NO吸蔵触媒15a,15b,17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吸収剤47は排気ガスの空燃比がリーンのときにはNO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を放出するNOの吸放出作用を行う。
 即ち、NO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3Aに示されるように白金Pt46上において酸化されてNOとなり、次いでNO吸収剤47内に吸収されて炭酸バリウムBaCOと結合しながら硝酸イオンNO の形でNO吸収剤47内に拡散する。このようにしてNOがNO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が生成され、NO吸収剤47のNO吸収能力が飽和しない限りNOがNO吸収剤47内に吸収されて硝酸イオンNO が生成される。また、このとき排気ガス中に含まれる一部のNOはNO又はNOの形でNO吸蔵触媒に吸着される。
 これに対し、還元剤供給弁18から還元剤を供給することによって、或いは燃焼室2内における空燃比をリッチ或いは理論空燃比に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 →NO)に進み、斯くしてNO吸収剤47内の硝酸イオンNO がNOの形でNO吸収剤47から放出される。このとき同時に吸着されているNOも放出される。次いで放出されたNO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がNO吸収剤47内に吸収され、或いは吸着される。即ち、排気ガス中のNOがNO吸蔵触媒に吸蔵される。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吸収剤47のNO吸収能力が飽和してしまい、斯くしてNO吸収剤47によりNO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吸収剤47の吸収能力が飽和する前に還元剤供給弁18から還元剤を供給することによって、或いは燃焼室2内における空燃比をリッチに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NO吸収剤47からNO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、即ちSOが含まれており、このSOがNO吸蔵触媒15a,15b,17に流入するとこのSOは白金Pt46において酸化されてSOとなる。次いでこのSOはNO吸収剤47内に吸収されて炭酸バリウムBaCOと結合しながら、硫酸イオンSO 2−の形でNO吸収剤47内に拡散し、安定した硫酸塩BaSOを生成する。しかしながらNO吸収剤47が強い塩基性を有するためにこの硫酸塩BaSO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は分解されずにそのまま残る。従ってNO吸収剤47内には時間が経過するにつれて硫酸塩BaSO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吸収剤47が吸収しうるNO量が低下することになる。
 ところがこの場合、NO吸蔵触媒15a,15b,17の温度を600℃以上のSO放出温度まで上昇させた状態でNO吸蔵触媒15a,15b,17に流入する排気ガスの空燃比をリッチにするとNO吸収剤47から少しずつSOが放出される。そこで本発明による実施例ではNO吸蔵触媒15a,15b,17に吸蔵されたSO量が許容値を越えたときにはNO吸蔵触媒15a,15b,17の温度を600℃以上のSO放出温度まで上昇させた状態でNO吸蔵触媒15a,15b,17に流入する排気ガスの空燃比をリッチにし、それによってNO吸蔵触媒15a,15b,17からSOを放出させるようにしている。
 さて、NO処理装置13によるNO浄化性能を高めるにはNO処理装置13をすり抜けるNO量を低減する必要があり、そのためにはNO処理装置13においてNO吸蔵触媒に吸蔵されるNOの吸蔵率を高める必要がある。この点について本発明者が研究を重ねた結果、NOの吸蔵には時間を要し、この場合特にNOからNOへの酸化作用がNOの吸蔵時間を律速しており、従ってNOからNOへの酸化作用を促進することがNO浄化性能の向上に最も重要であることが判明したのである。
 この場合、NOからNOへの酸化作用を促進するにはNO吸蔵触媒内での排気ガスの滞留時間を長くする必要があり、そのためにはNO吸蔵触媒内を流れる排気ガスの流速、即ちNO吸蔵触媒における空間速度(単位時間当りの排気ガス容積流量/NO吸蔵触媒容積)を遅くする必要がある。
 このようにNO吸蔵触媒における空間速度を遅くするとNOからNOへの酸化作用が促進され、斯くしてこのNO吸蔵触媒によるNO浄化性能を向上することができる。しかしながらいくらNO浄化性能を向上してもNO吸蔵触媒をすり抜けるNO量を零にすることはできず、従ってNO吸蔵触媒の下流に更に別のNO吸蔵触媒、即ち下流側NO吸蔵触媒を配置することが必須となる。
 ところでこの下流側NO吸蔵触媒でもNO浄化性能を高めるにはNOからNOへの酸化作用を促進する必要がある。ところが排気ガス中に含まれる大部分のNOは上流側NO吸蔵触媒に吸蔵されるので下流側NO吸蔵触媒に流入する排気ガス中のNO濃度は上流側NO吸蔵触媒に流入する排気ガス中のNO濃度に比べてかなり低くなる。しかしながらこのように排気ガス中のNO濃度が低いときにNO浄化性能を向上させるには上流側NO吸蔵触媒におけるように空間速度を遅くしても意味がなく、これとは逆に空間速度を早くする必要があることが判明したのである。
 即ち、上流側NO吸蔵触媒におけるように流入する排気ガス中に多量のNOが存在している場合には触媒担体45上の貴金属触媒46と接触するNOの量は多く、従ってこの場合には上流側NO吸蔵触媒における空間速度を遅くすればNO浄化能力を高めることができる。
 しかしながら、下流側NO吸蔵触媒におけるように流入する排気ガス中のNO量が少ない場合には排気ガス中のNOは触媒担体45上の貴金属触媒46と接触する機会が少なくなる。従ってこの場合NO浄化能力を高めるには排気ガス中のNOと貴金属触媒46との接触の機会を増大させることが最も重要となる。排気ガス中のNOと貴金属触媒46との接触の機会を増大させるには排気ガス流に乱れを与えることが必要であり、そのための有効な方法は排気ガスの流速を早めることである。事実、下流側NO吸蔵触媒に流入する排気ガスの流速を速めると、即ち下流側NO吸蔵触媒における空間速度を早くするとNO処理装置13によるNO浄化率が大巾に増大することが判明している。
 また、上流側NO吸蔵触媒から間隔を隔てて下流側NO吸蔵触媒を配置すると、即ち上流側NO吸蔵触媒の下流端と下流側NO吸蔵触媒との間に排気通路空間を形成しておくと上流側NO吸蔵触媒の下流端から流出した排気ガスはこの排気通路空間内で強力に乱される。従ってこのような排気通路空間を形成しておくと下流側NO吸蔵触媒に流入する排気ガス中に強力な乱れを発生させることができ、斯くして下流側NO吸蔵触媒におけるNO浄化性能を高めることができることになる。
 そこで本発明では、機関排気通路内に配置されたNO吸蔵触媒が上流側NO吸蔵触媒と、この上流側NO吸蔵触媒の下流端から下流側に排気通路空間を隔てて配置された下流側NO吸蔵触媒からなり、上流側NO吸蔵触媒および下流側NO吸蔵触媒は下流側NO吸蔵触媒における空間速度が上流側吸蔵触媒における空間速度よりも大きくなるように形成されている。
 このように本発明は、上流側NO吸蔵触媒と下流側NO吸蔵触媒との間に排気通路空間を設けたこと、および下流側NO吸蔵触媒における空間速度が上流側吸蔵触媒における空間速度よりも大きくされていることを特徴としている。図4A~4D、図5および図6はこの特徴を実証している一つの実験例を示している。
 即ち、図4Aから4Dは、NO処理装置13において全NO吸蔵触媒の合計容積を同一に維持した状態でNO吸蔵触媒の配列を種々に変化させた場合を示している。なお、これらのNO処理装置13において図1に示されるNO処理装置13が図4Cに示されている。
 一方、図5は、NO処理装置13に流入する排気ガスの空燃比をリーンから一時的にリッチにした場合においてNO処理装置13から流出する排気ガス中の排出NO濃度の変化を示している。なお、図5にはNO処理装置13に流入する排気ガス中の流入NO濃度が一点鎖線で示されている。図5に示されるように排気ガスの空燃比がリッチにされると排出NO濃度は実線に示されるように零となり、次いで暫らく零に維持された後に徐々に上昇する。この場合、排出NO濃度が零のときには排気ガス中に含まれる全てのNOがNO吸蔵触媒に吸蔵されており、排気ガス中に含まれる全てのNOを吸蔵しえなくなると排出NO濃度が上昇し始める。
 図5に示されるように排出NO濃度が10%になる頃までは排気ガス中に含まれるほとんど全てのNOが吸蔵されたと考えることができ、従って排出NO濃度が10%になるまでに吸蔵されたNO量はNO吸蔵触媒が吸蔵しうるNO吸蔵量を代表していることになる。図6の縦軸はこのNO吸蔵触媒が吸蔵しうるNO吸蔵量を示している。なお、図6において横軸はNO吸蔵触媒の床温を示している。図6においてNO吸蔵量が高いと言うことはNO浄化性能が高いことを意味している。
 図6のAは、図4Aに示されるように一対のNO吸蔵触媒50a,50bを並列配置した場合のNO吸蔵量を示しており、図6のBは、図4Bに示されるように一対の上流側NO吸蔵触媒51a,51bと、夫々対応する上流側NO吸蔵触媒51a,51bの下流側に配置された下流側NO吸蔵触媒52a,52bとを設けた場合のNO吸蔵量を示しており、図6のCは、図4Cに示される本発明による実施例におけるNO吸蔵量を示している。
 図4AはNO吸蔵触媒における空間速度を遅くするためにNO吸蔵触媒が並列配置した一対のNO吸蔵触媒50a,50bから構成されており、この場合の排出NO濃度の変化が図5において破線で示されている。図5からわかるように図4Aに示される場合にはNO処理装置13から排出されるNO量が多くなり、従って図6のAで示されるようにNO吸蔵量は少くなる。即ち、図4Aに示されるように大容量の一対のNO吸蔵触媒50a,50bを並列配置しただけでは高いNO浄化性能を得ることはできないことになる。
 図4Bは上流側NO吸蔵触媒51a,51bから排出されたNOを夫々対応する下流側NO吸蔵触媒52a,52bに吸蔵させるようにした場合を示している。この場合には対応する上流側NO吸蔵触媒51a,51bと下流側NO吸蔵触媒52a,52bとの間に夫々排気通路空間53a,53bが形成されているので各下流側NO吸蔵触媒52a,52bに流入する排気ガス中に乱れが発生せしめられる。しかしながら下流側NO吸蔵触媒52a,52bにおける空間速度はそれほど早くならないために下流側NO吸蔵触媒52a,52bに流入する排気ガス中に発生する乱れはさほど強くならない。また、上流側NO吸蔵触媒51a,51bにおける空間速度もそれほど遅くないので図6のBで示されるようにNO吸蔵量はそれほど高くはならない。
 これに対し、図4Cに示される場合には図4Bに示される場合に比べて上流側NO吸蔵触媒15a,15bの容積が大きいので上流側NO吸蔵触媒15a,15bにおける空間速度は遅くなり、斯くして上流側NO吸蔵触媒15a,15bにおけるNO吸蔵量を増大することができる。一方、一対の上流側NO吸蔵触媒15a,15bから流出した排気ガスが一つの下流側NO吸蔵触媒17に流入するので下流側NO吸蔵触媒17における空間速度は上流側NO吸蔵触媒15a,15bにおける空間速度よりも2倍程度速くなる。その結果、下流側NO吸蔵触媒17に流入する排気ガス流に強力な乱れが与えられるために下流側NO吸蔵触媒17へのNO吸蔵量が増大する。
 また、一対の上流側NO吸蔵触媒15a,15bと下流側NO吸蔵触媒17との間の排気集合管16内には排気通路空間54が形成されており、この排気通路空間54内において各上流側NO吸蔵触媒15a,15bから流出した排気ガスが激しく衝突する。その結果、下流側NO吸蔵触媒17に流入する排気ガス流に強力な乱れが与えられ、それにより下流側NO吸蔵触媒17へのNO吸蔵量が増大せしめられる。従って図4Cに示される場合には図6のCで示されるようにNO吸蔵量が最大となり、最も高いNO浄化性能が得られることになる。
 図1或いは図4Cに示される本発明による実施例では上流側NO吸蔵触媒は並列配置された一対のNO吸蔵触媒15a,15bからなり、下流側NO吸蔵触媒は一つのNO吸蔵触媒17からなる。しかしながら下流側NO吸蔵触媒における空間速度が上流側吸蔵触媒における空間速度よりも大きくなるようにしている限り、上流側NO吸蔵触媒を並列配置された複数のNO吸蔵触媒から構成し、下流側NO吸蔵触媒を並列配置された複数のNO吸蔵触媒又は一つのNO吸蔵触媒、即ち少くとも一つのNO吸蔵触媒から構成することができる。
 また、図4Dに示されるように上流側NO吸蔵触媒15および下流側NO吸蔵触媒17を夫々一つのNO吸蔵触媒とし、上流側NO吸蔵触媒15の容積および断面積を下流側NO吸蔵触媒17の容積および断面積よりも大きくしても下流側NO吸蔵触媒17における空間速度が上流側吸蔵触媒15における空間速度よりも大きくなる。従って図4Dに示される上流側NO吸蔵触媒15と下流側NO吸蔵触媒17の組合せを用いることもできる。
 従って図4Cに示される例と図4Dに示される例を包括的に表現すると、本発明による実施例では上流側NO吸蔵触媒15a,15b,15の総断面積が下流側NO吸蔵触媒17の総断面積よりも大きくされていることになる。なお、図4Dに示す例は寸法が大きくなるので車両への塔載性を考えると図4Cに示される例の方が優れていると言える。
 さて、本発明による実施例ではNOの吸蔵作用は主に上流側NO吸蔵触媒15,15a,15bによって行われ、従ってNO吸蔵量を増大するには上流側NO吸蔵触媒15,15a,15bによるNO吸蔵能力を高めることが好ましい。この場合、NOがNO吸蔵触媒に吸蔵されるためにはNOがNO吸収剤47まで到達することが必要であり、従ってNO吸蔵能力を高めるにはNO吸収剤47に到達するNO量を増大することが必要となる。
 この場合、NO吸収剤47に到達するNO量を増大するには触媒表面積を大きくすることが好ましく、従って本発明による実施例では上流側NO吸蔵触媒15,15a,15bの単位容積当りの触媒表面積が下流側NO吸蔵触媒17の単位容積当りの触媒表面積よりも大きくされている。具体的に言うと本発明による実施例では上流側NO吸蔵触媒15,15a,15bの単位断面積当りのセル43の数が下流側NO吸蔵触媒17の単位断面積当りのセル43の数よりも多くされている。
 次に下流側NO吸蔵触媒17によるNO吸蔵作用について説明すると、前述したように下流側NO吸蔵触媒17へのNO吸蔵量を増大するには下流側NO吸蔵触媒17における空間速度を速くする必要がある。この場合、下流側NO吸蔵触媒17へのNO吸蔵量を更に増大するには下流側NO吸蔵触媒17の塩基性を弱くすることが好ましい。下流側NO吸蔵触媒17の塩基性を弱くするとNOからNOへの酸化作用が強まり、斯くして下流側NO吸蔵触媒17へのNO吸蔵量が増大せしめられることになる。そこで本発明による実施例では下流側NO吸蔵触媒17の方が上流側NO吸蔵触媒15,15a,15bよりも塩基性が弱くされている。
 下流側NO吸蔵触媒17の塩基性を上流側NO吸蔵触媒15,15a,15bの塩基性よりも弱くする一つの方法は下流側NO吸蔵触媒17のNO吸収剤47の量を少なくする方法である。そこで本発明による実施例では下流側NO吸蔵触媒17のNO吸収剤47の量が各上流側NO吸蔵触媒15,15a,15bのNO吸収剤47の量よりも少なくされている。例えばNO吸収剤47としてカリウムKを用いた場合、下流側NO吸蔵触媒17のカリウムKの担持量は各上流側NO吸蔵触媒15a,15bのカリウムKの担持量のほぼ1/3とされている。
 一方、下流側NO吸蔵触媒17の塩基性を上流側NO吸蔵触媒15,15a,15bの塩基性よりも弱くするようにした別の実施例では、下流側NO吸蔵触媒17のNO吸収剤47として上流側NO吸蔵触媒15,15a,15bのNO吸収剤47よりも塩基性の弱い成分が用いられている。例えば上流側NO吸蔵触媒15,15a,15bのNO吸収剤47としてはカリウムK、ナトリウムNa等のアルカリ金属が用いられ、下流側NO吸蔵触媒17のNO吸収剤47としてはバリウムBaのようなアルカリ土類金属が用いられている。
 ところで排気ガスの空燃比をリッチにして上流側NO吸蔵触媒15,15a,15bからNOを放出させた場合、この放出されたNOは下流側NO吸蔵触媒17に再吸蔵されることはない。しかしながら上流側NO吸蔵触媒15,15a,15bからSOを放出させた場合、放出されたSOは再吸着、再脱離を繰返しながら下流側に移動していくことが知られている。この場合、本発明におけるように下流側NO吸蔵触媒17における空間速度が速くされると上流側NO吸蔵触媒15,15a,15bから放出されたSOが比較的速く下流側NO吸蔵触媒17を通り抜ける。斯くして短時間のうちにSOを脱離させることができるようになる。
 次に図7から図9を参照しつつNO吸蔵触媒15,15a,15b,17に対する処理について説明する。
 本発明による実施例では機関から単位時間当り排出されるNO量NOXAが要求トルクTQおよび機関回転数Nの関数として図8Aに示すマップの形で予めROM32内に記憶されており、このNO量NOXAを積算することによってNO吸蔵触媒15,15a,15b,17に吸蔵された全NO量ΣNOXが算出される。本発明による実施例では図7に示されるようにこの全NO量ΣNOXが許容値NXに達する毎にNO処理装置13に流入する排気ガスの空燃比A/Fが一時的にリッチにされ、それによって全NO吸蔵触媒15,15a,15b,17からNOが放出される。
 一方、前述したようにNO吸蔵触媒15,15a,15b,17からSOを放出させるにはNO吸蔵触媒15,15a,15b,17の温度をSO放出温度まで上昇させかつNO吸蔵触媒15,15a,15b,17に流入する排気ガスの空燃比をリッチにする必要がある。そこで本発明による実施例では図7に示されるようにNO吸蔵触媒15,15a,15b,17に吸蔵されている全SO量ΣSOXが許容値SXに達したときにはNO吸蔵触媒15,15a,15b,17の温度TがNO放出温度TXまで上昇せしめられ、NO吸蔵触媒15,15a,15b,17に流入する排気ガスの空燃比がリッチとされる。なお機関から単位時間当り排出されるSO量SOXZは要求トルクTQおよび機関回転数Nの関数として図8Bに示すようなマップの形で予めROM32内に記憶されており、このSO量SOXZを積算することにより吸蔵SO量ΣSOXが算出される。
 図9はNO吸蔵触媒15,15a,15b,17に対する処理ルーチンを示している。
 図9を参照するとまず初めにステップ60において図8Aに示すマップから単位時間当りの排出NO量NOXAが算出される。次いでステップ61ではこのNOXAがNO吸蔵触媒15,15a,15b,17に吸蔵されているNO量ΣNOXに加算される。次いでステップ62では吸蔵NO量ΣNOXが許容値NXを越えたか否かが判別される。ΣNOX>NXとなったときにはステップ63に進んで還元剤供給弁18から供給された還元剤によってNO処理装置13に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリーンからリッチに切換えるリッチ処理が行われ、ΣNOXがクリアされる。
 次いでステップ64では図8Bに示すマップから単位時間当りの排出SO量SOXZが算出される。次いでステップ65ではこのSOXZがNO吸蔵触媒15,15a,15b,17に吸蔵されているSO量ΣSOXに加算される。次いでステップ66では吸蔵SO量ΣSOXが許容値SXを越えたか否かが判別され、ΣSOX>SXとなったときにはステップ67に進んでNO処理装置13に流入する排気ガスの空燃比をリーンに維持しつつ還元剤供給弁18から還元剤を供給することによって各NO吸蔵触媒15,15a,15b,17の温度TをSO放出温度TXまで上昇させる昇温制御が行われる。次いでステップ68では還元剤供給弁18から供給された還元剤によって、或いは燃焼室2内における空燃比をリッチに維持することによってNO処理装置13に流入する排気ガスの空燃比をリッチに維持するリッチ処理が行われ、ΣSOXがクリアされる。

Claims (10)

  1. 機関排気通路内に、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NO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を放出するNO吸蔵触媒を配置した内燃機関の排気浄化装置において、上記NO吸蔵触媒が上流側NO吸蔵触媒と、該上流側NO吸蔵触媒の下流端から下流側に排気通路空間を隔てて配置された下流側NO吸蔵触媒からなり、上流側NO吸蔵触媒および下流側NO吸蔵触媒は下流側NO吸蔵触媒における空間速度が上流側吸蔵触媒における空間速度よりも大きくなるように形成されている内燃機関の排気浄化装置。
  2. 上記上流側NO吸蔵触媒は並列配置された複数のNO吸蔵触媒からなり、上記下流側NO吸蔵触媒は少くとも一つのNO吸蔵触媒からなる請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。
  3. 上記上流側NO吸蔵触媒は並列配置された一対のNO吸蔵触媒からなり、上記下流側NO吸蔵触媒は一つのNO吸蔵触媒からなる請求項2に記載の内燃機関の排気浄化装置。
  4. 上記上流側NO吸蔵触媒の総断面積が上記下流側NO吸蔵触媒の総断面積よりも大きい請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。
  5. 上記上流側NO吸蔵触媒の単位容積当りの触媒表面積が上記下流側NO吸蔵触媒の単位容積当りの触媒表面積よりも大きい請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。
  6. 上記上流側NO吸蔵触媒および上記下流側NO吸蔵触媒は夫々排気ガスの流れ方向に延びる複数個のセルを有しており、上流側NO吸蔵触媒の単位断面積当りのセル数が下流側NO吸蔵触媒の単位断面積当りのセル数よりも多い請求項5に記載の内燃機関の排気浄化装置。
  7. 上記上流側NO吸蔵触媒上および上記下流側NO吸蔵触媒上には貴金属触媒とNO吸収剤とが担持されており、上記下流側NO吸蔵触媒の方が上記上流側NO吸蔵触媒よりも塩基性が弱い請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。
  8. 上記下流側NO吸蔵触媒のNO吸収剤の量が上記上流側NO吸蔵触媒のNO吸収剤の量よりも少ない請求項7に記載の内燃機関の排気浄化装置。
  9. 上記下流側NO吸蔵触媒のNO吸収剤として上記上流側NO吸蔵触媒のNO吸収剤よりも塩基性の弱い成分が用いられている請求項7に記載の内燃機関の排気浄化装置。
  10. 上記貴金属触媒として白金Ptが用いられ、NO吸収剤を構成する成分としてはカリウム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請求項7に記載の内燃機関の排気浄化装置。
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