(57)【要約】【課題】高いＮＯx浄化率を確保する。【解決手段】機関排気通路内に上流から順にＳＯxトラップ触媒１２、ＮＯx吸蔵触媒１３、尿素水供給弁１８およびＮＯx選択還元触媒１７を配置する。ＮＯx吸蔵触媒１３からＮＯxを放出するためのＮＯx放出用燃料を供給したときにＳＯxトラップ触媒１２から放出されるＳＯx量が予め定められた量以下となるときにはＮＯx放出用燃料を要求に応じ供給し、一方このとき放出ＳＯx量が予め定められた量以上となるときには尿素水を供給する。【選択図】図１
2008291706.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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ＮＯx吸蔵触媒と、排気ガスの空燃比がリーンのときにアンモニアによって排気ガス中のＮＯxを選択的に還元しうるＮＯx選択還元触媒とを配置し、ＮＯx吸蔵触媒にＮＯx放出用燃料を供給するＮＯx放出用燃料供給手段と、ＮＯx選択還元触媒にＮＯx還元用尿素水を供給する尿素水供給手段とを具備した内燃機関において、ＮＯx吸蔵触媒およびＮＯx選択還元触媒上流の機関排気通路内に排気ガス中に含まれるＳＯxを捕獲しうるＳＯxトラップ触媒を配置すると共に、ＮＯx吸蔵触媒からＮＯxを放出すべきときには上記ＮＯx放出用燃料をＳＯxトラップ触媒の上流に供給し、該ＮＯx放出用燃料を供給したときにＳＯxトラップ触媒から放出されるＳＯx量が予め定められた量以下となるときには尿素水を供給することなくＮＯx放出用燃料を要求に応じ供給して排気ガス中のＮＯxをＮＯx吸蔵触媒により浄化し、ＮＯx放出用燃料を供給したときにＳＯxトラップ触媒から放出されるＳＯx量が予め定められた量以上となるときにはＮＯx放出用燃料の供給を停止すると共に尿素水を供給して排気ガス中のＮＯxをＮＯx選択還元触媒により浄化するようにした内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
上記ＮＯx放出用燃料を供給したときにＳＯxトラップ触媒から放出されるＳＯx量をＳＯxトラップ触媒の状態およびＳＯxトラップ触媒に流入する排気ガスの状態から算出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。
【請求項３】
上記ＮＯx放出用燃料を供給したときにＳＯxトラップ触媒から放出されるＳＯx量をＳＯxトラップ触媒下流の機関排気通路内に配置されたＳＯxセンサにより検出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。
【請求項４】
上記ＮＯx放出用燃料を供給したときにＳＯxトラップ触媒から放出されるＳＯx量が予め定められた量以下であってもＮＯx吸蔵触媒によるＮＯx浄化率が予め定められた許容レベル以下のときにはＮＯx放出用燃料の供給を停止すると共に尿素水を供給して排気ガス中のＮＯxをＮＯx選択還元触媒により浄化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。
【請求項５】
尿素水が供給されて排気ガス中のＮＯxがＮＯx選択還元触媒により浄化せしめられているときの機関の運転状態が記憶され、その後機関の運転状態が該記憶された運転状態になったときにはたとえＮＯx放出用燃料を供給すべきときであってもＮＯx放出用燃料の供給を停止しかつ尿素水を供給して排気ガス中のＮＯxをＮＯx選択還元触媒により浄化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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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を放出する高温活性型ＮＯx吸蔵触媒と、排気ガスの空燃比がリーンのときにアンモニアによって排気ガス中のＮＯxを選択的に還元しうる低温活性型ＮＯx選択還元触媒とを配置し、ＮＯx吸蔵触媒にＮＯx放出用燃料を供給するＮＯx放出用燃料供給手段と、ＮＯx選択還元触媒にＮＯx還元用尿素水を供給する尿素水供給手段とを具備した内燃機関が公知である（特許文献１参照）。
【０００３】
この内燃機関では排気ガス温が低いときには低温活性型ＮＯx選択還元触媒により排気ガス中のＮＯxを浄化するためにＮＯx放出用燃料の供給を停止すると共に尿素水を供給し、排気ガス温が高いときには高温活性型ＮＯx吸蔵触媒により排気ガス中のＮＯxを浄化するために尿素水を供給することなくＮＯx放出用燃料を要求に応じ供給するようにしている。
【特許文献１】特開２００６−２７４９８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところがＮＯx吸蔵触媒およびＮＯx選択還元触媒上流の機関排気通路内に排気ガス中に含まれるＳＯxを捕獲しうるＳＯxトラップ触媒を配置し、ＮＯx吸蔵触媒からＮＯxを放出すべきときにはＮＯx放出用燃料をＳＯxトラップ触媒の上流に供給するようにした場合には例えばＳＯxトラップ触媒に捕獲されたＳＯx量が多くなり、ＳＯxトラップ触媒の温度が高くなるとＮＯx放出用燃料を供給したときにＳＯxトラップ触媒からＳＯxが放出されるという問題を生ずる。
【０００５】
即ち、このようなＳＯxトラップ触媒を用いた場合にはＳＯxトラップ触媒からのＳＯxの放出に対して常に考慮を払う必要がある。
本発明は、ＳＯxトラップ触媒を用いた場合にＳＯxトラップ触媒からのＳＯxの放出を抑制しつつ排気ガス中のＮＯxを良好に浄化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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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ＮＯx吸蔵触媒と、排気ガスの空燃比がリーンのときにアンモニアによって排気ガス中のＮＯxを選択的に還元しうるＮＯx選択還元触媒とを配置し、ＮＯx吸蔵触媒にＮＯx放出用燃料を供給するＮＯx放出用燃料供給手段と、ＮＯx選択還元触媒にＮＯx還元用尿素水を供給する尿素水供給手段とを具備した内燃機関において、ＮＯx吸蔵触媒およびＮＯx選択還元触媒上流の機関排気通路内に排気ガス中に含まれるＳＯxを捕獲しうるＳＯxトラップ触媒を配置すると共に、ＮＯx吸蔵触媒からＮＯxを放出すべきときにはＮＯx放出用燃料をＳＯxトラップ触媒の上流に供給し、ＮＯx放出用燃料を供給したときにＳＯxトラップ触媒から放出されるＳＯx量が予め定められた量以下となるときには尿素水を供給することなくＮＯx放出用燃料を要求に応じ供給して排気ガス中のＮＯxをＮＯx吸蔵触媒により浄化し、ＮＯx放出用燃料を供給したときにＳＯxトラップ触媒から放出されるＳＯx量が予め定められた量以上となるときにはＮＯx放出用燃料の供給を停止すると共に尿素水を供給して排気ガス中のＮＯxをＮＯx選択還元触媒により浄化するようにしている。
【発明の効果】
【０００７】
ＳＯxトラップ触媒からのＳＯxの放出を抑制しつつ排気ガス中のＮＯxを良好に浄化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
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。
【０００９】
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ＳＯxトラップ触媒１２の入口に連結される。また、ＳＯxトラップ触媒１２の出口はＮＯx吸蔵触媒１３の入口に連結される。一方、ＮＯx吸蔵触媒１３の出口は排気管１４を介して酸化触媒１５の入口に連結され、酸化触媒１５の出口は排気管１６を介して、排気ガスの空燃比がリーンのときにアンモニアによって排気ガス中のＮＯxを選択的に還元しうるＮＯx選択還元触媒１７に連結される。このＮＯx選択還元触媒１７は低温で高いＮＯx浄化率を有するアンモニア吸着タイプのＦｅゼオライトから形成されるか、或いはアンモニアの吸着機能がないチタニア・バナジウム系の触媒から形成される。
【００１０】
ＮＯx選択還元触媒１７上流の排気管１６内には尿素水供給弁１８が配置され、この尿素水供給弁１８は供給管１９、供給ポンプ２０を介して尿素水タンク２１に連結される。尿素水を供給すべきときには尿素水タンク２１内に貯蔵されている尿素水が供給ポンプ２０によって尿素水供給弁１８から排気管１６内を流れる排気ガス中に噴射され、このとき尿素から発生したアンモニア（（ＮＨ2）2ＣＯ＋Ｈ2Ｏ→２ＮＨ3＋ＣＯ2）によって排気ガス中に含まれるＮＯxがＮＯx選択還元触媒１７において還元される。
【００１１】
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２２を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路２２内には電子制御式ＥＧＲ制御弁２３が配置される。また、ＥＧＲ通路２２周りにはＥＧＲ通路２２内を流れるＥＧＲガスを冷却するための冷却装置２４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２４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２５を介してコモンレール２６に連結され、このコモンレール２６は電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２７を介して燃料タンク２８に連結される。燃料タンク２８内に貯蔵されている燃料は燃料ポンプ２７によってコモンレール２６内に供給され、コモンレール２６内に供給された燃料は各燃料供給管２５を介して燃料噴射弁３に供給される。
【００１２】
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。ＳＯxトラップ触媒１２にはＳＯxトラップ触媒１２の床温を検出するための温度センサ２９が取付けられ、この温度センサ２９および吸入空気量検出器８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。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、尿素水供給弁１８、供給ポンプ２０、ＥＧＲ制御弁２３および燃料ポンプ２７に接続される。
【００１３】
まず初めに図１に示されるＮＯx吸蔵触媒１３について説明すると、このＮＯx吸蔵触媒１３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ＮＯx吸収剤４７の層が形成されている。
【００１４】
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、ＮＯx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。
【００１５】
機関吸気通路、燃焼室２およびＮＯx吸蔵触媒１３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、ＮＯx吸収剤４７は排気ガスの空燃比がリーンのときにはＮＯxを吸収し、排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸収したＮＯxを放出するＮＯxの吸放出作用を行う。
【００１６】
即ち、ＮＯx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ＮＯ2となり、次いでＮＯx吸収剤４７内に吸収されて炭酸バリウムＢａＣＯ3と結合しながら硝酸イオンＮＯ3-の形でＮＯx吸収剤４７内に拡散する。このようにしてＮＯxがＮＯx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ＮＯ2が生成され、ＮＯx吸収剤４７のＮＯx吸収能力が飽和しない限りＮＯ2がＮＯx吸収剤４７内に吸収されて硝酸イオンＮＯ3-が生成される。
【００１７】
これに対し、ＮＯx吸収剤４７からＮＯxを放出するためのＮＯx放出用燃料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（ＮＯ3-→ＮＯ2）に進み、斯くしてＮＯx吸収剤４７内の硝酸イオンＮＯ3-がＮＯ2の形でＮＯx吸収剤４７から放出される。次いで放出されたＮＯxは排気ガス中に含まれる未燃ＨＣ，ＣＯによって還元される。なお、本発明による実施例ではこのＮＯx放出用燃料は例えば排気行程に燃料噴射弁３から供給されるか、或いはＳＯxトラップ触媒１２上流の機関排気通路内に供給される。
【００１８】
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ＮＯxがＮＯx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ＮＯx吸収剤４７のＮＯx吸収能力が飽和してしまい、斯くしてＮＯx吸収剤４７によりＮＯx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ＮＯx吸収剤４７の吸収能力が飽和する前に燃焼室２内、或いはＳＯxトラップ触媒１２上流の機関排気通路内にＮＯx放出用燃料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ＮＯx吸収剤４７からＮＯxを放出させるようにしている。
【００１９】
ところで排気ガス中にはＳＯx、即ちＳＯ2が含まれており、このＳＯ2がＮＯx吸蔵触媒１３に流入するとこのＳＯ2は白金Ｐｔ４６において酸化されてＳＯ3となる。次いでこのＳＯ3はＮＯx吸収剤４７内に吸収されて炭酸バリウムＢａＣＯ3と結合しながら、硫酸イオンＳＯ42-の形でＮＯx吸収剤４７内に拡散し、安定した硫酸塩ＢａＳＯ4を生成する。しかしながらＮＯx吸収剤４７が強い塩基性を有するためにこの硫酸塩ＢａＳＯ4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ＢａＳＯ4は分解されずにそのまま残る。従ってＮＯx吸収剤４７内には時間が経過するにつれて硫酸塩ＢａＳＯ4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ＮＯx吸収剤４７が吸収しうるＮＯx量が低下することになる。
【００２０】
ところでこの場合、ＮＯx吸蔵触媒１３の温度を６００℃以上のＳＯx放出温度まで上昇させた状態でＮＯx吸蔵触媒１３に流入する排気ガスの空燃比をリッチにするとＮＯx吸収剤４７からＳＯxが放出される。ただし、この場合ＮＯx吸収剤４７からは少しずつしかＳＯxが放出されない。従ってＮＯx吸収剤４７から全ての吸収ＳＯxを放出させるには長時間に亘って空燃比をリッチにしなければならず、斯くして多量の燃料が必要になるという問題がある。また、ＮＯx吸収剤４７から放出されたＳＯxは大気中に排出されることになり、このことも好ましいことではない。
【００２１】
そこで本発明による実施例ではＮＯx吸蔵触媒１３の上流にＳＯxトラップ触媒１２を配置してこのＳＯxトラップ触媒１２により排気ガス中に含まれるＳＯxを捕獲し、それによってＮＯx吸蔵触媒１３にＳＯxが流入しないようにしている。次にこのＳＯxトラップ触媒１２について説明する。
【００２２】
このＳＯxトラップ触媒１２は例えばハニカム構造のモノリス触媒からなり、ＳＯxトラップ触媒１２の軸線方向にまっすぐに延びる多数の排気ガス流通孔を有する。図３にＳＯxトラップ触媒１２の基体５０の表面部分の断面を図解的に示す。図３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。
【００２３】
本発明による実施例では貴金属触媒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、ＳＯxトラップ触媒１２のコート層５１は強塩基性を呈している。
【００２４】
さて、排気ガス中に含まれるＳＯx、即ちＳＯ2は図３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、ＳＯ2は硫酸イオンＳＯ42-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３に示されるように排気ガス中に含まれるＳＯ2の一部は直接コート層５１内に捕獲される。
【００２５】
図３においてコート層５１内における濃淡は捕獲されたＳＯxの濃度を示している。図３からわかるようにコート層５１内におけるＳＯx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ＳＯx濃度が高くなるとコート層５１の表面の塩基性が弱まり、ＳＯxの捕獲能力が弱まる。即ち、コート層５１の表面の塩基性が弱まればそれに伴なってＳＯxトラップ率が低下することになる。しかしながらこの場合、排気ガスの空燃比がリーンのもとでＳＯxトラップ触媒１２の温度を上昇させるとＳＯxトラップ率を回復させることができる。
【００２６】
即ち、排気ガスの空燃比がリーンのもとでＳＯxトラップ触媒１２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ＳＯxはコート層５１内におけるＳＯx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ＳＯx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ＳＯx濃度が低下し、斯くしてＳＯxトラップ触媒１２の昇温制御が完了するとＳＯxトラップ率が回復することになる。そこで本発明による実施例ではＳＯxトラップ率が低下し始めたときには排気ガスの空燃比がリーンのもとでＳＯxトラップ触媒１２の温度を上昇させる昇温制御を行い、それによってＳＯxトラップ率を回復させるようにしている。
【００２７】
ところでこのＳＯxトラップ触媒１２はどのような機関の運転状態でも捕獲したＳＯxを捕獲し続けるわけではなく、ＳＯxトラップ触媒１２の状態或いはＳＯxトラップ触媒１２に流入する排気ガスの状態によっては捕獲したＳＯxがＳＯxトラップ触媒１２から放出される。次にこのことについて図４（Ａ），（Ｂ）を参照しつつ説明する。
【００２８】
図４（Ａ）はＮＯx放出用燃料が供給されたときにＳＯxトラップ触媒１２から放出されるＳＯx量Ｍｉ（Ｍ1＜Ｍ2…＜Ｍｉ＜…）を示しており、このＳＯx量Ｍｉは図４（Ａ）からわかるようにＳＯxトラップ触媒１２にトラップされたＳＯx量が多くなるほど多くなり、ＮＯx放出用燃料の量が多いほど多くなる。
【００２９】
一方、図４（Ｂ）はＮＯx放出用燃料が供給されたときにＳＯxトラップ触媒１２から放出されるＳＯx量Ｍｉに対する補正値Ｋｉを示しており、ＳＯx量Ｍｉに補正値Ｋｉを乗算した値ＳＯＸＤ（＝Ｍｉ・Ｋｉ）が実際にＳＯxトラップ触媒１２から放出されるＳＯx量を表している。図４（Ｂ）からわかるようにこの補正値Ｋｉ（Ｋ1＜Ｋ2…＜Ｋｉ＜…）はＳＯxトラップ触媒１２の床温が高くなるほど大きくなり、排気ガス量、即ち吸入空気量が多くなるほど大きくなる。
【００３０】
ＳＯxトラップ触媒１２から放出されたＳＯxはＮＯx吸蔵触媒１３に吸蔵されるのでＳＯxトラップ触媒１２からは多量のＳＯxを放出させることはできない。従ってＳＯxトラップ触媒１２から多量のＳＯxが放出されるときにはＮＯx放出用燃料を供給するのを停止するようにしている。ＮＯx放出用燃料の供給が停止されるとＮＯx吸蔵触媒１３のＮＯx吸収能力が飽和するのでＮＯx吸蔵触媒１３によりＮＯxを浄化しえなくなる。従ってこのときには尿素水を供給して排気ガス中のＮＯxをＮＯx選択還元触媒１７により浄化するようにしている。
【００３１】
一方、ＮＯx放出用燃料が供給されたとしてもＳＯxトラップ触媒１２からは少量のＳＯxしか放出されない状態になるとＮＯx放出用燃料が供給され、ＮＯx吸蔵触媒１３からＮＯxが放出される。従ってこのときには排気ガス中のＮＯxはＮＯx吸蔵触媒１３により浄化されるようになるので尿素水の供給は停止される。
【００３２】
このように本発明ではＮＯx吸蔵触媒１３にＮＯx放出用燃料を供給するＮＯx放出用燃料供給手段と、ＮＯx選択還元触媒１７にＮＯx還元用尿素水を供給する尿素水供給手段とを具備しており、ＮＯx放出用燃料を供給したときにＳＯxトラップ触媒１２から放出されるＳＯx量ＳＯＸＤが予め定められた量ＳＸ以下となるときには尿素水を供給することなくＮＯx放出用燃料を要求に応じ供給して排気ガス中のＮＯxをＮＯx吸蔵触媒１３により浄化し、ＮＯx放出用燃料を供給したときにＳＯxトラップ触媒１２から放出されるＳＯx量ＳＯＸＤが予め定められた量ＳＸ以上となるときにはＮＯx放出用燃料の供給を停止すると共に尿素水を供給して排気ガス中のＮＯxをＮＯx選択還元触媒１７により浄化するようにしている。
【００３３】
なお、この場合、本発明による第１実施例では、ＮＯx放出用燃料を供給したときにＳＯxトラップ触媒１２から放出されるＳＯx量ＳＯＸＤはＳＯxトラップ触媒１２の状態、即ちＳＯxトラップ触媒１２のＳＯxトラップ量とＳＯxトラップ触媒１２の温度、およびＳＯxトラップ触媒１２に流入する排気ガスの状態、即ちＮＯx放出用燃料量および排気ガス量から算出される。
【００３４】
ところで或る機関の運転状態においてＮＯx放出用燃料を供給したときにＳＯxトラップ触媒１２から放出されるＳＯx量ＳＯＸＤが予め定められた量ＳＸ以上になった場合、その後の同一の機関の運転状態においてもＮＯx放出用燃料を供給したときにはＳＯxトラップ触媒から放出されるＳＯx量が予め定められた量以上となる。即ち、言い換えると一旦尿素水の供給が行われた運転状態ではその後、尿素水を供給することが必要となる。
【００３５】
そこで本発明による実施例では図５（Ａ）に示すように機関の運転領域を要求トルクＴＱおよび機関回転数Ｎに応じた複数個の運転領域（ＴＱｉ，Ｎｉ）に分割し、例えば図５（Ａ）においてハッチングで示す運転領域（ＴＱｉ，Ｎｉ）において一旦尿素水の供給が行われると、その後機関の運転状態がハッチングで示す運転領域（ＴＱｉ，Ｎｉ）になったときには尿素水を供給するようにしている。
【００３６】
即ち、本発明による実施例では、尿素水が供給されて排気ガス中のＮＯxがＮＯx選択還元触媒１７により浄化せしめられているときの機関の運転状態（ＴＱｉ，Ｎｉ）が記憶され、その後機関の運転状態が記憶された運転状態（ＴＱｉ，Ｎｉ）になったときにはたとえＮＯx放出用燃料を供給すべきときであってもＮＯx放出用燃料の供給を停止しかつ尿素水を供給して排気ガス中のＮＯxをＮＯx選択還元触媒１７により浄化するようにしている。
【００３７】
この場合、放出用燃料を供給したときにＳＯxトラップ触媒から放出されるＳＯx量が予め定められた量以上となる運転領域（ＴＱｉ，Ｎｉ）、即ち尿素水の供給される運転領域（ＴＱｉ，Ｎｉ）はＳＯxトラップ触媒１２の使用期間が長くなるほど図５の（Ｂ），（Ｃ）においてハッチングで示すように次第に広がっていく。
【００３８】
次に図６から図８を参照しつつ本発明によるＮＯx浄化処理方法の第１実施例について説明する。
図６はＮＯx吸蔵触媒１３からＮＯxを放出すべきであることを示すＮＯx放出フラグのセット処理ルーチンを示している。このルーチンは一定時間毎の割込みによって実行される。
【００３９】
図６を参照するとまず初めにステップ６０においてＮＯx吸蔵触媒１３に単位時間当り吸蔵されるＮＯx量ＮＯＸＡが算出される。このＮＯx量ＮＯＸＡは要求トルクＴＱおよび機関回転数Ｎの関数として図７に示すマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。次いでステップ６１ではこのＮＯＸＡがＮＯx吸蔵触媒１３に吸蔵されているＮＯx量ΣＮＯＸに加算される。次いでステップ６２では吸蔵ＮＯx量ΣＮＯＸが許容値ＮＺを越えたか否かが判別され、ΣＮＯＸ＞ＮＺとなったときにはステップ６３に進んでＮＯx放出フラグがセットされる。
【００４０】
図８にＮＯx浄化処理ルーチンを示す。このルーチンは一定時間毎の割込みによって実行される。
図８を参照するとまず初めにステップ７０においてＮＯx放出フラグがセットされているか否かが判別される。ＮＯx放出フラグがセットされていないときには処理サイクルを完了する。このときには排気ガス中のＮＯxはＮＯx吸蔵触媒１３において浄化されており、尿素水の供給は停止されている。
【００４１】
一方、ステップ７０においてＮＯx放出フラグがセットされたと判別されたときにはステップ７１に進んで現在の機関の運転状態（ＴＱ，Ｎ）が読込まれる。次いでステップ７２では現在の運転状態が図５においてハッチングで示される運転領域（ＴＱｉ，Ｎｉ）、即ち以前に尿素水の供給が行われた運転領域であるか否かが判別される。現在の運転状態が以前に尿素水の供給が行われた運転領域であるときにはステップ８１にジャンプして尿素水供給弁１８からの尿素水の供給制御が行われる。このときには排気ガス中のＮＯxはＮＯx選択還元触媒１７において浄化される。
【００４２】
これに対し、ステップ７２において現在の運転状態が以前に尿素水の供給が行われた運転領域（ＴＱｉ，Ｎｉ）ではないと判別されたときにはステップ７３に進んで図４（Ａ）に示す関係から放出ＳＯx量Ｍｉが算出される。次いでステップ７４では図４（Ｂ）に示す関係から補正値Ｋｉが算出される。次いでステップ７５ではＳＯxトラップ１２から実際に放出されるＳＯx量ＳＯＸＤ（＝Ｍｉ・Ｋｉ）が算出される。次いでステップ７６では実際の放出ＳＯx量ＳＯＸＤが予め定められた量ＳＸよりも大きいか否かが判別される。
【００４３】
実際の放出ＳＯx量ＳＯＸＤが予め定められた量ＳＸよりも少ないと判別されたときにはステップ７７に進んでＮＯx放出用燃料を供給することにより排気ガスの空燃比をリッチにする処理が行われる。このときＮＯx吸蔵触媒１３からＮＯxが放出される。次いでステップ７８ではＮＯx放出フラグがリセットされ、次いでステップ７９において吸蔵ＮＯx量ΣＮＯＸがクリアされる。
【００４４】
一方、ステップ７６において実際の放出ＳＯx量ＳＯＸＤが予め定められた量ＳＸよりも大きいと判別されたときにはステップ８８に進んで現在の運転領域（ＴＱｉ，Ｎｉ）が図５においてハッチングで示される運転領域として記憶される。次いでステップ８１に進んで尿素水の供給制御が行われる。
【００４５】
図９および図１０に別の実施例を示す。この実施例では図９に示されるようにＳＯxトラップ触媒１２下流の機関排気通路内にＳＯxセンサ５５が配置され、このＳＯxセンサ５５によりＮＯx放出用燃料を供給したときにＳＯxトラップ触媒１２から放出されるＳＯx量が検出される。この実施例ではＳＯxセンサ５５により検出された放出ＳＯx量ＳＯＸＤが予め定められた量ＳＸを越えたときには尿素水の供給が行われる。
【００４６】
図１０にＳＯxセンサ５５を用いた場合のＮＯx浄化処理ルーチンを示す。このルーチンは図８と同様に一定時間毎の割込みによって実行される。
図１０を参照するとまず初めにステップ９０においてＮＯx放出フラグがセットされているか否かが判別される。ＮＯx放出フラグがセットされていないときには処理サイクルを完了する。このときには排気ガス中のＮＯxはＮＯx吸蔵触媒１３において浄化されており、尿素水の供給は停止されている。
【００４７】
一方、ステップ９０においてＮＯx放出フラグがセットされたと判別されたときにはステップ９１に進んで現在の機関の運転状態（ＴＱ，Ｎ）が読込まれる。次いでステップ９２では現在の運転状態が図５においてハッチングで示される運転領域（ＴＱｉ，Ｎｉ）、即ち以前に尿素水の供給が行われた運転領域であるか否かが判別される。現在の運転状態が以前に尿素水の供給が行われた運転領域であるときにはステップ９８にジャンプして尿素水供給弁１８からの尿素水の供給制御が行われる。このときには排気ガス中のＮＯxはＮＯx選択還元触媒１７において浄化される。
【００４８】
これに対し、ステップ９２において現在の運転状態が以前に尿素水の供給が行われた運転領域（ＴＱｉ，Ｎｉ）ではないと判別されたときにはステップ９３に進んでＮＯx放出用燃料を供給することによる空燃比のリッチ処理が行われる。このときＮＯx吸蔵触媒１３からＮＯxが放出される。次いでステップ９４ではＮＯx放出フラグがリセットされ、次いでステップ９５では吸蔵ＮＯx量ΣＮＯＸがクリアされる。
【００４９】
次いでステップ９６ではＳＯxセンサ５５により検出された実際の放出ＳＯx量ＳＯＸＤが予め定められた量ＳＸよりも大きいか否かが判別され、実際の放出ＳＯx量ＳＯＸＤが予め定められた量ＳＸよりも少ないと判別されたときには処理サイクルを完了する。
【００５０】
これに対し、ステップ９６において実際の放出ＳＯx量ＳＯＸＤが予め定められた量ＳＸよりも大きいと判別されたときにはステップ９７に進んで現在の運転領域（ＴＱｉ，Ｎｉ）が図５においてハッチングで示される運転領域として記憶される。次いでステップ９８に進んで尿素水の供給制御が行われる。
【００５１】
図１１および図１２に更に別の実施例を示す。この実施例ではＮＯx吸蔵触媒１３の下流にＮＯx吸蔵触媒１３から流出する排気ガス中のＮＯx濃度を検出するためのＮＯxセンサ５６が配置されており、このＮＯxセンサ５６によってＮＯx吸蔵触媒１３によるＮＯx浄化率が検出される。
【００５２】
この実施例ではＮＯx放出用燃料を供給したときにＳＯxトラップ触媒１２から放出されるＳＯx量ＳＯＸＤが予め定められた量ＳＸ以下であったとしてもＮＯx吸蔵触媒１３によるＮＯx浄化率が予め定められた許容レベル以下のときにはＮＯx放出用燃料の供給を停止すると共に尿素水を供給して排気ガス中のＮＯxをＮＯx選択還元触媒１７により浄化するようにしている。
【００５３】
図１２はこの実施例を実行するためのＮＯx浄化処理ルーチンを示す。このルーチンも一定時間毎の割込みによって実行される。
図１２を参照するとまず初めにステップ１００においてＮＯx放出フラグがセットされているか否かが判別される。ＮＯx放出フラグがセットされていないときには処理サイクルを完了する。このときには排気ガス中のＮＯxはＮＯx吸蔵触媒１３において浄化されており、尿素水の供給は停止されている。
【００５４】
一方、ステップ１００においてＮＯx放出フラグがセットされたと判別されたときにはステップ１０１に進んで現在の機関の運転状態（ＴＱ，Ｎ）が読込まれる。次いでステップ１０２では現在の運転状態が図５においてハッチングで示される運転領域（ＴＱｉ，Ｎｉ）、即ち以前に尿素水の供給が行われた運転領域であるか否かが判別される。現在の運転状態が以前に尿素水の供給が行われた運転領域であるときにはステップ１１１にジャンプして尿素水供給弁１８からの尿素水の供給制御が行われる。このときには排気ガス中のＮＯxはＮＯx選択還元触媒１７において浄化される。
【００５５】
これに対し、ステップ１０２において現在の運転状態が以前に尿素水の供給が行われた運転領域（ＴＱｉ，Ｎｉ）ではないと判別されたときにはステップ１０３に進んで図４（Ａ）に示す関係から放出ＳＯx量Ｍｉが算出される。次いでステップ１０４では図４（Ｂ）に示す関係から補正値Ｋｉが算出される。次いでステップ１０５ではＳＯxトラップ１２から実際に放出されるＳＯx量ＳＯＸＤ（＝Ｍｉ・Ｋｉ）が算出される。次いでステップ１０６では実際の放出ＳＯx量ＳＯＸＤが予め定められた量ＳＸよりも大きいか否かが判別される。
【００５６】
実際の放出ＳＯx量ＳＯＸＤが予め定められた量ＳＸよりも少ないと判別されたときにはステップ１０７に進んでＮＯxセンサ５６により検出されたＮＯx吸蔵触媒１３によるＮＯx浄化率ＮＯＸＤが予め定められた許容レベルＮＸよりも高いか否かが判別される。ＮＯx浄化率ＮＯＸＤが許容レベルＮＸ以下のときにはステップ１１２に進んでＮＯx放出用燃料の供給が停止され、尿素水の供給制御が行われる。
【００５７】
一方、ステップ１０７においてＮＯx浄化率ＮＯＸＡが許容レベルＮＸよりも高いと判別されたときにはステップ１０８に進んでＮＯx放出用燃料を供給することによる空燃比をリッチ処理が行われる。このときＮＯx吸蔵触媒１３からＮＯxが放出される。次いでステップ１０９ではＮＯx放出フラグがリセットされ、次いでステップ１１０では吸蔵ＮＯx量ΣＮＯＸがクリアされる。
【００５８】
一方、ステップ１０６において実際の放出ＳＯx量ＳＯＸＤが予め定められた量ＳＸよりも大きいと判別されたときにはステップ１１１に進んで現在の運転領域（ＴＱｉ，Ｎｉ）が図５においてハッチングで示される運転領域として記憶される。次いでステップ１１２に進んで尿素水の供給制御が行われる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】圧縮着火式内燃機関の全体図である。
【図２】ＮＯx吸蔵触媒の触媒担体の表面部分の断面図である。
【図３】ＳＯxトラップ触媒の基体の表面部分の断面図である。
【図４】ＳＯxトラップ触媒からのＳＯx放出量を示す図である。
【図５】尿素水を供給する運転領域を示す図である。
【図６】ＮＯx放出フラグのセット処理を行うためのフローチャートである。
【図７】吸蔵ＮＯx量ＮＯＸＡのマップを示す図である。
【図８】ＮＯx浄化処理を実行するためのフローチャートである。
【図９】圧縮着火式内燃機関の別の実施例を示す全体図である。
【図１０】ＮＯx浄化処理を実行するためのフローチャートである。
【図１１】圧縮着火式内燃機関の更に別の実施例を示す全体図である。
【図１２】ＮＯx浄化処理を実行するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００６０】
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    ＳＯxトラップ触媒
１３    ＮＯx吸蔵触媒
１５    酸化触媒
１７    ＮＯx選択還元触媒
１８    尿素水供給弁
【図１】
2008291706.tif 000003
【図２】
2008291706.tif 000004
【図３】
2008291706.tif 000005
【図４】
2008291706.tif 000006
【図５】
2008291706.tif 000007
【図６】
2008291706.tif 000008
【図７】
2008291706.tif 000009
【図８】
2008291706.tif 000010
【図９】
2008291706.tif 000011
【図１０】
2008291706.tif 000012
【図１１】
2008291706.tif 000013
【図１２】
2008291706.tif 000014