(57)【要約】【課題】内燃機関の排気通路に吸蔵還元型ＮＯx触媒と、その上流側にＳＯx吸蔵剤とを備えた排気浄化システムにおいて、より効率的に吸蔵還元型ＮＯx触媒のＳＯｘ再生処理を実施可能とする技術を提供する。【解決手段】内燃機関１の排気管５にＤＰＮＲ１１と、その上流側にＳトラップ触媒１０とを備えた排気浄化システムにおいて、排気管５を通過する排気にＳトラップ触媒１０をバイパスさせるバイパス管６さらに備え、ＤＰＮＲ１１のＳＯｘ再生処理時には、排気にＳトラップ触媒１０をバイパスさせる。【選択図】図１
2008184916.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられ、排気の空燃比がリーンのときにＮＯxを吸蔵し、排気
中の酸素濃度が低下したときに前記吸蔵したＮＯxを放出するＮＯx触媒と、
前記排気通路におけるＮＯx触媒の上流側に配置され、流入する排気の空燃比がリーン
のときに排気中のＳＯxを吸蔵するＳＯx吸蔵剤と、
前記ＳＯx吸蔵剤の上流側において前記排気通路から分岐するとともに、前記ＳＯx吸蔵剤と前記ＮＯx触媒との間の部分において前記排気通路に合流し、前記排気通路を通過す
る排気に前記ＳＯx吸蔵剤をバイパスさせるバイパス通路と、
前記ＮＯx触媒に吸蔵されて蓄積したＳＯxの量が所定量以上となった場合に、前記内燃機関からの排気に還元剤を供給することによって該排気の酸素濃度を低下させるとともに前記ＮＯx触媒の温度を上昇させ、前記ＮＯx触媒に蓄積されたＳＯxを放出させるＳＯx再生処理を行うＳＯx再生手段と、
前記ＳＯx再生手段が前記ＳＯx再生処理を行う場合に、前記排気通路を通過する排気のうちの前記バイパス通路を通過する排気の量を増加させ、前記ＳＯx吸蔵剤を通過する排
気の量を減少させるＳＯx再生時排気制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
【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システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気にはＮＯxなどの有害物質が含まれている。これらの有害物質の排出を
低減するために、内燃機関の排気系に、排気中のＮＯxを浄化するＮＯx触媒を設けることが知られている。この技術において、排気の空燃比がリーンのときにＮＯxを吸蔵し、排
気中の酸素濃度が低下したときに吸蔵したＮＯxを放出する吸蔵還元型ＮＯx触媒を設けた場合には、吸蔵されたＮＯxの量が増加すると浄化能力が低下するため、例えばリッチス
パイク制御を行うことにより吸蔵還元型ＮＯx触媒に還元剤を供給し、同触媒に吸蔵され
たＮＯxを還元放出することが行われる（以下、「ＮＯx還元処理」という。）。
【０００３】
また、内燃機関の排気中にはＳＯxが含まれており、このＳＯxが上記のＮＯxと同様、
吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸蔵される。そして、吸蔵されたＳＯxの量が増加すると吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx吸蔵能力が低下するＳＯx被毒が生じる場合がある。
【０００４】
このＳＯx被毒を解消するために、ＮＯx触媒の床温を上昇させるとともに排気の酸素濃度を低下して、吸蔵還元型ＮＯx触媒に蓄積されたＳＯxを放出させる処理を行う場合もある（以下、「ＳＯx再生処理」という。）。
【０００５】
さらに、排気通路における吸蔵還元型ＮＯx触媒の上流側に、排気の空燃比がリーンの
ときにＳＯxを吸蔵するＳＯx吸蔵剤を配置し、吸蔵還元型ＮＯx触媒に流入する前の排気
中のＳＯxをこのＳＯx吸蔵剤に吸蔵させて除去し、吸蔵還元型ＮＯx触媒のＳＯx再生処理の必要性を低減する場合もある（例えば、特許文献１から３参照。）。
【０００６】
ところで、上記のように吸蔵還元型ＮＯx触媒の上流側にＳＯx吸蔵剤を配置した排気浄化システムにおいても、排気中のＳＯxの一部がＳＯx吸蔵剤によって除去されずに吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸蔵され、ＳＯx被毒が生じる場合があった。従って、このようなシステムにおいても吸蔵還元型ＮＯx触媒のＳＯx再生処理を行う場合があった。
【０００７】
そして、吸蔵還元型ＮＯx触媒のＳＯx再生処理を行う際に、内燃機関からの排気に還元剤を供給した場合に、上流側のＳＯx吸蔵剤に吸蔵されているＳＯxも同時に放出されてしまい、ＳＯx吸蔵剤から放出されたＳＯxが吸蔵還元型ＮＯx触媒に流入してしまうことが
あった。そうすると、吸蔵還元型ＮＯx触媒のＳＯx再生処理を効率的に実施することが困難になる場合があった。
【特許文献１】特許第２６０５５８０号公報
【特許文献２】特開２００４−１５０３８２号公報
【特許文献３】特開２００４−２８０３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的とするところは、内燃機関の排気通路に吸蔵還元型ＮＯx触媒と、その上
流側にＳＯx吸蔵剤とを備えた排気浄化システムにおいて、より効率的に吸蔵還元型ＮＯx触媒のＳＯｘ再生処理を実施可能とする技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するための本発明は、内燃機関の排気通路に吸蔵還元型ＮＯx触媒と、
その上流側にＳＯx吸蔵剤とを備えた排気浄化システムにおいて、前記排気通路を通過す
る排気に前記ＳＯx吸蔵剤をバイパスさせるバイパス通路をさらに備え、吸蔵還元型ＮＯx触媒のＳＯｘ再生処理時には、排気にＳＯx吸蔵剤をバイパスさせることを最大の特徴と
する。
【００１０】
より詳しくは、内燃機関の排気通路に設けられ、排気の空燃比がリーンのときにＮＯx
を吸蔵し、排気中の酸素濃度が低下したときに前記吸蔵したＮＯxを放出するＮＯx触媒と、
前記排気通路におけるＮＯx触媒の上流側に配置され、流入する排気の空燃比がリーン
のときに排気中のＳＯxを吸蔵するＳＯx吸蔵剤と、
前記ＳＯx吸蔵剤の上流側において前記排気通路から分岐するとともに、前記ＳＯx吸蔵剤と前記ＮＯx触媒との間の部分において前記排気通路に合流し、前記排気通路を通過す
る排気に前記ＳＯx吸蔵剤をバイパスさせるバイパス通路と、
前記ＮＯx触媒に吸蔵されて蓄積したＳＯxの量が所定量以上となった場合に、前記内燃機関からの排気に還元剤を供給することによって該排気の酸素濃度を低下させるとともに前記ＮＯx触媒の温度を上昇させ、前記ＮＯx触媒に蓄積されたＳＯxを放出させるＳＯx再生処理を行うＳＯx再生手段と、
前記ＳＯx再生手段が前記ＳＯx再生処理を行う場合に、前記排気通路を通過する排気のうちの前記バイパス通路を通過する排気の量を増加させ、前記ＳＯx吸蔵剤を通過する排
気の量を減少させるＳＯx再生時排気制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１１】
すなわち、吸蔵還元型ＮＯx触媒のＳＯx再生処理においては、排気通路を通過する排気に還元剤が供給されて排気の酸素濃度が低下するとともに、吸蔵還元型ＮＯx触媒に還元
剤が流入して吸蔵還元型ＮＯx触媒の温度が上昇する。その際に、還元剤がＳＯx吸蔵剤に流入するとＳＯx吸蔵剤に吸蔵されているＳＯxが放出されてしまうので、バイパス通路を通過する排気の量を相対的に増加させて、ＳＯx吸蔵剤に還元剤が流入することを抑制す
る。
【００１２】
こうすれば、吸蔵還元型ＮＯx触媒のＳＯx再生処理において上流のＳＯx吸蔵剤からＳ
Ｏxが排出され、吸蔵還元型ＮＯx触媒に流入することを抑制できる。これにより、より効率的に吸蔵還元型ＮＯx触媒のＳＯx再生処理を行なうことができる。
【００１３】
なお、上記において吸蔵とは、吸蔵に加えてまたは吸蔵の代わりに吸収および吸着が行われることを含んでいる。本発明における課題を解決するための手段は、可能な限り組み合わせて使用することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明にあっては、内燃機関の排気通路に吸蔵還元型ＮＯx触媒と、その上流側にＳＯx吸蔵剤とを備えた排気浄化システムにおいて、より効率的に吸蔵還元型ＮＯx触媒のＳＯ
ｘ再生処理を実施することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。
【実施例１】
【００１６】
図１は、本実施例に係る内燃機関と、その排気系及び制御系の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、ディーゼル機関である。なお、図１においては、内燃機関１の内部及びその吸気系は省略されている。
【００１７】
図１において、内燃機関１には、内燃機関１から排出される排気が流通する排気通路としての排気管５が接続され、この排気管５は下流にて図示しないマフラーに接続されている。また、排気管５の途中には、排気の空燃比がリーンの状態で排気中のＳＯxを吸蔵し
、排気中のＳＯxを除去するＳＯx吸蔵剤としてのＳトラップ触媒１０が設けられている。そして、Ｓトラップ触媒１０の下流側には、排気中の微粒子物質を捕集するフィルタに、排気の空燃比がリーンの状態で排気中のＮＯxを吸蔵し排気の酸素濃度が低下した状態で
は吸蔵されたＮＯxを放出する吸蔵還元型ＮＯx触媒を担持することによって形成されたＤＰＮＲ１１が配置されている。このＤＰＮＲ１１が本実施例におけるＮＯx触媒に相当す
る。
【００１８】
また、Ｓトラップ触媒１０の上流の分岐部５ａにおいて、排気管５からバイパス通路としてのバイパス管６が分岐されている。そして、分岐部５ａには、内燃機関１からの排気にバイパス管６を通過させるかそのまま排気管５を通過させるかを切換える三方弁である切換弁１５が備えられている。また、バイパス管６は、Ｓトラップ触媒１０とＤＰＮＲ１１の間の部分で排気管５に合流している。
【００１９】
ここで、切換弁１５を作動させて、内燃機関１からの排気にそのまま排気管５を通過させることにより、排気にＳトラップ触媒１０及びＤＰＮＲ１１の両方を通過させることができる。同様に、内燃機関１からの排気にバイパス管６を通過させることにより、排気にＳトラップ触媒１０をバイパスさせてＤＰＮＲ１１のみを通過させることができる。
【００２０】
以上述べたように構成された内燃機関１及びその排気系には、内燃機関１及び排気系を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）２０が併設され
ている。このＥＣＵ２０は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態等を制御する他、内燃機関１のＳトラップ触媒１０、ＤＰＮＲ１１を含めた排気浄化システムに係る制御を行うユニットである。
【００２１】
ＥＣＵ２０には、図示しないエアフローメータ、クランクポジションセンサや、アクセルポジションセンサなどの内燃機関１の運転状態の制御に係るセンサ類が電気配線を介して接続され、出力信号がＥＣＵ２０に入力されるようになっている。一方、ＥＣＵ２０には、内燃機関１内の図示しない燃料噴射弁等が電気配線を介して接続される他、本実施例における切換弁１５などが電気配線を介して接続され、ＥＣＵ２０によって制御されるようになっている。
【００２２】
また、ＥＣＵ２０には、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等が備えられており、ＲＯＭには、内燃機関１の種々の制御を行うためのプログラムや、データを格納したマップが記憶されている。後述のように、Ｓトラップ触媒１０やＤＰＮＲ１１のＳＯx再生処理を行うための
ルーチンも、ＥＣＵ２０のＲＯＭに記憶されたプログラムの一つである。
【００２３】
上記の構成においては、切換弁１５によって排気にそのまま排気管５を通過させた場合には、内燃機関１からの排気にＳトラップ触媒１０とＤＰＮＲ１１の両方を通過させることができる。そうすると、内燃機関１からの排気は先ずＳトラップ触媒１０を通過し、排気中のＳＯxがＳトラップ触媒１０に吸蔵されることによって除去される。従って、下流
側のＤＰＮＲ１１におけるＳＯx被毒が抑制され、ＤＰＮＲ１１のＳＯx再生処理の実施の必要性を抑制することができる。
【００２４】
しかし、上記の構成においてもＳトラップ触媒１０において吸蔵されなかったＳＯxが
Ｓトラップ触媒１０から排出されＤＰＮＲ１１に流入し、ＤＰＮＲ１１においてＳＯx被
毒が生じる場合があった。また、特に内燃機関１の運転状態が高負荷または高回転数の場
合には、内燃機関１からの排気の温度が上昇するため、Ｓトラップ触媒１０に吸蔵されていたＳＯxが大量に放出されてしまい、ＤＰＮＲ１１に流入してしまう場合があった。従
って、上記の構成においても、ＤＰＮＲ１１のＳＯx再生処理の必要性を完全に無くすこ
とは困難であった。
【００２５】
このような高負荷または高回転数の運転状態において、切換弁１５を開弁して内燃機関１からの排気にＳトラップ触媒１０をバイパスさせ、Ｓトラップ触媒１０に吸蔵されていたＳＯxが大量に放出されることを抑制する制御を行なってもよいが、この場合でも、バ
イパス管６を通過した排気にＳＯxが含まれるため、長期的には、ＤＰＮＲ１１のＳＯx再生処理を行なう必要があった。
【００２６】
<ＤＰＮＲのＳＯx再生処理>
ここで、上記の理由によってＤＰＮＲ１１のＳＯx再生処理を行う場合について考える
。この場合、本実施例においては、内燃機関１における主噴射の前若しくは後に図示しない燃料噴射弁から燃料を副噴射させ、排気の酸素濃度を低下させるとともに、ＤＰＮＲ１１に還元剤としての燃料を供給して床温を上昇させる。そうすると、Ｓトラップ触媒１０にも還元剤としての燃料が流入することとなり、Ｓトラップ触媒１０に吸蔵されたＳＯx
も放出されてしまう場合があった。その結果、Ｓトラップ触媒１０から放出されたＳＯx
が下流側のＤＰＮＲ１１に流入してしまい、ＤＰＮＲ１１のＳＯｘ再生処理を効率的に行なうことが困難になる場合があった。
【００２７】
そこで、本実施例においては、ＤＰＮＲ１１のＳＯx再生処理を行なう場合には、切換
弁１５によって排気にバイパス管６を通過させるようにし、排気にＳトラップ触媒１０をバイパスさせ、Ｓトラップ触媒１０からＳＯxが放出されないようにした。
【００２８】
これによれば、ＤＰＮＲ１１のＳＯx再生処理においてＳトラップ触媒１０からＳＯxが放出されＤＰＮＲ１１に流入することを抑制でき、ＤＰＮＲ１１のＳＯx再生処理の効率
を向上させることができる。
【００２９】
なお、本実施例においてＥＣＵ２０はＳＯx再生手段に相当する。また、ＥＣＵ２０及
び切換弁１５は、ＳＯx再生時排気制御手段を構成する。
【００３０】
なお、上記の実施例においては、切換弁１５によって、内燃機関１からの排気にそのまま排気管５及びＳトラップ触媒１０を通過させるか、バイパス管６を通過させるかを選択的に切換えた。
【００３１】
これに対し、切換弁１５の開度を調整することにより、内燃機関１からの排気のうち、Ｓトラップ触媒１０を通過する量とバイパス管６を通過する量との比を連続的に制御するようにしてもよい。この場合には、ＤＰＮＲ１１のＳＯx再生処理において、Ｓトラップ
触媒１０を通過する排気の量に対してバイパス管６を通過する排気の量をより多くすれば、より多くの排気にＳトラップ触媒１０をバイパスさせることができる。そうすれば、Ｓトラップ触媒１０から放出されＤＰＮＲ１１に流入するＳＯxの量をより少なくすること
ができる。
【００３２】
また、本実施例においては、分岐部５ａに三方弁としての切換弁１５を設ける代わりに、バイパス管６に切換弁を設け、その開度を調整することにより、Ｓトラップ触媒１０に流入する排気の量と、バイパス管６に流入する排気の量とを調整してもよい。
【００３３】
また、本実施例においては、ＤＰＮＲ１１の代わりに、吸蔵還元型ＮＯx触媒（ＮＳＲ
）と、排気中の微粒子を捕集するフィルタとを、独立に直列に並べて備えるようにしても
よい。
【実施例２】
【００３４】
次に、本発明に係る第２の実施例について説明する。図２に示すのは、本実施例に係る内燃機関１と、その排気系及び制御系の概略構成を示す図である。図２のシステムにおいては、図１に示したシステムに加えて、ＤＰＮＲ１１をバイパスする第２バイパス管７が設けられている。この第２バイパス管７には、フィルタ１２が設けられている。また、排気管５から第２バイパス管７への分岐部には、切換弁１５と同等の機能を有する第２切換弁１６が設けられている。さらに、排気管５における分岐部５ａの上流側には、排気管５を通過する排気に還元剤としての燃料を添加する燃料添加弁１４が備えられている。
【００３５】
また、ＤＰＮＲ１１のＳＯx再生処理の際には、実施例１と同様に内燃機関１の副噴射
によって排気に燃料を供給してもよいが、本実施例においては、燃料添加弁１４から燃料を添加することで排気に燃料を供給する。この場合でも、ＤＰＮＲ１１のＳＯx再生処理
において排気にＳトラップ触媒１０をバイパスさせる制御を行い、ＤＰＮＲ１１のＳＯx
再生処理の効率を向上させることが有効である。
【００３６】
ここで、本実施例におけるＳトラップ触媒１０に吸蔵されたＳＯxを放出させるために
Ｓトラップ触媒１０自体のＳＯx再生処理を行なう場合について考える。この場合は、燃
料添加弁１４から燃料を添加するとともに、切換弁１５によって排気にＳトラップ触媒１０を通過させる。このことで、Ｓトラップ触媒１０に流入する排気の酸素濃度を低下させるとともに、Ｓトラップ触媒１０に還元剤としての燃料を供給して床温を上昇させることができる。
【００３７】
しかし、この場合には、ＳＯx再生処理によってＳトラップ触媒１０から放出された大
量のＳＯxがＤＰＮＲ１１に流入し、ＤＰＮＲ１１をＳＯx被毒させてしまうおそれがある。
【００３８】
そこで、本実施例においては、Ｓトラップ触媒１０から放出されたＳＯxがＤＰＮＲ１
１に流入しないように、Ｓトラップ触媒１０のＳＯx再生処理時には第２切換弁１６によ
って、Ｓトラップ触媒１０から排出された排気に第２バイパス管７を通過させる。これによりＳトラップ触媒１０から排出された排気にＤＰＮＲ１１をバイパスさせることができ、Ｓトラップ触媒１０のＳＯx再生処理においてＤＰＮＲ１１がＳＯx被毒することを抑制できる。
【００３９】
また、本実施例における第２バイパス管７にはフィルタ１２が設けられているので、Ｓトラップ触媒１０のＳＯx再生処理において、微粒子物質が浄化されずに大気中に放散さ
れることを抑制できる。
【００４０】
また、本実施例においては、Ｓトラップ触媒１０のＳＯx再生処理を行なう場合に、フ
ィルタ１２のＰＭ再生処理を同時に実施するようにしてもよい。そうすれば、燃料添加弁１４から排気に燃料を添加してＳトラップ触媒１０の床温を上昇させた際の、Ｓトラップ触媒１０からの排気の温度上昇を利用してフィルタ１２の温度を上昇させることができる。その結果、Ｓトラップ触媒１０のＳＯx再生処理と、フィルタ１２のＰＭ再生処理とを
一度に効率的に行なうことができ、燃費を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施例１に係る内燃機関と、その排気系及び制御系の概略構成を示した図である。
【図２】本発明の実施例２に係る内燃機関と、その排気系及び制御系の概略構成を示した図である。
【符号の説明】
【００４２】
１・・・内燃機関
５・・・排気管
５ａ・・・分岐部
６・・・バイパス管
７・・・第２バイパス管
１０・・・Ｓトラップ触媒
１１・・・ＤＰＮＲ
１２・・・フィルタ
１４・・・燃料添加弁
１５・・・切換弁
１６・・・第２切換弁
２０・・・ＥＣＵ
【図１】
2008184916.tif 000003
【図２】
2008184916.tif 000004