(57)【要約】【課題】簡単な構成でもって、ＮＯＸ触媒内に蓄えられているイオウの量を速やかに減少させる。【解決手段】リーン空燃比のもとで燃焼が継続される内燃機関の排気通路内に、流入する排気ガスの空燃比がリッチのときに流入する排気ガス中の炭化水素から水素を生成する水素生成触媒２２を配置し、水素生成触媒２２下流の排気通路内にＮＯＸ触媒２３を配置する。ＮＯＸ触媒２３内の蓄積ＮＯＸ量を減少させるべきときには、ＮＯＸ触媒２３内に流入する排気ガスの空燃比がリッチに切り替えられるように、下流側ＨＣ供給ノズル３０ｄから炭化水素を供給する。ＮＯＸ触媒２３内の蓄積ＳＯＸ量を減少させるべきときには、水素生成触媒２２内に流入する排気ガスの空燃比がリッチに切り替えられるように、上流側ＨＣ供給ノズル３０ｕから炭化水素を供給し、それにより、ＮＯＸ触媒２３内に流入する排気ガス中に水素Ｈ２が含まれるようにする。【選択図】　　　図４
2004068623.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室内で燃焼せしめられる混合気の空燃比がリーンに維持される内燃機関の排気通路内に、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに流入する排気ガス中のＮＯＸを蓄え、流入する排気ガスの空燃比が低下したときに排気ガス中に還元剤が含まれていると蓄えているＮＯＸを還元して蓄えているＮＯＸの量が減少するＮＯＸ触媒を配置し、流入する排気ガスの空燃比がリッチのときに流入する排気ガス中の炭化水素から水素を生成する水素生成触媒をＮＯＸ触媒上流の排気通路内に配置し、ＮＯＸ触媒内に蓄えられているイオウの量を減少させるべきときには、水素生成触媒内に流入する排気ガスの空燃比が一時的にリッチに切り替えられるように、水素生成触媒上流の排気通路内に炭化水素を供給するようにした内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
水素生成触媒上流の排気通路内に炭化水素供給ノズルを配置し、該炭化水素供給ノズルから水素生成触媒上流の排気通路内に炭化水素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。
【請求項３】
水素生成触媒とＮＯＸ触媒間の排気通路内に炭化水素供給ノズルを配置し、ＮＯＸ触媒内に蓄えられているＮＯＸを還元しかつＮＯＸ触媒内に蓄えられているＮＯＸの量を減少させるべきときには、ＮＯＸ触媒内に流入する排気ガスの空燃比が一時的にリッチに切り替えられるように、該の炭化水素供給ノズルから水素生成触媒とＮＯＸ触媒間の排気通路内に炭化水素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。
【請求項４】
前記ＮＯＸ触媒が、流入する排気ガス中の微粒子を捕集するためのパティキュレートフィルタ上に担持されている請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
燃焼室内で燃焼せしめられる混合気の空燃比がリーンに維持される内燃機関の排気通路内に、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに流入する排気ガス中のＮＯＸを蓄え、流入する排気ガスの空燃比が低下したときに排気ガス中に還元剤が含まれていると蓄えているＮＯＸを還元して蓄えているＮＯＸの量が減少するＮＯＸ触媒が配置されており、流入する炭化水素から水素を生成する水素生成触媒を用意し、ＮＯＸ触媒内に蓄えられているイオウの量を減少させるべきときには、排気ガス中に炭化水素を供給すると共に、該炭化水素を含む排気ガスを水素生成触媒に接触させた後にＮＯＸ触媒内に流入せしめ、ＮＯＸ触媒内に蓄えられているＮＯＸを還元しかつＮＯＸ触媒内に蓄えられているＮＯＸの量を減少させるべきときには、排気ガス中に炭化水素を供給すると共に、該炭化水素を含む排気ガスを水素生成触媒に接触させることなくＮＯＸ触媒内に流入せしめる、各段階を備えた内燃機関の排気浄化方法。
【請求項６】
燃焼室内で燃焼せしめられる混合気の空燃比がリーンに維持される内燃機関の排気通路内に、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに流入する排気ガス中のＮＯＸを蓄え、流入する排気ガスの空燃比が低下したときに排気ガス中に還元剤が含まれていると蓄えているＮＯＸを還元して蓄えているＮＯＸの量が減少するＮＯＸ触媒を配置し、流入する排気ガスの空燃比がリッチのときに流入する排気ガス中の炭化水素から水素を生成する水素生成触媒をＮＯＸ触媒上流の排気通路内に配置し、水素生成触媒内に流入する排気ガスの空燃比がリッチになるように水素生成触媒上流の排気通路内に炭化水素を供給するための上流側炭化水素供給ノズルと、ＮＯＸ触媒内に流入する排気ガスの空燃比がリッチになるように水素生成触媒とＮＯＸ触媒間の排気通路内に炭化水素を供給するための下流側炭化水素供給ノズルとを具備し、ＮＯＸ触媒内に蓄えられているイオウの量を減少させるために上流側炭化水素供給ノズル又は下流側炭化水素供給ノズルから炭化水素を供給すると共に、ＮＯＸ触媒内に蓄えられているイオウの量を減少させるために炭化水素を供給する炭化水素供給ノズルをこれら上流側炭化水素供給ノズルと下流側炭化水素供給ノズルとの間で選択的に切り替えるようにした内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
ＮＯＸ触媒内に蓄えられているイオウの量を減少させるために炭化水素を供給する炭化水素供給ノズルをＮＯＸ触媒の温度に応じて選択的に切り替えるようにした請求項６に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項８】
ＮＯＸ触媒の温度が、ＮＯＸ触媒から単位時間当たりに排出される硫化水素の量が許容最大量になる上限温度よりも低いときにはＮＯＸ触媒内に蓄えられているイオウの量を減少させるために上流側炭化水素供給ノズルから炭化水素を供給し、ＮＯＸ触媒の温度が前記上限温度よりも高いときにはＮＯＸ触媒内に蓄えられているイオウの量を減少させるために下流側炭化水素供給ノズルから炭化水素を供給するようにした請求項７に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の排気浄化装置及び排気浄化方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃焼室内で燃焼せしめられる混合気の空燃比がリーンに維持される内燃機関の排気通路内に、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに流入する排気ガス中のＮＯＸを蓄え、流入する排気ガスの空燃比が低下したときに排気ガス中に還元剤が含まれていると蓄えているＮＯＸを還元して蓄えているＮＯＸの量が減少するＮＯＸ触媒を配置し、ＮＯＸ触媒内に蓄えられているイオウの量を減少させるために、ＮＯＸ触媒に水素Ｈ２を供給するようにした内燃機関が公知である（特許第２７８０５９６号公報参照）。イオウはＮＯＸ触媒内に硫酸塩の形で蓄えられるところ、ＮＯＸ触媒内に水素Ｈ２を供給すれば炭化水素ＨＣや一酸化炭素ＣＯを供給するよりも容易に硫酸塩が分解する。そこでこの内燃機関では、ＮＯＸ触媒に水素Ｈ２を供給するようにし、ＮＯＸ触媒内に蓄えられているイオウの量が速やかに減少されるようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の内燃機関では例えば水の電気分解を行う水素生成装置を必須とし、従って構成が複雑になるばかりかコストも増大する。
【０００４】
そこで本発明の目的は、簡単な構成でもって、ＮＯＸ触媒内に蓄えられているイオウの量を速やかに減少させることができる内燃機関の排気浄化装置及び排気浄化方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために１番目の発明によれば、燃焼室内で燃焼せしめられる混合気の空燃比がリーンに維持される内燃機関の排気通路内に、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに流入する排気ガス中のＮＯＸを蓄え、流入する排気ガスの空燃比が低下したときに排気ガス中に還元剤が含まれていると蓄えているＮＯＸを還元して蓄えているＮＯＸの量が減少するＮＯＸ触媒を配置し、流入する排気ガスの空燃比がリッチのときに流入する排気ガス中の炭化水素から水素を生成する水素生成触媒をＮＯＸ触媒上流の排気通路内に配置し、ＮＯＸ触媒内に蓄えられているイオウの量を減少させるべきときには、水素生成触媒内に流入する排気ガスの空燃比が一時的にリッチに切り替えられるように、水素生成触媒上流の排気通路内に炭化水素を供給するようにしている。
【０００６】
また、２番目の発明によれば１番目の発明において、水素生成触媒上流の排気通路内に炭化水素供給ノズルを配置し、該炭化水素供給ノズルから水素生成触媒上流の排気通路内に炭化水素を供給するようにしている。
【０００７】
また、３番目の発明によれば１番目の発明において、水素生成触媒とＮＯＸ触媒間の排気通路内に炭化水素供給ノズルを配置し、ＮＯＸ触媒内に蓄えられているＮＯＸを還元しかつＮＯＸ触媒内に蓄えられているＮＯＸの量を減少させるべきときには、ＮＯＸ触媒内に流入する排気ガスの空燃比が一時的にリッチに切り替えられるように、該炭化水素供給ノズルから水素生成触媒とＮＯＸ触媒間の排気通路内に炭化水素を供給するようにしている。
【０００８】
また、４番目の発明によれば１番目の発明において、前記ＮＯＸ触媒が、流入する排気ガス中の微粒子を捕集するためのパティキュレートフィルタ上に担持されている。
【０００９】
また、前記課題を解決するために５番目の発明によれば、燃焼室内で燃焼せしめられる混合気の空燃比がリーンに維持される内燃機関の排気通路内に、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに流入する排気ガス中のＮＯＸを蓄え、流入する排気ガスの空燃比が低下したときに排気ガス中に還元剤が含まれていると蓄えているＮＯＸを還元して蓄えているＮＯＸの量が減少するＮＯＸ触媒が配置されており、流入する炭化水素から水素を生成する水素生成触媒を用意し、ＮＯＸ触媒内に蓄えられているイオウの量を減少させるべきときには、排気ガス中に炭化水素を供給すると共に、該炭化水素を含む排気ガスを水素生成触媒に接触させた後にＮＯＸ触媒内に流入せしめ、ＮＯＸ触媒内に蓄えられているＮＯＸを還元しかつＮＯＸ触媒内に蓄えられているＮＯＸの量を減少させるべきときには、排気ガス中に炭化水素を供給すると共に、該炭化水素を含む排気ガスを水素生成触媒に接触させることなくＮＯＸ触媒内に流入せしめる、各段階を備えている。
【００１０】
また、前記課題を解決するために６番目の発明によれば、燃焼室内で燃焼せしめられる混合気の空燃比がリーンに維持される内燃機関の排気通路内に、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに流入する排気ガス中のＮＯＸを蓄え、流入する排気ガスの空燃比が低下したときに排気ガス中に還元剤が含まれていると蓄えているＮＯＸを還元して蓄えているＮＯＸの量が減少するＮＯＸ触媒を配置し、流入する排気ガスの空燃比がリッチのときに流入する排気ガス中の炭化水素から水素を生成する水素生成触媒をＮＯＸ触媒上流の排気通路内に配置し、水素生成触媒内に流入する排気ガスの空燃比がリッチになるように水素生成触媒上流の排気通路内に炭化水素を供給するための上流側炭化水素供給ノズルと、ＮＯＸ触媒内に流入する排気ガスの空燃比がリッチになるように水素生成触媒とＮＯＸ触媒間の排気通路内に炭化水素を供給するための下流側炭化水素供給ノズルとを具備し、ＮＯＸ触媒内に蓄えられているイオウの量を減少させるために上流側炭化水素供給ノズル又は下流側炭化水素供給ノズルから炭化水素を供給すると共に、ＮＯＸ触媒内に蓄えられているイオウの量を減少させるために炭化水素を供給する炭化水素供給ノズルをこれら上流側炭化水素供給ノズルと下流側炭化水素供給ノズルとの間で選択的に切り替えるようにしている。
【００１１】
また、７番目の発明によれば６番目の発明において、ＮＯＸ触媒内に蓄えられているイオウの量を減少させるために炭化水素を供給する炭化水素供給ノズルをＮＯＸ触媒の温度に応じて選択的に切り替えるようにしている。
【００１２】
また、８番目の発明によれば７番目の発明において、ＮＯＸ触媒の温度が、ＮＯＸ触媒から単位時間当たりに排出される硫化水素の量が許容最大量になる上限温度よりも低いときにはＮＯＸ触媒内に蓄えられているイオウの量を減少させるために上流側炭化水素供給ノズルから炭化水素を供給し、ＮＯＸ触媒の温度が前記上限温度よりも高いときにはＮＯＸ触媒内に蓄えられているイオウの量を減少させるために下流側炭化水素供給ノズルから炭化水素を供給するようにしている。
【００１３】
なお、本明細書では排気通路の或る位置よりも上流の排気通路、燃焼室、及び吸気通路内に供給された空気と、水素Ｈ２、炭化水素ＨＣ及び一酸化炭素ＣＯのような還元剤との比をその位置における排気ガスの空燃比と称している。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は本発明を圧縮着火式内燃機関に適用した場合を示している。なお、本発明は火花点火式内燃機関にも適用することもできる。
【００１５】
図１を参照すると、１は機関本体、２はシリンダブロック、３はシリンダヘッド、４はピストン、５は燃焼室、６は電気制御式燃料噴射弁、７は吸気弁、８は吸気ポート、９は排気弁、１０は排気ポートを夫々示す。吸気ポート８は対応する吸気枝管１１を介してサージタンク１２に連結され、サージタンク１２は吸気ダクト１３を介して排気ターボチャージャ１４のコンプレッサ１５に連結される。吸気ダクト１３内にはステップモータ１６により駆動されるスロットル弁１７が配置され、更に吸気ダクト１３周りには吸気ダクト１３内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置１８が配置される。
【００１６】
一方、排気ポート１０は排気マニホルド１９及び排気管２０を介して排気ターボチャージャ１４の排気タービン２１に連結され、排気タービン２１の出口は排気管２０ａを介してケーシング２２ａに接続され、ケーシング２２ａは排気管２０ｂを介してケーシング２３ａに接続される。ケーシング２２ａ内には後述する水素生成触媒２２が収容され、ケーシング２３ａ内には排気ガス中の微粒子を捕集するためのパティキュレートフィルタ２３ｂが収容される。このパティキュレートフィルタ２３ｂ上には後述するＮＯＸ触媒２３が担持されている。更に、ケーシング２３ａには排気管２０ｃが接続される。
【００１７】
更に図１を参照すると、排気マニホルド１９とサージタンク１２とは排気ガス再循環（以下、ＥＧＲと称す）通路２４を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路２４内には電気制御式ＥＧＲ制御弁２５が配置される。また、ＥＧＲ通路２４周りにはＥＧＲ通路２４内を流れるＥＧＲガスを冷却するための冷却装置２６が配置される。
【００１８】
一方、各燃料噴射弁６は燃料供給管６ａを介して燃料リザーバ、いわゆるコモンレール２７に連結される。このコモンレール２７内へは電気制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２８から燃料が供給され、コモンレール２７内に供給された燃料は各燃料供給管６ａを介して燃料噴射弁６に供給される。コモンレール２７にはコモンレール２７内の燃料圧を検出するための燃料圧センサ２９が取付けられ、燃料圧センサ２９の出力信号に基づいてコモンレール２７内の燃料圧が目標燃料圧となるように燃料ポンプ２８の吐出量が制御される。
【００１９】
更に、排気管２０ａには排気管２０ａ内に炭化水素ＨＣを供給するための上流側ＨＣ供給ノズル３０ｕが取り付けられ、排気管２０ｂには排気管２０ｂ内にＨＣを供給するための下流側ＨＣ供給ノズル３０ｄが取り付けられる。本発明による実施例において、排気管２０ａ，２０ｂ内に供給されるＨＣは燃料から形成されており、これらＨＣ供給ノズル３０ｕ，３０ｄは三方弁３１を介して電気制御式の燃料ポンプ３２に接続される。この三方弁３１は燃料ポンプ３２から吐出された燃料を、上流側ＨＣ供給ノズル３０ｕと下流側ＨＣ供給ノズル３０ｄとのうちいずれか一方に選択的に供給する。
【００２０】
電子制御ユニット４０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス４１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）４２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）４３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）４４、入力ポート４５及び出力ポート４６を具備する。燃料圧センサ２９の出力信号は対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力される。ＮＯＸ触媒２３下流の排気管２０ｃにはＮＯＸ触媒２３から流出した排気ガスの温度を検出するための温度センサ４８が取り付けられ、温度センサ４８の出力電圧は対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力される。この排気ガスの温度はＮＯＸ触媒２３の温度を表している。また、アクセルペダル５０にはアクセルペダル５０の踏み込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ５１が接続され、負荷センサ５１の出力電圧は対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力される。更に入力ポート４５にはクランクシャフトが例えば３０°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ５２が接続される。
【００２１】
一方、出力ポート４６は対応する駆動回路５３を介して燃料噴射弁６、ステップモータ１６、ＥＧＲ制御弁２５、燃料ポンプ２８，３２、及び三方弁３１にそれぞれ接続される。
【００２２】
水素生成触媒２２は例えば酸性質担体又はゼオライト担体上に担持された白金Ｐｔのような貴金属を具備する。この水素生成触媒２２は流入する排気ガスの空燃比がリッチのときに流入する排気ガス中のＨＣから水素Ｈ２を生成し、流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリーンであると、ほとんどＨ２を生成しない。
【００２３】
具体的には、図２に示されるように、水素生成触媒２２で単位時間当たり生成されるＨ２の量、即ち生成Ｈ２量は流入する排気ガスの空燃比がリッチになればなるほど、多くなる。水素生成触媒２２内でどのようにしてＨ２が生成されるかは必ずしも明らかにされていないけれども、主として水蒸気改質（ＨＣ＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ２＋Ｈ２）によるものと考えられている。
【００２４】
一方、パティキュレートフィルタ２３ｂの隔壁上即ち例えば隔壁の両側面及び細孔内壁面上には、ＮＯＸ触媒２３がそれぞれ担持されている。このＮＯＸ触媒２３は例えばアルミナを担体とし、この担体上に例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ、リチウムＬｉ、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と、白金Ｐｔ、パラジウムＰｄ、ロジウムＲｈ、イリジウムＩｒのような貴金属とが担持されている。
【００２５】
ＮＯＸ触媒は流入する排気ガスの平均空燃比がリーンのときにはＮＯＸを蓄え、流入する排気ガスの空燃比が低下したときに排気ガス中に還元剤が含まれていると蓄えているＮＯＸを還元して蓄えているＮＯＸの量を減少させる蓄積還元作用を行う。
【００２６】
ＮＯＸ触媒の蓄積還元作用の詳細なメカニズムについては完全には明らかにされていない。しかしながら、現在考えられているメカニズムを、担体上に白金Ｐｔ及びバリウムＢａを担持させた場合を例にとって簡単に説明すると次のようになる。
【００２７】
即ち、ＮＯＸ触媒に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもかなりリーンになると流入する排気ガス中の酸素濃度が大巾に増大し、酸素Ｏ２がＯ２−又はＯ２−の形で白金Ｐｔの表面に付着する。一方、流入する排気ガス中のＮＯは白金Ｐｔの表面に付着し白金Ｐｔの表面上でＯ２−又はＯ２−と反応し、ＮＯ２となる（ＮＯ＋Ｏ２→ＮＯ２＋Ｏ＊、ここでＯ＊は活性酸素）。次いで生成されたＮＯ２の一部は白金Ｐｔ上でさらに酸化されつつＮＯＸ触媒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ＮＯ３−の形でＮＯＸ触媒内に拡散する。このようにしてＮＯＸがＮＯＸ触媒内に蓄えられる。
【００２８】
これに対し、ＮＯＸ触媒に流入する排気ガスの空燃比がリッチ又は理論空燃比になると、排気ガス中の酸素濃度が低下してＮＯ２の生成量が低下し、反応が逆方向（ＮＯ３−→ＮＯ＋２Ｏ＊）に進み、斯くしてＮＯＸ触媒内の硝酸イオンＮＯ３−がＮＯの形でＮＯＸ触媒から放出される。この放出されたＮＯＸは排気ガス中に還元剤即ちＨＣ，ＣＯが含まれているとこれらＨＣ，ＣＯと反応して還元せしめられる。このようにして白金Ｐｔの表面上にＮＯＸが存在しなくなるとＮＯＸ触媒から次から次へとＮＯＸが放出されて還元され、ＮＯＸ触媒内に蓄えられているＮＯＸの量が次第に減少する。
【００２９】
なお、硝酸塩を形成することなくＮＯＸを蓄え、ＮＯＸを放出することなくＮＯＸを還元することも可能である。また、活性酸素Ｏ＊に着目すれば、ＮＯＸ触媒はＮＯＸの蓄積及び放出に伴って活性酸素Ｏ＊を生成する活性酸素生成触媒と見ることもできる。
【００３０】
図１に示される内燃機関はリーン空燃比のもとでの燃焼が継続して行われており、従って水素生成触媒２２内及びＮＯＸ触媒２３内を流通する排気ガスの空燃比はリーンに維持されている。その結果、排気ガス中のＮＯＸはＮＯＸ触媒２３内に蓄えられる。
【００３１】
時間の経過と共にＮＯＸ触媒２３内の蓄積ＮＯＸ量は次第に増大する。そこで本発明による実施例では、例えばＮＯＸ触媒２３内の蓄積ＮＯＸ量ＱＮが許容量ＱＮＵを越えたときにはＮＯＸ触媒２３内に蓄えられているＮＯＸを還元しＮＯＸ触媒２３内の蓄積ＮＯＸ量を減少させるために、ＮＯＸ触媒２３内に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリッチに切り替える蓄積ＮＯＸ量減少制御を行うようにしている。
【００３２】
ところで、排気ガス中にはイオウ分がＳＯＸの形で含まれており、ＮＯＸ触媒２３内にはＮＯＸばかりでなくＳＯＸも蓄えられる。このＳＯＸのＮＯＸ触媒２３内への蓄積メカニズムはＮＯＸの蓄積メカニズムと同じであると考えられる。即ち、担体上に白金Ｐｔ及びバリウムＢａを担持させた場合を例にとって簡単に説明すると、ＮＯＸ触媒２３に流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには上述したように酸素Ｏ２がＯ２−又はＯ２−の形で白金Ｐｔの表面に付着しており、流入する排気ガス中のＳＯ２は白金Ｐｔの表面に付着し白金Ｐｔの表面上でＯ２−又はＯ２−と反応し、ＳＯ３となる。次いで生成されたＳＯ３は白金Ｐｔ上でさらに酸化されつつＮＯＸ触媒２３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ＳＯ４−の形でＮＯＸ触媒２３内に拡散する。この硫酸イオンＳＯ４−は次いでバリウムイオンＢａ＋と結合して硫酸塩ＢａＳＯ４を生成する。
【００３３】
この硫酸塩ＢａＳＯ４は分解しにくく、ＮＯＸ触媒２３内に流入する排気ガスの空燃比をただ単にリッチにしてもＮＯＸ触媒２３内の硫酸塩ＢａＳＯ４の量は減少しない。このため、時間が経過するにつれてＮＯＸ触媒２３内の硫酸塩ＢａＳＯ４の量が増大し、その結果ＮＯＸ触媒２３が蓄えうるＮＯＸの量が減少することになる。
【００３４】
ところで、排気ガス中にはイオウ分がＳＯＸの形で含まれており、ＮＯＸ触媒２３内にはＮＯＸばかりでなくＳＯＸも蓄えられる。このＳＯＸのＮＯＸ触媒２３内への蓄積メカニズムはＮＯＸの蓄積メカニズムと同じであると考えられる。即ち、担体上に白金Ｐｔ及びバリウムＢａを担持させた場合を例にとって簡単に説明すると、ＮＯＸ触媒２３に流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには上述したように酸素Ｏ２がＯ２−又はＯ２−の形で白金Ｐｔの表面に付着しており、流入する排気ガス中のＳＯ２は白金Ｐｔの表面に付着し白金Ｐｔの表面上でＯ２−又はＯ２−と反応し、ＳＯ３となる。次いで生成されたＳＯ３は白金Ｐｔ上でさらに酸化されつつＮＯＸ触媒２３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ＳＯ４−の形でＮＯＸ触媒２３内に拡散する。この硫酸イオンＳＯ４−は次いでバリウムイオンＢａ＋と結合して硫酸塩ＢａＳＯ４を生成する。
【００３５】
この硫酸塩ＢａＳＯ４は分解しにくく、ＮＯＸ触媒２３内に流入する排気ガスの空燃比をただ単にリッチにしてもＮＯＸ触媒２３内の硫酸塩ＢａＳＯ４の量は減少しない。このため、時間が経過するにつれてＮＯＸ触媒２３内の硫酸塩ＢａＳＯ４の量が増大し、その結果ＮＯＸ触媒２３が蓄えうるＮＯＸの量が減少することになる。
【００３６】
ところが、ＮＯＸ触媒２３の温度を例えば５５０℃以上に維持しつつＮＯＸ触媒２３に流入する排気ガスの平均空燃比を理論空燃比又はリッチにすると、ＮＯＸ触媒２３内の硫酸塩ＢａＳＯ４が分解する。即ち、ＮＯＸ触媒２３内に流入する排気ガス平均空燃比が理論空燃比又はリッチにされたときに、排気ガス中に比較的多量のＨ２が含まれている場合には、主としてＨ２が硫酸塩ＢａＳＯ４の還元剤として作用する。この場合、硫酸塩ＢａＳＯ４はＨ２によって硫化水素Ｈ２Ｓに分解され、主としてＨ２Ｓの形でＮＯＸ触媒２３から排出される。これに対し、排気ガス中にＨ２がほとんど含まれておらずＨＣ，ＣＯが含まれている場合には、硫酸塩ＢａＳＯ４はこれらＨＣ，ＣＯによってＳＯ３に分解され、この分解されたＳＯ３は排気ガス中のＨＣ，ＣＯと反応してＳＯ２に還元せしめられ、ＳＯ２の形でＮＯＸ触媒２３から排出される。
【００３７】
いずれにしても、ＮＯＸ触媒２３内に硫酸塩ＢａＳＯ４の形で蓄えられているＳＯＸの量が次第に減少する。
【００３８】
そこで本発明による実施例では、例えばＮＯＸ触媒２３内の蓄積ＳＯＸ量が許容量を越えたときには、ＮＯＸ触媒２３内の蓄積ＳＯＸ量を減少させるために、ＮＯＸ触媒２３の温度を要求温度ＴＳ例えば５５０℃以上に維持する昇温制御を行いつつ、ＮＯＸ触媒２３に流入する排気ガスの平均空燃比を理論空燃比又はリッチに維持する蓄積ＳＯＸ量減少制御を行うようにしている。
【００３９】
なお、上述した昇温制御を実行するために、例えば内燃機関から排出される排気ガスの温度を上昇させてＮＯＸ触媒２３の温度を上昇させることができる。或いは、例えばＮＯＸ触媒２３の上流端に電気ヒータを配置して電気ヒータによりＮＯＸ触媒２３又はＮＯＸ触媒２３に流入する排気ガスを加熱することもできるし、ＮＯＸ触媒２３上流の排気通路内に燃料を二次的に噴射してこの燃料を燃焼させることによりＮＯＸ触媒２３を加熱することもできる。
【００４０】
図３はＮＯＸ触媒２３内に流入する排気ガスの平均空燃比が一定のリッチになるように、ＮＯＸ触媒２３内に流入する排気ガス中に様々な還元剤を供給した場合の、ＮＯＸ触媒２３の蓄積ＳＯＸ量の単位時間当たりの減少分、即ち減少ＳＯＸ量を示す実験結果である。図３において、ＴＥＸはＮＯＸ触媒２３内に流入する排気ガスの温度を表している。
【００４１】
図３からわかるように、排気ガス中にＨ２を供給すると、一酸化炭素ＣＯやプロパンＣ３Ｈ６を用いた場合よりも、減少ＳＯＸ量がかなり多くなり、しかも蓄積ＳＯＸ量が減少し始める温度ＴＥＸが低くなる。
【００４２】
従って、ＮＯＸ触媒２３内に流入する排気ガス中にＨ２が含まれていると、蓄積ＳＯＸ量減少制御を比較的低い温度において、速やかに完了できるということになる。
【００４３】
さて、本発明による実施例では、蓄積ＮＯＸ量減少制御を行うべきときには、下流側ＨＣ供給ノズル３０ｄから、ＮＯＸ触媒２３内に流入する排気ガスの空燃比がリッチになるように、ＨＣが供給される。この場合、図４（Ａ）に示されるように水素生成触媒２２内を流通する排気ガスの平均空燃比はリーンに維持されながら、ＮＯＸ触媒２３内に流入する排気ガスの平均空燃比がリッチに切り替えられる。従って、ＮＯＸ触媒２３内に比較的多量のＨＣが流入し、このＨＣによりＮＯＸ触媒２３内のＮＯＸが還元され、斯くしてＮＯＸ触媒２３内の蓄積ＮＯＸ量が減少せしめられる。
【００４４】
一方、蓄積ＳＯＸ量減少制御を行うべきときには、上流側ＨＣ供給ノズル３０ｕから、水素生成触媒２２内に流入する排気ガスの平均空燃比がリッチになるように、ＨＣが供給される。その結果、図４（Ｂ）に示されるように水素生成触媒２２内に多量のＨＣが流入し、このＨＣの一部からＨ２が生成される。このＨ２と残りのＨＣとは次いでＮＯＸ触媒２３内に流入する。このとき、ＮＯＸ触媒２３内に流入する排気ガスの平均空燃比はリッチに維持されており、従ってこれらＨ２及びＨＣ、主としてＨ２により硫酸塩ＢａＳＯ４が分解され、斯くしてＮＯＸ触媒２３内の蓄積ＳＯＸ量が減少せしめられる。
【００４５】
このように蓄積ＳＯＸ量減少制御を行うべきときに上流側ＨＣ供給ノズル３０ｕからＨＣを供給するようにすると、ＮＯＸ触媒２３内に流入する排気ガス中にＨ２が含まれることになる。流入する排気ガス中にＨ２が含まれていると、図３を参照して説明したように硫酸塩が比較的容易に分解され、従って蓄積ＳＯＸ量減少制御を速やかに完了することができる。また、昇温制御における要求温度を低くすることもできる。なお、図４に示されるＨＣ量及びＨ２量はそれぞれの増減の傾向を表すに過ぎない。
【００４６】
ところが、上流側ＨＣ供給ノズル３０ｕからＨＣを供給すると、このＨＣの一部が水素生成触媒２２内で流入する排気ガス中の酸素Ｏ２と反応するので、この分だけＨＣを有効に利用することができない。一方、ＮＯＸ触媒２３内に蓄えられているＮＯＸはＨＣでもって比較的容易に還元される。
【００４７】
そこで本発明による実施例では、蓄積ＮＯＸ量減少制御を行うべきときには下流側ＨＣ供給ノズル３０ｄからＨＣを供給するようにしている。図４に示される例では、蓄積ＳＯＸ量減少制御において水素生成触媒２２内に流入する排気ガスのリッチ度合いの方が、蓄積ＮＯＸ量減少制御においてＮＯＸ触媒２３内に流入する排気ガスのリッチ度合いよりも大きくなっている。
【００４８】
従って、一般的に言うと、蓄積ＳＯＸ量減少制御を行うべきときには、排気ガス中にＨＣを供給すると共に、ＨＣを含む排気ガスを水素生成触媒２２に接触させた後にＮＯＸ触媒２３内に流入せしめ、蓄積ＮＯＸ量減少制御を行うべきときには、排気ガス中にＨＣを供給すると共に、ＨＣを含む排気ガスを水素生成触媒２２に接触させることなくＮＯＸ触媒２３内に流入せしめているということになる。
【００４９】
一方、上流側ＨＣ供給ノズル３０ｕからＨＣを供給すると、主としてＨ２が還元剤として作用し、下流側ＨＣ供給ノズル３０ｄからＨＣを供給するとＨＣが還元剤として作用する。そうすると、本発明による実施例のようにＨＣを供給するのに用いられるＨＣ供給ノズル３０ｕ，３０ｄを切り替えるということは、ＮＯＸ触媒２３に供給される還元剤の種類を切り替えているという見方もできる。
【００５０】
図５は上述したＨＣ供給制御を実行するためのルーチンを示している。このルーチンは予め定められた設定時間毎の割り込みによって実行される。
【００５１】
図５を参照すると、まずステップ１００ではＮＯＸ触媒２３の蓄積ＳＯＸ量減少制御を行うべきか否かが判別される。本発明による実施例では、ＮＯＸ触媒２３内の蓄積ＳＯＸ量が許容量を越えてから、蓄積ＳＯＸ量が下限値例えばほぼゼロになるまで、蓄積ＳＯＸ量減少制御を行うべきと判断される。蓄積ＳＯＸ量減少制御を行うべきでないときには次いでステップ１０１に進み、ＮＯＸ触媒２３の蓄積ＮＯＸ量減少制御を行うべきか否かが判別される。本発明による実施例では、ＮＯＸ触媒２３内の蓄積ＮＯＸ量が許容量を越えてから、蓄積ＮＯＸ量が下限値例えばほぼゼロになるまで、蓄積ＮＯＸ量減少制御を行うべきと判断される。蓄積ＮＯＸ量減少制御を行うべきでないときには処理サイクルを終了し、ＮＯＸ触媒２３の蓄積ＮＯＸ量減少制御を行うべきときには次いでステップ１０２に進み、下流側ＨＣ供給ノズル３０ｄからＨＣが供給される。一方、蓄積ＳＯＸ量減少制御を行うべきときにはステップ１００からステップ１０３に進み、上流側ＨＣ供給ノズル３０ｕからＨＣが供給される。
【００５２】
次に、本発明による別の実施例を説明する。この別の実施例でも、蓄積ＳＯＸ量減少制御を行うべきときには上流側ＨＣ供給ノズル３０ｕからＨＣが供給される。
【００５３】
しかしながら、蓄積ＳＯＸ量減少制御が開始されてから一定時間の間は下流側ＨＣ供給ノズル３０ｄからＨＣが供給され、ＮＯＸ触媒２３の温度Ｔが高いときにも下流側ＨＣ供給ノズル３０ｄからＨＣが供給される。これは次の理由による。
【００５４】
上述したように、上流側ＨＣ供給ノズル３０ｕからＨＣを供給しながら蓄積ＳＯＸ量減少制御を行うと、ＮＯＸ触媒２３からイオウがＨ２Ｓの形で排出されると考えられている。図６及び図７は、上流側ＨＣ供給ノズル３０ｕからＨＣを供給しながら蓄積ＳＯＸ量減少制御を行ったときに、ＮＯＸ触媒２３から単位時間当たり排出されるＨ２Ｓの量、即ち排出Ｈ２Ｓ量を示している。図６はＮＯＸ触媒２３内に流入する排気ガスの平均空燃比をリッチに切り替えてからの排出Ｈ２Ｓ量の経時変化を示しており、図７はＮＯＸ触媒２３の温度Ｔの変化に対する排出Ｈ２Ｓ量の変化を示している。なお、図６の矢印ＸはＮＯＸ触媒２３内に流入する排気ガスの平均空燃比がリッチに切り替えられた時期を示している。
【００５５】
図６に示されるように、ＮＯＸ触媒２３内に流入する排気ガスの平均空燃比がリッチに切り替えられると、即ち蓄積ＳＯＸ量減少制御が開始されると、排出Ｈ２Ｓ量は急激に増大してピークに達し、次いで時間の経過と共に減少していく。この場合、概略的に言うと、排気ガスの平均空燃比がリッチに切り替えられてから時間ｔＳの間は排出Ｈ２Ｓ量が許容最大量ＵＬよりも多くなる。
【００５６】
また、図７に示されるように、ＮＯＸ触媒２３の温度Ｔが高くなるにつれて排出Ｈ２Ｓ量が多くなり、ＮＯＸ触媒温度Ｔが上限温度ＴＵを越えると排出Ｈ２Ｓ量が許容最大量ＵＬよりも多くなる。
【００５７】
一方、下流側ＨＣ供給ノズル３０ｄからＨＣを供給したときには、ＮＯＸ触媒２３内のＳＯＸはＳＯ２の形でＮＯＸ触媒２３から排出され、Ｈ２Ｓの形ではほとんど排出されない。
【００５８】
そこで、蓄積ＳＯＸ量減少制御が開始されてから時間ｔＳだけ経過するまでの間、及びＮＯＸ触媒２３の温度Ｔが上限温度ＴＵよりも高いときには、下流側ＨＣ供給ノズル３０ｄからＨＣを供給するようにしている。
【００５９】
従って、一般的に言うと、蓄積ＳＯＸ量減少制御を行うためにＨＣを供給するＨＣ供給ノズルを、ＮＯＸ触媒２３の温度Ｔ又は蓄積ＳＯＸ量減少制御が開始されてからの経過時間に応じて、上流側ＨＣ供給ノズル３０ｕと下流側ＨＣ供給ノズル３０ｄとの間で選択的に切り替えているということになる。
【００６０】
その上で、ＮＯＸ触媒２３の温度Ｔが、排出Ｈ２Ｓ量が許容最大量ＵＬになる上限温度ＴＵよりも低いときには蓄積ＳＯＸ量減少制御を行うために上流側ＨＣ供給ノズル３０ｕからＨＣを供給し、ＮＯＸ触媒２３の温度Ｔが上限温度ＴＵよりも高いときには蓄積ＳＯＸ量減少制御を行うために下流側ＨＣ供給ノズル３０ｄからＨＣを供給するようにしているということになる。
【００６１】
或いは、蓄積ＳＯＸ量減少制御が開始されてからの経過時間が、排出Ｈ２Ｓ量が許容最大量ＵＬを越える時間ｔＳよりも短いときには蓄積ＳＯＸ量減少制御を行うために下流側ＨＣ供給ノズル３０ｄからＨＣを供給し、蓄積ＳＯＸ量減少制御が開始されてから時間ｔＳだけ経過したときには蓄積ＳＯＸ量減少制御を行うために上流側ＨＣ供給ノズル３０ｕからＨＣを供給するようにしているということになる。
【００６２】
図８は上述した別の実施例によるＨＣ供給制御を実行するためのルーチンを示している。このルーチンは予め定められた設定時間毎の割り込みによって実行される。
【００６３】
図８を参照すると、まずステップ１２０ではＮＯＸ触媒２３の蓄積ＳＯＸ量減少制御を行うべきか否かが判別される。蓄積ＳＯＸ量減少制御を行うべきでないときには次いでステップ１２１に進み、ＮＯＸ触媒２３の蓄積ＮＯＸ量減少制御を行うべきか否かが判別される。蓄積ＮＯＸ量減少制御を行うべきでないときには処理サイクルを終了し、蓄積ＮＯＸ量減少制御を行うべきときには次いでステップ１２２に進み、蓄積ＮＯＸ量減少制御を行うために下流側ＨＣ供給ノズル３０ｄからＨＣが供給される。
【００６４】
一方、蓄積ＳＯＸ量減少制御を行うべきときにはステップ１２０からステップ１２３に進み、ＮＯＸ触媒２３の蓄積ＳＯＸ量減少制御が開始されてから時間ｔＳだけ経過したか否かが判別される。時間ｔＳだけ経過していないときには次いでステップ１２２に進み、蓄積ＳＯＸ量減少制御を行うために下流側ＨＣ供給ノズル３０ｄからＨＣが供給される。時間ｔＳだけ経過したときには次いでステップ１２４に進み、ＮＯＸ触媒２３の温度Ｔが上限温度ＴＵ以下であるか否かが判別される。Ｔ≦ＴＵのときには次いでステップ１２５に進み、蓄積ＳＯＸ量減少制御を行うために上流側ＨＣ供給ノズル３０ｕからＨＣが供給される。これに対し、Ｔ＞ＴＵのときには次いでステップ１２２に進み、蓄積ＳＯＸ量減少制御を行うために下流側ＨＣ供給ノズル３０ｄからＨＣが供給される。
【００６５】
これまで述べてきた本発明による各実施例では、蓄積ＳＯＸ量減少制御を行うべきときに、上流側ＨＣ供給ノズル３０ｕのみからＨＣを供給するようにしている。しかしながら、蓄積ＳＯＸ量減少制御を行うべきときに、上流側ＨＣ供給ノズル３０ｕと下流側ＨＣ供給ノズル３０ｄとの両方からＨＣを供給することもできる。
【００６６】
また、これまで述べてきた本発明による各実施例では、水素生成触媒２２内に流入する排気ガスの空燃比をリッチにするために上流側ＨＣ供給ノズル３０ｕからＨＣを供給するようにしている。しかしながら、燃焼室５から排出される排気ガスの空燃比をリッチにすることにより、水素生成触媒２２内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もよい。この場合、燃焼室５内で燃焼せしめられる混合気の空燃比をリッチにすることもできるし、又は膨張行程又は排気行程に燃料噴射弁６から二次的に燃料を噴射することもできる。
【００６７】
【発明の効果】
簡単な構成でもって、ＮＯＸ触媒内に蓄えられているイオウの量を速やかに減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】内燃機関の全体図である。
【図２】水素生成触媒の生成Ｈ２量を示す線図である。
【図３】ＮＯＸ触媒の減少ＳＯＸ量を示す線図である。
【図４】本発明による実施例を説明するための線図である。
【図５】本発明の実施例によるＨＣ供給制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図６】ＮＯＸ触媒の排出Ｈ２Ｓ量を示す線図である。
【図７】ＮＯＸ触媒の排出Ｈ２Ｓ量を示す線図である。
【図８】本発明の別の実施例によるＨＣ供給制御ルーチンを示すフローチャートである。
【符号の説明】
１…機関本体
２０ａ…排気管
２２…水素生成触媒
２３…ＮＯＸ触媒
３０ｕ，３０ｄ…ＨＣ供給ノズル
【図１】
2004068623.tif 000003
【図２】
2004068623.tif 000004
【図３】
2004068623.tif 000005
【図４】
2004068623.tif 000006
【図５】
2004068623.tif 000007
【図６】
2004068623.tif 000008
【図７】
2004068623.tif 000009
【図８】
2004068623.tif 000010