(57)【要約】【課題】簡単な構成でもって二次空気を供給する。【解決手段】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ＮＯＸ触媒２２を配置し、ＮＯＸ触媒２２下流の排気通路内に酸化能を有する補助触媒２３を配置する。排気ターボチャージャのコンプレッサ１５と、コンプレッサ１５から吐出された空気を冷却するための冷却装置１８との間の吸気ダクト１３と、ＮＯＸ触媒２２と補助触媒２３間の排気管２０ｂとを二次空気通路３１により互いに連結し、二次空気通路３１内に二次空気制御弁３３を配置する。機関減速運転時の燃料供給停止時に、ＮＯＸ触媒２２内の蓄積ＳＯＸ量を減少させるために、ＮＯＸ触媒２２内に流入する排気ガスの平均空燃比を一時的にリッチに保持しながら、二次空気制御弁３３を開弁してコンプレッサ１５から吐出された空気を補助触媒２３に二次空気通路３１を介して供給する。【選択図】　　　図１
2004076682.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触媒を配置すると共に、該ＮＯＸ触媒下流の排気通路内に酸化能を有する補助触媒を配置した内燃機関の排気浄化装置において、吸気通路内に過給機のコンプレッサが配置されており、コンプレッサ下流の吸気通路と、ＮＯＸ触媒と補助触媒間の排気通路とを互いに連通する二次空気通路を設けると共に該二次空気通路内に二次空気制御弁を配置し、機関減速運転時の燃料供給停止時に、ＮＯＸ触媒内に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリッチに保持しながら、二次空気制御弁を開弁してコンプレッサから吐出された空気をＮＯＸ触媒と補助触媒間の排気通路内に二次空気通路を介して供給するようにした内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記コンプレッサ下流の吸気通路内に、コンプレッサから吐出された空気を冷却するための冷却装置が配置されており、前記二次空気通路の流入端をコンプレッサと冷却装置間の吸気通路内に開口させた請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
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触媒を配置すると共に、該ＮＯＸ触媒下流の排気通路内に酸化能を有する補助触媒を配置した内燃機関の排気浄化装置において、スロットル弁上流の吸気通路と、ＮＯＸ触媒と補助触媒間の排気通路とを互いに連通する二次空気通路を設けると共に該二次空気通路内に二次空気制御弁を配置し、排気通路内を流通する排気ガスの流量が予め定められた許容最大量よりも少ないときに、ＮＯＸ触媒内に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリッチに保持しながら、二次空気制御弁を開弁しつつスロットル弁を一時的に開閉駆動してスロットル弁上流の吸気通路内に吸気脈動を強制的に発生せしめることにより、スロットル弁上流の吸気通路内の空気をＮＯＸ触媒と補助触媒間の排気通路内に二次空気通路を介して供給するようにした内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記コンプレッサとスロットル弁間の吸気通路内に、コンプレッサから吐出された空気を冷却するための冷却装置が配置されており、前記二次空気通路の流入端を冷却装置とスロットル弁間の吸気通路内に開口させた請求項３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触媒を配置すると共に、該ＮＯＸ触媒下流の排気通路内に酸化能を有する補助触媒を配置した内燃機関の排気浄化装置において、加圧空気を蓄える空気タンクを具備すると共に、該空気タンクを、二次空気制御弁を介してＮＯＸ触媒と補助触媒間の排気通路に接続し、ＮＯＸ触媒内に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリッチに保持しながら、二次空気制御弁を開弁して空気タンク内の加圧空気をＮＯＸ触媒と補助触媒間の排気通路内に供給するようにした内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
負圧タンク内に負圧を形成するための負圧ポンプが設けられており、該負圧ポンプを作動させたときに負圧ポンプから吐出される空気を空気タンク内に蓄えるようにした請求項５に記載の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、ＮＯＸ触媒内に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリッチに保持するようにした請求項１、３、又は５に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項８】
補助触媒内に流入する排気ガスの空燃比がリーンになるように二次空気を供給する請求項１、３、又は５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に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、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触媒内に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリッチに保持するようにした内燃機関の排気浄化装置が知られている。
【０００３】
この場合、ＮＯＸ触媒内の蓄積イオウ量を確実にかつ速やかに減少させるためには、ＮＯＸ触媒内に流入する排気ガスの空燃比のリッチ度合いを大きくするの好ましい。ところが、リッチ度合いを大きくするとＮＯＸ触媒には過剰のＨＣ，ＣＯが供給されることになり、従ってＮＯＸ触媒から多量のＨＣ，ＣＯが排出され、大気中に排出される恐れがある。また、リッチ度合いを大きくすると、ＮＯＸ触媒から排出される硫化水素Ｈ２Ｓの量が増大する恐れもある。
【０００４】
そこで、ＮＯＸ触媒下流の排気通路内に酸化能を有する補助触媒を配置し、ＮＯＸ触媒内の蓄積イオウ量を減少させるために、ＮＯＸ触媒内に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリッチに保持しながら、ＮＯＸ触媒と補助触媒間の排気通路内に二次空気を供給するようにした内燃機関の排気浄化装置が公知である（特開２０００−１１０５５２号公報参照）。このようにすると補助触媒において多量のＨＣ，ＣＯ，Ｈ２Ｓが酸化され、従って大気中に排出されるＨＣ，ＣＯ，Ｈ２Ｓの量を低減することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の排気浄化装置では空気ポンプを用いて二次空気を供給するようにしており、即ち空気ポンプを新たに設けなければならない。従って、排気浄化装置の構成が複雑になるばかりかコストも増大するという問題点がある。
【０００６】
そこで本発明の目的は、簡単な構成でもって二次空気を供給することができる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
【０００７】
【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触媒を配置すると共に、該ＮＯＸ触媒下流の排気通路内に酸化能を有する補助触媒を配置した内燃機関の排気浄化装置において、吸気通路内に過給機のコンプレッサが配置されており、コンプレッサ下流の吸気通路と、ＮＯＸ触媒と補助触媒間の排気通路とを互いに連通する二次空気通路を設けると共に該二次空気通路内に二次空気制御弁を配置し、機関減速運転時の燃料供給停止時に、ＮＯＸ触媒内に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリッチに保持しながら、二次空気制御弁を開弁してコンプレッサから吐出された空気をＮＯＸ触媒と補助触媒間の排気通路内に二次空気通路を介して供給するようにしている。
【０００８】
また、２番目の発明によれば１番目の発明において、前記コンプレッサ下流の吸気通路内に、コンプレッサから吐出された空気を冷却するための冷却装置が配置されており、前記二次空気通路の流入端をコンプレッサと冷却装置間の吸気通路内に開口させしている。
【０００９】
前記課題を解決するために３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触媒を配置すると共に、該ＮＯＸ触媒下流の排気通路内に酸化能を有する補助触媒を配置した内燃機関の排気浄化装置において、スロットル弁上流の吸気通路と、ＮＯＸ触媒と補助触媒間の排気通路とを互いに連通する二次空気通路を設けると共に該二次空気通路内に二次空気制御弁を配置し、排気通路内を流通する排気ガスの流量が予め定められた許容最大量よりも少ないときに、ＮＯＸ触媒内に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリッチに保持しながら、二次空気制御弁を開弁しつつスロットル弁を一時的に開閉駆動してスロットル弁上流の吸気通路内に吸気脈動を強制的に発生せしめることにより、スロットル弁上流の吸気通路内の空気をＮＯＸ触媒と補助触媒間の排気通路内に二次空気通路を介して供給するようにしている。
【００１０】
また、４番目の発明によれば３番目の発明において、前記コンプレッサとスロットル弁間の吸気通路内に、コンプレッサから吐出された空気を冷却するための冷却装置が配置されており、前記二次空気通路の流入端を冷却装置とスロットル弁間の吸気通路内に開口させている。
【００１１】
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触媒を配置すると共に、該ＮＯＸ触媒下流の排気通路内に酸化能を有する補助触媒を配置した内燃機関の排気浄化装置において、加圧空気を蓄える空気タンクを具備すると共に、該空気タンクを、二次空気制御弁を介してＮＯＸ触媒と補助触媒間の排気通路に接続し、ＮＯＸ触媒内に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリッチに保持しながら、二次空気制御弁を開弁して空気タンク内の加圧空気をＮＯＸ触媒と補助触媒間の排気通路内に供給するようにしている。
【００１２】
また、６番目の発明によれば５番目の発明において、負圧タンク内に負圧を形成するための負圧ポンプが設けられており、該負圧ポンプを作動させたときに負圧ポンプから吐出される空気を空気タンク内に蓄えるようにしている。
【００１３】
また、７番目の発明によれば１、３、又は５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、ＮＯＸ触媒内に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリッチに保持するようにしている。
【００１４】
また、８番目の発明によれば１、３、又は５番目の発明において、補助触媒内に流入する排気ガスの空燃比がリーンになるように二次空気を供給している。
【００１５】
【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。
【００１６】
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は排気ポートをそれぞれ示す。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の出口に連結される。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、更にスロットル弁１７上流の吸気ダクト１３内には吸気ダクト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。本発明による実施例では、スロットル開度ＤＴはほぼ全ての運転領域において最大開度ＤＴｍに維持され、要求負荷Ｌがかなり小さくなると最大開度ＤＴｍよりも小さくされ、要求負荷Ｌがゼロになると小さなアイドル開度ＤＴｉにされる。
【００１７】
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の入口に連結され、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に連結される。ケーシング２２ａ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２２ｂが収容され、パティキュレートフィルタ２２ｂ上には後述するようにＮＯＸ触媒２２が担持されている。また、触媒コンバータ２２は排気管２０ｂを介してケーシング２３ａに連結され、このケーシング２３ａ内には酸化能を有する補助触媒２３が収容される。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
更に、ＮＯＸ触媒２２と補助触媒２３間の排気管２０ｂ内には、排気管２０ｂ内に二次空気を供給するための二次空気供給ノズル３０が取り付けられる。二次空気供給ノズル３０は二次空気通路３１を介し、排気ターボチャージャ１４のコンプレッサ１５と冷却装置１８間の吸気ダクト１３に接続される。この二次空気通路３１内には、吸気ダクト１３から排気管２０ｂに向けてのみ流通可能な逆止弁３２と、通常閉弁状態に保持されている電気制御式二次空気制御弁３３とが配置される。
【００２１】
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。排気管２０ｂにはＮＯＸ触媒２２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。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。ここで、ＮＯＸ触媒２２から流出した排気ガスの温度はＮＯＸ触媒２２の温度を表しており、アクセルペダル５０の踏み込み量は要求負荷を表している。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。ＣＰＵ４４ではこの出力パルスに基づいて機関回転数が算出される。
【００２２】
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、スロットル弁駆動用ステップモータ１６、ＥＧＲ制御弁２５、燃料ポンプ２８、及び二次空気制御弁３３にそれぞれ接続される。
【００２３】
本発明による実施例では、機関減速運転時に、機関出力を得るための燃料の供給が一時的に停止される。このことを図２に示される減速運転時制御ルーチンを参照しながら簡単に説明する。
【００２４】
図２を参照すると、まずステップ１００では燃料供給が停止されていることを表すフラグＸＦＣがセットされている（ＸＦＣ＝１）か否かが判別される。フラグＸＦＣは通常リセットされている（ＸＦＣ＝０）ので次いでステップ１０１に進み、要求負荷Ｌがゼロであるか否か、即ち機関減速運転時であるか否かが判別される。Ｌ＞０のときには処理サイクルを終了し、燃料供給を継続する。これに対し、Ｌ＝０のときには次いでステップ１０２に進み、機関回転数Ｎが第１のしきい値Ｎ１よりも高いか否かが判別される。Ｎ≦Ｎ１のときには処理サイクルを終了し、燃料供給を継続する。これに対し、Ｎ＞Ｎ１のときには次いでステップ１０３に進み、燃料供給が停止される。続くステップ１０４ではＥＧＲ制御弁２５が全開にされ、続くステップ１０５ではフラグＸＦＣがセットされる（ＸＦＣ＝１）。
【００２５】
フラグＸＦＣがセットされたときにはステップ１００からステップ１０６に進み、要求負荷Ｌがゼロよりも大きいか又は機関回転数Ｎが第２のしきい値Ｎ２（＜Ｎ１）よりも低いか否か、即ち機関減速運転時でなくなったか又は機関回転数Ｎがかなり低くなったか否かが判別される。Ｌ＝０かつＮ≧Ｎ２のときには処理サイクルを終了し、燃料供給を継続して停止する。これに対し、Ｌ＞０又はＮ＜Ｎ２のときには次いでステップ１０７に進み、燃料供給が再開される。続くステップ１０８ではＥＧＲ制御弁２５の開度が通常制御される。即ち、機関運転状態例えば要求負荷Ｌ及び機関回転数Ｎに応じてＥＧＲ制御弁２５の開度が制御される。続くステップ１０９ではフラグＸＦＣがリセットされる（ＸＦＣ＝０）。
【００２６】
一方、パティキュレートフィルタ２２ａの隔壁の両側面及び細孔内壁面上にはＮＯＸ触媒２２がそれぞれ担持されている。このＮＯＸ触媒２２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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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を還元するという見解もある。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。
【００３２】
一方、補助触媒２３は酸化能を有する限りどのような触媒から形成してもよく、上述したＮＯＸ触媒から形成することもできるし、蓄積還元作用を有することなく例えば白金Ｐｔを担持した貴金属触媒から形成することもできる。また、補助触媒２３もパティキュレートフィルタ上に担持してもよい。
【００３３】
さて、本発明による実施例において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ＮＯＸ触媒２２内に流入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２２内に蓄えられる。
【００３４】
時間の経過と共にＮＯＸ触媒２２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２２内の蓄積ＮＯＸ量が許容量を越えたときにはＮＯＸ触媒２２内に蓄えられているＮＯＸを還元しＮＯＸ触媒２２内の蓄積ＮＯＸ量を減少させるために、ＮＯＸ触媒２２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ようにしている。
【００３５】
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２２内にはＮＯＸばかりでなくＳＯＸも蓄えられる。このＳＯＸのＮＯＸ触媒２２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２２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２２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２２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。
【００３６】
この硫酸塩ＢａＳＯ４は分解しにくく、ＮＯＸ触媒２２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２２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２２内の硫酸塩ＢａＳＯ４の量が増大し、その結果ＮＯＸ触媒２２が蓄えうるＮＯＸの量が減少することになる。
【００３７】
ところが、ＮＯＸ触媒２２の温度を例えば６００℃以上に維持しつつＮＯＸ触媒２２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２２内の硫酸塩ＢａＳＯ４が分解してＳＯ３の形でＮＯＸ触媒２２から放出される。この放出されたＳＯ３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ＳＯ２に還元せしめられる。このようにしてＮＯＸ触媒２２内に硫酸塩ＢａＳＯ４の形で蓄えられているＳＯＸの量が次第に減少し、このときＮＯＸ触媒２２からＳＯＸがＳＯ３の形で流出することがない。
【００３８】
そこで本発明による実施例では、例えばＮＯＸ触媒２２内の蓄積ＳＯＸ量が許容量を越えたときには、ＮＯＸ触媒２２内の蓄積ＳＯＸ量を減少させるために、ＮＯＸ触媒２２の温度Ｔを要求温度ＴＳ例えば６００℃以上に維持しつつ、ＮＯＸ触媒２２に流入する排気ガスの平均空燃比を一時的にリッチに保持する蓄積ＳＯＸ量減少制御を行うようにしている。なお、ＮＯＸ触媒２２内の蓄積ＳＯＸ量が許容量を越えたか否かは例えば燃料噴射弁６から供給された燃料及び追加の燃料の量の積算値に基づいて判断することができる。
【００３９】
ＮＯＸ触媒２２の温度Ｔを要求温度ＴＳ以上まで上昇させ要求温度ＴＳ以上に維持するには様々な方法がある。例えばＮＯＸ触媒２２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２２又はＮＯＸ触媒２２に流入する排気ガスを加熱する方法や、ＮＯＸ触媒２２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２２を加熱する方法や、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２２の温度を上昇させる方法がある。
【００４０】
一方、ＮＯＸ触媒２２内に流入する排気ガスの平均空燃比ＡＦＥを理論空燃比又はリッチに切り替えるために、燃焼室５から排出される排気ガスの平均空燃比を理論空燃比又はリッチに切り替えることもできるし、又はＮＯＸ触媒２２上流の排気通路内に追加の燃料ないし還元剤を二次的に噴射することもできる。ここで、燃焼室５から排出される排気ガスの平均空燃比を理論空燃比又はリッチに切り替えるために、燃焼室５内で燃焼せしめられる混合気の平均空燃比を理論空燃比又はリッチに切り替えることもできるし、又は膨張行程中又は排気行程中に追加の燃料を噴射することもできる。
【００４１】
本発明による実施例では、燃料噴射弁６から膨張行程又は排気行程に追加の燃料を噴射することにより燃焼室５から排出される排気ガスの空燃比をリッチに切り替え、それによりＮＯＸ触媒２２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ようにしている。
【００４２】
どのような方法を採るにしても、蓄積ＳＯＸ量を確実にかつ速やかに減少させるためには、冒頭で述べたように、ＮＯＸ触媒２２内に排気ガスの平均空燃比ＡＦＥをできるだけリッチにするのが好ましく、しかしながら排気ガスの平均空燃比ＡＦＥを大幅にリッチにするとＮＯＸ触媒２２から多量のＨＣ，ＣＯ，Ｈ２Ｓが排出される恐れがある。
【００４３】
そこで本発明による実施例では、ＮＯＸ触媒２２下流に補助触媒２３を配置し、ＮＯＸ触媒２２内に流入する排気ガスの平均空燃比ＡＦＥがリッチに切り替えられているときには、補助触媒２３内に流入する排気ガスの平均空燃比ＡＦＡがリーンになるように補助触媒２３に二次空気を供給し、これらＨＣ，ＣＯ，Ｈ２Ｓを例えばＨ２Ｏ，ＣＯ２，ＳＯ２に酸化するようにしている。
【００４４】
次に、図１に示される本発明による第１実施例を、図３を参照しながら詳しく説明する。
【００４５】
図３において矢印Ｘは例えばＮＯＸ触媒２２内の蓄積ＳＯＸ量が許容量を越えたときを示している。蓄積ＳＯＸ量が許容量を越えると、ＮＯＸ触媒２２の温度Ｔが要求温度ＴＳ以上まで上昇され、要求温度ＴＳ以上に保持される。次いで、図３において矢印Ｙで示されるように、要求負荷Ｌがゼロになりこのとき機関回転数Ｎが第１のしきい値Ｎ１よりも高いので、燃料供給が停止される。
【００４６】
燃料供給が停止されると、ＮＯＸ触媒２２内に流入する排気ガスの平均空燃比ＡＦＥがリッチに切り替えられる。機関減速運転時の燃料供給停止時には、スロットル開度ＤＴが小さなアイドル開度ＤＴｉに維持されており、しかも図２を参照して説明したようにＥＧＲ制御弁２５が全開にされているので、このときの吸入空気量はかなり少なくなっている。従って、排気ガスの平均空燃比ＡＦＥをリッチに切り替えるのに必要な追加の燃料の量を低減することができる。
【００４７】
ＮＯＸ触媒２２内に流入する排気ガスの平均空燃比ＡＦＥがリッチに切り替えられると、二次空気制御弁３３が開弁される。機関減速運転時と言えども、排気ターボチャージャ１４のコンプレッサ１５は作動しており、即ちコンプレッサ１５から吸気ダクト１３内に加圧空気が吐出されている。また、冷却通路１８内の流路抵抗は比較的高く、従ってコンプレッサ１５と冷却装置１８間の吸気ダクト１３内の圧力は排気管２０ｂ内の圧力よりも高くなっている。従って、このとき二次空気制御弁３３を開弁すれば、吸気ダクト１３内の加圧空気を二次空気通路３１及び二次空気供給ノズル３０を介し、二次空気として補助触媒２３に供給できることになる。
【００４８】
この場合、図３に示されるように、補助触媒２３内に流入する排気ガスの平均空燃比ＡＦＡがリーンになるように二次空気が供給される。その結果、ＮＯＸ触媒２２内の蓄積ＳＯＸ量が確実にかつ速やかに減少し、しかしながら大気中に排出されるＨＣ，ＣＯ，Ｈ２Ｓの量が低減されている。
【００４９】
次いで、図３において矢印Ｚで示されるように、例えば機関回転数Ｎが第２のしきい値Ｎ２以下になり燃料供給が再開されると、ＮＯＸ触媒２２内に流入する排気ガスの平均空燃比ＡＦＥがリーンに戻される。また、このとき二次空気制御弁３３が閉弁され、従って二次空気の供給が停止される。
【００５０】
ここで、二次空気制御弁３３を開弁して吸気ダクト１３内の空気を補助触媒２３に供給するということは、機関に供給される空気の量が減少するということを意味している。しかしながら本発明による第１実施例では、燃料供給停止時に吸気ダクト１３から二次空気を供給するようにしているので、燃焼に何ら影響を与えない。
【００５１】
図４は上述した本発明による第１実施例の蓄積ＳＯＸ量減少制御を行う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。
【００５２】
図４を参照すると、まずステップ１２０では蓄積ＳＯＸ量減少制御を実行す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２２内の蓄積ＳＯＸ量が許容量を越えてから、蓄積ＳＯＸ量が下限量例えばゼロになるまで、蓄積ＳＯＸ量減少制御を実行すべきと判断される。更に、パティキュレートフィルタ２２ｂの微粒子酸化制御が完了してからＮＯＸ触媒２２の温度Ｔが要求温度ＴＳ以上に維持されているときにも、蓄積ＳＯＸ量減少制御を実行すべきと判断される。蓄積ＳＯＸ量減少制御を実行すべきでないときには次いでステップ１２１に進み、二次空気制御弁３３が閉弁され又は閉弁状態に保持される。
【００５３】
これに対し、蓄積ＳＯＸ量減少制御を実行すべきときにはステップ１２０からステップ１２２に進み、ＮＯＸ触媒２２の温度Ｔが要求温度ＴＳ以上か否かが判別される。Ｔ＜ＴＳのときには次いでステップ１２３に進み、ＮＯＸ触媒２２の温度Ｔを要求温度ＴＳ以上まで上昇させ要求温度ＴＳ以上に維持する昇温制御が行われる。次いでステップ１２１に進む。
【００５４】
次いでＴ≧ＴＳになるとステップ１２２からステップ１２４に進み、図２を参照して説明したフラグＸＦＣがセットされている（ＸＦＣ＝１）か否かが判別される。フラグＸＦＣがリセットされている（ＸＦＣ＝０）とき、即ち燃料供給が停止されていないときには次いでステップ１２１に進む。
【００５５】
これに対し、フラグＸＦＣがセットされている（ＸＦＣ＝１）とき、即ち燃料供給が停止されているときにはステップ１２４からステップ１２５に進み、ＮＯＸ触媒２２内に流入する排気ガスの平均空燃比ＡＦＥがリッチに切り替えられ保持される。続くステップ１２６では二次空気制御弁３３が開弁される。その結果、コンプレッサ１５から吐出された空気が二次空気として補助触媒２３に供給される。
【００５６】
なお、図１に示される第１実施例では、二次空気通路３１の流入端をコンプレッサ１５と冷却装置１８間の吸気ダクト１３内に開口させている。二次空気通路３１の流入端を冷却通路１８とスロットル弁１７間の吸気ダクト１３内に開口させることも可能であるが、この場合には二次空気供給圧が若干低くなる。
【００５７】
図５は本発明による第２実施例を示している。第２実施例は二次空気通路３１の流入端がコンプレッサ１５とスロットル弁１７間の吸気ダクト１３のうち、冷却装置１８とスロットル弁１７間の吸気ダクト１３内に開口している点で、図１に示される第１実施例と構成を異にしている。次に、本発明による第２実施例を、図６を参照しながら詳しく説明する。
【００５８】
図６において矢印Ｘは例えばＮＯＸ触媒２２内の蓄積ＳＯＸ量が許容量を越えたときを示している。蓄積ＳＯＸ量が許容量を越えると、ＮＯＸ触媒２２の温度Ｔが要求温度ＴＳ以上まで上昇され、要求温度ＴＳ以上に保持される。次いで、図６において矢印Ｙで示されるように、要求負荷Ｌがゼロになりこのとき機関回転数Ｎが第１のしきい値Ｎ１よりも高いので、燃料供給が停止される。
【００５９】
機関減速運転が開始されると、ＮＯＸ触媒２２内に流入する排気ガスの平均空燃比ＡＦＥがリッチに切り替えられる。機関減速運転時には、スロットル開度ＤＴが小さなアイドル開度ＤＴｉに維持されており、特に燃料供給停止時には図２を参照して説明したようにＥＧＲ制御弁２５が全開にされているので、このときの吸入空気量はかなり少なくなっている。従って、排気ガスの平均空燃比ＡＦＥをリッチに切り替えるのに必要な追加の燃料の量を低減することができる。
【００６０】
ＮＯＸ触媒２２内に流入する排気ガスの平均空燃比ＡＦＥがリッチに切り替えられると、二次空気制御弁３３が開弁される。更に、このときスロットル弁１７がアイドル開度ＤＴｉから例えば最大開度ＤＴｍまで高速で開弁されアイドル開度ＤＴｉまで高速で閉弁される、スロットル弁の開閉駆動が間欠的に行われる。このようにすると、スロットル弁１７上流の吸気ダクト１３内に吸気脈動が強制的に形成され、具体的にはスロットル弁１７において正圧波が形成される。この正圧波は二次空気通路３１を介し二次空気供給ノズル３０に到達し、斯くして補助触媒２３に二次空気が間欠的に供給される。或いは、二次空気通路３１内にも、二次空気通路３１の流路面積や長さに応じた周波数を有する吸気脈動が形成され、これによっても補助触媒２３に二次空気が間欠的に供給される。
【００６１】
この場合、図６に示されるように、補助触媒２３内に流入する排気ガスの平均空燃比ＡＦＡがリーンになるように二次空気が供給される。その結果、ＮＯＸ触媒２２内の蓄積ＳＯＸ量が確実にかつ速やかに減少し、しかしながら大気中に排出されるＨＣ，ＣＯ，Ｈ２Ｓの量が低減されている。
【００６２】
また、燃焼室５内に供給される空気量が変動しないように、スロットル弁１７の開閉駆動における駆動速度及び時間間隔などが設定されており、即ちスロットル弁１７の開閉駆動が行われても、スロットル開度ＤＴが実質的にアイドル開度ＤＴｉに維持されているのと同じになっている。その結果、機関減速運転時の燃料供給停止時はもちろん、燃料供給が再開された後にも、燃焼には影響がほとんど与えられない。図６に示される例では、例えば機関回転数Ｎが第２のしきい値Ｎ２よりも低くなって燃料供給が再開された後にも、ＮＯＸ触媒２３内に流入する排気ガスの平均空燃比ＡＦＥが継続してリッチにされ、補助触媒２３へ二次空気供給が継続して供給される。
【００６３】
次いで、図６において矢印Ｚで示されるように、例えば機関減速運転でなくなると、ＮＯＸ触媒２２内に流入する排気ガスの平均空燃比ＡＦＥがリーンに戻される。また、このとき二次空気制御弁３３が閉弁され、スロットル弁１７の開閉駆動も停止され、従って二次空気の供給が停止される。
【００６４】
図７は上述した本発明による第２実施例の蓄積ＳＯＸ量減少制御を行う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。
【００６５】
図７を参照すると、まずステップ１４０では蓄積ＳＯＸ量減少制御を実行すべきか否かが判別される。蓄積ＳＯＸ量減少制御を実行すべきでないときには次いでステップ１４１に進み、二次空気制御弁３３が閉弁され又は閉弁状態に保持される。これに対し、蓄積ＳＯＸ量減少制御を実行すべきときにはステップ１４０からステップ１４２に進み、ＮＯＸ触媒２２の温度Ｔが要求温度ＴＳ以上か否かが判別される。Ｔ＜ＴＳのときには次いでステップ１４３に進み、ＮＯＸ触媒２２の温度Ｔを要求温度ＴＳ以上まで上昇させ要求温度ＴＳ以上に維持する昇温制御が行われる。次いでステップ１４１に進む。
【００６６】
次いでＴ≧ＴＳになるとステップ１４２からステップ１４４に進み、要求負荷Ｌがゼロであるか否かが判別される。Ｌ＞０のとき、即ち機関減速運転でないときには次いでステップ１４１に進む。これに対し、Ｌ＝０のとき、即ち機関減速運転時にはステップ１４４からステップ１４５に進み、ＮＯＸ触媒２２内に流入する排気ガスの平均空燃比ＡＦＥがリッチに切り替えられ保持される。続くステップ１４６では二次空気制御弁３３が開弁され、続くステップ１４７ではスロットル弁１７が開閉弁駆動される。その結果、コンプレッサ１５から吐出された空気が二次空気として補助触媒２３に供給される。
【００６７】
なお、図５に示される第２実施例では、二次空気通路３１の流入端を冷却通路１８とスロットル弁１７間の吸気ダクト１３内に開口させている。二次空気通路３１の流入端をコンプレッサ１５と冷却装置１８間の吸気ダクト１３内に開口させることも可能であるが、この場合には二次空気供給圧が若干低くなる。
【００６８】
図８は本発明による第３実施例を示している。
【００６９】
この第３実施例では、加圧空気を蓄えておくための空気タンク３４が設けられ、この空気タンク３４に二次空気通路３１の流入端が連結されている。空気タンク３４には逆止弁３５を介し負圧ポンプ３６の吐出口が連結され、負圧ポンプ３６の吸込口は逆止弁３７を介して負圧タンク３８に連結されている。逆止弁３５は負圧ポンプ３６から空気タンク３４に向けてのみ流通可能になっており、逆止弁３７は負圧タンク３８から負圧ポンプ３６に向けてのみ流通可能になっている。
【００７０】
負圧ポンプ３６は例えば機関駆動式のポンプから構成され、負圧タンク３８内に負圧を形成する。負圧を蓄えておくための負圧タンク３８には例えばブレーキ倍力装置（図示しない）の負圧室が連結されており、従ってブレーキが操作される毎に負圧タンク３８からブレーキ倍力装置に負圧が供給される。
【００７１】
負圧タンク３８内の負圧が増大されるときには負圧ポンプ３６の吐出口から空気が吐き出され、この空気が空気タンク３４内に蓄えられる。その結果、空気タンク３４内の空気圧が次第に上昇する。なお、負圧ポンプ３６の吐出口から空気が潤滑油と共に吐出される場合には、負圧ポンプ３６と逆止弁３５間にオイルセパレータを設けることもできる。
【００７２】
空気タンク３４内の空気圧が十分に高くなったときには、二次空気制御弁３３を開弁すれば二次空気通路３１及び二次空気供給ノズル３０を介し、空気タンク３４内の加圧空気が補助触媒２３に供給される。この場合、空気タンク３４は吸気通路及び排気通路から独立しており、従って空気圧が高い限り、あらゆるタイミングで補助触媒２３に二次空気を供給することができる。しかしながら、ＮＯＸ触媒２２内に流入する排気ガスの流量が少ないときに排気ガスの平均空燃比ＡＦＥをリッチに切り替えるのが好ましいのは上述したとおりであり、従って本発明による第３実施例では、機関減速運転時に補助触媒２３に二次空気を供給しながら、ＮＯＸ触媒２２内に流入する排気ガスの平均空燃比ＡＦＥがリッチに維持される。
【００７３】
図９は上述した本発明による第３実施例の蓄積ＳＯＸ量減少制御を行う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。
【００７４】
図９を参照すると、まずステップ１６０では蓄積ＳＯＸ量減少制御を実行すべきか否かが判別される。蓄積ＳＯＸ量減少制御を実行すべきでないときには次いでステップ１６１に進み、二次空気制御弁３３が閉弁され又は閉弁状態に保持される。これに対し、蓄積ＳＯＸ量減少制御を実行すべきときにはステップ１６０からステップ１６２に進み、ＮＯＸ触媒２２の温度Ｔが要求温度ＴＳ以上か否かが判別される。Ｔ＜ＴＳのときには次いでステップ１６３に進み、ＮＯＸ触媒２２の温度Ｔを要求温度ＴＳ以上まで上昇させ要求温度ＴＳ以上に維持する昇温制御が行われる。次いでステップ１６１に進む。
【００７５】
次いでＴ≧ＴＳになるとステップ１６２からステップ１６４に進み、要求負荷Ｌがゼロであるか否かが判別される。Ｌ＞０のとき、即ち機関減速運転でないときには次いでステップ１６１に進む。これに対し、Ｌ＝０のとき、即ち機関減速運転時にはステップ１６４からステップ１６５に進み、ＮＯＸ触媒２２内に流入する排気ガスの平均空燃比ＡＦＥがリッチに切り替えられ保持される。続くステップ１６６では二次空気制御弁３３が開弁される。その結果、空気タンク３４内の加圧空気が二次空気として補助触媒２３に供給される。
【００７６】
これまで述べてきた本発明による各実施例では、ＮＯＸ触媒２２の蓄積ＳＯＸ量を減少させるためにＮＯＸ触媒２２内に流入する排気ガスの平均空燃比ＡＦＥをリッチにするときに、本発明を適用した場合を示している。しかしながら、ＮＯＸ触媒２２内に蓄えられているＮＯＸを還元し蓄えられているＮＯＸの量を減少させるために排気ガスの平均空燃比ＡＦＥをリッチにするときにも、本発明を適用することができる。
【００７７】
【発明の効果】
簡単な構成でもって二次空気を供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】内燃機関の全体図である。
【図２】減速運転時制御ルーチンを実行するためのフローチャートである。
【図３】本発明による第１実施例を説明するためのタイムチャートである。
【図４】本発明による第１実施例の蓄積ＳＯＸ量減少制御を実行するためのフローチャートである。
【図５】本発明による第２実施例を示す内燃機関の全体図である。
【図６】本発明による第２実施例を説明するためのタイムチャートである。
【図７】本発明による第２実施例の蓄積ＳＯＸ量減少制御を実行するためのフローチャートである。
【図８】本発明による第３実施例を示す内燃機関の全体図である。
【図９】本発明による第３実施例の蓄積ＳＯＸ量減少制御を実行するためのフローチャートである。
【符号の説明】
１…機関本体
１３…吸気ダクト
１５…排気ターボチャージャのコンプレッサ
１７…スロットル弁
１８…冷却装置
２０ａ，２０ｂ…排気管
２２…ＮＯＸ触媒
２３…補助触媒
３０…二次空気供給ノズル
３１…二次空気通路
３３…二次空気制御弁
３４…空気タンク
３６…負圧ポンプ
【図１】
2004076682.tif 000003
【図２】
2004076682.tif 000004
【図３】
2004076682.tif 000005
【図４】
2004076682.tif 000006
【図５】
2004076682.tif 000007
【図６】
2004076682.tif 000008
【図７】
2004076682.tif 000009
【図８】
2004076682.tif 000010
【図９】
2004076682.tif 000011