(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気系に設けられ還元剤の存在下でＮＯxを還元するＮＯx触媒と、
前記ＮＯx触媒へ還元剤を供給する還元剤供給手段と、
前記ＮＯx触媒の下流に設けられ酸化機能を有する触媒と、
過給機と、
前記ＮＯx触媒から前記酸化機能を有する触媒までの排気系と前記過給機から内燃機関までの吸気系とを連通する二次空気導入管と、
前記二次空気導入管の流通面積を可変とし該二次空気導入管を流通する空気の量を調整する二次空気量調整弁と、
前記ＮＯx触媒から前記酸化機能を有する触媒までの排気系と前記過給機から内燃機関までの吸気系との圧力差を検出する差圧検出手段と、
前記過給機から内燃機関までの吸気系の圧力が前記ＮＯx触媒から前記酸化機能を有する触媒までの排気系の圧力よりも高いと前記差圧検出手段により検出されたときに限り前記ＮＯx触媒へ還元剤を供給して硫黄被毒を回復させる硫黄被毒回復手段と、
内燃機関の排気系と吸気系とを連通し内燃機関から排出された排気の一部を内燃機関の吸気系へ還流させるＥＧＲ通路と、前記ＥＧＲ通路内を流通するＥＧＲガスの流量を調整するＥＧＲ弁と、
を備え、
前記二次空気導入管により二次空気の供給が行われている場合には、前記ＥＧＲ弁を閉じ側へ制御することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記過給機は、吸気の過給圧を所望の圧力とすべくタービンホイールに吹き付けられる排気の流速をノズルベーンの開閉により可変とする可変容量型ターボチャージャであって、前記二次空気導入管により二次空気の供給が行われている場合には、前記ノズルベーンを閉じ側へ制御することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記酸化機能を有する触媒を流通する排気の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段を更に備え、前記硫黄被毒回復手段は、酸化機能を有する触媒を流通する排気の酸素濃度が酸化機能を有する触媒を活性させる濃度となる範囲内で、前記二次空気量調整弁を閉じ側へ制御することを特徴とする請求項１または２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】
近年、自動車等に搭載される内燃機関、特に酸素過剰状態の混合気（所謂、リーン空燃比の混合気）を燃焼可能とするディーゼル機関やリーンバーン・ガソリン機関では、該内燃機関の排気中に含まれる窒素酸化物（ＮＯx）を浄化する技術が望まれている。
【０００３】
このような要求に対し、内燃機関の排気系にＮＯx吸蔵剤を配置する技術が提案されている。このＮＯx吸蔵剤の一つとして、流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中の窒素酸化物（ＮＯx）を吸蔵（吸収、吸着）し、流入する排気の酸素濃度が低下し且つ還元剤が存在するときは吸蔵していた窒素酸化物（ＮＯx）を還元する吸蔵還元型ＮＯx触媒が知られている。
【０００４】
吸蔵還元型ＮＯx触媒が内燃機関の排気系に配置されると、内燃機関が希薄燃焼運転されて排気の空燃比が高くなるときは排気中の窒素酸化物（ＮＯx）が吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸蔵され、吸蔵還元型ＮＯx触媒に流入する排気の空燃比が低くなったときは吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸蔵されていた窒素酸化物（ＮＯx）が還元される。
【０００５】
ところで、吸蔵還元型ＮＯx触媒には燃料に含まれる硫黄分が燃焼して生成される硫黄酸化物（ＳＯx）もＮＯxと同じメカニズムで吸蔵される。このように吸蔵されたＳＯxはＮＯxよりも放出されにくく、吸蔵還元型ＮＯx触媒内に蓄積される。これをＳＯx被毒といい、ＮＯx浄化率が低下するため、適宜の時期にＳＯx被毒から回復させる被毒回復処理を施す必要がある。この被毒回復処理は、吸蔵還元型ＮＯx触媒を高温（例えば６００乃至６５０℃程度）にしつつ燃料添加により酸素濃度を低下させた排気を吸蔵還元型ＮＯx触媒に流通させて行われている。
【０００６】
このようにして、ＮＯxの還元及びＳＯx被毒の回復をリッチ雰囲気にて行うと、吸蔵還元型ＮＯx触媒下流に還元剤や硫化水素（Ｈ2Ｓ）が流出することがある。
【０００７】
ここで、特開２０００−１１０５５２号公報に記載された発明では、下流に酸化触媒を設け、更に該酸化触媒に空気を供給して酸素過剰の雰囲気を形成し、還元剤や硫化水素を酸化させることを可能としている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記公報によれば、酸化触媒へ空気を供給するためにエアポンプを備えているため、コスト高となり、また設置スペースが必要となっていた。
【０００９】
本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、内燃機関の排気浄化装置において、ＮＯx触媒への還元剤供給時に流出する還元剤及び硫化水素を除去することができる技術を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために本発明の内燃機関の排気浄化装置は、以下の手段を採用した。即ち、内燃機関の排気系に設けられ還元剤の存在下でＮＯxを還元するＮＯx触媒と、前記ＮＯx触媒へ還元剤を供給する還元剤供給手段と、前記ＮＯx触媒の下流に設けられ酸化機能を有する触媒と、過給機と、前記ＮＯx触媒から前記酸化機能を有する触媒までの排気系と前記過給機から内燃機関までの吸気系とを連通する二次空気導入管と、前記二次空気導入管の流通面積を可変とし該二次空気導入管を流通する空気の量を調整する二次空気量調整弁と、前記ＮＯx触媒から前記酸化機能を有する触媒までの排気系と前記過給機から内燃機関までの吸気系との圧力差を検出する差圧検出手段と、前記過給機から内燃機関までの吸気系の圧力が前記ＮＯx触媒から前記酸化機能を有する触媒までの排気系の圧力よりも高いと前記差圧検出手段により検出されたときに限り前記ＮＯx触媒へ還元剤を供給して硫黄被毒を回復させる硫黄被毒回復手段と、内燃機関の排気系と吸気系とを連通し内燃機関から排出された排気の一部を内燃機関の吸気系へ還流させるＥＧＲ通路と、前記ＥＧＲ通路内を流通するＥＧＲガスの流量を調整するＥＧＲ弁と、を備え、前記二次空気導入管により二次空気の供給が行われている場合には、前記ＥＧＲ弁を閉じ側へ制御することを特徴とする。
【００１１】
本発明の最大の特徴は、内燃機関の排気浄化装置において、酸化機能を有する触媒へ過給空気を供給可能な場合に限り硫黄被毒回復を行うことにより、ＮＯx触媒から流出する還元剤や硫化水素を下流の酸化触媒で酸化可能とすることにある。
【００１２】
このように構成された内燃機関の排気浄化装置では、ＮＯx触媒に還元剤が供給されると、ＮＯx触媒に流入する排気の空燃比がリッチ空燃比となり、硫黄酸化物（ＳＯx）が放出される。しかし、このときに炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）等の還元剤の一部が下流へ流出することがある。また、ＳＯx被毒回復時には、ＮＯx触媒から放出されたＳＯxが硫化水素になり易い。このようにしてＮＯx触媒から流出した炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、硫化水素を下流の酸化触媒により酸化させる。ここで、酸化機能を有する触媒は、酸素過剰の雰囲気において酸化機能が有効に働くが、ＳＯx被毒回復時には、還元剤の供給により酸素濃度が低下して、酸化触媒の酸化能力も低下してしまう。このような状態であっても、二次空気導入管から酸化機能を有する触媒の上流へ空気を供給することにより、該酸化触媒の酸化能力を向上させることができる。ここで、吸気系は過給機により該過給機下流の空気の圧力が上昇されているため、二次空気導入管を吸気系から排気系へ向かって空気が流通する。これにより、酸化触媒の酸化能力を向上させることが可能となる。また、過給機による過給圧が十分でない場合には、ＳＯx被毒回復等を行わないようにすることにより還元剤及び硫化水素等の大気中への放出を抑止することが可能となる。
【００１３】
尚、前記過給機から内燃機関までの吸気系に吸気絞り弁が配設されている場合には、前記二次空気導入管は、ＮＯx触媒から酸化機能を有する触媒までの排気系と過給機から吸気絞り弁までの吸気系とを連通することが望ましい。
【００１４】
本発明においては、内燃機関の排気系と吸気系とを連通し内燃機関から排出された排気の一部を内燃機関の吸気系へ還流させるＥＧＲ通路と、前記ＥＧＲ通路内を流通するＥＧＲガスの流量を調整するＥＧＲ弁と、を更に備え、前記二次空気導入管により二次空気の供給が行われている場合には、前記ＥＧＲ弁を閉じ側へ制御することができる。
【００１５】
このように、ＥＧＲ弁が閉じ側へ制御されると、ＥＧＲガス量が減少して排気の温度が上昇するため、排気のエネルギにより過給を行う過給機では、過給圧を上昇させることができ、酸化機能を有する触媒へ多くの空気を供給することが可能となる。
【００１６】
本発明においては、前記過給機は、吸気の過給圧を所望の圧力とすべくタービンホイールに吹き付けられる排気の流速をノズルベーンの開閉により可変とする可変容量型ターボチャージャであって、前記二次空気導入管により二次空気の供給が行われている場合には、前記ノズルベーンを閉じ側へ制御することができる。
【００１７】
このように、ノズルベーンが閉じ側へ制御されると、過給圧が上昇し、酸化機能を有する触媒への空気の供給量を増加させることが可能となる。
【００１８】
本発明においては、前記酸化機能を有する触媒を流通する排気の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段を更に備え、
前記硫黄被毒回復手段は、酸化機能を有する触媒を流通する排気の酸素濃度が酸化機能を有する触媒を活性させる濃度となる範囲内で、前記二次空気量調整弁を閉じ側へ制御することができる。
【００１９】
このように構成された内燃機関の排気浄化装置では、酸化機能を有する触媒へ必要最低限の空気を供給することができるため、過給圧が早期に低下することを抑制し、長期に亘り酸化機能を有する触媒へ空気を供給することが可能となる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る内燃機関の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。ここでは、本発明に係る内燃機関を車両駆動用のディーゼル機関に適用した場合を例に挙げて説明する。
【００２１】
図１は、本実施の形態に係るエンジンとその吸排気系の概略構成を示す図である。
【００２２】
図１に示すエンジン１は、４つの気筒２を有する水冷式の４サイクル・ディーゼル機関である。
【００２３】
エンジン１は、各気筒２の燃焼室に直接燃料を噴射する燃料噴射弁３を備えている。各燃料噴射弁３は、燃料を所定圧まで蓄圧する蓄圧室（コモンレール）４と接続されている。
【００２４】
前記コモンレール４は、燃料供給管５を介して燃料ポンプ６と連通している。この燃料ポンプ６は、エンジン１の出力軸（クランクシャフト）の回転トルクを駆動源として作動するポンプであり、該燃料ポンプ６の入力軸に取り付けられたポンププーリ６ａがエンジン１の出力軸（クランクシャフト）に取り付けられたクランクプーリ１ａとベルト７を介して連結されている。
【００２５】
このように構成された燃料噴射系では、クランクシャフトの回転トルクが燃料ポンプ６の入力軸へ伝達されると、燃料ポンプ６は、クランクシャフトから該燃料ポンプ６の入力軸へ伝達された回転トルクに応じた圧力で燃料を吐出する。
【００２６】
前記燃料ポンプ６から吐出された燃料は、燃料供給管５を介してコモンレール４へ供給され、コモンレール４にて所定圧まで蓄圧されて各気筒２の燃料噴射弁３へ分配される。そして、燃料噴射弁３に駆動電流が印加されると、燃料噴射弁３が開弁し、その結果、燃料噴射弁３から気筒２内へ燃料が噴射される。
【００２７】
また、エンジン１には、吸気枝管８が接続されており、吸気枝管８の各枝管は、各気筒２の燃焼室と吸気ポート（図示省略）を介して連通している。
【００２８】
前記吸気枝管８は、吸気管９に接続され、該吸気管９の途中には、排気の熱エネルギを駆動源として作動する遠心過給機（ターボチャージャ）１５のコンプレッサハウジング１５ａが設けられている。
【００２９】
前記吸気管９における吸気枝管８の直上流に位置する部位には、該吸気管９内を流通する吸気の流量を調節する吸気絞り弁１０が設けられている。この吸気絞り弁１０には、ステップモータ等で構成されて該吸気絞り弁１０を開閉駆動する吸気絞り用アクチュエータ１１が取り付けられている。
【００３０】
このように構成された吸気系では、吸気は吸気管９を介してコンプレッサハウジング１５ａに流入する。
【００３１】
コンプレッサハウジング１５ａに流入した吸気は、該コンプレッサハウジング１５ａに内装されたコンプレッサホイールの回転によって圧縮された後、吸気枝管８に流入する。吸気枝管８に流入した吸気は、各枝管を介して各気筒２の燃焼室へ分配され、各気筒２の燃料噴射弁３から噴射された燃料を着火源として燃焼される。
【００３２】
一方、エンジン１には、排気枝管１２が接続され、排気枝管１２の各枝管が排気ポート１ｂを介して各気筒２の燃焼室と連通している。
【００３３】
前記排気枝管１２は、前記遠心過給機１５のタービンハウジング１５ｂと接続されている。前記タービンハウジング１５ｂは、排気管１３と接続され、この排気管１３は、下流にてマフラー（図示省略）に接続されている。
【００３４】
前記排気管１３の途中には、吸蔵還元型ＮＯx触媒を担持したパティキュレートフィルタ（以下、単にフィルタという。）１４が設けられている。フィルタ１４は吸蔵還元型ＮＯx触媒を担持し、排気中の粒子状物質（以下、ＰＭという。）を捕集するとともに、流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中のＮＯxを吸蔵（吸収、吸着）し、流入する排気の酸素濃度が低下し且つ還元剤が存在するときは吸蔵していたＮＯxを還元する機能を有する。このフィルタ１４の上流には、酸化機能を有する第１酸化触媒１６が設けられている。また、フィルタ１４と第１酸化触媒１６との間には、流通する排気の温度に対応した電気信号を出力する第１排気温度センサ１７が取り付けられている。更に、フィルタ１４の下流には、酸化機能を有する第２酸化触媒１８が設けられている。フィルタ１４と第２酸化触媒１８との間には、流通する排気の温度に対応した電気信号を出力する第２排気温度センサ１９及び流通する排気の空燃比に対応した電気信号を出力する第１空燃比センサ２０が取り付けられている。また、第２酸化触媒１８の下流には、流通する排気の空燃比に対応した電気信号を出力する第２空燃比センサ２１が取り付けられている。
【００３５】
このように構成された排気系では、エンジン１の各気筒２で燃焼された混合気（既燃ガス）が排気ポート１ｂを介して排気枝管１２へ排出され、次いで排気枝管１２からフィルタ１４上流の第１酸化触媒１６へ流入する。この第１酸化触媒１６では、還元剤の一部が酸化して排気の温度を上昇させることができ、後述するＳＯx被毒回復時に吸蔵還元型ＮＯx触媒を昇温させることができる。また、還元剤によるフィルタ１４の目詰まりを抑制することができる。第１酸化触媒１６を通過した排気はフィルタ１４へ流入し、該フィルタ１４で排気中のＰＭが捕集され、またＮＯxが吸蔵される。フィルタ１４から流出した排気は、下流の第２酸化触媒１８へ流入する。該第２酸化触媒１８では、炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）等を酸化させることができる。
【００３６】
排気枝管１２と吸気枝管８とは、排気枝管１２内を流通する排気の一部を吸気枝管８へ再循環させるＥＧＲ通路（以下、ＥＧＲ通路とする。）２２を介して連通されている。このＥＧＲ通路２２の途中には、電磁弁などで構成され、印加電力の大きさに応じて前記ＥＧＲ通路２２内を流通する排気（以下、ＥＧＲガスとする。）の流量を変更する流量調整弁（以下、ＥＧＲ弁とする。）２３が設けられている。
【００３７】
このように構成されたＥＧＲ機構では、ＥＧＲ弁２３が開弁されると、ＥＧＲ通路２２が導通状態となり、排気枝管１２内を流通する排気の一部が前記ＥＧＲ通路２２へ流入し、吸気枝管８へ導かれる。吸気枝管８へ還流されたＥＧＲガスは、吸気枝管８の上流から流れてきた新気と混ざり合いつつ各気筒２の燃焼室へ導かれる。
【００３８】
ここで、ＥＧＲガスには、水（Ｈ2Ｏ）や二酸化炭素（ＣＯ2）などのように、自らが燃焼することがなく、且つ、熱容量が高い不活性ガス成分が含まれているため、ＥＧＲガスが混合気中に含有されると、混合気の燃焼温度が低められ、以て窒素酸化物（ＮＯx）の発生量が抑制される。
【００３９】
一方、ターボチャージャ１５と吸気絞り弁１０との間の吸気管９には、二次空気導入管２４の一端が接続されている。一方、フィルタ１４と第２酸化触媒１８との間の排気管１３には、二次空気導入管２４の他端が接続されている。この二次空気導入管２４を介して吸気系と排気系とが連通されている。この二次空気導入管２４の途中には、電磁弁などで構成され、印加電力の大きさに応じて前記二次空気導入管２４内を流通する空気の流量を変更する二次空気量調整弁２５が設けられている。
【００４０】
このように構成された二次空気導入機構では、二次空気量調整弁２５が開弁されると、二次空気導入管２４が導通状態となる。排気系よりも吸気系の圧力が高い場合には、吸気管９内を流通する空気の一部が前記二次空気導入管２４へ流入し、排気管１３へ導入される。排気管１３へ導入された空気は、排気管１３の上流から流れてきた排気と混ざり合いつつ第２酸化触媒１８へ流入する。
【００４１】
また、ターボチャージャ１５と吸気絞り弁１０との間の吸気管９には、吸気を導入する吸気導入管２６ａの一端が接続され、フィルタ１４と第２酸化触媒１８との間の排気管１３には、排気導入管２６ｂの一端が接続される。吸気導入管２６ａの他端及び排気導入管２６ｂの他端は差圧センサ２６に接続されている。差圧センサ２６は、吸気導入管２６ａから導入された吸気と、排気導入管２６ｂから導入された排気との圧力差に対応した電気信号を出力する。
【００４２】
尚、本実施の形態では、フィルタ１４より上流の排気枝管１２を流通する排気中に還元剤たる燃料（軽油）を添加する還元剤供給機構を備え、この還元剤供給機構から排気中へ燃料を添加することにより、フィルタ１４に流入する排気の酸素濃度を低下させるとともに還元剤の濃度を高めるようにした。
【００４３】
還元剤供給機構は、図１に示されるように、その噴孔が排気枝管１２内に臨むように取り付けられ、後述するＥＣＵ２７からの信号により開弁して燃料を噴射する還元剤噴射弁２８と、前述した燃料ポンプ６から吐出された燃料を前記還元剤噴射弁２８へ導く還元剤供給路２９と、を備えている。
【００４４】
このような還元剤供給機構では、燃料ポンプ６から吐出された高圧の燃料が還元剤供給路２９を介して還元剤噴射弁２８へ印加される。そして、ＥＣＵ２７からの信号により該還元剤噴射弁２８が開弁して排気枝管１２内へ還元剤としての燃料が噴射される。還元剤噴射弁２８から排気枝管１２内へ噴射された燃料は、該排気枝管１２の上流から流れてきた排気の酸素濃度を低下させる。
【００４５】
その後、ＥＣＵ２７からの信号により還元剤噴射弁２８が閉弁し、排気枝管１２内への燃料の添加が停止される。
【００４６】
このようにして、フィルタ１４に燃料が供給された結果、フィルタ１４に流入する排気は、比較的に短い周期で酸素濃度が変化することになる。これにより、フィルタ１４に吸蔵されていた窒素酸化物（ＮＯx）は還元される。
【００４７】
以上述べたように構成されたエンジン１には、該エンジン１を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）２７が併設されている。このＥＣＵ２７は、エンジン１の運転条件や運転者の要求に応じてエンジン１の運転状態を制御するユニットである。
【００４８】
ＥＣＵ２７には、各種センサが電気配線を介して接続され、上記した各種センサの出力信号がＥＣＵ２７に入力されるようになっている。一方、ＥＣＵ２７には、燃料噴射弁３、吸気絞り用アクチュエータ１１、ＥＧＲ弁２３、二次空気量調整弁２５、還元剤噴射弁２８等が電気配線を介して接続され、これらを制御することが可能になっている。また、前記ＥＣＵ２７は、各種アプリケーションプログラム及び各種制御マップを記憶している。
【００４９】
ところで、吸蔵還元型ＮＯx触媒には燃料に含まれる硫黄分が燃焼して生成される硫黄酸化物（ＳＯx）もＮＯxと同じメカニズムで吸蔵される。このように吸蔵されたＳＯxはＮＯxよりも放出されにくく、吸蔵還元型ＮＯx触媒内に蓄積される。これをＳＯx被毒といい、ＮＯx浄化率が低下するため、適宜の時期にＳＯx被毒から回復させる被毒回復処理を施す必要がある。この被毒回復処理は、吸蔵還元型ＮＯx触媒を高温（例えば６００乃至６５０℃程度）にしつつ燃料添加により酸素濃度を低下させた排気を吸蔵還元型ＮＯx触媒に流通させて行われている。ここで、第１排気温度センサ１７は、ＳＯx被毒回復時にフィルタ１４温度が所定温度（例えば６００乃至６５０度）となっているか否か判定するために用いることができる。また、第２排気温度センサ１９は、ＳＯx被毒回復時にフィルタ１４が過度に温度上昇したことを検出するために用いることができる。
【００５０】
図２は、ＳＯx被毒回復時にフィルタから放出されるＳＯxの濃度及びフィルタ内の空燃比の時間推移を示したタイムチャート図である。
【００５１】
ＳＯx被毒回復時には、ＥＣＵ２７は、フィルタ１４に流入する排気中の酸素濃度を比較的に短い周期でスパイク的に低くする、燃料添加制御（所謂リッチスパイク制御）を実行する。
【００５２】
燃料添加制御では、ＥＣＵ２７は、還元剤噴射弁２８からスパイク的に還元剤たる燃料を噴射させるべく当該還元剤噴射弁２８を制御することにより、フィルタ１４に流入する排気の空燃比を一時的に所定の目標リッチ空燃比とする。
【００５３】
具体的には、ＥＣＵ２７は、記憶されている機関回転数、機関負荷（アクセル開度）、エアフローメータ（図示省略）の出力信号値（吸入空気量）、第１空燃比センサ２０の出力信号、燃料噴射量等を読み出す。
【００５４】
ＥＣＵ２７は、前記した機関回転数と機関負荷と吸入空気量と燃料噴射量とをパラメータとして燃料添加量制御マップへアクセスし、排気の空燃比を予め設定された目標空燃比とする上で必要となる燃料の添加量（目標添加量）を算出する。
【００５５】
続いて、ＥＣＵ２７は、前記目標添加量をパラメータとして還元剤噴射弁制御マップへアクセスし、還元剤噴射弁２８から目標添加量の燃料を噴射させる上で必要となる還元剤噴射弁２８の開弁時間（目標開弁時間）を算出する。
【００５６】
還元剤噴射弁２８の目標開弁時間が算出されると、ＥＣＵ２７は、還元剤噴射弁２８を開弁させる。
【００５７】
ＥＣＵ２７は、還元剤噴射弁２８を開弁させた時点から前記目標開弁時間が経過すると、還元剤噴射弁２８を閉弁させる。
【００５８】
このように還元剤噴射弁２８が目標開弁時間だけ開弁されると、目標添加量の燃料が還元剤噴射弁２８から排気枝管１２内へ噴射されることになる。そして、還元剤噴射弁２８から噴射された燃料は、排気枝管１２の上流から流れてきた排気と混ざり合って目標空燃比の混合気を形成して第１酸化触媒１６及びフィルタ１４に流入する。
【００５９】
第１酸化触媒では、燃料が酸化され、そのときに熱が発生する。この熱により排気の温度が上昇し下流のフィルタ１４の温度が上昇される。これにより、フィルタ１４の温度は、ＳＯx被毒回復に必要となる温度まで上昇する。
【００６０】
一方、フィルタ１４に流入する排気の空燃比は、比較的に短い周期で酸素濃度が変化することになる。フィルタ１４では、温度の上昇とともに吸蔵還元型ＮＯx触媒からＳＯxが放出され、以て、フィルタ１４に担持された吸蔵還元型ＮＯx触媒のＳＯx被毒を回復することが可能となる。
【００６１】
尚、本実施の形態では、１回のリッチスパイクを複数回の燃料により形成させて、空燃比が過剰なリッチとならないようにしても良い。ここで、１回に多量の燃料を噴射させると空燃比が過リッチとなり、フィルタ１４で燃料が反応しきれずに下流へ流出する虞がある。そこで、本実施の形態では、１回当たりの燃料噴射量を減量し且つ複数回噴射させることにより、過リッチを抑制しつつリッチ雰囲気を形成させるようにした。
【００６２】
ここで、図３は、図２中のＡで示した箇所に対応する還元剤噴射弁２８の開閉信号を示した図である。還元剤噴射弁２８は、信号がＯＦＦのときに閉弁し、ＯＮとなったときに開弁する。
【００６３】
１回のリッチスパイクは、例えば１７回の燃料噴射により形成されている。燃料噴射弁１４の１回当たりの開弁時間は例えば６０ｍｓで、その後例えば１５０ｍｓの間閉弁される。これを、１７回繰り返すことにより、全体として１回のリッチスパイクが形成されている。このように、１回のリッチスパイクを複数回の燃料噴射により形成させると、空燃比が過剰にリッチとなることを抑制することができる。従って、フィルタ１４で反応せずに下流へ流出する燃料を低減することが可能となる。また、リッチスパイクは、例えば７．５ｓのリッチ休止期間毎に形成されている。このリッチ休止期間により、フィルタ１４の過熱を抑止することができ、フィルタ１４の熱劣化を抑制することが可能となる。
【００６４】
ところで、吸蔵還元型ＮＯx触媒のＳＯx被毒を回復させるために、燃料が供給されると、前述のように吸蔵還元型ＮＯx触媒からＳＯxが放出されるが、この放出されたＳＯxはリッチ雰囲気では硫化水素（Ｈ2Ｓ）になり易い。また、炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）等の還元成分が吸蔵還元型ＮＯx触媒を通過して下流へ流出することがある。
【００６５】
これに対し、下流に酸化触媒を設けて、炭化水素（ＨＣ）等を酸化させることも考えられるが、ＳＯx被毒回復時では還元雰囲気となるため酸化触媒の酸化能力が著しく低下してしまう。
【００６６】
ここで、従来の内燃機関の排気浄化装置では、吸蔵還元型ＮＯx触媒の下流に酸化触媒を設け、該酸化触媒へ二次空気を供給していた。これにより、ＳＯx被毒回復時においても酸化触媒の酸化能力を高めることができた。しかし、二次空気を供給するためにエアポンプが必要であったためコスト高となっていた。
【００６７】
そこで、本実施の形態では、第２酸化触媒１８の上流にターボチャージャ１５で昇圧された過給空気を導入し、該第２酸化触媒１８に流入する排気を酸化雰囲気にして、該第２酸化触媒１８の酸化能力を高めるようにした。これにより、第２酸化触媒１８にて一酸化炭素（ＣＯ）及び炭化水素（ＨＣ）並びに硫化水素（Ｈ2Ｓ）等を酸化させることが可能となる。
【００６８】
ここで、ＳＯx被毒回復は、吸気絞り弁１０を閉じ側へ制御して、吸入空気量を減量させつつ空燃比を例えば２０以下にして行われることが多い。このように、吸入空気量を減量させることにより、少量の燃料の添加で空燃比を低下させることができ、燃費を向上させることが可能となる。そして、ＳＯx被毒回復時に吸入空気量が減少される運転状態では、過給機による過給は不要である。従って、機関の運転状態やＳＯx被毒回復にはほとんど影響を及ぼさずに吸気管内の圧縮された空気を二次空気として酸化触媒へ供給することができる。
【００６９】
また、ターボチャージャ１５により圧縮された空気を酸化触媒へ供給するため、空気を供給するためのポンプを設ける必要がない。
【００７０】
尚、本実施の形態では、ターボチャージャ１５から吸気絞り弁１０までの間の吸気管９内の圧力と、フィルタ１４から第２酸化触媒１８までの間の排気管１３内の圧力と、の差圧を検出し、排気管１３内の圧力よりも吸気管９内の圧力が高い場合に限り二次空気量調整弁２５を開弁させてＳＯx被毒回復を行う。
【００７１】
ここで、図４は、ＳＯx被毒回復時に各触媒から排出される排気の空燃比、炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）及び硫化水素（Ｈ2Ｓ）の量を示した図である。
【００７２】
フィルタ１４では、ＳＯx被毒の回復のためにリッチ空燃比が必要となる。また、このときに、還元剤がフィルタ１４を通過して、下流へ炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）が排出される。さらに、少量ではあるが、吸蔵還元型ＮＯx触媒からＳＯxが放出され、リッチ雰囲気のため硫化水素（Ｈ2Ｓ）となって下流へ流出する。
【００７３】
第２酸化触媒１８では、二次空気の導入により最小空燃比が上昇し弱リーンとなる。このように、第２酸化触媒１８では排気の空燃比は理論空燃比以上となるため炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）及び硫化水素（Ｈ2Ｓ）を酸化させることが可能となる。
【００７４】
以上により、上流から吸蔵還元型ＮＯx触媒を担持したフィルタ１４、第２酸化触媒１８の順に配置し、第２酸化触媒１８上流から二次空気を導入することにより、ＳＯx被毒回復時に吸蔵還元型ＮＯx触媒から流出する炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）及び硫化水素（Ｈ2Ｓ）の酸化を行うことが可能となる。
【００７５】
尚、本実施の形態では、ＳＯx被毒回復制御時には、差圧センサ２６及び第２空燃比センサ２１の出力信号に基づいて、二次空気量調整弁２５の開度をフィードバック制御するようにしても良い。ここで、ＳＯx被毒回復は、軽負荷時に実施され、吸気絞り弁１０は閉じ側へ制御されている。従って、排気の流量が減少するため、過給圧が上昇しにくくなる。このような状態で、二次空気量調整弁２５を全開に開弁させると、吸気管９内の圧力が早期に低下するため、第２酸化触媒１８へ長期間二次空気を供給することが困難となる。そこで、第２空燃比センサ２１の出力信号から得られる空燃比がストイキよりも大きくなる範囲内で二次空気量調整弁２５を閉じ側へ制御する。このような状態では、酸化雰囲気を維持できるため、第２酸化触媒１８において炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）及び硫化水素（Ｈ2Ｓ）を酸化することが可能である。しかも、必要最低限の空気を供給するため、過給圧が早期に低下することを抑制でき、従って、長期に亘り二次空気を供給することが可能となる。
【００７６】
また、本実施の形態では、吸気管９内の圧力と排気管１３内の圧力との差圧が所定値以下となった場合に、二次空気量調整弁２５を閉じ側へ制御しても良い。このようにして、過給圧の低下を抑制しつつ、二次空気を継続して供給することが可能となる。ここで、所定値とは、第２酸化触媒へ二次空気を供するために最低限必要となる差圧であって、予め実験等により求めておく。
【００７７】
尚、本実施の形態では、第２酸化触媒１８にセリア（Ｃｅ）等を含有させて酸素貯蔵能力を持たせても良い。第２酸化触媒１８が酸素貯蔵能力を備えることにより弱リッチ空燃比又は理論空燃比の排気が第２酸化触媒１８に流入すると、貯蔵されていた酸素が放出され、酸化雰囲気を容易に形成することが可能となる。このように、酸素貯蔵能力を備えることにより、酸化雰囲気を容易に形成することが可能ではあるが、酸素貯蔵量には限りがあるために、ＳＯxの被毒量が多い場合には酸素量が不足してしまう。このような場合であっても、本実施の形態による二次空気の供給を併用することにより、長期間酸化雰囲気を形成することが可能となる。
【００７８】
本実施の形態では、ＳＯx被毒回復時にＥＧＲ弁２３を閉じ側へ制御しても良い。このように、ＥＧＲ弁２３が閉じ側へ制御されると、機関に吸入される新気量が増加するため排気の温度が上昇する。これにより、排気のエネルギが上昇するため、ターボチャージャ１５の過給圧を上昇させることができ、第２酸化触媒１８へより多くの空気を供給することが可能となる。ここで、ＥＧＲ弁２３は全閉としても良い。
【００７９】
また、本実施の形態では、ターボチャージャ１５を吸気の過給圧を所望の圧力とすべくタービンホイール（図示省略）に吹き付けられる排気の流速をノズルベーン（図示省略）の開閉により可変とする可変容量型ターボチャージャとし、ＳＯx被毒回復時には、該ターボチャージャのノズルベーンを閉じ側へ制御しても良い。
【００８０】
可変容量型ターボチャージャは、ノズルベーンの回動方向と回動量とを調整することにより、ノズルベーン間の流路の向き、及びノズルベーン間の間隙を変更することが可能である。即ち、ノズルベーンの回動方向と回動量とを制御することにより、タービンホイールに吹き付けられる排気の方向と流速が調節されることになる。
【００８１】
例えば、エンジン１からの排気の量が少ない場合は、ノズルベーンを閉じることにより、タービンホイールに吹き付けられる排気の流速が高まると共に、排気とタービンインペラ（図示省略）との衝突角度がより垂直に近づくため、少ない排気量でもタービンホイールの回転速度及び回転力を高めることが可能となる。
【００８２】
一方、エンジン１からの排気の量が十分に多い場合は、ノズルベーンを開くことにより、タービンホイールに吹き付けられる排気の流速の過剰な上昇が制御され、タービンホイールの回転速度及び回転力の過剰な上昇を抑制することが可能となる。
【００８３】
従って、本実施の形態では、ＳＯx被毒回復時にノズルベーンを閉じ側へ制御することにより、過給圧を上昇させることができ、第２酸化触媒１８へより多くの空気を供給することが可能となる。
【００８４】
尚、本実施の形態では、還元剤を供給する方法として前記したように排気中への燃料添加を採用したが、その他に、再循環するＥＧＲガス量を増大させて煤の発生量が増加して最大となった後に、更にＥＧＲガス量を増大させる低温燃焼（特許第３１１６８７６号）、機関出力のための燃料を噴射させる主噴射の後の膨張行程若しくは排気行程中に再度燃料を噴射させる副噴射等の方法を採用しても良い。
【００８５】
また、本実施の形態では、最下流の第２酸化触媒１８は、例えば三元触媒のような酸化機能を有する他の触媒であっても良い。また、フィルタ１４は、単に、吸蔵還元型ＮＯx触媒であっても良い。更に、最上流の第１酸化触媒１６は必ずしも必要ではない。
【００８６】
本実施の形態では、ＳＯx被毒回復時の二次空気の供給について説明したが、同様にして、吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸蔵されたＮＯxの還元時に二次空気を供給する場合に適用しても良い。即ち、二次空気の供給が可能である場合に限りリッチスパイク制御を行い、ＮＯxの還元を行っても良い。
【００８７】
以上述べたように、本実施の形態による内燃機関の排気浄化装置によれば、昇圧された吸気を酸化触媒へ供給することにより、ＳＯx被毒回復時に流出する一酸化炭素（ＣＯ）及び炭化水素（ＨＣ）、更には硫化水素（Ｈ2Ｓ）等を酸化することができる。
【００８８】
【発明の効果】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置では、上流からＮＯx触媒、酸化触媒の順に配設し、過給機で昇圧された空気を酸化触媒にのみ供給することができ、この空気の供給が可能な場合に限りＳＯx被毒回復を実施することができる。これにより、ＳＯx被毒回復時に酸化触媒にて、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）を酸化させ浄化することができ、更には硫化水素（Ｈ2Ｓ）等を酸化させてにおい成分を除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本実施の形態に係るエンジンとその吸排気系の概略構成を示す図である。
【図２】  ＳＯx被毒回復時にフィルタから放出されるＳＯxの濃度及びフィルタ内の空燃比の時間推移を示したタイムチャート図である。
【図３】  図２中のＡで示した箇所に対応する還元剤噴射弁の開閉信号を示した図である。
【図４】  ＳＯx被毒回復時に各触媒から排出される排気の空燃比、炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）及び硫化水素（Ｈ2Ｓ）の量を示した図である。
【符号の説明】
１・・・・エンジン
１ａ・・・クランクプーリ
１ｂ・・・排気ポート
２・・・・気筒
３・・・・燃料噴射弁
４・・・・コモンレール
５・・・・燃料供給管
６ａ・・・ポンププーリ
６・・・・燃料ポンプ
７・・・・ベルト
８・・・・吸気枝管
９・・・・吸気管
１０・・・吸気絞り弁
１１・・・吸気絞り用アクチュエータ
１２・・・排気枝管
１３・・・排気管
１４・・・パティキュレートフィルタ
１５・・・ターボチャージャ
１５ａ・・コンプレッサハウジング
１５ｂ・・タービンハウジング
１６・・・第１酸化触媒
１７・・・第１排気温度センサ
１８・・・第２酸化触媒
１９・・・第２排気温度センサ
２０・・・第１空燃比センサ
２１・・・第２空燃比センサ
２２・・・ＥＧＲ通路
２３・・・ＥＧＲ弁
２４・・・二次空気導入管
２５・・・二次空気量調整弁
２６・・・差圧センサ
２６ａ・・吸気導入管
２６ｂ・・排気導入管
２７・・・ＥＣＵ
２８・・・還元剤噴射弁
２９・・・還元剤供給路
【図１】
0003858763.tif 000002
【図２】
0003858763.tif 000003
【図３】
0003858763.tif 000004
【図４】
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