JP2004060596A

JP2004060596A - 内燃機関の排気浄化装置

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Publication number: JP2004060596A
Application number: JP2002223111A
Authority: JP
Inventors: Koichi Kimura; 木村　光壱; Shinya Hirota; 広田　信也; Yoshimitsu Henda; 辺田　良光; Kazuhiro Ito; 伊藤　和浩; Takamitsu Asanuma; 浅沼　孝充; Toshisuke Toshioka; 利岡　俊祐; Yasuaki Nakano; 仲野　泰彰; Koichiro Nakatani; 中谷　好一郎; Akira Kenjo; 見上　晃
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-07-31
Filing date: 2002-07-31
Publication date: 2004-02-26
Anticipated expiration: 2022-07-31
Also published as: FR2843166B1; US20040020192A1; JP3945335B2; DE10335158B4; FR2843166A1; DE10335158A1; US6988360B2

Abstract

【課題】排気浄化器の硫黄被毒を回避しつつ燃料消費量を少なくするようにした排気浄化装置を提供する。
【解決手段】内燃機関の排気通路上に硫黄成分を保持する硫黄成分保持剤６１を設けると共に、流入する排気ガスの空燃比がリーンであるときにＮＯ_ｘおよび硫黄成分を保持するＮＯ_ｘ保持剤６２を上記硫黄成分保持剤の排気下流に配置し、さらに、ＮＯ_ｘ保持剤に流入する排気ガス中に還元剤を添加するための還元剤添加手段７０を設けた内燃機関の排気浄化装置において、還元剤添加手段によって添加される還元剤に含まれる硫黄成分の濃度は内燃機関の燃焼室に供給される燃料に含まれる硫黄成分の濃度よりも低いことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【選択図】　　　図１

Description

【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】
一般に、ＮＯ_ｘ保持剤を担持した排気浄化器では、この排気浄化器に流入する排気ガス中に硫黄成分（ＳＯ_ｘ等）が含まれていると硫黄被毒してしまい、これにより排気浄化器の排気浄化能力が低下してしまうことが知られている。
このような硫黄被毒による排気浄化器の排気浄化能力の低下を防止するために、特開平６−３４６７６８号公報に開示された排気浄化装置では、流入する排気ガス中の硫黄成分を保持することができる硫黄成分保持剤が排気浄化器の排気上流に配置される。このような排気浄化装置では、硫黄成分保持剤が保持している硫黄成分を離脱させるときには排気浄化器に離脱した硫黄成分を含んだ排気ガスが流入しないようにすることにより排気浄化器の硫黄被毒を防止している。このように、排気浄化器を備えた排気浄化装置では、排気浄化器の硫黄被毒を回避するという要請がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＮＯ_ｘ保持剤を担持した排気浄化器では、ＮＯ_ｘ保持剤に保持されたＮＯ_ｘを離脱させるために排気浄化器に流入する排気ガスの空燃比をリッチにするリッチスパイクが行われる。リッチスパイクを行う場合には、すなわち排気ガスの空燃比をリッチにする場合には燃料が必要となる。ところが、燃費等の観点からリッチスパイクのために消費される燃料は少ない方が好ましい。したがって、上記公報に記載されたような排気浄化装置に対しては、リッチスパイク時の燃料消費量を可能な限り低減するという要請がある。
【０００４】
そこで、本発明の目的は、排気浄化器の硫黄被毒を回避しつつ燃料消費量を少なくするようにした排気浄化装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、第１の発明では、内燃機関の排気通路上に硫黄成分を保持する硫黄成分保持剤を設けると共に、流入する排気ガスの空燃比がリーンであるときにＮＯ_ｘおよび硫黄成分を保持するＮＯ_ｘ保持剤を上記硫黄成分保持剤の排気下流に配置し、さらに、ＮＯ_ｘ保持剤に流入する排気ガス中に還元剤を添加するための還元剤添加手段を設けた内燃機関の排気浄化装置において、上記還元剤添加手段によって添加される還元剤に含まれる硫黄成分の濃度は内燃機関の燃焼室に供給される燃料に含まれる硫黄成分の濃度よりも低い。
【０００６】
第１の発明によれば、ＮＯ_ｘ保持剤の排気上流に硫黄成分保持剤が設けられていることにより、硫黄成分保持剤を通過してからＮＯ_ｘ保持剤に流入する排気ガス中には硫黄成分はほとんど含まれていない。また、ＮＯｘ保持剤に流入する排気ガス中に添加される還元剤に含まれる硫黄成分の濃度は低い。これにより、ＮＯ_ｘ保持剤への硫黄成分の流入が抑制される。
【０００７】
第２の発明では、第１の発明において、上記硫黄成分保持剤は硫黄成分保持条件が成立しているときには流入する排気ガス中の硫黄成分を保持し、硫黄成分離脱条件が成立しているときには保持している硫黄成分を離脱させ、さらに、上記ＮＯ_ｘ保持剤をバイパスするバイパス通路と、該バイパス通路に流入する排気ガスの流量を制御する流量調整弁とを具備し、上記硫黄成分保持剤から硫黄成分を離脱させるときには硫黄成分離脱条件を成立させると共に上記バイパス通路に排気ガスの大部分が流入するようにした。
なお、第２の発明において、硫黄成分保持条件とは例えば硫黄成分保持剤に流入する排気ガスの空燃比がリーンである場合、または硫黄成分保持剤に流入する排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチであって硫黄成分保持剤の温度が硫黄離脱温度よりも低い場合を指し、硫黄成分離脱条件とは例えば硫黄成分保持剤に流入する排気ガスの空燃比がリッチであって硫黄成分保持剤の温度が硫黄離脱温度よりも高い場合を指す。
【０００８】
第３の発明では、第１の発明において、上記硫黄成分保持剤は硫黄成分保持条件が成立しているときには流入する排気ガス中の硫黄成分を保持し、硫黄成分離脱条件が成立しているときには保持している硫黄成分を離脱させ、さらに、上記排気通路から分岐して該分岐部に再び戻る環状通路と、該環状通路に流入する排気ガスの流量および該環状通路への排気ガスの流入方向を制御する流量調整弁とを具備し、上記環状通路内にＮＯ_ｘ保持剤が配置されており、上記分岐部に流量調整弁が配置され、上記硫黄成分保持剤から硫黄成分を離脱させるときには硫黄成分離脱条件を成立させると共に、流量調整弁によって排気ガスの大部分が上記環状通路に流入することなく上記分岐部下流へと排気通路内を流れるようにした。
【０００９】
第４の発明では、第１の発明において、上記還元剤添加手段は環状通路上に配置される。
還元剤添加手段が流量調整弁の排気上流に設けられると、還元剤が流量調整弁に付着してしまう。これに対して、第４の発明の排気浄化装置では、還元剤添加手段が環状通路上に配置されるため、還元剤添加手段は流量調整弁の排気下流に設けられることになり、還元剤が流量調整弁に付着してしまうという問題を回避することができる。
【００１０】
第５の発明では、第１〜第４のいずれか一つの発明において、上記ＮＯ_ｘ保持剤は、流入する排気ガス中に含まれる微粒子を捕集することができるパティキュレートフィルタに担持される。
【００１１】
第６の発明では、第１〜第５のいずれか一つの発明において、上記還元剤に含まれる硫黄成分の濃度はほぼ零である。
【００１２】
第７の発明では、第１〜第６のいずれか一つの発明において、上記還元剤は軽油またはメタンである。
【００１３】
第８の発明では、第１〜第７のいずれか一つの発明において、上記還元剤は内燃機関の燃焼室に供給される燃料が貯留されているタンクとは別個に設けられたタンクに貯留される。
【００１４】
第９の発明では、第１〜第７のいずれか一つの発明において、上記還元剤は内燃機関の燃焼室に供給される燃料を改質したものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の排気浄化装置について説明する。図１は本発明の排気浄化装置を備えた筒内噴射型の圧縮自着火式のディーゼル内燃機関を示している。なお本発明において用いられる排気浄化装置は火花点火式内燃機関にも搭載可能である。
【００１６】
図１および図２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に連結される。
【００１７】
吸気ダクト１３内にはスロットル弁駆動用ステップモータ１６により駆動されるスロットル弁１７が配置され、さらに吸気ダクト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。図１に示した内燃機関では冷却装置１８内に機関冷却水が導かれ、この機関冷却水により吸入空気が冷却される。一方、排気ポート１０は排気マニホルド１９および排気管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２２を介して以下に詳述する排気浄化装置２３に連結される。
【００１８】
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３０が配置される。またＥＧＲ通路２５周りにはＥＧＲ通路２５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。図１に示した内燃機関では冷却装置２６内に機関冷却水が導かれ、この機関冷却水によりＥＧＲガスが冷却される。
【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が取り付けられ、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】
電子制御ユニット（ＥＣＵ）４０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス４１により互いに接続された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および出力ポート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。
【００２１】
アクセルペダル５１にはアクセルペダル５１の踏込量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ５２が接続され、負荷センサ５２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。さらに入力ポート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５３が接続される。一方、出力ポート４６は対応する駆動回路４８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、および燃料ポンプ２８に接続される。
【００２２】
次に、図２を参照して本発明の排気浄化装置２３の構成について説明する。本発明の排気浄化装置２３は流入する排気ガス中の硫黄成分（ＳＯ_ｘ等）を保持することができる硫黄成分保持剤６１と、流入する排気ガス中の成分のうち硫黄成分以外の成分、特に流入する排気ガス中のＮＯ_ｘを保持することができるＮＯ_ｘ保持剤６２とを具備する。
【００２３】
硫黄成分保持剤６１は排気タービン２１の出口に連結された排気管（機関排気通路）６３上に配置されたケーシング６４内に内蔵される。硫黄成分保持剤６１には硫黄成分保持剤６１の温度を検出するための温度センサ６５が設けられ、この温度センサ６５は対応するＡ／Ｄ変換器４７を介してＥＣＵ４０の入力ポート４５に接続される。排気管６３の排気後流には排気管６６が設けられる。排気管６６は上流側排気管６６ａと、分岐部６６ｂと、保持剤側分岐管６６ｃと、バイパス側分岐管（バイパス通路）６６ｄと、下流側排気管６６ｅとを具備し、ＮＯ_ｘ保持剤６２が保持剤側分岐管６６ｃ上に配置されたケーシング６７内に内蔵される。
【００２４】
排気管６６についてより詳細に説明すると、排気管６６の上流に配置される排気管６３に上流側排気管６６ａが連結される。上流側排気管６６ａは分岐部６６ｂにおいて保持剤側分岐管６６ｃとＮＯ_ｘ保持剤６２をバイパスするためのバイパス側分岐管６６ｄとに分岐する。これら分岐管６６ｃ、６６ｄはＮＯ_ｘ保持剤６２の排気下流において合流する。そして、分岐部６６ｂには流量調整弁６８が設けられる。流量調整弁６８は対応する駆動回路４８を介してＥＣＵ４０の出力ポート４６に接続された流量調整弁用ステップモータ６９により制御される。
【００２５】
流量調整弁６８はバイパス側分岐管６６ｄに流入する排気ガスの流量を調整することができる。特に、流量調整弁６８はその作動位置に応じて保持剤側分岐管６６ｃに流入する排気ガスの流量とバイパス側分岐管６６ｄに流入する排気ガスの流量との割合を調整することができる。例えば、流量調整弁６８はバイパス側分岐管６６ｄを閉鎖する位置（図２に実線で示した位置）と保持剤側分岐管６６ｃを閉鎖してＮＯ_ｘ保持剤６２をバイパスさせるバイパス位置（図２に破線で示した位置）との間で揺動し、保持剤側分岐管６６ｃを閉鎖する位置からの角度θに応じて各分岐管６６ｃ、６６ｄに流入する排気ガスの流量が定まる。
【００２６】
さらに、第一実施形態の排気浄化装置２３では、ＮＯ_ｘ保持剤６２の排気上流であって流量調整弁６８の排気下流において保持剤用分岐管６６ｃに還元剤添加装置（還元剤添加手段）７０が設けられる。還元剤添加装置７０はＮＯ_ｘ保持剤６２に流入する排気ガス中に還元剤を添加する。より詳細には、還元剤添加装置７０はＮＯ_ｘ保持剤６２に近接して配置され、ＮＯ_ｘ保持剤６２に向かって還元剤が噴射されるように配置されている。還元剤添加装置７０は対応する駆動回路４８を介してＥＣＵ４０の出力ポート４６に接続され、ＥＣＵ４０から送信される信号に基づいて排気ガス中に添加する還元剤の量が調整される。また、本実施形態では還元剤として内燃機関の燃焼室に供給する燃料と同様な組成の燃料が用いられるため、還元剤添加装置を燃料添加装置７０と称し、燃料添加装置７０から排気ガス中に添加される還元剤を燃料と称する。
【００２７】
ところで、ＮＯ_ｘ保持剤６２上流側の排気通路、燃焼室５および吸気通路に供給された空気と燃料との比率を排気ガスの空燃比と称すると、排気浄化装置２３のＮＯ_ｘ保持剤６２は、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに排気ガス中のＮＯ_ｘを保持し、流入する排気ガスの酸素濃度を低下させると保持しているＮＯ_ｘを離脱させる。さらに、流入する排気ガスの酸素濃度が低くてその排気ガス中に還元剤が含まれていると、ＮＯ_ｘ保持剤６２から離脱されたＮＯ_ｘが還元・浄化される。
【００２８】
このようなＮＯ_ｘ保持剤６２では、保持しているＮＯ_ｘの量が増加するとそれ以上ＮＯ_ｘを保持することができなくなる。すなわち、ＮＯ_ｘ保持剤６２に流入する排気ガスの空燃比をリーンにし続けると、ＮＯ_ｘ保持剤６２のＮＯ_ｘ保持能力が低下して、ＮＯ_ｘ保持剤６２にＮＯ_ｘが保持されなくなり、ＮＯ_ｘ保持剤６２を通った排気ガス中にＮＯ_ｘが含まれたままになってしまう。そこで、一般に、ＮＯ_ｘ保持剤６２に保持されたＮＯ_ｘの量が予め設定した所定量を越えた場合には、酸素濃度が低く且つ還元剤を多く含む排気ガスをＮＯ_ｘ保持剤６２に流入させるリッチスパイクを行うことにより、ＮＯ_ｘ保持剤６２に保持されたＮＯ_ｘを離脱させ、還元させる。
【００２９】
より詳細には、ＮＯ_ｘ保持剤６２の排気上流に取付けられたＮＯ_ｘセンサ７１により、ＮＯ_ｘ保持剤６２に流入する排気ガス中のＮＯ_ｘを検出することによって、ＮＯ_ｘ保持剤６２に保持されているＮＯ_ｘ量を推定する。そして、推定されたＮＯ_ｘ量が所定量以上となったときに、すなわちＮＯ_ｘ保持剤６２のＮＯ_ｘ保持能力が低下したときに、リッチスパイクとしてＮＯ_ｘ保持剤６２の排気上流に取付けられた燃料添加装置７０からＮＯ_ｘ保持剤６２に流入する排気ガス中に還元剤として燃料が添加せしめられる。燃料添加装置７０から添加される燃料の量は、ＮＯ_ｘ保持剤６２に流入する排気ガス中の酸素濃度を低下させると共にＮＯ_ｘ保持剤６２から離脱したＮＯ_ｘを還元するのに十分な量である。リッチスパイクにより、ＮＯ_ｘ保持剤６２に保持されたＮＯ_ｘはほとんど離脱して還元され、ＮＯ_ｘ保持剤６２のＮＯ_ｘ保持能力が回復せしめられる。
【００３０】
一方、ＮＯ_ｘ保持剤６２は、流入する排気ガス中のＮＯ_ｘだけでなく、硫黄成分も保持してしまう。ＮＯ_ｘ保持剤６２に硫黄成分が保持されると、ＮＯ_ｘ保持剤のＮＯ_ｘ保持能力が低下する。このようにＮＯ_ｘ保持剤６２に硫黄成分が保持されて、ＮＯ_ｘ保持剤６２のＮＯ_ｘ保持能力が低下することをＮＯ_ｘ保持剤６２の硫黄被毒という。より詳細には、ＮＯ_ｘ保持剤６２に保持されたＮＯ_ｘ量が増大すると、ＮＯ_ｘ保持剤６２が保持可能なＮＯ_ｘ量が減少する。換言すると、ＮＯ_ｘ保持剤６２の硫黄被毒が進行すると、ＮＯ_ｘ保持剤６２のＮＯ_ｘ保持能力が低下する。
【００３１】
したがって、一般的に、ＮＯ_ｘ保持剤６２が硫黄被毒してしまうと、ＮＯ_ｘ保持剤６２から硫黄成分を離脱させるための硫黄被毒再生処理が実行される。通常、ＮＯ_ｘ保持剤６２に保持された硫黄成分を離脱させるためには、ＮＯ_ｘ保持剤６２に流入する排気ガスの空燃比をリッチにすると共に、ＮＯ_ｘ保持剤６２の温度をその硫黄離脱温度（例えば、約６５０度）以上にする必要がある。
【００３２】
ところが、圧縮自着火式のディーゼル内燃機関では通常運転中にＮＯ_ｘ保持剤６２に流入する排気ガスの温度はＮＯ_ｘ保持剤６２の硫黄離脱温度よりも極めて低く、したがってＮＯ_ｘ保持剤６２の硫黄被毒再生処理を実行するためには内燃機関から排出される排気ガスの温度を高くするために内燃機関の特別な制御が必要となる。また、ＮＯ_ｘ保持剤６２が硫黄離脱温度以上の高温になると、ＮＯ_ｘ保持剤６２が熱的に劣化してしまい、そのＮＯ_ｘ保持能力が低下してしまう。また、ＮＯ_ｘ保持剤６２に排気ガス中の成分を酸化するための触媒物質等が含まれている場合、熱によりその触媒物質の酸化能力等の性能が低下してしまう。さらに、ＮＯ_ｘ保持剤６２から硫黄成分を離脱させるには比較的時間がかかり、よって比較的長時間に亘ってＮＯ_ｘ保持剤６２に流入する排気ガスの空燃比をリッチにしなければならず、燃料消費量が多くなり燃費が大幅に悪化してしまう。また、後述するようにＮＯ_ｘ保持剤６２がパティキュレートフィルタ（以下、フィルタと称す）に担持されている場合には、フィルタ６２に多量の微粒子が捕集されている状態でフィルタ６２の温度を硫黄離脱温度以上にまで上昇させると、フィルタ６２に捕集されている微粒子が着火してしまう。その結果、フィルタ６２は極めて高温となり、フィルタ６２が溶損してしまったり、フィルタ６２にクラックが入ってしまったりする。
【００３３】
そこで、図１および図２に示したような構成の排気浄化装置２３では、ＮＯ_ｘ保持剤６２の排気上流に、流入する排気ガス中の硫黄成分を保持する硫黄成分保持剤６１を配置することで、硫黄成分がほとんど除去された排気ガスがＮＯ_ｘ保持剤６２に流入するようにしている。これにより、内燃機関の通常運転中、特にＮＯ_ｘ保持剤６２に対するリッチスパイク時以外の期間中には、ＮＯ_ｘ保持剤６２には硫黄成分が流入しにくくなるため、ＮＯ_ｘ保持剤６２の硫黄被毒再生処理を実行する回数は少なくなる。
【００３４】
ところが、図１および図２に示した構成の排気浄化装置２３では、ＮＯ_ｘ保持剤６２からＮＯ_ｘを離脱させるためのリッチスパイクを実行するときに、ＮＯ_ｘ保持剤６２の排気上流に配置された燃料添加装置７０から排気ガス中に添加された燃料が直接ＮＯ_ｘ保持剤に流入する。一般的に燃料中には硫黄成分が含まれているため、添加された燃料が直接ＮＯ_ｘ保持剤６２に流入すると、燃料中の硫黄成分がＮＯ_ｘ保持剤６２に保持され、ＮＯ_ｘ保持剤６２の硫黄被毒が進行してしまう。
【００３５】
これに対して、本発明の第一実施形態の排気浄化装置２３では、ＮＯ_ｘ保持剤６２に流入する排気ガス中に燃料添加装置７０から添加される燃料に含まれる硫黄成分の濃度が内燃機関の燃焼室５に供給される燃料に含まれる硫黄成分の濃度よりも低い。すなわち、燃料添加装置７０は硫黄成分の濃度の低い低硫黄燃料を硫黄成分保持剤６１の排気下流であってＮＯ_ｘ保持剤６２の排気上流において排気通路に添加する。これにより、例えば、ＮＯ_ｘ保持剤６２に対してリッチスパイクを行うとき等に燃料添加装置７０から燃料が添加されたとしても、ＮＯ_ｘ保持剤６２に流入する排気ガス中に含まれる硫黄成分の量は比較的少なく、よってＮＯ_ｘ保持剤６２の硫黄被毒の進行が防止される。
【００３６】
特に、ＮＯ_ｘ保持剤６２に流入する排気ガス中に燃料添加装置７０から添加される燃料に含まれる硫黄成分の濃度がほぼ零であると、ＮＯ_ｘ保持剤６２に対してリッチスパイクを行うときにＮＯ_ｘ保持剤６２にはほとんど硫黄成分が流入しない。また、ＮＯ_ｘ保持剤６２に対してリッチスパイクを行うとき以外のときには、内燃機関から排出された排気ガス中のほとんどの硫黄成分が硫黄成分保持剤６１によって除去されるため、この場合にもＮＯ_ｘ保持剤６２にはほとんど硫黄成分が流入しない。このように、燃料添加装置７０から添加される燃料に含まれる硫黄成分の濃度がほぼ零である場合には、ＮＯ_ｘ保持剤６２にほとんど硫黄成分が流入せず、よってＮＯ_ｘ保持剤６２に対する硫黄被毒再生処理を行う必要がほとんどなくなる。
【００３７】
ところで、本発明の第一実施形態の硫黄成分保持剤６１は、硫黄成分保持条件が成立しているときには流入する排気ガス中の硫黄成分を保持すると共に、硫黄成分離脱条件が成立しているときには保持している硫黄成分を離脱させる。より詳細には、硫黄成分保持剤６１は例えば硫黄成分保持剤６１に流入する排気ガスの空燃比がリーンである場合、または硫黄成分保持剤６１に流入する排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチであって硫黄成分保持剤６１の温度がその硫黄離脱温度よりも低い場合には排気ガス中の硫黄成分を保持すると共に、硫黄成分保持剤６１に流入する排気ガスの空燃比がリッチであって硫黄成分保持剤６１の温度が硫黄離脱温度よりも高い場合には保持している硫黄成分を離脱させる。
【００３８】
このような硫黄成分保持剤６１は、保持している硫黄成分の量が増加すると保持可能な硫黄成分の量が低下する。すなわち、硫黄成分保持剤６１が保持している硫黄成分の量が増加すると、硫黄成分保持剤６１の硫黄成分保持能力が低下する。したがって、硫黄成分保持剤６１に保持されている硫黄成分の量が予め設定された所定量以上に増加すると、硫黄成分保持剤６１から硫黄成分を離脱させるための硫黄離脱処理が実行される。
【００３９】
より詳細には、まず、硫黄成分保持剤６１の排気上流の排気通路と燃焼室５と吸気通路とに供給された燃料の量から硫黄成分保持剤６１に流入する排気ガス中の硫黄成分の量を推定することによって、硫黄成分保持剤６１に保持されている硫黄成分の量を推定する。そして、推定された硫黄成分の量が上記所定量以上となったときに、すなわち硫黄成分保持剤６１の硫黄成分保持能力が低下したときに、内燃機関から排出される排気ガスの空燃比がリッチになるように且つ内燃機関から排出される排気ガスの温度が高くなるように内燃機関の運転が制御され、これにより硫黄成分保持剤６１の硫黄成分離脱条件が成立せしめられ、硫黄成分保持剤６１から硫黄成分が離脱し、硫黄成分保持剤６１の硫黄成分保持能力が回復せしめられる。
【００４０】
ただし、硫黄成分保持剤６１から硫黄成分を離脱させるときには、硫黄成分保持剤６１の排気下流に流出する排気ガス中には内燃機関から排出された排気ガス中よりも多くの硫黄成分が含まれている。したがって、第一実施形態の排気浄化装置２３では、硫黄成分保持剤６１の硫黄離脱処理において、硫黄成分離脱条件を成立させると共に、バイパス側分岐管６６ｄに排気ガスの大部分が流入するように流量調整弁６８の作動位置をバイパス位置へと変更する。これにより、硫黄成分離脱条件が成立している場合にはＮＯ_ｘ保持剤６２に排気ガスがほとんど流入せず、よって硫黄成分が多く含まれた排気ガスがＮＯ_ｘ保持剤６２に流入してしまうことが防止される。
【００４１】
このように、硫黄成分保持剤６１は基本的に流入する排気ガス中の硫黄成分を保持し、また、保持した硫黄成分を硫黄成分保持剤６１から離脱させるときには排気ガスがＮＯ_ｘ保持剤６２を通らないようにすることで、ＮＯ_ｘ保持剤６２に硫黄成分を含む排気ガスが流入しないようにすることができ、ＮＯ_ｘ保持剤６２の排気上流において内燃機関から排出された排気ガス中の硫黄成分を除去することができる。
【００４２】
ところで、ＮＯ_ｘ保持剤６２に流入する排気ガス中に燃料を添加するための燃料添加装置を流量調整弁６８の排気上流に配置すると、流量調整弁６８に燃料が付着してしまう。したがって、ＮＯ_ｘ保持剤６２に対するリッチスパイクを行うために、ＮＯ_ｘ保持剤６２に保持されているＮＯ_ｘを離脱させて還元させるのに適切な量の燃料を燃料添加装置から噴射しても、実際にＮＯ_ｘ保持剤６２に流入する燃料の量は上記適切な量とは異なった量になってしまう。すなわち、燃料添加装置から燃料を噴射したときにＮＯ_ｘ保持剤６２に流入する燃料の量を適切に調整することができなくなってしまう。また、流量調整弁６８に付着する燃料の量が多くなると、流量調整弁６８が固着してしまい、流量調整弁６８を制御することができなくなってしまう。また、燃料添加装置を流量調整弁６８の排気上流に配置すると、一般に燃料添加装置からＮＯ_ｘ保持剤６２までの距離が長くなってしまうため、燃料添加装置からＮＯ_ｘ保持剤６２までの排気管に燃料が付着してしまい、これによっても燃料添加装置から燃料を噴射したときにＮＯ_ｘ保持剤６２に流入する燃料の量を適切に調整することができなくなってしまう。
【００４３】
これに対して、本発明の第一実施形態の排気浄化装置２３では、図２に示したように燃料添加装置７０が流量調整弁６８の排気下流であってＮＯ_ｘ保持剤６２の排気上流に配置されている。したがって、燃料添加装置７０から燃料を噴射しても、流量調整弁６８に燃料が付着してしまうことが防止される。これにより、燃料添加装置７０から燃料を噴射したときにＮＯ_ｘ保持剤６２に流入する燃料の量を適切な量に調整することができるようになり、また、流量調整弁６８が固着してしまうことが防止される。また、特に燃料添加装置７０をＮＯ_ｘ保持剤６２の直ぐ上流に配置したり、燃料添加装置７０の噴射方向をＮＯ_ｘ保持剤６２の方向にしたりすることによっても、燃料添加装置７０から燃料を噴射したときにＮＯ_ｘ保持剤６２に流入する燃料の量を適切な量に調整することができるようになる。
【００４４】
次に、図３を参照して本発明の第二実施形態の排気浄化装置８０について説明する。第二実施形態の排気浄化装置８０は第一実施形態の排気浄化装置２３と同様な構成であるが、排気管８６の構成が第一実施形態の排気管６６の構成と異なる。なお、図３は図２と同様な図であり、図３（Ａ）は流量調整弁８８が第一作動位置にあるとき、図３（Ｂ）は流量調整弁８８が第二作動位置にあるとき、図３（Ｃ）は流量調整弁８８が中立作動位置にあるときをそれぞれ示す。また、これら図中の矢印は排気ガスの流れを示す。
【００４５】
図３に示したように第二実施形態では、排気管８６は、基幹排気管８６ａ、８６ｅと、基幹排気管８６ａ、８６ｅに連結された環状分岐管（環状通路）８６ｃ、８６ｄとを備えており、環状分岐管８６ｃ、８６ｄ上にはＮＯ_ｘ保持剤６２を内蔵したケーシング８７が配置されている。そして、基幹排気管８６ａ、８６ｅと環状分岐管８６ｃ、８６ｄの接続部分には分岐部８６ｂが配置される。すなわち、環状分岐管８６ｃは基幹排気管８６ａ、８６ｅの分岐部８６ｂから分岐して分岐部８６ｂに再び戻る。環状分岐管８６ｃ、８６ｄには燃料添加装置９０が設けられる。
【００４６】
より詳細には、基幹排気管は分岐部８６ｂよりも排気上流側の上流側部分排気管８６ａと分岐部８６ｂよりも排気下流側の下流側部分排気管８６ｅとから成り、環状分岐管は分岐部８６ｂとＮＯ_ｘ保持剤６２の一方の面とを連結する第一部分環状分岐管８６ｃと、分岐部８６ｂとＮＯ_ｘ保持剤６２の上記一方の面とは反対側の他方の面とを連結する第二部分環状分岐管８６ｄとから成る。上流側部分排気管８６ａが分岐部８６ｂにおいて第一部分環状分岐管８６ｃと第二部分環状分岐管８６ｄと下流側部分排気管８６ｅとの三つの排気管に分岐する。上流側部分排気管８６ａと下流側部分排気管８６ｅとはほぼ一直線上に位置し、第一部分環状分岐管８６ｃと第二部分環状分岐管８６ｄとは互いに対して反対向きに且つ基幹排気管８６ｅに対してほぼ垂直に分岐する。また、燃料添加装置９０は、第一部分環状分岐管８６ｃからＮＯ_ｘ保持剤６２に流入する排気ガス中にＮＯ_ｘ保持剤６２に向かって燃料が噴射されるように第一部分環状分岐管８６ｃに配置される。
【００４７】
また、分岐部８６ｂには流量調整弁８８が設けられる。流量調整弁８８の作動は、対応する駆動回路４８を介してＥＣＵ４０の出力ポート４６に接続された流量調整弁用ステップモータ８９により制御される。流量調整弁８８は分岐部８６ｂの中心周りで連続的に回動し、基幹排気管８６ａ、８６ｅの軸線に対して角度θが変化し、これにより環状分岐管８６ｃ、８６ｄに流入する排気ガスの流量および環状分岐管８６ｃ、８６ｄへの排気ガスの流入方向を制御することができる。
【００４８】
特に、第二実施形態の流量調整弁８８は大別して角度の異なる三つの作動位置間で回動する。これら三つの位置とは図３（Ａ）に示した第一作動位置と、図３（Ｂ）に示した第二作動位置と、図３（Ｃ）に示した中立作動位置とである。流量調整弁８８が図３（Ａ）に示した第一作動位置にある場合、上流側部分排気管８６ａから分岐部８６ｂに流入する排気ガスのほとんどは第一部分環状分岐管８６ｃに流入し、ＮＯ_ｘ保持剤６２を一方の方向に通過して第二部分環状分岐管８６ｄに流れ、再び分岐部８６ｂに戻る。第二部分環状分岐管８６ｄから分岐部８６ｂに再び戻った排気ガスは全て下流側部分排気管８６ｅへと流出する。なお、以下では排気ガスが環状分岐管８６ｃ、８６ｄおよびＮＯ_ｘ保持剤６２をこのように流れる方向を順方向として説明する。
【００４９】
また、流量調整弁８８が図３（Ｂ）に示した第二作動位置にある場合、上流側部分排気管８６ａから分岐部８６ｂに流入する排気ガスのほとんどは第二部分環状分岐管８６ｄに流入し、ＮＯ_ｘ保持剤８６を上記流量調整弁８８が第一作動位置にある場合の一方の方向とは反対の方向に通過して第一部分環状分岐管８６ｃに流れ、再び分岐部８６ｂに戻る。第一部分環状分岐管８６ｃから分岐部８６ｂに再び戻った排気ガスは全て下流側部分排気管８６ｅへと流出する。なお、以下では排気ガスが環状分岐管８６ｃ、８６ｄおよびＮＯ_ｘ保持剤６２をこのように流れる方向を逆方向として説明する。
【００５０】
すなわち、上述したように、流量調整弁８８の作動位置によっては上流側部分排気管８６ａから分岐部８６ｂに流入した排気ガスは、ＮＯ_ｘ保持剤６２が配置された環状分岐管８６ｃ、８６ｄを一方の方向へまたはそれとは逆の方向へ流れて、その後分岐部８６ｂを介して下流側部分排気管８６ｅへと流出することができる。
【００５１】
このように、第二実施形態では、ＮＯ_ｘ保持剤６２を通過する排気ガスの流れを順方向と逆方向との間で反転させることができるので、ＮＯ_ｘ保持剤６２内の位置によるＮＯ_ｘ保持量の偏りを緩和してＮＯ_ｘ保持剤を効率的に利用することができる。また、後述するようにＮＯ_ｘ保持剤がフィルタに担持されている場合、第二実施形態の排気浄化装置によれば、フィルタ内の位置による微粒子捕集量を緩和して、フィルタ６２を効率的に利用することができる。さらに、排気ガスの流れ方向を反転することにより、フィルタの詰まりを防止する効果もある。
【００５２】
一方、流量調整弁８８が図３（Ｃ）に示した中立作動位置にある場合、上流側部分排気管８６ａから分岐部８６ｂに流入した排気ガスのほとんどは環状分岐管８６ｃ、８６ｄに流入せずに下流側部分排気管８６ｅに流入する。すなわち、流量調整弁８８が中立作動位置にあると、排気ガスはＮＯ_ｘ保持剤６２を通過することなく下流側排気管８６ｅへと流出する。したがって、第二実施形態では、流量調整弁８８の中立作動位置は、上記実施形態における流量調整弁６８のバイパス位置と同様に、ＮＯ_ｘ保持剤６２をバイパスさせるためのバイパス位置である。したがって、第二実施形態の排気浄化装置８０では、硫黄成分保持剤６１から硫黄成分を離脱させるときには硫黄成分離脱条件を成立させると共に、排気ガスの大部分が環状通路８６ｃ、８６ｄに流入することなく分岐部８６ｂ下流へと排気通路内を流れるように流量調整弁８８が調整される。
【００５３】
また、第二実施形態の排気浄化装置８０では、燃料添加装置９０が第一部分環状分岐管８６ｃに配置されている。このため、排気ガスがＮＯ_ｘ保持剤６２および環状分岐管８６ｃ、８６ｄを順方向に流れているときには、燃料添加装置９０から燃料が添加された排気ガスがＮＯ_ｘ保持剤６２に流入するが、逆方向に流れているときには燃料添加装置９０から排気ガス中に燃料を添加してもＮＯ_ｘ保持剤６２を通過せずに排出されてしまう。したがって、第二実施形態の排気浄化装置８０では、ＮＯ_ｘ保持剤６２に対するリッチスパイクを行う場合には、排気ガスが順方向に流れるように流量調整弁８８の作動位置が第一作動位置にされる。すなわち、環状分岐管８６ｃ、８６ｄに一つの燃料添加装置９０が配置されている場合、ＮＯ_ｘ保持剤６２に対するリッチスパイクを行うときには、ＮＯ_ｘ保持剤６２の上流で燃料添加装置９０から排気ガス中に燃料が添加されるように流量調整弁８８の作動位置が調整される。
【００５４】
なお、上記第二実施形態の排気浄化装置８０では、一つの燃料添加装置９０が環状分岐管８６ｃ、８６ｄに配置されているが、ＮＯ_ｘ保持剤６２の両側の環状分岐管８６ｃ、８６ｄに、すなわち第一部分環状分岐管８６ｃと第二部分環状分岐管８６ｄとにそれぞれ一つずつ燃料添加装置を設けてもよいし、あるいは、流量調整弁８８の排気上流に燃料添加装置を設けてもよい。これにより、環状分岐管８６ｃ、８６ｄおよびＮＯ_ｘ保持剤６２を排気ガスが順方向と逆方向とのいずれの方向に流れていても、すなわち流量調整弁８８の作動位置がバイパス位置以外の位置であれば、ＮＯ_ｘ保持剤６２に対するリッチスパイクを行うことができる。
【００５５】
次に、図４を参照して本発明の第三実施形態の排気浄化装置について説明する。なお、図４は第二実施形態の排気浄化装置８０を示す図３（Ａ）と同様な図である。図４に示したように、第三実施形態の排気浄化装置は第二実施形態の排気浄化装置８０の排気後流にケーシング９２に内蔵されたスイーパ９１が設けられる。スイーパ９１は、流入する排気ガスを浄化することができ、下流側部分排気管８６ｅの排気下流に配置される。
【００５６】
ところで、上述した第二実施形態では、硫黄成分保持剤６１の硫黄離脱処理を行うために流量調整弁８８の作動位置をバイパス位置に変更した場合、ほとんどの排気ガスはＮＯ_ｘ保持剤６２を通らないため、ほとんど浄化されずに大気中に放出されてしまい、排気エミッションが悪化してしまう。
【００５７】
これに対して、本発明の第三実施形態では、下流側部分排気管８６ｅの排気下流にスイーパ９１が配置される。したがって、硫黄成分保持剤６１の硫黄離脱処理を行った場合に、ほとんど浄化されていない排気ガスはスイーパ９１に流入する。このスイーパ９１により排気ガス中の硫黄成分以外の成分が浄化されるため、硫黄成分保持剤６１の硫黄離脱処理を行うためにＮＯ_ｘ保持剤６２がバイパスされても、ほとんど浄化されていない排気ガスが大気中に放出されてしまうことが防止される。
【００５８】
なお、スイーパ９１は流入する排気ガス中の硫黄成分を保持しにくい三元触媒であってもよいし、排気ガス中の微粒子を捕集することができるパティキュレートフィルタであってもよい。また、第三実施形態の排気浄化装置は第一実施形態の排気浄化装置と組み合わせてもよい。この場合、スイーパは保持剤側分岐管６６ｃとバイパス側分岐管６６ｄとの合流部の排気下流に配置される。
【００５９】
次に、図５を参照して本発明の第四実施形態の排気浄化装置について説明する。なお、図５は図３および図４と同様な図である。第四実施形態の排気浄化装置は、第二実施形態の排気浄化装置において硫黄成分保持剤６１の排気上流に環状分岐管８６ｃ、８６ｄに配置された燃料添加装置９０とは別の追加の燃料添加装置９３が設けられる。
【００６０】
第四実施形態の排気浄化装置では、硫黄成分保持剤６１に保持されている硫黄成分を離脱させるべきときに、すなわち硫黄成分保持剤６１に保持された硫黄成分の量が所定量を越えたときに、硫黄成分保持剤６１の硫黄離脱処理として追加の燃料添加装置９３から燃料が噴射される。この追加の燃料添加装置９３から排気ガス中に噴射される燃料の量は、硫黄成分保持剤６１に流入する排気ガスの空燃比がリッチになると共に噴射された燃料が燃焼することによって硫黄成分保持剤６１の温度がその硫黄離脱温度以上にまで上昇するのに十分な量である。
【００６１】
なお、第四実施形態の排気浄化装置は第一実施形態および第三実施形態の排気浄化装置と組み合わされてもよい。この場合、第一実施形態および第三実施形態の排気浄化装置の排気上流に追加の燃料添加装置が配置される。
【００６２】
なお、上記実施形態では、燃料添加装置７０、９０から噴射するための燃料は内燃機関の燃焼室５に供給される燃料用の燃料タンクとは別の燃料タンク（添加燃料タンク、図示せず）に貯留されている。このため、内燃機関の燃焼室５に供給される前や燃料添加装置７０、９０から噴射される前にそれぞれの燃料が混ざり合ってしまうことはない。この場合、燃料添加装置７０、９０から噴射するための燃料用の添加燃料タンクには内燃機関に供給される燃料に含まれる硫黄成分の濃度よりも硫黄成分の濃度が低い燃料が貯留される。
【００６３】
あるいは、上記実施形態では、燃料添加装置７０、９０から噴射するための燃料は、内燃機関の燃焼室５に供給される燃料を改質したものである。すなわち、燃料添加装置７０、９０から噴射するための燃料は内燃機関の燃焼室５に供給される燃料を脱硫することで生成される。燃料の脱硫は、燃料タンクに燃料が供給される前に行われてもよいし、燃料タンクに燃料が供給された後に行われてもよい。燃料タンクに燃料が供給される前に燃料の脱硫が行われる場合には、脱硫処理が行われた燃料は上記添加燃料タンクに貯留される。
【００６４】
燃料タンクに燃料が供給された後に行われる場合には、内燃機関には燃料の脱硫を行うための脱硫装置が設けられる。この場合、燃料タンクは一つであり、燃料タンクからは内燃機関の燃焼室に燃料を供給するための燃料供給路と、燃料添加装置へ燃料を供給するための燃料供給路との二つの燃料供給路が設けられ、燃料添加装置へ燃料を供給するための燃料供給路に脱硫装置が設けられる。
【００６５】
ただし、実際には、燃料添加装置から噴射するための燃料は、ＮＯ_ｘ保持剤６２に流入する排気ガスの酸素濃度を低下させ且つＮＯ_ｘ保持剤から離脱されたＮＯ_ｘを還元することができれば如何なる燃料であってもよい。このような燃料として、例えば軽油、メタン等が挙げられる。
【００６６】
なお、上記実施形態のＮＯ_ｘ保持剤６２は流入する排気ガス中の微粒子を捕集することができるパティキュレートフィルタに担持されてもよい。さらに、このパティキュレートフィルタは後述するメカニズムで捕集した微粒子を連続的に酸化して除去することができるように、活性酸素生成剤を備えたパティキュレートフィルタであってもよい。なお、活性酸素生成剤は、上記実施形態のＮＯ_ｘ保持剤６２と同様に、流入する排気ガス中の硫黄成分を保持・離脱させることができ、硫黄成分を保持することによってその微粒子除去作用が低下する。
【００６７】
以下、本発明のパティキュレートフィルタ（以下、フィルタと称す）による排気ガスの浄化メカニズム、特に排気ガス中の微粒子除去作用について説明する。図６においては、貴金属触媒として白金（Ｐｔ）を利用し、活性酸素生成剤としてカリウム（Ｋ）を利用した場合を例にとって説明するが、他の貴金属、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類、遷移金属を用いても同様な微粒子除去作用が行われる。
【００６８】
図６（Ａ）および（Ｂ）はフィルタの隔壁の表面上および隔壁の細孔表面上に形成された担体層の表面の拡大図を模式的に表している。図６（Ａ）および（Ｂ）において９５は白金の粒子を示しており、９６はカリウム等の活性酸素生成剤を含む担体層を示している。
【００６９】
まず、吸気通路および燃焼室５内に供給された空気と燃料との比を排気ガスの空燃比と称すると、フィルタに流入する排気ガスの空燃比はリーンである場合、燃焼室５では、ＮＯ_ｘ、特にＮＯおよびＮＯ_２が発生するので、排気ガス中にはＮＯ_ｘが含まれている。このように、フィルタには過剰酸素、および、ＮＯ_ｘを含んだ排気ガスが流入する。
【００７０】
排気ガスがフィルタに流入すると、図６に示したように排気ガス中の酸素はＯ_２ ⁻またはＯ^２−の形で白金の表面に付着する。一方、排気ガス中のＮＯは白金の表面上でＯ_２ ⁻またはＯ^２−と反応し、ＮＯ_２となる（２ＮＯ＋Ｏ_２→２ＮＯ_２）。次いで生成されたＮＯ_２および排気ガス中のＮＯ_２の一部は白金上で酸化されつつ活性酸素生成剤１０２に吸収され、Ｋと結合しながら図６に示したように硝酸イオン（ＮＯ_３ ⁻）の形で活性酸素生成剤９６内に拡散し、硝酸塩（ＫＮＯ_３）を生成する。すなわち、排気ガス中の酸素が硝酸イオンの形で活性酸素生成剤９６に保持される。
【００７１】
ところで、燃焼室内では主にカーボン（Ｃ）からなる微粒子が生成される。したがって、排気ガス中にはこれら微粒子が含まれる。排気ガス中の微粒子は、排気ガスがフィルタ内を流れているときに、図６（Ｂ）に示したように、活性酸素生成剤９６の表面上に接触し、付着する。
【００７２】
活性酸素生成剤９６上に微粒子９７が付着すると、活性酸素生成剤９６の表面とその内部との間に濃度差が生じる。活性酸素生成剤９６内には硝酸イオンの形で酸素が吸蔵されており、この吸蔵されている酸素が微粒子９７と活性酸素生成剤９６との接触面に向けて移動しようとする。その結果、活性酸素生成剤９６内に形成されている硝酸塩（ＫＮＯ_３）がＫとＯとＮＯとに分解され、Ｏが活性酸素生成剤１０２の表面に向かい、その一方でＮＯが活性酸素生成剤９６から外部に離脱せしめられる。このように外部に離脱せしめられたＮＯは上述したメカニズムで下流側の白金上において酸化され、再び活性酸素生成剤９６内に硝酸イオンの形で保持される。
【００７３】
ところで微粒子９７と活性酸素生成剤９６との接触面に向かうＯは硝酸塩（ＫＮＯ_３）のような化合物から分解された酸素であるので、不対電子を有し、極めて高い反応性を有する活性酸素となっている。これら活性酸素が微粒子９７に接触すると微粒子９７は短時間（数秒〜数十分）のうちに輝炎を発することなく酸化せしめられ、微粒子９７は完全に消滅する。したがって、このようにして微粒子９７が酸化・除去され、微粒子９７がフィルタ上に堆積することはほとんどない。
【００７４】
なお、本明細書において「保持」という用語は「吸収」および「吸着」の両方の意味を含むものとして用いる。したがって、「ＮＯ_ｘ保持剤」は、「ＮＯ_ｘ吸収剤」および「ＮＯ_ｘ吸着剤」の両方を含み前者はＮＯ_ｘを硝酸塩等の形で蓄積し、後者はＮＯ_２等の形で吸着する。また、ＮＯ_ｘ保持剤からの「離脱」という用語についても、「吸収」に対応する「放出」の他、「吸着」に対応する「脱離」の意味も含むものとして用いる。
【００７５】
【発明の効果】
本発明によれば、ＮＯ_ｘ保持剤からＮＯ_ｘを離脱させるべきときに最低限必要な量の燃料を排気ガス中に添加することができ、よって不必要な燃料消費を抑制することができる。また、ＮＯ_ｘ保持剤からＮＯ_ｘを離脱させるべきときに排気通路中に添加される還元剤に含まれる硫黄成分の濃度は低ことにより、ＮＯ_ｘ保持剤への硫黄成分の流入が抑制される。よって、本発明によれば排気浄化器の硫黄被毒を回避しながらも燃料消費量を少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の排気浄化装置を備えた内燃機関の全体を示す図である。
【図２】本発明の第一実施形態の排気浄化装置の図である。
【図３】本発明の第二実施形態の排気浄化装置の図である。
【図４】本発明の第三実施形態の排気浄化装置の図である。
【図５】本発明の第四実施形態の排気浄化装置の図である。
【図６】微粒子除去作用の説明に関する図である。
【符号の説明】
２３、８０…排気浄化装置
４０…電子制御ユニット
６１…硫黄成分保持剤
６２…ＮＯ_ｘ保持剤
６８、８８…流量調整弁
７０、９０…燃料添加装置

Claims

内燃機関の排気通路上に硫黄成分を保持する硫黄成分保持剤を設けると共に、流入する排気ガスの空燃比がリーンであるときにＮＯ_ｘおよび硫黄成分を保持するＮＯ_ｘ保持剤を上記硫黄成分保持剤の排気下流に配置し、さらに、ＮＯ_ｘ保持剤に流入する排気ガス中に還元剤を添加するための還元剤添加手段を設けた内燃機関の排気浄化装置において、
上記還元剤添加手段によって添加される還元剤に含まれる硫黄成分の濃度は内燃機関の燃焼室に供給される燃料に含まれる硫黄成分の濃度よりも低いことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
上記硫黄成分保持剤は硫黄成分保持条件が成立しているときには流入する排気ガス中の硫黄成分を保持し、硫黄成分離脱条件が成立しているときには保持している硫黄成分を離脱させ、さらに、上記ＮＯ_ｘ保持剤をバイパスするバイパス通路と、該バイパス通路に流入する排気ガスの流量を制御する流量調整弁とを具備し、上記硫黄成分保持剤から硫黄成分を離脱させるときには硫黄成分離脱条件を成立させると共に上記バイパス通路に排気ガスの大部分が流入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。
上記硫黄成分保持剤は硫黄成分保持条件が成立しているときには流入する排気ガス中の硫黄成分を保持し、硫黄成分離脱条件が成立しているときには保持している硫黄成分を離脱させ、さらに、上記排気通路から分岐して該分岐部に再び戻る環状通路と、該環状通路に流入する排気ガスの流量および該環状通路への排気ガスの流入方向を制御する流量調整弁とを具備し、上記環状通路内にＮＯ_ｘ保持剤が配置されており、上記分岐部に流量調整弁が配置され、上記硫黄成分保持剤から硫黄成分を離脱させるときには硫黄成分離脱条件を成立させると共に、流量調整弁によって排気ガスの大部分が上記環状通路に流入することなく上記分岐部下流へと排気通路内を流れ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。
上記還元剤添加手段は環状通路上に配置される請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
上記ＮＯ_ｘ保持剤は、流入する排気ガス中に含まれる微粒子を捕集することができるパティキュレートフィルタに担持される請求項１〜４のいずれか一つに記載の内燃機関の排気浄化装置。
上記還元剤に含まれる硫黄成分の濃度はほぼ零である請求項１〜５のいずれか一つに記載の内燃機関の排気浄化装置。
上記還元剤は軽油またはメタンである請求項１〜６のいずれか一つに記載の内燃機関の排気浄化装置。
上記還元剤は内燃機関の燃焼室に供給される燃料が貯留されているタンクとは別個に設けられたタンクに貯留される請求項１〜７のいずれか一つに記載の内燃機関の排気浄化装置。
上記還元剤は内燃機関の燃焼室に供給される燃料を改質したものである請求項１〜７のいずれか一つに記載の内燃機関の排気浄化装置。