JP2007154764A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】良好な排気浄化作用を確保しつつ燃料消費量を最小にする。
【解決手段】機関排気通路内にＳＯ_xトラップ触媒１１、ＮＯ_x吸蔵還元触媒を担持したパティキュレートフィルタ１３およびＮＯ_x吸蔵還元触媒１５からなる後処理装置と、これら後処理装置に後処理用燃料を供給するための燃料供給弁１７とを配置する。いずれかの触媒の劣化度合が予め定められた劣化度合を越えたときには劣化度合の最も低い触媒に排気ガスの浄化作用を担わせるために、劣化度合の最も低い触媒に対し排気ガスの浄化に必要な後処理用燃料を供給しうるように後処理用燃料の供給方法を再設定する。
【選択図】図１

Description

本発明は内燃機関に関する。

排気ガスの後処理装置が機関排気通路内において直列に配置された複数の排気浄化用触媒からなり、各触媒の劣化の度合が求められ、各触媒について求められた劣化の度合から後処理装置全体の劣化の度合を求めるようにした内燃機関が公知である（例えば特許文献１を参照）。
特開２００４−７６６８１号公報

しかしながらこの場合、良好な排気浄化作用を確保するにはこれら触媒のうちで劣化度合の最も低い触媒に排気ガスの浄化作用を担わせるのが得策である。というのは、例えば排気ガス中の有害成分を処理する際に後処理用燃料を供給している場合には劣化度合の最も低い触媒に排気ガスの浄化作用を担わせると良好な排気浄化作用を確保できることに加え、後処理用燃料の消費量を低減することができるという利点があるからである。しかしながら上述の内燃機関ではこのようなことに何ら考慮が払われていない。

従って本発明によれば、機関排気通路内に排気ガスの後処理装置を配置し、後処理装置において排気ガス中の有害成分を処理するための後処理用燃料が供給され、後処理用燃料の供給方法が予め設定されている内燃機関において、後処理装置が排気通路内において直列に配置された複数の排気浄化用触媒を有しており、いずれかの触媒の劣化度合が予め定められた劣化度合を越えたときには劣化度合の最も低い触媒に排気ガスの浄化作用を担わせるために、劣化度合の最も低い触媒に対し排気ガスの浄化に必要な後処理用燃料を供給しうるように後処理用燃料の供給方法を再設定するようにしている。

良好な排気浄化作用を確保しつつ燃料消費量を低減することができる。

図１に圧縮着火式内燃機関の全体図を示す。
図１を参照すると、１は機関本体、２は各気筒の燃焼室、３は各燃焼室２内に夫々燃料を噴射するための電子制御式燃料噴射弁、４は吸気マニホルド、５は排気マニホルドを夫々示す。吸気マニホルド４は吸気ダクト６を介して排気ターボチャージャ７のコンプレッサ７ａの出口に連結され、コンプレッサ７ａの入口はエアクリーナ８に連結される。吸気ダクト６内にはステップモータにより駆動されるスロットル弁９が配置され、更に吸気ダクト６周りには吸気ダクト６内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置１０が配置される。図１に示される実施例では機関冷却水が冷却装置１０内に導かれ、機関冷却水によって吸入空気が冷却される。

一方、排気マニホルド５は排気ターボチャージャ７の排気タービン７ｂの入口に連結され、排気タービン７ｂの出口はＳＯ_xトラップ触媒１１の入口に連結される。また、ＳＯ_xトラップ触媒１１の出口は排気管１２を介してパティキュレートフィルタ１３の入口に連結され、パティキュレートフィルタ１３の出口は排気管１４を介してＮＯ_x吸蔵還元触媒１５に連結される。排気管１２には排気管１２内を流れる排気ガス中に後処理用燃料を供給するための燃料供給弁１７が取付けられる。また、各排気管１２，１４内およびＮＯ_x吸蔵還元触媒１５の出口に連結された排気管１６内には夫々空燃比センサ又はＯ₂センサ又はＮＯ_xセンサ又はＳＯ_xセンサからなるセンサ１８，１９，２０が配置される。

排気マニホルド５と吸気マニホルド４とは排気ガス再循環（以下、ＥＧＲと称す）通路２１を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路２１内には電子制御式ＥＧＲ制御弁２２が配置される。また、ＥＧＲ通路２１周りにはＥＧＲ通路２１内を流れるＥＧＲガスを冷却するための冷却装置２３が配置される。図１に示される実施例では機関冷却水が冷却装置２３内に導かれ、機関冷却水によってＥＧＲガスが冷却される。一方、各燃料噴射弁３は燃料供給管２４を介してコモンレール２５に連結される。このコモンレール２５内へは電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２６から燃料が供給され、コモンレール２５内に供給された燃料は各燃料供給管２４を介して燃料噴射弁３に供給される。

電子制御ユニット３０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス３１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、入力ポート３５および出力ポート３６を具備する。各センサ１８，１９，２０の出力信号は夫々対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。また、パティキュレートフィルタ１３にはパティキュレートフィルタ１３の前後差圧を検出するための差圧センサ２７が取付けられており、この差圧センサ２７の出力信号は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。

アクセルペダル４０にはアクセルペダル４０の踏込み量Ｌに比例した出力電圧を発生する負荷センサ４１が接続され、負荷センサ４１の出力電圧は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。更に入力ポート３５にはクランクシャフトが例えば１５°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ４２が接続される。一方、出力ポート３６は対応する駆動回路３８を介して燃料噴射弁３、スロットル弁９駆動用ステップモータ、燃料供給弁１７、ＥＧＲ制御弁２２および燃料ポンプ２６に接続される。

図１に示される実施例ではＮＯ_x吸蔵還元触媒１５の上流側に配置されたパティキュレートフィルタ１３上にもＮＯ_x吸蔵還元触媒が担持されている。従ってまず初めにパティキュレートフィルタ１３の構造について説明し、次いでＮＯ_x吸蔵還元触媒１５およびパティキュレートフィルタ１３上に担持されたＮＯ_x吸蔵還元触媒について説明する。

図２（Ａ）および（Ｂ）はＮＯ_x吸蔵還元触媒を担持したパティキュレートフィルタ１３の構造を示している。なお、図２（Ａ）はパティキュレートフィルタ１３の正面図を示しており、図２（Ｂ）はパティキュレートフィルタ１３の側面断面図を示している。図２（Ａ）および（Ｂ）に示されるようにパティキュレートフィルタ１３はハニカム構造をなしており、互いに平行をなして延びる複数個の排気流通路６０，６１を具備する。これら排気流通路は下流端が栓６２により閉塞された排気ガス流入通路６０と、上流端が栓６３により閉塞された排気ガス流出通路６１とにより構成される。なお、図２（Ａ）においてハッチングを付した部分は栓６３を示している。従って排気ガス流入通路６０および排気ガス流出通路６１は薄肉の隔壁６４を介して交互に配置される。云い換えると排気ガス流入通路６０および排気ガス流出通路６１は各排気ガス流入通路６０が４つの排気ガス流出通路６１によって包囲され、各排気ガス流出通路６１が４つの排気ガス流入通路６０によって包囲されるように配置される。

パティキュレートフィルタ１３は例えばコージライトのような多孔質材料から形成されており、従って排気ガス流入通路６０内に流入した排気ガスは図２（Ｂ）において矢印で示されるように周囲の隔壁６４内を通って隣接する排気ガス流出通路６１内に流出する。このパティキュレートフィルタ１３ではＮＯ_x吸蔵還元触媒が各排気ガス流入通路６０および各排気ガス流出通路６１の周壁面、即ち各隔壁６４の両側表面上および隔壁６４内の細孔内壁面上に担持されている。

パティキュレートフィルタ１３上に担持されたＮＯ_x吸蔵還元触媒およびＮＯ_x吸蔵還元触媒１５においては共に基体上に例えばアルミナからなる触媒担体が担持されている。図３はこの触媒担体４５の表面部分の断面を図解的に示している。図３に示されるように触媒担体４５の表面上には貴金属触媒４６が分散して担持されており、更に触媒担体４５の表面上にはＮＯ_x吸収剤４７の層が形成されている。

本発明による実施例では貴金属触媒４６として白金Ｐｔが用いられており、ＮＯ_x吸収剤４７を構成する成分としては例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ、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が用いられている。

機関吸気通路、燃焼室２およびパティキュレートフィルタ１３上流の排気通路内に供給された空気および燃料（炭化水素）の比を排気ガスの空燃比と称すると、ＮＯ_x吸収剤４７は排気ガスの空燃比がリーンのときにはＮＯ_xを吸収し、排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸収したＮＯ_xを放出するＮＯ_xの吸放出作用を行う。

即ち、ＮＯ_x吸収剤４７を構成する成分としてバリウムＢａを用いた場合を例にとって説明すると、排気ガスの空燃比がリーンのとき、即ち排気ガス中の酸素濃度が高いときには排気ガス中に含まれるＮＯは図３に示されるように白金Ｐｔ４６上において酸化されてＮＯ₂となり、次いでＮＯ_x吸収剤４７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ＮＯ_x吸収剤４７内に拡散する。このようにしてＮＯ_xがＮＯ_x吸収剤４７内に吸収される。排気ガス中の酸素濃度が高い限り白金Ｐｔ４６の表面でＮＯ₂が生成され、ＮＯ_x吸収剤４７のＮＯ_x吸収能力が飽和しない限りＮＯ₂がＮＯ_x吸収剤４７内に吸収されて硝酸イオンＮＯ₃ ^-が生成される。

これに対し、燃料供給弁１７から燃料を供給することによって排気ガスの空燃比をリッチ或いは理論空燃比にすると排気ガス中の酸素濃度が低下するために反応が逆方向（ＮＯ₃ ^-→ＮＯ₂）に進み、斯くしてＮＯ_x吸収剤４７内の硝酸イオンＮＯ₃ ^-がＮＯ₂の形でＮＯ_x吸収剤４７から放出される。次いで放出されたＮＯ_xは排気ガス中に含まれる未燃ＨＣ，ＣＯによって還元される。

このように排気ガスの空燃比がリーンであるとき、即ちリーン空燃比のもとで燃焼が行われているときには排気ガス中のＮＯ_xがＮＯ_x吸収剤４７内に吸収される。しかしながらリーン空燃比のもとでの燃焼が継続して行われるとその間にＮＯ_x吸収剤４７のＮＯ_x吸収能力が飽和してしまい、斯くしてＮＯ_x吸収剤４７によりＮＯ_xを吸収できなくなってしまう。そこで本発明による実施例ではＮＯ_x吸収剤４７の吸収能力が飽和する前に燃料供給弁１７から燃料を供給することによって排気ガスの空燃比を一時的にリッチにし、それによってＮＯ_x吸収剤４７からＮＯ_xを放出させるようにしている。

ところで排気ガス中にはＳＯ_x、即ちＳＯ₂が含まれており、このＳＯ₂がパティキュレートフィルタ１３およびＮＯ_x吸蔵還元触媒１５に流入するとこのＳＯ₂は白金Ｐｔ４６において酸化されてＳＯ₃となる。次いでこのＳＯ₃はＮＯ_x吸収剤４７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 ^2-の形でＮＯ_x吸収剤４７内に拡散し、安定した硫酸塩ＢａＳＯ₄を生成する。しかしながらＮＯ_x吸収剤４７が強い塩基性を有するためにこの硫酸塩ＢａＳＯ₄は安定していて分解しづらく、排気ガスの空燃比を単にリッチにしただけでは硫酸塩ＢａＳＯ₄は分解されずにそのまま残る。従ってＮＯ_x吸収剤４７内には時間が経過するにつれて硫酸塩ＢａＳＯ₄が増大することになり、斯くして時間が経過するにつれてＮＯ_x吸収剤４７が吸収しうるＮＯ_x量が低下することになる。

そこで図１に示す実施例ではパティキュレートフィルタ１３の上流にＳＯ_xトラップ触媒１１を配置してこのＳＯ_xトラップ触媒１１により排気ガス中に含まれるＳＯ_xを捕獲し、それによってパティキュレートフィルタ１３およびＮＯ_x吸蔵還元触媒１５にＳＯ_xが流入しないようにしている。次にこのＳＯ_xトラップ触媒１１について説明する。

このＳＯ_xトラップ触媒１１は例えばハニカム構造のモノリス触媒からなり、ＳＯ_xトラップ触媒１１の軸線方向にまっすぐに延びる多数の排気ガス流通孔を有する。このようにＳＯ_xトラップ触媒１１をハニカム構造のモノリス触媒から形成した場合には、各排気ガス流通孔の内周壁面上に例えばアルミナからなる触媒担体が担持されており、図４はこの触媒担体５０の表面部分の断面を図解的に示している。図４に示されるように触媒担体５０の表面上にはコート層５１が形成されており、このコート層５１の表面上には貴金属触媒５２が分散して担持されている。

図１に示される実施例では貴金属触媒５２として白金が用いられており、コート層５１を構成する成分としては例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ、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が用いられている。即ち、ＳＯ_xトラップ触媒１１のコート層５１は強塩基性を呈している。

さて、排気ガス中に含まれるＳＯ_x、即ちＳＯ₂は図４に示されるように白金Ｐｔ５２において酸化され、次いでコート層５１内に捕獲される。即ち、ＳＯ₂は硫酸イオンＳＯ₄ ^2-の形でコート層５１内に拡散し、硫酸塩を形成する。なお、上述したようにコート層５１は強塩基性を呈しており、従って図４に示されるように排気ガス中に含まれるＳＯ₂の一部は直接コート層５１内に捕獲される。

図４においてコート層５１内における濃淡は捕獲されたＳＯ_xの濃度を示している。図４からわかるようにコート層５１内におけるＳＯ_x濃度はコート層５１の表面近傍が最も高く、奥部に行くに従って次第に低くなっていく。コート層５１の表面近傍におけるＳＯ_x濃度が高くなるとコート層５１の表面の塩基性が弱まり、ＳＯ_xの捕獲能力が弱まる。ＳＯ_xの捕獲能力が弱まると排気ガス中に含まれる一部のＳＯ_xがパティキュレートフィルタ１３内に流入しはじめ、ＮＯ_x吸収剤４７にＳＯ_xが吸収されはじめる。

次に図５および図６を参照しつつパティキュレートフィルタ１３上に担持されたＮＯ_x吸蔵還元触媒およびＮＯ_x吸蔵還元触媒１５に対する処理について説明する。図１に示される実施例ではパティキュレートフィルタ１３上に担持されたＮＯ_x吸蔵還元触媒のＮＯ_x吸収剤４７およびＮＯ_x吸蔵還元触媒１５のＮＯ_x吸収剤４７に単位時間当り吸収されるＮＯ_x量ＮＯＸＡが要求トルクＴＱおよび機関回転数Ｎの関数として図５に示すマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されており、このＮＯ_x量ＮＯＸＡを積算することによってＮＯ_x吸収剤４７に吸収されたＮＯ_x量ΣＮＯＸが算出される。更に、この実施例では図６に示されるようにこのＮＯ_x量ΣＮＯＸが許容値ＮＸに達する毎にパティキュレートフィルタ１３に流入する排気ガスの空燃比Ａ／Ｆが一時的にリッチにされ、それによってＮＯ_x吸収剤４７からＮＯ_xが放出される。

なお、パティキュレートフィルタ１３に流入する排気ガスの空燃比Ａ／ＦをリッチにするときにＳＯ_xトラップ触媒１１に流入する排気ガスの空燃比はリーンに維持しておかなければならない。従って図１に示す実施例ではＳＯ_xトラップ触媒１１とパティキュレートフィルタ１３との間の排気管１２内に燃料供給弁１７が配置されており、ＮＯ_x吸収剤４７からＮＯ_xを放出すべきときにはこの燃料供給弁１７から排気管１２内に燃料、即ち後処理用燃料を供給することによりパティキュレートフィルタ１３に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリッチにするようにしている。

一方、排気ガス中に含まれるパティキュレート、即ち粒子状物質はパティキュレートフィルタ１３上に捕集され、順次酸化される。しかしながら捕集される粒子状物質の量が酸化される粒子状物質の量よりも多くなると粒子状物質がパティキュレートフィルタ１３上に次第に堆積し、この場合粒子状物質の堆積量が増大すると機関出力の低下を招いてしまう。従って粒子状物質の堆積量が増大したときには堆積した粒子状物質を除去しなければならない。この場合、空気過剰のもとでパティキュレートフィルタ１３の温度を６００℃程度まで上昇させると堆積した粒子状物質が酸化され、除去される。

そこで図１に示される実施例ではパティキュレートフィルタ１３上に堆積した粒子状物質の量が許容量を越えたときには排気ガスの空燃比がリーンのもとでパティキュレートフィルタ１３の温度を上昇させ、それによって堆積した粒子状物質を酸化除去するようにしている。具体的に言うと差圧センサ２７により検出されたパティキュレートフィルタ１３の前後差圧ΔＰが図９に示されるように許容値ＰＸを越えたときに堆積粒子状物質の量が許容量を越えたと判断され、このときパティキュレートフィルタ１３に流入する排気ガスの空燃比をリーンに維持しつつパティキュレートフィルタ１３の温度Ｔを上昇させる昇温制御が行われる。なお、パティキュレートフィルタ１３の温度Ｔが高くなるとＮＯ_x吸収剤４７からＮＯ_xが放出されるために捕獲されているＮＯ_x量ΣＮＯＸは減少する。

パティキュレートフィルタ１３を昇温すべきときにＳＯ_xトラップ触媒１１を昇温させる必要はない。従ってパティキュレートフィルタ１３を昇温させるときには排気ガスの空燃比をリーンに維持しうる範囲内で燃料供給弁１７から燃料、即ち後処理用燃料が供給され、この燃料の酸化反応熱でパティキュレートフィルタ１３の温度Ｔが上昇せしめられる。

さて、本発明による実施例では図１に示されるように後処理装置が排気通路内に直列に配置された複数の排気浄化用触媒、即ちＳＯ_xトラップ触媒１１、パティキュレートフィルタ１３上に担持されたＮＯ_x吸蔵還元触媒、およびＮＯ_x吸蔵還元触媒１５を有しており、各触媒毎に触媒の劣化度合が検出されると共に触媒の劣化度合に応じて後処理用燃料の供給方法が再設定される。

この場合、本発明による実施例ではＳＯ_xトラップ触媒１１、パティキュレートフィルタ１３上に担持されたＮＯ_x吸蔵還元触媒、およびＮＯ_x吸蔵還元触媒１５のうちのいずれかの触媒の劣化度合が予め定められた劣化度合を越えたときには、劣化度合の最も低い触媒に排気ガスの浄化作用を担わせるために、劣化度合の最も低い触媒に対し排気ガスの浄化に必要な後処理用燃料を供給しうるように後処理用燃料の供給方法が再設定される。

即ち、本発明による実施例では、いずれかの触媒の劣化度合が予め定められた劣化度合を越えたときには、劣化度合が最も低く、従って排気浄化のために最も有効に利用しうる触媒を選択し、選択された触媒に排気ガスの浄化作用を担わせるために、選択された触媒が排気ガスを浄化するのに最適な方法で後処理用燃料が供給される。このようにすると排気ガスの高い浄化率を確保しつつ後処理用燃料の消費量を最小とすることができる。

次に本発明による実施例について具体的に説明する。
本発明による実施例では時間が経過するにつれてＳＯ_xがＳＯ_xトラップ触媒１１およびＮＯ_x吸収剤４７に徐々に蓄積され、この場合、上流側の触媒から順にＳＯ_x被毒、即ち触媒劣化が生じる。図１に示す例では各センサ１８，１９，２０としてＳＯ_xセンサが使用されており、各触媒が劣化したか否かはこのＳＯ_xセンサ１８，１９，２０の出力信号により検出される。即ち、ＳＯ_xセンサ１８により検出されたＳＯ_x濃度が予め定められた濃度を越えたときにはＳＯ_xトラップ触媒１１が劣化したと判断され、ＳＯ_xセンサ１９により検出されたＳＯ_x濃度が予め定められた濃度を越えたときにはパティキュレートフィルタ１３上のＮＯ_x吸蔵還元触媒が劣化したと判断され、ＳＯ_xセンサ２０により検出されたＳＯ_x濃度が予め定められた濃度を越えたときにはＮＯ_x吸蔵還元触媒１５が劣化したと判断される。

次にＮＯ_x吸蔵還元触媒からのＮＯ_x放出制御について説明するが、これを説明するに当って以下、パティキュレートフィルタ１３上に担持されたＮＯ_x吸蔵還元触媒を上流側ＮＯ_x吸蔵還元触媒１３と称し、ＮＯ_x吸蔵還元触媒１５を下流側ＮＯ_x吸蔵還元触媒１５と称する。ところで、前述したようにＮＯ_x吸収剤４７がＮＯ_xで飽和する前にＮＯ_x吸収剤４７からＮＯ_xが放出される。図７は上流側ＮＯ_x吸蔵還元触媒１３および下流側ＮＯ_x吸蔵還元触媒１５が共に劣化していない場合のＮＯ_x放出制御を示している。

この場合には図７に示されるようにＮＯ_x吸収剤４７からＮＯ_xを放出すべく燃料供給弁１７から燃料が添加されると上流側ＮＯ_x吸蔵還元触媒１３に流入する排気ガスの空燃比は一時にリッチとなり、このとき上流側ＮＯ_x吸蔵還元触媒１３からＮＯ_xの放出作用が行われる。この場合、燃料供給弁１７から添加された全ての燃料は上流側ＮＯ_x吸蔵還元触媒１３からのＮＯ_xの放出および還元作用に使用される。

一方、上流側ＮＯ_x吸蔵還元触媒１３が劣化したと判断されたときには下流側ＮＯ_x吸蔵還元触媒１５に排気ガスの浄化作用を担わせ、このとき排気ガス中のＮＯ_xの吸収および放出作用は下流側ＮＯ_x吸蔵還元触媒１５において行われる。この場合、上流側ＮＯ_x吸蔵還元触媒１３が劣化していないときと同じ図７に示されるパターンで燃料供給弁１７から燃料を添加すると添加した燃料が下流側ＮＯ_x吸蔵還元触媒１５に到達する前に分散してしまい、下流側ＮＯ_x吸蔵還元触媒１５に流入する排気ガスの空燃比がリッチにならなくなってしまう。

そこで本発明による実施例ではこのとき下流側ＮＯ_x吸蔵還元触媒１５に流入する排気ガスの空燃比をリッチにするために燃料供給弁１７から燃料を添加したときの排気ガスの空燃比のリッチの度合を図７に示される場合に比べて高くするようにしている。

なおこの場合、燃料消費量が増大しないように排気ガスの空燃比のリッチの度合を高めたときには図８（Ａ）に示される如く空燃比のリッチ時間を短かくするか、或いは排気ガスの空燃比のリッチの度合を高めたときに空燃比のリッチ時間を変化させない場合には図８（Ｂ）に示されるように空燃比がリッチにされる間隔を長くするようにしている。

ところでＮＯ_x吸蔵還元触媒が劣化するとＮＯ_x吸蔵還元触媒は選択還元触媒の機能しか有さなくなる。この場合、排気ガスの空燃比がリーンの状態で燃料供給弁１７から燃料が添加されると未燃ＨＣによって排気ガス中のＮＯ_xが選択的に還元され、ＮＯ_x浄化率は高くないが或る程度ＮＯ_xを浄化することができる。そこで本発明による実施例では上流側ＮＯ_x吸蔵還元触媒１３に加え、下流側ＮＯ_x吸蔵還元触媒１４が劣化したときには図９に示されるように排気ガスの空燃比をリーンの範囲内に維持した状態で燃料供給弁１７から燃料を間欠的に添加するようにしている。

図１０は後処理装置の制御ルーチンを示している。
図１０を参照するとまず初めにステップ１００において下流側ＮＯ_x吸蔵還元触媒１５が劣化したか否かが判別される。下流側ＮＯ_x吸蔵還元触媒１５が劣化していないときにはステップ１０１に進んで図５に示すマップから単位時間当り吸蔵されるＮＯ_x量ＮＯＸＡが算出される。次いでステップ１０２ではこのＮＯＸＡがＮＯ_x吸収剤４７に吸収されているＮＯ_x量ΣＮＯＸに加算される。

次いでステップ１０３では吸蔵ＮＯ_x量ΣＮＯＸが許容値ＮＸを越えたか否かが判別される。ΣＮＯＸ＜ＮＸのときにはステップ１０７にジャンプする。これに対し、ΣＮＯＸ＞ＮＸのときにはステップ１０４に進んで上流側ＮＯ_x吸蔵還元触媒１３が劣化したか否かが判別される。上流側ＮＯ_x吸蔵還元触媒１３が劣化していないときにはステップ１０５に進んで図７に示されるリッチ処理Ｉが行われ、次いでステップ１０７に進む。これに対し、上流側ＮＯ_x吸蔵還元触媒１３が劣化していると判断されたときにはステップ１０６に進んで図８の（Ａ）又は（Ｂ）に示すリッチ処理IIが行われ、次いでステップ１０７に進む。

ステップ１０７では差圧センサ２７によりパティキュレートフィルタ１３の前後差圧ΔＰが検出される。次いでステップ１０８では差圧ΔＰが許容値ＰＸを越えたか否かが判別され、ΔＰ＞ＰＸとなったときにはステップ１０９に進んでパティキュレートフィルタ１３の昇温制御が行われる。この昇温制御はパティキュレートフィルタ１３に流入する排気ガスの空燃比をリーンに維持しつつ燃料供給弁１７から燃料を供給することによって行われる。一方、ステップ１００において下流側ＮＯ_x吸蔵還元触媒１３が劣化したと判断されたときにはステップ１１０に進んで図９に示される燃料の添加処理が行われる。

図１１に圧縮着火式内燃機関の別の実施例を示す。この実施例ではＳＯ_xトラップ触媒に代えてＮＯ_x吸蔵還元触媒１１′が配置される。また、この実施例では燃料供給弁１７が排気マニホルド５の例えば１番気筒のマニホルド枝管内に配置される。この実施例ではＮＯ_x吸蔵還元触媒１１′、又はパティキュレートフィルタ１３上に担持されたＮＯ_x吸蔵還元触媒、又はＮＯ_x吸蔵還元触媒１５からＮＯ_xを放出すべきときには燃料供給弁１７から燃料が供給される。なお、この実施例においてもいずれかのＮＯ_x吸蔵還元触媒の劣化度合が高くなった場合、劣化度合の最も低いＮＯ_x吸蔵還元触媒が下流に位置するほどＮＯ_xを放出すべきときの排気ガスのリッチの度合が高められる。

圧縮着火式内燃機関の全体図である。 パティキュレートフィルタの構造を示す図である。 ＮＯ_x吸蔵還元触媒の触媒担体の表面部分の断面図である。 ＳＯ_xトラップ触媒の触媒担体の表面部分の断面図である。 吸蔵ＮＯ_x量ＮＯＸＡのマップを示す図である。 ＮＯ_x放出制御およびパティキュレートフィルタの昇温制御を示すタイムチャートである。 燃料供給弁からの燃料添加処理を示すタイムチャートである。 燃料供給弁からの燃料添加処理を示すタイムチャートである。 燃料供給弁からの燃料添加処理を示すタイムチャートである。 後処理装置の制御を行うためのフローチャートである。 圧縮着火式内燃機関の別の実施例を示す全体図である。

符号の説明

４ 吸気マニホルド
５ 排気マニホルド
７ 排気ターボチャージャ
１１ ＳＯ_xトラップ触媒
１３ パティキュレートフィルタ
１５ ＮＯ_x吸蔵還元触媒
１７ 燃料供給弁

Claims (6)

1. 機関排気通路内に排気ガスの後処理装置を配置し、後処理装置において排気ガス中の有害成分を処理するための後処理用燃料が供給され、該後処理用燃料の供給方法が予め設定されている内燃機関において、後処理装置が排気通路内において直列に配置された複数の排気浄化用触媒を有しており、いずれかの触媒の劣化度合が予め定められた劣化度合を越えたときには劣化度合の最も低い触媒に排気ガスの浄化作用を担わせるために、劣化度合の最も低い触媒に対し排気ガスの浄化に必要な後処理用燃料を供給しうるように後処理用燃料の供給方法を再設定するようにした内燃機関。
2. 機関排気通路内に直列に配置された複数の触媒が、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中に含まれるＮＯ_xを吸蔵し流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチになると吸蔵したＮＯ_xを放出するＮＯ_x吸蔵還元触媒からなり、該ＮＯ_x吸蔵還元触媒からＮＯ_xを放出すべくＮＯ_x吸蔵還元触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチにするときには燃焼室内又は最も上流側に位置するＮＯ_x吸蔵還元触媒上流の排気通路内に後処理用燃料が供給され、このとき劣化度合の最も低い触媒が下流に位置するほど排気ガスの空燃比のリッチの度合が高められる請求項１に記載の内燃機関。
3. 排気ガスの空燃比のリッチの度合を高めたときには空燃比のリッチ時間を短かくするようにした請求項２に記載の内燃機関。
4. 排気ガスの空燃比のリッチの度合を高めたときには空燃比がリッチにされる間隔を長くするようにした請求項２に記載の内燃機関。
5. 全てのＮＯ_x吸蔵還元触媒の劣化度合が予め定められた劣化度合を越えてＮＯ_x吸蔵還元触媒が選択還元触媒の機能しか有さなくなったときには排気ガスの空燃比をリーンの範囲内に維持した状態で後処理用燃料を燃焼室内又は最も上流側に位置するＮＯ_x吸蔵還元触媒上流の排気通路内に供給するようにした請求項２に記載の内燃機関。
6. 最も上流側に位置するＮＯ_x吸蔵還元触媒上流の排気通路内に排気ガス中のＳＯ_xを捕獲しうるＳＯ_xトラップ触媒を配置した請求項２に記載の内燃機関。

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