JP2008121598A

JP2008121598A - 内燃機関の排気浄化装置

Info

Publication number: JP2008121598A
Application number: JP2006307792A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Watanabe; 正渡辺
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-11-14
Filing date: 2006-11-14
Publication date: 2008-05-29

Abstract

【課題】ＳＯｘがＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されないようにしつつＳＯｘ捕獲剤から捕獲したＳＯｘを放出させる。
【解決手段】排気浄化モジュール２２は互いに直列配置されたＳＯｘトラップ触媒２４及びＮＯｘ吸蔵還元触媒２５，２６を具備し、ＳＯｘトラップ触媒２４がＮＮＯｘ吸蔵還元触媒２５，２６上流に位置するように上流側排気管２１及び下流側排気管２３に連結される。排気浄化モジュール２２は、排気浄化モジュール２２を排気管２１，２３から取り外しＳＯｘトラップ触媒２４がＮＯｘ吸蔵還元触媒２５，２６下流に位置するよう排気浄化モジュール２２を反転させて排気管２１，２３に再度連結することができる。ＳＯｘトラップ触媒２４に捕獲されたＳＯｘ量が許容上限を越えたと判断されると、排気浄化モジュール２２が反転されて排気管２１，２３に連結され、ＳＯｘトラップ触媒２４からＳＯｘが放出される。
【選択図】図１

Description

本発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。

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のＮＯｘを吸蔵し、流入する排気ガスの空燃比がリッチになると吸蔵しているＮＯｘを放出して還元するＮＯｘ吸蔵還元触媒を機関排気通路内に配置した内燃機関が公知である。この内燃機関ではリーン空燃比のもとで燃焼が行われているときに発生するＮＯｘがＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵される。一方、ＮＯｘ吸蔵触媒のＮＯｘ吸蔵能力が飽和に近づくと排気ガスの空燃比が一時的にリッチにされ、それによってＮＯｘ吸蔵触媒からＮＯｘが放出され還元される。

ところで燃料及び潤滑油内にはイオウが含まれており、したがって排気ガス中にはＳＯｘが含まれている。このＳＯｘはＮＯｘと共にＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵される。ところがこのＳＯｘは排気ガスの空燃比を単にリッチにしただけではＮＯｘ吸蔵触媒から放出されず、したがってＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されているＳＯｘの量が次第に増大していく。その結果吸蔵しうるＮＯｘ量が次第に減少してしまう。

そこでＮＯｘ吸蔵還元触媒にＳＯｘが送り込まれるのを阻止するためにＮＯｘ吸蔵還元触媒上流の機関排気通路内にＳＯｘトラップ触媒を配置した内燃機関が公知である（特許文献１参照）。この内燃機関では排気ガス中に含まれるＳＯｘがＳＯｘトラップ触媒に捕獲され、斯くしてＮＯｘ吸蔵還元触媒にＳＯｘが流入するのが阻止される。その結果、ＳＯｘの吸蔵によりＮＯｘの吸蔵能力が低下するのを阻止することができる。

ところが、ＳＯｘトラップ触媒のＳＯｘ捕獲能力が飽和に達すると、内燃機関から排出されたＳＯｘはＳＯｘトラップ触媒を通過してＮＯｘ吸蔵還元触媒に到り、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されるおそれがある。この場合、ＳＯｘトラップ触媒から確保されているＳＯｘを放出させればＳＯｘトラップ触媒のＳＯｘ捕獲能力は再び大きくなるけれども、この放出されたＳＯｘがＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸収されるおそれがある。

そこで特許文献１の内燃機関では、車両を購入してから廃車するまでＳＯｘトラップ触媒が飽和しないようにＳＯｘトラップ触媒の容量を大きくするようにしている。その結果、内燃機関から排出されたＳＯｘがＳＯｘトラップ触媒を通過せず、ＳＯｘトラップ触媒から捕獲されたＳＯｘが放出されることもない。したがって、ＳＯｘがＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されるおそれがなくなる。

特開２００５−１３３６１０号公報

ところで、ＳＯｘトラップ触媒及びＮＯｘ吸蔵還元触媒は車両床下に配置されるのが一般的である。しかしながら、車両床下には必ずしも大きな空間を確保することはできず、ＳＯｘトラップ触媒の容量を大きくするにも限界がある。また、燃料又は潤滑油に多量のイオウが含まれている場合には、ＳＯｘトラップ触媒の容量を大きくしたとしてもＳＯｘトラップ触媒がＳＯｘで飽和するおそれがある。したがって、実際には、ＳＯｘトラップ触媒から捕獲したＳＯｘを放出させなければならない場合があり、この場合、放出されたＳＯｘがＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されるのを阻止する必要がある。

上記問題点を解決するために本発明によれば、排気ガス中に含まれるＳＯｘを一時的に捕獲するＳＯｘ捕獲剤と、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ＮＯｘを吸収し流入する排気ガスの空燃比がリッチになると吸収したＮＯｘを放出するＮＯｘ吸収剤とが互いに直列配置されている排気浄化モジュールを具備し、該排気浄化モジュールをＳＯｘ捕獲剤がＮＯｘ吸収剤上流に位置するよう機関排気管に連結すると共に、該排気浄化モジュールを排気管から取り外しＳＯｘ捕獲剤がＮＯｘ吸収剤下流に位置するよう排気浄化モジュールを反転させて排気管に再度連結できるようにしている。

ＳＯｘがＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されないようにしつつＳＯｘ捕獲剤から捕獲したＳＯｘを放出させることができる。

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。しかしながら本発明を火花点火式内燃機関に適用することもできる。

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内にそれぞれ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それぞれ示す。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の入口はエアフローメータ８を介してエアクリーナ９に連結される。吸気ダクト６内には電気制御式スロットル弁１０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１１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１１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の出口は排気後処理装置２０に連結される。

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１２を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路１２内には電気制御式ＥＧＲ制御弁１３が配置される。また、ＥＧＲ通路１２周りにはＥＧＲ通路１２内を流れるＥＧＲガスを冷却するための冷却装置１４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１４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１５を介してコモンレール１６に連結される。このコモンレール１６内へは電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ１７から燃料が供給され、コモンレール１６内に供給された燃料は各燃料供給管１５を介して燃料噴射弁３に供給される。

排気後処理装置２０は排気タービン７ｂの出口に連結された上流側排気管２１と、上流側排気管２１に連結された排気浄化モジュール２２と、排気浄化モジュール２２に連結された排気管２３とを具備する。排気浄化モジュール２２は例えば単一のケーシング内に互いに直列に配置されたＳＯｘ捕獲剤２４と、第１のＮＯｘ吸蔵還元触媒２５と、第２のＮＯｘ吸蔵還元触媒２６とを具備する。また、上流側排気管２１の下流端及び下流側排気管２３の上流端には酸化触媒２１ｃ，２３ｃがそれぞれ配置される。排気モジュール２２には第１のＮＯｘ吸蔵還元触媒２５の前後差圧を検出するための差圧センサ２６と、第１のＮＯｘ吸蔵還元触媒２５の温度を検出するための温度センサ２７とが取り付けられる。なお、第１のＮＯｘ吸蔵還元触媒２５及び第２のＮＯｘ吸蔵還元触媒２６のうち一方を省略することもできる。

一方、図１に示されるように排気マニホルド５には燃料添加弁２８が取り付けられる。この燃料添加弁２８にはコモンレール１６から燃料が添加され、燃料添加弁２８から排気マニホルド５内に燃料が添加される。本発明による実施例ではこの燃料は軽油からなる。なお、燃料添加弁２８を上流側排気管２１に取り付けることもできる。

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及び出力ポート３６を具備する。エアフローメータ８、差圧センサ２６、及び温度センサ２７の出力信号はそれぞれ対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。また、アクセルペダル３９にはアクセルペダル３９の踏み込み量Ｌに比例した出力電圧を発生する負荷センサ４０が接続され、負荷センサ４０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４１と、後述するＳＯｘ放出スイッチ４２とが接続される。ＣＰＵ３４ではクランク角センサ４１からの出力パルスに基づいて機関回転数Ｎｅが算出される。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１０駆動装置、ＥＧＲ制御弁１３、燃料ポンプ１７、燃料添加弁２８、及び警報装置４３に接続される。警報装置４３は例えばランプから構成される。

本発明による実施例では、排気浄化モジュール２２は排気管２１，２３に対し着脱可能に連結される。すなわち、図１に示されるように排気浄化モジュール２２はその両端にフランジ２２ａ，２２ｂを有しており、フランジ２２ａは上流側排気管２１の下流端に設けられたフランジ２１ｄに、フランジ２２ｂは下流側排気管２３の上流端に設けられたフランジ２３ｕに、それぞれ連結される。ここで、フランジ２２ａは下流側排気管２３のフランジ２３ｕと、フランジ２２ｂは上流側排気管２１のフランジ２１ｄともそれぞれ連結できるようになっている。したがって、排気浄化モジュール２２を排気管２１，２３から取り外し、図２に示されるようにＳＯｘ捕獲剤２４がＮＯｘ吸蔵還元触媒２５，２６下流に位置するよう排気浄化モジュール２２を反転させて排気管２１，２３に再度連結することもできる。通常運転時は図１に示されるようにＳＯｘ捕獲剤２４がＮＯｘ吸蔵還元触媒２５，２６上流に位置するよう排気モジュール２２が排気管２１，２３に連結される。

第１のＮＯｘ吸蔵還元触媒２５は例えばパティキュレートフィルタ２５ａに担持される。図３（Ａ）及び（Ｂ）はパティキュレートフィルタ２５ａの構造を示している。なお、図３（Ａ）はパティキュレートフィルタ２５ａの正面図を示しており、図３（Ｂ）はパティキュレートフィルタ２５ａの側面断面図を示している。図３（Ａ）及び（Ｂ）に示されるようにパティキュレートフィルタ２５ａ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５０，５１を具備する。これら排気流通路は下流端が栓５２により閉塞された排気ガス流入通路５０と、上流端が栓５３により閉塞された排気ガス流出通路５１とにより構成される。なお、図３（Ａ）においてハッチングを付した部分は栓５３を示している。したがって排気ガス流入通路５０及び排気ガス流出通路５１は薄肉の隔壁５４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５０及び排気ガス流出通路５１は各排気ガス流入通路５０が４つの排気ガス流出通路５１によって包囲され、各排気ガス流出通路５１が４つの排気ガス流入通路５０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２５は例えばコージェライトのような多孔質材料から形成されており、したがって排気ガス流入通路５０内に流入した排気ガスは図３（Ｂ）において矢印で示されるように周囲の隔壁５４内を通って隣接する排気ガス流出通路５１内に流出する。

本発明による実施例では各排気ガス流入通路５０及び各排気ガス流出通路５１の周壁面、すなわち各隔壁５４の両側表面上及び隔壁５４内の細孔内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６０の表面部分の断面を図解的に示している。図４に示されるようにこの触媒担体６０の表面上には例えば白金Ｐｔからなる貴金属触媒６１が分散して担持されており、触媒担体６０の表面上には更にＮＯｘ吸収剤６２の層が形成されている。

一方、第２のＮＯｘ吸蔵還元触媒２６は図５に示されるようなハニカム構造をなすモノリス触媒２６ａに担持されており、このモノリス触媒２６ａは薄肉の隔壁７０により互いに分離されてモノリス触媒２６の軸線方向にまっすぐに延びる複数個の排気ガス流通路７１を具備する。各隔壁７０の両側表面上にも図４に示されるように触媒担体６０が担持されており、触媒担体の表面上には貴金属触媒６１が分散して担持されており、ＮＯｘ吸収剤６２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６１として白金Ｐｔが用いられており、ＮＯｘ吸収剤６２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及びＮＯｘ吸蔵還元触媒２５，２６上流の排気通路内に供給された空気及び燃料（炭化水素）の比を排気ガスの空燃比と称すると、ＮＯｘ吸収剤６２は排気ガスの空燃比がリーンのときにはＮＯｘを吸収し、排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸収したＮＯｘを放出するＮＯｘの吸放出作用を行う。

すなわち、ＮＯｘ吸収剤６２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、すなわ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４に示されるように白金Ｐｔ６１上において酸化されてＮＯ_２となり、次いでＮＯｘ吸収剤６２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ＮＯ_３ ⁻の形でＮＯｘ吸収剤６２内に拡散する。このようにしてＮＯｘがＮＯｘ吸収剤６２内に吸収される。排気ガス中の酸素濃度が高い限り白金Ｐｔ６１の表面でＮＯ_２が生成され、ＮＯｘ吸収剤６２のＮＯｘ吸収能力が飽和しない限りＮＯ_２がＮＯｘ吸収剤６２内に吸収されて硝酸イオンＮＯ_３ ⁻が生成される。

これに対し、排気ガスの空燃比がリッチ又は理論空燃比にされると排気ガス中の酸化濃度が低下するために反応が逆方向（ＮＯ_３ ⁻→ＮＯ_２）に進み、斯くしてＮＯｘ吸収剤６２内の硝酸イオンＮＯ_３ ⁻がＮＯ_２の形でＮＯｘ吸収剤６２から放出される。次いで放出されたＮＯｘは排気ガス中に含まれる未燃ＨＣ，ＣＯによって還元される。

図１に示される内燃機関ではリーン空燃比のもとで燃焼が継続されており、燃料添加弁２８から燃料が添加されない限りＮＯｘ吸収剤６２内に流入する排気ガスの空燃比はリーンに維持され、このとき排気ガス中のＮＯｘはＮＯｘ吸収剤６２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ＮＯｘ吸収剤６２のＮＯｘ吸収能力が飽和してしまい、斯くしてＮＯｘ吸収剤６２によりＮＯｘ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ＮＯｘ吸収剤６２の吸収能力が飽和する前に燃料添加弁２８から燃料を添加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ＮＯｘ吸収剤６２からＮＯｘを放出させるようにしている。

ところで排気ガス中にはＳＯｘ、すなわちＳＯ_２が含まれており、このＳＯ_２がＮＯｘ吸蔵還元触媒２５，２６に流入するとこのＳＯ_２は白金Ｐｔ６１において酸化されてＳＯ_３となる。次いでこのＳＯ_３はＮＯｘ吸収剤６２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ＳＯ_４ ^２−の形でＮＯｘ吸収剤６２内に拡散し、安定した硫酸塩ＢａＳＯ_４を生成する。しかしながらＮＯｘ吸収剤６２が強い塩基性を有するためにこの硫酸塩ＢａＳＯ_４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ＢａＳＯ_４は分解されずにそのまま残る。したがってＮＯｘ吸収剤６２内には時間が経過するにつれて硫酸塩ＢａＳＯ_４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ＮＯｘ吸収剤６２が吸収しうるＮＯｘ量が低下することになる。

ＮＯｘ吸蔵還元触媒２５，２６の温度を６００℃以上のＳＯｘ放出温度まで上昇させた状態でＮＯｘ吸蔵還元触媒２５，２６に流入する排気ガスの空燃比をリッチにするとＮＯｘ吸収剤６２からＳＯｘが放出されるけれども、この場合ＮＯｘ吸収剤６２からは少しずつしかＳＯｘが放出されない。したがってＮＯｘ吸収剤６２から全ての吸収ＳＯｘを放出させるには長時間に亘って空燃比をリッチにしなければならず、斯くして多量の燃料あるいは還元剤が必要になるという問題がある。また、ＮＯｘ吸収剤６２から放出されたＳＯｘは大気中に排出されることになり、このことも好ましいことではない。

そこで本発明ではＮＯｘ吸蔵還元触媒２５，２６の上流にＳＯｘ捕獲剤２４を配置してこのＳＯｘ捕獲剤２４により排気ガス中に含まれるＳＯｘを捕獲し、それによってＮＯｘ吸蔵還元触媒２５，２６にＳＯｘが流入しないようにしている。次にこのＳＯｘ捕獲剤２４について説明する。

ＳＯｘ捕獲剤２４としてはどのようなＳＯｘ捕獲剤を用いてもよいが、本発明による実施例ではＳＯｘ捕獲剤２４がＳＯｘトラップ触媒から構成される。このＳＯｘトラップ触媒２４は例えばハニカム構造のモノリス触媒からなり、ＳＯｘトラップ触媒２４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。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６はこの触媒担体８０の表面部分の断面を図解的に示している。図６に示されるように触媒担体８０の表面上にはコート層８１が形成されており、このコート層８１の表面上には貴金属触媒８２が分散して担持されている。

本発明による実施例では貴金属触媒８２として白金が用いられており、コート層８１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。すなわち、ＳＯｘトラップ触媒２４のコート層８１は強塩基性を呈している。

さて、排気ガス中に含まれるＳＯｘ、すなわちＳＯ_２は図６に示されるように白金Ｐｔ８２において酸化され、次いでコート層８１内に捕獲される。すなわち、ＳＯ_２は硫酸イオンＳＯ_４ ^２−の形でコート層８１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８１は強塩基性を呈しており、したがって図６に示されるように排気ガス中に含まれるＳＯ_２の一部は直接コート層８１内に捕獲される。

図６においてコート層８１内における濃淡は捕獲されたＳＯｘの濃度を示している。図６からわかるようにコート層８１内におけるＳＯｘ濃度はコート層８１の表面近傍が最も高く、奥部に行くにしたがって次第に低くなっていく。コート層８１の表面近傍におけるＳＯｘ濃度が高くなるとコート層８１の表面の塩基性が弱まり、ＳＯｘの捕獲能力が弱まる。ここで排気ガス中に含まれるＳＯｘのうちでＳＯｘトラップ触媒２４に捕獲されるＳＯｘの割合をＳＯｘトラップ率と称すると、コート層８１の表面の塩基性が弱まればそれに伴ってＳＯｘトラップ率が低下することになる。

ＳＯｘトラップ率は初めは１００パーセントに近いが時間が経過するとＳＯｘトラップ率は急速に低下する。そこで本発明による実施例では、ＳＯｘトラップ率が予め定められた率よりも低下したときには排気ガスの空燃比がリーンのもとでＳＯｘトラップ触媒２４の温度を上昇させる昇温制御を行い、それによってＳＯｘトラップ率を回復させるようにしている。

すなわち、排気ガスの空燃比がリーンのもとでＳＯｘトラップ触媒２４の温度を上昇させるとコート層８１内の表面近傍に集中的に存在するＳＯｘはコート層８１内におけるＳＯｘ濃度が均一となるようにコート層８１の奥部に向けて拡散していく。すなわち、コート層８１内に生成されている硝酸塩はコート層８１の表面近傍に集中している不安定な状態からコート層８１内の全体に亘って均一に分散した安定した状態に変化する。コート層８１内の表面近傍に存在するＳＯｘがコート層８１の奥部に向けて拡散するとコート層８１の表面近傍のＳＯｘ濃度が低下し、斯くしてＳＯｘトラップ触媒２４の昇温制御が完了するとＳＯｘトラップ率が回復する。

ＳＯｘトラップ触媒２４の昇温制御を行ったときにＳＯｘトラップ触媒２４の温度をほぼ４５０℃程度にすればコート層８１の表面近傍に存在するＳＯｘをコート層８１内に拡散させることができ、ＳＯｘトラップ触媒２４の温度を６００℃程度まで上昇させるとコート層８１内のＳＯｘ濃度をかなり均一化することができる。したがってＳＯｘトラップ触媒２４の昇温制御時には排気ガスの空燃比がリーンのもとでＳＯｘトラップ触媒２４の温度を６００℃程度まで昇温させることが好ましい。

本発明による実施例では、ＳＯｘトラップ率が低下するごとにＳＯｘトラップ触媒２４の昇温制御が行われ、したがってＳＯｘトラップ率を高く維持することができる。

しかしながら、ＳＯｘトラップ触媒２４に捕獲されたＳＯｘ量がかなり多くなるとコート層８１全体のＳＯｘ濃度が高くなり、ＳＯｘトラップ触媒２４の昇温制御を行ってもコート層８１の表面近傍のＳＯｘ濃度を十分に低下させることができず、ＳＯｘトラップ率を回復するのが困難になる。

一方、ＳＯｘトラップ触媒２４の温度をＳＯｘ放出温度以上に維持しながらＳＯｘトラップ触媒２４に流入する排気ガスの空燃比をリッチにするＳＯｘ放出作用を行えば、ＳＯｘトラップ触媒２４から捕獲したＳＯｘを放出させることができる。ところが、図１に示されるようにＳＯｘトラップ触媒２４がＮＯｘ吸蔵還元触媒２５，２６上流にある場合にＳＯｘトラップ触媒２４からＳＯｘを放出させると、このＳＯｘがＮＯｘ吸蔵還元触媒２５，２６に吸蔵されるおそれがある。

そこで本発明による実施例では、ＳＯｘトラップ触媒２４がＮＯｘ吸蔵還元触媒２５，２６上流に位置するよう排気浄化モジュール２２が排気管２１，２３に連結されている通常運転時には、ＳＯｘ放出作用を禁止するようにしている。その結果、ＳＯｘがＮＯｘ吸蔵還元触媒２５，２６に吸蔵されるおそれがなくなる。

一方で、ＳＯｘトラップ触媒２４がＮＯｘ吸蔵還元触媒２５，２６下流に位置するよう排気浄化モジュール２２が排気管２１，２３に連結されている場合には、ＳＯｘ放出作用が許容される。すなわち、本発明による実施例では、ＳＯｘトラップ触媒２４に捕獲されたＳＯｘ量が許容上限を越えたか否かを判断し、ＳＯｘトラップ触媒２４に捕獲されたＳＯｘ量が許容上限を越えたと判断されたときには、図２に示されるようにＳＯｘトラップ触媒２４がＮＯｘ吸蔵還元触媒２５，２６下流に位置するよう排気浄化モジュール２２を反転させて排気管２１，２３に連結し、ＳＯｘ放出作用を行うようにしている。

ＳＯｘトラップ触媒２４に捕獲されたＳＯｘ量が許容上限を越えたか否かは例えば車両走行距離の積算値や、燃料噴射弁３からの燃料噴射量及び燃料添加弁２８からの燃料添加量の積算値が許容上限を越えたか否かに基づいて判断することができる。

例えば車両走行距離積算値が１０万キロメートルを越えるとＳＯｘトラップ触媒２４に捕獲されたＳＯｘ量が許容上限を越えたと判断され、警報装置４３（図１）が作動され、車両運転者にＳＯｘ放出作用を行うべきことが知らされる。車両運転者は例えばディーラー等に車両を持ち込み、ディーラーではＳＯｘトラップ触媒２４がＮＯｘ吸蔵還元触媒２５，２６下流に位置するよう排気浄化モジュール２２が反転されて排気管２１，２３に連結される。次いで、ＳＯｘ放出スイッチ４２が作動され、ＳＯｘ放出作用が例えば自動的に行われる。すなわち、機関運転が行われると共に、ＳＯｘトラップ触媒２４の温度をＳＯｘ放出温度以上に維持しながらＳＯｘトラップ触媒２４に流入する排気ガスの空燃比がリッチになるように例えば燃料添加弁２８から燃料が添加される。

ＳＯｘ放出作用が完了すると、ＳＯｘトラップ触媒２４がＮＯｘ吸蔵還元触媒２５，２６上流に位置するよう排気浄化モジュール２２が再度反転されて排気管２１，２３に連結される。

このようにすると、ＳＯｘがＮＯｘ吸蔵還元触媒２５，２６に吸蔵されないようにしつつ、ＳＯｘ捕獲剤から捕獲したＳＯｘを簡単に放出させることができる。この場合、排気浄化モジュール２２が搭載された車両でもってＳＯｘ放出作用が行われるので、ＳＯｘ放出作用のために別の装置を必要としない。また、仮にＮＯｘ吸蔵還元触媒２５，２６にＳＯｘが吸収されていたとしても、このＳＯｘ放出作用でもってＳＯｘを放出させることができる。

圧縮着火式内燃機関の全体図である。反転されて連結された排気浄化モジュールを示す図である。第１のＮＯｘ吸蔵還元触媒の側面断面図である。ＮＯｘ吸蔵還元触媒の触媒担体の表面部分の断面図である。第２のＮＯｘ吸蔵還元触媒の側面断面図である。ＳＯｘトラップ触媒の触媒担体の表面部分の断面図である。

符号の説明

５排気マニホルド
２０排気後処理装置
２１上流側排気管
２２排気浄化モジュール
２３下流側排気管
２４ＳＯｘトラップ触媒
２５第１のＮＯｘ吸蔵還元触媒
２６第２のＮＯｘ吸蔵還元触媒
２８燃料添加弁

Claims

排気ガス中に含まれるＳＯｘを一時的に捕獲するＳＯｘ捕獲剤と、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ＮＯｘを吸収し流入する排気ガスの空燃比がリッチになると吸収したＮＯｘを放出するＮＯｘ吸収剤とが互いに直列配置されている排気浄化モジュールを具備し、該排気浄化モジュールをＳＯｘ捕獲剤がＮＯｘ吸収剤上流に位置するよう機関排気管に連結すると共に、該排気浄化モジュールを排気管から取り外しＳＯｘ捕獲剤がＮＯｘ吸収剤下流に位置するよう排気浄化モジュールを反転させて排気管に再度連結できるようにした内燃機関の排気浄化装置。
ＳＯｘ捕獲剤から捕獲したＳＯｘを放出するＳＯｘ放出作用を行うＳＯｘ放出手段を具備し、ＳＯｘ捕獲剤がＮＯｘ吸収剤上流に位置するよう排気浄化モジュールが排気管に連結されているときにはＳＯｘ放出作用を禁止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。
ＳＯｘ捕獲剤がＮＯｘ吸収剤下流に位置するよう排気浄化モジュールが反転されて排気管に連結されているときにはＳＯｘ放出作用を許容するようにした請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
ＳＯｘ捕獲剤に捕獲されたＳＯｘの量が許容上限を越えたか否かを判断する判断手段を具備し、ＳＯｘ捕獲剤に捕獲されたＳＯｘの量が許容上限を越えたと判断されたときには、ＳＯｘ捕獲剤がＮＯｘ吸収剤下流に位置するよう排気浄化モジュールを反転させて排気管に連結しＳＯｘ放出作用を行うようにした請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
ＳＯｘ捕獲剤をＳＯｘトラップ触媒から構成し、該ＳＯｘトラップ触媒は、ＳＯｘトラップ触媒に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ＳＯｘを捕獲し、排気ガスの空燃比がリーンのもとでＳＯｘトラップ触媒の温度が上昇すると捕獲したＳＯｘが次第にＳＯｘトラップ触媒の内部に拡散していく性質を有すると共にＳＯｘトラップ触媒に流入する排気ガスの空燃比がリッチになるとＳＯｘトラップ触媒の温度がＳＯｘ放出温度以上であれば捕獲したＳＯｘを放出する性質を有する請求項１から４までのいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。