JP2010048134A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料消費量を少なく維持しつつＮＯｘ浄化率を高く維持する。
【解決手段】ＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｕ，２７ｄを排気通路内に配置し、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に燃料を供給する燃料供給手段３２ｕ，３２ｄをそれぞれ設ける。ＮＯｘ吸蔵還元触媒から吸蔵されているＮＯｘを放出させて還元すべきときには燃料供給手段からそれぞれ対応するＮＯｘ吸蔵還元触媒に燃料を供給することにより流入排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチになるようにする。ＮＯｘ吸蔵還元触媒の温度をそれぞれ検出する。燃料供給手段からの燃料供給量の合計値が目標値にほぼ一致するようにこれら燃料供給手段からの燃料供給量をそれぞれ設定すると共に、設定される燃料供給量とＮＯｘ吸蔵還元触媒の温度とに基づきＮＯｘ吸蔵還元触媒のＮＯｘ浄化率をそれぞれ算出してこれらＮＯｘ浄化率の合計値が許容値を越えるように、燃料供給手段からの燃料供給量をそれぞれ設定する。
【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。

機関排気通路内に２つのＮＯｘ吸蔵還元触媒を直列配置し、各ＮＯｘ吸蔵還元触媒は流入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を吸蔵し流入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ＮＯｘを放出して還元し、これらＮＯｘ吸蔵還元触媒から吸蔵されているＮＯｘを放出させて還元すべきときにはリッチ空燃比のもとで燃焼を行うようにした内燃機関が公知である（特許文献１参照）。リッチ空燃比のもとでの燃焼が行われると、２つのＮＯｘ吸蔵還元触媒に流入する排気ガスの空燃比がリッチに切り換えられ、したがって２つのＮＯｘ吸蔵還元触媒からＮＯｘが放出され還元される。

特開２００４−６８７３１号公報

しかしながら、リッチ空燃比のもとで燃焼が行われたときに排気ガス中に含まれる未燃ＨＣ，ＣＯは上流側のＮＯｘ吸蔵還元触媒で酸化され、下流側のＮＯｘ吸蔵還元触媒に十分な量の未燃ＨＣ，ＣＯが供給されず、したがって下流側のＮＯｘ吸蔵還元触媒においてＮＯｘを十分に放出し還元することができないおそれがある。

この問題点は、排気通路内に直列配置された複数のＮＯｘ吸蔵還元触媒に対しそれぞれ燃料を供給する燃料供給手段を設けることで解決できると考えられる。

しかしながら、この場合に、すべてのＮＯｘ吸蔵還元触媒のＮＯｘ浄化率をそれぞれ高くしようとすると、各燃料供給手段から多量の燃料を供給する必要があり、したがって燃料消費量が大きくなるおそれがある。

本発明によれば、機関排気通路内に複数のＮＯｘ吸蔵還元触媒を直列配置し、各ＮＯｘ吸蔵還元触媒は流入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を吸蔵し流入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ＮＯｘを放出して還元し、これらＮＯｘ吸蔵還元触媒に燃料を供給する燃料供給手段をそれぞれ設け、これらＮＯｘ吸蔵還元触媒から吸蔵されているＮＯｘを放出させて還元すべきときにはこれら燃料供給手段からそれぞれ対応するＮＯｘ吸蔵還元触媒に燃料を供給することにより流入排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチになるようにし、これらＮＯｘ吸蔵還元触媒の温度をそれぞれ検出し、これら燃料供給手段からの燃料供給量の合計値が目標値にほぼ一致するようにこれら燃料供給手段からの燃料供給量をそれぞれ設定すると共に、該設定される燃料供給量と該検出されたＮＯｘ吸蔵還元触媒の温度とに基づきＮＯｘ吸蔵還元触媒のＮＯｘ浄化率をそれぞれ算出してこれらＮＯｘ浄化率の合計値が許容値を越えるように、燃料供給手段からの燃料供給量をそれぞれ設定している。

燃料消費量を少なく維持しつつＮＯｘ浄化率を高く維持することができる。

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。なお、本発明はガソリン機関にも適用することができる。

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磁制御式燃料噴射弁、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７ｃの出口に連結され、コンプレッサ７ｃの入口は吸気導入管８を介してエアフローメータ９及びエアクリーナ１０に順次連結される。吸気ダクト６内には電気制御式スロットル弁１１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１２が配置される。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７ｔの入口に連結され、排気タービン７ｔの出口は排気後処理装置２０に連結される。

各燃料噴射弁３は燃料供給管１３を介してコモンレール１４に連結され、このコモンレール１４は電気制御式の吐出量可変な燃料ポンプ１５を介して燃料タンク１６に連結される。燃料タンク１６内の燃料は燃料ポンプ１５によってコモンレール１４内に供給され、コモンレール１４内に供給された燃料は各燃料供給管１３を介して燃料噴射弁３に供給される。なお、コモンレール１４にはコモンレール１４内の燃料圧を検出する燃料圧センサ（図示しない）が取り付けられており、燃料圧センサからの信号に基づきコモンレール１４内の燃料圧が目標圧に一致するように燃料ポンプ１５の燃料吐出量が制御される。

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という。）通路１７を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路１７内には電気制御式ＥＧＲ制御弁１８が配置される。また、ＥＧＲ通路１７周りにはＥＧＲ通路１７内を流れるＥＧＲガスを冷却するための冷却装置１９が配置される。

排気後処理装置２０は排気タービン７ｔの出口に連結された排気管２１を具備し、この排気管２１はケーシング２２に連結される。ケーシング２２内には三元触媒２３が収容される。ケーシング２２は排気管２４を介してケーシング２５に連結される。ケーシング２５内の上流側にはＳＯｘトラップ触媒２６が収容され、下流側にはＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｕが収容される。ケーシング２５は排気管２８を介してケーシング２９に連結される。ケーシング２９の上流側にはＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｄが収容され、下流側にはパティキュレートフィルタ３０が収容される。さらに、ケーシング２９には排気管３１が連結される。本発明による実施例では、ケーシング２２，２５は機関本体１に隣接配置され、ケーシング２９は車両床下に配置される。

排気管２１，２８にはそれぞれ対応する排気管２１，２８内に燃料（炭化水素）を供給するための燃料添加弁のような燃料供給手段３２ｕ，３２ｄがそれぞれ取り付けられる。なお、燃料供給手段３２ｕを排気管２４又はＳＯｘトラップ触媒２６下流でかつＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｕ上流のケーシング２５内に配置してもよい。また、排気管２８にはケーシング２５から流出する排気ガスの温度を検出する温度センサ３３ｕが取り付けられ、この排気ガスの温度はＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｕの温度ＴＮｕを表している。また、排気管３１にはケーシング２９から流出する排気ガスの温度を検出する温度センサ３３ｄが取り付けられ、この排気ガスの温度はＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｄの温度ＴＮｄを表している。

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。エアフローメータ９及び温度センサ３３ｕ，３３ｄの出力電圧はそれぞれ対応する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４９にはアクセルペダル４９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５０が接続され、負荷センサ５０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、クランクシャフトが例えば３０度回転するごとに出力パルスを発生するクランク角センサ５１が入力ポート４５に接続される。ＣＰＵ４４ではクランク角センサ５１からの出力パルスに基づいて機関回転数が算出される。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３、スロットル弁１１の駆動装置、燃料ポンプ１５、ＥＧＲ制御弁１８、及び燃料供給手段３２ｕ，３２ｄに接続される。

パティキュレートフィルタ３０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を具備する。これら排気流通路は下流端が栓により閉塞された排気ガス流入通路と、上流端が栓により閉塞された排気ガス流出通路とにより構成される。したがって排気ガス流入通路及び排気ガス流出通路は薄肉の隔壁を介して交互に配置される。言い換えると、排気ガス流入通路及び排気ガス流出通路は各排気ガス流入通路が４つの排気ガス流出通路によって包囲され、各排気ガス流出通路が４つの排気ガス流入通路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３０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、したがって排気ガス流入通路内に流入した排気ガスは周囲の隔壁内を通って隣接する排気ガス流出通路内に流出する。

排気ガス中に含まれる粒子状物質はパティキュレートフィルタ３０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３０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。

そこで本発明による実施例では、パティキュレートフィルタ３０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、排気ガスの空燃比をリーンに維持しつつパティキュレートフィルタ３０の温度を例えば６００℃程度まで上昇させる昇温制御を行い、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。パティキュレートフィルタ３０上に堆積した粒子状物質の量が許容量を越えたか否かは例えばパティキュレートフィルタ３０の前後差圧に基づいて判断することができる。また、昇温制御は例えば燃料供給手段３２ｄから燃料を供給しこの供給燃料をＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｄ又はパティキュレートフィルタ３０内で酸化することにより行うことができる。

ＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｕ，２７ｄはハニカム構造をなしており、薄肉の隔壁により互いに分離された複数個の排気ガス流通路を具備する。各隔壁の両側表面上には例えばアルミナからなる触媒担体が担持されており、図２（Ａ）及び２（Ｂ）はこの触媒担体５５の表面部分の断面を図解的に示している。図２（Ａ）及び２（Ｂ）に示されるように触媒担体５５の表面上には貴金属触媒５６が分散して担持されており、更に触媒担体５５の表面上にはＮＯｘ吸収剤５７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５６として白金Ｐｔ、パラジウムＰｄ、オスミウムＯｓ、金Ａｕ、ロジウムＲｈ、イリジウムＩｒ、ルテニウムＲｕから選ばれた少なくとも一つが用いられ、ＮＯｘ吸収剤５７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る。

吸気通路、燃焼室５及び、排気通路内の或る位置よりも上流の排気通路内に供給された空気及び燃料（炭化水素）の比をその位置における排気ガスの空燃比と称すると、ＮＯｘ吸収剤５７は流入する排気ガスの空燃比がリーンのときにはＮＯｘを吸収し、流入する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、貴金属触媒５６として白金Ｐｔを用いＮＯｘ吸収剤５７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２（Ａ）に示されるように白金Ｐｔ５６上において酸化されてＮＯ_２となり、次いでＮＯｘ吸収剤５７内に吸収されて炭酸バリウムＢａＣＯ_３と結合しながら硝酸イオンＮＯ_３ ⁻の形でＮＯｘ吸収剤５７内に拡散する。このようにしてＮＯｘがＮＯｘ吸収剤５７内に吸収される。排気ガス中の酸素濃度が高い限り白金Ｐｔ５６の表面でＮＯ_２が生成され、ＮＯｘ吸収剤５７のＮＯｘ吸収能力が飽和しない限りＮＯ_２がＮＯｘ吸収剤５７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、斯くして図２（Ｂ）に示されるようにＮＯｘ吸収剤５７内の硝酸イオンＮＯ_３ ⁻がＮＯ_２の形でＮＯｘ吸収剤５７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ＨＣ，ＣＯによって還元される。

本発明による実施例では、酸素過剰のもとでの燃焼が継続して行われる。したがって、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｕ，２７ｄ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がＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｕ，２７ｄ内に吸蔵される。しかしながら、機関運転が継続されるとＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｕ，２７ｄ内に吸蔵されているＮＯｘ量が多くなり、ついにはＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｕ，２７ｄによりＮＯｘを吸蔵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吸蔵還元触媒２７ｕ，２７ｄがＮＯｘにより飽和する前に排気ガスの空燃比を一時的にリッチし、それによってＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｕ，２７ｄからＮＯｘを放出させ、排気ガス中のＨＣ，ＣＯによりＮ_２等に還元するようにしている。

すなわち、本発明による実施例では、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｕ，２７ｄに単位時間当り吸蔵されるＮＯｘ量が例えば機関負荷率ＫＬ及び機関回転数Ｎｅといった機関運転状態の関数としてマップの形で予めＲＯＭ４２内に記憶されており、このＮＯｘ量を積算することによってＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｕ，２７ｄに吸蔵されている総ＮＯｘ量が算出される。その上で、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｕ，２７ｄの総ＮＯｘ吸蔵量が上限ＮＯｘ量を越えるごとに燃料供給手段３２ｕ，３２ｄから燃料（炭化水素）が供給され、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｕ，２７ｄへの流入排気ガスの空燃比が一時的にリッチに切り換えられる。その結果、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｕ，２７ｄからＮＯｘが放出され還元される。なお、機関負荷率ＫＬは全負荷に対する機関負荷の割合をいう。

ところが、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２７ｕ，２７ｄに流入するとこのＳＯ_２は白金Ｐｔ５６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５７内に吸収されて炭酸バリウムＢａＣＯ_３と結合しながら硫酸イオンＳＯ_４ ^２−の形でＮＯｘ吸収剤５７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、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５７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吸蔵還元触媒２７ｕ，２７ｄの吸蔵容量が低下することになる。

そこで本発明による実施例では、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｕ，２７ｄの上流にＳＯｘトラップ触媒２６を配置してこのＳＯｘトラップ触媒２６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２７ｕ，２７ｄにＳＯｘが流入しないようにしている。次にこのＳＯｘトラップ触媒２６について説明する。

このＳＯｘトラップ触媒２６は例えばハニカム構造をなしており、薄肉の隔壁により互いに分離された複数個の排気ガス流通路を具備する。各隔壁の両側表面上には例えばアルミナからなる触媒担体が担持されており、図３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３に示されるように触媒担体６０の表面上にはコート層６１が形成されており、このコート層６１の表面上には貴金属触媒６２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６２として白金が用いられており、コート層６１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２６のコート層６１は強塩基性を呈している。

排気ガス中に含まれるＳＯｘすなわちＳＯ_２は図３に示されるように白金Ｐｔ６２において酸化され、次いでコート層６１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６１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６１は強塩基性を呈しており、したがって図３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６１内に捕獲される。このようにして、ＳＯｘトラップ触媒２６内にＳＯｘが捕獲され、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｕ，２７ｄ内にＳＯｘが吸蔵されるのが阻止される。

ここで、図４を参照しながらＮＯｘ吸蔵還元触媒のＮＯｘ浄化率ＥＦＦについて説明する。図４からわかるように、触媒温度ＴＮが低いときには触媒温度ＴＮが高くなるほどＮＯｘ浄化率ＥＦＦが高くなり、触媒温度ＴＮが高いときには触媒温度ＴＮが高くなるほどＮＯｘ浄化率ＥＦＦが低くなる。また、燃料供給量ＱＡＦが多くなるほどＮＯｘ浄化率ＥＦＦが高くなる。すなわち、ＮＯｘ浄化率ＥＦＦはＮＯｘ吸蔵還元触媒の温度ＴＮと、ＮＯｘ吸蔵還元触媒への燃料供給量ＱＡＦとに応じて定まるということになる。なお、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に流入するＮＯｘ量をＮＯＸｉ、ＮＯｘ吸蔵還元触媒から流出するＮＯｘ量をＮＯＸｏで表すと、ＮＯｘ浄化率ＥＦＦは（ＮＯＸｉ−ＮＯＸｏ）／ＮＯＸｉで表すことができる。

さて、本発明による実施例では、上述したようにＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｕ，２７ｄからＮＯｘを放出させ還元させるべきときに、燃料供給手段３２ｕ，３２ｄからそれぞれ対応するＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｕ，２７ｄに燃料が供給される。この場合の燃料供給手段３２ｕ，３２ｄからの燃料供給量ＱＡＦｕ，ＱＡＦｄは本発明による実施例では次の２つの条件を満たすように設定される。

第１の条件は、燃料供給量ＱＡＦｕ，ＱＡＦｄの合計値ＳＱＡＦ（＝ＱＡＦｕ＋ＱＡＦｄ）があらかじめ定められた目標値ＴＧＴにほぼ一致するということにある。

第２の条件は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｕ，２７ｄのＮＯｘ浄化率ＥＦＦｕ，ＥＦＦｄの合計値ＳＥＦＦ（＝ＥＦＦｕ＋ＥＦＦｄ）が許容値ＡＬＷよりも大きいということにある。

このようにすると、燃料消費量を少なく維持しつつ、ＮＯｘ浄化率合計値ＳＥＦＦで表されるＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｕ，２７ｄ全体のＮＯｘ浄化率を高く維持することができる。

具体的には、ＮＯｘ浄化率ＥＦＦｕ，ＥＦＦｄは上述したように触媒温度ＴＮｕ，ＴＮｄ及び燃料供給量ＱＡＦｕ，ＱＡＦｄの関数であるので、温度センサ３３ｕ，３３ｄにより触媒温度ＴＮｕ，ＴＮｄを検出すればＮＯｘ浄化率ＥＦＦｕ，ＥＦＦｄはそれぞれ燃料供給量ＱＡＦｕ，ＱＡＦｄの関数ｆｕ（ＱＡＦｕ），ｆｄ（ＱＡＦｄ）となる。その上で、ＳＱＡＦ（＝ＱＡＦｕ＋ＱＡＦｄ）＝ＴＧＴを満たしつつＳＥＦＦ（＝ＥＦＦｕ＋ＥＦＦｄ）＞ＡＬＷを満たすＱＡＦｕ，ＱＡＦｄが求められる。

なお、ＮＯｘ浄化率ＥＦＦｕ，ＥＦＦｄを例えば次のような対数関数で近似することができる。

ＥＦＦｕ＝ａｕ・ｌｏｇ（ｂｕ・ＱＡＦｕ＋１）
ＥＦＦｄ＝ａｄ・ｌｏｇ（ｂｄ・ＱＡＦｄ＋１）
ここで、ａｕ，ｂｕは触媒温度ＴＮｕに応じて定まる係数であり、ａｄ，ｂｄは触媒温度ＴＮｄに応じて定まる係数である。

したがって、触媒温度ＴＮｕ，ＴＮｄを検出して係数ａｕ，ｂｕ，ａｄ，ｂｄを決定すれば、ＮＯｘ浄化率ＥＦＦｕ，ＥＦＦｄを表す関数ｆｕ（ＱＡＦｕ），ｆｄ（ＱＡＦｄ）が決まる。

図５（Ａ），（Ｂ）に示される例を参照すると、燃料供給量ＱＡＦｕ，ＱＡＦｄをそれぞれＴＧＴ／２＋ｑ，ＴＧＴ／２−ｑに設定した場合（Ｘ）には、ＮＯｘ浄化率ＥＦＦｕ，ＥＦＦｄはそれぞれＥＦＦｕＸ，ＥＦＦｄＸとなるので、この場合のＮＯｘ浄化率合計値ＳＥＦＦは許容値ＡＬＷよりも小さくなる。これに対し、燃料供給量ＱＡＦｕ，ＱＡＦｄをそれぞれＴＧＴ／２−ｑ，ＴＧＴ／２＋ｑに設定した場合（Ｙ）には、ＮＯｘ浄化率ＥＦＦｕ，ＥＦＦｄはそれぞれＥＦＦｕＹ，ＥＦＦｄＹとなり、ＮＯｘ浄化率合計値ＳＥＦＦは許容値ＡＬＷよりも大きくなる。したがって、燃料供給量ＱＡＦｕ，ＱＡＦｄをそれぞれＴＧＴ／２−ｑ，ＴＧＴ／２＋ｑに設定することができる。

Ｙで示される例ではＸで示される例に比べてＮＯｘ浄化率ＥＦＦｕが小さくなっている。しかしながら、ＮＯｘ浄化率ＥＦＦｕ，ＥＦＦｄそれぞれを考えるのではなく、ＮＯｘ浄化率合計値ＳＥＦＦで表されるＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｕ，２７ｄ全体のＮＯｘ浄化率を大きくしようとするのが本発明の考え方である。

なお、上述した２つの条件を満たす燃料供給量ＱＡＦｕ，ＱＡＦｄが複数組存在する場合もある。この場合には、例えばＮＯｘ浄化率合計値ＳＥＦＦが最大となる燃料供給量ＱＡＦｕ，ＱＡＦｄを選択することもできるし、ＮＯｘ浄化率ＥＦＦｕ，ＥＦＦｄが高いほうのＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｕ，２７ｄへの燃料供給量ＱＡＦｕ，ＱＡＦｄが最も多い燃料供給量ＱＡＦｕ，ＱＡＦｄを選択することもできる。

図６は本発明による実施例のＮＯｘ放出制御を実行するためのルーチンを示している。このルーチンはあらかじめ定められた設定時間ごとの割り込みによって実行される。

図６を参照すると、まずステップ１００ではＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｕ，２７ｄからＮＯｘを放出させ還元させるべきか否かが判別される。吸蔵還元触媒２７ｕ，２７ｄからＮＯｘを放出させ還元させるべきでないときには処理サイクルを終了する。吸蔵還元触媒２７ｕ，２７ｄからＮＯｘを放出させ還元させるべきときには次いでステップ１０１に進み、触媒温度ＴＮｕ，ＴＮｄが温度センサ３３ｕ，３３ｄによって検出される。続くステップ１０２では、ＮＯｘ浄化率ＥＦＦｕ，ＥＦＦｄを表す関数ｆｕ（ＱＡＦｕ），ｆｄ（ＱＡＦｄ）が触媒温度ＴＮｕ，ＴＮｄに基づいて決定される。続くステップ１０３では、関数式ｆｕ（ＱＡＦｕ），ｆｄ（ＱＡＦｄ）を用いて、燃料供給量合計値ＳＱＡＦが目標値に一致しかつＮＯｘ浄化率合計値ＳＥＦＦが許容値を越えるように燃料供給量ＱＡＦｕ，ＱＡＦｄが設定される。続くステップ１０４では燃料供給手段３２ｕ，３２ｄからそれぞれＱＡＦｕ，ＱＡＦｄだけ燃料が供給される。

これまで述べてきた本発明による実施例では、排気通路内に２つのＮＯｘ吸蔵還元触媒及び２つの燃料供給手段が設けられる。しかしながら、３つ以上のＮＯｘ吸蔵還元触媒及び燃料供給手段を設けることもできる。

また、三元触媒２３、ＳＯｘトラップ触媒２６及びパティキュレートフィルタ３０をそれぞれ省略することもできる。あるいは、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２７ｄをパティキュレートフィルタ３０上に形成することもできる。

さらに、ＳＯｘトラップ触媒２６として、アルミナからなる担体上に鉄Ｆｅ，マンガンＭｎ，ニッケルＮｉ，スズＳｎのような遷移金属及びリチウムＬｉから選ばれた少なくとも一つを担持した触媒を用いることもできる。

また、排気通路内の最上流に配置されたＮＯｘ吸蔵還元触媒への流入排気ガスを理論空燃比又はリッチにするために、燃焼室から排出される排気ガスの空燃比を理論空燃比又はリッチにするようにしてもよい。この場合、燃焼混合気の空燃比を理論空燃比又はリッチにし又は膨張行程もしくは排気行程に燃料噴射弁から追加の燃料を噴射することにより、燃焼室から排出される排気ガスの空燃比を理論空燃比又はリッチにすることができる。

内燃機関の全体図である。 ＮＯｘ吸蔵還元触媒の触媒担体の表面部分の断面図である。 ＳＯｘトラップ触媒の触媒担体の表面部分の断面図である。 ＮＯｘ吸蔵還元触媒のＮＯｘ浄化率を示す線図である。 燃料供給量の設定方法を説明するための線図である。 本発明による実施例のＮＯｘ放出制御ルーチン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
２０ 排気後処理装置
２７ｕ，２７ｄ ＮＯｘ吸蔵還元触媒
３２ｕ，３２ｄ 燃料供給手段
３３ｕ，３３ｄ 温度センサ

Claims (1)

1. 機関排気通路内に複数のＮＯｘ吸蔵還元触媒を直列配置し、各ＮＯｘ吸蔵還元触媒は流入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を吸蔵し流入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ＮＯｘを放出して還元し、これらＮＯｘ吸蔵還元触媒に燃料を供給する燃料供給手段をそれぞれ設け、これらＮＯｘ吸蔵還元触媒から吸蔵されているＮＯｘを放出させて還元すべきときにはこれら燃料供給手段からそれぞれ対応するＮＯｘ吸蔵還元触媒に燃料を供給することにより流入排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチになるようにし、これらＮＯｘ吸蔵還元触媒の温度をそれぞれ検出し、これら燃料供給手段からの燃料供給量の合計値が目標値にほぼ一致するようにこれら燃料供給手段からの燃料供給量をそれぞれ設定すると共に、該設定される燃料供給量と該検出されたＮＯｘ吸蔵還元触媒の温度とに基づきＮＯｘ吸蔵還元触媒のＮＯｘ浄化率をそれぞれ算出してこれらＮＯｘ浄化率の合計値が許容値を越えるように、燃料供給手段からの燃料供給量をそれぞれ設定した内燃機関の排気浄化装置。

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