JP2663807B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】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】リーン混合気を燃焼せしめるようにした
内燃機関において、流入する排気ガスの空燃比がリーン
のときにはＮＯ_X 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ＮＯ_X を放出するＮＯ_X 吸収
剤を機関排気通路内に配置し、リーン混合気を燃焼せし
めた際に発生するＮＯ_X をＮＯ_X 吸収剤により吸収し、
ＮＯ_X 吸収剤のＮＯ_X 吸収能力が飽和する前にＮＯ_X 吸
収剤へ流入する排気ガスの空燃比を一時的にリッチにし
てＮＯ_X 吸収剤からＮＯ_X を放出させると共に放出され
たＮＯ_X を還元するようにした内燃機関が本出願人によ
り既に提案されている（特願平３−２８４０９５号参
照）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところでこのようなＮ
Ｏ_X 吸収剤ではＮＯ_X を吸収して保持する能力、即ちＮ
Ｏ_X の吸収率が特定の温度領域においてピークとなり、
ＮＯ_X 吸収剤の温度がこの特定の温度領域よりも低くな
るとＮＯ_X 吸収剤がＮＯ_X を吸収しなくなる。一方、Ｎ
Ｏ_X 吸収剤の温度がこの特定の温度領域よりも高くなる
とＮＯ_X 吸収剤はＮＯ_X を吸収しないばかりでなく吸収
していたＮＯ_X を放出する。従ってこのようなＮＯ_X 吸
収剤を用いる場合にはＮＯ_X 吸収剤の温度をＮＯ_X 吸収
率がピークとなる温度領域内に維持しなければならない
ことになる。

【０００４】ところでＮＯ_X 吸収剤は排気ガスにより加
熱されて温度上昇するのでＮＯ_X 吸収剤の温度は排気ガ
ス温によって左右される。しかしながら機関から排出さ
れる排気ガスの温度は機関の運転状態により大巾に変動
し、しかも排気ガスの温度は下流に行くに従って次第に
低下する。従って機関から排出される排気ガス温が低い
ときであってもＮＯ_X 吸収剤の温度が上述の特定の温度
領域内となるようにＮＯ_X 吸収剤を機関排気通路の上流
に設けると機関から排出される排気ガス温が高くなった
ときにＮＯ_X 吸収剤の温度が上述の特定の温度領域より
も高くなってしまい、その結果ＮＯ_X 吸収剤によりＮＯ
_X を吸収できないばかりでなくＮＯ_X 吸収剤からＮＯ_X
が放出されるためにＮＯ_X が大気中に排出されることに
なる。

【０００５】これに対して機関から排出される排気ガス
温が高いときにＮＯ_X 吸収剤の温度が上述の特定の温度
領域内となるようにＮＯ_X 吸収剤を機関排気通路の下流
に設けると今度は機関から排出される排気ガス温が低く
なったときにＮＯ_X 吸収剤の温度が上述の特定の温度領
域よりも低くなってしまい、その結果ＮＯ_X 吸収剤によ
りＮＯ_X を吸収できなくなるのでＮＯ_X が大気中に放出
されることになる。

【０００６】即ち、上述の内燃機関におけるように機関
排気通路内に一個のＮＯ_X 吸収剤を設けた場合にはＮＯ
_X 吸収剤の取付け位置をどのように変えても機関の全運
転領域に亘ってＮＯ_X が大気中に放出されるのを阻止す
るのは困難である。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに本発明によれば、流入する排気ガスの空燃比がリー
ンのときにはＮＯ_X 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ＮＯ_X を放出するＮＯ_X 吸
収剤であってＮＯ_X 吸収率がピークとなる温度領域がほ
ぼ等しい少くとも２つのＮＯ_X 吸収剤を機関排気通路内
に直列に配置し、排気ガス温の上昇により上流側のＮＯ
_X 吸収剤から自然放出されたＮＯ_X を下流側のＮＯ_X 吸
収剤により吸収しうるようにこれらのＮＯ_X 吸収剤を互
いに間隔を隔てて配置している。

【０００８】更に上記問題点を解決するために本発明に
よれば、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには
ＮＯ_X 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ＮＯ_X を放出するＮＯ_X 吸収剤であって
ＮＯ_X 吸収率がピークとなる温度領域がほぼ等しい少く
とも２つのＮＯ_X 吸収剤を各ＮＯ_X 吸収剤に至る排気ガ
ス流通路が異なるように機関排気通路内に配置し、機関
から排出される排気ガス温が低いときには排気ガス流通
路が短い方のＮＯ_X 吸収剤に排気ガスを流入させ、機関
から排出される排気ガス温が高いときには排気ガス流通
路が短い方のＮＯ_X 吸収剤への排気ガスの流入を遮断す
ると共に排気ガス流通路が長い方のＮＯ _X 吸収剤に排気
ガスを流入させる排気ガス流入切換装置を具備してい
る。

【０００９】

【作用】請求項１に記載の発明では機関から排出される
排気ガスの温度が低いときには上流側のＮＯ_X 吸収剤に
よりＮＯ_X が吸収される。これに対して機関から排出さ
れる排気ガスの温度が高いときには下流側のＮＯ_X 吸収
剤によりＮＯ_X が吸収される。このとき上流側のＮＯ_X
吸収剤からはＮＯ_X が放出されるがこのＮＯ_X は下流側
のＮＯ_X 吸収剤により吸収される。

【００１０】請求項２に記載の発明では機関から排出さ
れる排気ガスの温度が低いときには排気ガス流通路が短
い方のＮＯ_X 吸収剤によりＮＯ_X が吸収される。これに
対して機関から排出される排気ガスの温度が高いときに
は排気ガス流通路が長い方のＮＯ_X 吸収剤によりＮＯ_X
が吸収される。このとき排気ガス流通路の短い方のＮＯ
_X 吸収剤への排気ガスの流入が遮断されるのでこのＮＯ
_X 吸収剤からはＮＯ_Xが放出されない。

【００１１】

【実施例】図１を参照すると、１は機関本体、２はピス
トン、３は燃焼室、４は点火栓、５は吸気弁、６は吸気
ポート、７は排気弁、８は排気ポートを夫々示す。吸気
ポート６は対応する枝管９を介してサージタンク１０に
連結され、各枝管９には夫々吸気ポート６内に向けて燃
料を噴射する燃料噴射弁１１が取付けられる。サージタ
ンク１０は吸気ダクト１２およびエアフローメータ１３
を介してエアクリーナ１４に連結され、吸気ダクト１２
内にはスロットル弁１５が配置される。

【００１２】一方、排気ポート８は排気マニホルド１６
を介して第１のＮＯ_X 吸収剤１７を内蔵したケーシング
１８に連結され、このケーシング１８は排気管１９を介
して第２のＮＯ_X 吸収剤２０を内蔵したケーシング２１
に連結される。従って排気通路内には排気ガスの流れ方
向において順に第１ＮＯ_X 吸収剤１７および第２ＮＯ _X
吸収剤２０が配置されることになる。図１に示す内燃機
関では燃焼室３内に供給される混合気の空燃比はリーン
とされ、従って燃焼室３内ではリーン混合気が燃焼せし
められる。

【００１３】図２は燃焼室３から排出される排気ガス中
の代表的な成分の濃度を概略的に示している。図２から
わかるように燃焼室３から排出される排気ガス中の未燃
ＨＣ，ＣＯの濃度は燃焼室３内に供給される混合気の空
燃比がリッチになるほど増大し、燃焼室３から排出され
る排気ガス中の酸素Ｏ₂ の濃度は燃焼室３内に供給され
る混合気の空燃比がリーンになるほど増大する。

【００１４】各ケーシング１８，２１内に収容されてい
る各ＮＯ_X 吸収剤１７，２０は例えばアルミナを担体と
し、この担体上に例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ、
リチウムＬｉ、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
た少なくとも一つと、白金Ｐｔのような貴金属とが担持
されている。機関吸気通路及びＮＯ_X 吸収剤１７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
比を各ＮＯ_X 吸収剤１７，２０への流入排気ガスの空燃
比と称すると各ＮＯ_X 吸収剤１７，２０は流入排気ガス
の空燃比がリーンのときにはＮＯ_X を吸収し、流入排気
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。なお、ＮＯ_X 吸収剤１７
上流の排気通路内に燃料或いは空気が供給されない場合
には流入排気ガスの空燃比は燃焼室３内に供給される混
合気の空燃比に一致し、従ってこの場合には各ＮＯ_X 吸
収剤１７，２０は燃焼室３内に供給される混合気の空燃
比がリーンのときにはＮＯ_X を吸収し、燃焼室３内に供
給される混合気中の酸素濃度が低下すると吸収したＮＯ
_X を放出することになる。

【００１５】上述の各ＮＯ_X 吸収剤１７，２０を機関排
気通路内に配置すれば各ＮＯ_X 吸収剤１７，２０は実際
にＮＯ_X の吸放出作用を行うがこの吸放出作用の詳細な
メカニズムについては明らかでない部分もある。しかし
ながらこの吸放出作用は図３に示すようなメカニズムで
行われているものと考えられる。次にこのメカニズムに
ついて担体上に白金ＰｔおよびバリウムＢａを担持させ
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、希土類を用いても同様なメカニズム
となる。

【００１６】即ち、流入排気ガスがかなりリーンになる
と流入排気ガス中の酸素濃度が大巾に増大し、図３
（Ａ）に示されるようにこれら酸素Ｏ₂ がＯ₂ ^- の形で
白金Ｐｔの表面に付着する。一方、流入排気ガス中のＮ
Ｏは白金Ｐｔの表面上でＯ₂ ^- と反応し、ＮＯ₂ となる
（２ＮＯ＋Ｏ₂ →２ＮＯ₂ ）。次いで生成されたＮＯ₂
の一部は白金Ｐｔ上で更に酸化されつつ吸収剤内に吸収
されて酸化バリウムＢａＯと結合しながら、図３（Ａ）
に示されるように硝酸イオンＮＯ₃ ^- の形で吸収剤内に
拡散する。このようにしてＮＯ_X が各ＮＯ_X 吸収剤１
７，２０内に吸収される。

【００１７】流入排気ガス中の酸素濃度が高い限り白金
Ｐｔの表面でＮＯ₂ が生成され、吸収剤のＮＯ_X 吸収能
力が飽和しない限りＮＯ₂ が吸収剤内に吸収されて硝酸
イオンＮＯ₃ ^- が生成される。これに対して流入排気ガ
ス中の酸素濃度が低下してＮＯ₂ の生成量が低下すると
反応が逆方向（ＮＯ₃ ^- →ＮＯ₂ ）に進み、斯くして吸
収剤内の硝酸イオンＮＯ₃ ^- がＮＯ₂ の形で吸収剤から
放出される。即ち、流入排気ガス中の酸素濃度が低下す
ると各ＮＯ_X 吸収剤１７，２０からＮＯ_X が放出される
ことになる。図２に示されるように流入排気ガスのリー
ンの度合が低くなれば流入排気ガス中の酸素濃度が低下
し、従って流入排気ガスのリーンの度合を低くすればた
とえ流入排気ガスがリーンであっても各ＮＯ_X 吸収剤１
７，２０からＮＯ_X が放出されることになる。

【００１８】一方、このとき燃焼室３内に供給される混
合気がリッチにされて流入排気ガスの空燃比がリッチに
なると図２に示されるように機関からは多量の未燃Ｈ
Ｃ，ＣＯが排出され、これら未燃ＨＣ，ＣＯは白金Ｐｔ
上の酸素Ｏ₂ ^- と反応して酸化せしめられる。また、流
入排気ガスの空燃比がリッチになると流入排気ガス中の
酸素濃度が極度に低下するために吸収剤からＮＯ₂ が放
出され、このＮＯ₂ は図３（Ｂ）に示されるように未燃
ＨＣ，ＣＯと反応して還元せしめられる。このようにし
て白金Ｐｔの表面上にＮＯ₂ が存在しなくなると吸収剤
から次から次へとＮＯ₂ が放出される。従って流入排気
ガスの空燃比がリッチになると短時間のうちに各ＮＯ_X
吸収剤１７，２０からＮＯ_X が放出されかつ放出時に還
元されることになる。

【００１９】このように流入排気ガスの空燃比がリーン
になるとＮＯ_X が各ＮＯ_X 吸収剤１７，２０に吸収さ
れ、流入排気ガスの空燃比がリッチになるとＮＯ_X がＮ
Ｏ_X 吸収剤１７，２０から短時間のうちに放出されかつ
還元される。従って図１に示す内燃機関では図４に示さ
れるようにリーン混合気の燃焼期間が一定期間経過した
ときに燃焼室３内に供給される混合気の空燃比を一時的
にリッチにして各ＮＯ_X吸収剤１７，２０からＮＯ_X を
放出させるようにしている。

【００２０】ところが各ＮＯ_X 吸収剤１７，２０がＮＯ
_X を吸収して保持しておく力、即ちＮＯ_X の吸収率は温
度依存性を有し、これを図５に示す。図５の縦軸はＮＯ
_X 吸収率を示しており、図５の横軸は各ＮＯ_X 吸収剤１
７，２０の温度を示している。図５からわかるようにＮ
Ｏ_X 吸収剤１７，２０は吸収剤の温度がほぼ２５０℃か
ら３５０℃の範囲においてＮＯ_X の吸収率がピークとな
る。即ち、各ＮＯ_X 吸収剤１７，２０は低温になると白
金Ｐｔの表面上におけるＮＯ_X の酸化作用が進まなくな
り、また吸収剤へのＮＯ_X の吸収作用が遅くなるために
ＮＯ_X 浄化率が低下してくる。一方、高温になると吸収
剤内において硝酸塩が分解されてＮＯ_Xが自然放出され
るためにＮＯ_X 吸収率が低下してくる。従ってリーン混
合気が燃焼せしめられているときにＮＯ_X をＮＯ_X 吸収
剤１７，２０に良好に吸収するためには各ＮＯ_X 吸収剤
１７，２０の温度をほぼ２５０℃から３５０℃の範囲内
に維持しなければならないことになる。

【００２１】ところで各ＮＯ_X 吸収剤１７，２０は排気
ガスによって加熱されることにより温度上昇するので各
ＮＯ_X 吸収剤１７，２０の温度は各ＮＯ_X 吸収剤１７，
２０を流通する排気ガスの温度に依存している。ところ
が機関から排出される排気ガスの温度は機関の運転状態
によって大巾に変動し、しかも排気通路内を流れている
間に排気ガス温は低下するので排気通路内に一個のＮＯ
_X 吸収剤を配置した場合にはこのＮＯ_X 吸収剤を排気通
路のどこに配置してもあらゆる機関の運転状態において
このＮＯ_X 吸収剤の温度をほぼ２５０℃から３５０℃の
範囲内に維持するのは困難である。

【００２２】そこで本発明による実施例では図１に示さ
れるように互いに間隔を隔てて一対のＮＯ_X 吸収剤１
７，２０を排気通路内に配置するようにしている。この
場合、図１に示される実施例では暖機完了後において機
関から排出される排気ガスの温度が最も低下したときで
も第１ＮＯ_X 吸収剤１７の温度ができるだけ高くなるよ
うに、好ましくはほぼ２００℃以上となるように第１Ｎ
Ｏ_X 吸収剤１７は排気通路の上流部に配置される。即
ち、機関から排出される排気ガスの温度が低いときには
ＮＯ_X が第１ＮＯ_X 吸収剤１７に吸収され、機関から排
出される排気ガスの温度が高くなったときには第１ＮＯ
_X 吸収剤１７からＮＯ_X が放出される位置に第１ＮＯ_X
吸収剤１７が配置される。

【００２３】これに対して第２ＮＯ_X 吸収剤２０は機関
から排出される排気ガスの温度が最も高いときに第２Ｎ
Ｏ_X 吸収剤２０の温度がほぼ３５０℃となるように排気
通路の下流部に配置される。即ち、機関から排出される
排気ガスの温度が低いときにはＮＯ_X が第２ＮＯ_X 吸収
剤２０に吸収されず、機関から排出される排気ガスの温
度が高くなったときにはＮＯ_X が第２ＮＯ_X 吸収剤２０
に吸収される位置に第２ＮＯ_X 吸収剤２０が配置され
る。

【００２４】従って機関から排出される排気ガスの温度
が低いときには第２ＮＯ_X 吸収剤２０によるＮＯ_X の吸
収作用は不十分となるがこのときＮＯ_X は第１ＮＯ_X 吸
収剤１７に吸収されるのでＮＯ_X が大気中に放出される
ことはない。一方、機関から排出される排気ガスの温度
が高いときには第１ＮＯ_X 吸収剤１７からＮＯ_X が自然
放出されるがこのＮＯ_X は機関から排出されたＮＯ_X と
共に第２ＮＯ_X 吸収剤２０に吸収されるのでＮＯ_X が大
気中に放出されることはない。従って機関のあらゆる運
転領域においてＮＯ_X が大気中に放出されるのを阻止す
ることができることになる。なお、この場合、第２ＮＯ
_X 吸収剤２０に吸収されるＮＯ_X 量の方が第１ＮＯ_X 吸
収剤１７に吸収されるＮＯ_X 量よりも必然的に多くなる
ので図１に示すように第２ＮＯ_X 吸収剤２０の容量を第
１ＮＯ_X 吸収剤１７の容量よりも大きくすることが好ま
しい。

【００２５】図６に別の実施例を示す。この実施例では
排気マニホルド１６が排気管２２を介して排気管２３に
連結され、この排気管２３は分岐部２４において分岐さ
れた第１の枝管２５ａと第２の枝管２５ｂとを具備す
る。第１枝管２５ａには第１ＮＯ_X 吸収剤２６を内蔵し
たケーシング２７が連結され、第２枝管２５ｂには第２
ＮＯ_X 吸収剤２８を内蔵したケーシング２９が連結され
る。各ケーシング２７および２９は夫々対応する枝管３
０ａ，３０ｂを介して共通の排気管３１に連結される。
排気管２３の分岐部２４内には排気ガスを第１枝管２５
ａ又は第２枝管２５ｂのいずれか一方に導くための切換
弁３２が配置され、この切換弁３２はアクチュエータ３
３によって切換え制御される。

【００２６】図６に示されるようにこの実施例では第２
枝管２５ｂの方が第１枝管２５ａよりも長く、従って第
２ＮＯ_X 吸収剤２８に至る排気ガス流通路の方が第１Ｎ
Ｏ_X吸収剤２６に至る排気ガス流通路よりも長くなって
いる。更に第１ＮＯ_X 吸収剤２６および第２ＮＯ_X 吸収
剤２８は図１に示す各ＮＯ_X 吸収剤１７，２０と同様に
図５に示すような温度に依存したＮＯ_X 吸収率を有す
る。

【００２７】図６に示されるようにアクチュエータ３３
は電子制御ユニット５０の出力信号により制御される。
この電子制御ユニット５０はディジタルコンピュータか
らなり、双方向性バス５１によって相互に接続されたＲ
ＯＭ（リードオンリメモリ）５２、ＲＡＭ（ランダムア
クセスメモリ）（ＲＡＭ）５３、ＣＰＵ（マイクロプロ
セッサ）５４、入力ポート５５および出力ポート５６を
具備する。エアフローメータ１３は吸入空気量に比例し
た出力電圧を発生し、この出力電圧がＡＤ変換器５７を
介して入力ポート５５に入力される。排気管２２には排
気ガス温に比例した出力電圧を発生する温度センサ５８
が取付けられ、この温度センサ５８の出力電圧がＡＤ変
換器５９を介して入力ポート５５に入力される。また、
入力ポート５５には機関回転数を表わす出力パルスを発
生する回転数センサ６０が接続される。一方、出力ポー
ト５６は対応する駆動回路６１を介して夫々点火栓４、
燃料噴射弁１１およびアクチュエータ３３に接続され
る。

【００２８】図７は切換弁３２の制御ルーチンを示して
おり、このルーチンは一定時間毎の割込みによって実行
される。図７を参照するとまず初めにステップ７０にお
いて温度サンセ５８の出力信号に基いて排気ガス温Ｔが
予め定められた一定値Ｔｏ、例えば３５０℃よりも低い
か否かが判別される。Ｔ＜Ｔｏのとき、即ち機関から排
出される排気ガス温が低いときはステップ７１に進んで
排気ガスが第１ＮＯ_X 吸収剤２６に導かれるように切換
弁３２が切換えられる。これに対してＴ≧Ｔｏのとき、
即ち機関から排出される排気ガス温が高いときはステッ
プ７２に進んで排気ガスが第２ＮＯ_X 吸収剤２８に導か
れるように切換弁３２が切換えられる。

【００２９】この実施例では第２枝管２５ｂの方が第１
枝管２５ａよりも長いので第２ＮＯ _X 吸収剤２８に流入
する排気ガス温の方が第１ＮＯ_X 吸収剤２６に流入する
排気ガス温よりも低くなる。この場合、第２ＮＯ_X 吸収
剤２８は機関から排出される排気ガスの温度が最も高い
ときに第２ＮＯ_X 吸収剤２８の温度がほぼ３５０℃とな
る位置に配置される。これに対して第１ＮＯ_X 吸収剤２
６は機関から排出される排気ガスの温度が高いときには
第１ＮＯ_X 吸収剤２６の温度が３５０℃よりも高くなる
位置に配置される。

【００３０】ところでこの実施例では上述したように排
気管２２内の排気ガス温がほぼ３５０℃よりも低いとき
には第１ＮＯ_X 吸収剤２６に排気ガスが導かれ、第２Ｎ
Ｏ_X吸収剤２８への排気ガスの流入が停止される。この
ときＮＯ_X は第１ＮＯ_X 吸収剤２６に良好に吸収され
る。このときもし第２ＮＯ_X 吸収剤２８に排気ガスを流
入させたとすると第２ＮＯ_X 吸収剤２８への流入排気ガ
ス温がかなり低くなるために第２ＮＯ_X 吸収剤２８にＮ
Ｏ_X を吸収できない場合もある。しかしながらこの実施
例ではこのときには第２ＮＯ_X 吸収剤２８への排気ガス
の流入が停止されるのでＮＯ_X が大気中に放出される危
険性がなくなる。

【００３１】一方、排気管２２内の排気ガス温がほぼ３
５０℃よりも高いときには第２ＮＯ _X 吸収剤２８に排気
ガスが導かれ、第１ＮＯ_X 吸収剤２６への排気ガスの流
入が停止される。このときＮＯ_X は第２ＮＯ_X 吸収剤２
８に良好に吸収される。このときもし第１ＮＯ_X 吸収剤
２６に排気ガスを流入させたとすると第１ＮＯ_X 吸収剤
２６に吸収されているＮＯ_X が自然放出される。しかし
ながらこの実施例ではこのときには第１ＮＯ_X 吸収剤２
６への排気ガスの流入が停止されるのでＮＯ_Xが大気中
に放出される危険性がなくなる。従ってこの実施例でも
いかなる機関の運転状態においてもＮＯ_X が大気中に放
出されるのを阻止できることになる。

【００３２】なお、この実施例では排気管２２内の排気
ガス温Ｔを温度センサ５８により検出するようにしてい
るが排気管２２内の排気ガス温Ｔは機関負荷Ｑ／Ｎ（吸
入空気量Ｑ／機関回転数Ｎ）と機関回転数Ｎの関数とな
る。従って排気管２２内の排気ガス温Ｔを機関負荷Ｑ／
Ｎと機関回転数Ｎの関数として予め実験により求めてお
き、これらの関係を図８に示すようなマップの形で予め
ＲＯＭ５２内に記憶しておいてこのマップから排気ガス
温Ｔを求めるようにすることもできる。この場合には温
度センサ５８を設ける必要がなくなる。

【００３３】この実施例でも各ＮＯ_X 吸収剤２６，２８
からＮＯ_X を放出すべきときには燃焼室３内に供給され
る混合気が一時的にリッチにされる。この場合、この実
施例では例えば排気ガスが第１ＮＯ_X 吸収剤２６に導か
れているときに混合気が一時的にリッチされて第１ＮＯ
_X 吸収剤２６からＮＯ_X が放出され、排気ガスが第２Ｎ
Ｏ_X 吸収剤２８に導かれているときに混合気が一時的に
リッチされて第２ＮＯ _X 吸収剤２８からＮＯ_X が放出さ
れる。

【００３４】図９は本発明をディーゼル機関に適用した
場合を示している。なお、図９において第６図と同様な
構成要素は同一符号で示す。この実施例においても排気
管２３は分岐部２４において分岐された第１の枝管２５
ａと第２の枝管２５ｂとを具備し、第１枝管２５ａには
第１ＮＯ_X 吸収剤２６を内蔵したケーシング２７が連結
される。ケーシング２７には更に別の枝管３０が連結さ
れ、枝管２５ｂおよび枝管３０は共通の排気管３１に連
結される。この排気管３１には第２ＮＯ_X 吸収剤２８を
内蔵したケーシング２９が連結される。排気管２３の分
岐部２４内には排気ガスを第１枝管２５ａ又は第２枝管
２５ｂのいずれか一方に導くための切換弁３２が配置さ
れ、この切換弁３２はアクチュエータ３３によって切換
え制御される。

【００３５】図６に示されるようにこの実施例では枝管
２５ｂの周りに多数の冷却フィン３４が形成されてい
る。無論この冷却フィン３４に代えて機関冷却水により
冷却する構造にすることもできる。また図６からわかる
ようにこの実施例においても第２ＮＯ_X 吸収剤２８に至
る排気ガス流通路の方が第１ＮＯ_X 吸収剤２６に至る排
気ガス流通路よりも長くなっており、第１ＮＯ_X 吸収剤
２６および第２ＮＯ_X 吸収剤２８は図１に示す各ＮＯ_X
吸収剤１７，２０と同様に図５に示すような温度に依存
したＮＯ_X 吸収率を有する。

【００３６】更に、この実施例ではアクセルペダル６２
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
６３が設けられ、この負荷センサ６３の出力電圧はＡＤ
変換器６４を介して入力ポート５５に入力される。ま
た、この実施例では排気管２２内に還元剤供給弁６５が
配置され、この還元剤供給弁６５は供給ポンプ６６を介
して還元剤タンク６７に連結される。電子制御ユニット
５０の出力ポート５６は夫々対応する駆動回路６８を介
して還元剤供給弁６５および供給ポンプ６６に接続され
る。還元剤タンク６７内にはガソリン、イソオクタン、
ヘキサン、ヘプタンのような炭化水素、或いは液体の状
態で保存しうるブタン、プロパンのような炭化水素が充
填されている。

【００３７】図１０は切換弁３２の制御ルーチンを示し
ており、このルーチンは一定時間毎の割込みによって実
行される。図１０を参照するとまず初めにステップ８０
において温度センサ５８の出力信号に基いて排気ガス温
Ｔが予め定められた一定値Ｔｏ、例えば３５０℃よりも
低いか否かが判別される。Ｔ＜Ｔｏのとき、即ち機関か
ら排出される排気ガス温が低いときはステップ８１に進
んで排気ガスが第１枝管２５ａに導かれるように切換弁
３２が切換えられる。これに対してＴ≧Ｔｏのとき、即
ち機関から排出される排気ガス温が高いときはステップ
８２に進んで排気ガスが第２枝管２５ｂに導かれるよう
に切換弁３２が切換えられる。

【００３８】この実施例においても第２ＮＯ_X 吸収剤２
８に至る排気ガス流通路の方が第１ＮＯ_X 吸収剤２６に
至る排気ガス流通路よりも長く、しかも第２枝管２５ｂ
には冷却フィン３４が設けられているので第２ＮＯ_X 吸
収剤２８に流入する排気ガス温の方が第１ＮＯ_X 吸収剤
２６に流入する排気ガス温よりも低くなる。この場合、
第２ＮＯ_X 吸収剤２８は機関から排出れる排気ガスの温
度が最も高いときに第２ＮＯ_X 吸収剤２８の温度がほぼ
３５０℃となる位置に配置される。これに対して第１Ｎ
Ｏ_X 吸収剤２６は機関から排出される排気ガスの温度が
高いときには第１ＮＯ_X 吸収剤２６の温度が３５０℃よ
りも高くなる位置に配置される。

【００３９】ディーゼル機関では通常あらゆる運転状態
において空気過剰率が１．０以上、即ち燃焼室３内の混
合気の平均空燃比がリーンの状態で燃焼せしめられる。
従ってこのとき排出されるＮＯ_X をＮＯ_X 吸収剤によっ
て吸収できることになる。ところでこの実施例では上述
したように排気管２２内の排気ガス温がほぼ３５０℃よ
りも低いときには第１ＮＯ_X 吸収剤２６に排気ガスが導
かれ、第２枝管２５ｂへの排気ガスの流入が停止され
る。このときＮＯ_X は第１ＮＯ_X 吸収剤２６に良好に吸
収される。従ってこのときＮＯ_X が大気中に放出される
危険性はなくなる。

【００４０】一方、排気管２２内の排気ガス温がほぼ３
５０℃よりも高いときには第２枝管２５ｂを介して第２
ＮＯ_X 吸収剤２８に排気ガスが導かれ、第１ＮＯ_X 吸収
剤２６への排気ガスの流入が停止される。このときＮＯ
_X は第２ＮＯ_X 吸収剤２８に良好に吸収される。従って
このときにもＮＯ_X が大気中に放出される危険性がなく
なる。従ってこの実施例でもいかなる機関の運転状態に
おいてもＮＯ_X が大気中に放出されるのを阻止できるこ
とになる。

【００４１】この実施例では各ＮＯ_X 吸収剤２６，２８
からＮＯ_X を放出すべきときには燃焼室３内の混合気の
平均空燃比はリーンにしておいて還元剤供給弁６５から
還元剤、即ち炭化水素を供給することによって各ＮＯ_X
吸収剤２６，２８への流入排気ガスをリッチにするよう
にしている。即ち、この実施例では図１１に示されるよ
うに周期的に還元剤供給弁６５および供給ポンプ６６が
オンとされ、それによって炭化水素が一定時間、例えば
１０秒間排気管２２内に供給される。この場合例えば排
気ガスが第１ＮＯ_X 吸収剤２６に導かれているときに炭
化水素が供給されて第１ＮＯ_X 吸収剤２６からＮＯ_X が
放出され、排気ガスが第２枝管２５ｂを介して第２ＮＯ
_X 吸収剤２８に導かれているときに炭化水素が供給され
て第２ＮＯ_X 吸収剤２６からＮＯ_X が放出される。

【００４２】

【発明の効果】ＮＯ_X 吸収剤にＮＯ_X を吸収させるよう
にした場合において機関始動直後を除くあらゆる機関の
運転状態においてＮＯ_X が大気中に放出されるのを阻止
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】内燃機関の全体図である。

【図２】機関から排出される排気ガス中の未燃ＨＣ，Ｃ
Ｏおよび酸素の濃度を概略的に示す線図である。

【図３】ＮＯ_X の吸放出作用を説明するための図であ
る。

【図４】混合気をリッチにするタイミングを示す図であ
る。

【図５】各ＮＯ_X 吸収剤のＮＯ_X 吸収率を示す線図であ
る。

【図６】内燃機関の別の実施例の全体図である。

【図７】切換弁を制御するためのフローチャートであ
る。

【図８】排気ガス温Ｔのマップを示す図である。

【図９】内燃機関の別の実施例の全体図である。

【図１０】切換弁を制御するためのフローチャートであ
る。

【図１１】炭化水素を供給するタイミングを示す図であ
る。

【符号の説明】

１６…排気マニホルド １７，２６…第１ＮＯ_X 吸収剤 ２０，２８…第２ＮＯ_X 吸収剤 ３２…切換弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 竹島 伸一 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (56)参考文献 特開 平３−284095（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流入する排気ガスの空燃比がリーンのと
   きにはＮＯ_X 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ＮＯ_X を放出するＮＯ _X 吸収剤で
   あってＮＯ_X 吸収率がピークとなる温度領域がほぼ等し
   い少くとも２つのＮＯ_X 吸収剤を機関排気通路内に直列
   に配置し、排気ガス温の上昇により上流側のＮＯ_X 吸収
   剤から自然放出されたＮＯ_X を下流側のＮＯ_X 吸収剤に
   より吸収しうるようにこれらのＮＯ_X 吸収剤を互いに間
   隔を隔てて配置した内燃機関の排気浄化装置。
2. 【請求項２】 流入する排気ガスの空燃比がリーンのと
   きにはＮＯ_X 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ＮＯ_X を放出するＮＯ _X 吸収剤で
   あってＮＯ_X 吸収率がピークとなる温度領域がほぼ等し
   い少くとも２つのＮＯ_X 吸収剤を各ＮＯ_X 吸収剤に至る
   排気ガス流通路が異なるように機関排気通路内に配置
   し、機関から排出される排気ガス温が低いときには排気
   ガス流通路が短い方のＮＯ_X 吸収剤に排気ガスを流入さ
   せ、機関から排出される排気ガス温が高いときには排気
   ガス流通路が短い方のＮＯ_X 吸収剤への排気ガスの流入
   を遮断すると共に排気ガス流通路が長い方のＮＯ_X 吸収
   剤に排気ガスを流入させる排気ガス流入切換装置を具備
   した内燃機関の排気浄化装置。