JP3248187B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

内燃機関の排気浄化装置

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信也 広田
俊明 田中
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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。
背景技術 特開平６−159037号公報は機関排気通路内に排気中の
微粒子を捕集するフィルタを配置し、このフィルタの排
気上流側および排気下流側の両側面を、窒素酸化物NOX
を一時的に蓄えるNOX蓄積材により覆ったディーゼル機
関の排気浄化装置を開示している。一発に、ディーゼル
機関の排気中には微粒子、すなわち煤（カーボン）およ
び可溶有機成分（SOF）、とNOXとが含まれており、この
ような微粒子およびNOXが大気中に放出されるのは好ま
しくない。そこで、この排気浄化装置ではフィルタ内に
微粒子を捕集すると共にNOX蓄積材内にNOXを蓄えるよう
にしている。
しかしながら、フィルタの排気上流側面を覆うNOX蓄
積材には微粒子を含む排気が接触することになり、この
NOX蓄積材が微粒子により被毒するともはやNOXを良好に
蓄えることができなくなるという問題点がある。
発明の開示 本発明の目的はNOX蓄積材のNOX蓄積能力を確保するこ
とができる排気浄化装置を提供することにある。
本発明によれば、排気通路を有する内燃機関の排気浄
化装置であって、 排気通路内に配置されて流入する排気中の微粒子を捕
集するフィルタであって、排気流入面および排気流出面
を有するフィルタと、 フィルタの排気流出面上のみに配置されて流入する排
気中のNOXを一時的に蓄えるNOX蓄積材と を具備した排気浄化装置において、 前記フィルタが排気通路軸線に対しほぼ平行に延びる
多孔質セル壁により画定された複数のセルを具備し、こ
れらセルは排気上流端が開口されかつ排気下流端が閉鎖
された上流端開放セルと、排気上流端が閉鎖されかつ排
気下流端が開放された下流端開放セルとからなり、これ
ら上流端開放セルと下流端開放セルとが交互に繰り返し
並べられており、前記NOX蓄積材を下流端開放セル内壁
面上のみに配置した排気浄化装置が提供される。
図面の簡単な説明 図１はディーゼル機関の全体図、図２はパティキュレ
ートフィルタの部分拡大断面図、図3A、図3Bおよび図４
は図１の実施態様による排気浄化方法を説明する図、図
５は割り込みルーチンを示すフローチャート、図６は別
の実施態様による割り込みルーチンを示すフローチャー
ト、図７は別の実施態様によるディーゼル機関の全体
図、図８は図７の実施態様による割り込みルーチンを示
すフローチャート、図９は別の実施態様によるパティキ
ュレートフィルタの部分拡大断面図、図10は別の実施態
様によるディーゼル機関の全体図、図11は図10の実施態
様によるパティキュレートフィルタの部分拡大断面図、
図12Aおよび図12BはNOXの吸放出作用を説明するための
図、図13Aおよび図13Bは図10の実施態様による排気浄化
方法を説明する図、図14Aおよび図14Bは図10の実施態様
による割り込みルーチンを示すフローチャート、図15は
別の実施態様によるディーゼル機関の全体図、図16Aお
よび図16Bは図15の実施態様による割り込みルーチンを
示すフローチャートである。
発明を実施するための最良の形態 以下に説明する実施態様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。しかしながら本発明を火花
点火式機関に適用することもできる。
図１を参照すると、１はシリンダブロック、２はピス
トン、３はシリンダヘッド、４は燃焼室、５は吸気ポー
ト、６は吸気弁、７は排気ポート、８は排気弁、９は燃
焼室４内に燃料を直接噴射する電磁式の燃料噴射弁、10
は燃料ポンプ（図示しない）から吐出された燃料を各燃
料噴射弁９に分配する燃料用蓄圧室をそれぞれ示す。各
気筒の吸気ポート５はそれぞれ対応する吸気枝管11を介
して共通のサージタンク12に接続され、サージタンク12
は吸気ダクト13を介してエアクリーナ14に接続される。
吸気ダクト13内には吸気絞り弁15が配置される。一方、
各気筒の排気ポート７は共通の排気マニホルド16に接続
され、この排気マニホルド16は排気管17を介してパティ
キュレートフィルタ18を内蔵した触媒コンバータ19に接
続される。触媒コンバータ19は排気管20を介してマフラ
（図示しない）に接続される。なお、各燃料噴射弁９は
電子制御ユニット40からの出力信号に基づいて制御され
る。
図１のディーゼル機関には、触媒コンバータ19を迂回
して排気管17と排気管20とを互いに接続するバイパス管
21と、バイパス管21との接続部よりも排気下流の排気管
17から延びてバイパス管21に到る排気管22と、バイパス
管21との接続部よりも排気上流の排気管20から延びて例
えば機関駆動式の２次空気ポンプ23の吐出側に到る２次
空気導入管24とが設けられる。２次空気ポンプ23は通
常、停止されている。また、排気管17内および排気管20
内にはそれぞれ切り替え弁25,26が配置される。これら
切り替え弁25,26はそれぞれ対応するアクチュエータ27,
28により図１において実線でもって示される第１の位置
または図１において破線でもって示される第２の位置に
選択的に位置せしめられる。
切り替え弁25,26は通常、第１の位置に位置せしめら
れる。切り替え弁25,26が共に第１の位置に位置せしめ
られると、バイパス管21および排気管22が遮断され、排
気マニホルド16がパティキュレートフィルタ18の排気上
流端18uに連通され、パティキュレートフィルタ18の排
気下流端18dがマフラに連通される。これに対し、切り
替え弁25,26が共に第２の位置に位置せしめられると、
バイパス管21および排気管22が開放され、排気マニホル
ド16がパティキュレートフィルタ18の排気上流端18uに
連通されることなくバイパス管21を介してマフラに連通
され、パティキュレートフィルタ18の排気上流端18uが
排気管22およびバイパス管21を介しマフラに連通され、
２次空気導入管24がバイパス管21およびマフラに連通さ
れることなくパティキュレートフィルタ18の排気下流端
18dに連通される。なお、２次空気ポンプ23、および切
り替え弁25,26は電子制御ユニット40からの出力信号に
基づいてそれぞれ制御される。
さらに図１を参照すると、２次空気導入管24内には２
次空気ポンプ23から吐出された２次空気を加熱する加熱
装置29が設けられる。本実施態様では加熱装置29はバー
ナから構成される。このバーナ29は通常停止せしめられ
ており、２次空気ポンプ23が作動されると作動される。
なお、バーナ29は電子制御ユニット40からの出力信号に
基づいて制御される。
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を介して相互に接続されたRO
M（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、Ｂ−RAM（バ
ックアップRAM）45、入力ポート46、および出力ポート4
7を具備する。サージタンク12にはサージタンク12内の
負圧に比例した出力電圧を発明する負圧センサ48が取り
付けられる。また、アクセルペダル（図示しない）の踏
み込み量DEPに比例した出力電圧を発生する踏み込み量
センサ50が設けられる。これら負圧センサ48および踏み
込み量センサ50の出力電圧はそれぞれ対応するAD変換器
51を介して入力ポート46に入力される。CPU44では負圧
センサ48の出力電圧に基づいて吸入空気量Ｑが算出され
る。さらに、入力ポート46にはクランクシャフトが例え
ば30度回転する毎に出力パルスを発生するクランク角セ
ンサ52および車両速度に比例した周期で出力パルスを発
生する速度センサ52aが接続される。CPU44ではクランク
角センサ52の出力パルスに基づいて機関回転数Ｎが算出
される。一方、出力ポート47はそれぞれ対応する駆動回
路53を介して各燃料噴射弁９、２次空気ポンプ23、アク
チュエータ27,28、およびバーナ29にそれぞれ接続され
る。
パティキュレートフィルタ18は機関から排出される排
気中の微粒子、すなわち煤（カーボン）および可溶有機
成分（SOF）を捕集するためのものである。部分拡大断
面図を示す図２を参照すると、パティキュレートフィル
タ18はセラミックなどの多孔質材料から形成されて排気
通路軸線に対しほぼ平行に延びるセル壁60により画定さ
れた複数のセルを具備する。これらセルは、排気上流端
18uが開放されかつ排気下流端18dが閉鎖された上流端開
放セル61uと、排気上流端18uが閉鎖されかつ排気下流端
18dが開放された下流端開放セル61dとが交互に繰り返し
並べられて形成されている。さらに、パティキュレート
フィルタ18の排気下流側面を構成する下流端開放セル61
dの内壁面上は流入する排気中のNOXを一時的に蓄えるNO
X蓄積材62により覆われており、パティキュレートフィ
ルタ18の排気上流側面を構成する上流端開放セル61uの
内壁面上は被毒物質がNOX蓄積材62に到るのを阻止する
被毒物質除去材63により覆われている。その結果、図２
において矢印EGでもって示すように触媒コンバータ19内
に流入した排気はまず上流端開放セル61u内に流入し、
次いで被毒物質除去材63、セル壁60、およびNOX蓄積材6
2を順次通過して下流端開放セル61d内に流入し、斯くし
て触媒コンバータ19から流出する。
NOX蓄積材62はNOX吸着材62aから形成される。このNOX
吸着材62aは例えばアルミナからなる担体上のパラジウ
ムPt、白金Rt、およびロジウムRhからなる貴金属、銅Cu
および鉄Feからなる遷移金属、およびリチウムLiから選
ばれた少なくとも１つが担持されて形成されている。こ
のNOX吸着材62aはNOX吸着材62aの温度が低いときに流入
する排気中のNOXを蓄え、NOX吸着材62aの温度が高くな
ると蓄えているNOXを放出し、このときNOX吸着材62a周
りに還元剤が存在するとたとえ酸化雰囲気であってもNO
Xも還元する。この場合のNOX蓄積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、流入する排気
中のNOXが例えば白金Pt粒子の表面上にNO2の形で化学吸
着でもって吸着されると考えられている。この場合、流
入排気中のNOは白金Pt粒子の表面上でNO2に酸化された
後に白金Pt粒子の表面上に吸着されると考えられてい
る。なお、NOX吸着材62aが他の貴金属または遷移金属を
担持した場合も同様である。
一方、被毒物質除去材63はHC吸着材63aから形成され
る。このHC吸着材63aはゼオライトからなる担体上に白
金PtおよびパラジウムPdからなる貴金属、および銅Cuお
よび鉄Feからなる遷移金属から選ばれた少なくとも１つ
が担持されて形成されている。このHC吸着材63aはHC吸
着材63aの温度が低いときに流入する排気中の気相炭化
水素（HC）を一時的に蓄え、HC吸着材63aの温度が高く
なると蓄えているHCを放出する。この場合のHC吸着メカ
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、流入する排気中のHCがゼオライトの細孔内に物理吸
着でもって吸着されると考えられている。なお、ゼオラ
イトとして例えばZSM−５型、フェリエライト、モルデ
ナイトなどの高シリカ含有ゼオライトを用いることがで
きる。
ところで、ディーゼル機関では通常、機関から排出さ
れるスモークや微粒子を低減するために、燃焼室４内で
燃焼される混合気の平均空燃比は理論空燃比よりもリー
ンに維持されている。このため、ディーゼル機関から排
出された未燃HCなどに比べて浄化すべきNOX量は圧倒的
に多く、すなわちNOXを良好に浄化するための還元剤が
不足する。そこで、圧縮上死点周りに行われる通常の燃
料噴射に加えて、燃料噴射弁９から膨張行程または排気
行程に２回目の燃料噴射すなわち２次燃料噴射を行い、
それによって排気中に還元剤としての燃料（炭化水素）
を２次的に供給するようにしている。なお、この２次燃
料噴射による燃料は機関出力にほとんど寄与しない。ま
た、この２次燃料噴射では機関から排出されるNOXを浄
化するのに必要な量の燃料が噴射される。機関から排出
されるNOX量は機関運転状態から推定することができ、
したがって２次燃料噴射量を機関運転状態に応じて定め
ることができる。このような２次燃料噴射を供給用２次
燃料噴射と称する。
次に、図3A、図3Bおよび図４を参照して本発明による
排気浄化方法を説明する。
切り替え弁25,26は通常、それぞれ第１の位置に位置
せしめられる。その結果、機関から排出された排気は排
気管17を介して触媒コンバータ19内に流入し、パティキ
ュレートフィルタ18内を通過した後に排気管20内に流入
する。このとき、２次空気ポンプ23およびバーナ29は共
に停止されている。図２を参照して説明したように、触
媒コンバータ19内に流入した排気はパティキュレートフ
ィルタ18の上流端開放セル61u内に流入し、次いでHC吸
着材63a、セル壁60、およびNOX吸着材62aを順次通過し
て下流端開放セル61d内に流入する。このとき、図3Aお
よび図3Bに示されるように流入する排気中の微粒子Ｐが
HC吸着材63a表面上或いはセル壁60内に捕集され、斯く
して微粒子が大気中に放出されるのが阻止される。
例えば機関低負荷運転時のようにNOX吸着材62aおよび
HC吸着材63aの温度が低いときには図3Aに示されるよう
に、流入する排気中の気相HC（燃料）HC、すなわち燃焼
室４から排出される未燃HCおよび供給用２次燃料噴射に
よるHCはHC吸着材63a内に吸着せしめられ、流入する排
気中のNOXはHC吸着材63aおよびセル壁60を順次通過して
NO2の形でNOX吸着材62a内に吸着せしめられる。その結
果、NOXおよびHCが大気中に放出されるのも阻止され
る。
この場合、NOX吸着材62aがHC吸着材63aおよびセル壁6
0の排気上流側に設けられることなく排気下流側のみに
設けられているのでNOX吸着材62aには微粒子およびHCが
ほとんど到らない。その結果、NOX吸着材62aがこれら微
粒子およびHCにより被毒するのを阻止することができ、
したがってNOX吸着材62aのNOX吸着能力を維持すること
ができる。
機関運転状態が変動してパティキュレートフィルタ18
に流入する排気の温度が高くなり、それによりNOX吸着
材62aおよびHC吸着材63aの温度が高くなると、図3Bに示
されるようにHC吸着材63aから吸着されているHCが離脱
し、このHCは排気の流れにより次いでセル壁60を通過し
てNOX吸着材62aに到る。一方、このときNOX吸着材62aか
ら吸着されているNOXが離脱しており、このNOXはHC吸着
材63aから離脱したHCにより還元される。その結果、こ
の場合にもNOXおよびHCが大気中に放出されるのが阻止
される。したがって、機関運転状態すなわちNOX吸着材6
2aおよびHC吸着材63aの温度に関わらずNOXおよびHCが大
気中に放出されるのを阻止することができる。しかも、
本実施態様では特別な制御を行うことなくNOX吸着材62a
およびHC吸着材63aの吸着能力を確保することができ
る。
一方、パティキュレートフィルタ18に捕集された微粒
子を除去する再生作用を定期的に行う必要がある。とこ
ろが、パティキュレートフィルタ18を酸化雰囲気にしつ
つ加熱すると微粒子は燃焼し、パティキュレートフィル
タ18から除去される。そこで本実施態様では、パティキ
ュレートフィルタ18に高温の２次空気を供給することに
よりパティキュレートフィルタ18に捕集された微粒子を
燃焼、除去するようにしている。
すなわち、パティキュレートフィルタ18の再生作用を
行うべきときには切り替え弁25,26がそれぞれ第２の位
置に位置せしめられ、２次空気ポンプ23およびバーナ29
が共に作動される。その結果、機関から排出された排気
はパティキュレートフィルタ18を迂回してバイパス管21
内を流通し、２次空気ポンプ23から吐出された後にバー
ナ29により加熱された２次空気が排気下流端18dからパ
ティキュレートフィルタ18内を流通して排気上流端18u
から流出する。したがって、パティキュレートフィルタ
18に捕集された微粒子が燃焼し、斯くしてパティキュレ
ートフィルタ18が再生される。なお、２次空気はパティ
キュレートフィルタ18の温度が例えば600℃よりも高く
なるように加熱される。
このように本実施態様では、２次空気をパティキュレ
ートフィルタ18の排気下流端18dから排気上流端18uに向
けて逆流させており、したがって微粒子が燃焼して生成
される灰をパティキュレートフィルタ18から良好に除去
することができる。
ところで、パティキュレートフィルタ18の再生作用時
に触媒コンバータ19内に流入した高温の２次空気SAは図
４に示されるように、まず下流端開放セル61d内に流入
し、次いでNOX吸着材62a、セル壁60、およびHC吸着材63
aを順次通過した後に上流端開放セル61uを介して触媒コ
ンバータ19から流出する。その結果、NOX吸着材62aおよ
びHC吸着材63aが加熱されてNOX吸着材62aから吸着され
ているNOXが離脱し、HC吸着材63aから吸着されているHC
が離脱する。NOX吸着材62aから離脱したNOXは２次空気
の流れにより次いでセル壁60およびHC吸着材63aを通過
して微粒子ＰおよびHCと反応する。その結果、NOXが還
元浄化せしめられると共に微粒子およびHCが酸化、除去
される。したがって、パティキュレートフィルタ18の再
生作用時にNOX吸着材62aおよびHC吸着材63aから離脱し
たNOXおよびHCが大気中に放出されるのが阻止される。
なお、パティキュレートフィルタ18の再生作用時には供
給用２次燃焼噴射は停止されている。
このようにパティキュレートフィルタ18の再生作用を
行うと、NOX吸着材62aのNOX離脱作用およびHC吸着材63a
のHC離脱作用が同時に行われる。したがって、パティキ
ュレートフィルタ18の再生作用によりパティキュレート
フィルタ18の微粒子捕集能力を確保できるだけでなく、
同時にNOX吸着材62aおよびHC吸着材63aの吸着能力を確
保することもできる。
パティキュレートフィルタ18が微粒子により飽和せ
ず、NOX吸着材62aがNOXにより飽和せず、HC吸着材63aが
HCにより飽和しない限り、パティキュレートフィルタ18
の再生作用をどのような時期に行ってもよい。図１の実
施態様では、パティキュレートフィルタ18に捕集された
微粒子量に応じてパティキュレートフィルタ18の再生作
用を行うようにしている。すなわち、パティキュレート
フィルタ18の微粒子捕集量を例えば機関運転状態に基づ
き推定し、この推定された微粒子捕集量が予め定められ
た設定値（パティキュレートフィルタ18の最大捕集量の
例えば50％）を越えたときにパティキュレートフィルタ
18の再生作用を行うようにしている。一方、車両累積走
行距離が長くなる程微粒子捕集量が多くなる。そこで、
車両累積走行距離Ｓを検出し、この累積走行距離Ｓが上
限しきい値UTSを越えたときに推定微粒子捕集量が設定
値を越えたと判断するようにしている。
上述したように、パティキュレートフィルタ18の再生
作用が行われるとHC吸着材63aのNOX離脱作用およびHC吸
着材63aのHC離脱作用が同時に行われる。したがって本
実施態様では、パティキュレートフィルタ18の捕集微粒
子量に応じてNOX吸着材62aのNOX離脱作用およびHC吸着
材63aのHC離脱作用が行われることになる。
また、パティキュレートフィルタ18の再生作用が行わ
れると上述したように、機関の排気はパティキュレート
フィルタ18を迂回して大気に放出される。したがってこ
のとき機関から排出される微粒子およびNOXが大気中に
放出されることになる。一方、機関負荷が低くなるにつ
れて単位時間当たり機関から排出される微粒子量および
NOX量が減少する。そこで本実施態様では機関高負荷運
転時にパティキュレートフィルタ18の再生作用を禁止
し、機関低負荷運転時にパティキュレートフィルタ18の
再生作用を行うようにしている。
図５は上述の実施態様を実行するためのルーチンを示
している。このルーチンは予め定められた設定時間毎の
割り込みによって実行される。
図５を参照すると、まずステップ70では前回の割り込
み時から今回の割り込み時までの走行距離dsが速度セン
サ52aの出力パルスから算出され、この走行距離dsが累
積走行距離Ｓに加算される。続くステップ71では累積走
行距離Ｓが上限しきい値UTSよりも大きいか否かが判別
される。Ｓ≦UTSのときには次いでステップ72に進み、
切り替え弁25,26が共に第１の位置に位置せしめられ
る。続くステップ73では供給用２次燃料噴射が行われ
る。続くステップ74および75では２次空気ポンプ23およ
びバーナ29が停止される。次いで処理サイクルを終了す
る。したがってこのとき、パティキュレートフィルタ18
の再生作用、NOX吸着材62aのNOX離脱作用、およびHC吸
着材63aのHC離脱作用が停止される。
これに対し、ステップ71においてＳ＞UTSのときには
次いでステップ76に進み、機関負荷を表す吸入空気量Ｑ
が予め定められた設定量Q1よりも小さいか否かが判別さ
れる。Ｑ≧Q1すなわち機関高負荷運転時には次いでステ
ップ72に進み、したがってこの場合にはパティキュレー
トフィルタ18の再生作用が停止される。一方、Ｑ＜Q1す
なわち機関低負荷運転時にはステップ76からステップ77
に進み、再生作用、NOX離脱作用、およびHC離脱作用が
開始される。
すなわち、ステップ77では切り替え弁25,26が共に第
２の位置に位置せしめられる。続くステップ78では供給
用２次燃料噴射が停止される。続くステップ79および80
では２次空気ポンプ23およびバーナ29が作動される。続
くステップ81では再生作用、NOX離脱作用、およびHC離
脱作用が開始されてから一定時間経過したか否かが判別
される。一定時間経過していない間は次いで処理サイク
ルを終了し、一定時間経過すると次いでステップ82に進
んで累積走行距離Ｓがクリアされる。累積走行距離Ｓが
クリアされると次の処理サイクルにおいてステップ71か
らステップ72に進み、したがって再生作用、NOX離脱作
用、およびHC離脱作用が終了される。
次に、図１のディーゼル機関の別の実施態様を説明す
る。
本実施態様では、HC吸着材63aに吸着されているHC量
に応じてHC吸着材63aのHC離脱作用が行われる。すなわ
ち、例えば機関運転状態に基づきHC吸着材63aに吸着さ
れているHC量を推定し、この推定HC量が予め定められた
設定量（HC吸着材63aの最大HC吸着量の例えば50％）よ
りも多いときにHC離脱作用が行われる。一方、機関負荷
の積算値が大きくなるにつれて機関から排出されたNOX
量の積算値が大きくなるのでNOX吸着材62aに吸着されて
いるNOX量が多くなる。供給用２次燃料噴射ではNOX吸着
材62aに吸着されているNOXを還元するのに必要な量のHC
が供給されるので機関負荷の積算値が大きくなるにつれ
てHC吸着材63aに吸着されているHC量が多くなる。そこ
で、機関負荷の積算値をSQ求め、この積算値SQが上限し
きい値UTQを越えたときに推定吸着HC量が設定値を越え
たと判断するようにしている。
一方、本実施態様では、切り替え弁25,26を共に第１
の位置に維持しつつ触媒コンバータ19に流入する排気の
温度を高めてHC吸着材63aを加熱することによりHC吸着
材63aのHC離脱作用を行うようにしている。したがっ
て、図3Bを参照して説明した場合と同様に、高温の排気
によりNOX吸着材62aも加熱され、したがってNOX吸着材6
2aから吸着されているNOXが離脱する。言い換えると、
本実施態様ではHC吸着材63aに吸着されているHC量に応
じてNOX吸着材62aのNOX離脱作用が行われる。なお、HC
吸着材63aから離脱したHCは排気流れによりNOX吸着材62
aに到り、NOX吸着材62aから離脱したNOXを還元する。
触媒コンバータ19に流入する排気の温度を高めるため
に例えば排気マニホルド16に電気ヒータを取り付けて排
気マニホルド16内を流通する排気を加熱するようにする
こともできる。しかしながら２次燃料噴射による燃料が
例えば燃焼室４内で燃焼すると触媒コンバータ19に流入
する排気の温度が高くなる。そこで本実施態様では、供
給用２次燃料噴射時期よりも早い機関膨張行程または排
気行程に２次燃料噴射を行い、それにより２次燃料を燃
焼せしめて触媒コンバータ19に流入する排気の温度を高
めるようにしている。このような２次燃料噴射を離脱用
２次燃料噴射と称すると、離脱用２次燃料噴射による燃
料噴射量は触媒コンバータ19に流入する排気の温度を、
NOX吸着材62aのNOX離脱作用およびHC吸着材63aのHC離脱
作用が行われる温度に維持するのに必要な量であり、予
め求められている。離脱用２次燃料噴射による燃料も機
関出力にほとんど寄与しない。なお、供給用２次燃料噴
射が行われるときは離脱用２次燃料噴射は停止される。
図６は上述の実施態様を実行するためのルーチンを示
している。このルーチンは予め定められた設定時間毎の
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90では図５のルーチ
ンで算出される累積走行距離Ｓが零であるか否かが判別
される。Ｓ＝０のときには次いでステップ91に進み、吸
入空気量の積算値SQがクリアされる。続くステップ92で
は離脱用２次燃料噴射が停止され、続くステップ93では
供給用２次燃料噴射が行われる。次いで処理サイクルを
終了する。すなわち、この場合にはNOX吸着材62aのNOX
離脱作用およびHC吸着材63aのHC離脱作用が行われな
い。
本実施態様でもパティキュレートフィルタ18の捕集微
粒子量に応じてパティキュレートフィルタ18の再生作用
が行われる。すなわち図５のルーチンが実行される。し
たがって、パティキュレートフィルタ18の再生作用が完
了したときにはNOX吸着材62aのNOX離脱作用およびHC吸
着材63aのHC離脱作用も完了しており、この場合触媒コ
ンバータ19に流入する排気の温度を高めてHC吸着材63a
のHC離脱作用を行う必要はない。一方、図５のルーチン
においてパティキュレートフィルタ18の再生作用が完了
すると累積走行距離Ｓが零にせしめられる。そこで本実
施態様ではＳ＝０のときには触媒コンバータ19に流入す
る排気の温度を高めることによるHC吸着材63aのHC離脱
作用を停止するようにしている。
これに対し、Ｓ＞０のときには次いでステップ94に進
み、現在の吸入空気量Ｑが吸入空気量の積算値SQに加算
される。続くステップ95では積算値SQが上限しきい値UT
Qよりも大きいか否かが判別される。Ｓ≦UTQのときには
次いでステップ92に進む。すなわち、この場合にはNOX
離脱作用およびHC離脱作用が停止される。これに対し、
SQ＞UTQのときには次いでステップ96に進み、NOX離脱作
用およびHC離脱作用が開始される。
すなわち、ステップ96では離脱用２次燃料噴射が行わ
れ、続くステップ97では供給用２次燃料噴射が停止され
る。続くステップ98ではNOX離脱作用およびHC離脱作用
が開始されてから一定時間経過したか否かが判別され
る。一定時間経過していない間は次いで処理サイクルを
終了し、一定時間経過すると次いでステップ99に進んで
吸入空気量積算値SQがクリアされる。吸入空気量積算値
SQがクリアされると次の処理サイクルにおいてステップ
95からステップ92に進み、したがってNOX離脱作用およ
びHC離脱作用が終了される。
図７に別の実施態様を示す。図７を参照すると、本実
施態様ではパティキュレートフィルタ18の排気下流端18
dに対面した排気管20内にNOX濃度センサ49が配置されて
いる点で図１のディーゼル機関と構成を異にしている。
このNOX濃度センサ49は排気管20内を流通する排気中のN
OX濃度に比例した出力電圧を発生し、この出力電圧は対
応するAD変換器51を介して入力ポート46に入力される。
本実施態様では、NOX吸着材62aに吸着されているNOX
量に応じてNOX吸着材62aのNOX離脱作用が行われる。す
なわち、NOX吸着材62aに吸着されているNOX量が多くな
るとパティキュレートフィルタ18内に流入するNOXの一
部がNOX吸着材62aに吸着されることなくパティキュレー
トフィルタ18から排出される。そこで、NOX濃度センサ4
9により検出されたNOX濃度Ｃが上限しきい値UTCを越え
たときにNOX吸着材62aに吸着されているNOX量が予め定
められた設定値（NOX吸着材62aの最大NOX吸着量の例え
ば50％）を越えたと判断し、NOX離脱作用を行うように
している。
本実施態様では図１の実施態様と同様に、高温の２次
空気を、パティキュレートフィルタ18内を逆流させるこ
とによりNOX吸着材62aのNOX離脱作用を行うようにして
おり、したがってこのときパティキュレートフィルタ18
の再生作用およびHC吸着材63aのHC離脱作用が同時に行
われる。言い換えると、本実施態様ではNOX吸着材62aに
吸着されているNOX量に応じてパティキュレートフィル
タ18の再生作用およびHC吸着材63aのHC離脱作用が行わ
れる。
図８は上述の実施態様を実行するためのルーチンを示
している。このルーチンは予め定められた設定時間毎の
割り込みによって実行される。
図８を参照すると、まずステップ110では再生作用、N
OX離脱作用、およびHC離脱作用を終了すべきときにセッ
トされ、再生作用、NOX離脱作用、およびHC離脱作用が
実際に終了せしめられたときにリセットされるフラグが
リセットされているか否かが判別される。フラグがリセ
ットされているときには次いでステップ111に進み、NOX
濃度センサ49により検出されたNOX濃度Ｃが上限しきい
値UTCよりも大きいか否かが判別される。Ｃ≦UTCのとき
には次いでステップ112に進み、切り替え弁25,26が共に
第１の位置に位置せしめられる。続くステップ113では
供給用２次燃料噴射が行われる。続くステップ114およ
び115では２次空気ポンプ23およびバーナ29が停止され
る。次いで処理サイクルを終了する。すなわちこの場合
には再生作用、NOX離脱作用、およびHC離脱作用が停止
される。
これに対し、ステップ111においてＣ＞UTCのときには
次いでステップ116に進み、吸入空気量Ｑが予め定めら
れた設定量Q1よりも小さいか否かが判別される。Ｑ≧Q1
すなわち機関高負荷運転時には次いでステップ112に進
んで再生作用、NOX離脱作用、およびHC離脱作用が停止
される。一方、Ｑ＜Q1すなわち機関低負荷運転時にはス
テップ116からステップ117に進み、再生作用、NOX離脱
作用、およびHC離脱作用が開始される。
すなわちステップ117では切り替え弁25,26が共に第２
の位置に位置せしめられる。続くステップ118では供給
用２次燃料噴射が停止される。続くステップ119および1
20では２次空気ポンプ23およびバーナ29が作動される。
続くステップ121では再生作用、NOX離脱作用、およびHC
離脱作用が開始されてから一定時間経過したか否かが判
別される。一定時間経過していない間は次いで処理サイ
クルを終了し、一定時間経過すると次いでステップ122
に進んでフラグがセットされる。フラグがセットされる
と次の処理サイクルにおいてステップ110からステップ1
23に進んでフラグがリセットされた後ステップ112に進
み、斯くして再生作用、NOX離脱作用、およびHC離脱作
用が終了される。
図９にパティキュレートフィルタ18の別の実施態様を
示す。
図９を参照すると、セル壁60の下流端開放セル61d側
面すなわち排気下流側面がHC吸着材63aにより覆われて
おり、このHC吸着材63aがNOX吸着材62aにより覆われて
いる。言い換えると、セル壁60の排気下流側面上にHC吸
着材63aおよびNOX吸着材62aが順に積層されている。こ
の場合にもNOX吸着材62aがHC吸着材63aおよびセル壁60
の排気下流側に配置されているのでNOX吸着材62aがこれ
ら微粒子およびHCにより被毒するのを阻止することがで
き、したがってNOX吸着材62aのNOX吸着能力を維持する
ことができる。
図10に別の実施態様を示す。
図10を参照すると、排気マニホルド16が触媒コンバー
タ19に接続され、排気管17,22、バイパス管21、２次空
気ポンプ23、２次空気導入管24、切り替え弁25,26、ア
クチュエータ27,28が設けられない。また、図11に示さ
れるように、下流端開放セル61d内壁面上のNOX蓄積材62
はNOX吸収材62bから形成され、上流端開放セル61u内壁
面上の被毒物質除去材63はSOX吸収材63bから形成され
る。
NOX吸収材62b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１つと、白金Pt、
パラジウムPd,ロジウムRhのような貴金属とが担持され
ている。排気通路内の或る位置よりも上流の排気通路
内、燃焼室内、および吸気通路内に供給された全燃料量
および全還元剤量に対する全空気量の比をその位置を流
通する排気の空燃比と称すると、このNOX吸収材62bは流
入する排気の空燃比がリーンのときにNOX吸収し、流入
する排気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。
上述のNOX吸収材を機関排気通路内に配置すればこのN
OX吸収材は実際にNOX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12Aおよび図12B
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。
すなわち、流入する排気の空燃比がかなりリーンにな
ると流入する排気中の酸素濃度が大巾に増大し、図12A
に示されるようにこれら酸素O2がO2 -またはO2-の形で白
金Ptの表面に付着する。一方、流入する排気中のNOは白
金Ptの表面上でO2 -または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
でさらに酸化されつつ吸収材内に吸収されて酸化バリウ
ムBaOと結合しながら、図12Aに示されるように硝酸イオ
ンNO3 -の形で吸収材内に拡散する。このようにしてNOX
が吸収材内に吸収される。
流入する排気中の酸素濃度が高い限り白金Ptの表面で
NO2が生成され、吸収材のNOX吸収能力が飽和しない限り
NO2が吸収材内に吸収されて硝酸イオンNO3 -が生成され
る。これに対して流入する排気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、斯くして吸収材内の硝酸イオンNO3 -がNO2の形で
吸収材から放出される。すなわち、流入する排気中の酸
素濃度が低下するとNOX吸収材からNOXが放出されること
になる。流入する排気の空燃比をリッチ側にすると流入
する排気中の酸素濃度が低下し、したがって流入する排
気の空燃比をリッチ側にすればNOX吸収材からNOXが放出
されることになる。
一方、このとき流入する排気の空燃比をリッチにする
とNOX吸収材に流入する排気中に高濃度の還元剤例えばH
CおよびCOが含まれることになり、これらHCおよびCOは
白金Pt上の酸素O2 -またはO2-と反応して酸化せしめられ
る。また、流入する排気の空燃比をリッチにすると流入
する排気中の酸素濃度が極度に低下するために吸収材か
らNO2が放出され、このNO2は図12Bに示されるようにHC
および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材から次
から次へとNO2が放出される。したがって流入する排気
の空燃比をリッチにすると短時間のうちにNOX吸収材か
らNOXが放出されることになる。
上述したようにディーゼル機関では通常燃焼室４内で
燃焼される混合気の平均空燃比は理論空燃比よりもリー
ンに維持されている。したがってこのときNOX吸収材62b
に流入する排気の空燃比はリーンとなる。その結果、こ
のとき燃焼室４から排出されたNOXはNOX吸収材62bに吸
収され、斯くしてNOXが大気中に排出されるのが阻止さ
れる。
本実施態様では、NOX吸収材62bに吸収されているNOX
量に応じてNOX吸収材62aのNOX放出作用が行われる。す
なわち、例えば機関運転状態に基づきNOX吸収材62bに吸
収されているNOX量を推定し、この推定吸収NOX量が予め
定められた設定値（NOX吸収材62bの最大NOX吸収量の例
えば50％）よりも多いときにNOX吸収材62bに流入する排
気の空燃比を一時的にリッチにし、それによりNOX吸収
材62bからNOXを放出させてNOX吸収材62bのNOX吸収能力
を回復させると共に、放出されたNOXを還元するように
している。一方、上述したように機関負荷の積算値が大
きくなるにつれて機関から排出されたNOX量の積算値が
大きくなるのでNOX吸収材62bに吸収されているNOX量が
多くなる。そこで機関負荷の積算値SQを求め、この積算
値SQが上限しきい値UTQNを越えたときに推定吸収NOX量
が設定値を越えたと判断するようにしている。
燃焼室４内で燃焼せしめられる混合気の空燃比をリッ
チにすればNOX吸収材62bに流入する排気の空燃比をリッ
チにすることができるが上述したようにディーゼル機関
では燃焼室４内で燃焼せしめられる混合気の空燃比はリ
ーンに維持される。一方、２次燃料噴射によってNOX吸
収材62bに流入する排気の空燃比を制御することができ
る。そこで本実施態様では、２次燃料噴射を行うことに
よりNOX吸収材62bに流入する排気の空燃比をリッチにす
るようにしている。なお、このようにNOX吸収材62bから
NOXを放出させるための２次燃料噴射をNOX放出用２次燃
料噴射と称することにする。
ところで、燃料および機関の潤滑油内にはイオウ分が
含まれているので燃焼室４からはSOXが排出され、このS
OXもNOXと共にNOX吸収材62bに吸収される。NOX吸収材62
bへのSOXの吸収メカニズムはNOXの吸収メカニズムと同
じであると考えられる。すなわち、NOXの吸収メカニズ
ムを説明したときと同様に担体上に白金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と、上述し
たように流入する排気の空燃比がリーンのときには酸素
O2がO2 -またはO2-の形で白金Ptの表面に付着しており、
流入する排気中のSO2は白金Ptの表面でO2 -またはO2-と
反応してSO3となる。次いで生成されたSO3は白金Pt上で
さらに酸化されつつ吸収材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-の形で吸収材内に
拡散する。次いでこの硫酸イオンSO4 2-はバリウムイオ
ンBa2+と結合して硫酸塩BaSO4を生成する。
しかしながらこの硫酸塩BaSO4は分解しづらく、流入
する排気の空燃比をリッチにしてもNOX吸収材62bからSO
Xはほとんど放出されない。したがってNOX吸収材62b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NOX吸収材6
2bが吸収しうるNOX量が低下することになる。
そこで本実施態様では、NOX吸収材62bにSOXが流入し
ないようにSOX吸収材63bをNOX吸収材62b上流に配置して
いる。このSOX吸収材63bは流入する排気の空燃比がリー
ンのときにSOXを吸収し、SOX吸収材63bの温度がSOX放出
温度よりも高いときに流入する排気中の酸素濃度が低下
すると吸収しているSOXを放出する。その結果、通常運
転時に機関から排出されるSOXはSOX吸収材63bに吸収さ
れ、NOX吸収材62bにはNOXのみが吸収されることにな
る。
ところがSOX吸収材63bのSOX吸収能力にも限度があ
り、SOX吸収材63bのSOX吸収能力が飽和する前にSOX吸収
材63bからNOXを放出させる必要がある。そこで本実施態
様では、SOX吸収材63bに吸収されているSOX量を求め、
このSOX量が予め定められた設定量（SOX吸収材63bの最
大SOX吸収量の例えば50％）よりも多くなったときにSOX
吸収材63bの温度を一時的にSOX放出温度よりも高くする
と共にSOX吸収材63bに流入する排気の空燃比を一時的に
リッチにし、それによりSOX吸収材63bからSOXを放出さ
せてSOX吸収材63bのSOX吸収能力を回復させるようにし
ている。
上述したように、２次燃料噴射を行うと排気の温度を
高めることができ、空燃比をリッチにすることができ
る。そこで本実施態様では、SOX吸収材63bからSOXを放
出させるべきときに２次燃料噴射を行うことによりSOX
吸収材63bの温度を一時的にSOX放出温度よりも高くする
と共にSOX吸収材63bに流入する排気の空燃比を一時的に
リッチにしている。このようにSOX吸収材63bからSOXを
放出させるための２次燃料噴射をSOX放出用２次燃料噴
射と称することにする。
SOX吸収材63bは流入する排気中の酸素濃度が低下した
ときに吸収したSOXを放出しやすいように吸収したSOXを
硫酸イオンSO4 2-の形で吸収材内に存在するか、或いは
硫酸塩BaSO4が生成されたとしても硫酸塩BaSO4が安定し
ない状態で吸収材内に存在するようにすることが必要と
なる。これを可能にするSOX吸収材63bとしては例えばア
ルミナからなる担体上に鉄Fe、マンガンMn、ニッケルN
i、錫Snのような遷移金属およびリチウムLiから選ばれ
た少なくとも１つを担持した吸収材を用いることができ
る。
このSOX吸収材63bではSOX吸収材63bに流入する排気の
空燃比がリーンのときに排気中に含まれるSO2が吸収材
の表面で酸化されつつ硫酸イオンSO4 2-の形で吸収材内
に吸収され、次いで吸収材内に拡散される。この場合SO
X吸収材63bの担体上に白金Ptを担持させておくとSO2がS
O3 2-の形で白金Pt上に付着し易くなり、斯くしてSO2が
硫酸イオンSO4 2-の形で吸収材内に吸収されやすくな
る。したがってSO2の吸収を促進するためにはSOX吸収材
63bの担体上に白金Ptを担持させることが好ましい。
SOX吸収材63bからSOXを放出させるべくSOX吸収材63b
に流入する排気の空燃比がリッチにされたときにはNOX
吸収材62bに流入する排気の空燃比もリッチであること
でこのときSOXはNOX吸収材62bに吸収されることなくNOX
吸収材62bを通過する。次いでこのSOXは下流端開放セル
61d内を流通し、次いで触媒コンバータ19から流出す
る。
ところで、従来より、機関排気通路内に例えばハニカ
ム担体上に配置されたNOX吸収材を配置し、NOX吸収材上
流の排気通路内にSOX吸収材を配置した排気浄化装置が
知られている。この場合、SOX吸収材から放出されたSOX
は図13Bに示されるようにセル壁61'により画定されるセ
ル60'内に流入し、次いでNOX吸収材62b'に接触しうる。
この排気浄化装置でもSOX吸収材からSOXを放出している
ときにはNOX吸収材に流入する排気の空燃比はリッチに
なっており、したがってSOXがNOX吸収材62b'に接触して
も直ちに離脱し、すなわちNOX吸収材62b'に吸収されな
いと考えられる。ところが、NOX吸収材に流入する排気
の空燃比をリッチに切り換えた直後のようにNOX吸収材
の表面に酸素が残存しているときにはたとえ流入する排
気の空燃比がリッチであってもSOXがNOX吸収材62b'に吸
収されてしまう。
これに対して本実施態様では、図13Aに示されるよう
に排気EGがセル壁60を通過して下流端開放セル61d内に
流入し、しかも下流端開放セル61d内壁面の全周から排
気EGが流入する。その結果、下流端開放セル61d内を流
通するSOXがNOX吸収材62bに接触しにくくなり、したが
ってNOX吸収材62bに吸収されるSOX量が低減される。
とろこで、パティキュレートフィルタ18の再生作用を
行うためには上述したように、パティキュレートフィル
タ18の温度を高める必要がある。ところがSOX吸収材63b
のSOX放出作用が完了したときにはパティキュレートフ
ィルタ18の温度は再生作用を開始するのに十分高くなっ
ている。そこで本実施態様では、SOX吸収材63bのSOX放
出作用が完了すると続いてパティキュレートフィルタ18
の再生作用を行うようにしている。すなわち、パティキ
ュレートフィルタ18に流入する排気の空燃比がリッチか
らリーンに切り換えられる。その結果、パティキュレー
トフィルタ18の温度を高めるための２次燃料噴射をなく
すことができ、またパティキュレートフィルタ18の再生
作用時間を短縮することができる。
パティキュレートフィルタ18の再生作用時に少量の還
元剤、例えば燃料をパティキュレートフィルタ18に供給
するとパティキュレートフィルタ18に捕集された微粒子
が速やかに燃焼する。そこでパティキュレートフィルタ
18の再生作用時に２次燃料噴射を行ってパティキュレー
トフィルタ18に少量の燃料を供給するようにしている。
なお、このような２次燃料噴射を再生用２次燃料噴射と
称することにする。
このようにパティキュレートフィルタ18の再生作用は
SOX吸収材63bのSOX放出作用が完了する毎に行われる。S
OX吸収材63bのSOX放出作用はSOX吸収材63bに吸収されて
いるSOX量に応じて行われ、したがって本実施態様では
パティキュレートフィルタ18の再生作用はSOX吸収材63b
に吸収されているSOX量に応じて行われることになる。
一方、SOX吸収材63bのSOX放出作用が行われるとNOX吸収
材62bに流入する排気の空燃比がリッチとなり、すなわ
ちNOX放出作用が行われる。したがって本実施態様で
は、SOX吸収材63bに吸収されているSOX量に応じてNOX吸
収材62bのNOX放出作用が行われる。
ところで、NOX吸収材62bのNOX放出作用が行われると
きにはSOX吸収材63bに流入する排気の空燃比がリッチに
されており、このときSOX吸収材63bの温度がSOX放出温
度よりも高いとSOX吸収材63bからSOXが放出される。と
ころがこのSOXがNOX吸収材62bに流入するとNOX吸収材62
bに吸収される恐れがあり、好ましくない。そこで本実
施態様ではNOX放出作用時にSOX吸収材63bからSOXが放出
されないように、すなわちSOX吸収材63bの温度がSOX放
出温度を越えないようにNOX放出用２次燃料噴射の燃料
噴射時期および燃料噴射量を定めている。
図14Aおよび図14Bは上述の実施態様を実行するための
ルーチンを示している。このルーチンは予め定められた
設定時間毎の割り込みによって実行される。
図14Aおよび図14Bを参照すると、まずステップ130で
はパティキュレートフィルタ18の再生作用を行うべきと
きにセットされ、それ以外はリセットされる再生フラグ
がセットされているか否かが判別される。再生フラグが
リセットされているときには次いでステップ131に進
み、SOX吸収材63bのSOX放出作用を行うべきときにセッ
トされ、それ以外はリセットされるSOXフラグがセット
されているか否かが判別される。SOXフラグがリセット
されているときには次いでステップ132に進み、前回の
割り込み時から今回の割り込み時までの走行距離dsが算
出され、この走行距離dsが累積走行距離Ｓに加算され
る。続くステップ133では累積走行距離Ｓが上限しきい
値UTSSよりも大きいか否かが判別される。Ｓ≦UTSSのと
きには次いでステップ134に進み、NOX吸収材62bのNOX放
出作用を行うべきときにセットされ、それ以外はリセッ
トされるNOXフラグがセットされているか否かが判別さ
れる。NOXフラグがリセットされているときには次いで
ステップ135に進み、現在の吸入空気量Ｑが吸入空気量
の積算値SQに加算される。続くステップ136では積算値S
Qが上限しきい値UTQNよりも大きいか否かが判別され
る。Ｓ≦UTQNのときには次いで処理サイクルを終了す
る。すなわち、この場合にはNOX放出作用およびSOX放出
作用が停止される。
これに対しＳ＞UTQNのときには次いでステップ137に
進み、NOXフラグがセットされる。続くステップ138では
NOX放出用２次燃料噴射が開始される。すなわちNOX吸収
材62bのNOX放出作用が開始される。
NOXフラグがセットされたときにはステップ134からス
テップ139に進み、NOX放出作用が開始されてから一定時
間経過したか否かが判別される。一定時間経過したとき
には次いでステップ140に進み、NOXフラグがリセットさ
れる。続くステップ141ではNOX放出用２次燃料噴射が停
止される。すなわちNOX吸収材62bのNOX放出作用が終了
される。続くステップ142では吸入空気量積算値SQがク
リアされる。
一方、ステップ133でＳ＞UTSSのときには次いでステ
ップ143に進み、SOXフラグがセットされる。続くステッ
プ144ではSOX放出用２次燃料噴射が開始される。
SOXフラグがセットされたときにはステップ131からス
テップ145に進み、SOX放出作用が開始されてから一定時
間経過したか否かが判別される。一定時間経過したとき
には次いでステップ146に進み、SOXフラグがリセットさ
れる。続くステップ147ではSOX放出用２次燃料噴射が停
止される。すなわちSOX吸収材63bのSOX放出作用が終了
される。続くステップ148では再生フラグがセットさ
れ、続くステップ149では再生用２次燃料噴射が開始さ
れる。すなわちパティキュレートフィルタ18の再生作用
が開始される。
再生フラグがセットされたときにはステップ130から
ステップ150に進み、パティキュレートフィルタ18の再
生作用が開始されてから一定時間経過したか否かが判別
される。一定時間経過したときには次いでステップ151
に進み、再生フラグがリセットされる。続くステップ15
2では再生用２次燃料噴射が停止される。すなわちSOX吸
収材63bのSOX放出作用が終了される。続くステップ153
では累算走行距離Ｓがクリアされ、続くステップ154で
は吸入空気積算値SQがクリアされる。
図15に別の実施態様を示す。
図15を参照すると、本実施態様のディーゼル機関は機
関排気通路内に圧力センサ54が設けられる点で図10のデ
ィーゼル機関と構成を異にしている。この圧力センサ54
は触媒コンバータ19の排気上流側と排気下流側との間の
圧力差に比例した出力電圧を発生し、この出力電圧は対
応するAD変換器51を介して電子制御ユニット40の入力ポ
ート46に入力される。
パティキュレートフィルタ18に捕集されている微粒子
量が多くなると触媒コンバータ19の排気上流側と排気下
流側との間の圧力PDが大きくなる。そこで本実施態様で
は、この圧力差PDが上限しきい値UTPよりも大きいとき
に推定捕集微粒子量が予め定められた設定値（パティキ
ュレートフィルタ18の最大捕集量の例えば50％）よりも
大きくなったと判断してパティキュレートフィルタ18の
再生作用を行うようにしている。
上述したようにパティキュレートフィルタ18の再生作
用はSOX吸収材63bのSOX放出作用が完了した直後に行う
のが好ましい。そこで本実施態様では、圧力差PDが上限
しき値UTPよりも大きくなったときにはまず、SOX吸収材
63bのSOX放出作用を行い、次いでパティキュレートフィ
ルタ18の再生作用を行うようにしている。したがって本
実施態様ではパティキュレートフィルタ18に捕集されて
いる微粒子量に応じてSOX吸収材63bのSOX放出作用およ
びNOX吸収材62bのNOX放出作用が行われることになる。
図16Aおよび図16Bは上述の実施態様を実行するための
ルーチンを示している。このルーチンは予め定められた
設定時間毎の割り込みによって実行される。
図16Aおよび図16Bを参照すると、まずステップ230で
はパティキュレートフィルタ18の再生作用を行うべきと
きにセットされ、それ以外はリセットされる再生フラグ
がセットされているか否かが判別される。再生フラグが
リセットされているときには次いでステップ231に進
み、SOX吸収材63bのSOX放出作用を行うべきときにセッ
トされ、それ以外はリセットされるSOXフラグがセット
されているか否かが判別される。SOXフラグがリセット
されているときには次いでステップ232に進み、触媒コ
ンバータ19の排気上流側と排気下流側との間の圧力差PD
が上限しきい値UTPよりも大きいか否かが判別される。P
D≦UTPのときには次いでステップ234に進み、NOX吸収材
62bのNOX放出作用を行うべきときにセットされ、それ以
外はリセットされるNOXフラグがセットされているか否
かが判別される。NOXフラグがリセットされているとき
には次いでステップ235に進み、現在の吸入空気量Ｑが
吸入空気量SQに加算される。続くステップ236では積算
値の積算値SQが上限しきい値UTQNよりも大きいか否かが
判別される。Ｓ≦UTQNのときには次いで処理サイクルを
終了する。すなわち、この場合にはNOX放出作用およびS
OX放出作用が停止される。
これに対しＳ＞UTQNのときには次いでステップ237に
進み、NOXフラグがセットされる。続くステップ238では
NOX放出用２次燃料噴射が開始される。すなわちNOX吸収
材62bのNOX放出作用が開始される。
NOXフラグがセットされたときにはステップ234からス
テップ239に進み、NOX放出作用が開始されてから一定時
間経過したか否かが判別される。一定時間経過したとき
には次いでステップ240に進み、NOXフラグがリセットさ
れる。続くステップ241ではNOX放出用２次燃料噴射が停
止される。すなわちNOX吸収材62bのNOX放出作用が終了
される。続くステップ242では吸入空気量積算値SQがク
リアされる。
一方、ステップ232でPD＞UTPのときには次いでステッ
プ243に進み、SOXフラグがセットされる。続くステップ
244ではSOX放出用２次燃料噴射が開始される。
SOXフラグがセットされたときにはステップ231からス
テップ245に進み、SOX放出作用が開始されてから一定時
間経過したか否かが判別される。一定時間経過したとき
には次いでステップ246に進み、SOXフラグがリセットさ
れる。続くステップ247ではSOX放出用２次燃料噴射が停
止される。すなわちSOX吸収材63bのSOX放出作用が終了
される。続くステップ248では再生フラグがセットさ
れ、続くステップ249では再生用２次燃料噴射が開始さ
れる。すなわちパティキュレートフィルタ18の再生作用
が開始される。
再生フラグがセットされたときにはステップ230から
ステップ250に進み、パティキュレートフィルタ18の再
生作用が開始されてから一定時間経過したか否かが判別
される。一定時間経過したときには次いでステップ251
に進み、再生フラグがリセットされる。続くステップ25
2では再生用２次燃料噴射が停止される。すなわちSOX吸
収材63bのSOX放出作用が終了される。続くステップ253
では累積走行距離Ｓがクリアされ、続くステップ254で
は吸入空気量積算値SQがクリアされる。
これまで述べてきた実施態様では、燃料噴射弁９から
２次燃料噴射を行うことによりパティキュレートフィル
タ18、NOX蓄積材62、および被毒物質除去材63に還元剤
を供給するようにしている。しかしながら、排気マニホ
ルド16に還元剤噴射弁を設け、この還元剤噴射弁から還
元剤を噴射するようにしてもよい。この場合、還元剤と
して例えばガソリン、イソオクタン、ヘキサン、ヘプタ
ン、軽油、灯油のような炭化水素、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、或いは
水素を用いることができる。しかしながら、燃料噴射弁
９から噴射される機関の燃料と同一の燃料を還元剤噴射
弁から噴射するようにすると追加の還元剤タンクを必要
としない。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｆ０１Ｎ 3/18 Ｆ０１Ｎ 3/18 Ｃ Ｇ 3/22 ３０１ 3/22 ３０１Ａ 3/24 3/24 Ｅ Ｌ Ｒ (56)参考文献 特開 昭47−7005（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−195755（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−332071（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−100716（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−135417（ＪＰ，Ａ) 実開 平４−117136（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F01N 3/02 F01N 3/08 F01N 3/24

Claims (47)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】排気通路を有する内燃機関の排気浄化装置
    であって、 排気通路内に配置されて流入する排気中の微粒子を捕集
    するフィルタであって、排気流入面および排気流出面を
    有するフィルタと、 フィルタの排気流出面上のみに配置されて流入する排気
    中のNOXを一時的に蓄えるNOX蓄積材と を具備した排気浄化装置において、 前記フィルタが排気通路軸線に対しほぼ平行に延びる多
    孔質セル壁により画定された複数のセルを具備し、これ
    らセルは排気上流端が開放されかつ排気下流端が閉鎖さ
    れた上流端開放セルと、排気上流端が閉鎖されかつ排気
    下流端が開放された下流端開放セルとからなり、これら
    上流端開放セルと下流端開放セルとが交互に繰り返し並
    べられており、前記NOX蓄積材を下流端開放セル内壁面
    上のみに配置した排気浄化装置。
  2. 【請求項２】前記NOX蓄積材を、流入する排気中のNOXを
    吸着するNOX吸着材から形成した請求項１に記載の排気
    浄化装置。
  3. 【請求項３】前記NOX蓄積材を加熱することによりNOX吸
    着材から吸着されているNOXを離脱させるNOX離脱手段を
    さらに具備した請求項２に記載の排気浄化装置。
  4. 【請求項４】前記NOX離脱手段が前記NOX吸着材からNOX
    を離脱させるときにNOX吸着材に２次空気を供給する２
    次空気供給手段と、該２次空気を加熱する手段とを具備
    し、加熱された２次空気がNOX吸着材内を流通すること
    によりNOX吸着材が加熱されるようにした請求項３に記
    載の排気浄化装置。
  5. 【請求項５】前記２次空気供給手段が前記フィルタの排
    気流出面から排気流入面に向けて流通するように２次空
    気をフィルタに供給し、前記NOX吸着材から離脱したNOX
    がフィルタに捕集された微粒子と反応して還元されるよ
    うにした請求項４に記載の排気浄化装置。
  6. 【請求項６】前記NOX離脱手段が前記NOX吸着材からNOX
    を離脱させるときに機関から排出された排気が前記フィ
    ルタ内に流入するのを阻止する手段を具備し、NOX離脱
    手段は機関負荷が予め定められた設定負荷よりも低いと
    きにNOX吸着材からNOXを離脱させる請求項５に記載の排
    気浄化装置。
  7. 【請求項７】前記NOX吸着材からNOXを離脱させるときに
    NOX吸着剤に還元材を供給する還元剤供給手段をさらに
    具備し、該還元剤によりNOXを還元するようにした請求
    項３に記載の排気浄化装置。
  8. 【請求項８】前記還元剤供給手段がフィルタの排気流入
    面上、またはその上に前記NOX吸着材が積層されるよう
    にフィルタの排気流出面上に配置されて流入する排気中
    の炭化水素を吸着するHC吸着材を具備し、NOX吸着材か
    らNOXを離脱させるときにHC吸着材から吸着されている
    炭化水素を離脱させてNOX吸着材に供給するようにした
    請求項７に記載の排気浄化装置。
  9. 【請求項９】前記還元剤供給手段が筒内に燃料を直接噴
    射する燃料噴射弁を具備し、該燃料噴射弁から機関膨張
    行程または排気行程に２次燃料を噴射することにより前
    記HC吸着材に炭化水素を供給するようにした請求項８に
    記載の排気浄化装置。
  10. 【請求項１０】前記NOX吸着材からNOXを離脱させるとき
    にNOX吸着材に流入する排気の温度を高める手段を具備
    し、該排気がNOX吸着材内を流通することによりNOX吸着
    材が加熱されるようにした請求項３に記載の排気浄化装
    置。
  11. 【請求項１１】前記NOX吸着材がパラジウム、白金、お
    よびロジウムからなる貴金属、銅および鉄からなる遷移
    金属、およびリチウムから選ばれた少なくとも１つを含
    む請求項２に記載の排気浄化装置。
  12. 【請求項１２】前記NOX蓄積材を、流入する排気の空燃
    比がリーンのときにNOXを吸収し、流入する排気中の酸
    素濃度が低下すると吸収しているNOXを放出して還元す
    るNOX吸収材から形成した請求項１に記載の排気浄化装
    置。
  13. 【請求項１３】前記NOX吸収材に流入する排気の空燃比
    を一時的にリッチにすることによりNOX吸収材から吸収
    されているNOXを放出させるNOX放出手段をさらに具備し
    た請求項12に記載の排気浄化装置。
  14. 【請求項１４】フィルタの排気流入面上、またはその上
    に前記NOX吸収材が積層されるようにフィルタの排気流
    出面上に配置されたSOX吸収材をさらに具備し、該SOX吸
    収材は流入する排気の空燃比がリーンのときに流入する
    排気中のSOXを吸収し、SOX吸収材の温度がSOX放出温度
    よりも高いときに流入する排気中の酸素濃度が低下する
    と吸収しているSOXを放出し、NOX吸収材からNOXを放出
    させるときにSOX吸収材の温度が前記SOX放出温度を越え
    ないようにした請求項13に記載の排気浄化装置。
  15. 【請求項１５】前記NOX放出手段が筒内に燃料を直接噴
    射する燃料噴射弁を具備し、該燃料噴射弁から機関膨張
    行程または排気行程に２次燃料を噴射することにより前
    記NOX吸収材に流入する排気の空燃比をリッチにする請
    求項13に記載の排気浄化装置。
  16. 【請求項１６】前記NOX吸収材がカリウム、ナトリウ
    ム、リチウム、セシウムからなるアルカリ金属、バリウ
    ム、カルシウムからなるアルカリ土類金属、およびラン
    タンおよびイットリウムからなる希土類金属から選ばれ
    た少なくとも１つと、パラジウム、白金、およびロジウ
    ムからなる貴金属とを含む請求項12に記載の排気浄化装
    置。
  17. 【請求項１７】前記NOX蓄積材に吸収されているNOX量を
    推定する手段をさらに具備し、該推定NOX量が予め定め
    られた設定NOX量よりも多いときにNOX蓄積材から蓄積さ
    れているNOXを放出させるようにした請求項１に記載の
    排気浄化装置。
  18. 【請求項１８】フィルタの排気流入面上、またはその上
    に前記NOX蓄積材が積層されるようにフィルタの排気流
    出面上に配置されて被毒物質がNOX蓄積材に到るのを阻
    止する被毒物質除去材をさらに具備した請求項１に記載
    の排気浄化装置。
  19. 【請求項１９】前記被毒物質除去材を、流入する排気中
    の炭化水素を吸着するHC吸着材から形成した請求項18に
    記載の排気浄化装置。
  20. 【請求項２０】前記HC吸着材から炭化水素を離脱させる
    ときに前記NOX蓄積材から蓄積されているNOXを放出させ
    てこれら炭化水素とNOXとを反応させるようにした請求
    項19に記載の排気浄化装置。
  21. 【請求項２１】前記HC吸着材がゼオライトからなる担体
    上に担持された白金およびパラジウムからなる貴金属、
    および銅および鉄からなる遷移金属から選ばれた少なく
    とも１つを含む請求項19に記載の排気浄化装置。
  22. 【請求項２２】前記被毒物質除去材をSOX吸収材から形
    成し、該SOX吸収材は流入する排気の空燃比がリーンの
    ときに流入する排気中のSOXを吸収し、SOX吸収材の温度
    がSOX放出温度よりも高いときに流入する排気中の酸素
    濃度が低下すると吸収しているSOXを放出する請求項18
    に記載の排気浄化装置。
  23. 【請求項２３】前記SOX吸収材からSOXを放出させた直後
    に前記フィルタを再生する請求項22に記載の排気浄化装
    置。
  24. 【請求項２４】前記SOX吸収材からSOXを放出させるとき
    にSOX吸収材に流入する排気の温度を高めることによりS
    OX吸収材の温度を高めるようにした請求項22に記載の排
    気浄化装置。
  25. 【請求項２５】筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁を
    さらに具備し、該燃料噴射弁から機関膨張行程または排
    気行程に２次燃料を噴射して該２次燃料を燃焼させるこ
    とにより前記SOX吸収材に流入する排気の温度を高める
    ようにした請求項24に記載の排気浄化装置。
  26. 【請求項２６】前記SOX吸収材が鉄、マンガン、ニッケ
    ル、錫からなる遷移金属およびリチウムから選ばれた少
    なくとも１つを含む請求項22に記載の排気浄化装置。
  27. 【請求項２７】前記被毒物質除去材に蓄積された被毒物
    質量を推定する手段と、推定被毒物質量が予め定められ
    た設定被毒物質量よりも大きいときに被毒物質除去材か
    ら被毒物質を放出させる手段とをさらに具備した請求項
    18に記載の排気浄化装置。
  28. 【請求項２８】前記NOX蓄積材のNOX放出作用と、前記被
    毒物質除去材の被毒物質放出作用と、前記フィルタの再
    生作用とを同時に行うようにした請求項18に記載の排気
    浄化装置。
  29. 【請求項２９】前記フィルタを加熱しつつ酸化雰囲気に
    することにより微粒子を燃焼せしめ、それによりフィル
    タを再生するフィルタ再生手段をさらに具備した請求項
    １に記載の排気浄化装置。
  30. 【請求項３０】前記フィルタに捕集された微粒子量を推
    定する捕集微粒子量推定手段を具備し、前記フィルタ再
    生手段は推定捕集微粒子量が予め定められた設定微粒子
    量よりも多いときにフィルタを再生する請求項29に記載
    の排気浄化装置。
  31. 【請求項３１】前記NOX蓄積材のNOX放出作用と、前記フ
    ィルタの再生作用とを同時に行うようにした請求項29に
    記載の排気浄化装置。
  32. 【請求項３２】排気通路を有する内燃機関の排気浄化装
    置であって、 排気通路内に配置されて流入する排気中の微粒子を捕集
    するフィルタと、 該フィルタ下流の排気通路内に配置されて流入する排気
    中のNOXを一時的に蓄えるNOX蓄積材と、 該フィルタに捕集されている微粒子量またはNOX蓄積材
    に蓄積されているNOX量を推定する推定手段と、 該推定捕集微粒子量が予め定められた設定微粒子量より
    も多いとき、または該推定蓄積NOX量が予め定められた
    設定NOX量よりも多いときにフィルタを再生すると共にN
    OX蓄積材から蓄積されているNOXを放出させる再生放出
    手段と を具備した排気浄化装置。
  33. 【請求項３３】前記NOX蓄積材を、流入する排気中のNOX
    を吸着するNOX吸着材から形成した請求項32に記載の排
    気浄化装置。
  34. 【請求項３４】前記再生放出手段が、前記フィルタを再
    生しかつ前記NOX吸着材からNOXを脱離させるべきときに
    フィルタを酸化雰囲気において加熱し、NOX吸着材を加
    熱する加熱手段をさらに具備した請求項33に記載の排気
    浄化装置。
  35. 【請求項３５】前記加熱手段が前記フィルタおよびNOX
    吸着材に流入するガスを加熱するガス加熱手段を具備し
    た請求項34に記載の排気浄化装置。
  36. 【請求項３６】前記ガス加熱手段が筒内に燃料を直接噴
    射する燃料噴射弁を具備し、該燃料噴射弁から機関膨張
    行程または排気行程に２次燃料を噴射することにより前
    記フィルタおよびNOX吸着材に流入する排気の温度を高
    めるようにした請求項35に記載の排気浄化装置。
  37. 【請求項３７】前記NOX吸着材からNOXを離脱させるとき
    にNOX吸着材に還元剤を供給する還元剤供給手段をさら
    に具備し、該還元剤によりNOXを還元するようにした請
    求項33に記載の排気浄化装置。
  38. 【請求項３８】前記NOX吸着材がパラジウム、白金、お
    よびロジウムからなる貴金属、銅および鉄からなる遷移
    金属、およびリチウムから選ばれた少なくとも１つを含
    む請求項33に記載の排気浄化装置。
  39. 【請求項３９】前記NOX蓄積材を、流入する排気の空燃
    比がリーンのときにNOXを吸収し、流入する排気中の酸
    素濃度が低下すると吸収しているNOXを放出するNOX吸収
    材から形成した請求項32に記載の排気浄化装置。
  40. 【請求項４０】前記フィルタを再生しかつ前記NOX吸着
    材からNOXを放出させるべきときにフィルタを酸化雰囲
    気において加熱し、NOX吸収材に流入する排気の空燃比
    を一時的にリッチにする空燃比制御手段をさらに具備し
    た請求項39に記載の排気浄化装置。
  41. 【請求項４１】前記空燃比制御手段が筒内に燃料を直接
    噴射する燃料噴射弁を具備し、該燃料噴射弁から機関膨
    張行程または排気行程に２次燃料を噴射することにより
    前記NOX吸収材に流入する排気の空燃比を一時的にリッ
    チにするようにした請求項40に記載の排気浄化装置。
  42. 【請求項４２】前記NOX吸収材がカリウム、ナトリウ
    ム、リチウム、セシウムからなるアルカリ金属、バリウ
    ム、カルシウムからなるアルカリ土類金属、およびラン
    タンおよびイットリウムからなる希土類金属から選ばれ
    た少なくとも１つと、パラジウム、白金、およびロジウ
    ムからなる貴金属とを含む請求項39に記載の排気浄化装
    置。
  43. 【請求項４３】前記推定手段が車両累積走行距離を算出
    する手段を具備し、該車両累積走行距離が予め定められ
    たしきい値よりも大きいときに推定捕集微粒子量が設定
    微粒子量よりも多いと判断するようにした請求項32に記
    載の排気浄化装置。
  44. 【請求項４４】前記推定手段が前記フィルタ前後の圧力
    差を検出する手段を具備し、該圧力差が予め定められた
    しきい値よりも大きいときに推定捕集微粒子量が設定微
    粒子量よりも多いと判断するようにした請求項32に記載
    の排気浄化装置。
  45. 【請求項４５】前記推定手段が前記NOX蓄積材から流出
    するNOX量を検出する手段を具備し、該流出NOX量が予め
    定められたしきい値よりも大きいときに推定蓄積NOX量
    が設定NOX量よりも多いと判断するようにした請求項32
    に記載の排気浄化装置。
  46. 【請求項４６】前記推定手段が機関負荷の積算値を算出
    する手段を具備し、該積算値が予め定められたしきい値
    よりも大きいときに推定蓄積NOX量が設定NOX量よりも多
    いと判断するようにした請求項32に記載の排気浄化装
    置。
  47. 【請求項４７】前記フィルタが排気流入面および排気流
    出面を有しており、前記NOX蓄積材をフィルタの排気流
    出面に配置した請求項32に記載の排気浄化装置。
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