JPH07259541A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 再生操作時に、ＮＯ_X 吸収剤に供給する還元
剤の量を適切に制御することにより、ＮＯ_X 吸収剤の効
率的な再生を行う。 【構成】 内燃機関１の排気通路３を分岐し、２つのＮ
Ｏ_X 吸収剤５ａ、５ｂを並列に接続する。排気切換弁
２、２２により排気の流れを切り換えて、一方のＮＯ_X
吸収剤を通過する排気流量を低減するとともに、還元剤
供給ノズル１２ａ、１２ｂから排気流量が低下したＮＯ
_X 吸収剤に還元剤を供給して再生を行う。それぞれのＮ
Ｏ_X 吸収剤下流に酸素濃度センサ７ａ、７ｂと、更にそ
の下流に酸化触媒１０１ａ、１０１ｂを設け、再生時に
還元剤供給量を酸素濃度センサの出力に基づいて制御す
る。再生中に、他の分岐通路から侵入してくる酸素成分
は酸化触媒により消費され、酸素濃度センサに到達しな
いため、正確な還元剤供給量制御が可能となる。

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
置に関し、詳細には、ディーゼルエンジンや希薄燃焼を
行うガソリンエンジン等、リーン空燃比の燃焼を行う内
燃機関の排気中のＮＯ_X を効果的に除去可能な排気浄化
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の排気浄化装置の例としては、例
えば特開昭６２─１０６８２６号公報に開示されたもの
がある。同公報の装置は、ディーゼル機関の排気通路に
酸素の存在下でＮＯ_X を吸収する吸収剤（触媒）を２つ
並列に接続し、排気を一方のＮＯ_X 吸収剤に導いて排気
中のＮＯ_X の吸収を行う。また、上記一方のＮＯ_X 吸収
剤のＮＯ_X 吸収量が増大して吸収剤のＮＯ_X 吸収能力が
飽和すると、排気切換弁により、排気の流れをもう一方
のＮＯ_X 吸収剤に導いて上記飽和したＮＯ_X 吸収剤への
排気の流入を遮断するとともに、このＮＯ_X 吸収剤に還
元剤を供給する。これにより、飽和したＮＯ_X 吸収剤か
らＮＯ_X が放出され、放出されたＮＯ_X が還元剤により
還元浄化される（本明細書では、このＮＯ_X 吸収剤から
のＮＯ_X 放出と還元浄化との操作を「ＮＯ_X 吸収剤の再
生操作」と呼ぶ）。すなわち、同公報の装置では、２つ
のＮＯ_X 吸収剤の再生操作が交互に行われる。

【０００３】上記特開昭６２−１０６８２６号公報の装
置では、ＮＯ_X 吸収剤の再生操作時にＮＯ_X 吸収剤に供
給する還元剤の量は一定量とされ、ＮＯ_X 吸収剤のＮＯ
_X 吸収状態に応じた制御はなされていない。このため、
還元剤の供給量の不足によりＮＯ_X 吸収剤の再生が不十
分になったり、或いは還元剤の供給過剰のために再生に
使用されなかった還元剤が大気中に放出されるような問
題が生じる。

【０００４】この問題は、ＮＯ_X 吸収剤再生操作時に、
ＮＯ_X 吸収剤を通過した排気の空燃比が理論空燃比近傍
になるように還元剤供給量を制御することにより解決す
ることができる。すなわち、ＮＯ_X 吸収剤への還元剤供
給量が不足する場合には、ＮＯ_X 吸収剤に流入する排気
中の酸素を全部消費することができないため、ＮＯ_X吸
収剤を通過した排気の空燃比はリーンとなる。また、Ｎ
Ｏ_X 吸収剤への還元剤供給量が過大な場合には、供給さ
れた還元剤の一部が再生操作に消費されず下流側に流出
するため、ＮＯ_X 吸収剤を通過した排気の空燃比はリッ
チとなる。これに対して、ＮＯ_X 吸収剤に供給される還
元剤の量が適切であれば排気中の酸素は還元剤により完
全に消費され、更に、供給された還元剤は排気中の酸素
消費と、放出されたＮＯ_X の還元浄化とに完全に消費さ
れるためＮＯ_X 吸収剤を通過した排気の空燃比は理論空
燃比近傍になるからである。

【０００５】このため、例えばＮＯ_X 吸収剤出口側に排
気中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサを設け、この
酸素濃度センサの出力に基づいて、ＮＯ_X 吸収剤を通過
した排気の酸素濃度が理論空燃比相当値近傍の値になる
ように、還元剤供給装置からの還元剤供給量を制御する
ことにより、還元剤の供給量を適切に制御することが可
能となる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記のよう
にＮＯ_X 吸収剤出口側に酸素濃度センサを設けて還元剤
供給量を制御するようにすると問題が生じる場合があ
る。以下、この問題について図６を参照して説明する。
図６は、上述のようにＮＯ_X 吸収剤出口に酸素濃度セン
サを設けて、この酸素濃度センサの出力に基づいて還元
剤供給量を制御するようにした場合の構成を示す図であ
る。図６において、１はリーン空燃比運転を行う内燃機
関、３は機関１の排気通路を示す。排気通路３は下流側
で２つの排気通路３ａ、３ｂに分岐しており、分岐通路
３ａ、３ｂの分岐点には排気切換弁２が設けられ、この
排気切換弁２の切換により排気通路３ａまたは３ｂの一
方に機関排気の大部分を導くことができるようになって
いる。

【０００７】また、分岐通路３ａ、３ｂのそれぞれに
は、流入する酸素濃度がリーンのときに排気中のＮＯ_X
を吸収し、流入する排気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５ａ、５ｂが設けられ
ている。図６において、１２ａ、１２ｂで示したのは、
再生操作時にＮＯ_X 吸収剤５ａ、５ｂに還元剤を供給す
る還元剤供給ノズル、７ａ、７ｂで示したのは分岐通路
３ａ、３ｂのＮＯ_X 吸収剤５ａ、５ｂ出口側に設けられ
た酸素濃度センサである。さらに、分岐通路３ａ、３ｂ
は酸素濃度センサ７ａ、７ｂ下流側で再び合流してお
り、分岐通路３ａ、３ｂ合流部には、前述の排気切換弁
２と同様な下流側排気切換弁２２が設けられている。

【０００８】図６に示した構成では、一方のＮＯ_X 吸収
剤（例えばＮＯ_X 吸収剤５ａ）の再生を行う場合には排
気切換弁２と２２とを図に実線で示した位置に切り換え
て機関１の排気の大部分をＮＯ_X 吸収剤５ｂ側に流し、
ＮＯ_X 吸収剤５ｂで排気中のＮＯ_X の吸収を行い、ＮＯ
_X 吸収剤５ａに流入する排気の流量を大幅に低減する。
また、このとき還元剤供給ノズル１２ａからＮＯ_X 吸収
剤５ａに還元剤を供給しＮＯ_X 吸収剤５ａの再生を行
う。また、もう一方のＮＯ_X 吸収剤（ＮＯ_X 吸収剤５ｂ
のＮＯ_X 吸収量が増大し、ＮＯ_X 吸収能力が飽和に近づ
いたときには、排気切換弁２、２２を図６の点線の位置
に切り換えて、再生が完了したＮＯ_X 吸収剤（ＮＯ_X 吸
収剤５ａ）で排気中のＮＯ_X を吸収する。また、このと
き還元剤供給ノズル１２ｂから還元剤をＮＯ_X 吸収剤５
ｂに供給してＮＯ_X 吸収剤５ｂの再生を行う。すなわ
ち、図６の構成ではＮＯ_X 吸収剤５ａ、５ｂは交互に再
生を行い、一方の再生中は他方のＮＯ_X 吸収剤で排気中
のＮＯ_X 吸収を行う。

【０００９】ところが、図６のような構成においてＮＯ
_X 吸収剤５ａ、５ｂに供給する還元剤の量を適正にする
ために、還元剤供給ノズル１２ａ、１２ｂからの還元剤
供給量をＮＯ_X 吸収剤５ａ、５ｂ出口側の酸素濃度セン
サ７ａ、７ｂ出力に基づいてフィードバック制御する
と、全般的に還元剤供給量が過大になり、大気に放出さ
れる未使用の還元剤の量が増大するという問題が生じる
場合がある。

【００１０】本願出願人らの検討の結果、この問題はＮ
Ｏ_X 吸収剤再生時に、再生を行う側のＮＯ_X 吸収剤出口
に設けた酸素濃度センサで検出した酸素濃度が、ＮＯ_X
吸収剤を通過した排気の酸素濃度より高い酸素濃度を指
示するために生じることが判明している。このように、
再生側の酸素濃度センサがＮＯ_X 吸収剤を通過してくる
排気の酸素濃度より高い酸素濃度を指示するのは以下の
理由によると考えられる。

【００１１】すなわち、ＮＯ_X 吸収剤再生時には排気中
の酸素成分を消費するための還元剤量を低減するため
に、再生を行う側のＮＯ_X 吸収剤に流入する排気の流量
は排気切換弁２、２２により大幅に低減される。このた
め、再生中のＮＯ_X 吸収剤側の分岐通路では大幅に排気
流速が低下する。また、還元剤供給によりこの分岐通路
中の排気酸素濃度は極めて低くなる。このように、両方
の分岐通路３ａ、３ｂ中の排気の酸素濃度に差が生じる
結果、合流部の排気切換弁２２部分では、酸素濃度が高
い側（ＮＯ_X を吸収中のＮＯ_X 吸収剤側）の排気に含ま
れる酸素が酸素濃度が低い側（再生中のＮＯ_X 吸収剤
側）に向けて拡散により移動するようになる。一方、再
生中のＮＯ_X 吸収剤側では、前述のように排気流速は大
幅に低下している。このため、排気切換弁２２を通過し
て侵入した酸素は再生中のＮＯ_X 吸収剤側の分岐通路内
を拡散して逆流し、ついには酸素濃度センサ位置まで到
達するようになり、酸素濃度センサ７の指示が実際にＮ
Ｏ_X 吸収剤を通過した排気の酸素濃度より高くなる現象
が生じるのである。

【００１２】図７は、図６において再生中のＮＯ_X 吸収
剤（ＮＯ_X 吸収剤５ａ）側の分岐通路３ａ各位置に実際
に酸素濃度センサを挿入して各部分の酸素濃度を計測し
た結果を示している。図７において、区間Ｉは排気切換
弁２からＮＯ_X 吸収剤５ａ入口までの区間の酸素濃度
を、区間IIはＮＯ_X 吸収剤５ａ入口から出口までのＮＯ
_X 吸収剤内部の区間の酸素濃度を、また、区間III はＮ
Ｏ_X 吸収剤５ａ出口から下流側排気切換弁２２までの区
間の酸素濃度をそれぞれ示している（図６参照）。図７
に示すように、区間Ｉでは供給された還元剤はまだ排気
中の酸素と反応していないため排気中の酸素濃度は高
く、区間IIではＮＯ_X 吸収剤の触媒作用により還元剤と
排気中の酸素が反応し、酸素が消費されるため酸素濃度
は略ゼロ付近に低下している。ところが、区間IIの端部
（ＮＯ_X 吸収剤５ａの下流側端面付近）では、酸素濃度
は再度上昇に転じ、区間III では、下流側排気切換弁２
２に近づくにつれて酸素濃度が高くなっている。すなわ
ち、排気切換弁２２を通して侵入してくる酸素分子の拡
散により、ＮＯ_X 吸収剤下流側では排気切換弁２２に近
づくにつれて排気中の酸素濃度が高くなる傾向が生じて
いることが判る。図７に点線で示したのは、分岐通路３
ａ、３ｂの合流部に下流側排気切換弁２２を設けずに上
流側排気切換弁２のみを用いて排気の切換を行った場合
の結果を示す。この場合には、下流側排気切換弁２２が
ないために侵入する酸素の量は更に増大し、ＮＯ_X 吸収
剤下流側での酸素濃度は更に高くなっている。また、図
示していないが、分岐通路３ａ、３ｂを合流させずに個
別に大気に開放した場合にも、大気側からの酸素の拡散
により同様の減少が生じることが判明している。

【００１３】本来、ＮＯ_X 吸収剤に供給する還元剤の量
は図７の区間II中央付近の酸素濃度に基づいて制御する
必要がある。しかし、図６のような構成では、還元剤供
給量は上記区間III 部分の、区間IIより高い酸素濃度に
基づいて制御されることになるため、還元剤の供給量が
過大になる前述の問題が生じるのである。この問題は、
ＮＯ_X 吸収剤中に酸素濃度センサを挿入して、図７、区
間IIにおける酸素濃度を正確に検出するようにすれば解
決可能である。しかし、ＮＯ_X 吸収剤は機関運転中極め
て高温になるため、酸素濃度センサをＮＯ_X 吸収剤中に
挿入するとセンサの耐久性の問題が生じる。また、ＮＯ
_X 吸収剤中にセンサを挿入することはＮＯ_X 吸収剤自体
の機械的強度低下などの問題を生じるため好ましくな
い。

【００１４】本発明は、上記問題に鑑み、ＮＯ_X 吸収剤
内にセンサを挿入することなく、ＮＯ_X 吸収剤下流側に
配置した酸素濃度センサにより、ＮＯ_X 吸収剤を通過し
た排気の酸素濃度を正確に検出可能とする手段を提供す
ることを目的としている。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、リーン
空燃比運転を行う内燃機関の排気浄化装置であって、前
記内燃機関の排気通路に互いに並列に接続された２つの
分岐通路と、該分岐通路のそれぞれに配置された、流入
する排気の空燃比がリーンのときに排気中のＮＯ_X を吸
収し、排気酸素濃度が低下したときに吸収したＮＯ_X を
放出するＮＯ_X吸収剤と、前記ＮＯ_X 吸収剤に流入する
排気流量をそれぞれ個別に低減することが可能な排気切
換弁と、前記ＮＯ_X 吸収剤のそれぞれに個別に還元剤を
供給することが可能な還元剤供給装置と、前記それぞれ
のＮＯ_X 吸収剤の下流側分岐通路中の排気の酸素濃度を
検出する酸素濃度センサとを備え、前記ＮＯ_X 吸収剤の
一方に排気中のＮＯ_X を吸収させた後、前記排気切換弁
により該一方のＮＯ_X 吸収剤に流入する排気流量を低減
し、前記酸素濃度センサの出力に基づいて前記還元剤供
給装置から該一方のＮＯ_X 吸収剤に還元剤を供給して、
該一方のＮＯ_X 吸収剤から吸収したＮＯ_X を放出させる
とともに放出されたＮＯ_X を還元浄化する操作を、交互
に前記ＮＯ_X 吸収剤について行う内燃機関の排気浄化装
置において、前記分岐通路下流側から前記酸素濃度セン
サに逆流してくる酸素を消費する酸素消費手段を設けた
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置が提供され
る。

【００１６】

【作用】ＮＯ_X 吸収剤再生時に、拡散により下流側から
酸素濃度センサに向けて逆流してくる酸素は、酸素消費
手段により消費される。このため、下流側から逆流して
くる酸素が酸素濃度センサに到達することが阻止され、
ＮＯ_X 吸収剤再生時の酸素濃度センサ近傍の排気の酸素
濃度は、ＮＯ_X 吸収剤を通過した排気の酸素濃度（図
７、区間II中央部分）と略等しくなり、酸素濃度センサ
出力はＮＯ_X 吸収剤を通過した排気の酸素濃度を正確に
表すようになる。

【００１７】

【実施例】以下添付図面を用いて本発明の実施例につい
て説明する。図１は本発明の排気浄化装置の一実施例の
構成を示す。図１において、図６と同じ参照符号は図６
と同一の要素を示している。図１において、１はディー
ゼルエンジンや希薄燃焼を行うガソリンエンジン等のリ
ーン空燃比の燃焼を行うことのできる内燃機関、３は内
燃機関１の排気通路を示す。排気通路３には２つの分岐
通路３ａ、３ｂが設けられており、通路３ａ、３ｂには
後述のように、流入する排気空燃比がリーンのときに排
気中のＮＯ_Xを吸収し、排気中の酸素濃度が低下したと
きに吸収したＮＯ_X を放出するＮＯ_X吸収剤、それぞれ
５ａ、５ｂが接続されている。

【００１８】また、排気通路３の通路３ａ、３ｂの分岐
部には排気切換弁２が設けられ、排気通路３ａ、３ｂの
任意の一方を所定の開度に閉鎖して排気通路３ａ、３ｂ
に排気を分配するようになっている。例えば排気切換弁
２が図１に実線で示した位置に切り換えられると、排気
の大部分は分岐通路３ｂ側に流入し、分岐通路３ａ側に
流入する排気流量が低減される。また、排気切換弁２が
図１に点線で示した位置に切り換えられると、排気の大
部分は分岐通路３ａ側に流入し、分岐通路３ｂ側に流入
する排気流量が低減される。図に２ａで示すのは、後述
するエンジン制御回路（ＥＣＵ）２０からの制御信号に
より切換弁２を駆動して所定の切り換え位置をとらせる
ための、負圧アクチュエータ等の適宜な形式のアクチュ
エータである。

【００１９】また、分岐通路３ａ、３ｂはＮＯ_X 吸収剤
５ａ、５ｂ下流側で再び合流しており、この合流部には
排気切換弁２と同様な排気切換弁２２と、アクチュエー
タ２２ａとが設けられている。排気切換弁２２は、排気
切換弁２と連動して作動し、再生中のＮＯ_X 吸収剤の側
の分岐通路にもう一方の分岐通路からの排気が逆流する
ことを防止している。

【００２０】更に、分岐通路３ａ、３ｂのＮＯ_X 吸収剤
５ａ、５ｂ上流側には後述する還元剤供給装置１１から
ＮＯ_X 吸収剤５ａ、５ｂに還元剤を供給する還元剤供給
ノズル、それぞれ１２ａ、１２ｂが接続されている。ま
た、図１に７ａ、７ｂで示すのは、それぞれ分岐通路３
ａ、３ｂのＮＯ_X 吸収剤５ａ、５ｂ下流側に配置された
酸素濃度センサである。酸素濃度センサ７ａ、７ｂはＮ
Ｏ_X 吸収剤５ａ、５ｂを通過した排気中の酸素濃度を検
出する。本実施例では、後述のように、ＮＯ_X 吸収剤５
ａ、５ｂの再生中に還元剤供給装置１１から再生中のＮ
Ｏ_X 吸収剤５ａ、５ｂに供給する還元剤供給量を、酸素
濃度センサ７ａ、７ｂの出力に応じて制御している。

【００２１】また、本実施例では、それぞれの分岐通路
３ａ、３ｂの酸素濃度センサ７ａ、７ｂ下流側には、酸
素消費手段としての酸化触媒１０１ａ、１０１ｂが設け
られている。図に２０で示すのはエンジン１の制御回路
（ＥＣＵ）である。ＥＣＵ２０はＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯ
Ｍ、及び入力ポート、出力ポートを相互に双方向バスで
接続した構成の公知のディジタルコンピュータからな
り、エンジンの燃料噴射量制御等の基本制御を行ってい
る。また、本実施例ではＥＣＵ２０は、更に、図示しな
い駆動回路や負圧制御弁等を介してアクチュエータ２
ａ、２２ａを駆動して排気切換弁２、２２の切り換え位
置制御を行うほか、酸素濃度センサ７ａ、７ｂの出力に
基づいて還元剤供給装置１１からの還元剤供給量の制御
を行う。これらの制御のためＥＣＵ２０の入力ポートに
は、酸素濃度センサ７ａ、７ｂからの酸素濃度信号が入
力されている他、エンジン回転数、機関吸入空気量等の
信号がそれぞれ図示しないセンサから入力されている。

【００２２】酸化触媒１０１ａ、１０１ｂは、例えばハ
ニカム状の金属担体に白金Ｐｔ、パラジウム等の酸化触
媒を担持したものであり、後述するように、排気切換弁
２２を通って分岐通路３ａ、３ｂを下流側から逆流して
くる酸素を、酸化触媒を通過する排気中の還元剤と反応
させることにより、下流側から逆流してくる酸素を消費
する酸素消費手段としての作用を行うものである。

【００２３】還元剤供給装置１１は還元剤容器、加圧ポ
ンプ等から構成される還元剤供給源１３と、還元剤供給
源１３から還元剤供給ノズル１２ａ、１２ｂに供給され
る還元剤の流量を調節する制御弁１４ａ、１４ｂ及び、
ノズル１２ａ、１２ｂと制御弁１４ａ、１４ｂとの間に
配置された排気逆流防止用の逆止弁１５ａ、１５ｂとを
備えている。制御弁１４ａ、１４ｂは、後述するＮＯ_X
吸収剤５ａ、５ｂの再生操作時、ＥＣＵ２０の制御信号
に応じて所定の開度をとり、開度に応じた量の還元剤を
ＮＯ_X 吸収剤５ａ、５ｂに供給するものである。

【００２４】ＮＯ_X 吸収剤５ａ、５ｂのＮＯ_X 放出、還
元操作（再生操作）に使用する還元剤としては、排気中
で一酸化炭素などの還元成分や炭化水素成分を発生する
ものであれば良く、水素、一酸化炭素等の気体や、プロ
パン、プロピレン、ブタン等の液状又は気体状の炭化水
素、または、ガソリン、軽油、灯油等の液体燃料等が使
用できる。

【００２５】ＮＯ_X 吸収剤５ａ、５ｂは例えばアルミナ
等の担体を使用し、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。このＮＯ_X 吸収剤５ａ、５
ｂは流入する排気の空燃比がリーンの場合にはＮＯ_X を
吸収し、酸素濃度が低下するとＮＯ_X を放出するＮＯ_X
の吸放出作用を行う。

【００２６】なお、上述の排気空燃比とは、ここではＮ
Ｏ_X 吸収剤５ａ、５ｂの上流側の排気通路やエンジン燃
焼室、吸気通路等にそれぞれ供給された空気量の合計
と、燃料と還元剤の合計との比を意味するものとする。
従って、ＮＯ_X 吸収剤５ａ、５ｂの上流側排気通路に燃
料、還元剤または空気が供給されない場合には排気空燃
比はエンジンの運転空燃比（エンジン燃焼室内の燃焼に
おける空燃比）と等しくなる。

【００２７】本実施例では、リーン空燃比の燃焼を行う
機関が使用されているため、通常運転時の排気空燃比は
リーンであり、ＮＯ_X 吸収剤５ａ、５ｂは排気中のＮＯ
_X の吸収を行う。また、還元剤供給装置１１から排気中
に還元剤が導入されて酸素濃度が低下すると、ＮＯ_X 吸
収剤５ａ、５ｂは吸収した還元剤の放出を行う。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、この吸放出作用は図５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Ｂ
a 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。

【００２８】すなわち、流入排気がかなりリーンになる
と流入排気中の酸素濃度が大巾に増大し、図５(A) に示
されるようにこれら酸素Ｏ₂ がＯ₂ ^- またはＯ^2-の形で
白金Ｐt の表面に付着する。一方、流入排気中のＮＯは
白金Ｐt の表面上でこのＯ₂ ^- またはＯ^2-と反応し、Ｎ
Ｏ₂ となる（２ＮＯ＋Ｏ₂ →２ＮＯ₂ ) 。次いで生成さ
れたＮＯ₂ の一部は白金Ｐｔ上で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５
(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ＮＯ_X 吸収剤５
ａ、５ｂ内に吸収される。

【００２９】従って、流入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
気中の酸素濃度が低下してＮＯ₂ の生成量が減少すると
反応が逆方向（ＮＯ₃ ^- →ＮＯ₂ ）に進み、こうして吸
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。すなわち、流入排気中の酸素濃度が低下す
るとＮＯ_X 吸収剤５ａ、５ｂからＮＯ_X が放出されるこ
とになる。

【００３０】一方、流入排気中にＨＣ、ＣＯ等の還元成
分が存在すると、これらの成分は白金Ｐt 上の酸素Ｏ₂
^- またはＯ^2-と反応して酸化され、排気中の酸素を消費
して排気中の酸素濃度を低下させる。また、排気中の酸
素濃度低下によりＮＯ_X 吸収剤５ａ、５ｂから放出され
たＮＯ₂ は図５(B) に示すようにＨＣ，ＣＯと反応して
還元される。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。

【００３１】すなわち、流入排気中のＨＣ，ＣＯは、ま
ず白金Ｐt 上のＯ₂ ^- またはＯ^2-とただちに反応して酸
化され、次いで白金Ｐt 上のＯ₂ ^- またはＯ^2-が消費さ
れてもまだＨＣ，ＣＯが残っていればこのＨＣ，ＣＯに
よって吸収剤から放出されたＮＯ_X 、および排気ととも
に流入するＮＯ_X が還元される。本実施例では、排気切
換弁２、２２の操作により交互にＮＯ_X 吸収剤５ａと５
ｂのＮＯ_X 吸収と放出とを行う。すなわち、本実施例で
は、排気切換弁２、２２の操作により一方のＮＯ_X 吸収
剤（例えば５ａ）に大部分の排気を流してＮＯ_Xを吸収
させる。また、予め設定した所定の時間ＮＯ_X 吸収を行
ってＮＯ_X 吸収剤５ａのＮＯ_X 吸収量が増大してくる
と、排気切換弁２、２２を切り換えて他方のＮＯ_X 吸収
剤５ｂに排気を流し、ＮＯ_X 吸収剤５ａに流入する排気
流量を低減するとともに、還元剤供給ノズル１２ａから
ＮＯ_X 吸収剤５ａに還元剤を供給してＮＯ_X 吸収剤５ａ
の再生を行う。また、切換え後所定時間が経過してＮＯ
_X 吸収剤５ｂのＮＯ_X 吸収量が増大してくると、再度排
気切換弁２、２２の切換えを行い、ＮＯ_X 吸収剤５ａ側
に排気を流してＮＯ_X 吸収剤５ａによるＮＯ_X 吸収を再
開するとともにＮＯ_X 吸収剤５ｂの再生を行う。

【００３２】本実施例では、ＮＯ_X 吸収剤５ａ、５ｂの
再生に使用する還元剤の量を低減するために、排気切換
弁２、２２の位置を切り換えて再生を行うＮＯ_X 吸収剤
に流入する排気の流量を低減し、排気中の酸素を消費す
るために必要な還元剤の量を低減するとともに、再生中
のＮＯ_X 吸収剤の出口側に設けた酸素濃度センサの出力
に基づいて還元剤供給装置１１からの還元剤供給量を制
御して、ＮＯ_X 吸収剤に適切な量の還元剤を供給するよ
うにしている。

【００３３】図２は、本実施例のＮＯ_X 吸収剤５ａ、５
ｂの再生操作制御を示すフローチャートである。本ルー
チンはエンジン制御回路（ＥＣＵ）２０により、所定時
間毎に実行される。図２においてルーチンがスタートす
ると、ステップ２０１では、現在ＮＯ_X 吸収を実行中の
ＮＯ_X 吸収剤の再生操作実行条件が成立しているか否か
が判定される。ここで、ＮＯ_X 吸収剤の再生操作実行条
件は、ＮＯ_X 吸収時間（前回ＮＯ _X 吸収剤の切換を行
ってからの経過時間）が所定時間を越えていること、
エンジン排気温度が所定値以上であること、であり、上
記とのいずれかが成立していないときには、ルーチ
ンはステップ２２１に進み、後述する計時カウンタＴと
排気切換弁の切換フラグＦの値をゼロにセットした後ル
ーチンを終了する。上記でＮＯ_X 吸収剤のＮＯ_X 吸収
時間を判定しているのは、ＮＯ_X 吸収剤のＮＯ _X 吸収量
がある程度増加したときにのみＮＯ_X 吸収剤の再生を行
い、頻繁な再生操作の実行を避けるためであり、上記
で排気温度を判定しているのは、排気温度が低いとＮＯ
_X 吸収剤自体の温度も低くなっているため、還元剤を供
給した場合のＮＯ_X 吸収剤からのＮＯ_X の放出速度が低
下し、効率的な再生操作を行うことができないためであ
る。

【００３４】従って、本実施例では、ステップ２０１で
上記との条件の両方が成立した場合にのみ、ステッ
プ２０３からステップ２１９の再生操作が実行される。
すなわち、ステップ２０１でＮＯ_X 吸収剤の再生条件が
成立した場合には、ステップ２０３で排気切換弁の切換
フラグＦの値が１にセットされているか否かを判定し、
Ｆ≠１の場合にはステップ２０５で排気切換弁２、２２
の切換を行い、再生条件が成立したＮＯ_X 吸収剤側の分
岐通路に流入する排気の流量を所定量まで低減し、次い
でステップ２０７でフラグＦの値を１にセットした後ス
テップ２０９に進む。また、ステップ２０３でＦ＝１の
場合は排気切換弁の切換を行わずに、直接ステップ２１
１に進む。上記切換フラグＦは、ＮＯ_X 吸収剤の再生条
件成立後に排気切換弁２、２２の切換を１回だけ行うよ
うにするために用いられるフラグである。

【００３５】ステップ２０９は再生操作の終了条件が成
立しているか否かの判定を示す。すなわち、ステップ２
０９では計時カウンタＴの値が所定値Ｔ₀ 以上か否かが
判定され、Ｔ≧Ｔ₀ であれば、還元剤供給装置１１の制
御弁１４ａ（または１４ｂ）の設定値Ｒをゼロにセット
してステップ２１９に進み、還元剤供給装置１１の制御
弁１４ａ（または１４ｂ）の開度を制御する（この場
合、Ｒ＝ゼロであるので、制御弁１４ａ、１４ｂはとも
に全閉とされる。）。ここで、所定値Ｔ₀ はＮＯ _X 吸収
剤の再生に必要な時間であり、ＮＯ_X 吸収剤のタイプ、
サイズなどにより予め実験等により設定される。すなわ
ち、ステップ２１１では、再生操作開始後の経過時間Ｔ
が所定の再生実行時間以上になっているかを判断し、再
生操作が所定時間実行されている場合には、ステップ２
１０で還元剤供給装置の制御弁１４ａ（または１４ｂ）
を全閉にしてＮＯ_X 吸収剤への還元剤供給を停止する。

【００３６】ステップ２０９で所定の再生操作実行時間
が経過していない場合には、ルーチンはステップ２１１
に進み、再生操作を実行する側のＮＯ_X 吸収剤下流に配
置された酸素濃度センサ（７ａまたは７ｂ）から排気中
の酸素濃度Ｃの読み込みが行われ、ステップ２１２で
は、この酸素濃度Ｃが理論空燃比相当の酸素濃度Ｃ_ST以
上か（すなわち排気空燃比がリーンか）否かが判定され
る。

【００３７】ステップ２１２で酸素濃度センサ（７ａま
たは７ｂ）で検出された排気空燃比がリーン（Ｃ≧
Ｃ_ST）である場合には、ステップ２１３が実行され、還
元剤供給装置の制御弁（１４ａまたは１４ｂ）の開度が
一定量αだけ増大され、還元剤供給量が増大される。ま
た、ステップ２１２で排気空燃比がリッチの場合にはス
テップ２１５が実行され、制御弁開度は一定量βだけ低
減され、還元剤供給量が低減される。ここで、α、βは
予め設定した一定値である。αとβの値は同一としても
よいが、αとβとの値に差を設けることにより、ＮＯ_X
吸収剤を通過する排気の空燃比を理論空燃比よりリッチ
側またはリーン側に維持することができる。例えばα＞
βとすることにより、排気空燃比は理論空燃比よりやや
リッチ側に維持される。

【００３８】また、上記操作実行後ステップ２１７で
は、計時カウンタＴの値がプラス１カウントアップさ
れ、ステップ２１９では、ステップ２１３または２１５
で設定された制御弁開度Ｒが図示しない駆動回路に出力
される。上記ルーチンの実行により、ＮＯ_X 吸収剤再生
時にはそのＮＯ_X 吸収剤下流側の酸素濃度センサ出力に
基づいて下流側排気空燃比が理論空燃比になるように還
元剤供給量がフィードバック制御される。このため、酸
素濃度センサ７ａ、７ｂの出力は、ＮＯ_X 吸収剤５ａ、
５ｂを通過する排気中の酸素濃度を正確に検出する必要
がある。

【００３９】前述のように、本実施例では酸素濃度セン
サ７ａ、７ｂ下流側の分岐通路３ａ、３ｂには酸素消費
手段としての酸化触媒１０１ａ、１０１ｂが設けられて
いる。このため、ＮＯ_X 吸収剤の再生中に下流側排気切
換弁２２を通過してＮＯ_X 吸収中の側の分岐通路から酸
素が拡散してくる酸素は、酸化触媒１０１ａ、１０１ｂ
で、還元剤供給装置から供給され、排気とともにＮＯ_X
吸収剤を通過する還元剤と反応して消費され、酸素濃度
センサ７ａ、７ｂには到達しない。従って、再生操作実
行中の酸素濃度センサ７ａ、７ｂの出力はＮＯ_X 吸収剤
を通過した排気の空燃比を正確に反映することになり、
酸素濃度センサ７ａ、７ｂの出力に基づいて還元剤供給
量を制御することにより、適切な量の還元剤をＮＯ_X 吸
収剤に供給することが可能となっている。

【００４０】次に、本発明の別の実施例の構成を図３に
示す。図１の実施例では、酸素濃度センサ７ａ、７ｂと
排気切換弁２２との間の分岐通路３ａ、３ｂにそれぞれ
酸化触媒を設けていたが、図３(A) に示すように本実施
例では、各分岐通路３ａ、３ｂに独立した酸化触媒を設
ける代わりに、排気切換弁に酸化触媒を一体化して組み
込んだ排気切換弁１０２を用いている点が相違してい
る。

【００４１】すなわち、本実施例の排気切換弁１０２
は、図３(B) に示すように、円板状の弁体１０２ａの中
央に酸化触媒を担持したハニカム状の金属担体１０２ｂ
を嵌装した構成とされ、ＮＯ_X 吸収剤を通過した排気
は、この触媒担体を通過して合流部に流れるようになっ
ている。再生中のＮＯ_X 吸収剤側の分岐通路への酸素の
侵入は濃度差による拡散によって生じるのみであり、そ
の量は比較的少ない。従って、酸化触媒は比較的小さな
容量であっても充分に酸素濃度センサ７ａ、７ｂへの酸
素の到達を防止することができる。このため、図３の実
施例では、小容量の酸化触媒を一体に排気切換弁に組み
込むことにより、切換弁の動作を阻害することなく酸素
濃度センサ７ａ、７ｂへの酸素の到達を防止している。
本実施例によれば、簡易な構成で図１の実施例と同じ効
果を達成することが可能となる利点がある。

【００４２】図４は、本発明の更に別の実施例の構成を
示す図である。図１の実施例では、酸素濃度センサをそ
れぞれの分岐通路に設けていたが、本実施例では、単一
の酸素濃度センサ１０７を用いて両方のＮＯ_X 吸収剤５
ａ、５ｂの再生時の還元剤供給量制御を行う点が相違し
ている。図４において、ＮＯ_X 吸収剤５ａ、５ｂの入口
部分には、ポート１０３ａ、１０３ｂが設けられ、配管
１０４ａ、１０４ｂを介して排気切換弁２と連動する切
換弁１０５の入口ポートに接続されている。また、切換
弁１０５の出口ポートは小容量のＮＯ_X 吸収剤１０６、
同じく小容量の酸化触媒１０８、排気ポンプ１０９を介
して、分岐通路３ａ、３ｂの合流部に設けられた排気ポ
ート１１０に接続されている。

【００４３】また、本実施例では、単一の酸素濃度セン
サ１０７がＮＯ_X 吸収剤１０６と酸化触媒１０８とを接
続する配管に設けられている。本実施例では下流側の排
気切換弁２２は設けられておらず、ＮＯ_X 吸収剤再生の
ための排気の切り換えは上流側排気切換弁２のみによっ
て行われる。本実施例では、切換弁１０５は上流側排気
切換弁２と連動し、再生操作実行中のＮＯ_X 吸収剤側の
ポート（１０３ａまたは１０３ｂ）をＮＯ_X 吸収剤１０
６に接続する。これにより、再生中のＮＯ_X 吸収剤に流
入する排気と還元剤との混合物の一部が排気ポンプ１０
９により吸引され、ＮＯ_X 吸収剤１０６を通過する。

【００４４】このため、ＮＯ_X 吸収剤１０６には、再生
中のＮＯ_X 吸収剤に供給されるのと同じ還元剤濃度の排
気が供給されるので、ＮＯ_X 吸収剤１０６出口での酸素
濃度は、再生中のＮＯ_X 吸収剤の出口における排気酸素
濃度と略同じになる。また、排気ポート１１０から拡散
してくる酸素は酸化触媒１０８により消費されるため、
酸素濃度センサ１０７には到達せず、酸素濃度センサ１
０７近傍の排気酸素濃度は再生中のＮＯ_X 吸収剤を通過
した排気の酸素濃度と略同じになる。

【００４５】従って、酸素濃度センサ１０７の出力に基
づいて、図２と同様の制御を行うことによりＮＯ_X 吸収
剤再生時の還元剤供給量が適切に制御される。本実施例
によれば、使用する酸素濃度センサの数を低減し、簡易
な制御を行うことができる利点がある。なお、前述の各
実施例では、下流側から拡散してくる酸素が酸素濃度セ
ンサに到達することを阻止する酸素消費手段として酸化
触媒を用いているが、本発明の酸素消費手段は酸化触媒
に限定されるものではなく、酸素と還元剤とを反応させ
ることができるものであれば酸素消費手段として使用す
ることができる。たとえば、酸素消費手段として、酸化
触媒の代わりに小容量のＮＯ_X 吸収剤を用いても同様の
効果を得ることができる。

【００４６】

【発明の効果】本発明によれば、ＮＯ_X 吸収剤出口の排
気酸素濃度を検出する酸素濃度センサに、下流側から拡
散してくる酸素が到達することを阻止する酸素消費手段
を設けたことにより、排気通路に並列に接続した２つの
ＮＯ_X 吸収剤を交互に再生する際に再生中のＮＯ_X 吸収
剤下流側の酸素濃度センサ出力に基づいてＮＯ_X 吸収剤
への還元剤供給量を正確に制御することが可能となり、
ＮＯ_X 吸収剤への還元剤供給量不足による不十分な再生
や、還元剤供給過剰による大気への未使用還元剤の放出
を防止することができる効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の構成を説明する図である。

【図２】図１の実施例におけるＮＯ_X 吸収剤再生制御の
例を示すフローチャートである。

【図３】本発明の、図１とは別の実施例の構成を説明す
る図である。

【図４】本発明の更に別の実施例の構成を説明する図で
ある。

【図５】ＮＯ_X 吸収剤のＮＯ_X 吸放出作用を説明する図
である。

【図６】従来技術の問題点を説明する図である。

【図７】従来技術の問題点を説明する図である。

【符号の説明】

１…内燃機関 ２，２２…排気切換弁 ３…排気通路 ３ａ，３ｂ…分岐通路 ５ａ，５ｂ…ＮＯ_X 吸収剤 ７ａ，７ｂ…酸素濃度センサ １１…還元剤供給装置 ２０…エンジン制御回路 １０１ａ，１０１ｂ…酸化触媒（酸素消費手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ０１Ｄ 53/94 Ｆ０１Ｎ 3/08 ＺＡＢ Ａ 3/10 ＺＡＢ Ａ 3/24 ＺＡＢ Ｅ Ｆ０２Ｄ 35/00 ３０１ Ｇ (72)発明者 広田 信也 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 ▲榊▼原 雄二 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41の １ 株式会社豊田中央研究所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 リーン空燃比運転を行う内燃機関の排気
   浄化装置であって、 前記内燃機関の排気通路に互いに並列に接続された２つ
   の分岐通路と、 該分岐通路のそれぞれに配置された、流入する排気の空
   燃比がリーンのときに排気中のＮＯ_X を吸収し、排気酸
   素濃度が低下したときに吸収したＮＯ_X を放出するＮＯ
   _X 吸収剤と、 前記ＮＯ_X 吸収剤に流入する排気流量をそれぞれ個別に
   低減することが可能な排気切換弁と、 前記ＮＯ_X 吸収剤のそれぞれに個別に還元剤を供給する
   ことが可能な還元剤供給装置と、 前記それぞれのＮＯ_X 吸収剤の下流側分岐通路中の排気
   の酸素濃度を検出する酸素濃度センサとを備え、 前記ＮＯ_X 吸収剤の一方に排気中のＮＯ_X を吸収させた
   後、前記排気切換弁により該一方のＮＯ_X 吸収剤に流入
   する排気流量を低減し、前記酸素濃度センサの出力に基
   づいて前記還元剤供給装置から該一方のＮＯ_X 吸収剤に
   還元剤を供給して、該一方のＮＯ_X 吸収剤から吸収した
   ＮＯ_X を放出させるとともに放出されたＮＯ_X を還元浄
   化する操作を交互に前記ＮＯ_X 吸収剤について行う内燃
   機関の排気浄化装置において、 前記分岐通路下流側から前記酸素濃度センサに逆流して
   くる酸素を消費する酸素消費手段を設けたことを特徴と
   する内燃機関の排気浄化装置。