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JP2003286878A - 内燃機関の排気浄化装置および排気浄化方法 - Google Patents

内燃機関の排気浄化装置および排気浄化方法

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JP2003286878A
JP2003286878A JP2003017401A JP2003017401A JP2003286878A JP 2003286878 A JP2003286878 A JP 2003286878A JP 2003017401 A JP2003017401 A JP 2003017401A JP 2003017401 A JP2003017401 A JP 2003017401A JP 2003286878 A JP2003286878 A JP 2003286878A
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JP
Japan
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fuel ratio
air
exhaust gas
internal combustion
combustion engine
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JP2003017401A
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Kotaro Hayashi
孝太郎 林
Soichi Matsushita
宗一 松下
Hisashi Oki
久 大木
Masaaki Kobayashi
正明 小林
Daisuke Shibata
大介 柴田
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
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    • Y02T10/26—
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  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
  • Processes For Solid Components From Exhaust (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Exhaust-Gas Circulating Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明の目的は、排気通路にＮＯｘ触媒を設
けた内燃機関において、内燃機関の運転状態に係わら
ず、より好適にＮＯｘ触媒をＳＯｘ被毒から回復させる
ことが可能な内燃機関の排気浄化装置および浄化方法を
提供することである。 【解決手段】 排気ガスの空燃比を、最初に、排出さ
れるスモークの量が許容量の上限となる第１の所定空燃
比に制御し、その後、間欠的に、前記第１の所定空燃比
よりも過濃でありＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒からの回復が
可能となる第２の所定空燃比に制御すると同時に、ＮＯ
ｘ触媒の温度をＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒からの回復が可
能であり、且つ、ＮＯｘ触媒の劣化を促進しない所定温
度範囲に制御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＮＯｘ触媒を有す
る内燃機関の排気浄化装置に係り、特にＮＯｘ触媒の硫
黄酸化物（ＳＯｘ）被毒からの回復技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】ディーゼル機関に代表される希薄燃焼式
内燃機関では、窒素酸化物（ＮＯｘ）や未燃燃料成分
（ＨＣ、ＣＯ）の排出量を低減するため種々の対策が講
じられている。
【０００３】例えば、排気中のＮＯｘを浄化するため
に、内燃機関の排気通路にＮＯｘ触媒を設けた排気浄化
装置が知られている。
【０００４】ＮＯｘ触媒は、流入排気ガスの酸素濃度が
高いとき、すなわち排気ガスの空燃比がリーンのときに
その排気ガス中に含まれるＮＯｘを吸蔵し、流入排気ガ
スの酸素濃度が低いとき、すなわち排気ガスの空燃比が
リッチのときにその吸蔵していたＮＯｘを二酸化窒素Ｎ
Ｏ2や一酸化窒素ＮＯの形で排気ガス中に還元・放出
し、同時にそのＮＯ2やＮＯを排気ガス中に含まれてい
る未燃燃料成分ＣＯ、ＨＣと酸化反応せしめることでに
窒素Ｎ2に浄化する排気浄化作用を備えている。
【０００５】ところで、ＮＯｘ触媒は、ＮＯｘと同様に
排気ガス中に硫黄酸化物（ＳＯｘ）が含まれているとこ
のＳＯｘも吸蔵する性質を有している。しかも、ＳＯｘ
はＮＯｘに比べてＮＯｘ触媒に安定的に吸蔵されてしま
うため、ＮＯｘよりも還元されにくく、ＮＯｘ触媒に吸
蔵され続けてしまうという傾向がある。この結果、ＮＯ
ｘ触媒に吸蔵されるＳＯｘ量が増加し、その分ＮＯｘを
吸蔵できなくなり、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵能が低下
し、本来の排気浄化作用が害される（以下、この現象を
ＳＯｘ被毒と称する）。
【０００６】そのため、従来より、ＮＯｘ触媒をＳＯｘ
被毒から回復させる、いわゆるＳＯｘ被毒回復制御が行
われている。
【０００７】ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＳＯｘを放出・還
元させるためには、ＮＯｘ触媒の温度をＮＯｘ還元時よ
りも高温とし、且つ、周囲雰囲気を理論空燃比あるいは
リッチ空燃比とする必要がある。
【０００８】そこで、内燃機関の運転状態が酸素過剰排
気で且つ排気ガスあるいはＮＯｘ触媒が高温時である時
に、ＮＯｘ触媒に流入する排気ガスの酸素濃度を低下さ
せる排気酸素濃度制御手段を備えた内燃機関の排気浄化
装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００９】また、燃焼室内に供給される再循環排気ガ
ス量を増大させた場合は煤の発生量が次第に増大してピ
ークに達し、燃焼室内に供給される再循環排気ガス量を
更に増大させた場合は燃焼室内における燃焼時の燃料お
よびその周囲のガス温が煤の生成温度よりも低くなって
煤の発生量が抑制される第１の燃焼（以下、低温燃焼と
称する）と、煤の発生量がピークとなる再循環排気ガス
量よりも燃焼室内に供給される再循環排気ガス量が少な
い第２の燃焼（以下、通常燃焼と称する）とを選択的に
切換える内燃機関において、低温燃焼が行われていると
きに、ＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒からの回復を行う技術が
知られている。
【００１０】低温燃焼においては、燃焼温度が低いため
燃焼室内の空燃比を理論空燃比よりもリッチな空燃比と
してもスモークはほとんど発生しない。そのため、ＮＯ
ｘ触媒に吸蔵されているＳＯｘが許容量を超えたときに
は、低温燃焼を行うと同時に、燃焼室内の空燃比をリッ
チ空燃比とすることによって、排気ガスの空燃比をリッ
チ空燃比とすると共に、ＮＯｘ触媒を昇温させることに
より、ＮＯｘ触媒をＳＯｘ被毒から回復させる（例え
ば、特許文献２参照。）。
【００１１】
【特許文献１】特開平６−８８５１８号公報
【特許文献２】特許第３１０４６９２号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、ＮＯ
ｘ触媒をＳＯｘ被毒から回復させるには、ＮＯｘ触媒の
温度をＮＯｘ還元時よりも高温とし、且つ、周囲雰囲気
を理論空燃比あるいはリッチ空燃比とする必要がある。
【００１３】しかしながら、周囲雰囲気の空燃比を小さ
くするとＮＯｘ触媒は昇温するため、排気ガスあるいは
ＮＯｘ触媒が高温時である時に、排気ガスの酸素濃度を
低下させた場合、ＮＯｘ触媒の温度が過剰に高くなり、
ＮＯｘ触媒の劣化を招く虞がある。
【００１４】また、低温燃焼と通常燃焼とを選択的に切
換える内燃機関においては、燃焼室への吸入空気量が一
定量を超えると低温燃焼を行うことは不可能となるた
め、中高負荷運転時には低温燃焼を行うことは出来ず、
さらに、通常燃焼では燃焼室内の空燃比をリッチ空燃比
または理論空燃比とするとスモークが多量に排出される
虞がある。
【００１５】そこで、本発明の目的は、排気通路にＮＯ
ｘ触媒を設けた内燃機関において、内燃機関の運転状態
に係わらず、より好適にＮＯｘ触媒をＳＯｘ被毒からの
回復させることが可能な内燃機関の排気浄化装置および
浄化方法を提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために以下のような手段を採用した。即ち、本発
明は、排気ガスの空燃比を、最初に、排出されるスモー
クの量が許容量の上限となる所定空燃比に制御し、その
後、間欠的にリッチ空燃比または理論空燃比とすると共
に、ＮＯｘ触媒の温度を昇温させＮＯｘ触媒からＳＯｘ
を放出させるものである。
【００１７】そこで、本発明に係る内燃機関の排気浄化
装置は、排気通路に設けられたＮＯｘ触媒と、該ＮＯｘ
触媒の温度を検出するＮＯｘ触媒温度検出手段と、前記
排気通路の排気ガスの空燃比を検出する排気空燃比検出
手段と、前記ＮＯｘ触媒温度検出手段により検出された
前記ＮＯｘ触媒の温度と前記排気空燃比検出手段により
検出された排気ガスの空燃比に基づき排気通路の排気ガ
スの空燃比を制御する排気空燃比制御手段と、を備え、
前記排気空燃比検出手段により検出された排気ガスの空
燃比が第１の所定空燃比よりも過薄だった場合、前記排
気空燃比制御手段は、排気ガスの空燃比を前記第１の所
定空燃比に制御し、その後、間欠的に、前記第１の所定
空燃比よりも過濃であり前記ＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒か
らの回復が可能となる第２の所定空燃比に制御すると同
時に、前記ＮＯｘ触媒の温度を前記ＮＯｘ触媒のＳＯｘ
被毒からの回復が可能であり、且つ、前記ＮＯｘ触媒の
劣化を促進しない所定温度範囲に制御する構成とした。
【００１８】上記構成において、第１の所定空燃比は排
出されるスモークの量が許容量の上限となる空燃比とす
るのが好ましく、第２の所定空燃比はリッチ空燃比また
は理論空燃比としても良い。
【００１９】上記構成によれば、排気ガスの空燃比を第
１の所定空燃比とした後、間欠的に第２の所定空燃比と
することによって、内燃機関の運転状態に係わらず、ス
モークの排出を抑制しつつＮＯｘ触媒をＳＯｘ被毒から
回復させることが出来る。
【００２０】また、排気ガスの空燃比が小さくなるとＮ
Ｏｘ触媒の温度は上昇し、周囲雰囲気がリッチ空燃比ま
たは理論空燃比の状態で、吸蔵されているＳＯｘが還元
・放出される温度（例えば、６００℃以上）にまで昇温
されるとＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒回復がなされるが、高
温となりすぎる（例えば、７００℃以上）とＮＯｘ触媒
の劣化が促進される。そのため、排気ガスの温度が高い
状態で、ＮＯｘ触媒の周囲雰囲気を継続的にリッチ空燃
比または理論空燃比とするとＮＯｘ触媒の劣化を招く虞
がある。
【００２１】そこで、排気ガスの空燃比を間欠的にリッ
チ空燃比または理論空燃比とすることによって、ＮＯｘ
触媒の温度を上昇させるとともに過昇温を防止する。そ
のため、ＮＯｘ触媒の温度をＳＯｘ被毒からの回復が可
能であり、且つ、劣化が促進されない温度に制御するこ
とが出来る。
【００２２】また、最初に排気ガスの空燃比を第１の所
定空燃比とすることによって、より正確に、且つ、より
早く排気ガスの空燃比を第２の所定空燃比に制御するこ
とが可能となる。従って、排気ガスが過剰にリッチな空
燃比となることによるＮＯｘ触媒の過昇温や未燃成分の
排出を防止することが出来るとともに、ＮＯｘ触媒をＳ
Ｏｘ被毒からより速やかに回復させることが出来る。
【００２３】また、排気ガスの空燃比が間欠的にリッチ
空燃比または理論空燃比に制御されるということは、言
い換えると排気ガスの空燃比は間欠的にリーン空燃比と
なる。そのため、ＮＯｘ触媒がパティキュレートフィル
タ等の酸素保持能力を備え排気ガス中の微粒子（例え
ば、煤）を酸化し浄化せしめる触媒であった場合、理論
空燃比またはリッチ空燃比の排気ガスとリーン空燃比の
排気ガスとが交互に流入することによって煤等の微粒子
が浄化されることになるため、より効果的にスモークの
排出を抑制しつつＮＯｘ触媒をＳＯｘ被毒から回復させ
ることが出来る。
【００２４】上記したような内燃機関の排気浄化装置
を、燃焼室内に供給される再循環排気ガス量を増大させ
た場合は煤の発生量が次第に増大してピークに達し、燃
焼室内に供給される再循環排気ガス量を更に増大させた
場合は燃焼室内における燃焼時の燃料およびその周囲の
ガス温が煤の生成温度よりも低くなって煤の発生量が抑
制される第１の燃焼と、煤の発生量がピークとなる再循
環排気ガス量よりも燃焼室内に供給される再循環排気ガ
ス量が少ない第２の燃焼とを選択的に切換える切換手段
を備えた内燃機関に適用しても良い。
【００２５】ここで、第１の燃焼は低温燃焼であり、第
２の燃焼は通常燃焼である。
【００２６】つまり、本発明に係る内燃機関の排気浄化
装置によれば、例えば、ディーゼル機関等のような、ア
イドリング時または低負荷運転時には低温燃焼を行い、
中高負荷運転時には通常燃焼を行う内燃機関であって
も、運転状態にかかわらずＮＯｘ触媒をＳＯｘ被毒から
回復させることが出来る。
【００２７】また、本発明に係る内燃機関の排気浄化装
置において、燃焼室に供給される吸入空気量を制御する
スロットル弁と、燃焼室に再循環される再循環排気ガス
（以下、ＥＧＲガスと称する）量を制御する再循環排気
ガス制御弁と、が備えられている場合、スロットル弁ま
たは再循環排気ガス制御弁の少なくとも一方の開度を制
御することによって排気ガスの空燃比を第１の所定空燃
比に制御しても良い。
【００２８】つまり、燃焼室に流入する吸入空気量また
はＥＧＲガス量の少なくとも一方を制御することにより
燃焼室内の空燃比を第１の空燃比に制御し、それによっ
て排気ガスの空燃比を第１の空燃比に制御することが出
来る。
【００２９】また、本発明に係る内燃機関の排気浄化装
置において、排気ガスの空燃比を第１の所定空燃比に制
御した後、内燃機関の燃焼室または排気通路の少なくと
も一方への燃料の添加を制御することによって排気ガス
の空燃比を間欠的に第２の所定空燃比に制御すると同時
に、ＮＯｘ触媒の温度を所定温度範囲に制御しても良
い。
【００３０】つまり、内燃機関の燃焼室または排気通路
の少なくとも一方へ燃料を間欠的に添加することによっ
て排気ガスの空燃比を間欠的に第２の所定空燃比に制御
することが出来、また同時にＮＯｘ触媒の温度を所定温
度範囲に制御することが出来る。
【００３１】ここで、本発明に係る内燃機関の排気浄化
装置において、排気ガスの空燃比を間欠的に第２の空燃
比に制御するために行われる内燃機関の燃焼室または排
気通路の少なくとも一方への燃料の添加は間欠的に行わ
れ、ＮＯｘ触媒の温度が、ＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒から
の回復が可能な温度より低い時には燃料が添加され、Ｎ
Ｏｘ触媒の劣化を促進する温度となる可能性がある時は
燃料の添加は休止される構成としても良い。
【００３２】燃料の添加が休止されると、排気ガスの空
燃比が大きくなり、ＮＯｘ触媒の温度は急速に低下する
ため、ＮＯｘ触媒の劣化を抑制することが出来るととも
に次回の燃料添加が可能となる。従って、上記のように
燃料の添加と添加休止とを繰り返すことによってＮＯｘ
触媒をＳＯｘ被毒から回復させるとともにＮＯｘ触媒の
劣化を抑制することが出来る。
【００３３】また、本発明に係る内燃機関の排気浄化装
置において、内燃機関の燃焼室へ燃料の添加は、燃料室
内において機関出力を得るために噴射される主噴射以外
の副噴射によって行われる構成としても良い。
【００３４】主噴射以外の副噴射としては、例えば、気
筒内において機関出力を得るために燃焼される燃料が膨
張行程または排気行程にあるときに燃焼室内へさらに燃
料を噴射するポスト噴射を例示することが出来る。
【００３５】また、本発明に係る内燃機関の排気浄化装
置においては、ＳＯｘ被毒から回復させるＮＯｘ触媒よ
り上流側の排気通路に排気浄化触媒をさらに備える構成
としても良い。
【００３６】この構成によれば、排気中に含まれるＮＯ
ｘや未燃成分（ＣＯ、ＨＣ）等が、ＮＯｘ触媒の上流側
に配置された排気浄化触媒において酸化または還元され
るため、その反応熱によりＳＯｘ被毒から回復させるＮ
Ｏｘ触媒の温度分布をＮＯｘ触媒単体の時よりも均一に
することが出来る。そのため、ＳＯｘ被毒から回復させ
るためのＮＯｘ触媒の温度制御が容易となる。
【００３７】本発明に係る排気浄化装置においては、Ｎ
Ｏｘ触媒より下流側の排気ガスに含まれている未燃成分
を浄化するするために、ＮＯｘ触媒より下流側の排気通
路に酸化触媒をさらに備えた構成としても良い。
【００３８】また、この構成においては、ＮＯｘ触媒よ
り下流に設置された酸化触媒の温度に基づき、内燃機関
の燃焼室または排気通路への燃料添加を制御しても良
い。
【００３９】例えば、酸化触媒の温度が低い場合、排気
ガスの空燃比をＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒からの回復が可
能となる第２の所定空燃比に制御する前に、酸化触媒の
温度が活性温度となるように内燃機関の燃焼室または排
気通路の少なくとも一方への燃料添加を行う。
【００４０】つまり、上記構成によれば、ＮＯｘ触媒よ
り下流に設置された酸化触媒の排気浄化能力が高まった
後でＮＯｘ触媒からのＳＯｘ被毒回復を行うことになる
ため、未燃成分の排出を低減することが出来る。
【００４１】また、上記構成において、酸化触媒を昇温
させるための燃料添加は間欠的に行われ、添加する燃料
の量または添加時間の間隔の少なくとも一方を、酸化触
媒の温度に基づいて制御しても良い。
【００４２】例えば、酸化触媒の温度が低い程、添加す
る燃料の量を多くし、また、燃料を添加するときの時間
間隔を長くしても良い。
【００４３】このような制御により、酸化触媒を速やか
に活性温度まで昇温させることが出来る。
【００４４】また、本発明に係る内燃機関の排気浄化装
置において、ＮＯｘ触媒より下流側の排気ガスに含まれ
ている未燃成分を浄化するするために、ＮＯｘ触媒より
下流側の排気通路に酸化触媒をさらに備えた場合、該酸
化触媒より下流側の排気ガスの空燃比が所定空燃比以上
となるよう排気ガスの空燃比を制御しても良い。
【００４５】例えば、酸化触媒の酸化能力が低下し、酸
化触媒より下流側の排気ガスの空燃比が所定空燃比より
リッチとなる可能性があるときは、内燃機関の燃焼室ま
たは排気通路の少なくとも一方への燃料添加を減らす
か、または、休止する等の制御により、排気ガスの空燃
比を上昇させる。
【００４６】このような制御によりＮＯｘ触媒より下流
側に設置された酸化触媒の排気浄化能力が低下した状態
で排気ガスの空燃比が過剰にリッチになることを防ぐこ
とが出来、そのため未燃成分の排出を抑制することが出
来る。
【００４７】また、本発明に係る内燃機関の排気浄化装
置において、ＮＯｘ触媒より下流側であり、且つ、酸化
触媒より上流側の排気通路に二次空気供給手段をさらに
備えた構成としても良い。
【００４８】上記構成によれば、例えば、ＮＯｘ触媒が
ＳＯｘ被毒から回復しやすいように、内燃機関の燃焼室
または排気通路への燃料添加を若干多めに行った場合、
それに伴ってＮＯｘ触媒より下流の排気ガス中の未燃成
分を酸化触媒によって浄化するために必要となる酸素
（Ｏ2）の不足分を二次空気供給手段により空気を供給
することで補うことが出来る。
【００４９】つまり、上記構成によれば、ＮＯｘ触媒周
囲の空燃比をよりリッチとすることが可能なため、ＮＯ
ｘ触媒のＳＯｘ被毒からの回復を短時間で行うことが出
来ると同時に、酸化触媒周囲の空燃比を理論空燃比より
リーンまたは理論空燃比近傍とすることが可能なため、
未燃成分の排出を抑制することが出来る。
【００５０】また、本発明に係る内燃機関の排気浄化装
置において、ＳＯｘ被毒から回復させるＮＯｘ触媒また
はその上流側に設置された排気浄化触媒は酸素保持能力
のない触媒としても良い。
【００５１】この理由としては、ＳＯｘ被毒から回復さ
せるＮＯｘ触媒またはその上流側に設置される排気浄化
触媒に酸素が存在すると、ＮＯｘ触媒の周囲雰囲気の空
燃比を下げる妨げとなり、ＳＯｘ被毒からの回復を疎外
するためである。
【００５２】尚、本発明に係る内燃機関にの排気浄化装
置においては、より効果的に未燃成分の排出を防ぐため
に、ＳＯｘ被毒から回復させるＮＯｘ触媒より下流側に
設置される酸化触媒は酸素保持能力の高い触媒としても
良い。
【００５３】また、上述したような、第１の燃焼、即ち
低温燃焼と、第２の燃焼、即ち通常燃焼とを切換える内
燃機関においては、低温燃焼は低負荷領域で運転されて
いるときに行われ、通常燃焼は中高負荷領域で運転され
ているときに行われる。
【００５４】このような内燃機関の排気浄化装置におい
ては、低負荷運転時には、低温燃焼では空燃比をリッチ
空燃比または理論空燃比とすることが可能なため、燃焼
室内の空燃比を第２の所定空燃比に制御することによっ
て排気ガスの空燃比を第２の所定空燃比に制御するか、
もしくは、低温燃焼下において、燃焼室内の空燃比を制
御することによって排気ガスの空燃比を第１の所定空燃
比とした後、燃焼室または排気通路の少なくとも一方に
燃料を添加することによって排気ガスの空燃比を第２の
所定空燃比に制御するかのいずれかの制御を行うことに
よりＮＯｘ触媒をＳＯｘ被毒からの回復させても良い。
また、中高負荷運転時には、通常燃焼下において、燃焼
室内の空燃比を制御することによって排気ガスの空燃比
を第１の所定空燃比とした後、燃焼室または排気通路の
少なくとも一方に燃料を添加することによって排気ガス
の空燃比を間欠的に第２の所定空燃比に制御することに
よりＮＯｘ触媒をＳＯｘ被毒から回復させても良い。
【００５５】上記したような内燃機関の排気浄化装置よ
れば、例えば、ディーゼル機関等のような、低負荷運転
時には低温燃焼を行い、中高負荷運転時には通常燃焼を
行う内燃機関においても、運転状態にかかわらずＮＯｘ
触媒をＳＯｘ被毒から回復させることが出来る。
【００５６】また、本発明に係る内燃機関の排気浄化方
法は、排気通路に設けられたＮＯｘ触媒をＳＯｘ被毒か
ら回復させるときに、最初に排気ガスの空燃比を第１の
所定空燃比に制御し、その後、間欠的に前記第１の所定
空燃比よりも過濃であり前記ＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒か
らの回復が可能となる第２の所定空燃比に制御すると同
時に、前記ＮＯｘ触媒の温度を、前記ＮＯｘ触媒のＳＯ
ｘ被毒からの回復が可能であり、且つ、前記ＮＯｘ触媒
の劣化を促進しない所定温度範囲に制御することを特徴
とする。
【００５７】上記構成において、第１の所定空燃比は排
出されるスモークの量が許容量の上限となる空燃比であ
り、第２の所定空燃比はリッチ空燃比または理論空燃比
である。
【００５８】本発明に係る内燃機関の排気浄化方法によ
れば、排気ガスの空燃比を第１の所定空燃比とした後、
間欠的に第２の所定空燃比とすることによって、内燃機
関の運転状態に係わらず、スモークの排出を抑制しつつ
ＮＯｘ触媒をＳＯｘ被毒から回復させることが出来る。
【００５９】また、最初に排気ガスの空燃比を第１の所
定空燃比とすることによって、より正確に、且つ、より
早く排気ガスの空燃比を第２の所定空燃比に制御するこ
とが可能となる。従って、排気ガスが過剰にリッチな空
燃比となることによるＮＯｘ触媒の過昇温や未燃成分の
排出を防止することが出来るとともに、ＮＯｘ触媒をＳ
Ｏｘ被毒からより速やかに回復させることが出来る。
【００６０】また、排気ガスの空燃比を間欠的にリッチ
空燃比または理論空燃比とすることによって、ＮＯｘ触
媒の温度を上昇させるとともに、過昇温を防止する。そ
のため、ＮＯｘ触媒の温度をＳＯｘ被毒からの回復が可
能であり、且つ、劣化が促進されない温度に制御するこ
とが出来る。
【００６１】また、排気ガスの空燃比が間欠的にリッチ
空燃比または理論空燃比に制御されるということは、言
い換えると排気ガスの空燃比は間欠的にリーン空燃比と
なる。そのため、ＮＯｘ触媒がパティキュレートフィル
タ等の酸素保持能力を備え排気ガス中の微粒子（例え
ば、煤）を酸化し浄化せしめる触媒であった場合、より
効果的に排気中のスモークを浄化することが出来る。
【００６２】また、内燃機関が、燃焼室に供給される吸
入空気量を制御するスロットル弁と、燃焼室に再循環さ
れる再循環排気ガス量を制御する再循環排気ガス制御弁
と、を備えている場合、排気ガスの空燃比を第１の所定
空燃比に制御する方法としては、例えば、スロットル弁
または再循環排気ガス制御弁の少なくとも一方の開度を
制御することにより燃焼室内の空燃比を第１の空燃比に
制御し、それによって排気ガスの空燃比を第１の空燃比
に制御する方法を採用しても良い。
【００６３】また、排気ガスの空燃比を第１の空燃比に
制御した後、間欠的に第２の所定空燃比に制御する方法
としては、燃焼室または排気通路の少なくとも一方への
燃料の添加を制御する、つまり燃焼室または排気通路の
少なくとも一方へ間欠的に燃料を添加する方法を採用し
ても良い。
【００６４】また、排気通路にＮＯｘ触媒を備え、低温
燃焼と通常燃焼とを選択的に切換える内燃機関の排気浄
化方法においては、通常燃焼時にＮＯｘ触媒をＳＯｘ被
毒から回復させる場合、燃焼室内の空燃比を制御するこ
とによって排気ガスの空燃比を第１の所定空燃比とした
後、燃焼室または排気通路の少なくとも一方への燃料の
添加を制御する、つまり燃料を間欠的に添加することに
よって排気ガスの空燃比を間欠的に第１の所定空燃比よ
りも過濃でありＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒からの回復が可
能となる第２の所定空燃比に制御すると同時に、ＮＯｘ
触媒の温度を前記ＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒からの回復が
可能であり、且つ、ＮＯｘ触媒の劣化を促進しない所定
温度範囲に制御し、一方、低温燃焼時にＮＯｘ触媒をＳ
Ｏｘ被毒から回復させる場合、燃焼室内の空燃比を制御
することによって排気ガスの空燃比を前記第２の所定空
燃比に制御するか、もしくは燃焼室内の空燃比を制御す
ることによって排気ガスの空燃比を前記第１の所定空燃
比とした後、燃焼室または排気通路の少なくとも一方へ
の燃料の添加を制御することによって排気ガスの空燃比
を前記第２の所定空燃比に制御するかのいずれかの制御
を行うと同時に、ＮＯｘ触媒の温度を前記所定温度範囲
に制御するようにしても良い。
【００６５】上記したような内燃機関の排気浄化方法よ
れば、例えば、ディーゼル機関等のような、アイドリン
グ時または低負荷運転時には低温燃焼を行い、中高負荷
運転時には通常燃焼を行う内燃機関においても、運転状
態にかかわらずＮＯｘ触媒をＳＯｘ被毒から回復させる
ことが出来る。
【００６６】本発明に係る内燃機関の排気浄化方法にお
いて、内燃機関が、ＮＯｘ触媒より下流側の排気ガスに
含まれている未燃成分を浄化するするために、ＮＯｘ触
媒より下流側の排気通路に酸化触媒を備えている場合、
燃焼室または排気通路の少なくとも一方への燃料の添加
を制御することによって酸化触媒を活性温度まで昇温さ
せ、その後、排気ガスの空燃比を間欠的に第２の空燃比
に制御しＮＯｘ触媒をＳＯｘ被毒から回復させるように
しても良い。
【００６７】このような制御によれば、ＮＯｘ触媒より
下流側に設置された酸化触媒の排気浄化能力が高まった
後でＮＯｘ触媒からのＳＯｘ被毒回復を行うことになる
ため、未燃成分の排出を低減することが出来る。
【００６８】本発明に係る内燃機関の排気浄化方法にお
いて、内燃機関が、ＮＯｘ触媒より下流側の排気ガスに
含まれている未燃成分を浄化するするために、ＮＯｘ触
媒より下流側の排気通路に酸化触媒を備えている場合、
該酸化触媒より下流側の排気ガスの空燃比が所定空燃比
以上となるよう排気ガスの空燃比を制御しても良い。
【００６９】例えば、酸化触媒の酸化能力が低下し、酸
化触媒より下流側の排気ガスの空燃比が所定空燃比より
リッチとなる可能性があるときは、内燃機関の燃焼室ま
たは排気通路の少なくとも一方への燃料添加を減らす
か、または、休止する等の制御によって排気ガスの空燃
比を大きくする。
【００７０】このような制御によれば、ＮＯｘ触媒より
下流側に設置された酸化触媒の排気浄化能力が低下した
状態で排気ガスの空燃比が過剰にリッチとなることを防
ぐことが出来、そのため未燃成分の排出を低減させるこ
とが出来る。
【００７１】
【発明の実施の形態】続いて、本発明に係る内燃機関の
排気浄化装置および排気浄化方法に関し、その好適な実
施の形態について説明する。
【００７２】（第１の実施の形態）図１は、本実施の形
態に係る内燃機関の排気浄化装置を希薄燃焼式内燃機関
の一種である車両用ディーゼル機関の排気浄化装置に適
用した場合を示している。本実施の形態に係る内燃機関
１は４つの気筒２（燃焼室）の他、燃料供給系、吸気
系、排気系、制御系などを備えている。
【００７３】燃料供給系は、燃料噴射弁３、コモンレー
ル（蓄圧室）４、燃料供給管５、燃料ポンプ６、などを
備え、各気筒２に対して燃料供給を行っている。燃料噴
射弁３は、各気筒２に対して夫々設けられる電磁駆動式
の開閉弁であり、各燃料噴射弁３は、燃料の分配管とな
るコモンレール４に接続されている。また、コモンレー
ル４は、燃料供給管５を介して燃料ポンプ６に連結され
ている。燃料ポンプ６のプーリ６ａは、ベルト７を介し
て内燃機関１の出力軸たるクランクシャフト１ａに連結
されている。燃料ポンプ６は、クランクシャフト１ａの
回転を駆動源として回転駆動されている。
【００７４】このように構成された燃料供給系では、ま
ず、燃料ポンプ６によって燃料タンク（図示略）内の燃
料が汲み上げられる。汲み上げられた燃料は、燃料供給
管５を介してコモンレール４に供給される。コモンレー
ル４に供給された燃料は、コモンレール４内にて所定燃
圧まで高められ、各燃料噴射弁３に分配される。そし
て、燃料噴射弁３に駆動電圧が印可され燃料噴射弁３が
開弁すると、その燃料は、燃料噴射弁３を介して各気筒
２の燃焼室内に噴射される。
【００７５】一方、吸気系は、吸気管９、スロットル弁
１３、吸気枝管８、エアクリーナボックス１０、インタ
ークーラ１６などを備え、各気筒２に対して空気（吸
気）を供給する吸気通路を形成している。
【００７６】吸気管９は、エアクリーナボックス１０を
介して吸入される吸気を吸気枝管８に導く通路を形成し
ている。吸気枝管８は、吸気管９を経て流入する吸気を
各気筒２に分配する通路を形成している。また、吸気管
９とエアクリーナボックス１０との連結部分近傍には、
吸気管９に流れ込む吸気の温度を測定する吸気温センサ
４４ａを備えている。
【００７７】また、エアクリーナボックス１０からスロ
ットル弁１３に至る吸気管９には、吸入した吸気を圧縮
するターボチャージャ１５（コンプレッサハウジング１
５ａ）、及びターボチャージャ１５にて圧縮した吸気を
冷却するインタークーラ１６を備え、さらに、ターボチ
ャージャ１５の上流には、吸気管９を通じて燃焼室２に
流れ込む吸気の流量を計測するエアフロメータ４５を備
えている。
【００７８】また、吸気枝管８の直上流には、吸気管９
を通じて各気筒２に流れ込む吸気量を加減するスロット
ル弁１３を備え、スロットル弁１３の開度は、ステッパ
モータなどにて構成されたアクチュエータ１４によって
制御されている。また、スロットル弁１３の直下流に
は、吸気枝管８内の温度を測定する吸気温センサ４４
ｂ、及び吸気枝管８内の管内圧力を測定する吸気圧セン
サ４６を備えている。
【００７９】このように構成された吸気系では、まず、
機関運転に伴う負圧の発生により各気筒２に供給される
べき吸気がエアクリーナボックス１０に流れ込む。エア
クリーナボックス１０内に流入した吸気は、エアクリー
ナボックス１０内にて塵や埃を除去された後、吸気管９
を経てターボチャージャ１５に流れ込む。ターボチャー
ジャ１５に流入した吸気は、コンプレッサホイール１５
ａにて圧縮された後、インタークーラ１６によって冷却
される。そして、必要に応じてスロットル弁１３での流
量調節を受けた後、吸気枝管８内に流入する。吸気枝管
８に流入した吸気は、各枝管を介して各気筒２に分配さ
れ、燃料噴射弁３から噴射供給された燃料と共に燃焼さ
れる。尚、各種センサの出力は、後述の電子制御ユニッ
ト３０に入力されており、例えば、内燃機関の基本燃料
噴射制御などにフィードバックされる。
【００８０】排気系は、排気枝管１８、排気管１９を備
え、各気筒２から排出される排気ガスを機関本体外に排
出する排気通路を形成している。また、ＥＧＲ装置２
０、触媒コンバータ５０、還元剤添加装置６０、などを
備え、排気ガス中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）や煤
（スモーク）等を浄化せしめる排気浄化装置としての機
能を有する。
【００８１】まず、排気枝管１８は、各気筒２毎に設け
られた排気ポート１８ａに接続すると共にその排気ポー
ト１８ａから排出された排気ガスを集合してターボチャ
ージャ１５のタービンハウジング１５ｂに導く通路を形
成している。また、排気管１９は、タービンハウジング
１５ｂから図示しない消音器までの通路を形成してい
る。
【００８２】ＥＧＲ装置２０は、ＥＧＲ通路２５、ＥＧ
Ｒ弁２６、ＥＧＲ装置２０用の酸化触媒２８、ＥＧＲク
ーラ２７等を備えている。
【００８３】ＥＧＲ通路２５は、排気枝管１８と吸気枝
管８とを接続する通路である。また、ＥＧＲ弁２６は、
ＥＧＲ通路２５と吸気枝管８との接続部分に設けられた
電気式の開閉弁であり、ＥＧＲ通路２５内を流れる排気
ガス量の調節を行っている。ＥＧＲ装置２０用の酸化触
媒２８は、排気枝管１８とＥＧＲクーラ２７とを接続す
るＥＧＲ通路２５中に配置され、排気枝管１８から回り
込む排気ガス中の未燃成分を浄化する。ＥＧＲクーラ２
７は、機関冷却水を熱媒体として、ＥＧＲ通路２５内を
流れる排気ガスの冷却を行っている。なお、以下の説明
では、ＥＧＲ通路２５を通じて吸気枝管８に流れ込む排
気ガスを単にＥＧＲガスと称する。
【００８４】このように構成されたＥＧＲ装置２０によ
れば、排気枝管１８内を流れる排気ガスの一部がＥＧＲ
通路２５内に流入する。また、ＥＧＲ通路２５内に流入
したＥＧＲガス（排気ガス）は、ＥＧＲ装置２０用の酸
化触媒２８を経てＥＧＲクーラ２７に流入する。ＥＧＲ
クーラ２７に流入したＥＧＲガスは、ＥＧＲクーラ２７
を通過する際に冷却され、ＥＧＲ弁２６の開弁量に即し
た流量で吸気枝管８に流れ込む。そして、吸気枝管８内
に流入したＥＧＲガスは、吸気枝管８上流から流れ込む
吸気と混ざり合いつつ混合気を形成し、燃料噴射弁３か
ら噴射された燃料と共に燃焼に供される。
【００８５】なお、ＥＧＲガスとなる排気ガス中には、
水蒸気（Ｈ2Ｏ）や二酸化炭素（ＣＯ2）などの不活性ガ
スが含まれている。このため不活性ガスたる排気ガスが
燃焼室２内に流入すると、その排気ガスの混入に起因し
て燃焼温度は低下し、ＮＯｘの生成は抑制される。ま
た、ＥＧＲガスの導入に伴い、燃焼室２内の酸素量も減
るため、この点においても窒素（Ｎ2）と酸素（Ｏ2）と
の結びつきが抑制され、窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出は
抑制される。
【００８６】続いて触媒コンバータ５０に関して説明す
る。触媒コンバータ５０は、ケーシング５１、及びその
ケーシング５１内にＮＯｘ触媒を備え、機関本体１から
排出される排気ガス中の有害物質を浄化せしめる排気浄
化作用を有する。
【００８７】より詳しくは、タービンハウジング１５ｂ
の出口近傍にケーシング５１が配置され、ケーシング５
１内には、排気ガス中の微粒子（例えば、煤）やＮＯｘ
等を浄化するパティキュレートフィルタ（以下、単にフ
ィルタと称する）５０ｂを内蔵している。
【００８８】フィルタ５０ｂは、排気ガス中に含まれる
微粒子（例えば、煤）を酸化燃焼せしめる排気浄化作用
を有している。より詳しくは、活性化酸素放出剤を担持
したフィルタ５８を備え、そのフィルタ５８上に捕集し
た微粒子を活性化酸素にて酸化せしめることで除去（浄
化）する排気浄化作用を備えている。
【００８９】フィルタ５０ｂ単体は、図２に示されるよ
うにコージライトのような多孔質材料から形成されたハ
ニカム形状をなし、互いに平行をなして延びる複数個の
流路５５，５６を具備している。より具体的には、下流
端が栓５５ａにより閉塞された排気ガス流入通路５５
と、上流端が栓５６ａにより閉塞された排気ガス流出通
路５６と、を備え、各排気ガス流入通路５５及び排気ガ
ス流出通路５６は薄肉の隔壁５７を介して該フィルタ５
８における縦方向及び横方向に並んで配置されている。
【００９０】また、隔壁５７の表面および内部の細孔に
は、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）等によって形成された担体の
層が設けられ、担体上には、白金（Ｐｔ）等の貴金属触
媒の他、周囲に過剰酸素が存在するとその過剰酸素を吸
蔵し、逆に酸素濃度が低下すると、その吸蔵した酸素を
活性酸素の形で放出する活性酸素放出剤が担持されてい
る。
【００９１】なお、活性酸素放出剤としては、カリウム
（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）、リチウム（Ｌｉ）、セシ
ウム（Ｃｓ）、ルビジウム（Ｒｂ）のようなアルカリ金
属、バリウム（Ｂａ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロン
チウム（Ｓｒ）のようなアルカリ土類金属、ランタン
（Ｌａ）、イットリウム（Ｙ）のような希土類、および
セリウム（Ｃｅ）、錫（Ｓｎ）のような遷移金属から選
ばれた少なくとも一つを用いると良い。
【００９２】また、好ましくは、カルシウム（Ｃａ）よ
りもイオン化傾向の高いアルカリ金属又はアルカリ土類
金属、即ちカリウム（Ｋ）、リチウム（Ｌｉ）、セシウ
ム（Ｃｓ）、ルビジウム（Ｒｂ）、バリウム（Ｂａ）、
ストロンチウム（Ｓｒ）などを用いると良い。
【００９３】このように構成されたフィルタ５０ｂで
は、まず、排気ガス流入通路５５→隔壁５７→排気ガス
流出通路５６の順に排気ガスが流れ（図２矢印ａ）、排
気ガス中に含まれる微粒子は、その隔壁５７を通過する
過程で、隔壁５７の表面及び内部に捕集される。そし
て、隔壁５７に捕集された微粒子は、隔壁５７（フィル
タ）に流れ込む排気ガスの酸素濃度を複数回に亘り変化
させることみより活性化酸素によって酸化せしめられ、
ついには輝炎を発することなく燃え尽きてフィルタ５８
上から除去される。
【００９４】また、フィルタ５０ｂは排気ガス中のＮＯ
ｘを浄化せしめる排気浄化作用も有している。より詳し
くは、フィルタ５０ｂに流れ込む排気ガスの酸素濃度が
高いときにその排気ガス中のＮＯｘを吸蔵し、排気ガス
中の酸素濃度が低いとき、すなわちフィルタ５０ｂに流
れ込む排気ガスの空燃比が低いときにその吸蔵していた
ＮＯｘを二酸化窒素（ＮＯ2）や一酸化窒素（ＮＯ）の
形で排気ガス中に還元・放出し、さらにＮＯ2やＮＯを
排気ガス中に含まれている未燃成分（ＣＯ、ＨＣ）と酸
化反応せしめることで窒素（Ｎ2）に浄化する排気浄化
能を有する。
【００９５】しかしながら、本実施の形態に示す内燃機
関１のようなディーゼル機関においては、通常、酸素過
剰雰囲気下で燃焼が行われている。このため燃焼に伴い
排出される排気ガスの酸素濃度は、上記の還元・放出作
用を促す迄に低下することは殆どなく、また、排気ガス
中に含まれる未燃成分（ＣＯ，ＨＣ）の量も極僅かであ
る。
【００９６】従って、触媒コンバータ５０より上流側の
排気通路に還元剤たる燃料を添加することで、排気ガス
の酸素濃度の低下を促すと共に未燃成分たる炭化水素
（ＨＣ）等を補うことによってフィルタ５０ｂに吸蔵さ
れていたＮＯｘの還元・放出を促進させている。尚、排
気通路への燃料添加は後述する還元剤添加装置６０によ
って行われている。
【００９７】続いて、還元剤添加装置６０について説明
する。還元剤添加装置６０は、還元剤添加弁６１、還元
剤供給路６２、燃圧制御バルブ６４、燃圧センサ６３、
緊急遮断弁６６、などを備え、還元剤として必要に応じ
て適切量の燃料を触媒コンバータ５０上流の排気通路に
添加している。すなわち、触媒コンバータ５０に流れ込
む排気ガスの空燃比が目標空燃比となるように、還元剤
たる燃料を排気ガス中に添加している。
【００９８】還元剤添加弁６１は、排気枝管１８の集合
部分に設けられ、所定電圧が印可されたときに開弁する
電気式の開閉弁である。還元剤供給路６２は、前記燃料
ポンプ６によって汲み上げられた燃料の一部を還元剤添
加弁６１に導く通路を形成している。燃圧制御バルブ６
４は、還元剤供給路６２の経路途中に配置され、還元剤
供給路６２内の燃圧を所定燃圧に維持している。燃圧セ
ンサ６３は、還元剤供給路６２内の燃圧を検出してい
る。緊急遮断弁６６は、還元剤供給路６２内の圧力に異
常が生じたとき、その還元剤供給路６２内への燃料添加
を停止する。
【００９９】このように構成した還元剤添加装置６０で
は、燃料ポンプ６から吐出した燃料を燃圧制御バルブ６
４にて所定燃圧に維持し、還元剤供給路６２を通じて還
元剤添加弁６１に供給する。続いて、還元剤添加弁６１
に所定電圧を印可すると還元剤添加弁６１が開弁状態と
なり、還元剤供給路６２内の燃料は還元剤添加弁６１を
通じて排気枝管１８内に添加される。排気枝管１８に添
加された燃料（還元剤）は、タービンハウジング１５ｂ
内にて撹拌された後、排気管１９を経て触媒コンバータ
５０に流入する。したがって、触媒コンバータ５０に
は、酸素濃度が低く、また未燃成分たる炭化水素（Ｈ
Ｃ）を含んだ排気ガスが流れ込むこととなり、フィルタ
５０ｂに吸蔵されていたＮＯｘの還元・放出が促進され
ることとなる。
【０１００】続いて、制御系について説明する。制御系
は、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（中央制御装置）３４、入力ポ
ート３５、出力ポート３６を備える、いわゆる電子制御
ユニット３０（ＥＣＵ）である。
【０１０１】入力ポート３５には、上記した各種センサ
の出力信号の他、アクセルペダル４０の踏込み量を検出
する負荷センサ４１、クランクシャフト１ａの回転数を
検知するクランク角センサ４２、車速を測定する車速セ
ンサ４３等が対応したＡ／Ｄ変換器３７を介して、又は
直接入力されている。一方、出力ポート３６には、対応
する駆動回路３８を介して燃料噴射弁３、還元剤添加弁
６１、スロットル弁駆動用のアクチュエータ１４、ＥＧ
Ｒ弁２６、などが接続されている。
【０１０２】また、ＲＯＭ３２には、各種装置の制御プ
ログラム、及びそのプログラムの処理時に参照される制
御マップ等が各装置に対応して記録されている。また、
ＲＡＭ３３には、入力ポート３５に入力された各種セン
サの出力信号、及び出力ポート３６に出力した制御信号
などを内燃機関の運転履歴として記録している。ＣＰＵ
３４は、ＲＡＭ３３上に記録された各種センサの出力信
号およびＲＯＭ３２上に展開された制御マップ等を所望
のプログラム上にて比較し、その処理過程で出力される
各種制御信号を前記の出力ポート３６を介して対応する
装置に出力し、各種装置を集中管理している。
【０１０３】たとえば、ＣＰＵ３４は、触媒コンバータ
５０下流に設けられた空燃比センサ（Ａ／Ｆセンサ）４
７の出力信号からフィルタ５０ｂに流れ込む排気ガスの
空燃比を算出し、フィルタ５０ｂの上流および下流に設
けられた排気ガス温度センサ４８ａおよび４８ｂの出力
信号からフィルタ５０ｂの温度を算出する。また、ＣＰ
Ｕ３４は、燃料噴射弁３、還元剤添加弁６１、スロット
ル弁１３、ＥＧＲ弁２６の開閉時期または開度等を制御
することによりフィルタ５０ｂに流れ込む排気ガスの空
燃比を制御する。
【０１０４】ところで、上記したフィルタ５０ｂでは、
先の従来技術にも説明したように排気ガス中に含まれる
硫黄酸化物（ＳＯｘ）をもＮＯｘ同様に吸蔵する。ま
た、その吸蔵メカニズムは以下のメカニズムと考えられ
ている。
【０１０５】まず、フィルタ５０ｂに流れ込む排気ガス
の空燃比が高いときには、担体上に担持されている白金
（Ｐｔ）上に排気ガス中の酸素Ｏ2がＯ2 -又はＯ2-の形
で付着している。このため排気ガス中の硫黄酸化物（Ｓ
Ｏｘ）は、窒素酸化物（ＮＯｘ）と同様にして白金（Ｐ
ｔ）上で酸化されＳＯ3 -やＳＯ4 -なる。
【０１０６】次いで、この生成されたＳＯ3 -やＳＯ
4 -は、白金（Ｐｔ）上でさらに酸化され硫酸イオン（Ｓ
Ｏ4 2-）となり、酸化バリウム（ＢａＯ）と結合しなが
らフィルタ５０ｂに吸蔵される。また、吸蔵された硫酸
イオン（ＳＯ4 2-）は時間の経過と共にバリウムイオン
（Ｂａ2+）と結合して化学的に安定した硫酸塩（ＢａＳ
Ｏ 4）となる。
【０１０７】このようにしてＳＯｘは吸蔵されると考え
られている。ところでＳＯｘの吸蔵に伴い生成される硫
酸塩（ＢａＳＯ4）は結晶が粗大化し易く、また化学的
に安定していて分解し難い物質である。このためＮＯｘ
の還元・放出と同様にして流入排気ガスの空燃比を低下
させたとしても、一旦吸蔵されたＳＯｘは容易に放出さ
れることなく、硫酸塩（ＢａＳＯ4）として蓄積され
る。
【０１０８】硫酸塩（ＢａＳＯ4）の蓄積量が過多にな
るとＮＯｘの吸放出作用に寄与できる酸化バリウム（Ｂ
ａＯ）の量も自ずと減り、従って、フィルタ５０ｂにお
いては活性酸素の放出量が減り、微粒子の酸化燃焼に寄
与できるフィルタ面積も減る。また、窒素酸化物（ＮＯ
ｘ）の吸蔵能も低下することとなる。即ち、ＮＯｘを吸
蔵・還元する排気浄化触媒の排気浄化率を低下させる、
いわゆる「ＳＯｘ被毒」を生じさせる。
【０１０９】次に、フィルタ５０ｂのＳＯｘ被毒回復の
ための条件を説明する。フィルタ５０ｂに吸蔵されたＳ
Ｏｘを放出させるには、フィルタ５０ｂの温度をＮＯｘ
還元時よりも高温（例えば６００〜７００℃）に昇温さ
せ、蓄積されている硫酸バリウム（ＢａＳＯ4）をＳＯ3
-及びＳＯ4 -に熱分解する。同時に、フィルタ５０ｂに
流れ込む排気ガスの空燃比を理論空燃比よりリッチな空
燃比あるいは理論空燃比近傍とし、硫酸バリウム（Ｂａ
ＳＯ4）の熱分解により生成されたＳＯ3 -やＳＯ4 -を、
排気ガス中の炭化水素（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）
と反応させて気体状のＳＯ2 -に還元し、フィルタ５０ｂ
に流れ込む排気ガスと共にその気体状のＳＯ2 -を放出さ
せる。
【０１１０】しかしながら、上述したように、本実施の
形態に係る内燃機関１においては、通常、酸素過剰雰囲
気下で燃焼が行われているため、排気ガスの空燃比も非
常に大きい状態にある（例えば、Ａ／Ｆ＝２５〜４
０）。
【０１１１】そこでフィルタ５０ｂのＳＯｘ被毒回復を
行う時は、最初に、スロットル弁１３または／およびＥ
ＧＲ弁２６の開度を制御することによって燃焼室内の空
燃比を制御し、フィルタ５０ｂに流れ込む排気ガスの空
燃比を、排出されるスモークの量が許容量の上限となる
第１の所定空燃比（例えば、Ａ／Ｆ＝２０〜２５）にま
で小さくする。そして、排気ガスの空燃比を第１の所定
空燃比とした後、還元剤添加装置６０によって触媒コン
バータ５０より上流側の排気通路に燃料を間欠的に添加
することによって、図３に示すように、フィルタ５０ｂ
に流れ込む排気ガスの空燃比を間欠的に、吸蔵されたＳ
Ｏｘが還元・放出される空燃比、即ち、理論空燃比また
はリッチ空燃比である第２の所定空燃比とするよう制御
し、また、フィルタ５０ｂの温度を、吸蔵されたＳＯｘ
が還元・放出され、且つ、フィルタ５０ｂの劣化が促進
されない所定温度（例えば、６００℃〜７００℃）に制
御する。
【０１１２】本実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装
置によれば、酸素過剰雰囲気で燃焼が行われている場合
であっても、排気ガスの空燃比が間欠的に第２の所定空
燃比となることによって、図３に示すように、フィルタ
５０ｂに吸蔵されたＳＯｘが排気ガス中に還元・放出さ
れるため、スモークの排出を抑制しつつフィルタ５０ｂ
をＳＯｘ被毒から回復させることが出来る。
【０１１３】また、周囲雰囲気の空燃比が小さくなると
フィルタ５０ｂの温度は上昇するため、フィルタ５０ｂ
に流れ込む排気ガスの空燃比を継続的に理論空燃比また
はリッチ空燃比とすると、フィルタ５０ｂの温度が過剰
に上昇し、フィルタ５０ｂの劣化を促進させる虞がある
が、本実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置によれ
ば、排気ガスの空燃比を間欠的に第２の所定空燃比とす
ることによって、フィルタ５０ｂの温度を、ＳＯｘ被毒
からの回復が可能であり、且つ、フィルタ５０ｂの劣化
が促進されない温度範囲に制御する。そのため、フィル
タ５０ｂの劣化を抑制することが出来る。
【０１１４】また、最初に燃焼室の空燃比を制御するこ
とによって排気ガスの空燃比を第１の所定空燃比とする
ことにより、排気ガスの空燃比が通常の状態（例えば、
Ａ／Ｆ＝２５〜４０）にあるときに排気ガス中に燃料を
添加する場合と比べて、より正確に、且つ、より早く排
気ガスの空燃比を第２の所定空燃比に制御することが可
能となる。従って、排気ガスの空燃比が過剰にリッチな
空燃比となることによるＮＯｘ触媒の過昇温や未燃成分
の排出を防止することが出来るとともに、フィルタ５０
ｂをＳＯｘ被毒からより速やかに回復させることが出来
る。
【０１１５】また、本実施の形態に係る内燃機関の排気
浄化装置において、排気ガスの空燃比を間欠的に第２の
所定空燃比に制御するための排気通路への燃料添加は、
間欠的に行われ、フィルタ５０ｂの温度が、ＳＯｘ被毒
からの回復が可能となる温度（例えば、６００℃）以下
のときは燃料が添加され、フィルタ５０ｂの劣化が促進
される温度（例えば、７００℃）以上となる可能性のあ
るときは燃料添加は休止される（例えば、９秒間の添加
と１３秒間の休止とを繰り返す）としても良い。
【０１１６】燃料添加が休止されると、排気ガスの空燃
比が大きくなり、フィルタ５０ｂの温度は急速に低下す
るため、フィルタ５０ｂの劣化を抑制することが出来る
とともに次回の燃料添加が可能となる。従って、上記の
ように燃料の添加と添加休止とを繰り返すことによって
フィルタ５０ｂをＳＯｘ被毒から回復させるとともにフ
ィルタ５０ｂの劣化を抑制することが出来る。
【０１１７】また、図５に示すとおり、フィルタ５０ｂ
に流入する排気ガスの量が多いほど燃料添加によるフィ
ルタ５０ｂの温度上昇率は高くなるため、燃料添加の時
間間隔または添加する燃料の量を内燃機関１の運転状態
に応じて調整しても良い。
【０１１８】また、本実施の形態に係る内燃機関の排気
浄化装置によれば、還元剤添加装置６０による排気通路
への燃料添加は間欠的に行なわれるため、図３に示すよ
うに、フィルタ５０ｂに流れ込む排気ガスの空燃比は間
欠的にリーン空燃比となる。即ち、理論空燃比またはリ
ッチ空燃比の排気ガスとリーン空燃比の排気ガスが交互
にフィルタ５０ｂに流入することになるため、図４に示
すとおり、フィルタ５０ｂに捕集された微粒子が酸化さ
れることになる。そのため、より効果的にスモークの排
出を抑制することが出来る。
【０１１９】尚、本実施の形態に係る内燃機関の排気浄
化装置においては、燃焼室内において、機関出力を得る
ために噴射される主噴射以外の副噴射を燃料噴射弁３か
ら間欠的に行うことによって、排気ガスの空燃比を間欠
的に第２の所定空燃比に制御しても良い。また、この場
合、主噴射以外の副噴射を、各気筒２内において機関出
力を得るための燃料が燃焼されピストンが膨張行程また
は排気行程にあるときに、さらに燃焼室内に燃料を噴射
するポスト噴射としても良い。
【０１２０】本実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装
置においては、触媒コンバータ５０内に設置するＮＯｘ
触媒を酸素保持能力（活性酸素放出剤）を備えたパティ
キュレートフィルタとしたが、酸素保持能力のないＮＯ
ｘ触媒としても良い。
【０１２１】この場合、ＮＯｘ触媒の周囲雰囲気の空燃
比を小さくすることが容易となる、即ち、第２の所定空
燃比に制御することが容易となるため、このＮＯｘ触媒
のＳＯｘ被毒からの回復をより効率的に行うことが可能
となる。
【０１２２】（第２の実施の形態）次に、本発明に係る
内燃機関の排気浄化装置および排気浄化方法の第２の実
施の形態について説明する。
【０１２３】図６は、本実施の形態に係る内燃機関のお
よび内燃機関の排気浄化装置を示している。本実施の形
態に係る内燃機関１は、排気系の触媒コンバータ５０内
においてフィルタ５０ｂの上流側に排気浄化触媒５０ａ
を備えている。その他の構成は、上述した第１の実施の
形態と同様である。
【０１２４】本実施の形態によれば、触媒コンバータ５
０に流入する排気ガス中のＮＯｘまたは未燃成分（Ｃ
Ｏ、ＨＣ）が排気浄化触媒５０ａによって酸化または還
元されるため、そのときの反応熱によって、フィルタ５
０ｂの温度分布がフィルタ５０ｂ単体で配置した場合よ
りも均一化されることになる。従って、フィルタ５０ｂ
の温度制御を容易に行うことが可能となる。
【０１２５】尚、触媒コンバータ５０内において、フィ
ルタ５０ｂを単体で配置した時のフィルタ５０ｂの温度
分布を図７に、排気浄化触媒５０ａをフィルタ５０ｂの
上流に直列に配置した時のフィルタ５０ｂの温度分布を
図８に示す。
【０１２６】また、本実施の形態に係る排気浄化触媒５
０ａは酸素保持能力のない触媒としても良い。
【０１２７】この場合、フィルタ５０ｂの周囲雰囲気の
空燃比を小さくすることが容易となる、即ち、第２の所
定空燃比に制御することが容易となるため、フィルタ５
０ｂのＳＯｘ被毒からの回復をより効率的に行うことが
可能となる。
【０１２８】フィルタ５０ｂの上流側に設置される排気
浄化触媒５０ａとしては、酸化触媒や吸蔵還元型ＮＯｘ
触媒を例示することができる。
【０１２９】（第３の実施の形態）次に、本発明に係る
内燃機関の排気浄化装置および排気浄化方法の第３の実
施の形態について説明する。
【０１３０】図９は、本実施の形態に係る内燃機関およ
び内燃機関の排気浄化装置を示している。本実施の形態
に係る内燃機関１は、排気系において、触媒コンバータ
５０より下流側の排気管１９に酸化触媒コンバータ５９
を備えており、この酸化触媒コンバータ５９の内部には
酸化触媒５９ａが設置されている。さらに、酸化触媒コ
ンバータ５９の下流側の排気管１９には排気ガス温度セ
ンサ６７及び空燃比センサ６８が設置されている。その
他の構成は、上述した第２の実施の形態と同様である。
【０１３１】排気ガス温度センサ６７及び空燃比センサ
６８の出力信号も、第１の実施の形態における各種セン
サの出力信号と同様に入力ポート３５を介し、ＥＣＵ３
０に読み込まれる。また、排気ガス温度センサ４８ｂお
よび６７の出力信号からＣＰＵ３４によって酸化触媒５
９ａの温度は算出される。また、酸化触媒コンバータ５
９より下流の排気ガスの空燃比は空燃比センサ６８によ
って検出される。
【０１３２】本実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装
置において、酸化触媒コンバータ５９は触媒コンバータ
５０よりも下流側に設置されているため、内燃機関１の
運転中、酸化触媒コンバータ５９に内蔵されている酸化
触媒５９ａの温度は、フィルタ５０ｂの温度より低くな
っている（例えば、フィルタ５０ｂの温度が約３００℃
のとき、酸化触媒５９ｂは約２５０℃となっている）。
【０１３３】そこで、フィルタ５０ｂをＳＯｘ被毒から
回復させる場合、酸化触媒５９の温度が活性温度となる
ように排気通路への間欠的な燃料添加を徐々に行い、酸
化触媒５９の温度が活性温度となった後、排気ガスの空
燃比が間欠的に第２の空燃比となるよう還元剤添加装置
６０による燃料添加を制御する。
【０１３４】本実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装
置によれば、酸化触媒５９ａの排気浄化能力が高まった
後に、フィルタ５０ｂのＳＯｘ被毒回復が行われるた
め、ＳＯｘ被毒回復に伴い発生する未燃成分が酸化触媒
５９ａにおいて浄化されることとなるため、未燃成分の
排出を低減することが出来る。
【０１３５】また、酸化触媒５９ａを活性温度に昇温さ
せるために燃料を添加するとき、酸化触媒５９aの温度
が低い程、添加する燃料の量を多くし、また、燃料を添
加するときの時間間隔を長くしても良い。
【０１３６】このような制御により、酸化触媒５９ａを
速やかに活性温度まで昇温させることが出来る。
【０１３７】また、本実施の形態に係る内燃機関の排気
浄化装置において、酸化触媒５９ａの酸化能力の低下等
により、酸化触媒コンバータ５９より下流側の排気ガス
の空燃比が所定空燃比よりリッチとなる可能性があると
きは、排気通路へ添加する燃料の量を減らすか、また
は、燃料添加を休止するとしても良い。
【０１３８】このような制御により、酸化触媒コンバー
タ５９に内蔵された酸化触媒の排気浄化能力が低下した
状態で排気ガスの空燃比が過剰にリッチになることを防
ぐことが出来、そのため未燃成分の排出を抑制すること
が出来る。
【０１３９】また、本実施の形態に係る内燃機関の排気
浄化装置において、酸化触媒５９ａを酸素保持能力の高
い、即ち酸化能力の高い触媒とすることによって、未燃
成分の排出をより効果的に抑制することが可能となる。
【０１４０】また、本実施の形態に係る内燃機関の排気
浄化装置において、酸化触媒５９ａを昇温させるための
燃料添加は、燃焼室内において、機関出力を得るために
噴射される主噴射以外の副噴射を燃料噴射弁３から間欠
的に行うことによってなされても良い。
【０１４１】（第４の実施の形態）次に、本発明に係る
内燃機関の排気浄化装置および排気浄化方法の第４の実
施の形態について説明する。
【０１４２】図１０は、本実施の形態に係る内燃機関お
よび内燃機関の排気浄化装置を示している。本実施の形
態に係る内燃機関１は、排気系において、触媒コンバー
タ５０より下流側、且つ酸化触媒コンバータ５９より上
流側の排気管１９に二次空気供給装置６９を備えてい
る。その他の構成は、上述した第３の実施の形態と同様
である。
【０１４３】二次空気供給装置６９は二次エアーポンプ
７０と二次空気流量調節弁７１を有しており、排気管１
９を介して酸化触媒コンバータ５９に空気を供給する。
また、二次空気供給装置６９による空気供給はＣＰＵ３
４によって制御される。
【０１４４】本実施の形態に係る内燃機の排気浄化装置
によれば、例えば、フィルタ５０ｂのＳＯｘ被毒回復を
促進するために還元剤添加装置６０による排気通路への
機関燃料の添加を多めに行った場合、触媒コンバータ５
０より下流の排気ガス中の未燃成分を酸化触媒コンバー
タ５９に内蔵されている酸化触媒上で浄化するために必
要とされる酸素（Ｏ2）が不足するが、そのＯ2の不足分
を空気供給装置６９により空気を供給することで補うこ
とが出来る。
【０１４５】つまり、フィルタ５０ｂに流入する排気ガ
スの空燃比をよりリッチとすることが可能となるため、
フィルタ５０ｂのＳＯｘ被毒からの回復を効率的に行う
ことが出来るとともに、空気供給装置６９によって空気
を供給することにより酸化触媒５９ａに流入する排気ガ
スの空燃比をリーン空燃比または理論空燃比近傍とする
ことが可能なため、未燃成分の排出を抑制することも出
来る。
【０１４６】（第５の実施の形態）次に、本発明に係る
内燃機関の排気浄化装置および排気浄化方法の第５の実
施の形態について説明する。
【０１４７】本実施の形態においては、内燃機関１を、
燃料噴射時期を固定した状態で、燃焼焼室内に供給され
るＥＧＲガス量を増大させた場合は煤の発生量が次第に
増大してピークに達し、燃焼室内に供給されるＥＧＲガ
ス量を更に増大させた場合は燃焼室内における燃焼時の
燃料およびその周囲のガス温が煤の生成温度よりも低く
なって煤の発生量が抑制される第１の燃焼と、煤の発生
量がピークとなるＥＧＲガス量よりも燃焼室内に供給さ
れるＥＧＲガス量が少ない第２の燃焼とを選択的に切換
える、即ち低温燃焼と通常燃焼とを選択的に切換える内
燃機関とする。本実施の形態に係る内燃機関１のその他
の構成は前述した第１の実施の形態に係る内燃機関１と
同様である。
【０１４８】図１１は、実際の実験結果に即して得られ
たグラフであり、燃焼室内における混合気のＥＧＲ率
と、その混合気が燃焼することによって発生するスモー
ク量との相関関係を示している。
【０１４９】この図１１からもわかるように、スモーク
の発生量は、ＥＧＲ率約４０％〜５０％の間でピークに
達し、ＥＧＲ率５５％以上の領域では、スモークがほと
んど発生しない状態になる。したがって、ＥＧＲ率５５
％以上、好ましくはＥＧＲ率６５％以上の領域で機関運
転を行えば、スモークの排出量を略ゼロの状態で機関運
転を行うことが出来る。なお、スモークの発生量が略ゼ
ロとなるＥＧＲ率は、ＥＧＲガスをＥＧＲクーラ２７等
にて冷却することにより低下させることが可能である。
【０１５０】ところが、ＥＧＲ率６５％以上での運転で
は、空気量の不足や燃焼圧力の低下によって十分に機関
出力が得られないといった不具合が生じる。一方、十分
に機関出力が得られるＥＧＲ率４０％未満の領域では、
スモークの発生が僅かながら見られるものの、その発生
量は、ＥＧＲ率４０％〜５０％の運転領域に較べて十分
に少ないものとなっている。
【０１５１】したがって、本実施の形態に係る内燃機関
１では、さほど機関出力を要しない低負荷運転時におい
てはＥＧＲ率を６５％以上に維持して機関運転を行い、
十分な機関出力を要求される高負荷運転時においては、
ＥＧＲ率を４０％未満に抑えながら機関運転を行うこと
で、スモークの発生を抑制しながら快適な運転状態を確
保している。
【０１５２】すなわち、本実施の形態に係る内燃機関１
では、スモークの発生量がピークに達するＥＧＲ率４０
％〜５０％での運転を避けるように、燃焼状態をステッ
プ状に切り換えることで煤の排出抑制と運転性の両立を
確保している。
【０１５３】尚、本実施の形態において、第１の燃焼、
即ち低温燃焼とは上記した高ＥＧＲ率で実現される燃焼
状態であり、一方、第２の燃焼、即ち通常燃焼とは低Ｅ
ＧＲ率で実現される燃焼状態である。
【０１５４】また、上記に例示した数値すなわちＥＧＲ
率の具体的数値は、あくまでも一例であり、その数値
は、適用される内燃機関固有の燃焼特性や、ＥＧＲガス
の冷却温度によって若干変化するものである。但し、ス
モークの排出特性すなわちピークの存在などは、内燃機
関全般に共通して言えるものである。
【０１５５】次に、本実施の形態に係る内燃機関の排気
浄化装置において、フィルタ５０ｂをＳＯｘ被毒から回
復させるときの制御について説明する。
【０１５６】上述したような低温燃焼では燃焼温度が低
いため、スモークを発生させることなく燃焼室の空燃比
をリッチ空燃比または理論空燃比とすることが出来る。
【０１５７】そのため、内燃機関１が低負荷運転を行っ
ているとき、即ち低温燃焼を行っているときには、スロ
ットル弁１３または／およびＥＧＲ弁２６の開度を制御
することによって燃焼室内の空燃比を制御し、フィルタ
５０ｂに流れ込む排気ガスの空燃比を、吸蔵されたＳＯ
ｘが還元・放出される空燃比、即ち、理論空燃比または
リッチ空燃比である第２の空燃比とするとともに、フィ
ルタ５０ｂの温度を、吸蔵されたＳＯｘが還元・放出さ
れ、且つ、フィルタ５０ｂの劣化が促進されない所定温
度とすることによってフィルタ５０ｂをＳＯｘ被毒から
回復させるとしても良い。
【０１５８】また、内燃機関１が低負荷運転を行ってい
るとき、即ち低温燃焼を行っているときには、最初に、
スロットル弁１３または／およびＥＧＲ弁２６の開度を
制御することによって燃焼室内の空燃比を制御し、フィ
ルタ５０ｂに流れ込む排気ガスの空燃比を排出されるス
モークの量が許容量の上限となる第１の空燃比とする。
そして、排気ガスの空燃比を第１の所定空燃比とした
後、還元剤添加装置６０によって触媒コンバータ５０よ
り上流側の排気通路に燃料を添加することによって、フ
ィルタ５０ｂに流れ込む排気ガスの空燃比を第２の所定
空燃比とするよう制御するともに、フィルタ５０ｂの温
度を所定温度に制御することによりフィルタ５０ｂをＳ
Ｏｘ被毒から回復させるとしても良い。
【０１５９】また、内燃機関１が高負荷運転を行ってい
るとき、即ち通常燃焼を行っているときには、上述した
第１の実施の形態と同様に、最初に、スロットル弁１３
または／およびＥＧＲ弁２６の開度を制御することによ
って燃焼室内の空燃比を制御し、フィルタ５０ｂに流れ
込む排気ガスの空燃比を第１の空燃比とする。そして、
排気ガスの空燃比を第１の所定空燃比とした後、還元剤
添加装置６０によって触媒コンバータ５０より上流側の
排気通路に燃料を間欠的に添加することによって、フィ
ルタ５０ｂに流れ込む排気ガスの空燃比を間欠的に第２
の所定空燃比とするよう制御するともに、フィルタ５０
ｂの温度を所定温度に制御することによりフィルタ５０
ｂをＳＯｘ被毒から回復させるとしても良い。
【０１６０】本実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装
置よれば、運転状態に応じて低温燃焼と通常燃焼と切換
える内燃機関においても、運転状態にかかわらずフィル
タ５０ｂをＳＯｘ被毒から回復させることが出来る。
【０１６１】尚、図１２に本実施の形態に係る内燃機関
の排気浄化装置において、フィルタ５０ｂをＳＯｘ被毒
から回復させることが可能な内燃機関の運転領域を示
す。
【０１６２】図１２に示すように、フィルタ５０ｂの耐
熱温度が高くなれば、ＳＯｘ被毒から回復させることが
できる運転領域は広がることになる。
【０１６３】また、上述した第１から第４の実施の形態
と同様に、本実施の形態においても、還元剤添加装置６
０よる排気通路への燃料添加を、燃焼室内への燃料の副
噴射としても良い。
【０１６４】
【発明の効果】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置お
よび排気浄化方法によれば、内燃機関の運転状態に係わ
らず、スモークの排出およびＮＯｘ触媒の劣化を抑制し
つつＮＯｘ触媒をＳＯｘ被毒から回復させることが出来
る。
【０１６５】また、ＮＯｘ触媒がパティキュレートフィ
ルタ等の酸素保持能力を備え排気ガス中の微粒子を酸化
し浄化せしめる触媒であった場合、理論空燃比またはリ
ッチ空燃比の排気ガスとリーン空燃比の排気ガスとが交
互に流入することによって排気中の微粒子が浄化される
ことになるため、より効果的にスモークの排出を抑制し
つつＮＯｘ触媒をＳＯｘ被毒から回復させることが出来
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る内燃機関及び
内燃機関の排気浄化装置の概略構成図。
【図２】パティキュレートフィルタの内部構造を説明す
るための図。
【図３】排気通路に間欠的に燃料を添加したときの排気
ガスの空燃比とパティキュレートフィルタの温度及び排
気中に放出されたＳＯｘ量の関係を示すグラフ。
【図４】燃料の添加が間欠的に行われているときのパテ
ィキュレートフィルタ差圧を示す図。
【図５】排気ガスの流量と燃料の添加によるパティキュ
レートフィルタの上昇温度を示すグラフ。
【図６】第２の実施の形態に係る内燃機関及び内燃機関
の排気浄化装置の概略構成図。
【図７】パティキュレートフィルタの上流側に排気浄化
触媒を配置した場合のパティキュレートフィルタの温度
分布を示すためのグラフ。
【図８】パティキュレートフィルタを単体で配置した場
合のパティキュレートフィルタの温度分布を示すための
グラフ。
【図９】第３の実施の形態における内燃機関及び内燃機
関の排気浄化装置の概略構成図。
【図１０】第４の実施の形態における内燃機関及び内燃
機関の排気浄化装置の概略構成図。
【図１１】スモークの発生量とＥＧＲ率との相関関係を
示すグラフ。
【図１２】ＳＯｘ被毒回復を行うことが可能な内燃機関
の運転領域を示すグラフ。
【符号の説明】
１ 内燃機関 １ａ クランクシャフト ２ 気筒（燃焼室） ３ 燃料噴射弁 ４ コモンレール ５ 燃料供給管 ６ 燃料ポンプ ６ａ プーリ ８ 吸気枝管 ９ 吸気管 １０ エアクリーナボックス １２ 吸気温センサ １３ スロットル弁 １４ アクチュエータ １５ ターボチャージャ １５ａ コンプレッサハウジング １５ｂ タービンハウジング １６ インタークーラ １８ 排気枝管 １８ａ 排気ポート １９ 排気管 ２０ ＥＧＲ装置 ２５ ＥＧＲ通路 ２６ ＥＧＲ弁 ２７ ＥＧＲクーラ ２８ ＥＧＲ装置の酸化触媒 ３０ 電子制御ユニット ３１ 双方向性バス ３５ 入力ポート ３６ 出力ポート ３７ Ａ／Ｄ変換器 ３８ 駆動回路 ４０ アクセルペダル ４１ 負荷センサ ４２ クランク角センサ ４３ 車速センサ ４４ａ 吸気温センサ ４４ｂ 吸気温センサ ４５ エアフロメータ ４６ 吸気圧センサ ４７ 空燃比センサ ４８ａ 排気ガス温度センサ ４８ｂ 排気ガス温度センサ ５０ 触媒コンバータ ５０ａ 排気浄化触媒触媒 ５０ｂ パティキュレートフィルタ ５１ ケーシング ５５ 排気ガス流入通路 ５５ａ 栓 ５６ 排気ガス流出通路 ５６ａ 栓 ５７ 隔壁 ５８ フィルタ ５９ 酸化触媒コンバータ ５９ａ 酸化触媒 ６０ 還元剤添加装置 ６１ 還元剤添加弁 ６２ 還元剤供給路 ６３ 燃圧センサ ６４ 燃圧制御バルブ ６６ 緊急遮断弁 ６７ 排気ガス温度センサ ６８ 空燃比センサ ６９ 二次空気供給装置 ７０ 二次エアーポンプ ７１ 二次空気流量調整弁
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０１Ｎ 3/02 Ｆ０１Ｎ 3/02 ３２１Ｄ ３Ｇ３０１ ３２１Ｈ 3/08 3/08 Ａ Ｇ 3/10 3/10 Ａ 3/18 3/18 Ｅ 3/20 3/20 Ｅ 3/22 ３０１ 3/22 ３０１Ｍ 3/24 3/24 Ｒ Ｓ 3/28 ３０１ 3/28 ３０１Ｃ ３０１Ｄ Ｆ０２Ｄ 21/08 ３０１ Ｆ０２Ｄ 21/08 ３０１Ａ ３０１Ｆ ３０１Ｈ 41/38 41/38 Ｂ Ｃ Ｄ 41/40 41/40 Ｆ 43/00 ３０１ 43/00 ３０１Ｋ ３０１Ｎ ３０１Ｔ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５７０ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５７０Ｊ (72)発明者 大木 久 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 小林 正明 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 柴田 大介 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 Ｆターム(参考） 3G062 AA01 BA04 BA05 BA06 BA07 CA06 DA02 ED08 ED09 FA05 GA01 GA02 GA08 GA09 GA12 GA17 GA25 3G084 AA01 BA04 BA09 BA13 BA15 BA20 BA24 BA25 CA03 DA10 DA19 EA07 EA11 EB06 EB08 EB16 FA00 FA02 FA05 FA07 FA11 FA20 FA26 FA27 FA38 3G090 AA03 BA01 DA09 DA10 DA12 DA18 DA19 DA20 EA02 EA05 EA06 EA07 3G091 AA02 AA10 AA11 AA18 AA28 AB02 AB06 AB13 BA00 BA04 BA11 BA14 BA15 BA19 BA33 CA13 CA18 CA22 CB02 CB03 CB07 CB08 DA01 DA02 DB10 EA00 EA01 EA03 EA05 EA06 EA07 EA15 EA17 EA31 EA34 EA39 FB02 FB03 FB10 FB11 FB12 FC02 FC07 FC08 GA06 GA18 GA20 GB01X GB02W GB03W GB04W GB05W GB06W GB10X GB16X HA09 HA14 HA15 HA16 HA36 HA37 HA42 HB05 HB06 3G092 AA02 AA06 AA17 AA18 AB03 BA07 BB05 BB06 BB14 DC09 DC14 DC15 DC16 DE03S DE09S DE11S DF09 EA05 EA11 EC03 EC08 FA17 FA18 FA20 GA05 HA01Z HA04Z HA05Z HA11Z HB03Z HD01Z HD02Z HD05Z HE03Z HF21Z 3G301 HA02 HA04 HA11 HA13 JA24 JA25 JA29 JA33 KA08 LA08 LB06 LB11 LC02 MA01 MA19 MA22 MA23 MA25 NA07 NC02 ND04 NE13 PA01Z PA07Z PA10Z PA17Z PB08Z PD02Z PD11Z PD12Z PD15A PE03Z PF01Z

Claims (21)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 排気通路に設けられたＮＯｘ触媒と、 該ＮＯｘ触媒の温度を検出するＮＯｘ触媒温度検出手段
    と、 前記排気通路の排気ガスの空燃比を検出する排気空燃比
    検出手段と、 前記ＮＯｘ触媒温度検出手段により検出された前記ＮＯ
    ｘ触媒の温度と前記排気空燃比検出手段により検出され
    た排気ガスの空燃比に基づき排気通路の排気ガスの空燃
    比を制御する排気空燃比制御手段と、を備え、 前記排気空燃比検出手段により検出された排気ガスの空
    燃比が第１の所定空燃比よりも過薄だった場合、前記排
    気空燃比制御手段は、排気ガスの空燃比を前記第１の所
    定空燃比に制御し、その後、間欠的に前記第１の所定空
    燃比よりも過濃であり前記ＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒から
    の回復が可能となる第２の所定空燃比に制御すると同時
    に、前記ＮＯｘ触媒の温度を前記ＮＯｘ触媒のＳＯｘ被
    毒からの回復が可能であり、且つ、前記ＮＯｘ触媒の劣
    化を促進しない所定温度範囲に制御することを特徴とす
    る内燃機関の排気浄化装置。
  2. 【請求項２】 前記内燃機関は、燃焼室内に供給される
    再循環排気ガス量を増大させた場合は煤の発生量が次第
    に増大してピークに達し、燃焼室内に供給される再循環
    排気ガス量を更に増大させた場合は燃焼室内における燃
    焼時の燃料およびその周囲のガス温が煤の生成温度より
    も低くなって煤の発生量が抑制される第１の燃焼と、煤
    の発生量がピークとなる再循環排気ガス量よりも燃焼室
    内に供給される再循環排気ガス量が少ない第２の燃焼と
    を選択的に切換える切換手段を備えることを特徴とする
    請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。
  3. 【請求項３】 前記内燃機関の燃焼室に供給される吸入
    空気量を制御するスロットル弁と、 燃焼室に再循環される再循環排気ガス量を制御する再循
    環排気ガス制御弁と、をさらに備え、 前記排気空燃比制御手段は、前記スロットル弁または前
    記再循環排気ガス制御弁の少なくとも一方の開度を制御
    することによって排気ガスの空燃比を前記第１の所定空
    燃比に制御することを特徴とする請求項１または２記載
    の内燃機関の排気浄化装置。
  4. 【請求項４】 前記排気空燃比制御手段は、排気ガスの
    空燃比を前記第１の所定空燃比に制御した後、前記内燃
    機関の燃焼室または排気通路の少なくとも一方への燃料
    の添加を制御することによって排気ガスの空燃比を間欠
    的に前記第２の所定空燃比に制御することを特徴とする
    請求項１から３のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化
    装置。
  5. 【請求項５】 前記排気空燃比制御手段によって制御さ
    れる前記内燃機関の燃焼室または排気通路の少なくとも
    一方への燃料の添加は、前記ＮＯｘ触媒温度検出手段に
    より検出された前記ＮＯｘ触媒の温度が、前記ＮＯｘ触
    媒のＳＯｘ被毒からの回復が可能な温度より低い時に行
    われ、前記ＮＯｘ触媒の劣化を促進する温度となる可能
    性がある時は休止されることを特徴とする請求項４記載
    の内燃機関の排気浄化装置。
  6. 【請求項６】 前記排気空燃比制御手段によって制御
    される前記内燃機関の燃焼室への燃料の添加は、燃焼室
    内において機関出力を得るために噴射される主噴射以外
    の副噴射によって行われることを特徴とする請求項４ま
    たは５記載の内燃機関の排気浄化装置。
  7. 【請求項７】 前記排気空燃比制御手段によって制御
    される前記内燃機関の燃焼室への燃料の添加は、前記内
    燃機関の気筒内において機関出力を得るために燃焼され
    る燃料が膨張行程または排気行程にあるときに、燃焼室
    内へさらに燃料を副噴射するポスト噴射によって行われ
    ることを特徴とする請求項４から６のいずれかに記載の
    内燃機関の排気浄化装置。
  8. 【請求項８】 前記ＮＯｘ触媒より上流側の排気通路
    に排気浄化触媒をさらに備えたことを特徴とする請求項
    １から７のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
  9. 【請求項９】 前記ＮＯｘ触媒より下流側の排気通路
    に設置された酸化触媒と、 前記酸化触媒の温度を検出する酸化触媒温度検出手段
    と、をさらに備え、 前記酸化触媒温度検出手段により検出された前記酸化触
    媒の温度が所定温度よりも低い場合、前記排気空燃比制
    御手段によって前記内燃機関の燃焼室または排気通路の
    少なくとも一方への燃料の添加を制御することにより排
    気ガスの空燃比を間欠的に前記ＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒
    からの回復が可能となる前記第２の所定空燃比に制御す
    る前に、前記酸化触媒の温度が前記所定温度以上となる
    よう前記内燃機関の燃焼室または排気通路の少なくとも
    一方への燃料の添加を制御することを特徴とする請求項
    １から８のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
  10. 【請求項１０】 前記排気空燃比制御手段は、前記内
    燃機関の燃焼室または排気通路の少なくとも一方へ添加
    する燃料の量または添加時間の間隔の少なくとも一方
    を、前記酸化触媒の温度に基づいて制御することを特徴
    とする請求項９記載の内燃機関の排気浄化装置。
  11. 【請求項１１】 前記ＮＯｘ触媒より下流側の排気通
    路に設置された酸化触媒をさらに備え、 前記排気空燃比制御手段により、前記酸化触媒より下流
    側の排気ガスの空燃比が所定空燃比より過薄となるよう
    排気ガスの空燃比を制御することを特徴とする請求項１
    から１０のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
  12. 【請求項１２】 前記ＮＯｘ触媒より下流側、且つ、
    前記酸化触媒より上流側の排気通路に二次空気供給手段
    をさらに備えることを特徴とする請求項１１記載の内燃
    機関の排気浄化装置。
  13. 【請求項１３】 前記ＮＯｘ触媒または前記排気浄化
    触媒は酸素保持能力のない触媒であることを特徴とする
    請求項８記載の内燃機関の排気浄化装置。
  14. 【請求項１４】 前記酸化触媒は酸素保持能力の高い
    触媒であることを特徴とする請求項９から１２のいずれ
    かに記載の内燃機関の排気浄化装置。
  15. 【請求項１５】 前記内燃機関において、前記第１の
    燃焼は低負荷領域で運転されているときに行われ、前記
    第２の燃焼は中高負荷領域で運転されているときに行わ
    れており、 前記低負荷領域においては、前記第１の燃焼を行うとと
    もに燃焼室内の空燃比を制御することによって排気ガス
    の空燃比を前記第２の所定空燃比に制御するか、もしく
    は、前記第１の燃焼を行うとともに、燃焼室内の空燃比
    を制御することによって排気ガスの空燃比を前記第１の
    所定空燃比とした後、燃焼室または排気通路の少なくと
    も一方に燃料を添加することによって排気ガスの空燃比
    を前記第２の所定空燃比に制御するかのいずれかの制御
    を行うことにより前記ＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒からの回
    復が行われ、 前記中高負荷領域においては、 第２の燃焼を行うとと
    もに、燃焼室内の空燃比を制御することによって排気ガ
    スの空燃比を前記第１の所定空燃比とした後、燃焼室ま
    たは排気通路の少なくとも一方に燃料を添加することに
    よって排気ガスの空燃比を間欠的に前記第２の所定空燃
    比に制御することにより前記ＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒か
    らの回復が行われることを特徴とする請求項２記載の内
    燃機関の排気浄化装置。
  16. 【請求項１６】 排気通路に設けられたＮＯｘ触媒を
    ＳＯｘ被毒から回復させるときに、最初に排気ガスの空
    燃比を第１の所定空燃比に制御し、その後、間欠的に前
    記第１の所定空燃比よりも過濃であり前記ＮＯｘ触媒の
    ＳＯｘ被毒からの回復が可能となる第２の所定空燃比に
    制御すると同時に、前記ＮＯｘ触媒の温度を、前記ＮＯ
    ｘ触媒のＳＯｘ被毒からの回復が可能であり、且つ、前
    記ＮＯｘ触媒の劣化を促進しない所定温度範囲に制御す
    ることを特徴とする内燃機関の排気浄化方法。
  17. 【請求項１７】 前記内燃機関は、燃焼室に供給され
    る吸入空気量を制御するスロットル弁と、 燃焼室に再循環される再循環排気ガス量を制御する再循
    環排気ガス制御弁と、を備えており、 前記スロットル弁または前記再循環排気ガス制御弁の少
    なくとも一方の開度を制御することによって排気ガスの
    空燃比を前記第１の所定空燃比に制御することを特徴と
    する請求項１６記載の内燃機関の排気浄化方法。
  18. 【請求項１８】 排気ガスの空燃比を前記第１の所定
    空燃比に制御した後、前記内燃機関の燃焼室または排気
    通路の少なくとも一方への燃料の添加を制御することに
    よって排気ガスの空燃比を間欠的に第２の所定空燃比に
    制御すると同時に、前記ＮＯｘ触媒の温度を前記所定温
    度範囲に制御することを特徴とする請求項１６または１
    ７記載の内燃機関の排気浄化方法。
  19. 【請求項１９】 排気通路にＮＯｘ触媒を備え、燃焼
    室に供給される再循環排気ガス量を増大させた場合は煤
    の発生量が次第に増大してピークに達し、燃焼室に供給
    される再循環排気ガス量を更に増大させた場合は燃焼室
    内における燃焼時の燃料およびその周囲のガス温が煤の
    生成温度よりも低くなって煤の発生量が抑制される第１
    の燃焼と、煤の発生量がピークとなる再循環排気ガス量
    よりも燃焼室に供給される再循環排気ガス量が少ない第
    ２の燃焼とが選択的に切換えられる内燃機関の排気浄化
    方法において、 前記内燃機関が前記第２の燃焼を行っているときに前記
    ＮＯｘ触媒をＳＯｘ被毒から回復させる場合、燃焼室内
    の空燃比を制御することによって排気ガスの空燃比を第
    １の所定空燃比とした後、燃焼室または排気通路の少な
    くとも一方への燃料の添加を制御することによって排気
    ガスの空燃比を間欠的に前記第１の所定空燃比よりも過
    濃であり前記ＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒からの回復が可能
    となる第２の所定空燃比に制御すると同時に、前記ＮＯ
    ｘ触媒の温度を前記ＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒からの回復
    が可能であり、且つ、前記ＮＯｘ触媒の劣化を促進しな
    い所定温度範囲に制御し、 一方、前記内燃機関が前記第１の燃焼を行っているとき
    に前記ＮＯｘ触媒をＳＯｘ被毒から回復させる場合、燃
    焼室内の空燃比を制御することによって排気ガスの空燃
    比を前記第２の所定空燃比に制御するか、もしくは燃焼
    室内の空燃比を制御することによって排気ガスの空燃比
    を前記第１の所定空燃比とした後、燃焼室または排気通
    路の少なくとも一方への燃料の添加を制御することによ
    って排気ガスの空燃比を前記第２の所定空燃比に制御す
    るかの少なくとも一方の制御を行うと同時に、前記ＮＯ
    ｘ触媒の温度を前記所定温度範囲に制御することを特徴
    とする内燃機関の排気浄化方法。
  20. 【請求項２０】 前記内燃機関は、前記ＮＯｘ触媒より
    下流側の排気通路に設置された酸化触媒を備えており、 該酸化触媒の温度が所定温度よりも低い場合、前記内燃
    機関の燃焼室または排気通路の少なくとも一方への燃料
    の添加を制御することによって排気ガスの空燃比を間欠
    的に前記ＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒からの回復が可能とな
    る前記第２の所定空燃比に制御する前に、前記酸化触媒
    の温度が前記所定温度以上となるよう前記内燃機関の燃
    焼室または排気通路の少なくとも一方への燃料の添加を
    制御することを特徴とする請求項１８または１９記載の
    内燃機関の排気浄化方法。
  21. 【請求項２１】 前記内燃機関は、前記ＮＯｘ触媒よ
    り下流側の排気通路に設置された酸化触媒を備えてお
    り、 該酸化触媒より下流の排気ガスの空燃比が所定空燃比よ
    り過薄となるよう排気ガスの空燃比を制御することを特
    徴とする請求項１６から２０のいずれかに記載の内燃機
    関の排気浄化方法。
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