JP3473496B2

JP3473496B2 - 内燃機関の排気浄化装置

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Publication number: JP3473496B2
Application number: JP13849999A
Authority: JP
Inventors: 信也広田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1999-05-19
Filing date: 1999-05-19
Publication date: 2003-12-02
Anticipated expiration: 2019-05-19
Also published as: JP2000328928A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、希薄燃焼可能な内
燃機関より排出される排気ガスから窒素酸化物（ＮＯ
x）を浄化することができる排気浄化装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】希薄燃焼可能な内燃機関より排出される
排気ガスからＮＯxを浄化する排気浄化装置として、吸
蔵還元型ＮＯx触媒に代表されるＮＯx吸収材がある。Ｎ
Ｏx吸収材は、流入排気ガスの空燃比がリーン（即ち、
酸素過剰雰囲気下）のときにＮＯxを吸収し、流入排気
ガスの酸素濃度が低下したときに吸収したＮＯxを放出
するものであり、このＮＯx吸収材の一種である吸蔵還
元型ＮＯx触媒は、流入排気ガスの空燃比がリーン（即
ち、酸素過剰雰囲気下）のときにＮＯxを吸収し、流入
排気ガスの酸素濃度が低下したときに吸収したＮＯxを
放出しＮ₂に還元する触媒である。

【０００３】この吸蔵還元型ＮＯx触媒（以下、単に触
媒あるいはＮＯx触媒ということもある）を希薄燃焼可
能な内燃機関の排気通路に配置すると、リーン空燃比の
排気ガスが流れたときには排気ガス中のＮＯxが触媒に
吸収され、ストイキ（理論空燃比）あるいはリッチ空燃
比の排気ガスが流れたときに触媒に吸収されていたＮＯ
xがＮＯ₂として放出され、さらに排気ガス中のＨＣやＣ
Ｏなどの還元成分によってＮ₂に還元され、即ちＮＯxが
浄化される。

【０００４】ところで、一般に、内燃機関の燃料には硫
黄分が含まれており、内燃機関で燃料を燃焼すると、燃
料中の硫黄分が燃焼してＳＯ₂やＳＯ₃などの硫黄酸化物
（ＳＯx）が発生する。前記吸蔵還元型ＮＯx触媒は、Ｎ
Ｏxの吸収作用を行うのと同じメカニズムで排気ガス中
のＳＯxの吸収を行うので、内燃機関の排気通路にこの
ＮＯx触媒を配置すると、このＮＯx触媒にはＮＯxのみ
ならずＳＯxも吸収される。

【０００５】ところが、前記ＮＯx触媒に吸収されたＳ
Ｏxは時間経過とともに安定な硫酸塩を形成するため、
前記ＮＯx触媒からＮＯxの放出・還元を行うのと同じ条
件下では、分解、放出されにくく触媒内に蓄積され易い
傾向がある。ＮＯx触媒内のＳＯx蓄積量が増大すると、
触媒のＮＯx吸収容量が減少して排気ガス中のＮＯxの除
去を十分に行うことができなくなりＮＯx浄化効率が低
下する。これが所謂ＳＯx被毒である。

【０００６】そこで、吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx浄化
能を長期に亘って高く維持するために、ＮＯx触媒より
も上流に、排気ガス中のＳＯxを主に吸収するＳＯx吸収
材を配置し、ＮＯx触媒にＳＯxが流れ込まないようにし
てＳＯx被毒の防止を図った排気浄化装置が開発されて
いる。

【０００７】前記ＳＯx吸収材は、流入ガスの空燃比が
リーンのときにＳＯxを吸収し、流入ガスの空燃比が理
論空燃比またはリッチのときに吸収したＳＯxをＳＯ₂と
して放出するものであるが、このＳＯx吸収材のＳＯx吸
収容量にも限りがあるため、ＳＯx吸収材がＳＯxで飽和
する前にＳＯx吸収材からＳＯxを放出させる処理、即ち
再生処理を実行する必要がある。

【０００８】ＳＯx吸収材の再生処理技術については、
例えば特許番号第２６０５５８０号の特許公報に開示さ
れている。この公報によれば、ＳＯx吸収材に吸収され
たＳＯxを放出させるには、流入排気ガスの空燃比を理
論空燃比またはリッチ空燃比にする必要があり、また、
ＳＯx吸収材の温度が高い方がＳＯxが放出され易いとさ
れている。

【０００９】さらに、この公報に開示された再生処理技
術では、ＳＯx吸収材からＳＯxを放出させたときに、放
出されたＳＯxが下流に配置されているＮＯx触媒に吸収
されるのを防止するために、ＳＯx吸収材とＮＯx触媒と
を接続する排気管から分岐してＮＯx触媒を迂回するバ
イパス通路を設けるとともに、排気ガスをＮＯx触媒と
バイパス通路のいずれに流すか選択的に切り替える排気
切替弁を設け、ＳＯx吸収材からＳＯxを放出させる再生
処理実行中は排気切替弁により排気ガスをバイパス通路
に流れるようにしてＮＯx触媒には流れないようにし、
再生処理を実行していない時には排気切替弁により排気
ガスをＮＯx触媒に流れるようにしてバイパス通路には
流れないようにしている。このようにすると、再生処理
実行中においては、ＳＯx吸収材から放出されたＳＯxが
ＮＯx触媒に流れ込まなくなるので、ＮＯx触媒がＳＯx
被毒するのを阻止することができる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】前記公報に開示された
再生処理技術によれば、前述したように、ＳＯx吸収材
を再生処理する時には、排気ガスがバイパス通路には流
れるが、ＮＯx触媒には流れないように、排気切替弁を
切り替えている。

【００１１】しかしながら、ここで使用されている排気
切替弁のシール性は不完全であり、しかも、排気ガスを
バイパス通路に流しているとき、ＮＯx触媒の下流が大
気に接続される構造になっているためＮＯx触媒の上流
と下流との間で圧力差が生じ、その結果、本来ならＮＯ
x触媒へ流れないはずである排気ガスが微量ながら排気
切替弁を漏洩してＮＯx触媒に流れていた。ちなみに、
現在使用されている排気切替弁の漏れの程度は１〜１０
％程度である。

【００１２】このように、ＳＯx吸収材の再生処理時に
排気切替弁から漏れた排気ガスがＮＯx触媒に流れる
と、この排気ガスはＳＯx吸収材の再生排気でありＳＯ₂
濃度が高いため、流入するガス流量が微少とはいえ、Ｎ
Ｏx触媒がＳＯx被毒してしまう。

【００１３】本発明はこのような従来の技術の問題点に
鑑みてなされたものであり、本発明が解決しようとする
課題は、ＳＯx吸収材の再生に起因して生じるＮＯx吸収
材のＳＯx被毒を防止することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は前記課題を解決
するために、以下の手段を採用した。本発明に係る内燃
機関の排気浄化装置は、（イ）希薄燃焼可能な内燃機関
の排気通路に配置され、流入する排気ガスの空燃比がリ
ーンのときにＳＯxを吸収し流入する排気ガスの酸素濃
度が低いときに吸収したＳＯxを放出するＳＯx吸収材
と、（ロ）前記ＳＯx吸収材よりも下流の前記排気通路
に配置され、流入する排気ガスの空燃比がリーンのとき
にＮＯxを吸収し流入する排気ガスの酸素濃度が低いと
きに吸収したＮＯxを放出するＮＯx吸収材と、（ハ）前
記ＳＯx吸収材と前記ＮＯx吸収材の間に配置された排気
経路切替手段と、（ニ）前記排気経路切替手段と前記Ｎ
Ｏx吸収材を含んで閉ループを形成し得る第１の排気通
路と、（ホ）前記排気経路切替手段の下流に設けられた
第２の排気通路と、を備え、前記排気経路切替手段は、
前記第１の排気通路を閉ループにするとともに前記ＳＯ
x吸収材から流出した排気ガスを前記第１の排気通路を
バイパスさせて前記第２の排気通路に流す第１経路と、
前記第１の排気通路を非閉ループにして前記ＳＯx吸収
材から流出した排気ガスを前記第１の排気通路を通過さ
せたのち前記第２の排気通路に流す第２経路に、切り替
え可能であることを特徴とする。

【００１５】この内燃機関の排気浄化装置においては、
ＳＯx吸収材に吸収されたＳＯxをＳＯx吸収材から放出
する再生処理時には、排気経路切替手段を第１経路に保
持する。ＳＯx吸収材の再生処理中はＳＯx吸収材から流
出する排気ガス（再生排気）のＳＯx濃度が高くなる
が、排気経路切替手段を第１経路に保持すると、この再
生排気はＮＯx吸収材をバイパスして第２の排気通路を
通って排出される。また、このとき、第１の排気通路は
排気経路切替手段およびＮＯx吸収材とともに閉ループ
を形成するので、排気経路切替手段のシール性が不完全
なために前記再生排気が排気経路切替手段から第１の排
気通路に流入するとしても、流入すると直ちに前記閉ル
ープ内の圧力が上昇し平衡状態となるので再生排気の流
入は瞬時に停止する。そして、この閉ループ内はその全
域において等圧になり、ＮＯx吸収材の上流と下流との
間にも圧力差は生じない。したがって、ＳＯx吸収材の
再生中にその再生排気がＮＯx吸収材に流れることはな
く、ＮＯx吸収材がＳＯx被毒することがない。

【００１６】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置にお
いて、希薄燃焼可能な内燃機関としては、筒内直接噴射
式のリーンバーンガソリンエンジンやディーゼルエンジ
ンを例示することができる。リーンバーンガソリンエン
ジンの場合には、排気ガスの空燃比制御は燃焼室に供給
される混合気の空燃比制御により実現可能である。ディ
ーゼルエンジンの場合の排気ガスの空燃比制御は、吸気
行程または膨張行程または排気行程で燃料を噴射する所
謂副噴射を行うか、あるいは、ＳＯx吸収材やＮＯx吸収
材よりも上流の排気通路内に還元剤を供給することによ
り実現可能である。ここで、排気ガスの空燃比とは、機
関吸気通路及びＳＯx吸収材あるいはＮＯx吸収材よりも
上流での排気通路内に供給された空気及び燃料（炭化水
素）の比をいう。

【００１７】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置にお
いて、ＮＯx吸収材としては、吸蔵還元型ＮＯx触媒を例
示することができる。吸蔵還元型ＮＯx触媒は、流入す
る排気ガスの空燃比がリーンのときにＮＯxを吸収し、
流入する排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸収したＮ
Ｏxを放出し、Ｎ₂に還元する触媒である。この吸蔵還元
型ＮＯx触媒は、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Ｌ
ｉ、セシウムＣｓのようなアルカリ金属、バリウムＢ
ａ、カルシウムＣａのようなアルカリ土類、ランタンＬ
ａ、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な
るもの例示することができる。

【００１８】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置にお
いて、ＳＯx吸収材としては吸蔵還元型ＮＯx触媒を例示
することができる。また、流入する排気ガスの空燃比が
リーンのときにＳＯxを吸着し、ストイキあるいはリッ
チで放出する三元触媒や選択還元型ＮＯx触媒もＳＯx吸
収材として例示できる。

【００１９】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置にお
いて、排気経路切替手段は４つのポートを備えた切替弁
で構成することができる。その場合には、切替弁の第１
ポートをＳＯx吸収材に接続し、第２ポートを第２の排
気通路に接続し、第３ポート及び第４ポートを第１の排
気通路に接続し、第１の排気通路の途中にＮＯx吸収材
を配置して、切替弁の弁体を第１の弁体位置に保持する
ことにより、第１ポートと第２ポートを連通するととも
に第３ポートと第４ポートを連通し、第２の弁体位置に
保持することにより、第１ポートと第３ポートを連通す
るとともに第２ポートと第４ポートを連通するようにす
ればよい。

【００２０】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置にお
いては、前記排気経路切替手段から前記ＮＯx吸収材の
出口までの流路長を、前記排気経路切替手段から前記Ｎ
Ｏx吸収材入口までの流路長よりも短くするのが好まし
い。このようにすると、万が一、ＳＯx吸収材の再生中
に排気経路切替手段のシール性が不完全なため再生排気
が第１の排気通路に流入し、そのためにＮＯx吸収材が
若干ＳＯx被毒する場合にも、その被毒場所をＮＯx吸収
材の出口側に特定することができる。ＮＯx吸収材の出
口側のＳＯx被毒は入口側がＳＯx被毒した場合に比べ
て、ＳＯx被毒からの回復（ＳＯxの離脱）が容易であ
る。

【００２１】さらに、上述のように排気経路切替手段か
らＮＯx吸収材の出口までの流路長を短くした場合、前
記ＳＯx吸収材に吸収されたＳＯxを放出せしめるＳＯx
吸収材の再生処理時には前記排気経路切替手段を前記第
１経路に保持し、ＳＯx吸収材の再生処理後、前記排気
経路切替手段を前記第２経路に切り替えるとともに、前
記内燃機関の一部の気筒についてはリッチ空燃比で燃焼
し他の気筒についてはリーン空燃比で燃焼する気筒別空
燃比制御を実行するようにしてもよい。このように、気
筒別空燃比制御を実行すると、ＮＯx吸収材において還
元剤が酸化することによりＮＯx吸収材の出口側をより
高温にすることができ、ＮＯx吸収材の出口側がＳＯx被
毒した場合に、そのＳＯx被毒からの回復がより容易に
なる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る内燃機関の排
気浄化装置の実施の形態を図１から図７の図面に基いて
説明する。

【００２３】〔第１の実施の形態〕初めに、本発明に係
る内燃機関の排気浄化装置の第１の実施の形態を図１か
ら図５を参照して説明する。図１は本発明を希薄燃焼可
能な車両用ガソリンエンジンに適用した場合の概略構成
を示す図である。この図において、符号１は機関本体、
符号２はピストン、符号３は燃焼室、符号４は点火栓、
符号５は吸気弁、符号６は吸気ポート、符号７は排気
弁、符号８は排気ポートを夫々示す。

【００２４】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が取り付
けられている。サージタンク１０は吸気ダクト１２およ
びエアフロメータ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
れている。

【００２５】一方、排気ポート８は排気マニホルド１６
を介してＳＯx吸収材１７を内蔵したケーシング１８に
連結され、ケーシング１８の出口部は排気管１９を介し
て４つのポートを備えた排気切替弁（排気経路切替手
段）２８の第１ポートに連結されている。排気切替弁２
８の第２ポートは排気ガスを大気に排出する排気管（第
２の排気通路）２４に連結され、排気切替弁２８の第３
ポートは排気管（第１の排気通路）２５を介して吸蔵還
元型ＮＯx触媒（ＮＯx吸収材）２０を内蔵したケーシン
グ２１の入口部２１ａに連結され、排気切替弁２８の第
４ポートは排気管（第１の排気通路）２６を介してケー
シング２１の出口部２１ｂに連結されている。以下、吸
蔵還元型ＮＯx触媒２０をＮＯx触媒２０と略す。ＳＯx
吸収材１７、ＮＯx触媒２０については後で詳述する。
尚、この実施の形態では、排気管２５の長さ（流路長）
は排気管２６の長さ（流路長）よりも短く設定されてい
る。

【００２６】排気切替弁（排気流れ切替手段）２８の弁
体はエンジンコントロール用の電子制御ユニット（以
下、ＥＣＵと略す）３０からの指令に従ってアクチュエ
ータ２７によって作動せしめられる。詳述すると、排気
切替弁２８の弁体は、図１に示すように排気管２５と排
気管２６を接続してこれらを閉ループにするとともに排
気管１９と排気管２４を接続する第１の弁体位置と、図
２に示すように排気管１９と排気管２５を接続するとと
もに排気管２６と排気管２４を接続する第２の弁体位置
のいずれか一方の弁体位置を選択してアクチュエータ２
７により作動せしめられる。

【００２７】この排気切替弁２８の弁体位置の切り替え
によって、排気ガスの排出経路が決定される。まず、排
気切替弁２８の弁体を図１の如く第１の弁体位置にした
場合には、排気ガスが排気管１９から排気管２４に流れ
る第１経路が形成される。この時、排気管２５と排気管
２６はいずれも排気管１９，２４から離隔されるので、
これら排気管２５，２６には排気ガスが流れ込まない。
また、排気切替弁２８のシール性が不完全なため若干の
排気ガスが排気管２５，２６に漏れて入いるとしても、
排気管２５と排気管２６はケーシング２１及び排気切替
弁２８とともに閉ループを形成しているので、この閉ル
ープ内は瞬時に排気管１９内の圧力と平衡し排気ガスの
流入は停止する。しかも、この閉ループ内は等圧であり
ケーシング２１の入口部２１ａと出口部２１ｂとの間に
圧力差が生じないので、ＮＯx触媒２０内に排気ガスの
流れが生じることはない。

【００２８】また排気切替弁２８の弁体を図２の如く第
２の弁体位置にした場合には、排気ガスが排気管１９か
ら排気管２５を通ってＮＯx触媒２０を流れさらに排気
管２６から排気管２４に流れる第２経路が形成される。

【００２９】ＥＣＵ３０はデジタルコンピュータからな
り、双方向バス３１によって相互に接続された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（セントラルプロセッサユニッ
ト）３４、入力ポート３５、出力ポート３６を具備す
る。エアフロメータ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３７を介して入
力ポート３５に入力される。

【００３０】一方、ＳＯx吸収材１７の下流の排気管１
９内にはＳＯx吸収材１７を通過した排気ガスの温度に
比例した出力電圧を発生する温度センサ２３が取り付け
られ、この温度センサ２３の出力電圧がＡＤ変換器３８
を介して入力ポート３５に入力される。また、入力ポー
ト３５には機関回転数を表す出力パルスを発生する回転
数センサ４１が接続されている。出力ポート３６は対応
する駆動回路３９を介して夫々点火栓４および燃料噴射
弁１１、アクチュエータ２７に接続されている。

【００３１】このガソリンエンジンでは、例えば次式に
基づいて燃料噴射時間ＴＡＵが算出される。ＴＡＵ＝ＴＰ・Ｋここで、ＴＰは基本燃料噴射時間を示しており、Ｋは補
正係数を示している。基本燃料噴射時間ＴＰは機関シリ
ンダ内に供給される混合気の空燃比を理論空燃比とする
のに必要な燃料噴射時間を示している。この基本燃料噴
射時間ＴＰは予め実験により求められ、機関負荷Ｑ／Ｎ
（吸入空気量Ｑ／機関回転数Ｎ）および機関回転数Ｎの
関数として図３に示すようなマップの形で予めＲＯＭ３
２内に記憶されている。補正係数Ｋは機関シリンダ内に
供給される混合気の空燃比を制御するための係数であっ
て、Ｋ＝１．０であれば機関シリンダ内に供給される混
合気は理論空燃比となる。これに対してＫ＜１．０にな
れば機関シリンダ内に供給される混合気の空燃比は理論
空燃比よりも大きくなり、即ちリーン空燃比となり、Ｋ
＞１．０になれば機関シリンダ内に供給される混合気の
空燃比は理論空燃比よりも小さくなり、即ちリッチ空燃
比となる。

【００３２】この実施の形態のガソリンエンジンでは、
機関低中負荷運転領域では補正係数Ｋの値が１．０より
も小さい値とされてリーン空燃比制御が行われ、機関高
負荷運転領域、エンジン始動時の暖機運転時、加速時、
及び１２０ｋｍ／ｈ以上の定速運転時には補正係数Ｋの
値が１．０とされて理論空燃比制御が行われ、機関全負
荷運転領域では補正係数Ｋの値は１．０よりも大きな値
とされてリッチ空燃比制御が行われるように設定してあ
る。

【００３３】内燃機関では通常、低中負荷運転される頻
度が最も高く、したがって運転期間中の大部分において
補正係数Ｋの値が１．０よりも小さくされて、リーン混
合気が燃焼せしめられることになる。

【００３４】図４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。この図か
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。

【００３５】ケーシング２１内に収容されているＮＯx
触媒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なる。機関
吸気通路およびＮＯx触媒２０より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ＮＯx触
媒２０への流入排気ガスの空燃比と称する（以下、排気
空燃比と略称する）と、このＮＯx触媒２０は、排気空
燃比がリーンのときにはＮＯxを吸収し、流入排気ガス
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。

【００３６】なお、ＮＯx触媒２０より上流の排気通路
内に燃料（炭化水素）あるいは空気が供給されない場合
には、排気空燃比は燃焼室３内に供給される混合気の空
燃比に一致し、したがってこの場合には、ＮＯx触媒２
０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ＮＯxを吸収し、燃焼室３内に供給される混合
気の酸素濃度が低下すると吸収したＮＯxを放出するこ
とになる。

【００３７】ＮＯx触媒２０によるＮＯxの吸放出作用の
詳細なメカニズムについては明かでない部分もある。し
かしながら、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。

【００３８】即ち、流入排気ガスの空燃比がかなりリー
ンになると流入排気ガスの酸素濃度が大巾に増大し、図
５（Ａ）に示されるように酸素Ｏ₂がＯ₂ ^-又はＯ^2-の形
で白金Ｐｔの表面に付着する。一方、流入排気ガスに含
まれるＮＯは、白金Ｐｔの表面上でＯ₂ ^-又はＯ^2-と反応
し、ＮＯ₂となる（２ＮＯ＋Ｏ₂→２ＮＯ₂）。

【００３９】次いで、生成されたＮＯ₂の一部は、白金
Ｐｔ上で酸化されつつＮＯx触媒２０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ＮＯx触媒２０内に拡
散する。このようにしてＮＯxがＮＯx触媒２０内に吸収
される。

【００４０】流入排気ガスの酸素濃度が高い限り白金Ｐ
ｔの表面でＮＯ₂が生成され、ＮＯx触媒２０のＮＯx 吸
収能力が飽和しない限り、ＮＯ₂がＮＯx触媒２０内に吸
収されて硝酸イオンＮＯ₃ ^-が生成される。

【００４１】これに対して、流入排気ガスの酸素濃度が
低下してＮＯ₂の生成量が低下すると反応が逆方向（Ｎ
Ｏ₃ ^-→ＮＯ₂）に進み、ＮＯx触媒２０内の硝酸イオンＮ
Ｏ₃ ^-がＮＯ₂またはＮＯの形でメイン触媒２０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、ＮＯx触媒２０からＮＯxが放出されることになる。
図４に示されるように、流入排気ガスのリーンの度合い
が低くなれば流入排気ガスの酸素濃度が低下し、したが
って流入排気ガスのリーンの度合いを低くすればＮＯx
触媒２０からＮＯxが放出されることとなる。

【００４２】一方、このとき、燃焼室３内に供給される
混合気がストイキまたはリッチにされて排気空燃比が理
論空燃比またはリッチ空燃比になると、図４に示される
ように機関からは多量の未燃ＨＣ，ＣＯが排出され、こ
れら未燃ＨＣ，ＣＯは、白金Ｐｔ上の酸素Ｏ₂ ^-又はＯ^2-
と反応して酸化せしめられる。

【００４３】また、排気空燃比が理論空燃比またはリッ
チ空燃比になると流入排気ガスの酸素濃度が極度に低下
するためにＮＯx触媒２０からＮＯ₂またはＮＯが放出さ
れ、このＮＯ₂またはＮＯは、図５（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てＮ₂と
なる。

【００４４】即ち、流入排気ガス中のＨＣ，ＣＯは、ま
ず白金Ｐｔ上の酸素Ｏ₂ ^-又はＯ^2-とただちに反応して酸
化せしめられ、次いで白金Ｐｔ上の酸素Ｏ₂ ^-又はＯ^2-が
消費されてもまだＨＣ，ＣＯが残っていれば、このＨ
Ｃ，ＣＯによってＮＯx触媒から放出されたＮＯxおよび
エンジンから排出されたＮＯxがＮ₂に還元せしめられ
る。

【００４５】このようにして白金Ｐｔの表面上にＮＯ₂
またはＮＯが存在しなくなると、ＮＯx触媒２０から次
から次へとＮＯ₂またはＮＯが放出され、さらにＮ₂に還
元せしめられる。したがって、排気空燃比を理論空燃比
またはリッチ空燃比にすると短時間の内にＮＯx触媒２
０からＮＯxが放出されることになる。

【００４６】このように、排気空燃比がリーンになると
ＮＯxがＮＯx触媒２０に吸収され、排気空燃比を理論空
燃比あるいはリッチ空燃比にするとＮＯxがＮＯx触媒２
０から短時間のうちに放出され、Ｎ₂に還元される。し
たがって、大気中へのＮＯxの排出を阻止することがで
きる。

【００４７】ところで、この実施の形態では前述したよ
うに、全負荷運転時には燃焼室３内に供給される混合気
がリッチ空燃比とされ、また高負荷運転時、エンジン始
動時の暖機運転時、加速時、及び１２０ｋｍ／ｈ以上の
定速運転時には混合気が理論空燃比とされ、低中負荷運
転時には混合気がリーン空燃比とされるので、低中負荷
運転時に排気ガス中のＮＯxがＮＯx触媒２０に吸収さ
れ、全負荷運転時及び高負荷運転時にＮＯx触媒２０か
らＮＯxが放出され還元されることになる。しかしなが
ら、全負荷運転あるいは高負荷運転の頻度が少なく、低
中負荷運転の頻度が多くその運転時間が長ければ、ＮＯ
xの放出・還元が間に合わなくなり、ＮＯx触媒２０のＮ
Ｏxの吸収能力が飽和してＮＯxを吸収できなくなってし
まう。

【００４８】そこで、この実施の形態では、リーン混合
気の燃焼が行われている場合、即ち低中負荷運転を行っ
ているときには、比較的に短い周期でスパイク的（短時
間）にストイキまたはリッチ混合気の燃焼が行われるよ
うに混合気の空燃比を制御し、短周期的にＮＯxの放出
・還元を行っている。このようにＮＯxの吸放出のため
に、排気空燃比（この実施の形態では混合気の空燃比）
が比較的に短い周期で「リーン」と「スパイク的な理論
空燃比またはリッチ空燃比」を交互に繰り返されるよう
に制御することを、以下の説明ではリーン・リッチスパ
イク制御と称す。尚、この出願においては、リーン・リ
ッチスパイク制御はリーン空燃比制御に含まれるものと
する。

【００４９】一方、燃料には硫黄（Ｓ）が含まれてお
り、燃料中の硫黄が燃焼するとＳＯ₂やＳＯ₃などの硫黄
酸化物（ＳＯx）が発生し、ＮＯx触媒２０は排気ガス中
のこれらＳＯxも吸収する。ＮＯx触媒２０のＳＯx吸収
メカニズムはＮＯx吸収メカニズムと同じであると考え
られる。即ち、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を坦持さ
せた場合を例にとって説明すると、前述したように、排
気空燃比がリーンのときには、酸素Ｏ₂がＯ₂ ^-又はＯ^2-
の形でＮＯx触媒２０の白金Ｐｔの表面に付着してお
り、流入排気ガス中のＳＯx（例えばＳＯ₂）は白金Ｐｔ
の表面上で酸化されてＳＯ₃となる。

【００５０】その後、生成されたＳＯ₃は、白金Ｐｔの
表面で更に酸化されながらＮＯx触媒２０内に吸収され
て酸化バリウムＢａＯと結合し、硫酸イオンＳＯ₄ ^2-の
形でＮＯx触媒２０内に拡散し硫酸塩ＢａＳＯ₄を生成す
る。この硫酸塩ＢａＳＯ₄は安定していて分解しずら
く、前述したリーン・リッチスパイク制御におけるリッ
チスパイクにより流入排気ガスの空燃比を短時間だけ理
論空燃比またはリッチ空燃比にしても分解されずにＮＯ
x触媒２０内に残ってしまう。したがって、時間経過に
伴いＮＯx触媒２０内のＢａＳＯ₄の生成量が増大すると
ＮＯx触媒２０の吸収に関与できるＢａＯの量が減少し
てＮＯxの吸収能力が低下してしまう。これが即ちＳＯx
被毒である。

【００５１】そこで、この排気浄化装置ではＮＯx触媒
２０にＳＯxが流入しないように、流入する排気ガスの
空燃比がリーン空燃比のときにＳＯxを吸収し流入する
排気ガスの空燃比が理論空燃比またはリッチ空燃比にな
って酸素濃度が低下すると吸収したＳＯxを放出するＳ
Ｏx吸収材１７を、ＮＯx触媒２０よりも上流に配置して
いるのである。このＳＯx吸収材１７は、ＳＯx吸収材１
７に流入する排気ガスの空燃比がリーン空燃比のときに
はＳＯxと共にＮＯxも吸収するが、流入する排気ガスの
空燃比が理論空燃比またはリッチ空燃比になって酸素濃
度が低下すると、吸収したＳＯxばかりでなくＮＯxも放
出する。

【００５２】前述したように、ＮＯx触媒２０ではＳＯx
が吸収されると安定した硫酸塩ＢａＳＯ₄が生成され、
その結果、ＮＯx触媒２０に流入する排気ガスの空燃比
を理論空燃比またはリッチにしてもＳＯxがＮＯx触媒２
０から放出されなくなる。したがって、ＳＯx吸収材１
７に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比またはリッ
チにしたときにＳＯx吸収材１７からＳＯxが放出される
ようにするためには、吸収したＳＯxが硫酸イオンＳＯ₄
^2-の形でＳＯx吸収材１７内に存在するようにするか、
あるいは、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ＳＯx吸収材１７に存在
するようにすることが必要となる。これを可能とするＳ
Ｏx吸収材１７としては、アルミナからなる担体上に銅
Ｃｕ、鉄Ｆｅ、マンガンＭｎ、ニッケルＮｉのような遷
移金属、ナトリウムＮａ、チタンＴｉおよびリチウムＬ
ｉから選ばれた少なくとも一つを坦持したＳＯx吸収材
１７を用いることができる。

【００５３】このＳＯx吸収材１７では、ＳＯx吸収材１
７に流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに排気ガ
ス中のＳＯ₂がＳＯx吸収材１７の表面で酸化されつつ硫
酸イオンＳＯ₄ ^2-の形でＳＯx吸収材１７内に吸収され、
次いでＳＯx吸収材１７内に拡散される。この場合、Ｓ
Ｏx吸収材１７の担体上に白金Ｐｔ、パラジウムＰｄ、
ロジウムＲｈのうちのいずれかを坦持させておくとＳＯ
₂がＳＯ₃ ^2-の形で白金Ｐｔ、パラジウムＰｄ、ロジウム
Ｒｈ上に吸着し易くなり、かくしてＳＯ₂は硫酸イオン
ＳＯ₄ ^2-の形でＳＯx吸収材１７内に吸収され易くなる。
したがって、ＳＯ₂の吸収を促進するためにはＳＯx吸収
材１７の担体上に白金Ｐｔ、パラジウムＰｄ、ロジウム
Ｒｈのいずれかを坦持させることが好ましい。

【００５４】このＳＯx吸収材１７をＮＯx触媒２０の上
流に配置すると、ＳＯx吸収材１７に流入する排気ガス
の空燃比がリーンになると排気ガス中のＳＯxがＳＯx吸
収材１７に吸収され、したがって、下流のＮＯx触媒２
０にはＳＯxが流れ込まなくなり、ＮＯx触媒２０では排
気ガス中のＮＯxのみが吸収されることになる。

【００５５】一方、前述したようにＳＯx吸収材１７に
吸収されたＳＯxは硫酸イオンＳＯ₄ ² ^-の形でＳＯx吸収
材１７に拡散しているか、あるいは不安定な状態で硫酸
塩ＢａＳＯ₄となっている。したがって、ＳＯx吸収材１
７に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比またはリッ
チになって酸素濃度が低下するとＳＯx吸収材１７に吸
収されているＳＯxがＳＯx吸収材１７から容易に放出さ
れることになる。

【００５６】ところで、本出願人の研究により、ＳＯx
吸収材１７の吸放出作用に関して次のことがわかった。
ＳＯx吸収材１７に吸収されているＳＯx量が少ないとき
には、ＳＯx吸収材１７のＳＯx吸着力が強いため、ＳＯ
x吸収材１７にストイキまたはリッチ空燃比の排気ガス
を短時間（例えば５秒以下）流したのではＳＯx吸収材
１７からＳＯxは放出されない。これについては、本出
願人は、ＳＯx吸収材１７に吸収されているＳＯx量が少
ないときに、ＮＯx触媒２０からＮＯxを放出させるため
に行うリーン・リッチスパイク制御のときのリッチスパ
イクの継続時間ではＳＯx吸収材１７からＳＯxが放出さ
れないことを確認している。ただし、ＳＯx吸収材１７
に吸収されているＳＯx量が少ないときであっても、Ｓ
Ｏx吸収材１７にストイキまたはリッチ空燃比の排気ガ
スを長時間流した場合には、ＳＯx吸収材１７からＳＯx
が放出される。

【００５７】しかしながら、ＳＯx吸収材１７に吸収さ
れているＳＯx量が増えたときには、ＳＯx吸収材１７の
ＳＯx吸着力が弱くなるため、ＳＯx吸収材１７にストイ
キまたはリッチ空燃比の排気ガスを短時間流した場合に
もＳＯx吸収材１７からＳＯxが漏れ出て、下流のＮＯx
触媒２０を被毒する虞れがある。

【００５８】そこで、この実施の形態では、エンジンの
運転状態の履歴からＳＯx吸収材１７に吸収されたＳＯx
量を推定し、その推定ＳＯx吸収量が所定量に達した時
をＳＯx吸収材１７の再生時期と判断して、ＳＯx吸収材
１７からＳＯxを放出させる再生処理を実行する。ＳＯx
吸収材１７の再生処理を実行するに際し、ＥＣＵ３０
は、機関回転数Ｎと機関負荷Ｑ／Ｎからその時の機関運
転状態を判断し、また、温度センサ２３で検出したその
時の排気ガス温度をＳＯx吸収材１７の温度として代用
し、機関運転状態とＳＯx吸収材１７の温度に基づき燃
費悪化が少なく最も効率的にＳＯxを放出できるストイ
キまたはリッチ条件および処理時間を選定し、選定した
空燃比条件の排気ガスを選定した処理時間だけＳＯx吸
収材１７に流すことにより実行する。

【００５９】また、ＳＯx吸収材１７からＳＯxを放出さ
せるには、ＳＯx吸収材１７の温度を所定温度（例え
ば、５５０゜Ｃ）以上の高温にする必要があることがわ
かっており、ＥＣＵ３０は、ＳＯx吸収材１７の再生処
理実行中、適宜の手段によって排気ガス温度の温度制御
を行い、ＳＯx吸収材１７の温度を前記所定温度（以
下、これをＳＯx放出温度という）以上に制御する。

【００６０】ＳＯx吸収材１７を再生すると、ＳＯx吸収
材１７から流出した排気ガス（以下、これを再生排気と
いう）にはＳＯx吸収材１７から放出された多量のＳＯx
が含まれることとなるため、この再生排気がＮＯx触媒
２０に流入すると再生排気中のＳＯxがＮＯx触媒２０に
吸収され、ＮＯx触媒２０がＳＯx被毒してしまい、ＳＯ
x吸収材１７を設けた意味がなくなってしまう。そこ
で、この排気浄化装置では、ＳＯx吸収材１７の再生処
理時にＳＯx吸収材１７から放出されたＳＯxがＮＯx触
媒２０に吸収されるのを阻止するために、ＳＯx吸収材
１７の再生処理時には排気切替弁２８の弁体を図１に示
す如く第１の弁体位置に保持して排気ガスを第１経路に
流し、ＮＯx触媒２０には再生排気を流さないようにす
る。

【００６１】このようにＳＯx吸収材１７を再生処理し
ているときに排気切替弁２８の弁体を第１の弁体位置に
保持すれば、再生排気は排気管１９から排気管２４へと
流れ、排気管２５，２６には再生排気は流入しない。ま
た、排気切替弁２８のシール性が不完全なため若干の再
生排気が排気管２５，２６に漏れて入るとしても、排気
管２５，２６はケーシング２１及び排気切替弁２８とと
もに閉ループを形成しているので、この閉ループ内は瞬
時にして排気管１９内の圧力と平衡し再生排気の流入は
停止する。しかも、この閉ループ内は等圧であり、ケー
シング２１の入口部２１ａと出口部２１ｂとの間に圧力
差が生じないので、ＮＯx触媒２０内に再生排気の流れ
が生じることはない。したがって、ＳＯx吸収材１７の
再生処理時におけるＮＯx触媒２０のＳＯx被毒を防止す
ることができる。

【００６２】一方、ＳＯx吸収材１７の非再生処理時に
は排気切替弁２８の弁体を図２に示すように第２の弁体
位置に保持し、リーン・リッチスパイク制御された排気
ガスを第２経路に流す。つまり、排気切替弁２８の弁体
を第２の弁体位置にして排気管１９と排気管２５を接続
するとともに排気管２６と排気管２４を接続すると、排
気ガスは排気管１９から排気管２５を通ってＮＯx触媒
２０に流れ込み、ＮＯx触媒２０を通過した排気ガスは
さらに排気管２６を通って排気管２４に流れ出る。この
ように排気ガスを第２経路に流すと、排気ガスはＳＯx
吸収材１７、ＮＯx触媒２０を順次通過して排出される
ことになる。そして、リーン・リッチスパイク制御され
た排気ガスがＳＯx吸収材１７を通過する際に排気ガス
中のＳＯxがＳＯx吸収材１７に吸収され、その後、ＳＯ
xを除去された排気ガスがＮＯx触媒２０を流れる際にＮ
Ｏxの吸放出・還元浄化がなされる。

【００６３】〔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の第２の実施の形態を図６及び
図７を参照して説明する。前述した第１の実施の形態で
は、排気管２５の長さが排気管２６の長さよりも短く設
定されていて、ケーシング２１の入口部２１ａを出口部
２１ｂよりも排気切替弁２８の近くに配置しているが、
この第２の実施の形態では、図６に示すように、排気管
２６の長さを排気管２５の長さよりも短く設定して、ケ
ーシング２１の出口部２１ｂを入口部２１ａよりも排気
切替弁２８の近くに配置している。第１の実施の形態と
第２の実施の形態の構造的な相違点はこの点だけであ
る。

【００６４】ケーシング２１の出口部２１ｂを入口部２
１ａよりも排気切替弁２８の近くに配置することによる
利点を以下に説明する。第１の実施の形態において説明
したように、ＳＯx吸収材１７の再生処理時に排気切替
弁２８の弁体を図６において実線で示す第１の弁体位置
に保持することによりＮＯx触媒２１に再生排気が流入
しないようにしても、排気切替弁２８のシール性の不完
全に起因して再生排気が排気切替弁２８から排気管２
５，２６に漏れて入る場合が考えられる。ただし、再生
排気が排気管２５，２６に漏れて入ったとしても、ケー
シング２１、排気管２５，２６、排気切替弁２８から構
成される閉ループ内は瞬時にして排気管１９内の圧力と
平衡し再生排気の流入は停止するし、ケーシング２１の
入口部２１ａと出口部２１ｂに圧力差が生じないのでＮ
Ｏx触媒２０に再生排気が流れないはずである。

【００６５】しかしながら、排気管２５，２６の長さが
絶対的に短ければ、再生排気の流入が停止する前に、再
生排気がＮＯx触媒２０の端部に到達してしまうことも
考えられる。また、再生排気がＮＯx触媒２０に直接に
到達しないまでも、一度排気管２５，２６内に入った再
生排気は、ＳＯx吸収材１７の再生中、排気切替弁２８
の弁体を第１の弁体位置に保持している限り、排気管２
５，２６から排出されることはないので排気管２５，２
６内に留まることとなり、この滞留した再生排気が徐々
に拡散していってＮＯx触媒２０の端部に到達すること
も考えられる。この場合、ＮＯx触媒２０は配管長さの
短い方の排気管に近い側の端部がＳＯx被毒を受け易い
はずである。したがって、排気管２５の長さが排気管２
６の長さよりも短ければ、ＮＯx触媒２０はケーシング
２１の入口部２１ａに近い方の端部がＳＯx被毒を受け
易く、排気管２６の長さが排気管２５の長さよりも短け
れば、ＮＯx触媒２０はケーシング２１の出口部２１ｂ
に近い方の端部がＳＯx被毒を受け易いということがで
きる。

【００６６】ここで、ＮＯx触媒２０においてケーシン
グ２１の入口部２１ａに近い側の端部がＳＯx被毒を受
けた場合、ＳＯx吸収材１７の再生処理後に排気切替弁
２８の弁体を第２の弁体位置に切り替えて、リーン・リ
ッチスパイク制御された排気ガスを第２経路に流すと、
ＮＯx触媒２０の入口側に被毒したＳＯxがリッチスパイ
クの排気ガスが流れた時に分解し、分解したＳＯxがＮ
Ｏx触媒２０の下流側に移動して再びＮＯx触媒２０に吸
着されるようになり、ＳＯxがＮＯx触媒２０の全域に広
く拡散するだけでＮＯx触媒２０から放出することがで
きない。

【００６７】これに対して、ＮＯx触媒２０においてケ
ーシング２１の出口部２１ｂに近い側の端部がＳＯx被
毒を受けた場合には、ＳＯx吸収材１７の再生処理後に
排気切替弁２８の弁体を第２の弁体位置（図６において
破線で示す）に切り替えて、リーン・リッチスパイク制
御された排気ガスを第２経路に流すと、ＮＯx触媒２０
の出口側に被毒したＳＯxがリッチスパイクの排気ガス
が流れた時に分解し、ＳＯ₂となってＮＯx触媒２０から
放出される。

【００６８】したがって、この第２の実施の形態のよう
に、排気管２６の長さを排気管２５の長さよりも短くし
てＮＯx触媒２０の出口側を入口側よりも排気切替弁２
８に近付けた方が、万が一、ＳＯx吸収材１７の再生処
理時にＮＯx触媒２０がＳＯx被毒した場合にも、被毒し
たＳＯxを放出させ易いという点で有利である。

【００６９】また、このように排気管２６の長さを排気
管２５の長さよりも短くした場合、ＳＯx吸収材１７の
再生処理後に排気切替弁２８の弁体を図６において破線
で示す第２の弁体位置に切り替えて排気ガスを第２経路
に流すときに、排気切替弁２８による排気経路の切り替
え直後の所定時間の間は、ＳＯx吸収材１７の再生時と
同じようにＳＯx放出温度以上の高温のストイキまたは
リッチ空燃比の排気ガスを流すように制御し、前記所定
時間の経過後に排気ガスの空燃比制御をリーン・リッチ
スパイク制御に切り替えるようにするのが好ましい。

【００７０】このようにすると、ＳＯx吸収材１７の再
生処理時に排気管２５内に流入し、再生処理の間、排気
管２５内に滞留していた再生排気中のＳＯxは、排気切
替弁２８による排気経路の切り替え直後に流入するスト
イキまたはリッチ空燃比の排気ガスとともにＮＯx触媒
２０を通過するので、前記再生排気中のＳＯxがＮＯx触
媒２０を被毒するのを防止することができる。しかも、
高温でストイキまたはリッチ空燃比の排気ガスは、ＮＯ
x触媒２０の出口側に被毒していたＳＯxを確実に分解・
放出する。

【００７１】さらに、上述のようにＳＯx吸収材１７の
再生処理後の排気切替弁２８による排気経路の切り替え
直後の所定時間の間、ストイキまたはリッチ空燃比の排
気ガスを流す場合に、気筒別空燃比制御により排気ガス
の空燃比制御を行うと、より効果的である。これについ
て図７を参照して説明する。

【００７２】図７は４気筒エンジンの例であり、図中、
符号１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄはそれぞれ１番気筒，２番
気筒，３番気筒，４番気筒のシリンダを示し、１番気筒
の排気マニホールド１６Ａと４番気筒の排気マニホール
ド１６ＤはＳＯx吸収材１７を内蔵したケーシング１８
Ａに連結され、２番気筒の排気マニホールド１６Ｂと３
番気筒の排気マニホールド１６ＣはＳＯx吸収材１７を
内蔵したケーシング１８Ｂに連結され、ケーシング１８
Ａとケーシング１８Ｂは排気管１９を介して排気切替弁
２８の第１ポートに連結されている。排気切替弁２８よ
りも下流については図６に示す態様と同じ構成であるの
で説明を省略する。

【００７３】この内燃機関においては、排気切替弁２８
の弁体を図７において実線で示す第１の弁体位置に保持
してケーシング１８ＡのＳＯx吸収材１７とケーシング
１８ＢのＳＯx吸収材１７の再生処理を同時に行い、そ
の再生処理後に排気切替弁２８の弁体を図７において破
線で示す第２の弁体位置に切り替えると同時に、１番気
筒と４番気筒についてはリーン空燃比で運転し２番気筒
と３番気筒についてはリッチ空燃比で運転する気筒別空
燃比制御を実行して、排気ガス全体の空燃比としてはス
トイキまたは若干リッチ（スライトリッチ）にする。

【００７４】このようにすると、両ケーシング１８Ａ，
１８ＢのＳＯx吸収材１７は再生処理直後でありＳＯxを
殆ど吸着していない状態であるので、２番気筒のシリン
ダ１Ｂと３番気筒のシリンダ１Ｃから排出されるリッチ
空燃比の排気ガスはケーシング１８ＢのＳＯx吸収材１
７を通過する際に排気ガス中の還元剤（ＨＣやＣＯ等）
を消費することなく殆どそのまま素通りして排気管１９
に流出する。一方、１番気筒のシリンダ１Ａと４番気筒
のシリンダ１Ｄから排出されるリーン空燃比の排気ガス
はケーシング１８ＡのＳＯx吸収材１７を通る際に排気
ガス中のＳＯxがＳＯx吸収材１７に吸着され、ＳＯxを
除去されたリーン空燃比の排気ガスが排気管１９に流入
する。そして、リーン空燃比の排気ガスとリッチ空燃比
の排気ガスが排気管１９から排気切替弁２８、排気管２
５を通ってケーシング２１に流入すると、ＮＯx触媒２
０においてリーン空燃比の排気ガス中に含まれる多量の
酸素とリッチ空燃比の排気ガス中に含まれる多量の還元
剤（ＨＣやＣＯ等）が反応して反応熱が生じる。この反
応には、排気ガスの流れを伴うので、ＮＯx触媒２０に
おいて上流側よりも下流側が高熱になる傾向がある。し
たがって、このように気筒別空燃比制御を行うと、ＮＯ
x触媒２０においてＳＯx被毒している出口側を高熱にす
ることができるので、ＮＯx触媒２０の出口側に被毒し
ていたＳＯxをより確実に分解・放出させることができ
ることとなる。尚、上述した気筒別空燃比制御は４気筒
エンジンに限るものでないことは勿論であり、６気筒エ
ンジン等でも可能である。

【００７５】〔他の実施の形態〕前述した各実施の形態
では本発明をガソリンエンジンに適用した例で説明した
が、本発明をディーゼルエンジンに適用することができ
ることは勿論である。ディーゼルエンジンの場合は、燃
焼室での燃焼が理論空燃比よりもはるかにリーン域で行
われるので、通常の機関運転状態ではＳＯx吸収材１７
およびＮＯx触媒２０に流入する排気ガスの空燃比は非
常にリーンであり、ＳＯxおよびＮＯxの吸収は行われる
ものの、ＳＯxおよびＮＯxの放出が行われることは殆ど
ない。

【００７６】また、ガソリンエンジンの場合には、前述
したように燃焼室３に供給する混合気を理論空燃比ある
いはリッチ空燃比にすることによりＳＯx吸収材１７お
よびＮＯx触媒２０に流入する排気ガスの空燃比を理論
空燃比あるいはリッチ空燃比にし、ＳＯx吸収材１７や
ＮＯx触媒２０に吸収されているＳＯxやＮＯxを放出さ
せることができるが、ディーゼルエンジンの場合には、
燃焼室に供給する混合気を理論空燃比あるいはリッチ空
燃比にすると燃焼の際に煤が発生するなどの問題があり
採用することはできない。

【００７７】したがって、本発明をディーゼルエンジン
に適用する場合、流入する排気ガスの空燃比を理論空燃
比あるいはリッチ空燃比にするためには、機関出力を得
るために燃料を燃焼するのとは別に、還元剤（例えば燃
料である軽油）を排気ガス中に供給する必要がある。排
気ガスへの還元剤の供給は、吸気行程や膨張行程や排気
行程において気筒内に燃料を副噴射することによっても
可能であるし、あるいは、ＳＯx吸収材１７の上流の排
気通路内に還元剤を供給することによっても可能であ
る。

【００７８】尚、ディーゼルエンジンであっても排気再
循環装置（所謂、ＥＧＲ装置）を備えている場合には、
排気再循環ガスを多量に燃焼室に導入することによっ
て、排気ガスの空燃比を理論空燃比またはリッチ空燃比
にすることが可能である。

【００７９】

【発明の効果】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置に
よれば、（イ）希薄燃焼可能な内燃機関の排気通路に配
置されたＳＯx吸収材と、（ロ）前記ＳＯx吸収材よりも
下流の前記排気通路に配置されたＮＯx吸収材と、
（ハ）前記ＳＯx吸収材と前記ＮＯx吸収材の間に配置さ
れた排気経路切替手段と、（ニ）前記排気経路切替手段
と前記ＮＯx吸収材を含んで閉ループを形成し得る第１
の排気通路と、（ホ）前記排気経路切替手段の下流に設
けられた第２の排気通路と、を備え、前記排気経路切替
手段は、前記第１の排気通路を閉ループにするとともに
前記ＳＯx吸収材から流出した排気ガスを前記第１の排
気通路をバイパスさせて前記第２の排気通路に流す第１
経路と、前記第１の排気通路を非閉ループにして前記Ｓ
Ｏx吸収材から流出した排気ガスを前記第１の排気通路
を通過させたのち前記第２の排気通路に流す第２経路
に、切り替え可能であることにより、ＳＯx吸収材の再
生処理の間にＮＯx吸収材がＳＯx被毒するのをほぼ完全
に防止することができるという優れた効果が奏される。

【００８０】また、前記排気経路切替手段から前記ＮＯ
x吸収材の出口までの流路長を、前記排気経路切替手段
から前記ＮＯx吸収材入口までの流路長よりも短くした
場合には、万が一、ＳＯx吸収材の再生処理中にＮＯx吸
収材がＳＯx被毒したときにも、ＮＯx吸収材からＳＯx
を放出させ易くなり、ＳＯx被毒からの回復を容易にす
ることができる。

【００８１】また、前記ＳＯx吸収材の再生処理時に前
記排気経路切替手段を前記第１経路に保持し、ＳＯx吸
収材の再生処理後、前記排気経路切替手段を前記第２経
路に切り替えるとともに、前記内燃機関の一部の気筒に
ついてはリッチ空燃比で燃焼し他の気筒についてはリー
ン空燃比で燃焼する気筒別空燃比制御を実行するように
した場合には、ＮＯx吸収材の出口側を高熱にすること
ができるので、ＳＯx吸収材の再生処理中にＮＯx吸収材
がＳＯx被毒したときのＳＯx被毒からの回復を促進する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の第１
の実施の形態の概略構成図であり、排気経路切替手段に
より第１経路にした状態を示す図である。

【図２】前記第１の実施の形態の排気浄化装置におい
て、排気経路切替手段により第２経路にした状態を示す
要部構成図である。

【図３】基本燃料噴射時間のマップの一例を示す図で
ある。

【図４】機関から排出される排気ガス中の未燃ＨＣ，
ＣＯおよび酸素の濃度を概略的に示す線図である。

【図５】吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx吸放出作用を説
明するための図である。

【図６】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の第２
の実施の形態における要部構成図である。

【図７】前記第２の実施の形態の排気浄化装置におけ
る変形例を示す概略構成図である。

【符号の説明】

１機関本体（内燃機関）３燃焼室４点火栓１１燃料噴射弁１６，１９排気管（排気通路）１７ＳＯx吸収材２０ＮＯx触媒（ＮＯx吸収材）２４排気管（第２の排気通路）２５，２６排気管（第１の排気通路）２８排気切替弁（排気経路切替手段）３０ＥＣＵ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＦ０１Ｎ 3/20 Ｆ０１Ｎ 3/24 ＺＡＢＥ 3/28 ３０１Ｃ 3/24 ＺＡＢＦ０２Ｄ 41/02 ３０１Ｈ 3/28 ３０１ 41/04 ３０５ＡＦ０２Ｄ 41/02 ３０１３０５Ｃ 41/04 ３０５Ｂ０１Ｄ 53/36 Ｄ１０１Ａ (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F01N 3/08 - 3/28 B01D 53/94 F02D 41/02 F02D 41/04

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】（イ）希薄燃焼可能な内燃機関の排気通
路に配置され、流入する排気ガスの空燃比がリーンのと
きにＳＯxを吸収し流入する排気ガスの酸素濃度が低い
ときに吸収したＳＯxを放出するＳＯx吸収材と、（ロ）
前記ＳＯx吸収材よりも下流の前記排気通路に配置さ
れ、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときにＮＯx
を吸収し流入する排気ガスの酸素濃度が低いときに吸収
したＮＯxを放出するＮＯx吸収材と、（ハ）前記ＳＯx
吸収材と前記ＮＯx吸収材の間に配置された排気経路切
替手段と、（ニ）前記排気経路切替手段と前記ＮＯx吸
収材を含んで閉ループを形成し得る第１の排気通路と、
（ホ）前記排気経路切替手段の下流に設けられた第２の
排気通路と、を備え、前記排気経路切替手段は、前記第１の排気通路
を閉ループにするとともに前記ＳＯx吸収材から流出し
た排気ガスを前記第１の排気通路をバイパスさせて前記
第２の排気通路に流す第１経路と、前記第１の排気通路
を非閉ループにして前記ＳＯx吸収材から流出した排気
ガスを前記第１の排気通路を通過させたのち前記第２の
排気通路に流す第２経路に、切り替え可能であることを
特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】前記排気経路切替手段から前記ＮＯx吸
収材の出口までの流路長が、前記排気経路切替手段から
前記ＮＯx吸収材入口までの流路長よりも短いことを特
徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】前記ＳＯx吸収材に吸収されたＳＯxを放
出せしめるＳＯx吸収材の再生処理時には前記排気経路
切替手段を前記第１経路に保持し、ＳＯx吸収材の再生
処理後、前記排気経路切替手段を前記第２経路に切り替
えるとともに、前記内燃機関の一部の気筒についてはリ
ッチ空燃比で燃焼し他の気筒についてはリーン空燃比で
燃焼する気筒別空燃比制御を実行することを特徴とする
請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。