JP2003214154A

JP2003214154A - 内燃機関の排気浄化装置

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Publication number: JP2003214154A
Application number: JP2002016870A
Authority: JP
Inventors: Toshisuke Toshioka; 俊祐利岡; Shinya Hirota; 信也広田; Toshiaki Tanaka; 俊明田中; Takamitsu Asanuma; 孝充浅沼; Koichi Kimura; 光壱木村; Koichiro Nakatani; 好一郎中谷; Akira Kenjo; 晃見上
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-01-25
Filing date: 2002-01-25
Publication date: 2003-07-30
Anticipated expiration: 2022-01-25
Also published as: JP4075387B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ＮＯ_X触媒に付着したＳＯＦを除去する。【解決手段】内燃機関から排出される排気ガス中のＮ
Ｏ_Xを浄化するためのＮＯ_X触媒６ａ、６ｂを機関排気枝
通路３ａ、３ｂ内に具備する。ＮＯ_X触媒は周囲の雰囲
気がリーン雰囲気であるときにはＳＯ_Xを保持し、一
方、ＮＯ_X触媒は周囲の雰囲気がリッチ雰囲気となり且
つその温度がＳＯ_X離脱温度よりも高くなると保持して
いるＳＯ_Xをそこから離脱させる。ＮＯ_X触媒からＳＯ_X
を離脱させるべきときには、ＮＯ_X触媒の温度をＳＯ_X離
脱温度まで上昇させると共にＮＯ_X触媒周囲の雰囲気を
リッチ雰囲気にするＳＯ_X離脱処理を実行することによ
ってＮＯ_X触媒からＳＯ_Xを離脱させる。ＳＯ_X離脱処理
の実行中に、ＳＯＦ分の付着によりＳＯ_X離脱（放出）
効率の低下が現れる所定運転条件にて、ＮＯ_X触媒周囲
の雰囲気が一時的にリーン雰囲気とされる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関の排気浄化
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】圧縮着火式の内燃機関から排出される排
気ガス中の窒素酸化物（ＮＯ_X）を浄化するためのＮＯ_X
触媒を機関排気通路に備えた排気浄化装置が、特開２０
００−１８６５３７号公報に開示されている。当該公報
に記載のＮＯ_X触媒は、周囲に過剰な酸素が存在すると
ＮＯ_Xを吸収し且つ周囲の酸素濃度が低下すると吸収し
ているＮＯ_Xを放出して周囲の還元剤によって還元浄化
することができる。通常、圧縮着火式の内燃機関から排
出される排気ガス中には過剰な酸素が含まれているの
で、ＮＯ_X触媒は排気ガス中のＮＯ_Xを吸収し続けること
になる。

【０００３】ところが、ＮＯ_X触媒が吸収しえるＮＯ_Xの
量には限りがあるので、ＮＯ_X触媒が吸収しているＮＯ_X
の量がその上限値に達する前に、ＮＯ_X触媒に吸収され
ているＮＯ_Xを還元浄化しなければ、ＮＯ_X触媒はもはや
ＮＯ_Xを吸収しえず、ＮＯ_XがＮＯ_X触媒下流へと流出し
てしまう。そこで、上記公報では、ＮＯ_X触媒が吸収し
ているＮＯ_Xの量がその上限値に達する前に、燃焼式ヒ
ータからリッチ空燃比の排気ガスをＮＯ_X触媒に供給
し、ＮＯ_X触媒が吸収しているＮＯ_Xを排気ガス中の還元
剤によって還元浄化するようにしている。

【０００４】ところで、燃料中には硫黄成分が含まれて
いるので、内燃機関では硫黄酸化物（ＳＯ_X）が生成さ
れる。そして、ＮＯ_X触媒は排気ガス中のＳＯ_Xをも吸収
してしまう。この場合、ＮＯ_X触媒が最大限に吸収可能
なＮＯ_Xの量が少なくなってしまう。そこで、上記公報
では、ＮＯ_X触媒に吸収されているＳＯ_XをＮＯ_X触媒か
ら放出するために、燃焼式ヒータからリッチ空燃比のガ
スをＮＯ_X触媒に供給するようにしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、燃焼式ヒー
タから排出されるリッチ空燃比のガス中には、可溶性有
機成分（ＳＯＦ）が含まれている。このＳＯＦはＮＯ_X
触媒表面、特に、ＮＯ_X触媒の貴金属触媒表面に付着
し、ＮＯ_X触媒の触媒機能を低下させてしまう。すなわ
ち、上述したように、ＮＯ_X触媒からＳＯ_Xを放出するた
めに、燃焼式ヒータからリッチ空燃比のガスがＮＯ_X触
媒に供給されると、ＮＯ_X触媒にＳＯＦが付着し、触媒
機能が低下する。この場合、徐々に、ＮＯ_X触媒からＳ
Ｏ_Xを放出させづらくなってしまうので、ＳＯ_Xを放出さ
せるために燃焼式ヒータからＮＯ_X触媒にリッチ空燃比
のガスを供給すべき時間が長くなってしまう。結果とし
て、燃焼式ヒータの燃費が悪化する。そこで本発明の目
的は、ＮＯ_X触媒に付着したＳＯＦを除去することにあ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、１番目の発明では、内燃機関から排出される排気ガ
ス中のＮＯ_Xを浄化するためのＮＯ_X触媒を機関排気通路
内に具備し、ＮＯ_X触媒は周囲の雰囲気がリーン雰囲気
であるときにはＳＯ_Xを保持し、ＮＯ_X触媒からＳＯ_Xを
離脱させるべきときには、ＮＯ_X触媒の温度をＳＯ_X離脱
温度まで上昇させると共にＮＯ_X触媒周囲の雰囲気をリ
ッチ雰囲気にするＳＯ_X離脱処理を実行することによっ
てＮＯ_X触媒からＳＯ_Xを離脱させるようにした排気浄化
装置において、ＳＯ_X離脱処理の実行中にＮＯ_X触媒周囲
の雰囲気が一時的にリーン雰囲気とされる。これによれ
ば、ＮＯ_X触媒周囲には多量の酸素が存在することとな
る。

【０００７】２番目の発明では、１番目の発明におい
て、機関排気通路が並列した２つの排気枝通路に分岐し
ており、上記ＮＯ_X触媒がこれら排気枝通路内にそれぞ
れ配置されている。

【０００８】３番目の発明では、１番目の発明におい
て、ＮＯ_X触媒に流入する排気ガスの量を調節するため
の流量調節弁をさらに具備し、ＳＯ_X離脱処理の実行時
には、流量調節弁の開度を小さくしてＮＯ_X触媒に流入
する排気ガスの量を低減しつつＮＯ_X触媒周囲の雰囲気
がリッチ雰囲気とされ、該流量調節弁の開度を一時的に
大きくしてＮＯ_X触媒に流入する排気ガスの量を増大す
ることによってＮＯ_X触媒周囲の雰囲気が一時的にリー
ン雰囲気とされる。

【０００９】４番目の発明では、３番目の発明におい
て、流量調節弁がＮＯ_X触媒上流の機関排気通路内、ま
たは、ＮＯ_X触媒下流の機関排気通路内に配置される。

【００１０】５番目の発明では、１番目の発明におい
て、燃焼式ヒータをさらに具備し、ＳＯ_X離脱処理の実
行時に該燃焼式ヒータからＮＯ_X触媒にリッチ空燃比の
ガスを供給することによってＮＯ_X触媒の温度が上昇せ
しめられると共にＮＯ_X触媒周囲の雰囲気がリッチ雰囲
気とされ、一方、該燃焼式ヒータからＮＯ_X触媒に一時
的にリーン空燃比のガスを供給することによってＮＯ_X
触媒周囲の雰囲気が一時的にリーン雰囲気とされる。

【００１１】６番目の発明では、１番目の発明では、Ｎ
Ｏ_X触媒に流入する排気ガスの量を調節するための流量
調節弁をＮＯ_X触媒上流の機関排気通路内とＮＯ_X触媒下
流の機関排気通路内とにさらに具備すると共に、燃焼式
ヒータをさらに具備し、ＳＯ _X離脱処理の実行時には、
内燃機関の運転および燃焼式ヒータの運転を制御してＮ
Ｏ_X触媒の温度を上昇させ、該ＮＯ_X触媒の温度がＳＯ_X
離脱温度にまで上昇したときに、上流側の流量調整弁の
開度を小さくしてＮＯ_X触媒に流入する排気ガスの量を
低減すると共に下流側の流量調節弁の開度を燃焼式ヒー
タの運転にとって最適な開度として燃焼式ヒータからリ
ッチ空燃比のガスをＮＯ_X触媒に供給することによって
ＮＯ_X触媒周囲の雰囲気がリッチ雰囲気とされ、一方、
該燃焼式ヒータからＮＯ_X触媒に一時的にリーン空燃比
のガスを供給することによってＮＯ_X触媒周囲の雰囲気
が一時的にリーン雰囲気とされる。

【００１２】７番目の発明では、１番目の発明におい
て、ＮＯ_X触媒に燃料を添加するための燃料添加装置を
さらに具備し、ＳＯ_X離脱処理の実行時に該燃料添加装
置からＮＯ_X触媒に燃料を添加することによってＮＯ_X触
媒の温度がＳＯ_X離脱温度まで上昇せしめられると共に
ＮＯ_X触媒周囲の雰囲気がリッチ雰囲気とされ、一方、
該燃料添加装置からＮＯ_X触媒に添加される燃料の量を
一時的に減量することによってＮＯ_X触媒周囲の雰囲気
が一時的にリーン雰囲気とされる。

【００１３】８番目の発明では、１番目の発明におい
て、ＳＯ_X離脱処理の実行中においてＮＯ_X触媒周囲の雰
囲気がリッチ雰囲気とされている期間が予め定められた
期間を超えたときに、ＮＯ_X触媒周囲の雰囲気がリーン
雰囲気とされる。

【００１４】９番目の発明では、１番目の発明におい
て、ＮＯ_X触媒から流出するガス中のＳＯ_Xの量を検出す
るためのＳＯ_X量検出センサをさらに具備し、ＳＯ_X離脱
処理の実行中において該ＳＯ_X量検出センサによって検
出されるＳＯ_Xの量が予め定められた量を超えたとき
に、ＮＯ_X触媒周囲の雰囲気がリーン雰囲気とされる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の排
気浄化装置を説明する。図１は本発明の排気浄化装置を
備えた内燃機関を示している。以下で説明する実施形態
において、内燃機関は圧縮着火式の内燃機関であるが、
本発明は火花点火式の内燃機関にも適用可能である。図
１において、１は機関本体、２は吸気通路、３は排気通
路である。吸気通路３内にはスロットル弁４が配置され
る。スロットル弁４にはステップモータ５が接続され
る。

【００１６】排気通路３は並列した２つの排気枝通路、
すなわち、第１の排気枝通路３ａと第２の排気枝通路３
ｂに分岐する。第１の排気枝通路３ａには、第１のＮＯ
_X触媒６ａが配置される。第１ＮＯ_X触媒６ａ上流の排気
枝通路３ａにはその温度を検出するための第１の温度セ
ンサ７ａが取り付けられる。さらに、第１ＮＯ_X触媒６
ａ上流の第１排気枝通路３ａには、排気ガスの空燃比を
検出するための第１の空燃比センサ８ａが取り付けられ
る。

【００１７】一方、第２の排気枝通路３ｂには、第２の
ＮＯ_X触媒６ｂが配置される。第２ＮＯ_X触媒６ｂ上流の
排気枝通路３ｂにはその温度を検出するための第２の温
度センサ７ｂが取り付けられる。さらに、第２ＮＯ_X触
媒６ｂ上流の第２排気枝通路３ｂには、排気ガスの空燃
比を検出するための第２の空燃比センサ８ｂが取り付け
られる。

【００１８】なお、第１排気枝通路３ａと第２排気枝通
路３ｂとはＮＯ_X触媒６ａ、６ｂ下流にて合流する。

【００１９】排気通路３から排気枝通路３ａ、３ｂが分
岐する排気通路分岐領域、すなわち、ＮＯ_X触媒６ａ、
６ｂ上流には、各排気枝通路３ａ、３ｂに流入する排気
ガスの量を調節するための流量調節弁（以下、上流側流
量調節弁と称す）９が配置される。上流側流量調節弁９
にはステップモータ１０が接続される。上流側流量調節
弁９の開度が第２ＮＯ_X触媒６ｂにとって小さくされ、
上流側流量調節弁９が図１（Ａ）に示されている動作位
置に位置決めされると、第２ＮＯ_X触媒６ｂに流入する
排気ガスの量は少なくなり、排気ガスはほとんど全て第
１排気枝通路３ａを介して第１ＮＯ_X触媒６ａに流入す
る。一方、上流側流量調節弁９の開度が第１ＮＯ_X触媒
６ａにとって小さくされ、上流側流量調節弁９が図１
（Ｂ）に示されている動作位置に位置決めされると、第
１ＮＯ_X触媒６ａに流入する排気ガスの量は少なくな
り、排気ガスはほとんど全て第２排気枝通路３ｂを介し
て第２ＮＯ_X触媒６ｂに流入する。

【００２０】さらに、排気枝通路３ａ、３ｂが合流する
排気枝通路合流領域、すなわち、ＮＯ_X触媒６ａ、６ｂ
下流には、各排気枝通路３ａ、３ｂに流入する排気ガス
の量を調節するための流量調節弁（以下、下流側流量調
節弁と称す）１１が配置される。下流側流量調節弁１１
にはステップモータ１２が接続される。下流側流量調節
弁１１の開度が第２ＮＯ_X触媒６ｂにとって小さくさ
れ、下流側流量調節弁１１が図１（Ａ）に示されている
動作位置に位置決めされると、第２ＮＯ_X触媒６ｂに流
入する排気ガスの量が少なくなる。一方、下流側流量調
節弁１１の開度が第１ＮＯ_X触媒６ａにとって小さくさ
れ、下流側流量調節弁１１が図１（Ｂ）に示されている
動作位置に位置決めされると、第１ＮＯ_X触媒６ａに流
入する排気ガスの量が少なくなる。

【００２１】また、下流側流量調節弁１１は一方の排気
枝通路から流出する排気ガスが他方の排気枝通路に流入
することを防止する。すなわち、下流側流量調節弁１１
が図１（Ａ）に示されている動作位置に位置決めされて
いるときには、第１排気枝通路３ａから流出した排気ガ
スが第２排気枝通路３ｂに流入することが防止される。
一方、下流側流量調節弁１１が図１（Ｂ）に示されてい
る動作位置に位置決めされているときには、第２排気枝
通路３ｂから流出した排気ガスが第１排気枝通路３ａに
流入することが防止される。

【００２２】なお、下流側流量調節弁１１は上流側流量
調節弁９の動作位置に対応して位置決めされる。例え
ば、上流側流量調節弁９が図１（Ａ）に示されている動
作位置に位置決めされたときには、下流側流量調節弁１
１は、図１（Ａ）に示されている動作位置に位置決めさ
れる。一方、上流側流量調節弁９が図１（Ｂ）に示され
ている動作位置に位置決めされたときには、下流側流量
調節弁１１は、図１（Ｂ）に示されている動作位置に位
置決めされる。

【００２３】排気通路分岐領域には、燃焼ガス通路１３
を介して燃焼式ヒータ１４が接続される。燃焼式ヒータ
１４にはヒータ吸気通路１５を介して空気が吸入され
る。ヒータ吸気通路１５には、燃焼式ヒータ１４に吸入
される空気の量を制御するための吸気量制御弁１６が配
置される。また、燃焼式ヒータ１４には燃料通路１７を
介して燃料タンク１８が接続される。燃料タンク１８は
燃料通路１７を介して機関本体１にも接続される。燃料
通路１７には吐出量可変な燃料ポンプ１９が配置され
る。

【００２４】燃焼式ヒータ１４はグロープラグのような
着火装置を具備し、この着火装置に燃料タンク１８から
燃料を供給し、この燃料を燃焼することによって高温の
ガスを排出することができる。ＮＯ_X触媒６ａ、６ｂは
燃焼式ヒータ１４から排出される高温のガスによって加
熱される。なお、燃焼式ヒータ１４への空気の吸入は、
例えば、吸気ファンによって行われる。ここで、燃焼式
ヒータ１４に吸入される空気の量と着火装置に供給する
燃料の量とを調節することによって、燃焼式ヒータ１４
から排出されるガスの量とその空燃比とを調節すること
ができる。

【００２５】排気通路分岐領域上流の排気通路３からス
ロットル弁４下流の吸気通路２まで排気再循環（ＥＧ
Ｒ）通路２０が延びる。ＥＧＲ通路２０にはＥＧＲ制御
弁２１が配置される。ＥＧＲ制御弁２１にはステップモ
ータ２２が接続される。ＥＧＲ制御弁２１が開弁せしめ
られると、排気ガスが排気通路３からＥＧＲ通路２０を
介して吸気通路２に導入される。吸気通路２に導入され
る排気ガスの量はＥＧＲ制御弁２１の開度を調節するこ
とによって制御される。

【００２６】なお、第１温度センサ７ａ、第２温度セン
サ７ｂ、第１空燃比センサ８ａ、および、第２空燃比セ
ンサ８ｂは電子制御装置（図示せず）に接続され、これ
らの出力信号が電子制御装置に送信される。一方、スロ
ットル弁駆動用のステップモータ５、上流側流量調節弁
駆動用のステップモータ１０、下流側流量調節弁駆動用
のステップモータ１２、燃料ポンプ１９、および、ＥＧ
Ｒ制御弁駆動用のステップモータ２２は電子制御装置に
接続され、これらの動作が電子制御装置によって制御さ
れる。

【００２７】第１ＮＯ_X触媒６ａは、周囲に過剰な酸素
が存在するとき、すなわち、周囲の雰囲気がリーン雰囲
気であるときにはＮＯ_Xを吸収・吸着することによって
保持し且つ周囲の酸素濃度が低下したとき、例えば、周
囲の雰囲気がリッチ雰囲気になったときには保持してい
るＮＯ_Xを解放するＮＯ_X保持剤と、ＮＯ_Xを炭化水素に
よって還元浄化することができる貴金属触媒とを具備す
る。第２ＮＯ_X触媒６ｂの構成は第１ＮＯ_X触媒６ａの構
成と同じである。

【００２８】圧縮着火式内燃機関は、通常、リーン空燃
比にて運転せしめられるので、内燃機関から排出される
排気ガス中には過剰な酸素が含まれている。また、圧縮
着火式内燃機関ではＮＯ_Xが生成されるので、排気ガス
中にはＮＯ_Xも含まれている。したがって、内燃機関が
通常運転せしめられている間、ＮＯ_X触媒６ａ、６ｂに
は過剰な酸素が含まれている排気ガスが流入するので、
ＮＯ_X触媒６ａ、６ｂは流入する排気ガス中のＮＯ_Xを次
々と吸収・吸着し続ける。

【００２９】ところが、ＮＯ_X触媒６ａ、６ｂが吸収・
吸着によって保持可能なＮＯ_Xの量には上限がある。し
たがって、流量調節弁９、１１が図１（Ａ）に示されて
いる動作位置に位置決めされ続けていると、第１ＮＯ_X
触媒６ａが保持しているＮＯ_Xの量（以下、ＮＯ_X保持量
と称す）がその上限値に達する。この場合、第１ＮＯ_X
触媒６ａはもはやＮＯ_Xを吸収・吸着することができ
ず、ＮＯ_XがＮＯ_X触媒６ａ、６ｂ下流へ流出してしま
う。

【００３０】そこで、本実施形態では、第１ＮＯ_X触媒
６ａのＮＯ_X保持量がその上限値に達したとき、或い
は、その上限値に達する直前に、上流側流量調節弁９の
動作位置を図１（Ｂ）に示されている動作位置に切り換
えて、第１ＮＯ_X触媒６ａに流入する排気ガスの量をほ
ぼ零にまで低減し、且つ、下流側流量調節弁１１の動作
位置を図１（Ｂ）に示されている動作位置よりも僅かに
図１（Ａ）に示されている動作位置に近い位置に切り換
えて、第１排気枝通路３ａを僅かばかり開放した状態
で、燃焼式ヒータ１４からリッチ空燃比のガス（以下、
ヒータガスと称す）を第１ＮＯ_X触媒６ａに供給するＮ
Ｏ_X浄化処理が実行される。ここでリッチ空燃比のガス
とは、その酸素濃度が内燃機関から通常排出される排気
ガス中の酸素濃度よりも低く且つ比較的多量の炭化水素
（ＨＣ）が含まれているガスである。

【００３１】このようにリッチ空燃比のヒータガスが第
１ＮＯ_X触媒６ａに供給されると、第１ＮＯ_X触媒６ａ周
囲の雰囲気がリッチ雰囲気となるので、第１ＮＯ_X触媒
６ａは保持しているＮＯ_Xを解放し、斯くして解放され
たＮＯ_Xをヒータガス中のＨＣを還元剤として利用して
還元浄化する。これにより、第１ＮＯ_X触媒６ａは再び
ＮＯ_Xを吸収・吸着によって保持することができるよう
になる。すなわち、第１ＮＯ_X触媒６ａのＮＯ_X保持能力
が回復せしめられる。なお、第１ＮＯ_X触媒６ａに対し
てＮＯ_X浄化処理が実行されている間、内燃機関から排
出される排気ガスは第２ＮＯ_X触媒６ｂに流入し、排気
ガス中のＮＯ_Xは第２ＮＯ_X触媒６ｂに吸収・吸着によっ
て保持される。

【００３２】なお、本実施形態では、第１ＮＯ_X触媒６
ａに対するＮＯ_X浄化処理が完了すると、下流側流量調
節弁１１の動作位置が図１（Ｂ）に示されている動作位
置に切り換えられて、第２排気枝通路３ｂから流出する
排気ガスが第１排気枝通路３ａに流入しないようにす
る。そして、第２ＮＯ_X触媒６ｂのＮＯ_X保持量がその上
限値に達するまでは、流量調節弁９、１１の動作位置は
図１（Ｂ）に示されている動作位置に維持される。そし
て、第２ＮＯ_X触媒６ｂのＮＯ_X保持量がその上限値に達
したとき、或いは、その上限値に達する直前に、上流側
流量調節弁９の動作位置を図１（Ａ）に示されている動
作位置に切り換えて、第２ＮＯ_X触媒６ｂに流入する排
気ガスの量をほぼ零にまで低減し、且つ、下流側流量調
節弁１１の動作位置を図１（Ａ）に示されている動作位
置よりも僅かに図１（Ｂ）に近い位置に切り換えて、第
２排気枝通路３ｂを僅かばかり開放した状態で、燃焼式
ヒータ１４からリッチ空燃比のヒータガスを第２ＮＯ_X
触媒６ｂに供給し、第２ＮＯ_X触媒６ｂのＮＯ_X保持能力
を回復せしめる。

【００３３】以後、第１ＮＯ_X触媒６ａに対するＮＯ_X浄
化処理と第２ＮＯ_X触媒６ｂに対するＮＯ_X浄化処理とが
繰り返される。

【００３４】ところで、機関本体１に供給される燃料中
には硫黄成分（Ｓ）も含まれているので、内燃機関では
硫黄酸化物（ＳＯ_X）が生成され、排気ガス中にはこの
ＳＯ_Xも含まれている。ＮＯ_X触媒６ａ、６ｂはこうした
ＳＯ_Xをも吸収・吸着によって保持してしまう。この場
合、ＮＯ_X触媒６ａ、６ｂのＮＯ_X保持能力が低下し、こ
れらＮＯ_X触媒に対するＮＯ_X浄化処理の実行頻度が多く
なってしまう。ＮＯ_X触媒６ａ、６ｂに保持されたＳＯ_X
は、ＮＯ_X触媒６ａ、６ｂの温度がＳＯ_X離脱温度（例え
ば、６００℃）にまで上昇し且つ周囲の雰囲気がリッチ
雰囲気となると、ＮＯ_X触媒６ａ、６ｂから離脱する。

【００３５】そこで本実施形態では、各ＮＯ_X触媒６
ａ、６ｂのＮＯ_X保持能力（すなわち、触媒機能）がＳ
Ｏ_Xによって低下せしめられていると判断されたとき
に、ＮＯ_X保持能力が低下したＮＯ_X触媒からＳＯ_Xを離
脱させるＳＯ_X離脱処理が実行される。

【００３６】具体的には、第１ＮＯ_X触媒６ａのＮＯ_X保
持能力がＳＯ_Xによって低下せしめられていると判断さ
れたときに、ＮＯ_X浄化処理が実行されるときと同様
に、各流量調節弁９、１１の動作位置が切り換えられた
状態で、燃焼式ヒータ１４から高温でリッチ空燃比のヒ
ータガスが第１ＮＯ_X触媒６ａに供給され、これによっ
て第１ＮＯ_X触媒６ａの温度がＳＯ_X離脱温度にまで上昇
せしめられると共に、第１ＮＯ_X触媒６ａ周囲の雰囲気
がリッチ雰囲気とされる。斯くして、第１ＮＯ_X触媒６
ａからＳＯ_Xが離脱せしめられる。

【００３７】もちろん、第２ＮＯ_X触媒６ｂのＮＯ_X保持
能力がＳＯ_Xによって低下せしめられていると判断され
たときにも、ＮＯ_X浄化処理が実行されるときと同様
に、各流量調節弁９、１１の動作位置が切り換えられた
状態で、高温でリッチ空燃比のヒータガスが第２ＮＯ_X
触媒６ｂに供給される。

【００３８】なお、本実施形態では、各ＮＯ_X触媒６
ａ、６ｂに対するＮＯ_X浄化処理の実行間隔が所定の間
隔よりも短くなったと判断された場合、または、燃料中
のＳＯ_X濃度と燃焼式ヒータ１４における燃料消費量か
らＮＯ_X触媒６ａ、６ｂに保持されているＳＯ_Xの量を推
定し、この推定量が所定の量を超えたと判断された場合
に、ＮＯ_X触媒６ａ、６ｂの触媒機能がＳＯ_Xによって低
下せしめられていると判断される。

【００３９】また、本実施形態では、ＮＯ_X浄化処理ま
たはＳＯ_X離脱処理が実行される毎に、両流量調節弁
９、１１の動作位置が図１（Ａ）に示されている位置と
図１（Ｂ）に示されている位置との間で切り換えられる
が、これら両流量調節弁９、１１の動作位置が、以下の
ように切り換えられるようにしてもよい。

【００４０】すなわち、ＮＯ_X浄化処理またはＳＯ_X離脱
処理が実行されないときには、両流量調節弁９、１１の
動作位置が、図１（Ａ）に示されている位置と図１
（Ｂ）に示されている位置との中間の位置に位置決めさ
れ、いずれか一方のＮＯ_X触媒６ａ、６ｂに関してＮＯ_X
浄化処理またはＳＯ_X離脱処理が実行されるべきときに
は、当該ＮＯ_X触媒６ａ、６ｂに関して上述した実施形
態に従って両流量調節弁９、１１の動作位置が位置決め
され、これら処理が終了したときに、再び、両流量調節
弁９、１１の動作位置が元の中間の位置に位置決めされ
るようにしてもよい。

【００４１】これによれば、ＮＯ_X浄化処理またはＳＯ_X
離脱処理が実行されないときにおいて、排気ガスは両Ｎ
Ｏ_X触媒６ａ、６ｂに均等に流入するので、各ＮＯ_X触媒
６ａ、６ｂにて保持しなければならないＮＯ_Xの量がほ
ぼ半分ずつとなる。このため、各ＮＯ_X触媒６ａ、６ｂ
の容量が小さくとも、排気ガス中のＮＯ_XはこれらＮＯ _X
触媒６ａ、６ｂによって良好に保持される。したがっ
て、これによれば、排気エミッションが高く維持されつ
つ、ＮＯ_X触媒の車両への搭載性が向上される。

【００４２】ところで、ＮＯ_X浄化処理の実行時および
ＳＯ_X離脱処理の実行時に燃焼式ヒータ１４からＮＯ_X触
媒に供給されるリッチ空燃比のガス（ヒータガス）中に
は、いわゆる可溶性有機成分（ＳＯＦ）が比較的多く含
まれている。このＳＯＦがＮＯ_X触媒６ａ、６ｂ表面、
特に貴金属触媒表面に付着すると、その触媒機能が低下
する。

【００４３】ここでＮＯ_X浄化処理の実行期間はＳＯ_X離
脱処理の実行期間に比べて非常に短いので、ＮＯ_X浄化
処理の実行中にＮＯ_X触媒６ａ、６ｂに付着するＳＯＦ
の量は比較的少ない。したがって、ＮＯ_X浄化処理の実
行中にＳＯＦがＮＯ_X触媒に付着したとしても、ＮＯ_X触
媒のＮＯ_X浄化能力はさほど低下しない。

【００４４】ところが、ＳＯ_X離脱処理の実行期間は非
常に長いので、ＳＯ_X離脱処理の実行中にＮＯ_X触媒の触
媒能力がＳＯＦの付着によって低下せしめられ、したが
って、ＮＯ_X触媒６ａ、６ｂからのＳＯ_Xの離脱速度が遅
くなり、場合によっては、ＮＯ_X触媒６ａ、６ｂからの
ＳＯ_Xの離脱がほとんど行われなくなってしまう。

【００４５】そこで、第１の実施形態では、ＳＯ_X離脱
処理の実行中において、予め定められた条件が成立した
と判断されたときに、燃焼式ヒータ１４からＮＯ_X触媒
に供給されるヒータガスの空燃比が一時的にリーン空燃
比とされる。これによれば、ＮＯ_X触媒６ａ、６ｂには
酸素濃度の高いヒータガスが供給されるので、ＮＯ_X触
媒６ａ、６ｂ周囲の雰囲気が一時的にリーン雰囲気とな
り、しかも、このときのＮＯ_X触媒６ａ、６ｂの温度が
高温であるので、ＮＯ_X触媒に付着しているＳＯＦはそ
の周囲の酸素によって一気に酸化除去される。

【００４６】なお、第１実施形態では、ＳＯ_X離脱処理
の実行中においてＮＯ_X触媒６ａ、６ｂ周囲の雰囲気が
リッチ雰囲気とされている期間が予め定められた期間を
超えたときに、予め定められた条件が成立したと判断さ
れる。また、第１実施形態では、ＳＯ_X離脱処理の実行
中において、ＮＯ_X触媒６ａ、６ｂ周囲の雰囲気を一時
的にリーン雰囲気とする期間は、当該ＮＯ_X触媒６ａ、
６ｂの温度が高くなり過ぎることを防止し、且つ、燃焼
式ヒータ１４からリッチ空燃比のヒータガスを再びＮＯ
_X触媒６ａ、６ｂに供給したときに当該ＮＯ_X触媒６ａ、
６ｂ周囲の雰囲気が即座にリッチ雰囲気となるように、
決定される。こうした観点からは、例えば、燃焼式ヒー
タ１４からリッチ空燃比のヒータガスが供給されている
期間が、例えば、３０秒を超えたときに、予め定められ
た条件が成立したと判断され、燃焼式ヒータ１４から、
例えば、２秒間に亘ってリーン空燃比のヒータガスが供
給される。

【００４７】図２に第１実施形態のＳＯ_X離脱処理を実
行するフローチャートを示した。図２に示したフローチ
ャートでは、始めに、ステップ１０において、リッチフ
ラグＦ１がセットされている（Ｆ１＝１）か否かが判別
される。リッチフラグＦ１はＳＯ_X離脱処理が実行され
るべきであると判断されたときにセットされ、ＮＯ_X触
媒６ａ、６ｂから十分な量のＳＯ_Xが離脱せしめられた
と判断されたときにリセットされるフラグである。

【００４８】ステップ１０において、Ｆ１＝０であると
判別されたときには、ルーチンは終了する。一方、ステ
ップ１０において、Ｆ１＝１であると判別されたときに
は、ルーチンはステップ１１に進んで、ＳＯ_X離脱処理
が施されるべきＮＯ_X触媒６ａ、６ｂにとって流量調節
弁９、１１の開度が小さくされ、次いでステップ１２に
おいて、燃焼式ヒータ１４からリッチ空燃比のヒータガ
スが供給される。

【００４９】次いで、ステップ１３において、リーンフ
ラグＦ２がセットされている（Ｆ２＝１）か否かが判別
される。リーンフラグＦ２はＮＯ_X触媒６ａ、６ｂにリ
ーン空燃比のヒータガスを供給すべきであると判断され
たときにセットされ、ＮＯ_X触媒６ａ、６ｂから十分な
量のＳＯＦが酸化除去されたと判断されたときにリセッ
トされるフラグである。

【００５０】ステップ１３において、Ｆ２＝０であると
判別されたときには、ルーチンは終了する。一方、ステ
ップ１３において、Ｆ２＝１であると判別されたときに
は、ルーチンはステップ１４に進んで、燃焼式ヒータ１
４からリーン空燃比のヒータガスが供給され、次いでス
テップ１５において、フラグＦ２がリセットされる。

【００５１】また、図３に示したように、各ＮＯ_X触媒
６ａ、６ｂから流出するガス中のＳＯ_Xの量または濃度
を検出するためのＳＯ_X検出センサ２３ａ、２３ｂがＮ
Ｏ_X触媒下流の各排気枝通路３ａ、３ｂに取り付けられ
ている第２の実施形態においては、ＳＯ_X離脱処理が施
されているＮＯ_X触媒６ａ、６ｂから流出するガス中の
ＳＯ_Xの量または濃度が対応するＳＯ_X検出センサ２３
ａ、２３ｂによって検出され、ここで検出されたＳＯ_X
の量または濃度が予め定められた量または濃度（例え
ば、２０ｐｐｍ）を超えたときに、予め定められた条件
が成立したと判断される。

【００５２】また、第３実施形態のＳＯ_X離脱処理で
は、図１に示した構成の内燃機関の排気浄化装置におい
て、予め定められた条件が上述したようにして成立した
と判断されたときに、燃焼式ヒータ１４の作動が停止さ
れると共に、ＳＯ_X離脱処理が施されているＮＯ_X触媒６
ａ、６ｂにとって流量調節弁９、１１の開度が一時的に
大きくされる。これによれば、ＮＯ_X触媒６ａ、６ｂに
内燃機関から排出された排気ガスが供給され、このとき
の排気ガスの酸素濃度は高いので、ＮＯ_X触媒６ａ、６
ｂ周囲の雰囲気が一時的にリーン雰囲気となり、しか
も、このときのＮＯ_X触媒６ａ、６ｂの温度が高温であ
るので、ＮＯ_X触媒に付着しているＳＯＦはその周囲の
酸素によって一気に酸化除去される。

【００５３】図４に第３実施形態のＳＯ_X離脱処理を実
行するフローチャートを示した。図４に示したフローチ
ャートでは、始めに、ステップ２０において、リッチフ
ラグＦ１がセットされている（Ｆ１＝１）か否かが判別
される。ここでのリッチフラグＦ１は図２に示したリッ
チフラグＦ１と同じフラグである。

【００５４】ステップ２０において、Ｆ１＝０であると
判別されたときには、ルーチンは終了する。一方、ステ
ップ２０において、Ｆ１＝１であると判別されたときに
は、ルーチンはステップ２１に進んで、ＳＯ_X離脱処理
が施されるべきＮＯ_X触媒６ａ、６ｂにとって流量調節
弁９、１１の開度が小さくされ、次いでステップ２２に
おいて、燃焼式ヒータ１４からリッチ空燃比のヒータガ
スが供給される。

【００５５】次いで、ステップ２３において、リーンフ
ラグＦ２がセットされている（Ｆ２＝１）か否かが判別
される。ここでのリーンフラグＦ２も図２に示したリー
ンフラグＦ２と同じフラグである。ステップ２３におい
て、Ｆ２＝０であると判別されたときには、ルーチンは
終了する。一方、ステップ２３において、Ｆ２＝１であ
ると判別されたときには、ルーチンはステップ２４に進
んで、燃焼式ヒータ１４からのリッチ空燃比のヒータガ
スの供給が停止され、次いでステップ２５において、流
量調節弁９、１１の開度が大きくされ、次いでステップ
２６において、フラグＦ２がリセットされる。

【００５６】上述した実施形態は、図５に示されている
構成の排気浄化装置にも適用可能である。図５に示され
ている第４の実施形態の排気浄化装置では、各排気枝通
路３ａ、３ｂに上流側流量調節弁９ａ、９ｂと下流側流
量調節弁１１ａ、１１ｂが配置されている。これら流量
調節弁９ａ、９ｂ、１１ａ、１１ｂにはそれぞれ対応す
るステップモータ１０ａ、１０ｂ、１２ａ、１２ｂが接
続される。また、燃焼ガス通路１３は２つのガス枝通路
１３ａ、１３ｂに分岐している。これらガス枝通路１３
ａ、１３ｂは切換弁２４を介して燃焼ガス通路１３に接
続される。切換弁２４によって燃焼式ヒータ１４から排
出されるガスが第１ＮＯ_X触媒６ａに供給されるか、或
いは、第２ＮＯ_X触媒６ｂに供給されるかが切り換えら
れる。

【００５７】また、第５の実施形態のＳＯ_X離脱処理で
は、ＮＯ_X触媒６ａ、６ｂからＳＯ_Xを離脱させるべきで
あると判断されたときに、内燃機関の運転および燃焼式
ヒータ１４の運転を制御し、すなわち、内燃機関から排
出される排気ガスの特性および燃焼式ヒータ１４から排
出されるヒータガスの特性を制御してＮＯ_X触媒６ａ、
６ｂの温度を上昇させる。そして、ＳＯ_Xを離脱させる
べきほうのＮＯ_X触媒６ａ、６ｂの温度がＳＯ_X離脱温度
にまで上昇したときに、上流側流量調節弁９の開度を当
該ＮＯ_X触媒６ａ、６ｂにとって小さくして、当該ＮＯ_X
触媒６ａ、６ｂに流入する排気ガスの量を低減すると共
に、下流側流量調節弁１１の開度を燃焼式ヒータ１４の
運転にとって最適な開度とした上で、燃焼式ヒータ１４
からリッチ空燃比のガスが当該ＮＯ_X触媒６ａ、６ｂに
供給される。一方、予め定められた条件が上述したよう
に成立したと判断されたときには、燃焼式ヒータ１４か
ら当該ＮＯ_X触媒６ａ、６ｂにリーン空燃比のヒータガ
スが一時的に供給される。

【００５８】また、上述した実施形態において、ＳＯ_X
離脱処理の実行時における各流量調節弁９、１１の開度
は、内燃機関の運転パラメータ、例えば、機関回転数、
内燃機関の燃焼室内に吸入される空気の量（以下、単に
吸気量と称す）、内燃機関の燃焼室内に噴射される燃料
の量（以下、単に燃料噴射量と称す）、および、内燃機
関の燃焼室から排出される排気ガスの空燃比（以下、単
に排気空燃比と称す）に応じて決定される。すなわち、
これら運転パラメータに関して各流量調節弁９、１１の
開度を実験により予め求めてマップの形で電子制御装置
内に記憶させておき、このマップを利用して各流量調節
弁９、１１の開度が制御される。

【００５９】また、上述した実施形態は、ＮＯ_X触媒６
ａ、６ｂ上流にのみ流量調節弁９が配置されている排気
浄化装置にも適用可能であり、ＮＯ_X触媒６ａ、６ｂ下
流にのみ流量調節弁１１が配置されている排気浄化装置
にも適用可能である。

【００６０】次に、第６の実施形態の排気浄化装置につ
いて説明する。第６実施形態の排気浄化装置を図６に示
した。第６実施形態の排気浄化装置では、燃焼式ヒータ
の代わりに、各ＮＯ_X触媒６ａ、６ｂ上流の排気枝通路
３ａ、３ｂに燃料添加装置２５ａ、２５ｂが取り付けら
れている。これら燃料添加装置２５ａ、２５ｂは対応す
る燃料通路１７を介して燃料タンク（図１参照）１８に
接続される。これら燃料添加装置２５ａ、２５ｂは対応
するＮＯ_X触媒６ａ、６ｂに燃料を添加することができ
る。なお、これら燃料添加装置２５ａ、２５ｂは電子制
御装置に接続されており、その作動は電子制御装置によ
って制御される。

【００６１】本実施形態のＮＯ_X浄化処理では、一方の
ＮＯ_X触媒６ａ、６ｂのＮＯ_X保持量がその上限値に達し
たとき、或いは、その上限値に達する直前に、当該ＮＯ
_X触媒６ａ、６ｂに流入する排気ガスの量がほぼ零にま
で低減するように上流側流量調節弁９の動作位置を切り
換え、且つ、当該ＮＯ_X触媒６ａ、６ｂ下流の排気枝通
路３ａ、３ｂが僅かばかり開放された状態となるように
下流側流量調節弁１１の動作位置を切り換えた上で、対
応する燃料添加装置２５ａ、２５ｂから当該ＮＯ_X触媒
６ａ、６ｂに燃料を噴射する。

【００６２】このように燃料添加装置２５ａ、２５ｂか
ら対応するＮＯ_X触媒６ａ、６ｂに燃料が添加される
と、ＮＯ_X触媒６ａ、６ｂ周囲の雰囲気がリッチ雰囲気
となるので、ＮＯ_X触媒６ａ、６ｂは保持しているＮＯ_X
を解放し、斯くして解放されたＮＯ_Xを燃料添加装置２
５ａ、２５ｂから供給された燃料（ＨＣ）を還元剤とし
て利用して還元浄化する。

【００６３】一方、本実施形態のＳＯ_X離脱処理では、
一方のＮＯ_X触媒６ａ、６ｂのＮＯ_X保持能力がＳＯ_Xに
よって低下せしめられていると推定されたときに、ＮＯ
_X浄化処理が実行されるときと同様に、各流量調節弁
９、１１の動作位置が切り換えられた状態で、燃料添加
装置２５ａ、２５ｂから対応するＮＯ_X触媒６ａ、６ｂ
に燃料が供給され、これによって当該ＮＯ_X触媒６ａ、
６ｂの温度がＳＯ_X離脱温度にまで上昇せしめられると
共に、当該ＮＯ_X触媒６ａ、６ｂ周囲の雰囲気がリッチ
雰囲気とされる。

【００６４】そして、ＳＯ_X離脱処理の実行中におい
て、予め定められた条件が上述したように成立したと判
断されたときには、燃料添加装置２５ａ、２５ｂから当
該ＮＯ _X触媒６ａ、６ｂに添加される燃料の量を一時的
にほぼ零にまで減量することによって当該ＮＯ_X触媒６
ａ、６ｂ周囲の雰囲気が一時的にリーン雰囲気とされ
る。また、本実施形態では、このとき、ＮＯ_X触媒６
ａ、６ｂ周囲の雰囲気のリーン度合いをより大きくする
ために、上流側流量調節弁９の開度が当該ＮＯ_X触媒６
ａ、６ｂにとって一時的に大きくされ、当該ＮＯ_X触媒
６ａ、６ｂに内燃機関から排出された排気ガスが供給さ
れる。

【００６５】ここで、ＳＯ_X離脱処理において燃料添加
装置２５ａ、２５ｂから単位時間当たりにＮＯ_X触媒６
ａ、６ｂに添加される燃料の量は、ＮＯ_X浄化処理にお
いて燃料添加装置２５ａ、２５ｂから単位時間当たりに
ＮＯ_X触媒６ａ、６ｂに添加される燃料の量よりも多
い。

【００６６】なお、本実施形態のＳＯ_X離脱処理におい
て、燃料添加装置２５ａ、２５ｂから添加される燃料の
量、予め定められた条件が成立したと判断されたときに
一時的に減量せしめられる燃料の量、および、このよう
に一時的に燃料の量を減量する期間は、内燃機関の運転
パラメータ、例えば、機関回転数、吸気量、燃料噴射
量、および、排気空燃比に応じて決定される。

【００６７】また、本実施形態は図３に示したようにＳ
Ｏ_X検出センサ２３ａ、２３ｂを備える排気浄化装置に
も適用可能である。さらに、本実施形態は図５に示した
ように各排気枝通路３ａ、３ｂに上流側流量調節弁９
ａ、９ｂと下流側流量調節弁１１ａ、１１ｂが配置され
ている実施形態にも適用可能である。さらに、本実施形
態のＳＯ_X離脱処理において、ＮＯ_X触媒６ａ、６ｂから
ＳＯ_Xを離脱させるべきであると判断されたときに、燃
料添加装置２５ａ、２５ｂから燃料を添加せずに且つ流
量調節弁９、１１の動作位置を維持したまま、内燃機関
の運転を制御し、すなわち、内燃機関から排出される排
気ガスの特性を制御して当該ＮＯ_X触媒６ａ、６ｂの温
度をＳＯ_X離脱温度にまで上昇させ、その後、流量調節
弁９、１１の動作位置を上述したように切り換え且つ燃
料添加装置２５ａ、２５ｂから燃料を当該ＮＯ_X触媒６
ａ、６ｂに添加するようにしてもよい。

【００６８】もちろん、本実施形態においても、ＳＯ_X
離脱処理の実行時における各流量調節弁９、１１の開度
は、内燃機関の運転パラメータ、例えば、機関回転数、
吸気量、燃料噴射量、および、排気空燃比に応じて決定
される。

【００６９】また、本実施形態は、ＮＯ_X触媒６ａ、６
ｂ上流にのみ流量調節弁９が配置されている排気浄化装
置にも適用可能であり、ＮＯ_X触媒６ａ、６ｂ下流にの
み流量調節弁１１が配置されている排気浄化装置にも適
用可能である。

【００７０】図７に第６実施形態のＳＯ_X離脱処理を実
行するフローチャートを示した。図７に示したフローチ
ャートでは、始めに、ステップ３０において、リッチフ
ラグＦ１がセットされている（Ｆ１＝１）か否かが判別
される。ここでのリッチフラグＦ１は図２に示したリッ
チフラグＦ１と同じフラグである。

【００７１】ステップ３０において、Ｆ１＝０であると
判別されたときには、ルーチンは終了する。一方、ステ
ップ３０において、Ｆ１＝１であると判別されたときに
は、ルーチンはステップ３１に進んで、ＳＯ_X離脱処理
が施されるべきＮＯ_X触媒６ａ、６ｂにとって流量調節
弁９、１１の開度が小さくされ、次いでステップ３２に
おいて、燃料添加装置２５ａ、２５ｂから燃料が添加さ
れる。

【００７２】次いで、ステップ３３において、リーンフ
ラグＦ２がセットされている（Ｆ２＝１）か否かが判別
される。ここでのリーンフラグＦ２も図２に示したリー
ンフラグＦ２と同じフラグである。ステップ３３におい
て、Ｆ２＝０であると判別されたときには、ルーチンは
終了する。一方、ステップ３３において、Ｆ２＝１であ
ると判別されたときには、ルーチンはステップ３４に進
んで、燃料添加装置２５ａ、２５ｂからの燃料の添加が
停止され、次いでステップ３５において、流量調節弁
９、１１の開度が大きくされ、次いでステップ３６にお
いて、フラグＦ２がリセットされる。

【００７３】なお、本発明は、図８に示したパティキュ
レートフィルタを具備する排気浄化装置にも適用可能で
ある。最後に、図８に示したパティキュレートフィルタ
（以下、単にフィルタと称す）３０について説明する。
図８（Ａ）はフィルタ３０の端面図であり、図８（Ｂ）
はフィルタ３０の縦断面図である。図８（Ａ）および図
８（Ｂ）に示したように、フィルタ３０はハニカム構造
をなしており、互いに平行をなして延びる複数個の排気
流通路５０，５１を具備する。これら排気流通路の略半
数がその下流端開口を栓５２で閉鎖することによって排
気流入通路５０とされ、残りの半数がその上流端開口を
栓５３で閉鎖することによって排気流出通路５１とされ
ている。これら排気ガス流入通路５０および排気ガス流
出通路５１は薄肉の隔壁５４を介して交互に配置され
る。云い換えると、排気ガス流入通路５０および排気ガ
ス流出通路５１は各排気ガス流入通路５０が四つの排気
ガス流出通路５１により包囲され、各排気ガス流出通路
５１が四つの排気ガス流入通路５０により包囲されるよ
うに配置される。

【００７４】フィルタ３０は、例えば、コージェライト
のような多孔質材料から形成される。したがって、排気
ガス流入通路５０内に流入した排気ガスは、図８（Ｂ）
において矢印で示したように、隔壁５４の細孔を通っ
て、隣接する排気ガス流出通路５１内に流入する。

【００７５】フィルタ３０内には、隔壁５４の両壁面
上、および、隔壁の細孔を画成する壁面上に全面に亘っ
て、例えば、アルミナからなる担体の層が形成され、こ
の担体層上に、貴金属触媒と、活性酸素生成剤とが担持
されている。

【００７６】貴金属触媒としては、白金（Ｐｔ）が用い
られる。一方、活性酸素生成剤としては、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）、セリウム（Ｃｅ）のよ
うな希土類、鉄（Ｆｅ）のような遷移金属、およびスズ
（Ｓｎ）のような炭素族元素から選ばれた少なくとも一
つが用いられる。

【００７７】活性酸素生成剤は、周囲に過剰な酸素が存
在すると酸素を吸収・吸着によって保持し且つ周囲の酸
素濃度が低下すると保持している酸素を活性酸素の形で
解放することによって活性酸素を生成する。次に、活性
酸素生成剤の活性酸素生成作用について、担体上に白金
およびカリウム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、アルカリ土類金属、希
土類、遷移金属を用いても同様な活性酸素生成作用が行
われる。

【００７８】吸気通路２および内燃機関の燃焼室内に供
給された空気と燃料との比を排気ガスの空燃比と称する
と、圧縮着火式内燃機関から排出される排気ガスの空燃
比はリーンである。したがって、フィルタ３０に流入す
る排気ガスは多量の過剰空気を含んでいる。また、圧縮
着火式内燃機関の燃焼室内ではＮＯが発生する。したが
って、排気ガス中にはＮＯが含まれている。また、燃料
中には硫黄成分Ｓが含まれており、この硫黄成分Ｓは燃
焼室内で酸素と反応してＳＯ₂となる。したがって、排
気ガス中にはＳＯ₂が含まれている。このため過剰酸
素、ＮＯおよびＳＯ₂を含んだ排気ガスがフィルタ３０
の排気ガス流入通路５０内に流入することになる。

【００７９】図９（Ａ）および（Ｂ）は排気ガス流入通
路５０の周壁面上に形成された担体層の表面の拡大図を
模式的に表わしている。なお、図８（Ａ）および（Ｂ）
において、６０は白金の粒子を示し、６１はカリウムを
含んでいる活性酸素生成剤を示している。

【００８０】排気ガスがフィルタ３０の排気ガス流入通
路５０内に流入すると、図９（Ａ）に示したように、排
気ガス中の酸素（Ｏ₂）がＯ₂ ^-またはＯ^2-の形で白金の
表面に付着する。一方、排気ガス中のＮＯは白金の表面
上でＯ₂ ^-またはＯ^2-と反応し、ＮＯ₂となる（２ＮＯ＋
Ｏ₂→２ＮＯ₂）。斯くして生成されたＮＯ₂の一部は白
金上で酸化されつつ活性酸素生成剤６１内に吸収（場合
によっては吸着）によって保持され、図９（Ａ）に示し
たように、カリウムと結合しながら硝酸イオン（Ｎ
Ｏ₃ ^-）の形で活性酸素生成剤６１内に拡散し、硝酸カリ
ウム（ＫＮＯ₃）を生成する。すなわち、排気ガス中の
酸素が硝酸カリウム（ＫＮＯ₃）の形で活性酸素生成剤
６１内に吸収によって保持される。

【００８１】排気ガス中のＳＯ₂もＮＯと同様なメカニ
ズムで活性酸素生成剤６１内に吸収（場合によっては吸
着）によって保持される。すなわち、排気ガス中のＳＯ
₂は白金の表面でＯ₂ ^-またはＯ^2-と反応してＳＯ₃とな
る。斯くして生成されたＳＯ₃の一部は白金上でさらに
酸化されつつ活性酸素生成剤６１内に吸収によって保持
され、カリウムと結合しながら硫酸イオン（ＳＯ₄ ^2-）
の形で活性酸素生成剤６１内に拡散し、硫酸カリウム
（Ｋ₂ＳＯ₄）を生成する。すなわち、排気ガス中の酸素
が硫酸カリウム（Ｋ₂ＳＯ₄）の形で活性酸素生成剤６１
内に吸収によって保持される。

【００８２】ここで、燃焼室内においては主にカーボン
（Ｃ）からなる微粒子が生成される。したがって、排気
ガス中にはこれら微粒子が含まれている。排気ガス中に
含まれているこれら微粒子は排気ガスがフィルタ３０の
排気ガス流入通路５０内を流れているとき、或いは、隔
壁５４の細孔内を通過するときに、図９（Ｂ）において
６２で示したように担体層の表面、例えば、活性酸素生
成剤６１の表面上に接触し、付着する。

【００８３】このように微粒子６２が活性酸素生成剤６
１の表面上に付着すると、微粒子６２と活性酸素生成剤
６１との接触面では酸素濃度が低下する。すなわち、活
性酸素生成剤６１の周囲の酸素濃度が低下する。酸素濃
度が低下すると酸素濃度の高い活性酸素生成剤６１内と
の間で濃度差が生じ、斯くして、活性酸素生成剤６１内
の酸素が微粒子６２と活性酸素生成剤６１との接触面に
向けて移動しようとする。その結果、活性酸素生成剤６
１内に形成されている硝酸カリウム（ＫＮＯ₃）がカリ
ウム（Ｋ）と酸素（Ｏ）とＮＯとに分解され、酸素
（Ｏ）が微粒子６２と活性酸素生成剤６１との接触面に
向かい、その一方で、ＮＯが活性酸素生成剤６１から外
部に放出される。斯くして活性酸素生成剤６１が活性酸
素を生成する。外部に放出されたＮＯは下流側の白金上
において酸化され、再び活性酸素生成剤６１に保持され
る。

【００８４】また、このとき活性酸素生成剤６１内に形
成されている硫酸カリウム（Ｋ₂ＳＯ₄）もカリウム
（Ｋ）と酸素（Ｏ）とＳＯ₂とに分解され、酸素（Ｏ）
が微粒子６２と活性酸素生成剤６１との接触面に向か
い、その一方で、ＳＯ₂が活性酸素生成剤６１から外部
に放出される。斯くして活性酸素生成剤６１が活性酸素
を生成する。外部に放出されたＳＯ₂は下流側の白金上
において酸化され、再び活性酸素生成剤６１に保持され
る。ただし、硫酸カリウムは安定で分解しづらいので硫
酸カリウムは硝酸カリウムよりも酸素を放出しづらい。

【００８５】ここで、活性酸素生成剤６１によって生成
される活性酸素はそこに付着した微粒子を酸化除去する
ために消費される。すなわち、フィルタ３０に捕集され
た微粒子は活性酸素生成剤６１によって生成される活性
酸素によって酸化除去される。

【００８６】従来、フィルタに捕集されている微粒子を
除去する場合、フィルタの温度を比較的高い温度にまで
上昇させることによって微粒子を燃焼し、これにより微
粒子を除去していた。

【００８７】一方、本発明において微粒子を除去するた
めに利用される酸素は、硝酸カリウムや硫酸カリウムの
ような化合物から分解された活性酸素であって、不対電
子を有することから、極めて高い反応性を有する。した
がって、この活性酸素によれば、フィルタの温度が比較
的低くても、微粒子を酸化除去することができる。

【００８８】このように、従来のフィルタでは、火炎を
伴う燃焼によって微粒子を除去していたのに対し、本発
明のフィルタでは、輝炎を発することのない酸化によっ
て微粒子を除去している。したがって、本発明のフィル
タによれば、そこに捕集された微粒子は連続的に酸化除
去され、すなわち、活性酸素（Ｏ）が微粒子６２に接触
すると、微粒子６２は短時間（数秒〜数十分）のうちに
輝炎を発することなく酸化せしめられ、微粒子６２は完
全に消滅する。したがって、微粒子６２がフィルタ３０
上に堆積することはほとんどない。

【００８９】なお、活性酸素生成剤６１は周囲に過剰な
酸素が存在するとＮＯ_Xを硝酸イオンの形で保持するこ
とによって結果的に酸素を保持する。すなわち、活性酸
素生成剤６１は周囲に過剰な酸素が存在するとＮＯ_Xを
吸収・吸着によって保持する。一方、活性酸素生成剤６
１は周囲の酸素濃度が低下すると硝酸イオンの形で保持
されているＮＯ_Xを解放することによって活性酸素を生
成する。すなわち、活性酸素生成剤６１は周囲の酸素濃
度が低下するとＮＯ_Xを解放する。したがって、本発明
の活性酸素生成剤６１はＮＯ_X保持剤としても機能す
る。

【００９０】ここで、活性酸素生成剤６１周りの酸素濃
度が低下する場合とは、上述したように、周囲の雰囲気
はリーン雰囲気であるが活性酸素生成剤６１に微粒子が
付着した場合の他に、フィルタ３０に流入するガスの空
燃比がリッチとなって周囲の雰囲気がリッチ雰囲気とな
った場合がある。

【００９１】周囲の雰囲気はリッチ雰囲気であるが活性
酸素生成剤６１に微粒子が付着することで活性酸素生成
剤６１周りの酸素濃度が低下した場合に解放されたＮＯ
_Xは、上述したように、再び活性酸素生成剤６１に吸収
によって保持される。一方、フィルタ３０に流入する排
気ガスの空燃比がリッチとなって周囲の雰囲気がリッチ
雰囲気となった場合に解放されたＮＯ_Xは、白金の作用
によって排気ガス中の炭化水素で還元浄化される。云い
方を換えれば、燃焼式ヒータ１４からリッチ空燃比のガ
スをフィルタ３０に供給すれば、活性酸素生成剤６１に
保持されているＮＯ_Xを還元浄化することができる。し
たがって、本発明のフィルタ３０は、活性酸素生成剤６
１と白金とからなるＮＯ_X触媒を具備する。

【００９２】

【発明の効果】本発明によれば、ＳＯ_X離脱処理の実行
中にＮＯ_X触媒周囲の雰囲気が一時的にリーン雰囲気と
され、これによって、ＮＯ_X触媒周囲には多量の酸素が
存在することとなる。このため、ＮＯ_X触媒表面に付着
した可溶性有機物質（ＳＯＦ）が酸化除去される。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態の排気浄化装置を備えた内燃機関
を示す図である。

【図２】第１実施形態のＳＯ_X離脱処理を実行するフロ
ーチャートである。

【図３】第２実施形態の排気浄化装置を示す図である。

【図４】第３実施形態のＳＯ_X離脱処理を実行するフロ
ーチャートである。

【図５】第４実施形態の排気浄化装置を示す図である。

【図６】第６実施形態の排気浄化装置を示す図である。

【図７】第６実施形態のＳＯ_X離脱処理を実行するフロ
ーチャートである。

【図８】パティキュレートフィルタを示す図である。

【図９】活性酸素生成剤の活性酸素生成作用を説明する
ための図である。

【符号の説明】

１…機関本体２…吸気通路３…排気通路３ａ、３ｂ…排気枝通路６ａ、６ｂ…ＮＯ_X触媒９、９ａ、９ｂ、１１、１１ａ、１１ｂ…流量調節弁１４…燃焼式ヒータ１８…燃料タンク２３ａ、２３ｂ…ＳＯ_X検出センサ２５ａ、２５ｂ…燃料添加装置３０…パティキュレートフィルタ

───────────────────────────────────────────────────── 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 3/24 Ｆ０１Ｎ 3/24 ＱＲ 3/28 ３０１Ｃ３０１Ｈ 3/28 ３０１ 3/36 ＪＭ 3/36 Ｒ 9/00 ＺＦ０２Ｄ 43/00 ３０１Ｋ 9/00 ３０１ＴＦ０２Ｄ 43/00 ３０１ 45/00 ３０１Ａ３０１Ｇ 45/00 ３０１３１４ＴＢ０１Ｄ 53/36 １０１Ａ３１４ＺＡＢ１０１Ｂ (72)発明者田中俊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)発明者浅沼孝充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)発明者木村光壱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)発明者中谷好一郎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)発明者見上晃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） 3G084 AA01 AA04 BA05 BA09 BA13 BA15 BA19 BA20 BA24 BA25 DA10 DA22 DA27 EA11 EB01 EB22 FA07 FA26 FA27 FA28 FA30 FA33 3G091 AA11 AA12 AA17 AA18 AA28 AB02 AB06 AB13 BA00 BA11 BA14 CA02 CA12 CA13 CA15 CA18 CA27 CB02 CB07 CB08 DA01 DA02 DB06 DB10 EA01 EA05 EA08 EA17 EA33 EA34 FB10 FB12 GB01W GB02W GB03W GB04W GB05W GB06W GB07W HA11 HA14 HA36 HA37 HA42 HB02 HB03 HB05 4D048 AA06 AA14 AB02 AB07 AC02 BA02Y BA14X BA15Y BA18Y BA19Y BA21Y BA30X BA36Y BB02 BB14 BC01 BD01 CC24 CC32 CC33 CC52 CC61 CD05 CD10 DA01 DA02 DA03 DA05 DA08 DA09 DA13 EA04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関から排出される排気ガス中のＮ
Ｏ_Xを浄化するためのＮＯ_X触媒を機関排気通路内に具備
し、ＮＯ_X触媒は周囲の雰囲気がリーン雰囲気であると
きにはＳＯ_Xを保持し、ＮＯ_X触媒からＳＯ_Xを離脱させ
るべきときには、ＮＯ_X触媒の温度をＳＯ_X離脱温度まで
上昇させると共にＮＯ_X触媒周囲の雰囲気をリッチ雰囲
気にするＳＯ_X離脱処理を実行することによってＮＯ_X触
媒からＳＯ_Xを離脱させるようにした排気浄化装置にお
いて、ＳＯ_X離脱処理の実行中にＮＯ_X触媒周囲の雰囲気
が一時的にリーン雰囲気とされることを特徴とする排気
浄化装置。
【請求項２】機関排気通路が並列した２つの排気枝通
路に分岐しており、上記ＮＯ_X触媒がこれら排気枝通路
内にそれぞれ配置されていることを特徴とする請求項１
に記載の排気浄化装置。
【請求項３】ＮＯ_X触媒に流入する排気ガスの量を調
節するための流量調節弁をさらに具備し、ＳＯ_X離脱処
理の実行時には、流量調節弁の開度を小さくしてＮＯ_X
触媒に流入する排気ガスの量を低減しつつＮＯ_X触媒周
囲の雰囲気がリッチ雰囲気とされ、該流量調節弁の開度
を一時的に大きくしてＮＯ_X触媒に流入する排気ガスの
量を増大することによってＮＯ_X触媒周囲の雰囲気が一
時的にリーン雰囲気とされることを特徴とする請求項１
に記載の排気浄化装置。
【請求項４】流量調節弁がＮＯ_X触媒上流の機関排気
通路内、または、ＮＯ_X触媒下流の機関排気通路内に配
置されることを特徴とする請求項３に記載の排気浄化装
置。
【請求項５】燃焼式ヒータをさらに具備し、ＳＯ_X離
脱処理の実行時に該燃焼式ヒータからＮＯ_X触媒にリッ
チ空燃比のガスを供給することによってＮＯ_X触媒の温
度が上昇せしめられると共にＮＯ_X触媒周囲の雰囲気が
リッチ雰囲気とされ、一方、該燃焼式ヒータからＮＯ_X
触媒に一時的にリーン空燃比のガスを供給することによ
ってＮＯ_X触媒周囲の雰囲気が一時的にリーン雰囲気と
されることを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装
置。
【請求項６】ＮＯ_X触媒に流入する排気ガスの量を調
節するための流量調節弁をＮＯ_X触媒上流の機関排気通
路内とＮＯ_X触媒下流の機関排気通路内とにさらに具備
すると共に、燃焼式ヒータをさらに具備し、ＳＯ_X離脱
処理の実行時には、内燃機関の運転および燃焼式ヒータ
の運転を制御してＮＯ_X触媒の温度を上昇させ、該ＮＯ_X
触媒の温度がＳＯ_X離脱温度にまで上昇したときに、上
流側の流量調整弁の開度を小さくしてＮＯ_X触媒に流入
する排気ガスの量を低減すると共に下流側の流量調節弁
の開度を燃焼式ヒータの運転にとって最適な開度として
燃焼式ヒータからリッチ空燃比のガスをＮＯ_X触媒に供
給することによってＮＯ_X触媒周囲の雰囲気がリッチ雰
囲気とされ、一方、該燃焼式ヒータからＮＯ_X触媒に一
時的にリーン空燃比のガスを供給することによってＮＯ
_X触媒周囲の雰囲気が一時的にリーン雰囲気とされるこ
とを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
【請求項７】ＮＯ_X触媒に燃料を添加するための燃料
添加装置をさらに具備し、ＳＯ_X離脱処理の実行時に該
燃料添加装置からＮＯ_X触媒に燃料を添加することによ
ってＮＯ_X触媒の温度がＳＯ_X離脱温度まで上昇せしめら
れると共にＮＯ _X触媒周囲の雰囲気がリッチ雰囲気とさ
れ、一方、該燃料添加装置からＮＯ_X触媒に添加される
燃料の量を一時的に減量することによってＮＯ_X触媒周
囲の雰囲気が一時的にリーン雰囲気とされることを特徴
とする請求項１に記載の排気浄化装置。
【請求項８】ＳＯ_X離脱処理の実行中においてＮＯ_X触
媒周囲の雰囲気がリッチ雰囲気とされている期間が予め
定められた期間を超えたときに、ＮＯ_X触媒周囲の雰囲
気が一時的にリーン雰囲気とされることを特徴とする請
求項１に記載の排気浄化装置。
【請求項９】ＮＯ_X触媒から流出するガス中のＳＯ_Xの
量を検出するためのＳＯ_X量検出センサをさらに具備
し、ＳＯ_X離脱処理の実行中において該ＳＯ_X量検出セン
サによって検出されるＳＯ_Xの量が予め定められた量を
超えたときに、ＮＯ_X触媒周囲の雰囲気が一時的にリー
ン雰囲気とされることを特徴とする請求項１に記載の排
気浄化装置。