JP2007315242A - 内燃機関の排気浄化システム - Google Patents

Abstract

【課題】Ｓトラップ触媒、酸化触媒、フィルタ、ＮＯｘ触媒等の排気浄化手段を有し、内燃機関の排気を浄化する排気浄化システムにおいて、排気浄化手段に対する性能再生制御を効率よく実施するとともに、その際に、Ｓトラップ触媒からのＳＯｘの放出を抑制し、多量のＳＯｘが酸化触媒やフィルタで酸化され、白煙となって外部に放出されることにより排気エミッションが悪化することを抑制する。
【解決手段】排気浄化部１０にはＳ−Ｔｒａｐ１１０、酸化触媒１１１、フィルタ１１２、ＮＳＲ１１３を直列に配置し、上記性能再生制御を実施する時には第１切換弁１２を第２の位置に切り換えることにより、排気を排気浄化部１０にＮＳＲ１１３側から流入させる（第２状態）。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化システムに関する。

内燃機関では、排気中に含まれる煤やＳＯＦ（Soluble Organic Fraction）などの微粒子物質（以下、単に「ＰＭ」ともいう。）と窒素酸化物（ＮＯｘ）とを浄化するため、内燃機関の排気系に排気中のＰＭを捕集するフィルタ、ＮＯｘを浄化する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、「ＮＯｘ触媒」ともいう。）、或いはＮＯｘ触媒とフィルタを組み合わせたものを配置する技術が知られている。

ここで、ＮＯｘ触媒は流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中のＮＯｘを吸蔵（吸収、吸着）し、流入する排気の酸素濃度が低下し且つ還元剤が存在するときは吸蔵していたＮＯｘを放出するとともに窒素（Ｎ₂）に還元する。この技術では、ＮＯｘ触媒において、吸蔵されたＮＯｘの量が増加すると浄化能力が低下するため、ＮＯｘ触媒に還元剤を供給し、同触媒に吸蔵されたＮＯｘを放出し還元することが行われる（以下、「ＮＯｘ還元処理」という。）。

また、排気中には硫黄酸化物（ＳＯｘ）も含まれており、このＳＯｘはＮＯｘと同様のメカニズムによってＮＯｘ触媒に吸収される。そして、ＮＯｘ触媒に吸蔵されるＳＯｘ量が増えるとＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵能力が低下して所謂ＳＯｘ被毒が生じてしまう。

そこで、流入する排気中のＳＯｘを吸収するＳトラップ触媒をＮＯｘ触媒の排気上流に配置してＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒を抑制することが行われる。また、ＮＯｘ触媒が被毒された場合には、ＮＯｘ触媒を昇温するとともにＮＯｘ触媒に流入する排気の酸素濃度を低くしてＮＯｘ触媒からＳＯｘを放出し還元することが行われる場合もある（以下、「ＳＯｘ被毒回復処理」という。）。

一方、上記のフィルタでは、捕集されたＰＭが増加すると、フィルタの詰まりによって排気圧力が上昇し機関性能が低下するため、フィルタの上流に酸化触媒を設け、酸化触媒において排気中の一酸化窒素（ＮＯ）を二酸化窒素（ＮＯ₂）に酸化することでフィルタに捕集されたＰＭを比較的低い低温域で連続的に酸化除去する技術も提案されている（例えば、特許文献１を参照。）。

しかし、酸化触媒、フィルタ、Ｓトラップ触媒およびＮＯｘ触媒が直列に設けられた構成において、上記のＮＯｘ触媒に対するＮＯｘ還元処理や、ＳＯｘ被毒回復処理等（以下「性能再生制御」ともいう。）のための還元剤を酸化触媒側から供給すると、供給された還元剤が上流の酸化触媒で反応してしまい、供給された還元剤がＮＯｘ触媒に到達し難く、性能再生制御の効率が悪化する場合があった。

また、Ｓトラップ触媒およびＮＯｘ触媒が隣接して配置された構成においてＮＯｘ触媒に対して性能再生制御を実施すると、Ｓトラップ触媒とＮＯｘ触媒の両方からＳＯｘが放出される虞があった。放出されたＳＯｘが酸化触媒やフィルタに供給され得る構成においては、多量のＳＯｘが酸化触媒やフィルタで酸化され、白煙となって外部に放出されてしまう場合もあった。
特表２００５−５００１４７号公報 米国特許第６４０８６２０号明細書 特開２００４−６０５９６号公報

本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、排気系に排気を浄化するＳトラップ触媒、酸化触媒、フィルタ、ＮＯｘ触媒が直列に設けられた排気浄化手段を有する内燃機関の排気浄化システムにおいて、排気浄化手段に対する性能再生制御をより効率よく実施するとともに、その際に、前記Ｓトラップ触媒からＳＯｘが放出されることを抑制し、放出されたＳＯｘが白煙となることにより排気エミッションを悪化させることを抑制する技術を提供することである。

上記目的を達成するための本発明は、排気浄化手段においてＳトラップ触媒、酸化触媒、フィルタ、ＮＯｘ触媒等が該順番で直列に設けられるようにし、該排気浄化手段に対する性能再生制御を実施しないときには、前記排気浄化手段にＳトラップ触媒側から排気を導入させ、前記性能再生制御と実施するときには、前記排気浄化手段にＮＯｘ触媒側から排気を導入させるとともに還元剤を供給することを最大の特徴とする。

より詳しくは、一端が内燃機関に接続されて該内燃機関からの排気が通過する排気通路と、
前記排気通路に設けられるとともに前記排気通路を通過する前記排気を浄化する排気浄化手段と、
前記排気浄化手段に導入される排気に還元剤を供給する還元剤供給手段と、
前記還元剤供給手段から前記排気に還元剤を供給することによって前記排気浄化手段の性能を再生する制御を行う性能再生制御手段と、
を備えた内燃機関の排気浄化システムであって、
前記排気浄化手段には、前記排気の空燃比がリーンの時に該排気中のＳＯｘを吸収するＳトラップ触媒と、酸化能を有する酸化触媒と、前記排気中の微粒子物質を捕集するとともに該捕集した微粒子物質が酸化除去されることで目詰まりが抑制されるフィルタと、前記排気の空燃比がリーンの時には該排気中のＮＯｘを吸蔵するとともに前記排気の空燃比がリッチで還元剤が存在する時には前記吸蔵されたＮＯｘを放出し還元する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒とが、前記Ｓトラップ触媒、前記酸化触媒、前記フィルタ、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の順に直列に配置した状態で設けられ、
前記排気の状態を、前記排気が前記排気浄化手段に前記Ｓトラップ触媒側から流入する状態である第１状態と、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒側から流入する状態である第２状態とに切換可能な排気状態切換手段をさらに備え、
前記性能再生制御手段による前記性能再生制御が行われない場合には、前記排気状態切換手段によって、前記排気の状態が第１状態とされ、前記性能再生制御手段による前記性能再生制御が行われる場合には、前記排気状態切換手段によって、前記排気の状態が前記第２状態とされることを特徴とする。

このように構成された内燃機関の排気浄化システムでは、前記排気浄化手段の性能を再生する前記性能再生制御が行われない場合には、前記排気状態切換手段により前記排気の状態は前記第１状態にされる。

従って、前記排気は前記排気浄化手段に前記Ｓトラップ触媒側から流入するため、該Ｓトラップ触媒によって前記排気に含まれるＳＯｘを吸収させることができる。これにより排気の状態が前記第１状態における下流の前記ＮＯｘ触媒が前記ＳＯｘにより被毒することを抑制できる。

一方、排気に含まれるＮＯｘが前記Ｓトラップ触媒によって吸収される量は少ないため
、前記ＮＯｘは前記排気の状態が第１状態において下流側の前記酸化触媒に流入する。一般に、内燃機関から排出された排気に含まれるＮＯｘは、ＮＯ₂に比べてＮＯが多く含まれており（例えば６０乃至７０％）、前記酸化触媒に流入した前記ＮＯは前記酸化触媒において酸化されることによりＮＯ₂が生成される。ここで、該ＮＯ₂はＮＯに比べてより低い温度においても前記ＰＭを酸化することが可能であり、前記生成されたＮＯ₂は前記第１状態における更に下流側の前記フィルタに供給される。

従って本発明では、前記性能再生制御手段によって前記排気浄化手段の性能を再生する前記性能再生制御が行われない場合には、前記酸化触媒において、排気中に含有するＮＯｘのうち、前記ＮＯ₂の割合を増やすことにより前記フィルタにおけるＰＭの酸化除去を促進することができる。

また、本発明においては、前記排気浄化手段の性能を再生する前記性能再生制御を実施する必要が生じたときには、前記還元剤供給手段から前記排気浄化手段に導入される前記排気に還元剤（燃料等）が供給される。

ここで、前記排気状態切換手段を備えていない内燃機関の排気浄化システムにおいては、前記性能再生制御を実施するときに供給される前記還元剤（燃料等）が前記酸化触媒によって酸化されてしまい、前記ＮＯｘ触媒に導入される還元剤（燃料等）の供給量が減少する場合がある。

これに対し本発明では、前記排気状態切換手段によって前記排気の状態を前記第１状態と前記第２状態とを切換えることができる。従って、前記性能再生制御を実施するときには、前記排気を前記ＮＯｘ触媒側から流入させることができるため、前記性能再生制御のために供給された前記還元剤（燃料等）が前記酸化触媒によって酸化されてしまい、前記ＮＯｘ触媒に導入される還元剤（燃料等）の供給量が減少することを抑制できる。従って、前記性能再生制御を効率的に実施することが可能となり、以って前記性能再生制御に係る燃費を向上することができる。

また、前記性能再生制御を実施するときは、前記排気の状態を前記第２状態することにより前記供給された還元剤（燃料等）が前記ＮＯｘ触媒から下流側に流出しても、該流出した還元剤（燃料等）は前記第２状態における下流側の前記酸化触媒において酸化されるため、該還元剤（燃料等）が浄化されずに外部に排出されることが抑制できる。

また、前記性能再生制御が終了し、前記排気の状態を第１状態に切り換えた後においても、前記還元剤（燃料等）は前記酸化触媒に残留しないため、前記酸化触媒においてＮＯ₂の生成量が減少する虞がない。従って、前記排気の状態を第１状態に切り換えた後は、効率的に前記フィルタにおけるＰＭの酸化除去を促進することができる。

ここで、前記Ｓトラップ触媒が、前記フィルタと前記ＮＯｘ触媒との間であって、且つ該ＮＯｘ触媒に隣接して配置される構成の内燃機関の排気浄化システムにおいては、前記性能再生制御が実施される際に、前記還元剤供給手段により供給された還元剤（燃料等）が前記Ｓトラップ触媒に導入され易い。その結果、前記Ｓトラップ触媒の温度も高温（例えば摂氏６００乃至６５０度）となり、空燃比もリッチ空燃比となり易いため、該Ｓトラップ触媒からのＳＯｘの漏れ出しが生じる場合があった。そのような場合には、前記Ｓトラップ触媒から漏れ出したＳＯｘが前記フィルタや酸化触媒において酸化されることによって、白煙が生じる虞があった。

それに対し、本発明においては、前記Ｓトラップ触媒、前記酸化触媒、前記フィルタ、前記ＮＯｘ触媒が、上記の順に直列に配置されており、前記Ｓトラップ触媒と前記ＮＯｘ
触媒とが離れて配置される。従って、前記性能再生制御が実施されても、前記還元剤供給手段により供給される還元剤（燃料等）は前記Ｓトラップ触媒に導入され難く、且つ前記Ｓトラップ触媒は高温になり難い。従って、前記Ｓトラップ触媒に吸収されている前記ＳＯｘが放出されることを抑制することができる。

また、前記Ｓトラップ触媒から前記ＳＯｘが放出されても、前記性能再生制御の実施時には前記排気の状態を第２状態とするため、該ＳＯｘは前記フィルタや酸化触媒に流入することは無い。従って該前記フィルタ及び酸化触媒に対してＳＯｘが流入する絶対量を減少させることができ、以って前記ＳＯｘが酸化されることにより生じる白煙の発生を抑制することが可能となる。

尚、前記還元剤供給手段は、排気中に還元剤（燃料等）を噴射する還元剤添加弁や、エンジンの膨張行程や排気行程等に燃料を副噴射する燃料噴射弁を含んで構成されてもよい。

また、本発明において、前記性能再生制御は、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを放出し還元するＮＯｘ還元処理であってもよい。

また、前記性能再生制御は、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸収されたＳＯｘを放出し還元するＳＯｘ被毒回復処理であってもよい。

即ち、前記ＮＯｘ触媒に吸収されたＳＯｘを放出し還元する必要が生じた時に、前記排気状態切換手段によって、前記排気の状態が前記第２状態にされるとともに、前記還元剤供給手段から前記排気浄化手段に導入される前記排気に還元剤（燃料等）が供給される。

そして、前記ＮＯｘ触媒に導入される排気の空燃比が低く、且つ該ＮＯｘ触媒が高温状態（例えば摂氏６００乃至６５０度）に維持されることによって該ＮＯｘ触媒に吸収されたＳＯｘを放出し還元することができる。

この場合に、もしＳトラップ触媒が、フィルタとＮＯｘ触媒との間であって、該ＮＯｘ触媒に隣接して配置される構成の排気浄化システムである場合には、前記ＮＯｘ触媒と同様に、前記Ｓトラップ触媒の温度も高温となり、空燃比もリッチとなるので、より該ＳトラップからのＳＯｘの漏れ出しが生じやすくなる。また、Ｓトラップ触媒は前記第１状態においてＮＯｘ触媒の排気上流に設けられているため、前記ＮＯｘ触媒に比べて前記Ｓトラップ触媒に吸収されているＳＯｘ量は多いと考えられる。

従って、前記ＮＯｘ触媒に対するＳＯｘ被毒回復処理において、前記Ｓトラップ触媒からもＳＯｘが放出されることが考えられ、その場合には、該放出されたＳＯｘが前記フィルタや酸化触媒において酸化され、白煙となって外部に放出されてしまう虞があった。

これに対し、本発明においては、前記Ｓトラップ触媒、前記酸化触媒、前記フィルタ、前記ＮＯｘ触媒が、上記の順に直列に配置されており、前記Ｓトラップ触媒と前記ＮＯｘ触媒とが離れて配置される。従って、前記ＮＯｘ触媒に対するＳＯｘ被毒回復処理が実施されても、前記還元剤供給手段により供給される還元剤（燃料等）は前記Ｓトラップ触媒に導入され難く、且つ前記Ｓトラップ触媒は高温になり難い。即ち、前記Ｓトラップ触媒の周辺雰囲気は前記ＳＯｘが還元される還元雰囲気になり難いため、前記Ｓトラップ触媒に吸収されている前記ＳＯｘが放出されることを抑制することが可能となる。

また、前記Ｓトラップ触媒から前記ＳＯｘが放出されても、前記排気の状態を第２状態とすることにより、該ＳＯｘは前記フィルタや酸化触媒に流入しないため、該前記フィル
タ及び酸化触媒に対してＳＯｘが流入する絶対量を減少させることができ、以って前記ＳＯｘが酸化されることにより生じる白煙の発生を抑制することが可能となる。

また、本発明に係る内燃機関の排気浄化システムとしては、以下のような構成を例示することができる。即ち、
前記排気通路は、該排気通路に設けられた分岐部から分岐し前記排気浄化手段のＳトラップ触媒側の端部に接続される第１分岐通路と、前記分岐部から分岐し前記排気浄化手段の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒側の端部に接続される第２分岐通路と、前記排気通路における前記分岐部の上流側の第１排気通路と、前記排気通路における前記分岐部の下流側の第２排気通路と、を含み、
前記還元剤供給手段は、前記分岐部より上流において前記排気に前記還元剤を供給し、
前記排気状態切換手段は、前記分岐部において、前記第１排気通路と前記第１分岐通路とを接続し、前記第２分岐通路と前記第２排気通路とを接続するとともに、前記接続された状態の第１排気通路及び第１分岐通路と、前記接続された状態の第２分岐通路及び第２排気通路とを遮断することによって、前記排気の状態を前記第１状態とし、前記分岐部において、前記第１排気通路と前記第２分岐通路とを接続し、前記第１分岐通路と前記第２排気通路とを接続するとともに、前記接続された状態の第１排気通路及び第２分岐通路と、前記接続された状態の第１分岐通路及び第２排気通路とを遮断することによって、前記排気の状態を前記第２状態としても良い。

このような構成において前記排気の状態を前記第１状態とすれば、前記排気は前記第１排気通路から前記第１分岐通路を経由して前記排気浄化手段に前記Ｓトラップ触媒側から流入し、次いで、前記第２分岐通路に流出して前記第２排気通路を経由して外部に排出される。

一方、前記排気の状態を前記第２状態とすれば、前記排気は前記第１排気通路から前記第２分岐通路を経由して前記排気浄化手段に前記ＮＯｘ触媒側から流入し、次いで、前記第１分岐通路に流出して前記第２排気通路を経由して外部に排出される。

従って、本発明の構成によれば、より簡単な構成により前記排気の状態を前記第１状態と前記第２状態とに切り換えることができる。

本発明にあっては、排気系に排気を浄化するＳトラップ触媒、酸化触媒、フィルタ、ＮＯｘ触媒の排気浄化手段が直列に設けられた内燃機関の排気浄化システムにおいて、排気浄化手段に対する性能再生制御を実施する際に、上記の性能再生制御の効率が悪化することを抑制し、以って前記性能再生制御に係る燃費を向上することができる。また、排気浄化手段に対する性能再生制御を実施する際に、Ｓトラップ触媒からＳＯｘが放出されることを抑制し、放出された多量のＳＯｘが酸化触媒やフィルタで酸化され、白煙となって外部に放出されることにより排気エミッションが悪化することを抑制できる。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。

図１は、本実施例に係る内燃機関と、その排気系及び制御系の概略構成を示す図である。図１においては、内燃機関１の内部及びその吸気系は省略されている。

図１において、内燃機関１には、内燃機関１からの排気が流通する排気管５が接続され
、この排気管５は下流にて図示しないマフラーに接続されている。また、排気管５の途中には、排気中の微粒子物質（例えば、煤）やＮＯｘを浄化する排気浄化部１０が配置されている。また、この排気浄化部１０にはＳトラップ触媒が担持されたＳ−Ｔｒａｐ１１０、酸化能を有する酸化触媒１１１、排気中の微粒子物質を捕集するフィルタ１１２、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が担持されたＮＳＲ１１３が直列に配置されている。

ここで、排気管５は、分岐部１５において第１分岐管１０ａ、第２分岐管１０ｂ及び第２排気管５ｂに分岐されている。排気管５ａの分岐部１５の上流側を以下では第１排気管５ａという。また、第１分岐管１０ａは排気浄化部１０のＳ−Ｔｒａｐ１１０側の端部に接続されており、第２分岐管１０ｂは排気浄化部１０のＮＳＲ１１３側の端部に接続されている。すなわち、第１分岐管１０ａ、第２分岐管１０ｂは排気浄化部１０を介して接続されておりループ状の排気経路が形成されている。従って、第１排気管５ａ及び第２排気管５ｂは本実施例における第１排気通路及び第２排気通路に相当する。また、第１分岐管１０ａ及び第２分岐管１０ｂは本実施例における第１分岐通路及び第２分岐通路に相当する。

本実施例におけるフィルタ１１２は、多孔質の基材からなるウォールフロー型のパティキュレートフィルタであるが、フィルタ１１２は、パティキュレートフィルタに吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が担持された構成であってもよい。

ここで、排気浄化部１０は本実施例における排気浄化手段に相当する。また、分岐部１５には、第１排気管５ａ、第１分岐管１０ａ、第２分岐管１０ｂ及び第２排気管５ｂのうち、いずれを接続させ、または遮断するかを切り換える第１切換弁１２が備えられている。第１切換弁は後述するように第１の位置、第２の位置に切り換え可能である。尚、第１切換弁１２は本実施例における排気状態切換手段に相当する。

また、図１中、第１排気管５ａにおける分岐部１５より上流側には、ＮＯｘ触媒１１３のＮＯｘ還元処理やＳＯｘ被毒回復処理等の際に、還元剤としての燃料を排気に添加する燃料添加弁１３が備えられている。尚、燃料添加弁１３は本実施例における還元剤供給手段に相当する。

ここで、第１切換弁１２を、第１の位置とすることにより、分岐部１５において、第１排気管５ａと第１分岐管１０ａとを接続させ、さらに第２分岐管１０ｂと第２排気管５ｂとを接続させるとともに、接続された状態の第１排気管５ａ及び第１分岐管１０ａの２つの通路と、接続された状態の第２分岐管１０ｂ及び第２排気管５ｂの２つの通路とを遮断させることができる。

また、第１切換弁１２を、第２の位置とすることにより、分岐部１５において、第１排気管５ａと第２分岐管１０ｂとを接続させ、さらに第１分岐管１０ａと第２排気管５ｂとを接続させるとともに、接続された状態の第１排気管５ａ及び第２分岐管１０ｂの２つの通路と、接続された状態の第１分岐管１０ａ及び第２排気管５ｂの２つの通路とを遮断させることができる。尚、第１の位置及び第２の位置については、図２で詳細に説明する。

以上述べたように構成された内燃機関１及びその排気系には、該内燃機関１及び排気系を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）３５が併設されている。このＥＣＵ３５は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態等を制御する他、内燃機関１の排気浄化部１０に係る制御を行うユニットである。

ＥＣＵ３５には、アクセルポジションセンサ３６や、クランクポジションセンサ３７な
どの内燃機関１の運転状態の制御に係るセンサ類が電気配線を介して接続され、それらの出力信号がＥＣＵ３５に入力されるようになっている。一方、ＥＣＵ３５には、内燃機関１内の図示しない燃料噴射弁等が電気配線を介して接続される他、本実施例における第１切換弁１２及び燃料添加弁１３が電気配線を介して接続されており、ＥＣＵ３５によって制御されるようになっている。従って、本実施例における還元剤供給手段および排気状態切換手段はＥＣＵ３５を含んで構成されてもよい。

また、ＥＣＵ３５には、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等が備えられており、ＲＯＭには、内燃機関１の種々の制御を行うためのプログラムや、データを格納したマップが記憶されている。ＮＳＲ１１３のＮＯｘ還元処理ルーチンやＳＯｘ被毒回復処理ルーチンなども、ＥＣＵ３５のＲＯＭに記憶されているプログラムの一つである。従って、本実施例における性能再生制御手段、還元剤供給手段および排気状態切換手段はＥＣＵ３５を含んで構成されてもよい。

図２は、本実施例における排気浄化システムの排気の経路を示す概念図である。先ず、図２（ａ）を用いて、第１切換弁１２が第１の位置にある時の排気の経路を説明する。図２（ａ）中に示すように、第１切換弁１２を第１の位置とすると、内燃機関１から排出された排気は、第１排気管５ａから第１分岐管１０ａを通過した後、Ｓ−Ｔｒａｐ１１０側から排気浄化部１０を通過し、その後、第２分岐管１０ｂ、第２排気管５ｂを通過して外部に排出される。ここで、図２（ａ）に示す経路Ｒ１に沿って排気が流れている排気の状態を以下では「第１状態」という。

次に、図２（ｂ）を用いて、第１切換弁１２が第２の位置にある時の排気の経路を説明する。図２（ｂ）に示すように、第１切換弁１２を第２の位置とすると、内燃機関１から排出された排気は、第１排気管５ａから第２分岐管１０ｂを通過した後、ＮＳＲ１１３側から排気浄化部１０を通過し、その後、第１分岐管１０ａ、第２排気管５ｂを通過して外部に排出される。ここで、図２（ｂ）に示す経路Ｒ２に沿って排気が流れている排気の状態を以下では「第２状態」という。

上記のように排気の状態を、第１状態と、第２状態とに切り換えることによって内燃機関１からの排気が排気浄化部１０を通過する方向を逆転することが可能である。

次に、本実施例における排気浄化システムに関し、ＮＳＲ１１３に対するＮＯｘ還元処理を実施する場合の制御について説明する。

図３は、本実施例に係るＮＯｘ還元処理ルーチンを示したフローチャートである。本ルーチンはＥＣＵ３５内のＲＯＭに記憶されたプログラムであり内燃機関１の稼動中は所定期間毎に実行される。尚、本ルーチンにおいて、上記のＮＯｘ還元処理の開始時における排気の状態が第１状態である場合を前提として説明する。

本ルーチンが実行されると、まずＳ１０１においては、ＮＳＲ１１３に対してＮＯｘ還元要求が出されているかどうかが判定される。ここで、ＮＯｘ還元要求は、例えば前回のＮＳＲ１１３に対するＮＯｘ還元処理が終了してからの吸入空気量の積算値に基づいて出されるようにしてもよい。また、第２排気管５ｂに図示しないＮＯｘセンサを設け、該ＮＯｘセンサの出力に基づいて出されるようにしてもよい。

ここで、ＮＯｘ還元要求が出されていないと判定された場合にはそのまま本ルーチンを一旦終了する。一方、ＮＯｘ還元要求が出されていると判定された場合にはＳ１０２に進む。

Ｓ１０２においては、第１切換弁１２を第２の位置に切り換え、排気の状態を第２状態とする。Ｓ１０２の処理が終わるとＳ１０３に進む。

Ｓ１０３においては、燃料添加弁１３から所定量の燃料が添加される。ここで、排気の状態は上記のＳ１０２において第１状態から第２状態に切り換えられるため、燃料添加弁１３から添加された燃料は排気浄化部１０にＮＳＲ１１３側から導入され、ＮＳＲ１１３に効率よく燃料を供給することができる。ここで、所定量の燃料とは一度のＮＯｘ還元処理において燃料添加弁１３から添加される燃料添加量であり、ＮＳＲ１１３に吸蔵されているＮＯｘを還元放出するために必要な量である。そして、ＮＳＲ１１３に吸蔵されているＮＯｘが還元されることにより、Ｓ１０３の処理が終わるとＳ１０４に進む。

Ｓ１０４においては、第１切換弁１２を第２の位置から第１の位置に切り換え、排気の状態を第１状態とする。Ｓ１０４の処理が終わると本ルーチンを一旦終了する。

以上のように、本実施例に係るＮＯｘ還元処理においては、排気の状態を第２状態として実施することにより、燃料添加弁１３から添加された燃料は排気浄化部１０にＮＳＲ１１３側から導入され、ＮＳＲ１１３に効率よく燃料を供給できるためＮＯｘ還元処理に係る燃費を向上できる。

また、Ｓ１０３において、燃料添加弁１３から添加された燃料がＮＳＲ１１３から下流側に流出しても、排気状態が第２状態における下流側の酸化触媒１１１において酸化されるため、ＮＳＲ１１３から流出した燃料が浄化されずに外部に排出されることが抑制できる。

同様に、上記のようにＮＳＲ１１３から燃料が流出しても、該燃料は酸化されるため、ＮＯｘ還元処理の終了後において排気の状態を第１状態に切り換えても、酸化触媒１１１におけるＮＯ₂の生成量が減少してしまう虞は生じない。従って、排気の状態を第１状態に切り換え、通常運転時に戻った後は、効率的に前記フィルタにおけるＰＭの酸化除去を促進することができる。

ここで、本実施例においては、Ｓ−Ｔｒａｐ１１０、酸化触媒１１１、フィルタ１１２、ＮＳＲ１１３が直列に配置されているため、Ｓ１０３において燃料添加弁１３から添加された燃料がＮＳＲ１１３をすり抜けて下流に流出しても、該流出した酸化触媒１１１により酸化されるため、燃料Ｓ−Ｔｒａｐ１１０には導入され難い。

さらに、Ｓ−Ｔｒａｐ１１０とＮＳＲ１１３は離れて配置されていることにより、高温となってＮＳＲ１１３から流出する排気によってＳ−Ｔｒａｐ１１０の床温がＳＯｘの放出されてしまう温度（例えば摂氏６００乃至６５０度）までは昇温され難い。

従って、もしＮＳＲ１１３に対するＮＯｘ還元処理が長期化しても、Ｓ−Ｔｒａｐ１１０に吸収されているＳＯｘが漏れ出すことを抑制することが可能となる。また、Ｓ−Ｔｒａｐ１１０からＳＯｘが漏れ出しても、排気の状態が第２状態であるため、該ＳＯｘは酸化触媒１１１やフィルタ１１２に流入しない。従って、前記ＳＯｘが酸化触媒１１１やフィルタ１１２において酸化されることにより生じる白煙の発生を抑制することが可能となる。

また、本実施例に係る内燃機関の排気浄化システムにおいて、第１切換弁１２が第１の位置と第２の位置との中間位置に切換可能とし、上記のＳ１０３において、燃料添加弁１３から燃料が添加された後は、ＮＳＲ１１３におけるＮＯｘの還元が終了するまでの一定期間に亘り、第１切換弁１２を上記の中間位置に切り換えても良い。これにより、排気の
大部分は第１排気管５ａから背圧の低い第２排気管５ｂのみを通過して外部に排出されるため、排気浄化部１０に導入される排気の流量は急激に減少する。その結果、ＮＳＲ１１３に燃料が残留することによってＮＯｘ還元反応を促進することができる。

その際、上記のように排気浄化部１０を通過する排気の流量を減少させた状態が長期化すると、ＮＳＲ１１３に吸収されているＳＯｘが放出される場合がある。しかし、そのような場合でも、ＮＳＲ１１３に吸収されているＳＯｘの量は、Ｓ−Ｔｒａｐ１１０に吸収されているＳＯｘの量と比較すると少量であるとともに、本実施例に係る構成によれば、Ｓ−Ｔｒａｐ１１０から該ＳＯｘが放出されることが抑制される。従って、多量のＳＯｘがフィルタ１１２や酸化触媒１１１において酸化されることにより白煙が生じることを抑制することが可能となる。

次に、本実施例における排気浄化システムに関し、ＮＳＲ１１３に対するＳＯｘ被毒回復処理を実施する場合の制御について説明する。

図４は、本実施例に係るＳＯｘ被毒回復処理ルーチンを示したフローチャートである。本ルーチンはＥＣＵ３５内のＲＯＭに記憶されたプログラムであり内燃機関１の稼動中は所定期間毎に実行される。尚、本ルーチンにおいて、上記のＮＯｘ還元処理の開始時における排気の状態が第１状態である場合を前提として説明する。

本ルーチンが実行されると、まずＳ２０１においては、ＮＳＲ１１３に対してＳＯｘ被毒回復要求が出されているかどうかが判定される。ここで、ＳＯｘ被毒回復要求は、例えば、前回のＳＯｘ被毒回復処理の終了後の車両の走行距離の積算値に基づいて出されるようにしてもよい。

ここで、ＳＯｘ被毒回復要求が出されていないと判定された場合にはそのまま本ルーチンを一旦終了する。一方、ＳＯｘ被毒回復要求が出されていると判定された場合にはＳ２０２に進む。

Ｓ２０２においては、第１切換弁１２の切換位置を第１の位置から第２の位置に切り換え、排気の状態を第２状態とする。Ｓ２０２の処理が終わるとＳ２０３に進む。

Ｓ２０３においては、ＮＳＲ１１３から吸収されているＳＯｘを放出させるために、燃料添加弁１３から燃料が添加される。本ステップにおいては、ＮＳＲ１１３に導入される排気の空燃比がリッチ空燃比となるように燃料添加弁１３から燃料が添加される。これにより、ＮＳＲ１１３に導入される排気の空燃比が低く、且つＮＳＲ１１３が高温状態（例えば摂氏６００乃至６５０度）に維持されることにより、ＮＳＲ１１３に吸収されたＳＯｘを放出し還元することができる。さらに、排気の状態は第２状態であるため、放出されたＳＯｘが外部に直接排出されることを抑制できる。Ｓ２０３の処理が終わるとＳ２０４に進む。

Ｓ２０４においては、ＮＳＲ１１３に対するＳＯｘ被毒回復終了要求が出されているかどうかが判定される。ここで、ＳＯｘ被毒回復終了要求は、例えば、ＮＳＲ１１３の床温がＳＯｘの放出可能温度（例えば摂氏６００乃至６５０度）以上に維持された状態で、ＮＳＲ１１３に導入される排気の空燃比がリッチ空燃比となるように燃料添加弁１３から燃料が添加された後、一定期間以上経過したか否かに基づいて出されるようにしてもよい。尚、ＮＳＲ１１３の床温は、排気の状態が第２状態においてＮＳＲ１１３の下流側に設けられる図示しない排気温度センサによる検出値に基づいて推定してもよい。

ここで、ＳＯｘ被毒回復終了要求が出されていないと判定された場合にはＳ２０２の処
理の後の状態が継続される。即ち、燃料添加弁１３からの燃料の添加が継続される。一方、ＳＯｘ被毒回復終了要求が出されていると判定された場合にはＳ２０５に進む。

Ｓ２０５においては、燃料添加弁１３による燃料の添加が停止される。Ｓ２０５の処理が終わるとＳ２０６に進む。

Ｓ２０６においては、第１切換弁１２の切換位置を第２の位置から第１の位置に切り換え、排気の状態を第１状態とする。Ｓ２０６の処理が終わると本ルーチンを一旦終了する
以上のように、本実施例に係るＳＯｘ被毒回復処理においては、排気の状態を第２状態として実施することにより、燃料添加弁１３から添加された燃料は排気浄化部１０にＮＳＲ１１３側から導入され、ＮＳＲ１１３に効率よく燃料を供給できるためＳＯｘ被毒回復処理に係る燃費を向上できる。

また、本実施例においては、Ｓ−Ｔｒａｐ１１０、酸化触媒１１１、フィルタ１１２、ＮＳＲ１１３が直列に配置されているため、Ｓ２０３において燃料添加弁１３から添加された燃料がＮＳＲ１１３をすり抜けて下流に流出しても、該流出した酸化触媒１１１により酸化されるため、燃料Ｓ−Ｔｒａｐ１１０に導入されにくい。

さらに、Ｓ−Ｔｒａｐ１１０とＮＳＲ１１３は離れて配置されていることにより、高温となってＮＳＲ１１３から流出する排気によってＳ−Ｔｒａｐ１１０の床温がＳＯｘの放出可能な温度（例えば摂氏６００乃至６５０度）まで昇温されない。

従って、ＮＳＲ１１３に対するＳＯｘ被毒回復処理が実施されても、Ｓ−Ｔｒａｐ１１０に吸収されているＳＯｘが放出されることを抑制することが可能となる。また、たとえＳ−Ｔｒａｐ１１０からＳＯｘが放出されても、排気の状態が第２状態であるため、放出されたＳＯｘは酸化触媒１１１やフィルタ１１２に流入しないため、酸化触媒１１１やフィルタ１１２に対してＳＯｘが流入する絶対量を減らすことが可能である。その結果、多量のＳＯｘが酸化触媒１１１やフィルタ１１２において酸化されることにより生じる白煙の発生を抑制することが可能となる。

尚、本実施例においてはＮＳＲ１１３に対するＮＯｘ還元処理及びＳＯｘ被毒回復処理についての制御を例示したが、その他の制御においても本発明を適用することができる。例えば、フィルタ１１２にＰＭが多量に堆積した場合には、集中的にＰＭを酸化除去するＰＭ再生制御について本発明を適用することもできる。

また、本発明に係るＳ−Ｔｒａｐ１１０は、吸収されているＳＯｘの量が増加してもＳＯｘの吸収能力が低下せず、ＳＯｘの放出という性能再生制御を行うことなく充分にＳＯｘを吸収できるＳトラップ触媒とする方がより好適であるが、ＳＯｘの量が増加した場合に、ＳＯｘの吸収能力を回復するために上記の性能再生制御が必要なＳトラップ触媒であっても本発明を適用することが可能である。

次に、本発明に係る内燃機関の排気浄化システムの実施例１とは異なる構成の実施例を説明する。

図５は、本実施例に係る内燃機関と、その吸排気系及び制御系の概略構成を示す図である。ここで、実施例１の排気浄化システムと同一又は同等の構成部分については同一の符号を付して詳しい説明を省略する。

本実施例に係る内燃機関１には、内燃機関１からの排気が流通する排気管５０が接続さ
れ、この排気管５０は下流にて図示しないマフラーに接続されている。また、排気管５０の途中には、排気中の微粒子物質（例えば、煤）やＮＯｘを浄化する排気浄化部２０が配置されている。また、この排気浄化部２０にはＳトラップ触媒が担持されたＳ−Ｔｒａｐ２１０、酸化能を有する酸化触媒２１１、排気中の微粒子物質を捕集するフィルタ２１２、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が担持されたＮＳＲ２１３が直列に配置されている。尚、排気浄化部２０は本実施例における排気浄化手段に相当する。

また、排気管５０の途中には第１接続部２５ａが設けられており、排気管５０において、第１接続部２５ａの上流を第３排気管５０ａといい、第１接続部２５ａと排気浄化部２０のＳ−Ｔｒａｐ２１０側の端部との間の部位を第３分岐管２０ａという。また、第１接続部２５ａには第４分岐管２０ｂが接続されており、この第４分岐管２０ｂの他端は排気浄化部２０のＮＳＲ２１３側の端部に接続されている。

一方、排気管５０において、排気浄化部２０の下流には第２接続部２５ｂが設けられており、上記第２接続部２５ｂの下流を第４排気管５０ｂという。また、第２接続部２５ｂには第５分岐管２０ｃが接続されており、この第５分岐管２０ｃの他端は排気浄化部２０のＳ−Ｔｒａｐ２１０側の端部に接続されている。また、排気管５０において、第２接続部２５ｂと排気浄化部２０のＮＳＲ２１３側の端部との間の部位を第６分岐管２０ｄという。

また、排気浄化部２０のＳ−Ｔｒａｐ２１０側の端部には第２切換弁２２ａが備えられ、排気浄化部２０のＮＳＲ２１３側の端部には第３切換弁２２ｂが備えられている。第２切換弁２２ａは排気浄化部２０を第３分岐管２０ａ、第５分岐管２０ｃの何れか一方と接続させるように切換可能である。一方、第３切換弁２２ｂは排気浄化部２０を第４分岐管２０ｂ、第６分岐管２０ｄの何れか一方と接続させるように切換可能である。尚、第２切換弁２２ａ、第３切換弁２２ｂは本実施例における排気状態切換手段に相当する。

また、図５中、第３排気管５０ａには、ＮＯｘ触媒２１３のＮＯｘ還元処理やＳＯｘ被毒回復処理等の際に、還元剤としての燃料を排気に添加する燃料添加弁２３が備えられている。尚、燃料添加弁２３は本実施例における還元剤供給手段に相当する。

また、ＥＣＵ３５には、本実施例における第２切換弁２２ａ、第３切換弁２２ｂ及び燃料添加弁２３等が電気配線を介して接続されており、ＥＣＵ３５によって制御されるようになっている。

また、ＥＣＵ３５には、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等が備えられており、ＲＯＭには、内燃機関１の種々の制御を行うためのプログラムや、データを格納したマップが記憶されている。ＮＳＲ２１３のＮＯｘ還元処理ルーチンやＳＯｘ被毒回復処理ルーチンなども、ＥＣＵ３５のＲＯＭに記憶されているプログラムの一つである。従って、本実施例における性能再生制御手段、還元剤供給手段および排気状態切換手段はＥＣＵ３５を含んで構成されてもよい。

図６は、本実施例における排気浄化システムの排気の経路を示す概念図である。ここで図６（ａ）に示すように、第２切換弁２２ａおよび第３切換弁２２ｂが、第３分岐管２０ａと排気浄化部２０とを接続させるとともに、排気浄化部２０と第６分岐管２０ｄとを接続させるように切り換えられるときには、内燃機関１から排出された排気は、第３排気管５０ａから第３分岐管２０ａを通過した後、Ｓ−Ｔｒａｐ２１０側から排気浄化部２０を通過し、その後、第６分岐管２０ｄ、第４排気管５０ｂを通過して外部に排出される。ここで、図６（ａ）に示す経路Ｒ３に沿って排気が流れている排気の状態を以下では「第１状態」という。

次に、図６（ｂ）に示すように、第２切換弁２２ａおよび第３切換弁２２ｂが、第４分岐管２０ｂと排気浄化部２０とを接続させるとともに、排気浄化部２０と第５分岐管２０ｃとを接続させるように切り換えられるときには、内燃機関１から排出された排気は、第３排気管５０ａから第４分岐管２０ｂを通過した後、ＮＳＲ２１３側から排気浄化部２０を通過し、その後、第５分岐管２０ｃ、第４排気管５０ｂを通過して外部に排出される。ここで、図６（ｂ）に示す経路Ｒ４に沿って排気が流れている排気の状態を以下では「第２状態」という。

上記のように排気の状態を、第１状態と、第２状態とに切り換えることによって、内燃機関１からの排気が排気浄化部２０を通過する方向を逆転することが可能である。従って、本実施の形態に係る構成においても、上記に示したＮＯｘ還元処理ルーチン、ＳＯｘ被毒回復処理ルーチンを適用することが可能であり、ＮＳＲ２１３に対するＮＯｘ還元処理やＳＯｘ被毒回復処理を実施することができる。

即ち、上記のような構成においても、ＮＳＲ２１３に対するＮＯｘ還元処理やＳＯｘ被毒回復処理において、燃料添加弁２３から添加された燃料は排気浄化部２０にＮＳＲ２１３側から導入され、ＮＳＲ２１３に効率よく燃料を供給できるためＮＯｘ還元処理やＳＯｘ被毒回復処理に係る燃費を向上することができる。

さらに、本実施例におけるＮＳＲ２１３のＮＯｘ還元処理やＳＯｘ被毒回復処理においても、排気浄化部２０には、Ｓ−Ｔｒａｐ２１０、酸化触媒２１１、フィルタ２１２、ＮＳＲ２１３が直列に配置されており、且つＳ−Ｔｒａｐ２１０とＮＳＲ２１３は離れている。

従って、燃料添加弁２３から添加された燃料がＮＳＲ２１３をすり抜けても、Ｓ−Ｔｒａｐ２１０には導入されにくく、Ｓ−Ｔｒａｐ２１０に吸収されているＳＯｘの放出を抑制できる。また、Ｓ−Ｔｒａｐ２１０からＳＯｘが放出されても、酸化触媒２１１やフィルタ２１２に流入しないため、酸化触媒２１１やフィルタ２１２に対してＳＯｘが流入する絶対量を減らすことが可能である。従って、多量のＳＯｘが酸化触媒２１１やフィルタ２１２において酸化されることにより生じる白煙の発生を抑制することが可能となる。

尚、以上述べた実施の形態は本発明を説明するための一例であって、本発明の本旨を逸脱しない範囲内において上記の実施形態には種々の変更を加えることができる。

本発明の実施例１に係る内燃機関と、その排気系及び制御系の概略構成を示す図である。 本実施例における排気浄化システムの排気の経路を示す概念図である。（ａ）は、第１切換弁が第１の位置にある時の排気の経路を示す概念図である。（ｂ）は、第１切換弁が第２の位置にある時の排気の経路を示す概念図である。 実施例１に係るＮＯｘ還元処理ルーチンを示したフローチャートである 実施例１に係るＳＯｘ被毒回復処理ルーチンを示したフローチャートである。 本発明の実施例２に係る内燃機関と、その排気系及び制御系の概略構成を示す図である。 実施例２における排気浄化システムの排気の経路を示す概念図である。（ａ）は、排気の状態を第１状態とした時の排気の経路を示す概念図である。（ｂ）は、排気の状態を第２状態とした時の排気の経路を示す概念図である。

符号の説明

１・・・内燃機関
５・・・排気管
５ａ・・・第１排気管
５ｂ・・・第２排気管
１０・・・排気浄化部
１０ａ・・・第１分岐管
１０ｂ・・・第２分岐管
１２・・・第１切換弁
１３・・・燃料添加弁
１５・・・分岐部
３５・・・ＥＣＵ
１１０・・・Ｓ―ｔｒａｐ
１１１・・・酸化触媒
１１２・・・フィルタ
１１３・・・ＮＳＲ

Claims (3)

1. 一端が内燃機関に接続されて該内燃機関からの排気が通過する排気通路と、
   前記排気通路に設けられるとともに前記排気通路を通過する前記排気を浄化する排気浄化手段と、
   前記排気浄化手段に導入される排気に還元剤を供給する還元剤供給手段と、
   前記還元剤供給手段から前記排気に還元剤を供給することによって前記排気浄化手段の性能を再生する制御を行う性能再生制御手段と、
   を備えた内燃機関の排気浄化システムであって、
   前記排気浄化手段には、前記排気の空燃比がリーンの時に該排気中のＳＯｘを吸収するＳトラップ触媒と、酸化能を有する酸化触媒と、前記排気中の微粒子物質を捕集するとともに該捕集した微粒子物質が酸化除去されることで目詰まりが抑制されるフィルタと、前記排気の空燃比がリーンの時には該排気中のＮＯｘを吸蔵するとともに前記排気の空燃比がリッチで還元剤が存在する時には前記吸蔵されたＮＯｘを放出し還元する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒とが、前記Ｓトラップ触媒、前記酸化触媒、前記フィルタ、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の順に直列に配置した状態で設けられ、
   前記排気の状態を、前記排気が前記排気浄化手段に前記Ｓトラップ触媒側から流入する状態である第１状態と、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒側から流入する状態である第２状態とに切換可能な排気状態切換手段をさらに備え、
   前記性能再生制御手段による前記性能再生制御が行われない場合には、前記排気状態切換手段によって、前記排気の状態が第１状態とされ、前記性能再生制御手段による前記性能再生制御が行われる場合には、前記排気状態切換手段によって、前記排気の状態が前記第２状態とされることを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
2. 前記性能再生制御は、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸収されたＳＯｘを放出させるＳＯｘ被毒回復処理である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システム。
3. 前記排気通路は、該排気通路に設けられた分岐部から分岐し前記排気浄化手段のＳトラップ触媒側の端部に接続される第１分岐通路と、前記分岐部から分岐し前記排気浄化手段の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒側の端部に接続される第２分岐通路と、前記排気通路における前記分岐部の上流側の第１排気通路と、前記排気通路における前記分岐部の下流側の第２排気通路と、を含み、
   前記還元剤供給手段は、前記分岐部より上流において前記排気に前記還元剤を供給し、
   前記排気状態切換手段は、前記分岐部において、前記第１排気通路と前記第１分岐通路とを接続し、前記第２分岐通路と前記第２排気通路とを接続するとともに、前記接続された状態の第１排気通路及び第１分岐通路と、前記接続された状態の第２分岐通路及び第２排気通路とを遮断することによって、前記排気の状態を前記第１状態とし、前記分岐部において、前記第１排気通路と前記第２分岐通路とを接続し、前記第１分岐通路と前記第２排気通路とを接続するとともに、前記接続された状態の第１排気通路及び第２分岐通路と、前記接続された状態の第１分岐通路及び第２排気通路とを遮断することによって、前記排気の状態を前記第２状態とすることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化システム。

Images