JP2010255487A

JP2010255487A - 内燃機関の排気浄化装置

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Publication number: JP2010255487A
Application number: JP2009105382A
Authority: JP
Inventors: Gao Watabe; 雅王渡部; Kotaro Hayashi; 孝太郎林; Yohei Kinoshita; 洋平木下
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-04-23
Filing date: 2009-04-23
Publication date: 2010-11-11
Anticipated expiration: 2029-04-23
Also published as: JP5369862B2

Abstract

【課題】この発明は、ＮＯｘの還元処理を実行しつつ、ＨＣやＣＯ等の未浄化成分を酸化雰囲気中で効率よく浄化することを目的とする。
【解決手段】内燃機関１０の排気通路１２には、ＮＯｘ触媒１４とＤＰＦ１６とを配置する。オゾン供給装置２０は、第１供給通路２６からＮＯｘ触媒１４の上流側にオゾンを供給する機能と、第２供給通路２８からＤＰＦ１６の上流側に供給する気体を空気とオゾンの何れかに切換える機能とを備える。そして、ＮＯｘの還元処理中には、燃料添加弁３２によりＮＯｘ触媒１４の周囲を還元雰囲気に保持する。また、還元処理中には、第２供給通路２８からＤＰＦ１６の上流側に空気を供給し、ＤＰＦ１６の周囲を酸化雰囲気に保持する。これにより、ＮＯｘ触媒１４によりＮＯｘを効率よく還元しつつ、ＤＰＦ１６の位置ではＨＣとＣＯを効率よく酸化することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関に好適に用いられる排気浄化装置に関し、特に、活性酸素を利用する構成とした内燃機関の排気浄化装置に関する。

従来技術として、例えば特許文献１（特開２００７−７７９７１号公報）に開示されているように、ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）と、オゾン供給装置とを備えた内燃機関の排気浄化装置が知られている。従来技術の排気浄化装置は、内燃機関の排気通路に設けられたＮＯｘ触媒と、その下流側に配置されたＤＰＦとを備えており、これらのＮＯｘ触媒とＤＰＦには、それぞれオゾンを供給することが可能となっている。

そして、従来技術では、まず、排気ガス中のＮＯｘをＮＯｘ触媒により除去した後に、この排気ガス中にオゾンを注入してＤＰＦに供給する。これにより、オゾンの酸化力を利用して、ＤＰＦに捕集された粒子状物質（ＰＭ：Particulate Matter）を酸化する構成としている。また、ＮＯｘ触媒の活性度が低い場合には、ＮＯｘ触媒にオゾンを供給し、触媒のＮＯｘ還元能力を高めるようにしている。

特開２００７−７７９７１号公報

ところで、上述した従来技術では、ＮＯｘ触媒にオゾンを供給することにより、ＮＯｘ浄化率を高める構成としている。しかしながら、一般に、ＮＯｘ触媒によるＮＯｘの還元反応は２５０℃以上の温度で進行するのに対し、この温度ではオゾンの熱分解が始まるようになる。このため、従来技術では、単にＮＯｘ触媒にオゾンを供給しても、ＮＯｘの浄化率を高めるのが難しいという問題がある。

また、ＮＯｘの還元反応は、排気ガスが還元雰囲気（リッチ雰囲気）に保持された状態で進行する。しかし、還元雰囲気では、排気ガス中のＨＣ（炭化水素）やＣＯ（一酸化炭素）を効率よく酸化することができないという問題もある。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、本発明の目的は、ＮＯｘの還元処理を実行しつつ、ＨＣやＣＯ等の未浄化成分を酸化雰囲気中で効率よく浄化することが可能な内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。

第１の発明は、内燃機関の排気ガス中に含まれるＮＯｘを吸着して浄化するＮＯｘ触媒と、
前記ＮＯｘ触媒の下流側に設けられ、排気ガス中の粒子状物質を捕集するＰＭフィルタと、
前記ＮＯｘ触媒の上流側に活性酸素を供給することが可能な第１の供給手段と、
前記ＮＯｘ触媒の下流側で、かつ前記ＰＭフィルタの上流側となる位置に、少なくとも空気を供給することが可能な第２の供給手段と、
前記ＮＯｘ触媒または排気ガスの温度である排気系温度が所定の温度よりも低温であるときに、前記第１の供給手段により前記ＮＯｘ触媒に活性酸素を供給する低温時吸着制御手段と、
前記排気系温度が前記所定の温度以上であるときに、前記ＮＯｘ触媒の周囲を還元雰囲気に保持することによりＮＯｘの還元処理を行うＮＯｘ還元制御手段と、
前記排気系温度が前記所定の温度以上であり、かつ前記ＮＯｘの還元処理が行われるときに、前記第２の供給手段により前記ＰＭフィルタの上流側に空気を供給する空気供給制御手段と、
を備えることを特徴とする。

第２の発明によると、前記第２の供給手段は、前記ＰＭフィルタの上流側に供給する気体を空気と活性酸素の何れかに切換えることが可能な空気・活性酸素切換供給手段である構成としている。

第３の発明は、前記ＰＭフィルタに捕集されたＰＭの酸化処理を行うときに、前記空気・活性酸素切換供給手段により前記ＰＭフィルタの上流側に活性酸素を供給するＰＭ酸化制御手段を備える構成としている。

第４の発明は、酸素吸蔵能を有する触媒成分により形成され、前記ＰＭフィルタの上流側に設けられた補助触媒と、
前記排気系温度が前記所定温度よりも低温であるときに、前記空気・活性酸素切換供給手段により前記補助触媒の上流側に活性酸素を供給する酸素吸蔵制御手段と、
を備える構成としている。

第５の発明によると、前記ＰＭフィルタは、前記補助触媒が一体化された触媒一体型のディーゼルパーティキュレートフィルタである構成としている。

第１の発明によれば、低温時吸着制御手段は、例えば活性酸素の熱分解が抑制されるような低温状態であるときに、第１の供給手段によりＮＯｘ触媒に活性酸素を供給することができる。これにより、活性酸素を有効に活用しつつ、活性酸素の存在下で排気ガス中のＮＯｘをＮＯｘ触媒に効率よく吸着させることができる。また、ＮＯｘ還元制御手段は、排気系温度が十分に高温となったときに、ＮＯｘ触媒の周囲を還元雰囲気に保持し、ＮＯｘ触媒に吸着されたＮＯｘの還元処理を効率よく行うことができる。

また、排気ガスが還元雰囲気となった場合には、排気ガス中のＨＣやＣＯを効率よく浄化することができない。このため、空気供給制御手段は、ＮＯｘの還元処理中にＰＭフィルタの上流側に空気を供給し、ＰＭフィルタの周囲を酸化雰囲気に保持することができる。これにより、ＮＯｘ触媒の位置では、還元雰囲気中でＮＯｘの還元処理を実行しつつ、ＰＭフィルタの位置では、ＨＣとＣＯを効率よく浄化することができる。

第２の発明によれば、空気・活性酸素切換供給手段は、ＰＭフィルタの上流側に供給する気体を、必要に応じて空気と活性酸素の何れかに切換えることができる。従って、例えばＮＯｘの還元処理中に空気を供給する機能と、ＰＭの酸化処理中に活性酸素を供給する機能とを、単一の供給装置等により容易に実現することができる。

第３の発明によれば、ＰＭ酸化制御手段は、例えばＰＭフィルタに十分な量のＰＭが捕集されたときに、フィルタの上流側に活性酸素を供給することができる。これにより、活性酸素の酸化力を利用してＰＭを効率よく酸化させることができ、ＰＭフィルタを速やかに再生することができる。

第４の発明によれば、酸素吸蔵制御手段は、ＮＯｘの還元処理を行う前に補助触媒に活性酸素を供給し、この活性酸素を補助触媒に予め貯蔵しておくことができる。これにより、ＮＯｘの還元処理中は、ＮＯｘ触媒から流出するリッチ雰囲気の排気ガスに対して、補助触媒に予め貯蔵しておいたオゾンを作用させることができる。この結果、補助触媒内で排気ガスを酸化雰囲気に変化させることができ、ＨＣとＣＯを効率よく浄化することができる。

第５の発明によれば、補助触媒が一体化された触媒一体型のディーゼルパーティキュレートフィルタを用いることにより、排気浄化装置に関連した部品点数を削減し、システムをコンパクトに形成することができる。

本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための全体構成図である。空気供給時と非供給時のそれぞれについて、ＤＰＦの下流側におけるＣＯ濃度の変化を示す特性データである。空気供給時と非供給時のそれぞれについて、ＤＰＦの下流側におけるＨＣ濃度の変化を示す特性データである。酸素吸蔵能がある場合と酸素吸蔵能がない場合のそれぞれについて、ＤＰＦの下流側におけるＣＯ濃度の変化を示す特性データである。酸素吸蔵能がある場合と酸素吸蔵能がない場合のそれぞれについて、ＤＰＦの下流側におけるＨＣ濃度の変化を示す特性データである。本発明の実施の形態１において、ＥＣＵにより実行される制御を示すフローチャートである。

実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
以下、図１を参照しつつ、本発明の実施の形態１について説明する。図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための全体構成図である。本実施の形態のシステムは、例えばディーゼルエンジンからなる内燃機関１０を備えており、その排気通路１２には、ＮＯｘ触媒１４とＤＰＦ１６とが設けられている。

ここで、ＮＯｘ触媒１４は、例えば吸蔵還元型のＮＯｘ触媒（ＮＳＲ：NOx Strage Reduction）により構成されている。よって、ＮＯｘ触媒１４は、排気ガス中のＮＯｘを一旦吸蔵（吸着）し、これを還元して浄化することができる。なお、本発明において、ＮＯｘ触媒１４は、少なくともＮＯｘを吸着して還元する機能をもてばよいものであり、必ずしもＮＳＲ触媒に限定されるものではない。また、本明細書において、「吸着」という用語には、「吸蔵」、「吸収」、「保持」、「捕集」等に類似するすべての概念が含まれるものとする。

一方、ＤＰＦ１６は、排気ガス中のＰＭを捕集するＰＭフィルタであり、ＮＯｘ触媒１４の下流側に配置されている。また、ＤＰＦ１６には、酸素吸蔵能（ＯＳＣ能）を有する補助触媒としての酸化触媒１８が一体化されている。酸化触媒１８は、例えばセリア（ＣeＯ₂）とアルミナ（Ａl₂Ｏ₃）とを含む基材にＰt、Ｒh等の金属を担持させたもので、ＤＰＦ１６の上流側に配置されている。

また、内燃機関１０は、空気・活性酸素切換供給手段としてのオゾン供給装置２０を備えている。オゾン供給装置２０は、活性酸素の一つであるオゾンをＮＯｘ触媒１４の上流側に供給することが可能な第１の供給手段と、ＤＰＦ１６（酸化触媒１８）の上流側に供給する気体を空気とオゾンとの間で切換えることが可能な第２の供給手段とを共通化したものである。また、オゾン供給装置２０は、空気を原料としてオゾンを生成するオゾン生成部２２と、オゾン生成部２２に空気（外気）を供給する空気供給部２４とを備えている。オゾン生成部２２としては、例えば高電圧を印加可能な放電管内に、原料となる乾燥した空気または酸素を流しつつオゾンを発生させる形態や、他の任意の形式のものを用いることができる。

また、オゾン供給装置２０は、オゾン生成部２２により生成したオゾンをＮＯｘ触媒１４の上流側に供給する第１供給通路２６と、オゾンと空気の何れかをＤＰＦ１６の上流側（ＮＯｘ触媒１４の下流側）に供給する第２供給通路２８と、第２供給通路２８に流通させる気体の種類を切換える切換機構（図示せず）とを備えている。切換機構は、オゾン生成部２２により生成したオゾンと、空気供給部２４から供給される空気のうち何れか一方の気体を第２供給通路２８に流通させるものである。切換機構の動作は、後述のＥＣＵ４０から入力される制御信号に応じて制御される。従って、本実施の形態によれば、後述のように、ＮＯｘ還元処理中に空気を供給する機能と、ＰＭ酸化処理中にオゾンを供給する機能とを、単一の供給装置２０により容易に実現することができる。

さらに、本実施の形態のシステムは、車両や内燃機関の制御に必要な各種のセンサにより構成されたセンサ系統と、内燃機関１０の運転状態を制御するためのＥＣＵ(Electronic Control Unit)４０とを備えている。センサ系統には、例えば吸入空気量を検出するエアフロメータ、内燃機関の出力回転数（機関回転数）を検出するための回転センサ、内燃機関の冷却水温を検出する水温センサ、排気空燃比を検出する空燃比センサ等が含まれており、これらのセンサはＥＣＵ４０の入力側に接続されている。

また、センサ系統には、ＮＯｘ触媒１４の床温または排気ガスの温度を排気系温度として検出する温度センサ３０が含まれている。なお、図１に示す一例では、温度センサ３０により排気ガスの温度を検出する構成としている。一方、ＥＣＵ４０の出力側には、各種のアクチュエータが接続されている。このアクチュエータには、各気筒に設けられた燃料噴射弁や点火プラグの他に、オゾン供給装置２０、燃料添加弁３２等が含まれている。燃料添加弁３２は、ＮＯｘの還元処理において、還元剤となる燃料をＮＯｘ触媒１４の上流側に添加するものである。

そして、ＥＣＵ４０は、内燃機関の運転状態をセンサ系統により検出しつつ、各アクチュエータを駆動する。具体的には、センサ系統の出力に基いて、燃料の噴射量及び噴射時期、点火時期等が設定され、これらの設定内容に応じてアクチュエータが駆動される。また、ＥＣＵ４０は、以下に述べるＮＯｘ吸着処理、ＮＯｘ還元処理およびＰＭ酸化処理を実行するように構成されている。

（ＮＯｘ吸着処理）
ＮＯｘ触媒１４は、例えば２５０℃以下の低温な状態でも、オゾンが存在することにより、排気ガス中のＮＯｘを効率よく吸着することができる。また、この低温状態では、オゾンの熱分解が抑制されるから、オゾンを有効に活用することができる。このため、本実施の形態では、例えば内燃機関の冷間運転時等のように、排気系温度が２５０℃程度の所定温度よりも低温であるときに、ＮＯｘ吸着処理を実施する。そして、ＮＯｘ吸着処理では、オゾン供給装置２０によりオゾンを生成し、このオゾンを第１供給通路２６からＮＯｘ触媒１４の上流側に供給する構成としている。

（ＮＯｘ還元処理）
ＮＯｘ触媒１４に吸着されたＮＯｘの還元反応は、特定の環境状態において効率よく進行する。特定の環境状態とは、排気系温度が前述した所定温度（２５０℃程度）以上となり、かつＮＯｘ触媒１４の周囲が還元雰囲気に保持されている状態である。このため、本実施の形態では、暖機運転の完了等により排気系温度が前記所定温度以上となり、かつ触媒１４に吸着されたＮＯｘの吸着量が十分であると判定したときに、ＮＯｘ還元処理を実施する。

ここで、ＮＯｘの吸着量は、排気ガス中のＮＯｘ濃度と、ＮＯｘ触媒１４によるＮＯｘの吸着率とに基いて算出される。排気ガス中のＮＯｘ濃度は、内燃機関の運転状態（例えば吸入空気量、機関回転数、冷却水温等）に基いて算出することができる。また、ＮＯｘの吸着率は、排気系温度に基いて算出することができる。これらの算出処理に必要な特性データはＥＣＵ５０に予め記憶されている。

そして、ＮＯｘ還元処理では、燃料添加弁３２によりＮＯｘ触媒１４の上流側に燃料を添加する。この燃料が還元剤として作用することにより、ＮＯｘ触媒１４の周囲で排気ガスを還元雰囲気に保持することができる。そして、還元雰囲気中では、ＮＯｘ触媒１４に吸着されたＮＯｘを効率よく還元することができる。なお、本発明では、燃料添加弁３２を用いずに、例えば燃焼制御における燃料の噴射量や噴射タイミングを調整することにより、排気ガスをリッチ化（還元雰囲気化）する構成としてもよい。

また、ＮＯｘ触媒１４の上流側に還元剤が添加されると、ＮＯｘ触媒１４の下流側でも排気ガスが還元雰囲気（リッチ雰囲気）となる。この状態では、ＤＰＦ１６の位置で排気ガス中のＨＣ、ＣＯ等を効率よく浄化することができない。このため、ＮＯｘ還元処理の実行時には、オゾン供給装置２０によるオゾンの生成を停止した状態で、その切換機構を作動させることにより、第２供給通路２８からＤＰＦ１６の上流側に空気を供給する。これにより、ＮＯｘ触媒１４の位置では、還元雰囲気中でＮＯｘの還元処理を実行しつつ、ＤＰＦ１６の位置では、空気の供給により排気ガスを酸化雰囲気（リーン雰囲気）に保持することができ、ＨＣとＣＯを効率よく浄化することができる。

（酸化触媒のＯＳＣ能）
ＤＰＦ１６の上流側に配置された酸化触媒１８は、酸素吸蔵能（ＯＳＣ能）を有している。このため、ＮＯｘ還元処理を行う前には、これに先立って第２供給通路２８からオゾンを供給し、オゾンを酸化触媒１８に予め吸蔵（貯蔵）しておくことができる。この貯蔵動作は、排気系温度が前記所定温度よりも低い状態、即ち、オゾンの熱分解が抑制される温度状態において実行するのが好ましい。

これにより、ＮＯｘ還元処理の実行時には、ＮＯｘ触媒１４から流出するリッチ雰囲気の排気ガスに対して、酸化触媒１８に予め貯蔵しておいたオゾンを作用させ、ＤＰＦ１６の上流側で排気ガスを酸化雰囲気に変化させることができる。従って、酸化触媒１８の酸素吸蔵能を利用して、ＤＰＦ１６におけるＨＣ、ＣＯ等の浄化率を高めることができ、浄化性能の高いシステムを実現することができる。

しかも、酸化触媒１８が一体化された触媒一体型のＤＰＦ１６を用いることにより、排気浄化装置に関連した部品点数を削減し、システムをコンパクトに形成することができる。なお、触媒一体型のＤＰＦ１６には、ＤＰＦ１６を構成するハニカム体に触媒コート層を設け、この触媒コート層中にＯＳＣ能を有する材料（例えば、ＣeＯ₂等）を含有させたものも含まれる。ここで、触媒コート層とは、例えばアルミナ、チタニア、ジルコニア等のコート材に貴金属を担持させたものである。

（ＰＭ酸化処理）
ＤＰＦ１６に十分な量のＰＭが捕集された状態となり、かつ排気系温度が前記所定温度よりも低い場合には、ＰＭ酸化処理を実行する。ここで、ＰＭの捕集量は、例えばＤＰＦ１６の上流側の排気圧と下流側の排気圧との圧力差に基いて算出することができる。即ち、ＥＣＵ４０には、ＰＭの捕集量が増えるにつれて大きくなる前記圧力差の特性データが予め記憶されている。このため、ＥＣＵ４０は、圧力センサ等を用いて前記圧力差を検出することにより、ＰＭの捕集量を算出することができる。

そして、ＰＭ酸化処理では、オゾン供給装置２０によりオゾンを生成し、このオゾンを第２供給通路２８からＤＰＦ１６の上流側に供給する。これにより、オゾンの酸化力を利用してＤＰＦ１６上のＰＭを効率よく酸化させることができ、ＤＰＦ１６を速やかに再生することができる。

（実験による検証）
次に、図２乃至図５を参照しつつ、本実施の形態の作用効果について説明する。まず、本願発明者は、ＮＯｘの還元処理中にＤＰＦ１６の上流側に空気を供給することの作用効果について、実験１により確認を行った。この実験１とは、ＮＯｘの還元処理中に、第２供給通路２８からＤＰＦ１６の上流側に空気を供給した場合と、当該空気供給を行わない場合のそれぞれについて、ＤＰＦ１６の下流側で排気成分を測定するものである。

実験１の仕様について述べると、まず、ＮＯｘ触媒１４としては、例えばＡl₂Ｏ₃、ＴiＯ₂、ＺｒＯ₂等の基材にＰt、Ｒh等の金属を担持させたものを使用した。また、ＮＯｘの還元処理は、温度センサ３０による検出温度を約３５０℃に保持した状態で、排気ガスのＡ／Ｆを約３秒間にわたって１４．３以下にリッチ化することにより実現した。

図２及び図３は、実験１により得られた測定データを示している。図２は、空気供給時と非供給時のそれぞれについて、ＤＰＦの下流側におけるＣＯ濃度の変化を示す特性データである。また、図３は、これら２つの場合について、ＨＣ濃度の変化を示す特性データである。これらの図において、ＣＯやＨＣの濃度が増大した部分は、排気ガスのリッチ化（還元雰囲気化）により各成分の酸化率が低下した状態を表している。

図２及び図３から判るように、空気の供給時には、非供給時と比較して排気ガス中のＣＯ濃度及びＨＣ濃度を低下させることができる。即ち、ＮＯｘの還元処理中に第２供給通路２８から空気を供給すれば、ＤＰＦ１６の位置で排気ガスを酸化雰囲気に保持することができ、ＣＯとＨＣを効率よく浄化することができる。

また、本願発明者は、酸素吸蔵能を有する酸化触媒１８の設置効果についても、実験２により確認を行った。この実験２とは、酸素吸蔵能がある場合（ＯＳＣ能あり）と、酸素吸蔵能がない場合（ＯＳＣ能なし）のそれぞれについて、ＮＯｘの還元処理中に排気成分を測定するものである。

実験２の仕様について述べると、まず、ＯＳＣ能を有する酸化触媒１８としては、例えばセリア（ＣeＯ₂）とアルミナ（Ａl₂Ｏ₃）とを含む基材に対して、Ｐt、Ｐd等の金属を担持させたものを使用した。また、ＯＳＣ能がない場合については、触媒一体型のＤＰＦ１６に代えて、酸化触媒１８が一体化されていない単体のＤＰＦを用いることにより実現することができる。

そして、実験２の第１段階では、温度センサ３０による検出温度を約１５０℃に保持した状態で、２つの供給通路２６，２８からＮＯｘ触媒１４と酸化触媒１８の上流側にそれぞれオゾンを供給した。この結果、ＮＯｘ触媒１４は、オゾンの存在により排気ガス中のＮＯを吸着し、酸化触媒１８は、酸素吸蔵能によりオゾンを貯蔵した状態となる。次に、実験２の第２段階では、排気ガスの温度及びＡ／Ｆを実験１の場合と同様に設定することにより、ＮＯｘの還元処理を実行しつつ、ＤＰＦ１６の下流側で排気成分を測定した。

図４及び図５は、実験２により得られた測定データを示している。図４は、酸素吸蔵能がある場合と酸素吸蔵能がない場合のそれぞれについて、ＤＰＦの下流側におけるＣＯ濃度の変化を示す特性データである。また、図５は、これら２つの場合について、ＨＣ濃度の変化を示す特性データである。これらの図において、ＣＯやＨＣの濃度が増大した部分は、排気ガスのリッチ化により各成分の酸化率が低下した状態を表している。

図４及び図５から判るように、酸化触媒１８にオゾンを予め貯蔵しておくことにより、酸素吸蔵能がない場合と比較して排気ガス中のＣＯ濃度及びＨＣ濃度を低下させることができる。即ち、ＮＯｘ還元処理中には、酸化触媒１８に貯蔵されていたオゾンが排気ガスに作用することにより、ＤＰＦ１６の位置で排気ガスを酸化雰囲気に保持することができ、ＣＯとＨＣを効率よく浄化することができる。

［実施の形態１を実現するための具体的な処理］
図６は、本発明の実施の形態１において、ＥＣＵにより実行される制御を示すフロチャートである。この図に示すルーチンは、内燃機関の運転中に繰返し実行される。図６に示すルーチンでは、まず、排気系温度が前述した所定温度よりも低温であるか否かを判定し、この判定が不成立のときには、後述のステップ１１２に移行する（ステップ１００）。

ステップ１００の判定成立時には、第１供給通路からＮＯｘ触媒１４にオゾンを供給し、前述したＮＯｘ吸着処理を実行する（ステップ１０２）。次の処理では、ＤＰＦ１６によるＰＭの捕集量が一定の許容量を超えたか否かを判定する（ステップ１０４）。この判定成立時には、第２供給通路２８からＤＰＦ１６にオゾンを供給し、前述したＰＭ酸化処理を実行する（ステップ１０６）。また、ステップ１０４の判定が不成立の場合でも、ＯＳＣ能を有する触媒付きのＤＰＦ１６である場合には、第２供給通路２８からＤＰＦ１６にオゾンを供給し、このオゾンを酸化触媒１８に蓄積する（ステップ１０８，１１０）。

次の処理では、排気系温度が前記所定温度以上で、かつ触媒１４のＮＯｘ吸着量が十分であるか否かを判定する（ステップ１１２）。この判定成立時には、燃料添加弁３２によりＮＯｘ触媒１４に燃料（還元剤）を添加し、前述したＮＯｘ還元処理を行う（ステップ１１４）。このとき、ＮＯｘ触媒１４の下流側には、第２供給通路２８から空気を供給し、ＤＰＦ１６の周囲を酸化雰囲気に保持する（ステップ１１６）。

なお、前記実施の形態１では、図６中のステップ１０２が低温時吸着制御手段の具体例を示し、ステップ１１４がＮＯｘ還元制御手段の具体例を示している。また、ステップ１１６は空気供給制御手段の具体例、ステップ１０６はＰＭ酸化制御手段の具体例、ステップ１１０は酸素吸蔵制御手段の具体例をそれぞれ示している。

また、実施の形態では、単一のオゾン供給装置２０により第１，第２の供給手段を共通化する構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば２つのオゾン供給装置をシステムに搭載し、第１の供給手段と第２の供給手段とをそれぞれ個別のオゾン供給装置により構成してもよい。

また、実施の形態では、空気・活性酸素切換供給手段としてオゾン供給装置２０を搭載し、第２供給通路２８からＤＰＦ１６の上流側に供給する気体を空気とオゾンの何れかに切換える構成とした。しかし、本発明は、少なくともＮＯｘ還元処理中にＤＰＦ１６の上流側に空気を供給すればよいもので、ＤＰＦ１６の上流側にオゾンを供給する構成には限定されない。従って、第２の供給手段は、オゾン供給装置ではなく、例えば送風ポンプ等により構成してもよい。

また、実施の形態では、ＯＳＣ能を有する酸化触媒（補助触媒）１８が一体化された触媒一体型のＤＰＦ１６を用いる構成とした。本発明において、触媒一体型のＤＰＦ１６には、ＤＰＦ１６を構成するハニカム体に触媒コート層を設け、この触媒コート層中にＯＳＣ能を有する材料（例えば、ＣeＯ₂等）を含有させたものも含まれる。また、本発明は、必ずしも補助触媒を必要とするものではなく、ＤＰＦ１６に代えて、例えば補助触媒をもたない単体のＤＰＦを用いる構成としてもよい。さらに、本発明において、ＯＳＣ能を有する補助触媒を用いる場合でも、この補助触媒は、必ずしもＤＰＦと一体化する必要はない。即ち、ＯＳＣ能を有する単体の補助触媒を、ＤＰＦの上流側に配置する構成としてもよい。

また、実施の形態では、燃料添加弁３２により排気ガス中に燃料を添加し、これにより排気ガスを還元雰囲気に保持する構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば内燃機関の燃焼制御において燃料噴射量や噴射タイミングを調整することにより、排気空燃比をリッチ化する構成としてもよい。この構成によれば、燃料添加弁３２を用いなくても、還元雰囲気を実現することができる。

また、実施の形態では、ＤＰＦ１６の上流側と下流側の圧力差がＰＭの捕集量に応じて変化するのを利用し、前記圧力差に基づいてＰＭの捕集量を検出する構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば内燃機関の運転状態等に応じてＤＰＦ１６内に捕集されたＰＭの捕集量（蓄積量）を積算し、その積算値に応じてＰＭの捕集量を推定する構成としてもよい。

また、実施の形態では、排気ガス中に添加する活性酸素として、オゾンを例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、オゾンに代えて、他の種類の活性酸素（例えば、Ｏ^-，Ｏ^2-，Ｏ₂ ^-，Ｏ₃ ^-，Ｏ_n ^-等で表される酸素マイナスイオン）を排気ガス中に添加するようにしてもよい。

さらに、実施の形態では、ディーゼルエンジンからなる内燃機関１０に適用する場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限らず、例えばガソリンエンジン等を含めて各種の内燃機関に広く適用し得るものである。

１０内燃機関
１２排気通路
１４ＮＯｘ触媒
１６ＤＰＦ（ＰＭフィルタ）
１８酸化触媒（補助触媒）
２０オゾン供給装置（空気・活性酸素切換供給手段、第１，第２の供給手段）
２２オゾン生成部
２４空気供給部
２６第１供給通路
２８第２供給通路
３０温度センサ
３２燃料添加弁
４０ＥＣＵ

Claims

内燃機関の排気ガス中に含まれるＮＯｘを吸着して浄化するＮＯｘ触媒と、
前記ＮＯｘ触媒の下流側に設けられ、排気ガス中の粒子状物質を捕集するＰＭフィルタと、
前記ＮＯｘ触媒の上流側に活性酸素を供給することが可能な第１の供給手段と、
前記ＮＯｘ触媒の下流側で、かつ前記ＰＭフィルタの上流側となる位置に、少なくとも空気を供給することが可能な第２の供給手段と、
前記ＮＯｘ触媒または排気ガスの温度である排気系温度が所定の温度よりも低温であるときに、前記第１の供給手段により前記ＮＯｘ触媒に活性酸素を供給する低温時吸着制御手段と、
前記排気系温度が前記所定の温度以上であるときに、前記ＮＯｘ触媒の周囲を還元雰囲気に保持することによりＮＯｘの還元処理を行うＮＯｘ還元制御手段と、
前記排気系温度が前記所定の温度以上であり、かつ前記ＮＯｘの還元処理が行われるときに、前記第２の供給手段により前記ＰＭフィルタの上流側に空気を供給する空気供給制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
前記第２の供給手段は、前記ＰＭフィルタの上流側に供給する気体を空気と活性酸素の何れかに切換えることが可能な空気・活性酸素切換供給手段である請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記ＰＭフィルタに捕集されたＰＭの酸化処理を行うときに、前記空気・活性酸素切換供給手段により前記ＰＭフィルタの上流側に活性酸素を供給するＰＭ酸化制御手段を備えてなる請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
酸素吸蔵能を有する触媒成分により形成され、前記ＰＭフィルタの上流側に設けられた補助触媒と、
前記排気系温度が前記所定温度よりも低温であるときに、前記空気・活性酸素切換供給手段により前記補助触媒の上流側に活性酸素を供給する酸素吸蔵制御手段と、
を備えてなる請求項２または３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記ＰＭフィルタは、前記補助触媒が一体化された触媒一体型のディーゼルパーティキュレートフィルタである請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置。