JP3397175B2

JP3397175B2 - 内燃機関の排気浄化装置

Info

Publication number: JP3397175B2
Application number: JP17332499A
Authority: JP
Inventors: 俊祐利岡; 信也広田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1999-06-18
Filing date: 1999-06-18
Publication date: 2003-04-14
Anticipated expiration: 2019-06-18
Also published as: JP2001003732A

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
化装置に係り、特に、いわゆるＳＯｘ被毒を回避するた
めにＮＯｘ触媒を迂回するバイパス通路を設けた排気浄
化装置において、エミッションを低下させることなく排
気触媒を加熱して昇温させうる内燃機関の排気浄化装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】希薄燃焼可能な内燃機関から排出される
排気ガスを浄化する触媒として、三元触媒が知られてい
る。この三元触媒は、ＣＯ及びＨＣ、さらにＮＯｘを浄
化しうるものである。しかしながら、三元触媒は、空燃
比制御においてストイキ時にはＣＯ、ＨＣ及びＮＯｘの
いずれに関しても極めて高い浄化率を示すが、リーン制
御時にはＮＯｘの浄化能力が低い。そこで、従来、流入
する排気ガスの空燃比がリーンの状態の場合にはＮＯｘ
を吸収すると共に、排気ガスの酸素濃度が低下し、スト
イキ又はリッチな状態に至った場合には吸収したＮＯｘ
を放出還元する、いわゆる吸蔵還元型又は選択還元型の
ＮＯｘ触媒が用いられている。

【０００３】また、燃料及び機関の潤滑油中には硫黄が
含まれていることから、排気ガス中にはＳＯｘが含まれ
ているが、上記ＮＯｘ触媒は、上記ＮＯｘを吸収する場
合と同一のメカニズムでＳＯｘを吸収する。この場合、
ＮＯｘ触媒に吸収されたＳＯｘは時間の経過と共に安定
した硫酸塩を形成することから、ＮＯｘ触媒からＮＯｘ
を放出する際の条件下ではＳＯｘは排出されず、ＮＯｘ
触媒内にＳＯｘの量が増大し、その結果、ＮＯｘの吸収
量が減少し、ＮＯｘの浄化効率が低下するという不具合
がある。

【０００４】従って、このような不具合を回避するた
め、従来より、排気ガス通路内においてＮＯｘ触媒の上
流側にＳＯｘ吸収材を配置した技術が提案されている。
このＳＯｘ吸収材は、排気ガスの空燃比がリーンの状態
の場合には、ＳＯｘを吸収すると共に、排気ガス中の酸
素濃度が低下し、ストイキ又はリッチな状態となった場
合にＳＯｘをＳＯ₂として放出するように構成されてい
る。

【０００５】しかしながら、このように排気ガス通路内
においてＮＯｘ触媒の上流側にＳＯｘ吸収材を配置した
場合には、ＮＯｘ触媒からＮＯｘを放出するために排気
ガス中の酸素濃度を低下させ、ストイキ又はリッチの状
態に至った場合には、ＳＯｘ吸収材からＳＯｘも放出さ
れてしまい、放出されたＳＯｘは下流側に配置されたＮ
Ｏｘ触媒に吸収され、ＮＯｘ触媒に上記同様の不具合が
発生し、ＮＯｘの浄化効率が低下する事態が発生する。

【０００６】そこで、このような、ＮＯｘ触媒の、いわ
ゆるＳＯｘ被毒の事態を回避するために、例えば、ＳＯ
ｘ吸収材とＮＯｘ触媒との間の部位とＮＯｘ触媒下流側
の部位を接合する排気バイパス通路と切り替え手段を設
けた技術が提案されている（特許第２６０５５８０
号）。この技術は、排気ガスの酸素濃度が低下し、空燃
比がストイキ又はリッチの状態に至り、ＳＯｘ吸収材か
らＳＯｘが放出される場合には、上記切り替え手段を作
動させることによりＳＯｘ吸収材から流出したＳＯｘを
含む排気ガスが、ＮＯｘ触媒を迂回するバイパス通路を
介して流れ、ＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒を回避しうるよう
に構成されている。

【０００７】この場合、上記のようにＳＯｘ吸収材から
ＮＯｘ触媒を迂回して流下する排気ガス中に含まれるＨ
Ｃ、ＣＯ、ＮＯｘを浄化するために三元触媒がバイパス
通路の下流側に設けることが望ましい。

【０００８】ところで、上記のような排気ガス中のＮＯ
ｘ又はＳＯｘを浄化しうる触媒にあっては、所定温度以
上に加温した場合に初めてＳＯｘ又はＮＯｘを浄化しう
るものである。即ち、ＮＯｘを浄化しうる触媒にあって
は、１５０℃以上に昇温された場合にＮＯｘは放出還元
されると共に、ＳＯｘの浄化の際には７００℃以上の温
度が必要となる。従って、効率よく排気ガスの浄化を行
うためにはエンジンの始動時早期にこれらの触媒の温度
を、所定温度以上に至るまで昇温させる必要がある。

【０００９】この場合、エンジンの排気ガス熱を利用し
てこれらの触媒を加熱昇温させるものであるが、エンジ
ン始動時における暖機の際には、空燃比制御はストイキ
制御となっており、上記ＳＯｘ吸収材はストイキ制御時
にはＳＯｘを放出するため、上記切り替え手段はＳＯｘ
被毒を回避するためＮＯｘ触媒へ排気ガスが流入しない
ように、排気ガスをバイパス通路へ流入せしめる位置に
配置される。その結果、ストイキ制御時の高温の排気ガ
スはバイパス通路を介して三元触媒へ流入する。従っ
て、暖機時のストイキ制御時における高温の排気ガスに
より三元触媒は加熱昇温されることとなる。

【００１０】その後、エンジンの空燃比制御は、暖機運
転の完了及び、三元触媒の、触媒が活性化される温度以
上に加温が完了したものと判断された場合には、エンジ
ンの空燃比制御はリーン制御へ移行する。このようにエ
ンジンの空燃比制御がリーン制御へ移行した場合には、
ＮＯｘ触媒はＮＯｘを吸蔵しうる状態となるため、上記
切り替え手段はバイパス通路を開放する位置からＮＯｘ
触媒へ排気ガスを流入させる位置へ切り替わり、その結
果、排気ガスはＮＯｘ触媒へ流入する。

【００１１】この場合、排気ガスは空燃比がリーン制御
下にあるため、上記ストイキ制御下における排気ガス温
度よりも低い。その結果、ＮＯｘ触媒を加温させて昇温
させるためには、上記ストイキ制御時の排気ガスにより
三元触媒が活性化される場合よりも長時間を要すること
となる。従って、ＮＯｘ触媒が所定温度に至り活性化す
るまでに時間がかかることから排気浄化材のエミッショ
ンが良好ではない、という不具合が存していた。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】そこで、請求項１記載
の発明の課題は、いわゆるＳＯｘ被毒を回避するために
ＮＯｘ吸収材を迂回するバイパス通路及び三元触媒を設
けた内燃機関の排気浄化装置において、エミッションを
低下させることなく各排気浄化材を昇温させる点にあ
る。

【００１３】請求項２記載の発明の課題は、請求項１記
載の発明の課題に加えて、三元触媒をＮＯｘ吸収材の下
流側において直列に配置した内燃機関の排気浄化装置を
提供することにある。

【００１４】請求項３記載の発明の課題は、請求項１記
載の発明の課題に加えて、三元触媒をより効率良く加熱
しうる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】このような技術的課題解
決のため、請求項１記載の発明にあっては、内燃機関の
排気通路に設けられ、希薄燃焼可能な内燃機関から流入
する排気ガスの空燃比がリーンの状態である場合にはＮ
Ｏｘを吸収すると共に流入する排気ガスの酸素濃度が低
い場合には吸収したＮＯｘを放出するＮＯｘ吸収材と、
このＮＯｘ吸収材の排気通路上流側に設けられ、流入す
る排気ガスの空燃比がリーンの状態である場合にはＳＯ
ｘを吸収すると共に流入する排気ガスの酸素濃度が低い
場合には吸収したＳＯｘを放出するＳＯｘ吸収材と、上
記排気通路途中に設けられ、ＳＯｘ吸収材から排出され
るＳＯｘを含んだ排気ガスがＮＯｘ吸収材を迂回して流
下しうるように構成された排気バイパス通路と、ＨＣ、
ＣＯ及びＮＯｘを浄化しうる三元触媒と、上記内燃機関
から上記ＳＯｘ吸収材を介して排気通路内を流通する排
気ガスを上記ＮＯｘ吸収材又は排気バイパス通路のいず
れかに選択的に流入させうる切り替え手段とを備えた内
燃機関の排気浄化装置において、上記切り替え手段は、
内燃機関の始動後における暖機時におけるストイキ制御
の際及び、排気ガスの空燃比制御がリーン制御された際
には排気ガスをＮＯｘ吸収材へ流入させる切り替え位置
に配置されるように制御されると共に、内燃機関の高負
荷時に排気ガスの空燃比制御が高負荷ストイキ制御され
た際には排気ガスを排気バイパス通路へ流入させうる切
り替え位置に配置されるように制御されることを特徴と
する。

【００１６】ここで「ＮＯｘ吸収材」とは、例えば、吸
蔵還元型ＮＯｘ触媒が該当する。吸蔵還元型ＮＯｘ触媒
は、空燃比がリーンの状態の場合に流入する排気ガスの
ＮＯｘを吸収し、流入する排気ガスの酸素濃度が低下し
た場合には吸収したＮＯｘを放出してＮ²に還元する触
媒である。

【００１７】従って、請求項１記載の発明にあっては、
内燃機関の始動後、内燃機関の暖機を行う場合には、空
燃比はストイキ又はリッチの状態に制御されていると共
に、上記切り替え手段は、内燃機関からの排気ガスをＮ
Ｏｘ吸収材側へ流入させる切り替え位置に配置され、Ｎ
Ｏｘ吸収材側へ連通する排気通路は開放されていると共
に、排気バイパス通路は閉鎖された状態となっている。
この場合、ストイキ又はリッチの空燃比制御により内燃
機関の暖機運転が行われた場合には、排気ガス中におい
て酸素に対して燃料が含有される比率が高いことから、
排気ガスの燃焼温度は高い。従って、燃焼温度の高い排
気ガスがＮＯｘ吸収材側へ供給されてＮＯｘ吸収材を加
熱昇温する。

【００１８】この場合、排気ガスはＳＯｘ吸収材を経由
してＮＯｘ吸収材に供給されるものであるが、ＳＯｘ吸
収材に吸収されているＳＯｘはＮＯｘ吸収材に吸収され
ているＮＯｘに比して安定しており分解されにくく、Ｓ
Ｏｘの分解はＳＯｘ吸収材の温度がさらに高温とならな
ければ、ＳＯｘは放出されないことが実験の結果了解さ
れている。即ち、内燃機関始動後の状態では、仮にスト
イキ又はリッチの状態による空燃比制御が行われた場合
であっても、ＳＯｘ吸収材からＳＯｘが放出されうる温
度には未だ到達していないため、ＳＯｘ吸収材からのＳ
Ｏｘの放出率は極めて低く、ＳＯｘ吸収材からはＳＯｘ
はほとんど放出されない。

【００１９】従って、上記のようにＮＯｘ吸収材側へＳ
Ｏｘ吸収材を経由した排気ガスが供給された場合であっ
ても、排気ガス内にＳＯｘはほとんど含有されていない
ため、ＮＯｘ吸収材がＳＯｘを吸収してしまうおそれは
なく、ＮＯｘ吸収材はいわゆるＳＯｘ被毒を起こすこと
なく加熱昇温される。

【００２０】その後、ＮＯｘ吸収材が十分に昇温され十
分に活性化された、と判断された場合にはエンジンの空
燃比制御はリーンの状態へ移行する。このようにエンジ
ンの空燃比制御がリーンの状態へ移行した場合にも、上
記切り替え手段は配置が変更になることはなく、排気バ
イパス通路は依然として閉鎖されている。その結果、Ｓ
Ｏｘ吸収材を介してエンジンから排出される排気ガスは
ＮＯｘ吸収材へ供給される。従って、この状態でＮＯｘ
吸収材は流入する排気ガス中のＮＯｘを吸収する。

【００２１】さらに、例えば、アクセル開度が８５％以
上の状態となり、内燃機関が高負荷状態に至った場合に
は、空燃比制御はストイキの状態へ移行する。このよう
な高負荷ストイキ状態の場合には、上記切り替え手段
が、排気ガスを排気バイパス通路へ流入させうる切り替
え位置に配置される切り替え制御がされ、排気バイパス
通路が開放されると共に、ＮＯｘ吸収材へ連通する排気
通路が閉鎖される。その結果、排気ガスがＮＯｘ吸収材
を迂回する排気バイパス通路を介して三元触媒へ供給さ
れる。

【００２２】その結果、このような高負荷ストイキ時の
燃焼温度の高い排気ガスが三元触媒側へ流入し、三元触
媒を短時間で効率よく加熱昇温させる。また、この際
に、流入する排気ガス中の未燃ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘは三
元触媒により浄化される。

【００２３】従って、請求項１記載の発明にあっては、
エンジン始動時の暖機時には、空燃比制御がストイキ制
御の状態下で、高温の排気ガスをＮＯｘ吸収材へ供給し
てＮＯｘ吸収材を加熱昇温させ、次のリーン制御でＮＯ
ｘ触媒がＮＯｘを十分に吸収することができるように準
備をすることができる。従って、その後、空燃比制御が
リーン制御に移行した場合には、ＮＯｘ吸収材は確実に
ＮＯｘを吸収することができる。また、加速時等におい
て、内燃機関が高負荷状態となり、再度、ストイキ制御
へ移行した場合には、上記切り替え手段が作動して、燃
焼温度の高い排気ガスを三元触媒へ供給し、三元触媒を
短時間で加熱昇温させることができる。

【００２４】従って、請求項１記載の発明にあっては、
ＮＯｘ吸収材を内燃機関始動後の暖機運転時のストイキ
制御を利用して加熱昇温させることができると共に、三
元触媒を高負荷ストイキ制御時のさらに高温の排気ガス
を利用して短時間に効率よく加熱することができる。そ
の結果、ＮＯｘ吸収材及び三元触媒をエミッションの低
下を生ぜしめることなく、かつ、ＮＯｘ触媒のＳＯｘ被
毒を回避した形で加熱昇温させることが可能となる。

【００２５】請求項２記載の発明にあっては、上記三元
触媒は、上記ＮＯｘ吸収材の排気通路下流側において上
記排気通路上に設けられると共に、上記排気バイパス通
路は、上記ＮＯｘ吸収材とＳＯｘ吸収材との間の部位及
びＮＯｘ吸収材と三元触媒との間の部位を接続して設け
られていることを特徴とする。

【００２６】従って、請求項２記載の発明にあっては、
ＳＯｘ吸収材から流出した排気ガスは内燃機関始動後の
暖機時には空燃比制御がストイキの状態の場合には、上
記切り替え手段は排気ガスが排気バイパス通路を介する
ことなくＮＯｘ吸収材に供給される切り替え位置に設定
されており、ＮＯｘ吸収材へ連通する排気通路は開放さ
れていると共に上記排気バイパス通路は閉鎖されてい
る。

【００２７】その結果、ＳＯｘ吸収材から排出された高
温の排気ガスはＮＯｘ吸収材に供給される。この場合、
上述のように、ＳＯｘ吸収材に吸収されているＳＯｘは
ＮＯｘ吸収材に吸収されているＮＯｘに比して安定して
おり分解されにくく、ＳＯｘの分解はＳＯｘ吸収材の温
度がさらに高温とならなければ発生しないことから、こ
の段階では未だＳＯｘはほとんど放出されない。また、
排気ガス中の未燃ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘは三元触媒により
浄化される。

【００２８】従って、上記のようにＮＯｘ吸収材側へＳ
Ｏｘ吸収材を経由した排気ガスが供給された場合であっ
ても、排気ガス内にＳＯｘはほとんど含有されていない
ため、ＮＯｘ吸収材がＳＯｘを吸収してしまうおそれは
なく、ＮＯｘ吸収材はＳＯｘ被毒を起こすことなく加熱
昇温される。

【００２９】その後、内燃機関の暖機が完了し、ＮＯｘ
触媒が十分に昇温され十分に活性化された、と判断され
た場合には内燃機関の空燃比制御はリーンの制御状態へ
移行する。このように内燃機関の空燃比制御がリーンの
制御状態へ移行した場合にも、上記切り替え手段は配置
が変更になることはなく、ＳＯｘ吸収材を介して内燃機
関から排出される排気ガスは排気バイパス通路へは供給
されないと共にＮＯｘ吸収材へ供給される。従って、こ
の状態でＮＯｘ吸収材は流入する排気ガス中のＮＯｘを
吸収する。

【００３０】次に、内燃機関が高負荷の状態に至った場
合には、空燃比制御もストイキ状態へ復帰し、上記切り
替え手段が切り替え制御されて、排気バイパス通路が開
状態となると共に、ＮＯｘ吸収材へ連通する排気通路は
閉鎖される。その結果、排気ガスはＮＯｘ吸収材を迂回
するバイパス通路を介して三元触媒側へ供給される。従
って、高負荷ストイキ時の燃焼温度の高い排気ガスが三
元触媒側へ流入し、三元触媒を加熱昇温させる。

【００３１】この場合、内燃機関が高負荷の状態にある
ことから排出される排気ガスも高温であり、三元触媒は
高温加熱により短時間で昇温される。また、この際に、
排気ガス中に含まれる未燃ＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘは上記三
元触媒により浄化される。

【００３２】請求項３記載の発明にあっては、上記排気
バイパス通路は、上記ＮＯｘ吸収材とＳＯｘ吸収材との
間の部位及びＮＯｘ吸収材の下流側の部位とを接続して
設けられると共に、上記三元触媒は、上記排気バイパス
通路に設けられていることを特徴とする。

【００３３】従って、請求項３記載の発明にあっては、
請求項２記載の発明の場合と同様に、内燃機関始動後の
暖機時におけるストイキ状態での空燃比制御の場合に
は、上記切り替え手段はパイパス通路を閉止すると共
に、ＮＯｘ吸収材へ連通する排気通路は開放する制御位
置に配置されており、暖機時の高温の排気ガスはＮＯｘ
吸収材側へ供給されて、ＳＯｘは放出されない状態でＮ
Ｏｘ吸収材を加熱昇温させる。その後、ＮＯｘ吸収材
が、化学反応が促進される十分に加熱された場合には、
内燃機関の空燃比制御がリーン制御へ切り替えられる
が、上記切り替え手段は作動することなく、排気ガスが
ＮＯｘ吸収材へ供給される切り替え位置を保持するた
め、上記同様に排気バイパス通路は閉鎖されている。従
って、この状態でＮＯｘ吸収材は排気ガス中のＮＯｘを
吸収する。

【００３４】その後、内燃機関の高負荷時にあっては、
再度、ストイキ制御状態へ移行するが、この場合、上記
切り替え手段は排気バイパス通路側へ排気ガスが供給さ
れると共にＮＯｘ吸収材へ連通する排気通路は閉鎖する
切り替え位置に切り替わる。

【００３５】その結果、排気ガスは排気バイパス通路を
介して排気バイパス通路中に設けられた三元触媒へ排気
ガスが供給される。この場合、内燃機関が高負荷の状態
にあることから排出される排気ガスも高温であり、三元
触媒は高温加熱により短時間で昇温される。また、流入
する排気ガス中の未燃ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘは三元触媒に
より浄化される。

【００３６】本請求項に記載の発明にあっては、請求項
２記載の発明の場合とは異なり、三元触媒がＮＯｘ吸収
材の、排気通路におけるさらに下流側ではなく、排気バ
イパス通路上において、ＮＯｘ吸収材と並列な位置関係
に配置されていることから、請求項２記載の発明の場合
のようにＮＯｘ吸収材と三元触媒とを直列な位置関係に
接続配置した場合に比して、三元触媒を距離的に内燃機
関本体に、より近接して配置することが可能となる。そ
の結果、請求項２記載の発明の場合よりも高温の排気ガ
スを三元触媒に供給することができ、より効率よく三元
触媒を加熱昇温させることが可能となる。

【００３７】

【発明の実施の形態】以下、添付図面に示す実施の形態
に基づき、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置を詳細
に説明する。

【００３８】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。

【００３９】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。

【００４０】一方、排気ポート８は排気マニホルド１６
を介したＳＯｘ触媒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
吸蔵還元型ＮＯx触媒２０を内蔵したケーシング２１に
連結されている。この吸蔵還元型ＮＯx触媒２０は、流
入する排気ガスの空燃比（以下、排気空燃比という）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を放出しＮ₂に還元す
るように構成されている。

【００４１】また、本実施の形態にあっては、三元触媒
４３が、上記ＮＯｘ吸収材としての吸蔵還元型ＮＯｘ触
媒２０の排気通路下流側において上記排気通路上に配置
されている。即ち、上記ケーシング２１の排気管４４の
下流側には三元触媒４３を内蔵したケーシング４２が設
けられている。この三元触媒４３は、空燃比制御が、ス
トイキ時に、ＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘを浄化しうるように
構成されている。

【００４２】また、本実施の形態にあっては、上記吸蔵
還元型ＮＯｘ触媒２０とＳＯｘ触媒１７との間の部位及
び、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒２０と上記三元触媒４３との
間の部位を接続して設けられている。即ち、ケーシング
２１の入口部２１ａと、ＮＯｘ触媒２０のケーシング２
１と三元触媒４３のケーシング４２との間に設けられた
排気管４４とは、ＮＯｘ触媒２０を迂回するバイパス管
２６により連結されており、バイパス管２６の分岐部で
あるケーシング２１の入口部２１ａには、アクチュエー
タ２７によって弁体が作動される、切り替え手段として
の排気切替弁２８が設けられている。

【００４３】この排気切替弁２８はアクチュエータ２７
によって、図１の実線で示されるようにバイパス管２６
の入口部を閉鎖し且つ下流側ＮＯx触媒２０への入口部
を全開にするバイパス閉位置と、図１の破線で示される
ように下流側ＮＯx触媒２０への入口部を閉鎖し且つバ
イパス管２６の入口部を全開にするバイパス開位置のい
ずれか一方の位置を選択して作動するように構成されて
いる。上記ケーシング４２は排気管４８を介して図示し
ないマフラーに接続されている。

【００４４】エンジンコントロール用の電子制御ユニッ
ト（ＥＣＵ）３０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）３
４、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。

【００４５】一方、上流側ＮＯx触媒１７の下流の排気
管１９には、上流側ＮＯx触媒１７を出た排気ガスの温
度に比例した出力電圧を発生する温度センサ２３が取り
付けられており、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。

【００４６】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２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、即ちリッチとなる。

【００４７】そして、本実施形態に係るガソリンエンジ
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とされてストイキ制御が行わ
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。

【００４８】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。

【００４９】図３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。

【００５０】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いる。

【００５１】これらＮＯx触媒２０のような吸蔵還元型
ＮＯx触媒を機関の排気通路に配置すると、吸蔵還元型
ＮＯx触媒は、流入排気ガスの空燃比（以下、排気空燃
比という）がリーンのときにはＮＯxを吸収し、流入排
気ガス中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。ここで、排気空燃比と
は、機関吸気通路および吸蔵還元型ＮＯx触媒より上流
の排気通路内に供給された空気および燃料（炭化水素）
の比をいう。

【００５２】なお、吸蔵還元型ＮＯx触媒より上流の排
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、吸蔵還元
型ＮＯx触媒は燃焼室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、燃焼室内に供給され
る混合気中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。

【００５３】吸蔵還元型ＮＯx触媒による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４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。

【００５４】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中の酸素濃度が大巾に増大し、
図４（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）。

【００５５】次いで、生成されたＮＯ₂の一部は、白金
Ｐｔ上で酸化されつつ吸蔵還元型ＮＯx触媒内に吸収さ
れて酸化バリウムＢａＯと結合しながら、図４（Ａ）に
示されるように硝酸イオンＮＯ₃ ^-の形で吸蔵還元型ＮＯ
x触媒内に拡散する。このようにしてＮＯxが吸蔵還元型
ＮＯx触媒２０内に吸収される。

【００５６】流入排気ガス中の酸素濃度が高い限り白金
Ｐｔの表面でＮＯ₂が生成され、吸蔵還元型ＮＯx触媒の
ＮＯx 吸収能力が飽和しない限り、ＮＯ₂が吸蔵還元型
ＮＯx触媒内に吸収されて硝酸イオンＮＯ₃ ^-が生成され
る。

【００５７】これに対して、流入排気ガス中の酸素濃度
が低下してＮＯ₂の生成量が低下すると反応が逆方向
（ＮＯ₃ ^-→ＮＯ₂）に進み、吸蔵還元型ＮＯx触媒内の硝
酸イオンＮＯ₃ ^-がＮＯ₂またはＮＯの形で吸蔵還元型Ｎ
Ｏx触媒から放出される。即ち、流入排気ガス中の酸素
濃度が低下すると、吸蔵還元型ＮＯx触媒からＮＯxが放
出されることになる。図３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中の酸
素濃度が低下し、したがって流入排気ガスのリーンの度
合いを低くすれば吸蔵還元型ＮＯx触媒からＮＯxが放出
されることとなる。

【００５８】一方、このとき、燃焼室内に供給される混
合気がストイキまたはリッチになると、図３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。

【００５９】また、排気空燃比がストイキまたはリッチ
になると流入排気ガス中の酸素濃度が極度に低下するた
めに吸蔵還元型ＮＯx触媒からＮＯ₂またはＮＯが放出さ
れ、このＮＯ₂またはＮＯは、図４（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。

【００６０】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によって吸蔵還元型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。

【００６１】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、吸蔵還元型ＮＯx触媒
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、排気空燃比をス
トイキまたはリッチにすると短時間の内に吸蔵還元型Ｎ
Ｏx触媒からＮＯxが放出されることになる。

【００６２】このように、排気空燃比がリーンになると
ＮＯxが吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸収され、排気空燃比を
ストイキあるいはリッチにするとＮＯxが吸蔵還元型Ｎ
Ｏx触媒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。

【００６３】ところで、全負荷運転時には燃焼室内に供
給される混合気をリッチとし、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を理論空燃比（ストイキ）
とし、低中負荷運転時には混合気をリーンとした場合に
は、低中負荷運転時に排気ガス中のＮＯxが吸蔵還元型
ＮＯx触媒に吸収され、全負荷運転時及び高負荷運転時
に吸蔵還元型ＮＯx触媒から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、ＮＯxの放出・還元が間に合わなく
なり、吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx吸収能力（ＮＯx吸
収容量）が飽和してＮＯxを吸収できなくなってしま
う。

【００６４】そこで、このような場合には、リーン混合
気の燃焼が行われているとき、即ち中低負荷運転を行っ
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
・還元を行う手法を採用することがある。

【００６５】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「スパイク的なストイキまた
はリッチ（以下、これをリッチスパイクという）」を交
互に繰り返されるように制御することを、リーン・リッ
チスパイク制御と称しており、この実施の形態において
もリーン・リッチスパイク制御を採用している。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。

【００６６】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、吸蔵還元型ＮＯx触媒は排気
ガス中のこれらＳＯxも吸収する。吸蔵還元型ＮＯx触媒
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
明した場合と同様に担体上に白金ＰｔおよびバリウムＢ
ａ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-の形で吸蔵還元型ＮＯx触媒の白金Ｐｔの表面
に付着しており、流入排気ガス中のＳＯx（例えばＳ
Ｏ₂）は白金Ｐｔの表面上で酸化されてＳＯ ₃となる。

【００６７】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吸蔵還元型ＮＯx触媒内に吸
収されて酸化バリウムＢａＯと結合し、硫酸イオンＳＯ
₄ ^2-の形で吸蔵還元型ＮＯx触媒内に拡散し硫酸塩ＢａＳ
Ｏ₄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よ
り流入排気ガスの空燃比を短時間だけストイキまたはリ
ッチにしても分解されずに吸蔵還元型ＮＯx触媒内に残
ってしまう。したがって、時間経過に伴い吸蔵還元型Ｎ
Ｏx触媒内のＢａＳＯ₄の生成量が増大すると吸蔵還元型
ＮＯx触媒の吸収に関与できるＢａＯの量が減少してＮ
Ｏxの吸収能力が低下してしまう。これが即ちＳＯx被毒
である。

【００６８】そこで、本実施の形態に係る排気浄化装置
にあっては、ＮＯｘ吸収剤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であるときに
ＳＯＳＯｘを吸収すると共に流入する排気ガスの空燃比
がリッチになると吸収したＳＯｘを放出する三元触媒の
機能を有するＳＯｘ触媒１７をＮＯｘ触媒２０の上流に
配置している。このＳＯｘ触媒１７はＳＯｘ触媒１７に
流入する排気ガスの空燃比がリーンのときにはＳＯｘと
共にＮＯｘも吸収するがＳＯX触媒１７に流入する排気
ガスの空燃比をリッチにすると吸収したＮＯXばかりで
なく吸収したＳＯXをも放出するものである。

【００６９】上述したようにＮＯｘ触媒２０ではＳＯｘ
が吸収されると安定した硫酸塩ＢａＳＯ4 が形成され、
その結果ＮＯｘ触媒２０に流入する排気ガスの空燃比を
リッチにした場合であってもＳＯｘがＮＯｘ触媒２０か
ら放出されなくなる。従ってＳＯｘ触媒１７に流入する
排気ガスの空燃比をリッチにしたときにＳＯｘ吸収剤１
６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-の形で吸収剤内に存在する
ようにするか、或いは硫酸塩ＢａＳＯ4が生成されたと
しても硫酸塩ＢａＳＯ4 が安定しない状態で吸収剤内に
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ＳＯｘ触媒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から選ばれた少くとも一つを担持した吸収剤を用いる
ことができる。

【００７０】このＳＯｘ触媒１７ではＳＯｘ触媒１７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
に含まれるＳＯ₂が吸収剤の表面で酸化されつつ硫酸イ
オンＳＯ4^2-の形で吸収剤内に吸収され、次いで吸収剤
内に拡散される。この場合、ＳＯｘ触媒１７の担体上に
白金Ｐｔを担持させておくとＳＯ₂がＳＯ3^2-の形で白
金Ｐｔ上に付着しやすくなり、斯くしてＳＯ2は硫酸イ
オンＳＯ4^2-の形で吸収剤内に吸収されやすくなる。従
ってＳＯ2 の吸収を促進するためにはＳＯｘ触媒１７の
担体上に白金Ｐｔを担持させることが好ましい。上述し
たようにＳＯｘ触媒１７に流入する排気ガスの空燃比が
リーンになるとＳＯｘがＳＯｘ触媒１７に吸収され、従
ってＳＯｘ触媒１７の下流に設けられたＮＯｘ吸収剤１
９にはＮＯｘのみが吸収されることになる。

【００７１】一方、前述したようにＳＯｘ触媒１７に吸
収されたＳＯｘは硫酸イオンＳＯ4² ^-の形で吸収剤内に
拡散しているか、或いは不安定な状態で硫酸塩ＢａＳＯ
4となっている。従ってＳＯｘ触媒１７に流入する排気
ガスの空燃比がリッチになるとＳＯｘ吸収剤１６に吸収
されているＳＯｘがＳＯｘ吸収剤１６から放出されるこ
とになる。

【００７２】次に図５を参照しつつＮＯｘ吸収剤１９か
らのＮＯｘ放出作用とＳＯｘ触媒１７からのＳＯｘ放出
作用とについて説明する。図５（Ａ）はＳＯｘ吸収剤１
７およびＮＯｘ吸収剤２０に流入する排気ガスの空燃比
をリッチにしたときのＮＯｘ吸収剤２０およびＳＯｘ触
媒１７の温度ＴとＮＯｘ吸収剤１９からのＮＯｘ放出
率ｆ（Ｔ）およびＳＯｘ触媒１７からのＳＯｘ放出率ｇ
（Ｔ）との関係を示しており、図５（Ｂ）は基本燃料噴
射時間ＴＰに対する補正係数Ｋｔ（Ｋｔ＝１．０で理論
空燃比、Ｋｔ＞１．０でリッチ、Ｋｔ＜１．０でリー
ン）とＮＯｘ吸収剤１９からのＮＯｘ放出率ｆ（Ｋｔ）
およびＳＯｘ吸収剤１６からのＳＯｘ放出率ｇ（Ｋｔ）
との関係を示している。

【００７３】ＮＯｘ吸収剤２０ではＮＯｘ触媒２０の温
度がほぼ１５０℃以上であれば白金Ｐｔ表面上のＮＯ2
が存在しなくなると反応がただちに（ＮＯ3 - →ＮＯ
2）の方向に進み、吸収剤からＮＯｘがただちに放出さ
れる。従って、図５（Ａ）に示されるようにＮＯｘ触媒
１９の温度がかなり低くてもＮＯｘ放出率ｆ（Ｔ）はか
なり高くなる。即ち、ＮＯｘはかなり速い速度でＮＯｘ
触媒２０から放出されることになる。なお、図５（Ａ）
に示されるようにＮＯｘ吸収剤１９の温度Ｔが高くなる
ほどＮＯｘ放出率ｆ（Ｔ）は高くなり、また補正係数Ｋ
ｔの値が大きくなるほど、即ち排気ガスの空燃比のリッ
チの度合が高くなるほどＮＯｘ放出率ｆ（Ｋｔ）は高く
なる。

【００７４】これに対してＳＯｘ触媒１７に吸収されて
いるＳＯｘはＮＯｘ吸収剤１９に吸収されているＮＯｘ
と比べて安定しているために分解しずらく、このＳＯｘ
の分解はＳＯｘ触媒１７の温度ＴがＳＯｘ触媒１７の種
類により定まる温度Ｔｏを越えないと十分に生じない。
従って、図５（Ａ）に示されるようにＳＯｘ触媒１７の
温度ＴがＴｏよりも低いときにはＳＯｘ放出率ｇ（Ｔ）
は極めて低く、即ちＳＯｘ触媒１７からはほとんどＳＯ
ｘが放出されず、ＳＯｘ触媒１７の温度ＴがＴｏを越え
るとＳＯｘ触媒１７からのＳＯｘ放出作用が実質的に開
始される。なお、ＳＯｘについてもＳＯｘ触媒１７の温
度ＴがＴｏを越えれば、図５（Ａ）に示されるようにＳ
Ｏｘ触媒１７の温度Ｔが高くなるほどＳＯｘ放出率ｇ
（Ｔ）が高くなり、また図５（Ｂ）に示されるように補
正係数Ｋｔの値が大きくなるほどＳＯｘ放出率ｇ（Ｋ
ｔ）が高くなる。

【００７５】図６（Ａ）はＮＯｘ触媒２０およびＳＯｘ
触媒１７の温度ＴがＴｏ（図５）よりも低いときにＮＯ
ｘ触媒２０およびＳＯｘ触媒１７への流入排気ガスの空
燃比をリッチにしたときのＮＯｘ触媒２０からの累積Ｎ
Ｏｘ放出量とＳＯｘ触媒１７からの累積ＳＯｘ放出量と
を示しており、図６（Ｂ）の実線はＮＯｘ触媒２０およ
びＳＯｘ触媒１７の温度ＴがＴｏ（図５）よりも高いと
きにＮＯｘ触媒２０およびＳＯｘ触媒１７への流入排気
ガスの空燃比をリッチにしたときのＮＯｘ触媒２０から
の累積ＮＯｘ放出量とＳＯｘ触媒１７からの累積ＳＯｘ
放出量とを示している。

【００７６】ＳＯｘ触媒１７の温度ＴがＴｏよりも低い
ときには図５（Ａ）に示されるようにＳＯｘはほとんど
放出されず、従ってこのときにＮＯｘ触媒２０およびＳ
Ｏｘ吸収剤１６に流入する排気ガスの空燃比をリッチに
すると図６（Ａ）に示されるようにＮＯｘ触媒２０から
は急速にＮＯｘが放出されるがＳＯｘ触媒１７からはほ
とんどＳＯｘが放出されない。

【００７７】一方、ＳＯｘ触媒１７の温度ＴがＴｏより
も高くなると図５（Ａ）に示されるようにＳＯｘの放出
作用が行われるのでこのときＮＯｘ触媒２０およびＳＯ
ｘ触媒１７に流入する排気ガスの空燃比をリッチにする
と図６（Ｂ）において実線で示されるようにＮＯｘおよ
びＳＯｘが共に放出される。この場合、ＮＯｘは短時間
のうちにＮＯｘ触媒２０から放出されるがＳＯｘ触媒１
７内におけるＳＯｘの分解速度が遅いためにＳＯｘはＳ
Ｏｘ触媒１７からゆっくりとしか放出されない。なお、
この場合でもＳＯｘ触媒１７の温度Ｔが高くなれば図５
（Ａ）から分かるようにＳＯｘ放出率ｇ（Ｔ）は高くな
るので図６（Ｂ）において破線で示すようにＳＯｘはＳ
Ｏｘ触媒１７から比較的速く放出される。

【００７８】また、図６（Ｂ）において実線で示すＮＯ
ｘ放出量はアルミナからなる担体上に銅Ｃｕ、鉄Ｆｅ、
ニッケルＮｉ等の遷移金属、ナトリウムＮａ或いはリチ
ウムＬｉを担持させたＳＯｘ触媒１７からのＮＯｘ放出
量を示しており、アルミナからなる担体上に例えばチタ
ニアＴｉＯ2 を担持させたＳＯｘ触媒１７では図６
（Ｂ）において破線で示すようにＳＯｘはＳＯｘ触媒１
７から比較的速く放出される。このようにＳＯｘ触媒１
７からのＳＯｘ放出速度はＳＯｘ触媒１７の種類によっ
ても変化するものであり、かつ、ＳＯｘ触媒１７の温度
Ｔによっても変化することとなる。

【００７９】ところで、前述したようにＳＯｘ触媒１７
の温度ＴがＴｏよりも高いときにＳＯｘ触媒１７および
ＮＯｘ触媒２０に流入する排気ガスの空燃比をリッチに
するとＳＯｘ触媒１７からはＳＯｘが放出され、ＮＯｘ
触媒２０からはＮＯｘが放出される。このときＳＯｘ触
媒１７から流出した排気ガスがＮＯｘ触媒２０に流入す
るようにしておくとＳＯｘ触媒１７から放出されたＳＯ
ｘがＮＯｘ触媒２０に吸収されてしまい、ＮＯｘ触媒２
０はいわゆるＳＯｘ被毒の事態を起こすこととなり、Ｓ
Ｏｘ触媒１７を設けた意味がなくなってしまう。そこ
で本発明ではこのようにＳＯｘ吸収剤１６が放出された
ＳＯｘがＮＯｘ吸収剤１９に吸収されるのを阻止するた
めにＳＯｘ吸収剤１６からＳＯｘを放出すべきときには
ＳＯｘ触媒１７から流出した排気ガスをバイパス通路２
６内に導びくように構成されている。

【００８０】即ち、本発明による実施例では、内燃機関
の始動後における暖機運転の際の、空燃比がストイキ又
はリッチ制御状態の場合、及び、暖機運転が完了した後
の、空燃比制御がリーン制御状態の場合には、排気切換
弁２８が図１において実線で示すバイパス閉位置に保持
されるように構成されている。従って、このときＳＯｘ
触媒１７から流出した排気ガスがＮＯｘ触媒２０内に流
入する。従って、このとき排気ガス中のＳＯｘはＳＯｘ
触媒１７により吸収されるのでＮＯｘ触媒２０において
はＮＯｘのみが吸収されることになる。

【００８１】その後、エンジンが加速時等の場合におけ
るように、高負荷状態に至り、ストイキ制御状態となっ
た場合には、排気切換弁２８が図１において破線で示す
バイパス開位置に切換えられる。燃焼室３内に供給され
る混合気がストイキ又はリッチになるとＳＯｘ触媒１７
からはＳＯｘが放出されるがこのときＳＯｘ触媒１７か
ら流出した排気ガスはＮＯｘ触媒２０内に流入せず、バ
イパス通路２６内に流入せしめられる。

【００８２】また、上記エンジンの高負荷状態が終了
し、空燃比制御がリーンの状態へ復帰する場合には、同
時に排気切換弁２８が図１において実線で示すバイパス
閉位置に切換えられる。このように、本実施例ではＳＯ
ｘ触媒１７からＳＯｘが放出されているときにはＳＯｘ
触媒１７から流出した排気ガスがＮＯｘ触媒２０内に流
入せしめられる。

【００８３】なお、このとき機関からは未燃ＨＣ，ＣＯ
およびＮＯｘが排出されるが、前述したようにＳＯｘ触
媒１７は三元触媒の機能を有しているのでこれら未燃Ｈ
Ｃ，ＣＯはＳＯｘ触媒１７において浄化せしめられ、ま
た、ＮＯｘは、ＮＯｘ触媒２０により浄化されるので、
多量の未燃ＨＣ，ＣＯおよびＮＯｘが大気中に放出され
る危険性はない。

【００８４】さらに、本実施の形態にあっては、上述の
ように、三元触媒としての三元触媒４３が、上記ＮＯｘ
触媒２０の排気通路下流側において上記排気通路上に配
置されている。即ち、ＮＯｘ触媒２０のケーシング２１
の排気管４４の下流側には三元触媒４３を内蔵したケー
シング４２が設けられている。

【００８５】この三元触媒４３は、上記のようにストイ
キ制御時又はリッチ制御時にＳＯｘ触媒１７を介して流
下した排気ガス中に含まれる未燃ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘを
浄化するために設けられている。

【００８６】以下、このように構成された本実施の形態
に係る内燃機関の排気浄化装置の作用について、空燃比
制御と上記排気切り替え弁２８との関係を図７のフロー
チャートを参照しながら、制御ルーチンに基づき説明す
る。このフローチャートはＥＣＵ３０のＲＯＭ３２に記
憶されており、フローチャートの各ステップにおける処
理は全てＥＣＵ３０のＣＰＵ３４により実行される。

【００８７】＜ステップ１０１＞まず、ＥＣＵ３０は、
ステップ１０１においてエンジンが始動されたか否か、
を判断する。この場合、エンジンが始動されたと判断さ
れた場合には、ステップ１０２へ進む。エンジンが始動
されていないと判断された場合には、以下のルーチンは
実行されない。

【００８８】＜ステップ１０２＞ステップ１０１におい
て、エンジンが始動されたと判断された場合には、ステ
ップ１０２において、排気切替弁２８がＮＯｘ触媒２０
へ連通する排気管１９を開放した状態にあるか否か、が
判断される。排気切替弁２８が排気管１９を開放した状
態にあると判断された場合には、ステップ１０４へ進
み、ストイキ又はリッチ制御によりエンジンの暖機運転
が行われる。即ち、前回のエンジン停止状態で排気切替
弁２８が最終的にＮＯｘ触媒２０へ連通する排気管１９
を開放した状態となっている場合には、そのままステッ
プ１０４において暖機運転が行われる。

【００８９】一方、ステップ１０２において、排気切替
弁２８がＮＯｘ触媒２０へ連通する排気管１９を閉止し
た状態にあると判断された場合には、ステップ１０３に
おいてアクチュエータ２７が駆動されることにより排気
切替弁２８を作動させてＮＯｘ触媒２０へ連通する排気
管１９を開放させる。この排気切替弁２８の作動により
ＳＯｘ触媒１７とＮＯｘ触媒２０とが排気管１９を介し
て連通した状態となる。上記のように排気切替弁２８が
作動して排気管１９を開放したことが確認された場合に
はステップ１０４へ進み、ストイキ又はリッチ制御によ
るエンジンの暖機が行われる。

【００９０】＜ステップ１０４＞ステップ１０４におい
てはエンジンの空燃比制御がストイキ又はリッチの状態
によりエンジンの暖機運転が行われる。この処理が行わ
れたか否かは、温度センサ２３で排気ガス温度を検出
し、この温度データを使用して判断する。ストイキ又は
リッチ制御が行われた場合には、排気ガス中に、酸素に
対して燃料の含有量が多いことから、燃焼温度の高い排
気ガスが機関本体１から排気マニフォルド１６を介して
流出してケーシング１８内のＳＯｘ触媒１７へ流入して
ＳＯｘ触媒１７を加熱昇温させる。さらに、この高温の
排気ガスは排気管１９を介してケーシング２１内のＮＯ
ｘ触媒２０へ流入し、ＮＯｘ触媒２０を加熱昇温させ
る。

【００９１】この場合、上記のように、ストイキ又はリ
ッチ制御ではあるが、エンジンの排気温度は高温ではあ
っても、ＳＯｘを放出し始める温度には至っていないた
め、ＳＯｘ触媒１７中のＳＯｘは未だ放出されることは
なく、ＮＯｘ触媒２０は排気ガス中のＳＯｘを吸収する
ことはない。＜ステップ１０５＞上記ステップ１０４におけるエンジ
ンの空燃比制御がストイキ又はリッチの状態が所定時間
継続し、上記ＮＯｘ触媒２０の出口付近に設けられた温
度センサ（図示せず）によりＮＯｘ触媒２０の温度が所
定温度以上に昇温しＮＯｘ触媒２０が十分に活性化され
たと判断され、かつ、エンジンの運転状態から暖機運転
は完了したと判断された場合には、次のステップ１０６
へ進む。この場合、未だ、ＮＯｘ触媒２０の温度が十分
に加熱昇温されておらず、もしくは、エンジン１の暖機
運転が未だ十分ではない、と判断された場合には、ＮＯ
ｘ触媒２０が十分に昇温し、かつ、エンジンの運転状態
が暖機運転不要となる状態に至るまで上記ステップ１０
４においてストイキ、リッチ制御による暖機を継続す
る。＜ステップ１０６＞ＮＯｘ触媒２０の温度が所定温度以
上にまで上昇し、かつ、エンジン１の運転状態が安定し
た場合には、エンジンの空燃比制御はストイキ又はリッ
チ制御からリーン制御の状態へ移行する。この状態で
は、燃料に対して酸素の含有量の多い排気ガスが、排気
マニフォルド１６を介してＳＯｘ触媒１７へ供給される
と共に、排気管１９を介してＮＯｘ触媒２０へ供給さ
れ、さらに、排気管４４を介して三元触媒４３へも供給
される。この場合、上記ＳＯｘ触媒１７では、ＨＣ，Ｃ
Ｏ及びＳＯｘが吸収されると共にＮＯｘ触媒２０ではＮ
Ｏｘが吸収される。＜ステップ１０７＞次に、加速時等のように、アクセル
開度が所定量以上であってエンジンが高負荷の状態であ
ると判断された場合には、エンジン空燃比制御は、リー
ン制御からストイキ制御状態へ移行する。＜ステップ１０８＞エンジン空燃比制御がストイキ制御
状態であると判断された場合には、上記アクチュエータ
２７に作動信号が発せられてアクチュエータ２７が排気
切替弁２８を駆動させ、バイパス通路２６を開放すると
共に排気管１９を閉止する。この場合、空燃比がストイ
キ制御下における、より高温の排気ガスがバイパス通路
２６及び排気管４４を介して三元触媒４３へ供給され三
元触媒４３を加熱昇温する。その結果、三元触媒４３は
この高温の排気ガスにより短時間で加熱昇温されて活性
化する。また、排気ガス中の未燃ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘは
上記三元触媒４３により浄化されるものである。

【００９２】このようにして、本実施の形態に係る内燃
機関の排気浄化装置にあっては、順次、ＮＯｘ触媒２０
及び三元触媒４３が高温の排気ガスにより加熱昇温され
て活性化し、かつ、ＮＯｘ触媒２０にエンジン始動時の
ストイキ又はリッチ制御下における排気ガスが供給され
た場合においても、何ら、ＳＯｘ被毒は生じない。

【００９３】この場合、エンジン始動時の際の暖機時に
おけるストイキ制御下における排気ガスを、本実施の形
態におけるように、ＮＯｘ触媒２０側へ供給するのでは
なく、従来のように、バイパス通路２６側へ供給するよ
うに排気切替弁２８が配置されると共に、その後、リー
ン制御へ移行した際に、上記排気切替弁２８がＮＯｘ触
媒２０側へ排気ガスを流入させるような切り替え位置に
配置されるように切り替え制御がされた場合には、三元
触媒としての三元触媒４３は上記暖機時におけるストイ
キ制御下の排気ガスにより加熱昇温されるが、その後、
内燃機関の暖機が完了し、三元触媒４３が十分に加熱さ
れて昇温されたものと判断され空燃比制御がリーン制御
に切り替えられて、排気ガスがＮＯｘ触媒２０側へ流入
した場合には、ＮＯｘ触媒２０へ流入する排気ガスはリ
ーン制御下のものであり、ストイキ制御下における排気
ガス温度よりも低い。

【００９４】従って、本実施の形態におけるような手順
で各吸収材を加熱昇温させた場合よりもＮＯｘ触媒２０
の活性化に時間がかかり、その結果、ＮＯｘ触媒のエミ
ッションの低下を来すものである。その結果、本実施の
形態に係る発明にあっては、ＮＯｘ触媒２０を内燃機関
始動後の暖機運転時のストイキ制御を利用して加熱昇温
させることができると共に、三元触媒としての三元触媒
４３を高負荷ストイキ制御時における、さらに高温の排
気ガスを利用して短時間に効率よく加熱することができ
る。従って、ＮＯｘ触媒２０及びＳＯｘ吸収材としての
三元触媒４３をエミッションの低下を生ぜしめることな
く、かつ、ＮＯｘ触媒２０のＳＯｘ被毒を回避した形で
加熱昇温させることが可能となる、という効果を奏す
る。

【００９５】次に、本願発明の他の実施の形態を説明す
る。図８に示すように、本実施の形態にあっては、上記
バイパス通路２６は、上記ＮＯｘ触媒２０とＳＯｘ触媒
１７との間の部位及びＮＯｘ触媒２０の下流側の部位４
５とを接続して設けられると共に、上記三元触媒４９
は、上記バイパス通路２６に設けられている。

【００９６】即ち、バイパス通路２６の中間部位にはケ
ーシング５０が設けられており、このケーシング５０に
は三元触媒４９が内蔵されている。従って、本実施の形
態に係る内燃機関の排気浄化装置にあっては、上記実施
の形態における場合と同様に、エンジン始動後の暖機時
におけるストイキ又はリッチ状態での空燃比制御の場合
には、上記切り替え手段２８はパイパス通路２６を閉止
すると共に、ＮＯｘ触媒２０へ連通する排気管１９を開
放する、図８における実線で示される制御位置に配置さ
れており、暖機時の高温の排気ガスはＮＯｘ触媒２０へ
供給され、ＳＯｘ触媒１７からＳＯｘは未だ放出されな
い状態でＮＯｘ触媒２０を加熱昇温させる。

【００９７】その後、ＮＯｘ触媒２０が、化学反応が促
進される程度に十分に加熱され、かつ、暖機運転が完了
したと判断された場合には、エンジンの空燃比制御がリ
ーン制御へ切り替えられるが、上記切り替え手段２８は
作動することなく、前期同様に排気管１９を開放してお
り、排気ガスがＮＯｘ触媒２０へ供給される、実線で示
す切り替え位置を保持するため、上記同様にバイパス通
路２６は閉鎖されている。従って、この状態でＮＯｘ触
媒２０は排気ガス中のＮＯｘを吸収する。

【００９８】その後、エンジンの高負荷時にあっては、
再度、ストイキ制御状態へ移行するが、この場合、上記
切り替え手段２８はアクチュエータ２７により駆動さ
れ、排気管１９を閉鎖し、図８において破線で示すよう
に、バイパス通路２６側へ排気ガスが供給されると共に
ＮＯｘ触媒２０へ連通する排気管４６を閉鎖する切り替
え位置に切り替わる。その結果、排気ガスは、バイパス
通路２６を介してバイパス通路２６中に設けられた三元
触媒４９へ供給される。

【００９９】この場合、エンジンが高負荷の状態にある
ことから排出される排気ガスも高温であり、三元触媒４
９は高温により加熱されることから短時間で昇温され
る。また、上記同様、排気ガス中に含まれる未燃ＨＣ、
ＣＯ、ＮＯｘは、三元触媒４９により浄化される。

【０１００】本実施の形態における作用としての制御手
順は前期実施の形態におけるフローチャートと同様のル
ーチンにより行われる。本実施の形態に係る内燃機関の
排気浄化装置にあっては、前記実施の形態の場合とは異
なり、ＳＯｘ触媒４９がＮＯｘ触媒２０の、排気通路に
おけるさらに下流側ではなく、バイパス通路２６上にお
いて、ＮＯｘ触媒２０と並列な位置関係に配置されてい
ることから、前記実施の形態の場合のようにＮＯｘ触媒
２０と三元触媒４９とを、排気通路上において直列な位
置関係に接続配置した場合に比して、三元触媒としての
三元触媒４９がエンジンにより近接して配置されてい
る。

【０１０１】その結果、前記実施の形態に係る内燃機関
の排気浄化装置機関の場合よりも高温の排気ガスを三元
触媒としての三元触媒４９に供給することができ、より
効率よく三元触媒としての三元触媒４９を加熱昇温させ
ることが可能となる。

【０１０２】

【発明の効果】請求項１記載の発明にあっては、いわゆ
るＳＯｘ被毒を回避するためにＮＯｘ吸収材を迂回する
バイパス通路を設けた内燃機関の排気浄化装置におい
て、エミッションを低下させることなく各排気浄化材を
昇温させることが可能となる。

【０１０３】請求項２記載の発明にあっては、請求項１
記載の発明の効果に加えて、三元触媒をＮＯｘ吸収材の
下流側において直列に配置した内燃機関の排気浄化装置
を提供することにある。

【０１０４】請求項３記載の発明にあっては、請求項１
記載の発明の効果に加えて、三元触媒をより効率良く加
熱しうる内燃機関の排気浄化装置を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係る内燃機関の排気
浄化装置機関を示す概略構成図であって、三元触媒とし
ての三元触媒がＮＯｘ吸収材としてのＮＯｘ触媒の排気
通路下流側において、直列に配置されている場合を示す
図である。

【図２】基本燃料噴射時間のマップの一例を示す図で
ある。

【図３】機関から排出される排気ガスの未燃ＨＣ，Ｃ
Ｏ及び酸素の濃度を概略的に示すグラフである。

【図４】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５】ＮＯｘ放出率及びＳＯｘ放出率を示すグラフ
である。

【図６】ＮＯｘ及びＳＯｘの累積放出量を示すグラフ
である。

【図７】本発明の一実施の形態に係る内燃機関の排気
浄化装置機関における空燃比制御と上記排気切り替え弁
との関係に関する制御ルーチンを示すフローチャートで
ある。

【図８】本発明の他の実施の形態に係る内燃機関の排
気浄化装置機関を示す概略構成図であって、ＮＯｘ吸収
材としてのＮＯｘ触媒と三元触媒としての三元触媒が、
排気通路上において並列に配置されている場合を示す図
である。

【符号の説明】

１機関本体２燃焼室４点火栓１１燃料噴射弁１６，１８，２２，４５排気管（排気通路）１７ＳＯｘ吸収材（ＳＯｘ触媒）２０ＮＯｘ吸収材（ＮＯｘ触媒）２３温度センサ２６排気バイパス通路（バイパス
通路）２８切り替え手段（排気切替弁）３０ＥＣＵ４３，４９三元触媒

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F01N 3/08 - 3/24 F02D 41/04

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関の排気通路に設けられ、希薄燃
焼可能な内燃機関から流入する排気ガスの空燃比がリー
ンの状態である場合にはＮＯｘを吸収すると共に流入す
る排気ガスの酸素濃度が低い場合には吸収したＮＯｘを
放出するＮＯｘ吸収材と、このＮＯｘ吸収材の排気通路上流側に設けられ、流入す
る排気ガスの空燃比がリーンの状態である場合にはＳＯ
ｘを吸収すると共に流入する排気ガスの酸素濃度が低い
場合には吸収したＳＯｘを放出するＳＯｘ吸収材と、上記排気通路途中に設けられ、ＳＯｘ吸収材から排出さ
れるＳＯｘを含んだ排気ガスがＮＯｘ吸収材を迂回して
流下しうるように構成された排気バイパス通路と、上記ＳＯｘ吸収材から流入する排気ガス中に含まれるＨ
Ｃ、ＣＯ及びＮＯｘを浄化しうる三元触媒と、上記内燃機関から上記ＳＯｘ吸収材を介して排気通路内
を流通する排気ガスを上記ＮＯｘ吸収材又は排気バイパ
ス通路のいずれかに選択的に流入させうる切り替え手段
とを備えた内燃機関の排気浄化装置において、上記切り替え手段は、内燃機関の始動後における暖機時
におけるストイキ制御又はリッチ制御される際、及び、
排気ガスの空燃比制御がリーン制御される際には排気ガ
スをＮＯｘ吸収材へ流入させる切り替え位置に配置され
るように制御されると共に、内燃機関の高負荷時に排気
ガスの空燃比制御がストイキ制御された際には排気ガス
を排気バイパス通路へ流入させうる切り替え位置に配置
されるように制御されることを特徴とする内燃機関の排
気浄化装置。
【請求項２】上記三元触媒は、上記ＮＯｘ吸収材の排
気通路下流側において上記排気通路上に設けられると共
に、上記排気バイパス通路は、上記ＮＯｘ吸収材とＳＯ
ｘ吸収材との間の部位及びＮＯｘ吸収材と三元触媒との
間の部位を接続して設けられてい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。
【請求項３】上記排気バイパス通路は、上記ＮＯｘ吸
収材とＳＯｘ吸収材との間の部位及びＮＯｘ吸収材の下
流側の部位とを接続して設けられると共に、上記三元触
媒は、上記排気バイパス通路に設けられていることを特
徴とする請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。