内燃機関の排気浄化装置
【課題】ＮＯX触媒装置から大気中へ放出されるＮ2Ｏの大気放出量をさらに十分に減少させることができる内燃機関の排気浄化装置を提供する。
【解決手段】機関排気系に配置されたＮＯX触媒装置２と、ＮＯX触媒装置から排出される排気ガスをＮＯX触媒装置の上流側へ戻すための戻し通路３と、オゾン供給装置７とを具備し、ＮＯX触媒装置へ流入する排気ガスの空燃比がリッチ空燃比とされている間は、ＮＯX触媒装置から流出する排気ガス中にＮ2Ｏが含まれるために、Ｎ2Ｏをオゾン供給装置から供給されるオゾンにより酸化させると共に、ＮＯX触媒装置から流出する排気ガスを戻し通路を介してＮＯX触媒装置の上流側へ戻すようになっている。
【解決手段】機関排気系に配置されたＮＯX触媒装置２と、ＮＯX触媒装置から排出される排気ガスをＮＯX触媒装置の上流側へ戻すための戻し通路３と、オゾン供給装置７とを具備し、ＮＯX触媒装置へ流入する排気ガスの空燃比がリッチ空燃比とされている間は、ＮＯX触媒装置から流出する排気ガス中にＮ2Ｏが含まれるために、Ｎ2Ｏをオゾン供給装置から供給されるオゾンにより酸化させると共に、ＮＯX触媒装置から流出する排気ガスを戻し通路を介してＮＯX触媒装置の上流側へ戻すようになっている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンのような希薄燃焼を実施する内燃機関の排気系には、ＮＯX触媒装置が配置されている。ＮＯX触媒装置は、排気ガスがリーン空燃比である時、すなわち、排気ガス中の酸素濃度が高い時に、排気ガス中のＮＯXを良好に保持する。一方、再生処理として、排気ガスの空燃比を理論空燃比又はリッチ空燃比とすれば、すなわち、排気ガス中の酸素濃度を低下させれば、保持したＮＯXを離脱し、こうして離脱させたＮＯXを排気ガス中の還元物質によりＮ2へ還元浄化することができる。
【０００３】
しかしながら、このようなＮＯX触媒装置の再生処理においてＮ2Ｏ（一酸化二窒素又は亜酸化窒素）が生成されることがあり、Ｎ2Ｏも大気中へ放出することは好ましくない。それにより、再生処理時においてＮＯX触媒装置からのＮ2Ｏの流出量を減少させる内燃機関の排気浄化装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２１１６７６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述の内燃機関の排気浄化装置によれば再生処理時においてＮＯX触媒装置からのＮ2Ｏの流出量を減少させることはできるが、Ｎ2Ｏの大気放出量をさらに減少させる余地が残されている。
【０００６】
従って、本発明の目的は、ＮＯX触媒装置から大気中へ放出されるＮ2Ｏの大気放出量をさらに十分に減少させることができる内燃機関の排気浄化装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置は、機関排気系に配置されたＮＯX触媒装置と、前記ＮＯX触媒装置から排出される排気ガスを前記ＮＯX触媒装置の上流側へ戻すための戻し通路と、オゾン供給装置とを具備し、前記ＮＯX触媒装置へ流入する排気ガスの空燃比がリッチ空燃比とされている間は、前記ＮＯX触媒装置から流出する排気ガス中にＮ2Ｏが含まれるために、Ｎ2Ｏを前記オゾン供給装置から供給されるオゾンにより酸化させると共に、前記ＮＯX触媒装置から流出する排気ガスを前記戻し通路を介して前記ＮＯX触媒装置の上流側へ戻すことを特徴とする。
【０００８】
本発明による請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記ＮＯX触媒装置へ流入する排気ガスの空燃比がリッチ空燃比とされた後に前記ＮＯX触媒装置へリーン空燃比の排気ガスを流入させてから設定時間の間は、前記ＮＯX触媒装置から流出する排気ガス中にＮ2Ｏが含まれるために、Ｎ2Ｏを前記オゾン供給装置から供給されるオゾンにより酸化させると共に、前記ＮＯX触媒装置から流出する排気ガスを前記戻し通路を介して前記ＮＯX触媒装置の上流側へ戻すことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明による請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置によれば、機関排気系に配置されたＮＯX触媒装置へ流入する排気ガスの空燃比がリッチ空燃比とされている間は、ＮＯX触媒装置から流出する排気ガス中にＮ2Ｏが含まれるために、Ｎ2Ｏをオゾン供給装置から供給されるオゾンにより酸化させてＮＯXとし、ＮＯX触媒装置から流出する排気ガスを戻し通路を介してＮＯX触媒装置の上流側へ戻すことにより、Ｎ2Ｏを酸化させて生成されたＮＯXは、ＮＯX触媒装置へ保持され、こうして、ＮＯX触媒装置から大気中へ放出されるＮ2Ｏの大気放出量を十分に減少させることができる。
【００１０】
本発明による請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置において、ＮＯX触媒装置へ流入する排気ガスの空燃比がリッチ空燃比とされた後にリーン空燃比の排気ガスを流入させてから設定時間の間は、ＮＯX触媒装置から流出する排気ガス中にＮ2Ｏが含まれるために、Ｎ2Ｏをオゾン供給装置から供給されるオゾンにより酸化させてＮＯXとし、ＮＯX触媒装置から流出する排気ガスを戻し通路を介してＮＯX触媒装置の上流側へ戻すことにより、Ｎ2Ｏを酸化させて生成されたＮＯXは、ＮＯX触媒装置へ保持され、こうして、ＮＯX触媒装置から大気中へ放出されるＮ2Ｏの大気放出量をさらに十分に減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明による内燃機関の排気浄化装置を示す概略図である。
【図２】図１の排気浄化装置の制御を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は、本発明による内燃機関の排気浄化装置を示す概略図である。同図において、１はディーゼルエンジン等の内燃機関の排気通路である。排気通路１には、ＮＯX触媒装置２が配置されている。３は戻し通路であり、第一接続位置３ａ及び第二接続位置３ｂにおいて、排気通路１のＮＯX触媒装置２の上流側及び下流側に接続されている。４は閉鎖弁であり、一点鎖線で示すように、戻し通路３の第二接続位置３ｂより下流側において排気通路１を閉鎖可能とし、好ましくは、実線で示すように、排気通路１を開放すると同時に戻し通路３を閉鎖するものである。
【００１３】
こうして、閉鎖弁４により排気通路１が開放されている時には、戻し通路３は閉鎖弁４により閉鎖されているために、排気ガスは、第一接続位置３ａ及び第二接続位置３ｂのいずれからも戻し通路３へ流入することなく、戻し通路３を通過しないようにされている。しかしながら、後述されるように戻し通路３にはポンプが配置されているために、閉鎖弁４により戻し通路３が閉鎖されなくても、閉鎖弁１により排気通路１が開放されている時には、ポンプを作動させないようにして戻し通路３を排気ガスが通過しないようにすることもできる。
【００１４】
戻し通路３には、Ｎ2Ｏ吸着装置５が配置されている。Ｎ2Ｏ吸着装置５は、例えばゼオライトにロジウムＲｈを担持させたものである。また、戻し通路３において、Ｎ2Ｏ吸着装置５と第一接続位置３ａとの間には、吸引ポンプ６が配置されている。７はＮ2Ｏ吸着装置５に吸着されたＮ2ＯにオゾンＯ3を照射するオゾン供給装置である。
【００１５】
ＮＯX触媒装置２は、以下に説明するＮＯX保持剤と白金Ｐｔのような貴金属触媒とが担持されている。ＮＯX保持剤は、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である。
【００１６】
ＮＯX触媒装置２は、排気ガスがリーン空燃比である時、すなわち、排気ガス中の酸素濃度が高い時に、排気ガス中のＮＯXを良好に保持し、すなわち、硝酸塩として良好に吸収したり、ＮＯ2として良好に吸着したりする。しかしながら、無制限にＮＯXを保持することはできず、ＮＯX保持量がＮＯX保持可能量に達してさらにＮＯXを保持することができなくなる前に、再生処理として、排気ガスの空燃比を理論空燃比又はリッチ空燃比とし、すなわち、排気ガス中の酸素濃度を低下させる。それにより、保持ＮＯXは離脱され、すなわち、吸収ＮＯXは放出され、また、吸着ＮＯ2は脱離され、これら離脱ＮＯXは排気ガス中の還元物質によりＮ2へ還元浄化される。
【００１７】
しかしながら、このような再生処理において、Ｎ2Ｏ（一酸化二窒素又は亜酸化窒素）が生成され（ＮＯ＋Ｎ→Ｎ2Ｏ）、特に、白金Ｐｔの還元性能が劣化した時、又は、排気ガスの空燃比がリッチとされても酸素濃度が高い時には、離脱ＮＯXの還元が不十分となってＮ2Ｏが生成され易くなる。Ｎ2Ｏの大気放出は好ましくない。
【００１８】
本排気浄化装置は、図２に示すフローチャートに従って電子制御装置により制御され、Ｎ2Ｏの大気放出量を十分に低減することを目的としている。先ず、ステップ１０１において、ＮＯX触媒装置２の再生時期であるか否かが判断される。例えば、ＮＯX触媒装置２へ流入する排気ガス中のＮＯX濃度とＮＯX触媒装置２から流出する排気ガス中のＮＯX濃度との差が設定値を下回る時に、ＮＯX触媒装置２のＮＯX保持量は、ＮＯX保持可能量近傍に到達して、排気ガス中のＮＯXを十分に保持することができなくなったとして、再生時期と判断することができる。図１において、８はＮＯX触媒装置２へ流入する排気ガス中のＮＯX濃度を検出する上流側ＮＯXセンサであり、９はＮＯX触媒装置２から流出する排気ガス中のＮＯX濃度を検出する下流側ＮＯXセンサである。
【００１９】
また、下流側ＮＯXセンサ９を使用することなく、上流側ＮＯXセンサによりＮＯX触媒装置２へ流入する排気ガス中のＮＯX濃度を検出し、ＮＯX濃度から定まる単位時間当たりの排気ガス中に含まれるＮＯX量の設定割合が単位時間当たりにＮＯX触媒装置２へ保持されるとして、単位時間当たりの保持量を積算して現在のＮＯX保持量を推定し、これが設定量に達した時に再生時期と判断するようにしても良い。また、上流側ＮＯXセンサ８も使用することなく、機関運転状態毎の単位時間当たりの排気ガス中に含まれるＮＯX量を予め設定しておいて、その設定割合が単位時間当たりにＮＯX触媒装置２へ保持されるとして、単位時間当たりの保持量を積算して現在のＮＯX保持量を推定し、これが設定量に達した時に再生時期と判断するようにしても良い。
【００２０】
再生時期でない時にはそのまま終了するが、ＮＯX触媒装置２が再生時期である時には、ステップ１０１の判断が肯定され、ステップ１０２において、ＮＯX触媒装置２へ流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチ空燃比とされるリッチ化制御が実施される。このリッチ化制御は、例えば、リーン空燃比の排気ガス中に、ＮＯX触媒装置２の上流側に配置された燃料供給装置１０から燃料を供給することにより実現される。また、リッチ化制御は、気筒内へ膨張行程又は排気行程において燃料を噴射して燃焼空燃比はリーンでも気筒内から排出される排気ガスの空燃比を理論空燃比又はリッチ空燃比として実現しても良い。また、燃焼空燃比を理論空燃比又はリッチ空燃比としても良い。
【００２１】
次いで、ステップ１０３において、リッチ化制御によりリッチ空燃比の排気ガスがＮＯX触媒装置２へ流入する時には、閉鎖弁４によりＮＯX触媒装置２の下流側において排気通路１を閉鎖する。本実施形態においては、それと同時に、閉鎖弁４により閉鎖されていた戻し通路３が開放される。ステップ１０４では、閉鎖弁４により排気通路１を閉鎖すると同時に、吸引ポンプ６の作動を開始して第二接続位置３ｂからＮＯX触媒装置２を通過した排気ガスを戻し通路３へ流入させて第一接続位置３ａを介して再びＮＯX触媒装置へ流入させる。
【００２２】
このような排気ガスの流れにより、再生処理中にＮＯX触媒装置２において生成されたＮ2Ｏは、戻し通路３のＮ2Ｏ吸着装置５に吸着される。ステップ１０５では、ポンプ６の作動開始と同時に、オゾン供給装置７を作動させてオゾンＯ3をＮ2Ｏ吸着装置５に吸着させたＮ2Ｏへ照射する。それにより、Ｎ2ＯはオゾンＯ3によりＮＯXへ酸化されてＮ2Ｏ吸着装置５から離脱し（Ｎ2Ｏ＋Ｏ3→２ＮＯ＋Ｏ2）、ＮＯX触媒装置２へ流入して保持される。
【００２３】
ステップ１０６では、リッチ化制御を開始してから（厳密にはリッチ空燃比の排気ガスがＮＯX触媒装置２へ流入開始してから）第一設定時間が経過したか否かが判断される。第一設定時間は、ＮＯX触媒装置２から再生開始時に保持されているＮＯX量をほぼ完全に離脱させるための再生処理時間であり、排気ガスの空燃比がよりリッチであるほど（空燃比が小さいほど）短くされるが、一般的には数秒とされる。この判断が否定される時には、前述のステップ１０２から１０５の処理が継続される。
【００２４】
一方、第一設定時間が経過してステップ１０６の判断が肯定されると、ステップ１０７においてリッチ化制御は終了される。次いで、ステップ１０８において、リッチ化制御を終了してから（厳密にはリーン空燃比の排気ガスがＮＯX触媒装置２へ流入開始してから）第二設定時間が経過したか否かが判断される。この第二設定時間も数秒とされ、この間においては、再生処理時にリッチ空燃比の排気ガスによりＮＯX触媒装置２内において生成されたアンモニアＮＨ3がリーン空燃比の排気ガス中の酸素により酸化されてＮ2Ｏが生成される（２ＮＨ3＋２Ｏ2→Ｎ2Ｏ＋３Ｈ2Ｏ）。
【００２５】
それにより、ステップ１０８の判断が否定される時には、ステップ１０３から１０５の処理は継続されて、生成されるＮ2ＯはオゾンによりＮＯXに酸化され、このＮＯXを含む排気ガスは戻し通路３を介してＮＯX触媒装置２の上流側へ戻される。リッチ化制御を終了してから第二設定時間が経過した時には、ステップ１０９においてオゾン供給装置７の作動を停止し、それとほぼ同時に、ステップ１１０において吸引ポンプ６の作動も停止し、それとほぼ同時に、ステップ１１１において閉鎖弁４により排気通路１を開放する。
【００２６】
こうして、本排気浄化装置によれば、ＮＯX触媒装置２において生成されたＮ2ＯはオゾンＯ3によりＮＯXに酸化されてＮＯX触媒装置２へ保持されるようにしており、Ｎ2Ｏの大気放出量を殆ど無くすことができる。
【００２７】
ところで、ＮＯX触媒装置２は、ＮＯXと同様に排気ガス中のＳＯXを硫酸塩の形で吸収してしまう。硫酸塩は硝酸塩より安定な物質であり、再生処理時においても放出されずに徐々に吸収量が増大して、ＮＯX保持可能量を減少させる。それにより、ＳＯX吸収量を推定して設定量に達した時には、ＳＯXを放出させる回復処理が必要となる。
【００２８】
この回復処理は、ＮＯX触媒装置２を約６００°Ｃに昇温してからリッチ空燃比の排気ガスを流入させるものである。この回復処理においてもＮＯX触媒装置２においても同様にＮ2Ｏが生成されるために、回復処理においてリッチ空燃比の排気ガスを流入させている間及びその後のリーン空燃比の排気ガスを流入させてから設定時間の間は、前述同様に、ＮＯX触媒装置２において生成されたＮ2ＯをオゾンＯ3によりＮＯXに酸化してＮＯX触媒装置２へ保持させるようにすることが好ましい。もちろん、再生処理及び回復処置に限定されることなく、ＮＯX触媒装置へ流入する排気ガスの空燃比がリッチ空燃比とされている間及びその後のリーン空燃比の排気ガスを流入させてから設定時間の間は、ＮＯX触媒装置２において生成されたＮ2ＯをオゾンＯ3によりＮＯXに酸化してＮＯX触媒装置２へ保持させるようにすることが好ましい。
【００２９】
本実施形態において、ＮＯX触媒装置へ流入する排気ガスの空燃比がリッチ空燃比とされている間及びその後の設定時間の間は、閉鎖弁４により排気通路１を閉鎖するために排気抵抗が増加するが、短時間であるために特に問題はない。また、意図的にＮＯX触媒装置へ流入する排気ガスの空燃比をリッチ空燃比とする再生処理（又は回復処理）を排気ガス量の少ない低負荷時に実施すれば、このような排気抵抗の増加の影響を少なくすることができる。また、ＮＯX触媒装置へ流入する排気ガスの空燃比がリッチ空燃比とされている間及びその後の設定時間の間は、閉鎖弁４により排気通路１を完全に閉鎖するのではなく、僅かに排気通路１を開放するようにしても良い。また、ＮＯX触媒装置へ流入する排気ガスの空燃比がリッチ空燃比とされている間だけ排気通路１を閉鎖して、ＮＯX触媒装置２において生成されたＮ2ＯをオゾンＯ3によりＮＯXに酸化してＮＯX触媒装置２へ保持させるようにしても良い。
【００３０】
Ｎ2Ｏ吸着装置５は必ずしも必要ではなく、排気ガス中においてＮ2ＯをオゾンＯ3によりＮＯXに酸化させるようにしても良い。この場合において、オゾン供給装置７のオゾン供給位置は、戻し通路３ではなく、排気通路１のＮＯX触媒装置２の下流側としてもよく、また、排気通路１のＮＯX触媒装置２の上流側として、戻し通路３により戻されてＮＯX触媒装置２へ流入する直前でＮ2ＯをＮＯXへ酸化させるようにしても良い。
【符号の説明】
【００３１】
１ 排気通路
２ ＮＯX触媒装置
３ 戻し通路
４ 閉鎖弁
５ Ｎ2Ｏ吸着装置
７ オゾン供給装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンのような希薄燃焼を実施する内燃機関の排気系には、ＮＯX触媒装置が配置されている。ＮＯX触媒装置は、排気ガスがリーン空燃比である時、すなわち、排気ガス中の酸素濃度が高い時に、排気ガス中のＮＯXを良好に保持する。一方、再生処理として、排気ガスの空燃比を理論空燃比又はリッチ空燃比とすれば、すなわち、排気ガス中の酸素濃度を低下させれば、保持したＮＯXを離脱し、こうして離脱させたＮＯXを排気ガス中の還元物質によりＮ2へ還元浄化することができる。
【０００３】
しかしながら、このようなＮＯX触媒装置の再生処理においてＮ2Ｏ（一酸化二窒素又は亜酸化窒素）が生成されることがあり、Ｎ2Ｏも大気中へ放出することは好ましくない。それにより、再生処理時においてＮＯX触媒装置からのＮ2Ｏの流出量を減少させる内燃機関の排気浄化装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２１１６７６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述の内燃機関の排気浄化装置によれば再生処理時においてＮＯX触媒装置からのＮ2Ｏの流出量を減少させることはできるが、Ｎ2Ｏの大気放出量をさらに減少させる余地が残されている。
【０００６】
従って、本発明の目的は、ＮＯX触媒装置から大気中へ放出されるＮ2Ｏの大気放出量をさらに十分に減少させることができる内燃機関の排気浄化装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置は、機関排気系に配置されたＮＯX触媒装置と、前記ＮＯX触媒装置から排出される排気ガスを前記ＮＯX触媒装置の上流側へ戻すための戻し通路と、オゾン供給装置とを具備し、前記ＮＯX触媒装置へ流入する排気ガスの空燃比がリッチ空燃比とされている間は、前記ＮＯX触媒装置から流出する排気ガス中にＮ2Ｏが含まれるために、Ｎ2Ｏを前記オゾン供給装置から供給されるオゾンにより酸化させると共に、前記ＮＯX触媒装置から流出する排気ガスを前記戻し通路を介して前記ＮＯX触媒装置の上流側へ戻すことを特徴とする。
【０００８】
本発明による請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記ＮＯX触媒装置へ流入する排気ガスの空燃比がリッチ空燃比とされた後に前記ＮＯX触媒装置へリーン空燃比の排気ガスを流入させてから設定時間の間は、前記ＮＯX触媒装置から流出する排気ガス中にＮ2Ｏが含まれるために、Ｎ2Ｏを前記オゾン供給装置から供給されるオゾンにより酸化させると共に、前記ＮＯX触媒装置から流出する排気ガスを前記戻し通路を介して前記ＮＯX触媒装置の上流側へ戻すことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明による請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置によれば、機関排気系に配置されたＮＯX触媒装置へ流入する排気ガスの空燃比がリッチ空燃比とされている間は、ＮＯX触媒装置から流出する排気ガス中にＮ2Ｏが含まれるために、Ｎ2Ｏをオゾン供給装置から供給されるオゾンにより酸化させてＮＯXとし、ＮＯX触媒装置から流出する排気ガスを戻し通路を介してＮＯX触媒装置の上流側へ戻すことにより、Ｎ2Ｏを酸化させて生成されたＮＯXは、ＮＯX触媒装置へ保持され、こうして、ＮＯX触媒装置から大気中へ放出されるＮ2Ｏの大気放出量を十分に減少させることができる。
【００１０】
本発明による請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置において、ＮＯX触媒装置へ流入する排気ガスの空燃比がリッチ空燃比とされた後にリーン空燃比の排気ガスを流入させてから設定時間の間は、ＮＯX触媒装置から流出する排気ガス中にＮ2Ｏが含まれるために、Ｎ2Ｏをオゾン供給装置から供給されるオゾンにより酸化させてＮＯXとし、ＮＯX触媒装置から流出する排気ガスを戻し通路を介してＮＯX触媒装置の上流側へ戻すことにより、Ｎ2Ｏを酸化させて生成されたＮＯXは、ＮＯX触媒装置へ保持され、こうして、ＮＯX触媒装置から大気中へ放出されるＮ2Ｏの大気放出量をさらに十分に減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明による内燃機関の排気浄化装置を示す概略図である。
【図２】図１の排気浄化装置の制御を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は、本発明による内燃機関の排気浄化装置を示す概略図である。同図において、１はディーゼルエンジン等の内燃機関の排気通路である。排気通路１には、ＮＯX触媒装置２が配置されている。３は戻し通路であり、第一接続位置３ａ及び第二接続位置３ｂにおいて、排気通路１のＮＯX触媒装置２の上流側及び下流側に接続されている。４は閉鎖弁であり、一点鎖線で示すように、戻し通路３の第二接続位置３ｂより下流側において排気通路１を閉鎖可能とし、好ましくは、実線で示すように、排気通路１を開放すると同時に戻し通路３を閉鎖するものである。
【００１３】
こうして、閉鎖弁４により排気通路１が開放されている時には、戻し通路３は閉鎖弁４により閉鎖されているために、排気ガスは、第一接続位置３ａ及び第二接続位置３ｂのいずれからも戻し通路３へ流入することなく、戻し通路３を通過しないようにされている。しかしながら、後述されるように戻し通路３にはポンプが配置されているために、閉鎖弁４により戻し通路３が閉鎖されなくても、閉鎖弁１により排気通路１が開放されている時には、ポンプを作動させないようにして戻し通路３を排気ガスが通過しないようにすることもできる。
【００１４】
戻し通路３には、Ｎ2Ｏ吸着装置５が配置されている。Ｎ2Ｏ吸着装置５は、例えばゼオライトにロジウムＲｈを担持させたものである。また、戻し通路３において、Ｎ2Ｏ吸着装置５と第一接続位置３ａとの間には、吸引ポンプ６が配置されている。７はＮ2Ｏ吸着装置５に吸着されたＮ2ＯにオゾンＯ3を照射するオゾン供給装置である。
【００１５】
ＮＯX触媒装置２は、以下に説明するＮＯX保持剤と白金Ｐｔのような貴金属触媒とが担持されている。ＮＯX保持剤は、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である。
【００１６】
ＮＯX触媒装置２は、排気ガスがリーン空燃比である時、すなわち、排気ガス中の酸素濃度が高い時に、排気ガス中のＮＯXを良好に保持し、すなわち、硝酸塩として良好に吸収したり、ＮＯ2として良好に吸着したりする。しかしながら、無制限にＮＯXを保持することはできず、ＮＯX保持量がＮＯX保持可能量に達してさらにＮＯXを保持することができなくなる前に、再生処理として、排気ガスの空燃比を理論空燃比又はリッチ空燃比とし、すなわち、排気ガス中の酸素濃度を低下させる。それにより、保持ＮＯXは離脱され、すなわち、吸収ＮＯXは放出され、また、吸着ＮＯ2は脱離され、これら離脱ＮＯXは排気ガス中の還元物質によりＮ2へ還元浄化される。
【００１７】
しかしながら、このような再生処理において、Ｎ2Ｏ（一酸化二窒素又は亜酸化窒素）が生成され（ＮＯ＋Ｎ→Ｎ2Ｏ）、特に、白金Ｐｔの還元性能が劣化した時、又は、排気ガスの空燃比がリッチとされても酸素濃度が高い時には、離脱ＮＯXの還元が不十分となってＮ2Ｏが生成され易くなる。Ｎ2Ｏの大気放出は好ましくない。
【００１８】
本排気浄化装置は、図２に示すフローチャートに従って電子制御装置により制御され、Ｎ2Ｏの大気放出量を十分に低減することを目的としている。先ず、ステップ１０１において、ＮＯX触媒装置２の再生時期であるか否かが判断される。例えば、ＮＯX触媒装置２へ流入する排気ガス中のＮＯX濃度とＮＯX触媒装置２から流出する排気ガス中のＮＯX濃度との差が設定値を下回る時に、ＮＯX触媒装置２のＮＯX保持量は、ＮＯX保持可能量近傍に到達して、排気ガス中のＮＯXを十分に保持することができなくなったとして、再生時期と判断することができる。図１において、８はＮＯX触媒装置２へ流入する排気ガス中のＮＯX濃度を検出する上流側ＮＯXセンサであり、９はＮＯX触媒装置２から流出する排気ガス中のＮＯX濃度を検出する下流側ＮＯXセンサである。
【００１９】
また、下流側ＮＯXセンサ９を使用することなく、上流側ＮＯXセンサによりＮＯX触媒装置２へ流入する排気ガス中のＮＯX濃度を検出し、ＮＯX濃度から定まる単位時間当たりの排気ガス中に含まれるＮＯX量の設定割合が単位時間当たりにＮＯX触媒装置２へ保持されるとして、単位時間当たりの保持量を積算して現在のＮＯX保持量を推定し、これが設定量に達した時に再生時期と判断するようにしても良い。また、上流側ＮＯXセンサ８も使用することなく、機関運転状態毎の単位時間当たりの排気ガス中に含まれるＮＯX量を予め設定しておいて、その設定割合が単位時間当たりにＮＯX触媒装置２へ保持されるとして、単位時間当たりの保持量を積算して現在のＮＯX保持量を推定し、これが設定量に達した時に再生時期と判断するようにしても良い。
【００２０】
再生時期でない時にはそのまま終了するが、ＮＯX触媒装置２が再生時期である時には、ステップ１０１の判断が肯定され、ステップ１０２において、ＮＯX触媒装置２へ流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチ空燃比とされるリッチ化制御が実施される。このリッチ化制御は、例えば、リーン空燃比の排気ガス中に、ＮＯX触媒装置２の上流側に配置された燃料供給装置１０から燃料を供給することにより実現される。また、リッチ化制御は、気筒内へ膨張行程又は排気行程において燃料を噴射して燃焼空燃比はリーンでも気筒内から排出される排気ガスの空燃比を理論空燃比又はリッチ空燃比として実現しても良い。また、燃焼空燃比を理論空燃比又はリッチ空燃比としても良い。
【００２１】
次いで、ステップ１０３において、リッチ化制御によりリッチ空燃比の排気ガスがＮＯX触媒装置２へ流入する時には、閉鎖弁４によりＮＯX触媒装置２の下流側において排気通路１を閉鎖する。本実施形態においては、それと同時に、閉鎖弁４により閉鎖されていた戻し通路３が開放される。ステップ１０４では、閉鎖弁４により排気通路１を閉鎖すると同時に、吸引ポンプ６の作動を開始して第二接続位置３ｂからＮＯX触媒装置２を通過した排気ガスを戻し通路３へ流入させて第一接続位置３ａを介して再びＮＯX触媒装置へ流入させる。
【００２２】
このような排気ガスの流れにより、再生処理中にＮＯX触媒装置２において生成されたＮ2Ｏは、戻し通路３のＮ2Ｏ吸着装置５に吸着される。ステップ１０５では、ポンプ６の作動開始と同時に、オゾン供給装置７を作動させてオゾンＯ3をＮ2Ｏ吸着装置５に吸着させたＮ2Ｏへ照射する。それにより、Ｎ2ＯはオゾンＯ3によりＮＯXへ酸化されてＮ2Ｏ吸着装置５から離脱し（Ｎ2Ｏ＋Ｏ3→２ＮＯ＋Ｏ2）、ＮＯX触媒装置２へ流入して保持される。
【００２３】
ステップ１０６では、リッチ化制御を開始してから（厳密にはリッチ空燃比の排気ガスがＮＯX触媒装置２へ流入開始してから）第一設定時間が経過したか否かが判断される。第一設定時間は、ＮＯX触媒装置２から再生開始時に保持されているＮＯX量をほぼ完全に離脱させるための再生処理時間であり、排気ガスの空燃比がよりリッチであるほど（空燃比が小さいほど）短くされるが、一般的には数秒とされる。この判断が否定される時には、前述のステップ１０２から１０５の処理が継続される。
【００２４】
一方、第一設定時間が経過してステップ１０６の判断が肯定されると、ステップ１０７においてリッチ化制御は終了される。次いで、ステップ１０８において、リッチ化制御を終了してから（厳密にはリーン空燃比の排気ガスがＮＯX触媒装置２へ流入開始してから）第二設定時間が経過したか否かが判断される。この第二設定時間も数秒とされ、この間においては、再生処理時にリッチ空燃比の排気ガスによりＮＯX触媒装置２内において生成されたアンモニアＮＨ3がリーン空燃比の排気ガス中の酸素により酸化されてＮ2Ｏが生成される（２ＮＨ3＋２Ｏ2→Ｎ2Ｏ＋３Ｈ2Ｏ）。
【００２５】
それにより、ステップ１０８の判断が否定される時には、ステップ１０３から１０５の処理は継続されて、生成されるＮ2ＯはオゾンによりＮＯXに酸化され、このＮＯXを含む排気ガスは戻し通路３を介してＮＯX触媒装置２の上流側へ戻される。リッチ化制御を終了してから第二設定時間が経過した時には、ステップ１０９においてオゾン供給装置７の作動を停止し、それとほぼ同時に、ステップ１１０において吸引ポンプ６の作動も停止し、それとほぼ同時に、ステップ１１１において閉鎖弁４により排気通路１を開放する。
【００２６】
こうして、本排気浄化装置によれば、ＮＯX触媒装置２において生成されたＮ2ＯはオゾンＯ3によりＮＯXに酸化されてＮＯX触媒装置２へ保持されるようにしており、Ｎ2Ｏの大気放出量を殆ど無くすことができる。
【００２７】
ところで、ＮＯX触媒装置２は、ＮＯXと同様に排気ガス中のＳＯXを硫酸塩の形で吸収してしまう。硫酸塩は硝酸塩より安定な物質であり、再生処理時においても放出されずに徐々に吸収量が増大して、ＮＯX保持可能量を減少させる。それにより、ＳＯX吸収量を推定して設定量に達した時には、ＳＯXを放出させる回復処理が必要となる。
【００２８】
この回復処理は、ＮＯX触媒装置２を約６００°Ｃに昇温してからリッチ空燃比の排気ガスを流入させるものである。この回復処理においてもＮＯX触媒装置２においても同様にＮ2Ｏが生成されるために、回復処理においてリッチ空燃比の排気ガスを流入させている間及びその後のリーン空燃比の排気ガスを流入させてから設定時間の間は、前述同様に、ＮＯX触媒装置２において生成されたＮ2ＯをオゾンＯ3によりＮＯXに酸化してＮＯX触媒装置２へ保持させるようにすることが好ましい。もちろん、再生処理及び回復処置に限定されることなく、ＮＯX触媒装置へ流入する排気ガスの空燃比がリッチ空燃比とされている間及びその後のリーン空燃比の排気ガスを流入させてから設定時間の間は、ＮＯX触媒装置２において生成されたＮ2ＯをオゾンＯ3によりＮＯXに酸化してＮＯX触媒装置２へ保持させるようにすることが好ましい。
【００２９】
本実施形態において、ＮＯX触媒装置へ流入する排気ガスの空燃比がリッチ空燃比とされている間及びその後の設定時間の間は、閉鎖弁４により排気通路１を閉鎖するために排気抵抗が増加するが、短時間であるために特に問題はない。また、意図的にＮＯX触媒装置へ流入する排気ガスの空燃比をリッチ空燃比とする再生処理（又は回復処理）を排気ガス量の少ない低負荷時に実施すれば、このような排気抵抗の増加の影響を少なくすることができる。また、ＮＯX触媒装置へ流入する排気ガスの空燃比がリッチ空燃比とされている間及びその後の設定時間の間は、閉鎖弁４により排気通路１を完全に閉鎖するのではなく、僅かに排気通路１を開放するようにしても良い。また、ＮＯX触媒装置へ流入する排気ガスの空燃比がリッチ空燃比とされている間だけ排気通路１を閉鎖して、ＮＯX触媒装置２において生成されたＮ2ＯをオゾンＯ3によりＮＯXに酸化してＮＯX触媒装置２へ保持させるようにしても良い。
【００３０】
Ｎ2Ｏ吸着装置５は必ずしも必要ではなく、排気ガス中においてＮ2ＯをオゾンＯ3によりＮＯXに酸化させるようにしても良い。この場合において、オゾン供給装置７のオゾン供給位置は、戻し通路３ではなく、排気通路１のＮＯX触媒装置２の下流側としてもよく、また、排気通路１のＮＯX触媒装置２の上流側として、戻し通路３により戻されてＮＯX触媒装置２へ流入する直前でＮ2ＯをＮＯXへ酸化させるようにしても良い。
【符号の説明】
【００３１】
１ 排気通路
２ ＮＯX触媒装置
３ 戻し通路
４ 閉鎖弁
５ Ｎ2Ｏ吸着装置
７ オゾン供給装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関排気系に配置されたＮＯX触媒装置と、前記ＮＯX触媒装置から排出される排気ガスを前記ＮＯX触媒装置の上流側へ戻すための戻し通路と、オゾン供給装置とを具備し、前記ＮＯX触媒装置へ流入する排気ガスの空燃比がリッチ空燃比とされている間は、前記ＮＯX触媒装置から流出する排気ガス中にＮ2Ｏが含まれるために、Ｎ2Ｏを前記オゾン供給装置から供給されるオゾンにより酸化させると共に、前記ＮＯX触媒装置から流出する排気ガスを前記戻し通路を介して前記ＮＯX触媒装置の上流側へ戻す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ＮＯX触媒装置へ流入する排気ガスの空燃比がリッチ空燃比とされた後に前記ＮＯX触媒装置へリーン空燃比の排気ガスを流入させてから設定時間の間は、前記ＮＯX触媒装置から流出する排気ガス中にＮ2Ｏが含まれるために、Ｎ2Ｏを前記オゾン供給装置から供給されるオゾンにより酸化させると共に、前記ＮＯX触媒装置から流出する排気ガスを前記戻し通路を介して前記ＮＯX触媒装置の上流側へ戻す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１】
機関排気系に配置されたＮＯX触媒装置と、前記ＮＯX触媒装置から排出される排気ガスを前記ＮＯX触媒装置の上流側へ戻すための戻し通路と、オゾン供給装置とを具備し、前記ＮＯX触媒装置へ流入する排気ガスの空燃比がリッチ空燃比とされている間は、前記ＮＯX触媒装置から流出する排気ガス中にＮ2Ｏが含まれるために、Ｎ2Ｏを前記オゾン供給装置から供給されるオゾンにより酸化させると共に、前記ＮＯX触媒装置から流出する排気ガスを前記戻し通路を介して前記ＮＯX触媒装置の上流側へ戻す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ＮＯX触媒装置へ流入する排気ガスの空燃比がリッチ空燃比とされた後に前記ＮＯX触媒装置へリーン空燃比の排気ガスを流入させてから設定時間の間は、前記ＮＯX触媒装置から流出する排気ガス中にＮ2Ｏが含まれるために、Ｎ2Ｏを前記オゾン供給装置から供給されるオゾンにより酸化させると共に、前記ＮＯX触媒装置から流出する排気ガスを前記戻し通路を介して前記ＮＯX触媒装置の上流側へ戻す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。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１０−２２９８２０（Ｐ２０１０−２２９８２０Ａ）
【公開日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−７４９１９（Ｐ２００９−７４９１９）
【出願日】平成２１年３月２５日（２００９．３．２５）
【出願人】（０００００４６９５）株式会社日本自動車部品総合研究所 (1,981)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月２５日（２００９．３．２５）
【出願人】（０００００４６９５）株式会社日本自動車部品総合研究所 (1,981)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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