Exhaust gas purification system for an internal combustion engine

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関し、詳細には排気中のＮＯ _X成分を高い効率で浄化することが可能な内燃機関の排気浄化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の排気中の窒素酸化物（Ｎ
Ｏ _X ）を除去することを目的とした排気浄化装置の例としては、例えば特開昭６２−１１７６２０号公報に記載されたものがある。 同公報の装置は、リーン空燃比運転を行う内燃機関の排気通路を２つに分岐させ、それぞれの分岐通路に酸素存在下でＮＯ _Xを酸化吸収する触媒を配置し、機関からの排気を上記触媒を通過させることにより排気中のＮＯ _Xを触媒に吸収させるものである。

【０００３】同公報の装置では触媒のＮＯ _X吸収量が増大して触媒のＮＯ _X吸収効率が低下することを防止するために一定時間毎に排気を通過させる分岐通路を交互に切り換えて、一方の触媒で排気中のＮＯ _Xを吸収しながら他方の触媒では吸収したＮＯ _Xを還元除去する操作を行う。 すなわち、一方の触媒が配置された側の分岐通路への排気の流入を遮断して、他方の分岐通路に排気の全量を流すとともに、排気の流入を遮断した分岐通路の側の触媒には水素等の還元剤を供給し、触媒に吸収されたＮＯ _Xを窒素に還元浄化する。

【０００４】上記公報の装置によれば、排気通路に並列に２つの触媒を設け、排気の流れを切り換えて一方の触媒で排気中のＮＯ _Xを吸収し、同時に他方の触媒には還元剤を供給して吸収したＮＯ _Xを還元除去するという操作を２つの触媒で交互に行うことにより、排気中のＮＯ
_Xの吸収を停止することなく触媒のＮＯ _X吸収効率の低下を防止することができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記のように排気通路に２つの触媒を並列に配置して交互にＮＯ _X
の吸収と還元除去とを行う場合には、それぞれの触媒に個別に還元剤を供給する必要がある。 例えば、上記特開昭６２−１１７６２０号公報の装置では、それぞれの分岐通路の触媒に個別に還元剤を供給するために、それぞれの分岐通路の触媒上流側に還元剤を供給する２つのノズルと、還元剤供給源から各ノズルへの還元剤供給を切り換える切換弁とが必要となる。 このため、装置が複雑になり配置上の問題を生じたり、切換弁の切換制御のために煩雑な制御が必要となる問題が生じる。

【０００６】本発明は上記問題に鑑み、装置や制御の複雑化を生じることなく簡易な構成でＮＯ _Xの高い浄化効率を達成可能な内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明によれば、少なくとも通常運転領域でリーン空燃比運転を行う内燃機関の排気浄化装置であって、前記内燃機関の排気通路に直列に配置された、それぞれ流入する排気の空燃比がリーンのときに排気中のＮＯ _Xを吸収し排気酸素濃度が低下したときに吸収したＮＯ _Xを放出する第１
と第２のＮＯ _X吸収剤と、前記第１と第２のＮＯ _X吸収剤との間の排気通路に還元剤を供給する還元剤供給装置と、前記排気通路を通る排気の流れ方向を、排気が前記第１のＮＯ _X吸収剤を通過後に前記第２のＮＯ _X吸収剤を通過する第１の方向と、排気が前記第２のＮＯ _X吸収剤を通過した後に前記第１のＮＯ _X吸収剤を通過する第２の方向とに切り換える切換手段と、所定の条件が成立する毎に前記切換手段を作動させて、排気流れ方向を前記第１の方向と第２の方向とに交互に切り換える制御手段と、を備えた内燃機関の排気浄化装置が提供される。

【０００８】また、請求項２に記載の発明によれば、少なくとも通常運転領域において理論空燃比以下の空燃比で運転を行う内燃機関の排気浄化装置であって、前記内燃機関の排気通路に直列に配置された、それぞれ流入する排気の空燃比がリーンのときに排気中のＮＯ _Xを吸収し排気酸素濃度が低下したときに吸収したＮＯ _Xを放出する第１と第２のＮＯ _X吸収剤と、前記第１と第２のＮ
Ｏ _X吸収剤との間の排気通路に二次空気を供給する二次空気供給装置と、前記排気通路を通る排気の流れ方向を、排気が前記第１のＮＯ _X吸収剤を通過後に前記第２
のＮＯ _X吸収剤を通過する第１の方向と、排気が前記第２のＮＯ _X吸収剤を通過した後に前記第１のＮＯ _X吸収剤を通過する第２の方向とに切り換える切換手段と、所定の条件が成立する毎に前記切換手段を作動させて、排気流れ方向を前記第１の方向と第２の方向とに交互に切り換える制御手段と、を備えた内燃機関の排気浄化装置が提供される。

【０００９】

【作用】請求項１に記載の発明では、切換手段により排気の流れが第１の流れ方向に切り換えられると、機関からのリーン空燃比の排気は先ず第１のＮＯ _X吸収剤に流入し、排気中のＮＯ _Xは第１のＮＯ _X吸収剤に吸収される。 また、第１のＮＯ _X吸収剤を通過した排気には第１
のＮＯ _X吸収剤と第２のＮＯ _X吸収剤との間で還元剤供給装置から還元剤が添加される。 このため第２のＮＯ _X
吸収剤に流入する排気の酸素濃度が低下し、第２のＮＯ
_X吸収剤からは吸収したＮＯ _Xが放出され、還元剤により還元除去される。 すなわち、排気の流れが第１の流れ方向に切り換えられると、第１のＮＯ _X吸収剤では排気中のＮＯ _Xの吸収が、第２のＮＯ _X吸収剤では吸収したＮＯ _Xの還元除去が同時に行われる。

【００１０】一方、切換手段により排気の流れが第２の流れ方向に切り換えられると、機関からの排気は先ず第２のＮＯ _X吸収剤を通過し、第２のＮＯ _X吸収剤通過後に還元剤を添加されてから第１のＮＯ _X吸収剤に流入する。 このため、排気の流れが第２の流れ方向に切り換えられると、第２のＮＯ _X吸収剤では排気中のＮＯ _Xの吸収が、第１のＮＯ _X吸収剤では吸収したＮＯ _Xの還元除去が同時に行われる。

【００１１】従って、所定の条件成立毎に（例えば一定時間毎に）排気の流れを交互に第１と第２の流れ方向に切り換えることにより、全体として排気中のＮＯ _Xの吸収を停止することなく、それぞれのＮＯ _X吸収剤では、
ＮＯ _X吸収と吸収したＮＯ _Xの還元浄化とが交互に実行される。 請求項２に記載の発明では、機関からの排気の空燃比は理論空燃比以下であり、排気中の酸素濃度は低く排気中には未燃ＨＣ、ＣＯ成分が比較的多く含まれる。 このため、排気の流れが第１の流れ方向に切り換えられると、第１のＮＯ _X吸収剤には、酸素濃度が低い排気が流入し、第１のＮＯ _X吸収剤からは吸収したＮＯ _X
が放出され排気中の未燃ＨＣ、ＣＯ成分と反応して還元浄化される。 第１のＮＯ _X吸収剤を通過した排気には、
第１のＮＯ _X吸収剤と第２のＮＯ _X吸収剤との間で二次空気が供給されるため、第２のＮＯ _X吸収剤に流入する排気の空燃比はリーンになる。 このため、第２のＮＯ _X
吸収剤では、第１のＮＯ _X吸収剤を通過した比較的少量のＮＯ _Xが吸収される。 すなわち、請求項２の発明では排気の流れが第１の流れ方向に切り換えられると、第１
のＮＯ _X吸収剤では吸収したＮＯ _Xの還元除去が、第２
のＮＯ _X吸収剤では排気中のＮＯ _Xの吸収が同時に行われる。 また、排気の流れが第２の流れ方向に切り換えられると、上記とは逆に第２のＮＯ _X吸収剤では吸収したＮＯ _Xの還元除去が、第１のＮＯ _X吸収剤では排気中のＮＯ _Xの吸収が同時に行われる。

【００１２】従って、所定の条件成立毎に（例えば一定時間毎に）排気の流れを交互に第１と第２の流れ方向に切り換えることにより、全体として排気中のＮＯ _Xの吸収を停止することなく、それぞれのＮＯ _X吸収剤では、
ＮＯ _X吸収と吸収したＮＯ _Xの還元浄化とが交互に実行される。

【００１３】

【実施例】以下添付図面を用いて本発明の実施例について説明する。 図１は本発明の排気浄化装置を車両用内燃機関に適用した場合の概略構成の一例を示す図である。
図１において、１はディーゼルエンジン、希薄燃焼を行うリーンバーンガソリンエンジン等、少なくとも通常運転領域で理論空燃比より大きな空燃比の混合気で運転される内燃機関、３は機関１の排気通路を示す。 本実施例では、排気通路３は２つの分岐通路３ａ、３ｂに分岐しており、それぞれの分岐通路３ａ、３ｂはＮＯ _X吸収剤７ａ、７ｂに接続されている。 また、ＮＯ _X吸収剤７
ａ、７ｂは分岐通路３ａ、３ｂとは反対の側で連通路４
により相互に接続されている。

【００１４】分岐通路３ａ、３ｂの排気通路３からの分岐部には排気切換弁５が設けられている。 排気切換弁５
は後述する機関制御回路（ＥＣＵ）２０からの制御信号に応じて作動し、選択的に分岐通路３ａ、３ｂの一方の入口を閉塞して機関１からの排気を分岐通路３ａ、３ｂ
のいずれか一方に導く作用を行う。 また、分岐通路３
ａ、３ｂ上の、排気切換弁５とＮＯ _X吸収剤７ａ、７ｂ
との間の位置には、それぞれポート６ａ、６ｂと、このポート６ａ、６ｂを開閉する遮断弁８ａ、８ｂが設けられている。 図２は、図１のII−II線に沿った断面を示している。 図２に示すように、本実施例では、分岐通路３
ａ、３ｂに隣接して共通の排気出口通路９が設けられており、ポート６ａ、６ｂは分岐通路３ａ、３ｂと排気出口通路９とを連通している。 すなわち、遮断弁８ａが開弁すると分岐通路３ａはポート６ａを介して排気出口通路９に連通し、遮断弁８ｂが開弁すると分岐通路３ｂはポート６ｂを介して排気出口通路９に連通する。 排気出口通路９はその下流側で図示しないマフラーを介して大気に開放されている。

【００１５】排気切換弁５と遮断弁８ａ、８ｂは相互にリンク１０で接続されており、共通のアクチュエータ１
１により駆動される。 アクチュエータ１１はソレノイド、負圧アクチュエータ等の適宜な形式のものが使用され、制御回路２０からの駆動信号に応じて作動し、リンク１０を介して排気切換弁５と遮断弁８ａ、８ｂを同時に動作させる。 本実施例では、遮断弁８ａ、８ｂはリンク１０を介して排気切換弁５に連動して動作し、排気切換弁５が分岐通路３ｂを閉塞する位置（図１に示す位置）では遮断弁８ｂがポート６ｂを開放するとともに遮断弁８ａがポート６ａを閉塞し、逆に、排気切換弁５が分岐通路３ａを閉塞する位置では遮断弁８ｂがポート６
ｂを閉塞するとともに遮断弁８ａがポート６ａを開放するようにリンク１０を構成している。

【００１６】このため、排気切換弁５が分岐通路３ｂを閉塞する位置では、機関からの排気は分岐通路３ａ→Ｎ
Ｏ _X吸収剤７ａ→連通路４→ＮＯ _X吸収剤７ｂ→ポート６ｂ→排気出口通路９の順に流れることになる（以下、
この排気流れ方向を第１の方向という）。 また、同様に、排気切換弁５が分岐通路３ａを閉塞する位置では、
機関からの排気は分岐通路３ｂ→ＮＯ _X吸収剤７ｂ→連通路４→ＮＯ _X吸収剤７ａ→ポート６ａ→排気出口通路９の順に流れる（以下、この排気流れ方向を第２の方向という）。 すなわち、排気切換弁５を切り換えることにより、分岐通路３ａ、３ｂ、ＮＯ _X吸収剤７ａ、７ｂ及び連通路４内の排気の流れ方向を逆転させることが可能である。

【００１７】図１に１２で示したのは、連絡通路４内に還元剤を供給する還元剤供給装置である。 還元剤供給装置１２は、加圧容器、ポンプ等の還元剤供給源１２ｃ
と、この供給源１２ｃからの還元剤を連通路４内に噴射する還元剤供給ノズル１２ａ、及び制御回路２０からの制御信号に応じてノズル１２ａからの還元剤噴射量を調節する流量制御弁１２ｂとを備えている。

【００１８】還元剤供給装置１２から供給する還元剤としては排気中でＨ ₂ 、ＣＯ等の還元成分やＨＣ成分を発生するものが使用され、本実施例では、例えば水素、一酸化炭素等の還元性気体、プロパン、プロピレン、ブタン等の気体または液体の炭化水素、ガソリン、軽油、灯油等の液体燃料等が還元剤として使用できる。 また、図１に２０で示すのは機関１の電子制御回路（ＥＣＵ）である。 ＥＣＵ２０はＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ及び入力ポート、出力ポートを相互に双方向性バスで接続した公知の構成のディジタルコンピュータからなる。 ＥＣＵ２０
は機関の燃料噴射量制御等の基本制御を行うほか、本実施例ではＮＯ _X吸収剤７ａ、７ｂのＮＯ _X吸収と放出還元との制御を行っている。 これらの制御のため、ＥＣＵ
２０の入力ポートには、機関回転数、アクセル開度、吸入空気量、排気温度等の機関の運転状態を表すパラメータ信号がそれぞれ図示しないセンサから入力されており、また、出力ポートは還元剤供給装置１２の制御弁１
２ｂに接続され、ノズル１２ａからの還元剤供給量を制御している。

【００１９】ＮＯ _X吸収剤７ａ、７ｂ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。 このＮＯ _X吸収剤は流入する排気の空燃比がリーンの場合にはＮＯ _Xを吸収し、酸素濃度が低下するとＮＯ _Xを放出するＮＯ _Xの吸放出作用を行う。

【００２０】なお、本明細書中では、排気系のある場所における排気空燃比とは機関燃焼室、吸気通路および、
上記の場所の上流側の排気系に供給された空気量の合計と燃料及び還元剤の量との合計の比を意味するものとする。 従って、排気通路に燃料や還元剤または空気が供給されない場合には排気空燃比は機関の運転空燃比（機関燃焼室内の燃焼における空燃比）と等しくなる。

【００２１】ＮＯ _X吸収剤におけるＮＯ _Xの吸放出作用の詳細なメカニズムについては明らかでない部分もある。 しかし、この吸放出作用は図３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。

【００２２】すなわち、ＮＯ _X吸収剤に流入する排気がリーン空燃比になると流入排気中の酸素濃度が大巾に増大し、図３(A) に示されるようにこれら酸素Ｏ ₂がＯ ₂
^-またはＯ ^2-の形で白金Ｐt の表面に付着する。 一方、
流入排気中のＮＯは白金Ｐtの表面上でこのＯ ₂ ^-またはＯ ^2-と反応し、ＮＯ ₂となる（２ＮＯ＋Ｏ ₂ →２ＮＯ
₂ ) 。 次いで生成されたＮＯ ₂の一部は白金Ｐｔ上で酸化されつつ吸収剤内に吸収されて酸化バリウムＢａＯと結合しながら図３(A) に示されるように硝酸イオンＮＯ
₃ ^-の形で吸収剤内に拡散する。 このようにしてＮＯ _X
がＮＯ _X吸収剤７ａ、７ｂ内に吸収される。

【００２３】従って、流入排気の空燃比がリーンであり、排気中の酸素濃度が高い限り白金Ｐt の表面でＮＯ
₂が生成され、吸収剤のＮＯ _X吸収能力が飽和しない限りＮＯ ₂が吸収剤内に吸収されて硝酸イオンＮＯ ₃ ^-が生成される。 これに対して流入排気中の酸素濃度が低下してＮＯ ₂の生成量が減少すると反応が逆方向（ＮＯ ₃
^- →ＮＯ ₂ ）に進み、吸収剤内の硝酸イオンＮＯ ₃ ^-がＮＯ ₂の形で吸収剤から放出される。 すなわち、流入排気中の酸素濃度が低下するとＮＯ _X吸収剤７ａ、７ｂからＮＯ _Xが放出されることになる。

【００２４】一方、流入排気中にＣＯ等の還元成分やＨ
Ｃ成分が存在すると、これらの成分は白金Ｐt 上の酸素Ｏ ₂ ^-またはＯ ^2-と反応して酸化され、排気中の酸素を消費して排気中の酸素濃度を低下させる。 また、排気中の酸素濃度低下によりＮＯ _X吸収剤７ａ、７ｂから放出されたＮＯ ₂は図３(B) に示すようにＨＣ，ＣＯと反応して還元される。 このようにして白金Ｐt の表面上にＮ
Ｏ ₂が存在しなくなると吸収剤から次から次へとＮＯ ₂
が放出される。 従って流入排気中のＨＣ，ＣＯ成分が存在すると短時間のうちにＮＯ _X吸収剤からＮＯ _Xが放出され、還元されることになる。

【００２５】すなわち、流入排気中のＨＣ，ＣＯは、まず白金Ｐt 上のＯ ₂ ^-またはＯ ^2-と直ちに反応して酸化され、次いで白金Ｐt 上のＯ ₂ ^-またはＯ ^2-が消費されてもまだＨＣ，ＣＯが残っていればこのＨＣ，ＣＯによって吸収剤から放出されたＮＯ _Xおよび機関から排出されたＮＯ _Xが還元される。 図１の実施例では、排気切換弁５により排気の流れを前述の第１と第２の方向に交互に切り換えることによりＮＯ _X吸収剤７ａ、７ｂに上記ＮＯ _Xの吸放出作用を生じさせる。

【００２６】以下、本実施例の作用について説明する。
まず、排気切換弁５が分岐通路３ｂを閉塞する位置（図１に示した位置）にある場合について説明する。 この場合には、排気は前述の第１の流れ方向に沿って、先ずＮ
Ｏ _X吸収剤７ａを通過し、次いでＮＯ _X吸収剤７ｂを通過する。 また、還元剤供給装置１２から供給された還元剤は排気とともにＮＯ _X吸収剤７ｂに流入する。

【００２７】本実施例ではリーン空燃比運転を行う機関が使用されているため、機関から分岐通路３ａに流入する排気の空燃比はかなりリーンになっている。 このため、ＮＯ _X吸収剤７ａに流入する排気中の酸素濃度は高くなっており、ＮＯ _X吸収剤７ａは図３(A) で説明した排気中のＮＯ _Xの吸収作用を行う。 従って、機関１からの排気中のＮＯ _XはＮＯ _X吸収剤７ａに吸収され、ＮＯ
_X吸収剤７ａを通過して連通路４に流入する排気は殆どＮＯ _Xを含まない。

【００２８】次いで、この排気には連通路４に配置された還元剤供給ノズル１２ａから還元剤が供給され、排気と還元剤との混合気体がＮＯ _X吸収剤７ｂに流入する。
後述するように、還元剤供給ノズル１２ａから供給される還元剤の量は、ＮＯ _X吸収剤７ｂに流入する排気の空燃比を少なくとも理論空燃比以下とする量とされる。 このため、ＮＯ _X吸収剤７ｂでは還元剤の消費により酸素濃度が低下し、ＮＯ _X吸収剤７ｂでは、吸収されていたＮＯ _Xが放出され、図３(B) で説明したように排気中の還元剤により放出されたＮＯ _Xが還元浄化される。 また、ＮＯ _X吸収剤７ａで吸収されずに通過してきたＮＯ
_Xも同様にＮＯ _X吸収剤７ｂで還元浄化されるため、Ｎ
Ｏ _X吸収剤７ｂからポート６ｂを経て排気出口通路９に流入する排気は略完全にＮＯ _Xを除去されたクリーンな状態になる。

【００２９】次に、排気切換弁５が分岐通路３ａを閉塞する位置に切り換えられると、排気は前述の第２の方向に沿って流れることになる。 このため、排気は先ずＮＯ
_X吸収剤７ｂに流入し、その後還元剤を添加されてからＮＯ _X吸収剤７ａに流入するようになる。 この場合には、上記とは逆にＮＯ _X吸収剤７ｂでは排気中のＮＯ _X
の吸収が、ＮＯ _X吸収剤７ａでは吸収したＮＯ _Xの放出と還元浄化とが行われることになる。

【００３０】従って、適宜なタイミングで排気切換弁５
を切り換えて、上記第１と第２の流れ方向に排気を交互に流すことにより、ＮＯ _X吸収剤７ａ、７ｂでは交互にＮＯ _Xの吸収と放出とが行われるため、ＮＯ _X吸収剤の飽和を防止しながら常時排気の浄化を行うことができる。 本実施例では、ＥＣＵ２０は吸入空気量と機関燃料噴射量とから機関出口における排気空燃比を求め、排気空燃比を理論空燃比以下の所定の値とするために必要とされる還元剤の量を算出するとともに、制御弁１２ｂの開度を制御して算出した量の還元剤を連通路４に供給する操作を行う。 必要とされる還元剤の量は、ＮＯ _X吸収剤の種類、ＮＯ _X吸収量や放出速度（吸収剤温度）等により定まるため、詳細には使用するＮＯ _X吸収剤の種類に応じて運転条件毎に実験等により決定することが好ましい。

【００３１】また、排気切換弁５は一定時間毎に切り換えることとしてもよいが、詳細にはＮＯ _X吸収剤のＮＯ
_X吸収量が一定値（例えば飽和量の６０％程度の値）に達する毎に切換を行い、ＮＯ _X吸収剤が飽和する前に吸収したＮＯ _Xを放出させることが好ましい。 この場合には、例えば、予め各機関負荷条件毎に機関の単位時間当たりのＮＯ _X発生量を計測して、その結果を機関負荷条件を表すパラメータ（例えば、吸入空気量と回転数、アクセル開度と回転数等）を用いたマップとしてＥＣＵ２
０のＲＯＭに格納しておき、機関運転中に一定時間毎に上記パラメータから機関のＮＯ _X発生量を算出して積算を行い、この積算値が所定値を越えた場合に排気切換弁５の切換を行うようにすれば良い。

【００３２】また、本実施例ではＮＯ _Xの放出、還元を行うためにＮＯ _X吸収剤に還元剤を供給する必要があるが、ＮＯ _X吸収剤のＮＯ _X放出、還元に要する時間は、
ＮＯ _X吸収剤に吸収されたＮＯ _X量が所定値に達する時間に較べて極めて短い（例えば、ＮＯ _Xを吸収可能な時間は数分から数十分であるのに対してＮＯ _Xの放出、還元に要する時間は数秒から数十秒である）、このため、
実際には還元剤の供給は排気切換弁５の切換直後の短時間のみ行われることになり、機関の燃費が大幅に悪化することはない。 また、ＮＯ _Xの放出還元が終了し、還元剤の供給が停止されると下流側のＮＯ _X吸収剤に流入する排気はリーン空燃比に復帰するため、上流側のＮＯ _X
吸収剤を通過した微量のＮＯ _Xは下流側のＮＯ _X吸収剤で吸収されるようになり、還元剤供給停止後も排気中のＮＯ _Xの除去が完全に行われる。

【００３３】また、本実施例では還元剤供給装置１２は連通路４のみに還元剤を供給すれば足り、分岐通路３
ａ、３ｂのそれぞれに個別に還元剤を供給する必要がないため、それぞれの分岐通路にノズルや制御弁を配置したり還元剤供給源１２ｃと各ノズルとの間に切換弁を設ける必要がなくなり、装置が簡略化されるとともに還元剤供給装置の制御が簡易なものになる利点がある。

【００３４】次に、図４を用いて本発明の上記とは別の実施例を説明する。 なお、図４において、図１と同じ参照符号は図１と同じ要素を示しているので詳細な説明は省略する。 以下、図１の実施例と相違する点について説明する。 図４において４０は内燃機関を示している。 本実施例では、図１の機関１とは異なり、機関４０は少なくとも通常運転領域では理論空燃比以下の空燃比（機関燃費の低減をはかるため、好ましくは、例えば空気過剰率で０．９８〜０．９９程度の、理論空燃比より僅かにリッチな空燃比）で運転される。 また、分岐通路３ａ、
３ｂ分岐部の上流側の排気通路３には、理論空燃比近傍で排気中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯ _Xの３成分を高い効率で浄化可能な三元触媒４１が配置されており、機関４０からの排気は三元触媒４１を通過してから分岐通路３ａまたは３ｂに流入するようになっている。 なお、三元触媒４
１は従来公知のものが使用されるため、ここでは詳細な説明は省略する。

【００３５】また、本実施例では連通路４には図１の還元剤供給装置１２に代えて二次空気供給装置４２が配置されている。 二次空気供給装置４２は、連通路４内に空気を供給するノズル４２ａ、流量制御弁４２ｂ、エアポンプ等の加圧空気源４２ｃを備え、ＥＣＵ２０からの制御信号により流量制御弁４２ｂの開度を調節することによりノズル４２ａから噴射する空気量を制御可能となっている。

【００３６】次に、本実施例の作用について説明する。
前述のように、本実施例では機関４０は理論空燃比より僅かにリッチな空燃比で運転される。 内燃機関の運転空燃比が理論空燃比以下になると排気中の酸素濃度は急激に低下し、逆に排気中のＣＯと未燃ＨＣ濃度は急激に増大する。 このため、通常運転領域での機関４０の排気中には比較的多量のＣＯ、未燃ＨＣが含まれており、酸素濃度は低くなっている。

【００３７】また、機関運転空燃比が理論空燃比近傍の領域ではＮＯ _Xの発生量も増大するため機関排気中には図１の実施例に較べて多量のＮＯ _Xが含まれている。 このため、本実施例では排気通路３に三元触媒を配置して排気中のＮＯ _Xの大部分を除去している。 三元触媒４１
は理論空燃比近傍、特に理論空燃比以下の空燃比ではＮ
Ｏ _X浄化効率はが良好であるため、三元触媒４１を通過する排気中のＮＯ _Xの大部分は三元触媒４１により除去される。 従って、排気通路３から分岐通路３ａ、３ｂに流入する排気は、ＨＣ、ＣＯ成分と比較的少量のＮＯ _X
とを含み酸素濃度が低い排気となっている。

【００３８】例えば、排気切換弁５が分岐通路３ｂを閉塞する位置にあるとすると、上記三元触媒４１を通過した排気は分岐通路３ａに導かれ、ＮＯ _X吸収剤７ａに流入する。 上述したように、この排気は酸素濃度が低く、
ＨＣ、ＣＯ成分と比較的少量のＮＯ _Xとを含んでいる。
このため、ＮＯ _X吸収剤７ａでは図３(B) で説明したＮ
Ｏ _Xの放出作用が生じ、放出されたＮＯ _Xと流入する排気中のＮＯ _Xとの殆どがＮＯ _X吸収剤７ａで還元浄化される。 また、理論空燃比以下の空燃比では三元触媒４１
で排気中のＮＯ _Xの一部がＮＨ ₃に転換されるため、Ｎ
Ｏ _X吸収剤７ａに流入する排気は少量のＮＨ ₃をも含んでいるが、このＮＨ ₃成分もＮＯ _X吸収剤７ａから放出されたＮＯ _Xの還元に消費される。

【００３９】次いで、連通路４ではＮＯ _X吸収剤７ａを通過した排気に二次空気が供給される。 本実施例では、
連通路４に供給される二次空気の量はＮＯ _X吸収剤７ｂ
入口での排気空燃比を理論空燃比よりリーンとするのに十分な量とされる。 このため、ＥＣＵ２０は機関の吸入空気量と燃料噴射量とから機関運転空燃比を計算し、Ｎ
Ｏ _X吸収剤７ｂで排気空燃比をリーンとするのに必要な二次空気量を算出するとともに、この二次空気量が得られるように二次空気供給装置４２の制御弁４２ｃ開度を調節する。

【００４０】従って、ＮＯ _X吸収剤７ｂに流入する排気はリーン空燃比となり、ＮＯ _X吸収剤７ｂでは前述の図３(A) で説明したＮＯ _Xの吸収作用が生じ、ＮＯ _X吸収剤７ａで完全に還元浄化されずに通過してきた微量のＮ
Ｏ _X成分が吸収、除去される。 また、ＮＯ _X吸収剤７ａ
でＮＯ _Xの還元に消費されずに下流側に流出した未燃Ｈ
Ｃ、ＣＯ成分はリーン空燃比化でＮＯ _X吸収剤７ｂにより酸化される。 このため、分岐通路３ｂのポート６ｂから排気出口通路９に流入する排気は略完全にＨＣ、ＣＯ
及びＮＯ _Xが除去されたクリーンな排気となる。

【００４１】次に、排気切換弁５が分岐通路３ａを閉塞する位置に切り換えられると、排気の流れは逆方向になり、ＮＯ _X吸収剤７ｂでは吸収したＮＯ _Xの放出と還元浄化が行われ、ＮＯ _X吸収剤７ａではＮＯ _Xの吸収が行われる。 このため、本実施例においても排気切換弁５を適宜な時間間隔で切り換えることにより、ＮＯ _X吸収剤７ａと７ｂとでは、交互にＮＯ _Xの吸収と放出、還元とが行われ、ＮＯ _X吸収剤の飽和を防止しながら排気の浄化を常時行うことが可能となる。

【００４２】また、本実施例においても、排気切換弁５
の切換操作の間隔は一定時間としても良いし、図１の実施例と同様ＮＯ _X吸収剤のＮＯ _X吸収量が所定値に達する毎に切換操作を行うようにしても良い。 本実施例においても、二次空気供給装置４２は連通路４のみに二次空気を供給すれば足りるため、図１の実施例と同様、装置の構成と制御を簡略化することが可能となる効果が得られる。 なお、本実施例においては、下流側のＮＯ _X吸収剤に流入する排気の空燃比は常にリーンに維持する必要があるため、二次空気供給装置４２からは常時連通路４
二次空気を供給する必要がある点が図１の実施例と相違している。

【００４３】また、本実施例では、機関４０から排出されるＮＯ _X量が比較的多量であるため、予め三元触媒４
１を用いて排気中のＮＯ _Xの大部分を除去してＮＯ _X吸収剤７ａ、７ｂで処理するＮＯ _X量を低減しているが、
ＮＯ _X吸収剤７ａ、７ｂの容量を機関で発生するＮＯ _X
を処理するのに十分な大きさに設定すれば三元触媒４１
は必ずしも設ける必要はない。

【００４４】次に、図５を用いて本発明の上記とは別の実施例を説明する。 上述の実施例ではいずれも排気通路３を２つの分岐通路３ａ、３ｂに分岐して、それぞれの分岐通路に個別にＮＯ _X吸収剤７ａ、７ｂを設けている。 このため、排気系の構成が複雑になり設置スペースが増大することから、特に車両用機関などでは搭載上不利になる場合が考えられる。 本実施例では、この問題を解決するため、２つの分岐通路と２つのＮＯ _X吸収剤を１つのハウジング内に収納して上記実施例の排気浄化装置の主要部分を一体構造とすることにより排気系の構成を簡易なものとしている。

【００４５】図５(A) は上記一体構造の装置を示す断面図である。 図５(A) において、５０はハウジング、５９
はハウジングを貫通する排気管、５７ａ、５７ｂは、ハウジング５０内壁と排気管５９との間の空間に配置されたＮＯ _X吸収剤を示している。 ＮＯ _X吸収剤５７ａ、５
７ｂは容器中央部近傍に配置され容器軸線方向端部とＮ
Ｏ _X吸収剤との間には空間５１、５２が形成されている。 また、図５(B) （図５ａのＢ−Ｂ線に沿った断面図）に示すように、ハウジング５０内壁と排気管５９の外壁との間には軸線方向に仕切板５３が延設されており、ＮＯ _X吸収剤５７ａと５７ｂとを互いに隔離している。 仕切板５３は、更に上記空間５１を互いに隔離された２つの部分５１ａと５１ｂとに分割している。 なお、
仕切板５３は空間５２側ではＮＯ _X吸収剤５７ａ、５７
ｂの端部で終了しているため、空間５２は仕切板５３により分割されていない。

【００４６】排気管５９の空間５１内に位置する部分には、排気管５９を空間５１ａに連通する２つのポート５
５ａ、５６ａ及び排気管５９を空間５１ｂに連通する２
つのポート５５ｂ、５６ｂがそれぞれ設けられている。
図５(A) に５８で示したのは排気管５９内のポート５５
ａ、５５ｂ位置とポート５６ａ、５６ｂ位置との中間の位置に設けられた排気切換弁である。 排気切換弁５８
は、適宜なアクチュエータにより回動される回転軸５８
ａに取り付けられており、回転軸５８ａの回転とともに回動し、図５(A) に実線で示した第１の切換位置と点線で示した第２の切換位置とをとる。

【００４７】排気切換弁５８が上記第１の切換位置をとると、空間５１ａ側のポート５５ａは開放され、ポート５６ａは閉鎖される。 また、上記第１の位置では空間５
１ｂ側のポート５５ｂは閉鎖され、ポート５６ｂは開放される。 また、排気切換弁５８が図５(A) に点線で示した第２の切換位置をとると、上記とは逆にポート５５ａ
が閉鎖されポート５６ａが開放されるとともに、ポート５５ｂは開放されポート５６ｂは閉鎖される。 図に５９
ｂで示したのは、排気管５９を排気切換弁５８位置で遮断する隔壁である。

【００４８】また、ハウジング５０の空間５２部分にはノズル５４が設けられており、図示しない還元剤供給装置または二次空気供給装置から還元剤または二次空気を空間５２内に供給できるようになっている。 次に、本実施例の作用について説明する。 本実施例では排気は図５
(A) に矢印Ａで示した方向に排気管５９に流入する。

【００４９】排気切換弁５８が第１の切換位置（図５
(A) 実線）に切り換えられると、排気管５９に流入した排気はポート５５ａから空間５１ａに流入する。 ポート５６ａは排気切換弁５８の第１の切換位置では閉鎖されているため、空間５１ａに流入した排気はＮＯ _X吸収剤５７ａに流入し、その後空間５２からＮＯ _X吸収剤５７
ｂに流入する。 また、ＮＯ _X吸収剤５７ｂから空間５１
ｂに流出した排気はポート５６ｂを通って排気管５９の排気切換弁５８下流側に流出する。

【００５０】逆に、排気切換弁５８が第２の切換位置（図５(A) に点線で示す位置）に切り換えられると、排気はポート５５ｂ→ＮＯ _X吸収剤５７ｂ→空間５２→Ｎ
Ｏ _X吸収剤５７ａ→ポート５６ａ→排気管５９の順に流れる。 このため、排気切換弁５８を第１と第２の位置に切り換えることによりＮＯ _X吸収剤５７ａ、空間５２、
及びＮＯ _X吸収剤５７ｂを排気が通過する順序を逆転させることができる。

【００５１】従って、本実施例ではノズル５４から還元剤または二次空気を空間５２に供給することにより、図１または図４に示した実施例と同等の作用を得ることができる。 上述のように、本実施例によれば２つのＮＯ _X
吸収剤と分岐通路とを１つのハウジング内に一体に構成しているため、独立した分岐通路やＮＯ _X吸収剤を設ける必要がなくなり、図１、図４の効果に加えてさらに装置の構成を簡易とすることができる。

【００５２】なお、上記実施例では図５(A) の矢印Ａの方向に排気を流す場合について説明したが排気管５９内の排気の流れ方向を上記矢印Ａとは逆方向として、ポート５６ａまたは５６ｂから空間５１ａ、ｂに排気が流入し、５５ａ、５５ｂから排気管に流出するようにすることも可能である。 以上、本発明の代表的実施例について説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々の改変が可能である。 特にＮＯ _X吸収剤の配置や排気系の構成は、上記実施例のように２つのＮＯ _X
吸収剤の間の排気の流れ方向を切り換えることができるものであれば他の構成を採用することも可能である。

【００５３】例えば図６は、図１、図４の実施例の分岐通路３ａ、３ｂ上にＮＯ _X吸収剤７ａ、７ｂを配置する代わりに、分岐通路３ａ、３ｂを接続する連通路６０を設け、この連通路６０上にＮＯ _X吸収剤７ａ、７ｂを直列に設けた例を示している。 図６の実施例では、連通路６０の分岐通路３ａ、３ｂとの接続部分には排気切換弁６５ａ、６５ｂを設け、この２つの排気切換弁を連動して動作させることによりＮＯ _X吸収剤７ａ、７ｂの間の排気の流れ方向を切り換える。

【００５４】すなわち、排気切換弁６５ａ、６５ｂが図６に実線で示す位置に切り換えられると排気は分岐通路３ａから連通路６０に流入し、ＮＯ _X吸収剤７ａ、７ｂ
を通過した後分岐通路３ｂから排気切換弁６５ｂ下流側に流出する。 また、排気切換弁６５ａ、６５ｂが図６に点線で示す位置に切り換えられると、排気は分岐通路３
ｂから連通路６０に流入し、ＮＯ _X吸収剤７ｂ、７ａの順に通過した後分岐通路３ａから排気切換弁６５ａ下流側に流出する。 従って、本実施例においてもＮＯ _X吸収剤７ａと７ｂとの中間の位置の連通路にノズル６２を配置して還元剤または二次空気を供給することにより図１
または図４と同等の効果を得ることができる。 なお、図１、図４の構成では、排気切換弁５と遮断弁８ａ、８ｂ
との計３つの弁が必要となるが、図６の実施例によれば、弁の数は２つに低減されるので装置をさらに簡素化することが可能となる。

【００５５】

【発明の効果】各請求項に記載の発明によれば、排気通路に２つのＮＯ _X吸収剤を配置し、交互にＮＯ _Xの吸収と放出、還元とを行う場合に、還元剤または二次空気の供給装置を大幅に簡略化できるため、装置全体の構成と制御を簡易なものとすることができるという共通の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用する内燃機関の一実施例の概略構成を説明する図である。

【図２】図１のII−II線に沿った断面図である。

【図３】ＮＯ _X吸収剤のＮＯ _Xの吸放出作用を説明する図である。

【図４】本発明の図１とは別の実施例を説明する図である。

【図５】本発明の更に別の実施例を説明する図である。

【図６】本発明の更に別の実施例を説明する図である。

【符号の説明】

１…内燃機関 ３…排気通路 ３ａ、３ｂ…分岐通路 ５…排気切換弁 ７ａ、７ｂ…ＮＯ _X吸収剤 １２…還元剤供給装置 ２０…制御回路 ４２…二次空気供給装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊藤 隆晟 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (56)参考文献 特開 昭49−120016（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−173659（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−173654（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−210134（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−117230（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl. ⁷ ，ＤＢ名) F01N 3/08 - 3/38 F01N 9/00 - 11/00