JPH1150836A - 内燃機関の触媒再生装置 - Google Patents

内燃機関の触媒再生装置

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JPH1150836A
JPH1150836A JP9210873A JP21087397A JPH1150836A JP H1150836 A JPH1150836 A JP H1150836A JP 9210873 A JP9210873 A JP 9210873A JP 21087397 A JP21087397 A JP 21087397A JP H1150836 A JPH1150836 A JP H1150836A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 触媒を被毒から十分に再生して排気を良好に
浄化する。 【解決手段】 ケーシング１９内に収容された触媒１８
を排気通路内に配置する。触媒１８を迂回するバイパス
管２１内に、通常閉弁される圧力低下弁２３を配置す
る。燃料噴射弁８から膨張行程または排気行程に２次燃
料噴射を行うことにより触媒１８に炭化水素を供給し、
この炭化水素によりＮＯX を還元する。触媒１８が被毒
したと判断されたときには２次燃料噴射時期を早めて排
気温度を高めることにより触媒１８を加熱し、圧力低下
弁２３を開弁してケーシング１９内の圧力を低下させ
る。

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触媒再生
装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】機関排気通路内に配置された触媒は通
常、吸着機能を備えた多孔質担体を備えている。ところ
が、機関から排出される排気中にはＳＯＦ（有機可溶成
分）が含まれており、このＳＯＦは触媒の多孔質担体内
に吸着される。ところが、多孔質担体の表面から離間し
た奥部に吸着されたＳＯＦは多孔質担体から離脱しにく
く、また例えばゼオライトのような多孔質担体はそれ自
体触媒機能を備えているのでＳＯＦが多孔質担体内に長
期にわたって存在すると次第に改質されることになる。
ところがこのように改質されたＳＯＦが触媒金属を覆
い、或いは多孔質担体の細孔を目詰まりさせるようにな
るとＮＯX および還元剤が触媒金属に到達できなくな
り、斯くして触媒がＳＯＦにより被毒することになる。
【０００３】ところが、このＳＯＦは酸化雰囲気におい
て多孔質担体の温度が或る程度高くなると燃焼する。そ
こで、触媒がＳＯＦにより被毒したか否かを検出し、触
媒の被毒が検出されたときに触媒を加熱することにより
ＳＯＦを燃焼せしめ、それにより触媒を再生するように
したディーゼル機関の触媒再生装置が公知である（特開
平６−２００７３７号公報参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】この場合、多孔質担体
の表面上または表面付近に位置するＳＯＦは比較的容易
に加熱されて燃焼せしめられる。しかしながら、多孔質
担体の奥部に位置するＳＯＦを燃焼可能な温度まで加熱
するのは困難であり、すなわち触媒を十分に再生させる
のが困難であるという問題点がある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に１番目の発明によれば、機関排気通路内に配置された
ケーシング内に触媒を収容した内燃機関において、触媒
が被毒したか否かを検出して触媒の被毒が検出されたと
きにケーシング内の排気圧力を低下させつつ触媒を加熱
することにより触媒を再生するようにしている。すなわ
ち１番目の発明では、ケーシング内の圧力を低下させる
ことによってＳＯＦが触媒担体から離脱せしめられ或い
は触媒担体の表面付近まで移動せしめられるのでＳＯＦ
が容易に加熱、燃焼せしめられる。
【０００６】また、２番目の発明によれば１番目の発明
において、前記触媒に触媒加熱用燃料を供給して触媒加
熱用燃料を触媒において燃焼せしめることにより触媒を
加熱するようにしている。すなわち２番目の発明では、
触媒を加熱するためのエネルギが低減される。また、３
番目の発明によれば２番目の発明において、前記触媒内
または触媒上流の前記ケーシング内に前記触媒加熱用燃
料を吸着可能な吸着材を収容し、吸着材の吸着容量はケ
ーシング内の排気圧力が低くなるにつれて小さくなり、
触媒を再生すべくケーシング内の排気圧力を低下させる
のに先立って吸着材内に触媒加熱用燃料を吸着させてお
き、触媒を再生すべくケーシング内の排気圧力が低下さ
れると吸着材から吸着されている触媒加熱用燃料が放出
されて触媒に供給されるようにしている。すなわち３番
目の発明では、単位時間当たりに触媒に供給される触媒
加熱用燃料量が増大される。
【０００７】また、４番目の発明によれば１番目の発明
において、前記触媒が有機可溶成分またはイオウ分によ
り被毒したか否かを検出するようにしている。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下では、本発明をディーゼル機
関に適用した場合について説明する。しかしながら、本
発明を火花点火式機関に適用することもできる。図１を
参照すると、１は機関本体、２はピストン、３は燃焼
室、４は吸気ポート、５は吸気弁、６は排気ポート、７
は排気弁、８は燃焼室３内に燃料を直接噴射する電磁式
の燃料噴射弁をそれぞれ示す。各燃料噴射弁８は燃料用
蓄圧室９を介して燃料ポンプ１０に接続される。このよ
うにすると各気筒の１燃焼サイクルにおいて複数回燃料
噴射を行うことができる。各気筒の吸気ポート４はそれ
ぞれ対応する吸気枝管１１を介して共通のサージタンク
１２に接続され、サージタンク１２は吸気ダクト１３を
介してエアフロメータ１４およびエアクリーナ１５に接
続される。一方、各気筒の排気ポート６は共通の排気マ
ニホルド１６に接続され、この排気マニホルド１６は排
気管１７を介して触媒１８を収容したケーシング１９に
接続され、このケーシング１９は排気管２０に接続され
る。また、触媒１８を迂回して排気管１７と排気管２０
とを互いに接続するバイパス管２１が設けられており、
このバイパス管２１内にはアクチュエータ２２により駆
動される圧力低下弁２３が配置される。この圧力低下弁
２３は通常閉弁に維持されている。なお、各燃料噴射弁
８およびアクチュエータ２２は電子制御ユニット３０か
らの出力信号に基づいてそれぞれ制御される。
【０００９】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、双方向性バス３１を介して相
互に接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、Ｒ
ＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイク
ロプロセッサ）３４、入力ポート３５、および出力ポー
ト３６を具備する。エアフロメータ１４は吸入空気量Ｇ
ａに比例した出力電圧を発生し、踏み込み量センサ３７
はアクセルペダル３８の踏み込み量ＤＥＰに比例した出
力電圧を発生する。また、ケーシング１９の排気流入口
に隣接する排気管１７にはケーシング１９内に流入する
排気の温度に比例した出力電圧を発生する温度センサ３
９ｕが取り付けられ、ケーシング１９の排気流出口に隣
接する排気管２０にはケーシング１９から流出した排気
の温度に比例した出力電圧を発生する温度センサ３９ｄ
が取り付けられる。これらエアフロメータ１４、踏み込
み量センサ３７、および温度センサ３９ｕ，３９ｄの出
力電圧はそれぞれ対応するＡＤ変換器４０を介して入力
ポート３５に入力される。さらに、入力ポート３５には
クランクシャフトが例えば３０度回転する毎に出力パル
スを発生するクランク角センサ４１が接続される。ＣＰ
Ｕ３４ではこの出力パルスに基づいて機関回転数Ｎが算
出される。一方、出力ポート３６はそれぞれ対応する駆
動回路４２を介して各燃料噴射弁８およびアクチュエー
タ２２にそれぞれ接続される。
【００１０】図１の内燃機関において、触媒１８はゼオ
ライト、アルミナＡｌ2 Ｏ3 、シリカアルミナＳｉＯ2
・Ａｌ2 Ｏ3 、活性炭、チタニアＴｉＯ2 のような多孔
質担体上に白金Ｐｔ、パラジウムＰｄ、ロジウムＲｈ、
イリジウムＩｒのような貴金属、または銅Ｃｕ、鉄Ｆ
ｅ、コバルトＣｏ、ニッケルＮｉのような遷移金属をイ
オン交換により担持させることにより形成される。ゼオ
ライトとして例えばＺＳＭ−５型、フェリエライト、モ
ルデナイトなどの高シリカ含有ゼオライトを用いること
ができる。この触媒１８は例えば炭化水素ＨＣ、一酸化
炭素ＣＯなどの還元剤を含む酸素雰囲気において流入す
る排気中のＮＯX をこれらＨＣ、ＣＯなどと選択的に反
応せしめ、それによってＮＯX を窒素Ｎ2 に還元するこ
とができる。すなわち、触媒１８は流入する排気中が還
元剤を含んでいると、たとえ酸素雰囲気であっても流入
する排気中のＮＯX を還元する。
【００１１】一方、図１のディーゼル機関では機関から
排出されるスモークやパティキュレートを低減するため
に常時、空燃比を理論空燃比よりもリーンに維持してお
り、したがって触媒１８に流入する排気は常時、酸素雰
囲気に維持されている。その結果、触媒１８においてＮ
ＯX が常時、良好に還元される。この場合、機関から排
出される未燃ＨＣやＣＯなどがＮＯX の還元剤として作
用しうる。しかしながら、ディーゼル機関から排出され
る未燃ＨＣ量などに比べて浄化すべきＮＯX 量は圧倒的
に多く、すなわちＮＯX を良好に浄化するための還元剤
が不足する。そこで、図１の内燃機関では触媒１８に還
元剤を２次的に供給し、それによって還元剤がＮＯX に
対し不足しないようにしている。
【００１２】触媒１８に還元剤を２次的に供給するため
に、触媒１８上流の排気通路内に還元剤を供給する還元
剤供給装置を設けてもよい。また、還元剤として例えば
ガソリン、イソオクタン、ヘキサン、ヘプタン、軽油、
灯油のような炭化水素、液体の状態で保存しうるブタ
ン、プロパンのような炭化水素、水素、或いはアンモニ
アなどを用いることができる。しかしながら、図１の内
燃機関では還元剤として機関の燃料（炭化水素）を用
い、燃料噴射弁８から膨張行程または排気行程に燃料噴
射を行うことにより触媒１８に還元剤を供給するように
している。このように膨張行程または排気行程に行われ
る燃料噴射は例えば圧縮上死点周りにおいて行われる通
常の機関出力のための燃料噴射とは異なるものであり、
この燃料は機関出力にほとんど寄与しない。このように
すると別個の還元剤供給装置および還元剤タンクを必要
としない。以下では、このように膨張行程または排気行
程に行われる燃料噴射を２次燃料噴射と称する。なお、
２次燃料噴射は例えば圧縮上死点後１５０°クランク角
度において行われる。
【００１３】ところで、上述したように触媒１８は多孔
質担体を備えているので炭化水素（還元剤）を物理吸着
でもって吸着可能であり、すなわち触媒１８は炭化水素
（還元剤）吸着材として作用しうる。この場合、触媒１
８の炭化水素吸着容量は例えば触媒１８の温度が低くな
るにつれて大きくなる。したがって、触媒１８は触媒１
８の温度が低くなると流入する排気中の炭化水素を蓄
え、触媒１８の温度が高くなると蓄えている炭化水素を
放出する炭化水素吸放出作用を行うと考えることができ
る。
【００１４】したがって、触媒１８上では触媒１８に新
たに流入した炭化水素によるＮＯX還元作用と、触媒１
８から放出された炭化水素によるＮＯX 還元作用とが行
われることになる。しかしながら本願発明者らによれ
ば、触媒１８に新たに流入する炭化水素によるＮＯX 還
元作用よりも触媒１８から放出された炭化水素によるＮ
ＯX 還元作用のほうが優れていることが確認されてい
る。
【００１５】何故触媒１８から放出された炭化水素が優
れたＮＯX 還元作用を有しているかについては明らかに
されていない部分もある。しかしながら、ＮＯX 還元作
用が以下のようなメカニズムで行われているためである
と考えられる。すなわち、触媒１８を多孔質担体に白金
Ｐｔを担持させて形成した場合を示す図２を参照する
と、排気中の炭化水素ＨＣは一旦多孔質担体内に吸着さ
れる。この吸着された炭化水素ＨＣは多孔質担体内を移
動し、次いで例えば触媒１８の温度が高くなると多孔質
担体から放出される。この場合、炭化水素ＨＣは白金Ｐ
ｔ粒子の表面に沿いつつまたは白金Ｐｔ粒子の極く近く
において多孔質担体から放出され、次いで白金Ｐｔ粒子
の表面上に移動する。すなわち、触媒１８内に炭化水素
ＨＣを吸着させた後に触媒１８から炭化水素ＨＣを放出
させるようにすると多量の炭化水素ＨＣが白金Ｐｔ粒子
の表面上に存在しうる。一方、ＮＯX および炭化水素Ｈ
Ｃが互いに隣接して白金Ｐｔ粒子の表面上に存在すると
このＮＯX が炭化水素ＨＣにより還元される。したがっ
て、このように白金Ｐｔ粒子の表面上に多量の炭化水素
ＨＣが存在すると流入する排気中のＮＯX を良好に還元
することができることになる。これに対し、触媒１８に
吸着されることなく触媒１８内を流動する炭化水素ＨＣ
は必ずしも白金Ｐｔ粒子の表面上に到達しない。したが
って、白金Ｐｔ粒子の表面上に存在する炭化水素はそれ
ほど多くなく、斯くしてこの場合にはＮＯX を必ずしも
十分に還元することができない。
【００１６】このように図１の内燃機関では、触媒１８
に新たに流入する炭化水素によるＮＯX 還元作用に加
え、触媒１８から放出された炭化水素によるＮＯX 還元
作用も行われており、したがって触媒１８においてＮＯ
X を良好に浄化できることになる。ところが、機関から
排出される排気中にはＳＯＦ（有機可溶成分）が含まれ
ており、還元剤ばかりでなくこのＳＯＦも触媒１８の多
孔質担体内に吸着される。ところが、多孔質担体の表面
から離間した奥部に吸着されたＳＯＦは多孔質担体から
離脱しにくく、また例えばゼオライトのような多孔質担
体はそれ自体触媒機能を備えているのでＳＯＦが多孔質
担体内に長期にわたって存在すると次第に改質されるこ
とになる。ところがこのように改質されたＳＯＦが触媒
金属を覆い、或いは多孔質担体の細孔を目詰まりさせる
ようになるとＮＯX および還元剤が触媒金属に到達でき
なくなり、斯くして触媒１８がＳＯＦにより被毒するこ
とになる。
【００１７】また、機関から排出される排気中には例え
ばＳＯ2 の形のイオウ分も含まれており、このイオウ分
も触媒１８の多孔質担体内に吸着される。ところが、触
媒１８内に例えばバリウムＢａのようなアルカリ土類金
属が含まれていると多孔質担体内に吸着されたイオウ分
は硫酸塩（ＢａＳＯ4 ）を形成し、この硫酸塩は化学的
に安定であるので多孔質担体から離脱しにくい。その結
果、多孔質担体の炭化水素吸着能力が低下し、或いは多
孔質担体の細孔を目詰まりさせ、斯くして触媒１８がイ
オウ分により被毒することになる。
【００１８】ところが、ＳＯＦは酸化雰囲気において多
孔質担体の温度が高くなると燃焼し、硫酸塩は多孔質担
体の温度が高くなると分解してＳＯ2 の形で多孔質担体
から離脱する。する。そこで、図１の内燃機関では触媒
１８がＳＯＦまたはイオウ分により被毒したか否かを判
断し、被毒していると判断されたときには触媒１８を加
熱してＳＯＦを燃焼せしめ、或いは硫酸塩を分解し、そ
れにより触媒１８を再生するようにしている。
【００１９】この場合、多孔質担体の表面上または表面
付近に位置するＳＯＦまたはイオウ分は比較的容易に加
熱されて燃焼または分解せしめられる。しかしながら、
多孔質担体の表面から離間した奥部に位置するＳＯＦま
たはイオウ分を燃焼または分解可能な温度まで加熱する
のは困難であり、したがって触媒１８を長時間にわたっ
て加熱する必要があり、多大なエネルギが必要となる。
【００２０】一方、多孔質担体の吸着容量はケーシング
１９内の排気圧力にも依存し、すなわちケーシング１９
内の排気圧力が低くなるにつれて多孔質担体の吸着容量
が小さくなる。言い換えると、ケーシング１９内の排気
圧力が低くなると多孔質担体に吸着されているＳＯＦが
放出される。また、硫酸塩の分解温度もケーシング１９
内の排気圧力に依存し、すなわちケーシング１９内の排
気圧力が低くなるにつれて硫酸塩の分解温度が低くな
る。
【００２１】そこで、図１の内燃機関では触媒１８を再
生すべきときにはケーシング１９内の排気圧力を低下さ
せつつ触媒１８を加熱するようにしている。その結果、
多孔質担体の奥部に位置していたＳＯＦが多孔質担体か
ら離脱せしめられ、或いは多孔質担体の表面付近まで移
動せしめられるので容易に加熱、燃焼せしめられる。ま
た、硫酸塩の分解温度が低下せしめられるので多孔質担
体内の硫酸塩が容易に分解せしめられる。したがって、
触媒１８を容易に再生できることになる。
【００２２】ところで、例えば機関低負荷運転時や低回
転運転時にはケーシング１９内の排気圧力が低下するの
で低負荷、低回転運転時に触媒１８を加熱すれば触媒１
８を十分に再生できると考えられる。しかしながら、こ
のような通常の機関運転による排気圧力変動では、触媒
１８からＳＯＦを十分に放出させ、或いは硫酸塩の分解
温度を十分に低下させるために必要な圧力低下は得られ
ない。そこで、本実施態様ではケーシング１９上流の排
気通路から分岐したバイパス管２１を設けると共にこの
バイパス管２１内に圧力低下弁２３を配置し、触媒１８
の再生作用を行うべきときには圧力低下弁２３を全開に
することによりケーシング１９内の排気圧力を低下せし
めるようにしている。すなわち、圧力低下弁２３を全開
にすると機関から排出された排気のほとんどがバイパス
管２１内を流通するのでケーシング１９内の排気圧力を
通常運転時よりも極めて低く、例えば大気圧程度まで低
下させることができる。
【００２３】一方、上述したように多孔質担体の吸着容
量は触媒温度が高くなるにつれて小さくなる。したがっ
て、触媒温度を高くすれば触媒１８から例えばＳＯＦを
十分に放出できると考えられる。ところが物理吸着が行
われる多孔質担体の吸着容量は温度よりも圧力に大きく
依存し、すなわちケーシング１９内の排気圧力が高けれ
ば触媒温度を高くしても触媒１８から例えばＳＯＦを十
分に放出させることはできず、ケーシング１９内の排気
圧力が低ければ触媒温度を低くしたとしても触媒１８か
ら例えばＳＯＦを十分に放出させることができる。ま
た、触媒１８全体を概ね一定温度まで加熱するのに必要
な時間よりもケーシング１９内全体の圧力を概ね一定圧
力まで低下させる時間のほうが極めて短い。そこで本発
明では、触媒１８を再生すべきときにはケーシング１９
内の排気圧力を低下させるようにしている。
【００２４】次に、本発明による実施態様における触媒
再生方法について詳細に説明する。まず、触媒１８がＳ
ＯＦまたはイオウ分により被毒したか否かを検出する方
法について説明する。本実施態様では触媒１８に流入す
る排気の温度と触媒１８から流出する排気の温度との差
に基づいて触媒１８が被毒したか否かを検出するように
している。すなわち、触媒１８が活性状態にある場合、
触媒１８が被毒していなければ触媒１８において２次燃
料噴射により供給された炭化水素の酸化反応が活発に生
ずるので触媒１８から排出される排気の温度すなわち出
口温度Ｔｄは触媒１８に流入する排気の温度すなわち入
口温度Ｔｕよりも高くなり、出口温度Ｔｄと入口温度Ｔ
ｕの温度差（Ｔｄ−Ｔｕ）はしきい値ＤＬＴよりも大き
く維持される。ところが、触媒１８が被毒すると炭化水
素の酸化反応が不活発になるのでこの温度差（Ｔｄ−Ｔ
ｕ）がしきい値ＤＬＴよりも小さくなる。そこで本実施
態様では、しきい値ＤＬＴを例えば機関運転状態に応じ
て予め求めておき、出口温度Ｔｄと入口温度Ｔｕの温度
差（Ｔｄ−Ｔｕ）がこのしきい値ＤＬＴよりも小さくな
ったときに触媒１８が被毒していると判断するようにし
ている。なお、設定値ＤＬＴは例えばアクセルペダルの
踏み込み量ＤＥＰと機関回転数Ｎとの関数として図３に
示すマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
【００２５】次に、本実施態様における触媒１８の加熱
方法について説明する。本実施態様におけるように燃焼
室３内において２次燃料噴射を行うようにすると２次燃
料噴射による炭化水素の一部が燃焼室３内で燃焼せしめ
られる。この場合、膨張行程または排気行程において２
次燃料噴射時期が早いときほど燃焼室３内で燃焼せしめ
られる炭化水素量が多くなり、すなわち２次燃料噴射時
期が早いときほど触媒１８内に流入する排気の温度が高
くなる。触媒１８内に流入する排気の温度が高くなると
触媒１８の温度も高くなり、触媒１８の温度が或る程度
高くなると２次燃料噴射による炭化水素の一部が触媒１
８においてＮＯX よりも酸素と活発に反応するようにな
る。すなわち、２次燃料噴射による炭化水素（燃料）が
触媒加熱用燃料として作用して触媒１８において燃焼
し、その結果触媒１８の温度が速やかに上昇する。そこ
で本実施態様では、触媒１８を加熱すべきときには２次
燃料噴射時期を通常の２次燃料噴射時期よりも膨張行程
または排気行程において早めるようにしている。すなわ
ち、触媒１８を加熱すべきときには２次燃料噴射時期を
例えば圧縮上死点後９０°クランク角度から１２０°程
度に定めている。このようにすると触媒１８を加熱する
ために追加の要素を必要とせず、複雑な制御も必要とし
ない。また、触媒１８を加熱するためのエネルギを低減
することができる。
【００２６】なお、触媒１８に触媒加熱用燃料を供給す
るために触媒１８上流の排気通路内に追加の燃料供給装
置を設けてもよい。また、触媒加熱用燃料として例えば
ガソリン、イソオクタン、ヘキサン、ヘプタン、軽油、
灯油のような炭化水素、液体の状態で保存しうるブタ
ン、プロパンのような炭化水素、水素、或いはアンモニ
アなどを用いることができる。しかしながら、本実施態
様におけるように２次燃料噴射でもって炭化水素を供給
するようにすると別個の燃料供給装置および燃料タンク
を必要としない。
【００２７】触媒１８の加熱作用が行われて触媒１８の
温度を代表する出口温度Ｔｄが予め定められた設定温度
Ｔ１よりも高くなると、すなわちＳＯＦが燃焼可能であ
りかつイオウ分が分解可能な温度まで触媒１８が加熱さ
れると２次燃料噴射が停止され、すなわち触媒１８の加
熱作用が停止される。次いで圧力低下弁２３が開弁さ
れ、その結果ケーシング１９内の圧力が低下せしめられ
て触媒１８内のＳＯＦが一斉に放出される。このとき触
媒１８の温度はＳＯＦが燃焼可能な温度よりも高く維持
されており、しかも触媒１８は酸化雰囲気に維持されて
いるので触媒１８から放出されたＳＯＦが良好に燃焼す
る。また、このとき触媒１８内の硫酸塩が一斉に分解し
て触媒１８から放出され、斯くして触媒１８が再生され
る。なお、本実施態様において設定温度Ｔ１は例えば６
００℃に定められるが、触媒１８のイオウ分による被毒
を考慮しない場合には設定温度Ｔ１を例えば４００℃に
定めることができる。
【００２８】ＳＯＦが燃焼している間は出口温度Ｔｄは
比較的高く維持されるが、ＳＯＦの燃焼が終了すると出
口温度Ｔｄが次第に低下する。そこで、出口温度Ｔｄが
Ｔ１よりも低く定められた設定温度Ｔ２（例えば３００
℃）よりも低くなったときには触媒１８の再生作用が完
了したと判断して圧力低下弁２３を閉弁し、２次燃料噴
射を再開する。
【００２９】図４は上述の触媒被毒検出方法を実行する
ためのルーチンを示している。このルーチンは設定時間
毎の割り込みによって実行される。図４を参照すると、
まずステップ５０では触媒１８の被毒検出条件が成立し
ているか否かが判別される。本実施態様では、触媒１８
が活性状態にありかつ前回の触媒再生作用から一定時間
以上経過しているときに被毒検出条件が成立していると
判断され、それ以外は被毒検出条件が成立していないと
判断される。被毒検出条件が成立していないときには処
理サイクルを終了し、被毒検出条件が成立しているとき
には次いでステップ５１に進む。ステップ５１ではしき
い値ＤＬＴが現在の機関運転状態に基づき図３のマップ
を用いて算出される。続くステップ５２では出口温度Ｔ
ｄと入口温度Ｔｕとの温度差（Ｔｄ−Ｔｕ）がしきい値
ＤＬＴよりも小さいか否かが判別される。（Ｔｄ−Ｔ
ｕ）≧ＤＬＴのときには触媒１８が被毒していないと判
断して処理サイクルを終了する。これに対し、（Ｔｄ−
Ｔｕ）＜ＤＬＴのときには触媒１８が被毒していると判
断して次いでステップ５３に進み、被毒フラグをセット
した後に処理サイクルを終了する。この被毒フラグは予
めリセットされており、触媒１８が被毒していると判断
されたときにセットされ、触媒１８の再生作用が完了す
ると再びリセットされる。
【００３０】図５は触媒１８の再生作用を制御するため
のルーチンを示している。このルーチンは設定時間毎の
割り込みによって実行される。図５を参照すると、まず
ステップ６０では上述の被毒フラグがセットされている
か否かが判別される。被毒フラグがセットされていない
ときには次いでステップ６１に進み、２次燃料噴射時期
ＴＳＦＩがＮＯＲＭとされる。このＮＯＲＭは例えば圧
縮上死点後１５０°クランク角である。次いでステップ
６２に進んで２次燃料噴射を行った後に処理サイクルを
終了する。したがって、還元剤としての炭化水素が触媒
１８に供給される。なお、このとき圧力低下弁２３は閉
弁されている。
【００３１】ステップ６０において被毒フラグがセット
されているときには次いでステップ６３に進み、触媒１
８の加熱作用が完了したときにセットされ、それ以外は
リセットされる加熱フラグがセットされているか否かが
判別される。加熱フラグは通常リセットされているので
次いでステップ６４に進み、２次燃料噴射時期ＴＳＦＩ
がＡＤＶとされる。このＡＤＶはＮＯＲＭよりも早い例
えば圧縮上死点後９０°クランク角である。次いでステ
ップ６５に進み、２次燃料噴射が実行される。次いでス
テップ６６に進み、出口温度Ｔｄが設定温度Ｔ１よりも
高いか否かが判別される。Ｔｄ≦Ｔ１のときには処理サ
イクルを終了し、これに対しＴｄ＞Ｔ１となったときに
は、すなわちＳＯＦが燃焼可能でありかつイオウ分が分
解可能な温度まで触媒１８が加熱されたときには次いで
ステップ６７に進み、加熱フラグ６７をセットする。次
いでステップ６８に進んで圧力低下弁２３を開弁し、し
たがってケーシング１９内の圧力が低下せしめられる。
次いで処理サイクルを終了する。
【００３２】加熱フラグがセットされたときにはステッ
プ６３からステップ６９に進み、２次燃料噴射が停止さ
れる。続くステップ７０では出口温度Ｔｄが設定温度Ｔ
２よりも低いか否かが判別される。Ｔｄ≧Ｔ２のときに
は次いで処理サイクルを終了する。これに対し、Ｔｄ＜
Ｔ２のときには触媒１８の再生作用が完了したと判断
し、次いでステップ７１に進んで被毒フラグをリセット
し、次いでステップ７２に進んで加熱フラグをリセット
する。次いでステップ７３では圧力低下弁２３が閉弁さ
れる。
【００３３】図６に別の実施態様を示す。図６を参照す
ると、バイパス管２１の排気流出端よりも上流の排気管
２０内にはアクチュエータ４３により駆動される圧力上
昇弁４４が配置される。この圧力上昇弁４４は通常、開
弁に維持されているが、排気ブレーキとして用いること
もできる。電子制御ユニット３０の出力ポート３６は対
応する駆動回路４２を介してアクチュエータ４３に接続
され、アクチュエータ４３は電子制御ユニット３０から
の出力信号に基づいて制御される。また、ケーシング１
９の排気流入口に隣接する排気管１７にはケーシング１
９内に流入する排気中のＮＯX 濃度に比例した出力電圧
を発生する上流側濃度センサ４５ｕが取り付けられ、ケ
ーシング１９の排気流出口に隣接する排気管２０にはケ
ーシング１９から流出した排気中のＮＯX 濃度に比例し
た出力電圧を発生する下流側濃度センサ４５ｄが取り付
けられる。これら濃度センサ４５ｕ，４５ｄの出力電圧
はそれぞれ対応するＡＤ変換器４０を介して電子制御ユ
ニット３０の入力ポート３５に入力される。
【００３４】さらに、触媒１８よりも上流のケーシング
１９内には炭化水素を吸着可能な吸着材４６が収容され
る。吸着材４６は例えばシリカＳｉＯ2 のように触媒機
能を備えていないか或いは触媒機能が低い多孔質材から
形成される。この吸着材４６の吸着容量はケーシング１
９内の排気圧力が低くなるにつれて小さくなり、したが
って吸着材４６はケーシング１９内の排気圧力が高くな
ると流入する排気中の炭化水素を蓄え、ケーシング１９
内の排気圧力が低くなると吸着している炭化水素を放出
する吸放出作用を備えていると考えることができる。
【００３５】ところで、図１の内燃機関では２次燃料噴
射時期を早めて触媒１８に流入する排気の温度を高め、
このとき２次燃料噴射による炭化水素が触媒加熱用燃料
として作用して触媒１８において燃焼することにより触
媒１８を加熱するようにしている。このように触媒１８
を加熱する場合、単位時間当たりに触媒１８に供給され
る触媒加熱用燃料量を多くすれば触媒１８の加熱時間を
短縮することができ、したがって触媒１８の再生時間を
短縮することができる。ところが、１回の２次燃料噴射
で噴射可能な燃料量には限界があり、また単位時間当た
りに行われる２次燃料噴射回数は機関回転数に依存す
る。したがって、２次燃料噴射でもって触媒１８に触媒
加熱用燃料を供給するようにすると単位時間当たりに触
媒１８に多量の触媒加熱用燃料を供給することができな
い。
【００３６】一方、ケーシング１９内の排気圧力が低下
すると吸着材４６に吸着されている炭化水素が一斉に放
出され、この炭化水素は次いで触媒１８に到る。また、
触媒１８を再生すべきときには図１の内燃機関と同様に
ケーシング１９内の排気圧力が低下せしめられる。そこ
で本実施態様では、触媒１８の再生作用を行うべくケー
シング１９内の排気圧力を低下するのに先立って吸着材
４６内に炭化水素を予め吸着させておき、触媒１８の再
生作用を行うべくケーシング１９内の排気圧力を低下さ
せたときに吸着材から炭化水素が放出されこの炭化水素
が触媒１８に供給されるようにしている。この場合、吸
着材４６からは多量の炭化水素が一斉に放出され、この
多量の炭化水素は次いで触媒１８に到って燃焼する。し
たがって、触媒１８が速やかに加熱せしめられる。
【００３７】吸着材４６から多量の炭化水素を放出させ
るためには吸着材４６に多量の炭化水素を予め吸着させ
ておけばよいが、上述したように吸着材４６の吸着容量
はケーシング１９内の排気圧力が低くなるにつれて大き
くなる。そこで本実施態様では、触媒１８の被毒が検出
されたときにはまず圧力上昇弁４４を一定時間だけ閉弁
してケーシング１９内の排気圧力を高め、同時に２次燃
料噴射を行って吸着材４６内に多量の炭化水素が吸着さ
れるようにしている。なお、この場合の２次燃料噴射時
期を早めることにより触媒１８を加熱しておくと、次い
で吸着材４６から放出されて触媒１８に到った炭化水素
が速やかに燃焼を開始することができる。
【００３８】ところで、本実施態様では触媒１８に流入
する排気中のＮＯX 濃度と触媒１８から流出する排気中
のＮＯX 濃度との差に基づいて触媒１８が被毒したか否
かを検出するようにしている。すなわち、触媒１８が被
毒すると触媒１８に流入したＮＯX の一部は還元される
ことなく触媒１８から排出されるようになる。そこで本
実施態様では上流側濃度センサ４５ｕにより検出された
触媒１８の入口部におけるＮＯX 濃度ＣＮＵと下流側濃
度センサ４５ｄにより検出された触媒１８の出口部にお
けるＮＯX 濃度ＣＮＤの差ＤＣＮ（＝ＣＮＵ−ＣＮＤ）
を算出すると共にこの差ＤＣＮの平均値ＡＶＥを算出
し、この平均値ＡＶＥが設定値ＣＮ１よりも低いときに
は触媒１８がＳＯＦまたはイオウ分により被毒している
と判断するようにしている。
【００３９】次に、図７および図８に示すルーチンを参
照して本実施態様をさらに詳細に説明する。図７および
図８に示すルーチンは設定時間毎の割り込みによってそ
れぞれ実行される。まず、触媒１８の被毒を検出するた
めのルーチンを示す図７を参照すると、まずステップ８
０では触媒１８の被毒検出条件が成立しているか否かが
判別される。本実施態様でも触媒１８が活性状態にあり
かつ前回の触媒再生作用から一定時間以上経過している
ときに被毒検出条件が成立していると判断され、それ以
外は被毒検出条件が成立していないと判断される。被毒
検出条件が成立していないときには処理サイクルを終了
し、被毒検出条件が成立しているときには次いでステッ
プ８１に進む。
【００４０】ステップ８１では触媒１８の入口部におけ
るＮＯX 濃度ＣＮＵと触媒１８の出口部におけるＮＯX
濃度ＣＮＤの差ＤＣＮ（＝ＣＮＵ−ＣＮＤ）が算出され
る。続くステップ８２ではこの差ＤＣＮの積算値ＳＤが
算出され、続くステップ８３ではＤＣＮの積算回数を表
すカウント値Ｃが１だけインクリメントされる。続くス
テップ８４ではカウント値Ｃが一定値ｎになったか否か
が判別される。Ｃ＜ｎのときには処理サイクルを終了
し、Ｃ＝ｎとなったときには次いでステップ８５に進
む。ステップ８５ではＤＣＮの平均値ＡＶＥ（＝ＳＤ／
ｎ）が算出される。続くステップ８６では積算値ＳＤが
クリアされ（ＳＤ＝０）、続くステップ８７ではカウン
ト値Ｃがクリアされる（Ｃ＝０）。続くステップ８８で
は平均値ＡＶＥが設定値ＣＮ１よりも小さいか否かが判
別される。ＡＶＥ≧ＣＮ１のときは触媒１８が被毒して
いないと判断して処理サイクルを終了する。これに対
し、ＡＶＥ＜ＣＮ１のときには触媒１８が被毒している
と判断して次いでステップ８９に進み、被毒フラグをセ
ットした後に処理サイクルを終了する。この被毒フラグ
は予めリセットされており、触媒１８が被毒していると
判断されたときにセットされ、触媒１８の再生作用が完
了すると再びリセットされる。
【００４１】次に、触媒１８の再生作用を制御するため
のルーチンを示す図８を参照すると、まずステップ９０
では上述の被毒フラグがセットされているか否かが判別
される。被毒フラグがセットされていないときには次い
でステップ９１に進み、２次燃料噴射時期ＴＳＦＩがＮ
ＯＲＭとされる。このＮＯＲＭは例えば圧縮上死点後１
５０°クランク角である。次いでステップ９２に進んで
２次燃料噴射を行った後に処理サイクルを終了する。し
たがって、還元剤としての炭化水素が触媒１８に供給さ
れる。なお、このとき圧力低下弁２３は閉弁されてお
り、圧力上昇弁４４は開弁されている。ステップ９０に
おいて被毒フラグがセットされているときには次いでス
テップ９３に進み、吸着材４６への炭化水素吸着作用が
完了したときにセットされ、それ以外はリセットされる
吸着フラグがセットされているか否かが判別される。吸
着フラグは通常リセットされているので次いでステップ
９４に進み、圧力上昇弁４４が閉弁される。この場合の
圧力上昇弁４４の開度は機関背圧の上昇に伴う機関出力
の低下を許容範囲内に維持しつつケーシング１９内の排
気圧力を十分に上昇させるのに最適な開度であって予め
実験により求められている。次いでステップ９５に進
み、２次燃料噴射時期ＴＳＦＩがＡＤＶとされる。この
ＡＤＶはＮＯＲＭよりも早い例えば圧縮上死点後９０°
クランク角である。次いでステップ９６に進み、２次燃
料噴射が実行される。したがって、触媒加熱用燃料とし
ての炭化水素が吸着材４６内に吸着される。また、触媒
１８が加熱される。次いでステップ９７に進み、圧力上
昇弁４４が閉弁されてから一定時間が経過した否か、す
なわち吸着材４６への炭化水素吸着作用が一定時間だけ
行われたか否かが判別される。一定時間が経過していな
いときには処理サイクルを終了し、これに対し一定時間
が経過したときには吸着材４６内に触媒１８を十分に加
熱するのに十分な量の炭化水素が吸着されたと判断して
次いでステップ９８に進み、吸着フラグをセットする。
次いでステップ９９に進んで圧力低下弁２３を開弁し、
次いでステップ１００に進んで圧力上昇弁４４を開弁し
た後に処理サイクルを終了する。
【００４２】吸着フラグがセットされたときにはステッ
プ９３からステップ１０１に進み、２次燃料噴射が停止
される。続くステップ１０２では圧力低下弁２３開弁さ
れてから一定時間が経過したか否か、すなわち触媒１８
の再生作用が一定時間だけ行われたか否かが判別され
る。一定時間が経過していないときには次いで処理サイ
クルを終了する。これに対し、一定時間が経過したとき
には触媒１８の再生作用が完了したと判断し、次いでス
テップ１０３に進んで被毒フラグをリセットし、次いで
ステップ１０４に進んで吸着フラグをリセットする。次
いでステップ１０５では圧力低下弁２３が閉弁される。
【００４３】これまで述べてきた実施態様ではケーシン
グ１９内の圧力を制御するためにバイパス管２１を設け
ると共にバイパス管２１内に圧力低下弁２３を配置して
この圧力低下弁２３の開度を制御し、或いは排気管２０
内に圧力上昇弁４４を配置してこの圧力上昇弁４４の開
度を制御するようにしている。しかしながら、例えば排
気マニホルド１６とサージタンク１１とを互いに接続す
るＥＧＲ通路内にＥＧＲガス量を制御するＥＧＲ制御弁
を配置してこのＥＧＲ制御弁の開度を制御することによ
りケーシング１９内の圧力を制御するようにすることも
できる。或いは、ケーシング１９下流の排気通路内に排
気駆動式過給機を設け、この過給機のウエストゲート弁
の開度を制御することによりケーシング１９内の圧力を
制御するようにすることもできる。
【００４４】
【発明の効果】触媒を被毒から十分に再生することがで
きるので排気を良好に浄化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】内燃機関の全体図である。
【図２】触媒における炭化水素吸放出作用およびＮＯX
還元作用を説明する図である。
【図３】設定値ＤＬＴを示す線図である。
【図４】触媒の被毒を検出するためのフローチャートで
ある。
【図５】触媒の再生作用を制御するためのフローチャー
トである。
【図６】別の実施態様による内燃機関の全体図である。
【図７】図６の実施態様における触媒の被毒を検出する
ためのフローチャートである。
【図８】図６の実施態様における触媒の再生作用を制御
するためのフローチャートである。
【符号の説明】
３…燃焼室 ８…燃料噴射弁 １６…排気マニホルド １８…触媒 １９…ケーシング ２１…バイパス管 ２３…圧力低下弁 ３９ｕ，３９ｄ…温度センサ ４４…圧力上昇弁 ４５ｕ，４５ｄ…濃度センサ ４６…吸着材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｆ０１Ｎ 3/36 Ｆ０１Ｎ 3/36 Ｃ

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 機関排気通路内に配置されたケーシング
    内に触媒を収容した内燃機関において、触媒が被毒した
    か否かを検出して触媒の被毒が検出されたときにケーシ
    ング内の排気圧力を低下させつつ触媒を加熱することに
    より触媒を再生するようにした内燃機関の触媒再生装
    置。
  2. 【請求項２】 前記触媒に触媒加熱用燃料を供給して該
    触媒加熱用燃料を触媒において燃焼せしめることにより
    触媒を加熱するようにした請求項１に記載の内燃機関の
    触媒再生装置。
  3. 【請求項３】 前記触媒内または触媒上流の前記ケーシ
    ング内に前記触媒加熱用燃料を吸着可能な吸着材を収容
    し、該吸着材の吸着容量はケーシング内の排気圧力が低
    くなるにつれて小さくなり、触媒を再生すべくケーシン
    グ内の排気圧力を低下させるのに先立って吸着材内に触
    媒加熱用燃料を吸着させておき、触媒を再生すべくケー
    シング内の排気圧力が低下されると吸着材から吸着され
    ている触媒加熱用燃料が放出されて触媒に供給されるよ
    うにした請求項２に記載の内燃機関の触媒再生装置。
  4. 【請求項４】 前記触媒が有機可溶成分またはイオウ分
    により被毒したか否かを検出するようにした請求項１に
    記載の内燃機関の触媒再生装置。
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