JP2000297631A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents
内燃機関の排気浄化装置Info
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- JP2000297631A JP2000297631A JP11103280A JP10328099A JP2000297631A JP 2000297631 A JP2000297631 A JP 2000297631A JP 11103280 A JP11103280 A JP 11103280A JP 10328099 A JP10328099 A JP 10328099A JP 2000297631 A JP2000297631 A JP 2000297631A
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- Japan
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- nox
- exhaust gas
- sox
- exhaust
- catalyst
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 NOx触媒のNOx放出処理実行時期や実行期
間を正確に制御する。 【解決手段】 SOx吸収剤17の下流に、NOx触媒2
0と、このNOx触媒20を迂回するバイパス管26を
設け、バイパス管26の始端部には、排気ガスの流れを
切り替えるための排気切替弁28を設ける。排気ガスを
バイパス管26に流しているときにはNOx触媒20の
NOx吸収量及びNOx放出量の算出を禁止し、排気ガス
がNOx触媒20に流れているときに限ってNOx吸収量
及びNOx放出量を算出し、さらにNOx触媒20に残存
するNOx残存量を算出して、これを基にNOx触媒20
に対するNOx放出処理の実行時期を決定し、NOx放出
処理の終了時期を決定する。
間を正確に制御する。 【解決手段】 SOx吸収剤17の下流に、NOx触媒2
0と、このNOx触媒20を迂回するバイパス管26を
設け、バイパス管26の始端部には、排気ガスの流れを
切り替えるための排気切替弁28を設ける。排気ガスを
バイパス管26に流しているときにはNOx触媒20の
NOx吸収量及びNOx放出量の算出を禁止し、排気ガス
がNOx触媒20に流れているときに限ってNOx吸収量
及びNOx放出量を算出し、さらにNOx触媒20に残存
するNOx残存量を算出して、これを基にNOx触媒20
に対するNOx放出処理の実行時期を決定し、NOx放出
処理の終了時期を決定する。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、希薄燃焼可能な内
燃機関より排出される排気ガスから窒素酸化物(NO
x)を浄化することができる排気浄化装置に関するもの
である。
燃機関より排出される排気ガスから窒素酸化物(NO
x)を浄化することができる排気浄化装置に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】希薄燃焼可能な内燃機関より排出される
排気ガスからNOxを浄化する排気浄化装置として、吸
蔵還元型NOx触媒に代表されるNOx吸収剤がある。N
Ox吸収剤は、流入排気ガスの空燃比がリーン(即ち、
酸素過剰雰囲気下)のときにNOxを吸収し、流入排気
ガスの酸素濃度が低下したときに吸収したNOxを放出
するものであり、このNOx吸収剤の一種である吸蔵還
元型NOx触媒は、流入排気ガスの空燃比がリーン(即
ち、酸素過剰雰囲気下)のときにNOxを吸収し、流入
排気ガスの酸素濃度が低下したときに吸収したNOxを
放出しN2に還元する触媒である。
排気ガスからNOxを浄化する排気浄化装置として、吸
蔵還元型NOx触媒に代表されるNOx吸収剤がある。N
Ox吸収剤は、流入排気ガスの空燃比がリーン(即ち、
酸素過剰雰囲気下)のときにNOxを吸収し、流入排気
ガスの酸素濃度が低下したときに吸収したNOxを放出
するものであり、このNOx吸収剤の一種である吸蔵還
元型NOx触媒は、流入排気ガスの空燃比がリーン(即
ち、酸素過剰雰囲気下)のときにNOxを吸収し、流入
排気ガスの酸素濃度が低下したときに吸収したNOxを
放出しN2に還元する触媒である。
【0003】この吸蔵還元型NOx触媒(以下、単に触
媒あるいはNOx触媒ということもある)を希薄燃焼可
能な内燃機関の排気通路に配置すると、リーン空燃比の
排気ガスが流れたときには排気ガス中のNOxが触媒に
吸収され、ストイキ(理論空燃比)あるいはリッチ空燃
比の排気ガスが流れたときに触媒に吸収されていたNO
xがNO2として放出され、さらに排気ガス中のHCやC
Oなどの還元成分によってN2に還元され、即ちNOxが
浄化される。
媒あるいはNOx触媒ということもある)を希薄燃焼可
能な内燃機関の排気通路に配置すると、リーン空燃比の
排気ガスが流れたときには排気ガス中のNOxが触媒に
吸収され、ストイキ(理論空燃比)あるいはリッチ空燃
比の排気ガスが流れたときに触媒に吸収されていたNO
xがNO2として放出され、さらに排気ガス中のHCやC
Oなどの還元成分によってN2に還元され、即ちNOxが
浄化される。
【0004】このNOx触媒のNOx吸収容量にも限りが
あるので、NOx触媒に吸収されたNOx量が所定の許容
量に達したときに、NOx触媒からNOxを放出・還元す
る処理(以下、NOx放出処理と称す)を行う必要があ
る。従来は、内燃機関の運転状態に応じて空燃比を推定
し、この空燃比に基づいてNOx触媒に吸収されたNOx
量(以下、NOx吸収量という)あるいはNOx触媒から
放出されたNOx量(以下、NOx放出量という)をカウ
ントし、これらの減算値(NOx吸収量−NOx放出量)
からNOx触媒に吸収されているNOx量(以下、NOx
残存量という)が前記許容量に達したか否かを判定し、
達したと判定されたときには、NOx触媒に流入する排
気ガスの空燃比を理論空燃比またはリッチ空燃比にして
NOx放出処理を行い、積極的にNOx触媒からNOxを
放出し還元してNOx吸収能力を回復させている。そし
て、このNOx放出処理を行っているときにもNOx触媒
から放出されたNOx放出量をカウントし、NOx残存量
が零になるまでNOx放出処理を継続する。
あるので、NOx触媒に吸収されたNOx量が所定の許容
量に達したときに、NOx触媒からNOxを放出・還元す
る処理(以下、NOx放出処理と称す)を行う必要があ
る。従来は、内燃機関の運転状態に応じて空燃比を推定
し、この空燃比に基づいてNOx触媒に吸収されたNOx
量(以下、NOx吸収量という)あるいはNOx触媒から
放出されたNOx量(以下、NOx放出量という)をカウ
ントし、これらの減算値(NOx吸収量−NOx放出量)
からNOx触媒に吸収されているNOx量(以下、NOx
残存量という)が前記許容量に達したか否かを判定し、
達したと判定されたときには、NOx触媒に流入する排
気ガスの空燃比を理論空燃比またはリッチ空燃比にして
NOx放出処理を行い、積極的にNOx触媒からNOxを
放出し還元してNOx吸収能力を回復させている。そし
て、このNOx放出処理を行っているときにもNOx触媒
から放出されたNOx放出量をカウントし、NOx残存量
が零になるまでNOx放出処理を継続する。
【0005】ところで、このNOx触媒を備えた排気浄
化装置においては、NOx触媒の上流の排気通路から分
岐してNOx触媒を迂回するバイパス通路と、排気ガス
をNOx触媒とバイパス通路のいずれに流すか選択的に
切り替える排気切替弁とを備えたものがある。
化装置においては、NOx触媒の上流の排気通路から分
岐してNOx触媒を迂回するバイパス通路と、排気ガス
をNOx触媒とバイパス通路のいずれに流すか選択的に
切り替える排気切替弁とを備えたものがある。
【0006】このバイパス通路の使用目的は種々ある
が、その一例として、特許番号第2605580号の特
許公報に開示されているように、NOx触媒のSOx被毒
防止を目的としたものがある。
が、その一例として、特許番号第2605580号の特
許公報に開示されているように、NOx触媒のSOx被毒
防止を目的としたものがある。
【0007】これについて簡単に説明すると、一般に、
排気ガス中にはSOxが含まれており、排気通路にNOx
触媒を設けると、NOx触媒はNOxだけでなくSOxも
吸収する。ところが、このSOxは分解、放出されにく
く触媒内に蓄積され易い傾向があり、しかもSOx蓄積
量が増大すると、NOx触媒のNOx浄化効率が低下す
る。これが所謂SOx被毒である。
排気ガス中にはSOxが含まれており、排気通路にNOx
触媒を設けると、NOx触媒はNOxだけでなくSOxも
吸収する。ところが、このSOxは分解、放出されにく
く触媒内に蓄積され易い傾向があり、しかもSOx蓄積
量が増大すると、NOx触媒のNOx浄化効率が低下す
る。これが所謂SOx被毒である。
【0008】そこで、NOx触媒のSOx被毒を防止する
ために、NOx触媒の上流に排気ガス中のSOxを主に吸
収するSOx吸収剤を配置し、さらに、SOx吸収剤とN
Ox触媒との間からバイパス通路を分岐するとともに、
その分岐部に排気切替弁を設け、通常は排気ガスがNO
x触媒に流れるように排気切替弁を制御し、これによっ
て、排気ガス中のSOxをSOx吸収剤で除去し、SOx
が除去された排気ガスをNOx触媒に流して、NOxの吸
放出・還元処理を行い、一方、SOx吸収剤に吸収され
たSOxを放出するSOx吸収剤の再生処理時には、SO
x吸収剤から流出するSOx濃度の高い再生排気がNOx
触媒に流入しないように、再生排気がバイパス通路に流
れるように排気切替弁を制御する。このSOx吸収剤の
再生処理も理論空燃比またはリッチ空燃比の排気ガスを
SOx吸収剤に流すことにより行う。
ために、NOx触媒の上流に排気ガス中のSOxを主に吸
収するSOx吸収剤を配置し、さらに、SOx吸収剤とN
Ox触媒との間からバイパス通路を分岐するとともに、
その分岐部に排気切替弁を設け、通常は排気ガスがNO
x触媒に流れるように排気切替弁を制御し、これによっ
て、排気ガス中のSOxをSOx吸収剤で除去し、SOx
が除去された排気ガスをNOx触媒に流して、NOxの吸
放出・還元処理を行い、一方、SOx吸収剤に吸収され
たSOxを放出するSOx吸収剤の再生処理時には、SO
x吸収剤から流出するSOx濃度の高い再生排気がNOx
触媒に流入しないように、再生排気がバイパス通路に流
れるように排気切替弁を制御する。このSOx吸収剤の
再生処理も理論空燃比またはリッチ空燃比の排気ガスを
SOx吸収剤に流すことにより行う。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
NOx触媒及びバイパス通路を備えた排気浄化装置で
は、排気ガスがどの経路を流れているかにかかわらずN
Ox吸収量及びNOx放出量をカウントしている。したが
って、SOx吸収剤の再生処理を行っているときには、
排気ガスがNOx触媒に流入していないにもかかわら
ず、NOx触媒からNOxが放出されたかのようにNOx
放出量がカウントされ、その結果、NOx触媒に吸収さ
れているNOx残存量の算出が不正確になり、NOx触媒
のNOx放出不足が生じたり、NOx放出処理の実行時期
が遅れるなどの問題が生じる。
NOx触媒及びバイパス通路を備えた排気浄化装置で
は、排気ガスがどの経路を流れているかにかかわらずN
Ox吸収量及びNOx放出量をカウントしている。したが
って、SOx吸収剤の再生処理を行っているときには、
排気ガスがNOx触媒に流入していないにもかかわら
ず、NOx触媒からNOxが放出されたかのようにNOx
放出量がカウントされ、その結果、NOx触媒に吸収さ
れているNOx残存量の算出が不正確になり、NOx触媒
のNOx放出不足が生じたり、NOx放出処理の実行時期
が遅れるなどの問題が生じる。
【0010】本発明はこのような従来の技術の問題点に
鑑みてなされたものであり、本発明が解決しようとする
課題は、排気ガスがNOx吸収剤に流入しないときには
NOx吸収量及びNOx放出量をカウントするのを禁止す
ることにより、NOx吸収剤に吸収されているNOx量を
より正確に把握し、NOx吸収剤のNOx吸放出をより正
確に制御することにある。
鑑みてなされたものであり、本発明が解決しようとする
課題は、排気ガスがNOx吸収剤に流入しないときには
NOx吸収量及びNOx放出量をカウントするのを禁止す
ることにより、NOx吸収剤に吸収されているNOx量を
より正確に把握し、NOx吸収剤のNOx吸放出をより正
確に制御することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明は前記課題を解決
するために、以下の手段を採用した。本発明に係る内燃
機関の排気浄化装置は、(イ)希薄燃焼可能な内燃機関
の排気通路に配置され流入する排気ガスの空燃比がリー
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を放出するNOx吸収剤と、
(ロ)前記NOx吸収剤に吸収されているNOx吸収量を
推定するNOx吸収量推定手段と、(ハ)前記NOx吸収
量推定手段によって推定されたNOx吸収量が所定値を
越えた時に前記NOx吸収剤に還元剤を供給する還元剤
供給手段と、(ニ)前記NOx吸収剤よりも上流の前記
排気通路から分岐して前記NOx吸収剤を迂回して排気
ガスを流すバイパス通路と、(ホ)排気ガスを前記NO
x吸収剤と前記バイパス通路のいずれに流すか選択的に
切り替える排気経路切替手段と、(ヘ)排気ガスが前記
バイパス通路に流れているときに生じるNOx吸収量の
推定誤差を補正する補正手段と、を備えることを特徴と
する。
するために、以下の手段を採用した。本発明に係る内燃
機関の排気浄化装置は、(イ)希薄燃焼可能な内燃機関
の排気通路に配置され流入する排気ガスの空燃比がリー
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を放出するNOx吸収剤と、
(ロ)前記NOx吸収剤に吸収されているNOx吸収量を
推定するNOx吸収量推定手段と、(ハ)前記NOx吸収
量推定手段によって推定されたNOx吸収量が所定値を
越えた時に前記NOx吸収剤に還元剤を供給する還元剤
供給手段と、(ニ)前記NOx吸収剤よりも上流の前記
排気通路から分岐して前記NOx吸収剤を迂回して排気
ガスを流すバイパス通路と、(ホ)排気ガスを前記NO
x吸収剤と前記バイパス通路のいずれに流すか選択的に
切り替える排気経路切替手段と、(ヘ)排気ガスが前記
バイパス通路に流れているときに生じるNOx吸収量の
推定誤差を補正する補正手段と、を備えることを特徴と
する。
【0012】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置で
は、排気ガスがバイパス通路に流れているときに生じる
NOx吸収量の推定誤差は、補正手段によって補正され
るので、NOx吸収量をより正確に推定することができ
る。したがって、このNOx吸収量に基づいて判断され
るNOx吸収剤のNOx放出処理実行時期やNOx放出処
理実行期間等を、より正確に求めることができる。
は、排気ガスがバイパス通路に流れているときに生じる
NOx吸収量の推定誤差は、補正手段によって補正され
るので、NOx吸収量をより正確に推定することができ
る。したがって、このNOx吸収量に基づいて判断され
るNOx吸収剤のNOx放出処理実行時期やNOx放出処
理実行期間等を、より正確に求めることができる。
【0013】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置にお
いて、希薄燃焼可能な内燃機関としては、筒内直接噴射
式のリーンバーンガソリンエンジンやディーゼルエンジ
ンを例示することができる。リーンバーンガソリンエン
ジンの場合には、排気ガスの空燃比制御は燃焼室に供給
される混合気の空燃比制御により実現可能であり、その
場合には、燃焼室に供給される燃料を噴射する燃料噴射
弁等が還元剤供給手段となる。また、ディーゼルエンジ
ンの場合の排気ガスの空燃比制御は、吸気行程または膨
張行程または排気行程で燃料を噴射する所謂副噴射を行
うか、あるいは、NOx吸収剤よりも上流の排気通路内
に還元剤を供給することにより実現可能であり、その場
合には、燃料を副噴射する燃料噴射弁や排気通路に還元
剤を供給する還元剤供給装置等により還元剤供給手段が
構成される。ここで、排気ガスの空燃比とは、機関吸気
通路及びNOx吸収剤よりも上流での排気通路内に供給
された空気及び燃料(炭化水素)の比をいう。
いて、希薄燃焼可能な内燃機関としては、筒内直接噴射
式のリーンバーンガソリンエンジンやディーゼルエンジ
ンを例示することができる。リーンバーンガソリンエン
ジンの場合には、排気ガスの空燃比制御は燃焼室に供給
される混合気の空燃比制御により実現可能であり、その
場合には、燃焼室に供給される燃料を噴射する燃料噴射
弁等が還元剤供給手段となる。また、ディーゼルエンジ
ンの場合の排気ガスの空燃比制御は、吸気行程または膨
張行程または排気行程で燃料を噴射する所謂副噴射を行
うか、あるいは、NOx吸収剤よりも上流の排気通路内
に還元剤を供給することにより実現可能であり、その場
合には、燃料を副噴射する燃料噴射弁や排気通路に還元
剤を供給する還元剤供給装置等により還元剤供給手段が
構成される。ここで、排気ガスの空燃比とは、機関吸気
通路及びNOx吸収剤よりも上流での排気通路内に供給
された空気及び燃料(炭化水素)の比をいう。
【0014】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置にお
いて、NOx吸収剤としては、吸蔵還元型NOx触媒を例
示することができる。吸蔵還元型NOx触媒は、流入す
る排気ガスの空燃比がリーンのときにNOxを吸収し、
流入する排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸収したN
Oxを放出し、N2に還元する触媒である。この吸蔵還元
型NOx触媒は、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L
i、セシウムCsのようなアルカリ金属、バリウムB
a、カルシウムCaのようなアルカリ土類、ランタンL
a、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な
るもの例示することができる。
いて、NOx吸収剤としては、吸蔵還元型NOx触媒を例
示することができる。吸蔵還元型NOx触媒は、流入す
る排気ガスの空燃比がリーンのときにNOxを吸収し、
流入する排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸収したN
Oxを放出し、N2に還元する触媒である。この吸蔵還元
型NOx触媒は、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L
i、セシウムCsのようなアルカリ金属、バリウムB
a、カルシウムCaのようなアルカリ土類、ランタンL
a、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な
るもの例示することができる。
【0015】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置にお
いて、NOx吸収量推定手段は、内燃機関の運転状態か
ら排気ガスの空燃比を推定し、さらに、内燃機関の運転
状態に応じてNOx吸収剤に吸収されるNOx量とNOx
吸収剤から放出されるNOx量を推定し、これらからN
Ox吸収剤に吸収されているNOx量を推定することが可
能である。
いて、NOx吸収量推定手段は、内燃機関の運転状態か
ら排気ガスの空燃比を推定し、さらに、内燃機関の運転
状態に応じてNOx吸収剤に吸収されるNOx量とNOx
吸収剤から放出されるNOx量を推定し、これらからN
Ox吸収剤に吸収されているNOx量を推定することが可
能である。
【0016】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置にお
いて、排気経路切替手段は、バイパス通路の分岐部に設
けた単一の切替弁で構成することもできるし、あるい
は、分岐部よりもNOx吸収剤に近い位置にある排気通
路に第1の開閉弁を設けバイパス通路に第2の開閉弁を
設けて一方の開閉弁が開くと他方の開閉弁が閉じるよう
に制御して構成することもできる。
いて、排気経路切替手段は、バイパス通路の分岐部に設
けた単一の切替弁で構成することもできるし、あるい
は、分岐部よりもNOx吸収剤に近い位置にある排気通
路に第1の開閉弁を設けバイパス通路に第2の開閉弁を
設けて一方の開閉弁が開くと他方の開閉弁が閉じるよう
に制御して構成することもできる。
【0017】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置にお
いて、補正手段は、排気ガスがバイパス通路に流れてい
るときに前記NOx吸収量推定手段の作動を禁止する禁
止手段で構成することができる。排気ガスがバイパス通
路に流れているときにはNOx吸収量推定手段が作動し
ないので、排気ガスがバイパス通路に流れているときに
はNOx吸収量の推定誤差が生じない。つまり、推定誤
差を生じさせないことによって実質的に補正がなされる
のである。
いて、補正手段は、排気ガスがバイパス通路に流れてい
るときに前記NOx吸収量推定手段の作動を禁止する禁
止手段で構成することができる。排気ガスがバイパス通
路に流れているときにはNOx吸収量推定手段が作動し
ないので、排気ガスがバイパス通路に流れているときに
はNOx吸収量の推定誤差が生じない。つまり、推定誤
差を生じさせないことによって実質的に補正がなされる
のである。
【0018】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置にお
いては、いかなる条件のときに排気ガスをバイパス通路
に流すように排気経路切替手段を制御するかは種々考え
られ、特に限定されるものではない。
いては、いかなる条件のときに排気ガスをバイパス通路
に流すように排気経路切替手段を制御するかは種々考え
られ、特に限定されるものではない。
【0019】例えば、排気経路切替手段を、前記NOx
吸収剤の温度が有効活性温度域から外れる虞れがある運
転状態のときに排気ガスをバイパス通路に流すように制
御することができる。有効活性温度域とは、NOx吸収
剤がNOxを吸放出する実用温度範囲をいう。
吸収剤の温度が有効活性温度域から外れる虞れがある運
転状態のときに排気ガスをバイパス通路に流すように制
御することができる。有効活性温度域とは、NOx吸収
剤がNOxを吸放出する実用温度範囲をいう。
【0020】また、排気経路切替手段よりも上流の排気
通路に、排気ガスの空燃比がリーンのときにSOx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
SOxを放出するSOx吸収剤を設け、前記排気経路切替
手段を、前記SOx吸収剤からSOxが放出されるときに
排気ガスをバイパス通路に流すように制御することも可
能である。このようにすると、NOx吸収剤のSOx被毒
を防止することができる。SOx吸収剤は、吸蔵還元型
NOx触媒で構成することができる。
通路に、排気ガスの空燃比がリーンのときにSOx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
SOxを放出するSOx吸収剤を設け、前記排気経路切替
手段を、前記SOx吸収剤からSOxが放出されるときに
排気ガスをバイパス通路に流すように制御することも可
能である。このようにすると、NOx吸収剤のSOx被毒
を防止することができる。SOx吸収剤は、吸蔵還元型
NOx触媒で構成することができる。
【0021】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る内燃機関の排
気浄化装置の実施の形態を図1から図9の図面に基いて
説明する。 〔第1の実施の形態〕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。
気浄化装置の実施の形態を図1から図9の図面に基いて
説明する。 〔第1の実施の形態〕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。
【0022】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。
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。
【0023】一方、排気ポート8は排気マニホルド16
を介してSOx吸収剤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(NOx吸収剤)20を内蔵した
ケーシング21に連結され、ケーシング21は排気管2
2を介して図示しないマフラーに接続されている。尚、
以下の説明では、吸蔵還元型NOx触媒20をNOx触媒
20と略す。SOx吸収剤17およびNOx触媒20につ
いては後で詳述する。
を介してSOx吸収剤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(NOx吸収剤)20を内蔵した
ケーシング21に連結され、ケーシング21は排気管2
2を介して図示しないマフラーに接続されている。尚、
以下の説明では、吸蔵還元型NOx触媒20をNOx触媒
20と略す。SOx吸収剤17およびNOx触媒20につ
いては後で詳述する。
【0024】ケーシング21の入口部21aと排気管2
2は、NOx触媒20を迂回するバイパス管(バイパス
通路)26によって連結されており、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排気切替弁
(排気経路切替手段)28が設けられている。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
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せ
しめられる。
2は、NOx触媒20を迂回するバイパス管(バイパス
通路)26によって連結されており、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排気切替弁
(排気経路切替手段)28が設けられている。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
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せ
しめられる。
【0025】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。
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。
【0026】一方、SOx吸収剤17の下流の排気管1
9には、SOx吸収剤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。
9には、SOx吸収剤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。
【0027】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。
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。
【0028】そして、この実施の形態のガソリンエンジ
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。
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。
【0029】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。
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。
【0030】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。
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。
【0031】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なる。
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なる。
【0032】このNOx触媒20を機関の排気通路に配
置すると、NOx触媒20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NOx触媒2
0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。
置すると、NOx触媒20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NOx触媒2
0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。
【0033】なお、NOx触媒20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3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、NOx触媒2
0は燃焼室3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3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。
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3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、NOx触媒2
0は燃焼室3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3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。
【0034】NOx触媒20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。
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。
【0035】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O2-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O2-と反
応し、NO2 となる(2NO+O2 →2NO2 )。
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O2-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O2-と反
応し、NO2 となる(2NO+O2 →2NO2 )。
【0036】次いで、生成されたNO2の一部は、白金
Pt上で酸化されつつNOx触媒20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NOx触媒20内に拡
散する。このようにしてNOxがNOx触媒20内に吸収
される。
Pt上で酸化されつつNOx触媒20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NOx触媒20内に拡
散する。このようにしてNOxがNOx触媒20内に吸収
される。
【0037】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、NOx触媒20のNOx
吸収能力が飽和しない限り、NO2がNOx触媒20内に
吸収されて硝酸イオンNO3 -が生成される。
Ptの表面でNO2が生成され、NOx触媒20のNOx
吸収能力が飽和しない限り、NO2がNOx触媒20内に
吸収されて硝酸イオンNO3 -が生成される。
【0038】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、NOx触媒20内の硝酸イオ
ンNO 3 -がNO2またはNOの形でNOx触媒20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、NOx触媒20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NO
x触媒20からNOxが放出されることとなる。
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、NOx触媒20内の硝酸イオ
ンNO 3 -がNO2またはNOの形でNOx触媒20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、NOx触媒20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NO
x触媒20からNOxが放出されることとなる。
【0039】一方、このとき、燃焼室3内に供給される
混合気がストイキまたはリッチ空燃比になると、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O2-と反応して酸化せしめられる。
混合気がストイキまたはリッチ空燃比になると、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O2-と反応して酸化せしめられる。
【0040】また、排気空燃比が理論空燃比またはリッ
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NOx触媒20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。
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NOx触媒20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。
【0041】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O2-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O2-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NOx触媒20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。
ず白金Pt上の酸素O2 -又はO2-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O2-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NOx触媒20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。
【0042】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、NOx触媒20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、排気空燃比を理論空燃比
またはリッチにすると短時間の内にNOx触媒20から
NOxが放出されることになる。
またはNOが存在しなくなると、NOx触媒20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、排気空燃比を理論空燃比
またはリッチにすると短時間の内にNOx触媒20から
NOxが放出されることになる。
【0043】このように、排気空燃比がリーンになると
NOxがNOx触媒20に吸収され、排気空燃比を理論空
燃比あるいはリッチにするとNOxがNOx触媒20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。
NOxがNOx触媒20に吸収され、排気空燃比を理論空
燃比あるいはリッチにするとNOxがNOx触媒20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。
【0044】ところで、全負荷運転時には燃焼室3内に
供給される混合気をリッチ空燃比とし、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120
km/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空燃
比とした場合には、低中負荷運転時に排気ガス中のNO
xがNOx触媒20に吸収され、全負荷運転時及び高負荷
運転時等にNOx触媒20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
荷運転等の頻度が少なく、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、NOx触媒20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。
供給される混合気をリッチ空燃比とし、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120
km/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空燃
比とした場合には、低中負荷運転時に排気ガス中のNO
xがNOx触媒20に吸収され、全負荷運転時及び高負荷
運転時等にNOx触媒20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
荷運転等の頻度が少なく、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、NOx触媒20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。
【0045】そこで、この実施の形態の排気浄化装置で
は、エンジンの運転状態に応じて空燃比を推定し、この
空燃比に基づいてNOx触媒20に吸収されたNOx量
(以下、これをNOx吸収量という)あるいはNOx触媒
20から放出されたNOx量(以下、NOx放出量とい
う)をカウントし、これらの減算値(NOx吸収量−N
Ox放出量)からNOx触媒20に吸収されているNOx
量(以下、NOx残存量という)が許容量に達したか否
かを判定し、達したと判定されたときには、NOx触媒
20に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比またはリ
ッチ空燃比にして積極的にNOx触媒20からNOxを放
出し還元させるNOx放出処理を行い、NOx触媒20の
NOx吸収能力を回復するようにしている。
は、エンジンの運転状態に応じて空燃比を推定し、この
空燃比に基づいてNOx触媒20に吸収されたNOx量
(以下、これをNOx吸収量という)あるいはNOx触媒
20から放出されたNOx量(以下、NOx放出量とい
う)をカウントし、これらの減算値(NOx吸収量−N
Ox放出量)からNOx触媒20に吸収されているNOx
量(以下、NOx残存量という)が許容量に達したか否
かを判定し、達したと判定されたときには、NOx触媒
20に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比またはリ
ッチ空燃比にして積極的にNOx触媒20からNOxを放
出し還元させるNOx放出処理を行い、NOx触媒20の
NOx吸収能力を回復するようにしている。
【0046】NOx触媒20のNOx放出処理サイクル
は、エンジンの排気量やNOx触媒20の容量にもよる
が、NOx吸収(即ち、リーン空燃比による運転)が数
分間継続したらNOx放出(即ち、理論空燃比またはリ
ッチ空燃比による運転)を数秒間行うように設定するこ
とが多く、そのような場合に、理論空燃比またはリッチ
空燃比の継続時間が極めて短いことからこれをリッチス
パイクと称している。また、NOx触媒20のNOx吸放
出のためにリーンとリッチスパイクを交互に行うように
空燃比を制御することをリーン・リッチスパイク制御と
称している。NOx放出処理の実行時期及び実行期間の
制御方法等については後で詳述する。
は、エンジンの排気量やNOx触媒20の容量にもよる
が、NOx吸収(即ち、リーン空燃比による運転)が数
分間継続したらNOx放出(即ち、理論空燃比またはリ
ッチ空燃比による運転)を数秒間行うように設定するこ
とが多く、そのような場合に、理論空燃比またはリッチ
空燃比の継続時間が極めて短いことからこれをリッチス
パイクと称している。また、NOx触媒20のNOx吸放
出のためにリーンとリッチスパイクを交互に行うように
空燃比を制御することをリーン・リッチスパイク制御と
称している。NOx放出処理の実行時期及び実行期間の
制御方法等については後で詳述する。
【0047】また、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、NOx触媒20は排気ガス中
のこれらSOxも吸収する。NOx触媒20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とき
と同様に担体上に白金PtおよびバリウムBa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O2-
の形でNOx触媒20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SO2)は白金Pt
の表面上で酸化されてSO3となる。
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、NOx触媒20は排気ガス中
のこれらSOxも吸収する。NOx触媒20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とき
と同様に担体上に白金PtおよびバリウムBa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O2-
の形でNOx触媒20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SO2)は白金Pt
の表面上で酸化されてSO3となる。
【0048】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NOx触媒20内に吸収され
て酸化バリウムBaOと結合し、硫酸イオンSO4 2-の
形でNOx触媒20内に拡散し硫酸塩BaSO4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理論空燃比またはリッチに
しても分解されずにNOx触媒20内に残ってしまう。
したがって、時間経過に伴いNOx触媒20内のBaS
O4の生成量が増大するとNOx触媒20の吸収に関与で
きるBaOの量が減少してNOxの吸収能力が低下して
しまう。これが即ちSOx被毒である。
表面で更に酸化されながらNOx触媒20内に吸収され
て酸化バリウムBaOと結合し、硫酸イオンSO4 2-の
形でNOx触媒20内に拡散し硫酸塩BaSO4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理論空燃比またはリッチに
しても分解されずにNOx触媒20内に残ってしまう。
したがって、時間経過に伴いNOx触媒20内のBaS
O4の生成量が増大するとNOx触媒20の吸収に関与で
きるBaOの量が減少してNOxの吸収能力が低下して
しまう。これが即ちSOx被毒である。
【0049】そこで、この実施の形態ではNOx触媒2
0にSOxが流入しないように、流入する排気ガスの空
燃比がリーンのときにSOx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SOxを放出するSOx
吸収剤17を、NOx触媒20よりも上流に配置してい
るのである。このSOx吸収剤17は、SOx吸収剤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、流入する排気ガスの空燃比
を理論空燃比またはリッチにし酸素濃度が低くなると吸
収したSOxばかりでなくNOxも放出する。
0にSOxが流入しないように、流入する排気ガスの空
燃比がリーンのときにSOx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SOxを放出するSOx
吸収剤17を、NOx触媒20よりも上流に配置してい
るのである。このSOx吸収剤17は、SOx吸収剤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、流入する排気ガスの空燃比
を理論空燃比またはリッチにし酸素濃度が低くなると吸
収したSOxばかりでなくNOxも放出する。
【0050】前述したように、NOx触媒20ではSOx
が吸収されると安定した硫酸塩BaSO4が生成され、
その結果、NOx触媒20に流入する排気ガスの空燃比
を理論空燃比またはリッチにしてもSOxがNOx触媒2
0から放出されなくなる。したがって、SOx吸収剤1
7に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比またはリッ
チにしたときにSOx吸収剤17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SOx吸収剤17内に存在するようにするか、
あるいは、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SOx吸収剤17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S
Ox吸収剤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から選ばれた少なくとも一つを坦持したSOx吸収剤
17を用いることができる。
が吸収されると安定した硫酸塩BaSO4が生成され、
その結果、NOx触媒20に流入する排気ガスの空燃比
を理論空燃比またはリッチにしてもSOxがNOx触媒2
0から放出されなくなる。したがって、SOx吸収剤1
7に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比またはリッ
チにしたときにSOx吸収剤17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SOx吸収剤17内に存在するようにするか、
あるいは、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SOx吸収剤17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S
Ox吸収剤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から選ばれた少なくとも一つを坦持したSOx吸収剤
17を用いることができる。
【0051】このSOx吸収剤17では、SOx吸収剤1
7に流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに排気ガ
ス中のSO2がSOx吸収剤17の表面で酸化されつつ硫
酸イオンSO4 2-の形でSOx吸収剤17内に吸収され、
次いでSOx吸収剤17内に拡散される。この場合、S
Ox吸収剤17の担体上に白金Pt、パラジウムPd、
ロジウムRhのうちのいずれかを坦持させておくとSO
2がSO3 2-の形で白金Pt、パラジウムPd、ロジウム
Rh上に吸着し易くなり、かくしてSO2は硫酸イオン
SO4 2-の形でSOx吸収剤17内に吸収され易くなる。
したがって、SO2の吸収を促進するためにはSOx吸収
剤17の担体上に白金Pt、パラジウムPd、ロジウム
Rhのいずれかを坦持させることが好ましい。
7に流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに排気ガ
ス中のSO2がSOx吸収剤17の表面で酸化されつつ硫
酸イオンSO4 2-の形でSOx吸収剤17内に吸収され、
次いでSOx吸収剤17内に拡散される。この場合、S
Ox吸収剤17の担体上に白金Pt、パラジウムPd、
ロジウムRhのうちのいずれかを坦持させておくとSO
2がSO3 2-の形で白金Pt、パラジウムPd、ロジウム
Rh上に吸着し易くなり、かくしてSO2は硫酸イオン
SO4 2-の形でSOx吸収剤17内に吸収され易くなる。
したがって、SO2の吸収を促進するためにはSOx吸収
剤17の担体上に白金Pt、パラジウムPd、ロジウム
Rhのいずれかを坦持させることが好ましい。
【0052】このSOx吸収剤17をNOx触媒20の上
流に配置すると、SOx吸収剤17に流入する排気ガス
の空燃比がリーンになると排気ガス中のSOxがSOx吸
収剤17に吸収され、したがって、下流のNOx触媒2
0にはSOxが流れ込まなくなり、NOx触媒20では排
気ガス中のNOxのみが吸収されることになる。
流に配置すると、SOx吸収剤17に流入する排気ガス
の空燃比がリーンになると排気ガス中のSOxがSOx吸
収剤17に吸収され、したがって、下流のNOx触媒2
0にはSOxが流れ込まなくなり、NOx触媒20では排
気ガス中のNOxのみが吸収されることになる。
【0053】一方、前述したようにSOx吸収剤17に
吸収されたSOxは硫酸イオンSO4 2 -の形でSOx吸収
剤17に拡散しているか、あるいは不安定な状態で硫酸
塩BaSO4となっている。したがって、SOx吸収剤1
7に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比またはリッ
チになって酸素濃度が低下するとSOx吸収剤17に吸
収されているSOxがSOx吸収剤17から容易に放出さ
れることになる。
吸収されたSOxは硫酸イオンSO4 2 -の形でSOx吸収
剤17に拡散しているか、あるいは不安定な状態で硫酸
塩BaSO4となっている。したがって、SOx吸収剤1
7に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比またはリッ
チになって酸素濃度が低下するとSOx吸収剤17に吸
収されているSOxがSOx吸収剤17から容易に放出さ
れることになる。
【0054】ところで、本出願人の研究により、SOx
吸収剤17の吸放出作用に関して次のことがわかった。
SOx吸収剤17に吸収されているSOx量が少ないとき
には、SOx吸収剤17のSOx吸着力が強いため、SO
x吸収剤17にストイキまたはリッチ空燃比の排気ガス
を短時間(例えば5秒以下)流したのではSOx吸収剤
17からSOxは放出されない。これについては、本出
願人は、SOx吸収剤17に吸収されているSOx量が少
ないときに、NOx触媒20からNOxを放出させるため
に行うリーン・リッチスパイク制御のときのリッチスパ
イクの継続時間ではSOx吸収剤17からSOxが放出さ
れないことを確認している。
吸収剤17の吸放出作用に関して次のことがわかった。
SOx吸収剤17に吸収されているSOx量が少ないとき
には、SOx吸収剤17のSOx吸着力が強いため、SO
x吸収剤17にストイキまたはリッチ空燃比の排気ガス
を短時間(例えば5秒以下)流したのではSOx吸収剤
17からSOxは放出されない。これについては、本出
願人は、SOx吸収剤17に吸収されているSOx量が少
ないときに、NOx触媒20からNOxを放出させるため
に行うリーン・リッチスパイク制御のときのリッチスパ
イクの継続時間ではSOx吸収剤17からSOxが放出さ
れないことを確認している。
【0055】しかしながら、SOx吸収剤17に吸収さ
れているSOx量が増えたときには、SOx吸収剤17の
SOx吸着力が弱くなるため、SOx吸収剤17にストイ
キまたはリッチ空燃比の排気ガスを短時間流した場合に
もSOx吸収剤17からSOxが漏れ出て、下流のNOx
触媒20を被毒する虞れがある。
れているSOx量が増えたときには、SOx吸収剤17の
SOx吸着力が弱くなるため、SOx吸収剤17にストイ
キまたはリッチ空燃比の排気ガスを短時間流した場合に
もSOx吸収剤17からSOxが漏れ出て、下流のNOx
触媒20を被毒する虞れがある。
【0056】そこで、この実施の形態では、エンジンの
運転状態の履歴からSOx吸収剤17に吸収されたSOx
量を推定し、その推定SOx吸収量が所定量に達した時
をSOx吸収剤17からSOxを放出させるべき時期と判
断して、SOx吸収剤17からSOxを積極的に放出させ
る処理(以下、この処理を再生処理という)を実行す
る。SOx吸収剤17の再生処理を実行するに際し、E
CU30は、機関回転数Nと機関負荷Q/Nからその時
の機関運転状態を判定し、また、温度センサ29で検出
したその時の排気ガス温度をSOx吸収剤17の温度と
して代用し、機関運転状態とSOx吸収剤17の温度に
基づき燃費悪化が少なく最も効率的にSOxを放出でき
るストイキまたはリッチ条件を選定し、選定した空燃比
でエンジンを運転して排出される排気ガスを長時間SO
x吸収剤17に流すことにより実行する。
運転状態の履歴からSOx吸収剤17に吸収されたSOx
量を推定し、その推定SOx吸収量が所定量に達した時
をSOx吸収剤17からSOxを放出させるべき時期と判
断して、SOx吸収剤17からSOxを積極的に放出させ
る処理(以下、この処理を再生処理という)を実行す
る。SOx吸収剤17の再生処理を実行するに際し、E
CU30は、機関回転数Nと機関負荷Q/Nからその時
の機関運転状態を判定し、また、温度センサ29で検出
したその時の排気ガス温度をSOx吸収剤17の温度と
して代用し、機関運転状態とSOx吸収剤17の温度に
基づき燃費悪化が少なく最も効率的にSOxを放出でき
るストイキまたはリッチ条件を選定し、選定した空燃比
でエンジンを運転して排出される排気ガスを長時間SO
x吸収剤17に流すことにより実行する。
【0057】また、SOx吸収剤17の温度を所定温度
(例えば、550゜C)以上の高温にすると、SOx吸
収剤17からSOxが放出され易いことが、換言すれば
SOxの放出を促進できることがわかっている。そこ
で、この実施の形態では、ECU30は、SOx吸収剤
17の再生処理実行中、適宜の手段によって排気ガス温
度の温度制御を行い、SOx吸収剤17の温度を前記所
定温度(以下、これをSOx放出温度という)以上に制
御する。
(例えば、550゜C)以上の高温にすると、SOx吸
収剤17からSOxが放出され易いことが、換言すれば
SOxの放出を促進できることがわかっている。そこ
で、この実施の形態では、ECU30は、SOx吸収剤
17の再生処理実行中、適宜の手段によって排気ガス温
度の温度制御を行い、SOx吸収剤17の温度を前記所
定温度(以下、これをSOx放出温度という)以上に制
御する。
【0058】SOx吸収剤17を再生すると、SOx吸収
剤17から流出した排気ガス(以下、再生処理時にSO
x吸収剤17から排出される排気ガスを再生排気と称
し、非再生処理時にSOx吸収剤17から排出される排
気ガスと区別する場合もある)にはSOx吸収剤17か
ら放出された多量のSOxが含まれることとなるため、
この再生排気がNOx触媒20に流入すると再生排気中
のSOxがNOx触媒20に吸収され、NOx触媒20が
SOx被毒してしまい、SOx吸収剤17を設けた意味が
なくなってしまう。そこで、この実施の形態では、SO
x吸収剤17の再生処理時にSOx吸収剤17から放出さ
れたSOxがNOx触媒20に吸収されるのを阻止するた
めに、SOx吸収剤17の再生処理時には排気切替弁2
8をバイパス開位置に保持して、SOx吸収剤17から
流出した再生排気をバイパス管26内に導くようにして
いる。尚、SOx吸収剤17から放出されたSOxは、排
気ガス中の未燃HC、COによって還元せしめられ、S
O2となって放出される。
剤17から流出した排気ガス(以下、再生処理時にSO
x吸収剤17から排出される排気ガスを再生排気と称
し、非再生処理時にSOx吸収剤17から排出される排
気ガスと区別する場合もある)にはSOx吸収剤17か
ら放出された多量のSOxが含まれることとなるため、
この再生排気がNOx触媒20に流入すると再生排気中
のSOxがNOx触媒20に吸収され、NOx触媒20が
SOx被毒してしまい、SOx吸収剤17を設けた意味が
なくなってしまう。そこで、この実施の形態では、SO
x吸収剤17の再生処理時にSOx吸収剤17から放出さ
れたSOxがNOx触媒20に吸収されるのを阻止するた
めに、SOx吸収剤17の再生処理時には排気切替弁2
8をバイパス開位置に保持して、SOx吸収剤17から
流出した再生排気をバイパス管26内に導くようにして
いる。尚、SOx吸収剤17から放出されたSOxは、排
気ガス中の未燃HC、COによって還元せしめられ、S
O2となって放出される。
【0059】そして、SOx吸収剤17の非再生処理時
には、排気切替弁28をバイパス閉位置に保持して、S
Ox吸収剤17から流出した排気ガスをNOx触媒20に
導き、バイパス管26には流れないようにする。この時
には、SOx吸収剤17によってSOxを除去された排気
ガスがNOx触媒20に流入することとなるので、NOx
触媒20にはSOxが流れ込まなくなり、NOx触媒20
のSOx被毒が防止される。そして、排気ガス中のNOx
がNOx触媒20によって吸放出され、還元浄化され
る。
には、排気切替弁28をバイパス閉位置に保持して、S
Ox吸収剤17から流出した排気ガスをNOx触媒20に
導き、バイパス管26には流れないようにする。この時
には、SOx吸収剤17によってSOxを除去された排気
ガスがNOx触媒20に流入することとなるので、NOx
触媒20にはSOxが流れ込まなくなり、NOx触媒20
のSOx被毒が防止される。そして、排気ガス中のNOx
がNOx触媒20によって吸放出され、還元浄化され
る。
【0060】次に、図5を参照して、この実施の形態に
おけるNOx触媒20に対するNOx吸放出処理実行ルー
チンを説明する。このルーチンを構成する各ステップか
らなるフローチャートはECU30のROM32に記憶
してあり、フローチャートの各ステップにおける処理は
総てECU30のCPU34によって実行される。ま
た、このルーチンは所定時間(例えば、数mm秒)毎に
実行される。
おけるNOx触媒20に対するNOx吸放出処理実行ルー
チンを説明する。このルーチンを構成する各ステップか
らなるフローチャートはECU30のROM32に記憶
してあり、フローチャートの各ステップにおける処理は
総てECU30のCPU34によって実行される。ま
た、このルーチンは所定時間(例えば、数mm秒)毎に
実行される。
【0061】前述したように、この排気浄化装置では、
エンジンの運転状態からNOx触媒20に吸収されたN
Ox吸収量あるいはNOx触媒20から放出されたNOx
放出量をカウントし、これらからNOx触媒20に残存
するNOx残存量を算出し、NOx残存量が所定の許容量
に達したと判定されたときに、NOx放出処理を実行す
る。
エンジンの運転状態からNOx触媒20に吸収されたN
Ox吸収量あるいはNOx触媒20から放出されたNOx
放出量をカウントし、これらからNOx触媒20に残存
するNOx残存量を算出し、NOx残存量が所定の許容量
に達したと判定されたときに、NOx放出処理を実行す
る。
【0062】<ステップ101>まず、ECU30は、
ステップ101において、排気切替弁28がバイパス開
位置に位置しているか否かを判定する。尚、前述したよ
うに、この実施の形態では、排気切替弁28はSOx吸
収剤17の再生処理時にバイパス開位置に保持され、非
再生処理時にバイパス閉位置に保持される。
ステップ101において、排気切替弁28がバイパス開
位置に位置しているか否かを判定する。尚、前述したよ
うに、この実施の形態では、排気切替弁28はSOx吸
収剤17の再生処理時にバイパス開位置に保持され、非
再生処理時にバイパス閉位置に保持される。
【0063】排気切替弁28がバイパス開位置に位置し
ている場合には、排気ガスはバイパス管26に流れ、N
Ox触媒20に流入しないので、ECU30は本ルーチ
ンを終了し、NOx吸収量もNOx放出量もカウントしな
い。
ている場合には、排気ガスはバイパス管26に流れ、N
Ox触媒20に流入しないので、ECU30は本ルーチ
ンを終了し、NOx吸収量もNOx放出量もカウントしな
い。
【0064】<ステップ102>排気切替弁28がバイ
パス閉位置に位置している場合には、排気ガスはバイパ
ス管26には流れず、NOx触媒20に流入し、NOx触
媒20において排気ガスの空燃比に応じてNOxの吸放
出が行われる。そこで、ECU30は、ステップ101
で否定判定した場合には、ステップ102に進み、NO
x放出フラグFが「1」か否か判定する。尚、初期設定
ではNOx放出フラグFはF=0である。
パス閉位置に位置している場合には、排気ガスはバイパ
ス管26には流れず、NOx触媒20に流入し、NOx触
媒20において排気ガスの空燃比に応じてNOxの吸放
出が行われる。そこで、ECU30は、ステップ101
で否定判定した場合には、ステップ102に進み、NO
x放出フラグFが「1」か否か判定する。尚、初期設定
ではNOx放出フラグFはF=0である。
【0065】<ステップ103>ステップ102におい
て否定判定した場合には、ECU30は、ステップ10
3に進み、エンジンの運転状態からリーン空燃比制御を
行っているか否かを判定する。前述したように、このエ
ンジンでは、中低負荷運転領域ではリーン空燃比制御が
行われ、高負荷運転領域、エンジン始動時、加速時等に
はストイキ制御が行われ、全負荷運転領域ではリッチ空
燃比制御が行われる。
て否定判定した場合には、ECU30は、ステップ10
3に進み、エンジンの運転状態からリーン空燃比制御を
行っているか否かを判定する。前述したように、このエ
ンジンでは、中低負荷運転領域ではリーン空燃比制御が
行われ、高負荷運転領域、エンジン始動時、加速時等に
はストイキ制御が行われ、全負荷運転領域ではリッチ空
燃比制御が行われる。
【0066】<ステップ104>ステップ103におい
て肯定判定した場合には、排気ガスの空燃比もリーンに
なり、NOx触媒20においてNOxの吸収が行われるの
で、ECU30は、ステップ104に進み、エンジンの
運転状態に応じてNOx触媒20に吸収されるNOx吸収
量を算出し、そのNOx吸収量に応じてNOx吸収量カウ
ンタをインクリメントする。この場合、インクリメント
後のNOx吸収量カウンタのカウント値がNOx触媒20
に残存するNOx残存量に対応する。
て肯定判定した場合には、排気ガスの空燃比もリーンに
なり、NOx触媒20においてNOxの吸収が行われるの
で、ECU30は、ステップ104に進み、エンジンの
運転状態に応じてNOx触媒20に吸収されるNOx吸収
量を算出し、そのNOx吸収量に応じてNOx吸収量カウ
ンタをインクリメントする。この場合、インクリメント
後のNOx吸収量カウンタのカウント値がNOx触媒20
に残存するNOx残存量に対応する。
【0067】<ステップ105>続いて、ECU30
は、ステップ105に進み、NOx吸収量カウンタのカ
ウント値が予め設定した所定値に達したか否かにより、
NOx触媒20に吸収されているNOx量(即ち、NOx
残存量)が限界に達したか否か判定する。ステップ10
5で否定判定した場合には、NOx触媒20はまだNOx
吸収可能であるので、ECU30は、本ルーチンを終了
する。
は、ステップ105に進み、NOx吸収量カウンタのカ
ウント値が予め設定した所定値に達したか否かにより、
NOx触媒20に吸収されているNOx量(即ち、NOx
残存量)が限界に達したか否か判定する。ステップ10
5で否定判定した場合には、NOx触媒20はまだNOx
吸収可能であるので、ECU30は、本ルーチンを終了
する。
【0068】<ステップ106,107>ステップ10
5において肯定判定した場合には、NOx触媒20に対
してNOx放出処理を行う必要があるので、ECU30
は、ステップ106に進み、NOx放出フラグFを
「1」にして、さらにステップ107に進んで、エンジ
ンに対しリッチスパイク制御を実行するとともに、エン
ジンの運転状態に応じてNOx触媒20から放出される
NOx放出量を算出し、そのNOx放出量に応じてNOx
放出量カウンタをインクリメントする。尚、NOx吸収
量カウンタのカウント値「1」に対応するNOx吸収量
と、NOx放出量カウンタのカウント値「1」に対応す
るNOx放出量は、1対1の関係に設定されている。
5において肯定判定した場合には、NOx触媒20に対
してNOx放出処理を行う必要があるので、ECU30
は、ステップ106に進み、NOx放出フラグFを
「1」にして、さらにステップ107に進んで、エンジ
ンに対しリッチスパイク制御を実行するとともに、エン
ジンの運転状態に応じてNOx触媒20から放出される
NOx放出量を算出し、そのNOx放出量に応じてNOx
放出量カウンタをインクリメントする。尚、NOx吸収
量カウンタのカウント値「1」に対応するNOx吸収量
と、NOx放出量カウンタのカウント値「1」に対応す
るNOx放出量は、1対1の関係に設定されている。
【0069】<ステップ108>続いて、ECU30
は、ステップ108に進み、NOx吸収量カウンタのカ
ウント値からNOx放出カウンタのカウント値を減算
し、その差が零か否か判定する。ステップ108で否定
判定した場合には、ECU30は、本ルーチンを終了す
る。そして、次回本ルーチンを実行した時には、ステッ
プ102で肯定判定されるので、ECU30はステップ
102からステップ107へ進み、リッチスパイク制御
を続行し、NOx放出量カウンタをインクリメントす
る。
は、ステップ108に進み、NOx吸収量カウンタのカ
ウント値からNOx放出カウンタのカウント値を減算
し、その差が零か否か判定する。ステップ108で否定
判定した場合には、ECU30は、本ルーチンを終了す
る。そして、次回本ルーチンを実行した時には、ステッ
プ102で肯定判定されるので、ECU30はステップ
102からステップ107へ進み、リッチスパイク制御
を続行し、NOx放出量カウンタをインクリメントす
る。
【0070】<ステップ109>そして、ステップ10
8で肯定判定した場合には、NOx残存量が零になり、
NOx触媒20に吸収されていたNOxが総て放出された
ことになるので、ECU30は、ステップ109に進ん
で、リッチスパイク制御を終了してNOx放出処理を終
了する。即ち、NOx触媒20に対するNOx放出処理は
NOx触媒20に吸収されているNOxが総て放出される
まで続行される。
8で肯定判定した場合には、NOx残存量が零になり、
NOx触媒20に吸収されていたNOxが総て放出された
ことになるので、ECU30は、ステップ109に進ん
で、リッチスパイク制御を終了してNOx放出処理を終
了する。即ち、NOx触媒20に対するNOx放出処理は
NOx触媒20に吸収されているNOxが総て放出される
まで続行される。
【0071】<ステップ110>続いて、ECU30
は、ステップ110に進み、NOx放出フラグFを
「0」にするとともに、NOx吸収量カウンタ及びNOx
放出量カウンタをリセットして、して本ルーチンを終了
する。
は、ステップ110に進み、NOx放出フラグFを
「0」にするとともに、NOx吸収量カウンタ及びNOx
放出量カウンタをリセットして、して本ルーチンを終了
する。
【0072】<ステップ111>一方、ステップ103
で否定判定した場合には、排気ガスの空燃比は理論空燃
比またはリッチ空燃比になり、NOx触媒20において
NOxの放出が行われるので、ECU30は、ステップ
111に進み、エンジンの運転状態に応じてNOx触媒
20から放出されるNOx放出量を算出し、そのNOx放
出量に応じてNOx放出量カウンタをインクリメントす
る。
で否定判定した場合には、排気ガスの空燃比は理論空燃
比またはリッチ空燃比になり、NOx触媒20において
NOxの放出が行われるので、ECU30は、ステップ
111に進み、エンジンの運転状態に応じてNOx触媒
20から放出されるNOx放出量を算出し、そのNOx放
出量に応じてNOx放出量カウンタをインクリメントす
る。
【0073】<ステップ112>続いて、ECU30
は、ステップ112に進み、NOx放出量カウンタのカ
ウント値がNOx吸収量カウンタのカウント値よりも大
きいか否か判定する。
は、ステップ112に進み、NOx放出量カウンタのカ
ウント値がNOx吸収量カウンタのカウント値よりも大
きいか否か判定する。
【0074】<ステップ113>ステップ112で肯定
判定した場合には、NOx触媒20に吸収されていたN
Oxが総て放出されたことになるので、ECU30は、
ステップ113に進み、NOx吸収量カウンタをリセッ
トして、本ルーチンを終了する。
判定した場合には、NOx触媒20に吸収されていたN
Oxが総て放出されたことになるので、ECU30は、
ステップ113に進み、NOx吸収量カウンタをリセッ
トして、本ルーチンを終了する。
【0075】<ステップ114>ステップ112で否定
判定した場合には、ECU30は、ステップ114に進
み、NOx吸収量カウンタのカウント値を、ステップ1
11でカウントしたNOx放出量カウンタのカウント値
だけ減算し、その差をNOx吸収量カウンタのカウント
値として更新する。この場合、更新後のNOx吸収量カ
ウンタのカウント値がNOx触媒20に残存するNOx残
存量に対応する。
判定した場合には、ECU30は、ステップ114に進
み、NOx吸収量カウンタのカウント値を、ステップ1
11でカウントしたNOx放出量カウンタのカウント値
だけ減算し、その差をNOx吸収量カウンタのカウント
値として更新する。この場合、更新後のNOx吸収量カ
ウンタのカウント値がNOx触媒20に残存するNOx残
存量に対応する。
【0076】<ステップ115>続いて、ECU30
は、ステップ115に進み、NOx放出量カウンタをリ
セットして、本ルーチンを終了する。
は、ステップ115に進み、NOx放出量カウンタをリ
セットして、本ルーチンを終了する。
【0077】このように、この実施の形態の排気浄化装
置では、排気ガスがバイパス管26に流れているときに
はNOx吸収量及びNOx放出量の算出を禁止しており
(換言すれば、NOx触媒20のNOx残存量をホールド
しており)、排気ガスがNOx触媒20に流れていると
きに限ってNOx吸収量及びNOx放出量を算出し、さら
にNOx触媒20に残存するNOx残存量を算出して、こ
れを基にNOx触媒20に対するNOx放出処理の実行時
期か否かを判定したり、NOx放出処理の終了時期を判
定したりしているので、これらの判定が正確に行われ、
NOx触媒20をより細かく管理することができる。
置では、排気ガスがバイパス管26に流れているときに
はNOx吸収量及びNOx放出量の算出を禁止しており
(換言すれば、NOx触媒20のNOx残存量をホールド
しており)、排気ガスがNOx触媒20に流れていると
きに限ってNOx吸収量及びNOx放出量を算出し、さら
にNOx触媒20に残存するNOx残存量を算出して、こ
れを基にNOx触媒20に対するNOx放出処理の実行時
期か否かを判定したり、NOx放出処理の終了時期を判
定したりしているので、これらの判定が正確に行われ、
NOx触媒20をより細かく管理することができる。
【0078】この第1の実施の形態では、ECU30に
よる一連の信号処理のうち、ステップ104、ステップ
111、ステップ112、ステップ114を実行する部
分は、NOx触媒20(NOx吸収剤)に吸収されている
NOx吸収量を推定するNOx吸収量推定手段ということ
ができる。また、ステップ101を実行する部分は、排
気ガスをバイパス通路に流れているときにNOx吸収量
推定手段の作動を禁止する禁止手段ということができ、
また、排気ガスをバイパス通路に流れているときに生じ
るNOx吸収量の誤差を補正する補正手段ということも
できる。また、ステップ107においてリッチスパイク
制御を実行する部分と燃料噴射弁11は、NOx吸収量
推定手段によって推定されたNOx吸収量が所定値を越
えた時にNOx触媒20(NOx吸収剤)に還元剤を供給
する還元剤供給手段ということができる。
よる一連の信号処理のうち、ステップ104、ステップ
111、ステップ112、ステップ114を実行する部
分は、NOx触媒20(NOx吸収剤)に吸収されている
NOx吸収量を推定するNOx吸収量推定手段ということ
ができる。また、ステップ101を実行する部分は、排
気ガスをバイパス通路に流れているときにNOx吸収量
推定手段の作動を禁止する禁止手段ということができ、
また、排気ガスをバイパス通路に流れているときに生じ
るNOx吸収量の誤差を補正する補正手段ということも
できる。また、ステップ107においてリッチスパイク
制御を実行する部分と燃料噴射弁11は、NOx吸収量
推定手段によって推定されたNOx吸収量が所定値を越
えた時にNOx触媒20(NOx吸収剤)に還元剤を供給
する還元剤供給手段ということができる。
【0079】〔第2の実施の形態〕次に本発明に係る内
燃機関の排気浄化装置の第2の実施の形態について図6
及び図7を参照して説明する。図6は、第2の実施の形
態における内燃機関の排気浄化装置の要部構成図であ
り、第1の実施の形態と構成上相違する部分だけを示し
ている。第2の実施の形態では、SOx吸収剤17及び
そのケーシング18がなく、排気マニホールド16に排
気管19が連結され、排気管19にNOx触媒20のケ
ーシング21が連結されている。
燃機関の排気浄化装置の第2の実施の形態について図6
及び図7を参照して説明する。図6は、第2の実施の形
態における内燃機関の排気浄化装置の要部構成図であ
り、第1の実施の形態と構成上相違する部分だけを示し
ている。第2の実施の形態では、SOx吸収剤17及び
そのケーシング18がなく、排気マニホールド16に排
気管19が連結され、排気管19にNOx触媒20のケ
ーシング21が連結されている。
【0080】そして、ケーシング21において排気切替
弁28より下流でNOx触媒20より上流に、NOx触媒
20に流入する排気ガスの温度(以下、入りガス温度と
称す)に比例した出力電圧を発生する入りガス温センサ
24が取り付けられており、ケーシング21の中央部
に、NOx触媒20のほぼ中央部分の温度に比例した出
力電圧を発生する触媒温センサ25が取り付けられてい
る。入りガス温センサ24及び触媒温センサ25の出力
電圧が図示しないAD変換機を介してECU(30)の
入力ポート(35)に入力される。その他の構成につい
ては第1の実施の形態と同じであるので説明を省略す
る。
弁28より下流でNOx触媒20より上流に、NOx触媒
20に流入する排気ガスの温度(以下、入りガス温度と
称す)に比例した出力電圧を発生する入りガス温センサ
24が取り付けられており、ケーシング21の中央部
に、NOx触媒20のほぼ中央部分の温度に比例した出
力電圧を発生する触媒温センサ25が取り付けられてい
る。入りガス温センサ24及び触媒温センサ25の出力
電圧が図示しないAD変換機を介してECU(30)の
入力ポート(35)に入力される。その他の構成につい
ては第1の実施の形態と同じであるので説明を省略す
る。
【0081】前述した第1の実施の形態では、SOx吸
収剤の再生処理時に排気ガスをバイパス管26に流し、
非再生処理時に排気ガスをNOx触媒20に流すよう
に、排気切替弁28を制御したが、第2の実施の形態で
は、NOx触媒20の温度がNOxを浄化する有効活性温
度域から外れる虞れのある運転状態の時には排気ガスを
バイパス管26に流し、外れる虞れがない運転状態の時
には排気ガスをNOx触媒20に流れるように排気切替
弁28を制御する。
収剤の再生処理時に排気ガスをバイパス管26に流し、
非再生処理時に排気ガスをNOx触媒20に流すよう
に、排気切替弁28を制御したが、第2の実施の形態で
は、NOx触媒20の温度がNOxを浄化する有効活性温
度域から外れる虞れのある運転状態の時には排気ガスを
バイパス管26に流し、外れる虞れがない運転状態の時
には排気ガスをNOx触媒20に流れるように排気切替
弁28を制御する。
【0082】一般に、触媒は固有の有効活性温度域を有
しており、この温度域よりも低くてもあるいは高くても
触媒活性が低下する。吸蔵還元型NOx触媒20にも有
効活性温度域があり、この有効活性温度域から外れると
NOx吸収能力もNOx放出・還元能力も低下する。ま
た、高温の排気ガスがNOx触媒20に流れるとNOx触
媒20に熱劣化が生じ、NOx浄化能が低下する。した
がって、NOx触媒20の温度を有効活性温度域に収め
られるか否かはNOx浄化の優劣に大きく影響する。
しており、この温度域よりも低くてもあるいは高くても
触媒活性が低下する。吸蔵還元型NOx触媒20にも有
効活性温度域があり、この有効活性温度域から外れると
NOx吸収能力もNOx放出・還元能力も低下する。ま
た、高温の排気ガスがNOx触媒20に流れるとNOx触
媒20に熱劣化が生じ、NOx浄化能が低下する。した
がって、NOx触媒20の温度を有効活性温度域に収め
られるか否かはNOx浄化の優劣に大きく影響する。
【0083】そこで、NOx触媒20の温度が有効活性
温度域に収まる場合には、排気ガスをNOx触媒20に
流し、有効活性温度域から外れる場合には排気ガスをN
Ox触媒20を迂回させてバイパス管26に流すという
技術が開発された。
温度域に収まる場合には、排気ガスをNOx触媒20に
流し、有効活性温度域から外れる場合には排気ガスをN
Ox触媒20を迂回させてバイパス管26に流すという
技術が開発された。
【0084】従来は、NOx触媒20の入りガス温度あ
るいはNOx触媒20から流出する排気ガスの温度(以
下、出ガス温度と略す)に基づいて排気切替弁28を制
御し、排気ガスをNOx触媒20に流すかバイパス管2
6に流すか排気経路を切り替えていた。しかしながら、
NOx触媒20の内部は温度差が非常に大きく、入りガ
ス温度あるいは出ガス温度の情報だけから排気経路を切
り替えて、NOx触媒20の温度を有効活性温度域に制
御するのは難しかった。
るいはNOx触媒20から流出する排気ガスの温度(以
下、出ガス温度と略す)に基づいて排気切替弁28を制
御し、排気ガスをNOx触媒20に流すかバイパス管2
6に流すか排気経路を切り替えていた。しかしながら、
NOx触媒20の内部は温度差が非常に大きく、入りガ
ス温度あるいは出ガス温度の情報だけから排気経路を切
り替えて、NOx触媒20の温度を有効活性温度域に制
御するのは難しかった。
【0085】そこで、この実施の形態の排気浄化装置で
は、触媒温度と入りガス温度の二つの温度情報に基づい
て排気経路を切り替え制御し、NOx触媒20の温度を
有効活性温度域に制御するようにしている。
は、触媒温度と入りガス温度の二つの温度情報に基づい
て排気経路を切り替え制御し、NOx触媒20の温度を
有効活性温度域に制御するようにしている。
【0086】次に、図7を参照して、この実施の形態に
おける排気経路切替処理実行ルーチンを説明する。この
ルーチンを構成する各ステップからなるフローチャート
はECU(30)のROM(32)に記憶してあり、フ
ローチャートの各ステップにおける処理は総てECU
(30)のCPU(34)によって実行される。また、
このルーチンは所定時間(例えば、数mm秒)毎に実行
される。
おける排気経路切替処理実行ルーチンを説明する。この
ルーチンを構成する各ステップからなるフローチャート
はECU(30)のROM(32)に記憶してあり、フ
ローチャートの各ステップにおける処理は総てECU
(30)のCPU(34)によって実行される。また、
このルーチンは所定時間(例えば、数mm秒)毎に実行
される。
【0087】<ステップ201>まず、ECUは、ステ
ップ201において、触媒温センサ25によって検出さ
れた触媒温度をNOx触媒20の代表温度として、NOx
触媒20の温度が有効活性温度域(例えば、200〜4
00゜C)に入っているか否かを判定する。ステップ2
01で否定判定した場合には、ECUは本ルーチンを終
了する。
ップ201において、触媒温センサ25によって検出さ
れた触媒温度をNOx触媒20の代表温度として、NOx
触媒20の温度が有効活性温度域(例えば、200〜4
00゜C)に入っているか否かを判定する。ステップ2
01で否定判定した場合には、ECUは本ルーチンを終
了する。
【0088】<ステップ202>ステップ201におい
て肯定判定した場合には、ECUは、ステップ202に
進み、入りガス温センサ24によって検出されたNOx
触媒20に流入する排気ガスの温度が、NOx触媒20
の有効活性温度域から外れているか否か、即ち、NOx
触媒20の有効活性温度の上限温度(有効活性温度域が
前記例示の場合には400゜C)以上、あるいは、下限
温度(有効活性温度域が前記例示の場合には200゜
C)以下か否かを判定する。
て肯定判定した場合には、ECUは、ステップ202に
進み、入りガス温センサ24によって検出されたNOx
触媒20に流入する排気ガスの温度が、NOx触媒20
の有効活性温度域から外れているか否か、即ち、NOx
触媒20の有効活性温度の上限温度(有効活性温度域が
前記例示の場合には400゜C)以上、あるいは、下限
温度(有効活性温度域が前記例示の場合には200゜
C)以下か否かを判定する。
【0089】<ステップ203>ステップ202におい
て肯定判定した場合には、この温度条件の排気ガスをN
Ox触媒20に流すとNOx触媒20の温度が有効活性温
度から外れる虞れがあると予想されるので、ECUは、
ステップ203に進み、排気切替弁28をバイパス開位
置に保持し、本ルーチンを終了する。これにより、高温
あるいは低温の排気ガスはバイパス管26に流れ、NO
x触媒20には流入しない。
て肯定判定した場合には、この温度条件の排気ガスをN
Ox触媒20に流すとNOx触媒20の温度が有効活性温
度から外れる虞れがあると予想されるので、ECUは、
ステップ203に進み、排気切替弁28をバイパス開位
置に保持し、本ルーチンを終了する。これにより、高温
あるいは低温の排気ガスはバイパス管26に流れ、NO
x触媒20には流入しない。
【0090】<ステップ204>ステップ202におい
て否定判定した場合には、この温度条件の排気ガスをN
Ox触媒20に流してもNOx触媒20の温度は有効活性
温度を保持し続けると予想されるので、ECUは、ステ
ップ204に進み、排気切替弁28をバイパス閉位置に
保持し、本ルーチンを終了する。これにより、排気ガス
はNOx触媒20に流れ、バイパス管26には流入しな
い。
て否定判定した場合には、この温度条件の排気ガスをN
Ox触媒20に流してもNOx触媒20の温度は有効活性
温度を保持し続けると予想されるので、ECUは、ステ
ップ204に進み、排気切替弁28をバイパス閉位置に
保持し、本ルーチンを終了する。これにより、排気ガス
はNOx触媒20に流れ、バイパス管26には流入しな
い。
【0091】このように排気切替弁28を制御して排気
経路を切り替えると、NOx触媒20の温度が有効活性
温度域から外れにくくなり、NOx触媒20のNOx浄化
性能を高く保持することができる。
経路を切り替えると、NOx触媒20の温度が有効活性
温度域から外れにくくなり、NOx触媒20のNOx浄化
性能を高く保持することができる。
【0092】また、高温の排気ガスをNOx触媒20に
流さずバイパスすることにより、NOx触媒20の高温
熱劣化を防止することができる。さらに、低温始動時に
は排気ガス温度が低く、排気ガスのHC濃度が高くなる
が、このような低温の排気ガスをNOx触媒20に流さ
ずバイパスすることによって、NOx触媒20のHC被
毒を防止することもできる。
流さずバイパスすることにより、NOx触媒20の高温
熱劣化を防止することができる。さらに、低温始動時に
は排気ガス温度が低く、排気ガスのHC濃度が高くなる
が、このような低温の排気ガスをNOx触媒20に流さ
ずバイパスすることによって、NOx触媒20のHC被
毒を防止することもできる。
【0093】また、NOx触媒20の温度が有効活性温
度域内にあるときにエンジンをアイドリングにした場
合、アイドリング時の低温の排気ガスをNOx触媒20
に流さずバイパスすることによって、NOx触媒20の
温度をアイドリング前の有効活性温度域に保持すること
ができるので、アイドリング後の加速時にNOx触媒2
0のNOx浄化性能を高いレベルに確保することができ
る。
度域内にあるときにエンジンをアイドリングにした場
合、アイドリング時の低温の排気ガスをNOx触媒20
に流さずバイパスすることによって、NOx触媒20の
温度をアイドリング前の有効活性温度域に保持すること
ができるので、アイドリング後の加速時にNOx触媒2
0のNOx浄化性能を高いレベルに確保することができ
る。
【0094】このように排気切替弁28を制御して排気
経路を切り替える場合にも、第1の実施の形態のときと
同様に、排気ガスがバイパス管26に流れているときに
はNOx吸収量及びNOx放出量の算出を禁止し、排気ガ
スがNOx触媒20に流れているときに限ってNOx吸収
量及びNOx放出量を算出し、さらにNOx触媒20に残
存するNOx残存量を算出して、これを基にNOx触媒2
0に対するNOx放出処理の実行時期か否かを判定した
り、NOx放出処理の終了時期を判定したりすれば、こ
れらの判定が正確に行われ、NOx触媒20をより細か
く管理することができる。尚、NOx触媒20のNOx吸
放出処理制御については、図5に示す第1の実施の形態
におけるフローチャートと同じ制御方法であるので、そ
の説明は省略する。
経路を切り替える場合にも、第1の実施の形態のときと
同様に、排気ガスがバイパス管26に流れているときに
はNOx吸収量及びNOx放出量の算出を禁止し、排気ガ
スがNOx触媒20に流れているときに限ってNOx吸収
量及びNOx放出量を算出し、さらにNOx触媒20に残
存するNOx残存量を算出して、これを基にNOx触媒2
0に対するNOx放出処理の実行時期か否かを判定した
り、NOx放出処理の終了時期を判定したりすれば、こ
れらの判定が正確に行われ、NOx触媒20をより細か
く管理することができる。尚、NOx触媒20のNOx吸
放出処理制御については、図5に示す第1の実施の形態
におけるフローチャートと同じ制御方法であるので、そ
の説明は省略する。
【0095】尚、上述した実施の形態におけるNOx触
媒20の入りガス温度の代わりにNOx触媒20の出ガ
ス温度を用いることも可能である。さらに、エンジンの
運転状態(機関負荷、エンジン回転数等)から排気ガス
温度を推定し、これを上述した実施の形態における入り
ガス温度の代わりに用いることも可能である。
媒20の入りガス温度の代わりにNOx触媒20の出ガ
ス温度を用いることも可能である。さらに、エンジンの
運転状態(機関負荷、エンジン回転数等)から排気ガス
温度を推定し、これを上述した実施の形態における入り
ガス温度の代わりに用いることも可能である。
【0096】〔第3の実施の形態〕次に本発明に係る内
燃機関の排気浄化装置の第3の実施の形態について図8
及び図9を参照して説明する。
燃機関の排気浄化装置の第3の実施の形態について図8
及び図9を参照して説明する。
【0097】図8は、第3の実施の形態における内燃機
関の排気浄化装置の要部構成図であり、第1の実施の形
態と構成上相違する部分だけを示している。第3の実施
の形態では、第2の実施の形態の構成に加えて、ケーシ
ング21の上流にSOx吸収剤17とそのケーシング1
8を有している。また、第3の実施の形態では、入りガ
ス温センサ24は第1の実施の形態における温度センサ
23を兼ねており、入りガス温センサ24で検出される
入りガス温度がSOx吸収剤17の温度として代用され
る。その他の構成については第1の実施の形態と同じで
あるので説明を省略する。
関の排気浄化装置の要部構成図であり、第1の実施の形
態と構成上相違する部分だけを示している。第3の実施
の形態では、第2の実施の形態の構成に加えて、ケーシ
ング21の上流にSOx吸収剤17とそのケーシング1
8を有している。また、第3の実施の形態では、入りガ
ス温センサ24は第1の実施の形態における温度センサ
23を兼ねており、入りガス温センサ24で検出される
入りガス温度がSOx吸収剤17の温度として代用され
る。その他の構成については第1の実施の形態と同じで
あるので説明を省略する。
【0098】そして、第3の実施の形態では、排気切替
弁28を、SOx吸収剤17の再生処理時にバイパス開
位置に保持し非再生処理時にバイパス閉位置に保持する
とともに、NOx触媒20の温度が有効活性温度域から
外れる虞れがある運転状態のときにバイパス開位置に保
持し外れる虞れのない運転状態のときにバイパス閉位置
に保持するように、制御する。
弁28を、SOx吸収剤17の再生処理時にバイパス開
位置に保持し非再生処理時にバイパス閉位置に保持する
とともに、NOx触媒20の温度が有効活性温度域から
外れる虞れがある運転状態のときにバイパス開位置に保
持し外れる虞れのない運転状態のときにバイパス閉位置
に保持するように、制御する。
【0099】次に、図9を参照して、この実施の形態に
おける排気経路切替処理実行ルーチンを説明する。この
ルーチンを構成する各ステップからなるフローチャート
はECUのROMに記憶してあり、フローチャートの各
ステップにおける処理は総てECUのCPUによって実
行される。また、このルーチンは所定時間(例えば、数
mm秒)毎に実行される。
おける排気経路切替処理実行ルーチンを説明する。この
ルーチンを構成する各ステップからなるフローチャート
はECUのROMに記憶してあり、フローチャートの各
ステップにおける処理は総てECUのCPUによって実
行される。また、このルーチンは所定時間(例えば、数
mm秒)毎に実行される。
【0100】<ステップ301>まず、ECUは、ステ
ップ301において、SOx吸収剤17の再生処理を実
行中か否かを判定する。 <ステップ302>ステップ301で肯定判定した場合
には、ECUは、ステップ302に進み、排気切替弁2
8をバイパス開位置に保持し、排気ガスをバイパス管2
6に流す。
ップ301において、SOx吸収剤17の再生処理を実
行中か否かを判定する。 <ステップ302>ステップ301で肯定判定した場合
には、ECUは、ステップ302に進み、排気切替弁2
8をバイパス開位置に保持し、排気ガスをバイパス管2
6に流す。
【0101】<ステップ303〜305>ステップ30
1で否定判定した場合には、ECUは、ステップ303
に進む。ステップ303,304,305はそれぞれ第
2の実施の形態におけるステップ201,202,20
4と同じであるので、その説明は省略する。
1で否定判定した場合には、ECUは、ステップ303
に進む。ステップ303,304,305はそれぞれ第
2の実施の形態におけるステップ201,202,20
4と同じであるので、その説明は省略する。
【0102】このようにすれば、SOx吸収剤17を再
生していないときに高温の排気ガスがSOx吸収剤17
に流れてSOx吸収剤17からSOxが放出されたとして
も、SOx濃度の高い高温の排気ガスはNOx触媒20に
流れずバイパスされるので、NOx触媒20のSOx被毒
を防止することができる。
生していないときに高温の排気ガスがSOx吸収剤17
に流れてSOx吸収剤17からSOxが放出されたとして
も、SOx濃度の高い高温の排気ガスはNOx触媒20に
流れずバイパスされるので、NOx触媒20のSOx被毒
を防止することができる。
【0103】このように排気切替弁28を制御して排気
経路を切り替える場合にも、第1の実施の形態のときと
同様に、排気ガスがバイパス管26に流れているときに
はNOx吸収量及びNOx放出量の算出を禁止し、排気ガ
スがNOx触媒20に流れているときに限ってNOx吸収
量及びNOx放出量を算出し、さらにNOx触媒20に残
存するNOx残存量を算出して、これを基にNOx触媒2
0に対するNOx放出処理の実行時期か否かを判定した
り、NOx放出処理の終了時期を判定したりすれば、こ
れらの判定が正確に行われ、NOx触媒20をより細か
く管理することができる。尚、NOx触媒20のNOx吸
放出処理制御については、図5に示す第1の実施の形態
におけるフローチャートと同じ制御方法であるので、そ
の説明は省略する。
経路を切り替える場合にも、第1の実施の形態のときと
同様に、排気ガスがバイパス管26に流れているときに
はNOx吸収量及びNOx放出量の算出を禁止し、排気ガ
スがNOx触媒20に流れているときに限ってNOx吸収
量及びNOx放出量を算出し、さらにNOx触媒20に残
存するNOx残存量を算出して、これを基にNOx触媒2
0に対するNOx放出処理の実行時期か否かを判定した
り、NOx放出処理の終了時期を判定したりすれば、こ
れらの判定が正確に行われ、NOx触媒20をより細か
く管理することができる。尚、NOx触媒20のNOx吸
放出処理制御については、図5に示す第1の実施の形態
におけるフローチャートと同じ制御方法であるので、そ
の説明は省略する。
【0104】〔他の実施の形態〕前述した各実施の形態
では本発明をガソリンエンジンに適用した例で説明した
が、本発明をディーゼルエンジンに適用することができ
ることは勿論である。ディーゼルエンジンの場合は、燃
焼室での燃焼が理論空燃比よりもはるかにリーン域で行
われるので、通常の機関運転状態ではSOx吸収剤17
およびNOx触媒20に流入する排気ガスの空燃比は非
常にリーンであり、SOxおよびNOxの吸収は行われる
ものの、SOxおよびNOxの放出が行われることは殆ど
ない。
では本発明をガソリンエンジンに適用した例で説明した
が、本発明をディーゼルエンジンに適用することができ
ることは勿論である。ディーゼルエンジンの場合は、燃
焼室での燃焼が理論空燃比よりもはるかにリーン域で行
われるので、通常の機関運転状態ではSOx吸収剤17
およびNOx触媒20に流入する排気ガスの空燃比は非
常にリーンであり、SOxおよびNOxの吸収は行われる
ものの、SOxおよびNOxの放出が行われることは殆ど
ない。
【0105】また、ガソリンエンジンの場合には、前述
したように燃焼室3に供給する混合気をストイキあるい
はリッチ空燃比にすることによりSOx吸収剤17およ
びNOx触媒20に流入する排気ガスの空燃比を理論空
燃比あるいはリッチ空燃比にし、SOx吸収剤17やN
Ox触媒20に吸収されているSOxやNOxを放出させ
ることができるが、ディーゼルエンジンの場合には、燃
焼室に供給する混合気をストイキあるいはリッチ空燃比
にすると燃焼の際に煤が発生するなどの問題があり採用
することはできない。
したように燃焼室3に供給する混合気をストイキあるい
はリッチ空燃比にすることによりSOx吸収剤17およ
びNOx触媒20に流入する排気ガスの空燃比を理論空
燃比あるいはリッチ空燃比にし、SOx吸収剤17やN
Ox触媒20に吸収されているSOxやNOxを放出させ
ることができるが、ディーゼルエンジンの場合には、燃
焼室に供給する混合気をストイキあるいはリッチ空燃比
にすると燃焼の際に煤が発生するなどの問題があり採用
することはできない。
【0106】したがって、本発明をディーゼルエンジン
に適用する場合、流入する排気ガスの空燃比を理論空燃
比あるいはリッチ空燃比にするためには、機関出力を得
るために燃料を燃焼するのとは別に、還元剤(例えば燃
料である軽油)を排気ガス中に供給する必要がある。排
気ガスへの還元剤の供給は、吸気行程や膨張行程や排気
行程において気筒内に燃料を副噴射することによっても
可能であるし、あるいは、SOx吸収剤17の上流の排
気通路内に還元剤を供給することによっても可能であ
る。
に適用する場合、流入する排気ガスの空燃比を理論空燃
比あるいはリッチ空燃比にするためには、機関出力を得
るために燃料を燃焼するのとは別に、還元剤(例えば燃
料である軽油)を排気ガス中に供給する必要がある。排
気ガスへの還元剤の供給は、吸気行程や膨張行程や排気
行程において気筒内に燃料を副噴射することによっても
可能であるし、あるいは、SOx吸収剤17の上流の排
気通路内に還元剤を供給することによっても可能であ
る。
【0107】尚、ディーゼルエンジンであっても排気再
循環装置(所謂、EGR装置)を備えている場合には、
排気再循環ガスを多量に燃焼室に導入することによっ
て、排気ガスの空燃比を理論空燃比またはリッチ空燃比
にすることが可能である。
循環装置(所謂、EGR装置)を備えている場合には、
排気再循環ガスを多量に燃焼室に導入することによっ
て、排気ガスの空燃比を理論空燃比またはリッチ空燃比
にすることが可能である。
【0108】
【発明の効果】本出願に係る内燃機関の排気浄化装置に
よれば、(イ)希薄燃焼可能な内燃機関の排気通路に配
置され流入する排気ガスの空燃比がリーンのときにNO
x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を放出するNOx吸収剤と、(ロ)前記NO
x吸収剤に吸収されているNOx吸収量を推定するNOx
吸収量推定手段と、(ハ)前記NOx吸収量推定手段に
よって推定されたNOx吸収量が所定値を越えた時に前
記NOx吸収剤に還元剤を供給する還元剤供給手段と、
(ニ)前記NOx吸収剤よりも上流の前記排気通路から
分岐して前記NOx吸収剤を迂回して排気ガスを流すバ
イパス通路と、(ホ)排気ガスを前記NOx吸収剤と前
記バイパス通路のいずれに流すか選択的に切り替える排
気経路切替手段と、(ヘ)前記NOx吸収量推定手段が
推定したNOx吸収量に対して、排気ガスがバイパス通
路に流れているときに生じるNOx吸収量の誤差を補正
する補正手段と、を備えることにより、NOx吸収剤を
細かく管理することができ、NOx浄化率を高く維持す
ることができる。
よれば、(イ)希薄燃焼可能な内燃機関の排気通路に配
置され流入する排気ガスの空燃比がリーンのときにNO
x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を放出するNOx吸収剤と、(ロ)前記NO
x吸収剤に吸収されているNOx吸収量を推定するNOx
吸収量推定手段と、(ハ)前記NOx吸収量推定手段に
よって推定されたNOx吸収量が所定値を越えた時に前
記NOx吸収剤に還元剤を供給する還元剤供給手段と、
(ニ)前記NOx吸収剤よりも上流の前記排気通路から
分岐して前記NOx吸収剤を迂回して排気ガスを流すバ
イパス通路と、(ホ)排気ガスを前記NOx吸収剤と前
記バイパス通路のいずれに流すか選択的に切り替える排
気経路切替手段と、(ヘ)前記NOx吸収量推定手段が
推定したNOx吸収量に対して、排気ガスがバイパス通
路に流れているときに生じるNOx吸収量の誤差を補正
する補正手段と、を備えることにより、NOx吸収剤を
細かく管理することができ、NOx浄化率を高く維持す
ることができる。
【図1】 本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の第1
の実施の形態の概略構成図である。
の実施の形態の概略構成図である。
【図2】 基本燃料噴射時間のマップの一例を示す図で
ある。
ある。
【図3】 機関から排出される排気ガス中の未燃HC,
COおよび酸素の濃度を概略的に示す線図である。
COおよび酸素の濃度を概略的に示す線図である。
【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。
明するための図である。
【図5】 前記第1の実施の形態におけるNOx吸収剤
に対するNOx吸放出処理実行ルーチンである。
に対するNOx吸放出処理実行ルーチンである。
【図6】 本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の第2
の実施の形態における要部構成図である。
の実施の形態における要部構成図である。
【図7】 前記第2の実施の形態における排気経路切替
処理実行ルーチンである。
処理実行ルーチンである。
【図8】 本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の第3
の実施の形態における要部構成図である。
の実施の形態における要部構成図である。
【図9】 前記第3の実施の形態における排気経路切替
処理実行ルーチンである。
処理実行ルーチンである。
【符号の説明】 1 機関本体(内燃機関) 3 燃焼室 4 点火栓 11 燃料噴射弁(還元剤供給手段) 16,19,22 排気管(排気通路) 17 SOx吸収剤 20 NOx触媒(NOx吸収剤) 24 入りガス温センサ 25 触媒温センサ 26 バイパス管(バイパス通路) 28 排気切替弁(排気経路切替手段) 30 ECU
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) F02D 45/00 312 F02D 45/00 312Z Fターム(参考) 3G084 AA01 AA04 BA09 BA13 BA15 BA20 BA24 DA10 DA22 DA27 EA11 EB08 FA07 FA27 FA33 FA38 3G091 AA02 AA11 AA12 AA13 AA17 AA18 AA23 AB06 AB09 BA04 BA11 BA14 BA20 BA33 BA34 CA13 CA18 CB02 CB03 DA01 DA02 DA03 DA08 DB06 DB07 DB10 EA01 EA05 EA17 EA18 EA30 EA31 FA01 FA04 FA11 FA12 FA13 FA14 FA17 FB01 FB10 FB11 FB12 GB01X GB01Y GB02W GB02Y GB03W GB04W GB05W GB05Y GB06W GB06Y GB07Y GB10X GB10Y GB16X GB16Y HA07 HA18 HA20 HA36 HA37 HA39 HB03 HB05
Claims (4)
- 【請求項1】 (イ)希薄燃焼可能な内燃機関の排気通
路に配置され流入する排気ガスの空燃比がリーンのとき
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を放出するNOx吸収剤と、(ロ)前
記NOx吸収剤に吸収されているNOx吸収量を推定する
NOx吸収量推定手段と、(ハ)前記NOx吸収量推定手
段によって推定されたNOx吸収量が所定値を越えた時
に前記NOx吸収剤に還元剤を供給する還元剤供給手段
と、(ニ)前記NOx吸収剤よりも上流の前記排気通路
から分岐して前記NOx吸収剤を迂回して排気ガスを流
すバイパス通路と、(ホ)排気ガスを前記NOx吸収剤
と前記バイパス通路のいずれに流すか選択的に切り替え
る排気経路切替手段と、(ヘ)排気ガスが前記バイパス
通路に流れているときに生じるNOx吸収量の推定誤差
を補正する補正手段と、 を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 - 【請求項2】 前記補正手段は、排気ガスがバイパス通
路に流れているときに前記NOx吸収量推定手段の作動
を禁止する禁止手段である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3】 前記排気経路切替手段は、前記NOx吸
収剤の温度が有効活性温度域から外れる虞れがある運転
状態のときに排気ガスをバイパス通路に流すように制御
されることを特徴とする請求項1または2に記載の内燃
機関の排気浄化装置。 - 【請求項4】 前記排気経路切替手段よりも上流の排気
通路に、排気ガスの空燃比がリーンのときにSOx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
SOxを放出するSOx吸収剤が設けられ、前記排気経路
切替手段は、前記SOx吸収剤からSOxが放出されると
きに排気ガスをバイパス通路に流すように制御されるこ
とを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の内燃
機関の排気浄化装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11103280A JP2000297631A (ja) | 1999-04-09 | 1999-04-09 | 内燃機関の排気浄化装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11103280A JP2000297631A (ja) | 1999-04-09 | 1999-04-09 | 内燃機関の排気浄化装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000297631A true JP2000297631A (ja) | 2000-10-24 |
Family
ID=14349941
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP11103280A Pending JP2000297631A (ja) | 1999-04-09 | 1999-04-09 | 内燃機関の排気浄化装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2000297631A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006132392A (ja) * | 2004-11-04 | 2006-05-25 | Mitsubishi Fuso Truck & Bus Corp | 内燃機関の排気浄化装置 |
WO2008102895A1 (ja) * | 2007-02-23 | 2008-08-28 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | 内燃機関の排気浄化装置 |
JP2012519794A (ja) * | 2009-03-05 | 2012-08-30 | マック トラックス インコーポレイテッド | ディーゼル・エンジンの排気を取扱うためのディーゼル・エンジン・システムおよび方法 |
-
1999
- 1999-04-09 JP JP11103280A patent/JP2000297631A/ja active Pending
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