JP2003065036A - 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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Abstract
化する。 【解決手段】 低温燃焼と通常燃焼とを切り換え可能な
内燃機関の排気通路内にNOX 吸収剤22と、選択還元
触媒25と、尿素供給ノズル27とを配置する。低温燃
焼又は通常燃焼をリーン空燃比のもとで行いながらこの
とき排出されるNOX をNOX 吸収剤22に吸収する。
低温燃焼を行うべきときにNOX 吸収剤22の吸収NO
X 量が上限値よりも多くなったときには低温燃焼を一時
的にリッチ空燃比のもとで行ってNOX 吸収剤内に吸収
されているNOX を放出させかつ還元する。通常燃焼を
行うべきときにNOX 吸収剤の吸収NOX 量が上限値よ
りも多くなったときには通常燃焼をリーン空燃比のもと
で行いながら尿素供給ノズル27から選択還元触媒25
に尿素を供給して選択還元触媒25において尿素により
NOX を還元する。
Description
装置に関する。
リーンのときに排気ガス中の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ているNOX
を放出して還元するNOX 吸収剤をディーゼル機関の排
気通路内に配置し、機関運転をリーン空燃比のもとで行
いながらこのとき内燃機関から排出されるNOX をNO
X 吸収剤に吸収すると共に、機関運転を一時的にリッチ
空燃比のもとで行ってNOX 吸収剤に吸収されているN
OX を放出させかつ還元するようにした内燃機関が知ら
れている。
負荷高回転運転時にリッチ空燃比のもとで機関運転を行
うと多量のスモークが発生するので、このときNOX 吸
収剤からNOX を放出させかつ還元することができな
い。
る酸化雰囲気においてNOX を選択的に還元可能な選択
還元触媒と、選択還元触媒に尿素を二次的に供給可能な
尿素供給手段とを機関排気通路内に配置し、機関高負荷
高回転運転時には機関運転をリーン空燃比のもとで行い
ながら尿素供給手段から選択還元触媒に尿素を供給して
選択還元触媒において尿素によりNOX を還元するよう
にした内燃機関の排気浄化装置が公知である(特開20
00−265828号公報参照)。
運転時でない限り、NOX 吸収剤による排気浄化作用が
行われることになる。
る排気ガスの空燃比がリーンであっても例えばNOX 吸
収剤の温度がかなり高くなるとNOX 吸収剤はNOX を
吸収しなくなり、従ってNOX 吸収剤による良好な排気
浄化作用を確保できない。従って、機関高負荷高回転運
転時でないときにNOX 吸収剤の温度がかなり高くなる
と、もはや排気ガスを良好に浄化できない恐れがあると
いう問題点がある。
わらず排気ガスを良好に浄化す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にある。
に1番目の発明によれば、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ているNOX
を放出して還元するNOX 吸収剤を機関排気通路内に配
置し、機関運転をリーン空燃比のもとで行いながらこの
とき内燃機関から排出されるNOX をNOX 吸収剤に吸
収すると共に、NOX 吸収剤に流入する排気ガスの空燃
比を一時的にリッチにしてNOX 吸収剤に吸収されてい
るNOXを放出させかつ還元する第1の排気浄化作用を
行うようにした内燃機関の排気浄化装置において、二次
的に供給された還元剤が存在する酸化雰囲気においてN
O X を選択的に還元可能な選択還元触媒と、該選択還元
触媒に還元剤を二次的に供給可能な還元剤供給手段とを
機関排気通路内に配置し、NOX 吸収剤の温度が予め定
められた上限値よりも高いか否かを判断する手段を具備
し、NOX 吸収剤の温度が該上限値よりも高いときには
機関運転をリーン空燃比のもとで行いながら還元剤供給
手段から選択還元触媒に還元剤を供給して該選択還元触
媒において該還元剤によりNOX を還元する第2の排気
浄化作用を一時的に行うようにしている。即ち、上述し
たようにNOX 吸収剤の温度がかなり高くなるとNOX
吸収剤のNOX 吸収能力が低下する。そこで1番目の発
明では、NOX 吸収剤の温度が上限値よりも高いときに
は選択還元触媒により排気ガスを浄化するようにし、そ
れにより排気ガスを確実に浄化できるようにしている。
発明によれば、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ているNOX を放出して
還元するNOX 吸収剤を機関排気通路内に配置し、機関
運転をリーン空燃比のもとで行いながらこのとき内燃機
関から排出されるNOX をNOX 吸収剤に吸収すると共
に、NOX 吸収剤に流入する排気ガスの空燃比を一時的
にリッチにしてNOX 吸収剤に吸収されているNOX を
放出させかつ還元する第1の排気浄化作用を行うように
した内燃機関の排気浄化装置において、二次的に供給さ
れた還元剤が存在する酸化雰囲気においてNOX を選択
的に還元可能な選択還元触媒と、該選択還元触媒に還元
剤を二次的に供給可能な還元剤供給手段とを機関排気通
路内に配置し、単位時間当たりにNOX 吸収剤に流入す
るNOX の量が予め定められた上限値よりも多いか否か
を判断する手段を具備し、単位時間当たりにNOX 吸収
剤に流入するNOX の量が該上限値よりも多いときには
機関運転をリーン空燃比のもとで行いながら還元剤供給
手段から選択還元触媒に還元剤を供給して該選択還元触
媒において該還元剤によりNOX を還元する第2の排気
浄化作用を行うようにしている。即ち、単位時間当たり
にNOX 吸収剤に流入するNOX の量がかなり多くなる
と、NOX がNOX 吸収剤に吸収されずにNOX 吸収剤
から流出する恐れがある。そこで2番目の発明では、単
位時間当たりにNOX 吸収剤に流入するNOX の量が上
限値よりも多いときには選択還元触媒により排気ガスを
浄化するようにし、それにより排気ガスを確実に浄化で
きるようにしている。
発明によれば、低温燃焼と通常燃焼とを切り換え可能な
内燃機関の排気通路内に、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ているNOX
を放出して還元するNOX 吸収剤を配置し、低温燃焼又
は通常燃焼をリーン空燃比のもとで行いながらこのとき
内燃機関から排出されるNOX をNOX 吸収剤に吸収す
ると共に、低温燃焼を行うべきときにNOX 吸収剤に吸
収されているNOX の量が予め定められた上限値よりも
多くなったときには低温燃焼を一時的にリッチ空燃比の
もとで行ってNOX 吸収剤内に吸収されているNOX を
放出させかつ還元する第1の排気浄化作用を行うように
した内燃機関の排気浄化装置において、二次的に供給さ
れた還元剤が存在する酸化雰囲気においてNOX を選択
的に還元可能な選択還元触媒と、該選択還元触媒に還元
剤を二次的に供給可能な還元剤供給手段とを機関排気通
路内に配置し、通常燃焼を行うべきときにNOX 吸収剤
に吸収されているNOX の量が前記上限値よりも多くな
ったときには通常燃焼をリーン空燃比のもとで行いなが
ら還元剤供給手段から選択還元触媒に還元剤を供給して
該選択還元触媒において該還元剤によりNO X を還元す
る第2の排気浄化作用を行うようにしている。即ち、リ
ッチ空燃比のもとで通常燃焼を行うのは困難であるの
で、通常燃焼が行われているときにNO X 吸収剤に吸収
されているNOX の量が前記上限値よりも多くなると、
もはやNOX を良好に還元できなくなる。そこで3番目
の発明では、通常燃焼が行われているときにNOX 吸収
剤に吸収されているNOX の量が前記上限値よりも多く
なったときには選択還元触媒により排気ガスを浄化する
ようにし、それにより排気ガスを確実に浄化できるよう
にしている。
番目の発明うちのいずれか一つにおいて、前記選択還元
触媒を二次的に供給された尿素が存在する酸化雰囲気に
おいてNOX を選択的に還元可能な選択還元触媒から形
成し、前記還元剤供給手段を選択還元触媒に尿素を二次
的に供給可能な尿素供給手段から形成している。
適用した場合を示している。しかしながら、本発明を火
花点火式内燃機関に適用することもできる。
リンダブロック、3はシリンダヘッド、4はピストン、
5は燃焼室、6は電気制御式燃料噴射弁、7は吸気弁、
8は吸気ポート、9は排気弁、10は排気ポートを夫々
示す。吸気ポート8は対応する吸気枝管11を介してサ
ージタンク12に連結され、サージタンク12は吸気ダ
クト13を介して排気ターボチャージャ14のコンプレ
ッサ15に連結される。吸気ダクト13内にはステップ
モータ16により駆動されるスロットル弁17が配置さ
れ、更に吸気ダクト13周りには吸気ダクト13内を流
れる吸入空気を冷却するための冷却装置18が配置され
る。図1に示される実施例では機関冷却水が冷却装置1
8内に導かれ、機関冷却水によって吸入空気が冷却され
る。
9および排気管20を介して排気ターボチャージャ14
の排気タービン21に連結され、排気タービン21の出
口はNOX 吸収剤22を内蔵したケーシング23に連結
される。このケーシング23は排気管24を介して選択
還元触媒25を内蔵したケーシング26に連結される。
排気管24には選択還元触媒25に尿素を供給するため
の尿素供給ノズル27が配置され、尿素供給ノズル27
には尿素タンク28内の尿素水溶液が尿素ポンプ29に
よって供給される。なお、尿素ポンプ29は通常停止さ
れており、従って選択還元触媒25への尿素の供給は通
常停止されている。
は排気ガス再循環(以下、EGRと称す)通路30を介
して互いに連結され、EGR通路30内には電気制御式
EGR制御弁31が配置される。また、EGR通路30
周りにはEGR通路30内を流れるEGRガスを冷却す
るための冷却装置32が配置される。図1に示される実
施例では機関冷却水が冷却装置32内に導かれ、機関冷
却水によってEGRガスが冷却される。一方、各燃料噴
射弁6は燃料供給管6aを介して燃料リザーバ、いわゆ
るコモンレール33に連結される。このコモンレール3
3内へは電気制御式の吐出量可変な燃料ポンプ34から
燃料が供給され、コモンレール33内に供給された燃料
は各燃料供給管6aを介して燃料噴射弁6に供給され
る。コモンレール33にはコモンレール33内の燃料圧
を検出するための燃料圧センサ35が取付けられ、燃料
圧センサ35の出力信号に基づいてコモンレール33内
の燃料圧が目標燃料圧となるように燃料ポンプ34の吐
出量が制御される。
ータからなり、双方向性バス41によって互いに接続さ
れたROM(リードオンリメモリ)42、RAM(ラン
ダムアクセスメモリ)43、CPU(マイクロプロセッ
サ)44、入力ポート45および出力ポート46を具備
する。燃料圧センサ35の出力信号は対応するAD変換
器47を介して入力ポート45に入力される。また、排
気管24には排気管24内を流通する排気ガスの温度を
検出するための温度センサ49が取付けられ、この温度
センサ49の出力信号は対応するAD変換器47を介し
て入力ポート45に入力される。なお、排気管24内を
流通する排気ガスの温度はNOX 吸収剤22の温度を表
している。
ダル50の踏込み量Lに比例した出力電圧を発生する負
荷センサ51が接続され、負荷センサ51の出力電圧は
対応するAD変換器47を介して入力ポート45に入力
される。更に入力ポート45にはクランクシャフトが例
えば30°回転する毎に出力パルスを発生するクランク
角センサ52が接続される。一方、出力ポート46は対
応する駆動回路48を介して燃料噴射弁6、スロットル
弁駆動用ステップモータ16、EGR制御弁31、尿素
ポンプ29、および燃料ポンプ34に接続される。
とし、この担体上に例えばカリウムK、ナトリウムN
a、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、パラジウムP
d、ロジウムRh、イリジウムIrのような貴金属とが
担持されている。なお、排気ガス中に含まれる固体炭素
からなる微粒子を捕集するためのパティキュレートフィ
ルタにNOX 吸収剤22を担持させることもできる。
の平均空燃比がリーンのときには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NOX
を放出するNOX の吸放出作用を行う。なお、本明細書
では排気通路の或る位置よりも上流の排気通路、燃焼室
5、および吸気通路内に供給された空気と燃料及び尿素
との比を排気ガスの空燃比と称している。
ムについては完全には明らかにされていない。しかしな
がら、現在考えられている吸放出メカニズムを、担体上
に白金Pt及びバリウムBaを担持させた場合を例にと
って簡単に説明すると次のようになる。
空燃比が理論空燃比よりもかなりリーンになると流入す
る排気ガス中の酸素濃度が大巾に増大し、酸素O2がO
2 −又はO2−の形で白金Ptの表面に付着する。一
方、流入する排気ガス中のNOは白金Ptの表面上でO
2 −又はO2−と反応し、NO2となる(2NO+O2
→2NO2)。次いで生成されたNO2の一部は白金P
t上でさらに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、硝酸イオンNO3 −の形
で吸収剤内に拡散する。このようにしてNOX がNOX
吸収剤22内に吸収される。
ガスの空燃比がリッチになると、排気ガス中の酸素濃度
が低下してNO2の生成量が低下し、反応が逆方向(N
O3 −→NO2)に進み、斯くして吸収剤内の硝酸イオ
ンNO3 −がNO2の形で吸収剤から放出される。この
放出されたNOX は排気ガス中のHC,COと反応して
還元せしめられる。このようにして白金Ptの表面上に
NO2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、還元される。
例ではチタニアを担体とし、この担体上に酸化バナジウ
ムを担持したバナジウム・チタニア触媒か、ゼオライト
を担体とし、この担体上に銅を担持した銅ゼオライト触
媒から形成されている。この選択還元触媒25は二次的
に供給された尿素が存在する酸化雰囲気においてNO X
を選択的に還元することができる。即ち、選択還元触媒
25は酸化雰囲気であっても流入する排気ガス中に尿素
が含まれているとこの尿素でもってNOX を還元するこ
とができる。
来の通常燃焼とが切り換え可能になっている。次にこの
低温燃焼方法について図2から図4を参照しつつ簡単に
説明する。
GRガス量/(EGRガス量+吸入空気量))を増大し
ていくとスモークの発生量が次第に増大してピークに達
し、更にEGR率を高めていくと今度はスモークの発生
量が急激に低下する。このことについてEGRガスの冷
却度合を変えたときのEGR率とスモークとの関係を示
す図2を参照しつつ説明する。なお、図2において曲線
AはEGRガスを強力に冷却してEGRガス温をほぼ9
0℃に維持した場合を示しており、曲線Bは小型の冷却
装置でEGRガスを冷却した場合を示しており、曲線C
はEGRガスを強制的に冷却していない場合を示してい
る。
を強力に冷却した場合にはEGR率が50パーセントよ
りも少し低いところでスモークの発生量がピークとな
り、この場合にはEGR率をほぼ55パーセント以上に
すればスモークがほとんど発生しなくなる。一方、図2
の曲線Bで示されるようにEGRガスを少し冷却した場
合にはEGR率が50パーセントよりも少し高いところ
でスモークの発生量がピークとなり、この場合にはEG
R率をほぼ65パーセント以上にすればスモークがほと
んど発生しなくなる。また、図2の曲線Cで示されるよ
うにEGRガスを強制的に冷却していない場合にはEG
R率が55パーセントの付近でスモークの発生量がピー
クとなり、この場合にはEGR率をほぼ70パーセント
以上にすればスモークがほとんど発生しなくなる。
以上にするとスモークが発生しなくなるのは、EGRガ
スの吸熱作用によって燃焼時における燃料および周囲の
ガス温がさほど高くならず、即ち低温燃焼が行われ、そ
の結果炭化水素が煤まで成長しないからである。
モークの発生を抑制しつつNOX の発生量を低減するこ
とができるという特徴を有する。即ち、空燃比がリッチ
にされると燃料が過剰となるが燃焼温度が低い温度に抑
制されているために過剰な燃料は煤まで成長せず、斯く
してスモークが発生することがない。また、このときN
OX も極めて少量しか発生しない。一方、平均空燃比が
リーンのとき、或いは空燃比が理論空燃比のときでも燃
焼温度が高くなれば少量の煤が生成されるが低温燃焼下
では燃焼温度が低い温度に抑制されているためにスモー
クは全く発生せず、NOX も極めて少量しか発生しな
い。
と、即ち燃料噴射量が多くなると燃焼時における燃料お
よび周囲のガス温が高くなるために低温燃焼を行うのが
困難となる。即ち、低温燃焼を行いうるのは燃焼による
発熱量が比較的少ない機関中低負荷運転時に限られる。
図3(A)において領域Iは煤の発生量がピークとなる
不活性ガス量よりも燃焼室5の不活性ガス量が多い第1
の燃焼、即ち低温燃焼を行わせることのできる運転領域
を示しており、領域IIは煤の発生量がピークとなる不
活性ガス量よりも燃焼室内の不活性ガス量が少ない第2
の燃焼、即ち通常燃焼しか行わせることのできない運転
領域を示している。
領域Iでは低温燃焼を行い、運転領域IIでは通常燃焼
を行うようにしている。
を行う場合の目標空燃比A/Fを示しており、図4は運
転領域Iにおいて低温燃焼を行う場合の要求トルクTQ
に応じたスロットル弁17の開度、EGR制御弁31の
開度、EGR率、空燃比、噴射開始時期θS、噴射完了
時期θE、噴射量を示している。なお、図4には運転領
域IIにおいて行われる通常の燃焼時におけるスロット
ル弁17の開度等も合わせて示している。
燃比のもとで行われ、このとき内燃機関から排出される
NOX はNOX 吸収剤22に吸収される。また、低温燃
焼を行っているときにNOX 吸収剤に吸収されているN
OX の量、即ち吸収NOX 量Qが予め定められた上限値
QMよりも多くなったときには低温燃焼を継続しながら
空燃比を一時的にリッチに切り換えてNOX 吸収剤22
内に吸収されているNOX を放出させかつ還元するよう
にしている。このようにするとNOX 吸収剤22がNO
X で飽和することがなくなる。なお、上述したように低
温燃焼では空燃比をリッチにしてもスモークが発生しな
い。
空燃比のもとで行われ、このとき内燃機関から排出され
るNOX もNOX 吸収剤22に吸収される。ところが通
常燃焼では空燃比をリッチにするとスモークが発生する
のでNOX 吸収剤22からNOX を放出させることがで
きない。
が行われているときにNOX 吸収剤22の吸収NOX 量
Qが上限値QMよりも多くなったか否かを判断し、通常
燃焼が行われているときにQ>QMとなったときには通
常燃焼をリーン空燃比のもとで継続しながら尿素供給ノ
ズル27から選択還元触媒25に尿素を供給し、選択還
元触媒25において尿素によりNOX を還元するように
している。
越えたとしてもNOX 吸収剤22が実際にNOX で飽和
するまでは、内燃機関から排出されたNOX はNOX 吸
収剤22に吸収され、NOX 吸収剤22が実際にNOX
で飽和したときにNOX 吸収剤22から流出するNOX
が選択還元触媒25において還元される。従って、運転
領域IIにおいてNOX 吸収剤22がNOX で飽和した
としてもNOX が大気中に排出されるのを阻止すること
ができる。
と、リッチ空燃比のもとで低温燃焼が行われ、斯くして
NOX 吸収剤22から吸収されているNOX が放出され
かつ還元される。
も多くなったか否かを判断する方法として様々な方法が
ある。例えば、NOX 吸収剤22から流出した排気ガス
中のNOX 濃度を検出するためのNOX 濃度センサを設
け、検出されたNOX 濃度が予め定められた上限値を越
えたときにQ>QMになったと判断することもできる
し、或いは吸収NOX 量Qを求めてこの吸収NOX 量を
上限値QMと比較することもできる。この吸収NOX 量
Qを求めるために、例えばNOX 吸収剤22に流入する
排気ガス中のNOX 濃度を検出するためのNOX 濃度セ
ンサを設けることもできる。
たり内燃機関から排出されるNOXの量ΔQを機関運転
状態、例えば要求トルクTQ及び機関回転数Nの関数と
して図5に示されるマップの形で予め記憶しておき、リ
ーン空燃比で機関運転が行われているときにこのΔQを
積算することにより吸収NOX 量Qを算出するようにし
ている。
けでなく燃料に含まれているイオウ分例えばSOXも吸
収される。ところがこのSOXをNOX 吸収剤22から
放出させるためには、空燃比をリッチに切り換えるだけ
でなく、NOX 吸収剤22の温度を例えば600℃程度
まで上昇させる必要がある。従って、NOX 吸収剤22
からSOXを放出させるとNOX 吸収剤22の温度が高
くなる。或いは、NO X 吸収剤22をパティキュレート
フィルタに担持させるようにした場合には、パティキュ
レートフィルタに堆積した微粒子を酸化除去するとNO
X 吸収剤22の温度が高くなる。
収剤22の温度Tがかなり高くなるとNOX 吸収剤22
のNOX 吸収能力ACが次第に低下する。従って、NO
X 吸収剤22の温度Tがかなり高くなると、内燃機関か
ら排出されるNOX を吸収できなくなるばかりでなく、
NOX 吸収剤22から吸収されているNOX も放出さ
れ、このときNOX 吸収剤22ではNOX が還元されな
い。このような現象は低温燃焼を行っているときでも、
通常燃焼を行っているときでも起こりうる。
収剤22の温度Tが予め定められた上限値TMよりも高
いか否かを判断し、T>TMのときには機関運転をリー
ン空燃比のもとで継続しながら尿素供給ノズル27から
選択還元触媒25に尿素を供給し、選択還元触媒25に
おいて尿素によりNOX を還元するようにしている。そ
の結果、NOX 吸収剤22の温度Tがかなり高くなって
もNOX が大気中に排出されるのを阻止することができ
る。
間当たりに内燃機関から排出されるNOX の量がかなり
多くなり、従って単位時間当たりにNOX 吸収剤22に
流入するNOX の量がかなり多くなる。ところが、この
ときNOX がNOX 吸収剤22に吸収されずにNOX 吸
収剤22から流出する恐れがある。このような現象は低
温燃焼を行っているときでも、通常燃焼を行っていると
きでも起こりうる。
当たりにNOX 吸収剤22に流入するNOX の量が予め
定められた上限値よりも多いか否かを判断し、単位時間
当たりにNOX 吸収剤22に流入するNOX の量が上限
値よりも多いときには機関運転をリーン空燃比のもとで
継続しながら尿素供給ノズル27から選択還元触媒25
に尿素を供給し、選択還元触媒25において尿素により
NOX を還元するようにしている。その結果、NOX 吸
収剤22からNOX が流出したとしてもNOXが大気中
に排出されるのを阻止することができる。
するNOX の量が上限値よりも多いか否かを判断する方
法には様々な方法がある。例えば、上述した吸収NOX
量Qの場合と同様に、NOX 吸収剤22の上流又は下流
にNOX 濃度センサを取り付けることができる。
は、単位時間当たり空燃比がリッチに切り換えられる回
数が予め定められた上限値よりも多いときに単位時間当
たりにNOX 吸収剤22に流入するNOX の量が上限値
よりも多いと判断することもできる。即ち、単位時間当
たりにNOX 吸収剤22に流入するNOX の量が多くな
ると、NOX 吸収剤22の吸収NOX 量Qが短時間のう
ちに上限値QMよりも多くなり、従ってNOX 吸収剤2
2からNOX を放出させるための空燃比の切り換え作用
が頻繁に行われることになる。このため、単位時間当た
りの空燃比の切り換え作用の回数は単位時間当たりにN
OX 吸収剤22に流入するNOX の量を表していること
になる。なお、このような観点からすると、単位時間当
たりにNO X 吸収剤22に流入するNOX の量が多いと
きに選択還元触媒25においてNO X を還元することに
よって、空燃比の切り換え作用を頻繁に行う必要がなく
なるということになる。従って、ドライバビリティが向
上する。
たり内燃機関から排出されるNOXの量ΔQ(図5)を
用いて単位時間当たりNOX 吸収剤22に流入するNO
X の量が上限値ΔQMよりも多いか否かを判断するよう
にしている。
制御方法を実行するためのフローチャートである。この
フローチャートは予め定められた設定時間毎の割り込み
によって実行される。
は図5のマップを用いてNOX 吸収剤22の吸収NOX
量Qが算出される。続くステップ101では図3(A)
のマップから現在の運転領域が領域IIであるか否かが
判別される。現在の運転領域が領域Iであるときには次
いでステップ102に進み、リーン空燃比のもとで低温
燃焼が行われる。続くステップ103ではNOX 吸収剤
22の吸収NOX 量Qが上限値QMよりも多いか否かが
判別される。Q≦QMのときには処理サイクルを終了
し、Q>QMのときにはステップ104に進み、NOX
吸収剤22の温度Tが上限値TM以下であるか否かが判
別される。T>TMのときには次いでステップ112に
ジャンプし、T≦TMのときには次いでステップ105
に進み、単位時間当たりにNOX 吸収剤22に流入する
NOX の量ΔQが上限値ΔQM以下であるか否かが判別
される。ΔQ>ΔQMのときにはテップ111にジャン
プし、ΔQ≦ΔQのときには次いでステップ106に進
み、リッチ空燃比のもとで低温燃焼が行われる。
の運転領域が領域IIであるときにはステップ107に
進み、リーン空燃比のもとで通常燃焼が行われる。続く
ステップ108ではNOX 吸収剤22の吸収NOX 量Q
が上限値QMよりも多いか否かが判別される。Q>QM
のときにはステップ111に進み、Q≦QMのときには
ステップ109に進み、T≦TMであるか否かが判別さ
れる。T≦TMのときには処理サイクルを終了し、T>
TMのときには次いでステップ110に進み、ΔQ≦Δ
QMであるか否かが判別される。ΔQ≦ΔQMのときに
は処理サイクルを終了し、ΔQ>ΔQMのときにはステ
ップ111に進む。ステップ111では尿素供給ノズル
27から尿素水溶液が選択還元触媒25に供給される。
る。
2をバイパスするバイパス管60と、選択還元触媒25
に尿素を供給すべきときに開弁され、それ以外は閉弁さ
れるバイパス制御弁61とが設けられる。バイパス制御
弁61が開弁されると排気ガスがバイパス管60内に流
入し、NOX 吸収剤22をバイパスする。
2と選択還元触媒25とが並列に配置される。即ち、排
気タービン21(図1)の出口に分岐管62が連結さ
れ、分岐管62の各枝管にNOX 吸収剤22及び選択還
元触媒25が連結される。分岐管62内には、選択還元
触媒25に尿素を供給すべきときに排気ガスを選択還元
触媒25に導き、それ以外は排気ガスをNOX 吸収剤2
2に導くための切り換え弁63が配置されている。
2上流の排気通路内に酸化触媒64が配置される。この
酸化触媒64は例えば白金のような貴金属を担持してお
り、流入する排気ガス中のHC,COを酸化すると共
に、NOをNO2に酸化してNOX 吸収剤22へのNO
X の吸収を促進する。また、パティキュレートフィルタ
を設ける場合にはパティキュレートフィルタを酸化触媒
64と一体的に設ければ微粒子の酸化除去を速やかに行
うことが可能になる。
収剤22の下流に選択還元触媒25及び尿素供給ノズル
27が配置されている。しかしながら、選択還元触媒2
5及び尿素供給ノズル27をNOX 吸収剤22の上流に
配置することもできる。
温燃焼が行われているときにNOX吸収剤22に流入す
る排気ガスの空燃比をリッチにするために、燃焼室5内
における平均空燃比をリッチにしている。しかしなが
ら、NOX 吸収剤22に流入する排気ガスの空燃比をリ
ッチにするために、例えば膨張行程後半又は排気行程中
に燃焼室5内に追加の燃料を噴射することもできるし、
NOX 吸収剤22上流の排気通路内に追加の燃料を噴射
することもできる。これらの方法は低温燃焼を行うこと
ができない内燃機関でも適用することができる。
択還元触媒25に供給される還元剤として尿素を用いて
いる。しかしながら、他のアンモニア化合物、炭化水
素、又は水素を用いることもできる。
に浄化することができる。
X の量を示す線図である。
る。
ためのフローチャートである。
Claims (4)
- 【請求項1】 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ているNOXを放出して
還元するNOX 吸収剤を機関排気通路内に配置し、機関
運転をリーン空燃比のもとで行いながらこのとき内燃機
関から排出されるNOX をNOX 吸収剤に吸収すると共
に、NOX 吸収剤に流入する排気ガスの空燃比を一時的
にリッチにしてNOX 吸収剤に吸収されているNOX を
放出させかつ還元する第1の排気浄化作用を行うように
した内燃機関の排気浄化装置において、二次的に供給さ
れた還元剤が存在する酸化雰囲気においてNOX を選択
的に還元可能な選択還元触媒と、該選択還元触媒に還元
剤を二次的に供給可能な還元剤供給手段とを機関排気通
路内に配置し、NOX 吸収剤の温度が予め定められた上
限値よりも高いか否かを判断する手段を具備し、NOX
吸収剤の温度が該上限値よりも高いときには機関運転を
リーン空燃比のもとで行いながら還元剤供給手段から選
択還元触媒に還元剤を供給して該選択還元触媒において
該還元剤によりNOX を還元する第2の排気浄化作用を
一時的に行うようにした内燃機関の排気浄化装置。 - 【請求項2】 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ているNOXを放出して
還元するNOX 吸収剤を機関排気通路内に配置し、機関
運転をリーン空燃比のもとで行いながらこのとき内燃機
関から排出されるNOX をNOX 吸収剤に吸収すると共
に、NOX 吸収剤に流入する排気ガスの空燃比を一時的
にリッチにしてNOX 吸収剤に吸収されているNOX を
放出させかつ還元する第1の排気浄化作用を行うように
した内燃機関の排気浄化装置において、二次的に供給さ
れた還元剤が存在する酸化雰囲気においてNOX を選択
的に還元可能な選択還元触媒と、該選択還元触媒に還元
剤を二次的に供給可能な還元剤供給手段とを機関排気通
路内に配置し、単位時間当たりにNOX 吸収剤に流入す
るNOX の量が予め定められた上限値よりも多いか否か
を判断する手段を具備し、単位時間当たりにNOX 吸収
剤に流入するNOX の量が該上限値よりも多いときには
機関運転をリーン空燃比のもとで行いながら還元剤供給
手段から選択還元触媒に還元剤を供給して該選択還元触
媒において該還元剤によりNOX を還元する第2の排気
浄化作用を行うようにした内燃機関の排気浄化装置。 - 【請求項3】 低温燃焼と通常燃焼とを切り換え可能な
内燃機関の排気通路内に、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ているNOX
を放出して還元するNOX 吸収剤を配置し、低温燃焼又
は通常燃焼をリーン空燃比のもとで行いながらこのとき
内燃機関から排出されるNOX をNOX 吸収剤に吸収す
ると共に、低温燃焼を行うべきときにNOX 吸収剤に吸
収されているNOX の量が予め定められた上限値よりも
多くなったときには低温燃焼を一時的にリッチ空燃比の
もとで行ってNOX 吸収剤内に吸収されているNOX を
放出させかつ還元する第1の排気浄化作用を行うように
した内燃機関の排気浄化装置において、二次的に供給さ
れた還元剤が存在する酸化雰囲気においてNOX を選択
的に還元可能な選択還元触媒と、該選択還元触媒に還元
剤を二次的に供給可能な還元剤供給手段とを機関排気通
路内に配置し、通常燃焼を行うべきときにNOX 吸収剤
に吸収されているNOX の量が前記上限値よりも多くな
ったときには通常燃焼をリーン空燃比のもとで行いなが
ら還元剤供給手段から選択還元触媒に還元剤を供給して
該選択還元触媒において該還元剤によりNOX を還元す
る第2の排気浄化作用を行うようにした内燃機関の排気
浄化装置。 - 【請求項4】 前記選択還元触媒を二次的に供給された
尿素が存在する酸化雰囲気においてNOX を選択的に還
元可能な選択還元触媒から形成し、前記還元剤供給手段
を選択還元触媒に尿素を二次的に供給可能な尿素供給手
段から形成した請求項1から3までのいずれか一項に記
載の内燃機関の排気浄化装置。
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- 2001-08-23 JP JP2001253187A patent/JP4556364B2/ja not_active Expired - Fee Related
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