JP3736421B2 - 排気ガス浄化装置 - Google Patents
排気ガス浄化装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3736421B2 JP3736421B2 JP2001322473A JP2001322473A JP3736421B2 JP 3736421 B2 JP3736421 B2 JP 3736421B2 JP 2001322473 A JP2001322473 A JP 2001322473A JP 2001322473 A JP2001322473 A JP 2001322473A JP 3736421 B2 JP3736421 B2 JP 3736421B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- amount
- air
- exhaust gas
- catalyst
- fuel ratio
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Exhaust Silencers (AREA)
- Exhaust Gas After Treatment (AREA)
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は排気ガス浄化装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
リーン空燃比のもとで燃焼が行われる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流入する排気ガス中のNOX を吸収し、流入する排気ガスの空燃比がリッチになると吸収しているNOX を放出し還元するNOX 吸収剤を配置し、NOX 吸収剤に流入する内燃機関の排気ガスの量を制御するための排気制御弁と、内燃機関と異なる燃焼装置とを具備し、NOX 吸収剤内に吸収されているNOX を放出させ還元すべきときにはNOX 吸収剤にわずかな量の内燃機関の排気ガスが流入するように排気制御弁を閉弁しながら、リッチ空燃比のもとで作動される燃焼装置の排気ガスをNOX 吸収剤に供給するようにした排気ガス浄化装置が公知である(特開2000−345831号公報参照)。このようにNOX 吸収剤にわずかな量の内燃機関の排気ガスが流入するようにすることによって、燃焼式ヒータの排気ガスをNOX 吸収剤全体に迅速に拡散させることができる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、排気制御弁が小さな一定開度に維持されているとしても、排気制御弁から漏れてNOX 吸収剤に流入する内燃機関の排気ガスの量は例えば機関背圧に応じて変動し、従ってNOX 吸収剤に流入する内燃機関の排気ガス中の酸素の量が変動する。このため、燃焼式ヒータの排気ガスをただ単に供給しただけでは、NOX 吸収剤に流入する排気ガスの平均空燃比がリッチにならなかったり、過度にリッチになったりする恐れがある。NOX 吸収剤に流入する排気ガスの平均空燃比がリッチにならなければNOX 吸収剤からNOX を確実に放出させ還元することができず、過度にリッチになれば燃焼式ヒータでの燃料消費率が増大するという問題点がある。
【0004】
そこで本発明の目的は、燃焼装置での燃料消費率を低く維持しつつ、NOX 触媒に蓄えられているNOX を確実に還元することができる排気ガス浄化装置を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために1番目の発明によれば、リーン空燃比のもとで燃焼が行われる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流入する排気ガス中のNOXを蓄え、流入する排気ガスの空燃比がリッチになると蓄えているNOXを還元するNOX触媒を配置し、NOX触媒に流入する内燃機関の排気ガスの量を制御するための排気制御弁と、内燃機関と異なる燃焼装置とを具備し、NOX触媒内に蓄えられているNOXを還元すべきときにはNOX触媒にわずかな量の内燃機関の排気ガスが流入するように排気制御弁を閉弁しながら、リッチ空燃比のもとで作動される燃焼装置の排気ガスをNOX触媒に供給するようにした排気ガス浄化装置において、NOX触媒内に蓄えられているNOXを還元するために排気制御弁が閉弁されているときにNOX触媒内に流入する内燃機関の排気ガス中の酸素の量を求める手段と、燃焼装置の空燃比を機関運転状態に基づいて設定する手段と、該求められた酸素の量と該設定された燃焼装置の空燃比とに基づいて燃焼装置に供給すべき燃料及び空気の量を求める手段と、NOX触媒内に蓄えられているNOXを還元すべきときに該求められた量の燃料及び空気を燃焼装置に供給する手段とを具備している。
【0006】
また、1番目の発明によれば、NOX触媒内に蓄えられているNOXの量を求める手段を更に具備し、燃焼装置に供給すべき燃料及び空気の量を求める前記手段は該求められたNOXの量と前記求められた酸素の量と前記設定された燃焼装置の空燃比とに基づいて燃焼装置に供給すべき燃料及び空気の量を求めている。
【0007】
また、前記課題を解決するために2番目の発明によれば、リーン空燃比のもとで燃焼が行われる内燃機関の排気通路を分岐して形成される一対の分岐排気通路内に、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに流入する排気ガス中のNOXを蓄え、流入する排気ガスの空燃比がリッチになると蓄えているNOXを還元するNOX触媒をそれぞれ配置し、各NOX触媒に流入する内燃機関の排気ガスの量を制御するための排気制御弁と、内燃機関と異なる燃焼装置とを具備し、NOX触媒内に蓄えられているNOXを還元すべきときには該NOX触媒にわずかな量の内燃機関の排気ガスが流入するように排気制御弁を閉弁しながら、リッチ空燃比のもとで作動される燃焼装置の排気ガスを該NOX触媒に供給するようにした排気ガス浄化装置において、NOX触媒内に蓄えられているNOXを還元するために排気制御弁が閉弁されているときに該NOX触媒内に流入する内燃機関の排気ガス中の酸素の量を求める手段と、燃焼装置の空燃比を機関運転状態に基づいて設定する手段と、該求められた酸素の量と該設定された燃焼装置の空燃比とに基づいて燃焼装置に供給すべき燃料及び空気の量を求める手段と、該NOX触媒内に蓄えられているNOXを還元すべきときに該求められた量の燃料及び空気を燃焼装置に供給する手段とを具備している。
【0008】
また、2番目の発明によれば、前記NOX触媒内に蓄えられているNOXの量を求める手段を更に具備し、燃焼装置に供給すべき燃料及び空気の量を求める前記手段は該求められたNOXの量と前記求められた酸素の量と前記設定された燃焼装置の空燃比とに基づいて燃焼装置に供給すべき燃料及び空気の量を求めている。
【0009】
【発明の実施の形態】
図1は本発明を圧縮着火式内燃機関に適用した場合を示している。なお、本発明は火花点火式内燃機関にも適用することもできる。
【0010】
図1を参照すると、1は機関本体、2はシリンダブロック、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18内に導かれ、機関冷却水によって吸入空気が冷却される。
【0011】
一方、排気ポート10は排気マニホルド19及び排気管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の出口は分岐管22を介して第1及び第2の上流側排気ダクトDU1,DU2に接続される。これら上流側排気ダクトDU1,DU2は第1及び第2のケーシングCA1,CA2にそれぞれ接続され、これらケーシングCA1,CA2は第1及び第2の下流側排気ダクトDL1,DL2に接続され、これら下流側排気ダクトDL1,DL2は共通の排気管23に接続される。
【0012】
分岐管22内には切替弁VSが配置され、第1及び第2の下流側排気ダクトDL1,DL2内には第1及び第2の下流側遮断弁VL1,VL2がそれぞれ配置される。これら切替弁及び遮断弁はそれぞれ対応するアクチュエータによりそれぞれ駆動される。
【0013】
また、第1及び第2のケーシングCA1,CA2内には第1及び第2のNOX 触媒NA1,NA2がそれぞれ収容されている。ここで、NOX 触媒は、流入する排気ガスの空燃比がリッチのときに流入する排気ガス中のNOX を蓄え、流入する排気ガスの空燃比がリッチになると蓄えているNOX を還元し、それによりNOX 触媒内に蓄えられているNOX の量が減少する。
【0014】
排気マニホルド19とサージタンク12とは排気ガス再循環(以下、EGRと称す)通路24を介して互いに連結され、EGR通路24内には電気制御式EGR制御弁25が配置される。また、EGR通路24周りにはEGR通路24内を流れるEGRガスを冷却するための冷却装置26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26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27に連結される。このコモンレール27内へは電気制御式の吐出量可変な燃料ポンプ28から燃料が供給され、コモンレール27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27にはコモンレール27内の燃料圧を検出するための燃料圧センサ29が取付けられ、燃料圧センサ29の出力信号に基づいてコモンレール27内の燃料圧が目標燃料圧となるように燃料ポンプ28の吐出量が制御される。
【0015】
図1に示す内燃機関は燃焼式ヒータ30を具備している。図1及び図3を参照すると、この燃焼式ヒータ30の燃焼室31は空気室32を介して空気供給管33に接続され、この空気供給管33は例えば冷却装置18下流の吸気ダクト13内に接続される。空気室32内には回転数制御可能な電動モータ34によって駆動される空気供給ファン35が配置される。空気供給ファン35が作動されると燃焼室31内に空気が供給される。これに対し、燃焼室31内には燃焼供給管37から燃料が供給される。この燃料供給管37は追加の燃料ポンプ39を介して燃料タンクに接続される。一方、燃焼式ヒータ30の排気管36は分岐管22に接続される。
【0016】
更に、燃焼式ヒータ30は燃焼室31及び排気管36周りを囲む冷却水室38を備えており、この冷却水室38内に機関冷却水が導かれる。従って、燃焼式ヒータ30を作動させれば機関冷却水の温度を上昇させることができる。
【0017】
燃焼式ヒータ30を作動すべきときには空気供給ファン35が作動されて燃焼室31内に空気が供給され、燃料ポンプ39が作動されて燃焼室31内に燃料が供給される。このときの燃焼式ヒータ30の排気ガスは排気管36から第1のNOX 触媒NA1又は第2のNOX 触媒NA2に供給される。
【0018】
電子制御ユニット40はデジタルコンピュータからなり、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及び出力ポート46を具備する。燃料圧センサ29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、切替弁VS上流の分岐管22内には内燃機関の燃焼室5における平均空燃比を検出するための空燃比センサ49が取り付けられ、空燃比センサ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。第1及び第2の下流側排気ダクトDL1,DL2内には第1及び第2のNOX 触媒NA1,NA2から流出した排気ガスの温度を検出するための第1及び第2の温度センサST1,ST2がそれぞれ取付けられ、これら温度センサST1,ST2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。第1及び第2の温度センサST1,ST2により検出される排気ガスの温度は第1及び第2のNOX 触媒NA1,NA2の温度をそれぞれ表している。
【0019】
一方、アクセルペダル50にはアクセルペダル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25、燃料ポンプ28、切替弁VS及び遮断弁VL1,VL2の各アクチュエータ、燃焼式ヒータ30の電動モータ34、及び追加の燃料ポンプ39にそれぞれ接続される。
【0020】
本発明による実施例ではNOX 触媒NA1,NA2をNOX 吸収剤から形成している。各NOX 吸収剤NA1,NA2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、パラジウムPd、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NA1,NA2を担持させることもできる。
【0021】
このNOX 吸収剤は流入する排気ガス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、及び吸気通路内に供給された空気と炭化水素HC及び一酸化炭素COとの比をその位置における排気ガスの空燃比と称している。
【0022】
NOX 吸収剤の詳細な吸放出メカニズ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。
【0023】
即ち、NOX 吸収剤に流入する排気ガスの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O2 −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O2 −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Pt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 吸収剤内に吸収される。なお、このようなリーン空燃比(例えば25から50)のもとでは、三元触媒でもってNOX を還元することができない。
【0024】
これに対し、NOX 吸収剤に流入する排気ガスの空燃比がリッチ又は理論空燃比になると、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(NO3 −→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NO2が放出され、還元される。
【0025】
従って、NOX 吸収剤は、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに流入する排気ガス中のNOX を吸収し、流入する排気ガスの空燃比がリッチになると吸収しているNOX を放出し還元するということになる。
【0026】
切替弁VSは第1の位置と第2の位置とのうちいずれか一方に位置せしめられる。切替弁VSが第1の位置に位置せしめられると、図1に示されるように排気タービン21の出口は切替弁VSによって第2の上流側排気ダクトDU2との連通が遮断されながら、第1の上流側排気ダクトDU1に連通される。また、切替弁VSが第1の位置に位置せしめられると第1の下流側遮断弁VL1が全開され、第2の下流側遮断弁VL2が閉弁される。その結果、第2のNOX 吸収剤NA2への内燃機関の排気ガス流れが遮断され、内燃機関から排出された排気ガスが第1のNOX 吸収剤NA1内に流入することになる。
【0027】
このとき、燃焼式ヒータ30の排気管36は切替弁VSによって第1の上流側排気ダクトDU1との連通が遮断されながら第2の上流側排気ダクトDU2に連通され、従ってこのとき燃焼式ヒータ30が作動されると燃焼式ヒータ30の排気ガスが第2のNOX 吸収剤NA2に供給されることになる。
【0028】
これに対し、切替弁VSが第2の位置に位置せしめられると、図2に示されるように排気タービン21の出口は切替弁VSによって第1の上流側排気ダクトDU1との連通が遮断されながら、第2の上流側排気ダクトDU2に連通される。また、切替弁VSが第2の位置に位置せしめられると第2の下流側遮断弁VL2が全開され、第1の下流側遮断弁VL1が閉弁される。その結果、第1のNOX 吸収剤NA1への内燃機関の排気ガス流れが遮断され、内燃機関から排出された排気ガスが第2のNOX 吸収剤NA2内に流入することになる。
【0029】
このとき、燃焼式ヒータ30の排気管36は切替弁VSによって第2の上流側排気ダクトDU2との連通が遮断されながら第1の上流側排気ダクトDU1に連通され、従ってこのとき燃焼式ヒータ30が作動されると燃焼式ヒータ30の排気ガスが第1のNOX 吸収剤NA1に供給されることになる。
【0030】
なお、切替弁VSが第1の位置にあるときにはわずかばかりの量の内燃機関の排気ガスが第2のNOX 吸収剤NA2内に流入し、切替弁VSが第2の位置にあるときにはわずかばかりの量の内燃機関の排気ガスが第1のNOX 吸収剤NA1内に流入するように、切替弁VSの第1及び第2の位置、及び下流側遮断弁VL1,VL2の開度が予め設定されている。
【0031】
従って、いずれか一方のNOX 吸収剤NA1,NA2に内燃機関から排出された排気ガスの大部分が導かれ、他方のNOX 吸収剤NA1,NA2には内燃機関の排気ガスがほとんど導かれないということになる。或いは、概略的に言うと、切替弁VSが内燃機関の排気ガスをいずれか一方のNOX 吸収剤NA1,NA2に選択的に導いているという見方もできる。
【0032】
このように、切替弁VS及び第1の下流側遮断弁VL1は第1のNOX 吸収剤NA1内に流入する排気ガスの量を制御するための第1の排気制御弁として作用し、切替弁VS及び第2の下流側遮断弁VL2は第2のNOX 吸収剤NA2内に流入する排気ガスの量を制御するための第2の排気制御弁として作用すると考えることもできる。そうすると、切替弁VSが第1の位置にあるときには第1の排気制御弁が全開にされ第2の排気制御弁が閉弁され、切替弁VSが第2の位置にあるときには第1の排気制御弁が閉弁され第2の排気制御弁が全開にされるのと同じことになる。
【0033】
上述したように、内燃機関から排出された排気ガスが第1のNOX 吸収剤NA1内に流入するときには第2の下流側遮断弁VL2が閉弁され、内燃機関から排出された排気ガスが第2のNOX 吸収剤NA2内に流入するときには第1の下流側遮断弁VL1が閉弁される。このようにすると、一方のNOX 吸収剤内を流通した排気ガスが他方のNOX 吸収剤内に逆流するのが抑制される。
【0034】
一方、燃焼式ヒータ30の排気管36は切替弁VSが第1の位置に位置せしめられると第2の上流側ダクトDU2に接続され、第2の位置に位置せしめられると第1の上流側ダクトDU1に接続される。従って、燃焼式ヒータ30の排気管36はいずれか一方の上流側排気ダクトDU1,DU2に選択的に接続されているということになる。
【0035】
さて、図1に示される内燃機関ではリーン空燃比のもとで燃焼が継続して行われる。従って、切替弁VSが例えば第1の位置にある場合には図4に示されるように、第1のNOX 吸収剤NA1に吸収されているNOX の量、即ちNOX 吸収量QN1(実線)が次第に増大する。次いで、NOX 吸収量QN1が予め定められた上限量QQよりも多くなると第1のNOX 吸収剤NA1内に吸収されているNOX が放出され還元される。
【0036】
即ち、切替弁VSが第1の位置から第2の位置に切り替えられ、第1の下流側遮断弁VL1が閉弁され、第2の下流側遮断弁VL2が全開される。この状態で、第1のNOX 吸収剤NA1内に吸収されているNOX を放出させ還元するために燃焼式ヒータ30がリッチ空燃比のもとで一時的に作動され、燃焼式ヒータ30の排気ガスが第1のNOX 吸収剤NA1に供給され、第1のNOX 吸収剤NA1に流入する排気ガスの平均空燃比NAF1がリッチにされる。その結果、第1のNOX 吸収剤NA1のNOX 吸収量QN1が次第に減少する。第1のNOX 吸収剤NA1に燃焼式ヒータ30の排気ガスを供給してから例えば一定の時間RTだけ経過すると第1のNOX 吸収剤NA1のNOX 吸収量QN1がほぼゼロになり、このとき燃焼式ヒータ30が停止される。
【0037】
一方、切替弁VSが第2の位置に切り替えられると、第2のNOX 吸収剤NA2のNOX 吸収量QN2(破線)が図4に示されるように増大し始め、次いでNOX 吸収量QN2が上限量QQよりも多くなると第2のNOX 吸収剤NA2内に吸収されているNOX が放出され還元される。
【0038】
即ち、切替弁VSが第2の位置から第1の位置に切り替えられ、第2の下流側遮断弁VL2が閉弁され、第1の下流側遮断弁VL1が全開される。この状態で、第2のNOX 吸収剤NA2内に吸収されているNOX を放出させ還元するために燃焼式ヒータ30がリッチ空燃比のもとで一時的に作動され、燃焼式ヒータ30の排気ガスが第2のNOX 吸収剤NA2に供給され、第2のNOX 吸収剤NA2に流入する排気ガスの平均空燃比NAF2がリッチにされる。その結果、第2のNOX 吸収剤NA2のNOX 吸収量QN2が次第に減少する。第2のNOX 吸収剤NA2に燃焼式ヒータ30の排気ガスを供給してから時間RTだけ経過すると第2のNOX 吸収剤NA2のNOX 吸収量QN2がほぼゼロになり、このとき燃焼式ヒータ30が停止される。
【0039】
このように本発明による実施例では、NOX 吸収剤NA1,NA2における排気ガスの空間速度を低下させながらNOX 吸収剤NA1,NA2に燃焼式ヒータ30の排気ガスを供給しているということになる。このようにすると、NOX 吸収剤NA1,NA2に流入する排気ガスの平均空燃比をリーンからリッチに切り替えるのに燃焼式ヒータ30で必要な燃料の量を低減することができる。また、NOX 吸収剤NA1,NA2にわずかな量の内燃機関の排気ガスが流入するので、この排気ガスによって燃焼式ヒータ30の排気ガスをNOX 吸収剤NA1,NA2全体に速やかに拡散させることができる。
【0040】
NOX 吸収量QN1,QN2は単位時間当たりにNOX 吸収剤NA1,NA2内に流入したNOX の量dQNを積算することによって求められる。このNOX 量dQNは単位時間当たりに内燃機関から排出されるNOX の量に依存し、このNOX の量は機関運転状態例えば機関回転数N及び吸入空気量EGaに依存する。本発明による実施例では、dQNを機関回転数N及び吸入空気量EGaの関数として予め実験により求めておき、図5に示されるマップの形でROM42内に予め記憶している。或いは、NOX 吸収剤NA1,NA2上流の排気通路例えば上流側排気ダクトDU1,DU2に内燃機関の排気ガス中のNOX の濃度を検出するNOX 濃度センサを取り付け、検出されたNOX の濃度と、単位時間当たりにNOX 吸収剤NA1,NA2内に流入する内燃機関の排気ガスの流量とからNOX 量dQNを求めることもできる。
【0041】
ここで、吸収されているNOX を放出させるべきNOX 吸収剤NA1,NA2をNOX 吸収剤NAi(i=1,2)と表すものとすると、これまでの説明で明らかなように、NOX 吸収剤NAiに供給される燃焼式ヒータ30の排気ガス中のHC,COはNOX 吸収剤NAi内のNOX を還元すると共に、NOX 吸収剤NAi内に流入する排気ガス中の酸素を消費するための還元剤として作用することになる。
【0042】
ところで、図4からわかるように、NOX 吸収剤NAiには燃焼式ヒータ30から還元剤が時間RTだけ供給される。言い換えると、時間RTだけ還元剤を供給すればNOX 吸収剤NAiのNOX 放出還元作用が完了する。即ち、還元剤を供給し始めるとき即ち切替弁VSが切り替えられた直後のNOX 吸収剤NAiのNOX 吸収量をQNAで表し、時間RTの間に切替弁VSから漏れてNOX 吸収剤NAi内に流入する内燃機関の排気ガス中の酸素の総量をQOXで表すものとすると、時間RTの間にNOX が量QNAだけ還元され、酸素が量QOXだけ消費されることになる。
【0043】
従って、NOX をQNAだけ還元し酸素をQOXだけ消費するのに必要な量の還元剤を、時間RTの間に燃焼式ヒータ30からNOX 吸収剤NAiに供給する必要がある。ここで、NOX をQNAだけ還元し酸素をQOXだけ消費するのに必要な還元剤の量を必要還元剤量QRと称すると、この必要還元剤量QRはNOX 量QNA及び酸素量QOXに依存する。
【0044】
酸素量QOXは時間RTの間にNOX 吸収剤NAi内に流入する内燃機関の排気ガスの総量と、内燃機関の燃焼室5における平均空燃比EAFとに依存し、この内燃機関の排気ガスの総量は機関運転状態例えば機関回転数N及び吸入空気量EGaに依存する。従って、酸素量QOXは機関回転数N、吸入空気量EGa、及び燃焼室5における平均空燃比EAFの関数となる。そこで本発明による実施例では、酸素量QOXを機関回転数N、吸入空気量EGa、及び燃焼室5における平均空燃比EAFの関数として予め実験により求めておき、図6に示されるマップの形でROM42内に予め記憶している。また、必要還元剤量QRをNOX 量QNA及び酸素量QOXの関数として予め実験により求めておき、図7に示されるマップの形でROM42内に予め記憶している。
【0045】
従って、NOX 量QNA及び酸素量QOXから必要還元剤量QRを求めることができる。
【0046】
時間RTは比較的短いので時間RTの間にNOX 及び酸素が一定速度で還元又は消費されると考えると、燃焼式ヒータ30の排気ガス中には還元剤が単位時間当たりQR/RTだけ含まれている必要がある。即ち、単位時間当たりの必要還元剤量dQRはQR/RTで表されることになる。
【0047】
燃焼式ヒータ30の排気ガス中に単位時間当たり含まれる還元剤の量は燃焼式ヒータ30における空燃比HAFと、燃焼式ヒータ30に単位時間当たり供給される燃料量及び空気量とに依存する。ここで、燃焼式ヒータ30における空燃比HAFは後述するように機関運転状態に応じて設定される。そこで本発明による実施例では、燃焼式ヒータ30の排気ガス中に単位時間当たり含まれる還元剤の量が単位時間当たりの必要還元剤量dQRに一致するように、燃焼式ヒータ30に単位時間当たり供給される燃料の量dHQF及び空気の量dHGaを制御している。
【0048】
具体的には、燃焼式ヒータ30に単位時間当たり供給されるべき例えば燃料量dHQFを単位時間当たりの必要還元剤量dQRと、燃焼式ヒータ30における空燃比HAFとの関数として予め実験により求めておき、図8に示されるマップの形でROM42内に予め記憶している。燃焼式ヒータ30に単位時間当たり供給されるべき空気量dHGaは燃焼式ヒータ30における空燃比HAFと単位時間当たりの燃料量dHQFとから求めることができる(dHGa=HAF・dHQF)。
【0049】
従って、NOX 吸収剤NAi内のNOX を放出させ還元すべきときには燃焼式ヒータ30に単位時間当たりdHQFだけ燃料が供給され、dHGaだけ空気が供給される。
【0050】
なお、上述したように燃焼式ヒータ30における空燃比HAFは機関運転状態に応じて設定される。燃焼式ヒータ30での燃焼安定性は上流側排気ダクトDUi内の圧力に依存し、この圧力は機関運転状態に依存するからである。本発明による実施例では、燃焼式ヒータ30における空燃比HAFを機関回転数N及び吸入空気量EGaの関数として予め求めておき、図9に示されるマップの形で予めROM42内に記憶している。
【0051】
図10はNOX 吸収剤NAiから吸収されているNOX を放出させ還元すべきか否かを判定するためのルーチンを示している。このルーチンは予め定められた設定時間dt毎の割り込みによって実行される。
【0052】
図10を参照すると、まず初めにステップ100では単位時間当たりにNOX 吸収剤NAi内に流入したNOX の量dQNが図5のマップから算出される。続くステップ101ではNOX 吸収剤NAiのNOX 吸収量QNiにdQN・dtが加算される。ここで、dQN・dtは前回の処理サイクルから今回の処理サイクルまでにNOX 吸収剤NAiに吸収されたNOX の量を表している。続くステップ102ではNOX 吸収量QNiが上限量QQよりも大きいか否かが判別される。QNi≦QQのときには処理サイクルを終了し、QNi>QQのときには次いでステップ103に進み、QNiがQNAとして記憶される。続くステップ104ではQNがクリアされ、続くステップ105ではフラグがセットされる。このフラグはNOX 吸収剤NAi内に吸収されているNOX を放出させ還元すべきときにセットされ、NOX 吸収剤NAi内のほぼ全てのNOX が放出され還元されたときに図11に示されるルーチンにおいてリセットされるものである。
【0053】
図11はNOX 吸収剤NA1,NA2から吸収されているNOX を放出させ還元するためのルーチンを示している。このルーチン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。
【0054】
図11を参照すると、まず初めにステップ200では図10のルーチンでセットされるフラグがセットされているか否かが判別される。フラグがセットされていないときには処理サイクルを終了し、フラグがセットされているときには次いでステップ201に進み、弁制御が行われる。即ち、切替弁VSの位置が第1の位置及び第2の位置のうち一方から他方へ切り替えられ、第1及び第2の下流側遮断弁VL1,VL2のうち一方が全開にされ、他方が閉弁される。続くステップ202では時間RTの間にNOX 吸収剤NAiに流入する内燃機関の排気ガス中の酸素の量QOXが図6のマップから算出される。続くステップ203では、必要還元剤量QRが図7のマップから算出される。続くステップ204では、単位時間当たりの必要還元剤量dQRが算出される(dQR=QR/RT)。続くステップ205では燃焼式ヒータ30における空燃比HAFが図9のマップから算出される。続くステップ206では燃焼式ヒータ30に単位時間当たり供給すべき燃料量dHQFが図8のマップから算出される。続くステップ207では燃焼式ヒータ30に単位時間当たり供給すべき空気の量dHGaが算出される(dHGa=HAF・dHQF)。続くステップ208では、燃焼式ヒータ30に燃料及び空気を単位時間当たりdHQF及びdHGaだけ供給しながら燃焼式ヒータ30が作動される。
【0055】
続くステップ209では時間RTが経過したか否かが判別される。時間RTが経過していないときにはステップ208に戻り、時間RTが経過したときにはステップ210に進み、燃焼式ヒータ30が停止される。続くステップ211ではフラグがリセットされる。
【0056】
図12は単一のNOX 吸収剤を備えた内燃機関に本発明を適用した場合を示している。
【0057】
図12を参照すると、排気タービン21の出口は分岐管22を介して上流側排気ダクトDUに接続され、上流側排気ダクトDUはケーシングCAに接続される。ケーシングCAは下流側排気ダクトDLに接続され、下流側排気ダクトDLは排気管23に接続される。ケーシングCA内にはNOX 吸収剤NAが収容されている。また、分岐管22からNOX 吸収剤NAを迂回して排気管23まで延びるバイパス管60が設けられる。
【0058】
分岐管22内には、内燃機関の排気ガス流れをNOX 吸収剤NAとバイパス管60とのうちいずれか一方に選択的に導くための切替弁VSが配置される。また、上流側排気ダクトDU内には燃焼式ヒータ30の排気管36が接続される。
【0059】
切替弁VSは通常、内燃機関から排出された排気ガスをNOX 吸収剤NAに導いており、NOX 吸収剤NAに燃焼式ヒータ30の排気ガスを供給すべきときに内燃機関から排出された排気ガスをバイパス管60内に導く。この状態で、燃焼式ヒータ30が作動され、このとき燃焼式ヒータ30の排気ガス中に単位時間当たり含まれる還元剤の量が単位時間当たりの必要還元剤量dQRに一致するように、燃焼式ヒータ30に単位時間当たり供給される燃料の量dHQF及び空気の量dHGaが制御される。
【0060】
これまで述べてきた本発明による実施例では、NOX 吸収剤NAiに燃焼式ヒータ30の排気ガスが時間RTだけ供給され、この時間RTは一定である。しかしながら、時間RTを例えばNOX 吸収量QNA又はNOX 吸収剤NAiの温度に基づいて変更するようにすることもできる。
【0061】
【発明の効果】
燃焼装置での燃料消費率を低く維持しつつ、NOX 吸収剤に吸収されているNOX を確実に放出させ還元することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】内燃機関の全体図である。
【図2】切替弁が別の位置にある場合を示す内燃機関の部分図である。
【図3】燃焼式ヒータの拡大断面図である。
【図4】NOX 吸収剤のNOX 吸放出還元作用を説明するための図である。
【図5】dQNを示す線図である。
【図6】QOXを示す線図である。
【図7】QRを示す線図である。
【図8】dHQFを示す線図である。
【図9】HAFを示す線図である。
【図10】判定ルーチンを示すフローチャートである。
【図11】NOX 放出還元制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図12】本発明による別の実施例を示す内燃機関の部分図である。
【符号の説明】
1…機関本体
30…燃焼式ヒータ
VS…切替弁
NA1,NA2…NOX 吸収剤
Claims (2)
- リーン空燃比のもとで燃焼が行われる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流入する排気ガス中のNOXを蓄え、流入する排気ガスの空燃比がリッチになると蓄えているNOXを還元するNOX触媒を配置し、NOX触媒に流入する内燃機関の排気ガスの量を制御するための排気制御弁と、内燃機関と異なる燃焼装置とを具備し、NOX触媒内に蓄えられているNOXを還元すべきときにはNOX触媒にわずかな量の内燃機関の排気ガスが流入するように排気制御弁を閉弁しながら、リッチ空燃比のもとで作動される燃焼装置の排気ガスをNOX触媒に供給するようにした排気ガス浄化装置において、NOX触媒内に蓄えられているNOXを還元するために排気制御弁が閉弁されているときにNOX触媒内に流入する内燃機関の排気ガス中の酸素の量を求める手段と、燃焼装置の空燃比を機関運転状態に基づいて設定する手段と、該求められた酸素の量と該設定された燃焼装置の空燃比とに基づいて燃焼装置に供給すべき燃料及び空気の量を求める手段と、NOX触媒内に蓄えられているNOXを還元すべきときに該求められた量の燃料及び空気を燃焼装置に供給する手段とを具備し、NO X 触媒内に蓄えられているNO X の量を求める手段を更に具備し、燃焼装置に供給すべき燃料及び空気の量を求める前記手段は該求められたNO X の量と前記求められた酸素の量と前記設定された燃焼装置の空燃比とに基づいて燃焼装置に供給すべき燃料及び空気の量を求める排気ガス浄化装置。
- リーン空燃比のもとで燃焼が行われる内燃機関の排気通路を分岐して形成される一対の分岐排気通路内に、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに流入する排気ガス中のNOXを蓄え、流入する排気ガスの空燃比がリッチになると蓄えているNOXを還元するNOX触媒をそれぞれ配置し、各NOX触媒に流入する内燃機関の排気ガスの量を制御するための排気制御弁と、内燃機関と異なる燃焼装置とを具備し、NOX触媒内に蓄えられているNOXを還元すべきときには該NOX触媒にわずかな量の内燃機関の排気ガスが流入するように排気制御弁を閉弁しながら、リッチ空燃比のもとで作動される燃焼装置の排気ガスを該NOX触媒に供給するようにした排気ガス浄化装置において、NOX触媒内に蓄えられているNOXを還元するために排気制御弁が閉弁されているときに該NOX触媒内に流入する内燃機関の排気ガス中の酸素の量を求める手段と、燃焼装置の空燃比を機関運転状態に基づいて設定する手段と、該求められた酸素の量と該設定された燃焼装置の空燃比とに基づいて燃焼装置に供給すべき燃料及び空気の量を求める手段と、該NOX触媒内に蓄えられているNOXを還元すべきときに該求められた量の燃料及び空気を燃焼装置に供給する手段とを具備し、前記NO X 触媒内に蓄えられているNO X の量を求める手段を更に具備し、燃焼装置に供給すべき燃料及び空気の量を求める前記手段は該求められたNO X の量と前記求められた酸素の量と前記設定された燃焼装置の空燃比とに基づいて燃焼装置に供給すべき燃料及び空気の量を求める排気ガス浄化装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001322473A JP3736421B2 (ja) | 2001-10-19 | 2001-10-19 | 排気ガス浄化装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001322473A JP3736421B2 (ja) | 2001-10-19 | 2001-10-19 | 排気ガス浄化装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003120280A JP2003120280A (ja) | 2003-04-23 |
JP3736421B2 true JP3736421B2 (ja) | 2006-01-18 |
Family
ID=19139520
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001322473A Expired - Fee Related JP3736421B2 (ja) | 2001-10-19 | 2001-10-19 | 排気ガス浄化装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3736421B2 (ja) |
-
2001
- 2001-10-19 JP JP2001322473A patent/JP3736421B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2003120280A (ja) | 2003-04-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3473583B2 (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
CN101646852B (zh) | 内燃机的排气净化装置 | |
KR20020033815A (ko) | 내연기관의 배기 정화장치 | |
JP3514230B2 (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
JP4003564B2 (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
JP3695378B2 (ja) | 排気ガス浄化装置 | |
JP4042388B2 (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
JP3580180B2 (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
JP3551046B2 (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
JPH07279718A (ja) | ディーゼル機関の排気浄化装置 | |
JP4661013B2 (ja) | 内燃機関 | |
JP3736421B2 (ja) | 排気ガス浄化装置 | |
JP4556364B2 (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
JP3736415B2 (ja) | 燃焼装置付き内燃機関の制御装置 | |
JP3736416B2 (ja) | 触媒温度制御装置 | |
JP2002180885A (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
JP4106913B2 (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
JP2004076682A (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
JP3496557B2 (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
JP3709822B2 (ja) | 触媒暖機装置 | |
JP2002195025A (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
JP2002038929A (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
JP4306204B2 (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
JP3651382B2 (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
JPH0693840A (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20040609 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20050615 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050712 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050907 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20051004 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20051017 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |