JP4001019B2 - Diesel engine exhaust purification device and exhaust purification method - Google Patents

Diesel engine exhaust purification device and exhaust purification method Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＮＯｘ触媒を有するディーゼル機関の排気浄化装置に係り、特にＮＯｘ触媒の硫黄酸化物（ＳＯｘ）被毒からの回復技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼル機関に代表される希薄燃焼式内燃機関では、窒素酸化物（ＮＯｘ）や未燃燃料成分（ＨＣ、ＣＯ）の排出量を低減するため種々の対策が講じられている。
【０００３】
例えば、排気中のＮＯｘを浄化するために、内燃機関の排気通路にＮＯｘ触媒を設けた排気浄化装置が知られている。
【０００４】
ＮＯｘ触媒は、流入排気ガスの酸素濃度が高いとき、すなわち排気ガスの空燃比がリーンのときにその排気ガス中に含まれるＮＯｘを吸蔵し、流入排気ガスの酸素濃度が低いとき、すなわち排気ガスの空燃比がリッチのときにその吸蔵していたＮＯｘを二酸化窒素ＮＯ2や一酸化窒素ＮＯの形で排気ガス中に還元・放出し、同時にそのＮＯ2やＮＯを排気ガス中に含まれている未燃燃料成分ＣＯ、ＨＣと酸化反応せしめることでに窒素Ｎ2に浄化する排気浄化作用を備えている。
【０００５】
ところで、ＮＯｘ触媒は、ＮＯｘと同様に排気ガス中に硫黄酸化物（ＳＯｘ）が含まれているとこのＳＯｘも吸蔵する性質を有している。しかも、ＳＯｘはＮＯｘに比べてＮＯｘ触媒に安定的に吸蔵されてしまうため、ＮＯｘよりも還元されにくく、ＮＯｘ触媒に吸蔵され続けてしまうという傾向がある。この結果、ＮＯｘ触媒に吸蔵されるＳＯｘ量が増加し、その分ＮＯｘを吸蔵できなくなり、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵能が低下し、本来の排気浄化作用が害される（以下、この現象をＳＯｘ被毒と称する）。
【０００６】
そのため、従来より、ＮＯｘ触媒をＳＯｘ被毒から回復させる、いわゆるＳＯｘ被毒回復制御が行われている。
【０００７】
ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＳＯｘを放出・還元させるためには、ＮＯｘ触媒の温度をＮＯｘ還元時よりも高温とし、且つ、周囲雰囲気を理論空燃比あるいはリッチ空燃比とする必要がある。
【０００８】
そこで、内燃機関の運転状態が酸素過剰排気で且つ排気ガスあるいはＮＯｘ触媒が高温時である時に、ＮＯｘ触媒に流入する排気ガスの酸素濃度を低下させる排気酸素濃度制御手段を備えた内燃機関の排気浄化装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００９】
また、燃焼室内に供給される再循環排気ガス量を増大させた場合は煤の発生量が次第に増大してピークに達し、燃焼室内に供給される再循環排気ガス量を更に増大させた場合は燃焼室内における燃焼時の燃料およびその周囲のガス温が煤の生成温度よりも低くなって煤の発生量が抑制される第１の燃焼（以下、低温燃焼と称する）と、煤の発生量がピークとなる再循環排気ガス量よりも燃焼室内に供給される再循環排気ガス量が少ない第２の燃焼（以下、通常燃焼と称する）とを選択的に切換える内燃機関において、低温燃焼が行われているときに、ＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒からの回復を行う技術が知られている。
【００１０】
低温燃焼においては、燃焼温度が低いため燃焼室内の空燃比を理論空燃比よりもリッチな空燃比としてもスモークはほとんど発生しない。そのため、ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＳＯｘが許容量を超えたときには、低温燃焼を行うと同時に、燃焼室内の空燃比をリッチ空燃比とすることによって、排気ガスの空燃比をリッチ空燃比とすると共に、ＮＯｘ触媒を昇温させることにより、ＮＯｘ触媒をＳＯｘ被毒から回復させる（例えば、特許文献２参照。）。
【００１１】
【特許文献１】
特開平６−８８５１８号公報
【特許文献２】
特許第３１０４６９２号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、ＮＯｘ触媒をＳＯｘ被毒から回復させるには、ＮＯｘ触媒の温度をＮＯｘ還元時よりも高温とし、且つ、周囲雰囲気を理論空燃比あるいはリッチ空燃比とする必要がある。
【００１３】
しかしながら、周囲雰囲気の空燃比を小さくするとＮＯｘ触媒は昇温するため、排気ガスあるいはＮＯｘ触媒が高温時である時に、排気ガスの酸素濃度を低下させた場合、ＮＯｘ触媒の温度が過剰に高くなり、ＮＯｘ触媒の劣化を招く虞がある。
【００１４】
また、低温燃焼と通常燃焼とを選択的に切換えるディーゼル機関においては、燃焼室への吸入空気量が一定量を超えると低温燃焼を行うことは不可能となるため、中高負荷運転時には低温燃焼を行うことは出来ず、さらに、通常燃焼では燃焼室内の空燃比をリッチ空燃比または理論空燃比とするとスモークが多量に排出される虞がある。
【００１５】
そこで、本発明の目的は、排気通路にＮＯｘ触媒を設けたディーゼル機関において、ディーゼル機関の運転状態に係わらず、より好適にＮＯｘ触媒をＳＯｘ被毒からの回復させることが可能なディーゼル機関の排気浄化装置および浄化方法を提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために以下のような手段を採用した。
即ち、本発明は、排気ガスの空燃比を、最初に、排出されるスモークの量が許容量の上限となる所定空燃比に制御し、その後、間欠的にリッチ空燃比または理論空燃比とすると共に、ＮＯｘ触媒の温度を昇温させＮＯｘ触媒からＳＯｘを放出させるものである。
【００１７】
そこで、本発明に係るディーゼル機関の排気浄化装置は、
排気通路に設けられたＮＯｘ触媒と、
該ＮＯｘ触媒の温度を検出するＮＯｘ触媒温度検出手段と、
前記排気通路の排気ガスの空燃比を検出する排気空燃比検出手段と、
前記ＮＯｘ触媒温度検出手段により検出された前記ＮＯｘ触媒の温度と前記排気空燃比検出手段により検出された排気ガスの空燃比に基づき排気通路の排気ガスの空燃比を制御する排気空燃比制御手段と、を備え、
前記排気空燃比検出手段により検出された排気ガスの空燃比が、排出されるスモークの量が許容量の上限となる空燃比であって理論空燃比よりも大きい第１の所定空燃比よりも過薄だった場合、前記排気空燃比制御手段は、排気ガスの空燃比を前記第１の所定空燃比に制御し、その後、間欠的に前記第１の所定空燃比よりも過濃であり理論空燃比またはリッチ空燃比であって前記ＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒からの回復が可能となる第２の所定空燃比に制御すると同時に、前記ＮＯｘ触媒の温度を前記ＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒からの回復が可能であり、且つ、前記ＮＯｘ触媒の劣化を促進しない所定温度範囲に制御する制御する構成とした。
【００１９】
上記構成によれば、排気ガスの空燃比を第１の所定空燃比とした後、間欠的に第２の所定空燃比とすることによって、ディーゼル機関の運転状態に係わらず、スモークの排出を抑制しつつＮＯｘ触媒をＳＯｘ被毒から回復させることが出来る。
【００２０】
また、排気ガスの空燃比が小さくなるとＮＯｘ触媒の温度は上昇し、周囲雰囲気がリッチ空燃比または理論空燃比の状態で、吸蔵されているＳＯｘが還元・放出される温度（例えば、６００℃以上）にまで昇温されるとＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒回復がなされるが、高温となりすぎる（例えば、７００℃以上）とＮＯｘ触媒の劣化が促進される。そのため、排気ガスの温度が高い状態で、ＮＯｘ触媒の周囲雰囲気を継続的にリッチ空燃比または理論空燃比とするとＮＯｘ触媒の劣化を招く虞がある。
【００２１】
そこで、排気ガスの空燃比を間欠的にリッチ空燃比または理論空燃比とすることによって、ＮＯｘ触媒の温度を上昇させるとともに過昇温を防止する。そのため、ＮＯｘ触媒の温度をＳＯｘ被毒からの回復が可能であり、且つ、劣化が促進されない温度に制御することが出来る。
【００２２】
また、最初に排気ガスの空燃比を第１の所定空燃比とすることによって、より正確に、且つ、より早く排気ガスの空燃比を第２の所定空燃比に制御することが可能となる。従って、排気ガスが過剰にリッチな空燃比となることによるＮＯｘ触媒の過昇温や未燃成分の排出を防止することが出来るとともに、ＮＯｘ触媒をＳＯｘ被毒からより速やかに回復させることが出来る。
【００２３】
また、排気ガスの空燃比が間欠的にリッチ空燃比または理論空燃比に制御されるということは、言い換えると排気ガスの空燃比は間欠的にリーン空燃比となる。そのため、ＮＯｘ触媒がパティキュレートフィルタ等の酸素保持能力を備え排気ガス中の微粒子（例えば、煤）を酸化し浄化せしめる触媒であった場合、理論空燃比またはリッチ空燃比の排気ガスとリーン空燃比の排気ガスとが交互に流入することによって煤等の微粒子が浄化されることになるため、より効果的にスモークの排出を抑制しつつＮＯｘ触媒をＳＯｘ被毒から回復させることが出来る。
【００２４】
上記したようなディーゼル機関の排気浄化装置を、燃焼室内に供給される再循環排気ガス量を増大させた場合は煤の発生量が次第に増大してピークに達し、燃焼室内に供給される再循環排気ガス量を更に増大させた場合は燃焼室内における燃焼時の燃料およびその周囲のガス温が煤の生成温度よりも低くなって煤の発生量が抑制される第１の燃焼と、煤の発生量がピークとなる再循環排気ガス量よりも燃焼室内に供給される再循環排気ガス量が少ない第２の燃焼とを選択的に切換える切換手段を備えたディーゼル機関に適用しても良い。
【００２５】
ここで、第１の燃焼は低温燃焼であり、第２の燃焼は通常燃焼である。
【００２６】
つまり、本発明に係るディーゼル機関の排気浄化装置によれば、アイドリング時または低負荷運転時には低温燃焼を行い、中高負荷運転時には通常燃焼を行うディーゼル機関であっても、運転状態にかかわらずＮＯｘ触媒をＳＯｘ被毒から回復させることが出来る。
【００２７】
また、本発明に係るディーゼル機関の排気浄化装置において、燃焼室に供給される吸入空気量を制御するスロットル弁と、燃焼室に再循環される再循環排気ガス（以下、ＥＧＲガスと称する）量を制御する再循環排気ガス制御弁と、が備えられている場合、スロットル弁または再循環排気ガス制御弁の少なくとも一方の開度を制御することによって排気ガスの空燃比を第１の所定空燃比に制御しても良い。
【００２８】
つまり、燃焼室に流入する吸入空気量またはＥＧＲガス量の少なくとも一方を制御することにより燃焼室内の空燃比を第１の空燃比に制御し、それによって排気ガスの空燃比を第１の空燃比に制御することが出来る。
【００２９】
また、本発明に係るディーゼル機関の排気浄化装置において、排気ガスの空燃比を第１の所定空燃比に制御した後、ディーゼル機関の燃焼室または排気通路の少なくとも一方への燃料の添加を制御することによって排気ガスの空燃比を間欠的に第２の所定空燃比に制御すると同時に、ＮＯｘ触媒の温度を所定温度範囲に制御しても良い。
【００３０】
つまり、ディーゼル機関の燃焼室または排気通路の少なくとも一方へ燃料を間欠的に添加することによって排気ガスの空燃比を間欠的に第２の所定空燃比に制御することが出来、また同時にＮＯｘ触媒の温度を所定温度範囲に制御することが出来る。
【００３１】
ここで、本発明に係るディーゼル機関の排気浄化装置において、排気ガスの空燃比を間欠的に第２の空燃比に制御するために行われるディーゼル機関の燃焼室または排気通路の少なくとも一方への燃料の添加は間欠的に行われ、ＮＯｘ触媒の温度が、ＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒からの回復が可能な温度より低い時には燃料が添加され、ＮＯｘ触媒の劣化を促進する温度となる可能性がある時は燃料の添加は休止される構成としても良い。
【００３２】
燃料の添加が休止されると、排気ガスの空燃比が大きくなり、ＮＯｘ触媒の温度は急速に低下するため、ＮＯｘ触媒の劣化を抑制することが出来るとともに次回の燃料添加が可能となる。従って、上記のように燃料の添加と添加休止とを繰り返すことによってＮＯｘ触媒をＳＯｘ被毒から回復させるとともにＮＯｘ触媒の劣化を抑制することが出来る。
【００３３】
また、本発明に係るディーゼル機関の排気浄化装置において、ディーゼル機関の燃焼室へ燃料の添加は、燃料室内において機関出力を得るために噴射される主噴射以外の副噴射によって行われる構成としても良い。
【００３４】
主噴射以外の副噴射としては、例えば、気筒内において機関出力を得るために燃焼される燃料が膨張行程または排気行程にあるときに燃焼室内へさらに燃料を噴射するポスト噴射を例示することが出来る。
【００３５】
また、本発明に係るディーゼル機関の排気浄化装置においては、ＳＯｘ被毒から回復させるＮＯｘ触媒より上流側の排気通路に排気浄化触媒をさらに備える構成としても良い。
【００３６】
この構成によれば、排気中に含まれるＮＯｘや未燃成分（ＣＯ、ＨＣ）等が、ＮＯｘ触媒の上流側に配置された排気浄化触媒において酸化または還元されるため、その反応熱によりＳＯｘ被毒から回復させるＮＯｘ触媒の温度分布をＮＯｘ触媒単体の時よりも均一にすることが出来る。そのため、ＳＯｘ被毒から回復させるためのＮＯｘ触媒の温度制御が容易となる。
【００３７】
本発明に係る排気浄化装置においては、ＮＯｘ触媒より下流側の排気ガスに含まれている未燃成分を浄化するするために、ＮＯｘ触媒より下流側の排気通路に酸化触媒をさらに備えた構成としても良い。
【００３８】
また、この構成においては、ＮＯｘ触媒より下流に設置された酸化触媒の温度に基づき、ディーゼル機関の燃焼室または排気通路への燃料添加を制御しても良い。
【００３９】
例えば、酸化触媒の温度が低い場合、排気ガスの空燃比をＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒からの回復が可能となる第２の所定空燃比に制御する前に、酸化触媒の温度が活性温度となるようにディーゼル機関の燃焼室または排気通路の少なくとも一方への燃料添加を行う。
【００４０】
つまり、上記構成によれば、ＮＯｘ触媒より下流に設置された酸化触媒の排気浄化能力が高まった後でＮＯｘ触媒からのＳＯｘ被毒回復を行うことになるため、未燃成分の排出を低減することが出来る。
【００４１】
また、上記構成において、酸化触媒を昇温させるための燃料添加は間欠的に行われ、添加する燃料の量または添加時間の間隔の少なくとも一方を、酸化触媒の温度に基づいて制御しても良い。
【００４２】
例えば、酸化触媒の温度が低い程、添加する燃料の量を多くし、また、燃料を添加するときの時間間隔を長くしても良い。
【００４３】
このような制御により、酸化触媒を速やかに活性温度まで昇温させることが出来る。
【００４４】
また、本発明に係るディーゼル機関の排気浄化装置において、ＮＯｘ触媒より下流側の排気ガスに含まれている未燃成分を浄化するために、ＮＯｘ触媒より下流側の排気通路に酸化触媒をさらに備えた場合、該酸化触媒より下流側の排気ガスの空燃比が所定空燃比以上となるよう排気ガスの空燃比を制御しても良い。
【００４５】
例えば、酸化触媒の酸化能力が低下し、酸化触媒より下流側の排気ガスの空燃比が所定空燃比よりリッチとなる可能性があるときは、ディーゼル機関の燃焼室または排気通路の少なくとも一方への燃料添加を減らすか、または、休止する等の制御により、排気ガスの空燃比を上昇させる。
【００４６】
このような制御によりＮＯｘ触媒より下流側に設置された酸化触媒の排気浄化能力が低下した状態で排気ガスの空燃比が過剰にリッチになることを防ぐことが出来、そのため未燃成分の排出を抑制することが出来る。
【００４７】
また、本発明に係るディーゼル機関の排気浄化装置において、ＮＯｘ触媒より下流側であり、且つ、酸化触媒より上流側の排気通路に二次空気供給手段をさらに備えた構成としても良い。
【００４８】
上記構成によれば、例えば、ＮＯｘ触媒がＳＯｘ被毒から回復しやすいように、ディーゼル機関の燃焼室または排気通路への燃料添加を若干多めに行った場合、それに伴ってＮＯｘ触媒より下流の排気ガス中の未燃成分を酸化触媒によって浄化するために必要となる酸素（Ｏ2）の不足分を二次空気供給手段により空気を供給することで補うことが出来る。
【００４９】
つまり、上記構成によれば、ＮＯｘ触媒周囲の空燃比をよりリッチとすることが可能なため、ＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒からの回復を短時間で行うことが出来ると同時に、酸化触媒周囲の空燃比を理論空燃比よりリーンまたは理論空燃比近傍とすることが可能なため、未燃成分の排出を抑制することが出来る。
【００５０】
また、本発明に係るディーゼル機関の排気浄化装置において、ＳＯｘ被毒から回復させるＮＯｘ触媒またはその上流側に設置された排気浄化触媒は酸素保持能力のない触媒としても良い。
【００５１】
この理由としては、ＳＯｘ被毒から回復させるＮＯｘ触媒またはその上流側に設置される排気浄化触媒に酸素が存在すると、ＮＯｘ触媒の周囲雰囲気の空燃比を下げる妨げとなり、ＳＯｘ被毒からの回復を疎外するためである。
【００５２】
尚、本発明に係るディーゼル機関の排気浄化装置においては、より効果的に未燃成分の排出を防ぐために、ＳＯｘ被毒から回復させるＮＯｘ触媒より下流側に設置される酸化触媒は酸素保持能力の高い触媒としても良い。
【００５３】
また、上述したような、第１の燃焼、即ち低温燃焼と、第２の燃焼、即ち通常燃焼とを切換えるディーゼル機関においては、低温燃焼は低負荷領域で運転されているときに行われ、通常燃焼は中高負荷領域で運転されているときに行われる。
【００５４】
このようなディーゼル機関の排気浄化装置においては、低負荷運転時には、低温燃焼では空燃比をリッチ空燃比または理論空燃比とすることが可能なため、燃焼室内の空燃比を第２の所定空燃比に制御することによって排気ガスの空燃比を第２の所定空燃比に制御するか、もしくは、低温燃焼下において、燃焼室内の空燃比を制御することによって排気ガスの空燃比を第１の所定空燃比とした後、燃焼室または排気通路の少なくとも一方に燃料を添加することによって排気ガスの空燃比を第２の所定空燃比に制御するかのいずれかの制御を行うことによりＮＯｘ触媒をＳＯｘ被毒から回復させても良い。また、中高負荷運転時には、通常燃焼下において、燃焼室内の空燃比を制御することによって排気ガスの空燃比を第１の所定空燃比とした後、燃焼室または排気通路の少なくとも一方に燃料を添加することによって排気ガスの空燃比を間欠的に第２の所定空燃比に制御することによりＮＯｘ触媒をＳＯｘ被毒から回復させても良い。
【００５５】
上記したようなディーゼル機関の排気浄化装置よれば、例えば、ディーゼル機関等のような、低負荷運転時には低温燃焼を行い、中高負荷運転時には通常燃焼を行うディーゼル機関においても、運転状態にかかわらずＮＯｘ触媒をＳＯｘ被毒から回復させることが出来る。
【００５６】
また、本発明に係るディーゼル機関の排気浄化方法は、
排気通路に設けられたＮＯｘ触媒をＳＯｘ被毒から回復させるときに、最初に排気ガスの空燃比を、排出されるスモークの量が許容量の上限となる空燃比であって理論空燃比よりも大きい第１の所定空燃比に制御し、その後、間欠的に前記第１の所定空燃比よりも過濃であり理論空燃比またはリッチ空燃比であって前記ＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒からの回復が可能となる第２の所定空燃比に制御すると同時に、前記ＮＯｘ触媒の温度を、前記ＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒からの回復が可能であり、且つ、前記ＮＯｘ触媒の劣化を促進しない所定温度範囲に制御することを特徴とする。
【００５８】
本発明に係るディーゼル機関の排気浄化方法によれば、排気ガスの空燃比を第１の所定空燃比とした後、間欠的に第２の所定空燃比とすることによって、ディーゼル機関の運転状態に係わらず、スモークの排出を抑制しつつＮＯｘ触媒をＳＯｘ被毒から回復させることが出来る。
【００５９】
また、最初に排気ガスの空燃比を第１の所定空燃比とすることによって、より正確に、且つ、より早く排気ガスの空燃比を第２の所定空燃比に制御することが可能となる。従って、排気ガスが過剰にリッチな空燃比となることによるＮＯｘ触媒の過昇温や未燃成分の排出を防止することが出来るとともに、ＮＯｘ触媒をＳＯｘ被毒からより速やかに回復させることが出来る。
【００６０】
また、排気ガスの空燃比を間欠的にリッチ空燃比または理論空燃比とすることによって、ＮＯｘ触媒の温度を上昇させるとともに、過昇温を防止する。そのため、ＮＯｘ触媒の温度をＳＯｘ被毒からの回復が可能であり、且つ、劣化が促進されない温度に制御することが出来る。
【００６１】
また、排気ガスの空燃比が間欠的にリッチ空燃比または理論空燃比に制御されるということは、言い換えると排気ガスの空燃比は間欠的にリーン空燃比となる。そのため、ＮＯｘ触媒がパティキュレートフィルタ等の酸素保持能力を備え排気ガス中の微粒子（例えば、煤）を酸化し浄化せしめる触媒であった場合、より効果的に排気中のスモークを浄化することが出来る。
【００６２】
また、ディーゼル機関が、燃焼室に供給される吸入空気量を制御するスロットル弁と、燃焼室に再循環される再循環排気ガス量を制御する再循環排気ガス制御弁と、を備えている場合、排気ガスの空燃比を第１の所定空燃比に制御する方法としては、例えば、スロットル弁または再循環排気ガス制御弁の少なくとも一方の開度を制御することにより燃焼室内の空燃比を第１の空燃比に制御し、それによって排気ガスの空燃比を第１の空燃比に制御する方法を採用しても良い。
【００６３】
また、排気ガスの空燃比を第１の空燃比に制御した後、間欠的に第２の所定空燃比に制御する方法としては、燃焼室または排気通路の少なくとも一方への燃料の添加を制御する、つまり燃焼室または排気通路の少なくとも一方へ間欠的に燃料を添加する方法を採用しても良い。
【００６４】
また、排気通路にＮＯｘ触媒を備え、低温燃焼と通常燃焼とを選択的に切換えるディーゼル機関の排気浄化方法においては、通常燃焼時にＮＯｘ触媒をＳＯｘ被毒から回復させる場合、燃焼室内の空燃比を制御することによって排気ガスの空燃比を第１の所定空燃比とした後、燃焼室または排気通路の少なくとも一方への燃料の添加を制御する、つまり燃料を間欠的に添加することによって排気ガスの空燃比を間欠的に第１の所定空燃比よりも過濃でありＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒からの回復が可能となる第２の所定空燃比に制御すると同時に、ＮＯｘ触媒の温度を前記ＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒からの回復が可能であり、且つ、ＮＯｘ触媒の劣化を促進しない所定温度範囲に制御し、一方、低温燃焼時にＮＯｘ触媒をＳＯｘ被毒から回復させる場合、燃焼室内の空燃比を制御することによって排気ガスの空燃比を前記第２の所定空燃比に制御するか、もしくは燃焼室内の空燃比を制御することによって排気ガスの空燃比を前記第１の所定空燃比とした後、燃焼室または排気通路の少なくとも一方への燃料の添加を制御することによって排気ガスの空燃比を前記第２の所定空燃比に制御するかのいずれかの制御を行うと同時に、ＮＯｘ触媒の温度を前記所定温度範囲に制御するようにしても良い。
【００６５】
上記したようなディーゼル機関の排気浄化方法よれば、アイドリング時または低負荷運転時には低温燃焼を行い、中高負荷運転時には通常燃焼を行うディーゼル機関においても、運転状態にかかわらずＮＯｘ触媒をＳＯｘ被毒から回復させることが出来る。
【００６６】
本発明に係るディーゼル機関の排気浄化方法において、ディーゼル機関が、ＮＯｘ触媒より下流側の排気ガスに含まれている未燃成分を浄化するするために、ＮＯｘ触媒より下流側の排気通路に酸化触媒を備えている場合、燃焼室または排気通路の少なくとも一方への燃料の添加を制御することによって酸化触媒を活性温度まで昇温させ、その後、排気ガスの空燃比を間欠的に第２の空燃比に制御しＮＯｘ触媒をＳＯｘ被毒から回復させるようにしても良い。
【００６７】
このような制御によれば、ＮＯｘ触媒より下流側に設置された酸化触媒の排気浄化能力が高まった後でＮＯｘ触媒からのＳＯｘ被毒回復を行うことになるため、未燃成分の排出を低減することが出来る。
【００６８】
本発明に係るディーゼル機関の排気浄化方法において、ディーゼル機関が、ＮＯｘ触媒より下流側の排気ガスに含まれている未燃成分を浄化するするために、ＮＯｘ触媒より下流側の排気通路に酸化触媒を備えている場合、該酸化触媒より下流側の排気ガスの空燃比が所定空燃比以上となるよう排気ガスの空燃比を制御しても良い。
【００６９】
例えば、酸化触媒の酸化能力が低下し、酸化触媒より下流側の排気ガスの空燃比が所定空燃比よりリッチとなる可能性があるときは、ディーゼル機関の燃焼室または排気通路の少なくとも一方への燃料添加を減らすか、または、休止する等の制御によって排気ガスの空燃比を大きくする。
【００７０】
このような制御によれば、ＮＯｘ触媒より下流側に設置された酸化触媒の排気浄化能力が低下した状態で排気ガスの空燃比が過剰にリッチとなることを防ぐことが出来、そのため未燃成分の排出を低減させることが出来る。
【００７１】
【発明の実施の形態】
続いて、本発明に係るディーゼル機関の排気浄化装置および排気浄化方法に関し、その好適な実施の形態について説明する。
【００７２】
（第１の実施の形態）
図１は、本実施の形態に係るディーゼル機関の排気浄化装置を車両用ディーゼル機関の排気浄化装置に適用した場合を示している。本実施の形態に係る内燃機関１は４つの気筒２（燃焼室）の他、燃料供給系、吸気系、排気系、制御系などを備えたディーゼル機関である。
【００７３】
燃料供給系は、燃料噴射弁３、コモンレール（蓄圧室）４、燃料供給管５、燃料ポンプ６、などを備え、各気筒２に対して燃料供給を行っている。燃料噴射弁３は、各気筒２に対して夫々設けられる電磁駆動式の開閉弁であり、各燃料噴射弁３は、燃料の分配管となるコモンレール４に接続されている。また、コモンレール４は、燃料供給管５を介して燃料ポンプ６に連結されている。燃料ポンプ６のプーリ６ａは、ベルト７を介して内燃機関１の出力軸たるクランクシャフト１ａに連結されている。燃料ポンプ６は、クランクシャフト１ａの回転を駆動源として回転駆動されている。
【００７４】
このように構成された燃料供給系では、まず、燃料ポンプ６によって燃料タンク（図示略）内の燃料が汲み上げられる。汲み上げられた燃料は、燃料供給管５を介してコモンレール４に供給される。コモンレール４に供給された燃料は、コモンレール４内にて所定燃圧まで高められ、各燃料噴射弁３に分配される。そして、燃料噴射弁３に駆動電圧が印可され燃料噴射弁３が開弁すると、その燃料は、燃料噴射弁３を介して各気筒２の燃焼室内に噴射される。
【００７５】
一方、吸気系は、吸気管９、スロットル弁１３、吸気枝管８、エアクリーナボックス１０、インタークーラ１６などを備え、各気筒２に対して空気（吸気）を供給する吸気通路を形成している。
【００７６】
吸気管９は、エアクリーナボックス１０を介して吸入される吸気を吸気枝管８に導く通路を形成している。吸気枝管８は、吸気管９を経て流入する吸気を各気筒２に分配する通路を形成している。また、吸気管９とエアクリーナボックス１０との連結部分近傍には、吸気管９に流れ込む吸気の温度を測定する吸気温センサ４４ａを備えている。
【００７７】
また、エアクリーナボックス１０からスロットル弁１３に至る吸気管９には、吸入した吸気を圧縮するターボチャージャ１５（コンプレッサハウジング１５ａ）、及びターボチャージャ１５にて圧縮した吸気を冷却するインタークーラ１６を備え、さらに、ターボチャージャ１５の上流には、吸気管９を通じて燃焼室２に流れ込む吸気の流量を計測するエアフロメータ４５を備えている。
【００７８】
また、吸気枝管８の直上流には、吸気管９を通じて各気筒２に流れ込む吸気量を加減するスロットル弁１３を備え、スロットル弁１３の開度は、ステッパモータなどにて構成されたアクチュエータ１４によって制御されている。また、スロットル弁１３の直下流には、吸気枝管８内の温度を測定する吸気温センサ４４ｂ、及び吸気枝管８内の管内圧力を測定する吸気圧センサ４６を備えている。
【００７９】
このように構成された吸気系では、まず、機関運転に伴う負圧の発生により各気筒２に供給されるべき吸気がエアクリーナボックス１０に流れ込む。エアクリーナボックス１０内に流入した吸気は、エアクリーナボックス１０内にて塵や埃を除去された後、吸気管９を経てターボチャージャ１５に流れ込む。ターボチャージャ１５に流入した吸気は、コンプレッサホイール１５ａにて圧縮された後、インタークーラ１６によって冷却される。そして、必要に応じてスロットル弁１３での流量調節を受けた後、吸気枝管８内に流入する。吸気枝管８に流入した吸気は、各枝管を介して各気筒２に分配され、燃料噴射弁３から噴射供給された燃料と共に燃焼される。尚、各種センサの出力は、後述の電子制御ユニット３０に入力されており、例えば、内燃機関の基本燃料噴射制御などにフィードバックされる。
【００８０】
排気系は、排気枝管１８、排気管１９を備え、各気筒２から排出される排気ガスを機関本体外に排出する排気通路を形成している。また、ＥＧＲ装置２０、触媒コンバータ５０、還元剤添加装置６０、などを備え、排気ガス中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）や煤（スモーク）等を浄化せしめる排気浄化装置としての機能を有する。
【００８１】
まず、排気枝管１８は、各気筒２毎に設けられた排気ポート１８ａに接続すると共にその排気ポート１８ａから排出された排気ガスを集合してターボチャージャ１５のタービンハウジング１５ｂに導く通路を形成している。また、排気管１９は、タービンハウジング１５ｂから図示しない消音器までの通路を形成している。
【００８２】
ＥＧＲ装置２０は、ＥＧＲ通路２５、ＥＧＲ弁２６、ＥＧＲ装置２０用の酸化触媒２８、ＥＧＲクーラ２７等を備えている。
【００８３】
ＥＧＲ通路２５は、排気枝管１８と吸気枝管８とを接続する通路である。また、ＥＧＲ弁２６は、ＥＧＲ通路２５と吸気枝管８との接続部分に設けられた電気式の開閉弁であり、ＥＧＲ通路２５内を流れる排気ガス量の調節を行っている。ＥＧＲ装置２０用の酸化触媒２８は、排気枝管１８とＥＧＲクーラ２７とを接続するＥＧＲ通路２５中に配置され、排気枝管１８から回り込む排気ガス中の未燃成分を浄化する。ＥＧＲクーラ２７は、機関冷却水を熱媒体として、ＥＧＲ通路２５内を流れる排気ガスの冷却を行っている。なお、以下の説明では、ＥＧＲ通路２５を通じて吸気枝管８に流れ込む排気ガスを単にＥＧＲガスと称する。
【００８４】
このように構成されたＥＧＲ装置２０によれば、排気枝管１８内を流れる排気ガスの一部がＥＧＲ通路２５内に流入する。また、ＥＧＲ通路２５内に流入したＥＧＲガス（排気ガス）は、ＥＧＲ装置２０用の酸化触媒２８を経てＥＧＲクーラ２７に流入する。ＥＧＲクーラ２７に流入したＥＧＲガスは、ＥＧＲクーラ２７を通過する際に冷却され、ＥＧＲ弁２６の開弁量に即した流量で吸気枝管８に流れ込む。そして、吸気枝管８内に流入したＥＧＲガスは、吸気枝管８上流から流れ込む吸気と混ざり合いつつ混合気を形成し、燃料噴射弁３から噴射された燃料と共に燃焼に供される。
【００８５】
なお、ＥＧＲガスとなる排気ガス中には、水蒸気（Ｈ2Ｏ）や二酸化炭素（ＣＯ2）などの不活性ガスが含まれている。このため不活性ガスたる排気ガスが燃焼室２内に流入すると、その排気ガスの混入に起因して燃焼温度は低下し、ＮＯｘの生成は抑制される。また、ＥＧＲガスの導入に伴い、燃焼室２内の酸素量も減るため、この点においても窒素（Ｎ2）と酸素（Ｏ2）との結びつきが抑制され、窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出は抑制される。
【００８６】
続いて触媒コンバータ５０に関して説明する。
触媒コンバータ５０は、ケーシング５１、及びそのケーシング５１内にＮＯｘ触媒を備え、機関本体１から排出される排気ガス中の有害物質を浄化せしめる排気浄化作用を有する。
【００８７】
より詳しくは、タービンハウジング１５ｂの出口近傍にケーシング５１が配置され、ケーシング５１内には、排気ガス中の微粒子（例えば、煤）やＮＯｘ等を浄化するパティキュレートフィルタ（以下、単にフィルタと称する）５０ｂを内蔵している。
【００８８】
フィルタ５０ｂは、排気ガス中に含まれる微粒子（例えば、煤）を酸化燃焼せしめる排気浄化作用を有している。より詳しくは、活性化酸素放出剤を担持したフィルタ５８を備え、そのフィルタ５８上に捕集した微粒子を活性化酸素にて酸化せしめることで除去（浄化）する排気浄化作用を備えている。
【００８９】
フィルタ５０ｂ単体は、図２に示されるようにコージライトのような多孔質材料から形成されたハニカム形状をなし、互いに平行をなして延びる複数個の流路５５，５６を具備している。より具体的には、下流端が栓５５ａにより閉塞された排気ガス流入通路５５と、上流端が栓５６ａにより閉塞された排気ガス流出通路５６と、を備え、各排気ガス流入通路５５及び排気ガス流出通路５６は薄肉の隔壁５７を介して該フィルタ５８における縦方向及び横方向に並んで配置されている。
【００９０】
また、隔壁５７の表面および内部の細孔には、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）等によって形成された担体の層が設けられ、担体上には、白金（Ｐｔ）等の貴金属触媒の他、周囲に過剰酸素が存在するとその過剰酸素を吸蔵し、逆に酸素濃度が低下すると、その吸蔵した酸素を活性酸素の形で放出する活性酸素放出剤が担持されている。
【００９１】
なお、活性酸素放出剤としては、カリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）、リチウム（Ｌｉ）、セシウム（Ｃｓ）、ルビジウム（Ｒｂ）のようなアルカリ金属、バリウム（Ｂａ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）のようなアルカリ土類金属、ランタン（Ｌａ）、イットリウム（Ｙ）のような希土類、およびセリウム（Ｃｅ）、錫（Ｓｎ）のような遷移金属から選ばれた少なくとも一つを用いると良い。
【００９２】
また、好ましくは、カルシウム（Ｃａ）よりもイオン化傾向の高いアルカリ金属又はアルカリ土類金属、即ちカリウム（Ｋ）、リチウム（Ｌｉ）、セシウム（Ｃｓ）、ルビジウム（Ｒｂ）、バリウム（Ｂａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）などを用いると良い。
【００９３】
このように構成されたフィルタ５０ｂでは、まず、排気ガス流入通路５５→隔壁５７→排気ガス流出通路５６の順に排気ガスが流れ（図２矢印ａ）、排気ガス中に含まれる微粒子は、その隔壁５７を通過する過程で、隔壁５７の表面及び内部に捕集される。そして、隔壁５７に捕集された微粒子は、隔壁５７（フィルタ）に流れ込む排気ガスの酸素濃度を複数回に亘り変化させることみより活性化酸素によって酸化せしめられ、ついには輝炎を発することなく燃え尽きてフィルタ５８上から除去される。
【００９４】
また、フィルタ５０ｂは排気ガス中のＮＯｘを浄化せしめる排気浄化作用も有している。より詳しくは、フィルタ５０ｂに流れ込む排気ガスの酸素濃度が高いときにその排気ガス中のＮＯｘを吸蔵し、排気ガス中の酸素濃度が低いとき、すなわちフィルタ５０ｂに流れ込む排気ガスの空燃比が低いときにその吸蔵していたＮＯｘを二酸化窒素（ＮＯ2）や一酸化窒素（ＮＯ）の形で排気ガス中に還元・放出し、さらにＮＯ2やＮＯを排気ガス中に含まれている未燃成分（ＣＯ、ＨＣ）と酸化反応せしめることで窒素（Ｎ2）に浄化する排気浄化能を有する。
【００９５】
しかしながら、本実施の形態に示す内燃機関１のようなディーゼル機関においては、通常、酸素過剰雰囲気下で燃焼が行われている。このため燃焼に伴い排出される排気ガスの酸素濃度は、上記の還元・放出作用を促す迄に低下することは殆どなく、また、排気ガス中に含まれる未燃成分（ＣＯ，ＨＣ）の量も極僅かである。
【００９６】
従って、触媒コンバータ５０より上流側の排気通路に還元剤たる燃料を添加することで、排気ガスの酸素濃度の低下を促すと共に未燃成分たる炭化水素（ＨＣ）等を補うことによってフィルタ５０ｂに吸蔵されていたＮＯｘの還元・放出を促進させている。尚、排気通路への燃料添加は後述する還元剤添加装置６０によって行われている。
【００９７】
続いて、還元剤添加装置６０について説明する。還元剤添加装置６０は、還元剤添加弁６１、還元剤供給路６２、燃圧制御バルブ６４、燃圧センサ６３、緊急遮断弁６６、などを備え、還元剤として必要に応じて適切量の燃料を触媒コンバータ５０上流の排気通路に添加している。すなわち、触媒コンバータ５０に流れ込む排気ガスの空燃比が目標空燃比となるように、還元剤たる燃料を排気ガス中に添加している。
【００９８】
還元剤添加弁６１は、排気枝管１８の集合部分に設けられ、所定電圧が印可されたときに開弁する電気式の開閉弁である。還元剤供給路６２は、前記燃料ポンプ６によって汲み上げられた燃料の一部を還元剤添加弁６１に導く通路を形成している。燃圧制御バルブ６４は、還元剤供給路６２の経路途中に配置され、還元剤供給路６２内の燃圧を所定燃圧に維持している。燃圧センサ６３は、還元剤供給路６２内の燃圧を検出している。緊急遮断弁６６は、還元剤供給路６２内の圧力に異常が生じたとき、その還元剤供給路６２内への燃料添加を停止する。
【００９９】
このように構成した還元剤添加装置６０では、燃料ポンプ６から吐出した燃料を燃圧制御バルブ６４にて所定燃圧に維持し、還元剤供給路６２を通じて還元剤添加弁６１に供給する。続いて、還元剤添加弁６１に所定電圧を印可すると還元剤添加弁６１が開弁状態となり、還元剤供給路６２内の燃料は還元剤添加弁６１を通じて排気枝管１８内に添加される。排気枝管１８に添加された燃料（還元剤）は、タービンハウジング１５ｂ内にて撹拌された後、排気管１９を経て触媒コンバータ５０に流入する。したがって、触媒コンバータ５０には、酸素濃度が低く、また未燃成分たる炭化水素（ＨＣ）を含んだ排気ガスが流れ込むこととなり、フィルタ５０ｂに吸蔵されていたＮＯｘの還元・放出が促進されることとなる。
【０１００】
続いて、制御系について説明する。
制御系は、双方向性バス３１によって互いに接続された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（中央制御装置）３４、入力ポート３５、出力ポート３６を備える、いわゆる電子制御ユニット３０（ＥＣＵ）である。
【０１０１】
入力ポート３５には、上記した各種センサの出力信号の他、アクセルペダル４０の踏込み量を検出する負荷センサ４１、クランクシャフト１ａの回転数を検知するクランク角センサ４２、車速を測定する車速センサ４３等が対応したＡ／Ｄ変換器３７を介して、又は直接入力されている。一方、出力ポート３６には、対応する駆動回路３８を介して燃料噴射弁３、還元剤添加弁６１、スロットル弁駆動用のアクチュエータ１４、ＥＧＲ弁２６、などが接続されている。
【０１０２】
また、ＲＯＭ３２には、各種装置の制御プログラム、及びそのプログラムの処理時に参照される制御マップ等が各装置に対応して記録されている。また、ＲＡＭ３３には、入力ポート３５に入力された各種センサの出力信号、及び出力ポート３６に出力した制御信号などを内燃機関の運転履歴として記録している。ＣＰＵ３４は、ＲＡＭ３３上に記録された各種センサの出力信号およびＲＯＭ３２上に展開された制御マップ等を所望のプログラム上にて比較し、その処理過程で出力される各種制御信号を前記の出力ポート３６を介して対応する装置に出力し、各種装置を集中管理している。
【０１０３】
たとえば、ＣＰＵ３４は、触媒コンバータ５０下流に設けられた空燃比センサ（Ａ／Ｆセンサ）４７の出力信号からフィルタ５０ｂに流れ込む排気ガスの空燃比を算出し、フィルタ５０ｂの上流および下流に設けられた排気ガス温度センサ４８ａおよび４８ｂの出力信号からフィルタ５０ｂの温度を算出する。また、ＣＰＵ３４は、燃料噴射弁３、還元剤添加弁６１、スロットル弁１３、ＥＧＲ弁２６の開閉時期または開度等を制御することによりフィルタ５０ｂに流れ込む排気ガスの空燃比を制御する。
【０１０４】
ところで、上記したフィルタ５０ｂでは、先の従来技術にも説明したように排気ガス中に含まれる硫黄酸化物（ＳＯｘ）をもＮＯｘ同様に吸蔵する。また、その吸蔵メカニズムは以下のメカニズムと考えられている。
【０１０５】
まず、フィルタ５０ｂに流れ込む排気ガスの空燃比が高いときには、担体上に担持されている白金（Ｐｔ）上に排気ガス中の酸素Ｏ2がＯ2 -又はＯ2-の形で付着している。このため排気ガス中の硫黄酸化物（ＳＯｘ）は、窒素酸化物（ＮＯｘ）と同様にして白金（Ｐｔ）上で酸化されＳＯ3 -やＳＯ4 -なる。
【０１０６】
次いで、この生成されたＳＯ3 -やＳＯ4 -は、白金（Ｐｔ）上でさらに酸化され硫酸イオン（ＳＯ4 2-）となり、酸化バリウム（ＢａＯ）と結合しながらフィルタ５０ｂに吸蔵される。また、吸蔵された硫酸イオン（ＳＯ4 2-）は時間の経過と共にバリウムイオン（Ｂａ2+）と結合して化学的に安定した硫酸塩（ＢａＳＯ4）となる。
【０１０７】
このようにしてＳＯｘは吸蔵されると考えられている。ところでＳＯｘの吸蔵に伴い生成される硫酸塩（ＢａＳＯ4）は結晶が粗大化し易く、また化学的に安定していて分解し難い物質である。このためＮＯｘの還元・放出と同様にして流入排気ガスの空燃比を低下させたとしても、一旦吸蔵されたＳＯｘは容易に放出されることなく、硫酸塩（ＢａＳＯ4）として蓄積される。
【０１０８】
硫酸塩（ＢａＳＯ4）の蓄積量が過多になるとＮＯｘの吸放出作用に寄与できる酸化バリウム（ＢａＯ）の量も自ずと減り、従って、フィルタ５０ｂにおいては活性酸素の放出量が減り、微粒子の酸化燃焼に寄与できるフィルタ面積も減る。また、窒素酸化物（ＮＯｘ）の吸蔵能も低下することとなる。即ち、ＮＯｘを吸蔵・還元する排気浄化触媒の排気浄化率を低下させる、いわゆる「ＳＯｘ被毒」を生じさせる。
【０１０９】
次に、フィルタ５０ｂのＳＯｘ被毒回復のための条件を説明する。フィルタ５０ｂに吸蔵されたＳＯｘを放出させるには、フィルタ５０ｂの温度をＮＯｘ還元時よりも高温（例えば６００〜７００℃）に昇温させ、蓄積されている硫酸バリウム（ＢａＳＯ4）をＳＯ3 -及びＳＯ4 -に熱分解する。同時に、フィルタ５０ｂに流れ込む排気ガスの空燃比を理論空燃比よりリッチな空燃比あるいは理論空燃比近傍とし、硫酸バリウム（ＢａＳＯ4）の熱分解により生成されたＳＯ3 -やＳＯ4 -を、排気ガス中の炭化水素（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）と反応させて気体状のＳＯ2 -に還元し、フィルタ５０ｂに流れ込む排気ガスと共にその気体状のＳＯ2 -を放出させる。
【０１１０】
しかしながら、上述したように、本実施の形態に係る内燃機関１においては、通常、酸素過剰雰囲気下で燃焼が行われているため、排気ガスの空燃比も非常に大きい状態にある（例えば、Ａ／Ｆ＝２５〜４０）。
【０１１１】
そこでフィルタ５０ｂのＳＯｘ被毒回復を行う時は、最初に、スロットル弁１３または／およびＥＧＲ弁２６の開度を制御することによって燃焼室内の空燃比を制御し、フィルタ５０ｂに流れ込む排気ガスの空燃比を、排出されるスモークの量が許容量の上限となる第１の所定空燃比（例えば、Ａ／Ｆ＝２０〜２５）にまで小さくする。そして、排気ガスの空燃比を第１の所定空燃比とした後、還元剤添加装置６０によって触媒コンバータ５０より上流側の排気通路に燃料を間欠的に添加することによって、図３に示すように、フィルタ５０ｂに流れ込む排気ガスの空燃比を間欠的に、吸蔵されたＳＯｘが還元・放出される空燃比、即ち、理論空燃比またはリッチ空燃比である第２の所定空燃比とするよう制御し、また、フィルタ５０ｂの温度を、吸蔵されたＳＯｘが還元・放出され、且つ、フィルタ５０ｂの劣化が促進されない所定温度（例えば、６００℃〜７００℃）に制御する。
【０１１２】
本実施の形態に係るディーゼル機関の排気浄化装置によれば、酸素過剰雰囲気で燃焼が行われている場合であっても、排気ガスの空燃比が間欠的に第２の所定空燃比となることによって、図３に示すように、フィルタ５０ｂに吸蔵されたＳＯｘが排気ガス中に還元・放出されるため、スモークの排出を抑制しつつフィルタ５０ｂをＳＯｘ被毒から回復させることが出来る。
【０１１３】
また、周囲雰囲気の空燃比が小さくなるとフィルタ５０ｂの温度は上昇するため、フィルタ５０ｂに流れ込む排気ガスの空燃比を継続的に理論空燃比またはリッチ空燃比とすると、フィルタ５０ｂの温度が過剰に上昇し、フィルタ５０ｂの劣化を促進させる虞があるが、本実施の形態に係るディーゼル機関の排気浄化装置によれば、排気ガスの空燃比を間欠的に第２の所定空燃比とすることによって、フィルタ５０ｂの温度を、ＳＯｘ被毒からの回復が可能であり、且つ、フィルタ５０ｂの劣化が促進されない温度範囲に制御する。そのため、フィルタ５０ｂの劣化を抑制することが出来る。
【０１１４】
また、最初に燃焼室の空燃比を制御することによって排気ガスの空燃比を第１の所定空燃比とすることにより、排気ガスの空燃比が通常の状態（例えば、Ａ／Ｆ＝２５〜４０）にあるときに排気ガス中に燃料を添加する場合と比べて、より正確に、且つ、より早く排気ガスの空燃比を第２の所定空燃比に制御することが可能となる。従って、排気ガスの空燃比が過剰にリッチな空燃比となることによるＮＯｘ触媒の過昇温や未燃成分の排出を防止することが出来るとともに、フィルタ５０ｂをＳＯｘ被毒からより速やかに回復させることが出来る。
【０１１５】
また、本実施の形態に係るディーゼル機関の排気浄化装置において、排気ガスの空燃比を間欠的に第２の所定空燃比に制御するための排気通路への燃料添加は、間欠的に行われ、フィルタ５０ｂの温度が、ＳＯｘ被毒からの回復が可能となる温度（例えば、６００℃）以下のときは燃料が添加され、フィルタ５０ｂの劣化が促進される温度（例えば、７００℃）以上となる可能性のあるときは燃料添加は休止される（例えば、９秒間の添加と１３秒間の休止とを繰り返す）としても良い。
【０１１６】
燃料添加が休止されると、排気ガスの空燃比が大きくなり、フィルタ５０ｂの温度は急速に低下するため、フィルタ５０ｂの劣化を抑制することが出来るとともに次回の燃料添加が可能となる。従って、上記のように燃料の添加と添加休止とを繰り返すことによってフィルタ５０ｂをＳＯｘ被毒から回復させるとともにフィルタ５０ｂの劣化を抑制することが出来る。
【０１１７】
また、図５に示すとおり、フィルタ５０ｂに流入する排気ガスの量が多いほど燃料添加によるフィルタ５０ｂの温度上昇率は高くなるため、燃料添加の時間間隔または添加する燃料の量を内燃機関１の運転状態に応じて調整しても良い。
【０１１８】
また、本実施の形態に係るディーゼル機関の排気浄化装置によれば、還元剤添加装置６０による排気通路への燃料添加は間欠的に行なわれるため、図３に示すように、フィルタ５０ｂに流れ込む排気ガスの空燃比は間欠的にリーン空燃比となる。即ち、理論空燃比またはリッチ空燃比の排気ガスとリーン空燃比の排気ガスが交互にフィルタ５０ｂに流入することになるため、図４に示すとおり、フィルタ５０ｂに捕集された微粒子が酸化されることになる。そのため、より効果的にスモークの排出を抑制することが出来る。
【０１１９】
尚、本実施の形態に係るディーゼル機関の排気浄化装置においては、燃焼室内において、機関出力を得るために噴射される主噴射以外の副噴射を燃料噴射弁３から間欠的に行うことによって、排気ガスの空燃比を間欠的に第２の所定空燃比に制御しても良い。また、この場合、主噴射以外の副噴射を、各気筒２内において機関出力を得るための燃料が燃焼されピストンが膨張行程または排気行程にあるときに、さらに燃焼室内に燃料を噴射するポスト噴射としても良い。
【０１２０】
本実施の形態に係るディーゼル機関の排気浄化装置においては、触媒コンバータ５０内に設置するＮＯｘ触媒を酸素保持能力（活性酸素放出剤）を備えたパティキュレートフィルタとしたが、酸素保持能力のないＮＯｘ触媒としても良い。
【０１２１】
この場合、ＮＯｘ触媒の周囲雰囲気の空燃比を小さくすることが容易となる、即ち、第２の所定空燃比に制御することが容易となるため、このＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒からの回復をより効率的に行うことが可能となる。
【０１２２】
（第２の実施の形態）
次に、本発明に係るディーゼル機関の排気浄化装置および排気浄化方法の第２の実施の形態について説明する。
【０１２３】
図６は、本実施の形態に係るディーゼル機関の排気浄化装置を示している。本実施の形態に係る内燃機関１は、排気系の触媒コンバータ５０内においてフィルタ５０ｂの上流側に排気浄化触媒５０ａを備えている。その他の構成は、上述した第１の実施の形態と同様である。
【０１２４】
本実施の形態によれば、触媒コンバータ５０に流入する排気ガス中のＮＯｘまたは未燃成分（ＣＯ、ＨＣ）が排気浄化触媒５０ａによって酸化または還元されるため、そのときの反応熱によって、フィルタ５０ｂの温度分布がフィルタ５０ｂ単体で配置した場合よりも均一化されることになる。従って、フィルタ５０ｂの温度制御を容易に行うことが可能となる。
【０１２５】
尚、触媒コンバータ５０内において、フィルタ５０ｂを単体で配置した時のフィルタ５０ｂの温度分布を図７に、排気浄化触媒５０ａをフィルタ５０ｂの上流に直列に配置した時のフィルタ５０ｂの温度分布を図８に示す。
【０１２６】
また、本実施の形態に係る排気浄化触媒５０ａは酸素保持能力のない触媒としても良い。
【０１２７】
この場合、フィルタ５０ｂの周囲雰囲気の空燃比を小さくすることが容易となる、即ち、第２の所定空燃比に制御することが容易となるため、フィルタ５０ｂのＳＯｘ被毒からの回復をより効率的に行うことが可能となる。
【０１２８】
フィルタ５０ｂの上流側に設置される排気浄化触媒５０ａとしては、酸化触媒や吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を例示することができる。
【０１２９】
（第３の実施の形態）
次に、本発明に係るディーゼル機関の排気浄化装置および排気浄化方法の第３の実施の形態について説明する。
【０１３０】
図９は、本実施の形態に係るディーゼル機関およびディーゼル機関の排気浄化装置を示している。本実施の形態に係る内燃機関１は、排気系において、触媒コンバータ５０より下流側の排気管１９に酸化触媒コンバータ５９を備えており、この酸化触媒コンバータ５９の内部には酸化触媒５９ａが設置されている。さらに、酸化触媒コンバータ５９の下流側の排気管１９には排気ガス温度センサ６７及び空燃比センサ６８が設置されている。その他の構成は、上述した第２の実施の形態と同様である。
【０１３１】
排気ガス温度センサ６７及び空燃比センサ６８の出力信号も、第１の実施の形態における各種センサの出力信号と同様に入力ポート３５を介し、ＥＣＵ３０に読み込まれる。また、排気ガス温度センサ４８ｂおよび６７の出力信号からＣＰＵ３４によって酸化触媒５９ａの温度は算出される。また、酸化触媒コンバータ５９より下流の排気ガスの空燃比は空燃比センサ６８によって検出される。
【０１３２】
本実施の形態に係るディーゼル機関の排気浄化装置において、酸化触媒コンバータ５９は触媒コンバータ５０よりも下流側に設置されているため、内燃機関１の運転中、酸化触媒コンバータ５９に内蔵されている酸化触媒５９ａの温度は、フィルタ５０ｂの温度より低くなっている（例えば、フィルタ５０ｂの温度が約３００℃のとき、酸化触媒５９ｂは約２５０℃となっている）。
【０１３３】
そこで、フィルタ５０ｂをＳＯｘ被毒から回復させる場合、酸化触媒５９の温度が活性温度となるように排気通路への間欠的な燃料添加を徐々に行い、酸化触媒５９の温度が活性温度となった後、排気ガスの空燃比が間欠的に第２の空燃比となるよう還元剤添加装置６０による燃料添加を制御する。
【０１３４】
本実施の形態に係るディーゼル機関の排気浄化装置によれば、酸化触媒５９ａの排気浄化能力が高まった後に、フィルタ５０ｂのＳＯｘ被毒回復が行われるため、ＳＯｘ被毒回復に伴い発生する未燃成分が酸化触媒５９ａにおいて浄化されることとなるため、未燃成分の排出を低減することが出来る。
【０１３５】
また、酸化触媒５９ａを活性温度に昇温させるために燃料を添加するとき、酸化触媒５９aの温度が低い程、添加する燃料の量を多くし、また、燃料を添加するときの時間間隔を長くしても良い。
【０１３６】
このような制御により、酸化触媒５９ａを速やかに活性温度まで昇温させることが出来る。
【０１３７】
また、本実施の形態に係るディーゼル機関の排気浄化装置において、酸化触媒５９ａの酸化能力の低下等により、酸化触媒コンバータ５９より下流側の排気ガスの空燃比が所定空燃比よりリッチとなる可能性があるときは、排気通路へ添加する燃料の量を減らすか、または、燃料添加を休止するとしても良い。
【０１３８】
このような制御により、酸化触媒コンバータ５９に内蔵された酸化触媒の排気浄化能力が低下した状態で排気ガスの空燃比が過剰にリッチになることを防ぐことが出来、そのため未燃成分の排出を抑制することが出来る。
【０１３９】
また、本実施の形態に係るディーゼル機関の排気浄化装置において、酸化触媒５９ａを酸素保持能力の高い、即ち酸化能力の高い触媒とすることによって、未燃成分の排出をより効果的に抑制することが可能となる。
【０１４０】
また、本実施の形態に係るディーゼル機関の排気浄化装置において、酸化触媒５９ａを昇温させるための燃料添加は、燃焼室内において、機関出力を得るために噴射される主噴射以外の副噴射を燃料噴射弁３から間欠的に行うことによってなされても良い。
【０１４１】
（第４の実施の形態）
次に、本発明に係るディーゼル機関の排気浄化装置および排気浄化方法の第４の実施の形態について説明する。
【０１４２】
図１０は、本実施の形態に係るディーゼル機関およびディーゼル機関の排気浄化装置を示している。本実施の形態に係る内燃機関１は、排気系において、触媒コンバータ５０より下流側、且つ酸化触媒コンバータ５９より上流側の排気管１９に二次空気供給装置６９を備えている。その他の構成は、上述した第３の実施の形態と同様である。
【０１４３】
二次空気供給装置６９は二次エアーポンプ７０と二次空気流量調節弁７１を有しており、排気管１９を介して酸化触媒コンバータ５９に空気を供給する。また、二次空気供給装置６９による空気供給はＣＰＵ３４によって制御される。
【０１４４】
本実施の形態に係る内燃機の排気浄化装置によれば、例えば、フィルタ５０ｂのＳＯｘ被毒回復を促進するために還元剤添加装置６０による排気通路への機関燃料の添加を多めに行った場合、触媒コンバータ５０より下流の排気ガス中の未燃成分を酸化触媒コンバータ５９に内蔵されている酸化触媒上で浄化するために必要とされる酸素（Ｏ2）が不足するが、そのＯ2の不足分を空気供給装置６９により空気を供給することで補うことが出来る。
【０１４５】
つまり、フィルタ５０ｂに流入する排気ガスの空燃比をよりリッチとすることが可能となるため、フィルタ５０ｂのＳＯｘ被毒からの回復を効率的に行うことが出来るとともに、空気供給装置６９によって空気を供給することにより酸化触媒５９ａに流入する排気ガスの空燃比をリーン空燃比または理論空燃比近傍とすることが可能なため、未燃成分の排出を抑制することも出来る。
【０１４６】
（第５の実施の形態）
次に、本発明に係るディーゼル機関の排気浄化装置および排気浄化方法の第５の実施の形態について説明する。
【０１４７】
本実施の形態においては、内燃機関１を、燃料噴射時期を固定した状態で、燃焼焼室内に供給されるＥＧＲガス量を増大させた場合は煤の発生量が次第に増大してピークに達し、燃焼室内に供給されるＥＧＲガス量を更に増大させた場合は燃焼室内における燃焼時の燃料およびその周囲のガス温が煤の生成温度よりも低くなって煤の発生量が抑制される第１の燃焼と、煤の発生量がピークとなるＥＧＲガス量よりも燃焼室内に供給されるＥＧＲガス量が少ない第２の燃焼とを選択的に切換える、即ち低温燃焼と通常燃焼とを選択的に切換えるディーゼル機関とする。本実施の形態に係る内燃機関１のその他の構成は前述した第１の実施の形態に係る内燃機関１と同様である。
【０１４８】
図１１は、実際の実験結果に即して得られたグラフであり、燃焼室内における混合気のＥＧＲ率と、その混合気が燃焼することによって発生するスモーク量との相関関係を示している。
【０１４９】
この図１１からもわかるように、スモークの発生量は、ＥＧＲ率約４０％〜５０％の間でピークに達し、ＥＧＲ率５５％以上の領域では、スモークがほとんど発生しない状態になる。したがって、ＥＧＲ率５５％以上、好ましくはＥＧＲ率６５％以上の領域で機関運転を行えば、スモークの排出量を略ゼロの状態で機関運転を行うことが出来る。なお、スモークの発生量が略ゼロとなるＥＧＲ率は、ＥＧＲガスをＥＧＲクーラ２７等にて冷却することにより低下させることが可能である。
【０１５０】
ところが、ＥＧＲ率６５％以上での運転では、空気量の不足や燃焼圧力の低下によって十分に機関出力が得られないといった不具合が生じる。一方、十分に機関出力が得られるＥＧＲ率４０％未満の領域では、スモークの発生が僅かながら見られるものの、その発生量は、ＥＧＲ率４０％〜５０％の運転領域に較べて十分に少ないものとなっている。
【０１５１】
したがって、本実施の形態に係る内燃機関１では、さほど機関出力を要しない低負荷運転時においてはＥＧＲ率を６５％以上に維持して機関運転を行い、十分な機関出力を要求される高負荷運転時においては、ＥＧＲ率を４０％未満に抑えながら機関運転を行うことで、スモークの発生を抑制しながら快適な運転状態を確保している。
【０１５２】
すなわち、本実施の形態に係る内燃機関１では、スモークの発生量がピークに達するＥＧＲ率４０％〜５０％での運転を避けるように、燃焼状態をステップ状に切り換えることで煤の排出抑制と運転性の両立を確保している。
【０１５３】
尚、本実施の形態において、第１の燃焼、即ち低温燃焼とは上記した高ＥＧＲ率で実現される燃焼状態であり、一方、第２の燃焼、即ち通常燃焼とは低ＥＧＲ率で実現される燃焼状態である。
【０１５４】
また、上記に例示した数値すなわちＥＧＲ率の具体的数値は、あくまでも一例であり、その数値は、適用される内燃機関固有の燃焼特性や、ＥＧＲガスの冷却温度によって若干変化するものである。但し、スモークの排出特性すなわちピークの存在などは、内燃機関全般に共通して言えるものである。
【０１５５】
次に、本実施の形態に係るディーゼル機関の排気浄化装置において、フィルタ５０ｂをＳＯｘ被毒から回復させるときの制御について説明する。
【０１５６】
上述したような低温燃焼では燃焼温度が低いため、スモークを発生させることなく燃焼室の空燃比をリッチ空燃比または理論空燃比とすることが出来る。
【０１５７】
そのため、内燃機関１が低負荷運転を行っているとき、即ち低温燃焼を行っているときには、スロットル弁１３または／およびＥＧＲ弁２６の開度を制御することによって燃焼室内の空燃比を制御し、フィルタ５０ｂに流れ込む排気ガスの空燃比を、吸蔵されたＳＯｘが還元・放出される空燃比、即ち、理論空燃比またはリッチ空燃比である第２の空燃比とするとともに、フィルタ５０ｂの温度を、吸蔵されたＳＯｘが還元・放出され、且つ、フィルタ５０ｂの劣化が促進されない所定温度とすることによってフィルタ５０ｂをＳＯｘ被毒から回復させるとしても良い。
【０１５８】
また、内燃機関１が低負荷運転を行っているとき、即ち低温燃焼を行っているときには、最初に、スロットル弁１３または／およびＥＧＲ弁２６の開度を制御することによって燃焼室内の空燃比を制御し、フィルタ５０ｂに流れ込む排気ガスの空燃比を排出されるスモークの量が許容量の上限となる第１の空燃比とする。そして、排気ガスの空燃比を第１の所定空燃比とした後、還元剤添加装置６０によって触媒コンバータ５０より上流側の排気通路に燃料を添加することによって、フィルタ５０ｂに流れ込む排気ガスの空燃比を第２の所定空燃比とするよう制御するともに、フィルタ５０ｂの温度を所定温度に制御することによりフィルタ５０ｂをＳＯｘ被毒から回復させるとしても良い。
【０１５９】
また、内燃機関１が高負荷運転を行っているとき、即ち通常燃焼を行っているときには、上述した第１の実施の形態と同様に、最初に、スロットル弁１３または／およびＥＧＲ弁２６の開度を制御することによって燃焼室内の空燃比を制御し、フィルタ５０ｂに流れ込む排気ガスの空燃比を第１の空燃比とする。そして、排気ガスの空燃比を第１の所定空燃比とした後、還元剤添加装置６０によって触媒コンバータ５０より上流側の排気通路に燃料を間欠的に添加することによって、フィルタ５０ｂに流れ込む排気ガスの空燃比を間欠的に第２の所定空燃比とするよう制御するともに、フィルタ５０ｂの温度を所定温度に制御することによりフィルタ５０ｂをＳＯｘ被毒から回復させるとしても良い。
【０１６０】
本実施の形態に係るディーゼル機関の排気浄化装置よれば、運転状態に応じて低温燃焼と通常燃焼と切換えるディーゼル機関においても、運転状態にかかわらずフィルタ５０ｂをＳＯｘ被毒から回復させることが出来る。
【０１６１】
尚、図１２に本実施の形態に係るディーゼル機関の排気浄化装置において、フィルタ５０ｂをＳＯｘ被毒から回復させることが可能なディーゼル機関の運転領域を示す。
【０１６２】
図１２に示すように、フィルタ５０ｂの耐熱温度が高くなれば、ＳＯｘ被毒から回復させることができる運転領域は広がることになる。
【０１６３】
また、上述した第１から第４の実施の形態と同様に、本実施の形態においても、還元剤添加装置６０よる排気通路への燃料添加を、燃焼室内への燃料の副噴射としても良い。
【０１６４】
【発明の効果】
本発明に係るディーゼル機関の排気浄化装置および排気浄化方法によれば、ディーゼル機関の運転状態に係わらず、スモークの排出およびＮＯｘ触媒の劣化を抑制しつつＮＯｘ触媒をＳＯｘ被毒から回復させることが出来る。
【０１６５】
また、ＮＯｘ触媒がパティキュレートフィルタ等の酸素保持能力を備え排気ガス中の微粒子を酸化し浄化せしめる触媒であった場合、理論空燃比またはリッチ空燃比の排気ガスとリーン空燃比の排気ガスとが交互に流入することによって排気中の微粒子が浄化されることになるため、より効果的にスモークの排出を抑制しつつＮＯｘ触媒をＳＯｘ被毒から回復させることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施の形態に係るディーゼル機関及びディーゼル機関の排気浄化装置の概略構成図。
【図２】 パティキュレートフィルタの内部構造を説明するための図。
【図３】 排気通路に間欠的に燃料を添加したときの排気ガスの空燃比とパティキュレートフィルタの温度及び排気中に放出されたＳＯｘ量の関係を示すグラフ。
【図４】 燃料の添加が間欠的に行われているときのパティキュレートフィルタ差圧を示す図。
【図５】 排気ガスの流量と燃料の添加によるパティキュレートフィルタの上昇温度を示すグラフ。
【図６】 第２の実施の形態に係るディーゼル機関及びディーゼル機関の排気浄化装置の概略構成図。
【図７】 パティキュレートフィルタの上流側に排気浄化触媒を配置した場合のパティキュレートフィルタの温度分布を示すためのグラフ。
【図８】 パティキュレートフィルタを単体で配置した場合のパティキュレートフィルタの温度分布を示すためのグラフ。
【図９】 第３の実施の形態におけるディーゼル機関及びディーゼル機関の排気浄化装置の概略構成図。
【図１０】 第４の実施の形態におけるディーゼル機関及びディーゼル機関の排気浄化装置の概略構成図。
【図１１】 スモークの発生量とＥＧＲ率との相関関係を示すグラフ。
【図１２】 ＳＯｘ被毒回復を行うことが可能なディーゼル機関の運転領域を示すグラフ。
【符号の説明】
１ 内燃機関
１ａ クランクシャフト
２ 気筒（燃焼室）
３ 燃料噴射弁
４ コモンレール
５ 燃料供給管
６ 燃料ポンプ
６ａ プーリ
８ 吸気枝管
９ 吸気管
１０ エアクリーナボックス
１２ 吸気温センサ
１３ スロットル弁
１４ アクチュエータ
１５ ターボチャージャ
１５ａ コンプレッサハウジング
１５ｂ タービンハウジング
１６ インタークーラ
１８ 排気枝管
１８ａ 排気ポート
１９ 排気管
２０ ＥＧＲ装置
２５ ＥＧＲ通路
２６ ＥＧＲ弁
２７ ＥＧＲクーラ
２８ ＥＧＲ装置の酸化触媒
３０ 電子制御ユニット
３１ 双方向性バス
３５ 入力ポート
３６ 出力ポート
３７ Ａ／Ｄ変換器
３８ 駆動回路
４０ アクセルペダル
４１ 負荷センサ
４２ クランク角センサ
４３ 車速センサ
４４ａ 吸気温センサ
４４ｂ 吸気温センサ
４５ エアフロメータ
４６ 吸気圧センサ
４７ 空燃比センサ
４８ａ 排気ガス温度センサ
４８ｂ 排気ガス温度センサ
５０ 触媒コンバータ
５０ａ 排気浄化触媒
５０ｂ パティキュレートフィルタ
５１ ケーシング
５５ 排気ガス流入通路
５５ａ 栓
５６ 排気ガス流出通路
５６ａ 栓
５７ 隔壁
５８ フィルタ
５９ 酸化触媒コンバータ
５９ａ 酸化触媒
６０ 還元剤添加装置
６１ 還元剤添加弁
６２ 還元剤供給路
６３ 燃圧センサ
６４ 燃圧制御バルブ
６６ 緊急遮断弁
６７ 排気ガス温度センサ
６８ 空燃比センサ
６９ 二次空気供給装置
７０ 二次エアーポンプ
７１ 二次空気流量調整弁[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention has a NOx catalyst.dieselMore particularly, the present invention relates to a technology for recovering NOx catalyst from sulfur oxide (SOx) poisoning.
[0002]
[Prior art]
In a lean combustion internal combustion engine represented by a diesel engine, various measures are taken to reduce the emission amount of nitrogen oxides (NOx) and unburned fuel components (HC, CO).
[0003]
For example, in order to purify NOx in exhaust gas, an exhaust gas purification device in which a NOx catalyst is provided in an exhaust passage of an internal combustion engine is known.
[0004]
The NOx catalyst occludes NOx contained in the exhaust gas when the oxygen concentration of the inflowing exhaust gas is high, that is, when the air-fuel ratio of the exhaust gas is lean, and when the oxygen concentration of the inflowing exhaust gas is low, that is, the exhaust gas When the air-fuel ratio of the fuel is rich, the stored NOx is converted to nitrogen dioxide NO.2NOx is reduced and released into the exhaust gas in the form of NO and at the same time NO2Nitrogen N by reacting NO and NO with the unburned fuel components CO and HC contained in the exhaust gas2It has an exhaust purification action that purifies the air.
[0005]
By the way, the NOx catalyst has the property of storing this SOx when the exhaust gas contains sulfur oxide (SOx) as in the case of NOx. Moreover, since SOx is stably stored in the NOx catalyst as compared with NOx, it is less likely to be reduced than NOx, and tends to be stored in the NOx catalyst. As a result, the amount of SOx occluded in the NOx catalyst increases, and accordingly, NOx cannot be occluded, the NOx occlusion capacity of the NOx catalyst decreases, and the original exhaust purification action is harmed (hereinafter this phenomenon is referred to as SOx poisoning). Called).
[0006]
Therefore, so-called SOx poisoning recovery control for recovering the NOx catalyst from SOx poisoning has been conventionally performed.
[0007]
In order to release and reduce the SOx stored in the NOx catalyst, the temperature of the NOx catalyst needs to be higher than that during NOx reduction, and the ambient atmosphere must be the stoichiometric or rich air-fuel ratio.
[0008]
Therefore, when the operating state of the internal combustion engine is oxygen excess exhaust and the exhaust gas or the NOx catalyst is at a high temperature, the exhaust gas of the internal combustion engine provided with the exhaust oxygen concentration control means for reducing the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the NOx catalyst. A purification device is known (see, for example, Patent Document 1).
[0009]
Also, when the amount of recirculated exhaust gas supplied into the combustion chamber is increased, the amount of soot generated gradually increases and reaches a peak, and when the amount of recirculated exhaust gas supplied into the combustion chamber is further increased In the first combustion (hereinafter referred to as low temperature combustion) in which the temperature of the fuel during combustion in the combustion chamber and the surrounding gas temperature is lower than the soot generation temperature and the soot generation amount is suppressed, the soot generation amount is Low-temperature combustion is performed in an internal combustion engine that selectively switches to second combustion (hereinafter referred to as normal combustion) in which the amount of recirculated exhaust gas supplied into the combustion chamber is smaller than the amount of recirculated exhaust gas that reaches a peak. In this case, a technique for recovering the NOx catalyst from SOx poisoning is known.
[0010]
In low-temperature combustion, since the combustion temperature is low, smoke is hardly generated even when the air-fuel ratio in the combustion chamber is richer than the stoichiometric air-fuel ratio. Therefore, when the SOx stored in the NOx catalyst exceeds the allowable amount, low-temperature combustion is performed, and at the same time, the air-fuel ratio in the combustion chamber is made rich to make the air-fuel ratio of the exhaust gas rich. At the same time, the NOx catalyst is recovered from SOx poisoning by raising the temperature of the NOx catalyst (see, for example, Patent Document 2).
[0011]
[Patent Document 1]
JP-A-6-88518
[Patent Document 2]
Japanese Patent No. 3104692
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in order to recover the NOx catalyst from SOx poisoning, the temperature of the NOx catalyst needs to be higher than that during NOx reduction, and the ambient atmosphere must be the stoichiometric or rich air-fuel ratio.
[0013]
However, if the air-fuel ratio of the ambient atmosphere is reduced, the NOx catalyst will rise in temperature. Therefore, if the oxygen concentration of the exhaust gas is lowered when the exhaust gas or the NOx catalyst is at a high temperature, the temperature of the NOx catalyst becomes excessively high. , NOx catalyst may be deteriorated.
[0014]
  In addition, it selectively switches between low temperature combustion and normal combustion.dieselIn an engine, if the amount of intake air into the combustion chamber exceeds a certain amount, low-temperature combustion becomes impossible, so low-temperature combustion cannot be performed during medium-high load operation. If the air-fuel ratio is rich or stoichiometric, a large amount of smoke may be discharged.
[0015]
  Therefore, an object of the present invention is to provide a NOx catalyst in the exhaust passage.dieselIn the institutiondieselIt is possible to recover the NOx catalyst from the SOx poisoning more appropriately regardless of the operating state of the engine.dieselAn engine exhaust purification device and a purification method are provided.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
The present invention employs the following means in order to solve the above problems.
That is, according to the present invention, the air-fuel ratio of the exhaust gas is first controlled to a predetermined air-fuel ratio in which the amount of smoke discharged becomes the upper limit of the allowable amount, and then intermittently made the rich air-fuel ratio or the stoichiometric air-fuel ratio. At the same time, the temperature of the NOx catalyst is raised to release SOx from the NOx catalyst.
[0017]
  Therefore, according to the present inventiondieselThe engine exhaust purification system
  A NOx catalyst provided in the exhaust passage;
  NOx catalyst temperature detecting means for detecting the temperature of the NOx catalyst;
  Exhaust air-fuel ratio detection means for detecting the air-fuel ratio of the exhaust gas in the exhaust passage;
  Exhaust air / fuel ratio control means for controlling the air / fuel ratio of the exhaust gas in the exhaust passage based on the temperature of the NOx catalyst detected by the NOx catalyst temperature detection means and the air / fuel ratio of the exhaust gas detected by the exhaust air / fuel ratio detection means; With
  The air-fuel ratio of the exhaust gas detected by the exhaust air-fuel ratio detection means isThe air / fuel ratio is the upper limit of the permissible amount of smoke, and is larger than the stoichiometric air / fuel ratio.If the air-fuel ratio is thinner than the first predetermined air-fuel ratio, the exhaust air-fuel ratio control means controls the air-fuel ratio of the exhaust gas to the first predetermined air-fuel ratio, and thereafter intermittently the first predetermined air-fuel ratio. Over-concentratedTheoretical air-fuel ratio or rich air-fuel ratioThe NOx catalyst can be recovered from the SOx poisoning at the same time as the NOx catalyst is controlled to a second predetermined air-fuel ratio at which the NOx catalyst can be recovered from the SOx poisoning. The control is performed so that the temperature is controlled within a predetermined temperature range that does not promote the deterioration of the catalyst.
[0019]
  According to the above configuration, after setting the air-fuel ratio of the exhaust gas to the first predetermined air-fuel ratio, by intermittently setting the second predetermined air-fuel ratio,dieselRegardless of the operating state of the engine, the NOx catalyst can be recovered from the SOx poisoning while suppressing smoke emission.
[0020]
Further, when the air-fuel ratio of the exhaust gas decreases, the temperature of the NOx catalyst increases, and the temperature at which the stored SOx is reduced / released in a state where the ambient atmosphere is rich or stoichiometric (for example, 600 ° C. or higher) ), The NOx catalyst is recovered from SOx poisoning. However, if the temperature is too high (for example, 700 ° C. or higher), the deterioration of the NOx catalyst is promoted. Therefore, if the ambient atmosphere around the NOx catalyst is continuously made rich or stoichiometric with the exhaust gas temperature being high, the NOx catalyst may be deteriorated.
[0021]
Therefore, by intermittently setting the air-fuel ratio of the exhaust gas to the rich air-fuel ratio or the stoichiometric air-fuel ratio, the temperature of the NOx catalyst is raised and excessive temperature rise is prevented. Therefore, the temperature of the NOx catalyst can be controlled to a temperature at which recovery from SOx poisoning is possible and deterioration is not promoted.
[0022]
Further, by first setting the air-fuel ratio of the exhaust gas to the first predetermined air-fuel ratio, it becomes possible to control the air-fuel ratio of the exhaust gas to the second predetermined air-fuel ratio more accurately and earlier. Accordingly, it is possible to prevent the NOx catalyst from excessively warming and discharging unburned components due to the exhaust gas becoming an excessively rich air-fuel ratio, and to recover the NOx catalyst from SOx poisoning more quickly. .
[0023]
In addition, the air-fuel ratio of the exhaust gas is intermittently controlled to the rich air-fuel ratio or the stoichiometric air-fuel ratio. In other words, the air-fuel ratio of the exhaust gas intermittently becomes the lean air-fuel ratio. Therefore, when the NOx catalyst is a catalyst having an oxygen retention capability such as a particulate filter and oxidizing and purifying particulates (for example, soot) in the exhaust gas, the stoichiometric or rich air-fuel ratio exhaust gas and the lean air-fuel ratio Since the particulates such as soot are purified by alternately flowing into the exhaust gas, NOx catalyst can be recovered from the SOx poisoning while suppressing smoke discharge more effectively.
[0024]
  As mentioned abovedieselWhen the exhaust gas purification device of the engine increases the amount of recirculated exhaust gas supplied to the combustion chamber, the amount of soot gradually increases and reaches a peak, and the amount of recirculated exhaust gas supplied to the combustion chamber further increases. In the case of increase, the fuel during combustion in the combustion chamber and the gas temperature around the first combustion are lower than the soot generation temperature, so that the soot generation amount is suppressed, and the soot generation amount peaks. There is provided switching means for selectively switching to the second combustion in which the amount of recirculated exhaust gas supplied into the combustion chamber is smaller than the amount of recirculated exhaust gas.dieselIt may be applied to institutions.
[0025]
Here, the first combustion is low-temperature combustion, and the second combustion is normal combustion.
[0026]
  That is, according to the present inventiondieselAccording to the engine exhaust purification systemALow-temperature combustion during idling or low-load operation, and normal combustion during medium-high load operationdieselEven in an engine, the NOx catalyst can be recovered from SOx poisoning regardless of the operating state.
[0027]
  Further, according to the present inventiondieselIn an engine exhaust purification system, a throttle valve that controls the amount of intake air supplied to a combustion chamber and a recirculated exhaust gas that controls the amount of recirculated exhaust gas (hereinafter referred to as EGR gas) recirculated to the combustion chamber And a control valve, the air-fuel ratio of the exhaust gas may be controlled to the first predetermined air-fuel ratio by controlling the opening of at least one of the throttle valve or the recirculation exhaust gas control valve.
[0028]
In other words, the air-fuel ratio in the combustion chamber is controlled to the first air-fuel ratio by controlling at least one of the intake air amount and the EGR gas amount flowing into the combustion chamber, and thereby the air-fuel ratio of the exhaust gas is changed to the first air-fuel ratio. Can be controlled.
[0029]
  Further, according to the present inventiondieselIn the engine exhaust purification device, after controlling the air-fuel ratio of the exhaust gas to the first predetermined air-fuel ratio,dieselBy controlling the addition of fuel to at least one of the combustion chamber or the exhaust passage of the engine, the air-fuel ratio of the exhaust gas is intermittently controlled to the second predetermined air-fuel ratio, and at the same time, the temperature of the NOx catalyst is controlled to a predetermined temperature range. You may do it.
[0030]
  That meansdieselBy intermittently adding fuel to at least one of the combustion chamber or the exhaust passage of the engine, the air-fuel ratio of the exhaust gas can be intermittently controlled to the second predetermined air-fuel ratio, and at the same time the temperature of the NOx catalyst is predetermined The temperature can be controlled.
[0031]
  Here, according to the present inventiondieselThis is performed in an engine exhaust gas purification apparatus to intermittently control the air-fuel ratio of the exhaust gas to the second air-fuel ratio.dieselFuel is intermittently added to at least one of the combustion chamber or the exhaust passage of the engine, and the fuel is added when the temperature of the NOx catalyst is lower than the temperature at which the NOx catalyst can recover from SOx poisoning. The fuel addition may be suspended when there is a possibility that the temperature may promote the deterioration of the catalyst.
[0032]
When the fuel addition is stopped, the air-fuel ratio of the exhaust gas increases, and the temperature of the NOx catalyst rapidly decreases, so that the deterioration of the NOx catalyst can be suppressed and the next fuel addition can be performed. Therefore, the NOx catalyst can be recovered from the SOx poisoning and the deterioration of the NOx catalyst can be suppressed by repeating the fuel addition and the addition suspension as described above.
[0033]
  Further, according to the present inventiondieselIn an engine exhaust gas purification device,dieselThe fuel may be added to the combustion chamber of the engine by sub-injection other than main injection injected to obtain engine output in the fuel chamber.
[0034]
As the sub-injection other than the main injection, for example, post-injection in which fuel is further injected into the combustion chamber when the fuel burned to obtain engine output in the cylinder is in the expansion stroke or the exhaust stroke can be exemplified. .
[0035]
  Further, according to the present inventiondieselThe engine exhaust purification apparatus may further include an exhaust purification catalyst in the exhaust passage upstream of the NOx catalyst that is recovered from the SOx poisoning.
[0036]
According to this configuration, NOx, unburned components (CO, HC), and the like contained in the exhaust are oxidized or reduced by the exhaust purification catalyst disposed upstream of the NOx catalyst, so that the heat of reaction causes the SOx coverage. The temperature distribution of the NOx catalyst to be recovered from the poison can be made more uniform than when the NOx catalyst is used alone. Therefore, temperature control of the NOx catalyst for recovering from SOx poisoning becomes easy.
[0037]
In the exhaust emission control device according to the present invention, in order to purify unburned components contained in the exhaust gas downstream from the NOx catalyst, an oxidation catalyst is further provided in the exhaust passage downstream from the NOx catalyst. Also good.
[0038]
  Moreover, in this structure, based on the temperature of the oxidation catalyst installed downstream from the NOx catalyst,dieselFuel addition to the combustion chamber or exhaust passage of the engine may be controlled.
[0039]
  For example, when the temperature of the oxidation catalyst is low, the temperature of the oxidation catalyst becomes the activation temperature before controlling the air-fuel ratio of the exhaust gas to the second predetermined air-fuel ratio that enables recovery from the SOx poisoning of the NOx catalyst. likedieselFuel is added to at least one of the combustion chamber or the exhaust passage of the engine.
[0040]
In other words, according to the above configuration, since the exhaust gas purification ability of the oxidation catalyst installed downstream from the NOx catalyst is increased, SOx poisoning recovery from the NOx catalyst is performed, thereby reducing the emission of unburned components. I can do it.
[0041]
In the above configuration, the fuel addition for raising the temperature of the oxidation catalyst is intermittently performed, and at least one of the amount of fuel to be added or the interval of the addition time may be controlled based on the temperature of the oxidation catalyst. .
[0042]
For example, as the temperature of the oxidation catalyst is lower, the amount of fuel to be added may be increased, and the time interval for adding fuel may be lengthened.
[0043]
By such control, it is possible to quickly raise the temperature of the oxidation catalyst to the activation temperature.
[0044]
  Further, according to the present inventiondieselIn an engine exhaust purification system, unburned components contained in exhaust gas downstream of the NOx catalyst are purified.RutaTherefore, when the exhaust passage further downstream of the NOx catalyst is further provided with an oxidation catalyst, the air-fuel ratio of the exhaust gas may be controlled so that the air-fuel ratio of the exhaust gas downstream of the oxidation catalyst is equal to or higher than the predetermined air-fuel ratio. good.
[0045]
  For example, when the oxidation capacity of the oxidation catalyst decreases and the air-fuel ratio of the exhaust gas downstream from the oxidation catalyst may become richer than a predetermined air-fuel ratio,dieselThe air-fuel ratio of the exhaust gas is raised by control such as reducing or stopping the fuel addition to at least one of the combustion chamber or the exhaust passage of the engine.
[0046]
Such control can prevent the air-fuel ratio of the exhaust gas from becoming excessively rich when the exhaust gas purification capacity of the oxidation catalyst installed downstream of the NOx catalyst is reduced, so that unburned components can be discharged. Can be suppressed.
[0047]
  Further, according to the present inventiondieselThe engine exhaust gas purification apparatus may be configured to further include secondary air supply means in the exhaust passage downstream of the NOx catalyst and upstream of the oxidation catalyst.
[0048]
  According to the above configuration, for example, in order for the NOx catalyst to easily recover from SOx poisoning,dieselWhen the amount of fuel added to the combustion chamber or exhaust passage of the engine is slightly increased, oxygen (O) required to purify the unburned components in the exhaust gas downstream from the NOx catalyst by the oxidation catalyst.2) Can be compensated for by supplying air with the secondary air supply means.
[0049]
That is, according to the above configuration, since the air-fuel ratio around the NOx catalyst can be made richer, the NOx catalyst can be recovered from SOx poisoning in a short time, and at the same time, the air around the oxidation catalyst can be recovered. Since the fuel ratio can be made leaner than the stoichiometric air-fuel ratio or close to the stoichiometric air-fuel ratio, the emission of unburned components can be suppressed.
[0050]
  Further, according to the present inventiondieselIn an engine exhaust gas purification apparatus, the NOx catalyst for recovery from SOx poisoning or the exhaust gas purification catalyst installed upstream thereof may be a catalyst having no oxygen retention ability.
[0051]
The reason for this is that the presence of oxygen in the NOx catalyst to be recovered from SOx poisoning or the exhaust purification catalyst installed upstream thereof hinders the reduction of the air-fuel ratio in the ambient atmosphere of the NOx catalyst, thereby preventing recovery from SOx poisoning. This is for alienation.
[0052]
  According to the present inventiondieselMachineSeki'sIn the exhaust purification apparatus, in order to more effectively prevent the discharge of unburned components, the oxidation catalyst installed on the downstream side of the NOx catalyst to be recovered from the SOx poisoning may be a catalyst having a high oxygen holding capacity.
[0053]
  Further, as described above, the first combustion, that is, low-temperature combustion, and the second combustion, that is, normal combustion are switched.dieselIn an engine, low temperature combustion is performed when operating in a low load region, and normal combustion is performed when operating in a medium and high load region.
[0054]
  like thisdieselIn an engine exhaust purification system, during low load operation, the air-fuel ratio can be made rich or stoichiometric in low temperature combustion, so the air-fuel ratio in the combustion chamber is controlled to a second predetermined air-fuel ratio. After controlling the air-fuel ratio of the exhaust gas to the second predetermined air-fuel ratio or by controlling the air-fuel ratio in the combustion chamber under low-temperature combustion to set the air-fuel ratio of the exhaust gas to the first predetermined air-fuel ratio Whether the NOx catalyst is SOx poisoned by performing control of controlling the air-fuel ratio of the exhaust gas to the second predetermined air-fuel ratio by adding fuel to at least one of the combustion chamber or the exhaust passageTimesYou may restore it. In addition, during medium and high load operation, after controlling the air-fuel ratio in the combustion chamber under normal combustion to set the air-fuel ratio of the exhaust gas to the first predetermined air-fuel ratio, fuel is added to at least one of the combustion chamber or the exhaust passage By doing so, the NOx catalyst may be recovered from the SOx poisoning by intermittently controlling the air-fuel ratio of the exhaust gas to the second predetermined air-fuel ratio.
[0055]
  As mentioned abovedieselAccording to the exhaust emission control device of an engine, for example, a low-temperature combustion is performed at a low load operation, such as a diesel engine, and a normal combustion is performed at a medium-high load operation.dieselEven in the engine, the NOx catalyst can be recovered from the SOx poisoning regardless of the operating state.
[0056]
  Further, according to the present inventiondieselThe engine exhaust purification method
  When the NOx catalyst provided in the exhaust passage is recovered from SOx poisoning, the air-fuel ratio of the exhaust gas is first set.The air / fuel ratio is the upper limit of the permissible amount of smoke, and is larger than the stoichiometric air / fuel ratio.The first predetermined air-fuel ratio is controlled, and then intermittently over-concentrated than the first predetermined air-fuel ratio.Theoretical air-fuel ratio or rich air-fuel ratioThe temperature of the NOx catalyst can be recovered from the SOx poisoning of the NOx catalyst at the same time as controlling the second predetermined air-fuel ratio at which the NOx catalyst can be recovered from the SOx poisoning. Control is performed within a predetermined temperature range that does not promote deterioration of the NOx catalyst.
[0058]
  According to the present inventiondieselAccording to the engine exhaust gas purification method, the air-fuel ratio of the exhaust gas is set to the first predetermined air-fuel ratio, and then intermittently set to the second predetermined air-fuel ratio,dieselRegardless of the operating state of the engine, the NOx catalyst can be recovered from the SOx poisoning while suppressing smoke emission.
[0059]
Further, by first setting the air-fuel ratio of the exhaust gas to the first predetermined air-fuel ratio, it becomes possible to control the air-fuel ratio of the exhaust gas to the second predetermined air-fuel ratio more accurately and earlier. Accordingly, it is possible to prevent the NOx catalyst from excessively warming and discharging unburned components due to the exhaust gas becoming an excessively rich air-fuel ratio, and to recover the NOx catalyst from SOx poisoning more quickly. .
[0060]
Further, by intermittently setting the air-fuel ratio of the exhaust gas to the rich air-fuel ratio or the stoichiometric air-fuel ratio, the temperature of the NOx catalyst is raised and overheating is prevented. Therefore, the temperature of the NOx catalyst can be controlled to a temperature at which recovery from SOx poisoning is possible and deterioration is not promoted.
[0061]
In addition, the air-fuel ratio of the exhaust gas is intermittently controlled to the rich air-fuel ratio or the stoichiometric air-fuel ratio. In other words, the air-fuel ratio of the exhaust gas intermittently becomes the lean air-fuel ratio. Therefore, when the NOx catalyst is a catalyst having an oxygen retention capability such as a particulate filter and oxidizing and purifying particulates (for example, soot) in the exhaust gas, smoke in the exhaust can be purified more effectively. .
[0062]
  Also,dieselWhen the engine includes a throttle valve that controls the amount of intake air supplied to the combustion chamber and a recirculation exhaust gas control valve that controls the amount of recirculated exhaust gas recirculated to the combustion chamber, As a method for controlling the air-fuel ratio of the combustion chamber to the first predetermined air-fuel ratio, for example, by controlling the opening of at least one of the throttle valve or the recirculation exhaust gas control valve, the air-fuel ratio in the combustion chamber is changed to the first air-fuel ratio. It is also possible to adopt a method of controlling the air-fuel ratio of the exhaust gas to the first air-fuel ratio.
[0063]
Further, as a method for intermittently controlling the air-fuel ratio of the exhaust gas to the second air-fuel ratio after controlling it to the first air-fuel ratio, the addition of fuel to at least one of the combustion chamber or the exhaust passage is controlled. That is, a method of intermittently adding fuel to at least one of the combustion chamber and the exhaust passage may be employed.
[0064]
  In addition, a NOx catalyst is provided in the exhaust passage to selectively switch between low temperature combustion and normal combustion.dieselIn the engine exhaust gas purification method, when the NOx catalyst is recovered from SOx poisoning during normal combustion, the air-fuel ratio of the exhaust gas is set to the first predetermined air-fuel ratio by controlling the air-fuel ratio in the combustion chamber, and then the combustion chamber Alternatively, the addition of fuel to at least one of the exhaust passages is controlled, that is, by intermittently adding fuel, the air-fuel ratio of the exhaust gas is intermittently over-concentrated from the first predetermined air-fuel ratio, and the SOx of the NOx catalyst. At the same time as controlling to a second predetermined air-fuel ratio that enables recovery from poisoning, the temperature of the NOx catalyst can be recovered from SOx poisoning of the NOx catalyst and does not promote deterioration of the NOx catalyst. When the temperature range is controlled and the NOx catalyst is recovered from the SOx poisoning during low temperature combustion, the air-fuel ratio of the exhaust gas is controlled by controlling the air-fuel ratio in the combustion chamber to the second predetermined air-fuel ratio. Controlling the addition of fuel to at least one of the combustion chamber and the exhaust passage after the air-fuel ratio of the exhaust gas is set to the first predetermined air-fuel ratio by controlling the air-fuel ratio in the combustion chamber The temperature of the NOx catalyst may be controlled to the predetermined temperature range at the same time as the control of controlling the air / fuel ratio of the exhaust gas to the second predetermined air / fuel ratio.
[0065]
  As mentioned abovedieselDepending on engine exhaust purification methodALow-temperature combustion during idling or low-load operation, and normal combustion during medium-high load operationdieselEven in the engine, the NOx catalyst can be recovered from the SOx poisoning regardless of the operating state.
[0066]
  According to the present inventiondieselIn the exhaust purification method of the engine,dieselWhen the engine includes an oxidation catalyst in the exhaust passage downstream of the NOx catalyst in order to purify unburned components contained in the exhaust gas downstream of the NOx catalyst, at least the combustion chamber or the exhaust passage The temperature of the oxidation catalyst is raised to the activation temperature by controlling the addition of fuel to one side, and then the air-fuel ratio of the exhaust gas is intermittently controlled to the second air-fuel ratio to recover the NOx catalyst from SOx poisoning. Anyway.
[0067]
According to such control, SOx poisoning recovery from the NOx catalyst is performed after the exhaust gas purification ability of the oxidation catalyst installed on the downstream side of the NOx catalyst is increased, thereby reducing the emission of unburned components. I can do it.
[0068]
  According to the present inventiondieselIn the exhaust purification method of the engine,dieselWhen the engine is provided with an oxidation catalyst in the exhaust passage downstream of the NOx catalyst in order to purify unburned components contained in the exhaust gas downstream of the NOx catalyst, the engine is provided downstream of the oxidation catalyst. The air-fuel ratio of the exhaust gas may be controlled so that the air-fuel ratio of the exhaust gas is equal to or higher than a predetermined air-fuel ratio.
[0069]
  For example, when the oxidation capacity of the oxidation catalyst decreases and the air-fuel ratio of the exhaust gas downstream from the oxidation catalyst may become richer than a predetermined air-fuel ratio,dieselThe air-fuel ratio of the exhaust gas is increased by control such as reducing fuel addition to at least one of the engine combustion chamber or the exhaust passage or stopping the engine.
[0070]
According to such control, it is possible to prevent the air-fuel ratio of the exhaust gas from becoming excessively rich in a state where the exhaust gas purification capability of the oxidation catalyst installed downstream from the NOx catalyst is reduced, and therefore, the unburned component Emission can be reduced.
[0071]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  Subsequently, according to the present inventiondieselA preferred embodiment of the engine exhaust purification device and the exhaust purification method will be described.
[0072]
  (First embodiment)
  FIG. 1 relates to the present embodiment.dieselExhaust gas purification device for engineThe carThe case where it applies to the exhaust gas purification device of a dual-use diesel engine is shown. The internal combustion engine 1 according to the present embodiment includes a fuel supply system, an intake system, an exhaust system, a control system, and the like in addition to four cylinders 2 (combustion chambers).Diesel engine.
[0073]
The fuel supply system includes a fuel injection valve 3, a common rail (accumulation chamber) 4, a fuel supply pipe 5, a fuel pump 6, and the like, and supplies fuel to each cylinder 2. The fuel injection valve 3 is an electromagnetically driven on-off valve provided for each cylinder 2, and each fuel injection valve 3 is connected to a common rail 4 serving as a fuel distribution pipe. The common rail 4 is connected to a fuel pump 6 via a fuel supply pipe 5. A pulley 6 a of the fuel pump 6 is connected via a belt 7 to a crankshaft 1 a that is an output shaft of the internal combustion engine 1. The fuel pump 6 is rotationally driven using the rotation of the crankshaft 1a as a drive source.
[0074]
In the fuel supply system configured as described above, first, fuel in a fuel tank (not shown) is pumped up by the fuel pump 6. The pumped fuel is supplied to the common rail 4 through the fuel supply pipe 5. The fuel supplied to the common rail 4 is increased to a predetermined fuel pressure in the common rail 4 and is distributed to each fuel injection valve 3. When a drive voltage is applied to the fuel injection valve 3 and the fuel injection valve 3 is opened, the fuel is injected into the combustion chamber of each cylinder 2 via the fuel injection valve 3.
[0075]
On the other hand, the intake system includes an intake pipe 9, a throttle valve 13, an intake branch pipe 8, an air cleaner box 10, an intercooler 16, and the like, and forms an intake passage for supplying air (intake air) to each cylinder 2. .
[0076]
The intake pipe 9 forms a passage that guides the intake air sucked through the air cleaner box 10 to the intake branch pipe 8. The intake branch pipe 8 forms a passage for distributing the intake air flowing in through the intake pipe 9 to each cylinder 2. An intake air temperature sensor 44 a that measures the temperature of the intake air flowing into the intake pipe 9 is provided in the vicinity of the connection portion between the intake pipe 9 and the air cleaner box 10.
[0077]
The intake pipe 9 extending from the air cleaner box 10 to the throttle valve 13 includes a turbocharger 15 (compressor housing 15a) that compresses the intake air, and an intercooler 16 that cools the intake air compressed by the turbocharger 15. Further, upstream of the turbocharger 15, an air flow meter 45 that measures the flow rate of the intake air flowing into the combustion chamber 2 through the intake pipe 9 is provided.
[0078]
Further, a throttle valve 13 for adjusting the amount of intake air flowing into each cylinder 2 through the intake pipe 9 is provided immediately upstream of the intake branch pipe 8, and the opening degree of the throttle valve 13 is an actuator 14 constituted by a stepper motor or the like. Is controlled by. An intake air temperature sensor 44b that measures the temperature in the intake branch pipe 8 and an intake pressure sensor 46 that measures the pressure in the intake branch pipe 8 are provided immediately downstream of the throttle valve 13.
[0079]
In the intake system configured as described above, first, intake air to be supplied to each cylinder 2 flows into the air cleaner box 10 due to the generation of negative pressure accompanying engine operation. The intake air that has flowed into the air cleaner box 10 is removed of dust and dirt in the air cleaner box 10 and then flows into the turbocharger 15 through the intake pipe 9. The intake air flowing into the turbocharger 15 is compressed by the compressor wheel 15 a and then cooled by the intercooler 16. Then, the flow rate is adjusted by the throttle valve 13 as necessary, and then flows into the intake branch pipe 8. The intake air that has flowed into the intake branch pipe 8 is distributed to each cylinder 2 via each branch pipe, and is burned together with the fuel injected and supplied from the fuel injection valve 3. The outputs of various sensors are input to an electronic control unit 30 described later, and are fed back to, for example, basic fuel injection control of an internal combustion engine.
[0080]
The exhaust system includes an exhaust branch pipe 18 and an exhaust pipe 19, and forms an exhaust passage for exhausting exhaust gas discharged from each cylinder 2 to the outside of the engine body. In addition, the EGR device 20, the catalytic converter 50, the reducing agent addition device 60, and the like are provided, and have a function as an exhaust purification device that purifies nitrogen oxide (NOx), soot (smoke), and the like contained in the exhaust gas.
[0081]
First, the exhaust branch pipe 18 is connected to an exhaust port 18a provided for each cylinder 2, and forms a passage for collecting exhaust gas discharged from the exhaust port 18a and leading it to the turbine housing 15b of the turbocharger 15. ing. Further, the exhaust pipe 19 forms a passage from the turbine housing 15b to a silencer (not shown).
[0082]
The EGR device 20 includes an EGR passage 25, an EGR valve 26, an oxidation catalyst 28 for the EGR device 20, an EGR cooler 27, and the like.
[0083]
The EGR passage 25 is a passage connecting the exhaust branch pipe 18 and the intake branch pipe 8. The EGR valve 26 is an electrical on-off valve provided at a connection portion between the EGR passage 25 and the intake branch pipe 8, and adjusts the amount of exhaust gas flowing through the EGR passage 25. The oxidation catalyst 28 for the EGR device 20 is disposed in the EGR passage 25 that connects the exhaust branch pipe 18 and the EGR cooler 27, and purifies unburned components in the exhaust gas that flows from the exhaust branch pipe 18. The EGR cooler 27 cools the exhaust gas flowing in the EGR passage 25 using the engine coolant as a heat medium. In the following description, the exhaust gas flowing into the intake branch pipe 8 through the EGR passage 25 is simply referred to as EGR gas.
[0084]
According to the EGR device 20 configured as described above, a part of the exhaust gas flowing in the exhaust branch pipe 18 flows into the EGR passage 25. Further, the EGR gas (exhaust gas) flowing into the EGR passage 25 flows into the EGR cooler 27 through the oxidation catalyst 28 for the EGR device 20. The EGR gas that has flowed into the EGR cooler 27 is cooled when passing through the EGR cooler 27, and flows into the intake branch pipe 8 at a flow rate that matches the valve opening amount of the EGR valve 26. The EGR gas that has flowed into the intake branch pipe 8 mixes with the intake air flowing from the upstream side of the intake branch pipe 8 to form an air-fuel mixture, and is used for combustion together with the fuel injected from the fuel injection valve 3.
[0085]
In the exhaust gas that becomes EGR gas, water vapor (H2O) and carbon dioxide (CO2) And other inert gases. For this reason, when the exhaust gas, which is an inert gas, flows into the combustion chamber 2, the combustion temperature decreases due to the mixture of the exhaust gas, and the generation of NOx is suppressed. In addition, since the amount of oxygen in the combustion chamber 2 decreases with the introduction of EGR gas, nitrogen (N2) And oxygen (O2) And nitrogen oxide (NOx) emissions are suppressed.
[0086]
Next, the catalytic converter 50 will be described.
The catalytic converter 50 includes a casing 51 and a NOx catalyst in the casing 51, and has an exhaust purification action of purifying harmful substances in the exhaust gas discharged from the engine body 1.
[0087]
More specifically, a casing 51 is disposed in the vicinity of the outlet of the turbine housing 15b. In the casing 51, a particulate filter (hereinafter simply referred to as a filter) that purifies particulates (for example, soot) and NOx in the exhaust gas. 50b is built-in.
[0088]
The filter 50b has an exhaust purification action of oxidizing and burning fine particles (for example, soot) contained in the exhaust gas. More specifically, it has a filter 58 carrying an activated oxygen release agent, and has an exhaust purification action of removing (purifying) particulates collected on the filter 58 by oxidizing with activated oxygen.
[0089]
As shown in FIG. 2, the filter 50b alone has a honeycomb shape formed of a porous material such as cordierite, and includes a plurality of flow paths 55 and 56 extending in parallel with each other. More specifically, an exhaust gas inflow passage 55 whose downstream end is closed by a plug 55a and an exhaust gas outflow passage 56 whose upstream end is closed by a plug 56a are provided, and each exhaust gas inflow passage 55 and exhaust gas are provided. The outflow passages 56 are arranged side by side in the vertical and horizontal directions of the filter 58 through thin partition walls 57.
[0090]
Further, alumina (Al2OThree) And the like, and a noble metal catalyst such as platinum (Pt) is present on the support, and if there is excess oxygen in the surroundings, the excess oxygen is occluded, and conversely the oxygen concentration decreases. An active oxygen release agent that releases the stored oxygen in the form of active oxygen is supported.
[0091]
In addition, as active oxygen release agents, potassium (K), sodium (Na), lithium (Li), cesium (Cs), alkali metals such as rubidium (Rb), barium (Ba), calcium (Ca), strontium When using at least one selected from alkaline earth metals such as (Sr), rare earths such as lanthanum (La) and yttrium (Y), and transition metals such as cerium (Ce) and tin (Sn) good.
[0092]
Preferably, the alkali metal or alkaline earth metal has a higher ionization tendency than calcium (Ca), that is, potassium (K), lithium (Li), cesium (Cs), rubidium (Rb), barium (Ba), strontium. (Sr) or the like may be used.
[0093]
In the filter 50b configured as above, first, exhaust gas flows in the order of the exhaust gas inflow passage 55 → the partition wall 57 → the exhaust gas outflow passage 56 (arrow a in FIG. 2), and the particulates contained in the exhaust gas are separated from the partition wall. In the process of passing through 57, it is collected on the surface and inside of the partition wall 57. The fine particles collected in the partition wall 57 are oxidized by activated oxygen by changing the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the partition wall 57 (filter) a plurality of times, and finally, without emitting a luminous flame. It burns out and is removed from the filter 58.
[0094]
The filter 50b also has an exhaust purification action that purifies NOx in the exhaust gas. More specifically, when the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the filter 50b is high, NOx in the exhaust gas is occluded, and when the oxygen concentration in the exhaust gas is low, that is, when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the filter 50b is low. NOx stored in the nitrogen dioxide (NO2) And nitric oxide (NO) in the form of reduction and release into the exhaust gas.2Nitrogen (N) by oxidation reaction of NO and NO with unburned components (CO, HC) contained in exhaust gas2) Has an exhaust purification ability to purify.
[0095]
However, in a diesel engine such as the internal combustion engine 1 shown in the present embodiment, combustion is usually performed in an oxygen-excess atmosphere. For this reason, the oxygen concentration of the exhaust gas discharged with combustion hardly decreases until the above reduction / release action is promoted, and the amount of unburned components (CO, HC) contained in the exhaust gas. Is very small.
[0096]
Therefore, by adding fuel as a reducing agent to the exhaust passage upstream of the catalytic converter 50, the reduction of the oxygen concentration in the exhaust gas is promoted, and the hydrocarbon (HC), which is an unburned component, is compensated for by occlusion in the filter 50b. It promotes the reduction and release of NOx. The fuel addition to the exhaust passage is performed by a reducing agent adding device 60 described later.
[0097]
Next, the reducing agent adding device 60 will be described. The reducing agent addition device 60 includes a reducing agent addition valve 61, a reducing agent supply path 62, a fuel pressure control valve 64, a fuel pressure sensor 63, an emergency shutoff valve 66, and the like, and catalyzes an appropriate amount of fuel as a reducing agent as necessary. It is added to the exhaust passage upstream of the converter 50. That is, fuel as a reducing agent is added to the exhaust gas so that the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalytic converter 50 becomes the target air-fuel ratio.
[0098]
The reducing agent addition valve 61 is an electrical on-off valve that is provided at the collecting portion of the exhaust branch pipe 18 and opens when a predetermined voltage is applied. The reducing agent supply passage 62 forms a passage for guiding a part of the fuel pumped up by the fuel pump 6 to the reducing agent addition valve 61. The fuel pressure control valve 64 is arranged in the middle of the reducing agent supply path 62 and maintains the fuel pressure in the reducing agent supply path 62 at a predetermined fuel pressure. The fuel pressure sensor 63 detects the fuel pressure in the reducing agent supply path 62. The emergency shutoff valve 66 stops fuel addition into the reducing agent supply path 62 when an abnormality occurs in the pressure in the reducing agent supply path 62.
[0099]
In the reducing agent addition device 60 configured as described above, the fuel discharged from the fuel pump 6 is maintained at a predetermined fuel pressure by the fuel pressure control valve 64 and supplied to the reducing agent addition valve 61 through the reducing agent supply path 62. Subsequently, when a predetermined voltage is applied to the reducing agent addition valve 61, the reducing agent addition valve 61 is opened, and the fuel in the reducing agent supply path 62 is added into the exhaust branch pipe 18 through the reducing agent addition valve 61. The fuel (reducing agent) added to the exhaust branch pipe 18 is stirred in the turbine housing 15 b and then flows into the catalytic converter 50 through the exhaust pipe 19. Therefore, the exhaust gas containing hydrocarbon (HC) as an unburned component flows into the catalytic converter 50, and the reduction / release of NOx stored in the filter 50b is promoted. It becomes.
[0100]
Next, the control system will be described.
The control system includes a ROM (Read Only Memory) 32, a RAM (Random Access Memory) 33, a CPU (Central Control Device) 34, an input port 35, and an output port 36 connected to each other by a bidirectional bus 31. Control unit 30 (ECU).
[0101]
In addition to the output signals of the various sensors described above, the input port 35 includes a load sensor 41 that detects the amount of depression of the accelerator pedal 40, a crank angle sensor 42 that detects the rotational speed of the crankshaft 1a, and a vehicle speed sensor 43 that measures the vehicle speed. Are input via the corresponding A / D converter 37 or directly. On the other hand, the fuel injection valve 3, the reducing agent addition valve 61, the actuator 14 for driving the throttle valve, the EGR valve 26, and the like are connected to the output port 36 through corresponding drive circuits 38.
[0102]
The ROM 32 stores control programs for various devices, a control map that is referred to when the programs are processed, and the like corresponding to each device. Further, the RAM 33 records output signals of various sensors input to the input port 35, control signals output to the output port 36, and the like as an operation history of the internal combustion engine. The CPU 34 compares the output signals of the various sensors recorded on the RAM 33 and the control map developed on the ROM 32 on a desired program, and compares the various control signals output in the processing process with the output port 36. Output to the corresponding device through a centralized management of various devices.
[0103]
For example, the CPU 34 calculates the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the filter 50b from the output signal of the air-fuel ratio sensor (A / F sensor) 47 provided downstream of the catalytic converter 50, and is provided upstream and downstream of the filter 50b. The temperature of the filter 50b is calculated from the output signals of the exhaust gas temperature sensors 48a and 48b. Further, the CPU 34 controls the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the filter 50b by controlling the opening / closing timing or the opening degree of the fuel injection valve 3, the reducing agent addition valve 61, the throttle valve 13, and the EGR valve 26.
[0104]
By the way, in the filter 50b described above, sulfur oxide (SOx) contained in the exhaust gas is also occluded in the same manner as NOx as described in the prior art. Moreover, the storage mechanism is considered to be the following mechanism.
[0105]
First, when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the filter 50b is high, the oxygen O in the exhaust gas is deposited on platinum (Pt) supported on the carrier.2Is O2 -Or O2-It is attached in the form of For this reason, sulfur oxide (SOx) in the exhaust gas is oxidized on platinum (Pt) in the same manner as nitrogen oxide (NOx).Three -Or SOFour -Become.
[0106]
This generated SO is thenThree -Or SOFour -Is further oxidized on platinum (Pt) and sulfate ions (SOFour 2-And is occluded by the filter 50b while being coupled with barium oxide (BaO). Also, the stored sulfate ion (SOFour 2-) Barium ions (Ba) over time2+Chemically stable sulfate (BaSO)Four)
[0107]
It is believed that SOx is occluded in this way. By the way, the sulfate (BaSOFour) Is a substance which is easy to coarsen crystals and is chemically stable and difficult to decompose. For this reason, even if the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is reduced in the same manner as the reduction / release of NOx, the SOx once stored is not easily released, but sulfate (BaSOFour).
[0108]
Sulfate (BaSOFour) Is excessively reduced, the amount of barium oxide (BaO) that can contribute to the NOx absorption / release action is naturally reduced. Therefore, in the filter 50b, the amount of active oxygen released is reduced, and the filter area can contribute to the oxidation combustion of fine particles. Also decreases. In addition, the storage capacity of nitrogen oxides (NOx) is also reduced. That is, so-called “SOx poisoning” is generated, which lowers the exhaust purification rate of the exhaust purification catalyst that stores and reduces NOx.
[0109]
Next, conditions for SOx poisoning recovery of the filter 50b will be described. In order to release SOx stored in the filter 50b, the temperature of the filter 50b is raised to a higher temperature (for example, 600 to 700 ° C.) than during NOx reduction, and accumulated barium sulfate (BaSO).Four) SOThree -And SOFour -Thermally decomposes. At the same time, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the filter 50b is made richer than the stoichiometric air-fuel ratio or near the stoichiometric air-fuel ratio, and barium sulfate (BaSOFourSO produced by thermal decomposition ofThree -Or SOFour -Is reacted with hydrocarbon (HC) and carbon monoxide (CO) in the exhaust gas to produce gaseous SO.2 -And the gaseous SO together with the exhaust gas flowing into the filter 50b.2 -Release.
[0110]
However, as described above, in the internal combustion engine 1 according to the present embodiment, since combustion is usually performed in an oxygen-excess atmosphere, the air-fuel ratio of the exhaust gas is also very large (for example, A / F = 25-40).
[0111]
Therefore, when performing SOx poisoning recovery of the filter 50b, first, the air-fuel ratio in the combustion chamber is controlled by controlling the opening degree of the throttle valve 13 and / or the EGR valve 26, and the exhaust gas flowing into the filter 50b is emptied. The fuel ratio is reduced to a first predetermined air-fuel ratio (for example, A / F = 20 to 25) in which the amount of smoke discharged is the upper limit of the allowable amount. Then, after setting the air-fuel ratio of the exhaust gas to the first predetermined air-fuel ratio, fuel is intermittently added to the exhaust passage upstream of the catalytic converter 50 by the reducing agent adding device 60, as shown in FIG. The air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the filter 50b is intermittently controlled to be the air-fuel ratio at which the stored SOx is reduced and released, that is, the second predetermined air-fuel ratio that is the stoichiometric air-fuel ratio or the rich air-fuel ratio. Further, the temperature of the filter 50b is controlled to a predetermined temperature (for example, 600 ° C. to 700 ° C.) at which the stored SOx is reduced and released and the deterioration of the filter 50b is not promoted.
[0112]
  According to this embodimentdieselAccording to the engine exhaust gas purification device, even when combustion is performed in an oxygen-excess atmosphere, the air-fuel ratio of the exhaust gas intermittently becomes the second predetermined air-fuel ratio, as shown in FIG. In addition, since SOx occluded in the filter 50b is reduced and released into the exhaust gas, the filter 50b can be recovered from SOx poisoning while suppressing the discharge of smoke.
[0113]
  Further, since the temperature of the filter 50b increases when the air-fuel ratio of the ambient atmosphere decreases, the temperature of the filter 50b excessively increases when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the filter 50b is continuously set to the stoichiometric air-fuel ratio or the rich air-fuel ratio. However, there is a risk of promoting the deterioration of the filter 50b.dieselAccording to the engine exhaust gas purification apparatus, the temperature of the filter 50b can be recovered from the SOx poisoning by intermittently setting the air-fuel ratio of the exhaust gas to the second predetermined air-fuel ratio, and the filter 50b. The temperature is controlled so as not to promote deterioration. Therefore, deterioration of the filter 50b can be suppressed.
[0114]
Further, by first controlling the air-fuel ratio of the combustion chamber to set the air-fuel ratio of the exhaust gas to the first predetermined air-fuel ratio, the air-fuel ratio of the exhaust gas is in a normal state (for example, A / F = 25-40). ), It is possible to control the air-fuel ratio of the exhaust gas to the second predetermined air-fuel ratio more accurately and earlier than when adding fuel to the exhaust gas. Therefore, it is possible to prevent the NOx catalyst from excessively warming and discharging unburned components due to the excessively rich air-fuel ratio of the exhaust gas, and to recover the filter 50b more quickly from SOx poisoning. I can do it.
[0115]
  Also, according to this embodimentdieselIn the engine exhaust gas purification apparatus, the fuel addition to the exhaust passage for intermittently controlling the air-fuel ratio of the exhaust gas to the second predetermined air-fuel ratio is performed intermittently, and the temperature of the filter 50b becomes SOx poisoning. The fuel is added when the temperature is lower than the temperature at which recovery from the temperature (for example, 600 ° C.) or lower is possible, and when the temperature is higher than the temperature at which the deterioration of the filter 50b is accelerated (for example, 700 ° C.), It may be paused (for example, repeating the addition for 9 seconds and the pause for 13 seconds).
[0116]
When the fuel addition is stopped, the air-fuel ratio of the exhaust gas increases, and the temperature of the filter 50b rapidly decreases, so that the deterioration of the filter 50b can be suppressed and the next fuel addition can be performed. Therefore, by repeating the fuel addition and the addition stop as described above, the filter 50b can be recovered from the SOx poisoning and the deterioration of the filter 50b can be suppressed.
[0117]
As the amount of exhaust gas flowing into the filter 50b increases as the amount of exhaust gas flowing into the filter 50b increases, the rate of temperature increase of the filter 50b due to fuel addition increases. You may adjust according to a driving | running state.
[0118]
  Also, according to this embodimentdieselAccording to the engine exhaust gas purification device, the fuel addition to the exhaust passage by the reducing agent addition device 60 is intermittently performed. Therefore, as shown in FIG. 3, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the filter 50b is intermittently lean. It becomes an air fuel ratio. That is, since the stoichiometric or rich air-fuel ratio exhaust gas and the lean air-fuel ratio exhaust gas alternately flow into the filter 50b, the particulates collected by the filter 50b are oxidized as shown in FIG. It will be. Therefore, smoke discharge can be more effectively suppressed.
[0119]
  In addition, according to this embodimentdieselIn an engine exhaust gas purification apparatus, a sub-injection other than the main injection that is injected to obtain engine output is intermittently performed from the fuel injection valve 3 in the combustion chamber, thereby intermittently setting the air-fuel ratio of the exhaust gas. It may be controlled to a predetermined air-fuel ratio of 2. Further, in this case, sub-injection other than main injection is post-injection that injects fuel into the combustion chamber further when the fuel for obtaining engine output is burned in each cylinder 2 and the piston is in the expansion stroke or exhaust stroke. It is also good.
[0120]
  According to this embodimentdieselIn the engine exhaust gas purification apparatus, the NOx catalyst installed in the catalytic converter 50 is a particulate filter having an oxygen retention capability (active oxygen release agent), but may be a NOx catalyst having no oxygen retention capability.
[0121]
In this case, it becomes easy to reduce the air-fuel ratio of the ambient atmosphere of the NOx catalyst, that is, it becomes easy to control to the second predetermined air-fuel ratio, so that the recovery of the NOx catalyst from SOx poisoning can be further improved. It becomes possible to carry out efficiently.
[0122]
  (Second Embodiment)
  Next, according to the present inventiondieselA second embodiment of the engine exhaust gas purification device and the exhaust gas purification method will be described.
[0123]
  FIG. 6 relates to the present embodiment.dieselMachineSeki's1 shows an exhaust emission control device. The internal combustion engine 1 according to the present embodiment includes an exhaust purification catalyst 50a in the exhaust system catalytic converter 50 on the upstream side of the filter 50b. Other configurations are the same as those of the first embodiment described above.
[0124]
According to the present embodiment, NOx or unburned components (CO, HC) in the exhaust gas flowing into the catalytic converter 50 are oxidized or reduced by the exhaust purification catalyst 50a, so that the filter 50b is generated by the reaction heat at that time. Is more uniform than when the filter 50b is arranged alone. Therefore, the temperature control of the filter 50b can be easily performed.
[0125]
In the catalytic converter 50, FIG. 7 shows the temperature distribution of the filter 50b when the filter 50b is arranged alone, and FIG. 7 shows the temperature distribution of the filter 50b when the exhaust purification catalyst 50a is arranged in series upstream of the filter 50b. It is shown in FIG.
[0126]
Further, the exhaust purification catalyst 50a according to the present embodiment may be a catalyst having no oxygen retention ability.
[0127]
In this case, it becomes easy to reduce the air-fuel ratio of the atmosphere around the filter 50b, that is, it becomes easy to control the air-fuel ratio to the second predetermined air-fuel ratio, so that the recovery from the SOx poisoning of the filter 50b is more efficient. Can be performed automatically.
[0128]
Examples of the exhaust purification catalyst 50a installed on the upstream side of the filter 50b include an oxidation catalyst and an NOx storage reduction catalyst.
[0129]
  (Third embodiment)
  Next, according to the present inventiondieselA third embodiment of the engine exhaust gas purification device and the exhaust gas purification method will be described.
[0130]
  FIG. 9 relates to the present embodiment.dieselInstitution anddiesel1 shows an exhaust emission control device for an engine. The internal combustion engine 1 according to the present embodiment includes an oxidation catalyst converter 59 in the exhaust pipe 19 on the downstream side of the catalytic converter 50 in the exhaust system, and an oxidation catalyst 59a is installed inside the oxidation catalyst converter 59. ing. Further, an exhaust gas temperature sensor 67 and an air-fuel ratio sensor 68 are installed in the exhaust pipe 19 on the downstream side of the oxidation catalyst converter 59. Other configurations are the same as those of the second embodiment described above.
[0131]
The output signals of the exhaust gas temperature sensor 67 and the air-fuel ratio sensor 68 are also read into the ECU 30 via the input port 35 as with the output signals of the various sensors in the first embodiment. Further, the temperature of the oxidation catalyst 59a is calculated by the CPU 34 from the output signals of the exhaust gas temperature sensors 48b and 67. Further, the air-fuel ratio of the exhaust gas downstream from the oxidation catalyst converter 59 is detected by the air-fuel ratio sensor 68.
[0132]
  According to this embodimentdieselIn the engine exhaust gas purification apparatus, the oxidation catalyst converter 59 is installed on the downstream side of the catalyst converter 50. Therefore, during the operation of the internal combustion engine 1, the temperature of the oxidation catalyst 59a built in the oxidation catalyst converter 59 is filtered. The temperature is lower than 50 b (for example, when the temperature of the filter 50 b is about 300 ° C., the oxidation catalyst 59 b is about 250 ° C.).
[0133]
Therefore, when the filter 50b is recovered from SOx poisoning, intermittent fuel addition to the exhaust passage is gradually performed so that the temperature of the oxidation catalyst 59 becomes the activation temperature, and the temperature of the oxidation catalyst 59 becomes the activation temperature. Thereafter, the fuel addition by the reducing agent addition device 60 is controlled so that the air-fuel ratio of the exhaust gas becomes the second air-fuel ratio intermittently.
[0134]
  According to this embodimentdieselAccording to the engine exhaust gas purification apparatus, the SOx poisoning recovery of the filter 50b is performed after the exhaust gas purification capability of the oxidation catalyst 59a is increased. Therefore, the unburned components generated by the SOx poisoning recovery are purified in the oxidation catalyst 59a. Therefore, discharge of unburned components can be reduced.
[0135]
In addition, when adding fuel to raise the oxidation catalyst 59a to the activation temperature, the lower the temperature of the oxidation catalyst 59a, the larger the amount of fuel to be added and the longer the time interval when adding fuel. You may do it.
[0136]
By such control, the oxidation catalyst 59a can be quickly raised to the activation temperature.
[0137]
  Also, according to this embodimentdieselIn the engine exhaust gas purification device, when there is a possibility that the air-fuel ratio of the exhaust gas downstream from the oxidation catalytic converter 59 may become richer than the predetermined air-fuel ratio due to the reduction of the oxidation capacity of the oxidation catalyst 59a, etc., it is added to the exhaust passage The amount of fuel to be reduced may be reduced, or fuel addition may be suspended.
[0138]
By such control, it is possible to prevent the air-fuel ratio of the exhaust gas from becoming excessively rich in a state where the exhaust gas purification capability of the oxidation catalyst incorporated in the oxidation catalyst converter 59 is reduced, and therefore, the unburned components are discharged. Can be suppressed.
[0139]
  Also, according to this embodimentdieselIn the exhaust emission control device of the engine, by making the oxidation catalyst 59a a catalyst having a high oxygen retention capacity, that is, a high oxidation capacity, it becomes possible to more effectively suppress the discharge of unburned components.
[0140]
  Also, according to this embodimentdieselIn the engine exhaust gas purification apparatus, the fuel addition for raising the temperature of the oxidation catalyst 59a is performed by intermittently performing sub-injection other than the main injection injected from the fuel injection valve 3 in order to obtain engine output in the combustion chamber. May be made by
[0141]
  (Fourth embodiment)
  Next, according to the present inventiondieselA fourth embodiment of the engine exhaust gas purification device and the exhaust gas purification method will be described.
[0142]
  FIG. 10 relates to the present embodiment.dieselInstitution anddiesel1 shows an exhaust emission control device for an engine. The internal combustion engine 1 according to the present embodiment includes a secondary air supply device 69 in the exhaust pipe 19 downstream of the catalytic converter 50 and upstream of the oxidation catalytic converter 59 in the exhaust system. Other configurations are the same as those of the third embodiment described above.
[0143]
The secondary air supply device 69 has a secondary air pump 70 and a secondary air flow rate adjustment valve 71, and supplies air to the oxidation catalytic converter 59 through the exhaust pipe 19. The air supply by the secondary air supply device 69 is controlled by the CPU 34.
[0144]
According to the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present embodiment, for example, when a large amount of engine fuel is added to the exhaust passage by the reducing agent addition device 60 in order to promote SOx poisoning recovery of the filter 50b, Oxygen (O) required to purify unburned components in the exhaust gas downstream from the catalytic converter 50 on the oxidation catalyst built in the oxidation catalytic converter 59.2) Is insufficient, but its O2This shortage can be compensated by supplying air with the air supply device 69.
[0145]
That is, since the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the filter 50b can be made richer, the filter 50b can be efficiently recovered from the SOx poisoning, and the air is supplied by the air supply device 69. By supplying the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the oxidation catalyst 59a, it is possible to make the air-fuel ratio close to the lean air-fuel ratio or the stoichiometric air-fuel ratio, so that the emission of unburned components can be suppressed.
[0146]
(Fifth embodiment)
  Next, according to the present inventiondieselA fifth embodiment of the engine exhaust gas purification device and the exhaust gas purification method will be described.
[0147]
  In the present embodiment, when the amount of EGR gas supplied into the combustion chamber is increased with the fuel injection timing fixed in the internal combustion engine 1, the amount of soot generated gradually increases and reaches a peak, When the amount of EGR gas supplied into the combustion chamber is further increased, the temperature of the fuel and the surrounding gas during combustion in the combustion chamber is lower than the generation temperature of soot, and the amount of soot generation is suppressed. The combustion is selectively switched between the second combustion in which the amount of EGR gas supplied to the combustion chamber is smaller than the amount of EGR gas in which the generation amount of soot reaches a peak, that is, the low temperature combustion and the normal combustion are selectively switched.dieselInstitution. Other configurations of the internal combustion engine 1 according to the present embodiment are the same as those of the internal combustion engine 1 according to the first embodiment described above.
[0148]
FIG. 11 is a graph obtained in accordance with actual experimental results, and shows a correlation between the EGR rate of the air-fuel mixture in the combustion chamber and the amount of smoke generated by the combustion of the air-fuel mixture.
[0149]
As can be seen from FIG. 11, the amount of smoke generated reaches a peak between about 40% and 50% of the EGR rate, and smoke is hardly generated in the region where the EGR rate is 55% or more. Therefore, if the engine is operated in the region where the EGR rate is 55% or more, preferably the EGR rate is 65% or more, the engine operation can be performed with the smoke emission amount being substantially zero. Note that the EGR rate at which the amount of smoke generated becomes substantially zero can be reduced by cooling the EGR gas with the EGR cooler 27 or the like.
[0150]
However, in operation at an EGR rate of 65% or more, there is a problem that the engine output cannot be sufficiently obtained due to insufficient air amount or a decrease in combustion pressure. On the other hand, although a slight amount of smoke is seen in the region where the engine output is sufficiently low and the EGR rate is less than 40%, the amount generated is sufficiently smaller than that in the operation region where the EGR rate is 40% to 50%. It has become.
[0151]
Therefore, in the internal combustion engine 1 according to the present embodiment, at the time of low load operation that does not require much engine output, the engine operation is performed with the EGR rate maintained at 65% or more, and a high load that requires sufficient engine output is required. During operation, the engine is operated while suppressing the EGR rate to less than 40%, thereby ensuring a comfortable operating state while suppressing the generation of smoke.
[0152]
That is, in the internal combustion engine 1 according to the present embodiment, soot emission is suppressed by switching the combustion state in steps so as to avoid operation at an EGR rate of 40% to 50% where the amount of smoke generated reaches a peak. Ensures compatibility of drivability.
[0153]
In the present embodiment, the first combustion, that is, low-temperature combustion, is a combustion state that is realized at the above-described high EGR rate, while the second combustion, that is, normal combustion, is realized at a low EGR rate. It is a burning state.
[0154]
The numerical values exemplified above, that is, the specific values of the EGR rate are merely examples, and the numerical values slightly change depending on the combustion characteristics specific to the applied internal combustion engine and the cooling temperature of the EGR gas. However, smoke emission characteristics, that is, the presence of peaks, etc. can be said to be common to all internal combustion engines.
[0155]
  Next, according to this embodimentdieselIn the engine exhaust gas purification apparatus, control when the filter 50b is recovered from SOx poisoning will be described.
[0156]
Since the combustion temperature is low in low-temperature combustion as described above, the air-fuel ratio of the combustion chamber can be made rich or stoichiometric without generating smoke.
[0157]
Therefore, when the internal combustion engine 1 is performing low load operation, that is, when performing low temperature combustion, the air-fuel ratio in the combustion chamber is controlled by controlling the opening degree of the throttle valve 13 and / or the EGR valve 26, The air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the filter 50b is the air-fuel ratio at which the stored SOx is reduced and released, that is, the second air-fuel ratio that is the stoichiometric or rich air-fuel ratio, and the temperature of the filter 50b is The filter 50b may be recovered from the SOx poisoning by setting the temperature to a predetermined temperature at which the stored SOx is reduced and released and the deterioration of the filter 50b is not promoted.
[0158]
When the internal combustion engine 1 is operating at a low load, that is, when performing low-temperature combustion, first, the air-fuel ratio in the combustion chamber is controlled by controlling the opening of the throttle valve 13 and / or the EGR valve 26. The air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the filter 50b is controlled to be the first air-fuel ratio at which the amount of smoke discharged becomes the upper limit of the allowable amount. Then, after setting the air-fuel ratio of the exhaust gas to the first predetermined air-fuel ratio, the fuel is added to the exhaust passage upstream of the catalytic converter 50 by the reducing agent adding device 60, whereby the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the filter 50b May be controlled to the second predetermined air-fuel ratio, and the filter 50b may be recovered from the SOx poisoning by controlling the temperature of the filter 50b to a predetermined temperature.
[0159]
When the internal combustion engine 1 is operating at a high load, that is, during normal combustion, as in the first embodiment described above, first, the throttle valve 13 and / or the EGR valve 26 are opened. The air-fuel ratio in the combustion chamber is controlled by controlling the degree, and the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the filter 50b is set as the first air-fuel ratio. Then, after setting the air-fuel ratio of the exhaust gas to the first predetermined air-fuel ratio, the exhaust gas flowing into the filter 50b is added by intermittently adding fuel to the exhaust passage upstream of the catalytic converter 50 by the reducing agent adding device 60. The air-fuel ratio of the filter 50b may be intermittently controlled to the second predetermined air-fuel ratio, and the filter 50b may be recovered from the SOx poisoning by controlling the temperature of the filter 50b to a predetermined temperature.
[0160]
  According to this embodimentdieselAccording to the engine exhaust gas purification device, switching between low temperature combustion and normal combustion according to the operating statedieselEven in the engine, the filter 50b can be recovered from SOx poisoning regardless of the operating state.
[0161]
  Note that FIG. 12 relates to this embodiment.dieselIn an engine exhaust gas purification device, the filter 50b can be recovered from SOx poisoning.dieselIndicates the operating range of the engine.
[0162]
As shown in FIG. 12, when the heat-resistant temperature of the filter 50b is increased, the operating range that can be recovered from the SOx poisoning is expanded.
[0163]
Further, in the present embodiment as well, the fuel addition to the exhaust passage by the reducing agent addition device 60 may be sub-injection of fuel into the combustion chamber, as in the first to fourth embodiments described above.
[0164]
【The invention's effect】
  According to the present inventiondieselAccording to the engine exhaust gas purification device and the exhaust gas purification method,dieselRegardless of the operating state of the engine, the NOx catalyst can be recovered from the SOx poisoning while suppressing the discharge of smoke and the deterioration of the NOx catalyst.
[0165]
Further, when the NOx catalyst is a catalyst that has an oxygen retention capability such as a particulate filter and oxidizes and purifies particulates in the exhaust gas, the stoichiometric or rich air-fuel ratio exhaust gas and the lean air-fuel ratio exhaust gas are Since the particulates in the exhaust gas are purified by alternately flowing in, the NOx catalyst can be recovered from the SOx poisoning while suppressing smoke discharge more effectively.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 relates to a first embodiment of the present invention.dieselInstitution anddiesel1 is a schematic configuration diagram of an exhaust emission control device for an engine.
FIG. 2 is a diagram for explaining the internal structure of the particulate filter.
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the air-fuel ratio of exhaust gas, the temperature of the particulate filter, and the amount of SOx released into the exhaust when fuel is intermittently added to the exhaust passage.
FIG. 4 is a diagram showing a particulate filter differential pressure when fuel is added intermittently.
FIG. 5 is a graph showing the rising temperature of the particulate filter due to the flow rate of exhaust gas and the addition of fuel.
FIG. 6 is related to the second embodiment.dieselInstitution anddiesel1 is a schematic configuration diagram of an exhaust emission control device for an engine.
FIG. 7 is a graph for showing a temperature distribution of a particulate filter when an exhaust purification catalyst is arranged on the upstream side of the particulate filter.
FIG. 8 is a graph showing the temperature distribution of the particulate filter when the particulate filter is arranged alone.
FIG. 9 in the third embodimentdieselInstitution anddiesel1 is a schematic configuration diagram of an exhaust emission control device for an engine.
FIG. 10 is the same as in the fourth embodiment.dieselInstitution anddiesel1 is a schematic configuration diagram of an exhaust emission control device for an engine.
FIG. 11 is a graph showing the correlation between the amount of smoke generated and the EGR rate.
[Fig. 12] SOx poisoning recovery can be performed.dieselThe graph which shows the engine operating area.
[Explanation of symbols]
  1 Internal combustion engine
  1a Crankshaft
  2 cylinders (combustion chamber)
  3 Fuel injection valve
  4 Common rail
  5 Fuel supply pipe
  6 Fuel pump
  6a pulley
  8 Intake branch pipe
  9 Intake pipe
  10 Air cleaner box
  12 Intake air temperature sensor
  13 Throttle valve
  14 Actuator
  15 Turbocharger
  15a Compressor housing
  15b Turbine housing
  16 Intercooler
  18 Exhaust branch pipe
  18a Exhaust port
  19 Exhaust pipe
  20 EGR equipment
  25 EGR passage
  26 EGR valve
  27 EGR cooler
  28 EGR equipment oxidation catalyst
  30 Electronic control unit
  31 Bidirectional bus
  35 input ports
  36 output ports
  37 A / D converter
  38 Drive circuit
  40 accelerator pedal
  41 Load sensor
  42 Crank angle sensor
  43 Vehicle speed sensor
  44a Intake air temperature sensor
44b Intake air temperature sensor
  45 Air flow meter
  46 Intake pressure sensor
  47 Air-fuel ratio sensor
  48a Exhaust gas temperature sensor
  48b Exhaust gas temperature sensor
  50 catalytic converter
  50a Exhaust purification touchMedium
  50b Particulate filter
  51 casing
  55 Exhaust gas inflow passage
  55a stopper
  56 Exhaust gas outflow passage
  56a stopper
  57 Bulkhead
  58 Filter
59 Oxidation Catalytic Converter
  59a Oxidation catalyst
  60 Reducing agent addition device
  61 Reducing agent addition valve
  62 Reducing agent supply path
  63 Fuel pressure sensor
  64 Fuel pressure control valve
  66 Emergency shut-off valve
  67 Exhaust gas temperature sensor
  68 Air-fuel ratio sensor
  69 Secondary air supply device
  70 Secondary air pump
  71 Secondary air flow control valve

Claims (24)

排気通路に設けられたＮＯｘ触媒と、
該ＮＯｘ触媒の温度を検出するＮＯｘ触媒温度検出手段と、
前記排気通路の排気ガスの空燃比を検出する排気空燃比検出手段と、
前記ＮＯｘ触媒温度検出手段により検出された前記ＮＯｘ触媒の温度と前記排気空燃比検出手段により検出された排気ガスの空燃比に基づき排気通路の排気ガスの空燃比を制御する排気空燃比制御手段と、を備え、
前記排気空燃比検出手段により検出された排気ガスの空燃比が、排出されるスモークの量が許容量の上限となる空燃比であって理論空燃比よりも大きい第１の所定空燃比よりも過薄だった場合、前記排気空燃比制御手段は、排気ガスの空燃比を前記第１の所定空燃比に制御し、その後、間欠的に前記第１の所定空燃比よりも過濃であり理論空燃比またはリッチ空燃比であって前記ＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒からの回復が可能となる第２の所定空燃比に制御すると同時に、前記ＮＯｘ触媒の温度を前記ＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒からの回復が可能であり、且つ、前記ＮＯｘ触媒の劣化を促進しない所定温度範囲に制御することを特徴とするディーゼル機関の排気浄化装置。A NOx catalyst provided in the exhaust passage;
NOx catalyst temperature detecting means for detecting the temperature of the NOx catalyst;
Exhaust air-fuel ratio detection means for detecting the air-fuel ratio of the exhaust gas in the exhaust passage;
Exhaust air / fuel ratio control means for controlling the air / fuel ratio of the exhaust gas in the exhaust passage based on the temperature of the NOx catalyst detected by the NOx catalyst temperature detection means and the air / fuel ratio of the exhaust gas detected by the exhaust air / fuel ratio detection means; With
The air-fuel ratio of the exhaust gas detected by the exhaust air-fuel ratio detection means is greater than a first predetermined air-fuel ratio that is an air-fuel ratio in which the amount of smoke discharged is an upper limit of the allowable amount and is larger than the stoichiometric air-fuel ratio. If the air-fuel ratio is low, the exhaust air-fuel ratio control means controls the air-fuel ratio of the exhaust gas to the first predetermined air-fuel ratio, and then intermittently is richer than the first predetermined air-fuel ratio and is theoretically empty. at the same time fuel ratio or a rich air-fuel ratio is controlled to the second predetermined air-fuel ratio recovery is possible from the SOx poisoning of the NOx catalyst, the recovery of the temperature of the NOx catalyst from SOx poisoning of the NOx catalyst An exhaust emission control device for a diesel engine, which is controlled to a predetermined temperature range that is possible and does not promote deterioration of the NOx catalyst. 前記第１の所定空燃比が１９〜２５であることを特徴とする請求項１記載のディーゼル機関の排気浄化装置。 The exhaust gas purification apparatus for a diesel engine according to claim 1, wherein the first predetermined air-fuel ratio is 19 to 25 . 前記ディーゼル機関は、燃焼室内に供給される再循環排気ガス量を増大させた場合は煤の発生量が次第に増大してピークに達し、燃焼室内に供給される再循環排気ガス量を更に増大させた場合は燃焼室内における燃焼時の燃料およびその周囲のガス温が煤の生成温度よりも低くなって煤の発生量が抑制される第１の燃焼と、煤の発生量がピークとなる再循環排気ガス量よりも燃焼室内に供給される再循環排気ガス量が少ない第２の燃焼とを選択的に切換える切換手段を備えることを特徴とする請求項１または２記載のディーゼル機関の排気浄化装置。In the diesel engine, when the amount of recirculated exhaust gas supplied to the combustion chamber is increased, the amount of soot generated gradually increases and reaches a peak, and the amount of recirculated exhaust gas supplied to the combustion chamber is further increased. In this case, the first combustion in which the fuel during combustion in the combustion chamber and the surrounding gas temperature are lower than the soot generation temperature and the soot generation amount is suppressed, and the soot generation peaking is recirculated. The exhaust emission control device for a diesel engine according to claim 1 or 2 , further comprising a switching means for selectively switching between the second combustion having a smaller amount of recirculated exhaust gas supplied into the combustion chamber than the exhaust gas amount. . 前記ディーゼル機関の燃焼室に供給される吸入空気量を制御するスロットル弁と、
燃焼室に再循環される再循環排気ガス量を制御する再循環排気ガス制御弁と、をさらに備え、
前記排気空燃比制御手段は、前記スロットル弁または前記再循環排気ガス制御弁の少なくとも一方の開度を制御することによって排気ガスの空燃比を前記第１の所定空燃比に制御す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ディーゼル機関の排気浄化装置。A throttle valve for controlling the amount of intake air supplied to the combustion chamber of the diesel engine;
A recirculation exhaust gas control valve for controlling a recirculation exhaust gas amount recirculated to the combustion chamber,
The exhaust air / fuel ratio control means controls the air / fuel ratio of the exhaust gas to the first predetermined air / fuel ratio by controlling the opening of at least one of the throttle valve or the recirculation exhaust gas control valve. The exhaust emission control device for a diesel engine according to any one of claims 1 to 3 . 前記排気空燃比制御手段は、排気ガスの空燃比を前記第１の所定空燃比に制御した後、前記ディーゼル機関の燃焼室または排気通路の少なくとも一方への燃料の添加を制御することによって排気ガスの空燃比を間欠的に前記第２の所定空燃比に制御することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のディーゼル機関の排気浄化装置。The exhaust air / fuel ratio control means controls the addition of fuel to at least one of a combustion chamber or an exhaust passage of the diesel engine after controlling the air / fuel ratio of the exhaust gas to the first predetermined air / fuel ratio. The exhaust gas purification apparatus for a diesel engine according to any one of claims 1 to 4 , wherein the air-fuel ratio is intermittently controlled to the second predetermined air-fuel ratio. 前記排気空燃比制御手段によって制御される前記ディーゼル機関の燃焼室または排気通路の少なくとも一方への燃料の添加は、前記ＮＯｘ触媒温度検出手段により検出された前記ＮＯｘ触媒の温度が、前記ＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒からの回復が可能な温度より低い時に行われ、前記ＮＯｘ触媒の劣化を促進する温度となる可能性がある時は休止されることを特徴とする請求項５記載のディーゼル機関の排気浄化装置。The addition of the fuel to at least one of the combustion chamber or the exhaust passage of the diesel engine controlled by the exhaust air-fuel ratio control means means that the temperature of the NOx catalyst detected by the NOx catalyst temperature detection means is the temperature of the NOx catalyst. 6. The exhaust of a diesel engine according to claim 5 , wherein the exhaust is performed when the temperature is lower than a temperature at which recovery from SOx poisoning is possible, and is stopped when there is a possibility that the temperature is accelerated to deteriorate the NOx catalyst. Purification equipment. 前記排気空燃比制御手段によって制御される前記ディーゼル機関の燃焼室への燃料の添加は、燃焼室内において機関出力を得るために噴射される主噴射以外の副噴射によって行われることを特徴とする請求項５または６記載のディーゼル機関の排気浄化装置。The addition of fuel to the combustion chamber of the diesel engine controlled by the exhaust air-fuel ratio control means is performed by sub-injection other than main injection injected to obtain engine output in the combustion chamber. Item 7. An exhaust emission control device for a diesel engine according to Item 5 or 6 . 前記排気空燃比制御手段によって制御される前記ディーゼル機関の燃焼室への燃料の添加は、前記ディーゼル機関の気筒内において機関出力を得るために燃焼される燃料が膨張行程または排気行程にあるときに、燃焼室内へさらに燃料を副噴射するポスト噴射によって行われることを特徴とする請求項５から７のいずれかに記載のディーゼル機関の排気浄化装置。The addition of fuel to the combustion chamber of the diesel engine controlled by the exhaust air / fuel ratio control means is performed when the fuel burned to obtain engine output in the cylinder of the diesel engine is in the expansion stroke or the exhaust stroke. The exhaust gas purification apparatus for a diesel engine according to any one of claims 5 to 7 , wherein the exhaust gas purification is performed by post-injection in which fuel is further sub-injected into the combustion chamber. 前記ＮＯｘ触媒より上流側の排気通路に排気浄化触媒をさらに備えたことを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載のディーゼル機関の排気浄化装置。The exhaust purification device for a diesel engine according to any one of claims 1 to 8 , further comprising an exhaust purification catalyst in an exhaust passage upstream of the NOx catalyst. 前記ＮＯｘ触媒より下流側の排気通路に設置された酸化触媒と、
前記酸化触媒の温度を検出する酸化触媒温度検出手段と、をさらに備え、
前記酸化触媒温度検出手段により検出された前記酸化触媒の温度が所定温度よりも低い場合、前記排気空燃比制御手段によって前記ディーゼル機関の燃焼室または排気通路の少なくとも一方への燃料の添加を制御することにより排気ガスの空燃比を間欠的に前記ＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒からの回復が可能となる前記第２の所定空燃比に制御する前に、前記酸化触媒の温度が前記所定温度以上となるよう前記ディーゼル機関の燃焼室または排気通路の少なくとも一方への燃料の添加を制御することを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載のディーゼル機関の排気浄化装置。An oxidation catalyst installed in an exhaust passage downstream of the NOx catalyst;
An oxidation catalyst temperature detecting means for detecting the temperature of the oxidation catalyst;
When the temperature of the oxidation catalyst detected by the oxidation catalyst temperature detection means is lower than a predetermined temperature, the exhaust air / fuel ratio control means controls the addition of fuel to at least one of the combustion chamber or the exhaust passage of the diesel engine. As a result, the temperature of the oxidation catalyst becomes equal to or higher than the predetermined temperature before the air-fuel ratio of the exhaust gas is intermittently controlled to the second predetermined air-fuel ratio that enables recovery from the SOx poisoning of the NOx catalyst. The exhaust purification device for a diesel engine according to any one of claims 1 to 9 , wherein addition of fuel to at least one of a combustion chamber or an exhaust passage of the diesel engine is controlled. 前記排気空燃比制御手段は、前記ディーゼル機関の燃焼室または排気通路の少なくとも一方へ添加する燃料の量または添加時間の間隔の少なくとも一方を、前記酸化触媒の温度に基づいて制御することを特徴とする請求項１０記載のディーゼル機関の排気浄化装置。The exhaust air-fuel ratio control means controls at least one of an amount of fuel added to at least one of a combustion chamber or an exhaust passage of the diesel engine or an addition time interval based on a temperature of the oxidation catalyst. The exhaust emission control device for a diesel engine according to claim 10 . 前記ＮＯｘ触媒より下流側の排気通路に設置された酸化触媒をさらに備え、
前記排気空燃比制御手段により、前記酸化触媒より下流側の排気ガスの空燃比が所定空燃比より過薄となるよう排気ガスの空燃比を制御することを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載のディーゼル機関の排気浄化装置。An oxidation catalyst installed in the exhaust passage downstream of the NOx catalyst;
By the exhaust air-fuel ratio control means, one of claims 1 to 11 in which the air-fuel ratio of the exhaust gas downstream of the oxidation catalyst and controls the air-fuel ratio of the exhaust gas so as to be Kasusuki than a predetermined air-fuel ratio An exhaust emission control device for a diesel engine according to claim 1. 前記ＮＯｘ触媒より下流側、且つ、前記酸化触媒より上流側の排気通路に二次空気供給手段をさらに備えることを特徴とする請求項１２記載のディーゼル機関の排気浄化装置。The exhaust gas purification apparatus for a diesel engine according to claim 12 , further comprising secondary air supply means in an exhaust passage downstream of the NOx catalyst and upstream of the oxidation catalyst. 前記ＮＯｘ触媒または前記排気浄化触媒は酸素保持能力のない触媒であることを特徴とする請求項９記載のディーゼル機関の排気浄化装置。The exhaust purification device for a diesel engine according to claim 9, wherein the NOx catalyst or the exhaust purification catalyst is a catalyst having no oxygen retention ability. 前記酸化触媒は酸素保持能力の高い触媒であることを特徴とする請求項１０から１３のいずれかに記載のディーゼル機関の排気浄化装置。The exhaust gas purification apparatus for a diesel engine according to any one of claims 10 to 13 , wherein the oxidation catalyst is a catalyst having a high oxygen holding capacity. 前記ディーゼル機関において、前記第１の燃焼は低負荷領域で運転されているときに行われ、前記第２の燃焼は中高負荷領域で運転されているときに行われており、
前記低負荷領域においては、前記第１の燃焼を行うとともに燃焼室内の空燃比を制御することによって排気ガスの空燃比を前記第２の所定空燃比に制御するか、もしくは、前記第１の燃焼を行うとともに、燃焼室内の空燃比を制御することによって排気ガスの空燃比を前記第１の所定空燃比とした後、燃焼室または排気通路の少なくとも一方に燃料を添加することによって排気ガスの空燃比を前記第２の所定空燃比に制御するかのいずれかの制御を行うことにより前記ＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒からの回復が行われ、
前記中高負荷領域においては、 第２の燃焼を行うとともに、燃焼室内の空燃比を制御することによって排気ガスの空燃比を前記第１の所定空燃比とした後、燃焼室または排気通路の少なくとも一方に燃料を添加することによって排気ガスの空燃比を間欠的に前記第２の所定空燃比に制御することにより前記ＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒からの回復が行われることを特徴とする請求項３記載のディーゼル機関の排気浄化装置。In the diesel engine, the first combustion is performed when operating in a low load region, and the second combustion is performed when operating in a medium and high load region,
In the low load region, the first combustion is performed and the air-fuel ratio in the combustion chamber is controlled to control the air-fuel ratio of the exhaust gas to the second predetermined air-fuel ratio, or the first combustion And controlling the air-fuel ratio in the combustion chamber to set the air-fuel ratio of the exhaust gas to the first predetermined air-fuel ratio, and then adding fuel to at least one of the combustion chamber or the exhaust passage to empty the exhaust gas. The NOx catalyst is recovered from the SOx poisoning by performing any control of controlling the fuel ratio to the second predetermined air-fuel ratio,
In the medium and high load region, after performing the second combustion and controlling the air-fuel ratio in the combustion chamber to set the air-fuel ratio of the exhaust gas to the first predetermined air-fuel ratio, at least one of the combustion chamber and the exhaust passage according to claim 3, characterized in that recovery from SOx poisoning of the NOx catalyst by controlling the intermittently said second predetermined air-fuel ratio of the exhaust gas is performed by adding fuel to Diesel engine exhaust purification equipment. 排気通路に設けられたＮＯｘ触媒をＳＯｘ被毒から回復させるときに、最初に排気ガスの空燃比を、排出されるスモークの量が許容量の上限となる空燃比であって理論空燃比よりも大きい第１の所定空燃比に制御し、その後、間欠的に前記第１の所定空燃比よりも過濃であり理論空燃比またはリッチ空燃比であって前記ＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒からの回復が可能となる第２の所定空燃比に制御すると同時に、前記ＮＯｘ触媒の温度を、前記ＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒からの回復が可能であり、且つ、前記ＮＯｘ触媒の劣化を促進しない所定温度範囲に制御することを特徴とするディーゼル機関の排気浄化方法。When the NOx catalyst provided in the exhaust passage is recovered from the SOx poisoning, the air-fuel ratio of the exhaust gas is first set to be the air-fuel ratio at which the amount of smoke discharged is the upper limit of the allowable amount, which is higher than the stoichiometric air-fuel ratio. The first predetermined air-fuel ratio is controlled to be larger , and then intermittently over-concentrated than the first predetermined air-fuel ratio, the theoretical air-fuel ratio or the rich air-fuel ratio is recovered, and the NOx catalyst is recovered from SOx poisoning. At the same time as controlling the second predetermined air-fuel ratio to be possible, the temperature of the NOx catalyst can be recovered from the SOx poisoning of the NOx catalyst, and within a predetermined temperature range that does not promote deterioration of the NOx catalyst. An exhaust gas purification method for a diesel engine, characterized by controlling the exhaust gas. 前記第１の所定空燃比が１９〜２５であることを特徴とする請求項１７記載のディーゼル機関の排気浄化装置。 The exhaust purification device for a diesel engine according to claim 17, wherein the first predetermined air-fuel ratio is 19 to 25 . 前記ディーゼル機関は、燃焼室に供給される吸入空気量を制御するスロットル弁と、
燃焼室に再循環される再循環排気ガス量を制御する再循環排気ガス制御弁と、を備えており、
前記スロットル弁または前記再循環排気ガス制御弁の少なくとも一方の開度を制御することによって排気ガスの空燃比を前記第１の所定空燃比に制御することを特徴とする請求項１７記載のディーゼル機関の排気浄化方法。The diesel engine includes a throttle valve that controls the amount of intake air supplied to the combustion chamber;
A recirculation exhaust gas control valve for controlling the amount of recirculation exhaust gas recirculated to the combustion chamber,
18. The diesel engine according to claim 17 , wherein the air-fuel ratio of the exhaust gas is controlled to the first predetermined air-fuel ratio by controlling the opening degree of at least one of the throttle valve or the recirculated exhaust gas control valve. Exhaust purification method. 排気ガスの空燃比を前記第１の所定空燃比に制御した後、前記ディーゼル機関の燃焼室または排気通路の少なくとも一方への燃料の添加を制御することによって排気ガスの空燃比を間欠的に前記第２の所定空燃比に制御すると同時に、前記ＮＯｘ触媒の温度を前記所定温度範囲に制御することを特徴とする請求項１７から１９のいずれかに記載のディーゼル機関の排気浄化方法。After controlling the air-fuel ratio of the exhaust gas to the first predetermined air-fuel ratio, intermittently the air-fuel ratio of the exhaust gas by controlling the addition of fuel to at least one of the combustion chamber or exhaust passage of the diesel engine 20. The diesel engine exhaust purification method according to any one of claims 17 to 19 , wherein the temperature of the NOx catalyst is controlled to the predetermined temperature range simultaneously with the control to the second predetermined air-fuel ratio. 排気通路にＮＯｘ触媒を備え、燃焼室に供給される再循環排気ガス量を増大させた場合は煤の発生量が次第に増大してピークに達し、燃焼室に供給される再循環排気ガス量を更に増大させた場合は燃焼室内における燃焼時の燃料およびその周囲のガス温が煤の生成温度よりも低くなって煤の発生量が抑制される第１の燃焼と、煤の発生量がピークとなる再循環排気ガス量よりも燃焼室に供給される再循環排気ガス量が少ない第２の燃焼とが選択的に切換えられるディーゼル機関の排気浄化方法において、
前記ディーゼル機関が前記第２の燃焼を行っているときに前記ＮＯｘ触媒をＳＯｘ被毒から回復させる場合、燃焼室内の空燃比を制御することによって排気ガスの空燃比を排出されるスモークの量が許容量の上限となる空燃比であって理論空燃比よりも大きい第１の所定空燃比とした後、燃焼室または排気通路の少なくとも一方への燃料の添加を制御することによって排気ガスの空燃比を間欠的に前記第１の所定空燃比よりも過濃であり理論空燃比またはリッチ空燃比であって前記ＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒からの回復が可能となる第２の所定空燃比に制御すると同時に、前記ＮＯｘ触媒の温度を前記ＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒からの回復が可能であり、且つ、前記ＮＯｘ触媒の劣化を促進しない所定温度範囲に制御し、
一方、前記ディーゼル機関が前記第１の燃焼を行っているときに前記ＮＯｘ触媒をＳＯｘ被毒から回復させる場合、燃焼室内の空燃比を制御することによって排気ガスの空燃比を前記第２の所定空燃比に制御するか、もしくは燃焼室内の空燃比を制御することによって排気ガスの空燃比を前記第１の所定空燃比とした後、燃焼室または排気通路の少なくとも一方への燃料の添加を制御することによって排気ガスの空燃比を前記第２の所定空燃比に制御するかの少なくとも一方の制御を行うと同時に、前記ＮＯｘ触媒の温度を前記所定温度範囲に制御することを特徴とするディーゼル機関の排気浄化方法。When the NOx catalyst is provided in the exhaust passage and the amount of recirculated exhaust gas supplied to the combustion chamber is increased, the amount of soot generated gradually increases and reaches a peak, and the amount of recirculated exhaust gas supplied to the combustion chamber is reduced. When further increased, the temperature of the fuel during combustion in the combustion chamber and the surrounding gas temperature becomes lower than the generation temperature of soot, so that the generation amount of soot is suppressed, and the generation amount of soot reaches a peak. In the exhaust gas purification method for a diesel engine, which is selectively switched to the second combustion in which the amount of recirculated exhaust gas supplied to the combustion chamber is smaller than the amount of recirculated exhaust gas,
When the NOx catalyst is recovered from the SOx poisoning when the diesel engine is performing the second combustion, the amount of smoke discharged from the air-fuel ratio of the exhaust gas by controlling the air-fuel ratio in the combustion chamber is reduced. The air-fuel ratio of the exhaust gas is controlled by controlling the addition of fuel to at least one of the combustion chamber and the exhaust passage after the first predetermined air-fuel ratio that is the upper limit of the allowable amount and is larger than the stoichiometric air-fuel ratio. Is intermittently controlled to a second predetermined air-fuel ratio that is richer than the first predetermined air-fuel ratio, is a stoichiometric air-fuel ratio or a rich air-fuel ratio, and can recover from the NOx catalyst from SOx poisoning. At the same time, the temperature of the NOx catalyst is controlled to a predetermined temperature range in which recovery of the NOx catalyst from SOx poisoning is possible and deterioration of the NOx catalyst is not promoted,
On the other hand, when the NOx catalyst is recovered from the SOx poisoning when the diesel engine is performing the first combustion, the air-fuel ratio of the exhaust gas is controlled by controlling the air-fuel ratio in the combustion chamber. After the air-fuel ratio of the exhaust gas is set to the first predetermined air-fuel ratio by controlling the air-fuel ratio or the air-fuel ratio in the combustion chamber, the addition of fuel to at least one of the combustion chamber or the exhaust passage is controlled. diesel engine and controlling simultaneously performing at least one of control of or for controlling the air-fuel ratio of the exhaust gas to the second predetermined air-fuel ratio, the temperature of the NOx catalyst to the predetermined temperature range by Exhaust purification method. 前記第１の所定空燃比が１９〜２５であることを特徴とする請求項２１記載のディーゼル機関の排気浄化装置。 The exhaust emission control device for a diesel engine according to claim 21, wherein the first predetermined air-fuel ratio is 19 to 25 . 前記ディーゼル機関は、前記ＮＯｘ触媒より下流側の排気通路に設置された酸化触媒を備えており、
該酸化触媒の温度が所定温度よりも低い場合、前記ディーゼル機関の燃焼室または排気通路の少なくとも一方への燃料の添加を制御することによって排気ガスの空燃比を間欠的に前記ＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒からの回復が可能となる前記第２の所定空燃比に制御する前に、前記酸化触媒の温度が前記所定温度以上となるよう前記ディーゼル機関の燃焼室または排気通路の少なくとも一方への燃料の添加を制御することを特徴とする請求項２０または２１記載のディーゼル機関の排気浄化方法。The diesel engine includes an oxidation catalyst installed in an exhaust passage downstream of the NOx catalyst,
When the temperature of the oxidation catalyst is lower than a predetermined temperature, the air-fuel ratio of the exhaust gas is intermittently controlled by controlling the addition of fuel to at least one of the combustion chamber or the exhaust passage of the diesel engine. Before controlling to the second predetermined air-fuel ratio at which recovery from poisoning is possible, the fuel to at least one of the combustion chamber or the exhaust passage of the diesel engine is set so that the temperature of the oxidation catalyst becomes equal to or higher than the predetermined temperature. The method for purifying exhaust gas of a diesel engine according to claim 20 or 21, wherein the addition is controlled. 前記ディーゼル機関は、前記ＮＯｘ触媒より下流側の排気通路に設置された酸化触媒を備えており、
該酸化触媒より下流の排気ガスの空燃比が所定空燃比より過薄となるよう排気ガスの空燃比を制御することを特徴とする請求項１７から２３のいずれかに記載のディーゼル機関の排気浄化方法。The diesel engine includes an oxidation catalyst installed in an exhaust passage downstream of the NOx catalyst,
24. The exhaust gas purification of a diesel engine according to any one of claims 17 to 23 , wherein the air-fuel ratio of the exhaust gas is controlled so that the air-fuel ratio of the exhaust gas downstream from the oxidation catalyst is less than a predetermined air-fuel ratio. Method.
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