JP5293836B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。
アルミナを担体コート材として酸化銀を担持させた触媒装置が公知であり（特許文献１参照）、このような銀アルミナ系触媒装置は、排気ガスの空燃比が理論空燃比よりリーンであるときにおいて、排気ガス中のＮＯ2を吸着し、設定温度となると吸着したＮＯ2を放出する。銀アルミナ系触媒装置が設定温度となるときには、下流側に配置されたＮＯX触媒装置は、活性化しており、銀アルミナ系触媒装置から流出したＮＯ2を還元浄化することができる。
前述のような銀アルミナ系触媒装置は、排気ガス中のＮＯ2だけでなく、排気ガス中のＮＯも吸着する。しかしながら、吸着したＮＯは、設定温度より低い温度で放出されてしまう。このときには、下流側に配置されたＮＯX触媒装置は、活性化しておらず、銀アルミナ系触媒装置から流出したＮＯは、ＮＯX触媒装置において還元浄化されることなく大気中へ放出されてしまう。
従って、本発明の目的は、銀アルミナ系触媒装置を具備する内燃機関の排気浄化装置において、ＮＯ2が放出される設定温度より低い温度であるときに銀アルミナ系触媒装置から流出するＮＯ量を低減することである。
本発明による請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置は、機関排気系に配置された銀アルミナ系触媒装置を具備し、前記銀アルミナ系触媒装置において、排気ガスの空燃比が理論空燃比よりリーンであるときに、ＮＯ2 の放出を開始する第一設定温度および前記第一設定温度より低く、ＮＯの放出を開始する第二設定温度が予め定められており、
排気ガスの空燃比が理論空燃比よりリーンであり、更に、前記銀アルミナ系触媒装置が温度上昇して前記第二設定温度より低い第三設定温度となったときに、前記銀アルミナ系触媒装置の温度上昇を抑制して前記銀アルミナ系触媒装置を前記第三設定温度近傍に維持することにより、前記銀アルミナ系触媒装置に吸着されているＮＯをＮＯ2に酸化して前記銀アルミナ系触媒装置に吸着させる制御を行い、前記制御により前記銀アルミナ系触媒装置に吸着されているＮＯが無くなったと判断されるときに、前記銀アルミナ系触媒装置の温度上昇の抑制を解除して前記銀アルミナ系触媒の温度を上昇させることを特徴とする。
排気ガスの空燃比が理論空燃比よりリーンであり、更に、前記銀アルミナ系触媒装置が温度上昇して前記第二設定温度より低い第三設定温度となったときに、前記銀アルミナ系触媒装置の温度上昇を抑制して前記銀アルミナ系触媒装置を前記第三設定温度近傍に維持することにより、前記銀アルミナ系触媒装置に吸着されているＮＯをＮＯ2に酸化して前記銀アルミナ系触媒装置に吸着させる制御を行い、前記制御により前記銀アルミナ系触媒装置に吸着されているＮＯが無くなったと判断されるときに、前記銀アルミナ系触媒装置の温度上昇の抑制を解除して前記銀アルミナ系触媒の温度を上昇させることを特徴とする。
本発明による請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記銀アルミナ系触媒装置の下流側にはＮＯX還元触媒装置が配置され、前記銀アルミナ系触媒装置の温度上昇の抑制を解除したとき又は前記銀アルミナ系触媒装置の温度上昇の抑制を解除した後に、前記ＮＯX還元触媒装置が活性化していると判断されると共に前記銀アルミナ系触媒装置に吸着されているＮＯ2量が設定量に達したと判断されるときに、前記銀アルミナ系触媒装置へ流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比よりリッチにすることを特徴とする。
本発明による請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記銀アルミナ系触媒装置の下流側にはＮＯX還元触媒装置が配置され、前記銀アルミナ系触媒装置の温度上昇の抑制を解除したとき又は前記銀アルミナ系触媒装置の温度上昇の抑制を解除した後に、前記銀アルミナ系触媒装置が前記第一設定温度以上に昇温したときには、前記銀アルミナ系触媒装置へ流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比よりリッチにすることを特徴とする。
本発明による請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項２又は３に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記銀アルミナ系触媒装置へ流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比よりリッチにする際には、前記銀アルミナ系触媒装置へ流入する排気ガスの空燃比を設定時間だけ設定リッチ空燃比とし、このときの前記銀アルミナ系触媒装置からのＮＯ2放出速度が設定され、前記ＮＯX還元触媒装置のＮＯX還元速度が前記ＮＯ2放出速度以上となるように、前記ＮＯX還元触媒装置を昇温することを特徴とする。
請求項１に記載の本発明による内燃機関の排気浄化装置によれば、機関排気系に配置された銀アルミナ系触媒装置を具備し、銀アルミナ系触媒装置において、排気ガスの空燃比が理論空燃比よりリーンであるときに、ＮＯ2 の放出を開始する第一設定温度および前記第一設定温度より低く、ＮＯの放出を開始する第二設定温度が予め定められており、排気ガスの空燃比が理論空燃比よりリーンであり、更に、前記銀アルミナ系触媒装置が温度上昇して第二設定温度より低い第三設定温度となったときに、銀アルミナ系触媒装置の温度上昇を抑制して銀アルミナ系触媒装置を第三設定温度近傍に維持することにより、銀アルミナ系触媒装置に吸着されているＮＯをＮＯ2に酸化して銀アルミナ系触媒装置に吸着させる制御を行い、制御により銀アルミナ系触媒装置に吸着されているＮＯが無くなったと判断されるときに、銀アルミナ系触媒装置の温度上昇の抑制を解除して銀アルミナ系触媒の温度を上昇させるようになっている。それにより、銀アルミナ系触媒装置に吸着されているＮＯ量を減少させることができ、銀アルミナ系触媒装置の温度上昇の抑制を解除したときに銀アルミナ系触媒装置が第二設定温度となっても銀アルミナ系触媒装置から殆どＮＯが放出されないようにすることができる。
本発明による請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置において、銀アルミナ系触媒装置の下流側にはＮＯX還元触媒装置が配置され、銀アルミナ系触媒装置の温度上昇の抑制を解除したとき又は銀アルミナ系触媒装置の温度上昇の抑制を解除した後に、ＮＯX還元触媒装置が活性化していると判断されると共に銀アルミナ系触媒装置に吸着されているＮＯ2量が設定量に達したと判断されるときに、銀アルミナ系触媒装置へ流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比よりリッチにするようになっている。それにより、銀アルミナ系触媒装置にＮＯ2を吸着することができなくなる以前に、排気ガスの空燃比をリッチにすることにより第一設定温度より低い温度であっても銀アルミナ系触媒装置からＮＯ2を放出させることができ、こうして放出されたＮＯ2は、銀アルミナ系触媒装置の下流側に配置されて活性化しているＮＯX還元触媒装置においてリッチ空燃比の排気ガス中の還元物質を使用して還元浄化させることができる。
本発明による請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置において、銀アルミナ系触媒装置の下流側にはＮＯX還元触媒装置が配置され、銀アルミナ系触媒装置の温度上昇の抑制を解除したとき又は銀アルミナ系触媒装置の温度上昇の抑制を解除した後に、銀アルミナ系触媒装置が第一設定温度以上に昇温したときには、前記銀アルミナ系触媒装置へ流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比よりリッチにするようになっている。それにより、第一設定温度となった銀アルミナ系触媒装置からはＮＯ2が放出され、こうして放出されたＮＯ2は、銀アルミナ系触媒装置の下流側に配置されて活性化しているＮＯX還元触媒装置においてリッチ空燃比の排気ガス中の還元物質を使用して還元浄化させることができる。
本発明による請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項２又は３に記載の内燃機関の排気浄化装置において、銀アルミナ系触媒装置へ流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比よりリッチにする際には、銀アルミナ系触媒装置へ流入する排気ガスの空燃比を設定時間だけ設定リッチ空燃比とし、このときの銀アルミナ系触媒装置からのＮＯ2放出速度が設定され、ＮＯX還元触媒装置のＮＯX還元速度がＮＯ2放出速度以上となるように、ＮＯX還元触媒装置を昇温するようになっている。それにより、銀アルミナ系触媒装置から放出される殆どのＮＯ2をＮＯX還元触媒装置において還元浄化することができる。
図１は本発明による内燃機関の排気浄化装置の実施例を示す概略図であり、同図において、１は内燃機関の排気通路である。内燃機関は、ディーゼルエンジン又は筒内噴射式火花点火内燃機関のような希薄燃焼を実施する内燃機関である。このような内燃機関の排気ガス中には、比較的多くのＮＯXが含まれるために、排気通路１には、ＮＯXを吸着する銀アルミナ系触媒装置２が配置されており、また、銀アルミナ系触媒装置２の下流側には、ＮＯXを還元するためのＮＯX還元触媒装置３が配置されており、銀アルミナ系触媒装置２の上流側には、還元剤を供給するための還元剤供給装置４が配置されている。また、ＮＯX還元触媒装置３の回りには、ＮＯX還元触媒装置３を加熱するための電気ヒータ５が配置されている。また、銀アルミナ系触媒装置２の直上流側には、銀アルミナ系触媒装置２の温度上昇を抑制するために、銀アルミナ系触媒装置２へ二次空気を供給する二次空気供給装置６が配置されている。
銀アルミナ系触媒装置２は、アルミナを担体コート材として酸化銀を担持させたものであり、排気ガス中のＮＯ2を硝酸銀として吸着することができ、銀アルミナ系触媒装置２へ流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりリーンであるときにおいて、第一設定温度（約３００°Ｃ）となると吸着したＮＯ2を放出する。このときには、ＮＯX還元触媒装置３は十分に活性化しており、放出されたＮＯ2は、ＮＯX還元触媒装置３において、還元剤供給装置４から供給される還元剤により還元浄化させることができる。こうして、銀アルミナ系触媒装置２をＮＯX還元触媒装置３の上流側に配置することにより、ＮＯX還元触媒装置３が活性化する以前において排気ガス中のＮＯ2が大気中へ放出されることを十分に抑制することができる。
銀アルミナ系触媒装置２は、例えば、ハニカム状の基材にアルミナＡｌ2Ｏ3担体コート層を形成し、アルミナ２００ｇ（耐熱性向上のためにランタンＬａを混入させても良い）に対して銀０．２ｍｏｌの割合でアルミナ担体コート層に酸化銀Ａｇ2Ｏを担持させたものである。
このような触媒の調製方法としては、例えば、アルミナＭＩ３８６（Ｌａ／Ａｌ2Ｏ3）粉末の１６００ｇと、バインダＡ５２０の７１０．４ｇと、水の３６００ｇとをアトライタにより２０分攪拌したものを、基材上に単位体積当たり２００ｇ／Ｌでコートする。次いで、これを大気中において２５０°Ｃで３０分焼成し、続いて、５００°Ｃで１時間焼成して、基材上にアルミナ担体コート層を形成する。
一方、硝酸銀２３６．２ｇにイオン交換水を加えて溶解させて１７００ｃｃとし、Ａｇ濃度０．８２ｍｏｌ／Ｌとなる硝酸銀水溶液を調製する。
このような硝酸銀水溶液に前述のアルミナ担体コート層を３０分浸漬し、吸水担持により単位体積当たりＡｇ０．２ｍｏｌ／Ｌを担持させる。次いで、送風型乾燥機を作動させて２０分乾燥させ、大気中において５５０°Ｃで３時間焼成した後に、５％の水素を含む窒素が１分間に７Ｌ通過する中で５００°Ｃで３時間焼成する。
このようして調製された触媒においては、酸化銀Ａｇ2ＯがアルミナＡｌ2Ｏ3担体コート層から露出しており、排気ガス中のＮＯをＮＯ2に酸化させた後に硝酸銀ＡｇＮＯ3として良好に保持することができる。
ＮＯX還元触媒装置３は、三元触媒装置とすることができ、この場合には、還元剤供給装置４からは還元剤として例えば燃料が供給され、三元触媒装置内の排気ガスの空燃比をリッチにしてＮＯXを還元浄化する。
また、ＮＯX還元触媒装置３は、アンモニアＮＨ3を使用してＮＯXを選択的に還元浄化する選択還元型ＮＯX触媒装置とすることができ、この場合には、還元剤供給装置４からは還元剤として例えば尿素が供給され、選択還元型ＮＯX触媒装置において、尿素の加水分解によりアンモニアを発生させてＮＯXを還元浄化する。
また、ＮＯX還元触媒装置３が、排気ガス中の炭化水素を部分酸化しうる上流側の酸化触媒装置（白金Ｐｔ、銀Ａｇ、又は銅Ｃｕ等を担持する）と、部分酸化させた炭化水素と排気ガス中のＮＯXとから酸化触媒装置において生成される含窒素炭化水素化合物（アミン化合物、イソシアナート化合物、及び、ニトロソ化合物）を浄化する下流側の触媒装置（白金Ｐｔ又はロジウムＲｈを担持する）とから構成される場合には、ＮＯXを浄化するために還元剤供給装置４からは還元剤として炭化水素（燃料）が供給される。特に、供給された炭化水素により排気ガスの空燃比を１５．５以下のリーン空燃比とすれば、酸化触媒装置において含窒素炭化水素化合物が生成され易くなり、排気ガス中のＮＯXのほぼ全てを浄化することができる。
前述したように、銀アルミナ系触媒装置２が第一設定温度Ｔ１となるまでに硝酸銀ＡｇＮＯ3として吸着された排気ガス中のＮＯ2は、銀アルミナ系触媒装置２が第一設定温度Ｔ１となると放出され、このときには、下流側のＮＯX還元触媒装置３は活性化温度（約２００°Ｃ）以上となっており、放出されたＮＯ2はＮＯX還元触媒装置３により還元浄化させることができる。
一方、排気ガス中のＮＯも銀アルミナ系触媒装置２に吸着されるが、ＮＯは銀アルミナ系触媒装置２に亜硝酸銀ＡｇＮＯ2として吸着される。こうして亜硝酸銀として吸着されているＮＯは、第一設定温度Ｔ１より低い第二設定温度Ｔ２（約１５０°Ｃ）において銀アルミナ系触媒装置２から放出されてしまう。このときには、下流側のＮＯX還元触媒装置３は十分に活性化しておらず、銀アルミナ系触媒装置２から流出するＮＯは、ＮＯX還元触媒装置３において還元浄化されることなく、大気中へ放出されてしまう。
それにより、ＮＯ2が放出される第一設定温度Ｔ１より低い第二設定温度Ｔ２において銀アルミナ系触媒装置から流出するＮＯ量を低減することが望まれる。
これを実現するために、本実施形態の内燃機関の排気浄化装置は、電子制御装置（図示せず）により図２に示す第一フローチャートに従って制御される。図２の第一フローチャートは、機関始動と同時に開始される。
先ず、ステップ１０１において、銀アルミナ系触媒装置２の現在の温度ＴＵを推定する。例えば、銀アルミナ系触媒装置２の直下流側に温度センサを配置して、銀アルミナ系触媒装置２から流入する排気ガス温度を測定して、この測定温度を銀アルミナ系触媒装置２の現在の温度ＴＵとしても良い。また、現在の機関運転状態に基づき推定される銀アルミナ系触媒装置２へ流入する排気ガスの温度に基づき、銀アルミナ系触媒装置２の現在の温度ＴＵを推定するようにしても良い。また、直接的に、銀アルミナ系触媒装置２の温度を測定するようにしても良い。
次いで、ステップ１０２において、現在の機関運転状態に基づき単位時間（フローチャートの実行間隔）当たりに各気筒から排出されて銀アルミナ系触媒装置２へ新たに亜硝酸銀ＡｇＮＯ2として吸着されるＮＯ量ａ１を推定する。例えば、このようなＮＯ量ａ１は、実験的に機関運転状態毎にマップ化することができ、このようなマップをステップ１０２の推定に利用すれば良い。
次いで、ステップ１０３において、現在の機関運転状態に基づき単位時間（フローチャートの実行間隔）当たりに各気筒から排出されて銀アルミナ系触媒装置２へ新たに硝酸銀ＡｇＮＯ3として吸着されるＮＯ2量ａ２を推定する。例えば、このようなＮＯ2量ａ２は、実験的に機関運転状態毎にマップ化することができ、このようなマップをステップ１０３の推定に利用すれば良い。
次いで、ステップ１０４において、ステップ１０１において推定された銀アルミナ系触媒装置２の現在の温度ＴＵ及び銀アルミナ系触媒装置２に亜硝酸銀ＡｇＮＯ2として吸着されているＮＯ量Ａ１（ステップ１０５において算出される）に基づき、単位時間（フローチャートの実行間隔）当たりに銀アルミナ系触媒装置２において亜硝酸銀ＡｇＮＯ2として吸着されているＮＯが酸化されて硝酸銀ＡｇＮＯ3として吸着される酸化量ａ３を推定する。例えば、このような酸化量ａ３は、銀アルミナ系触媒装置２の現在の温度ＴＵが高いほど多くなり、また、銀アルミナ系触媒装置２に亜硝酸銀ＡｇＮＯ2として吸着されているＮＯ量Ａ１が多いほど多くなる。酸化量ａ３は、実験的にマップ化することができ、このようなマップをステップ１０４の推定に利用すれば良い。
次いで、ステップ１０５において、ステップ１０２において推定されたＮＯ量ａ１を加算し、ステップ１０４において推定された酸化量ａ３を減算し、銀アルミナ系触媒装置２における現在のＮＯ吸着量Ａ１を算出する。ステップ１０６では、ステップ１０３において推定されたＮＯ2量ａ２を加算し、ステップ１０４において推定された酸化量ａ３も加算し、銀アルミナ系触媒装置２における現在のＮＯ2吸着量Ａ２を算出する。
次いで、ステップ１０７において、フラグＦが２であるか否かが判断される。フラグＦは機関停止と共に０にリセットされるものであり、当初は、ステップ１０７の判断は否定されてステップ１０８へ進む。ステップ１０８では、フラグＦが１であるか否かが判断され、当初は、この判断も否定されてステップ１０９へ進む。
ステップ１０９では、ステップ１０１において推定された銀アルミナ系触媒装置２の現在の温度ＴＵが第三設定温度Ｔ３に達したか否かが判断される。第三設定温度Ｔ３は、銀アルミナ系触媒装置２が亜硝酸銀として吸着されているＮＯを放出する第二設定温度Ｔ２より僅かに低い温度（例えば約１３０°Ｃ）であり、銀アルミナ系触媒装置２が第三設定温度Ｔ３以下であれば、銀アルミナ系触媒装置２は殆どＮＯを放出しない。第三設定温度Ｔ３は、銀アルミナ系触媒装置２から殆どＮＯが放出されない上限温度とすることが好ましい。ステップ１０９の判断が否定されるときには、そのまま終了する。
排気ガス温度の上昇に伴って銀アルミナ系触媒装置２の温度ＴＵは徐々に上昇し、第三設定温度Ｔ３に達すると、ステップ１０９の判断が肯定され、ステップ１１０において、二次空気供給装置６から二次空気が供給され、銀アルミナ系触媒装置２の温度上昇を抑制し、銀アルミナ系触媒装置２の温度ＴＵを第三設定温度Ｔ３近傍に維持する。二次空気供給装置６は、例えば、吸気系のエアクリーナの下流側（好ましくはエアフロメータより上流側）から吸入した空気を排気系の銀アルミナ系触媒装置２の直上流側へ供給するものであり、銀アルミナ系触媒装置２へ流入する排気ガス温度が高いほど多量の空気を供給することにより、銀アルミナ系触媒装置２の温度を第三設定温度Ｔ３近傍に維持する。
こうして二次空気供給装置６により二次空気が銀アルミナ系触媒装置２へ供給されている間においても、ステップ１０１において銀アルミナ系触媒装置２の温度ＴＵが推定されると共に、ステップ１０５において銀アルミナ系触媒装置２における現在のＮＯ吸着量Ａ１が算出され、ステップ１０６において銀アルミナ系触媒装置２における現在のＮＯ2吸着量Ａ２が算出される。
図３は、フラグＦを１にセットするための第二フローチャートであり、フラグＦが０とされている間においてだけ実施される。先ず、ステップ２０１において、銀アルミナ系触媒装置２における現在のＮＯ吸着量Ａ１がほぼ０となったか否かが判断される。この判断が否定されるときにはステップ２０１の判断が繰り返される。
銀アルミナ系触媒装置２が低温である間は、銀アルミナ系触媒装置２へ亜硝酸銀ＡｇＮＯ2として新たに吸着されるＮＯ量ａ１の方が、銀アルミナ系触媒装置２において吸着されているＮＯが酸化されて硝酸銀ＡｇＮＯ3として吸着される酸化量ａ３より多いために、銀アルミナ系触媒装置２における現在のＮＯ吸着量Ａ１は増加する。しかしながら、銀アルミナ系触媒装置２の温度が第三設定温度Ｔ３近傍となると、銀アルミナ系触媒装置２において吸着されているＮＯが酸化されて硝酸銀ＡｇＮＯ3として吸着される酸化量ａ３が、銀アルミナ系触媒装置２へ亜硝酸銀ＡｇＮＯ2として新たに吸着されるＮＯ量ａ１より多くなり、銀アルミナ系触媒装置２における現在のＮＯ吸着量Ａ１は減少する。
それにより、銀アルミナ系触媒装置２を第三設定温度Ｔ３近傍に維持することにより、銀アルミナ系触媒装置２における現在のＮＯ吸着量Ａ１は徐々に減少し、遂には、ほぼ０となってステップ２０１の判断が肯定される。ステップ２０１の判断が肯定されれば、ステップ２０２において、フラグＦは１とされる。
こうして、フラグＦが１にセットされると、図２の第一フローチャートのステップ１０８の判断が肯定され、ステップ１１１において、二次空気供給装置６による二次空気の供給は停止され、銀アルミナ系触媒装置２の温度上昇の抑制は解除される。銀アルミナ系触媒装置２の温度上昇を抑制している間において、排気ガスの温度は比較的高くなっており、温度上昇の抑制を解除すると銀アルミナ系触媒装置２の温度は急激に上昇して第二設定温度Ｔ２以上となるが、銀アルミナ系触媒装置２にはＮＯは殆ど吸着されておらず、このときに銀アルミナ系触媒装置２から殆どＮＯが放出されることはない。次いで、ステップ１１２において、銀アルミナ系触媒装置２における現在のＮＯ吸着量Ａ１は０にリセットされる。
図３の第二フローチャートでは、銀アルミナ系触媒装置２における現在のＮＯ吸着量Ａ１がほぼ０となったときにフラグＦを１として銀アルミナ系触媒装置２の温度上昇の抑制を解除するようにしたが、例えば、設定時間だけ銀アルミナ系触媒装置２の温度上昇を抑制して銀アルミナ系触媒装置２を第三設定温度近傍に維持すれば、銀アルミナ系触媒装置２に吸着されている少なくとも一部のＮＯがＮＯ2に酸化されて銀アルミナ系触媒装置に吸着されるようになり、銀アルミナ系触媒装置２に吸着されているＮＯ量を減少させることができる。それにより、銀アルミナ系触媒装置２の温度上昇の抑制を解除したときに銀アルミナ系触媒装置２が第二設定温度Ｔ２となって銀アルミナ系触媒装置２からＮＯが放出されることとなっても、銀アルミナ系触媒装置２から流出するＮＯ量を低減することができる。
図４は、フラグＦを２にセットするための第三フローチャートであり、フラグＦが１とされている間においてだけ実施される。先ず、ステップ３０１において、銀アルミナ系触媒装置２の下流側に位置するＮＯX還元触媒装置３の温度ＴＤが活性化温度ＴＡ以上であるか否かが判断される。ＮＯX還元触媒装置３の温度ＴＤは、銀アルミナ系触媒装置２の温度ＴＵと同様な方法により推定することができる。この判断が否定されるときには、そのまま終了する。
一方、ＮＯX還元触媒装置３の温度ＴＤが活性化温度ＴＡ以上であるときには、ステップ３０１の判断が肯定され、ステップ３０２において、銀アルミナ系触媒装置２における現在のＮＯ2吸着量Ａ２が設定値ＡＬ、例えば、銀アルミナ系触媒装置２におけるＮＯ2吸着限界量に達したか否かが判断される。この判断が否定されるときには、そのまま終了するが、この判断が肯定されるときには、ステップ３０２においてフラグＦは２とされる。
銀アルミナ系触媒装置２の温度ＴＵが第二設定温度Ｔ２以上であるときには、銀アルミナ系触媒装置２へ新たにＮＯが吸着されることはなく、また、銀アルミナ系触媒装置２においてＮＯが吸着されていないために、ＮＯ2へ酸化されることもなく、第一フローチャートのステップ１０２のＮＯ量ａ１及びステップ１０４の酸化量ａ３はいずれも零となる。
しかしながら、排気ガス中のＮＯ2は銀アルミナ系触媒装置２へ吸着され、排気ガス中のＮＯはＮＯ2に酸化されて吸着され、フラグＦは１とされている間においても、第一フローチャートのステップ１０３においてＮＯ2量ａ２は推定され、ステップ１０６において算出される銀アルミナ系触媒装置２の現在のＮＯ2吸着量Ａ２は徐々に増加し、遂には、設定量ＡＬに達することとなる。
こうして、フラグＦが２にセットされると、図２の第一フローチャートのステップ１０７の判断が肯定され、ステップ１１３において、リッチ化制御として、還元剤供給装置４から燃料を供給して、銀アルミナ系触媒装置２へ流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比よりリッチにする。それにより、銀アルミナ系触媒装置２の温度が第一設定温度Ｔ１になっていなくても、銀アルミナ系触媒装置２からＮＯ2が放出される。このように、銀アルミナ系触媒装置２にＮＯ2を吸着することができなくなる以前に、銀アルミナ系触媒装置からＮＯ2を放出させることができ、こうして放出されたＮＯ2は、銀アルミナ系触媒装置２の下流側に配置されて活性化しているＮＯX還元触媒装置３においてリッチ空燃比の排気ガス中の還元物質を使用して還元浄化させることができる。
次いで、ステップ１１４において、銀アルミナ系触媒装置２における現在のＮＯ2吸着量Ａ２は０にリセットされ、フラグＦは１とされる。それにより、第四フローチャートは繰り返され、銀アルミナ系触媒装置２における現在のＮＯ2吸着量Ａ２が設定量ＡＬとなれば、再び、フラグＦは２とされ、リッチ化制御が実施されて、銀アルミナ系触媒装置２に吸着されているＮＯ2を放出させて、ＮＯX還元触媒装置３において還元浄化する。こうして、リッチ化制御の頻度を最小限として燃料消費の悪化を抑制している。第三フローチャートは、第二フローチャートにおいてフラグＦが１とされ、銀アルミナ系触媒装置２の温度上昇の抑制が解除された瞬間に、ステップ３０１及び３０２の判断が肯定されてフラグＦを２とし、第一フローチャートのステップ１１３のリッチ化制御が実施されることもある。
図５は、フラグＦを２にセットするための第四フローチャートであり、第三フローチャートと共にフラグＦが１とされている間においてだけ実施される。先ず、ステップ４０１において、第一フローチャートのステップ１０１で推定される銀アルミナ系触媒装置２の現在の温度ＴＵが第一設定温度Ｔ１に達したか否かが判断される。銀アルミナ系触媒装置２の温度ＴＵは第一設定温度Ｔ１とならないように、銀アルミナ系触媒装置２は機関本体から離されて配置される。それにより、通常は、ステップ４０１の判断が肯定されることはないが、もし、肯定されるときには、ステップ４０２においてフラグＦは２とされる。
それにより、第一フローチャートのステップ１１３において、前述のリッチ化制御が実施され、第一設定温度Ｔ１となって銀アルミナ系触媒装置２から放出されるＮＯ2は、このときには必然的に活性化しているＮＯX還元触媒装置３において、リッチ化制御の排気ガス中の還元物質を使用して還元浄化される。このときにおいて、銀アルミナ系触媒装置２のＮＯ2吸着量Ａ２は設定量ＡＬまで達していないが、第一設定温度Ｔ１となれば、ＮＯ2が銀アルミナ系触媒装置２から放出されてしまうために、大気中へ放出されないように、リッチ化制御を実施してＮＯX還元触媒装置３において還元浄化する。
次いで、ステップ１１４において、銀アルミナ系触媒装置２における現在のＮＯ2吸着量Ａ２は０にリセットされ、フラグＦは１とされる。それにより、第五フローチャートは繰り返され、銀アルミナ系触媒装置２の温度ＴＵが第一設定温度Ｔ１となれば、再び、フラグＦは２とされ、リッチ化制御が実施されて、銀アルミナ系触媒装置２から放出するＮＯ2をＮＯX還元触媒装置３において還元浄化する。第四フローチャートは、第二フローチャートにおいてフラグＦが１とされ、銀アルミナ系触媒装置２の温度上昇の抑制が解除された瞬間に、ステップ４０１の判断が肯定されてフラグＦを２とし、第一フローチャートのステップ１１３のリッチ化制御が実施されることもある。
図６は、フラグＦを２にセットするための第五フローチャートであり、第四フローチャート及び第五フローチャートとは異なり、二次空気供給装置６により銀アルミナ系触媒装置２の温度上昇が抑制されている間においてだけ実施される。先ず、ステップ５０１において、二次空気供給装置６による銀アルミナ系触媒装置２の温度上昇の抑制を解除したときの急激な温度上昇によるＮＯX還元触媒装置３の推定温度ＴＤ’が活性化温度ＴＡ以上であるか否かが判断される。このようなＮＯX還元触媒装置３の推定温度ＴＤ’は、二次空気により冷却される前の現在の排気ガスの温度に基づき推定することができる。この判断が否定されるときには、そのまま終了する。
一方、銀アルミナ系触媒装置２の温度上昇の抑制を解除すれば、ＮＯX還元触媒装置３が活性化温度ＴＡ以上となるときには、ステップ５０１の判断が肯定され、ステップ５０２において、銀アルミナ系触媒装置２における現在のＮＯ2吸着量Ａ２が設定値ＡＬ（例えば、銀アルミナ系触媒装置２におけるＮＯ2吸着限界量）に達したか否かが判断される。この判断が否定されるときには、そのまま終了するが、この判断が肯定されるときには、ステップ５０３において、二次空気供給装置６による二次空気の供給を停止し、ステップ５０４においてフラグＦは２とされる。
それにより、第一フローチャートのステップ１１３において、前述のリッチ化制御が実施され、銀アルミナ系触媒装置２へ流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比よりリッチにし、銀アルミナ系触媒装置２の温度が第一設定温度Ｔ１になっていなくても、銀アルミナ系触媒装置２からＮＯ2を放出させる。このように、銀アルミナ系触媒装置２にＮＯ2を吸着することができなくなる以前に、銀アルミナ系触媒装置からＮＯ2を放出させ、こうして放出させたＮＯ2は、銀アルミナ系触媒装置２の下流側に配置されて活性化しているＮＯX還元触媒装置３においてリッチ空燃比の排気ガス中の還元物質を使用して還元浄化させることができる。また、銀アルミナ系触媒装置３の温度上昇の抑制を解除したときに、銀アルミナ系触媒装置２におけるＮＯ吸着量Ａ１は零となっていないために、銀アルミナ系触媒装置２からＮＯも放出されるが、放出されたＮＯもＮＯX還元触媒装置３においてリッチ空燃比の排気ガス中の還元物質を使用して還元浄化させることができる。
第五フローチャートにおいて、銀アルミナ系触媒装置２の温度上昇の抑制を解除すれば、ＮＯX還元触媒装置３が活性化温度ＴＡ以上となるときには、ステップ５０１の判断が肯定され、このときに、銀アルミナ系触媒装置２における現在のＮＯ2吸着量Ａ２に係わらずに、二次空気供給装置６による二次空気の供給を停止してフラグＦを２としても良い。
それにより、第一フローチャートのステップ１１３において、前述のリッチ化制御が実施され、銀アルミナ系触媒装置２へ流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比よりリッチにし、銀アルミナ系触媒装置２の温度が第一設定温度Ｔ１になっていなくても、銀アルミナ系触媒装置２からＮＯ2を放出させる。こうして放出させたＮＯ2は、銀アルミナ系触媒装置２の下流側に配置されて活性化しているＮＯX還元触媒装置３においてリッチ空燃比の排気ガス中の還元物質を使用して還元浄化させることができる。また、銀アルミナ系触媒装置２からＮＯも放出されるが、放出されたＮＯもＮＯX還元触媒装置３においてリッチ空燃比の排気ガス中の還元物質を使用して還元浄化させることができる。
前述したように、銀アルミナ系触媒装置２は、流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりリーンであるときには第一設定温度Ｔ１となるとＮＯ2を放出し、流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりリッチであるときには第一設定温度Ｔ１より低い温度でもＮＯ2を放出し、また、排気ガスの空燃比が小さいほど低い温度でもＮＯ2を放出する。すなわち、銀アルミナ系触媒装置２において、各温度に対してＮＯ2を放出させる上限空燃比を設定することができ、各温度において上限空燃比より空燃比を小さくすれば、空燃比を小さくするほどＮＯ2の放出速度が速くなる。
ところで、第一フローチャートのステップ１１３のリッチ化制御は、銀アルミナ系触媒装置２から可能な限りゆっくりとＮＯ2を放出させた方が、下流側のＮＯX還元触媒装置３において還元浄化させ易い。そのためには、リッチ化制御のリッチ空燃比は、各温度ＴＵの上限空燃比とすることが好ましい。ただし、銀アルミナ系触媒装置２の温度ＴＵが第一設定温度Ｔ１である場合には、上限空燃比は理論空燃比よりリーンとなるが、これでは、ＮＯ2を下流側のＮＯX還元触媒装置３において還元浄化することができないために、理論空燃比より僅かに小さなリッチ空燃比とすることとなる。また、リッチ化制御を実施する時間は、銀アルミナ系触媒装置２から放出されるＮＯ2をＮＯX還元触媒装置３において十分に還元浄化するために、銀アルミナ系触媒装置２から放出されるＮＯ2が多いほど、すなわち、銀アルミナ系触媒装置２のＮＯ2吸着量Ａ２が多いほど、長くすることが好ましい。
リッチ化制御に際して、銀アルミナ系触媒装置２へ流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比よりリッチにする際には、銀アルミナ系触媒装置２へ流入する排気ガスの空燃比を設定時間だけ設定リッチ空燃比とすることとなり、設定リッチ空燃比が銀アルミナ系触媒装置の各温度の上限空燃比に近いほど、銀アルミナ系触媒装置からのＮＯ2放出速度を遅くすることができる。このようなリッチ化制御において、設定リッチ空燃比に基づき銀アルミナ系触媒装置からのＮＯ2放出速度を推定することができる。
こうしてリッチ化制御においては、推定されたＮＯ2放出速度で銀アルミナ系触媒装置２からＮＯ2が放出され、このときに活性化しているＮＯX還元触媒装置３によってＮＯ2を還元浄化することとなるが、ＮＯX還元触媒装置３のＮＯX還元速度をＮＯ2放出速度以上とすれば、銀アルミナ系触媒装置２から放出される殆どのＮＯ2をＮＯX還元触媒装置３において還元浄化することができる。
ＮＯX還元触媒装置３のＮＯX還元速度は、排気ガスの空燃比が小さいほど速くなり、ＮＯX還元触媒装置３の温度ＴＤが高いほど速くなる。排気ガスの空燃比は、リッチ化制御の設定リッチ空燃比であり、それにより、銀アルミナ系触媒装置２のＮＯ2放出速度と等しいＮＯX還元速度をもたらすためのＮＯX還元触媒装置３の目標温度ＴＤｔを推定することができる。
それにより、リッチ化制御において、ＮＯX還元触媒装置３の現在の温度ＴＤが目標温度ＴＤｔより低いときには、電気ヒータ５を作動してＮＯX還元触媒装置３を目標温度ＴＤｔ以上に昇温することが好ましい。
また、リッチ化制御に際して、銀アルミナ系触媒装置２からＮＯも放出される場合には、ＮＯX還元触媒装置３においてＮＯも還元浄化するために、目標温度ＴＤｔをより高くして、ＮＯX還元触媒装置３のＮＯX還元速度をより高くすることが好ましい。
還元剤供給装置４として、気筒内へ燃料を噴射する燃料噴射弁を使用することも可能であり、燃料噴射弁により例えば排気行程後半又は膨張行程において気筒内へ追加燃料を噴射してリッチ化制御の設定リッチ空燃比を実現するようにしても良い。
１ 排気通路
２ 銀アルミナ系触媒装置
３ ＮＯX還元触媒装置
４ 還元剤供給装置
５ 電気ヒータ
６ 二次空気供給装置
２ 銀アルミナ系触媒装置
３ ＮＯX還元触媒装置
４ 還元剤供給装置
５ 電気ヒータ
６ 二次空気供給装置
Claims (4)
- 機関排気系に配置された銀アルミナ系触媒装置を具備し、
前記銀アルミナ系触媒装置において、排気ガスの空燃比が理論空燃比よりリーンであるときに、ＮＯ2 の放出を開始する第一設定温度および前記第一設定温度より低く、ＮＯの放出を開始する第二設定温度が予め定められており、
排気ガスの空燃比が理論空燃比よりリーンであり、更に、前記銀アルミナ系触媒装置が温度上昇して前記第二設定温度より低い第三設定温度となったときに、前記銀アルミナ系触媒装置の温度上昇を抑制して前記銀アルミナ系触媒装置を前記第三設定温度近傍に維持することにより、前記銀アルミナ系触媒装置に吸着されているＮＯをＮＯ2に酸化して前記銀アルミナ系触媒装置に吸着させる制御を行い、
前記制御により前記銀アルミナ系触媒装置に吸着されているＮＯが無くなったと判断されるときに、前記銀アルミナ系触媒装置の温度上昇の抑制を解除して前記銀アルミナ系触媒の温度を上昇させることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 - 前記銀アルミナ系触媒装置の下流側にはＮＯX還元触媒装置が配置され、前記銀アルミナ系触媒装置の温度上昇の抑制を解除したとき又は前記銀アルミナ系触媒装置の温度上昇の抑制を解除した後に、前記ＮＯX還元触媒装置が活性化していると判断されると共に前記銀アルミナ系触媒装置に吸着されているＮＯ2量が設定量に達したと判断されるときに、前記銀アルミナ系触媒装置へ流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比よりリッチにすることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記銀アルミナ系触媒装置の下流側にはＮＯX還元触媒装置が配置され、前記銀アルミナ系触媒装置の温度上昇の抑制を解除したとき又は前記銀アルミナ系触媒装置の温度上昇の抑制を解除した後に、前記銀アルミナ系触媒装置が前記第一設定温度以上に昇温したときには、前記銀アルミナ系触媒装置へ流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比よりリッチにすることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記銀アルミナ系触媒装置へ流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比よりリッチにする際には、前記銀アルミナ系触媒装置へ流入する排気ガスの空燃比を設定時間だけ設定リッチ空燃比とし、このときの前記銀アルミナ系触媒装置からのＮＯ2放出速度が設定され、前記ＮＯX還元触媒装置のＮＯX還元速度が前記ＮＯ2放出速度以上となるように、前記ＮＯX還元触媒装置を昇温することを特徴とする請求項２又は３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
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