WO2007100147A1 - 圧縮着火式内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

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WO2007100147A1
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Kohei Yoshida
Shinya Hirota
Kotaro Hayashi
Takamitsu Asanuma
Atsushi Hayashi
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Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha
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Definitions

  • the present invention relates to an exhaust emission control device for a compression ignition type internal combustion engine.
  • a particulate fill is arranged in the engine exhaust passage, a recirculation exhaust gas outlet is formed in the engine exhaust passage in the downstream of the particulate fill, and the exhaust gas extracted from the recirculation exhaust gas outlet is placed in the engine intake passage.
  • a compression ignition type internal combustion engine that is recirculated to the engine
  • the reductant supply valve can reduce the reductant.
  • Reductant that has passed through the particulate filter when it is supplied, that is, fuel is mixed into the recirculated exhaust gas and As a result, the problem is that the combustion deteriorates. Disclosure of the invention
  • the particulate filter is arranged in the engine exhaust passage, the recirculation exhaust gas outlet is formed in the engine exhaust passage downstream of the particulate filter, and the exhaust gas taken out from the recirculation exhaust gas outlet is formed.
  • the exhaust gas flowing into the engine exhaust passage downstream of the recirculation exhaust gas outlet is in the exhaust gas when the air-fuel ratio of the exhaust gas is lean.
  • Figure 1 is an overall view of a compression ignition type internal combustion engine, view entire 2 showing another embodiment of a compression ignition type internal combustion engine, FIG. 3 is a cross-sectional view of the front surface portion of the catalyst carrier N_ ⁇ x storage catalyst, FIG. 4 is a cross-sectional view of the surface portion of the catalyst carrier of the SO x trap catalyst, FIG. 5 is a diagram showing the SO x trap rate, FIG. 6 is a diagram for explaining the temperature rise control, and FIG. 7 is a diagram showing the injection timing.
  • Figure 8 is occluded and S_ ⁇ x amount sigma S OX, relationships of the occluded amount of SO x to be subjected to Atsushi Nobori control SO (n) Fig.
  • FIG. 9 is a time chart showing the change of occluded SO x i ⁇ S0 X, etc.
  • Fig. 10 is a flowchart for executing the first embodiment of the SO x stabilization process
  • Fig. 11 Is a flowchart for executing the second embodiment of the SO x stabilization process
  • Fig. 12 is a time chart showing the S0 x stabilization process
  • Fig. 13 is a timing chart showing the temperature rise control of the particulate filter.
  • FIG. 14 is a diagram showing a map of the stored NO x amount NOXA
  • FIG. 15 is a flowchart for executing processing for the particulate filter and the NO x storage catalyst.
  • FIG. 1 shows an overall view of a compression ignition type internal combustion engine.
  • 1 is an engine body
  • 2 is a combustion chamber of each cylinder
  • 3 is an electronically controlled fuel injection valve for injecting fuel into each combustion chamber
  • 4 is an intake manifold
  • 5 is an exhaust.
  • Each shows a manifold.
  • the intake manifold 4 is connected to the outlet of the compressor 7 a of the exhaust turbocharger 7 through the intake duct 6, and the inlet of the compressor 7 a is connected to the air greener 9 through the intake duct 8.
  • a throttle valve 10 driven by a step motor is arranged in the intake duct 6, and a cooling device 11 for cooling the intake air flowing in the intake duct 6 is arranged around the intake duct 6. Is done.
  • the engine cooling water is guided into the cooling device 11 and the intake air is cooled by the engine cooling water.
  • the exhaust manifold 5 is connected to the inlet of the exhaust turbine 7 b of the exhaust gas evening charge charger 7, and the outlet of the exhaust turbine 7 b is connected to the inlet of the SO x trap catalyst 12.
  • Outlet of S_ ⁇ x trap catalyst 1 2 is connected to the inlet of the particulate fill evening 1 3, the Patikyure bets filter 1 3 outlet of the NO x storage catalyst 1 5 through the exhaust pipe 1 4 Connected to the entrance.
  • the exhaust pipe 14 is formed with a recirculation exhaust gas outlet (hereinafter referred to as EGR gas outlet) 17 of the exhaust gas recirculation device 16.
  • EGR gas outlet 17 is located downstream of the SO x wrap catalyst 12 and the particulate filter 13 and upstream of the N0 x storage catalyst 15.
  • the EGR gas outlet 17 is connected to the intake duct 8 via an exhaust gas recirculation passage (hereinafter referred to as EGR passage) 18, and an exhaust gas recirculation control valve 19 is disposed in the EGR passage 18. Is done.
  • a cooling device 20 for cooling the recirculated exhaust gas (hereinafter referred to as E GR gas) flowing in the E GR passage 18 is disposed.
  • the engine cooling water is guided into the cooling device 20 and the EGR gas is cooled by the engine cooling water.
  • the EGR gas taken out from the EGR gas outlet 17 is supplied into the intake duct 8 through the EGR passage 18 and then supplied into the combustion chamber 2 through the intake manifold 4. .
  • each fuel injection valve 3 is connected to a common rail 23 through a fuel supply pipe 22. Fuel is supplied into the common rail 23 from an electronically controlled variable discharge fuel pump 24, and the fuel supplied into the common rail 23 is supplied to the fuel injection valve 3 through the fuel supply pipes 22. Is done.
  • Electronic control unit 30 consists of a digital computer, ROM (Read Only Memory) 3 2, RAM (Random Access Memory) 3 3, CPU (Microprocessor) 3 connected to each other by bidirectional bus 3 1 4, with input port 3 5 and output port 3 6 To do.
  • the particulate filter 1 3 is equipped with a differential pressure sensor 2 5 for detecting the differential pressure before and after the particulate filter 1 3.
  • the output signal of this differential pressure sensor 2 5 is the corresponding AD converter 3 7 Is input to input port 3 5 via.
  • a load sensor 41 that generates an output voltage proportional to the depression amount L of the accelerator pedal 40 is connected to the accelerator pedal 40.
  • the output voltage of the load sensor 41 is input to the input port 3 via the corresponding AD converter 37. Input to 5.
  • a crank angle sensor 42 that generates an output pulse every time the crankshaft rotates, for example, 15 ° is connected to the input port 35.
  • the output port 3 6 is connected to the fuel injection valve 3, the throttle valve 10 through the corresponding drive circuit 3 8, the driving step motor, the EGR control valve 19, the reducing agent supply valve 2 1, and the fuel pump 2 4. Connected to.
  • FIG. 2 shows another embodiment of the compression ignition type internal combustion engine.
  • an SO x sensor 26 for detecting the SO x concentration in the exhaust gas flowing out from the SO x trap catalyst 12 is disposed in the exhaust pipe 17.
  • the NO x storage catalyst 15 shown in FIGS. 1 and 2 will be described.
  • the NO x storage catalyst 15 has a three-dimensional network monolith or pellet shape.
  • a catalyst carrier made of alumina, for example, is supported on a squirrel or pellet substrate.
  • FIG. 3 schematically shows a cross section of the surface portion of the catalyst carrier 45.
  • the noble metal catalyst 46 is dispersedly supported on the surface of the catalyst support 45, and a layer of NO x absorbent 47 is formed on the surface of the catalyst support 45. ing.
  • platinum Pt is used as the noble metal catalyst 4 6, and the components constituting the NO x absorbent 4 7 are, for example, power lithium K, sodium Na, cesium C s Alkali metals, Norium Ba, Alkaline earth such as Calcium Ca, Lanthanum La, At least one selected from rare earths such as Yttrium Y is used.
  • combustion chamber 2 and NO ⁇ storage catalyst 1 5 When the ratio of air and fuel (hydrocarbon) supplied into the exhaust passage upstream of the engine intake passage, combustion chamber 2 and NO ⁇ storage catalyst 1 5 is called the air-fuel ratio of the exhaust gas, ⁇ ⁇ ⁇ absorbent 4 7 the air-fuel ratio of the exhaust gas is sometimes absorb vo chi lean, the oxygen concentration in the exhaust gas performs the absorbing and releasing action of New Omicron chi releasing chi Omicron New absorbed and reduced.
  • N0 2 is produced on the surface of platinum P t 4 6 and N 0 2 is N0 x absorbent 4 7 unless the NO x absorbent capacity of N ⁇ x absorbent 4 7 is saturated. It is absorbed inside and nitrate ion NO 3 is generated.
  • the air-fuel ratio of the exhaust gas is made rich or stoichiometric by supplying the reducing agent from the reducing agent supply valve 21, the oxygen concentration in the exhaust gas decreases and the reaction is reversed ( N0 3 — ⁇ N0 2 ), and thus nitrate ion NO 3 in N0 x absorbent 47 is released from NO x absorbent 47 in the form of N0 2 .
  • the released NO x is then reduced by unburned HC and CO contained in the exhaust gas.
  • the air-fuel ratio of the exhaust gas is lean, that is, when combustion is performed under the lean air-fuel ratio, N0 ) () in the exhaust gas is absorbed into the O x absorbent 47.
  • N0 the air-fuel ratio
  • Combustion will be NO x absorption ability of the NO x absorbent 4 7 therebetween when continuously performed is saturated with, no longer able to absorb NO x by N_ ⁇ x absorbent 4 7 and thus. Therefore, in the embodiment according to the present invention, the air-fuel ratio of the exhaust gas is temporarily switched by supplying the reducing agent from the reducing agent supply valve 21 before the absorption capacity of the NO x absorbent 47 is saturated. good and from N_ ⁇ x absorbent 4 7 it is so as to release the N_ ⁇ x.
  • the reducing agent is supplied from the reducing agent supply valve 21, but the reducing agent supply valve 21 is disposed downstream of the EGR gas outlet 17, so that the reducing agent is supplied to the EGR gas outlet 1. 7 will not flow into. Therefore, it is possible to prevent the deterioration of combustion due to the mixing of the reducing agent into the EGR gas.
  • the exhaust gas contains s0 x , that is, so 2 ,
  • N_ ⁇ x the absorbent 4 within 7 times will be sulfate B a S 0. 4 increases as it elapse, can the NO x absorbent 4 7 absorption as thus to time has elapsed The amount of NO x will decrease.
  • the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NO x storage catalyst 1 5 in a state of raising the temperature of N_ ⁇ x storage catalyst 1 5 to 6 0 0 ° C or more of the SO x release temperature in Li pitch Then, SO x is released from the N ⁇ x absorbent 4 7 Is issued.
  • S is released little by little from the NO x absorbent 47. Therefore, in order to release all absorbed SO x from the NO x absorbent 47, the air-fuel ratio must be kept for a long time, thus requiring a large amount of fuel or reducing agent. There is. Further, SO x released from the NO x absorbent 47 is discharged into the atmosphere, which is not preferable.
  • the SO x trap catalyst 12 is made of, for example, a monolith catalyst having a honeycomb structure, and has a large number of exhaust gas flow holes extending straight in the axial direction of the SO x trap catalyst 12.
  • a catalyst carrier made of alumina for example, is supported on the inner peripheral wall surface of each exhaust gas flow hole.
  • Fig. 5 schematically shows a cross section of the surface portion of the catalyst carrier 50. As shown in FIG. 4, a coat layer 51 is formed on the surface of the catalyst carrier 50, and the noble metal catalyst 52 is dispersedly supported on the surface of the coat layer 51.
  • platinum is used as the noble metal catalyst 52.
  • the components constituting the coating layer 51 include alkali metals such as potassium K, sodium Na, and cesium Cs, and boron Ba. At least one selected from alkaline earth such as calcium Ca, rare earth such as lanthanum La and yttrium Y is used. That is, the coating layer 51 of the SO x trap catalyst 12 is strongly basic.
  • SO x contained in the exhaust gas, i.e. S_ ⁇ 2 is oxidized platinum P t 5 2 As shown in Figure 4, then caught capturing the coating layer 5 1. That is, S0 2 diffuses into the coating layer 51 in the form of sulfate ion S 0 4 2 -to form sulfate.
  • the coat layer 51 has a strong basicity. Therefore, as shown in FIG. 4, a part of S 0 2 contained in the exhaust gas is directly captured in the coat layer 51. .
  • the shading in the coating layer 51 indicates the concentration of trapped SO x .
  • S_ ⁇ x concentration in the coat layer 5 1 As can be seen from Figure 4 is highest near the surface of the coating layer 5 1, slave connection will summer gradually lowered to go back portion.
  • the SO x concentration in the vicinity of the surface of the coat layer 51 is increased, the basicity of the surface of the coat layer 51 is weakened and the trapping ability of S0 x is weakened.
  • the basic coat layer 5 first surface weakens As a result, the SO x trap rate decreases.
  • Figure 5 shows the time variation of the SO x trap rate.
  • the SO x trap rate is close to 100 percent at first, but the SO x trap rate decreases rapidly as time passes. Accordingly, in the present invention, as shown in FIG. 6, when the SO x trap rate falls below a predetermined rate, the air-fuel ratio of the exhaust gas rises to raise the temperature of the SO x trap catalyst 12 under lean conditions. Temperature control is performed to recover the SO x trap rate.
  • SO x air-fuel ratio is present in a concentrated manner in the vicinity of the surface of the coating layer 5 1 Raising the temperature of the under the SO x trap catalyst 1 2 lean exhaust gas S_ ⁇ in coating layer 5 1 It diffuses toward the back of the coating layer 51 so that the x concentration is uniform. That is, the nitrate produced in the coat layer 51 is concentrated near the surface of the coat layer 51. The state changes from an unstable state to a stable state uniformly dispersed throughout the entire coating layer 51.
  • the SO x present near the surface of the coat layer 5 1 is coated with the coat layer 5 1 can be diffused, and when the temperature of the S x trap catalyst 12 is raised to about 600 ° C., the S x concentration in the coating layer 51 can be made uniform. Therefore it is during the Atsushi Nobori control of the SO x trap catalyst 1 2 to warm to 6 0 0 ° about C air-fuel ratio is the temperature of the under the SO x trap catalyst 1 2 Lean exhaust gas is preferable.
  • the air-fuel ratio of the exhaust gas is switched when the temperature of the SO x trap catalyst 12 is raised in this way, the S o x is released from the S o x trap catalyst 12. Therefore, the air-fuel ratio of the exhaust gas must not be ridged when the temperature of the Sx trap catalyst 12 is raised. Further, the SO x concentration near the surface of the coating layer 5 1 increases the S_ ⁇ x trap catalyst 1 2 without heated when the air-fuel ratio of the exhaust gas rich the SO x trap catalyst 1 2 from SO x release Will be. In the present invention therefore it is not to make the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the SO x lap catalyst 1 2 when the temperature of the SO x lap catalyst 1 2 is release SO x temperature above Li Tutsi.
  • the present invention contemplates that it be used without essentially to replace the so x trap catalyst 1 2 until scrapping of purchasing the vehicle. In recent years, especially the amount of io contained in the fuel has been reduced. And which can therefore be used that remain until scrapping without replacing the S_ ⁇ x trap catalyst 1 to some extent 2 capacity increases to lever S_ ⁇ x trap catalyst 1 2. For example the useful travel distance of 5 0 million km When the SO x trap catalyst 1 2 capacity of the vehicle, travel distance with high S_ ⁇ x trap rate without Atsushi Nobori control until 2 50,000 km extent S_ ⁇ x It is said that the capacity can continue to capture. In this case, the first temperature rise control is performed at a travel distance of about 250,000 km.
  • One effective method for raising the temperature of the SO x trap catalyst 12 is to retard the fuel injection timing until the compression top dead center. That is, the normal main fuel Q m is injected near the compression top dead center as shown in (I) in FIG. In this case, the main fuel Q n injection timing of retarded the burning period becomes longer after the as shown in ([pi) in FIG. 7, the exhaust gas temperature rises in ⁇ rather. As the exhaust gas temperature rises, the temperature of the SO x trap catalyst 12 rises accordingly.
  • the auxiliary fuel Q p is injected during the expansion stroke or the exhaust stroke. You can also. That is, in this case, the auxiliary fuel Q p most is discharged into the exhaust passage in the form of unburned HC without being burned. The unburned HC is oxidized on the SO x trap catalyst 12 by excess oxygen, and the temperature of the S 0 x trap catalyst 12 is raised by the heat of oxidation reaction generated at this time. Note that the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the Sx trap catalyst 12 is kept lean without being made rich regardless of which method is used to raise the temperature.
  • a first embodiment of the S 0 x stabilization process in the SO x trap catalyst 12 will be described with reference to FIG. 8 to FIG.
  • the amount of SO x trapped in the SO x trap catalyst 1 2 was previously constant because It is determined that the ⁇ ⁇ trap rate has fallen below a predetermined rate.At this time, in order to recover the so x trap rate, the exhaust gas air-fuel ratio is lean and the S 0 x trap catalyst 1 2 Temperature increase control for increasing the temperature is performed.
  • S_ ⁇ x amount contained in the exhaust gas i.e. S_ ⁇ x amount that will be trapped in the SO x trap catalyst 1 2 proportional to the amount of fuel injection To do.
  • the fuel injection amount is a function of the required torque and the engine speed. Therefore, the so x amount captured by the SO x trap catalyst 12 is also a function of the required torque and the engine speed.
  • the SO x trap catalyst 1 2 is captured per unit time.
  • S_ ⁇ x amount SOXA is stored in advance in the R OM 3 in 2 in the form of a map as shown in FIG. 8 (A) as a function of the required torque TQ and engine speed N to be.
  • the lubricant also contains a certain amount of sulfur, and the amount of lubricant burned in the combustion chamber 2, that is, contained in the exhaust gas, is captured by the S 0 x trap catalyst 1 2.
  • the S0 x quantity is also a function of the required torque and engine speed.
  • the amount of SO x contained in the lubricating oil and trapped per unit time by the S ⁇ x trap catalyst 1 2 S ⁇ XB is a function of the required torque TQ and the engine speed N as shown in FIG.
  • the relationship with SO (n) is stored in advance, and S.
  • the SO x trap catalyst ⁇ 2 is heated.
  • ⁇ As can be seen from Fig. 8 (C), the number of heating processes to recover the S ⁇ ⁇ trap rate is increased as the number of heating processes ⁇ increases.
  • SO (n) is increased, and the increase rate of the predetermined amount SO (n) decreases as the number of treatments n increases, that is, the increase rate of SO (3) with respect to SO (2) is It is smaller than the increase ratio of SO (2) to SO (1).
  • the SO x concentration in FIG. 9 indicates the SO x concentration near the surface of the SO x trap catalyst 12.
  • the SO x concentration near the surface of the SO x lap catalyst 1 2 exceeds the allowable value SOZ
  • the air-fuel ratio A NO F of the exhaust gas is lean and the S0 x trap catalyst 1 2
  • Temperature rise control for increasing the temperature T is performed.
  • the SO x concentration near the surface of the SO x trap catalyst 12 decreases, but the amount of decrease in this SO x concentration decreases each time the temperature increase control is performed. The period from when the temperature is raised until the next temperature increase control is performed becomes shorter every time the temperature increase control is performed.
  • FIG. 10 shows a routine for executing the first embodiment of the SO x stabilization process.
  • step 100 SO x amounts S OXA and S OX B captured per unit time are read from FIGS. 8 (A) and (B), respectively.
  • step 1 0 the sum of SO XA and S OX B is added to S 0 x quantity ⁇ S OX.
  • S is upon us amount Omicron chi amount ⁇ S_ ⁇ X is predetermined S ⁇ ( ⁇ )
  • Atsushi Nobori control proceeds to step 1 0 3 is performed.
  • FIGS. 11 and 12 show a second embodiment of the SO x stabilization process.
  • the downstream of SO x trap catalyst 1 2 SO x sensor 2 6 are arranged, SO x concentration in the exhaust gas flowing out from S_ ⁇ x trap catalyst 1 2 Te This SO x sensor 2 6 Niyotsu is detected in. That, SO x trap rate when exceeding the concentration SOY S_ ⁇ x concentration is predetermined et al in the exhaust gas detected by the SO x sensor 2 6 as shown in FIG.
  • Figure 11 shows the routine for executing this second embodiment.
  • step 1 1 the output signal of S0 x sensor 26, for example, output voltage V is read.
  • step 1 1 1 it is determined whether or not the output voltage V of the SO x sensor 26 exceeds the set value VX, that is, whether or not the S0 x concentration in the exhaust gas exceeds a predetermined concentration SOY. Is done.
  • V> VX that is, when the SO x concentration in the exhaust gas exceeds a predetermined concentration S OY
  • the routine proceeds to step 1 1 2 and temperature rise control is performed.
  • Advance R OM 3 in the form of a map shown in FIG. 1 4 as a function of N_ ⁇ x amount NOXA
  • N_ ⁇ x amount stored in the NO x storage catalyst 1 5 ⁇ ⁇ ⁇ is calculated by integrating the N_ ⁇ x amount NO XA.
  • the air-fuel ratio A / F Of the exhaust gas flowing into the NO x storage catalyst 15 is temporarily reduced. Therefore, the NO x storage catalyst 1 5 Luo NO x is released.
  • the reducing agent supply valve 21 is disposed in the exhaust passage between the SO x trap catalyst 12 and the NO x storage catalyst 15, and the NO x storage catalyst 15 to NO
  • the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NO x storage catalyst 15 is temporarily switched by supplying a reducing agent from the reducing agent supply valve 21 into the exhaust passage.
  • the particulate matter contained in the exhaust gas is collected on the particulate filter 13 and is sequentially oxidized.
  • particulate matter when the amount of collected particulate matter is larger than the amount of particulate matter to be oxidized, particulate matter gradually accumulates on the particulate filter 1 3, and in this case, the amount of particulate matter deposited increases. This will lead to a decrease in engine output. Therefore, when the amount of accumulated particulate matter increases, the deposited particulate matter must be removed. In this case, when the temperature of the particulate filter 13 is raised to about 60 ° C. under excess air, the accumulated particulate matter is oxidized and removed.
  • the S-fuel ratio of the exhaust gas is lean and the temperature of the particulate filter 13 is changed.
  • the accumulated particulate matter is removed by oxidation.
  • the differential pressure ⁇ before and after the particulate filter 13 detected by the differential pressure sensor 25 exceeds the allowable value PX as shown in FIG.
  • FIG. 15 shows a processing routine for the particulate filter 13 and the NO x storage catalyst 15.
  • step 120 the amount of N0 x N0 XA stored per unit time is calculated from the map shown in FIG.
  • this NOXA is added to the N0 x amount ⁇ ⁇ stored in the NO x storage catalyst 15.
  • step 1 2 2 it is determined whether or not the occluded NO x amount ⁇ ⁇ ⁇ exceeds the allowable value NX, and when ⁇ NOX> NX, the process proceeds to step 1 2 3 and from the reducing agent supply valve 2 1
  • the supplied reducing agent By the supplied reducing agent, a rich process is performed in which the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NO x storage catalyst 15 is temporarily switched from lean to rich, and NO x is cleared.
  • step 1 2 the differential pressure ⁇ ⁇ of the particulate filter 13 is detected by the differential pressure sensor 2 5.
  • step 1 2 5 it is determined whether or not the differential pressure ⁇ P has exceeded the allowable value PX.
  • ⁇ P> PX the routine proceeds to step 1 26 and the temperature rise control of the particulate fill 1 3 is performed. Done.

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Abstract

内燃機関において、機関排気通路内にＳＯxトラップ触媒（１２）とパティキュレートフィルタ（１３）とを配置し、パティキュレートフィルタ（１３）下流の機関排気通路に再循環排気ガス取出口（１７）を形成する。再循環排気ガス取出口（１７）下流の機関排気通路内に、ＮＯx吸蔵触媒（１５）と還元剤供給弁（２１）とを配置し、ＮＯx吸蔵触媒（１５）からＮＯxを放出すべきときには還元剤供給弁（２１）から排気通路内に還元剤を供給する。

Description

圧縮着火式内燃機関の排気浄化装置 技術分野
本発明は圧縮着火式内燃機関の排気浄化装置に関する。 明
背景技術
機関排気通路内にパティキュレートフィル夕を配置し、 パティキ ュレートフィル夕下流の機関排気通路書に再循環排気ガス取出口を形 成し、 再循環排気ガス取出口から取出した排気ガスを機関吸気通路 内に再循環するようにした圧縮着火式内燃機関が公知である （特開
2 0 0 4 - 1 5 0 3 1 9号公報を参照） 。 この圧縮着火式内燃機関 ではパティキュレートの除去された排気ガスが機関吸気通路内に再 循環されるのでパティキュレートの堆積に起因する種々の問題が生 ずるのを回避することができる。
一方、 機関吸気通路内に NOx吸蔵触媒を担持したパティキユレ —トフィル夕を配置し、 パティ'キユレ一トフィル夕上流の機関排気 通路内に還元剤供給弁を配置し、 NOx吸蔵触媒の NOx吸蔵能力が 飽和に近づく と還元剤供給弁から還元剤を供給して排気ガスの空燃 比をリッチにし、 それによつて N〇x吸蔵触媒から N〇xを放出させ るようにした内燃機関が公知である。
ところでこのような内燃機関において再循環排気ガス中にパティ キュレートが混入しないようにするために再循環排気ガス取入口を パティキュレートフィル夕下流の排気通路に形成すると、 還元剤供 給弁から還元剤が供給されたときにパティキュレートフィルタを素 通り .した還元剤、 即ち燃 が再循環排気ガス中に混入して燃焼室内 に供給され、 その結果燃焼が悪化するという問題を生ずる。 発明の開示
本発明の目的は、 還元剤供給弁から供給された還元剤が再循環排 気ガス内に混入しないようにし、 それによつて燃焼が悪化するのを 阻止するようにした圧縮着火式内燃機関の排気浄化装置を提供する ことにある。
本発明によれば、 機関排気通路内にパティキュレートフィルタを 配置し、 パティキュレートフィル夕下流の機関排気通路に再循環排 気ガス取出口を形成し、 再循環排気ガス取出口から取出した排気ガ スを機関吸気通路内に再循環するようにした圧縮着火式内燃機関に おいて、 再循環排気ガス取出口下流の機関排気通路内に、 流入する 排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中に含まれる NOx を吸蔵し流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリツチになる と吸蔵した N Oxを放出する NOx吸蔵触媒と還元剤供給弁とを配置 し、 NOx吸蔵触媒から NOxを放出すべきときには還元剤供給弁か ら排気通路内に還元剤を供給して NOx吸蔵触媒に流入する排気ガ スの空燃比を一時的にリ ッチにするようにした圧縮着火式内燃機関 の排気浄化装置が提供される。 図面の簡単な説明
図 1 は圧縮着火式内燃機関の全体図、 図 2は圧縮着火式内燃機関 の別の実施例を示す全体図、 図 3は N〇x吸蔵触媒の触媒担体の表 面部分の断面図、 図 4は S Ox トラップ触媒の触媒担体の表面部分 の断面図、 図 5は S Ox トラップ率を示す図、 図 6は昇温制御を説 明するための図、 図 7は噴射時期を示す図、 図 8は吸蔵 S〇x量∑ S O.Xと、 昇温制御を行うべき吸蔵 S Ox量 S O ( n ) との関係等 を示す図、 図 9は吸蔵 S Oxi∑ S〇 X等の変化を示すタイムチヤ ート、 図 1 0は S Ox安定化処理の第 1実施例を実行するためのフ ローチャート、 図 1 1 は S Ox安定化処理の第 2実施例を実行する ためのフローチャート、 図 1 2は S〇x安定化処理を示すタイムチ ャ一ト、 図 1 3はパティキュレートフィル夕の昇温制御を示すタイ ムチャート、 図 1 4は吸蔵 NOx量 NOXAのマップを示す図、 図 1 5はパティキュレートフィルタおよび NOx吸蔵触媒に対する処 理を実行するためのフローチャートである。 発明を実施するための最良の形態
図 1 に圧縮着火式内燃機関の全体図を示す。 . 図 1 を参照すると、 1 は機関本体、 2は各気筒の燃焼室、 3は各 燃焼室 2内に夫々燃料を噴射するための電子制御式燃料噴射弁、 4 は吸気マニホルド、 5は排気マニホルドを夫々示す。 吸気マ二ホル ド 4は吸気ダク ト 6を介して排気ターボチャージャ 7のコンプレツ サ 7 aの出口に連結され、 コンプレッサ 7 aの入口は吸気ダク ト 8 を介してエアグリーナ 9に連結される。 吸気ダク ト 6内にはステツ プモータにより駆動されるスロッ トル弁 1 0が配置され、 更に吸気 ダク ト 6周りには吸気ダク ト 6内を流れる吸入空気を冷却するため の冷却装置 1 1が配置される。 図 1 に示される実施例では機関冷却 水が冷却装置 1 1内に導かれ、 機関冷却水によって吸入空気が冷却 される。
一方、 排気マニホルド 5は排気夕一ポチャージャ 7の排気タービ ン 7 bの入口に連結され、 排気タービン 7 bの出口は S Ox トラッ プ触媒 1 2の入口に連結される。 S〇x トラップ触媒 1 2の出口は パティキュレートフィル夕 1 3の入口に連結され、 パティキュレー トフィルタ 1 3の出口は排気管 1 4を介して NOx吸蔵触媒 1 5の 入口に連結される。 排気管 1 4には排気ガス再循環装置 1 6の再循 環排気ガス取出口 （以下、 E G Rガス取出口と称す） 1 7が形成さ れる。 図 1からわかるようにこの E GRガス取出口 1 7は S Ox ラップ触媒 1 2およびパティキュレートフィルタ 1 3の下流であつ て N〇x吸蔵触媒 1 5の上流に位置する。
E G Rガス取出口 1 7は排気ガス再循環通路 （以下、 E G R通路 と称す） 1 8 を介して吸気ダク ト 8に連結され、 E G R通路 1 8内 には排気ガス再循環制御弁 1 9が配置される。 E GR通路 1 8周り には E GR通路 1 8内を流れる再循舉排気ガス （以下、 E G Rガス と称す） を冷却するための冷却装置 2 0が配置される。 図 1 に示さ れる実施例では機関冷却水が冷却装置 2 0内に導かれ、 機関冷却水 によって E G Rガスが冷却される。 機関運転時には E G Rガス取出 口 1 7から取出された E GRガスは E G R通路 1 8 を介して吸気ダ ク ト 8内に供給され、 次いで吸気マニホルド 4.を介して燃焼室 2内 に供給される。
また、 図 1 に示されるように E G Rガス取出口 1 7の下流であつ て N〇x吸蔵触媒 1 5上流の排気管 1 4内には排気管 1 4内を流れ る排気ガス中に树えば炭化水素からなる還元剤を供給するための還 元剤供給弁 2 1が配置される。 一方、 各燃料噴射弁 3は燃料供給管 2 2を介してコモンレール 2 3に連結される。 このコモンレール 2 3内へは電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ 2 4から燃料が供給 され、 コモンレール 2 3内に供給された燃料は各燃料供給管 2 2を 介して燃料噴射弁 3 に供給される。
. 電子制御ユニッ ト 3 0はデジタルコンピュータからなり、 双方向 性バス 3 1 によって互いに接続された R O M (リ一ドオンリメモリ ) 3 2、 RAM (ランダムアクセスメモリ） 3 3、 C P U (マイク ロブ.ロセッサ） 3 4、 入力.ポート 3 5および出力ポ一ト 3 6を具備 する。 パティキュレー卜フィルタ 1 3にはパティキュレートフィル 夕 1 3の前後差圧を検出するための差圧センサ 2 5が取付けられて おり、 この差圧センサ 2 5の出力信号は対応する A D変換器 3 7 を 介して入力ポー卜 3 5に入力される。
ァクセルペダル 4 0にはアクセルペダル 4 0の踏込み量 Lに比例 した出力電圧を発生する負荷センサ 4 1が接続され、 負荷センサ 4 1 の出力電圧は対応する A D変換器 3 7を介して入力ポート 3 5に 入力される。 更に入力ポート 3 5にはクランクシャフ トが例えば 1 5 ° 回転する毎に出力パルスを発生するクランク角セ'ンサ 4 2が接 続される。 一方、 出力ポート 3 6は対応する駆動回路 3 8を介して 燃料噴射弁 3、 スロッ トル弁 1 0駆動用ステップモ一夕、 E G R制 御弁 1 9、 還元剤供給弁 2 1および燃料ポンプ 2 4に接続される。
図 2に圧縮着火式内燃機関の別の実施例を示す。 この実施例では 排気管 1 7内に S O xトラップ触媒 1 2から流出した排気ガス中の S O x濃度を検出するための S O xセンサ 2 6が配置されている。 まず初めに図 1および図 2に示される N O x吸蔵触媒 1 5につい て説明すると、 これら N O x吸蔵触媒 1 5は三次元網目構造のモノ リス状或いはペレッ ト状をなじており、 'これらモノ リス状又はペレ ッ ト状の基体上に例えばアルミナからなる触媒担体が担持されてい る。 図 3はこの触媒担体 4 5の表面部分の断面を図解的に示してい る。 図 3 に示されるように触媒担体 4 5の表面上には貴金属触媒 4 6が分散して担持されており、 更に触媒担体 4 5の表面上には N O x吸収剤 4 7の層が形成されている。
- 本発明による実施例では貴金属触媒 4 6 として白金 P tが用いら れており、 N O x吸収剤 4 7 を構成する成分としては例えば力リウ ム K、 ナトリウム N a、 セシウム C s のようなアルカリ金属、 ノ リ ゥム B a、 カルシウム C aのようなアルカリ土類、 ランタン L a、 イツ トリウム Yのような希土類から選ばれた少なく とも一つが用い られている。
機関吸気通路、 燃焼室 2および NO χ吸蔵触媒 1 5上流の排気通 路内に供給された空気および燃料 （炭化水素） の比を排気ガスの空 燃比と称すると、 Ν Οχ吸収剤 4 7は排気ガスの空燃比がリーンの ときには ΝΟχを吸収し、 排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸収 した Ν Ο χを放出する Ν Ο χの吸放出作用を行う。
即ち、 ΝΟχ吸収剤 4 7 を構成する成分としてバリウム B aを用 いた場合を例にとって説明すると、 排気ガスの空燃比がリーンのと き、 即ち排気ガス中の酸素濃度が高いときには排気ガス中に含まれ る NOは図 3に示されるように白金 P t 4 6上において酸化されて N 02となり、 次いで N Ox吸収剤 4 7内に吸収されて酸化バリウム B a Oと結合しながら硝酸イオン N03 の形で NOx吸収剤 4 7内 に拡散する。 このようにして NOxが NOx吸収剤 4 7内に吸収され る。 排気ガス中の酸素濃度が高い限り白金 P t 4 6の表面で N02 が生成され、 N〇 x吸収剤 4 7の N O x吸収能力が飽和しない限り N 02が N〇x吸収剤 4 7内に吸収されて硝酸イオン NO 3 が生成され る。
これに対し、 還元剤供給弁 2 1から還元剤を供給することによつ て排気ガスの空燃比をリッチ或いは理論空燃比にすると排気ガス中 の酸素濃度が低下するために反応が逆方向 （N03—→N02) に進 み、 斯く して N〇x吸収剤 4 7内の硝酸イオン NO 3 が N02の形で NOx吸収剤 4 7から放出される。 次いで放出された N Oxは排気ガ ス中に含まれる未燃 H C, C Oによって還元される。
このように排気ガスの空燃比がリーンであるとき、 即ちリーン空 燃比のもとで燃焼が行われているときには排気ガス中の N〇)(が Ox吸収剤 4 7内に吸収される。 しかしながらリーン空燃比のもと での燃焼が継続して行われるとその間に N O x吸収剤 4 7の N O x吸 収能力が飽和してしまい、 斯く して N〇 x吸収剤 4 7 により N O xを 吸収できなくなってしまう。 そこで本発明による実施例では N Ox 吸収剤 4 7の吸収能力が飽和する前に還元剤供給弁 2 1から還元剤 を供給することによって排気ガスの空燃比を一時的にリ ッチにし、 それによ て N〇x吸収剤 4 7から N〇xを放出させるようにしてい る。
このように還元剤供給弁 2 1からは還元剤が供給されるが還元剤 供給弁 2 1 は E G Rガス取出口 1 7の下流に配置されており、 従つ て還元剤が E G Rガス取出口 1 7内に流入することはない。 従って E G Rガス内への還元剤の混入による燃焼の悪化を阻止することが できる。
ところで排気ガス中には s〇x、 即ち s o2が含まれており、 この
S〇2が N〇x吸蔵触媒 1 5に流入するとこの S 02は白金 P t 4 6 において酸化されて S〇 3となる。 次いでこの S O 3は N O x吸収剤
4 7内に吸収されて酸化バリウム B a〇と結合しながら、 硫酸ィォ ン S〇4 の形で NOx吸収剤 4 7内に拡散し、 安定した硫酸塩 B a
504を生成する。 · しかしながら N〇x吸収剤 4 7が強い塩基性を有 するためにこの硫酸塩 B a S 04は安定していて分解しづらく、 排 気ガスの空燃比を単にリ ツチにしただけでは硫酸塩 B a S 04は分 解されずにそのまま残る。 従って N〇x吸収剤 4 7内には時間が経 過するにつれて硫酸塩 B a S 0.4が増大することになり、 斯く して 時間が経過するにつれて N Ox吸収剤 4 7が吸収しうる N Ox量が低 下することになる。
ところでこの場合、 N〇x吸蔵触媒 1 5の温度を 6 0 0 °C以上の S Ox放出温度まで上昇させた状態で N Ox吸蔵触媒 1 5に流入する 排気ガスの空燃比をリ ッチにすると N〇x吸収剤 4 7から S Oxが放 出される。 ただし、 この場合 N O x吸収剤 4 7からは少しずつしか Sの が放出されない。 従って NOx吸収剤 4 7から全ての吸収 S O xを放出させるには長時間に亘つて空燃比をリ ツチにしなければな らず、 斯く して多量の燃料或いは還元剤が必要になるという問題が ある。 また、 NOx吸収剤 4 7から放出された S Oxは大気中に排出 されることになり、 このことも好ましいことではない。
そこで本発明では NOx吸蔵触媒 1 5の上流に S〇x トラップ触媒 1 2を配置してこの S Ox トラップ触媒 1 2により排気ガス中に含 まれる S Oxを捕獲し、 それによつて NOx吸蔵触媒 Γ5に の が 流入しないようにしている。 次にこの S O x トラップ触媒 1 2 につ いて説明する。
この S O x トラップ触媒 1 2は例えばハニカム構造のモノ リス触 媒からなり、 S Ox トラップ触媒 1 2の軸線方向にまつすぐに延び る多数の排気ガス流通孔を有する。 このように. S Ox 卜ラップ触媒 1 2 をハニカム構造のモノ リス触媒から形成した場合には、 各排気 ガス流通孔の内周壁面上に例えばアルミナからなる触媒担体が担持 されており、 図 4はこの触媒担体 5 0の表面部分の断面を図解的に 示している。 図 4に示されるように触媒担体 5 0の表面上にはコー ト層 5 1が形成されており、 このコート層 5 1 の表面上には貴金属 触媒 5 2が分散して担持されている。
本発明による実施例では貴金属触媒 5 2 として白金が用いられて おり、 コート層 5 1 を構成する成分としては例えばカリウム K、 ナ トリウム N a、 セシウム C s のようなアルカリ金属、 ノ リウム B a 、 カルシウム C aのようなアルカリ土類、 ランタン L a、 イツ トリ ゥム Yのような希土類から選ばれた少なく とも一つが用いられてい る。 即ち、 S Ox トラップ触媒 1 2のコート層 5 1は強塩基性を呈 して.いる。 さて、 排気ガス中に含まれる S Ox、 即ち S〇2は図 4に示される ように白金 P t 5 2において酸化され、 次いでコート層 5 1内に捕 獲される。 即ち、 S〇2は硫酸イオン S〇4 2 -の形でコート層 5 1内 に拡散し、 硫酸塩を形成する。 なお、 上述したようにコート層 5 1 は強塩基性を呈しており、 従って図 4に示されるように排気ガス中 に含まれる S 02の一部は直接コート層 5 1内に捕獲される。
図 4においてコート層 5 1内における濃淡は捕獲された S Oxの 濃度を示している。 図 4からわかるようにコート層 5 1内における S〇x濃度はコート層 5 1 の表面近傍が最も高く、 奥部に行くに従 つて次第に低くなつていく。 コート層 5 1の表面近傍における S O x濃度が高くなるとコート層 5 1の表面の塩基性が弱まり、 S〇xの 捕獲能力が弱まる。 ここで排気ガス中に含まれる S〇xのうちで S 0 x トラップ触媒 1 2に捕獲される S O xの割合を S O x トラップ率 と称すると、 コート層 5 1 の表面の塩基性が弱まればそれに伴なつ て S O xトラップ率が低下することになる。
図 5に S Ox トラップ率の時間的変化を示す。 図 5に示されるよ うに S Ox トラップ率は初めは 1 0 0パーセントに近いが時間が経 過すると S Ox トラップ率は急速に低下する。 そこで本発明では図 6に示されるように S O x トラップ率が予め定められた率よりも低 下したときには排気ガスの空燃比がリーンのもとで S Ox トラップ 触媒 1 2の温度を上昇させる昇温制御を行い、 それによつて S Ox トラップ率を回復させるようにしている。
即ち、 排気ガスの空燃比がリーンのもとで S Ox トラップ触媒 1 2の温度を上昇させるとコート層 5 1内の表面近傍に集中的に存在 する S Oxはコート層 5 1内における S〇x濃度が均一となるように コー ト層 5 1 の奥部に向けて拡散していく。 即ち、 コート層 5 1内 に生成されている硝酸塩はコート層 5 1 の表面近傍に集中している 不安定な状態からコート層 5 1内の全体に亘つて均一に分散した安 定した状態に変化する。 コート層 5 1内の表面近傍に存在する S O xがコート層 5 1 の奥部に向けて拡散するとコート層 5 1 の表面近 傍の S〇x濃度が低下し、 斯く して S Ox トラップ触媒 1 2の昇温制 御が完了すると図 6に示されるように S Ox トラップ率が回復する
S O x トラップ触媒 1 2の昇温制御を行ったときに S O x トラップ 触媒 1 2の温度をほぼ 4 5 0で程度にすればコート層 5 1 の表面近 傍に存在する S Oxをコート層 5 1内に拡散させることができ、 S 〇x トラップ触媒 1 2の温度を 6 0 0 °C程度まで上昇させるとコー ト層 5 1内の S〇x濃度をかなり均一化することができる。 従って S Ox トラップ触媒 1 2の昇温制御時には排気ガスの空燃比がリー ンのもとで S Ox トラップ触媒 1 2の温度を 6 0 0 °C程度まで昇温 させることが好ましい。
なお、 このように S Ox トラップ触媒 1 2を昇温したときに排気 ガスの空燃比をリ ッチにすると S〇xトラップ触媒 1 2から S〇xが 放出されてしまう。 従って S〇xトラップ触媒 1 2を昇温したとき には排気ガスの空燃比をリ ツヂにしてはならない。 また、 コート層 5 1の表面近傍の S Ox濃度が高くなると S〇x トラップ触媒 1 2を 昇温しなくても排気ガスの空燃比をリッチにすると S O x トラップ 触媒 1 2から S Oxが放出されてしまう。 従って本発明では S Ox ラップ触媒 1 2の温度が S Ox放出温度以上であるときには S Ox ラップ触媒 1 2に流入する排気ガスの空燃比をリ ツチにしないよう にしている。
本発明では基本的には車両を購入してから廃車するまで s ox ト ラップ触媒 1 2を交換することなくそのまま使用することを考えて いる。 近年では特に燃料内に含まれるィォゥの量が減少せしめられ ており、 従って S〇x トラップ触媒 1 2の容量を或る程度大きくす れば S〇x トラップ触媒 1 2を交換することなく廃車するまでその まま使用することができる。 例えば車両の耐用走行距離を 5 0万 km とすると S Ox トラップ触媒 1 2の容量は、 走行距離が 2 5万 km程 度まで昇温制御することなく高い S〇x トラップ率でもって S〇xを 捕獲し続けることのできる容量とされる。 この場合、 最初の昇温制 御は走行距離が 2 5万 km程度で行われる。
次に S Ox トラップ触媒 1 2の温度を上昇させる方法について図 7 を参照しつつ説明する。 '
S Ox トラップ触媒 1 2の温度を上昇させるのに有効な方法の一 つは燃料噴射時期を圧縮上死点以降まで遅角させる方法である。 即 ち、 通常主燃料 Qmは図 7において、 （ I ) に示されるように圧縮 上死点付近で噴射される。 この場合、 図 7の （Π) に示されるよう に主燃料 Qnの噴射時期が遅角されると後燃え期間が長くなり、 斯 く して排気ガス温が上昇する。 排気ガス温が高くなるとそれに伴つ て S Ox トラップ触媒 1 2の温度が上昇する。
また、 S〇x トラップ触媒 1 2の温度を上昇させるために図 7の (III) に示されるように主燃料 Qmに加え、 吸気上死点付近におい て補助燃料 Qvを噴射することもできる。 このように補助燃料 Qvを 追加的に噴射すると補助燃料 Qv分だけ燃焼せしめられる燃料が増 えるために排気ガス温が上昇し、 斯く して S〇x トラップ触媒 1 2 の温度が上昇する。
一方、 このように吸気上死点付近において補助燃料 Qvを噴射す ると圧縮行程中に圧縮熱によってこの補助燃料 Qvからアルデヒ ド 、 ケトン、 パーオキサイ ド、 一酸化炭素等の中間生成物が生成され 、 これら中間生成物によって主燃料 Qnの反応が加速される。 従つ てこ.の場合には図 7の （III) に示されるように主燃料 Qfflの噴射時 期を大巾に遅らせても失火を生ずることなく良好な燃焼が得られる
。 即ち、 このように主燃料 Qmの噴射時期を大巾に遅らせることが できるので排気ガス温はかなり高くなり、 斯く して S Oxトラップ 触媒 1 2の温度をすみやかに上昇させることができる。
また、 S Ox トラップ触媒 1 2の温度を上昇させるために図 7の (IV) に示されるように主燃料 Qmに加え、 膨張行程中又は排気行 程中に補助燃料 Qpを噴射することもできる。 即ち、 この場合、 大 部分の補助燃料 Qpは燃焼することなく未燃 H Cの形で排気通路内 に排出される。 この未燃 H Cは S Ox トラップ触媒 1 2上において 過剰酸素により酸化され、 このとき発生する酸化反応熱によって S 〇x トラップ触媒 1 2の温度が上昇せしめられる。 なお、 いずれの 方法により昇温した場合でも S〇x トラップ触媒 1 2に流入する排 気ガスの空燃比はリッチにされることなく リーンに維持される。 次に図 8から図 1 0 を参照しつつ S O x トラップ触媒 1 2 におけ る S 〇x安定化処理の第 1実施例について説明する。
この第 1実施例では、 S Ox トラップ触媒 1 2に捕獲された S Ox 量を推定し、 S Ox トラップ触媒 1 2に捕獲された S Ox量が予め定 められた量を越えたときに s σχ トラップ率が予め定められた率よ りも低下したと判断され、 このとき s ox トラップ率を回復するた めに排気ガスの空燃比がリーンのもとで S 0 x トラップ触媒 1 2の 温度を上昇させる昇温制御を行うようにしている。
即ち、 燃料中には或る割合でィォゥが含まれており、 従って排気 ガス中に含まれる S〇x量、 即ち S Oxトラップ触媒 1 2に捕獲され る s〇x量は燃料噴射量に比例する。 燃料噴射量は要求トルクおよ び機関回転数の関数であり、 従って S Ox トラップ触媒 1 2に捕獲 される s ox量も要求トルクおよび機関回転数の関数となる。 本発 明に.よる実施例では S Ox トラップ触媒 1 2に単位時間当り捕獲さ れる S〇x量 S O X Aが要求トルク T Qおよび機関回転数 Nの関数 として図 8 ( A) に示されるようなマップの形で予め R OM 3 2内 に記憶されている。
また、 潤滑油内にも或る割合でィォゥが含まれており、 燃焼室 2 内で燃焼せしめられる潤滑油量、 即ち排気ガス中に含まれていて S 〇x トラップ触媒 1 2に捕獲される S〇x量も要求トルクおよび機関 回転数の関数となる。 本発明による実施例では潤滑油に含まれてい て S〇x トラップ触媒 1 2に単位時間当り捕獲される S Oxの量 S〇 X Bが要求トルク T Qおよび機関回転数 Nの関数として図 8 (B) に示されるようなマツプの形で予め R O M 3 2内に記憶されており 、 S〇x量 S O XAおよび S Ox量 S OX Bの和を積算することによ つて S〇xトラップ触媒 1 2に捕獲されている S〇x量∑ S O Xが算 出される。
また、 本発明による実施例では図 8 (C ) に示されるように S O xi∑ S〇Xと、 S Ox トラップ触媒 1 2を昇温処理すべきときの予 め定められた S〇x量 S O (n) との関係が予め記憶されており、 S。 量 S O Xが予め定められた S 0 ( n ) ( n = 1 , 2 , 3， を越えたときに S Ox トラップ触媒 ί 2の昇温処理が行われる 。 なお、 図 8 (C) においては ηは何回目の昇温処理であるかを示 している。 図 8 ( C ) からわかるように S Οχ トラップ率を回復す るための昇温処理回数 ηが増大するにつれて予め定められた量 S O ( n ) が増大せしめられ、 この予め定められた量 S O ( n ) の増大 割合は処理回数 nが増大するほど減少する。 即ち、 S O ( 2 ) に対 する S O ( 3 ) の増大割合は S O ( 1 ) に対する S O ( 2 ) の増大 割合よりも減少する。
即ち、 図 9のタイムチャートに示されるように S Ox トラップ触 媒 1 2 に捕獲された 3〇)!量∑ 3 OXは許容値 MAXまで時間の経 過と共に増大し続ける。 なお、 図 9において∑ S O X=MAXにな つたときが走行距離にして 5 0万 km程度のときである。
一方、 図 9において S Ox濃度は S Ox トラップ触媒 1 2の表面近 傍における S Ox濃度を示している。 図 9からわかるように S Ox ラップ触媒 1 2の表面近傍における S Ox濃度が許容値 S O Zを越 えると排気ガスの空燃比 Aノ Fがリーンのもとで S〇 x トラップ触 媒 1 2の温度 Tを上昇させる昇温制御が行われる。 昇温制御が行わ れると S Ox トラップ触媒 1 2の表面近傍における S Ox濃度は減少 するがこの S Ox濃度の減少量は昇温制御が行われる毎に小さくな り、 従って昇温制御が行われてから次に昇温制御が行われるまでの 期間は昇温制御が行われる毎に短かくなる。
なお、 図 1 2に示されるように捕獲された 305(量∑ 3〇 が S 0 ( 1 ) , S O ( 2 ) ， …に達するということは S Ox トラップ触 媒 1 2の表面近傍における S Ox濃度が許容値 S 0 Zに達したこと を意味している。
図 1 0は S Ox安定化処理の第 1実施例を実行するためのルーチ ンを示している。
図 1 0を参照するとまず初めにステップ 1 0 0において図 8 ( A ) , (B) から夫々単位時間当り捕獲される S Ox量 S OXAおよ び S OX Bが読み込まれる。 次いでステップ 1 0 1ではこれら S O XAおよび S OX Bの和が S〇x量∑ S OXに加算される。 次いで ステップ 1 0 2では30)(量∑ 3〇 が図 8 (C) に示される予め 定められた量 S O ( n ) ( n = 1 , 2 , 3， ··■) に達したか否かが 判別される。 S Ο χ量∑ S〇 Xが予め定められた量 S Ο ( η ) に達 したときにはステップ 1 0 3に進んで昇温制御が行われる。
図 1 1および図 1 2に S Ox安定化処理の第 2実施例を示す。 こ. の実施例では図 2 に示されるように S Ox トラップ触媒 1 2の下流 に S Oxセンサ 2 6が配置されており、 この S Oxセンサ 2 6 によつ て S〇xトラップ触媒 1 2から流出した排気ガス中の S Ox濃度が検 出される。 即ち、 この第 2実施例では図 1 2に示されるように S O xセンサ 2 6により検出された排気ガス中の S〇x濃度が予め定めら れた濃度 S O Yを越えたときに S Ox トラップ率が予め定められた 率より も低下したと判断され、 このとき S Ox トラップ率を回復す るために排気ガスの空燃比 A / Fがリーンのもとで S〇 x トラップ 触媒 1 2の温度 Tを上昇せしめる昇温制御が行われる。
図 1 1はこの第 2実施例を実行するためのルーチンを示している
'図 1 1を参照するとまず初めにステップ 1 1 0において S〇 xセ ンサ 2 6の出力信号、 例えば出力電圧 Vが読込まれる。 次いでステ ップ 1 1 1では S Oxセンサ 2 6の出力電圧 Vが設定値 VXを越え たか否か、 即ち排気ガス中の S〇x濃度が予め定められた濃度 S O Yを越えたか否かが判別される。 V>VXになると、 即ち排気ガス 中の S Ox濃度が予め定められた濃度 S OYを越えるとステップ 1 1 2に進んで昇温制御が行われる。
次に図 1 3 を参照しつつ N Ox吸蔵触媒 1 5に対する処理につい て説明する。
本発明による実施例では NOx吸蔵触媒 1 5に単位時間当り吸蔵 される N〇x量 NOXAが要求トルク T Qおよび機関回転数 Nの関 数として図 1 4に示すマップの形で予め R OM 3 2内に記憶されて おり、 この N〇x量 NO XAを積算することによって NOx吸蔵触媒 1 5に吸蔵された N〇x量 Σ ΝΟ Χが算出される。 本発明による実 施例では図 1 3に示されるようにこの NOx量 Σ ΝΟ Χが許容値 N Xに達する毎に NOx吸蔵触媒 1 5に流入する排気ガスの空燃比 A /F.が一時的にリ ツチにさ.れ、 それによつて NOx吸蔵触媒 1 5か ら NOxが放出される。
なお、 NOx吸蔵触媒 1 5に流入する排気ガスの空燃比 A/Fを リッチにするときに S Ox トラップ触媒 1 2に流入する排気ガスの 空燃比はリーンに維持しておかなければならない。 従って本発明に よる実施例では S Ox トラップ触媒 1 2 と N Ox吸蔵触媒 1 5のとの 間の排気通路内に還元剤供給弁 2 1が配置されており、 NOx吸蔵 触媒 1 5から N Oxを放出すべきときにはこの還元剤供給弁 2 1か ら排気通路内に還元剤を供給することにより NOx吸蔵触媒 1 5に 流入する排気ガスの空燃比を一時的にリ ッチにするよ'うにしている 一方、 排気ガス中に含まれる粒子状物質はパティキュレートフィ ル夕 1 3上に捕集され、 順次酸化される。 しかしながら捕集される 粒子状物質の量が酸化される粒子状物質の量よりも多くなると粒子 状物質がパティキユレ一トフィルタ 1 3上に次第に堆積し、 この場 合粒子状物質の堆積量が増大すると機関出力の低下を招いてしまう 。 従って粒子状物質の堆積量が増大したときには堆積した粒子状物 質を除去しなければならない。 この場合、 空気過剰のもとでパティ キュレートフィルタ 1 3の温度を 6 0 0 °C程度まで上昇させると堆 積した粒子状物質が酸化され、 除去される。
そこで本発明による実施例ではパティキュレートフィル夕 1 3上 に堆積した粒子状物質の量が許容量を越えたときには排気ガスの S 燃比がリーンのもとでパティキ,ユレ一トフィルタ 1 3の温度を上昇 させ、 それによつて堆積した粒子状物質を酸化除去するようにして いる。 具体的に言うと本発明による実施例では差圧センサ 2 5によ り検出されたパティキュレートフィル夕 1 3の前後差圧 Δ Ρが図 1 3に示されるように許容値 P Xを越えたときに堆積粒子状物質の量 が許容量を越えたと判断され、 このとき図 7の （II) ， (III) 又 は （IV) に示すような噴射制御を行ってパティキュレートフィルタ 1 3に流入する排気ガスの空燃比をリーンに維持しつつパティキュ レートフィル夕 1 3の温度 Tが上昇せしめられる。 なお、 パティキ ユレ一卜フィルタ 1 3 の温度 Tが高くなると N〇x吸蔵触媒 1 5か ら N〇xが放出されるために捕獲されている N〇x量∑ N〇 Xは減少 する。
図 1 5はパティキュレートフィルタ 1 3および NOx吸蔵触媒 1 5に対する処理ルーチンを示している。
図 1 5を参照するとまず初めにステップ 1 2 0において図 1 4に 示すマツプから単位時間当り吸蔵される N〇x量 N〇 X Aが算出さ れる。 次いでステップ 1 2 1ではこの NOXAが N Ox吸蔵触媒 1 5に吸蔵されている N〇x量 Σ ΝΟΧに加算される。 次いでステツ プ 1 2 2では吸蔵 NOx量 Σ ΝΟΧが許容値 NXを越えたか否かが 判別され、 ∑ N O X > N Xとなったときにはス.テツプ 1 2 3 に進ん で還元剤供給弁 2 1から供給された還元剤によって NOx吸蔵触媒 1 5に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリーンからリツチに切 換えるリ ツチ処理が行われ、 ∑ NO Xがクリアされる。
次いでステップ 1 2 4では差圧センサ 2 5 によりパティキユレ一 トフィルタ 1 3の前後差圧 Δ Ρが検出される。 次いでステップ 1 2 5では差圧 Δ Pが許容値 P Xを越えたか否かが判別され、 △ P > P Xとなったときにはステップ 1 2 6に進んでパティキュレートフィ ル夕 1 3の昇温制御が行われる。

Claims

1 . 機関排気通路内にパティキュレートフィルタを配置し、 該パ ティキュレートフィルタ下流の機関排気通路に再循環排気ガス取出 口を形成し、 該再循環排気ガス取出口から取出した排気ガスを機関 吸気通路内に再循環するようにした圧縮着火式内燃機関において、 請
上記再循環排気ガス取出口下流の機関排気通路内に、 流入する排気 ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中に含まれる N O xを吸 蔵し流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッ'チになると吸 蔵した N O xを放出する N O x吸蔵触媒と還元剤供給弁とを配置し、 N O x吸蔵触媒から N〇xを放出すべきときには該還元剤供給弁から 囲
排気通路内に還元剤を供給して N O x吸蔵触媒に流入する排気ガス の空燃比を一時的にリ ッチにするようにした圧縮着火式内燃機関の 排気浄化装置。
2 . 上記再循環排気ガス取出口上流の機関排気通路内に排気ガス 中に含まれる S O xを捕獲しうる S O xトラップ触媒を配置した請求 項 1 に記載の圧縮着火式内燃機関の排気浄化装置。
3 . 上記 S O x トラップ触媒は触媒担体上に形成されたコート層 と、 コート層上に担持された貴金属触媒からなり、 コート層内には アルカリ金属、 アルカリ土類金属又は希土類金属が分散して含有さ れている請求項 2に記載の圧縮着火式内燃機関の排気浄化装置。
4 . 上記 S〇x トラップ触媒は、 S O x トラップ触媒に流入する排 気ガスの空燃比がリ一ンのときには排気ガス中に含まれる S O xを 捕獲し、 排気ガスの空燃比がリーンのもとで S O x トラップ触媒の 温度が上昇すると捕獲した S〇xが次第に N〇x トラップ触媒の内部 に拡散していく性質を有すると共に S〇x トラップ触媒に流入する 排気ガスの空燃比がリ ツチになると S〇„ トラップ触媒の温度が S ox放出温度以上であれば捕獲した s〇xを放出する性質を有し、 機 関運転中 s oxトラップ触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチ にさせることなく リーンに維持し続ける空燃比制御手段と、 排気ガ ス中に含まれる S Oxのうちで S〇x トラップ触媒に捕獲される S〇 xの割合を示す S Oxトラップ率を推定する推定手段とを具備し、 S
〇x トラップ率が予め定められた率よりも低下したときには排気ガ スの空燃比がリーンのもとで s ox トラップ触媒の温度を上昇させ 、 それによつて S〇x トラップ率を回復させるようにした請求項 2 に記載の圧縮着火式内燃機関の排気浄化装置。 '
5. 上記 S Ox トラップ触媒に捕獲された S Ox量を推定し、 S〇 x トラップ触媒に捕獲された s ox量が予め定められた量を越えたと きに s ox トラップ率が予め定められた率よりも低下したと判断さ れ、 このとき s ox トラップ率を回復するために排気ガスの空燃比 がリーンのもとで s ox トラップ触媒の温度が上昇せしめられる請 求項 4に記載の圧縮着火式内燃機関の排気浄化装置。
6. S Ox トラップ率を回復するための処理回数が増大するにつ れて上記予め定められた量が増大せしめられ、 この予め定められた 量の増大割合は該処理回数が増大するぼど減少する請求項 5に記載 の圧縮着火式内燃機関の排気浄化装置。
7. S〇xトラップ触媒下流の排気通路内に排気ガス中の S Ox濃 度を検出しうる S Oxセンサを配置し、 該 S〇xセンサの出力信号か ら S Ox トラップ率を算出する請求項 4に記載の圧縮着火式内燃機 関の排気浄化装置。
.
8. S Oxセンサにより検出された排気ガス中の S〇x濃度が予め 定められた濃度を越えたときに S〇x 卜ラップ率が予め定められた 率よりも低下したと判断され、 このとき S Ox トラップ率を回復す るために排気ガスの空燃比がリーンのもとで S Ox トラップ触媒の 温度が上昇せしめられる請求項 7に記載の圧縮着火式内燃機関の排 気浄化装置。
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