JP3557930B2 - Exhaust gas purification device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃焼式ヒータを備えた内燃機関の排気浄化技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、自動車等に搭載される内燃機関では、環境保護等の理由により冷間始動時に排出される比較的多量の未燃炭化水素(HC)や白煙等を低減させることが要求されている。
【0003】
このような要求に対し、内燃機関と独立した燃焼装置(燃焼式ヒータ)を設け、この燃焼式ヒータで発生する燃焼熱を利用して内燃機関の吸気や冷却水を加熱することにより、燃料の気化、内燃機関の燃焼室内温度の昇温、及び暖機を促進させ、冷間始動時に内燃機関から排出される未燃HCや白煙等を低減させる技術が提案されている。
【0004】
また、内燃機関では、排気中に含まれる窒素酸化物(NOX)や未燃HC等の有害ガス成分を浄化して、排気エミッションを向上させることが要求されている。特に、ディーゼルエンジンの場合は、NOXやHC等に加えて、排気中に含まれる煤などの粒子状物質(PM:Particulate Matter)を低減させることも要求されている。
【0005】
このような要求に対し、排気の空燃比がリーンのときに、排気中のNOXを吸収し、排気中の酸素濃度が低下し且つHCや一酸化炭素(CO)等の還元成分が存在するときに、吸収していたNOXを放出して還元及び浄化する吸蔵還元型リーンNOX触媒や、多孔質のセラミック等で形成され、排気が孔を通過する際に排気中のPMを捕捉し、排気の空燃比がリーン且つ排気温度が高温(例えば、500C°〜700C°)のときに捕捉したPMを燃焼させるDPF等を、内燃機関の排気通路に設ける技術が提案されている。
【0006】
ところで、比較的多くの硫黄成分が含まれた軽油を燃焼させるディーゼルエンジンでは軽油の燃焼時に硫黄酸化物(SOx)が生成されるため、ディーゼルエンジンの排気には比較的多くのSOxが存在することになる。
【0007】
排気中に含まれたSOxは、NOXと同様のメカニズムによって吸蔵還元型リーンNOX触媒に吸収される。その際、SOxは、吸蔵還元型リーンNOX触媒において安定した硫酸塩を形成するため、NOXに比して放出され難く、吸蔵還元型リーンNOX触媒内に蓄積される傾向にある。
【0008】
吸蔵還元型リーンNOX触媒内のSOx蓄積量が増加すると、吸蔵還元型リーンNOX触媒が吸収可能なNOX量が減少するため、排気中のNOXを浄化しきれなくなる、いわゆるSOx被毒が発生し、排気エミッションが悪化してしまう。
【0009】
このような問題に対して、特開平6−272541号公報に記載されたような内燃機関の排気浄化装置が提案されている。この排気浄化装置は、NOX吸収剤とパティキュレートフィルタとを相互に熱伝達可能な位置に配置するとともに、前記パティキュレートフィルタ上流の排気通路に還元剤を供給する還元剤供給装置を備え、NOX吸収剤の再生条件が成立した場合に、還元剤供給装置から還元剤を供給してNOX吸収剤に吸収されたNOXを放出及び還元し、次いで前記還元剤供給装置から供給される還元剤を着火源としてパティキュレートフィルタに捕集されたパティキュレートを燃焼させ、その際に発生する燃焼熱でNOX吸収剤を昇温させ、NOX吸収剤が高温となった時点で還元剤供給装置からSOx還元用の還元剤を供給してSOxを放出及び還元しようというものである。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記したような排気浄化装置は、NOX吸収剤に吸収されたNOXやSOxを放出及び還元させる際にNOX吸収剤へ還元剤を供給する還元剤供給装置等の専用の装置が必要となり、排気浄化装置を車両に搭載する際に還元剤供給装置等のスペースを確保しなければならない。
【0011】
本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、燃焼式ヒータが併設された内燃機関において、還元剤供給装置等の専用の装置を付加することなく、NOX、PM、あるいはSOx等を効率的に浄化することができる技術を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記した課題を解決するために以下のような手段を採用した。すなわち本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関と独立して燃料を燃焼せしめ且つ該内燃機関の関連要素を昇温させる燃焼式ヒータと、前記内燃機関の排気系に設けられ、排気中の有害ガス成分であって少なくとも窒素酸化物、粒子状物質、硫黄酸化物を浄化する排気浄化手段と、前記排気浄化手段の状態が窒素酸化物、粒子状物質、硫黄酸化物のうち、どの有害ガス成分を浄化すべき状態にあるか判定する状態判定手段と、前記燃焼式ヒータから排出される燃焼ガスの性状を、前記状態判定手段により判定された有害ガス成分に応じた性状とすべく前記燃焼式ヒータの燃焼条件を変更する燃焼条件変更手段と、前記燃焼式ヒータから排出された燃焼ガスを前記排気浄化手段に導入する燃焼ガス導入手段と、を備えることを特徴とする。
【0013】
このように構成された排気浄化装置では、状態判定手段は、排気浄化手段の状態を判定する。そして、燃焼条件変更手段は、燃焼式ヒータから排出される燃焼ガスの性状を排気浄化手段の状態に応じた性状とすべく、燃焼式ヒータの燃焼条件を変更する。燃焼ガス導入手段は、燃焼条件が変更された燃焼式ヒータから排出される燃焼ガスを排気浄化手段に導入する。
【0014】
この場合、排気浄化手段には、その排気浄化手段の状態に応じた性状の燃焼ガスが導入されることになる。尚、ここでいう燃焼ガスの性状とは、例えば、燃焼ガスの温度、燃焼ガスの空燃比、あるいは燃焼ガスを構成する各成分の量等をいい、このような性状を排気浄化手段の状態に応じた最適な性状、例えば排気浄化手段が所定の有害ガス成分を浄化するのに適した性状とすることにより、排気浄化手段において種々の有害ガス成分が効率的に浄化される。
【0015】
また、前記した排気浄化手段は、窒素酸化物と粒子状物質と硫黄酸化物とを浄化する。この場合、状態判定手段は、排気浄化手段が窒素酸化物を浄化すべき状態にあるか否か、排気浄化手段が粒子状物質を浄化すべき状態にあるか否か、あるいは排気浄化手段が硫黄酸化物を浄化すべき状態にあるか否かを判定する。
【0016】
また、前記燃焼条件変更手段は、窒素酸化物、粒子状物質、硫黄酸化物、の順に浄化が行われるように前記燃焼式ヒータの燃焼条件を変更するようにしてもよい。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる内燃機関の排気浄化装置の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。
【0018】
図1は、本発明を適用する内燃機関の概略構成を示す図である。図1において、内燃機関1は、複数の気筒を有する水冷式ディーゼルエンジンである。
内燃機関1には、気筒毎に1つの燃料噴射弁10が取り付けられている。各燃料噴射弁10は、その噴孔が各気筒の図示しない燃焼室に臨むよう取り付けられ、燃焼室内に直接燃料を噴射することが可能となっている。燃料噴射弁10は、燃料分配管11を介して蓄圧室(コモンレール)12と連通しており、コモンレール12は、燃料通路13を介して図示しない燃料ポンプと連通している。
【0019】
このように構成された燃料噴射系では、燃料ポンプから吐出された燃料が燃料通路13を介してコモンレール12に供給され、コモンレール12にて所定圧まで蓄圧され、蓄圧された燃料が燃料分配管11を介して燃料噴射弁10に印加される。そして、燃料噴射弁10が開弁されると、蓄圧された燃料が各気筒の燃焼室内に噴射される。
【0020】
また、内燃機関1には、吸気枝管2が接続され、この吸気枝管2の各枝管が各気筒の燃焼室と図示しない吸気ポートを介して連通している。前記吸気枝管2は、吸気管3に接続され、吸気管3は、エアフィルタを内装したエアクリーナボックス4に接続されている。前記吸気管3の途中には、吸気管3内の吸気流量を調節すべく開閉駆動される吸気絞り弁26が設けられている。吸気絞り弁26には、ステップモータ等からなり、吸気絞り弁26を開閉駆動するアクチュエータ27が取り付けられている。
【0021】
このように構成された吸気系では、エアクリーナボックス4に流入した新気がエアフィルタにて埃や塵を除去された後、吸気管3を経て吸気枝管2へ導かれ、次いで吸気枝管2の各枝管を通って各気筒の燃焼室に分配され、燃焼室内で前述した燃料噴射弁10から噴射される燃料と混ざり合って混合気を形成する。
【0022】
さらに、内燃機関1には、排気枝管6が接続され、この排気枝管6の各枝管が各気筒の燃焼室と図示しない排気ポートを介して連通している。前記排気枝管6は、排気管7に接続され、前記排気管7の途中には本発明に係る排気浄化手段としての吸蔵還元型リーンNOX触媒8が配置されている。
【0023】
吸蔵還元型リーンNOX触媒8は、ハニカム状に配置された複数の流路を有する担体と、各流路の壁面に担持されたNOX吸収剤とから構成される。
前記担体は、多孔質のセラミックで構成されている。そして、前記担体の流路は、上流側の端部が開放され且つ下流側の端部が閉塞された流路と、上流側の端部が閉塞され且つ下流側の端部が開放された流路とが交互に配置されて構成されている。
【0024】
前記NOX吸収剤としては、カリウム(K)、ナトリウム(Na)、リチウム(Li)、あるいはセシウム(Cs)等のアルカリ金属と、バリウム(Ba)やカルシウム(Ca)等のアルカリ土類と、ランタン(La)やイットリウム(Y)等の希土類とから選択された少なくとも1つと、白金(Pt)等の貴金属類とから成るものを例示することができるが、本実施の形態では、BaとPtとからなるNOX吸収剤を例に挙げて説明する。
【0025】
このように構成された吸蔵還元型リーンNOX触媒8では、吸蔵還元型リーンNOX触媒8に流入する排気の空燃比がリーンになると、排気中のNOXがNOX吸収剤に吸収される。一方、排気中の酸素濃度が低下するとNOX吸収剤に吸収されていたNOXが放出される。その際、吸蔵還元型リーンNOX触媒8内に還元成分が存在すると、NOX吸収剤から放出されたNOXが還元成分と反応して還元及び浄化される。
【0026】
上記したようなNOX吸収剤におけるNOXの吸放出作用の詳細なメカニズムについては明らかにされていない部分もあるが、以下のようなメカニズムで行われていると考えられている。
【0027】
すなわち、吸蔵還元型リーンNOX触媒8に流入する排気の空燃比がリーンとなり、排気中の酸素濃度が高まると、排気中の酸素O2がNOX吸収剤のPt表面にO2−あるいはO2−として付着し、次いで排気中のNOがPtの表面上でO2−あるいはO2−と反応して二酸化窒素(NO2)となる。続いて、NO2は、Ptの表面で酸化されつつ酸化バリウム(BaO)と結合して硝酸イオン(NO3−)を形成する。このように、排気中のNOXは、NO3−としてNOX吸収剤に吸収される。
【0028】
上記したようなNOXの吸収作用は、吸蔵還元型リーンNOX触媒8に流入する排気の空燃比がリーンにあり、且つNOX吸収剤のNOX吸収能力が飽和しない限り継続される。
【0029】
次に、吸蔵還元型リーンNOX触媒8に流入する排気中の酸素濃度が低下すると、NOX吸収剤におけるNO2生成量が減少し、BaOと結合していたNO3−が逆にNO2となってNOX吸収剤から離脱する。すなわち、吸蔵還元型リーンNOX触媒8に流入する排気中の酸素濃度が低下すると、NO3−の形でNOX吸収剤に吸収されていたNOXは、NO2となってNOX吸収剤から放出されることになる。
【0030】
NOX吸収剤から放出されたNOXは、排気中に含まれる還元成分(例えば、NOX吸収剤のPt上の酸素O2−あるいは酸素O2−と反応して部分酸化したHCやCO等の活性種)と反応して窒素(N2)等に還元及び浄化される。
【0031】
一方、吸蔵還元型リーンNOX触媒8では、排気中の粒子状物質(PM)が多孔質セラミックの孔に捕集される。このようにして捕集されたPMは、吸蔵還元型リーンNOX触媒8に流入する排気の温度が高温(例えば、500C°〜700C°)となり、且つ排気の空燃比がリーンとなったときに、排気中のO2と反応して燃焼及び処理される。
【0032】
ところで、吸蔵還元型リーンNOX触媒8のNOX吸収剤には、排気中の硫黄酸化物(SOx)がNOXと同様のメカニズムによって吸収される。すなわち、吸蔵還元型リーンNOX触媒8に流入する排気の空燃比がリーンのとき、排気中のSOxがNOX吸収剤のPt表面で酸化されてSO3−やSO4−となり、これらSO3−、SO4−がNOX吸収剤のBaOと結合して硫酸バリウム(BaSO4)を形成する。
【0033】
BaSO4は、NO3−に比べて安定しており、さらにBaSO4の結晶が粗大化し易いため、一旦生成されると分解及び放出され難い。このため、NOX吸収剤におけるBaSO4の生成量が増加すると、NOXと結合可能なBaOの量が減少し、NOX吸収剤のNOX吸収能力が低下する、いわゆるSOx被毒が発生する。
【0034】
SOx被毒を解消する方法としては、吸蔵還元型リーンNOX触媒8内の温度を高温(例えば、500C°〜700C°)にするとともに、吸蔵還元型リーンNOX触媒8に流入する排気の空燃比をリッチにすることにより、NOX吸収剤中に生成されたBaSO4をSO3−やSO4−に熱分解し、それらSO3−、SO4−をHCやCO等の還元成分と反応させて気体状のSO2に還元し、NOX吸収剤から放出する方法を例示することができる。
【0035】
次に、内燃機関1には、本発明にかかる燃焼式ヒータ14が併設されている。この燃焼式ヒータ14には、吸気導入通路15と燃焼ガス排出通路17とが接続されている。
【0036】
前記吸気導入通路15は、吸気管3に接続されており、吸気管3内を流れる吸気の一部を燃焼式ヒータ14へ供給することが可能となっている。さらに、前記吸気導入通路15の途中には、吸気管3内を流れる吸気の一部を強制的に燃焼式ヒータ14へ送り込むエアポンプ16が設けられている。
【0037】
前記燃焼ガス排出通路17は、前記吸蔵還元型リーンNOX触媒8上流の排気管7に接続されており、燃焼式ヒータ14から排出される燃焼ガスを吸蔵還元型リーンNOX触媒8へ導入することが可能となっている。このように、燃焼ガス排出通路17と排気管7とは、本発明にかかる燃焼ガス導入手段を実現する。
【0038】
続いて、前記燃焼式ヒータ14には、内燃機関1の冷却水を燃焼式ヒータ14へ導く冷却水導入通路18と、燃焼式ヒータ14内で暖められた冷却水を内燃機関1へ導く冷却水排出通路19とが接続されている。
【0039】
さらに、燃焼式ヒータ14には、燃料導入通路20が接続され、燃料導入通路20は、前記した燃料通路13に接続されている。これにより、燃料通路13を流れる燃料の一部を燃焼式ヒータ14へ供給することが可能になっている。
【0040】
ここで、燃焼式ヒータ14の具体的な構成について図2に基づいて説明する。燃焼式ヒータ14は、内燃機関1の図示しないウォータジャケットと冷却水導入通路18及び冷却水排出通路19を介して連通しており、燃焼式ヒータ14の内部には、前記ウォータジャケットからの冷却水を流すためのヒータ内部冷却水通路14aが形成されている。
【0041】
前記ヒータ内部冷却水通路14aは、燃焼式ヒータ14の内部に形成された燃焼室14dの周りを巡回するよう構成され、ヒータ内部冷却水路14a内を流れる冷却水が燃焼室14dからの熱を受けて昇温するようになっている。これについては、順次述べる。
【0042】
燃焼室14dは、火炎を発生させる燃焼源としての燃焼筒14bと、燃焼筒14bを覆うことで火炎が外部に漏れないようにする円筒状の隔壁14cとから構成されている。このように燃焼筒14bを隔壁14cで覆うことにより、燃焼室14dが隔壁14c内に画されることになる。そして、隔壁14cは、燃焼式ヒータ14の燃焼室本体43の外壁43aによって覆われており、前記隔壁14cと前記外壁43aとの間には環状の隙間が設けられ、この隙間が前述したヒータ内部冷却水路14aとして機能する。
【0043】
燃焼式ヒータ14には、空気供給口14d1と排気排出口14d2とが形成され、これらの空気供給口14d1と排気排出口14d2とが燃焼室14dに連通している。前記空気供給口14d1には前述した吸気導入通路15が接続され、前記排気排出口14d2には前述した燃焼ガス排出通路17が接続されている。
【0044】
続いて、燃焼式ヒータ14には、冷却水導入口14a1と冷却水排出口14a2とが形成され、これらの冷却水導入口14a1と冷却水排出口14a2とが前記ヒータ内部冷却水通路14aに連通している。前記冷却水導入口14a1には前述した冷却水導入通路18が接続され、前記冷却水排出口14a2には前述した冷却水排出通路19が接続されている。
【0045】
また、燃焼筒14bには、前記した燃料導入通路20が接続され、燃料ポンプから吐出された燃料の一部が燃焼筒14bに供給されるようになっている。燃焼筒14bには、前記燃料導入通路20によって供給された燃料を気化するための気化グロープラグ(図示せず)と、気化燃料に着火するための点火グロープラグ(図示せず)とが内装されている。尚、気化グロープラグと点火グロープラグとは、単一のグロープラグで兼用されるようにしてもよい。
【0046】
このように構成された燃焼式ヒータ14では、吸気導入通路15から空気供給口14d1に流れ込んだ吸気が燃焼室14dに導かれるとともに、燃料導入通路20によって燃焼筒14bに供給された燃料が図示しない気化グロープラグによって気化される。そして、前記吸気と前記気化燃料とが混合して混合気を形成し、その混合気が燃焼室14d内の図示しない点火グロープラグによって着火されて燃焼する。
【0047】
前記燃焼室14dで燃焼されたガスは、燃焼室14dから排気排出口14d2に導かれ、排気排出口14d2から燃焼ガス排出通路17へ排出される。燃焼ガス排出通路17に排出された燃焼ガスは、その燃焼ガス排出通路17を通って吸蔵還元型リーンNOX触媒8上流の排気管7に導かれる。排気管7に導かれた燃焼ガスは、排気管7の上流から流れてきた排気と混ざり合いつつ吸蔵還元型リーンNOX触媒8に流入する。
【0048】
一方、燃焼室14d内の燃焼によって発生した燃焼熱は、隔壁14cを介して前記ヒータ内部冷却水通路14a内を流れる冷却水に伝達され、冷却水を昇温させる。
【0049】
ここで図1に戻り、内燃機関1には、機関制御用の電子制御ユニット(ECU:Electronic Control Unit)21が併設されている。ECU21は、双方向性バスによって相互に接続された、CPU、ROM、RAM、入力インタフェース回路、出力インタフェース回路等から構成され、前記入力インタフェース回路には各種のセンサが電気配線を介して接続され、前記出力インタフェース回路には、燃料噴射弁10、燃焼式ヒータ14、エアポンプ16、及びアクチュエータ27等が電気配線を介して接続されている。
【0050】
前記した各種センサとしては、吸気管3に取り付けられたエアフローメータ5、吸蔵還元型リーンNOX触媒8に取り付けられた触媒温度センサ9、内燃機関1に取り付けられたクランクポジションセンサ22及び水温センサ23、図示しないアクセルペダルもしくはアクセルペダルと連動して動作するアクセルレバー等に取り付けられたアクセルポジションセンサ24、コモンレール12に取り付けられたコモンレール圧センサ25等を例示することができる。
【0051】
前記エアフローメータ5は、吸気管3内を流れる吸気の質量に対応した電気信号を出力するセンサである。前記触媒温度センサ9は、吸蔵還元型リーンNOX触媒8の触媒床温に対応した電気信号を出力するセンサである。前記クランクポジションセンサ22は、内燃機関1の図示しないクランクシャフトが所定角度回転する都度パルス信号を出力するセンサである。前記水温センサ23は、内燃機関1のウォータジャケットを流れる冷却水の温度に対応した電気信号を出力するセンサである。アクセルポジションセンサ24は、アクセルペダルの操作量に対応した電気信号を出力するセンサである。コモンレール圧センサ25は、コモンレール12内の燃料圧力に対応した電気信号を出力するセンサである。
【0052】
ECU21は、上記したような各種センサの出力信号値に基づいて内燃機関1の運転状態や吸蔵還元型リーンNOX触媒8の状態を判定し、その判定結果に基づいて燃料噴射制御や燃焼式ヒータ制御を行うとともに、本発明の要旨となる排気浄化制御を行う。
【0053】
燃料噴射制御では、例えば、ECU21は、エアフローメータ5、クランクポジションセンサ22、アクセルポジションセンサ24、及びコモンレール圧センサ25の出力信号を入力する。
【0054】
ECU21は、クランクポジションセンサ22がパルス信号を出力する時間的な間隔に基づいて内燃機関1の機関回転数を算出するとともに、アクセルポジションセンサ24の出力信号に基づいて内燃機関1から出力すべきトルク、すなわち運転者が要求する機関トルクを算出する。そして、ECU21は、コモンレール圧センサ25の出力信号値が機関回転数や機関トルクに応じた最適値となるように燃料ポンプの吐出量を制御するとともに、エアフローメータ5の出力信号値と機関回転数と要求機関トルクとをパラメータとして燃料噴射量(燃料噴射時間)及び燃料噴射開始時期を算出する。
【0055】
続いて、ECU21は、クランクポジションセンサ22の出力信号値(クランクシャフトの回転位置)を参照し、クランクシャフトの回転位置が前記燃料噴射開始時期と一致した時点で燃料噴射弁10へ駆動電流を印加し、燃料噴射弁10を開弁させる。燃料噴射弁10に対する駆動電流の印加は、前記燃料噴射時間に相当する期間継続される。
【0056】
また、燃焼式ヒータ制御では、ECU21は、内燃機関1の冷間始動時のように冷却水の温度が所定温度未満のときに、エアポンプ16を作動させて吸気の一部を燃焼式ヒータ14に供給すると共に、燃料の一部を燃焼式ヒータ14に供給し、次いで燃焼式ヒータ14の気化グロープラグ及び点火グロープラグに通電して、燃焼式ヒータ14を運転させる。そして、燃焼式ヒータ14の運転により冷却水が昇温し、水温センサ23の出力信号値が所定値以上になると、ECU21は、燃焼式ヒータ14の運転を停止する。
【0057】
次に、本実施の形態における排気浄化制御について述べる。
排気浄化制御では、ECU21は、吸蔵還元型リーンNOX触媒8のNOX浄化時期とPM浄化時期とSOx浄化時期とを判別し、内燃機関1からの排気と燃焼式ヒータ14からの燃焼ガスとの混合ガスが各々の浄化時期に応じた性状となるように燃焼式ヒータ14の燃焼条件を制御する。
【0058】
例えば、吸蔵還元型リーンNOX触媒8がNOX浄化時期にある場合は、混合ガス中の酸素濃度を低くするとともに混合ガス中の還元成分(HCやCO)の濃度を高くする必要があるため、ECU21は、燃焼式ヒータ14から排出される燃焼ガスの空燃比がリッチ状態となるように燃焼式ヒータ14の燃焼条件を制御する。
【0059】
吸蔵還元型リーンNOX触媒8がPM浄化時期にある場合は、混合ガスの空燃比をリーン状態にするとともに混合ガスの温度を高くする必要があるため、ECU21は、燃焼式ヒータ14から排出される燃焼ガスの空燃比がリーン状態で且つ燃焼ガスの温度が高くなるように燃焼式ヒータ14の燃焼条件を制御する。
【0060】
吸蔵還元型リーンNOX触媒8がSOx浄化時期にある場合は、混合ガスの空燃比をリッチ状態にするとともに混合ガスの温度を高くする必要があるため、ECU21は、燃焼式ヒータ14から排出される燃焼ガスの空燃比がリッチ状態で且つ燃焼ガスの温度が高くなるように燃焼式ヒータ14の燃焼条件を制御する。
【0061】
ここで、燃焼ガスの空燃比をリッチ状態にする場合は、ECU21は、例えば、燃料ポンプの吐出量を増加させ、燃焼式ヒータ14に供給される燃料量を増加させる。
【0062】
また、燃焼ガスの温度を高くする場合は、ECU21は、例えば、エアポンプ16の風量を増加させて燃焼式ヒータ14に供給される新気量を増加させるとともに、新気量の増加に比例して燃料ポンプの吐出量を増加させて燃焼式ヒータ14に供給される燃料量を増加させる。すなわち、ECU21は、燃焼式ヒータ14から単位時間当たりに排出される燃焼ガス流量を増加させることにより、燃焼式ヒータ14から排出される単位時間当たりの熱量を増加させる。
【0063】
ところで、混合ガス中で排気が占める割合は、燃焼ガスが占める割合より多いため、混合ガスの空燃比を所望のリッチ状態にする場合は、燃焼ガスの空燃比を過剰なリッチ状態とすべく燃焼式ヒータ14に大量の燃料を供給する必要があり、燃料消費量が悪化してしまう。
【0064】
そこで、本実施の形態では、ECU21は、混合ガスの空燃比をリッチ状態にする際に、内燃機関1の排気量を減少させて混合ガス中で排気が占める割合を少なくし、燃焼式ヒータ14に供給すべき燃料量を最小限に抑えるようにした。
【0065】
さらに、SOxを浄化するタイミングとしては、PMを浄化した直後が好ましい。これは、SOxを浄化するためにはNOX吸収剤を高温にする必要があるが、PMの燃焼時に発生する燃焼熱によってNOX吸収剤が昇温されるため、PM浄化直後にSOx浄化を行えば燃焼式ヒータ14にかかる負荷を軽減することが可能となるからである。
【0066】
以下、本実施の形態の作用及び効果について述べる。
ECU21は、排気浄化制御を実行するにあたり、図3に示すような排気浄化制御ルーチンを実行する。この排気浄化制御ルーチンは、所定時間毎(例えば、クランクポジションセンサ22がパルス信号を出力する都度)に繰り返し実行されるルーチンである。
【0067】
排気浄化制御ルーチンでは、ECU21は、先ず、S301において、吸蔵還元型リーンNOX触媒8に吸収されたNOXの浄化条件が成立したか否かを判別する。
【0068】
前記したNOXの浄化条件としては、例えば、(1)吸蔵還元型リーンNOX触媒8が活性状態にある、(2)吸蔵還元型リーンNOX触媒8のNOX吸収能力が飽和直前にある等の条件を例示することができる。
【0069】
前記(1)の条件の成立/不成立を判定する方法としては、触媒温度センサ9の出力信号値が所定値以上であるか否かを判別することにより、吸蔵還元型リーンNOX触媒8が活性状態にあるか否かを判定する方法を例示することができる。
【0070】
前記(2)の条件の成立/不成立を判定する方法としては、前回のNOX浄化完了時期から現時点に至るまでの内燃機関1の運転履歴、例えば吸入空気量や燃料噴射量の積算値が所定の判定値を越えているか否かを判定することにより、吸蔵還元型リーンNOX触媒8のNOX吸収能力が飽和する直前にあるか否かを推定する方法を例示することができる。
【0071】
ECU21は、前記S301においてNOX浄化条件が不成立であると判定した場合は、本ルーチンの実行を一旦終了し、前記S301においてNOX浄化条件が成立していると判定した場合は、S302へ進む。
【0072】
S302では、ECU21は、吸気絞り弁26を所定量閉弁させるべくアクチュエータ27を制御して、内燃機関1の吸入空気量を所定量減少させ、それにより内燃機関1の排気量を所定量減少させる。
【0073】
S303では、ECU21は、吸蔵還元型リーンNOX触媒8に流入する混合ガスの温度が300C°〜500C°となり、且つ混合ガスの空燃比が所定のリッチ状態となるように、燃焼式ヒータ14から排出される燃焼ガスの温度及び組成(空燃比)を制御する。すなわち、ECU21は、エアポンプ16の風量を増加させるとともに、燃料ポンプの吐出量を増加させる。その際、ECU21は、エアポンプ16の風量増加率に対して燃料ポンプの吐出量増加率を高くして、燃焼式ヒータ14から単位時間当たりに排出される燃焼ガス量を増加させつつ、燃焼ガスの空燃比をリッチ状態にする。
【0074】
このとき、吸蔵還元型リーンNOX触媒8には、300C°〜500C°且つリッチ状態の混合ガスが流入し、NOX吸収剤に吸収されていたNOXが放出及び還元される。
【0075】
続いて、ECU21は、S304へ進み、NOXの浄化が完了したか否かを判別する。この判別方法としては、吸蔵還元型リーンNOX触媒8が吸収可能な最大量のNOXが吸蔵還元型リーンNOX触媒8に吸収されているときに、それら全てのNOXが放出及び還元されるのに要する時間(NOX浄化時間)を予め実験等で求めておき、NOXの浄化制御が開始された時点からの経過時間が前記NOX浄化時間以上であるか否かを判別する方法を例示することができる。
【0076】
尚、前記したNOX浄化時間は、混合ガスの空燃比が一定(所定のリッチ状態)である場合は、単位時間当たりの混合ガス流量によって変化し、前記単位時間当たりの混合ガス流量は、内燃機関1の吸入空気量とエアポンプ16の風量とによって変化するため、NOX浄化時間と吸入空気量とエアポンプ16の風量との関係を予め実験等で求め、それらの関係をマップ化しておくようにしてもよい。この場合、ECU21は、吸入空気量とエアポンプ16の風量とをパラメータとして前記マップへアクセスし、吸入空気量及びエアポンプ16の風量から特定されるNOX浄化時間を算出する。
【0077】
前記S304においてNOXの浄化制御が開始された時点からの経過時間がNOX浄化時間未満であり、NOX浄化が未完了であると判定した場合は、ECU21は、本ルーチンの実行を一旦終了する。そして、ECU21は、所定時間経過後に本ルーチンを再実行し、S304においてNOXの浄化制御が開始された時点からの経過時間がNOX浄化時間以上であると判定すると、S305へ進む。
【0078】
S305では、ECU21は、吸蔵還元型リーンNOX触媒8に吸収されたPMの浄化条件が成立したか否かを判別する。
前記したPMの浄化条件としては、例えば、(1)吸蔵還元型リーンNOX触媒8が活性状態にある、(2)吸蔵還元型リーンNOX触媒8のPM捕集能力が飽和直前にある等の条件を例示することができる。
【0079】
前記(2)の条件の成立/不成立を判定する方法としては、前回のPM浄化完了時期から現時点に至るまでの吸入空気量や燃料噴射量の積算値が所定の判定値を越えているか否かを判定することにより、吸蔵還元型リーンNOX触媒8のPM捕集能力が飽和する直前にあるか否かを推定する方法や、吸蔵還元型リーンNOX触媒8のPM捕集量増加による排気抵抗の増加度合いを検出すべく吸蔵還元型リーンNOX触媒8上流の排気管7に圧力センサを設け、その圧力センサの出力信号値が所定の判定値を越えているか否かを判定することにより、吸蔵還元型リーンNOX触媒8のPM捕集能力が飽和する直前にあるか否かを推定する方法等を例示することができる。
【0080】
ECU21は、前記S305においてPM浄化条件が不成立であると判定した場合は本ルーチンの実行を一旦終了し、前記S305においてPM浄化条件が成立していると判定した場合はS306へ進む。
【0081】
S306では、ECU21は、前記S302において閉弁された吸気絞り弁26の開度を通常の開度に戻すべくアクチュエータ27を制御して、内燃機関1の吸入空気量を増加させ、それにより内燃機関1の排気量を通常の排気量に戻す。
【0082】
尚、PMの浄化を行う場合は吸蔵還元型リーンNOX触媒8に流入する混合ガスの温度を高くする必要があるが、混合ガス中で排気が占める割合は燃焼ガスが占める割合より多いため、混合ガスの温度を高くするには燃焼ガスの温度を過剰に高くする必要があり、エアポンプ16の負荷が増大すると共に燃焼式ヒータ14の燃料消費量が増加してしまう。そこで、ECU21は、S306の処理を行わずにS307の処理を実行するようにしてもよい。
【0083】
S307では、ECU21は、吸蔵還元型リーンNOX触媒8に流入する混合ガスの温度が500C°〜700C°となり、且つ混合ガスの空燃比がリーン状態となるように、燃焼式ヒータ14から排出される燃焼ガスの温度及び空燃比を制御する。具体的には、ECU21は、エアポンプ16の風量を増加させるとともに、それに比例して燃料ポンプの吐出量を増加させ、燃焼式ヒータ14から単位時間当たりに排出される燃焼ガス量を増加させる。
【0084】
このとき、吸蔵還元型リーンNOX触媒8には、500C°〜700C°且つリーン状態の混合ガスが流入し、吸蔵還元型リーンNOX触媒8に捕集されていたPMが排気中のO2と反応して燃焼及び処理される。
【0085】
続いて、ECU21は、S308へ進み、PMの浄化が完了したか否かを判別する。この判別方法としては、吸蔵還元型リーンNOX触媒8が捕集可能な最大量のPMが吸蔵還元型リーンNOX触媒8に捕集されているときに、それら全てのPMが燃焼及び処理されるのに要する時間(PM浄化時間)を予め実験等で求めておき、PMの浄化制御が開始された時点からの経過時間が前記PM浄化時間以上であるか否かを判別する方法や、吸蔵還元型リーンNOX触媒8のPM捕集量減少による排気抵抗の減少度合いを検出すべく吸蔵還元型リーンNOX触媒8上流の排気管7に圧力センサを設け、その圧力センサの出力信号値が所定の判定値未満に低下したか否かを判別する方法等を例示することができる。
【0086】
尚、前記したPM浄化時間は、混合ガスの空燃比が一定(所定のリーン状態)である場合は、単位時間当たりの混合ガス流量によって変化し、前記単位時間当たりの混合ガス流量は、内燃機関1の吸入空気量とエアポンプ16の風量とによって変化するため、PM浄化時間と吸入空気量とエアポンプ16の風量との関係を予め実験等で求め、それらの関係をマップ化しておくようにしてもよい。この場合、ECU21は、吸入空気量とエアポンプ16の風量とをパラメータとして前記マップへアクセスし、吸入空気量及びエアポンプ16の風量から特定されるPM浄化時間を算出する。
【0087】
前記S308においてPMの浄化制御が開始された時点からの経過時間がPM浄化時間未満であり、PM浄化が未完了であると判定した場合は、ECU21は、本ルーチンの実行を一旦終了する。そして、ECU21は、所定時間経過後に本ルーチンを再実行し、S308においてPMの浄化制御が開始された時点からの経過時間がPM浄化時間以上であり、PM浄化が完了したと判定すると、S309へ進む。
【0088】
S309では、ECU21は、吸蔵還元型リーンNOX触媒8に吸収されたSOxの浄化条件が成立しているか否かを判別する。
前記したSOxの浄化条件としては、例えば、(1)吸蔵還元型リーンNOX触媒8が活性状態にある、(2)吸蔵還元型リーンNOX触媒8のSOx吸収量が許容範囲内の上限値に達している等の条件を例示することができる。
【0089】
前記(2)の条件の成立/不成立を判定する方法としては、単位量当たりの燃料に含まれる硫黄成分の量と、前回のSOx浄化完了時期から現時点に至るまでの吸入空気量や燃料噴射量の積算値とに基づいて吸蔵還元型リーンNOX触媒8に吸収されたSOx量を推定し、推定されたSOx量が上限値を越えているか否かを判別する方法を例示することができる。
【0090】
ECU21は、前記S309においてSOx浄化条件が不成立であると判定した場合は本ルーチンの実行を一旦終了し、前記S309においてSOx浄化条件が成立していると判定した場合はS310へ進む。
【0091】
S310では、ECU21は、前記S306において通常の開度に戻された吸気絞り弁26を所定量閉弁させるべくアクチュエータ27を制御して、内燃機関1の吸入空気量を減少させ、それにより内燃機関1の排気量を所定量減少させる。
【0092】
S311では、ECU21は、吸蔵還元型リーンNOX触媒8に流入する混合ガスの温度が500C°〜700C°となり、且つ混合ガスの空燃比がリッチ状態となるように、燃焼式ヒータ14から排出される燃焼ガスの温度及び空燃比を制御する。具体的には、ECU21は、エアポンプ16の風量を増加させるとともに、燃料ポンプの吐出量を増加させる。その際、ECU21は、エアポンプ16の風量増加率に対して燃料ポンプの吐出量増加率を高くして、燃焼式ヒータ14から単位時間当たりに排出される燃焼ガス量を増加させつつ、燃焼ガスの空燃比をリッチ状態にする。
【0093】
この場合、吸蔵還元型リーンNOX触媒8には、500C°〜700C°且つリッチ状態の混合ガスが流入するため、NOX吸収剤中に生成されたBaSO4がSO3−やSO4−等に熱分解され、次いでそれらSO3−、SO4−が混合ガス中のHCやCO等と反応して気体状のSO2に還元され、NOX吸収剤から放出される。
【0094】
続いて、ECU21は、S312へ進み、SOxの浄化が完了したか否かを判別する。この判別方法としては、吸蔵還元型リーンNOX触媒8のSOx吸収量が許容範囲内の上限値に達している場合に、それら全てのSOxが還元及び放出されるのに要する時間(SOx浄化時間)を予め実験等で求めておき、SOxの浄化制御が開始された時点からの経過時間が前記SOx浄化時間以上であるか否かを判別する方法を例示することができる。
【0095】
尚、前記したSOx浄化時間は、混合ガスの空燃比が一定(所定のリッチ状態)である場合は、単位時間当たりの混合ガス流量によって変化し、前記単位時間当たりの混合ガス流量は、内燃機関1の吸入空気量とエアポンプ16の風量とによって変化するため、SOx浄化時間と吸入空気量とエアポンプ16の風量との関係を予め実験等で求め、それらの関係をマップ化しておくようにしてもよい。この場合、ECU21は、吸入空気量とエアポンプ16の風量とをパラメータとして前記マップへアクセスし、吸入空気量及びエアポンプ16の風量から特定されるSOx浄化時間を算出する。
【0096】
前記S312においてSOxの浄化制御が開始された時点からの経過時間が前記SOx浄化時間未満であり、SOx浄化が未完了であると判定した場合は、ECU21は、本ルーチンの実行を一旦終了する。そして、ECU21は、所定時間経過後に本ルーチンを再実行し、S312においてSOxの浄化制御が開始された時点からの経過時間が前記SOx浄化時間以上であり、SOx浄化が完了したと判定すると、S313へ進む。
【0097】
S313では、ECU21は、燃焼式ヒータ14及びエアポンプ16の運転を停止するとともに、吸気絞り弁26の開度を通常開度に戻すべくアクチュエータ27を制御することにより、排気浄化制御を停止する。
【0098】
このようにECU21が排気浄化制御ルーチンを実行することにより、本発明にかかる状態判定手段と燃焼条件変更手段とが実現される。
従って、本実施の形態によれば、燃焼式ヒータ14を備えている内燃機関1において、NOXとPMとSOxとの各々の浄化時期に応じて燃焼式ヒータ14の燃焼条件を変更することにより、吸蔵還元型リーンNOX触媒8に流入する混合ガスの性状を、NOXとPMとSOxとの各々の浄化条件に応じた性状とすることができる。
【0099】
この結果、燃焼式ヒータ14を備えている内燃機関では、燃焼式ヒータ14から排出される燃焼ガスを利用してNOX、PM、及びSOxの浄化を行うことが可能となり、還元剤供給装置等の専用の装置を併設する必要がない。
【0100】
【発明の効果】
本発明にかかる内燃機関の排気浄化装置は、燃焼式ヒータが併設された内燃機関において、排気浄化手段が種々の有害ガス成分を浄化する時期に応じて、燃焼式ヒータの燃焼条件を変更することにより、排気浄化手段に流入する燃焼ガスの性状を、種々の有害ガス成分の浄化条件に応じた性状とすることができる。
【0101】
従って、本発明によれば、燃焼式ヒータが併設された内燃機関において、燃焼式ヒータから排出される燃焼ガスを利用して種々の有害ガス成分を浄化することができ、還元剤供給装置等の専用の装置を併設する必要がなく、車両への搭載性に優れるという効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかる排気浄化装置を適用する内燃機関の概略構成を示す図
【図2】燃焼式ヒータの内部構成を示す図
【図3】実施の形態にかかる排気浄化制御ルーチンを示すフローチャート図
【符号の説明】
1・・・内燃機関
2・・・吸気枝管
3・・・吸気管
6・・・排気枝管
7・・・排気管
8・・・吸蔵還元型リーンNOX触媒
9・・・触媒温度センサ
14・・燃焼式ヒータ
15・・吸気導入通路
16・・エアポンプ
17・・燃焼ガス排出通路
20・・燃料導入通路
21・・ECU
26・・吸気絞り弁
27・・アクチュエータ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust gas purification technology for an internal combustion engine provided with a combustion heater.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, internal combustion engines mounted on automobiles and the like have been required to reduce a relatively large amount of unburned hydrocarbons (HC), white smoke, and the like discharged at the time of a cold start for reasons such as environmental protection.
[0003]
In response to such demands, a combustion device (combustion heater) independent of the internal combustion engine is provided, and the combustion heat generated by the combustion heater is used to heat the intake air and cooling water of the internal combustion engine, so that the fuel Techniques have been proposed for promoting vaporization, increasing the temperature of the combustion chamber of the internal combustion engine, and warming up, and reducing unburned HC, white smoke, and the like discharged from the internal combustion engine during a cold start.
[0004]
In an internal combustion engine, nitrogen oxides (NOX) And harmful gas components such as unburned HC to improve exhaust emissions. In particular, in the case of a diesel engine, NOXIt is also required to reduce particulate matter (PM: Particulate Matter) such as soot contained in exhaust gas in addition to HC and HC.
[0005]
In response to such a request, when the air-fuel ratio of the exhaust gas is lean, the NOXIs absorbed when the oxygen concentration in the exhaust gas is reduced and reducing components such as HC and carbon monoxide (CO) are present.XReduction type lean NO that releases and reduces and purifiesXWhen the exhaust gas is formed of a catalyst, porous ceramics, etc., it traps PM in the exhaust gas when the exhaust gas passes through the holes, and when the air-fuel ratio of the exhaust gas is lean and the exhaust gas temperature is high (for example, 500C to 700C) There has been proposed a technique of providing a DPF or the like for burning PM trapped in an exhaust passage of an internal combustion engine.
[0006]
By the way, in a diesel engine that burns light oil containing a relatively large amount of sulfur component, sulfur oxide (SOx) Is generated, so that relatively large amount of SOxWill exist.
[0007]
SO contained in exhaustxIs NOXOcclusion reduction type lean NO by the same mechanism asXAbsorbed by the catalyst. At that time, SOxIs occlusion reduction type lean NOXNO to form stable sulfate in the catalystXIt is hard to be released compared toXIt tends to accumulate in the catalyst.
[0008]
Storage NO lean type NOXSO in catalystxWhen the accumulated amount increases, the storage reduction type lean NOXNO that can be absorbed by the catalystXNO in the exhaustXSo-called SO that cannot completely purifyxPoisoning occurs and exhaust emissions deteriorate.
[0009]
To solve such a problem, an exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-272541 has been proposed. This exhaust gas purification device has NOXA reducing agent supply device that arranges the absorbing agent and the particulate filter at a position where heat can be transmitted to each other, and that supplies a reducing agent to an exhaust passage upstream of the particulate filter;XWhen the condition for regeneration of the absorbent is satisfied, the reducing agent is supplied from the reducing agent supply device and NOXNO absorbed by the absorbentXIs discharged and reduced, and then the particulate matter collected by the particulate filter is burned using the reducing agent supplied from the reducing agent supply device as an ignition source, and NO generated by the combustion heat generated at that time.XRaise the temperature of the absorbent to NOXWhen the absorbent becomes hot, SOxSupplying a reducing agent for reduction to SOxTo release and reduce.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
However, the exhaust gas purifying device as described above has NOXNO absorbed by the absorbentXAnd SOxNO when releasing and reducingXA dedicated device such as a reducing agent supply device that supplies the reducing agent to the absorbent is required, and a space for the reducing agent supply device and the like must be secured when the exhaust gas purification device is mounted on a vehicle.
[0011]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-described problems. In an internal combustion engine provided with a combustion-type heater, NO is added without adding a dedicated device such as a reducing agent supply device.X, PM, or SOxIt is an object of the present invention to provide a technology that can efficiently purify the like.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The present invention employs the following means in order to solve the above-described problems. That is, the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to the present invention burns fuel independently of the internal combustion engine.And a combustion heater for raising the temperature of related elements of the internal combustion engineAnd a harmful gas component in the exhaust provided in the exhaust system of the internal combustion engine.At least nitrogen oxides, particulate matter, sulfur oxidesExhaust purification means for purifying the exhaust gas, and the state of the exhaust purification meansWhich harmful gas components among nitrogen oxides, particulate matter, and sulfur oxides are in a state to be purifiedState determination means for determining,Combustion heaterThe properties of the combustion gas emitted fromThe combustion type heater has a property corresponding to the harmful gas component determined by the state determination means.Combustion condition changing means for changing the combustion conditions of the above,Combustion heaterAnd combustion gas introduction means for introducing the combustion gas discharged from the exhaust gas into the exhaust gas purification means.
[0013]
In the exhaust gas purification device configured as described above, the state determination unit determines the state of the exhaust gas purification unit. And the combustion condition changing means,Combustion heaterIn order to make the properties of the combustion gas discharged from theCombustion heaterChange the combustion conditions. Combustion gas introduction means, combustion conditions have been changedCombustion heaterThe combustion gas discharged from the exhaust gas into the exhaust gas purifying means.
[0014]
In this case, a combustion gas having a property corresponding to the state of the exhaust gas purifying means is introduced into the exhaust gas purifying means. Here, the property of the combustion gas refers to, for example, the temperature of the combustion gas, the air-fuel ratio of the combustion gas, the amount of each component constituting the combustion gas, and the like. Various harmful gas components can be efficiently purified in the exhaust gas purifying means by setting the optimum properties according to the properties, for example, the properties suitable for purifying the predetermined harmful gas components by the exhaust gas purifying means.
[0015]
Further, the exhaust gas purifying means purifies nitrogen oxides, particulate matter, and sulfur oxides. In this case, the state determination means determines whether the exhaust purification means is in a state to purify nitrogen oxides, whether the exhaust purification means is in a state to purify particulate matter, or whether the exhaust purification means It is determined whether or not the oxide is in a state to be purified.
[0016]
Also,The combustion condition changing means may change the combustion condition of the combustion heater so that purification is performed in the order of nitrogen oxide, particulate matter, and sulfur oxide.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, specific embodiments of the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[0018]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an internal combustion engine to which the present invention is applied. In FIG. 1, an internal combustion engine 1 is a water-cooled diesel engine having a plurality of cylinders.
The internal combustion engine 1 is provided with one
[0019]
In the fuel injection system configured as described above, the fuel discharged from the fuel pump is supplied to the
[0020]
Further, an intake branch pipe 2 is connected to the internal combustion engine 1, and each branch pipe of the intake branch pipe 2 communicates with a combustion chamber of each cylinder via an intake port (not shown). The intake branch pipe 2 is connected to an intake pipe 3, and the intake pipe 3 is connected to an air cleaner box 4 containing an air filter. An
[0021]
In the intake system configured as described above, fresh air that has flowed into the air cleaner box 4 is guided to the intake branch pipe 2 through the intake pipe 3 after dust and dust are removed by the air filter, and then the intake branch pipe 2. Are distributed to the combustion chamber of each cylinder through the respective branch pipes, and are mixed with the fuel injected from the
[0022]
Further, an exhaust branch pipe 6 is connected to the internal combustion engine 1, and each branch pipe of the exhaust branch pipe 6 communicates with a combustion chamber of each cylinder via an exhaust port (not shown). The exhaust branch pipe 6 is connected to an exhaust pipe 7, and in the middle of the exhaust pipe 7, a storage-reduction type lean NO as an exhaust purification means according to the present invention is provided.XA catalyst 8 is arranged.
[0023]
Storage NO lean type NOXThe catalyst 8 includes a carrier having a plurality of flow channels arranged in a honeycomb shape, and a NO.XAnd an absorbent.
The carrier is made of a porous ceramic. The flow path of the carrier includes a flow path in which the upstream end is open and the downstream end is closed, and a flow path in which the upstream end is closed and the downstream end is open. The roads are arranged alternately.
[0024]
NOXExamples of the absorbent include alkali metals such as potassium (K), sodium (Na), lithium (Li) or cesium (Cs), alkaline earths such as barium (Ba) and calcium (Ca), and lanthanum (La). ) Or a rare earth element such as yttrium (Y) and a noble metal such as platinum (Pt). In the present embodiment, it is composed of Ba and Pt. NOXThis will be described by taking an absorbent as an example.
[0025]
The storage reduction type lean NO thus configuredXIn the catalyst 8, the storage reduction type lean NOXWhen the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst 8 becomes lean, the NOXIs NOXAbsorbed by absorbent. On the other hand, when the oxygen concentration in the exhaust decreases, NOXNO absorbed by the absorbentXIs released. At this time, the storage reduction type lean NOXIf a reducing component is present in the catalyst 8, NOXNO released from absorbentXReacts with the reducing component to be reduced and purified.
[0026]
NO as described aboveXNO in absorbentXAlthough the detailed mechanism of the absorption / desorption action of is not clear, it is considered that the action is carried out by the following mechanism.
[0027]
That is, the storage reduction type lean NOXWhen the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst 8 becomes lean and the oxygen concentration in the exhaust gas increases, the oxygen O2Is NOXO on the Pt surface of the absorbent2-Or O2-As NO, and then NO in the exhaust gas becomes O 2 on the surface of Pt.2-Or O2-Reacts with nitrogen dioxide (NO2). Then, NO2Is bonded to barium oxide (BaO) while being oxidized on the surface of Pt, and nitrate ions (NO3-) Is formed. Thus, the NO in the exhaustXIs NO3-As NOXAbsorbed by absorbent.
[0028]
NO as described aboveXThe absorption action of the storage-reduction type lean NOXThe air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst 8 is lean and NOXAbsorbent NOXContinued as long as the absorption capacity is not saturated.
[0029]
Next, the storage reduction type lean NOXWhen the concentration of oxygen in the exhaust gas flowing into the catalyst 8 decreases, NOXNO in absorbent2NO reduced in production and bound to BaO3-Is NO2Becomes NOXRelease from absorbent. That is, the storage reduction type lean NOXWhen the concentration of oxygen in the exhaust gas flowing into the catalyst 8 decreases, NO3-NO in the form ofXNO absorbed by the absorbentXIs NO2Becomes NOXIt will be released from the absorbent.
[0030]
NOXNO released from absorbentXRepresents a reducing component (for example, NOXOxygen O on Pt of absorbent2-Or oxygen O2-Reacts with active species such as HC and CO partially oxidized to react with nitrogen (N2) Etc. are reduced and purified.
[0031]
On the other hand, the storage reduction type lean NOXIn the catalyst 8, particulate matter (PM) in the exhaust gas is collected in the pores of the porous ceramic. The PM collected in this manner is stored occlusion reduction type lean NO.XWhen the temperature of the exhaust gas flowing into the catalyst 8 becomes high (for example, 500 ° C. to 700 ° C.) and the air-fuel ratio of the exhaust gas becomes lean, the O2Reacts with and is combusted and processed.
[0032]
By the way, the storage reduction type lean NOXNO of catalyst 8XThe absorbent includes sulfur oxides (SOx) Is NOXIs absorbed by a similar mechanism. That is, the storage reduction type lean NOXWhen the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst 8 is lean, the SOxIs NOXSOx oxidized on the Pt surface of the absorbent3-And SO4-And these SO3-, SO4-Is NOXBarium sulfate (BaSO) is combined with BaO as an absorbent.4) Is formed.
[0033]
BaSO4Is NO3-More stable than BaSO4The crystals are easily coarsened, so that once formed, they are difficult to decompose and release. Therefore, NOXBaSO in absorbent4When the production amount of NO increases, NOXThe amount of BaO that can be combined withXAbsorbent NOXSo-called SO with reduced absorption capacityxPoisoning occurs.
[0034]
SOxAs a method for eliminating poisoning, occlusion reduction type lean NOXThe temperature in the catalyst 8 is raised to a high temperature (for example, 500 ° C. to 700 ° C.), and the storage reduction type lean NOXBy making the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst 8 rich, NOXBaSO formed in the absorbent4To SO3-And SO4-Pyrolyzed to3-, SO4-Reacts with reducing components such as HC and CO to form gaseous SO2To NOXA method of releasing from an absorbent can be exemplified.
[0035]
Next, the internal combustion engine 1 is provided with a combustion heater 14 according to the present invention. The combustion heater 14 is connected to an
[0036]
The
[0037]
The combustion
[0038]
Subsequently, the combustion type heater 14 has a cooling
[0039]
Further, a
[0040]
Here, a specific configuration of the combustion heater 14 will be described with reference to FIG. The combustion type heater 14 communicates with a water jacket (not shown) of the internal combustion engine 1 via a cooling
[0041]
The heater internal
[0042]
The
[0043]
The combustion type heater 14 has an air supply port 14d.1And
[0044]
Subsequently, the combustion type heater 14 has a cooling water inlet 14a.1And cooling
[0045]
Further, the
[0046]
In the combustion type heater 14 configured as described above, the
[0047]
The gas burned in the
[0048]
On the other hand, the combustion heat generated by the combustion in the
[0049]
Returning to FIG. 1, the internal combustion engine 1 is provided with an electronic control unit (ECU: Electronic Control Unit) 21 for engine control. The
[0050]
The various sensors described above include an air flow meter 5 attached to the intake pipe 3 and a storage reduction type lean NO.XA catalyst temperature sensor 9 mounted on the catalyst 8, a crank
[0051]
The air flow meter 5 is a sensor that outputs an electric signal corresponding to the mass of intake air flowing through the intake pipe 3. The catalyst temperature sensor 9 is a storage reduction type lean NOXThe sensor outputs an electric signal corresponding to the catalyst bed temperature of the catalyst 8. The crank
[0052]
The
[0053]
In the fuel injection control, for example, the
[0054]
The
[0055]
Subsequently, the
[0056]
Further, in the combustion heater control, when the temperature of the cooling water is lower than a predetermined temperature, such as at the time of a cold start of the internal combustion engine 1, the
[0057]
Next, the exhaust gas purification control according to the present embodiment will be described.
In the exhaust gas purification control, the
[0058]
For example, storage reduction type lean NOXCatalyst 8 is NOXIf it is during the purification time, the
[0059]
Storage NO lean type NOXWhen the catalyst 8 is in the PM purification time, it is necessary to make the air-fuel ratio of the mixed gas lean and raise the temperature of the mixed gas, so that the
[0060]
Storage NO lean type NOXWhen the catalyst 8 is at the time of SOx purification, the air-fuel ratio of the mixed gas needs to be made rich and the temperature of the mixed gas must be increased, so the
[0061]
Here, when making the air-fuel ratio of the combustion gas rich, the
[0062]
When increasing the temperature of the combustion gas, the
[0063]
By the way, since the proportion of exhaust gas in the mixed gas is greater than the proportion of combustion gas, when the air-fuel ratio of the mixed gas is set to a desired rich state, the combustion is performed to make the air-fuel ratio of the combustion gas excessively rich. It is necessary to supply a large amount of fuel to the type heater 14, and the fuel consumption will be deteriorated.
[0064]
Therefore, in the present embodiment, when the air-fuel ratio of the mixed gas is made rich, the
[0065]
Furthermore, SOxThe timing for purifying PM is preferably immediately after purifying PM. This is SOxNO to purifyXAlthough the absorbent needs to be heated to a high temperature, NOXSince the temperature of the absorbent is increased, the SOxThis is because if the purification is performed, the load on the combustion heater 14 can be reduced.
[0066]
Hereinafter, the operation and effect of the present embodiment will be described.
In executing the exhaust gas purification control, the
[0067]
In the exhaust gas purification control routine, first, in S301, the storage reduction type lean NOXNO absorbed by catalyst 8XIt is determined whether or not the purification condition of the above is satisfied.
[0068]
NO mentioned aboveXThe purification conditions for (1) occlusion reduction type lean NOXThe catalyst 8 is in an active state. (2) Storage-reduction type lean NOXNO of catalyst 8XConditions such as the absorption capacity being just before saturation can be exemplified.
[0069]
As a method of determining whether the condition (1) is satisfied or not, the storage reduction type lean NO is determined by determining whether the output signal value of the catalyst temperature sensor 9 is equal to or greater than a predetermined value.XA method for determining whether or not the catalyst 8 is in an active state can be exemplified.
[0070]
As a method of determining whether the condition (2) is satisfied or not, the previous NOXBy determining whether or not the operation history of the internal combustion engine 1 from the purification completion time to the present time, for example, the integrated value of the intake air amount or the fuel injection amount exceeds a predetermined determination value, the storage reduction lean NOXNO of catalyst 8XA method of estimating whether or not the absorption capacity is immediately before saturation can be exemplified.
[0071]
The
[0072]
In S302, the
[0073]
In S303, the
[0074]
At this time, the storage reduction type lean NOXThe mixed gas in a rich state of 300 ° C. to 500 ° C. flows into the catalyst 8, and NOXNO absorbed by the absorbentXIs released and reduced.
[0075]
Subsequently, the
[0076]
In addition, the above-mentioned NOXThe purification time varies depending on the flow rate of the mixed gas per unit time when the air-fuel ratio of the mixed gas is constant (predetermined rich state), and the flow rate of the mixed gas per unit time is determined by the intake air amount of the internal combustion engine 1. And the air flow rate of the
[0077]
NO at S304XNO since the time when the purification control was startedXLess than the purification time, NOXIf it is determined that the purification has not been completed, the
[0078]
In S305, the
The above-described PM purification conditions include, for example, (1) occlusion reduction type lean NOXThe catalyst 8 is in an active state. (2) Storage-reduction type lean NOXConditions such as the PM trapping ability of the catalyst 8 immediately before saturation can be exemplified.
[0079]
As a method for determining whether the condition (2) is satisfied / unsatisfied, there is a method of determining whether the integrated value of the intake air amount or the fuel injection amount from the previous PM purification completion time to the present time exceeds a predetermined determination value. Is determined, the storage reduction type lean NOXA method for estimating whether or not the PM collection capacity of the catalyst 8 is immediately before saturation, a method for storing and reducing the lean NOXIn order to detect the degree of increase in exhaust resistance due to an increase in the amount of PM trapped by the catalyst 8, the storage reduction type lean NOXA pressure sensor is provided in the exhaust pipe 7 upstream of the catalyst 8, and it is determined whether or not the output signal value of the pressure sensor exceeds a predetermined determination value.XA method for estimating whether or not the PM collection ability of the catalyst 8 is immediately before saturation can be exemplified.
[0080]
The
[0081]
In S306, the
[0082]
When purifying PM, the storage reduction type lean NOXAlthough it is necessary to increase the temperature of the mixed gas flowing into the catalyst 8, the proportion of exhaust gas in the mixed gas is greater than the proportion of combustion gas. Therefore, the load on the
[0083]
In S307, the
[0084]
At this time, the storage reduction type lean NOXThe lean mixed gas of 500 ° C. to 700 ° C. flows into the catalyst 8, and the storage reduction type lean NOXThe PM trapped in the catalyst 8 becomes O2Reacts with and is combusted and processed.
[0085]
Subsequently, the
[0086]
Note that the above-mentioned PM purification time varies depending on the flow rate of the mixed gas per unit time when the air-fuel ratio of the mixed gas is constant (predetermined lean state). The relationship between the PM purification time, the intake air amount, and the air flow rate of the
[0087]
When it is determined in S308 that the elapsed time from the start of the PM purification control is less than the PM purification time and that the PM purification is not completed, the
[0088]
In S309, the
SO mentioned abovexThe purification conditions for (1) occlusion reduction type lean NOXThe catalyst 8 is in an active state. (2) Storage-reduction type lean NOXSO of catalyst 8xConditions such as the absorption amount reaching an upper limit value within an allowable range can be exemplified.
[0089]
As a method of determining whether the condition (2) is satisfied or not, the amount of the sulfur component contained in the fuel per unit amount and the amount of the SOxThe storage-reduction type lean NO is determined based on the intake air amount and the integrated value of the fuel injection amount from the purification completion time to the present time.XSO absorbed in catalyst 8xEstimate the quantity and estimate the estimated SOxA method of determining whether the amount exceeds the upper limit can be exemplified.
[0090]
The
[0091]
In step S310, the
[0092]
In S311, the
[0093]
In this case, the storage reduction type lean NOXSince a mixed gas in a rich state of 500 ° C. to 700 ° C. flows into the catalyst 8, NOXBaSO formed in the absorbent4Is SO3-And SO4-Etc., then those SO3-, SO4-Reacts with HC, CO, etc. in the mixed gas to form gaseous SO.2Is reduced to NOXReleased from absorbent.
[0094]
Subsequently, the
[0095]
It should be noted that the aforementioned SOxThe purification time varies depending on the mixed gas flow rate per unit time when the air-fuel ratio of the mixed gas is constant (predetermined rich state), and the mixed gas flow rate per unit time is determined by the intake air amount of the internal combustion engine 1. And the air flow rate of the
[0096]
In S312, SOxThe time elapsed from the start of the purification control of the SOxLess than the purification time, SOxIf it is determined that the purification has not been completed, the
[0097]
In S313, the
[0098]
By executing the exhaust gas purification control routine by the
Therefore, according to the present embodiment, in the internal combustion engine 1 including the combustion heater 14, NOXAnd PM and SOxBy changing the combustion conditions of the combustion type heater 14 according to the respective purification timings, the occlusion reduction type lean NOXThe property of the mixed gas flowing into the catalyst 8 is changed to NOXAnd PM and SOxAnd the properties according to the respective purification conditions.
[0099]
As a result, in the internal combustion engine provided with the combustion type heater 14, the NO.X, PM, and SOxIt is possible to purify the wastewater, and it is not necessary to provide a dedicated device such as a reducing agent supply device.
[0100]
【The invention's effect】
The exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to the present invention,Combustion heaterIn the internal combustion engine equipped with, according to the time when the exhaust gas purification means purifies various harmful gas components,Combustion heaterBy changing the combustion conditions, the property of the combustion gas flowing into the exhaust gas purifying means can be made to correspond to the property of purifying various harmful gas components.
[0101]
Thus, according to the present invention,Combustion heaterIn an internal combustion engine withCombustion heaterOf various harmful gas components by using the combustion gas discharged from the vehicle, it is not necessary to provide a dedicated device such as a reducing agent supply device, and the effect of being excellent in mountability on a vehicle is obtained. Can be.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an internal combustion engine to which an exhaust gas purification device according to the present invention is applied;
FIG. 2 is a diagram showing an internal configuration of a combustion type heater.
FIG. 3 is a flowchart illustrating an exhaust gas purification control routine according to the embodiment;
[Explanation of symbols]
1 ... internal combustion engine
2. Intake branch pipe
3 ... intake pipe
6 ... exhaust branch pipe
7 ... exhaust pipe
8: lean NO storage-reduction typeXcatalyst
9 Catalyst temperature sensor
14. Combustion heater
15 ... Intake passage
16. Air pump
17. Combustion gas discharge passage
20 ・ ・ Fuel introduction passage
21..ECU
26 .. Intake throttle valve
27..Actuators
Claims (2)
前記内燃機関の排気系に設けられ、排気中の有害ガス成分であって少なくとも窒素酸化物、粒子状物質、硫黄酸化物を浄化する排気浄化手段と、
前記排気浄化手段の状態が窒素酸化物、粒子状物質、硫黄酸化物のうち、どの有害ガス成分を浄化すべき状態にあるか判定する状態判定手段と、
前記燃焼式ヒータから排出される燃焼ガスの性状を、前記状態判定手段により判定された有害ガス成分に応じた性状とすべく前記燃焼式ヒータの燃焼条件を変更する燃焼条件変更手段と、
前記燃焼式ヒータから排出された燃焼ガスを前記排気浄化手段に導入する燃焼ガス導入手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。A combustion heater for burning fuel independently of the internal combustion engine and for raising the temperature of related components of the internal combustion engine ;
Exhaust purification means provided in the exhaust system of the internal combustion engine, and purifies at least nitrogen oxides, particulate matter, and sulfur oxides, which are harmful gas components in the exhaust gas,
State determination means for determining which harmful gas component among the nitrogen oxides, particulate matter, and sulfur oxides is in a state to be purified ,
Combustion condition changing means for changing the combustion condition of the combustion heater so as to make the property of the combustion gas discharged from the combustion heater a property corresponding to the harmful gas component determined by the state determination means ,
Combustion gas introduction means for introducing the combustion gas discharged from the combustion heater to the exhaust gas purification means,
An exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine, comprising:
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