JP2004036405A - Exhaust emission control device - Google Patents

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JP2004036405A JP2002190652A JP2002190652A JP2004036405A JP 2004036405 A JP2004036405 A JP 2004036405A JP 2002190652 A JP2002190652 A JP 2002190652A JP 2002190652 A JP2002190652 A JP 2002190652A JP 2004036405 A JP2004036405 A JP 2004036405A
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Takamitsu Asanuma
浅沼　孝充
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Toyota Motor Corp
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  • Filtering Of Dispersed Particles In Gases (AREA)
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  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an exhaust emission control device for excellently oxidizing-removing collecting particulates in an NOx storage agent carrying filter arranged downstream of an NOx storage agent of a separate body. <P>SOLUTION: The filter collects and oxidizes/removes the particulates in exhaust gas. The exhaust emission control device 10 has the filter 13 for carrying the NOx storage agent having the action for storing NOx when the air fuel ratio of the flowing exhaust gas is lean, releasing the stored NOx when the air fuel ratio becomes small and reducing/purifying the released NOx when a reducing agent exists and an upstream side NOx storage agent 15 arranged on the upstream side of the filter 13 in an exhaust gas passage in the NOx storage agent having the action. The exhaust emission control device 10 is characterized by having an inflow NOx quantity control means 32 for controlling an NOx quantity flowing in the filter 13 by allowing the NOx released from the upstream side NOx storage agent 15 to flow in the filter 13. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気ガスを浄化する技術に関し、特に、排気ガス中の微粒子と窒素酸化物（ＮＯｘ）とを同時に除去するようにした排気ガス浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、自動車等に搭載される筒内噴射型の内燃機関、例えばディーゼル機関では、排気ガス中に含まれる煤等の微粒子（排気微粒子）を除去すると共に窒素酸化物（ＮＯｘ）を除去することが要求されている。このような要求に対し、従来よりＮＯｘ吸蔵剤が担持されたパティキュレートフィルタ（以下、「ＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ」という）を内燃機関の排気ガス通路に配置するようにした装置が提案されていたが、そのうちの１タイプとして、近年では上記のようなＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタの上流側に別のＮＯｘ吸蔵剤を配置した構成が提案されている。
【０００３】
上記構成の一つ目の目的は、ＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタのＮＯｘ吸蔵能力を補うことである。上記ＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタに高いＮＯｘ吸蔵能力を具備させるために多くのＮＯｘ吸蔵剤を担持させると、フィルタの細孔を塞いでしまってパティキュレートを十分捕集できなかったり、圧損が大きくなって機関の出力を低下させる要因となるためである。そこで、ＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタの上流にＮＯｘ吸蔵剤を配置することで、ＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタのＮＯｘ吸蔵能力を補う。二つ目の目的は機関から排出されるＳＯＦ（可溶有機成分（Ｓｏｌｕｂｌｅ　Ｏｒｇａｎｉｃ　Ｆｒａｃｔｉｏｎ））分がＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタに流入するのを抑制することである。機関から排出されるＳＯＦ分がＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタに多量に流入すると、ＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタに捕集されたパティキュレートと結合し、圧損が大きくなる要因となる。そこで上流側ＮＯｘ吸蔵剤でＳＯＦ分を酸化させ、下流のＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタにＳＯＦ分を流入させないようにしている。
【０００４】
ところで、このように用いられるＮＯｘ吸蔵剤（パティキュレートフィルタに担持されたものを含む。）は、排気ガスの空燃比がリーンの時にはＮＯｘを吸蔵し、排気ガス中の空燃比が小さくなると吸蔵したＮＯｘを放出し且つ排気ガス中にＨＣやＣＯ等の還元剤が存在していれば放出したＮＯｘを還元浄化する作用（ＮＯｘの吸蔵放出及び還元作用）を有している。そこで、上述したようなＮＯｘ吸蔵剤を排気ガス通路に配置したタイプの装置においては、ＮＯｘ吸蔵剤のこのような作用を利用して、排気ガスの空燃比がリーンの時に排気ガス中のＮＯｘをＮＯｘ吸蔵剤に吸蔵させ、一定期間使用してＮＯｘ吸蔵剤の吸蔵能力が低下した時にＮＯｘ吸蔵剤の上流側で還元剤（燃料）を添加する等して、ＮＯｘ吸蔵剤に吸蔵したＮＯｘを放出させると共に還元浄化するようにしている。ここで、上述のようなＮＯｘ吸蔵剤からのＮＯｘの放出は、通常、ＮＯｘ吸蔵剤の温度が所定温度（例えば２５０℃程度）以上の場合に行われるため、上記のような還元剤の添加にはＮＯｘ吸蔵剤を昇温する目的もある。
【０００５】
一方、上記のＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタにおいては更に、排気ガス中の排気微粒子が捕集されて酸化除去される。そして、この排気微粒子の酸化除去作用には、担持されているＮＯｘ吸蔵剤によるＮＯｘの吸蔵及び放出作用が大きく関係している。すなわち、後に詳述するように、ＮＯｘ吸蔵剤がＮＯｘを吸蔵する際、並びにＮＯｘを放出する際には、その過程において活性な酸素が生成され、この活性酸素が上記の排気微粒子の酸化除去作用を促進する効果を有している。つまり、ＮＯｘの吸蔵及び放出が行われることで捕集された排気微粒子の酸化除去が促進されることになる。
【０００６】
したがって、上述したようなＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタの上流側に別のＮＯｘ吸蔵剤（以下、「上流側ＮＯｘ吸蔵剤」という）を配置した構成の排気ガス浄化装置において、上流側ＮＯｘ吸蔵剤によって機関から排出されるＮＯｘの殆どが吸蔵及び還元浄化されてしまう場合には、下流のＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタに十分なＮＯｘが供給されず、ＮＯｘの吸蔵及び放出が起こらないために捕集した排気微粒子の酸化除去作用が抑制されてしまい排気微粒子の酸化除去が良好に行なわれない場合がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、その目的は、排気ガス通路にＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタを配置し、そのフィルタの上流側に更に別のＮＯｘ吸蔵剤を配置した排気ガス浄化装置において、ＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタにおける捕集排気微粒子の酸化除去が良好に行われるようにした排気ガス浄化装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に記載された排気ガス浄化装置を提供する。
【０００９】
１番目の発明は、排気ガス通路に配置されて内燃機関から排出される排気ガス中の微粒子を捕集し、その微粒子を酸化除去するパティキュレートフィルタであって、流通する排気ガスの空燃比がリーンの時にＮＯｘを吸蔵し、流通する排気ガスの空燃比が小さくなると吸蔵したＮＯｘを放出し且つ還元剤が存在していれば放出したＮＯｘを還元浄化する作用を有するＮＯｘ吸蔵剤が担持されたパティキュレートフィルタと、上記作用を有するＮＯｘ吸蔵剤であって、排気ガス通路において上記パティキュレートフィルタの上流側に配置される上流側ＮＯｘ吸蔵剤と、を具備する排気ガス浄化装置において、上記上流側ＮＯｘ吸蔵剤から放出させたＮＯｘを上記パティキュレートフィルタへ流入させることで、上記パティキュレートフィルタに流入するＮＯｘ量を制御する流入ＮＯｘ量制御手段を具備していることを特徴とする排気ガス浄化装置を提供する。
【００１０】
ＮＯｘ吸蔵剤が担持されたパティキュレートフィルタとその上流側に配置される上流側ＮＯｘ吸蔵剤を具備した排気ガス浄化装置においては、上流側ＮＯｘ吸蔵剤において殆どのＮＯｘが吸蔵もしくは還元浄化されてしまう場合がある。ＮＯｘ吸蔵剤担持パティキュレートフィルタにＮＯｘが流入すると捕集された排気微粒子の酸化除去が促進されるが、上述のような場合には、このような促進作用が得られず、パティキュレートフィルタに捕集された排気微粒子の酸化除去が抑制されてしまう。本発明によれば、流入ＮＯｘ量制御手段によりパティキュレートフィルタに流入するＮＯｘ量が制御されるのでパティキュレートフィルタにおいて捕集した微粒子の酸化除去を促進することができ、微粒子の酸化除去を良好に行うことができる。
【００１１】
２番目の発明は１番目の発明において、上記流入ＮＯｘ量制御手段が、上記上流側ＮＯｘ吸蔵剤に流入する排気ガスの空燃比と所望の空燃比に維持する時間との少なくとも一方を調整することにより上記パティキュレートフィルタに流入するＮＯｘ量を制御する。
上記上流側ＮＯｘ吸蔵剤に流入する排気ガスの空燃比を例えば理論空燃比または理論空燃比に近いリッチに制御することによって、上記上流側ＮＯｘ吸蔵剤からＮＯｘを放出せしめると共に放出されたＮＯｘの少なくとも一部は還元されないようにして、上記パティキュレートフィルタにＮＯｘが流入するようにすることができる。したがって、本発明によれば、パティキュレートフィルタに流入するＮＯｘ量を比較的簡単な方法で制御することができる。
【００１２】
３番目の発明は、１番目または２番目の発明において、上記流入ＮＯｘ量制御手段が、上記上流側ＮＯｘ吸蔵剤から放出させるＮＯｘ量と上記上流側ＮＯｘ吸蔵剤において還元浄化されるＮＯｘ量とを調整することにより上記パティキュレートフィルタに流入するＮＯｘ量を制御する。
本発明のようにしてもパティキュレートフィルタに流入するＮＯｘ量を制御することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。
図１は本発明をディーゼルエンジンに適用した場合を示している。なお、本発明はガソリンエンジン、例えば筒内噴射型の火花点火式内燃機関等その他のタイプの内燃機関にも適用することができる。
図１において、２は機関（エンジン）本体、４は吸気通路、６は排気ガス通路をそれぞれ示す。排気ガス通路６には排気ガス浄化装置１０が設けられるが、この部分に設置される排気ガス浄化装置１０については後に別図を用いて詳細に説明する。
【００１４】
電子制御ユニット（ＥＣＵ）８は、ＣＰＵ（中央演算装置）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）、入出力ポートを双方向バスで接続した公知の形式のディジタルコンピュータからなり、機関本体２と信号をやり取りして燃料噴射量制御等の機関の基本制御を行う他、以下で述べるように本発明の実施形態においては、排気ガス浄化装置１０の構成要素とも信号のやり取りを行い、排気ガス浄化装置１０についての制御も行う。
【００１５】
図２は、図１に示されている排気ガス浄化装置１０の部分に設置されて排気ガス通路６の一部を構成する、排気ガス浄化装置１０の構成を模式的に示した説明図であり、排気ガスは矢印で示されたように図の左側から右側に向かって流れる。
図２に示されたように、排気ガス浄化装置１０は排気ガス通路６に接続される排気ガス通路１６に、上流側からＮＯｘ吸蔵剤１５（上流側ＮＯｘ吸蔵剤１５）とＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１３とを配置した構成となっている。このＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１３は、パティキュレートフィルタ１４にＮＯｘ吸蔵剤１２を担持させたものであり、その詳細については後述する。
【００１６】
また、上流側ＮＯｘ吸蔵剤１５の更に上流側には、後述するＮＯｘ吸蔵剤の再生制御の際等に使用する還元剤を排気ガス通路１６内に添加するための還元剤添加部が設けられている。還元剤添加部は、還元剤噴射ノズル３２と還元剤供給ポンプ（図示無し）とを備えている。還元剤供給ポンプから供給された還元剤は、還元剤噴射ノズル３２によって排気ガス通路１６内に添加される。
【００１７】
還元剤添加部は、ＥＣＵ８によって制御される。具体的には、ＥＣＵ８は、還元剤添加部の還元剤噴射ノズル３２に接続されており、還元剤噴射ノズル３２を制御することにより、還元剤噴射ノズル３２の還元剤添加動作を制御する。
なお、上流側ＮＯｘ吸蔵剤１５は、公知の構成によって排気ガス通路１６内に配置されてよく、例えば本実施形態では、全体が円筒形で排気ガスの流れ方向に多数の貫通経路が設けられたハニカム状の担体に担持された形で排気ガス通路１６内に配置されている。
【００１８】
これに対し、ＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１３は、ＮＯｘ吸蔵剤１２が以下で説明するようにフィルタ構造体を有しているパティキュレートフィルタ１４に担持されたものであり、上述したようなハニカム状の担体にＮＯｘ吸蔵剤１５を担持したものに比べてより高いフィルタ効果を有している。
【００１９】
図３にＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１３の拡大断面図を示す。図３を参照すると、パティキュレートフィルタ１４は多孔質セラミックから成り、排気ガスは矢印で示されるように図中左から右に向かって流れる。パティキュレートフィルタ１４内には、上流側に栓３６が施された第１通路３８と下流側に栓４２が施された第２通路４４とが交互に配置されハニカム状をなしている。排気ガスが図中左から右に向かって流れると、排気ガスは第２通路４４から多孔質セラミックの隔壁を通過して第１通路３８に流入し、下流側に流れる。この時、排気ガス中の排気微粒子（パティキュレート）は多孔質セラミックによって捕集されて排気ガス中から除去され、排気微粒子の大気への放出が抑制される。
【００２０】
また、第１通路３８及び第２通路４４の隔壁の表面及び内部の細孔内にはＮＯｘ吸蔵剤１２が担持されている。
次に本実施形態で用いられるＮＯｘ吸蔵剤１２、１５について説明する。
ＮＯｘ吸蔵剤１２、１５は、例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ、リチウムＬｉ、セシウムＣｓのようなアルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウムＣａのようなアルカリ土類、ランタンＬａ、イットリウムＹのような希土類から選ばれた少なくとも一つと、白金Ｐｔのような貴金属とから成る。ＮＯｘ吸蔵剤１２、１５は流通する排気ガス（以下「吸蔵剤流通排気ガス」という）の空燃比がリーンの時にはＮＯｘを吸蔵し、吸蔵剤流通排気ガスの空燃比が小さくなると吸蔵したＮＯｘを放出し且つ還元剤が存在していれば放出したＮＯｘを還元浄化する作用（ＮＯｘの吸蔵放出及び還元浄化作用）を有する。
【００２１】
図１に示した構成ではディーゼルエンジンが使用されているため、通常時の排気ガス空燃比はリーンでありＮＯｘ吸蔵剤１２、１５は排気ガス中のＮＯｘの吸蔵を行うことになる。また、還元剤添加部からＮＯｘ吸蔵剤１５の上流側の排気ガス通路１６に還元剤が添加され、ＮＯｘ吸蔵剤１２、１５が昇温されると共に吸蔵剤流通排気ガスの空燃比が小さくなり、且つ還元剤が存在する状態になると、ＮＯｘ吸蔵剤１２、１５は吸蔵したＮＯｘを放出すると共に放出したＮＯｘを還元浄化する。
【００２２】
そして、このＮＯｘの吸蔵及び放出の際には、その過程において活性な酸素が生成され、この活性酸素によって、上流側ＮＯｘ吸蔵剤１５に付着したＳＯＦ分やＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１３に捕集された煤等の排気微粒子の酸化が促進される。
このＮＯｘの吸蔵放出及び還元浄化作用並びに生成された活性酸素による酸化促進作用の詳細なメカニズムについては明らかでない部分もあるが、これらの作用は図４に示すようなメカニズムで行われているものと考えられる。次にこのメカニズムについて白金Ｐｔ及びバリウムＢａを担持させた場合を例にとって説明するが他の貴金属、アルカリ金属、アルカリ土類、希土類を用いても同様なメカニズムとなる。
【００２３】
すなわち、吸蔵剤流通排気ガスの空燃比がかなりリーンになると吸蔵剤流通排気ガス中の酸素濃度が大幅に増大し、図４（Ａ）に示されるようにこれら酸素Ｏ２と排気ガス中のＮＯが白金Ｐｔの表面上で反応してＮＯ２となると共に活性な酸素Ｏ＊が生成される。次いでこのＮＯ２の一部は白金Ｐｔ上で更に酸化されつつ吸蔵剤１２、１５内に吸蔵されて酸化バリウムＢａＯと結合しながら、図４（Ａ）に示されるように硝酸イオンＮＯ３ −の形でＮＯｘ吸蔵剤１２、１５内に拡散する。このようにしてＮＯｘがＮＯｘ吸蔵剤１２、１５内に吸蔵される。一方、ＮＯｘ吸蔵剤１２、１５（またはＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１３）上に存在するＳＯＦ分や煤等の排気微粒子は、上述のように生成された活性な酸素Ｏ＊及び排気ガス中の酸素Ｏ２によって酸化されて除去される。
【００２４】
吸蔵剤流通排気ガス中の酸素濃度が高い限り白金Ｐｔの表面でＮＯ２が生成され、ＮＯｘ吸蔵剤１２、１５のＮＯｘ吸蔵容量が飽和しない限りＮＯ２がＮＯｘ吸蔵剤１２、１５内に吸蔵されて硝酸イオンＮＯ３ −が生成される。これに対して吸蔵剤流通排気ガス中の酸素濃度が低下すると、ＮＯｘ吸蔵剤１２、１５内の硝酸イオンＮＯ３ −が分解され、ＮＯｘ吸蔵剤１２、１５からＮＯが放出されると共に活性な酸素Ｏ＊が生成される。すなわち、吸蔵剤流通排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸蔵剤１２、１５からＮＯｘが放出されることになる。吸蔵剤流通排気ガスのリーンの度合いが低くなれば吸蔵剤流通排気ガス中の酸素濃度が低下し、したがって吸蔵剤流通排気ガスのリーンの度合いを低くすればＮＯｘ吸蔵剤１２、１５からＮＯｘが放出されることになる（図１０参照。図中、Ｓは理論空燃比を示す。）。
【００２５】
一方、この時吸蔵剤流通排気ガスの空燃比を小さくすると、排気ガス中にはＨＣ、ＣＯが存在することになる。また、吸蔵剤流通排気ガスの空燃比を小さくすると吸蔵剤流通排気ガス中の酸素濃度が極度に低下するためにＮＯｘ吸蔵剤１２、１５からＮＯが放出される。そしてこのＮＯは図４（Ｂ）に示されるように未燃ＨＣ、ＣＯと反応して還元浄化せしめられることとなる。このようにして白金Ｐｔの表面上にＮＯが存在しなくなるとＮＯｘ吸蔵剤１２、１５から次から次へとＮＯが放出される。したがって吸蔵剤流通排気ガスの空燃比を小さくし、且つ還元剤が存在する状態にすると短時間のうちにＮＯｘ吸蔵剤１２、１５からＮＯｘが放出されて還元浄化されることになる。また、ＮＯｘの放出の際に生成された活性酸素Ｏ＊は、ＮＯｘ吸蔵剤１２、１５（またはＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１３）上に存在するＳＯＦ分や煤等の排気微粒子の酸化除去を促進する。
【００２６】
なお、ここでいう排気ガスの空燃比とは上流側ＮＯｘ吸蔵剤１５より上流側の部分の排気ガス通路６、１６と機関燃焼室または吸気通路に供給された空気と燃料との比率をいうものとする。したがって排気ガス通路６、１６に空気や還元剤が供給されていない時には排気ガスの空燃比は機関の運転空燃比（機関燃焼室内の燃焼空燃比）に等しくなる。また、本発明に使用する還元剤としては、排気ガス中で炭化水素や一酸化炭素等の還元成分を発生するものであれば良く、水素、一酸化炭素等の気体、プロパン、プロピレン、ブタン等の液体または気体の炭化水素、ガソリン、軽油、灯油等の液体燃料等が使用できるが、本実施形態においては、貯蔵、補給等の際の煩雑さを避けるためディーゼルエンジン２の燃料である軽油を還元剤として使用している。
【００２７】
図２に示したように、本排気ガス浄化装置１０は、ＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１３の上流側に別のＮＯｘ吸蔵剤１５を配置した構成を有している。このため、排気ガス浄化装置１０全体として十分なＮＯｘ吸蔵能力が確保可能であると共に、ＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１３のＳＯＦ被毒が防止され得る。
このような構成を有する排気ガス浄化装置においては、通常、以下のようにして排気ガスの浄化がなされる。
【００２８】
すなわち、図１に示した構成のようにディーゼルエンジンが使用されている場合には、通常時の排気ガス空燃比はリーンである。したがって、この時には上流側ＮＯｘ吸蔵剤１５及びＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１３において上述したようなメカニズムにより排気ガス中のＮＯｘが吸蔵されると共に排気微粒子の酸化除去が行なわれる。なお、排気微粒子については、ＳＯＦ分が主に上流側ＮＯｘ吸蔵剤１５に付着する一方、煤等が主にＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１３に捕集され、夫々において酸化除去される。
【００２９】
そして、上流側ＮＯｘ吸蔵剤１５及びパティキュレートフィルタ１４に担持されたＮＯｘ吸蔵剤１２のＮＯｘ吸蔵容量が飽和状態に近づいた時または飽和状態になった時には、還元剤添加ノズル３２から適切に還元剤を添加して吸蔵剤流通排気ガスの空燃比を小さくし、上述したメカニズムによってＮＯｘ吸蔵剤１２、１５からＮＯｘを放出し且つ還元浄化するようにして、ＮＯｘ吸蔵剤１２、１５の再生が図られる（ＮＯｘ吸蔵剤の再生制御）。そしてこの時にも、上流側ＮＯｘ吸蔵剤１５及びＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１３において付着または捕集された排気微粒子の酸化除去が行われる。
【００３０】
ＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１３の上流に別のＮＯｘ吸蔵剤１５が配置されている本排気ガス浄化装置１０のような構成の排気ガス浄化装置においては、通常、このようにして排気ガスの浄化がなされるが、例えば、機関から排出されるＮＯｘ量に対して上流側ＮＯｘ吸蔵剤１５のＮＯｘ吸蔵容量が、頻繁に再生制御を行う等して常に十分である状態に維持された場合には、以下のような問題が生じることとなる。
【００３１】
すなわち、上流側ＮＯｘ吸蔵剤１５のＮＯｘ吸蔵容量が機関から排出されるＮＯｘ量に対して十分である場合、排気ガスの空燃比がリーンである通常時においては、機関から排出されるＮＯｘは上流側ＮＯｘ吸蔵剤１５で殆どが吸蔵されてしまい、下流側に位置するＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１３へは殆ど流入しない。また、還元剤添加ノズル３２から還元剤を添加して排気ガスの空燃比を小さくし、ＮＯｘ吸蔵剤１５の再生制御を実施する場合においても、ＮＯｘ吸蔵剤１５から放出されたＮＯｘは還元されてＮ２となるため、ＮＯｘはＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１３へは殆ど流入しない。
【００３２】
このため、ＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１３においては、ＮＯｘの吸蔵及び放出が殆ど起こらず、結果として活性酸素Ｏ＊の生成がされにくいこととなる。ＮＯｘの吸蔵及び放出の際に生成される活性酸素Ｏ＊は、上述したようにＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１３に捕集された煤等の排気微粒子の酸化除去を促進する効果を有するため、ＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１３にＮＯｘが流入しないと、捕集された排気微粒子の酸化除去が良好に進まず、ＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１３に排気微粒子が蓄積されて排気系の圧力損失が上昇し、機関の性能に悪影響を及ぼす結果となる。
【００３３】
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、捕集した煤等の排気微粒子の酸化除去を良好に行うために、下流側に配置されたＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１３に必要なＮＯｘを流入させる（供給する）ようにしたものである。
次に、その具体的な方法に関し、排気ガス浄化装置１０を用いた場合について説明する。まず初めの方法は、上流側ＮＯｘ吸蔵剤１５のＮＯｘ吸蔵能力が飽和状態になったままとなる期間を意図的に作り出し、上流側ＮＯｘ吸蔵剤１５で吸蔵されなかったＮＯｘを下流側にあるＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１３に供給するというものである。
【００３４】
図５はこの方法によるＮＯｘ供給制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。なお、本制御ルーチンはＥＣＵ８により一定時間毎の割込みによって実施される。
本制御ルーチンがスタートすると、まずステップ１０１においてＮＯｘ供給制御実施条件が成立したか否かが判定される。ＮＯｘ供給制御実施条件は様々な基準により設定可能であるが、例えばＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１３の詰りの度合を基準にして設定することができる。すなわち、ＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１３にＮＯｘが供給されず、捕集した排気微粒子の酸化除去が良好に行われていない時には、ＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１３が次第に詰り始めるので、この詰り度合によってＮＯｘ供給制御が必要な時を判断することができる。より具体的には、この詰り度合は、例えば上流側ＮＯｘ吸蔵剤１５とＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１３との間の圧力を測定することによって推定することができ、測定された圧力が予め実験等によって定められた基準圧力以上となっている時にＮＯｘ供給制御実施条件が成立したものとする。
【００３５】
ステップ１０１においてＮＯｘ供給制御実施条件が成立していないと判定された場合には本制御ルーチンは終了し、ＮＯｘ供給制御実施条件が成立していると判定された場合にはステップ１０３に進む。
ステップ１０３においては、上述したＮＯｘ吸蔵剤の再生制御の間隔または再生制御において排気ガスの空燃比がリッチに維持される継続時間について、ＮＯｘ供給制御が行われていない通常制御時とは異なる値が決定される。すなわち、通常制御時においては、上述したようにＮＯｘ吸蔵剤のＮＯｘ吸蔵容量が飽和状態に近づいた時または飽和状態になった時に再生制御が実施されて常にＮＯｘを吸蔵可能な状態に維持するようにするが、本ＮＯｘ供給制御においては、ＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１３にＮＯｘを供給するために上流側ＮＯｘ吸蔵剤１５が飽和状態となったままとなる期間を作り出す必要がある。そこで、ステップ１０３において、通常制御時よりも長い再生制御の間隔または通常制御時よりも短い排気ガス空燃比がリッチに維持される継続時間が決定される。このステップ１０３で決定される間隔または継続時間は、ステップ１０１において用いられるＮＯｘ供給制御実施条件の基準に対応して（すなわちその基準に応じて決まる必要ＮＯｘ供給量に対応して）予め設定しておいてもよい。
【００３６】
ステップ１０３において上記間隔または継続時間が決定されると、ステップ１０５に進み、ステップ１０３で決定された上記間隔または継続時間にしたがって再生制御が実施される。
図６は、ＮＯｘ吸蔵剤の再生制御の間隔Ｉを通常制御時よりも長くした場合及び再生制御において排気ガスの空燃比がリッチに維持される継続時間Ｔ（以下、「リッチ継続時間」という）を通常制御時よりも短くした場合の排気ガス浄化装置におけるＮＯｘ濃度について通常制御時と比較して示した説明図である。図中、ＮＯｘ濃度Ｃ０は上流側ＮＯｘ吸蔵剤１５の上流におけるＮＯｘ濃度、すなわち機関から排出された排気ガス中のＮＯｘ濃度を示し、ＮＯｘ濃度Ｃ１は、上流側ＮＯｘ吸蔵剤１５の下流におけるＮＯｘ濃度、すなわちＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１３に流入する排気ガスのＮＯｘ濃度を示す。また、点線で示されたＮＯｘ濃度Ｃ２は、ＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１３の下流におけるＮＯｘ濃度、すなわち外部へ放出される排気ガスのＮＯｘ濃度を示している。このＮＯｘ濃度Ｃ２は、以下で説明する図６（ａ）、図６（ｂ）、図６（ｃ）の何れの場合においても相当に低く維持されている。
【００３７】
図６（ａ）は基準となる通常制御の場合を示しており、この場合、再生制御は間隔Ｉａで実施され、リッチ継続時間はＴａである。この間隔Ｉａ及びリッチ継続時間Ｔａは、ＮＯｘ吸蔵剤１５が飽和状態になったままとなる期間が生じないように制御あるいは予め決定される。したがって、この通常制御の場合においては、ＮＯｘ吸蔵剤１５は飽和状態になったままとなることが無いのでＮＯｘ濃度Ｃ１は比較的低く維持され、ＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１３に十分なＮＯｘが供給されない。
【００３８】
一方、図６（ｂ）は、基準となる通常制御（図６（ａ））の場合と比べて、リッチ継続時間を同じに保ったまま、再生制御を実施する間隔を長くした場合を示している。すなわち、この場合のリッチ継続時間Ｔｂ、実施間隔Ｉｂと通常制御（図６（ａ））の場合のリッチ継続時間Ｔａ、実施間隔Ｉａとを比較すると、Ｔａ＝Ｔｂであり、Ｉａ＜Ｉｂである。
【００３９】
このように再生制御の実施間隔を長くすると、上流側ＮＯｘ吸蔵剤１５が飽和状態になった後しばらくしてから再生制御が実施されることになる。そしてこのＮＯｘ吸蔵剤１５が飽和状態になったままの期間については、上流側ＮＯｘ吸蔵剤１５ではＮＯｘの吸蔵が行われないのでＮＯｘが下流にあるＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１３に供給される。つまり、ＮＯｘ濃度Ｃ１が図６（ｂ）に示されたように変化して必要量のＮＯｘがＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１３に供給される。
【００４０】
なお、上述したように、この場合においても外部へ放出される排気ガスのＮＯｘ濃度Ｃ２は図６（ａ）に示した通常制御の場合と同様に相当低く維持される。上流側ＮＯｘ吸蔵剤１５を通過したＮＯｘは下流にあるＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１３に吸蔵され、還元浄化されるからである。
また、図６（ｃ）は、基準となる通常制御（図６（ａ））の場合と比べて、再生制御を実施する間隔を同じに保ったまま、リッチ継続時間を短くした場合を示している。すなわち、この場合の実施間隔Ｉｃ、リッチ継続時間Ｔｃと通常制御（図６（ａ））の場合の実施間隔Ｉａ、リッチ継続時間Ｔａとを比較すると、Ｉａ＝Ｉｃであり、Ｔａ＞Ｔｃである。
【００４１】
このようにリッチ継続時間を短くすると、上流側ＮＯｘ吸蔵剤１５内に吸蔵されていたＮＯｘの放出が完全になされず、すなわち上流側ＮＯｘ吸蔵剤１５の再生が完全になされず、リッチ継続時間が長い場合に比べて早期にＮＯｘにより再飽和される。したがって、通常制御の場合と同じ実施間隔で再生制御が実施されても、上流側ＮＯｘ吸蔵剤１５が飽和状態になった後しばらくしてから再生制御が実施されることになる。そしてこの上流側ＮＯｘ吸蔵剤１５が飽和状態になったままの期間については、上述した図６（ｂ）に示した場合と同様にＮＯｘが下流にあるＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１３に供給される。つまり、ＮＯｘ濃度Ｃ１が図６（ｃ）に示されたように変化して必要量のＮＯｘがＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１３に供給される。なお、この場合においても外部へ放出される排気ガスのＮＯｘ濃度Ｃ２は図６（ａ）に示した通常制御の場合と同様に相当低く維持される。
【００４２】
以上、説明したように、この方法では、再生制御の実施間隔またはリッチ継続時間を制御することによって上流側ＮＯｘ吸蔵剤１５が飽和状態になったままとなる期間を作り出し、その間はＮＯｘが上流側ＮＯｘ吸蔵剤１５を通過するようにして下流側にあるＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１３にＮＯｘを供給するようにする。これによりＮＯｘ吸蔵担持フィルタ１３においてＮＯｘの吸蔵が起こって活性酸素が生成され、ＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１３に捕集された煤等の排気微粒子の酸化除去が促進される。また、上述したように吸蔵されたＮＯｘが放出される時にも活性酸素が生成されるため、この際にも排気微粒子の酸化除去が促進される。
【００４３】
また、以上の説明から明らかなようにＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１３へ供給されるＮＯｘ量は、再生制御の実施間隔またはリッチ継続時間を制御することによって調整することができる。したがって、例えばＮＯｘ濃度Ｃ１及び排気ガス流量等をモニターしておき、必要な量のＮＯｘがＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１３に供給されるように再生制御の実施間隔またはリッチ継続時間を制御するようにしてもよい。
【００４４】
なお、図５を参照して行った説明においては、ＮＯｘ供給制御実施条件が成立した場合に再生制御の実施間隔を長くする、またはリッチ継続時間を短くする制御を行うようにして上流側ＮＯｘ吸蔵剤１５が飽和状態となったままとなる期間を作り出しＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１３にＮＯｘを供給するようにしたが、再生制御の実施間隔またはリッチ継続時間を、上流側ＮＯｘ吸蔵剤１５が飽和状態となったままとなる期間が生じるように始めから設定してもよい。つまり、この場合には再生制御は常に図６（ｂ）または図６（ｃ）で示されるような実施間隔Ｉｂまたはリッチ継続時間Ｔｃで行われ、再生制御が行われる前には必ず上流側ＮＯｘ吸蔵剤１５が飽和状態となったままとなる期間が生ずる。こうすることで、より簡単な制御によりＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１３へのＮＯｘの供給が確保される。
【００４５】
また、以上の説明においては上流側ＮＯｘ吸蔵剤１５が飽和状態となったままとなる期間を作り出すために、再生制御の実施間隔とリッチ継続時間の何れか一方を調整する場合について示したが、当然のことながら、これら両方を同時に調整するようにしてもよい。
また、この方法では上流側ＮＯｘ吸蔵剤１５が飽和状態となることが必要であるが、容易に飽和状態となるように上流側ＮＯｘ吸蔵剤１５のＮＯｘ吸蔵容量を下流側のＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１３のＮＯｘ吸蔵容量よりも小さくすることが好ましい。このことは、上流側ＮＯｘ吸蔵剤１５とＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１３とで、吸蔵剤量や吸蔵剤種、あるいは吸蔵剤の担体上での分散率等を変えることにより可能である。
【００４６】
次に、ＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１３にＮＯｘを供給するようにする別の方法について説明する。この方法は、再生制御を実施する際の排気ガス空燃比を制御して上流側ＮＯｘ吸蔵剤１５から放出されたＮＯｘを還元せずに下流側にあるＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１３に供給しようとするものである。
上述したように、流通する排気ガスの空燃比が小さくなると吸蔵したＮＯｘがＮＯｘ吸蔵剤から放出される。そしてこの時還元剤が存在していれば放出されたＮＯｘは還元されてＮ２となる。したがって、上流側ＮＯｘ吸蔵剤１５において、空燃比をＮＯｘが放出される空燃比とし且つ還元剤が不足する状態を作り出せば還元されなかったＮＯｘが下流側のＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１３に供給される。
【００４７】
図６はこの方法によるＮＯｘ供給制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。なお、本制御ルーチンはＥＣＵ８により一定時間毎の割込みによって実施される。
本制御ルーチンがスタートすると、まずステップ２０１においてＮＯｘ供給制御実施条件が成立したか否かが判定される。ここでの制御は上述した図５の制御ルーチンのステップ１０１における制御と同様であるので詳細な説明は省略する。
ステップ２０１においてＮＯｘ供給制御実施条件が成立していないと判定された場合には本制御ルーチンは終了し、ＮＯｘ供給制御実施条件が成立していると判定された場合にはステップ２０３に進む。
【００４８】
ステップ２０３においては、ＮＯｘ吸蔵剤の再生制御時における排気ガスの空燃比について、ＮＯｘ供給制御が行われていない通常制御時とは異なる値が決定される。すなわち、通常制御時においては、ＮＯｘ吸蔵剤からＮＯｘを放出させると共に放出したほぼ全てのＮＯｘを還元剤で還元浄化するため、排気ガスの空燃比は、余剰還元剤が十分に存在するように相当にリッチな空燃比とする必要がある。しかしながら、本ＮＯｘ供給制御においては、ＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１３にＮＯｘを供給するために上流側ＮＯｘ吸蔵剤１５において放出されたＮＯｘを還元しないようにすべく、排気ガスの空燃比はＮＯｘが放出され且つ還元剤が不足する空燃比とする必要がある。したがって、ここで決定される空燃比は、放出されたＮＯｘのほぼ全てを還元浄化しようとする通常制御の場合の再生制御時の空燃比に比べてリッチの度合の低いものとなる。
【００４９】
例えば、この空燃比を理論空燃比とした場合には、再生制御時において余剰還元剤が存在せず、上流側ＮＯｘ吸蔵剤１５で放出されたＮＯｘの殆どが下流側にあるＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１３に供給される。そして空燃比のリッチの度合が高くなるとそれだけ余剰還元剤の量が増えるのでその分だけ放出されたＮＯｘが還元され、ＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１３に供給されるＮＯｘ量が減少する。すなわち、排気ガスの空燃比を制御することによりＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１３に供給されるＮＯｘ量を調整することができる。
【００５０】
したがって、ここで決定される空燃比を、ステップ２０１において用いられるＮＯｘ供給制御実施条件の基準に対応して（すなわちその基準に応じて決まる必要ＮＯｘ供給量に対応して）予め設定しておいてもよい。
ステップ２０３において上記空燃比が決定されると、ステップ２０５に進み、排気ガスの空燃比がステップ２０３で決定された空燃比となるように還元剤噴射ノズル３２から還元剤が噴射されて再生制御が実施される。
【００５１】
図８は、ＮＯｘ吸蔵剤の再生制御における排気ガス空燃比をほぼ理論空燃比にした場合及びリッチの度合を通常制御における再生制御時の空燃比に比べて下げた場合についての排気ガス浄化装置におけるＮＯｘ濃度について、通常制御における再生制御時と比較して示した説明図である。図中、ＮＯｘ濃度Ｃ０は上流側ＮＯｘ吸蔵剤１５の上流におけるＮＯｘ濃度、すなわち機関から排出された排気ガス中のＮＯｘ濃度を示し、ＮＯｘ濃度Ｃ１は、上流側ＮＯｘ吸蔵剤１５の下流におけるＮＯｘ濃度、すなわちＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１３に流入する排気ガスのＮＯｘ濃度を示す。また、点線で示されたＮＯｘ濃度Ｃ２は、ＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１３の下流におけるＮＯｘ濃度、すなわち外部へ放出される排気ガスのＮＯｘ濃度を示している。このＮＯｘ濃度Ｃ２は、以下で説明する図８（ａ）、図８（ｂ）、図８（ｃ）の何れの場合においても相当に低く維持されている。また、図中の空燃比の変化を示す部分に示された点線Ｓは理論空燃比を示している。
【００５２】
図８（ａ）は基準となる通常制御時における再生制御の場合を示している。この場合、空燃比は相当にリッチにされ還元剤が十分にあるので上流側ＮＯｘ吸蔵剤１５から放出されたＮＯｘはその殆どが還元浄化される。このため、ＮＯｘ濃度Ｃ１は比較的低く維持され、ＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１３に十分なＮＯｘが供給されない。
【００５３】
一方、図８（ｂ）は、再生制御における空燃比をほぼ理論空燃比にした場合を示している。この場合、吸蔵されたＮＯｘの放出速度が高い（図１０参照）ので短時間でＮＯｘ放出させることができる。また、上述したように余剰となる還元剤が殆ど存在しないので上流側ＮＯｘ吸蔵剤１５から放出されたＮＯｘは殆ど還元されること無く下流側のＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１３に供給される。
【００５４】
また、図８（ｃ）は、基準となる図８（ａ）の場合に比べて、再生制御における空燃比のリッチの度合を低くした場合を示している。この場合、ある程度の余剰還元剤が存在するので上流側ＮＯｘ吸蔵剤１５から放出されたＮＯｘのうちの一部は還元されてＮ２となる。そのため、この場合に下流側にあるＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１３に供給されるＮＯｘの量は空燃比を理論空燃比とした図８（ｂ）の場合に比べて少なくなる。
【００５５】
以上、説明したように、この方法では、再生制御における空燃比を制御することによって上流側ＮＯｘ吸蔵剤１５から放出されるＮＯｘのうちの還元される量を調整し、還元されなかったＮＯｘを下流側にあるＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１３に供給するようにする。これによりＮＯｘ吸蔵担持フィルタ１３においてＮＯｘの吸蔵が起こって活性酸素が生成され、ＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１３に捕集された煤等の排気微粒子の酸化除去が促進される。また、上述したように吸蔵されたＮＯｘが放出される時にも活性酸素が生成されるため、この際にも排気微粒子の酸化除去が促進される。
【００５６】
また、上述したように、空燃比を制御することによりＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１３に供給されるＮＯｘ量を調整することができるので、例えばＮＯｘ濃度Ｃ１及び排気ガス流量等をモニターしておき、一回の再生制御（リッチ化制御）の途中で空燃比を変化させ、必要量のＮＯｘを下流のＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１３に供給するようにしてもよい。
【００５７】
図９は、このような制御を行った場合について示した図８と同様の図である。図９（ａ）は、再生制御の初めは空燃比を理論空燃比として急速にＮＯｘを放出させ、次いで供給ＮＯｘ量が必要量に達したと判断した時点で、放出されたＮＯｘのほぼ全てが還元される程度の還元剤が存在する程度のリッチとなるように空燃比を制御した場合を示している。一方、図９（ｂ）は、再生制御の初めの空燃比を還元剤が不足する程度のリッチにし、次いで供給ＮＯｘ量が必要量に達したと判断した時点で、空燃比を、放出されたＮＯｘのほぼ全てが還元される程度のリッチになるように制御した場合を示している。
【００５８】
図９（ａ）に示した場合は、余剰還元剤が殆どないので多量のＮＯｘを下流へ供給することができるが、ＮＯｘが急速に放出されて下流へ供給されることになるので、供給量の制御の面では図９（ｂ）に示した場合の方が有利である。
なお、必要量のＮＯｘがＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１３に供給されたか否かの判断は、上述したようなＮＯｘ濃度Ｃ１及び排気ガス流量をモニターしておく方法の他、下流へ供給されるＮＯｘ量を空燃比及びその空燃比の維持時間等と相関させて予めマップを作成し、これに基づいて行うようにしてもよい。
【００５９】
なお、図７を参照して行った説明においては、ＮＯｘ供給制御実施条件が成立した場合に再生制御における排気ガスの空燃比を制御して下流にあるＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１３にＮＯｘを供給するようにしたが、再生制御における排気ガスの空燃比を始めから理論空燃比あるいは余剰還元剤が不足する程度のリッチである所定の値に設定しておいてもよい。つまり、この場合には再生制御は常に図８（ｂ）または（ｃ）で示されるように行われ、再生制御の行われる際には必ずＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１３にＮＯｘが供給される。こうすることで、より簡単な制御によりＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１３へのＮＯｘの供給が確保される。
【００６０】
なお、図２に示した排気ガス浄化装置１０の構成においては、ＮＯｘ吸蔵剤の再生制御の際に排気ガスの空燃比をリッチ化する手段として還元剤添加ノズル３２が用いられたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばポスト噴射による還元剤の添加が行われるようにする等、他の方法によって空燃比を制御するようにしてもよい。
【００６１】
また、図２に示した排気ガス浄化装置１０の構成においては、上流側ＮＯｘ吸蔵剤１５とＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１３とが別体で設けられているが、これらを同一の触媒コンバータに収容してもよい。
更に、図２に示した構成要素を含む排気ガス浄化装置をマフラーと一体的に構成することも可能である。
【００６２】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、排気ガス通路にＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタを配置し、そのフィルタの上流側に更に別のＮＯｘ吸蔵剤を配置した排気ガス浄化装置において、ＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタにおける捕集微粒子の酸化除去が良好に行われるようにした排気ガス浄化装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明をディーゼルエンジンに適用した場合を示す図である。
【図２】図２は、本発明の排気ガス浄化装置を示した説明図である。
【図３】図３は、ＮＯｘ吸蔵剤が担持されたパティキュレートフィルタの拡大断面図である。
【図４】図４は、ＮＯｘの吸蔵放出及び還元浄化作用並びに生成された活性酸素による酸化促進作用を説明するための図である。
【図５】図５は、ＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタにＮＯｘを供給するようにするＮＯｘ供給制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図６】図６は、図５に示したＮＯｘ供給制御に関連した説明図であり、空燃比変化と排気ガス浄化装置前後並びに排気ガス浄化装置内におけるＮＯｘ濃度との関係を示した図である。
【図７】図７は、ＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタにＮＯｘを供給するようにする別のＮＯｘ供給制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図８】図８は、図７に示したＮＯｘ供給制御に関連した説明図であり、空燃比変化と排気ガス浄化装置前後並びに排気ガス浄化装置内におけるＮＯｘ濃度との関係を示した図である。
【図９】図９は、図８と同様の図であり、図８の場合とは異なる空燃比制御を行った場合を示している。
【図１０】図１０は、空燃比と吸蔵ＮＯｘの放出速度との関係を示す図である。
【符号の説明】
２…機関（エンジン）本体
４…吸気通路
６…排気ガス通路
８…電子制御ユニット（ＥＣＵ）
１０…排気ガス浄化装置
１２…ＮＯｘ吸蔵剤
１３…ＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ
１４…パティキュレートフィルタ
１５…上流側ＮＯｘ吸蔵剤
１６…排気ガス通路
３２…還元剤噴射ノズル[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a technique for purifying exhaust gas of an internal combustion engine, and more particularly, to an exhaust gas purifying apparatus configured to simultaneously remove particulates and nitrogen oxides (NOx) in exhaust gas.
[0002]
[Prior art]
Generally, in a cylinder injection type internal combustion engine mounted on an automobile or the like, for example, a diesel engine, it is necessary to remove fine particles such as soot (exhaust fine particles) contained in exhaust gas and to remove nitrogen oxides (NOx). Is required. In response to such demands, there has been proposed a device in which a particulate filter carrying a NOx storage agent (hereinafter referred to as a "NOx storage agent-supported filter") is disposed in an exhaust gas passage of an internal combustion engine. However, in recent years, as one of these types, a configuration in which another NOx occluding agent is arranged upstream of the above NOx occluding agent-carrying filter has been proposed.
[0003]
The first purpose of the above configuration is to supplement the NOx storage capacity of the NOx storage agent carrying filter. When a large amount of NOx occluding agent is supported in order to provide the NOx occluding agent carrying filter with a high NOx occluding ability, the filter blocks the pores of the filter and cannot sufficiently collect particulates, or the pressure loss increases. This is because it becomes a factor of reducing the output of the engine. Therefore, by disposing the NOx storage agent upstream of the NOx storage agent holding filter, the NOx storage capacity of the NOx storage agent holding filter is supplemented. The second purpose is to prevent the SOF (Soluble Organic Fraction) discharged from the engine from flowing into the NOx storage agent carrying filter. When a large amount of SOF discharged from the engine flows into the NOx storage agent-carrying filter, the SOF is combined with the particulates collected by the NOx storage agent-carrying filter, causing a large pressure loss. Therefore, the SOF content is oxidized by the upstream NOx storage agent so that the SOF content does not flow into the downstream NOx storage agent carrying filter.
[0004]
By the way, the NOx storage agents (including those carried by the particulate filter) used as described above occlude NOx when the air-fuel ratio of the exhaust gas is lean, and occluded when the air-fuel ratio in the exhaust gas becomes small. If the reducing agent such as HC or CO is present in the exhaust gas, it has an action of reducing and purifying the released NOx (storage and release of NOx and a reducing action). Therefore, in an apparatus of the type in which the NOx occluding agent is disposed in the exhaust gas passage as described above, by utilizing such an action of the NOx occluding agent, NOx in the exhaust gas is reduced when the air-fuel ratio of the exhaust gas is lean. NOx stored in the NOx storage agent is used, and when the storage capacity of the NOx storage agent is reduced for a certain period of time, a reducing agent (fuel) is added upstream of the NOx storage agent to release the NOx stored in the NOx storage agent. And purify by reduction. Here, the release of NOx from the NOx storage agent as described above is usually performed when the temperature of the NOx storage agent is equal to or higher than a predetermined temperature (for example, about 250 ° C.). Also has the purpose of raising the temperature of the NOx storage agent.
[0005]
On the other hand, in the above-mentioned NOx storage agent carrying filter, the exhaust fine particles in the exhaust gas are further collected and oxidized and removed. The action of oxidizing and removing the exhaust particulates is largely related to the action of storing and releasing NOx by the supported NOx storage agent. That is, as will be described in detail later, when the NOx storage agent stores NOx and releases NOx, active oxygen is generated in the process, and this active oxygen oxidizes and removes the exhaust particulates. Has the effect of promoting. That is, the occlusion and release of NOx promotes the oxidative removal of the collected exhaust fine particles.
[0006]
Therefore, in an exhaust gas purifying apparatus having a configuration in which another NOx occluding agent (hereinafter, referred to as “upstream NOx occluding agent”) is arranged on the upstream side of the NOx occluding agent-carrying filter as described above, the engine is controlled by the upstream NOx occluding agent. If most of the NOx exhausted from the fuel is occluded and reduced and purified, sufficient NOx will not be supplied to the downstream NOx storage agent-carrying filter, and NOx occlusion and release will not occur. May be suppressed, and the oxidation and removal of the exhaust fine particles may not be performed well.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the above problems, and has as its object to provide an exhaust gas purifying apparatus in which a NOx storage agent carrying filter is disposed in an exhaust gas passage, and another NOx storage agent is disposed upstream of the filter. It is an object of the present invention to provide an exhaust gas purifying apparatus that satisfactorily oxidizes and removes trapped exhaust particulates in a NOx storage agent carrying filter.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The present invention provides an exhaust gas purifying apparatus described in each claim as means for solving the above-mentioned problem.
[0009]
The first invention is a particulate filter which is disposed in an exhaust gas passage and collects fine particles in exhaust gas discharged from an internal combustion engine and oxidizes and removes the fine particles, wherein the air-fuel ratio of the flowing exhaust gas is reduced. A NOx occluding agent having an action of storing NOx at the time of leaning, releasing the stored NOx when the air-fuel ratio of the flowing exhaust gas becomes small, and reducing and purifying the released NOx if a reducing agent is present is carried. In the exhaust gas purifying apparatus, comprising: a particulate filter; and an NOx storage agent having the above function, the upstream NOx storage agent being disposed in the exhaust gas passage on the upstream side of the particulate filter. By allowing NOx released from the NOx storage agent to flow into the particulate filter, the NOx is released to the particulate filter. To provide an exhaust gas purifying device, characterized in that it comprises the inflow NOx amount control means for controlling the amount of NOx entering.
[0010]
In an exhaust gas purifying apparatus including a particulate filter carrying a NOx storage agent and an upstream NOx storage agent disposed upstream of the particulate filter, most of the NOx is stored or reduced and purified by the upstream NOx storage agent. There are cases. When NOx flows into the NOx storage agent-carrying particulate filter, the oxidized removal of the trapped exhaust fine particles is promoted. However, in the case described above, such a promoting action is not obtained, and the particulate filter is trapped. Oxidation removal of the collected exhaust fine particles is suppressed. According to the present invention, the amount of NOx flowing into the particulate filter is controlled by the inflow NOx amount control means, so that the oxidization and removal of the fine particles trapped in the particulate filter can be promoted, and the oxidization and removal of the fine particles can be favorably performed. It can be carried out.
[0011]
In a second aspect based on the first aspect, the inflow NOx amount control means adjusts at least one of an air-fuel ratio of exhaust gas flowing into the upstream NOx storage agent and a time for maintaining the air-fuel ratio at a desired air-fuel ratio. Controls the amount of NOx flowing into the particulate filter.
By controlling the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the upstream NOx storage agent to, for example, a stoichiometric air-fuel ratio or a rich value close to the stoichiometric air-fuel ratio, NOx is released from the upstream NOx storage agent and at least the released NOx is reduced. It is possible to prevent NOx from flowing into the particulate filter by preventing a part of the particulate filter from being reduced. Therefore, according to the present invention, the amount of NOx flowing into the particulate filter can be controlled by a relatively simple method.
[0012]
In a third aspect based on the first or second aspect, the inflow NOx amount control means determines a NOx amount released from the upstream NOx storage agent and a NOx amount reduced and purified by the upstream NOx storage agent. The adjustment controls the amount of NOx flowing into the particulate filter.
According to the present invention, the amount of NOx flowing into the particulate filter can be controlled.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a case where the present invention is applied to a diesel engine. The present invention can be applied to other types of internal combustion engines such as a gasoline engine, for example, a direct injection type spark ignition type internal combustion engine.
In FIG. 1, reference numeral 2 denotes an engine body, 4 denotes an intake passage, and 6 denotes an exhaust gas passage. An exhaust gas purification device 10 is provided in the exhaust gas passage 6, and the exhaust gas purification device 10 installed in this portion will be described later in detail with reference to another drawing.
[0014]
The electronic control unit (ECU) 8 is a known type of digital computer in which a CPU (central processing unit), a RAM (random access memory), a ROM (read only memory), and an input / output port are connected by a bidirectional bus. In addition to performing basic control of the engine such as fuel injection amount control by exchanging signals with the main body 2, in the embodiment of the present invention, as described below, exchanging signals with components of the exhaust gas purifying apparatus 10 also The control for the exhaust gas purification device 10 is also performed.
[0015]
FIG. 2 is an explanatory diagram schematically showing the configuration of the exhaust gas purification device 10 which is installed at the portion of the exhaust gas purification device 10 shown in FIG. 1 and forms a part of the exhaust gas passage 6. , And the exhaust gas flows from the left side to the right side of the figure as shown by arrows.
As shown in FIG. 2, the exhaust gas purifying device 10 includes a NOx occluding agent 15 (upstream NOx occluding agent 15) and a NOx occluding agent carrying filter in an exhaust gas passage 16 connected to the exhaust gas passage 6 from the upstream side. 13 are arranged. The NOx occluding agent holding filter 13 is obtained by supporting the NOx occluding agent 12 on the particulate filter 14, and the details thereof will be described later.
[0016]
Further, on the further upstream side of the upstream NOx occluding agent 15, a reducing agent addition section for adding a reducing agent to be used at the time of regeneration control of the NOx occluding agent to be described later into the exhaust gas passage 16 is provided. I have. The reducing agent addition section includes a reducing agent injection nozzle 32 and a reducing agent supply pump (not shown). The reducing agent supplied from the reducing agent supply pump is added into the exhaust gas passage 16 by the reducing agent injection nozzle 32.
[0017]
The reducing agent addition unit is controlled by the ECU 8. Specifically, the ECU 8 is connected to the reducing agent injection nozzle 32 of the reducing agent addition unit, and controls the reducing agent injection operation of the reducing agent injection nozzle 32 by controlling the reducing agent injection nozzle 32.
The upstream NOx storage agent 15 may be disposed in the exhaust gas passage 16 by a known configuration. For example, in the present embodiment, the entirety is cylindrical, and a large number of through paths are provided in the flow direction of the exhaust gas. It is arranged in the exhaust gas passage 16 while being carried on a honeycomb-shaped carrier.
[0018]
On the other hand, the NOx storage agent supporting filter 13 is a filter in which the NOx storage agent 12 is supported by a particulate filter 14 having a filter structure as described below, and has a honeycomb shape as described above. The filter has a higher filtering effect as compared with a carrier in which the NOx storage agent 15 is supported.
[0019]
FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of the NOx storage agent carrying filter 13. Referring to FIG. 3, the particulate filter 14 is made of a porous ceramic, and the exhaust gas flows from left to right in the figure as indicated by arrows. In the particulate filter 14, first passages 38 provided with plugs 36 on the upstream side and second passages 44 provided with plugs 42 on the downstream side are alternately arranged to form a honeycomb shape. When the exhaust gas flows from left to right in the drawing, the exhaust gas flows from the second passage 44 through the porous ceramic partition wall, flows into the first passage 38, and flows downstream. At this time, the exhaust particulates (particulates) in the exhaust gas are collected by the porous ceramic and removed from the exhaust gas, and the emission of the exhaust particulates to the atmosphere is suppressed.
[0020]
The NOx occluding agent 12 is carried on the surfaces of the partition walls of the first passage 38 and the second passage 44 and in the internal pores.
Next, the NOx storage agents 12 and 15 used in the present embodiment will be described.
The NOx storage agents 12 and 15 are selected from, for example, alkali metals such as potassium K, sodium Na, lithium Li and cesium Cs, alkaline earths such as barium Ba and calcium Ca, lanthanum La and rare earths such as yttrium Y. And at least one and a noble metal such as platinum Pt. The NOx occluding agents 12 and 15 occlude NOx when the air-fuel ratio of the flowing exhaust gas (hereinafter referred to as "occluding agent flowing exhaust gas") is lean, and release the stored NOx when the air-fuel ratio of the occluding agent flowing exhaust gas decreases. If the reducing agent is present, it has an action of reducing and purifying the released NOx (storage and release of NOx and an action of reducing and purifying).
[0021]
Since a diesel engine is used in the configuration shown in FIG. 1, the exhaust gas air-fuel ratio during normal operation is lean, and the NOx storage agents 12 and 15 store NOx in the exhaust gas. Further, a reducing agent is added from the reducing agent addition section to the exhaust gas passage 16 on the upstream side of the NOx occluding agent 15, so that the temperature of the NOx occluding agents 12 and 15 increases, and the air-fuel ratio of the occluding agent circulating exhaust gas decreases. When the reducing agent is present, the NOx storage agents 12 and 15 release the stored NOx and reduce and purify the released NOx.
[0022]
When the NOx is stored and released, active oxygen is generated in the process, and the active oxygen collects the SOF component adhering to the upstream NOx storage agent 15 and the NOx storage agent carrying filter 13. The oxidation of exhaust particulates such as soot is promoted.
Although the detailed mechanism of the NOx storage / release and reduction / purification actions and the oxidation promoting action by the generated active oxygen is not clear, some of these actions are performed by the mechanism shown in FIG. Conceivable. Next, this mechanism will be described by taking as an example a case where platinum Pt and barium Ba are supported, but the same mechanism can be obtained by using other noble metals, alkali metals, alkaline earths, and rare earths.
[0023]
That is, when the air-fuel ratio of the occluding agent flowing exhaust gas becomes considerably lean, the oxygen concentration in the occluding agent flowing exhaust gas greatly increases, and as shown in FIG.2And NO in the exhaust gas react on the surface of platinum Pt to form NO2And active oxygen O*Is generated. Then this NO2Is absorbed in the occluding agents 12 and 15 while being further oxidized on the platinum Pt and combined with barium oxide BaO, and as shown in FIG.3 −And diffuses into the NOx storage agents 12 and 15 in the form of In this way, NOx is stored in the NOx storage agents 12 and 15. On the other hand, exhaust particulates such as SOF components and soot present on the NOx storage agents 12 and 15 (or the NOx storage agent-carrying filter 13) are active oxygen O generated as described above.*And oxygen O in exhaust gas2Is oxidized and removed.
[0024]
NO on the surface of platinum Pt as long as the oxygen concentration in the exhaust gas flowing through the storage agent is high2Is generated, and the NOx storage capacity of the NOx storage agents 12 and 15 becomes NO unless the NOx storage capacity is saturated.2Is stored in the NOx storage agents 12 and 15 and nitrate ion NO3 −Is generated. On the other hand, when the oxygen concentration in the exhaust gas flowing through the storage agent decreases, the nitrate ions NO in the NOx storage agents 12 and 15 are reduced.3 −Is decomposed, NO is released from the NOx storage agents 12 and 15, and active oxygen O*Is generated. That is, when the oxygen concentration in the exhaust gas flowing through the storage agent decreases, NOx is released from the storage agents 12 and 15. If the degree of leaning of the circulating exhaust gas decreases, the oxygen concentration in the circulating exhaust gas decreases, and if the degree of leaning of the circulating exhaust gas decreases, NOx is released from the NOx occluding agents 12 and 15. (See FIG. 10, in which S indicates the stoichiometric air-fuel ratio.)
[0025]
On the other hand, at this time, if the air-fuel ratio of the storage agent-circulating exhaust gas is reduced, HC and CO will be present in the exhaust gas. In addition, when the air-fuel ratio of the circulating exhaust gas is reduced, the oxygen concentration in the circulating exhaust gas is extremely reduced, so that NO is released from the NOx occluding agents 12 and 15. Then, this NO reacts with unburned HC and CO as shown in FIG. 4 (B) to be reduced and purified. In this way, when NO is no longer present on the surface of the platinum Pt, NO is released from the NOx storage agents 12 and 15 one after another. Therefore, if the air-fuel ratio of the occluding agent flowing exhaust gas is reduced and the reducing agent is present, NOx is released from the NOx occluding agents 12 and 15 in a short period of time to perform reduction purification. In addition, active oxygen O generated during the release of NOx*Promotes oxidative removal of exhaust particulates such as SOF and soot present on the NOx storage agents 12 and 15 (or the NOx storage agent-carrying filter 13).
[0026]
Here, the air-fuel ratio of the exhaust gas refers to the ratio of the air and fuel supplied to the exhaust gas passages 6 and 16 in the portion upstream of the upstream NOx storage agent 15 and the engine combustion chamber or the intake passage. And Therefore, when no air or reducing agent is supplied to the exhaust gas passages 6 and 16, the air-fuel ratio of the exhaust gas becomes equal to the operating air-fuel ratio of the engine (combustion air-fuel ratio in the engine combustion chamber). Further, the reducing agent used in the present invention may be any one that generates a reducing component such as hydrocarbon or carbon monoxide in exhaust gas, and a gas such as hydrogen or carbon monoxide, propane, propylene, butane, etc. Although liquid fuels such as liquid or gaseous hydrocarbons, gasoline, light oil, and kerosene can be used, in the present embodiment, light oil, which is the fuel of the diesel engine 2, is used in order to avoid complications in storage and replenishment. Used as a reducing agent.
[0027]
As shown in FIG. 2, the present exhaust gas purifying apparatus 10 has a configuration in which another NOx occluding agent 15 is arranged on the upstream side of the NOx occluding agent carrying filter 13. For this reason, a sufficient NOx storage capacity can be ensured as a whole of the exhaust gas purification device 10, and the SOF poisoning of the NOx storage agent carrying filter 13 can be prevented.
In the exhaust gas purifying apparatus having such a configuration, the exhaust gas is generally purified as follows.
[0028]
That is, when the diesel engine is used as in the configuration shown in FIG. 1, the exhaust gas air-fuel ratio at the normal time is lean. Accordingly, at this time, the upstream NOx storage agent 15 and the NOx storage agent carrying filter 13 store NOx in the exhaust gas and oxidize and remove the exhaust particulates by the mechanism described above. As for the exhaust particulates, while the SOF component mainly adheres to the upstream NOx storage agent 15, soot and the like are mainly collected by the NOx storage agent carrying filter 13, and are oxidized and removed in each case.
[0029]
When the NOx storage capacity of the upstream NOx storage agent 15 and the NOx storage agent 12 carried by the particulate filter 14 approaches or becomes saturated, the reducing agent addition nozzle 32 appropriately transmits the reducing agent. Is added to reduce the air-fuel ratio of the circulating exhaust gas, and NOx is released from the NOx occluding agents 12 and 15 and reduced and purified by the mechanism described above, whereby the NOx occluding agents 12 and 15 are regenerated. (Regeneration control of NOx storage agent). Also at this time, the exhaust particulates adhered or collected in the upstream NOx storage agent 15 and the NOx storage agent carrying filter 13 are oxidized and removed.
[0030]
In an exhaust gas purifying apparatus having a configuration such as the present exhaust gas purifying apparatus 10 in which another NOx occluding agent 15 is disposed upstream of the NOx occluding agent carrying filter 13, the exhaust gas is usually purified in this manner. However, for example, if the NOx storage capacity of the upstream NOx storage agent 15 with respect to the NOx amount discharged from the engine is constantly maintained at a sufficient level by performing frequent regeneration control, etc. Such a problem occurs.
[0031]
That is, when the NOx storage capacity of the upstream NOx storage agent 15 is sufficient for the amount of NOx exhausted from the engine, the NOx exhausted from the engine flows upstream when the air-fuel ratio of the exhaust gas is lean. Most of the NOx storage agent 15 is occluded, and hardly flows into the NOx storage agent carrying filter 13 located on the downstream side. Also, in the case where the reducing agent is added from the reducing agent addition nozzle 32 to reduce the air-fuel ratio of the exhaust gas and control the regeneration of the NOx storage agent 15, the NOx released from the NOx storage agent 15 is reduced. N2Therefore, NOx hardly flows into the NOx storage agent carrying filter 13.
[0032]
Therefore, in the NOx storage agent carrying filter 13, the storage and release of NOx hardly occur, and as a result, the active oxygen O*Is hardly generated. Active oxygen O generated during storage and release of NOx*Has the effect of promoting the oxidative removal of exhaust particulates such as soot trapped in the NOx storage agent-supporting filter 13 as described above. Therefore, if NOx does not flow into the NOx storage agent-supporting filter 13, the NOx is collected. Oxidation removal of the exhaust particulates does not proceed well, and the exhaust particulates accumulate in the NOx storage agent carrying filter 13 to increase the pressure loss of the exhaust system, resulting in a bad influence on the performance of the engine.
[0033]
The present invention has been made in view of such a problem, and in order to oxidize and remove exhaust particulates such as collected soot satisfactorily, NOx required for the NOx storage agent-carrying filter 13 disposed downstream is required. Is made to flow (supply).
Next, a specific method will be described in which the exhaust gas purification device 10 is used. First, the first method intentionally creates a period in which the NOx storage capacity of the upstream NOx storage agent 15 remains saturated, and converts NOx not stored by the upstream NOx storage agent 15 into NOx on the downstream side. That is, the storage agent is supplied to the storage agent supporting filter 13.
[0034]
FIG. 5 is a flowchart showing a control routine of the NOx supply control by this method. This control routine is executed by the ECU 8 by interruption every predetermined time.
When the control routine starts, first, at step 101, it is determined whether or not the NOx supply control execution condition is satisfied. The NOx supply control execution condition can be set based on various criteria. For example, it can be set based on the degree of clogging of the NOx storage agent carrying filter 13. That is, when NOx is not supplied to the NOx occluding agent-carrying filter 13 and the collected exhaust fine particles are not oxidized and removed satisfactorily, the NOx occluding agent-carrying filter 13 starts to be gradually clogged. It can determine when control is needed. More specifically, this degree of clogging can be estimated, for example, by measuring the pressure between the upstream NOx storage agent 15 and the NOx storage agent carrying filter 13, and the measured pressure is determined in advance by experiments or the like. It is assumed that the NOx supply control execution condition is satisfied when the pressure is equal to or higher than the predetermined reference pressure.
[0035]
If it is determined in step 101 that the NOx supply control execution condition is not satisfied, the present control routine ends. If it is determined that the NOx supply control execution condition is satisfied, the process proceeds to step 103.
In step 103, the value of the interval of the NOx storage agent regeneration control or the duration in which the air-fuel ratio of the exhaust gas is maintained rich in the regeneration control is different from that in the normal control in which the NOx supply control is not performed. It is determined. That is, during the normal control, as described above, when the NOx storage capacity of the NOx storage agent approaches or becomes saturated, the regeneration control is performed, and the NOx storage agent is always maintained in a state where NOx can be stored. However, in the present NOx supply control, it is necessary to create a period in which the upstream NOx storage agent 15 remains saturated in order to supply NOx to the NOx storage agent carrying filter 13. Therefore, in step 103, the duration of the regeneration control interval longer than that in the normal control or the duration time in which the exhaust gas air-fuel ratio shorter than that in the normal control is maintained rich is determined. The interval or duration determined in step 103 is set in advance in accordance with the standard of the NOx supply control execution condition used in step 101 (that is, in correspondence with the required NOx supply amount determined according to the standard). You may leave.
[0036]
When the interval or the duration is determined in step 103, the process proceeds to step 105, and the reproduction control is performed according to the interval or the duration determined in step 103.
FIG. 6 shows a case where the interval I of the regeneration control of the NOx storage agent is made longer than that in the normal control and a duration T during which the air-fuel ratio of the exhaust gas is kept rich in the regeneration control (hereinafter, referred to as "rich duration"). FIG. 5 is an explanatory diagram showing the NOx concentration in the exhaust gas purification device when the time is shorter than that in the normal control as compared with that in the normal control. In the figure, NOx concentration C0Indicates the NOx concentration upstream of the upstream NOx storage agent 15, that is, the NOx concentration in the exhaust gas discharged from the engine, and the NOx concentration C1Indicates the NOx concentration downstream of the upstream NOx storage agent 15, that is, the NOx concentration of the exhaust gas flowing into the NOx storage agent carrying filter 13. Also, the NOx concentration C indicated by the dotted line2Indicates the NOx concentration downstream of the NOx storage agent carrying filter 13, that is, the NOx concentration of the exhaust gas discharged to the outside. This NOx concentration C2Is maintained considerably low in any of the cases of FIGS. 6A, 6B, and 6C described below.
[0037]
FIG. 6A shows a case of normal control serving as a reference. In this case, the reproduction control is performed at an interval Ia, and the rich continuation time is Ta. The interval Ia and the rich continuation time Ta are controlled or determined in advance such that a period in which the NOx storage agent 15 remains saturated does not occur. Therefore, in the case of the normal control, the NOx storage agent 15 does not remain in the saturated state, so that the NOx concentration C1Is maintained relatively low, and sufficient NOx is not supplied to the NOx storage agent carrying filter 13.
[0038]
On the other hand, FIG. 6B shows a case where the interval of performing the reproduction control is increased while the rich continuation time is kept the same as compared with the case of the normal control as the reference (FIG. 6A). I have. That is, comparing the rich continuation time Tb and the execution interval Ib in this case with the rich continuation time Ta and the execution interval Ia in the case of the normal control (FIG. 6A), Ta = Tb, and Ia <Ib. .
[0039]
If the execution interval of the regeneration control is lengthened in this way, the regeneration control will be performed some time after the upstream NOx storage agent 15 is saturated. During the period in which the NOx storage agent 15 remains saturated, NOx is not stored in the upstream NOx storage agent 15, so that NOx is supplied to the NOx storage agent carrying filter 13 located downstream. That is, the NOx concentration C1Is changed as shown in FIG. 6B, and the required amount of NOx is supplied to the NOx storage agent carrying filter 13.
[0040]
As described above, also in this case, the NOx concentration C2Is maintained considerably low as in the case of the normal control shown in FIG. This is because NOx that has passed through the upstream NOx storage agent 15 is stored in the downstream NOx storage agent-carrying filter 13 and is reduced and purified.
FIG. 6C shows a case where the rich continuation time is shortened while the interval at which the reproduction control is performed is kept the same as in the case of the normal control (FIG. 6A) as a reference. I have. That is, comparing the execution interval Ic and the rich continuation time Tc in this case with the execution interval Ia and the rich continuation time Ta in the case of the normal control (FIG. 6A), Ia = Ic, and Ta> Tc. .
[0041]
When the rich continuation time is shortened in this way, the release of NOx stored in the upstream NOx storage agent 15 is not completely performed, that is, the regeneration of the upstream NOx storage agent 15 is not completely performed, and the rich continuation time is not increased. It is re-saturated by NOx earlier than in the long case. Therefore, even if the regeneration control is performed at the same execution interval as in the case of the normal control, the regeneration control is performed some time after the upstream NOx occluding agent 15 is saturated. During the period in which the upstream NOx occluding agent 15 remains saturated, NOx is supplied to the downstream NOx occluding agent carrying filter 13 as in the case shown in FIG. 6B described above. That is, the NOx concentration C1Is changed as shown in FIG. 6C, and the required amount of NOx is supplied to the NOx storage agent carrying filter 13. In this case as well, the NOx concentration C of the exhaust gas discharged to the outside2Is maintained considerably low as in the case of the normal control shown in FIG.
[0042]
As described above, in this method, a period during which the upstream NOx occluding agent 15 is kept in a saturated state is created by controlling the execution interval or the rich continuation time of the regeneration control, during which the NOx becomes upstream. NOx is supplied to the NOx storage agent carrying filter 13 on the downstream side so as to pass through the NOx storage agent 15. As a result, NOx is stored in the NOx storage-carrying filter 13, and active oxygen is generated, thereby promoting the oxidation and removal of exhaust particulates such as soot collected by the NOx storage-agent-carrying filter 13. In addition, since active oxygen is also generated when the stored NOx is released as described above, the oxidative removal of the exhaust fine particles is also promoted at this time.
[0043]
Further, as is apparent from the above description, the amount of NOx supplied to the NOx storage agent holding filter 13 can be adjusted by controlling the execution interval of the regeneration control or the rich continuation time. Therefore, for example, the NOx concentration C1In addition, the execution interval of the regeneration control or the rich continuation time may be controlled so that the required amount of NOx is supplied to the NOx storage agent carrying filter 13 by monitoring the exhaust gas flow rate and the like.
[0044]
Note that, in the description given with reference to FIG. 5, when the NOx supply control execution condition is satisfied, the upstream NOx occlusion is performed by increasing the execution interval of the regeneration control or shortening the rich continuation time. The NOx is supplied to the NOx storage agent carrying filter 13 by creating a period during which the agent 15 remains in the saturated state. May be set from the beginning so that a period in which the period remains. That is, in this case, the regeneration control is always performed at the execution interval Ib or the rich continuation time Tc as shown in FIG. 6B or FIG. 6C, and the upstream NOx is always performed before the regeneration control is performed. There is a period during which the occluding agent 15 remains saturated. In this way, the supply of NOx to the NOx storage agent carrying filter 13 is secured by simpler control.
[0045]
In the above description, a case has been described in which one of the regeneration control execution interval and the rich continuation time is adjusted in order to create a period in which the upstream NOx storage agent 15 remains saturated. Of course, both may be adjusted simultaneously.
Further, in this method, the upstream NOx storage agent 15 needs to be saturated. However, the NOx storage capacity of the upstream NOx storage agent 15 is changed so that the upstream NOx storage agent 15 is easily saturated. 13 is preferably smaller than the NOx storage capacity. This can be achieved by changing the amount of the occluding agent, the type of the occluding agent, the dispersion ratio of the occluding agent on the carrier, and the like between the upstream NOx occluding agent 15 and the NOx occluding agent carrying filter 13.
[0046]
Next, another method for supplying NOx to the NOx storage agent carrying filter 13 will be described. This method controls the exhaust gas air-fuel ratio at the time of performing the regeneration control to supply the NOx released from the upstream NOx storage agent 15 to the downstream NOx storage agent carrying filter 13 without reduction. Things.
As described above, the stored NOx is released from the NOx storage agent when the air-fuel ratio of the flowing exhaust gas decreases. If the reducing agent is present at this time, the released NOx is reduced to N2It becomes. Therefore, in the upstream NOx storage agent 15, if the air-fuel ratio is set to the air-fuel ratio at which NOx is released and the reducing agent runs short, the unreduced NOx is supplied to the downstream NOx storage agent carrying filter 13. .
[0047]
FIG. 6 is a flowchart showing a control routine of the NOx supply control by this method. This control routine is executed by the ECU 8 by interruption every predetermined time.
When the control routine starts, first, in step 201, it is determined whether or not the NOx supply control execution condition is satisfied. The control here is the same as the control in step 101 of the control routine of FIG. 5 described above, and a detailed description thereof will be omitted.
When it is determined in step 201 that the NOx supply control execution condition is not satisfied, the present control routine ends, and when it is determined that the NOx supply control execution condition is satisfied, the process proceeds to step 203.
[0048]
In step 203, the air-fuel ratio of the exhaust gas during the regeneration control of the NOx storage agent is determined to be different from the value in the normal control in which the NOx supply control is not performed. That is, during normal control, since the NOx is released from the NOx occluding agent and almost all the released NOx is reduced and purified by the reducing agent, the air-fuel ratio of the exhaust gas is adjusted so that the excess reducing agent is sufficiently present. It is necessary to make the air-fuel ratio rich. However, in the present NOx supply control, the air-fuel ratio of the exhaust gas is set such that the NOx released from the upstream NOx storage agent 15 in order to supply the NOx to the NOx storage agent carrying filter 13 is not reduced. It is necessary that the air-fuel ratio is reduced and the reducing agent is insufficient. Therefore, the air-fuel ratio determined here has a lower degree of richness than the air-fuel ratio at the time of the regeneration control in the case of the normal control in which almost all of the released NOx is reduced and purified.
[0049]
For example, when this air-fuel ratio is set to the stoichiometric air-fuel ratio, there is no excess reducing agent during the regeneration control, and most of the NOx released by the upstream NOx storage agent 15 is on the downstream side. 13 is supplied. When the degree of air-fuel ratio richness increases, the amount of excess reducing agent increases accordingly, so that the released NOx is reduced by that amount, and the amount of NOx supplied to the NOx storage agent carrying filter 13 decreases. That is, by controlling the air-fuel ratio of the exhaust gas, the amount of NOx supplied to the NOx storage agent carrying filter 13 can be adjusted.
[0050]
Therefore, the air-fuel ratio determined here is set in advance corresponding to the reference of the NOx supply control execution condition used in step 201 (that is, corresponding to the required NOx supply amount determined according to the reference). Is also good.
When the air-fuel ratio is determined in step 203, the process proceeds to step 205, in which the reducing agent is injected from the reducing agent injection nozzle 32 so that the air-fuel ratio of the exhaust gas becomes the air-fuel ratio determined in step 203, and the regeneration control is performed. Will be implemented.
[0051]
FIG. 8 shows the exhaust gas purifying apparatus in the case where the exhaust gas air-fuel ratio in the regeneration control of the NOx storage agent is almost the stoichiometric air-fuel ratio and the case where the degree of richness is reduced as compared with the air-fuel ratio in the regeneration control in the normal control. FIG. 4 is an explanatory diagram showing the NOx concentration in comparison with the time of regeneration control in normal control. In the figure, NOx concentration C0Indicates the NOx concentration upstream of the upstream NOx storage agent 15, that is, the NOx concentration in the exhaust gas discharged from the engine, and the NOx concentration C1Indicates the NOx concentration downstream of the upstream NOx storage agent 15, that is, the NOx concentration of the exhaust gas flowing into the NOx storage agent carrying filter 13. Also, the NOx concentration C indicated by the dotted line2Indicates the NOx concentration downstream of the NOx storage agent carrying filter 13, that is, the NOx concentration of the exhaust gas discharged to the outside. This NOx concentration C2Is maintained considerably low in any of the cases of FIGS. 8A, 8B, and 8C described below. Further, a dotted line S shown in a portion indicating a change in the air-fuel ratio in the drawing indicates a stoichiometric air-fuel ratio.
[0052]
FIG. 8A shows a case of reproduction control at the time of normal control serving as a reference. In this case, since the air-fuel ratio is made considerably rich and the reducing agent is sufficient, most of the NOx released from the upstream NOx storage agent 15 is reduced and purified. Therefore, the NOx concentration C1Is maintained relatively low, and sufficient NOx is not supplied to the NOx storage agent carrying filter 13.
[0053]
On the other hand, FIG. 8B shows a case in which the air-fuel ratio in the regeneration control is substantially the stoichiometric air-fuel ratio. In this case, since the released speed of the stored NOx is high (see FIG. 10), NOx can be released in a short time. Further, as described above, since there is almost no excess reducing agent, NOx released from the upstream NOx occluding agent 15 is supplied to the downstream NOx occluding agent carrying filter 13 without being reduced.
[0054]
FIG. 8C shows a case where the degree of richness of the air-fuel ratio in the regeneration control is set lower than in the case of FIG. In this case, since a certain amount of excess reducing agent is present, a part of the NOx released from the upstream NOx occluding agent 15 is reduced to N2It becomes. Therefore, in this case, the amount of NOx supplied to the NOx storage agent holding filter 13 on the downstream side is smaller than that in the case of FIG. 8B in which the stoichiometric air-fuel ratio is used.
[0055]
As described above, in this method, the amount of NOx released from the upstream NOx storage agent 15 is adjusted by controlling the air-fuel ratio in the regeneration control, and the unreduced NOx is transferred to the downstream side. The filter 13 is supplied to the NOx storage agent carrying filter 13 on the side. As a result, NOx is stored in the NOx storage-carrying filter 13, and active oxygen is generated, thereby promoting the oxidation and removal of exhaust particulates such as soot collected by the NOx storage-agent-carrying filter 13. In addition, since active oxygen is also generated when the stored NOx is released as described above, the oxidative removal of the exhaust fine particles is also promoted at this time.
[0056]
Further, as described above, since the amount of NOx supplied to the NOx storage agent holding filter 13 can be adjusted by controlling the air-fuel ratio, for example, the NOx concentration C1The exhaust gas flow rate and the like are monitored, and the air-fuel ratio is changed in the course of one regeneration control (enrichment control) to supply a required amount of NOx to the downstream NOx storage agent carrying filter 13. Good.
[0057]
FIG. 9 is a diagram similar to FIG. 8, which illustrates a case where such control is performed. FIG. 9A shows that, at the beginning of the regeneration control, the air-fuel ratio is set to the stoichiometric air-fuel ratio to rapidly release NOx, and then, when it is determined that the supplied NOx amount has reached the required amount, almost all of the released NOx is discharged. The case where the air-fuel ratio is controlled so as to be rich enough for the reducing agent to be reduced is present. On the other hand, FIG. 9B shows that the air-fuel ratio at the beginning of the regeneration control is made rich to the extent that the reducing agent is insufficient, and then the air-fuel ratio is released when it is determined that the supplied NOx amount has reached the required amount. A case is shown in which control is performed so that the amount of NOx becomes rich enough to be reduced.
[0058]
In the case shown in FIG. 9A, a large amount of NOx can be supplied to the downstream because there is almost no excess reducing agent. However, since NOx is rapidly released and supplied to the downstream, the supply amount is reduced. 9B is more advantageous in terms of the control shown in FIG.
Whether the required amount of NOx has been supplied to the NOx storage agent carrying filter 13 is determined by the NOx concentration C as described above.1In addition to the method of monitoring the exhaust gas flow rate, a map may be created in advance by correlating the NOx amount supplied to the downstream with the air-fuel ratio and the maintenance time of the air-fuel ratio, and the map may be created based on the map. Good.
[0059]
In the description given with reference to FIG. 7, when the NOx supply control execution condition is satisfied, the air-fuel ratio of the exhaust gas in the regeneration control is controlled to supply NOx to the downstream NOx storage agent carrying filter 13. However, the air-fuel ratio of the exhaust gas in the regeneration control may be set from the beginning to a stoichiometric air-fuel ratio or a predetermined value that is rich enough to make the excess reducing agent insufficient. That is, in this case, the regeneration control is always performed as shown in FIG. 8B or 8C, and when the regeneration control is performed, NOx is always supplied to the NOx storage agent carrying filter 13. In this way, the supply of NOx to the NOx storage agent carrying filter 13 is secured by simpler control.
[0060]
In the configuration of the exhaust gas purifying apparatus 10 shown in FIG. 2, the reducing agent addition nozzle 32 is used as a means for enriching the air-fuel ratio of the exhaust gas during the NOx storage agent regeneration control. The air-fuel ratio is not limited to this, and the air-fuel ratio may be controlled by another method such as adding a reducing agent by post-injection.
[0061]
Further, in the configuration of the exhaust gas purifying device 10 shown in FIG. 2, the upstream NOx storage agent 15 and the NOx storage agent carrying filter 13 are provided separately, but these are housed in the same catalytic converter. You may.
Further, the exhaust gas purifying apparatus including the components shown in FIG. 2 can be integrally formed with the muffler.
[0062]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, in the exhaust gas purifying apparatus in which the NOx occluding agent carrying filter is disposed in the exhaust gas passage and another NOx occluding agent is arranged on the upstream side of the filter, the NOx occluding agent carrying filter is provided. An exhaust gas purifying apparatus is provided in which oxidization and removal of trapped fine particles can be favorably performed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a case where the present invention is applied to a diesel engine.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing an exhaust gas purification device of the present invention.
FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of a particulate filter carrying a NOx storage agent.
FIG. 4 is a diagram for explaining an NOx occlusion / release and reduction / purification action, and an oxidation promoting action by generated active oxygen.
FIG. 5 is a flowchart showing a control routine of NOx supply control for supplying NOx to a NOx storage agent carrying filter.
6 is an explanatory diagram related to the NOx supply control shown in FIG. 5, and is a diagram showing a relationship between an air-fuel ratio change and a NOx concentration before and after an exhaust gas purification device and in an exhaust gas purification device. is there.
FIG. 7 is a flowchart showing another control routine of NOx supply control for supplying NOx to the NOx storage agent carrying filter.
8 is an explanatory diagram related to the NOx supply control shown in FIG. 7, and is a diagram showing a relationship between an air-fuel ratio change and a NOx concentration before and after an exhaust gas purification device and in an exhaust gas purification device. is there.
FIG. 9 is a view similar to FIG. 8, showing a case where air-fuel ratio control different from that in FIG. 8 is performed.
FIG. 10 is a diagram showing a relationship between an air-fuel ratio and a release speed of occluded NOx.
[Explanation of symbols]
2. The body of the engine
4: Intake passage
6 ... Exhaust gas passage
8 Electronic control unit (ECU)
10. Exhaust gas purification device
12 NOx storage agent
13. NOx storage agent carrying filter
14 ... Particulate filter
15 ... upstream NOx storage agent
16 ... Exhaust gas passage
32 ... Reducing agent injection nozzle

Claims (3)

排気ガス通路に配置されて内燃機関から排出される排気ガス中の微粒子を捕集し、該微粒子を酸化除去するパティキュレートフィルタであって、流通する排気ガスの空燃比がリーンの時にＮＯｘを吸蔵し、流通する排気ガスの空燃比が小さくなると吸蔵したＮＯｘを放出し且つ還元剤が存在していれば放出したＮＯｘを還元浄化する作用を有するＮＯｘ吸蔵剤が担持されたパティキュレートフィルタと、
上記作用を有するＮＯｘ吸蔵剤であって、排気ガス通路において上記パティキュレートフィルタの上流側に配置される上流側ＮＯｘ吸蔵剤と、を具備する排気ガス浄化装置において、
上記上流側ＮＯｘ吸蔵剤から放出させたＮＯｘを上記パティキュレートフィルタへ流入させることで、上記パティキュレートフィルタに流入するＮＯｘ量を制御する流入ＮＯｘ量制御手段を具備していることを特徴とする排気ガス浄化装置。A particulate filter disposed in an exhaust gas passage for collecting particulates in exhaust gas discharged from an internal combustion engine and oxidizing and removing the particulates, and stores NOx when the air-fuel ratio of the flowing exhaust gas is lean. A particulate filter loaded with a NOx occluding agent having an action of releasing the stored NOx when the air-fuel ratio of the exhaust gas circulating becomes small and reducing and purifying the released NOx if a reducing agent is present,
An NOx occluding agent having the above function, and an upstream NOx occluding agent disposed upstream of the particulate filter in the exhaust gas passage.
An exhaust system comprising an inflow NOx amount control means for controlling the amount of NOx flowing into the particulate filter by flowing NOx released from the upstream NOx storage agent into the particulate filter. Gas purification device. 上記流入ＮＯｘ量制御手段が、上記上流側ＮＯｘ吸蔵剤に流入する排気ガスの空燃比と所望の空燃比に維持する時間との少なくとも一方を調整することにより上記パティキュレートフィルタに流入するＮＯｘ量を制御する、請求項１に記載の排気ガス浄化装置。The inflow NOx amount control means adjusts at least one of the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the upstream NOx storage agent and the time for maintaining the air-fuel ratio at a desired air-fuel ratio, thereby reducing the amount of NOx flowing into the particulate filter. The exhaust gas purifying apparatus according to claim 1, which controls the exhaust gas purifying apparatus. 上記流入ＮＯｘ量制御手段が、上記上流側ＮＯｘ吸蔵剤から放出させるＮＯｘ量と上記上流側ＮＯｘ吸蔵剤において還元浄化されるＮＯｘ量とを調整することにより上記パティキュレートフィルタに流入するＮＯｘ量を制御する、請求項２または３に記載の排気ガス浄化装置。The inflow NOx amount control means controls the amount of NOx flowing into the particulate filter by adjusting the amount of NOx released from the upstream NOx storage agent and the amount of NOx reduced and purified by the upstream NOx storage agent. The exhaust gas purifying apparatus according to claim 2, wherein
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