JP2004092566A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents
内燃機関の排気浄化装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2004092566A JP2004092566A JP2002256775A JP2002256775A JP2004092566A JP 2004092566 A JP2004092566 A JP 2004092566A JP 2002256775 A JP2002256775 A JP 2002256775A JP 2002256775 A JP2002256775 A JP 2002256775A JP 2004092566 A JP2004092566 A JP 2004092566A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- sox
- exhaust
- exhaust gas
- fuel ratio
- holding material
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Abstract
【解決手段】SOx保持材を担持した排気浄化材16と、排気浄化材に流入する排気ガスの空燃比をリッチにしてSOx保持材からSOxを放出させるSOx放出手段19a、19bと、排気浄化材への排気ガスの流れを制御する排気流制御手段17とを具備する。排気流制御手段が第1状態とされると一方の側から排気浄化材に排気ガスが流入せしめられ、第2状態とされると逆側から排気浄化材に排気ガスが流入せしめられ、第3状態とされると排気ガスが排気浄化材をバイパスする。排気流制御手段が第1状態と第2状態との間で切り換えられるときには第3状態を介して排気流制御手段が切り換えられる。排気流制御手段が第1の作動状態と第2の作動状態との間で切り換えられる途中で上記SOx放出手段によってSOx保持材からSOxが放出せしめられる。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
内燃機関の燃焼室から排出される排気ガス中のNOx(窒素酸化物)を吸収するためのNOx吸収剤を担持したパティキュレートフィルタが、特許文献1に開示されている。ここで、NOx吸収剤が吸収可能なNOxの量には限界がある。一方、NOx吸収剤はそこに流入する排気ガスが酸素箇条な状態にあると排気ガス中のNOxを吸収するが、そこに流入する排気ガスが還元剤過剰な状態になると、吸収しているNOxを排気ガス中の還元剤によって還元浄化する作用を有する。
【0003】
したがって、NOx吸収剤のNOx吸収量がその限界値に達する前に、NOx吸収剤に流入する排気ガスの還元剤濃度を増大させれば、NOx吸収剤に吸収されているNOxが還元浄化され、NOx吸収剤のNOx吸収量が少なくなる。しかしながら、NOx吸収剤に流入する排気ガスの流量が多い状態でNOx吸収剤に流入する排気ガスを還元剤過剰な状態にするには、多量の還元剤が必要となる。
【0004】
そこで、特許文献1では、大部分の排気ガスがNOx吸収剤をバイパスするように排気ガスの流れを制御することによって、NOx吸収剤に流入する排気ガスの流量を少なくし、これによって、NOx吸収剤に流入する排気ガスを還元剤過剰な状態にするのに必要な還元剤の量を少なくしている。
【特許文献1】
特開2001−317338号公報
【特許文献2】
特開2002−13413号公報
【特許文献3】
特開2001−267652号公報
【特許文献4】
特開2000−291422号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、これによると、NOx吸収剤を備えたパティキュレートフィルタを通らずにパティキュレートフィルタ下流へと流出する排気ガスの量が多くなるので、その分だけ、排気エミッションが悪化するという問題が生じる。
【0006】
この問題は、流入する排気ガスが酸素過剰な状態にあるときに排気ガス中のSOx(硫黄酸化物)を保持するが、流入する排気ガスが還元剤過剰な状態となると保持しているSOxを放出するSOx保持材を担持した排気浄化材を備えた排気浄化装置において、ほとんどの排気ガスが排気浄化材をバイパスするように排気ガスの流れを制御することによって、排気浄化材に流入する排気ガスの流量を少なくした上で、排気浄化材に流入する排気ガスを還元剤過剰な状態とする場合にも、同様に生じる問題である。
【0007】
本発明の目的は、排気浄化装置全体の排気エミッションを良好なものに維持しつつSOx保持材からSOxを放出することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、1番目の発明では、流入する排気ガスの空燃比がリーン空燃比であるときに排気ガス中のSOxを保持可能であるが流入する排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチ空燃比となると保持しているSOxを放出するSOx保持材を担持した排気浄化材と、該排気浄化材に流入する排気ガスの空燃比をほぼ理論空燃比またはリッチ空燃比にしてSOx保持材からSOxを放出させるSOx放出手段と、排気浄化材への排気ガスの流れを制御する排気流制御手段とを具備し、該排気流制御手段が第1の作動状態とされると一方の側から排気浄化材に排気ガスが流入せしめられ、排気流制御手段が第2の作動状態とされると逆側から排気浄化材に排気ガスが流入せしめられ、排気流制御手段が第3の作動状態とされると排気ガスが排気浄化材をバイパスし、排気流制御手段の作動状態が第1の作動状態と第2の作動状態との間で切り換えられるときには第3の作動状態を介して排気流制御手段の作動状態が切り換えられる内燃機関の排気浄化装置において、上記排気流制御手段の作動状態が第1の作動状態と第2の作動状態との間で切り換えられる途中で上記SOx放出手段によってSOx保持材からSOxが放出せしめられる。
ここで、排気浄化材、SOx放出手段、排気流制御手段、第1の作動状態、第2の作動状態、および、第3の作動状態は、後述する実施形態において、それぞれ、パティキュレートフィルタ、燃料添加弁、流量調整弁、順流位置、逆流位置、および、中立位置に相当する。
【0009】
上記課題を解決するために、2番目の発明では、流入する排気ガスの空燃比がリーン空燃比であるときに排気ガス中のSOxを保持可能であるが流入する排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチ空燃比となると保持しているSOxを放出するSOx保持材と、該SOx保持材に流入する排気ガスの空燃比をほぼ理論空燃比またはリッチ空燃比にして該SOx保持材からSOxを放出させるSOx放出手段と、排気ガス中の成分を浄化するための排気浄化材であってSOxを保持可能な排気浄化材と、該排気浄化材への排気ガスの流れを制御する排気流制御手段とを具備し、該排気流制御手段が第1の作動状態とされると一方の側から排気浄化材に排気ガスが流入し、排気流制御手段が第2の作動状態とされると逆側から排気浄化材に排気ガスが流入し、排気流制御手段が第3の作動状態とされると排気ガスが排気浄化材をバイパスし、排気流制御手段の作動状態が第1の作動状態と第2の作動状態との間で切り換えられるときには第3の作動状態を介して排気流制御手段の作動状態が切り換えられる内燃機関の排気浄化装置において、SOx保持材が排気浄化材の上流に配置されており、上記排気流制御手段の作動状態が第1の作動状態と第2の作動状態との間で切り換えられる途中で上記SOx放出手段によってSOx保持材からSOxが放出せしめられる。
ここで、排気浄化材、SOx放出手段、排気流制御手段、第1の作動状態、第2の作動状態、および、第3の作動状態は、後述する実施形態において、それぞれ、パティキュレートフィルタ、燃料添加弁、流量調整弁、順流位置、逆流位置、および、中立位置に相当する。
【0010】
3番目の発明では、1または2番目の発明において、上記SOx保持材の温度を推定する温度推定手段をさらに具備し、該温度推定手段によって検出されるSOx保持材の温度が予め定められた温度よりも高いときに上記SOx放出手段によってSOx保持材からSOxが放出せしめられる。ここで、温度推定手段は、後述する実施形態において、温度センサに相当する。
4番目の発明では、3番目の発明において、上記温度推定手段によって検出されるSOx保持材の温度が上記予め定められた温度よりも高いときであっても、SOx保持材の温度がSOx保持材に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比またはリッチ空燃比にするとSOx保持材の熱劣化を引き起こす温度よりも高いときには、上記SOx放出手段によるSOx保持材からのSOxの放出が禁止される。
5番目の発明では、1または2番目の発明において、上記排気流制御手段の作動状態は通常、予め定められたタイミングが到来する毎に予め定められた切換速度でもって第1の作動状態と第2の作動状態との間で切り換えられ、一方、上記排気流制御手段の作動状態はSOxがSOx放出手段によってSOx保持材から放出せしめられるときには上記予め定められた切換速度よりも遅い切換速度でもって第1の作動状態と第2の作動状態との間で切り換えられる。
6番目の発明では、1または2番目の発明において、上記排気流制御手段の作動状態が第3の作動状態近傍の予め定められた範囲にあるときにSOx放出手段によってSOx保持材からSOxが放出せしめられる。
【0011】
上記課題を解決するために、7番目の発明では、SOxを保持可能なSOx保持材を担持した排気浄化材からSOxを放出させる方法において、排気浄化材への排気ガスの流入方向が逆転せしめられている途中に排気浄化材にリッチ空燃比の排気ガスを供給することによってSOx保持材からSOxを放出させる。ここで、排気浄化材は、後述する実施形態において、パティキュレートフィルタに相当する。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明を説明する。図1は、本発明の排気浄化装置を備えた内燃機関を示している。図1に示した内燃機関は、圧縮着火式の内燃機関である。図1において、1は機関本体、2は燃焼室、3は燃料噴射弁、4は吸気マニホルド、5は排気マニホルドである。各燃料噴射弁3は共通のいわゆるコモンレール6に接続されている。コモンレール6は燃料を高圧下で溜めておくためのリザーバとして機能し、各燃料噴射弁3にはこのコモンレール6から燃料が供給される。
【0013】
吸気マニホルド4には吸気管7が接続されている。吸気管7には燃焼室2に吸入される空気を冷却するためのインタークーラ8が取り付けられている。インタークーラ8下流の吸気管7内には、燃焼室2内に吸入される空気の量を制御するためのスロットル弁9が配置されている。また、インタークーラ8上流において、吸気管7は排気ターボチャージャ10のコンプレッサ11の出口部に接続されている。コンプレッサ11の入口部にも吸気管7が接続されている。この吸気管7には、燃焼室2に吸入される空気の量を検出するためのエアフローメータ12が配置されている。
【0014】
排気マニホルド5には排気管13が接続されている。排気管13は排気ターボチャージャ10の排気タービン14の入口部に接続されている。排気タービン14の出口部にも排気管13が接続されており、この排気管13には、該排気管13から分岐し、この排気管13からの分岐部分に戻るようにループ状をなす環状管15が接続されている。すなわち、環状管15はその両端の開口が排気管13の同じ領域に開口するように排気管13に接続されている。
【0015】
環状管15内には、排気ガス中の微粒子を捕集するためのパティキュレートフィルタ(以下、単に、フィルタと称す)16が配置されている。
【0016】
図2(A)はフィルタ16の端面図であり、図2(B)はフィルタ16の縦断面図である。図2(A)および図2(B)に示したように、フィルタ16はハニカム構造をなす隔壁30を具備する。これら隔壁30によって互いに平行をなして延びる複数個の排気流通路31,32が形成される。これら排気流通路のうち略半数の排気流通路31がその下流端開口を栓33で閉鎖されている。以下、これら排気流通路31を排気流入通路と称す。一方、残りの半数の排気流通路32はその上流端開口を栓34で閉鎖されている。以下、これら排気流通路32を排気流出通路と称す。排気流入通路31には4つの排気流出通路32が隣接する。一方、排気ガス流出通路32には4つの排気流入通路31が隣接する。
【0017】
排気ガスは排気流入通路31に流入する。隔壁30はコージェライトのような多孔質材料からなるので、図2(B)において矢印で示したように、排気流入通路31内の排気ガスは、隔壁30の細孔を通って、隣接する排気流出通路32内に流れ込む。
【0018】
また、フィルタ16は、貴金属触媒と活性酸素生成剤とを担持している。すなわち、本発明では、フィルタ16の隔壁30の両壁面上、および、隔壁30の細孔を画成する壁面上に全面に亘って、例えば、アルミナからなる担体層が形成され、この担体層上に、貴金属触媒と、活性酸素生成剤とが担持されている。
【0019】
貴金属触媒としては、白金(Pt)が用いられる。一方、活性酸素生成剤としては、カリウム(K)、ナトリウム(Na)、リチウム(Li)、セシウム(Cs)、ルビジウム(Rb)のようなアルカリ金属、バリウム(Ba)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)のようなアルカリ土類金属、ランタン(La)、イットリウム(Y)、セリウム(Ce)のような希土類、鉄(Fe)のような遷移金属、およびスズ(Sn)のような炭素族元素から選ばれた少なくとも一つが用いられる。
【0020】
フィルタ16は、貴金属触媒と活性酸素生成剤とによって生成される活性酸素によって、フィルタ16に捕集された微粒子を比較的短時間のうちに酸化除去する。
【0021】
すなわち、排気ガスがフィルタ16に流入すると、図3(A)に示したように、排気ガス中の酸素(O2)がO2 −またはO2−の形で白金40の表面に付着する。排気ガス中のNOはこれらO2 −またはO2−と反応し、NO2となる。斯くして生成されたNO2の一部は、白金40上で酸化されつつ活性酸素生成剤41内に吸収によって保持され、図3(A)に示したように、カリウム(K)と結合しながら硝酸イオン(NO3 −)の形で活性酸素生成剤41内に拡散し、硝酸カリウム(KNO3)を生成する。すなわち、排気ガス中の酸素が硝酸カリウム(KNO3)の形で活性酸素生成剤41内に吸収によって保持される。
【0022】
ここで、図3(B)において42で示したように、微粒子が活性酸素生成剤41の表面上に接触して付着すると、微粒子42と活性酸素生成剤41との接触面では酸素濃度が低下する。すなわち、活性酸素生成剤41の周囲の酸素濃度が低下する。酸素濃度が低下すると酸素濃度の高い活性酸素生成剤41内との間で濃度差が生じ、斯くして、活性酸素生成剤41内の酸素が微粒子42と活性酸素生成剤41との接触面に向けて移動しようとする。その結果、活性酸素生成剤41内に形成されている硝酸カリウム(KNO3)がカリウム(K)と酸素(O)とNOとに分解され、酸素(O)が微粒子と活性酸素生成剤41との接面に向かい、その一方で、NOが活性酸素生成剤41から外部に放出される。
【0023】
ここで、微粒子42と活性酸素生成剤41との接触面に向かう酸素は、硝酸カリウムといった化合物から分解された酸素であるので、不対電子を有し、したがって、極めて高い反応性を有する活性酸素となっている。こうして活性酸素生成剤41は活性酸素を生成する。なお、外部に放出されたNOは下流側の白金40上において酸化され、再び活性酸素生成剤41内に保持される。
【0024】
活性酸素生成剤41によって生成される活性酸素はそこに付着した微粒子42を酸化除去するために消費される。すなわち、フィルタ16に捕集された微粒子42は活性酸素生成剤41によって生成される活性酸素によって酸化除去される。
【0025】
このように、フィルタ16に捕集されている微粒子が反応性の高い活性酸素によって輝炎を発することなく酸化除去されるので、フィルタ16の温度が過剰に高くなることがなく、したがって、フィルタ16が熱劣化することがない。
【0026】
ところで、環状管15が排気管13から分岐する領域において、排気管13内には、環状管15に流入する排気ガスの量と環状管15に流入せずにそのまま排気管13を流れる排気ガスの量との割合を調整するための流量調整弁17が配置されている。流量調整弁17には、ステップモータ18が接続されている。ステップモータ18は速度可変に流量調整弁17を駆動することができる。
【0027】
流量調整弁17が図4(A)に示した位置に位置決めされたときには、矢印で示したように、ほとんどの排気ガスが環状管15に流入し、一方の側からフィルタ16に流入する。そして、フィルタ16から流出した排気ガスは、再び、排気管13に流入する。一方、流量調整弁17が図4(B)に示した位置に位置決めされたときには、矢印のように、ほとんどの排気ガスが環状管15に流入するが、逆側からフィルタ16に流入する。そして、この場合にも、フィルタ16から流出した排気ガスは、再び、排気管13に流入する。
【0028】
さらに、流量調整弁17が図4(C)に示した位置に位置決めされたときには、矢印で示したように、ほとんどの排気ガスが環状管15に流入することなく、そのまま、排気管13内を流れる。すなわち、排気ガスはフィルタ16をバイパスすることとなる。したがって、この場合、流量調整弁17下流の排気管13はフィルタ16をバイパスするバイパス通路13aとして働く。
【0029】
以下の説明では、図4(A)に示されている流量調整弁17の作動位置を順流位置と称し、図4(B)に示されている流量調整弁17の作動位置を逆流位置と称し、図4(C)に示されている流量調整弁17の作動位置を中立位置と称する。
【0030】
本発明では、フィルタ16に堆積している微粒子の量が許容値に達する毎に、流量調整弁17の作動位置は予め定められた切換速度でもって順流位置と逆流位置との間で切り換えられる。これによれば、フィルタ16への排気ガスの流入方向が逆転するので、フィルタ16に堆積している微粒子がフィルタ内において流動することとなり、これによって、フィルタ16における微粒子の酸化が促進される。
【0031】
ところで、流量調整弁17とフィルタ16との間の環状管15には、それぞれ、環状管15内に燃料を噴射するための燃料添加弁19a、19bが取り付けられている。これら燃料添加弁19a、19bは、フィルタ16にほぼ理論空燃比またはリッチ空燃比(以下、ほぼ理論空燃比とリッチ空燃比とをまとめて、リッチ空燃比と称す)の排気ガス(以下、ほぼ理論空燃比の排気ガスとリッチ空燃比の排気ガスとをまとめて、リッチガスと称す)を供給するため、すなわち、フィルタ16に燃料を供給するために用いられる。なお、フィルタ16に関して、排気ガスの空燃比とは、燃料噴射弁3から噴射された燃料と燃料添加弁19から噴射された燃料との総量に対する燃焼室2に吸入された空気の量の比である。さらに、流量調整弁17上流の排気管13には、排気ガスの温度を検出するための温度センサ20が取り付けられている。この温度センサ20によって検出される排気ガスの温度に基づいて、フィルタ16の温度が推定される。
【0032】
また、燃焼室2から排出された排気ガスを燃焼室2に導入するための排気再循環(EGR)通路21が排気マニホルド5から吸気マニホルド4まで延びる。EGR通路21には、排気ガスを冷却するためのEGRクーラ22が取り付けられている。また、EGRクーラ22上流において、EGR通路21内には、排気ガス中のCO(一酸化炭素)およびHC(未燃炭化水素)を酸化除去するための酸化触媒23が配置されている。また、EGRクーラ22下流において、EGR通路21には、燃焼室2に導入される排気ガスの量を制御するためのEGR制御弁24が取り付けられている。
【0033】
ところで、燃料には硫黄成分が含まれていることから、燃焼室2内においてSOx(硫黄酸化物)が発生する。したがって、排気ガス中にはSOxが含まれている。ここで、フィルタ16の活性酸素生成剤41は、そこに流入する排気ガスの空燃比がリーン空燃比であると、排気ガス中のSOxを吸収または吸着によって保持してしまう。ここで、活性酸素生成剤41が保持しているSOxの量が多くなると、活性酸素生成剤41が保持可能なNOxの量が少なくなってしまう。
【0034】
そこで、第1実施形態では、活性酸素生成剤41が保持可能なNOxの量がその許容下限値を下回る前に、フィルタ16の上流側の燃料添加弁、すなわち、流量調整弁17が順流位置に位置決めされているときには一方の燃料添加弁19aから燃料を噴射することによってリッチガスを供給し、流量調整弁17が逆流位置に位置決めされているときには他方の燃料添加弁19bから燃料を噴射することによってリッチガスを供給する。斯くして、活性酸素生成剤41からSOxを放出させる。
【0035】
ところで、活性酸素生成剤41からSOxを放出させるために燃料添加弁19a、19bから燃料を噴射するときにフィルタ16に流入する排気ガスの量が多いと、フィルタ16にリッチガスを供給するために必要な燃料の量が多くなる。ここで、活性酸素生成剤41からSOxを放出させるために必要な燃料の量を少なくするためには、燃料添加弁19a、19bから燃料を噴射するときに、流量調整弁17を中立位置に位置決めし、排気ガスがフィルタ16をバイパスするようにすればよい。しかしながら、これによると、排気ガスがフィルタ16を通らずにそのまま下流へと流れるので、排気エミッションが悪化してしまう。
【0036】
そこで、第1実施形態では、流量調整弁17の作動位置が順流位置と逆流位置との間で切り換えられている途中で、より詳細には、流量調整弁17の作動位置が中立位置近傍の予め定められた範囲内にあるとき、さらに詳細には、図5に示したように、中立位置近傍であって該中立位置を中心とした予め定められた範囲D内にあるときに、活性酸素生成剤41からSOxを放出させる。これによれば、一部の排気ガスがフィルタ16をバイパスしてそのまま流量調整弁17下流の排気管13aに流入するので、フィルタ16に流入する排気ガスの量が少なくなる。したがって、フィルタ16にリッチガスを供給するために必要な燃料の量が少なく抑えられる。さらに、これによれば、フィルタ16をバイパスする排気ガスの量は少なく抑えられるので、排気エミッションの悪化が抑制される。
【0037】
ところで、活性酸素生成剤41はその温度が或る温度よりも高いときに流入する排気ガスの空燃比がリッチ空燃比となるとより多くのSOxを放出する。
【0038】
そこで、第2実施形態では、第1実施形態において、活性酸素生成剤41の温度、すなわち、フィルタ16の温度が予め定められた温度よりも高いときであって、且つ、流量調整弁17の作動位置が順流位置と逆流位置との間で切り換えられている途中で、活性酸素生成剤41からSOxを放出させる。これによれば、活性酸素生成剤41からSOxが放出される期間が流量調整弁17の作動位置が順流位置と逆流位置との間で切り換えられる途中という短い期間であっても、比較的多くのSOxが活性酸素生成剤41から放出される。
【0039】
図6は、第2実施形態に従って、活性酸素生成剤41からSOxを放出するためのルーチン(S再生ルーチン)を示している。図6に示したルーチンでは、始めに、ステップ10において、フィルタ17の温度Tが予め定められた温度Tthよりも高い(T>Tth)か否かが判別される。ステップ10において、T>Tthであると判別されたときには、ルーチンはステップ11に進んで、流量調整弁17の作動位置VAが中立位置近傍であって中立位置を中心とした範囲D内にある(VA≦D)か否かが判別される。
【0040】
ステップ11において、VA≦Dであると判別されたときには、ルーチンはステップ12に進んで、リッチ化制御が実行される。このリッチ化制御では、燃料添加弁19a、19bから燃料が噴射され、フィルタ16にリッチガスが供給される。なお、ステップ10において、T≦Tthであると判別されたとき、および、ステップ11において、VA>Dであると判別されたときには、ルーチンは終了する。
【0041】
ところで、フィルタ16にリッチガスを供給すると、リッチガス中の燃料がフィルタ16において酸化反応し、フィルタ16および活性酸素生成剤41の温度が上昇する。ここで、フィルタ16および活性酸素生成剤41の温度があまりに高くなると、フィルタ16および活性酸素生成剤41が熱劣化してしまう。
【0042】
そこで、第3実施形態では、第2実施形態において、活性酸素生成剤41の温度、すなわち、フィルタ16の温度が予め定められた温度よりも高いときであって、且つ、流量調整弁17の作動位置が順流位置と逆流位置との間で切り換えられている途中であっても、フィルタ16の温度がフィルタ16にリッチガスを供給するとフィルタ16および活性酸素生成剤41の熱劣化を引き起こす温度よりも高いときには、フィルタ16へのリッチガスの供給が禁止され、したがって、活性酸素生成剤41からのSOxの放出が禁止される。
【0043】
ところで、上述した実施形態では、流量調整弁17の作動位置が順流位置と逆流位置との間で切り換えられている途中で、活性酸素生成剤41からSOxを放出させるようにしているが、これでは、活性酸素生成剤41からSOxを放出させる時間が短い場合がある。
【0044】
そこで、第4実施形態では、上述した実施形態において、通常、フィルタ16に堆積している微粒子の量が許容値に達する毎に、流量調整弁17の作動位置が予め定められた切換速度でもって順流位置と逆流位置との間で切り換えられるが、活性酸素生成剤41からSOxを放出させるときには、流量調整弁17が上記予め定められた切換速度よりも遅い切換速度でもって順流位置と逆流位置との間で切り換えられる。これによれば、活性酸素生成剤41からSOxを放出させる時間が長くなる。
【0045】
次に、第5実施形態について説明する。第5実施形態の排気浄化装置を図7に示した。第5実施形態では、排気ターボチャージャ10の排気タービン14の出口部下流であって流量調整弁17上流の排気管13に、排気ガス中のSOxを捕獲して保持するためのSOx保持材25が配置されている。
【0046】
図8(A)はSOx保持材25の端面図であり、図8(B)はSOx保持材25の縦断面図である。図8(A)および図8(B)に示したように、SOx保持材25はハニカム構造をなす隔壁50を具備する。これら隔壁50によって互いに平行をなして延びる複数個の排気流通路51が形成される。隔壁50はコージェライトのような多孔質材料からなり、この隔壁50にSOxを保持することができる材料が担持される。
【0047】
また、第5実施形態では、環状管15には燃料添加弁は取り付けられておらず、その代わりに、排気タービン14の出口部下流であってSOx保持材25上流の排気管13に、燃料添加弁19が取り付けられている。なお、第5実施形態では、温度センサ20によって検出される排気ガスの温度に基づいて、SOx保持材25およびフィルタ16の温度が推定される。
【0048】
ところで、上述したように、燃料には硫黄成分が含まれていることから、燃焼室2内においてSOxが発生する。したがって、排気ガス中にはSOxが含まれている。そして、上述したように、SOx保持材25は、そこに流入する排気ガスの空燃比がリーン空燃比であるときにSOxを捕獲して保持する。燃焼室2から排出される排気ガスの空燃比は、内燃機関が通常運転せしめられているときには、通常、リーン空燃比であるので、内燃機関が通常運転せしめられている間、SOx保持材に保持されているSOxの量は徐々に増大する。
【0049】
ここで、SOx保持材25が保持可能なSOxの量には限界があるので、SOx保持材25が保持しているSOxの量がその上限値に達する前に、SOx保持材25からSOxを放出させる必要がある。ここで、SOx保持材25はそこに流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比またはリッチ空燃比になると、保持しているSOxを放出し、このSOxの放出量はSOx保持材25の温度が或る温度を超えると一気に多くなる。
【0050】
そこで、第5実施形態では、SOx保持材25に保持されているSOxの量がその上限値に達する前に、燃料添加弁19から燃料を噴射することによってリッチガスを供給する。斯くして、SOx保持材25からSOxを放出させる。
【0051】
なお、SOx保持材25に関して、排気ガスの空燃比とは、燃料噴射弁3から噴射された燃料と燃料添加弁19から噴射された燃料との総量に対する燃焼室2に吸入された空気の量の比である。
【0052】
ところで、フィルタ16の活性酸素生成剤41は、そこに流入する排気ガスの空燃比がリーン空燃比であると、排気ガス中のSOxを吸収または吸着によって保持してしまう。ここで、活性酸素生成剤41が保持しているSOxの量が多くなると、活性酸素生成剤41が保持可能なNOxの量が少なくなってしまう。このように活性酸素生成剤41がSOxを保持してしまうことを抑制するために、フィルタ16上流にSOx保持材25が配置されている。
【0053】
ところが、上述したように、SOx保持材25からSOxを放出させたときに、流量調整弁17が順流位置または逆流位置に固定されていると、フィルタ16にSOxが流入することとなるので、SOx保持材25から放出されたSOxがフィルタ16に流入し、このSOxを活性酸素生成剤41が保持してしまう。
【0054】
このように活性酸素生成剤41がSOxを保持してしまうことを抑制するためには、SOx保持材25からSOxを放出させている間、流量調整弁17を中立位置に位置決めし、排気ガスがフィルタ16をバイパスするようにすればよい。しかしながら、これによると、SOx保持材25から流出した排気ガスがフィルタ16を通らずにそのまま下流へと流れるので、排気エミッションが悪化してしまう。
【0055】
そこで、第5実施形態では、流量調整弁17の作動位置が順流位置と逆流位置との間で切り換えられている途中で、より詳細には、流量調整弁17の作動位置が中立位置近傍の予め定められた範囲内にあるとき、さらに詳細には、中立位置近傍であって該中立位置を中心とした予め定められた範囲内にあるときに、SOx保持材25からSOxを放出させる。これによれば、一部の排気ガスがフィルタ16をバイパスしてそのまま流量調整弁17下流の排気管13aに流入するので、フィルタ16に流入するSOxの量が少なくなる。したがって、活性酸素生成剤41が保持してしまうSOxの量が少なく抑えられる。さらに、これによれば、フィルタ16をバイパスする排気ガスの量は少なく抑えられるので、排気エミッションの悪化が抑制される。
【0056】
ところで、SOx保持材25はその温度が或る温度よりも高いときに流入する排気ガスの空燃比がリッチ空燃比となるとより多くのSOxを放出する。
【0057】
そこで、第6実施形態では、第5実施形態において、SOx保持材25の温度が予め定められた温度よりも高いときであって、且つ、流量調整弁17の作動位置が順流位置と逆流位置との間で切り換えられている途中で、SOx保持材25からSOxを放出させる。これによれば、SOx保持材25からSOxが放出される期間が流量調整弁17の作動位置が順流位置と逆流位置との間で切り換えられる途中という短い期間であっても、比較的多くのSOxがSOx保持材25から放出される。
【0058】
ところで、SOx保持材25にリッチガスを供給すると、リッチガス中の燃料がSOx保持材25において酸化反応し、SOx保持材25の温度が上昇する。ここで、SOx保持材25の温度があまりにも高くなると、SOx保持材25が熱劣化してしまう。
【0059】
そこで、第7実施形態では、第6実施形態において、SOx保持材25の温度が予め定められた温度よりも高いときであって、且つ、流量調整弁17の作動位置が順流位置と逆流位置との間で切り換えられている途中であっても、SOx保持材25の温度がSOx保持材25にリッチガスを供給するとSOx保持材の熱劣化を引き起こす温度よりも高いときには、SOx保持材へのリッチガスの供給が禁止され、したがって、SOx保持材からのSOxの放出が禁止される。
【0060】
ところで、上述した実施形態では、流量調整弁17の作動位置が順流位置と逆流位置との間で切り換えられている途中で、SOx保持材からSOxを放出させるようにしているが、これでは、SOx保持材からSOxを放出させる時間が短い場合がある。
【0061】
そこで、第8実施形態では、第5実施形態〜第7実施形態において、通常、フィルタ16に堆積している微粒子の量が許容値に達する毎に、流量調整弁17の作動位置が予め定められた切換速度でもって順流位置と逆流位置との間で切り換えられるが、SOx保持材からSOxを放出させるときには、流量調整弁17が上記予め定められた切換速度よりも遅い切換速度でもって順流位置と逆流位置との間で切り換えられる。これによれば、SOx保持材25からSOxを放出させる時間が長くなる。
【0062】
なお、第1実施形態〜第4実施形態においてパティキュレートフィルタが別の排気浄化材であっても、該排気浄化材がSOxを保持可能な排気浄化材であれば、本発明は適用可能である。ここで、SOxを保持可能な排気浄化材としては、流入する排気ガスの空燃比がリーン空燃比であると排気ガス中のNOxを吸収または吸着によって保持するが、流入する排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチ空燃比となると保持しているNOxを還元するNOx触媒が挙げられる。
【0063】
また、第5実施形態〜第8実施形態においてSOx保持材が別の排気浄化材であっても、該排気浄化材がSOxを保持可能な排気浄化材であれば、本発明は適用可能である。ここで、SOxを保持可能な排気浄化材としては、流入する排気ガスの空燃比がリーン空燃比であると排気ガス中のNOxを吸収または吸着によって保持するが、流入する排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチ空燃比となると保持しているNOxを還元するNOx触媒が挙げられる。
【0064】
【発明の効果】
本発明によれば、SOx保持材からSOxが良好に排出されるが、このとき、排気ガスが排気浄化材をバイパスしている期間は、排気流制御手段の作動状態が第1の作動状態と第2の作動状態との間で切り換えられる途中という比較的短い期間であるので、排気エミッションは良好なものに維持される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の排気浄化装置を備えた内燃機関を示した図である。
【図2】パティキュレートフィルタを示した図である。
【図3】パティキュレートフィルタの微粒子酸化作用を説明するための図である。
【図4】流量調整弁の作動位置に応じた排気ガスの流れを示した図である。
【図5】排気浄化装置の拡大図である。
【図6】第2実施形態に従ってパティキュレートフィルタからSOxを放出させるためのルーチンを示した図である。
【図7】第5実施形態の排気浄化装置を備えた内燃機関を示した図である。
【図8】SOx保持材を示した図である。
【符号の説明】
1…機関本体
2…燃焼室
3…燃料噴射弁
16…パティキュレートフィルタ
17…流量調整弁
19、19a、19b…燃料添加弁
25…SOx保持材
Claims (7)
- 流入する排気ガスの空燃比がリーン空燃比であるときに排気ガス中のSOxを保持可能であるが流入する排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチ空燃比となると保持しているSOxを放出するSOx保持材を担持した排気浄化材と、該排気浄化材に流入する排気ガスの空燃比をほぼ理論空燃比またはリッチ空燃比にしてSOx保持材からSOxを放出させるSOx放出手段と、排気浄化材への排気ガスの流れを制御する排気流制御手段とを具備し、該排気流制御手段が第1の作動状態とされると一方の側から排気浄化材に排気ガスが流入せしめられ、排気流制御手段が第2の作動状態とされると逆側から排気浄化材に排気ガスが流入せしめられ、排気流制御手段が第3の作動状態とされると排気ガスが排気浄化材をバイパスし、排気流制御手段の作動状態が第1の作動状態と第2の作動状態との間で切り換えられるときには第3の作動状態を介して排気流制御手段の作動状態が切り換えられる内燃機関の排気浄化装置において、上記排気流制御手段の作動状態が第1の作動状態と第2の作動状態との間で切り換えられる途中で上記SOx放出手段によってSOx保持材からSOxが放出せしめられることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
- 流入する排気ガスの空燃比がリーン空燃比であるときに排気ガス中のSOxを保持可能であるが流入する排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチ空燃比となると保持しているSOxを放出するSOx保持材と、該SOx保持材に流入する排気ガスの空燃比をほぼ理論空燃比またはリッチ空燃比にして該SOx保持材からSOxを放出させるSOx放出手段と、排気ガス中の成分を浄化するための排気浄化材であってSOxを保持可能な排気浄化材と、該排気浄化材への排気ガスの流れを制御する排気流制御手段とを具備し、該排気流制御手段が第1の作動状態とされると一方の側から排気浄化材に排気ガスが流入し、排気流制御手段が第2の作動状態とされると逆側から排気浄化材に排気ガスが流入し、排気流制御手段が第3の作動状態とされると排気ガスが排気浄化材をバイパスし、排気流制御手段の作動状態が第1の作動状態と第2の作動状態との間で切り換えられるときには第3の作動状態を介して排気流制御手段の作動状態が切り換えられる内燃機関の排気浄化装置において、SOx保持材が排気浄化材の上流に配置されており、上記排気流制御手段の作動状態が第1の作動状態と第2の作動状態との間で切り換えられる途中で上記SOx放出手段によってSOx保持材からSOxが放出せしめられることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
- 上記SOx保持材の温度を推定する温度推定手段をさらに具備し、該温度推定手段によって検出されるSOx保持材の温度が予め定められた温度よりも高いときに上記SOx放出手段によってSOx保持材からSOxが放出せしめられることを特徴とする請求項1または2に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 上記温度推定手段によって検出されるSOx保持材の温度が上記予め定められた温度よりも高いときであっても、SOx保持材の温度がSOx保持材に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比またはリッチ空燃比にするとSOx保持材の熱劣化を引き起こす温度よりも高いときには、上記SOx放出手段によるSOx保持材からのSOxの放出が禁止されることを特徴とする請求項3に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 上記排気流制御手段の作動状態は通常、予め定められたタイミングが到来する毎に予め定められた切換速度でもって第1の作動状態と第2の作動状態との間で切り換えられ、一方、上記排気流制御手段の作動状態はSOxがSOx放出手段によってSOx保持材から放出せしめられるときには上記予め定められた切換速度よりも遅い切換速度でもって第1の作動状態と第2の作動状態との間で切り換えられることを特徴とする請求項1または2に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 上記排気流制御手段の作動状態が第3の作動状態近傍の予め定められた範囲にあるときにSOx放出手段によってSOx保持材からSOxが放出せしめられることを特徴とする請求項1または2に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- SOxを保持可能なSOx保持材を担持した排気浄化材からSOxを放出させる方法において、排気浄化材への排気ガスの流入方向が逆転せしめられている途中に排気浄化材にリッチ空燃比の排気ガスを供給することによってSOx保持材からSOxを放出させることを特徴とする方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002256775A JP2004092566A (ja) | 2002-09-02 | 2002-09-02 | 内燃機関の排気浄化装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002256775A JP2004092566A (ja) | 2002-09-02 | 2002-09-02 | 内燃機関の排気浄化装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2004092566A true JP2004092566A (ja) | 2004-03-25 |
Family
ID=32061903
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2002256775A Pending JP2004092566A (ja) | 2002-09-02 | 2002-09-02 | 内燃機関の排気浄化装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2004092566A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008190481A (ja) * | 2007-02-07 | 2008-08-21 | Nissan Motor Co Ltd | 内燃機関の排気浄化装置 |
-
2002
- 2002-09-02 JP JP2002256775A patent/JP2004092566A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008190481A (ja) * | 2007-02-07 | 2008-08-21 | Nissan Motor Co Ltd | 内燃機関の排気浄化装置 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3758617B2 (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
JP2009114879A (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
JP3945335B2 (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
US8051647B2 (en) | Exhaust purification device of internal combustion engine | |
JP3791470B2 (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
JP2006291873A (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
JP4075387B2 (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
JP4106913B2 (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
JP2002081311A (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
JP3546950B2 (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
JP2004092566A (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
JP3496557B2 (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
JP4366950B2 (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
JP4178851B2 (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
JP3851243B2 (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
JP3912167B2 (ja) | 排気ガス浄化装置及び排気ガス浄化方法 | |
JP4175031B2 (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
JP3896893B2 (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
JP3578107B2 (ja) | 排気ガス浄化方法 | |
JP3570262B2 (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
JP4506544B2 (ja) | 圧縮着火式内燃機関の排気浄化装置 | |
JP3900039B2 (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
JP3558046B2 (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
JP2004027946A (ja) | 内燃機関 | |
JP3539268B2 (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050824 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20081021 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20081023 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20081222 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20090203 |