JP2008002358A - Exhaust emission control device of internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。 The present invention relates to an exhaust emission control device for an internal combustion engine.
ディーゼルエンジンのように希薄燃焼を実施する内燃機関が公知であり、このような内燃機関の排気通路には、NOXを浄化するためのNOX吸蔵還元触媒装置が配置される。排気ガス中のNOXを十分に浄化するために、二つのNOX吸蔵還元触媒装置を排気通路に直列に配置することが提案されている(例えば、特許文献1参照)。 Internal combustion engine carrying out the lean burn like a diesel engine are known, the exhaust passage of such an internal combustion engine, NO X occluding and reducing catalyst device for purifying NO X is arranged. In order to sufficiently purify NO x in the exhaust gas, it has been proposed to arrange two NO x storage reduction catalyst devices in series in the exhaust passage (see, for example, Patent Document 1).
NOX吸蔵還元触媒装置は、無制限にNOXを吸蔵することはできず、NOXの最大吸蔵可能量を有している。それにより、NOX吸蔵還元触媒装置は、吸蔵NOX量が最大吸蔵可能量に達する以前に、吸蔵NOXを放出して還元浄化する再生処理が必要とされる。NOX吸蔵還元触媒装置からNOXを放出させるためには、排気ガス中の酸素濃度を低下させれば良く、こうして放出されたNOXは、排気ガス中に還元物質が存在すれば、還元浄化される。それにより、再生処理は、NOX吸蔵還元触媒装置へ流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比よりリッチにすることにより実施される。 The NO X storage reduction catalyst device cannot store NO X without limitation, and has a maximum NO X storage capacity. Thus, NO X occluding and reducing catalyst device, before the amount occluded NO X reaches the maximum storable amount, regeneration process of reduction and purification by releasing occluded NO X is required. In order to release NO X from the NO X storage reduction catalyst device, it is only necessary to reduce the oxygen concentration in the exhaust gas. The NO X thus released is reduced and purified if a reducing substance exists in the exhaust gas. Is done. Thus, the regeneration process is performed by making the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NO x storage reduction catalyst device richer than the stoichiometric air-fuel ratio.
前述の背景技術において、NOX吸蔵還元触媒装置を再生処理するためには、燃焼空燃比をリーンからリッチへ変化させている。しかしながら、こうして燃焼空燃比を変化させるとトルクショックが発生するために、トルクショックを運転者に感じさせないような処置が必要となる。再生処理に際して、トルクショックを発生させないように、膨張行程又は排気行程において気筒内へ追加燃料を供給したり、又は、上流側のNOX吸蔵還元触媒装置の上流側において、機関排気系へ追加燃料を供給したりして、排気ガスの空燃比をリッチにすることが考えられる。 In the background art described above, in order to regenerate the NO x storage reduction catalyst device, the combustion air-fuel ratio is changed from lean to rich. However, if the combustion air-fuel ratio is changed in this way, a torque shock is generated, so that a measure is required to prevent the driver from feeling the torque shock. In the regeneration process, additional fuel is supplied into the cylinder in the expansion stroke or the exhaust stroke so as not to generate a torque shock, or additional fuel is supplied to the engine exhaust system upstream of the upstream NO x storage reduction catalyst device. It is conceivable that the air-fuel ratio of the exhaust gas is made rich, for example.
このような追加燃料は、上流側のNOX吸蔵還元触媒装置において、排気ガス中の酸素を消費するのに使用されると共に、酸素濃度の低下により上流側のNOX吸蔵還元触媒装置から放出されたNOXの還元浄化にも使用される。それにより、下流側のNOX吸蔵還元触媒装置へリッチ空燃比の排気ガスを流入させて下流側のNOX吸蔵還元触媒装置だけを再生処理することが望まれる場合にも、上流側のNOX吸蔵還元触媒装置を再生処理する分を合わせて供給しなければならず、追加燃料量は比較的多くなる。 Such additional fuel, in the NO X storage reduction catalyst device on the upstream side, while being used to consume the oxygen in the exhaust gas, released by reduction of the oxygen concentration from the upstream side of the NO X occluding and reducing catalyst device It is also used for NO x reduction and purification. Thus, when that downstream of the NO X occluding and reducing catalyst device by introducing the exhaust gas of a rich air-fuel ratio to the reproduction processing only the NO X storage reduction catalyst device downstream is also desired, the upstream-side NO X It is necessary to supply a portion for regenerating the storage reduction catalyst device, and the amount of additional fuel becomes relatively large.
こうして、下流側のNOX吸蔵還元触媒装置だけを再生処理することができないだけでなく、このように比較的多量の燃料を上流側のNOX吸蔵還元触媒装置へ流入させると、特に、機関排気系に追加燃料が供給される場合には、上流側のNOX吸蔵還元触媒装置に担持された酸化触媒が液状燃料により濡らされて良好に機能しないこともある。 Thus, not only the downstream NO x storage reduction catalyst device cannot be regenerated, but when a relatively large amount of fuel flows into the upstream NO x storage reduction catalyst device in this way, engine exhaust particularly When additional fuel is supplied to the system, the oxidation catalyst supported on the upstream NO x storage reduction catalyst device may be wetted by the liquid fuel and may not function well.
上流側のNOX吸蔵還元触媒装置の酸化触媒が良好に機能しなければ、排気ガス中の酸素を使用して追加燃料を良好に燃焼させることができず、排気ガス中の酸素濃度が低下しないために、上流側のNOX吸蔵還元触媒装置だけでなく下流側のNOX吸蔵還元触媒装置においても良好な再生処理を実現することができない。 If the oxidation catalyst of the upstream NO x storage reduction catalyst device does not function well, the oxygen in the exhaust gas cannot be burned well and the oxygen concentration in the exhaust gas does not decrease for, it is impossible even to realize good reproduction process in the nO X storage reduction catalyst device downstream well upstream of the nO X occluding and reducing catalyst device.
従って、本発明の目的は、上流側のNOX吸蔵還元触媒装置及び下流側のNOX吸蔵還元触媒装置を備える内燃機関の排気浄化装置において、下流側のNOX吸蔵還元触媒装置だけの再生処理を可能とすることである。 Accordingly, an object of the present invention, in the exhaust purification system for an internal combustion engine having a the NO X storage reduction catalyst device on the upstream side of the NO X occluding and reducing catalyst device and the downstream side, reproduction of only the NO X storage reduction catalyst device downstream Is to make it possible.
本発明による請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置は、機関排気系に直列に配置された上流側の第1NOX吸蔵還元触媒装置及び下流側の第2NOX吸蔵還元触媒装置を備える内燃機関の排気浄化装置において、前記第1NOX吸蔵還元触媒装置へ供給される追加燃料を供給する第1燃料供給手段と、前記第1NOX吸蔵還元触媒装置と前記第2NOX吸蔵還元触媒装置との間に追加燃料を供給する第2燃料供給手段とを具備することを特徴とする。
Combustion exhaust gas control apparatus according to
本発明による請求項2に記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記第1NOX吸蔵還元触媒装置及び前記第2NOX吸蔵還元触媒装置の両方の再生処理を実施する際には、前記第1NOX吸蔵還元触媒装置へ流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチ空燃比となるように前記第1燃料供給手段により供給される追加燃料量が決定され、前記第2NOX吸蔵還元触媒装置へ流入する排気ガスの空燃比が前記第2NOX吸蔵還元触媒装置を再生処理するためのリッチ空燃比となるように前記第2燃料供給手段により供給される追加燃料量が決定されることを特徴とする。
An exhaust purification system of an internal combustion engine according to
本発明による請求項3に記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項2に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記第1NOX吸蔵還元触媒装置及び前記第2NOX吸蔵還元触媒装置の両方の再生処理を実施する際に、前記第2NOX吸蔵還元触媒装置から流出する排気ガスの空燃比が理論空燃比となるように、前記第1燃料供給手段により供給される追加燃料量及び前記第2燃料供給手段により供給される追加燃料量が決定されることを特徴とする。
An exhaust purification system of an internal combustion engine according to claim 3 of the present invention, both the exhaust gas control apparatus according to
本発明による請求項4に記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項3に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記第1NOX吸蔵還元触媒装置及び前記第2NOX吸蔵還元触媒装置の両方の再生処理を実施する際に、前記第1NOX吸蔵還元触媒装置から燃料と共にNOXの流出が推定又は検出される時には、前記第2燃料供給手段により供給される追加燃料量を増量して前記第2NOX吸蔵還元触媒装置から流出する排気ガスの空燃比がリッチ空燃比となるようにし、推定又は検出された流出NOX量が多いほど前記第2燃料供給手段による増量分の燃料を多くすることを特徴とする。
An exhaust purification system of an internal combustion engine according to
本発明による請求項5に記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項2から4のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記第1NOX吸蔵還元触媒装置及び前記第2NOX吸蔵還元触媒装置の両方の再生処理を実施する際に、前記第2NOX吸蔵還元触媒装置が設定温度範囲内となるように、前記第1燃料供給手段により供給される追加燃料量が決定されることを特徴とする。
An exhaust purification system of an internal combustion engine according to
本発明による請求項6に記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記第1NOX吸蔵還元触媒装置及び前記第2NOX吸蔵還元触媒装置の両方の再生処理を実施する際に、前記第2燃料供給手段により追加燃料を供給して前記第2NOX吸蔵還元触媒装置の再生処理を実施した後に、前記第1燃料供給手段により追加燃料を供給して前記第1NOX吸蔵還元触媒装置の再生処理を実施することを特徴とする。
An exhaust purification system of an internal combustion engine according to
本発明による請求項7に記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記第1NOX吸蔵還元触媒装置の上流側にはSトラップ装置が配置され、前記第1NOX吸蔵還元触媒装置と前記第2NOX吸蔵還元触媒装置との間には、NOX濃度を検出するNOXセンサが配置されていることを特徴とする。
An exhaust purification system of an internal combustion engine according to claim 7 of the present invention, in the exhaust purification system of an internal combustion engine according to
本発明による請求項8に記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項7に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記第2NOX吸蔵還元触媒装置の下流側にも、NOX濃度を検出するNOXセンサが配置されていることを特徴とする。 An exhaust purification system of an internal combustion engine according to claim 8 of the present invention, in the exhaust purification system of an internal combustion engine according to claim 7, also on the downstream side of the first 2NO X occluding and reducing catalyst device, detecting the NO X concentration The NO x sensor is arranged.
本発明による請求項9に記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記第1NOX吸蔵還元触媒装置の上流側にはSトラップ装置が配置され、前記第1燃料供給手段により供給された追加燃料は前記Sトラップ装置を通過するようになっており、追加燃料の通過により前記Sトラップ装置からSOXが放出されることが予測される時には、前記第1燃料供給手段による追加燃料の供給を中止又は抑制することを特徴とする。 An internal combustion engine exhaust gas purification apparatus according to a ninth aspect of the present invention is the exhaust gas purification apparatus for the internal combustion engine according to the first aspect, wherein an S trap device is disposed upstream of the first NO x storage reduction catalyst device. The additional fuel supplied by the first fuel supply means passes through the S trap device, and when it is predicted that SO X is released from the S trap device due to the passage of the additional fuel, The supply of the additional fuel by the first fuel supply means is stopped or suppressed.
本発明による請求項10に記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項9に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記Sトラップ装置が設定温度以上である時にSOXが放出されることが予測され、前記設定温度は前記Sトラップ装置へのSOX吸蔵量が多いほど低くされることを特徴とする。 According to a tenth aspect of the present invention, in the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the ninth aspect, the SO X is released when the S trap device is at a set temperature or higher. It is predicted that the set temperature is lowered as the SO X storage amount in the S trap device increases.
本発明による請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置によれば、機関排気系に直列に配置された上流側の第1NOX吸蔵還元触媒装置及び下流側の第2NOX吸蔵還元触媒装置を備える内燃機関の排気浄化装置において、第1NOX吸蔵還元触媒装置へ供給される追加燃料を供給する第1燃料供給手段と、第1NOX吸蔵還元触媒装置と第2NOX吸蔵還元触媒装置との間に追加燃料を供給する第2燃料供給手段とを具備するために、例えば、第1NOX吸蔵還元触媒装置が劣化した場合等において、第2燃料供給手段により供給される必要最小限の追加燃料により第2NOX吸蔵還元触媒装置だけを再生処理することができる。
According to the exhaust purification system of an internal combustion engine according to
本発明による請求項2に記載の内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置において、第1NOX吸蔵還元触媒装置及び第2NOX吸蔵還元触媒装置の両方の再生処理を実施する際には、第1NOX吸蔵還元触媒装置へ流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチ空燃比となるように第1燃料供給手段により供給される追加燃料量が決定され、第2NOX吸蔵還元触媒装置へ流入する排気ガスの空燃比が第2NOX吸蔵還元触媒装置を再生処理するためのリッチ空燃比となるように前記第2燃料供給手段により供給される追加燃料量が決定されるために、第1燃料供給手段により第1NOX吸蔵還元触媒装置及び第2NOX吸蔵還元触媒装置の両方を再生処理するのに必要な多量の追加燃料が供給される場合に比較して、第2燃料供給手段の追加燃料供給により、第1燃料供給手段により供給される追加燃料量を減少させることができ、多量の追加燃料が第1NOX吸蔵還元触媒装置へ流入して第1NOX吸蔵還元触媒装置に担持された酸化触媒が多量の追加燃料により濡らされて機能低下する等の不具合を防止することができ、第1NOX吸蔵還元触媒装置及び第2NOX吸蔵還元触媒装置の良好な再生処理を実現することができる。
According to the exhaust purification system of an internal combustion engine according to
本発明による請求項3に記載の内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項2に記載の内燃機関の排気浄化装置において、第1NOX吸蔵還元触媒装置及び第2NOX吸蔵還元触媒装置の両方の再生処理を実施する際に、第2NOX吸蔵還元触媒装置から流出する排気ガスの空燃比が理論空燃比となるように、第1燃料供給手段により供給される追加燃料量及び第2燃料供給手段により供給される追加燃料量が決定されるようになっている。それにより、第1燃料供給手段により供給される追加燃料量が第1NOX吸蔵還元触媒装置を再生処理するのに必要な燃料量より多い場合には、第2燃料供給手段により供給される追加燃料量は、第2NOX吸蔵還元触媒装置からの放出NOXを還元浄化するのに必要な燃料量より少なくされ、不足分は第1NOX吸蔵還元触媒装置からの流出する余剰燃料により補われるようになっており、この余剰燃料は第1NOX吸蔵還元触媒装置において改質されて反応し易く、第2NOX吸蔵還元触媒装置において良好に放出NOXを還元浄化する。また、第1燃料供給手段により供給される追加燃料量が第1NOX吸蔵還元触媒装置を再生処理するのに必要な燃料量より少ない場合には、第2燃料供給手段により供給される追加燃料量は、第2NOX吸蔵還元触媒装置からの放出NOXを還元浄化するのに必要な燃料量より多くされ、この時には第1NOX吸蔵還元触媒装置における放出NOXの還元浄化が不十分となるために第1NOX吸蔵還元触媒装置からNOXが流出するが、このNOXは、第2NOX吸蔵還元触媒装置において放出NOXと共に良好に還元浄化される。いずれの場合にも、第2NOX吸蔵還元触媒装置から流出する排気ガスの空燃比は理論空燃比となり、第1燃料供給手段及び第2燃料供給手段により供給される追加燃料を合わせて、第1NOX吸蔵還元触媒装置及び第2NOX吸蔵還元触媒装置を再生処理する必要最小限の追加燃料が供給される。
According to the exhaust purification system of an internal combustion engine according to claim 3 of the present invention, both the exhaust gas control apparatus according to
本発明による請求項4に記載の内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項3に記載の内燃機関の排気浄化装置において、第1NOX吸蔵還元触媒装置及び第2NOX吸蔵還元触媒装置の両方の再生処理を実施する際に、第1NOX吸蔵還元触媒装置から燃料と共にNOXの流出が推定又は検出される時には、第1NOX吸蔵還元触媒装置において低温等の理由によりNOXの還元浄化が不十分となっている場合であり、この時に、第1NOX吸蔵還元触媒装置から流出する燃料とNOXとを単に第2NOX吸蔵還元触媒装置へ流入させても、同様に、NOXの還元浄化が不十分となる可能性が高く、それにより、第2燃料供給手段により供給される追加燃料量を増量して第2NOX吸蔵還元触媒装置から流出する排気ガスの空燃比がリッチ空燃比となるようにし、推定又は検出された流出NOX量が多いほど第2燃料供給手段による増量分の燃料を多くするようになっている。こうして、第2NOX吸蔵還元触媒装置において、増量燃料によりNOXの還元浄化を活発にし、第1NOX吸蔵還元触媒装置からの流出NOX及び第2NOX吸蔵還元触媒装置からの放出NOXを確実に還元浄化するようにしている。
According to the exhaust purification system of an internal combustion engine according to
本発明による請求項5に記載の内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項2から4のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置において、第1NOX吸蔵還元触媒装置及び第2NOX吸蔵還元触媒装置の両方の再生処理を実施する際に、第1燃料供給手段により供給される追加燃料が第1NOX吸蔵還元触媒装置において燃焼して排気ガス温度を高めるために、この排気ガスの流入により第2NOX吸蔵還元触媒装置は昇温する。NOX吸蔵還元触媒装置はNOXを吸蔵作用が活発となる設定温度範囲を有しており、第1燃料供給手段により供給される追加燃料量が少ないほど、第2NOX吸蔵還元触媒装置へ流入する排気ガス温度が低くなることを利用して、第2NOX吸蔵還元触媒装置の温度を設定温度範囲内となるように、第1燃料供給手段により供給される追加燃料量が決定される。こうして、再生処理が完了した直後において、第2NOX吸蔵還元触媒装置が設定温度範囲内とされるために、第1NOX吸蔵還元触媒装置が設定温度範囲外となっていても第2NOX吸蔵還元触媒装置によって排気ガス中のNOXを良好に吸蔵することができる。
According to the exhaust purification system of an internal combustion engine according to
本発明による請求項6に記載の内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置において、第1NOX吸蔵還元触媒装置及び第2NOX吸蔵還元触媒装置の両方の再生処理を実施する際に、第2燃料供給手段により追加燃料を供給して第2NOX吸蔵還元触媒装置の再生処理を実施した後に、第1燃料供給手段により追加燃料を供給して第1NOX吸蔵還元触媒装置の再生処理を実施するようになっている。それにより、第1NOX吸蔵還元触媒装置の再生処理中にNOXが流出しても、第2NOX吸蔵還元触媒装置は、再生処理が完了して十分にNOXを還元浄化することができるようになっており、第1NOX吸蔵還元触媒装置から流出するNOXを大気中へ放出させることなく良好に浄化することができる。
According to the exhaust purification system of an internal combustion engine according to
本発明による請求項7に記載の内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置において、第1NOX吸蔵還元触媒装置の上流側にはSトラップ装置が配置されている。NOX吸蔵還元触媒装置にはNOXだけでなくSOXも吸蔵され、SOXは容易に放出させることができないために、NOXの最大吸蔵可能量を減少させる。それにより、第1NOX吸蔵還元触媒装置の上流側にSトラップ装置を配置して、排気ガス中のSOXがSトラップ装置により吸蔵されるようにし、NOX吸蔵還元触媒装置へのSOXの吸蔵を防止している。しかしながら、Sトラップ装置にも無制限にSOXを吸蔵することはできず、さらにSOXを吸蔵することができなくなると、SOXは第1NOX吸蔵還元触媒装置に吸蔵されるようになってNOXの最大吸蔵可能量を減少させ、遂には、再生処理を実施しても第1NOX吸蔵還元触媒装置において全くNOXを吸蔵することができなるくなる。再生処理の完了直後であるにも係わらずに、NOXセンサによりNOXが検出されれば、第1NOX吸蔵還元触媒装置は最大限のSOXを吸蔵して全くNOXが吸蔵できない状態であり、この時には、Sトラップ装置及び第1NOX吸蔵還元触媒装置を交換することにより、第2NOX吸蔵還元触媒装置までもがSOXを吸蔵してしまうことを防止することができる。
According to the exhaust purification device for an internal combustion engine according to claim 7 of the present invention, in the exhaust purification device for the internal combustion engine according to
本発明による請求項8に記載の内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項7に記載の内燃機関の排気浄化装置において、第2NOX吸蔵還元触媒装置の下流側にも、NOX濃度を検出するNOXセンサが配置されている。それにより、前述したように、第1NOX吸蔵還元触媒装置と第2NOX吸蔵還元触媒装置との間の配置されたNOXセンサにより、Sトラップ装置及び第1NOX吸蔵還元触媒装置の交換時期を判断することができると共に、再生処理の完了直後において、第1NOX吸蔵還元触媒装置へ流入する排気ガス中の推定NOX濃度と、NOXセンサにより検出されるNOX濃度との差が設定値より小さくなれば、第1NOX吸蔵還元触媒装置はSOX吸蔵の場合を含めてNOX吸蔵能力がかなり低下していると判断することができ、再生処理が無駄となるために第1燃料供給手段による追加燃料の供給を停止することができる。また、第2NOX吸蔵還元触媒装置がNOXを殆ど吸蔵していない状態において、NOXセンサにより検出される第1NOX吸蔵還元触媒装置から流出する排気ガス中のNOX濃度と、第2NOX吸蔵還元触媒装置の下流側に配置されたNOXセンサにより検出される第2NOX吸蔵還元触媒装置から流出する排気ガス中のNOX濃度との差が設定値より小さくなれば、第2NOX吸蔵還元触媒装置のNOX吸蔵能力がかなり低下していると判断することができ、再生処理が無駄となるために第2燃料供給手段による追加燃料の供給を停止することができる。 According to the exhaust purification system of an internal combustion engine according to claim 8 according to the present invention, in the exhaust purification system of an internal combustion engine according to claim 7, in the downstream side of the 2NO X occluding and reducing catalyst device, the NO X concentration NO X sensor for detecting is arranged. Thereby, as described above, the arranged NO X sensor between the first 1NO X occluding and reducing catalyst device and the 2NO X occluding and reducing catalyst device, the replacement timing of the S trap device and the 1NO X occluding and reducing catalyst device it is possible to determine, in immediately after completion of the reproduction process, and the estimated concentration of NO X in the exhaust gas flowing into the first 1NO X occluding and reducing catalyst device, the difference between the NO X concentration detected by the NO X sensor setpoint if smaller, the 1NO X occluding and reducing catalyst device can be judged that the NO X storage ability, including the case of SO X storage is considerably reduced, the first fuel supply for regeneration processing is useless The supply of additional fuel by the means can be stopped. Further, in the state where the 2NO X occluding and reducing catalyst device has not almost absorb NO X, the concentration of NO X in the exhaust gas flowing out from the 1NO X occluding and reducing catalyst device detected by the NO X sensor, the 2NO X if the difference between the concentration of NO X in the exhaust gas flowing out from the 2NO X occluding and reducing catalyst device detected by the NO X sensor arranged downstream of the storage reduction catalyst device is smaller than the set value, the 2NO X occluding It can be determined that the NO x storage capacity of the reduction catalyst device is considerably lowered, and the regeneration process is wasted, so that the supply of additional fuel by the second fuel supply means can be stopped.
本発明による請求項9に記載の内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置において、第1NOX吸蔵還元触媒装置の上流側にはSトラップ装置が配置され、第1燃料供給手段により供給された追加燃料はSトラップ装置を通過するようになっており、追加燃料の通過によりSトラップ装置からSOXが放出されることが予測される時には、第1燃料供給手段による追加燃料の供給を中止又は抑制するようになっている。それにより、SトラップからSOXが放出されて、このSOXが第1NOX吸蔵還元触媒装置に吸蔵されることは防止又は抑制される。
According to the exhaust purification device for an internal combustion engine according to claim 9 of the present invention, in the exhaust purification device for the internal combustion engine according to
本発明による請求項10に記載の内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項9に記載の内燃機関の排気浄化装置において、Sトラップ装置が設定温度以上である時にSOXが放出されることが予測され、設定温度はSトラップ装置へのSOX吸蔵量が少ないほど高くされるようになっている。それにより、第1燃料供給手段による追加燃料の供給を中止又は抑制する機会は減少し、第1NOX吸蔵還元触媒装置の良好な再生処理を実施することができる。 According to the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 10 of the present invention, in the exhaust gas purification apparatus for the internal combustion engine according to claim 9, SO X is released when the S trap device is equal to or higher than a set temperature. Therefore, the set temperature is increased as the SO X storage amount in the S trap device is smaller. As a result, the opportunity to stop or suppress the supply of additional fuel by the first fuel supply means is reduced, and a favorable regeneration process of the first NO x storage reduction catalyst device can be performed.
図1は本発明による内燃機関の排気浄化装置を示す機関排気系の概略図である。内燃機関は、ディーゼルエンジンのような希薄燃焼を実施するものであり、その排気ガス中には、比較的多くのNOXが含まれる。それにより、機関排気系には、NOX浄化するための第1NOX吸蔵還元触媒装置1及び第2NOX吸蔵還元触媒装置2が直列に配置されている。上流側の第1NOX吸蔵還元触媒装置1は、例えば、比較的小型として、エンジンルーム内に配置すれば、機関本体近くに位置して熱容量が小さいために、機関始動直後に活性化して排気ガス中のNOXを良好に吸蔵することができる。しかしながら、小型とされた第1NOX吸蔵還元触媒装置1では、排気ガス量が多い時には排気ガス中のNOXを十分に吸蔵することができない。それにより、下流側の第2NOX吸蔵還元触媒装置2を比較的大型として、車両床下等に配置することにより、排気ガス量が多い時にも排気ガス中のNOXを十分に吸蔵することができる。もちろん、第1NOX吸蔵還元触媒装置1及び第2NOX吸蔵還元触媒装置2をいずれも車両床下に配置するようにしても良い。
FIG. 1 is a schematic view of an engine exhaust system showing an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention. Engine is to implement lean combustion such as a diesel engine, during the exhaust gases include a relatively large number of NO X. Thereby, the exhaust system, the 1NO X occluding and reducing
第1NOX吸蔵還元触媒装置1及び第2NOX吸蔵還元触媒装置2は、アルミナ等を使用してNOX吸蔵触媒と白金Ptのような貴金属触媒とが担持されたモノリス担体又はペレット担体を有するものである。NOX吸蔵触媒は、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金属、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である。このNOX吸蔵触媒は、流入する既燃ガスの空燃比がリーンの時、すなわち、酸素濃度が高い時にはNOXを吸蔵し、空燃比が理論空燃比又はリッチになると、すなわち、酸素濃度が低下すると、吸蔵したNOXを放出するNOXの吸放出作用を行う。酸化触媒として機能する貴金属触媒としては、通常、白金Ptが用いられる。
The first NO x storage
ディーゼルエンジンの排気ガス中には、パティキュレートも含まれており、例えば、第2NOX吸蔵還元触媒装置2を、NOX吸蔵触媒と貴金属触媒とを担持するウォールフロー型のパティキュレートフィルタとしても良い。NOX吸蔵触媒は、NOXの吸放出に際して活性酸素を放出し、この活性酸素は輝炎を発生させることなくパティキュレートを酸化除去する。それにより、捕集パティキュレートを自動的に酸化除去することができる。
The exhaust gas from diesel engines, also includes particulates, for example, the first 2NO X occluding and reducing
第1NOX吸蔵還元触媒装置1及び第2NOX吸蔵還元触媒装置2のいずれにおいても、無制限にNOXを吸蔵することはできず、それぞれに、最大吸蔵可能量を有している。本実施形態において、排気ガス中のNOXは、第1NOX吸蔵還元触媒装置1及び第2NOX吸蔵還元触媒装置2のいずれかに吸蔵されるために、例えば、機関運転状態毎の単位時間当たりのNOX排出量を予めマップ化しておき、各機関運転状態においてNOX排出量を積算すれば、この積算値を第1NOX吸蔵還元触媒装置1及び第2NOX吸蔵還元触媒装置2のNOX吸蔵量とすることができる。このNOX吸蔵量が、第1NOX吸蔵還元触媒装置1の最大吸蔵可能量と第2NOX吸蔵還元触媒装置2の最大吸蔵可能量との合計吸蔵可能量に達する以前の設定値となった時を、第1NOX吸蔵還元触媒装置1及び第2NOX吸蔵還元触媒装置2から吸蔵NOXを放出させて還元浄化する再生時期と判断することができる。このように再生時期を判断することなく、設定車両走行時間毎又は設定車両走行距離毎に再生時期として再生処理を実施するようにしても良い。
In any of the 1NO X occluding and reducing
図2は、再生処理を実施するための第1フローチャートである。先ず、ステップ101において、再生時期であるか否かが判断される。この判断が否定される時にはそのまま終了するが、肯定される時にはステップ102へ進む。ステップ102では、第1NOX吸蔵還元触媒装置1へ追加燃料を供給するための第1燃料供給手段FIによる追加燃料量が決定されて供給される。本実施形態において、第1燃料供給手段FIは、第1NOX吸蔵還元触媒装置1の上流側において機関排気系へ追加燃料を供給する第1燃料供給装置4である。しかしながら、第1燃料供給手段FIは、例えば、膨張行程又は排気行程において気筒内へ追加燃料を供給する気筒燃料噴射弁であっても良い。
FIG. 2 is a first flowchart for performing the reproduction process. First, in
再生時期を判断するのに使用する前述の設定量は、例えば、第1NOX吸蔵還元触媒装置の最大吸蔵可能量A1に第2NOX吸蔵還元触媒装置の最大吸蔵可能量A2の例えば八割(又は九割)を加えた値(A1+A2*0.8)とされる。ここで、第2NOX吸蔵還元触媒装置2は、第1NOX吸蔵還元触媒装置1より大きな容量を有するために、最大吸蔵可能量A2はA1より大きな値となる。排気ガス中のNOXは、上流側に位置する第1NOX吸蔵還元触媒装置に吸蔵され易いために、再生時期として、上流側に位置する第1NOX吸蔵還元触媒装置1にはその最大吸蔵可能量A1のNOXが吸蔵されており、下流側に位置する第2NOX吸蔵還元触媒装置2には、余裕を持たせて、その最大吸蔵可能量A2の八割が吸蔵されている状態が想定される。
Setting the amount of the aforementioned used to determine the regeneration timing, for example, the maximum storable amount A2 of example 80 percent of the 2NO X occluding and reducing catalyst device to the maximum storable amount A1 of the 1NO X occluding and reducing catalyst device (or 90%) plus (A1 + A2 * 0.8). Here, the 2NO X occluding and reducing
第1燃料供給手段FIにより供給される追加燃料量Q1は、現在のリーン空燃比の排気ガスを理論空燃比とするのに必要な燃料量qsと第1NOX吸蔵還元触媒装置1の最大吸蔵可能量A1のNOXを還元浄化するのに必要な燃料量qr1との合計に設定燃料量qeを加算した燃料量とする(Q1=qs+qr1+qe)。第1燃料供給手段FIにより供給される追加燃料量Q1は、第1NOX吸蔵還元触媒装置1を再生するのに必要な最小量(qs+qr1)に設定燃料量qeが加算されているだけであるために、第1NOX吸蔵還元触媒装置1において酸化触媒が多量の燃料により濡らされて機能低下するようなことはない。こうして、第1NOX吸蔵還元触媒装置1へ流入する排気ガスの空燃比はリッチ空燃比となる。
The additional fuel amount Q1 supplied by the first fuel supply means FI is the maximum amount of fuel that can be stored in the first NO X storage
こうして、第1燃料供給手段FIにより追加燃料量Q1が供給されると、追加燃料の一部qsにより第1NOX吸蔵還元触媒装置1内において排気ガス中の酸素は殆ど消費されるために、第1NOX吸蔵還元触媒装置1からは最大吸蔵可能量A1のNOXが放出され、こうして放出されたNOXは、追加燃料の一部qr1によってほぼ全て還元浄化される。それにより、第1NOX吸蔵還元触媒装置1からは追加燃料の一部qeを含む理論空燃比よりリッチな空燃比の排気ガスが流出する。
Thus, if the additional fuel quantity Q1 is fed by the first fuel supply means FI, for oxygen in the exhaust gas in some first 1NO X occluding and reducing
ステップ103では、こうして第1NOX吸蔵還元触媒装置1から流出する排気ガス中へ第2燃料供給手段RIより追加燃料が供給される。本実施形態において、第2燃料供給手段RIは、第1NOX吸蔵還元触媒装置1と第2NOX吸蔵還元触媒装置2との間において機関排気系へ追加燃料を供給する第2燃料供給装置5である。この追加燃料量Q2は、第2NOX吸蔵還元触媒装置2の最大吸蔵可能量A2の八割のNOXを還元浄化するのに必要な燃料量qr2から前述の設定燃料量qeを減算した燃料量とする(Q2=qr2−qe)。
At
こうして、第2NOX吸蔵還元触媒装置2へは、第2NOX吸蔵還元触媒装置2の最大吸蔵可能量A2の八割のNOXを還元浄化するのに必要な燃料量qr2を含み殆ど酸素を含まない排気ガスが流入することとなる。それにより、第2NOX吸蔵還元触媒装置2からはほぼ全ての吸蔵NOXが放出され、しかも、排気ガス中の燃料量qr2のうちの僅かな燃料量qeは、第1NOX吸蔵還元触媒装置1を通過する際に改質されて気化しており、第2NOX吸蔵還元触媒装置2において放出NOXを非常に良好に還元浄化する。また、第2燃料供給手段RIにより供給された追加燃料量Q2(qr2−qe)も、第1燃料供給手段FIにより供給された追加燃料量Q1の一部qeの分だけ少なくなるために、第2NOX吸蔵還元触媒装置2において気化し易くなり、放出NOXを良好に還元浄化することができる。この再生処理においては、第2NOX吸蔵還元触媒装置2から流出する排気ガスの空燃比はほぼ理論空燃比となる。
Thus, to the first 2NO X occluding and reducing
第1燃料供給手段FI及び第2燃料供給手段RIにより供給される追加燃料量は、両方を合わせてqs+qr1+qr2とされれば良い。例えば、第1燃料供給手段FIにより供給される追加燃料量Q1’として、現在のリーン空燃比の排気ガスを理論空燃比とするのに必要な燃料量qsと第1NOX吸蔵還元触媒装置1の最大吸蔵可能量A1のNOXを還元浄化するのに必要な燃料量qr1との合計としても良い。この場合には、第2燃料供給手段RIにより供給される追加燃料量Q2’は、第2NOX吸蔵還元触媒装置2の最大吸蔵可能量A2の八割のNOXを還元浄化するのに必要な燃料量qr2とされる。
The additional fuel amount supplied by the first fuel supply unit FI and the second fuel supply unit RI may be set to qs + qr1 + qr2 together. For example, as the additional fuel amount Q1 ′ supplied by the first fuel supply means FI, the fuel amount qs required to set the exhaust gas having the current lean air-fuel ratio to the stoichiometric air-fuel ratio and the first NO X storage
また、第1燃料供給手段FIにより供給される追加燃料量Q1”として、現在のリーン空燃比の排気ガスを理論空燃比とするのに必要な燃料量qsと第1NOX吸蔵還元触媒装置1の最大吸蔵可能量A1のNOXを還元浄化するのに必要な燃料量qr1との合計から設定燃料量qe”を減算した燃料量としても良い。この場合には、第1NOX吸蔵還元触媒装置1から放出NOXの一部(減算した設定燃料量qe”に対応する量)が還元浄化されずに第2NOX吸蔵還元触媒装置2へ流入し、第2NOX吸蔵還元触媒装置2において還元浄化されることとなる。第2燃料供給手段RIにより供給される追加燃料量Q2”は、第2NOX吸蔵還元触媒装置2の最大吸蔵可能量A2の八割のNOXを還元浄化するのに必要な燃料量qr2に設定燃料量qe”が加算された燃料量とされる。いずれの場合にも、第1NOX吸蔵還元触媒装置1に多量の追加燃料が供給されて酸化触媒が燃料により濡らされて機能低下するようなことはない。これらの場合において、第2NOX吸蔵還元触媒装置2から流出する排気ガスの空燃比はほぼ理論空燃比となる。設定燃料量qe”は、最大値として、第1NOX吸蔵還元触媒装置1の最大吸蔵可能量A1のNOXを還元浄化するのに必要な燃料量qr1とすることができる。この時には、第1NOX吸蔵還元触媒装置1へ流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比となる。
Further, as the additional fuel amount Q1 ″ supplied by the first fuel supply means FI, the fuel amount qs necessary for setting the exhaust gas having the current lean air-fuel ratio to the stoichiometric air-fuel ratio and the first NO X storage reduction catalyst device 1 A fuel amount obtained by subtracting the set fuel amount qe ″ from the sum of the fuel amount qr1 necessary for reducing and purifying the maximum storable amount NO X may be used. In this case, flows into the first 2NO X occluding and reducing
また、第1燃料供給手段FIにより供給される追加燃料量が、排気ガスを理論空燃比とするのに必要な燃料量qsに、第1NOX吸蔵還元触媒装置1の最大吸蔵可能量A1のNOXを還元浄化するのに必要な燃料量qr1又はそれ以上の燃料量が加算されている場合(追加燃料量が前述のQ1’又はQ1とされる場合)において、もし、NOXを還元浄化するはずの燃料と共に第1NOX吸蔵還元触媒装置1からNOXが流出すれば、排気ガス量が多い又は第1NOX吸蔵還元触媒装置1の温度が低い等の理由により、第1NOX吸蔵還元触媒装置1ではNOXを十分に還元浄化することができなかったと考えられ、このままでは、第2NOX吸蔵還元触媒装置2においても、放出NOX及び第1NOX吸蔵還元触媒装置1から流入するNOXを良好に還元浄化することができない。
Moreover, additional fuel amount supplied by the first fuel supply means FI is, the fuel amount qs necessary to exhaust gas the stoichiometric air-fuel ratio, NO of the 1NO X occluding and reducing catalyst device maximum storable amount A1 of 1 In the case where the fuel amount qr1 necessary for reducing and purifying X is added or more (when the additional fuel amount is Q1 ′ or Q1 described above), NO X is reduced and purified. if with croton fuel from the 1NO X occluding and reducing
それにより、第1燃料供給手段FIによる追加燃料量が前述のQ1(又はQ1’)とされている場合において、例えば、第1NOX吸蔵還元触媒装置1と第2NOX吸蔵還元触媒装置2との間に配置されたNOXの濃度を検出する第1NOXセンサ6により第1NOX吸蔵還元触媒装置1からNOXが流出していることが検出された時(この時には、流出NOX量に対応する燃料も流出している)には、第2燃料供給手段RIの追加燃料量は、前述のQ2(又はQ2’)より多くし、すなわち、第1燃料供給手段FI及び第2燃料供給手段RIにより供給される追加燃料量の合計が、排気ガスの空燃比を理論空燃比とするのに必要な燃料量qsと、第1NOX吸蔵還元触媒装置1の最大吸蔵可能量A1のNOXを還元浄化するのに必要な燃料量qr1と、第2NOX吸蔵還元触媒装置2の最大吸蔵可能量A2の八割のNOXを還元浄化するのに必要な燃料量qr2との合計より多くする。
Thereby, when the amount of additional fuel by the first fuel supply means FI is Q1 (or Q1 ′) described above, for example, between the first NO X storage
それにより、第2NOX吸蔵還元触媒装置2において、放出NOX量及び第1NOX吸蔵還元触媒装置1から流入するNOX量に対応する以上の燃料を存在させるようにし、還元作用を活発にしてNOXを良好に還元浄化する。この場合において、第2NOX吸蔵還元触媒装置2から流出する排気ガスの空燃比は理論空燃比よりリッチとなる。第2燃料供給手段RIの追加燃料量(Q2又はQ2’)の増量分は、第1NOX吸蔵還元触媒装置1から流出するNOX量が多いほど多くすることが好ましい。
Thereby, in the 2NO X occluding and reducing
また、第1NOX吸蔵還元触媒装置1において、燃料は、排気ガス中の酸素を使用して燃焼し、また、放出NOXを還元する。これらは発熱反応であるために、第1NOX吸蔵還元触媒装置1から流出する排気ガス温度を高める。ところで、NOX吸蔵還元触媒装置は、良好にNOXを吸蔵する温度範囲(例えば、250から500℃)を有しており、再生処理が完了しても、NOX吸蔵還元触媒装置がこの温度範囲外となっていれば、排気ガス中のNOXを良好に吸蔵することができない。それにより、第1燃料供給手段FIにより供給する追加燃料は、第1NOX吸蔵還元触媒装置1において高められた排気ガス温度によって、第2NOX吸蔵還元触媒装置2の温度が前述の温度範囲内となるように決定されることが好ましい。このようにして第1燃料供給手段FIの追加燃料量が決定された後に、前述のいずれかのようにして第2燃料供給手段RIの追加燃料量を決定すれば良い。
Further, in the first NO x storage
第1燃料供給手段FIにより供給される追加燃料量は、排気ガス中の酸素を消費する燃料量qsに第1NOX吸蔵還元触媒装置1の最大吸蔵可能量のNOXを還元浄化するための燃料量qr1を加算した燃料量とされる時が排気ガスを最も昇温させる。第1燃料供給手段FIによる追加燃料をさらに増量しても排気ガス温度を高めることはできない。一方、追加燃料量を減量するほど、排気ガスの昇温程度が低下する。追加燃料量は排気ガスの空燃比を理論空燃比とする燃料量qsまでは減量可能であり、それにより、第1NOX吸蔵還元触媒装置1からの排気ガスによって、第2NOX吸蔵還元触媒装置2が前述の温度範囲を超える場合には、第1燃料供給手段FIによる追加燃料量を減量することが好ましい。
Additional amount of fuel supplied by the first fuel supply means FI, a fuel for reducing purify NO X of the maximum storable amount of the 1NO X occluding and reducing
前述したように、第1NOX吸蔵還元触媒装置1から還元浄化されないNOXが燃料と共に流出する場合において、第2NOX吸蔵還元触媒装置2の再生処理が完了していれば、第1NOX吸蔵還元触媒装置1から流出するNOXを第2NOX吸蔵還元触媒装置2において良好に還元浄化することができる。図3は、このような再生処理を実施するための第2フローチャートである。先ず、ステップ201において、再生時期であるか否かが判断される。この判断が否定される時にはそのまま終了するが、肯定される時にはステップ202へ進む。ステップ202では、第2NOX吸蔵還元触媒装置2を最初に再生処理するために、第2燃料供給手段RIによる追加燃料量が決定されて供給される。第2燃料供給手段RIによる追加燃料量は、排気ガスの空燃比を理論空燃比にするための燃料量qsに第2NOX吸蔵還元触媒装置2の最大吸蔵可能量A2の八割のNOXを還元浄化する燃料量qr2が加算された燃料量である。それにより、第2NOX吸蔵還元触媒装置2において再生処理が実施される。
As described above, when the NO X that is not reduced and purified from the 1NO X occluding and reducing
次いで、ステップ203において、第1NOX吸蔵還元触媒装置1を再生処理するために、第1燃料供給手段FIによる追加燃料量が決定されて供給される。第1燃料供給手段FIによる追加燃料量は、排気ガスの空燃比を理論空燃比にするための燃料量qsに第1NOX吸蔵還元触媒装置1の最大吸蔵可能量A1のNOXを還元浄化する燃料量qr1が加算された燃料量である。それにより、第1NOX吸蔵還元触媒装置1の再生処理において放出NOXの還元浄化が不十分であって、NOXと共に燃料が第2NOX吸蔵還元触媒装置2へ流入しても、第2NOX吸蔵還元触媒装置2では再生処理が完了しており、この時には排気ガス中の酸素濃度が低いために第1NOX吸蔵還元触媒装置1から流入するNOXを吸蔵することはできないが、第2NOX吸蔵還元触媒装置2においては、放出されるNOXが存在しないために、第1NOX吸蔵還元触媒装置1から流入する燃料を使用して第1NOX吸蔵還元触媒装置1から流入するNOXを良好に還元浄化することができる。
Then, in
ところで、NOX吸蔵還元触媒装置は、NOXと同様なメカニズムによって排気ガス中のSOXも吸蔵してしまう。SOXが吸蔵されると、その分、NOXの最大吸蔵可能量を低減させる。SOXは安定な硫酸塩として吸蔵されているために、放出させるには、NOX吸蔵還元触媒装置を約650℃へ昇温して排気ガス中の酸素濃度を低下させなければならない。しかしながら、このような約650℃への昇温によってNOX吸蔵還元触媒装置は熱劣化してしまう。それにより、NOX吸蔵還元触媒装置には、SOXを吸蔵させないようにすることが望ましく、本実施形態においては、第1NOX吸蔵還元触媒装置1の上流側にSトラップ装置3が配置され、排気ガス中のSOXを吸蔵するようになっている。
By the way, the NO X storage reduction catalyst device also stores SO X in the exhaust gas by the same mechanism as NO X. When SO x is occluded, the maximum occlusion amount of NO x is reduced accordingly. Since SO x is stored as a stable sulfate, in order to release it, the NO x storage reduction catalyst device must be heated to about 650 ° C. to reduce the oxygen concentration in the exhaust gas. However, the NO x storage reduction catalyst device is thermally deteriorated by such a temperature rise to about 650 ° C. Accordingly, it is desirable that the NO X storage reduction catalyst device does not store SO X , and in this embodiment, the S trap device 3 is disposed upstream of the first NO X storage
Sトラップ装置3は、基本的にはNOX吸蔵還元触媒装置と同じ構成を有し、好ましくは、SOXを吸蔵させるためのNOX吸蔵触媒を多量に担持している。Sトラップ装置3においては、NOXも吸蔵されるが、排気ガス中のSOXが到来すると、NOXとSOXとが置換されて、SOXが吸蔵されNOXが放出される。 The S trap device 3 basically has the same configuration as the NO x storage reduction catalyst device, and preferably carries a large amount of an NO x storage catalyst for storing SO x . In the S trap device 3, NO x is also occluded, but when SO x in the exhaust gas arrives, NO x and SO x are replaced, so that SO x is occluded and NO x is released.
こうして、Sトラップ装置3において排気ガス中のSOXが吸蔵されることとなるが、Sトラップ装置3においても無制限にSOXを吸蔵することはできず、Sトラップ3において最大吸蔵可能量のSOXが吸蔵された時には、排気ガス中のSOXは、第1NOX吸蔵還元触媒装置1に吸蔵されるようになる。次いで、第1NOX吸蔵還元触媒装置1において最大吸蔵可能量A1のSOXが吸蔵された時には、排気ガス中のSOXは、第2NOX吸蔵還元触媒装置2に吸蔵されるようになる。このようにSOXが第2NOX吸蔵還元触媒装置2にまで吸蔵されてしまうと、Sトラップ装置3及び第1NOX吸蔵還元触媒装置1に加えて第2NOX吸蔵還元触媒装置2まで交換しなければならなくなる。
In this way, SO X in the exhaust gas is occluded in the S trap device 3, but the S trap device 3 cannot occlude SO x indefinitely, and the S trap 3 can store the maximum amount of SO x that can be occluded. When X is stored, SO X in the exhaust gas is stored in the first NO X storage
本実施形態においては、第1NOX吸蔵還元触媒装置1と第2NOX吸蔵還元触媒装置2との間に第1NOXセンサ6が配置されているために、これを利用して、このような多大な費用を伴う二つのNOX吸蔵還元触媒装置の交換を防止している。図4はSトラップ装置の交換のための第3フローチャートである。先ず、ステップ301において、前述の第1又は第2フローチャートのようにして再生処理が完了したか否かが判断される。この判断が否定される時には、そのまま終了するが、肯定される時には、ステップ302へ進む。ステップ302において、第1NOXセンサ6によりNOXが検出されるか否かが判断される。この判断が否定される時にはそのまま終了する。
In the present embodiment, in order to first 1NO X sensor 6 is disposed between the first 1NO X occluding and reducing
一方、ステップ302の判断が肯定されれば、再生処理が完了した直後であるにも係わらずに、第1NOX吸蔵還元触媒装置1の直下流側においてNOXが検出されており、第1NOX吸蔵還元触媒装置1は、最大吸蔵可能量A1近傍のSOXを吸蔵して殆どNOXを吸蔵することができなくなっていると判断することができる。それにより、ステップ303において、Sトラップ装置3及び第1NOX吸蔵還元触媒装置1を交換する。こうして、第2NOX吸蔵還元触媒装置2がSOXを吸蔵することが防止され、第2NOX吸蔵還元触媒装置までもが交換されなくて良いようにしている。
On the other hand, if the determination in
また、本実施形態においては、第2NOX吸蔵還元触媒装置2の下流側にも排気ガス中のNOX濃度を検出する第2NOXセンサ7が配置されている。第1NOXセンサ6及び第2NOXセンサ7を使用して、第1NOX吸蔵還元触媒装置1及び第2NOX吸蔵還元触媒装置2の劣化を判断することができる。図5はそのための第4フローチャートである。先ず、ステップ401において、前述の第1又は第2フローチャートのようにして再生処理が完了したか否かが判断される。この判断が否定される時には、そのまま終了するが、肯定される時には、ステップ402へ進む。ステップ402において、現在の機関運転状態に基づき推定される現在の排気ガス中のNOX濃度C0と、この排気ガスが流入して第1NOX吸蔵還元触媒装置1から流出する排気ガス中のNOX濃度C1との差が設定値a以上であるか否かが判断される。
Further, in the present embodiment, the 2NO X sensor 7 to the downstream side of the 2NO X occluding and reducing
この判断が肯定される時には、第1NOX吸蔵還元触媒装置1において良好にNOXを吸蔵しており、ステップ404へ進む。しかしながら、ステップ402における判断が否定される時には、再生処理が完了した直後であるにも係わらずに第1NOX吸蔵還元触媒装置1において良好にNOXが吸蔵されていないこととなるために、ステップ403において第1NOX吸蔵還元触媒装置1は劣化していると判断することができる。
If this determination is affirmative, the first NO x storage
ステップ404では、第1NOX吸蔵還元触媒装置1から流出する排気ガス中の酸素濃度C1が設定値C以上であるか否かが判断される。第1NOX吸蔵還元触媒装置1が劣化していなければ、第1NOX吸蔵還元触媒装置1は良好にNOXを吸蔵するために、その下流側において排気ガス中のNOX濃度は低い。しかしながら、時間経過と共に第1NOX吸蔵還元触媒装置1には最大吸蔵可能量A1のNOXが吸蔵され、第1NOX吸蔵還元触媒装置1はNOXを吸蔵することができなくなる。この時にステップ404の判断が肯定され(第1NOX吸蔵還元触媒装置1が劣化している時には直ぐにステップ404の判断は肯定される)、ステップ405において、第2NOX吸蔵還元触媒装置2へ流入する排気ガス中のNOX濃度C1と第2NOX吸蔵還元触媒装置2から流出する排気ガス中のNOX濃度C2との差が設定値b以上であるか否かが判断される。
In
第2NOX吸蔵還元触媒装置2が劣化していなければ、再生処理が完了してNOXを吸蔵していない状態であり、排気ガス中のNOXを良好に吸蔵してステップ405の判断が肯定されるはずである。それにより、この判断が肯定される時には、第2NOX吸蔵還元触媒装置2は劣化しておらず、そのまま終了する。しかしながら、ステップ405の判断が否定される時には、NOXを吸蔵していない状態であるにも係わらずにNOXを良好に吸蔵することができないこととなり、ステップ406において、第2NOX吸蔵還元触媒装置2は劣化していると判断することができる。
If not degraded first 2NO X occluding and reducing
こうして、第1NOX吸蔵還元触媒装置1及び第2NOX吸蔵還元触媒装置2を別々に劣化判断することができ、劣化と判断されたNOX吸蔵還元触媒装置では再生処理を実施しても燃料の無駄となるために再生処理を中止して燃料を節約することが好ましい。本実施形態では、第2NOX吸蔵還元触媒装置2へ直接的に追加燃料を供給する第2燃料供給手段RIが、第1NOX吸蔵還元触媒装置1へ追加燃料を供給する第1燃料供給手段FIとは別に設けられているために、第1NOX吸蔵還元触媒装置及び第2NOX吸蔵還元触媒装置の一方だけを再生処理することができる。
Thus, the 1NO X occluding and reducing
本実施形態において、図1に示すように、第1燃料供給手段4は、Sトラップ装置3の上流側に配置されている。気筒内へ追加燃料を供給する場合も含めて、このように再生処理に際して追加燃料がSトラップ装置3を通過する場合において、機関高負荷時のように排気ガス温度が高い場合に再生処理が実施されると、最も機関本体に近いSトラップ装置3は約600℃のように高温となっていることがあり、この時には、Sトラップ装置3内において追加燃料が燃焼して排気ガス中の酸素濃度が低下すると、Sトラップ装置3からSOXが放出されてしまう。こうして放出されたSOXは第1NOX吸蔵還元触媒装置1に吸蔵されてNOXの最大吸蔵可能量を低下させる。
In the present embodiment, as shown in FIG. 1, the first fuel supply means 4 is disposed on the upstream side of the S trap device 3. When additional fuel passes through the S trap device 3 during the regeneration process, including when supplying additional fuel into the cylinder, the regeneration process is performed when the exhaust gas temperature is high, such as when the engine is heavily loaded. Then, the S trap device 3 closest to the engine body may be as high as about 600 ° C. At this time, the additional fuel burns in the S trap device 3 and the oxygen concentration in the exhaust gas Decreases, SO X is released from the S trap device 3. Thus released SO X decreases the maximum storable amount of the NO X occluded in the 1NO X occluding and reducing
図6はこれを防止するための第5フローチャートである。先ず、ステップ501において、第1及び第2フローチャートにおいて説明したと同様に、再生時期であるか否かが判断される。この判断が否定される時にはそのまま終了する。一方、ステップ501の判断が肯定される時には、ステップ502において、推定又は測定されるSトラップ装置3の温度Tが設定温度T’以上であるか否かが判断される。この判断が否定される時には、Sトラップ装置3内を追加燃料が通過してもSOXは放出されることはないために、ステップ503において第1及び第2フローチャートのように再生処理を実施する。
FIG. 6 is a fifth flowchart for preventing this. First, in
しかしながら、ステップ502の判断が肯定される時には、Sトラップ装置3において、燃料が燃焼して排気ガス中の酸素濃度が低下すると、SOXが放出されてしまうために、ステップ504において第1燃料供給手段FIによる追加燃料の供給を中止して再生処理を中止し、Sトラップ装置が温度低下するのが待たれる。再生時期の判断は、第2NOX吸蔵還元触媒装置の最大吸蔵可能量A2の八割としているために、このように再生処理を暫く延期しても排気ガス中の多量のNOXが大気中へ放出されることはない。
However, when the determination in
ところで、Sトラップ装置3において、吸蔵されているSOXが少ない時には、比較的高温度であっても、酸素濃度が低下された時にSOXが放出されない。それにより、ステップ502の設定温度T’は、SOX吸蔵量が少ないほど高くすることができ、再生処理を中止する機会を減少させることができる。排気ガス中のSOXは主に燃料に含まれる硫黄により生成されるために、内燃機関の積算燃料消費量によりSトラップ装置3のSOX吸蔵量を推定することができる。
By the way, in the S trap device 3, when the stored SO x is small, SO x is not released when the oxygen concentration is lowered even at a relatively high temperature. As a result, the set temperature T ′ in
また、Sトラップ装置3が設定温度T’以上であっても、排気ガス中の酸素濃度が十分に低下しなければSOXは放出されないために、ステップ503の判断が肯定される時には、再生処理を中止するのではなく、第1燃料供給手段FIにより供給する追加燃料量を排気ガスの空燃比を理論空燃比とする燃料量qsに第1NOX吸蔵還元触媒装置1の最大吸蔵可能量のNOXを還元浄化する燃料量qr1を加算した燃料量より少なくし、すなわち、追加燃料の供給を抑制し、その分を第2燃料供給手段RIの追加燃料量を増量するようにしても良い。この場合において、Sトラップ装置3の温度が高いほど、また、Sトラップ装置3に吸蔵されているSOX量が多いほど、第1燃料供給手段FIにより供給する追加燃料量を多く減少させるようにすることが好ましい。
Further, even if the S trap device 3 is equal to or higher than the set temperature T ′, SO X is not released unless the oxygen concentration in the exhaust gas is sufficiently lowered. rather than abort the, first 1NO X occluding and reducing
また、Sトラップ装置3が設定温度T’上である時には、第1NOX吸蔵還元触媒装置1の再生処理は中止する一方で、排気ガスの空燃比を理論空燃比とする燃料量qsに第2NOX吸蔵還元触媒装置2の吸蔵NOXを還元浄化する燃料量qr2を加算した追加燃料量を第2燃料供給手段RIにより供給し、第2NOX吸蔵還元触媒装置2だけを再生処理するようにしても良い。
When the S trap device 3 is above the set temperature T ′, the regeneration process of the first NO X storage
1 第1NOX吸蔵還元触媒装置
2 第2NOX吸蔵還元触媒装置
3 Sトラップ装置
4 第1燃料供給装置
5 第2燃料供給装置
6 第1NOXセンサ
7 第2NOXセンサ
1 The 1NO X occluding and reducing
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