JP2008025524A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】NOx触媒の下流側に設けられた触媒に対して、バイパス通路より適切に排気ガスを供給することによって、エミッションを向上させることが可能な内燃機関の排気浄化装置を提供する。
【解決手段】内燃機関の排気浄化装置は、NOx触媒と、NOx触媒の下流側に設けられた排気浄化触媒と、NOx触媒をバイパスするバイパス通路とを有し、排気浄化制御を行う。流量調整機構は、バイパス通路を通過する排気ガスの流量を調整し、流量制御手段は、少なくともNOx触媒におけるNOx還元の開始から終了までの間に、流量調整機構を制御してバイパス通路を通過する排気ガスの流量を制御する。これにより、バイパス通路より排気浄化触媒に対して適切に還元剤を供給することができ、排気浄化触媒の浄化率を確保することができる。よって、触媒系全体における浄化率を向上させることが可能となる。
【選択図】図1
【解決手段】内燃機関の排気浄化装置は、NOx触媒と、NOx触媒の下流側に設けられた排気浄化触媒と、NOx触媒をバイパスするバイパス通路とを有し、排気浄化制御を行う。流量調整機構は、バイパス通路を通過する排気ガスの流量を調整し、流量制御手段は、少なくともNOx触媒におけるNOx還元の開始から終了までの間に、流量調整機構を制御してバイパス通路を通過する排気ガスの流量を制御する。これにより、バイパス通路より排気浄化触媒に対して適切に還元剤を供給することができ、排気浄化触媒の浄化率を確保することができる。よって、触媒系全体における浄化率を向上させることが可能となる。
【選択図】図1
Description
本発明は、内燃機関に対して排気浄化制御を行う内燃機関の排気浄化装置に関する。
従来から、吸蔵還元型NOx触媒(以下、単に「NOx触媒」とも呼ぶ。)を用いて排気ガスを浄化することが行われている。特許文献1には、NOx触媒の途中にバイパス通路が接続された排気浄化装置が記載されている。特許文献2には、NOx触媒にバイパス通路を設けると共に、この触媒の更に上流側に、触媒とバイパス通路とを設けた排気浄化装置が記載されている。また、特許文献3には、上流側のNOx触媒にバイパス通路が設けられた排気浄化装置において、リーン制御時にのみバイパス通路のガスの流れを遮断する技術が記載されている。その他にも、本発明に関連がある技術が特許文献4に記載されている。
しかしながら、上記した特許文献1乃至4に記載された技術のように複数の触媒を有して構成された排気浄化装置においては、吸蔵NOx還元時に、供給されるCO、H2、HCなどの還元剤がNOxの放出反応や触媒中の吸蔵酸素との酸化反応により消費されることで還元剤が不足することで、下流側に配置された触媒の還元が不十分になり触媒の浄化率が低下し、エミッションが悪化してしまう場合があった。
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、NOx触媒の下流側に設けられた触媒に対して、バイパス通路より適切に排気ガスを供給することによって、エミッションを向上させることが可能な内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。
本発明の1つの観点では、内燃機関の排気通路中に設けられたNOx触媒と、前記NOx触媒の下流側に設けられた排気浄化触媒と、前記NOx触媒の上流側の排気通路と、前記NOx触媒と前記排気浄化触媒との間の排気通路とをバイパスさせるバイパス通路と、を有する内燃機関の排気浄化装置は、前記バイパス通路を通過する排気ガスの流量を調整する流量調整機構と、少なくとも前記NOx触媒におけるNOx還元の開始から終了までの間に、前記流量調整機構を制御することによって、前記バイパス通路を通過する排気ガスの流量を制御する流量制御手段と、を備える。
上記の内燃機関の排気浄化装置は、排気通路中にNOx触媒と、NOx触媒の下流側に設けられた排気浄化触媒と、NOx触媒をバイパスするバイパス通路とを有し、排気浄化制御を行う。具体的には、流量調整機構は、バイパス通路を通過する排気ガスの流量を調整し、流量制御手段は、少なくともNOx触媒におけるNOx還元の開始から終了までの間に、流量調整機構を制御することによってバイパス通路を通過する排気ガスの流量を制御する。上記の内燃機関の排気浄化装置によれば、バイパス通路より排気浄化触媒に対して適切に還元剤を供給することができ、排気浄化触媒の浄化率を確保することができる。よって、触媒系全体における浄化率が向上し、エミッションを向上させることが可能となる。
上記の内燃機関の排気浄化装置の一態様では、前記流量制御手段は、前記NOx還元の開始後から所定時間が経過するまで、前記バイパス通路の流量が大きくなるように制御し、前記所定時間の経過後、前記NOx還元の終了まで、前記バイパス通路の流量が小さくなるように、又は概ね「0」となるように制御する。これにより、バイパス通路より排気浄化触媒に対して適量の還元剤を供給することができ、排気浄化触媒の浄化率を確保することができる。また、HC及びCOを含めたエミッションの悪化を効果的に抑制することが可能となる。
上記の内燃機関の排気浄化装置の他の一態様では、前記流量制御手段は、前記NOx還元の開始後から所定時間が経過するまで、前記バイパス通路の流量が小さくなるように、又は概ね「0」となるように制御し、前記所定時間の経過後、前記NOx還元の終了まで、前記バイパス通路の流量が大きくなるように制御する。これにより、NOx触媒を早期に還元雰囲気にし、NOx排出を抑制することができると共に、排気浄化触媒に対して適切に還元剤を供給することができる。これにより、エミッションを効果的に向上させることが可能となる。排気浄化触媒を早期に還元雰囲気にすることができると共に、NOx触媒からのNOx排出を抑制することができる。また、HC及びCOを含めたエミッションの悪化を効果的に抑制することが可能となる。
上記の内燃機関の排気浄化装置の他の一態様では、前記流量制御手段は、前記NOx還元の開始から終了までの間の所定期間、前記バイパス通路の流量が大きくなるように制御し、前記所定期間以外の前記NOx還元を行う期間は、前記バイパス通路の流量が小さくなるように、又は概ね「0」となるように制御する。これにより、排気浄化触媒を比較的速やかに還元雰囲気にすることができると共に、NOx触媒からのNOx排出を抑制することができる。
上記の内燃機関の排気浄化装置の他の一態様では、ストイキ燃焼時においてHC被毒回復が必要であると判断される場合に、前記NOx触媒における上流側の排気ガスの空燃比をわずかにリーンに設定する空燃比制御手段を備え、前記流量制御手段は、前記空燃比制御手段が空燃比をリーンに設定した際に、前記バイパス通路に排気ガスが流れるように前記流量調整機構に対して制御を行う。これにより、下流に位置する排気浄化触媒を適切にリーン雰囲気にすることができ、排気浄化触媒のHC被毒回復を効果的に行うことができる。よって、触媒系全体における浄化率を向上させることができる。
上記の内燃機関の排気浄化装置の他の一態様では、前記流量制御手段は、前記内燃機関が高負荷運転時に、前記バイパス通路の流量が大きくなるように制御する。これにより、高負荷運転時に、排気系の流路面積を拡大することができるため、背圧を低減し性能を向上させることが可能となる。
上記の内燃機関の排気浄化装置の他の一態様では、前記流量制御手段は、硫黄被毒回復時に、前記バイパス通路の流量が大きくなるように制御する。これにより、排気浄化触媒に還元剤が適切に供給されるため、排気浄化触媒の硫黄被毒回復を効果的に行うことが可能となる。
好ましくは、前記流量制御手段は、硫黄被毒回復の開始時は、前記バイパス通路の流量が小さくなるように制御し、硫黄被毒回復の終了時は、前記バイパス通路の流量が大きくなるように制御することができる。
上記の内燃機関の排気浄化装置において好適には、前記流量制御手段は、前記NOx触媒における上流側の排気ガスの空燃比がリッチからリーンに変化した場合に、又はリーンからリッチに変化した場合に、所定時間だけ前記バイパス通路の流量が大きくなるように制御し、前記流量制御手段が前記所定時間だけ前記バイパス通路の流量が大きくなるように制御を行った際に、前記NOx触媒と前記排気浄化触媒との間における排気ガスの空燃比又は酸素濃度の変化に基づいて、前記流量調整機構の故障を診断する故障診断手段を更に備える。これにより、空燃比などを切り替える制御などを行う必要がないため、ドライバビリティーなどに悪影響を及ぼすことなく、流量調整機構の故障診断を適切に行うことができる。
好適には、前記流量制御手段は、前記NOx触媒の還元終了後におけるリーン燃焼時に、所定時間だけ前記バイパス通路の流量が大きくなるように制御し、前記流量制御手段が前記所定時間だけ前記バイパス通路の流量が大きくなるように制御した際に、前記NOx触媒と前記排気浄化触媒との間における排気ガスのNOx濃度の変化に基づいて、前記流量調整機構の故障を診断する故障診断手段を更に備える。
更に好適には、前記流量制御手段は、前記NOx触媒と前記排気浄化触媒との間における排気ガスの温度と、前記NOx触媒の温度との偏差が所定以上となった際に、所定時間だけ前記バイパス通路の流量が大きくなるように制御し、前記流量制御手段が前記所定時間だけ前記バイパス通路の流量が大きくなるように制御した際に、前記NOx触媒と前記排気浄化触媒との間における排気ガスの温度の変化に基づいて、前記流量調整機構の故障を診断する故障診断手段を更に備える。
上記の内燃機関の排気浄化装置において好適には、前記バイパス通路は、前記排気通路における上流側に出口が向くように構成されている。これにより、簡便な構成により、排気浄化触媒に対して還元剤を均一に供給することができる。よって、排気浄化触媒の浄化率を効果的に向上させることができる。
上記の内燃機関の排気浄化装置において好適には、前記バイパス通路の入口が接続された前記排気通路上の位置の上流側に、前記NOx触媒とは異なるNOx触媒を更に備える。これにより、NOx還元中に排気浄化触媒に供給されるNOx量を大きく低減することができる。よって、エミッションを更に効果的に向上させることが可能となる。
以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。
[全体構成]
まず、本実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置が適用されたシステムの全体構成について説明する。
まず、本実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置が適用されたシステムの全体構成について説明する。
図1は、本実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置が適用された車両の構成を示す概略図である。なお、図1では、実線矢印がガスの流れを示し、破線矢印が信号の入出力を示している。
車両は、主に、吸気通路3と、内燃機関(エンジン)4と、排気通路5と、前段触媒6と、後段触媒7と、バイパス通路8と、バイパス通路弁9と、ECU(Electronic Control Unit)20と、を備える。
吸気通路3は、外部から吸入された吸気が通過する通路である。内燃機関4は、吸気通路3より吸気が供給され、吸気と燃料とを混合した混合気を気筒内で燃焼することによって動力を発生する。内燃機関4は、例えばガソリンエンジンやデーゼルエンジンなどによって構成される。内燃機関4内における燃焼により発生した排気ガスは、排気通路5に排出される。
排気通路5中には、前段触媒6及び後段触媒7の2つの触媒が設けられている。前段触媒6は、所謂NOx吸蔵触媒によって構成され、空燃比がリーンであるときに排気ガス中のNOxを吸蔵し、空燃比がリッチであるときに吸蔵するNOxを還元する。後段触媒7は、上記のようなNOx吸蔵触媒又は三元触媒によって構成される。
バイパス通路8は、前段触媒6の上流側の排気通路5と、前段触媒6と後段触媒7との間の排気通路5とに接続されており、前段触媒6をバイパスして排気ガスを流す通路である。更に、バイパス通路8中には、バイパス通路8を通過する排気ガス(以下、「バイパスガス」とも呼ぶ。)の流量を調整可能なバイパス通路弁9が設けられている。バイパス通路弁9は、ECU20から供給される制御信号に応じて開閉などが制御される。バイパス通路弁9は、本発明における流量調整機構として動作する。
ECU20は、図示しないCPU、ROM、RAM、及びA/D変換器などを含んで構成される。ECU20は、車両内の各種センサから供給される出力に基づいて、車両内の制御を行う。例えば、ECU20は、空燃比をリッチやリーンなどに切り替える制御を実行する。本実施形態では、ECU20は、主に、バイパス通路弁9に対して制御信号を供給することによって、バイパス通路8を通過する排気ガスの流量を制御する。このように、ECU20は、本発明における流量制御手段として動作する。
なお、流量調整機構を、上記のようなバイパス通路弁9によって構成することに限定はされない。即ち、流量調整機構を弁によって構成することに限定はされない。他の例では、バイパス通路弁9の代わりに、NOx吸蔵時とNOx還元時とにおける運転条件の差(例えば、ガス量、空燃比、排気温度など)に応じて、流量バランスが変化する機構によって流量調整機構を構成しても良い。具体的には、排気温度に応じて排気通路抵抗が変化する部材や、排気組成に応じて排気通路抵抗が変化する膜などによって流量調整機構を構成することも可能である。
[バイパス流量制御方法]
前述したように、本実施形態では、ECU20は、バイパス通路8を通過する排気ガスの流量(以下、単に「バイパス流量」とも呼ぶ。)を制御する。以下、バイパス流量制御方法の実施例について、具体的に説明する。
前述したように、本実施形態では、ECU20は、バイパス通路8を通過する排気ガスの流量(以下、単に「バイパス流量」とも呼ぶ。)を制御する。以下、バイパス流量制御方法の実施例について、具体的に説明する。
(第1実施例)
第1実施例では、前段触媒6におけるNOx吸蔵時とNOx還元時とにおいて、バイパス流量を切り替える。具体的には、NOx吸蔵時にはバイパス流量を概ね「0」とし、NOx還元時にはバイパス流量を大きくする。言い換えると、ECU20は、NOx吸蔵時にはバイパス通路弁9を閉にし、NOx還元時にはバイパス通路弁9を開にする。
第1実施例では、前段触媒6におけるNOx吸蔵時とNOx還元時とにおいて、バイパス流量を切り替える。具体的には、NOx吸蔵時にはバイパス流量を概ね「0」とし、NOx還元時にはバイパス流量を大きくする。言い換えると、ECU20は、NOx吸蔵時にはバイパス通路弁9を閉にし、NOx還元時にはバイパス通路弁9を開にする。
このような制御を行う理由は、以下の通りである。NOx還元時に、後段触媒7が還元剤不足によって吸蔵NOxを排出してしまう可能性がある。そのため、NOx吸蔵時には、後段触媒7に対してのNOxの供給を抑制することが好ましい。したがって、第1実施例では、NOx吸蔵時にバイパス流量を少なくし、この際に後段触媒7に対してNOxが供給されることを抑制する。一方、NOx還元時においては、後段触媒7に適切に還元剤が供給されて、所望の還元効果が得られることが好ましい。よって、第1実施例では、NOx還元時におけるバイパス流量を大きくする。
図2は、第1実施例に係るバイパス流量制御方法を説明するための図である。図2(a)は空燃比(A/F)を示し、図2(b)はバイパス通路弁9の開閉を示し、図2(c)は前段触媒6のNOx吸蔵量を示し、図2(d)は後段触媒7のNOx吸蔵量を示している。なお、図2は、横軸に時間を示している。
図2(a)に示すように時刻t11までは、空燃比がリーンに設定されている。そのため、図2(c)に示すように、前段触媒6はNOxを徐々に吸蔵する。このようにNOx吸蔵時には、ECU20は、図2(b)に示すようにバイパス通路弁9を閉に設定する。この場合には、バイパス流量は概ね「0」である。そのため、前段触媒6にのみNOxが吸蔵され、図2(d)に示すように後段触媒7にはNOxは吸蔵されない。
そして、ECU20は、時刻t11において空燃比をリーンからリッチに切り替えて、時刻t11から時刻t12までの間、空燃比をリッチに設定する。これにより、図2(c)に示すように、前段触媒6は吸蔵するNOxを放出する。即ち、前段触媒6はNOxを還元する。このようなNOx還元を行う際(時刻t11から時刻t12までの間)、ECU20は、バイパス通路弁9を開に設定する。この場合、バイパス通路8に排気ガスが流れ、前段触媒6における上流側の排気ガスが後段触媒7に供給される。これにより、後段触媒7に適量の還元剤が供給されることとなる。そのため、図2(d)中の矢印50で示すように、前段触媒6から排出されたNOxが後段触媒7によって適切に浄化されていることがわかる。この場合には、後段触媒7の下流側にはNOxがほとんど排出されないこととなる。
以上より、第1実施例によれば、前段触媒6及び後段触媒7によりNOxを適切に浄化することができ、エミッションを効果的に向上させることが可能となる。
(第2実施例)
次に、第2実施例に係るバイパス流量制御方法について説明する。第2実施例では、NOx吸蔵時とNOx還元時とにおいてバイパス流量を切り替える点で第1実施例と同様であるが、NOx還元時においてバイパス流量を変化させる点で第1実施例とは異なる。具体的には、第2実施例では、NOx還元の開始後から所定時間が経過するまで、バイパス流量が大きくなるように制御し、当該所定時間の経過後、NOx還元の終了まで、バイパス流量が小さくなるように、又は概ね「0」となるように制御する。
次に、第2実施例に係るバイパス流量制御方法について説明する。第2実施例では、NOx吸蔵時とNOx還元時とにおいてバイパス流量を切り替える点で第1実施例と同様であるが、NOx還元時においてバイパス流量を変化させる点で第1実施例とは異なる。具体的には、第2実施例では、NOx還元の開始後から所定時間が経過するまで、バイパス流量が大きくなるように制御し、当該所定時間の経過後、NOx還元の終了まで、バイパス流量が小さくなるように、又は概ね「0」となるように制御する。
このような制御を行う理由は、以下の通りである。前段触媒6からの排出NOxを高い割合で還元するためには、後段触媒7に十分な還元剤が供給されると共に、前段触媒6から排出されたNOxが到達するタイミングにおいて後段触媒7が概ね完全に還元雰囲気になっていることが好ましい。そのため、第2実施例では、NOx還元の開始後から所定時間が経過するまで、バイパス流量が大きくなるように制御する。
一方、前段触媒6の還元が終了する前に後段触媒7の還元及び吸蔵酸素の消費が終了した場合に、バイパス流量を大きくする制御を継続してしまうと、HC及びCOのエミッションが悪化してしまう場合がある。即ち、HC及びCOのエミッションの観点からは、後段触媒7が還元雰囲気になった後は多量の還元剤の供給を抑制することが好ましい。したがって、第2実施例では、上記した所定時間の経過後、NOx還元の終了まで、バイパス流量が小さくなるように、又は概ね「0」となるように制御する。なお、上記した所定時間は、後段触媒7の還元及び吸蔵酸素の消費が概ね終了するような時間に設定される。
図3は、第2実施例に係るバイパス流量制御方法を説明するための図である。図3(a)は空燃比(A/F)を示し、図3(b)はバイパス通路弁9の開閉を示し、図3(c)は前段触媒6のO2吸蔵量を示し、図3(d)は後段触媒7のO2吸蔵量を示し、図3(e)は後段触媒7のNOx排出量を示している。なお、図3は、横軸に時間を示している。また、図3では、実線で示すグラフが、第2実施例に係るバイパス流量制御を実行したときの結果を示し、一点鎖線で示すグラフが、NOx還元時に、バイパス通路弁9を開に維持し続けた場合の結果を示している。
ECU20は、時刻t21までは空燃比をリーンに設定し、時刻t21において空燃比をリーンからリッチに切り替える。そして、時刻t21から時刻t24までの間、空燃比をリッチに維持し、時刻t24で空燃比をリッチからリーンに切り替える。即ち、ECU20は、時刻t21から時刻t24までの間、NOx還元を実行する。
この場合、ECU20は、時刻t21から時刻t22までの間(前述した所定時間に対応する)、バイパス通路弁9を開に設定する。即ち、NOx還元の開始後から所定時間が経過するまで、バイパス流量が大きくなるように制御する。そして、ECU20は、時刻t22においてバイパス通路弁9を開から閉にし、時刻t22から時刻t24までの間、バイパス通路弁9を閉に設定する。即ち、上記した所定時間の経過後、NOx還元の終了まで、バイパス流量が概ね「0」となるように制御する。
ここで、図3(d)を参照して、第2実施例に係る制御を行った場合(実線で示すグラフ)と、バイパス通路弁9を開に維持し続けた場合(一点鎖線で示すグラフ)とを比較すると、第2実施例に係る制御によれば、後段触媒7が速やかに還元雰囲気になっていることがわかる。そして、図3(e)中の矢印55で示すように、後段触媒7から排出されるNOxが抑制されていることがわかる。これは、前段触媒6から排出されたNOxが後段触媒7によって適切に浄化されていることを示している。
このように、第2実施例によれば、バイパス通路8より後段触媒7に対して適切に還元剤を供給することができ、後段触媒7の浄化率を確保することができる。また、HC及びCOを含めたエミッションの悪化を効果的に抑制することが可能となる。
なお、図3では、バイパス流量制御としてバイパス通路弁9の開閉を行う例を示したが、この代わりに、バイパス通路弁9における開度を調整することによってバイパス流量を制御しても良い。
(第3実施例)
次に、第3実施例に係るバイパス流量制御方法について説明する。第3実施例では、NOx還元時においてバイパス流量を変化させる点で第2実施例と同様であるが、バイパス流量を変化させるタイミングが第2実施例とは異なる。具体的には、第3実施例では、NOx還元の開始後から所定時間が経過するまで、バイパス流量が小さくなるように、又は概ね「0」となるように制御し、当該所定時間の経過後、NOx還元の終了まで、バイパス流量が大きくなるように制御する。
次に、第3実施例に係るバイパス流量制御方法について説明する。第3実施例では、NOx還元時においてバイパス流量を変化させる点で第2実施例と同様であるが、バイパス流量を変化させるタイミングが第2実施例とは異なる。具体的には、第3実施例では、NOx還元の開始後から所定時間が経過するまで、バイパス流量が小さくなるように、又は概ね「0」となるように制御し、当該所定時間の経過後、NOx還元の終了まで、バイパス流量が大きくなるように制御する。
このような制御を行う理由は、以下の通りである。前段触媒6は多量のNOxを吸蔵しているため、NOx還元時になるべく多くの還元剤を供給することが還元剤不足を発生させずに高浄化率を得る上で望ましい。したがって、第3実施例では、NOx還元の開始後から所定時間が経過するまで、バイパス流量が小さくなるように、又は概ね「0」となるように制御する。一方、前段触媒6から後段触媒7へのNOxの排出タイミングは、NOx還元実行期間中の中期以降になると考えられる。よって、第3実施例では、上記した所定時間の経過後、NOx還元の終了まで、バイパス流量が大きくなるように制御する。なお、上記した所定時間は、前段触媒6が十分に還元雰囲気になるまでに要する時間に相当する。
図4は、第3実施例に係るバイパス流量制御方法を説明するための図である。図4(a)は空燃比(A/F)を示し、図4(b)はバイパス通路弁9の開閉を示し、図4(c)は前段触媒6のO2吸蔵量を示し、図4(d)は後段触媒7のO2吸蔵量を示し、図4(e)は後段触媒7のNOx排出量を示している。なお、図4は、横軸に時間を示している。また、図4では、実線で示すグラフが、第3実施例に係るバイパス流量制御を実行したときの結果を示し、一点鎖線で示すグラフが、NOx還元時に、バイパス通路弁9を開に維持し続けた場合の結果を示している。
ECU20は、時刻t31までは空燃比をリーンに設定し、時刻t31において空燃比をリーンからリッチに切り替える。そして、時刻t31から時刻t34までの間、空燃比をリッチに維持し、時刻t34で空燃比をリッチからリーンに切り替える。即ち、ECU20は、時刻t31から時刻t34までの間、NOx還元を実行する。
この場合、ECU20は、時刻t31から時刻t32までの間(前述した所定時間に対応する)、バイパス通路弁9を閉に設定し続ける。即ち、NOx還元の開始後から所定時間が経過するまで、バイパス流量が概ね「0」となるように制御する。そして、ECU20は、時刻t32においてバイパス通路弁9を閉から開にし、時刻t32から時刻t34までの間、バイパス通路弁9を開に設定する。即ち、上記した所定時間の経過後、NOx還元の終了まで、バイパス流量が概ね「0」となるように制御する。
ここで、図4(c)を参照して、第3実施例に係る制御を行った場合(実線で示すグラフ)と、バイパス通路弁9を開に維持し続けた場合(一点鎖線で示すグラフ)とを比較すると、第3実施例に係る制御によれば、前段触媒6が速やかに還元雰囲気になっていることがわかる。また、図4(d)を参照すると、時刻t32以降、後段触媒7が速やかに還元雰囲気に移行していることがわかる。そして、図4(e)中の矢印56で示すように、後段触媒7から排出されるNOxが抑制されていることがわかる。
このように、第3実施例によれば、前段触媒6を早期に還元雰囲気にし、NOx排出を抑制することができると共に、後段触媒7に対して適切に還元剤を供給することができる。これにより、エミッションを効果的に向上させることが可能となる。
なお、図4では、バイパス流量制御としてバイパス通路弁9の開閉を行う例を示したが、この代わりに、バイパス通路弁9における開度を調整することによってバイパス流量を制御しても良い。
(第4実施例)
次に、第4実施例に係るバイパス流量制御方法について説明する。第4実施例では、NOx還元時においてバイパス流量を変化させる点で第2実施例及び第3実施例と同様であるが、バイパス流量を変化させるタイミングが第2実施例及び第3実施例とは異なる。具体的には、第4実施例では、NOx還元の開始から終了までの間の所定期間、バイパス流量が大きくなるように制御し、当該所定期間以外のNOx還元を行う期間は、バイパス通路の流量が小さくなるように、又は概ね「0」となるように制御する。
次に、第4実施例に係るバイパス流量制御方法について説明する。第4実施例では、NOx還元時においてバイパス流量を変化させる点で第2実施例及び第3実施例と同様であるが、バイパス流量を変化させるタイミングが第2実施例及び第3実施例とは異なる。具体的には、第4実施例では、NOx還元の開始から終了までの間の所定期間、バイパス流量が大きくなるように制御し、当該所定期間以外のNOx還元を行う期間は、バイパス通路の流量が小さくなるように、又は概ね「0」となるように制御する。
図5は、第4実施例に係るバイパス流量制御方法を説明するための図である。図5(a)は空燃比(A/F)を示し、図5(b)はバイパス通路弁9の開閉を示し、図5(c)は前段触媒6のO2吸蔵量を示し、図5(d)は後段触媒7のO2吸蔵量を示し、図5(e)は前段触媒6のNOx排出量を示し、図5(f)は後段触媒7のNOx排出量を示している。なお、図5は、横軸に時間を示している。また、図5では、実線で示すグラフが、第4実施例に係るバイパス流量制御を実行したときの結果を示し、一点鎖線で示すグラフが、NOx還元時に、バイパス通路弁9を開に維持し続けた場合の結果を示している。
ECU20は、時刻t41までは空燃比をリーンに設定し、時刻t41において空燃比をリーンからリッチに切り替える。そして、時刻t41から時刻t44までの間、空燃比をリッチに維持し、時刻t44で空燃比をリッチからリーンに切り替える。即ち、ECU20は、時刻t41から時刻t44までの間、NOx還元を実行する。
この場合、ECU20は、時刻t41から時刻t42までの間、バイパス通路弁9を閉に設定し続ける。即ち、バイパス流量が概ね「0」となるように制御する。そして、ECU20は、時刻t42においてバイパス通路弁9を閉から開にし、時刻t42から時刻t43までの間(前述した所定期間に対応する)、バイパス通路弁9を開に設定する。即ち、ECU20は、所定期間、バイパス流量が大きくなるように制御する。次に、ECU20は、時刻t43においてバイパス通路弁9を開から閉にし、時刻t43以降、バイパス通路弁9を閉に維持し続ける。
このように制御した場合、図5(c)を参照すると、前段触媒6が比較的速やかに還元雰囲気に移行していると共に、図5(d)を参照すると、後段触媒7が比較的速やかに還元雰囲気に移行していることがわかる。そして、前段触媒6からのNOx排出が抑制されていることがわかると共に(図5(e)参照)、後段触媒7からのNOx排出も抑制されていることがわかる(図5(f)参照)。
このように、第4実施例によれば、後段触媒7を早期に還元雰囲気にすることができると共に、前段触媒6からのNOx排出を抑制することができる。また、HC及びCOを含めたエミッションの悪化を効果的に抑制することが可能となる。
なお、図5では、バイパス流量制御としてバイパス通路弁9の開閉を行う例を示したが、この代わりに、バイパス通路弁9における開度を調整することによってバイパス流量を制御しても良い。
(第5実施例)
次に、第5実施例に係るバイパス流量制御方法について説明する。前述した第1実施例乃至第4実施例に係る制御では、NOx還元時におけるエミッション向上を目的としていたが、第5実施例では、ストイキ燃焼時におけるHC被毒回復を目的とした制御を行う。具体的には、第5実施例では、ストイキ燃焼時においてHC被毒回復が必要であると判断される場合に、NOx触媒における上流側の排気ガスの空燃比をわずかにリーンに設定する制御を行うと共に、バイパス通路に排気ガスが流れるように制御を行う。
次に、第5実施例に係るバイパス流量制御方法について説明する。前述した第1実施例乃至第4実施例に係る制御では、NOx還元時におけるエミッション向上を目的としていたが、第5実施例では、ストイキ燃焼時におけるHC被毒回復を目的とした制御を行う。具体的には、第5実施例では、ストイキ燃焼時においてHC被毒回復が必要であると判断される場合に、NOx触媒における上流側の排気ガスの空燃比をわずかにリーンに設定する制御を行うと共に、バイパス通路に排気ガスが流れるように制御を行う。
このような制御を行う理由は、以下の通りである。ストイキ燃焼時に特に高いNOx浄化率を得るためには貴金属のHC被毒を回復することが望ましいが、このためには、触媒を適宜リーン雰囲気にする必要がある。具体的には、本実施形態のように前段触媒6及び後段触媒7の2つの触媒を備える構成においては、これらの2つの触媒に対してHC被毒を行う必要がある。即ち、前段触媒6及び後段触媒7の両方の触媒を適切にリーン雰囲気にすることが望ましい。したがって、第5実施例では、排気ガスの空燃比をリーンに設定した際に、後段触媒7にも適切にリーンの排気ガスを供給するために、バイパス通路弁9を開にする制御を行う。なお、空燃比を大きくリーンに設定してしまうと、フューエルカット時以外の通常運転時においては還元剤不足によりNOx浄化率の悪化が生じる場合があるため、HC被毒回復時には、空燃比をわずかにリーンに設定する。
図6は、第5実施例に係るバイパス流量制御方法を説明するための図である。図6(a)はサブO2センサ出力を示しており、図6(b)は前段触媒6の入りガスの空燃比(A/F)を示しており、図6(c)は前段触媒6中の酸素量変化を示しており、図6(d)はバイパス通路弁9の開閉を示しており、図6(e)は後段触媒7の入りガスの空燃比を示しており、図6(f)は後段触媒7中の酸素量変化を示している。なお、図6は、横軸に時間を示している。
図6(b)に示すように、前段触媒6全体が還元雰囲気になった後の空燃比フィードバックが反転した状態(前段触媒6の入りガスの空燃比がストイキよりわずかにリーンになった状態)において、ECU20は、バイパス通路弁9を開にする制御を行う(図6(d)参照)。これにより、図6(e)に示すように、後段触媒7の入りガスの空燃比がリーンになる。即ち、空燃比がリーンである排気ガスが適切に後段触媒7に供給されていると言える。
以上の第5実施例に係る制御によれば、後段触媒7を適切にリーン雰囲気にすることができ、後段触媒7のHC被毒回復を効果的に行うことができる。よって、触媒系全体における浄化率を向上させることができる。また、後段触媒7を早期に酸化雰囲気にすることができるため、H2Sなどに起因する触媒臭を抑制することが可能となる。なお、第5実施例に係る制御をフューエルカット開始時に行った場合にも、上記と同様の効果を得ることができる。
(第6実施例)
次に、第6実施例に係るバイパス流量制御方法について説明する。第6実施例に係る制御は、バイパス通路弁9の故障診断を目的として行う点で、前述した第1実施例乃至第5実施例に係る制御とは異なる。詳しくは、第6実施例では、バイパス通路8に排気ガスを流したときにおける前段触媒6と後段触媒7との間の排気ガスの状態(例えば、ガスの濃度や温度など)の変化に基づいて、バイパス通路弁9の故障診断を行う。このような故障診断は、前段触媒6を通過後の排気ガスと、前段触媒6を通過していない排気ガス(バイパス通路8より供給される排気ガスに対応する)とでは、排気ガスの状態が異なるということを利用して行われる。
次に、第6実施例に係るバイパス流量制御方法について説明する。第6実施例に係る制御は、バイパス通路弁9の故障診断を目的として行う点で、前述した第1実施例乃至第5実施例に係る制御とは異なる。詳しくは、第6実施例では、バイパス通路8に排気ガスを流したときにおける前段触媒6と後段触媒7との間の排気ガスの状態(例えば、ガスの濃度や温度など)の変化に基づいて、バイパス通路弁9の故障診断を行う。このような故障診断は、前段触媒6を通過後の排気ガスと、前段触媒6を通過していない排気ガス(バイパス通路8より供給される排気ガスに対応する)とでは、排気ガスの状態が異なるということを利用して行われる。
具体的には、ECU20は、バイパス通路8に排気ガスを流したときにおける、前段触媒6と後段触媒7との間における排気ガス中の酸素濃度の変化に基づいて、バイパス通路弁9の故障診断を行う。より詳しくは、前段触媒6における上流側の排気ガスの空燃比がリッチからリーンに大きく変化した直後、又はリーンからリッチに大きく変化した直後で、前段触媒6の吸蔵酸素量が空燃比の変化に追従している際に、所定時間だけバイパス流量が大きくなるように制御することによって、バイパス通路弁9の故障診断を行う。具体的には、ECU20は、上記した制御を行った際に、酸素濃度が変化した場合にはバイパス通路弁9が正常であると診断し、酸素濃度が変化しなかった場合にはバイパス通路弁9が故障していると診断する。
図7は、第6実施例における排気系の概略構成を示す図である。図7に示す排気系は、前述した図1に示す車両に適用される。図示のように、車両は、前段触媒6と後段触媒7との間の排気通路5上に、O2センサ10を有する。O2センサ10は、前段触媒6と後段触媒7との間の排気ガス中の酸素濃度を検出する。O2センサ10は、検出した酸素濃度に対応する検出信号をECU20に供給する。
バイパス通路弁9が正常である場合において、バイパス通路弁9を開にした場合には、O2センサ10に前段触媒6を通過していない排気ガスが供給される。この場合には、前段触媒6で酸素が消費されていない排気ガスがO2センサ10に供給されるため、O2センサ10が検出する酸素濃度は比較的大きくなる。一方、バイパス通路弁9が正常である場合において、バイパス通路弁9を閉にした場合には、O2センサ10に前段触媒6を通過した排気ガスが供給される。この場合には、前段触媒6で酸素が消費された後の排気ガスがO2センサ10に供給されるため、O2センサ10が検出する酸素濃度は比較的小さくなる。以上より、バイパス通路弁9が正常である場合には、バイパス通路弁9の開閉を行うことにより、O2センサ10の出力が変化すると言える。
一方、バイパス通路弁9が故障している場合には、バイパス通路8に排気ガスが流れないか、或いはバイパス通路8に排気ガスが流れ続ける。そのため、バイパス通路弁9が故障している場合には、バイパス通路弁9に対して開閉の指示を出しても、O2センサ10の出力がほとんど変化しないと言える。よって、第6実施例では、バイパス通路弁9に対して開閉の指示を出した時における、O2センサ10の出力の変化に基づいてバイパス通路弁9の故障診断を行う。なお、上記のようにO2センサ10を用いて故障診断を行うことに限定はされない。他の例では、O2センサ10の代わりに空燃比センサを排気通路5上に設け、空燃比センサが検出した空燃比に基づいてバイパス通路弁9の故障診断を行うことも可能である。
図8は、第6実施例に係るバイパス流量制御方法を説明するための図である。図8(a)は空燃比(A/F)を示し、図8(b)はバイパス通路弁9の開閉を示し、図8(c)は前段触媒6中の酸素量変化を示し、図8(c)はO2センサ出力を示している。なお、図8は、横軸に時間を示している。また、図8(b)は、ECU20がバイパス通路弁9に対して供給する制御信号に対応するグラフを示している。即ち、バイパス通路弁9の実際の開閉を示しているわけではない。
ECU20は、前段触媒6における上流側の排気ガスの空燃比がリーンからリッチに変化した時刻t51以降において、バイパス通路弁9の故障診断を行う。この場合、図8(c)に示すように、前段触媒6における酸素量は空燃比の変化に追従していると言える。ECU20は、時刻t52から時刻t53までの期間、バイパス通路弁9を開にするための制御信号を供給し、時刻t53から時刻t54までの期間、バイパス通路弁9を閉にするための制御信号を供給し、時刻t54から時刻t55までの期間、バイパス通路弁9を開にするための制御信号を供給する。
このような制御を行うことにより、図8(d)中の符号60で示すようなO2センサ出力(実線で示す出力)が得られた場合、即ちバイパス通路弁9の開閉指示に応じてO2センサ出力が変化した場合、ECU20は、バイパス通路弁9が正常であると診断する。この場合、O2センサ出力が、バイパス通路8を通過した排気ガスと、バイパス通路弁9を通過していない排気ガスとの両方がO2センサ供給されていることを示しているからである。このような場合には、バイパス通路弁9が正常に開閉していることに他ならない。一方、図8中の符号61で示すようなO2センサ出力(一点鎖線で示す出力)が得られた場合、即ちバイパス通路弁9の開閉指示に応じてO2センサ出力が変化しない場合、ECU20は、バイパス通路弁9が故障していると診断する。この場合には、O2センサ出力が、バイパス通路弁9を通過していない排気ガスしかO2センサに供給されていないことを示しているからである。
以上の第6実施例に係る制御によれば、空燃比などを切り替える制御などを行う必要がないため、ドライバビリティーなどに悪影響を及ぼすことなく、バイパス通路弁9の故障診断を適切に行うことができる。
なお、上記では、O2センサ10の出力に基づいて故障診断を行う例を示したが、これに限定はされない。他の例では、前段触媒6と後段触媒7との間の排気ガス中に、O2センサ10の代わりにNOxセンサを設け、NOxセンサが検出したNOx濃度の変化に基づいてバイパス通路弁9の故障診断を行うことも可能である。より詳しくは、前段触媒6の還元終了後におけるリーン燃焼時において、前段触媒6が十分にNOxを吸蔵可能な状態にあるときに、所定時間だけバイパス流量が大きくなるように制御することによって、バイパス通路弁9の故障診断を行うことができる。このような故障診断は、前段触媒6が排気ガス中のNOxを吸蔵するため、前段触媒6を通過後の排気ガスと、前段触媒6を通過していない排気ガスとでは、排気ガス中のNOx濃度が異なるということを利用して行われる。
更に他の例では、前段触媒6と後段触媒7との間の排気ガス中に、O2センサ10の代わりに温度センサを設け、温度センサが検出した排気ガスの温度の変化に基づいてバイパス通路弁9の故障診断を行うことも可能である。より詳しくは、前段触媒6と後段触媒7との間における排気ガスの温度と、前段触媒6の温度との偏差が所定以上となった際に(例えば運転状態変化等に起因して偏差が所定以上となる)、所定時間だけバイパス流量が大きくなるように制御することによって、バイパス通路弁9の故障診断を行うことができる。このような故障診断は、上記した温度の偏差が所定以上となり、前段触媒6の熱容量影響により前段触媒6の出ガス温度が十分に応答しない状態においては、前段触媒6を通過後の排気ガスと、前段触媒6を通過していない排気ガスとでは、排気ガスの温度が異なるということを利用して行われる。
(第7実施例)
次に、第7実施例に係るバイパス流量制御方法について説明する。第7実施例では、内燃機関4が高負荷運転時に、バイパス流量が大きくなるように制御する点で、前述した第1実施例乃至第6実施例とは異なる。即ち、高負荷運転時にバイパス通路弁9を開に設定する。このような制御を行うことにより、高負荷運転時に、排気系の流路面積を拡大することができるため、背圧を低減し性能を向上させることが可能となる。
次に、第7実施例に係るバイパス流量制御方法について説明する。第7実施例では、内燃機関4が高負荷運転時に、バイパス流量が大きくなるように制御する点で、前述した第1実施例乃至第6実施例とは異なる。即ち、高負荷運転時にバイパス通路弁9を開に設定する。このような制御を行うことにより、高負荷運転時に、排気系の流路面積を拡大することができるため、背圧を低減し性能を向上させることが可能となる。
(第8実施例)
次に、第8実施例に係るバイパス流量制御方法について説明する。第8実施例に係る制御は、触媒の硫黄被毒回復を目的として行う点で、前述した第1実施例乃至第7実施例に係る制御とは異なる。具体的には、ECU20は、硫黄被毒回復時に、バイパス流量が大きくなるように制御する。即ち、硫黄被毒回復時にバイパス通路弁9を開に設定する。このような制御を硫黄被毒回復時に行うことにより、後段触媒7に還元剤が適切に供給されるため、後段触媒7の硫黄被毒回復を効果的に行うことが可能となる。
次に、第8実施例に係るバイパス流量制御方法について説明する。第8実施例に係る制御は、触媒の硫黄被毒回復を目的として行う点で、前述した第1実施例乃至第7実施例に係る制御とは異なる。具体的には、ECU20は、硫黄被毒回復時に、バイパス流量が大きくなるように制御する。即ち、硫黄被毒回復時にバイパス通路弁9を開に設定する。このような制御を硫黄被毒回復時に行うことにより、後段触媒7に還元剤が適切に供給されるため、後段触媒7の硫黄被毒回復を効果的に行うことが可能となる。
なお、硫黄被毒回復時にバイパス通路弁9を開に設定し続けることに限定はされず、硫黄被毒回復時に、バイパス流量を変化させても良い。具体的には、硫黄被毒回復の開始時は、バイパス流量が小さくなるように制御し、硫黄被毒回復の終了時は、バイパス流量が大きくなるように制御することができる。即ち、硫黄被毒回復の初期には、前段触媒6に全ての還元剤を供給することで前段触媒6の硫黄脱離を促進する。そして、後段触媒7に再付着した硫黄を脱離させる必要性が高い、硫黄被毒回復の後期には、バイパス流量を大きくして後段触媒7に適切に還元剤を供給することによって、後段触媒7の硫黄脱離を促進する。これにより、硫黄被毒回復の全体にわたって硫黄脱離を効率的に行うことができるため、硫黄被毒回復の時間を短縮することができる。よって、硫黄被毒回復に起因する燃費悪化を抑制することが可能となる。
[変形例]
以下で、本発明における変形例について説明する。
以下で、本発明における変形例について説明する。
(第1の変形例)
第1の変形例では、バイパス通路の構成が前述した実施例とは異なる。具体的に、図9を用いて説明する。図9は、第1の変形例に係る排気系の概略構成を示す図である。なお、図9に示す排気系は、前述した図1に示す車両に適用される。
第1の変形例では、バイパス通路の構成が前述した実施例とは異なる。具体的に、図9を用いて説明する。図9は、第1の変形例に係る排気系の概略構成を示す図である。なお、図9に示す排気系は、前述した図1に示す車両に適用される。
第1の変形例では、車両は、バイパス通路8aを有する。バイパス通路8aは、後端部に位置する出口8bが、排気通路5の上流側に向くように構成されている。このように出口8bを構成することにより、符号65で示す矢印のように、排気ガスは上流側に向かって排出される。これにより、簡便な構成により、後段触媒7に対してバイパスガス中に含まれる還元剤を均一に供給することができ、後段触媒7の浄化率を効果的に向上させることができる。
なお、更に他の例では、上記のようにバイパス通路8aを構成する代わりに、又は上記のようにバイパス通路8aを構成すると共に、バイパス通路の出口部分を分岐して多孔化して構成したり、バイパス通路の出口部分から後段触媒7までの距離を長く構成したりすることもできる。このようにバイパス通路を構成することにより、後段触媒7への還元剤の均一供給を更に効果的に実現することができる。
(第2の変形例)
第2の変形例では、前段触媒6と後段触媒7との間の排気通路5中に、センサを設ける位置の例を示す。具体的に、図10を用いて説明する。図10は、第2の変形例に係る排気系の概略構成を示す図である。なお、図10に示す排気系は、前述した図1に示す車両に適用される。
第2の変形例では、前段触媒6と後段触媒7との間の排気通路5中に、センサを設ける位置の例を示す。具体的に、図10を用いて説明する。図10は、第2の変形例に係る排気系の概略構成を示す図である。なお、図10に示す排気系は、前述した図1に示す車両に適用される。
第2の変形例では、バイパス通路8aの出口8bの上流側における排気通路5上に、センサ11を設ける。センサ11は、O2センサやNOxセンサや温度センサなどによって構成される。この場合、センサ11は、バイパスガスの影響を受けていない、前段触媒6通過直後の排気ガスの状態を検出する。このような位置にセンサ11を設けることにより、前段触媒6の状態を適切に検出することが可能となる。
(第3の変形例)
第3の変形例は、前段触媒6と後段触媒7との間の排気通路5中に設けるセンサの位置が、上記した第2の変形例とは異なる。具体的に、図11を用いて説明する。図11は、第3の変形例に係る排気系の概略構成を示す図である。なお、図11に示す排気系は、前述した図1に示す車両に適用される。
第3の変形例は、前段触媒6と後段触媒7との間の排気通路5中に設けるセンサの位置が、上記した第2の変形例とは異なる。具体的に、図11を用いて説明する。図11は、第3の変形例に係る排気系の概略構成を示す図である。なお、図11に示す排気系は、前述した図1に示す車両に適用される。
第3の変形例では、バイパス通路8aの出口8bの下流側における排気通路5上に、センサ12を設ける。センサ12は、O2センサやNOxセンサや温度センサなどによって構成される。この場合、センサ12には、バイパス通路弁9が正常であれば、バイパス通路弁9の開閉に応じた排気ガスが供給される。即ち、センサ12には、バイパス通路弁9が閉であれば、前段触媒6を通過した排気ガスが供給され、バイパス通路弁9が開であれば、前段触媒6を通過していないバイパスガスが含まれた排気ガスが供給される。一方、バイパス通路弁9が故障している場合には、センサ12には、前段触媒6を通過した排気ガス、及び前段触媒6を通過していないバイパスガスが含まれた排気ガスのうちのいずれか一方のみが供給される。以上より、前述した第6実施例に係るバイパス通路弁9の故障診断を行う場合には、このような位置にセンサ12を設けることにより、バイパス通路弁9の故障診断を適切に行うことができる。
(第4の変形例)
第4の変形例は、触媒の構成が前述した実施例とは異なる。具体的に、図12を用いて説明する。図12は、第4の変形例に係る排気系の概略構成を示す図である。なお、図12に示す排気系は、前述した図1に示す車両に適用される。
第4の変形例は、触媒の構成が前述した実施例とは異なる。具体的に、図12を用いて説明する。図12は、第4の変形例に係る排気系の概略構成を示す図である。なお、図12に示す排気系は、前述した図1に示す車両に適用される。
第4の変形例では、車両は、前段触媒6の上流側に触媒15が設けられている。触媒15は、バイパス通路8の入口8cが接続された排気通路5上の位置の上流側に配設されており、NOx吸蔵触媒によって構成される。このように、前段触媒6の上流側に触媒15を設けることにより、触媒15によってNOxが吸蔵されるため、触媒15と前段触媒6との間の排気通路5中の排気ガスにおけるNOx量が大きく低減される。そのため、バイパスガス中のNOx量も低減される。よって、バイパス通路弁9を開にした際に後段触媒7に供給される排気ガス中のNOx濃度が低減するため、後段触媒7から排出されるNOx量を大きく低減することができる。
ここで、第4の変形例に係る排気系の構成を適用した場合の結果について、図13を用いて説明する。図13(a)は空燃比(A/F)を示し、図13(b)は図12中のA1部におけるNOx挙動を示し、図13(c)は図12中のA2部におけるNOx挙動を示し、図13(d)は図12中のA3部におけるNOx挙動を示し、図13(e)は図12中のA4部におけるNOx挙動を示している。なお、A1部は触媒15の上流側の部分を示しており、A2部は触媒15と前段触媒6との間の部分を示しており、A3部は前段触媒6と後段触媒7との間の部分を示しており、A4部は後段触媒7の下流側の部分を示している。また、図13は横軸に時間を示している。
ECU50は、時刻t61から時刻t62までの期間、空燃比をリッチに設定すると共にバイパス通路弁9を開にして、NOx還元を実行する。この場合、触媒15によってNOxが吸蔵されるため、A2部におけるNOx量が低減していると共に(図13(c)参照)、A3部におけるNOx量が低減している(図13(d)参照)。そのため、後段触媒7に供給される排気ガス中のNOx濃度が低減されるため、後段触媒7から排出されるNOx量が大きく低減していることがわかる(図13(e)参照)。
このように、第4の変形例によれば、触媒15、前段触媒6、及び後段触媒7によりNOxを適切に浄化することができ、エミッションを更に効果的に向上させることが可能となる。
なお、排気通路5上に触媒15を設けていることにより、後段触媒7への還元剤の供給が、触媒15におけるNOx還元及び吸蔵酸素の消費に要する時間だけ遅れることとなる。しかしながら、後段触媒7の前段に前段触媒6が設けてあるので、この前段触媒6において再吸蔵及び還元が行われるため、後段触媒7にNOxが供給されるタイミングにおいては後段触媒7に還元剤が既に供給されている可能性がかなり高いため、特に問題とはならない。
また、第4の変形例に係る構成を適用した場合には、後段触媒7はNOx吸蔵機能を要しない。そのため、後段触媒7として三元触媒を用いることができる。この場合には、触媒系全体での三元特性を向上させることが可能となる。
3 吸気通路
4 内燃機関
5 排気通路
6 前段触媒
7 後段触媒
8 バイパス通路
9 バイパス通路弁
10 O2センサ
15 触媒
20 ECU
4 内燃機関
5 排気通路
6 前段触媒
7 後段触媒
8 バイパス通路
9 バイパス通路弁
10 O2センサ
15 触媒
20 ECU
Claims (13)
- 内燃機関の排気通路中に設けられたNOx触媒と、前記NOx触媒の下流側に設けられた排気浄化触媒と、前記NOx触媒の上流側の排気通路と、前記NOx触媒と前記排気浄化触媒との間の排気通路とをバイパスさせるバイパス通路と、を有する内燃機関の排気浄化装置であって、
前記バイパス通路を通過する排気ガスの流量を調整する流量調整機構と、
少なくとも前記NOx触媒におけるNOx還元の開始から終了までの間に、前記流量調整機構を制御することによって、前記バイパス通路を通過する排気ガスの流量を制御する流量制御手段と、を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 - 前記流量制御手段は、前記NOx還元の開始後から所定時間が経過するまで、前記バイパス通路の流量が大きくなるように制御し、
前記所定時間の経過後、前記NOx還元の終了まで、前記バイパス通路の流量が小さくなるように、又は概ね「0」となるように制御することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。 - 前記流量制御手段は、前記NOx還元の開始後から所定時間が経過するまで、前記バイパス通路の流量が小さくなるように、又は概ね「0」となるように制御し、
前記所定時間の経過後、前記NOx還元の終了まで、前記バイパス通路の流量が大きくなるように制御することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。 - 前記流量制御手段は、前記NOx還元の開始から終了までの間の所定期間、前記バイパス通路の流量が大きくなるように制御し、
前記所定期間以外の前記NOx還元を行う期間は、前記バイパス通路の流量が小さくなるように、又は概ね「0」となるように制御することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。 - ストイキ燃焼時においてHC被毒回復が必要であると判断される場合に、前記NOx触媒における上流側の排気ガスの空燃比をわずかにリーンに設定する空燃比制御手段を備え、
前記流量制御手段は、前記空燃比制御手段が空燃比をリーンに設定した際に、前記バイパス通路に排気ガスが流れるように前記流量調整機構に対して制御を行うことを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。 - 前記流量制御手段は、前記内燃機関が高負荷運転時に、前記バイパス通路の流量が大きくなるように制御することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記流量制御手段は、硫黄被毒回復時に、前記バイパス通路の流量が大きくなるように制御することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記流量制御手段は、硫黄被毒回復の開始時は、前記バイパス通路の流量が小さくなるように制御し、硫黄被毒回復の終了時は、前記バイパス通路の流量が大きくなるように制御することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記流量制御手段は、前記NOx触媒における上流側の排気ガスの空燃比がリッチからリーンに変化した場合に、又はリーンからリッチに変化した場合に、所定時間だけ前記バイパス通路の流量が大きくなるように制御し、
前記流量制御手段が前記所定時間だけ前記バイパス通路の流量が大きくなるように制御を行った際に、前記NOx触媒と前記排気浄化触媒との間における排気ガスの空燃比又は酸素濃度の変化に基づいて、前記流量調整機構の故障を診断する故障診断手段を更に備えることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。 - 前記流量制御手段は、前記NOx触媒の還元終了後におけるリーン燃焼時に、所定時間だけ前記バイパス通路の流量が大きくなるように制御し、
前記流量制御手段が前記所定時間だけ前記バイパス通路の流量が大きくなるように制御した際に、前記NOx触媒と前記排気浄化触媒との間における排気ガスのNOx濃度の変化に基づいて、前記流量調整機構の故障を診断する故障診断手段を更に備えることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。 - 前記流量制御手段は、前記NOx触媒と前記排気浄化触媒との間における排気ガスの温度と、前記NOx触媒の温度との偏差が所定以上となった際に、所定時間だけ前記バイパス通路の流量が大きくなるように制御し、
前記流量制御手段が前記所定時間だけ前記バイパス通路の流量が大きくなるように制御した際に、前記NOx触媒と前記排気浄化触媒との間における排気ガスの温度の変化に基づいて、前記流量調整機構の故障を診断する故障診断手段を更に備えることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。 - 前記バイパス通路は、前記排気通路における上流側に出口が向くように構成されていることを特徴とする請求項1乃至11のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記バイパス通路の入口が接続された前記排気通路上の位置の上流側に、前記NOx触媒とは異なるNOx触媒を更に備えることを特徴とする請求項1乃至12のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
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