JP2011132871A

JP2011132871A - Exhaust emission control device of combustion engine

Info

Publication number: JP2011132871A
Application number: JP2009292427A
Authority: JP
Inventors: Yoshihisa Tsukamoto; 佳久塚本; Hiromasa Nishioka; 寛真西岡; Katsuhiko Oshikawa; 克彦押川; Hiroshi Otsuki; 寛大月; Junichi Matsuo; 潤一松尾
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-12-24
Filing date: 2009-12-24
Publication date: 2011-07-07
Anticipated expiration: 2029-12-24
Also published as: JP5370134B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an exhaust emission control device of a combustion engine, that includes a particulate filter where regeneration treatment is executed using a combustion heat generated when reducing substances within exhaust gas is combusted by an oxidative catalyst, and can achieve the superior regeneration treatment even if the oxidative catalyst is poisoned by sulfur. <P>SOLUTION: A sulfur component detection device 4 is arranged at the upstream of a particulate filter 2 of an exhaust passage 1 and detects a sulfur component within the exhaust gas passing near the oxidative catalyst. The sulfur component detection device 4 includes a holding part that holds SO<SB>x</SB>and NO<SB>x</SB>within the exhaust gas and where a limit of holding amount of NO<SB>x</SB>decreases as a holding amount of SO<SB>x</SB>increases. The sulfur component detection device 4 estimates the holding amount of SO<SB>x</SB>based on the holding amount of NO<SB>x</SB>held by the holding part, and when the holding amount of SO<SB>x</SB>is a set value or higher, increases an amount of the reducing substances compared with when the holding amount of SO<SB>x</SB>is less than the set value. The reducing substances are combusted by the oxidative catalyst in the regeneration treatment of the particulate filter. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

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.

パティキュレートの大気放出を抑制するために、内燃機関の排気通路にパティキュレートフィルタを配置することが提案されている。パティキュレートフィルタは、捕集パティキュレート量が多くなるほど排気抵抗を増加させる。それにより、排気抵抗が設定値を超えないようにするために、パティキュレートフィルタにおいては定期的又は不定期的に捕集パティキュレートを焼失させる再生処理が必要となる。 In order to suppress the release of particulates into the atmosphere, it has been proposed to arrange a particulate filter in the exhaust passage of the internal combustion engine. The particulate filter increases the exhaust resistance as the amount of collected particulates increases. Accordingly, in order to prevent the exhaust resistance from exceeding the set value, the particulate filter needs to be regenerated by burning out the collected particulates regularly or irregularly.

再生処理のために、パティキュレートフィルタには酸化触媒が担持され、酸化触媒により排気ガス中の還元物質を酸化させる際の発熱を利用して捕集パティキュレートの一部を燃焼温度まで昇温させる。こうして、捕集パティキュレートの一部を燃焼させれば、その燃焼熱により残りの捕集パティキュレートも燃焼させることができる。 For the regeneration treatment, the particulate filter carries an oxidation catalyst, and the temperature of a part of the collected particulates is raised to the combustion temperature by using the heat generated when oxidizing the reducing substance in the exhaust gas by the oxidation catalyst. . Thus, if a part of the collected particulates is combusted, the remaining collected particulates can also be combusted by the combustion heat.

このようなパティキュレートフィルタの上流側に酸化触媒装置を配置する場合において、酸化触媒装置に担持された酸化触媒には、排気ガス中のＳＯ_Xが付着して酸化触媒が機能低下（Ｓ被毒）するために、酸化触媒の温度を約４００°Ｃまで高めて排気ガスの空燃比をリッチにすることにより酸化触媒のＳ被毒を解消することが提案されている（特許文献１参照）。 In case of arranging an oxidation catalyst device upstream of such particulate filter, the supported oxidation catalyst in the oxidation catalyst device, SO _X is the oxidation catalyst degraded adheres in the exhaust gas (S poisoning Therefore, it has been proposed to eliminate sulfur poisoning of the oxidation catalyst by raising the temperature of the oxidation catalyst to about 400 ° C. and making the air-fuel ratio of the exhaust gas rich (see Patent Document 1).

特開２００９−２０９７６６JP2009-209766

前述の内燃機関に排気浄化装置において、パティキュレートフィルタに担持された酸化触媒もＳ被毒して機能低下する。酸化触媒装置のＳ被毒の解消処理において、排気ガスの空燃比がリッチにされるために、この時にパティキュレートフィルタの温度を約４００°Ｃとすれば、酸化触媒装置の下流側に位置するパティキュレートフィルタにおいても酸化触媒のＳ被毒を解消することができる。 In the exhaust gas purification apparatus for the internal combustion engine described above, the oxidation catalyst carried on the particulate filter is also poisoned with S and its function is lowered. In the process of eliminating S poisoning of the oxidation catalyst device, the air-fuel ratio of the exhaust gas is made rich. If the temperature of the particulate filter is about 400 ° C. at this time, it is located downstream of the oxidation catalyst device. Even in the particulate filter, it is possible to eliminate S poisoning of the oxidation catalyst.

酸化触媒装置のＳ被毒の解消処理は、パティキュレートフィルタの再生処理より頻繁に実施されるようになっており、もし、パティキュレートフィルタの再生処理の直前に酸化触媒装置のＳ被毒の解消処理が必ず実施されれば、パティキュレートフィルタの再生処理に際してパティキュレートフィルタの酸化触媒のＳ被毒も解消されており、特に問題は発生しない。 The S poisoning elimination process of the oxidation catalyst device is performed more frequently than the particulate filter regeneration process. If the particulate filter regeneration process is performed immediately before the particulate filter regeneration process, the S poisoning elimination of the oxidation catalyst device is performed. If the process is always performed, the poisoning of the oxidation catalyst of the particulate filter during the regeneration process of the particulate filter is also eliminated, and no particular problem occurs.

しかしながら、酸化触媒装置のＳ被毒の解消処理は、パティキュレートフィルタの再生処理の直前に必ず実施されるとは限らず、また、このように頻繁に酸化触媒装置のＳ被毒の解消処理を実施すると燃料消費を悪化させる。こうして、もし、パティキュレートフィルタの再生処理の直前に酸化触媒装置のＳ被毒の解消処理が実施されなければ、パティキュレートフィルタの再生処理に際してパティキュレートフィルタの酸化触媒がＳ被毒により機能低下していることがあり、それによって、パティキュレートフィルタにおいて捕集パティキュレートの一部を確実に着火燃焼させることができなければ、パティキュレートフィルタの再生処理が不十分となって、排気抵抗が設定値を超えるようになるまでパティキュレートフィルタにパティキュレートが捕集されてしまうことがある。 However, the S poisoning elimination process of the oxidation catalyst device is not always performed immediately before the regeneration process of the particulate filter, and the S poisoning elimination process of the oxidation catalyst device is frequently performed in this way. Implementation will worsen fuel consumption. Thus, if the S poisoning elimination process of the oxidation catalyst device is not performed immediately before the regeneration process of the particulate filter, the function of the oxidation catalyst of the particulate filter deteriorates due to the S poisoning during the regeneration process of the particulate filter. If part of the collected particulates cannot be reliably ignited and combusted in the particulate filter, the regeneration process of the particulate filter becomes insufficient and the exhaust resistance becomes the set value. Particulates may be collected by the particulate filter until it exceeds.

従って、本発明の目的は、酸化触媒により排気ガス中の還元物質を燃焼させた際の燃焼熱を利用して再生処理が実施されるパティキュレートフィルタを具備し、酸化触媒がＳ被毒していてもパティキュレートフィルタの良好な再生処理を実現可能とする内燃機関の排気浄化装置を提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a particulate filter in which regeneration treatment is performed using combustion heat generated when a reducing substance in exhaust gas is burned by an oxidation catalyst, and the oxidation catalyst is poisoned with sulfur. However, an object of the present invention is to provide an exhaust emission control device for an internal combustion engine that can realize a good regeneration process of the particulate filter.

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、排気通路に配置されて排気ガス中のパティキュレートを捕集するためのパティキュレートフィルタであって、酸化触媒により排気ガス中の還元物質を燃焼させた際の燃焼熱を利用して再生処理が実施されるパティキュレートフィルタと、前記排気通路の前記パティキュレートフィルタの上流側に配置されて前記酸化触媒近傍を通過する排気ガス中の硫黄成分を検出する硫黄成分検出装置とを具備し、前記硫黄成分検出装置は、排気ガス中のＳＯ_X及びＮＯ_Xを保持し、ＳＯ_X保持量が増加するほどＮＯ_X保持可能量が減少する保持部を具備し、前記保持部に保持されたＮＯ_X保持量に基づき前記ＳＯ_X保持量を推定するものであり、前記ＳＯ_X保持量が設定値以上である時には前記ＳＯ_X保持量が前記設定値より少ない時に比較して、パティキュレートフィルタの再生処理において前記酸化触媒により燃焼させる還元物質の量を増加させることを特徴とする。 An exhaust emission control device for an internal combustion engine according to claim 1 of the present invention is a particulate filter disposed in the exhaust passage for collecting particulates in the exhaust gas, wherein the reduction in the exhaust gas is performed by an oxidation catalyst. A particulate filter in which regeneration processing is performed using combustion heat generated when a substance is burned, and an exhaust gas that is disposed upstream of the particulate filter in the exhaust passage and passes in the vicinity of the oxidation catalyst. A sulfur component detection device for detecting a sulfur component, the sulfur component detection device holds SO _x and NO _x in the exhaust gas, and the amount of NO _{x that} can be held decreases as the amount of SO _x held increases. A holding unit for estimating the SO _X holding amount based on the NO _X holding amount held in the holding unit, and when the SO _X holding amount is a set value or more, the SO _X Compared to when the retention amount is smaller than the set value, the amount of the reducing substance burned by the oxidation catalyst in the regeneration process of the particulate filter is increased.

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、排気通路のパティキュレートフィルタの上流側に配置された硫黄成分検出装置は、排気ガス中のＳＯ_X及びＮＯ_Xを保持し、ＳＯ_X保持量が増加するほどＮＯ_X保持可能量が減少する保持部を具備し、保持部に保持されたＮＯ_X保持量に基づきＳＯ_X保持量を推定するものであり、こうして推定された保持部のＳＯ_X保持量は、硫黄成分検出装置のＳＯ_X保持量が零であった時から現在までの酸化触媒近傍を通過する排気ガス中のＳＯ_Xの積算値に対応するために酸化触媒の現在のＳ被毒の程度にも対応し、ＳＯ_X保持量が設定値以上である時にはＳＯ_X保持量が設定値より少ない時に比較して、酸化触媒のＳ被毒の程度は大きいとして、パティキュレートフィルタの再生処理において酸化触媒により燃焼させる還元物質の量を増加させるようになっている。それにより、酸化触媒がＳ被毒していても、パティキュレートフィルタにおいて捕集パティキュレートの一部を燃焼温度まで昇温させ易くなり、パティキュレートフィルタの良好な再生処理を可能とし、排気抵抗が設定値を超えるようになるまでパティキュレートフィルタにパティキュレートが捕集されることを抑制することができる。 According to the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the first aspect of the present invention, the sulfur component detection device disposed upstream of the particulate filter in the exhaust passage holds SO _X and NO _X in the exhaust gas. , comprising a holding portion stored SO _X amount _the NO _X holding possible amount decreases as the increase, which estimates the stored SO _X amount based on _the NO _X holding volume held in the holding unit, thus estimated stored SO _X amount of the holding portion is an oxidation catalyst in order to correspond to the integrated value of the SO _X in the exhaust gas passing through the oxidation catalyst near to the current from the time stored SO _X amount was zero sulfur component detecting device current also corresponds to the degree of S-poisoning, when stored SO _X amount is equal to or greater than the set value compared to when stored SO _X amount is less than the set value, the degree of S-poisoning of the oxidation catalyst as a large, In the regeneration process of the particulate filter Thus, the amount of reducing substance burned by the oxidation catalyst is increased. As a result, even if the oxidation catalyst is poisoned with sulfur, it becomes easy to raise a part of the collected particulates to the combustion temperature in the particulate filter, enabling a good regeneration treatment of the particulate filter, and reducing the exhaust resistance. The particulates can be prevented from being collected by the particulate filter until the set value is exceeded.

本発明による内燃機関の排気浄化装置の実施形態を示す概略図である。1 is a schematic view showing an embodiment of an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention. 硫黄成分検出装置を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows a sulfur component detection apparatus. 本発明による内燃機関の排気浄化装置におけるパティキュレートフィルタの捕集パティキュレート量と、硫黄成分検出装置のＳＯ_X保持量と、パティキュレートフィルタの再生処理における還元物質供給量との関係を示すタイムチャートである。4 is a time chart showing the relationship between the particulate collection amount of the particulate filter in the exhaust gas purification apparatus of the internal combustion engine according to the present invention, the SO _X retention amount of the sulfur component detection device, and the reducing substance supply amount in the regeneration process of the particulate filter. it is.

図１は本発明による内燃機関の排気浄化装置の実施形態を示す概略図であり、同図において、１は内燃機関の排気通路である。内燃機関は、ディーゼルエンジン又は筒内噴射式火花点火内燃機関のような希薄燃焼を実施する内燃機関である。このような内燃機関の排気ガス中には、比較的多くのパティキュレートが含まれるために、排気通路１には、パティキュレートの大気放出を抑制するためのパティキュレートフィルタ２が配置されている。３は同一ハウジング内においてパティキュレートフィルタ２の直上流側に配置された酸化触媒装置である。酸化触媒装置３は排気ガス中のＨＣ及びＣＯ等を酸化により浄化する。 FIG. 1 is a schematic view showing an embodiment of an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention. In FIG. 1, 1 is an exhaust passage of the internal combustion engine. The internal combustion engine is an internal combustion engine that performs lean combustion, such as a diesel engine or a direct injection spark ignition internal combustion engine. Since the exhaust gas of such an internal combustion engine contains a relatively large amount of particulates, a particulate filter 2 is arranged in the exhaust passage 1 to suppress the release of particulates into the atmosphere. Reference numeral 3 denotes an oxidation catalyst device disposed immediately upstream of the particulate filter 2 in the same housing. The oxidation catalyst device 3 purifies HC and CO in the exhaust gas by oxidation.

パティキュレートフィルタ２は、例えば、コージライトのような多孔質材料から形成されたハニカム構造をなすウォールフロー型であり、多数の軸線方向に延在する隔壁によって細分された多数の軸線方向空間を有している。隣接する二つの軸線方向空間において、一方は栓によって排気下流側を閉鎖され、他方は栓によって排気上流側を閉鎖される。こうして、隣接する二つの軸線方向空間の一方は排気ガスの流入通路となり、他方は流出通路となり、排気ガスが必ず隔壁を通過する。排気ガス中のパティキュレートは、隔壁の細孔の大きさに比較して非常に小さいものであるが、隔壁の排気上流側表面及び隔壁内の細孔表面上に衝突して捕集される。こうして、各隔壁５４は、パティキュレートを捕集する捕集壁として機能する。パティキュレートフィルタ２には、隔壁の表面上にアルミナ等を使用して白金Ｐｔ等の貴金属酸化触媒が担持されている。 The particulate filter 2 is a wall flow type having a honeycomb structure formed of a porous material such as cordierite, for example, and has a large number of axial spaces subdivided by a number of partition walls extending in the axial direction. is doing. In two adjacent axial spaces, one is closed on the exhaust downstream side by a plug and the other is closed on the exhaust upstream side by a plug. Thus, one of the two adjacent axial spaces becomes an exhaust gas inflow passage and the other becomes an outflow passage, and the exhaust gas always passes through the partition wall. Particulates in the exhaust gas are very small compared to the pore size of the partition walls, but are collected by colliding with the exhaust upstream surface of the partition walls and the pore surfaces in the partition walls. Thus, each partition wall 54 functions as a collecting wall for collecting particulates. The particulate filter 2 carries a noble metal oxidation catalyst such as platinum Pt on the surface of the partition wall using alumina or the like.

酸化触媒装置３も、例えば、コージライトのような多孔質材料から形成されたハニカム構造を有し、パティキュレートフィルタ２とは異なり、各軸線方向空間において排気下流側も排気上流側も閉鎖されていない。各軸線方向空間を形成する隔壁の表面上にはアルミナ等を使用して白金Ｐｔ等の貴金属酸化触媒が担持されている。 The oxidation catalyst device 3 also has a honeycomb structure formed of a porous material such as cordierite, and unlike the particulate filter 2, the exhaust downstream side and the exhaust upstream side are closed in each axial space. Absent. A noble metal oxidation catalyst such as platinum Pt is supported on the surface of the partition wall forming each axial space using alumina or the like.

図１において、４は酸化触媒装置３及びパティキュレートフィルタ２へ流入する排気ガス中の硫黄成分を検出するための硫黄成分検出装置である。また、５は硫黄成分検出装置４の上流側において排気ガス中に燃料を供給する燃料供給装置である。図２は、硫黄成分検出装置の実施形態を示す概略断面図である。同図において、４１は硫黄成分検出装置３を構成する熱電対等の温度センサである。４２は温度センサ４１の感温部を覆うように配置されたＮＯ_X及びＳＯ_X保持部である。 In FIG. 1, reference numeral 4 denotes a sulfur component detection device for detecting a sulfur component in exhaust gas flowing into the oxidation catalyst device 3 and the particulate filter 2. Reference numeral 5 denotes a fuel supply device that supplies fuel into the exhaust gas upstream of the sulfur component detection device 4. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an embodiment of the sulfur component detection device. In the figure, reference numeral 41 denotes a temperature sensor such as a thermocouple constituting the sulfur component detection device 3. Reference numeral 42 denotes a NO _x and SO _x holding part arranged so as to cover the temperature sensing part of the temperature sensor 41.

ＮＯ_X及びＳＯ_X保持部４２は、排気通路１を通過する排気ガス中に晒されて排気ガス中のＮＯ_X及びＳＯ_Xを保持するものであり、例えば、ＮＯ_X保持材と白金Ｐｔのような貴金属触媒とを温度センサ４１の感温部に塗布することにより形成することができる。 NO _X and stored SO _X 42 is exposed to the exhaust gas passing through the exhaust passage 1 is intended to hold the NO _X and SO _X in the exhaust gas, for example, as _the NO _X holding material and the platinum Pt It can be formed by applying a noble metal catalyst to the temperature sensing part of the temperature sensor 41.

ＮＯ_X保持材は、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。 The NO _x holding material is at least selected from alkali metals such as potassium K, sodium Na, lithium Li and cesium Cs, alkaline earth metals such as barium Ba and calcium Ca, and rare earths such as lanthanum La and yttrium Y. it is one.

このようにＮＯ_X保持材及び貴金属触媒により形成されたＮＯ_X及びＳＯ_X保持部４２は、排気ガスがリーン空燃比である時、すなわち、排気ガス中の酸素濃度が高い時に、排気ガス中のＮＯ_Xを硝酸塩として吸収し、排気ガス中のＳＯ_Xを硫酸塩として吸収する。ＮＯ_XをＳＯ_X保持部４２は、ＮＯ_X保持材の量に応じて、ＳＯ_Xが保持されていない時のＮＯ_X保持可能量（又はＮＯ_X及びＳＯ_Xの保持可能量）を有し、硝酸塩に比較して硫酸塩は安定な物質であるために、ＳＯ_Xが保持されていない時のＮＯ_X保持可能量を基準値として、ＳＯ_X保持量が増加するほど、現在のＮＯ_X保持可能量は減少することとなる。 The NO _X and SO _X holding part 42 formed by the NO _X holding material and the noble metal catalyst in this way is used when the exhaust gas has a lean air-fuel ratio, that is, when the oxygen concentration in the exhaust gas is high. NO _x is absorbed as nitrate, and SO _x in the exhaust gas is absorbed as sulfate. Stored SO _X portion 42 NO _X has depending on the amount of _the NO _X holding material, _the NO _X holding possible amount when SO _X is not held (or retainable amount of the NO _X and SO _X), for sulphate in comparison to the nitrate is a stable substance, as a reference value of _the nO _X holding possible amount when SO _X is not held, the more stored SO _X amount increases, the current of the nO _X can be held The amount will decrease.

それにより、ＮＯ_X及びＳＯ_X保持部４２における現在のＮＯ_X保持可能量を検出して基準値から減算すれば、ＮＯ_X及びＳＯ_X保持部４２における現在のＳＯ_X保持量に対応する値となる。現在のＳＯ_X保持量は、ＮＯ_X及びＳＯ_X保持部４２にＳＯ_Xが保持されていなかった時から現在までの間にＮＯ_X及びＳＯ_X保持部４２近傍を通過した排気ガス中の積算ＳＯ_X量に一定の保持割合を乗算した値と考えることができる。 Thus, if the current NO _X holdable amount in the NO _X and SO _X holding unit 42 is detected and subtracted from the reference value, a value corresponding to the current SO _X holding amount in the NO _X and SO _X holding unit 42 is obtained. Become. Current stored SO _X amount, NO _X and stored SO _X 42 to SO _X is accumulated SO in the exhaust gas passing through the NO _X and stored SO _X 42 near the period from when not held up to now It can be considered as a value obtained by multiplying the _X amount by a certain holding ratio.

一方、ＮＯ_X及びＳＯ_X保持部４２にＳＯ_Xが保持されていなかった時から現在までの間に酸化触媒装置３及びパティキュレートフィルタ２へ流入した排気ガス中の積算ＳＯ_X量の一定の付着割合を乗算した値だけ酸化触媒装置３及びパティキュレートフィルタ２に担持された酸化触媒がＳ被毒したと考えることができる。 On the other hand, the constant amount of accumulated SO _X in the exhaust gas flowing into the oxidation catalyst device 3 and the particulate filter 2 between the time when NO _X and the SO _X holding portion 42 are not holding SO _X until the present time. It can be considered that the oxidation catalyst carried on the oxidation catalyst device 3 and the particulate filter 2 has been poisoned by S by a value obtained by multiplying the ratio.

また、ＮＯ_X及びＳＯ_X保持部４２にＳＯ_Xが保持されていなかった時から現在までの間にＮＯ_X及びＳＯ_X保持部４２近傍を通過した排気ガス中の積算ＳＯ_X量は、ＮＯ_X及びＳＯ_X保持部４２にＳＯ_Xが保持されていなかった時から現在までの間に酸化触媒装置３及びパティキュレートフィルタ２へ流入した排気ガス中の積算ＳＯ_X量と同じであり、こうして、ＮＯ_X及びＳＯ_X保持部４２にＳＯ_Xが保持されていなかった時、すなわち、ＮＯ_X及びＳＯ_X保持部４２のＳＯ_X保持量が零であった時に、酸化触媒装置３及びパティキュレートフィルタ２に担持された酸化触媒はＳ被毒していない又はＳ被毒が解消された場合には、ＮＯ_X及びＳＯ_X保持部４２のＳＯ_X保持量は、酸化触媒装置３及びパティキュレートフィルタ２に担持された酸化触媒のＳ被毒程度に対応していると考えることができる。 Further, the accumulated SO _X amount in the exhaust gas that has passed through the vicinity of the NO _X and SO _X holding part 42 from the time when the SO _X is not held in the NO _X and SO _X holding part 42 to the present is the NO _X And the same as the integrated SO _X amount in the exhaust gas flowing into the oxidation catalyst device 3 and the particulate filter 2 from the time when SO _X is not held in the SO _X holding portion 42 to the present, and thus NO NO when the SO _X is not held in the _X and stored SO _X 42, i.e., when stored SO _X amount of the NO _X and stored SO _X 42 was zero, the oxidation catalyst device 3 and a particulate filter 2 When the supported oxidation catalyst is not S-poisoned or the S-poisoning is eliminated, the amount of SO _x retained in the NO _x and SO _x retainer 42 is supported by the oxidation catalyst device 3 and the particulate filter 2. oxidation catalyst Can be considered to S correspond to about poisoning.

ＮＯ_X及びＳＯ_X保持部４２の現在のＮＯ_X保持可能量を検出するためには、先ずは、ＮＯ_X及びＳＯ_X保持部４２を排気ガス中に長時間晒すことによりＮＯ_X及びＳＯ_X保持部４２に最大限に排気ガス中のＮＯ_Xを吸収させる。次いで、排気ガスの空燃比をリッチ（理論空燃比よりリッチ側の空燃比）とする。排気ガスの空燃比をリッチにするためには、燃料供給装置５によって排気ガス中に追加燃料を供給したり、気筒内での燃焼空燃比をリッチにしたり、又は、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すれば良い。 To detect the current of the NO _X holdable amount of the NO _X and stored SO _X 42, firstly, NO _X and stored SO _X by exposing a long time NO _X and stored SO _X 42 in the exhaust gas The portion 42 is made to absorb NO _x in the exhaust gas to the maximum extent. Next, the air-fuel ratio of the exhaust gas is made rich (air-fuel ratio richer than the theoretical air-fuel ratio). In order to make the air-fuel ratio of the exhaust gas rich, additional fuel is supplied into the exhaust gas by the fuel supply device 5, the combustion air-fuel ratio in the cylinder is made rich, or the cylinder in the expansion stroke or exhaust stroke It is sufficient to supply additional fuel inside.

排気ガスの空燃比がリッチとされると、ＮＯ_X及びＳＯ_X保持部４２周りの酸素濃度が低下し、又は、ＮＯ_X及びＳＯ_X保持部４２の貴金属触媒が排気ガス中のＨＣ等の還元物質を排気ガス中の酸素を使用して酸化させることによりＮＯ_X及びＳＯ_X保持部４２周りの酸素濃度が低下し、それにより、以下に示すように、ＮＯ_X及びＳＯ_X保持部４２に吸収されているＮＯ_Xが放出され、それと同時に、放出ＮＯ_XはＮＯ_X及びＳＯ_X保持部４２の貴金属触媒により排気ガス中の還元物質（例えばＣＯ）を使用して還元される。 When the air-fuel ratio of the exhaust gas is made rich, the oxygen concentration around the NO _X and SO _X holding unit 42 decreases, or the noble metal catalyst in the NO _X and SO _X holding unit 42 reduces HC or the like in the exhaust gas. By oxidizing the substance using oxygen in the exhaust gas, the oxygen concentration around the NO _x and SO _x holding part 42 decreases, and as a result, it is absorbed by the NO _x and SO _x holding part 42 as shown below. is has been and NO _X is released at the same time, it released NO _X is reduced using a reducing agent in the exhaust gas (eg CO) by the noble metal catalyst of the NO _X and stored SO _X 42.

1/2Ｂａ（ＮＯ₃)₂→1/2ＢａＯ＋ＮＯ＋3/4Ｏ₂−309.6kJ/mol
ＣＯ＋ＮＯ→1/2Ｎ₂＋2ＣＯ₂＋373.2kJ/mol
3/2ＣＯ+3/4Ｏ₂→3/2ＣＯ₂＋424.5kJ/mol
こうして、１molのＮＯに対して約490kJの発熱が発生する。それにより、ＮＯ_X及びＳＯ_X保持部４２近傍の排気ガスの空燃比がリッチにされる前のＮＯ_X及びＳＯ_X保持部４２の温度ＴｂとＮＯ_X及びＳＯ_X保持部４２近傍の排気ガスの空燃比がリッチにされた後の最高温度Ｔａとの間の温度上昇値ΔＴ（Ｔａ−Ｔｂ）を温度センサ４１により測定すれば、この温度上昇値ΔＴに基づいてＮＯ_X及びＳＯ_X保持部４２に保持されていたＮＯ_X保持量（mol）、すなわち、現在のＮＯ_X保持可能量を検出することができる。 1 / 2Ba (NO ₃ ) ₂ → 1 / 2BaO + NO + 3 / 4O ₂ -309.6kJ / mol
CO + NO → 1 / 2N ₂ + 2CO ₂ + 373.2kJ / mol
3 / 2CO + 3 / 4O ₂ → 3 / 2CO ₂ + 424.5kJ / mol
In this way, about 490 kJ is generated for 1 mol of NO. Thereby, the temperature Tb of the NO _X and SO _X holding unit 42 before the air-fuel ratio of the exhaust gas in the vicinity of the NO _X and SO _X holding unit 42 is made rich and the exhaust gas in the vicinity of the NO _X and SO _X holding unit 42 are reduced. If the temperature increase value ΔT (Ta−Tb) between the air-fuel ratio and the maximum temperature Ta after being made rich is measured by the temperature sensor 41, the NO _X and SO _X holding unit 42 is based on the temperature increase value ΔT. _the NO _X holding amount held in (mol), i.e., it is possible to detect the current of the NO _X holdable amount.

また、ＮＯ_X及びＳＯ_X保持部４２に保持されているＮＯ_Xは、ＮＯ_X及びＳＯ_X保持部４２の温度を約５００°Ｃとすれば酸素濃度を低下させなくても放出される。これを利用して、例えばＮＯ_X及びＳＯ_X保持部４２を加熱する電気ヒータを設けてＮＯ_X及びＳＯ_X保持部４２を加熱すれば、ＮＯ_X及びＳＯ_X保持部４２が全てのＮＯ_Xを放出するのに使用した熱量に基づき、ＮＯ_X及びＳＯ_X保持部４２の現在のＮＯ_X保持可能量を検出することも可能である。 Further, NO _X held in the NO _X and stored SO _X 42, without reducing the approximately 500 ° C Tosureba oxygen concentration the temperature of the NO _X and stored SO _X 42 is released. Utilizing this, for example, if an electric heater for heating the NO _x and SO _x holding unit 42 is provided to heat the NO _x and SO _x holding unit 42, the NO _x and SO _x holding unit 42 will remove all NO _x . based on the amount of heat used to release, it is also possible to detect the current of the NO _X holdable amount of the NO _X and stored SO _X 42.

本実施形態の内燃機関の排気浄化装置は、例えば設定運転時間毎にパティキュレートフィルタ２の捕集パティキュレートを焼失させる再生処理を実施するようになっている。どのように内燃機関を運転しても、設定運転時間では、排気抵抗が設定値を超えて機関出力が著しく低下するほどのパティキュレート量ＡＰ’がパティキュレートフィルタ２に捕集されないようになっている。しかしながら、再生処理において、捕集パティキュレートの一部が残留してしまうと、次回の設定運転時間後において、パティキュレート量ＡＰ’を超える量のパティキュレートがパティキュレートフィルタ２に捕集され、機関出力が著しく低下することがあり、本発明の内燃機関の排気浄化装置は、このような機関出力の低下を抑制するためのものである。 The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present embodiment is configured to perform a regeneration process in which the collected particulates of the particulate filter 2 are burned out, for example, every set operation time. No matter how the internal combustion engine is operated, in the set operation time, the particulate filter AP 2 does not collect the particulate amount AP ′ such that the exhaust resistance exceeds the set value and the engine output significantly decreases. Yes. However, if a part of the collected particulates remains in the regeneration process, an amount of particulates exceeding the particulate amount AP ′ is collected by the particulate filter 2 after the next set operation time, and the engine The output may be significantly reduced, and the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine of the present invention is for suppressing such a decrease in engine output.

図３は、パティキュレートフィルタ２の捕集パティキュレート量ＡＰと、硫黄成分検出装置４のＳＯ_X保持量ＡＳと、パティキュレートフィルタ２の再生処理における燃料供給量ＡＦとの関係を示すタイムチャートである。 FIG. 3 is a time chart showing the relationship between the collected particulate amount AP of the particulate filter 2, the SO _X retention amount AS of the sulfur component detection device 4, and the fuel supply amount AF in the regeneration process of the particulate filter 2. is there.

時刻ｔ１、ｔ２、ｔ３、及びｔ４において、設定運転時間毎のパティキュレートフィルタ２の再生処理が実施される。パティキュレートフィルタ２の再生処理を実施するためには、燃料供給装置５から排気ガス中へ燃料を供給する（又は、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）が、排気ガスの空燃比はリーンとされる。それにより、排気ガス中へ供給された燃料は、酸化触媒装置３及びパティキュレートフィルタ２に担持された酸化触媒により排気ガス中の多量の酸素を使用して良好に燃焼して、パティキュレートフィルタ２の捕集パティキュレートの一部を燃焼温度へ昇温する。こうして、捕集パティキュレートの一部が燃焼を開始すれば、その燃焼熱によって残りの捕集パティキュレートも燃焼温度となって燃焼する。 At times t1, t2, t3, and t4, the regeneration process of the particulate filter 2 is performed for each set operation time. In order to carry out the regeneration process of the particulate filter 2, fuel is supplied from the fuel supply device 5 into the exhaust gas (or additional fuel is supplied into the cylinder in the expansion stroke or the exhaust stroke). The air / fuel ratio is lean. As a result, the fuel supplied into the exhaust gas is satisfactorily burned using a large amount of oxygen in the exhaust gas by the oxidation catalyst supported on the oxidation catalyst device 3 and the particulate filter 2, and the particulate filter 2. Part of the collected particulates is heated to the combustion temperature. Thus, when a part of the collected particulates starts to burn, the remaining collected particulates are also burned at the combustion temperature by the combustion heat.

しかしながら、酸化触媒装置３及びパティキュレートフィルタ２に担持された酸化触媒がＳ被毒により機能低下していると、排気ガス中へ供給された燃料の一部しか燃焼させることができず、それにより、燃焼温度へ昇温される捕集パティキュレートの量が減少すれば、その燃焼熱によって残り全ての捕集パティキュレートを燃焼温度へ昇温することが困難となって、再生処理の終了後に捕集パティキュレートの一部がパティキュレートフィルタ２に残留することがある。 However, if the oxidation catalyst carried on the oxidation catalyst device 3 and the particulate filter 2 is degraded in function due to S poisoning, only part of the fuel supplied into the exhaust gas can be burned, thereby If the amount of collected particulates raised to the combustion temperature decreases, it becomes difficult to raise all the remaining collected particulates to the combustion temperature due to the combustion heat, and after the regeneration process is completed. Part of the collected particulate matter may remain in the particulate filter 2.

本実施形態では、パティキュレートフィルタ２の再生時期ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４において、硫黄成分検出装置４の現在のＮＯ_X保持可能量を前述したようにして検出し、硫黄成分検出装置４の現在のＳＯ_X保持量ＡＳを推定する。前述したように、硫黄成分検出装置４の現在のＳＯ_X保持量ＡＳは、酸化触媒装置３及びパティキュレートフィルタ２に担持された酸化触媒の現在のＳ被毒程度に対応する。ＮＯ_X及びＳＯ_X保持部４２のＳＯ_X保持量が零であった時からの各再生時期までの経過時間は、再生時期ｔ１、ｔ２、ｔ３の順に長くなっており、それにより、各再生時期における硫黄成分検出装置４のＳＯ_X保持量ＡＳも徐々に多くなり、各再生時期における酸化触媒装置３及びパティキュレートフィルタ２に担持された酸化触媒のＳ被毒程度も徐々に悪化している。 In the present embodiment, at the regeneration times t1, t2, t3, and t4 of the particulate filter 2, the current NO _X holdable amount of the sulfur component detection device 4 is detected as described above, and the current of the sulfur component detection device 4 is detected. The SO _X retention amount AS is estimated. As described above, the current SO _X retention amount AS of the sulfur component detection device 4 corresponds to the current degree of S poisoning of the oxidation catalyst carried on the oxidation catalyst device 3 and the particulate filter 2. The elapsed time from the time when the amount of SO _X held in the NO _X and SO _X holding unit 42 is zero to each regeneration time becomes longer in the order of regeneration times t1, t2, and t3. Also, the SO _X retention amount AS of the sulfur component detection device 4 increases gradually, and the degree of S poisoning of the oxidation catalyst carried on the oxidation catalyst device 3 and the particulate filter 2 at each regeneration time gradually deteriorates.

各再生時期におけるＮＯ_X及びＳＯ_X保持部４２のＳＯ_X保持量ＡＳが多いほど、各再生時期における酸化触媒装置３及びパティキュレートフィルタ２に担持された酸化触媒のＳ被毒程度はより悪化していることとなり、燃料供給装置５から再生処理のために供給される燃料供給量ＡＦを多くするようにしている。それにより、酸化触媒がＳ被毒により機能低下していても、より多くの燃料が供給されるために、所望量の捕集パティキュレートを燃焼温度へ昇温するのに必要な量の燃料を燃焼させることができる。その結果、再生処理においてほぼ全ての捕集パティキュレートを焼失させることができ、排気抵抗が設定値を超えて機関出力が著しく低下するほどのパティキュレート量ＡＰ’がパティキュレートフィルタ２に捕集されることはない。 The greater the SO _x retention amount AS of the NO _x and SO _x retaining portion 42 at each regeneration time, the worse the degree of S poisoning of the oxidation catalyst carried on the oxidation catalyst device 3 and the particulate filter 2 at each regeneration time. Therefore, the fuel supply amount AF supplied from the fuel supply device 5 for the regeneration process is increased. As a result, even if the function of the oxidation catalyst is degraded due to S poisoning, more fuel is supplied, so that the amount of fuel required to raise the desired amount of collected particulates to the combustion temperature is reduced. Can be burned. As a result, almost all the collected particulates can be burned out in the regeneration process, and the particulate amount AP ′ is collected in the particulate filter 2 so that the exhaust resistance exceeds the set value and the engine output is significantly reduced. Never happen.

再生処理において、パティキュレートフィルタ２は高温となるが、排気ガスの空燃比がリーンであるために、酸化触媒装置３及びパティキュレートフィルタ２に担持された酸化触媒のＳ被毒は解消しない。また、硫黄成分検出装置４においてＮＯ_X保持可能量を検出するために排気ガスの空燃比がリッチとされる時は、酸化触媒装置３及びパティキュレートフィルタ２の温度が低いために、やはり、酸化触媒装置３及びパティキュレートフィルタ２に担持された酸化触媒のＳ被毒は解消しない。 In the regeneration process, the particulate filter 2 becomes high temperature, but since the air-fuel ratio of the exhaust gas is lean, the sulfur poisoning of the oxidation catalyst carried on the oxidation catalyst device 3 and the particulate filter 2 is not eliminated. Further, when the air-fuel ratio of the exhaust gas is made rich in order to detect the amount of NO _{x that} can be held in the sulfur component detection device 4, the temperature of the oxidation catalyst device 3 and the particulate filter 2 is low, so that the oxidation is again performed. S poisoning of the oxidation catalyst carried on the catalyst device 3 and the particulate filter 2 is not eliminated.

しかしながら、硫黄成分検出装置４においてＳＯ_X保持量を零とするためのＳＯ_X放出処理が実施されると、この時には、ＮＯ_X及びＳＯ_X保持部４２の温度を約６００°Ｃまで昇温するために、排気ガス温度を高めたり、パティキュレートフィルタ２の再生処理と同様に排気ガス中に還元物質を供給してＮＯ_X及びＳＯ_X保持部４２において燃焼させたりすることが必要となり、それにより、硫黄成分検出装置４の下流側の酸化触媒装置３及びパティキュレートフィルタ２も４００°Ｃ以上の温度となり、次いで、排気ガスの空燃比がリッチとされるために、時刻ｔ４’のように、硫黄成分検出装置４から全てのＳＯ_Xが放出されてＳＯ_X保持量ＡＳが零となると、酸化触媒装置３及びパティキュレートフィルタ２の酸化触媒のＳ被毒も解消される。時刻ｔ４’における硫黄成分検出装置４のＳＯ_X放出処理において、パティキュレートフィルタ２の捕集パティキュレートが燃焼しても、次回の再生時期ｔ４における捕集パティキュレート量が少なくなるだけであり、特に問題はない。 However, when SO _x release processing for reducing the SO _x retention amount to zero is performed in the sulfur component detection device 4, the temperature of the NO _x and SO _x retention portion 42 is raised to about 600 ° C. at this time. Therefore, it is necessary to raise the exhaust gas temperature, or to supply the reducing substance into the exhaust gas and to burn it in the NO _X and SO _X holding unit 42 as in the regeneration process of the particulate filter 2. Since the oxidation catalyst device 3 and the particulate filter 2 on the downstream side of the sulfur component detection device 4 also have a temperature of 400 ° C. or higher, and then the air-fuel ratio of the exhaust gas is made rich, as at time t4 ′, When all the SO _X from sulfur component detecting device 4 is released stored SO _X amount aS is zero, also eliminated S-poisoning of the oxidation catalyst of the oxidation catalyst device 3 and a particulate filter 2 In the SO _X release process of the sulfur component detection device 4 at time t4 ′, even if the collected particulate of the particulate filter 2 burns, only the amount of collected particulate at the next regeneration time t4 is reduced. No problem.

こうして、次の再生時期ｔ４となった時には、硫黄成分検出装置４のＳＯ_X保持量ＡＳが比較的少なく、それにより、再生処理のための燃料供給量ＡＦも少なくされるが、酸化触媒装置３及びパティキュレートフィルタ２の酸化触媒も殆どＳ被毒しておらず、良好な再生処理が実現される。 Thus, when the next regeneration timing t4 is reached, the SO _x retention amount AS of the sulfur component detection device 4 is relatively small, thereby reducing the fuel supply amount AF for regeneration processing, but the oxidation catalyst device 3 In addition, the oxidation catalyst of the particulate filter 2 is hardly S-poisoned, and a good regeneration process is realized.

本実施形態においては、硫黄成分検出装置のＳＯ_X保持量が多いほど、パティキュレートフィルタ２の再生処理において酸化触媒により燃焼させる燃料等の還元物質の量を多くしたが、もちろん、このような無段階的でなく、還元物質の量を二段階、三段階、四段階のように、多段階的に制御するようにしても良く、例えば、二段階の制御として、硫黄成分検出装置のＳＯ_X保持量が設定値以上である時にはＳＯ_X保持量が設定値より少ない時に比較して、パティキュレートフィルタの再生処理において酸化触媒により燃焼させる還元物質の量を増加させるようにしても良い。 In this embodiment, the amount of reducing substances such as fuel burned by the oxidation catalyst in the regeneration process of the particulate filter 2 is increased as the SO _X retention amount of the sulfur component detection device is increased. Instead of stepwise, the amount of reducing substance may be controlled in multiple stages, such as two stages, three stages, and four stages. For example, as a two-stage control, the SO _X retention of the sulfur component detector is maintained. When the amount is greater than or equal to the set value, the amount of reducing substance burned by the oxidation catalyst in the regeneration process of the particulate filter may be increased compared to when the SO _X retention amount is smaller than the set value.

また、本実施形態において、パティキュレートフィルタ２の直上流側に酸化触媒装置３が配置されているが、これは本発明を限定するものではなく省略可能である。また、パティキュレートフィルタ２の直上流側の酸化触媒装置３が配置されている場合には、パティキュレートフィルタ２自身に担持させた酸化触媒を省略するようにしても良い。また、パティキュレートフィルタ２にセリア等の酸素保持材を担持させることにより、再生処理時において、酸素保持材から放出される酸素を使用して還元物質が燃焼し易くなり、また、酸素保持材から放出される酸素によって捕集パティキュレートを直接的に酸化除去することもできる。このような酸素保持材も酸素に代えてＳＯ_Xを保持して機能低下するために、硫黄成分検出装置４のＳＯ_X保持量に基づき再生処理時の還元物質供給量を制御することは有効である。 Further, in the present embodiment, the oxidation catalyst device 3 is disposed immediately upstream of the particulate filter 2, but this does not limit the present invention and can be omitted. Further, when the oxidation catalyst device 3 immediately upstream of the particulate filter 2 is disposed, the oxidation catalyst carried on the particulate filter 2 itself may be omitted. In addition, by supporting an oxygen holding material such as ceria on the particulate filter 2, the reducing substance is easily burned by using oxygen released from the oxygen holding material at the time of regeneration processing, and from the oxygen holding material. The collected particulates can also be directly oxidized and removed by the released oxygen. Since such an oxygen retaining material also retains SO _x instead of oxygen and deteriorates in function, it is effective to control the amount of reducing substance supplied during regeneration based on the amount of SO _x retained in the sulfur component detector 4. is there.

本実施形態において、パティキュレートフィルタ２の再生処理は、設定運転時間毎としたが、設定走行距離毎としても良いし、不定期的としても良く、排気抵抗が設定値を超えて機関出力が著しく低下するほどのパティキュレート量ＡＰ’がパティキュレートフィルタ２に捕集される前に再生処理が実施されるようになっていれば良い。 In the present embodiment, the regeneration process of the particulate filter 2 is performed every set operation time, but may be performed every set travel distance or irregularly, and the exhaust resistance exceeds the set value and the engine output is remarkably increased. It is only necessary that the regeneration process be performed before the particulate amount AP ′ that decreases is collected by the particulate filter 2.

また、硫黄成分検出装置４のＳＯ_X放出処理は実施されなくても良いが、この場合において、酸化触媒装置３及びパティキュレートフィルタ２の酸化触媒のＳ被毒を解消しなければ、硫黄成分検出装置４のＳＯ_X保持量ＡＳを、酸化触媒装置３及びパティキュレートフィルタ２の酸化触媒のＳ被毒程度に対応させることができる。一方、硫黄成分検出装置４のＳＯ_X放出処理が実施されない場合において、酸化触媒装置３及びパティキュレートフィルタ２の酸化触媒のＳ被毒が解消された時には、Ｓ被毒を解消した時のＳＯ_X保持量ＡＳ’を記憶すれば、硫黄成分検出装置４の現在のＳＯ_X保持量ＡＳから記憶されたＳＯ_X保持量ＡＳ’を減算した値を、酸化触媒装置３及びパティキュレートフィルタ２の酸化触媒の現在のＳ被毒程度に対応させることができる。 Further, the SO _X release process of the sulfur component detection device 4 may not be performed. In this case, if the sulfur poisoning of the oxidation catalyst of the oxidation catalyst device 3 and the particulate filter 2 is not eliminated, the sulfur component detection is performed. The SO _X retention amount AS of the device 4 can be made to correspond to the degree of S poisoning of the oxidation catalyst of the oxidation catalyst device 3 and the particulate filter 2. On the other hand, when the SO _X release processing of the sulfur component detecting device 4 is not performed, when the S poisoning of the oxidation catalyst of the oxidation catalyst device 3 and a particulate filter 2 is eliminated, SO _X when eliminating the S poisoning If the retention amount AS ′ is stored, the value obtained by subtracting the stored SO _X retention amount AS ′ from the current SO _X retention amount AS of the sulfur component detection device 4 is used as the oxidation catalyst of the oxidation catalyst device 3 and the particulate filter 2. It is possible to correspond to the current degree of S poisoning.

１排気通路
２パティキュレートフィルタ
３酸化触媒装置
４硫黄成分検出装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Exhaust passage 2 Particulate filter 3 Oxidation catalyst apparatus 4 Sulfur component detection apparatus

Claims

A particulate filter that is placed in the exhaust passage and collects particulates in the exhaust gas, and the regeneration process is carried out using the heat of combustion when the reducing substances in the exhaust gas are burned by the oxidation catalyst. And a sulfur component detection device that detects a sulfur component in the exhaust gas that is disposed on the upstream side of the particulate filter in the exhaust passage and passes near the oxidation catalyst, and the sulfur component detector holds SO _X and NO _X in the exhaust gas, comprising a holding portion as _the NO _X holding amount capable stored SO _X amount increases is reduced, _the NO _X holding amount held by the holding portion The SO _X retention amount is estimated based on the above. When the SO _X retention amount is greater than or equal to a set value, the particulate matter is compared with when the SO _X retention amount is less than the set value. An exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine, wherein the amount of reducing substance burned by the oxidation catalyst is increased in a regeneration process of a heat filter.