JP2018053882A - 内燃機関の排気浄化システム - Google Patents
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Abstract
Description
互に繰り返す構成を採用した。これにより、NSR触媒のNOX吸蔵量に常に余裕を持たせるとともに、NSR触媒から放出されたNOXはSCR触媒で還元され、且つ、SCR触媒のNOX還元能力の回復も図られることになる。なお、本発明においては、NSR触媒によるNOXの吸蔵には、いわゆるNOXの吸着の形態も含まれる。
SCR触媒によるNOX還元を優先的に行おうとすると排気空燃比がリーン空燃比となるため、NSR触媒のNOX吸蔵量が高止まりしてしまい、内燃機関の負荷変動時にSCR触媒で対応できない量のNOXが不意に放出されてしまうおそれがある。そこで、上記排気浄化システムでは、当該SCR触媒におけるNOX還元反応を考慮して、SCR触媒を主体としたNOX還元のための、NSR触媒に流れ込む排気空燃比に関する所定の空燃比処理として、第1空燃比処理、第2空燃比処理を含む空燃比処理が実行される。
剤として作用する。そして、この燃料供給弁6による燃料供給は、NSR触媒3に流れ込む排気の空燃比を調整することにもなることから、本発明の燃料供給手段による処理に相当する。なお、本実施例では、燃料供給手段として燃料供給弁6によって燃料供給が行われているが、それに代えて、内燃機関1から排出される排気に含まれる燃料を調整するために、内燃機関1における燃料の噴射条件(燃料噴射量や燃料噴射時期等)を調整してもよい。
NOX浄化率 = 1−(NOXセンサ13の検出値)/(NOXセンサ11の検出値) ・・(式1)
に吸蔵されるNOX量との総和を表しており、したがって、NSR触媒3のNOX浄化能力は、触媒温度が吸蔵NOXを還元できない温度領域であっても発揮し得ることになる。また、SCR触媒5のNOX浄化能力とは、必要十分量の還元剤(アンモニア)が供給されることで発揮される、単位時間当たりのNOXの選択還元量を表しており、したがってSCR触媒5のNOX浄化能力は、そのNOX還元能力と同一視できる。
が吸着する。続くステップ(b)では、その銅イオンに対して更にNOX(NO)が吸着す
る。その結果、ステップ(c)において、NOの還元反応が生じ、窒素(N2)と水(H2
O)が生成されるとともに、銅イオンの価数が1+に変化する。このとき、銅イオンCu+には、水素イオンH+が吸着した状態となっている。そして、ステップ(d)で、この状
態の銅イオンCu+に対して酸素(1/4O2)が供給されると、水(1/2H2O)が生成されるとともに、銅イオンの価数が2+に回復する。これにより、再びステップ(a)
からの反応が順次継続できるようになり、SCR触媒5による連続的なNOX還元が可能となる。このようにSCR触媒5において、連続的なNOX還元を実現するためには、ステップ(d)における銅イオンの価数の回復(Cu+→Cu2+)が必要であると考えられ
る。しかし、両触媒をNOX還元に利用する場合に、仮にNSR触媒3に流れ込む排気空燃比をリッチ空燃比としてNSR触媒3により吸蔵NOXを還元しようとすると、その際に下流側にNOXが流れ出すとともに、SCR触媒5はストイキ又はリッチ雰囲気に晒されてしまう。その結果、上記ステップ(d)での酸素供給が不十分となり、SCR触媒5に
おける還元金属元素の銅イオンの価数回復(Cu+→Cu2+)が阻害され、SCR触媒5の連続的なNOX還元が困難となる。そこで、このように両触媒が、NOX還元が可能な状態にある場合は、特にSCR触媒5の触媒特性を十分に考慮して、排気浄化システム全体のNOX浄化能力を形成する必要がある。
OX還元が行われない状況において、燃料供給弁6からの燃料供給を介してNSR触媒3によりNOX還元が可能な状況が形成されていることを意味する。そのような場合には、S107の処理において、パラメータmdcatの値が”1”に設定される。
から燃料供給が行われる。そのため、その際にSCR触媒5もストイキ又はリッチ雰囲気に晒されることになる。
NO+NH3+1/4O2 → N2 +3/2H2O
そして上述したように、SCR触媒5においては、SCR触媒5に流れ込む排気中に必要量の酸素が含まれて初めて、連続的なNOXの還元反応が可能となる。そのため、NSR触媒3に流れ込む排気空燃比を、パラメータmdcatが”1”の場合と同じように、所定のリッチ空燃比にしてNSR触媒3によるNOX還元が行われてしまうと、SCR触媒5によるNOX還元を効果的に実現することが困難となる。
NOX吸蔵増加量ΔNOXは、燃料供給弁6から燃料供給が行われていない間に、NSR触媒3にNOXが吸蔵されることで増加したNOX吸蔵量の増加幅を意味するパラメータである。NOX吸蔵増加量ΔNOXの基準時点(増加幅を算出するための基準となるタイミング)は、直近において燃料供給弁6からの燃料供給が停止された時点である。なお、NSR触媒3におけるNOX吸蔵量は、内燃機関1の運転状態に基づいて推定される排気中のNOX量に従って算出される。
燃料供給総量Σqは、所定時間において、燃料供給弁6から供給された燃料の総量である。当該所定時間は、図6に示すSCR主体空燃比処理において燃料供給総量Σqがリセットされた時点を起点とする。なお、燃料供給弁6から単位時間当たりに供給される燃料
量が、qとされる。
また、図6のSCR主体空燃比処理で使用されるパラメータであるが、図7において推移を示さないパラメータとして、パラメータQとパラメータNOXfが存在する。パラメータQは、NSR触媒3から目標量の吸蔵NOxを放出するために必要な、燃料供給弁6からの燃料の供給総量に関するパラメータである。また、パラメータNOXfは、NOX吸蔵増加量ΔNOXの上限値を設定するためのパラメータである。
継続期間(本発明の所定期間)を少なくとも確保するための設定値である。
排出されることが抑制される。この結果、SCR触媒5による主体的なNOX還元を行いながら、NSR触媒3のNOX吸蔵量を、内燃機関の負荷増加等に影響されにくい比較的少ない量に維持することができる。なお、図6に示すSCR主体空燃比処理では、NSR触媒3のNOX吸蔵量が下限閾値m2から上限閾値m2’までの吸蔵量範囲(本発明の所定のNOX吸蔵量範囲に相当)に属するように第1及び第2の空燃比処理が実行されるが、排気浄化システムとしてのNOX浄化能力が許容される限りにおいて、SCR主体空燃比処理におけるNSR触媒3のNOX吸蔵量は上記吸蔵量範囲以外の吸蔵量であってもよい。また、SCR主体空燃比処理において、NSR触媒3に流れ込む排気空燃比は、ストイキよりもリーン側の空燃比であるため、供給された燃料成分がシステム外に排出されにくい。
2・・・・排気通路
3・・・・NSR触媒
5・・・・SCR触媒
6・・・・燃料供給弁
7・・・・添加弁
10・・・・空燃比センサ
11、13・・・・NOXセンサ
12、14・・・・温度センサ
20・・・・ECU
21・・・・クランクポジションセンサ
22・・・・アクセル開度センサ
Claims (5)
- 内燃機関の排気通路に設けられた吸蔵還元型NOX触媒であるNSR触媒と、
前記NSR触媒に流れ込む排気に燃料を供給し、その排気空燃比を調整する燃料供給手段と、
前記排気通路において前記NSR触媒の下流側に設けられ、アンモニアを還元剤としてNOXを選択還元するSCR触媒と、
前記SCR触媒に流れ込む排気にアンモニア又はアンモニアの前駆体を添加剤として添加する添加手段と、
前記NSR触媒の温度が、該NSR触媒によりNOX還元が可能となる所定のNSR温度範囲に属し、且つ、前記SCR触媒の温度が、該SCR触媒によりNOX還元が可能となる所定のSCR温度範囲に属している場合に、前記添加手段により前記添加剤を添加するとともに、前記燃料供給手段によって該NSR触媒に流れ込む排気の空燃比に関する所定の空燃比処理を実行する、還元制御手段と、
を備える内燃機関の排気浄化システムであって、
前記所定の空燃比処理は、
前記燃料供給手段による燃料供給によって、前記NSR触媒に流れ込む排気の空燃比を、理論空燃比よりリーン側の空燃比であって、該NSR触媒から吸蔵されたNOXを放出させる第1リーン空燃比とする第1空燃比処理と、
前記燃料供給手段による燃料供給を調整することで、前記NSR触媒に流れ込む排気の空燃比を、前記第1リーン空燃比よりリーン側の第2リーン空燃比とする第2空燃比処理と、
を含み、
前記還元制御手段は、前記所定の空燃比処理において、前記第1空燃比処理と前記第2空燃比処理を交互に繰り返す、
内燃機関の排気浄化システム。 - 前記還元制御手段は、前記NSR触媒のNOX吸蔵量が、所定のNOX吸蔵量範囲に属するように前記所定の空燃比処理を実行する、
請求項1に記載の内燃機関の排気浄化システム。 - 前記還元制御手段は、前記第2空燃比処理において、前記燃料供給手段による燃料供給を停止することで、前記NSR触媒に流れ込む排気の空燃比を前記第2リーン空燃比とする、
請求項1又は請求項2に記載の内燃機関の排気浄化システム。 - 前記還元制御手段は、前記第2空燃比処理において前記NSR触媒から流出する排気の空燃比が前記第2リーン空燃比又は該第2リーン空燃比近傍の空燃比になると、該第2空燃比処理を停止し、前記第1空燃比処理に切り替える、
請求項3に記載の内燃機関の排気浄化システム。 - 前記還元制御手段は、前記所定の空燃比処理において、前記第1空燃比処理中に前記SCR触媒によるNOX浄化率が所定の浄化率閾値を下回ったときに、該第1空燃比処理を前記第2空燃比処理に切り替え、その後該第2空燃比処理を所定期間継続する、
請求項1又は請求項2に記載の内燃機関の排気浄化システム。
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