JP3419209B2 - Exhaust gas purification device for internal combustion engine - Google Patents
Exhaust gas purification device for internal combustion engineInfo
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- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
- Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関の排気浄化
装置に関する。
【0002】
【従来の技術】各気筒の燃焼室内および吸気通路内に供
給された全燃料量に対する全空気量の比を機関空燃比と
称すれば、従来より、各気筒に接続された排気通路内に
三元触媒を配置し、各気筒の機関空燃比を理論空燃比ま
たはリッチに制御する火花点火式ガソリン機関の排気浄
化装置が知られている。機関空燃比がリーンであるとき
の排気が三元触媒に流入すると三元触媒は排気中の窒素
酸化物NOX を良好に浄化できずにNOX が大気中に放
出されてしまう。そこで、この排気浄化装置では機関空
燃比を理論空燃比またはリッチにして三元触媒において
NOX が良好に浄化されるようにしている。
【0003】一方、各気筒の機関空燃比をできるだけリ
ーンにして燃料消費率をできるだけ低減するのが望まし
い。ところが上述の排気浄化装置においてリーン運転を
行うと上述したようにNOX を良好に浄化できない。そ
こで、排気通路内の或る位置よりも上流の排気通路、燃
焼室および吸気通路内に供給された全燃料量に対する全
空気量の比をその位置を流通する排気の排気空燃比と称
すれば、多気筒内燃機関の気筒が第1および第2の気筒
群に分割されており、第1の気筒群に接続された第1の
排気通路内に、流入する排気の排気空燃比がリッチのと
きに流入する排気中のNOX からNH3 を生成する三元
触媒を配置し、三元触媒下流の第1の排気通路と、第2
の気筒群に接続された第2の排気通路とを合流させる合
流排気通路内に流入する排気中のNOX とNH3 とを浄
化する排気浄化触媒を配置し、第1の気筒群の各気筒に
機関空燃比がリッチであるリッチ運転を行わせ、第2の
気筒群の各気筒に機関空燃比がリーンであるリーン運転
を行わせる排気浄化装置が公知である(特開平8−45
22号公報参照)。この排気浄化装置では、できるだけ
多くの気筒にリーン運転を行わせることにより燃料消費
率ができるだけ低減されるようにする一方、リッチ運転
が行われる気筒の排気を三元触媒に導いてNH3 を生成
し、リーン運転が行われる気筒において発生したNOX
とこのNH3とを排気浄化触媒において反応させること
によりNOX を浄化するようにしている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、第2
の気筒群の各気筒ではリーン運転が行われるので第2の
気筒群の気筒数を多くすれば燃料消費率を低減すること
ができる。しかしながら、第2の気筒群の気筒数が多く
なるにつれて排気浄化触媒に流入するNOX 量が多くな
り、しかも第1の気筒群の気筒数が少なくなるために排
気浄化触媒に流入するNH3 量が少なくなり、したがっ
てNOX を浄化するの必要なNH3 量が排気浄化触媒に
供給されないので排気浄化触媒においてNOX を十分に
浄化できないという問題点がある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明によれば、多気筒内燃機関が第1の気筒群と第
2の気筒群とに分割されており、第1の気筒群の排気中
のNOX からNH3 を生成し、このNH3 により第2の
気筒群の排気中のNOX を浄化するようにした内燃機関
の排気浄化装置において、第1の気筒群が少なくとも2
つの副気筒群にさらに分割されており、各副気筒群に接
続された各副排気通路内に、流入する排気の排気空燃比
がリッチのときに流入する排気中のNOX からNH3 を
生成するNH3 生成触媒と、流入する排気の排気空燃比
がリーンのときに流入する排気中のNOX を吸蔵し、流
入する排気の排気空燃比がリッチとなると吸蔵している
NOX を放出する吸蔵材とを配置し、各NH3 生成触媒
はそれぞれ対応する吸蔵材下流の副排気通路内またはこ
の吸蔵材内に配置されており、NH3 生成触媒下流の各
副排気通路と、第2の気筒群に接続された第2の排気通
路とを合流させる合流排気通路内に、流入する排気中の
NOX とNH3 とを浄化する排気浄化触媒を配置し、吸
蔵材上流の副排気通路内または副気筒群内に、それぞれ
対応する吸蔵材に流入する排気の排気空燃比をリッチま
たはリーンにする排気空燃比制御手段をそれぞれ配置
し、少なくとも第2の気筒群にリーン運転を行わせ、排
気空燃比制御手段を制御して一部の吸蔵材に流入する排
気の排気空燃比をリッチにすることによりこの吸蔵材か
ら吸蔵されているNOX を放出させる共にこの吸蔵材下
流のNH3 生成触媒においてNH3 を生成し、それによ
って排気浄化触媒にNH3を供給し、残りの吸蔵材に流
入する排気の排気空燃比をリーンにすることによりこの
吸蔵材にNOX を吸蔵させ、流入する排気の排気空燃比
がリッチである吸蔵材を順次変更することにより排気浄
化触媒にNH3 を常時供給するようにしている。すなわ
ち、NOX を吸蔵材に一時的に吸蔵させ、次いで吸蔵さ
れたNOX を放出させてこのNOX からNH3 を生成す
るようにしているので排気浄化触媒に比較的多量のNH
3 が供給される。NOX を放出すべき吸蔵材以外の吸蔵
材ではNOX の吸蔵作用が行われ、したがってNOX を
放出すべき吸蔵材を順次変更することによって排気浄化
触媒に比較的多量のNH3 が常時供給される。
【0006】
【発明の実施の形態】一般に窒素酸化物NOX には、一
酸化窒素NO、二酸化窒素NO2 、四酸化二窒素N2 O
4 、一酸化二窒素N2 Oなどが含まれうる。以下ではN
OX を主としてNO、NO2 とした場合について説明す
るが、本発明の排気浄化装置は他の窒素酸化物を浄化す
ることもできる。
【0007】図1は本発明をディーゼル機関に適用した
場合を示している。図1を参照すると、機関本体1は4
つの気筒、すなわち1番気筒#1、2番気筒#2、3番
気筒#3、4番気筒#4を備えている。各気筒#1〜#
4はそれぞれ対応する吸気枝管2を介して共通のサージ
タンク3に接続され、サージタンク3は吸気ダクト4を
介してエアフロメータ5に接続される。エアフロメータ
5はエアクリーナ6に接続される。各気筒#1〜#4に
は筒内に直接または図示しない副室を介して燃料を供給
する燃料噴射弁7が取り付けられる。なお、各燃料噴射
弁7は電子制御ユニット20からの出力信号に基づいて
制御される。
【0008】また、各気筒#1〜#4はそれぞれ対応す
る排気枝管8を介して共通の排気マニホルド9に接続さ
れ、排気マニホルド9は排気浄化触媒10を内蔵した触
媒コンバータ11に接続される。さらに、1番気筒#1
および2番気筒#2の排気枝管8内には後述するNOX
吸蔵還元触媒12a,12bがそれぞれ配置される。図
1のディーゼル機関ではディーゼル機関が第1の気筒群
1aと第2の気筒群1bとに分割されており、第1の気
筒群1aは1番気筒#1および2番気筒#2から構成さ
れており、第2の気筒群1bは3番気筒#3および4番
気筒#4から構成されている。また、第1の気筒群1a
が第1の副気筒群1aaと第2の副気筒群1abとに分
割されており、第1の副気筒群1aaは1番気筒#1か
ら構成されており、第2の副気筒群1abは2番気筒#
2から構成されている。一方、排気マニホルド9は合流
排気管を構成している。
【0009】さらに図1を参照すると、第1の気筒群1
aを構成する1番気筒#1および2番気筒#2の吸気枝
管2内にはそれぞれ対応するアクチュエータ13a,1
3bにより駆動される吸気絞り弁14a,14bが配置
される。図1に示すアクチュエータ13a,13bは電
磁式のものであるが、負圧式のアクチュエータを用いる
こともできる。これら吸気絞り弁14a,14bは通常
全開に維持されている。なお、各アクチュエータ13
a,13bは電子制御ユニット20からの出力信号に基
づいて制御される。
【0010】ところで、図示していないが図1のディー
ゼル機関は燃料用蓄圧室を備えており、燃料ポンプから
吐出された燃料をこの蓄圧室を介して各燃料噴射弁7に
分配するようにしている。また、各燃料噴射弁7は電磁
ソレノイドにより駆動されるニードルを具備している。
電磁ソレノイドが付勢されるとニードルが変位して燃料
噴射弁のノズルを開放することにより燃料噴射が開始さ
れ、電磁ソレノイドが消勢されるとニードルがノズルを
遮断することにより燃料噴射が停止される。このように
すると、各気筒の1燃焼サイクルにおいて複数回燃料噴
射を行うことができる。
【0011】電子制御ユニット(ECU)20はデジタ
ルコンピュータからなり、双方向性バス21を介して相
互に接続されたROM(リードオンリメモリ)22、R
AM(ランダムアクセスメモリ)23、CPU(マイク
ロプロセッサ)24、入力ポート25、および出力ポー
ト26を具備する。エアフロメータ5は吸入空気量に比
例した出力電圧を発生し、この出力電圧はAD変換器2
7を介して入力ポート25に入力される。それぞれ対応
するNOX 吸蔵還元触媒12a,12b上流の1番気筒
#1および2番気筒の排気枝管8内には排気温度に比例
した出力電圧を発生する温度センサ28a,28bが取
り付けられ、これら温度センサ28a,28bの出力電
圧はそれぞれ対応するAD変換器29a,29bを介し
て入力ポート25に入力される。また、入力ポート25
にはクランクシャフトが例えば30度回転する毎に出力
パルスを発生するクランク角センサ30が接続される。
CPU44ではこの出力パルスに基づいて機関回転数が
算出される。さらに、入力ポート25にはアクセルペダ
ル31の踏み込み量に比例した出力電圧を発生する踏み
込み量センサ32が接続される。一方、出力ポート26
はそれぞれ対応する駆動回路33を介して各燃料噴射弁
7、各アクチュエータ13a,13bにそれぞれ接続さ
れる。
【0012】図1に示す例においてNOX 吸蔵還元触媒
12a,12bはNOX 吸蔵作用とNH3 生成作用との
両方を備えている。すなわち、NOX 吸蔵還元触媒12
a,12bは流入する排気中のNOX を一時的に蓄える
吸蔵材と、流入する排気中のNOX からNH3 を生成す
るNH3 生成触媒とを同時に構成している。このNO X
吸蔵還元触媒12a,12bは担体の表面上に形成され
た例えばアルミナからなるウオッシュコート層上に例え
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、ランタンLa、イットリ
ウムYのような希土類、鉄Feのような遷移金属から選
ばれた少なくとも1つと、パラジウムPd、白金Pt、
ロジウムRhなどの貴金属とが担持されて形成されてい
る。このNOX 吸蔵還元触媒は、流入する排気の排気空
燃比が理論空燃比(A/F)S(=約14.6、空気過
剰率λ=1.0)よりもリーンのときに流入する排気中
のNOX を吸蔵し、流入する排気中の酸素濃度が低下す
ると、すなわち例えば流入する排気の排気空燃比が理論
空燃比(A/F)Sよりもリッチとなると吸収している
NOX を放出するNOX の吸放出作用を行う。
【0013】このNOX 吸蔵還元触媒を機関排気通路内
に配置すればこのNOX 吸蔵還元触媒は実際にNOX の
吸放出作用を行うがこの吸放出作用の詳細なメカニズム
については明らかでない部分もある。しかしながらこの
吸放出作用は以下に説明するようなメカニズムで行われ
ているものと考えられる。次にこのメカニズムについて
担体上に白金PtおよびバリウムBaを担持させた場合
を例にとって説明するが他の貴金属、アルカリ金属、ア
ルカリ土類、希土類、遷移金属を用いても同様なメカニ
ズムとなる。
【0014】すなわち、NOX 吸蔵還元触媒に流入する
排気の排気空燃比が理論空燃比(A/F)Sよりもリー
ンとなると、すなわち排気中の酸素濃度が大幅に増大す
るとこれら酸素O2 がO2 - またはO2-の形で白金Pt
の表面に付着する。一方、排気中のNOは白金Ptの表
面上でO2 - またはO2-と反応してNO2 となる(2N
O+O2 →2NO2 )。次いで生成されたNO2 の一部
は白金Pt上で酸化されつつNOX 吸蔵還元触媒内に吸
収されて酸化バリウムBaOと結合しながら硝酸イオン
NO3 - の形でNOX 吸蔵還元触媒内に拡散する。この
ようにしてNO X がNOX 吸蔵還元触媒内に吸蔵され
る。
【0015】これに対しNOX 吸蔵還元触媒に流入する
排気中の酸素濃度が低下してNO2の生成量が低下する
と反応が逆方向(NO3 - →NO2 )に進み、斯くして
NO X 吸蔵還元触媒内の硝酸イオンNO3 - がNO2 の
形でNOX 吸蔵還元触媒から放出される。すなわち、N
OX 吸蔵還元触媒に流入する排気中の酸素濃度が低下す
ると、例えばNOX 吸蔵還元触媒に流入する排気の排気
空燃比がリーンからリッチとなるとNOX 吸蔵還元触媒
からNOX が放出される。
【0016】また、NOX 吸蔵還元触媒は、流入する排
気の排気空燃比が理論空燃比よりもリッチのときにNO
X 吸蔵還元触媒上のNOX 、すなわち流入する排気中の
NO X およびNOX 吸蔵還元触媒から放出されたNOX
の少なくとも一部をアンモニアNH3 に変換する。この
場合のNH3 生成メカニズムは必ずしも明らかにされて
いないが、NOX 吸蔵還元触媒上のNOX の一部は以下
に示す式(1)〜(2)の反応によりNH3 に転換され
ると考えられている。
【0017】
5H2 +2NO →2NH3 +2H2 O (1)
7H2 +2NO2 →2NH3 +4H2 O (2)
これに対し、残りのNOX は以下に示す式(3)〜
(6)の反応により窒素N 2 に還元されると考えられて
いる。
2CO+2NO →N2 +2CO2 (3)
2H2 +2NO →N2 +2H2 O (4)
4CO+2NO2 →N2 +4CO2 (5)
4H2 +2NO2 →N2 +4H2 O (6)
したがってNOX 吸蔵還元触媒に流入する排気の排気空
燃比がリッチであるときには、流入する排気中のNOX
および放出されたNOX はNH3 またはN2 のいずれか
に変換され、すなわちNOX 吸蔵還元触媒からNOX が
排出されるのが阻止されている。
【0018】NOX 吸蔵還元触媒上のNOX がNH3 に
変換されるときの変換効率ETAは図2に示すように、
NOX 吸蔵還元触媒に流入する排気の排気空燃比が理論
空燃比(A/F)Sから小さくなるにつれて大きくな
り、さらに小さくなると一定値に維持される。これは、
リッチ度合いが大きくなるにつれて上述の式(3)〜
(6)のN2 生成反応に比べて上述の式(1)および
(2)のNH3 生成反応が支配的になるためであると考
えられている。なお、図2に示す例ではNOX 吸蔵還元
触媒に流入する排気の排気空燃比が約13.8(空気過
剰率λが約0.95)よりも小さいときに変換効率ET
Aが一定値に維持されている。
【0019】なお、図1のディーゼル機関では、NOX
吸蔵還元触媒に流入する排気の排気空燃比がリッチであ
るときにできるだけ多量のNH3 を発生できるのが好ま
しい。そこで、NOX 吸蔵還元触媒12a,12bに
は、NOX からNH3 への変換効率が高いパラジウムP
dを少なくとも担持したNOX 吸蔵還元触媒が用いられ
る。これに対して、ロジウムRhを担持したNOX 吸蔵
還元触媒ではNH3 の発生が抑制される。したがってN
OX 吸蔵還元触媒12a,12bにはロジウムRhを担
持していないものが好ましい。
【0020】一方、排気浄化触媒10は流入する排気中
のNH3 とNOX とを同時に浄化するためのものであ
る。排気浄化触媒10は必ずしもNH3 吸着作用を備え
ている必要はないが、本実施態様において排気浄化触媒
10は、流入する排気中のNH 3 を一時的に蓄えるNH
3 吸着作用と、酸化雰囲気においてNOX を還元する触
媒作用との両方を備えたWH3 によるNOx 選択還元触
媒(以下NOx 選択還元触媒と称する)10aから形成
される。このNOx 選択還元触媒10aは例えば担体の
表面上に、銅を担持させたゼオライト(以下銅ゼオライ
トと称する)、白金および銅を担持させたゼオライト
(以下白金・銅ゼオライトと称する)、或いは鉄を担持
させたゼオライトなどを担持したいわゆるゼオライト系
脱硝触媒から形成される。しかしながらNOx 選択還元
触媒10aを、ゼオライト、シリカ、シリカアルミナ、
チタニアなどの固体酸を含むと共に鉄Fe、銅Cuなど
の遷移金属或いは白金Pt、パラジウムPdなどの貴金
属などを担持した触媒、或いはこれらの少なくとも2つ
を組み合わせた触媒から形成することもできる。或い
は、排気浄化触媒10を少なくとも貴金属を含む触媒
(以下貴金属触媒と称する)、または貴金属触媒とNH
3 吸着酸化触媒とを組み合わせた触媒から形成してもよ
い。
【0021】NOx 選択還元触媒10aは流入する排気
中のNH3 を吸着し、流入する排気中のNH3 濃度が低
くなるとまたは流入する排気中にNOX が存在すると吸
着しているNH3 を放出し、このとき酸化雰囲気である
と、例えばNOx 選択還元触媒10aに流入する排気の
排気空燃比がリーンであるとこのNH3 の全量を酸化す
る。または、流入する排気中にNOX とNH3 とが混在
するとNOx 選択還元触媒10aにおいてNH3 がNO
X により酸化される。この場合のNH3 酸化メカニズム
も必ずしも明らかにされていないがNOx 選択還元触媒
10aから放出されたNH3 は次式(7)〜(10)の
反応により酸化されると考えられている。
【0022】
4NH3 +7O2 → 4NO2 +6H2 O (7)
4NH3 +5O2 → 4NO +6H2 O (8)
8NH3 +6NO2 →12H2 O+7N2 (9)
4NH3 +4NO+O2 → 6H2 O+4N2 (10)
式(9)および(10)の脱硝反応では式(7)および
(8)の反応により生じたNOX と、NOx 選択還元触
媒10aに流入する排気中のNOX とが還元される。
【0023】ところで、各気筒#1〜#4の機関空燃比
はリーンとされ、すなわち各気筒#1〜#4ではリーン
運転が行われる。ディーゼル機関において機関空燃比が
リッチであるリッチ運転を行うと気筒から好ましくない
スモークやパティキュレートが排出される。そこで、図
1のディーゼル機関では各気筒において常時リーン運転
を行うようにしている。したがって、各気筒から排出さ
れる排気の排気空燃比は、基本的に、リーンになってい
る。
【0024】各気筒では、通常、圧縮上死点周りにおい
て燃料噴射弁7から燃料噴射が1回行われる。この燃料
が燃焼することによって機関出力が得られる。以下で
は、このような燃料噴射作用を通常噴射と称する。な
お、通常噴射における燃料噴射量は例えばアクセルペダ
ル31の踏み込み量DEPと機関回転数Nとの関数とし
て予めROM22内に記憶されている。
【0025】次に、図1のディーゼル機関の排気浄化方
法について説明する。図1のディーゼル機関では、NO
X 吸蔵還元触媒12aに流入する排気の排気空燃比(A
/F)N1がリッチにされかつNOX 吸蔵還元触媒12
bに流入する排気の排気空燃比(A/F)N2がリーン
にされる第1の排気空燃比状態と、NOX 吸蔵還元触媒
12aに流入する排気の排気空燃比(A/F)N1がリ
ーンにされかつNOX 吸蔵還元触媒12bに流入する排
気の排気空燃比(A/F)N2がリッチにされる第2の
排気空燃比状態とが交互に繰り返し行われる。第1の排
気空燃比状態において、NOX 吸蔵還元触媒12aでは
吸蔵されているNOX が放出され、かつこの放出された
NOX および流入する排気中のNOX からNH3が生成
される。このNH3 は次いでNOx 選択還元触媒10a
に流入する。これに対して、NOX 吸蔵還元触媒12b
では流入する排気中のNOX が吸蔵される。
【0026】また、第2の排気空燃比状態において、N
OX 吸蔵還元触媒12aでは流入する排気中のNOX が
吸蔵される。これに対して、NOX 吸蔵還元触媒12b
では吸蔵されているNOX が放出され、かつこの放出さ
れたNOX および流入する排気中のNOX からNH3 が
生成される。このNH3 は次いでNOx 選択還元触媒1
0aに流入する。
【0027】したがって、これら第1および第2の排気
空燃比状態を交互に繰り返し行うことによって第1の気
筒群1aからNOx 選択還元触媒10aに常時NH3 を
供給することができる。一方、NOx 選択還元触媒10
aには第2の気筒群を構成する3番気筒#3および4番
気筒#4から排出されたNOX が流入している。NOx
選択還元触媒10aに流入する排気全体の排気空燃比は
リーンに維持されており、その結果第2の気筒群1bか
ら排出されたNOX はNOx 選択還元触媒10aにおい
て、第1の気筒群1aから常時供給されるNH3 によっ
て浄化される。したがって、NO X が大気中に放出され
るのが阻止される。
【0028】ところで、NOX 吸蔵還元触媒12a,1
2bに流入する排気の排気空燃比がリーンからリッチに
切り替わるとNOX 吸蔵還元触媒12a,12bから比
較的多量のNOX が放出され、この比較的多量のNOX
からNH3 が生成される。したがって、NOX を一時的
に蓄えるNOX 吸蔵還元触媒を設け、NH3 を生成すべ
きときにNOX 吸蔵還元触媒から比較的多量のNOX を
放出させてこの多量のNOX からNH3 を生成すれば比
較的多量のNH3 をNOx 選択還元触媒10aに供給す
ることができることになる。その結果、NOx 選択還元
触媒10aに流入するNOX を浄化するのに必要なNH
3 量に対し、実際にNOx 選択還元触媒10aに流入す
るNH3 量が不足するのが阻止され、斯くしてNOX を
良好に浄化することができる。
【0029】なお、図1のディーゼル機関ではNOx 選
択還元触媒10aに流入するNH3量が、NOx 選択還
元触媒10aに流入するNOX 量を浄化するのに必要な
NH 3 量と同じか或いは必要NH3 量よりも多くなるよ
うにしている。NOx 選択還元触媒10aにおいて過剰
となったNH3 はNOx 選択還元触媒10aに吸着さ
れ、その結果NH3 が大気中に放出されるのが阻止され
ている。なお、上述したように、NOx 選択還元触媒1
0aに吸着されているNH3 はNOx 選択還元触媒10
aに流入するNH3 量が低下するとまたはNOx 選択還
元触媒10aにNOX が流入するとNOx 選択還元触媒
10aから放出される。したがって、NO x 選択還元触
媒10aがNH3 により飽和するのも阻止されている。
【0030】上述したように各気筒ではリーン運転が行
われるので第1および第2の副気筒群1aa,1abか
ら排出される排気の排気空燃比はリーンになっており、
したがってこれら副気筒群1aa,1abの排気をNO
X 吸蔵還元触媒12a,12bにそのまま導くとNOX
吸蔵還元触媒12a,12bに流入する排気の排気空燃
比がリーンになる。そこで、NOX 吸蔵還元触媒12
a,12bに流入する排気の排気空燃比をリッチにする
ために、NOX 吸蔵還元触媒12a,12bよりも上流
の排気枝管8内または筒内に還元剤を2次的に供給する
ようにしている。
【0031】すなわち図1のディーゼル機関では、流入
する排気の排気空燃比をリッチとすべきNOX 吸蔵還元
触媒に対応する気筒において、燃料噴射弁7から上述の
通常噴射に加えて燃料が2次的に噴射される。このよう
な2次的な燃料噴射を2次噴射と称すると、2次噴射は
膨張行程後半または排気行程に行われる。この2次噴射
による燃料は排気中またはNOX 吸蔵還元触媒12a,
12b表面上の酸素と反応することによりNOX 吸蔵還
元触媒12a,12bにおける酸素濃度が低下し、NO
X 吸蔵還元触媒12a,12bから吸蔵されているNO
X が放出される。したがって、NOX 吸蔵還元触媒12
a,12bからの良好なNOX 放出作用を確保すべく2
次噴射による燃料と酸素との良好な反応を確保するため
に、排気温度が比較的高い膨張行程後半に2次噴射を行
うのが好ましい。なお、2次噴射による燃料は機関出力
に寄与しない。
【0032】2次噴射における燃料噴射量AFは、例え
ばNOX 吸蔵還元触媒に流入する排気の排気空燃比が約
13.8となるように定められる。その結果、2次燃料
噴射量AFを少なく維持しつつ多量のNH3 を生成する
ことができる。なお、この2次燃料噴射量AFはアクセ
ルペダル31の踏み込み量DEPと機関回転数Nとの関
数として、図3に示すマップの形で予めROM22内に
記憶されている。
【0033】NOX 吸蔵還元触媒12a,12bに流入
する排気の排気空燃比をリッチとするための還元剤とし
て、例えばガソリン、イソオクタン、ヘキサン、ヘプタ
ン、軽油、灯油のような炭化水素、或いは液体の状態で
保存しうるブタン、プロパンのような炭化水素を用いる
ことができる。しかしながら、図1のディーゼル機関で
は、第1または第2の副気筒群1aa,1bbにおいて
燃料噴射弁7により2次噴射を行うことによって対応す
るNOX 吸蔵還元触媒に流入する排気の排気空燃比をリ
ッチとしており、したがって還元剤供給用の追加の噴射
弁や追加の還元剤タンクを必要としない。
【0034】また、NOX 吸蔵還元触媒に流入する排気
の排気空燃比をリッチとすべきときに、対応する副気筒
群の吸気枝管2内に配置された吸気絞り弁14a,14
bの開度を小さくし、すなわち全開と全閉間の中間開度
にし、それによって対応する副気筒群の機関空燃比が理
論空燃比(A/F)Sよりもわずかばかりリーンとなる
ようにしている。このようにすると、2次燃料噴射量A
Fを低減することができる。この場合の吸気絞り弁1
4,14bの中間開度MIDはアクセルペダル31の踏
み込み量DEPと機関回転数Nとの関数として、図4に
示すマップの形で予めROM22内に記憶されている。
【0035】これに対し、NOX 吸蔵還元触媒12a,
12bに流入する排気の排気空燃比をリーンにすべきと
きには対応する副気筒群1aa,1abにおける2次噴
射を中止し、すなわち通常噴射のみを行う。次に、排気
空燃比状態を変更する時期の制御について説明する。上
述した第1の排気空燃比状態と第2の排気空燃比状態間
の変更作用を例えば予め定められた時間毎に行うことも
できる。しかしながら、図1のディーゼル機関では各N
OX 吸蔵還元触媒12a,12bに吸蔵されているNO
X 量、すなわち吸蔵NOX 量S1(NOX ),S2(N
OX )を求め、流入する排気の排気空燃比がリッチであ
るNOX 吸蔵還元触媒、すなわちNOX を放出している
NOX吸蔵還元触媒の吸蔵NOX 量が予め定められた下
限しきい値LTを越えて低下したときに排気空燃比状態
の変更作用を行うようにしている。このようにすると、
NOx 選択還元触媒10aに確実にNH3 を供給するこ
とができる。
【0036】図5は図1のディーゼル機関においてNO
X 吸蔵還元触媒12a,12bの吸蔵NOX 量S1(N
OX ),S2(NOX )、リッチフラグRF、およびN
OX吸蔵還元触媒12a,12bに流入する排気の排気
空燃比(A/F)N1,(A/F)N2を示すタイムチ
ャートである。リッチフラグRFは、排気空燃比状態を
第1の排気空燃比状態とすべきときに1とされ、第2の
排気空燃比状態とすべきときに2とされる係数である。
また、図5において時間零はリッチフラグRFが2とさ
れた時間を示している。図5を参照すると、時間零にお
いてRF=2とされると第2の排気空燃比状態にされ
る。すなわち、第2の副気筒群1abにおいて2次噴射
が行われかつ吸気絞り弁14bが中間開度MIDにされ
ることによりNOX 吸蔵還元触媒12bに流入する排気
の排気空燃比(A/F)N2がリッチとされ、同時に第
1の副気筒群1aaにおいて2次噴射が中止されかつ吸
気絞り弁14aが全開MAXにされることによりNOX
吸蔵還元触媒12aに流入する排気の排気空燃比(A/
F)N1がリーンとされる。その結果、NOX 吸蔵還元
触媒12bからNOX が放出されるのでS2(NOX )
が次第に減少し、NO X 吸蔵還元触媒12aにNOX が
吸蔵されるのでS1(NOX )が次第に増大する。
【0037】次いで時間aとなってS2(NOX )<L
TとなるとリッチフラグRFが1にされる。すなわち、
吸蔵NOX 量が少なくなると放出されるNOX 量が少な
くなり、このためNOx 選択還元触媒10aに供給され
るNH3 量が少なくなる。したがって、NOX 吸蔵還元
触媒12bの吸蔵NOX 量S2(NOX )が少なくなっ
たときにはNOX 吸蔵還元触媒12bにおけるNH3 生
成作用を中止し、NO X 吸蔵還元触媒12aからNOX
を放出させかつNH3 を生成するようにしている。その
結果、比較的多量のNH3 を連続的にNOx 選択還元触
媒10aに供給することができる。
【0038】RF=1とされると第1の排気空燃比状態
にされる。すなわち、第1の副気筒群1aaにおいて2
次噴射が行われかつ吸気絞り弁14aが中間開度MID
にされることによりNOX 吸蔵還元触媒12aに流入す
る排気の排気空燃比(A/F)N1がリッチとされ、同
時に第2の副気筒群1abにおいて2次噴射が中止され
かつ吸気絞り弁14bが全開MAXにされることにより
NOX 吸蔵還元触媒12bに流入する排気の排気空燃比
(A/F)N2がリーンとされる。その結果、NOX 吸
蔵還元触媒12aからNOX が放出されるのでS1(N
OX )が次第に減少し、NOX 吸蔵還元触媒12bにN
OX が吸蔵されるのでS2(NOX )が次第に増大す
る。
【0039】次いで時間bとなってS1(NOX )<L
TとなるとリッチフラグRFが再び2にされる。したが
って再び第1の排気空燃比状態とされる。このようにし
て第1および第2の排気空燃比状態が交互に繰り返し行
われる。ところで、NOX 吸蔵還元触媒12a,12b
の吸蔵NOX 量S1(NOX ),S2(NOX )を直接
求めることは困難である。そこで本実施態様ではNOX
吸蔵還元触媒12a,12bに流入するNOX 量、すな
わち第1または第2の副気筒群1aa,1abから排出
されるNOX 量からNOX 吸蔵還元触媒12a,12b
の吸蔵NOX 量S1(NOX ),S2(NOX )を推定
するようにしている。すなわち、機関回転数Nが高くな
るにつれて機関から単位時間当たり排出される排気量が
増大するので機関回転数Nが高くなるにつれてNOX 吸
蔵還元触媒12a,12bに単位時間当たりに流入する
流入NOX 量が増大する。また、機関負荷が高くなるに
つれて、すなわちアクセルペダル31の踏み込み量DE
Pが大きくなるにつれて機関から排出される排気量が増
大し、しかも燃焼温度が高くなるので機関負荷が高くな
るにつれて、すなわちアクセルペダル31の踏み込み量
DEPが大きくなるにつれて単位時間当たり機関から排
出されるNOX 量が増大する。
【0040】図6(A)は実験により求められたひとつ
の気筒から単位時間当たり排出されるNOX 量Q(NO
X )と、アクセルペダル31の踏み込み量DEP、機関
回転数Nとの関係を示しており、図6(A)において各
曲線は同一NOX 量を示している。図6(A)に示され
るように単位時間当たり気筒から排出されるNOX 量Q
(NOX )はアクセルペダル31の踏み込み量DEPが
大きくなるにつれて多くなり、機関回転数Nが高くなる
につれて多くなる。なお、図6(A)に示されるNOX
量Q(NOX )は図6(B)に示すようなマップの形で
予めROM22内に記憶されている。
【0041】すなわち、流入する排気の排気空燃比がリ
ーンであるNOX 吸蔵還元触媒の吸蔵NOX 量S(NO
X )は単位時間当たりQ(NOX )だけ増大する。した
がって、流入する排気の排気空燃比がリーンであるNO
X 吸蔵還元触媒の吸蔵NOX量S(NOX )は次式で表
される。
S(NOX )=S(NOX )+Q(NOX )・DLT
ここでDLTはQ(NOX )の検出時間間隔を表してお
り、したがってQ(NO X )・DLTは前回の処理ルー
チンから今回の処理ルーチンまでの間にNOX 吸蔵還元
触媒に吸蔵されたNOX 量を表している。
【0042】一方、図7(A)は予め実験により求めら
れた単位時間当たりNOX 吸蔵還元触媒12a,12b
から放出される放出NOX 量D(NOX )を示してい
る。図7(A)において実線はNOX 吸蔵還元触媒12
a,12bの温度が高いときを示しており、破線はNO
X 吸蔵還元触媒12a,12bの温度が低いときを示し
ている。また、TIMEは流入する排気の排気空燃比が
リーンからリッチに切り替えられてからの時間を示して
いる。NOX 吸蔵還元触媒12a,12bにおけるNO
X の分解速度はNOX 吸蔵還元触媒12a,12bの温
度が高くなるほど速くなる。したがって、図7(A)の
実線で示されるようにNOX 吸蔵還元触媒12a,12
bの温度が高いときには、すなわちNOX 吸蔵還元触媒
12a,12bに流入する排気の排気温度TNCが高い
ときにはNOX 吸蔵還元触媒11a表面における排気空
燃比が十分にリッチとならない間に多量のNOX がNO
X 吸蔵還元触媒12a,12bから放出され、NOX 吸
蔵還元触媒12a,12bの温度、すなわち排気温度T
NCが低いときには図7(A)の破線で示されるように
少量のNOX がNOX 吸蔵還元触媒12a,12bから
放出される。云い換えると、排気温度TNCが高くなる
ほど単位時間当たりNOX 吸蔵還元触媒11aから放出
されるNOX 量D(NOX )が増大する。このNOX 量
D(NOX )は排気温度TNCと時間TIMEとの関数
として図10(B)に示すマップの形で予めROM22
内に記憶されている。なお、NOX 吸蔵還元触媒12
a,12bに流入する排気の温度TNCは温度センサ2
8a,28bにより検出される。しかしながら、機関運
転状態すなわちアクセルペダル31の踏み込み量DEP
と機関回転数Nとから推定することもできる。
【0043】すなわち、流入する排気の排気空燃比がリ
ッチであるNOX 吸蔵還元触媒の吸蔵NOX 量S(NO
X )は単位時間当たりD(NOX )だけ減少する。した
がって、流入する排気の排気空燃比がリッチであるNO
X 吸蔵還元触媒の吸蔵NOX量S(NOX )は次式で表
される。
S(NOX )=S(NOX )−D(NOX )・DLT
ここでDLTはD(NOX )の検出時間間隔を表してお
り、したがってD(NO X )・DLTは前回の処理ルー
チンから今回の処理ルーチンまでの間にNOX 吸蔵還元
触媒に吸蔵されたNOX 量を表している。
【0044】図8は上述の排気空燃比制御を実行するた
めのルーチンを示している。このルーチンは予め定めら
れた設定時間毎の割り込みによって実行される。図8を
参照すると、まずステップ40ではリッチフラグRFが
1であるか否かが判別される。RF=1のとき、すなわ
ち(A/F)N1をリッチにしかつ(A/F)N2をリ
ーンにすべきときには次いでステップ41に進む。ステ
ップ41では図7(B)のマップから放出NOX 量D
(NOX )が算出される。続くステップ42では次式に
基づいてNOX 吸蔵還元触媒12aの吸蔵NOX 量S1
(NOX )が算出される。
【0045】S1(NOX )=S1(NOX )−D(N
OX )・DLT1
ここでDLT1はD(NOX )の検出時間間隔を表して
おり、したがってD(NOX )・DLT1は前回の処理
ルーチンから今回の処理ルーチンまでの間にNO X 吸蔵
還元触媒12aから放出されたNOX 量を表している。
続くステップ43では図6(B)のマップから流入NO
X 量Q(NOX )が算出される。続くステップ44では
次式に基づいてNOX 吸蔵還元触媒12bの吸蔵NOX
量S2(NOX )が算出される。
【0046】S2(NOX )=S2(NOX )+Q(N
OX )・DLT1
ここでQ(NOX )・DLT1は前回の処理ルーチンか
ら今回の処理ルーチンまでの間にNOX 吸蔵還元触媒1
2bに吸蔵されたNOX 量を表している。続くステップ
45ではNOX 吸蔵還元触媒12aの吸蔵NOX 量S1
(NOX)が下限しきい値LTよりも小さいか否かが判
別される。S1(NOX )<LTのときにはステップ4
6に進んでリッチフラグRFを2とする。すなわち、S
1(NOX )<LTのときにはNOX 吸蔵還元触媒12
aから放出されるNOX 量が少なく、このためNOx 選
択還元触媒10aに十分な量のNH3 を供給することが
できないと判断してNOX 吸蔵還元触媒12aのNOX
放出・NH3 生成作用を停止し、NOX 吸蔵還元触媒1
2bのNOX 放出・NH3 生成作用を開始する。これに
対してステップ45においてS1(NOX )≧LTのと
きにはNOX吸蔵還元触媒12aから放出されるNOX
量が多く、NOx 選択還元触媒10aに十分な量のNH
3 を供給することができると判断してリッチフラグRF
を1に維持する。
【0047】一方、ステップ40においてリッチフラグ
RFが1でないとき、すなわちRF=2のとき、すなわ
ち(A/F)N1をリーンにしかつ(A/F)N2をリ
ッチにすべきときには次いでステップ47に進む。ステ
ップ47では図6(B)のマップから流入NOX 量Q
(NOX )が算出される。続くステップ48では次式に
基づいてNOX 吸蔵還元触媒12aの吸蔵NOX 量S1
(NOX )が算出される。
【0048】S1(NOX )=S1(NOX )+Q(N
OX )・DLT2
ここでDLT2はQ(NOX )の検出時間間隔を表して
おり、したがってQ(NOX )・DLT2は前回の処理
ルーチンから今回の処理ルーチンまでの間にNO X 吸蔵
還元触媒12aに吸蔵されたNOX 量を表している。続
くステップ49では図7(B)のマップから放出NOX
量D(NOX )が算出される。続くステップ50では次
式に基づいてNOX 吸蔵還元触媒12bの吸蔵NOX 量
S2(NOX )が算出される。
【0049】S2(NOX )=S2(NOX )−D(N
OX )・DLT2
ここでD(NOX )・DLT2は前回の処理ルーチンか
ら今回の処理ルーチンまでの間にNOX 吸蔵還元触媒1
2bから放出されたNOX 量を表している。続くステッ
プ51ではNOX 吸蔵還元触媒12bの吸蔵NOX 量S
2(NOX)が下限しきい値LTよりも小さいか否かが
判別される。S2(NOX )<LTのときにはステップ
52に進んでリッチフラグRFを1とする。すなわち、
S2(NOX )<LTのときにはNOX 吸蔵還元触媒1
2bのNOX に基づいてNO x 選択還元触媒10aに十
分な量のNH3 を供給することができないと判断してN
OX 吸蔵還元触媒12bのNOX 放出・NH3 生成作用
を停止し、NOX 吸蔵還元触媒12aのNOX 放出・N
H3 生成作用を開始する。これに対してステップ51に
おいてS2(NOX )≧LTのときにはNOX 吸蔵還元
触媒12bのNOX に基づいてNOx 選択還元触媒10
aに十分な量のNH3 を供給することができると判断し
てリッチフラグRFを2に維持する。
【0050】図9は上述の燃料噴射制御を実行するため
のルーチンを示している。このルーチンは予め定められ
たクランク角度毎の割り込みによって実行される。図9
を参照すると、まずステップ60では、1番気筒#1す
なわち第1の副気筒群1aaの通常噴射タイミングであ
るか否かが判別される。1番気筒#1の通常噴射タイミ
ングのときには次いでステップ61に進み、通常噴射が
行われる。すなわち圧縮上死点周りにおいて燃料噴射が
行われる。続くステップ62ではリッチフラグRFが1
であるか否か、すなわち1番気筒#1に接続されたNO
X 吸蔵還元触媒12aに流入する排気の排気空燃比をリ
ッチとすべきときか否かが判別される。RF=1のと
き、すなわちNOX 吸蔵還元触媒12aに流入する排気
の排気空燃比をリッチとすべきときには次いでステップ
63に進んで2次噴射が行われる。すなわち膨張行程後
半または排気行程に2回目の燃料噴射が行われる。次い
で処理サイクルを終了する。これに対してステップ62
においてRF≠1のときには次いで処理サイクルを終了
する。すなわち、この場合1番気筒#1では通常噴射の
みが行われる。
【0051】一方、ステップ60において1番気筒#1
の通常噴射タイミングでないときには次いでステップ6
4に進んで2番気筒#2すなわち第2の副気筒群1ab
の通常噴射タイミングであるか否かが判別される。2番
気筒#2の通常噴射タイミングのときには次いでステッ
プ65に進み、通常噴射が行われる。続くステップ66
ではリッチフラグRFが2であるか否か、すなわち2番
気筒#2に接続されたNOX 吸蔵還元触媒12bに流入
する排気の排気空燃比をリッチとすべきときか否かが判
別される。RF=2のとき、すなわちNOX 吸蔵還元触
媒12bに流入する排気の排気空燃比をリッチとすべき
ときには次いでステップ67に進んで2次噴射が行われ
る。次いで処理サイクルを終了する。これに対してステ
ップ66においてRF≠2のときには次いで処理サイク
ルを終了する。すなわち、この場合2番気筒#2では通
常噴射のみが行われる。
【0052】一方、ステップ64において2番気筒#2
の通常噴射タイミングでないときには次いでステップ6
8に進んで3番気筒#3の通常噴射タイミングであるか
否かが判別される。3番気筒#3の通常噴射タイミング
のときには次いでステップ69に進み、通常噴射が行わ
れる。次いで処理サイクルを終了する。これに対してス
テップ68において3番気筒#3の通常噴射タイミング
でないときには次いでステップ70に進み、4番気筒#
4において通常噴射が行われる。次いで処理サイクルを
終了する。したがって、第2の気筒群1bでは2次噴射
が行われない。
【0053】図10は上述の吸気絞り弁制御を実行する
ためのルーチンを示している。このルーチンは予め定め
られた設定時間毎の割り込みによって実行される。図1
0を参照すると、まずステップ80では、リッチフラグ
RFが1であるか否かが判別される。RF=1のとき、
すなわち1番気筒#1に接続されたNOX吸蔵還元触媒
12aの(A/F)N1をリッチにしかつ2番気筒#2
に接続されたNOX 吸蔵還元触媒12bの(A/F)N
2をリーンにすべきときには次いでステップ81に進
み、1番気筒#1の機関空燃比をわずかばかりリーンに
するのに最適な吸気絞り弁の中間開度MIDが図4のマ
ップから算出される。続くステップ82では、1番気筒
#1の吸気枝管2内の吸気絞り弁14aの開度V1がこ
のMIDとされる。続くステップ83では、2番気筒#
2の吸気枝管2内の吸気絞り弁14bの開度V2が最大
開度MAXとされる。次いで処理サイクルを終了する。
【0054】ステップ80においてRF≠1のとき、す
なわちRF=2のとき、すなわち1番気筒#1に接続さ
れたNOX 吸蔵還元触媒12aの(A/F)N1をリー
ンにしかつ2番気筒#2に接続されたNOX 吸蔵還元触
媒12bの(A/F)N2をリッチにすべきときには次
いでステップ84に進み、1番気筒#1の吸気枝管2内
の吸気絞り弁14aの開度V1が最大開度MAXとされ
る。続くステップ85では、2番気筒#2の機関空燃比
をわずかばかりリーンにするのに最適な吸気絞り弁の中
間開度MIDが図4のマップから算出される。続くステ
ップ86では、2番気筒#2の吸気枝管2内の吸気絞り
弁14bの開度V2がこのMIDとされる。次いで処理
サイクルを終了する。
【0055】上述の実施態様では本発明をディーゼル機
関に適用している。しかしながら本発明を火花点火式ガ
ソリン機関に適用することもできる。この場合、第1の
気筒群1aの気筒の機関空燃比をリッチにすることによ
ってもNOX 吸蔵還元触媒12a,12bに流入する排
気の排気空燃比をリッチにすることができる。また、上
述の実施態様ではNOX 吸蔵還元触媒を用いることによ
り吸蔵材とNH3 生成触媒とを同時に構成するようにし
ている。しかしながら、吸蔵材とNH 3 生成触媒とを別
個に形成してNH3 生成触媒を吸蔵材下流の排気通路内
に配置するようにしてもよい。この場合、NH3 生成触
媒には例えば三元触媒を用いることができる。
【0056】
【発明の効果】NOX を良好に浄化することができる。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to purification of exhaust gas from an internal combustion engine.
Related to the device.
[0002]
2. Description of the Related Art In a combustion chamber of each cylinder and an intake passage.
The ratio of the total air amount to the total supplied fuel amount is defined as the engine air-fuel ratio.
In other words, conventionally, in the exhaust passage connected to each cylinder,
Arrange the three-way catalyst and adjust the engine air-fuel ratio of each cylinder to the stoichiometric air-fuel ratio.
Or richly controlled exhaust gas of a spark ignition gasoline engine
A gasifier is known. When the engine air-fuel ratio is lean
When the exhaust gas flows into the three-way catalyst, the three-way catalyst
Oxide NOXWithout purifying NOXReleased into the atmosphere
Will be issued. Therefore, in this exhaust gas purification device,
Fuel ratio is set to stoichiometric air-fuel ratio or rich in three-way catalyst
NOXIs to be purified well.
On the other hand, the engine air-fuel ratio of each cylinder is
To reduce fuel consumption as much as possible.
No. However, the above-mentioned exhaust gas purification system requires lean operation.
When done, NO as described aboveXCannot be purified well. So
Here, the exhaust passage upstream of a certain position in the exhaust passage, the fuel
The total amount of fuel supplied to the firing chamber and the intake passage
The ratio of the amount of air is called the exhaust air-fuel ratio of the exhaust flowing through that position.
Then, the cylinders of the multi-cylinder internal combustion engine are changed to the first and second cylinders.
Divided into groups and connected to a first cylinder group.
When the exhaust air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is rich in the exhaust passage,
In the exhaust that flows inXTo NHThreeGenerate ternary
A first exhaust passage downstream of the three-way catalyst;
And the second exhaust passage connected to the cylinder group of
NO in exhaust gas flowing into the flow exhaust passageXAnd NHThreeAnd purify
The exhaust gas purifying catalyst, which is to be
A rich operation in which the engine air-fuel ratio is rich is performed.
Lean operation in which the engine air-fuel ratio is lean for each cylinder in the cylinder group
An exhaust gas purifying apparatus for performing the above-described process is known (Japanese Patent Laid-Open No. 8-45 / 1996).
No. 22). With this exhaust gas purification device,
Fuel consumption by making many cylinders run lean
Rate while reducing as much as possible
Is conducted to the three-way catalyst to exhaust NHThreeGenerate a
And the NO generated in the cylinder where the lean operation is performedX
And this NHThreeAnd the reaction in the exhaust purification catalyst
NOXTo purify.
[0004]
As described above, the second
The lean operation is performed in each cylinder of the cylinder group of
Fuel consumption rate can be reduced by increasing the number of cylinders in the cylinder group
Can be. However, the number of cylinders in the second cylinder group is large.
NO flowing into the exhaust purification catalystXLarge amount
And the number of cylinders in the first cylinder group is reduced.
NH flowing into the gas purification catalystThreeThe amount is reduced and therefore
NOXNH required for purificationThreeAmount for exhaust purification catalyst
NO in the exhaust purification catalyst because it is not suppliedXEnough
There is a problem that it cannot be purified.
[0005]
[MEANS FOR SOLVING THE PROBLEMS]
According to the present invention, the multi-cylinder internal combustion engine includes the first cylinder group and the second cylinder group.
The first cylinder group is divided into two cylinder groups.
NOXTo NHThreeTo produce this NHThreeBy the second
NO in exhaust of cylinder groupXInternal combustion engine that purifies air
In the exhaust gas purification apparatus of the first aspect, the first cylinder group has at least two cylinders.
The sub-cylinder group is further divided into two sub-cylinder groups.
Exhaust air-fuel ratio of exhaust gas flowing into each connected sub-exhaust passage
In the exhaust that flows in when the air is richXTo NHThreeTo
NH generatedThreeExhaust air-fuel ratio of generated catalyst and inflowing exhaust
In exhaust gas that flows in when leanXOcclude and flow
It is occluded when the exhaust air-fuel ratio of the incoming exhaust gas becomes rich
NOXAnd an occluding material for releasing NH 3ThreeGenerated catalyst
In the sub exhaust passage downstream of the corresponding storage material or
NH3ThreeEach downstream of the production catalyst
A second exhaust passage connected to the sub-exhaust passage and the second cylinder group;
In the merged exhaust passage that merges with the
NOXAnd NHThreeAn exhaust purification catalyst that purifies
In the sub-exhaust passage or sub-cylinder group upstream of the storage material, respectively
Make the exhaust air-fuel ratio of the exhaust flowing into the corresponding storage material rich.
Or lean exhaust air-fuel ratio control means
And at least the second cylinder group performs a lean operation,
By controlling the air-fuel ratio control means, the exhaust gas flowing into some occlusion materials is controlled.
By making the exhaust air-fuel ratio of air rich,
NO storedXRelease together under this occlusion material
Flow NHThreeNH in the production catalystThreeGenerate
To the exhaust purification catalystThreeAnd flow to the remaining occlusion material.
By making the exhaust air-fuel ratio of the
NO for occlusion materialXExhaust air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas
Exhaust gas purification by sequentially changing the storage material that is rich
NHThreeIs always supplied. Sand
C, NOXIs temporarily stored in the storage material, and then stored.
NOXTo release this NOXTo NHThreeGenerate
So that a relatively large amount of NH is added to the exhaust purification catalyst.
ThreeIs supplied. NOXOcclusion other than occlusion material that should release
NO for woodXStorage effect, and therefore NOXTo
Exhaust gas purification by sequentially changing the storage material to be released
Relatively large amount of NH in the catalystThreeIs always supplied.
[0006]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION In general, nitrogen oxides NOXIn one
Nitric oxide NO, NO 2Two, Dinitrogen tetroxide NTwoO
Four, Nitrous oxide NTwoO and the like may be included. In the following, N
OXMainly NO, NOTwoExplain the case
However, the exhaust gas purification apparatus of the present invention purifies other nitrogen oxides.
You can also.
FIG. 1 shows the present invention applied to a diesel engine.
Shows the case. With reference to FIG.
Cylinder # 1, cylinder # 1, cylinder # 2, cylinder # 3
The cylinder # 3 and the fourth cylinder # 4 are provided. Each cylinder # 1 to #
4 is a common surge via the corresponding intake branch 2
The surge tank 3 is connected to the intake duct 4
The air flow meter 5 is connected to the air flow meter 5. Air flow meter
5 is connected to the air cleaner 6. For each cylinder # 1 to # 4
Supplies fuel directly into the cylinder or via a sub-chamber (not shown)
The fuel injection valve 7 is mounted. Each fuel injection
The valve 7 is based on an output signal from the electronic control unit 20
Controlled.
The cylinders # 1 to # 4 correspond to the respective cylinders.
Connected to a common exhaust manifold 9 via an exhaust branch 8
The exhaust manifold 9 has a built-in exhaust purification catalyst 10.
It is connected to the medium converter 11. Furthermore, the first cylinder # 1
And NO in the exhaust branch pipe 8 of the second cylinder # 2.X
The storage reduction catalysts 12a and 12b are respectively arranged. Figure
In the first diesel engine, the diesel engine is the first cylinder group
1a and a second cylinder group 1b.
The cylinder group 1a includes the first cylinder # 1 and the second cylinder # 2.
And the second cylinder group 1b is the third cylinder # 3 and the fourth cylinder
It is composed of cylinder # 4. Also, the first cylinder group 1a
Are divided into a first sub-cylinder group 1aa and a second sub-cylinder group 1ab.
The first sub-cylinder group 1aa is the first cylinder # 1
The second sub-cylinder group 1ab is the second cylinder #
2 is comprised. On the other hand, the exhaust manifold 9 merges
It constitutes an exhaust pipe.
Still referring to FIG. 1, the first cylinder group 1
a intake branches of the first cylinder # 1 and the second cylinder # 2 constituting
The corresponding actuators 13a, 1
3b driven by intake throttle valves 14a, 14b
Is done. The actuators 13a and 13b shown in FIG.
Magnetic type, but use negative pressure type actuator
You can also. These intake throttle valves 14a, 14b are usually
It is kept fully open. Each actuator 13
a and 13b are based on the output signal from the electronic control unit 20.
It is controlled according to.
By the way, although not shown, FIG.
The diesel engine has an accumulator for fuel,
The discharged fuel is supplied to each fuel injection valve 7 through the accumulator.
I try to distribute. Each fuel injection valve 7 is an electromagnetic
It has a needle driven by a solenoid.
When the electromagnetic solenoid is energized, the needle displaces and fuel
Fuel injection is started by opening the injection valve nozzle.
When the electromagnetic solenoid is de-energized, the needle
By shutting off, the fuel injection is stopped. in this way
Then, in one combustion cycle of each cylinder, the fuel is injected multiple times.
Firing.
The electronic control unit (ECU) 20 is a digital
And a computer via the bidirectional bus 21.
ROM (Read Only Memory) 22, R connected to each other
AM (random access memory) 23, CPU (microphone)
Processor, 24, an input port 25, and an output port.
2626 is provided. Air flow meter 5 is
An example output voltage is generated, and this output voltage is
7 to the input port 25. Correspond to each
NOXNo. 1 cylinder upstream of the storage reduction catalysts 12a and 12b
In the exhaust branch pipes 8 of the # 1 and # 2 cylinders, proportional to the exhaust gas temperature
Temperature sensors 28a and 28b that generate
Output voltage of these temperature sensors 28a and 28b.
The pressure is passed through the corresponding AD converters 29a and 29b, respectively.
Input to the input port 25. Also, the input port 25
Output every time the crankshaft rotates for example 30 degrees
A crank angle sensor 30 that generates a pulse is connected.
The CPU 44 determines the engine speed based on the output pulse.
Is calculated. Further, the accelerator pedal is connected to the input port 25.
To generate an output voltage proportional to the amount of depression
An inset amount sensor 32 is connected. On the other hand, the output port 26
Represents each fuel injection valve via the corresponding drive circuit 33.
7. Connected to each actuator 13a, 13b
It is.
In the example shown in FIG.XStorage reduction catalyst
12a and 12b are NOXOcclusion and NHThreeWith generating action
Has both. That is, NOXStorage reduction catalyst 12
a and 12b are NOs in the exhaust gasXTemporarily store
Storage material and NO in inflowing exhaust gasXTo NHThreeGenerate
NHThreeAnd the formed catalyst at the same time. This NO X
The storage reduction catalysts 12a and 12b are formed on the surface of the carrier.
For example on a washcoat layer of alumina
Potassium K, sodium Na, lithium Li, cesium
Alkali metals such as Cs, barium Ba, calcium
Alkaline earths such as Ca, lanthanum La, yttries
Selected from rare earths such as U and transition metals such as Fe.
Palladium Pd, platinum Pt,
It is formed by supporting a noble metal such as rhodium Rh.
You. This NOXThe storage reduction catalyst is used for exhaust air
Fuel ratio is stoichiometric air-fuel ratio (A / F) S (= 14.6, air excess
Exhaust gas flowing when leaner than the excess ratio λ = 1.0)
NOXAnd reduce the oxygen concentration in the inflowing exhaust
That is, for example, the exhaust air-fuel ratio of the inflowing exhaust
Absorbs when it becomes richer than air-fuel ratio (A / F) S
NOXReleases NOXPerforms the absorption and release action.
This NOXThe storage reduction catalyst in the engine exhaust passage
This NOXThe storage reduction catalyst is actually NOXof
Performs absorption and release, but the detailed mechanism of this absorption and release
There are some parts that are not clear. However, this
The absorption / release action is performed by the mechanism described below.
It is thought that it is. Next about this mechanism
When platinum Pt and barium Ba are supported on a carrier
As an example, we explain other precious metals, alkali metals,
The same mechanism is used when using alkaline earths, rare earths, and transition metals.
It becomes a rhythm.
That is, NOXFlow into storage reduction catalyst
The exhaust air-fuel ratio of the exhaust gas is lower than the stoichiometric air-fuel ratio (A / F) S.
That is, the oxygen concentration in the exhaust gas greatly increases.
Then these oxygen OTwoIs OTwo -Or O2-In the form of platinum Pt
Adheres to the surface of On the other hand, NO in the exhaust gas is a table of platinum Pt.
O on the surfaceTwo -Or O2-Reacts with NOTwo(2N
O + OTwo→ 2NOTwo). NO generated nextTwoPart of
Is oxidized on platinum Pt while NOXStorage in the storage reduction catalyst
Collected and combined with barium oxide BaO and nitrate ions
NOThree -NO in the form ofXIt diffuses into the storage reduction catalyst. this
NO XIs NOXOccluded in the storage reduction catalyst
You.
On the other hand, NOXFlow into storage reduction catalyst
Oxygen concentration in exhaust gas decreases and NOTwoProduction decreases
And the reaction is in the opposite direction (NOThree -→ NOTwo) And thus
NO XNitrate ion NO in the storage reduction catalystThree -Is NOTwoof
NO in formXReleased from the storage reduction catalyst. That is, N
OXOxygen concentration in exhaust gas flowing into the storage reduction catalyst decreases
Then, for example, NOXExhaust gas flowing into the storage reduction catalyst
NO when air-fuel ratio goes from lean to richXStorage reduction catalyst
From NOXIs released.
Also, NOXThe storage reduction catalyst is
NO when the exhaust air-fuel ratio of the air is richer than the stoichiometric air-fuel ratio
XNO on storage reduction catalystXThat is,
NO XAnd NOXNO released from the storage reduction catalystX
At least part of ammonia NHThreeConvert to this
NH in caseThreeThe generation mechanism is not always clear
No, but noXNO on storage reduction catalystXSome of the following
By the reaction of the formulas (1) and (2) shown inThreeConverted to
It is believed that.
[0017]
5HTwo+ 2NO → 2NHThree+ 2HTwoO (1)
7HTwo+ 2NOTwo→ 2NHThree+ 4HTwoO (2)
In contrast, the remaining NOXIs the following equation (3)
Nitrogen N by the reaction of (6) TwoIs thought to be reduced to
I have.
2CO + 2NO → NTwo+ 2COTwo (3)
2HTwo+ 2NO → NTwo+ 2HTwoO (4)
4CO + 2NOTwo→ NTwo+ 4COTwo (5)
4HTwo+ 2NOTwo→ NTwo+ 4HTwoO (6)
Therefore NOXExhaust air of exhaust gas flowing into the storage reduction catalyst
When the fuel ratio is rich, the NOX
And released NOXIs NHThreeOr NTwoAny of
, Ie, NOXNO from the storage reduction catalystXBut
It has been prevented from being discharged.
NOXNO on storage reduction catalystXIs NHThreeTo
The conversion efficiency ETA when converted is as shown in FIG.
NOXExhaust air-fuel ratio of exhaust gas flowing into the storage reduction catalyst is theoretical
It increases as the air-fuel ratio (A / F) S decreases.
If it becomes smaller, it is maintained at a constant value. this is,
As the degree of richness increases, the above equations (3) to (3)
N of (6)TwoThe above-mentioned formula (1) and
NH of (2)ThreeThis is because the formation reaction becomes dominant.
Has been obtained. In the example shown in FIG.XOcclusion reduction
The exhaust air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst is about 13.8 (air
When the modulus λ is smaller than about 0.95), the conversion efficiency ET
A is maintained at a constant value.
In the diesel engine shown in FIG.X
The exhaust air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the storage reduction catalyst is rich.
As much NH as possibleThreePreferably can produce
New So, NOXFor the storage reduction catalysts 12a and 12b
Is NOXTo NHThreeP with high conversion efficiency to
NO carrying at least dXThe storage reduction catalyst is used
You. On the other hand, NO carrying rhodium RhXOcclusion
NH on reduction catalystThreeIs suppressed. Therefore N
OXThe storage reduction catalysts 12a and 12b carry rhodium Rh.
Those not possessed are preferred.
On the other hand, the exhaust purification catalyst 10
NHThreeAnd NOXAnd at the same time purify
You. The exhaust purification catalyst 10 is not necessarily NHThreeWith adsorption function
Although it is not necessary that the exhaust purification catalyst
10 is NH in the exhaust gas flowing into ThreeTemporarily store NH
ThreeAdsorption and NO in oxidizing atmosphereXTouch to reduce
WH with both medium actionThreeNO byxSelective touch
Medium (hereinafter NOxFormed from 10a)
Is done. This NOxThe selective reduction catalyst 10a is, for example, a carrier.
Zeolite supporting copper (hereinafter referred to as copper zeolite)
Zeolite supporting platinum and copper
(Hereinafter referred to as platinum / copper zeolite) or iron
A so-called zeolite system that supports zeolites
It is formed from a denitration catalyst. However, NOxSelective reduction
Catalyst 10a, zeolite, silica, silica alumina,
Including solid acids such as titania and iron Fe, copper Cu, etc.
Transition metals or noble metals such as platinum Pt and palladium Pd
Or a catalyst carrying a genus or at least two of them
Can also be formed from a catalyst in which Some
Is a catalyst containing at least a noble metal
(Hereinafter referred to as precious metal catalyst), or precious metal catalyst and NH
ThreeIt may be formed from a catalyst in combination with an adsorption oxidation catalyst.
No.
NOxThe selective reduction catalyst 10 a
NH inThreeIs adsorbed and the NHThreeLow concentration
In the exhaust gas flowing inXSucks when there is
NH wearingThreeAt this time, in an oxidizing atmosphere
And, for example, NOxOf the exhaust gas flowing into the selective reduction catalyst 10a.
If the exhaust air-fuel ratio is lean, this NHThreeOxidizes the whole amount of
You. Or NO in the inflowing exhaustXAnd NHThreeMixed with
Then NOxNH in the selective reduction catalyst 10aThreeIs NO
XIs oxidized. NH in this caseThreeOxidation mechanism
Is not always clear, but NOxSelective reduction catalyst
NH released from 10aThreeOf the following equations (7) to (10)
It is believed that it is oxidized by the reaction.
[0022]
4NHThree+ 7OTwo → 4NOTwo+ 6HTwoO (7)
4NHThree+ 5OTwo → 4NO + 6HTwoO (8)
8NHThree+ 6NOTwo → 12HTwoO + 7NTwo (9)
4NHThree+ 4NO + OTwo→ 6HTwoO + 4NTwo (10)
In the denitration reactions of equations (9) and (10), equations (7) and (10)
NO generated by the reaction of (8)XAnd NOxSelective touch
NO in exhaust gas flowing into the medium 10aXIs reduced.
Incidentally, the engine air-fuel ratio of each cylinder # 1 to # 4
Is lean, that is, lean in each of cylinders # 1 to # 4.
Driving is performed. Engine air-fuel ratio of diesel engine
It is not desirable to perform rich rich operation from the cylinder
Smoke and particulates are emitted. So figure
1 diesel engine always runs lean in each cylinder
To do. Therefore, the emissions from each cylinder
The exhaust air-fuel ratio of the exhaust gas is basically lean
You.
In each cylinder, the pressure around the compression top dead center is usually
The fuel injection from the fuel injection valve 7 is performed once. This fuel
The engine output is obtained by the combustion of. Below
Describes such a fuel injection action as normal injection. What
The fuel injection amount in normal injection is, for example, the accelerator pedal
As a function of the amount of depression DEP of the cylinder 31 and the engine speed N
Stored in the ROM 22 in advance.
Next, the exhaust gas purification method of the diesel engine shown in FIG.
The method will be described. In the diesel engine of FIG.
XThe exhaust air-fuel ratio (A) of the exhaust gas flowing into the storage reduction catalyst 12a
/ F) N1 is enriched and NOXStorage reduction catalyst 12
The exhaust air-fuel ratio (A / F) N2 of the exhaust flowing into b is lean
And the first exhaust air-fuel ratio stateXStorage reduction catalyst
The exhaust air-fuel ratio (A / F) N1 of the exhaust flowing into the
And NOXExhaust flowing into the storage reduction catalyst 12b
The exhaust air-fuel ratio (A / F) N2 of the air is enriched in the second
The exhaust air-fuel ratio state is alternately and repeatedly performed. First exhaust
NO in the air-fuel ratio stateXIn the storage reduction catalyst 12a,
NO storedXIs released, and this released
NOXAnd NO in the inflowing exhaustXTo NHThreeIs generated
Is done. This NHThreeThen NOxSelective reduction catalyst 10a
Flows into. On the other hand, NOXStorage reduction catalyst 12b
Then, NOXIs occluded.
In the second exhaust air-fuel ratio state, N
OXNO in the exhaust gas flowing into the storage reduction catalyst 12aXBut
Occluded. On the other hand, NOXStorage reduction catalyst 12b
Then, the NO that is occludedXIs released and this release
NOXAnd NO in the inflowing exhaustXTo NHThreeBut
Generated. This NHThreeThen NOxSelective reduction catalyst 1
0a.
Therefore, the first and second exhaust gas
By alternately repeating the air-fuel ratio state, the first air
NO from cylinder group 1axNH is always supplied to the selective reduction catalyst 10a.ThreeTo
Can be supplied. On the other hand, NOxSelective reduction catalyst 10
In a, the third cylinder # 3 and the fourth cylinder constituting the second cylinder group
NO discharged from cylinder # 4XIs flowing. NOx
The exhaust air-fuel ratio of the entire exhaust gas flowing into the selective reduction catalyst 10a is:
It is maintained lean, so that the second cylinder group 1b
NO discharged fromXIs NOxSmell in selective reduction catalyst 10a
Thus, NH constantly supplied from the first cylinder group 1aThreeBy
Is purified. Therefore, NO XIs released into the atmosphere
Is prevented.
By the way, NOXStorage reduction catalyst 12a, 1
Exhaust air-fuel ratio of exhaust flowing into 2b changes from lean to rich
NO when switchedXRatio from the storage reduction catalysts 12a and 12b
Relatively large amount of NOXIs released and this relatively large amount of NOX
To NHThreeIs generated. Therefore, NOXTemporarily
NO stored inXProvide a storage reduction catalyst, NHThreeShould generate
NO whenXRelatively large amount of NO from storage reduction catalystXTo
Release this much NOXTo NHThreeGenerate the ratio
Relatively large amount of NHThreeNOxSupply to selective reduction catalyst 10a
Can be done. As a result, NOxSelective reduction
NO flowing into the catalyst 10aXNH required to purify water
ThreeNO for the quantityxFlows into the selective reduction catalyst 10a
NHThreeInsufficient quantity is prevented, thus NOXTo
It can be purified well.
In the diesel engine shown in FIG.xSelection
NH flowing into selective reduction catalyst 10aThreeIf the quantity is NOxReturn
NO flowing into source catalyst 10aXNecessary to purify the quantity
NH ThreeSame as amount or required NHThreeMore than the amount
I'm trying. NOxExcess in the selective reduction catalyst 10a
NH becameThreeIs NOxAdsorbed on the selective reduction catalyst 10a
As a result, NHThreeIs prevented from being released into the atmosphere
ing. As described above, NOxSelective reduction catalyst 1
NH adsorbed on OaThreeIs NOxSelective reduction catalyst 10
NH flowing into aThreeWhen the amount decreases or NOxReturn
NO in the source catalyst 10aXNO when inflowxSelective reduction catalyst
Released from 10a. Therefore, NO xSelective touch
Medium 10a is NHThreeIs also prevented from saturating.
As described above, the lean operation is performed in each cylinder.
The first and second sub-cylinder groups 1aa and 1ab
The exhaust air-fuel ratio of the exhaust discharged from the engine is lean,
Therefore, the exhaust of the sub-cylinder groups 1aa and 1ab is set to NO.
XIf the storage reduction catalysts 12a and 12b are directly guided, NOX
Exhaust air-fuel of exhaust flowing into the storage reduction catalysts 12a, 12b
The ratio becomes lean. So, NOXStorage reduction catalyst 12
a, make the exhaust air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into 12b rich
NOXUpstream of the storage reduction catalysts 12a and 12b
Secondary supply of reducing agent into the exhaust branch pipe 8 or the cylinder
Like that.
That is, in the diesel engine shown in FIG.
To make the exhaust air-fuel ratio of the exhaust gas to be richXOcclusion reduction
In the cylinder corresponding to the catalyst, the fuel injection valve 7
Fuel is secondary injected in addition to the normal injection. like this
Such a secondary fuel injection is called a secondary injection.
It is performed in the latter half of the expansion stroke or in the exhaust stroke. This secondary injection
Fuel in exhaust or NOXThe storage reduction catalyst 12a,
NO by reacting with oxygen on the 12b surfaceXOcclusion return
The oxygen concentration in the source catalysts 12a and 12b decreases and NO
XNO stored from the storage reduction catalysts 12a and 12b
XIs released. Therefore, NOXStorage reduction catalyst 12
good NO from a, 12bX2 to ensure release action
To ensure a good reaction between fuel and oxygen by the next injection
In the second half of the expansion stroke, where the exhaust gas temperature is relatively high, secondary injection is performed.
Is preferred. The fuel from the secondary injection is engine output
Does not contribute to
The fuel injection amount AF in the secondary injection is, for example,
If NOXThe exhaust air-fuel ratio of exhaust flowing into the storage reduction catalyst is about
It is determined to be 13.8. As a result, secondary fuel
A large amount of NH while keeping the injection amount AF smallThreeGenerate
be able to. Note that this secondary fuel injection amount AF is
Between the depression amount DEP of the engine pedal 31 and the engine speed N.
In the form of a map shown in FIG.
It is remembered.
NOXFlow into storage reduction catalysts 12a and 12b
Reducing agent to make the exhaust air-fuel ratio of the exhaust
Gasoline, isooctane, hexane, hepta
Hydrocarbons such as gas, light oil, kerosene, or liquid
Uses hydrocarbons such as butane and propane that can be stored
be able to. However, in the diesel engine of FIG.
In the first or second sub-cylinder group 1aa, 1bb
By performing the secondary injection with the fuel injection valve 7,
NOXThe exhaust air-fuel ratio of the exhaust flowing into the storage reduction catalyst
And therefore additional injection for reductant supply
No valves or additional reductant tanks are required.
Further, NOXExhaust gas flowing into the storage reduction catalyst
When the exhaust air-fuel ratio of the
Intake throttle valves 14a, 14 arranged in the intake branch pipes 2 of the group
The opening degree of b is reduced, that is, the intermediate opening degree between full opening and full closing
As a result, the engine air-fuel ratio of the corresponding
Slightly leaner than theoretical air-fuel ratio (A / F) S
Like that. By doing so, the secondary fuel injection amount A
F can be reduced. Intake throttle valve 1 in this case
The intermediate opening MID of 4, 14b is equal to the depression of the accelerator pedal 31.
FIG. 4 shows a function of the set amount DEP and the engine speed N.
It is stored in the ROM 22 in advance in the form of a map shown.
On the other hand, NOXThe storage reduction catalyst 12a,
The exhaust air-fuel ratio of the exhaust flowing into 12b should be lean
The secondary injection in the corresponding sub-cylinder groups 1aa and 1ab
Shooting is stopped, that is, only normal injection is performed. Next, exhaust
Control of the timing of changing the air-fuel ratio state will be described. Up
Between the above-described first exhaust air-fuel ratio state and the second exhaust air-fuel ratio state
May be performed at predetermined intervals, for example.
it can. However, in the diesel engine of FIG.
OXNO stored in the storage reduction catalysts 12a and 12b
XQuantity, that is, storage NOXQuantity S1 (NOX), S2 (N
OX), And the exhaust air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is rich.
NOXStorage reduction catalyst, that is, NOXEmitting
NOXStorage NO of storage reduction catalystXUnder the predetermined amount
Exhaust air-fuel ratio state when falling below the threshold LT
The change action is performed. This way,
NOxMake sure the selective reduction catalyst 10a has NHThreeCan supply
Can be.
FIG. 5 shows NO in the diesel engine of FIG.
XStorage NO of storage reduction catalysts 12a and 12bXQuantity S1 (N
OX), S2 (NOX), Rich flag RF, and N
OXExhaust gas flowing into the storage reduction catalysts 12a and 12b
Time chart showing air-fuel ratio (A / F) N1 and (A / F) N2
It is a chart. The rich flag RF indicates the exhaust air-fuel ratio state.
It is set to 1 when the first exhaust air-fuel ratio state is to be set, and the second
This coefficient is set to 2 when the exhaust air-fuel ratio state is to be set.
In FIG. 5, the time zero indicates that the rich flag RF is 2.
Time. Referring to FIG.
When RF = 2, the second exhaust air-fuel ratio state is set.
You. That is, the secondary injection is performed in the second sub-cylinder group 1ab.
Is performed and the intake throttle valve 14b is set to the intermediate opening degree MID.
NOXExhaust gas flowing into the storage reduction catalyst 12b
The exhaust air-fuel ratio (A / F) N2 of the
Secondary injection is stopped in the first sub-cylinder group 1aa and
NO when the throttle valve 14a is fully opened MAXX
The exhaust air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the storage reduction catalyst 12a (A /
F) N1 is made lean. As a result, NOXOcclusion reduction
NO from catalyst 12bXIs released, so that S2 (NOX)
Gradually decreases, and NO XNO on the storage reduction catalyst 12aXBut
S1 (NOX) Gradually increases.
Next, at time a, S2 (NOX) <L
When it becomes T, the rich flag RF is set to 1. That is,
Storage NOXNO released when the amount decreasesXSmall amount
And therefore NOxSupplied to the selective reduction catalyst 10a.
NHThreeThe amount is reduced. Therefore, NOXOcclusion reduction
Storage NO of catalyst 12bXQuantity S2 (NOX)
NOXNH in the storage reduction catalyst 12bThreeRaw
Stop the action, NO XNO from the storage reduction catalyst 12aX
And release NHThreeIs generated. That
As a result, a relatively large amount of NHThreeContinuously NOxSelective touch
It can be supplied to the medium 10a.
When RF = 1, the first exhaust air-fuel ratio state
To be. That is, in the first sub-cylinder group 1aa, 2
The next injection is performed and the intake throttle valve 14a has the intermediate opening degree MID.
NOXFlows into the storage reduction catalyst 12a
The exhaust air-fuel ratio (A / F) N1 of the exhaust
Sometimes, the secondary injection is stopped in the second sub-cylinder group 1ab
And the intake throttle valve 14b is fully opened MAX
NOXExhaust air-fuel ratio of exhaust flowing into storage reduction catalyst 12b
(A / F) N2 is made lean. As a result, NOXSucking
NO from the storage reduction catalyst 12aXIs released, so that S1 (N
OX) Gradually decreases and NOXN is added to the storage reduction catalyst 12b.
OXIs stored, so that S2 (NOX) Gradually increases
You.
Next, at time b, S1 (NOX) <L
At T, the rich flag RF is set to 2 again. But
Accordingly, the first exhaust air-fuel ratio state is set again. Like this
The first and second exhaust air-fuel ratio states are alternately repeated.
Will be By the way, NOXStorage reduction catalysts 12a, 12b
Occlusion NOXQuantity S1 (NOX), S2 (NOX) Directly
It is difficult to ask. Therefore, in this embodiment, NOX
NO flowing into the storage reduction catalysts 12a and 12bXQuantity, sand
That is, the first or second sub-cylinder group 1aa, 1ab is discharged.
NOXNO from quantityXStorage reduction catalysts 12a, 12b
Occlusion NOXQuantity S1 (NOX), S2 (NOX)
I am trying to do it. That is, the engine speed N becomes high.
The amount of emissions emitted from the engine per unit time
NO as the engine speed N increasesXSucking
Flows into the storage reduction catalysts 12a and 12b per unit time
Inflow NOXThe amount increases. Also, as the engine load increases
That is, the depression amount DE of the accelerator pedal 31
The engine displacement increases as P increases.
The engine load is high because the combustion temperature is high.
The amount of depression of the accelerator pedal 31
As the DEP increases, emissions from the engine per unit time
NO issuedXThe amount increases.
FIG. 6A shows one of the values obtained by the experiment.
NO emitted from the cylinders per unit timeXQuantity Q (NO
X), The depression amount DEP of the accelerator pedal 31, the engine
FIG. 6A shows the relationship with the rotation speed N.
Curves are the same NOXIndicates the amount. As shown in FIG.
Discharged from the cylinder per unit timeXQuantity Q
(NOX) Indicates that the depression amount DEP of the accelerator pedal 31 is
The engine speed N increases as the engine speed increases.
Increase as the number increases. Note that NO shown in FIG.X
Quantity Q (NOX) Is in the form of a map as shown in FIG.
It is stored in the ROM 22 in advance.
That is, the exhaust air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is
NOXStorage NO of storage reduction catalystXQuantity S (NO
X) Is Q (NOX). did
Therefore, the exhaust air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lean NO
XStorage NO of storage reduction catalystXQuantity S (NOX) Is the following formula
Is done.
S (NOX) = S (NOX) + Q (NOX) ・ DLT
Here, DLT is Q (NOX) Represents the detection time interval
Q (NO XDLT is the last processing route
NO between the routine and the current processing routineXOcclusion reduction
NO stored in the catalystXIt represents the quantity.
On the other hand, FIG.
NO per unit timeXStorage reduction catalysts 12a, 12b
NO released fromXQuantity D (NOX)
You. In FIG. 7A, the solid line is NOXStorage reduction catalyst 12
a and 12b indicate when the temperature is high, and the broken line indicates NO.
XIt shows when the temperature of the storage reduction catalysts 12a and 12b is low.
ing. TIME indicates that the exhaust air-fuel ratio of
Indicate the time since the switch from lean to rich
I have. NOXNO in storage reduction catalysts 12a and 12b
XNO decomposition rateXTemperature of storage reduction catalysts 12a and 12b
The higher the degree, the faster. Therefore, FIG.
NO as indicated by the solid lineXStorage reduction catalysts 12a, 12
b is high, that is, NOXStorage reduction catalyst
Exhaust gas temperature TNC of the exhaust gas flowing into 12a, 12b is high
Sometimes NOXExhaust air on the surface of the storage reduction catalyst 11a
While the fuel ratio does not become sufficiently rich, a large amount of NOXIs NO
XNO release from the storage reduction catalysts 12a and 12bXSucking
Temperature of the storage reduction catalysts 12a and 12b, that is, the exhaust gas temperature T
When the NC is low, as shown by the broken line in FIG.
Small amount of NOXIs NOXFrom the storage reduction catalysts 12a and 12b
Released. In other words, the exhaust gas temperature TNC increases.
NO per unit timeXReleased from storage reduction catalyst 11a
NOXQuantity D (NOX) Increases. This NOXamount
D (NOX) Is a function of the exhaust gas temperature TNC and the time TIME.
In the form of a map shown in FIG.
Is stored within. Note that NOXStorage reduction catalyst 12
a, the temperature TNC of the exhaust gas flowing into the 12b is detected by the temperature sensor 2
8a and 28b. However, engine operation
The rotation state, that is, the depression amount DEP of the accelerator pedal 31
And the engine speed N.
That is, the exhaust air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is
NOXStorage NO of storage reduction catalystXQuantity S (NO
X) Is D (NOX) Only decrease. did
Therefore, the exhaust air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is rich NO
XStorage NO of storage reduction catalystXQuantity S (NOX) Is the following formula
Is done.
S (NOX) = S (NOX) -D (NOX) ・ DLT
Here, DLT is D (NOX) Represents the detection time interval
And therefore D (NO XDLT is the last processing route
NO between the routine and the current processing routineXOcclusion reduction
NO stored in the catalystXIt represents the quantity.
FIG. 8 is a flowchart for executing the above-described exhaust air-fuel ratio control.
FIG. This routine is predefined
This is executed by an interrupt at each set time. Figure 8
For reference, first, at step 40, the rich flag RF is set.
It is determined whether it is 1 or not. When RF = 1,
(A / F) N1 is made rich and (A / F) N2 is made rich.
If it should be turned on, the process proceeds to step 41. Stay
In step 41, the release NO is determined from the map of FIG.XQuantity D
(NOX) Is calculated. In the following step 42,
NO based onXStorage NO of storage reduction catalyst 12aXQuantity S1
(NOX) Is calculated.
S1 (NOX) = S1 (NOX) -D (N
OX) ・ DLT1
Here, DLT1 is D (NOX) Represents the detection time interval
And therefore D (NOXDLT1 is the previous process
NO between routine and current processing routine XOcclusion
NO released from reduction catalyst 12aXIt represents the quantity.
In the following step 43, the inflow NO is determined from the map of FIG.
XQuantity Q (NOX) Is calculated. In the following step 44
NO based on the following equationXStorage NO of storage reduction catalyst 12bX
Quantity S2 (NOX) Is calculated.
S2 (NOX) = S2 (NOX) + Q (N
OX) ・ DLT1
Here Q (NOXDLT1 is the previous processing routine
NO until the current processing routineXStorage reduction catalyst 1
NO stored in 2bXIt represents the quantity. Next steps
NO at 45XStorage NO of storage reduction catalyst 12aXQuantity S1
(NOX) Is smaller than the lower threshold LT.
Separated. S1 (NOX) <LT if step 4
Proceeding to 6, the rich flag RF is set to 2. That is, S
1 (NOXNO if <LTXStorage reduction catalyst 12
NO released from aXThe amount is small and therefore NOxSelection
A sufficient amount of NH for the selective reduction catalyst 10aThreeCan supply
Judge not possible and NOXNO of the storage reduction catalyst 12aX
Release NHThreeStop generating action, NOXStorage reduction catalyst 1
2b NOXRelease NHThreeStart the generation action. to this
On the other hand, in step 45, S1 (NOX) ≧ LT
NOXNO released from the storage reduction catalyst 12aX
Large amount, NOxA sufficient amount of NH for the selective reduction catalyst 10a
ThreeAnd the rich flag RF
Is maintained at 1.
On the other hand, at step 40, the rich flag
When RF is not 1, that is, when RF = 2,
(A / F) N1 is made lean and (A / F) N2 is made
When it is determined that the switch should be made, the process proceeds to step 47. Stay
In step 47, the inflow NO is determined from the map of FIG.XQuantity Q
(NOX) Is calculated. In the following step 48,
NO based onXStorage NO of storage reduction catalyst 12aXQuantity S1
(NOX) Is calculated.
S1 (NOX) = S1 (NOX) + Q (N
OX) ・ DLT2
Here, DLT2 is Q (NOX) Represents the detection time interval
And therefore Q (NOXDLT2 is the previous process
NO between routine and current processing routine XOcclusion
NO stored in the reduction catalyst 12aXIt represents the quantity. Continued
In step 49, the release NO is determined from the map shown in FIG.X
Quantity D (NOX) Is calculated. In the following step 50,
NO based on the formulaXStorage NO of storage reduction catalyst 12bXamount
S2 (NOX) Is calculated.
S2 (NOX) = S2 (NOX) -D (N
OX) ・ DLT2
Here D (NOX)-Is DLT2 the previous processing routine?
NO until the current processing routineXStorage reduction catalyst 1
NO released from 2bXIt represents the quantity. The next step
NO in step 51XStorage NO of storage reduction catalyst 12bXQuantity S
2 (NOX) Is smaller than the lower threshold LT.
Is determined. S2 (NOX) <LT when step
Proceeding to 52, the rich flag RF is set to 1. That is,
S2 (NOXNO if <LTXStorage reduction catalyst 1
2b NOXNO based on xThe selective reduction catalyst 10a
A reasonable amount of NHThreeN cannot be supplied
OXNO of the storage reduction catalyst 12bXRelease NHThreeGenerating action
Stop, NOXNO of the storage reduction catalyst 12aXRelease ・ N
HThreeStart the generation action. On the other hand, to step 51
S2 (NOXNO if ≧ LTXOcclusion reduction
NO of catalyst 12bXNO based onxSelective reduction catalyst 10
a sufficient amount of NH for aThreeJudge that we can supply
To maintain the rich flag RF at 2.
FIG. 9 is for executing the above-described fuel injection control.
Shows the routine. This routine is predefined
This is executed by interruption every crank angle. FIG.
First, in step 60, the first cylinder # 1
That is, the normal injection timing of the first sub-cylinder group 1aa
Is determined. Normal injection timing of cylinder # 1
Then, the routine proceeds to step 61, where normal injection is performed.
Done. That is, fuel injection around the compression top dead center
Done. In the following step 62, the rich flag RF is set to 1
, That is, NO connected to the first cylinder # 1
XThe exhaust air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the storage reduction catalyst 12a is reset.
It is determined whether it is time to switch. RF = 1
I.e. NOXExhaust flowing into storage reduction catalyst 12a
Next, when the exhaust air-fuel ratio of the
Proceeding to 63, the secondary injection is performed. That is, after the expansion stroke
A second fuel injection is performed in a half or exhaust stroke. Next
Ends the processing cycle. Step 62
When RF ≠ 1, then the processing cycle is terminated
I do. That is, in this case, in the first cylinder # 1, the normal injection
Is done.
On the other hand, in step 60, the first cylinder # 1
If it is not the normal injection timing, then step 6
And proceeds to No. 4 cylinder # 2, that is, the second sub-cylinder group 1ab
It is determined whether it is the normal injection timing. No. 2
At the time of the normal injection timing of cylinder # 2,
Proceeding to step 65, normal injection is performed. Next step 66
Then, whether the rich flag RF is 2 or not, that is,
NO connected to cylinder # 2XFlow into storage reduction catalyst 12b
Whether it is time to make the exhaust air-fuel ratio of the exhaust
Separated. When RF = 2, that is, NOXOcclusion reduction
The exhaust air-fuel ratio of the exhaust flowing into the medium 12b should be rich
Sometimes, then, the routine proceeds to step 67, where the secondary injection is performed.
You. Next, the processing cycle ends. In contrast,
When RF # 2 in step 66, the next processing cycle
End That is, in this case, the communication is not performed in the second cylinder # 2.
Only normal injection is performed.
On the other hand, in step 64, the second cylinder # 2
If it is not the normal injection timing, then step 6
8. Go to No. 8 to check if it is normal injection timing of cylinder # 3
It is determined whether or not it is. Normal injection timing of cylinder # 3
Then, the routine proceeds to step 69, where normal injection is performed.
It is. Next, the processing cycle ends. In contrast,
Normal injection timing of the third cylinder # 3 at step 68
If not, then proceed to step 70, No. 4 cylinder #
At 4, normal injection is performed. Then the processing cycle
finish. Therefore, in the second cylinder group 1b, the secondary injection
Is not done.
FIG. 10 shows the execution of the above-described intake throttle valve control.
2 shows a routine for performing the following. This routine is predetermined
It is executed by an interrupt every set time. FIG.
Referring to FIG. 0, first, at step 80, the rich flag
It is determined whether RF is 1 or not. When RF = 1,
That is, NO connected to the first cylinder # 1XStorage reduction catalyst
(A / F) N1 of 12a is made rich and the second cylinder # 2
NO connected toX(A / F) N of the storage reduction catalyst 12b
If 2 should be made lean, then go to step 81.
Only slightly lean engine air-fuel ratio of cylinder # 1
The intermediate opening MID of the intake throttle valve that is most suitable for
It is calculated from the top. In the following step 82, the first cylinder
The opening degree V1 of the intake throttle valve 14a in the # 1 intake branch pipe 2 is
MID. In the following step 83, the second cylinder #
2, the opening degree V2 of the intake throttle valve 14b in the intake branch pipe 2 is maximum.
The opening degree MAX is set. Next, the processing cycle ends.
When RF801 in step 80,
That is, when RF = 2, that is, when connected to the first cylinder # 1.
NOX(A / F) N1 of the storage reduction catalyst 12a is
Connected to the second cylinder # 2XOcclusion reduction
When (A / F) N2 of the medium 12b should be made rich,
Proceeding to step 84, the inside of the intake branch pipe 2 of the first cylinder # 1
The opening degree V1 of the intake throttle valve 14a is set to the maximum opening degree MAX.
You. In the following step 85, the engine air-fuel ratio of the second cylinder # 2
The best intake throttle valve to make the engine slightly lean
The opening MID is calculated from the map shown in FIG. The next step
At 86, the intake throttle in the intake branch pipe 2 of the second cylinder # 2
The opening degree V2 of the valve 14b is defined as the MID. Then processing
End the cycle.
In the above embodiment, the present invention is applied to a diesel engine.
Applied to Seki. However, the present invention relates to spark ignition type gas.
It can also be applied to sorin engines. In this case, the first
By making the engine air-fuel ratio of the cylinders of the cylinder group 1a rich,
Even NOXExhaust flowing into the storage reduction catalysts 12a, 12b
The exhaust air-fuel ratio of the air can be made rich. Also on
NO in the described embodimentXBy using an occlusion reduction catalyst
Storage material and NHThreeAnd the catalyst to be formed at the same time.
ing. However, the storage material and NH ThreeSeparate from generated catalyst
NH formed individuallyThreeGenerated catalyst in the exhaust passage downstream of the storage material
May be arranged. In this case, NHThreeGeneration touch
For example, a three-way catalyst can be used as the medium.
[0056]
Effect of the Invention NOXCan be satisfactorily purified.
【図面の簡単な説明】
【図1】内燃機関の全体図である。
【図2】NOX 吸蔵還元触媒のNH3 変換効率を示す線
図である。
【図3】2次燃料噴射量を示す線図である。
【図4】吸気絞り弁の中間開度を示す線図である。
【図5】NOX 吸蔵還元触媒の吸蔵NOX 量、リッチフ
ラグ、およびNOX 吸蔵還元触媒に流入する排気の排気
空燃比を示すタイムチャートである。
【図6】単位時間当たり気筒から排出されるNOX 量を
示す線図である。
【図7】単位時間当たりNOX 吸蔵還元触媒から放出さ
れるNOX 量を示す線図である。
【図8】排気空燃比制御を実行するためのフローチャー
トである。
【図9】燃料噴射制御を実行するためのフローチャート
である。
【図10】吸気絞り弁の開度制御を実行するためのフロ
ーチャートである。
【符号の説明】
1a…第1の気筒群
1aa…第1の副気筒群
1ab…第2の副気筒群
1b…第2の気筒群
2…吸気枝管
7…燃料噴射弁
8…排気枝管
10…排気浄化触媒
10a…NH3 によるNOx 選択還元触媒
12a,12b…NOX 吸蔵還元触媒
14a,14b…吸気絞り弁BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is an overall view of an internal combustion engine. FIG. 2 is a diagram showing the NH 3 conversion efficiency of a NO X storage reduction catalyst. FIG. 3 is a diagram showing a secondary fuel injection amount. FIG. 4 is a diagram showing an intermediate opening degree of an intake throttle valve. [5] occluded amount of NO X in the NO X storage reduction catalyst, is a time chart showing an exhaust gas air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the rich flag and the NO X storage reduction catalyst. FIG. 6 is a graph showing the amount of NO X discharged from a cylinder per unit time. FIG. 7 is a graph showing the amount of NO X released from the NO X storage reduction catalyst per unit time. FIG. 8 is a flowchart for executing exhaust air-fuel ratio control. FIG. 9 is a flowchart for executing fuel injection control. FIG. 10 is a flowchart for executing opening degree control of an intake throttle valve. [Description of Signs] 1a 1st cylinder group 1aa 1st sub cylinder group 1ab 2nd sub cylinder group 1b 2nd cylinder group 2 intake branch pipe 7 fuel injection valve 8 exhaust branch pipe 10 ... exhaust gas purifying catalyst 10a ... NO x selective reduction catalyst 12a due to NH 3, 12b ... NO X occluding and reducing catalyst 14a, 14b ... intake throttle valve
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI F01N 3/28 301 F01N 3/28 301A 301C ZAB ZAB F02D 41/04 305 F02D 41/04 305A ZAB ZAB 43/00 301 43/00 301E 301T (72)発明者 田中 俊明 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自 動車株式会社内 (56)参考文献 特開 平9−4414(JP,A) 特開 平4−365920(JP,A) 特開 平6−272545(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F01N 3/08 - 3/28 F02D 41/04 F02D 43/00 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI F01N 3/28 301 F01N 3/28 301A 301C ZAB ZAB F02D 41/04 305 F02D 41/04 305A ZAB ZAB 43/00 301 43/00 301E 301T (72) Inventor Toshiaki Tanaka 1 Toyota Town, Toyota City, Aichi Prefecture Inside Toyota Motor Corporation (56) References JP-A-9-4414 (JP, A) JP-A-4-365920 (JP, A) JP-A-6-272545 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) F01N 3/08-3/28 F02D 41/04 F02D 43/00
Claims (1)
気筒群とに分割されており、第1の気筒群の排気中のN
OX からNH3 を生成し、該NH3 により第2の気筒群
の排気中のNOX を浄化するようにした内燃機関の排気
浄化装置において、第1の気筒群が少なくとも2つの副
気筒群にさらに分割されており、各副気筒群に接続され
た各副排気通路内に、流入する排気の排気空燃比がリッ
チのときに流入する排気中のNOX からNH3 を生成す
るNH3 生成触媒と、流入する排気の排気空燃比がリー
ンのときに流入する排気中のNOX を吸蔵し、流入する
排気の排気空燃比がリッチとなると吸蔵しているNOX
を放出する吸蔵材とを配置し、各NH3 生成触媒はそれ
ぞれ対応する吸蔵材下流の副排気通路内または該吸蔵材
内に配置されており、NH3 生成触媒下流の各副排気通
路と、第2の気筒群に接続された第2の排気通路とを合
流させる合流排気通路内に、流入する排気中のNOX と
NH3 とを浄化する排気浄化触媒を配置し、吸蔵材上流
の副排気通路内または副気筒群内に、それぞれ対応する
吸蔵材に流入する排気の排気空燃比をリッチまたはリー
ンにする排気空燃比制御手段をそれぞれ配置し、少なく
とも第2の気筒群にリーン運転を行わせ、排気空燃比制
御手段を制御して一部の吸蔵材に流入する排気の排気空
燃比をリッチにすることにより該吸蔵材から吸蔵されて
いるNOX を放出させる共に該吸蔵材下流のNH3 生成
触媒においてNH3 を生成し、それによって排気浄化触
媒にNH3 を供給し、残りの吸蔵材に流入する排気の排
気空燃比をリーンにすることにより該吸蔵材にNOX を
吸蔵させ、流入する排気の排気空燃比がリッチである吸
蔵材を順次変更することにより排気浄化触媒にNH3 を
常時供給するようにした排気浄化装置。(57) [Claims 1] A multi-cylinder internal combustion engine is divided into a first cylinder group and a second cylinder group, and N1 in the exhaust of the first cylinder group.
In the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine configured to generate NH 3 from O X and purify NO X in the exhaust of the second cylinder group by the NH 3 , the first cylinder group includes at least two sub-cylinder groups. NH 3 generation for generating NH 3 from NO X in the inflowing exhaust gas when the exhaust air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is rich in each sub-exhaust passage connected to each sub-cylinder group NO X in which the catalyst, the exhaust gas air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is occluded NO X in the inflowing exhaust gas when the lean exhaust air-fuel ratio of the exhaust gas flowing is occluded becomes rich
The NH 3 generation catalyst is disposed in the corresponding auxiliary exhaust passage downstream of the storage material or in the storage material, and each of the NH 3 generation catalysts is disposed in the corresponding auxiliary exhaust passage downstream of the NH 3 generation catalyst. An exhaust purification catalyst for purifying NO X and NH 3 in the inflowing exhaust gas is disposed in a merged exhaust passage that merges with a second exhaust passage connected to the second cylinder group. Exhaust air-fuel ratio control means for enriching or leaning the exhaust air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the corresponding storage material is disposed in the exhaust passage or the sub-cylinder group, respectively, and at least the second cylinder group performs a lean operation. Align, NH both the downstream absorbent storehouse material to release NO X that is occluded from the intake storehouse material by the exhaust air-fuel ratio rich of the exhaust gas flowing by controlling the exhaust gas air-fuel ratio control means to a portion of the occlusion material 3 and NH 3 in the product catalyst Form, thereby supplying NH 3 to the exhaust purification catalyst, to occlude NO X in absorbent storehouse material by the exhaust gas air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the rest of the storage material in a lean exhaust air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into An exhaust gas purifying apparatus in which NH 3 is constantly supplied to an exhaust gas purifying catalyst by sequentially changing the storage material in which the gas is rich.
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