JP3446646B2 - Exhaust gas purification device for internal combustion engine - Google Patents

Exhaust gas purification device for internal combustion engine

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JP3446646B2
JP3446646B2 JP00722399A JP722399A JP3446646B2 JP 3446646 B2 JP3446646 B2 JP 3446646B2 JP 00722399 A JP00722399 A JP 00722399A JP 722399 A JP722399 A JP 722399A JP 3446646 B2 JP3446646 B2 JP 3446646B2
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nox
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air
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隆 福田
要 長沼
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    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
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  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、内燃機関の排気
浄化装置、特にリーン燃焼に伴って多く排出される窒素
酸化物(NOx)を、効率よく浄化する排気浄化装置に
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an exhaust gas purification device for an internal combustion engine, and more particularly to an exhaust gas purification device for efficiently purifying nitrogen oxides (NOx), which are largely emitted by lean combustion.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、燃費の向上、二酸化炭素の排出量
の削減といった観点から、理論空燃比よりも高い空燃比
でも運転し得るいわゆるリーンバーンエンジンが注目さ
れている。この種の内燃機関においては、リーン燃焼時
に排出される排気は酸素含有率が高く、一般に用いられ
ている三元触媒では、NOxの浄化が不十分となる。そ
のため、リーン運転時にNOxを効率よく除去する技術
の開発が望まれている。
2. Description of the Related Art In recent years, a so-called lean burn engine, which can be operated at an air-fuel ratio higher than the theoretical air-fuel ratio, has been attracting attention from the viewpoint of improving fuel efficiency and reducing carbon dioxide emissions. In this type of internal combustion engine, the exhaust gas discharged during lean combustion has a high oxygen content, and the generally used three-way catalyst cannot purify NOx sufficiently. Therefore, it is desired to develop a technique for efficiently removing NOx during lean operation.

【0003】その一つとして、特許第2600492号
公報では、流入する排気の空燃比がリーンであるときに
NOxを吸収し、流入する排気の空燃比がリッチとなる
とNOxを放出するNOx吸収剤を用いた浄化装置が提
案されている。このものでは、リーン運転中に機関から
排出されるNOxをNOx吸収剤に吸収させ、所定の時
期に、一時的に空燃比をリッチとした運転を行なって、
NOx吸収剤に吸収されたNOxを放出するようにして
いる。そして、放出されたNOxは、NOx吸収剤に担
持された触媒成分によって還元浄化される。
As one of them, Japanese Patent No. 2600492 discloses a NOx absorbent that absorbs NOx when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lean and releases NOx when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas becomes rich. The purifying device used has been proposed. In this system, NOx discharged from the engine during the lean operation is absorbed by the NOx absorbent, and the air-fuel ratio is temporarily made rich at a predetermined time.
The NOx absorbed by the NOx absorbent is released. Then, the released NOx is reduced and purified by the catalyst component carried by the NOx absorbent.

【0004】ここで、NOx吸収剤に担持する触媒成分
の還元力が弱い場合には、NOx吸収剤上で還元されず
にNOx吸収剤から下流へ流出してしまうNOx量が多
くなるので、NOx吸収剤の下流側に、NOxを還元し
得る触媒、例えば三元触媒を配置することも開示されて
いる。
Here, when the reducing power of the catalyst component carried by the NOx absorbent is weak, the amount of NOx that is not reduced on the NOx absorbent and flows out downstream from the NOx absorbent increases. It is also disclosed to arrange a catalyst capable of reducing NOx, for example, a three-way catalyst, on the downstream side of the absorbent.

【0005】また、特開平6−66185号公報には、
NOx吸収剤の下流側に、酸素吸収能力(酸素ストレー
ジ能力)を有する三元触媒を配置し、NOx吸収剤から
NOxを放出させる際に、空燃比を過度にリッチにする
ようにした排気浄化装置が開示されている。これは、N
Ox吸収剤に吸収されているNOxを還元するのに必要
な還元成分の量よりも過剰に還元成分を与えることによ
り、放出されたNOxを、NOx吸収剤上で一層確実に
還元浄化するようにしているのであり、NOxの還元に
使用されなかった余剰の過剰成分を、下流側の三元触媒
で浄化するようにしている。
Further, Japanese Patent Laid-Open No. 6-66185 discloses that
An exhaust gas purification device in which a three-way catalyst having an oxygen absorption capacity (oxygen storage capacity) is arranged on the downstream side of the NOx absorbent to make the air-fuel ratio excessively rich when releasing NOx from the NOx absorbent. Is disclosed. This is N
By providing the reducing component in excess of the amount of the reducing component required to reduce the NOx absorbed in the Ox absorbent, the released NOx is more reliably reduced and purified on the NOx absorbent. Therefore, the excess excess component not used for NOx reduction is purified by the three-way catalyst on the downstream side.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】一般に、三元触媒は、
白金等の触媒金属のほかに、セリア等の助触媒成分を担
持しており、この助触媒成分によって、酸素吸収能力を
高めている。この酸素吸収能力を有することによって、
三元触媒は、ある程度理論空燃比から外れた空燃比の排
気に対しても良好な排気浄化性能を発揮することができ
るのである。
Generally, the three-way catalyst is
In addition to a catalytic metal such as platinum, a cocatalyst component such as ceria is supported, and the oxygen absorption capacity is enhanced by this cocatalyst component. By having this oxygen absorption capacity,
The three-way catalyst can exhibit good exhaust gas purification performance even for exhaust gas having an air-fuel ratio that deviates from the theoretical air-fuel ratio to some extent.

【0007】しかし、前述した特許第2600492号
公報のように、NOx吸収剤の下流側に、酸素吸収能力
を有する三元触媒を配置したとすると、NOx吸収剤が
NOxを吸収しているリーン燃焼の間に、三元触媒に酸
素が蓄えられ、かつNOxを放出すべく空燃比をリッチ
としたときに、この蓄えられていた酸素が放出される結
果、三元触媒内はリーン雰囲気となるので、NOxの還
元を効率よく行なうことができない。
However, if a three-way catalyst having an oxygen absorption capacity is arranged downstream of the NOx absorbent as in the above-mentioned Japanese Patent No. 2600492, the lean combustion in which the NOx absorbent absorbs NOx. During this period, oxygen is stored in the three-way catalyst, and when the air-fuel ratio is made rich in order to release NOx, the stored oxygen is released, resulting in a lean atmosphere in the three-way catalyst. , NOx cannot be reduced efficiently.

【0008】また、特開平6−66185号公報の技術
では、NOx吸収剤からNOxを放出させる際に、空燃
比を過度にリッチにしているが、実際には、還元成分を
過剰に供給しても、NOx放出の初期には、一部のNO
xがNOx吸収剤上で還元されずに、そのまま排出され
てしまう。図7は、この現象を説明するもので、内燃機
関の空燃比を、(A)の実線のように、リーン燃焼して
いる状態から適宜な期間L1の間、リッチにしたとする
と、NOx吸収剤において吸収されていたNOxや酸素
の放出が開始される。従って、NOx吸収剤の出口側で
の空燃比は、(A)の破線のように、一時的に(図のL
2の間)理論空燃比に保持され、その後、リッチとな
る。この区間L2の間は、NOx吸収剤の内部の平均空
燃比はほぼ理論空燃比となっているが、NOx吸収剤内
では、多くのNOxおよび酸素が脱離しているために、
NOx吸収剤の活性サイトは、部分的にリーンとなって
おり、そのため、NOxの還元は十分に行なわれない。
また、このL2の区間では、NOx吸収剤の下流側の空
燃比は、ほぼ理論空燃比であり、この理論空燃比相当の
排気が下流の三元触媒に流入する。しかしながら、三元
触媒に酸素吸収能力を十分に与えてあると、前述したも
のと同様に、それまでに吸収されていた酸素によって触
媒活性サイトが部分的にリーン雰囲気となり、還元能力
が低下して、その結果、NOxを十分に還元することが
できない。従って、図7(B)に示すように、区間L2
において、一部のNOxが外部へ流出してしまう。
Further, in the technique disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 6-66185, the air-fuel ratio is made excessively rich when releasing NOx from the NOx absorbent, but in practice, the reducing component is excessively supplied. Even in the early stages of NOx release, some NO
x is not reduced on the NOx absorbent and is discharged as it is. FIG. 7 explains this phenomenon. If the air-fuel ratio of the internal combustion engine is made rich for a proper period L1 from the state of lean combustion as shown by the solid line in (A), NOx absorption is assumed. The release of NOx and oxygen absorbed in the agent is started. Therefore, the air-fuel ratio at the outlet side of the NOx absorbent is temporarily (L in the figure, as shown by the broken line in (A)).
(Between 2), the stoichiometric air-fuel ratio is maintained, and thereafter, the air-fuel ratio becomes rich. During this section L2, the average air-fuel ratio inside the NOx absorbent is approximately the theoretical air-fuel ratio, but since much NOx and oxygen are desorbed within the NOx absorbent,
The active site of the NOx absorbent is partially lean, so that NOx is not sufficiently reduced.
Further, in the section of L2, the air-fuel ratio on the downstream side of the NOx absorbent is almost the theoretical air-fuel ratio, and the exhaust gas corresponding to this theoretical air-fuel ratio flows into the downstream three-way catalyst. However, if the three-way catalyst is given sufficient oxygen absorption capacity, the oxygen that has been absorbed up to that point causes the catalytically active site to partially become a lean atmosphere, which reduces the reduction capacity. As a result, NOx cannot be reduced sufficiently. Therefore, as shown in FIG.
At, some NOx will flow out.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】そこで、この発明は、下
流側に配置される触媒を、特に、酸素吸収能力の低いも
のとし、放出されたNOxの還元を図った。
Therefore, in the present invention, the catalyst arranged on the downstream side is made to have a particularly low oxygen absorption capacity to reduce the released NOx.

【0010】すなわち、請求項1に係る内燃機関の排気
浄化装置は、内燃機関の排気通路に、流入する排気の空
燃比に応じてNOxを吸収,放出する作用を有する第1
の排気浄化用触媒と、この排気浄化用触媒の下流側に位
置する第2の触媒と、この第2の触媒のさらに下流に位
置する第3の触媒と、を備え、上記第2の触媒の酸素吸
収能力が上記第3の触媒の酸素吸収能力よりも小さい
とを特徴としている。そして、この請求項1の発明をさ
らに具体化した請求項2の発明は、上記第3の触媒が、
酸素吸収能力を十分に備えたものであり、上記第2の触
媒が、酸素吸収能力を可及的に小さくしたものであるこ
とを特徴としている。
That is, the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to the first aspect has a function of absorbing and releasing NOx according to the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust passage of the internal combustion engine.
Of the exhaust gas purification catalyst and the downstream side of this exhaust gas purification catalyst.
The second catalyst to be placed and a position further downstream of this second catalyst.
And a third catalyst to be placed in the second catalyst.
The storage capacity is smaller than the oxygen absorption capacity of the third catalyst . Then, the invention of claim 1 is
According to another aspect of the present invention, the third catalyst is
It has a sufficient oxygen absorption capacity, and the second touch
Make sure that the medium has as small an oxygen absorption capacity as possible.
It is characterized by.

【0011】このものでは、内燃機関がリーン燃焼して
いる間に排出されたNOxは、第1の排気浄化用触媒に
吸収される。この吸収されたNOxは、内燃機関の空燃
比をリッチとしたときに、放出され、かつ該第1の排気
浄化用触媒の上で、還元される。このとき、第1の排気
浄化用触媒によって還元されなかった一部のNOxは、
下流側の第2の触媒によって還元される。この第2の触
媒は、酸素吸収能力が低いので、リーン燃焼中に蓄積さ
れていた酸素の放出により部分的にリーン雰囲気となる
ことがなく、効率よく還元される。
In this system, NOx emitted during lean combustion of the internal combustion engine is absorbed by the first exhaust gas purification catalyst. The absorbed NOx is released when the air-fuel ratio of the internal combustion engine is made rich, and is reduced on the first exhaust gas purification catalyst. At this time, some of the NOx that has not been reduced by the first exhaust gas purification catalyst is
It is reduced by the second catalyst on the downstream side. Since the second catalyst has a low oxygen absorption capacity, it does not partially become a lean atmosphere due to the release of oxygen accumulated during lean combustion, and is efficiently reduced.

【0012】[0012]

【0013】[0013]

【0014】そして、第2の触媒のさらに下流側に酸素
吸収能力の高い第3の触媒を備えているので、第1の排
気浄化用触媒および第2の触媒においてNOx還元に使
用されなかった余剰の還元成分を、酸素吸収能力の高い
第3の触媒で浄化することが可能となる。
[0014] Then, since with a high third catalyst of further oxygen absorption capacity on the downstream side of the second catalyst, the excess which is not used for NOx reduction in the first exhaust gas purifying catalyst and the second catalyst It becomes possible to purify the reducing component of (3) with the third catalyst having a high oxygen absorption capacity.

【0015】一般に触媒として用いられる白金、ロジウ
ム、パラジウム等の触媒金属は、それ自体、多少の酸素
吸収能力を有している。そして、セリウム等の助触媒成
分を加えることにより、この酸素吸収能力をさらに高め
ることができる。請求項1または2の発明をさらに具体
化した請求項の発明では、上記第2の触媒は、酸素吸
収能力を強化するための助触媒成分を担持していないこ
とを特徴としている。つまり、この場合でも、酸素吸収
能力は、完全に0とはならないが、白金等の触媒金属自
体が有する酸素吸収能力のみとなる。
Catalytic metals such as platinum, rhodium and palladium, which are generally used as catalysts, themselves have some oxygen absorbing ability. Then, by adding a co-catalyst component such as cerium, the oxygen absorption capacity can be further enhanced. The invention of claim 3 , which is a further implementation of the invention of claim 1 or 2 , is characterized in that the second catalyst does not carry a co-catalyst component for enhancing the oxygen absorption capacity. That is, even in this case, the oxygen absorption capacity does not become completely 0, but only the oxygen absorption capacity of the catalyst metal itself such as platinum has.

【0016】また請求項に係る発明は、上記第1の排
気浄化用触媒からNOxを脱離浄化するために空燃比を
積極的にリッチ化する空燃比リッチ化手段をさらに備
え、このリッチ化のときの空燃比が、第1の排気浄化用
触媒からNOxを脱離浄化するのに必要な還元成分以上
の還元成分を与えるように過度にリッチな空燃比に設定
されることを特徴としている。
Further, the invention according to claim 4 further comprises air-fuel ratio enriching means for actively enriching the air-fuel ratio in order to desorb and purify NOx from the first exhaust purification catalyst, and this enrichment is performed. The air-fuel ratio at this time is set to an excessively rich air-fuel ratio so as to give a reducing component that is equal to or more than the reducing component necessary for desorbing and purifying NOx from the first exhaust purification catalyst. .

【0017】またこの請求項の発明をさらに具体化し
た請求項に係る発明は、上記のNOx脱離浄化に必要
な還元成分が、リッチ化に伴って第1の排気浄化用触媒
から脱離するNOxの濃度を予測し、この濃度に対応し
て定められることを特徴としている。
Further, in the invention according to claim 5 which is a further embodiment of the invention of claim 4 , the reducing component necessary for the above NOx desorption purification is desorbed from the first exhaust gas purification catalyst along with the enrichment. The feature is that the concentration of NOx to be separated is predicted and determined in correspondence with this concentration.

【0018】上記のように、NOxの脱離浄化に際して
過度にリッチな空燃比とすることにより、第1の排気浄
化用触媒から放出されたNOxの還元を、第1の排気浄
化用触媒および第2の触媒において確実に行なうことが
できる。
As described above, the NOx released from the first exhaust gas purification catalyst is reduced by using the first exhaust gas purification catalyst and the first exhaust gas purification catalyst by setting the air-fuel ratio to an excessively rich air-fuel ratio when desorbing and purifying NOx. It can be reliably carried out with the second catalyst.

【0019】[0019]

【発明の効果】この発明に係る内燃機関の排気浄化装置
によれば、NOxを吸収可能な第1の排気浄化用触媒の
下流側に酸素吸収能力を有する三元触媒を配置した従来
の構成に比べて、空燃比をリッチとしたときに放出され
て第1の排気浄化用触媒の上で完全に還元されなかった
一部のNOxを、下流側の第2の触媒によって一層確実
に還元することができる。
EFFECT OF THE INVENTION According to the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine of the present invention, a conventional three-way catalyst having an oxygen absorbing capacity is arranged downstream of the first exhaust gas purification catalyst capable of absorbing NOx. In comparison, more reliably reduce some of the NOx that was released when the air-fuel ratio was made rich and was not completely reduced on the first exhaust gas purification catalyst by the second catalyst on the downstream side. You can

【0020】そして、第1の排気浄化用触媒および第2
の触媒においてNOx還元に使用されなかった余剰の還
元成分を、酸素吸収能力の高い第3の触媒で浄化するこ
とができる。
[0020] Then, for the first exhaust gas purifying catalyst and a second
Excess reducing components not used for NOx reduction in the catalyst of No. 3 can be purified by the third catalyst having high oxygen absorption capacity.

【0021】また、請求項および請求項の発明によ
れば、還元成分を過剰に与えることで、NOxの還元を
さらに確実に行なうことができる。
Further, according to the inventions of claim 4 and claim 5 , NOx can be more reliably reduced by providing the reducing component in excess.

【0022】[0022]

【発明の実施の形態】以下、この発明の好ましい実施の
形態を図面に基づいて詳細に説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

【0023】図1は、この発明に係る排気浄化装置の構
成を示すもので、火花点火式ガソリン機関からなる内燃
機関1の排気通路2に、流入する排気の空燃比に応じて
NOxを吸収,放出する作用を有する第1の排気浄化用
触媒3が介装されているとともに、この第1の排気浄化
用触媒3の下流側に、酸素吸収能力を小さくした第2の
触媒4が介装されており、さらに、この第2の触媒4の
下流側に、酸素吸収能力を十分に大きくした第3の触媒
5が介装されている。
FIG. 1 shows the structure of an exhaust gas purification apparatus according to the present invention, which absorbs NOx in an exhaust passage 2 of an internal combustion engine 1 which is a spark ignition type gasoline engine in accordance with an air-fuel ratio of exhaust gas flowing in, A first exhaust gas-purifying catalyst 3 having a releasing action is interposed, and a second catalyst 4 having a reduced oxygen absorption capacity is interposed downstream of the first exhaust gas-purifying catalyst 3. In addition, a third catalyst 5 having a sufficiently large oxygen absorption capacity is provided downstream of the second catalyst 4.

【0024】上記第1の排気浄化用触媒3は、例えばア
ルミナをコーティングしたハニカム担体に、白金Pt、
パラジウムPd、ロジウムRh等の貴金属を担持した触
媒をベースとし、これにバリウムBaで代表されるアル
カリ土類金属もしくはセシウムCsで代表されるアルカ
リ金属の中から選ばれた少なくとも1つの成分を担持さ
せて構成されたものであり、排気空燃比がリーンの条件
では排気中のNOxを吸収し、かつリッチの条件では排
気中の還元成分(HC、CO、H2等)によって吸収し
ていたNOxを放出すると同時に還元浄化する特性を有
している。
The first exhaust gas-purifying catalyst 3 is composed of, for example, a honeycomb carrier coated with alumina, platinum Pt,
Based on a catalyst carrying a noble metal such as palladium Pd or rhodium Rh, the catalyst is loaded with at least one component selected from an alkaline earth metal represented by barium Ba or an alkali metal represented by cesium Cs. When the exhaust air-fuel ratio is lean, it absorbs NOx in the exhaust, and when it is rich, it releases NOx absorbed by the reducing components (HC, CO, H2, etc.) in the exhaust. At the same time, it has the property of reducing and purifying.

【0025】また、第2の触媒4および第3の触媒5
は、いずれも、例えばアルミナをコーティングしたハニ
カム担体に、白金Pt、パラジウムPd、ロジウムRh
等の貴金属を担持したものであり、第3の触媒5では、
さらに、酸素吸収能力を高めるために、助触媒成分とし
て例えばセリウムCeを担持している。このセリウムに
より、第3の触媒5は、排気空燃比がリーンの条件で
は、排気中の酸素を吸収し、かつリッチ条件では、流入
した還元成分を吸収していた酸素で還元する、すなわち
吸収していた酸素を流入する還元成分に応じて放出す
る、という酸素吸収能力(酸素ストレージ能力)を発揮
する。また、第2の触媒4では、酸素吸収能力を有する
セリウムのような助触媒成分を可及的に少なくしてあ
り、望ましくは、助触媒成分の使用を0としてある。
Further, the second catalyst 4 and the third catalyst 5
Are all made of, for example, a honeycomb carrier coated with alumina, platinum Pt, palladium Pd, rhodium Rh.
In the third catalyst 5, the noble metal such as
Further, for example, cerium Ce is supported as a co-catalyst component in order to enhance the oxygen absorption capacity. With this cerium, the third catalyst 5 absorbs oxygen in the exhaust under conditions where the exhaust air-fuel ratio is lean, and under rich conditions, reduces the inflowing reducing component with the absorbed oxygen, that is, absorbs it. The oxygen absorption capacity (oxygen storage capacity) of releasing oxygen according to the inflowing reducing component is exhibited. In the second catalyst 4, the co-catalyst component such as cerium having an oxygen absorbing capacity is reduced as much as possible, and the use of the co-catalyst component is preferably 0.

【0026】一方、内燃機関1の吸気通路6には、各気
筒の吸気ポートへ向けて燃料を噴射する燃料噴射弁7が
設けられているとともに、スロットルバルブ11、エア
フロメータ8およびエアクリーナ12が順次介装されて
いる。上記エアフロメータ8は、内燃機関1の吸入空気
量Qaを検出するものであり、その検出信号は、エンジ
ンコントロールユニット10に入力されている。また、
内燃機関1のクランク角を検出するクランク角センサ9
および車両のアクセル開度を検出するアクセル開度セン
サ13が設けられており、これらの検出信号もエンジン
コントロールユニット10に入力されている。エンジン
コントロールユニット10は、これらの信号から機関回
転数Neおよび機関負荷Lを求め、かつ基本燃料噴射パ
ルス幅Tpを演算するとともに、これに目標空燃比等の
各種の補正を加えて、最終的な燃料噴射パルス幅Tiを
決定し、燃料噴射弁7に出力するようになっている。
On the other hand, the intake passage 6 of the internal combustion engine 1 is provided with a fuel injection valve 7 for injecting fuel toward the intake port of each cylinder, and a throttle valve 11, an air flow meter 8 and an air cleaner 12 are sequentially provided. It is installed. The air flow meter 8 detects the intake air amount Qa of the internal combustion engine 1, and the detection signal is input to the engine control unit 10. Also,
Crank angle sensor 9 for detecting the crank angle of the internal combustion engine 1
Further, an accelerator opening sensor 13 for detecting the accelerator opening of the vehicle is provided, and these detection signals are also input to the engine control unit 10. The engine control unit 10 obtains the engine speed Ne and the engine load L from these signals, calculates the basic fuel injection pulse width Tp, and adds various corrections such as the target air-fuel ratio to the final control to obtain the final value. The fuel injection pulse width Ti is determined and output to the fuel injection valve 7.

【0027】次に、具体的な制御の流れを図2のフロー
チャートに基づいて説明する。
Next, a specific control flow will be described with reference to the flowchart of FIG.

【0028】この図2のルーチンは、エンジンコントロ
ールユニット10において例えば10ms毎に繰り返し
実行されるものであって、まずステップ1でリッチスパ
イクフラグFRSが1であるか否かを判定する。このリ
ッチスパイクフラグFRSは、後述するように、第1の
排気浄化用触媒3に、所定量以上のNOxが吸収され、
リッチ空燃比を与えてNOxの脱離浄化が必要であると
判定された場合に「1」となり、これが「1」の間は目
標空燃比をリッチ空燃比とするものである。従って、こ
のフラグFRSが0のときは、リーン空燃比での運転が
可能なことを示している。
The routine of FIG. 2 is repeatedly executed in the engine control unit 10 at intervals of, for example, 10 ms. First, at step 1, it is determined whether the rich spike flag FRS is 1. As will be described later, the rich spike flag FRS absorbs a predetermined amount or more of NOx in the first exhaust gas purification catalyst 3,
When it is determined that NOx desorption purification is required by giving the rich air-fuel ratio, it becomes "1", and while this is "1", the target air-fuel ratio is made the rich air-fuel ratio. Therefore, when the flag FRS is 0, it indicates that the operation with the lean air-fuel ratio is possible.

【0029】ステップ1で、FRS≠1と判定された場
合は、ステップ2へ進み、負荷Lと機関回転数Neとか
ら、目標空燃比TFBYAを、図3のマップを参照して
求める。なお、この目標空燃比TFBYAの値は、この
実施例では、当量比として示されており、TFBYA=
1が理論空燃比に相当する。次のステップ3では、リー
ン運転であるか否かを、この目標空燃比TFBYAの値
から判定する。具体的には、TFBYAの値が1.0未
満であれば、リーン運転であると判定する。
When it is judged in step 1 that FRS ≠ 1, the routine proceeds to step 2 and the target air-fuel ratio TFBYA is obtained from the load L and the engine speed Ne by referring to the map in FIG. The value of this target air-fuel ratio TFBYA is shown as an equivalence ratio in this embodiment, and TFBYA =
1 corresponds to the theoretical air-fuel ratio. In the next step 3, it is judged from the value of the target air-fuel ratio TFBYA whether or not the lean operation is performed. Specifically, if the value of TFBYA is less than 1.0, it is determined to be lean operation.

【0030】リーン運転である場合は、内燃機関1から
排出されたNOxは第1の排気浄化用触媒3に吸収され
るので、ステップ4〜7へ進んで、NOx吸収量の推定
ならびにリッチスパイクによるNOxの脱離還元処理の
必要性の判定を行う。すなわち、ステップ3でリーン運
転であると判定したら、ステップ4へ進み、負荷Lと機
関回転数Neとから、NOx排出濃度CNOxを、図4
のマップを参照して求める。なお、この図4のマップ
は、予め実験により求めたものである。次にステップ5
へ進み、そのときの第1の排気浄化用触媒3におけるN
Ox吸収量TNOxを演算する。これは、NOx排出濃
度CNOxに吸入空気量Qaおよび定数K1を乗じて、
NOx吸収量TNOxの微小増加分を求め、これを前回
のNOx吸収量TNOxに加えることによって、逐次求
められる。そして、次のステップ6では、NOx吸収量
TNOxが、所定の上限値TNOx0を越えているか否
か判定する。この上限値TNOx0は、第1の排気浄化
用触媒3について予め実験的に求めた飽和NOx吸収量
のある割合(例えば1/2)に設定される。なお、触媒
が劣化すると、飽和NOx吸収量も低下するので、触媒
劣化を適宜な手段で推定し、その劣化の程度に応じて上
限値TNOx0を減少補正するようにしてもよい。ステ
ップ6で、NOx吸収量TNOxが、上限値TNOx0
を越えていると判定した場合には、ステップ7へ進ん
で、前述したリッチスパイクフラグFRSを「1」とす
る。
In the lean operation, the NOx discharged from the internal combustion engine 1 is absorbed by the first exhaust gas purification catalyst 3, so the process proceeds to steps 4 to 7 to estimate the NOx absorption amount and to perform the rich spike. The necessity of the desorption reduction treatment of NOx is judged. That is, when it is determined in step 3 that the operation is lean, the process proceeds to step 4, where the NOx emission concentration CNOx is calculated from the load L and the engine speed Ne as shown in FIG.
See the map to find out. The map of FIG. 4 is obtained in advance by experiments. Next step 5
To the N in the first exhaust gas purification catalyst 3 at that time.
The Ox absorption amount TNOx is calculated. This is obtained by multiplying the NOx emission concentration CNOx by the intake air amount Qa and the constant K1.
The small increase in the NOx absorption amount TNOx is calculated, and this is added to the previous NOx absorption amount TNOx to successively calculate. Then, in the next step 6, it is determined whether or not the NOx absorption amount TNOx exceeds a predetermined upper limit value TNOx0. The upper limit value TNOx0 is set to a certain ratio (for example, 1/2) of the saturated NOx absorption amount experimentally obtained in advance for the first exhaust gas purification catalyst 3. When the catalyst deteriorates, the saturated NOx absorption amount also decreases. Therefore, the catalyst deterioration may be estimated by an appropriate means, and the upper limit value TNOx0 may be reduced and corrected according to the degree of the deterioration. In step 6, the NOx absorption amount TNOx becomes the upper limit value TNOx0.
When it is determined that the value exceeds the limit, the routine proceeds to step 7, and the rich spike flag FRS described above is set to "1".

【0031】リッチスパイクフラグFRSが「1」とな
ると、ステップ1からステップ8以降へ進むことにな
り、リッチスパイクによるNOxの脱離浄化処理を行
う。先ず、ステップ8では、負荷Lと機関回転数Neと
から、第1の排気浄化用触媒3の触媒温度Tcatを、
図5のマップを参照して推定する。なお、触媒温度セン
サを設けて直接検出することも勿論可能である。次にス
テップ9へ進み、リッチスパイクによるNOx放出濃度
RNOxを推定する。具体的には、触媒温度Tcatと
そのときのNOx吸収量TNOx(これは後述するよう
に放出に伴って逐次減少する)とをパラメータとして、
予め実験により求めた図6のマップを参照して、推定す
る。ステップ10では、このNOx放出濃度RNOxの
NOxの脱離浄化に必要な空燃比TFBYANOxを、
次式により算出する。
When the rich spike flag FRS becomes "1", the process proceeds from step 1 to step 8 and subsequent steps, and the NOx desorption purification processing by rich spike is performed. First, in step 8, the catalyst temperature Tcat of the first exhaust gas purification catalyst 3 is calculated from the load L and the engine speed Ne.
Estimate with reference to the map of FIG. It is of course possible to provide a catalyst temperature sensor for direct detection. Next, the routine proceeds to step 9, where the NOx release concentration RNOx due to rich spike is estimated. Specifically, the catalyst temperature Tcat and the NOx absorption amount TNOx at that time (which is successively decreased with release as described later) are used as parameters.
The estimation is performed with reference to the map of FIG. 6 obtained in advance by experiments. In step 10, the air-fuel ratio TFBYANOx required for desorption purification of NOx having this NOx release concentration RNOx is
It is calculated by the following formula.

【0032】TFBYANOx=1+K3・RNOx ここで、1は理論空燃比の分であり、「K3・RNO
x」が脱離するNOxの放出浄化に必要な空燃比の分で
ある。なお、K3は、NOx濃度を空燃比に換算するた
めの定数である。
TFBYANOx = 1 + K3.RNOx Here, 1 is the stoichiometric air-fuel ratio, and "K3.RNO
“X” is the air-fuel ratio necessary for purifying the released NOx. Note that K3 is a constant for converting the NOx concentration into an air-fuel ratio.

【0033】次にステップ11では、供給した還元成分
のNOx脱離浄化に使用される効率を考慮して、過剰に
還元成分を供給するように、上記必要空燃比TFBYA
NOxを補正して、最終的な目標空燃比TFBYAとす
る。具体的には、必要空燃比TFBYANOxに、1よ
り大きな一定の係数(例えば1.2)を乗じて、目標空
燃比TFBYAとする。
Next, at step 11, the required air-fuel ratio TFBYA is supplied so that the reducing component is excessively supplied in consideration of the efficiency of the supplied reducing component used for NOx desorption purification.
NOx is corrected to obtain the final target air-fuel ratio TFBYA. Specifically, the required air-fuel ratio TFBYANOx is multiplied by a constant coefficient larger than 1 (for example, 1.2) to obtain the target air-fuel ratio TFBYA.

【0034】またステップ12では、NOxの放出に伴
って徐々に減少するNOx吸収量TNOxを求めてい
る。具体的には、NOx放出濃度RNOxに吸入空気量
Qaおよび定数K1を乗じて、NOx吸収量TNOxの
微小減少分を求め、これを前回のNOx吸収量TNOx
から減じることによって、逐次求められる。
In step 12, the NOx absorption amount TNOx that gradually decreases with the release of NOx is calculated. Specifically, the NOx release concentration RNOx is multiplied by the intake air amount Qa and a constant K1 to obtain a minute decrease amount of the NOx absorption amount TNOx, which is calculated as the previous NOx absorption amount TNOx.
Sequentially obtained by subtracting from.

【0035】ステップ13では、このNOx吸収量TN
Oxが0より小さい値となったか判定し、小さくなって
いたら、ステップ14でNOx吸収量TNOxを0にリ
セットするとともに、ステップ15でフラグFRSを0
にリセットして、リッチスパイクを終了する。
In step 13, this NOx absorption amount TN
It is determined whether Ox becomes a value smaller than 0, and if it becomes smaller, the NOx absorption amount TNOx is reset to 0 in step 14, and the flag FRS is set to 0 in step 15.
Reset to end rich spike.

【0036】以上のようにして、リーン運転中ならびに
リッチスパイクの間の空燃比TFBYAの値が決定され
るのであるが、実際の燃料噴射量(燃料噴射弁7に印加
される噴射パルス幅)Tiは、吸入空気量Qaおよび機
関回転数Neとから算出される基本燃料噴射量Tpに、
上記空燃比TFBYAを乗じ、さらに無効噴射パルス幅
Tsを加えて、次式のように求められる。
As described above, the value of the air-fuel ratio TFBYA during the lean operation and during the rich spike is determined, but the actual fuel injection amount (the injection pulse width applied to the fuel injection valve 7) Ti Is the basic fuel injection amount Tp calculated from the intake air amount Qa and the engine speed Ne,
The air-fuel ratio TFBYA is multiplied and the invalid injection pulse width Ts is further added to obtain the following equation.

【0037】Ti=Tp・TFBYA+Ts このように、上記実施例では、リーン運転によりNOx
吸収量TNOxがある値に達すると、空燃比が強制的に
リッチ化され、吸収していたNOxの脱離が行われる。
脱離放出されたNOxの大部分は、第1の排気浄化用触
媒3の上で浄化される。また、第1の排気浄化用触媒3
で還元されなかったNOxは、下流側の第2の触媒4に
おいて還元される。ここで、第2の触媒4は、酸素吸収
能力が非常に小さいので、酸素の放出により局部的にリ
ーン雰囲気となることはなく、第2の触媒4に流入した
NOxは、効率よく還元される。しかも、上記のよう
に、放出されるNOxの濃度RNOxに対し必要となる
還元成分よりも過剰となるように空燃比が設定されるの
で、一層確実にNOxが還元される。そして、第1の排
気浄化用触媒3ならびに第2の触媒4においてNOxの
還元に使用されなかった余剰の還元成分は、酸素吸収能
力を有する第3の触媒5において十分に浄化される。
Ti = Tp · TFBYA + Ts As described above, in the above embodiment, NOx is obtained by lean operation.
When the absorption amount TNOx reaches a certain value, the air-fuel ratio is forcibly enriched, and the absorbed NOx is desorbed.
Most of the desorbed and released NOx is purified on the first exhaust gas purification catalyst 3. In addition, the first exhaust gas purification catalyst 3
The NOx that has not been reduced in the above is reduced in the second catalyst 4 on the downstream side. Here, since the second catalyst 4 has a very small oxygen absorption capacity, it does not locally become a lean atmosphere due to the release of oxygen, and NOx that has flowed into the second catalyst 4 is efficiently reduced. . Moreover, as described above, the air-fuel ratio is set so that the concentration RNOx of the released NOx becomes more than the necessary reducing component with respect to the concentration RNOx, so that the NOx is more reliably reduced. Then, the excess reducing component not used for the reduction of NOx in the first exhaust gas purification catalyst 3 and the second catalyst 4 is sufficiently purified in the third catalyst 5 having an oxygen absorption capacity.

【0038】なお、上記実施例では、吸気ポートへ向け
て燃料を噴射する形式となっているが、燃焼室内へ直接
燃料を噴射する筒内直噴型内燃機関にも同様に適用する
ことが可能である。
In the above embodiment, the fuel is injected toward the intake port, but the invention can be similarly applied to a direct injection type internal combustion engine in which fuel is directly injected into the combustion chamber. Is.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】この発明に係る排気浄化装置の実施の形態を示
す構成説明図。
FIG. 1 is a structural explanatory view showing an embodiment of an exhaust emission control device according to the present invention.

【図2】その制御の流れを示すフローチャート。FIG. 2 is a flowchart showing the flow of control.

【図3】負荷Lおよび機関回転数Neに対する空燃比T
FBYAのマップを示す特性図。
FIG. 3 is an air-fuel ratio T with respect to a load L and an engine speed Ne.
The characteristic view which shows the map of FBYA.

【図4】負荷Lおよび機関回転数Neに対するNOx排
出濃度CNOxのマップを示す特性図
FIG. 4 is a characteristic diagram showing a map of NOx emission concentration CNOx with respect to load L and engine speed Ne.

【図5】負荷Lおよび機関回転数Neに対する触媒温度
Tcatのマップを示す特性図
FIG. 5 is a characteristic diagram showing a map of a catalyst temperature Tcat with respect to a load L and an engine speed Ne.

【図6】触媒温度TcatおよびNOx吸収量TNOx
に対するNOx放出濃度RNOxのマップを示す特性
図。
FIG. 6 is a catalyst temperature Tcat and a NOx absorption amount TNOx.
6 is a characteristic diagram showing a map of NOx release concentration RNOx with respect to FIG.

【図7】従来におけるリッチスパイクによる空燃比変化
(A)とNOx排出濃度(B)とを示す特性図。
FIG. 7 is a characteristic diagram showing an air-fuel ratio change (A) and a NOx emission concentration (B) due to a conventional rich spike.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…内燃機関 3…第1の排気浄化用触媒 4…第2の触媒 5…第3の触媒 7…燃料噴射弁 1 ... Internal combustion engine 3 ... First exhaust gas purification catalyst 4 ... Second catalyst 5 ... Third catalyst 7 ... Fuel injection valve

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 青山 尚志 神奈川県横浜市神奈川区宝町2番地 日 産自動車株式会社内 (56)参考文献 特開 平7−102948(JP,A) 特開 平11−2114(JP,A) 特開 平8−296472(JP,A) 特開 平11−221448(JP,A) 特許2600492(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F01N 3/08 - 3/28 F02D 41/04 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Naoshi Aoyama 2 Takaracho, Kanagawa-ku, Yokohama, Kanagawa Nissan Motor Co., Ltd. (56) Reference JP-A-7-102948 (JP, A) JP-A-11- 2114 (JP, A) JP-A-8-296472 (JP, A) JP-A-11-221448 (JP, A) Patent 2600492 (JP, B2) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) ) F01N 3/08-3/28 F02D 41/04

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 内燃機関の排気通路に、流入する排気の
空燃比に応じてNOxを吸収,放出する作用を有する第
1の排気浄化用触媒と、この排気浄化用触媒の下流側に
位置する第2の触媒と、この第2の触媒のさらに下流に
位置する第3の触媒と、を備え、上記第2の触媒の酸素
吸収能力が上記第3の触媒の酸素吸収能力よりも小さい
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
1. A first exhaust gas purification catalyst having an action of absorbing and releasing NOx according to an air-fuel ratio of exhaust gas flowing into an exhaust passage of an internal combustion engine, and a first exhaust gas purification catalyst located downstream of the exhaust gas purification catalyst. A second catalyst and a third catalyst located further downstream of the second catalyst are provided, and the oxygen absorption capacity of the second catalyst is smaller than the oxygen absorption capacity of the third catalyst. An exhaust purification device for an internal combustion engine.
【請求項2】 上記第3の触媒が、酸素吸収能力を十分
に備えたものであり、上記第2の触媒が、酸素吸収能力
を可及的に小さくしたものであることを特徴とする請求
記載の内燃機関の排気浄化装置。
2. The third catalyst has a sufficient oxygen absorption capacity, and the second catalyst has an oxygen absorption capacity as small as possible. Item 1. An exhaust gas purification device for an internal combustion engine according to item 1 .
【請求項3】 上記第2の触媒は、酸素吸収能力を強化
するための助触媒成分を担持していないことを特徴とす
る請求項1または2に記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. The exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the second catalyst does not carry a promoter component for enhancing oxygen absorption capacity.
【請求項4】 上記第1の排気浄化用触媒からNOxを
脱離浄化するために空燃比を積極的にリッチ化する空燃
比リッチ化手段をさらに備え、このリッチ化のときの空
燃比が、第1の排気浄化用触媒からNOxを脱離浄化す
るのに必要な還元成分以上の還元成分を与えるように過
度にリッチな空燃比に設定されることを特徴とする請求
項1〜のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. An air-fuel ratio enriching means for actively enriching the air-fuel ratio in order to desorb and purify NOx from the first exhaust gas purification catalyst, further comprising: any of claims 1-3, characterized in that it is set to an excessively rich air-fuel ratio to provide a reducing component or more reducing components necessary for desorption purify NOx from the first exhaust gas purifying catalyst An exhaust gas purification device for an internal combustion engine according to claim 1.
【請求項5】 上記のNOx脱離浄化に必要な還元成分
は、リッチ化に伴って第1の排気浄化用触媒から脱離す
るNOxの濃度を予測し、この濃度に対応して定められ
ることを特徴とする請求項記載の内燃機関の排気浄化
装置。
5. The reducing component required for the NOx desorption / purification is determined according to this concentration by predicting the concentration of NOx desorbed from the first exhaust purification catalyst due to the enrichment. The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to claim 4, wherein
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