JP3518391B2 - Exhaust gas purification device for internal combustion engine - Google Patents

Exhaust gas purification device for internal combustion engine

Info

Publication number
JP3518391B2
JP3518391B2 JP04618199A JP4618199A JP3518391B2 JP 3518391 B2 JP3518391 B2 JP 3518391B2 JP 04618199 A JP04618199 A JP 04618199A JP 4618199 A JP4618199 A JP 4618199A JP 3518391 B2 JP3518391 B2 JP 3518391B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
reducing agent
exhaust
reduction catalyst
storage reduction
fuel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP04618199A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2000240429A (en
Inventor
忍 石山
之弘 塚崎
淳 田原
正明 小林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP04618199A priority Critical patent/JP3518391B2/en
Publication of JP2000240429A publication Critical patent/JP2000240429A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3518391B2 publication Critical patent/JP3518391B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Exhaust Gas After Treatment (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
装置に関し、詳細には流入する排気空燃比がリーンのと
きに排気中のNOX を吸収し、流入する排気中の酸素濃
度が低下したときに吸収したNOX を放出するNOX
蔵還元触媒を備えた内燃機関の排気浄化装置に関する。 【0002】 【従来の技術】流入する排気空燃比がリーンのときに排
気中のNOX を吸収し、流入する排気中の酸素濃度が低
下したときに吸収したNOX を放出するNOX 吸蔵還元
触媒が知られている。NOX 吸蔵還元触媒はリーン空燃
比雰囲気下で排気中のNOX を吸収するが、吸収したN
X 量が増大し飽和量に到達するとそれ以上NOX を吸
収できなくなる。このため、NOX 吸蔵還元触媒を用い
た排気浄化装置では定期的にNOX 吸蔵還元触媒に流入
する排気の酸素濃度を低下させてNOX 吸蔵還元触媒か
ら吸収したNOX を放出させる必要がある。NOX 吸蔵
還元触媒をガソリン機関の排気浄化装置として使用した
場合には、機関の運転空燃比を低下させると(すなわち
機関をリッチ空燃比で運転すると)排気中の酸素濃度が
低下するとともに排気中の未燃HC、CO成分が増大す
るため、上記NOX 吸蔵還元触媒からNOX が放出さ
れ、放出されたNOX がNOX 吸蔵還元触媒上でHC、
COにより還元される。 【0003】ところが、NOX 吸蔵還元触媒をディーゼ
ル機関の排気浄化装置として使用した場合には、機関を
リッチ空燃比で運転することが困難であるため他の手段
により排気中の酸素濃度を低下させることが必要とな
る。NOX 吸蔵還元触媒をディーゼル機関の排気浄化装
置として使用する場合に排気酸素濃度を低下させてNO
X 吸蔵還元触媒から吸収したNOX を放出させる方法と
しては、通常NOX 吸蔵還元触媒の上流側の排気通路に
液体炭化水素等の還元剤を供給する方法が用いられる。
上流側の排気通路に供給された還元剤が排気中に分散し
て排気とともにNOX 吸蔵還元触媒に流入すると、還元
剤がNOX 吸蔵還元触媒上で排気中の酸素と反応し酸化
されるため、NOX 吸蔵還元触媒の雰囲気酸素濃度が低
下し、NOX 吸蔵還元触媒から吸収したNOX が放出さ
れる。また、放出されたNOX はNOX 吸蔵還元触媒上
で排気中の還元剤により還元浄化される。 【0004】NOX 吸蔵還元触媒に関するものではない
が、排気通路に配置した触媒の上流側の排気通路に還元
剤を供給する装置の例としては特開平5−44434号
公報に記載されたものがある。同公報の装置は、ディー
ゼル機関の排気通路に酸化触媒を担持したパティキュレ
ートフィルタを配置し、パティキュレートフィルタに捕
集された排気微粒子を燃焼させる際にパティキュレート
フィルタ上流側の排気通路に燃料(還元剤)を噴射する
ことにより、噴射された燃料を酸化触媒上で燃焼させて
パティキュレートフィルタの温度を上昇させるようにし
たものである。また、同公報の装置では酸化触媒の活性
化に応じて適量の燃料を供給するため、触媒に流入する
排気の温度と機関吸入空気量とに基づいて触媒に供給す
る燃料量を算出するとともに、触媒出口の排気温度に基
づいて算出された燃料量を補正するようにしている。 【0005】一般に触媒上流側の排気通路に還元剤を供
給する場合には、供給された還元剤の全量が触媒で反応
するようにして触媒下流側に未反応の還元剤が流出する
ことを防止する必要がある。また、触媒は低温になるほ
ど触媒能力が低下するため、排気温度が低い場合に排気
温度が高い場合と同量の還元剤を供給すると供給された
還元剤の一部が未反応のまま触媒下流側に流出してしま
う場合がある。上記公報の装置は、排気温度の変化によ
り未浄化の還元剤が触媒下流側に流出することを防止す
るため、排気温度(すなわち触媒の能力)に応じて供給
する還元剤の量を決定し、供給された還元剤の全量が触
媒上で反応するようにしたものである。 【0006】 【発明が解決しようとする課題】ところが、上記特開平
5−44434号公報の装置のように触媒に流入する排
気温度に応じて適量の還元剤を触媒に供給しても、供給
された還元剤の全量が触媒上で反応しない場合があるこ
とが判明している。例えば、触媒上流側の排気通路に供
給された燃料等の液体還元剤が充分に気化することなく
比較的大きな液体粒子のままの状態で触媒に到達する
と、還元剤粒子は触媒表面に付着したり、あるいは液体
粒子のままで触媒のセルを通過してしまう場合がある。
NOX 吸蔵還元触媒からのNOX の放出、還元浄化操作
(以下、NOX 吸蔵還元触媒から吸収したNOX を放出
させ還元浄化する操作を「NO X 吸蔵還元触媒の再生操
作」と呼ぶ)を行う場合に、上記液体還元剤粒子の触媒
表面付着や通過(すり抜け)が生じると供給された還元
剤が有効に利用されず、NOX 吸蔵還元触媒から放出さ
れたNOX の全量が還元浄化されなくなる場合がある。
これを防止するために、NOX 吸蔵還元触媒に供給する
還元剤の量を増大して触媒に充分な量の還元剤を供給す
るようにすることは可能であるが、この場合、上記すり
抜けのためNOX 吸蔵還元触媒下流側に流出する未反応
の還元剤の量が増大してしまい、還元剤の消費量が増大
するのみならず排気性状が悪化する問題が生じる。 【0007】本発明は上記問題に鑑み、NOX 吸蔵還元
触媒に液体還元剤を供給する際に還元剤の霧化状態を適
切に制御して還元剤の消費量の増大と排気性状の悪化と
を防止可能な内燃機関の排気浄化装置を提供することを
目的としている。 【0008】 【課題を解決するための手段】本発明によれば、内燃機
関の排気通路に配置され、流入する排気の空燃比がリー
ンのときに排気中のNOXを吸収し流入する排気の酸素
濃度が低下したときに吸収したNOXを放出するNOX
蔵還元触媒と、該NOX吸蔵還元触媒の上流側の排気通
路に液体還元剤を噴射する還元剤供給装置とを備え備
え、前記NOX吸蔵還元触媒に流入する排気温度に応じ
て前記還元剤供給装置から排気通路に噴射される還元剤
の霧化状態を変化させる霧化制御手段を備えた内燃機関
の排気浄化装置であって、前記還元剤供給装置は、前記
還元剤を排気通路に噴射する噴射弁を備え、前記霧化制
御手段は、前記噴射弁からの還元剤の噴射圧力を増大さ
せることにより、前記NO X 吸蔵還元触媒に流入する排
気温度が低いほど噴射される還元剤の粒径を小さくして
還元剤の霧化状態を変化させる、内燃機関の排気浄化装
置が提供される。 【0009】すなわち、本発明ではNOX吸蔵還元触媒
上流側の排気温度に応じて還元剤の霧化状態を変更す
る。液体状の還元剤を排気通路に噴射する場合には、排
気温度が低いと霧化状態が同一であっても(例えば噴射
された還元剤の粒径が同一であっても)排気温度が高い
場合に較べて排気中で気化せずに液体粒子のままでNO
X吸蔵還元触媒に到達する還元剤の量が増大する。一
方、排気温度が高い場合には噴射された還元剤の霧化状
態が多少悪くても還元剤が高温排気中で蒸発するため、
液体粒子のままNOX吸蔵還元触媒に到達する還元剤の
量は減少する。このため、排気温度に応じて噴射される
還元剤の霧化状態を変化させることにより、前述の還元
剤の触媒表面付着やすり抜けが生じることが防止され
る。 【0010】また、本発明では、NOX吸蔵還元触媒に
流入する排気温度が低いほど、排気通路に噴射される液
体還元剤の粒径が小さくなるようにされる。液体還元剤
の粒径が小さい場合には還元剤は気化し易くなるため、
排気中に噴射された還元剤は排気温度が低い場合でも充
分に気化し気体の状態でNOX吸蔵還元触媒に到達す
る。このため、排気温度が低い場合でもNOX吸蔵還元
触媒で液体還元剤粒子の付着やすり抜けが生じることが
なくなり、供給された還元剤の全量がNOX吸蔵還元触
媒からのNOXの放出、還元浄化に有効に使用されるよ
うになる。このため、還元剤の消費量が低減されるとと
もにNOX吸蔵還元触媒下流側に流出する未反応の還元
剤の量が低減される。 【0011】更に、本発明では、還元剤は噴射弁を通じ
て排気通路に噴射され、還元剤の粒径は還元剤の噴射圧
力を変化させることにより調整される。これにより、噴
射された還元剤の霧化状態を簡易に変化させることがで
きる。 【0012】 【発明の実施の形態】以下、添付図面を用いて本発明の
一実施形態について説明する。図1は、本発明の排気浄
化装置の一実施形態の概略構成を示す図である。図1に
おいて、1は内燃機関を示す。本実施形態では、内燃機
関1としてディーゼル機関が使用されており、機関の各
気筒排気ポートは排気マニホルド31を介して共通の排
気通路3に接続されている。更に、排気通路3上には後
述するNOX 吸蔵還元触媒7が配置されている。図1に
9で示すのはNOX 吸蔵還元触媒7再生操作時にNOX
吸蔵還元触媒7に還元剤を供給する還元剤供給装置であ
る。還元剤供給装置は、NOX 吸蔵還元触媒7の排気入
口近傍に配置された還元剤噴射弁91を備えNOX 吸蔵
還元触媒7に流入する排気中に還元剤を噴射することに
よりNOX 吸蔵還元触媒7に流入する排気中の酸素濃度
を低下させ、触媒7から吸収したNOX を放出させると
ともに、放出されたNOX を還元浄化する。後述するよ
うに、本実施形態では還元剤として機関1の燃料(ディ
ーゼル油)が使用される。還元剤供給装置9は、図示し
ない機関燃料系統から供給された燃料を加圧する電動機
駆動の燃料ポンプ92を備え、燃料を加圧して還元剤噴
射弁91から排気通路3内に噴射する。 【0013】図1に30で示すのは、機関1の電子制御
ユニット(ECU)である。本実施形態では、ECU3
0はRAM、ROM、CPUを備えた公知の構成のマイ
クロコンピュータとして構成され、機関1の燃料噴射
量、燃料噴射時期等の基本制御を行う他、還元剤供給装
置9を制御して後述するNOX 吸蔵還元触媒7からのN
X の放出及び還元浄化操作(NOX 吸蔵還元触媒の再
生操作)を実施する。 【0014】NOX 吸蔵還元触媒7の再生操作を行うた
め、ECU30の入力ポートには、機関のアクセルペダ
ル近傍に配置されたアクセル開度センサ33から運転者
のアクセルペダル踏込み量(アクセル開度、ACCP)
に応じた電圧信号が、また、機関クランク軸近傍に配置
されたクランク回転角センサ35からクランク軸一定回
転角度毎に回転パルス信号が入力されている。ECU3
0は、クランク回転角センサ35から入力するパルス信
号の時間間隔に基づいて一定時間毎に機関1の回転数N
Eを算出する。 【0015】また、ECU30の出力ポートは、図示し
ない駆動回路を介して燃料ポンプ92の電源制御回路9
2aと還元剤噴射弁91とに接続され、ポンプ92の回
転数(吐出圧力)と噴射弁91の開弁時間(噴射量)と
を制御している。本実施形態のNOX 吸蔵還元触媒7
は、アルミナ等の担体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 、セリウムCe、イットリウムYの
ような希土類から選ばれた少なくとも一つの成分と、白
金Ptのような貴金属とを担持したものである。NOX
吸蔵還元触媒は流入する排気ガスの空燃比がリーンのと
きに、排気中のNOX (NO2 、NO)を硝酸イオンN
3 - の形で吸収し、流入排気ガスの酸素濃度が低下す
ると吸収したNOX を放出するNOX の吸放出作用を行
う。 【0016】この吸放出のメカニズムについて、以下に
白金PtおよびバリウムBaを使用した場合を例にとっ
て説明するが他の貴金属、アルカリ金属、アルカリ土
類、希土類を用いても同様なメカニズムとなる。流入排
気中の酸素濃度が増大すると(すなわち排気の空燃比が
リーン空燃比になると)、これら酸素は白金Pt上にO
2 - またはO2-の形で付着し、排気中のNOX は白金P
t上のO2 - またはO2-と反応し、これによりNO2
生成される。また、流入排気中のNO2 及び上記により
生成したNO2 は白金Pt上で更に酸化されつつ触媒中
に吸収されて吸収剤として作用する酸化バリウムBaO
と結合しながら硝酸イオンNO3 - の形で触媒内に拡散
する。このため、リーン雰囲気下では排気中のNOX
NOX 吸蔵還元触媒内に硝酸塩の形で吸収されるように
なる。 【0017】また、流入排気中の酸素濃度が低下すると
(すなわち、排気の空燃比が低下すると)、白金Pt上
でのNO2 生成量が減少するため反応が逆方向に進むよ
うになり、触媒内の硝酸イオンNO3 - はNO2 の形で
NOX 吸蔵還元触媒から放出されるようになる。この場
合、排気中にHC、CO等の成分が存在すると白金Pt
上でこれらの成分によりNO2 が還元される。 【0018】本実施形態では、機関1としてディーゼル
機関が使用されているため機関の排気空燃比はリーンで
あり、通常運転中は排気通路3のNOX 吸蔵還元触媒7
にはリーン空燃比の排気が流入し排気中のNOX がNO
X 吸蔵還元触媒7に吸収される。また、NOX 吸蔵還元
触媒7上流側の排気通路3に還元剤が供給されるとNO
X 吸蔵還元触媒7には還元剤を含んだ排気が流入し、還
元剤の一部はNOX 吸蔵還元触媒7の白金Pt上で酸素
と反応する。これにより、NOX 吸蔵還元触媒7の雰囲
気中の酸素濃度が低下するとともに、還元剤の酸化によ
り未燃HC、CO等の成分が発生する。還元剤の酸化に
よりNOX 吸蔵還元触媒7の雰囲気酸素濃度が低下する
と、上述したメカニズムによりNOX 吸蔵還元触媒7か
らNOXが放出され排気中のHC、CO成分により還元
される。 【0019】上記NOX 吸蔵還元触媒からのNOX の放
出、還元浄化操作(NOX 吸蔵還元触媒の再生操作)に
使用される還元剤としては、排気中でH2 等の還元成分
やHC、CO成分を生成するものが使用され、例えば水
素、一酸化炭素等の気体、プロパン、プロピレン、ブタ
ン等の液体又は気体の炭化水素、ガソリン、軽油、灯油
等の液体燃料等が使用できる。本実施形態では、内燃機
関1としてディーゼル機関が使用されているため、補
給、貯蔵の便を考慮して還元剤として機関1の燃料(デ
ィーゼル油)を使用するようにしている。 【0020】後述するように、本実施形態ではECU3
0は、機関負荷状態(アクセル開度ACCPと回転数N
E)とに基づいてNOX 吸蔵還元触媒7に流入する排気
温度を算出するとともに、NOX 吸蔵還元触媒7の再生
操作時に排気温度に基づいて燃料ポンプ92の電源電圧
を制御して還元剤噴射弁91からの還元剤噴射圧力を制
御し、また、還元剤噴射弁91の開弁時間を制御して噴
射弁91からの還元剤の噴射量を制御している。 【0021】ところで、本実施形態のようにNOX 吸蔵
還元触媒7上流側の排気通路に液体還元剤(本実施形態
ではディーゼル油)を噴射する場合には、特に排気温度
が低い場合に噴射した還元剤がNOX 吸蔵還元触媒7の
再生に有効に使用されない場合が生じる。ディーゼル機
関は一般に排気温度が低く、低負荷運転では排気温度は
200℃以下になる場合がある。このような場合には還
元剤噴射弁91から噴射された燃料が排気中で充分に気
化せずに液状粒子のままNOX 吸蔵還元触媒7に到達す
る場合が生じる。還元剤が液状のままNOX 吸蔵還元触
媒7に到達すると、液体還元剤がNOX 吸蔵還元触媒の
入口部分に付着してしまい、この部分の触媒の排気との
接触面積が低下したり、液状粒子のままの還元剤がセル
壁面と接触しないままNOX 吸蔵還元触媒を通過してし
まい下流側に流出する、いわゆる還元剤のすり抜けが生
じる。この場合、NOX 吸蔵還元触媒7に付着した還元
剤、或いはNOX 吸蔵還元触媒7をすり抜けた還元剤は
NOX 吸蔵還元触媒の再生には利用されないため、NO
X 吸蔵還元触媒7では還元剤不足のため再生が充分に行
われなくなる。この問題を防止するために、予めすり抜
け等を考慮して再生操作時のNOX 吸蔵還元触媒7への
還元剤供給量を増大すればNOX 吸蔵還元触媒上での還
元剤不足が生じることはないが、この場合には再生操作
に要する還元剤量が増大し機関燃料消費率が悪化するの
みならず、すり抜け等により下流側に流出した還元剤に
より排気性状が悪化する問題が生じてしまう。 【0022】そこで、本実施形態では機関排気温度が低
いほど還元剤噴射弁91から噴射される燃料の粒径を小
さくすることにより上記問題を解決している。すなわ
ち、噴射燃料の粒径が小さくなると燃料粒子の単位体積
あたりの表面積が増大するため排気温度が低い場合でも
燃料が容易に気化するようになる。従って、排気温度が
低いときに噴射燃料の粒径を小さくすることにより、噴
射された燃料は気化した状態でNOX 吸蔵還元触媒7に
到達するようになり、供給された燃料(還元剤)がNO
X 吸蔵還元触媒7上で有効に使用されるようになる。こ
のため、排気温度が低いときにも少量の燃料でNOX
蔵還元触媒7の再生を完全に行うことができ、燃料(還
元剤)消費量の増大が抑制されるとともに、液状燃料粒
子のすり抜け等による排気性状の悪化が防止される。 【0023】次に、供給する燃料の粒径を変化させる方
法について説明する。本実施形態では、還元剤噴射弁9
1としてスワール噴射弁が使用される。図2は、本実施
形態のスワール噴射弁の概略構造を説明する図である。
図2において、噴射弁91はノズル91a、制御弁91
b及びこれらを接続する接続配管91cを備えている。
ノズル91aは排気通路3を貫通して設置される。制御
弁91は燃料ポンプ92からノズル91aに供給される
加圧燃料を遮断する遮断弁として機能する。 【0024】図3はノズル91aの概略構造を説明する
断面図である。図3(A) は、ノズル91(A) の軸線に沿
った断面を示す。図3(A) において、911はノズルボ
ディ、913はノズルボディ911に嵌挿された略円筒
状のノズルピースを示している。ノズルピース913中
心には軸線方向に、制御弁91bから接続配管91cを
介して加圧燃料が供給される燃料通路913aが設けら
れている。図3(A) に913bで示すのは、スプリング
913cにより、燃料通路913aを閉鎖する方向に押
圧付勢されたチェックボール、913dはチェックボー
ル913bの下側で燃料通路913aに接続するように
半径方向に穿設された燃料通路である。 【0025】図3(B) はノズルピース913の図3(A)
のB−B線方向矢視図である。図3(B) に示すように、
ノズルピース913は両側面に平面状の切り欠きが形成
されており、ノズルボディ911の内周とノズルピース
913外周との間にこの平面状の切欠き部により、半径
方向燃料通路913dに接続する燃料通路913eが形
成されている。 【0026】また、ノズルピース913下部はその外周
部がノズルボディ911内周と密接するように装着され
ている。ノズルピース913下面には図3(B) に示すよ
うに、溝913fが穿設されており、燃料通路913e
とノズルボディ911中心の噴射孔915とを接続する
噴射通路を形成している。図3(B) に示すように、噴射
通路913fはノズルピース913下面外周から、ノズ
ルピース913中心軸線に対してやや偏心した位置を指
向するように設けられている。 【0027】制御弁91bが開弁すると、燃料ポンプ9
2から加圧燃料がノズルピース913の燃料通路913
aに流入する。供給された燃料圧力による力がスプリン
グ913cの付勢力を越えるとチェックボール913b
は下方に移動し、燃料通路913aが半径方向燃料通路
913dに連通する。これにより、加圧燃料は半径方向
燃料通路913dからノズルピース両側の平面状切欠に
より形成される燃料通路913eに流入し、噴射通路9
13fから噴射孔915を通って排気通路3に噴射され
る。前述したように、ノズルピース913の噴射通路9
13fは、ノズルピース913中心軸線に対して偏心し
た方向を指向しているため、噴射通路913fを通る燃
料は噴射孔915に対して接線方向速度を付与される。
このため、噴射燃料は噴射孔915内で旋回しながら排
気通路3に噴射されるようになり、噴射された燃料が微
粒化する。 【0028】上記のようなスワールノズル91aでは、
燃料噴射圧力が上昇するにつれて、噴射通路913f出
口で大きな接線方向速度が燃料に付与されるようになる
ため、燃料噴射圧力が上昇するにつれて噴射孔915か
ら噴射された燃料の霧化が良好になり、噴射された燃料
粒子の粒径が小さくなる。本実施形態では、上記のスワ
ール噴射弁91を用いて燃料噴射圧力を変化させること
により燃料粒子の霧化状態(粒径)を制御するようにし
ている。すなわち、ECU30はNOX 吸蔵還元触媒7
入口の排気温度を算出し、この排気温度に応じて還元剤
供給装置9の燃料ポンプ92の電源制御回路92aを駆
動して燃料ポンプ92の電動機に印加する電圧を調節す
る。電動機電圧が増大すると燃料ポンプ92の吐出圧が
増大し、噴射弁91の燃料噴射圧力が増大するため、噴
射燃料の粒径が低下する。また、電動機電圧が低下する
と燃料ポンプ92の吐出圧力は低下するため、噴射弁9
1から噴射される燃料の粒径が大きくなる。 【0029】図4は、本実施形態におけるNOX 吸蔵還
元触媒7の上記再生操作を具体的に説明するフローチャ
ートである。本操作は、ECU30により一定時間間隔
で実行されるルーチンにより行われる。図4において、
ステップ401では、クランク回転角センサ35の出力
に基づいて算出された機関回転数NEと、アクセル開度
センサ33により検出されたアクセル開度ACCPとが
読み込まれる。そして、ステップ403ではACCPと
NEとに基づいて現在のNOX 吸蔵還元触媒7のNOX
吸蔵量CNOXが算出される。 【0030】本実施形態では、NOX 吸蔵量CNOXは
機関の運転状態に基づいて算出される。機関から単位時
間(例えば図4の操作の実行間隔)あたりに発生するN
X量は、機関負荷条件(例えばアクセル開度と回転数
と)により定まる。そこで、本実施形態では、予め機関
を負荷条件を変えて運転し、各負荷条件下でのNOX
生量を実測し、例えばアクセル開度と回転数とを用いた
数値テーブルの形でECU30のROMに格納してあ
る。ステップ403では、ステップ401で読み込んだ
アクセル開度ACCPと回転数NEとから上記数値テー
ブルを用いて前回操作実行時から今回操作実行時までに
機関から発生したNOX 量を算出する。そして、この発
生量に所定の定数(排気中のNOX のうちNOX 吸蔵還
元触媒7に吸収されるNOX の割合)を乗じた値をCN
OXに加算する。これにより、CNOXの値はNOX
蔵還元触媒7に吸蔵されたNOX 量に対応した値とな
る。 【0031】なお本実施形態では、アクセル開度と回転
数とに基づいて算出した値をNOX吸蔵還元触媒7のN
X 吸蔵量CNOXとして用いているが、例えば、前回
再生操作実施後の機関の燃料噴射量の積算値、回転数の
積算値、あるいは機関が比較的高回転で定常運転されて
いるような場合には前回再生操作完了後の機関運転時間
等をNOX 吸蔵量CNOXとして用いて計算を簡素化し
ても良い。 【0032】上記により、NOX 吸蔵還元触媒7のNO
X 吸蔵量CNOXを算出後、ステップ405では、算出
したNOX 吸蔵量CNOXが所定値CNOX0 に到達し
たか否かが判定される。ここで、CNOX0 は、NOX
吸蔵還元触媒7が吸収可能な最大NOX 量(飽和量)に
対して充分な余裕をとった値に設定され、本実施形態で
は、CNOX0 は飽和量の70パーセント程度の値に設
定されている。 【0033】ステップ405でCNOX≧CNOX0
あった場合には、NOX 吸蔵還元触媒7のNOX 吸蔵量
が増大しておりNOX 吸蔵還元触媒の再生操作を実行す
る必要があるため、ステップ407以下の操作を行う。
すなわち、ステップ407では現在のNOX 吸蔵還元触
媒7に流入する排気温度TEXが機関負荷状態(アクセル
開度、回転数)に基づいて算出される。 【0034】機関排気温度は機関負荷状態に対応して変
化する。このため、本実施形態では、予め機関を異なる
負荷状態で運転し、NOX 吸蔵還元触媒7入口における
排気温度を実測し、例えばアクセル開度と回転数とを用
いた数値テーブルの形でECU30のROMに格納して
ある。ステップ407では、ステップ401で読み込ん
だアクセル開度ACCPと回転数NEとから上記数値テ
ーブルを用いて現在の排気温度TEXを算出する。 【0035】なお、本実施形態では機関負荷状態に基づ
いてNOX 吸蔵還元触媒7に流入する排気温度TEXを算
出しているが、NOX 吸蔵還元触媒7入口に排気温度を
検出する排気温度センサを配置して排気温度TEXを直接
検出するようにすることも可能である。ステップ407
で排気温度TEXが算出されると、次にステップ409で
は、排気温度TEXに基づいて予め定めた関係から燃料ポ
ンプ92の噴射圧力目標値が設定される。本実施形態で
は、予め実験により各排気温度での噴射燃料の粒径(す
なわち噴射弁91の噴射圧力)と燃料の気化状態との関
係を実測により求めてあり、各排気温度において噴射燃
料を良好に気化可能な噴射圧力が排気温度の関数として
設定されている。ステップ407では、算出された排気
温度TEXに基づいて、上記関係を用いて目標噴射圧力が
設定される。なお、目標噴射圧力は、排気温度が低いほ
ど高く設定され、噴射弁91から噴射される燃料の粒径
は小さくなる。 【0036】ステップ411では、再生操作に必要とさ
れる還元剤(燃料)の量が排気温度TEXに基づいて算出
される。NOX 吸蔵還元触媒7は温度に応じて触媒活性
が変化するため、再生操作時においても供給する還元剤
(燃料)量は排気温度TEXに応じて変化させることが好
ましい。本実施形態では、予め触媒にCNOXに相当す
る量のNOX が吸収された状態で再生操作に必要とされ
る還元剤量を各排気温度条件下で実験により求めてあ
り、ステップ411では、この関係に基づいて必要とさ
れる燃料の噴射量を算出する。 【0037】ステップ413では、燃料ポンプ92の吐
出圧力がステップ409で算出された噴射圧力となるよ
うに、電源制御回路92aが制御され、ステップ415
では設定した噴射圧力下でステップ411で算出した量
の還元剤を噴射するために必要とされる噴射弁91の開
弁時間(制御弁91bの開弁時間)が設定され、噴射弁
91が開弁される。これにより、噴射弁91からは、排
気温度TEXに応じて調節された粒径の燃料が必要量だけ
噴射されるようになる。 【0038】上記操作終了後、ステップ417ではNO
X 吸蔵量CNOXの値はリセットされ、本操作は終了す
る。上述のように、NOX 吸蔵還元触媒7に流入する排
気温度に応じて噴射弁91から噴射する燃料粒子の粒径
を変化させることにより、噴射された燃料は排気温度に
かかわらずほぼ全量が気化した状態でNOX 吸蔵還元触
媒7に到達するようになるためNOX 吸蔵還元触媒7上
では供給された燃料が有効に再生操作に使用されるよう
になり、再生操作に必要とされる燃料量(還元剤量)を
低減することができるとともに、特に排気温度が低いと
きに生じやすい燃料粒子のすり抜けによる排気性状の悪
化が防止される。 【0039】なお、本実施形態のように還元剤噴射弁か
らNOX 吸蔵還元触媒に還元剤を供給する場合、噴射弁
とNOX 吸蔵還元触媒との距離が大きいと噴射弁から噴
射された還元剤が排気流前後方向に拡散してしまい、充
分に還元剤濃度の高い排気の層を形成できなくなる可能
性がある。このため、還元剤噴射弁はできるだけNO X
吸蔵還元触媒に近い位置に設置することが好ましい。と
ころが、噴射弁と還元剤との距離を短く設定すると、特
に排気温度が低い場合には噴射された還元剤が気化せず
に液状粒子のままNOX 吸蔵還元触媒に到達しやすくな
る問題がある。本実施形態では、排気温度に応じて噴射
される還元剤粒子の粒径を変化させることにより、排気
温度にかかわらず還元剤をほぼ全量が気化した状態でN
X 吸蔵還元触媒に到達させることが可能となる。この
ため、本実施形態によれば、液状の還元剤粒子がNOX
吸蔵還元触媒に到達することを防止しながら還元剤噴射
弁をNOX 吸蔵還元触媒に近接した位置に配置すること
が可能となり、供給された還元剤が排気で希釈されるこ
とが防止されるので、更にNOX 吸蔵還元触媒の再生を
効率的に行うことが可能となる。 【0040】なお、上記実施形態では排気温度の各値に
応じて連続的に燃料噴射圧力(燃料粒径)と噴射量とを
変化させているが、例えば排気温度の所定値(例えば2
50℃程度)を境として、これより高温側と低温側とで
燃料噴射圧力と噴射量とを切り換えるようにして制御を
簡素化することも可能である。 【0041】 【発明の効果】本発明によれば、排気温度に応じてNO
X吸蔵還元触媒に供給される還元剤の霧化状態が制御さ
れるため、排気温度にかかわらず少量の還元剤で効率的
にNOX吸蔵還元触媒の再生を行うことが可能になると
ともに、未反応の還元剤が触媒下流側に流出することに
よる排気性状の悪化を防止することができる。
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.
Regarding the device, specifically, the inflow exhaust air-fuel ratio is lean.
NO in exhaustXAbsorb oxygen, and oxygen concentration in the exhaust
NO absorbed when temperature dropsXReleases NOXSucking
The present invention relates to an exhaust gas purification device for an internal combustion engine having a storage reduction catalyst. [0002] 2. Description of the Related Art When an inflowing exhaust air-fuel ratio is lean, exhaust gas is exhausted.
NO in the airXAbsorbs low oxygen concentration in the exhaust gas
NO absorbed when droppedXReleases NOXOcclusion reduction
Catalysts are known. NOXThe storage reduction catalyst is lean air-fuel
NO in exhaust at specific atmosphereXBut absorbed N
OXWhen the amount increases and reaches the saturation amount, NOXSuck
It cannot be collected. Therefore, NOXUsing storage reduction catalyst
Exhaust gas purifier periodicallyXFlow into storage reduction catalyst
Reducing the oxygen concentration of the exhaust gasXOcclusion reduction catalyst
NO absorbed fromXMust be released. NOXOcclusion
A reduction catalyst was used as a gasoline engine exhaust purification system.
In such a case, if the operating air-fuel ratio of the engine is reduced (ie,
When the engine is operated at a rich air-fuel ratio), the oxygen concentration in the exhaust
Unburned HC and CO components in exhaust gas increase as well as decrease
Therefore, the above NOXNO from storage reduction catalystXIs released
NO releasedXIs NOXHC on the storage reduction catalyst,
Reduced by CO. However, NOXDize for storage reduction catalyst
When used as an exhaust purification device for
Other means due to the difficulty of driving with rich air-fuel ratio
It is necessary to reduce the oxygen concentration in the exhaust
You. NOXThe storage reduction catalyst is equipped with exhaust purification equipment for diesel engines.
When used as a storage device, the exhaust oxygen concentration is reduced and NO
XNO absorbed from the storage reduction catalystXHow to release
Usually NOXIn the exhaust passage upstream of the storage reduction catalyst
A method of supplying a reducing agent such as a liquid hydrocarbon is used.
The reducing agent supplied to the upstream exhaust passage is dispersed in the exhaust
NO with exhaustXWhen flowing into the storage reduction catalyst, it is reduced
No agentXOxidation by reaction with oxygen in exhaust gas on storage reduction catalyst
NOXLow atmospheric oxygen concentration of the storage reduction catalyst
Down, noXNO absorbed from the storage reduction catalystXIs released
It is. In addition, the released NOXIs NOXOn storage reduction catalyst
And is reduced and purified by the reducing agent in the exhaust gas. [0004] NOXNot related to storage reduction catalyst
Returns to the exhaust passage upstream of the catalyst placed in the exhaust passage
An example of a device for supplying the agent is disclosed in JP-A-5-44434.
Some are described in the gazette. The device of the publication is
Particulates carrying an oxidation catalyst in the exhaust passage of the diesel engine
And place it on the particulate filter.
Particulates when burning collected exhaust particulates
Inject fuel (reducing agent) into the exhaust passage upstream of the filter
This allows the injected fuel to burn on the oxidation catalyst
Increase the temperature of the particulate filter
It is something. Also, in the device of the publication, the activity of the oxidation catalyst is
Flows into the catalyst to supply the appropriate amount of fuel
Supply to catalyst based on exhaust temperature and engine intake air amount
The fuel amount is calculated based on the exhaust gas temperature at the catalyst outlet.
Then, the calculated fuel amount is corrected. In general, a reducing agent is supplied to an exhaust passage on the upstream side of a catalyst.
When supplying, the entire amount of the supplied reducing agent reacts with the catalyst.
Unreacted reducing agent flows downstream of the catalyst
It is necessary to prevent that. Also, as the temperature of the catalyst becomes
When the exhaust temperature is low, the exhaust
Supplied when supplying the same amount of reducing agent as when the temperature is high
Part of the reducing agent flows out downstream of the catalyst without reacting.
May be. The device disclosed in the above publication is based on a change in exhaust gas temperature.
To prevent unpurified reducing agent from flowing out downstream of the catalyst.
Supply according to the exhaust temperature (ie, the capacity of the catalyst)
The amount of reducing agent to be used is determined, and the total amount of supplied reducing agent
It reacts on a medium. [0006] However, the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open
The exhaust gas flowing into the catalyst as in the device of JP-A-5-44434 is disclosed.
Even if an appropriate amount of reducing agent is supplied to the catalyst according to the
That the entire amount of the reducing agent may not react on the catalyst.
It is known. For example, supply the exhaust passage upstream of the catalyst.
The liquid reductant such as the supplied fuel does not vaporize sufficiently
Reach the catalyst with relatively large liquid particles
And the reducing agent particles adhere to the catalyst surface or
The particles may pass through the catalyst cell as they are.
NOXNO from storage reduction catalystXRelease, reduction purification operation
(Hereinafter NOXNO absorbed from the storage reduction catalystXRelease
The operation of reducing and purifying XRegeneration operation of storage reduction catalyst
), The catalyst of the liquid reducing agent particles
Reduction provided when surface adhesion or passage (slip through) occurs
Agent is not used effectively and NOXReleased from the storage reduction catalyst
NOXMay not be reduced and purified.
To prevent this, NOXSupply to storage reduction catalyst
Increase the amount of reducing agent to supply a sufficient amount of reducing agent to the catalyst
It is possible to do so, but in this case
NO for missingXUnreacted water flowing downstream of the storage reduction catalyst
The amount of reducing agent increases and the amount of reducing agent consumed increases
In addition, there arises a problem that the exhaust properties deteriorate. SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above problems, the present inventionXOcclusion reduction
When supplying the liquid reducing agent to the catalyst, the atomization state of the reducing agent
Control to increase the consumption of reducing agent and deteriorate exhaust characteristics.
To provide an exhaust purification device for an internal combustion engine capable of preventing
The purpose is. [0008] [Means for Solving the Problems]The present inventionAccording to the internal combustion engine
Located in the exhaust passage of the Seki, the air-fuel ratio of the
NO during exhaustXAbsorbs and flows in the exhaust oxygen
NO absorbed when the concentration decreasesXReleases NOXSucking
Storage reduction catalyst and the NOXExhaust passage upstream of the storage reduction catalyst
And a reducing agent supply device for injecting a liquid reducing agent into the path.
Oh, beforeNote NOXAccording to the temperature of exhaust gas flowing into the storage reduction catalyst
Reducing agent injected into the exhaust passage from the reducing agent supply device
Equipped with atomization control means for changing the atomization state of theTauchiFuel engine
Exhaust purification equipmentWherein the reducing agent supply device comprises:
An injection valve for injecting a reducing agent into an exhaust passage;
The control means increases the injection pressure of the reducing agent from the injection valve.
The above-mentioned NO X Exhaust flowing into the storage reduction catalyst
The lower the gas temperature, the smaller the particle size of the injected reducing agent
Change the atomization state of the reducing agent,Exhaust purification equipment for internal combustion engine
Device is provided. That is,The present inventionThen NOXStorage reduction catalyst
Change the atomization state of the reducing agent according to the upstream exhaust temperature
You. When injecting liquid reducing agent into the exhaust passage,
If the air temperature is low, even if the atomization state is the same (for example, injection
High exhaust temperature (even if the particle size of the applied reducing agent is the same)
NO in the form of liquid particles without vaporization in exhaust compared to the case
XThe amount of the reducing agent reaching the storage reduction catalyst increases. one
On the other hand, if the exhaust gas temperature is high,
Even if the condition is somewhat bad, the reducing agent evaporates in the high-temperature exhaust gas,
NO as liquid particlesXOf the reducing agent reaching the storage reduction catalyst
The amount decreases. Therefore, the fuel is injected according to the exhaust gas temperature.
By changing the atomization state of the reducing agent, the aforementioned reduction
Agent is prevented from adhering to the catalyst surface and slipping through
You. [0010]In addition, the present inventionThen, NOXFor storage reduction catalyst
The lower the temperature of the incoming exhaust gas, the lower the liquid injected into the exhaust passage
The particle diameter of the body reducing agent is reduced. Liquid reducing agent
When the particle size of is small, the reducing agent is likely to evaporate,
The reducing agent injected into the exhaust is charged even when the exhaust temperature is low.
NO in gaseous stateXReach the storage reduction catalyst
You. Therefore, even when the exhaust gas temperature is low, NOXOcclusion reduction
The catalyst can cause the liquid reductant particles to adhere and slip through
And the total amount of supplied reducing agent is NOXOcclusion reduction
NO from mediumXIt is used effectively for emission and reduction purification.
Swell. Therefore, if the consumption of the reducing agent is reduced,
NOXUnreacted reduction flowing downstream of the storage reduction catalyst
The amount of agent is reduced. [0011]Furthermore, the present inventionThen, the reducing agent passes through the injection valve
Is injected into the exhaust passage, and the particle size of the reducing agent is
It is adjusted by changing the force. This allows
It is possible to easily change the atomization state of the injected reducing agent.
Wear. [0012] BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG.
An embodiment will be described. FIG. 1 shows the exhaust gas purification of the present invention.
1 is a diagram showing a schematic configuration of an embodiment of a chemical conversion device. In FIG.
Here, 1 indicates an internal combustion engine. In the present embodiment, the internal combustion engine
Diesel engines are used as Seki 1.
Cylinder exhaust ports share a common exhaust via exhaust manifold 31.
It is connected to the air passage 3. Furthermore, there is a rear
NO to stateXThe storage reduction catalyst 7 is provided. In FIG.
9 is NOXNO during regeneration operation of storage reduction catalyst 7X
A reducing agent supply device for supplying a reducing agent to the storage reduction catalyst 7;
You. The reducing agent supply device is NOXExhaust of storage reduction catalyst 7
NO with a reducing agent injection valve 91 arranged near the mouthXOcclusion
Injecting a reducing agent into the exhaust gas flowing into the reduction catalyst 7
More noXOxygen concentration in exhaust gas flowing into storage reduction catalyst 7
And the NO absorbed from the catalyst 7XRelease
Both released NOXTo purify. I'll explain later
As described above, in the present embodiment, the fuel of the engine 1 (D
Oil) is used. The reducing agent supply device 9 is illustrated
Motor pressurizes fuel supplied from the engine fuel system
A driving fuel pump 92 is provided, which pressurizes the fuel and injects a reducing agent.
The fuel is injected from the discharge valve 91 into the exhaust passage 3. In FIG. 1, reference numeral 30 denotes the electronic control of the engine 1.
Unit (ECU). In the present embodiment, the ECU 3
0 is a microcomputer having a known configuration including a RAM, a ROM, and a CPU.
Is configured as a microcomputer and fuel injection of the engine 1
In addition to performing basic control of the amount, fuel injection timing, etc.,
NO 9 to be described later by controllingXN from the storage reduction catalyst 7
OXRelease and reduction purification operation (NOXReuse of storage reduction catalyst
Raw operation). NOXThe regeneration operation of the storage reduction catalyst 7 is performed.
Therefore, the accelerator pedal of the engine is connected to the input port of the ECU 30.
From the accelerator opening sensor 33 located near the
Accelerator pedal depression amount (accelerator opening, ACCP)
Voltage signal is also located near the engine crankshaft.
From the detected crank rotation angle sensor 35,
A rotation pulse signal is input for each rotation angle. ECU3
0 is a pulse signal input from the crank rotation angle sensor 35.
Number of revolutions N of the engine 1 at regular intervals based on the time interval of the
Calculate E. The output port of the ECU 30 is shown in FIG.
Power supply control circuit 9 of the fuel pump 92 via a non-driving circuit
2a and the reducing agent injection valve 91,
Number of rotations (discharge pressure) and valve opening time (injection amount) of the injection valve 91
Is controlling. NO of this embodimentXStorage reduction catalyst 7
Can be made on a carrier such as alumina, for example, potassium K, sodium
Alkaline such as Na, lithium Li, cesium Cs
Alkali such as metal, barium Ba, calcium Ca
Earth, lanthanum La, cerium Ce, yttrium Y
At least one component selected from rare earths
It carries a noble metal such as gold Pt. NOX
When the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lean,
NO in exhaustX(NOTwo, NO) with nitrate ion N
OThree -To reduce the oxygen concentration of the incoming exhaust gas.
And absorbed NOXReleases NOXPerform the absorption and release action of
U. The mechanism of the absorption and release is described below.
Taking platinum Pt and barium Ba as an example
Explain other precious metals, alkali metals, alkaline earth
The same mechanism can be obtained by using rare earths. Inflow and outflow
When the oxygen concentration in the air increases (that is, the air-fuel ratio of the exhaust
(At a lean air-fuel ratio), these oxygens
Two -Or O2-NO in the exhaustXIs platinum P
O on tTwo -Or O2-With NOTwoBut
Generated. Also, NO in the inflow exhaustTwoAnd by the above
NO generatedTwoIn the catalyst while being oxidized further on platinum Pt
Barium Oxide BaO Absorbed in Water and Acts as an Absorbent
Nitrate ion NO while binding withThree -Diffusion into the catalyst in the form of
I do. Therefore, in a lean atmosphere, NOXBut
NOXBe absorbed in the form of nitrate in the storage reduction catalyst
Become. Further, when the oxygen concentration in the inflow exhaust gas decreases,
(That is, when the air-fuel ratio of the exhaust gas decreases),
NO atTwoThe reaction proceeds in the opposite direction because the amount of production decreases
Swelling, nitrate ion NO in the catalystThree -Is NOTwoIn the form of
NOXIt is released from the storage reduction catalyst. This place
If the exhaust gas contains components such as HC and CO, platinum Pt
Above these components make NOTwoIs reduced. In this embodiment, the engine 1 is a diesel engine.
Because the engine is used, the exhaust air-fuel ratio of the engine is lean
During normal operation, NO in the exhaust passage 3XStorage reduction catalyst 7
Exhaust gas with a lean air-fuel ratio flows into theXIs NO
XIt is absorbed by the storage reduction catalyst 7. NOXOcclusion reduction
When the reducing agent is supplied to the exhaust passage 3 on the upstream side of the catalyst 7, NO
XExhaust gas containing a reducing agent flows into the storage reduction catalyst 7,
Part of base agent is NOXOxygen on the platinum Pt of the storage reduction catalyst 7
Reacts with. Thereby, NOXAtmosphere of storage reduction catalyst 7
As the oxygen concentration in the air decreases, oxidation of the reducing agent
Unburned components such as HC and CO are generated. For oxidation of reducing agent
More noXAtmospheric oxygen concentration of the storage reduction catalyst 7 decreases.
And NO by the mechanism described aboveXStorage reduction catalyst 7
NOXIs released and reduced by HC and CO components in the exhaust
Is done. The above NOXNO from storage reduction catalystXRelease
Out, reduction purification operation (NOXRegeneration operation of the storage reduction catalyst)
The reducing agent used is H in the exhaust gas.TwoReduction components such as
And those that produce HC and CO components, such as water
Gases such as carbon dioxide and carbon monoxide, propane, propylene, and pig
Liquid or gaseous hydrocarbons such as gasoline, gasoline, light oil, kerosene
And the like can be used. In the present embodiment, the internal combustion engine
Because a diesel engine is used as Seki 1
Considering the convenience of supply and storage, the fuel (de-
Diesel oil). As described later, in this embodiment, the ECU 3
0 is the engine load state (accelerator opening ACCP and engine speed N
E) NO based onXExhaust gas flowing into the storage reduction catalyst 7
While calculating the temperature, NOXRegeneration of storage reduction catalyst 7
Power supply voltage of fuel pump 92 based on exhaust temperature during operation
To control the reducing agent injection pressure from the reducing agent injection valve 91.
In addition, the valve opening time of the reducing agent injection valve 91 is controlled to perform injection.
The injection amount of the reducing agent from the injection valve 91 is controlled. By the way, as in this embodiment, NOXOcclusion
In the exhaust passage upstream of the reduction catalyst 7, a liquid reducing agent (this embodiment
In particular, when injecting diesel oil), exhaust temperature
Is low when the reducing agent injected is NOXOf the storage reduction catalyst 7
There is a case where it is not used effectively for reproduction. Diesel machine
In general, the exhaust temperature is low in the Seki area.
It may be 200 ° C or lower. In such a case return
The fuel injected from the base agent injection valve 91 is sufficiently
NO as liquid particles without formingXReach the storage reduction catalyst 7
May occur. NO while the reducing agent is liquidXOcclusion reduction
Upon reaching the medium 7, the liquid reducing agent becomes NOXOcclusion reduction catalyst
It adheres to the inlet part, and the exhaust of the catalyst in this part
If the contact area decreases or the reducing agent remains as liquid particles,
NO without contacting the wallXAfter passing through the storage reduction catalyst
The so-called reducing agent that escapes downstream is generated.
I will. In this case, NOXReduction attached to storage reduction catalyst 7
Agent or NOXThe reducing agent that has passed through the storage reduction catalyst 7 is
NOXSince it is not used for regeneration of the storage reduction catalyst, NO
XWith the storage reduction catalyst 7, regeneration is sufficient due to the lack of reducing agent.
No longer. To prevent this problem,
NO at the time of reproduction operation in consideration ofXTo the storage reduction catalyst 7
NO if the reducing agent supply amount is increasedXReturn on storage reduction catalyst
There is no shortage of base agent, but in this case the regeneration operation
The amount of reducing agent required for the engine increases and the engine fuel consumption rate deteriorates
In addition to the reducing agent that has flowed downstream due to slippage, etc.
There is a problem that the exhaust properties are further deteriorated. Therefore, in this embodiment, the engine exhaust temperature is low.
The particle size of the fuel injected from the reducing agent injection valve 91 is reduced
The above-mentioned problem is solved by reducing the size. Sand
That is, when the particle size of the injected fuel becomes smaller, the unit volume of the fuel particles becomes smaller.
Even when the exhaust temperature is low because the surface area per unit increases
The fuel vaporizes easily. Therefore, the exhaust temperature
By reducing the particle size of the injected fuel when it is low,
The injected fuel is vaporized and NOXFor the storage reduction catalyst 7
And the supplied fuel (reducing agent) becomes NO
XThe storage reduction catalyst 7 is effectively used. This
Therefore, even when the exhaust temperature is low, NOXSucking
The regeneration of the storage reduction catalyst 7 can be completely performed, and the fuel (return
Base agent) In addition to suppressing the increase in consumption,
Deterioration of the exhaust properties due to slippage of the child is prevented. Next, the method of changing the particle size of the supplied fuel
The method will be described. In the present embodiment, the reducing agent injection valve 9
As 1 a swirl injector is used. FIG.
It is a figure explaining the schematic structure of the swirl injection valve of a form.
In FIG. 2, the injection valve 91 includes a nozzle 91a and a control valve 91.
b and a connection pipe 91c for connecting them.
The nozzle 91a is installed so as to penetrate the exhaust passage 3. control
The valve 91 is supplied from the fuel pump 92 to the nozzle 91a.
It functions as a shutoff valve that shuts off pressurized fuel. FIG. 3 illustrates a schematic structure of the nozzle 91a.
It is sectional drawing. FIG. 3A is along the axis of the nozzle 91A.
2 shows a cross section taken along the line. In FIG. 3A, reference numeral 911 denotes a nozzle body.
D, 913 is a substantially cylindrical shape fitted into the nozzle body 911
FIG. Inside nozzle piece 913
Connect the connection pipe 91c from the control valve 91b to the center in the axial direction.
A fuel passage 913a through which pressurized fuel is supplied is provided.
Have been. In FIG. 3A, reference numeral 913b denotes a spring.
913c pushes the fuel passage 913a in the closing direction.
Check ball 913d is check bo
So that it connects to the fuel passage 913a below the
It is a fuel passage drilled in the radial direction. FIG. 3B shows the nozzle piece 913 shown in FIG.
FIG. 5 is a view taken in the direction of arrows BB in FIG. As shown in FIG.
Nozzle piece 913 has flat notches on both sides
The inner circumference of the nozzle body 911 and the nozzle piece
913 with the flat notch between the outer periphery
The fuel passage 913e connected to the direction fuel passage 913d is shaped.
Has been established. The lower part of the nozzle piece 913 is located on the outer periphery.
The part is mounted so that it is in close contact with the inner circumference of the nozzle body 911.
ing. The lower surface of the nozzle piece 913 is shown in FIG.
Thus, a groove 913f is formed, and the fuel passage 913e is formed.
And the injection hole 915 in the center of the nozzle body 911
An injection passage is formed. As shown in FIG.
The passage 913f is formed from the outer periphery of the lower surface of the nozzle piece 913 with a nozzle.
Finger at a position slightly eccentric with respect to the center axis of
It is provided to face. When the control valve 91b is opened, the fuel pump 9
2 from the fuel passage 913 of the nozzle piece 913
flows into a. The power from the supplied fuel pressure causes the spring
Check ball 913b when pushing force of 913c
Moves downward, and the fuel passage 913a moves in the radial fuel passage.
913d. This allows the pressurized fuel to move radially
From the fuel passage 913d to the flat notch on both sides of the nozzle piece
Flows into the fuel passage 913e formed by the
13f is injected into the exhaust passage 3 through the injection hole 915
You. As described above, the injection passage 9 of the nozzle piece 913
13f is eccentric with respect to the central axis of the nozzle piece 913.
The fuel flowing through the injection passage 913f.
The material is given a tangential velocity to the injection holes 915.
Therefore, the injected fuel is swirled in the injection hole 915 and discharged.
The fuel is injected into the air passage 3 and the injected fuel is slightly
Granulate. In the swirl nozzle 91a as described above,
As the fuel injection pressure increases, the injection passage 913f exits.
Large tangential velocity is given to fuel at the mouth
Therefore, as the fuel injection pressure increases, the injection holes 915
The atomization of the fuel injected from the
The particle size of the particles becomes smaller. In the present embodiment, the above-described swath is used.
The fuel injection pressure using the fuel injection valve 91
Control the atomization state (particle size) of fuel particles
ing. That is, the ECU 30XStorage reduction catalyst 7
Calculate the exhaust temperature at the inlet, and use the reducing agent according to this exhaust temperature.
The power supply control circuit 92a of the fuel pump 92 of the supply device 9 is driven.
To adjust the voltage applied to the motor of the fuel pump 92.
You. When the motor voltage increases, the discharge pressure of the fuel pump 92 increases.
Increases, and the fuel injection pressure of the injection valve 91 increases.
The particle size of the propellant decreases. Also, the motor voltage drops
And the discharge pressure of the fuel pump 92 decreases, the injection valve 9
The particle size of the fuel injected from 1 increases. FIG. 4 is a graph showing the relationship between NO andXOcclusion return
A flow chart specifically explaining the regeneration operation of the source catalyst 7
It is. This operation is performed at fixed time intervals by the ECU 30.
Is performed by a routine executed by In FIG.
In step 401, the output of the crank rotation angle sensor 35
Engine speed NE calculated based on
The accelerator opening ACCP detected by the sensor 33 is
Is read. Then, in step 403, ACCP and
The current NO based on the NEXNO of the storage reduction catalyst 7X
The storage amount CNOX is calculated. In this embodiment, NOXThe storage amount CNOX is
It is calculated based on the operating state of the engine. Institutional unit
N generated during the interval (for example, the execution interval of the operation in FIG. 4)
OXThe amount depends on the engine load conditions (for example, accelerator opening and engine speed).
And). Therefore, in the present embodiment, the engine
Is operated under different load conditions, and NO under each load conditionXDeparture
Actual production was measured and, for example, the accelerator opening and rotation speed were used.
It is stored in the ROM of the ECU 30 in the form of a numerical table.
You. In step 403, the data read in step 401
The above numerical value table is obtained from the accelerator opening ACCP and the rotational speed NE.
From the previous operation execution to the current operation execution
NO generated by the engineXCalculate the amount. And this departure
A predetermined constant (NO in exhaustXNOXOcclusion return
NO absorbed by the source catalyst 7XMultiplied by CN)
Add to OX. As a result, the value of CNOX becomes NOXSucking
NO stored in the storage reduction catalyst 7XValue corresponding to the quantity
You. In this embodiment, the accelerator opening and the rotation
The value calculated based on the number is NOXN of the storage reduction catalyst 7
OXIt is used as the storage amount CNOX.
The integrated value of the fuel injection amount of the engine after the regeneration operation
Integrated value, or the engine is running at a relatively high speed
Engine operating time since the last regeneration operation
NO etc.XSimplify calculation by using as storage amount CNOX
May be. According to the above, NOXNO of the storage reduction catalyst 7
XAfter calculating the storage amount CNOX, in step 405, the calculation is performed.
NOXThe storage amount CNOX is equal to a predetermined value CNOX.0Reached
Is determined. Here, CNOX0Is NOX
Maximum NO that can be absorbed by the storage reduction catalyst 7XAmount (saturation amount)
The value is set to a value with a sufficient margin for
Is CNOX0Is set to a value of about 70% of the saturation
Is defined. At step 405, CNOX ≧ CNOX0so
If there is, NOXNO of the storage reduction catalyst 7XOcclusion amount
Is increasing and NOXExecute the regeneration operation of the storage reduction catalyst
Therefore, the operation after step 407 is performed.
That is, in step 407, the current NOXOcclusion reduction
Exhaust temperature T flowing into the medium 7EXIs the engine load condition (accelerator
(Opening degree, rotation speed). The engine exhaust temperature varies according to the engine load condition.
Become For this reason, in the present embodiment, the engine is different in advance.
Operate under load, NOXAt the inlet of the storage reduction catalyst 7
Measure the exhaust gas temperature and use, for example, the accelerator opening and rotation speed.
Stored in the ROM of the ECU 30 in the form of a numerical table
is there. In step 407, the data is read in step 401.
From the accelerator opening ACCP and the rotational speed NE.
Current exhaust temperature TEXIs calculated. In this embodiment, based on the engine load condition,
And NOXExhaust temperature T flowing into storage reduction catalyst 7EXIs calculated
Is out but noXExhaust gas temperature at inlet of storage reduction catalyst 7
An exhaust temperature sensor for detecting the exhaust temperature TEXDirectly
It is also possible to make it detect. Step 407
And the exhaust temperature TEXIs calculated, then in step 409
Is the exhaust temperature TEXFrom the relationship determined in advance based on
An injection pressure target value of the pump 92 is set. In this embodiment
Is the particle size of the injected fuel at each exhaust temperature
That is, the relationship between the injection pressure of the injection valve 91) and the fuel vaporization state.
The relationship is determined by actual measurement.
Injection pressure as a function of exhaust gas temperature for good vaporization of fuel
Is set. In step 407, the calculated exhaust gas
Temperature TEXBased on the above, the target injection pressure is
Is set. Note that the target injection pressure is lower when the exhaust gas temperature is lower.
The particle size of the fuel injected from the injection valve 91
Becomes smaller. In step 411, it is necessary to perform a playback operation.
The amount of reducing agent (fuel) to be discharged depends on the exhaust gas temperature TEXCalculated based on
Is done. NOXThe storage reduction catalyst 7 has a catalytic activity depending on the temperature.
Changes, so the reducing agent supplied even during the regeneration operation
(Fuel) amount is the exhaust temperature TEXIt is better to change according to
Good. In this embodiment, the catalyst corresponds to CNOX in advance.
Amount of NOXIs needed for playback operation in the absorbed state
The amount of reducing agent to be used is determined experimentally under each exhaust temperature condition.
In step 411, it is necessary based on this relationship.
The fuel injection amount to be calculated is calculated. In step 413, the discharge of the fuel pump 92 is performed.
The output pressure becomes the injection pressure calculated in step 409.
As described above, the power supply control circuit 92a is controlled, and
Now, the amount calculated in step 411 under the set injection pressure
Of the injection valve 91 required to inject the reducing agent
The valve time (valve opening time of the control valve 91b) is set, and the injection valve
The valve 91 is opened. As a result, exhaust gas is discharged from the injection valve 91.
Air temperature TEXOnly the required amount of fuel of the particle size adjusted according to
It will be injected. After the above operation is completed, step 417 is NO.
XThe value of the storage amount CNOX is reset, and this operation ends.
You. As described above, NOXExhaust flowing into the storage reduction catalyst 7
Particle size of fuel particles injected from injection valve 91 according to air temperature
By changing the fuel injection temperature
Regardless, almost all gas is vaporized and NOXOcclusion reduction
NO because it reaches medium 7XAbove the storage reduction catalyst 7
To ensure that the supplied fuel is used effectively for regeneration operations
And the amount of fuel (reducing agent) required for the regeneration operation
Can be reduced, and especially when the exhaust temperature is low.
Poor exhaust properties due to fuel particles slipping through
Is prevented. It should be noted that, as in this embodiment, the reducing agent injection valve
NOXWhen supplying a reducing agent to the storage reduction catalyst, the injection valve
And NOXIf the distance to the storage reduction catalyst is large,
The injected reducing agent diffuses in the front and rear direction of the exhaust flow,
May not be able to form an exhaust layer with a high concentration of reducing agent
There is. For this reason, the reducing agent injection valve X
It is preferable to install at a position close to the storage reduction catalyst. When
If the distance between the injection valve and the reducing agent is set short,
If the exhaust temperature is too low, the injected reducing agent will not evaporate
NO as liquid particlesXEasy to reach storage reduction catalyst
Problem. In the present embodiment, the injection is performed according to the exhaust gas temperature.
By changing the particle size of the reducing agent particles
Almost all of the reducing agent is vaporized regardless of the temperature
OXIt is possible to reach the storage reduction catalyst. this
Therefore, according to this embodiment, the liquid reducing agent particlesX
Injecting reducing agent while preventing it from reaching the storage reduction catalyst
NO valveXTo be located close to the storage reduction catalyst
That the supplied reductant is diluted by exhaust gas.
Is prevented, so that NOXRegeneration of storage reduction catalyst
It can be performed efficiently. In the above embodiment, the exhaust gas temperature
The fuel injection pressure (fuel particle size) and the injection amount are continuously
Although it is changed, for example, a predetermined value (for example, 2
(About 50 ° C) at the higher and lower temperatures
Control by switching between fuel injection pressure and injection amount
Simplification is also possible. [0041] 【The invention's effect】The present inventionAccording to the above, NO
XThe atomization state of the reducing agent supplied to the storage reduction catalyst is controlled.
Efficiency with small amount of reducing agent regardless of exhaust temperature
NOXWhen it becomes possible to regenerate the storage reduction catalyst
In both cases, unreacted reducing agent flows out downstream of the catalyst.
This can prevent deterioration of the exhaust properties.

【図面の簡単な説明】 【図1】本発明を自動車用ディーゼル機関に適用した実
施形態の概略構成を説明する図である。 【図2】図1の還元剤噴射弁の構成を説明する図であ
る。 【図3】図1の還元剤噴射弁の構成を説明する断面図で
ある。 【図4】本実施形態のNOX 吸蔵還元触媒再生操作を説
明するフローチャートである。 【符号の説明】 1…ディーゼル機関 3…排気通路 7…NOX 吸蔵還元触媒 9…還元剤供給装置 30…電子制御ユニット(ECU) 91…還元剤噴射弁
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of an embodiment in which the present invention is applied to an automobile diesel engine. FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of a reducing agent injection valve of FIG. 1; FIG. 3 is a sectional view illustrating a configuration of a reducing agent injection valve of FIG. 1; FIG. 4 is a flowchart illustrating a NO X storage reduction catalyst regeneration operation of the present embodiment. [Description of Signs] 1 ... Diesel engine 3 ... Exhaust passage 7 ... NO X storage reduction catalyst 9 ... Reducing agent supply device 30 ... Electronic control unit (ECU) 91 ... Reducing agent injection valve

フロントページの続き (72)発明者 小林 正明 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6−129237(JP,A) 特開 平7−279649(JP,A) 特開 平6−235318(JP,A) 特開 平9−13946(JP,A) 特開 昭61−164017(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F01N 3/08 - 3/36 Continuation of the front page (72) Inventor Masaaki Kobayashi 1 Toyota Town, Toyota City, Aichi Prefecture Inside Toyota Motor Corporation (56) References JP-A-6-129237 (JP, A) JP-A-7-279649 (JP, A) JP-A-6-235318 (JP, A) JP-A-9-13946 (JP, A) JP-A-61-164017 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) ) F01N 3/08-3/36

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 内燃機関の排気通路に配置され、流入す
る排気の空燃比がリーンのときに排気中のNOXを吸収
し流入する排気の酸素濃度が低下したときに吸収したN
Xを放出するNOX吸蔵還元触媒と、該NOX吸蔵還元
触媒の上流側の排気通路に液体還元剤を噴射する還元剤
供給装置とを備え、前記NOX吸蔵還元触媒に流入する
排気温度に応じて前記還元剤供給装置から排気通路に噴
射される還元剤の霧化状態を変化させる霧化制御手段を
備えた内燃機関の排気浄化装置であって、 前記還元剤供給装置は、前記還元剤を排気通路に噴射す
る噴射弁を備え、 前記霧化制御手段は、前記噴射弁からの還元剤の噴射圧
力を増大させることにより、前記NO X 吸蔵還元触媒に
流入する排気温度が低いほど噴射される還元剤の粒径を
小さくして還元剤の霧化状態を変化させる、 内燃機関の
排気浄化装置。
(57) is disposed in an exhaust passage of the Claims 1 an internal combustion engine, the oxygen concentration of the exhaust gas absorbed flowing NO X in the exhaust gas when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the lean decrease N absorbed when
And the NO X storage reduction catalyst to release the O X, e Bei a reducing agent supply apparatus that injects liquid reducing agent into the exhaust passage upstream of the the NO X storage reduction catalyst, flows before Symbol the NO X storage reduction catalyst a exhaust gas purification device of the combustion engine within which includes atomizing control means for changing the atomization state of the reducing agent injected into the exhaust passage from the reducing agent supply device in accordance with the exhaust temperature, the reducing agent supply device Injecting the reducing agent into the exhaust passage
An injection valve, and the atomization control means includes an injection pressure of a reducing agent from the injection valve.
By increasing the force, the the NO X storage reduction catalyst
The lower the temperature of the exhaust gas, the smaller the particle size of the injected reducing agent
An exhaust gas purification device for an internal combustion engine that changes the atomization state of a reducing agent by making it smaller .
JP04618199A 1999-02-24 1999-02-24 Exhaust gas purification device for internal combustion engine Expired - Lifetime JP3518391B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP04618199A JP3518391B2 (en) 1999-02-24 1999-02-24 Exhaust gas purification device for internal combustion engine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP04618199A JP3518391B2 (en) 1999-02-24 1999-02-24 Exhaust gas purification device for internal combustion engine

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2000240429A JP2000240429A (en) 2000-09-05
JP3518391B2 true JP3518391B2 (en) 2004-04-12

Family

ID=12739873

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP04618199A Expired - Lifetime JP3518391B2 (en) 1999-02-24 1999-02-24 Exhaust gas purification device for internal combustion engine

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3518391B2 (en)

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4720054B2 (en) * 2001-09-11 2011-07-13 トヨタ自動車株式会社 Exhaust gas purification device for internal combustion engine
DE602004006415T2 (en) 2003-06-18 2008-01-10 Johnson Matthey Public Ltd., Co. PROCESS FOR CONTROLLING THE REDUCTION ADDITIVE
JP3903977B2 (en) 2003-10-17 2007-04-11 トヨタ自動車株式会社 Exhaust purification device for internal combustion engine and exhaust purification method for internal combustion engine
DE102004025062B4 (en) 2004-05-18 2006-09-14 Hydraulik-Ring Gmbh Freezer-compatible metering valve
CN100593074C (en) * 2005-03-02 2010-03-03 液压环有限公司 Injection device for the treatment of exhaust fumes from motor vehicles
JP4404048B2 (en) 2005-12-28 2010-01-27 トヨタ自動車株式会社 Exhaust gas purification device for internal combustion engine
DE102007004687B4 (en) 2007-01-25 2012-03-01 Hydraulik-Ring Gmbh Volume quantity dispensing unit and method for calibrating the pressure output signal volume quantity characteristic
DE102008012780B4 (en) 2008-03-05 2012-10-04 Hydraulik-Ring Gmbh exhaust treatment device
JP4558816B2 (en) * 2008-06-05 2010-10-06 株式会社日本自動車部品総合研究所 Exhaust gas purification device for internal combustion engine
DE102009035940C5 (en) 2009-08-03 2017-04-20 Cummins Ltd. SCR exhaust treatment device
DE102010061222B4 (en) 2010-12-14 2015-05-07 Cummins Ltd. SCR exhaust treatment device
JP2013036332A (en) * 2011-08-03 2013-02-21 Toyota Motor Corp Exhaust gas purification system for internal combustion engine
JP4934754B1 (en) 2011-10-18 2012-05-16 株式会社ベスト測器 Simulated gas supply device
JP2013113267A (en) * 2011-11-30 2013-06-10 Toyota Motor Corp Exhaust emission purifying apparatus of internal combustion engine
JP6927261B2 (en) * 2018-12-28 2021-08-25 株式会社デンソー Engine catalytic reaction system
WO2020137750A1 (en) * 2018-12-28 2020-07-02 株式会社デンソー Catalytic reaction system for engine

Also Published As

Publication number Publication date
JP2000240429A (en) 2000-09-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3518391B2 (en) Exhaust gas purification device for internal combustion engine
JP3702544B2 (en) Exhaust gas purification device for internal combustion engine
US9199197B2 (en) Exhaust gas purification apparatus for internal combustion engine
JP4263711B2 (en) Exhaust gas purification device for internal combustion engine
JP3613676B2 (en) Exhaust gas purification device for internal combustion engine
JP2007332881A (en) Exhaust emission control device and exhaust emission control method using this device
JP2001502395A (en) NOx exhaust gas purification method
WO2005054637A1 (en) Exhaust emission purification apparatus of compression ignition internal combustion engine
KR20030022687A (en) Exhaust emission control system of internal combustion engine
JP2009513868A (en) Device for treating nitric oxide in automobile exhaust gas
JP3770148B2 (en) Apparatus and method for exhaust gas purification of internal combustion engine
JP2004251177A (en) METHOD FOR REGENERATING NOx CATALYST OF NOx PURIFYING SYSTEM AND NOx PURIFYING SYSTEM
JP2002038942A (en) Exhaust emission control device for internal combustion engine
JP3353650B2 (en) Catalyst poisoning regeneration equipment for internal combustion engines
JP4556364B2 (en) Exhaust gas purification device for internal combustion engine
JP3536713B2 (en) Exhaust gas purification device for internal combustion engine
JP5067478B2 (en) Exhaust gas purification device for internal combustion engine
JP4093302B2 (en) NOx purification system catalyst deterioration judgment method and NOx purification system
JP2845071B2 (en) Exhaust gas purification device for internal combustion engine
JP2011231755A (en) Exhaust emission control device of internal combustion engine
JP2000145433A (en) Exhaust gas purifier for internal combustion engines
JP3487269B2 (en) Exhaust gas purification device for internal combustion engine
JP4474775B2 (en) Exhaust gas purification device for internal combustion engine
JP3496557B2 (en) Exhaust gas purification device for internal combustion engine
JP2007113497A (en) Exhaust emission control device of internal combustion engine

Legal Events

Date Code Title Description
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20040106

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20040119

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080206

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090206

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100206

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110206

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110206

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120206

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120206

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130206

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130206

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140206

Year of fee payment: 10

EXPY Cancellation because of completion of term