JP3613660B2 - Exhaust gas purification device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気通路に吸蔵還元型NOx触媒を備えた排気浄化装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
希薄燃焼可能な車両用の内燃機関より排出される排気ガスからNOxを浄化する排気浄化装置として、吸蔵還元型NOx触媒がある。この吸蔵還元型NOx触媒は、流入排気ガスの空燃比がリーン(即ち、酸素過剰雰囲気下)のときにNOxを吸収し、流入排気ガスの酸素濃度が低下したときに吸収したNOxを放出しN2に還元する触媒である。
【0003】
この吸蔵還元型NOx触媒(以下、単に触媒あるいはNOx触媒ということもある)を希薄燃焼可能な内燃機関の排気通路に配置すると、リーン空燃比の排気ガスが流れたときには排気ガス中のNOxが触媒に吸収され、ストイキ(理論空燃比)あるいはリッチ空燃比の排気ガスが流れたときに触媒に吸収されていたNOxがNO2として放出され、さらに排気ガス中のHCやCOなどの還元成分によってN2に還元され、即ちNOxが浄化される。
【0004】
ところで、一般に、内燃機関の燃料には硫黄分が含まれており、内燃機関で燃料を燃焼すると、燃料中の硫黄分が燃焼してSO2やSO3などの硫黄酸化物(SOx)が発生する。前記NOx触媒は、NOxの吸収作用を行うのと同じメカニズムで排気ガス中のSOxの吸収を行うので、内燃機関の排気通路にNOx触媒を配置すると、この触媒にはNOxのみならずSOxも吸収される。
【0005】
ところが、前記NOx触媒に吸収されたSOxは時間経過とともに安定な硫酸塩を形成するため、NOx触媒からNOxの放出・還元を行うのと同じ条件下では、分解、放出されにくくNOx触媒内に蓄積され易い傾向がある。吸蔵還元型NOx触媒内のSOx蓄積量が増大すると、触媒のNOx吸収容量が減少して排気ガス中のNOxの除去を十分に行うことができなくなりNOx浄化効率が低下する。これが所謂SOx被毒である。そこで、吸蔵還元型NOx触媒のNOx浄化能を長期に亘って高く維持するためには、触媒に吸収されているSOxを適宜のタイミングで放出させる必要がある。
【0006】
吸蔵還元型NOx触媒からのSOx放出処理技術に関しては、特許番号第2745985号の特許公報等に開示されている。吸蔵還元型NOx触媒に吸収されたSOxを放出させるには、流入排気ガスの空燃比をストイキまたはリッチにし、且つ、触媒温度をNOxの放出・還元時よりも高い所定の高温にするのが効果的であると考えられている。
【0007】
そこで、NOx触媒に所定量のSOxが吸収された時をSOx放出時期と判断して、その時に、触媒温度をSOx放出可能な温度に温度制御するとともに、流入排気ガスの空燃比をストイキまたはリッチに保持されるように流入排気ガスの空燃比制御を行って、SOxの放出処理を実行している。このSOx放出処理により、NOx触媒に吸収されていた硫酸塩は分解してSO3になり、さらにこのSO3が排気ガス中の未燃HC,COによって還元せしめられ、SO2となって放出される。
【0008】
尚、前記特許公報に開示された技術では、触媒を温度制御するために、触媒よりも上流の排気管の周りに電気ヒータを設け、SOx放出処理時にこの電気ヒータに通電して排気管を加熱し、これにより排気ガスを加熱して触媒を加熱している。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の排気浄化装置では、流入排気ガスの空燃比をストイキまたはリッチにしてSOx放出処理を実行中に、排気ガス中のHCやCOが触媒を素通りした場合にはそのまま大気に放出される虞れがあり、フェールセーフという点で不十分であった。
【0010】
このように、排気管→排気ガス→触媒という熱伝達ルートで触媒を加熱したのでは、触媒を迅速に昇温することが困難であり、SOx放出処理初期におけるSOx放出の効率が悪かった。
【0011】
また、従来の排気浄化装置は触媒の容量が大きく、そのため触媒の熱容量が大きくなって、短時間で触媒全体を加熱するのが困難であり、これもSOx放出処理初期のSOx放出効率を低くする一因になっていた。
【0012】
かといって、触媒の熱容量を小さくするために触媒の容量を小さくすると、流入排気ガスの空燃比をストイキまたはリッチにしてSOx放出処理を実行した際に、排気ガス中のHCやCOが触媒を素通りして大気を汚染する虞れがあるので、ただ単に触媒の容量を少量化することはできない。
【0013】
本発明はこのような従来の技術の問題点に鑑みてなされたものであり、本発明が解決しようとする課題は、吸蔵還元型NOx触媒からのSOx放出を効率的に実施でき、また、フェールセーフにも優れた内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記課題を解決するために、以下の手段を採用した。本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、(イ)希薄燃焼可能な内燃機関の排気通路に配置され、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときにNOxを吸収し流入する排気ガスの酸素濃度が低いときに吸収したNOxを放出・還元し、一体化された加熱手段を有する吸蔵還元型NOx触媒と、(ロ)前記吸蔵還元型NOx触媒よりも下流の前記排気通路に配置された三元触媒と、を備え、前記吸蔵還元型NO x 触媒の容量は、前記内燃機関の排気量の20%以下であるとともに、前記吸蔵還元型NO x 触媒の触媒担持率は、通常の触媒担持率の2倍から8倍の担持率であることを特徴とする。
【0015】
吸蔵還元型NOx触媒は、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときにNOxを吸収し、流入する排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸収したNOxを放出し、N2に還元する触媒であるが、この吸蔵還元型NOx触媒はNOxを吸放出するのと同じようにSOxの吸放出作用がある。吸蔵還元型NOx触媒にSOxが吸収され蓄積されると、NOx吸収容量が減少し、NOx浄化効率が低下するので、所定の時期にSOx放出処理を実行する必要がある。本発明の排気浄化装置では、SOx放出処理を実行する際に、吸蔵還元型NOx触媒に設けられた加熱手段を作動させることによって吸蔵還元型NOx触媒をSOx放出に必要な温度まで加熱することができる。
【0016】
加熱手段は吸蔵還元型NOx触媒に一体化されているので、吸蔵還元型NOx触媒を直接的に加熱することができる。したがって、吸蔵還元型NOx触媒をSOx放出温度に迅速に昇温することができ、SOxの放出が極めて効率的に行われる。
【0017】
また、SOx放出処理は排気ガスの空燃比をストイキまたは僅かにリッチ(スライトリッチ)にして実行するが、SOx放出処理実行中に排気ガス中のHC,COが吸蔵還元型NOx触媒を素通りしてしまった場合にも、このHC,COは吸蔵還元型NOx触媒の下流に配置された三元触媒によって浄化される。
【0018】
排気ガスの空燃比とは、機関吸気通路及び吸蔵還元型NOx触媒よりも上流での排気通路内に供給された空気及び燃料(炭化水素)の比をいう。
本発明における希薄燃焼可能な内燃機関としては、筒内直接噴射式のリーンバーンガソリンエンジンやディーゼルエンジンを例示することができる。
【0019】
吸蔵還元型NOx触媒は、例えば、アルミナ(Al2O3)がコーティングされたメタル担体を備え、このメタル担体のアルミナに例えばカリウムK、ナトリウムNa、リチウムLi、セシウムCsのようなアルカリ金属、バリウムBa、カルシウムCaのようなアルカリ土類、ランタンLa、イットリウムYのような希土類から選ばれた少なくとも一つと、白金Ptのような貴金属とが担持されてなる。
【0020】
吸蔵還元型NOx触媒に一体化された加熱手段とは、前記メタル担体の一部あるいは全体を、通電すると発熱する電気発熱体で構成してもよいし、触媒の坦持されていないメタル部に電気発熱体を埋め込んで一体化した構成にしてもよい。
【0021】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置では、前記吸蔵還元型NOx触媒は小容量で且つ触媒が高坦持されている。これは、吸蔵還元型NOx触媒を小容量とすることにより熱容量を小さくすることができ、吸蔵還元型NOx触媒をより迅速に昇温することができるからである。また、触媒を高坦持にするのは、小容量化してもNOx浄化効率を低下させないようにするためである。前記吸蔵還元型NOx触媒の容量は内燃機関の排気量の20%以下とすることができ、排気量の5%程度まで小容量化は実現可能と思われる。前記「高坦持」とは、通常の触媒坦持率の2〜8倍程度をいう。
【0022】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置では、(ハ)前記吸蔵還元型NOx触媒の上流の排気通路と前記吸蔵還元型NOx触媒から三元触媒の間の排気通路とを接続して排気ガスを吸蔵還元型NOx触媒を迂回して流すバイパス通路と、(ニ)前記バイパス通路を流れる排気ガスの流量を制御するバイパス流量制御手段と、を備えることができる。
【0023】
このように構成した場合には、SOx放出処理を実行するときに、バイパス流量制御手段を作動させることによりバイパス通路に所定流量の排気ガスが流れるようにし、これにより吸蔵還元型NOx触媒に流れる排気ガス流量を減少させる。これによって、内燃機関から排出される排気ガスの流量を減少させずに吸蔵還元型NOx触媒に流れる排気ガス流量を減少させることができ、吸蔵還元型NOx触媒の昇温を促進することができる。前記バイパス流量制御手段は流量制御弁で構成することができる。
【0024】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の実施の形態を図1から図4の図面に基いて説明する。
【0025】
〔第1の実施の形態〕
図1は、内燃機関としての車両駆動用の筒内直接噴射式ディーゼルエンジンの排気浄化装置の概略構成を示す図である。この図において、エンジン1は直列4気筒であり、吸気管2及び吸気マニホルド3を介して各気筒に吸気が供給される。
【0026】
燃料タンク4の燃料(軽油)は吐出圧制御可能な燃料供給ポンプ5によって吸い上げられてコモンレール6に供給される。エンジンコントロール用電子制御ユニット(ECU)50は、コモンレール6内の燃料圧力がエンジン1の運転状態に応じて所定圧力値となるように、燃料供給ポンプ5の運転を制御する。
【0027】
また、エンジン1には、コモンレール6から供給される燃料を各気筒内に噴射する燃料噴射弁7が設けられており、燃料噴射弁7の開弁時期及び開弁期間は、エンジン1の運転状態に応じてECU50によって制御される。
【0028】
各気筒の燃焼室には、各気筒における圧縮上死点近傍において対応する燃料噴射弁7から燃料が主噴射され、この燃料の爆発によって生じた排気が排気マニホールド8を介して排気管9に排出される。
【0029】
また、このエンジン1においては、所定の時期に、所定の気筒の膨張行程あるいは排気行程において対応する気筒の燃料噴射弁7から気筒内に燃料が副噴射されるようになっている。副噴射された燃料のHC成分は、爆発行程の熱により軽質なHCに改質されて、排気と共に排気マニホールド8を介して排気管9に排出され、後述する吸蔵還元型NOx触媒21に供給される。
【0030】
排気管9の途中には、内部に吸蔵還元型NOx触媒(以下、NOx触媒と略す)21を収容した第1触媒コンバータ20と、内部に三元触媒31を収容した第2触媒コンバータ30が設置されている。
【0031】
第1触媒コンバータ20のNOx触媒21は、アルミナ(Al2O3)がコーティングされたメタル担体を備え、このメタル担体のアルミナに例えばカリウムK、ナトリウムNa、リチウムLi、セシウムCsのようなアルカリ金属、バリウムBa、カルシウムCaのようなアルカリ土類、ランタンLa、イットリウムYのような希土類から選ばれた少なくとも一つと、白金Ptのような貴金属とが担持されてなる。
【0032】
この第1触媒コンバータ20は通常のものよりも小型で、通常よりも触媒が高坦持されている。この小型、高坦持について数値を挙げて説明すると以下の通りである。従来は、例えば総排気量2000ccのエンジンの場合、NOx触媒(吸蔵還元型NOx触媒)の容量はエンジンの総排気量とほぼ同じ約2000ccを必要とし、触媒の坦持率は、例えばPt/Ba触媒の場合であれば、Ptは1〜2g/l、Baは0.1〜0.2モル/l程度である。これに対して、本実施の形態の第1触媒コンバータ20では、NOx触媒21の容量は前記通常容量の約20%、即ち400ccであり、触媒坦持率は前記通常の坦持率の約5倍、即ちPtは5〜10g/lであり、Baは0.5〜1.0モル/lである。第1触媒コンバータ20はNOx触媒21の容量を小型にしたことによって、その熱容量も小さくなる。
【0033】
NOx触媒21のメタル担体はヒータ機能を備えており、電流を流すと発熱し、NOx触媒21を加熱する。つまり、このNOx触媒21は加熱手段が一体化されている触媒である。NOx触媒21のメタル担体はヒータ駆動回路10に電気的に接続されており、このヒータ駆動回路10はECU50からの指令信号によってON/OFF制御され、これによりメタル担体からなるヒータがON/OFF制御されるようになっている。
【0034】
また、第1触媒コンバータ20にはNOx触媒21の温度に対応した出力信号をECU50に出力する触媒温度センサ11が取り付けられている。
尚、NOx触媒21の作用(NOxの吸放出作用およびSOxの吸放出作用)については後で詳述する。
【0035】
ECU50はデジタルコンピュータからなり、双方向バスによって相互に接続されたROM(リードオンメモリ)、RAM(ランダムアクセスメモリ)、CPU(セントラルプロセッサユニット)、入力ポート、出力ポートを具備し、エンジン1の燃料噴射量制御等の基本制御を行うほか、この実施の形態では、第1触媒コンバータ20のSOx放出処理制御等を行っている。
【0036】
これら制御のために、ECU50の入力ポートには、アクセル開度センサ14からの入力信号と、クランク角センサ15からの入力信号が入力される。アクセル開度センサ14はアクセル開度に比例した出力電圧をECU50に出力し、ECU50はアクセル開度センサ14の出力信号に基づいてエンジン負荷を演算する。クランク角センサ15はクランクシャフトが一定角度回転する毎に出力パルスをECU50に出力し、ECU50はこの出力パルスに基づいてエンジン回転速度を演算する。これらエンジン負荷とエンジン回転速度によってエンジン運転状態が判別される。
【0037】
第1触媒コンバータ20に収容されているNOx触媒21、即ち吸蔵還元型NOx触媒は、流入排気の空燃比(以下、排気空燃比と称す)がリーンのときはNOxを吸収し、流入排気の空燃比がストイキまたはリッチで排気中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。尚、排気空燃比とは、ここではNOx触媒21の上流側の排気通路やエンジン燃焼室、吸気通路等にそれぞれ供給された空気量の合計と燃料(炭化水素)の合計の比を意味するものとする。したがって、NOx触媒21よりも上流の排気通路内に燃料、還元剤あるいは空気が供給されない場合には、排気空燃比はエンジン燃焼室内に供給される混合気の空燃比に一致する。
【0038】
NOx触媒21の吸放出作用の詳細なメカニズムについては明かでない部分もあるが、図2に示すようなメカニズムで行われているものと考えられている。次に、このメカニズムについて担体上に白金PtおよびバリウムBaを担持させた場合を例にとって説明するが、他の貴金属,アルカリ金属,アルカリ土類,希土類を用いても同様なメカニズムとなる。
【0039】
即ち、流入排気ガスの空燃比がかなりリーンになると流入排気ガス中の酸素濃度が大巾に増大し、図2(A)に示されるように酸素O2 がO2 −又はO2−の形で白金Ptの表面に付着する。一方、流入排気ガスに含まれるNOは、白金Ptの表面上でO2 −又はO2−と反応し、NO2 となる(2NO+O2 →2NO2 )。
【0040】
次いで、生成されたNO2は、白金Pt上で酸化されつつNOx触媒21内に吸収されて酸化バリウムBaOと結合しながら、図2(A)に示されるように硝酸イオンNO3 −の形でNOx触媒21内に拡散する。このようにしてNOxがNOx触媒21内に吸収される。
【0041】
流入排気ガス中の酸素濃度が高い限り白金Ptの表面でNO2が生成され、NOx触媒21のNOx 吸収能力が飽和しない限り、NO2がNOx触媒21内に吸収されて硝酸イオンNO3 −が生成される。
【0042】
これに対して、排気空燃比がリッチまたはストイキになると流入排気ガス中の酸素濃度が低下するため、NO2の生成量が低下し、反応が逆方向(NO3 −→NO2)に進み、NOx触媒21内の硝酸イオンNO3 −がNO2またはNOの形でNOx触媒21から放出される。即ち、流入排気ガス中の酸素濃度が低下すると、NOx触媒21からNOxが放出されることになる。
【0043】
一方、このとき、排気ガス中のHC,COは、白金Pt上の酸素O2 −又はO2−と反応して酸化せしめられる。また、流入排気ガス中の酸素濃度の低下によりNOx触媒21から放出されたNO2またはNOは、図2(B)に示されるように未燃HC、COと反応して還元せしめられてN2となる。
【0044】
即ち、流入排気ガス中のHC,COは、まず白金Pt上の酸素O2 −又はO2−とただちに反応して酸化せしめられ、次いで白金Pt上の酸素O2 −又はO2−が消費されてもまだHC,COが残っていれば、このHC,COによってNOx触媒から放出されたNOxおよびエンジンから排出されたNOxがN2に還元される。
【0045】
このようにして白金Ptの表面上にNO2またはNOが存在しなくなると、NOx触媒21から次から次へとNO2またはNOが放出され、さらにN2に還元せしめられる。したがって、排気空燃比をストイキまたはリッチにすると短時間のうちにNOx触媒21からNOxが放出され、N2に還元される。
【0046】
このように、排気空燃比がリーンになるとNOxがNOx触媒21に吸収され、排気空燃比をストイキあるいはリッチにするとNOxがNOx触媒21から短時間のうちに放出され、N2に還元される。したがって、大気中へのNOxの排出を阻止することができる。
【0047】
ところで、ディーゼルエンジンの場合は、ストイキ(理論空燃比、A/F=13〜14)よりもはるかにリーン域で燃焼が行われるので、通常の機関運転状態ではNOx触媒21に流入する排気の空燃比は非常にリーンであり、排気中のNOxはNOx触媒21に吸収され、NOx触媒21から放出されるNOx量は極めて少ない。
【0048】
また、ガソリンエンジンの場合には、燃焼室に供給する混合気をストイキまたはリッチにすることにより排気ガスの空燃比をストイキまたはリッチにし、排気ガス中の酸素濃度を低下させて、NOx触媒21に吸収されているNOxを放出させることができるが、ディーゼルエンジンの場合には、燃焼室に供給する混合気をストイキまたはリッチにすると燃焼の際に煤が発生するなどの問題があり採用することはできない。
【0049】
したがって、ディーゼルエンジンでは、NOx触媒21のNOx吸収能力が飽和する前に所定のタイミングで、燃焼用の混合気とは別に還元剤としての燃料を直接、NOx触媒21に供給してNOxの放出を行う必要がある。そのため、この実施の形態では、NOx触媒21からNOxの放出を行うときには、エンジン1の膨張行程あるいは排気行程において気筒内に燃料を副噴射することにより、NOx触媒21に流入する排気の空燃比をストイキまたはリッチにする。
【0050】
一方、燃料には硫黄(S)が含まれており、燃料中の硫黄が燃焼するとSO2やSO3などの硫黄酸化物(SOx)が発生し、NOx触媒21は排気ガス中のこれらSOxも吸収する。NOx触媒21のSOx吸収メカニズムはNOx吸収メカニズムと同じであると考えられる。即ち、NOxの吸収メカニズムを説明したときと同様に担体上に白金PtおよびバリウムBaを坦持させた場合を例にとって説明すると、前述したように、排気空燃比がリーンのときには、酸素O2がO2 −又はO2−の形でNOx触媒21の白金Ptの表面に付着しており、流入排気ガス中のSOx(例えばSO2)は白金Ptの表面上で酸化されてSO3となる。
【0051】
その後、生成されたSO3は、白金Ptの表面で更に酸化されながらNOx触媒21内に吸収されて酸化バリウムBaOと結合し、硫酸イオンSO4 2−の形でNOx触媒21内に拡散し硫酸塩BaSO4を形成する。BaSO4は結晶が粗大化し易く、比較的安定し易いため、一旦生成されると分解放出されにくい。このため、時間の経過とともにNOx触媒21中のBaSO4の生成量が増大するとNOxの吸収に関与できるBaOの量が減少してNOx吸収能力が低下してしまう。これが即ちSOx被毒である。したがって、NOx触媒21のNOx吸収能力を高く維持するためには、適宜のタイミングでNOx触媒21に吸収されたSOxを放出させる必要がある。
【0052】
このNOx触媒21からSOxを放出させるには、NOxを放出させる場合と同様に排気ガスの酸素濃度を低下させればよいことが分かっており、また、NOx触媒21の温度が高いほど放出し易いことが分かっている。
【0053】
そこで、この実施の形態では、NOx触媒21に所定量のSOxが吸収された時にSOx放出処理を実行することとし、そのSOx放出処理は、NOx放出処理のときと同様に、エンジン1の膨張行程あるいは排気行程において気筒内に燃料を副噴射することにより、NOx触媒21に流入する排気ガスの空燃比をストイキまたはリッチに制御し、これと同時に、NOx触媒21のメタル担体に電流を流して発熱させることによりNOx触媒21をSOx放出可能な所定温度まで昇温することとした。
【0054】
次に、本実施の形態における排気浄化装置の作用について説明する。
<NOx吸放出処理>
初めに、第1触媒コンバータ20のNOx触媒21によるNOxの吸放出処理について説明する。
前述したように、エンジン1はディーゼルエンジンのため通常の運転状態では排気ガスの空燃比はリーンであり酸素濃度が非常に高い。したがって、この排気ガスを第1触媒コンバータ20のNOx触媒21に流すと、排気ガス中のNOxはNOx触媒21に吸収される。
【0055】
尚、排気ガスの空燃比がリーンのときには第2触媒コンバータ30の三元触媒31は殆ど触媒として機能せず、第1触媒コンバータ20でNOxを除去された排気ガスは第2触媒コンバータ30をほぼ素通りするだけである。
【0056】
ここで、この実施の形態では、排気ガス中のNOxをNOx触媒21で吸収するときには、ECU50は、燃料噴射弁7を、主噴射のみ実行し副噴射を実行しないように制御する。
【0057】
空燃比リーンの排気ガスを第1触媒コンバータ20に流していると、NOx触媒21に吸収されたNOx量が増大し、そのまま続行しているとNOx吸収能力が飽和してしまう。そこで、NOx触媒21のNOx吸収能力が飽和する前の所定の時期に、第1触媒コンバータ20に対してNOxの放出処理を実行する。ここで、NOx放出処理を実行する所定の時期としては、例えば、ECU50によりエンジン1の運転時間を積算し、この積算時間が所定時間に達した時としてもよいし、ECU50によりエンジン1の運転状態の履歴からNOx吸収量を推定し、この推定吸収量が所定量に達した時としてもよい。
【0058】
NOx放出処理を実行するときには、ECU50は、燃料噴射弁7を、主噴射と副噴射の両方を実行するように制御し、副噴射における燃料噴射弁7の開弁時期及び開弁期間、副噴射の回数等を制御する。
膨張行程あるいは排気行程で燃料を副噴射することによって排気ガスの空燃比をストイキまたは僅かにリッチ(スライトリッチ)に制御し、このストイキまたはスライトリッチの空燃比の排気ガスを第1触媒コンバータ20に流すことによって、NOx触媒21に吸収されていたNOxを放出し、還元して、N2として大気に排出する。
【0059】
第1触媒コンバータ20のNOx触媒21の容量が小さいため、NOx放出処理の実行中、HCやCOなどの還元剤が第1触媒コンバータ20を通過した排気ガス中に残存する虞れがあるが、この排気ガス中の還元剤は第2触媒コンバータ30を通過する際に三元触媒31に吸着されている酸素により酸化せしめられ、H20やCO2に浄化される。
【0060】
<SOx放出処理>
次に、第1触媒コンバータ20のNOx触媒21に対するSOx放出処理について、図3に示すフローチャートを参照して説明する。このフローチャートはECU50のROMに記憶してあり、フローチャートの各ステップにおける処理は総てECU50のCPUによって実行される。
【0061】
<ステップ101>
まず、ECU50は、ステップ101において、前述したNOx吸放出処理の実行中に、前回のSOx放出処理完了後から現時点までの当該車両の走行距離を積算する。
【0062】
<ステップ102>
次に、ECU50は、ステップ102に進んで、ステップ101で求めた走行距離積算値Dが判定値(判定基準)D0を越えたか否かを判定する。
機関本体1から排出される排気ガス中に含まれるSOxは、燃料中の硫黄(S)分が燃焼して生じたものであり、また、NOx触媒21に吸収されているSOx量は、機関本体1での燃焼で消費された燃料量と相関がある。したがって、燃料消費量の積算値に基づいてNOx触媒21に吸収されているSOx量を算出することができ、燃料消費量積算値が所定量のSOx吸収量に相当する値に達したときをSOx放出時期であるとすることも可能であるが、燃料消費量と走行距離との間にも相関があることから、この実施の形態では燃料消費量の積算に代えて走行距離を積算することとし、その走行距離の積算値が所定量のSOx吸収量に相当する値(判定値D0)を越えたときにSOxを放出すべき時期であると判定し、越えていないときにはSOxを放出すべき時期ではないと判定することとした。
【0063】
ECU50による一連の信号処理のうちステップ102を実行する部分は、NOx触媒(NOx吸収剤)からSOxを放出すべき時期か否かを判定するSOx放出時期判定手段ということができる。
ステップ102で肯定判定した場合にはステップ103に進み、否定判定した場合にはステップ105に進む。
【0064】
<ステップ103>
ECU50は、ステップ103において、NOx触媒21に対してSOx放出処理を実行する。SOx放出処理は、燃料の副噴射による排気ガスの空燃比制御と、NOx触媒21の温度制御により実行する。尚、SOx放出処理の実行中は、ECU50は、主噴射と副噴射の両方を実行するように燃料噴射弁7を作動制御する。
【0065】
副噴射制御については、第1触媒コンバータ20に流入する排気ガスの空燃比がストイキまたはスライトリッチになるように、ECU50は、燃料噴射弁7の開弁時期及び開弁期間、副噴射の回数等を制御する。
【0066】
また、NOx触媒21の温度制御については、ECU50は、触媒温度センサ11によりNOx触媒21の温度を検出し、NOx触媒21の温度が設定温度以上か否かを判定し、設定温度未満と判定されたときにはヒータ駆動回路10をONして、NOx触媒21のメタル担体に通電してメタル担体を発熱させ、NOx触媒21を昇温し、設定温度以上と判定されたときにはヒータ駆動回路10をOFFにする。これによって、SOx放出処理の間、NOx触媒21の温度が設定温度以上に保持されるように制御する。尚、前記設定温度は、硫酸塩の分解温度以上とし、好ましくはNOx触媒21が高温劣化しにくい所定温度とする(例えば600〜750゜C)。
【0067】
第1触媒コンバータ20は小型で熱容量が小さいので、NOx触媒21の昇温が迅速に行われ、SOx放出処理を開始すると直ぐにNOx触媒21の温度を前記設定温度にすることができる。
【0068】
また、ECU50は、NOx触媒21の昇温を迅速に行わしめるために、吸入空気量の減少制御を実行する。NOx触媒21を流れる排気ガス流量が多いと、NOx触媒21を昇温させるのに長い時間がかかるからである。
【0069】
上述のように排気ガスの空燃比制御とNOx触媒21の温度制御を実行することにより、酸素濃度の低いストイキあるいはスライトリッチの排気ガスが、設定温度以上に制御されたNOx触媒21に流れ、これにより、NOx触媒21に吸収されていた硫酸塩が効率的に分解してSO3となり、さらにこのSO3が排気ガス中の未燃HC、COによって還元せしめられ、SO2となって放出される。
【0070】
第1触媒コンバータ20のNOx触媒21の容量が小さいため、SOx放出処理の実行中、HCやCOなどの還元剤が第1触媒コンバータ20を通過した排気ガス中に残存する虞れがあるが、この排気ガス中の還元剤は第2触媒コンバータ30を通過する際に三元触媒31に吸着されている酸素により酸化せしめられ、H20やCO2に浄化される。
【0071】
<ステップ104>
ECU50は、ステップ103からステップ104に進んで、NOx触媒21からのSOx放出が完了したか否かを判定する。SOx放出が完了したか否かの判定は、SOx放出処理の実行が所定時間だけ行われたか否かで判定する。
【0072】
判定値である前記「所定の時間」は、ステップ102におけるSOx放出時期の判定値D0の大小によって、あるいはNOx触媒21の温度制御における設定温度の大小によって異なり、予め実験によって最適時間を求め、これをECU50のROMに記憶しておく。
【0073】
そして、SOx放出処理の実行時間が所定時間に達するまでは、ステップ104で否定判定され、ステップ103のSOx放出処理の実行を継続する。SOx放出処理の実行時間が所定時間を超えたときには、ECU50は、ステップ104で肯定判定(SOx放出完了の判定)し、ステップ105に進む。
【0074】
<ステップ105>
ECU50は、ステップ105において、SOx放出処理の実行を停止する。即ち、燃料の副噴射を停止して排気ガスの空燃比制御を停止し、ヒータ駆動回路10をOFF、吸入空気量の減少制御を停止してNOx触媒21の温度制御を停止し、NOx吸放出処理時における排気ガスの空燃比制御を実行する。
【0075】
以上説明したように、この実施の形態によれば、NOx触媒21に対するSOx放出処理が最適なタイミングで実行され、しかも、第1触媒コンバータ20を小型にし熱容量を小さくしたことにより、SOx放出処理開始して直ぐにNOx触媒21をSOx放出に必要な温度まで昇温することができ、極めて効率的にSOxを放出することができるので、NOx触媒21のNOx浄化率を常に高い状態に維持することができる。
【0076】
また、第1触媒コンバータ20を小型にしたため、NOx放出処理時やSOx放出処理時に排気ガス中のHCやCOがNOx触媒21で消費されずに第1触媒コンバータ20を通過する虞れがあるが、第1触媒コンバータ20の下流に三元触媒31を収容した第2触媒コンバータ30が配置されているので、第1触媒コンバータ20を通過したHCやCOも第2触媒コンバータ30の三元触媒31に吸着されている酸素により酸化し浄化することができ、HC,COによる大気汚染を防止することができる。
【0077】
〔第2の実施の形態〕
図4は本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の第2の実施の形態における構成図である。
この第2の実施の形態は、以下の点で第1の実施の形態と相違する。排気管9には、第1触媒コンバータ20の上流と、第1触媒コンバータ20の下流から第2触媒コンバータ30の上流の間とを接続して第1触媒コンバータ20を迂回するバイパス管(バイパス通路)12が連結されており、バイパス管12の途中にバイパス流量制御弁(バイパス流量制御手段)13が設けられている。このバイパス流量制御弁13はその駆動部16により弁体(図示せず)を駆動して弁開度を調節することができ、バイパス管12を流れる排気ガスの流量を制御する。バイパス流量制御弁13の駆動部16はECU50によって作動を制御される。その他の構成については第1の実施の形態と同じであるので、図中、同一態様部分に同一符号を付して説明を省略する。
【0078】
次に、第2の実施の形態の作用を説明する。第1の実施の形態では、SOx放出処理の実行にあたりNOx触媒21の温度制御において温度上昇を迅速にするために吸入空気量の減少制御を実行しているが、この第2の実施の形態では、吸入空気量の減少制御を行う代わりに、排気ガスの一部をバイパス管12に流すことにより第1触媒コンバータ20に流れる排気ガスの流量を減少させ、NOx触媒21の昇温を促進するようにしている。
【0079】
図3におけるフローチャートのステップ103において、ECU50は、燃料の副噴射による排気ガスの空燃比制御とNOx触媒21の温度制御によりSOx放出処理を実行するが、NOx触媒21の温度制御は、NOx触媒21のメタル担体に通電してメタル担体を発熱させるとともに、バイパス流量制御弁13の駆動部16を駆動して弁体を所定の開度で開弁し、バイパス管12に所定流量の排気ガスを流すことで第1触媒コンバータ20に流れる排気ガスの流量を減少させることにより実行する。バイパス流量制御弁13の開度をどの程度にするかは、第1触媒コンバータ20に流す排気ガス流量に応じて予め設定される。
尚、バイパス管12を流れる排気ガス中に含まれるHCやCOは第2触媒コンバータ30の三元触媒31に吸着されている酸素により酸化せしめられ、H20やCO2に浄化される。
【0080】
そして、ECU50は、ステップ104でSOx放出が完了したと判定し、ステップ105においてSOx放出処理の実行を停止する場合には、燃料の副噴射を停止して排気ガスの空燃比制御を停止し、ヒータ駆動回路10をOFF、バイパス流量制御弁13を全閉にしてNOx触媒21の温度制御を停止し、NOx吸放出処理時における排気ガスの空燃比制御を実行する。したがって、NOx吸放出処理時にはバイパス管12に排気ガスは流れない。
【0081】
尚、上述の第2の実施の形態では、吸入空気量の減少制御を行う代わりに、バイパス流量制御弁13によるバイパス流量制御を行うことによって第1触媒コンバータ20に流れる排気ガスの流量を減少させるようにしているが、吸入空気量の減少制御とバイパス流量制御弁13によるバイパス流量制御を併用して第1触媒コンバータ20に流れる排気ガスの流量を減少させNOx触媒21の昇温を促進することも可能である。
【0082】
なお、前述した実施の形態では本発明をディーゼルエンジンに適用した例で説明したが、本発明を希薄燃焼可能なガソリンエンジンに適用することもできる。ガソリンエンジンの場合には、燃焼室に供給する混合気をストイキあるいはリッチにすることにより排気空燃比をストイキあるいはリッチにし、排気ガス中の酸素濃度を低下させて、NOx触媒21に吸収されているNOxやSOxを放出させることができる。
【0083】
また、本発明をガソリンエンジンに適用した場合には、NOx触媒21の温度上昇を促進するために、膨張行程において燃料を副噴射したり、あるいは多気筒エンジンであれば一部の気筒に対して混合気をリッチ空燃比にするいわゆるバンク制御を行うなどして、排気ガス中の還元剤量を増量し、この還元剤をNOx触媒21において酸化せしめ、その反応熱によってNOx触媒21の昇温を促進することもできる。
【0084】
【発明の効果】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置によれば、(イ)希薄燃焼可能な内燃機関の排気通路に配置され、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときにNOxを吸収し流入する排気ガスの酸素濃度が低いときに吸収したNOxを放出・還元し、一体化された加熱手段を有する吸蔵還元型NOx触媒と、(ロ)前記吸蔵還元型NOx触媒よりも下流の前記排気通路に配置された三元触媒と、を備えることにより、SOx放出処理を開始して直ぐに吸蔵還元型NOx触媒に吸収されたSOxを効率よく放出させることができ、SOx放出効率が向上するという優れた効果が奏される。また、排気ガス中のHC,COが吸蔵還元型NOx触媒をそのまま通過した場合であっても、そのHC,COは下流の三元触媒で浄化されるので、大気への放出を阻止することができるという優れた効果が奏される。
【0085】
前記吸蔵還元型NOx触媒を小容量で且つ高坦持とした場合には、吸蔵還元型NOx触媒をより迅速に昇温することができて、さらにSOx放出効率が向上する。
また、(ハ)前記吸蔵還元型NOx触媒の上流の排気通路と前記吸蔵還元型NOx触媒から三元触媒の間の排気通路とを接続して排気ガスを吸蔵還元型NOx触媒を迂回して流すバイパス通路と、(ニ)前記バイパス通路を流れる排気ガスの流量を制御するバイパス流量制御手段と、を備えた場合には、SOx放出処理実行中に、内燃機関から排出される排気ガスの流量を減少させることなく吸蔵還元型NOx触媒に流れる排気ガス流量を低減することができ、これによって吸蔵還元型NOx触媒をより迅速に昇温することができ、さらにSOx放出効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の第1の実施の形態の概略構成図である。
【図2】吸蔵還元型NOx触媒のNOx吸放出作用を説明するための図である。
【図3】前記第1の実施の形態のSOx放出処理実行ルーチンである。
【図4】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の第2の実施の形態の概略構成図である。
【符号の説明】
1 ディーゼルエンジン(内燃機関)
7 燃料噴射弁
9 排気管(排気通路)
12 バイパス通路(バイパス管)
13 バイパス流量制御弁(バイパス流量制御手段)
21 吸蔵還元型NOx触媒
31 三元触媒
50 ECU[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust emission control device provided with an NOx storage reduction catalyst in an exhaust passage of an internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
An NOx storage reduction catalyst is an exhaust purification device that purifies NOx from exhaust gas discharged from an internal combustion engine for lean combustion. The NOx storage reduction catalyst absorbs NOx when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lean (that is, in an oxygen-excess atmosphere), and releases the absorbed NOx when the oxygen concentration of the inflowing exhaust gas decreases and N2It is a catalyst that reduces to
[0003]
When this NOx storage reduction catalyst (hereinafter also referred to simply as a catalyst or NOx catalyst) is disposed in the exhaust passage of an internal combustion engine capable of lean combustion, when exhaust gas having a lean air-fuel ratio flows, NOx in the exhaust gas is converted into a catalyst. NOx absorbed by the catalyst when exhaust gas with stoichiometric (theoretical air-fuel ratio) or rich air-fuel ratio flows is NO.2N is further released by reducing components such as HC and CO in the exhaust gas.2That is, NOx is purified.
[0004]
By the way, in general, the fuel of the internal combustion engine contains a sulfur content, and when the fuel is combusted in the internal combustion engine, the sulfur content in the fuel is combusted and SO.2Or SO3Sulfur oxide (SOx) is generated. The NOx catalyst absorbs SOx in the exhaust gas by the same mechanism that absorbs NOx. If a NOx catalyst is disposed in the exhaust passage of the internal combustion engine, this catalyst absorbs not only NOx but also SOx. Is done.
[0005]
However, since SOx absorbed in the NOx catalyst forms a stable sulfate over time, it is difficult to decompose and release under the same conditions as NOx release / reduction from the NOx catalyst and accumulate in the NOx catalyst. There is a tendency to be easily done. When the amount of SOx accumulated in the NOx storage reduction catalyst increases, the NOx absorption capacity of the catalyst decreases, and NOx removal in the exhaust gas cannot be sufficiently performed, resulting in a decrease in NOx purification efficiency. This is so-called SOx poisoning. Therefore, in order to maintain the NOx purification ability of the NOx storage reduction catalyst high over a long period of time, it is necessary to release SOx absorbed by the catalyst at an appropriate timing.
[0006]
The SOx release treatment technology from the NOx storage reduction catalyst is disclosed in Japanese Patent No. 2745985. In order to release SOx absorbed by the NOx storage reduction catalyst, it is effective to make the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas stoichiometric or rich and to make the catalyst temperature a predetermined high temperature higher than that during NOx release / reduction. Is considered to be
[0007]
Therefore, when the NOx catalyst absorbs a predetermined amount of SOx, it is determined as the SOx release timing. At that time, the catalyst temperature is controlled to a temperature at which SOx can be released, and the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is stoichiometric or rich. Thus, the air-fuel ratio control of the inflowing exhaust gas is performed so that the SOx is released. By this SOx release treatment, the sulfate absorbed by the NOx catalyst is decomposed and SO2 is released.3And this SO3Is reduced by unburned HC and CO in the exhaust gas, and SO2And released.
[0008]
In the technique disclosed in the above-mentioned patent publication, an electric heater is provided around the exhaust pipe upstream of the catalyst in order to control the temperature of the catalyst, and the exhaust pipe is heated by energizing the electric heater during the SOx release process. Thus, the exhaust gas is heated to heat the catalyst.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
In the above-described conventional exhaust purification device, if HC or CO in the exhaust gas passes through the catalyst while performing the SOx release processing with the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas stoichiometric or rich, there is a risk that it will be released into the atmosphere as it is. This was insufficient in terms of fail-safety.
[0010]
As described above, if the catalyst is heated by the heat transfer route of exhaust pipe → exhaust gas → catalyst, it is difficult to quickly raise the temperature of the catalyst, and the efficiency of SOx release at the initial stage of SOx release processing is poor.
[0011]
In addition, the conventional exhaust purification device has a large catalyst capacity, so that the heat capacity of the catalyst becomes large, and it is difficult to heat the entire catalyst in a short time, which also reduces the SOx release efficiency in the initial stage of the SOx release process. It was a factor.
[0012]
However, if the capacity of the catalyst is reduced in order to reduce the heat capacity of the catalyst, when the SOx release process is executed with the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas stoichiometric or rich, the HC and CO in the exhaust gas will cause the catalyst There is a risk of passing through and polluting the atmosphere, so the catalyst capacity cannot simply be reduced.
[0013]
The present invention has been made in view of such problems of the prior art, and the problem to be solved by the present invention is that SOx can be efficiently released from the NOx storage reduction catalyst, An object of the present invention is to provide an exhaust purification device for an internal combustion engine that is excellent in safety.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
The present invention employs the following means in order to solve the above problems. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention is arranged in (i) an exhaust passage of a lean burnable internal combustion engine, and absorbs NOx when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lean. NOx absorbed and reduced when the concentration is low, and a NOx storage reduction catalyst having an integrated heating means; and (b) three exhaust gas passages arranged downstream of the NOx storage reduction catalyst. And original catalyst, The occlusion reduction type NO x The capacity of the catalyst is 20% or less of the displacement of the internal combustion engine, and the NOx storage reduction type x The catalyst support rate of the catalyst is 2 to 8 times the normal catalyst support rate.It is characterized by that.
[0015]
The NOx storage reduction catalyst absorbs NOx when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lean, and releases the absorbed NOx when the oxygen concentration in the inflowing exhaust gas decreases, and N2The NOx storage reduction catalyst has an SOx absorption / release action in the same manner as NOx absorption / release. When SOx is absorbed and accumulated in the NOx storage reduction catalyst, the NOx absorption capacity decreases and the NOx purification efficiency decreases, so it is necessary to execute the SOx release process at a predetermined time. In the exhaust purification apparatus of the present invention, when the SOx release process is executed, the storage reduction NOx catalyst can be heated to a temperature required for SOx release by operating a heating means provided in the NOx storage reduction catalyst. it can.
[0016]
Since the heating means is integrated with the NOx storage reduction catalyst, the NOx storage reduction catalyst can be directly heated. Therefore, the NOx storage reduction catalyst can be quickly heated to the SOx release temperature, and SOx can be released very efficiently.
[0017]
In addition, the SOx release process is executed with the air-fuel ratio of the exhaust gas being stoichiometric or slightly rich (slight rich). During the SOx release process, HC and CO in the exhaust gas pass through the NOx storage reduction catalyst. Even in the case of stagnation, the HC and CO are purified by a three-way catalyst disposed downstream of the NOx storage reduction catalyst.
[0018]
The air-fuel ratio of exhaust gas refers to the ratio of air and fuel (hydrocarbon) supplied into the exhaust passage upstream of the engine intake passage and the NOx storage reduction catalyst.
As the lean burnable internal combustion engine in the present invention, an in-cylinder direct injection type lean burn gasoline engine or a diesel engine can be exemplified.
[0019]
The NOx storage reduction catalyst is, for example, alumina (Al2O3) Coated metal support, and alumina of this metal support, for example, potassium K, sodium Na, lithium Li, alkali metal such as cesium Cs, alkaline earth such as barium Ba, calcium Ca, lanthanum La, yttrium At least one selected from rare earths such as Y and a noble metal such as platinum Pt are supported.
[0020]
The heating means integrated with the NOx storage reduction catalyst may be constituted by an electric heating element that generates heat when energized, or a metal part that is not supported by the catalyst. An electric heating element may be embedded and integrated.
[0021]
In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, the NOx storage reduction catalyst has a small capacity and is highly supported.. this is,This is because the heat capacity can be reduced by reducing the capacity of the NOx storage reduction catalyst and the temperature of the NOx storage reduction catalyst can be raised more quickly. Further, the reason why the catalyst is carried high is to prevent the NOx purification efficiency from being lowered even if the capacity is reduced. The capacity of the NOx storage reduction catalyst can be set to 20% or less of the displacement of the internal combustion engine, and it seems that a reduction in the capacity can be realized to about 5% of the displacement. The “high support” refers to about 2 to 8 times the normal catalyst support rate.
[0022]
In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, (c) an exhaust passage upstream of the NOx storage reduction catalyst and an exhaust passage between the NOx storage reduction catalyst and a three-way catalyst are connected to exhaust gas. And a bypass passage that bypasses the NOx storage reduction catalyst and (d) a bypass flow rate control means that controls the flow rate of the exhaust gas flowing through the bypass passage.
[0023]
In such a configuration, when performing the SOx release process, the bypass flow rate control means is operated so that a predetermined flow rate of exhaust gas flows through the bypass passage, and thereby the exhaust gas flowing through the NOx storage reduction catalyst. Reduce gas flow. Thus, the flow rate of the exhaust gas flowing through the NOx storage reduction catalyst can be reduced without reducing the flow rate of the exhaust gas discharged from the internal combustion engine, and the temperature rise of the NOx storage reduction catalyst can be promoted. The bypass flow rate control means can be constituted by a flow rate control valve.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention will be described below with reference to the drawings of FIGS.
[0025]
[First Embodiment]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an exhaust purification device of a direct injection type diesel engine for driving a vehicle as an internal combustion engine. In this figure, the engine 1 is an in-line four cylinder, and intake air is supplied to each cylinder via an
[0026]
The fuel (light oil) in the
[0027]
Further, the engine 1 is provided with a
[0028]
In the combustion chamber of each cylinder, fuel is mainly injected from the corresponding
[0029]
Further, in the engine 1, fuel is sub-injected into the cylinder from the
[0030]
In the middle of the
[0031]
The
[0032]
The first
[0033]
The metal carrier of the
[0034]
Further, the first
The action of the NOx catalyst 21 (NOx absorption / release action and SOx absorption / release action) will be described in detail later.
[0035]
The
[0036]
For these controls, an input signal from the
[0037]
The
[0038]
Although the detailed mechanism of the absorption / release action of the
[0039]
That is, when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas becomes considerably lean, the oxygen concentration in the inflowing exhaust gas greatly increases, and as shown in FIG.2Is O2 −Or O2-It adheres to the surface of platinum Pt. On the other hand, NO contained in the inflowing exhaust gas is O on the surface of platinum Pt.2 −Or O2-Reacts with NO2(2NO + O2→ 2NO2).
[0040]
Then the generated NO2Is oxidized on platinum Pt and absorbed in the
[0041]
As long as the oxygen concentration in the inflowing exhaust gas is high, NO on the surface of platinum Pt2NOx is not generated and the NOx absorption capacity of the
[0042]
On the other hand, when the exhaust air-fuel ratio becomes rich or stoichiometric, the oxygen concentration in the inflowing exhaust gas decreases.2Production amount decreases and the reaction proceeds in the reverse direction (NO3 −→ NO2), And nitrate ion NO in the
[0043]
On the other hand, at this time, HC and CO in the exhaust gas are oxygen O on platinum Pt.2 −Or O2-It reacts with and is oxidized. Further, the NOx released from the
[0044]
That is, HC and CO in the inflowing exhaust gas are first oxygen O on platinum Pt.2 −Or O2-Immediately reacts with and oxidizes, then oxygen O on platinum Pt.2 −Or O2-If HC and CO still remain after the consumption of NOx, NOx released from the NOx catalyst and NOx discharged from the engine by the HC and CO are N2Reduced to
[0045]
In this way, NO on the surface of platinum Pt.2Or, when NO is no longer present, NOx from the
[0046]
Thus, when the exhaust air-fuel ratio becomes lean, NOx is absorbed by the
[0047]
By the way, in the case of a diesel engine, combustion is performed in a much leaner range than stoichiometric (theoretical air-fuel ratio, A / F = 13 to 14), so that the exhaust air flowing into the
[0048]
In the case of a gasoline engine, the air-fuel ratio of the exhaust gas is stoichiometric or rich by making the air-fuel mixture supplied to the combustion chamber stoichiometric or rich, and the oxygen concentration in the exhaust gas is reduced, so that the
[0049]
Therefore, in the diesel engine, fuel as a reducing agent is supplied directly to the
[0050]
On the other hand, the fuel contains sulfur (S), and when the sulfur in the fuel burns, SO2Or SO3Sulfur oxide (SOx) is generated, and the
[0051]
Then the generated SO3Is absorbed in the
[0052]
In order to release SOx from the
[0053]
Therefore, in this embodiment, the SOx release process is executed when a predetermined amount of SOx is absorbed by the
[0054]
Next, the operation of the exhaust emission control device in the present embodiment will be described.
<NOx absorption / release treatment>
First, the NOx absorption / release process by the
As described above, since the engine 1 is a diesel engine, the air-fuel ratio of the exhaust gas is lean and the oxygen concentration is very high in a normal operation state. Therefore, when this exhaust gas is passed through the
[0055]
When the air-fuel ratio of the exhaust gas is lean, the three-
[0056]
Here, in this embodiment, when NOx in the exhaust gas is absorbed by the
[0057]
If the air-fuel ratio lean exhaust gas is allowed to flow to the first
[0058]
When executing the NOx releasing process, the
By sub-injecting fuel in the expansion stroke or the exhaust stroke, the air-fuel ratio of the exhaust gas is controlled to stoichiometric or slightly rich (slight rich), and the exhaust gas having the stoichiometric or slightly rich air-fuel ratio is supplied to the first
[0059]
Since the capacity of the
[0060]
<SOx release treatment>
Next, the SOx release process for the
[0061]
<Step 101>
First, in step 101, the
[0062]
<Step 102>
Next, the
The SOx contained in the exhaust gas discharged from the engine body 1 is produced by burning sulfur (S) in the fuel, and the amount of SOx absorbed by the
[0063]
The portion of the series of signal processing performed by the
If an affirmative determination is made in
[0064]
<Step 103>
In step 103, the
[0065]
Regarding the sub-injection control, the
[0066]
For temperature control of the
[0067]
Since the first
[0068]
In addition, the
[0069]
By executing the exhaust gas air-fuel ratio control and the temperature control of the
[0070]
Since the capacity of the
[0071]
<Step 104>
The
[0072]
The “predetermined time” that is the determination value is the determination value D of the SOx release timing in step 102.0The optimum time is obtained in advance by experiment and stored in the ROM of the
[0073]
Then, a negative determination is made in step 104 until the execution time of the SOx release process reaches a predetermined time, and execution of the SOx release process in step 103 is continued. When the execution time of the SOx release process exceeds the predetermined time, the
[0074]
<Step 105>
In
[0075]
As described above, according to this embodiment, the SOx releasing process for the
[0076]
Further, since the first
[0077]
[Second Embodiment]
FIG. 4 is a configuration diagram of an internal combustion engine exhaust gas purification apparatus according to a second embodiment of the present invention.
The second embodiment is different from the first embodiment in the following points. A bypass pipe (bypass passage) that bypasses the first
[0078]
Next, the operation of the second embodiment will be described. In the first embodiment, when the SOx release process is performed, the intake air amount decrease control is executed to speed up the temperature increase in the temperature control of the
[0079]
In step 103 of the flowchart in FIG. 3, the
The HC and CO contained in the exhaust gas flowing through the
[0080]
Then, the
[0081]
In the second embodiment described above, the flow rate of the exhaust gas flowing through the first
[0082]
In the above-described embodiment, the present invention has been described with reference to an example in which the present invention is applied to a diesel engine. However, the present invention can also be applied to a gasoline engine capable of lean combustion. In the case of a gasoline engine, the air-fuel ratio supplied to the combustion chamber is stoichiometric or rich, so that the exhaust air-fuel ratio is stoichiometric or rich, and the oxygen concentration in the exhaust gas is lowered and absorbed by the
[0083]
Further, when the present invention is applied to a gasoline engine, in order to promote the temperature rise of the
[0084]
【The invention's effect】
According to the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, (i) the exhaust gas that is disposed in the exhaust passage of the lean burnable internal combustion engine and that absorbs NOx and flows in when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lean. NOx absorbed and reduced when the oxygen concentration of the catalyst is low, and is stored in the exhaust passage downstream of the NOx storage reduction catalyst and (b) the NOx storage reduction catalyst. The three-way catalyst can efficiently release SOx absorbed by the NOx storage reduction catalyst immediately after the start of the SOx release process, and has an excellent effect of improving the SOx release efficiency. Is done. Further, even when HC and CO in the exhaust gas pass through the NOx storage reduction catalyst as they are, the HC and CO are purified by the downstream three-way catalyst, so that release to the atmosphere can be prevented. An excellent effect of being able to be produced.
[0085]
When the NOx storage reduction catalyst has a small capacity and a high capacity, the NOx storage reduction catalyst can be heated more quickly and the SOx release efficiency is further improved.
And (c) connecting an exhaust passage upstream of the NOx storage reduction catalyst and an exhaust passage between the NOx storage reduction catalyst and the three-way catalyst to flow exhaust gas bypassing the NOx storage reduction catalyst. In the case of comprising a bypass passage and (d) a bypass flow rate control means for controlling the flow rate of the exhaust gas flowing through the bypass passage, the flow rate of the exhaust gas discharged from the internal combustion engine during the execution of the SOx release process is reduced. It is possible to reduce the flow rate of the exhaust gas flowing through the NOx storage reduction catalyst without reducing the temperature, thereby increasing the temperature of the NOx storage reduction catalyst more quickly and further improving the SOx release efficiency.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a first embodiment of an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention.
FIG. 2 is a view for explaining the NOx absorption / release action of the NOx storage reduction catalyst.
FIG. 3 is a SOx release process execution routine of the first embodiment;
FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a second embodiment of an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Diesel engine (internal combustion engine)
7 Fuel injection valve
9 Exhaust pipe (exhaust passage)
12 Bypass passage (bypass pipe)
13 Bypass flow control valve (Bypass flow control means)
21 NOx storage reduction catalyst
31 Three-way catalyst
50 ECU
Claims (3)
前記吸蔵還元型NO x 触媒の容量は、前記内燃機関の排気量の20%以下であるとともに、前記吸蔵還元型NO x 触媒の触媒担持率は、通常の触媒担持率の2倍から8倍の担持率であることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。(B) Located in the exhaust passage of an internal combustion engine capable of lean combustion, absorbs NOx when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lean, and releases and reduces the absorbed NOx when the oxygen concentration of the inflowing exhaust gas is low And (b) a three-way catalyst disposed in the exhaust passage downstream of the NOx storage reduction catalyst, and having an integrated heating means ,
Capacity of the storage reduction the NO x catalyst, along with the more than 20% of the emissions of the internal combustion engine, the catalyst loading of the storage reduction the NO x catalyst is twice the conventional catalyst-supporting ratio 8x An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine characterized by having a loading rate .
前記一体化された加熱手段は、電気を流すと発熱するヒータ機能を備えた該メタル担体であることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。 2. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the integrated heating means is the metal carrier having a heater function that generates heat when electricity is supplied.
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