JP4155065B2 - 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浄化装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、リーン空燃比のもとで継続して燃焼が行われる内燃機関の排気通路内に、流入する排気ガス中の微粒子を捕集するためのパティキュレートフィルタを配置し、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに流入する排気ガス中のNOを蓄え、流入する排気ガスの空燃比が低下したときに排気ガス中に還元剤が含まれていると蓄えているNOを還元して蓄えているNOの量が減少するNO触媒をパティキュレートフィルタ上に担持させ、パティキュレートフィルタ上に捕集されている微粒子を酸化除去するために、パティキュレートフィルタ内に流入する排気ガスの空燃比をリーンに維持しながらパティキュレートフィルタの温度を目標温度まで上昇させ目標温度に目標時間だけ保持する微粒子酸化作用を行うようにした内燃機関の排気浄化装置が公知である(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
また、NO触媒内にはNOだけでなくイオウ例えばSOが硫酸塩の形で蓄えられ、硫酸塩の形でNO触媒内に蓄えられているSOの量を減少させるためには、NO触媒の温度を例えば550℃以上に維持しかつNO触媒内に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比又はリッチに切り替えることが必要であることも知られている(例えば、特許文献1参照)。これによれば、NO触媒の温度が高くても流入排気ガスの空燃比がリーンであったり、流入排気ガスの空燃比がリッチであってもNO触媒の温度が低かったりすると、NO触媒からSOは排出されないということになる。
【0004】
【特許文献1】
特開2002−155724号公報
【特許文献2】
特開昭53−100314号公報
【特許文献3】
特開2000−87734号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、本願発明者によれば、NO触媒内に流入する排気ガスの平均空燃比がリーンに維持されていてもNO触媒の温度が高くなると、NO触媒から流出する排気ガス中のSO濃度がNO触媒内に流入する排気ガス中のSO濃度よりも一時的に高くなることが確認されている。このことは、NO触媒の温度が高くなるとNO触媒内に蓄えられているSOが排出され、このSOは硫酸塩を形成することなくNO触媒内に蓄えられているということを意味している。従って、パティキュレートフィルタの微粒子酸化作用を行うと、NO触媒から、硫酸塩を形成することなく蓄えられているSOが排出されるということになる。
【0006】
しかしながら、このとき流入排気ガスの空燃比がリーンであるので、硫酸塩を形成することなく蓄えられているSOがNO触媒内でサルフェートSOに酸化され、サルフェートSOの形でNO触媒から排出される恐れがある。NO触媒からSOのまま排出されたとしても、NO触媒下流に酸化能を有する触媒が配置されている場合には、この補助触媒内でサルフェートSOに酸化される恐れがある。
【0007】
そこで本発明の目的は、大気中に排出されるサルフェートの量を低減することができる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために1番目の発明によれば、リーン空燃比のもとで継続して燃焼が行われる内燃機関の排気通路内に、流入する排気ガス中の微粒子を捕集するためのパティキュレートフィルタと、流入する排気ガスの空燃比がリーンのとき又はその温度が低いときに、流入する排気ガス中のイオウを、硫酸塩を形成することなく蓄え、流入する排気ガスの空燃比がリッチになるか又はその温度が高くなると硫酸塩を形成することなく蓄えているイオウの量が減少するイオウ蓄積剤とを配置し、パティキュレートフィルタ上に捕集されている微粒子を酸化除去するために、パティキュレートフィルタ内に流入する排気ガスの空燃比をリーンに維持しながら、パティキュレートフィルタの温度を目標温度まで上昇させ該目標温度に目標時間だけ保持する微粒子酸化作用を行うようにした内燃機関の排気浄化装置において、イオウ蓄積剤内に流入する排気ガスの空燃比がパティキュレートフィルタ内に流入する排気ガスの空燃比と一致するように、かつパティキュレートフィルタの温度が上昇するとイオウ蓄積剤の温度も上昇しパティキュレートフィルタの温度が低下するとイオウ蓄積剤の温度も低下するように、パティキュレートフィルタ及びイオウ蓄積剤が配置されており、硫酸塩を形成することなくイオウ蓄積剤内に蓄えられているイオウの量を求め、該硫酸塩を形成することなくイオウ蓄積剤内に蓄えられているイオウの量に基づいて微粒子酸化作用を制御するようにしている。
【0009】
また、2番目の発明によれば1番目の発明において、前記硫酸塩を形成することなくイオウ蓄積剤内に蓄えられているイオウの量に基づいて前記微粒子酸化作用の目標温度を設定するようにしている。
【0010】
また、3番目の発明によれば2番目の発明において、前記硫酸塩を形成することなくイオウ蓄積剤内に蓄えられているイオウの量が多いときには少ないときに比べて低くなるように前記微粒子酸化作用の目標温度を設定している。
【0011】
また、4番目の発明によれば2番目の発明において、前記微粒子酸化作用の目標温度が低いときには高いときに比べて長くなるように前記微粒子酸化作用の目標時間を設定している。
【0012】
また、5番目の発明によれば2番目の発明において、前記微粒子酸化作用が開始されてからの経過時間が長くなると該経過時間が短いときに比べて高くなるように前記微粒子酸化作用の目標温度を設定している。
【0013】
また、6番目の発明によれば1番目の発明において、前記硫酸塩を形成することなくイオウ蓄積剤内に蓄えられているイオウの量に基づき、前記微粒子酸化作用時にイオウ蓄積剤内に流入する排気ガス中の酸素濃度を制御するようにしている。
【0014】
また、7番目の発明によれば6番目の発明において、前記硫酸塩を形成することなくイオウ蓄積剤内に蓄えられているイオウの量が多いときには少ないときに比べて低くなるように前記酸素濃度を制御している。
【0015】
また、8番目の発明によれば1番目の発明において、パティキュレートフィルタ上に捕集されている微粒子の量が求められ、該パティキュレートフィルタ上に捕集されている微粒子の量が予め定められた第1のしきい量を越えたときに前記微粒子酸化作用が行われるようになっており、前記硫酸塩を形成することなくイオウ蓄積剤内に蓄えられているイオウの量が予め定められた許容量よりも多いときには、該パティキュレートフィルタ上に捕集されている微粒子の量に関わらず、前記微粒子酸化作用を禁止するようにしている。
【0016】
また、9番目の発明によれば8番目の発明において、前記パティキュレートフィルタ上に捕集されている微粒子の量が、第1のしきい量よりも多く設定された第2のしきい量を越えたときには、前記硫酸塩を形成することなくイオウ蓄積剤内に蓄えられているイオウの量に関わらず、前記微粒子酸化作用を行うようにしている。
【0017】
また、10番目の発明によれば8番目の発明において、前記パティキュレートフィルタ上に捕集されている微粒子の量が第1のしきい量を越えたときに前記硫酸塩を形成することなくイオウ蓄積剤内に蓄えられているイオウの量が前記許容量よりも多いときには、硫酸塩を形成することなくイオウ蓄積剤内に蓄えられているイオウの量を減少させた後に、前記微粒子酸化作用を行うようにしている。
【0018】
また、11番目の発明によれば1番目の発明において、前記硫酸塩を形成することなくイオウ蓄積剤内に蓄えられているイオウの量が予め定められた限界量を越えたときには、イオウ蓄積剤の温度を上昇させて前記硫酸塩を形成することなくイオウ蓄積剤内に蓄えられているイオウの量を減少させるようにしている。
【0019】
また、12番目の発明によれば11番目の発明において、イオウ蓄積剤の温度を上昇させるために前記微粒子酸化作用を行うようにしている。
【0020】
また、13番目の発明によれば1番目の発明において、前記イオウ蓄積剤を、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに流入する排気ガス中のNOを蓄え、流入する排気ガスの空燃比が低下したときに排気ガス中に還元剤が含まれていると蓄えているNOを還元して蓄えているNOの量が減少するNO触媒から形成している。
【0021】
また、14番目の発明によれば1番目の発明において、前記イオウ蓄積剤が前記パティキュレートフィルタ上に担持されている。
【0022】
なお、本明細書では排気通路の或る位置よりも上流の排気通路、燃焼室、及び吸気通路内に供給された空気と炭化水素HC及び一酸化炭素COのような還元剤との比をその位置における排気ガスの空燃比と称している。
【0023】
【発明の実施の形態】
図1は本発明を圧縮着火式内燃機関に適用した場合を示している。なお、本発明は火花点火式内燃機関にも適用することもできる。
【0024】
図1を参照すると、1は機関本体、2はシリンダブロック、3はシリンダヘッド、4はピストン、5は燃焼室、6は電気制御式燃料噴射弁、7は吸気弁、8は吸気ポート、9は排気弁、10は排気ポートを夫々示す。吸気ポート8は対応する吸気枝管11を介してサージタンク12に連結され、サージタンク12は吸気ダクト13を介して排気ターボチャージャ14のコンプレッサ15に連結される。吸気ダクト13内にはステップモータ16により駆動されるスロットル弁17が配置され、更に吸気ダクト13周りには吸気ダクト13内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置18が配置される。本発明による各実施例では、スロットル開度はほぼ全ての運転領域において最大開度に維持され、要求負荷Lがかなり小さくなると最大開度よりも小さくされ、要求負荷Lがゼロになると小さなアイドル開度にされる。
【0025】
一方、排気ポート10は排気マニホルド19及び排気管20を介して排気ターボチャージャ14の排気タービン21の入口に連結され、排気タービン21の出口は排気管20aを介してケーシング22aに連結される。ケーシング22a内には、排気ガス中の微粒子を捕集するためのパティキュレートフィルタ22bが収容され、パティキュレートフィルタ22b上には後述するようにNO触媒22が担持されている。また、触媒コンバータ22は排気管20bを介してケーシング23aに連結され、このケーシング23a内には酸化能を有する補助触媒23が収容される。この場合、NO触媒22内に流入する排気ガスの空燃比はパティキュレートフィルタ22b内に流入する排気ガスの空燃比に一致し、NO触媒22の温度もパティキュレートフィルタ22bの温度に一致する。
【0026】
更に図1を参照すると、排気マニホルド19とサージタンク12とは排気ガス再循環(以下、EGRと称す)通路24を介して互いに連結され、EGR通路24内には電気制御式EGR制御弁25が配置される。また、EGR通路24周りにはEGR通路24内を流れるEGRガスを冷却するための冷却装置26が配置される。
【0027】
一方、各燃料噴射弁6は燃料供給管6aを介して燃料リザーバ、いわゆるコモンレール27に連結される。このコモンレール27内へは電気制御式の吐出量可変な燃料ポンプ28から燃料が供給され、コモンレール27内に供給された燃料は各燃料供給管6aを介して燃料噴射弁6に供給される。コモンレール27にはコモンレール27内の燃料圧を検出するための燃料圧センサ29が取付けられ、燃料圧センサ29の出力信号に基づいてコモンレール27内の燃料圧が目標燃料圧となるように燃料ポンプ28の吐出量が制御される。
【0028】
電子制御ユニット40はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス41によって互いに接続されたROM(リードオンリメモリ)42、RAM(ランダムアクセスメモリ)43、CPU(マイクロプロセッサ)44、入力ポート45及び出力ポート46を具備する。燃料圧センサ29の出力信号は対応するAD変換器47を介して入力ポート45に入力される。パティキュレートフィルタ22b上流の排気管20aには排気管20a内の圧力、即ち機関背圧を検出するための圧力センサ49と、NO触媒22内に流入する排気ガスの空燃比AFPMを検出するための空燃比センサ50とが取り付けられ、NO触媒22下流の排気管20b内にはNO触媒22から流出した排気ガスの温度を検出するための温度センサ51が取り付けられる。これらセンサ48,49,50の出力電圧はそれぞれ対応するAD変換器47を介して入力ポート45に入力される。ここで、空燃比センサ50は排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサから形成される。また、温度センサ51により検出される排気ガスの温度はNO触媒22の温度を表している。
【0029】
アクセルペダル52にはアクセルペダル52の踏み込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ53が接続され、負荷センサ53の出力電圧は対応するAD変換器47を介して入力ポート45に入力される。更に入力ポート45にはクランクシャフトが例えば30°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ54が接続される。CPU44ではクランク角センサ54からの出力パルスに基づいて機関回転数Nが算出される。一方、出力ポート46は対応する駆動回路48を介して燃料噴射弁6、スロットル弁駆動用ステップモータ16、EGR制御弁25、及び燃料ポンプ28にそれぞれ接続される。
【0030】
パティキュレートフィルタ22aの隔壁上即ち例えば隔壁の両側面及び細孔内壁面上には、NO触媒22がそれぞれ担持されている。このNO触媒22は例えばアルミナを担体とし、こ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、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、パラジウムPd、ロジウムRh、イリジウムIrのような貴金属とが担持されている。
【0031】
NO触媒は流入する排気ガスの平均空燃比がリーンのときにはNOを蓄え、流入する排気ガスの空燃比が低下したときに排気ガス中に還元剤が含まれていると蓄えているNOを還元して蓄えているNOの量を減少させる蓄積還元作用を行う。
【0032】
NO触媒の蓄積還元作用の詳細なメカニズムについては完全には明らかにされていない。しかしながら、現在考えられているメカニズムを、担体上に白金Pt及びバリウムBaを担持させた場合を例にとって簡単に説明すると次のようになる。
【0033】
即ち、NO触媒に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもかなりリーンになると流入する排気ガス中の酸素濃度が大巾に増大し、酸素OがO 又はO2−の形で白金Ptの表面に付着する。一方、流入する排気ガス中のNOは白金Ptの表面に付着し白金Ptの表面上でO 又はO2−と反応し、NOとなる(NO+O→NO+O、ここでOは活性酸素)。次いで生成されたNOの一部は白金Pt上でさらに酸化されつつNO触媒内に吸収されて酸化バリウムBaOと結合しながら、硝酸イオンNO の形でNO触媒内に拡散する。このようにしてNOがNO触媒内に蓄えられる。
【0034】
これに対し、NO触媒に流入する排気ガスの空燃比がリッチ又は理論空燃比になると、排気ガス中の酸素濃度が低下してNOの生成量が低下し、反応が逆方向(NO →NO+2O)に進み、斯くしてNO触媒内の硝酸イオンNO がNOの形でNO触媒から放出される。この放出されたNOは排気ガス中に還元剤即ちHC,COが含まれているとこれらHC,COと反応して還元せしめられる。このようにして白金Ptの表面上にNOが存在しなくなるとNO触媒から次から次へとNOが放出されて還元され、NO触媒内に蓄えられているNOの量が次第に減少する。
【0035】
なお、硝酸塩を形成することなくNOを蓄え、NOを放出することなくNOを還元することも可能であると考えられている。また、活性酸素Oに着目すれば、NO触媒はNOの蓄積及び放出に伴って活性酸素Oを生成する活性酸素生成触媒と見ることもできる。
【0036】
一方、補助触媒23は本発明による各実施例では、アルカリ金属、アルカリ土類、及び希土類を含むことなく貴金属例えば白金Ptを含む貴金属触媒から形成される。しかしながら、補助触媒23を上述したNO触媒から形成してもよい。
【0037】
図1に示される内燃機関はリーン空燃比のもとでの燃焼が継続して行われており、従ってNO触媒22内に流入する排気ガスの空燃比はリーンに維持されている。その結果、排気ガス中のNOはNO触媒22内に蓄えられる。
【0038】
時間の経過と共にNO触媒22内の蓄積NO量は次第に増大する。そこで本発明による各実施例では、NO触媒22内の蓄積NO量を求め、NO触媒22内の蓄積NO量がNO許容量を越えたときには、NO触媒22内に蓄えられているNOを還元しNO触媒22内の蓄積NO量を減少させるために、NO触媒22内に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリッチに切り替えるようにしている。
【0039】
ところで、排気ガス中にはイオウ分がSOの形で含まれており、NO触媒22内にはNOばかりでなくSOも蓄えられる。このSOのNO触媒22内への蓄積メカニズムはNOの蓄積メカニズムと同じであると考えられる。即ち、担体上に白金Pt及びバリウムBaを担持させた場合を例にとって簡単に説明すると、NO触媒22に流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには上述したように酸素OがO 又はO2−の形で白金Ptの表面に付着しており、流入する排気ガス中のSOは白金Ptの表面に付着し白金Ptの表面上でO 又はO2−と反応し、SOとなる。次いで生成されたSOは白金Pt上でさらに酸化されつつNO触媒22内に吸収されて酸化バリウムBaOと結合しながら、硫酸イオンSO の形でNO触媒22内に拡散する。この硫酸イオンSO は次いでバリウムイオンBaと結合して硫酸塩BaSOを生成する。
【0040】
この硫酸塩BaSOは分解しにくく、NO触媒22内に流入する排気ガスの空燃比をただ単にリッチにしてもNO触媒22内の硫酸塩BaSOの量は減少しない。このため、時間が経過するにつれてNO触媒22内の硫酸塩BaSOの量が増大し、その結果NO触媒22が蓄えうるNOの量が減少することになる。
【0041】
ところが、NO触媒22の温度を要求温度例えば550℃以上に維持しつつNO触媒22に流入する排気ガスの平均空燃比を理論空燃比又はリッチにすると、NO触媒22内の硫酸塩BaSOが分解してSOの形でNO触媒22から放出される。この放出されたSOは排気ガス中に還元剤即ちHC,COが含まれているとこれらHC,COと反応してSOに還元せしめられる。このようにしてNO触媒22内に硫酸塩BaSOの形で蓄えられているSOの量が次第に減少し、このときNO触媒22からSOがSOの形で流出することがない。
【0042】
そこで本発明による第1実施例では、硫酸塩の形でNO触媒22内に蓄えられているSOの量を求め、このSOの量が予め定められたSO許容量を越えたときには、硫酸塩の形でNO触媒22内に蓄えられているSOの量を減少させるために、NO触媒22の温度を要求温度例えば550℃以上に維持しながら、NO触媒22に流入する排気ガスの平均空燃比をわずかばかりリッチに切り替えるSO処理を行うようにしている。
【0043】
NO触媒22の温度を上昇させる方法には様々な方法があり、例えばNO触媒22の上流端に電気ヒータを配置して電気ヒータによりNO触媒22又はNO触媒22に流入する排気ガスを加熱する方法や、NO触媒22上流の排気通路内に燃料を二次的に噴射してこの燃料を燃焼させることによりNO触媒22を加熱する方法や、内燃機関から排出される排気ガスの温度を上昇させてNO触媒22の温度を上昇させる方法がある。ここで、内燃機関から排出される排気ガスの温度を上昇させるために、例えば主燃料の噴射時期を遅角することもできるし、又は主燃料に加えて膨張行程中又は排気行程中に追加の燃料を噴射することもできる。
【0044】
一方、NO触媒22内に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリッチに切り替えるにも様々な方法があり、例えば燃焼室5から排出される排気ガスの空燃比を一時的にリッチに切り替える方法や、NO触媒22上流の排気通路内に追加の燃料ないし還元剤を一時的に噴射する方法がある。ここで、燃焼室5から排出される排気ガスの空燃比をリッチに切り替えるために、例えば燃焼室5内で燃焼せしめられる混合気の空燃比をリッチに切り替えることもできるし、又は圧縮上死点付近で噴射される主燃料に加えて膨張行程中又は排気行程中に追加の燃料を噴射することもできる。
【0045】
本発明による第1実施例では、NO触媒22内のNOを還元しNO触媒22内の蓄積NO量を減少させるべきときには、図2の(I)に示されるように例えば排気行程に追加の燃料Qaが噴射される。これに対し、NO触媒22内の蓄積SO量を減少させるべきときには、図2の(II)に示されるように例えば膨張行程に追加の燃料Qaが噴射される。このようにすると、追加の燃料Qaのうち燃焼室5内又はNO触媒22内で燃焼する燃料量が多くなり、従ってNO触媒22の温度を高く維持しつつNO触媒22内に流入する排気ガスの空燃比をリッチにすることが可能になる。なお、図2においてQmは通常圧縮上死点付近で噴射される主燃料を示している。
【0046】
図3は硫酸塩の形でNO触媒22内に蓄えられているSOの量を減少させるためのSO処理ルーチンを示している。このルーチンは予め定められた処理サイクル時間毎の割り込みによって実行される。図3を参照すると、まずステップ100では、前回の処理サイクルから今回の処理サイクルまでに燃料噴射弁6から噴射された燃料量の合計値QFが積算値SQFに加算される(SQF=SQF+QF)。硫酸塩の形でNO触媒22内に蓄えられているSOの量は単位時間当たりNO触媒22内に流入するSOの量の積算値に依存し、単位時間当たりNO触媒22内に流入するSOの量は燃料噴射弁6から噴射された燃料の量に依存する。従って、一定時間内に燃料噴射弁6から噴射された燃料及び追加の燃料の合計量QFを積算して得られる積算値SQFは硫酸塩の形でNO触媒22内に蓄えられているSOの量を表していることになる。
【0047】
続くステップ101では積算値SQFが、上述したSO許容量に相当する許容値SQFAよりも大きいか否かが判別される。SQF≦SQFAのときには処理サイクルを終了し、QS>QSAのときには次いでステップ102に進み、NO触媒22の温度を例えば550℃以上に保持しながらNO触媒22内に流入する排気ガスの空燃比がわずかばかりリッチになるように、膨張行程に追加の燃料Qaが一定時間だけ噴射される。続くステップ103では積算値SQFがクリアされる。
【0048】
一方、排気ガス中に含まれる主に炭素の固体からなる微粒子はパティキュレートフィルタ22b上に捕集される。上述したように図1に示される内燃機関はリーン空燃比のもとでの燃焼が継続して行われており、また、NO触媒22は酸化能を有しているので、パティキュレートフィルタ22bの温度が微粒子を酸化しうる温度、例えば250℃以上に維持されていれば、パティキュレートフィルタ22b上で微粒子が酸化せしめられ除去される。
【0049】
この場合、上述したNO触媒22のNOの蓄積還元メカニズムによれば、NO触媒22内にNOが蓄えられるときにもNOが放出されるときにも活性酸素が生成される。この活性酸素は酸素Oよりも活性が高く、従ってパティキュレートフィルタ22b上に堆積している微粒子を速やかに酸化する。即ち、パティキュレートフィルタ22b上にNO触媒22を担持させると、パティキュレートフィルタ22b内に流入する排気ガスの空燃比がリーンであろうとリッチであろうとパティキュレートフィルタ22b上に堆積している微粒子が酸化される。このようにして微粒子が連続的に酸化される。
【0050】
ところが、パティキュレートフィルタ22bの温度が微粒子を酸化しうる温度に維持されなくなるか又は単位時間当たりにパティキュレートフィルタ22b内に流入する微粒子の量がかなり多くなると、パティキュレートフィルタ22b上に堆積する微粒子の量が次第に増大し、パティキュレートフィルタ22bの圧損が増大する。
【0051】
そこで本発明による第1実施例では、例えばパティキュレートフィルタ22b上の堆積微粒子量が微粒子許容量を越えたときには、パティキュレートフィルタ22bに流入する排気ガスの空燃比AFPMをリーンに維持しつつ、パティキュレートフィルタ22bの温度Tを目標温度TPMまで上昇し目標時間tPMだけ目標温度TPMに維持する微粒子酸化作用を行うようにしている。この微粒子酸化作用が行われると、パティキュレートフィルタ22b上に堆積した微粒子が着火燃焼せしめられ除去される。
【0052】
具体的に説明すると、本発明による第1実施例では、図4において矢印Xで示されるように、圧力センサ49により検出される機関背圧Pが第1のしきい値P1よりも高くなると、パティキュレートフィルタ22b上の堆積微粒子量が微粒子許容量を越えたと判断され、このとき微粒子酸化作用が開始される、即ちパティキュレートフィルタ22bの温度Tが上昇される。次いで、パティキュレートフィルタ22bの温度Tが目標温度TPMになるとこの目標温度TPMに維持され、次いで微粒子酸化作用が開始されてから目標時間tPMだけ経過すると、微粒子酸化作用が停止され、従ってパティキュレートフィルタ22bの温度Tが低下する。なお、図4に示される目標時間tPMは微粒子酸化作用が行われている時間であるけれども、パティキュレートフィルタ22bの温度Tが目標温度TPMに維持されている時間も表している。また、目標時間tPMはパティキュレートフィルタ22b上の堆積微粒子量を例えばほぼゼロにするのに必要な時間である。
【0053】
また、本発明による第1実施例では、微粒子酸化作用を行うべきときには、図2の(III)に示されるように例えば膨張行程に追加の燃料Qaが噴射される。このため、微粒子酸化作用時には、パティキュレートフィルタ22b内に流入する排気ガスの空燃比AFPMが若干小さくなる。この場合、パティキュレートフィルタ22bの温度Tが目標温度TPMよりも低いときには例えば追加の燃料Qaが増量され、内燃機関から排出される排気ガスの温度が上昇される。これに対し、パティキュレートフィルタ22bの温度Tが目標温度TPMよりも高いときには例えば追加の燃料Qaが減量され、内燃機関から排出される排気ガスの温度が低下される。このようにしてパティキュレートフィルタ22bの温度Tが目標温度TPMに維持される。
【0054】
ところが、冒頭で述べたように、NO触媒22内に流入する排気ガスの平均空燃比AFPMがリーンに維持されていてもNO触媒22の温度が高くなると、NO触媒22から流出する排気ガス中のSO濃度がNO触媒22内に流入する排気ガス中のSO濃度よりも一時的に高くなることが確認されている。このことは、NO触媒22の温度が高くなるとNO触媒22内に蓄えられているSOが排出され、このSOは硫酸塩を形成することなくNO触媒22内に蓄えられているということを意味している。
【0055】
このSOがどのような形でNO触媒22内に蓄えられているのかは必ずしも明らかではないが、次のようにして蓄えられていると考えられる。即ち、上述したようにNO触媒22内に流入する排気ガス中のSOはまず例えば白金Pt表面上に付着した後に硫酸塩の形で蓄えられる。硫酸塩の形でNO触媒22内に蓄えられているSOの量が少ないときには、白金Pt表面上に付着したSOは比較的容易に硫酸塩を形成する。ところが、硫酸塩の形で蓄えられているSOの量が多くなると、白金Pt表面上に付着しているSOが硫酸塩を形成しにくくなり、SOのまま白金Pt表面上に付着し続ける。このようにしてSOが硫酸塩を形成することなく蓄えられる。このように、NO触媒22内には硫酸塩の形で蓄えられるSOもあれば、硫酸塩を形成することなく蓄えられるSOもあるということになる。
【0056】
例えば微粒子酸化作用が開始されてNO触媒22の温度が例えば300℃以上になると、硫酸塩を形成することなく蓄えられているSOがNO触媒22から排出される。このときNO触媒22内に流入する排気ガスの空燃比がリーンに維持されているので、このSOはNO触媒22内か又は補助触媒23内でサルフェートSOに酸化される恐れがある。
【0057】
そこで本発明による各実施例では、硫酸塩を形成することなくNO触媒22内に蓄えられているSOの量を求め、このSOの量に基づいて微粒子酸化作用を制御するようにしている。
【0058】
硫酸塩を形成することなくNO触媒22内に蓄えられているSOの量を直接求めることは困難である。ところが、硫酸塩の形でNO触媒22内に蓄えられているSOの量を表す積算値SQFが小さいときには、上述したように硫酸塩が形成されやすいので、硫酸塩を形成することなく蓄えられるSOの量が少なく、積算値SQFが大きくなると硫酸塩が形成されにくくなるので、硫酸塩を形成することなく蓄えられるSOの量が多くなると考えられる。
【0059】
そうすると、積算値SQFは硫酸塩の形でNO触媒22内に蓄えられているSOの量を表すだけでなく、硫酸塩を形成することなくNO触媒22内に蓄えられているSOの量も表しているということになる。なお、硫酸塩の形でNO触媒22内に蓄えられているSOの量がNO触媒22内に流入するSOの量に基づいて求められることを考えると、硫酸塩を形成することなくNO触媒22内に蓄えられているSOの量もNO触媒22内に流入するSOの量に基づいて求められるということになる。
【0060】
本発明による第1実施例では、硫酸塩を形成することなくNO触媒22内に蓄えられているSOの量を表すSOカウント値QSが積算値SQFとされる。その上で、このSOカウント値QSが許容値QSAよりも大きいときには、微粒子酸化作用を禁止するようにしている。
【0061】
即ち、図5において矢印Xで示されるように機関背圧Pが上述した第1のしきい値P1よりも高くなったときに、SOカウント値QSが許容値QSAよりも大きいときには、微粒子酸化作用が行われず、即ち微粒子酸化作用が禁止される。SOカウント値QSが大きく従って硫酸塩を形成することなくNO触媒22内に蓄えられているSOの量が多いときに微粒子酸化作用を行うと、高濃度のサルフェートが大気中に排出される恐れがあるからである。
【0062】
硫酸塩を形成することなくNO触媒22内に蓄えられているSOは、NO触媒22内に流入する排気ガスの空燃比がリッチになると、NO触媒22の温度が比較的低くても、SOの形でNO触媒22から排出される。また、NO触媒22内に流入する排気ガスの空燃比AFPMがリッチのときには、補助触媒23内に流入する排気ガスの空燃比もリッチになっており、従ってNO触媒22から排出されたSOが補助触媒23内でもサルフェートSOまで酸化されない。
【0063】
そこで、QS>QSAのときには図5に示されるように、硫酸塩を形成することなくNO触媒22内に蓄えられているSOの量を例えばほぼゼロまで減少させるために、NO触媒22内に流入する排気ガスの空燃比AFPMを一時的にリッチに切り替えるリッチ処理を行うようにしている。
【0064】
この場合、NO触媒22内に流入する排気ガスの空燃比AFPMが目標リッチ空燃比AFNSに目標時間tNSだけ保持される。これら目標リッチ空燃比AFNS及び目標時間tNSを一定とすることもできる。しかしながら、硫酸塩を形成することなくNO触媒22内に蓄えられているSOの量が多いときには少ないときに比べて、硫酸塩を形成することなくNO触媒22内に蓄えられているSOの量を減少させるのに必要な還元剤の量は多くなる。従って、目標リッチ空燃比AFNS及び目標時間tNSをSOカウント値QSに応じて設定することもできる。即ち、図6(A)に示されるようにSOカウント値QSが大きいときには小さいときに比べて小さくなるように目標リッチ空燃比AFNSを設定することもできるし、図6(B)に示されるようにSOカウント値QSが大きいときには小さいときに比べて長くなるように目標時間tNSを設定することもできる。なお、リッチ処理を行うべきときには例えば図2の(I)に示されるように、排気行程に追加の燃料Qaが噴射される。
【0065】
また、リッチ処理では、NO触媒22の温度を上述したSO処理における要求温度以上にする必要がない。そこで本発明による第1実施例のリッチ処理では、NO触媒22の温度が要求温度を越えないようにしながらNO触媒22内に流入する排気ガスの空燃比AFPMを一時的にリッチに切り替えるようにしている。
【0066】
次いで、リッチ処理が完了すると、図5に示されるようにSOカウント値QSがクリアされ、次いで微粒子酸化作用が開始される。このとき、硫酸塩を形成することなくNO触媒22内に蓄えられているSOの量はほぼゼロであり、従って微粒子酸化作用を行ってもサルフェートSOが排出される恐れがない。
【0067】
このように機関背圧Pが第1のしきい値P1よりも高くなっても、SOカウント値QSが許容値QSAよりも大きければ、微粒子酸化作用が禁止される。しかしながら、機関背圧Pが第1のしきい値P1よりも高い第2のしきい値P2よりも高いときには、SOカウント値QSに関わらず、微粒子酸化作用を行うようにしている。パティキュレートフィルタ22b上の堆積微粒子量が多いときに微粒子酸化作用を禁止してリッチ処理を行うと、リッチ処理が完了した時点で堆積微粒子量がかなり多くなっている場合がある。この状態で微粒子酸化作用を行うと、パティキュレートフィルタ22b上の堆積微粒子がいっきに酸化し、その結果パティキュレートフィルタ22bの温度Tが局所的に急激に上昇してパティキュレートフィルタ22bが溶損する恐れがある。そこで、機関背圧Pが第2のしきい値P2よりも高く従ってパティキュレートフィルタ22b上の堆積微粒子量がかなり多いときには、微粒子酸化作用を禁止せず、直ちに堆積微粒子を酸化除去するようにしている。
【0068】
ところが、このときSOカウント値QSが大きい場合もあり、従ってこの状態で微粒子酸化作用を行うと高濃度のサルフェートSOが排出される恐れがあることは上述した通りである。そこで本発明による第1実施例では、微粒子酸化作用の制御パラメータをSOカウント値QSに基づいて設定するようにしている。
【0069】
即ち、本発明による第1実施例では図7に示されるように、SOカウント値QSが大きいときには小さいときに比べて、目標温度TPMが低くされている。硫酸塩を形成することなくNO触媒22内に蓄えられているSOが単位時間当たりにNO触媒22から排出される量は、NO触媒22の温度Tが高くなるにつれて多くなる。そこで、SOカウント値QSが大きく従って硫酸塩を形成することなくNO触媒22内に蓄えられているSOの量が多いときには、NO触媒22の温度Tが高くならないようにしている。
【0070】
目標温度TPMが低いときには、パティキュレートフィルタ22b上の堆積微粒子の酸化速度が低く、即ちパティキュレートフィルタ22b上のほぼ全ての堆積微粒子を酸化するために長時間を要する。そこで本発明による第1実施例では、目標温度TPMが低いときには高いときに比べて、目標時間tPMが長くなるようにしている。
【0071】
即ち、SOカウント値QSが小さいときには図8(A)に示されるように目標温度TPMが高くされ、目標時間tPMが短くされる。これに対し、SOカウント値QSが大きいときには図8(B)に示されるように目標温度TPMが低くされ、目標時間tPMが長くされる。このようにすると、大気中に高濃度のサルフェートSOが排出されるのを阻止しつつ、パティキュレートフィルタ22b上の堆積微粒子を確実に酸化除去することができる。
【0072】
ここで、目標温度TPMは図7に示されるように、下限値TL例えば300℃から上限値UL例えば650℃までの間に設定される。パティキュレートフィルタ22bの温度Tが下限値TLよりも低くなると微粒子の酸化が促進されず、上限値ULよりも高くなるとパティキュレートフィルタ22bが溶損する恐れがあるからである。
【0073】
また、機関背圧Pが第1のしきい値P1よりも高くなったときにSOカウント値QSが許容値QSAよりも小さいときにも、SOカウント値QSに基づいて目標温度TPM及び目標時間tPMが設定され、これら目標温度TPM及び目標時間tPMに従って微粒子酸化作用が行われる。
【0074】
図9は本発明による第1実施例の排気浄化制御ルーチンを示している。このルーチンは予め定められた処理サイクル時間毎の割り込みによって実行される。
【0075】
図9を参照すると、まずステップ110では、図3のステップ100で求められる積算値SQFがSOカウント値QSとされる。続くステップ111では、機関背圧Pが第1のしきい値P1よりも高いか否かが判別される。P≦P1のときには処理サイクルを終了し、P>P1のときには次いでステップ112に進み、SOカウント値QSが許容値QSAよりも大きいか否かが判別される。QS≦QSAのときには次いでステップ113に進み、微粒子酸化作用ルーチンが実行される。この微粒子酸化作用ルーチンは図10に示されている。
【0076】
これに対し、QS>QSAのときには次いでステップ114に進み、機関背圧Pが第2のしきい値P2よりも高いか否かが判別される。P>P2のときには次いでステップ113に進み、微粒子酸化作用ルーチンが実行される。P≦P2のときには次いでステップ115に進んでリッチ処理ルーチンが実行される。このリッチ処理ルーチンは図11に示されている。次いでステップ113に進んで微粒子酸化作用ルーチンが実行される。
【0077】
微粒子酸化作用ルーチンを示す図10を参照すると、まずステップ120では図7のマップから目標温度TPMが算出され、続くステップ121では図7のマップから目標時間tPMが算出され、続くステップ122では例えば膨張行程中に追加の燃料Qaが噴射される。続くステップ123では微粒子酸化作用が開始されてから目標時間tPMだけ経過したか否かが判別される。目標時間tPMだけ経過していないときにはステップ122に戻り、目標時間tPMだけ経過すると処理サイクルを終了する。
【0078】
リッチ処理ルーチンを示す図11を参照すると、まずステップ130では図6(A)のマップから目標リッチ空燃比AFNSが算出され、続くステップ131では図6(B)のマップから目標時間tNSが算出され、続くステップ132では追加の燃料Qaが排気行程に噴射される。続くステップ133ではリッチ処理が開始されてから目標時間tNSだけ経過したか否かが判別される。目標時間tNSだけ経過していないときにはステップ132に戻り、目標時間tNSだけ経過するとステップ134に進んでSOカウント値QSをクリアする。
【0079】
次に、本発明による第2実施例を説明する。
【0080】
上述したリッチ処理が直前に行われたときは別として、微粒子酸化作用が開始されてからの経過時間が長くなるにつれて、硫酸塩を形成することなくNO触媒22内に蓄えられているSOの量が次第に減少する。このように硫酸塩を形成することなくNO触媒22内に蓄えられているSOの量が少なくなったときには、パティキュレートフィルタ22bの温度Tが高くなっても、高濃度サルフェートSOが排出されない。
【0081】
そこで本発明による第2実施例では、微粒子酸化作用が開始されてからの経過時間が長くなると経過時間が短いときに比べて高くなるように微粒子酸化作用の目標温度TPMを設定している。即ち、図12に示される例では、微粒子酸化作用が時間dtだけ行われる毎に、目標温度TPMが初期値TPMiからdTだけステップ状に増大せしめられる。この初期値TPMiは例えば図7のマップから求めることができる。なお、目標温度TPMが上限温度TMAXまで上昇されると、上限温度TMAXに保持される。
【0082】
図13は本発明による第2実施例の微粒子酸化作用ルーチンを示している。この微粒子酸化作用ルーチンは図9のステップ113で実行される。
【0083】
図13を参照すると、まずステップ140では図7のマップからTPMが算出され、このTPMが目標温度の初期値TPMiとされる。続くステップ141では図7のマップから目標時間tPMが算出され、続くステップ142では例えば膨張行程中に追加の燃料Qaが噴射される。続くステップ143では微粒子酸化作用が開始されてから目標時間tPMだけ経過したか否かが判別される。目標時間tPMだけ経過していないときには次いでステップ144に進み、例えば図12のマップに従って目標温度TPMを更新した後にステップ142に戻る。次いで、目標時間tPMだけ経過すると処理サイクルを終了する。
【0084】
排気浄化装置のその他の構成及び作用は上述した第1実施例と同様であるので、説明を省略する。
【0085】
次に、本発明による第3実施例を説明する。
【0086】
NO触媒22から排出されるSOがサルフェートSOの形で排出されるのは上述したように、NO触媒22内のSOがサルフェートSOに酸化されるからであると考えられる。そうすると、微粒子酸化作用が行われてもこのときサルフェートSOへの酸化を抑制できれば、NO触媒22から排出されるサルフェートSOの量を抑制できることになる。一方、サルフェートSOへの酸化の生じ易さはNO触媒22内に流入する排気ガス中の酸素濃度に依存する。
【0087】
そこで本発明による第3実施例では、硫酸塩を形成することなくNO触媒22内に蓄えられているSOの量が多いときに少ないときに比べて低くなるように、微粒子酸化作用時にNO触媒22内に流入する排気ガス中の酸素濃度を制御している。具体的には、SOカウント値QSが大きいときには小さいときに比べて小さくなるように目標リーン空燃比AFLが設定され、微粒子酸化作用時にNO触媒22内に流入する排気ガスの空燃比AFPMがこの目標リーン空燃比AFLに一致するように制御される。この場合、流入排気ガスの空燃比AFPMが目標リーン空燃比AFLよりもリーンのときには例えば追加の燃料Qaが増量され、流入排気ガスの空燃比AFPMが目標リーン空燃比AFLよりもリッチのときには例えば追加の燃料Qaが減量される。
【0088】
その結果、サルフェートSOの生成を抑制しながら、パティキュレートフィルタ22b上の堆積微粒子を確実に酸化除去することができる。なお、本発明による第3実施例では、微粒子酸化作用の目標温度TPM及び目標時間tPMがそれぞれ一定値とされる。
【0089】
図15は本発明による第3実施例による微粒子酸化作用ルーチンを示している。この微粒子酸化作用ルーチンは図9のステップ113で実行される。
【0090】
図15を参照すると、まずステップ150では図14のマップから目標リーン空燃比AFPMが算出され、続くステップ151では例えば膨張行程中に追加の燃料Qaが噴射される。続くステップ152では微粒子酸化作用が開始されてから目標時間tPMだけ経過したか否かが判別される。目標時間tPMだけ経過していないときにはステップ151に戻り、目標時間tPMだけ経過すると処理サイクルを終了する。
【0091】
なお、本発明による第3実施例においても、図12及び図13を参照して説明した実施例におけるように、微粒子酸化作用の経過時間が長くなるにつれて目標リーン空燃比AFLが大きくなるようにしてもよい。
【0092】
排気浄化装置のその他の構成及び作用は上述した第1実施例と同様であるので、説明を省略する。
【0093】
次に、本発明による第4実施例を説明する。
【0094】
まず、図16のSO処理ルーチンを参照して本発明による第4実施例のSO処理を説明する。このルーチンは予め定められた処理サイクル時間毎の割り込みによって実行される。
【0095】
図16を参照すると、まずステップ160では、前回の処理サイクルから今回の処理サイクルまでに燃料噴射弁6から噴射された燃料量の合計値QFが積算値SQFに加算される(SQF=SQF+QF)。この積算値SQFは硫酸塩の形でNO触媒22内に蓄えられているSOの量を表している。続くステップ161では積算値SQFがSO許容量に相当する許容値SQFAよりも大きいか否かが判別される。SQF≦SQFAのときには処理サイクルを終了し、QS>QSAのときには次いでステップ162に進み、要求負荷Lが機関回転数Nの関数として定められている設定負荷X(N)よりも高いか否かが判別される。L≦X(N)のときには処理サイクルを終了する。これに対し、L>X(N)のときには次いでステップ163に進み、NO触媒22の温度を例えば550℃以上に保持しながらNO触媒22内に流入する排気ガスの空燃比がわずかばかりリッチになるように、膨張行程に追加の燃料Qaが一定時間だけ噴射される。続くステップ164では積算値SQFがクリアされる。
【0096】
即ち、図17に示されるように、要求負荷Lが設定負荷X(N)よりも低い低負荷運転時には燃焼温度が低いので、NO触媒22の温度を例えば550℃以上に保持するために多量の追加の燃料Qaが必要になる。これに対して、要求負荷Lが設定負荷X(N)よりも高い高負荷運転時には燃焼温度が高いので多量の追加の燃料Qaを要しない。
【0097】
そこで本発明による第4実施例では、SQF>SQFAとなったときにL≦X(N)のときにはSO処理を行わず、SQF>SQFAとなったときにL>X(N)のときにはSO処理を行うようにしている。このようにすると、NO触媒22から硫酸塩の形でNO触媒22内に蓄えられているSOの量を減少させるために必要な燃料量を低減することができる。
【0098】
このようなSO処理が行われると、硫酸塩の形でNO触媒22内に蓄えられているSOの量だけでなく、硫酸塩を形成することなくNO触媒22内に蓄えられているSOの量も減少し、しかもこのときNO触媒22内に流入する排気ガスの空燃比がリッチであるのでサルフェートSOが生成されない。
【0099】
さて、本発明による第4実施例でも、機関背圧Pがしきい値PAを越えたときに微粒子酸化作用が行われる。しかしながら、このしきい値PAは先のSO処理が行われてからの経過時間tSRに応じて設定され、図18に示される例では経過時間tSRが長いときには短いときに比べて小さくなるように設定されている。
【0100】
詳しく説明すると、図19(A)及び(B)に示されるように機関背圧Pがしきい値PAを越えると矢印Zで示されるように微粒子酸化作用が行われる。ここで、経過時間tSRが短く従ってしきい値PAが大きい場合には図19(A)に示されるように、先の微粒子酸化作用が行われてから次の微粒子酸化作用が行われるまでの時間間隔INTが長くなり、微粒子酸化作用の実行頻度が低くなる。これに対し、経過時間tSRが長く従ってしきい値PAが小さい場合には図19(B)に示されるように、時間間隔INTが短くなり、微粒子酸化作用の実行頻度が高くなる。
【0101】
上述したように、硫酸塩を形成することなくNO触媒22内に蓄えられているSOの量が多いときに微粒子酸化作用を行うと、高濃度のサルフェートSOが大気中に排出される恐れがある。しかしながら、逆に言えば、硫酸塩を形成することなくNO触媒22内に蓄えられているSOの量が少ないうちに微粒子酸化作用を行えば、高濃度のサルフェートSOが排出されないということになる。これが本発明による第4実施例の基本的な考え方である。
【0102】
SO処理が行われない限り、硫酸塩の形でNO触媒22内に蓄えられているSOの量は減少せず、従って経過時間tSRが長くなるにつれて、硫酸塩の形でNO触媒22内に蓄えられているSOの量が次第に増大する。このように、経過時間tSRは硫酸塩の形でNO触媒22内に蓄えられているSOの量を表している。
【0103】
一方、上述したように、硫酸塩の形でNO触媒22内に蓄えられているSOの量が多いときには少ないときに比べて、SOが硫酸塩を形成することなくNO触媒22内に蓄えられやすく、従って硫酸塩を形成することなくNO触媒22内に蓄えられているSOの量が速やかに増大すると考えられる。
【0104】
従って、硫酸塩を形成することなくNO触媒22内に蓄えられているSOの量が少ないうちに微粒子酸化作用を行うためには、硫酸塩の形でNO触媒22内に蓄えられているSOの量が多いときには少ないときに比べて、微粒子酸化作用の時間間隔INTを短くする必要がある。
【0105】
そこで本発明による第4実施例では、経過時間tSRが長いときには短いときに比べてしきい値PAが小さくなるようにしているのである。
【0106】
図16を参照して上述したように本発明による第4実施例では、硫酸塩の形でNO触媒22内に蓄えられているSOの量がSO許容量を越えたとしても、L≦X(N)である機関低負荷運転が行われる限りSO処理が行われない。このため、硫酸塩の形でNO触媒22内に蓄えられているSOの量がかなり多くなる場合があり、このとき硫酸塩を形成することなくNO触媒22内に蓄えられているSOの量もかなり多くなる恐れがある。
【0107】
このような場合でも本発明による第4実施例では、微粒子酸化作用の頻度が高められているので、硫酸塩を形成することなくNO触媒22内に蓄えられているSOの量が多くなるのが阻止されており、従って高濃度のサルフェートSOが排出されるのが阻止されている。
【0108】
微粒子酸化作用が行われたときに大気中に排出されるサルフェートSOの量は微粒子酸化作用が開始される時点で硫酸塩を形成することなくNO触媒22内に蓄えられているSOの量に応じて定まり、このSOの量はしきい値PAに応じて定まる。本発明による第4実施例では、微粒子酸化作用が行われたときに大気中に排出されるサルフェートSOの量が許容限界以下に維持されるようにしきい値PAが予め設定されている。
【0109】
ところで、このように微粒子酸化作用が開始される時点で硫酸塩を形成することなくNO触媒22内に蓄えられているSOの量に着目すると、本発明による第4実施例では、硫酸塩を形成することなくNO触媒22内に蓄えられているSOの量が或る一定量を越えたときに微粒子酸化作用を行うようにしていると見ることもできる。この場合の一定量は上述したサルフェートSOについての許容限界に相当するものであり、以下では限界量と称することにする。
【0110】
硫酸塩を形成することなくNO触媒22内に蓄えられているSOの量がこの限界量を越えたときに、SO処理や図5及び図6を参照して説明したリッチ処理を行うようにしてもよい。しかしながら、燃料消費率や機関背圧のことを考えると、微粒子酸化作用が好ましい。
【0111】
従って、本発明による第4実施例では一般的に言うと、硫酸塩を形成することなくNO触媒22内に蓄えられているSOの量が予め定められた限界量を越えたときには、NO触媒22の温度を上昇させて硫酸塩を形成することなくNO触媒22内に蓄えられているSOの量を減少させるようにしているということになる。
【0112】
図20は本発明による第4実施例の排気浄化制御ルーチンを示している。このルーチンは予め定められた処理サイクル時間毎の割り込みによって実行される。
【0113】
図20を参照すると、まずステップ170では、前回のSO処理が行われてからの経過時間tSRが算出される。続くステップ171では、図18のマップからしきい値PAが算出される。続くステップ172では、機関背圧Pがしきい値PAよりも高いか否かが判別される。P≦PAのときには処理サイクルを終了し、P>PAのときには次いでステップ173に進み、例えば図10に示される微粒子酸化作用ルーチンが実行される。
【0114】
排気浄化装置のその他の構成及び作用は上述した第1実施例と同様であるので、説明を省略する。
【0115】
これまで述べてきた本発明による各実施例では、NO触媒22がパティキュレートフィルタ22b上に担持されている。しかしながら、NO触媒22をパティキュレートフィルタ22bとは別個に形成してパティキュレートフィルタ22b下流の排気通路内に配置することもできる。また、上述した本発明による各実施例のように、内燃機関から排出される排気ガスの空燃比及び温度を制御することにより、NO触媒22又はパティキュレートフィルタ22b内に流入する排気ガスの空燃比及び温度を制御するようにした場合には、NO触媒22をパティキュレートフィルタ22b上流の排気通路内に配置するようにしてもよい。
【0116】
【発明の効果】
大気中に排出されるサルフェートの量を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】内燃機関の全体図である。
【図2】追加の燃料を説明するための図である。
【図3】SO処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図4】微粒子酸化作用を説明するための図である。
【図5】本発明による第1実施例を説明するための図である。
【図6】目標リッチ空燃比AFNS及び目標時間tNSを示す線図である。
【図7】目標温度TPM及び目標時間tPMを示す線図である。
【図8】温度変化の違いを説明するための図である。
【図9】排気浄化制御ルーチンを実行するためのフローチャートである。
【図10】微粒子酸化作用ルーチンを実行するためのフローチャートである。
【図11】リッチ処理ルーチンを実行するためのフローチャートである。
【図12】目標温度TPMの変化を示す線図である。
【図13】本発明による第2実施例の微粒子酸化作用ルーチンを実行するためのフローチャートである。
【図14】目標リーン空燃比AFLを示す線図である。
【図15】本発明による第3実施例の微粒子酸化作用ルーチンを実行するためのフローチャートである。
【図16】本発明による第4実施例のSO処理ルーチンを実行するためのフローチャートである。
【図17】設定負荷X(N)を示す線図である。
【図18】しきい値PAを示す線図である。
【図19】時間間隔INTを説明するための図である。
【図20】本発明による第4実施例の排気浄化制御ルーチンを実行するためのフローチャートである。
【符号の説明】
1…機関本体
20a,20b…排気管
22…NO触媒
22a…パティキュレートフィルタ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust emission control device for an internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a particulate filter for collecting particulates in the inflowing exhaust gas is disposed in the exhaust passage of the internal combustion engine in which combustion is continuously performed under a lean air-fuel ratio, and the inflowing exhaust gas NO in exhaust gas flowing in when the air-fuel ratio is leanXNO when storing the reducing agent in the exhaust gas when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing in decreasesXNO is being reduced and storedXNO decreases in quantityXIn order to carry the catalyst on the particulate filter and oxidize and remove the particulates collected on the particulate filter, the particulate filter is maintained while maintaining the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the particulate filter lean. 2. Description of the Related Art An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine that performs a particulate oxidation action that raises the temperature to a target temperature and maintains the target temperature for a target time is known (see, for example, Patent Document 1).
[0003]
NOXNO in the catalystXNot only sulfur, eg SOXIs stored in the form of sulfate, NO in the form of sulfateXSO stored in the catalystXIn order to reduce the amount of NOXMaintain the temperature of the catalyst at, for example, 550 ° C. or higher and NOXIt is also known that it is necessary to switch the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst to the stoichiometric air-fuel ratio or rich (see, for example, Patent Document 1). According to this, NOXEven if the temperature of the catalyst is high, the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lean, or even if the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is rich, NOXIf the temperature of the catalyst is low, NOXFrom catalyst to SOXWill not be discharged.
[0004]
[Patent Document 1]
JP 2002-155724 A
[Patent Document 2]
JP-A-53-100314
[Patent Document 3]
JP 2000-87734 A
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, according to the present inventor, NOXNO even if the average air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst is kept leanXWhen the temperature of the catalyst increases, NOXSO in exhaust gas flowing out of catalystXConcentration is NOXSO in the exhaust gas flowing into the catalystXIt has been confirmed that the concentration is temporarily higher than the concentration. This is NOXNO at higher catalyst temperaturesXSO stored in the catalystXIs discharged and this SOXNO without forming sulfateXIt means that it is stored in the catalyst. Therefore, if the particulate filter oxidizes the particulate filter, NOXSO stored from catalyst without forming sulfateXWill be discharged.
[0006]
However, since the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lean at this time, the stored SO is not formed without sulfate.2Is NOXSulfate SO in the catalyst3Oxidized to sulfate SO3NO in the form ofXThere is a risk of being discharged from the catalyst. NOXFrom catalyst to SO2Even if it is discharged as it is, NOXWhen a catalyst having oxidizing ability is disposed downstream of the catalyst, the sulfate SO is contained in the auxiliary catalyst.3There is a risk of oxidation.
[0007]
Accordingly, an object of the present invention is to provide an exhaust purification device for an internal combustion engine that can reduce the amount of sulfate discharged into the atmosphere.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, according to a first invention, for collecting particulates in exhaust gas flowing into an exhaust passage of an internal combustion engine in which combustion is continuously performed under a lean air-fuel ratio. When the air-fuel ratio of the particulate filter and the inflowing exhaust gas is lean or when its temperature is low, sulfur in the inflowing exhaust gas is stored without forming sulfate, and the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is In order to oxidize and remove fine particles collected on the particulate filter by arranging a sulfur storage agent that reduces the amount of sulfur stored without forming a sulfate when it becomes rich or when its temperature rises In addition, while maintaining the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the particulate filter lean, the temperature of the particulate filter is raised to the target temperature and the target temperature is reached for the target time. In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine that performs the fine particle oxidation action, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the sulfur storage agent coincides with the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the particulate filter. In addition, the particulate filter and the sulfur storage agent are arranged so that the temperature of the sulfur storage agent increases when the temperature of the particulate filter increases, and the temperature of the sulfur storage agent also decreases when the temperature of the particulate filter decreases. Obtain the amount of sulfur stored in the sulfur storage agent without forming a salt, and control the particulate oxidation action based on the amount of sulfur stored in the sulfur storage agent without forming the sulfate. I am doing so.
[0009]
According to a second aspect, in the first aspect, the target temperature for the fine particle oxidation action is set based on the amount of sulfur stored in the sulfur storage agent without forming the sulfate. ing.
[0010]
Further, according to a third aspect, in the second aspect, the fine particle oxidation is performed so that when the amount of sulfur stored in the sulfur storage agent without forming the sulfate is large, it is lower than when it is small. The target temperature of action is set.
[0011]
According to a fourth aspect, in the second aspect, the target time for the fine particle oxidation action is set to be longer when the target temperature for the fine particle oxidation action is low than when it is high.
[0012]
According to a fifth aspect, in the second aspect, the target temperature of the fine particle oxidation action is such that when the elapsed time from the start of the fine particle oxidation action becomes longer, the elapsed time becomes higher than when the elapsed time is short. Is set.
[0013]
According to a sixth invention, in the first invention, the sulfur flows into the sulfur storage agent during the fine particle oxidation action based on the amount of sulfur stored in the sulfur storage agent without forming the sulfate. The oxygen concentration in the exhaust gas is controlled.
[0014]
Further, according to a seventh aspect, in the sixth aspect, the oxygen concentration is lower when the amount of sulfur stored in the sulfur storage agent without forming the sulfate is larger than when it is small. Is controlling.
[0015]
According to the eighth invention, in the first invention, the amount of fine particles collected on the particulate filter is obtained, and the amount of fine particles collected on the particulate filter is determined in advance. The particulate oxidation action is performed when the first threshold value is exceeded, and the amount of sulfur stored in the sulfur storage agent without forming the sulfate is predetermined. When the amount is larger than the allowable amount, the fine particle oxidation action is prohibited regardless of the amount of fine particles collected on the particulate filter.
[0016]
According to a ninth aspect, in the eighth aspect, the second threshold amount is set such that the amount of the fine particles collected on the particulate filter is set to be larger than the first threshold amount. When exceeding, the fine particle oxidation action is performed regardless of the amount of sulfur stored in the sulfur storage agent without forming the sulfate.
[0017]
According to a tenth aspect, in the eighth aspect, sulfur does not form the sulfate when the amount of fine particles collected on the particulate filter exceeds the first threshold amount. When the amount of sulfur stored in the storage agent is larger than the allowable amount, the particulate oxidation effect is reduced after reducing the amount of sulfur stored in the sulfur storage agent without forming sulfate. Like to do.
[0018]
According to an eleventh aspect, in the first aspect, when the amount of sulfur stored in the sulfur storage agent without forming the sulfate exceeds a predetermined limit, the sulfur storage agent The amount of sulfur stored in the sulfur accumulating agent is decreased without increasing the temperature of the sulfur without forming the sulfate.
[0019]
According to a twelfth aspect of the invention, in the eleventh aspect of the invention, the particulate oxidation action is performed in order to increase the temperature of the sulfur storage agent.
[0020]
According to a thirteenth aspect of the present invention, in the first aspect, the sulfur storage agent is mixed with NO in the exhaust gas flowing in when the air-fuel ratio of the flowing exhaust gas is lean.XNO when storing the reducing agent in the exhaust gas when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing in decreasesXNO is being reduced and storedXNO decreases in quantityXIt is formed from a catalyst.
[0021]
According to a fourteenth aspect, in the first aspect, the sulfur storage agent is supported on the particulate filter.
[0022]
In this specification, the ratio of the air supplied into the exhaust passage upstream of a certain position of the exhaust passage, the combustion chamber, and the intake passage and the reducing agent such as hydrocarbon HC and carbon monoxide CO This is called the air-fuel ratio of the exhaust gas at the position.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 shows a case where the present invention is applied to a compression ignition type internal combustion engine. The present invention can also be applied to a spark ignition type internal combustion engine.
[0024]
Referring to FIG. 1, 1 is an engine body, 2 is a cylinder block, 3 is a cylinder head, 4 is a piston, 5 is a combustion chamber, 6 is an electrically controlled fuel injection valve, 7 is an intake valve, 8 is an intake port, 9 Is an exhaust valve, and 10 is an exhaust port. The intake port 8 is connected to a surge tank 12 via a corresponding intake branch pipe 11, and the surge tank 12 is connected to a compressor 15 of an exhaust turbocharger 14 via an intake duct 13. A throttle valve 17 driven by a step motor 16 is disposed in the intake duct 13, and a cooling device 18 for cooling intake air flowing through the intake duct 13 is disposed around the intake duct 13. In each of the embodiments according to the present invention, the throttle opening is maintained at the maximum opening in almost all operation regions, and is made smaller than the maximum opening when the required load L becomes considerably small, and when the required load L becomes zero, a small idle opening is performed. Done.
[0025]
On the other hand, the exhaust port 10 is connected to the inlet of the exhaust turbine 21 of the exhaust turbocharger 14 via the exhaust manifold 19 and the exhaust pipe 20, and the outlet of the exhaust turbine 21 is connected to the casing 22a via the exhaust pipe 20a. A particulate filter 22b for collecting particulates in the exhaust gas is accommodated in the casing 22a, and NO is applied to the particulate filter 22b as will be described later.XA catalyst 22 is supported. The catalytic converter 22 is connected to a casing 23a via an exhaust pipe 20b, and an auxiliary catalyst 23 having oxidation ability is accommodated in the casing 23a. In this case, NOXThe air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst 22 matches the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the particulate filter 22b, and NOXThe temperature of the catalyst 22 also matches the temperature of the particulate filter 22b.
[0026]
Still referring to FIG. 1, the exhaust manifold 19 and the surge tank 12 are connected to each other via an exhaust gas recirculation (hereinafter referred to as EGR) passage 24, and an electrically controlled EGR control valve 25 is provided in the EGR passage 24. Be placed. A cooling device 26 for cooling the EGR gas flowing in the EGR passage 24 is disposed around the EGR passage 24.
[0027]
On the other hand, each fuel injection valve 6 is connected to a fuel reservoir, so-called common rail 27, through a fuel supply pipe 6a. Fuel is supplied into the common rail 27 from an electrically controlled fuel pump 28 with variable discharge amount, and the fuel supplied into the common rail 27 is supplied to the fuel injection valve 6 via each fuel supply pipe 6a. A fuel pressure sensor 29 for detecting the fuel pressure in the common rail 27 is attached to the common rail 27, and a fuel pump 28 is set so that the fuel pressure in the common rail 27 becomes a target fuel pressure based on an output signal of the fuel pressure sensor 29. The discharge amount is controlled.
[0028]
The electronic control unit 40 is composed of a digital computer, and is connected to each other by a bidirectional bus 41. A ROM (read only memory) 42, a RAM (random access memory) 43, a CPU (microprocessor) 44, an input port 45 and an output port 46 It comprises. The output signal of the fuel pressure sensor 29 is input to the input port 45 via the corresponding AD converter 47. The exhaust pipe 20a upstream of the particulate filter 22b includes a pressure sensor 49 for detecting the pressure in the exhaust pipe 20a, that is, the engine back pressure, and NO.XAn air-fuel ratio sensor 50 for detecting the air-fuel ratio AFPM of the exhaust gas flowing into the catalyst 22 is attached, and NOXNO in the exhaust pipe 20b downstream of the catalyst 22XA temperature sensor 51 for detecting the temperature of the exhaust gas flowing out from the catalyst 22 is attached. The output voltages of these sensors 48, 49 and 50 are input to the input port 45 via the corresponding AD converters 47. Here, the air-fuel ratio sensor 50 is formed of an oxygen concentration sensor that detects the oxygen concentration in the exhaust gas. The temperature of the exhaust gas detected by the temperature sensor 51 is NO.XThe temperature of the catalyst 22 is shown.
[0029]
A load sensor 53 that generates an output voltage proportional to the amount of depression of the accelerator pedal 52 is connected to the accelerator pedal 52, and the output voltage of the load sensor 53 is input to the input port 45 via the corresponding AD converter 47. Further, a crank angle sensor 54 that generates an output pulse every time the crankshaft rotates, for example, 30 ° is connected to the input port 45. The CPU 44 calculates the engine speed N based on the output pulse from the crank angle sensor 54. On the other hand, the output port 46 is connected to the fuel injection valve 6, the throttle valve driving step motor 16, the EGR control valve 25, and the fuel pump 28 via corresponding drive circuits 48.
[0030]
NO on the partition walls of the particulate filter 22a, for example, on both side surfaces of the partition walls and the inner wall surfaces of the pores.XEach catalyst 22 is supported. This NOXThe catalyst 22 has, for example, alumina as a carrier, and an alkali metal such as potassium K, sodium Na, lithium Li and cesium Cs, an alkaline earth such as barium Ba and calcium Ca, lanthanum La and yttrium Y on the carrier. At least one selected from rare earths and a noble metal such as platinum Pt, palladium Pd, rhodium Rh, and iridium Ir are supported.
[0031]
NOXThe catalyst is NO when the average air-fuel ratio of the exhaust gas flowing in is lean.XNO when storing the reducing agent in the exhaust gas when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing in decreasesXNO is being reduced and storedXAccumulation and reduction action to reduce the amount of.
[0032]
NOXThe detailed mechanism of the accumulation and reduction action of the catalyst has not been fully clarified. However, the mechanism currently considered can be briefly described as follows, taking as an example the case where platinum Pt and barium Ba are supported on a carrier.
[0033]
That is, NOXWhen the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst becomes considerably leaner than the stoichiometric air-fuel ratio, the oxygen concentration in the inflowing exhaust gas greatly increases and oxygen O2Is O2 Or O2-It adheres to the surface of platinum Pt. On the other hand, NO in the inflowing exhaust gas adheres to the surface of platinum Pt and O on the surface of platinum Pt.2 Or O2-Reacts with NO2(NO + O2→ NO2+ O*Where O*Is active oxygen). Then the generated NO2Part of the NO is being oxidized further on platinum PtXNitrate ion NO while being absorbed in the catalyst and combined with barium oxide BaO3 NO in the form ofXIt diffuses into the catalyst. In this way NOXIs NOXStored in the catalyst.
[0034]
In contrast, NOXWhen the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst becomes rich or stoichiometric, the oxygen concentration in the exhaust gas decreases and NO2Production amount decreases and the reaction proceeds in the reverse direction (NO3 → NO + 2O*) And thus NOXNitrate ion NO in the catalyst3 NO in the form of NOXReleased from the catalyst. This released NOXWhen the exhaust gas contains a reducing agent, that is, HC or CO, it reacts with these HC and CO to be reduced. In this way, NO on the surface of platinum Pt.XNO when no longer existsXNO from catalyst to nextXIs released and reduced, NOXNO stored in the catalystXThe amount of is gradually reduced.
[0035]
NO without forming nitrateXStore NOXNO without releasingXIt is also considered possible to reduce In addition, active oxygen O*If you pay attention to, NOXThe catalyst is NOXWith the accumulation and release of oxygen*It can also be regarded as an active oxygen generating catalyst that generates
[0036]
On the other hand, the auxiliary catalyst 23 is formed of a noble metal catalyst containing noble metal such as platinum Pt without containing alkali metal, alkaline earth, and rare earth in each embodiment according to the present invention. However, the auxiliary catalyst 23 is the NO described above.XYou may form from a catalyst.
[0037]
The internal combustion engine shown in FIG. 1 continues to burn under a lean air-fuel ratio, and therefore NO.XThe air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst 22 is maintained lean. As a result, NO in the exhaust gasXIs NOXIt is stored in the catalyst 22.
[0038]
NO over timeXAccumulated NO in catalyst 22XThe amount increases gradually. Therefore, in each embodiment according to the present invention, NO is used.XAccumulated NO in catalyst 22XDetermine the amount, NOXAccumulated NO in catalyst 22XAmount is NOXWhen the allowable amount is exceeded, NOXNO stored in catalyst 22XNOXAccumulated NO in catalyst 22XNO to reduce the amountXThe air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst 22 is temporarily switched to rich.
[0039]
By the way, sulfur content is SO.XIs included in the form of NOXNO in the catalyst 22XNot only SOXCan also be stored. This SOXNOXThe accumulation mechanism in the catalyst 22 is NO.XThis is considered to be the same as the accumulation mechanism. That is, when the case where platinum Pt and barium Ba are supported on a carrier is simply described as an example, NOXWhen the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst 22 is lean, as described above, the oxygen O2Is O2 Or O2-Attached to the surface of platinum Pt in the form of SO2Adheres to the surface of platinum Pt and O on the surface of platinum Pt.2 Or O2-Reacts with SO3It becomes. The generated SO3NO is being oxidized on platinum PtXWhile being absorbed into the catalyst 22 and combined with barium oxide BaO, sulfate ions SO4 NO in the form ofXIt diffuses into the catalyst 22. This sulfate ion SO4 Then barium ion Ba+Combined with sulfate BaSO4Is generated.
[0040]
This sulfate BaSO4Is difficult to decompose, NOXEven if the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst 22 is simply rich, NOXSulfate BaSO in catalyst 224The amount of does not decrease. For this reason, as time passes, NOXSulfate BaSO in catalyst 224The amount of NO increases, resulting in NOXNO that the catalyst 22 can storeXThe amount of will decrease.
[0041]
However, NOXWhile maintaining the temperature of the catalyst 22 at a required temperature, for example, 550 ° C. or higher, NOXWhen the average air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst 22 is made the stoichiometric air-fuel ratio or rich, NOXSulfate BaSO in catalyst 224Decomposes into SO3NO in the form ofXReleased from the catalyst 22. This released SO3If exhaust gas contains a reducing agent, ie, HC or CO, it reacts with HC and CO to react with SO.2To be reduced. In this way NOXSulfate BaSO in the catalyst 224SO stored in the form ofXThe amount of NO decreases gradually, at this time NOXFrom catalyst 22 to SOXIs SO3It will not leak out.
[0042]
Therefore, in the first embodiment according to the present invention, NO in the form of sulfate.XSO stored in catalyst 22XThis amount of SOXThe amount of SO determined in advanceXWhen the allowable amount is exceeded, NO in the form of sulfateXSO stored in catalyst 22XTo reduce the amount of NOXWhile maintaining the temperature of the catalyst 22 at a required temperature, for example, 550 ° C. or higher, NOXSO that switches the average air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst 22 slightly slightlyXProcessing is performed.
[0043]
NOXThere are various methods for raising the temperature of the catalyst 22, such as NO.XAn electric heater is arranged at the upstream end of the catalyst 22, and NO is generated by the electric heater.XCatalyst 22 or NOXA method of heating the exhaust gas flowing into the catalyst 22, NOXNO is obtained by secondarily injecting fuel into the exhaust passage upstream of the catalyst 22 and burning the fuel.XNO2 by heating the catalyst 22 or increasing the temperature of exhaust gas discharged from the internal combustion engine.XThere is a method of increasing the temperature of the catalyst 22. Here, in order to raise the temperature of the exhaust gas discharged from the internal combustion engine, for example, the injection timing of the main fuel can be retarded, or in addition to the main fuel, an additional time can be added during the expansion stroke or the exhaust stroke. Fuel can also be injected.
[0044]
On the other hand, NOXThere are various methods for temporarily switching the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst 22 to rich. For example, a method of temporarily switching the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the combustion chamber 5 to rich,XThere is a method of temporarily injecting additional fuel or reducing agent into the exhaust passage upstream of the catalyst 22. Here, in order to switch the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the combustion chamber 5 to rich, for example, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture combusted in the combustion chamber 5 can be switched to rich, or the compression top dead center In addition to the main fuel injected nearby, additional fuel can be injected during the expansion stroke or the exhaust stroke.
[0045]
In the first embodiment according to the present invention, NOXNO in the catalyst 22XNOXAccumulated NO in catalyst 22XWhen the amount is to be decreased, additional fuel Qa is injected, for example, in the exhaust stroke, as shown in FIG. In contrast, NOXAccumulated SO in catalyst 22XWhen the amount should be decreased, as shown in FIG. 2 (II), for example, additional fuel Qa is injected in the expansion stroke. If it does in this way, it will be in the combustion chamber 5 or NO in additional fuel Qa.XThe amount of fuel combusted in the catalyst 22 increases, so NOXNO while maintaining the temperature of the catalyst 22 highXIt becomes possible to make the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst 22 rich. In FIG. 2, Qm indicates the main fuel that is normally injected near the compression top dead center.
[0046]
Figure 3 shows NO in the form of sulfate.XSO stored in catalyst 22XSO to reduce the amount ofXA processing routine is shown. This routine is executed by interruption every predetermined processing cycle time. Referring to FIG. 3, first, in step 100, the total value QF of the fuel amount injected from the fuel injection valve 6 from the previous processing cycle to the current processing cycle is added to the integrated value SQF (SQF = SQF + QF). NO in the form of sulfateXSO stored in catalyst 22XThe amount of NO is per unit timeXSO flowing into the catalyst 22XDepending on the integrated value of the amount of NO per unit timeXSO flowing into the catalyst 22XThis amount depends on the amount of fuel injected from the fuel injection valve 6. Therefore, the integrated value SQF obtained by integrating the total amount QF of the fuel injected from the fuel injection valve 6 and the additional fuel within a predetermined time is NO in the form of sulfate.XSO stored in catalyst 22XRepresents the amount of.
[0047]
In the following step 101, the integrated value SQF is calculated as the SO described above.XIt is determined whether or not it is larger than an allowable value SQFA corresponding to the allowable amount. When SQF ≦ SQFA, the processing cycle is terminated. When QS> QSA, the process proceeds to step 102.XWhile maintaining the temperature of the catalyst 22 at, for example, 550 ° C. or higher, NOXAdditional fuel Qa is injected for a certain period of time in the expansion stroke so that the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst 22 becomes slightly rich. In the subsequent step 103, the integrated value SQF is cleared.
[0048]
On the other hand, fine particles mainly composed of carbon solid contained in the exhaust gas are collected on the particulate filter 22b. As described above, the internal combustion engine shown in FIG. 1 is continuously combusted under a lean air-fuel ratio, and NOXSince the catalyst 22 has an oxidizing ability, if the temperature of the particulate filter 22b is maintained at a temperature at which particulates can be oxidized, for example, 250 ° C. or more, the particulates are oxidized and removed on the particulate filter 22b. The
[0049]
In this case, the above-mentioned NOXNO of catalyst 22XAccording to the accumulation and reduction mechanism of NOXNO in the catalyst 22XNO is also stored whenXActive oxygen is also generated when is released. This active oxygen is oxygen O2Therefore, the particulates deposited on the particulate filter 22b are rapidly oxidized. That is, NO on the particulate filter 22b.XWhen the catalyst 22 is supported, the particulates deposited on the particulate filter 22b are oxidized regardless of whether the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the particulate filter 22b is lean or rich. In this way, the fine particles are continuously oxidized.
[0050]
However, if the temperature of the particulate filter 22b is not maintained at a temperature that can oxidize the particulates or if the amount of particulates flowing into the particulate filter 22b per unit time becomes considerably large, the particulates that accumulate on the particulate filter 22b. Gradually increases, and the pressure loss of the particulate filter 22b increases.
[0051]
Therefore, in the first embodiment according to the present invention, for example, when the amount of particulates deposited on the particulate filter 22b exceeds the allowable amount of particulates, the air-fuel ratio AFPM of the exhaust gas flowing into the particulate filter 22b is maintained lean while maintaining the particulates. Fine particle oxidation is performed such that the temperature T of the curate filter 22b is raised to the target temperature TPM and maintained at the target temperature TPM for the target time tPM. When this fine particle oxidation action is performed, the fine particles deposited on the particulate filter 22b are ignited and burned and removed.
[0052]
More specifically, in the first embodiment according to the present invention, as shown by the arrow X in FIG. 4, when the engine back pressure P detected by the pressure sensor 49 becomes higher than the first threshold value P1, It is determined that the amount of fine particles deposited on the particulate filter 22b has exceeded the allowable fine particle amount. At this time, the fine particle oxidation action is started, that is, the temperature T of the particulate filter 22b is raised. Next, when the temperature T of the particulate filter 22b reaches the target temperature TPM, the target temperature TPM is maintained, and then when the target time tPM has elapsed since the start of the particulate oxidation action, the particulate oxidation action is stopped, and therefore the particulate filter. The temperature T of 22b falls. Note that the target time tPM shown in FIG. 4 is the time during which the particulate oxidation action is performed, but also represents the time during which the temperature T of the particulate filter 22b is maintained at the target temperature TPM. Further, the target time tPM is a time necessary for making the amount of deposited fine particles on the particulate filter 22b substantially zero, for example.
[0053]
Further, in the first embodiment according to the present invention, when the particulate oxidation action is to be performed, as shown in FIG. 2 (III), for example, additional fuel Qa is injected in the expansion stroke. For this reason, the air-fuel ratio AFPM of the exhaust gas flowing into the particulate filter 22b is slightly reduced during the particulate oxidation action. In this case, when the temperature T of the particulate filter 22b is lower than the target temperature TPM, for example, the additional fuel Qa is increased, and the temperature of the exhaust gas discharged from the internal combustion engine is increased. On the other hand, when the temperature T of the particulate filter 22b is higher than the target temperature TPM, for example, the additional fuel Qa is reduced, and the temperature of the exhaust gas discharged from the internal combustion engine is lowered. In this way, the temperature T of the particulate filter 22b is maintained at the target temperature TPM.
[0054]
However, as I mentioned at the beginning, NOXEven if the average air-fuel ratio AFPM of the exhaust gas flowing into the catalyst 22 is maintained lean, NOXWhen the temperature of the catalyst 22 increases, NOXSO in the exhaust gas flowing out from the catalyst 22XConcentration is NOXSO in the exhaust gas flowing into the catalyst 22XIt has been confirmed that the concentration is temporarily higher than the concentration. This is NOXWhen the temperature of the catalyst 22 increases, NOXSO stored in catalyst 22XIs discharged and this SOXNO without forming sulfateXIt means that it is stored in the catalyst 22.
[0055]
This SOXWhat is NOXWhether it is stored in the catalyst 22 is not necessarily clear, but is considered to be stored as follows. That is, as described above, NOXSO in the exhaust gas flowing into the catalyst 222Is first stored, for example, in the form of sulfate after depositing on the platinum Pt surface. NO in the form of sulfateXSO stored in catalyst 22XWhen the amount of SO is small, SO deposited on the platinum Pt surface2Form sulfates relatively easily. However, SO stored in sulfate formXAs the amount of SO increases, the SO adhering to the platinum Pt surface2Becomes difficult to form sulfate, SO2It continues to adhere on the platinum Pt surface. In this way SOXCan be stored without forming sulfate. Like this, NOXSO stored in the form of sulfate in the catalyst 22XIf so, SO can be stored without forming sulfate.XThere will be.
[0056]
For example, the particulate oxidation action is started and NOXWhen the temperature of the catalyst 22 is, for example, 300 ° C. or higher, the stored SO is formed without forming a sulfate.2Is NOXIt is discharged from the catalyst 22. NO at this timeXSince the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst 22 is maintained lean, this SO2Is NOXSulfate SO in the catalyst 22 or in the auxiliary catalyst 233There is a risk of oxidation.
[0057]
Therefore, in each example according to the present invention, NO is formed without forming a sulfate.XSO stored in catalyst 22XThis amount of SOXThe fine particle oxidation action is controlled on the basis of the amount of.
[0058]
NO without forming sulfateXSO stored in catalyst 22XIt is difficult to directly determine the amount. However, NO in the form of sulfateXSO stored in catalyst 22XWhen the integrated value SQF representing the amount of sulfur is small, the sulfate is easily formed as described above, and therefore the SO that can be stored without forming the sulfate.XWhen the integrated value SQF becomes large and the accumulated value SQF becomes large, it is difficult to form sulfates, so SO that can be stored without forming sulfates.XThe amount of
[0059]
Then, the integrated value SQF is NO in the form of sulfate.XSO stored in catalyst 22XNot only represents the amount of NO, but also NO without forming sulfateXSO stored in catalyst 22XIt means that the amount of. NO in the form of sulfateXSO stored in catalyst 22XAmount of NOXSO flowing into the catalyst 22XConsidering that it is required based on the amount of NO, NO without forming sulfateXSO stored in catalyst 22XNo amount of NOXSO flowing into the catalyst 22XIt will be determined based on the amount of.
[0060]
In the first embodiment according to the present invention, NO is formed without forming sulfate.XSO stored in catalyst 22XRepresents the amount of SOXThe count value QS is set as the integrated value SQF. On top of that, this SOXWhen the count value QS is larger than the allowable value QSA, the particulate oxidation action is prohibited.
[0061]
That is, when the engine back pressure P becomes higher than the first threshold value P1 as shown by the arrow X in FIG.XWhen the count value QS is larger than the allowable value QSA, the particulate oxidation action is not performed, that is, the particulate oxidation action is prohibited. SOXThe count value QS is large, so NO without forming sulfateXSO stored in catalyst 22XThis is because if a fine particle oxidation action is performed when the amount of selenium is large, a high concentration of sulfate may be discharged into the atmosphere.
[0062]
NO without forming sulfateXSO stored in catalyst 22XIs NOXWhen the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst 22 becomes rich, NOXEven if the temperature of the catalyst 22 is relatively low, the SO2NO in the form ofXIt is discharged from the catalyst 22. NOXWhen the air-fuel ratio AFPM of the exhaust gas flowing into the catalyst 22 is rich, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the auxiliary catalyst 23 is also rich, and therefore NO.XSO discharged from the catalyst 222Is sulphate SO even in the auxiliary catalyst 23.3Not oxidized until.
[0063]
Therefore, when QS> QSA, as shown in FIG. 5, NO is formed without forming sulfate.XSO stored in catalyst 22XIn order to reduce the amount of NO, for example to almost zero, NOXA rich process for temporarily changing the air-fuel ratio AFPM of the exhaust gas flowing into the catalyst 22 to rich is performed.
[0064]
In this case, NOXThe air-fuel ratio AFPM of the exhaust gas flowing into the catalyst 22 is held at the target rich air-fuel ratio AFNS for the target time tNS. These target rich air-fuel ratio AFNS and target time tNS can be made constant. However, NO without forming sulfateXSO stored in catalyst 22XWhen the amount of NO is large, NO is not formed without the formation of sulfate compared to when it is small.XSO stored in catalyst 22XThe amount of reducing agent required to reduce the amount of is increased. Therefore, the target rich air-fuel ratio AFNS and the target time tNS are set to SO.XIt can also be set according to the count value QS. That is, as shown in FIG.XThe target rich air-fuel ratio AFNS can be set so as to be smaller when the count value QS is large than when it is small, or as shown in FIG.XThe target time tNS can be set to be longer when the count value QS is large than when it is small. When the rich process is to be performed, for example, as shown in FIG. 2I, additional fuel Qa is injected in the exhaust stroke.
[0065]
In rich processing, NOXThe temperature of the catalyst 22 is set to the SO described above.XIt is not necessary to exceed the temperature required for processing. Therefore, in the rich processing of the first embodiment according to the present invention, NO is used.XNO while keeping the temperature of the catalyst 22 from exceeding the required temperatureXThe air-fuel ratio AFPM of the exhaust gas flowing into the catalyst 22 is temporarily switched to rich.
[0066]
Next, when the rich process is completed, as shown in FIG.XThe count value QS is cleared, and then the particulate oxidation action is started. At this time, NO without forming sulfateXSO stored in catalyst 22XThe amount of sulfite is almost zero, so even if the fine particle oxidation action is performed, sulfate SO3There is no fear of being discharged.
[0067]
Even when the engine back pressure P becomes higher than the first threshold value P1, the SOXIf the count value QS is larger than the allowable value QSA, the particulate oxidation action is prohibited. However, when the engine back pressure P is higher than the second threshold P2, which is higher than the first threshold P1, the SOXRegardless of the count value QS, fine particle oxidation is performed. If the rich processing is performed by prohibiting the particulate oxidation action when the amount of the deposited particulate on the particulate filter 22b is large, the amount of the deposited particulate may be considerably increased when the rich processing is completed. When the particulate oxidation action is performed in this state, the deposited particulates on the particulate filter 22b are oxidized at the same time, and as a result, the temperature T of the particulate filter 22b is rapidly increased locally and the particulate filter 22b may be melted. is there. Therefore, when the engine back pressure P is higher than the second threshold value P2, and therefore the amount of deposited particulates on the particulate filter 22b is considerably large, the particulate oxidation action is not prohibited, and the deposited particulates are immediately oxidized and removed. Yes.
[0068]
However, at this time SOXIn some cases, the count value QS is large. Therefore, if fine particle oxidation is performed in this state, a high concentration of sulfate SO is obtained.3As described above, there is a risk that the gas will be discharged. Therefore, in the first embodiment according to the present invention, the control parameter of the particulate oxidation action is set to SO.XIt is set based on the count value QS.
[0069]
That is, in the first embodiment according to the present invention, as shown in FIG.XWhen the count value QS is large, the target temperature TPM is set lower than when the count value QS is small. NO without forming sulfateXSO stored in catalyst 22XNO per unit timeXThe amount discharged from the catalyst 22 is NO.XIt increases as the temperature T of the catalyst 22 increases. So, SOXThe count value QS is large, so NO without forming sulfateXSO stored in catalyst 22XNO when there is a lot ofXThe temperature T of the catalyst 22 is prevented from becoming high.
[0070]
When the target temperature TPM is low, the oxidation rate of the deposited fine particles on the particulate filter 22b is low, that is, it takes a long time to oxidize almost all the deposited fine particles on the particulate filter 22b. Therefore, in the first embodiment according to the present invention, the target time tPM is made longer when the target temperature TPM is low than when it is high.
[0071]
That is, SOXWhen the count value QS is small, the target temperature TPM is raised and the target time tPM is shortened as shown in FIG. In contrast, SOXWhen the count value QS is large, the target temperature TPM is lowered as shown in FIG. 8B, and the target time tPM is lengthened. In this way, a high concentration of sulfate SO in the atmosphere.3The particulate matter deposited on the particulate filter 22b can be surely oxidized and removed while preventing the discharge of water.
[0072]
Here, as shown in FIG. 7, the target temperature TPM is set between a lower limit value TL, eg, 300 ° C., and an upper limit value UL, eg, 650 ° C. This is because when the temperature T of the particulate filter 22b is lower than the lower limit value TL, the oxidation of the fine particles is not promoted, and when the temperature T is higher than the upper limit value UL, the particulate filter 22b may be melted.
[0073]
Further, when the engine back pressure P becomes higher than the first threshold value P1, the SOXEven when the count value QS is smaller than the allowable value QSA, the SOXThe target temperature TPM and the target time tPM are set based on the count value QS, and the particulate oxidation action is performed according to the target temperature TPM and the target time tPM.
[0074]
FIG. 9 shows an exhaust purification control routine of the first embodiment according to the present invention. This routine is executed by interruption every predetermined processing cycle time.
[0075]
Referring to FIG. 9, first, at step 110, the integrated value SQF obtained at step 100 of FIG.XThe count value is QS. In the following step 111, it is determined whether or not the engine back pressure P is higher than the first threshold value P1. When P ≦ P1, the processing cycle is terminated. When P> P1, the routine proceeds to step 112, where SOXIt is determined whether or not the count value QS is larger than the allowable value QSA. When QS ≦ QSA, the routine proceeds to step 113 where the particulate oxidation action routine is executed. This fine particle oxidation action routine is shown in FIG.
[0076]
On the other hand, when QS> QSA, the routine proceeds to step 114 where it is judged if the engine back pressure P is higher than the second threshold value P2. When P> P2, the routine proceeds to step 113 where a particulate oxidation action routine is executed. When P ≦ P2, the routine proceeds to step 115 where the rich processing routine is executed. This rich processing routine is shown in FIG. Next, the routine proceeds to step 113, where the particulate oxidation action routine is executed.
[0077]
Referring to FIG. 10 showing the particulate oxidation action routine, first, at step 120, the target temperature TPM is calculated from the map of FIG. 7, and at step 121, the target time tPM is calculated from the map of FIG. Additional fuel Qa is injected during the stroke. In the following step 123, it is determined whether or not the target time tPM has elapsed since the particulate oxidation action was started. When the target time tPM has not elapsed, the process returns to step 122, and when the target time tPM has elapsed, the processing cycle is terminated.
[0078]
Referring to FIG. 11 showing the rich processing routine, first, at step 130, the target rich air-fuel ratio AFNS is calculated from the map of FIG. 6A, and at step 131, the target time tNS is calculated from the map of FIG. 6B. In the subsequent step 132, additional fuel Qa is injected into the exhaust stroke. In the following step 133, it is determined whether or not the target time tNS has elapsed since the rich process was started. When the target time tNS has not elapsed, the routine returns to step 132, and when the target time tNS has elapsed, the routine proceeds to step 134 where SOXThe count value QS is cleared.
[0079]
Next, a second embodiment according to the present invention will be described.
[0080]
Aside from when the above-described rich treatment is performed immediately before, as the elapsed time from the start of the particulate oxidation action becomes longer, NO is not formed without forming a sulfate.XSO stored in catalyst 22XThe amount of is gradually reduced. Thus, NO without forming sulfateXSO stored in catalyst 22XWhen the amount of the particulate matter decreases, even if the temperature T of the particulate filter 22b increases, the high concentration sulfate SO3Is not discharged.
[0081]
Therefore, in the second embodiment according to the present invention, the target temperature TPM of the fine particle oxidation action is set so that the longer the elapsed time after the fine particle oxidation action is started, the higher the elapsed time is. That is, in the example shown in FIG. 12, every time the particulate oxidation action is performed for the time dt, the target temperature TPM is increased stepwise from the initial value TPMi by dT. This initial value TPMi can be obtained from, for example, the map of FIG. When the target temperature TPM is raised to the upper limit temperature TMAX, the target temperature TPM is held at the upper limit temperature TMAX.
[0082]
FIG. 13 shows the fine particle oxidation routine of the second embodiment according to the present invention. This particulate oxidation action routine is executed in step 113 of FIG.
[0083]
Referring to FIG. 13, first, at step 140, TPM is calculated from the map of FIG. 7, and this TPM is set as the initial value TPMi of the target temperature. In the subsequent step 141, the target time tPM is calculated from the map of FIG. 7, and in the subsequent step 142, for example, additional fuel Qa is injected during the expansion stroke. In the next step 143, it is determined whether or not the target time tPM has elapsed since the particulate oxidation action was started. When the target time tPM has not elapsed, the routine proceeds to step 144, where the target temperature TPM is updated according to the map of FIG. 12, for example, and then the routine returns to step 142. Next, when the target time tPM has elapsed, the processing cycle is terminated.
[0084]
Since the other configuration and operation of the exhaust gas purification apparatus are the same as those of the first embodiment described above, description thereof is omitted.
[0085]
Next, a third embodiment according to the present invention will be described.
[0086]
NOXSO discharged from the catalyst 22XSulfate SO3As mentioned above, NO is discharged in the form of NO.XSO in the catalyst 222Sulfate SO3This is thought to be due to oxidation. Then, even if fine particle oxidation is performed, sulfate SO3If you can suppress the oxidation to NOXSulfate SO discharged from the catalyst 223The amount of can be suppressed. On the other hand, sulfate SO3NO is easily oxidized to NOXThis depends on the oxygen concentration in the exhaust gas flowing into the catalyst 22.
[0087]
Therefore, in the third embodiment according to the present invention, NO is formed without forming sulfate.XSO stored in catalyst 22XNO during the fine particle oxidation so that it is lower than when it is small when the amount is largeXThe oxygen concentration in the exhaust gas flowing into the catalyst 22 is controlled. Specifically, SOXWhen the count value QS is large, the target lean air-fuel ratio AFL is set so as to be smaller than when the count value QS is small.XThe air-fuel ratio AFPM of the exhaust gas flowing into the catalyst 22 is controlled so as to coincide with the target lean air-fuel ratio AFL. In this case, when the air-fuel ratio AFPM of the inflowing exhaust gas is leaner than the target lean air-fuel ratio AFL, for example, the additional fuel Qa is increased, and when the air-fuel ratio AFPM of the inflowing exhaust gas is richer than the target lean air-fuel ratio AFL, for example The fuel Qa is reduced.
[0088]
As a result, sulfate SO3The particulates deposited on the particulate filter 22b can be surely oxidized and removed while suppressing the generation of. In the third embodiment according to the present invention, the target temperature TPM and the target time tPM of the particulate oxidation action are set to constant values.
[0089]
FIG. 15 shows a fine particle oxidation routine according to the third embodiment of the present invention. This particulate oxidation action routine is executed in step 113 of FIG.
[0090]
Referring to FIG. 15, first, at step 150, the target lean air-fuel ratio AFPM is calculated from the map of FIG. 14, and at subsequent step 151, for example, additional fuel Qa is injected during the expansion stroke. In the subsequent step 152, it is determined whether or not the target time tPM has elapsed since the particulate oxidation action was started. When the target time tPM has not elapsed, the process returns to step 151, and when the target time tPM has elapsed, the processing cycle ends.
[0091]
In the third embodiment according to the present invention, as in the embodiment described with reference to FIGS. 12 and 13, the target lean air-fuel ratio AFL is increased as the elapsed time of the particulate oxidation action becomes longer. Also good.
[0092]
Since the other configuration and operation of the exhaust gas purification apparatus are the same as those of the first embodiment described above, description thereof is omitted.
[0093]
Next, a fourth embodiment according to the present invention will be described.
[0094]
First, the SO in FIG.XThe SO of the fourth embodiment according to the present invention with reference to the processing routineXProcessing will be described. This routine is executed by interruption every predetermined processing cycle time.
[0095]
Referring to FIG. 16, first, in step 160, the total value QF of the fuel amount injected from the fuel injection valve 6 from the previous processing cycle to the current processing cycle is added to the integrated value SQF (SQF = SQF + QF). This integrated value SQF is NO in the form of sulfate.XSO stored in catalyst 22XRepresents the amount. In the following step 161, the integrated value SQF is SO.XIt is determined whether or not it is larger than an allowable value SQFA corresponding to the allowable amount. When SQF ≦ SQFA, the processing cycle is terminated. When QS> QSA, the routine proceeds to step 162, where it is determined whether or not the required load L is higher than a set load X (N) determined as a function of the engine speed N. Determined. When L ≦ X (N), the processing cycle is terminated. On the other hand, when L> X (N), the routine proceeds to step 163, where NOXWhile maintaining the temperature of the catalyst 22 at, for example, 550 ° C. or higher, NOXAdditional fuel Qa is injected for a certain period of time in the expansion stroke so that the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst 22 becomes slightly rich. In the following step 164, the integrated value SQF is cleared.
[0096]
That is, as shown in FIG. 17, since the combustion temperature is low during low load operation where the required load L is lower than the set load X (N), NOXIn order to maintain the temperature of the catalyst 22 at, for example, 550 ° C. or higher, a large amount of additional fuel Qa is required. On the other hand, since the combustion temperature is high during a high load operation in which the required load L is higher than the set load X (N), a large amount of additional fuel Qa is not required.
[0097]
Therefore, in the fourth embodiment according to the present invention, when SQF> SQFA, when L ≦ X (N), SOXNo processing is performed, and SQF> SQFA, and if L> X (N), SOXProcessing is performed. In this way, NOXNO in the form of sulfate from the catalyst 22XSO stored in catalyst 22XThe amount of fuel required to reduce the amount of fuel can be reduced.
[0098]
Such SOXOnce treated, NO in the form of sulfateXSO stored in catalyst 22XAs well as the amount of NO without forming sulfateXSO stored in catalyst 22XThe amount ofXSince the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst 22 is rich, the sulfate SO3Is not generated.
[0099]
In the fourth embodiment according to the present invention, the particulate oxidation action is performed when the engine back pressure P exceeds the threshold value PA. However, this threshold PA is equal to the previous SO.XIt is set according to the elapsed time tSR after the processing is performed, and in the example shown in FIG. 18, it is set to be smaller when the elapsed time tSR is longer than when it is shorter.
[0100]
More specifically, as shown in FIGS. 19A and 19B, when the engine back pressure P exceeds a threshold value PA, a particulate oxidation action is performed as indicated by an arrow Z. Here, when the elapsed time tSR is short and therefore the threshold value PA is large, as shown in FIG. 19A, the time from the previous fine particle oxidation action to the next fine particle oxidation action is performed. The interval INT becomes longer, and the frequency of performing the fine particle oxidation action becomes lower. On the other hand, when the elapsed time tSR is long and the threshold value PA is small, as shown in FIG. 19B, the time interval INT is shortened, and the execution frequency of the particulate oxidation action is increased.
[0101]
As mentioned above, NO without forming sulfateXSO stored in catalyst 22XIf the fine particle oxidation action is performed when the amount of sulfite is large, a high concentration of sulfate SO3May be released into the atmosphere. However, conversely, NO without forming sulfateXSO stored in catalyst 22XIf the fine particle oxidation action is performed while the amount of sulfite is small, a high concentration of sulfate SO3Will not be discharged. This is the basic concept of the fourth embodiment according to the present invention.
[0102]
SOXUnless treated, NO in the form of sulfateXSO stored in catalyst 22XThe amount of NO does not decrease, so as the elapsed time tSR increases, NO in the sulfate formXSO stored in catalyst 22XThe amount of increases gradually. Thus, the elapsed time tSR is NO in the form of sulfate.XSO stored in catalyst 22XRepresents the amount.
[0103]
On the other hand, as described above, NO in the form of sulfate.XSO stored in catalyst 22XWhen there is a large amount of SO, compared to when it is small, SOXNO without forming sulfateXEasily stored in the catalyst 22, so NO without forming sulfateXSO stored in catalyst 22XIt is believed that the amount of increases rapidly.
[0104]
Therefore, NO without forming sulfateXSO stored in catalyst 22XIn order to perform fine particle oxidation while the amount of NO is small, NO in the form of sulfateXSO stored in catalyst 22XIt is necessary to shorten the time interval INT of the fine particle oxidation action when the amount of is large is smaller than when it is small.
[0105]
Therefore, in the fourth embodiment according to the present invention, the threshold value PA is made smaller when the elapsed time tSR is longer than when it is shorter.
[0106]
As described above with reference to FIG. 16, in the fourth embodiment according to the present invention, NO in the form of sulfate.XSO stored in catalyst 22XAmount of SOXEven if the allowable amount is exceeded, as long as the engine low load operation with L ≦ X (N) is performed, SOXProcessing is not performed. Therefore, NO in the form of sulfateXSO stored in catalyst 22XThe amount of NO may be significantly increased, and at this time NO without forming sulfate.XSO stored in catalyst 22XThe amount of can be quite large.
[0107]
Even in such a case, in the fourth embodiment according to the present invention, since the frequency of the fine particle oxidation action is increased, NO is formed without forming sulfate.XSO stored in catalyst 22XIs prevented from increasing, and therefore high concentrations of sulfate SO3Is prevented from being discharged.
[0108]
Sulfate SO discharged into the atmosphere when fine particle oxidation is performed3The amount of NO is NO without the formation of sulfate at the start of particulate oxidation.XSO stored in catalyst 22XThis SO is determined according to the amount ofXIs determined in accordance with the threshold value PA. In the fourth embodiment according to the present invention, the sulfate SO discharged into the atmosphere when the particulate oxidation action is performed.3The threshold value PA is set in advance so that the amount is maintained below the allowable limit.
[0109]
By the way, NO is formed without forming sulfate at the time when the particulate oxidation action is started in this way.XSO stored in catalyst 22XFocusing on the amount of NO, in the fourth embodiment according to the present invention, NO is formed without forming sulfate.XSO stored in catalyst 22XIt can also be seen that the particulate oxidation action is performed when the amount exceeds a certain fixed amount. In this case, a certain amount is the sulfate SO described above.3This is equivalent to the allowable limit for and is hereinafter referred to as a limit amount.
[0110]
NO without forming sulfateXSO stored in catalyst 22XWhen the amount of SO exceeds this limitXThe rich process described with reference to the process and FIGS. 5 and 6 may be performed. However, considering the fuel consumption rate and engine back pressure, the particulate oxidation action is preferable.
[0111]
Therefore, generally speaking in the fourth embodiment according to the present invention, NO is formed without forming a sulfate.XSO stored in catalyst 22XWhen the amount exceeds the predetermined limit, NOXNO without increasing the temperature of the catalyst 22 to form sulfateXSO stored in catalyst 22XIt means that the amount of is reduced.
[0112]
FIG. 20 shows an exhaust purification control routine of the fourth embodiment according to the present invention. This routine is executed by interruption every predetermined processing cycle time.
[0113]
Referring to FIG. 20, first, in step 170, the previous SO.XAn elapsed time tSR after the processing is performed is calculated. In the subsequent step 171, the threshold value PA is calculated from the map of FIG. In the following step 172, it is determined whether or not the engine back pressure P is higher than a threshold value PA. When P ≦ PA, the processing cycle is terminated, and when P> PA, the routine proceeds to step 173, where, for example, a particulate oxidation action routine shown in FIG. 10 is executed.
[0114]
Since the other configuration and operation of the exhaust gas purification apparatus are the same as those of the first embodiment described above, description thereof is omitted.
[0115]
In each of the embodiments according to the present invention described so far, NOXThe catalyst 22 is supported on the particulate filter 22b. However, NOXThe catalyst 22 may be formed separately from the particulate filter 22b and disposed in the exhaust passage downstream of the particulate filter 22b. Further, as in each of the embodiments according to the present invention described above, by controlling the air-fuel ratio and temperature of the exhaust gas discharged from the internal combustion engine, NO.XIf the air-fuel ratio and temperature of the exhaust gas flowing into the catalyst 22 or the particulate filter 22b are controlled, NOXThe catalyst 22 may be disposed in the exhaust passage upstream of the particulate filter 22b.
[0116]
【The invention's effect】
The amount of sulfate discharged into the atmosphere can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall view of an internal combustion engine.
FIG. 2 is a diagram for explaining an additional fuel.
FIG. 3 SOXIt is a flowchart which shows a process routine.
FIG. 4 is a view for explaining a fine particle oxidizing action.
FIG. 5 is a diagram for explaining a first embodiment according to the present invention;
FIG. 6 is a diagram showing a target rich air-fuel ratio AFNS and a target time tNS.
FIG. 7 is a diagram showing a target temperature TPM and a target time tPM.
FIG. 8 is a diagram for explaining a difference in temperature change.
FIG. 9 is a flowchart for executing an exhaust purification control routine.
FIG. 10 is a flowchart for executing a fine particle oxidation routine.
FIG. 11 is a flowchart for executing a rich processing routine;
FIG. 12 is a diagram showing a change in a target temperature TPM.
FIG. 13 is a flowchart for executing a particulate oxidation action routine according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a diagram showing a target lean air-fuel ratio AFL.
FIG. 15 is a flowchart for executing a fine particle oxidation action routine according to a third embodiment of the present invention;
FIG. 16 shows SO of the fourth embodiment according to the present invention.XIt is a flowchart for performing a processing routine.
FIG. 17 is a diagram showing a set load X (N).
FIG. 18 is a diagram showing a threshold value PA.
FIG. 19 is a diagram for explaining a time interval INT.
FIG. 20 is a flowchart for executing an exhaust purification control routine of a fourth embodiment according to the present invention.
[Explanation of symbols]
1 ... Engine body
20a, 20b ... exhaust pipe
22 ... NOXcatalyst
22a ... Particulate filter

Claims (14)

リーン空燃比のもとで継続して燃焼が行われる内燃機関の排気通路内に、流入する排気ガス中の微粒子を捕集するためのパティキュレートフィルタと、流入する排気ガスの空燃比がリーンのとき又はその温度が低いときに、流入する排気ガス中のイオウを、硫酸塩を形成することなく蓄え、流入する排気ガスの空燃比がリッチになるか又はその温度が高くなると硫酸塩を形成することなく蓄えているイオウの量が減少するイオウ蓄積剤とを配置し、パティキュレートフィルタ上に捕集されている微粒子を酸化除去するために、パティキュレートフィルタ内に流入する排気ガスの空燃比をリーンに維持しながら、パティキュレートフィルタの温度を目標温度まで上昇させ該目標温度に目標時間だけ保持する微粒子酸化作用を行うようにした内燃機関の排気浄化装置において、イオウ蓄積剤内に流入する排気ガスの空燃比がパティキュレートフィルタ内に流入する排気ガスの空燃比と一致するように、かつパティキュレートフィルタの温度が上昇するとイオウ蓄積剤の温度も上昇しパティキュレートフィルタの温度が低下するとイオウ蓄積剤の温度も低下するように、パティキュレートフィルタ及びイオウ蓄積剤が配置されており、硫酸塩を形成することなくイオウ蓄積剤内に蓄えられているイオウの量を求め、該硫酸塩を形成することなくイオウ蓄積剤内に蓄えられているイオウの量に基づいて微粒子酸化作用を制御するようにした内燃機関の排気浄化装置。In the exhaust passage of the internal combustion engine where the combustion is continuously performed under the lean air-fuel ratio, the particulate filter for collecting particulates in the inflowing exhaust gas, and the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lean When or when the temperature is low, sulfur in the inflowing exhaust gas is stored without forming sulfate, and when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas becomes rich or the temperature becomes high, sulfate is formed. In order to oxidize and remove fine particles collected on the particulate filter, an air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the particulate filter is set. An internal combustion engine that performs particulate oxidation that raises the temperature of the particulate filter to a target temperature and maintains the target temperature for a target time while maintaining a lean state. When the temperature of the particulate filter rises so that the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the sulfur storage agent coincides with the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the particulate filter, the sulfur storage agent The particulate filter and the sulfur storage agent are arranged so that the temperature of the particulate filter rises and the temperature of the sulfur storage agent decreases when the temperature of the particulate filter decreases, and it is stored in the sulfur storage agent without forming sulfate. An exhaust emission control device for an internal combustion engine, wherein the amount of sulfur being obtained is determined, and the particulate oxidation action is controlled based on the amount of sulfur stored in the sulfur storage agent without forming the sulfate. 前記硫酸塩を形成することなくイオウ蓄積剤内に蓄えられているイオウの量に基づいて前記微粒子酸化作用の目標温度を設定するようにした請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein a target temperature of the particulate oxidation action is set based on the amount of sulfur stored in the sulfur storage agent without forming the sulfate. 前記硫酸塩を形成することなくイオウ蓄積剤内に蓄えられているイオウの量が多いときには少ないときに比べて低くなるように前記微粒子酸化作用の目標温度を設定する請求項2に記載の内燃機関の排気浄化装置。3. The internal combustion engine according to claim 2, wherein the target temperature of the fine particle oxidation action is set so as to be lower when the amount of sulfur stored in the sulfur storage agent without forming the sulfate is larger than when it is small. Exhaust purification equipment. 前記微粒子酸化作用の目標温度が低いときには高いときに比べて長くなるように前記微粒子酸化作用の目標時間を設定する請求項2に記載の内燃機関の排気浄化装置。3. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 2, wherein the target time for the fine particle oxidation action is set to be longer when the target temperature for the fine particle oxidation action is low than when it is high. 前記微粒子酸化作用が開始されてからの経過時間が長くなると該経過時間が短いときに比べて高くなるように前記微粒子酸化作用の目標温度を設定する請求項2に記載の内燃機関の排気浄化装置。The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to claim 2, wherein the target temperature of the fine particle oxidation action is set so that the elapsed time from the start of the fine particle oxidation action becomes longer than that when the elapsed time is short. . 前記硫酸塩を形成することなくイオウ蓄積剤内に蓄えられているイオウの量に基づき、前記微粒子酸化作用時にイオウ蓄積剤内に流入する排気ガス中の酸素濃度を制御するようにした請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。The oxygen concentration in the exhaust gas flowing into the sulfur storage agent during the particulate oxidation action is controlled based on the amount of sulfur stored in the sulfur storage agent without forming the sulfate. 2. An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to 1. 前記硫酸塩を形成することなくイオウ蓄積剤内に蓄えられているイオウの量が多いときには少ないときに比べて低くなるように前記酸素濃度を制御する請求項6に記載の内燃機関の排気浄化装置。The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to claim 6, wherein the oxygen concentration is controlled to be lower when the amount of sulfur stored in the sulfur accumulating agent without forming the sulfate is large than when it is small. . パティキュレートフィルタ上に捕集されている微粒子の量が求められ、該パティキュレートフィルタ上に捕集されている微粒子の量が予め定められた第1のしきい量を越えたときに前記微粒子酸化作用が行われるようになっており、前記硫酸塩を形成することなくイオウ蓄積剤内に蓄えられているイオウの量が予め定められた許容量よりも多いときには、該パティキュレートフィルタ上に捕集されている微粒子の量に関わらず、前記微粒子酸化作用を禁止するようにした請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。When the amount of fine particles collected on the particulate filter is determined and the amount of fine particles collected on the particulate filter exceeds a predetermined first threshold amount, the fine particle oxidation is performed. When the amount of sulfur stored in the sulfur storage agent without forming the sulfate is larger than a predetermined allowable amount, it is collected on the particulate filter. 2. The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the particulate oxidation action is prohibited regardless of the amount of particulates that are applied. 前記パティキュレートフィルタ上に捕集されている微粒子の量が、第1のしきい量よりも多く設定された第2のしきい量を越えたときには、前記硫酸塩を形成することなくイオウ蓄積剤内に蓄えられているイオウの量に関わらず、前記微粒子酸化作用を行うようにした請求項8に記載の内燃機関の排気浄化装置。When the amount of fine particles collected on the particulate filter exceeds a second threshold amount set larger than the first threshold amount, the sulfur storage agent is formed without forming the sulfate. The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to claim 8, wherein the particulate oxidation action is performed regardless of the amount of sulfur stored in the interior. 前記パティキュレートフィルタ上に捕集されている微粒子の量が第1のしきい量を越えたときに前記硫酸塩を形成することなくイオウ蓄積剤内に蓄えられているイオウの量が前記許容量よりも多いときには、硫酸塩を形成することなくイオウ蓄積剤内に蓄えられているイオウの量を減少させた後に、前記微粒子酸化作用を行うようにした請求項8に記載の内燃機関の排気浄化装置。When the amount of the fine particles collected on the particulate filter exceeds the first threshold amount, the amount of sulfur stored in the sulfur storage agent without forming the sulfate is the allowable amount. 9. The exhaust gas purification of an internal combustion engine according to claim 8, wherein the particulate oxidation action is performed after the amount of sulfur stored in the sulfur storage agent is reduced without forming a sulfate salt when the amount is greater than apparatus. 前記硫酸塩を形成することなくイオウ蓄積剤内に蓄えられているイオウの量が予め定められた限界量を越えたときには、イオウ蓄積剤の温度を上昇させて前記硫酸塩を形成することなくイオウ蓄積剤内に蓄えられているイオウの量を減少させるようにした請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。When the amount of sulfur stored in the sulfur storage agent without forming the sulfate exceeds a predetermined limit, the temperature of the sulfur storage agent is increased to form sulfur without forming the sulfate. 2. The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the amount of sulfur stored in the storage agent is reduced. イオウ蓄積剤の温度を上昇させるために前記微粒子酸化作用を行うようにした請求項11に記載の内燃機関の排気浄化装置。The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to claim 11, wherein the particulate oxidation action is performed in order to raise the temperature of the sulfur storage agent. 前記イオウ蓄積剤を、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに流入する排気ガス中のNOを蓄え、流入する排気ガスの空燃比が低下したときに排気ガス中に還元剤が含まれていると蓄えているNOを還元して蓄えているNOの量が減少するNO触媒から形成した請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。The sulfur storage agent, the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is stored in the NO X in the exhaust gas flowing at the time of the lean air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas includes the reducing agent in the exhaust gas when the reduced in which the accumulated amount of which NO X that stored by reducing NO X and has an exhaust purification system of an internal combustion engine according to claim 1 formed from NO X catalyst decreases. 前記イオウ蓄積剤が前記パティキュレートフィルタ上に担持されている請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the sulfur storage agent is carried on the particulate filter.
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