JP4221125B2 - Exhaust gas purification device for lean combustion internal combustion engine - Google Patents

Exhaust gas purification device for lean combustion internal combustion engine Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、希薄燃焼内燃機関の排気浄化装置に関し、特に、大気中への硫化水素(H2S)の排出を抑制可能な排気浄化装置に関する。
【0002】
【関連する背景技術】
リーン空燃比での機関運転中、燃料ひいては排ガス中に含まれる硫黄成分(S成分)が排気浄化装置内で酸素と反応して硫黄酸化物が生成され、この硫黄酸化物が例えば硫酸塩として触媒に付着することが知られている。この付着物質は、触媒が高温かつリッチ空燃比の排ガスに晒されるような機関運転中に二酸化硫黄として脱離し放出されるが、この際、特に排気空燃比のリッチ度合が大きい場合には、二酸化硫黄とともに硫化水素(H2S)が生成される。H2Sには異臭があるため、大気中へのH2Sの排出量が多くなると問題を生じる。これに関連して、触媒にニッケルなどのH2S放出抑制剤を添加してH2S放出を抑制する技術が知られている。例えば三元触媒を用いた排気浄化システムでは、三元触媒に付着したS成分により生成されたH2Sに対してH2S放出抑制剤としてニッケル酸化物を添加するものがあり、この場合、通常、触媒容量1リットルあたり5グラム程度添加される。
【0003】
内燃機関とくに希薄燃焼内燃機関では、燃費および排気特性の向上を企図して、できる限り広い機関運転域でリーン燃焼運転が行われるが、このリーン燃焼運転中に内燃機関から排出される窒素酸化物を三元触媒によって充分に浄化できないことから、希薄燃焼内燃機関の排気浄化装置には吸蔵型NOx触媒を装備したものがあり、この種の排気浄化装置を有した内燃機関においてもH2S放出量を抑制することが望ましい。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、上記の公知技術に徴して、H2S放出を抑制するべくニッケル酸化物を添加してなる三元触媒を吸蔵型NOx触媒の下流側に配置することが考えられるが、この種の公知技術の三元触媒を配置しただけではS吸蔵量すなわちH2S生成量が三元触媒より多い吸蔵型NOx触媒を有した排気浄化装置からのH2S放出量を充分に抑制することは困難である。
【0005】
また、三元触媒の下流に配されたNOx吸蔵還元触媒にニッケルを添加してなる排気浄化装置が特開平10−317946号公報に提案されているが、この提案装置のようにNOx吸蔵剤といっしょにニッケルを添加した場合にはNOx浄化能力が低下する場合がある。
本発明は、NOx吸蔵触媒を有する排気浄化装置を装備した希薄燃焼内燃機関からのH2S放出量を、NOx吸蔵触媒の浄化能力を損なうことなしに、充分に抑制可能な排気浄化装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の発明に係る排気浄化装置は、NOx吸蔵触媒の下流にH(硫化水素)放出抑制触媒を設け、NOx吸蔵触媒に添加された吸蔵剤に対してモル比で30ないし300%のHS放出抑制剤をHS放出抑制触媒に添加したことを特徴とする。好ましくは、吸蔵剤に対して例えばニッケル酸化物であればモル比で50ないし100%のHS放出抑制剤を添加する。
【0009】
請求項1に記載の発明によれば、NOx吸蔵触媒から放出されたS成分から多量のHSが生成された場合にも大気中へのHSの放出が防止される。すなわち、HSの生成量の最大値は主としてNOx吸蔵触媒の硫黄分吸蔵能力に対応するNOx吸蔵触媒へのNOx吸蔵剤の添加量に応じて決まるが、本発明ではNOx吸蔵剤の添加量に応じてHS放出抑制触媒へのHS放出抑制剤の添加量の下限値が設定されており、HS放出抑制触媒は多量のHSを吸蔵可能である。その一方で、HS放出抑制剤の添加量の上限値が設定されており、HS放出抑制触媒自体のHS放出抑制機能以外の浄化性能も担保される。
【0010】
また、請求項1に記載の発明において、硫黄成分放出制御手段により、NOx吸蔵触媒は、硫黄成分の吸蔵量が所定量を上回るか或いはその虞があるときにNOx吸蔵触媒からの硫黄成分の放出を促す硫黄成分放出制御(強制Sパージ)が行われる。
さらに、硫黄成分放出制御手段は、硫化水素放出速度検出手段より検出される排ガス中の硫化水素濃度の増加度合いが車速に応じて可変設定される所定値を上回った場合には、上記強制SパージによるNOx触媒の硫黄成分の放出の抑制を行う。
この好適態様によれば、NOx吸蔵触媒装置の硫黄成分による被毒によってその浄化性能が低下したときに、強制Sパージを実施することにより浄化性能を再生する一方、排ガス中の硫化水素濃度の増加度合いが高い場合には強制Sパージの抑制を行うことで、硫化水素放出抑制触媒に添加された硫化水素放出抑制剤(酸化ニッケル)のHS吸蔵・放出機能を最大限に活用することができる。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第1実施形態による排気浄化装置を装備した希薄燃焼内燃機関を説明する。
本実施形態の希薄燃焼内燃機関は、吸気行程での燃料噴射に加えて、圧縮行程や膨張行程での燃料噴射を必要に応じて実施可能な筒内噴射型火花点火式直列4気筒ガソリンエンジンから構成されている。この筒内噴射型エンジンでの燃料噴射モードは、エンジン運転域の変化に応じて種々に変化し、これに伴って混合気の空燃比が超リーン空燃比からリッチ空燃比にわたって変化し、所要のエンジン出力を発生しつつ燃費及び排気特性の向上が図られる。この種の筒内噴射型エンジンは従来公知であり、以下、簡略に説明する。
【0012】
図1に示すように、エンジン1のシリンダヘッド2には各気筒毎に点火プラグ4とともに電磁式の燃料噴射弁6が取り付けられている。燃料噴射弁6は、燃料タンク、低圧燃料ポンプおよび高圧燃料ポンプを有した燃料供給装置(図示略)に燃料パイプを介して接続され、燃料タンク内の燃料を燃料噴射弁6から燃焼室8内に所望の燃圧で直接に噴射できるようになっている。
【0013】
シリンダヘッド2には各気筒毎に略直立方向に吸気ポートが形成され、各吸気ポートは吸気マニホールド10の一端に連通している。吸気マニホールド10の他端側に設けられたスロットル弁11には、スロットル開度θthを検出するスロットルセンサ11aが設けられている。また、シリンダヘッド2には各気筒毎に略水平方向に排気ポートが形成され、各排気ポートは排気マニホールド12の一端に連通している。
【0014】
排気マニホールド12には排気管(排気通路)14を介してマフラー(図示せず)が接続され、また、排気管14には排気温度を検出する高温センサ16が設けられている。
本実施形態の排気浄化装置は、エンジン1に近接して排気管14内に配された小型の近接三元触媒20と、排気管14内において近接三元触媒20の下流に配された排気浄化触媒装置30とを有している。排気浄化触媒装置30は、吸蔵型NOx触媒(NOx吸蔵触媒装置)30aと、その下流に配された三元触媒(H2S放出抑制触媒装置)30bとを有している。参照符号32は、三元触媒30bの下流に配されNOx濃度を検出するNOxセンサ32を表す。
【0015】
吸蔵型NOx触媒30aは、白金(Pt),ロジウム(Rh)等の貴金属からなる触媒種とバリウム(Ba)、カリウム(K)等のアルカリ金属やアルカリ土類金属からなるNOx吸蔵剤とを含むものであって、酸化雰囲気においてNOxを一旦硝酸塩X−NO3として吸蔵する機能と、主としてCOの存在する還元雰囲気中においてNOxをN2(窒素)等に還元させる機能とを持つ。この吸蔵型NOx触媒30aには、NOxのみならず、排ガス中に含まれる硫黄成分の酸化物SOxも硫酸バリウムBaSO4などの硫酸塩X−SO4として吸蔵される。下記の反応式に示すように、この硫酸塩X−SO4は、吸蔵型NOx触媒30aが還元雰囲気に晒されたときにSO2となり、この際に硫化水素(H2S)が生成される。
【0016】
BaSO4+CO→BaCO3+SO2
SO2+H2→H2S+O2
NOx触媒30aに硫酸塩が付着しているとそのNOx浄化効率が低下するので、硫酸塩の除去を企図して、一般には、NOx触媒温度を上昇させると共に混合気をリッチ化する所謂強制Sパージが周期的に実施されるが、この際に異臭を放つH2Sが生成される。また、車両の登坂路走行時や加速運転時のようにエンジン1が高負荷域で運転される場合、エンジン1がリッチ空燃比で運転されるとともにNOx触媒温度が上昇するので、硫酸塩からSO2が脱離し放出され、これに伴ってH2Sが生成される(自然Sパージ)。
【0017】
上記の反応式から明らかなように、H2Sの生成量は、NOx触媒30aへの硫酸塩(S成分)の付着量が増大するほど大きくなる。NOx触媒へのS成分の付着量すなわち吸蔵量は、三元触媒の場合に比べて多く、NOx触媒を備えた排気浄化装置では多量のH2Sが生成される傾向がある。
本実施形態では、強制Sパージ中や自然Sパージ中における大気へのH2Sの放出を抑制するべく、三元触媒30bに対してH2S放出抑制剤としての酸化ニッケルを添加している。この酸化ニッケルは、図2および下記の反応式に示すように、NOx触媒30aから放出されたH2Sを硫化ニッケルに転化させるように作用し、従って、酸化ニッケルを添加してなる三元触媒30bはH2Sを吸蔵する機能を奏することになる。斯く吸蔵されたH2Sは、酸化雰囲気中で酸素と反応して臭気の少ないSO2に転化し放出される。
【0018】
2S+NiO→NiS+O2
NiS+3/2*O2→NiO+SO2
上記の反応式から明らかなように、三元触媒30bへの酸化ニッケルの添加量が多いほど、三元触媒30bのH2S吸蔵能力が高まるが、一方では、三元触媒30bの三元機能が低下する傾向がある。
【0019】
本実施形態では、NOx触媒30aからH2Sが多量に放出された場合にもH2Sを吸蔵可能とするようなH2S吸蔵能力を担保するべく、酸化ニッケルの添加量の下限値は、三元触媒30bの容量1リットルあたり10グラム以上、好ましくは15グラム以上の値に定められる。また、三元触媒30bの三元機能の低下を許容可能なものに留めるべく、酸化ニッケルの添加量の上限値は、35グラム以下、好ましくは25グラム以下の値に定められる。すなわち、三元触媒30bへの酸化ニッケルの添加量は、三元触媒30bの容量1リットルあたり10ないし35グラム、好ましくは15ないし25グラムの範囲内の値に設定される。なお、酸化ニッケルに代えてニッケルを添加しても良く、この場合、ニッケルの添加量の上下限値は、酸化ニッケル添加量の上下限値に換算することにより求めることができる。
【0020】
上記の酸化ニッケル添加量の設定に関連して、本発明者等は、酸化ニッケル換算で触媒容量1リットルあたり0、5、10、15及び20グラムのニッケルを添加してなる三元触媒のそれぞれについて、NOx触媒を昇温させてNOx触媒からH2Sを放出させつつ三元触媒下流の排ガス中のH2S濃度を計測する実験を行った。図3は、時間経過に伴うNOx触媒温度の変化およびH2S濃度の変化を、ニッケル添加量を異にする三元触媒のそれぞれについて示す。また、図3の実験データに基づいて酸化ニッケル添加量とH2S濃度ピーク値との関係を示す図4のグラフを作成した。
【0021】
図3から分かるように、上記のニッケル添加量領域にあってはニッケル添加量が大であるほどH2S濃度が減少する。また、三元触媒に酸化ニッケルを触媒容量1リットルあたり20グラム添加することにより、酸化ニッケル添加量が1リットルあたり5グラムの場合に比べて、H2S濃度ピーク値を約4分の1まで低減できることが図4から分かる。
【0022】
上記のように構成された本実施形態の排気浄化装置によれば、エンジン1の冷態始動時などにおいても近接三元触媒20が速やかに活性化されて排気浄化が行われ、また、エンジン1のリーン燃焼運転時にはNOx触媒30aによりNOxが吸蔵される。更に、高負荷域でのエンジン運転に伴う自然Sパージ時には、NOx触媒30aから放出されるH2SがNiO添加の三元触媒30bによりNiSの形で吸蔵されて大気中へのH2Sの排出が抑制される。
【0023】
本実施形態の排気浄化装置は、NOx触媒30aの所要のNOx浄化効率を維持するべく、強制Sパージ(より一般的にはNOx触媒からのS成分の放出を促す硫黄成分放出制御)を実施可能になっている。この強制Sパージは、排気浄化装置の制御手段の制御下で実施される。
本実施形態では、エンジン1の運転制御を司る電子コントロールユニット(ECU)40が、この制御手段の機能を併有している。
【0024】
ECU40は、入出力装置、記憶装置(ROM、RAM、不揮発性RAM等)、中央処理装置(CPU)、タイマカウンタ等を備え、その入力側にはスロットルセンサ11a、クランク角センサ13、高温センサ16、NOxセンサ32等の各種センサ類が接続され、その出力側には点火プラグ4や燃料噴射弁6等が接続されている。
【0025】
エンジン運転制御に関連して、ECU40は、各種センサ類から入力した検出情報に基づいて燃料噴射モードを選択すると共に燃料噴射量や点火時期などを演算するようになっている。例えば、スロットルセンサ11aからのスロットル開度情報θthとクランク角センサ13からのクランク角情報に基づいて検出したエンジン回転速度情報Neとに基づいてエンジン負荷に対応する目標筒内圧(目標平均有効圧Pe)が求められ、この目標平均有効圧Peとエンジン回転速度情報Neとに応じて燃料噴射モードが設定される。そして、目標平均有効圧Peとエンジン回転速度Neとから設定される目標空燃比(目標A/F)に基づいて燃料噴射量が決定される。
【0026】
強制Sパージに関連して、ECU40は、図5に示す強制Sパージ制御ルーチンを実施する。なお、ECU40の制御下でNOxパージのための空燃比制御が実施されるが、斯かる空燃比制御は従来公知であり、その説明を省略する。
強制Sパージ制御ルーチンでは、Sパージ条件が成立しているか否かが判別される(ステップS1)。Sパージ条件は種々に設定可能であり、例えば、前回の強制Sパージが終了した時点からのリーン燃焼運転の合計実行時間が所定時間に達したときにSパージ条件の成立を判別可能である。本実施形態では、NOx触媒30aに吸蔵されたSOxの推定量Qsが所定量に達したときにSパージ条件の成立を判別するようにしている。
【0027】
このSパージ条件判別にあたり、推定SOx吸蔵量Qsが例えば次式(1)から求められる。
Qs= Qs(n-1)+ΔQf・K−Rs …(1)
K=K1・K2・K3 …(2)
Rs=α・R1・R2・dT …(3)
ここで、Qs(n-1)は推定SOx吸蔵量の前回値、ΔQfは本制御ルーチンの実行周期当たりの燃料噴射積算量を示す。
【0028】
Kは、上記の式(2)から演算される補正係数であり、空燃比A/F、燃料中のS含有量および触媒温度Tcatのそれぞれに応じた被毒度合を表す3つのS被毒係数K1、K2及びK3の積で表される。
Rsは、制御ルーチン実行周期当たりの放出S量を示し、上記の式(3)から求められる。式(3)中、αは単位時間当たりの放出率(設定値)であり、dTは燃料噴射制御ルーチンの実行周期を示し、R1及びR2は、触媒温度Tcatおよび空燃比A/Fのそれぞれに応じた放出能力係数を示す。
【0029】
触媒温度Tcatは、高温センサ16により検出された排気温度を温度差マップ(図示略)から読み出した温度差で補正することにより求められる。温度差マップは予め実験等により設定されるもので、この温度差マップにおいて、触媒温度Tcatと排気温度との差は、目標平均有効圧Peとエンジン回転速度情報Neとの関数で与えられる。
【0030】
Sパージ条件の成立がステップS1で判別された場合、Sパージモードが設定されると共にSパージモード設定時点からの経過時間を計測するタイマがリセットされてから起動される(ステップS2)。そして、H2S放出速度すなわち時間に対するH2S濃度の増加度合が所定値を上回っているか否かが判別される(ステップS3)。
【0031】
2S放出速度は、センサにより検出される実際のH2S放出速度情報から検出しても良いが、本実施形態では、エンジン回転数Ne、目標平均有効圧Pe、1吸気行程あたりの吸入空気量A/N、車速、触媒温度Tcat、排気温度、エンジン冷却水温などの関数で表されるエンジン運転状態に応じてマップ(図示略)から求めるようにしている。このため、各種エンジン運転状態におけるH2S放出速度を求める実験が行われ、実験結果に基づいてマップが予め作成される。
【0032】
2S放出速度の判定のための所定値は、排気管14の出口付近にいる人々にH2Sの臭気を感じさせるようなH2S濃度の下限値に対応する値(以下、限界値という)に設定される。この限界値は、特に車速に応じて変化する。すなわち、車両走行時にはたとえ排気管14からH2Sが放出されたとしてもH2Sは大気中へ速やかに拡散され、臭気を感じる限界値は比較的高くなる。一方、車両走行停止時にはH2Sは拡散し難く、限界値は小さなものになる。従って、H2S放出速度の所定値は車速に応じて設定することが好ましく、本実施例では、車速の関数として表される限界値を予めマップ化しておき、車速に応じて定まる限界値をマップから読み出すようにしている。但し、H2S放出速度の所定値を可変設定することは必須ではなく、固定値を用いても良い。
【0033】
一般に、Sパージモード設定直後にあっては、H2S放出速度は所定値を上回らず、ステップS3での判別結果は否定(No)になる。この場合、Sパージ運転が行われる(ステップS4)。
Sパージ運転では、吸蔵型NOx触媒30aを還元雰囲気に晒すべく、目標A/Fを所定のリッチ空燃比(例えば12)に設定してリッチ空燃比運転を実施し、排気空燃比をリッチ空燃比とする。また、点火時期を遅角させて排気ガス温度を上昇させ、これによりNOx触媒30aを昇温させる。この様なリッチ空燃比でのエンジン運転により、燃料の不完全燃焼が起こり、硫黄酸化物SOxの除去に必要な一酸化炭素炭化水素が多量に発生してNOx触媒30aに供給され、点火時期の遅角制御による排気温度上昇に伴うNOx触媒温度の上昇と相まって、Sパージを促進する。
【0034】
Sパージの進行によってSOxの放出が進むと、リッチ空燃比の下でH2Sが生成されるが、NOx触媒30aの下流に設けた三元触媒30bに添加されている酸化ニッケルにより、H2Sが硫化ニッケルに転化される(図2参照)。この様に、H2Sが三元触媒30bに吸蔵されるので、大気中へ放出される排ガス中のH2S濃度が低減される。
【0035】
Sパージ運転に係るステップS4に続いて、ステップS2で起動されたタイマによる経時時間を参照して、Sパージモードが所定時間にわたって維持されたか否かが判定される(ステップS5)。Sパージ維持時間が所定時間に満たなければ、NOx触媒30bからのS成分除去が充分に行われていないと判断してステップS3に戻る。尚、Sパージ運転の終了の判定は、推定SOx吸蔵量Qsが所定量以下となることを条件として判定してもよい。
【0036】
上記のようにNOx触媒30aでのS成分の還元に伴って発生するH2Sは三元触媒30bに吸蔵されるが、NOx触媒30aに吸蔵されていたS成分量が多いなどの理由で、Sパージ運転中にH2S放出速度が一時的に高まることがある。この場合、H2S放出速度が所定速度を上回ったことがステップS3で判別されると、H2S放出速度を低減するべく、Sパージ運転からSパージ抑制運転への切換えが行われる(ステップS6)。
【0037】
このSパージ抑制運転では、目標A/Fが理論空燃比を境として変調される。すなわち、図6に示すように、目標A/Fは、所定周期Tcycle毎に、リッチ側の第1目標A/Fまたはリーン側の第2目標A/Fに交互に設定される。ここで、第1及び第2目標A/Fは、Sパージ抑制運転中における目標A/Fの平均値をSパージを促進可能な値(例えばスライトリッチである約14.3或いはリッチ側の約12)とするような値にそれぞれ設定される。
【0038】
このSパージ抑制運転は、三元触媒30bに添加された酸化ニッケルのH2S吸蔵・放出機能を最大限に活用することを企図したものである。すなわち、リッチ空燃比運転(還元雰囲気)での酸化ニッケルによるH2S吸蔵作用(H2S+NiO→NiS+O2)が飽和する前にリッチ空燃比運転からリーン空燃比運転(酸化雰囲気)へ切換え、三元触媒30bに硫化ニッケルの形で吸蔵されたH2Sを臭気の少ないSO2に転化するものである(NiS+3/2*O2→NiO+SO2)。
【0039】
なお、リッチ空燃比とリーン空燃比の間で空燃比を所定周期で切り替える上記のA/F変調に代えて、所定のリッチ化時間にわたるリッチ空燃比運転と所定のリーン化時間にわたるリーン空燃比運転とを交互に実施するようにしても良い。この場合、三元触媒30bに添加された酸化ニッケルによるS成分捕捉作用が飽和する飽和時間、および、硫化ニッケルの形で捕捉したS成分をSO2として放出するのに要する放出時間が、エンジン運転状態などに応じて変化することを勘案して、リッチ化時間およびリーン化時間のそれぞれをエンジン運転状態などに応じて決まる飽和時間および放出時間に等しい値に設定することが好ましいが、リッチ化時間およびリーン化時間を固定値に設定してもH2S抑制効果を得ることができる。
【0040】
図7は、点火時期の遅角制御によるNOx触媒30aの温度上昇に伴う三元触媒30b下流の排ガス中のH2S濃度の変化を、空燃比を一定値14.3に維持した場合および平均空燃比が値14.3となるようなA/F変調を行った場合について示す。図7からわかるように、一定の空燃比での機関運転の場合に比べて、機関運転中に空燃比をリッチ側とリーン側との間で周期的に切り替えるA/F変調を行うことにより、空燃比が同等であるにもかかわらず、H2Sの放出が抑制されることが分かる。
【0041】
ステップS6でのSパージ抑制運転が実施されると、排ガス中のH2S濃度が減少し、従って、H2S放出速度も減少する。ステップS6に続くステップS5ではSパージモード設定時点から所定時間が経過したか否かが判別され、この判別結果が否定であれば、ステップS3に戻る。
この様にして、Sパージモード設定時点から所定時間が経過するまでは、H2S放出速度が所定値を上回るか否かに応じて、Sパージ運転またはSパージ抑制運転が選択的に実施される。
【0042】
そして、Sパージモード設定時点から所定時間が経過したことがステップS5で判別されると、NOx触媒30aに吸蔵されていたS成分の放出、すなわちNOx触媒30aの浄化能力の再生が充分に行われたと判断され、Sパージモードが解除され(ステップS7)、強制Sパージ制御が終了する。
以下、本発明の第2実施形態による排気浄化装置を説明する。
【0043】
この排気浄化装置の基本構成は第1実施形態のものと同一であるが、三元触媒30bに対する酸化ニッケル(H2S放出抑制剤)の添加量を三元触媒30bの容量に応じて定めた第1実施形態のものに比べて、三元触媒30bへのH2S放出抑制剤の添加量を、NOx触媒30aへのNOx吸蔵剤の添加量に応じて定める点が異なる。
【0044】
第1実施形態についての説明から明らかなように、NOx触媒30aによるS成分吸蔵量(H2Sの生成量)の最大値は主として NOx触媒30aへのNOx吸蔵剤(たとえばBa、K)の添加量によって定まり、また、三元触媒30bによるH2S吸蔵能力は、三元触媒30bへのH2S放出抑制剤(たとえば酸化ニッケル)の添加量によって定まる。換言すれば、三元触媒30bへのH2S放出抑制剤の添加量の下限値は、NOx触媒30aへのNOx吸蔵剤の添加量に応じて定めることができる。
【0045】
上記の観点から、本実施形態では、三元触媒30bへの酸化ニッケルの添加量の下限値を、NOx触媒30aへのNOx吸蔵剤、すなわちBaおよびKの合計の添加量に対してモル比(H2S放出抑制剤のモル量/NOx吸蔵剤合計のモル量)で30%以上、好ましくは50%以上の値に設定している。また、三元触媒30bへの酸化ニッケルの添加量が過大である場合に三元触媒30bの三元機能が損なわれることから、三元触媒30bへの酸化ニッケルの添加量の上限値を、NOx触媒30aへのBaおよびKの合計の添加量に対してモル比で300%以下、好ましくは100%以下の値になるように設定している。
【0046】
本実施形態の排気浄化装置の構成および作用は、第1実施形態のものと略同一であるので、その説明を省略する。なお、本実施形態では、H2S放出抑制剤として酸化ニッケルを用いたが、Pd、Mn、Fe、Zn、Co、Cuなどを用いても良い。H2S放出抑制剤の好適な添加量としては、添加剤の種類によってH2S放出抑制が異なるため好適添加量も異なるが、例えばMnの場合はNOx吸蔵剤添加量に対するモル比で100%から200%が好適であり、Fe、Znその他の場合は150%から300%が好適である。
【0047】
本発明は、上記実施形態のものに限定されず、種々に変形可能である。
すなわち、第1及び第2実施形態では、排気浄化装置を、近接三元触媒とその下流に配された排気浄化触媒装置とで構成すると共に、排気浄化触媒装置のNOx触媒の下流に三元触媒をH2S放出抑制触媒として設けたが、本発明は、NOx吸蔵触媒装置とその下流に設けたH2S放出抑制触媒装置とを含むものであれば良く、例えば、NOx吸蔵触媒の上流および下流のそれぞれに三元触媒を配置しても良く、2つのNOx吸蔵触媒の下流に三元触媒を設けても良い。後者の場合、上流側NOx触媒の容量と下流側NOx触媒の容量との比率が1.2:1ないし1.8:1の範囲に入るように、すなわち、下流側NOx触媒を上流側のものに比べて小容量にすることにより、通常は上流側NOx触媒により排気熱が奪われて下流側NOx触媒の温度が上昇し難くなるという難点があるが、下流側NOx触媒は小容量であるため少ない排気熱でも温度が上がりやすく、この難点を解消できる。また、H2S放出抑制触媒は三元触媒以外の触媒で構成可能であり、ニッケルやその酸化物などのH2S放出抑制剤を主たる触媒種として含む触媒をH2S放出抑制触媒として使用可能である。
【0048】
第1及び第2実施形態の排気浄化装置では、NOx触媒30aからの硫黄成分の放出を促す硫黄成分放出制御(強制Sパージ)を実施するようにしたが、本発明の排気浄化装置は自然SパージによるH2Sの放出を抑制可能であることから、本発明で強制Sパージを実施することは必須ではない。
また、実施形態では、強制Sパージ中にH2S放出速度が所定値を上回ったときにSパージ抑制運転を行ってH2Sの放出を抑制するようにしたが、Sパージ抑制運転の実施は本発明において必須ではない。すなわち、H2S放出抑制剤を多量に添加したH2S放出抑制触媒をNOx触媒の下流に設けてなる本発明によれば、Sパージ抑制運転を実施しなくとも強制Sパージ中のH2S排出量を低減できる。
【0049】
本発明において硫黄成分放出制御(強制Sパージ)を行う場合、強制Sパージのための制御手段は、実施形態のように、希薄燃焼内燃機関に供給される混合気の空燃比をリッチ空燃比に制御する空燃比制御手段とNOx吸蔵触媒装置を昇温させる昇温制御手段とから構成可能であるが、これに限定されず、空燃比制御手段または昇温制御手段の一方からなる制御手段を構成できる。
【0050】
昇温制御手段は、実施形態のように、点火時期を遅角させる点火時期制御手段からなる構成としても良いが、これに限定されない。例えば、筒内噴射式の希薄燃焼内燃機関の場合には主たる燃料噴射に加えて膨張行程で追加燃料噴射を行わせる燃料噴射制御手段により昇温制御手段を構成可能である。また、昇温制御手段は、NOx吸蔵触媒装置の温度が、その活性温度よりも高く且つNOx吸蔵触媒装置に吸蔵された硫黄成分の脱離に適した温度またはそれよりも低い設定温度以上になったときに、NOx吸蔵触媒装置をアシスト的にさらに昇温するものでも良い。
【0051】
制御手段を備えた排気浄化装置によれば、NOx吸蔵触媒装置による硫黄成分(S成分)の吸蔵量が増大したときに硫黄成分放出制御が行われ、この結果、NOx吸蔵触媒装置がリッチ空燃比およびまたは高温の雰囲気に晒され、NOx吸蔵触媒装置からのS成分の放出が促され、所要のNOx浄化効率が維持される。
また、制御手段は、触媒再生情報または硫黄成分による被毒情報に応動するものでも良く、例えば、触媒再生情報に基づいて所定期間内における触媒再生頻度(硫黄成分の脱離が行われる頻度)が所定頻度よりも少ないことが判別されたとき、或いは、被毒情報から推定される被毒量が所定値よりも大きいときに硫黄成分放出制御を行う。被毒情報は、希薄燃焼内燃機関の燃料消費量や運転時間(車両走行距離)から、または排ガス中のNOx濃度を検出するNOxセンサの出力から求めることができる。
【0052】
【発明の効果】
本発明の排気浄化装置は、NOx吸蔵触媒装置に添加された吸蔵剤に対してモル比で30ないし300%のHS放出抑制剤をHS放出抑制触媒装置に添加したので、NOx吸蔵触媒を有する排気浄化装置を装備した希薄燃焼内燃機関からのHS放出量を、NOx吸蔵触媒の浄化能力を損なうことなしに、充分に抑制できる
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態による排気浄化装置を装備した希薄燃焼内燃機関の概略図である。
【図2】図1に示した排気浄化装置の三元触媒に添加された酸化ニッケルによるH2S放出抑制作用を示す図である。
【図3】三元触媒温度の時間変化およびH2S濃度の時間変化をニッケル添加量を異にする三元触媒のそれぞれについて示す図である。
【図4】酸化ニッケル添加量とH2S濃度ピーク値との関係を示す図である。
【図5】図1に示した電子制御ユニットにより実施される強制Sパージ制御ルーチンのフローチャートである。
【図6】図5の制御ルーチンで実施されるSパージ抑制運転のためのA/F変調における目標A/Fの時間的変化を示す図である。
【図7】触媒温度上昇に伴う排ガス中のH2S濃度の時間変化を、一定空燃比での機関運転およびA/F変調を伴う機関運転の双方について示す図である。
【符号の説明】
1 エンジン(希薄燃焼内燃機関)
14 排気管(排気通路)
30 排気浄化触媒装置
30a NOx触媒(NOx吸蔵触媒装置)
30b 三元触媒(H2S放出抑制触媒装置)
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust emission control device for a lean combustion internal combustion engine, and more particularly to hydrogen sulfide (H2The present invention relates to an exhaust emission control device capable of suppressing emission of S).
[0002]
[Related background]
During engine operation at a lean air-fuel ratio, the sulfur component (S component) contained in the fuel and thus in the exhaust gas reacts with oxygen in the exhaust purification device to produce sulfur oxide, which is converted into a catalyst, for example, as a sulfate. It is known to adhere to. This adhering substance is desorbed and released as sulfur dioxide during engine operation in which the catalyst is exposed to high-temperature and rich air-fuel ratio exhaust gas. Hydrogen sulfide (H with sulfur2S) is generated. H2Since S has a strange odor, H to the atmosphere2A problem arises when the discharge amount of S increases. In this connection, the catalyst is H such as nickel.2Add S release inhibitor and add H2A technique for suppressing S release is known. For example, in an exhaust purification system using a three-way catalyst, H produced by the S component adhering to the three-way catalyst2H for S2Some S release inhibitors add nickel oxide. In this case, about 5 grams are usually added per liter of catalyst capacity.
[0003]
In an internal combustion engine, particularly a lean combustion internal combustion engine, lean combustion operation is performed in the widest possible engine operating range in order to improve fuel consumption and exhaust characteristics. Nitrogen oxides emitted from the internal combustion engine during this lean combustion operation Since the three-way catalyst cannot sufficiently purify the exhaust gas, an exhaust purification device for a lean combustion internal combustion engine is equipped with an occlusion-type NOx catalyst. Even in an internal combustion engine having this type of exhaust purification device, H2It is desirable to suppress the amount of S released.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, in view of the above known technique, H2It is conceivable to arrange a three-way catalyst to which nickel oxide is added in order to suppress the S release, on the downstream side of the storage type NOx catalyst. Quantity or H2H from an exhaust purification device having an occlusion-type NOx catalyst in which the amount of S produced is greater than that of a three-way catalyst2It is difficult to sufficiently suppress the amount of S released.
[0005]
Further, an exhaust purification device in which nickel is added to a NOx occlusion reduction catalyst arranged downstream of a three-way catalyst has been proposed in Japanese Patent Laid-Open No. 10-317946. However, like this proposed device, an NOx occlusion agent and When nickel is added together, the NOx purification ability may be reduced.
The present invention relates to H from a lean burn internal combustion engine equipped with an exhaust purification device having a NOx storage catalyst.2An object of the present invention is to provide an exhaust emission control device that can sufficiently suppress the S release amount without impairing the purification performance of the NOx storage catalyst.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
  In the exhaust emission control device according to the first aspect of the present invention, H is disposed downstream of the NOx storage catalyst.2S(Hydrogen sulfide)Equipped with a release suppression catalyst, NOx occlusion touchIn the medium30 to 300% H in molar ratio to the added occluding agent2S release inhibitor H2It is added to the S release inhibiting catalyst. Preferably, for example, nickel oxide with respect to the occluding agent is 50 to 100% H in molar ratio.2Add S release inhibitor.
[0009]
  According to the first aspect of the present invention, a large amount of H is produced from the S component released from the NOx storage catalyst.2Even when S is generated, H into the atmosphere2S release is prevented. That is, H2The maximum value of the amount of S produced is determined mainly according to the amount of NOx storage agent added to the NOx storage catalyst corresponding to the sulfur storage capacity of the NOx storage catalyst. In the present invention, however, the maximum value of H is determined according to the amount of NOx storage agent added.2S release control touchTo mediumH2The lower limit of the addition amount of S release inhibitor is set, H2S release control touchMediumLarge amount of H2S can be occluded. On the other hand, H2The upper limit of the amount of S release inhibitor added is set, H2S release control touchMediatorBody H2Purification performance other than the S emission suppression function is also ensured.
[0010]
  In the invention according to claim 1,By sulfur component release control means,The NOx storage catalyst is subjected to sulfur component release control (forced S purge) that promotes the release of the sulfur component from the NOx storage catalyst when the storage amount of the sulfur component exceeds or exceeds a predetermined amount.
  further,Sulfur component release control meansIsDetected by hydrogen sulfide release rate detection meansWhen the increase degree of the hydrogen sulfide concentration in the exhaust gas exceeds a predetermined value variably set according to the vehicle speed, the release of the sulfur component of the NOx catalyst by the forced S purge is suppressed.
  According to this preferred embodiment, when the purification performance deteriorates due to poisoning by the sulfur component of the NOx storage catalyst device, the purification performance is regenerated by performing forced S purge, while the concentration of hydrogen sulfide in the exhaust gas increases. When the degree is high, the forced S purge is suppressed, so that the hydrogen sulfide release inhibitor (nickel oxide) added to the hydrogen sulfide release suppression catalyst is H.2S occlusion / release function can be fully utilized.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a lean combustion internal combustion engine equipped with an exhaust emission control device according to a first embodiment of the present invention will be described.
The lean combustion internal combustion engine of the present embodiment is an in-cylinder injection spark ignition type in-line four-cylinder gasoline engine that can perform fuel injection in a compression stroke and an expansion stroke as needed in addition to fuel injection in an intake stroke. It is configured. The fuel injection mode in this in-cylinder injection engine changes variously according to changes in the engine operating range, and accordingly, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture changes from the super-lean air-fuel ratio to the rich air-fuel ratio. The fuel consumption and the exhaust characteristics are improved while generating the engine output. This type of in-cylinder injection type engine is conventionally known, and will be briefly described below.
[0012]
As shown in FIG. 1, an electromagnetic fuel injection valve 6 is attached to the cylinder head 2 of the engine 1 together with a spark plug 4 for each cylinder. The fuel injection valve 6 is connected to a fuel supply device (not shown) having a fuel tank, a low-pressure fuel pump and a high-pressure fuel pump via a fuel pipe, and the fuel in the fuel tank is transferred from the fuel injection valve 6 to the combustion chamber 8. Can be directly injected at a desired fuel pressure.
[0013]
An intake port is formed in the cylinder head 2 in a substantially upright direction for each cylinder, and each intake port communicates with one end of the intake manifold 10. A throttle valve 11 provided on the other end side of the intake manifold 10 is provided with a throttle sensor 11a for detecting a throttle opening θth. Further, an exhaust port is formed in the cylinder head 2 in a substantially horizontal direction for each cylinder, and each exhaust port communicates with one end of the exhaust manifold 12.
[0014]
A muffler (not shown) is connected to the exhaust manifold 12 via an exhaust pipe (exhaust passage) 14, and the exhaust pipe 14 is provided with a high temperature sensor 16 for detecting the exhaust temperature.
The exhaust purification apparatus of this embodiment includes a small proximity three-way catalyst 20 disposed in the exhaust pipe 14 in the vicinity of the engine 1 and an exhaust purification disposed in the exhaust pipe 14 downstream of the proximity three-way catalyst 20. And a catalytic device 30. The exhaust purification catalyst device 30 includes a storage-type NOx catalyst (NOx storage catalyst device) 30a and a three-way catalyst (H2S release suppression catalyst device) 30b. Reference numeral 32 represents a NOx sensor 32 that is arranged downstream of the three-way catalyst 30b and detects the NOx concentration.
[0015]
The storage-type NOx catalyst 30a includes a catalyst species made of a noble metal such as platinum (Pt) or rhodium (Rh), and a NOx storage agent made of an alkali metal or alkaline earth metal such as barium (Ba) or potassium (K). NOx is once converted to nitrate X-NO in an oxidizing atmosphere.ThreeNOx can be stored as N in a reducing atmosphere mainly containing CO.2It has the function of reducing to (nitrogen) etc. In this NOx storage catalyst 30a, not only NOx but also oxide SOx of sulfur component contained in exhaust gas is barium sulfate BaSO.FourSulfate X-SOFourAs occluded. As shown in the following reaction formula, this sulfate X-SOFourIs the SO when the NOx storage catalyst 30a is exposed to a reducing atmosphere.2In this case, hydrogen sulfide (H2S) is generated.
[0016]
BaSOFour+ CO → BaCOThree+ SO2
SO2+ H2→ H2S + O2
If sulfate is attached to the NOx catalyst 30a, the NOx purification efficiency is lowered. Therefore, the removal of the sulfate is intended, and generally the so-called forced S purge that raises the NOx catalyst temperature and enriches the air-fuel mixture. Is carried out periodically, but at this time it gives off a strange odor H2S is generated. In addition, when the engine 1 is operated in a high load region, such as when the vehicle is traveling on an uphill road or during acceleration operation, the engine 1 is operated at a rich air-fuel ratio and the NOx catalyst temperature rises.2Is desorbed and released, and with this, H2S is generated (natural S purge).
[0017]
As is clear from the above reaction equation, H2The amount of S generated increases as the amount of sulfate (S component) attached to the NOx catalyst 30a increases. The amount of S component adhering to the NOx catalyst, that is, the amount of occlusion, is larger than in the case of the three-way catalyst.2S tends to be generated.
In this embodiment, H to the atmosphere during forced S purge or natural S purge2In order to suppress the release of S, the three-way catalyst 30b has H2Nickel oxide as an S release inhibitor is added. This nickel oxide, as shown in FIG. 2 and the following reaction formula, is released from the NOx catalyst 30a.2The three-way catalyst 30b, which acts to convert S to nickel sulfide, and thus nickel oxide is added, is H2The function of occluding S is exhibited. So occluded H2S reacts with oxygen in an oxidizing atmosphere to reduce SO2To be released.
[0018]
H2S + NiO → NiS + O2
NiS + 3/2 * O2→ NiO + SO2
As is clear from the above reaction formula, as the amount of nickel oxide added to the three-way catalyst 30b increases, the H of the three-way catalyst 30b increases.2Although the S occlusion capacity is increased, on the other hand, the three-way function of the three-way catalyst 30b tends to be lowered.
[0019]
In the present embodiment, the NOx catalyst 30a to H2Even when a large amount of S is released, H2H that can store S2In order to ensure the S occlusion capacity, the lower limit of the amount of nickel oxide added is set to a value of 10 grams or more, preferably 15 grams or more per liter of the capacity of the three-way catalyst 30b. Further, in order to keep the decrease in the three-way function of the three-way catalyst 30b to an acceptable level, the upper limit value of the addition amount of nickel oxide is set to a value of 35 grams or less, preferably 25 grams or less. That is, the amount of nickel oxide added to the three-way catalyst 30b is set to a value within the range of 10 to 35 grams, preferably 15 to 25 grams per liter of the three-way catalyst 30b. Note that nickel may be added instead of nickel oxide. In this case, the upper and lower limits of the amount of nickel added can be obtained by converting the upper and lower limits of the amount of nickel oxide added.
[0020]
In connection with the setting of the above nickel oxide addition amount, the present inventors have respectively added three, five, three, and three-way catalysts each having 0, 5, 10, 15, and 20 grams of nickel per liter of catalyst capacity in terms of nickel oxide. The temperature of the NOx catalyst is increased so that the NOx catalyst2H in the exhaust gas downstream of the three-way catalyst while releasing S2An experiment for measuring the S concentration was conducted. FIG. 3 shows changes in NOx catalyst temperature over time and H2The change in the S concentration is shown for each of the three-way catalysts having different nickel addition amounts. Further, based on the experimental data of FIG.2The graph of FIG. 4 showing the relationship with the S concentration peak value was created.
[0021]
As can be seen from FIG. 3, in the nickel addition amount region, the larger the nickel addition amount, the higher the H2S concentration decreases. In addition, by adding 20 grams of nickel oxide to a three-way catalyst per liter of catalyst capacity, the amount of nickel oxide added is 5 grams compared to 5 grams per liter.2It can be seen from FIG. 4 that the S concentration peak value can be reduced to about 1/4.
[0022]
According to the exhaust purification apparatus of the present embodiment configured as described above, the proximity three-way catalyst 20 is quickly activated even when the engine 1 is cold-started, and exhaust purification is performed. During the lean combustion operation, NOx is occluded by the NOx catalyst 30a. Further, at the time of natural S purge accompanying engine operation in a high load region, H released from the NOx catalyst 30a.2S is occluded in the form of NiS by the three-way catalyst 30b to which NiO is added, and H into the atmosphere2S emission is suppressed.
[0023]
The exhaust purification apparatus of the present embodiment can perform forced S purge (more generally, sulfur component release control that promotes release of S component from the NOx catalyst) in order to maintain the required NOx purification efficiency of the NOx catalyst 30a. It has become. This forced S purge is performed under the control of the control means of the exhaust emission control device.
In the present embodiment, an electronic control unit (ECU) 40 that controls the operation of the engine 1 has the function of this control means.
[0024]
The ECU 40 includes an input / output device, a storage device (ROM, RAM, non-volatile RAM, etc.), a central processing unit (CPU), a timer counter, etc., and a throttle sensor 11a, a crank angle sensor 13, and a high temperature sensor 16 on its input side. Various sensors such as the NOx sensor 32 are connected, and the spark plug 4 and the fuel injection valve 6 are connected to the output side thereof.
[0025]
In connection with engine operation control, the ECU 40 selects a fuel injection mode based on detection information input from various sensors and calculates a fuel injection amount, an ignition timing, and the like. For example, the target in-cylinder pressure (target average effective pressure Pe) corresponding to the engine load based on the throttle opening degree information θth from the throttle sensor 11a and the engine rotational speed information Ne detected based on the crank angle information from the crank angle sensor 13. ) Is determined, and the fuel injection mode is set according to the target average effective pressure Pe and the engine rotational speed information Ne. Then, the fuel injection amount is determined based on the target air-fuel ratio (target A / F) set from the target average effective pressure Pe and the engine speed Ne.
[0026]
In connection with the forced S purge, the ECU 40 executes a forced S purge control routine shown in FIG. Note that air-fuel ratio control for NOx purging is performed under the control of the ECU 40, but such air-fuel ratio control is conventionally known and will not be described.
In the forced S purge control routine, it is determined whether or not an S purge condition is satisfied (step S1). The S purge condition can be set in various ways. For example, it is possible to determine whether the S purge condition is satisfied when the total execution time of the lean combustion operation from the time when the previous forced S purge is completed reaches a predetermined time. In the present embodiment, the establishment of the S purge condition is determined when the estimated amount Qs of SOx stored in the NOx catalyst 30a reaches a predetermined amount.
[0027]
In determining the S purge condition, the estimated SOx occlusion amount Qs is obtained from the following equation (1), for example.
Qs = Qs (n-1) +. DELTA.Qf.K-Rs (1)
K = K1, K2, K3 (2)
Rs = α ・ R1 ・ R2 ・ dT (3)
Here, Qs (n−1) is the previous value of the estimated SOx occlusion amount, and ΔQf is the fuel injection integrated amount per execution cycle of this control routine.
[0028]
K is a correction coefficient calculated from the above equation (2), and three S poison coefficients representing the degree of poisoning corresponding to the air-fuel ratio A / F, the S content in the fuel, and the catalyst temperature Tcat, respectively. Expressed by the product of K1, K2 and K3.
Rs indicates the amount of released S per control routine execution cycle, and is obtained from the above equation (3). In equation (3), α is the release rate (set value) per unit time, dT indicates the execution period of the fuel injection control routine, and R1 and R2 are the catalyst temperature Tcat and the air-fuel ratio A / F, respectively. The corresponding release capacity factor is shown.
[0029]
The catalyst temperature Tcat is obtained by correcting the exhaust temperature detected by the high temperature sensor 16 with the temperature difference read from the temperature difference map (not shown). The temperature difference map is set in advance by experiments or the like. In this temperature difference map, the difference between the catalyst temperature Tcat and the exhaust temperature is given as a function of the target average effective pressure Pe and the engine rotational speed information Ne.
[0030]
If it is determined in step S1 that the S purge condition is satisfied, the S purge mode is set and a timer for measuring the elapsed time from the S purge mode setting time is reset (step S2). And H2S release rate, ie H against time2It is determined whether or not the increase degree of the S concentration exceeds a predetermined value (step S3).
[0031]
H2The S release rate is the actual H detected by the sensor.2In this embodiment, the engine speed Ne, the target average effective pressure Pe, the intake air amount A / N per intake stroke, the vehicle speed, the catalyst temperature Tcat, the exhaust temperature, the engine It is determined from a map (not shown) according to the engine operating state represented by a function such as cooling water temperature. For this reason, H in various engine operating states2An experiment for determining the S release rate is performed, and a map is created in advance based on the experimental results.
[0032]
H2The predetermined value for the determination of the S release rate is such that H near the exit of the exhaust pipe 14 is H2H that makes you feel the odor of S2A value corresponding to the lower limit value of the S concentration (hereinafter referred to as a limit value) is set. This limit value varies depending on the vehicle speed. That is, even when the vehicle is running, the exhaust pipe 142Even if S is released, H2S is quickly diffused into the atmosphere, and the limit value for feeling odor is relatively high. On the other hand, H2S is difficult to diffuse and the limit value is small. Therefore, H2The predetermined value of the S release speed is preferably set according to the vehicle speed. In this embodiment, the limit value expressed as a function of the vehicle speed is mapped in advance, and the limit value determined according to the vehicle speed is read from the map. I have to. However, H2It is not essential to variably set the predetermined value of the S release rate, and a fixed value may be used.
[0033]
Generally, immediately after setting the S purge mode,2The S release rate does not exceed a predetermined value, and the determination result in step S3 is negative (No). In this case, the S purge operation is performed (step S4).
In the S purge operation, in order to expose the storage NOx catalyst 30a to the reducing atmosphere, the target A / F is set to a predetermined rich air-fuel ratio (for example, 12), the rich air-fuel ratio operation is performed, and the exhaust air-fuel ratio is set to the rich air-fuel ratio. And Further, the ignition timing is retarded to raise the exhaust gas temperature, thereby raising the temperature of the NOx catalyst 30a. By operating the engine at such a rich air-fuel ratio, incomplete combustion of the fuel occurs, a large amount of carbon monoxide hydrocarbons necessary for the removal of sulfur oxide SOx is generated and supplied to the NOx catalyst 30a, and the ignition timing is reduced. The S purge is promoted in combination with the increase of the NOx catalyst temperature accompanying the increase of the exhaust gas temperature by the retard angle control.
[0034]
When SOx release progresses as the S purge progresses, the H2S is produced, but nickel oxide added to the three-way catalyst 30b provided downstream of the NOx catalyst 30a causes H to2S is converted to nickel sulfide (see FIG. 2). Like this, H2Since S is occluded in the three-way catalyst 30b, H in the exhaust gas released to the atmosphere2S concentration is reduced.
[0035]
Following step S4 related to the S purge operation, it is determined whether or not the S purge mode is maintained for a predetermined time with reference to the elapsed time by the timer activated in step S2 (step S5). If the S purge maintenance time is less than the predetermined time, it is determined that the S component removal from the NOx catalyst 30b is not sufficiently performed, and the process returns to step S3. Note that the end of the S purge operation may be determined on condition that the estimated SOx occlusion amount Qs is equal to or less than a predetermined amount.
[0036]
As described above, H generated as the S component is reduced in the NOx catalyst 30a.2S is occluded in the three-way catalyst 30b, but because of the large amount of the S component occluded in the NOx catalyst 30a, the H is increased during the S purge operation.2The S release rate may temporarily increase. In this case, H2When it is determined in step S3 that the S release rate exceeds the predetermined rate, H2In order to reduce the S release speed, switching from the S purge operation to the S purge suppression operation is performed (step S6).
[0037]
In this S purge suppression operation, the target A / F is modulated with the theoretical air-fuel ratio as a boundary. That is, as shown in FIG. 6, the target A / F is alternately set to the first target A / F on the rich side or the second target A / F on the lean side every predetermined cycle Tcycle. Here, the first and second target A / F are average values of the target A / F during the S purge suppression operation, which are values that can promote S purge (for example, about 14.3 that is slightly rich or about about the rich side). 12) is set to each value.
[0038]
This S purge suppression operation is performed by using H of nickel oxide added to the three-way catalyst 30b.2It is intended to make the best use of the S occlusion / release function. That is, H by nickel oxide in rich air-fuel ratio operation (reducing atmosphere)2S occlusion (H2S + NiO → NiS + O2) Is switched from rich air-fuel ratio operation to lean air-fuel ratio operation (oxidation atmosphere) before saturation, and the three-way catalyst 30b occluded in the form of nickel sulfide2SO with less odor2(NiS + 3/2 * O2→ NiO + SO2).
[0039]
It should be noted that, instead of the above-described A / F modulation that switches the air-fuel ratio between the rich air-fuel ratio and the lean air-fuel ratio in a predetermined cycle, the rich air-fuel ratio operation over a predetermined rich time and the lean air-fuel ratio operation over a predetermined lean time May be performed alternately. In this case, the S component captured by the nickel oxide added to the three-way catalyst 30b is saturated, and the S component captured in the form of nickel sulfide is SO 2.2In consideration of the fact that the release time required for release changes depending on the engine operating condition, etc., the rich time and lean time are equal to the saturation time and release time determined according to the engine operating condition, etc. Although it is preferable to set to a value, even if the enrichment time and the leaning time are set to fixed values, H2S suppression effect can be obtained.
[0040]
FIG. 7 shows the H in the exhaust gas downstream of the three-way catalyst 30b as the temperature of the NOx catalyst 30a is increased by retarding the ignition timing.2Changes in the S concentration are shown for the case where the air-fuel ratio is maintained at a constant value of 14.3 and for the case where A / F modulation is performed so that the average air-fuel ratio becomes the value of 14.3. As can be seen from FIG. 7, by performing A / F modulation that periodically switches the air-fuel ratio between the rich side and the lean side during engine operation, compared to the case of engine operation at a constant air-fuel ratio, Despite the same air-fuel ratio, H2It can be seen that the release of S is suppressed.
[0041]
When the S purge suppression operation in step S6 is performed, H in the exhaust gas2S concentration decreases, and therefore H2The S release rate also decreases. In step S5 following step S6, it is determined whether or not a predetermined time has elapsed since the S purge mode setting point. If the determination result is negative, the process returns to step S3.
In this way, until a predetermined time elapses after the S purge mode is set,2The S purge operation or the S purge suppression operation is selectively performed depending on whether or not the S release rate exceeds a predetermined value.
[0042]
When it is determined in step S5 that the predetermined time has elapsed from the time point when the S purge mode is set, the S component stored in the NOx catalyst 30a is sufficiently released, that is, the purification capacity of the NOx catalyst 30a is sufficiently regenerated. S purge mode is canceled (step S7), and forced S purge control is terminated.
Hereinafter, an exhaust emission control device according to a second embodiment of the present invention will be described.
[0043]
The basic configuration of the exhaust gas purification apparatus is the same as that of the first embodiment, but nickel oxide (H2S release inhibitor) is added to the three-way catalyst 30b as compared with that of the first embodiment in which the addition amount is determined according to the capacity of the three-way catalyst 30b.2The difference is that the addition amount of the S release inhibitor is determined according to the addition amount of the NOx storage agent to the NOx catalyst 30a.
[0044]
As is apparent from the description of the first embodiment, the S component occlusion amount (H2The maximum value of the amount of S generated is mainly determined by the amount of NOx storage agent (for example, Ba, K) added to the NOx catalyst 30a, and is also determined by the three-way catalyst 30b.2S storage capacity is H to three-way catalyst 30b.2It depends on the amount of S release inhibitor (for example, nickel oxide) added. In other words, H to the three-way catalyst 30b2The lower limit value of the addition amount of the S release inhibitor can be determined according to the addition amount of the NOx storage agent to the NOx catalyst 30a.
[0045]
From the above viewpoint, in the present embodiment, the lower limit value of the amount of nickel oxide added to the three-way catalyst 30b is set to a molar ratio (NOx storage agent to the NOx catalyst 30a, that is, the total addition amount of Ba and K is a molar ratio ( H2The molar amount of S release inhibitor / the total molar amount of NOx storage agent) is set to 30% or more, preferably 50% or more. Further, since the three-way function of the three-way catalyst 30b is impaired when the amount of nickel oxide added to the three-way catalyst 30b is excessive, the upper limit value of the amount of nickel oxide added to the three-way catalyst 30b is set to NOx. The molar ratio is set to 300% or less, preferably 100% or less, with respect to the total amount of Ba and K added to the catalyst 30a.
[0046]
Since the configuration and operation of the exhaust emission control device of this embodiment are substantially the same as those of the first embodiment, description thereof is omitted. In the present embodiment, H2Although nickel oxide is used as the S release inhibitor, Pd, Mn, Fe, Zn, Co, Cu, or the like may be used. H2Suitable addition amount of S release inhibitor is H depending on the type of additive.2For example, in the case of Mn, the molar ratio with respect to the added amount of NOx storage agent is preferably 100% to 200%, and in the case of Fe, Zn, etc., 150% to 300%. Is preferred.
[0047]
The present invention is not limited to the above embodiment, and can be variously modified.
That is, in the first and second embodiments, the exhaust purification device is configured by the proximity three-way catalyst and the exhaust purification catalyst device arranged downstream thereof, and the three-way catalyst is provided downstream of the NOx catalyst of the exhaust purification catalyst device. H2Although provided as an S release suppression catalyst, the present invention is a NOx storage catalyst device and a H provided downstream thereof.2S three-way catalyst may be disposed upstream and downstream of the NOx storage catalyst, for example, and a three-way catalyst may be provided downstream of the two NOx storage catalysts. Also good. In the latter case, the ratio of the capacity of the upstream NOx catalyst to the capacity of the downstream NOx catalyst is in the range of 1.2: 1 to 1.8: 1, that is, the downstream NOx catalyst is the upstream one. However, the exhaust NOx catalyst is usually taken away by the upstream NOx catalyst and the temperature of the downstream NOx catalyst is difficult to rise, but the downstream NOx catalyst has a small capacity. The temperature easily rises even with a small amount of exhaust heat, and this difficulty can be solved. H2The S release suppression catalyst can be composed of a catalyst other than a three-way catalyst.2A catalyst containing an S release inhibitor as a main catalyst species is H2It can be used as a catalyst for suppressing S release.
[0048]
In the exhaust purification apparatuses of the first and second embodiments, the sulfur component release control (forced S purge) that promotes the release of the sulfur component from the NOx catalyst 30a is performed. H by purge2Since the release of S can be suppressed, it is not essential to perform the forced S purge in the present invention.
In the embodiment, the H during the forced S purge2When the S release rate exceeds a predetermined value, the S purge suppression operation is performed and the H2Although the release of S is suppressed, the execution of the S purge suppression operation is not essential in the present invention. That is, H2H with a large amount of S release inhibitor added2According to the present invention in which the S release suppression catalyst is provided downstream of the NOx catalyst, the H during the forced S purge can be performed without performing the S purge suppression operation.2S emission can be reduced.
[0049]
When performing sulfur component release control (forced S purge) in the present invention, the control means for forced S purge is set to change the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the lean burn internal combustion engine to a rich air-fuel ratio as in the embodiment. The air-fuel ratio control means for controlling and the temperature rise control means for raising the temperature of the NOx storage catalyst device can be configured, but the present invention is not limited to this, and the control means comprising either the air-fuel ratio control means or the temperature rise control means is constituted. it can.
[0050]
The temperature increase control means may be configured by ignition timing control means for retarding the ignition timing as in the embodiment, but is not limited thereto. For example, in the case of an in-cylinder lean combustion internal combustion engine, the temperature increase control means can be constituted by fuel injection control means for performing additional fuel injection in the expansion stroke in addition to main fuel injection. Further, the temperature rise control means is configured such that the temperature of the NOx occlusion catalyst device is higher than the activation temperature and is equal to or higher than a temperature suitable for desorption of sulfur components occluded in the NOx occlusion catalyst device or a lower set temperature. In this case, the temperature of the NOx occlusion catalyst device may be further increased in an assistive manner.
[0051]
According to the exhaust emission control device provided with the control means, the sulfur component release control is performed when the storage amount of the sulfur component (S component) by the NOx storage catalyst device is increased, and as a result, the NOx storage catalyst device becomes a rich air-fuel ratio. In addition, exposure to a high-temperature atmosphere promotes the release of the S component from the NOx storage catalyst device, and the required NOx purification efficiency is maintained.
Further, the control means may be one that responds to catalyst regeneration information or poisoning information due to sulfur components. For example, the catalyst regeneration frequency (frequency at which sulfur components are desorbed) within a predetermined period based on the catalyst regeneration information. When it is determined that the frequency is less than the predetermined frequency, or when the poisoning amount estimated from the poisoning information is larger than a predetermined value, the sulfur component release control is performed. The poisoning information can be obtained from the fuel consumption and operating time (vehicle travel distance) of the lean combustion internal combustion engine, or from the output of a NOx sensor that detects the NOx concentration in the exhaust gas.
[0052]
【The invention's effect】
  The exhaust emission control device of the present invention has a molar ratio of 30 to 300% H with respect to the storage agent added to the NOx storage catalyst device.2S release inhibitor H2H from a lean burn internal combustion engine equipped with an exhaust purification device having a NOx storage catalyst2S release can be sufficiently suppressed without impairing the purification capacity of the NOx storage catalyst.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view of a lean combustion internal combustion engine equipped with an exhaust emission control device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a view showing H by nickel oxide added to the three-way catalyst of the exhaust gas purification apparatus shown in FIG.2It is a figure which shows S release suppression effect.
FIG. 3 shows the time variation of the three-way catalyst temperature and H2It is a figure which shows the time change of S concentration about each of the three way catalyst which makes nickel addition amount different.
[Fig. 4] Nickel oxide addition amount and H2It is a figure which shows the relationship with S concentration peak value.
FIG. 5 is a flowchart of a forced S purge control routine that is performed by the electronic control unit shown in FIG. 1;
6 is a diagram showing a temporal change in target A / F in A / F modulation for S purge suppression operation performed in the control routine of FIG. 5; FIG.
[Fig. 7] H in exhaust gas accompanying catalyst temperature rise2It is a figure which shows the time change of S concentration about both the engine driving | operation with a constant air fuel ratio, and the engine driving | operation with A / F modulation.
[Explanation of symbols]
1. Engine (lean combustion internal combustion engine)
14 Exhaust pipe (exhaust passage)
30 Exhaust purification catalyst device
30a NOx catalyst (NOx storage catalyst device)
30b Three-way catalyst (H2S release suppression catalyst device)

Claims (1)

希薄燃焼内燃機関の排気通路に設けられ排気空燃比がリーン空燃比のときに排ガス中のNOxを吸蔵する吸蔵剤が添加されNOx吸蔵触媒と、
上記NOx吸蔵触媒の下流に設けられるとともに上記吸蔵剤に対してモル比で30ないし300%の硫化水素放出抑制剤が添加された硫化水素放出抑制触媒と、
上記内燃機関の運転状態により設定される所定の条件が成立した場合に、上記NOx吸蔵触媒の硫黄成分の放出を促すSパージを行うよう上記内燃機関を制御する硫黄成分放出制御手段と、
排ガス中の硫化水素濃度の増加度合いを検出する硫化水素放出速度検出手段とを備え、
上記硫黄成分放出制御手段は、上記硫化水素放出速度検出手段より検出される硫化水素放出速度が車速に応じて可変設定される所定値を上回った場合に上記Sパージによる上記NOx吸蔵触媒の硫黄成分の放出を抑制させる機能を有したことを特徴とする希薄燃焼内燃機関の排気浄化装置。
A NOx occlusion catalyst to which an occlusion agent that occludes NOx in exhaust gas is added when the exhaust air-fuel ratio is a lean air-fuel ratio, provided in an exhaust passage of a lean combustion internal combustion engine;
And the molar ratio of 30 to 300% of the hydrogen sulfide release suppression catalyst hydrogen sulfide release control agent is added to said absorbent with provided downstream of the NOx storage catalysts,
Sulfur component release control means for controlling the internal combustion engine to perform S purge for promoting the release of the sulfur component of the NOx storage catalyst when a predetermined condition set by the operating state of the internal combustion engine is satisfied;
A hydrogen sulfide release rate detection means for detecting the degree of increase in the concentration of hydrogen sulfide in the exhaust gas ,
Said sulfur ingredient release control means, the sulfur component of the NOx storage catalyst according to the S purge when hydrogen sulfide release speed detected from the hydrogen sulfide release rate detecting means exceeds a predetermined value is variably set in accordance with the vehicle speed exhaust purification system of a lean burn internal combustion engine, wherein the kite has the function of suppressing the release of.
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JP4496453B2 (en) * 2001-04-06 2010-07-07 株式会社豊田中央研究所 Exhaust gas purification catalyst regeneration method and exhaust gas control method
US7998447B2 (en) * 2004-01-28 2011-08-16 Ford Global Technologies, Llc Method for removing hydrogen sulfide from an emissions stream
US7104045B2 (en) * 2004-01-28 2006-09-12 Ford Global Technologies, Llc System and method for removing hydrogen sulfide from an emissions stream
WO2006059470A1 (en) * 2004-11-30 2006-06-08 Isuzu Motors Limited Sulfur purge control method for exhaust gas purifying system and exhaust gas purifying system
JP2006326495A (en) 2005-05-26 2006-12-07 Toyota Motor Corp Exhaust-gas cleaning catalyst
JP2007332881A (en) 2006-06-15 2007-12-27 Toyota Central Res & Dev Lab Inc Exhaust emission control device and exhaust emission control method using this device
WO2008075111A1 (en) * 2006-12-21 2008-06-26 Johnson Matthey Public Limited Company Apparatus comprising lean burn ic engine and an exhaust system therefor
JP5326251B2 (en) * 2007-10-02 2013-10-30 マツダ株式会社 Exhaust gas purification catalyst device
JP5768607B2 (en) * 2011-09-05 2015-08-26 三菱自動車工業株式会社 Exhaust gas purification device for internal combustion engine
GB201221025D0 (en) 2012-11-22 2013-01-09 Johnson Matthey Plc Zoned catalysed substrate monolith

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