JP4265177B2 - 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】
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、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに流入する排気ガス中のNOX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NOXを還元して蓄えているNOXの量が減少するNOX触媒を配置し、NOX触媒内のNOXを還元しNOX触媒内に蓄えられているNOXの量を減少させるためにNOX触媒に還元剤を一時的に供給する還元剤供給弁を、NOX触媒上流の排気通路内に配置し、NOX触媒を迂回するバイパス通路が設けられると共に、バイパス通路内に流入する排気ガスの量が機関運転状態に応じて変更されることによりNOX触媒内に流入する排気ガスの量が機関運転状態に応じて変更されるようになっており、バイパス通路内に流入する排気ガスの量が一時的に増大されNOX触媒内に流入する排気ガスの量が一時的に減少するとき、還元剤供給弁からNOX触媒に還元剤するようにした内燃機関の排気浄化装置が公知である(特許文献1参照)。
【0003】
このようにすると、排気ガスがバイパス通路内に流入するのが阻止されほぼ全ての排気ガスがNOX触媒内に流入するときに還元剤を供給する場合に比べて、NOX触媒内に流入する排気ガスの空燃比をリッチにするのに必要な還元剤の量を低減することができる。
【0004】
【特許文献1】
特開2001−317338号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
NOX触媒内に供給された還元剤はNOX触媒内でNOXや酸素と発熱反応するので、NOX触媒内のNOXを還元しNOX触媒内の蓄積NOX量を減少させることによって、NOX触媒の温度を上昇させることができ或いはNOX触媒の温度が低下するのを阻止することができる。
【0006】
しかしながら、上述したようにNOX触媒内に供給される還元剤の量を低減すると、NOX触媒の温度を上昇させることができなくなり或いはNOX触媒の温度が低下するのを阻止できなくなり、その結果NOX触媒を速やかに活性化することができず或いはNOX触媒の活性が失われる恐れがあるという問題点がある。
【0007】
そこで本発明の目的は、NOX触媒を速やかに活性化し又はNOX触媒の活性を高く維持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、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに流入する排気ガス中のNOX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NOXを還元して蓄えているNOXの量が減少するNOX触媒を配置し、NOX触媒内のNOXを還元しNOX触媒内に蓄えられているNOXの量を減少させるためにNOX触媒に還元剤を一時的に供給する還元剤供給手段を、NOX触媒上流の排気通路内に配置した内燃機関の排気浄化装置において、NOX触媒を迂回するバイパス通路が設けられると共に、該バイパス通路内に流入する排気ガスの量が変更されることによりNOX触媒内に流入する排気ガスの量が変更されるようになっており、NO X 触媒の温度が低いときには高いときに比べて、還元剤供給手段からNO X 触媒に還元剤を供給するときにNO X 触媒内に流入する排気ガスの量が多くなるようにした内燃機関の排気浄化装置であって、内燃機関が始動されてからの経過時間が予め定められた設定時間よりも短いときには、排気ガスがバイパス通路内に流入するのが阻止されてほぼ全ての排気ガスがNO X 触媒内に流入するときに還元剤供給手段からNO X 触媒に還元剤を供給し、内燃機関が始動されてからの経過時間が設定時間を越えた後には、排気ガスの一部がバイパス通路内に流入してNO X 触媒内に流入する排気ガスの量が減少されているときに還元剤供給手段からNO X 触媒に還元剤を供給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、NO X 触媒の温度がNO X 浄化能下限温度を越えて低下するとNO X 触媒のNO X 浄化能が許容下限値を越えて低下するようになっており、前記設定時間を内燃機関が始動されてからNO X 触媒の温度がNO X 浄化能下限温度になるまでの所要時間に設定している。
【0010】
また、3番目の発明によれば1番目の発明において、流入する排気ガス中に含まれる微粒子を捕集するためのパティキュレートフィルタ上に前記NO X 触媒が担持されており、NO X 触媒の温度が微粒子酸化能下限温度を越えて低下するとNO X 触媒の微粒子酸化能が許容下限値を越えて低下するようになっており、前記設定時間を内燃機関が始動されてからNO X 触媒の温度が微粒子酸化能下限温度になるまでの所要時間に設定している。
【0011】
また、4番目の発明によれば1番目の発明において、排気ガスがNO X 触媒内にその一端面から流入し順流方向に流通した後その他端面から流出するように排気ガスを案内する順流位置と、排気ガスがNO X 触媒内にその他端面から流入し逆流方向に流通した後その一端面から流出するように排気ガスを案内する逆流位置との間を切り替え可能な切替弁を具備し、切替弁が順流位置から逆流位置に又はその逆に切り替えられるときに、バイパス通路内に流入する排気ガスの量が次第に増大しその分だけNO X 触媒内に流入する排気ガスの量が次第に減少し、次いでNO X 触媒内における排気ガス流れの向きが反転した後にNO X 触媒内に流入する排気ガスの量が次第に増大しその分だけバイパス通路内に流入する排気ガスの量が次第に減少するようになっており、順流方向の排気ガス流れに関してNO X 触媒上流に位置する排気通路内に前記還元剤供給手段が設けられている。
【0012】
また、5番目の発明によれば4番目の発明において、内燃機関が始動されてからの経過時間が予め定められた設定時間よりも短いときには、切替弁が順流位置に保持されているときに還元剤供給手段からNO X 触媒内に還元剤を供給し、内燃機関が始動されてからの経過時間が設定時間を越えた後には、切替弁が順流位置から逆流位置に又はその逆に切り替えられる過渡時に還元剤供給手段からNO X 触媒内に還元剤を供給するようにしている。
【0013】
前記課題を解決するために6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、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに流入する排気ガス中のNO X 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 X を還元して蓄えているNO X の量が減少するNO X 触媒を配置し、NO X 触媒内のNO X を還元しNO X 触媒内に蓄えられているNO X の量を減少させるためにNO X 触媒に還元剤を一時的に供給する還元剤供給手段を、NO X 触媒上流の排気通路内に配置した内燃機関の排気浄化装置において、NO X 触媒を迂回するバイパス通路が設けられると共に、該バイパス通路内に流入する排気ガスの量が変更されることによりNO X 触媒内に流入する排気ガスの量が変更されるようになっており、還元剤供給手段からNO X 触媒に還元剤が供給されるときにNO X 触媒内に流入する排気ガスの量がNO X 触媒の温度に応じて異なるようにし、排気ガスがNO X 触媒内にその一端面から流入し順流方向に流通した後その他端面から流出するように排気ガスを案内する順流位置と、排気ガスがNO X 触媒内にその他端面から流入し逆流方向に流通した後その一端面から流出するように排気ガスを案内する逆流位置との間を切り替え可能な切替弁を具備し、切替弁が順流位置から逆流位置に又はその逆に切り替えられるときに、バイパス通路内に流入する排気ガスの量が次第に増大しその分だけNO X 触媒内に流入する排気ガスの量が次第に減少し、次いでNO X 触媒内における排気ガス流れの向きが反転した後にNO X 触媒内に流入する排気ガスの量が次第に増大しその分だけバイパス通路内に流入する排気ガスの量が次第に減少するようになっており、順流方向の排気ガス流れに関してNO X 触媒上流に位置する排気通路内に前記還元剤供給手段が設けられており、切替弁が順流位置に保持されているときに還元剤供給手段からNO X 触媒内に還元剤を供給するか、切替弁が順流位置から逆流位置に又はその逆に切り替えられる過渡時に還元剤供給手段からNO X 触媒内に還元剤を供給するかを、NO X 触媒の温度に応じて切り替えるようにしている。
【0014】
また、7番目の発明によれば6番目の発明において、NO X 触媒の温度が予め定められた設定温度よりも低いときには、切替弁が順流位置に保持されているときに還元剤供給手段からNO X 触媒に還元剤を供給し、NO X 触媒の温度が設定温度よりも高いときには、切替弁が順流位置から逆流位置に又はその逆に切り替えられる過渡時に還元剤供給手段からNO X 触媒に還元剤を供給するようにしている。
【0015】
また、8番目の発明によれば7番目の発明において、NO X 触媒の温度がNO X 浄化能下限温度を越えて低下するとNO X 触媒のNO X 浄化能が許容下限値を越えて低下するようになっており、前記設定温度をNO X 触媒のNO X 浄化能下限温度に設定している。
【0016】
また、9番目の発明によれば7番目の発明において、流入する排気ガス中に含まれる微粒子を捕集するためのパティキュレートフィルタ上に前記NO X 触媒が担持されており、NO X 触媒の温度が微粒子酸化能下限温度を越えて低下するとNO X 触媒の微粒子酸化能が許容下限値を越えて低下するようになっており、前記設定温度をNO X 触媒の微粒子酸化能下限温度に設定している。
【0017】
また、10番目の発明によれば6番目の発明において、内燃機関が始動されてからの経過時間が予め定められた設定時間よりも短いときには、切替弁が順流位置に保持されているときに還元剤供給手段からNO X 触媒に還元剤を供給し、内燃機関が始動されてからの経過時間が設定時間を越えた後には、切替弁が順流位置から逆流位置に又はその逆に切り替えられる過渡時に還元剤供給手段からNO X 触媒に還元剤を供給するようにしている。
【0018】
前記課題を解決するために11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、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに流入する排気ガス中のNO X 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 X を還元して蓄えているNO X の量が減少するNO X 触媒を配置し、NO X 触媒内のNO X を還元しNO X 触媒内に蓄えられているNO X の量を減少させるためにNO X 触媒に還元剤を一時的に供給する還元剤供給手段を、NO X 触媒上流の排気通路内に配置した内燃機関の排気浄化装置において、NO X 触媒を迂回するバイパス通路が設けられると共に、該バイパス通路内に流入する排気ガスの量が変更されることによりNO X 触媒内に流入する排気ガスの量が変更されるようになっており、還元剤供給手段からNO X 触媒に還元剤が供給されるときにNO X 触媒内に流入する排気ガスの量がNO X 触媒の温度に応じて異なるようにし、排気ガスがNO X 触媒内にその一端面から流入し順流方向に流通した後その他端面から流出するように排気ガスを案内する順流位置と、排気ガスがNO X 触媒内にその他端面から流入し逆流方向に流通した後その一端面から流出するように排気ガスを案内する逆流位置との間を切り替え可能な切替弁を具備し、切替弁が順流位置から逆流位置に又はその逆に切り替えられるときに、バイパス通路内に流入する排気ガスの量が次第に増大しその分だけNO X 触媒内に流入する排気ガスの量が次第に減少し、次いでNO X 触媒内における排気ガス流れの向きが反転した後にNO X 触媒内に流入する排気ガスの量が次第に増大しその分だけバイパス通路内に流入する排気ガスの量が次第に減少するようになっており、順流方向の排気ガス流れに関してNO X 触媒上流に位置する排気通路内に前記還元剤供給手段が設けられており、切替弁が順流位置から逆流位置に又はその逆に切り替えられる過渡時に還元剤供給手段からNO X 触媒に還元剤を供給すると共に、基準時期から還元剤が供給されるまでの時間間隔をNO X 触媒の温度に応じて設定している。
【0019】
また、12番目の発明によれば6又は11番目の発明において、NO X 触媒の温度が低いときには高いときに比べて、還元剤供給手段からNO X 触媒に還元剤を供給するときにNO X 触媒内に流入する排気ガスの量が多くなるようにしている。
【0020】
また、13番目の発明によれば1,6,11,12番目の発明のうちいずれか一つにおいて、還元剤供給手段からNO X 触媒に還元剤を供給するときにNO X 触媒内に流入する排気ガスの量が多いときには少ないときに比べて、還元剤供給手段からNO X 触媒に供給される還元剤の量が多くなるようにしている。
【0021】
また、14番目の発明によれば1,6,11番目の発明のうちいずれか一つにおいて、バイパス通路内に流入する排気ガスの量が機関運転状態に応じて変更されることによりNO X 触媒内に流入する排気ガスの量が機関運転状態に応じて変更されるようになっている。
また、15番目の発明によれば1,6,11番目の発明のうちいずれか一つにおいて、前記バイパス通路内に追加のNO X 触媒を配置し、追加のNO X 触媒に還元剤を供給するための追加の還元剤供給手段をバイパス通路の流入端と追加のNO X 触媒間のバイパス通路内に配置し、追加のNO X 触媒内のNO X を還元し追加のNO X 触媒内に蓄えられているNO X の量を減少させるために追加の還元剤供給手段から追加のNO X 触媒に還元剤を一時的に供給すると共に、このとき追加のNO X 触媒内に流入する排気ガスの量が追加のNO X 触媒の温度に応じて異なるようにしている。
【0022】
【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。
【0023】
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は排気ポートをそれぞれ示す。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の出口に連結され、コンプレッサ15の入口には吸気管15aが連結される。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。
【0024】
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に連結され、排気タービン21の出口は排気管20aを介して触媒コンバータ22に接続される。
【0025】
図1と共に図2を参照すると、触媒コンバータ22はステップモータ60により駆動される切替弁61を具備し、この切替弁61の流入ポート62に排気管20aの出口が接続される。また、流入ポート62に対向する切替弁61の流出ポート63には触媒コンバータ22の排気ガス排出管64が接続される。切替弁61は更に、流入ポート62及び流出ポート63を結ぶ直線の両側において互いに対向する一対の流入流出ポート65,66を有しており、これら流入流出ポート65,66には触媒コンバータ22の環状排気管67の両端がそれぞれ接続される。なお、排気ガス排出管64の出口には排気管23が接続される。
【0026】
環状排気管67は排気ガス排出管64を貫通して延びており、環状排気管67の排気ガス排出管64内に位置する部分にはフィルタ収容室68が形成される。このフィルタ収容室68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69が収容される。なお、図2において69a及び69bはパティキュレートフィルタ69の一端面及び他端面をそれぞれ示している。
【0027】
パティキュレートフィルタ69の一端面69aを含む触媒コンバータ22の部分縦断面図を示す図2(A)、及び触媒コンバータ22の部分横断面図を示す図2(B)に示されるように、パティキュレートフィルタ69はハニカム構造をなしており、互いに平行をなして延びる複数個の排気ガス通路70,71を具備する。これら排気ガス通路は一端が開放されかつ他端がシール材72により閉塞されている排気ガス通路70と、他端が開放されかつ一端がシール材73により閉塞されている排気ガス通路71とにより構成される。なお、図2(A)においてハッチングを付した部分はシール材73を示している。これら排気ガス通路70,71は例えばコージェライトのような多孔質材から形成される薄肉の隔壁74を介して交互に配置される。云い換えると排気ガス通路70,71は各排気ガス通路70が4つの排気ガス通路71によって包囲され、各排気ガス通路71が4つの排気ガス通路70によって包囲されるように配置される。
【0028】
パティキュレートフィルタ69上には後述するようにNOX触媒81が担持されている。一方、切替弁61の流出ポート63と環状排気管67が貫通している部分との間の排気ガス排出管64内には触媒収容室75が形成されており、この触媒収容室75内にはハニカム構造の基材に担持された酸化能を有する補助触媒76が収容される。この場合、NOX触媒81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69内に流入する排気ガスの空燃比に一致し、NOX触媒81の温度もパティキュレートフィルタ69の温度に一致する。
【0029】
また、切替弁61の流入流出ポート65とNOX触媒81間の環状排気管67にはNOX触媒81に還元剤を供給するための電気制御式還元剤供給弁77が取り付けられる。還元剤供給弁77には電気制御式の還元剤ポンプ78から還元剤が供給される。本発明による実施例では還元剤として内燃機関の燃料即ち軽油が用いられている。なお、本発明による実施例では流入流出ポート66とNOX触媒81間の環状排気管67に還元剤供給弁が配置されていない。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
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。吸気管15aには吸入空気の質量流量を検出するためのエアフロメータ49が取り付けられ、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50が取り付けられる。また、パティキュレートフィルタ69の例えば中央部にはパティキュレートフィルタ69の温度を検出するための温度センサ51が取り付けられ、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が接続される。アクセルペダル52の踏み込み量Lは要求負荷を表している。燃料圧センサ29、エアフロメータ49、圧力センサ50、温度センサ51、及び負荷センサ53の出力信号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。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。
【0033】
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、燃料ポンプ28、切替弁駆動用ステップモータ60、還元剤供給弁77、及び還元剤ポンプ78にそれぞれ接続され、これらは電子制御ユニット40からの出力信号に基づいて制御される。
【0034】
切替弁61は通常、図3(B)において実線で示される位置と破線で示される位置とのうちいずれか一方に位置せしめられる。切替弁61が図3(B)において実線で示される位置に位置せしめられると、流入ポート62が切替弁61によって流出ポート63及び流入流出ポート66との連通が遮断されながら流入流出ポート65に連通され、流出ポート63が切替弁61によって流入流出ポート66に連通される。その結果、図3(B)において実線の矢印で示されるように排気管20a内を流通する全ての排気ガスが流入ポート62及び流入流出ポート65を順次介して環状排気管67内に流入し、次いでパティキュレートフィルタ69を通過した後に流入流出ポート66及び流出ポート63を順次介して排気ガス排出管64内に流出する。
【0035】
これに対し、切替弁61が図3(B)において破線で示される位置に位置せしめられると、流入ポート62が切替弁61によって流出ポート63及び流入流出ポート65との連通が遮断されながら流入流出ポート66に連通され、流出ポート63が切替弁61によって流入流出ポート65に連通される。その結果、図3(B)において破線の矢印で示されるように排気管20a内を流通する全ての排気ガスが流入ポート62及び流入流出ポート66を順次介して環状排気管67内に流入し、次いでパティキュレートフィルタ69を通過した後に流入流出ポート65及び流出ポート63を順次介して排気ガス排出管64内に流出する。
【0036】
このように切替弁61の位置を切り替えることによって環状排気管67内における排気ガスの流れが反転する。言い換えると、排気ガスがNOX触媒81内にその一端面を介し流入しNOX触媒81からその他端面を介し流出するように排気ガスを案内するか、又はNOX触媒81内にその他端面を介し流入しNOX触媒81からその一端面を介し流出するように排気ガスを案内するかを切り替え可能になっている。以下では、図3(B)において実線で示される排気ガスの流れを順流と称し、破線で示される排気ガスの流れを逆流と称することにする。また、図3(B)において実線で示される切替弁61の位置を順流位置と称し、破線で示される切替弁61の位置を逆流位置と称する。
【0037】
流出ポート66を介し排気ガス排出管64内に流出した排気ガスは図3(A)及び(B)に示されるように、次いで触媒76を通過し、環状排気管67の外周面に沿いつつ進行した後に排気管23内に流出する。
【0038】
パティキュレートフィルタ69における排気ガスの流れを説明すると、順流時には排気ガスは一端面69aを介しパティキュレートフィルタ69内に流入し、他端面69bを介しパティキュレートフィルタ69から流出する。このとき、排気ガスは一端面69a内に開口している排気ガス通路70内に流入し、次いで周囲の隔壁74内を通って隣接する排気ガス通路71内に流出する。一方、逆流時には排気ガスは他端面69bを介しパティキュレートフィルタ69内に流入し、一端面69aを介しパティキュレートフィルタ69から流出する。このとき、排気ガスは他端面69b内に開口している排気ガス通路71内に流入し、次いで周囲の隔壁74内を通って隣接する排気ガス通路70内に流出する。
【0039】
ここで、パティキュレートフィルタ69は環状排気管67のほぼ中央部に配置されており、即ち切替弁61の流入ポート62からパティキュレートフィルタ69までの距離と、パティキュレートフィルタ69から流出ポート63までの距離とが切替弁61が順流位置にあるときと逆流位置にあるときとでほとんど変わらない。
【0040】
パティキュレートフィルタ69の隔壁74上即ち例えば隔壁74の両側面及び細孔内壁面上には、図4に示されるようにNOX触媒81がそれぞれ担持されている。このNOX触媒81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。
【0041】
NOX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NOX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NOXを還元して蓄えているNOXの量を減少させる蓄積還元作用を行う。
【0042】
NOX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。
【0043】
即ち、NOX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O2がO2 −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O2 −又はO2−と反応し、NO2となる(NO+O2→NO2+O*、ここでO*は活性酸素)。次いで生成されたNO2の一部は白金Pt上でさらに酸化されつつNOX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NO3 −の形でNOX触媒内に拡散する。このようにしてNOXがNOX触媒内に蓄えられる。
【0044】
これに対し、NOX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NO2の生成量が低下し、反応が逆方向(NO3 −→NO+2O*)に進み、斯くしてNOX触媒内の硝酸イオンNO3 −がNOの形でNOX触媒から放出される。この放出されたNOX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NOXが存在しなくなるとNOX触媒から次から次へとNOXが放出されて還元され、NOX触媒内に蓄えられているNOXの量が次第に減少する。
【0045】
なお、硝酸塩を形成することなくNOXを蓄え、NOXを放出することなくNOX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、NOX触媒はNOX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。
【0046】
一方、補助触媒76は本発明による実施例では、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76を上述したNOX触媒から形成してもよい。
【0047】
ところで、本発明による実施例では、切替弁61が機関運転状態に応じて順流位置から逆流位置に又はその逆に切り替えられ、具体的には例えば要求負荷Lがゼロになると切り替えられる。これは次の理由による。
【0048】
図5は切替弁61が切り替えられるときのNOX触媒81内に順流方向に流入する排気ガスの量QEの経時変化を示している。図5において、矢印Xは切替弁61を切り替えるべき信号が発せられた時期を示しており、実線は切替弁61が逆流位置から順流位置に切り替えられる場合を示しており、破線は切替弁61が順流位置から逆流位置に切り替えられる場合を示している。また、NOX触媒81内に流入する排気ガスの方向が順流方向のときには排気ガス量QEは正値となり、逆流方向のときには負値となる。更に、図5に示される例では、切替弁61が順流位置にあるときの排気ガス量QEが100で表わされ、逆流位置にあるときの排気ガス量QEが−100で表わされている。
【0049】
切替弁61が逆流位置から順流位置に切り替えられる場合を例にとって説明する。切替弁61が逆流位置から順流位置に向けて変位されると、流入ポート62が流入流出ポート65だけでなく流出ポート63にも直接的に接続され、このため流入ポート62内に流入した排気ガスの一部がNOX触媒81を迂回するようになる。切替弁61が順流位置に向かうにつれて、NOX触媒81を迂回する排気ガスの量が次第に増大し、その分だけNOX触媒81内に逆流方向に流入する排気ガスの量QEが次第に減少する。次いで、NOX触媒81内に流入する排気ガスQEの量が一旦ゼロになった後に、NOX触媒81内における排気ガス流れの向きが反転し、NOX触媒81内に順流方向に流入する排気ガスの量QEが次第に増大し、その分だけNOX触媒81を迂回する排気ガスの量が次第に減少する。切替弁61が順流位置から逆流位置に切り替えられるときも同様である。このように切替弁61の流入ポート62から流出ポート63までの排気ガス流路はパティキュレートフィルタ69を迂回するバイパス通路として作用しうる。
【0050】
従って、切替弁61が順流位置から逆流位置に又はその逆に切り替えられると、排気ガスが一時的にNOX触媒81を迂回することになる。そこで本発明による実施例では、NOX触媒81を迂回する排気ガスの量ができるだけ少なくなるように、要求負荷Lがゼロのときに切替弁61を切り替えるようにしている。その結果、パティキュレートフィルタ69及びNOX触媒81を迂回する微粒子及びNOXの量を低減することができる。
【0051】
さて、上述したように切替弁61が順流位置にあろうと逆流位置にあろうと排気ガスはパティキュレートフィルタ69を通過する。また、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、従ってパティキュレートフィルタ69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NOXはパティキュレートフィルタ69上のNOX触媒81内に蓄えられる。
【0052】
時間の経過と共にNOX触媒81内の蓄積NOX量は次第に増大する。そこで本発明による実施例では、NOX触媒81内の蓄積NOX量が許容量を越えたときに、NOX触媒81内に蓄えられているNOXを還元しNOX触媒81内の蓄積NOX量を減少させるために、NOX触媒81内に流入する排気ガスの空燃比が一時的にリッチになるように、還元剤供給弁77からNOX触媒81に還元剤を一時的に供給する還元剤供給作用を行うようにしている。なお、蓄積NOX量は例えば機関運転状態に基づいて求めることができる。
【0053】
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69上に捕集される。即ち、概略的に説明すると、順流時には排気ガス通路70側の隔壁74の側面上及び細孔内に微粒子が捕集され、逆流時には排気ガス通路71側の隔壁74の側面上及び細孔内に微粒子が捕集される。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、NOX触媒81は酸化能を有しているので、パティキュレートフィルタ69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69上で微粒子が酸化せしめられ除去される。
【0054】
この場合、上述したNOX触媒81のNOXの蓄積還元メカニズムによれば、NOX触媒81内にNOXが蓄えられるときにもNOX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O2よりも活性が高く、従ってパティキュレートフィルタ69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69上にNOX触媒81を担持させると、パティキュレートフィルタ69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69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。
【0055】
ここで、NOX触媒81内のNOXを還元しNOX触媒81内の蓄積NOX量を減少させるための還元剤供給作用について、図6を参照しながら詳しく説明する。
【0056】
本発明による実施例では、図6に矢印Y1で示されるように、蓄積NOX量QNが第1の許容量QN1を越えても直ちに還元剤供給作用が行われず、次いで矢印Y2で示されるように要求負荷Lがゼロになって切替弁61が切り替えられるときに、還元剤供給作用が行われる。その結果、図6に示されるように排気ガスの空燃比AFNが一時的にリッチに切り替えられ、蓄積NOX量QNが例えばゼロまで減少される。
【0057】
次いで、図6に矢印Y3で示されるように、要求負荷Lが再びゼロになると切替弁61が切り替えられ、しかしながらこのとき蓄積NOX量QNは第1の許容量QN1よりも少ないので、還元剤供給作用は行われない。次いで、図6に矢印Y4で示されるように蓄積NOX量QNが再び第1の許容量QN1を越えても直ちには還元剤供給作用が行われず、このため蓄積NOX量QNは次第に増大する。
【0058】
次いで、矢印Y5で示されるように蓄積NOX量QNが第2の許容量QN2(>QN1)よりも多くなると、要求負荷Lがゼロでなくても、還元剤供給作用が行われる。その結果、NOX触媒81がNOXで飽和するのが阻止される。
【0059】
このようにNOX触媒81の蓄積NOX量QNが第1の許容量QN1よりも多くかつ第2の許容量QN2よりも少ないときには、図6に矢印Y2で示されるように切替弁61が切り替えられるときに還元剤供給作用が行われる。
【0060】
本発明による各実施例では、この還元剤供給作用が行われるときにNOX触媒内に流入する排気ガスの量がNOX触媒81の温度Tに応じて異なるようになっている。次に、本発明による第1から第4実施例を順次説明する。
【0061】
本発明による第1実施例では、切替弁61が切り替えられる過渡時に還元剤供給作用が行われる過渡供給と、切替弁61が順流位置にあるときに還元剤供給作用が行われる順流供給とがNOX触媒81の温度Tに応じて選択的に切り替えられる。
【0062】
まず、過渡供給について説明する。図5を参照して上述したように、切替弁61が切り替えられる過渡時には、NOX触媒81内に流入する排気ガスの量QEが一時的に減少する。従って、このとき還元剤供給作用を行えば、NOX触媒81内に流入する排気ガスの空燃比AFNをリッチに切り替えるのに必要な還元剤の量を低減することができる。また、このときNOX触媒81内における排気ガスの空間速度が低下するのでNOX触媒81内における還元剤の滞留時間が長くなり、従って還元剤を有効に利用できることにもなる。これが過渡供給の考え方である。
【0063】
詳しく説明すると、切替弁61が逆流位置から順流位置に切り替えられる場合には、図7(A)に矢印RTで示されるように、NOX触媒81内に流入する排気ガスの量QEが一旦ゼロになった後に増大していく途中で、還元剤供給作用が行われる。この場合、基準時期例えば切替弁61を切り替えるべき信号が発せられた時期Xから還元剤供給作用が行われるまでの時間間隔がtRFで表されている。一方、切替弁61が順流位置から逆流位置に切り替えられる場合には、図7(B)に矢印RTで示されるように、NOX触媒81内に順流方向に流入する排気ガスの量QEが減少していく途中で、還元剤が供給される。この場合の時間間隔がtFRで表されている。このように排気ガスの一部がNOX触媒81内に流入しているときに還元剤供給作用が行われる。
【0064】
これに対し、順流供給では切替弁61が順流位置にあるときに還元剤供給作用が行われる。即ち、切替弁61が逆流位置から順流位置に切り替えられる場合には、図7(A)に矢印RFで示されるように、切替弁61が順流位置に切り替えられた後に還元剤が供給される。一方、切替弁61が順流位置から逆流位置に切り替えられる場合には、図7(B)に矢印RFで示されるように、切替弁61が逆流位置に切り替えられる前に還元剤供給作用が行われる。このようにほぼ全ての排気ガスがNOX触媒81内に流入しているときに還元剤供給作用が行われる。
【0065】
図7に示される例では、過渡供給が行われる場合には、還元剤供給作用が行われるときにNOX触媒81内に流入する排気ガスの量QEが小さなQETになっており、この場合にNOX触媒81内に流入する排気ガスの空燃比を例えば一定のリッチ空燃比にするのに必要な還元剤供給量QRは比較的小さなQRTに設定される。これに対し、順流供給が行われる場合には、還元剤供給作用が行われるときにNOX触媒81内に流入する排気ガスの量QEが大きなQEFになっており、この場合の還元剤供給量QRは比較的大きなQRF(>QRT)に設定される。
【0066】
冒頭で述べたように、NOX触媒81内に供給された還元剤はNOX触媒81内でNOXや酸素と発熱反応し、このときの発熱量は還元剤供給作用が行われるときにNOX触媒81内に流入する排気ガスの量QE及びNOX触媒81に供給された還元剤の量QRに依存し、即ちQE及びQRが多くなると発熱量が多くなる。
【0067】
従って、過渡供給を行うよりも順流供給を行えば、NOX触媒81の温度Tを上昇させることができ或いはNOX触媒81の温度Tが低下するのを阻止することができることになる。
【0068】
そこで本発明による第1実施例では、NOX触媒81の温度Tが予め定められた設定温度TSよりも低いときには順流供給を行い、NOX触媒81の温度Tが設定温度TSよりも高いときには過渡供給を行うようにしている。
【0069】
一般的に言うと、NOX触媒81の温度Tが低いときには高いときに比べて、還元剤供給作用が行われるときにNOX触媒81内に順流方向に流入する排気ガスの量QEが多くなるようにしているということになる。
【0070】
図8(A)はNOX触媒81のNOX浄化能を示しており、即ちNOX触媒81の温度TがNOX浄化能下限温度TLNを越えて低下すると、NOX触媒81のNOX浄化能が許容下限値ALNを越えて低下する。従って、上述した設定温度TSをこのNOX浄化能下限温度TLNに設定すれば、NOX触媒81のNOX浄化能を速やかに許容下限値ALN以上に上昇させることができ、或いは許容下限値ALN以上に維持することができることになる。
【0071】
また、図8(B)はNOX触媒81の微粒子酸化能を示しており、即ちNOX触媒81の温度Tが微粒子酸化能下限温度TLPMを越えて低下すると、NOX触媒81の微粒子酸化能が許容下限値ALPMを越えて低下する。従って、上述した設定温度TSをこの微粒子酸化能下限温度TLPMに設定すれば、NOX触媒81の微粒子酸化能を速やかに許容下限値ALPM以上に上昇させることができ、或いは許容下限値ALPM以上に維持することができることになる。
【0072】
一方、逆の見方をすれば、順流供給を行うよりも過渡供給を行えば、NOX触媒81の温度上昇を抑制することができる。即ち、図8(A)に示されるようにNOX触媒81の温度TがNOX浄化能上限温度TUNを越えて上昇すると、NOX触媒81のNOX浄化能が許容下限値ALNを越えて低下する。従って、上述した設定温度TSをこのNOX浄化能上限温度TUNに設定すれば、NOX触媒81のNOX浄化能を許容下限値ALN以上に維持することができる。
【0073】
図9は上述した本発明による実施例を実行するため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設定時間毎の割り込みによって実行される。
【0074】
図9を参照すると、まずステップ100では、要求負荷Lがゼロになった否か、即ち切替弁61を順流位置から逆流位置に又はその逆に切り替えるべきか否かが判別される。要求負荷Lがゼロになったときには次いでステップ101に進み、NOX触媒81の蓄積NOX量QNが第1の許容量QN1よりも多いか否かが判別される。QN≦QN1のときには次いでステップ102に進み、切替弁61が切り替えられ、還元剤供給作用は行われない。
【0075】
これに対し、QN>QN1のときには次いでステップ103に進み、還元剤供給制御ルーチンが実行される。本発明による第1実施例の還元剤供給制御ルーチンが図10に示されている。
【0076】
図10を参照すると、まずステップ120ではNOX触媒81の温度Tが設定温度TSよりも低いか否かが判別される。T<TSのときには次いでステップ121に進み、還元剤供給量QRが比較的大きなQRFとされる。続くステップ122では切替弁61が切り替えられると共に順流供給が行われる。即ち、切替弁61が逆流位置にある場合には切替弁61が順流位置に切り替えられ、次いでQRだけ還元剤が供給される。切替弁61が順流位置にある場合にはQRだけ還元剤が供給され、次いで切替弁61が順流位置に切り替えられる。
【0077】
これに対し、T≧TSのときには次いでステップ123に進み、還元剤供給量QRが比較的小さなQRTとされる。続くステップ124では切替弁61が切り替えられると共に過渡供給が行われる。即ち、切替弁61が切り替えられる過渡時に還元剤供給作用が行われる。
【0078】
再び図9を参照すると、要求負荷Lがゼロになったときでないときにはステップ100からステップ104に進み、蓄積NOX量QNが第2の許容量QN2よりも多いか否かが判別される。QN≦QN2のときには処理サイクルを終了し、QN>QN2のときには次いでステップ105に進み、現在切替弁61が順流位置にあるか否かが判別される。現在切替弁61が順流位置にあるときには次いでステップ106に進んで還元剤供給量QRを算出した後に、ステップ107に進んで順流供給が行われる。これに対し、現在切替弁61が逆流位置にあるときには次いでステップ108に進んで還元剤供給量QRを算出した後に、ステップ109に進んで過渡供給が行われる。
【0079】
即ち、ステップ104からステップ105に進んだときには切替弁61を切り替えるべきときではないので、切替弁61が順流位置にある場合には順流供給が行われる。また、このとき内燃機関から比較的多量の排気ガスが排出されているので、切替弁61が逆流位置にある場合には還元剤供給量QRが少ない過渡供給が行われる。なお、ステップ106及びステップ108では、例えば吸入空気量に基づいて還元剤供給量QRが算出される。
【0080】
次に、本発明による第2実施例を説明する。
【0081】
機関が始動されてからの経過時間tDが比較的短いときにはNOX触媒81の温度Tが低く、経過時間tDが長くなるとNOX触媒81の温度Tが上昇する。従って、経過時間tDが短いときに順流供給を行えば、NOX触媒81の温度Tを速やかに上昇させることができる。
【0082】
本発明による第2実施例では、経過時間tDが予め定められた設定時間tDSよりも短いときには順流供給を行い、経過時間tDが設定時間tDSよりも長くなった後には過渡供給を行うようにしている。なお、機関が始動されてから、NOX触媒81の温度Tが図8を参照して上述したNOX浄化能下限温度TLN又は微粒子酸化能下限温度TLPMになるまでの所要時間を予め実験により求めておき、この所要時間を設定時間tDSとすることもできる。
【0083】
図11は本発明による第2実施例の還元剤供給制御ルーチンを示している。このルーチンは図9のステップ103で実行される。
【0084】
図11を参照すると、まずステップ140では機関が始動されてからの経過時間tDが設定時間tDSよりも短いか否かが判別される。tD<tDSのときには次いでステップ141に進み、還元剤供給量QRが比較的大きなQRFとされる。続くステップ142では切替弁61が切り替えられると共に順流供給が行われる。これに対し、tD≧tDSのときには次いでステップ143に進み、還元剤供給量QRが比較的小さなQRTとされる。続くステップ144では切替弁61が切り替えられると共に過渡供給が行われる。
【0085】
次に、本発明による第3実施例を説明する。この第3実施例では、上述した過渡供給が行われ、順流供給は行われない。
【0086】
過渡供給では、還元剤供給作用が行われるときにNOX触媒81内に流入する排気ガスの量QETは、基準時期例えば切替弁61を切り替えるべき信号が発せられた時期Xから還元剤供給作用が行われるまでの時間間隔tRF,tFRに依存する。即ち、切替弁61が逆流位置から順流位置に切り替えられる場合には、図12(A)に示されるように時間間隔tRFが短くなると排気ガス量QETが少なくなり、図12(B)に示されるように時間間隔tRFが長くなると排気ガス量QETが多くなる。また、切替弁61が順流位置から逆流位置に切り替えられる場合には、時間間隔tFRが短くなると排気ガス量QETが多くなり、時間間隔tFRが長くなると排気ガス量QETが少なくなる。
【0087】
そこで本発明による第3実施例では、時間間隔tRF,tFRをNOX触媒81の温度Tに応じて設定するようにしている。具体的には、図13に示されるように、切替弁61が逆流位置から順流位置に切り替えられる場合の時間間隔tRFがNOX触媒81の温度Tが低くなるにつれて長くなるようにし、切替弁61が順流位置から逆流位置に切り替えられる場合の時間間隔tFRがNOX触媒81の温度Tが低くなるにつれて短くなるようにしている。
【0088】
この場合の還元剤供給量QRが図14に示されている。即ち、図14(A)に示されるように時間間隔tRFが長くなるにつれて還元剤供給量QRが多くなり、図14(B)に示されるように時間間隔tFRが短くなるにつれて還元剤供給量QRが多くなる。従って、還元剤供給作用が行われるときにNOX触媒81内に流入する排気ガスの量QETが多くなるにつれて還元剤供給量QRが多くなる。
【0089】
図15は本発明による第3実施例の還元剤供給制御ルーチンを示している。このルーチンは図9のステップ103で実行される。
【0090】
図15を参照すると、まずステップ160では現在の切替弁61の位置に応じて時間間隔tFR又はtRFが図13のマップから算出される。続くステップ161では、図14のマップから還元剤供給量QRが算出される。続くステップ162では切替弁61が切り替えられると共に過渡供給が行われる。即ち、切替弁61を切り替えるべき信号が発せられた時期Xから時間間隔tFR,tRFだけ経過したときに還元剤が還元剤供給量QRだけ供給される。
【0091】
次に、本発明による第4実施例を説明する。
【0092】
これまで述べてきた過渡供給では、切替弁61が順流位置から逆流位置に又はその逆に連続的に切り替えられ、その途中で還元剤供給作用が行われる。
【0093】
これに対し、本発明による第4実施例では、切替弁61が弱順流位置に一時的に保持され、切替弁61が弱順流位置に保持されているときに還元剤供給作用を行う弱順流供給が行われる。切替弁61が弱順流位置に保持されると、図16に矢印で示されるように排気ガスの大部分が流入ポート62から流出ポート63を介し直接的に排気ガス排出管64内に流出し即ちNOX触媒81を迂回し、残りのわずかな一定量の排気ガスが流入流出ポート65を介し環状排気管67内に流入し、次いでNOX触媒81内を順流方向に流通する。この弱順流供給を図17を参照して詳しく説明する。
【0094】
図17は弱順流供給が行われるときの切替弁61の位置VP及びNOX触媒81内に順流方向に流入する排気ガスの量QEの経時変化を、図5と同様に示す図である。
【0095】
更に、切替弁位置VPは基準位置、例えばほぼ全ての排気ガスがNOX触媒81を迂回する全バイパス位置に対する切替弁61の位置を表しており、切替弁61が全バイパス位置と順流位置間にあるときには切替弁位置VPは正値となり、全バイパス位置から順流位置に近づくにつれて大きくなる。また、切替弁61が全バイパス位置と逆流位置間にあるときには切替弁位置VPは負値となり、全バイパス位置から逆流位置に近づくにつれて小さくなる。
【0096】
切替弁61が例えば逆流位置から順流位置に切り替えられる場合には、図17に示されるように、切替弁61が逆流位置から弱順流位置WFまで移動されて弱順流位置WFに一時的に保持され、次いで目的位置である順流位置まで移動される。その結果、NOX触媒81内に流入する排気ガスの量QEがわずからQEWFに一時的に保持され、このとき矢印Rで示されるように還元剤供給作用が行われる。この場合、切替弁61を切り替えるべき信号が発せられた時期Xから還元剤供給作用が行われるまでの時間間隔がtWFで表されている。切替弁61が順流位置から逆流位置に切り替えられるときも同様である。
【0097】
還元剤供給作用が行われるときにNOX触媒81内に流入する排気ガスの量QEWFは弱順流位置WFに依存し、即ち弱順流位置WFが小さくなるにつれて排気ガス量QEWFが少なくなる。図18(A)は弱順流位置WFが小さい場合を示しており、図18(B)は弱順流位置WFが大きい場合を示している。
【0098】
そこで本発明による第4実施例では、弱順流位置WFをNOX触媒81の温度Tに応じて設定するようにしている。具体的には、図19に示されるように、弱順流位置WFがNOX触媒81の温度Tが低くなるにつれて大きくなるようにしている。
【0099】
この場合の還元剤供給量QRは図20に示されるように、弱順流位置WFが大きくなるにつれて還元剤供給量QRが多くなる。従って、還元剤供給作用が行われるときにNOX触媒81内に流入する排気ガスの量QEWFが多くなるにつれて還元剤供給量QRが多くなる。
【0100】
図21は本発明による第4実施例の還元剤供給制御ルーチンを示している。このルーチンは図9のステップ103で実行される。
【0101】
図21を参照すると、まずステップ180では弱順流位置WFが図19のマップから算出される。続くステップ181では、図20のマップから還元剤供給量QRが算出される。続くステップ182では切替弁61が切り替えられると共に弱順流供給が行われる。即ち、切替弁61が弱順流位置WFに一時的に保持され、このとき還元剤が還元剤供給量QRだけ供給される。
【0102】
これまで述べてきた本発明による各実施例は図22及び図24に示される内燃機関にも適用することができる。
【0103】
図22に示される内燃機関では、排気管20aの出口にケーシング168が接続され、このケーシング168は排気管20cを介してケーシング175に接続され、ケーシング175は排気管23に接続される。これらケーシング168,175内にはNOX触媒81を担持したパティキュレートフィルタ69、及び補助触媒76がそれぞれ収容される。
【0104】
排気管20aからバイパス管185が分岐されており、このバイパス管185の流出端は排気管20cに開口している。また、バイパス管185の流入端が開口している排気管20aの部分には、図示しない電子制御ユニットによって制御される切替弁161が配置される。更に、バイパス管185の流入端とパティキュレートフィルタ69間の排気管20aに還元剤供給弁77が配置される。
【0105】
切替弁161は通常、図23に実線で示される通常位置に保持される。切替弁161がこの通常位置に保持されると、バイパス管185が遮断され、排気管20a内に流入したほぼ全ての排気ガスがパティキュレートフィルタ69内に導かれる。従って、切替弁161の通常位置は図1の内燃機関における切替弁61の順流位置又は逆流位置に相当する。
【0106】
切替弁161が図23に一点鎖線で示される弱流位置に保持されると、排気管20a内に流入した排気ガスのわずかな一部がパティキュレートフィルタ69内に導かれ残りの排気ガスがバイパス管185内に導かれる。従って、切替弁161の弱流位置は図1の内燃機関における切替弁61の弱順流位置に相当する。なお、切替弁161が図23に破線で示されるバイパス位置に保持されると、バイパス管185が開放され、排気管20a内に流入したほぼ全ての排気ガスがパティキュレートフィルタ69を迂回する。従って、切替弁161のバイパス位置は図1の内燃機関における切替弁61の全バイパス位置に相当する。
【0107】
この場合、例えばNOX触媒81の温度Tが低いときには切替弁161が通常位置にあるときに還元剤供給作用を行い、NOX触媒81の温度Tが高いときには切替弁161が通常位置からバイパス位置に又はその逆に切り替えられる過渡時に還元剤供給作用を行うことができる。
【0108】
一方、図24に示される内燃機関では、排気管20aが一対の枝管91’,91”を有するY字管から形成され、各枝管の出口にはケーシング68’,68”がそれぞれ接続される。これらケーシング68’,68”は排気管20cの枝管92’,92”に接続され、排気管20cを介してケーシング175に接続される。ケーシング175は排気管23に接続される。これらケーシング68’,68”内には第1及び第2のパティキュレートフィルタ69’,69”がそれぞれ収容され、ケーシング175内には補助触媒76が収容される。なお、第1及び第2のパティキュレートフィルタ69’,69”上にはそれぞれ第1及び第2のNOX触媒81’,81”が担持されている。
【0109】
排気管20cの枝管内には共通のアクチュエータ260によって駆動される第1及び第2の切替弁61’,61”がそれぞれ配置される。また、排気管20aの枝管内には第1及び第2の還元剤供給弁77’,77”がそれぞれ配置される。なお、アクチュエータ260及び還元剤供給弁77’,77”は図示しない電子制御ユニットによって制御される。
【0110】
切替弁61’,61”は通常、図25(A)において実線で示される第1の通常位置か又は破線で示される第2の通常位置に保持される。切替弁61’,61”が第1の通常位置に保持されると、第1の切替弁61’が全開位置に保持され、第2の切替弁61”が全閉位置に保持され、従って図25(A)において実線の矢印で示されるように排気管20a内に流入したほぼ全ての排気ガスが第1のNOX触媒69’内に導かれる。一方、切替弁61’,61”が第2の通常位置に保持されると、第1の切替弁61’が全閉位置に保持され、第2の切替弁61”が全開位置に保持され、従って図25(A)において破線の矢印で示されるように排気管20a内に流入したほぼ全ての排気ガスが第2のNOX触媒81”内に導かれる。従って、切替弁61’,61”の第1及び第2の通常位置は図22の内燃機関における切替弁161の通常位置又はバイパス位置に相当する。
【0111】
切替弁61’,61”が図25(B)に実線で示される第1の弱流位置に保持されると、排気管20a内に流入した排気ガスのわずかな一部が第1のNOX触媒81’内に導かれ残りの排気ガスが第2のNOX触媒81”内に導かれる。一方、切替弁61’,61”が図25(B)に破線で示される第2の弱流位置に保持されると、排気管20a内に流入した排気ガスのわずかな一部が第2のNOX触媒81”内に導かれ残りの排気ガスが第1のNOX触媒81’内に導かれる。このように切替弁61’,61”の弱流位置は図1の内燃機関における切替弁61の弱順流位置に相当する。
【0112】
この場合、第1のNOX触媒81’について見ると、例えば第1のNOX触媒81’の温度が低いときには切替弁61’,61”が第1の通常位置にあるときに還元剤供給作用を行い、第1のNOX触媒81’の温度が高いときには切替弁61’,61”が第1の通常位置から第2の通常位置に又はその逆に切り替えられる過渡時に還元剤供給作用を行うことができる。また、第2のNOX触媒81”について見ると、例えば第2のNOX触媒81”の温度が低いときには切替弁61’,61”が第2の通常位置にあるときに還元剤供給作用を行い、第2のNOX触媒81”の温度が高いときには切替弁61’,61”が第1の通常位置から第2の通常位置に又はその逆に切り替えられる過渡時に還元剤供給作用を行うことができる。
【0113】
従って、一般的に言うと、排気通路内にNOX触媒を配置し、NOX触媒上流の排気通路内に還元剤供給弁を配置し、還元剤供給弁上流の排気通路から分岐して還元剤供給弁及びNOX触媒を迂回するバイパス通路を設け、バイパス通路内を流通する排気ガスの量を制御することによりNOX触媒内を流通する排気ガスの量を制御するための切替弁を設けているということになる。
【0114】
その上で、図1に示される内燃機関では、排気ガスがNOX触媒内にその一端面を介し流入しNOX触媒からその他端面を介し流出するように排気ガスを案内するか、又はNOX触媒内にその他端面を介し流入しNOX触媒からその一端面を介し流出するように排気ガスを案内するかを切り替えているということになる。
【0115】
また、図24に示される内燃機関では、例えば排気管20aの枝管91’から排気管20cの枝管92’までの排気通路部分に着目すると、排気管20aの枝管91”から排気管20cの枝管92”までの排気通路部分はバイパス通路として作用すると見ることもできる。この場合、第2の還元剤供給弁77”、第2のパティキュレートフィルタ69”、第2のNOX触媒81”はそれぞれ、バイパス通路内に配置された追加の還元剤供給弁、追加のパティキュレートフィルタ、追加のNOX触媒を構成しているということになる。
【0116】
【発明の効果】
NOX触媒を速やかに活性化し又はNOX触媒の活性を高く維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】内燃機関の全体図である。
【図2】触媒コンバータの構造を示す図である。
【図3】切替弁が順流位置又は逆流位置にあるときの排気ガスの流れを説明するための図である。
【図4】パティキュレートフィルタの隔壁の部分拡大断面図である。
【図5】切替弁が切り替えられるときにNOX触媒内に流入する排気ガスQEの経時変化を示す線図である。
【図6】還元剤供給作用を説明するための図である。
【図7】本発明による第1実施例を説明するための、図5と同様な線図である。
【図8】NOX触媒の特性を示す線図である。
【図9】排気浄化制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図10】本発明による第1実施例の還元剤供給制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図11】本発明による第2実施例の還元剤供給制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図12】本発明による第3実施例を説明するための、図5と同様な線図である。
【図13】時間間隔tRF,tFRを示す線図である。
【図14】還元剤供給量QRを示す線図である。
【図15】本発明による第3実施例の還元剤供給制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図16】切替弁が弱順流位置にあるときの排気ガスの流れを説明するための図である。
【図17】本発明による第4実施例を説明するための図である。
【図18】本発明による第4実施例を説明するための図である。
【図19】弱順流位置WFを示す線図である。
【図20】還元剤供給量QRを示す線図である。
【図21】本発明による第4実施例の還元剤供給制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図22】本発明を適用可能な別の内燃機関を示す図である。
【図23】図22に示される内燃機関の切替弁の位置を説明するための図である。
【図24】本発明を適用可能な別の内燃機関を示す図である。
【図25】図24に示される内燃機関の切替弁の位置を説明するための図である。
【符号の説明】
1…機関本体
20a…排気管
51…温度センサ
61…切替弁
69…パティキュレートフィルタ
77…還元剤供給弁
81…NOX触媒[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust emission control device for an internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
NO in the exhaust gas flowing in when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust passage of the internal combustion engine where the combustion is continuously performed under the lean 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 quantityXPlace catalyst and NOXNO in the catalystXNOXNO stored in the catalystXNO to reduce the amount ofXThe reducing agent supply valve that temporarily supplies the reducing agent to the catalyst isXNO in the exhaust passage upstream of the catalystXBy providing a bypass passage that bypasses the catalyst and changing the amount of exhaust gas flowing into the bypass passage according to the engine operating state, NOXThe amount of exhaust gas flowing into the catalyst is changed according to the engine operating state, and the amount of exhaust gas flowing into the bypass passage is temporarily increased to reduce NO.XWhen the amount of exhaust gas flowing into the catalyst temporarily decreases, NO is reduced from the reducing agent supply valve.X2. Description of the Related Art An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine in which a reducing agent is used as a catalyst is known (see Patent Document 1).
[0003]
In this way, the exhaust gas is prevented from flowing into the bypass passage, and almost all the exhaust gas is NO.XCompared to the case of supplying the reducing agent when flowing into the catalyst, NOXIt is possible to reduce the amount of reducing agent required to make the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst rich.
[0004]
[Patent Document 1]
JP 2001-317338 A
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
NOXThe reducing agent supplied into the catalyst is NOXNO in the catalystXBecause it reacts exothermically with oxygen, NOXNO in the catalystXNOXNO accumulated in catalystXNO by reducing the amountXThe temperature of the catalyst can be raised or NOXIt is possible to prevent the temperature of the catalyst from decreasing.
[0006]
However, as mentioned above, NOXWhen the amount of reducing agent supplied into the catalyst is reduced, NOXThe temperature of the catalyst cannot be raised or NOXIt becomes impossible to prevent the temperature of the catalyst from decreasing, and as a result NOXThe catalyst cannot be activated quickly or NOXThere is a problem that the activity of the catalyst may be lost.
[0007]
Therefore, the object of the present invention is NO.XActivate catalyst quickly or NOXAn object of the present invention is to provide an exhaust purification device for an internal combustion engine that can maintain the activity of a catalyst high.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problem, according to a first aspect of the present invention, when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust passage of the internal combustion engine in which combustion is continuously performed under a lean air-fuel ratio is lean, the fuel flows into the exhaust passage. NO in exhaust gasXNO 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 quantityXPlace catalyst and NOXNO in the catalystXNOXNO stored in the catalystXNO to reduce the amount ofXThe reducing agent supply means for temporarily supplying the reducing agent to the catalyst is NOXIn an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine disposed in an exhaust passage upstream of the catalyst, NOXBy providing a bypass passage that bypasses the catalyst and changing the amount of exhaust gas flowing into the bypass passage, NOXThe amount of exhaust gas flowing into the catalyst is changed,NO X Compared to when the temperature of the catalyst is low, the NO from the reducing agent supply means X NO when supplying reducing agent to catalyst X An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine in which the amount of exhaust gas flowing into the catalyst is increased. Almost all exhaust gas is prevented from flowing into the bypass passage. X NO flows from the reducing agent supply means when flowing into the catalyst. X After supplying the reducing agent to the catalyst and the elapsed time from the start of the internal combustion engine exceeds the set time, a part of the exhaust gas flows into the bypass passage and NO. X When the amount of exhaust gas flowing into the catalyst is reduced, NO is supplied from the reducing agent supply means. X To supply a reducing agent to the catalystis doing.
[0009]
According to the second invention, in the first invention,NO X The temperature of the catalyst is NO X NO when the temperature drops below the lower purification temperature X NO of catalyst X The purifying capacity decreases beyond the allowable lower limit value, and the set time is NO after the internal combustion engine is started. X The temperature of the catalyst is NO X Set to the time required to reach the lower purification temperature limitis doing.
[0010]
Also, according to the third invention, No.1OcularIn the invention,The NO on the particulate filter for collecting particulates contained in the inflowing exhaust gas X Catalyst is supported, NO X NO when the temperature of the catalyst falls below the lower limit temperature X The fine particle oxidation ability of the catalyst falls below the allowable lower limit, and the set time is set to NO after the internal combustion engine is started. X Set to the time required for the catalyst temperature to reach the lower limit temperature of particulate oxidation abilityis doing.
[0011]
According to the fourth invention,1In the second invention,Exhaust gas is NO X A forward flow position for guiding the exhaust gas so that it flows into the catalyst from one end face, flows in the forward flow direction and then flows out from the other end face, and the exhaust gas is NO. X A switching valve is provided that can switch between a backflow position that guides exhaust gas so that the exhaust gas flows into the catalyst from the other end face, flows in the backflow direction, and then flows out from the one end face. When switching to the reverse or vice versa, the amount of exhaust gas flowing into the bypass passage gradually increases and NO is increased accordingly. X The amount of exhaust gas flowing into the catalyst gradually decreases, and then NO X NO after the direction of exhaust gas flow in the catalyst is reversed X The amount of exhaust gas flowing into the catalyst is gradually increased, and the amount of exhaust gas flowing into the bypass passage is gradually decreased by that amount. X The reducing agent supply means is provided in an exhaust passage located upstream of the catalyst..
[0012]
According to the fifth invention, in the fourth invention,When the elapsed time from the start of the internal combustion engine is shorter than a predetermined set time, NO is supplied from the reducing agent supply means when the switching valve is held in the forward flow position. X After the reducing agent is supplied into the catalyst and the elapsed time from the start of the internal combustion engine exceeds the set time, the switching valve is switched from the forward flow position to the reverse flow position or vice versa. NO X To supply a reducing agent in the catalystis doing.
[0013]
To solve the above problemsAccording to the sixth inventionFor example, NO in the exhaust gas flowing into the exhaust passage of the internal combustion engine where the combustion is continuously performed under the lean air-fuel ratio when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing in is lean. X NO when storing the reducing agent in the exhaust gas when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing in decreases X NO is being reduced and stored X NO decreases in quantity X Place catalyst and NO X NO in the catalyst X NO X NO stored in the catalyst X NO to reduce the amount of X The reducing agent supply means for temporarily supplying the reducing agent to the catalyst is NO X In an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine disposed in an exhaust passage upstream of the catalyst, NO X By providing a bypass passage that bypasses the catalyst and changing the amount of exhaust gas flowing into the bypass passage, NO X The amount of exhaust gas flowing into the catalyst is changed, and NO is supplied from the reducing agent supply means. X NO when the reducing agent is supplied to the catalyst X The amount of exhaust gas flowing into the catalyst is NO X Depending on the temperature of the catalyst, the exhaust gas is NO X A forward flow position for guiding the exhaust gas so that it flows into the catalyst from one end face, flows in the forward flow direction and then flows out from the other end face, and the exhaust gas is NO. X A switching valve is provided that can switch between a backflow position that guides exhaust gas so that the exhaust gas flows into the catalyst from the other end face, flows in the backflow direction, and then flows out from the one end face. When switching to the reverse or vice versa, the amount of exhaust gas flowing into the bypass passage gradually increases and NO is increased accordingly. X The amount of exhaust gas flowing into the catalyst gradually decreases, and then NO X NO after the direction of exhaust gas flow in the catalyst is reversed X The amount of exhaust gas flowing into the catalyst is gradually increased, and the amount of exhaust gas flowing into the bypass passage is gradually decreased by that amount. X The reducing agent supply means is provided in the exhaust passage located upstream of the catalyst, and when the switching valve is held at the forward flow position, NO is supplied from the reducing agent supply means. X NO is supplied from the reducing agent supply means during a transient when the reducing agent is supplied into the catalyst or the switching valve is switched from the forward flow position to the reverse flow position or vice versa. X Whether to supply the reducing agent into the catalyst, NO X Switch according to the temperature of the catalystis doing.
[0014]
According to the seventh invention,6In the second invention,NO X When the temperature of the catalyst is lower than a predetermined set temperature, NO is supplied from the reducing agent supply means when the switching valve is held in the forward flow position. X Supply the reducing agent to the catalyst, NO X When the temperature of the catalyst is higher than the set temperature, NO is reduced from the reducing agent supply means during the transition when the switching valve is switched from the forward flow position to the reverse flow position or vice versa. X To supply a reducing agent to the catalystis doing.
[0015]
According to the eighth invention7In the second invention,NO X The temperature of the catalyst is NO X NO when the temperature drops below the lower purification temperature X NO of catalyst X The purifying capacity decreases beyond the allowable lower limit, and the set temperature is set to NO. X NO of catalyst X The lower limit temperature is set..
[0016]
According to the ninth invention,7In the second invention,The NO on the particulate filter for collecting particulates contained in the inflowing exhaust gas X Catalyst is supported, NO X NO when the temperature of the catalyst falls below the lower limit temperature X The fine particle oxidation ability of the catalyst is lowered beyond the allowable lower limit, and the set temperature is set to NO. X Set to the minimum particle oxidation capacity minimum temperature of the catalystis doing.
[0017]
According to the tenth invention6In the second invention,When the elapsed time from the start of the internal combustion engine is shorter than a predetermined set time, NO is supplied from the reducing agent supply means when the switching valve is held in the forward flow position. X After supplying the reducing agent to the catalyst and the elapsed time from the start of the internal combustion engine has exceeded the set time, the switching valve is switched from the forward flow position to the reverse flow position or vice versa. X To supply a reducing agent to the catalystis doing.
[0018]
To solve the above problemsAccording to the eleventh inventionFor example, NO in the exhaust gas flowing into the exhaust passage of the internal combustion engine where the combustion is continuously performed under the lean air-fuel ratio when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing in is lean. X NO when storing the reducing agent in the exhaust gas when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing in decreases X NO is being reduced and stored X NO decreases in quantity X Place catalyst and NO X NO in the catalyst X NO X NO stored in the catalyst X NO to reduce the amount of X The reducing agent supply means for temporarily supplying the reducing agent to the catalyst is NO X In an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine disposed in an exhaust passage upstream of the catalyst, NO X By providing a bypass passage that bypasses the catalyst and changing the amount of exhaust gas flowing into the bypass passage, NO X The amount of exhaust gas flowing into the catalyst is changed, and NO is supplied from the reducing agent supply means. X NO when the reducing agent is supplied to the catalyst X The amount of exhaust gas flowing into the catalyst is NO X Depending on the temperature of the catalyst, the exhaust gas is NO X A forward flow position for guiding the exhaust gas so that it flows into the catalyst from one end face, flows in the forward flow direction and then flows out from the other end face, and the exhaust gas is NO. X A switching valve is provided that can switch between a backflow position that guides exhaust gas so that the exhaust gas flows into the catalyst from the other end face, flows in the backflow direction, and then flows out from the one end face. When switching to the reverse or vice versa, the amount of exhaust gas flowing into the bypass passage gradually increases and NO is increased accordingly. X The amount of exhaust gas flowing into the catalyst gradually decreases, and then NO X NO after the direction of exhaust gas flow in the catalyst is reversed X The amount of exhaust gas flowing into the catalyst is gradually increased, and the amount of exhaust gas flowing into the bypass passage is gradually decreased by that amount. X The reducing agent supply means is provided in the exhaust passage located upstream of the catalyst, and NO is supplied from the reducing agent supply means during a transient when the switching valve is switched from the forward flow position to the reverse flow position or vice versa. X While supplying the reducing agent to the catalyst, the time interval from the reference time until the reducing agent is supplied is NO. X Set according to the temperature of the catalysting.
[0019]
According to the twelfth invention,6 or 11In the second invention,NO X Compared to when the temperature of the catalyst is low, the NO from the reducing agent supply means X NO when supplying reducing agent to catalyst X To increase the amount of exhaust gas flowing into the catalystis doing.
[0020]
According to the thirteenth invention,1,6,11,12The second inventionAny one ofInNO from the reducing agent supply means X NO when supplying reducing agent to catalyst X Compared to when the amount of exhaust gas flowing into the catalyst is large, the NO from the reducing agent supply means X To increase the amount of reducing agent supplied to the catalystis doing.
[0021]
According to the 14th invention1,6,11The second inventionAny one ofInNO by changing the amount of exhaust gas flowing into the bypass passage according to the engine operating state X The amount of exhaust gas flowing into the catalyst is changed according to the engine operating state.
According to the fifteenth invention, in any one of the first, sixth and eleventh inventions, an additional NO is added in the bypass passage. X Place catalyst and add NO X Additional reducing agent supply means for supplying reducing agent to the catalyst is connected to the inflow end of the bypass passage and additional NO. X Place in the bypass passage between the catalysts and add NO X NO in the catalyst X Reduce NO and add NO X NO stored in the catalyst X Additional NO from additional reducing agent supply means to reduce the amount of X While temporarily supplying the reducing agent to the catalyst, at this time additional NO X The amount of exhaust gas flowing into the catalyst X It is made different depending on the temperature of the catalyst.
[0022]
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.
[0023]
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
[0024]
On the other hand, the
[0025]
Referring to FIG. 2 together with FIG. 1, the
[0026]
The
[0027]
As shown in FIG. 2A showing a partial longitudinal sectional view of the
[0028]
As will be described later, NO on the particulate filter 69.XA
[0029]
Also, the inflow /
[0030]
Still referring to FIG. 1, the
[0031]
On the other hand, each
[0032]
The
[0033]
On the other hand, the
[0034]
The switching
[0035]
On the other hand, when the switching
[0036]
By switching the position of the switching
[0037]
The exhaust gas that has flowed into the exhaust
[0038]
Explaining the flow of exhaust gas in the
[0039]
Here, the
[0040]
On the
[0041]
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.
[0042]
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 support.
[0043]
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.
[0044]
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 NOXIf the exhaust gas contains a reducing agent, that is, HC or CO, it can be reduced by reacting with the HC and CO. 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.
[0045]
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
[0046]
Meanwhile, in the embodiment according to the present invention, the
[0047]
By the way, in the embodiment according to the present invention, the switching
[0048]
FIG. 5 shows NO when the switching
[0049]
A case where the switching
[0050]
Therefore, when the switching
[0051]
As described above, the exhaust gas passes through the
[0052]
NO over timeXNO accumulated in
[0053]
On the other hand, fine particles mainly composed of carbon contained in the exhaust gas are collected on the
[0054]
In this case, the above-mentioned NOXNO of
[0055]
Where NOXNO in the
[0056]
In the embodiment according to the present invention, as shown by the arrow Y1 in FIG.XEven if the amount QN exceeds the first allowable amount QN1, the reducing agent supply action is not immediately performed, and then when the required load L becomes zero and the switching
[0057]
Next, as shown by the arrow Y3 in FIG. 6, when the required load L becomes zero again, the switching
[0058]
Next, as shown by arrow Y5, the accumulated NOXWhen the amount QN is larger than the second allowable amount QN2 (> QN1), the reducing agent supply operation is performed even if the required load L is not zero. As a result, NOX
[0059]
NO like thisXNO accumulated in
[0060]
In each embodiment according to the present invention, when this reducing agent supply action is performed, NOXThe amount of exhaust gas flowing into the catalyst is NOXThe temperature varies depending on the temperature T of the
[0061]
In the first embodiment according to the present invention, the transient supply in which the reducing agent supply operation is performed during the transition when the switching
[0062]
First, transient supply will be described. As described above with reference to FIG. 5, when the switching
[0063]
More specifically, when the switching
[0064]
On the other hand, in the forward flow supply, the reducing agent supply operation is performed when the switching
[0065]
In the example shown in FIG. 7, when transient supply is performed, NO is applied when the reducing agent supply operation is performed.XThe amount QE of the exhaust gas flowing into the
[0066]
As I mentioned at the beginning, NOXThe reducing agent supplied into the
[0067]
Therefore, if forward flow supply is performed rather than transient supply, NOXThe temperature T of the
[0068]
Therefore, in the first embodiment according to the present invention, NO is used.XWhen the temperature T of the
[0069]
Generally speaking, NOXCompared to when the temperature T of the
[0070]
FIG. 8A shows NO.XNO of
[0071]
FIG. 8B shows NO.XIt shows the particulate oxidation ability of the
[0072]
On the other hand, from the opposite perspective, if transient supply is performed rather than forward flow supply, NOXThe temperature rise of the
[0073]
FIG. 9 shows an exhaust purification control routine for executing the above-described embodiment according to the present invention. This routine is executed by interruption every predetermined time.
[0074]
Referring to FIG. 9, first, in
[0075]
On the other hand, when QN> QN1, the routine proceeds to step 103 where a reducing agent supply control routine is executed. The reducing agent supply control routine of the first embodiment according to the present invention is shown in FIG.
[0076]
Referring to FIG. 10, first, in
[0077]
On the other hand, when T ≧ TS, the routine proceeds to step 123 where the reducing agent supply amount QR is set to a relatively small QRT. In the
[0078]
Referring to FIG. 9 again, when the required load L is not zero, the routine proceeds from
[0079]
That is, when the process proceeds from
[0080]
Next, a second embodiment according to the present invention will be described.
[0081]
NO when the elapsed time tD from the start of the engine is relatively shortXNO when the temperature T of the
[0082]
In the second embodiment according to the present invention, when the elapsed time tD is shorter than the predetermined set time tDS, the forward flow is supplied, and after the elapsed time tD becomes longer than the set time tDS, the transient supply is performed. Yes. In addition, since the engine was started, NOXThe temperature T of the
[0083]
FIG. 11 shows a reducing agent supply control routine of the second embodiment according to the present invention. This routine is executed in
[0084]
Referring to FIG. 11, first, at
[0085]
Next, a third embodiment according to the present invention will be described. In the third embodiment, the transient supply described above is performed, and the forward flow supply is not performed.
[0086]
In transient supply, NO is applied when the reducing agent supply action is performed.XThe amount QET of the exhaust gas flowing into the
[0087]
Therefore, in the third embodiment according to the present invention, the time intervals tRF and tFR are set to NO.XThe temperature is set according to the temperature T of the
[0088]
FIG. 14 shows the reducing agent supply amount QR in this case. That is, as shown in FIG. 14A, the reducing agent supply amount QR increases as the time interval tRF becomes longer, and as shown in FIG. 14B, the reducing agent supply amount QR decreases as the time interval tFR becomes shorter. Will increase. Therefore, when the reducing agent supply action is performed, NOXAs the amount QET of the exhaust gas flowing into the
[0089]
FIG. 15 shows the reducing agent supply control routine of the third embodiment according to the present invention. This routine is executed in
[0090]
Referring to FIG. 15, first, at
[0091]
Next, a fourth embodiment according to the present invention will be described.
[0092]
In the transient supply described so far, the switching
[0093]
In contrast, in the fourth embodiment according to the present invention, the weak forward flow supply that performs the reducing agent supply operation when the switching
[0094]
FIG. 17 shows the position VP and NO of the switching
[0095]
Further, the switching valve position VP is a reference position, for example, almost all exhaust gas is NO.XThe position of the switching
[0096]
When the switching
[0097]
NO when the reducing agent supply action is performedXThe amount QEWF of the exhaust gas flowing into the
[0098]
Therefore, in the fourth embodiment according to the present invention, the weak forward flow position WF is set to NO.XThe temperature is set according to the temperature T of the
[0099]
As shown in FIG. 20, the reducing agent supply amount QR in this case increases as the weak forward flow position WF increases. Therefore, when the reducing agent supply action is performed, NOXAs the amount QEWF of the exhaust gas flowing into the
[0100]
FIG. 21 shows the reducing agent supply control routine of the fourth embodiment according to the present invention. This routine is executed in
[0101]
Referring to FIG. 21, first, at
[0102]
Each of the embodiments according to the present invention described so far can also be applied to the internal combustion engine shown in FIGS.
[0103]
In the internal combustion engine shown in FIG. 22, a
[0104]
A
[0105]
The switching
[0106]
When the switching
[0107]
In this case, for example, NOXWhen the temperature T of the
[0108]
On the other hand, in the internal combustion engine shown in FIG. 24, the
[0109]
In the branch pipe of the
[0110]
The switching
[0111]
When the switching
[0112]
In this case, the first NOXLooking at the catalyst 81 ', for example, the first NOXWhen the temperature of the catalyst 81 'is low, when the switching
[0113]
Therefore, generally speaking, NO in the exhaust passageXPlace catalyst and NOXA reducing agent supply valve is disposed in the exhaust passage upstream of the catalyst, and is branched from the exhaust passage upstream of the reducing agent supply valve to reduce the reducing agent supply valve.XBy providing a bypass passage that bypasses the catalyst and controlling the amount of exhaust gas flowing through the bypass passage, NOXThis means that a switching valve is provided for controlling the amount of exhaust gas flowing through the catalyst.
[0114]
In addition, in the internal combustion engine shown in FIG.XNO flows into the catalyst through its one end faceXGuide the exhaust gas to flow out from the catalyst through the other end face, or NOXNO flows into the catalyst through the other end faceXThat is, whether the exhaust gas is guided so as to flow out from the catalyst through one end face thereof is switched.
[0115]
In the internal combustion engine shown in FIG. 24, for example, when focusing on the exhaust passage portion from the branch pipe 91 'of the
[0116]
【The invention's effect】
NOXActivate catalyst quickly or NOXThe activity of the catalyst can be kept high.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall view of an internal combustion engine.
FIG. 2 is a diagram showing a structure of a catalytic converter.
FIG. 3 is a view for explaining the flow of exhaust gas when the switching valve is in a forward flow position or a reverse flow position.
FIG. 4 is a partial enlarged cross-sectional view of a partition wall of a particulate filter.
FIG. 5: NO when the switching valve is switchedXIt is a diagram which shows a time-dependent change of the exhaust gas QE which flows in in a catalyst.
FIG. 6 is a view for explaining a reducing agent supply operation.
FIG. 7 is a diagram similar to FIG. 5 for explaining the first embodiment according to the present invention.
FIG. 8 NOXIt is a diagram which shows the characteristic of a catalyst.
FIG. 9 is a flowchart showing an exhaust purification control routine.
FIG. 10 is a flowchart showing a reducing agent supply control routine of the first embodiment according to the present invention.
FIG. 11 is a flowchart showing a reducing agent supply control routine of a second embodiment according to the present invention.
FIG. 12 is a diagram similar to FIG. 5 for explaining a third embodiment according to the present invention.
FIG. 13 is a diagram showing time intervals tRF and tFR.
FIG. 14 is a diagram showing a reducing agent supply amount QR.
FIG. 15 is a flowchart showing a reducing agent supply control routine of a third embodiment according to the present invention.
FIG. 16 is a view for explaining the flow of exhaust gas when the switching valve is in a weak forward flow position.
FIG. 17 is a diagram for explaining a fourth embodiment according to the present invention.
FIG. 18 is a diagram for explaining a fourth embodiment according to the present invention.
FIG. 19 is a diagram showing a weak forward flow position WF.
FIG. 20 is a diagram showing a reducing agent supply amount QR.
FIG. 21 is a flowchart showing a reducing agent supply control routine according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 22 is a diagram showing another internal combustion engine to which the present invention is applicable.
23 is a view for explaining the position of a switching valve of the internal combustion engine shown in FIG. 22. FIG.
FIG. 24 is a view showing another internal combustion engine to which the present invention is applicable.
25 is a view for explaining the position of a switching valve of the internal combustion engine shown in FIG. 24. FIG.
[Explanation of symbols]
1 ... Engine body
20a ... exhaust pipe
51. Temperature sensor
61 ... Switching valve
69 ... Particulate filter
77 ... Reducing agent supply valve
81 ... NOXcatalyst
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