JP4285105B2 - Exhaust gas purification method 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方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、自動車等に搭載される筒内噴射型の内燃機関、例えばディーゼル機関では、排気ガス中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を除去することが要求されている。そしてこのような要求に対し、ＮＯｘ吸蔵剤を内燃機関の排気ガス通路に配置して排気ガスを浄化する方法が提案されている。
【０００３】
このような方法で用いられるＮＯｘ吸蔵剤は、排気ガスの空燃比がリーンの時にはＮＯｘを吸蔵し、排気ガス中の空燃比が小さくなり、且つ排気ガス中にＨＣやＣＯ等の還元剤が存在していれば吸蔵したＮＯｘを離脱させ還元浄化する作用（ＮＯｘの吸蔵離脱及び還元浄化作用）を有する。そしてこの作用を利用して、排気ガスの空燃比がリーンの時に排気ガス中のＮＯｘをＮＯｘ吸蔵剤に吸蔵させ、一定期間使用してＮＯｘ吸蔵剤の吸蔵効率が低下した時または低下する前にＮＯｘ吸蔵剤の上流側において還元剤（燃料）を添加する等して、ＮＯｘ吸蔵剤に吸蔵したＮＯｘの還元浄化を行うようにしている。
【０００４】
なお、本明細書において「吸蔵」という語は「吸収」及び「吸着」の両方の意味を含むものとして用いる。したがって、「ＮＯｘ吸蔵剤」は、「ＮＯｘ吸収剤」と「ＮＯｘ吸着剤」の両方を含み、前者はＮＯｘを硝酸塩等の形で蓄積し、後者はＮＯ2等の形で吸着する。また、ＮＯｘ吸蔵剤からの「離脱」という語についても、「吸収」に対応する「放出」の他、「吸着」に対応する「脱離」の意味も含むものとして用いる。
【０００５】
ところで、内燃機関の燃料には硫黄（Ｓ）成分が含まれている場合があり、この場合には排気ガス中に硫黄酸化物（ＳＯｘ）が含まれることとなる。排気ガス中にＳＯｘが存在するとＮＯｘ吸蔵剤はＮＯｘの吸蔵作用を行うのと全く同じメカニズムで排気ガス中のＳＯｘの吸蔵を行う。
【０００６】
ところが、ＮＯｘ吸蔵剤に吸蔵されたＳＯｘは比較的安定であり、一般にＮＯｘ吸蔵剤に蓄積されやすい傾向がある。ＮＯｘ吸蔵剤のＳＯｘ蓄積量が増大すると、ＮＯｘ吸蔵剤のＮＯｘ吸蔵容量が減少して排気ガス中のＮＯｘの除去を十分に行うことができなくなるため、ＮＯｘの浄化効率が低下するいわゆる硫黄被毒（Ｓ被毒）の問題が生じる。特に、燃料として比較的硫黄成分を多く含む軽油を使用するディーゼルエンジンにおいてはこの硫黄被毒の問題が生じやすい。
【０００７】
一方、ＮＯｘ吸蔵剤に吸蔵されたＳＯｘについても、ＮＯｘと同じメカニズムで離脱させることが可能であることが知られている。しかし、ＳＯｘは比較的安定した形でＮＯｘ吸蔵剤に吸蔵されるため、通常のＮＯｘの還元浄化制御が行われる温度（例えば２５０℃程度以上）ではＮＯｘ吸蔵剤に吸蔵されたＳＯｘを放出等させることは困難である。このため、硫黄被毒を解消するためには、ＮＯｘ吸蔵剤を通常のＮＯｘ還元浄化制御時より高い温度、すなわち硫黄分放出温度（例えば６００℃以上）に昇温し、且つ流入する排気ガスの空燃比をほぼ理論空燃比またはリッチにする硫黄被毒再生制御を定期的に行う必要がある。
【０００８】
ところで、このような硫黄被毒再生制御を実施する場合、排気ガスのリッチ化の度合が大きいと、ＮＯｘ吸蔵剤中の硫黄分が硫化水素（Ｈ2Ｓ）の形で放出され易いことがわかっている。そしてＨ2Ｓは異臭を放つ特性を有するため、その大気への排出は抑える必要がある。このため、通常、上記のような硫黄被毒再生制御は、排気ガスのリッチ化の度合を小さくして（すなわち、ほぼ理論空燃比として）行われる（例えば、特許文献１参照。）。
【０００９】
ところが、このように排気ガスのリッチ化の度合を小さくして上記再生制御を実施すると、Ｈ2Ｓの生成を抑制することはできるのであるが、硫黄分の放出速度が遅くなり、上記再生制御完了までの時間が長くなって燃費が悪化してしまうという問題がある。
一方、このような問題を避けるため、硫黄分放出の際のＨ2Ｓの生成を抑制するのではなく、生成されたＨ2Ｓを酸化処理することでＨ2Ｓの大気への排出を抑制する方法も提案されている。すなわち、例えばＮＯｘ吸蔵剤の下流に酸化触媒とその酸化触媒に空気を供給する空気供給手段とを設け、ＮＯｘ吸蔵剤から放出されたＨ2Ｓを上記酸化触媒でＳＯ2に酸化するようにしてＨ2Ｓの大気への排出を抑制する（例えば、特許文献２参照。）。
【００１０】
しかしながら、この方法によると、ＮＯｘ吸蔵剤から元々ＳＯ2の形で放出されたものが上記酸化触媒で更に酸化されてＳＯ3となってしまう場合があり、その結果、大気中に白煙が生じてしまう場合がある。
【００１１】
【特許文献１】
特開平１１−１０７８０９号公報
【特許文献２】
特開２０００−１１０５５２号公報
【特許文献３】
特開２０００−１６１１０７号公報
【特許文献４】
特開２０００−２７４２３２号公報
【特許文献５】
特開２００１−３０４０１１号公報
【特許文献６】
特開２００１−３０４０２０号公報
【特許文献７】
特許第３２２５９５７号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、その目的は、硫黄被毒再生時において、Ｈ2Ｓの排出とＳＯ3の排出を共に抑制することができる内燃機関の排気浄化方法を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に記載された内燃機関の排気浄化方法を提供する。
請求項１に記載の発明は、排気ガス通路に配置される少なくとも硫黄分を吸蔵する第１排気浄化手段と、上記排気ガス通路において上記第１排気浄化手段よりも下流に配置される少なくとも酸化触媒を含む第２排気浄化手段と、上記第１排気浄化手段よりも下流であり且つ上記第２排気浄化手段よりも上流において上記排気ガス通路に空気を供給する空気供給手段と、を具備する排気浄化装置を用いた内燃機関の排気浄化方法において、上記第１排気浄化手段から硫黄分を放出させるべき時には、上記第１排気浄化手段から硫黄分を放出させる硫黄被毒再生制御が実施され、該硫黄被毒再生制御においては、上記第２排気浄化手段におけるＳＯ2からＳＯ3への酸化反応を抑制するために上記第２排気浄化手段の温度が予め定めた第１所定温度以上になるように制御される、内燃機関の排気浄化方法であって、上記硫黄被毒再生制御は、上記第１排気浄化手段を硫黄分放出温度以上に昇温する第１工程と、上記第１排気浄化手段を上記硫黄分放出温度以上に維持しつつ上記第１排気浄化手段に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比に対し僅かにリッチにすると共に、上記空気供給手段によって空気を供給して上記第２排気浄化手段に流入する排気ガスの空燃比をほぼ理論空燃比または理論空燃比に対し僅かにリーンにし上記第２排気浄化手段を上記第１所定温度以上に昇温する第２工程と、上記第１排気浄化手段を上記硫黄分放出温度以上に維持しつつ上記第１排気浄化手段に流入する排気ガスの空燃比を上記第２工程の時よりもリッチにすると共に、上記空気供給手段によって空気を供給して上記第２排気浄化手段に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比に対しリーンにし上記第２排気浄化手段を上記第１所定温度以上に維持する第３工程と、を含む内燃機関の排気浄化方法を提供する。
【００１４】
上記のように硫黄分を吸蔵する第１排気浄化手段の下流に、酸化触媒を含む第２排気浄化手段とそれに空気を供給する空気供給手段とが設けられている場合、上記硫黄被毒再生制御において上記第１排気浄化手段から放出されたＨ2Ｓを上記第２排気浄化手段によってＳＯ2に酸化することが可能である。しかしながらその一方で、従来は上述の酸化が行われるのと並行して上記第１排気浄化手段から放出されたＳＯ2の多くが上記第２排気浄化手段によってＳＯ3に酸化されてしまうという問題があった。そして上記第２排気浄化手段におけるＳＯ2からＳＯ3への酸化反応は、上記第２排気浄化手段の温度が低い程多くなる傾向がある。
【００１５】
これに対し、請求項１に記載の発明では、上記硫黄被毒再生制御において、上記第２排気浄化手段の温度が上記第１所定温度以上になるように制御され、上記第２排気浄化手段におけるＳＯ2からＳＯ3への酸化反応が抑制される。これにより、硫黄被毒再生時において、Ｈ2Ｓの排出とＳＯ3の排出を共に抑制することが可能となる。
【００１６】
なお、ここで上記の第２排気浄化手段の温度が上記第１所定温度以上になるようにする制御には、第２排気浄化手段の温度を上記第１所定温度以上に昇温する制御の他、第２排気浄化手段の温度を上記第１所定温度以上に維持する制御も含まれる。
また、請求項１に記載の発明によれば、上記第３工程において上記第１排気浄化手段を上記硫黄分放出温度以上に維持しつつ上記第１排気浄化手段に流入する排気ガスの空燃比が上記第２工程の時よりもリッチにされるので、上記第１排気浄化手段から迅速に硫黄分を放出することができる。この際、硫黄分の多くがＨ 2 Ｓの形で放出されることになるが、上記第３工程においては、上記空気供給手段によって空気を供給して上記第２排気浄化手段に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比に対しリーンにされると共に上記第２排気浄化手段が上記第１所定温度以上に維持されるので、上記第２排気浄化手段によってＨ 2 Ｓが効率良くＳＯ 2 に酸化される。このように、本発明によれば、硫黄被毒再生時におけるＨ 2 Ｓの排出とＳＯ 3 の排出を共に抑制することができるのに加え、硫黄被毒再生をより短時間で完了することができる。
【００１７】
請求項２に記載の発明では請求項１に記載の発明において、上記第１所定温度は６００℃以上の温度である。
請求項２に記載の発明では、上記硫黄被毒再生制御において、上記第２排気浄化手段の温度が６００℃以上の温度である上記第１所定温度以上になるように制御される。上記第２排気浄化手段におけるＳＯ2からＳＯ3への酸化反応は、上記第２排気浄化手段の温度が６００℃以上になると少ないので、本発明のようにすることによって、上記第２排気浄化手段におけるＳＯ2からＳＯ3への酸化反応を抑制することができる。その結果、硫黄被毒再生時において、Ｈ2Ｓの排出とＳＯ3の排出を共に抑制することができる。
【００２０】
請求項３に記載の発明は、上記第１工程において、上記第２排気浄化手段が上記第１所定温度よりも低い予め定めた第２所定温度まで昇温せしめられる、請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化方法を提供する。
請求項３に記載の発明によれば、例えば上記第２所定温度を上記酸化触媒の活性化温度とすることによって、上記第２工程において、上記第１排気浄化手段から放出されたＨ2Ｓを上記第２排気浄化手段において確実に酸化することが可能になる。
【００２１】
請求項４に記載の発明では請求項１から３の何れか一項に記載の発明において、上記硫黄被毒再生制御を実施する際に内燃機関の運転状態が高負荷の場合には、上記第１工程では、吸気上死点付近または吸気行程中に燃焼室内へ補助燃料を噴射することによって、もしくは、吸気上死点付近または吸気行程中に上記燃焼室内へ補助燃料を噴射し且つ主燃料の噴射時期を圧縮上死点よりも遅らせることによって、上記第１排気浄化手段が昇温される。
請求項４に記載の発明によれば、上記第１工程において、比較的簡単な燃料噴射制御によって、内燃機関の良好な燃焼を確保しつつ上記第１排気浄化手段を昇温することができる。
【００２２】
請求項５に記載の発明では請求項４に記載の発明において、更に、上記第１工程において膨張行程または排気行程中にも燃焼室内へ補助燃料が噴射される。
請求項５に記載の発明によれば、上記第１工程においてより迅速に上記第１排気浄化手段を昇温することができる。
【００２３】
請求項６に記載の発明では請求項５に記載の発明において、膨張行程または排気行程中に燃焼室内へ噴射される上記補助燃料の量は、機関回転数と、単位時間当たりの発生排気ガス量または吸入空気量とのうちの少なくとも一方に応じて補正される。
【００２４】
上記第１排気浄化手段や第２排気浄化手段を昇温する場合、同じ昇温幅に対して必要となる上記補助燃料の量は、機関回転数Ｎが高い程少なくなり、発生排気ガス量または吸入空気量が多い程多くなる。したがって、請求項６に記載の発明のように、上記補助燃料の量を機関回転数や単位時間当たりの発生排気ガス量または吸入空気量に応じて補正することによって、上記第１排気浄化手段や第２排気浄化手段の温度を適切に制御することが可能となる。
【００２５】
請求項７に記載の発明では請求項１から６の何れか一項に記載の発明において、上記内燃機関は、燃焼室内の不活性ガス量を増大していくと煤の発生量が次第に増大してピークに達し、燃焼室内の不活性ガス量を更に増大していくと煤がほとんど発生しなくなる機関であって、上記硫黄被毒再生制御を実施する際に内燃機関の運転状態が低負荷の場合には、上記第１工程では、燃焼室の不活性ガス量が煤の発生量がピークとなる不活性ガス量よりも多くされると共に、上記空気供給手段によって上記排気ガス通路に空気が供給される。
【００２６】
上記のような内燃機関において、燃焼室の不活性ガス量を煤の発生量がピークとなる不活性ガス量よりも多くすると、いわゆる低温燃焼が行われ、排気ガス温度が上昇する。また、排気ガス中に還元剤（ＨＣ、ＣＯ等）が多く含まれるようになり、その反応によって上記第１及び第２排気浄化手段を昇温することができる。したがって、請求項７に記載の発明によれば、上記第１工程において比較的簡単な方法によって確実に上記第１及び第２排気浄化手段を昇温することができる。特に、請求項７に記載の発明では、上記空気供給手段によって上記排気ガス通路に空気が供給され上記第２排気浄化手段における反応が高められるので、上記第２排気浄化手段の迅速な昇温を図ることができる。
【００２７】
請求項８に記載の発明は、上記第２工程と第３工程の少なくとも一方において、上記第１排気浄化手段に流入する排気ガスの空燃比のリッチの度合が、内燃機関の運転状態が低負荷の場合に高く、高負荷の場合に低くされる、請求項１から７の何れか一項に記載の内燃機関の排気浄化方法を提供する。
【００２８】
上記第２排気浄化手段の温度は、内燃機関の運転状態が高負荷の場合程高くなる傾向がある。本発明では、上記第２排気浄化手段の温度が上がり難い低負荷の場合に、リッチの度合が高くされるので上記第２排気浄化手段での反応が高められ、上記第２排気浄化手段の温度を迅速に上昇させる、またはその温度を良好に維持することが可能となる。更に、本発明によれば、上記第２排気浄化手段の温度が上がり易い高負荷の場合に、リッチの度合が低くされるので上記第２排気浄化手段での反応が抑えられ、上記第２排気浄化手段が過熱して熱劣化するのを抑制することができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、図面において、同一又は類似の構成要素には共通の参照番号を付す。また、本発明は、少なくとも硫黄分を吸蔵する排気浄化手段であればＮＯｘ吸蔵剤であるＮＯｘ吸収剤とＮＯｘ吸着剤のどちらを用いても実施可能であるが、以下ではＮＯｘ吸収剤を用いた場合について説明する。
【００３０】
図１は本発明を筒内噴射型の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適用することもできる。
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に連結される。
【００３１】
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吸気冷却装置（インタークーラ）１８が配置される。図１に示される実施形態では走行風によって吸気冷却装置１８内の吸入空気が冷却される。なお、上記空冷式吸気冷却装置に代えて、機関冷却水によって冷却装置内の吸入空気を冷却する水冷式吸気冷却装置としてもよい。
【００３２】
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に連結される。排気タービン２１の出口側の排気ガス通路にはパティキュレートフィルタ２２が配置されている。パティキュレートフィルタ２２には後述するようにＮＯｘ吸収剤４６が担持され、第１排気浄化手段を構成する。また、パティキュレートフィルタ２２にはパティキュレートフィルタ２２の温度（すなわち、ＮＯｘ吸収剤４６の温度）を検出するための温度センサ４６ａが設けられている。
【００３３】
パティキュレートフィルタ２２の下流側には排気ガス中の被酸化物を酸化して浄化するための酸化触媒５６が配置されており、第２排気浄化手段を構成する。この酸化触媒５６にもその温度を検出するための温度センサ５６ａが設けられている。更に、上記パティキュレートフィルタ２２と上記酸化触媒５６との間には空気供給装置４３が設けられている。この空気供給装置４３は、後述する電子制御ユニット（ＥＣＵ）３０からの指令に応じて上記パティキュレートフィルタ２２よりも下流であり且つ上記酸化触媒５６よりも上流において排気ガス通路に空気を供給する。
【００３４】
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には電気制御式ＥＧＲ制御弁２５が配置される。また、ＥＧＲ通路２４にはＥＧＲ通路２４内を流れるＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲ冷却装置（ＥＧＲクーラ）２６が配置される。更にＥＧＲ通路２４のＥＧＲ冷却装置２６の上流には酸化触媒２３が設けられ、ＥＧＲガス中に含まれるＨＣ等をＥＧＲ冷却装置２６へ流入する前に一定程度処理し、ＥＧＲ冷却装置２６の詰りやＥＧＲ制御弁２５の固着等を防止するようにされている。
【００３５】
図１に示される実施形態では機関冷却水がＥＧＲ冷却装置２６内に導かれ、機関冷却水によってＥＧＲガスが冷却される。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。
【００３６】
電子制御ユニット（ＥＣＵ）３０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス３１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、入力ポート３５及び出力ポート３６を具備する。温度センサ４６ａ、５６ａや燃料圧センサ２９の出力信号は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。また、アクセルペダル４０にはアクセルペダル４０の踏込み量Ｌに比例した出力電圧を発生する負荷センサ４１が接続され、負荷センサ４１の出力電圧は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。更に入力ポート３５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４２が接続される。一方、出力ポート３６は対応する駆動回路３８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及び空気供給装置４３等に接続される。
【００３７】
図２（Ａ）は要求トルクＴＱと、アクセルペダル４０の踏込み量Ｌと、機関回転数Ｎとの関係を示している。なお、図２（Ａ）において各曲線は等トルク曲線を表しており、ＴＱ＝０で示される曲線はトルクが零であることを示しており、残りの曲線はＴＱ＝ａ、ＴＱ＝ｂ、ＴＱ＝ｃ、ＴＱ＝ｄの順に次第に要求トルクが高くなる。図２（Ａ）に示される要求トルクＴＱは図２（Ｂ）に示されるようにアクセルペダル４０の踏込み量Ｌと機関回転数Ｎの関数としてマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。本発明による実施形態では図２（Ｂ）に示すマップからアクセルペダル４０の踏込み量Ｌ及び機関回転数Ｎに応じた要求トルクＴＱがまず初めに算出され、この要求トルクＴＱに基づいて燃料噴射量等が算出される。
【００３８】
ＥＣＵ３０は、このように内燃機関の各構成要素と信号をやり取りして燃料噴射量制御等の機関の基本制御を行う他、後述するようなＮＯｘ吸収剤４６を硫黄被毒再生するための制御（硫黄被毒再生制御）についての制御も行う。
【００３９】
図３にパティキュレートフィルタ（以下、単に「フィルタ」と言う）２２の拡大断面図を示す。図３を参照すると、フィルタ２２は多孔質セラミックから成り、この図において排気ガスは矢印で示されるように図中左から右に向かって流れる。フィルタ２２内には、上流側に栓４８が施された第１通路５０と下流側に栓５２が施された第２通路５４とが交互に配置されハニカム状をなしている。排気ガスが図中左から右に向かって流れると、排気ガスは第２通路５４から多孔質セラミックの隔壁を通過して第１通路５０に流入し、下流側に流れる。この時、排気ガス中の排気微粒子は多孔質セラミックによって捕集されて排気ガス中から除去され、排気微粒子の大気への放出が防止される。
【００４０】
第１通路５０及び第２通路５４の隔壁の表面及び内部の細孔内にはＮＯｘ吸収剤４６が担持されている。ＮＯｘ吸収剤４６は、例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ、リチウムＬｉ、セシウムＣｓのようなアルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウムＣａのようなアルカリ土類、ランタンＬａ、イットリウムＹのような希土類から選ばれた少なくとも一つと、白金Ｐｔのような貴金属とから成る。ＮＯｘ吸収剤４６は流通する排気ガス（以下「吸収剤流通排気ガス」という）の空燃比がリーンの時にはＮＯｘを吸収し、吸収剤流通排気ガスの空燃比が小さくなり、且つ還元剤が存在していれば吸収したＮＯｘを放出して還元浄化する作用（ＮＯｘの吸収放出及び還元浄化作用）を有する。
【００４１】
図１に示されるような圧縮着火式内燃機関では、通常時の排気ガス空燃比はリーンでありＮＯｘ吸収剤４６は排気ガス中のＮＯｘの吸収を行う。また、燃料噴射制御等により吸収剤流通排気ガスの空燃比が小さくされ且つ還元剤の存在する状態にされるとＮＯｘ吸収剤４６は吸収したＮＯｘを放出すると共に放出したＮＯｘを還元浄化する。
【００４２】
この吸収放出及び還元浄化作用の詳細なメカニズムについては明らかでない部分もあるが、この吸収放出及び還元浄化作用は図４に示すようなメカニズムで行われているものと考えられる。次にこのメカニズムについて白金Ｐｔ及びバリウムＢａを担持させた場合を例にとって説明するが他の貴金属、アルカリ金属、アルカリ土類、希土類を用いても同様なメカニズムとなる。
【００４３】
すなわち、吸収剤流通排気ガスの空燃比がかなりリーンになると吸収剤流通排気ガス中の酸素濃度が大幅に増大し、図４（Ａ）に示されるようにこれら酸素Ｏ2がＯ2 -またはＯ2-の形で白金Ｐｔの表面に付着する。一方、吸収剤流通排気ガス中のＮＯは白金Ｐｔの表面上でＯ2 -またはＯ2-と反応し、ＮＯ2となる（２ＮＯ＋Ｏ2→２ＮＯ2）。次いで生成されたＮＯ2の一部は白金Ｐｔ上で更に酸化されつつＮＯｘ吸収剤４６内に吸収されて酸化バリウムＢａＯと結合しながら、図４（Ａ）に示されるように硝酸イオンＮＯ3 -の形でＮＯｘ吸収剤４６内に拡散する。このようにしてＮＯｘがＮＯｘ吸収剤４６内に吸収される。
【００４４】
吸収剤流通排気ガス中の酸素濃度が高い限り白金Ｐｔの表面でＮＯ2が生成され、ＮＯｘ吸収剤４６のＮＯｘ吸収能力が飽和しない限りＮＯ2がＮＯｘ吸収剤４６内に吸収されて硝酸イオンＮＯ3 -が生成される。これに対して吸収剤流通排気ガス中の酸素濃度が低下してＮＯ2の生成量が低下すると反応が逆方向（ＮＯ3 -→ＮＯ2）に進み、斯くしてＮＯｘ吸収剤４６内の硝酸イオンＮＯ3 -がＮＯ2の形でＮＯｘ吸収剤から放出される。すなわち、吸収剤流通排気ガス中の酸素濃度が低下するとＮＯｘ吸収剤４６からＮＯｘが放出されることになる。吸収剤流通排気ガスのリーンの度合が低くなれば吸収剤流通排気ガス中の酸素濃度が低下し、したがって吸収剤流通排気ガスのリーンの度合を低くすればＮＯｘ吸収剤４６からＮＯｘが放出されることになる。
【００４５】
一方、この時吸収剤流通排気ガスの空燃比を小さくすると、ＨＣ、ＣＯは白金Ｐｔ上の酸素Ｏ2 -またはＯ2-と反応して酸化せしめられる。また、吸収剤流通排気ガスの空燃比を小さくすると吸収剤流通排気ガス中の酸素濃度が極度に低下するためにＮＯｘ吸収剤４６からＮＯ2が放出され、このＮＯ2は図４（Ｂ）に示されるように未燃ＨＣ、ＣＯと反応して還元浄化せしめられる。このようにして白金Ｐｔの表面上にＮＯ2が存在しなくなるとＮＯｘ吸収剤４６から次から次へとＮＯ2が放出される。したがって吸収剤流通排気ガスの空燃比を小さくし、且つ還元剤が存在する状態にすると短時間のうちにＮＯｘ吸収剤４６からＮＯｘが放出されて還元浄化されることになる。
なお、本明細書でいう排気ガスの空燃比とは、そこよりも上流側の排気ガス通路と燃焼室５または吸気通路に供給された空気と燃料との比率をいうものとする。
【００４６】
次にＮＯｘ吸収剤４６の硫黄被毒のメカニズムについて説明する。排気ガス中にＳＯｘ成分が含まれていると、ＮＯｘ吸収剤４６は上述のＮＯｘの吸収と同じメカニズムで排気ガス中のＳＯｘを吸収する。すなわち、排気ガスの空燃比がリーンの時、排気ガス中のＳＯｘ（例えばＳＯ2）は白金Ｐｔ上で酸化されてＳＯ3 -、ＳＯ4 -となり、酸化バリウムＢａＯと結合してＢａＳＯ4を形成する。ＢａＳＯ4は比較的安定であり、また、結晶が粗大化しやすいため一旦生成されると分解放出されにくい。このため、ＮＯｘ吸収剤４６中のＢａＳＯ4の生成量が増大するとＮＯｘの吸収に関与できるＢａＯの量が減少してしまいＮＯｘの吸収能力が低下してしまう。
【００４７】
この硫黄被毒を解消するためには、ＮＯｘ吸収剤４６中に生成されたＢａＳＯ4を高温で分解するとともに、これにより生成されるＳＯ3 -、ＳＯ4 -の硫酸イオンをスライトリーンを含むほぼ理論空燃比またはリッチ雰囲気（以下、単に「リッチ雰囲気」という）下で還元し、気体状のＳＯ2に転換してＮＯｘ吸収剤４６から放出させる必要がある。したがって硫黄被毒再生を行うためには、ＮＯｘ吸収剤４６を高温且つリッチ雰囲気の状態にすることが必要とされる。
【００４８】
一方、このような硫黄被毒再生を実施した場合に生ずる問題として、硫黄分がＨ2ＳやＳＯ3の形で大気へ排出されてしまう問題がある。すなわち、Ｈ2Ｓは異臭を放ち、ＳＯ3は白煙発生の原因となるため、硫黄分はＳＯ2の形で排出することが望ましい。しかしながら、例えば、上記ＮＯｘ吸収剤４６からの硫黄分の放出の迅速化を図る等の目的で硫黄放出時の排気ガス空燃比のリッチの度合を高めた場合等には、硫黄分がＨ2Ｓの形で放出され易いことがわかっている。
【００４９】
また、このようなＨ2Ｓは、図１に示した構成のように、ＮＯｘ吸収剤４６の下流に酸化触媒５６とその酸化触媒５６に空気を供給する空気供給装置４３とを設ければ、これらを用いてＳＯ2に酸化することが可能である。ところが、この場合には、ＮＯｘ吸収剤４６から元々ＳＯ2の形で放出されたものの多くが上記酸化触媒５６で更にＳＯ3に酸化されて大気に排出されてしまう可能性がある。
【００５０】
本実施形態は、上記のような硫黄被毒再生時におけるＨ2Ｓの排出とＳＯ3の排出を共に抑制しようとするものであり、次に、その実現のために図１に示した構成によって実施される具体的な方法について説明する。図５はこの方法を実施するための制御ルーチンを示すフローチャートである。本制御ルーチンはＥＣＵ３０により一定時間毎の割込みによって実施される。
【００５１】
この制御ルーチンがスタートすると、まず、ステップ１０１でＮＯｘ吸収剤４６の硫黄（Ｓ）被毒再生制御（以下、「再生制御」と言う）の実施条件が成立したか否かが判定される。再生制御実施条件は、例えばＮＯｘ吸収剤４６に吸収されたＳＯｘ量、すなわち吸収ＳＯｘ量が一定量以上になること等であるが、この場合、吸収ＳＯｘ量を直接求めることは困難であるので、内燃機関から排出されるＳＯｘ量、すなわち例えば車両走行距離に基づいて吸収ＳＯｘ量を推定する。つまり、前回再生制御を実施した時点からの走行距離が予め定められた設定値よりも大きくなった時に再生制御実施条件が成立したと判定する。あるいは、同様の考え方により、車両走行距離の代わりに燃料消費量に基づいて判定するようにしてもよい。
【００５２】
ステップ１０１において再生制御実施条件が成立していないと判定された場合には本制御ルーチンは終了し、再生制御実施条件が成立していると判定された場合にはステップ１０３に進む。ステップ１０３においては再生制御の第１工程が実施される。
【００５３】
具体的には、ステップ１０３の第１工程においては、ＮＯｘ吸収剤４６の昇温が図られる。ＮＯｘ吸収剤４６を昇温する方法には種々の方法があり、例えば、以下で説明するように燃料噴射パターンを制御することによりＮＯｘ吸収剤４６を昇温することができる。
【００５４】
すなわち、図６は図１に示した内燃機関で実施し得る燃料噴射パターンの五つの例について示した概略図であるが、通常運転時には、主燃料Ｑｍが図６において（Ｉ）に示されるように圧縮上死点付近で噴射される。これに対し、ステップ１０３において再生制御の第１工程が開始され、ＮＯｘ吸収剤４６を昇温する必要が生じると、図６の（ＩＩ）に示されるような燃料噴射パターンとされる。つまり、吸気上死点付近において補助燃料Ｑｖを噴射させると共に主燃料Ｑｍの噴射時期を圧縮上死点以後まで遅角させる。
【００５５】
主燃料Ｑｍの噴射時期を遅角させると後燃え期間が長くなり、排気ガス温度を上昇させることができる。しかし、ただ単に噴射時期を遅角させると燃焼が不安定になり失火の恐れがある。上記の燃料噴射パターン（ＩＩ）においては、吸気上死点付近において補助燃料Ｑｖを噴射させることによって、失火の可能性を低減している。すなわち、吸気上死点付近において補助燃料Ｑｖを噴射すると圧縮行程中に圧縮熱によってこの補助燃料Ｑｖからアルデヒド、ケトン、パーオキサイド、一酸化炭素等の中間生成物が生成され、これら中間生成物によって主燃料Ｑｍの反応が加速される。これにより、主燃料Ｑｍの噴射時期を大巾に遅らせても失火を生ずることなく良好な燃焼が得られる。そして、このように主燃料Ｑｍの噴射時期を大巾に遅らせることで排気ガス温度をすみやかに上昇させることができる。また、このように補助燃料Ｑｖを追加的に噴射すると補助燃料Ｑｖ分だけ燃焼せしめられる燃料が増えるために排気ガス温度が上昇する。排気ガス温度を上昇させれば、それによりＮＯｘ吸収剤４６の温度を上昇させることができる。なお、補助燃料Ｑｖの噴射時期は吸気行程中であってもよく、その場合にもほぼ同様の作用及び効果を得ることができる。
【００５６】
あるいは、図６の（ＩＩＩ）に示されるような燃料噴射パターンとしてもよい。この場合、図６の（ＩＩ）に示される燃料噴射パターンと比較すると、主燃料Ｑｍの噴射時期を遅角させていないので排気ガス昇温効果ではやや劣ることになるが、燃焼の安定化と制御の単純化を図ることができる。
【００５７】
更に、より迅速にＮＯｘ吸収剤４６を昇温するために、図６の（ＩＶ）または（Ｖ）に示されるような燃料噴射パターンとしても良い。つまり、図６の（ＩＩ）または（ＩＩＩ）で示される燃料噴射パターンにおいて、更に膨張行程中に補助燃料Ｑｐを噴射させる。
【００５８】
この膨張行程中に噴射される補助燃料Ｑｐは、その大部分が燃焼することなく未燃ＨＣの形で排気ガス通路内に排出され、徐々に反応しながらＮＯｘ吸収剤４６まで到達する。そして、ＮＯｘ吸収剤４６において反応し、ＮＯｘ吸収剤４６を直接昇温するため、ＮＯｘ吸収剤４６をより迅速に昇温することが可能となる。なお、後続の補助燃料Ｑｐの噴射時期は排気行程中であってもよく、その場合にもほぼ同様の作用及び効果を得ることができる。
【００５９】
また、ＮＯｘ吸収剤４６を昇温する別の方法として、いわゆる低温燃焼を利用する方法がある。低温燃焼は、内燃機関の排気側から吸気側へ極めて大量の排気ガスを再循環させ、この再循環ガス（ＥＧＲガス）の吸熱作用によって燃料及びその周囲のガス温を比較的低温に保った状態で燃焼を行わせ、煤（スモーク）の発生を抑えるというものである。
【００６０】
すなわち、図１に示される内燃機関ではＥＧＲ率（ＥＧＲガス量／（ＥＧＲガス量＋吸入空気量））を増大していくと煤の発生量が次第に増大してピークに達し、更にＥＧＲ率を高めていくと今度は煤の発生量が急激に低下する。この煤の発生量がピークとなるＥＧＲ率より高いＥＧＲ率で行われる燃焼が低温燃焼である。なお、低温燃焼はＥＧＲガスに限らず、吸熱作用を有するその他の不活性ガスを用いることによっても同様に行わせることができることから、以上のことを言い換えれば、低温燃焼とは燃焼室の不活性ガス量を煤の発生量がピークとなる不活性ガス量よりも多くした時に行われる燃焼であると言える。
このような低温燃焼が行われると、排気ガス温度が上昇しＮＯｘ吸収剤４６を昇温することができる。また、排気ガス中に還元剤（ＨＣ、ＣＯ等）が多く含まれるようになり、その反応によってＮＯｘ吸収剤４６を昇温することができる。
【００６１】
本実施形態では、上述の二つの方法を内燃機関の運転状態に応じて使い分けてＮＯｘ吸収剤４６を昇温するようにしている。すなわち、内燃機関の運転状態が高負荷の場合には上述したような燃料噴射制御によってＮＯｘ吸収剤４６を昇温するようにし、低負荷の場合には上述の低温燃焼によってＮＯｘ吸収剤４６を昇温するようにしている。これは、低温燃焼は、ＮＯｘ吸収剤４６全体を均一に昇温する上で好ましいのであるが、その性質上、燃料噴射量が少なく燃焼による発熱量が比較的少ない低負荷運転時に良好に実施することが可能であるためである。
【００６２】
ここで、どちらの方法で昇温するかの判定については、例えば図７に示したようなマップに基づいて行われる。図７において、横軸は機関回転数Ｎであり、縦軸はアクセル踏込み量Ｌである。つまり、その時の運転状態が図７に示した機関回転数Ｎが比較的大きく且つアクセル踏込み量Ｌが比較的大きい領域Ｈにある場合には燃料噴射制御によってＮＯｘ吸収剤４６を昇温するようにする。逆に、その時の運転状態が図７において領域Ｓにある場合には低温燃焼によってＮＯｘ吸収剤４６を昇温するようにする。図７のマップは低温燃焼を良好に実施できる範囲に基づいて予め作成しＲＯＭ３２に記憶させておく。
【００６３】
なお、ＮＯｘ吸収剤４６を昇温する更に別の方法としては、図８に示した構成のように、ＮＯｘ吸収剤４６を担持したフィルタ２２の上流に燃料添加装置４４を設けておき、これによって排気ガス通路内に燃料を添加してＮＯｘ吸収剤４６を昇温するという方法もある。そして更に、先に述べた二つの方法にこの方法を加えた三つの方法から内燃機関の運転状態に応じて適した方法を選択してＮＯｘ吸収剤４６を昇温するようにしてもよい。
【００６４】
ステップ１０３における再生制御の第１工程においては、ＮＯｘ吸収剤４６が硫黄分を放出する温度（硫黄分放出温度）以上に昇温される。硫黄分放出温度は予め実験等によって求められるが、例えば６００℃以上の温度である。
また、上述の説明からも明らかであるが、この再生制御の第１工程においてＮＯｘ吸収剤４６を昇温すると、その下流にある酸化触媒５６も昇温されることになる。すなわち、ＮＯｘ吸収剤４６を昇温する場合には、上述したように排気ガス温度が上昇せしめられるので、それによって酸化触媒５６も昇温される。また、排気ガス中の可燃成分（ＨＣ等）が増加される場合にはその反応によって下流にある酸化触媒５６も昇温される。この酸化触媒５６は、次の第２工程からはＮＯｘ吸収剤４６から放出されるＨ2Ｓを酸化処理する必要があるため、第１工程においてその活性化温度まで昇温しておくことが望ましい。酸化触媒５６の昇温を促進するために第１工程において空気供給装置４３から排気ガス通路に空気を供給するようにしても良い。
【００６５】
ステップ１０３の再生制御の第１工程において、ＮＯｘ吸収剤４６が硫黄分放出温度以上に昇温されると、または、ＮＯｘ吸収剤４６が硫黄分放出温度以上に昇温され且つ酸化触媒５６が活性化温度まで昇温されるとステップ１０５に進む。ステップ１０５においては再生制御の第２工程が実施される。
【００６６】
具体的には、ステップ１０５の第２工程においては、ＮＯｘ吸収剤４６を硫黄分放出温度以上に維持しつつそれに流入する排気ガスの空燃比を僅かにリッチにすると共に、空気供給装置４３によって空気を供給して酸化触媒５６に流入する排気ガスの空燃比をほぼ理論空燃比または僅かにリーンにし酸化触媒５６を更に昇温するようにする。
【００６７】
この第２工程では、ＮＯｘ吸収剤４６が硫黄分放出温度以上に維持され且つそれに流入する排気ガスの空燃比が僅かにリッチにされるので、ＮＯｘ吸収剤４６からの硫黄分の放出が開始される。しかし、排気ガス空燃比のリッチの度合が低いので硫黄分の放出速度は低い。また、この場合、硫黄分の多くはＳＯ2の形で放出される。
【００６８】
ＮＯｘ吸収剤４６を硫黄分放出温度以上に維持しつつそれに流入する排気ガスの空燃比を僅かにリッチにする方法には種々の方法があるが、本実施形態では例えば、上述の低温燃焼をリッチ空燃比のもとで行うようにする。また、図８に示したような燃料添加装置４４を有する構成であれば、燃料添加装置４４によって排気ガス通路内に適量の燃料を添加することで同様の目的を達成することができる。
【００６９】
図９は、ＮＯｘ吸収剤４６に流入する排気ガスの空燃比ＡＦ１、ＮＯｘ吸収剤４６に流入する排気ガスの温度Ｔｎｉ及びＮＯｘ吸収剤４６の温度Ｔｎの経時変化の一例について示した図である。この図の例では、空燃比ＡＦ１が小さくなるにしたがってＮＯｘ吸収剤４６の温度Ｔｎが上昇し、空燃比ＡＦ１をリッチ空燃比とした状態でＮＯｘ吸収剤４６の温度Ｔｎを硫黄分放出温度とし得る６００℃以上に維持することができている。
【００７０】
また、上述したようにこの第２工程では、空気供給装置４３によって空気が供給され酸化触媒５６に流入する排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比または僅かにリーンにされて酸化触媒５６が更に昇温される。つまり、ＮＯｘ吸収剤４６から流出してくる空燃比がリッチの排気ガスに空気を供給して酸化触媒５６での反応性を高め、酸化触媒５６を昇温するようにする。
【００７１】
図１０は、空気供給装置４３によって空気を供給した場合の排気ガスの空燃比や酸化触媒５６の温度等の経時変化の一例について示した図である。図中、ＡＦ２がＮＯｘ吸収剤４６から流出した時の（すなわち、空気供給装置４３の上流の）排気ガスの空燃比、ＡＦ３が酸化触媒５６に流入する排気ガスの空燃比、Ｔｃｉが酸化触媒５６に流入する排気ガスの温度、Ｔｃｏが酸化触媒５６から流出する排気ガスの温度、Ｔｃが酸化触媒５６の温度、ＴｎがＮＯｘ吸収剤４６の温度を夫々示す。
【００７２】
この図は、時刻ｔ１からｔ２までの間、空気の供給が行われた場合について示している。この図の例では、空気の供給により酸化触媒５６に流入する排気ガスの空燃比ＡＦ３がほぼ理論空燃比に上昇せしめられている。そして、それに伴って酸化触媒５６に流入する排気ガスの温度Ｔｃｉが僅かに下がる一方、酸化触媒５６の温度Ｔｃは６５０℃以上に上昇せしめられている。これは空気の供給により酸化触媒５６での反応が高められた結果である。また、この間、ＮＯｘ吸収剤４６の温度Ｔｎは６００℃以上に維持されている。
【００７３】
ところで、このように酸化触媒５６を昇温するのは、酸化触媒５６においてＳＯ2がＳＯ3に酸化されるのを抑制するためである。すなわち、図１１に示されているように、酸化触媒５６におけるＳＯ2からＳＯ3への酸化率は酸化触媒５６の温度Ｔｃが高くなる程低くなる傾向がある。したがって、酸化触媒５６を昇温することで、酸化触媒５６においてＳＯ2がＳＯ3に酸化されるのを抑制することができ、ＳＯ3の大気への排出を抑制することが可能となる。
【００７４】
詳細には、図１１は排気ガス中に１０００ｐｐｍのＳＯ2を含んでいる場合における酸化触媒５６の温度ＴｃとＳＯ2からＳＯ3への酸化率（すなわち、酸化されてＳＯ3になるＳＯ2の割合）Ｐｏとの関係を示した図である。図中の曲線ａは、排気ガス中の酸素濃度が０．０５％の場合、曲線ｂは排気ガス中の酸素濃度が１．０％の場合、曲線ｃは排気ガス中の酸素濃度が７．０％の場合を夫々示している。
【００７５】
この図から明らかなように、上記酸化率Ｐｏは、排気ガス中の酸素濃度が低い程、また、酸化触媒５６の温度Ｔｃが高い程低く抑えることができる。しかしここで、排気ガス中の酸素濃度については、再生制御ではＨ2Ｓの排出を抑制すべく酸化触媒５６でＨ2Ｓを酸化する必要があるため、その値をある程度以上に維持する必要がある。このため、再生制御においてＨ2Ｓの排出を抑制し且つ、ＳＯ2からＳＯ3への酸化率Ｐｏを低減するためには、酸化触媒５６の温度Ｔｃを高くする必要がある。言い換えれば、酸化触媒５６の温度Ｔｃを高くすることで、再生制御においてＨ2Ｓの排出とＳＯ3の排出を共に抑制することができる。
【００７６】
上述したように第２工程において酸化触媒５６を昇温するのは、酸化触媒５６においてＳＯ2がＳＯ3に酸化されるのを抑制し、ＳＯ3の大気への排出を抑制するためである。特に後続の第３工程においては、第２工程よりも多くの硫黄分が放出されることになるので、第２工程では酸化触媒５６の温度が、酸化触媒５６におけるＳＯ2からＳＯ3への酸化を充分に抑制できる所定温度Ｔｃｘになるまで上昇せしめられる。この所定温度Ｔｃｘは予め実験等によって求められるが、例えば図１１によれば、酸化触媒５６の温度Ｔｃを６００℃以上とすれば、ＳＯ3の排出を相当に抑制することができると考えられるので、上記所定温度Ｔｃｘとして６００℃以上の温度が設定され得る。
【００７７】
なお、上述したように、この第２工程ではＮＯｘ吸収剤４６から放出される硫黄分の多くはＳＯ2の形で放出される。そして第２工程中においては酸化触媒５６の温度が充分に上がっていないためにＳＯ2の一部はＳＯ3に酸化されることになる。しかし、第２工程においては放出される硫黄分の絶対量が少ないために一部がＳＯ3に酸化されても白煙の問題が生じる場合は殆どない。
【００７８】
ステップ１０５の再生制御の第２工程において、酸化触媒５６が上記所定温度Ｔｃｘ以上に昇温されるとステップ１０７に進む。ステップ１０７においては再生制御の第３工程が実施される。
具体的には、ステップ１０７の第３工程においては、ＮＯｘ吸収剤４６を硫黄分放出温度以上に維持しつつそれに流入する排気ガスの空燃比を上記第２工程の時よりもリッチにすると共に、上記空気供給装置４３によって空気を供給して酸化触媒５６に流入する排気ガスの空燃比をリーンにし酸化触媒５６を上記所定温度Ｔｃｘ以上に維持するようにする。
【００７９】
本実施形態においては、上記第２工程の時よりもリッチの度合を高くして低温燃焼を実施することでＮＯｘ吸収剤４６に流入する排気ガスの空燃比を上記第２工程の時よりもリッチにする。また、図８に示したような燃料添加装置４４を有する構成であれば、燃料添加装置４４によって排気ガス通路内に添加する燃料の量を上記第２工程の時よりも多くすることで同様の目的を達成することができる。
【００８０】
この第３工程においては、ＮＯｘ吸収剤４６を硫黄分放出温度以上に維持しつつそれに流入する排気ガスの空燃比が上記第２工程の時よりもリッチにされるので、ＮＯｘ吸収剤４６から迅速に硫黄分を放出することができる。そしてその結果、再生制御の完了までの時間を短縮することができる。また、この際、硫黄分の多くがＨ2Ｓの形で放出されることになるが、第３工程においては、上記空気供給装置４３によって空気が供給され酸化触媒５６においてＨ2Ｓが効率良く酸化されてＨ2Ｓの大気への排出が抑制される。更に、酸化触媒５６は上記所定温度Ｔｃｘ以上に維持されるので、酸化触媒５６におけるＳＯ2からＳＯ3への酸化は充分に抑制され、ＳＯ3の大気への排出が抑制される。
【００８１】
図５に示した制御ルーチンにおいては、ステップ１０７で再生制御の第３工程が開始されると、ステップ１０９に進んで再生制御完了条件が成立したか否かが判定される。この再生制御完了条件としては、例えば再生制御の実施時間等がある。すなわち、今回の再生制御の第１工程を開始した時点からの経過時間が予め定められた設定値よりも大きくなった時に再生制御完了条件が成立したと判定する。あるいは、第２工程または第３工程を開始した時点からの経過時間が予め定められた設定値よりも大きくなった時に再生制御完了条件が成立したと判定するようにしてもよい。
【００８２】
ステップ１０９において再生制御完了条件が成立していないと判定された場合にはステップ１０７に戻って再生制御の第３工程が継続される。一方、再生制御完了条件が成立していると判定された場合には再生制御の第３工程が終了せしめられ、本制御ルーチンが終了する。
【００８３】
以上、説明したように、本実施形態によれば、硫黄被毒再生時におけるＨ2Ｓの排出とＳＯ3の排出を共に抑制することができる。また、硫黄被毒再生をより短時間で完了することができ燃費の低減を図ることができる。
【００８４】
なお、上述の第１工程において燃料噴射パターンを制御してＮＯｘ吸収剤４６を昇温する場合であって膨張行程または排気行程中にも補助燃料Ｑｐが噴射される場合において、この補助燃料Ｑｐの噴射量を機関回転数Ｎや単位時間あたりの排気ガス量ＱＧまたは吸入空気量ＱＡに応じて補正するようにしてもよい。すなわち、上記補助燃料Ｑｐの量ＱＰと機関回転数Ｎや単位時間あたりの排気ガス量ＱＧまたは吸入空気量ＱＡとの間の関係は、ＮＯｘ吸収剤４６等の温度上昇が排気ガスの温度上昇と一定の相関があるとすると、次式のように書き表すことができる。
【００８５】

Figure 0004285105
【００８６】
ここで、Ｎは機関回転数（ｒｐｍ）、ρは燃料の比重、Ｃａは燃料の単位質量当たりの発熱量（ｃａｌ／ｇ）、Ｃｐは排気ガスの比熱、ΔＴｇはＮＯｘ吸収剤４６等の必要温度上昇幅である。αは補助燃料Ｑｐの発熱量の総てがＮＯｘ吸収剤４６等の温度上昇に寄与しないために乗算される補正係数であり、βは吸入空気量ＱＡに乗算して排気ガス量ＱＧを求めるための補正係数である。補正係数α、βは実験等によって求められ、例えばα＝０．７、β＝１．２９と設定される。
【００８７】
この式の関係から明らかなように、例えば同じ昇温幅（ΔＴｇ）に対して必要となる上記補助燃料Ｑｐの量ＱＰは、機関回転数Ｎが高い程少なくなり、排気ガス量ＱＧまたは吸入空気量ＱＡが多い程多くなる。したがって、上記補助燃料Ｑｐの量ＱＰを機関回転数Ｎや単位時間当たりの発生排気ガス量ＱＧまたは吸入空気量ＱＡに応じて補正することによって、ＮＯｘ吸収剤４６等の温度を適切に制御することが可能となる。
【００８８】
また、上述の第２工程や第３工程において、ＮＯｘ吸収剤４６に流入する排気ガスのリッチの度合が、内燃機関の運転状態に応じて調整されるようになっていてもよい。すなわち例えば、内燃機関の運転状態が低負荷の場合にリッチの度合が高くなるようにし、高負荷の場合に低くなるようにする。そしてこのようにすると、酸化触媒５６の温度を適切に制御することが可能となる。
【００８９】
すなわち、酸化触媒５６の温度は、内燃機関の運転状態が高負荷の場合程高くなる傾向がある。つまり、内燃機関の運転状態が低負荷の場合には酸化触媒５６の温度を上昇させ難い。そこで上述したように、低負荷の場合にリッチの度合を高くすれば、酸化触媒５６の温度が上がり難い場合に空気供給装置４３による空気の供給によって酸化触媒５６での反応を容易に高めることができ、酸化触媒５６の温度を迅速に上昇させる（またはその温度を良好に維持させる）ことが可能となる。また、酸化触媒５６の温度が上がり易い高負荷の場合に、リッチの度合を低くすることで酸化触媒５６での反応が抑えられ、酸化触媒５６が過熱して熱劣化するのを抑制することができる。
【００９０】
なお、図１及び図８に示した構成では、上流側の第１排気浄化手段がＮＯｘ吸収剤４６を担持したフィルタ２２であり、下流側の第２排気浄化手段が酸化触媒５６であったが、本発明はこれに限定されるものではなく、第１排気浄化手段が硫黄分を吸蔵することができ、第２排気浄化手段が酸化触媒を含んでいれば他の構成であってもよい。つまり、例えば上流側の第１排気浄化手段がＮＯｘ吸収剤のみであり、下流側の第２排気浄化手段が酸化触媒を担持したフィルタであってもよい。
【００９１】
【発明の効果】
各請求項に記載の発明は、硫黄被毒再生時において、Ｈ2Ｓの排出とＳＯ3の排出を共に抑制することを可能にするという共通の効果を奏する。また、硫黄被毒再生をより短時間で完了することができる。更に、請求項３に記載の発明によれば、硫黄被毒再生時におけるＨ2Ｓの排出をより確実に抑制することができる。
【００９２】
請求項４に記載の発明によれば、硫黄被毒再生を行う際に硫黄分を吸蔵している第１排気浄化手段を内燃機関の良好な燃焼を確保しつつ容易に昇温することができる。また、請求項５に記載の発明によれば、硫黄被毒再生を行う際により迅速に上記第１排気浄化手段を昇温することができる。更に、請求項６に記載の発明によれば、硫黄被毒再生を行う際に、上記第１排気浄化手段及び酸化触媒を含む第２排気浄化手段の温度を適切に制御することができる。
【００９３】
請求項７に記載の発明によれば、硫黄被毒再生を行う際に上記第１及び第２排気浄化手段を容易且つ確実に昇温でき、特に上記第２排気浄化手段を迅速に昇温することができる。また、請求項８に記載の発明によれば、硫黄被毒再生時において、上記第２排気浄化手段の温度を適切に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明を筒内噴射型の圧縮着火式内燃機関に適用した場合を示す図である。
【図２】図２は、機関の要求トルクを示す図である。
【図３】図３は、ＮＯｘ吸収剤が担持されたパティキュレートフィルタの拡大断面図である。
【図４】図４は、ＮＯｘの吸収放出及び還元浄化作用を説明するための図である。
【図５】図５は、図１に示した構成で実施され得る硫黄被毒再生制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図６】図６は、噴射制御を説明するための図である。
【図７】図７は、図５の制御ルーチンのステップ１０３においてＮＯｘ吸収剤の昇温方法を決定するために使用され得るマップである。
【図８】図８は、本発明を別の筒内噴射型の圧縮着火式内燃機関に適用した場合を示す図である。
【図９】図９は、ＮＯｘ吸収剤に流入する排気ガスの空燃比ＡＦ１、ＮＯｘ吸収剤に流入する排気ガスの温度Ｔｎｉ及びＮＯｘ吸収剤の温度Ｔｎの経時変化について示した図である。
【図１０】図１０は、空気供給装置によって空気を供給した場合の排気ガスの空燃比や酸化触媒の温度等の経時変化について示した図である。
【図１１】図１１は排気ガス中に１０００ｐｐｍのＳＯ2を含んでいる場合における酸化触媒の温度ＴｃとＳＯ2からＳＯ3への酸化率（すなわち、酸化されてＳＯ3になるＳＯ2の割合）Ｐｏとの関係を示した図である。
【符号の説明】
１…機関本体
５…燃焼室
６…電気制御式燃料噴射弁
２２…パティキュレートフィルタ
３０…電子制御ユニット
４３…空気供給装置
４４…燃料添加装置
４６…ＮＯｘ吸収剤
５６…酸化触媒[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust gas purification method for an internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
In general, in-cylinder injection internal combustion engines such as diesel engines mounted on automobiles and the like are required to remove nitrogen oxides (NOx) contained in exhaust gas. In response to such demands, a method for purifying exhaust gas by arranging a NOx storage agent in an exhaust gas passage of an internal combustion engine has been proposed.
[0003]
The NOx storage agent used in such a method stores NOx when the air-fuel ratio of the exhaust gas is lean, the air-fuel ratio in the exhaust gas becomes small, and a reducing agent such as HC or CO exists in the exhaust gas. If it does, it has the effect | action (desorption | suction and removal of NOx and reduction | purification purification | cleaning effect | action) which remove | eliminate the stored NOx and reduce and purify. And using this action, when the air-fuel ratio of the exhaust gas is lean, the NOx in the exhaust gas is stored in the NOx storage agent, and when the storage efficiency of the NOx storage agent decreases after a certain period of use or before it decreases A reduction agent (fuel) is added on the upstream side of the NOx storage agent, for example, to reduce and purify NOx stored in the NOx storage agent.
[0004]
In this specification, the term “occlusion” is used to include both “absorption” and “adsorption”. Therefore, the “NOx storage agent” includes both the “NOx absorbent” and the “NOx adsorbent”. The former accumulates NOx in the form of nitrate and the like, and the latter is NO.2Adsorb in the form of etc. In addition, the term “detachment” from the NOx storage agent is used to include the meaning of “desorption” corresponding to “adsorption” in addition to “release” corresponding to “absorption”.
[0005]
By the way, the fuel of the internal combustion engine may contain a sulfur (S) component, and in this case, the exhaust gas contains sulfur oxide (SOx). When SOx is present in the exhaust gas, the NOx occlusion agent occludes SOx in the exhaust gas by exactly the same mechanism as the NOx occlusion action.
[0006]
However, SOx occluded in the NOx occlusion agent is relatively stable and generally tends to accumulate in the NOx occlusion agent. When the amount of SOx stored in the NOx storage agent increases, the NOx storage capacity of the NOx storage agent decreases and the NOx in the exhaust gas cannot be sufficiently removed, so that the NOx purification efficiency decreases, so-called sulfur poisoning The problem of (S poisoning) occurs. In particular, the problem of sulfur poisoning is likely to occur in diesel engines that use light oil containing a relatively large amount of sulfur as a fuel.
[0007]
On the other hand, it is known that SOx stored in the NOx storage agent can be separated by the same mechanism as NOx. However, since SOx is occluded in the NOx occlusion agent in a relatively stable form, the SOx occluded in the NOx occlusion agent is released at a temperature at which normal NOx reduction and purification control is performed (for example, about 250 ° C. or higher). It is difficult. For this reason, in order to eliminate sulfur poisoning, the NOx storage agent is heated to a temperature higher than that during normal NOx reduction purification control, that is, the sulfur release temperature (for example, 600 ° C. or higher), and the exhaust gas flowing in It is necessary to periodically perform sulfur poisoning regeneration control that makes the air-fuel ratio substantially stoichiometric or rich.
[0008]
By the way, when performing such sulfur poisoning regeneration control, if the degree of exhaust gas enrichment is large, the sulfur content in the NOx storage agent is reduced to hydrogen sulfide (H2It has been found that it is easily released in the form of S). And H2Since S has a characteristic of giving off a strange odor, it is necessary to suppress its emission into the atmosphere. For this reason, the sulfur poisoning regeneration control as described above is usually performed with a reduced degree of exhaust gas enrichment (that is, substantially as a stoichiometric air-fuel ratio) (see, for example, Patent Document 1).
[0009]
However, when the above regeneration control is performed with the exhaust gas enrichment reduced in this way,2Although the generation of S can be suppressed, there is a problem that the release rate of the sulfur content becomes slow, the time until the completion of the regeneration control becomes long, and the fuel consumption deteriorates.
On the other hand, in order to avoid such problems,2Rather than suppressing the generation of S, the generated H2By oxidizing S, H2A method for suppressing the release of S into the atmosphere has also been proposed. That is, for example, an oxidation catalyst and an air supply means for supplying air to the oxidation catalyst are provided downstream of the NOx occlusion agent, and H released from the NOx occlusion agent.2S with the above oxidation catalyst2Oxidize to H2S emission to the atmosphere is suppressed (see, for example, Patent Document 2).
[0010]
However, according to this method, NOx occlusion agent is originally used as SO.2The product released in the form ofThreeAs a result, white smoke may be generated in the atmosphere.
[0011]
[Patent Document 1]
JP-A-11-107809
[Patent Document 2]
JP 2000-110552 A
[Patent Document 3]
JP 2000-161107 A
[Patent Document 4]
JP 2000-274232 A
[Patent Document 5]
JP 2001-304011 A
[Patent Document 6]
JP 2001-304020 A
[Patent Document 7]
Japanese Patent No. 3225957
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the above problems, and its object is to provide H2S emissions and SOThreeIt is an object to provide an exhaust gas purification method for an internal combustion engine that can suppress both emissions.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
  The present invention provides an exhaust gas purification method for an internal combustion engine as set forth in each of the claims as means for solving the above-mentioned problems.
    The invention according to claim 1 is a first exhaust purification means for storing at least a sulfur content disposed in the exhaust gas passage, and at least an oxidation catalyst disposed downstream of the first exhaust purification means in the exhaust gas passage. And an air supply means for supplying air to the exhaust gas passage downstream from the first exhaust purification means and upstream from the second exhaust purification means. Exhaust gas purification method for internal combustion engine using the deviceInWhen the sulfur content should be released from the first exhaust purification means, sulfur poisoning regeneration control for releasing the sulfur content from the first exhaust purification means is performed, and in the sulfur poisoning regeneration control, the second exhaust gas is emitted. SO in purification means2To SOThreeAn exhaust purification method for an internal combustion engine, wherein the temperature of the second exhaust purification means is controlled to be equal to or higher than a predetermined first predetermined temperature in order to suppress the oxidation reaction toIn the sulfur poisoning regeneration control, the first step of raising the temperature of the first exhaust purification means to a sulfur content release temperature or higher, and maintaining the first exhaust purification means to a temperature of the sulfur content release temperature or higher. The air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the first exhaust purification means is made slightly richer than the stoichiometric air-fuel ratio, and air is supplied by the air supply means to empty the exhaust gas flowing into the second exhaust purification means. A second step of raising the second exhaust purification means to a temperature equal to or higher than the first predetermined temperature by making the fuel ratio substantially lean with respect to the stoichiometric air-fuel ratio or the stoichiometric air-fuel ratio; and While maintaining the above, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the first exhaust purification unit is made richer than in the second step, and air is supplied by the air supply unit to the second exhaust purification unit. Incoming exhaust gas Third step and a method for exhaust gas purification internal combustion engine comprising maintaining the lean air-fuel ratio to the stoichiometric air-fuel ratio of the second exhaust gas purification device than the first predetermined temperatureI will provide a.
[0014]
When the second exhaust purification means including the oxidation catalyst and the air supply means for supplying air thereto are provided downstream of the first exhaust purification means for storing sulfur as described above, the sulfur poisoning regeneration control is performed. Released from the first exhaust purification means2S is converted into SO by the second exhaust purification means.2It is possible to oxidize. However, on the other hand, in the prior art, the SO released from the first exhaust purification means in parallel with the above-described oxidation is performed.2Most of the SO 2 is SO 2 by the second exhaust purification means.ThreeThere was a problem of being oxidized. And the SO in the second exhaust purification means2To SOThreeThe oxidation reaction tends to increase as the temperature of the second exhaust purification unit decreases.
[0015]
On the other hand, in the first aspect of the present invention, in the sulfur poisoning regeneration control, the temperature of the second exhaust purification unit is controlled to be equal to or higher than the first predetermined temperature, and the second exhaust purification unit SO2To SOThreeThe oxidation reaction to is suppressed. As a result, during sulfur poisoning regeneration, H2S emissions and SOThreeIt becomes possible to suppress the discharge of both.
[0016]
  Here, in order to control the temperature of the second exhaust purification unit to be equal to or higher than the first predetermined temperature, in addition to control for raising the temperature of the second exhaust purification unit to be higher than the first predetermined temperature. Also included is control for maintaining the temperature of the second exhaust purification means at or above the first predetermined temperature.
  According to the first aspect of the present invention, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the first exhaust purification unit is maintained in the third step while maintaining the first exhaust purification unit at the sulfur content release temperature or higher. Since it is made richer than in the second step, the sulfur content can be released quickly from the first exhaust purification unit. At this time, most of the sulfur content is H 2 In the third step, the air-fuel ratio of the exhaust gas that is supplied by the air supply means and flows into the second exhaust purification means is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio. And the second exhaust purification means is maintained at a temperature equal to or higher than the first predetermined temperature. 2 S is SO efficiently 2 It is oxidized to. Thus, according to the present invention, H during sulfur poisoning regeneration 2 S emissions and SO Three In addition to being able to suppress both emissions, sulfur poisoning regeneration can be completed in a shorter time.
[0017]
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the first predetermined temperature is a temperature of 600 ° C. or higher.
In the second aspect of the present invention, in the sulfur poisoning regeneration control, the temperature of the second exhaust purification unit is controlled to be equal to or higher than the first predetermined temperature which is a temperature of 600 ° C. or higher. SO in the second exhaust purification means2To SOThreeAs the temperature of the second exhaust gas purification means becomes 600 ° C. or higher, the oxidation reaction to the reaction gas is reduced to SO 2 in the second exhaust gas purification means.2To SOThreeThe oxidation reaction to can be suppressed. As a result, during sulfur poisoning regeneration, H2S emissions and SOThreeCan be suppressed together.
[0020]
  Claim3In the first aspect of the present invention, in the first step, the second exhaust purification unit is heated to a predetermined second predetermined temperature lower than the first predetermined temperature.1 or 2An exhaust gas purification method for an internal combustion engine as described in 1. above.
  Claim3According to the invention described in (2), for example, by setting the second predetermined temperature as the activation temperature of the oxidation catalyst, the H released from the first exhaust purification unit in the second step is used.2S can be reliably oxidized in the second exhaust purification unit.
[0021]
  Claim4In the invention described in claimAny one of 1 to 3When the internal combustion engine is operating at a high load when the sulfur poisoning regeneration control is performed, the first step assists the combustion chamber in the vicinity of the intake top dead center or during the intake stroke. The first exhaust gas purification is performed by injecting fuel, or by injecting auxiliary fuel into the combustion chamber near the intake top dead center or during the intake stroke and delaying the injection timing of the main fuel from the compression top dead center. The means is heated.
  Claim4According to the invention described above, in the first step, it is possible to raise the temperature of the first exhaust purification unit while ensuring good combustion of the internal combustion engine by relatively simple fuel injection control.
[0022]
  Claim5In the invention described in claim4In the invention described above, the auxiliary fuel is also injected into the combustion chamber during the expansion stroke or the exhaust stroke in the first step.
  Claim5According to the invention described in (1), it is possible to raise the temperature of the first exhaust purification unit more quickly in the first step.
[0023]
  Claim6In the invention described in claim5In the invention described in the above, the amount of the auxiliary fuel injected into the combustion chamber during the expansion stroke or the exhaust stroke is at least one of the engine speed and the generated exhaust gas amount or intake air amount per unit time. It is corrected accordingly.
[0024]
  When the temperature of the first exhaust gas purification unit or the second exhaust gas purification unit is raised, the amount of the auxiliary fuel required for the same temperature increase range decreases as the engine speed N increases, and the amount of generated exhaust gas or The greater the amount of intake air, the greater. Therefore, the claims6As described above, the first exhaust purification unit and the second exhaust purification unit are corrected by correcting the amount of the auxiliary fuel according to the engine speed, the amount of exhaust gas generated per unit time, or the amount of intake air. It is possible to appropriately control the temperature of the.
[0025]
  Claim7In the invention described in claim1 to 6In the invention according to any one of the above, when the amount of inert gas in the combustion chamber increases, the amount of soot generated gradually increases and reaches a peak, and the internal combustion engine reduces the amount of inert gas in the combustion chamber. When the engine is further increased, soot is hardly generated, and when the operation state of the internal combustion engine is low when performing the sulfur poisoning regeneration control, in the first step, the combustion chamber The amount of inert gas is made larger than the amount of inert gas at which soot generation peaks, and air is supplied to the exhaust gas passage by the air supply means.
[0026]
  In the internal combustion engine as described above, when the amount of inert gas in the combustion chamber is made larger than the amount of inert gas at which soot generation peaks, so-called low temperature combustion is performed, and the exhaust gas temperature rises. Further, the exhaust gas contains a large amount of reducing agent (HC, CO, etc.), and the temperature of the first and second exhaust gas purification means can be raised by the reaction. Therefore, the claims7According to the invention described in (1), it is possible to reliably raise the temperature of the first and second exhaust gas purification means by a relatively simple method in the first step. In particular, the claims7In the invention described above, since air is supplied to the exhaust gas passage by the air supply means and the reaction in the second exhaust purification means is enhanced, the temperature of the second exhaust purification means can be raised quickly.
[0027]
  Claim8According to the invention described in the above, in at least one of the second step and the third step, the richness of the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the first exhaust purification means is determined when the operating state of the internal combustion engine is low. High, low in case of high load, claim1 to 7An exhaust gas purification method for an internal combustion engine according to any one of the above.
[0028]
The temperature of the second exhaust purification unit tends to be higher as the operating state of the internal combustion engine is higher. In the present invention, when the load of the second exhaust purification unit is low, the degree of richness is increased, so that the reaction at the second exhaust purification unit is enhanced, and the temperature of the second exhaust purification unit is increased. It is possible to raise the temperature quickly or maintain the temperature well. Furthermore, according to the present invention, when the load of the second exhaust purification unit is high, the degree of richness is lowered, so that the reaction at the second exhaust purification unit is suppressed, and the second exhaust purification unit is suppressed. It can suppress that a means overheats and heat-deteriorates.
[0029]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or similar components are denoted by common reference numerals. In addition, the present invention can be implemented by using either NOx absorbent or NOx adsorbent, which is a NOx occlusion agent, as long as it is an exhaust purification means that occludes at least sulfur, but in the following, a NOx absorbent was used. The case will be described.
[0030]
FIG. 1 shows a case where the present invention is applied to a cylinder ignition type compression ignition type internal combustion engine. The present invention can also be applied to a spark ignition internal combustion engine.
Referring to FIG. 1, 1 is an engine body, 2 is a cylinder block, 3 is a cylinder head, 4 is a piston, 5 is a combustion chamber, 6 is an electrically controlled fuel injection valve, 7 is an intake valve, 8 is an intake port, 9 Is an exhaust valve, and 10 is an exhaust port. The intake port 8 is connected to a surge tank 12 via a corresponding intake branch pipe 11, and the surge tank 12 is connected to a compressor 15 of an exhaust turbocharger 14 via an intake duct 13.
[0031]
A throttle valve 17 driven by a step motor 16 is arranged in the intake duct 13, and an intake air cooling device (intercooler) 18 for cooling intake air flowing in the intake duct 13 is arranged around the intake duct 13. Is done. In the embodiment shown in FIG. 1, the intake air in the intake air cooling device 18 is cooled by the traveling wind. Instead of the air-cooled intake air cooling device, a water-cooled intake air cooling device that cools the intake air in the cooling device with engine cooling water may be used.
[0032]
On the other hand, the exhaust port 10 is connected to an exhaust turbine 21 of the exhaust turbocharger 14 via an exhaust manifold 19 and an exhaust pipe 20. A particulate filter 22 is disposed in the exhaust gas passage on the outlet side of the exhaust turbine 21. The particulate filter 22 carries a NOx absorbent 46 as will be described later, and constitutes a first exhaust purification means. Further, the particulate filter 22 is provided with a temperature sensor 46a for detecting the temperature of the particulate filter 22 (that is, the temperature of the NOx absorbent 46).
[0033]
An oxidation catalyst 56 for oxidizing and purifying oxides in the exhaust gas is disposed downstream of the particulate filter 22 and constitutes a second exhaust purification means. The oxidation catalyst 56 is also provided with a temperature sensor 56a for detecting the temperature. Further, an air supply device 43 is provided between the particulate filter 22 and the oxidation catalyst 56. The air supply device 43 supplies air to the exhaust gas passage downstream from the particulate filter 22 and upstream from the oxidation catalyst 56 in response to a command from an electronic control unit (ECU) 30 described later.
[0034]
The exhaust manifold 19 and the surge tank 12 are connected to each other via an exhaust gas recirculation (hereinafter referred to as EGR) passage 24, and an electrically controlled EGR control valve 25 is disposed in the EGR passage 24. Further, an EGR cooling device (EGR cooler) 26 for cooling the EGR gas flowing in the EGR passage 24 is disposed in the EGR passage 24. Further, an oxidation catalyst 23 is provided upstream of the EGR cooling device 26 in the EGR passage 24, and HC and the like contained in the EGR gas are treated to a certain extent before flowing into the EGR cooling device 26, and the EGR cooling device 26 is clogged. The EGR control valve 25 is prevented from sticking.
[0035]
In the embodiment shown in FIG. 1, the engine cooling water is guided into the EGR cooling device 26, and the EGR gas is cooled by the engine cooling water. On the other hand, each fuel injection valve 6 is connected to a fuel reservoir, so-called common rail 27, through a fuel supply pipe 6a. Fuel is supplied into the common rail 27 from an electrically controlled fuel pump 28 with variable discharge amount, and the fuel supplied into the common rail 27 is supplied to the fuel injection valve 6 via each fuel supply pipe 6a. A fuel pressure sensor 29 for detecting the fuel pressure in the common rail 27 is attached to the common rail 27, and a fuel pump 28 is set so that the fuel pressure in the common rail 27 becomes a target fuel pressure based on an output signal of the fuel pressure sensor 29. The discharge amount is controlled.
[0036]
The electronic control unit (ECU) 30 is a digital computer and includes a ROM (Read Only Memory) 32, a RAM (Random Access Memory) 33, a CPU (Microprocessor) 34, an input port 35, and the like connected to each other by a bidirectional bus 31. An output port 36 is provided. Output signals from the temperature sensors 46 a and 56 a and the fuel pressure sensor 29 are input to the input port 35 via the corresponding AD converter 37. A load sensor 41 that generates an output voltage proportional to the depression amount L of the accelerator pedal 40 is connected to the accelerator pedal 40, and the output voltage of the load sensor 41 is input to the input port 35 via the corresponding AD converter 37. Is done. Further, a crank angle sensor 42 that generates an output pulse every time the crankshaft rotates, for example, 30 ° is connected to the input port 35. On the other hand, the output port 36 is connected to the fuel injection valve 6, the throttle valve driving step motor 16, the EGR control valve 25, the fuel pump 28, the air supply device 43 and the like via a corresponding drive circuit 38.
[0037]
FIG. 2A shows the relationship between the required torque TQ, the amount of depression L of the accelerator pedal 40, and the engine speed N. In FIG. 2A, each curve represents an equal torque curve, a curve indicated by TQ = 0 indicates that the torque is zero, and the remaining curves are TQ = a, TQ = b, The required torque gradually increases in the order of TQ = c and TQ = d. The required torque TQ shown in FIG. 2 (A) is stored in advance in the ROM 32 in the form of a map as a function of the depression amount L of the accelerator pedal 40 and the engine speed N as shown in FIG. 2 (B). In the embodiment according to the present invention, the required torque TQ corresponding to the depression amount L of the accelerator pedal 40 and the engine speed N is first calculated from the map shown in FIG. 2B, and the fuel injection amount is calculated based on the required torque TQ. Etc. are calculated.
[0038]
The ECU 30 exchanges signals with each component of the internal combustion engine in this way to perform basic control of the engine such as fuel injection amount control, as well as control for sulfur poisoning regeneration of the NOx absorbent 46 as described later ( Control for sulfur poisoning regeneration control is also performed.
[0039]
FIG. 3 shows an enlarged cross-sectional view of a particulate filter (hereinafter simply referred to as “filter”) 22. Referring to FIG. 3, the filter 22 is made of a porous ceramic. In this figure, the exhaust gas flows from the left to the right in the figure as indicated by arrows. In the filter 22, a first passage 50 having a plug 48 on the upstream side and a second passage 54 having a plug 52 on the downstream side are alternately arranged to form a honeycomb shape. When the exhaust gas flows from the left to the right in the figure, the exhaust gas passes through the porous ceramic partition wall from the second passage 54 and flows into the first passage 50 and flows downstream. At this time, exhaust particulates in the exhaust gas are collected by the porous ceramic and removed from the exhaust gas, thereby preventing the exhaust particulates from being released into the atmosphere.
[0040]
A NOx absorbent 46 is carried on the surfaces of the partition walls of the first passage 50 and the second passage 54 and in the internal pores. The NOx absorbent 46 is, for example, at least selected from an alkali metal such as potassium K, sodium Na, lithium Li, and cesium Cs, an alkaline earth such as barium Ba and calcium Ca, and a rare earth such as lanthanum La and yttrium Y. One and a noble metal such as platinum Pt. The NOx absorbent 46 absorbs NOx when the air-fuel ratio of the flowing exhaust gas (hereinafter referred to as “absorbent circulating exhaust gas”) is lean, the air-fuel ratio of the absorbent circulating exhaust gas becomes small, and there is a reducing agent. If so, it has the effect of reducing and purifying by absorbing the absorbed NOx (absorbing and releasing NOx and reducing and purifying action).
[0041]
In the compression ignition type internal combustion engine as shown in FIG. 1, the exhaust gas air-fuel ratio in a normal state is lean, and the NOx absorbent 46 absorbs NOx in the exhaust gas. Further, when the air-fuel ratio of the absorbent circulating exhaust gas is reduced by the fuel injection control or the like and the reducing agent is present, the NOx absorbent 46 releases the absorbed NOx and reduces and purifies the released NOx.
[0042]
Although the detailed mechanism of the absorption / release and reduction / purification action is not clear, it is considered that the absorption / release / reduction / purification action is performed by the mechanism shown in FIG. Next, this mechanism will be described by taking platinum Pt and barium Ba as an example, but the same mechanism can be obtained by using other noble metals, alkali metals, alkaline earths, and rare earths.
[0043]
That is, when the air-fuel ratio of the absorbent circulation exhaust gas becomes considerably lean, the oxygen concentration in the absorbent circulation exhaust gas increases greatly, and as shown in FIG.2Is O2 -Or O2-It adheres to the surface of platinum Pt. On the other hand, NO in the absorbent circulation exhaust gas is O on the surface of platinum Pt.2 -Or O2-Reacts with NO2(2NO + O2→ 2NO2). Then the generated NO2As shown in FIG. 4 (A), a part of is absorbed in the NOx absorbent 46 while being further oxidized on the platinum Pt and combined with the barium oxide BaO.Three -In the form of NOx absorbent 46. In this way, NOx is absorbed into the NOx absorbent 46.
[0044]
NO on the surface of platinum Pt as long as the oxygen concentration in the absorbent circulation exhaust gas is high2NOx is not generated unless the NOx absorption capacity of the NOx absorbent 46 is saturated.2Is absorbed in the NOx absorbent 46 and nitrate ions NO.Three -Is generated. On the other hand, the oxygen concentration in the absorbent circulation exhaust gas decreases and NO2When the production amount of NO decreases, the reaction proceeds in the reverse direction (NOThree -→ NO2), And thus nitrate ion NO in the NOx absorbent 46Three -Is NO2In the form of NOx absorbent. That is, when the oxygen concentration in the absorbent circulation exhaust gas decreases, NOx is released from the NOx absorbent 46. If the degree of leanness of the absorbent circulation exhaust gas decreases, the oxygen concentration in the absorbent circulation exhaust gas decreases. Therefore, if the degree of leanness of the absorbent circulation exhaust gas decreases, NOx is released from the NOx absorbent 46. It will be.
[0045]
On the other hand, at this time, if the air-fuel ratio of the absorbent circulation exhaust gas is reduced, HC and CO are oxygen O on platinum Pt.2 -Or O2-It reacts with and is oxidized. Further, if the air-fuel ratio of the absorbent circulation exhaust gas is reduced, the oxygen concentration in the absorbent circulation exhaust gas extremely decreases, so that the NOx absorbent 46 changes to NO.2Is released and this NO2As shown in FIG. 4B, it is reduced and purified by reacting with unburned HC and CO. In this way, NO on the surface of platinum Pt.2NO from the NOx absorbent 46 to the next NO2Is released. Therefore, when the air-fuel ratio of the absorbent circulating exhaust gas is reduced and the reducing agent is present, NOx is released from the NOx absorbent 46 and reduced and purified in a short time.
Note that the air-fuel ratio of the exhaust gas in this specification refers to the ratio of the air and fuel supplied to the exhaust gas passage upstream of the exhaust gas passage and the combustion chamber 5 or the intake passage.
[0046]
Next, the mechanism of sulfur poisoning of the NOx absorbent 46 will be described. When the SOx component is contained in the exhaust gas, the NOx absorbent 46 absorbs SOx in the exhaust gas by the same mechanism as the above NOx absorption. That is, when the air-fuel ratio of the exhaust gas is lean, SOx in the exhaust gas (for example, SO2) Is oxidized on platinum Pt to form SOThree -, SOFour -And combined with barium oxide BaOFourForm. BaSOFourIs relatively stable, and since crystals tend to be coarse, once they are produced, they are hardly decomposed and released. Therefore, the BaSO in the NOx absorbent 46FourWhen the production amount of NO increases, the amount of BaO that can participate in NOx absorption decreases, and the NOx absorption capacity decreases.
[0047]
In order to eliminate this sulfur poisoning, BaSO produced in the NOx absorbent 46 is used.FourIs decomposed at high temperature, and the SO produced therebyThree -, SOFour -SO 4 is reduced in a nearly stoichiometric air-fuel ratio or a rich atmosphere (hereinafter simply referred to as “rich atmosphere”) containing slight lean to form gaseous SO2To be released from the NOx absorbent 46. Therefore, in order to perform sulfur poisoning regeneration, it is necessary to make the NOx absorbent 46 in a high temperature and rich atmosphere.
[0048]
On the other hand, as a problem that occurs when such sulfur poisoning regeneration is carried out, the sulfur content is H.2S and SOThreeThere is a problem of being discharged to the atmosphere in the form of. That is, H2S has a strange odor and SOThreeCauses white smoke, so sulfur content is SO2It is desirable to discharge in the form of However, for example, when the richness of the exhaust gas air-fuel ratio at the time of sulfur release is increased for the purpose of speeding up the release of the sulfur content from the NOx absorbent 46, the sulfur content is H2It has been found that it is easily released in the form of S.
[0049]
Also, such H2As shown in FIG. 1, if the S is provided with an oxidation catalyst 56 and an air supply device 43 for supplying air to the oxidation catalyst 56 downstream of the NOx absorbent 46, S is used to perform SO.2It is possible to oxidize. However, in this case, the NOx absorbent 46 originally uses SO.2Is released by the above-mentioned oxidation catalyst 56.ThreeThere is a possibility that it will be oxidized and discharged into the atmosphere.
[0050]
In the present embodiment, H at the time of sulfur poisoning regeneration as described above2S emissions and SOThreeNext, a specific method implemented by the configuration shown in FIG. 1 for realizing the above will be described. FIG. 5 is a flowchart showing a control routine for carrying out this method. This control routine is executed by the ECU 30 by interruption every predetermined time.
[0051]
When this control routine starts, first, at step 101, it is determined whether or not an execution condition for sulfur (S) poisoning regeneration control (hereinafter referred to as “regeneration control”) of the NOx absorbent 46 is satisfied. The regeneration control execution condition is, for example, the amount of SOx absorbed by the NOx absorbent 46, that is, the amount of absorbed SOx becomes a certain amount or more. In this case, it is difficult to directly determine the amount of absorbed SOx. The amount of absorbed SOx is estimated based on the amount of SOx discharged from the internal combustion engine, that is, for example, the vehicle travel distance. That is, it is determined that the regeneration control execution condition is satisfied when the travel distance from the time when the previous regeneration control is performed becomes larger than a predetermined set value. Or you may make it determine based on the fuel consumption instead of a vehicle travel distance by the same view.
[0052]
If it is determined in step 101 that the regeneration control execution condition is not satisfied, the present control routine ends. If it is determined that the regeneration control execution condition is satisfied, the process proceeds to step 103. In step 103, the first step of regeneration control is performed.
[0053]
Specifically, in the first step of step 103, the temperature of the NOx absorbent 46 is increased. There are various methods for raising the temperature of the NOx absorbent 46. For example, as described below, the temperature of the NOx absorbent 46 can be raised by controlling the fuel injection pattern.
[0054]
6 is a schematic diagram showing five examples of fuel injection patterns that can be implemented in the internal combustion engine shown in FIG. 1. During normal operation, the main fuel Qm is shown by (I) in FIG. Is injected near the compression top dead center. On the other hand, when the first step of the regeneration control is started in step 103 and it is necessary to raise the temperature of the NOx absorbent 46, the fuel injection pattern as shown in FIG. 6 (II) is obtained. That is, the auxiliary fuel Qv is injected in the vicinity of the intake top dead center, and the injection timing of the main fuel Qm is delayed until after the compression top dead center.
[0055]
If the injection timing of the main fuel Qm is retarded, the afterburning period becomes longer and the exhaust gas temperature can be raised. However, if the injection timing is simply retarded, combustion becomes unstable and there is a risk of misfire. In the fuel injection pattern (II), the possibility of misfire is reduced by injecting the auxiliary fuel Qv in the vicinity of the intake top dead center. That is, when the auxiliary fuel Qv is injected in the vicinity of the intake top dead center, intermediate products such as aldehyde, ketone, peroxide, carbon monoxide are generated from the auxiliary fuel Qv by the compression heat during the compression stroke, and these intermediate products The reaction of the main fuel Qm is accelerated. Thereby, even if the injection timing of the main fuel Qm is largely delayed, good combustion can be obtained without causing misfire. And exhaust gas temperature can be raised promptly by delaying the injection timing of the main fuel Qm greatly in this way. Further, when the auxiliary fuel Qv is additionally injected in this way, the amount of fuel combusted by the amount of the auxiliary fuel Qv increases, so that the exhaust gas temperature rises. If the exhaust gas temperature is raised, the temperature of the NOx absorbent 46 can thereby be raised. In addition, the injection timing of the auxiliary fuel Qv may be during the intake stroke, and in that case, substantially the same operation and effect can be obtained.
[0056]
Or it is good also as a fuel-injection pattern as shown by (III) of FIG. In this case, compared with the fuel injection pattern shown in FIG. 6 (II), the injection timing of the main fuel Qm is not retarded, so the exhaust gas temperature rise effect is somewhat inferior, but the combustion is stabilized. Control can be simplified.
[0057]
Furthermore, in order to raise the temperature of the NOx absorbent 46 more rapidly, a fuel injection pattern as shown in FIG. 6 (IV) or (V) may be used. That is, in the fuel injection pattern shown in FIG. 6 (II) or (III), the auxiliary fuel Qp is further injected during the expansion stroke.
[0058]
Most of the auxiliary fuel Qp injected during this expansion stroke is discharged into the exhaust gas passage in the form of unburned HC without burning, and reaches the NOx absorbent 46 while gradually reacting. And since it reacts in the NOx absorbent 46 and directly raises the temperature of the NOx absorbent 46, it becomes possible to raise the temperature of the NOx absorbent 46 more quickly. It should be noted that the injection timing of the subsequent auxiliary fuel Qp may be during the exhaust stroke, and in this case, substantially the same operations and effects can be obtained.
[0059]
As another method for raising the temperature of the NOx absorbent 46, there is a method using so-called low temperature combustion. In the low temperature combustion, a very large amount of exhaust gas is recirculated from the exhaust side to the intake side of the internal combustion engine, and the temperature of the fuel and the surrounding gas is kept at a relatively low temperature by the endothermic action of the recirculation gas (EGR gas). In this way, combustion is carried out to suppress the generation of soot.
[0060]
That is, in the internal combustion engine shown in FIG. 1, as the EGR rate (EGR gas amount / (EGR gas amount + intake air amount)) increases, soot generation gradually increases and reaches a peak, and the EGR rate is further increased. As you increase it, the amount of soot will drop rapidly. Combustion performed at an EGR rate higher than the EGR rate at which the amount of soot generation reaches a peak is low-temperature combustion. It should be noted that low temperature combustion is not limited to EGR gas, but can be performed in the same manner by using other inert gas having an endothermic effect. In other words, low temperature combustion is inactive in the combustion chamber. It can be said that the combustion is performed when the amount of gas is larger than the amount of inert gas at which the generation amount of soot reaches a peak.
When such low-temperature combustion is performed, the exhaust gas temperature rises and the NOx absorbent 46 can be raised in temperature. Further, the exhaust gas contains a large amount of reducing agent (HC, CO, etc.), and the temperature of the NOx absorbent 46 can be raised by the reaction.
[0061]
In the present embodiment, the temperature of the NOx absorbent 46 is raised by properly using the two methods described above according to the operating state of the internal combustion engine. That is, when the operating state of the internal combustion engine is a high load, the temperature of the NOx absorbent 46 is increased by the fuel injection control as described above, and when the operating state is low, the NOx absorbent 46 is increased by the low temperature combustion described above. I try to warm up. This is because low-temperature combustion is preferable for uniformly raising the temperature of the entire NOx absorbent 46, but by its nature, it is favorably performed during low-load operation with a small amount of fuel injection and a relatively small amount of heat generated by combustion. Because it is possible.
[0062]
Here, the determination as to which method is used to raise the temperature is performed based on, for example, a map as shown in FIG. In FIG. 7, the horizontal axis represents the engine speed N, and the vertical axis represents the accelerator depression amount L. That is, when the operating state at that time is in the region H where the engine speed N shown in FIG. 7 is relatively large and the accelerator depression amount L is relatively large, the temperature of the NOx absorbent 46 is increased by fuel injection control. To do. Conversely, when the operation state at that time is in the region S in FIG. 7, the temperature of the NOx absorbent 46 is raised by low-temperature combustion. The map of FIG. 7 is created in advance based on the range in which low-temperature combustion can be satisfactorily performed and stored in the ROM 32.
[0063]
As another method for raising the temperature of the NOx absorbent 46, a fuel addition device 44 is provided upstream of the filter 22 carrying the NOx absorbent 46 as shown in FIG. There is also a method of increasing the temperature of the NOx absorbent 46 by adding fuel into the exhaust gas passage. Further, the NOx absorbent 46 may be heated by selecting a suitable method according to the operating state of the internal combustion engine from three methods obtained by adding this method to the two methods described above.
[0064]
In the first step of regeneration control in step 103, the temperature is raised to a temperature equal to or higher than the temperature at which the NOx absorbent 46 releases the sulfur content (sulfur content release temperature). The sulfur release temperature is obtained in advance by experiments or the like, and is, for example, a temperature of 600 ° C. or higher.
Further, as is apparent from the above description, when the temperature of the NOx absorbent 46 is raised in the first step of this regeneration control, the temperature of the oxidation catalyst 56 downstream thereof is also raised. That is, when the temperature of the NOx absorbent 46 is raised, the exhaust gas temperature is raised as described above, so that the oxidation catalyst 56 is also raised in temperature. Further, when the combustible components (HC, etc.) in the exhaust gas are increased, the temperature of the downstream oxidation catalyst 56 is also raised by the reaction. The oxidation catalyst 56 is discharged from the NOx absorbent 46 from the next second step.2Since it is necessary to oxidize S, it is desirable to raise the temperature to the activation temperature in the first step. In order to promote the temperature increase of the oxidation catalyst 56, air may be supplied from the air supply device 43 to the exhaust gas passage in the first step.
[0065]
In the first step of the regeneration control in step 103, when the NOx absorbent 46 is heated to a sulfur content release temperature or higher, or the NOx absorbent 46 is heated to a sulfur content release temperature or higher and the oxidation catalyst 56 is activated. When the temperature is raised to the control temperature, the routine proceeds to step 105. In step 105, the second step of regeneration control is performed.
[0066]
Specifically, in the second step of Step 105, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx absorbent 46 is maintained at a sulfur content release temperature or higher while being slightly rich, and the air supply device 43 To make the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the oxidation catalyst 56 substantially the stoichiometric air-fuel ratio or slightly lean so that the temperature of the oxidation catalyst 56 is further increased.
[0067]
In this second step, the NOx absorbent 46 is maintained at the sulfur content release temperature or higher and the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx absorbent 46 is made slightly rich, so the release of the sulfur content from the NOx absorbent 46 is started. The However, since the degree of richness of the exhaust gas air-fuel ratio is low, the release rate of the sulfur content is low. In this case, most of the sulfur content is SO.2Is released in the form of
[0068]
There are various methods for slightly enriching the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx absorbent 46 while maintaining the NOx absorbent 46 at the sulfur content release temperature or higher. In this embodiment, for example, the above-described low-temperature combustion is rich. Perform under air-fuel ratio. Further, in the configuration having the fuel addition device 44 as shown in FIG. 8, the same object can be achieved by adding an appropriate amount of fuel into the exhaust gas passage by the fuel addition device 44.
[0069]
FIG. 9 is a diagram showing an example of changes over time in the air-fuel ratio AF1 of the exhaust gas flowing into the NOx absorbent 46, the temperature Tni of the exhaust gas flowing into the NOx absorbent 46, and the temperature Tn of the NOx absorbent 46. In the example of this figure, the temperature Tn of the NOx absorbent 46 increases as the air-fuel ratio AF1 decreases, and the temperature Tn of the NOx absorbent 46 can be set as the sulfur release temperature in a state where the air-fuel ratio AF1 is set to a rich air-fuel ratio. It can be maintained at 600 ° C. or higher.
[0070]
Further, as described above, in the second step, the air-fuel ratio of the exhaust gas that is supplied with air by the air supply device 43 and flows into the oxidation catalyst 56 is substantially reduced to the stoichiometric air-fuel ratio or slightly lean, and the oxidation catalyst 56 further rises. Be warmed. That is, air is supplied to the exhaust gas having a rich air-fuel ratio that flows out from the NOx absorbent 46 to increase the reactivity of the oxidation catalyst 56 and to raise the temperature of the oxidation catalyst 56.
[0071]
FIG. 10 is a diagram showing an example of a change over time such as the air-fuel ratio of the exhaust gas and the temperature of the oxidation catalyst 56 when air is supplied by the air supply device 43. In the figure, the air-fuel ratio of the exhaust gas when AF2 flows out of the NOx absorbent 46 (that is, upstream of the air supply device 43), AF3 is the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the oxidation catalyst 56, and Tci is the oxidation catalyst 56. , Tco represents the temperature of the exhaust gas flowing out from the oxidation catalyst 56, Tc represents the temperature of the oxidation catalyst 56, and Tn represents the temperature of the NOx absorbent 46, respectively.
[0072]
This figure shows a case where air is supplied from time t1 to time t2. In the example of this figure, the air-fuel ratio AF3 of the exhaust gas flowing into the oxidation catalyst 56 by the supply of air is raised to almost the stoichiometric air-fuel ratio. Along with this, the temperature Tci of the exhaust gas flowing into the oxidation catalyst 56 is slightly lowered, while the temperature Tc of the oxidation catalyst 56 is raised to 650 ° C. or higher. This is a result of the reaction at the oxidation catalyst 56 being enhanced by the supply of air. During this time, the temperature Tn of the NOx absorbent 46 is maintained at 600 ° C. or higher.
[0073]
By the way, the temperature of the oxidation catalyst 56 is increased in this way in the oxidation catalyst 56.2Is SOThreeThis is to prevent oxidation. That is, as shown in FIG.2To SOThreeThe oxidation rate tends to decrease as the temperature Tc of the oxidation catalyst 56 increases. Therefore, by raising the temperature of the oxidation catalyst 56, the SO in the oxidation catalyst 56 is increased.2Is SOThreeCan be suppressed from being oxidized to SO.ThreeIt becomes possible to suppress discharge into the atmosphere.
[0074]
Specifically, FIG. 11 shows 1000 ppm SO in the exhaust gas.2The temperature Tc of the oxidation catalyst 56 and SO2To SOThreeOxidation rate to (ie, oxidized to SOThreeBecome SO2Is a graph showing the relationship with Po. Curve a in the figure shows an oxygen concentration in the exhaust gas of 0.05%, curve b shows an oxygen concentration in the exhaust gas of 1.0%, curve c shows an oxygen concentration in the exhaust gas of 7.%. The case of 0% is shown respectively.
[0075]
As is apparent from this figure, the oxidation rate Po can be kept lower as the oxygen concentration in the exhaust gas is lower and as the temperature Tc of the oxidation catalyst 56 is higher. However, here, the oxygen concentration in the exhaust gas is H in the regeneration control.2H with oxidation catalyst 56 to suppress S emission2Since it is necessary to oxidize S, it is necessary to maintain the value to some extent. For this reason, in reproduction control, H2S emission is suppressed and SO2To SOThreeIn order to reduce the oxidation rate Po, the temperature Tc of the oxidation catalyst 56 needs to be increased. In other words, by increasing the temperature Tc of the oxidation catalyst 56, in regeneration control H2S emissions and SOThreeCan be suppressed together.
[0076]
As described above, the temperature of the oxidation catalyst 56 is raised in the second step because the SO2Is SOThreeSuppresses oxidation to SO,ThreeIt is for suppressing the discharge | emission to the atmosphere. In particular, in the subsequent third step, a larger amount of sulfur is released than in the second step. Therefore, in the second step, the temperature of the oxidation catalyst 56 is changed to the SO in the oxidation catalyst 56.2To SOThreeThe temperature is raised to a predetermined temperature Tcx that can sufficiently suppress oxidation. The predetermined temperature Tcx is obtained in advance by experiments or the like. For example, according to FIG. 11, if the temperature Tc of the oxidation catalyst 56 is 600 ° C. or higher, the SOThreeTherefore, the predetermined temperature Tcx can be set to a temperature of 600 ° C. or higher.
[0077]
As described above, in this second step, most of the sulfur content released from the NOx absorbent 46 is SO.2Is released in the form of During the second step, the temperature of the oxidation catalyst 56 has not risen sufficiently, so the SO2Part of SOThreeIt will be oxidized to. However, in the second step, since the absolute amount of released sulfur is small, some SO2ThreeEven when oxidized, there is almost no problem with white smoke.
[0078]
In the second step of the regeneration control in step 105, the process proceeds to step 107 when the oxidation catalyst 56 is heated to the predetermined temperature Tcx or higher. In step 107, a third step of regeneration control is performed.
Specifically, in the third step of Step 107, while maintaining the NOx absorbent 46 at the sulfur content release temperature or higher, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into it is made richer than in the second step, and Air is supplied by the air supply device 43 to make the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the oxidation catalyst 56 lean, so that the oxidation catalyst 56 is maintained above the predetermined temperature Tcx.
[0079]
In the present embodiment, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx absorbent 46 is made richer than in the second step by performing low temperature combustion with a higher degree of richness than in the second step. To. Further, in the configuration having the fuel addition device 44 as shown in FIG. 8, the same amount can be obtained by increasing the amount of fuel added to the exhaust gas passage by the fuel addition device 44 than in the second step. Aim can be achieved.
[0080]
In this third step, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx absorbent 46 while maintaining the NOx absorbent 46 at the sulfur content release temperature or higher is made richer than in the second step, so that the NOx absorbent 46 quickly It is possible to release sulfur. As a result, the time until the completion of the reproduction control can be shortened. At this time, most of the sulfur content is H.2In the third step, air is supplied by the air supply device 43 and H 2 in the oxidation catalyst 56 is released in the third step.2S is oxidized efficiently and H2S emission to the atmosphere is suppressed. Further, since the oxidation catalyst 56 is maintained at the predetermined temperature Tcx or higher, the SO in the oxidation catalyst 56 is maintained.2To SOThreeOxidation to is sufficiently suppressed, SOThreeEmission to the atmosphere is suppressed.
[0081]
In the control routine shown in FIG. 5, when the third step of regeneration control is started at step 107, the routine proceeds to step 109, where it is determined whether or not the regeneration control completion condition is satisfied. The regeneration control completion condition includes, for example, a reproduction control execution time. That is, it is determined that the regeneration control completion condition is satisfied when the elapsed time from the start of the first step of the current regeneration control becomes larger than a predetermined set value. Alternatively, it may be determined that the regeneration control completion condition is satisfied when the elapsed time from the start of the second step or the third step becomes larger than a predetermined set value.
[0082]
If it is determined in step 109 that the regeneration control completion condition is not satisfied, the process returns to step 107 and the third process of regeneration control is continued. On the other hand, if it is determined that the regeneration control completion condition is satisfied, the third step of the regeneration control is terminated, and this control routine is terminated.
[0083]
As described above, according to the present embodiment, H during sulfur poisoning regeneration2S emissions and SOThreeCan be suppressed together. Moreover, sulfur poisoning regeneration can be completed in a shorter time, and fuel consumption can be reduced.
[0084]
Note that, in the case where the temperature of the NOx absorbent 46 is increased by controlling the fuel injection pattern in the first step described above and the auxiliary fuel Qp is injected during the expansion stroke or the exhaust stroke, the auxiliary fuel Qp The injection amount may be corrected according to the engine speed N, the exhaust gas amount QG per unit time, or the intake air amount QA. That is, the relationship between the amount QP of the auxiliary fuel Qp and the engine speed N, the exhaust gas amount QG per unit time, or the intake air amount QA indicates that the temperature rise of the NOx absorbent 46 and the like is the temperature rise of the exhaust gas. If there is a certain correlation, it can be written as:
[0085]
Figure 0004285105
[0086]
Here, N is the engine speed (rpm), ρ is the specific gravity of the fuel, Ca is the calorific value per unit mass of the fuel (cal / g), Cp is the specific heat of the exhaust gas, ΔTg is the NOx absorbent 46, etc. This is the temperature rise. α is a correction coefficient that is multiplied so that the total calorific value of the auxiliary fuel Qp does not contribute to the temperature rise of the NOx absorbent 46 and the like, and β is multiplied by the intake air amount QA to obtain the exhaust gas amount QG. Is the correction coefficient. The correction coefficients α and β are obtained by experiments and the like, for example, α = 0.7 and β = 1.29 are set.
[0087]
As is apparent from the relationship of this equation, for example, the amount QP of the auxiliary fuel Qp required for the same temperature increase width (ΔTg) decreases as the engine speed N increases, and the exhaust gas amount QG or intake air The greater the amount QA, the greater. Therefore, the temperature of the NOx absorbent 46 and the like is appropriately controlled by correcting the amount QP of the auxiliary fuel Qp according to the engine speed N, the generated exhaust gas amount QG per unit time, or the intake air amount QA. Is possible.
[0088]
In the second and third steps described above, the richness of the exhaust gas flowing into the NOx absorbent 46 may be adjusted according to the operating state of the internal combustion engine. That is, for example, the degree of richness is increased when the operating state of the internal combustion engine is low, and is decreased when the operating state is high. And if it does in this way, it will become possible to control the temperature of the oxidation catalyst 56 appropriately.
[0089]
That is, the temperature of the oxidation catalyst 56 tends to be higher as the operating state of the internal combustion engine is higher. That is, it is difficult to raise the temperature of the oxidation catalyst 56 when the operating state of the internal combustion engine is low. Therefore, as described above, if the degree of richness is increased in the case of a low load, the reaction at the oxidation catalyst 56 can be easily enhanced by supplying air from the air supply device 43 when the temperature of the oxidation catalyst 56 is difficult to rise. Thus, the temperature of the oxidation catalyst 56 can be quickly raised (or maintained at a good temperature). Further, in the case of a high load where the temperature of the oxidation catalyst 56 is likely to rise, by reducing the degree of richness, the reaction at the oxidation catalyst 56 can be suppressed, and the oxidation catalyst 56 can be prevented from overheating and thermal degradation. it can.
[0090]
In the configuration shown in FIGS. 1 and 8, the upstream first exhaust purification means is the filter 22 carrying the NOx absorbent 46, and the downstream second exhaust purification means is the oxidation catalyst 56. The present invention is not limited to this, and other configurations may be employed as long as the first exhaust purification unit can store the sulfur content and the second exhaust purification unit includes an oxidation catalyst. That is, for example, the upstream first exhaust purification unit may be a NOx absorbent only, and the downstream second exhaust purification unit may be a filter carrying an oxidation catalyst.
[0091]
【The invention's effect】
  In the invention described in each claim, during sulfur poisoning regeneration, H2S emissions and SOThreeIt has the common effect of making it possible to suppress both emissions.Also,Sulfur poisoning regeneration can be completed in a shorter time.More, Claims3According to the invention described in the above, H at the time of sulfur poisoning regeneration2S discharge can be more reliably suppressed.
[0092]
  Claim4According to the invention described in (1), it is possible to easily raise the temperature of the first exhaust gas purification means storing the sulfur content while performing sulfur poisoning regeneration while ensuring good combustion of the internal combustion engine. Claims5According to the invention described in (1), the temperature of the first exhaust gas purification means can be raised more quickly when performing sulfur poisoning regeneration. Further claims6According to the invention described in, when performing sulfur poisoning regeneration, the temperature of the second exhaust purification means including the first exhaust purification means and the oxidation catalyst can be appropriately controlled.
[0093]
  Claim7According to the invention described in, when the sulfur poisoning regeneration is performed, the first and second exhaust purification units can be heated easily and reliably, and in particular, the second exhaust purification unit can be quickly heated. . Claims8According to the invention described in (2), the temperature of the second exhaust purification means can be appropriately controlled during sulfur poisoning regeneration.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a case where the present invention is applied to an in-cylinder injection type compression ignition internal combustion engine.
FIG. 2 is a diagram showing a required torque of the engine.
FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of a particulate filter carrying a NOx absorbent.
FIG. 4 is a view for explaining NOx absorption / release and reduction and purification action;
FIG. 5 is a flowchart showing a control routine of sulfur poisoning regeneration control that can be carried out with the configuration shown in FIG. 1;
FIG. 6 is a diagram for explaining injection control;
FIG. 7 is a map that can be used to determine the NOx absorbent temperature raising method in step 103 of the control routine of FIG. 5;
FIG. 8 is a view showing a case where the present invention is applied to another in-cylinder injection type compression ignition type internal combustion engine.
FIG. 9 is a graph showing changes over time in the air-fuel ratio AF1 of exhaust gas flowing into the NOx absorbent, the temperature Tni of exhaust gas flowing into the NOx absorbent, and the temperature Tn of NOx absorbent.
FIG. 10 is a diagram showing temporal changes in the air-fuel ratio of exhaust gas, the temperature of an oxidation catalyst, and the like when air is supplied by an air supply device.
FIG. 11 shows 1000 ppm SO in the exhaust gas.2The temperature Tc of the oxidation catalyst and SO2To SOThreeOxidation rate to (ie, oxidized to SOThreeBecome SO2Is a graph showing the relationship with Po.
[Explanation of symbols]
1 ... Engine body
5 ... Combustion chamber
6. Electric control type fuel injection valve
22 ... Particulate filter
30 ... Electronic control unit
43. Air supply device
44 ... Fuel addition device
46 ... NOx absorbent
56 ... Oxidation catalyst

Claims (8)

排気ガス通路に配置される少なくとも硫黄分を吸蔵する第１排気浄化手段と、
上記排気ガス通路において上記第１排気浄化手段よりも下流に配置される少なくとも酸化触媒を含む第２排気浄化手段と、
上記第１排気浄化手段よりも下流であり且つ上記第２排気浄化手段よりも上流において上記排気ガス通路に空気を供給する空気供給手段と、を具備する排気浄化装置を用いた内燃機関の排気浄化方法において、
上記第１排気浄化手段から硫黄分を放出させるべき時には、上記第１排気浄化手段から硫黄分を放出させる硫黄被毒再生制御が実施され、該硫黄被毒再生制御においては、上記第２排気浄化手段におけるＳＯ2からＳＯ3への酸化反応を抑制するために上記第２排気浄化手段の温度が予め定めた第１所定温度以上になるように制御される、内燃機関の排気浄化方法であって、
上記硫黄被毒再生制御は、
上記第１排気浄化手段を硫黄分放出温度以上に昇温する第１工程と、
上記第１排気浄化手段を上記硫黄分放出温度以上に維持しつつ上記第１排気浄化手段に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比に対し僅かにリッチにすると共に、上記空気供給手段によって空気を供給して上記第２排気浄化手段に流入する排気ガスの空燃比をほぼ理論空燃比または理論空燃比に対し僅かにリーンにし上記第２排気浄化手段を上記第１所定温度以上に昇温する第２工程と、
上記第１排気浄化手段を上記硫黄分放出温度以上に維持しつつ上記第１排気浄化手段に流入する排気ガスの空燃比を上記第２工程の時よりもリッチにすると共に、上記空気供給手段によって空気を供給して上記第２排気浄化手段に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比に対しリーンにし上記第２排気浄化手段を上記第１所定温度以上に維持する第３工程と、
を含む内燃機関の排気浄化方法。First exhaust gas purification means for storing at least a sulfur content disposed in the exhaust gas passage;
Second exhaust purification means including at least an oxidation catalyst disposed downstream of the first exhaust purification means in the exhaust gas passage;
Exhaust gas purification of an internal combustion engine using an exhaust gas purification device comprising: an air supply unit that supplies air to the exhaust gas passage downstream from the first exhaust gas purification unit and upstream from the second exhaust gas purification unit in the method,
When the sulfur content is to be released from the first exhaust gas purification means, sulfur poisoning regeneration control for releasing the sulfur content from the first exhaust gas purification means is performed, and in the sulfur poisoning regeneration control, the second exhaust gas purification control is performed. temperature of the second exhaust gas purification unit in order to suppress the oxidation reaction of sO 2 to sO 3 in the unit is controlled such that the first predetermined temperature or higher a predetermined and an exhaust purifying method for an internal combustion engine ,
The sulfur poisoning regeneration control
A first step of raising the temperature of the first exhaust purification means to a sulfur content release temperature or higher;
While maintaining the first exhaust purification means at the sulfur content release temperature or higher, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the first exhaust purification means is made slightly richer than the stoichiometric air-fuel ratio, and air is supplied by the air supply means. And the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the second exhaust purification means is made slightly lean with respect to the theoretical air-fuel ratio or the theoretical air-fuel ratio, and the second exhaust purification means is heated to the first predetermined temperature or higher. A second step;
The air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the first exhaust purification means is made richer than that in the second step while maintaining the first exhaust purification means at the sulfur content release temperature or higher, and the air supply means A third step of supplying air to make the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the second exhaust purification means lean relative to the stoichiometric air-fuel ratio, and maintaining the second exhaust purification means at or above the first predetermined temperature;
An exhaust gas purification method for an internal combustion engine including: 上記第１所定温度は６００℃以上の温度である、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化方法。  The exhaust gas purification method for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the first predetermined temperature is a temperature of 600 ° C or higher. 上記第１工程において、上記第２排気浄化手段が上記第１所定温度よりも低い予め定めた第２所定温度まで昇温せしめられる、請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化方法。 3. The exhaust gas purification method for an internal combustion engine according to claim 1 , wherein, in the first step, the second exhaust gas purification unit is heated to a predetermined second predetermined temperature lower than the first predetermined temperature . 4. 上記硫黄被毒再生制御を実施する際に内燃機関の運転状態が高負荷の場合には、上記第１工程では、吸気上死点付近または吸気行程中に燃焼室内へ補助燃料を噴射することによって、もしくは、吸気上死点付近または吸気行程中に上記燃焼室内へ補助燃料を噴射し且つ主燃料の噴射時期を圧縮上死点よりも遅らせることによって、上記第１排気浄化手段が昇温される、請求項１から３の何れか一項に記載の内燃機関の排気浄化方法。 When the operation state of the internal combustion engine is high during the sulfur poisoning regeneration control, in the first step, the auxiliary fuel is injected into the combustion chamber near the intake top dead center or during the intake stroke. Alternatively, the first exhaust purification means is heated by injecting auxiliary fuel into the combustion chamber near the intake top dead center or during the intake stroke and delaying the injection timing of the main fuel from the compression top dead center. The exhaust gas purification method for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3 . 更に、上記第１工程において、膨張行程または排気行程中にも燃焼室内へ補助燃料が噴射される、請求項４に記載の内燃機関の排気浄化方法。 5. The exhaust gas purification method for an internal combustion engine according to claim 4, wherein in the first step, auxiliary fuel is injected into the combustion chamber also during an expansion stroke or an exhaust stroke . 膨張行程または排気行程中に燃焼室内へ噴射される上記補助燃料の量は、機関回転数と、単位時間当たりの発生排気ガス量または吸入空気量とのうちの少なくとも一方に応じて補正される、請求項５に記載の内燃機関の排気浄化方法。 The amount of the auxiliary fuel injected into the combustion chamber during the expansion stroke or the exhaust stroke is corrected according to at least one of the engine speed and the amount of generated exhaust gas or intake air per unit time . The exhaust gas purification method for an internal combustion engine according to claim 5. 上記内燃機関は、燃焼室内の不活性ガス量を増大していくと煤の発生量が次第に増大してピークに達し、燃焼室内の不活性ガス量を更に増大していくと煤がほとんど発生しなくなる機関であって、
上記硫黄被毒再生制御を実施する際に内燃機関の運転状態が低負荷の場合には、上記第１工程では、燃焼室の不活性ガス量が煤の発生量がピークとなる不活性ガス量よりも多くされると共に、上記空気供給手段によって上記排気ガス通路に空気が供給される、請求項１から６の何れか一項に記載の内燃機関の排気浄化方法。 In the internal combustion engine, when the amount of inert gas in the combustion chamber is increased, the amount of soot generated gradually increases and reaches a peak, and when the amount of inert gas in the combustion chamber is further increased, soot is almost generated. It ’s a lost organization,
If the operation state of the internal combustion engine is low when performing the sulfur poisoning regeneration control, the amount of inert gas in which the amount of soot generated in the combustion chamber peaks in the first step in the first step. The exhaust gas purification method for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 6, wherein the air supply means supplies air to the exhaust gas passage . 上記第２工程と第３工程の少なくとも一方において、上記第１排気浄化手段に流入する排気ガスの空燃比のリッチの度合が、内燃機関の運転状態が低負荷の場合に高く、高負荷の場合に低くされる、請求項１から７の何れか一項に記載の内燃機関の排気浄化方法。 In at least one of the second step and the third step, the richness of the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the first exhaust purification unit is high when the operating state of the internal combustion engine is low, and the load is high The exhaust gas purification method for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 7, wherein the exhaust gas purification method is lower .
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