JP4289033B2 - 排気ガス浄化システム - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気ガス中のNOx(窒素酸化物)を還元して浄化するNOx吸蔵還元型触媒を備えた内燃機関の排気ガス浄化システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンや一部のガソリンエンジン等の内燃機関や様々な燃焼装置の排気ガス中からNOxを還元除去するためのNOx触媒について種々の研究や提案がなされている。その一つに、ディーゼルエンジン用のNOx低減触媒としてNOx吸蔵還元型触媒があり、有効に排気ガス中のNOxを浄化できる。
【0003】
このNOx吸蔵還元型触媒は、図7に示すように、基本的に、アルミナ等の触媒担体31上に、酸化・還元反応を促進する白金(Pt)やパラジウム(Pd)等の貴金属類32と、バリウム(Ba)等のアルカリ土類金属等で形成されるNOxを吸蔵・放出する機能を有するNOx吸蔵材(NOx吸蔵物質)33を担持した触媒である。
【0004】
このNOx吸蔵還元型触媒は、流入する排気ガスの空燃比がリーン(高酸素濃度)状態であって雰囲気中に酸素(O2 )が存在する場合には、図7(a)に示すように、排気ガス中のNOが貴金属類32により酸化されてNO2 となり、このNO2 はNOx吸蔵材33に硝酸塩(Ba2 NO4 )として蓄積される。
【0005】
また、流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比やリッチ(低酸素濃度)状態になって雰囲気中に酸素が存在しなくなると、図7(b)に示すように、Ba等のNOx吸蔵材33はCOと結合し、硝酸塩からNO2 が分解放出され、この放出されたNO2 は貴金属類32の三元機能により排気ガス中に含まれている未燃HCやCO等で還元されN2 となり、排気ガス中の諸成分は、CO2 ,H2 O,N2 等の無害な物質として大気中に放出される。
【0006】
そのため、NOx吸蔵還元型触媒を備えた排気ガス浄化システムでは、NOx吸蔵能力が飽和に近くなると、排気ガスの空燃比をリッチにして、流入する排気ガスの酸素濃度を低下させるNOx吸蔵能力回復用のリッチ制御を行うことにより吸収したNOxを放出させて、この放出されたNOxを貴金属触媒により還元させる再生操作を行っている。
【0007】
そして、NOx吸蔵還元型触媒を効果的に機能させるためには、リーン状態で吸蔵したNOxを還元するのに必要十分な量の還元剤をリッチ状態時に供給する必要がある。
【0008】
しかしながら、上記の硝酸塩からのNO2 の分解離脱の化学反応は、低温時は遅く、高温時には早いという温度依存性があり、NO2 の分解離脱速度は触媒温度に依存するので、NOx吸蔵還元型触媒の吸蔵機能と還元機能は、図8に示すように、触媒温度に依存する。
【0009】
つまり、極低温領域(A)ではNOx吸蔵機能も還元機能も低く、NOxを吸蔵及び還元しない。また、200℃前後の低温領域(B)ではNO2 の放出速度(分解離脱速度)が小さいため、吸蔵機能は高いが還元機能は低く、NOxを吸蔵するが還元能力が不十分となる。更に、450℃前後の中温領域(C)では、NO2 の放出速度が大きいため、吸蔵機能も還元機能も高く、吸蔵能力も還元能力も十分となる。そして、約600℃以上の高温領域(D)では、温度上昇により吸蔵量が減少するため、吸蔵能力が減少する。
【0010】
これらのNOx吸蔵還元型触媒の吸蔵機能と還元機能の触媒温度依存性を考慮して、NOx吸収剤(NOx吸蔵材)の温度を代表する温度(触媒温度等)が高いほどリッチの度合を大きくするか又はリッチにする時間を短くするNOx放出制御手段を具備した内燃機関の排気浄化装置が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
【0011】
【特許文献1】
特許第2722951号公報 (第2頁)
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、実際にNOx吸蔵還元型触媒に蓄積されたNOx蓄積量との関係で、リッチ制御時間を決定し、適切な量の還元剤を供給しないと、NOx吸蔵材から放出されるNOx量と還元剤の量とがバランスできないため、触媒の下流側にNOx又は還元剤が排出されてしまうという問題が生じる。
【0013】
つまり、図8に示すような、NO2 の分解離脱速度が十分に活性化される温度領域(C)では、NO2 の分離離脱速度が大きく、還元機能も十分に働くため、NOx浄化率は低減され、また、COも還元剤として触媒反応に使用される量が増加するため、触媒後流側に排出(スリップ:SLIP)される量も少なくなる。
【0014】
一方、図8に示すような、触媒温度が低温でNO2 の分解離脱速度が遅い領域(B)では、分解速度が遅く、NOx吸蔵材の表面しか反応しないため、分解反応に必要な時間が不足し、NO2 が吸蔵材より脱離し切れず蓄積し、次第にNOxの排出量が増加してしまう。また、CO等の還元剤の供給時に、NOx還元の反応速度に対して過剰な還元剤が供給されるため、使用されない過剰な還元剤が触媒後流側に排出(スリップ:SLIP)されてしまう。
【0015】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、排気ガス中のNOxの浄化のためにNOx吸蔵還元型触媒を用いる排気ガス浄化システムにおいて、NOx吸蔵還元型触媒の上流側の排気温度等の触媒温度指標値を検出して、検出された触媒温度指標値に応じてリッチ制御時間と還元剤供給量を算出して、排気ガスの空燃比をリッチ制御することにより、還元剤の大気への排出を防止しながら、NOx浄化率を向上できる排気ガス浄化システムを提供することにある。
【0016】
【課題を解決するための手段】
以上のような目的を達成するための内燃機関の排気ガス浄化システムは、内燃機関の排気通路に配置されたNOx吸蔵還元型触媒と、該NOx吸蔵還元型触媒のNOx吸蔵能力を回復するための触媒再生制御装置を備えた排気ガス浄化システムにおいて、前記触媒再生制御装置が、吸入空気量検出手段、空燃比制御手段、触媒温度検出手段及びNOx濃度検出手段とを具備し、前記NOx濃度検出手段で検出した前記NOx吸蔵還元型触媒の前後のNOx濃度と、前記吸入空気量検出手段で検出した吸入空気量とから、前記NOx吸蔵還元型触媒におけるNOx累積量を算出すると共に、前記触媒温度検出手段で検出した触媒温度指標値からリッチ制御を行った場合の単位時間当たりのNOx放出量を算出し、該算出されたNOx累積量と単位時間当たりのNOx放出量からリッチ制御時間を決定し、リッチ制御時間の間、前記空燃比制御手段により排気ガス中の空燃比をリッチ状態に制御するように構成される。
【0017】
ここで使用している触媒温度指標値とは、触媒温度と相関を持つ物理量や数値であり、計測した触媒温度そのものや、触媒温度を推定できるような温度、例えば、計測した排気温度や、エンジンの負荷や回転数から予め入力したマップデータ等から推定した触媒温度等をいう。一般的に、触媒温度を直接測定するのは難しいため、排気温度等出、触媒温度の代用をする。ここでは、この触媒温度の代用となる指標値を触媒温度指標値と呼ぶことにする。
【0018】
また、上記の排気ガス浄化システムにおいて、前記触媒再生制御装置が、還元剤供給手段を具備し、前記触媒温度検出手段で検出した触媒温度指標値から単位時間当たりの還元剤供給量を算出し、前記還元剤供給手段により前記単位時間当たりの還元剤供給量になるように還元剤を供給するように構成される。
【0019】
あるいは、上記の排気ガス浄化システムにおいて、前記触媒再生制御装置が、還元剤供給手段を具備し、前記単位時間当たりのNOx放出量から単位時間当たりの還元剤供給量を算出し、前記還元剤供給手段により前記単位時間当たりの還元剤供給量になるように還元剤を供給するように構成される。
【0020】
また、上記の排気ガス浄化システムにおいて、前記触媒再生制御装置が、前記リッチ制御時間の間、前記空燃比制御手段により排気ガス中の空燃比をリッチ状態に制御する代りに、前記空燃比制御手段により所定の時間の間、排気ガス中の空燃比をリッチ状態に制御すると共に、前記単位時間当たりのNOx放出量と前記所定の時間とから算出したNOx吸蔵量の減少量を算出し、前記算出されたNOx累積量から前記減少量を引き算してNOx残存量を算出し、該NOx残存量がゼロ以下になるまでの間、排気ガス中の空燃比をリッチ状態に制御するように構成される。
【0021】
これらの構成によれば、NOx吸蔵還元型触媒の前後のNOx濃度と吸入空気量とから、NOx累積量を算出しているので、エンジンの運転状態の変化のみならず、環境の変化や過渡モードによるNOxの排出量の変化にも対応でき、より推定精度が高くなる。
【0022】
また、触媒温度検出手段で検出された触媒温度に基づいて、リッチ制御時のNOx放出量を算出しているので、NOx吸蔵還元型触媒の温度特性を考慮した推定を行うことができ、より推定精度が高くなる。
【0023】
そして、この高い精度で推定されたNOx累積量と単位時間当たりのNOx放出量とからリッチ制御時間を決定しているので、NOx吸蔵能力の回復に関係しない無駄なリッチ制御が不要になり、燃費の節約となる。
【0024】
更に、単位時間当たりの還元剤供給量も触媒温度に基づいて算出したり、単位時間当たりのNOx放出量に基づいて算出したりして、単位時間当たりのNOx放出量に対応した量で供給するので、NOxの還元に必要十分な量となり、NOx及び還元剤の大気への排出を防止できる。また、NOxが放出されているリッチ制御時間も必要十分な時間となるので、還元剤の無駄な放出がなくなり、還元剤を節約できる。
【0025】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化システムについて、図面を参照しながら説明する。
【0026】
図1に示すように、この排気ガス浄化システム1を設けた自動車では、エンジン(内燃機関)Eの吸気通路10に上流側からマスエアフローセンサ11、インタークーラ12、スロットル弁(吸気絞り弁)13が設けられ、また、排気通路20に上流側から、λ(空気過剰率)センサ21、排気温度センサ22、入口側NOx濃度センサ23、NOx吸蔵還元型触媒3、出口側NOx濃度センサ24、消音器8が設けられている。また、排気ガスを吸気側に再循環するEGR通路40が設けられている。
【0027】
そして、エンジンEの燃料噴射を行うコモンレール噴射システム51及びエンジン全体を制御するECU(エンジンコントロールユニット)と呼ばれる電子制御装置(電子制御ボックス)5が設けられている。コモンレール噴射システム51は燃料タンク9から燃料を供給され、電子制御装置5はバッテリー7から電力供給される。
【0028】
この排気ガス浄化システム1においては、空気Aはマスエアフローセンサ11、インタークーラ12を通過して、電子制御装置5で制御されるスロットル弁13により、吸気流量を調整され、エンジンEの吸気マニホールドからシリンダ内に供給される。
【0029】
また、排気ガスGは、エンジンEの排気マニホールドを出て排気通路20のNOx吸蔵還元型触媒3を通過して浄化された排気ガスGcとなり、消音器8を通過し大気中へ排出される。そして、排気ガスGの一部であるEGRガスは、EGR通路40を通って吸気マニホールドに入り再循環する。
【0030】
そして、NOx吸蔵還元型触媒3は、図7に示すように、γアルミナ等で形成したモノリスハニカムのセルを担持体31とし、この担持体31の表面に触媒金属32とNOx吸蔵材(NOx吸蔵物質)33を担持させて形成される。
【0031】
この触媒金属32は、活性開始温度より高い温度域で酸化活性を持つ白金(Pt)やパラジウム(Pd)等で形成することができる。また、NOx吸蔵材33は、カリウム(K),ナトリウム(Na),リチウム(Li),セシウム(Cs)等のアルカリ金属、バリウム(Ba),カルシウム(Ca)等のアルカリ土類金属、ランタン(La),イットリウム(Y)等の希土類等でのいずれか一つまたは組合せで形成することができ、ガス中の酸素濃度が高い時にはNOxを吸蔵し、ガス中の酸素濃度が低い時にはNOxを放出する。
【0032】
そして、このNOx吸蔵還元型触媒3では、図7(a)に示すように、排気ガスがリーン状態(希薄燃焼)の高酸素濃度雰囲気下では、排気ガス中のNOは触媒金属32の触媒作用により酸化されてNO2 となり、NO3 - の形で触媒内に拡散しNOx吸蔵材33に硝酸塩(Ba(NO3)2)の形で吸収される。つまり、炭酸バリウム(BaCO3)から硝酸バリウム(Ba(NO3)2)に変化することで、選択的にNO2 を吸蔵する。
【0033】
そして、図7(b)に示すように排気ガスがリッチ状態になり酸素濃度が低下するとNO3 - がNO2 の形でNOx吸蔵材33から放出される。つまり、硝酸バリウム(Ba(NO3)2)から炭酸バリウム(BaCO3)に変化することで、NO2 を放出する。この放出されたNO2 は、排気ガス中に含まれている未燃HCやCOやH2 等の還元剤により触媒金属32の触媒作用を受けて、N2 に還元される。この還元作用により、大気中にNOxが放出されるのを阻止することができる。
【0034】
なお、ここでいう排気ガスのリッチ状態とは、必ずしもシリンダボア内でリッチ燃焼する必要はなく、NOx吸蔵還元型触媒3に流入する排気ガス中に供給した空気量と燃料量(シリンダボア内で燃焼した分も含めて)との比が理論空燃比に近いか理論空燃比より燃料量が多いリッチの状態であることをいう。
【0035】
そして、本発明の排気ガス浄化システム1では、NOx吸蔵還元型触媒3のNOx吸蔵能力を回復するための触媒再生制御装置5aを、電子制御装置5内に備えて構成される。
【0036】
この触媒再生制御装置5aは、図2に示すような触媒再生手段C1を有して構成され、この触媒生成手段C1は、吸入空気量検出手段C11、触媒温度検出手段C12、NOx濃度検出手段C13、NOx累積量算出手段C21、NOx放出量算出手段C22、リッチ制御時間算出手段C23、還元剤供給量算出手段C24、空燃比制御手段C31、還元剤供給手段C32を具備して構成される。
【0037】
吸入空気量検出手段C11は、マスエアフローセンサ11で吸入空気量を検出し、触媒温度検出手段C12は、触媒温度指標値を検出する手段であるが、触媒温度の代りに排気温度センサ22で検出した排気温度Tgを触媒温度指標値として用いている。また、NOx濃度検出手段C13は、入口側NOx濃度センサ23と出口側NOx濃度センサ24で、NOx吸蔵還元型触媒3の前後のNOx濃度を検出する。
【0038】
また、NOx累積量算出手段C21は、吸入空気量検出手段C11で検出した吸入空気量とNOx濃度検出手段C13で検出したNOx吸蔵還元型触媒3の前後のNOx濃度とからNOx吸蔵還元型触媒3におけるNOx累積量を算出する。
【0039】
NOx放出量算出手段C22は、触媒温度検出手段C12で検出した排気温度(触媒温度指標値)から単位時間当たりのNOx放出量を算出し、リッチ制御時間算出手段C23は、NOx累積量算出手段C21で算出されたNOx累積量と、NOx放出量算出手段C22で算出された単位時間当たりのNOx放出量からリッチ制御時間を算出する。また、還元剤供給量算出手段C24は、触媒温度検出手段C12で検出した排気温度(触媒温度指標値)から単位時間当たりの還元剤供給量を算出する。
【0040】
空燃比制御手段C31は、NOx吸蔵還元型触媒3のNOx吸蔵能力を回復させるために、排気ガスをリッチ状態にして、触媒周囲の雰囲気を低酸素又は酸素ゼロの状態にするための手段であり、このリッチ状態にする空燃比制御では、シリンダ内への燃料噴射制御による多段噴射の燃料噴射量や噴射時期の調整とEGR調整と吸気絞り調整等によって、排気ガスの状態を酸素濃度がゼロに近いリッチ状態にする。
【0041】
還元剤供給手段C32は、NOx吸蔵還元型触媒3から放出されるNOxを還元するためのHCやCO等の還元剤を供給する手段であり、シリンダ内への燃料噴射において、ポスト噴射等により還元剤を供給し、このポスト噴射の量とタイミングの調整やEGR量の調整により、還元剤供給量を調整する。
【0042】
そして、この排気ガス浄化システム1では、触媒再生制御装置5aの触媒再生手段C1により、図3及び図4に例示するような制御フローに従って、NOx吸蔵還元型触媒3の再生制御が行われる。なお、この図3及び図4の制御フローは、エンジン10の運転に際して、エンジンの他の制御フローと並行して、実行されるものとして示してある。
【0043】
この図3の制御フローがスタートすると、ステップS10の制御の準備で、前回の制御終了時のNOx蓄積量Nt、リッチ制御フラグF、実リッチ制御経過時間tr等のデータを入力し、次のステップS20で、リッチ制御中であるか否かを、リッチ制御フラグFが立っているか(F=1)、否か(F=0)で判定する。
【0044】
このステップS20でリッチ制御中ではないと判定された場合にはステップS21に行き、リッチ制御中であると判定された場合にはステップS40のリッチ制御運転に行く。
【0045】
ステップS21では、NOx吸蔵能力の回復のためのリッチ制御が必要か否かを、例えば、NOx累積量Ntが所定の判定値Nt0を超えているか否かで判定する。この判定で、リッチ制御運転は必要ないと判定された場合は、ステップS30のリーンモード運転で通常のリーン燃焼(希薄燃焼)運転である通常のリーンモード運転を所定の時間(リッチ制御の判定間隔に関係する時間)Δtlの間行い、ステップS20に戻る。また、リッチ制御運転が必要と判定された場合は、ステップS40のリッチ制御運転に行く。
【0046】
このステップS30のリーンモード運転においては、入口NOx濃度センサ23から入口NOx濃度Naを、出口NOx濃度センサ23から出口NOx濃度Nbを、また、マスエアフローセンサ11から吸気量Vaを入力し、このNOx濃度値の差ΔN(=Na−Nb)と、吸気量Vaから、単位時間当たりのNOx累積量Nc(=ΔN×Va)を計算し、これを累積計算して、このリーンモード運転におけるNOx累積量Nt(=Nt+ΔN×Va×Δtl)を算出する。
【0047】
このステップS40のリッチ制御では、ステップS41の計測データの入力で、排気温度センサ22から排気温度(触媒温度指標値)Tgを入力し、次のステップS42で、リッチ制御を行った場合の単位時間当たりのNOx放出量(分解離脱量)Ndを算出する。このNOx放出量Ndの算出は、予め、実験等で求めたおいた排気温度TgとNOx放出量Ndとの関係をマップデータや関数等で記憶しておき、検出された排気温度Tgから、これらのマップデータ等を使用して、リッチ制御を行った場合の単位時間当たりのNOx放出量Ndを求める方法で行う。
【0048】
次のステップS43で、単位時間当たりの還元剤供給量Mdを算出する。この還元剤供給量Maの算出は、予め、実験等で求めたおいた排気温度Tgと還元剤供給量Maとの関係をマップデータや関数等で記憶しておき、検出された排気温度Tgから、これらのマップデータ等を使用して、単位時間当たりの還元剤供給量Maを求める方法で行ってもよく、あるいは、NOx放出量算出手段C22で算出した単位時間当たりのNOx放出量Ndを参照して、この還元剤供給量Maを補正する方法で行ってもよい。
【0049】
次のステップS44で、リッチタイマがオン中であるか否かを、リッチタイマで計測されている実リッチ制御経過時間trが正の値(tr>0)であるか否か、あるいは、リッチ制御フラグFが立っているか(F=1)、否か(F=0)で判定する。この判定でリッチタイマがオン中ではない(tr=0)、即ち、未だリッチ制御運転を開始していない(F=0)と判定された場合は、ステップS45〜S47でリッチ制御開始作業を行う。
【0050】
ステップS45で、NOx累積量Ntとリッチ制御を行った場合の単位時間当たりのNOx放出量Ndとから、リッチ制御時間tr0を算出する。このリッチ制御時間tr0の算出は、リッチ制御時間tr0内における触媒温度を一定と近似した場合には、NOx累積量Ntを単位時間当たりのNOx放出量Ndで除することで、リッチ制御時間tr0(=Nt/Nd)を算出できる。
【0051】
そして、ステップS46で、リッチ制御運転を開始し、リッチ制御フラグFを立てる(F=1)。それと共に、ステップS47で、リッチタイマを起動し、実リッチ制御経過時間trの計測を開始する。
【0052】
このリッチ制御運転は、シリンダ内への燃料噴射制御による多段噴射の燃料噴射量や噴射時期の調整とEGR調整と吸気絞り調整等によって、排気ガスの状態を酸素濃度がゼロに近いリッチ状態にする。
【0053】
つまり、燃料噴射制御において、多段噴射を行うと共に、λセンサ21で検出したλ(過剰空気率)をモニターし、目標のλtになるようにλをフィードバック制御する。つまり、触媒入口の酸素濃度をNOx吸蔵材からのNO2 の放出が可能な酸素濃度(例えば1%)以下になるように制御する。また、この時、吸気量を計測するマスエアフローセンサ11の出力をモニターしながら、EGR量や吸気絞り量をフィードバック制御する。
【0054】
そして、ステップS48で、実リッチ制御経過時間trがリッチ制御時間tr0を超えたか否かにより、リッチ制御運転が終了であるか否かを判定する。この判定で終了でない場合(tr<tr0)には、ステップS50で実リッチ制御経過時間trをメモリに収納して、ステップS11に戻る。
【0055】
そして、ステップS48の判定で、実リッチ制御経過時間trがリッチ制御時間tr0を超えてリッチ制御運転が終了になった場合には、ステップS49で、NOx累積量Ntとリッチ制御フラグFのリセット、及び、リッチタイマの停止(Nt=0,F=0,tr=0)等のリッチ制御運転終了作業を行い、ステップS50で実リッチ制御経過時間trをメモリに収納して、ステップS20に戻る。
【0056】
そして、エンジンキーがOFFされるまで、ステップS20〜S30又はステップS20〜S40が繰り返し実行される。
【0057】
そして、この制御フローの実行途中で、エンジンキーがOFFされると、ステップS60の割り込みが発生し、ステップS61で、NOx蓄積量Nt等をメモリに収納する等の終了作業を行って、ストップし終了する。
【0058】
図3及び図4の制御フローでは、リッチ制御時間内において、排気温度(触媒温度指標値)Tgがリッチ制御時間内(tr=0〜tr0間)で一定と近似して、この排気温度Tgにおけるリッチ制御を行った場合の単位時間当たりのNOx放出量Ndを使用して、NOx累積量Ntとからリッチ制御時間tr0(=Nt/Nd)を算出しているが、リッチ制御時間tr0内における触媒温度の変化を考慮する場合には、リッチ制御運転の終了に判定を次のような制御で行うこともできる。
【0059】
この制御では、リッチ制御時間内(0〜tr0間)ではなく、リッチ制御の各制御サイクル時間(Δtr)毎に触媒温度Tgの影響を入れて、その制御サイクルにおけるNOx放出量ΔNdを、単位時間当たりのNOx放出量Ndに制御サイクルの時間Δtrを乗じて算出し、このNOx放出量ΔNd(=Nd×Δtr)をNOx累積量Ntから引き算しながら(Nt=Nt−ΔNd)、NOx累積量Ntがゼロ又は負(Nt≦0)になった時点をリッチ制御の終了時期とする。この場合には、リッチ制御開始からこのリッチ制御の終了時期までがリッチ制御時間となる。
【0060】
以上の構成の排気ガス浄化システム1によれば、NOx吸蔵還元型触媒3の前後のNOx濃度Na,Nbと吸入空気量Vaとから、NOx累積量Ntを算出しているので、エンジンの運転状態の変化のみならず、環境の変化や過渡モードによるNOxの排出量の変化にも対応したより高精度の推定が可能となる。
【0061】
また、排気温度(触媒温度指標値)Tgに基づいて、リッチ制御時の単位時間当たりのNOx放出量Ndを算出しているので、NOx吸蔵還元型触媒3の吸蔵及び還元能力の温度特性を考慮することができる。
【0062】
そして、この高い精度で推定されたNOx累積量Ntと単位時間当たりのNOx放出量Ndとからリッチ制御時間tr0を決定しているので、NOx吸蔵能力の回復に関係しない無駄なリッチ制御運転が不要になり、燃費を節約できる。
【0063】
更に、単位時間当たりの還元剤供給量Maも触媒温度指標値Tg又は単位時間当たりのNOx放出量Ndに基づいて算出し、還元剤をNOx放出量に対応した量で供給するので、NOxの還元に必要十分な量となり、NOx及び還元剤の大気への排出を防止できる。
【0064】
この排気ガス浄化システム1による排気ガスの浄化の実施例と比較例を図5と図6に示す。この図5と図6は、触媒温度が200℃の時のNOx還元性能を示した図であり、図5は、触媒温度指標値をモニターして、NO2 分解反応速度を考慮したNO2 分解反応速度に応じたリッチ制御時間の設定と還元剤量の供給を行う実施例であり、図6は、NOx吸蔵還元型触媒のNO2 分解反応速度を考慮しない比較例である。
【0065】
比較例では、2点鎖線で示すように触媒出口NOxが徐々に増加しているのに対して、実施例では、触媒出口NOxは殆ど変化しておらず、本発明の効果が分かる。
【0066】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る排気ガス浄化システムによれば、NOx吸蔵還元型触媒の前後のNOx濃度と吸入空気量とから、NOx累積量を算出しているので、エンジンの運転状態の変化のみならず、環境の変化や過渡モードによるNOxの排出量の変化にも対応でき、より高精度でNOx累積量を推定できる。
【0067】
また、NOx吸蔵還元型触媒の温度特性を考慮に入れて、触媒温度検出手段で検出された触媒温度に基づいて、リッチ制御時の単位時間当たりのNOx放出量を算出し、この高い精度で推定されたNOx累積量と単位時間当たりのNOx放出量とからリッチ制御時間を決定しているので、NOx吸蔵能力の回復に関係しない無駄なリッチ制御が不要になり、リッチ制御のための燃料が節約でき、燃費が向上する。
【0068】
更に、単位時間当たりの還元剤供給量も触媒温度に基づいて算出し、単位時間当たりのNOx放出量に対応した量で供給するので、NOxの還元に必要十分な量となり、NOx及び還元剤の大気への排出を防止できる。また、NOxが放出されているリッチ制御時間も必要十分な時間となるので、還元剤の無駄な放出がなくなり、還元剤が節約できる。
【0069】
そして、特に、NOxの吸蔵還元能力の低下が見られる300℃以下の低温時でもNOxの還元浄化を効果的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化システムの構成を示す図である。
【図2】本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化システムの再生制御手段の構成を示す図である。
【図3】本発明に係る実施の形態の排気ガスシステムの制御フローの一例を示す図である。
【図4】図3のリッチ制御運転の制御フロー図である。
【図5】実施例におけるNOx還元性能を示す図である。
【図6】比較例におけるNOx還元性能を示す図である。
【図7】本発明に係るNOx吸蔵還元型触媒の構成と浄化のメカニズムを模式的に示す図で、(a)はリーン制御の時の状態(NO2 吸蔵)を示す図で、(b)はリッチ制御の状態(NO2 放出還元)を示す図である。
【図8】NOx吸蔵還元型触媒の吸蔵及び還元能力と触媒温度との関係を示す図である。
【符号の説明】
1 排気ガス浄化システム
3 NOx吸蔵還元型触媒
5 電子制御装置(電子制御ボックス)
5a 触媒再生制御装置
11 マスエアフローセンサ
22 排気温度センサ
23 入口側NOx濃度センサ
24 出口側NOx濃度センサ
E エンジン(内燃機関)
C1 触媒再生手段
C11 吸入空気量検出手段
C12 触媒温度検出手段
C13 NOx濃度検出手段
C21 NOx累積量算出手段
C22 NOx放出量算出手段
C23 リッチ制御時間算出手段
C24 還元剤供給量算出手段
C31 空燃比制御手段
C32 還元剤供給手段
Claims (4)
- 内燃機関の排気通路に配置されたNOx吸蔵還元型触媒と、該NOx吸蔵還元型触媒のNOx吸蔵能力を回復するための触媒再生制御装置を備えた排気ガス浄化システムにおいて、
前記触媒再生制御装置が、吸入空気量検出手段、空燃比制御手段、触媒温度検出手段及びNOx濃度検出手段とを具備し、
前記NOx濃度検出手段で検出した前記NOx吸蔵還元型触媒の前後のNOx濃度と、前記吸入空気量検出手段で検出した吸入空気量とから、前記NOx吸蔵還元型触媒におけるNOx累積量を算出すると共に、前記触媒温度検出手段で検出した触媒温度指標値からリッチ制御を行った場合の単位時間当たりのNOx放出量を算出し、
該算出されたNOx累積量と単位時間当たりのNOx放出量からリッチ制御時間を決定し、リッチ制御時間の間、前記空燃比制御手段により排気ガス中の空燃比をリッチ状態に制御することを特徴とする排気ガス浄化システム。 - 前記触媒再生制御装置が、還元剤供給手段を具備し、前記触媒温度検出手段で検出した触媒温度指標値から単位時間当たりの還元剤供給量を算出し、前記還元剤供給手段により前記単位時間当たりの還元剤供給量になるように還元剤を供給することを特徴とする請求項1記載の内燃機関の排気ガス浄化システム。
- 前記触媒再生制御装置が、還元剤供給手段を具備し、前記単位時間当たりのNOx放出量から単位時間当たりの還元剤供給量を算出し、前記還元剤供給手段により前記単位時間当たりの還元剤供給量になるように還元剤を供給することを特徴とする請求項1記載の内燃機関の排気ガス浄化システム。
- 前記触媒再生制御装置が、
前記リッチ制御時間の間、前記空燃比制御手段により排気ガス中の空燃比をリッチ状態に制御する代りに、
前記空燃比制御手段により所定の時間の間、排気ガス中の空燃比をリッチ状態に制御すると共に、前記単位時間当たりのNOx放出量と前記所定の時間とから算出したNOx吸蔵量の減少量を算出し、前記算出されたNOx累積量から前記減少量を引き算してNOx残存量を算出し、
該NOx残存量がゼロ以下になるまでの間、排気ガス中の空燃比をリッチ状態に制御することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の排気ガス浄化システム。
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