JP4366950B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents
内燃機関の排気浄化装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4366950B2 JP4366950B2 JP2003038208A JP2003038208A JP4366950B2 JP 4366950 B2 JP4366950 B2 JP 4366950B2 JP 2003038208 A JP2003038208 A JP 2003038208A JP 2003038208 A JP2003038208 A JP 2003038208A JP 4366950 B2 JP4366950 B2 JP 4366950B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- exhaust gas
- exhaust
- purification material
- fuel ratio
- air
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/40—Engine management systems
Landscapes
- Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)
- Exhaust Gas After Treatment (AREA)
- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
- Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
- Filtering Materials (AREA)
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
複数の気筒を有し、これら気筒を2つの気筒群にグループ分けし、各気筒群それぞれに独立した排気通路を接続し、これら排気通路を下流側において共通の排気通路に集合させた内燃機関において、共通の排気通路に排気ガス中の窒素酸化物(NOX)を浄化するNOX触媒を配置した排気浄化装置が、特許文献1に開示されている。
【0003】
この特許文献1に開示されている排気浄化装置では、一方の気筒群からリッチ空燃比の排気ガスを排出させると共に他方の気筒群からリーン空燃比の排気ガスを排出させることによって、これらリッチ空燃比の排気ガスとリーン空燃比の排気ガスとをNOX触媒に供給し、これにより、NOX触媒の温度を上昇させるようにしている。すなわち、特許文献1に記載のNOX触媒は酸化作用を有しており、このNOX触媒にリッチ空燃比の排気ガスとリーン空燃比の排気ガスとが供給されると、リッチ空燃比の排気ガス中の炭化水素(HC)がリーン空燃比の排気ガス中の酸素によって酸化され、このHCの酸化によって発生する熱によってNOX触媒の温度を上昇させるようにしている。
【0004】
【特許文献1】
特許3030412号公報
【特許文献2】
特開平6−101463号公報
【特許文献3】
実開平4−11209号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
一般的に、特許文献1に開示されているように、各気筒群それぞれに独立して接続された排気通路を共通の排気通路に集合させた構成の内燃機関を車両に搭載した場合、NOX触媒を配置する空間を確保する場所として、共通の排気通路は適していない。すなわち、特許文献1に開示されている排気浄化装置は車両への搭載性があまり良くない。
【0006】
もちろん、特許文献1に開示されている排気浄化装置において、各気筒群それぞれに独立して接続された排気通路それぞれにNOX触媒を配置すれば、車両への排気浄化装置の搭載性は良くなるが、これでは、一方の気筒群からリッチ空燃比の排気ガスを排出させると共に他方の気筒群からリーン空燃比の排気ガスを排出させたとしても、NOX触媒の温度を上昇させることはできない。
【0007】
より一般的に言うと、各気筒群それぞれに独立して接続された排気通路それぞれに排気ガスを浄化する排気浄化材を配置すると、所定の排気浄化材に所定の性状の排気ガスを供給することが要求されたとしても、この要求を満たすことができない場合がある。
【0008】
そこで、本発明の目的は、複数の気筒を有し、これら気筒を少なくとも2つの気筒群にグループ分けし、各気筒群それぞれに独立した排気通路を接続し、これら排気通路それぞれに排気ガスを浄化する排気浄化材を配置した内燃機関の排気浄化装置において、所定の排気浄化材に所定の性状の排気ガスを供給することが要求されたときに、この要求をより確実に満たすことにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、1番目の発明では、複数の気筒を有し、これら気筒を少なくとも2つの気筒群にグループ分けし、各気筒群それぞれに独立した排気通路を接続した内燃機関から排出される排気ガスを浄化する排気浄化装置において、各排気通路それぞれに排気ガスを浄化する排気浄化材が配置され、各排気浄化材上流の排気通路同士が連通路によって連通され、所定の排気浄化材に所定の性状の排気ガスを供給することが要求されたときに該所定の排気浄化材に上記所定の性状の排気ガスが供給されるように各気筒群から排出される排気ガスの空燃比と上記連通路内を流れる排気ガスの流れの向きとを制御し、上記連通路上流の各排気通路内にも排気ガスを浄化する排気浄化材が配置され、上記連通路上流の排気浄化材がそこに流入する排気ガスが所定の性状であると所定の作用を行い、上記連通路下流の排気浄化材がそこに流入する排気ガスが上記所定の性状とは異なる別の所定の性状であると上記連通路上流の排気浄化材の上記所定の作用が行われるのに伴って生成される成分を浄化する作用を行い、上記連通路上流の排気浄化材の上記所定の作用を行わせることが要求されたときに上記連通路上流の排気浄化材に上記所定の性状の排気ガスが供給され且つ上記連通路下流の排気浄化材に上記別の所定の性状の排気ガスが供給されるように各気筒群から排出される排気ガスの空燃比と上記連通路内を流れる排気ガスの流れの向きとを制御する。
2番目の発明では、1番目の発明において、上記連通路下流の排気浄化材がそこに流入する排気ガスの空燃比がリーンであると排気ガス中の特定成分を酸化し、上記連通路上流の排気浄化材がそこに流入する排気ガスの空燃比がリーンであると排気ガス中の硫黄成分を捕捉するが該連通路上流の排気浄化材の温度が特定の温度に達し且つ該排気浄化材に流入する排気ガスの空燃比がリッチとなると捕捉している硫黄成分を放出し、上記連通路上流の所定の1つの排気浄化材から硫黄成分を放出させることが要求されたときに該所定の1つの排気浄化材に流入する排気ガスの空燃比がリッチとなり且つ該所定の1つの排気浄化材の温度が上記特定の温度に達すると共に上記連通路下流の排気浄化材に流入する排気ガスの平均空燃比がリーンとなるように各気筒群から排出される排気ガスの空燃比と上記連通路内を流れる排気ガスの流れの向きとを制御する。
3番目の発明では、1番目の発明において、上記連通路下流の所定の1つの排気浄化材の温度を上昇させることが要求されたときに一方の気筒群からリッチ空燃比の排気ガスが排出され且つ他方の気筒群からリーン空燃比の排気ガスが排出されるように各気筒群から排出される排気ガスの空燃比を制御すると共に、これらリッチ空燃比の排気ガスとリーン空燃比の排気ガスとが上記連通路下流の所定の1つの排気浄化材に流入するように上記連通路内を流れる排気ガスの流れの向きを制御する。
4番目の発明では、複数の気筒を有し、これら気筒を少なくとも2つの気筒群にグループ分けし、各気筒群それぞれに独立した排気通路を接続した内燃機関から排出される排気ガスを浄化する排気浄化装置において、各排気通路それぞれに排気ガスを浄化する排気浄化材が配置され、各排気浄化材上流の排気通路同士が連通路によって連通され、所定の排気浄化材に所定の性状の排気ガスを供給することが要求されたときに該所定の排気浄化材に上記所定の性状の排気ガスが供給されるように各気筒群から排出される排気ガスの空燃比と上記連通路内を流れる排気ガスの流れの向きとを制御し、上記連通路上流の各排気通路内にも排気ガスを浄化する排気浄化材が配置され、上記連通路下流の排気浄化材が排気ガス中の微粒子を捕捉し、上記連通路上流の排気浄化材がそこに流入する排気ガスの空燃比がリーンであると排気ガス中の窒素酸化物を捕捉するが該連通路上流の排気浄化材に流入する排気ガスの空燃比がリッチとなると捕捉している窒素酸化物を還元浄化し、上記連通路上流の所定の1つの排気浄化材に捕捉されている窒素酸化物を還元浄化することが要求されたときに該所定の1つの排気浄化材に流入する排気ガスの空燃比がリッチとなると共に上記連通路下流の所定の1つの排気浄化材に流入する排気ガスの平均空燃比がリーンとなり且つ該連通路下流の所定の1つの排気浄化材の温度が微粒子が酸化される温度に達するように各気筒群から排出される排気ガスの空燃比と上記連通路内を流れる排気ガスの流れの向きとを制御する。
5番目の発明では、複数の気筒を有し、これら気筒を少なくとも2つの気筒群にグループ分けし、各気筒群それぞれに独立した排気通路を接続した内燃機関から排出される排気ガスを浄化する排気浄化装置において、各排気通路それぞれに排気ガスを浄化する排気浄化材が配置され、各排気浄化材上流の排気通路同士が連通路によって連通され、所定の排気浄化材に所定の性状の排気ガスを供給することが要求されたときに該所定の排気浄化材に上記所定の性状の排気ガスが供給されるように各気筒群から排出される排気ガスの空燃比と上記連通路内を流れる排気ガスの流れの向きとを制御し、上記連通路上流の各排気通路内にも排気ガスを浄化する排気浄化材が配置され、上記連通路下流の排気浄化材が排気ガス中の微粒子を捕捉し、上記連通路上流の排気浄化材がそこに流入する排気ガスの空燃比がリーンであると排気ガス中の硫黄成分を捕捉するが上記連通路上流の排気浄化材の温度が特定の温度に達し且つ該排気浄化材に流入する排気ガスの空燃比がリッチとなると捕捉している硫黄成分を放出し、上記連通路上流の所定の1つの排気浄化材から硫黄成分を放出させることが要求されたときに該所定の1つの排気浄化材に流入する排気ガスの空燃比がリッチとなり且つ該所定の1つの排気浄化材の温度が上記特定の温度に達すると共に上記連通路下流の所定の1つの排気浄化材に流入する排気ガスの平均空燃比がリーンとなり且つ該連通路下流の所定の1つの排気浄化材の温度が微粒子が酸化される温度に達するように各気筒群から排出される排気ガスの空燃比と上記連通路内を流れる排気ガスの流れの向きとを制御する。
6番目の発明では、複数の気筒を有し、これら気筒を少なくとも2つの気筒群にグループ分けし、各気筒群それぞれに独立した排気通路を接続した内燃機関から排出される排気ガスを浄化する排気浄化装置において、各排気通路それぞれに排気ガスを浄化する排気浄化材が配置され、各排気浄化材上流の排気通路同士が連通路によって連通され、所定の排気浄化材に所定の性状の排気ガスを供給することが要求されたときに該所定の排気浄化材に上記所定の性状の排気ガスが供給されるように各気筒群から排出される排気ガスの空燃比と上記連通路内を流れる排気ガスの流れの向きとを制御し、上記連通路上流の各排気通路内にも排気ガスを浄化する排気浄化材が配置され、上記連通路下流の排気浄化材が排気ガス中の微粒子を捕捉し、上記連通路上流の排気浄化材がそこに流入する排気ガスの空燃比がリーンであると排気ガス中の窒素酸化物を捕捉するが該連通路上流の排気浄化材に流入する排気ガスの空燃比がリッチとなると捕捉している窒素酸化物を還元浄化する場合においては上記連通路下流の所定の排気浄化材に捕捉されている微粒子を燃焼除去することが要求されたときに上記連通路上流の所定の1つの排気浄化材に流入する排気ガスの空燃比がリッチとなると共に該連通路下流の所定の1つの排気浄化材に流入する排気ガスの平均空燃比がリーンとなり且つ該連通路下流の所定の1つの排気浄化材の温度が微粒子が酸化される温度に達するように各気筒群から排出される排気ガスの空燃比と上記連通路内を流れる排気ガスの流れの向きとを制御し、上記連通路上流の排気浄化材がそこに流入する排気ガスの空燃比がリーンであると排気ガス中の硫黄成分を捕捉するが該連通路上流の排気浄化材の温度が特定の温度に達し且つ該排気浄化材に流入する排気ガスの空燃比がリッチとなると捕捉している硫黄成分を放出する場合においては上記連通路下流の所定の排気浄化材に捕捉されている微粒子を燃焼除去することが要求されたときに上記連通路上流の所定の1つの排気浄化材に流入する排気ガスの空燃比がリッチとなり且つ該所定の1つの排気浄化材の温度が上記特定の温度に達すると共に上記連通路下流の所定の1つの排気浄化材に流入する排気ガスの平均空燃比がリーンとなり且つ該連通路下流の所定の1つの排気浄化材の温度が微粒子が酸化される温度に達するように各気筒群から排出される排気ガスの空燃比と上記連通路内を流れる排気ガスの流れの向きとを制御する。
【0010】
7番目の発明では、1〜6番目の発明のいずれか1つにおいて、少なくとも一方の気筒群に吸入されるガス量を制御することによって上記連通路内を流れる排気ガスの流れの向きを制御する。
8番目の発明では、1〜6番目の発明のいずれか1つにおいて、上記連通路下流の少なくとも1つの排気浄化材下流の排気通路に該排気通路の流路面積を調整する流路面積調整弁が配置され、該流路面積調整弁の開度を制御することによって上記連通路内を流れる排気ガスの流れの向きを制御する。
9番目の発明では、1〜6番目の発明のいずれか1つにおいて、上記連通路下流の所定の排気浄化材に所定の性状の排気ガスを供給することが要求されたときに各気筒群から排出される排気ガスの空燃比と上記連通路内を流れる排気ガスの流れの向きとを制御するのに加えて上記連通路内を流れる排気ガスの流量をも制御することによって上記所定の排気浄化材に所定の性状の排気ガスを供給する。
10番目の発明では、9番目の発明において、少なくとも一方の気筒群に吸入されるガス量を制御することによって上記連通路内を流れる排気ガスの流量を制御する。
11番目の発明では、9番目の発明において、上記連通路下流の少なくとも1つの排気浄化材下流の排気通路に該排気通路の流路面積を調整する流路面積調整弁が配置され、該流路面積調整弁の開度を制御することによって上記連通路内を流れる排気ガスの流量を制御する。
【0011】
【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を説明する。図1は、本発明の1つの実施形態の排気浄化装置を備えた内燃機関を示しており、この内燃機関は、圧縮着火式の内燃機関である。以下、この圧縮着火式の内燃機関を前提にして、本発明の実施形態を説明するが、矛盾の生じない範囲で、火花点火式の内燃機関に本発明を適用することもできる。
【0012】
図1において、1は機関本体、♯1は第1気筒、♯2は第2気筒、♯3は第3気筒、♯4は第4気筒、I1〜I4はそれぞれ第1気筒♯1〜第4気筒♯4内に燃料を噴射するための燃料噴射弁である。各燃料噴射弁から噴射される燃料の量(以下、燃料噴射量とも称す)は、機関回転数と要求トルクとに応じて決定され、概して、機関回転数が高くなるほど多くなり、要求トルクが大きくなるほど多くなる。本実施形態では、通常、燃料噴射量は、この燃料噴射量に対する各気筒に吸入される空気の量の比(いわゆる空燃比)が理論空燃比よりも大きくなるような量となっている。
【0013】
なお、本明細書において、空燃比がリーンであるとは、空燃比が理論空燃比よりも大きいことを意味し、空燃比がリッチであるとは、空燃比が理論空燃比よりも小さいことを意味する。
【0014】
また、各気筒には、吸気枝管2を介して吸気管3が接続されている。吸気管3には、エアクリーナ4が配置されている。エアクリーナ4の下流の吸気管3内には、吸気管3の流路面積を調整することによって各気筒に流入する空気の量を制御するためのスロットル弁5が配置されている。スロットル弁5には、このスロットル弁5を駆動するためのステップモータ6が接続されている。
【0015】
スロットル弁5の開度を制御することによって各気筒内に吸入される空気の量(以下、吸気量とも称す)が制御され、スロットル弁5の開度が大きくなるほど吸気量が多くなる。吸気量は燃料噴射弁から噴射される燃料の量(燃料噴射量)や内燃機関に要求される出力、すなわち、要求トルクや機関回転数に応じて決定される。本実施形態では、吸気量Gaを図4に示したような機関回転数Nと要求トルクTとの関数としてマップの形で予め求めて記憶しておき、機関回転数Nと要求トルクTとに基づいて図4に示したようなマップから目標とする吸気量Gaを求め、この目標とする吸気量Gaが達成されるようにスロットル弁5の開度が制御される。
【0016】
一方、各気筒には、それぞれ、排気枝管E1〜E4が接続されている。第1気筒♯1に接続されている排気枝管(以下、第1排気枝管とも称す)E1と第4気筒♯4に接続されている排気枝管(以下、第4排気枝管とも称す)E4とは合流して共通の排気管(以下、第1排気管とも称す)G1に接続されている。一方、第2気筒♯2に接続されている排気枝管(以下、第2排気枝管とも称す)E2と第3気筒♯3に接続されている排気枝管(以下、第3排気枝管とも称す)E3とは合流して共通の排気管(以下、第2排気管とも称す)G2に接続されている。
【0017】
第1排気枝管E1と第4排気枝管E4と第1排気管G1とを総称して排気通路と称し、第2排気枝管E2と第3排気枝管E3と第2排気管G2とを総称して排気通路と称すると、本実施形態では、機関本体1は複数の気筒♯1〜♯4を有し、これら気筒が2つの気筒群にグループ分けされて、第1気筒♯1と第4気筒♯4とが1つの気筒群(以下、第1気筒群とも称す)とされ、第2気筒♯2と第3気筒♯3とがもう1つの気筒群(以下、第2気筒群とも称す)とされ、各気筒群それぞれに独立した排気通路が接続されているとも言える。
【0018】
また、第1排気管G1と第2排気管G2とは、連通路(または、連通管)7を介して互いに連通されている。
【0019】
また、連通路7上流の第1排気管G1内には、排気ガスを浄化するための排気浄化材として、排気ガス中の窒素酸化物(NOX)を浄化するいわゆるNOX触媒(以下、第1NOX触媒とも称す)N1が配置されている。この第1NOX触媒の作用を詳細に説明すると、第1NOX触媒は、そこに流入する排気ガスの空燃比がリーンであると排気ガス中のNOXを捕捉し、そこに流入する排気ガスの空燃比がリッチになると捕捉しているNOXを還元浄化する。
【0020】
第1NOX触媒N1は、図2に示したように、ハニカム構造の担体30を具備する。担体30内には、隔壁31によって複数の排気ガス流路32,33が形成されている。隣り合う排気ガス流路32,33のうち一方の排気ガス流路32は、担体30の一方の端面において、栓34によって閉塞されており、他方の排気ガス流路33は、担体30の他方の端面において、栓35によって閉塞されている。
【0021】
担体30はコージェライト等の多孔質材料からなるので、隔壁31内には多数の細孔があり、排気ガスは、図2の矢印で示したように、この細孔を通ることによって排気ガス流路32から隔壁31を通過して排気ガス流路33内に流入することができる。
【0022】
隔壁31の両壁面上、および、隔壁31の細孔を画成する壁面上に全面に亘って、例えば、アルミナからなる担体層が形成され、この担体層上に、白金(Pt)のような貴金属触媒と、カリウム(K)、ナトリウム(Na)、リチウム(Li)、セシウム(Cs)、ルビジウム(Rb)のようなアルカリ金属、バリウム(Ba)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)のようなアルカリ土類金属、ランタン(La)、イットリウム(Y)、セリウム(Ce)のような希土類、鉄(Fe)のような遷移金属、およびスズ(Sn)のような炭素族元素から選ばれた少なくとも一つが担持されている。
【0023】
一方、連通路7上流の第2排気管G2内にも、排気ガスを浄化するための排気浄化材として、第1NOX触媒N1と同じ構造と機能とを有するNOX触媒(以下、第2NOX触媒とも称す)N2が配置されている。
【0024】
本実施形態では、通常、内燃機関からリーン空燃比の排気ガスが排出されるので、第1気筒群(第1気筒♯1および第4気筒♯4)から排出されたNOXは、第1NOX触媒N1に捕捉され、第2気筒群(第2気筒♯2および第3気筒♯3)から排出されたNOXは、第2NOX触媒N2に捕捉される。
【0025】
なお、第1NOX触媒N1に関して用いられる排気ガスの空燃比とは、一般的に言うと、第1気筒♯1(または第4気筒♯4)に供給された燃料の量と、第1NOX触媒上流において第1気筒(または第4気筒)から排出された排気ガスに供給された燃料の量との合計の量に対する、第1気筒(または第4気筒)に供給された空気の量と、第1NOX触媒上流において第1気筒(または第4気筒)から排出された排気ガスに供給された空気の量との合計の量の比を意味する。
【0026】
本実施形態では、第1NOX触媒N1上流において第1気筒♯1(または第4気筒♯4)から排出された排気ガスには燃料も空気も供給されないので、本実施形態の説明において第1NOX触媒に関して用いられる排気ガスの空燃比とは、燃料噴射弁I1(または燃料噴射弁I4)から第1気筒(または第4気筒)内に噴射された燃料の量に対する第1気筒(または第4気筒)に吸入された空気の量の比を意味する。後述する実施形態における排気ガスの空燃比も同様に定義される。
【0027】
同様に、第2NOX触媒N2に関して用いられる排気ガスの空燃比とは、一般的に言うと、第2気筒♯2(または第3気筒♯3)に供給された燃料の量と、第2NOX触媒上流において第2気筒(または第3気筒)から排出された排気ガスに供給された燃料の量との合計の量に対する、第2気筒(または第3気筒)に供給された空気の量と、第2NOX触媒上流において第2気筒(または第3気筒)から排出された排気ガスに供給された空気の量との合計の量の比を意味する。
【0028】
本実施形態では、第2NOX触媒N2上流において第2気筒♯2(または第3気筒♯3)から排出された排気ガスには燃料も空気も供給されないので、本実施形態の説明において第2NOX触媒に関して用いられる排気ガスの空燃比とは、燃料噴射弁I2(または燃料噴射弁I3)から第2気筒(または第3気筒)内に噴射された燃料の量に対する第2気筒(または第3気筒)に吸入された空気の量の比を意味する。後述する実施形態における排気ガスの空燃比も同様に定義される。
【0029】
さらに、連通路7下流の第1排気管G1内には、排気ガスを浄化するための排気浄化材として、酸化機能を有する触媒(以下、第1酸化触媒とも称す)O1が配置されている。この第1酸化触媒の作用を詳細に説明すると、第1酸化触媒は、そこに流入する排気ガスの空燃比がリーンであると排気ガス中の特定の成分を酸化除去する。
【0030】
第1酸化触媒O1は、図3に示したように、ハニカム構造の担体40を具備する。担体40内には、隔壁41によって複数の排気ガス流路42,43が形成されている。隣り合う排気ガス流路42,43のうち一方の排気ガス流路42は、担体の一方の端面において、栓44によって閉塞されており、他方の排気ガス流路43は、担体の他方の端面において、栓45によって閉塞されている。
【0031】
担体40はコージェライト等の多孔質材料からなるので、隔壁41内には多数の細孔があり、排気ガスは、図3の矢印で示したように、この細孔を通ることによって排気ガス流路42から隔壁41を通過して排気ガス流路43内に流入することができる。
【0032】
隔壁41の両壁面上、および、隔壁41の細孔を画成する壁面上に全面に亘って、例えば、アルミナからなる担体層が形成され、この担体層上に、白金(Pt)のような貴金属触媒が担持されている。
【0033】
一方、連通路7下流の第2排気管G2内にも、排気ガスを浄化するための排気浄化材として、第1酸化触媒O1と同じ構造と酸化機能とを有する触媒(以下、第2酸化触媒とも称す)O2が配置されている。
【0034】
なお、第1酸化触媒O1に関して用いられる排気ガスの空燃比とは、一般的に言うと、第1NOX触媒N1から流出して第1酸化触媒に流入する排気ガスに関してその排気ガスの空燃比の決定要因となった燃料の量と、第2NOX触媒N2から流出して連通路7を介して第1酸化触媒に流入する排気ガスに関してその排気ガスの空燃比の決定要因となった燃料の量と、第1酸化触媒に流入する排気ガスに両NOX触媒下流において供給された燃料の量との合計の量に対する、第1NOX触媒から流出して第1酸化触媒に流入する排気ガスに関してその排気ガスの空燃比の決定要因となった空気の量と、第2NOX触媒から流出して連通路7を介して第1酸化触媒に流入する排気ガスに関してその排気ガスの空燃比の決定要因となった空気の量と、第1酸化触媒に流入する排気ガスに両NOX触媒下流において供給された空気の量との合計の量の比を意味する。
【0035】
本実施形態では、第1酸化触媒O1に流入する排気ガスに両NOX触媒N1,N2下流において燃料も空気も供給されないので、本実施形態の説明において第1酸化触媒O1に関して用いられる排気ガスの空燃比とは、第1NOX触媒から流出して第1酸化触媒に流入する排気ガスに関してその排気ガスの空燃比の決定要因となった燃料の量と、第2NOX触媒から流出して連通路7を介して第1酸化触媒に流入する排気ガスに関してその排気ガスの空燃比の決定要因となった燃料の量との合計の量に対する、第1NOX触媒から流出して第1酸化触媒に流入する排気ガスに関してその排気ガスの空燃比の決定要因となった空気の量と、第2NOX触媒から流出して連通路7を介して第1酸化触媒に流入する排気ガスに関してその排気ガスの空燃比の決定要因となった空気の量との合計の量の比を意味する。後述する実施形態における排気ガスの空燃比も同様に定義される。
【0036】
また、第2酸化触媒O2に関して用いられる排気ガスの空燃比についても同様である。すなわち、第2酸化触媒に関して用いられる排気ガスの空燃比とは、第2NOX触媒N2から流出して第2酸化触媒に流入する排気ガスに関してその排気ガスの空燃比の決定要因となった燃料の量と、第1NOX触媒N1から流出して連通路7を介して第2酸化触媒に流入する排気ガスに関してその排気ガスの空燃比の決定要因となった燃料の量と、第2酸化触媒に流入する排気ガスに両NOX触媒下流において供給された燃料の量との合計の量に対する、第2NOX触媒から流出して第2酸化触媒に流入する排気ガスに関してその排気ガスの空燃比の決定要因となった空気の量と、第1NOX触媒から流出して連通路7を介して第2酸化触媒に流入する排気ガスに関してその排気ガスの空燃比の決定要因となった空気の量と、第2酸化触媒に流入する排気ガスに両NOX触媒下流において供給された空気の量との合計の量の比を意味する。
【0037】
本実施形態では、第2酸化触媒O2に流入する排気ガスに両NOX触媒N2,N1下流において燃料も空気も供給されないので、本実施形態の説明において第2酸化触媒に関して用いられる排気ガスの空燃比とは、第2NOX触媒から流出して第2酸化触媒に流入する排気ガスに関してその排気ガスの空燃比の決定要因となった燃料の量と、第1NOX触媒から流出して連通路7を介して第2酸化触媒に流入する排気ガスに関してその排気ガスの空燃比の決定要因となった燃料の量との合計の量に対する、第2NOX触媒から流出して第2酸化触媒に流入する排気ガスに関してその排気ガスの空燃比の決定要因となった空気の量と、第1NOX触媒から流出して連通路7を介して第2酸化触媒に流入する排気ガスに関してその排気ガスの空燃比の決定要因となった空気の量との合計の量の比を意味する。後述する実施形態における排気ガスの空燃比も同様に定義される。
【0038】
また、第1排気管G1と第2排気管G2とは、酸化触媒O1,O2下流において、合流せずにそのまま独立した2つの排気管として延在していてもよいし、合流して共通の1つの排気管に接続されていてもよい。
【0039】
また、第1酸化触媒O1下流の第1排気管G1から吸気管3に排気ガスを導入し、結果的に、内燃機関から排出された排気ガスを再び内燃機関(すなわち、各気筒)に循環させるための通路(以下、EGR通路と称す)8が、第1酸化触媒O1下流の第1排気管G1から吸気管3まで延びる。EGR通路8には、その中を流れる排気ガスを冷却するためのインタークーラ9が配置されている。また、EGR通路8には、吸気管3に導入される排気ガスの流量、すなわち、再び内燃機関に循環される排気ガスの流量(以下、EGRガス流量とも称す)を制御するための弁(以下、EGR制御弁と称す)10が配置されている。
【0040】
EGR通路8を介して吸気管3に導入される排気ガスの流量(EGRガス流量)は、EGR制御弁10の開度とスロットル弁5の開度との兼ね合いで決まり、スロットル弁5の開度が一定であれば、EGR制御弁10の開度が大きくなるほど、EGRガス流量は多くなり、EGR制御弁10の開度が一定であれば、スロットル弁5の開度が小さくなるほど、EGRガス流量は多くなる。
【0041】
このようにEGR通路8を介して内燃機関に排気ガスが導入されると、排気ガス中に含まれている不活性ガスの作用によって気筒内における燃焼温度が低下し、気筒内でのNOXの発生が抑制される。したがって、気筒内でのNOXの発生量をできるだけ少なくするためには、各気筒内に導入される排気ガスの量(以下、EGRガス量とも称す)が多いほうがよいが、EGRガス量が多くなると、各気筒内に導入される空気の量が相対的に少なくなって内燃機関が必要な出力を出力できなくなることがあるので、EGRガス量は機関回転数と要求トルクとに応じて内燃機関に必要な出力が出力されるように決定される。
【0042】
本実施形態では、各気筒内に吸入されるガス量(すなわち、各気筒内に吸入される空気の量と排気ガスの量との総量)に対する各気筒内に吸入される排気ガスの量の比(以下、EGR率とも称す)Regrを、図5に示したような機関回転数Nと要求トルクTとの関数としてマップの形で予め求めて記憶しておき、機関回転数Nと要求トルクTとに基づいて図5に示したようなマップから目標とするEGR率Regrを求め、この目標とするEGR率Regrが達成されるようにEGR制御弁10の開度が制御される。
【0043】
また、図1において、20は電子制御ユニット(ECU)であり、このECU20は、デジタルコンピュータからなり、双方向性バス21によって互いに接続されたリードオンリメモリ(ROM)22と、ランダムアクセスメモリ(RAM)23と、マイクロプロセッサ(CPU)24と、入力ポート25と、出力ポート26とを具備する。
【0044】
燃料噴射弁I1〜I4、ステップモータ6、および、EGR制御弁10は、それぞれ対応する駆動回路Dを介して出力ポート26に接続され、これらの動作はECU20によって制御される。
【0045】
また、図1において、11は内燃機関のクランクシャフト(図示せず)の位相角度を検出するためのクランク角センサであり、このクランク角センサ11からの出力は入力ポート25に入力され、本実施形態では、このクランク角センサ11からの出力に基づいて、機関回転数が算出される。
【0046】
また、図1において、12はアクセルペダルであり、このアクセルペダル12はアクセルペダル12の踏込量に応じた出力を出力する負荷センサ13に接続されている。負荷センサ13は対応するAD変換器を介して入力ポート25に接続され、ECU20はこの負荷センサ13の出力に基づいて内燃機関に要求される負荷(トルク)を算出する。したがって、負荷センサ13は内燃機関に要求される負荷(トルク)を検出するためのセンサであるとも言える。
【0047】
ところで、NOX触媒N1,N2は、そこに流入する排気ガスの空燃比がリーンであると排気ガス中のSOXをも捕捉してしまい、この場合、SOXを捕捉した分だけNOX触媒が捕捉可能なNOX量が少なくなってしまう。内燃機関から排出される排気ガスの空燃比は、通常、リーンであるので、NOX触媒からSOXを放出させなければ、NOX触媒に捕捉されているトータルのSOX量は徐々に多くなり、NOX触媒が捕捉可能なNOX量が徐々に少なくなってしまう。
【0048】
したがって、これを回避するためには、各NOX触媒N1,N2に捕捉されているトータルのSOX量が許容量を超えたときに、NOX触媒からSOXを放出させる必要がある。
【0049】
例えば、各気筒から排出される排気ガスの温度を高くしたり、あるいは、両NOX触媒にて排気ガス中の炭化水素(HC)を燃焼させたりすることによって、両NOX触媒の温度をSOXを放出可能な温度にまで上昇させつつ、両NOX触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチとすれば、両NOX触媒からSOXが放出される。
【0050】
ところが、このようにしてNOX触媒N1,N2からSOXを放出させると、NOX触媒においてSOXの還元が進行して硫化水素(H2S)が発生することがある。この硫化水素は浄化されるべき物質であり、酸化触媒O1,O2の酸化作用が働けば酸化触媒においてSOXと水(H2O)とに分解されて浄化されるのであるが、NOX触媒から硫化水素が放出されている間、すなわち、上述したようにしてNOX触媒からSOXが放出されている間、酸化触媒に流入する排気ガスの空燃比はリッチであって、酸化触媒内は還元雰囲気となっているので、結局のところ、NOX触媒から放出された硫化水素は酸化触媒ではほとんど酸化除去されない。
【0051】
そこで、本実施形態では、以下のように、NOX触媒からSOXを放出する処理(以下、SOX放出処理とも称す)を行う。すなわち、始めに、各NOX触媒に捕捉されているSOXの量が許容量を超えているか否かを判別することによって、SOXを放出させるべきNOX触媒としていずれか一方のNOX触媒を選択する。ここで、例えば、第1NOX触媒N1が選択された場合には、第1NOX触媒に流入する排気ガスの空燃比がリッチとなり且つ第1NOX触媒の温度がSOXを放出可能な温度(以下、SOX放出温度とも称す)にまで上昇するように第1気筒群(第1気筒♯1および第4気筒♯4)から排出される排気ガスの空燃比を制御する。これにより、第1NOX触媒からSOXが放出される。なお、この場合、第1気筒群から排出される排気ガスの空燃比は、一般的には、リッチとされる。また、第1NOX触媒の温度は、第1気筒群から排出される排気ガスの温度自体を高めることによって、あるいは、第1気筒群から排出される排気ガス中のHCを第1NOX触媒にて燃焼させることによって、高められる。
【0052】
そして、これと同時に、残りのNOX触媒、すなわち、第2NOX触媒N2から流出した排気ガスが第1NOX触媒N1から流出したリッチ空燃比の排気ガスと混ざるように連通路7を通って第1酸化触媒O1に流入するように連通路7内を流れる排気ガスの流れの向きを制御しつつ、このときに第1酸化触媒に流入する排気ガスの平均空燃比がリーンとなるように第2気筒群(第2気筒♯2および第3気筒♯3)から排出される排気ガスの空燃比を制御する。これにより、第1NOX触媒からのSOXの放出に伴って生成された硫化水素を第1酸化触媒にて酸化浄化することができる。なお、この場合、第2気筒群から排出される排気ガスの空燃比は、一般的には、リーンとされる。
【0053】
一方、本実施形態のSOX放出処理において、SOXを放出させるべきNOX触媒として第2NOX触媒N2が選択された場合には、第2NOX触媒に流入する排気ガスの空燃比がリッチとなり且つ第2NOX触媒の温度がSOX放出温度にまで上昇するように第2気筒群(第2気筒♯2および第3気筒♯3)から排出される排気ガスの空燃比を制御する。これにより、第2NOX触媒からSOXが放出される。なお、この場合、第2気筒群から排出される排気ガスの空燃比は、一般的には、リッチとされる。また、第2NOX触媒の温度は、第2気筒群から排出される排気ガスの温度自体を高めることによって、あるいは、第2気筒群から排出される排気ガス中のHCを第2NOX触媒にて燃焼させることによって、高められる。
【0054】
そして、これと同時に、第1NOX触媒N1から流出した排気ガスが第2NOX触媒N2から流出したリッチ空燃比の排気ガスと混ざるように連通路7を通って第2酸化触媒O2に流入するように連通路7内を流れる排気ガスの流れの向きを制御しつつ、このときに第2酸化触媒O2に流入する排気ガスの平均空燃比がリーンとなるように第1気筒群(第1気筒♯1および第4気筒♯4)から排出される排気ガスの空燃比を制御する。これにより、第2NOX触媒からのSOXの放出に伴って生成された硫化水素を第2酸化触媒にて酸化浄化することができる。なお、この場合、第1気筒群から排出される排気ガスの空燃比は、一般的には、リーンとされる。
【0055】
なお、上述した実施形態では、各気筒群から排出される排気ガスの空燃比を決定する際には、例えば、各NOX触媒から流出したときの排気ガスのリッチ度合またはリーン度合や、連通路7を介してリッチ空燃比の排気ガスに混ざるリーン空燃比の排気ガスの量、言い換えれば、連通路7内を通るリーン空燃比の排気ガスの流量などが考慮される。
【0056】
また、上述では、連通路7内を流れる排気ガスの流れの向きを制御しつつ、という表現を用いているが、上述した実施形態では、連通路7内を流れる排気ガスの流れの向きを積極的に制御する手段は設けられておらず、排気ガスは、もっぱら、その脈動の影響で連通路7内を流れ、一方の排気通路から他方の排気通路に流入することになる。すなわち、上述したSOX放出処理中における連通路7内の排気ガスの流れを詳細に検討してみると、SOX放出処理の実行中において各気筒群から排出される排気ガスの流量が略等しいとすれば、連通路7内を排気ガスが行き交っていると考えられる。したがって、実際には、連通路7を介してリッチ空燃比の排気ガスに混ざるリーン空燃比の排気ガスの量はさほど多くないと考えられるので、上述した実施形態では、この点を考慮して、各気筒群から排出される排気ガスの空燃比、特に、リーン空燃比の排気ガスのリーン度合を決定する。
【0057】
また、上述した実施形態では、排気ガスの脈動の影響で連通路7内を流れるので、排気ガスが連通路7内を流れやすいように、連通路7の構成や長さを決定すると好ましい。
【0058】
また、上述した実施形態は、複数の気筒を有し、これら気筒を少なくとも2つの気筒群にグループ分けし、各気筒群それぞれに独立した排気通路を接続した内燃機関から排出される排気ガスを浄化する排気浄化装置において、各排気通路それぞれに排気ガスを浄化する排気浄化材が配置され、各排気浄化材上流の排気通路同士が連通路によって連通され、連通路上流の各排気通路内にも排気ガスを浄化する排気浄化材が配置され、連通路下流の排気浄化材がそこに流入する排気ガスの空燃比がリーンであると排気ガス中の特定成分を酸化し、連通路上流の排気浄化材がそこに流入する排気ガスの空燃比がリーンであると排気ガス中の硫黄成分を捕捉するが該連通路上流の排気浄化材の温度が特定の温度に達し且つ該排気浄化材に流入する排気ガスの空燃比がリッチとなると捕捉している硫黄成分を放出し、上記連通路上流の所定の1つの排気浄化材から硫黄成分を放出させることが要求されたときに該所定の1つの排気浄化材に流入する排気ガスの空燃比がリッチとなり且つ該所定の1つの排気浄化材の温度が上記特定の温度に達すると共に上記連通路下流の排気浄化材に流入する排気ガスの平均空燃比がリーンとなるように各気筒群から排出される排気ガスの空燃比と連通路内を流れる排気ガスの流れの向きとを制御するという発明の実施の形態と捉えられる。
【0059】
このように発明を捉えると、連通路上流の排気浄化材は、上述したNOX触媒に限られず、少なくとも、そこに流入する排気ガスの空燃比がリーンであると排気ガス中の硫黄成分を捕捉するがその温度が特定の温度(すなわち、硫黄成分が放出可能な温度)に達し且つそこに流入する排気ガスの空燃比がリッチとなると捕捉している硫黄成分を放出するものであればよく、こうした観点では、連通路上流の排気浄化材は、例えば、排気ガス中のSOXを捕捉することをその主な目的とするいわゆるSトラップ材(これもやはり、そこに流入する排気ガスの空燃比がリーンであると排気ガス中のSOxを捕捉するがその温度がSOx放出温度に達し且つそこに流入する排気ガスの空燃比がリッチとなると捕捉しているSOxを放出する機能を有し、SOxが放出されるときに硫化水素が生成される)でもよく、あるいは、排気ガス中の微粒子を捕捉すると共に捕捉した微粒子を比較的短時間(数分から数十分)のうちに連続的に酸化除去可能なパティキュレートフィルタ(詳細は後述するが、これは、そこに流入する排気ガスの空燃比がリーンであると排気ガス中のSOxを捕捉してしまうがその温度がSOx放出温度となり且つそこに流入する排気ガスの空燃比がリッチとなると捕捉しているSOxを放出する機能を有し、SOxを放出するときに硫化水素が生成される)でもよい。
【0060】
ここで、Sトラップ材が捕捉可能なSOxの量には限界があるので、連通路上流の排気浄化材としてSトラップ材が採用された場合には、Sトラップ材が捕捉しているトータルのSOxの量が捕捉可能な限界値に達したとき或いは達する前に、Sトラップ材からSOxを放出させる必要があり、この必要が生じたときが連通路上流の所定の1つの排気浄化材(Sトラップ材)から硫黄成分を放出させることが要求されたときに相当する。
【0061】
一方、後述するパティキュレートフィルタに捕捉されているトータルのSOxの量が多くなると、その分だけ、連続的に酸化可能な微粒子の量が少なくなってしまうので、連通路上流の排気浄化材として後述するパティキュレートフィルタが採用された場合には、このパティキュレートフィルタに捕捉されているトータルのSOxの量が許容量を超えたときに、このパティキュレートフィルタからSOxを放出させる必要があり、この必要が生じたときが連通路上流の所定の1つの排気浄化材(後述するパティキュレートフィルタ)から硫黄成分を放出させることが要求されたときに相当する。
【0062】
また、上述したように発明を捉えると、連通路下流の排気浄化材は、上述した酸化触媒に限られず、少なくとも、そこに流入する排気ガスの空燃比がリーンであると上記特定の成分を酸化除去する機能を有するものであればよく、こうした観点では、連通路下流の排気浄化材は、例えば、上述したNOX触媒(上述したNOX触媒は酸化機能を有する)でもよく、あるいは、一酸化炭素(CO)と炭化水素(HC)とNOXとを高い浄化率で同時に浄化可能な三元触媒でもよい。
【0063】
また、上述した実施形態は、より広く捉えると、複数の気筒を有し、これら気筒を少なくとも2つの気筒群にグループ分けし、各気筒群それぞれに独立した排気通路を接続した内燃機関から排出される排気ガスを浄化する排気浄化装置において、各排気通路それぞれに排気ガスを浄化する排気浄化材が配置され、各排気浄化材上流の排気通路同士が連通路によって連通され、連通路上流の各排気通路内にも排気ガスを浄化する排気浄化材が配置され、連通路上流の排気浄化材がそこに流入する排気ガスが所定の性状であると所定の作用を行い、連通路下流の排気浄化材がそこに流入する排気ガスが上記所定の性状とは異なる別の所定の性状であると連通路上流の排気浄化材の上記所定の作用が行われるのに伴って生成される成分を浄化する作用を行い、連通路上流の排気浄化材の上記所定の作用を行わせることが要求されたときに連通路上流の排気浄化材に上記所定の性状の排気ガスが供給され且つ連通路下流の排気浄化材に上記別の所定の性状の排気ガスが供給されるように各気筒群から排出される排気ガスの空燃比と連通路内を流れる排気ガスの流れの向きとを制御するという発明の実施の形態でもある。
【0064】
また、上述した実施形態は、さらに広く捉えると、複数の気筒を有し、これら気筒を少なくとも2つの気筒群にグループ分けし、各気筒群それぞれに独立した排気通路を接続した内燃機関から排出される排気ガスを浄化する排気浄化装置において、各排気通路それぞれに排気ガスを浄化する排気浄化材が配置され、各排気浄化材上流の排気通路同士が連通路によって連通され、所定の排気浄化材に所定の性状(例えば、空燃比や温度)の排気ガスを供給することが要求されたときに該所定の排気浄化材に上記所定の性状の排気ガスが供給されるように各気筒群から排出される排気ガスの空燃比と上記連通路内を流れる排気ガスの流れの向きとを制御するという発明の実施の形態でもある。
【0065】
このように発明を捉えると、連通路上流には必ずしも排気浄化材が配置されていなければならないのではなく、連通路上流に排気浄化材がなくてもよい。また、このように発明を捉えると、連通路下流の排気浄化材は、上述した酸化触媒に限られず、特定の作用を行うものであって特定の条件が成立したときに該特定の作用を行わせる必要が生じるものであればよい。
【0066】
次に、NOX触媒N1,N2に捕捉されているトータルのSOX量の算出方法について説明する。各気筒から排出される排気ガス中に含まれるSOXの量は、機関回転数と機関負荷との関数として表すことができる。そこで、上述した実施形態では、図6に示したように単位時間当たりに各気筒から排出されるSOX量SOXを機関回転数Nと機関負荷Lとの関数としてマップの形で予め求めて記憶しておき、このマップに基づいて機関回転数Nと機関負荷Lとから単位時間当たりに各気筒から排出されるSOX量SOXを算出し、こうして算出されたSOX量SOXを積算することによって各NOX触媒に捕捉されているトータルのSOX量を算出する。
【0067】
ところで、NOX触媒N1,N2が捕捉可能なNOXの量には限界があり、NOX触媒に捕捉されているNOXの量(以下、NOX捕捉量とも称す)がNOX触媒が捕捉可能なNOXの量の限界値(以下、最大NOX捕捉量とも称す)に達してしまうと、新たにNOX触媒に流入したNOXはNOX触媒では捕捉されず、NOX触媒から下流へとNOXが流出してしまう。
【0068】
したがって、これを回避するためには、各NOX触媒N1,N2のNOX捕捉量がその最大NOX捕捉量に達したとき、あるいは、最大NOX捕捉量に達する前に、NOX触媒にてNOXを還元浄化する必要がある。
【0069】
ここで、各気筒から排出される排気ガス中に含まれるNOXの量は機関回転数と機関負荷との関数として表すことができる。そこで、上述した実施形態では、図7に示したように単位時間当たりに排出されるNOX量NOXを機関回転数Nと機関負荷Lとの関数としてマップの形で予め求めて記憶しておき、このマップに基づいて機関回転数Nと機関負荷Lとから単位時間当たりに各気筒から排出されるNOX量NOXを算出し、こうして算出されたNOX量NOXを積算することによって各NOX触媒に捕捉されているトータルのNOX量を算出する。そして、上述した実施形態では、こうして算出されたトータルのNOX量が許容量を超えたときに、NOX触媒に捕捉されているNOXを還元浄化すべきであると判断し、NOX触媒にリッチ空燃比の排気ガスを供給することによって、NOX触媒に捕捉されているNOXを還元浄化するようにしている。
【0070】
なお、上述にて、連通路下流の排気浄化材として上述したNOX触媒を採用可能であると説明したが、この場合、上述した実施形態におけるSOX放出処理とは若干異なる処理を行う必要があるので、以下、この処理について説明する。
【0071】
上述したSOX放出処理によれば、連通路7上流のNOX触媒(以下、上流側NOX触媒とも称す)の一方からはリッチ空燃比の排気ガスが流出し、他方の上流側NOX触媒からはリーン空燃比の排気ガスが流出し、連通路7下流のNOX触媒(以下、下流側NOX触媒とも称す)にはリーン空燃比の排気ガスが流入するように、各気筒から排出される排気ガスの空燃比と連通路7内を流れる排気ガスの流れの向きとが制御される。
【0072】
ところが、上述したように、NOX触媒は、そこに流入する排気ガスの空燃比がリーンであると排気ガス中のSOXを捕捉してしまうので、上述したSOX放出処理をそのまま実行すると、下流側NOX触媒がSOXを捕捉してしまい、下流側NOX触媒が捕捉可能なNOXの量が少なくなってしまう。もちろん、下流側NOX触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチとすれば、この下流側NOX触媒にSOXが捕捉されることはほとんどないが、これでは、下流側NOX触媒内部が還元雰囲気となるので、上流側NOX触媒からのSOXの放出に伴って生成された硫化水素を下流側NOX触媒にて酸化除去することができなくなってしまう。
【0073】
ここで、下流側NOX触媒に流入する排気ガスの空燃比を僅かばかりリーンとすれば、下流側NOX触媒内部が酸化雰囲気となって硫化水素が酸化除去されると共に、下流側NOX触媒にはほとんどSOXは捕捉されないことが分かっている。
【0074】
そこで、連通路7下流の排気浄化材がNOX触媒である場合には、以下のようなSOX放出処理を実行する。すなわち、始めに、各NOX触媒に捕捉されているSOXの量が許容量を超えているか否かを判別することによって、SOXを放出させるべき上流側NOX触媒としていずれか一方の上流側NOX触媒を選択する。そして、選択された上流側NOX触媒に流入する排気ガスの空燃比がリッチとなり且つこの選択された上流側NOX触媒の温度がSOX放出温度にまで上昇するように対応する気筒群から排出される排気ガスの空燃比を制御する。これは上述した実施形態の制御と同じである。
【0075】
そして、これと同時に、他方の上流側NOX触媒から流出した排気ガスが上記選択された上流側NOX触媒から流出したリッチ空燃比の排気ガスと混ざるように連通路7を通って下流側NOX触媒に流入するように連通路7内を流れる排気ガスの流れの向きを制御しつつ、このときに下流側NOX触媒に流入する排気ガスの平均空燃比が僅かばかりリーンとなるように他方の上流側NOX触媒上流の気筒群から排出される排気ガスの空燃比を制御する。この場合、他方の上流側NOX触媒上流の気筒群から排出される排気ガスの空燃比は、一般的には、リーンとされる。これによれば、下流側NOX触媒にSOXをほとんど捕捉させることなく、選択された上流側NOX触媒からのSOXの放出に伴って生成された硫化水素を下流側NOX触媒にて酸化浄化することができる。
【0076】
ところで、上述した実施形態では、内燃機関は4つの気筒を有し、これら気筒を2つずつの気筒群にグループ分けし、各気筒群それぞれに独立した排気通路が接続されているが、図8に示したように、内燃機関が6つの気筒♯1〜♯6を有し、これら気筒を3つずつの気筒群にグループ分けし、各気筒群それぞれに独立した排気通路が接続されている場合にも、上述した発明は適用可能である。
【0077】
次に、本発明の別の実施形態について説明する。本実施形態では、図9に示したように、図1に示した構成において、酸化触媒O1,O2の代わりに、第1排気管G1内には、排気ガス中の微粒子を捕捉するパティキュレートフィルタ(以下、第1フィルタとも称す)P1が配置され、第2排気管G2内には、排気ガス中の微粒子を捕捉するパティキュレートフィルタ(以下、第2フィルタとも称す)P2が配置されている。
【0078】
また、第1フィルタP1上流の第1排気管G1には、排気ガスの圧力を検出するための圧力センサ(以下、上流側第1圧力センサとも称す)14aが配置され、第1フィルタ下流の第1排気管G1にも、排気ガスの圧力を検出するための圧力センサ(以下、下流側第1圧力センサとも称す)15aが配置されている。一方、第2フィルタP2上流の第2排気管G2にも、排気ガスの圧力を検出するための圧力センサ(以下、上流側第2圧力センサとも称す)14bが配置され、第2フィルタ下流の第2排気管G2にも、排気ガスの圧力を検出するための圧力センサ(以下、下流側第2圧力センサとも称す)15bが配置されている。
【0079】
これら圧力センサ14a、15a、14b、15bはそれぞれ対応するAD変換器A/Dを介して入力ポート26に接続され、これら圧力センサの出力は入力ポート26に入力される。上流側第1圧力センサ14aの出力と下流側第1圧力センサ15aの出力とに基づいて、第1フィルタP1上流の排気ガスの圧力と第1フィルタ下流の排気ガスの圧力との差が算出される。この圧力差は第1フィルタに起因する圧力損失に相当する。一方、上流側第2圧力センサ14bの出力と下流側第2圧力センサ15aの出力とに基づいて、第2フィルタP2上流の排気ガスの圧力と第2フィルタ下流の排気ガスの圧力との差が算出される。この圧力差は第2フィルタに起因する圧力損失に相当する。
【0080】
第1フィルタP1は、図10に示したように、ハニカム構造の担体50を具備する。担体50内には、隔壁51によって複数の排気ガス流路52,53が形成されている。隣り合う排気ガス流路52,53のうち一方の排気ガス流路52は、担体の一方の端面において、栓54によって閉塞されており、他方の排気ガス流路53は、担体の他方の端面において、栓55によって閉塞されている。
【0081】
担体50はコージェライト等の多孔質材料からなるので、隔壁51内には多数の細孔があり、排気ガスは、図10の矢印で示したように、この細孔を通ることによって排気ガス流路52から隔壁51を通過して排気ガス流路53内に流入することができる。
【0082】
ところで、各気筒から排出される排気ガスの空燃比は、通常、リーンであるので、NOX触媒N1,N2に捕捉されているトータルのNOXの量は徐々に多くなるが、NOX触媒が捕捉可能なNOXの量には限界があるので、このNOX捕捉量がNOX触媒が捕捉可能なNOXの量の限界値(最大NOX捕捉量)に達したとき或いは達する前に、NOX触媒にてNOXを還元浄化する必要がある。ここで、NOX触媒にリッチ空燃比の排気ガスを供給すれば、NOX触媒に捕捉されているNOXは還元浄化されることが分かっている。
【0083】
そこで、本実施形態では、以下のように、NOX触媒においてNOXを還元浄化する処理(以下、NOX還元浄化処理とも称す)を行う。すなわち、始めに、各NOX触媒に捕捉されているトータルのNOX量が許容量を超えているか否かを判別することによって、NOXを還元浄化すべきNOX触媒としていずれか一方のNOX触媒を選択する。ここで、例えば、第1NOX触媒N1が選択された場合には、第1NOX触媒に流入する排気ガスの空燃比がリッチとなるように第1気筒群(第1気筒♯1および第4気筒♯4)から排出される排気ガスの空燃比を制御する。こうして、本実施形態によれば、第1NOX触媒にてNOXが還元浄化される。なお、この場合、第1気筒群から排出される排気ガスの空燃比は、一般的には、リッチとされる。
【0084】
そして、これと同時に、第2NOX触媒N2から流出した排気ガスが第1NOX触媒N1から流出したリッチ空燃比の排気ガスと混ざるように連通路7を通って第1フィルタP1に流入するように連通路7内を流れる排気ガスの流れの向きを制御しつつ、このときに第1フィルタに流入する排気ガスの平均空燃比がリーンとなるように第2気筒群(第2気筒♯2および第3気筒♯3)から排出される排気ガスの空燃比を制御する。これによれば、第1フィルタには、主にリッチ空燃比の排気ガスによってHCおよびCOがもたらされると共に、主にリーン空燃比の排気ガスによってO2がもたらされ、これらHCおよびCOとO2とが第1フィルタにおいて発熱反応し、第1フィルタの温度が上昇する。そして、こうした発熱反応を第1フィルタの温度が微粒子が比較的速く酸化する温度、すなわち、微粒子が燃焼する温度(以下、微粒子燃焼温度とも称す)に達するまで継続する。これにより、第1フィルタに捕捉されている微粒子が燃焼除去される。なお、この場合、第2気筒群から排出される排気ガスの空燃比は、一般的には、リーンとされる
【0085】
一方、NOX還元浄化処理を施すNOX触媒として、第2NOX触媒N2が選択された場合には、第2NOX触媒に流入する排気ガスの空燃比がリッチとなるように第2気筒群から排出される排気ガスの空燃比を制御する。これにより、第2NOX触媒にてNOXが還元浄化される。なお、この場合、第2気筒群から排出される排気ガスの空燃比は、一般的には、リッチとされる。
【0086】
そして、これと同時に、第1NOX触媒N1から流出した排気ガスが第2NOX触媒N2から流出したリッチ空燃比の排気ガスと混ざるように連通路7を通って第2フィルタP2に流入するように連通路7内を流れる排気ガスの流れの向きを制御しつつ、このときに第2フィルタに流入する排気ガスの平均空燃比がリーンとなるように第1気筒群から排出される排気ガスの空燃比を制御する。これによれば、第2フィルタには、HCおよびCOとO2とがもたらされ、これらHCおよびCOとO2とが第2フィルタにおいて発熱反応し、第2フィルタの温度が上昇する。そして、こうした発熱反応を第2フィルタの温度が微粒子燃焼温度に達するまで継続する。これにより、第2フィルタに捕捉されている微粒子が燃焼除去される。なお、この場合、第1気筒群から排出される排気ガスの空燃比は、リーンとされる。
【0087】
このように、本実施形態によれば、所定のNOX触媒におけるNOXの還元浄化が行われるのに合わせて、所定のフィルタにおける微粒子の燃焼除去が行われるので、排気浄化装置全体としての排気浄化効率が良いと言える。また、フィルタに捕捉されているトータルの微粒子の量を比較的少なく保っておくことができる。また、この場合、連通路上流に配置されているNOX触媒では、発熱反応はさほど多くなく、したがって、これらNOX触媒の温度が過剰に高くなることはほとんどない。
【0088】
ところで、上述したように、各気筒から排出される排気ガスの空燃比は、通常、リーンであるので、NOX触媒N1,N2に捕捉されているトータルのSOXの量は徐々に多くなり、その分だけ、NOX触媒が捕捉可能なNOXの量が少なくなってしまうので、NOX触媒が捕捉しているトータルのSOXの量が許容量に達したとき或いは達する前に、NOX触媒からSOXを放出する必要がある。
【0089】
そこで、本実施形態では、以下のように、NOX触媒からSOXを放出させる処理(SOX放出処理)を行う。すなわち、始めに、各NOX触媒に捕捉されているトータルのSOX量が許容量を超えているか否かを判別することによって、SOXを放出させるべきNOX触媒としていずれか一方のNOX触媒を選択する。そして、選択されたNOX触媒に流入する排気ガスの空燃比がリッチとなり且つ選択されたNOX触媒の温度がSOX放出温度に達するように上記選択されたNOX触媒上流の気筒群から排出される排気ガスの空燃比を制御する。これにより、選択されたNOX触媒からSOXが放出される。なお、この場合、選択されたNOX触媒上流の気筒群から排出される排気ガスの空燃比は、一般的には、リッチとされる。
【0090】
そして、これと同時に、他方のNOX触媒から流出した排気ガスが上記選択されたNOX触媒から流出したリッチ空燃比の排気ガスと混ざるように連通路7を通って所定のフィルタに流入するように連通路7内を流れる排気ガスの流れの向きを制御しつつ、このときに所定のフィルタに流入する排気ガスの平均空燃比がリーンとなるように他方のNOX触媒上流の気筒群から排出される排気ガスの空燃比を制御する。これによれば、所定のフィルタには、HCおよびCOとO2とがもたらされ、これらHCおよびCOとO2とが所定のフィルタにおいて発熱反応し、所定のフィルタの温度が上昇する。そして、こうした発熱反応を所定のフィルタの温度が微粒子燃焼温度に達するまで継続する。これにより、所定のフィルタに捕捉されている微粒子が燃焼除去される。なお、この場合、他方のNOX触媒上流の気筒群から排出される排気ガスの空燃比は、一般的には、リーンとされる。
【0091】
このように、本実施形態によれば、所定のNOX触媒からのSOXの放出が行われるのに合わせて、所定のフィルタにおける微粒子の燃焼除去が行われるので、排気浄化装置全体としての排気浄化効率が良いと言える。また、フィルタに捕捉されているトータルの微粒子の量を比較的少ない状態に保っておくことができる。
【0092】
また、図9を参照して以上説明した実施形態は、複数の気筒を有し、これら気筒を少なくとも2つの気筒群にグループ分けし、各気筒群それぞれに独立した排気通路を接続した内燃機関から排出される排気ガスを浄化する排気浄化装置において、各排気通路それぞれに排気ガスを浄化する排気浄化材が配置され、各排気浄化材上流の排気通路同士が連通路によって連通され、連通路上流の各排気通路内にも排気ガスを浄化する排気浄化材が配置され、連通路上流の排気浄化材がそこに流入する排気ガスが所定の性状であると所定の作用を行い、連通路下流の排気浄化材がそこに流入する排気ガスが上記所定の性状とは異なる別の所定の性状であると連通路上流の排気浄化材の上記所定の作用が行われるのに伴って生成される成分を浄化する作用を行い、連通路上流の排気浄化材の上記所定の作用を行わせることが要求されたときに連通路上流の排気浄化材に上記所定の性状の排気ガスが供給され且つ連通路下流の排気浄化材に上記別の所定の性状の排気ガスが供給されるように各気筒群から排出される排気ガスの空燃比と連通路内を流れる排気ガスの流れの向きとを制御するという発明の実施の形態であると捉えられる。
【0093】
ところで、フィルタP1,P2が捕捉可能な微粒子の量には限界があり、フィルタに捕捉されている微粒子の量(以下、微粒子捕捉量とも称す)が一定の量を超えると、フィルタに起因する圧力損失が許容値を超えてしまう。
【0094】
したがって、これを回避するためには、各フィルタP1,P2の微粒子捕捉量がその許容限界値に達したとき、あるいは、許容限界値に達する前に、フィルタにて微粒子を除去する必要がある。ここで、フィルタの温度を微粒子燃焼温度にまで上昇させ且つフィルタ内部を酸化雰囲気にすれば、フィルタに捕捉されている微粒子は燃焼除去される。
【0095】
そこで、本実施形態において、以下のように、フィルタにおいて微粒子を燃焼除去する処理(以下、微粒子燃焼除去処理とも称す)を行う。すなわち、始めに、各フィルタに捕捉されているトータルの微粒子量が許容量を超えているか否かを判別することによって、微粒子を燃焼除去すべきフィルタとしていずれか一方のフィルタを選択する。ここで、例えば、第1フィルタP1が選択された場合には、第1NOX触媒N1に流入する排気ガスの空燃比がリッチとなるように第1気筒群から排出される排気ガスの空燃比を制御する。これにより、第1NOX触媒にてNOXが還元浄化される。なお、この場合、第1気筒群から排出される排気ガスの空燃比は、一般的には、リッチとされる。
【0096】
そして、これと同時に、第2NOX触媒N2から流出した排気ガスが第1NOX触媒N1から流出したリッチ空燃比の排気ガスと混ざるように連通路7を通って第1フィルタP1に流入するように連通路7内を流れる排気ガスの流れの向きを制御しつつ、このときに第1フィルタに流入する排気ガスの平均空燃比がリーンとなるように第2気筒群から排出される排気ガスの空燃比を制御する。これによれば、第1フィルタP1には、HCおよびCOとO2とがもたらされ、これらHCおよびCOとO2とが第1フィルタにおいて発熱反応し、第1フィルタの温度が上昇する。そして、こうした発熱反応を第1フィルタの温度が微粒子燃焼温度に達するまで継続する。これにより、第1フィルタに捕捉されている微粒子が燃焼除去される。なお、この場合、第2気筒群から排出される排気ガスの空燃比は、一般的には、リーンとされる。
【0097】
一方、微粒子を燃焼除去すべきフィルタとして第2フィルタP2が選択された場合には、第2NOX触媒N2に流入する排気ガスの空燃比がリッチとなるように第2気筒群から排出される排気ガスの空燃比を制御する。これにより、第2NOX触媒にてNOXが還元浄化される。なお、この場合、第2気筒群から排出される排気ガスの空燃比は、一般的には、リッチとされる。
【0098】
そして、これと同時に、第1NOX触媒N1から流出した排気ガスが第2NOX触媒N2から流出したリッチ空燃比の排気ガスと混ざるように連通路7を通って第2フィルタP2に流入するように連通路7内を流れる排気ガスの流れの向きを制御しつつ、このときに第2フィルタに流入する排気ガスの平均空燃比がリーンとなるように第1気筒群から排出される排気ガスの空燃比を制御する。これによれば、第2フィルタP2には、HCおよびCOとO2とがもたらされ、これらHCおよびCOとO2とが第2フィルタにおいて発熱反応し、第2フィルタの温度が上昇する。そして、こうした発熱反応を第2フィルタの温度が微粒子燃焼温度に達するまで継続する。これにより、第2フィルタに捕捉されている微粒子が燃焼除去される。なお、この場合、第1気筒群から排出される排気ガスの空燃比は、一般的には、リーンとされる。
【0099】
このように、本実施形態によれば、所定のフィルタにおける微粒子の燃焼除去が行われるのに合わせて、所定のNOX触媒におけるNOXの還元浄化が行われるので、排気浄化装置全体としての排気浄化効率が良いと言える。また、NOX触媒に捕捉されているトータルのNOXの量を比較的少ない状態に保っておくことができる。
【0100】
なお、微粒子を燃焼除去すべきフィルタとして、第1フィルタP1が選択された場合には第1NOX触媒N1にリッチ空燃比の排気ガスを供給する代わりに、第1NOX触媒にリッチ空燃比の排気ガスを供給しつつ第1NOX触媒の温度をSOX放出温度にまで上昇させ、第2フィルタP2が選択された場合には第2NOX触媒N2にリッチ空燃比の排気ガスを供給する代わりに、第2NOX触媒にリッチ空燃比の排気ガスを供給しつつ第2NOX触媒の温度をSOX放出温度にまで上昇させるようにしてもよい。これによれば、所定のNOX触媒からのSOXの放出と所定のフィルタにおける微粒子の燃焼除去とが同時に行われるので、排気浄化装置全体としての排気浄化効率が良いと言える。
【0101】
また、本実施形態では、フィルタ上流と下流に配置された圧力センサ14a、15a、14b、15bによって検出される圧力の差が許容値よりも大きくなったときに、フィルタに起因する圧力損失が許容値よりも大きく、したがって、フィルタに捕捉されている微粒子の量が許容量よりも多いと判断し、そのフィルタを微粒子を燃焼除去すべきフィルタとして選択する。
【0102】
また、単位時間当たりに各気筒から排出される微粒子の量は機関回転数と機関負荷との関数で表すことができる。したがって、上述した実施形態において、圧力センサの出力を利用して微粒子を燃焼除去する処理を施すフィルタを選択する代わりに、単位時間当たりに各気筒から排出される微粒子の量を図11に示したような機関回転数Nと機関負荷Lとの関数のマップの形で予め求めて記憶しておき、このマップに基づいて機関回転数Nと機関負荷Lとから各気筒から排出される微粒子の量を算出し、これら算出された微粒子の量のうち第1気筒群から排出される微粒子の量を積算することによって第1フィルタに捕捉されているトータルの微粒子の量を算出し、第2気筒群から排出される微粒子の量を積算することによって第2フィルタに捕捉されているトータルの微粒子の量を算出し、こうして算出されたトータルの微粒子の量が許容量を超えたほうのフィルタを、微粒子を燃焼除去すべきフィルタとして選択するようにしてもよい。
【0103】
また、上述した実施形態において、微粒子を燃焼除去するためにフィルタにリッチ空燃比の排気ガスとリーン空燃比の排気ガスとを供給したときに、このフィルタにおけるHCおよびCOとO2との発熱反応を促進するために、各フィルタに、例えば、白金などの貴金属触媒を担持してもよい。
【0104】
また、上述した実施形態において、フィルタの代わりに、排気ガス中の微粒子を捕捉すると共に捕捉した微粒子を比較的短時間(数分から数十分)のうちに連続的に酸化除去可能なパティキュレートフィルタ(詳細は後述する)を採用してもよい。
【0105】
なお、図9を参照して説明した実施形態は、複数の気筒を有し、これら気筒を少なくとも2つの気筒群にグループ分けし、各気筒群それぞれに独立した排気通路を接続した内燃機関から排出される排気ガスを浄化する排気浄化装置において、各排気通路それぞれに排気ガスを浄化する排気浄化材が配置され、各排気浄化材上流の排気通路同士が連通路によって連通され、連通路下流の所定の1つの排気浄化材の温度を上昇させることが要求されたときに一方の気筒群からリッチ空燃比の排気ガスが排出され且つ他方の気筒群からリーン空燃比の排気ガスが排出されるように各気筒群から排出される排気ガスの空燃比を制御すると共に、これらリッチ空燃比の排気ガスとリーン空燃比の排気ガスとが連通路下流の所定の1つの排気浄化材に流入するように上記連通路内を流れる排気ガスの流れの向きを制御するという発明の実施の形態であると捉えられる。
【0106】
そして、このように発明を捉えると、連通路下流の排気浄化材は、上述したフィルタに限られず、特定の条件が成立したときにその温度を上昇することが要求されるものであればよい。
【0107】
また、図9を参照して説明した実施形態は、より広く捉えると、複数の気筒を有し、これら気筒を少なくとも2つの気筒群にグループ分けし、各気筒群それぞれに独立した排気通路を接続した内燃機関から排出される排気ガスを浄化する排気浄化装置において、各排気通路それぞれに排気ガスを浄化する排気浄化材が配置され、各排気浄化材上流の排気通路同士が連通路によって連通され、所定の排気浄化材に所定の性状の排気ガスを供給することが要求されたときに該所定の排気浄化材に上記所定の性状の排気ガスが供給されるように各気筒群から排出される排気ガスの空燃比と連通路内を流れる排気ガスの流れの向きとを制御するという発明の実施の形態でもある。
【0108】
そして、このように発明を捉えると、連通路下流の排気浄化材は、上述したフィルタに限られず、所定の性状(例えば、空燃比や温度)の排気ガスを供給する必要が生じるものであればよい。
【0109】
次に、排気ガス中の微粒子を捕捉すると共に捕捉した微粒子を比較的短時間(数分から数十分)のうちに連続的に酸化除去可能なパティキュレートフィルタ(以下、単に、フィルタと称す)について、図12および図13を参照して説明する。
【0110】
図12に示したフィルタは、ハニカム構造の担体60を具備する。担体60内には、隔壁61によって複数の排気ガス流路62,63が形成されている。隣り合う排気ガス流路62,63のうち一方の排気ガス流路62は、担体60の一方の端面において、栓64によって閉塞されており、他方の排気ガス流路63は、担体60の他方の端面において、栓65によって閉塞されている。
【0111】
担体60はコージェライト等の多孔質材料からなるので、隔壁61内には多数の細孔があり、排気ガスは、図12の矢印で示したように、この細孔を通ることによって排気ガス流路62から隔壁61を通過して排気ガス流路63内に流入することができる。
【0112】
隔壁61の両壁面上、および、隔壁61の細孔を画成する壁面上に全面に亘って、例えば、アルミナからなる担体層が形成され、この担体層上に、貴金属触媒と、活性酸素生成剤とが担持されている。
【0113】
貴金属触媒としては、白金(Pt)が用いられる。一方、活性酸素生成剤としては、カリウム(K)、ナトリウム(Na)、リチウム(Li)、セシウム(Cs)、ルビジウム(Rb)のようなアルカリ金属、バリウム(Ba)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)のようなアルカリ土類金属、ランタン(La)、イットリウム(Y)、セリウム(Ce)のような希土類、鉄(Fe)のような遷移金属、およびスズ(Sn)のような炭素族元素から選ばれた少なくとも一つが用いられる。
【0114】
活性酸素生成剤は、周囲に過剰な酸素が存在すると酸素を吸収によって保持し且つ周囲の酸素濃度が低下すると保持している酸素を活性酸素の形で解放することによって活性酸素を生成する。次に、活性酸素生成剤の活性酸素生成作用について、担体上に白金およびカリウム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、アルカリ土類金属、希土類、遷移金属を用いても同様な活性酸素生成作用が行われる。
【0115】
圧縮着火式の内燃機関から排出される排気ガスの空燃比は、通常、リーンであるので、フィルタに流入する排気ガスは多量の過剰空気を含んでいる。また、圧縮着火式の内燃機関の気筒内ではNOが発生する。したがって、排気ガス中にはNOが含まれている。このため過剰酸素、および、NOを含んだ排気ガスがフィルタの排気ガス流路62内に流入することになる。
【0116】
図13(A)および(B)は、隔壁61上に形成された担体層の表面の拡大図を模式的に表わしている。なお、図13(A)および(B)において、65は白金の粒子を示し、66はカリウムを含んでいる活性酸素生成剤を示している。
【0117】
排気ガスがフィルタの排気ガス流路62内に流入すると、図13(A)に示したように、排気ガス中の酸素(O2)がO2 -またはO2-の形で白金の表面に付着する。排気ガス中のNOはこれらO2 -またはO2-と反応し、NO2となる。斯くして生成されたNO2の一部は、白金上で酸化されつつ活性酸素生成剤66内に吸収によって保持され、図13(A)に示したように、カリウム(K)と結合しながら硝酸イオン(NO3 -)の形で活性酸素生成剤66内に拡散し、硝酸カリウム(KNO3)を生成する。すなわち、排気ガス中の酸素が硝酸カリウム(KNO3)の形で活性酸素生成剤66内に吸収によって保持される。
【0118】
ここで、気筒内においては主にカーボン(C)からなる微粒子が生成される。したがって、排気ガス中にはこれら微粒子が含まれている。排気ガス中に含まれているこれら微粒子は排気ガスが排気ガス流路62内を流れているとき、あるいは、隔壁61の細孔内を通過するときに、図13(B)において67で示したように、活性酸素生成剤66の表面上に接触して付着する。
【0119】
このように微粒子67が活性酸素生成剤66の表面上に付着すると、微粒子67と活性酸素生成剤66との接触面では酸素濃度が低下する。すなわち、活性酸素生成剤66の周囲の酸素濃度が低下する。酸素濃度が低下すると酸素濃度の高い活性酸素生成剤66内との間で濃度差が生じ、斯くして、活性酸素生成剤66内の酸素が微粒子67と活性酸素生成剤66との接触面に向けて移動しようとする。その結果、活性酸素生成剤66内に形成されている硝酸カリウム(KNO3)がカリウム(K)と酸素(O)とNOとに分解され、酸素(O)が微粒子67と活性酸素生成剤66との接触面に向かい、その一方で、NOが活性酸素生成剤66から外部に放出される。
【0120】
ここで、微粒子67と活性酸素生成剤66との接触面に向かう酸素は、硝酸カリウムといった化合物から分解された酸素であるので、不対電子を有し、したがって、極めて高い反応性を有する活性酸素となっている。こうして活性酸素生成剤66は活性酸素を生成する。なお、外部に放出されたNOは下流側の白金上において酸化され、再び活性酸素生成剤66内に保持される。
【0121】
活性酸素生成剤66によって生成される活性酸素はそこに付着した微粒子を酸化除去するために消費される。すなわち、フィルタに捕集された微粒子は活性酸素生成剤66によって生成される活性酸素によって酸化除去される。このように、フィルタに捕集されている微粒子は、反応性の高い活性酸素によって、輝炎を発することなく酸化除去される。このように輝炎を発することのない酸化によって微粒子を除去すれば、フィルタの温度が過剰に高くなることがなく、したがって、フィルタが熱劣化することがない。
【0122】
さらに、微粒子を酸化除去するために利用される活性酸素は反応性が高いので、フィルタの温度が比較的低くても、微粒子は酸化除去される。すなわち、圧縮点火式内燃機関から排出される排気ガスの温度が比較的低く、このため、フィルタの温度も比較的低いことが多いが、このフィルタでは、フィルタの温度を上昇させるための特別な処理を実行しなくても、フィルタに捕集された微粒子は酸化除去され続ける。
【0123】
なお、活性酸素生成剤66は周囲に過剰な酸素が存在するとNOXを硝酸イオンの形で保持することによって結果的に酸素を保持する。すなわち、活性酸素生成剤66は周囲に過剰な酸素が存在するとNOXを吸収によって保持する。一方、活性酸素生成剤66は周囲の酸素濃度が低下すると硝酸イオンの形で保持されているNOXを解放することによって活性酸素を生成する。すなわち、活性酸素生成剤66は周囲の酸素濃度が低下するとNOXを解放する。したがって、活性酸素生成剤66はNOX保持剤としても機能する。
【0124】
ここで、活性酸素生成剤66周りの酸素濃度が低下する場合とは、上述したように、周囲の雰囲気はリーン雰囲気であるが活性酸素生成剤66に微粒子が付着した場合の他に、フィルタに流入する排気ガスの空燃比がリッチとなって周囲の雰囲気がリッチ雰囲気となった場合がある。
【0125】
周囲の雰囲気はリッチ雰囲気であるが活性酸素生成剤66に微粒子が付着することで活性酸素生成剤66周りの酸素濃度が低下した場合に解放されたNOXは、上述したように、再び活性酸素生成剤66に吸収によって保持される。一方、フィルタに流入する排気ガスの空燃比がリッチとなって周囲の雰囲気がリッチ雰囲気となった場合に解放されたNOXは、白金の作用によって排気ガス中の炭化水素で還元浄化される。云い換えれば、内燃機関からリッチ空燃比の排気ガスが排出されるように内燃機関の運転を制御すれば、活性酸素生成剤66に保持されているNOXを還元浄化することができる。したがって、このフィルタは、活性酸素生成剤66と白金とからなるNOX触媒を具備するとも言える。
【0126】
また、このように活性酸素生成剤66はNOXをも保持するのであるが、NOXを保持するメカニズムと同じメカニズムでSOXをも保持する。活性酸素生成剤66は、上述したように、NOXを解放(放出)することによって活性酸素を生成するが、SOXを解放(放出)することによっても活性酸素を生成する。しかしながら、SOXはNOXよりも解放されづらく、また、SOXが保持されている分だけ活性酸素生成剤66が保持可能なNOXの量は少なくなってしまう。したがって、できるだけ活性酸素を生成しやすくするためには、活性酸素生成剤66が保持可能なNOXの量をできるだけ多い状態に維持する必要がある。すなわち、できるだけ活性酸素を生成しやすくするためには、活性酸素生成剤66に保持(捕捉)されているトータルのSOXの量が許容量に達したときに保持(捕捉)されているSOXを活性酸素生成剤66から放出させる必要がある。
【0127】
したがって、上述した実施形態において、連通路上流の排気浄化材としてこのフィルタを採用した場合にも、このフィルタに捕捉されているトータルのSOXの量が許容量に達したときにはこのフィルタからSOXを放出させる必要が生じるのである。なお、この場合においても、このフィルタに流入する排気ガスの空燃比をリッチとし且つこのフィルタの温度をSOX放出温度にまで上昇させれば、フィルタからSOXが放出される。
【0128】
さらに、このフィルタは、比較的短時間のうちに微粒子を連続的に酸化除去することができるので、単位時間当たりにフィルタに流入する微粒子の量が単位時間当たりにフィルタが酸化除去可能な微粒子の量を超えない限り、フィルタに捕捉されているトータルの微粒子の量は比較的少ない状態に保たれている。しかしながら、単位時間当たりにフィルタに流入する微粒子の量が単位時間当たりにフィルタが酸化除去可能な微粒子の量を超えてしまい、この状態が長く継続すると、フィルタに捕捉されているトータルの微粒子の量が多くなり、このフィルタに起因する圧力損失が大きくなってしまう。したがって、できるだけこのフィルタに起因する圧力損失を小さい状態に維持しておくためには、フィルタに捕捉されているトータルの微粒子の量が許容量に達したときに、フィルタに捕捉されている微粒子を燃焼除去する必要がある。
【0129】
したがって、上述した実施形態において、連通路上流の排気浄化材としてこのフィルタを採用した場合にも、このフィルタに捕捉されているトータルの微粒子の量が許容量に達したときにはこのフィルタに捕捉されている微粒子を燃焼除去させる必要が生じるのである。なお、この場合においても、このフィルタに流入する排気ガスの空燃比をリーンとし且つこのフィルタの温度を微粒子燃焼温度にまで上昇させれば、フィルタに捕捉されている微粒子が燃焼除去される。ただし、このフィルタに関する微粒子燃焼温度は、一般的には、図10を参照して説明したフィルタに関する微粒子燃焼温度よりも低い。
【0130】
また、このフィルタにおいては、その温度が高いほど単位時間当たりにフィルタが酸化除去可能な微粒子の量が多くなる。したがって、単位時間当たりにフィルタに流入する微粒子の量がそのときにフィルタが単位時間当たりに酸化除去可能な微粒子の量よりも多くなったときに、フィルタの温度を上昇させれば、酸化除去されずにフィルタに堆積している微粒子の量を少ない状態に保つことができる。
【0131】
したがって、上述した実施形態において、連通路下流の排気浄化材としてこのフィルタを採用した場合、単位時間当たりにフィルタに流入する微粒子の量がそのときにフィルタが単位時間当たりに酸化除去可能な微粒子の量よりも多くなったときにフィルタの温度を上昇させる必要が生じることになる。
【0132】
ところで、上述した実施形態において、SOX放出処理、NOX還元浄化処理、または、微粒子燃焼除去処理を行うときに、連通路を介して一方の排気管から他方の排気管へと排気ガスを積極的に流すようにはしていないが、以下で説明する実施形態では、連通路を介して一方の排気管から他方の排気管へと排気ガスを積極的に流すようにしている。この実施形態について、図14を参照して説明する。
【0133】
図14に示した実施形態は、概ね、図1に示した実施形態と同じであるが、本実施形態では、各気筒に、それぞれ、吸気枝管IN1〜IN4が接続されている。第1気筒♯1に接続されている吸気枝管(以下、第1吸気枝管とも称す)IN1と第4気筒♯4に接続されている吸気枝管(以下、第4吸気枝管とも称す)IN4とは上流側にて共通の吸気管(以下、第1吸気管とも称す)A1に接続されている。一方、第2気筒♯2に接続されている吸気枝管(以下、第2吸気枝管とも称す)IN2と第3気筒♯3に接続されている吸気枝管(以下、第3吸気枝管とも称す)IN3とは上流側にて共通の吸気管(以下、第2吸気管とも称す)A2に接続されている。さらに、第1吸気管A1と第2吸気管A2とは上流側にて共通の吸気管3に接続されている。
【0134】
第1吸気管A1内には、スロットル弁(以下、第1スロットル弁とも称す)5aが配置され、第2吸気管A2内には、スロットル弁(以下、第2スロットル弁とも称す)5bが配置されている。各スロットル弁5a、5bには、これらスロットル弁を駆動するためのステップモータ6a、6bがそれぞれ接続されている。これらステップモータ6a、6bは対応する駆動回路Dを介して出力ポート26に接続され、これらの作動はECU20によって制御される。
【0135】
本実施形態によれば、スロットル弁が第1吸気管および第2吸気管それぞれ別個に配置されているので、第1気筒♯1および第4気筒♯4に吸入される空気の量と、第2気筒♯2および第3気筒♯3に吸入される空気の量とを独立して制御することができる。言い換えれば、本実施形態によれば、気筒群毎に吸入される空気の量を独立して制御することができる。
【0136】
また、第1酸化触媒O1下流の第1排気管G1から第1吸気管A1までEGR通路(以下、第1EGR通路とも称す)8aが延び、この第1EGR通路8aには、その中を流れる排気ガスを冷却するためのインタークーラ9aと、第1吸気管A1に導入される排気ガスの流量を制御するためのEGR制御弁10aとが配置されている。一方、第2酸化触媒O2下流の第2排気管G2から第2吸気管A2までEGR通路(以下、第2EGR通路とも称す)8bが延び、この第2EGR通路8bには、その中を流れる排気ガスを冷却するためのインタークーラ9bと、第2吸気管A2に導入される排気ガスの流量を制御するためのEGR制御弁10bとが配置されている。
【0137】
本実施形態では、以下のように、SOX放出処理を行う。すなわち、始めに、各NOX触媒に捕捉されているSOXの量が許容量を超えているか否かを判別することによって、SOXを放出させるべきNOX触媒としていずれか一方のNOX触媒を選択する。そして、選択されたNOX触媒に流入する排気ガスの空燃比がリッチとなり且つこの選択されたNOX触媒の温度がSOX放出温度にまで上昇するようにこの選択されたNOX触媒上流の気筒群から排出される排気ガスの空燃比を制御する。これにより、選択されたNOX触媒からSOXが放出される。なお、この場合、選択されたNOX触媒上流の気筒群から排出される排気ガスの空燃比は、一般的には、リッチとされる。
【0138】
そして、これと同時に、別のNOX触媒から流出した排気ガスが上記選択されたNOX触媒から流出したリッチ空燃比の排気ガスと混ざるように連通路7を通って上記選択されたNOX触媒下流の酸化触媒(詳細には、選択されたNOX触媒が配置されている排気管と同じ排気管内に配置されている酸化触媒であり、以下、単に、選択されたNOX触媒下流の酸化触媒と称す)に流入するように上記別のNOX触媒上流の気筒群から排出される排気ガスの量が上記選択されたNOX触媒上流の気筒群から排出される排気ガスの量よりも相対的に多くなるように各スロットル弁5a、5bの開度およびEGR制御弁10a、10bの開度の少なくとも一方を制御しつつ(すなわち、連通路7内を流れる排気ガスの流れの向きを制御しつつ)、このときに上記酸化触媒に流入する排気ガスの平均空燃比がリーンとなるように上記別のNOX触媒上流の気筒群から排出される排気ガスの空燃比を制御する。これにより、NOX触媒からのSOXの放出に伴って生成された硫化水素を酸化触媒にて酸化浄化することができる。なお、この場合、上記別のNOX触媒上流の気筒群から排出される排気ガスの空燃比は、一般的には、リーンとされる。
【0139】
これによれば、スロットル弁の開度およびEGR制御弁の開度の少なくとも一方を制御することによって、一方の排気管から他方の排気管へ連通路を介して流入する排気ガスの量(流量)を広い範囲で制御可能であるので、上記選択されたNOX触媒下流の酸化触媒に流入する排気ガスの空燃比の制御範囲が広くなり、したがって、より確実に、酸化触媒に所望の空燃比の排気ガスを供給することができる。
【0140】
すなわち、図1や図9を参照して説明した実施形態では、SOX放出処理中またはNOX還元浄化処理中または微粒子燃焼除去処理中において、連通路を介して一方の排気通路から他方の排気通路に排気ガスを流入させるのは排気ガス自体の脈動であるので、一方の排気通路から他方の排気通路に流れ込む排気ガスの量、すなわち、連通路内を流れる排気ガスの量(流量)は、比較的少ない。ところが、連通路内を流れる排気ガスの量(流量)を広い範囲で制御できるほうが、連通路下流の他方の排気通路内に配置されている排気浄化材に流入する排気ガスの空燃比を広い範囲で制御することができる。すなわち、図1や図9を参照して説明した実施形態では、連通路下流の他方の排気通路内に配置されている排気浄化材に流入する排気ガスの空燃比の制御範囲が比較的狭い。
【0141】
したがって、本実施形態によれば、上記選択されたNOX触媒下流の酸化触媒に流入する排気ガスの空燃比の制御範囲が広くなり、したがって、より確実に、酸化触媒に所望の空燃比の排気ガスを供給することができるのである。
【0142】
なお、図14を参照して以上説明した実施形態は、少なくとも一方の気筒群に吸入されるガス量を制御することによって連通路内を流れる排気ガスの流れの向きを制御するという発明の実施の形態であり、この発明は図1および図9を参照して説明した実施形態において連通路内を流れる排気ガスの流れの向きを制御する目的で利用可能な発明である。
【0143】
次に、図15を参照してさらに別の実施形態について説明する。図15に示した実施形態は、概ね、図1に示した実施形態と同じであるが、本実施形態では、第1酸化触媒O1下流の第1排気管G1内に、この第1排気管G1の流路面積を調整するための弁(以下、第1流路面積調整弁と称す)16aが配置されている。第1流路面積調整弁10aには、この第1流路面積調整弁を駆動するためのステップモータ17aが接続されている。一方、第2酸化触媒O2下流の第2排気管G2内に、この第2排気管G2の流路面積を調整するための弁(以下、第2流路面積調整弁と称す)16bが配置されている。第2流路面積調整弁16bには、この第2流路面積調整弁を駆動するためのステップモータ17bが接続されている。ステップモータ17a、17bはそれぞれ対応する駆動回路Dを介して出力ポート26に接続され、これらの作動はECU20によって制御される。
【0144】
流路面積調整弁16a、16bの開度を制御することによって酸化触媒O1,O2下流における流路抵抗が制御され、流路面積調整弁の開度が小さくなるほど流路抵抗は大きくなる。例えば、第1流路面積調整弁16aの開度を最大値に維持した状態で、第2流路面積調整弁16bの開度を最大値よりも小さくすると、第2排気管G2における流路抵抗は第1排気管G1における流路抵抗よりも大きくなる。この場合、各気筒群から排出される排気ガスの量が等しいとしても、第2気筒群から排出された排気ガスは、連通路7を介して、第1排気管G1に流入する。もちろん、これとは逆に、第2流路面積調整弁16bの開度を最大値に維持した状態で、第1流路面積調整弁16aの開度を最大値よりも小さくすると、第1気筒群から排出された排気ガスは、連通路7を介して、第2排気管G2に流入する。すなわち、各酸化触媒下流における流路抵抗を相対的に異ならせることによって、連通路を介して一方の排気通路から他方の排気通路へ排気ガスが流れ込みやすくなる。
【0145】
本実施形態では、以下のように、SOX放出処理を行う。すなわち、始めに、各NOX触媒に捕捉されているSOXの量が許容量を超えているか否かを判別することによって、SOXを放出させるべきNOX触媒としていずれか一方のNOX触媒を選択する。そして、選択されたNOX触媒に流入する排気ガスの空燃比がリッチとなり且つこの選択されたNOX触媒の温度がSOX放出温度にまで上昇するようにこの選択されたNOX触媒上流の気筒群から排出される排気ガスの空燃比を制御する。これにより、選択されたNOX触媒からSOXが放出される。なお、この場合、選択されたNOX触媒上流の気筒群から排出される排気ガスの空燃比は、一般的には、リッチとされる。
【0146】
そして、これと同時に、別のNOX触媒から流出した排気ガスが上記選択されたNOX触媒から流出したリッチ空燃比の排気ガスと混ざるように連通路7を通って上記選択されたNOX触媒下流の酸化触媒に流入するように少なくとも一方の流路面積調整弁16a、16bの開度を制御しつつ(すなわち、連通路7内を流れる排気ガスの流れの向きを制御しつつ)このときに上記酸化触媒に流入する排気ガスの平均空燃比がリーンとなるように上記別のNOX触媒上流の気筒群から排出される排気ガスの空燃比を制御する。これにより、NOX触媒からのSOXの放出に伴って生成された硫化水素を酸化触媒にて酸化浄化することができる。なお、この場合、上記別のNOX触媒上流の気筒群から排出される排気ガスの空燃比は、一般的には、リーンとされる。
【0147】
これによれば、図14を参照して説明した実施形態と同様に、少なくとも一方の流路面積調整弁の開度を制御することによって、一方の排気管から他方の排気管へ連通路を介して流入する排気ガスの量を広い範囲で制御可能であるので、上記選択されたNOX触媒下流の酸化触媒に流入する排気ガスの空燃比の制御範囲が広くなり、したがって、より確実に、酸化触媒に所望の空燃比の排気ガスを供給することができる。
【0148】
なお、図15を参照して以上説明した実施形態は、連通路下流の少なくとも1つの排気浄化材下流の排気通路に該排気通路の流路面積を調整する流路面積調整弁が配置され、該流路面積調整弁の開度を制御することによって上記連通路内を流れる排気ガスの流量を制御するという発明の実施の形態であり、この発明は図1および図9および図14を参照して説明した実施形態において連通路内を流れる排気ガスの流れの向きを制御する目的で利用可能である。
【0149】
また、上述した全ての実施形態では、連通路上流の所定の排気浄化材に所定の性状の排気ガスを供給することが要求されたときには、この所定の排気浄化材が配置されている排気通路にもう一方の排気通路から排気ガスが流入するように連通路内を流れる排気ガスの流れの向きが制御されているが、広く捉えれば、これとは逆に、所定の排気浄化材が配置されている排気通路からもう一方の排気通路に排気ガスが流入するように連通路内を流れる排気ガスの流れの向きを制御するようにしてもよい。この場合、連通路上流の所定の排気浄化材と連通路下流の所定の排気浄化材とは互いに異なる排気通路に配置されている排気浄化材となる。
【0150】
また、上述した全ての実施形態において、連通路下流の排気浄化材下流それぞれに排気ガスの空燃比を検出するための空燃比センサを配置し、これら空燃比センサによって検出される排気ガスの空燃比に基づいて、連通路下流の所定の排気浄化材に流入する排気ガスの空燃比が要求されている空燃比となるように、各気筒群から排出される排気ガスの空燃比を制御するようにしてもよい。
【0151】
【発明の効果】
本発明によれば、所定の排気浄化材に各気筒群から排出された排気ガスを流入させることができるので、所定の性状の排気ガスを所定の排気浄化材に供給することが要求されたときに、この要求をより確実に満たすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態の排気浄化装置を備えた内燃機関を示す図である。
【図2】NOX触媒の構成を詳細に示す図であり、(A)はNOX触媒の端面図であり、(B)はNOX触媒の縦断面図である。
【図3】酸化触媒の構成を詳細に示す図であり、(A)は酸化触媒の端面図であり、(B)は酸化触媒の縦断面図である。
【図4】目標吸気量を求めるためのマップを示す図である。
【図5】目標EGR率を求めるためのマップを示す図である。
【図6】単位時間当たりに各気筒から排出される排気ガス中に含まれるSOXの量を算出するためのマップを示す図である。
【図7】単位時間当たりに各気筒から排出される排気ガス中に含まれるNOXの量を算出するためのマップを示す図である。
【図8】本発明を適用可能な内燃機関を示す図である。
【図9】本発明の別の実施形態の排気浄化装置を備えた内燃機関を示す図である。
【図10】パティキュレートフィルタの構成を詳細に示す図であり、(A)はパティキュレートフィルタの端面図であり、(B)はパティキュレートフィルタの縦断面図である。
【図11】単位時間当たりに各気筒から排出される排気ガス中に含まれる微粒子の量を算出するためのマップを示す図である。
【図12】パティキュレートフィルタの構成を詳細に示す図であり、(A)はパティキュレートフィルタの端面図であり、(B)はパティキュレートフィルタの縦断面図である。
【図13】図12に示したパティキュレートフィルタの微粒子酸化除去作用を説明するための図である。
【図14】本発明のさらに別の実施形態の排気浄化装置を備えた内燃機関を示す図である。
【図15】本発明のさらに別の実施形態の排気浄化装置を備えた内燃機関を示す図である。
【符号の説明】
1…機関本体
7…連通路
E1〜E4…排気枝管
G1,G2…排気管
O1,O2…酸化触媒
N1,N2…NOX触媒
P1,P2…パティキュレートフィルタ
Claims (11)
- 複数の気筒を有し、これら気筒を少なくとも2つの気筒群にグループ分けし、各気筒群それぞれに独立した排気通路を接続した内燃機関から排出される排気ガスを浄化する排気浄化装置において、各排気通路それぞれに排気ガスを浄化する排気浄化材が配置され、各排気浄化材上流の排気通路同士が連通路によって連通され、所定の排気浄化材に所定の性状の排気ガスを供給することが要求されたときに該所定の排気浄化材に上記所定の性状の排気ガスが供給されるように各気筒群から排出される排気ガスの空燃比と上記連通路内を流れる排気ガスの流れの向きとを制御し、
上記連通路上流の各排気通路内にも排気ガスを浄化する排気浄化材が配置され、
上記連通路上流の排気浄化材がそこに流入する排気ガスが所定の性状であると所定の作用を行い、上記連通路下流の排気浄化材がそこに流入する排気ガスが上記所定の性状とは異なる別の所定の性状であると上記連通路上流の排気浄化材の上記所定の作用が行われるのに伴って生成される成分を浄化する作用を行い、上記連通路上流の排気浄化材の上記所定の作用を行わせることが要求されたときに上記連通路上流の排気浄化材に上記所定の性状の排気ガスが供給され且つ上記連通路下流の排気浄化材に上記別の所定の性状の排気ガスが供給されるように各気筒群から排出される排気ガスの空燃比と上記連通路内を流れる排気ガスの流れの向きとを制御する、ことを特徴とする排気浄化装置。 - 上記連通路下流の排気浄化材がそこに流入する排気ガスの空燃比がリーンであると排気ガス中の特定成分を酸化し、上記連通路上流の排気浄化材がそこに流入する排気ガスの空燃比がリーンであると排気ガス中の硫黄成分を捕捉するが該連通路上流の排気浄化材の温度が特定の温度に達し且つ該排気浄化材に流入する排気ガスの空燃比がリッチとなると捕捉している硫黄成分を放出し、上記連通路上流の所定の1つの排気浄化材から硫黄成分を放出させることが要求されたときに該所定の1つの排気浄化材に流入する排気ガスの空燃比がリッチとなり且つ該所定の1つの排気浄化材の温度が上記特定の温度に達すると共に上記連通路下流の排気浄化材に流入する排気ガスの平均空燃比がリーンとなるように各気筒群から排出される排気ガスの空燃比と上記連通路内を流れる排気ガスの流れの向きとを制御する、ことを特徴とする請求項1に記載の排気浄化装置。
- 上記連通路下流の所定の1つの排気浄化材の温度を上昇させることが要求されたときに一方の気筒群からリッチ空燃比の排気ガスが排出され且つ他方の気筒群からリーン空燃比の排気ガスが排出されるように各気筒群から排出される排気ガスの空燃比を制御すると共に、これらリッチ空燃比の排気ガスとリーン空燃比の排気ガスとが上記連通路下流の所定の1つの排気浄化材に流入するように上記連通路内を流れる排気ガスの流れの向きを制御する、ことを特徴とする請求項1に記載の排気浄化装置。
- 複数の気筒を有し、これら気筒を少なくとも2つの気筒群にグループ分けし、各気筒群それぞれに独立した排気通路を接続した内燃機関から排出される排気ガスを浄化する排気浄化装置において、各排気通路それぞれに排気ガスを浄化する排気浄化材が配置され、各排気浄化材上流の排気通路同士が連通路によって連通され、所定の排気浄化材に所定の性状の排気ガスを供給することが要求されたときに該所定の排気浄化材に上記所定の性状の排気ガスが供給されるように各気筒群から排出される排気ガスの空燃比と上記連通路内を流れる排気ガスの流れの向きとを制御し、
上記連通路上流の各排気通路内にも排気ガスを浄化する排気浄化材が配置され、
上記連通路下流の排気浄化材が排気ガス中の微粒子を捕捉し、上記連通路上流の排気浄化材がそこに流入する排気ガスの空燃比がリーンであると排気ガス中の窒素酸化物を捕捉するが該連通路上流の排気浄化材に流入する排気ガスの空燃比がリッチとなると捕捉している窒素酸化物を還元浄化し、上記連通路上流の所定の1つの排気浄化材に捕捉されている窒素酸化物を還元浄化することが要求されたときに該所定の1つの排気浄化材に流入する排気ガスの空燃比がリッチとなると共に上記連通路下流の所定の1つの排気浄化材に流入する排気ガスの平均空燃比がリーンとなり且つ該連通路下流の所定の1つの排気浄化材の温度が微粒子が酸化される温度に達するように各気筒群から排出される排気ガスの空燃比と上記連通路内を流れる排気ガスの流れの向きとを制御する、ことを特徴とする排気浄化装置。 - 複数の気筒を有し、これら気筒を少なくとも2つの気筒群にグループ分けし、各気筒群それぞれに独立した排気通路を接続した内燃機関から排出される排気ガスを浄化する排気浄化装置において、各排気通路それぞれに排気ガスを浄化する排気浄化材が配置され、各排気浄化材上流の排気通路同士が連通路によって連通され、所定の排気浄化材に所定の性状の排気ガスを供給することが要求されたときに該所定の排気浄化材に上記所定の性状の排気ガスが供給されるように各気筒群から排出される排気ガスの空燃比と上記連通路内を流れる排気ガスの流れの向きとを制御し、
上記連通路上流の各排気通路内にも排気ガスを浄化する排気浄化材が配置され、
上記連通路下流の排気浄化材が排気ガス中の微粒子を捕捉し、上記連通路上流の排気浄化材がそこに流入する排気ガスの空燃比がリーンであると排気ガス中の硫黄成分を捕捉するが上記連通路上流の排気浄化材の温度が特定の温度に達し且つ該排気浄化材に流入する排気ガスの空燃比がリッチとなると捕捉している硫黄成分を放出し、上記連通路上流の所定の1つの排気浄化材から硫黄成分を放出させることが要求されたときに該所定の1つの排気浄化材に流入する排気ガスの空燃比がリッチとなり且つ該所定の1つの排気浄化材の温度が上記特定の温度に達すると共に上記連通路下流の所定の1つの排気浄化材に流入する排気ガスの平均空燃比がリーンとなり且つ該連通路下流の所定の1つの排気浄化材の温度が微粒子が酸化される温度に達するように各気筒群から排出される排気ガスの空燃比と上記連通路内を流れる排気ガスの流れの向きとを制御する、ことを特徴とする排気浄化装置。 - 複数の気筒を有し、これら気筒を少なくとも2つの気筒群にグループ分けし、各気筒群それぞれに独立した排気通路を接続した内燃機関から排出される排気ガスを浄化する排気浄化装置において、各排気通路それぞれに排気ガスを浄化する排気浄化材が配置され、各排気浄化材上流の排気通路同士が連通路によって連通され、所定の排気浄化材に所定の性状の排気ガスを供給することが要求されたときに該所定の排気浄化材に上記所定の性状の排気ガスが供給されるように各気筒群から排出される排気ガスの空燃比と上記連通路内を流れる排気ガスの流れの向きとを制御し、
上記連通路上流の各排気通路内にも排気ガスを浄化する排気浄化材が配置され、
上記連通路下流の排気浄化材が排気ガス中の微粒子を捕捉し、上記連通路上流の排気浄化材がそこに流入する排気ガスの空燃比がリーンであると排気ガス中の窒素酸化物を捕捉するが該連通路上流の排気浄化材に流入する排気ガスの空燃比がリッチとなると捕捉している窒素酸化物を還元浄化する場合においては上記連通路下流の所定の排気浄化材に捕捉されている微粒子を燃焼除去することが要求されたときに上記連通路上流の所定の1つの排気浄化材に流入する排気ガスの空燃比がリッチとなると共に該連通路下流の所定の1つの排気浄化材に流入する排気ガスの平均空燃比がリーンとなり且つ該連通路下流の所定の1つの排気浄化材の温度が微粒子が酸化される温度に達するように各気筒群から排出される排気ガスの空燃比と上記連通路内を流れる排気ガスの流れの向きとを制御し、上記連通路上流の排気浄化材がそこに流入する排気ガスの空燃比がリーンであると排気ガス中の硫黄成分を捕捉するが該連通路上流の排気浄化材の温度が特定の温度に達し且つ該排気浄化材に流入する排気ガスの空燃比がリッチとなると捕捉している硫黄成分を放出する場合においては上記連通路下流の所定の排気浄化材に捕捉されている微粒子を燃焼除去することが要求されたときに上記連通路上流の所定の1つの排気浄化材に流入する排気ガスの空燃比がリッチとなり且つ該所定の1つの排気浄化材の温度が上記特定の温度に達すると共に上記連通路下流の所定の1つの排気浄化材に流入する排気ガスの平均空燃比がリーンとなり且つ該連通路下流の所定の1つの排気浄化材の温度が微粒子が酸化される温度に達するように各気筒群から排出される排気ガスの空燃比と上記連通路内を流れる排気ガスの流れの向きとを制御する、ことを特徴とする排気浄化装置。 - 少なくとも一方の気筒群に吸入されるガス量を制御することによって上記連通路内を流れる排気ガスの流れの向きを制御する、ことを特徴とする請求項1〜6のいずれか1つに記載の排気浄化装置。
- 上記連通路下流の少なくとも1つの排気浄化材下流の排気通路に該排気通路の流路面積を調整する流路面積調整弁が配置され、該流路面積調整弁の開度を制御することによって上記連通路内を流れる排気ガスの流れの向きを制御する、ことを特徴とする請求項1〜6のいずれか1つに記載の排気浄化装置。
- 上記連通路下流の所定の排気浄化材に所定の性状の排気ガスを供給することが要求されたときに各気筒群から排出される排気ガスの空燃比と上記連通路内を流れる排気ガスの流れの向きとを制御するのに加えて上記連通路内を流れる排気ガスの流量をも制御することによって上記所定の排気浄化材に所定の性状の排気ガスを供給する、ことを特徴とする請求項1〜6のいずれか1つに記載の排気浄化装置。
- 少なくとも一方の気筒群に吸入されるガス量を制御することによって上記連通路内を流れる排気ガスの流量を制御する、ことを特徴とする請求項9に記載の排気浄化装置。
- 上記連通路下流の少なくとも1つの排気浄化材下流の排気通路に該排気通路の流路面積を調整する流路面積調整弁が配置され、該流路面積調整弁の開度を制御することによって上記連通路内を流れる排気ガスの流量を制御する、ことを特徴とする請求項9に記載の排気浄化装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003038208A JP4366950B2 (ja) | 2003-02-17 | 2003-02-17 | 内燃機関の排気浄化装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003038208A JP4366950B2 (ja) | 2003-02-17 | 2003-02-17 | 内燃機関の排気浄化装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2004245183A JP2004245183A (ja) | 2004-09-02 |
JP4366950B2 true JP4366950B2 (ja) | 2009-11-18 |
Family
ID=33022795
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2003038208A Expired - Lifetime JP4366950B2 (ja) | 2003-02-17 | 2003-02-17 | 内燃機関の排気浄化装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4366950B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105257374A (zh) * | 2015-10-02 | 2016-01-20 | 李军 | 一种发动机排气装置及其工艺方法 |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010038019A (ja) * | 2008-08-04 | 2010-02-18 | Komatsu Ltd | 内燃機関の排気ガス浄化装置 |
JP7095317B2 (ja) * | 2018-03-07 | 2022-07-05 | マツダ株式会社 | エンジンの排気浄化制御装置 |
-
2003
- 2003-02-17 JP JP2003038208A patent/JP4366950B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105257374A (zh) * | 2015-10-02 | 2016-01-20 | 李军 | 一种发动机排气装置及其工艺方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2004245183A (ja) | 2004-09-02 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR100950877B1 (ko) | 내연 기관의 배기 정화 장치 및 배기 정화 방법 | |
JP4285460B2 (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
US8051647B2 (en) | Exhaust purification device of internal combustion engine | |
US8087236B2 (en) | Exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine and a method for controlling same apparatus | |
JP2006291873A (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
JP3514218B2 (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
WO2010134204A1 (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
JP2010007639A (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
JP2006336589A (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
JP4366950B2 (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
JP4556364B2 (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
JP2010159727A (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
JP4001019B2 (ja) | ディーゼル機関の排気浄化装置および排気浄化方法 | |
JP4106913B2 (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
JPH06307230A (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
JP4341351B2 (ja) | 排気浄化器の浄化能力回復方法 | |
JP4506544B2 (ja) | 圧縮着火式内燃機関の排気浄化装置 | |
JP2004150382A (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
JP3565135B2 (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
JP2006342814A (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
JP2009108700A (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
JP4506545B2 (ja) | 圧縮着火式内燃機関の排気浄化装置 | |
JP3896856B2 (ja) | 排気ガス浄化装置及び排気ガス浄化方法 | |
JP2009228525A (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
JP3558046B2 (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20060210 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090224 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20090427 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20090804 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20090817 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 4366950 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120904 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130904 Year of fee payment: 4 |
|
EXPY | Cancellation because of completion of term |