JP4552714B2 - Exhaust gas purification device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は内燃機関の排気浄化装置、特にはディーゼル機関の排気浄化装置に関する。 The present invention relates to an exhaust gas purification device for an internal combustion engine, and more particularly to an exhaust gas purification device for a diesel engine.
内燃機関より排出される排気ガス中のNOxを浄化する排気浄化装置として、吸蔵還元型NOx触媒に代表されるNOx吸収剤がある。NOx吸収剤は、流入排気ガスの空燃比がリーン(即ち、酸素過剰雰囲気下)のときにNOxを吸収し、流入排気ガスの酸素濃度が低下したときに吸収したNOxを放出するものであり、このNOx吸収剤の一種である吸蔵還元型NOx触媒は流入排気ガスの空燃比がリーン(即ち、酸素過剰雰囲気下)のときにNOxを吸収し、流入排気ガスの酸素濃度が低下したときに吸収したNOxを放出しN2に還元する触媒である。 As an exhaust purification device that purifies NOx in exhaust gas discharged from an internal combustion engine, there is a NOx absorbent represented by a NOx storage reduction catalyst. The NOx absorbent absorbs NOx when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lean (that is, in an oxygen-excess atmosphere), and releases the absorbed NOx when the oxygen concentration of the inflowing exhaust gas decreases, The NOx storage reduction catalyst, which is a kind of NOx absorbent, absorbs NOx when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lean (ie, in an oxygen-excess atmosphere) and absorbs when the oxygen concentration of the inflowing exhaust gas decreases. This catalyst releases released NOx and reduces it to N 2 .
この吸蔵還元型NOx触媒(以下、単に触媒あるいはNOx触媒ということもある)を内燃機関の排気管に配置すると、リーン空燃比の排気ガスが流れたときには排気ガス中のNOxが触媒に吸収され、ストイキ(理論空燃比)あるいはリッチ空燃比の排気ガスが流れたときに触媒に吸収されていたNOxがNO2として放出され、さらに排気ガス中のHCやCOなどの還元成分によってN2に還元され、即ちNOxが浄化される。 When this NOx storage reduction catalyst (hereinafter also referred to simply as a catalyst or NOx catalyst) is disposed in the exhaust pipe of an internal combustion engine, when exhaust gas having a lean air-fuel ratio flows, NOx in the exhaust gas is absorbed by the catalyst, When exhaust gas with stoichiometric (theoretical air / fuel ratio) or rich air / fuel ratio flows, NOx absorbed in the catalyst is released as NO 2 and further reduced to N 2 by reducing components such as HC and CO in the exhaust gas. That is, NOx is purified.
ところで、一般に、内燃機関の燃料には硫黄分が含まれており、内燃機関で燃料を燃焼すると、この燃料中の硫黄分が燃焼してSO2やSO3などの硫黄酸化物(SOx)が発生する。前記吸蔵還元型NOx触媒は、NOxの吸収作用を行うのと同じメカニズムで排気ガス中のSOxの吸収を行うので、内燃機関の排気管にこのNOx触媒を配置すると、このNOx触媒にはNOxのみならずSOxも吸収される。 By the way, in general, the fuel of the internal combustion engine contains a sulfur content. When the fuel is burned in the internal combustion engine, the sulfur content in the fuel is combusted to generate sulfur oxides (SOx) such as SO 2 and SO 3. appear. The NOx storage reduction catalyst absorbs SOx in the exhaust gas by the same mechanism that absorbs NOx. Therefore, when this NOx catalyst is arranged in the exhaust pipe of an internal combustion engine, only NOx is present in the NOx catalyst. SOx is also absorbed.
ところが、前記NOx触媒に吸収されたSOxは時間経過とともに安定な硫酸塩を形成するため、前記NOx触媒からNOxの放出・還元を行うのと同じ条件下では、分解、放出されにくく触媒内に蓄積され易い傾向がある。したがって、NOx触媒内のSOx蓄積量が増大すると、触媒のNOx吸収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りNOx浄化効率が低下する。これが所謂SOx被毒である。 However, since SOx absorbed by the NOx catalyst forms a stable sulfate with time, it is difficult to decompose and release under the same conditions as NOx release / reduction from the NOx catalyst and accumulate in the catalyst. There is a tendency to be easily done. Therefore, if the amount of SOx accumulated in the NOx catalyst increases, the NOx absorption capacity of the catalyst decreases, and NOx in the exhaust gas cannot be sufficiently removed, resulting in a reduction in NOx purification efficiency. This is so-called SOx poisoning.
そこで、吸蔵還元型NOx触媒のNOx浄化能を長期に亘って高く維持するために、NOx触媒よりも上流に、排気ガス中のSOxを主に吸収するSOx吸収剤を配置し、NOx触媒にSOxが流れ込まないようにして吸蔵還元型NOx触媒のSOx被毒の防止を図った排気浄化装置が開発されている。
このようにNOx触媒よりも上流に、排気ガス中のSOxを主に吸収するSOx吸収剤を配置した排気浄化装置としては、例えば、特許文献1、特許文献2に記載の装置がある。
Therefore, in order to maintain the NOx purification capacity of the NOx storage reduction catalyst high over a long period of time, an SOx absorbent that mainly absorbs SOx in the exhaust gas is disposed upstream of the NOx catalyst, and the SOx is disposed in the NOx catalyst. Exhaust gas purification devices have been developed that prevent SOx poisoning of the NOx storage reduction catalyst so as not to flow in.
As an exhaust purification device in which the SOx absorbent that mainly absorbs SOx in the exhaust gas is arranged upstream of the NOx catalyst as described above, for example, there are devices described in Patent Literature 1 and
前記SOx吸収剤は、流入ガスの空燃比がリーンのときにSOxを吸収し、流入ガスの酸素濃度が低いときに吸収したSOxをSO2として放出するものであるが、このSOx吸収剤のSOx吸収容量にも限りがあるため、SOx吸収剤がSOxで飽和する前にSOx吸収剤からSOxを放出させる処理、即ち再生処理を実行する必要がある。 It said SOx absorbent, the air-fuel ratio of the inflow gas absorbs SOx when the lean, but the SOx absorbed when the oxygen concentration in the inlet gas is low is to release as SO 2, SOx in the SOx absorbent Since the absorption capacity is also limited, it is necessary to perform a process for releasing SOx from the SOx absorbent, that is, a regeneration process, before the SOx absorbent is saturated with SOx.
そのために、例えば、特許文献3に開示されているようにSOx吸収剤の上流側に燃料を噴射して流入排気ガスの空燃比をストイキまたはリッチにして酸素濃度を低下させてSOxを放出させるものがある。
For this purpose, for example, as disclosed in
ところが、この場合、SOx吸収剤からSOxが少しずつしか放出されない。したがって、SOx吸収剤から全ての吸収されたSOxを放出させるには長時間にわたって空燃比をリッチにせねばならず多量の燃料を必要とし、燃費が悪化する。 However, in this case, SOx is released little by little from the SOx absorbent. Therefore, in order to release all absorbed SOx from the SOx absorbent, the air-fuel ratio must be rich for a long time, and a large amount of fuel is required, resulting in a deterioration in fuel consumption.
本発明は上記問題に鑑み、燃費の悪化を誘起することなくNOx触媒の硫黄被毒を抑制することを目的とする。
In view of the above problems, an object of the present invention is to suppress sulfur poisoning of a NOx catalyst without inducing deterioration of fuel consumption .
請求項1の発明によれば、排気管に設けられる第1触媒であって、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中に含まれるSOxを捕獲し、流入する排気ガスの空燃比がリーンのもとで温度が上昇すると捕獲したSOxが次第に内部に拡散して表面側のSOx捕獲機能が回復する性質を有する第1触媒と、
第1触媒の後流側の排気管に設けられ粒子状物質の捕集とNOxの浄化をおこなう第2触媒であって、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中に含まれるNOxを吸蔵し、流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比またはリッチになると吸蔵したNOxを放出する第2触媒と、
第1触媒の上流に設けられ排気ガス中のSOx濃度を検出するSOx濃度検出手段と、
第1触媒と第2触媒の中間の排気管に所定のインターバルで還元剤を供給する還元剤供給手段を具備し、 SOx濃度検出手段が所定値よりも高い濃度のSOxを検出した場合には、排気ガスが第1触媒と第2触媒に流入するのを制限することを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化装置が提供される。
According to the first aspect of the present invention, the first catalyst provided in the exhaust pipe captures SOx contained in the exhaust gas when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lean, and the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas A first catalyst having the property that when the temperature rises under lean, the trapped SOx gradually diffuses into the interior and the SOx trapping function on the surface side recovers;
A second catalyst that is provided in an exhaust pipe on the downstream side of the first catalyst and collects particulate matter and purifies NOx. NOx contained in the exhaust gas when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lean A second catalyst that releases the stored NOx when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas becomes the stoichiometric air-fuel ratio or rich,
SOx concentration detecting means provided upstream of the first catalyst for detecting the SOx concentration in the exhaust gas;
When the reducing agent supply means for supplying the reducing agent to the exhaust pipe between the first catalyst and the second catalyst at a predetermined interval is provided, and the SOx concentration detecting means detects SOx having a concentration higher than the predetermined value, An exhaust gas purifying device for an internal combustion engine is provided that restricts the exhaust gas from flowing into the first catalyst and the second catalyst.
請求項2の発明によれば、請求項1の発明において、第1触媒と第2触媒を迂回して排気管の第1触媒の上流部と第2触媒の下流部を接続するバイパス管と、排気ガスの流路を排気管とバイパス管の間で切り替える排気ガス制御弁とを具備し、
SOx濃度検出手段が所定値よりも高い濃度のSOxを検出した場合には、排気ガスがバイパス管を通るように排気ガス制御弁を制御する、排気ガス浄化装置が提供される。
According to the invention of
When the SOx concentration detecting means detects SOx having a concentration higher than a predetermined value, an exhaust gas purification device is provided that controls the exhaust gas control valve so that the exhaust gas passes through the bypass pipe .
請求項3の発明によれば、請求項2の発明において、バイパス管の下流端の取り付け位置よりも下流側の排気管に酸化触媒を配設した、排気ガス浄化装置が提供される。
According to a third aspect of the present invention, there is provided the exhaust gas purifying apparatus according to the second aspect of the present invention, wherein the oxidation catalyst is disposed in the exhaust pipe downstream of the attachment position of the downstream end of the bypass pipe .
請求項4の発明によれば、排気管に設けられる第1触媒であって、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中に含まれるSOxを捕獲し、流入する排気ガスの空燃比がリーンのもとで温度が上昇すると捕獲したSOxが次第に内部に拡散して表面側のSOx捕獲機能が回復する性質を有する第1触媒と、
第1触媒の後流側の排気管に設けられ粒子状物質の捕集とNOxの浄化をおこなう第2触媒であって、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中に含まれるNOxを吸蔵し、流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比またはリッチになると吸蔵したNOxを放出する第2触媒と、
第1触媒の上流に設けられ排気ガス中のSOx濃度を検出するSOx濃度検出手段と、
第1触媒と第2触媒の中間の排気管に還元剤を供給する還元剤供給手段とを具備し、
機関本体と還元剤供給手段に同一の燃料タンクから燃料が供給され、
還元剤供給手段は、該燃料タンクから供給される燃料を還元剤として、該還元剤を第1触媒と第2触媒の中間の排気管に所定のインターバルで供給し、
SOx濃度検出手段が所定値よりも高い濃度のSOxを検出した場合には、還元剤供給手段からの還元剤の供給を制限する、ことを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化装置が提供される。また、請求項5の発明によれば、請求項4の発明において、SOx濃度検出手段が所定値よりも高い濃度のSOxを検出した場合には、還元剤供給手段による還元剤の供給を停止するようにした、排気ガス浄化装置が提供される。
According to the invention of
A second catalyst that is provided in an exhaust pipe on the downstream side of the first catalyst and collects particulate matter and purifies NOx. NOx contained in the exhaust gas when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lean A second catalyst that releases the stored NOx when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas becomes the stoichiometric air-fuel ratio or rich,
SOx concentration detecting means provided upstream of the first catalyst for detecting the SOx concentration in the exhaust gas;
A reducing agent supply means for supplying a reducing agent to an exhaust pipe intermediate between the first catalyst and the second catalyst;
Fuel is supplied from the same fuel tank to the engine body and the reducing agent supply means,
The reducing agent supply means supplies the reducing agent to the exhaust pipe between the first catalyst and the second catalyst at a predetermined interval using the fuel supplied from the fuel tank as a reducing agent,
Provided is an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, characterized in that when the SOx concentration detection means detects SOx having a concentration higher than a predetermined value, the supply of the reducing agent from the reducing agent supply means is restricted. . According to the invention of claim 5, in the invention of
請求項6の発明によれば、請求項4の発明において、SOx濃度検出手段が所定値よりも高い濃度のSOxを検出した場合には、還元剤供給手段が還元剤を供給するインターバルを長くするようにした、排気ガス浄化装置が提供される。
According to the invention of
請求項7の発明によれば、請求項4の発明において、SOx濃度検出手段が所定値よりも高い濃度のSOxを検出した場合には、還元剤供給手段が還元剤を供給するときの供給量を減少するようにした、排気ガス浄化装置が提供される。
According to the invention of
請求項8の発明によれば、請求項4の発明において、SOxによる第2触媒の被毒量を検出するSOx被毒検出手段を具備し、該被毒量が所定量を超えた場合には第1触媒のSOx捕獲機能を回復せしめる第1触媒機能回復処理をおこなう排気ガス浄化装置が提供される。
According to the invention of claim 8, in the invention of
請求項9の発明によれば、請求項8の発明において、第1触媒機能回復処理は、空燃比がリーンの状態で、燃焼室への燃料噴射時期を圧縮上死点以降まで遅らせ排気ガスの温度を上昇せしめて成る排気ガス浄化装置が提供される。
According to the ninth aspect of the present invention, in the eighth aspect of the invention , the first catalytic function recovery process is performed by delaying the fuel injection timing to the combustion chamber after the compression top dead center with the air-fuel ratio being lean. There is provided an exhaust gas purifying apparatus having an increased temperature.
請求項10の発明によれば、請求項8の発明において、SOx被毒検出手段は、第2触媒の下流にNOx濃度を検出するNOx検出手段を設け、該NOx検出手段の検出したNOx濃度にもとづいて、SOxによる触媒の被毒量を検出する排気ガス浄化装置が提供される。
According to the invention of
本発明の排気ガス浄化装置は、排気管に設けられる第1触媒であって、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中に含まれるSOxを捕獲し、流入する排気ガスの空燃比がリーンのもとで温度が上昇すると捕獲したSOxが次第に内部に拡散して表面側のSOx捕獲機能が回復する性質を有する第1触媒と、第1触媒の後流側の排気管に設けられ粒子状物質の捕集とNOxの浄化をおこなう第2触媒であって、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中に含まれるNOxを吸蔵し、流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比またはリッチになると吸蔵したNOxを放出する第2触媒と、第1触媒の上流に設けられ排気ガス中のSOx濃度を検出するSOx濃度検出手段と、第1触媒と第2触媒の中間の排気管に所定のインターバルで還元剤を供給する還元剤供給手段を具備し、SOx濃度検出手段が所定値よりも高い濃度のSOxを検出した場合には、排気ガスが第1触媒と第2触媒に流入するのを制限するようにされ、硫黄濃度が高い燃料が使用されたときの触媒の被毒が抑制される。 The exhaust gas purification apparatus of the present invention is a first catalyst provided in an exhaust pipe, captures SOx contained in exhaust gas when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lean, and air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas However, when the temperature rises under lean, the trapped SOx gradually diffuses into the interior and the SOx trapping function on the surface side recovers, and the exhaust pipe on the downstream side of the first catalyst is provided. A second catalyst that traps particulate matter and purifies NOx, and stores NOx contained in the exhaust gas when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lean, and the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is theoretically A second catalyst that releases the stored NOx when it becomes air-fuel ratio or rich, SOx concentration detection means that is provided upstream of the first catalyst and detects the SOx concentration in the exhaust gas, and intermediate between the first catalyst and the second catalyst In the exhaust pipe When the SOx concentration detecting means detects SOx having a concentration higher than a predetermined value, the exhaust gas flows into the first catalyst and the second catalyst. This limits the poisoning of the catalyst when a fuel having a high sulfur concentration is used.
以下、図面を参照して本発明の排気浄化装置の各実施の形態について説明する。
図1は本発明の排気浄化装置の第1の実施の形態のハード構成を示す図であって、筒内噴射型の圧縮自着火式のディーゼル内燃機関に適用した場合を示している。なお、本発明において用いられる排気浄化装置は火花点火式内燃機関にも搭載可能である。
Hereinafter, embodiments of the exhaust emission control device of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing a hardware configuration of a first embodiment of an exhaust emission control device according to the present invention, and shows a case where the present invention is applied to an in-cylinder injection type compression ignition type diesel internal combustion engine. The exhaust purification device used in the present invention can also be mounted on a spark ignition internal combustion engine.
図1を参照すると、1は機関本体、2は吸気マニホールド、3は排気マニホールド、4は吸気管、20は排気管をそれぞれ示す。吸気マニホールド2は吸気管4を介して排気ターボチャージャ6のコンプレッサ6aに連結される。吸気管4にはモータ41により駆動されるスロットル弁40、および、排気ターボチャージャ6のコンプレッサ6aで加圧された空気を冷却するインタークーラー7が配置されている。
各燃料噴射弁10がコモンレールに連結され、コモンレール内へは電気制御式の吐出量可変な燃料ポンプ12により燃料が供給され、燃料ポンプ12へは燃料タンク13内に設けられた燃料ポンプ14で燃料が送給される。
Referring to FIG. 1, 1 is an engine body, 2 is an intake manifold, 3 is an exhaust manifold, 4 is an intake pipe, and 20 is an exhaust pipe. The
Each
一方、排気マニホールド3は排気ターボチャージャ6のタービン6bに連結され、タービン6bの出口は排気管20に連結されている。排気管20には第1触媒31、第2触媒32が設けられており、バイパス通路21が第1触媒31、第2触媒32を迂回して、排気管20の第1触媒31の上流部と第2触媒32の下流部とを連通している。そして、バイパス通路21の上流側取り付け部に排気ガスの通路を切り替える排気制御弁22が設けられている。15は第2触媒32に還元剤を添加する還元剤噴射弁である。還元剤噴射弁15は燃料ポンプ12から送給される燃料をノズル15aから第1触媒31と第2触媒32の中間の排気管20内に噴射する。
On the other hand, the
23は排気ガス中のSOxの濃度を検出するSOxセンサ23である。SOxセンサ23は、例えば、特開2004−239706号公報に示されているような構造のものとされる。すなわち、酸化物イオン導電性を有する固体電解質と、その固体電解質の表面の一部に形成された硫酸塩層であって、アルカリ金属元素及び、またはアルカリ土類金属元素と希土類元素とを構成要素とする複硫酸塩を主体とする硫酸塩層と、その硫酸塩層と電気的に接する電極と、硫酸塩層から離れた位置で固体電解質と電気的に接する電極とから構成され、排気ガス中のSOxの濃度に応じた信号を発する。
An
50は電子制御ユニット(ECU)であって、電子制御ユニット50はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス51により互いに接続されたROM(リードオンリメモリ)52、RAM(ランダムアクセスメモリ)53、CPU(マイクロプロセッサ)54、入力ポート55および出力ポート56を具備する。
第1触媒31はSOxを捕集するための触媒である。例えば、ハニカム状のモノリス構造の担体の表面にコート層が形成され、コート層の上に白金(Pt)等の貴金属が分散して担持されている。担体はアルミナで形成され軸線方向に真っ直ぐに延伸する多数の排気ガス流通孔を有する。コート層はカリウム(K)、ナトリウム(Na)、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)のような希土類の少なくとも1つを含有し、コート層は強塩基性を有する。
The
排気ガス中に含まれるSOx、すなわちSO2は白金(Pt)によって酸化され、次いでコート層内に捕獲される。すなわち、SO2はSO4 2-の形でコート層内に拡散し硫酸塩を形成する。コート層内におけるSOx濃度は表面近傍が最も高く、奥部にいくにしたがって次第に低くなっている。コート層の表面近傍のSOx濃度が高くなるとコート層の表面の塩基性が弱まりSOxの捕集能力が低下する。
そして、この第1触媒31は排気ガスの空燃比がリーンのもとで温度を上昇させるとコート層の表面近傍に集中的に存在するSOxがコート層におけるSOx濃度が均一となるようにコート層の奥部に向けて拡散していく。そしてコート層の表面近傍に集中的に存在していたSOxがコート層の奥部に向けて拡散するとコート層の表面近傍のSOx濃度が低下してSOx捕獲機能が回復する。
SOx contained in the exhaust gas, that is, SO 2 is oxidized by platinum (Pt) and then trapped in the coat layer. That is, SO 2 diffuses into the coat layer in the form of SO 4 2- to form a sulfate. The SOx concentration in the coat layer is highest near the surface, and gradually decreases toward the back. When the SOx concentration in the vicinity of the surface of the coat layer increases, the basicity of the surface of the coat layer weakens and the SOx collecting ability decreases.
The
第2触媒32はNOx吸蔵触媒であり、下流端部を閉鎖した細長い通路から成る排気ガス流入路と、上流端部を閉鎖した細長い通路から成る排気ガス流出路と、を薄肉の隔壁を介して交互に配置互いに隣接させて多数配置したフィルタ構造にされている。この隔壁は触媒の担体としてコージライトのような多孔質材料で形成されている。
The
隔壁の両側表面、及び、両端部壁の表面の上に白金(Pt)のような貴金属と例えばカリウム(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金属、ランタン(La)、イットリウム(Y)のような希土類の少なくとも一つを含むNOx吸蔵剤が担持されている。 A noble metal such as platinum (Pt) and an alkali metal such as potassium (K), sodium (Na), lithium (Li), and cesium (Cs) on both side surfaces of the partition walls and the surfaces of both end walls; A NOx occlusion agent containing at least one of alkaline earth metals such as barium (Ba) and calcium (Ca), and rare earths such as lanthanum (La) and yttrium (Y) is supported.
排気ガスがリーンの時は排気ガス中に含まれるNOは白金(Pt)上で酸化されてNO2となり次いでNOx吸蔵剤に吸収されて、例えばNOx吸蔵剤がバリウム(Ba)を含む場合、酸化バリウム(BaO)と結合しながら硝酸イオンNO3 -の形でNOx吸蔵剤の内部に拡散する。このようにしてNOxがNOx吸蔵剤に吸収される。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吸蔵剤のNOx吸蔵能力が飽和しない限りNO2がNOx吸蔵剤内に吸収されて硝酸イオンNO3 -が生成される。 When the exhaust gas is lean, NO contained in the exhaust gas is oxidized on platinum (Pt) to become NO 2 and then absorbed by the NOx storage agent. For example, when the NOx storage agent contains barium (Ba), it is oxidized. It diffuses into the inside of the NOx storage agent in the form of nitrate ions NO 3 − while being combined with barium (BaO). In this way, NOx is absorbed by the NOx storage agent. As long as the oxygen concentration in the exhaust gas is high, NO 2 is generated on the surface of platinum (Pt). As long as the NOx storage capacity of the NOx storage agent is not saturated, NO 2 is absorbed in the NOx storage agent and nitrate ions NO 3 − are generated. Generated.
これに対し、還元剤噴射弁15から還元剤としての燃料を排気ガス中に供給することによって排気ガスの空燃比をリッチあるいはストイキオにすると排気ガス中の酸素濃度が低下するために反応が逆方向(NO3 -→NO2)に進み、NOx吸蔵剤内の硝酸イオンNO3 -がNO2の形でNOx吸蔵剤から放出され、放出されたNO2は排気ガス中に含まれる未燃のHC,COによって還元される。そこでこの実施の形態ではNOx吸蔵剤のNOx吸収能力が飽和する前に還元剤噴射弁15から還元剤としての燃料を排気ガス中に供給し排気ガスの空燃比を一時的にリッチにしNOx吸蔵剤からNOxを放出している。
On the other hand, if the air-fuel ratio of the exhaust gas is made rich or stoichiometric by supplying the fuel as the reducing agent from the reducing
図5に示すのがこの第1の実施の形態の制御のフローチャートである。ステップS11でSOxセンサ23が検出したSOx濃度SOXを読み込み、ステップS12ではステップS11で読み込んだSOXがあらかじめ定めた判定値SOXAよりも大きいか否かを判定する。ステップS12で肯定判定された場合、すなわちSOXがあらかじめ定めた判定値SOXAよりも大きい場合には、ステップS13に進み排気制御弁22をバイパス管21に排気ガスが流れるように制御してからリターンする。一方、ステップS12で否定判定された場合、すなわちSOXがあらかじめ定めた判定値SOXAよりも小さい場合には、ステップS14に進み排気制御弁22を排気管20に排気ガスが流れるように制御して、すなわち通常運転できるように制御して、からリターンする。
FIG. 5 shows a flowchart of the control according to the first embodiment. In step S11, the SOx concentration SOX detected by the
次に第1の実施の形態の変形例について説明する。図2に示すのが第1の実施の形態の変形例のハード構成であり、この第1の実施の形態の変形例は、上記の第1の実施の形態では排気ガスが第1触媒31、第2触媒32を通らずに浄化されずに排出されてしまうので、バイパス管21の下流取り付け部よりも下流の排気管20に酸化触媒から成る第3触媒33を配設し、この第3触媒33で少なくともHC、COを浄化するようにしたものである。
Next, a modification of the first embodiment will be described. FIG. 2 shows a hardware configuration of a modified example of the first embodiment. In the modified example of the first embodiment, the exhaust gas is the
次に第2の実施の形態について説明する。図3が第2の実施の形態のハード構成を示す図である。図3に示されるようにこの第2の実施の形態は第1の実施の形態とは異なりバイパス管21を備えていない。そこで、この第2の実施の形態ではSOx濃度が高い場合には還元剤噴射弁15を閉じ、硫黄分の高い燃料で第2触媒32が汚染されるのを、防止する。
そして、図6に示すのがこの第2の実施の形態の制御のフローチャートであり、第1の実施の形態のフローチャートのステップS13が、ステップS13AとされこのステップS13Aにおいて還元剤の供給を停止するようにされている点が異なるが他のステップは同じである。
Next, a second embodiment will be described. FIG. 3 is a diagram illustrating a hardware configuration of the second embodiment. As shown in FIG. 3, the second embodiment does not include the
FIG. 6 is a flowchart of the control of the second embodiment. Step S13 of the flowchart of the first embodiment is set to step S13A, and the supply of the reducing agent is stopped in step S13A . The other steps are the same except for the difference.
図7に示すのは第2の実施の形態の第1の変形例の制御のフローチャートであり、第2の実施の形態のステップS13AがステップS13A1とされて還元剤供給量を減少するようにされている点が第2の実施の形態と異なるが他のステップは同じである。このようにすることにより第2触媒32のSOxによる被毒を抑制はするがNOxの還元も完全に停止はしない。
FIG. 7 is a flowchart of the control of the first modification of the second embodiment. Step S13A of the second embodiment is changed to step S13A1 to reduce the reducing agent supply amount. However, the other steps are the same as in the second embodiment. By doing so, the poisoning of the
図8に示すのは第2の実施の形態の第2の変形例の制御のフローチャートであり、第2の実施の形態のステップS13AがステップS13A2とされて還元剤を供給するインターバルが拡大されている点が第2の実施の形態と異なるが他のステップは同じである。このようにすることにより第2触媒32のSOxによる被毒を抑制はするがNOxの還元も完全に停止はしない。図10に示すのがSOx濃度とインターバルの関係で、検出されたSOx濃度が高いほどインターバルは拡大される。
FIG. 8 is a flowchart of the control of the second modification of the second embodiment. Step S13A of the second embodiment is changed to step S13A2, and the interval for supplying the reducing agent is expanded. However, the other steps are the same as in the second embodiment. By doing so, poisoning of the
次に第3の実施の形態について説明する。
第1の実施の形態、および、第2の実施の形態(第1,2変形例を含む)では、第1触媒の機能回復処理をおこなわないようにされているが、この第3の実施の形態は第2触媒32のS被毒が大きくなった場合には第1触媒31のSOx捕獲機能を回復せしめる処理をおこなうようにされている。
Next, a third embodiment will be described.
In the first embodiment and the second embodiment (including the first and second modifications), the function recovery process of the first catalyst is not performed. In the embodiment, when the S poisoning of the
そして図4がこの第3の実施の形態のハード構成であって、第2の実施の形態に比較して、第2触媒32の出口にNOxの濃度を検出するNOxセンサー24が設けられており、NOxセンサー24の検出したNOxの濃度が所定値よりも高い場合にはS被毒量が大きくなったものと考えて上述のようにSOx捕獲機能を回復せしめる処理を実施する。
FIG. 4 shows the hardware configuration of the third embodiment. Compared with the second embodiment, a
この第1触媒31のSOx捕獲機能の回復は、前述したように排気ガスの空燃比がリーンの状態で排気ガス温度を上昇せしめることによっておこなわれる。そのために、この第3の実施の形態では、燃料噴射時期を圧縮上死点以降まで遅角させる。このように、燃料噴射時期を遅角させると後燃え期間が長くなり、その結果排気ガス温度が上昇する。
The recovery of the SOx trapping function of the
図9に示すのが第3の実施の形態の制御のフローチャートであり、図6に示した第2の実施の形態のフローチャートにNOx濃度を読み込むステップS15、読み込んだNOx濃度NOXが判定値NOXAより大きいか、否か、を判定するステップS16、ステップS16で肯定判定された場合に第1触媒31のSOx捕獲機能再生を実施するステップS17を加えたものである。
FIG. 9 shows a flowchart of the control of the third embodiment. In the flowchart of the second embodiment shown in FIG. 6, step S15 for reading the NOx concentration, and the read NOx concentration NOX is obtained from the determination value NOXA. Step S16 for determining whether the catalyst is larger or not and Step S17 for performing the SOx trapping function regeneration of the
なお、NOxセンサーについては、すでに色々なものが提案されており、どのようなものを使用してもよい。例えば、特開平7−325059号公報に開示されているものでは、NOxガス感応体がストロンチウム、チタン、および、酸素から成るNOxセンサを開示している。 Various types of NOx sensors have already been proposed, and any type may be used. For example, Japanese Patent Laid-Open No. 7-325059 discloses a NOx sensor in which the NOx gas sensitive body is made of strontium, titanium, and oxygen.
本発明は内燃機関の排気ガス浄化装置に適用されるが、特にはディーゼル機関に適している。 The present invention is applied to an exhaust gas purification device for an internal combustion engine, but is particularly suitable for a diesel engine.
1 機関本体
2 吸気マニホールド
3 排気マニホールド
4 吸気管
6 排気ターボチャージャ
10 燃料噴射弁
12 燃料ポンプ
15 還元剤噴射弁
16 還元剤噴射弁
20 排気管
21 バイパス管
22 排気制御弁
23 SOxセンサ
24 NOxセンサ
31 第1触媒
32 第2触媒
33 第3触媒
50 ECU
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (10)
第1触媒の後流側の排気管に設けられ粒子状物質の捕集とNOxの浄化をおこなう第2触媒であって、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中に含まれるNOxを吸蔵し、流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比またはリッチになると吸蔵したNOxを放出する第2触媒と、
第1触媒の上流に設けられ排気ガス中のSOx濃度を検出するSOx濃度検出手段と、
第1触媒と第2触媒の中間の排気管に所定のインターバルで還元剤を供給する還元剤供給手段を具備し、
SOx濃度検出手段が所定値よりも高い濃度のSOxを検出した場合には、排気ガスが第1触媒と第2触媒に流入するのを制限することを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化装置。 A first catalyst provided in the exhaust pipe that captures SOx contained in the exhaust gas when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lean, and the temperature rises when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lean Then, the trapped SOx gradually diffuses into the inside, and the first catalyst having the property of recovering the surface-side SOx trapping function;
A second catalyst that is provided in an exhaust pipe on the downstream side of the first catalyst and collects particulate matter and purifies NOx. NOx contained in the exhaust gas when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lean A second catalyst that releases the stored NOx when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas becomes the stoichiometric air-fuel ratio or rich,
SOx concentration detecting means provided upstream of the first catalyst for detecting the SOx concentration in the exhaust gas;
A reducing agent supply means for supplying a reducing agent to the exhaust pipe between the first catalyst and the second catalyst at a predetermined interval;
An exhaust gas purifying device for an internal combustion engine, wherein when the SOx concentration detecting means detects SOx having a concentration higher than a predetermined value, the exhaust gas is restricted from flowing into the first catalyst and the second catalyst.
SOx濃度検出手段が前記所定値よりも高い濃度のSOxを検出した場合には、排気ガスがバイパス管を通るように排気ガス制御弁を制御する、ことを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の排気ガス浄化装置。 A bypass pipe that bypasses the first catalyst and the second catalyst and connects the upstream part of the first catalyst and the downstream part of the second catalyst in the exhaust pipe, and exhaust gas that switches the flow path of the exhaust gas between the exhaust pipe and the bypass pipe A gas control valve,
2. The internal combustion engine according to claim 1, wherein when the SOx concentration detecting means detects SOx having a concentration higher than the predetermined value, the exhaust gas control valve is controlled so that the exhaust gas passes through the bypass pipe. Engine exhaust gas purification device.
第1触媒の後流側の排気管に設けられ粒子状物質の捕集とNOxの浄化をおこなう第2触媒であって、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中に含まれるNOxを吸蔵し、流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比またはリッチになると吸蔵したNOxを放出する第2触媒と、A second catalyst that is provided in an exhaust pipe on the downstream side of the first catalyst and collects particulate matter and purifies NOx. NOx contained in the exhaust gas when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lean And a second catalyst that releases the stored NOx when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas becomes the stoichiometric air-fuel ratio or rich,
第1触媒の上流に設けられ排気ガス中のSOx濃度を検出するSOx濃度検出手段と、SOx concentration detecting means provided upstream of the first catalyst for detecting the SOx concentration in the exhaust gas;
第1触媒と第2触媒の中間の排気管に還元剤を供給する還元剤供給手段とを具備し、A reducing agent supply means for supplying a reducing agent to an exhaust pipe intermediate between the first catalyst and the second catalyst;
機関本体と還元剤供給手段に同一の燃料タンクから燃料が供給され、Fuel is supplied from the same fuel tank to the engine body and the reducing agent supply means,
還元剤供給手段は、該燃料タンクから供給される燃料を還元剤として、該還元剤を第1触媒と第2触媒の中間の排気管に所定のインターバルで供給し、The reducing agent supply means supplies the reducing agent to the exhaust pipe between the first catalyst and the second catalyst at a predetermined interval using the fuel supplied from the fuel tank as a reducing agent,
SOx濃度検出手段が所定値よりも高い濃度のSOxを検出した場合には、還元剤供給手段からの還元剤の供給を制限する、ことを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化装置。An exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine, characterized in that when the SOx concentration detecting means detects SOx having a concentration higher than a predetermined value, the supply of the reducing agent from the reducing agent supply means is restricted.
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