JP5115047B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents
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Description
のNOxを吸蔵し、流入する排気の酸素濃度が低下し且つ還元剤が存在するときに吸蔵し
ていたNOxを還元する。
タとを備え、NOx触媒よりも上流側に備えた還元剤添加弁から還元剤を添加することに
より排気の温度を上昇させてフィルタの再生を行なう技術が知られている(例えば、特許文献1参照。)。
きる温度は例えば600℃よりも低いため、フィルタの再生中にはNOxの浄化が不十分
となる虞もある。
備え、NOxトラップ触媒とパティキュレートフィルタとの間に空気供給路を接続し、N
Oxトラップ触媒のNOx還元中であって排気の空燃比がリッチとされるときにパティキュレートフィルタに空気を供給することでフィルタの再生を同時に行う技術が知られている(例えば、特許文献2参照。)。
チ空燃比とすることにより、硫黄被毒を回復させることができる。
、NOx触媒をフィルタに担持させることがある。このように配置されたNOx触媒では、全てのNOx触媒で硫黄被毒が起こり得る。また、フィルタが設置されている場合には、
該フィルタに捕集された粒子状物質(PM)を酸化させることにより除去することも必要となる。以下、硫黄被毒回復処理のことをS再生といい、PMを酸化させることにより該PMを除去することをPM再生という。
、下流側のNOx触媒等においてはS再生等が必要でない場合であっても高温の排気が流
れることにより熱劣化が進行してしまう。つまり、複数のNOx触媒やフィルタの熱劣化
が同時期に進行してしまう。そのため、排気浄化装置全体としての寿命が短くなる。
ことを目的とする。
排気中のNOxを吸蔵しこのNOxが還元剤の添加により還元される吸蔵還元型NOx触
媒を少なくとも含む第1排気浄化装置と、
前記第1排気浄化装置よりも下流側に設けられ、酸化能を有する触媒を担持するかまたは酸化能を有する触媒を上流側に備え、且つ排気中の粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタを少なくとも含む第2排気浄化装置と、
前記第1排気浄化装置よりも下流で且つ前記第2排気浄化装置よりも上流から排気中へ燃料を供給する燃料供給手段と、
を備えることを特徴とする。
わされていても良い。
の温度が上昇する。そして、排気の温度が上昇することにより、下流に備わる第2排気浄化装置の温度も上昇する。
ているNOxが還元される。これにより、NOxを浄化することができる。
供給手段による還元剤の供給により行うことができる。
に保つことができるため、該吸蔵還元型NOx触媒に吸蔵されているNOxの還元を同時期に行なうことができる。
すると、酸化能を有する触媒の温度分布が不均一となることにより、燃料が反応し難くなる箇所ができる虞がある。これに対し、第2排気浄化装置に流入する排気の温度を上昇させることにより該第2排気浄化装置の温度を上昇させるようにすれば、酸化能を有する触媒の温度をより均一にすることができる。
NOx浄化率が高くなる。ここで、吸蔵還元型NOx触媒に供給する還元剤の量を多くするとNOx浄化率は高くなるが、該吸蔵還元型NOx触媒でNOxの還元に関与しないまます
り抜ける還元剤も多くなるため、還元剤の消費量が多くなる。しかし、下流にてフィルタの再生を行なっている場合には、吸蔵還元型NOx触媒をすり抜けた還元剤が該フィルタ
の再生に関与するため、燃料供給手段からの還元剤の供給量を減少させることができる。そのため、排気浄化装置全体としては還元剤の消費量の増加を抑制しつつNOx浄化率を
向上させることができる。
る程度確保しつつ例えば燃料消費量を減少させて燃費を向上させることができる。
排気浄化装置の温度が変わる。また、吸蔵還元型NOx触媒の温度によって、空燃比低下
手段から供給される還元剤の反応のし易さが変わる。つまり、第1排気浄化装置から流出する排気の温度または排気中の還元剤濃度が変わる。そのため、フィルタの再生にも影響を及ぼす。つまり、吸蔵還元型NOx触媒の温度に応じて空燃比低下手段による空燃比低
下の頻度または空燃比低下の度合いの少なくとも一方を決定することにより、フィルタの温度を適正な値に制御することができる。すなわち、NOxの浄化率の向上を主目的とす
るのではなく、パティキュレートフィルタの温度上昇を主目的として前記空燃比低下手段による空燃比低下の頻度または空燃比低下の度合いの少なくとも一方を決定している。
供給する還元剤量を増加させることができるため、NOxの浄化率を向上させることがで
きる。なお、酸化能を有する触媒の温度が所定温度よりも低い場合には、温度が低いほど、空燃比低下手段による空燃比低下の頻度を高くしても良い。
い状態となっているため、酸化能を有する触媒にて速やかに反応する。そのため、フィルタの再生を効率良く行なうことができる。また、空燃比低下の頻度を高くするだけだと、排気中に含まれる酸素を消費するために還元剤が使われることになるため、より多くの還元剤が必要となる。しかし、空燃比低下の度合いを大きくすれば、酸素を消費するための
還元剤量を減少させることができる。また、吸蔵還元型NOx触媒に供給する還元剤量を
増加させることができるため、NOxの浄化率を向上させることができる。なお、酸化能
を有する触媒の温度が所定温度以上場合には、温度が高いほど、空燃比低下手段による空燃比低下の度合いを大きくしても良い。
には、前記モードを実行しているときと、していないときとでは、実行しているときのほうが前記空燃比低下手段による空燃比低下の頻度を高くすることができる。
良い。また、所定温度以上なのは、吸蔵還元型NOx触媒の一部であっても良く、また全
部であっても良い。
蔵還元型NOx触媒の温度が低いときに空燃比低下の度合いを大きくすると、該吸蔵還元
型NOx触媒をすり抜ける還元剤が増加する。これに対し、空燃比低下の頻度を高めるこ
とで、還元剤のすり抜けを抑制しつつNOxの浄化率を向上させることができる。なお、
吸蔵還元型NOx触媒の温度が所定温度よりも低い場合には、温度が低いほど、空燃比低
下手段による空燃比低下の頻度を高くしても良い。
、前記モードを実行しているときと、していないときとでは、実行しているときのほうが前記空燃比低下手段による空燃比低下の度合いを大きくすることができる。
、空燃比低下の度合いを大きくしても該吸蔵還元型NOx触媒にて反応させることができ
る。つまり、吸蔵還元型NOx触媒の温度が高くなると第1排気浄化装置をすり抜ける還
元剤が少なくなる。そのため、吸蔵還元型NOx触媒の温度が所定温度以上となった場合
には空燃比低下の度合いを大きくすることができる。これにより、NOxの浄化率を向上
させることができる。なお、吸蔵還元型NOx触媒の温度が所定温度以上の場合には、温
度が高いほど、空燃比低下手段による空燃比低下の度合いを大きくしても良い。
、前記モードを実行しているときと、していないときとでは、実行しているときのほうが前記空燃比低下手段による空燃比低下の頻度を高くし且つ空燃比低下の度合いを小さくすることができる。
を高くすると該吸蔵還元型NOx触媒の温度が低下してしまい、再度温度上昇させなけれ
ばならなくなる虞がある。これに対し空燃比低下手段による空燃比低下の頻度を高くし且つ空燃比低下の度合いを小さくすることにより、還元剤濃度が低い状態で還元剤を反応させることができるので、吸蔵還元型NOx触媒の温度低下を抑制できる。このときには、
排気の空燃比がリーンとなるように空燃比低下手段は空燃比を調節しても良い。また、ある期間における空燃比低下手段により供給される還元剤量は、前記モードを実行しているときと、していないときとで同じとすることができる。さらに、前記所定温度近傍より低い温度であっても同様に、空燃比低下手段による空燃比低下の頻度を高くし且つ空燃比低
下の度合いを小さくすれば、吸蔵還元型NOx触媒の温度低下を抑制することができる。
る空燃比低下の頻度を高くし且つ空燃比低下の度合いを小さくすることができる。
比低下の頻度を高くし且つ空燃比低下の度合いを小さくすることにより、第1排気浄化装置をすり抜ける還元剤量を減少させることができる。そのため、燃料供給手段からの燃料供給量の目標値を算出し易くすることができる。ここで、前述のように第1排気浄化装置をすり抜ける還元剤量を正確に求めるのは困難であるため、パティキュレートフィルタの温度を目標値とするために、燃料供給手段からどれだけの燃料を供給すればよいのか求めるのが困難となる。しかし、第1排気浄化装置をすり抜ける還元剤が無くなれば、燃料供給手段からの燃料供給量を容易に設定することができる。つまり、吸蔵還元型NOx触媒
においてNOxの還元がほとんど行われないのであれば、パティキュレートフィルタの再
生を優先的に行う。
要とされる度合いの高さを示しており、例えば吸蔵還元型NOx触媒の目標温度としても
良い。つまり、要求値が高いときには、速やかにNOxを還元させるために、吸蔵還元型
NOx触媒の目標温度をより高くする等が行われる。
段による空燃比低下の頻度を高くし且つ空燃比低下の度合いを小さくすれば、還元剤供給量を多くしつつ吸蔵還元型NOx触媒の温度低下を抑制することができる。
元型NOx触媒の温度が例えば活性温度またはライトオフ温度よりも低くなる場合をいう
。
至るまでの排気の放熱量と、前記第2排気浄化装置に流入する排気の温度と、に基づいて
決定することができる。
2排気浄化装置に流入する排気の温度と、に基づいて決定することができる。
変わる。ここで、吸蔵還元型NOx触媒の温度が低すぎても、また高すぎてもNOx浄化率は低下する。つまり、NOx浄化率にはピークがあり、吸蔵還元型NOx触媒の温度がNOx浄化率のピークとなる温度より高くなるほどNOx浄化率は低下する。同様に、吸蔵還元型NOx触媒の温度がNOx浄化率のピークとなる温度より低くなるほどNOx浄化率は低
下する。
触媒から第2排気浄化装置に至るまでは、その距離に応じて排気の熱が排気通路の外部に放出される。この放熱量は、第1排気浄化装置から流出する排気の温度が高くなるほど多くなる。つまり、第2排気浄化装置に流入する排気の温度を高くしようとすると、排気通路における放熱量が増加する。そのため、第1排気浄化装置から流出する排気の温度を高めてパティキュレートフィルタの温度を粒子状物質の酸化可能な温度(例えば650℃)まで上昇させようとすると、空燃比低下手段からより多くの還元剤を供給しなくてはならない。
と、前記第2排気浄化装置に流入する排気の温度と、に基づいて決定すれば、燃費の悪化を抑制しつつパティキュレートフィルタの温度をより上昇させることができる。
から前記第2排気浄化装置に至るまでの排気の放熱量と、前記第2排気浄化装置に流入する排気の温度と、に基づいて決定すれば、NOx浄化率の低下を抑制することができる。
値以上となるように決定することができる。
媒の温度がNOx浄化率のピークになる温度よりも低い場合には、該吸蔵還元型NOx触媒の温度を上昇させることによりNOx浄化率が上昇する。つまりNOx浄化率の向上代は大きくなるが、還元剤の供給により温度を上昇させると燃費悪化の上昇代が大きくなる。
が悪化してもそれ以上にNOx浄化率の向上が大きいことになる。そのため、燃費悪化の
上昇代に対するNOx浄化率の向上代が所定値以上となるように前記第2排気浄化装置に
流入する排気の温度を決定すれば、燃費悪化を抑制しつつNOx浄化率を向上させること
ができる。この所定値は、NOx浄化率と燃費とに対して夫々どれだけの値が要求されて
いるのかにより決定しても良い。
そして、空燃比を低下させることにより内燃機関の燃焼室から例えスモークが発生したとしても、フィルタの再生中であるため該スモークは酸化されるので、パティキュレートフィルタの目詰まりも起こり難い。
前記第2排気浄化装置が新品の状態から所定期間は、該第2排気浄化装置に備わる浄化装置の浄化能力を回復させ且つ前記第1排気浄化装置の浄化能力の回復は行なわないことができる。
つまり、再生手段は、夫々の浄化装置を別々に高温状態とすることができ、これにより、夫々の浄化装置の浄化能力を別々に回復させることができる。
排気浄化装置の熱劣化の進行は抑制されていたので、第1排気浄化装置の寿命がその分長くなる。すなわち、排気浄化装置全体としての寿命を延ばすことができる。
レートフィルタに担持させたものであってもよい。
てはPM再生が行われる。そして、下流側にパティキュレートフィルタを備えると、PM再生を行なうときの熱により上流側の吸蔵還元型NOx触媒の熱劣化が進行することが無
いので、該上流側の吸蔵還元型NOxの寿命を延ばすことができる。また、上流側にパテ
ィキュレートフィルタを備えると、該パティキュレートフィルタでPMが詰った場合に、PM再生を行なわなくてはならなくなるので、前記所定期間内にPM再生が行われる虞がある。この場合、上流側の吸蔵還元型NOx触媒の熱劣化を進行させるとともに、下流側
の吸蔵還元型NOx触媒の熱劣化も進行させてしまう。これに対し、パティキュレートフ
ィルタを下流側へ備えることにより、上流側の吸蔵還元型NOx触媒の熱劣化の進行を抑
制することができる。
側の吸蔵還元型NOx触媒の硫黄被毒回復処理と、を異なる時期に行なうことができる。
熱劣化が進行する。そのため、排気浄化装置全体としての寿命が短くなる。一方、例えば下流側の吸蔵還元型NOx触媒の熱劣化が進行してから上流側の吸蔵還元型NOx触媒の硫黄被毒回復を行うことにより、上流側の吸蔵還元型NOx触媒の熱劣化の進行を抑制する
ことができる。これにより、排気浄化装置全体としての寿命を延ばすことができる。
高温下で浄化能力が再生される複数の浄化装置と、
前記複数の浄化装置の温度を夫々高くすることにより該浄化装置の浄化能力を夫々回復させる再生手段と、
を備え、
前記複数の浄化装置は内燃機関の排気通路に直列に配置され、下流側に備わる浄化装置が新品の状態から所定期間は、該下流側に備わる浄化装置の浄化能力を回復させ且つこれよりも上流側に備わる浄化装置の浄化能力の回復は行なわないことを特徴としても良い。
、単一の触媒またはフィルタが複数であってもよいし、触媒またはフィルタを幾つかまとめたものを触媒群とし、この触媒群が複数であってもよい。「高温下で」とは、該浄化装置自体を高温としたり、該浄化装置を流れる排気の温度を高温としたりすることが含まれる。そして、「高温下で浄化能力を再生する」とは、吸蔵還元型NOx触媒におけるS再
生や、パティキュレートフィルタにおけるPM再生が含まれる。つまり、再生手段は、夫々の浄化装置を別々に高温状態とすることができ、これにより、夫々の浄化装置の浄化能力を別々に回復させることができる。
ティキュレートフィルタに担持させたものであり、前記上流側に備わる浄化装置は吸蔵還元型NOx触媒であってもよい。
てはPM再生が行われる。そして、下流側にパティキュレートフィルタを備えると、PM再生を行なうときの熱により上流側の吸蔵還元型NOx触媒の熱劣化が進行することが無
いので、該上流側の吸蔵還元型NOxの寿命を延ばすことができる。また、上流側にパテ
ィキュレートフィルタを備えると、該パティキュレートフィルタでPMが詰った場合に、PM再生を行なわなくてはならなくなるので、前記所定期間内にPM再生が行われる虞がある。この場合、上流側の吸蔵還元型NOx触媒の熱劣化を進行させるとともに、下流側
の吸蔵還元型NOx触媒の熱劣化も進行させてしまう。これに対し、パティキュレートフ
ィルタを下流側へ備えることにより、上流側の吸蔵還元型NOx触媒の熱劣化の進行を抑
制することができる。
側の吸蔵還元型NOx触媒の硫黄被毒回復処理と、を異なる時期に行なうことができる。
熱劣化が進行する。そのため、排気浄化装置全体としての寿命が短くなる。一方、例えば下流側の吸蔵還元型NOx触媒の熱劣化が進行してから上流側の吸蔵還元型NOx触媒の硫黄被毒回復を行うことにより、上流側の吸蔵還元型NOx触媒の熱劣化の進行を抑制する
ことができる。これにより、排気浄化装置全体としての寿命を延ばすことができる。
立させることができる。
、NOx触媒30という。)と、パティキュレートフィルタ41(以下、フィルタ41と
いう。)とが設けられている。また、フィルタ41には酸化触媒42が担持されている。
能を有する。なお、本実施例においてはNOx触媒30が、本発明における第1排気浄化
装置に相当する。また、本実施例ではフィルタ41及び酸化触媒42が、本発明における第2排気浄化装置に相当する。ここで、NOx触媒30には他の触媒が組み合わされてい
ても良い。また、酸化触媒42は、フィルタ41に担持されないで該フィルタ41の上流側に設けられていても良い。酸化触媒42は、酸化能を有する触媒であれば良く、例えば三元触媒またはNOx触媒であっても良い。
たる燃料(軽油)を添加する上流側燃料添加弁5を備えている。また、NOx触媒30よ
りも下流で且つ酸化触媒42よりも上流の排気通路2には、該排気通路2を流通する排気中に還元剤たる燃料(軽油)を添加する下流側燃料添加弁6を備えている。
でスパイク的(短時間)にリッチとする、所謂リッチスパイク制御を実行する。他にも、NOx触媒30の硫黄被毒を回復させるときに上流側燃料添加弁5から該NOx触媒30へ燃料が添加される。
を供給することができる。そのため、下流側燃料添加弁6から酸化触媒42までの距離が短い。これにより、下流側燃料添加弁6から供給された燃料が直ぐに酸化触媒42に流入するため、フィルタ41の温度を制御するときの応答性及び制御性が高い。さらに、下流側燃料添加弁6は、NOx触媒30に吸蔵されているNOxの還元や硫黄被毒回復を行なわなくても良いため寿命が長い。
30で反応すると排気の温度が上昇する。そして、温度の高い排気がフィルタ41に流入することにより該フィルタ41の温度が上昇してPMが酸化される。また、上流側燃料添加弁5から噴射された燃料がNOx触媒30で完全に反応しないまま酸化触媒42に到達
すると、該酸化触媒42にて反応してフィルタ41の温度が上昇する。これによってもPMが酸化される。
空燃比センサ8と、排気の温度を測定する温度センサ9とが取り付けられている。
理も行う。そのため、フィルタ41の再生処理を行なっているときに、上流側燃料添加弁5及び下流側燃料添加弁6の両方から燃料添加を行なうモードを実行する。
ものであり、必ずしも上流側燃料添加弁5及び下流側燃料添加弁6の両方から同時に燃料を添加しなくても良い。つまり、上流側燃料添加弁5と下流側燃料添加弁6とから交互に燃料を添加しても良い。また、フィルタ41の再生処理とはフィルタ41に捕集されているPMが実際に酸化されているときに限らず、フィルタ41の温度をPMの酸化可能な温度まで上昇させているとき等、PMを酸化させるために必要な処理も含まれる。同様に、NOxの還元処理にはNOxを還元させるために必要な処理も含まれる。つまり、フィルタ41の再生処理及びNOxの還元処理には、上流側燃料添加弁5または下流側燃料添加弁
6から燃料を添加していないときも含まれている。さらに、フィルタ41の再生処理とNOxの還元処理とは夫々の少なくとも一部が同時期に行なわれていれば良い。
フィルタ41の再生に必要となる温度まで該フィルタ41の温度を上昇させるのは、下流側燃料添加弁6からの燃料添加量で調節する。
め、それよりも多い燃料を供給する必要があった。しかし、供給する燃料量を増加させると、NOx触媒30をすり抜ける燃料がさらに増加する。このときにすり抜ける燃料だけ
で下流側のフィルタ41の再生を行う場合には、さらに多量の燃料を供給する必要があった。しかし、フィルタ41の再生が可能なほど上流側燃料添加弁5から燃料を供給すると、今度はNOx触媒30の温度が高くなりすぎてNOxの還元ができなくなっていた。
とができる。また、NOx還元時にNOx触媒30から活性酸素が放出されるため、PMの酸化を促進させることができる。さらに、下流側燃料添加弁6から酸化触媒42に直接燃料を供給することができるため、NOx触媒30の温度を過剰に上昇させることなくフィ
ルタ41の温度を上昇させることができる。
定し、この温度が例えば500℃未満となるように上流側燃料添加弁5から燃料を添加させる。このときの添加量はフィードバック制御でも良く、また添加する燃料量とNOx触
媒30の温度上昇値との関係を予め求めておき、温度上昇後のNOx触媒30の温度が例
えば500℃未満となるように燃料添加量を算出しても良い。なお、本実施例ではフィルタ41の再生処理とNOxの還元処理とを同時期に実行するECU7が、本発明における
フィルタ再生手段に相当する。
ていないときと比較して、NOx還元時の燃料添加量を増加させることができる。これに
より、NOx還元量を増加させることができる。この燃料添加量の増加はリッチスパイク
の1回当たりの供給時間を長くして空燃比を低下させたり、単位時間あたりの燃料添加量を増加させて空燃比を低下させたり、リッチスパイクの間隔を短くしたりすることにより可能となる。これは、空燃比低下の頻度を高くしたり(間隔を短くしたり)、空燃比低下の度合いを大きくしたりすることを意味する。一方、燃料添加量の減少は、リッチスパイクの1回当たりの燃料の供給時間を短くして空燃比を上昇させたり、単位時間あたりの燃料添加量を減少して空燃比を上昇させたり、リッチスパイクの間隔を長くしたりすることにより可能となる。これは、空燃比低下の頻度を低くしたり(間隔を長くしたり)、空燃比低下の度合いを小さくしたりすることを意味する。
を上昇させると、該フィルタ41内部の温度を均一にすることができる。これにより、PMの除去が容易になる
ィルタ41の温度を上昇させることができる。このようにして、上流側燃料添加弁5から燃料を供給することによりフィルタ41の温度を上昇させることができるため、その分下流側燃料添加弁6から供給する燃料量を減少させることができる。
装置全体としては消費する燃料量が変わらなくてもNOx浄化率を向上させることができ
る。
を均一に昇温させることができる。
がNOxを浄化可能な温度の上限値になるまで上流側燃料添加弁5からの燃料添加量を増
加させても良い。
時期に行なっているときに内燃機関1からの排気の空燃比を低下させても良い。つまり、フィルタ41の再生とNOx還元との何れか一方しか行なっていない場合や、何れも行っ
ていない場合と比較してよりリッチ側の空燃比で内燃機関1を運転させてもよい。例えば、吸入空気量を減少させたり、EGRガス量を増加させたり、内燃機関1への燃料供給量を増加させることにより排気の空燃比を低下させることができる。
ことができる。また、NOx触媒30に流入する酸素量を減少させることができるため、
NOxの浄化率を向上させることができる。さらに、内燃機関1からスモークが排出され
たとしても、フィルタ41の再生中であるためこのスモークは直ぐに酸化される。そのためフィルタ41の目詰まりも起き難い。
浄化率を向上させることができる。
る硫黄被毒回復とフィルタ41の再生とを同時期に行なうことについても同様に適用することができる。
料が供給され、NOx触媒30が高温とされる。このときにNOx触媒30から高温の排気が流出する。この高温の排気がフィルタ41および酸化触媒42の温度を上昇させる。つまり、NOx触媒30の硫黄被毒回復と同時期にフィルタの再生を行うことにより、排気
浄化装置全体としての燃料供給量を減少させることができる。
いて上流側燃料添加弁5からの燃料供給量の最適化を図る。その他の装置については実施例1と同じであるため説明を省略する
抑制することができる。このときには、NOx触媒30で酸化される燃料が多くなるため
該NOx触媒30から流出する排気の温度が上昇する。
均して少ない状態となる。このような状態を保つと、例えばNOx触媒30の温度が適正
温度よりも低いとき若しくは高いとき、またはNOx触媒30の劣化が進行したとき等の
NOx触媒30の吸蔵能力が低下する場合においてもNOx浄化率を向上させることができる。
ある。添加パルス(1)及び添加パルス(2)は上流側燃料添加弁5の開弁時期を示している。添加パルスがONのときに上流側燃料添加弁5が開弁しており、OFFのときに閉弁している。そして、添加パルス(1)はリッチスパイクの間隔が比較的長い場合を示し、添加パルス(2)がリッチスパイクの間隔が比較的短い場合を示している。例えば添加パルス(1)は前記モードを実行していない場合で、添加パルス(2)は前記モードを実行している場合とする。なお、添加パルス(1)により燃料添加が行われるときのリッチスパイクの間隔を「通常間隔」と称し、添加パルス(2)により燃料添加が行われるときのリッチスパイクの間隔を「短縮間隔」と称する。そして、NOx吸蔵量における実線は
短縮間隔の場合を示し、破線は通常間隔の場合を示している。
くなる。ここで、前述のようにNOx触媒30に吸蔵されているNOx量が多くなるほど、NOxが還元されにくくなる。そのため、通常間隔ではNOxの還元が緩慢となるので、NOx吸蔵量が減少し難くなる。つまり、リッチスパイク終了後にNOx触媒30に吸蔵されているNOx量が比較的多い。
が小さくなる。つまり、NOx触媒30に吸蔵されているNOx量が少ない状態でNOxの
還元が行われるため、NOxが速やかに還元される。そのため、リッチスパイク終了後の
NOx吸蔵量が通常間隔と比較して少なくなる。
該NOx触媒30をすり抜ける燃料量が増加する。ただし、NOx触媒30をすり抜けた燃料は、反応し易い状態となっているため、酸化触媒42にて容易に酸化される。また、燃料の蒸発も進んでいるため酸化触媒42で反応し易い。
に低下させる分の燃料は、NOxの還元に殆ど関与していない。そのため、リッチスパイ
クの間隔を短くすると、その都度NOxの還元に関与しない燃料が必要となるため、より
多くの燃料が必要となる。一方、リッチスパイクの間隔は通常間隔のままで空燃比低下の度合いを大きくすると、燃料添加の回数を減少させることができるので、NOxの還元に
殆ど関与しない燃料量を減少させることができる。
料供給量との関係を示した図である。「通常添加量」とはリッチスパイク一回当たりの燃料供給量が比較的少ない場合を示し、「増加添加量」とはリッチスパイク一回当たりの燃料供給量が比較的多い場合を示している。例えば「通常添加量」は前記モードを実行して
いない場合で、「増加添加量」は前記モードを実行している場合とする。
トイキになるまでに供給される燃料量は、NOxの還元に殆ど関与していない。つまり、
図3のハッチングを施した範囲ではNOxの還元は殆ど行われない。そして、通常添加量
と増加添加量とでは、所定のリーン空燃比からストイキになるまでに必要となる燃料量は同じである。つまり、図2に示したような短縮間隔では、所定の空燃比からストイキとするまでの回数が多くなるため、その分、NOx還元に殆ど関与しない燃料が多くなる。
料添加弁5によるリッチスパイクの間隔若しくはリッチスパイク一回当たりの燃料供給量を決定する。つまり、NOx触媒30の温度に基づいて上流側燃料添加弁5からの燃料添
加量を決定することができる。そして、目標温度はフィルタ41の温度上昇のし易さ(例えば熱容量、または排気通路2での放熱量)をさらに考慮して決定される。例えば、NOx触媒30の温度がどの程度であればフィルタ41の再生を行うことができるのかによっ
て決定される。つまり、NOx触媒30におけるNOx浄化率を向上させるためにリッチスパイクの間隔若しくはリッチスパイク一回当たりの燃料供給量が決定されるのではなく、フィルタ41の温度上昇を促進させるように決定される。
Ox触媒30の温度を目標温度まで上昇させるために必要となるエネルギを算出する。こ
のエネルギが上流側燃料添加弁5から供給される燃料により得られるように、リッチスパイクの間隔及びリッチスパイク一回当たりの燃料供給量が決定される。これは、リッチスパイク一回当たりの燃料供給量をリッチスパイクの間隔で除した値をパラメータとして得られる燃料分のエネルギが、NOx触媒30の温度を目標温度まで上昇するために必要と
なるエネルギと等しくなるようにリッチスパイクの間隔またはリッチスパイク一回当たりの燃料供給量を決定しても良い。
、リッチスパイクの間隔若しくはリッチスパイク一回当たりの燃料供給量が決定される。
で、該NOx触媒30から流出する排気の温度及び酸化触媒42若しくはフィルタ41に
流入する排気の温度が変わる。また、NOx触媒30をすり抜けて酸化触媒42に流入す
る燃料量も変わる。つまり、酸化触媒42に流入する排気の温度に基づいて、上流側燃料添加弁5から供給される燃料量を調節することにより、酸化触媒42及びフィルタ41に流入する排気の温度を所望の温度とすることができる。
媒42にて酸化させてフィルタ41の温度を上昇させることが可能となる。
比較的高い場合には増加添加量としつつ通常間隔としても良い。ここで、NOx触媒30
の温度が高くなるほど還元反応速度が速くなるため、単位時間あたりの燃料の供給量を増加させても還元反応を促進させることができる。しかし、NOx触媒30の温度が低くな
ると還元反応速度が遅くなるため、該NOx触媒30をすり抜ける燃料が多くなる。その
ため、NOx触媒30の温度に応じて上流側燃料添加弁5から燃料を供給することにより
、NOx触媒30をすり抜ける燃料量やNOx浄化率を調節することができる。
ッチスパイク一回当たりの燃料供給量を減少させても良い。ここで、NOx触媒30の温
度が活性温度近傍の場合に単位時間当たりにNOx触媒30へ流入する燃料量を多くした
り、リッチスパイク一回当たりの燃料添加量を多くしたりして空燃比低下の度合いを大きくすると、該NOx触媒30の温度が活性温度よりも低くなる虞がある。これに対し、N
Ox触媒30に流入する排気の空燃比が例えば常にリーン空燃比となるように上流側燃料
添加弁5から燃料を供給することで、NOx触媒30の温度低下を抑制できる。この場合
にはNOx浄化率が低下する虞があるが、フィルタ41の温度を上昇させることはできる
。このときに、NOx触媒30の温度が活性温度よりも十分高いときと比較して、上流側
燃料添加弁5からの燃料供給量の総量が同じになるように、リッチスパイクの間隔及びリッチスパイク一回当たりの燃料供給量を決定しても良い。
の燃料供給量を減少させても良い。
還元のための燃料を供給してもNOxの還元は殆ど行われない。このような場合には、N
Ox浄化率の向上は期待できないため、フィルタ41の再生に都合が良いように上流側燃
料添加弁5から燃料を添加する。例えばNOx触媒30をすり抜ける燃料量を減少させれ
ば、下流側燃料添加弁6からの燃料供給量の目標値を算出し易くすることができる。つまり、NOx触媒30をすり抜ける燃料量を正確に求めるのは困難であるため、多くの燃料
がすり抜けるとフィルタ41の温度制御が困難となる虞がある。しかし、NOx触媒30
をすり抜ける燃料が無くなれば、下流側燃料添加弁6からの燃料供給量を容易に決定することができる。
の温度を上昇させることができる。
温度よりも低い温度となる虞がある。これに対し、リッチスパイク一回当たりの燃料供給量を減少させると、NOx触媒30にて燃料が反応し易くなるため、該NOx触媒30の温度低下を抑制することができる。このときに、NOx触媒30の温度が活性温度よりも十
分高いときと比較して、上流側燃料添加弁5からの燃料供給量の総量が同じになるように、リッチスパイクの間隔及びリッチスパイク一回当たりの燃料供給量を決定しても良い。また、温度に応じてリッチスパイクの間隔及びリッチスパイク一回当たりの燃料供給量を決定しても良く、所定の温度でリッチスパイクの間隔及びリッチスパイク一回当たりの燃料供給量を切り替えても良い。
本ルーチンは所定の時間毎に繰り返し実行される。
フィルタ41の再生に適した温度である。
得される。この燃料量は、目標温度とNOx触媒30に流入する排気の温度との差に応じ
て決定される。本ステップでは、NOx触媒30にて排気の温度を目標温度まで上昇させ
るために必要な燃料量が求められる。
触媒30の温度または酸化触媒42に流入する排気の温度に応じて決定される。
する排気の温度、空燃比、HC濃度、またはHC量等が変わる。そのため、フィルタ41の再生に際し下流側燃料添加弁6から供給すべき燃料量も変わる。したがって、上流側燃料添加弁5から供給される燃料量(リッチスパイクの間隔または一回のリッチスパイク当たりの燃料供給量)に基づいて、下流側燃料添加弁6から供給する燃料量を決定することにより、フィルタ41の再生に適量となる燃料を供給することができる。
、この燃料量に応じて下流側燃料添加弁6からの燃料供給量を調節しても良い。ここで、NOx触媒30から流出する燃料量は例えば空燃比センサ8により得ることができる。
料添加弁6から供給される燃料量と、を合わせた量となる。つまり、NOx触媒30から
流出する燃料量が分かれば、フィルタ41の再生に必要となる残りの燃料量を下流側燃料添加弁6から供給することができる。これにより、下流側燃料添加弁6から過不足無く燃料を供給することができる。
42に流入する排気の温度に基づいて決定しても良い。これらの温度に基づいて、上流側燃料添加弁5から供給された燃料の中でNOx触媒30にて反応した量を算出し、上流側
燃料添加弁5により供給された燃料量からNOx触媒30にて反応した燃料量を減じるこ
とによりNOx触媒30をすり抜けた燃料量を算出することができる。そして、フィルタ
41の再生に必要となる燃料量(目標値)から、このすり抜けた燃料量を減じることにより、下流側燃料添加弁6から供給する燃料量を得ることができる。
度、またはNOx触媒30からフィルタ41若しくは酸化触媒42までの間の排気通路2
における放熱量に基づいて上流側燃料添加弁5からの燃料供給量の最適化を図る。その他の装置については実施例1と同じであるため説明を省略する
抜けた燃料は酸化触媒42で反応し易いために、該酸化触媒42の温度を上昇させることができる。
触媒42にて排気の温度を上昇させれば、放熱による温度低下を抑制できるために燃費の悪化を抑制できる。
係を示した図である。酸化触媒42に流入する排気の温度において、「通常」とはフィルタ41の再生を行なっていない場合を示し、「基準」とはフィルタ41の再生を行なう上で最低限必要とされる温度であり、「NOx浄化率最大」とはNOx触媒30におけるNOx浄化率が最大となる温度である。前記モードを実行していないときには「通常」で示さ
れる温度となり、前記モードを実行するときには「基準」で示される温度以上となる。
浄化率が最も高くなる温度が存在する。また、NOx触媒30から流出する排気の温度が
高くなるほど酸化触媒42に流入する排気の温度が高くなるが、それに応じて排気通路2における放熱量が多くなるため、燃費が悪化する。
側燃料添加弁5からのリッチスパイクの間隔及びリッチスパイク一回当たりの燃料供給量を決定する。これにより、酸化触媒42に流入する排気の温度が定まる。この際に、酸化触媒42の温度が例えば活性温度よりも低くならないようにする。つまり、下流側燃料添加弁6から燃料を供給することにより、フィルタ41の再生を行なうことができるようにする。
5から燃料を供給しても良い。これにより、NOx浄化率を最も高くすることができる。
弁5からの燃料供給量を減少させる。
率及び燃費は図5の場合と同じである。また、NOx浄化率の増加代とは、酸化触媒42
に流入する排気の温度が微小増加したときのNOx浄化率の増加量である。さらに、燃費
悪化の増加代とは、酸化触媒42に流入する排気の温度が微小増加したときの燃費悪化の増加量である。燃費悪化の増加量は燃費がどれだけ悪化したのかを数値で表したものであり、燃料供給量の増加量としても良い。NOx浄化率の増加代を燃費悪化の増加代で除し
た値とは、燃費の悪化に対してどれだけNOx浄化率が向上するのかを示す値となる。
Yとなるように、酸化触媒42に流入する排気の温度を決定する。このときの酸化触媒42に流入する排気の温度を図6では「目標」としている。この所定値Yは、NOx浄化率
に対する要求と、燃費に対する要求と、を考慮して決定される値である。つまり、燃費を悪化させてもNOx浄化率の向上を優先させたり、NOx浄化率を許容範囲内で低く抑えつつ燃費を向上させたりというように、そのときの要求によって異なる値である。図6に示した場合では、所定値Yよりも温度が高くなると、NOx浄化率は上昇しても、燃費悪化
が大きくなるためシステム全体としての効率が低下する。
り測定される排気の温度及び排気の量から推定しても良い。また、放熱量と排気の温度と排気の量との関係を予め実験等により求めてマップ化しておいても良い。
Ox触媒30から流出する排気の温度に目標温度を設定しても良い。
上流側NOx触媒3という。)と、パティキュレートフィルタ4A(以下、フィルタ4A
という。)とが設けられている。また、フィルタ4Aには吸蔵還元型NOx触媒4B(以
下、下流側NOx触媒4Bという。)が担持されている。
蔵していたNOxを還元する機能を有する。なお、上流側NOx触媒3は、排気中の粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタに担持されていてもよい。また、下流側NOx
触媒4Bは、フィルタ4Aに担持されていなくても良い。すなわち、フィルタ4Aは無くても良い。
元剤たる燃料(軽油)を添加する上流側燃料添加弁5を備えている。また、上流側NOx
触媒3よりも下流で且つ下流側NOx触媒4Bよりも上流の排気通路2には、該排気通路
2を流通する排気中に還元剤たる燃料(軽油)を添加する下流側燃料添加弁6を備えている。
短い周期でスパイク的(短時間)にリッチとする、所謂リッチスパイク制御を実行する。同様に、下流側NOx触媒4Bに吸蔵されているNOxの還元時には、下流側燃料添加弁6から燃料を添加することにより、下流側NOx触媒4Bに流入する排気の空燃比を比較的
に短い周期でスパイク的(短時間)にリッチとする、リッチスパイク制御を実行する。
上流側NOx触媒3へ燃料が添加される。また、下流側NOx触媒4Bの硫黄被毒を回復させるとき、及びフィルタ4Aの温度を上昇させてPMを酸化させることにより該PMを除去するときに下流側燃料添加弁6から下流側NOx触媒4B若しくはフィルタ4Aへ燃料
が添加される。
の温度が上昇されると共に排気の空燃比が例えばリッチとされて硫黄被毒が回復される。また、下流側燃料添加弁6から燃料を噴射させることにより、下流側NOx触媒4Bの温
度を上昇させると共に排気の空燃比が例えばリッチとされて該下流側NOx触媒4Bの硫
黄被毒が回復される。さらに、下流側燃料添加弁6からの燃料の噴射によりフィルタ4Aの温度も上昇するので、その後に燃料の噴射を停止させて排気の空燃比がリーンとされると、フィルタ4Aに捕集されているPMが酸化される。
することにより下流側NOx触媒4B若しくはフィルタ4Aの浄化能力を回復させるEC
U7が、本発明における再生手段に相当する。
のPM再生を行なったりする。
なるまでの期間とすることができる。この所定の期間は、予め実験等により求めておいてもよい。また、下流側NOx触媒4Bの熱劣化の度合いを推定し、この推定される度合い
に応じて所定の期間を決定してもよい。熱劣化の度合いは、排気の温度と、その温度が流れた時間と、に基づいて求めることができる。さらに、下流側NOx触媒4Bよりも下流
の排気通路2においてNOx濃度を検出可能なセンサを取り付けて、このセンサにより得
られるNOx濃度が閾値を超えた場合に、前記所定の期間が経過したとしてもよい。
媒4Bの硫黄被毒量と、の推移を示したタイムチャートである。NOxの浄化率とは、シ
ステム全体のNOx浄化率であり、上流側NOx触媒3と下流側NOx触媒4Bとを合わせ
たNOx浄化率である。NOx浄化率における実線は本実施例によるもの、破線は従来技術によるものを夫々示している。時間が0の時には、上流側NOx触媒3及び下流側NOx触媒4Bは新品状態である。
中の硫黄成分が吸蔵されるので、下流側NOx触媒4Bでの硫黄被毒量はほとんど増加し
ない。ただし、上流側NOx触媒3のS再生を行なわないため、NOx浄化率は従来技術によるものと比較して低くなる。
ため、下流側NOx触媒4Bの硫黄被毒量が増加する。そのため、下流側NOx触媒4Bでは、所定のサイクルZ毎にS再生が行なわれるので、NOx浄化率の低下が抑制される。
しかし、システム全体のNOx浄化率は、下流側NOx触媒4Bが熱劣化する分、徐々に低下する。
きがBで示される時間である。
下流側NOx触媒4BのS再生が行なわれるサイクルよりも長い。これにより、上流側N
Ox触媒3の熱劣化が抑制される。これは、上流側NOx触媒3及び下流側NOx触媒4B
の熱劣化の進行を最小限に抑えるためである。
なる虞のある時間である。そのため、Cで示される時間よりも後では、上流側NOx触媒
3のS再生を頻繁に行っている。つまり、システム全体としてのNOx浄化率に応じて、
上流側NOx触媒3のS再生を行なう頻度を変更している。これにより、熱劣化の進行を
最小限に抑えることができる。
体としてのNOx浄化率が低下してから上流側NOx触媒3の硫黄被毒を回復させることにより、システム全体としてのNOx浄化率を許容値以上に長い間維持することができる。
すなわち、システム全体としての寿命を延ばすことができる。
ため、それまでは下流側NOx触媒4Bにおいて硫黄被毒がほとんど起こらないので、下
流側NOx触媒4BのS再生を開始する時期を先に延ばすことができる。
2 排気通路
3 吸蔵還元型NOx触媒(上流側NOx触媒)
4A パティキュレートフィルタ
4B 吸蔵還元型NOx触媒(下流側NOx触媒)
5 上流側燃料添加弁
6 下流側燃料添加弁
7 ECU
8 空燃比センサ
9 温度センサ
30 吸蔵還元型NOx触媒
41 パティキュレートフィルタ
42 酸化触媒
Claims (19)
- 排気中のNOxを吸蔵しこのNOxが還元剤の添加により還元される吸蔵還元型NOx触
媒を少なくとも含む第1排気浄化装置と、
前記第1排気浄化装置よりも下流側に設けられ、酸化能を有する触媒を担持するかまたは酸化能を有する触媒を上流側に備え、且つ排気中の粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタを少なくとも含む第2排気浄化装置と、
前記第1排気浄化装置よりも下流で且つ前記第2排気浄化装置よりも上流から排気中へ燃料を供給する燃料供給手段と、
前記第1排気浄化装置へ流入する排気の空燃比を低下させる空燃比低下手段と、
前記空燃比低下手段により空燃比を低下させ且つ前記燃料供給手段により燃料を供給するモードを少なくとも含んで前記パティキュレートフィルタの再生処理を行うフィルタ再生手段と、
を備え、
前記モードを実行しているときに前記NOxの還元処理を行う場合には、前記モードを実行していないときに前記NOxの還元処理を行う場合よりも、前記空燃比低下手段による空燃比低下の頻度を高くするかまたは空燃比低下の度合いを大きくすることの少なくとも一方を行うことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 - 前記モードを実行しているときに、前記空燃比低下手段による空燃比低下の頻度または空燃比低下の度合いの少なくとも一方を、前記吸蔵還元型NOx触媒の温度に基づいて決
定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浄化装置。 - 前記モードを実行しているときに、前記空燃比低下手段による空燃比低下の頻度または空燃比低下の度合いの少なくとも一方を、前記第2排気浄化装置に流入する排気の温度に基づいて決定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浄化装置。
- 前記モードを実行している場合であって、前記酸化能を有する触媒の温度が所定温度よりも低い場合には、所定温度以上の場合よりも、前記空燃比低下手段による空燃比低下の頻度を高く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浄化装置。
- 前記モードを実行している場合であって、前記酸化能を有する触媒の温度が所定温度以
上の場合には、所定温度より低い場合よりも、前記空燃比低下手段による空燃比低下の度合いを大きく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浄化装置。 - 前記モードを実行している場合であって、前記吸蔵還元型NOx触媒の温度が所定温度
よりも低い場合には、所定温度以上の場合よりも、前記空燃比低下手段による空燃比低下の頻度を高くすることを特徴とする請求項2に記載の内燃機関の排気浄化装置。 - 前記モードを実行している場合であって、前記吸蔵還元型NOx触媒の温度が所定温度
以上の場合には、所定温度より低い場合よりも、前記空燃比低下手段による空燃比低下の度合いを大きくすることを特徴とする請求項2に記載の内燃機関の排気浄化装置。 - 前記モードを実行している場合であって、前吸蔵還元型NOx触媒の温度が所定温度近
傍の場合には、所定温度近傍以外の場合よりも、前記空燃比低下手段による空燃比低下の頻度を高くし且つ空燃比低下の度合いを小さくすることを特徴とする請求項2に記載の内燃機関の排気浄化装置。 - 前記モードを実行している場合であって、前記吸蔵還元型NOx触媒の温度がNOxを浄化可能な温度よりも高い場合には、NOx浄化可能な温度内の場合と比較して、前記空燃
比低下手段による空燃比低下の頻度を高くし且つ空燃比低下の度合いを小さくすることを特徴とする請求項2に記載の内燃機関の排気浄化装置。 - 前記モードを実行している場合であって、前記吸蔵還元型NOx触媒に吸蔵されている
NOxを還元する要求値が所定値以上の場合には、要求値が所定値よりも低い場合と比較
して、前記空燃比低下手段による空燃比低下の頻度を高くし且つ空燃比低下の度合いを小さくすることを特徴とする請求項2に記載の内燃機関の排気浄化装置。 - 前記モードを実行している場合に、前記空燃比低下手段による空燃比低下の頻度または空燃比低下の度合いの少なくとも一方を、前記吸蔵還元型NOx触媒におけるNOx浄化率及び前記第2排気浄化装置に流入する排気の温度に基づいて決定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浄化装置。
- 前記モードを実行している場合に、前記空燃比低下手段による空燃比低下の頻度または空燃比低下の度合いの少なくとも一方を、前記吸蔵還元型NOx触媒から前記第2排気浄
化装置に至るまでの排気の放熱量と、前記第2排気浄化装置に流入する排気の温度と、に基づいて決定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浄化装置。 - 前記モードを実行している場合に、前記空燃比低下手段による空燃比低下の頻度または空燃比低下の度合いの少なくとも一方を、前記吸蔵還元型NOx触媒におけるNOx浄化率と、前記吸蔵還元型NOx触媒から前記第2排気浄化装置に至るまでの排気の放熱量と、
前記第2排気浄化装置に流入する排気の温度と、に基づいて決定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浄化装置。 - 前記空燃比低下手段による空燃比低下の頻度または空燃比低下の度合いの少なくとも一方を、燃費悪化の上昇代に対するNOx浄化率の向上代が所定値以上となるように決定す
ることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。 - 前記空燃比低下手段は、前記第1排気浄化装置よりも上流の排気通路を流通する排気中に燃料を添加する上流側燃料添加弁を含んで構成されており、該空燃比低下手段は、内燃機関の燃焼室から排出されるガスの空燃比及び排気中に添加する燃料量を調整することにより、排気の空燃比を低下させ、
前記モードを実行しているときに前記NOxの還元処理を行う場合には、前記モードを実行していないときに前記NOxの還元処理を行う場合よりも、内燃機関の燃焼室から排出されるガスの空燃比を低く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浄化装置。 - 前記モードを実行しているときに、前記燃料供給手段から供給する燃料量を、前記パティキュレートフィルタの温度に基づいて決定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浄化装置。
- 前記モードを実行しているときに、前記燃料供給手段から供給する燃料量を、前記空燃比低下手段による空燃比低下の頻度または空燃比低下の度合いの少なくとも一方に基づいて決定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浄化装置。
- 前記モードを実行しているときに、前記燃料供給手段から供給する燃料量を、前記第2排気浄化装置に流入する排気の温度に基づいて決定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浄化装置。
- 前記モードを実行しているときに、前記燃料供給手段から供給する燃料量を、前記第1排気浄化装置から流出する還元剤量に基づいて決定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浄化装置。
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