JPWO2012111172A1 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents
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Abstract
本内燃機関の排気浄化装置は、機関排気系に配置された銀アルミナ系触媒装置を具備し、排気ガスの空燃比が理論空燃比よりリーンであるときに、銀アルミナ系触媒装置は、吸着したNO2を第一設定温度において放出し、吸着したNOを第一設定温度より低い第二設定温度においてを放出するものであり、排気ガスの空燃比が理論空燃比よりリーンであるときにおいて、銀アルミナ系触媒装置が第二設定温度より低い第二設定温度となったときに銀アルミナ系触媒装置の温度上昇を抑制して銀アルミナ系触媒装置を第三設定温度近傍に維持し、銀アルミナ系触媒装置に吸着されている少なくとも一部のNOがNO2に酸化されて銀アルミナ系触媒装置に吸着されるようにしてから銀アルミナ系触媒装置の温度上昇の抑制を解除する。
Description
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。
アルミナを担体コート材として酸化銀を担持させた触媒装置が公知であり(特許文献1参照)、このような銀アルミナ系触媒装置は、排気ガスの空燃比が理論空燃比よりリーンであるときにおいて、排気ガス中のNO2を吸着し、設定温度となると吸着したNO2を放出する。銀アルミナ系触媒装置が設定温度となるときには、下流側に配置されたNOX触媒装置は、活性化しており、銀アルミナ系触媒装置から流出したNO2を還元浄化することができる。
前述のような銀アルミナ系触媒装置は、排気ガス中のNO2だけでなく、排気ガス中のNOも吸着する。しかしながら、吸着したNOは、設定温度より低い温度で放出されてしまう。このときには、下流側に配置されたNOX触媒装置は、活性化しておらず、銀アルミナ系触媒装置から流出したNOは、NOX触媒装置において還元浄化されることなく大気中へ放出されてしまう。
従って、本発明の目的は、銀アルミナ系触媒装置を具備する内燃機関の排気浄化装置において、NO2が放出される設定温度より低い温度であるときに銀アルミナ系触媒装置から流出するNO量を低減することである。
従って、本発明の目的は、銀アルミナ系触媒装置を具備する内燃機関の排気浄化装置において、NO2が放出される設定温度より低い温度であるときに銀アルミナ系触媒装置から流出するNO量を低減することである。
本発明による請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置は、機関排気系に配置された銀アルミナ系触媒装置を具備し、排気ガスの空燃比が理論空燃比よりリーンであるときに、前記銀アルミナ系触媒装置は、吸着したNO2を第一設定温度において放出し、吸着したNOを前記第一設定温度より低い第二設定温度においてを放出するものであり、排気ガスの空燃比が理論空燃比よりリーンであるときにおいて、前記銀アルミナ系触媒装置が前記第二設定温度より低い第三設定温度となったときに前記銀アルミナ系触媒装置の温度上昇を抑制して前記銀アルミナ系触媒装置を前記第三設定温度近傍に維持し、前記銀アルミナ系触媒装置に吸着されている少なくとも一部のNOがNO2に酸化されて前記銀アルミナ系触媒装置に吸着されるようにしてから前記銀アルミナ系触媒装置の温度上昇の抑制を解除することを特徴とする。
本発明による請求項2に記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記銀アルミナ系触媒装置に吸着されているNOが無くなったと判断されるときに、前記銀アルミナ系触媒装置の温度上昇の抑制を解除することを特徴とする。
本発明による請求項3に記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項1又は2に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記銀アルミナ系触媒装置の下流側にはNOX還元触媒装置が配置され、前記銀アルミナ系触媒装置の温度上昇の抑制を解除したとき又は前記銀アルミナ系触媒装置の温度上昇の抑制を解除した後に、前記NOX還元触媒装置が活性化していると判断されると共に前記銀アルミナ系触媒装置に吸着されているNO2量が設定量に達したと判断されるときに、前記銀アルミナ系触媒装置へ流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比よりリッチにすることを特徴とする。
本発明による請求項4に記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項1又は2に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記銀アルミナ系触媒装置の下流側にはNOX還元触媒装置が配置され、前記銀アルミナ系触媒装置の温度上昇の抑制を解除したとき又は前記銀アルミナ系触媒装置の温度上昇の抑制を解除した後に、前記銀アルミナ系触媒装置が前記第一設定温度以上に昇温したときには、前記銀アルミナ系触媒装置へ流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比よりリッチにすることを特徴とする。
本発明による請求項5に記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記銀アルミナ系触媒装置の下流側にはNOX還元触媒装置が配置され、前記銀アルミナ系触媒装置の温度上昇の抑制を解除すれば前記NOX還元触媒装置が活性化すると判断されると共に前記銀アルミナ系触媒装置に吸着されているNO2量が設定量に達したと判断されるときに、前記銀アルミナ系触媒装置の温度上昇の抑制を解除して前記銀アルミナ系触媒装置へ流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比よりリッチにすることを特徴とする。
本発明による請求項6に記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項3から5のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記銀アルミナ系触媒装置へ流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比よりリッチにする際には、前記銀アルミナ系触媒装置へ流入する排気ガスの空燃比を設定時間だけ設定リッチ空燃比とし、このときの前記銀アルミナ系触媒装置からのNO2放出速度が設定され、前記NOX還元触媒装置のNOX還元速度が前記NO2放出速度以上となるように、前記NOX還元触媒装置を昇温することを特徴とする。
本発明による請求項7に記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記銀アルミナ系触媒装置の下流側にはNOX還元触媒装置が配置され、前記銀アルミナ系触媒装置の温度上昇の抑制を解除すれば前記NOX還元触媒装置が活性化すると判断されるときに、前記銀アルミナ系触媒装置の温度上昇の抑制を解除して前記銀アルミナ系触媒装置へ流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比よりリッチにすることを特徴とする。
本発明による請求項2に記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記銀アルミナ系触媒装置に吸着されているNOが無くなったと判断されるときに、前記銀アルミナ系触媒装置の温度上昇の抑制を解除することを特徴とする。
本発明による請求項3に記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項1又は2に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記銀アルミナ系触媒装置の下流側にはNOX還元触媒装置が配置され、前記銀アルミナ系触媒装置の温度上昇の抑制を解除したとき又は前記銀アルミナ系触媒装置の温度上昇の抑制を解除した後に、前記NOX還元触媒装置が活性化していると判断されると共に前記銀アルミナ系触媒装置に吸着されているNO2量が設定量に達したと判断されるときに、前記銀アルミナ系触媒装置へ流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比よりリッチにすることを特徴とする。
本発明による請求項4に記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項1又は2に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記銀アルミナ系触媒装置の下流側にはNOX還元触媒装置が配置され、前記銀アルミナ系触媒装置の温度上昇の抑制を解除したとき又は前記銀アルミナ系触媒装置の温度上昇の抑制を解除した後に、前記銀アルミナ系触媒装置が前記第一設定温度以上に昇温したときには、前記銀アルミナ系触媒装置へ流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比よりリッチにすることを特徴とする。
本発明による請求項5に記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記銀アルミナ系触媒装置の下流側にはNOX還元触媒装置が配置され、前記銀アルミナ系触媒装置の温度上昇の抑制を解除すれば前記NOX還元触媒装置が活性化すると判断されると共に前記銀アルミナ系触媒装置に吸着されているNO2量が設定量に達したと判断されるときに、前記銀アルミナ系触媒装置の温度上昇の抑制を解除して前記銀アルミナ系触媒装置へ流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比よりリッチにすることを特徴とする。
本発明による請求項6に記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項3から5のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記銀アルミナ系触媒装置へ流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比よりリッチにする際には、前記銀アルミナ系触媒装置へ流入する排気ガスの空燃比を設定時間だけ設定リッチ空燃比とし、このときの前記銀アルミナ系触媒装置からのNO2放出速度が設定され、前記NOX還元触媒装置のNOX還元速度が前記NO2放出速度以上となるように、前記NOX還元触媒装置を昇温することを特徴とする。
本発明による請求項7に記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記銀アルミナ系触媒装置の下流側にはNOX還元触媒装置が配置され、前記銀アルミナ系触媒装置の温度上昇の抑制を解除すれば前記NOX還元触媒装置が活性化すると判断されるときに、前記銀アルミナ系触媒装置の温度上昇の抑制を解除して前記銀アルミナ系触媒装置へ流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比よりリッチにすることを特徴とする。
請求項1に記載の本発明による内燃機関の排気浄化装置によれば、機関排気系に配置された銀アルミナ系触媒装置を具備し、排気ガスの空燃比が理論空燃比よりリーンであるときに、銀アルミナ系触媒装置は、吸着したNO2を第一設定温度において放出し、吸着したNOを第一設定温度より低い第二設定温度においてを放出するものであり、排気ガスの空燃比が理論空燃比よりリーンであるときにおいて、銀アルミナ系触媒装置が第二設定温度より低い第三設定温度となったときに銀アルミナ系触媒装置の温度上昇を抑制して銀アルミナ系触媒装置を第三設定温度近傍に維持し、銀アルミナ系触媒装置に吸着されている少なくとも一部のNOがNO2に酸化されて銀アルミナ系触媒装置に吸着されるようにしてから銀アルミナ系触媒装置の温度上昇の抑制を解除するようになっている。それにより、銀アルミナ系触媒装置に吸着されているNO量を減少させることができ、銀アルミナ系触媒装置の温度上昇の抑制を解除したときに銀アルミナ系触媒装置が第二設定温度となって銀アルミナ系触媒装置からNOが放出されても、銀アルミナ系触媒装置から流出するNO量を低減することができる。
本発明による請求項2に記載の内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置において、銀アルミナ系触媒装置に吸着されているNOが無くなったと判断されるときに、銀アルミナ系触媒装置の温度上昇の抑制を解除するようになっている。それにより、銀アルミナ系触媒装置が第二設定温度となっても銀アルミナ系触媒装置から殆どNOが放出されないようにすることができる。
本発明による請求項3に記載の内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項1又は2に記載の内燃機関の排気浄化装置において、銀アルミナ系触媒装置の下流側にはNOX還元触媒装置が配置され、銀アルミナ系触媒装置の温度上昇の抑制を解除したとき又は銀アルミナ系触媒装置の温度上昇の抑制を解除した後に、NOX還元触媒装置が活性化していると判断されると共に銀アルミナ系触媒装置に吸着されているNO2量が設定量に達したと判断されるときに、銀アルミナ系触媒装置へ流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比よりリッチにするようになっている。それにより、銀アルミナ系触媒装置にNO2を吸着することができなくなる以前に、排気ガスの空燃比をリッチにすることにより第一設定温度より低い温度であっても銀アルミナ系触媒装置からNO2を放出させることができ、こうして放出されたNO2は、銀アルミナ系触媒装置の下流側に配置されて活性化しているNOX還元触媒装置においてリッチ空燃比の排気ガス中の還元物質を使用して還元浄化させることができる。
本発明による請求項4に記載の内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項1又は2に記載の内燃機関の排気浄化装置において、銀アルミナ系触媒装置の下流側にはNOX還元触媒装置が配置され、銀アルミナ系触媒装置の温度上昇の抑制を解除したとき又は銀アルミナ系触媒装置の温度上昇の抑制を解除した後に、銀アルミナ系触媒装置が第一設定温度以上に昇温したときには、前記銀アルミナ系触媒装置へ流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比よりリッチにするようになっている。それにより、第一設定温度となった銀アルミナ系触媒装置からはNO2が放出され、こうして放出されたNO2は、銀アルミナ系触媒装置の下流側に配置されて活性化しているNOX還元触媒装置においてリッチ空燃比の排気ガス中の還元物質を使用して還元浄化させることができる。
本発明による請求項5に記載の内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置において、銀アルミナ系触媒装置の下流側にはNOX還元触媒装置が配置され、銀アルミナ系触媒装置の温度上昇の抑制を解除すればNOX還元触媒装置が活性化すると判断されると共に銀アルミナ系触媒装置に吸着されているNO2量が設定量に達したと判断されるときに、銀アルミナ系触媒装置の温度上昇の抑制を解除して銀アルミナ系触媒装置へ流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比よりリッチにするようになっている。それにより、銀アルミナ系触媒装置にNO2を吸着することができなくなる以前に銀アルミナ系触媒装置の温度上昇の抑制を解除して排気ガスの空燃比をリッチにすることにより第一設定温度より低い温度であっても銀アルミナ系触媒装置からNO2を放出させることができ、こうして放出されたNO2は銀アルミナ系触媒装置の下流側に配置されて活性化しているNOX還元触媒装置においてリッチ空燃比の排気ガス中の還元物質を使用して還元浄化させることができる。
本発明による請求項6に記載の内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項3から5のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置において、銀アルミナ系触媒装置へ流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比よりリッチにする際には、銀アルミナ系触媒装置へ流入する排気ガスの空燃比を設定時間だけ設定リッチ空燃比とし、このときの銀アルミナ系触媒装置からのNO2放出速度が設定され、NOX還元触媒装置のNOX還元速度がNO2放出速度以上となるように、NOX還元触媒装置を昇温するようになっている。それにより、銀アルミナ系触媒装置から放出される殆どのNO2をNOX還元触媒装置において還元浄化することができる。
本発明による請求項7に記載の内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置において、銀アルミナ系触媒装置の下流側にはNOX還元触媒装置が配置され、銀アルミナ系触媒装置の温度上昇の抑制を解除すればNOX還元触媒装置が活性化すると判断されるときに、銀アルミナ系触媒装置の温度上昇の抑制を解除して銀アルミナ系触媒装置へ流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比よりリッチにするようになっている。それにより、銀アルミナ系触媒装置の温度上昇の抑制を解除して銀アルミナ系触媒装置が第二設定温度以上となってNOが放出されても、銀アルミナ系触媒装置の下流側に配置されて活性化しているNOX還元触媒装置においてリッチ空燃比の排気ガス中の還元物質を使用して還元浄化させることができる。
本発明による請求項2に記載の内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置において、銀アルミナ系触媒装置に吸着されているNOが無くなったと判断されるときに、銀アルミナ系触媒装置の温度上昇の抑制を解除するようになっている。それにより、銀アルミナ系触媒装置が第二設定温度となっても銀アルミナ系触媒装置から殆どNOが放出されないようにすることができる。
本発明による請求項3に記載の内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項1又は2に記載の内燃機関の排気浄化装置において、銀アルミナ系触媒装置の下流側にはNOX還元触媒装置が配置され、銀アルミナ系触媒装置の温度上昇の抑制を解除したとき又は銀アルミナ系触媒装置の温度上昇の抑制を解除した後に、NOX還元触媒装置が活性化していると判断されると共に銀アルミナ系触媒装置に吸着されているNO2量が設定量に達したと判断されるときに、銀アルミナ系触媒装置へ流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比よりリッチにするようになっている。それにより、銀アルミナ系触媒装置にNO2を吸着することができなくなる以前に、排気ガスの空燃比をリッチにすることにより第一設定温度より低い温度であっても銀アルミナ系触媒装置からNO2を放出させることができ、こうして放出されたNO2は、銀アルミナ系触媒装置の下流側に配置されて活性化しているNOX還元触媒装置においてリッチ空燃比の排気ガス中の還元物質を使用して還元浄化させることができる。
本発明による請求項4に記載の内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項1又は2に記載の内燃機関の排気浄化装置において、銀アルミナ系触媒装置の下流側にはNOX還元触媒装置が配置され、銀アルミナ系触媒装置の温度上昇の抑制を解除したとき又は銀アルミナ系触媒装置の温度上昇の抑制を解除した後に、銀アルミナ系触媒装置が第一設定温度以上に昇温したときには、前記銀アルミナ系触媒装置へ流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比よりリッチにするようになっている。それにより、第一設定温度となった銀アルミナ系触媒装置からはNO2が放出され、こうして放出されたNO2は、銀アルミナ系触媒装置の下流側に配置されて活性化しているNOX還元触媒装置においてリッチ空燃比の排気ガス中の還元物質を使用して還元浄化させることができる。
本発明による請求項5に記載の内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置において、銀アルミナ系触媒装置の下流側にはNOX還元触媒装置が配置され、銀アルミナ系触媒装置の温度上昇の抑制を解除すればNOX還元触媒装置が活性化すると判断されると共に銀アルミナ系触媒装置に吸着されているNO2量が設定量に達したと判断されるときに、銀アルミナ系触媒装置の温度上昇の抑制を解除して銀アルミナ系触媒装置へ流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比よりリッチにするようになっている。それにより、銀アルミナ系触媒装置にNO2を吸着することができなくなる以前に銀アルミナ系触媒装置の温度上昇の抑制を解除して排気ガスの空燃比をリッチにすることにより第一設定温度より低い温度であっても銀アルミナ系触媒装置からNO2を放出させることができ、こうして放出されたNO2は銀アルミナ系触媒装置の下流側に配置されて活性化しているNOX還元触媒装置においてリッチ空燃比の排気ガス中の還元物質を使用して還元浄化させることができる。
本発明による請求項6に記載の内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項3から5のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置において、銀アルミナ系触媒装置へ流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比よりリッチにする際には、銀アルミナ系触媒装置へ流入する排気ガスの空燃比を設定時間だけ設定リッチ空燃比とし、このときの銀アルミナ系触媒装置からのNO2放出速度が設定され、NOX還元触媒装置のNOX還元速度がNO2放出速度以上となるように、NOX還元触媒装置を昇温するようになっている。それにより、銀アルミナ系触媒装置から放出される殆どのNO2をNOX還元触媒装置において還元浄化することができる。
本発明による請求項7に記載の内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置において、銀アルミナ系触媒装置の下流側にはNOX還元触媒装置が配置され、銀アルミナ系触媒装置の温度上昇の抑制を解除すればNOX還元触媒装置が活性化すると判断されるときに、銀アルミナ系触媒装置の温度上昇の抑制を解除して銀アルミナ系触媒装置へ流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比よりリッチにするようになっている。それにより、銀アルミナ系触媒装置の温度上昇の抑制を解除して銀アルミナ系触媒装置が第二設定温度以上となってNOが放出されても、銀アルミナ系触媒装置の下流側に配置されて活性化しているNOX還元触媒装置においてリッチ空燃比の排気ガス中の還元物質を使用して還元浄化させることができる。
図1は本発明による内燃機関の排気浄化装置の実施例を示す概略図であり、同図において、1は内燃機関の排気通路である。内燃機関は、ディーゼルエンジン又は筒内噴射式火花点火内燃機関のような希薄燃焼を実施する内燃機関である。このような内燃機関の排気ガス中には、比較的多くのNOXが含まれるために、排気通路1には、NOXを吸着する銀アルミナ系触媒装置2が配置されており、また、銀アルミナ系触媒装置2の下流側には、NOXを還元するためのNOX還元触媒装置3が配置されており、銀アルミナ系触媒装置2の上流側には、還元剤を供給するための還元剤供給装置4が配置されている。また、NOX還元触媒装置3の回りには、NOX還元触媒装置3を加熱するための電気ヒータ5が配置されている。また、銀アルミナ系触媒装置2の直上流側には、銀アルミナ系触媒装置2の温度上昇を抑制するために、銀アルミナ系触媒装置2へ二次空気を供給する二次空気供給装置6が配置されている。
銀アルミナ系触媒装置2は、アルミナを担体コート材として酸化銀を担持させたものであり、排気ガス中のNO2を硝酸銀として吸着することができ、銀アルミナ系触媒装置2へ流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりリーンであるときにおいて、第一設定温度(約300°C)となると吸着したNO2を放出する。このときには、NOX還元触媒装置3は十分に活性化しており、放出されたNO2は、NOX還元触媒装置3において、還元剤供給装置4から供給される還元剤により還元浄化させることができる。こうして、銀アルミナ系触媒装置2をNOX還元触媒装置3の上流側に配置することにより、NOX還元触媒装置3が活性化する以前において排気ガス中のNO2が大気中へ放出されることを十分に抑制することができる。
銀アルミナ系触媒装置2は、例えば、ハニカム状の基材にアルミナAl2O3担体コート層を形成し、アルミナ200g(耐熱性向上のためにランタンLaを混入させても良い)に対して銀0.2molの割合でアルミナ担体コート層に酸化銀Ag2Oを担持させたものである。
このような触媒の調製方法としては、例えば、アルミナMI386(La/Al2O3)粉末の1600gと、バインダA520の710.4gと、水の3600gとをアトライタにより20分攪拌したものを、基材上に単位体積当たり200g/Lでコートする。次いで、これを大気中において250°Cで30分焼成し、続いて、500°Cで1時間焼成して、基材上にアルミナ担体コート層を形成する。
一方、硝酸銀236.2gにイオン交換水を加えて溶解させて1700ccとし、Ag濃度0.82mol/Lとなる硝酸銀水溶液を調製する。
このような硝酸銀水溶液に前述のアルミナ担体コート層を30分浸漬し、吸水担持により単位体積当たりAg0.2mol/Lを担持させる。次いで、送風型乾燥機を作動させて20分乾燥させ、大気中において550°Cで3時間焼成した後に、5%の水素を含む窒素が1分間に7L通過する中で500°Cで3時間焼成する。
このようして調製された触媒においては、酸化銀Ag2OがアルミナAl2O3担体コート層から露出しており、排気ガス中のNOをNO2に酸化させた後に硝酸銀AgNO3として良好に保持することができる。
NOX還元触媒装置3は、三元触媒装置とすることができ、この場合には、還元剤供給装置4からは還元剤として例えば燃料が供給され、三元触媒装置内の排気ガスの空燃比をリッチにしてNOXを還元浄化する。
また、NOX還元触媒装置3は、アンモニアNH3を使用してNOXを選択的に還元浄化する選択還元型NOX触媒装置とすることができ、この場合には、還元剤供給装置4からは還元剤として例えば尿素が供給され、選択還元型NOX触媒装置において、尿素の加水分解によりアンモニアを発生させてNOXを還元浄化する。
また、NOX還元触媒装置3が、排気ガス中の炭化水素を部分酸化しうる上流側の酸化触媒装置(白金Pt、銀Ag、又は銅Cu等を担持する)と、部分酸化させた炭化水素と排気ガス中のNOXとから酸化触媒装置において生成される含窒素炭化水素化合物(アミン化合物、イソシアナート化合物、及び、ニトロソ化合物)を浄化する下流側の触媒装置(白金Pt又はロジウムRhを担持する)とから構成される場合には、NOXを浄化するために還元剤供給装置4からは還元剤として炭化水素(燃料)が供給される。特に、供給された炭化水素により排気ガスの空燃比を15.5以下のリーン空燃比とすれば、酸化触媒装置において含窒素炭化水素化合物が生成され易くなり、排気ガス中のNOXのほぼ全てを浄化することができる。
前述したように、銀アルミナ系触媒装置2が第一設定温度T1となるまでに硝酸銀AgNO3として吸着された排気ガス中のNO2は、銀アルミナ系触媒装置2が第一設定温度T1となると放出され、このときには、下流側のNOX還元触媒装置3は活性化温度(約200°C)以上となっており、放出されたNO2はNOX還元触媒装置3により還元浄化させることができる。
一方、排気ガス中のNOも銀アルミナ系触媒装置2に吸着されるが、NOは銀アルミナ系触媒装置2に亜硝酸銀AgNO2として吸着される。こうして亜硝酸銀として吸着されているNOは、第一設定温度T1より低い第二設定温度T2(約150°C)において銀アルミナ系触媒装置2から放出されてしまう。このときには、下流側のNOX還元触媒装置3は十分に活性化しておらず、銀アルミナ系触媒装置2から流出するNOは、NOX還元触媒装置3において還元浄化されることなく、大気中へ放出されてしまう。
それにより、NO2が放出される第一設定温度T1より低い第二設定温度T2において銀アルミナ系触媒装置から流出するNO量を低減することが望まれる。
これを実現するために、本実施形態の内燃機関の排気浄化装置は、電子制御装置(図示せず)により図2に示す第一フローチャートに従って制御される。図2の第一フローチャートは、機関始動と同時に開始される。
先ず、ステップ101において、銀アルミナ系触媒装置2の現在の温度TUを推定する。例えば、銀アルミナ系触媒装置2の直下流側に温度センサを配置して、銀アルミナ系触媒装置2から流入する排気ガス温度を測定して、この測定温度を銀アルミナ系触媒装置2の現在の温度TUとしても良い。また、現在の機関運転状態に基づき推定される銀アルミナ系触媒装置2へ流入する排気ガスの温度に基づき、銀アルミナ系触媒装置2の現在の温度TUを推定するようにしても良い。また、直接的に、銀アルミナ系触媒装置2の温度を測定するようにしても良い。
次いで、ステップ102において、現在の機関運転状態に基づき単位時間(フローチャートの実行間隔)当たりに各気筒から排出されて銀アルミナ系触媒装置2へ新たに亜硝酸銀AgNO2として吸着されるNO量a1を推定する。例えば、このようなNO量a1は、実験的に機関運転状態毎にマップ化することができ、このようなマップをステップ102の推定に利用すれば良い。
次いで、ステップ103において、現在の機関運転状態に基づき単位時間(フローチャートの実行間隔)当たりに各気筒から排出されて銀アルミナ系触媒装置2へ新たに硝酸銀AgNO3として吸着されるNO2量a2を推定する。例えば、このようなNO2量a2は、実験的に機関運転状態毎にマップ化することができ、このようなマップをステップ103の推定に利用すれば良い。
次いで、ステップ104において、ステップ101において推定された銀アルミナ系触媒装置2の現在の温度TU及び銀アルミナ系触媒装置2に亜硝酸銀AgNO2として吸着されているNO量A1(ステップ105において算出される)に基づき、単位時間(フローチャートの実行間隔)当たりに銀アルミナ系触媒装置2において亜硝酸銀AgNO2として吸着されているNOが酸化されて硝酸銀AgNO3として吸着される酸化量a3を推定する。例えば、このような酸化量a3は、銀アルミナ系触媒装置2の現在の温度TUが高いほど多くなり、また、銀アルミナ系触媒装置2に亜硝酸銀AgNO2として吸着されているNO量A1が多いほど多くなる。酸化量a3は、実験的にマップ化することができ、このようなマップをステップ104の推定に利用すれば良い。
次いで、ステップ105において、ステップ102において推定されたNO量a1を加算し、ステップ104において推定された酸化量a3を減算し、銀アルミナ系触媒装置2における現在のNO吸着量A1を算出する。ステップ106では、ステップ103において推定されたNO2量a2を加算し、ステップ104において推定された酸化量a3も加算し、銀アルミナ系触媒装置2における現在のNO2吸着量A2を算出する。
次いで、ステップ107において、フラグFが2であるか否かが判断される。フラグFは機関停止と共に0にリセットされるものであり、当初は、ステップ107の判断は否定されてステップ108へ進む。ステップ108では、フラグFが1であるか否かが判断され、当初は、この判断も否定されてステップ109へ進む。
ステップ109では、ステップ101において推定された銀アルミナ系触媒装置2の現在の温度TUが第三設定温度T3に達したか否かが判断される。第三設定温度T3は、銀アルミナ系触媒装置2が亜硝酸銀として吸着されているNOを放出する第二設定温度T2より僅かに低い温度(例えば約130°C)であり、銀アルミナ系触媒装置2が第三設定温度T3以下であれば、銀アルミナ系触媒装置2は殆どNOを放出しない。第三設定温度T3は、銀アルミナ系触媒装置2から殆どNOが放出されない上限温度とすることが好ましい。ステップ109の判断が否定されるときには、そのまま終了する。
排気ガス温度の上昇に伴って銀アルミナ系触媒装置2の温度TUは徐々に上昇し、第三設定温度T3に達すると、ステップ109の判断が肯定され、ステップ110において、二次空気供給装置6から二次空気が供給され、銀アルミナ系触媒装置2の温度上昇を抑制し、銀アルミナ系触媒装置2の温度TUを第三設定温度T3近傍に維持する。二次空気供給装置6は、例えば、吸気系のエアクリーナの下流側(好ましくはエアフロメータより上流側)から吸入した空気を排気系の銀アルミナ系触媒装置2の直上流側へ供給するものであり、銀アルミナ系触媒装置2へ流入する排気ガス温度が高いほど多量の空気を供給することにより、銀アルミナ系触媒装置2の温度を第三設定温度T3近傍に維持する。
こうして二次空気供給装置6により二次空気が銀アルミナ系触媒装置2へ供給されている間においても、ステップ101において銀アルミナ系触媒装置2の温度TUが推定されると共に、ステップ105において銀アルミナ系触媒装置2における現在のNO吸着量A1が算出され、ステップ106において銀アルミナ系触媒装置2における現在のNO2吸着量A2が算出される。
図3は、フラグFを1にセットするための第二フローチャートであり、フラグFが0とされている間においてだけ実施される。先ず、ステップ201において、銀アルミナ系触媒装置2における現在のNO吸着量A1がほぼ0となったか否かが判断される。この判断が否定されるときにはステップ201の判断が繰り返される。
銀アルミナ系触媒装置2が低温である間は、銀アルミナ系触媒装置2へ亜硝酸銀AgNO2として新たに吸着されるNO量a1の方が、銀アルミナ系触媒装置2において吸着されているNOが酸化されて硝酸銀AgNO3として吸着される酸化量a3より多いために、銀アルミナ系触媒装置2における現在のNO吸着量A1は増加する。しかしながら、銀アルミナ系触媒装置2の温度が第三設定温度T3近傍となると、銀アルミナ系触媒装置2において吸着されているNOが酸化されて硝酸銀AgNO3として吸着される酸化量a3が、銀アルミナ系触媒装置2へ亜硝酸銀AgNO2として新たに吸着されるNO量a1より多くなり、銀アルミナ系触媒装置2における現在のNO吸着量A1は減少する。
それにより、銀アルミナ系触媒装置2を第三設定温度T3近傍に維持することにより、銀アルミナ系触媒装置2における現在のNO吸着量A1は徐々に減少し、遂には、ほぼ0となってステップ201の判断が肯定される。ステップ201の判断が肯定されれば、ステップ202において、フラグFは1とされる。
こうして、フラグFが1にセットされると、図2の第一フローチャートのステップ108の判断が肯定され、ステップ111において、二次空気供給装置6による二次空気の供給は停止され、銀アルミナ系触媒装置2の温度上昇の抑制は解除される。銀アルミナ系触媒装置2の温度上昇を抑制している間において、排気ガスの温度は比較的高くなっており、温度上昇の抑制を解除すると銀アルミナ系触媒装置2の温度は急激に上昇して第二設定温度T2以上となるが、銀アルミナ系触媒装置2にはNOは殆ど吸着されておらず、このときに銀アルミナ系触媒装置2から殆どNOが放出されることはない。次いで、ステップ112において、銀アルミナ系触媒装置2における現在のNO吸着量A1は0にリセットされる。
図3の第二フローチャートでは、銀アルミナ系触媒装置2における現在のNO吸着量A1がほぼ0となったときにフラグFを1として銀アルミナ系触媒装置2の温度上昇の抑制を解除するようにしたが、例えば、設定時間だけ銀アルミナ系触媒装置2の温度上昇を抑制して銀アルミナ系触媒装置2を第三設定温度近傍に維持すれば、銀アルミナ系触媒装置2に吸着されている少なくとも一部のNOがNO2に酸化されて銀アルミナ系触媒装置に吸着されるようになり、銀アルミナ系触媒装置2に吸着されているNO量を減少させることができる。それにより、銀アルミナ系触媒装置2の温度上昇の抑制を解除したときに銀アルミナ系触媒装置2が第二設定温度T2となって銀アルミナ系触媒装置2からNOが放出されることとなっても、銀アルミナ系触媒装置2から流出するNO量を低減することができる。
図4は、フラグFを2にセットするための第三フローチャートであり、フラグFが1とされている間においてだけ実施される。先ず、ステップ301において、銀アルミナ系触媒装置2の下流側に位置するNOX還元触媒装置3の温度TDが活性化温度TA以上であるか否かが判断される。NOX還元触媒装置3の温度TDは、銀アルミナ系触媒装置2の温度TUと同様な方法により推定することができる。この判断が否定されるときには、そのまま終了する。
一方、NOX還元触媒装置3の温度TDが活性化温度TA以上であるときには、ステップ301の判断が肯定され、ステップ302において、銀アルミナ系触媒装置2における現在のNO2吸着量A2が設定値AL、例えば、銀アルミナ系触媒装置2におけるNO2吸着限界量に達したか否かが判断される。この判断が否定されるときには、そのまま終了するが、この判断が肯定されるときには、ステップ302においてフラグFは2とされる。
銀アルミナ系触媒装置2の温度TUが第二設定温度T2以上であるときには、銀アルミナ系触媒装置2へ新たにNOが吸着されることはなく、また、銀アルミナ系触媒装置2においてNOが吸着されていないために、NO2へ酸化されることもなく、第一フローチャートのステップ102のNO量a1及びステップ104の酸化量a3はいずれも零となる。
しかしながら、排気ガス中のNO2は銀アルミナ系触媒装置2へ吸着され、排気ガス中のNOはNO2に酸化されて吸着され、フラグFは1とされている間においても、第一フローチャートのステップ103においてNO2量a2は推定され、ステップ106において算出される銀アルミナ系触媒装置2の現在のNO2吸着量A2は徐々に増加し、遂には、設定量ALに達することとなる。
こうして、フラグFが2にセットされると、図2の第一フローチャートのステップ107の判断が肯定され、ステップ113において、リッチ化制御として、還元剤供給装置4から燃料を供給して、銀アルミナ系触媒装置2へ流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比よりリッチにする。それにより、銀アルミナ系触媒装置2の温度が第一設定温度T1になっていなくても、銀アルミナ系触媒装置2からNO2が放出される。このように、銀アルミナ系触媒装置2にNO2を吸着することができなくなる以前に、銀アルミナ系触媒装置からNO2を放出させることができ、こうして放出されたNO2は、銀アルミナ系触媒装置2の下流側に配置されて活性化しているNOX還元触媒装置3においてリッチ空燃比の排気ガス中の還元物質を使用して還元浄化させることができる。
次いで、ステップ114において、銀アルミナ系触媒装置2における現在のNO2吸着量A2は0にリセットされ、フラグFは1とされる。それにより、第四フローチャートは繰り返され、銀アルミナ系触媒装置2における現在のNO2吸着量A2が設定量ALとなれば、再び、フラグFは2とされ、リッチ化制御が実施されて、銀アルミナ系触媒装置2に吸着されているNO2を放出させて、NOX還元触媒装置3において還元浄化する。こうして、リッチ化制御の頻度を最小限として燃料消費の悪化を抑制している。第三フローチャートは、第二フローチャートにおいてフラグFが1とされ、銀アルミナ系触媒装置2の温度上昇の抑制が解除された瞬間に、ステップ301及び302の判断が肯定されてフラグFを2とし、第一フローチャートのステップ113のリッチ化制御が実施されることもある。
図5は、フラグFを2にセットするための第四フローチャートであり、第三フローチャートと共にフラグFが1とされている間においてだけ実施される。先ず、ステップ401において、第一フローチャートのステップ101で推定される銀アルミナ系触媒装置2の現在の温度TUが第一設定温度T1に達したか否かが判断される。銀アルミナ系触媒装置2の温度TUは第一設定温度T1とならないように、銀アルミナ系触媒装置2は機関本体から離されて配置される。それにより、通常は、ステップ401の判断が肯定されることはないが、もし、肯定されるときには、ステップ402においてフラグFは2とされる。
それにより、第一フローチャートのステップ113において、前述のリッチ化制御が実施され、第一設定温度T1となって銀アルミナ系触媒装置2から放出されるNO2は、このときには必然的に活性化しているNOX還元触媒装置3において、リッチ化制御の排気ガス中の還元物質を使用して還元浄化される。このときにおいて、銀アルミナ系触媒装置2のNO2吸着量A2は設定量ALまで達していないが、第一設定温度T1となれば、NO2が銀アルミナ系触媒装置2から放出されてしまうために、大気中へ放出されないように、リッチ化制御を実施してNOX還元触媒装置3において還元浄化する。
次いで、ステップ114において、銀アルミナ系触媒装置2における現在のNO2吸着量A2は0にリセットされ、フラグFは1とされる。それにより、第五フローチャートは繰り返され、銀アルミナ系触媒装置2の温度TUが第一設定温度T1となれば、再び、フラグFは2とされ、リッチ化制御が実施されて、銀アルミナ系触媒装置2から放出するNO2をNOX還元触媒装置3において還元浄化する。第四フローチャートは、第二フローチャートにおいてフラグFが1とされ、銀アルミナ系触媒装置2の温度上昇の抑制が解除された瞬間に、ステップ401の判断が肯定されてフラグFを2とし、第一フローチャートのステップ113のリッチ化制御が実施されることもある。
図6は、フラグFを2にセットするための第五フローチャートであり、第四フローチャート及び第五フローチャートとは異なり、二次空気供給装置6により銀アルミナ系触媒装置2の温度上昇が抑制されている間においてだけ実施される。先ず、ステップ501において、二次空気供給装置6による銀アルミナ系触媒装置2の温度上昇の抑制を解除したときの急激な温度上昇によるNOX還元触媒装置3の推定温度TD’が活性化温度TA以上であるか否かが判断される。このようなNOX還元触媒装置3の推定温度TD’は、二次空気により冷却される前の現在の排気ガスの温度に基づき推定することができる。この判断が否定されるときには、そのまま終了する。
一方、銀アルミナ系触媒装置2の温度上昇の抑制を解除すれば、NOX還元触媒装置3が活性化温度TA以上となるときには、ステップ501の判断が肯定され、ステップ502において、銀アルミナ系触媒装置2における現在のNO2吸着量A2が設定値AL(例えば、銀アルミナ系触媒装置2におけるNO2吸着限界量)に達したか否かが判断される。この判断が否定されるときには、そのまま終了するが、この判断が肯定されるときには、ステップ503において、二次空気供給装置6による二次空気の供給を停止し、ステップ504においてフラグFは2とされる。
それにより、第一フローチャートのステップ113において、前述のリッチ化制御が実施され、銀アルミナ系触媒装置2へ流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比よりリッチにし、銀アルミナ系触媒装置2の温度が第一設定温度T1になっていなくても、銀アルミナ系触媒装置2からNO2を放出させる。このように、銀アルミナ系触媒装置2にNO2を吸着することができなくなる以前に、銀アルミナ系触媒装置からNO2を放出させ、こうして放出させたNO2は、銀アルミナ系触媒装置2の下流側に配置されて活性化しているNOX還元触媒装置3においてリッチ空燃比の排気ガス中の還元物質を使用して還元浄化させることができる。また、銀アルミナ系触媒装置3の温度上昇の抑制を解除したときに、銀アルミナ系触媒装置2におけるNO吸着量A1は零となっていないために、銀アルミナ系触媒装置2からNOも放出されるが、放出されたNOもNOX還元触媒装置3においてリッチ空燃比の排気ガス中の還元物質を使用して還元浄化させることができる。
第五フローチャートにおいて、銀アルミナ系触媒装置2の温度上昇の抑制を解除すれば、NOX還元触媒装置3が活性化温度TA以上となるときには、ステップ501の判断が肯定され、このときに、銀アルミナ系触媒装置2における現在のNO2吸着量A2に係わらずに、二次空気供給装置6による二次空気の供給を停止してフラグFを2としても良い。
それにより、第一フローチャートのステップ113において、前述のリッチ化制御が実施され、銀アルミナ系触媒装置2へ流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比よりリッチにし、銀アルミナ系触媒装置2の温度が第一設定温度T1になっていなくても、銀アルミナ系触媒装置2からNO2を放出させる。こうして放出させたNO2は、銀アルミナ系触媒装置2の下流側に配置されて活性化しているNOX還元触媒装置3においてリッチ空燃比の排気ガス中の還元物質を使用して還元浄化させることができる。また、銀アルミナ系触媒装置2からNOも放出されるが、放出されたNOもNOX還元触媒装置3においてリッチ空燃比の排気ガス中の還元物質を使用して還元浄化させることができる。
前述したように、銀アルミナ系触媒装置2は、流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりリーンであるときには第一設定温度T1となるとNO2を放出し、流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりリッチであるときには第一設定温度T1より低い温度でもNO2を放出し、また、排気ガスの空燃比が小さいほど低い温度でもNO2を放出する。すなわち、銀アルミナ系触媒装置2において、各温度に対してNO2を放出させる上限空燃比を設定することができ、各温度において上限空燃比より空燃比を小さくすれば、空燃比を小さくするほどNO2の放出速度が速くなる。
ところで、第一フローチャートのステップ113のリッチ化制御は、銀アルミナ系触媒装置2から可能な限りゆっくりとNO2を放出させた方が、下流側のNOX還元触媒装置3において還元浄化させ易い。そのためには、リッチ化制御のリッチ空燃比は、各温度TUの上限空燃比とすることが好ましい。ただし、銀アルミナ系触媒装置2の温度TUが第一設定温度T1である場合には、上限空燃比は理論空燃比よりリーンとなるが、これでは、NO2を下流側のNOX還元触媒装置3において還元浄化することができないために、理論空燃比より僅かに小さなリッチ空燃比とすることとなる。また、リッチ化制御を実施する時間は、銀アルミナ系触媒装置2から放出されるNO2をNOX還元触媒装置3において十分に還元浄化するために、銀アルミナ系触媒装置2から放出されるNO2が多いほど、すなわち、銀アルミナ系触媒装置2のNO2吸着量A2が多いほど、長くすることが好ましい。
リッチ化制御に際して、銀アルミナ系触媒装置2へ流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比よりリッチにする際には、銀アルミナ系触媒装置2へ流入する排気ガスの空燃比を設定時間だけ設定リッチ空燃比とすることとなり、設定リッチ空燃比が銀アルミナ系触媒装置の各温度の上限空燃比に近いほど、銀アルミナ系触媒装置からのNO2放出速度を遅くすることができる。このようなリッチ化制御において、設定リッチ空燃比に基づき銀アルミナ系触媒装置からのNO2放出速度を推定することができる。
こうしてリッチ化制御においては、推定されたNO2放出速度で銀アルミナ系触媒装置2からNO2が放出され、このときに活性化しているNOX還元触媒装置3によってNO2を還元浄化することとなるが、NOX還元触媒装置3のNOX還元速度をNO2放出速度以上とすれば、銀アルミナ系触媒装置2から放出される殆どのNO2をNOX還元触媒装置3において還元浄化することができる。
NOX還元触媒装置3のNOX還元速度は、排気ガスの空燃比が小さいほど速くなり、NOX還元触媒装置3の温度TDが高いほど速くなる。排気ガスの空燃比は、リッチ化制御の設定リッチ空燃比であり、それにより、銀アルミナ系触媒装置2のNO2放出速度と等しいNOX還元速度をもたらすためのNOX還元触媒装置3の目標温度TDtを推定することができる。
それにより、リッチ化制御において、NOX還元触媒装置3の現在の温度TDが目標温度TDtより低いときには、電気ヒータ5を作動してNOX還元触媒装置3を目標温度TDt以上に昇温することが好ましい。
また、リッチ化制御に際して、銀アルミナ系触媒装置2からNOも放出される場合には、NOX還元触媒装置3においてNOも還元浄化するために、目標温度TDtをより高くして、NOX還元触媒装置3のNOX還元速度をより高くすることが好ましい。
還元剤供給装置4として、気筒内へ燃料を噴射する燃料噴射弁を使用することも可能であり、燃料噴射弁により例えば排気行程後半又は膨張行程において気筒内へ追加燃料を噴射してリッチ化制御の設定リッチ空燃比を実現するようにしても良い。
銀アルミナ系触媒装置2は、アルミナを担体コート材として酸化銀を担持させたものであり、排気ガス中のNO2を硝酸銀として吸着することができ、銀アルミナ系触媒装置2へ流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりリーンであるときにおいて、第一設定温度(約300°C)となると吸着したNO2を放出する。このときには、NOX還元触媒装置3は十分に活性化しており、放出されたNO2は、NOX還元触媒装置3において、還元剤供給装置4から供給される還元剤により還元浄化させることができる。こうして、銀アルミナ系触媒装置2をNOX還元触媒装置3の上流側に配置することにより、NOX還元触媒装置3が活性化する以前において排気ガス中のNO2が大気中へ放出されることを十分に抑制することができる。
銀アルミナ系触媒装置2は、例えば、ハニカム状の基材にアルミナAl2O3担体コート層を形成し、アルミナ200g(耐熱性向上のためにランタンLaを混入させても良い)に対して銀0.2molの割合でアルミナ担体コート層に酸化銀Ag2Oを担持させたものである。
このような触媒の調製方法としては、例えば、アルミナMI386(La/Al2O3)粉末の1600gと、バインダA520の710.4gと、水の3600gとをアトライタにより20分攪拌したものを、基材上に単位体積当たり200g/Lでコートする。次いで、これを大気中において250°Cで30分焼成し、続いて、500°Cで1時間焼成して、基材上にアルミナ担体コート層を形成する。
一方、硝酸銀236.2gにイオン交換水を加えて溶解させて1700ccとし、Ag濃度0.82mol/Lとなる硝酸銀水溶液を調製する。
このような硝酸銀水溶液に前述のアルミナ担体コート層を30分浸漬し、吸水担持により単位体積当たりAg0.2mol/Lを担持させる。次いで、送風型乾燥機を作動させて20分乾燥させ、大気中において550°Cで3時間焼成した後に、5%の水素を含む窒素が1分間に7L通過する中で500°Cで3時間焼成する。
このようして調製された触媒においては、酸化銀Ag2OがアルミナAl2O3担体コート層から露出しており、排気ガス中のNOをNO2に酸化させた後に硝酸銀AgNO3として良好に保持することができる。
NOX還元触媒装置3は、三元触媒装置とすることができ、この場合には、還元剤供給装置4からは還元剤として例えば燃料が供給され、三元触媒装置内の排気ガスの空燃比をリッチにしてNOXを還元浄化する。
また、NOX還元触媒装置3は、アンモニアNH3を使用してNOXを選択的に還元浄化する選択還元型NOX触媒装置とすることができ、この場合には、還元剤供給装置4からは還元剤として例えば尿素が供給され、選択還元型NOX触媒装置において、尿素の加水分解によりアンモニアを発生させてNOXを還元浄化する。
また、NOX還元触媒装置3が、排気ガス中の炭化水素を部分酸化しうる上流側の酸化触媒装置(白金Pt、銀Ag、又は銅Cu等を担持する)と、部分酸化させた炭化水素と排気ガス中のNOXとから酸化触媒装置において生成される含窒素炭化水素化合物(アミン化合物、イソシアナート化合物、及び、ニトロソ化合物)を浄化する下流側の触媒装置(白金Pt又はロジウムRhを担持する)とから構成される場合には、NOXを浄化するために還元剤供給装置4からは還元剤として炭化水素(燃料)が供給される。特に、供給された炭化水素により排気ガスの空燃比を15.5以下のリーン空燃比とすれば、酸化触媒装置において含窒素炭化水素化合物が生成され易くなり、排気ガス中のNOXのほぼ全てを浄化することができる。
前述したように、銀アルミナ系触媒装置2が第一設定温度T1となるまでに硝酸銀AgNO3として吸着された排気ガス中のNO2は、銀アルミナ系触媒装置2が第一設定温度T1となると放出され、このときには、下流側のNOX還元触媒装置3は活性化温度(約200°C)以上となっており、放出されたNO2はNOX還元触媒装置3により還元浄化させることができる。
一方、排気ガス中のNOも銀アルミナ系触媒装置2に吸着されるが、NOは銀アルミナ系触媒装置2に亜硝酸銀AgNO2として吸着される。こうして亜硝酸銀として吸着されているNOは、第一設定温度T1より低い第二設定温度T2(約150°C)において銀アルミナ系触媒装置2から放出されてしまう。このときには、下流側のNOX還元触媒装置3は十分に活性化しておらず、銀アルミナ系触媒装置2から流出するNOは、NOX還元触媒装置3において還元浄化されることなく、大気中へ放出されてしまう。
それにより、NO2が放出される第一設定温度T1より低い第二設定温度T2において銀アルミナ系触媒装置から流出するNO量を低減することが望まれる。
これを実現するために、本実施形態の内燃機関の排気浄化装置は、電子制御装置(図示せず)により図2に示す第一フローチャートに従って制御される。図2の第一フローチャートは、機関始動と同時に開始される。
先ず、ステップ101において、銀アルミナ系触媒装置2の現在の温度TUを推定する。例えば、銀アルミナ系触媒装置2の直下流側に温度センサを配置して、銀アルミナ系触媒装置2から流入する排気ガス温度を測定して、この測定温度を銀アルミナ系触媒装置2の現在の温度TUとしても良い。また、現在の機関運転状態に基づき推定される銀アルミナ系触媒装置2へ流入する排気ガスの温度に基づき、銀アルミナ系触媒装置2の現在の温度TUを推定するようにしても良い。また、直接的に、銀アルミナ系触媒装置2の温度を測定するようにしても良い。
次いで、ステップ102において、現在の機関運転状態に基づき単位時間(フローチャートの実行間隔)当たりに各気筒から排出されて銀アルミナ系触媒装置2へ新たに亜硝酸銀AgNO2として吸着されるNO量a1を推定する。例えば、このようなNO量a1は、実験的に機関運転状態毎にマップ化することができ、このようなマップをステップ102の推定に利用すれば良い。
次いで、ステップ103において、現在の機関運転状態に基づき単位時間(フローチャートの実行間隔)当たりに各気筒から排出されて銀アルミナ系触媒装置2へ新たに硝酸銀AgNO3として吸着されるNO2量a2を推定する。例えば、このようなNO2量a2は、実験的に機関運転状態毎にマップ化することができ、このようなマップをステップ103の推定に利用すれば良い。
次いで、ステップ104において、ステップ101において推定された銀アルミナ系触媒装置2の現在の温度TU及び銀アルミナ系触媒装置2に亜硝酸銀AgNO2として吸着されているNO量A1(ステップ105において算出される)に基づき、単位時間(フローチャートの実行間隔)当たりに銀アルミナ系触媒装置2において亜硝酸銀AgNO2として吸着されているNOが酸化されて硝酸銀AgNO3として吸着される酸化量a3を推定する。例えば、このような酸化量a3は、銀アルミナ系触媒装置2の現在の温度TUが高いほど多くなり、また、銀アルミナ系触媒装置2に亜硝酸銀AgNO2として吸着されているNO量A1が多いほど多くなる。酸化量a3は、実験的にマップ化することができ、このようなマップをステップ104の推定に利用すれば良い。
次いで、ステップ105において、ステップ102において推定されたNO量a1を加算し、ステップ104において推定された酸化量a3を減算し、銀アルミナ系触媒装置2における現在のNO吸着量A1を算出する。ステップ106では、ステップ103において推定されたNO2量a2を加算し、ステップ104において推定された酸化量a3も加算し、銀アルミナ系触媒装置2における現在のNO2吸着量A2を算出する。
次いで、ステップ107において、フラグFが2であるか否かが判断される。フラグFは機関停止と共に0にリセットされるものであり、当初は、ステップ107の判断は否定されてステップ108へ進む。ステップ108では、フラグFが1であるか否かが判断され、当初は、この判断も否定されてステップ109へ進む。
ステップ109では、ステップ101において推定された銀アルミナ系触媒装置2の現在の温度TUが第三設定温度T3に達したか否かが判断される。第三設定温度T3は、銀アルミナ系触媒装置2が亜硝酸銀として吸着されているNOを放出する第二設定温度T2より僅かに低い温度(例えば約130°C)であり、銀アルミナ系触媒装置2が第三設定温度T3以下であれば、銀アルミナ系触媒装置2は殆どNOを放出しない。第三設定温度T3は、銀アルミナ系触媒装置2から殆どNOが放出されない上限温度とすることが好ましい。ステップ109の判断が否定されるときには、そのまま終了する。
排気ガス温度の上昇に伴って銀アルミナ系触媒装置2の温度TUは徐々に上昇し、第三設定温度T3に達すると、ステップ109の判断が肯定され、ステップ110において、二次空気供給装置6から二次空気が供給され、銀アルミナ系触媒装置2の温度上昇を抑制し、銀アルミナ系触媒装置2の温度TUを第三設定温度T3近傍に維持する。二次空気供給装置6は、例えば、吸気系のエアクリーナの下流側(好ましくはエアフロメータより上流側)から吸入した空気を排気系の銀アルミナ系触媒装置2の直上流側へ供給するものであり、銀アルミナ系触媒装置2へ流入する排気ガス温度が高いほど多量の空気を供給することにより、銀アルミナ系触媒装置2の温度を第三設定温度T3近傍に維持する。
こうして二次空気供給装置6により二次空気が銀アルミナ系触媒装置2へ供給されている間においても、ステップ101において銀アルミナ系触媒装置2の温度TUが推定されると共に、ステップ105において銀アルミナ系触媒装置2における現在のNO吸着量A1が算出され、ステップ106において銀アルミナ系触媒装置2における現在のNO2吸着量A2が算出される。
図3は、フラグFを1にセットするための第二フローチャートであり、フラグFが0とされている間においてだけ実施される。先ず、ステップ201において、銀アルミナ系触媒装置2における現在のNO吸着量A1がほぼ0となったか否かが判断される。この判断が否定されるときにはステップ201の判断が繰り返される。
銀アルミナ系触媒装置2が低温である間は、銀アルミナ系触媒装置2へ亜硝酸銀AgNO2として新たに吸着されるNO量a1の方が、銀アルミナ系触媒装置2において吸着されているNOが酸化されて硝酸銀AgNO3として吸着される酸化量a3より多いために、銀アルミナ系触媒装置2における現在のNO吸着量A1は増加する。しかしながら、銀アルミナ系触媒装置2の温度が第三設定温度T3近傍となると、銀アルミナ系触媒装置2において吸着されているNOが酸化されて硝酸銀AgNO3として吸着される酸化量a3が、銀アルミナ系触媒装置2へ亜硝酸銀AgNO2として新たに吸着されるNO量a1より多くなり、銀アルミナ系触媒装置2における現在のNO吸着量A1は減少する。
それにより、銀アルミナ系触媒装置2を第三設定温度T3近傍に維持することにより、銀アルミナ系触媒装置2における現在のNO吸着量A1は徐々に減少し、遂には、ほぼ0となってステップ201の判断が肯定される。ステップ201の判断が肯定されれば、ステップ202において、フラグFは1とされる。
こうして、フラグFが1にセットされると、図2の第一フローチャートのステップ108の判断が肯定され、ステップ111において、二次空気供給装置6による二次空気の供給は停止され、銀アルミナ系触媒装置2の温度上昇の抑制は解除される。銀アルミナ系触媒装置2の温度上昇を抑制している間において、排気ガスの温度は比較的高くなっており、温度上昇の抑制を解除すると銀アルミナ系触媒装置2の温度は急激に上昇して第二設定温度T2以上となるが、銀アルミナ系触媒装置2にはNOは殆ど吸着されておらず、このときに銀アルミナ系触媒装置2から殆どNOが放出されることはない。次いで、ステップ112において、銀アルミナ系触媒装置2における現在のNO吸着量A1は0にリセットされる。
図3の第二フローチャートでは、銀アルミナ系触媒装置2における現在のNO吸着量A1がほぼ0となったときにフラグFを1として銀アルミナ系触媒装置2の温度上昇の抑制を解除するようにしたが、例えば、設定時間だけ銀アルミナ系触媒装置2の温度上昇を抑制して銀アルミナ系触媒装置2を第三設定温度近傍に維持すれば、銀アルミナ系触媒装置2に吸着されている少なくとも一部のNOがNO2に酸化されて銀アルミナ系触媒装置に吸着されるようになり、銀アルミナ系触媒装置2に吸着されているNO量を減少させることができる。それにより、銀アルミナ系触媒装置2の温度上昇の抑制を解除したときに銀アルミナ系触媒装置2が第二設定温度T2となって銀アルミナ系触媒装置2からNOが放出されることとなっても、銀アルミナ系触媒装置2から流出するNO量を低減することができる。
図4は、フラグFを2にセットするための第三フローチャートであり、フラグFが1とされている間においてだけ実施される。先ず、ステップ301において、銀アルミナ系触媒装置2の下流側に位置するNOX還元触媒装置3の温度TDが活性化温度TA以上であるか否かが判断される。NOX還元触媒装置3の温度TDは、銀アルミナ系触媒装置2の温度TUと同様な方法により推定することができる。この判断が否定されるときには、そのまま終了する。
一方、NOX還元触媒装置3の温度TDが活性化温度TA以上であるときには、ステップ301の判断が肯定され、ステップ302において、銀アルミナ系触媒装置2における現在のNO2吸着量A2が設定値AL、例えば、銀アルミナ系触媒装置2におけるNO2吸着限界量に達したか否かが判断される。この判断が否定されるときには、そのまま終了するが、この判断が肯定されるときには、ステップ302においてフラグFは2とされる。
銀アルミナ系触媒装置2の温度TUが第二設定温度T2以上であるときには、銀アルミナ系触媒装置2へ新たにNOが吸着されることはなく、また、銀アルミナ系触媒装置2においてNOが吸着されていないために、NO2へ酸化されることもなく、第一フローチャートのステップ102のNO量a1及びステップ104の酸化量a3はいずれも零となる。
しかしながら、排気ガス中のNO2は銀アルミナ系触媒装置2へ吸着され、排気ガス中のNOはNO2に酸化されて吸着され、フラグFは1とされている間においても、第一フローチャートのステップ103においてNO2量a2は推定され、ステップ106において算出される銀アルミナ系触媒装置2の現在のNO2吸着量A2は徐々に増加し、遂には、設定量ALに達することとなる。
こうして、フラグFが2にセットされると、図2の第一フローチャートのステップ107の判断が肯定され、ステップ113において、リッチ化制御として、還元剤供給装置4から燃料を供給して、銀アルミナ系触媒装置2へ流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比よりリッチにする。それにより、銀アルミナ系触媒装置2の温度が第一設定温度T1になっていなくても、銀アルミナ系触媒装置2からNO2が放出される。このように、銀アルミナ系触媒装置2にNO2を吸着することができなくなる以前に、銀アルミナ系触媒装置からNO2を放出させることができ、こうして放出されたNO2は、銀アルミナ系触媒装置2の下流側に配置されて活性化しているNOX還元触媒装置3においてリッチ空燃比の排気ガス中の還元物質を使用して還元浄化させることができる。
次いで、ステップ114において、銀アルミナ系触媒装置2における現在のNO2吸着量A2は0にリセットされ、フラグFは1とされる。それにより、第四フローチャートは繰り返され、銀アルミナ系触媒装置2における現在のNO2吸着量A2が設定量ALとなれば、再び、フラグFは2とされ、リッチ化制御が実施されて、銀アルミナ系触媒装置2に吸着されているNO2を放出させて、NOX還元触媒装置3において還元浄化する。こうして、リッチ化制御の頻度を最小限として燃料消費の悪化を抑制している。第三フローチャートは、第二フローチャートにおいてフラグFが1とされ、銀アルミナ系触媒装置2の温度上昇の抑制が解除された瞬間に、ステップ301及び302の判断が肯定されてフラグFを2とし、第一フローチャートのステップ113のリッチ化制御が実施されることもある。
図5は、フラグFを2にセットするための第四フローチャートであり、第三フローチャートと共にフラグFが1とされている間においてだけ実施される。先ず、ステップ401において、第一フローチャートのステップ101で推定される銀アルミナ系触媒装置2の現在の温度TUが第一設定温度T1に達したか否かが判断される。銀アルミナ系触媒装置2の温度TUは第一設定温度T1とならないように、銀アルミナ系触媒装置2は機関本体から離されて配置される。それにより、通常は、ステップ401の判断が肯定されることはないが、もし、肯定されるときには、ステップ402においてフラグFは2とされる。
それにより、第一フローチャートのステップ113において、前述のリッチ化制御が実施され、第一設定温度T1となって銀アルミナ系触媒装置2から放出されるNO2は、このときには必然的に活性化しているNOX還元触媒装置3において、リッチ化制御の排気ガス中の還元物質を使用して還元浄化される。このときにおいて、銀アルミナ系触媒装置2のNO2吸着量A2は設定量ALまで達していないが、第一設定温度T1となれば、NO2が銀アルミナ系触媒装置2から放出されてしまうために、大気中へ放出されないように、リッチ化制御を実施してNOX還元触媒装置3において還元浄化する。
次いで、ステップ114において、銀アルミナ系触媒装置2における現在のNO2吸着量A2は0にリセットされ、フラグFは1とされる。それにより、第五フローチャートは繰り返され、銀アルミナ系触媒装置2の温度TUが第一設定温度T1となれば、再び、フラグFは2とされ、リッチ化制御が実施されて、銀アルミナ系触媒装置2から放出するNO2をNOX還元触媒装置3において還元浄化する。第四フローチャートは、第二フローチャートにおいてフラグFが1とされ、銀アルミナ系触媒装置2の温度上昇の抑制が解除された瞬間に、ステップ401の判断が肯定されてフラグFを2とし、第一フローチャートのステップ113のリッチ化制御が実施されることもある。
図6は、フラグFを2にセットするための第五フローチャートであり、第四フローチャート及び第五フローチャートとは異なり、二次空気供給装置6により銀アルミナ系触媒装置2の温度上昇が抑制されている間においてだけ実施される。先ず、ステップ501において、二次空気供給装置6による銀アルミナ系触媒装置2の温度上昇の抑制を解除したときの急激な温度上昇によるNOX還元触媒装置3の推定温度TD’が活性化温度TA以上であるか否かが判断される。このようなNOX還元触媒装置3の推定温度TD’は、二次空気により冷却される前の現在の排気ガスの温度に基づき推定することができる。この判断が否定されるときには、そのまま終了する。
一方、銀アルミナ系触媒装置2の温度上昇の抑制を解除すれば、NOX還元触媒装置3が活性化温度TA以上となるときには、ステップ501の判断が肯定され、ステップ502において、銀アルミナ系触媒装置2における現在のNO2吸着量A2が設定値AL(例えば、銀アルミナ系触媒装置2におけるNO2吸着限界量)に達したか否かが判断される。この判断が否定されるときには、そのまま終了するが、この判断が肯定されるときには、ステップ503において、二次空気供給装置6による二次空気の供給を停止し、ステップ504においてフラグFは2とされる。
それにより、第一フローチャートのステップ113において、前述のリッチ化制御が実施され、銀アルミナ系触媒装置2へ流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比よりリッチにし、銀アルミナ系触媒装置2の温度が第一設定温度T1になっていなくても、銀アルミナ系触媒装置2からNO2を放出させる。このように、銀アルミナ系触媒装置2にNO2を吸着することができなくなる以前に、銀アルミナ系触媒装置からNO2を放出させ、こうして放出させたNO2は、銀アルミナ系触媒装置2の下流側に配置されて活性化しているNOX還元触媒装置3においてリッチ空燃比の排気ガス中の還元物質を使用して還元浄化させることができる。また、銀アルミナ系触媒装置3の温度上昇の抑制を解除したときに、銀アルミナ系触媒装置2におけるNO吸着量A1は零となっていないために、銀アルミナ系触媒装置2からNOも放出されるが、放出されたNOもNOX還元触媒装置3においてリッチ空燃比の排気ガス中の還元物質を使用して還元浄化させることができる。
第五フローチャートにおいて、銀アルミナ系触媒装置2の温度上昇の抑制を解除すれば、NOX還元触媒装置3が活性化温度TA以上となるときには、ステップ501の判断が肯定され、このときに、銀アルミナ系触媒装置2における現在のNO2吸着量A2に係わらずに、二次空気供給装置6による二次空気の供給を停止してフラグFを2としても良い。
それにより、第一フローチャートのステップ113において、前述のリッチ化制御が実施され、銀アルミナ系触媒装置2へ流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比よりリッチにし、銀アルミナ系触媒装置2の温度が第一設定温度T1になっていなくても、銀アルミナ系触媒装置2からNO2を放出させる。こうして放出させたNO2は、銀アルミナ系触媒装置2の下流側に配置されて活性化しているNOX還元触媒装置3においてリッチ空燃比の排気ガス中の還元物質を使用して還元浄化させることができる。また、銀アルミナ系触媒装置2からNOも放出されるが、放出されたNOもNOX還元触媒装置3においてリッチ空燃比の排気ガス中の還元物質を使用して還元浄化させることができる。
前述したように、銀アルミナ系触媒装置2は、流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりリーンであるときには第一設定温度T1となるとNO2を放出し、流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりリッチであるときには第一設定温度T1より低い温度でもNO2を放出し、また、排気ガスの空燃比が小さいほど低い温度でもNO2を放出する。すなわち、銀アルミナ系触媒装置2において、各温度に対してNO2を放出させる上限空燃比を設定することができ、各温度において上限空燃比より空燃比を小さくすれば、空燃比を小さくするほどNO2の放出速度が速くなる。
ところで、第一フローチャートのステップ113のリッチ化制御は、銀アルミナ系触媒装置2から可能な限りゆっくりとNO2を放出させた方が、下流側のNOX還元触媒装置3において還元浄化させ易い。そのためには、リッチ化制御のリッチ空燃比は、各温度TUの上限空燃比とすることが好ましい。ただし、銀アルミナ系触媒装置2の温度TUが第一設定温度T1である場合には、上限空燃比は理論空燃比よりリーンとなるが、これでは、NO2を下流側のNOX還元触媒装置3において還元浄化することができないために、理論空燃比より僅かに小さなリッチ空燃比とすることとなる。また、リッチ化制御を実施する時間は、銀アルミナ系触媒装置2から放出されるNO2をNOX還元触媒装置3において十分に還元浄化するために、銀アルミナ系触媒装置2から放出されるNO2が多いほど、すなわち、銀アルミナ系触媒装置2のNO2吸着量A2が多いほど、長くすることが好ましい。
リッチ化制御に際して、銀アルミナ系触媒装置2へ流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比よりリッチにする際には、銀アルミナ系触媒装置2へ流入する排気ガスの空燃比を設定時間だけ設定リッチ空燃比とすることとなり、設定リッチ空燃比が銀アルミナ系触媒装置の各温度の上限空燃比に近いほど、銀アルミナ系触媒装置からのNO2放出速度を遅くすることができる。このようなリッチ化制御において、設定リッチ空燃比に基づき銀アルミナ系触媒装置からのNO2放出速度を推定することができる。
こうしてリッチ化制御においては、推定されたNO2放出速度で銀アルミナ系触媒装置2からNO2が放出され、このときに活性化しているNOX還元触媒装置3によってNO2を還元浄化することとなるが、NOX還元触媒装置3のNOX還元速度をNO2放出速度以上とすれば、銀アルミナ系触媒装置2から放出される殆どのNO2をNOX還元触媒装置3において還元浄化することができる。
NOX還元触媒装置3のNOX還元速度は、排気ガスの空燃比が小さいほど速くなり、NOX還元触媒装置3の温度TDが高いほど速くなる。排気ガスの空燃比は、リッチ化制御の設定リッチ空燃比であり、それにより、銀アルミナ系触媒装置2のNO2放出速度と等しいNOX還元速度をもたらすためのNOX還元触媒装置3の目標温度TDtを推定することができる。
それにより、リッチ化制御において、NOX還元触媒装置3の現在の温度TDが目標温度TDtより低いときには、電気ヒータ5を作動してNOX還元触媒装置3を目標温度TDt以上に昇温することが好ましい。
また、リッチ化制御に際して、銀アルミナ系触媒装置2からNOも放出される場合には、NOX還元触媒装置3においてNOも還元浄化するために、目標温度TDtをより高くして、NOX還元触媒装置3のNOX還元速度をより高くすることが好ましい。
還元剤供給装置4として、気筒内へ燃料を噴射する燃料噴射弁を使用することも可能であり、燃料噴射弁により例えば排気行程後半又は膨張行程において気筒内へ追加燃料を噴射してリッチ化制御の設定リッチ空燃比を実現するようにしても良い。
1 排気通路
2 銀アルミナ系触媒装置
3 NOX還元触媒装置
4 還元剤供給装置
5 電気ヒータ
6 二次空気供給装置
2 銀アルミナ系触媒装置
3 NOX還元触媒装置
4 還元剤供給装置
5 電気ヒータ
6 二次空気供給装置
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。
アルミナを担体コート材として酸化銀を担持させた触媒装置が公知であり(特許文献1参照)、このような銀アルミナ系触媒装置は、排気ガスの空燃比が理論空燃比よりリーンであるときにおいて、排気ガス中のNO2を吸着し、設定温度となると吸着したNO2を放出する。銀アルミナ系触媒装置が設定温度となるときには、下流側に配置されたNOX触媒装置は、活性化しており、銀アルミナ系触媒装置から流出したNO2を還元浄化することができる。
前述のような銀アルミナ系触媒装置は、排気ガス中のNO2だけでなく、排気ガス中のNOも吸着する。しかしながら、吸着したNOは、設定温度より低い温度で放出されてしまう。このときには、下流側に配置されたNOX触媒装置は、活性化しておらず、銀アルミナ系触媒装置から流出したNOは、NOX触媒装置において還元浄化されることなく大気中へ放出されてしまう。
従って、本発明の目的は、銀アルミナ系触媒装置を具備する内燃機関の排気浄化装置において、NO2が放出される設定温度より低い温度であるときに銀アルミナ系触媒装置から流出するNO量を低減することである。
本発明による請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置は、機関排気系に配置された銀アルミナ系触媒装置を具備し、前記銀アルミナ系触媒装置において、排気ガスの空燃比が理論空燃比よりリーンであるときに、NO2 の放出を開始する第一設定温度および前記第一設定温度より低く、NOの放出を開始する第二設定温度が予め定められており、
排気ガスの空燃比が理論空燃比よりリーンであり、更に、前記銀アルミナ系触媒装置が温度上昇して前記第二設定温度より低い第三設定温度となったときに、前記銀アルミナ系触媒装置の温度上昇を抑制して前記銀アルミナ系触媒装置を前記第三設定温度近傍に維持することにより、前記銀アルミナ系触媒装置に吸着されているNOをNO2に酸化して前記銀アルミナ系触媒装置に吸着させる制御を行い、前記制御により前記銀アルミナ系触媒装置に吸着されているNOが無くなったと判断されるときに、前記銀アルミナ系触媒装置の温度上昇の抑制を解除して前記銀アルミナ系触媒の温度を上昇させることを特徴とする。
排気ガスの空燃比が理論空燃比よりリーンであり、更に、前記銀アルミナ系触媒装置が温度上昇して前記第二設定温度より低い第三設定温度となったときに、前記銀アルミナ系触媒装置の温度上昇を抑制して前記銀アルミナ系触媒装置を前記第三設定温度近傍に維持することにより、前記銀アルミナ系触媒装置に吸着されているNOをNO2に酸化して前記銀アルミナ系触媒装置に吸着させる制御を行い、前記制御により前記銀アルミナ系触媒装置に吸着されているNOが無くなったと判断されるときに、前記銀アルミナ系触媒装置の温度上昇の抑制を解除して前記銀アルミナ系触媒の温度を上昇させることを特徴とする。
本発明による請求項2に記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記銀アルミナ系触媒装置の下流側にはNOX還元触媒装置が配置され、前記銀アルミナ系触媒装置の温度上昇の抑制を解除したとき又は前記銀アルミナ系触媒装置の温度上昇の抑制を解除した後に、前記NOX還元触媒装置が活性化していると判断されると共に前記銀アルミナ系触媒装置に吸着されているNO2量が設定量に達したと判断されるときに、前記銀アルミナ系触媒装置へ流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比よりリッチにすることを特徴とする。
本発明による請求項3に記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記銀アルミナ系触媒装置の下流側にはNOX還元触媒装置が配置され、前記銀アルミナ系触媒装置の温度上昇の抑制を解除したとき又は前記銀アルミナ系触媒装置の温度上昇の抑制を解除した後に、前記銀アルミナ系触媒装置が前記第一設定温度以上に昇温したときには、前記銀アルミナ系触媒装置へ流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比よりリッチにすることを特徴とする。
本発明による請求項4に記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項2又は3に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記銀アルミナ系触媒装置へ流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比よりリッチにする際には、前記銀アルミナ系触媒装置へ流入する排気ガスの空燃比を設定時間だけ設定リッチ空燃比とし、このときの前記銀アルミナ系触媒装置からのNO2放出速度が設定され、前記NOX還元触媒装置のNOX還元速度が前記NO2放出速度以上となるように、前記NOX還元触媒装置を昇温することを特徴とする。
請求項1に記載の本発明による内燃機関の排気浄化装置によれば、機関排気系に配置された銀アルミナ系触媒装置を具備し、銀アルミナ系触媒装置において、排気ガスの空燃比が理論空燃比よりリーンであるときに、NO2 の放出を開始する第一設定温度および前記第一設定温度より低く、NOの放出を開始する第二設定温度が予め定められており、排気ガスの空燃比が理論空燃比よりリーンであり、更に、前記銀アルミナ系触媒装置が温度上昇して第二設定温度より低い第三設定温度となったときに、銀アルミナ系触媒装置の温度上昇を抑制して銀アルミナ系触媒装置を第三設定温度近傍に維持することにより、銀アルミナ系触媒装置に吸着されているNOをNO2に酸化して銀アルミナ系触媒装置に吸着させる制御を行い、制御により銀アルミナ系触媒装置に吸着されているNOが無くなったと判断されるときに、銀アルミナ系触媒装置の温度上昇の抑制を解除して銀アルミナ系触媒の温度を上昇させるようになっている。それにより、銀アルミナ系触媒装置に吸着されているNO量を減少させることができ、銀アルミナ系触媒装置の温度上昇の抑制を解除したときに銀アルミナ系触媒装置が第二設定温度となっても銀アルミナ系触媒装置から殆どNOが放出されないようにすることができる。
本発明による請求項2に記載の内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置において、銀アルミナ系触媒装置の下流側にはNOX還元触媒装置が配置され、銀アルミナ系触媒装置の温度上昇の抑制を解除したとき又は銀アルミナ系触媒装置の温度上昇の抑制を解除した後に、NOX還元触媒装置が活性化していると判断されると共に銀アルミナ系触媒装置に吸着されているNO2量が設定量に達したと判断されるときに、銀アルミナ系触媒装置へ流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比よりリッチにするようになっている。それにより、銀アルミナ系触媒装置にNO2を吸着することができなくなる以前に、排気ガスの空燃比をリッチにすることにより第一設定温度より低い温度であっても銀アルミナ系触媒装置からNO2を放出させることができ、こうして放出されたNO2は、銀アルミナ系触媒装置の下流側に配置されて活性化しているNOX還元触媒装置においてリッチ空燃比の排気ガス中の還元物質を使用して還元浄化させることができる。
本発明による請求項3に記載の内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置において、銀アルミナ系触媒装置の下流側にはNOX還元触媒装置が配置され、銀アルミナ系触媒装置の温度上昇の抑制を解除したとき又は銀アルミナ系触媒装置の温度上昇の抑制を解除した後に、銀アルミナ系触媒装置が第一設定温度以上に昇温したときには、前記銀アルミナ系触媒装置へ流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比よりリッチにするようになっている。それにより、第一設定温度となった銀アルミナ系触媒装置からはNO2が放出され、こうして放出されたNO2は、銀アルミナ系触媒装置の下流側に配置されて活性化しているNOX還元触媒装置においてリッチ空燃比の排気ガス中の還元物質を使用して還元浄化させることができる。
本発明による請求項4に記載の内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項2又は3に記載の内燃機関の排気浄化装置において、銀アルミナ系触媒装置へ流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比よりリッチにする際には、銀アルミナ系触媒装置へ流入する排気ガスの空燃比を設定時間だけ設定リッチ空燃比とし、このときの銀アルミナ系触媒装置からのNO2放出速度が設定され、NOX還元触媒装置のNOX還元速度がNO2放出速度以上となるように、NOX還元触媒装置を昇温するようになっている。それにより、銀アルミナ系触媒装置から放出される殆どのNO2をNOX還元触媒装置において還元浄化することができる。
図1は本発明による内燃機関の排気浄化装置の実施例を示す概略図であり、同図において、1は内燃機関の排気通路である。内燃機関は、ディーゼルエンジン又は筒内噴射式火花点火内燃機関のような希薄燃焼を実施する内燃機関である。このような内燃機関の排気ガス中には、比較的多くのNOXが含まれるために、排気通路1には、NOXを吸着する銀アルミナ系触媒装置2が配置されており、また、銀アルミナ系触媒装置2の下流側には、NOXを還元するためのNOX還元触媒装置3が配置されており、銀アルミナ系触媒装置2の上流側には、還元剤を供給するための還元剤供給装置4が配置されている。また、NOX還元触媒装置3の回りには、NOX還元触媒装置3を加熱するための電気ヒータ5が配置されている。また、銀アルミナ系触媒装置2の直上流側には、銀アルミナ系触媒装置2の温度上昇を抑制するために、銀アルミナ系触媒装置2へ二次空気を供給する二次空気供給装置6が配置されている。
銀アルミナ系触媒装置2は、アルミナを担体コート材として酸化銀を担持させたものであり、排気ガス中のNO2を硝酸銀として吸着することができ、銀アルミナ系触媒装置2へ流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりリーンであるときにおいて、第一設定温度(約300°C)となると吸着したNO2を放出する。このときには、NOX還元触媒装置3は十分に活性化しており、放出されたNO2は、NOX還元触媒装置3において、還元剤供給装置4から供給される還元剤により還元浄化させることができる。こうして、銀アルミナ系触媒装置2をNOX還元触媒装置3の上流側に配置することにより、NOX還元触媒装置3が活性化する以前において排気ガス中のNO2が大気中へ放出されることを十分に抑制することができる。
銀アルミナ系触媒装置2は、例えば、ハニカム状の基材にアルミナAl2O3担体コート層を形成し、アルミナ200g(耐熱性向上のためにランタンLaを混入させても良い)に対して銀0.2molの割合でアルミナ担体コート層に酸化銀Ag2Oを担持させたものである。
このような触媒の調製方法としては、例えば、アルミナMI386(La/Al2O3)粉末の1600gと、バインダA520の710.4gと、水の3600gとをアトライタにより20分攪拌したものを、基材上に単位体積当たり200g/Lでコートする。次いで、これを大気中において250°Cで30分焼成し、続いて、500°Cで1時間焼成して、基材上にアルミナ担体コート層を形成する。
一方、硝酸銀236.2gにイオン交換水を加えて溶解させて1700ccとし、Ag濃度0.82mol/Lとなる硝酸銀水溶液を調製する。
このような硝酸銀水溶液に前述のアルミナ担体コート層を30分浸漬し、吸水担持により単位体積当たりAg0.2mol/Lを担持させる。次いで、送風型乾燥機を作動させて20分乾燥させ、大気中において550°Cで3時間焼成した後に、5%の水素を含む窒素が1分間に7L通過する中で500°Cで3時間焼成する。
このようして調製された触媒においては、酸化銀Ag2OがアルミナAl2O3担体コート層から露出しており、排気ガス中のNOをNO2に酸化させた後に硝酸銀AgNO3として良好に保持することができる。
NOX還元触媒装置3は、三元触媒装置とすることができ、この場合には、還元剤供給装置4からは還元剤として例えば燃料が供給され、三元触媒装置内の排気ガスの空燃比をリッチにしてNOXを還元浄化する。
また、NOX還元触媒装置3は、アンモニアNH3を使用してNOXを選択的に還元浄化する選択還元型NOX触媒装置とすることができ、この場合には、還元剤供給装置4からは還元剤として例えば尿素が供給され、選択還元型NOX触媒装置において、尿素の加水分解によりアンモニアを発生させてNOXを還元浄化する。
また、NOX還元触媒装置3が、排気ガス中の炭化水素を部分酸化しうる上流側の酸化触媒装置(白金Pt、銀Ag、又は銅Cu等を担持する)と、部分酸化させた炭化水素と排気ガス中のNOXとから酸化触媒装置において生成される含窒素炭化水素化合物(アミン化合物、イソシアナート化合物、及び、ニトロソ化合物)を浄化する下流側の触媒装置(白金Pt又はロジウムRhを担持する)とから構成される場合には、NOXを浄化するために還元剤供給装置4からは還元剤として炭化水素(燃料)が供給される。特に、供給された炭化水素により排気ガスの空燃比を15.5以下のリーン空燃比とすれば、酸化触媒装置において含窒素炭化水素化合物が生成され易くなり、排気ガス中のNOXのほぼ全てを浄化することができる。
前述したように、銀アルミナ系触媒装置2が第一設定温度T1となるまでに硝酸銀AgNO3として吸着された排気ガス中のNO2は、銀アルミナ系触媒装置2が第一設定温度T1となると放出され、このときには、下流側のNOX還元触媒装置3は活性化温度(約200°C)以上となっており、放出されたNO2はNOX還元触媒装置3により還元浄化させることができる。
一方、排気ガス中のNOも銀アルミナ系触媒装置2に吸着されるが、NOは銀アルミナ系触媒装置2に亜硝酸銀AgNO2として吸着される。こうして亜硝酸銀として吸着されているNOは、第一設定温度T1より低い第二設定温度T2(約150°C)において銀アルミナ系触媒装置2から放出されてしまう。このときには、下流側のNOX還元触媒装置3は十分に活性化しておらず、銀アルミナ系触媒装置2から流出するNOは、NOX還元触媒装置3において還元浄化されることなく、大気中へ放出されてしまう。
それにより、NO2が放出される第一設定温度T1より低い第二設定温度T2において銀アルミナ系触媒装置から流出するNO量を低減することが望まれる。
これを実現するために、本実施形態の内燃機関の排気浄化装置は、電子制御装置(図示せず)により図2に示す第一フローチャートに従って制御される。図2の第一フローチャートは、機関始動と同時に開始される。
先ず、ステップ101において、銀アルミナ系触媒装置2の現在の温度TUを推定する。例えば、銀アルミナ系触媒装置2の直下流側に温度センサを配置して、銀アルミナ系触媒装置2から流入する排気ガス温度を測定して、この測定温度を銀アルミナ系触媒装置2の現在の温度TUとしても良い。また、現在の機関運転状態に基づき推定される銀アルミナ系触媒装置2へ流入する排気ガスの温度に基づき、銀アルミナ系触媒装置2の現在の温度TUを推定するようにしても良い。また、直接的に、銀アルミナ系触媒装置2の温度を測定するようにしても良い。
次いで、ステップ102において、現在の機関運転状態に基づき単位時間(フローチャートの実行間隔)当たりに各気筒から排出されて銀アルミナ系触媒装置2へ新たに亜硝酸銀AgNO2として吸着されるNO量a1を推定する。例えば、このようなNO量a1は、実験的に機関運転状態毎にマップ化することができ、このようなマップをステップ102の推定に利用すれば良い。
次いで、ステップ103において、現在の機関運転状態に基づき単位時間(フローチャートの実行間隔)当たりに各気筒から排出されて銀アルミナ系触媒装置2へ新たに硝酸銀AgNO3として吸着されるNO2量a2を推定する。例えば、このようなNO2量a2は、実験的に機関運転状態毎にマップ化することができ、このようなマップをステップ103の推定に利用すれば良い。
次いで、ステップ104において、ステップ101において推定された銀アルミナ系触媒装置2の現在の温度TU及び銀アルミナ系触媒装置2に亜硝酸銀AgNO2として吸着されているNO量A1(ステップ105において算出される)に基づき、単位時間(フローチャートの実行間隔)当たりに銀アルミナ系触媒装置2において亜硝酸銀AgNO2として吸着されているNOが酸化されて硝酸銀AgNO3として吸着される酸化量a3を推定する。例えば、このような酸化量a3は、銀アルミナ系触媒装置2の現在の温度TUが高いほど多くなり、また、銀アルミナ系触媒装置2に亜硝酸銀AgNO2として吸着されているNO量A1が多いほど多くなる。酸化量a3は、実験的にマップ化することができ、このようなマップをステップ104の推定に利用すれば良い。
次いで、ステップ105において、ステップ102において推定されたNO量a1を加算し、ステップ104において推定された酸化量a3を減算し、銀アルミナ系触媒装置2における現在のNO吸着量A1を算出する。ステップ106では、ステップ103において推定されたNO2量a2を加算し、ステップ104において推定された酸化量a3も加算し、銀アルミナ系触媒装置2における現在のNO2吸着量A2を算出する。
次いで、ステップ107において、フラグFが2であるか否かが判断される。フラグFは機関停止と共に0にリセットされるものであり、当初は、ステップ107の判断は否定されてステップ108へ進む。ステップ108では、フラグFが1であるか否かが判断され、当初は、この判断も否定されてステップ109へ進む。
ステップ109では、ステップ101において推定された銀アルミナ系触媒装置2の現在の温度TUが第三設定温度T3に達したか否かが判断される。第三設定温度T3は、銀アルミナ系触媒装置2が亜硝酸銀として吸着されているNOを放出する第二設定温度T2より僅かに低い温度(例えば約130°C)であり、銀アルミナ系触媒装置2が第三設定温度T3以下であれば、銀アルミナ系触媒装置2は殆どNOを放出しない。第三設定温度T3は、銀アルミナ系触媒装置2から殆どNOが放出されない上限温度とすることが好ましい。ステップ109の判断が否定されるときには、そのまま終了する。
排気ガス温度の上昇に伴って銀アルミナ系触媒装置2の温度TUは徐々に上昇し、第三設定温度T3に達すると、ステップ109の判断が肯定され、ステップ110において、二次空気供給装置6から二次空気が供給され、銀アルミナ系触媒装置2の温度上昇を抑制し、銀アルミナ系触媒装置2の温度TUを第三設定温度T3近傍に維持する。二次空気供給装置6は、例えば、吸気系のエアクリーナの下流側(好ましくはエアフロメータより上流側)から吸入した空気を排気系の銀アルミナ系触媒装置2の直上流側へ供給するものであり、銀アルミナ系触媒装置2へ流入する排気ガス温度が高いほど多量の空気を供給することにより、銀アルミナ系触媒装置2の温度を第三設定温度T3近傍に維持する。
こうして二次空気供給装置6により二次空気が銀アルミナ系触媒装置2へ供給されている間においても、ステップ101において銀アルミナ系触媒装置2の温度TUが推定されると共に、ステップ105において銀アルミナ系触媒装置2における現在のNO吸着量A1が算出され、ステップ106において銀アルミナ系触媒装置2における現在のNO2吸着量A2が算出される。
図3は、フラグFを1にセットするための第二フローチャートであり、フラグFが0とされている間においてだけ実施される。先ず、ステップ201において、銀アルミナ系触媒装置2における現在のNO吸着量A1がほぼ0となったか否かが判断される。この判断が否定されるときにはステップ201の判断が繰り返される。
銀アルミナ系触媒装置2が低温である間は、銀アルミナ系触媒装置2へ亜硝酸銀AgNO2として新たに吸着されるNO量a1の方が、銀アルミナ系触媒装置2において吸着されているNOが酸化されて硝酸銀AgNO3として吸着される酸化量a3より多いために、銀アルミナ系触媒装置2における現在のNO吸着量A1は増加する。しかしながら、銀アルミナ系触媒装置2の温度が第三設定温度T3近傍となると、銀アルミナ系触媒装置2において吸着されているNOが酸化されて硝酸銀AgNO3として吸着される酸化量a3が、銀アルミナ系触媒装置2へ亜硝酸銀AgNO2として新たに吸着されるNO量a1より多くなり、銀アルミナ系触媒装置2における現在のNO吸着量A1は減少する。
それにより、銀アルミナ系触媒装置2を第三設定温度T3近傍に維持することにより、銀アルミナ系触媒装置2における現在のNO吸着量A1は徐々に減少し、遂には、ほぼ0となってステップ201の判断が肯定される。ステップ201の判断が肯定されれば、ステップ202において、フラグFは1とされる。
こうして、フラグFが1にセットされると、図2の第一フローチャートのステップ108の判断が肯定され、ステップ111において、二次空気供給装置6による二次空気の供給は停止され、銀アルミナ系触媒装置2の温度上昇の抑制は解除される。銀アルミナ系触媒装置2の温度上昇を抑制している間において、排気ガスの温度は比較的高くなっており、温度上昇の抑制を解除すると銀アルミナ系触媒装置2の温度は急激に上昇して第二設定温度T2以上となるが、銀アルミナ系触媒装置2にはNOは殆ど吸着されておらず、このときに銀アルミナ系触媒装置2から殆どNOが放出されることはない。次いで、ステップ112において、銀アルミナ系触媒装置2における現在のNO吸着量A1は0にリセットされる。
図3の第二フローチャートでは、銀アルミナ系触媒装置2における現在のNO吸着量A1がほぼ0となったときにフラグFを1として銀アルミナ系触媒装置2の温度上昇の抑制を解除するようにしたが、例えば、設定時間だけ銀アルミナ系触媒装置2の温度上昇を抑制して銀アルミナ系触媒装置2を第三設定温度近傍に維持すれば、銀アルミナ系触媒装置2に吸着されている少なくとも一部のNOがNO2に酸化されて銀アルミナ系触媒装置に吸着されるようになり、銀アルミナ系触媒装置2に吸着されているNO量を減少させることができる。それにより、銀アルミナ系触媒装置2の温度上昇の抑制を解除したときに銀アルミナ系触媒装置2が第二設定温度T2となって銀アルミナ系触媒装置2からNOが放出されることとなっても、銀アルミナ系触媒装置2から流出するNO量を低減することができる。
図4は、フラグFを2にセットするための第三フローチャートであり、フラグFが1とされている間においてだけ実施される。先ず、ステップ301において、銀アルミナ系触媒装置2の下流側に位置するNOX還元触媒装置3の温度TDが活性化温度TA以上であるか否かが判断される。NOX還元触媒装置3の温度TDは、銀アルミナ系触媒装置2の温度TUと同様な方法により推定することができる。この判断が否定されるときには、そのまま終了する。
一方、NOX還元触媒装置3の温度TDが活性化温度TA以上であるときには、ステップ301の判断が肯定され、ステップ302において、銀アルミナ系触媒装置2における現在のNO2吸着量A2が設定値AL、例えば、銀アルミナ系触媒装置2におけるNO2吸着限界量に達したか否かが判断される。この判断が否定されるときには、そのまま終了するが、この判断が肯定されるときには、ステップ302においてフラグFは2とされる。
銀アルミナ系触媒装置2の温度TUが第二設定温度T2以上であるときには、銀アルミナ系触媒装置2へ新たにNOが吸着されることはなく、また、銀アルミナ系触媒装置2においてNOが吸着されていないために、NO2へ酸化されることもなく、第一フローチャートのステップ102のNO量a1及びステップ104の酸化量a3はいずれも零となる。
しかしながら、排気ガス中のNO2は銀アルミナ系触媒装置2へ吸着され、排気ガス中のNOはNO2に酸化されて吸着され、フラグFは1とされている間においても、第一フローチャートのステップ103においてNO2量a2は推定され、ステップ106において算出される銀アルミナ系触媒装置2の現在のNO2吸着量A2は徐々に増加し、遂には、設定量ALに達することとなる。
こうして、フラグFが2にセットされると、図2の第一フローチャートのステップ107の判断が肯定され、ステップ113において、リッチ化制御として、還元剤供給装置4から燃料を供給して、銀アルミナ系触媒装置2へ流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比よりリッチにする。それにより、銀アルミナ系触媒装置2の温度が第一設定温度T1になっていなくても、銀アルミナ系触媒装置2からNO2が放出される。このように、銀アルミナ系触媒装置2にNO2を吸着することができなくなる以前に、銀アルミナ系触媒装置からNO2を放出させることができ、こうして放出されたNO2は、銀アルミナ系触媒装置2の下流側に配置されて活性化しているNOX還元触媒装置3においてリッチ空燃比の排気ガス中の還元物質を使用して還元浄化させることができる。
次いで、ステップ114において、銀アルミナ系触媒装置2における現在のNO2吸着量A2は0にリセットされ、フラグFは1とされる。それにより、第四フローチャートは繰り返され、銀アルミナ系触媒装置2における現在のNO2吸着量A2が設定量ALとなれば、再び、フラグFは2とされ、リッチ化制御が実施されて、銀アルミナ系触媒装置2に吸着されているNO2を放出させて、NOX還元触媒装置3において還元浄化する。こうして、リッチ化制御の頻度を最小限として燃料消費の悪化を抑制している。第三フローチャートは、第二フローチャートにおいてフラグFが1とされ、銀アルミナ系触媒装置2の温度上昇の抑制が解除された瞬間に、ステップ301及び302の判断が肯定されてフラグFを2とし、第一フローチャートのステップ113のリッチ化制御が実施されることもある。
図5は、フラグFを2にセットするための第四フローチャートであり、第三フローチャートと共にフラグFが1とされている間においてだけ実施される。先ず、ステップ401において、第一フローチャートのステップ101で推定される銀アルミナ系触媒装置2の現在の温度TUが第一設定温度T1に達したか否かが判断される。銀アルミナ系触媒装置2の温度TUは第一設定温度T1とならないように、銀アルミナ系触媒装置2は機関本体から離されて配置される。それにより、通常は、ステップ401の判断が肯定されることはないが、もし、肯定されるときには、ステップ402においてフラグFは2とされる。
それにより、第一フローチャートのステップ113において、前述のリッチ化制御が実施され、第一設定温度T1となって銀アルミナ系触媒装置2から放出されるNO2は、このときには必然的に活性化しているNOX還元触媒装置3において、リッチ化制御の排気ガス中の還元物質を使用して還元浄化される。このときにおいて、銀アルミナ系触媒装置2のNO2吸着量A2は設定量ALまで達していないが、第一設定温度T1となれば、NO2が銀アルミナ系触媒装置2から放出されてしまうために、大気中へ放出されないように、リッチ化制御を実施してNOX還元触媒装置3において還元浄化する。
次いで、ステップ114において、銀アルミナ系触媒装置2における現在のNO2吸着量A2は0にリセットされ、フラグFは1とされる。それにより、第五フローチャートは繰り返され、銀アルミナ系触媒装置2の温度TUが第一設定温度T1となれば、再び、フラグFは2とされ、リッチ化制御が実施されて、銀アルミナ系触媒装置2から放出するNO2をNOX還元触媒装置3において還元浄化する。第四フローチャートは、第二フローチャートにおいてフラグFが1とされ、銀アルミナ系触媒装置2の温度上昇の抑制が解除された瞬間に、ステップ401の判断が肯定されてフラグFを2とし、第一フローチャートのステップ113のリッチ化制御が実施されることもある。
図6は、フラグFを2にセットするための第五フローチャートであり、第四フローチャート及び第五フローチャートとは異なり、二次空気供給装置6により銀アルミナ系触媒装置2の温度上昇が抑制されている間においてだけ実施される。先ず、ステップ501において、二次空気供給装置6による銀アルミナ系触媒装置2の温度上昇の抑制を解除したときの急激な温度上昇によるNOX還元触媒装置3の推定温度TD’が活性化温度TA以上であるか否かが判断される。このようなNOX還元触媒装置3の推定温度TD’は、二次空気により冷却される前の現在の排気ガスの温度に基づき推定することができる。この判断が否定されるときには、そのまま終了する。
一方、銀アルミナ系触媒装置2の温度上昇の抑制を解除すれば、NOX還元触媒装置3が活性化温度TA以上となるときには、ステップ501の判断が肯定され、ステップ502において、銀アルミナ系触媒装置2における現在のNO2吸着量A2が設定値AL(例えば、銀アルミナ系触媒装置2におけるNO2吸着限界量)に達したか否かが判断される。この判断が否定されるときには、そのまま終了するが、この判断が肯定されるときには、ステップ503において、二次空気供給装置6による二次空気の供給を停止し、ステップ504においてフラグFは2とされる。
それにより、第一フローチャートのステップ113において、前述のリッチ化制御が実施され、銀アルミナ系触媒装置2へ流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比よりリッチにし、銀アルミナ系触媒装置2の温度が第一設定温度T1になっていなくても、銀アルミナ系触媒装置2からNO2を放出させる。このように、銀アルミナ系触媒装置2にNO2を吸着することができなくなる以前に、銀アルミナ系触媒装置からNO2を放出させ、こうして放出させたNO2は、銀アルミナ系触媒装置2の下流側に配置されて活性化しているNOX還元触媒装置3においてリッチ空燃比の排気ガス中の還元物質を使用して還元浄化させることができる。また、銀アルミナ系触媒装置3の温度上昇の抑制を解除したときに、銀アルミナ系触媒装置2におけるNO吸着量A1は零となっていないために、銀アルミナ系触媒装置2からNOも放出されるが、放出されたNOもNOX還元触媒装置3においてリッチ空燃比の排気ガス中の還元物質を使用して還元浄化させることができる。
第五フローチャートにおいて、銀アルミナ系触媒装置2の温度上昇の抑制を解除すれば、NOX還元触媒装置3が活性化温度TA以上となるときには、ステップ501の判断が肯定され、このときに、銀アルミナ系触媒装置2における現在のNO2吸着量A2に係わらずに、二次空気供給装置6による二次空気の供給を停止してフラグFを2としても良い。
それにより、第一フローチャートのステップ113において、前述のリッチ化制御が実施され、銀アルミナ系触媒装置2へ流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比よりリッチにし、銀アルミナ系触媒装置2の温度が第一設定温度T1になっていなくても、銀アルミナ系触媒装置2からNO2を放出させる。こうして放出させたNO2は、銀アルミナ系触媒装置2の下流側に配置されて活性化しているNOX還元触媒装置3においてリッチ空燃比の排気ガス中の還元物質を使用して還元浄化させることができる。また、銀アルミナ系触媒装置2からNOも放出されるが、放出されたNOもNOX還元触媒装置3においてリッチ空燃比の排気ガス中の還元物質を使用して還元浄化させることができる。
前述したように、銀アルミナ系触媒装置2は、流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりリーンであるときには第一設定温度T1となるとNO2を放出し、流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりリッチであるときには第一設定温度T1より低い温度でもNO2を放出し、また、排気ガスの空燃比が小さいほど低い温度でもNO2を放出する。すなわち、銀アルミナ系触媒装置2において、各温度に対してNO2を放出させる上限空燃比を設定することができ、各温度において上限空燃比より空燃比を小さくすれば、空燃比を小さくするほどNO2の放出速度が速くなる。
ところで、第一フローチャートのステップ113のリッチ化制御は、銀アルミナ系触媒装置2から可能な限りゆっくりとNO2を放出させた方が、下流側のNOX還元触媒装置3において還元浄化させ易い。そのためには、リッチ化制御のリッチ空燃比は、各温度TUの上限空燃比とすることが好ましい。ただし、銀アルミナ系触媒装置2の温度TUが第一設定温度T1である場合には、上限空燃比は理論空燃比よりリーンとなるが、これでは、NO2を下流側のNOX還元触媒装置3において還元浄化することができないために、理論空燃比より僅かに小さなリッチ空燃比とすることとなる。また、リッチ化制御を実施する時間は、銀アルミナ系触媒装置2から放出されるNO2をNOX還元触媒装置3において十分に還元浄化するために、銀アルミナ系触媒装置2から放出されるNO2が多いほど、すなわち、銀アルミナ系触媒装置2のNO2吸着量A2が多いほど、長くすることが好ましい。
リッチ化制御に際して、銀アルミナ系触媒装置2へ流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比よりリッチにする際には、銀アルミナ系触媒装置2へ流入する排気ガスの空燃比を設定時間だけ設定リッチ空燃比とすることとなり、設定リッチ空燃比が銀アルミナ系触媒装置の各温度の上限空燃比に近いほど、銀アルミナ系触媒装置からのNO2放出速度を遅くすることができる。このようなリッチ化制御において、設定リッチ空燃比に基づき銀アルミナ系触媒装置からのNO2放出速度を推定することができる。
こうしてリッチ化制御においては、推定されたNO2放出速度で銀アルミナ系触媒装置2からNO2が放出され、このときに活性化しているNOX還元触媒装置3によってNO2を還元浄化することとなるが、NOX還元触媒装置3のNOX還元速度をNO2放出速度以上とすれば、銀アルミナ系触媒装置2から放出される殆どのNO2をNOX還元触媒装置3において還元浄化することができる。
NOX還元触媒装置3のNOX還元速度は、排気ガスの空燃比が小さいほど速くなり、NOX還元触媒装置3の温度TDが高いほど速くなる。排気ガスの空燃比は、リッチ化制御の設定リッチ空燃比であり、それにより、銀アルミナ系触媒装置2のNO2放出速度と等しいNOX還元速度をもたらすためのNOX還元触媒装置3の目標温度TDtを推定することができる。
それにより、リッチ化制御において、NOX還元触媒装置3の現在の温度TDが目標温度TDtより低いときには、電気ヒータ5を作動してNOX還元触媒装置3を目標温度TDt以上に昇温することが好ましい。
また、リッチ化制御に際して、銀アルミナ系触媒装置2からNOも放出される場合には、NOX還元触媒装置3においてNOも還元浄化するために、目標温度TDtをより高くして、NOX還元触媒装置3のNOX還元速度をより高くすることが好ましい。
還元剤供給装置4として、気筒内へ燃料を噴射する燃料噴射弁を使用することも可能であり、燃料噴射弁により例えば排気行程後半又は膨張行程において気筒内へ追加燃料を噴射してリッチ化制御の設定リッチ空燃比を実現するようにしても良い。
1 排気通路
2 銀アルミナ系触媒装置
3 NOX還元触媒装置
4 還元剤供給装置
5 電気ヒータ
6 二次空気供給装置
2 銀アルミナ系触媒装置
3 NOX還元触媒装置
4 還元剤供給装置
5 電気ヒータ
6 二次空気供給装置
Claims (7)
- 機関排気系に配置された銀アルミナ系触媒装置を具備し、排気ガスの空燃比が理論空燃比よりリーンであるときに、前記銀アルミナ系触媒装置は、吸着したNO2を第一設定温度において放出し、吸着したNOを前記第一設定温度より低い第二設定温度においてを放出するものであり、排気ガスの空燃比が理論空燃比よりリーンであるときにおいて、前記銀アルミナ系触媒装置が前記第二設定温度より低い第三設定温度となったときに前記銀アルミナ系触媒装置の温度上昇を抑制して前記銀アルミナ系触媒装置を前記第三設定温度近傍に維持し、前記銀アルミナ系触媒装置に吸着されている少なくとも一部のNOがNO2に酸化されて前記銀アルミナ系触媒装置に吸着されるようにしてから前記銀アルミナ系触媒装置の温度上昇の抑制を解除することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
- 前記銀アルミナ系触媒装置に吸着されているNOが無くなったと判断されるときに、前記銀アルミナ系触媒装置の温度上昇の抑制を解除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。
- 前記銀アルミナ系触媒装置の下流側にはNOX還元触媒装置が配置され、前記銀アルミナ系触媒装置の温度上昇の抑制を解除したとき又は前記銀アルミナ系触媒装置の温度上昇の抑制を解除した後に、前記NOX還元触媒装置が活性化していると判断されると共に前記銀アルミナ系触媒装置に吸着されているNO2量が設定量に達したと判断されるときに、前記銀アルミナ系触媒装置へ流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比よりリッチにすることを特徴とする請求項1又は2に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記銀アルミナ系触媒装置の下流側にはNOX還元触媒装置が配置され、前記銀アルミナ系触媒装置の温度上昇の抑制を解除したとき又は前記銀アルミナ系触媒装置の温度上昇の抑制を解除した後に、前記銀アルミナ系触媒装置が前記第一設定温度以上に昇温したときには、前記銀アルミナ系触媒装置へ流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比よりリッチにすることを特徴とする請求項1又は2に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記銀アルミナ系触媒装置の下流側にはNOX還元触媒装置が配置され、前記銀アルミナ系触媒装置の温度上昇の抑制を解除すれば前記NOX還元触媒装置が活性化すると判断されると共に前記銀アルミナ系触媒装置に吸着されているNO2量が設定量に達したと判断されるときに、前記銀アルミナ系触媒装置の温度上昇の抑制を解除して前記銀アルミナ系触媒装置へ流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比よりリッチに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。
- 前記銀アルミナ系触媒装置へ流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比よりリッチにする際には、前記銀アルミナ系触媒装置へ流入する排気ガスの空燃比を設定時間だけ設定リッチ空燃比とし、このときの前記銀アルミナ系触媒装置からのNO2放出速度が設定され、前記NOX還元触媒装置のNOX還元速度が前記NO2放出速度以上となるように、前記NOX還元触媒装置を昇温することを特徴とする請求項3から5のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記銀アルミナ系触媒装置の下流側にはNOX還元触媒装置が配置され、前記銀アルミナ系触媒装置の温度上昇の抑制を解除すれば前記NOX還元触媒装置が活性化すると判断されるときに、前記銀アルミナ系触媒装置の温度上昇の抑制を解除して前記銀アルミナ系触媒装置へ流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比よりリッチに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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