WO2008004493A1 - Exhaust purifier of internal combustion engine and method of exhaust purification - Google Patents

Exhaust purifier of internal combustion engine and method of exhaust purification Download PDF

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WO2008004493A1
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exhaust gas
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Kohei Yoshida
Kotaro Hayashi
Shinya Hirota
Takamitsu Asanuma
Hiromasa Nishioka
Hiroshi Otsuki
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Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha
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Definitions

  • the present invention relates to an exhaust purification device and an exhaust purification method for an internal combustion engine.
  • the fuel and lubricating oil used in internal combustion engines contain a letter.
  • the exhaust gas contains so x .
  • this so x has works to decrease the performance and durability of the treatment apparatus after such catalysts for purifying exhaust gases which is arranged in the engine exhaust passage by a large margin, thus so x in the exhaust gas to remove Is preferred.
  • an internal combustion engine in which an S0 x trap catalyst capable of capturing so x contained in exhaust gas is arranged in the engine exhaust passage is known (refer to Japanese Patent Laid-Open No. 2 0 0 5 — 1 3 3 6 1 0). )
  • This SO x trap catalyst captures SO x contained in the exhaust gas when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the SO x trap catalyst is lean, and the SO x trap catalyst under the condition that the air-fuel ratio of the exhaust gas is lean SO x the temperature of the catches to rise has the property that was diffused into the next second NO x trap catalyst, resulting the SO x trap rate is restored.
  • this internal combustion engine is provided with an estimation means for estimating the S0 x trap rate of the S0 x trap catalyst, and when the S0 x trap rate falls below a predetermined rate, the air-fuel ratio of the exhaust gas However, under the lean condition, the temperature of the SO x trap catalyst is raised, thereby recovering the SO x trap rate.
  • An object of the present invention is to provide an exhaust gas purification device and an exhaust gas purification method for an internal combustion engine that can satisfactorily recover the s0 x trap rate using this new method.
  • the Omicron chi trap catalyst are supported one Al force Li metal and least for the well of alkaline earth metal is dispersed, in the engine operation so x the temperature of the trap catalytic alkali metal and alkaline earth metal both by nitrate hand holds the temperature at which the molten less, so nitrate movement agglomeration nitrate you aggregate go to so x trap catalyst surface x wrap the catalyst is promoted, nitrate movement agglomeration exhaust purification system of an internal combustion engine so as to remove S_ ⁇ x while achieving recovery of the so x trap rate is provided by.
  • the engine in the exhaust purification methods so as to remove the S_ ⁇ x contained in the exhaust gas by the exhaust so x tiger disposed within the passageway-up catalyst, S_ ⁇ x trap catalyst to disperse one Al force Li metal and alkaline earth metal of at the well is supported by, the less the even one nitrate Al force Li metal and alkaline earth metal temperature so x trap catalyst during engine operation by holding the temperature at which a molten state, to promote the nitrate movement agglomeration of nitrate so x trap catalyst from aggregating moved to so x trap catalyst surface, the recovery of so x trap rate by nitrate movement agglomeration Remove s0 x while drawing 'A method for exhaust gas purification of internal combustion engine is provided.
  • FIG. 1 is an overall view of a compression ignition internal combustion engine
  • FIG. 2 is an overall view showing another embodiment of the compression ignition internal combustion engine
  • FIG. 3 is an overall view showing still another embodiment of the compression ignition internal combustion engine.
  • 4 is a diagram showing the structure of a particulate fill
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the surface portion of the catalyst support of the NO x storage catalyst
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of the surface portion of the substrate of the SO x trap catalyst
  • FIG. S_ ⁇ x tiger Tsu shows a flop index
  • FIG. 8 showing the injection timing
  • FIG. 9 showing the reference S_ ⁇ x trap rate
  • FIG. 1 0 the SO x trap amount SO XA
  • FIG. 14 shows the relationship between OX 1 and the stored SO x amount SO (n) to be heated
  • FIG. 14 is a time chart showing changes in SO x trap amount ⁇ SOX 1, etc.
  • S_ ⁇ x door Tsu flowchart for executing the first embodiment of the recovery process flop capability
  • FIG. 1-6 flow for executing the first embodiment of the recovery process S_ ⁇ x trap capability - chart
  • FIG. 7 SO x Time chart showing trap capacity recovery processing
  • Fig. 18 is a time chart showing SO x trap capability recovery processing
  • FIG. 19 is a diagram for executing the second embodiment of SO x trap capability recovery processing.
  • Fig. 20 is a time chart showing temperature rise control of the particulate filter
  • Fig. 21 is a time chart showing SO x release control
  • Fig. 22 is a map of occluded NO x amount NO XA.
  • 23 is a flow chart for executing the process for the NO x storage catalyst.
  • Figure 1 shows an overall view of a compression ignition internal combustion engine.
  • 1 is an engine body
  • 2 is a combustion chamber of each cylinder
  • 3 is an electronically controlled fuel injection valve for injecting fuel into each combustion chamber
  • 4 is an intake manifold
  • 5 is an exhaust manifold.
  • the intake manifold 4 is connected via an intake duct 6 to the outlet of a compressor 7 a of the exhaust outlet potter 7, and the inlet of the compressor 7 a is connected to an air cleaner 8.
  • a throttle valve 9 driven by a step motor is arranged in the intake duct 6, and a cooling device 10 for cooling the intake air flowing in the intake duct ⁇ ⁇ 6 is provided around the intake duct 6. Be placed.
  • the engine cooling water is guided into the cooling device 10 and the intake air is cooled by the engine cooling water.
  • the exhaust manifold 5 is connected to the inlet of the exhaust evening bin 7 b of the exhaust turbocharger 7, and the outlet of the exhaust evening bin 7 b is connected to the inlet of the SO x trap catalyst 11.
  • the outlet of the SO x soot wrap catalyst 11 is connected to the particulate filter 12 via the exhaust pipe 1 3.
  • the exhaust pipe 1 3 is provided with a hydrocarbon supply valve 14 for supplying, for example, hydrocarbons, for example, fuel, into the exhaust gas flowing through the exhaust pipe 13.
  • the exhaust manifold 5 and the intake manifold 4 are connected to each other via an exhaust gas recirculation (hereinafter referred to as EGR) passage 15, and an electronically controlled EGR control valve 16 is provided in the EGR passage 15. Be placed.
  • a cooling device 17 for cooling the EGR gas flowing in the EGR passage 15 is disposed around the EGR passage 15.
  • the engine cooling water is guided into the cooling device 17 and the EGR gas is cooled by the engine cooling water.
  • each fuel injection valve 3 is connected to a common rail 19 through a fuel supply pipe 18. Fuel is supplied into the common rail 19 from an electronically controlled fuel pump 20 with variable discharge amount, and the fuel supplied into the common rail 19 is injected into the fuel via each fuel supply pipe 18. Supplied to valve 3.
  • the electronic control unit 30 consists of a digital computer and is connected to each other by a bidirectional bus 3 1, ROM (read only memory) 3 2, RAM (random access memory) 3 3, CPU (microphone processor) 3 4, It has input port 3 5 and output port 3 6.
  • the SO x Bok lap catalyst 1 1 is attached a temperature sensor 2 1 for detecting the temperature of the SO x trap catalyst 1 1, Patikiyure one Tohu I le evening 1 to 2 detects the temperature of Patikiyure one Tofiru evening 1 2
  • a temperature sensor 2 2 is installed.
  • the output signals of these temperature sensors 2 1 and 2 2 are input to the input port 3 5 via the corresponding AD converters 3 7.
  • the particulate filter 1 2 is equipped with a differential pressure sensor 2 3 for detecting the differential pressure before and after the particulate filter 1 2.
  • the output signal of this differential pressure sensor 2 3 is the corresponding AD conversion.
  • the signal is input to the input port 3 5 through the device 3 7.
  • a load sensor 41 that generates an output voltage proportional to the depression amount L of the accelerator pedal 40 is connected to the accelerator pedal 40, and the output voltage of the load sensor 41 is input to the input port 3 via the corresponding AD converter 37. Input to 5. Furthermore, a crank angle sensor 42 that generates an output pulse every time the crankshaft rotates, for example, 15 ° is connected to the input port 35. On the other hand, output port 3 6 is connected to fuel injection valve 3, throttle valve 9 step motor for driving, hydrocarbon feed valve 14, EGR control valve 16 and fuel pump 20 through corresponding drive circuit 38. Is done.
  • FIG. 2 shows another embodiment of the compression ignition type internal combustion engine.
  • the hydrocarbon feed valve 14 is provided in the manifold branch pipe 5a of the first cylinder of the exhaust manifold 5, for example.
  • FIG. 3 shows still another embodiment of the compression ignition type internal combustion engine.
  • For SO x sensor 2 4 then is disposed FIG 4 (A) and (B) while referring to the structure of Patikiyure one Tofi Le evening 1 2 for detecting S_ ⁇ x concentration in explaining.
  • FIG. 4 (A) shows a front view of the particulate filter 12
  • FIG. 4 (B) shows a side sectional view of the particulate filter 12.
  • the particulate filter 12 has a honeycomb structure and includes a plurality of exhaust flow passages 60 and 61 extending in parallel with each other.
  • These exhaust flow passages are composed of an exhaust gas inflow passage 60 whose downstream end is closed by a plug 62 and an exhaust gas outflow passage 61 whose upstream end is closed by a plug 63.
  • the hatched portion shows the plug 63. Therefore, the exhaust gas inflow passage 60 and the exhaust gas outflow passage 61 are alternately arranged via the thin partition walls 64.
  • the exhaust gas inflow passage 6 0 and the exhaust gas outflow passage 6 1 are each surrounded by the four exhaust gas outflow passages 6 1, and each exhaust gas outflow passage 6 1 has four exhaust gas inflows. It is arranged so as to be surrounded by the passage 60.
  • the particulate filter 12 is made of a porous material such as Koijirai so that the exhaust gas flowing into the exhaust gas inflow passage 60 is indicated by an arrow in FIG. 4 (B).
  • the particulates contained in the exhaust gas are collected on the partition wall 64.
  • Part of the collected particulates is oxidized and burned on the partition wall 6 4, and the remaining part of the particulates is deposited on the partition wall 6 4.
  • the part of the particulates deposited on the partition wall 6 4 is the particulate filter 1 2.
  • an oxidation promoting catalyst is supported on the particulate filter 12 in order to easily burn and remove the particulate accumulated during regeneration of the particulate filter 12.
  • a NO x storage catalyst is supported on the particulate filter 12 in order to treat NO x contained in the exhaust gas flowing into the particulate filter 12.
  • FIG. 5 schematically shows a cross section of the surface portion of the catalyst carrier 45.
  • the noble metal catalyst 46 is dispersedly supported on the surface of the catalyst support 45, and a layer of NO x absorbent 47 is formed on the surface of the catalyst support 45.
  • the NOX storage catalyst is formed from a catalyst carrier 4 5, a noble metal catalyst 4 6, and a N0 x absorbent 4 7.
  • platinum Pt is used as the noble metal catalyst 4 6, and the constituents of the NO x absorbent 4 7 are, for example, cerium, sodium Na, and cesium C s. At least one selected from alkali metals, alkaline earths such as barium Ba and calcium Ca, and rare earths such as lanthanum La and yttrium Y is used.
  • vo chi absorber 4 7 absorbs vo chi when the air-fuel ratio of the exhaust gas is lean, the vo chi that the oxygen concentration in the exhaust gas to release the vo chi was decreased Then absorbed Performs absorption and release.
  • Oxygen concentration in the exhaust gas is N 0 2 at high as the surface of the platinum P t 4 6 generated, the NO x absorbent 4 7 of the NO x absorption capacity unless the saturated N ⁇ 2 the NO x absorbent 4 in 7 And nitrate ions NO 3 — are produced.
  • the hydrocarbon feed valve 14 is By supplying hydrogen fluoride, the air-fuel ratio of the exhaust gas is temporarily increased, so that NO x is released from the N0 x absorbent 47.
  • this S_ ⁇ 2 flows into vo chi storage catalyst the S 0 2 is oxidized to have your platinum P t 4 6 S 0 3 It becomes.
  • this S 0 3 is absorbed in the NO x absorbent 4 7 and bonded to the barium oxide B a O, while diffusing into the N 0 x absorbent 4 7 in the form of sulfate S 0 4 2 and stabilized.
  • Sulfate B a SO 4 is produced.
  • the NO x absorbent 4 7 The sulfate in order to have a strong basicity B a S_ ⁇ 4 hard to break down.
  • the temperature of the particulate filter 12, that is, the temperature of the NO x storage catalyst is raised to the SO x release temperature of 600 ° C. or higher, and the exhaust gas flowing into the particulate filter 12
  • SO x is released from the NO x absorbent 47.
  • SO x is released little by little from the NO x absorbent 47. Therefore, in order to release all absorbed SO x from the NO x absorbent 47, the air-fuel ratio must be switched over a long period of time, thus requiring a large amount of hydrocarbons. is there.
  • SO x released from the NO x absorbent 47 is discharged into the atmosphere, which is not preferable.
  • the particulate flow supporting the NO x storage catalyst Capture S_ ⁇ x which place the S_ ⁇ upstream of I le evening 1 2 x trap catalyst 1 1 contained in the exhaust gas by this SO x trap catalyst 1 1, SO to N_ ⁇ x storage catalyst by it x is not sent. That is, ones to prevent rise to the NO x storage catalyst Iou poisoning by placing the S_ ⁇ x trap catalyst 1 1 upstream of the particulate filter 1 2.
  • such poisoning also occurs in the above-described embodiment in which the catalyst for oxidation promotion is supported on the particulate filter 12 in order to easily burn and remove the accumulated particulates. That is, in this case as well, if SO x flows into the particulate filter 12, the oxidation promoting catalyst will be poisoned, and as a result, the deposited particulates cannot be easily burned and removed. Therefore, also in this embodiment, it is possible to prevent the oxidation promoting catalyst from being poisoned by arranging the SO x trap catalyst 11 upstream of the particulate filter 12.
  • various post-treatment devices such as selective reduction catalysts that cause poisoning and HC adsorbents are known, and these post-treatment devices also have SO x trap catalysts 1 1 placed upstream of the post-treatment devices. By doing so, the post-processing apparatus can be prevented from causing poisoning.
  • the SO x trap catalyst 11 is made of, for example, a monolith catalyst having a honeycomb structure, and has a large number of exhaust gas flow holes extending straight in the axial direction of the SO x trap catalyst 11.
  • the S_ ⁇ x trap catalyst 1 1 from Monolith catalysts honeycomb structure, on the inner peripheral wall surface of the exhaust gas flow holes, i.e., on the substrate catalyst particulate comprising, for example, alumina A coat layer, which is an aggregate of medium carriers, is formed.
  • FIG. 6 (A) schematically shows a cross section of the coating layer 51 formed on the surface of the base material 50. Yes. As shown in FIG. 6 (A), the noble metal catalyst 52 is dispersed and supported on the surface of the coat layer 51.
  • the catalyst supported on the catalyst carrier is uniformly dispersed in the coat layer 51 as indicated by black dots.
  • the catalyst uniformly dispersed in the coat layer 51 is composed of at least one of an alkali metal and an alkaline earth metal.
  • at least one selected from the group consisting of alkali metals, particularly lithium Li, sodium Na, potassium K and alkaline earth metals, especially calcium Ca, magnesium Mg is used. It has been.
  • FIG. 6A shows the SO x trap catalyst 11 when it is new.
  • potassium K is uniformly dispersed in the coat layer 51.
  • potassium K in the coat layer 5 1 is combined with C 0 2 in the atmosphere to take the form of carbonate K 2 C 0 3 .
  • a large amount of NO contained in the exhaust gas is oxidized in platinum Pt 52 and then taken into the basic coating layer 51 where it is nitrated. 3 diffuses in the coat layer 5 1 in the form of-.
  • Nitrate ion NO 3 is more acidic than carbonate ion C 0 3 — and therefore carbonate ion CO 3 bound to potassium is replaced by nitrate ion NO 3 , so that nitrate KN 0 3 is formed in coat 51. Is done.
  • nitrate KN0 3 is somewhat even when not in the molten state is considered to move toward the surface of the coating layer 5 1. Therefore To be precise, by the temperature of the SO x trap catalyst 1 1 during engine operation in the present invention is nitrate salts KN 0 3 holding the temperature at which a molten state, SO x tiger Tsu nitrate flop catalyst 1 1 The nitrate transfer aggregation action that KN0 3 moves to the surface of the coat layer 51 and aggregates is promoted, and the S ⁇ x trap rate is recovered by this nitrate transfer aggregation action.
  • melting points of typical alkali metal carbonates, nitrates and sulfates used in the present invention are shown in the following table.
  • the melting point of nitrate of Al strength metal is between approximately 2600 ° C and 3400 ° C, and the carbonate and sulfate Much lower than the melting point I understand. Therefore, the temperature of the s O x trap catalyst 11 can be easily maintained at a temperature at which the nitrate is in a molten state during engine operation.
  • an alkaline earth metal such as calcium Ca or magnesium Mg can be used as a catalyst dispersed in the coat layer 51. That is, since the exhaust gas contains moisture, the alkaline earth metal nitrate becomes a hydrate, and the melting point of this alkaline earth metal hydrate is less than 100 ° C. There is something to be.
  • tetrahydrate calcium nitrate C a (N0 3) 2 has a melting point of approximately 4 3 ° C
  • nitric magnetic Shiumu M g (N_ ⁇ 3) 2 hexahydrate has a melting point of about 9 5 ° C It is.
  • alkaline earth metal nitrate hydrates have a low melting point. Therefore, if calcium Ca or magnesium Mg is used as a catalyst dispersed in the coating layer 51, these alkali hydrates can be used. The earthen gold nitrate moves to the surface of the coat layer 51 and agglomerates even at a low temperature of 100 ° C or lower. Therefore, the SO x trap rate is recovered at low temperatures.
  • a mixture of an alkali metal and an alkaline earth metal can also be used as the catalyst dispersed in the coat layer 51.
  • Fig. 7 (B) shows the change in the SO x trap rate TRAP when power thorium K is used as the catalyst supported on the SO x trap catalyst 11.
  • the melting point of the potassium nitrate KN0 3 as shown in the table above is 3 3 3 ° C, therefore the SO x trap catalyst 1 1 temperature TC as shown in FIG. 7 (B) exceeds the melting point of the potassium nitrate KN_ ⁇ 3 Nitrate migration Aggregation is promoted, and SO x trap rate T R A P is restored.
  • S 0 x In order to promote the nitrate migration aggregation action, S 0 x must be taken into the coat layer 5 1, and for that purpose, SO 2 must be oxidized to SO 3 . Oxidation of the S_ ⁇ 2 the SO x trap catalyst 1 1 This temperature is good until the temperature TC reaches about 500 ° C, but when it exceeds 500 ° C, it gradually becomes weaker. Therefore, there is a temperature range of S ⁇ x ⁇ wrap catalyst 11 in which the nitrate migration and aggregation action is promoted, and the lower limit temperature of this temperature range is at least one of Al-strength metal and Al-strength earth metal. has a melting point of nitrates, the upper limit temperature of this temperature region so S_ ⁇ 2 in 2 trap catalyst 1 on 1 will be referred to as an upper limit temperature that can be oxidized.
  • FIG. 7 (B) I shows the case it becomes a temperature in the region happens S_ ⁇ x trap catalysts 1 1 temperature TC during engine operation is accelerated nitrate movement agglomeration, this time N_ ⁇ x The trap rate is restored. However, if the temperature TC of the SO x trap catalyst 11 does not fall within the temperature range in which the nitrate transfer aggregation action is promoted during engine operation, the SO x trap rate TRAP continues to decrease.
  • the temperature rise control of the SO x soot catalyst 11 is controlled.
  • the temperature TC of the SO x trap catalyst 11 is kept in a temperature range where the nitrate transfer and aggregation action is promoted.
  • the SO x trap rate TR RAP is occasionally recovered by maintaining the temperature of the SO x trap catalyst 11 1 within a temperature range in which the nitrate transfer and aggregation action is occasionally promoted during engine operation. I try to let them.
  • S_ ⁇ x Bok wrap One of effective methods for raising the temperature of the catalyst 1 1 is a method of retarding the fuel injection timing until compression top dead center or later. That is, the normal main fuel Q m is compressed as shown in (I) in Fig. 8. 7063056 Injected near top dead center. In this case, as shown in (II) of FIG. 8, when the injection timing of the main fuel Q B is retarded, the afterburning period becomes longer, and thus the exhaust gas temperature rises. As the exhaust gas temperature rises, the temperature of the S0 x trap catalyst 11 increases.
  • the auxiliary fuel Q v in addition to the main fuel Q m , the auxiliary fuel Q v can be injected near the intake top dead center.
  • the auxiliary fuel Q v additionally the injecting auxiliary fuel Qv amount corresponding exhaust gas temperature in order to obtain increasing the fuel burned and rises, the temperature of the SO x trap catalyst 1 1 rises and thus.
  • the auxiliary fuel Q p can be injected during the expansion stroke or the exhaust stroke. That is, in this case, the auxiliary fuel Q p most is discharged into the exhaust passage in the form of unburned HC without being burned. This unburned HC is oxidized on the SO x trap catalyst 11 by excess oxygen, and the temperature of the S 0 x trap catalyst 11 is raised by the heat of oxidation reaction generated at this time.
  • Hydrogen can be supplied, and the temperature of the S o ⁇ trap catalyst 11 can be raised by the heat of oxidation reaction of the hydrocarbon.
  • hydrocarbons can be supplied from the hydrocarbon supply valve 14 while performing any injection control shown in (II) to (IV) of FIG. Note that the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the S ⁇ ⁇ trap catalyst 1 1 is kept lean without being made rich regardless of which method is used to raise the temperature.
  • FIG 9 shows the reference SO x trap rate T R A P 0.
  • This reference SO x h wrap rate T RA P 0 indicates the SO x trap rate that is the reference when the recovery action of the SO x trap rate T RAP due to the nitrate migration aggregation action is completed, and this reference SO x trap rate tRAP 0 is S_ ⁇ x trap amount sigma SOX 1 that are trapped in the SO x trap catalyst 1 1 is maintained at approximately 1 0 0% when below a certain value.
  • the SO x trap rate TRAP recovers to approximately 100 percent when the recovery action of the SO x trap rate by the nitrate migration aggregation action is completed.
  • the SO x trap amount sigma S 0 X 1 is the SO x trap rate T RA P be made to recover the action of so x trap rate by comprising the nitrate movement aggregating action beyond a certain value is restored to 1 0 0 Pas one cents
  • the recovery rate of the S0 x trap rate TRAP decreases. Therefore, as shown in Fig. 9, the reference SO x trap rate T RAP 0 decreases rapidly when the SO x trap amount ⁇ SOX l exceeds a fixed value.
  • S0 x trap amount ⁇ SOX l shown in Fig. 9 is calculated from the maps shown in Fig. 10 (A) and (B).
  • the fuel contains a certain amount of io, so the amount of SO x contained in the exhaust gas, That is, the amount of so x trapped by the SO x trap catalyst 11 is proportional to the fuel injection amount.
  • the fuel injection amount is a function of the required torque and the engine speed, so the amount of so x trapped in the SO x trap catalyst 11 is also a function of the required torque and the engine speed.
  • the lubricant also contains a certain amount of sulfur, and the amount of lubricant burned in the combustion chamber 2, that is, the SO contained in the exhaust gas and captured by the SO x trap catalyst 1 1 x amount is also a function of required torque and engine speed.
  • Figure 1 0 (B) as a function of the amount of the SO x trapped per be included in the lubricating oil the SO x trap catalyst 1 1 per unit time SOXB the required torque TQ and engine speed N in the embodiment according to the present invention
  • a map as shown in the map, it is described in ROM 3 2 in advance, and it is captured by SO x trap catalyst 1 1 by accumulating the sum of SO x trap amount SO XA and S0 x trap amount SOXB.
  • S ⁇ x trap amount ⁇ SOX 1 is calculated.
  • Fig. 11 (A) shows the reduction amount RS of the SO x trap rate TRAP, which is the standard per unit time.
  • This decrease amount RS increases as SO x trap amount ⁇ SOX 1 increases.
  • the reduction amount RS increases as the exhaust gas amount, that is, the intake air amount Ga increases, and decreases as the temperature TC of the SO x trap catalyst 11 increases.
  • This relationship that is, the correction coefficient K for the decrease RS, is shown in Fig. 11 (B).
  • the correction coefficient K decreases in the order of ⁇ ,, K 2 , K 3 "'Ki.
  • Figs. 12 (A) and (B) show an increase in the S 0 Y trap rate, TRAP, per unit time when nitrate transfer aggregation is performed.
  • the amount IS and the increase rate KS are shown.
  • TC shows the melting point of at least one of nitrates of alkali metal and alkaline earth metal carried by SO x trap catalyst 1 1, and TCS 0 2 is good
  • the maximum temperature that can be oxidized is shown, and TC 3 is about 600 ° C., that is, around the regeneration temperature of the particulate filter 12.
  • S ⁇ x Trap catalyst 1 1 Temperature TC increases as the temperature of TC increases, so the viscosity of molten nitrate decreases. And TC 2 the higher the temperature TC of the S0 x trap catalyst 1 1, the higher the increase IS in the SO x trap rate TRAP.
  • the temperature TC of the SO x trap catalyst 11 is maintained between the melting point TC i and the regeneration temperature TC 3 of the particulate filter 11 when the nitrate transfer agglomeration is to be performed. It is held between the temperature TC 2 capable of satisfactorily oxidize S_ ⁇ 2 melting point TC, and.
  • the amount of decrease in the SO x trap rate TRAP per unit time is calculated by multiplying the reference decrease RS calculated from Fig. 11 (A) by the correction coefficient K calculated from Fig. 11 (B).
  • Nitrate transfer The amount of increase in SO x ⁇ wrap rate TRAP per unit time due to dynamic coagulation is the amount of increase IS calculated from Fig. 12 (A) multiplied by the rate of increase KS calculated from Fig. 12 (B). It is determined by On the other hand, from Fig. 9, the standard SO x trap rate TRAP 0 is obtained.
  • temperature nitrates moving agglomeration is accelerated the temperature of S_ ⁇ x trap ⁇ 1 1 when the Omicron chi trap rate tRAP is determined to be lowered to the SO x trap rate predetermined to be the nitrate movement agglomeration
  • the temperature is raised to the region and kept in this temperature region.
  • the SO x trap rate TRAP is almost 1 when the recovery of the SO x trap rate by the nitrate migration aggregation action is completed. Recovers to 0 0 percent.
  • the SO x trap amount ⁇ S OX 1 exceeds a certain value, the SO ⁇ trap rate TRA ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ will not recover to 100% even if the SO ⁇ trap rate is restored by the nitrate transfer aggregation action.
  • the reference S ⁇ ⁇ trap rate TRAP 0 rapidly decreases.
  • the S0 x trap amount ⁇ SOX 1 exceeds a certain value, the S0 x concentration near the surface of the coat layer 51 increases, and as a result, the SO x trap rate decreases.
  • the air-fuel ratio of the exhaust gas is the concentration of under SO x Bok lap catalyst 1 1 Lean 6 0 0 ° about C S_ ⁇ x diffusion enhancing Temperature
  • the SO x concentrated in the vicinity of the surface in the coat layer 51 diffuses toward the back of the coat layer 51 so that the SO x concentration in the coat layer 51 is uniform. Go.
  • the exhaust in order when the SO x Bok overlap ratio even healing of SO chi Bok overlapping ratio by nitrates mobile agglomeration is carried out no longer restored to the target value to restore the SO x trap rate air-fuel ratio of the gas is so allowed to increase the temperature of the lean under so x trap catalyst to a so x diffusion promotion temperature.
  • So x is released to the air-fuel ratio of even the exhaust gas without raising the temperature of the the SO x trap catalyst 1 1 when the SO x concentration near the surface of the coating layer 5 1 increases to rich from S_ ⁇ X Toradzupu catalyst 1 1 May end up. Therefore, in the embodiment according to the present invention, when the temperature of S0 x trap catalyst 11 is equal to or higher than the so x discharge temperature, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into SO x trap catalyst 11 is not made to be a latch. ing.
  • the present invention contemplates that it be used without essentially to replace the so x trap catalyst 1 1 until scrapping of purchasing the vehicle.
  • the amount of xio contained in the fuel has been reduced. Therefore, if the capacity of the SO x trap catalyst 11 is increased to a certain extent, the SO Y trap catalyst 11 will not be replaced without being replaced.
  • the SO x trap amount ⁇ S 1 and the S 0 x trap catalyst 1 1 are preliminarily determined when the temperature is increased for S 0 x diffusion.
  • SO (n) 1, 2, 3, )
  • n indicates the number of temperature raising processes.
  • the predetermined amount S0 (n) is increased as the number n of heating processes for recovering the SO x trap rate increases, and this predetermined amount SO ( The increase ratio of n) decreases as the number of processing times n increases. That is, the increase rate of SO (3) with respect to S0 (2) is smaller than the increase rate of SO (2) with respect to SO (1).
  • the amount of S0 x trap ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ S OX 1 captured by the SO x trap catalyst 11 keeps increasing over time until the allowable value MAX.
  • ⁇ SOX 1 MAX
  • the travel distance is about 500,000 km.
  • the SO x concentration indicates the SO x concentration near the surface of the SO x trap catalyst 11.
  • S ⁇ x concentration near the surface of S ⁇ x ⁇ wrap catalyst 1 1 is the allowable value S ⁇ Z
  • Air-fuel ratio A / F of more than the exhaust gas is NoboriAtsushisei control to raise the temperature TC of under S_ ⁇ x trap catalyst 1 1 lean to SO x diffusion enhancing temperature is performed.
  • FIG. 1 5 and FIG. 1 6 shows a routine for executing the first embodiment of the recovery process of the SO x trap capability, this routine is executed by interruption every a certain time are.
  • step 100 SO x trap amounts S0XA and S OMB captured per unit time from Fig. 10 (A) and (B) are respectively Is read.
  • step 1 0 the sum of S0 XA and SOMB is added to SO x trap amount ⁇ SOX l.
  • step 102 it is judged if the temperature control II for SO x diffusion into the coat layer 51 is in progress.
  • the routine proceeds to step 1004.
  • the reference SO x trap rate T RA PO is calculated.
  • the reduction amount RS of the SO x trap rate TRAP per unit time is calculated from FIG. 11 (A), and the correction coefficient K is calculated from FIG. 11 (B).
  • the integrated value RS ⁇ K of the reduction rate RS of the S ⁇ x trap rate and the correction coefficient K is added to the cumulative reduction amount ⁇ RS.
  • the SO x trap rate T RA P is calculated by Rukoto be subtracted cumulative reduction ARS from a reference the SO x trap rate T RAP 0 in step 1 0 7.
  • step 108 it is determined whether or not the SO x trap rate TRAP has decreased to a predetermined SO x trap rate T RA P 0 ⁇ 0.99 which should be subjected to nitrate mobile aggregation.
  • the predetermined S0 x trap rate is 99% of the reference SO x trap rate TRAP0. That is, in step 10 8, it is determined whether or not the SO ⁇ trap rate T RAP has decreased by 1 percent with respect to the reference SO x trap rate T RAP 0. If it is determined in step 1 0 8 that T RA P ⁇ T R A P 0 ⁇ 0.99, the process proceeds to step 1 1 0. On the other hand, when it is determined that TRAP ⁇ TRAP 0 ′ 0.99, the temperature increase control I for promoting the nitrate migration aggregation action is executed. Then go to step 1 1 0.
  • step 110 it is determined whether or not the temperature TC of the SO x trap catalyst 11 is within the temperature range in which the nitrate transfer aggregation action is promoted.
  • This temperature range is TC 1 ⁇ TC ⁇ TC 3 as described above, and preferably TC! ⁇ TC ⁇ TC 2 as described in Step 110. If the temperature TC of the S x trap catalyst 1 1 is within the temperature range where the nitrate transfer and aggregation action is promoted, proceed to Step 1 1 1.
  • Step 1 1 1 1 In the increase amount IS of FIG 2 per (A) to the unit time S_ ⁇ x trap rate T RA P is calculated from FIG. 1 2 (B) of S_ ⁇ x trap rate T RA P Increase rate KS is calculated. Then step 1 1 In 2, the integrated value IS • KS of the increase amount IS of the SO x trap rate and the increase rate KS • KS is subtracted from the cumulative decrease amount ARS. Then whether Step 1 1 3 In the cumulative reduction delta RS is negative, that is, whether the recovered S Omicron chi trap rate TRA [rho until the reference S Omicron chi trap rate TRA [rho 0 is determined. When ⁇ RS is 0, the routine proceeds to step 1 1 4 and ⁇ RS is made zero. Next, at step 1 15, it is determined whether or not the temperature raising control I is being executed. When the temperature raising control I is being executed, the routine proceeds to step 1 1 6 where the temperature raising control I is stopped.
  • step 10 3 when it is determined in step 10 3 that the SO x trap amount ⁇ S 0 X 1 has reached the predetermined amount SO (n), the routine proceeds to step 1 1 7 to increase the temperature for SO x diffusion.
  • Control II is executed. While the temperature raising control 11 is being executed, the process proceeds from step 1 0 2 to step 1 1 7.
  • step 1 1 8 when it is determined in step 1 1 8 that the temperature raising control II has been completed, the routine proceeds to step 1 1 9 where the cumulative decrease ⁇ RS becomes zero, and the reference S ⁇ ⁇ trap rate T RA P 0 force SI 0 recovered to 0 percent.
  • 1 9 1 7 shows a second embodiment for recovery processing the SO x Bok wrap capability.
  • this embodiment is arranged SO x sensor 2 4 downstream of the SO x trap catalyst 1 1 as shown in FIG. 3, the exhaust gas flowing out from the SO x trap catalyst 1 1 This SO x sensor 2 4 The SO x concentration in the gas is detected. That is, in this second embodiment, as shown in FIG. 17, the SO x concentration in the exhaust gas detected by the S0 x sensor 24 exceeds the predetermined concentration SOY 1 at which the nitrate transfer aggregation action should be performed. In this case, the temperature rise control I is performed to raise the temperature of the SO x trap catalyst 11 to the temperature range where the nitrate transfer and aggregation action is promoted.
  • the SO x concentration in the exhaust gas detected by the SO x sensor 24 promotes the diffusion of SO x .
  • the air-fuel ratio is under SO x trap catalyst 1 1 lean temperature of the exhaust gas to restore the SO x trap rate up so x diffusion enhancing temperature when exceeding the concentration S OY 2 predetermined to Raising temperature control 11 is performed.
  • Figure 1 9 shows a recovery processing routine of the SO x trap capability for performing this second embodiment.
  • step 2 0 the output signal of S0 x sensor 24, for example, output voltage V is read. Then it is decided whether or not the execution of the temperature control II for of the SO x diffusion to stearyl-up 2 0 1 in coat layer 5 in 1 is determined.
  • the routine proceeds to step 203, and whether or not the output voltage V of the SO x sensor 24 exceeds the set value VX 2 , that is, the SO x concentration in the exhaust gas is predetermined. It is determined whether or not the concentration S OY 2 has been exceeded.
  • V ⁇ VX 2-out Noto that is, when the SO x concentration in the exhaust gas does not exceed the concentration S OY 2 which is predetermined proceeds to Step 2 0 3.
  • Step 203 it is determined whether or not the temperature raising control I for promoting the nitrate migration aggregation action is being executed.
  • the routine proceeds to step 204, and whether or not the output voltage V of the SO x sensor 24 has exceeded the set value, that is, the S0 x concentration in the exhaust gas is a predetermined concentration s. It is determined whether or not ⁇ 1 is exceeded. ⁇ > ⁇ ,
  • step 205 When ( ⁇ VX 2 ), that is, when the SO x concentration in the exhaust gas exceeds a predetermined concentration S OY 1 ( ⁇ SOY 2), the routine proceeds to step 205, and temperature increase control I is executed. While the temperature raising control I is being executed, the routine proceeds from step 203 to step 206.
  • step 2 06 the output voltage V of the SO x sensor 24 is the predetermined recovery target value V. It is determined whether or not the SO x trap rate of the SO x trap catalyst 11 has recovered. V ⁇ V. That is, the SO x trap rate recovers. Then, proceed to step 2 09 and temperature control I is stopped.
  • Step 2 0 2 if it is determined that V> VX 2 in Step 2 0 2, i.e. SO x diffusion proceeds when S_ ⁇ x concentration in the exhaust gas exceeds the concentration SOY 2 predetermined for Step 2 0 8
  • the temperature rise control II for is performed. While the temperature increase control II is being executed, the process proceeds from step 2 0 1 to step 2 0 8 and the temperature increase control II is continuously executed.
  • the NO x amount NO XA stored per unit time in the NO x storage catalyst is preliminarily stored in the form of a map shown in FIG. 22 (A) as a function of the required torque TQ and the engine speed N.
  • the NO x amount ⁇ NO X stored in the NO x storage catalyst is calculated by accumulating the NO x amount NOXA, which is stored in the OM 3 2.
  • the air-fuel ratio AZF of the exhaust gas flowing into the particulate filter 12 is temporarily enriched every time the N ⁇ x amount NOX reaches the allowable value NX. As a result, NO x is released from the N0 x storage catalyst.
  • the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the SO x trap catalyst 1 1 should be kept lean when the air-fuel ratio A / F of the exhaust gas flowing into the particulate filter 1 2 is set to the latch. Is preferred. Therefore, in the example in which the NO x storage catalyst is supported on the particulate filter 12, the SO x trap catalyst 1 1 and the particulate filter 1 2 are connected as shown in FIGS. 1 and 3. place the hydrocarbon feed valve 1 4 in the exhaust passage between, on when releasing the NO x from N_ ⁇ x storage catalyst N_ ⁇ by supplying hydrocarbons into the exhaust passage from the hydrocarbon feed valve 1 4 x The air-fuel ratio of the exhaust gas sent to the storage catalyst is temporarily switched to a lit.
  • particulates contained in the exhaust gas that is, particulate matter
  • particulate matter are collected on the particulate filter 12 and are sequentially oxidized.
  • particulate matter gradually accumulates on the particulate filter 12, and in this case, if the amount of particulate matter deposited increases, the engine The output will be reduced. Therefore, when the amount of accumulated particulate matter increases, the deposited particulate matter must be removed. In this case, when the temperature of the particulate filter 12 is raised to about 60 ° C. under excess air, the accumulated particulate matter is oxidized and removed.
  • the particulate filter When the amount of particulate matter deposited on 1 2 exceeds the permissible amount, the air-fuel ratio of the exhaust gas increases under the condition that the temperature of the exhaust gas is raised under the lean condition. Is removed by oxidation. More specifically, in the embodiment according to the present invention, when the differential pressure ⁇ P before and after the particulate filter 12 detected by the differential pressure sensor 23 exceeds the allowable value PX as shown in FIG. It is determined that the amount of accumulated particulate matter has exceeded the allowable amount, and at this time, the temperature T of the particulate filter 12 is raised while the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the particulate filter 12 is kept lean. Temperature control is performed. Contact name, NO x amount sigma New Omicron X being trapped for NO x is released from the NO x occlusion catalyst when the temperature T of the particulate fill evening 1 2 is increased is reduced.
  • the exhaust gas air-fuel ratio is maintained lean when the particulate filter 1 2 is regenerated.
  • Any of the hydrocarbon feed valves shown in FIGS. 1 to 3 1 Fuel is supplied from 4 or fuel injection is performed in any of patterns (II) to (IV) shown in FIG.
  • the temperature of the particulate filter 1 2 will be 60 ° C or higher, but at this time the temperature of the SO x trap catalyst 1 1 will be slightly lower than 6200 ° C. That is, the temperature is maintained in a temperature range in which the nitrate migration aggregation action is promoted.
  • the air-fuel ratio of the exhaust gas to emit ⁇ is fed the temperature of the NO x storage catalyst and the the NO x storage catalyst is raised to release SO x temperature Li pitch; from the NO x storage catalyst as described above
  • the temperature TC of the NO x storage catalyst when the amount of SO x sigma S OX 2 which is stored in the NO x storage catalyst, as shown in FIG. 2 1 reaches the allowable value SX 2
  • the NO x release temperature is raised to TX, and the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the N0 x storage catalyst is set as a switch.
  • pre-R OM 3 2 in S_ ⁇ x amount SOXZ is required torque TQ and the engine speed form of a map as shown in FIG. 2 2 (B) as a function of N, which are inserted in the unit time per N_ ⁇ x storage catalyst
  • the amount of occlusion 30 5 ( quantity ⁇ 30 2 is calculated by accumulating the SO x amount S OX Z. It is not preferable to switch the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the SO x trap catalyst 1 1 when releasing from the NO x storage catalyst. Therefore, in the embodiment according to the present invention, when SO x should be released from the NO x storage catalyst, first, as shown in FIGS.
  • Fig. 23 shows the processing routine for NO x storage catalyst.
  • step 300 the NO x amount NOXA stored per unit time is calculated from the map shown in Fig. 22 (A).
  • this NOXA is added to the NO x amount ⁇ ⁇ ⁇ stored in the N0 x storage catalyst.
  • step 3002 it is determined whether or not the stored NO x amount ⁇ NOX exceeds the allowable value NX, and when ⁇ N 0 X> NX, the routine proceeds to step 3 0 3 and is sent to the NO x storage catalyst. Rich processing is performed to temporarily switch the air-fuel ratio of the exhaust gas from lean to rich, and NOX is cleared.
  • step 3 04 the differential pressure ⁇ ⁇ of the particulate filter 11 is detected by the differential pressure sensor 23.
  • step 3 0 5 it is determined whether or not the differential pressure ⁇ P has exceeded the allowable value PX.
  • the routine proceeds to step 3 0 6 where the particulate filter The temperature rise control of Le Yu 12 is performed. This temperature rise control is performed by supplying hydrocarbons from the hydrocarbon feed valve 14 while maintaining the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the particulate filter 12 lean.
  • step 3 07 the SO x amount S OX Z stored per unit time is calculated from the map shown in FIG. 2 2 (B).
  • this S OX Z is added to the SO x amount ⁇ S 0 X 2 stored in the NO x storage catalyst.
  • step 3 0 9 it is determined whether or not the stored SO x amount ⁇ SOX 2 exceeds the allowable value SX 2, and when ⁇ S0 X 2> SX 2, the routine proceeds to step 3 1 0 and NO x storage catalyst.
  • the temperature rise control is performed to raise the temperature TC of SO to the SO x release temperature TX.
  • step 1 1 1 1 rich processing is performed to keep the air-fuel ratio of the exhaust gas sent to the NO x storage catalyst rich, and ⁇ S0 X 2 is cleared.
  • Patikiyure one Bok filter 1 on 2 is not supported is the NO x storage catalyst, since it is sufficient to only the reproduction processing Patiki Interview filter 1 2 if the catalyst for promoting oxidation only unsupported 2 3 Only steps 3 0 4 to 3 0 6 are executed in the routine shown in.
  • the temperature of the particulate filter 12 is increased by supplying hydrocarbons from a hydrocarbon feed valve 14 disposed upstream of the SO x trap catalyst 11. be able to.

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Description

内燃機関の排気浄化装置および排気浄化方法
技術分野
本発明は内燃機関の排気浄化装置および排気浄化方法に関する。 明
背景技術
田
内燃機関に使用される燃料および潤滑油内にはィォゥが含まれて 書
おり、 従って排気ガス中には s oxが含まれている。 ところがこの s oxは機関排気通路内に配置された排気ガス浄化用触媒等の後処 理装置の性能や耐久性を大巾に低下させる働きがあり、 従って排気 ガス中の s oxは除去することが好ましい。
そこで機関排気通路内に排気ガス中に含まれる soxを捕獲しう る S〇x トラップ触媒を配置した内燃機関が公知である （特開 2 0 0 5 — 1 3 3 6 1 0号公報参照） 。 この S Oxトラップ触媒は、 S Oxトラップ触媒に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 S Oxを捕獲し、 排気ガスの空燃比がリーン のもとで S Ox トラップ触媒の温度が上昇すると捕獲した S Oxが次 第に N Oxトラップ触媒の内部に拡散し、 その結果 S Oxトラップ率 が回復されるという性質を有する。 そこでこの内燃機関では S〇x トラップ触媒による S〇xトラップ率を推定する推定手段を具備し ており、 S〇xトラップ率が予め定められた率よりも低下したとき には排気ガスの空燃比がリーンのもとで S Oxトラップ触媒の温度 を上昇させ、 それによつて S Oxトラップ率を回復させるようにし ている。
ところがこのような s oxトラップ触媒について本発明者が研究 を重ねた結果、 s o xトラップ率を回復し得る新たな方法を見い出 し、 この方法を用いると s o xトラップ率を更に良好に回復しうる ことが判明したのである。 発明の開示
本発明の目的はこの新たな方法を用いて s〇xトラップ率を良好 に回復しうるようにした内燃機関の排気浄化装置および排気浄化方 法を提供することにある。
本発明によれば、 機関排気通路内に排気ガス中に含まれる s〇x を捕獲しうる s o x トラップ触媒を配置した内燃機関において、 s
Ο χ トラップ触媒内にはアル力リ金属およびアルカリ土類金属の少 く とも一方が分散して担持されており、 機関運転中に s o xトラッ プ触媒の温度をアルカリ金属およびアルカリ土類金属の少く とも一 方の硝酸塩が溶融状態となる温度に保持することにより、 s o x ラップ触媒内の硝酸塩が s o xトラップ触媒表面に移動して凝集す る硝酸塩移動凝集作用が促進され、 硝酸塩移動凝集作用により s o xトラップ率の回復を図りつつ s〇xを除去するようにした内燃機関 の排気浄化装置が提供される。
また、 本発明によれば、 機関、排気通路内に配置された s o xトラ ップ触媒により排気ガス中に含まれる s〇xを除去するようにした 排気浄化方法において、 s〇xトラップ触媒内にアル力リ金属およ びアルカリ土類金属の少く とも一方を分散して担持させ、 機関運転 中に s o xトラップ触媒の温度をアル力リ金属およびアルカリ土類 金属の少く とも一方の硝酸塩が溶融状態となる温度に保持すること により、 s o xトラップ触媒内の硝酸塩が s o x トラップ触媒表面に 移動して凝集する硝酸塩移動凝集作用を促進させ、 硝酸塩移動凝集 作用により s o x トラップ率の回復を図りつつ s〇xを除去するよう 'こした内燃機関の排気浄化方法が提供される 図面の簡単な説明
図 1は圧縮着火式内燃機関の全体図、 図 2は圧縮着火式内燃機関 の別の実施例を示す全体図、 図 3は圧縮着火式内燃機関の更に別の 実施例を示す全体図、 図 4はパティキュレートフィル夕の構造を示 す図、 図 5は N Ox吸蔵触媒の触媒担体の表面部分の断面図、 図 6 は S Oxトラップ触媒の基材の表面部分の断面図、 図 7は S〇x トラ ップ率を示す図、 図 8は噴射時期を示す図、 図 9は基準 S〇xトラ ップ率を示す図、 図 1 0は S Oxトラップ量 S O XA, S OX Bの マップを示す図、 図 1 1は S〇xトラップ率の減少量 R S等を示す 図、 図 1 2は S Oxトラップ率の増大量 I S等を示す図、 図 1 3は S Oxトラップ量∑ S OX 1 と、 昇温制御を行うべき吸蔵 S〇x量 S O ( n ) との関係等を示す図、 図 1 4は S Ox トラップ量∑ S O X 1等の変化を示すタイムチャート、 図 1 5は S〇x トラップ能力の 回復処理の第 1実施例を実行するためのフローチャート、 図 1 6は S〇xトラップ能力の回復処理の第 1実施例を実行するためのフロ —チャート、 図 1 7は S Oxトラップ能力の回復処理を示すタイム チャート、 図 1 8は S Ox トラップ能力の回復処理を示すタイムチ ャ一卜、 図 1 9は S Ox トラップ能力の回復処理の第 2実施例を実 行するためのフローチャート、 図 2 0はパティキュレートフィルタ の昇温制御を示すタイムチヤ一ト、 図 2 1は S Ox放出制御を示す タイムチャート、 図 2 2は吸蔵 NOx量 NO XAのマップ等を示す 図、 図 2 3は NOx吸蔵触媒に対する処理を実行するためのフロー チヤ一卜である。 発明を実施するための最良の形態 TJP2007/063056 図 1 に圧縮着火式内燃機関の全体図を示す。
図 1 を参照すると、 1は機関本体、 2は各気筒の燃焼室、 3は各 燃焼室 2内に夫々燃料を噴射するための電子制御式燃料噴射弁、 4 は吸気マニホルド、 5は排気マニホルドを夫々示す。 吸気マ二ホル ド 4は吸気ダク ト 6を介して排気夕一ポチヤ一ジャ 7のコンプレツ サ 7 aの出口に連結され、 コンプレッサ 7 aの入口はエアクリーナ 8に連結される。 吸気ダク ト 6内にはステップモ一夕により駆動さ れるスロッ トル弁 9が配置され、 更に吸気ダク ト 6周りには吸気ダ ク 卜 6内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置 1 0が配置さ れる。 図 1 に示される実施例では機関冷却水が冷却装置 1 0内に導 かれ、 機関冷却水によって吸入空気が冷却される。 一方、 排気マ二 ホルド 5は排気ターボチヤ一ジャ 7の排気夕一ビン 7 bの入口に連 結され、 排気夕ービン 7 bの出口は S Oxトラップ触媒 1 1の入口 に連結される。 また、 S Ox 卜ラップ触媒 1 1の出口は排気管 1 3 を介してパティキュレートフィルタ 1 2に連結される。 排気管 1 3 には排気管 1 3内を流れる排気ガス中に例えば炭化水素、 例えば燃 料を供給するための炭化水素供給弁 1 4が取付けられる。
排気マ二ホルド 5 と吸気マ二ホルド 4とは排気ガス再循環 （以下 、 E G Rと称す） 通路 1 5 を介して互いに連結され、 E G R通路 1 5内には電子制御式 E G R制御弁 1 6が配置される。 また、 E G R 通路 1 5周りには E G R通路 1 5内を流れる E G Rガスを冷却する ための冷却装置 1 7が配置される。 図 1 に示される実施例では機関 冷却水が冷却装置 1 7内に導かれ、 機関冷却水によって E G Rガス が冷却される。 一方、 各燃料噴射弁 3は燃料供給管 1 8を介してコ モンレール 1 9に連結される。 このコモンレール 1 9内へは電子制 御式の吐出量可変な燃料ポンプ 2 0から燃料が供給され、 コモンレ ール 1 9内に供給された燃料は各燃料供給管 1 8 を介して燃料噴射 弁 3に供給される。
電子制御ュニッ ト 3 0はデジタルコンピュータからなり、 双方向 性バス 3 1 によって互いに接続された R O M (リードオンリメモリ ) 3 2 、 R A M (ランダムアクセスメモリ） 3 3 、 C P U (マイク 口プロセッサ） 3 4、 入力ポート 3 5および出力ポート 3 6 を具備 する。 S O x卜ラップ触媒 1 1 には S O x トラップ触媒 1 1の温度を 検出するための温度センサ 2 1が取付けられ、 パティキユレ一トフ ィル夕 1 2にはパティキユレ一トフィル夕 1 2の温度を検出するた めの温度センサ 2 2が取付けられる。 これら温度センサ 2 1 , 2 2 の出力信号は夫々対応する A D変換器 3 7 を介して入力ポート 3 5 に入力される。 また、 パティキュレートフィルタ 1 2にはパティキ ユレ一トフィル夕 1 2の前後差圧を検出するための差圧センサ 2 3 が取付けられており、 この差圧センサ 2 3の出力信号は対応する A D変換器 3 7 を介して入力ポート 3 5に入力される。
ァクセルペダル 4 0にはアクセルペダル 4 0の踏込み量 Lに比例 した出力電圧を発生する負荷センサ 4 1が接続され、 負荷センサ 4 1の出力電圧は対応する A D変換器 3 7 を介して入力ポート 3 5に 入力される。 更に入力ポート 3 5にはクランクシャフ トが例えば 1 5 ° 回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ 4 2が接 続される。 一方、 出力ポート 3 6は対応する駆動回路 3 8を介して 燃料噴射弁 3、 スロッ トル弁 9駆動用ステップモータ、 炭化水素供 給弁 1 4、 E G R制御弁 1 6および燃料ポンプ 2 0に接続される。
図 2に圧縮着火式内燃機関の別の実施例を示す。 この実施例では 炭化水素供給弁 1 4が、 排気マニホルド 5の例えば 1番気筒のマ二 ホルド枝管 5 a内に設けられている。
図 3に圧縮着火式内燃機闋の更に別の実施例を示す。 この実施例 では排気管 1 3内に S O xトラップ触媒 1 1から流出した排気ガス 中の S〇x濃度を検出するための S O xセンサ 2 4が配置されている 次に図 4 ( A ) および （B ) を参照しつつパティキユレ一トフィ ル夕 1 2の構造について説明する。 図 4 ( A ) はパティキュレート フィルタ 1 2の正面図を示しており、 図 4 ( B ) はパティキュレー トフィル夕 1 2の側面断面図を示している。 図 4 ( A ) および （B ) に示されるようにパティキユレ一トフィルタ 1 2はハニカム構造 をなしており、 互いに平行をなして延びる複数個の排気流通路 6 0 ， 6 1 を具備する。 これら排気流通路は下流端が栓 6 2により閉塞 された排気ガス流入通路 6 0 と、 上流端が栓 6 3により閉塞された 排気ガス流出通路 6 1 とにより構成される。 なお、 図 4 ( A ) にお いてハッチングを付した部分は栓 6 3を示している。 従って排気ガ ス流入通路 6 0および排気ガス流出通路 6 1は薄肉の隔壁 6 4を介 して交互に配置される。 云い換えると排気ガス流入通路 6 0および 排気ガス流出通路 6 1 は各排気ガス流入通路 6 0が 4つの排気ガス 流出通路 6 1 によって包囲され、 各排気ガス流出通路 6 1が 4つの 排気ガス流入通路 6 0によって包囲されるように配置される。
パティキュレートフィルタ 1 2は例えばコ一ジライ 卜のような多 孔質材料から形成されており、 従って排気ガス流入通路 6 0内に流 入した排気ガスは図 4 ( B ) において矢印で示されるように周囲の 隔壁 6 4内を通って隣接する排気ガス流出通路 6 1内に流出する。 このとき排気ガス中に含まれるパティキュレートが隔壁 6 4上に捕 集される。 捕集された一部のパティキュレー卜は隔壁 6 4上で酸化 燃焼せしめられ、 残りのパティキユレ一トは隔壁 6 4上に堆積する 隔壁 6 4上に堆積したパティキユレ一トはパティキユレ一トフィ ルタ 1 2を昇温させることによって時折燃焼除去され、 それによつ てパティキュレートフィルタ 1 2が再生される。 本発明による一実 施例ではパティキユレ一トフィルタ 1 2の再生時に堆積したパティ キユレ一トを容易に燃焼除去するためにパティキユレ一卜フィルタ 1 2上に酸化促進用触媒が担持されている。
また、 本発明による別の実施例ではパティキュレートフィル夕 1 2に流入する排気ガス中に含まれる N O xを処理するためにパティ キュレートフィルタ 1 2上に N O x吸蔵触媒が担持されている。 次 にこのように N O x吸蔵触媒をパティキュレートフィルタ 1 2上に 担持させた場合について説明する。
N O x吸蔵触媒をパティキユレ一トフィル夕 1 2上に担持させる ようにした場合には、 各排気ガス流入通路 6 0および各排気ガス流 出通路 6 1 の周壁面、 即ち各隔壁 6 4の両側表面上および隔壁 6 4 内の細孔内壁面上に例えばアルミナからなる触媒担体が担持されて おり、 図 5はこの触媒担体 4 5の表面部分の断面を図解的に示して いる。 図 5に示されるように触媒担体 4 5の表面上には貴金属触媒 4 6が分散して担持されており、 更に触媒担体 4 5の表面上には N O x吸収剤 4 7の層が形成されている。 図 5に示される例では N O X 吸蔵触媒は触媒担体 4 5 と、 貴金属触媒 4 6 と、 N〇x吸収剤 4 7 から形成されている。
さて、 図 5に示される例では貴金属触媒 4 6 として白金 P tが用 いられており、 N O x吸収剤 4 7 を構成する成分としては例えば力 リウム 、 ナトリウム N a、 セシウム C s のようなアルカリ金属、 バリウム B a、 カルシウム C aのようなアルカリ土類、 ランタン L a、 イッ トリウム Yのような希土類から選ばれた少なく とも一つが 用いられている。
機関吸気通路、 燃焼室 2およびパティキユレ一トフィルタ 1 2上 流の排気通路内に供給された空気および燃料 （炭化水素） の比を排 気ガスの空燃比と称すると、 ΝΟχ吸収剤 4 7は排気ガスの空燃比 がリーンのときには ΝΟχを吸収し、 排気ガス中の酸素濃度が低下 すると吸収した ΝΟχを放出する ΝΟχの吸放出作用を行う。
即ち、 ΝΟχ吸収剤 4 7 を構成する成分としてバリウム B aを用 いた場合を例にとって説明すると、 排気ガスの空燃比がリーンのと き、 即ち排気ガス中の酸素濃度が高いときには排気ガス中に含まれ る NOは図 5に示されるように白金 P t 4 6上において酸化されて N O 2となり、 次いで N O x吸収剤 4 7内に吸収されて酸化バリウム B a Oと結合しながら硝酸ィォンN03—の形でNOx吸収剤 4 7内 に拡散する。 このようにして NOxが NOx吸収剤 4 7内に吸収され る。 排気ガス中の酸素濃度が高い限り白金 P t 4 6の表面で N 02 が生成され、 N O x吸収剤 4 7の N O x吸収能力が飽和しない限り N 〇2が NOx吸収剤 4 7内に吸収されて硝酸イオン N O 3—が生成され る。
これに対し、 炭化水素供給弁 1 4から炭化水素を供給することに よって排気ガスの空燃比をリッチ或いは理論空燃比にすると排気ガ ス中の酸素濃度が低下するために反応が逆方向 （N〇3_→N02) に進み、 斯く して NOx吸収剤 4 7内の硝酸ィォンN03—がN02の 形で NOx吸収剤 4 7から放出される。 次いで放出された 1[0)；は排 気ガス中に含まれる未燃 H C, C Oによって還元される。
このように排気ガスの空燃比がリーンであるとき、 即ちリーン空 燃比のもとで燃焼が行われているときには排気ガス中の NOxがN Ox吸収剤 4 7内に吸収される。 しかしながらリーン空燃比のもと での燃焼が継続して行われるとその間に NOx吸収剤 4 7の NOx吸 収能力が飽和してしまい、 斯く して N〇x吸収剤 4 7により NOxを 吸収できなくなってしまう。 そこで本発明による一実施例では NO X吸収剤 4 7の吸収能力が飽和する前に炭化水素供給弁 1 4から炭 化水素を供給することによって排気ガスの空燃比を一時的にリ ツチ にし、 それによつて N〇x吸収剤 4 7から NOxを放出させるように している。
ところで排気ガス中には S Ox、 即ち S 02が含まれており、 この S〇2が ΝΟχ吸蔵触媒に流入するとこの S 02は白金 P t 4 6にお いて酸化されて S 03となる。 次いでこの S 03は NOx吸収剤 4 7 内に吸収されて酸化バリゥム B a Oと結合しながら、 硫酸ィオン S 04 2 の形でN〇x吸収剤 4 7内に拡散し、 安定した硫酸塩 B a S O 4を生成する。 しかしながら N Ox吸収剤 4 7が強い塩基性を有する ためにこの硫酸塩 B a S〇4は安定していて分解しづらく、 排気ガ スの空燃比を単にリ ツチにしただけでは硫酸塩 B a S〇4は分解さ れずにそのまま残る。 従って N〇x吸収剤 4 7内には時間が経過す るにつれて硫酸塩 B a S 04が増大することになり、 斯く して時間 が経過するにつれて N Ox吸収剤 4 7が吸収しうる N〇x量が低下す ることになる。 即ち、 N〇x吸蔵触媒がィォゥ被毒を生ずることに なる。
ところでこの場合、 パティキユレ一トフィル夕 1 2の温度、 即ち NOx吸蔵触媒の温度を 6 0 0 °C以上の S Ox放出温度まで上昇させ た状態でパティキュレートフィル夕 1 2に流入する排気ガスの空燃 比をリ ッチにすると N Ox吸収剤 4 7から S Oxが放出される。 ただ し、 この場合 N Ox吸収剤 4 7からは少しずつしか S Oxが放出され ない。 従って NOx吸収剤 4 7から全ての吸収 S Oxを放出させるに は長時間に亘つて空燃比をリ ッチにしなければならず、 斯く して多 量の炭化水素が必要になるという問題がある。 また、 N〇x吸収剤 4 7から放出された S Oxは大気中に排出されることになり、 この ことも好ましいことではない。
そこで本発明では NOx吸蔵触媒を担持したパティキュレートフ ィル夕 1 2の上流に S〇xトラップ触媒 1 1 を配置してこの S O x ト ラップ触媒 1 1 により排気ガス中に含まれる S〇xを捕獲し、 それ によって N〇 x吸蔵触媒に S O xが送り込まれないようにしている。 即ち、 パティキュレートフィルタ 1 2の上流に S〇 x トラップ触媒 1 1 を配置することによって N O x吸蔵触媒がィォゥ被毒を生じな いようにしている。
また、 このようなィォゥ被毒は、 堆積したパティキユレ一トを容 易に燃焼除去するためにパティキュレートフィルタ 1 2上に酸化促 進用触媒を担持させるようにした前述の実施例においても生ずる。 即ち、 この場合にも S O xがパティキュレートフィル夕 1 2に流入 すると酸化促進用触媒がィォゥ被毒を生じ、 その結果堆積したパテ ィキユレ一トを容易に燃焼除去しえなくなる。 従ってこの実施例に おいてもパティキュレートフィルタ 1 2の上流に S O xトラップ触 媒 1 1 を配置することによって酸化促進用触媒がィォゥ被毒を生じ るのを阻止することができる。
その他にもィォゥ被毒を生ずる選択還元触媒、 H C吸着剤等の種 々の後処理装置が知られており、 これら後処理装置についても後処 理装置の上流に S O x トラップ触媒 1 1 を配置することによって後 処理装置がィォゥ被毒を生ずるのを阻 hすることができる。
次にこの S O xトラップ触媒 1 1 について説明する。 この S O xト ラップ触媒 1 1 は例えばハニカム構造のモノ リス触媒からなり、 S O xトラップ触媒 1 1の軸線方向にまっすぐに延びる多数の排気ガ ス流通孔を有する。 このように S〇xトラップ触媒 1 1 をハニカム 構造のモノ リス触媒から形成した場合には、 各排気ガス流通孔の内 周壁面上には、 即ち基材上には例えばアルミナからなる微粒子状触 媒担体の集合体であるコート層が形成されている。 図 6 ( A ) は基 材 5 0の表面上に形成されたコート層 5 1の断面を図解的に示して いる。 図 6 (A) に示されるようにこのコート層 5 1の表面上には 貴金属触媒 5 2が分散して担持されている。
本発明による実施例では貴金属触媒 5 2 として白金が用いられて おり、 コート層 5 1内には触媒担体上に担持されている触媒が黒い 点で示されるように一様に分散されている。 本発明ではコート層 5 1内において一様に分散されている触媒はアルカリ金属およびアル 力リ土類金属の少く とも一方からなる。 本発明による実施例ではァ ルカリ金属のうちの特にリチウム L i 、 ナトリウム N a、 カリウム Kおよびアルカリ土類金属のうちの特にカルシウム C a、 マグネシ ゥム M gから選ばれた少なく とも一つが用いられている。
次に本発明者による研究によって明らかになった S Ox トラップ 触媒 1 1内における S O xのトラップメカニズムについて説明する 。 なお、 以下アルカリ金属であるカリウム Kを用いた場合を例にと つて S 0 xの卜ラップメカニズムについて説明するが他のアルカリ 金属およびアルカリ土類金属を用いた場合でも同様のトラップメカ ニズムとなる。
図 6 ( A) は新品のときの S Oxトラップ触媒 1 1 を示しており 、 このときにはコート層 5 1内にカリウム Kが均一に分散されてい る。 また、 このときにはコート層 5 1 内のカリウム Kは大気中の C 02と結びついて炭酸塩 K2 C〇3の形をとっている。 機関が運転さ れると排気ガス中に多量に含まれる N Oが白金 P t 5 2において酸 化され、 次いで塩基性を呈しているコ一ト層 5 1内に取込まれて硝 酸イオン N〇3-の形でコート層 5 1内に拡散する。 この硝酸イオン NO 3 は炭酸イオン C 03—よりも酸性が強く、 従ってカリウム に 結合している炭酸イオン C O 3 が硝酸イオン NO 3 に置き換わるた めにコート 5 1内には硝酸塩 KN03が生成される。
一方、 機関が運転されると排気ガス中に含まれる S Ox、 即ち S 02は図 6 (A) に示されるように白金 P t 5 2上において酸化さ れ、 次いで塩基性を呈しているコート層 5 1 内に硫酸イオン S〇4 2-の形で取込まれる。 ところで排気ガス中に含まれる S Oxの濃度 は N O xの濃度に比べてかなり低く、 従って S O xが硫酸イオン S O 4 2—の形でコート層 5 1内に取込まれる頃にはコート層 5 1内の多 くのカリゥム. Kは硝酸塩 KN03となっている。 従って S 02は硝酸 塩 KN03が生成されているコート層 5 1内に硫酸イオン S 04 2 の 形で取込まれることになる。
この場合、 硫酸イオン S 04 2_は硝酸イオン N〇3 よりも酸性が 強く、 従ってこのときカリウム Kと結合している硝酸イオン N〇3一 が硫酸イオン S〇4 に置き換わるためにコート層 5 1の表面付近 には硫酸塩 23〇4が生成される。 このようにして S Oxが S Ox ト ラップ触媒 1 1内に捕獲される。
コート層 5 1の表面付近に生成される硫酸塩 K2 S 04が増大する とコート層 5 1 の表面付近において S〇xを取込みうる硝酸塩 KN o3が減少し、 その結果 S Oxの捕獲能力が弱まる。 ここで排気ガス 中に含まれる S〇xのうちで S Ox トラップ触媒 1 1 に捕獲される S Oxの割合を S Ox トラップ率と称すると、 コート層 5 1 の表面付近 に生成される硫酸塩 K2 S〇4が増大するとそれに伴なつて S Οχ ト ラップ率が低下することになる。 従って図 7 ( Α) に示されるよう に S Οχ トラップ率 T R A Ρは時間が経過するにつれて次第に低下 することになる。
このような状況下で本発明者が研究を重ねた結果、 機関運転中に S Ox卜ラップ触媒 1 1の温度をアルカリ金属およびアルカリ土類 金属の少く とも一方の硝酸塩、 例えば KN03が溶融状態になる温 度に保持すると、 S Ox卜ラップ触媒 1 1内の硝酸塩 KN03が短時 間のうちに図 6 (B) に示されるように S〇x トラップ触媒 1 1の 表面、 即ちコート層 5 1 の表面に移動して凝集し、 それによつて S 〇χトラップ率が回復することを見い出したのである。
即ち、 S Oxがコート層 5 1の表面付近に硫酸イオン S〇4 の形 で取り込まれるとコート層 5 1の表面付近の酸性が強くなる。 従つ て硝酸塩 KN〇3が溶融状態に保持されていると硝酸塩 KN03がコ ート層 5 1の表面に向け移動してコート層 5 1の表面付近に凝集す る。 このように硝酸塩 KN03がコート層 5 1の表面付近に凝集す ると到来した S〇xはただちに硫酸イオン S 04 2_の形で取り込まれ 、 次いで硫酸塩 K2 S〇4の形でコート層 5 1内に捕獲される。 斯く してアルカリ金属およびアルカリ土類金属の少く とも一方の硝酸塩 を溶融状態に保持すると S〇x卜ラップ率がほぼ 1 0 0パ一セン卜 まで回復せしめられることになる。
なお、 硝酸塩 KN03は溶融状態にないときでも多少はコート層 5 1の表面に向けて移動するものと考えられる。 従って正確に言う と、 本発明では機関運転中に S Oxトラップ触媒 1 1の温度を硝酸 塩 KN 03が溶融状態となる温度に保持することにより、 S Ox トラ ップ触媒 1 1内の硝酸塩 KN03がコート層 5 1の表面に移動して 凝集する硝酸塩移動凝集作用が促進され、 この硝酸塩移動凝集作用 により S〇 x トラップ率が回復されることになる。
ここで本発明において用いている代表的なアルカリ金属の炭酸塩 、 硝酸塩、 硫酸塩の融点を下表に示す。
炭酸塩 融点 硝酸塩 融点 硫酸塩 adi占
Li2C03 618°C LiN03 261°C Li2 S04 860°C
Na2 C03 851 NaN03 308°C Na2 S04 884で
K2C03 89TC KN03 333°C K2S04 1069°C 上表から、 アル力リ金属の硝酸塩の融点はほぼ 2 6 0 °Cから 3 4 0 °Cの間にあって炭酸塩および硫酸塩の融点に比べてかなり低いこ とがわかる。 従って機関運転中に s Oxトラップ触媒 1 1の温度を 硝酸塩が溶融状態となる温度に容易に保持することができる。
一方、 コート層 5 1内に分散されている触媒としてカルシウム C aやマグネシウム M gのようなアル力リ土類金属を用いることもで きる。 即ち、 排気ガス中には水分が含まれているのでアルカリ土類 金属の硝酸塩は水和物となり、 このアル力リ土類金属の水和物の中 には融点が 1 0 0 °C以下となるものがある。 例えば硝酸カルシウム C a (N03) 2の四水和物は融点がほぼ 4 3 °Cであり、 硝酸マグネ シゥム M g (N〇3) 2の六水和物は融点がほぼ 9 5 °Cである。
このようにアルカリ土類金属の硝酸塩の水和物の中には融点が低 いものがあり、 従ってコート層 5 1内に分散されている触媒として カルシウム C aやマグネシウム M gを用いるとこれらアルカリ土類 金厲の硝酸塩は 1 0 0 °C以下の低い温度でもコート層 5 1の表面に 移動して凝集することになる。 従って低温でもって S Oxトラップ 率が回復されることになる。 なお、 本発明ではコート層 5 1内に分 散されている触媒としてアルカリ金属とアルカリ土類金属との混合 物を用いることもできる。
図 7 (B) は S Oxトラップ触媒 1 1 に担持された触媒として力 リウム Kを用いた場合の S Ox トラップ率 T RA Pの変化を示して いる。 上表に示される如く硝酸カリウム KN03の融点は 3 3 3 °C であり、 従って図 7 (B) に示されるように S Ox トラップ触媒 1 1の温度 T Cが硝酸カリウム KN〇3の融点を越えると硝酸塩移動 凝集作用が促進され、 S Ox トラップ率 T RA Pが回復せしめられ る。
なお、 硝酸塩移動凝集作用を促進するにはコ一ト層 5 1 内に S 0 xを取り込まなければならず、 そのためには S O 2を S O 3に酸化し なければならない。 この S〇2の酸化作用は S Ox トラップ触媒 1 1 の温度 T Cが 5 0 0 °C程度までは良好に行われるが 5 0 0でを越え ると次第に弱くなつていく。 従って硝酸塩移動凝集作用が促進され る S〇x 卜ラップ触媒 1 1の温度領域が存在することになり、 この 温度領域の下限温度はアル力リ金属およびアル力リ土類金属の少く とも一方の硝酸塩の融点であり、 この温度領域の上限温度は s o2 トラップ触媒 1 1上において S〇2が酸化され得る上限温度と言う ことになる。
図 7 (B) において I は機関運転中にたまたま S〇x トラップ触 媒 1 1の温度 T Cが硝酸塩移動凝集作用の促進される温度領域内に なった場合を示しており、 このとき N〇xトラップ率が回復せしめ られる。 しかしながら機関運転中に S Oxトラップ触媒 1 1の温度 T Cが硝酸塩移動凝集作用の促進される温度領域内にならなかった 場合には S O xトラップ率 T R A Pが低下し続ける。
そこで本発明による実施例では図 7 (B) において IIで示される ように機関運転中において例えば S Ox トラップ率 T R A Pが 1ノ\° —セント低下したときには S Ox 卜ラップ触媒 1 1の昇温制御を行 い、 それによつて S Oxトラップ触媒 1 1の温度 T Cが硝酸塩移動 凝集作用の促進される温度領域内に保持されるようにしている。 即 ち、 本発明による実施例では機関運転中に S Oxトラップ触媒 1 1 の温度を時折硝酸塩移動凝集作用が促進される温度領域内に保持す ることにより S Oxトラップ率 T RA Pを時折回復させるようにし ている。
ここで S Ox トラップ触媒 1 1の温度を上昇させる方法について 図 8を参照しつつ説明する。
S〇x卜ラップ触媒 1 1の温度を上昇させるのに有効な方法の一 つは燃料噴射時期を圧縮上死点以降まで遅角させる方法である。 即 ち、 通常主燃料 Qmは図 8において、 （ I ) に示されるように圧縮 7063056 上死点付近で噴射される。 この場合、 図 8の （II) に示されるよう に主燃料 QBの噴射時期が遅角されると後燃え期間が長くなり、 斯 く して排気ガス温が上昇する。 排気ガス温が高くなるとそれに伴つ て S〇xトラップ触媒 1 1の温度が上昇する。
また、 S〇x トラップ触媒 1 1の温度を上昇させるために図 8の
(III) に示されるように主燃料 Qmに加え、 吸気上死点付近におい て補助燃料 Qvを噴射することもできる。 このように補助燃料 Qvを 追加的に噴射すると補助燃料 Qv分だけ燃焼せしめられる燃料が増 えるために排気ガス温が上昇し、 斯く して S Oxトラップ触媒 1 1 の温度が上昇する。
一方、 このように吸気上死点付近において補助燃料 Qvを噴射す ると圧縮行程中に圧縮熱によってこの補助燃料 QYからアルデヒ ド 、 ケトン、 パーオキサイ ド、 一酸化炭素等の中間生成物が生成され 、 これら中間生成物によって主燃料 Qmの反応が加速される。 従つ てこの場合には図 8の （III) に示されるように主燃料 Qmの噴射時 期を大巾に遅らせても失火を生ずることなく良好な燃焼が得られる 。 即ち、 このように主燃料 Qmの噴射時期を大巾に遅らせることが できるので排気ガス温はかなり高くなり、 斯く して S Oxトラップ 触媒 1 1の温度をすみやかに上昇させることができる。
また、 S〇xトラップ触媒 1 1の温度を上昇させるために図 8の
(IV) に示されるように主燃料 QEに加え、 膨張行程中又は排気行 程中に補助燃料 Qpを噴射することもできる。 即ち、 この場合、 大 部分の補助燃料 Qpは燃焼することなく未燃 H Cの形で排気通路内 に排出される。 この未燃 H Cは S Oxトラップ触媒 1 1上において 過剰酸素により酸化され、 このとき発生する酸化反応熱によって S 〇xトラップ触媒 1 1の温度が上昇せしめられる。
一方、 図 2に示される内燃機関では炭化水素供給弁 1 4から炭化 水素を供給し、 この炭化水素の酸化反応熱によって S οχトラップ 触媒 1 1の温度を上昇させることもできる。 また、 図 8の （II) か ら （IV) に示されるいずれかの噴射制御を行いつつ炭化水素供給弁 1 4から炭化水素を供給することもできる。 なお、 いずれの方法に より昇温した場合でも S〇χトラップ触媒 1 1 に流入する排気ガス の空燃比はリッチにされることなく リーンに維持される。
次に図 9から図 1 2を参照しつつ S Oxトラップ率 T RA Pの推 定方法について説明する。
図 9に基準 S Ox トラップ率 T RA P 0を示す。 この基準 S Ox h ラップ率 T RA P 0は、 硝酸塩移動凝集作用による S Ox トラップ 率 T RAPの回復作用が完了したときの基準となる S Ox トラップ 率を示しており、 この基準 S Oxトラップ率 T R A P 0は S Ox トラ ップ触媒 1 1 に捕獲されている S〇xトラップ量∑ S O X 1が一定 値以下のときはほぼ 1 0 0パーセントに維持される。 即ち、 S Ox トラップ量∑ S OX 1が一定値以下のときには硝酸塩移動凝集作用 による S Oxトラップ率の回復作用が完了すると S〇x トラップ率 T R A Pはほぼ 1 0 0パーセントまで回復する。
しかしながら S Ox トラップ量∑ S 0 X 1が一定値以上になると 硝酸塩移動凝集作用による s oxトラップ率の回復作用が行われて も S Oxトラップ率 T RA Pは 1 0 0パ一セントまで回復しなくな り、 S Oxトラップ量∑ S O X 1が増大するほど S〇x トラップ率 T RA Pの回復度合が低下する。 従って図 9に示されるように基準 S Oxトラップ率 T RAP 0は S Oxトラップ量∑ S O X lがー定値以 上になると急激に低下する。
図 9に示される S〇xトラップ量∑ S O X lは図 1 0 (A) およ び （B) に示すマップから算出される。 即ち、 燃料中には或る割合 でィォゥが含まれており、 従って排気ガス中に含まれる S Ox量、 即ち S Ox トラップ触媒 1 1 に捕獲される s ox量は燃料噴射量に比 例する。 燃料噴射量は要求トルクおよび機関回転数の関数であり、 従って S Ox トラップ触媒 1 1 に捕獲される s ox量も要求トルクお よび機関回転数の関数となる。 本発明による実施例では s ox トラ ップ触媒 1 1 に単位時間当り捕獲される S Oxトラップ量 S O X A が要求トルク T Qおよび機関回転数 Nの関数として図 1 0 (A) に 示されるようなマップの形で予め R OM 3 2内に記憶されている。
また、 潤滑油内にも或る割合でィォゥが含まれており、 燃焼室 2 内で燃焼せしめられる潤滑油量、 即ち排気ガス中に含まれていて S Ox トラップ触媒 1 1 に捕獲される S Ox量も要求トルクおよび機関 回転数の関数となる。 本発明による実施例では潤滑油に含まれてい て S Ox トラップ触媒 1 1 に単位時間当り捕獲される S Oxの量 S O X Bが要求トルク T Qおよび機関回転数 Nの関数として図 1 0 (B ) に示されるようなマップの形で予め R OM 3 2内に記載されてお り、 S Oxトラップ量 S O XAおよび S〇xトラップ量 S O X Bの和 を積算することによって S Oxトラップ触媒 1 1 に捕獲されている S〇xトラップ量∑ S O X 1が算出される。
一方、 図 1 1 (A) は単位時間当りの基準となる S Ox トラップ 率 T R A Pの減少量 R Sが示されている。 この減少量 R Sは S Ox トラップ量∑ S O X 1が増大するほど大きくなる。 一方、 この減少 量 R Sは排気ガス量、 即ち吸入空気量 G aが増大するほど大きくな り、 S Ox トラップ触媒 1 1 の温度 T Cが高くなるほど低くなる。 この関係が、 即ち減少量 R Sに対する補正係数 Kが図 1 1 (B) に 示されている。 なお、 この補正係数 Kは Κ, , K2, K3 "'Kiの順に 小さくなる。
これに対し、 図 1 2 (A) および （B ) は夫々硝酸塩移動凝集作 用を行ったときの単位時間当りの S 0 Yトラップ率 T R A Pの増大 量 I Sと増大率 K Sを示している。
図 1 2 (A) を参照すると、 T C ,は S Ox トラップ触媒 1 1 に担 持されているアルカリ金属およびアルカリ土類金属の少く とも一方 の硝酸塩の融点を示しており、 T C S 02が良好に酸化しうる上 限温度を示しており、 T C 3はほぼ 6 0 0 °C、 即ちパティキユレ一 トフィルタ 1 2の再生温度付近を示している。 S〇x トラップ触媒 1 1の温度 T Cが高くなるほど溶融した硝酸塩の粘度が低くなるの で T C！と T C 2の間では S〇 x トラップ触媒 1 1の温度 T Cが高く なるほど S Ox トラップ率 T RA Pの増大量 I Sは大きくなる。 一方、 T C2と T C3の間では S Ox トラップ触媒 1 1の温度 T C が高くなるほど S Oxの酸化作用が弱まるので S Ox トラップ触媒 1 1の温度 T Cが高くなるほど S Ox トラップ率 T RA Pの増大量 I Sが低下する。 本発明による実施例では硝酸塩移動凝集作用を行う べきときには S O xトラップ触媒 1 1 の温度 T Cが融点 T C iとパテ ィキュレートフィル夕 1 2の再生温度 T C3との間に保持され、 好 ましくは融点 T C ,と S〇 2を良好に酸化しうる温度 T C 2との間に 保持される。
一方、 硝酸塩が溶融状態になったときから時間を経過するほど硝 酸塩はコート層 5 1の表面に近ずくので単位時間当りの S Ox トラ ップ率の増大量 I Sは高くなる。 従って図 1 2 (B) に示されるよ うに硝酸塩が溶融状態になったときからの時間が長くなるほど S O χトラップ率の増大率 K Sが高くなり、 この増大率 K Sを増大量 I
Sに乗算することによって最終的な単位時間当りの s oxトラップ 率 T RA Pの増大量が求まる。
このように単位時間当りの S Oxトラップ率 T RA Pの減少量は 図 1 1 (A) から算出される基準減少量 R Sに図 1 1 (B) から算 出される補正係数 Kを乗算することによって求まり、 また硝酸塩移 動凝集作用による単位時間当りの S Ox卜ラップ率 T RA Pの増大 量は図 1 2 (A) から算出される増大量 I Sに図 1 2 (B) から算 出される増大率 K Sを乗算することによって求まる。 一方、 図 9か ら基準 S Oxトラップ率 T R A P 0が求まる。 従って、 基準 S Ox ラップ率 T R A P 0から単位時間当りの S Ox トラップ率 T R A P の減少量 R S · Κを減算し、 かつ基準 S Ox トラップ率 T RA P 0 に単位時間当りの S〇x トラップ率の増大量 I S · K Sを加算する ことによって S Ox トラップ率 T RA Pを求めることができる。 本発明による一実施例では、 このようにして算出された S Ox ラップ率 T RA Pが硝酸塩移動凝集作用をすべき予め定められた S Οχトラップ率まで低下したか否かを判断し、 S Οχトラップ率 T R A Pが硝酸塩移動凝集作用をすべき予め定められた S Oxトラップ 率まで低下したと判断されたときには S〇x トラップ蝕媒 1 1の温 度を硝酸塩移動凝集作用が促進される温度領域内まで上昇させてこ の温度領域内に保持するようにしている。
さて、 図 9を参照しつつ既に説明したように S Ox トラップ量∑ S O X 1が一定値以下のときには硝酸塩移動凝集作用による S Ox トラップ率の回復作用が完了すると S Oxトラップ率 T R A Pはほ ぼ 1 0 0パーセントまで回復する。 しかしながら、 S O x トラップ 量∑ S OX 1が一定値以上になると硝酸塩移動凝集作用による S O χトラップ率の回復作用が行われても S Οχ トラップ率 T R A Ρは 1 0 0パーセントまで回復しなくなり、 図 9に示されるように基準 S Οχトラップ率 T R A P 0は急激に低下する。
即ち、 S〇x トラップ量∑ S O X 1が一定値以上になるとコート 層 5 1の表面付近における S〇x濃度が高くなり、 その結果 S Oxト ラップ率が低下する。 ところが排気ガスの空燃比がリーンのもとで S Ox卜ラップ触媒 1 1の濃度を 6 0 0 °C程度の S〇x拡散促進温度 まで上昇せしめるとコート層 5 1内の表面近傍に集中的に存在する S Oxはコート層 5 1内における S Ox濃度が均一となるようにコー ト層 5 1の奥部に向けて拡散していく。 このようにコート層 5 1内 の表面付近に存在する S〇xがコート層 5 1 の奥部に向けて拡散す るとコート層 5 1の表面付近の S Ox濃度が低下し、 斯く して S Ox トラップ触媒 1 1 の昇温制御が完了するとほぼ 1 0 0パ一セントま で S Ox トラップ率が回復する。
従って本発明による実施例では、 硝酸塩移動凝集作用による S O χ卜ラップ率の回復作用が行われても S Ox卜ラップ率が目標値まで 回復しなくなったときには S Oxトラップ率を回復するために排気 ガスの空燃比がリーンのもとで s o x トラップ触媒の温度を s o x拡 散促進温度まで上昇せしめるようにしている。
なお、 このように S〇 x トラップ触媒 1 1 を昇温したときに排気 ガスの空燃比がリッチにすると S O xトラップ触媒 1 1から S〇 xが 放出される場合がある。 従って S Ox トラップ触媒 1 1 を昇温した ときには排気ガスの空燃比をリッチにしないことが好ましい。 また
、 コート層 5 1の表面付近の S Ox濃度が高くなると S Ox トラップ 触媒 1 1 を昇温しなくても排気ガスの空燃比をリッチにすると S〇 X トラヅプ触媒 1 1から s oxが放出されてしまう場合がある。 従つ て本発明による実施例では S〇xトラップ触媒 1 1 の温度が s ox放 出温度以上であるときには S Oxトラップ触媒 1 1 に流入する排気 ガスの空燃比をリ ッチにしないようにしている。
本発明では基本的には車両を購入してから廃車するまで s oxト ラップ触媒 1 1 を交換することなくそのまま使用することを考えて いる。 近年では特に燃料内に含まれるィォゥの量が減少せしめられ ており、 従って S Ox トラップ触媒 1 1の容量を或る程度大きくす れば S OYトラップ触媒 1 1 を交換することなく廃車するまでその まま使用することができる。 例えば車両の耐用走行距離を 5 0万 km とすると S Oxトラップ触媒 1 1の容量は、 走行距離が 2 5万 km程 度までコート層 5 1内部への S Ox拡散のための昇温制御をするこ となく高い S Ox トラップ率でもって S Oxを捕獲し続けることので きる容量とされる。 この場合、 S〇x拡散のための最初の昇温制御 は走行距離が 2 5万 km程度で行われる。
本発明による実施例では図 1 3に示されるように S Oxトラップ 量∑ S〇 X 1 と、 S〇xトラップ触媒 1 1 を S〇x拡散のために昇温 処理すべきときの予め定められた S Ox トラップ量 S O ( n ) との 関係が予め記憶されており、 S Ox トラップ量∑ S O X 1が予め定 められた S O ( n ) ( n = 1 , 2 , 3 , ···) を越えたときに S Ox 拡散のための S Oxトラップ触媒 1 1 の昇温処理が行われる。 なお 、 図 1 3においては nは何回目の昇温処理であるかを示している。 図 1 3からわかるように S Ox トラップ率を回復するための昇温処 理回数 nが増大するにつれて予め定められた量 S〇 (n ) が増大せ しめられ、 この予め定められた量 S O (n ) の増大割合は処理回数 nが増大するほど減少する。 即ち、 S〇 （ 2 ) に対する S O ( 3 ) の増大割合は S O ( 1 ) に対する S O ( 2 ) の増大割合よりも減少 する。
即ち、 図 1 4のタイムチャートに示されるように S Ox トラップ 触媒 1 1 に捕獲された S〇xトラップ量∑ S OX 1 は許容値 MAX まで時間の経過と共に増大し続ける。 なお、 図 1 4において∑ S O X 1 = M A Xになったときが走行距離にして 5 0万 km程度のときで ある。
一方、 図 1 4において S Ox濃度は S Oxトラップ触媒 1 1の表面 付近における S Ox濃度を示している。 図 1 4からわかるように S 〇x 卜ラップ触媒 1 1の表面付近における S〇x濃度が許容値 S〇 Z を越えると排気ガスの空燃比 A/Fがリーンのもとで S〇xトラッ プ触媒 1 1の温度 T Cを S Ox拡散促進温度まで上昇させる昇温制 御が行われる。 昇温制御が行われると S Oxトラップ触媒 1 1 の表 面付近における S〇x濃度は減少するがこの S Ox濃度の減少量は昇 温制御が行われる毎に小さくなり、 従って昇温制御が行われてから 次に昇温制御が行われるまでの期間は昇温制御が行われる毎に短か くなる。
なお、 図 1 4に示されるように S〇x トラップ量∑ S O X lが S 〇 （ 1 ) ， S O ( 2 ) ， …に達するということは S〇x トラップ触 媒 1 1の表面付近における S〇x濃度が許容値 S O Zに達したこと を意味している。
図 1 5および図 1 6は S Oxトラップ能力の回復処理の第 1実施 例を実行するためのルーチンを示しており、 このルーチンは一定時 間毎の割込みによって実行される。
図 1 5および図 1 6を参照すると、 まず初めにステップ 1 0 0に おいて図 1 0 (A) , (B) から夫々単位時間当り捕獲される S O xトラップ量 S〇X Aおよび S OMBが読み込まれる。 次いでステ ップ 1 0 1ではこれら S〇 X Aおよび S O M Bの和が S O x トラッ プ量∑ S O X l に加算される。
次いでステップ 1 0 2ではコート層 5 1内部への S Ox拡散のた めの温度制御 IIの実行中であるか否が判別される。 温度制御 11の実 行中でないときにはステップ 1 0 3に進んで S O x トラップ量∑ S 0 X 1が図 1 3に示される予め定められた量 S O ( n ) ( n = 1 , 2 , 3， ·'·） に達したか否かが判別される。 S Ox トラップ量∑ S 0 X 1が予め定められた量 S O ( n ) に達していないときにはステ ップ 1 0 4に進む。
ステップ 1 0 4では図 9に示す関係から基準 S Oxトラップ率 T RA P Oが算出される。 次いでステップ 1 0 5では図 1 1 (A) か ら単位時間当りの S Ox トラップ率 T R A Pの減少量 R Sが算出さ れ、 図 1 1 (B) から補正係数 Kが算出される。 次いでステップ 1 0 6では S〇xトラップ率の減少量 R Sと補正係数 Kとの積算値 R S · Kが累積減少量 Δ R Sに加算される。 次いでステツプ 1 0 7で は基準 S Oxトラップ率 T RAP 0から累積減少量 A R Sを減算す ることによって S Oxトラップ率 T RA Pが算出される。
次いでステップ 1 0 8では S Oxトラップ率 T R A Pが硝酸塩移 動凝集作用をすべき予め定められた S Oxトラップ率 T RA P 0 · 0. 9 9まで低下したか否かが判別される。 この第 1実施例ではこ の予め定められた S〇xトラップ率は基準 S Oxトラップ率 T RA P 0の 9 9パーセントとされている。 即ち、 ステップ 1 0 8では S O χトラップ率 T RA Pが基準 S Oxトラップ率 T RA P 0に対して 1 パーセント低下したか否かが判別される。 ステップ 1 0 8において T RA P≥T RA P 0 · 0. 9 9であると判別されたときにはステ ップ 1 1 0に進む。 これに対し、 T RA P <T RA P 0 ' 0. 9 9 と判断されたときには硝酸塩移動凝集作用を促進するための昇温制 御 Iが実行される。 次いでステップ 1 1 0に進む。
ステップ 1 1 0では S Oxトラップ触媒 1 1 の温度 T Cが硝酸塩 移動凝集作用の促進される温度領域内にあるか否かが判別される。 この温度領域は前述したように T C1 <T Cく T C3であり、 好まし くはステップ 1 1 0に記載されているように T C !く T C<T C2で ある。 S〇x トラップ触媒 1 1の温度 T Cが硝酸塩移動凝集作用の 促進される温度領域内にあるときにはステップ 1 1 1 に進む。
. ステップ 1 1 1では図 1 2 (A) から単位時間当り S〇xトラッ プ率 T RA Pの増大量 I Sが算出され、 図 1 2 (B) から S〇x ト ラップ率 T RA Pの増大率 K Sが算出される。 次いでステップ 1 1 2では S Ox トラップ率の増大量 I Sと増大率 K Sとの積算値 I S • K Sが累積減少量 A R Sから減算される。 次いでステップ 1 1 3 では累積減少量 Δ R Sが負になったか否か、 即ち S Οχ トラップ率 T R A Ρが基準 S Ο χトラップ率 T R A Ρ 0まで回復したか否かが 判別される。 Δ R Sく 0のときにはステップ 1 1 4に進んで Δ R S が零とされる。 次いでステップ 1 1 5では昇温制御 I の実行中であ るか否かが判別され、 昇温制御 I の実行中であるときにはステツプ 1 1 6に進んで昇温制御 I が停止される。
一方、 ステップ 1 0 3において S Oxトラップ量∑ S〇 X 1が予 め定められた量 S O ( n ) に達したと判断されたときにはステップ 1 1 7に進んで S Ox拡散のための昇温制御 IIが実行される。 昇温 制御 11の実行中はステップ 1 0 2からステップ 1 1 7 に進む。 次い でステップ 1 1 8において昇温制御 IIが完了したと判断されたとき にはステップ 1 1 9に進んで累積減少量△ R Sが零とされ、 基準 S Οχトラップ率 T RA P 0力 S I 0 0パーセントに回復される。
図 1 7から図 1 9に S Ox卜ラップ能力を回復処理するための第 2実施例を示す。 この実施例では図 3に示されるように S Ox トラ ップ触媒 1 1の下流に S Oxセンサ 2 4が配置されており、 この S Oxセンサ 2 4によって S Oxトラップ触媒 1 1から流出した排気ガ ス中の S Ox濃度が検出される。 即ち、 この第 2実施例では図 1 7 に示されるように S〇xセンサ 2 4により検出された排気ガス中の S Ox濃度が硝酸塩移動凝集作用をすべき予め定められた濃度 S O Y 1 を越えたときには S Ox トラップ触媒 1 1 の温度を硝酸塩移動 凝集作用が促進される温度領域内まで上昇させる昇温制御 Iが行わ れる。
またこの第 2実施例では図 1 8に示されるように S Oxセンサ 2 4により検出された排気ガス中の S Ox濃度が S Oxの拡散を促進す べき予め定められた濃度 S OY 2を越えたときには S Oxトラップ 率を回復するために排気ガスの空燃比がリーンのもとで S Ox トラ ップ触媒 1 1の温度を s ox拡散促進温度まで上昇せしめる昇温制 御 11が行われる。
図 1 9はこの第 2実施例を実行するための S Ox トラップ能力の 回復処理ルーチンを示している。
図 1 9を参照するとまず初めにステップ 2 0 0において S〇 xセ ンサ 24の出力信号、 例えば出力電圧 Vが読込まれる。 次いでステ ップ 2 0 1ではコート層 5 1内への S Ox拡散のための温度制御 II の実行中であるか否かが判別される。 温度制御 11の実行中でないと きにはステップ 2 0 3に進んで S Oxセンサ 24の出力電圧 Vが設 定値 VX2を越えたか否か、 即ち排気ガス中の S Ox濃度が予め定め られた濃度 S OY 2を越えたか否かが判別される。 V≤VX2のと き、 即ち排気ガス中の S Ox濃度が予め定められている濃度 S OY 2を越えていないときにはステップ 2 0 3に進む。
ステップ 2 0 3では硝酸塩移動凝集作用を促進するための昇温制 御 I の実行中であるか否かが判別される。 昇温制御 Iの実行中でな いときにはステップ 2 04に進んで S Oxセンサ 24の出力電圧 V が設定値 を越えたか否か、 即ち排気ガス中の S〇x濃度が予め 定められた濃度 s ογ 1を越えたか否かが判別される。 ν>νχ,
(< VX2) になると、 即ち排気ガス中の S Ox濃度が予め定められ た濃度 S OY 1 (< S O Y 2 ) を越えるとステップ 2 0 5に進んで 昇温制御 Iが実行される。 昇温制御 Iの実行中はステップ 2 0 3か らステップ 2 0 6に進む。 ステップ 2 0 6では S Oxセンサ 2 4の 出力電圧 Vが予め定められた回復目標値 V。よりも低下したか否か 、 即ち S O xトラップ触媒 1 1の S〇 xトラップ率が回復したか否か が判別される。 V≤V。になると、 即ち S Oxトラップ率が回復する とステップ 2 0 9に進んで昇温制御 I が停止される。
一方、 ステップ 2 0 2において V>VX2であると判断されると 、 即ち排気ガス中の S〇x濃度が予め定められている濃度 S O Y 2 を越えるとステップ 2 0 8に進んで S Ox拡散のための昇温制御 II が実行される。 昇温制御 IIの実行中はステップ 2 0 1からステップ 2 0 8に進んで昇温制御 IIが実行され続ける。
次に図 2 0から図 2 3 を参照しつつパティキュレートフィル夕 1 2上に担持された NOx吸蔵触媒に対する処理について説明する。 本発明による実施例では NOx吸蔵触媒に単位時間当り吸蔵され る NOx量 NO XAが要求トルク T Qおよび機関回転数 Nの関数と して図 2 2 ( A) に示すマップの形で予め R OM 3 2内に記憶され ており、 この NOx量 NOXAを積算することによって NOx吸蔵触 煤に吸蔵された NOx量∑ NO Xが算出される。 本発明による実施 例では図 2 0 に示されるようにこの N〇 x量∑ N O Xが許容値 N X に達する毎にパティキュレートフィルタ 1 2に流入する排気ガスの 空燃比 AZFが一時的にリッチにされ、 それによつて N〇x吸蔵触 媒から NOxが放出される。
なお、 パティキュレートフィル夕 1 2 に流入する排気ガスの空燃 比 A/Fをリ ッチにするときに S Ox トラップ触媒 1 1 に流入する 排気ガスの空燃比はリーンに維持しておく ことが好ましい。 従って パティキュレートフィルタ 1 2上に NOx吸蔵触媒を担持するよう にした実施例では図 1および図 3に示されているように S Oxトラ ップ触媒 1 1 とパティキュレートフィル夕 1 2 との間の排気通路内 に炭化水素供給弁 1 4を配置し、 N〇x吸蔵触媒から NOxを放出す べきときにはこの炭化水素供給弁 1 4から排気通路内に炭化水素を 供給することにより N〇x吸蔵触媒に送り込まれる排気ガスの空燃 比を一時的にリ ッチにするようにしている。 一方、 排気ガス中に含まれるパティキユレ一ト、 即ち粒子状物質 はパティキュレートフィルタ 1 2上に捕集され、 順次酸化される。 しかしながら捕集される粒子状物質の量が酸化される粒子状物質の 量よりも多くなると粒子状物質がパティキュレートフィルタ 1 2上 に次第に堆積し、 この場合粒子状物質の堆積量が増大すると機関出 力の低下を招いてしまう。 従って粒子状物質の堆積量が増大したと きには堆積した粒子状物質を除去しなければならない。 この場合、 空気過剰のもとでパティキユレ一トフィルタ 1 2の温度を 6 0 0 °C 程度まで上昇させると堆積した粒子状物質が酸化され、 除去される そこで本発明による実施例ではパティキュレートフィルタ 1 2上 に堆積した粒子状物質の量が許容量を越えたときには排気ガスの空 燃比がリーンのもとでパティキユレ一卜フィル夕 1 2の温度を上昇 させ、 それによつて堆積した粒子状物質を酸化除去するようにして いる。 具体的に言うと本発明による実施例では差圧センサ 2 3によ り検出されたパティキュレートフィルタ 1 2の前後差圧 Δ Pが図 2 0に示されるように許容値 P Xを越えたときに堆積粒子状物質の量 が許容量を越えたと判断され、 このときパティキュレートフィル夕 1 2に流入する排気ガスの空燃比をリーンに維持しつつパティキュ レー卜フィルタ 1 2の温度 Tを上昇させる昇温制御が行われる。 な お、 パティキュレートフィル夕 1 2の温度 Tが高くなると N O x吸 蔵触媒から N O xが放出されるために捕獲されている N O x量 Σ Ν Ο Xは減少する。
パティキュレートフィルタ 1 2上に酸化促進用触媒を担持した場 合でも、 或いは N O x吸蔵触媒を担持した場合でもパティキユレ一 トフィルタ 1 2を再生するときには排気ガスの空燃比をリーンに維 持した状態で図 1から図 3に示されるいずれかの炭化水素供給弁 1 4から炭化水素が供給されるか、 或いは図 8 に示される （II) から (IV) のいずれかのパターンで燃料噴射が行われる。 パティキユレ ートフィルタ 1 2の再生が開始されるとパティキュレートフィル夕 1 2の温度は 6 0 0 °C以上となるがこのとき S O x トラップ触媒 1 1 の温度は 6 0 0 °Cよりも若干低い温度、 即ち硝酸塩移動凝集作用 が促進される温度領域に保持される。
一方、 S Oxトラップ触媒 1 1 による S Oxトラップ率が 1 0 0パ 一セン卜のときには ΝΟχ吸蔵触媒に S Oxが全く送り込まれず、 従 つてこの場合には N Ox吸蔵触媒に S Oxが吸蔵される危険性は全く ない。 これに対し S O x トラップ率が 1 0 0パーセントでない場合 にはたとえ S O xトラップ率が 1 0 0パ一セント近くであっても S 〇xが NOx吸蔵触媒に吸蔵される。 ただしこの場合、 単位時間当り NOx吸蔵触媒に吸蔵される S Ox量は極めて少ない。 とは言え、 長 時間経過すれば多量の S〇xが NOx吸蔵触媒に吸蔵され、 多量の S 〇xが吸蔵されれば吸蔵された S Oxを放出させる必要がある。
前述したように N Ox吸蔵触媒から の；^を放出させるには N Ox 吸蔵触媒の温度を S Ox放出温度まで上昇させかつ NOx吸蔵触媒に 送り込まれる排気ガスの空燃比をリ ッチにする必要がある。 そこで 本発明による実施例では図 2 1 に示されるように NOx吸蔵触媒に 吸蔵されている S Ox量∑ S OX 2が許容値 S X 2に達したときに は N Ox吸蔵触媒の温度 T Cが N Ox放出温度 T Xまで上昇せしめら れ、 N〇x吸蔵触媒に流入する排気ガスの空燃比がリ ッチとされる 。 なお、 単位時間当り N〇x吸蔵触媒に吸蔵される S〇x量 S O X Z は要求トルク T Qおよび機関回転数 Nの関数として図 2 2 (B) に 示すようなマップの形で予め R OM 3 2内に記憶されており、 この S Ox量 S OX Zを積算することにより吸蔵 305(量∑ 30 2が算 出される。 NOx吸蔵触媒から の を放出させるときに S Oxトラップ触媒 1 1 に流入する排気ガスの空燃比をリ ッチにすることは好ましくな い。 そこで本発明による実施例では NO x吸蔵触媒から S Oxを放出 すべきときにはまず初めに S Ox 卜ラップ触媒 1 1 に流入する排気 ガスの空燃比をリーンに維持しつつ図 1および図 3 に示されるよう に S〇xトラップ触媒 1 1の下流で炭化水素供給弁 1 4から炭化水 素を供給して N〇x吸蔵触媒の温度 T Cを S Ox放出温度 T Xまで上 昇させ、 次いで S Ox トラップ触媒 1 1 に流入する排気ガスの空燃 比をリーンに維持しつつ炭化水素供給弁 1 4からの炭化水素の供給 量を増大して NO x吸蔵触媒に送り込まれる排気ガスの空燃比をリ ツチにするようにしている。 なお、 この場合 N〇x吸蔵触媒に送り 込まれる排気ガスの空燃比を交互にリ ッチとリーンに切換えるよう にしてもよい。
図 2 3は NOx吸蔵触媒に対する処理ルーチンを示している。
図 2 3 を参照するとまず初めにステップ 3 0 0において図 2 2 ( A) に示すマップから単位時間当り吸蔵される N〇x量 N O X Aが 算出される。 次いでステップ 3 0 1ではこの NOXAが N〇x吸蔵 触媒に吸蔵されている NOx量 Σ ΝΟ Χに加算される。 次いでステ ップ 3 0 2では吸蔵 N O x量∑ N O Xが許容値 N Xを越えたか否か が判別され、 ∑ N 0 X > N Xとなったときにはステップ 3 0 3に進 んで NOx吸蔵触媒に送り込まれる排気ガスの空燃比を一時的にリ —ンらリ ツチに切換えるリッチ処理が行われ、 ∑ N O Xがクリアさ れる。
次いでステップ 3 0 4では差圧センサ 2 3によりパティキュレー トフィル夕 1 2の前後差圧 Δ Ρが検出される。 次いでステップ 3 0 5では差圧△ Pが許容値 P Xを越えたか否かが判別され、 Δ P > P Xとなったときにはステップ 3 0 6に進んでパティキュレートフィ ル夕 1 2の昇温制御が行われる。 この昇温制御はパティキュレート フィル夕 1 2に流入する排気ガスの空燃比をリーンに維持しつつ炭 化水素供給弁 1 4から炭化水素を供給することによって行われる。
次いでステップ 3 0 7では図 2 2 ( B ) に示すマップから単位時 間当り吸蔵される S Ox量 S OX Zが算出される。 次いでステップ 3 0 8ではこの S OX Zが NOx吸蔵触媒に吸蔵されている S Ox量 ∑ S〇 X 2に加算される。 次いでステップ 3 0 9では吸蔵 S O x量 ∑ S O X 2が許容値 S X 2を越えたか否かが判別され、 ∑ S〇 X 2 > S X 2 となったときにはステップ 3 1 0に進んで NOx吸蔵触媒 の温度 T Cを S Ox放出温度 T Xまで上昇させる昇温制御が行われ る。 次いでステップ 1 1 1では NOx吸蔵触媒に送り込まれる排気 ガスの空燃比をリッチに維持するリッチ処理が行われ、 ∑ S〇 X 2 がクリアされる。
パティキユレ一卜フィルタ 1 2上には N Ox吸蔵触媒が担持され ておらず、 酸化促進用触媒しか担持されていない場合にはパティキ ュレートフィルタ 1 2の再生処理のみを行えばよいので図 2 3 に示 すルーチンの中でステップ 3 0 4からステップ 3 0 6のみが実行さ れる。 この場合には図 2に示されるように S Oxトラップ触媒 1 1 の上流に配置された炭化水素供給弁 1 4から炭化水素を供給するこ とによってパティキュレートフィル夕 1 2の昇温作用を行う ことが できる。

Claims

1. 機関排気通路内に排気ガス中に含まれる s oxを捕獲しうる s〇xトラップ触媒を配置した内燃機関において、 上記 s ox トラッ プ触媒内にはアルカリ金属およびアルカリ土類金属の少く とも一方 が分散して担持されてお請り、 機関運転中に s ox トラップ触媒の温 度を上記アルカリ金属およびアルカリ土類金属の少く とも一方の硝 酸塩が溶融状態となる温度に保持することにより、 s ox トラップ 触媒内の硝酸塩が s oxトラップ触媒表面に移動して凝集する硝酸 塩移動凝集作用が促進され、 該硝酸塩移動凝集作用により s ox ト ラップ率の回復を図りつつ s oxを除去する囲ようにした内燃機関の 排気浄化装置。
2. 上記硝酸塩移動凝集作用が促進される S Oxトラップ触媒の 温度領域が存在しており、 機関運転中に s oxトラップ触媒の温度 を時折上記硝酸塩移動凝集作用が促進される温度領域内に保持する ことにより S Ox 卜ラップ率を時折回復させるようにした請求項 1 に記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. 上記温度領域の下限温度は上記アルカリ金属およびアルカリ 土類金属の少く とも一方の硝酸塩の融点であり、 上記温度領域の上 限温度は S Ox トラップ触媒上において S〇2が酸化され得る上限温 度である請求項 2に記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 上記 S Ox トラップ触媒は、 S Ox トラップ触媒に流入する排 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 S Oxを 捕獲し、 排気ガスの空燃比がリーンのもとで S Ox トラップ触媒の 温度が s Ox拡散促進温度まで上昇せしめられると捕獲した Sの が 次第に s ox トラップ触媒の内部に拡散していく性質を有し、 該硝 酸塩移動凝集作用による s oxトラップ率の回復作用が行われても s oxトラップ率が目標値まで回復しなくなったときには s ox トラ ップ率を回復するために排気ガスの空燃比がリーンのもとで s ox トラップ触媒の温度が s〇x拡散促進温度まで上昇せしめられる請 求項 2に記載の内燃機関の排気浄化装置。
5. S Oxトラップ率を推定する推定手段を具備しており、 推定 された s oxトラップ率が s oxの拡散を促進すべき予め定められた s oxトラップ率まで低下したときには s〇x トラップ率を回復する ために排気ガスの空燃比がリーンのもとで s〇x トラップ触媒の温 度が S Ox拡散促進温度まで上昇せしめられる請求項 4に記載の内 燃機関の排気浄化装置。
6. S Ox トラップ触媒下流の排気通路内に排気ガス中の S Ox濃 度を検出しうる S Oxセンサを配置し、 該 S Oxセンサにより検出さ れた排気ガス中の s ox濃度が s oxの拡散を促進すべき予め定めら れた濃度を越えたときには s oxトラップ率を回復するために排気 ガスの空燃比がリーンのもとで S〇xトラップ触媒の温度が S ^^拡 散促進温度まで上昇せしめられる請求項 4に記載の内燃機関の排気 浄化装置。
7. S Ox トラップ率が上記硝酸塩移動凝集作用をすべき予め定 められた S Oxトラップ率まで低下したか否かを判断する判断手段 を具備しており、 S〇xトラップ率が該硝酸塩移動凝集作用をすベ き予め定められた S Oxトラップ率まで低下したと判断されたとき には s oxトラップ触媒の温度を上記硝酸塩移動凝集作用が促進さ れる温度領域内まで上昇させて該温度領域内に保持する請求項 2に 記載の内燃機関の排気浄化装置。
8. S〇x卜ラップ率を推定する推定手段を具備しており、 推定 された S Oxトラップ率が該硝酸塩移動凝集作用をすべき予め定め られた S〇x トラップ率まで低下したときには S Oxトラップ触媒の 温度を上記硝酸塩移動凝集作用が促進される温度領域内まで上昇さ せて該温度領域内に保持する請求項 7に記載の内燃機関の排気浄化 装置。
9. S Ox 卜ラップ触媒下流の排気通路内に排気ガス中の S Ox濃 度を検出しうる s oxセンサを配置し、 該 s oxセンサにより検出さ れた排気ガス中の s〇x濃度が上記硝酸塩移動凝集作用をすべき予 め定められた濃度を越えたときには s o x トラップ触媒の温度を上 記硝酸塩移動凝集作用が促進される温度領域内まで上昇させて該温 度領域内に保持する請求項 7に記載の内燃機関の排気浄化装置。
1 0. 上記 s〇xトラップ触媒の下流にパティキユレ一トフィル 夕が配置されており、 上記温度領域の下限温度は上記アルカリ金属 およびアルカリ土類金属の少くとも一方の硝酸塩の融点であり、 上 記温度領域の上限温度はパティキユレ一卜フィルタの再生温度であ る請求項 2に記載の内燃機関の排気浄化装置。
1 1. パティキュレートフィル夕の再生時に s oxトラップ触媒 の温度が上記温度領域内に保持される請求項 1 0に記載の内燃機関 の排気浄化装置。
1 2. S〇x 卜ラップ触媒下流の排気通路内に、 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 N Oxを吸蔵 し流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリ ツチになると吸蔵 した NOxを放出する NOx吸蔵触媒を配置すると共に、 S Oxトラ ップ触媒と NOx吸蔵触媒との間の排気通路内に炭化水素供給装置 を配置し、 N〇x吸蔵触媒から NOxを放出すべきときには炭化水素 供給装置から排気通路内に炭化水素を供給して NOx吸蔵触媒に流 入する排気ガスの空燃比を一時的にリ ッチにするようにした請求項 1に記載の内燃機関の排気浄化装置。
1 3. 上記 S Oxトラップ触媒は基材上に形成されたコート層と 、 コート層上に担持された貴金属触媒からなり、 コート層内にはァ ルカリ金属およびアルカリ土類金属の少く とも一方が分散して含有 されている請求項 1 に記載の内燃機関の排気浄化装置。
1 4. 機関排気通路内に配置された S〇xトラップ触媒により排 気ガス中に含まれる S〇xを除去するようにした排気浄化方法にお いて、 上記 S Oxトラップ触媒内にアルカリ金属およびアルカリ土 類金属の少く とも一方を分散して担持させ、 機関運転中に S〇xト ラップ触媒の温度を上記アル力リ金属およびアルカリ土類金属の少 く とも一方の硝酸塩が溶融状態となる温度に保持することにより、 s oxトラップ触媒内の硝酸塩が s ox トラップ触媒表面に移動して 凝集する硝酸塩移動凝集作用を促進させ、 該硝酸塩移動凝集作用に より soxトラップ率の回復を図りつつ soxを除去するようにした 排気浄化方法。
1 5. 上記硝酸塩移動凝集作用が促進される S Oxトラップ触媒 の温度領域が存在しており、 機関運転中に S Ox トラップ触媒の温 度を時折上記硝酸塩移動凝集作用が促進される温度領域内に保持す ることにより s〇xトラップ率を時折回復させるようにした請求項 1 4に記載の排気浄化方法。
1 6. 上記温度領域の下限温度は上記アルカリ金属およびアル力 リ土類金属の少く とも一方の硝酸塩の融点であり、 上記温度領域の 上限温度は S〇x 卜ラップ触媒上において S〇2が酸化され得る上限 温度である請求項 1 5に記載の排気浄化方法。
1 7. 上記 S Oxトラップ触媒は、 S Ox卜ラップ触媒に流入する 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 S Ox を捕獲し、 排気ガスの空燃比がリーンのもとで S Oxトラップ触媒 の温度が S〇x拡散促進温度まで上昇せしめられると捕獲した S〇x が次第に NOx トラップ触媒の内部に拡散していく性質を有し、 該 硝酸塩移動凝集作用による s oxトラップ率の回復作用が行われて も s〇x トラップ率が目標値まで回復しなくなつたときには s ox ト ラップ率を回復するために排気ガスの空燃比がリーンのもとで s o xトラップ触媒の温度が s〇x拡散促進温度まで上昇せしめられる請 求項 1 5に記載の排気浄化方法。
1 8. S Ox トラップ率を推定し、 推定された S Ox 卜ラップ率が s oxの拡散を促進すべき予め定められた s oxトラップ率まで低下 したときには s〇x トラップ率を回復するために排気ガスの空燃比 がリーンのもとで s oxトラップ触媒の温度が s ox拡散促進温度ま で上昇せしめられる請求項 1 7 に記載の排気浄化方法。
1 9. S Oxトラップ触媒下流の排気通路内に配置された S〇xセ ンサにより検出された排気ガス中の S Ox濃度が S Oxの拡散を促進 すべき予め定められた濃度を越えたときには S〇xトラップ率を回 復するために排気ガスの空燃比がリーンのもとで s〇xトラップ触 媒の温度が S Ox拡散促進温度まで上昇せしめられる請求項 1 7 に 記載の排気浄化方法。
2 0. S Oxトラップ率が上記硝酸塩移動凝集作用をすべき予め 定められた S〇x トラップ率まで低下したか否かを判断し、 S〇x ト ラップ率が該硝酸塩移動凝集作用をすべき予め定められた S Oxト ラップ率まで低下したと判断されたときには S Oxトラップ触媒の 温度を上記硝酸塩移動凝集作用が促進される温度領域内まで上昇さ せて該温度領域内に保持する請求項 1 5に記載の排気浄化方法。
2 1. S Oxトラップ率を推定し、 推定された S Ox トラップ率が 該硝酸塩移動凝集作用をすべき予め定められた S Oxトラップ率ま で低下したときには S Oxトラップ触媒の温度を上記硝酸塩移動凝 集作用が促進される温度領域内まで上昇させて該温度領域内に保持 する請求項 2 0に記載の排気浄化方法。
2 2. S〇xトラップ触媒下流の排気通路内に配置された S Oxセ ンサにより検出された排気ガス中の S Ox濃度が上記硝酸塩移動凝 集作用をすべき予め定められた濃度を越えたときには S Ox トラッ プ触媒の温度を上記硝酸塩移動凝集作用が促進される温度領域内ま で上昇させて該温度領域内に保持する請求項 2 0に記載の排気浄化 方法。
2 3. 上記温度領域の下限温度は上記アルカリ金属およびアル力 リ土類金属の少く とも一方の硝酸塩の融点であり、 上記温度領域の 上限温度は S Oxトラップ触媒下流に配置されたパティキュレート フィル夕の再生温度である請求項 1 5に記載の排気浄化方法。
2 4. パティキュレートフィル夕の再生時に S Ox 卜ラップ触媒 の温度が上記温度領域内に保持される請求項 2 3に記載の排気浄化 方法。
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