WO2008091020A1 - 圧縮着火式内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

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WO2008091020A1
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exhaust gas
engine
trap catalyst
catalyst
concentration
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Kohei Yoshida
Hiromasa Nishioka
Kotaro Hayashi
Takamitsu Asanuma
Shinya Hirota
Hiroshi Otsuki
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Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha
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Definitions

  • the present invention relates to an exhaust emission control device for a compression ignition type internal combustion engine.
  • the NO x storage air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas when the lean to release the N_ ⁇ x air-fuel ratio of the exhaust gas which is occluded becomes the stoichiometric air-fuel ratio or Li Tutsi for occluding N_ ⁇ x contained in the exhaust gas inflow
  • An internal combustion engine in which a catalyst is disposed in an engine exhaust passage is known.
  • NO x generated when combustion is performed at a lean air-fuel ratio is stored in the N0 x storage catalyst.
  • NO N_ ⁇ x storage capacity of the x storage catalyst air-fuel ratio of the exhaust gas approaches saturation is temporarily re pitch, it'll connexion the NO x storage catalyst from the N_ ⁇ x is released is reduced.
  • the SO x stored in the N0 x storage catalyst is! ⁇ Is slowly released to the air-fuel ratio of the exhaust gas increases the temperature and flowing into the NO x storage catalyst occluding catalyst from the NO x storage catalyst when the re pitch of. Its comprising an electric motor evening in this, with the can and should be released S_ ⁇ x from N_ ⁇ x storage catalyst the air-fuel ratio of the exhaust gas re-pitch, by an electric motor evening
  • a hybrid internal combustion engine is known in which the exhaust gas temperature is increased by increasing the rotation speed of the crankshaft during the expansion stroke and extending the afterburn period (for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2005-0 6-12).
  • N_ ⁇ x storage catalyst upstream of the engine S_ ⁇ x trap catalyst arrangement an internal combustion engine capable of trapping SO x in the exhaust gas in the exhaust passage is known (JP-2 0 0 5—See 1 3 3 6 1 0).
  • SO x contained in the exhaust gas is captured by the S0 x trap catalyst. This prevents the SO x from flowing into the NO x storage catalyst.
  • S0 x is harmful in itself, and if the temperature rises, it may change to harmful hydrogen sulfide H 2 S. Therefore, only increase the concentration of S 0 x in the exhaust gas that is exhausted. There must be. That is, in the case of using the S ⁇ x trap catalyst, it is necessary to hold the S_ ⁇ x concentration in the exhaust gas flowing out from the S_ ⁇ x trap catalyst within a constant limit. Disclosure of the invention
  • the object of the present invention is to detect S in the exhaust gas flowing out of the SO x trap catalyst. ⁇ To provide a compression ignition type internal combustion engine that can keep the x concentration below a certain limit.
  • x trap catalyst arranged so x trap catalyst able to trap the S_ ⁇ x contained in the exhaust gas into the engine exhaust passage, so x trap catalyst in the exhaust passage downstream of the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing placing N_ ⁇ x storage catalysts that releases NO x air-fuel ratio of the exhaust gas which is occluded becomes sense Ronsora ratio or Li pitch for occluding N_ ⁇ x contained in the exhaust gas flowing when but lean in the compression ignition type internal combustion engine, engine and comprises a generator capable of electric device by possible and the engine generated separately vehicle driving force and the vehicle driving force by, when it should be reproduced S_ ⁇ x trap catalyst S ⁇ during S_ ⁇ x concentration playback period of the exhaust gas flowing out from the x Bok wrap catalysts, to adjust the vehicle driving force according to the vehicle driving force and an electric device according to the engine such that the following S_ ⁇ x predetermined concentration Compression ignition type internal combustion engine
  • An exhaust emission control device is provided.
  • FIG. 1 is an overall view of a compression ignition type internal combustion engine
  • FIG. 2 is a sectional view of a surface portion of the catalytic carrier N_ ⁇ x storage catalyst
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the front surface portion of the substrate of the SO x trap catalyst
  • FIG. 4 Is a graph showing the SO x trap rate
  • Fig. 5 is a diagram showing the map of occlusion S ⁇ x amount S OXA, SOXB
  • Fig. 6 is the occlusion S o x amount ⁇ SOX and the occlusion SO x amount SO
  • Fig. 7 is a flowchart for determining the regeneration timing
  • Fig. 8 is a diagram showing the SO x release temperature
  • FIG. 9 is a time chart showing the regeneration control
  • Fig. 10 is the engine output torque.
  • FIG. 11 is a flowchart for performing regeneration control
  • FIG. 12 is a flowchart illustrating another embodiment for performing regeneration control
  • FIG. 13 is a time chart illustrating regeneration control
  • FIG. It is a figure which shows another Example of an electrically-driven apparatus.
  • Figure 1 shows an overall view of a compression ignition type 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 to the outlet of the compressor 7 a of the exhaust turbocharger 7 through the intake duct 6, and the inlet of the compressor 7 a has an intake air amount detector 8 for detecting the intake air amount. It is connected to the air cleaner 9 via A throttle valve 10 driven by a step motor is arranged in the intake duct 6, and a cooling device for cooling the intake air flowing in the intake duct 6 around the intake duct 6 1 1 Is placed.
  • the engine cooling water is guided into the cooling device 11 and the intake air is cooled by the engine cooling water.
  • the exhaust manifold 5 is connected to the inlet of the exhaust turbocharger 7 and the outlet of the exhaust bin 7 b, and the outlet of the exhaust evening bin 7 b is connected to the inlet of the catalyst converter 12.
  • the catalytic converter 1 in 2 in order S_ ⁇ from the upstream side x trap catalyst 1 3 and the NO x storage catalyst 1 4 is arranged, S_ ⁇ x trap catalyst 1 3 N_ ⁇ x catalytic converter between the storage catalyst 1 4 1 2 a temperature sensor 1 5 to detect the temperature of the exhaust gas flowing out from the SO x trap catalyst 1 3 within, for detecting the SO x concentration in the exhaust gas flowing out from the S_ ⁇ x trap catalyst 1 3 SO x sensor 1 6 is arranged.
  • the temperature of S_ ⁇ x trap catalyst 1 3 from the detected value of the temperature sensor 1 5 is estimated.
  • 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 17, and an electronically controlled EGR control valve 18 is provided in the EGR passage 17. Be placed.
  • EGR exhaust gas recirculation
  • a cooling device 19 is provided.
  • the engine cooling water is guided into the cooling device 19 and the EGR gas is cooled by the engine cooling water.
  • each fuel injection valve 3 is connected to a common rail 21 through a fuel supply pipe 20. Fuel is supplied into the common rail 21 from an electronically controlled fuel pump 22 with variable discharge amount, and the fuel supplied into the common rail 21 is fuel injection valve via each fuel supply pipe 20. Supplied to 3.
  • a reducing agent supply valve 23 for supplying a reducing agent made of, for example, a hydrocarbon into the exhaust manifold 5 is attached to the exhaust manifold 5.
  • a transmission 25 is connected to the output shaft of the engine, and an electric motor 27 is connected to the output shaft 26 of the transmission 25.
  • the transmission 25 is a type that automatically performs the clutcher operation and the shift operation in a normal stepped automatic transmission having a torque converter, a manual transmission, or a manual transmission having a clutch.
  • a stepped automatic transmission of the type can be used.
  • the electric motor 27 connected to the output shaft 26 of the transmission 25 constitutes an electric device capable of generating a vehicle driving force separately from the vehicle driving force by the engine and generating electric power by the engine. ing.
  • this electric motor 27 is mounted on the output shaft 26 of the transmission 25 and is rotated with a low motor 28 having a plurality of permanent magnets on its outer peripheral surface. It consists of an AC synchronous motor equipped with a step coil 29 with an exciting coil that forms a magnetic field.
  • the Steering 2 29 excitation coil is a motor drive control circuit.
  • This motor drive control circuit 30 is connected to a battery 31 that generates a DC high voltage.
  • the electronic control unit 40 is composed of a digital computer and is connected to each other by a bidirectional bus 4 1, R 0 (read only memory) 4 2, RAM (random access memory) 4 3, CPU (microphone) 4), input port 4 5 and output port 4 6
  • the intake air amount detector 8 the output signal of the temperature sensor 1 5 and S_ ⁇ x sensor 1 6 is input to the input port 4 5 through the AD converter 4 7 respectively corresponding to.
  • various signals representing the gear position of the transmission 25, the rotational speed of the output shaft 26, and the like are input to the input port 45.
  • a load sensor 33 that generates an output voltage proportional to the depression amount L of the accelerator pedal 3 2 is connected to the accelerator pedal 3 2, and the output voltage of the load sensor 3 3 passes through the corresponding AD converter 4 7.
  • a crank angle sensor 34 that generates an output pulse every time the crankshaft is rotated by 10 °, for example, is connected to the input port 45.
  • the output port 4 6 is connected to the fuel injection valve 3, the EGR control valve 1 8, the fuel pump 2 2, the reducing agent supply valve 2 3, the transmission 2 5 and the motor drive control circuit 3 0 via the corresponding drive circuit 48. The power supply to the excitation coil of 9 is normally stopped.
  • the low power 2 8 together with the output shaft 2 6 of the transmission 2 5 is stopped. It is rotating.
  • the DC high voltage of the battery 31 is converted into a three-phase alternating current with a frequency of fm and a current value of Im in the motor driving control circuit 30. Is supplied to the exciting coil of 29.
  • This frequency fm is the frequency required to rotate the rotating magnetic field generated by the exciting coil in synchronization with the rotation of the low speed 28.
  • This frequency fm is based on the number of rotations of the output shaft 2 6 and the CPU 4 4 Calculated. In the motor drive control circuit 30, this frequency fm is a three-phase AC frequency.
  • the output torque of Electric Motor 27 is almost proportional to the current value Im of the three-phase AC.
  • This current value Im is calculated in CPU 44 based on the required output torque of electric motor 27, and in motor drive control circuit 30.
  • This current value I m is the current value of the three-phase alternating current.
  • the electric motor 27 When the electric motor 27 is driven by an external force, the electric motor 27 operates as a generator, and the generated power is regenerated in the battery 31.
  • the CPU 44 determines whether or not the electric motor 27 should be driven by an external force. If it is determined that the electric motor 27 should be driven by an external force, the motor control circuit 30 will It is controlled so that the power generated in the evening 27 is regenerated in the battery 31.
  • N_ ⁇ x storage catalyst 1 4 will be described as shown in FIG. 1, a catalyst responsible body consisting of the NO x storage catalyst 1 4, for example, alumina on a substrate of this are supported,
  • Figure 2 the catalyst support 6
  • the cross section of the surface part of 0 is shown schematically.
  • the noble metal catalyst 61 is dispersedly supported on the surface of the catalyst carrier 60, and a layer of NO x absorbent 62 is formed on the surface of the catalyst carrier 60. ing.
  • the component 2 constitutes the example force re U beam K :, Na Application Benefits um N a, cesium C At least one selected from alkali metals such as s, alkaline earth such as norm Ba, calcium ca, lanthanum La, and y is used. Yes.
  • combustion chamber 2 and NO x storage catalyst 1 4 When the ratio of air and fuel (hydrocarbon) supplied into the exhaust passage upstream of the engine intake passage, combustion chamber 2 and NO x storage catalyst 1 4 is called the exhaust gas air-fuel ratio, the NO x absorbent 6 2 air-fuel ratio of the exhaust gas is absorbed lean sometimes N_ ⁇ x, the oxygen concentration in the exhaust gas performs the absorbing and releasing action of the NO x which releases N_ ⁇ x absorbed to decrease.
  • the air-fuel ratio of the exhaust gas is lean. That is, when the oxygen concentration in the exhaust gas is high, the NO contained in the exhaust gas is oxidized on platinum Pt 6 1 to N02 as shown in Fig. 2 , and then N0 x absorbent 6 It is absorbed into 2 and bonded to barium oxide Ba 0, and diffuses into N 0 x absorbent 6 2 in the form of nitrate N0 3- . In this way N_ ⁇ x is Ru is absorbed in the NO x absorbent 6 2.
  • N_ ⁇ 2 Exhaust oxygen concentration in the gas is generated N_ ⁇ 2 at high as platinum P t 6 1 surface, N_ ⁇ x absorbent 6 2 of the NO x absorbing capacity N ⁇ 2 unless saturation is N_ ⁇ x absorbent 6 It is absorbed in the 2 nitrate Ion N_ ⁇ 3 Ru is generated.
  • the exhaust gas contains S ⁇ x , that is, SO 2 , and when this 30 2 flows into 1 ⁇ ⁇ 1 [ occlusion catalyst 6 2, this S 0 2 is platinum P t 6 1
  • the S_ ⁇ 3 is oxidized in.
  • NO x is absorbed into the absorbent 6 in 2 oxidation barium B
  • A_ ⁇ diffuse into N_ ⁇ x absorbent 6 in 2 in the form of sulfuric acid I O emissions S 0 4 2
  • Stable sulfate B a SO 4 is produced.
  • this sulfate B a S_ ⁇ 4 to the NO x absorbent 6 2 to have a strong basicity hard to break down.
  • FIG. 3 schematically shows a cross section of the surface portion of the substrate 65 of the SO x trap catalyst 13.
  • a coat layer 66 is formed on the surface of the substrate 65, and a noble metal catalyst 67 is dispersedly supported on the surface of the coat layer 66.
  • Platinum is used as the noble metal catalyst 6 7, and the constituents of the coat layer 6 6 include alkali metals such as potassium K, sodium Na, cesium C s, and barium B a. At least one selected from alkaline earths such as calcium Ca, rare earths such as lanthanum La and yttrium Y is used.
  • the coating layer 66 of the SO x trap catalyst 13 is strongly basic.
  • S_ ⁇ x i.e. S_ ⁇ 2 contained in the exhaust gas is oxidized platinum P t 6 7 as shown in FIG. 3, then caught capturing the coat layer 6 6. That is, 30 2 diffuses into the coating layer 6 6 in the form of sulfate 30 4 2 — to form sulfate.
  • the shade in the coating layer 66 indicates the concentration of the trapped Sx .
  • SO x concentration in the coat layer 6 6 As can be seen from FIG. 3 is highest near the surface of the coating layer 6 6 accordance connection will summer gradually lowered to go back portion.
  • the SO x concentration in the vicinity of the surface of the coat layer 6 6 increases, the basicity of the surface of the coat layer 6 6 decreases, and the SO x trapping capability decreases.
  • the ratio of S_ ⁇ x trap rate of S_ ⁇ x trapped in the SO x trap catalyst 1 3 among the SO x contained in the exhaust gas it is weakly basic surface of the coat layer 6 6 If this happens, the SO x trap rate will decrease accordingly.
  • Figure 4 shows the time variation of the S0 x trap rate.
  • the S0 x trap rate is close to 100 percent at first, but decreases rapidly as time elapses. Therefore the air-fuel ratio increases is the temperature of the under S_ ⁇ x trap catalyst 1 3 rie down or Li pitch of the exhaust gas when lower than the rate at which S_ ⁇ x Bok overlap ratio is predetermined in the present invention The temperature rise control is performed, thereby recovering the S ⁇ x trap rate. I am doing so.
  • the lubricant also contains a certain amount of xio, and the amount of lubricant burned in the combustion chamber 2, that is, contained in the exhaust gas, is captured by the S 0 x trap catalyst 13.
  • the SO x amount is also a function of the required torque and the engine speed.
  • Figure 5 (B) as a function of S_ ⁇ x amount SOXB the required torque TQ and engine speed N trapped per S_ ⁇ x trap catalyst 1 3 per unit time be included in the lubricating oil in the embodiment according to the present invention It is stored in ROM 4 2 in advance in the form of a map as shown, and is captured by the SO x trap catalyst 13 by accumulating the sum of the SO x quantity SO XA and the S0 x quantity SOXB.
  • FIG. 7 shows a routine for determining the regeneration timing of the SO x trap catalyst 13.
  • step 70 S0 x amounts SO XA and S 0 XB captured per unit time are read from FIGS. 5 (A) and 5 (B), respectively.
  • step 71 the sum of SO XA and S OX B is added to S ⁇ x ⁇ SOX.
  • S ⁇ x amount ⁇ When SOX reaches a predetermined amount SO (n), the routine proceeds to step 73, where regeneration control is performed.
  • Figure 8 shows the amount of 30 trapped by the SO x trap catalyst 1 3, the volume of S 0 x from the catalyst S 3 x trap catalyst 1, and the exhaust gas flowing into the SO x wrap catalyst 1 3 It shows the relationship with the air-fuel ratio A / F. From FIG. 8, it can be seen that the larger the trap 30 1 (the larger the quantity ⁇ 30, the lower the SO x release temperature TS, and the lower the exhaust gas air-fuel ratio, the lower the SO x release temperature TS.
  • the temperature of the SO x trap catalyst 1 3 8 is trapped S_ ⁇ x amount ⁇ Determined from S ⁇ X S ⁇ x Release temperature
  • S_ ⁇ x concentration in the gas When it becomes excessively higher than TS, a large amount of S ⁇ x is abruptly released from s ⁇ x trap catalyst 1 3 and, as a result, exhaust that flows out from S ⁇ x trap catalyst 1 3 becomes higher extremely is S_ ⁇ x concentration in the gas.
  • SO x itself is harmful, and when the temperature rises, it may change to harmful hydrogen sulfide H 2 S. Therefore, only the concentration of SO x in the exhaust gas exhausted becomes high. Must be avoided. That is, it is necessary to hold the S_ ⁇ x concentration in the exhaust gas flowing out from the S_ ⁇ x trap catalyst 1 3 within a certain limit.
  • S o x concentration in the exhaust gas flowing out from S x trap catalyst 1 3 is the predetermined S o x concentration during the regeneration period.
  • the output torque of the engine is controlled so as to be as follows, and the shortage or excess of the required torque is adjusted by the electric device.
  • regeneration of the S0 x trap catalyst 13 is performed in a state where the air-fuel ratio AF of the exhaust gas is set to a rich state or a lean state. It can be done in any state.
  • the SO x trap catalyst 13 is regenerated with the air-fuel ratio AZF of the exhaust gas being switched will be described.
  • Is S_ ⁇ x concentration in the exhaust gas flowing out from the SO x trap catalyst 1 3 as it is shown in by connexion 9 during playback, is maintained below the predetermined concentration SX.
  • the regeneration process is completed when S 0 x amount ⁇ SOX falls to a predetermined amount SOR.
  • FIG. 10 shows the relationship between the accelerator pedal 3 2 equal depression amount line d i d i, the engine speed N, and the engine output torque T Q.
  • the amount of depression of the accelerator pedal 3 2 increases from d to d i.
  • the output torque T Q at that time becomes the required torque.
  • the S_ ⁇ x trap catalyst 1 3 Now in order to maintain the temperature substantially release SO x temperature TS of the engine has been operated in the operating state indicated by point A in Figure 1 0 at the time of reproduction. If the required torque TQ for driving the vehicle at this time becomes the torque indicated by point B in FIG. 10, the electric motor 27 is driven to compensate for the torque shortage ATQ b. This On the other hand, if the required torque TQ for driving the vehicle reaches the torque indicated by point C in Fig. 10, the electric motor 27 operates as a generator because the excess torque ATQ c is consumed. To be sedated.
  • FIG. 11 shows the regeneration control of the S0 x trap catalyst 13 performed in step 73 of FIG.
  • step 80 the required torque TQ for driving the vehicle is calculated from FIG. 10 based on the depression amount of the accelerator pedal 32 and the engine speed N.
  • step 81 the output torque Te of the engine required to set the temperature of the S0 x trap catalyst 13 to approximately the S0 x release temperature TS is calculated.
  • the output torque Te of this engine is stored in advance in ROM 42 as a function of 30 ! ( Quantity ⁇ 30, air-fuel ratio AZF of exhaust gas, and engine speed N).
  • the torque Tm that should be generated or consumed by the electric motor 27 is calculated by subtracting the engine output torque Te from the required torque TQ.
  • fuel injection control is performed so that the output torque Te is obtained.
  • the electric motor 27 is controlled according to the torque Tm. That is, when the torque Tm is positive, the electric motor 27 is driven so that the torque Tm for driving the vehicle is generated, and when the torque Tm is negative, the electric motor 27 is consumed. Is operated as a generator.
  • step 85 it is judged if the reproduction process is completed.
  • the process returns to step 80.
  • the regeneration process is completed, the process proceeds to step 86, and the residual SO x amount SOR at the completion of the regeneration is set to S0 x amount ⁇ SOX.
  • FIG. 12 shows another embodiment of the regeneration control of the SO x trap catalyst 13 executed in step 73 of FIG.
  • the engine output torque Te is basically 0 1 ( amount 3 30 X, the exhaust gas air-fuel ratio AZ F, and the output stored in advance in the ROM 4 2 as a function of the engine speed N.
  • the output torque of the engine so that detected S_ ⁇ x concentration becomes within sO x concentration range defined in advance is corrected by sO x sensor 1 6 to force this embodiment is a torque.
  • this embodiment starts with step 9.
  • a torque Tm to be generated or consumed by the electric motor 27 is calculated by subtracting the final engine output torque Teo from the required torque TQ.
  • fuel injection control is performed so as to obtain the final engine output torque Teo.
  • the electric motor 27 is controlled according to the torque Tm. That is, as described above, the electric motor 27 is driven so that the torque Tm for driving the vehicle is generated when the torque Tm is positive, and the electric power is consumed so that the torque Tm is consumed when the torque Tm is negative.
  • Moyu 27 is activated as a generator.
  • step 96 it is judged if the reproduction process is completed.
  • SO x concentration SD in the exhaust gas flowing out from the SO x trap catalyst 1 3 by S_ ⁇ x sensor 1 6 proceeds to Step 9 6 is detected.
  • step 98 whether or not the S0 x concentration SD is greater than the sum of the reference SO, concentration SD o and a constant value ⁇ Is determined.
  • SD> SD o + a the routine proceeds to step 9 9 where a fixed value m is subtracted from the correction amount ATQ.
  • step 100 the process proceeds to step 100, and if it is determined that SD ⁇ SDo- ⁇ in step 100, the process proceeds to step 1001, and the correction amount ATQ is a constant value. m is added. That is, the final engine output torque T eo is controlled so that the S0 x concentration SD becomes SDO — 0! ⁇ S D ⁇ SDO + Q !.
  • step 96 the regeneration process has been completed, the process proceeds to step 102, and the residual SO x amount SOR upon completion of the regeneration is set to 30 ] ( quantity ⁇ SOX.
  • the electric motor is constituted by a pair of motor generators 2 0 0, 2 0 1 and a planetary gear mechanism 2 0 2 that operate as an electric motor and a generator.
  • the planetary gear mechanism 20 2 includes a sun gear 20 3, a ring gear 2 0 4, a planetary gear 2 0 5 disposed between the sun gear 2 0 3 and the ring gear 2 0 4, and a planet gear 2 0 5.
  • a planetary carrier 2 0 6 to be carried.
  • the sun gear 20 3 is connected to the rotary shaft 2 07 of the motor generator 2 0 1
  • the planetary carrier 2 0 6 is connected to the output shaft 2 1 1 of the internal combustion engine 1.
  • the ring gear 20 4 is connected to the rotating shaft 2 0 8 of the motor generator 2 0 0, and on the other hand to the output shaft 2 1 0 connected to the driving wheel via the belt 2 0 9. The Therefore, it can be seen that when the ring gear 20 4 is rotated, the output shaft 2 10 is rotated accordingly.
  • the motor generator 200 operates mainly as an electric motor, and the motor generator 200 operates mainly as a generator. .
  • the motor generator 2 0 0 When the torque of the engine is insufficient with only the engine output torque when the S x trap catalyst 1 3 is regenerated, the motor generator 2 0 0 is driven, and the output torque of the motor generator 2 0 0 is important to the engine output torque. It is done. At this time, the motor generator 2 0 1 is stopped. On the other hand, when the output torque of the engine becomes excessive with respect to the required torque when the S0 x trap catalyst 1 3 is regenerated, the generator generator 2 0 1 generates power and the excess torque is reduced. It is consumed by the power generation action of the evening generator 2 0 1. At this time, the motor generator 2 0 0 is stopped.

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Abstract

内燃機関において、機関の出力に電気モータ（２７）による出力を重疊しうるように形成されている。ＮＯＸ吸蔵触媒（１４）上流の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ＳＯＸトラップ触媒（１３）が配置される。ＳＯＸトラップ触媒（１３）を再生すべきときにはＳＯＸトラップ触媒（１３）から流出する排気ガス中のＳＯＸ濃度が再生期間中、予め定められたＳＯＸ濃度以下となるように機関による車両駆動力と電気モータ（２７）による車両駆動能力とが調整される。

Description

明 細 書 圧縮着火式内燃機関の排気浄化装置 技術分野
本発明は圧縮着火式内燃機関の排気浄化装置に関する。 背景技術
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〇x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 N〇xを放出する NOx吸蔵触媒を機関排気通 路内に配置した内燃機関が公知である。 この内燃機関ではリーン空 燃比のもとで燃焼が行われているときに発生する NOxが N〇x吸蔵 触媒に吸蔵される。 一方、 NOx吸蔵触媒の N〇x吸蔵能力が飽和に 近づく と排気ガスの空燃比が一時的にリ ッチにされ、 それによつて NOx吸蔵触媒から N〇xが放出され還元される。
ところで燃料および潤滑油内にはィォゥが含まれており、 従って 排気ガス中には S〇 xが含まれている。 この S Oxは N〇xと共に N Ox吸蔵触媒に吸蔵される。 ところがこの S Oxは排気ガスの空燃比 を単にリ ツチにしただけでは N〇x吸蔵触媒から放出されず、 従つ て N〇x吸蔵触媒に吸蔵されている S Oxの量が次第に増大していく 。 その結果吸蔵しうる N〇x量が次第に減少してしまう。
ところがこの場合、 N〇x吸蔵触媒に吸蔵された S Oxは！^の 吸 蔵触媒の温度を上昇させかつ NOx吸蔵触媒に流入する排気ガスの 空燃比をリ ッチにすると NOx吸蔵触媒から徐々に放出される。 そ こで電動モー夕を具備し、 N〇x吸蔵触媒から S〇xを放出すべきと きには排気ガスの空燃比をリ ッチにすると共に、 電動モー夕により 膨張行程時にクランクシャフ トの回転速度を早めて後燃え期間を長 くすることにより排気ガス温を高めるようにしたハイブリ ッ ド内燃 機関が公知である （例えば特開 2 0 0 5 - 6 1 2 3 4号公報参照） 一方、 N〇x吸蔵触媒上流の機関排気通路内に排気ガス中の S O x 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） 。 この内燃機関では排 気ガスに含まれる S O xを S〇x トラップ触媒により捕獲することに よって. N O x吸蔵触媒に S O xが流入するのを阻止するようにしてい る。
ところでこのような S〇x トラップ触媒を用いた場合でも S〇x ト ラップ触媒の S〇 x トラップ率が低下してきたときには S〇 x トラッ プ触媒を再生する必要がある。 この場合、 S O x トラップ触媒は昇 温することによって再生することができる。 しかしながらこの S O x トラップ触媒に捕獲される S〇x量は N〇x吸蔵触媒に吸蔵される S O x量に比べて極めて多く、 S〇 x トラップ触媒が少しでも過度に 温度上昇せしめられると捕獲されている S〇xがー気に放出される 。 その結果、 S〇x トラップ触媒から流出する排気ガス中の S O x濃 度が極めて高くなつてしまう。
S〇xはそれ自体が有害であり、 また温度が高くなると有害な硫 化水素 H 2 Sに変化することもあるので排出される排気ガス中の S 〇x濃度が高くなることだけは回避しなければならない。 即ち、 S 〇x トラップ触媒を用いた場合には S〇x トラップ触媒から流出する 排気ガス中の S〇x濃度を一定限度以内に保持する必要がある。 発明の開示
本発明の目的は S O x トラップ触媒から流出する排気ガス中の S 〇x濃度を一定限度以下に保持することのできる圧縮着火式内燃機 関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 sox トラップ触媒を配置し、 sox トラップ触媒下流 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〇x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 ッチになると吸蔵した NOxを放出する N〇x吸蔵触 媒を配置した圧縮着火式内燃機関において、 機関による車両駆動力 とは別個に車両駆動力を発生可能でかつ機関により発電可能な電動 装置を具備しており、 S〇x トラップ触媒を再生すべきときには S 〇x 卜ラップ触媒から流出する排気ガス中の S〇x濃度が再生期間中 、 予め定められた S〇x濃度以下となるように機関による車両駆動 力と電動装置による車両駆動力とを調整するようにした圧縮着火式 内燃機関の排気浄化装置が提供される。 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 N〇x吸蔵触媒の触 媒担体の表面部分の断面図、 図 3は S Ox トラップ触媒の基体の表 面部分の断面図、 図 4は S Ox トラップ率を示す図、 図 5は吸蔵 S 〇x量 S OXA, S O X Bのマップを示す図、 図 6は吸蔵 S〇x量∑ S O Xと、 再生制御を行うべき吸蔵 S Ox量 S O ( n ) との関係を 示す図、 図 7は再生時期を決定するためのフローチャート、 図 8は S Ox放出温度を示す図、 図 9は再生制御を示すタイムチャート、 図 1 0は機関の出力トルクを示す図、 図 1 1 は再生制御を行うため のフローチャート、 図 1 2は再生制御を行うための別の実施例を示 すフローチャート、 図 1 3は再生制御を示すタイムチャート、 図 1 4は電動装置の別の実施例を示す図である。 発明を実施するための最良の形態
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を介して排気ターボチャージャ 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の入口は吸入空気量を 検出するための吸入空気量検出器 8を介してエアク リーナ 9に連結 される。 吸気ダク ト 6内にはステップモー夕により駆動されるスロ ッ トル弁 1 0が配置され、 更に吸気ダク ト 6周りには吸気ダク ト 6 内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置 1 1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 1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、 排気マニホルド 5は排気ターボチャージャ 7の排気夕ービ ン 7 bの入口に連結され、 排気夕一ビン 7 bの出口は触媒コンバー 夕 1 2の入口に連結される。 触媒コンバータ 1 2内には上流側から 順に S〇x トラップ触媒 1 3および NO x吸蔵触媒 1 4が配置され、 S〇x トラップ触媒 1 3 と N〇x吸蔵触媒 1 4間の触媒コンバータ 1 2内には S Ox トラップ触媒 1 3から流出する排気ガスの温度を検 出するための温度センサ 1 5 と、 S〇x トラップ触媒 1 3から流出 する排気ガス中の S Ox濃度を検出するための S Oxセンサ 1 6 とが 配置される。 本発明による実施例ではこの温度センサ 1 5の検出値 から S〇x トラップ触媒 1 3の温度が推定される。
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 7を介して互いに連結され、 E G R通路 1 7内には電子制御式 E G R制御弁 1 8が配置される。 また、 E G R 通路 1 7周りには E G R通路 1 7内を流れる E G Rガスを冷却する ための冷却装置 1 9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 9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 2 0 を介してコ モンレール 2 1 に連結される。 このコモンレール 2 1 内へは電子制 御式の吐出量可変な燃料ポンプ 2 2から燃料が供給され、 コモンレ ール 2 1 内に供給された燃料は各燃料供給管 2 0 を介して燃料噴射 弁 3 に供給される。 なお、 排気マニホルド 5内には排気マニホルド 5内に例えば炭化水素からなる還元剤を供給するための還元剤供給 弁 2 3が取付けられる。
一方、 図 1 に示される実施例では機関の出力軸に変速機 2 5が連 結され、 変速機 2 5の出力軸 2 6 に電気モー夕 2 7が連結される。 この場合、 変速機 2 5 としては、 トルクコンバータを具えた通常の 有段自動変速機、 手動変速機、 或いはクラッチを具えた手動変速機 におけるクラッナ操作および変速操作を自動的に行うようにした形 式の有段自動変速機等を用いることができる。
また、 変速機 2 5の出力軸 2 6 に連結された電気モー夕 2 7 は機 関による車両駆動力とは別個に車両駆動力を発生可能でかつ機関に より発電可能な電動装置を構成している。 図 1 に示される実施例で はこの電気モ一夕 2 7 は変速機 2 5の出力軸 2 6上に取付けられか つ外周面に複数個の永久磁石を取付けたロー夕 2 8 と、 回転磁界を 形成する励磁コィルを巻設したステ一夕 2 9 とを具備した交流同期 電動機からな ό。 ステ一夕 2 9 の励磁コイルはモー夕駆動制御回路
3 0 に接続され、 このモー夕駆動制御回路 3 0 は直流高電圧を発生 するバッテリ 3 1 に接続される。
電子制御ュ二ッ ト 4 0 はデジタルコンピュータからなり、 双方向 性バス 4 1 によって互いに接続された R〇 Μ (リー ドオンリ メモリ ) 4 2 、 R A M (ランダムアクセスメモリ） 4 3 、 C P U (マイク 口プロセッサ） 4 4、 入力ポート 4 5および出力ポート 4 6を具備 する。 吸入空気量検出器 8、 温度センサ 1 5および S〇xセンサ 1 6の出力信号は夫々対応する AD変換器 4 7 を介して入力ポート 4 5に入力される。 また、 入力ポート 4 5には変速機 2 5の変速段、 および出力軸 2 6の回転数等を表わす種々の信号が入力される。 一方、 アクセルペダル 3 2にはアクセルペダル 3 2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 3 3が接続され、 負荷セ ンサ 3 3の出力電圧は対応する AD変換器 4 7 を介して入力ポート 4 5に入力される。 更に入力ポート 4 5にはクランクシャフ 卜が例 えば 1 0 ° 回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ 3 4が接続される。 一方、 出力ポート 4 6は対応する駆動回路 4 8を 介して燃料噴射弁 3、 E G R制御弁 1 8、 燃料ポンプ 2 2、 還元剤 供給弁 2 3、 変速機 2 5、 モータ駆動制御回路 3 0等に接続される 電気モー夕 2 7のステ一夕 2 9の励磁コイルへの電力の供給は通 常停止せしめられており、 このときロー夕 2 8は変速機 2 5の出力 軸 2 6 と共に回転している。 一方、 電気モー夕 2 7 を駆動せしめる ときにはバッテリ 3 1の直流高電圧がモー夕駆動制御回路 3 0にお いて周波数が f mで電流値が I mの三相交流に変換され、 この三相 交流がステ一夕 2 9の励磁コイルに供給される。 この周波数 f mは 励磁コイルにより発生する回転磁界をロー夕 2 8の回転に同期して 回転させるのに必要な周波数であり、 この周波数 f mは出力軸 2 6 の回転数に基づいて C P U 4 4で算出される。 モ一夕駆動制御回路 3 0ではこの周波数 f mが三相交流の周波数とされる。
一方、 電気モー夕 2 7の出力トルクは三相交流の電流値 I mにほ ぼ比例する。 この電流値 I mは電気モー夕 2 7の要求出力 トルクに 基づき C P U 4 4において算出され、 モー夕駆動制御回路 3 0では この電流値 I mが三相交流の電流値とされる。
また、 外力により電気モー夕 2 7を駆動する状態にすると電気モ —夕 2 7は発電機として作動し、 このとき発生した電力がバッテリ 3 1 に回生される。 外力により電気モー夕 2 7を駆動すべきか否か は C P U 4 4において判断され、 外力により電気モー夕 2 7 を駆動 すべきであると判別されたときにはモー夕制御回路 3 0 により、 電 気モー夕 2 7に発生した電力がバッテリ 3 1 に回生されるように制 御される。
次に図 1 に示される N〇x吸蔵触媒 1 4について説明すると、 こ の NOx吸蔵触媒 1 4では基体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 2はこの触媒担体 6 0の表面部分の断面を 図解的に示している。 図 2に示されるように触媒担体 6 0の表面上 には貴金属触媒 6 1が分散して担持されており、 更に触媒担体 6 0 の表面上には NOx吸収剤 6 2の層が形成されている。
本発明による実施例では貴金属触媒 6 1 として白金 P tが用いら れており、 NOx吸収剤 6 2を構成する成分としては例えば力 リ ウ ム K：、 ナ ト リ ウム N a、 セシウム C s のようなアルカ リ金属、 ノ リ ゥム 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 ツ 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 NO x吸蔵触媒 1 4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、 NOx吸収剤 6 2は排気ガスの空燃比がリーンの ときには N〇xを吸収し、 排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸収 した N〇xを放出する NOxの吸放出作用を行う。
即ち、 N〇x吸収剤 6 2 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 2に示されるように白金 P t 6 1上において酸化されて N〇 2となり、 次いで N〇 x吸収剤 6 2内に吸収されて酸化バリ ウム B a〇と結合しながら硝酸ィォンN03-の形でN〇x吸収剤 6 2内 に拡散する。 このようにして N〇xが NOx吸収剤 6 2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 6 1の表面で N〇2 が生成され、 N〇x吸収剤 6 2の NOx吸収能力が飽和しない限り N 〇2が N〇x吸収剤 6 2内に吸収されて硝酸ィォンN〇3 が生成され る。
これに対し、 還元剤供給弁 2 3から還元剤を供給することによつ 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-→N〇2) に進 み、 斯く して NOx吸収剤 6 2内の硝酸イオン N 03 が N〇2の形で N〇x吸収剤 6 2から放出される。 次いで放出された NOx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 N OxがN 〇x吸収剤 6 2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 N〇x吸収剤 6 2の N〇x吸 収能力が飽和してしまい、 斯く して N〇x吸収剤 6 2により 1^01(を 吸収できなくなってしまう。 そこで本発明による実施例では N〇x 吸収剤 6 2の吸収能力が飽和する前に還元剤供給弁 2 3から還元剤 を添加することによって排気ガスの空燃比を一時的にリ ッチにし、 それによつて N〇x吸収剤 6 2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〇 x、 即ち S O 2が含まれており、 この 3〇2が1^〇1[吸蔵触媒 6 2 に流入するとこの S 02は白金 P t 6 1 において酸化されて S〇3となる。 次いでこの S〇3は NOx吸収剤 6 2内に吸収されて酸化バリ ウム B a〇と結合しながら、 硫酸ィォ ン S 04 2 の形で N〇x吸収剤 6 2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 O x吸収剤 6 2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 ッ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 NOx吸収剤 6 2内には時間が経 過するにつれて硫酸塩 B a S〇4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 O x吸収剤 6 2が吸収しうる N〇 x量が低 下することになる。
ところでこの場合、 NOx吸蔵触媒 1 4の温度を 6 0 0で以上の S Ox放出温度まで上昇させた状態で N〇x吸蔵触媒 1 4に流入する 排気ガスの空燃比をリ ッチにすると N〇x吸収剤 6 2から S〇xが放 出される。 ただし、 この場合 N〇 x吸収剤 6 2からは少しずつしか S〇xが放出されない。 従って N〇x吸収剤 6 2から全ての吸収 S O x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 して多量の燃料或いは還元剤が必要になるという問題が ある。
そこで本発明による実施例では N〇x吸蔵触媒 1 4の上流に S Ox トラップ触媒 1 3を配置してこの S Ox トラップ触媒 1 3により排 気ガス中に含まれる S Oxを捕獲し、 それによつて N〇x吸蔵触媒 1 4に S〇 xが流入しないようにしている。 次にこの S O x トラップ触 媒 1 3について説明する。
図 3はこの S Ox トラップ触媒 1 3の基体 6 5の表面部分の断面 を図解的に示している。 図 3に示されるように基体 6 5の表面上に はコー ト層 6 6が形成されており、 このコー ト層 6 6の表面上には 貴金属触媒 6 7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 6 7 として白金が用いられており、 コー ト層 6 6 を構 成する成分としては例えばカリ ウム K、 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。 即ち、 S Ox 卜ラッ プ触媒 1 3のコー ト層 6 6は強塩基性を呈している。
さて、 排気ガス中に含まれる S〇x、 即ち S〇2は図 3に示される ように白金 P t 6 7 において酸化され、 次いでコー ト層 6 6内に捕 獲される。 即ち、 302は硫酸ィォン3〇4 2—の形でコー ト層 6 6内 に拡散し、 硫酸塩を形成する。 なお、 上述したようにコー ト層 6 6 は強塩基性を呈しており、 従って図 3に示されるように排気ガス中 に含まれる S〇2の一部は直接コー ト層 6 6内に捕獲される。
図 3においてコー ト層 6 6内における濃淡は捕獲された S〇xの 濃度を示している。 図 3からわかるようにコー ト層 6 6内における S Ox濃度はコート層 6 6の表面近傍が最も高く、 奥部に行く に従 つて次第に低くなつていく。 コー ト層 6 6の表面近傍における S O x濃度が高くなるとコー ト層 6 6の表面の塩基性が弱まり、 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 Oxのうちで S Ox トラップ触媒 1 3に捕獲される S〇xの割合を S〇x トラップ率 と称すると、 コー ト層 6 6の表面の塩基性が弱まればそれに伴なつ て S O x トラップ率が低下することになる。
図 4に S〇x トラップ率の時間的変化を示す。 図 4に示されるよ うに S〇 x トラップ率は初めはほぼ 1 0 0パーセン トに近いが時間 が経過すると急速に低下する。 そこで本発明では S〇x 卜ラップ率 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 ーン或いはリ ッチのもとで S〇x トラップ触媒 1 3の温度を上昇さ せる昇温制御を行い、 それによつて S〇x トラップ率を回復させる ようにしている。
例えば、 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
1 3の温度を上昇させるとコー ト層 6 6内の表面近傍に集中的に存 在する S〇xはコー ト層 6 6内における S O x濃度が均一となるよう にコー ト層 6 6の奥部に向けて拡散していく。 即ち、 コー ト層 6 6 内に生成されている硝酸塩はコー ト層 6 6の表面近傍に集中してい る不安定な状態からコー ト層 6 6内の全体に亘つて均一に分散した 安定した状態に変化する。 コー ト層 6 6内の表面近傍に存在する S O xがコー ト層 6 6の奥部に向けて拡散するとコー ト層 6 6の表面 近傍の S O x濃度が低下し、 斯く して S〇x トラップ触媒 1 3の昇温 制御が完了すると S O x トラップ率が回復する。
S〇 x トラップ触媒 1 3 の昇温制御を行ったときに S〇 x トラップ 触媒 1 3の温度をほぼ 4 5 0で程度にすればコー ト層 6 6の表面近 傍に存在する S O xをコー ト層 6 6内に拡散させることができ、 S 〇x トラップ触媒 1 3の温度を 6 0 0で程度まで上昇させるとコー ト層 6 6内の S O x濃度をかなり均一化することができる。 従って 本発明による実施例では S〇x トラップ触媒 1 3 の昇温制御時には S〇x トラップ触媒 1 3 の温度が 6 0 0で程度まで上昇され、 6 0 0で程度に維持される。
一方、 S〇x トラップ触媒 1 3 を昇温した状態で S〇x トラップ触 媒 1 3 に流入する排気ガスの空燃比をリ ッチにしても S〇x トラッ プ率を回復することができる。 即ち、 S O x トラップ触媒 1 3 を昇 温した状態で S O x トラップ触媒 1 3 に流入する排気ガスの空燃比 をリ ッチにすると S O x トラップ触媒 1 3から捕獲されている S〇x が放出され、 斯く して S〇x トラップ率が回復される。 従って S〇x トラップ触媒 1 3 を昇温した状態で S〇x トラップ触媒 1 3 に流入 する排気ガスの空燃比をリーンにしてもリ ッチにしても S〇x トラ ップ率を回復することができることになる。
次に S〇x トラップ率を回復するための S Ox トラップ触媒 1 3の 再生作用の開始時期について説明する。
本発明による実施例では、 S〇x トラップ触媒 1 3に捕獲された S〇x量を推定し、 S Ox トラップ触媒 1 3に捕獲された S Ox量が 予め定められた量を越えたときに 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判断され、 このとき S〇x トラップ率を回復 するための S〇x トラップ触媒 1 3の再生作用が開始される。
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〇x トラップ触媒 1 3 に捕獲され る S〇x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〇x トラップ触媒 1 3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〇x トラップ触媒 1 3に単位時間当り捕獲さ れる S〇x量 S OXAが要求トルク TQおよび機関回転数 Nの関数 として図 5 ( A) に示されるようなマップの形で予め R OM 4 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 〇x トラップ触媒 1 3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〇x トラップ触媒 1 3 に単位時間当り捕獲される S〇x量 S O X Bが要求トルク TQおよび機関回転数 Nの関数として図 5 (B) に 示されるようなマップの形で予め R OM 4 2内に記憶されており、 S Ox量 S O XAおよび S〇x量 S O X Bの和を積算することによつ て S Ox トラップ触媒 1 3に捕獲されている 301(量∑ 30 が算出 される。 また、 本発明による実施例では図 6に示されるように S〇x量∑ S O Xと、 S Ox トラップ触媒 1 3 を再生すべきときの予め定めら れた S Ox量 S O ( n ) との関係が予め記憶されており、 3〇!(量∑ S O Xが予め定められた S O ( n ) ( n = 1 , 2 , 3 , ···) を越え たときに S〇 χ トラップ触媒 1 3の再生処理が行われる。 なお、 図 6においては ηは何回目の再生処理であるかを示している。 なお、 図 6において最初の再生処理は走行距離が 5万 km程度のときに行わ れる。
図 7は S Ox トラップ触媒 1 3の再生時期を決定するためのルー チンを示している。
図 7 を参照するとまず初めにステップ 7 0において図 5 ( A) , (B) から夫々単位時間当り捕獲される S〇x量 S O XAおよび S 〇 X Bが読み込まれる。 次いでステップ 7 1ではこれら S O XAお よび S OX Bの和が S〇x量∑ S O Xに加算される。 次いでステツ プ 7 2では S Oxi∑ S〇Xが図 6に示される予め定められた量 S 〇 ( n ) ( n = 1 , 2， 3 , ···) に達したか否かが判別される。 S 〇x量∑ S O Xが予め定められた量 S O ( n ) に達したときにはス テツプ 7 3に進んで再生制御が行われる。
次に図 7のステップ 7 3において行われる S Ox トラップ触媒 1 3の再生制御について説明する。
図 8は S Ox トラップ触媒 1 3に捕獲されている 3〇 量∑ 3〇 と、 S〇x トラップ触媒 1 3からの S〇x放出温度 T Sと、 S Ox ラップ触媒 1 3に流入する排気ガスの空燃比 A/Fとの関係を示し ている。 図 8から捕獲 301(量∑ 30 が多いほど S Ox放出温度 T Sが低くなり、 排気ガスの空燃比が小さくなるほど S Ox放出温度 T Sが低くなることがわかる。
さて、 図 8において S Ox トラップ触媒 1 3の温度が捕獲 S〇x量 ∑ S〇Xから定まる S〇x放出温度 T Sより も過度に高くなると s 〇 x トラップ触媒 1 3から多量の S〇 xが急激に放出され、 その結果 S〇x トラップ触媒 1 3から流出する排気ガス中の S〇x濃度が極め て高くなる。 しかしながら前述したように S Oxはそれ自体が有害 であり、 また温度が高くなると有害な硫化水素 H 2 Sに変化するこ ともあるので排出される排気ガス中の S O x濃度が高くなることだ けは回避しなければならない。 即ち、 S〇 x トラップ触媒 1 3から 流出する排気ガス中の S〇x濃度を一定限度以内に保持する必要が ある。
ところが機関の負荷が大きくなつたり小さくなつたりするとそれ に伴なつて排気ガス温が大きく変動する。 従って車両走行中に S〇 x トラップ触媒 1 3の温度が捕獲 S Ox量 Σ ΝΟ Χから定まる S〇x 放出温度 T Sより も過度に高くなるのを阻止するのは困難であり、 斯く して S Ox トラップ触媒 1 3から流出する排気ガス中の S Ox濃 度が大巾に高くなるのを阻止するのは困難である。
そこで本発明では電動装置の力を借りて、 S〇x.トラップ触媒 1 3を再生すべきときには S〇x トラップ触媒 1 3から流出する排気 ガス中の S Ox濃度が再生期間中、 予め定められた S〇x濃度以下と なるように機関による車両駆動力と電動装置による車両駆動力とを 調整するようにしている。
もう少し具体的に言うと、 S Ox トラップ触媒 1 3を再生すべき ときには S〇x トラップ触媒 1 3から流出する排気ガス中の S〇x濃 度が再生期間中、 予め定められた S〇x濃度以下となるように機関 の出力 トルクが制御され、 要求トルクに対する トルクの不足分又は 過剰分を電動装置によって調整するようにしている。
ところで前述したように S〇x トラップ触媒 1 3の再生は排気ガ スの空燃比 A Fをリ ッチにした状態か又はリーンにした状態のい ずれかの状態で行うことができる。 そこでまず初めに排気ガスの空 燃比 AZ Fをリ ッチにした状態で S Ox トラップ触媒 1 3の再生を 行うようにした場合について説明する。
この場合には再生時に S〇 x トラップ触媒 1 3の温度がほぼ S O x 放出温度 T Sに維持される。 再生処理が進行すると S〇xの放出作 用により捕獲 S〇x量∑ S〇 Xが減少するので図 8からわかるよう に S〇x放出温度 T Sが上昇する。 従って本発明では捕獲 S〇x量∑ S〇 Xが減少するほど排気ガス温を上昇させるために図 9に示され るように再生処理が進行するにつれて機関の出力 トルクが増大せし められる。 それによつて図 9に示されるように S Ox トラップ触媒 1 3から流出する排気ガス中の S〇x濃度が再生期間中、 予め定め られた濃度 S X以下に維持される。 なお、 図 9に示される例では S 〇x量∑ S O Xが予め定められた量 S O Rまで低下したときに再生 処理が完了せしめられる。
一方、 再生期間中、 要求トルクに対する トルクの不足分又は過剰 分は電気モー夕 2 7による トルクの発生又は消費によって調整され る。 このことを説明するために図 1 0にアクセルペダル 3 2の等踏 込み量線 d i d i と、 機関回転数 Nと、 機関の出力 トルク T Qと の関係を示す。 なお、 図 1 0においてアクセルペダル 3 2の踏込み 量は d ,から d i に向けて大きくなる。 図 1 0においてアクセルべ ダル 3 2の踏込み量と機関回転数 Nが定まるとそのときの出力 トル ク T Qが要求トルクとなる。
即ち、 再生時において S〇 x トラップ触媒 1 3の温度をほぼ S O x 放出温度 T Sに維持するために今、 機関が図 1 0の A点で示す運転 状態で運転されていたとする。 このとき車両を駆動するための要求 トルク T Qが図 1 0の B点で示される トルクになったとすると トル クの不足分 A T Q bを補うために電気モー夕 2 7が駆動される。 こ れに対し、 車両を駆動するための要求トルク T Qが図 1 0の C点で 示される トルクになったとすると トルクの過剰分 A T Q c を消費す るために電気モー夕 2 7が発電機として作動せしめられる。
図 1 1 は図 7のステップ 7 3において実行される S〇 x トラップ 触媒 1 3の再生制御を示している。
図 1 1 を参照するとまず初めにステップ 8 0において図 1 0から アクセルペダル 3 2の踏込み量と機関回転数 Nに基づいて車両を駆 動するための要求トルク TQが算出される。 次いでステップ 8 1で は S〇x トラップ触媒 1 3の温度をほぼ S〇x放出温度 T Sとするの に必要な機関の出力 トルク T eが算出される。 この機関の出力 トル ク T eは 30!(量∑ 30 、 排気ガスの空燃比 AZF、 機関回転数 Nの関数として予め R OM 4 2内に記憶されている。
次いでステップ 8 2では要求トルク T Qから機関の出力 トルク T eを減算することによって電気モー夕 2 7が発生又は消費すべき ト ルク T mが算出される。 次いでステップ 8 3では出力 トルク T eが 得られるように燃料の噴射制御が行われる。 次いでステップ 8 4で はトルク Tmに応じて電気モー夕 2 7が制御される。 即ち、 トルク Tmが正のときには車両を駆動するための トルク Tmが発生するよ うに電気モー夕 2 7が駆動され、 トルク T mが負のときにはトルク Tmを消費するように電気モ一夕 2 7が発電機として作動せしめら れる。
次いでステップ 8 5では再生処理が完了したか否かが判別される 。 再生処理が完了していないときにはステップ 8 0に戻る。 これに 対して再生処理が完了したときにはステップ 8 6に進んで再生完了 時の残留 S Ox量 S O Rが S〇x量∑ S O Xとされる。
図 1 2は図 7のステップ 7 3において実行される S Ox トラップ 触媒 1 3の再生制御の別の実施例を示している。 この実施例でも基本的には機関の出力トルク T eが 〇1(量∑ 3 〇 X、 排気ガスの空燃比 AZ F、 機関回転数 Nの関数として予め R O M 4 2内に記憶されている出力 トルクとされる力 この実施例で は S Oxセンサ 1 6により検出された S〇x濃度が予め定められた S Ox濃度範囲内となるように機関の出力トルクが修正される。
即ち、 図 1 2 を参照するとこの実施例ではまず初めにステップ 9
0において図 1 0からアクセルペダル 3 2の踏込み量と機関回転数
Nに基づいて車両を駆動するための要求トルク T Qが算出される。 次いでステ 、ソプ 9 1では S〇 x トラップ触媒 1 3の温度をほぼ S〇 x 放出温度 T Sとするのに必要な機関の出力 トルク T eが算出される
。 次いでステップ 9 2では出力 トルク T eに修正量 Δ Τ <3を加算す ることによづて最終的な機関の出力 トルク T e o (= T e + Δ T Q
) が算出される。
次いでステップ 9 3では要求トルク T Qから最終的な機関の出力 トルク T e oを減算することによって電気モータ 2 7が発生又は消 費すべきトルク Tmが算出される。 次いでステップ 9 4では最終的 な機関の出力トルク T e oが得られるように燃料の噴射制御が行わ れる。 次いでステップ 9 5ではトルク Tmに応じて電気モー夕 2 7 が制御される。 即ち、 前述したように トルク T mが正のときには車 両を駆動するためのトルク Tmが発生するように電気モー夕 2 7が 駆動され、 トルク Tmが負のときにはトルク Tmを消費するように 電気モー夕 2 7が発電機として作動せしめられる。
次いでステップ 9 6では再生処理が完了したか否かが判別される 。 再成処理が完了していないときにはステップ 9 6 に進んで S〇 x センサ 1 6により S Ox トラップ触媒 1 3から流出した排気ガス中 の S O x濃度 S Dが検出される。 次いでステップ 9 8では S〇 x濃度 S Dが基準 S O,濃度 S D oと一定値 αとの和よりも大きいか否か が判別される。 S D > S D o + aのときにはステップ 9 9 に進んで 修正量 A T Qから一定値 mが減算される。 これに対し、 S D≤ S D o + αのときにはステップ 1 0 0 に進み、 ステップ 1 0 0 において S D< S D o — αであると判断されたときにはステップ 1 0 1 に進 んで修正量 A T Qに一定値 mが加算される。 即ち、 S〇x濃度 S D が S D O — 0! < S D< S D O + Q!となるように最終的な機関の出力 トルク T e oが制御される。 一方、 ステップ 9 6 において再成処理 が完了したと判断されたときにはステップ 1 0 2 に進んで再成完了 時の残留 S Ox量 S O Rが 3〇](量∑ S O Xとされる。
次に排気ガスの空燃比 AZ Fをリーンにした状態で S〇x トラッ プ触媒 1 3の再生を行うようにした場合について説明する。 この場 合には前述したように S〇x トラップ触媒 1 3 の温度は 6 0 0で程 度まで上昇され、 6 0 0 程度に維持される。 しかしながらこの場 合、 図 8の A/ F = l 6の曲線からわかるように S〇x量∑ S O X 量が多いときには S〇x放出温度 T Sが低くなり、 従ってこのとき に S〇x トラップ触媒 1 3の温度を 6 0 0で程度まで上昇させると 多量の S Oxが放出されてしまう。 即ち、 このときには S〇x トラッ プ触媒 1 3 の温度をほぼ S〇x放出温度 T S に維持する必要がある そこで排気ガスの空燃比 AZ Fをリーンにした状態で S〇x トラ ップ触媒 1 3 の再生を行うようにした場合には図 1 3 に示されるよ うに再成処理の初期段階では機関の出力 トルクを徐々に上昇せしめ 、 その後、 機関の出力 トルクをほぼ一定に維持するようにしている 。 即ちこの場合、 機関の出力 トルクは再成処理の初期段階を除いて ほぼ一定に保持される。
次に図 1 4 を参照しつつ電動装置の別の実施例について説明する 図 1 4 を参照するとこの実施例では電動装置が、 電気モー夕およ び発電機として作動する一対のモー夕ジェネレータ 2 0 0 , 2 0 1 と遊星歯車機構 2 0 2 とにより構成される。 この遊星歯車機構 2 0 2はサンギア 2 0 3 と、 リ ングギア 2 0 4 と、 サンギア 2 0 3 とリ ングギア 2 0 4間に配置されたプラネタリギア 2 0 5 と、 プラネ夕 リギア 2 0 5 を担持するプラネタリキャ リア 2 0 6 とを具備する。 サンギア 2 0 3 はモ一夕ジェネレータ 2 0 1 の回転軸 2 0 7 に連結 され、 ブラネ夕リキャ リ ア 2 0 6は内燃機関 1 の出力軸 2 1 1 に連 結される。 また、 リ ングギア 2 0 4は一方ではモー夕ジェネレータ 2 0 0の回転軸 2 0 8 に連結され、 他方では駆動輪に連結された出 力軸 2 1 0 にベルト 2 0 9 を介して連結される。 従ってリ ングギア 2 0 4が回転するとそれに伴なつて出力軸 2 1 0が回転せしめられ ることがわかる。
この電動装置の詳細な作動については説明を省略するが概略的に 言う と、 モー夕ジェネレータ 2 0 0は主に電動モー夕として作動し 、 モー夕ジェネレータ 2 0 1 は主に発電機として作動する。
S〇x トラップ触媒 1 3の再成時に機関の出力 トルクだけではト ルクが不足するときにはモー夕ジェネレータ 2 0 0が駆動され、 モ —夕ジェネレータ 2 0 0の出力 トルクが機関の出力 トルクに重疊さ れる。 このときモー夕ジェネレータ 2 0 1 は停止される。 これに対 し、 S〇x トラップ触媒 1 3の再成時に機関の出力 トルクが要求ト ルクに対して過剰になるときにはモー夕ジェネレータ 2 0 1 による 発電作用が行われ、 トルクの過剰分がモー夕ジェネレータ 2 0 1 の 発電作用により消費される。 このときモー夕ジェネレータ 2 0 0 は 停止される。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 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〇x トラップ触媒を配置し、 s〇x ト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〇x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 ッチになると吸蔵した N〇xを放出する N〇x吸蔵触媒を配置した 圧縮着火式内燃機関において、 機関による車両駆動力とは別個に車 両駆動力を発生可能でかつ機関により発電可能な電動装置を具備し ており、 S〇x トラップ触媒を再生すべきときには S O x トラップ触 煤から流出する排気ガス中の S〇x濃度が再生期間中、 予め定めら れた S〇x濃度以下となるように機関による車両駆動力と電動装置 による車両駆動力とを調整するようにした圧縮着火式内燃機関の排 気浄化装置。
2 . S〇x トラップ触媒を再生すべきときには S〇x トラップ触媒 から流出する排気ガス中の S〇x濃度が再生期間中、 予め定められ た S〇x濃度以下となるように機関の出力 トルクが制御され、 要求 トルクに対する トルクの不足分又は過剰分を電動装置によって調整 するようにした請求項 1 に記載の圧縮着火式内燃機関の排気浄化装 置。
3 . S〇x トラップ触媒に流入する排気ガスの空燃比がリ ッチの. もとで S〇x トラップ触媒を再生が行われ、 このとき再生処理が進 行するにつれて機関の出力 トルクが増大せしめられる請求項 2 に記 載の圧縮着火式内燃機関の排気浄化装置。
4 . S O x トラップ触媒に流入する排気ガスの空燃比がリーンの もとで S〇x トラップ触媒を再生が行われ、 このとき再成処理の初 期段階を除いて機関の出力 トルクがほぼ一定に保持される請求項 2 に記載の圧縮着火式内燃機関の排気浄化装置。
5 . S〇x トラップ触媒から流出する排気ガス中の S〇x濃度を検 出し、 検出された S〇x濃度が予め定められた S O x濃度範囲内とな るように機関の出力 トルクが制御される請求項 2 に記載の圧縮着火 式内燃機関の排気浄化装置。
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