WO2008114885A1 - 圧縮着火式内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

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temperature
catalyst
internal combustion
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Shunsuke Toshioka
Tomihisa Oda
Takekazu Itoh
Kazuhiro Itoh
Yutaka Tanai
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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.
  • N_ ⁇ x selective reduction catalyst in the engine exhaust passage, arranged oxidation catalyst to the NO x selective reduction catalysts in the engine exhaust passage upstream of, generated from the urea to supply urea to the NO x selective reduction catalyst ammonia internal combustion engines, which selectively reduce N_ ⁇ x contained in the exhaust gas by the Ru known der (e.g. see JP 2 0 0 5 2 3 9 2 1 JP).
  • the adsorbed ammonium Nia is N_ ⁇ x is found allowed reduction by reacting with N_ ⁇ x contained in the exhaust gas.
  • An object of the present invention is to provide an exhaust emission control device for a compression ignition type internal combustion engine that can obtain a good NO x purification rate when the engine is started.
  • N_ ⁇ x selective reduction catalyst in the engine exhaust passage an oxidation catalyst disposed N_ ⁇ x selective reduction catalyst in the engine exhaust passage upstream of the urea N_ ⁇ x selective reduction catalyst feed in to an exhaust purification device of a compression ignition type internal combustion engine so as to selectively reduce N_ ⁇ x contained in the exhaust gas by ammonia Nia generated from the urea to supply HC to the oxidation catalyst at engine startup allowed to warm N_ ⁇ x selective reduction catalytic by the oxidation reaction heat of HC Te, this time to raise the temperature of the NO x selective reduction catalyst from N_ ⁇ x selective reduction catalyst to a HC desorption temperature range where HC is desorbed
  • An exhaust emission control device for a compression ignition internal combustion engine is provided.
  • N_ ⁇ x HC poisoning of N_ ⁇ x selective reduction catalyst temperature of the selective reduction catalyst by raising the top to HC desorption temperature range is eliminated, good N_ ⁇ x purification rate is obtained by thus .
  • 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 a diagram showing an oxidation rate and a desorption rate
  • Fig. 4 is a warm-up control.
  • the time chart shown in Fig. 5 is a flowchart for warm-up control.
  • Figure 1 shows an overall view of a compression ignition type internal combustion engine.
  • 1 is the engine body
  • 2 is the combustion chamber of each cylinder
  • 3 is each An electronically controlled fuel injection valve for injecting fuel into the 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 via the intake duct 6, and the inlet of the compressor 7 a is connected to the air cleaner 9 via the intake air amount detector 8.
  • the A throttle valve 10 driven by a step motor is arranged in the intake duct 6, and a cooling device 1 for cooling the intake air flowing in the intake duct 6 around the intake duct 6. 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 turbine 7 b of the exhaust turbocharger 7, and the outlet of the exhaust turbine 7 b is connected to the inlet of the oxidation catalyst 12.
  • a particulate filter 1 3 for collecting particulate matter contained in the exhaust gas is disposed adjacent to the oxidation catalyst 1 2, and the outlet of this particulate filter evening 1 3 Is connected to the inlet of the NO x selective reduction catalyst 15 via the exhaust pipe 14.
  • An oxidation catalyst 16 is connected to the outlet of the NO x selective reduction catalyst 15.
  • Urea water supply valve 1 7 is arranged in the upstream exhaust pipe 1 4. This urea water supply valve 1 7 is connected to the urea water tank via the supply pipe 1 8 and the supply pump 1 9. 2 Connected to 0. Urea water which is stored in the urea water tank 2 within 0 is injected into the exhaust gas flowing through the exhaust pipe 1 in 4 from the urea water supply valve 1 7 by the feed pump 1 9, was generated from the urea ammonia ((NH 2 ) 2 CO + H 2 0 ⁇ 2 NH 3 + C 0 2 ), N0 x contained in the exhaust gas is reduced in the N0 x selective reduction catalyst 15.
  • Exhaust manifold 5 and intake manifold 4 are exhaust gas recirculation (hereinafter
  • the EGR control valve 22 is disposed in the EGR passage 21.
  • the electronic control EGR control valve 22 is disposed in the EGR passage 21.
  • a cooling device 23 for cooling the EGR gas flowing in the EGR passage 21 is disposed around the EGR passage 21.
  • the engine cooling water is guided into the cooling device 23, and the EGR gas is cooled by the engine cooling water.
  • each fuel injection valve 3 is connected to a common rail 25 via a fuel supply pipe 24, and this common rail 25 is connected to a fuel tank 27 via an electronically controlled variable discharge pump 26. Is done.
  • the fuel stored in the fuel tank 27 is supplied into the common rail 25 by the fuel pump 26, and the fuel supplied into the common rail 25 is supplied to the fuel injection valve through each fuel supply pipe 24. Supplied to 3. Further, the exhaust manifold 5 is provided with an HC supply valve 28 for supplying hydrocarbons, that is, HC, into the exhaust manifold 5. In the example shown in Fig. 1, this HC consists of light oil.
  • 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 accelerator memory) 3 3, CPU (microphone processor) 3 4 Input port 3 5 and output port 3 6 are provided.
  • the oxidation catalyst 1 2 is attached a temperature sensor 4 5 for detecting the bed temperature of the oxidation catalyst 1 2, in the NO x selective reduction catalyst 1 5 for detecting the bed temperature of the N_ ⁇ x selective reduction based catalyst 1 5 A temperature sensor 4 6 is installed. The output signals of these temperature sensors 4 5, 4 6 and the intake air amount detector 8 are input to the input port 35 via the corresponding AD converters 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 passed through a corresponding AD converter 37. Input port 3 Entered in 5. Further, the crank angle sensor 42 that generates an output pulse every time the crankshaft rotates 15 ° is connected to the input port 35, for example.
  • the output port 3 6 is connected to the fuel injection valve 3 through the corresponding drive circuit 3 8, the step motor for driving the throttle valve 10, the urea water supply valve 17, the supply pump 19, the EGR control valve 22, Connected to fuel pump 26 and HC supply valve 28.
  • the oxidation catalyst 1 2 carries a noble metal catalyst such as platinum. This oxidation catalyst 1 2 converts NO contained in the exhaust gas into N 0 2 and oxidizes HC contained in the exhaust gas. It works. That is, N_ ⁇ 2 has a strong oxidizing than N_ ⁇ , thus oxidation reaction of N_ ⁇ was captured on Patikiyure one Bok fill evening 1 3 when the converted to N_ ⁇ 2 particulate matter is promoted, also N ⁇ x Selective reduction catalyst 15 The reduction action by ammonia is promoted. On the other hand, in the NO x selective reduction catalyst 15, as described above, when HC adheres, the amount of ammonia adsorbed decreases, so the NO x purification rate decreases. Thus the HC that you adhere to the NO x selective reduction catalyst 1 5 by oxidizing the HC thus by the oxidation catalyst 1 2,, namely around a N_ ⁇ x selective reduction catalyst 1 5 produce a HC poisoning Like to do.
  • a noble metal catalyst such as platinum
  • the particulate filter As the particulate filter, a particulate filter that does not support a catalyst can be used, or a particulate filter that supports a precious metal catalyst such as platinum can be used.
  • the NO x selective reduction catalyst 15 is composed of an ammonia adsorption type Fe zeolite that has a high NO x purification rate at a low temperature.
  • the oxidation catalyst 16 carries a noble metal catalyst made of, for example, platinum, and this oxidation catalyst 16 has an action of oxidizing ammonia leaked from the NO x selective reduction catalyst 15.
  • FIG. 2 shows another embodiment of the compression ignition type internal combustion engine.
  • Patikyure Bok filter 1 3 is arranged downstream of the oxidation catalyst 1 6, thus the outlet of the oxidation catalyst 1 2 in this embodiment is connected to the inlet of the N ⁇ x selective reduction catalyst 1 5 through the exhaust pipe 1 4.
  • N ⁇ x selective reduction catalyst 15 so as raise the temperature of the N_ ⁇ x selective reduction catalyst 1 5 by the oxidation reaction heat of HC by supplying HC to the oxidation catalyst 1 2 at the time of engine startup.
  • This supply of HC can be performed, for example, by injecting fuel into the combustion chamber 2 during the exhaust stroke, or by supplying HC into the engine exhaust passage. In the embodiment shown in FIG. 1 and FIG. 2, this supply of HC is performed by injecting light oil from the HC supply valve 28.
  • FIG. Fig. 3 (A) shows the relationship between the bed temperature T D of the oxidation catalyst 12 and the oxidation rate M Q (g Z sec) of HC, that is, the amount of HC that can be oxidized per unit time.
  • Fig. 3 ( ⁇ ) shows the bed temperature of ⁇ ⁇ selective reduction catalyst 15 ⁇ ⁇ and HC desorption rate M d (g / sec), that is, desorption from N ⁇ x selective reduction catalyst 15 per unit time
  • the relationship with the amount of HC is shown.
  • the desorption rate M d rises when the bed temperature T n of N ⁇ x selective reduction catalyst 15 exceeds approximately 3500 ° C
  • TF The approximately 3500 ° C shown is the desorption start temperature. Will therefore be desorbs HC of the NO x floor temperature T n of the selective reduction catalysts 1 5 from the NO x selective reduction catalyst 1 5 is raised up above the desorption start temperature TF.
  • HC poisoning is eliminated by raising the temperature of the ⁇ ⁇ ⁇ selective reduction catalyst 15 to the HC desorption temperature range above the desorption start temperature TF.
  • the present invention is to increase the temperature of Nyu_ ⁇ chi selective reduction catalyst 1 5 at the time of engine startup from vo chi selective reduction catalyst 1 5 to HC desorption temperature range where HC is desorbed.
  • the bed temperature T of the oxidation catalyst 12 When the temperature exceeds the activation temperature TX, the supply of HC from the HC supply valve 28 begins and the change in the amount of supplied HC is indicated by. That is, the amount of HC supplied is gradually reduced so that the bed temperature T 0 of the oxidation catalyst 12 approaches the target temperature smoothly. Since the amount of HC supplied Gz is large, a large amount of HC passes through the oxidation catalyst 1 2 but the bed temperature T of the oxidation catalyst 1 2. As the amount of HC increases, the amount of HC oxidized in the oxidation catalyst 12 increases, so as shown in FIG. 4, the slip-through HC amount W gradually decreases with time.
  • the NO x selective reduction catalyst 15 is heated by the exhaust gas whose temperature has been raised in the oxidation catalyst 12, so that the temperature rises behind the oxidation catalyst 12 as shown by the solid line in FIG.
  • the bed temperature Tn of the NO x selective reduction catalyst 15 is lower than the desorption start temperature TF, the slip-through HC amount W is added to the HC attachment amount ⁇ HC, so that the attachment amount HCHC gradually increases.
  • the bed temperature T n of the NO x selective reduction catalyst 15 exceeds the desorption start temperature TF, the HC desorption action from the ⁇ selective reduction catalyst 15 5 starts, so the amount of HC deposited HC HC gradually decreases.
  • the supply of HC is stopped. That is, in this embodiment, the amount of HC attached to the NO x selective reduction catalyst 15 is calculated, and when the calculated HC amount ⁇ HC is equal to or less than a predetermined set value HCX, the supply of HC Stopped.
  • the bed temperature T of the NO x selective reduction catalyst 15 The maximum limit temperature that can be increased is about 6500 ° considering thermal degradation. Therefore, in the embodiment according to the present invention, the temperature of the NO x selective reduction catalyst 15 is set to 35 0 ° C when the engine is started. To 65 0 ° C.
  • the change in the bed temperature T n of N_ ⁇ x selective reduction catalyst 1 5 shown by broken lines in FIG. 4 shows the change at the time of conventional Atsushi Nobori control.
  • this convergence temperature T f is 2 0 0 It is about ° C to 2500 ° C.
  • the bed temperature ⁇ of the NO x selective reduction catalyst 15 is changed so as to rise smoothly toward the convergence temperature T f as indicated by a broken line.
  • the bed temperature Tn of the NO x selective reduction catalyst 15 is raised to 350 ° C or higher, which is higher than the convergence temperature 1 ⁇ by 100 ° C or higher when the engine is started. .
  • This control routine is executed by interruption at regular intervals.
  • step 50 the amount of discharged HC G. Is calculated. Emission HC amount G that changes according to the operating state of this engine. Is stored in the ROM 32 in advance.
  • step 51 the bed temperature T of the oxidation catalyst 12 is reached. It is determined whether or not the temperature exceeds the activation temperature TX. When T Q ⁇ TF, proceed to step 52. The slipping amount W is the discharged HC amount G. Then, go to Step 59.
  • step 53 If> TX, go to step 53 to calculate HC supply.
  • step 54 HC supply control from the HC supply valve 28 is performed.
  • step 55 the bed temperature of the oxidation catalyst 12 is increased. Based on this, the oxidation rate M G shown in Fig. 3 ( ⁇ ) is calculated.
  • step 56 the oxidation rate is M. Emission HC amount G. It is determined whether or not it is greater than the sum (G. If MO ⁇ GD + GJ, go to step 5 7 Then, go to Step 59. In contrast, M. If ⁇ G Q + Gt, the process proceeds to step 58, and the skip amount W is set to GQ + G! — M 0, and then proceeds to step 59.
  • step 59 the desorption rate Md shown in Fig. 3 (B) is calculated based on the bed temperature Tn of the NO x selective reduction catalyst 15 and then in step 60, the amount of HC adhering to HC and the amount of slippage W And the amount of HC adhering ⁇ HC is calculated by subtracting the desorption rate M d from the amount of HC adhering ⁇ ⁇ C.
  • step 61 it is determined whether or not the amount of HC adhering ⁇ HC is decreasing. When the amount is decreasing, the routine proceeds to step 62, where it is determined whether or not the amount of HC adhering ⁇ HC has become lower than the set value HCX. . ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ When HC ⁇ HCX, proceed to step 63, and supply of HC is stopped.

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Abstract

内燃機関において、機関排気通路内にＮＯX選択還元触媒（１５）が配置され、ＮＯＸ選択還元触媒（１５）上流の機関排気通路内に酸化触媒（１２）が配置される。機関始動時にＨＣ供給弁（２８）から酸化触媒（１２）にＨＣが供給されてＨＣの酸化反応熱によりＮＯX選択還元触媒（１５）が昇温せしめられる。このときＮＯX選択還元触媒（１５）の温度がＮＯX選択還元触媒（１５）からＨＣが脱離するＨＣ脱離温度範囲まで上昇せしめられる。

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
機関排気通路内に N〇x選択還元触媒を配置し、 N Ox選択還元触 媒上流の機関排気通路内に酸化触媒を配置し、 N Ox選択還元触媒 に尿素を供給して尿素から発生するアンモニアにより排気ガス中に 含まれる N〇xを選択的に還元するようにした内燃機関が公知であ る （例えば特開 2 0 0 5— 2 3 9 2 1号公報を参照） 。 この内燃機 関では N〇x選択還元触媒にアンモニアが吸着し、 吸着したアンモ ニァが排気ガス中に含まれる N〇xと反応して N〇xが還元せしめら れる。
ところでこの内燃機関において機関始動時に酸化触媒に H Cを供 給し、 H Cの酸化反応熱により N〇x選択還元触媒を昇温させる場 合、 NOx選択還元触媒を早期に暖機すべく多量の H Cを供給する と酸化触媒において酸化しきれなかった H Cが N〇x選択還元触媒 に流入して N〇x選択還元触媒に付着する。 ところが H Cが N〇x選 択還元触媒に付着すると NOx選択還元触媒にアンモニアが吸着で きなくなり、 斯く して N〇x浄化率が低下するという問題を生ずる これに対し、 H Cが N〇x選択還元触媒に付着しないように、 即 ち N Ox選択還元触媒が H C被毒を受けないように H Cの供給量を 少なくすると N〇x選択還元触媒が昇温するのに時間を要し、 斯く 08 055615 してこの場合にも N〇x浄化率が低下するという問題を生ずる。 発明の開示
本発明の目的は、 機関始動時に良好な N O x浄化率が得られる圧 縮着火式内燃機関の排気浄化装置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 N〇x選択還元触媒を配置し 、 N〇x選択還元触媒上流の機関排気通路内に酸化触媒を配置し、 N〇x選択還元触媒に尿素を供給してこの尿素から発生するアンモ ニァにより排気ガス中に含まれる N〇xを選択的に還元するように した圧縮着火式内燃機関の排気浄化装置において、 機関始動時に酸 化触媒に H Cを供給して H Cの酸化反応熱により N〇x選択還元触 媒を昇温させ、 このとき N O x選択還元触媒の温度を N〇x選択還元 触媒から H Cが脱離する H C脱離温度範囲まで上昇させるようにし た圧縮着火式内燃機関の排気浄化装置が提供される。
このように N〇x選択還元触媒の温度を H C脱離温度範囲まで上 昇させることによって N〇x選択還元触媒の H C被毒が解消され、 斯く して良好な N〇x浄化率が得られる。 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は酸化速度および脱離速度を示す 図、 図 4は暖機制御を示すタイムチャート、 図 5は暖機制御を行う 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
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、 排気タービン 7 bの出口は酸化触媒 1 2 の入口に連結される。 この酸化触媒 1 2の下流には酸化触媒 1 2に 隣接して排気ガス中に含まれる粒子状物質を捕集するためのパティ キュレートフィルタ 1 3が配置され、 このパティキュレートフィル 夕 1 3の出口は排気管 1 4を介して N O x選択還元触媒 1 5の入口 に連結される。 この N O x選択還元触媒 1 5の出口には酸化触媒 1 6が連結される。
N〇x選択還元触媒 1 5上流の排気管 1 4内には尿素水供給弁 1 7が配置され、 この尿素水供給弁 1 7は供給管 1 8、 供給ポンプ 1 9 を介して尿素水タンク 2 0に連結される。 尿素水タンク 2 0内に 貯蔵されている尿素水は供給ポンプ 1 9によって尿素水供給弁 1 7 から排気管 1 4内を流れる排気ガス中に噴射され、 尿素から発生し たアンモニア （ （N H 2 ) 2 C O + H 2 0→ 2 N H 3 + C 0 2 ) によつ て排気ガス中に含まれる N〇xが N〇x選択還元触媒 1 5において還 元される。
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 2 1 を介して互いに連結され、 E G R通路 2 1内には電子制御式 E G R制御弁 2 2が配置される。 また、 E G R 通路 2 1周りには E G R通路 2 1内を流れる E G Rガスを冷却する ための冷却装置 2 3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 2 3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 4を介してコ モンレール 2 5に連結され、 このコモンレール 2 5は電子制御式の 吐出量可変な燃料ポンプ 2 6を介して燃料タンク 2 7に連結される 。 燃料タンク 2 7内に貯蔵されている燃料は燃料ポンプ 2 6によつ てコモンレール 2 5内に供給され、 コモンレール 2 5内に供給され た燃料は各燃料供給管 2 4を介して燃料噴射弁 3に供給される。 ま た、 排気マニホルド 5には排気マニホルド 5内に炭化水素、 即ち H Cを供給するための H C供給弁 2 8が配置される。 図 1 に示される 実施例ではこの H Cは軽油からなる。
電子制御ユニッ 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 AM (ランダムアクセルメモリ） 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。 酸化触媒 1 2には酸化触媒 1 2 の床温を検出するための温度 センサ 4 5が取付けられ、 N Ox選択還元触媒 1 5には N〇x選択還 元触媒 1 5の床温を検出するための温度センサ 4 6が取付けられる 。 これら温度センサ 4 5 , 4 6および吸入空気量検出器 8の出力信 号は夫々対応する AD変換器 3 7 を介して入力ポート 3 5に入力さ れる。
また、 アクセルペダル 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 AD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 1 0の駆動用ステップモータ、 尿素水供給弁 1 7、 供給ポンプ 1 9 、 E G R制御弁 2 2、 燃料ボン プ 2 6および H C供給弁 2 8に接続される。
酸化触媒 1 2は例えば白金のような貴金属触媒を担持しており、 この酸化触媒 1 2は排気ガス中に含まれる N Oを N 0 2に転換する 作用と排気ガス中に含まれる H Cを酸化させる作用をなす。 即ち、 N〇 2は N〇よりも酸化性が強く、 従って N〇が N〇 2に転換させる とパティキユレ一卜フィル夕 1 3上に捕獲された粒子状物質の酸化 反応が促進され、 また N〇x選択還元触媒 1 5でのアンモニアによ る還元作用が促進される。 一方、 N O x選択還元触媒 1 5では前述 したように H Cが付着するとアンモニアの吸着量が減少するために N O x浄化率が低下する。 従ってこのように酸化触媒 1 2により H Cを酸化することによって N O x選択還元触媒 1 5に H Cが付着す るのを、 ，即ち N〇x選択還元触媒 1 5が H C被毒を生ずるのを回避 するようにしている。
パティキユレ一トフィル夕 1 3 としては触媒を担持していないパ ティキユレ一トフィルタを用いることもできるし、 例えば白金のよ うな貴金属触媒を担持したパティキュレートフィル夕を用いること もできる。 一方、 N〇x選択還元触媒 1 5は低温で高い N〇x浄化率 を有するアンモニア吸着タイプの F eゼォライ 卜から構成されてい る。 また、 酸化触媒 1 6は例えば白金からなる貴金属触媒を担持し ており、 この酸化触媒 1 6は N O x選択還元触媒 1 5から漏出した アンモニアを酸化する作用をなす。
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 パティキュレー卜フィルタ 1 3が酸化触媒 1 6の下流に配置され、 従ってこの実施例では酸化触媒 1 2の出口が排気管 1 4を介して N 〇x選択還元触媒 1 5の入口に連結される。
さて、 N〇x選択還元触媒 1 5は或る程度温度上昇しないと N〇x の選択還元作用を行わず、 即ち活性化せず、 従って機関始動時には できるだけ早く N Ox選択還元触媒 1 5 を活性化する必要がある。 そこで本発明では機関始動時に酸化触媒 1 2に H Cを供給して H C の酸化反応熱により N〇x選択還元触媒 1 5を昇温させるようにし ている。 この H Cの供給は例えば排気行程中に燃焼室 2内に燃料を 噴射することによって行うこともできるし、 機関排気通路内に H C を供給することによつても行うことができる。 図 1および図 2に示 される実施例ではこの H Cの供給は H C供給弁 2 8から軽油を噴射 することによって行われる。
しかしながら機関始動時には酸化触媒 1 2において供給された全 ての H Cを必ずしも酸化させることはできない。 このことについて 図 3 (A) を参照しつつ説明する。 図 3 ( A) は酸化触媒 1 2の床 温 TDと H Cの酸化速度 MQ ( g Z s e c ) 、 即ち単位時間当り酸化 しうる H Cの量との関係を示している。
図 3 ( A ) からわかるように酸化触媒 1 2の床温 T Qがほぼ 2 0 0 °C以下のとき、 即ち酸化触媒 1 2が活性化していないときには酸 化速度 Mflは零であり、 従ってこのとき酸化触媒 1 2内に流入する H Cは酸化触媒 1 2をすり抜ける。 一方、 酸化触媒 1 2が活性化し たときに酸化触媒 1 2に単位時間当り流入する H Cの量が酸化触媒 1 2の床温 T。から定まる酸化速度 M。よりも少ないときは全ての流 入 H Cが酸化触媒 1 2において酸化され、 酸化触媒 1 2に単位時間 当り流入する H Cの量が酸化触媒 1 2の床温 Τ。から定まる酸化速 度 MQよりも多いときは酸化速度 Μ。を越えた分の H Cが酸化触媒 1 2をすり抜けることになる。
酸化触媒 1 2 をすり抜けた H Cは N Ox選択還元触媒 1 5に流入 して Ν〇χ選択還元触媒 1 5に付着する。 しかしながらこの付着し た H Cは Ν〇χ選択還元触媒 1 5 を昇温させることによって Ν〇χ選 択還元触媒 1 5から脱離させることができる。 次にこのことについ て図 3 (Β) を参照しつつ説明する。
図 3 ( Β ) は Ν〇χ選択還元触媒 1 5の床温 Τ ηと H Cの脱離速 度 M d ( g/ s e c ) 、 即ち単位時間当り N〇x選択還元触媒 1 5 から脱離される H Cの量との関係を示している。 図 3 (B) に示さ れるように N〇x選択還元触媒 1 5の床温 T nがほぼ 3 5 0 °Cを越 えると脱離速度 M dが立ち上がり、 図 3 (B) において T Fで示さ れるほぼ 3 5 0 °Cが脱離開始温度となる。 従って N Ox選択還元触 媒 1 5の床温 T nを脱離開始温度 T F以上まで上昇させると NOx 選択還元触媒 1 5から H Cを脱離できることになる。
ΝΟχ選択還元触媒 1 5を早期に昇温させるには H C供給弁 2 8 から多量の H Cを供給すればよい。 しかしながら多量の H Cを供給 すると H Cが酸化触媒 1 2をすり抜け、 Ν Οχ選択還元触媒 1 5が H C被毒を生ずることになる。 しかしながら ΝΟχ選択還元触媒 1 5の温度を脱離開始温度 T F以上の H C脱離温度範囲まで上昇させ れば H C被毒が解消される。 従って本発明では機関始動時に Ν〇χ 選択還元触媒 1 5の温度を ΝΟχ選択還元触媒 1 5から H Cが脱離 する H C脱離温度範囲まで上昇させるようにしている。
次に図 4を参照しつつ本発明による Ν Οχ選択還元触媒 1 5の暖 機制御について説明する。
機関が始動されると多量の未燃 H Cが燃焼室 2から排出され、 従 つて図 4に示されるように機関始動時には燃焼室 2から排出される H Cの量 G。は一時的に高くなる。 通常、 このとき酸化触媒 1 2は 活性化していないのでこの排出 H Cは酸化触媒 1 2をすり抜ける。 このすり抜けた H Cは NOx選択還元触媒 1 ,5に付着し、 従って図 4からわかるようにすり抜け H C量 Wが N Ox選択還元触媒 1 5の H C付着量∑ H Cに加算される。
次いで酸化触媒 1 2の床温 T。が活性化温度 T Xを越えると H C 供給弁 2 8からの H Cの供給が開始され、 この H C供給量の変化が で示されている。 即ち、 H C供給量 は酸化触媒 1 2の床温 T 0が目標とする温度に滑らかに近ずくように少しずつ減少せしめら れる。 H C供給量 Gzは多量であるので多量の H Cが酸化触媒 1 2 をすり抜けるが酸化触媒 1 2の床温 T。が上昇するほど酸化触媒 1 2において酸化される H C量が増大するので図 4に示されるように すり抜け H C量 Wは時間が経過するにつれて次第に減少する。
一方、 NOx選択還元触媒 1 5は酸化触媒 1 2において昇温され た排気ガスによって加熱されるので図 4において実線で示されるよ うに酸化触媒 1 2より も遅れて温度上昇する。 NOx選択還元触媒 1 5の床温 T nが脱離開始温度 T Fよりも低いときにはすり抜け H C量 Wが H C付着量∑ H Cに加算されるので付着量∑ H Cは次第に 増大する。 しかしながら NOx選択還元触媒 1 5の床温 T nが脱離 開始温度 T Fを越えると ΝΟχ選択還元触媒 1 5からの H Cの脱離 作用が開始させるので H C付着量∑ H Cは次第に減少する。
次いで H C付着量∑ H Cが設定値 H C X以下になると H Cの供給 が停止される。 即ち、 この実施例では NOx選択還元触媒 1 5に付 着している H C量が算出され、 算出された H C量∑ H Cが予め定め られた設定値 H C X以下となったときに H Cの供給が停止される。 なお、 NOx選択還元触媒 1 5の床温 T。の上昇しうる最大限界温 度は熱劣化を考慮すると 6 5 0 ° 程度となる。 従って本発明による 実施例では機関始動時に NOx選択還元触媒 1 5の温度を 3 5 0 °C から 6 5 0 °Cの範囲内まで上昇させるようにしている。
一方、 図 4において破線で示す N〇x選択還元触媒 1 5の床温 T nの変化は従来の昇温制御時における変化を示している。 内燃機関 では、 暖機運転中においてアイ ドリング運転が続行されたときに N Ox選択還元触媒 1 5の温度が最終的に収束する収束温度 Tf が存在 し、 この収束温度 Tf は 2 0 0 °Cから 2 5 0 °C程度である。 従来の 昇温制御では NOx選択還元触媒 1 5の床温 Τ ηは破線で示すよう にこの収束温度 T f に向けて滑らかに上昇するように変化せしめら れる。
これに対して本発明では機関始動時に NOx選択還元触媒 1 5の 床温 T nは収束温度 1\よりも 1 0 0 °C以上高い 3 5 0 °C以上まで 昇温せしめられることがわかる。
次に図 5に示す暖機制御ルーチンについて説明する。 なお、 この 制御ルーチンは一定時間毎の割込みによって実行される。
図 5を参照すると、 まず初めにステップ 5 0 において排出 H C量 G。が算出される。 この機関の運転状態に応じて変化する排出 H C 量 G。は予め R O M 3 2内に記憶されている。 次いでステップ 5 1 では酸化触媒 1 2の床温 T。が活性化温度 T Xを越えたか否かが判 別される。 TQ≤T Fのときにはステップ 5 2に進んですり抜け量 Wが排出 H C量 G。とされ、 次いでステップ 5 9に進む。
これに対して T。>T Xのときにはステップ 5 3 に進んで H C供 給量 が算出される。 次いでステップ 5 4では H C供給弁 2 8か らの H C供給制御が行われる。 次いでステップ 5 5では酸化触媒 1 2の床温 Τ。に基づいて図 3 (Α) に示される酸化速度 MGが算出さ れる。 次いでステップ 5 6では酸化速度 M。が排出 H C量 G。と供給 H C量 との和 （G。 + G ) よりも大きいか否かが判別される。 MO ^ GD + GJのときにはステップ 5 7に進んですり抜け量 Wが零 とされ、 次いでステップ 5 9に進む。 これに対し、 M。< GQ + Gt のときにはステップ 5 8に進んですり抜け量 Wが GQ + G ! — M0と され、 次いでステップ 5 9に進む。
ステップ 5 9では N Ox選択還元触媒 1 5の床温 T nに基づいて 図 3 ( B ) に示される脱離速度 M dが算出され、 次いでステップ 6 0では H C付着量∑ H Cにすり抜け量 Wを加算し、 H C付着量 Σ Η Cから脱離速度 M dを減算することによって H C付着量∑ H Cが算 出される。 次いでステップ 6 1では H C付着量∑ H Cが減少中か否 かが判別され、 減少中のときにはステップ 6 2に進んで H C付着量 ∑ H Cが設定値 H C Xよりも低くなつたか否かが判別される。 ∑ H C < H C Xになったときにはステップ 6 3に進んで H Cの供給が停 止される。

Claims

請 求 の 範 囲
1. 機関排気通路内に NOx選択還元触媒を配置し、 該 NOx選択 還元触媒上流の機関排気通路内に酸化触媒を配置し、 該 Ν〇χ選択 還元触媒に尿素を供給して該尿素から発生するアンモニアにより排 気ガス中に含まれる ΝΟχを選択的に還元するようにした圧縮着火 式内燃機関の排気浄化装置において、 機関始動時に上記酸化触媒に H Cを供給して H Cの酸化反応熱により Ν Οχ選択還元触媒を昇温 させ、 このとき Ν〇χ選択還元触媒の温度を Ν〇χ選択還元触媒から H Cが脱離する H C脱離温度範囲まで上昇させるようにした圧縮着 火式内燃機関の排気浄化装置。
2. 上記 ΝΟχ選択還元触媒の昇温時に該 Ν〇χ選択還元触媒の温 度を 3 5 0 °Cから 6 5 0 °Cの範囲内まで上昇させるようにした請求 項 1 に記載の圧縮着火式内燃機関の排気浄化装置。
3. 暧機運転中においてアイ ドリ ング運転が続行されたときに N 〇x選択還元触媒の温度が最終的に収束する収束温度が存在し、 上 記 N〇x選択還元触媒の昇温時に該 N〇x選択還元触媒の温度を該収 束温度よりも 1 0 0 °C以上高い温度まで上昇させるようにした請求 項 1 に記載の圧縮着火式内燃機関の排気浄化装置。
4. 上記 N〇x選択還元触媒に付着している H C量を算出し、 算 出された H C量が予め定められた設定値以下となったときに H Cの 供給を停止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。
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