WO2009020053A1 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

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selective reduction
reduction catalyst
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catalyst
internal combustion
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Shunsuke Toshioka
Tomihisa Oda
Yutaka Tanai
Shinya Asaura
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Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention relates to an exhaust emission control device for an internal combustion engine.
  • the New Omicron chi selective reduction catalysts upstream of the engine exhaust passage an oxidation catalyst arranged, by supplying urea to New Omicron chi selective reduction catalyst generated from urea
  • an internal combustion engine in which ⁇ ⁇ contained in exhaust gas is selectively reduced by the ammonia to be produced (see, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2 0205-23921).
  • this internal combustion institution ammonia adsorbed to Nyu_ ⁇ ⁇ selective reduction catalyst, the adsorbed ammonium Nia is et reacted to 'Nyu_ ⁇ ⁇ Ryomoto and Nyu_ ⁇ ⁇ contained in the exhaust gas. .
  • An object of the present invention is to provide an exhaust purification system of an internal combustion engine capable of obtaining an even better Nyu_ ⁇ chi purification rate as HC in vo chi selective reduction catalyst is attached.
  • the NO x selective reduction catalyst is disposed in the engine exhaust passage, urea is supplied to the NO x selective reduction catalyst, and NO x contained in the exhaust gas is selectively selected by the ammonia generated from the urea.
  • a HC deposition amount estimating means for estimating a deposition amount of HC adhered to N_ ⁇ x selective reduction catalyst, which is estimated by the HC deposition amount estimating means
  • the temperature of the N ⁇ x selective reduction catalyst is raised and N ⁇ ! ( Desorbs the adsorbed HC from the selective reducing catalyst, and accordingly N ⁇ x is selected.
  • An exhaust gas purification device for an internal combustion engine is provided which recovers HC poisoning of the reduction catalyst.
  • HC be the by connexion the NO x selective reduction catalyst to raise the temperature of the N_ ⁇ x selective reduction catalyst when the HC deposition amount to N_ ⁇ x selective reduction catalyst exceeds the allowable deposition amount
  • the poison is eliminated and thus a good NO x purification rate is obtained.
  • Fig. 1 is an overall view of a compression ignition type internal combustion engine
  • Fig. 2 is an overall view showing another embodiment of the compression ignition type internal combustion engine
  • Fig. 3 is a diagram showing an oxidation rate
  • Fig. 4 is a diagram showing an HC adhesion rate
  • Fig. 5 is a flow chart for calculating the HC adhesion amount
  • Fig. 6 is a flowchart for calculating the HC adhesion amount
  • Fig. 7 is a time chart showing the temperature rise control
  • Fig. 8 is for recovering HC poisoning. It is a flow chart.
  • 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 2
  • 4 Indicates an intake manifold
  • 5 indicates 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 Is done.
  • a suction valve 10 driven by a stepper motor is arranged in the intake duct 6, and cooling is performed around the intake duct 6 to cool the intake air flowing in the intake duct 6.
  • Device 1 1 is arranged. In the embodiment shown in FIG. 1, 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 is arranged adjacent to the oxidation catalyst 1 2 to collect particulate matter contained in the exhaust gas.
  • This particulate filter 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.
  • NO x selective reduction catalyst 1 5 Exhaust pipe 1 5 upstream
  • the urea water supply valve 1 7 is arranged in the 4, and this urea water supply valve 1 7 is connected to the urea water tank 2 via the supply pipe 1 8 and the supply pump 1 9. Concatenated to 0.
  • the urea water stored in the urea water tank 20 is injected by the supply pump 1 9 from the urea water supply valve 1 7 into the exhaust gas flowing through the exhaust pipe 14, and ammonia generated from urea ((NH 2 ) 2 CO + H 2 0 ⁇ 2 NH 3 + C 0 2 ), NO x contained in the exhaust gas is reduced in the N 0 x selective reduction catalyst 15.
  • Exhaust manifold 5 and intake manifold 4 are connected to each other via exhaust gas recirculation (hereinafter referred to as EGR) passage 2 1, and EGR passage 2
  • An electronically controlled EGR control valve 22 is disposed in 1.
  • a cooling device 23 for cooling the EGR gas flowing in the EGR passage 21 is arranged 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 to the common rail 25 by the fuel pump 26, and the fuel supplied to the common rail 25 is supplied to the fuel injection valve 24 via 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 RM (read-only memory) 3 2, RAM (random access 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, the N_ ⁇ x selective reduction catalyst 1 5 for detecting the bed temperature of the NO x selective reduction based catalyst 1 5
  • a temperature sensor 4 6 is installed.
  • An HC concentration sensor 47 for detecting the HC concentration in the exhaust gas flowing into the NO x selective reduction catalyst 15 is disposed in the exhaust pipe 14.
  • the output signals of these temperature sensors 45, 46, HC concentration sensor 47, and intake air amount detector 8 are input to the input port 35 via the corresponding AD converter 37.
  • 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.
  • the output voltage of the sensor 41 is input to the input port 35 via the corresponding AD converter 37.
  • 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 example a noble metal catalyst such as platinum, the oxidation catalyst 1 2 acts to oxidize the HC contained in the action with the exhaust gas to convert NO contained in the exhaust gas N0 2 Make. That is, N 0 2 is more oxidizable than N 0, so when NO is converted to N 0 2 , the oxidation reaction of particulate matter trapped on the particulate film 1 3 is promoted, and NO x selection Reduction action by ammonia in the reduction catalyst 15 is promoted.
  • 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.
  • the particulate filter 13 As the particulate filter 13, a particulate filter that does not support a catalyst can be used, or a particulate filter that supports a noble metal catalyst such as platinum can also be used.
  • the NO x selective reduction catalyst 15 is composed of an ammonia adsorption type Fe zeolite having 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.
  • the particulate filter 1 3 is arranged downstream of the oxidation catalyst 1 6, and therefore, in this embodiment, the outlet of the oxidation catalyst 1 2 is connected to the inlet of the NO x selective reduction catalyst 1 5 via the exhaust pipe 1 4. Is done.
  • Fig. 3 shows the relationship between the bed temperature T Q of the oxidation catalyst 12 and the oxidation rate M Q (g / sec) of HC, that is, the amount of HC that can be oxidized per unit time.
  • the oxidation rate M fl is zero when the bed temperature T Q of the oxidation catalyst 1 2 is approximately 200 ° C. or less, that is, when the oxidation catalyst 1 2 is not activated.
  • HC flowing into the catalyst 1 2 passes through the oxidation catalyst 1 2.
  • the oxidation catalyst 12 is activated, the amount of HC flowing into the oxidation catalyst 12 per unit time is the bed temperature T of the oxidation catalyst 12.
  • Fig. 4 (A) shows the adhesion rate R of HC adhering to the N 0 x selective reduction catalyst 15 at this time.
  • the HC adhesion rate R increases as the bed temperature Tn of the Nx x selective reduction catalyst 15 decreases.
  • the NO x selective reduction catalyst 1 as the amount of HC flowing into the 5 has a lower floor temperature T n of N_ ⁇ x selective reduction catalyst 1 5 even been made with the same amounts of the HC with adhesion to the NO x selective reduction catalyst 1 5 Will do.
  • Figure 4 (B) shows the bed temperature T n of NO x selective reduction catalyst 15 and HC desorption rate M d (g / sec), that is, HC desorbed from N0 x selective reduction catalyst 15 per unit time. Shows the relationship with the amount.
  • Fig. 4 (B) when the bed temperature T n of the NO x selective reduction catalyst 15 exceeds approximately 3500 ° C, the desorption rate M d rises and is shown as TF in Fig. 4 (B).
  • the desorption start temperature is approximately 3500 ° C. Therefore, when the bed temperature T n of the NO x selective reduction catalyst 15 is raised to the desorption start temperature TF or higher, HC can be desorbed from the N0 x selective reduction catalyst 15.
  • 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 HC supply is performed by injecting light oil from the HC supply valve 28.
  • an HC adhesion amount estimation means for estimating the adhesion amount of HC adhering to the ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ selective reduction catalyst 15, and the HC adhesion amount estimated by this HC adhesion amount estimation means is previously determined.
  • ⁇ ⁇ ⁇ Selective reduction catalyst 1 5 is heated to remove HC from the ⁇ ⁇ selective reduction catalyst 1 5, and thus ⁇ ⁇ ⁇ Selective reduction catalyst 1 It tries to recover 5 HC poisoning.
  • Fig. 5 shows the calculation routine when the HC adhesion amount is all calculated
  • Fig. 6 shows the calculation routine when the HC adhesion amount is obtained from the detection value of the HC concentration sensor 47. ing. All calculation routines are executed by interruption every fixed time.
  • step 50 the exhaust HC amount G discharged per unit time from the engine. Is calculated.
  • the emission 0 C amount G 0 that changes according to the operating state of the engine is stored in advance in R ⁇ ⁇ 32.
  • step 51 for example, the amount of HC supplied from the HC supply valve 28 to increase the temperature of the NO x selective reduction catalyst 15 is calculated.
  • step 52 the bed temperature of the oxidation catalyst 12 is reached. Oxidation speed M Q shown in FIG. 3 is calculated based on the.
  • step 53 the oxidation rate is M.
  • step 56 Is greater than the sum of the discharged HC amount GQ and the supplied HC amount (Go + G!). If MQ ⁇ GO + G !, go to step 5-5, or the amount of dropout G will be zero, then go to step 56. In contrast, it slipped amount G proceeds to step 5 5 when M 0 rather GQ + G ⁇ is G 0 + G r — M Q , then go to step 56.
  • Step 56 the HC adhesion rate R shown in Fig. 4 (A) is calculated.
  • the desorption speed Md shown in Fig. 4 (B) is calculated based on the bed temperature Tn of N0 x selective reduction catalyst 15 and then in step 59, the amount of HC deposited ⁇ HC HC adhesion amount ⁇ ⁇ HC is calculated by adding new HC adhesion amount W to HC and subtracting desorption rate M d from HC adhesion amount HC HC.
  • the amount of HC flowing into the NO x selective reduction catalyst 15 (G.10 is calculated, and the HC adhesion amount estimating means calculates the calculated amount of inflow HC (Go + G! ) HC deposition amount sigma HC are estimated using the HC desorption rate M d from the HC deposition rate R and N_ ⁇ x selective reduction catalyst 1 5 to the NO x selective reduction catalyst 1 5 which is set in advance for Next, the routine for calculating the HC adhesion amount shown in Fig. 6 will be described: In step 60, the HC concentration in the exhaust gas flowing into the NO x selective reduction catalyst 15 is detected by the HC concentration sensor 4 7.
  • step 61 the unit of NO x selective reduction catalyst 15 is based on the HC concentration detected by the HC concentration sensor 47 and the exhaust gas amount, that is, the intake air amount detected by the intake air amount detector 8. The amount of HC flowing in per hour is calculated.
  • the HC adhesion rate R shown in Fig. 4 (A) is calculated.
  • the desorption speed Md shown in Fig. 4 (B) is calculated based on the bed temperature Tn of the NO x selective reduction catalyst 15 and then at step 65, the HC adhesion amount ⁇ HC is calculated. new Add HC adhering amount W and subtract desorption rate M d from HC adhering amount ⁇ HC to calculate HC adhering amount ⁇ HC.
  • an HC concentration sensor 4 7 for detecting the HC concentration in the exhaust gas flowing into the NO x selective reduction catalyst 15 is provided, and N 0 x is selected by this HC concentration sensor 4 7.
  • the amount G of HC flowing into the reduction catalyst 15 is obtained, and the HC adhesion amount estimation means uses the HC adhesion to the N ⁇ x selective reduction catalyst 15 that is set in advance for the obtained inflow HC amount G.
  • HC adhesion amount ⁇ ⁇ HC is estimated.
  • the HC adhesion amount HC during engine operation is thus obtained, and the temperature increase control for recovering the HC poisoning of the NO x selective reduction catalyst 15 based on the HC adhesion amount HC. Is done. That is, Atsushi Nobori control of the NO x selective reduction catalyst 1 5 exceeds the allowable deposited amount MA X of HC deposition amount sigma HC is predetermined as shown is started in FIG. 7, of the NO x selective reduction catalyst 1 5 After the start of temperature increase, the temperature increase action of the NO x selective reduction catalyst 15 is stopped when the HC adhesion amount ⁇ HC decreases to a predetermined lower limit value MIN.
  • Figure 8 shows the routine for recovering HC poisoning. This routine is executed by interruption at regular intervals.
  • step 70 it is judged if the temperature raising control is in progress.
  • the routine proceeds to step 71, where it is determined whether or not the HC adhesion amount ⁇ HC exceeds the allowable adhesion amount MAX.
  • step 72 proceed to step 72 to start temperature rise control.
  • the routine proceeds from step 70 to step 73, where it is determined whether or not the HC deposition amount ⁇ H C is equal to or lower than the lower limit value MIN.
  • step 74 temperature rise control 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）に付着したＨＣの付着量が推定される。推定されたＨＣ付着量が予め定められた許容付着量を越えたときにはＮＯx選択還元触媒（１５）を昇温させてＮＯx選択還元触媒（１５）から付着ＨＣを脱離させ、それによってＮＯx選択還元触媒（１５）のＨＣ被毒が回復せしめられる。

Description

明 細 書 内燃機関の排気浄化装置 技術分野 ，
本発明は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χ選択還元触媒を配置し、 Ν Οχ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、 Ν Οχ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 Ν〇χ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 Ν〇χ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 Ν〇χと反応して' Ν〇χ 遼元せしめら れる。 .
ところでこのような内燃機関では通常機関から排出された大部分 の H Cは酸化触媒において酸化されるが一部の H Cは酸化触媒にお いて酸化されることなく ΝΟχ選択還元触媒に流入して ΝΟχ選択還 元触媒に付着する。 ところが H Cが Ν Οχ選択還元触媒に付奢する と Ν〇χ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 ΝΟχ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、 ΝΟχ選択還元触媒に H Cが付着したとしても 良好な Ν〇χ浄化率を得ることのできる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 NOx選択還元触媒を配置し 、 NOx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 ァにより排気ガス中に含まれる NOxを選択的に還元するようにし た内燃機関の排気浄化装置において、 N〇x選択還元触媒に付着し た H Cの付着量を推定する H C付着量推定手段を具備しており、 H C付着量推定手段により推定された H C付着量が予め定められた許 容付着量を越えたときには N〇x選択還元触媒を昇温させて N〇!(選 択還元触媒から付着 HCを脱離させ、 それによつて N〇x選択還元 触媒の H C被毒を回復するようにした内燃機関の排気浄化装置が提 供される。
このように本発明では、 N〇x選択還元触媒への H C付着量が許 容付着量を越えたときに N〇x選択還元触媒を昇温させることによ つて NOx選択還元触媒の H C被毒が解消され、 斯く して良好な N Ox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は酸化速度を示す図、 図 4は H C 付着率等を示す図、 図 5は H C付着量を算出するためのフローチヤ ート、 図 6は H C付着量を算出するためのフローチャート、 図 7は 昇温制御を示すタイムチャート、 図 8は H C被毒を回復するための フローチヤ一トである。 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 ステツプモ一夕により駆動されるス口ッ 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 キュレー卜フィルタ 1 3が配置され、 このパティキユレ一卜フィル 夕 1 3の出口は排気管 1 4を介して NOx選択還元触媒 1 5の入口 に連結される。 この NOx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。
NOx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 （ （NH2) 2 C O + H20→ 2 NH3 + C 02) によつ て排気ガス中に含まれる N Ox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〇 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。 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〇x選択還元触媒 1 5には N O 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 。 また、 排気管 1 4内には N O x選択還元触媒 1 5内に流入する排 気ガス中の H C濃度を検出するための H C濃度センサ 4 7が配置さ れる。 これら温度センサ 4 5， 4 6、 H C濃度センサ 4 7および吸 入空気量検出器 8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、 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 NOを N02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 02は N〇よりも酸化性が強く、 従って N Oが N 02に転換させる とパティキュレートフィル夕 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 NOx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、 NOx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 NOx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 NOx選択還元触媒 1 5に H Cが付着す るのを、 即ち NOx選択還元触媒 1 5が H C被毒を生ずるのをでき る限り回避するようにしている。
パティキユレ一トフィルタ 1 3 としては触媒を担持していないパ ティキュレートフィル夕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、 NOx選択還元触媒 1 5は低温で高い NOx浄化率 を有するアンモニア吸着タイプの F eゼォライ トから構成されてい 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 NOx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 パティキュレートフィルタ 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 Ox選択還元触媒 1 5の入口に連結される。
ところで図 1および図 2 に示される内燃機関では通常機関から排 出された大部分の H Cは酸化触媒 1 2において酸化されるが一部の H Cは酸化触媒 1 2において酸化されることなく NOx選択還元触 媒 1 5に流入して NOx選択還元触媒 1 5に付着する。 特に機関始 動時におけるように酸化触媒 1 2が活性化していないときには多量 の H Cが NOx選択還元触媒 1 5に流入して NOx選択還元触媒 1 5 に付着する。 そこでまず初めに酸化触媒 1 2による H Cの酸化作用 について説明する。
図 3は酸化触媒 1 2の床温 TQと H Cの酸化速度 MQ ( g /sec) 、 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 T。から定まる酸化速度 M。よりも 多いときは酸化速度 M。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〇x選択還元触媒 1 5に流入 して NOx選択還元触媒 1 5 に付着する。 図 4 (A) はこのとき N 〇x選択還元触媒 1 5に付着する H Cの付着率 Rを示している。 図 4 (A) からわかるように H C付着率 Rは N〇x選択還元触媒 1 5 の床温 T nが低くなるほど高くなる。 従って N Ox選択還元触媒 1 5に流入する H C量が同一であつたとしても N〇x選択還元触媒 1 5の床温 T nが低いほど多量の H Cが N Ox選択還元触媒 1 5に付 着することになる。
このように酸化触媒 1 2 をすり抜けた H Cは NOx選択還元触媒 1 5に流入して N〇x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 N〇x選択還元触媒 1 5 を昇温させることによ つて N〇x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 4 ( B ) を参照しつつ説明する。
図 4 (B) は NOx選択還元触媒 1 5の床温 T nと H Cの脱離速 度 M d ( g /sec) 、 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 4 ( B ) に示される ように N Ox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 4 ( 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 NOx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 N〇x選択 還元触媒 1 5から H Cを脱離できることになる。
本発明による実施例では、 N〇x選択還元触媒 1 5から H Cを脱 離すべきときには酸化触媒 1 2に H Cを供給して H Cの酸化反応熱 により NOx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 とによっ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 つて行われる。
さて、 前述したように NOx選択還元触媒 1 5への H C付着量が 増大すると N〇x選択還元触媒 1 5に吸着しうるアンモニア量が減 少し、 斯く して Ν ΟΧ浄化率が低下してしまう。 そこで本発明では 、 Ν ΟΧ選択還元触媒 1 5に付着した H Cの付着量を推定する H C 付着量推定手段を具備しており、 この H C付着量推定手段により推 定された H C付着量が予め定められた許容付着量を越えたときには Ν ΟΧ選択還元触媒 1 5 を昇温させて Ν〇χ選択還元触媒 1 5から付 着 H Cを脱離させ、 それによつて Ν ΟΧ選択還元触媒 1 5の H C被 毒を回復するようにしている。
ところでこのように H C付着量推定手段により H C付着量を推定 する場合、 H C付着量を全て計算により求めるやり方と、 H C濃度 センサ 4 7の検出値から求めるやり方とがある。 図 5は H C付着量 を全て計算により求めるようにした場合の算出ルーチンを示してお り、 図 6は H C付着量を H C濃度センサ 4 7の検出値から求めるよ うにした場合の算出ルーチンを示している。 いずれの算出ルーチン も一定時間毎の割込みによって実行される。
まず初めに図 5に示す H C付着量の算出ルーチンについて説明す ると、 ステップ 5 0では機関から単位時間当り排出される排出 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 Η C量 G 0は予め R Ο Μ 3 2内に記憶されている。 次いでステップ 5 1では例えば N O χ選択還元触媒 1 5 を昇温するために H C供給弁 2 8から供給される H C供給量 が算出される。 次いでステップ 5 2では酸化触媒 1 2の床温 Τ。に基づいて図 3に示される酸化速 度 MQが算出される。 次いでステップ 5 3では酸化速度 M。が排出 H C量 GQと供給 H C量 との和 （Go + G!) よりも大きいか否かが 判別される。 MQ ^ GO + G!のときにはステップ 5 5に進んですり 抜け量 Gが零とされ、 次いでステップ 5 6に進む。 これに対し、 M 0く G Q + G〖のときにはステップ 5 5 に進んですり抜け量 Gが G 0 + Gr— MQとされ、 次いでステップ 5 6に進む。
ステップ 5 6では図 4 ( A) に示される H C付着率 Rが算出され る。 次いでステップ 5 7では H Cのすり抜け量 Gに H C付着率 Rを 乗算することによって N〇x選択還元触媒 1 5への新たな H C付着 量 W (= G - R) が算出される。 次いでステップ 5 8では N〇x選 択還元触媒 1 5の床温 T nに基づいて図 4 ( B ) に示される脱離速 度 M dが算出され、 次いでステップ 5 9では H C付着量∑ H Cに新 たな H C付着量 Wを加算し、 H C付着量∑ H 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。
即ち、 図 5に示される実施例では NOx選択還元触媒 1 5に流入 する H Cの量 （G。十 が算出され、 H C付着量推定手段は、 算 出された流入 H C量 （Go + G!) に対して予め設定されている NO x選択還元触媒 1 5への H C付着率 Rおよび N〇x選択還元触媒 1 5 からの H C脱離速度 M dを用いて H C付着量∑ H Cが推定される。 次に図 6に示す H C付着量の算出ルーチンについて説明すると、 ステップ 6 0では H C濃度センサ 4 7 により NOx選択還元触媒 1 5に流入する排気ガス中の H C濃度が検出される。 次いでステップ 6 1では H C濃度センサ 4 7により検出された H C濃度と、 排気ガ ス量、 即ち吸入空気量検出器 8により検出された吸入空気量とに基 づいて NOx選択還元触媒 1 5に単位時間当り流入する H C量 Gが 算出される。
次いでステップ 6 2では図 4 ( A) に示される H C付着率 Rが算 出される。 次いでステップ 6 3では H C流入量 Gに H C付着率 Rを 乗算することによって N〇x選択還元触媒 1 5への新たな H C付着 量 W (= G · R) が算出される。 次いでステップ 6 4では N O x選 択還元触媒 1 5の床温 T nに基づいて図 4 (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 5では H C付着量∑ H Cに新 たな H C付着量 Wを加算し、 H C付着量∑ H 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。
即ち、 図 6に示される実施例では NOx選択還元触媒 1 5に流入 する排気ガス中の H C濃度を検出するための H C濃度センサ 4 7 を 設けてこの H C濃度センサ 4 7により N〇x選択還元触媒 1 5に流 入する H Cの量 Gが求められ、 H C付着量推定手段は、 求められた 流入 H C量 Gに対して予め設定されている N〇x選択還元触媒 1 5 への H C付着率 Rおよび NOx選択還元触媒 1 5からの H C脱離速 度 M dを用いて H C付着量∑ H Cが推定される。
本発明ではこのようにして機関運転中 H C付着量∑ H Cが求めら れており、 この H C付着量∑ H Cに基づいて NOx選択還元触媒 1 5の H C被毒を回復するための昇温制御が行われる。 即ち、 図 7 に 示されるように H C付着量∑ H Cが予め定められた許容付着量 MA Xを越えると N Ox選択還元触媒 1 5の昇温制御が開始され、 NOx 選択還元触媒 1 5の昇温開始後、 H C付着量∑ H Cが予め定められ た下限値 M I Nまで低下したときに NOx選択還元触媒 1 5の昇温 作用が停止される。
図 8に H C被毒を回復するためのルーチンを示す。 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 8 を参照するとまず初めにステツプ 7 0において昇温制御中か 否かが判別される。 昇温制御中でないときにはステップ 7 1 に進ん で H C付着量∑ H Cが許容付着量 MAXを越えたか否かが判別され る。 ∑ H C > M A Xとなったときにはステップ 7 2に進んで昇温制 御が開始される。 昇温制御が開始されるとステップ 7 0からステッ プ 7 3に進んで H C付着量∑ H Cが下限値 M I N以下になったか否 かが判別される。 ∑ H Cく M I Nになったときにはステップ 7 4に 進んで昇温制御が停止される。

Claims

1. 機関排気通路内に N〇x選択還元触媒を配置し、 該 N〇x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 NOxを選択的に還元するようにした内燃機関 の排気浄化装置において、 上記 NO x選択還元触媒に付着した H C 請
の付着量を推定する H C付着量推定手段を具備しており、 該 H C付 着量推定手段により推定された H C付着量が予め定められた許容付 着量を越えたときには NOx選択還元触媒を昇温させて N〇x選択還 元触媒から付着 H Cを脱離させ、 それによつて N〇x選択還元触媒 の H C被毒を回復するようにした内燃機関囲の排気浄化装置。
2. 上記 N〇x選択還元触媒に流入する H Cの量が算出され、 上 記 H C付着量推定手段は、 算出された流入 H C量に対して予め設定 されている NOx選択還元触媒への H C付着率および N〇x選択還元 触媒からの H C脱離速度を用いて上記 H C付着量を推定するように した請求項 1 に記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. NOx選択還元触媒に流入する排気ガス中の H C濃度を検出 するための H C濃度センサを設けて該 H C濃度センサにより N〇x 選択還元触媒に流入する H Cの量が求められ、 上記 H C付着量推定 手段は、 求められた流入 H C量に対して予め設定されている N〇x 選択還元触媒への H C付着率および NOx選択還元触媒からの H C 脱離速度を用いて上記 H C付着量を推定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。
4. 上記 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 N Ox選択還元触媒を昇温すべきときには該酸化触媒に H Cを供給して H Cの酸化反応熱により NOx選択還元触媒を昇温 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。
5. 上記 NOx選択還元触媒の昇温開始後、 上記 H C付着量が予 め定められた下限値まで低下したときに N〇x選択還元触媒の昇温 作用を停止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。
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