WO2009031483A1 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents
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- F02D2041/1469—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being an ammonia content or concentration of the exhaust gases with determination means using an estimation
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Definitions
- the present invention relates to an exhaust emission control device for an internal combustion engine.
- N0 x contained in the exhaust gas is occluded and occluded when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas becomes the stoichiometric air-fuel ratio or the latch.
- N ⁇ x occlusion catalyst that releases NO x is disposed, downstream of the NO x storage catalyst, selectively reduced to be N_ ⁇ x selective reduction catalyst to place the N_ ⁇ x of
- N_ ⁇ x storage catalyst temporarily lean the air-fuel ratio of the exhaust gas to be released to N_ ⁇ x from medium flowing into the Mi original catalyst
- N_ ⁇ x from N_ ⁇ x storage catalyst in an internal combustion engine is performed in consequences, therefore a state of N_ ⁇ x from N_ ⁇ x storage catalyst does not flow out to continue the N_ ⁇ x selective reduction catalyst amm Nia adsorbed continues to adsorb to the NO x selective reduction catalyst without being removed by reaction with NO x.
- the saturated adsorption amount of ammonia to N_ ⁇ x selective reduction catalyst thus ammoniated the air-fuel ratio of the exhaust gas is generated-out bets that each time it is to re-pitch with the slip through N_ ⁇ x selective reduction catalyst Cause the problem of being discharged into the atmosphere. Disclosure of the invention
- An object of the present invention is Rukoto to provide an exhaust gas purification system of an internal combustion engine capable of ammonia constantly N_ ⁇ x selective reduction catalyst is maintained in a state capable of adsorbing.
- the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the engine exhaust passage is lean
- the air-fuel ratio of the exhaust gas that occludes and flows in N0 x contained in the exhaust gas is the stoichiometric air-fuel ratio or the switch.
- N_ ⁇ x storage catalyst which can selectively reduce NO x in the exhaust gas by the adsorbed ammonia place the selective reduction catalyst
- NO x storage to be released the N ⁇ x from the catalyst internal combustion engine was switched temporarily lean KARARI pitch the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the N_ ⁇ x storage catalyst in the exhaust purification apparatus
- N_ ⁇ x storage in order to release the N_ ⁇ x from N_ ⁇ x storage catalyst Just before the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst is replaced over from lean temporarily rich, and to execute the ammonia removal control for removing the ammonia ⁇ adsorbed on the N_ ⁇ x selective reduction catalyst
- An exhaust emission control device for an internal combustion engine is provided.
- the reduction catalyst is always maintained in a state where ammonia can be adsorbed.
- Fig. 1 is an overall view of a compression ignition type internal combustion engine
- Fig. 2 is a cross-sectional view of the surface part of the catalyst carrier of the NO x storage catalyst
- Fig. 3 is a time chart of NO x supply control for ammonia removal
- Fig. 4 is storage NO shows to view a map or the like of the x amount NOXA
- FIG. 5 shows a like amount of Li pitch processing time of the reducing agent
- FIG. 6 shows the flow amount of ammonia to N_ ⁇ x selective reduction catalyst
- FIG. 1 is an overall view of a compression ignition type internal combustion engine
- Fig. 2 is a cross-sectional view of the surface part of the catalyst carrier of the NO x storage catalyst
- Fig. 3 is a time chart of NO x supply control for ammonia removal
- Fig. 4 is storage NO shows to view a map or the like of the x amount NOXA
- FIG. 5 shows a like amount of Li pitch processing time of the reducing agent
- FIG 7 flow chart for performing the exhaust gas purification process
- Figure 8 is a diagram for explaining a method of removing adsorbed ammonia
- FIG 9 showing the ammonia saturated adsorption amount and the like to N_ ⁇ x selective reduction catalyst
- Fig. 11 is a flowchart for performing exhaust purification processing
- Fig. 12 is an overall view showing another embodiment of the compression ignition type internal combustion engine
- Fig. 13 is saturation adsorption of ammonia.
- Fig. 14 is a diagram for explaining the lick process for checking the quantity. Furochiya an Bok for checking control to check the saturated adsorption amount of ammonia.
- 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 —
- 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 Is done.
- 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 evening over bins 7 b of the exhaust turbocharger 7, the outlet of the exhaust turbine 7 b is connected to the inlet of an N_ ⁇ x storage catalysts 1 2.
- the outlet of the NO x storage catalyst 1 2 via the discharge pipe 1 3 selectively reduced to be N_ ⁇ x selective reduction of N_ ⁇ x in the exhaust gas by the ammonia when the air-fuel ratio of the exhaust gas is lean Connected to catalyst 14.
- the N_ ⁇ x selective reduction catalyst 1 4 is formed from, for example, F e Zeorai Bok ammonia adsorption type.
- the exhaust manifold 5 and the intake manifold 4 are connected to each other via an exhaust gas recirculation (hereinafter referred to as EGR) passage 15, and an electronically controlled EGR control valve 16 is provided in the EGR passage 15. Be placed.
- a cooling device 17 for cooling the EGR gas flowing in the EGR passage 15 is disposed around the EGR passage 15.
- the engine cooling water is guided into the cooling device 17 and the EGR gas is cooled by the engine cooling water.
- each fuel injection valve 3 is connected to a common rail 19 via a fuel supply pipe 18, and this common rail 19 is connected to a fuel tank 21 via an electronically controlled variable discharge fuel pump 20. Is done.
- the fuel stored in the fuel tank 2 1 is fed by the fuel pump 2 0.
- the fuel supplied into the common rail 19 is supplied to the fuel injection valve 3 through each fuel supply pipe 18.
- the electronic control unit 0 30 is from a digital computer and is connected to each other by means of a bidirectional bus 31.
- FIG. 1 A catalyst support made of alumina, for example, is supported on the N0 x storage catalyst 12, and FIG. 2 (A), (B) schematically shows a cross section of the surface portion of the catalyst carrier 45.
- the components constituting the N_ ⁇ x absorbent 4 7 eg force Li c Alkaline metals such as sodium, sodium Na, cesium Cs, alkaline earths such as norm Ba, calcium Ca, rare earths such as lanthanum La, yttrium Y At least one selected from is used.
- combustion chamber 2 and NO x storage catalyst 1 2 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 2 is called the air-fuel ratio of the exhaust gas, the NO x absorbent 4 7 air-fuel ratio of the exhaust gas is absorbed sometimes NO x lean, the oxygen concentration in the exhaust gas performs the absorbing and releasing action of N_ ⁇ x which releases N_ ⁇ x absorbed to decrease.
- N_ ⁇ x absorbent 4 7 N_ ⁇ x absorption capacity unless saturated NO 2 is the NO x absorbent 4 Nitrate is absorbed into 7 and nitrate ion NO 3 is generated.
- the released NO x lean air-fuel ratio of the thus exhaust gas becomes N 2 and C_ ⁇ 2 as shown in FIG. 2 (B) if it is reduced by C_ ⁇
- NO x in the exhaust gas is absorbed into the N 0 x absorbent 47.
- NO j absorption ability of the NO x absorbent 4 7 during the combustion under a lean air-fuel ratio is continued is saturated by the NO x absorbent 4 7 and thus NO x Therefore, in the embodiment according to the present invention, the air-fuel ratio of the exhaust gas is temporarily turned on before the absorption capacity of the NO x absorbent 47 is saturated, and accordingly N0 x absorbent is obtained. 4 7 to 1 ⁇ 0); is released.
- Ammonia removal control is performed to remove the ammonia.
- the present invention air-fuel ratio of the exhaust gas in accordance with embodiment Shi was N_ ⁇ x is flowing out from the NO x storage catalyst 1 2 just before they are re-pitch Merare, N_ ⁇ this N_ ⁇ x x Selective reduction catalyst 14 Ammonia adsorbed on 4 is removed. That is, above ⁇ Nmonia removal control, in the embodiment according to the present invention, the air-fuel ratio of the exhaust gas N_ ⁇ x amount necessary to remove ⁇ Nmonia adsorbed on the N_ ⁇ x selective reduction catalyst 1 4 Li consisting under the NO x selective reduction catalyst 1 4 to supply ammonia removal for N_ ⁇ x supply control over emissions.
- Figure 3 shows a time chart of the NO x supply control ammonia removal.
- AZF indicates the air-fuel ratio of the exhaust gas
- ND indicates the amount of N0 x flowing out of the NO x storage catalyst 12, that is, the amount of inflow N0 x flowing into the NO x selective reduction catalyst 14.
- NS is N_ ⁇ x occlusion catalyst 1 2 It shows the occluded amount of NO x occluded in the
- HS indicates the amount of adsorbed ammonia that is adsorbed on the NO x selective reduction catalyst 1 4.
- NSX represents the amount of occluded NO x when the air-fuel ratio AF of the exhaust gas is switched to the rich state NS.
- NO x storage catalyst 1 2 cannot store all N0 x contained in the exhaust gas and is contained in the exhaust gas. Part of the NO x can pass through the NO x storage catalyst 1 2. Slipping amount of the N_ ⁇ x increases with the lapse of time, resulting over time inflow N_ ⁇ x amount ND to the NO x selective reduction catalyst 1 4 increases. Ammonia adsorbed on the NO x selective reduction catalyst 14 is consumed to reduce the inflow N0 x, and thus the adsorbed ammonia amount HS decreases with time.
- NO x slipping through the NO x storage catalyst 12 is performed until the adsorbed ammonia amount HS becomes zero, and when the adsorbed ammonia amount HS becomes zero, the exhaust gas is exhausted.
- air-fuel ratio AZF is switched to the lean KARARI pitch slipping of N_ ⁇ x is stopped. That is, the in the embodiment according to the present invention for removing ammonia amount of the NO x when the air-fuel ratio of the exhaust gas slip through under N_ ⁇ x storing catalyst 1 2 lean is adsorbed on the NO x selective reduction catalyst 1 4
- the air-fuel ratio of the exhaust gas is temporarily switched from lean to rich.
- the adsorbed ammonia amount estimating means for estimating a ⁇ Nmonia amount HS adsorbed by the N_ ⁇ x selective reduction catalyst 1 4, adsorbed ammonium estimated by the adsorbed ammonia amount estimating means Nia amount of all or the air-fuel ratio of the exhaust gas to NO x required to remove a portion is then supplied to the under lean N_ ⁇ x selective reduction catalyst 1 4.
- the adsorbed ammonia amount estimating means described above in the first embodiment Li pitch degree of when the air-fuel ratio of the exhaust gas is to re pitch in order to release the N_ ⁇ x from the NO x storage catalyst 1 2 And the amount of adsorbed ammonia is estimated based on the latch time.
- the the first embodiment in the amount of NO x is discharged from the engine per unit time, N_ ⁇ x storing catalyst 1 2 N_ ⁇ x amount which can be stored per unit time, i.e., NO x N_ ⁇ from storage rate x storage catalyst 1
- the slipping amount of N0 x in 2 is calculated.
- the amount of NO x NO XA discharged from the engine per unit time is preliminarily shown in the form of a map as shown in FIG. Stored in R OM 3 2.
- NO x the NO x storage rate ANS adsorption catalyst 1 2 is a function of the NO x storage catalysts 1 2 occlusion N_ ⁇ x amount NS, urchin N_ ⁇ x storage rate ANS shown in FIG. 4 (B) Decreases as the amount of NS o x NS increases.
- a, b, c, and d indicate the case where the degree of deterioration of N0 x storage catalyst 12 is different. For these degrees of deterioration, d>c>b> a There is a relationship. In other words, the higher the degree of deterioration, the lower the N0 x storage rate ⁇ NS.
- the relationship shown in FIG. 4 (B) is stored in ROM 3 2 in advance.
- NO x amount The amount of NO x slip-through can be calculated from NO XA and NO x occlusion speed ⁇ NS.
- the additional fuel when the additional fuel is supplied and the air-fuel ratio of the exhaust gas is made rich, a part of this additional fuel eats oxygen in the exhaust gas and lowers the air-fuel ratio from lean to the stoichiometric air-fuel ratio. Most of the remaining additional fuel is used to produce ammonia, but most of it, that is, the part shown by hatching in Fig. 5 (A), is released from the NO x storage catalyst 12 It is used as a reducing agent for reducing been N_ ⁇ x. Therefore, the amount of reducing agent Q indicated by hatching in Fig. 5 (A) is the amount of occluded N0 x NSX when the air-fuel ratio of the exhaust gas is switched.
- the amount Q of this reducing agent is proportional to the stored NO x amount NSX.
- the amount Q of the reducing agent In order to change the amount Q of the reducing agent, it is necessary to change either or both of the degree of latch and the time shown in Fig. 5 (A).
- the amount Q of the reducing agent is changed by changing the latch time in a state where the amount of the reducing agent is maintained. Therefore, in the first embodiment, as shown in FIG. 5 (C), the latch time is changed in proportion to the amount Q of the reducing agent.
- FIG 6 (A), (B) is NO x produced in the occlusion catalyst 1 2, and the inflow ammonia amount NH flowing into N ⁇ x selective reduction catalyst 1 4, Li pitch degree shown in FIG. 5 (A), It shows the relationship with the rich time.
- the inflow ammonia amount NH increases exponentially as the degree of latching increases.
- the inflow ammonia amount NH is proportional to the latch time. Therefore, the amount of ammonia inflow NH, that is, N0 x selective return, is determined from the degree of stitching and the stitching time. The amount of ammonia adsorbed on the original catalyst 14 can be estimated.
- FIG. 7 shows an exhaust purification processing routine for executing the first embodiment. This routine is executed by interruption every predetermined time.
- the amount of ammonia adsorbed on the NO x selective reduction catalyst 14 is estimated, and the target value X of the NO x amount necessary to remove this adsorbed ammonia. This target value X is calculated. An amount of N0 x corresponding to the NO x selective reduction catalyst 14 is supplied.
- N_ ⁇ x amount NS that stored in the NO x storage catalyst 1 2 proceeds to Step 5 4 when it is judged NO XA> delta NS Dearu Te Oi Step 5 2 the NO x storage rate delta NS is added, and then in step 5 5, NO x storage catalyst 1 2 is passed through and ⁇ ⁇ ⁇ storage catalyst 1 2 flows out ⁇ ⁇ total value ⁇ ⁇ (is added to (N ⁇ XA— ANS) Is done. Then go to step 56.
- step 52 determines it is determined in step 52 that ⁇ XA ⁇ ⁇ NS
- the process proceeds to step 53, and the stored N ⁇ x amount NS is added to the discharged N ⁇ x amount NO XA, and then the process proceeds to step 56. .
- step 56 the total amount of outflow NO x ⁇ NOX is the target value X required to remove the adsorption ammonia. It is determined whether or not the value has been exceeded. Total value of outflow NO x amount ⁇ N ⁇ X is target value X.
- the process proceeds to step 57, where the rich time is calculated based on the stored NO x amount NS, that is, NSX, and then in step 58, the air-fuel ratio of the exhaust gas is turned to a rich state. Rich processing is performed.
- step 59 NS and ⁇ N ⁇ X are cleared.
- step 60 the inflow ammonia amount NH, that is, the NO x selective reduction catalyst, based on the latch time.
- step 6 the target value X 0 of the outflow N0 x amount necessary to remove this adsorbed ammonia is calculated.
- Figures 8 (A), (B), and (C) show various methods for removing adsorbed ammonia.
- Figure 8 (A), (B) it shows a state of re-pitch control immediately preceding the adsorbed ammonia N_ ⁇ x selective reduction catalyst 1 4 on the left of the air-fuel ratio of the exhaust gas re-pitch in (C)
- the NO x selective reduction catalyst 14 on the right shows the state of adsorbed ammonia after the completion of the latch control.
- Becomes adsorbed ammonia saturated with Li pitch control is performed in the example shown in FIG. 8 (A), it is removed immediately before the re-pitch controlled by the supply of all N_ ⁇ x of the adsorbed ammonia.
- FIG. 9 shows a second embodiment of the adsorbed ammonia amount to N_ ⁇ x selective reduction catalyst 1 4 was not allowed to exceed the saturated adsorption amount of ammonia. That is, in Fig. 9 (A), the solid line MAX is NO; (selective reduction catalyst). Shows a saturated adsorption amount of ammonia medium 1 4, the saturation adsorption amount M AX decreases as the temperature TC of N_ ⁇ x selective reduction catalyst 1 4 increases.
- the target ammonia amount NHO to be adsorbed on the NO x selective reduction catalyst 14 is preset, and in the example shown in FIG. 9 (A), this target ammonia amount NHO is the NO x selective reduction catalyst. 14 Ammonia saturated adsorption amount of 4 A certain amount Z is set lower than MAX. Therefore, this target ammonia amount NHO is a function of the catalyst temperature TC. When the catalyst temperature is TC, as shown in FIG. 9 (A), the target ammonia amount is NHO.
- the amount of ammonia generated at the time of the latch process is controlled to become the target ammonia amount NHO. Therefore, in this second embodiment, the amount of adsorbed ammonia does not exceed the saturated adsorption amount MAX. .
- the target value is set for the amount of adsorbed ammonia in this way, both the amount of reducing agent Q for reducing released NO x and the amount of ammonia generated must be controlled to the required amount. It must be done.
- the amount Q of reducing agent is proportional to the product of the degree of stitching and the length of time, while as can be seen from Figs. 6 (A) and (B), the amount of reducing agent Q is Even if they are the same, the amount of ammonia generated changes when the degree of licking and the licking time are changed.
- Figure 9 (B) various reducing agent amount Q, and to Q 5, the amount of ammonia generated, i.e. the inflow ammonia amount NH flowing into the NO x selective reduction catalyst 1 4, it shows the relationship between the Li pitch degree ing.
- the amount of reducing agent is Q,, Q 2, Q 3 , Q 4, in the order of Q 5 continue to the next second increase.
- FIG. 9 (B) in order to increase the inflow ammonia amount NH for the same amount of reducing agent, it is necessary to increase the degree of the latch. In this case, the higher the degree of licking, the shorter the licking time. That is, in this second embodiment, when the air-fuel ratio of the exhaust gas is switched to release NO x from the NO x storage catalyst 12, the degree of latch and the time of the shift are N 0 x storage. It is controlled by the degree of stitching and the time required to complete the release of N0 x from catalyst 1 2 and the amount of ammonia adsorbed on NO x selective reduction catalyst 1 4 to the target ammonia amount NH 0.
- the FIG. 10 and FIG. 11 show an exhaust purification processing routine for executing the second embodiment. This routine is also executed by interruption at regular intervals.
- step 70 the emission N0 x NO XA from the engine per unit time is calculated from the map shown in FIG. 4 (A).
- step 71 the N0 x storage speed ⁇ NS corresponding to the storage N0 x amount NS is calculated from the relationship shown in FIG. 4 (B).
- step 72 it is determined whether or not the discharged NO x amount NO XA is greater than the NO x storage speed ⁇ ⁇ S.
- Step 7 4 built NO; (subject to N_ ⁇ x storage rate ANS to the amount NS It is, then slip through the NO x storage catalyst 1 2 to the outflow N_ ⁇ x amount of total value sigma Nyuomikuronkai flowing the NO x storage catalyst 1 2 or al (NO XA- ANS) is added in step 7 5. then step 7 advances to 6. on the other hand, are subject to willing absorbing discharged N_ ⁇ x amount NS N_ ⁇ x amount NO XA step 7 3 when it is judged that Oite NOXA ⁇ delta NS step 7 2, then Proceed to step 7-6.
- step 7 6 it is determined whether or not the outflow 1 ⁇ 0 ] ( total amount ⁇ ⁇ ⁇ has exceeded the target value X.
- the target value X required to remove the target amount 1 ⁇ 1 ⁇ ⁇ of adsorbed ammonia. Total value of N ⁇ x amount ⁇ N ⁇ X exceeds target value X.
- the process proceeds to step 77, where the amount of occlusion ⁇ ⁇ ⁇ NS, that is, the amount Q of reducing agent necessary for NO reduction is calculated based on NSX.
- step 78 the catalyst temperature TC detected by the temperature sensor 2 2 is read, and then at step 79, the target ammonia amount NH ⁇ corresponding to the catalyst temperature TS is calculated.
- step 80 the amount of reducing agent Q and the target amount of ammonia N
- the degree of richness that is, the rich ratio
- a rich process is performed to bring the air-fuel ratio of the exhaust gas to a rich state.
- NS and ⁇ are cleared.
- step 84 the target value X of the outflow N 2 O required to remove the adsorbed ammonia of the giant target NHO. Is calculated.
- Fig. 12 shows another embodiment of the compression ignition type internal combustion engine.
- a NO x sensor 2 3 for detecting the concentration of NO x flowing into the N 0 x selective reduction catalyst 1 4 upstream and downstream of the N 0 x selective reduction catalyst 1 4 and N 0 x respectively.
- a NO x sensor 24 for detecting the concentration of NO x flowing out from the selective reduction catalyst 14 is provided.
- N_ ⁇ x selective reduction catalyst 1 4 N ⁇ x ammonia flows into the NO x selective reduction catalyst 1 4 if adsorbed on the amount of NO x flowing out from the NO x selective reduction catalyst 1 4 since it is reduced by the adsorbed ammonia the you reduced by that was used to remove the adsorbed ammonia as compared to N_ ⁇ x amount flowing into the NO x selective reduction catalyst 1 4.
- Fig. 1 3 and Fig. 1 4 show ammonia saturated adsorption of NO x selective reduction catalyst 1 4 based on the difference in N0 x concentration before and after NO selective reduction catalyst 1 4 detected by a pair of NO x sensors 2 3 and 2 4
- the amount MAX is detected, and the target ammonia amount NHO is corrected based on the ammonia saturated adsorption amount MAX.
- ND i in Fig. 1 3 (A) indicates the inflow N0 x amount calculated from the output value of the NO x sensor 23, and is ND. Indicates the outflow NO x amount calculated from the output value of the NO x sensor 24.
- Fig. 13 (A) the inflow NO x amount ND i continues to rise and the outflow N0 x amount ND when the latch process normally performed at the timing indicated by the broken line RS is stopped. When the adsorbed ammonia disappears, it rapidly rises to the inflow NO x amount ND i.
- the area shown by hatching in Fig. 13 (A) represents the amount of ammonia adsorbed, and thus the amount of ammonia adsorbed can be estimated from the output values of the pair of NO x sensors 23, 24.
- N ⁇ x selective reduction catalyst 1 4 is used to saturate the ammonia adsorption amount to the N ⁇ x storage catalyst 1.
- the amount or more reducing agents required from 2 to thereby release the N_ ⁇ x is the specifically to provide the the NO x storage catalyst 1 2.
- the air-fuel ratio AZF of the exhaust gas is continuously switched multiple times as shown by RF.
- Fig. 1 3 In A, the area indicated by hatching represents the ammonia saturation adsorption amount MAX.
- the saturated adsorption curve used so far is shown in Fig. 13 (B). If the saturated ammonia adsorption amount detected at the catalyst temperature TC is TC, the saturated adsorption amount curve is corrected to the saturated adsorption amount curve indicated by the solid line. . In this way, the saturated adsorption amount curve is corrected.
- the target ammonia amount NHO is corrected so as to be lower than the saturated adsorption amount curve by, for example, a constant value Z.
- Figure 14 shows the check control routine for the saturated adsorption amount of ammonia. This check control routine is executed only once, for example, every time the vehicle is operated.
- a command to execute the check lick process is issued.
- a command is issued to turn the air-fuel ratio AZF of the exhaust gas twice and prohibit the latch processing shown by the broken line RS.
- the inflow N 0 x amount ND i is calculated by multiplying the NO x concentration detected by the N 0 x sensor 2 3 by the exhaust gas amount, that is, the intake air amount, and then at step 9 2, NOj ( Outflow NO x amount ND is calculated by multiplying N ⁇ x concentration detected by sensor 2 4 with exhaust gas amount, that is, intake air amount, and then in step 93, inflow NO x amount ND i and outflow NO.
- step 95 it is judged if the difference ⁇ ND is decreasing.
- step 96 when it is determined in step 96 that the difference ⁇ ND has become zero, that is, when the calculation of the consumed NO x amount corresponding to the hatched area in FIG. 13 (A) is completed, the process proceeds to step 98.
- ammonia saturated adsorption amount MAX is calculated from the consumed amount of NO x, the saturation adsorption amount curve is corrected.
- step 99 the target ammonia amount NHO is corrected.
- step 101 a latch process for NO x release indicated by RT in FIG. 13 (A) is performed, and then the check control is completed.
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Abstract
内燃機関において、機関排気通路内にNOX吸蔵触媒(12)が配置され、NOX吸蔵触媒(12)の下流にNOX選択還元触媒(14)が配置される。NOX吸蔵触媒(12)からNOXを放出すべくNOX吸蔵触媒(12)に流入する排気ガスの空燃比が一時的にリーンからリッチに切換えられる直前に、NOX選択還元触媒(14)に吸着されているアンモニアを除去するのに必要な量のNOXがリーン空燃比のもとでNOX選択還元触媒14に供給される。
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、 流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに は排気ガス中の含まれる 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 O xを放出する N◦ x吸 蔵触媒を配置し、 NOx吸蔵触媒の下流に、 吸着したアンモニアに よって排気ガス中の N〇xを選択的に還元しうる N〇x選択還元触媒 を配置し、 N〇x吸蔵触 の上流に三元触媒を配置し、 N〇x吸蔵触 媒から N〇xを放出すべきにはミ元触媒に流入する排気ガスの空燃 比を一時的にリーンから リ ッチに切換えるようにした内燃機関が公 知である (特開平 1 1 一 3 0 1 1 7号公報参照) 。
この内燃機関では NOx吸蔵触媒から NOxを放出すべく排気ガス の空燃比が一時的にリーンからリ ッチに切換えられたときに三元触 媒において比較的多量のアンモニアが発生せしめられ、 このとき N 〇 x吸蔵触媒において N〇 xの還元のために使用されなかったアンモ ニァが NOx吸蔵触媒から流出する場合がある。 この場合には NOx 吸蔵触媒から流出したアンモニアは N Ox選択還元触媒に吸着され る。
一方、 この内燃機関では排気ガスの空燃比がリーンに維持されて いる通常運転時には N〇x吸蔵触媒に吸蔵されなかった僅かな量の NOxが N〇x吸蔵触媒から流出する場合がある。 しかしながらこの
内燃機関ではこのように N〇x吸蔵触媒から N Oxが流出した場合、 この NOxは NOx選択還元触媒に吸着しているアンモニアによって 還元される。 別の角度からみるとこのとき N〇x選択還元触媒に吸 着しているアンモニアは NOxを還元するために消費され、 NOx選 択還元触媒から除去される。
しかしながらこの内燃機関では N〇 x吸蔵触媒からの N〇 xの流出 はなりゆきで行われており、 従って N〇 x吸蔵触媒から N〇 xが流出 しない状態が継続すると N〇x選択還元触媒に吸着しているアンモ ニァは NOxと反応して除去されることなく NOx選択還元触媒に吸 着し続ける。 その結果、 N〇x選択還元触媒への吸着アンモニア量 が飽和し、 斯く して排気ガスの空燃比がリ ッチにされる毎にそのと き発生するアンモニアが N〇x選択還元触媒をすり抜けて大気中に 排出されるという問題を生ずる。 発明の開示
本発明の目的は、 N〇x選択還元触媒を常時アンモニアが吸着し うる状態に維持す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、 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 Ox を放出する N〇x吸蔵触媒を配置し、 N Ox吸蔵触媒下流の機関排気 通路内に、 吸着したアンモニアによって排気ガス中の NOxを選択 的に還元しうる N〇x選択還元触媒を配置し、 NOx吸蔵触媒から N 〇xを放出すべきには N〇x吸蔵触媒に流入する排気ガスの空燃比を 一時的にリーンからリ ッチに切換えるようにした内燃機関の排気浄 化装置において、 N〇x吸蔵触媒から N〇xを放出すべく N〇x吸蔵
触媒に流入する排気ガスの空燃比が一時的にリーンからリッチに切 換えられる直前に、 N〇x選択還元触媒に吸着されているアンモニ ァを除去するためのアンモニア除去制御を実行するようにした内燃 機関の排気浄化装置が提供される。
本発明では、 N〇x選択還元触媒に吸着されているアンモニアが なりゆきで除去されるのではなくて、 予め定められた時期にアンモ ニァの除去制御が実行され、 それによつて N〇x選択還元触媒が、 常時アンモニアが吸着しうる状態に維持される。 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 O x吸蔵触媒の触 媒担体の表面部分の断面図、 図 3はアンモニア除去用 N O x供給制 御のタイムチャート、 図 4は吸蔵 N〇x量 N O X Aのマップ等を示 す図、 図 5はリ ッチ処理時の還元剤の量等を示す図、 図 6は N〇x 選択還元触媒への流入アンモニア量を示す図、 図 7は排気浄化処理 を行うためのフローチャート、 図 8は吸着アンモニアの除去方法を 説明するための図、 図 9は N〇x選択還元触媒へのアンモニア飽和 吸着量等を示す図、 図 1 0は排気浄化処理を行うためのフローチヤ ート、 図 1 1 は排気浄化処理を行うためのフローチャート、 図 1 2 は圧縮着火式内燃機関の別の実施例を示す全体図、 図 1 3はアンモ ニァの飽和吸着量をチェックするためのリ ッチ処理等を説明するた めの図、 図 1 4はアンモニアの飽和吸着量をチェックするチェック 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 卜 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 N〇x吸蔵触 媒 1 2 の入口に連結される。 一方、 N O x吸蔵触媒 1 2 の出口は排 気管 1 3 を介して、 排気ガスの空燃比がリーンのときにアンモニア によって排気ガス中の N〇xを選択的に還元しうる N〇x選択還元触 媒 1 4に連結される。 この N〇x選択還元触媒 1 4はアンモニア吸 着タイプの例えば F eゼォライ 卜から形成される。
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 5 を介して互いに連結され、 E G R通路 1 5内には電子制御式 E G R制御弁 1 6が配置される。 また、 E G R 通路 1 5周りには E G R通路 1 5内を流れる E G Rガスを冷却する ための冷却装置 1 7が配置される。 図 1 に示される実施例では機関 冷却水が冷却装置 1 7内に導かれ、 機関冷却水によって E G Rガス が冷却される。 一方、 各燃料噴射弁 3 は燃料供給管 1 8 を介してコ モンレール 1 9 に連結され、 このコモンレール 1 9 は電子制御式の 吐出量可変な燃料ポンプ 2 0 を介して燃料タンク 2 1 に連結される 。 燃料タンク 2 1 内に貯蔵されている燃料は燃料ポンプ 2 0 によつ
てコモンレール 1 9内に供給され、 コモンレール 1 9内に供給され た燃料は各燃料供給管 1 8 を介して燃料噴射弁 3 に供 aされる。 電子制御ュニッ 卜 3 0 はデジタルコンピュータからな Ό 、 双方向 性バス 3 1 によつて互いに接続された R〇 M (リード、ォンリ 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
□プ□セッサ) 3 4 、 入力ポー ト 3 5および出力ポ ―卜 3 6 を具備 する。 N〇x選択還元触媒 1 4には N O x選択還元触媒 1 4の床温を 検出するための温度センサ 2 2が取付けられ、 この温度センサ 2 2 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 A D変換器 3 7 を介して入力ポー ト 3 5 に入力される。 更に入 力ポー ト 3 5 にはクランクシャフ トが例えば 1 5 ° 回転する毎に出 力パルスを発生するクランク角センサ 4 2が接続される。 一方、 出 力ポー ト 3 6 は対応する駆動回路 3 8 を介して燃料噴射弁 3、 スロ ッ トル弁 1 0の駆動用ステップモー夕、 E G R制御弁 1 6および燃 料ポンプ 2 0 に接続される。
まず初めに図 1 に示される N〇x吸蔵触媒 1 2 について説明する と、 この N〇x吸蔵触媒 1 2上には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 ( A ) , ( B ) はこの触媒担体 4 5の表 面部分の断面を図解的に示している。 図 2 ( A ) , ( B ) に示され るように触媒担体 4 5の表面上には貴金属触媒 4 6が分散して担持 されており、 更に触媒担体 4 5の表面上には N O x吸収剤 4 7 の層 が形成されている。
本発明による実施例では貴金属触媒 4 6 として白金 P t が用いら れており、 N〇x吸収剤 4 7 を構成する成分としては例えば力 リ ウ
ム 、 ナ ト リ ウム N a、 セシウム C s のようなアルカ リ金属、 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 NOx吸蔵触媒 1 2上流の排気通 路内に供給された空気および燃料 (炭化水素) の比を排気ガスの空 燃比と称すると、 NOx吸収剤 4 7は排気ガスの空燃比がリーンの ときには NOx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 N〇xの吸放出作用を行う。
即ち、 N Ox吸収剤 4 7を構成する成分と してバリ ウム B aを用 いた場合を例にとって説明すると、 排気ガスの空燃比がリーンのと き、 即ち排気ガス中の酸素濃度が高いときには排気ガス中に含まれ る NOは図 2 ( A) に示されるように白金 P t 4 6上において酸化 されて N02となり、 次いで N〇x吸収剤 4 7内に吸収されて炭酸バ リ ウム B a C〇 3と結合しながら硝酸イオン N O 3 の形で N〇 x吸収 剤 4 7内に拡散する。 このようにして NOxが N〇x吸収剤 4 7内に 吸収される。 排気ガス中の酸素濃度が高い限り 白金 P t 4 6の表面 で N〇 2が生成され、 N〇 x吸収剤 4 7の N〇 x吸収能力が飽和しな い限り N.O 2が N O x吸収剤 4 7内に吸収されて硝酸イオン N O 3 が 生成される。
一方、 燃焼室 2内における混合気の空燃比をリ ッチ或いは理論空 燃比にすると、 又は排気行程中に燃焼室 2内に追加の燃料を噴射す ることによって排気ガスの空燃比をリ ッチ或いは理論空燃比にする と排気ガス中の酸素濃度が低下するために反応が逆方向 (N〇3—→ N02) に進み、 斯く して図 2 ( B ) に示されるように NOx吸収剤 4 7内の硝酸イオン N03 が N02の形で N〇x吸収剤 4 7から放出 される。 次いで放出された N〇x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、 例えば放出された NOxが C〇によって 還元された場合には図 2 ( B ) に示されるように N2と C〇2になる 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 O xが N 〇 x吸収剤 4 7内に吸収される。 しかしながら リーン空燃比のもと での燃焼が継続して行われるとその間に N O x吸収剤 4 7の N O j (吸 収能力が飽和してしまい、 斯く して N O x吸収剤 4 7 により N O x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 NOx 吸収剤 4 7の吸収能力が飽和する前に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 4 7から 1^ 0);を放出させる ようにしている。
ところで NOx吸収剤 4 7から N〇xを放出すべく排気ガスの空燃 比がリ ッチにされると図 2 ( B ) に示されるように一部の C〇は排 気ガス中に含まれる水 H2〇と反応して H2を生成する。 次いでこの H2は N〇x吸収剤 4 7からの放出 N〇2から生成される N2と反応し てアンモニア NH3を生成する。 即ち、 N〇x吸収剤 4 7から N〇x を放出すべく排気ガスがリ ッチにされると N Ox吸蔵触媒 1 2にお いてアンモニア NH3が生成される。 このアンモニア NH3は N〇x 吸蔵触媒 1 2から流出して NOx選択還元触媒 1 4に吸着される。
この状態を放置しておく と NOx選択還元触媒 1 4の吸着アンモ ニァ量が飽和状態となり、 排気ガスの空燃比がリ ッチにされる毎に 発生するアンモニアが NOx選択還元触媒 1 4をすり抜けてしまう という問題を生ずる。 そこで本発明ではこのような問題が発生する のを阻止するために、 N〇x吸蔵触媒 1 2から N〇j (を放出すべく N Ox吸蔵触媒 1 2 に流入する排気ガスの空燃比が一時的にリーンか らリ ッチに切換えられる直前に、 N〇x選択還元触媒 1 4に吸着さ
れているアンモニアを除去するためのアンモニア除去制御を実行す るようにしている。
もう少し具体的に言う と、 本発明による実施例では排気ガスの空 燃比がリ ッチになる直前に N O x吸蔵触媒 1 2から N〇 xが流出せし められ、 この N〇xによって N〇x選択還元触媒 1 4に吸着されてい るアンモニアが除去される。 即ち、 本発明による実施例では上述ァ ンモニァ除去制御は、 N〇x選択還元触媒 1 4に吸着されているァ ンモニァを除去するのに必要な量の N〇xを排気ガスの空燃比がリ ーンのもとで NOx選択還元触媒 1 4に供給するアンモニア除去用 N〇 x供給制御からなる。
図 3はこのアンモニア除去用 NOx供給制御のタイムチャー トを 示している。 なお、 図 3において AZFは排気ガスの空燃比を示し ており、 N Dは NOx吸蔵触媒 1 2から流出する N〇x量、 即ち N O x選択還元触媒 1 4に流入する流入 N〇x量を示しており、 NHは N 〇x吸蔵触媒 1 2から流出するアンモニア量、 即ち N〇x選択還元触 媒 1 4に流入する流入アンモニア量を示しており、 N Sは N〇x吸 蔵触媒 1 2 に吸蔵されている吸蔵 NOx量を示しており、 H Sは N Ox選択還元触媒 1 4に吸着されている吸着アンモニア量を示して いる。
図 3に示されるように排気ガスの空燃比 AZ Fがリーンから リ ツ チに切換えられると N Ox吸蔵触媒 1 2から NOxが放出され、 従つ て吸蔵 NOx量 N Sが急速に低下する。 一方、 このとき NOx吸蔵触 媒 1 2 においてアンモニアが生成されるので N〇x選択還元触媒 1 4に流入する流入アンモニア量 NHが一時的に増大し、 その結果、 N〇x選択還元触媒 1 4への吸着アンモニア量 H Sが増大する。 な お、 図 3において N S Xは排気ガスの空燃比 A Fがリ ッチに切換 えられるときの吸蔵 N〇x量 N Sを表している。
次いで排気ガスの空燃比 A/ Fがリ ッチから再びリーンに戻され るとその後暫らくの間は流入 N〇x量はほぼ零になる。 即ち、 排気 ガス中に含まれるほとんど全ての N〇xは N Ox吸蔵触媒 1 2に吸蔵 される。 また、 この間は NOx吸蔵触媒 1 2においてアンモニアが 発生せず、 従って流入アンモニア量 NHは零となる。
次いで N〇x吸蔵触媒 1 2の NOx吸蔵能力が飽和に近ずく と排気 ガス中に含まれる全ての N〇xを NOx吸蔵触媒 1 2が吸蔵しえなく なり、 排気ガス中に含まれる一部の NOxが N Ox吸蔵触媒 1 2 をす り抜けるようになる。 この N〇 xのすり抜け量は時間の経過と共に 増大し、 その結果時間の経過と共に N Ox選択還元触媒 1 4への流 入 N〇x量 NDが増大する。 NOx選択還元触媒 1 4に吸着されてい るアンモニアはこの流入 N〇xを還元するために消費され、 斯く し て時間の経過と共に吸着アンモニア量 H Sが減少する。
図 3に示されるように本発明による実施例では N〇x吸蔵触媒 1 2における N O xのすり抜けは吸着アンモニア量 H Sが零になるま で行われ、 吸着アンモニア量 H Sが零になると排気ガスの空燃比 A Z Fがリーンからリ ッチに切換えられて N〇xのすり抜けが停止さ れる。 即ち、 本発明による実施例では排気ガスの空燃比がリーンの もとで N〇x吸蔵触媒 1 2をすり抜ける NOxの量が NOx選択還元 触媒 1 4に吸着されているアンモニアを除去するのに必要な量にな つたときに排気ガスの空燃比がリーンから リ ッチに一時的に切換え られる。
次に図 4から 8 を参照しつつ本発明による第 1実施例について説 明する。
この第 1実施例では N〇x選択還元触媒 1 4に吸着されているァ ンモニァ量 H Sを推定する吸着アンモニア量推定手段が設けられて おり、 この吸着アンモニア量推定手段により推定された吸着アンモ
ニァ量の全部又は一部を除去するのに必要な NOxを排気ガスの空 燃比がリーンのもとで N〇x選択還元触媒 1 4に供給するようにし ている。
この場合、 この第 1実施例では上述の吸着アンモニア量推定手段 は、 NOx吸蔵触媒 1 2から N〇xを放出すべく排気ガスの空燃比が リ ッチにされたときのリ ッチ度合およびリ ッチ時間に基づいて吸着 アンモニア量を推定する。
この第 1実施例では機関から単位時間当り排出される NOx量と 、 N〇x吸蔵触媒 1 2が単位時間当り吸蔵しうる N〇x量、 即ち N O x吸蔵速度から N〇x吸蔵触媒 1 2における N〇xのすり抜け量が算 出される。 即ち、 この第 1実施例では機関から単位時間当り排出さ れる N〇x量 NO XAが機関の要求トルク T Qおよび機関回転数 N の関数として図 4 ( A) に示すようなマップの形で予め R OM 3 2 内に記憶されている。
一方、 N Ox吸蔵触媒 1 2の NOx吸蔵速度 A N Sは NOx吸蔵触 媒 1 2の吸蔵 N〇x量 N Sの関数であり、 図 4 ( B ) に示されるよ うに N〇x吸蔵速度 A N Sは吸蔵 N〇x量 N Sが増大するにつれて低 下する。 なお、 図 4 ( B ) において a , b , c , dは N〇x吸蔵触 媒 1 2の劣化度合が異なる場合を示しており、 これら劣化度合につ いては d > c > b > aなる関係がある。 即ち、 劣化度合が高くなる ほど、 N〇x吸蔵速度 Δ N Sは低下する。 図 4 ( B ) に示される関 係は予め R OM 3 2内に記憶されている。
機関からの排出 N〇x量 NO XAに比べて NOx吸蔵速度 A N Sが 高い場合には機関から排出された N〇xは全て NOx吸蔵触媒 1 2に 吸蔵される。 これに対し、 機関からの排出 NOx量 N O XAに比べ て N〇 x吸蔵速度 Δ N Sが低い場合には機関から排出された N〇 xの うちの N〇x吸蔵速度 A N Sに相当する量の NOxのみが N〇x吸蔵
触媒 1 2に吸蔵され、 残りの NOx ( = NO XA- A N S ) は N Ox 吸蔵触媒 1 2 をすり抜けることになる のように機関からの排出
NOx量 NO XAと N〇x吸蔵速度 Δ N Sから N Oxのすり抜け量を 算出することができる。
一方、 追加燃料が供給されて排気ガスの空燃比がリ ツチにされる 場合、 この追加燃料の一部は排気ガス中の酸素を喰って空燃比をリ ーンから理論空燃比まで低下させるために使用され、 残りの追加燃 料はその極く一部がアンモニアの生成に使用されるがその大部分、 即ち図 5 ( A) においてハッチングで示される部分は NOx吸蔵触 媒 1 2から放出された N〇xを還元するための還元剤として使用さ れる。 従って図 5 ( A) においてハッチングで示される還元剤の量 Qは排気ガスの空燃比がリ ッチにされたときの吸蔵 N〇 x量 N S X
(図 3 ) から定まり、 図 5 ( B ) に示されるようにこの還元剤の量 Qは吸蔵 N O x量 N S Xに比例することになる。
還元剤の量 Qを変化させるには図 5 ( A) に示されるリ ッチ度合 およびリ ッチ時間のいずれか一方又は双方を変化させる必要がある が第 1実施例ではリ ツチ度合を一定に維持した状態でリ ツチ時間を 変化させることによって還元剤の量 Qを変化させるようにしている 。 従って第 1実施例では図 5 (C) に示されるようにリ ッチ時間が 還元剤の量 Qに比例して変化せしめられる。
図 6 (A) , (B) は NOx吸蔵触媒 1 2において生成され、 N 〇x選択還元触媒 1 4に流入する流入アンモニア量 NHと、 図 5 ( A) に示されるリ ッチ度合、 リ ッチ時間との関係を示している。 図 6 ( A) に示されるように流入アンモニア量 NHはリ ッチ度合が高 くなると指数関数的に増大する。 一方、 図 6 (B) に示されるよう に流入アンモニア量 N Hはリ ッチ時間に比例する。 従ってリ ッチ度 合およびリ ッチ時間から流入アンモニア量 NH、 即ち N〇x選択還
元触媒 1 4に吸着されるアンモニア量を推定できることになる。 図 7 に第 1実施例を実行するための排気浄化処理ルーチンを示す 。 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。 この第 1実施例では NOx選択還元触媒 1 4へのアンモニア吸着量が推定 され、 この吸着アンモニアを除去するのに必要な NOx量の目標値 X。が算出され、 この目標値 X。に応じた量の N〇xが NOx選択還元 触媒 1 4に供給される。
図 7 を参照するとまず初めにステップ 5 0において図 4 ( A ) に 示すマップから機関からの単位時間当りの排出 N Ox量 N O X Aが 算出される。 次いでステップ 5 1では図 4 ( B ) に示す関係から吸 蔵 NOx量 N Sに応じた N〇x吸蔵速度 A N Sが算出される。 次いで ステップ 5 2では排出NOx量N〇 XAがNOx吸蔵速度Δ N Sょり も大きいか否かが判別される。 N O X A >厶 N Sのときには排出 N Ox量 NO XAのうち NOx吸蔵速度 A N Sに相当する分だけが NO x吸蔵触媒 1 2に吸蔵され、 残りの NOx (NO XA - A N S ) は N O) [吸蔵触媒 1 2をすり抜ける。
従ってステップ 5 2にぉぃてNO XA〉 Δ N Sでぁると判別され たときにはステップ 5 4に進んで NOx吸蔵触媒 1 2に吸蔵されて いる吸蔵 N〇x量 N Sに NOx吸蔵速度 Δ N Sが加算され、 次いでス テツプ 5 5では NOx吸蔵触媒 1 2 をすり抜けて Ν Οχ吸蔵触媒 1 2 から流出する流出 ΝΟχ量の合計値 Σ ΝΟ Χに (N〇 XA— A N S ) が加算される。 次いでステップ 5 6 に進む。 一方、 ステップ 5 2 において Ν〇 X A≤ Δ N Sであると判別されたときにはステップ 5 3に進んで吸蔵 N〇x量 N Sに排出 N〇x量 NO XAが加算され、 次 いでステップ 5 6に進む。
ステップ 5 6では流出 N O x量の合計値∑ N O Xが吸着アンモニ ァを除去するのに必要な目標値 X。を越えたか否かが判別される。
流出 NOx量の合計値∑ N〇 Xが目標値 X。を越えたときにはステツ プ 5 7 に進んでそのときの吸蔵 NOx量 N S、 即ち N S Xに基づい てリ ッチ時間が算出され、 次いでステップ 5 8では排気ガスの空燃 比をリ ッチにするリ ッチ処理が行われる。 次いでステップ 5 9では N Sおよび∑ N〇 Xがクリアされる。 次いでステップ 6 0ではリ ツ チ時間に基づいて流入アンモニア量 NH、 即ち NOx選択還元触媒
1 4に吸着されるアンモニア量が算出される 次いでステップ 6 1 ではこの吸着アンモニアを除去するのに必要な流出 N〇x量の目標 値 X 0が算出される。
図 8 (A) , (B) , (C) は種々の吸着ァンモニァの除去方法 を示している。 図 8 ( A) , ( B ) , ( C) において左側の N〇x 選択還元触媒 1 4は排気ガスの空燃比をリ ッチにするリ ッチ制御直 前の吸着アンモニアの様子を示しており、 右側の NOx選択還元触 媒 1 4はリ ツチ制御完了後の吸着アンモニアの様子を示している。 図 8 ( A) に示す例ではリ ッチ制御が行われると吸着アンモニアが 飽和状態となり、 この吸着アンモニアの全てが N〇xの供給により リ ッチ制御の直前では除去されている。
一方、 図 8 (B) に示す例ではリ ッチ制御が行われるとアンモニ ァが N〇x選択還元触媒 1 4の吸着領域のうちの一部の領域に吸着 され、 この吸着アンモニアの全てが N〇xの供給により リ ツチ制御 の直前では除去されている。 図 8 ( C ) に示す例ではリ ッチ制御 I および 11の前ではアンモニア除去のための N〇 xの供給が行われず 、 吸着アンモニアが飽和状態となった後に吸着アンモニアの全てが N〇xの供給により リ ツチ制御 IIIの前に除去される。
図 9から図 1 1 は N〇x選択還元触媒 1 4への吸着アンモニア量 がアンモニアの飽和吸着量を越えないようにした第 2実施例を示し ている。 即ち、 図 9 ( A) において実線 MAXは NO; (選択還元触
媒 1 4のアンモニアの飽和吸着量を示しており、 この飽和吸着量 M AXは N〇x選択還元触媒 1 4の温度 T Cが高くなるにつれて低下 する。
この第 2実施例では NOx選択還元触媒 1 4に吸着すべき目標ァ ンモニァ量 NHOが予め設定されており、 図 9 ( A) に示される例 ではこの目標アンモニア量 NHOは NOx選択還元触媒 1 4のアン モニァ飽和吸着量 MAXより も一定量 Zだけ低い量に設定されてい る。 従ってこの目標アンモニア量 NHOは触媒温度 T Cの関数であ り、 図 9 ( A ) に示されるように触媒温度が T C ,のときには目標 アンモニア量は NHO,となる。
この第 2実施例ではリ ッチ処理時に発生するアンモニア量が目標 アンモニア量 NHOとなるように制御され、 従ってこの第 2実施例 では吸着されるアンモニア量が飽和吸着量 MAXを越えることがな い。 ところがこのように吸着アンモニア量に対して目標値が設定さ れると放出された NOxを還元するための還元剤の量 Qと発生する アンモニアの量の双方を要求されている量に制御しなければならな いことになる。
ところで図 5 ( A) からわかるように還元剤の量 Qはリ ッチ度合 とリ ッチ時間の積に比例し、 一方図 6 ( A) , (B) からわかるよ うに還元剤量 Qが同一であってもリ ッチ度合とリ ッチ時間を変化さ せると発生するアンモニア量が変化する。 図 9 (B) は種々の還元 剤量 Q,〜Q5と、 発生するアンモニア量、 即ち NOx選択還元触媒 1 4に流入する流入アンモニア量 NHと、 リ ッチ度合との関係を示 している。 なお、 還元剤の量は Q , , Q 2, Q 3, Q 4 , Q 5の順に次 第に増大していく。
図 9· ( B ) からわかるように同一の還元剤の量に対して流入アン モニァ量 NHを増大するにはリ ッチ度合を高くする必要があり、 こ
の場合リ ッチ度合が高く されるとリ ッチ時間は短かくなる。 即ち、 この第 2実施例では NOx吸蔵触媒 1 2から NOxを放出すべく排気 ガスの空燃比がリ ッチにされるときのリ ッチ度合およびリ ッチ時間 が、 N〇x吸蔵触媒 1 2からの N〇xの放出作用を完了できかつ NO x選択還元触媒 1 4への吸着アンモニア量を目標アンモニア量 NH 〇にすることができるリ ッチ度合およびリ ッチ時間に制御される。 図 1 0および図 1 1 に第 2実施例を実行するための排気浄化処理 ルーチンを示す。 このルーチンも一定時間毎の割込みによって実行 される。
図 1 0および図 1 1 を参照するとまず初めにステップ 7 0におい て図 4 ( A) に示すマップから機関からの単位時間当りの排出 N〇 x量 NO XAが算出される。 次いでステップ 7 1では図 4 ( B ) に 示す関係から吸蔵 N〇x量 N Sに応じた N〇x吸蔵速度 Δ N Sが算出 される。 次いでステップ 7 2では排出 N〇x量 N O XAが N〇x吸蔵 速度 Δ Ν Sより も大きいか否かが判別される。
ステップ 7 2において NO XA〉 A N Sであると判別されたとき にはステップ 7 4に進んで NOx吸蔵触媒 1 2に吸蔵されている吸 蔵 N O; (量 N Sに N〇x吸蔵速度 A N Sが加算され、 次いでステップ 7 5において NOx吸蔵触媒 1 2 をすり抜けて NOx吸蔵触媒 1 2か ら流出する流出 N〇x量の合計値 Σ ΝΟΧに (NO XA— A N S ) が加算される。 次いでステップ 7 6に進む。 一方、 ステップ 7 2に おいて N O X A≤ Δ N Sであると判別されたときにはステップ 7 3 に進んで吸蔵 N〇x量 N Sに排出 N〇x量 NO XAが加算され、 次い でステップ 7 6に進む。
ステップ 7 6では流出1^0](量の合計値∑ ^〇 が目標量1^1^〇 の吸着アンモニアを除去するのに必要な目標値 X。を越えたか否か が判別される。 流出 N〇 x量の合計値∑ N〇 Xが目標値 X。を越えた
ときにはステップ 7 7に進んでそのときの吸蔵 Ν Οχ量 N S、 即ち N S Xに基づいて N O の還元のために必要な還元剤の量 Qが算出 される。 次いでステップ 7 8では温度センサ 2 2 により検出された 触媒温度 T Cが読込まれ、 次いでステップ 7 9では触媒温度 T Sに 応じた目標アンモニア量 NH〇が算出される
次いでステップ 8 0では還元剤の量 Qおよび目標アンモニァ量 N
H 〇を用いて図 9 ( B ) に示す関係から リ ツチ度合、 即ち リ ッ 燃比が算出され、 次いでステップ 8 1では還元剤量 Qと リ ツチ度合 から リ ッチ時間が算出される。 次いでステツプ 8 2では排気ガスの 空燃比をリ ツチにするリ ツチ処理が行われる 次いでステツプ 8 3 では N Sおよび Σ ΝΟ Χがク リアされる。 次いでステップ 8 4では 巨標量 NHOの吸着アンモニアを除去するのに必要な流出 N O の目標値 X。が算出される。
図 1 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 N〇x選択還元触媒 1 4の上流および下流に夫々 N〇x選択還元触 媒 1 4に流入する N Oxの濃度を検出するための N Oxセンサ 2 3 と 、 N〇x選択還元触媒 1 4から流出する NOxの濃度を検出するため の NOxセンサ 2 4とが設けられている。 N〇x選択還元触媒 1 4に アンモニアが吸着していれば NO x選択還元触媒 1 4に流入した N 〇xは吸着アンモニアによって還元されるので NOx選択還元触媒 1 4から流出する NOx量は NO x選択還元触媒 1 4に流入する N〇x 量に比べて吸着アンモニアを除去するのに使用された分だけ減少す る。
従って!^の センサ , 2 4により検出された NO選択還元触 媒 1 4前後における N〇x濃度の差から吸着アンモニア量を推定で きることになる。 従ってリ ツチ処理時における リ ツチ度合およびリ ツチ時間から吸着アンモニア量を推定する代りにこれら一対の NO
xセンサ 2 3, 2 4の出力値から吸着アンモニアを推定することも できる。
図 1 3および図 1 4は、 一対の NOxセンサ 2 3 , 2 4により検 出された NO選択還元触媒 1 4前後における N〇x濃度の差から N Ox選択還元触媒 1 4のアンモニア飽和吸着量 MAXを検出し、 こ のアンモニア飽和吸着量 MAXに基づいて目標アンモニア量 NHO を補正するようにした実施例を示している。
即ち、 図 1 3 ( A) にぉぃてND i はNOxセンサ 2 3の出カ値 から算出された流入 N〇x量を示しており、 ND。は NOxセンサ 2 4の出力値から算出された流出 N Ox量を示している。 図 1 3 ( A ) において、 通常は破線 R Sで示されるタイミ ングで行われる リ ツ チ処理を中止すると流入 NOx量 ND i は上昇し続け、 流出 N〇x量 ND。は吸着アンモニアが存在しなくなると流入 N Ox量 N D i まで 急速に上昇する。
この場合、 図 1 3 ( A) においてハッチングで示される面積がァ ンモニァ吸着量を表しており、 従って一対の NOxセンサ 2 3, 2 4の出力値からアンモニア吸着量を推定できることになる。 ところ でこの実施例ではアンモニア飽和吸着量 MAXを検出するためにァ ンモニァ飽和吸着量 MAXの検出前に N〇x選択還元触媒 1 4への アンモニア吸着量を飽和させるために N〇x吸蔵触媒 1 2から N〇x を放出させるのに必要な量以上の還元剤を NOx吸蔵触媒 1 2に供 給するようにしている。 図 1 3 ( A) に示される例では R Fで示さ れるように排気ガスの空燃比 AZFが続けて複数回リ ッチにされる このように多量の還元剤が供給されると図 1 3 ( A) においてハ ツチングで示される面積はアンモニア飽和吸着量 MAXを表すこと になる。 これまで用いられていた飽和吸着量曲線が図 1 3 ( B ) に
おいて鎖線で示される曲線であり、 触媒温度 T Cが T C ,のときに 検出されたアンモニア飽和吸着量が MAX,であったとすると飽和 吸着量曲線は実線で示される飽和吸着量曲線に補正される。 このよ うに飽和吸着量曲線が補正される。 このように飽和吸着量曲線が補 正されるとこの飽和吸着量曲線より も例えば一定値 Zだけ低くなる ように目標アンモニア量 NHOが補正される。
図 1 4にアンモニアの飽和吸着量のチェック制御ルーチンを示す 。 このチェック制御ルーチンは例えば車両の運転が行われる毎に一 回だけ実行される。
図 1 4を参照するとまず初めにステップ 9 0においてチェック用 リ ッチ処理を実行すべき指令が出される。 例えば図 1 3 ( A) にお いて R Fで示されるように排気ガスの空燃比 AZFを 2回リ ッチに し、 破線 R Sで示されるリ ッチ処理を禁止する指令が出される。 次いでステップ 9 1では N〇xセンサ 2 3により検出された NOx 濃度に排気ガス量、 即ち吸入空気量を乗算することによって流入 N 〇x量 ND i が算出され、 次いでステップ 9 2では NOj (センサ 2 4 により検出された N〇x濃度に排気ガス量、 即ち吸入空気量を乗算 することによって流出 NOx量 ND。が算出される。 次いでステップ 9 3では流入 NOx量 ND i と流出 NOx量 ND。の差 A N D ( = N D i - N D0) が算出される。 次いでステップ 9 4では差 Δ N D力 積算値∑ Δ N Dに加算される。
次いでステップ 9 5では差 Δ N Dが減少中であるか否かが判別さ れる。 この差 A ND ( = N D i - N D0) は図 1 3 (A) からわか るように最初は零であるが次第に増大し、 次いで減少する。 差 Δ Ν Dが減少中でないときにはステップ 9 7にジャンプする。 ステップ 9 7では予め定められた単位時間が経過するまで待ち、 ステップ 9 0 に戻る。 一方、 ステップ 9 5において Δ N Dが減少中であると判
別されたときにはステップ 9 6に進んで差 Δ N Dが零になったか否 か、 即ち図 1 3 ( A ) のハッチングを付した面積に相当する消費 N O x量の算出が完了したか否かが判別される。 差 Δ N Dが零でない ときにはステップ 9 7に進む。
一方、 ステップ 9 6において差 Δ N Dが零になったと判断された とき、 即ち図 1 3 ( A ) のハッチングを付した面積に相当する消費 N O x量の算出が完了したときにはステップ 9 8に進んで消費 N O x 量からアンモニア飽和吸着量 M A Xが算出され、 飽和吸着量曲線が 補正される。 次いでステップ 9 9では目標アンモニア量 N H Oが補 正される。 次いでステップ 1 0 0において予め定められた待ち時間 だけ待った後にステップ 1 0 1 に進む。 ステップ 1 0 1では図 1 3 ( A ) において R Tで示される N O x放出のためのリ ツチ処理が行 われ、 次いでチェック制御を完了する。
Claims
1. 機関排気通路内に、 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 ΝΟχ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 Ν Οχを放出する Ν Οχ吸蔵触媒を配置し、 該 Ν〇χ吸蔵触媒下流の機関排気通路内に、 請
吸着したアンモニアによって排気ガス中の ΝΟχを選択的に還元し うる ΝΟχ選択還元触媒を配置し、 Ν Οχ吸蔵触媒から Ν Οχを放出 すべきには Ν〇χ吸蔵触媒に流入すのる排気ガスの空燃比を一時的に リーンから リ ッチに切換えるようにし範た内燃機関の排気浄化装置に おいて、 Ν Οχ吸蔵触媒から ΝΟχを放出すべく ΝΟχ吸蔵触媒に流 匪
入する排気ガスの空燃比が一時的にリーンから リ ッチに切換えられ る直前に、 Ν〇χ選択還元触媒に吸着されているアンモニアを除去 するためのアンモニア除去制御を実行するようにした内燃機関の排 気浄化装置。
2. 上記アンモニア除去制御は、 Ν〇χ選択還元触媒に吸着され ているアンモニアを除去するのに必要な量の ΝΟχを排気ガスの空 燃比がリーンのもとで Ν〇χ選択還元触媒に供給するアンモニア除 去用 Ν〇χ供給制御からなる請求項 1 に記載の内燃機関の排気浄化 装置。
3. 排気ガスの空燃比がリーンのもとで ΝΟχ吸蔵触媒をすり抜 ける Ν〇χの量が Ν Οχ選択還元触媒に吸着されているアンモニアを 除去するのに必要な量になったときに排気ガスの空燃比がリーンか らリ ッチに一時的に切換えられる請求項 2に記載の内燃機関の排気 浄化装置。
4. Ν〇χ選択還元触媒に吸着されているアンモニア量を推定す る吸着アンモニア量推定手段を具備しており、 該吸着アンモニア量
推定手段により推定された吸着アンモニア量の全部又は一部を除去 するのに必要な Ν〇χを排気ガスの空燃比がリーンのもとで N〇x選 択還元触媒に供給するようにした請求項 2に記載の内燃機関の排気 浄化装置。
5. 上記吸着アンモニア量推定手段は、 NOx吸蔵触媒から NOx を放出すべく排気ガスの空燃比がリ ッチにされたときのリ ッチ度合 およびリ ッチ時間に基づいて吸着アンモニア量を推定する請求項 4 に記載の内燃機関の排気浄化装置。
6. N〇x選択還元触媒に流入する N〇xの濃度を検出するための NOxセンサと、 NOx選択還元触媒から流出する N〇xの濃度を検 出するための N〇xセンサとを具備しており、 上記吸着アンモニア 量推定手段は、 これら NOxセンサにより検出された NO選択還元 触媒前後における NOx濃度の差から吸着アンモニア量を推定する 請求項 4に記載の内燃機関の排気浄化装置。
7. N〇x選択還元触媒に吸着すべき目標アンモニア量が予め設 定されており、 N〇x吸蔵触媒から N〇xを放出すべく排気ガスの空 燃比がリ ッチにされるときのリ ッチ度合およびリ ッチ時間が、 NO x吸蔵触媒からの N〇xの放出作用を完了できかつ NOx選択還元触 煤への吸着アンモニア量を上記目標アンモニア量にすることができ るリ ッチ度合およびリ ッチ時間に制御される請求項 2に記載の内燃 機関の排気浄化装置。
8. 上記目標アンモニア量は NOx選択還元触媒のアンモニア飽 和吸着量より も低い量に設定されている請求項 7 に記載の内燃機関 の排気浄化装置。
9. N〇x選択還元触媒に流入する N〇xの濃度を検出するための N〇xセンサと、 N〇x選択還元触媒から流出する N〇xの濃度を検 出するための NOxセンサとを具備しており、 これら N〇xセンサに
より検出された N〇選択還元触媒前後における NOx濃度の差から NOx選択還元触媒のアンモニア飽和吸着量が検出され、 検出され たアンモニア飽和吸着量に基づき上記目標アンモニア量が補正され る請求項 8に記載の内燃機関の排気浄化装置。
1 0. アンモニア飽和吸着量の検出前に NOx選択還元触媒への アンモニア吸着量を飽和させるために NOx吸蔵触媒から N〇xを放 出させるのに必要な量以上の還元剤を NOx吸蔵触媒に供給するよ うにした請求項 9に記載の内燃機関の排気浄化装置。
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