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WO2007066743A1 - 内燃機関 - Google Patents

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WO2007066743A1
WO2007066743A1 PCT/JP2006/324495 JP2006324495W WO2007066743A1 WO 2007066743 A1 WO2007066743 A1 WO 2007066743A1 JP 2006324495 W JP2006324495 W JP 2006324495W WO 2007066743 A1 WO2007066743 A1 WO 2007066743A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
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exhaust gas
fuel
catalyst
air
fuel ratio
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2006/324495
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Kohei Yoshida
Takamitsu Asanuma
Shinya Hirota
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to DE602006021273T priority Critical patent/DE602006021273D1/de
Priority to US11/794,732 priority patent/US8015800B2/en
Priority to EP06834250A priority patent/EP1843016B1/en
Publication of WO2007066743A1 publication Critical patent/WO2007066743A1/ja
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Ceased legal-status Critical Current

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    • B01D53/9477—Removing one or more of nitrogen oxides, carbon monoxide, or hydrocarbons by multiple successive catalytic functions; systems with more than one different function, e.g. zone coated catalysts with catalysts positioned on separate bricks, e.g. exhaust systems
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    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
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    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40—Engine management systems

Definitions

  • the present invention relates to an internal combustion engine.
  • the gas treatment device is composed of a number of media arranged in series in the engine air passage, and it is required that The internal combustion engine that was sought was public (see, for example, the 204 report).
  • the purpose of the present invention is to provide an internal combustion engine that can reduce the cost while ensuring a clear improvement effect.
  • an exhaust gas treatment device is installed in the engine air passage, and a post-treatment device is used to treat the gas component.
  • a post-treatment device is used to treat the gas component.
  • an internal combustion engine that is supplied with a processing fee and the post-processing fee method is planned, there are a number of after-treatment devices arranged in series in the exhaust passage, and In order to make the lowest catalyst in the case take charge of exhaust gas conversion when the case exceeds the predetermined time, the lowest processing catalyst is supplied with the aftertreatment agent necessary for the gas conversion. Therefore, an internal combustion engine is provided which is designed to revise the law of post-treatment charges.
  • Fig. 2 shows the structure of a particulate filter
  • Fig. 3 is a front view of the surface of O
  • Fig. 4 is a front view of the surface of SO trap
  • Fig. 5 is the O OXA.
  • Fig. 6 shows the time chart showing the control of O 2 emission control and the particulate filter
  • 7 is the timing chart showing the reason from the fuel supply valve
  • 8 is the time chart showing the reason from the fuel supply valve
  • 9 is a time chart showing the process from the fuel supply valve
  • 0 is a flow chart for controlling the aftertreatment device
  • FIG. 1 is an engine body
  • 2 is 3 child controls for injecting fuel into 2
  • 4 is an intake manifold
  • 5 is an exhaust manifold.
  • the manifold 4 is connected to the compressor of the robot 7 via the intake duct 6. It is connected to the mouth of 7a and to the actuator 8 of compressor 7a.
  • a slot 9 driven by a step motor is arranged in 6 and a 0 for cooling the air flowing in the intake duct 6 is arranged in the intake 6.
  • the engine is guided into cooling 0, and the air is cooled by the engine.
  • the exhaust manifold 5 is connected to the port of the exhaust turbine 7 at tab 7 and is connected to the exhaust tab 7 at the S O trap. Also, it is connected to the mouth of the tee fillet fill 3 via the exhaust pipe 2 of the S O trap and connected to O 5 via the exhaust pipe 4 of the paticle fill fill 3. Exhaust pipe for trachea 2
  • a material supply 7 is installed to supply the post-processing material into the gas flowing inside 2. Also, the trachea and
  • a sensor or a sensor 2 consisting of a sensor or an O sensor or an S O sensor is arranged.
  • each 3 is connected to a cylinder 25 via a fuel supply 24.
  • This control 25 is supplied with charge by a pump 26 with variable output under electronic control, and fuel is supplied via charge supply 24 supplied in control 25. Supplied to 3.
  • the child control unit 30 consists of a digital computer and is a ROM read-only device connected by a bidirectional bus 3.
  • the paticle refill 3 Z is equipped with a sensor 27 for detecting the pressure of the bat refill 3 and is input to the port 3 5 via the corresponding A converter 3 7 of this sensor 27. To be done.
  • a load sensor 4 that generates an output pressure proportional to that of the accelerator pedal 40 is connected to the output pedal 40, and is input to the port 3 5 via the corresponding AD converter 3 7 of the load sensor 4.
  • the entry port 35 has a crank, for example.
  • the thrust sensor 42 which generates a pulse each time it turns, is connected.
  • the output port 3 6 supplies the fuel 3 through the corresponding 3 8 and the step motor fuel supply for the slot 9 drive.
  • O is also present on the Batiki refill 3 located at O 5.
  • the baticle refill 3 has a cam structure and has a plurality of airflow passages 60 parallel to each other.
  • gas 6 0 generated by 6 2
  • gas 6 generated by upstream 6 3 The part marked with 2A is 6 3.
  • gas 60 and gas 6 are arranged on top of each other via a thin wall 6 4.
  • the exhaust gas passage 60 and the gas 6 are the gas passage 60 surrounded by four gases 6,
  • the paticle refill 3 is composed of a material such as cordite, so that the gas flowing into the gas 60 will come into contact with the surrounding gas 64 as indicated by the arrow in 2B). Spills in. O for this pastry refill 3
  • Both O and O5 are made up of, for example, aluminum.
  • Figure 3 shows the faces of these faces 45.
  • noble metal 46 is dispersed on the surface of catalyst 45.
  • a layer of O 47 is formed on the surface of the catalyst 45.
  • P is used as the noble metal 46, and the constituents of O 47 are, for example, potassium natrium a, cesium CS, alkalium varieties such as Ba Ba, and lucium Ca. And at least one selected from earth such as lanthanum a yttrium Y.
  • the ratio of the air and (hydrogen chloride) supplied in the air passages of the air passages, the combustion 2 and the particulate flow 3 is called the exhaust gas, and O 4 7 is the exhaust gas.
  • the reaction proceeds in reverse (O, O) because the oxygen concentration in the exhaust gas decreases. After that, it is released from O 47 in the form of glass ions OO, in O 47.
  • the O released at is originated by CC contained in the exhaust gas.
  • the fuel is supplied from the fuel supply 7 to make the gas rich in time and thereby release O 4 from O 47.
  • exhaust gas contains S O and S O.
  • This S O trap consists of, for example, a cam-made monolith medium and has a large number of gases that extend straight in the direction of the S O trap line. Like this S O tiger
  • the When the is composed of a cam-made monolithic medium, it is made of, for example, alumina on the peripheral wall of the gas, and 4 shows the surface of this 50 plane part in the figure. As shown in Fig. 4, the Cot 5 is formed on the surface of the catalyst 50, and the noble metal 52 is dispersed on the Cot 5 surface.
  • gold is used as the noble metal 52, and the constituents of cobalt 5 are, for example, potassium, sodium a cesium CS, an alkali genus such as CS, barium Ba, and lucium.
  • Alkali such as C a At least one selected from earth such as lanthanum a thorium Y is used.
  • Point 5 of the S O trap is basic.
  • Fig. 4 the SO level captured in Cot 5 is shown. As you can see from 4 The area near SO plane 5 is the highest, and becomes lower as you go to. If the SO degree in the vicinity of the surface of coat 5 becomes higher, the basicity of the surface of coat 5 weakens and the SO force weakens. When the S force weakens, it will flow into some SO chelates 3 contained in the exhaust gas, and will start to be absorbed by o 47.
  • the fuel supply 7 is arranged in the exhaust pipe 2 between the SO trap baticle refill 3 and the o trap 4 7 and O is released.
  • the fuel supply 7 is arranged in the exhaust pipe 2 between the SO trap baticle refill 3 and the o trap 4 7 and O is released.
  • the particulates and particles contained in the exhaust gas are subjected to the bacteriolite fill 3 Z and are sequentially converted.
  • the amount of the particulate matter to be treated becomes larger than that of the particulate matter to be reduced, the particulate matter gradually accumulates on the baticle reticle 3, and the increase in the quantity of the particulate matter causes a decrease in force. I will end up. Therefore, when the volume of the child matter increases, the accumulated child matter must be removed.
  • the degree of the Patti quilt fill 3 is raised to 600 with the excess air, the accumulated particulate matter is oxidized, and is removed.
  • the amount of child substances exceeds the permissible amount, the temperature of the chelating filter 3 is increased under the exhaust gas line so that the accumulated child substances are removed. Physically, it was detected by the differential pressure sensor 27.
  • the aftertreatment device has a number of SO traps, o and O 5 carried on the baticle reticle 3 arranged in series in the exhaust passage, and the catalyst Is detected and the method of post-treatment material is re-defined according to the case of catalyst.
  • the lowest catalyst In order to cause the exhaust gas to be converted into the exhaust gas, the method of the after-treatment charge is re-established so as to supply the after-treatment charge necessary for the gasification to the catalyst with the lowest level.
  • the case when the deviation exceeds the predetermined case, the case is the lowest and therefore the most effective use for conversion is selected, and the selected exhaust gas Aftertreatment supplies are provided in a manner that is optimal for converting the exhaust gases selected to carry out the conversion. In this way, the amount of post-treatment charges can be minimized while securing exhaust gas.
  • the SO sensor is used as sensor 20. It is used and whether or not it has changed is detected by this SO sensor 8.
  • So degree detected by So sensor 8 exceeds the predetermined degree, it is judged that the So trap has changed, and when the So concentration detected by S sensor 9 exceeds the predetermined degree. It is judged that the chelating agent was converted to 3 O, and when the SO concentration detected by the SO sensor 20 exceeded the predetermined level, it was judged that O 5 was converted to O 5.
  • the inflowing gas becomes rich at one time, and at this time, O is released from the upstream O 3. In this case, it is used for O and O from all upstream O 3 added from the fuel supply 7.
  • the downstream O 5 is responsible for the conversion of the exhaust gas, and at this time, the O 2 in the gas and the emission are downstream. , 5.
  • the added fuel is added to the downstream.
  • the gas rich when the fuel is added from the fuel supply 7 is set to be higher than that shown in Fig. 7.
  • the interval between riches should be short, or if the interval between riches should not be changed when the exhaust gas richness is increased, the interval between riches should be lengthened as shown in 8B).
  • 0 indicates the post-processing device routine.
  • step 0 3 it is judged if O OX exceeds the allowable X. In case of Z OX X, set to step 07. On the other hand, in the case of Z OX X, it proceeds to step 04 and it is determined whether or not the upstream O 3 has been transformed. When O 3 has not changed, the routine proceeds to step 5, where the rich 1 shown in 7 is performed, and then the routine proceeds to step 07. On the other hand, upstream O
  • the sensor 27 detects the A P of the patch cartridge file 3. Then, at 08, it is determined whether or not A P exceeds the allowable P X, and when it becomes A P P X, the routine proceeds to 09, where the patty refill 3 is controlled. This is done by supplying the gas from the gas supply 7 while holding the gas flowing into the battery refill 3. On the other hand, when it is judged that the downstream O 3 has been converted to Step 0 0, the process proceeds to Step 0 and the fuel processing shown in 9 is performed.

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Abstract

機関排気通路内にＳＯxトラップ触媒（１１）、ＮＯx吸蔵還元触媒を担持したパティキュレートフィルタ（１３）およびＮＯx吸蔵還元触媒（１５）からなる後処理装置と、これら後処理装置に後処理用燃料を供給するための燃料供給弁（１７）とを配置する。いずれかの触媒の劣化度合が予め定められた劣化度合を越えたときには劣化度合の最も低い触媒に排気ガスの浄化作用を担わせるために、劣化度合の最も低い触媒に対し排気ガスの浄化に必要な後処理用燃料を供給しうるように後処理用燃料の供給方法を再設定する。

Description

明 細 書 内燃機関 技術分野
本発明は内燃機関に関する。 背景技術
排気ガスの後処理装置が機関排気通路内において直列に配置され た複数の排気浄化用触媒からなり、 各触媒の劣化の度合が求められ 、 各触媒について求められた劣化の度合から後処理装置全体の劣化 の度合を求めるよう にした内燃機関が公知である （例えば特開 2 0 0 4 — 7 6 6 8 1 号公報を参照） 。
しかしながらこの場合、 良好な排気浄化作用を確保するに.はこれ ら触媒のうちで劣化度合の最も低い触媒に排気ガスの浄化作用を担 わせるのが得策である。 というの.は、 例えば排気ガス中の有害成分 を処理する際に後処理用燃料を供給している場合には劣化度合の最 も低い触媒に排気ガスの浄化作用を担わせると良好な排気浄化作用 を確保できることに加え、 後処理用燃料の消費量を低'減することが できるという利点があるからである。 しかしながら上述の内燃機関 ではこのようなことに何ら考慮が払われて .いない。 発明の開示
本発明の目的は良好な排気浄化作用を確保しつつ燃料消費量を低 減することのできる内燃機関を提供することにある。
本発明によれば、 機関排気通路内に排気ガスの後処理装置を配置 し、 後処理装置において排気ガス中の有害成分を処理するための後 処理用燃料が供給され、 後処理用燃料の供給方法が予め設定されて いる内燃機関において、 後処理装置が排気通路内において直列に配 置された複数の排気浄化用触媒を有しており、 いずれかの触媒の劣 化度合が予め定められた劣化度合を越えたときには劣化度合の最も 低い触媒に排気ガスの浄化作用を担わせるために、 劣化度合の最も 低い触媒に対し排気ガスの浄化に必要な後処理用燃料を供給しうる ように後処理用燃料の供給方法を再設定するようにした内燃機関が 提供される。 図面の簡単な説明
図 1 は圧縮着火式内燃機関の全体図、 図 2 はパティキュレー トフ ィ ル夕の構造を.示す図、 図 3 は N〇x吸蔵還元触媒の触媒担体の表 面部分の断面図、 図 4は S O x トラップ触媒の触媒担体の表面部分 の断面図、 図 5は吸蔵 N〇x量 N O X Aのマップを示す図、 図 6 は N O x放出制御およびパティキュレー トフィル夕の昇温制御を示す タイムチャー ト、 図 7 は燃料供^弁からの燃料添加処理を示すタイ ムチャー ト、 図 8 は燃料供給弁からの燃料添加処理を示すタイムチ ヤー ト、 図 9 は燃料供給弁からの燃料添加処理を示すタイムチヤ一 ト、 図 1 0 は後処理装置の制御を行うためのフローチ ー ト、 図 1 1 は圧縮着火式内燃機関の別の実施例を示す全体図である。 発明を実施するための最良の形態
図 1 に圧縮着火式内燃機関の全体図を示す。
図 1 を参照すると、 1 は機関本体、 2 は各気筒の燃焼室、 3 は各 燃焼室 2 内に夫々燃料を噴射するための電子制御式燃料噴射弁、 4 は吸気マニホルド、 5 は排気マニホルドを夫々示す。 吸気マ二ホル ド 4は吸気ダク ト 6 を介して排気ターボチャージャ 7 のコンプレツ サ 7 aの出口に連結され、 コンプレッサ 7 aの入口はエアク リーナ 8 に連結される。 吸気ダク ト 6内にはステップモータにより駆動さ れるスロッ トル弁 9が配置され、 更に吸気ダク ト 6周り には吸気ダ ク ト 6内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置 1 0が配置さ れる。 図 1 に示される実施例では機関冷却水が冷却装置 1 0内に導 かれ、 機関冷却水によって吸入空気が冷却される。
一方、 排気マニホルド 5は排気夕一ボチャージャ 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 S〇x 卜ラッ プ触媒 1 1 の入口に連結きれる。 また、 S O x トラップ触媒 1 1 の 出口は排気管 1 2を介してパティ キュレー トフィル夕 1 3の入口に 連結され、 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 Ox吸蔵還元触媒 1 5に連結される。 排気管 1 2.には排気管 1 2内を流れる排気ガス中に後処理用燃料を供給するための燃料供 給弁 1 7が取付けられる。 また、 各排気管 1 2， 1 4内および NO x吸蔵還元触媒 1 5の出口に連結された排気管 1 6内には夫々空燃 比センサ又は. O 2センサ又は NOxセンサ又は S'Oxセンサからなる センサ 1 8 , 1 9 , 2 0が配置される。
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【こ連結され、 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に連結される。 このコモンレール 2 5内へは電子制 御式の吐出量可変な燃料ポンプ 2 6から燃料が供給され、 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。
電子制御ュニッ ト 3 0はデジタルコンピュータからなり、 双方向 性バス 3 1 によって互いに接続された R O M (リー ドオンリ メモリ ) 3 2、 R AM (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。 各センサ 1 8， 1 9， 2 0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、 パティキュ レー トフィル夕 1 3にはパティキュレー 卜フィ ルタ 1 3の前後差圧 を検出するための差圧センサ 2 7が取付けられており、 この差圧セ ンサ 2 7の出力信号は対応する AD変換器 3 7 を介して入力ポー ト 3 5に入力される。
アクセルべダル 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 9駆動用ステップモー夕、 燃料供給弁 1 7、 E G R制御弁 2 2および燃料ポンプ 2 6 に接続される。
図 1 に示される実施例では NOx吸蔵還元触媒 1 5の上流側に配 置されたパティキュレー トフィル夕 1 3上にも N O x吸蔵還元触媒 が担持されている。 従ってまず初めにパティキュレー トフィル夕 1 3の構造について説明し、 次いで N Ox吸蔵還元触媒 1 5およびパ ティキュレー トフィル夕 1 3上に担持された N Ox吸蔵還元触媒に ついて説明する。
図 2 ( A) および （ B) は N〇x吸蔵還元触媒を担持したパティ キュレー 卜フィル夕 1 3の構造を示している。 なお、 図 2 ( A) は パティキュレー 卜フィル夕 1 3の正面図を示しており、 図 2 ( B ) はパティキュレー トフィ ル夕 1 3の側面断面図を示している。 図 2 ( A ) および （ B ) に示されるようにパティキュレー トフィル夕 1 3 はハニカム構造をなしており、 互いに平行をなして延びる複数個 の排気流通路 6 0 , 6 1 を具備する。 これら排気流通路は下流端が 栓 6 2 により閉塞された排気ガス流入通路 6 0 と、 上流端が栓 6 3 により閉塞された排気ガス流出通路 6 1 とにより構成される。 なお 、 図 2 ( A ) においてハッチングを付した部分は栓 6 3 を示してい る。 従って排気ガス流入通路 6 0および排気ガス流出通路 6 1 は薄 肉の隔壁 6 4 を介して交互に配置される。 云い換えると排気ガス流 入通路 6 0および排気ガス流出通路 6 1 は各排気力'ス流入通路 6 0 が 4つの排気ガス流出通路 6 1 によって包囲され、 各排気ガス流出 通路 6 1 が 4つの排気ガス流入通路 6 0 によって包囲されるように 配置される。
パティキユレ一 卜フィル夕 1 3 は例えばコージライ 卜のような多 孔質材料から形成されており、 従って排気ガス流入通路 6 0内に流 入した排気ガスは図 2 ( B ) において矢印で示きれるように周囲の 隔壁 6 4内を通って隣接する排気ガス流出通路.6 1 内に流出する。 このパティ キュレー トフィル夕 1 3では N O x吸蔵還元触媒が各排 気ガス流入通路 6 0および各排気ガス流出通路 6 1 の周壁面、 即ち 各隔壁 6 4の両側表面上および隔壁 6 4内の細孔内壁面上に担持さ れている。
パティキュレー トフィル夕 1 3上に担持された N O x吸蔵還元触 媒および N O x吸蔵還元触媒 1 5 においては共に基体上に例えばァ ルミナからなる触媒担体が担持されている。 図 3 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 3 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 O x吸収剤 4 7 を構成する成分と しては例えば力 リ ウ ム K：、 ナ ト リ ウム N a、 セシウム C s のようなアルカ リ金属、 ノ リ ゥム B a、 カルシウム C aのようなアルカ リ土類、 ランタン L a 、 イ ッ ト リ ウム Yのような希土類から選ばれた少なく とも一つが用い られている。
機関吸気通路、 燃焼室 2およびパティ キュレー トフィ ル夕 1 3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、 N〇x吸収剤 4 7 は排気ガスの空燃比 がリーンのときには N O xを吸収し、 排気ガス中の酸素.濃度が低下 すると吸収した N〇xを放出する N O xの吸放出作用を行う。
即ち、 N〇x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 N Oは図 3 に示されるように白金 P t 4 6上において酸化されて N〇 2となり、 次いで N〇 x吸収剤 4 7 内に吸収されて酸化バリ ウム B a〇と結合しながら硝酸イオン N O 3 の形で N O x吸収剤 4 7 内 に拡散する。 このようにして N O x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^^〇2 が生成され、 N O x吸収剤 4 7 の N O x吸収能力が飽和しない限り N 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。
これに対し、 燃料供給弁 1 7から燃料を供給することにょって排 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 0 3—→N 0 2 ) に進み、 斯く して N〇x吸収剤 4 7 内の硝酸イオン Ν〇3—が Ν〇2の形で N O x吸収剤 4 7から放出される。 次いで放出された N O 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〇 xが N O 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〇 x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〇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 N O x 吸収剤 4 7 の吸収能力が飽和する前に燃料供給弁 1 7から燃料を供 給することによって排気ガスの空燃比を一時的にリ ッチにし、 それ によって N O x吸収剤 4 7から N〇xを放出させるようにしている。
ところで排気ガス中には S O x、 即ち S 0 2が含まれており、 この S O 2がパティキュレー トフィル夕 1 3および N O x吸蔵還元触媒 1 5 に流入するとこの S 0 2は白金 P t 4 6 において酸化されて S O 3 となる。 次い.でこの S O 3は N O x吸収剤 4 7 内に吸収されて酸化バ リ ウム B a 0と結合しながら、 硫酸イオン S〇4 の形で N〇x吸収 剤 4 7 内に拡散し、 安定した硫酸.塩 B a S〇4を生成する。 しかし ながら N O x吸収剤 4 7が強い塩基性を有するためにこの硫酸塩 B a S〇4は安定していて分解しづらく、 排気ガスの空燃比を単にリ ツチにしただけでは硫酸塩 B a S 0 4は分解されずにぞのまま残る 。 従って N 0 x吸収剤 4 7 内には時間が経過するにつれて硫酸塩 B a S〇4が増大することになり、 斯く して時間が経過するにつれて N O x吸収剤 4 7が吸収しうる N O x量が低下することになる。
そこで図 1 に示す実施例ではパティ キュレー トフィルタ 1 3の上 流に S O x トラップ触媒 1 1 を配置してこの S O x トラップ触媒 1 1 により排気ガス中に含まれる S O xを捕獲し、 それによつてパティ キュ ー トフィル夕 1 3および N O x吸蔵還元触媒 1 5 に S〇xが流 入しないようにしている。 次にこの S O x トラップ触.媒 1 1 につい て説明する。
この S O x トラップ触媒 1 1 は例えばハニカム構造のモノ リス触 媒からなり、 S O x トラップ触媒 1 1 の軸線方向にまつすぐに延び る多数の排気ガス流通孔を有する。 このように S〇x トラップ触媒 1 1 をハニカム構造のモノ リス触媒から形成した場合には、 各排気 ガス流通孔の内周壁面上に例えばアルミナからなる触媒担体が担持 されており、 図 4はこの触媒担体 5 0の表面部分の断面を図解.的に 示している。 図 4 に示されるように触媒担体 5 0 の表面上にはコー ト層 5 1 が形成されており、 このコー ト層 5 1 の ¾面上には貴金属 触媒 5 2が分散して担持されている。
図 1 に示される実施例では貴金属触媒 5 2 と して白金が用いられ ており、 コー ト層 5 1 を構成する成分としては例えばカ リ ウム K、 ナ ト リ ウム N a、 セシウム C s のようなアルカ リ金属、 ノ、'リ ウム B a、 カルシウム C aのようなァルカ リ土鑌、 ランタン L a、 ィ ヅ ト リ ウム Yのような希土類から選ばれた少なぐとも一つが用いられて いる。 即ち、 S〇 x トラップ触媒 1 1 のコー ト層 5 1 は強塩基性を 呈している。 . ' ' ' さて、 排気ガス中に含まれる S O x、 即ち S 0 2は図 4 に示される ように白金 P t 5 2 において酸化され、 次いでコー ト層 5 1 内に捕 獲される。 即ち、 S〇2は硫酸イオン S〇4 2 -の形でコー ト層 5 1 内 に拡散し、 硫酸塩を形成する。 なお、 上述したようにコー ト層 5 1 は強塩基性を呈しており、 従って図 4に示されるように排気ガス中 に含まれる S〇2の一部は直接コー ト層 5 1 内に捕獲される。
図 4 においてコー ト層 5 1 内における濃淡は捕獲された S O xの 濃度を示レている。 図 4からわかるようにコー ト層 5 1 内における S O x(濃度はコー ト層 5 1の表面近傍が最も高く、 奥部に行く に従 つて次第に低くなつていく。 コ一 卜層 5 1 の表面近傍における S O x濃度が高くなるとコー ト層 5 1 の表面の塩基性が弱まり、 . S Oxの 捕獲能力が弱まる。 S Oxの捕獲能力が弱まると排気ガス中に含ま れる一部の S O xがパティキユレ一 卜フィル夕.1 3内に流入しはじ め、 N Ox吸収剤 4 7に 30)(が吸収されはじめる。
次に図 5および図 6を参照しつつパティ キュレー 卜フィル夕 1 3 上に担持された N〇x吸蔵還元触媒および N〇x吸蔵還元触媒 1 5に 対する処理について説明する。 .図 1 に示される実施例ではパティキ ュレー トフィル夕 1 3上に担持された N〇x吸蔵還元触媒の N O x吸 収剤 4 7および NO x吸蔵 元触媒 1 5の NOx吸収剤 4 7に単位時 間当 り吸収され.る N〇x量 N O XAが要求 トルク T Qお,よび機関回 転数 Nの関数と して図 5に示すマップの形で予め R O 3 2内に記 憶されており、 この NOx量 NO XAを積算することによって NOx 吸収剤 4 7 に吸収された N O x量∑ N〇 Xが算出される。 更に、 こ の実施例では図 6 に示されるようにこの N 0 x量∑ N O Xが許容値 N Xに達する毎にパティキュレー トフィル夕 1 '3に流入する排気ガ スの空燃比 A Fが一時的にリ ツチにされ、 それによつて N O x吸 収剤 4 7から N Oxが放出される。 '
. なお、 パティ キュレー トフィル夕 1 3に流入する排気ガスの空燃 比 AZ Fをリ ッチにするときに S〇x トラップ触媒 1 1 に流入する 排気ガスの空燃比はリーンに維持しておかなければならない。 従つ て図 1 に示す実施例では S Ox トラップ触媒 1 1 とパティキュレー 卜フィ ル夕 1 3 との間の排気管 1 2内に燃料供給弁 1 7が配置され ており、 N〇x吸収剤 4 7から NOxを放出すべきときにはこの燃料 供給弁 1 7から排気管 1 2内に燃料、 即ち後処理用燃料を供給する ことによりパティキュレー トフィル夕 1 3 に流入する排気ガスの空 燃比き一時的にリ ツチにするようにしている。
方、 排気ガス中に含まれるパティキュレー ト、 即ち粒子状物質 はパティ キュレー トフィル夕 1 3上に捕集され、 順次酸化される。 しかしながら捕集される粒子状物質の量が酸化される粒子状物質の 量より も多くなると粒子状物質がパティキュレー トフィル夕 1 3上 に次第に堆積し、 この場合粒子状物質の堆積量が増大すると機関出 力の低下を招いてしまう。 従って粒子状物質の堆積量が増大したと さには堆積した粒子状物質を除去しなければならない。 この場合、 空気過剰のもとでパティ キュレー トフィ ル夕 1 3 の温度を 6 0 0 程度まで上昇させると堆積した粒子状物質が酸化され、 除去される そ で図 1 に示される実施例ではパティキュレー トフィル夕 1 3 上に堆積ししたた粒子状物質の量が許容量を越えたときには排気ガスの 空燃比がリ一ンのもとでパティキュレー トフィ ル夕 1 3 の温度を上 昇させ、 それによって堆積した粒子状物質を酸化除去するようにし ている。 具体的に言う と差圧センサ 2 7 により検出されたパティキ ユレ一卜フィ ル夕 1 3の前後差圧 Δ Ρが図 6 に示されるように許容 値 P Xを越えたときに堆積粒子状物質の量が許容量を越えたと判断 され、 このときパティ キュレー トフィル夕 1 3 に流入する排気ガス の空燃比をリーンに維持しつつパティキユレ一 卜フィル夕 1 3の温 度 τを上昇させる昇温制御が行われる。 なお、 パティ キュレー トフ ィル夕 1 3の温度 Tが高くなると N O x吸収剤 4 7から N O xが放出 されるために捕獲されている N〇x量 Σ Ν Ο Χは減少する。
パティキュ レー 卜フィル夕 1 3 を昇温すべきときに S O x トラッ プ触媒 1 1 を昇温させる必要ばない。 従ってパティ キュレー トフィ ^/夕 1 3 を昇温させるときには排気ガスの空燃比をリーンに維持し うる範囲内で燃料供給弁 1 7から燃料、 即ち後処理用燃料が供給さ れ、 この燃料の酸化反応熱でパティキュレー トフィ ル夕 1 3の温度 Tが上昇せしめられる。
さて、 本発明による実施例では図 1 に示されるように後処理装置 が排気通路内に直列に配置された複数の排気.浄化用触媒、 即ち S〇 x トラップ触媒 1 1 、 パティキュレー トフィル夕 1 3上に担持され た N〇x吸蔵還元触媒、 および N O x吸蔵還元触媒 1 5 を有しており 、 各触媒毎に触媒の劣化度合が検出されると共に触媒の劣化度合に 応じて後処理用燃料の供給方法が再設定される。
この場合、 本発明による実施例では S〇x トラップ触媒 1 1 、 パ . ティキュレー トフィル夕 1 3上に担持された N O x吸蔵還元触媒、 および N O x吸蔵還元触媒 1 5のうちのいずれかの触媒の劣化度合 が予め定められた劣化度合を越えたときには、 劣化度合の最も低い 触媒に排気ガスの浄化作用を担わせるために、 劣化度合の最も低レ ' 触媒に対し排気ガスの浄化に必要な後処理用燃料を供給しうるよう に後処理用燃料の供給方法が再設定される。
即ち、 本発明による実施例では.、 いずれかめ触媒の劣化度合が予 め定められた劣化度合を越えたときには、 劣化度合が最も低く 、 従 つて排気浄化のために最も有効に利用 しうる触媒を選択し、. 選択さ れた触媒に排気ガスの浄化作用を担わせるために、 選択された触媒 が排気ガスを浄化するのに最適な方法で後処理用燃料が供給される 。 このようにすると排気ガスの高い浄化率を確保しつつ後処理用燃 料の消費量を最小とすることができる。
次に本発明による実施例について具体的に説明する。
本発明による実施例では時間が経過するにつれて S O xが S O x ト ラップ触媒 1 1 および N〇 x吸収剤 4 7 に徐々に蓄積され、 この場 合、 上流側の触媒から順に S O x被毒、 即ち触媒劣化が生じる。 図 1 に示す例では各センサ 1 8 , 1 9 , 2 0 として S O xセンサが使 用されており、 各触媒が劣化したか否かはこの S〇χセンサ 1 8 , 1 9， 2 0の出力信号により検出される。 即ち、 S Oxセンサ 1.8 により検出された S O x濃度が予め定められた濃度を越え ςときに は S Οχ トラップ触媒 1 1が劣化したと判断され、 S〇χセンサ 1 9 により検出された S〇χ濃度が予め定められた濃度を越えたときに はパティキュレー トフィル夕 1 3上の Ν Ο χ吸蔵還元触媒が劣化し たと判断され、 S〇xセンサ 2 0により検出された S〇x濃度が予め 定められた濃度を越えたときには N Ox吸蔵還元触媒 1 5が劣化し たと判断される。
次に N O x吸蔵還元触媒からの N O x放出制御について説明するが 、 これを説明するに当って以下、 パティキュレー トフィル夕 1 3上 に担持された N〇x吸蔵還元触媒を上流側 NOx吸蔵還元触媒 1 3 と 称し、 N〇x吸蔵還元触媒 1 5を下流側 N Ox吸蔵還元触媒 1 5 と称 する。 ところで、 前述したように N O x吸収剤 4 7が N〇 xで飽和す る前に N O x吸収剤 4 7から N〇 xが放出される。 図 7は上流側 N〇 x吸蔵還元触媒 1 3 よび下流側 N Ox吸蔵還元触媒 1 5が共に劣化 していない場合の N〇x放出制御を示している。
この場合には図 7 に示されるように NOx吸収剤 4 7から N〇xを 放出すべく燃料供給弁 1 7から燃料が添加されると上流側 N〇x吸 蔵還元触媒 1 3に流入する排気ガスの空燃比は一時にリ ツチとなり 、 このとき上流側 N〇 x吸蔵還元触媒 1 3から N O xの放出作用が行 われる。 この場合、 燃料供給弁 1 7から添加された全ての燃料は上 流側 N Ox吸蔵還元触媒 1 3からの N Oxの放出および還元作用に使 用される。
一方、 上流側 N〇x吸蔵還元触媒 1 3が劣化したと判断されたと きには下流側 N Ox吸蔵還元触媒 1 5に排気ガスの浄化作用を担わ せ、 このとき排気ガス中の NOxの吸収および放出作用は下流側 N 〇X P及蔵還元触媒 1 5 において行われる。 この場合、 上流側 N O x吸 蔵還元触媒 1 3が劣化していないときと同じ図 7 に示されるパター ンで燃料供給弁 1 7から燃料を添加すると添加した燃料が下流側 N O x吸蔵還元触媒 1 5 に到達する前に分散してしまい、 下流側 N O x 吸蔵 元触媒 1 5 に流入する排気ガスの空燃比がリ ッチにならなく なつてしまう。
そこで本発明による実施例ではこのとさ下流側 N O x吸蔵還元触 媒 1 5 に流入する排気ガスの空燃比をリ ッチにするために燃料供給 弁 1 7から燃料を添加したときの排気ガスの空燃比のリ ツチの度合 を図 7 に示される場合に比べて高くするようにしている。
なおこの場合、 燃料消費量が増大しないように排気ガスの空燃比 の U ッチの度合.を高めたときには図 8 ( A ) に示され ¾如く空燃比 の U ッチ時間を短かくするか、 或いは排気ガスの空燃比のリ ツチの 度合を高めたときに空燃比のリ ッチ時間を変化させない場合には図
8 ( B ) に示されるように空燃比がリ ッチにされる間隔を長くする ようにしている。
ところで N O x吸蔵還元触媒が劣化すると N O x吸蔵還元触媒は選 択還元触媒の機能しか有さなくなる。 この場合、 排気ガスの空燃比 がリ一ンの状態で燃料供給弁 1 7から燃料が添加されると未燃 H C によって排気ガス中の N O xが選択的に還元され、 N O x浄化率は高 くないが或る程度 N〇xを浄化することができる。 そこで本発明に よる実施例では上流側 N O x吸蔵還元触媒 1 3 に加え、 下流側 N O x 吸蔵還元触媒 1 4が劣化したときには図 9 に示されるように排気ガ スの空燃比をリーンの範囲内に維持した状態で燃料供給弁 1 7から 燃料を間欠的に添加するようにしている。
図 1 0 は後処理装置の制御ルーチンを示している。
図 1 0 を参照するとまず初めにステップ 1 0 0 において下流側 N O x P及,蔵還元触媒 1 5が劣化したか否かが判別される。 下流側 N〇x 吸蔵還元触媒 1 5が劣化していないときにはステップ 1 0 1 に進ん で図 5 に示すマップから単位時間当り吸蔵される N O x量 N〇 X A が算出される。 次いでステップ 1 0 2ではこの N〇 X Aが N〇 x吸 収剤 4 7 に吸収されている N O x量 Σ Ν Ο Χに加算される。
次いでステップ 1 0 3では吸蔵 N O x量∑ N O Xが許容値 N Xを 越えたか否かが判別される。 ∑ N O X <_N Xのときにはステップ 1 0 7 にジヤンブする。 これに対し、 ∑ N O X〉N Xのときにはステ ップ 1 0 4に進んで上流側 N〇x吸蔵還元触媒 1 3が劣化したか否 かが判別される 。 上流側 N o x吸蔵還元触媒 1 3が劣化していない ときにはステップ 1 0 5 に進んで図 7 に示されるリ ッチ処理 I が行 われ、 次いでス .テップ丄 0 7 に進む。 これに対し、 上 側 N〇 x吸 蔵還元触媒 1 3が劣化していると判断されたときにはステップ 1 0
6 に進んで図 8の （A ) 又は ( B ) に示すリ ッチ処理 1 1が行われ、 次いでステップ 1 0 7 に進む
ステップ 1 0 7では 圧センサ 2 7 によりパティ キユレ一卜フィ ル夕 1 3の前後差圧 Δ Pが検出される。 次いでステツプ 1 0 8では 差圧 Δ Pが許容値 P Xを越えたか否かが判別され、 Δ P > P Xとな つたときにはステツプ 1 0 9 に進んでパティ キユレ一 '卜フィル夕 1
3の昇温制御が行われる 。 この昇温制御はパティ キュレー トフィル 夕 1 3 に流入する排気ガスの空燃比をリーンに維持しつつ燃料供給 弁 1 7から燃料を供給することによって行われる。 一方、 ステップ
1 0 0 において下流側 N 〇x吸蔵還元触媒 1 3が劣化したと判断さ れたときにはステツプ 1 1 0 に進んで図 9 に示される燃料の添加処 理が行われる。
図 1 1 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 S O x 卜ラップ触媒に代えて N〇x吸蔵還元触媒 1 1 ' が配置され る。 また、 この実施例では燃料供給弁 1 7が排気マニホル ド 5の例 えば 1番気筒のマニホルド枝管内に配置きれる。 この実施例では N Ox吸蔵還元触媒 1 1 ' 、 又はパティキュレー トフィルタ 1 3上に 担持された N Ox吸蔵還元触媒、 又は N Ox吸蔵還元触媒 1 5から N Oxを放出すべきときには燃料供給弁 1 7から燃料が供給される。 なお、 この実施例においてもいずれかの N O x吸蔵還元触媒の劣化 度合が高くなつた場合、 劣化度合の最も低い NOx吸蔵還元触媒が 下流に位置するほど N O xを放出すべきときの排気ガスのリ ッチの 度合が高められる。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 機関排気通路内に排気ガスの後処理装置を配置し、 後処理装 置において排気ガス中の有害成分を処理するための後処理用燃料が 供給され、 該後処理用燃料の供給方法が予め設定されている内燃機 関において、 後処理装置が排気通路内において直列に配置された複 数の排気浄化用触媒を有しており、 いずれかの触媒の劣化度合が予 め定められた劣化度合を越えたときには劣化度合の最も低い触媒に 排気ガスの浄化作用を担わせるために、 劣化度合の最も低い触媒に 対し排気ガスの浄化に必要な後処理用燃料を供給しうるように後処 理用燃料の供給方法を再設定するようにした内燃機関。
2 . 機関排気通路内に直列に配置された複数の触媒が、 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 O xを放出する N O x吸蔵還元触媒からなり、 該 N O x 吸蔵還元触媒から N O xを放出すべく N O x吸蔵還元触媒に流入する 排気ガスの空燃比をリ ッチにするときには燃焼室内又は最も上流側 に位置する N〇x吸蔵還元触媒上流の排気通路内に後処理用燃料が 供給され、 このとき劣化度合の最も低い触媒が下流に位置するほど 排気ガスの空燃比のリ ツチの度合が高められる請求項 1 に記載の内 燃機関。
3 . 排気ガスの空燃比のリ ッチの度合を高めたときには空燃比の リ ッチ時間を短かくするようにした請求項 2 に記載の内燃機関。
4 . 排気ガスの空燃比のリ ッチの度合を高めたときには空燃比が リ ッチにされる間隔を長くするようにした請求項 2 に記載の内燃機 関。
5 . 全ての N O v吸蔵還元触媒の劣化度合が予め定められた劣化 度合耷越えて N〇x吸蔵還元触媒が選択還元触媒の機能しか有さな くなつたときには排気ガスの空燃比をリーンの範囲内に維持した状 態で後処理用燃料を燃焼室内又は最も上流側に位置する N Q χ吸蔵 還元触媒上流の排気通路内に供給するようにした請求項 2 に記載の 内燃機関。
6 . 最も上流側に位置する Ν〇χ吸蔵還元触媒上流の排気通路内 に排気ガス中の S〇χを捕獲しうる S 〇χ トラップ触媒を配置した請 求項 2 に記載の内燃機関。
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