WO2006073199A1 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

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Kohei Yoshida
Shinya Hirota
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    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention relates to an exhaust emission control device for an internal combustion engine.
  • Exhaust gas purification equipped with an internal combustion engine exhaust passage with a catalyst for reducing and purifying nitrogen oxides (NO x) in the exhaust gas discharged from the combustion chamber of the internal combustion engine (hereinafter referred to as “N0 x catalyst”)
  • Nx catalyst can collect sulfur oxides (SOx). Therefore, it is also known to use such NO X catalyst as a collecting material for collecting S O X in exhaust gas (hereinafter referred to as “S0 x collecting material”).
  • S 0 X trapping material renews SOX by diffusing SO x in the SO x trapping material by maintaining the lean atmosphere of the material and increasing the temperature of the SO x trapping material. In other words, the SOX collection capacity of the SOX collection material is restored.
  • SO x is diffused in the SOX trapping material to recover the SOX trapping capacity of the SOX trapping material, it is simultaneously trapped in the SOX trapping material.
  • N0 X that has been discharged is discharged from the S0 X collection material. In this way, NO x emitted from SOX traps should be treated in some way before being released into the atmosphere.
  • an object of the present invention is to satisfactorily treat NO X discharged from the SOx trapping material when the SOx trapping capacity of the SOx trapping material is recovered. Disclosure of the invention
  • a SOX collection material for collecting SO x in exhaust gas, wherein the internal atmosphere of the SOX collection material is a lean atmosphere, and SOX is collected when the temperature of the SOX collector is relatively low, and the temperature of the SOX collector becomes relatively high while the internal atmosphere of the SOX collector is maintained in a lean atmosphere. The collection capacity is restored.
  • S ⁇ X In the exhaust purification system of an internal combustion engine equipped with a collection material in the engine exhaust passage, when the internal atmosphere is a lean atmosphere, N0 X is collected and held.
  • the NOx catalyst that reduces and purifies the NOx retained when the atmosphere becomes a rich atmosphere is provided in the engine exhaust passage downstream of the SOX collector, and the S0X collection capacity of the SOX collector When the control to restore the S 0 X collection capacity of the SOX collection material is started, Control to restore the NO X trapping capacity of the NO X catalyst is started.
  • the apparatus further comprises a reducing agent supply means for supplying a reducing agent into the engine exhaust passage downstream of the SO x trapping material and upstream of the NO X catalyst.
  • Engine exhaust from the agent supply means By supplying a reducing agent into the channel, the NOx collecting ability of the above Nx catalyst can be recovered.
  • the reducing agent is supplied from the reducing agent supply means into the engine exhaust passage when the SOx collecting ability of the SOx collecting material is recovered.
  • the temperature of the SXX trapping material is The reducing agent is supplied from the reducing agent supply means into the engine exhaust passage after the temperature at which nitrate decomposition occurs in the collecting material until NO is no longer released from the S O X collecting material by thermal decomposition.
  • the supply of the base agent from the reducing agent supply means when the SOX trapping capacity of the SOX trapping material is restored is a predetermined time. It is done at intervals.
  • the SOX collection material when the temperature of the SOX collection material is increased in order to recover the SOX collection capacity of the SOX collection material, the SOX collection material The temperature of is gradually increased.
  • the NOX trapping capacity of the NOX catalyst is recovered to some extent at least. Therefore, when the S 0 X collection capacity of the S 0 X collection material is restored, the NO emitted from the SOX collection material x can be sufficiently collected in the NO x catalyst.
  • the seventh aspect when the SO x collection capacity of the SO x collection material is restored, it is avoided that a large amount of NO X is exhausted from the S0 x collection material at a stretch. At this time, NO X can be sufficiently collected or reduced and purified in the NOX catalyst.
  • FIG. 1 is an overall view of an internal combustion engine equipped with an exhaust emission control device of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing a time chart of an example of the processing for recovering SOX collection capability according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a view showing a time chart of an example of the SO collection ability recovery process according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram showing a time chart of an example of SOX collection capacity recovery processing according to still another embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is an overall view of an internal combustion engine provided with an exhaust emission control device according to a first embodiment of the present invention.
  • the internal combustion engine shown in Fig. 1 is a four-stroke compression ignition type internal combustion engine.
  • 1 is an engine body
  • 2 is a cylinder block
  • 3 is a cylinder head
  • 4 is a piston
  • 5 is a combustion chamber
  • 6 is an electrically controlled fuel injection valve
  • 7 is an intake valve
  • 8 is an intake port.
  • 9 indicates an exhaust valve
  • 10 indicates an exhaust port.
  • the intake port 8 is connected to the surge tank 1 2 via a corresponding intake branch pipe 1 1.
  • the surge tank 12 is connected to the outlet of the compressor 16 of the turbocharger 1 5 through the intake duct 1 3 and the intercooler 1 4, for example.
  • the inlet of the compressor 16 is connected to an air cleaner 18 via an intake pipe 17.
  • a throttle valve 20 driven by a step motor 19 is disposed in the intake pipe 17.
  • a mass flow rate detector 21 for detecting the mass flow rate of air (intake air) sucked into the combustion chamber 5 is disposed in the intake pipe 17 upstream of the throttle valve 20.
  • the exhaust port 10 is connected to the inlet portion of the exhaust turbine 23 of the exhaust turbocharger 15 via an exhaust manifold 2 2.
  • the outlet of the exhaust turbine 23 is connected to a casing 26 containing a 30 collection material 25 via an exhaust pipe 24.
  • the casing 26 containing the SO x trapping material 25 is connected to the casing 3 8 containing the NO x catalyst 3 7 via the exhaust pipe 28.
  • a reducing agent supply device for injecting a reducing agent (for example, hydrocarbon) into the exhaust pipe in the exhaust pipe 2 8 downstream of the S0 x collection material 2 5 and upstream of the N0 X catalyst 3 7 3 9 Is installed.
  • An air-fuel ratio sensor 2 7 is attached to the exhaust manifold 2 2.
  • the exhaust pipe 53 connected to the outlet of the casing 38 and the intake pipe 17 downstream of the throttle valve 20 are connected to each other via an exhaust gas recirculation (hereinafter referred to as EGR) passage 29.
  • EGR exhaust gas recirculation
  • 801 EGR control valve 31 driven by step motor 30 is arranged in passage 29.
  • an EGR cooler 32 for cooling the EGR gas flowing therethrough is disposed in the EGR passage 29.
  • the fuel injection valve 6 is connected to a fuel reservoir, that is, a so-called common rail 34 through a fuel supply pipe 33. Fuel is supplied into the common rail 3 4 from an electrically controlled fuel pump 3 5 with variable discharge amount.
  • the fuel supplied into the common rail 3 4 is supplied to the corresponding fuel injection valve 6 through each fuel supply pipe 3 3.
  • a fuel pressure sensor 36 for detecting the fuel pressure in the common rail 3 4 is attached to the common rail 3 4. Based on the output signal of the fuel pressure sensor 36, the discharge amount of the fuel pump 35 is controlled so that the fuel pressure in the common rail 34 becomes the target fuel pressure.
  • the electronic control unit 40 consists of a digital computer and is connected to each other by a bidirectional bus 4 1, R0M (read only memory) 4 2, RAM (random access memory) 4 3, CPU (microprocessor) 4 4 Input port 45 and output port 46.
  • the output signals of the mass flow rate detector 21, the air-fuel ratio sensor 2 7, and the fuel pressure sensor 3 6 are input to the input port 4 5 via the corresponding AD converter 4 7.
  • a load sensor 51 that generates an output voltage proportional to the amount of depression is connected to the accelerator pedal 50.
  • the output voltage of the load sensor 51 is input to the input port 45 via the corresponding AD converter 47.
  • a crank angle sensor 52 that generates an output pulse every time the crankshaft rotates, for example, 30 ° is connected to the input port 45.
  • the output port 4 6 is connected to the fuel injection valve 6, the throttle valve control step motor 19 through the corresponding drive circuit 48, the EGR control valve control step motor 30, the fuel pump 35, and the reduction.
  • S0x trapping material is described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2 0205-1 3 3 6 10 (referred to as “S Ox O catalyst”).
  • the temperature at which SO x diffuses into the SO x collector 25 is determined by the fact that the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is the stoichiometric air-fuel ratio. Higher than the temperature at which SO x is released from the S0 x collector 25.
  • N0X catalyst 3 7 will be described. 1 ⁇ ⁇ Catalyst 3 7 is trapped by absorbing or storing NO X in the exhaust gas when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into it is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio. To do. Therefore, NOx catalyst 3 7 has N0x trapping capacity (that is, the amount of NOx catalyst 37 that can newly collect NOx) is that the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is theoretically While it is leaner than the air-fuel ratio, it continues to decrease.
  • N0x trapping capacity that is, the amount of NOx catalyst 37 that can newly collect NOx
  • the 1 ⁇ 0 catalyst 3 7 releases the collected and held NOx However, it is reduced and purified by substances that have a reducing ability contained in the exhaust gas. This increases the NOx trapping capacity of the NO x catalyst 3 7.
  • NO X catalyst is described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2 005 1 3 3 6 10 (referred to as “N 0 X storage catalyst” in the same publication).
  • N 0 X in the exhaust gas collected by the X trapping material 25 will be trapped in the N0 X catalyst 3 7.
  • the amount of SOX collected in the SOX collection material 25 (hereinafter referred to as “S ⁇ x collection amount”).
  • S ⁇ x collection amount the amount of SOX collected in the SOX collection material 25
  • the temperature of the SO x collection material 25 is set to the SOX diffusion temperature (that is, the SOx collection material 25 inside the SOx collection material 25). The temperature rises to a temperature at which it can diffuse. As a result, 30 collected in 2 5
  • the SO x thus collected diffuses into the SO x collection material 25, and the SOX collection ability of the S0 x collection material 25 increases (recovers).
  • a heater is attached to the S0 x collector 25, and the temperature of the SOX collector 25 is adjusted by this heat.
  • raising the temperature of the exhaust gas discharged from the combustion chamber by changing the operating state of the internal combustion engine or by flowing the exhaust gas into the SOX trap 25
  • SOO collection material 25 of this embodiment collects not only SOX but also NOOx.
  • the SOx trapping capacity of the SOx trapping material 25 is restored as described above, that is, when the temperature of the SOx trapping material 25 is raised (especially , When the temperature of the SOx trap 25 is in the process of rising) NO X trapped by the SO trap 25 from the SOx trap 25 To be released.
  • NO X trapping capacity of the NO X catalyst 3 7 is low, the NO X released from the SOX trap 25 also passes through the N0 x catalyst 3 7, and N0 x catalyst 3 7 It will flow out downstream.
  • the exhaust gas flowing into the NOX catalyst 37 by injecting the reducing agent from the reducing agent supply device 39 located downstream of the SOX collector 25 and upstream of the NOx catalyst 37 The air-fuel ratio is made richer than the stoichiometric air-fuel ratio. According to this, NO X trapped and held in the NO X catalyst 37 is released from the NO X catalyst 37, and the exhaust gas in the exhaust gas Reduced and purified by the reducing agent. Therefore, NOx collection capacity of NO x catalyst 3 7 is restored.
  • the SOx trapping ability recovery process is started. According to this, NOx released from the SOx trapping material 25 during the SOx trapping capacity recovery process is well collected by the NOx catalyst 37.
  • the degree of recovery of OX collecting ability is arbitrary but is preferably the maximum. That is, it is preferable that all (or almost all) NOx trapped and retained by the N O X catalyst 3 7 is released from the N O X catalyst 3 7 and reduced and purified.
  • T is the SXX collection material 2 in order from the top. Shows a temperature of 5 A is SOX drawing material
  • N ⁇ X is shown, Q is the amount of reducing agent injected from the reducing agent supply device 39.
  • ⁇ ⁇ is the temperature of S ⁇ X trapping material 1 necessary to recover the SOX trapping capacity, that is, O in the S 0 X trapping capacity recovery process. Indicates the temperature of the collector A.
  • L is set to the allowable lower limit of S ⁇ X collection capacity, that is,
  • NBH is the L The limit value of the amount of NO x collected and retained by the NO x catalyst to be determined, that is, the judgment to determine whether or not to perform a process to restore the NO x catalyst's NO x collection capacity The value is shown.
  • NO x catalyst held in NO x catalyst 3 7 At time T 1 when NB reaches zero, the recovery of S0 x collection capacity is started. T begins to rise. At this time, N 0 X held in the SO x collection material 25 begins to flow out of the SOX collection material 25 due to thermal decomposition, so the amount of NO x held in the NO X catalyst 3 7 Rises.
  • the SOx collection ability recovery processing is executed according to the present embodiment.
  • the base agent is injected, and NO x retained in the Nx catalyst 3 7 is reduced and purified.
  • the S O X collection capacity recovery process when the S O X collection capacity recovery process is started, the N O X collection capacity of the N O X catalyst 37 is recovered to some extent. x NOx released from the trapping material 25 should be well trapped by the NOX catalyst 37. Tokoro force S O X collection capacity recovery process (especially, s o
  • the S0 x collection capacity recovery process is in progress.
  • NO X is released from the SOX collector 25 after the temperature of the S 0 X collector 25 reaches the temperature at which nitrate decomposition occurs in the SOX collector 25.
  • the reducing agent is injected from the reducing agent supply device 39, and the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the N0 x catalyst 3 7 is maintained at the theoretical air-fuel ratio.
  • the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the engine 7 may be intermittently set to be richer than the stoichiometric air-fuel ratio. According to this, during the process of recovering the collection capacity of SOx, NOx that flows into the NOx catalyst 3 7 is sequentially reduced and purified by the reducing agent, so NOx goes downstream of the NOx catalyst 3 7. It is avoided that it leaks.
  • An example of the SO x collection capability recovery process according to this embodiment will be described with reference to the time chart of FIG. Figure 3 is the same as Figure 2.
  • the SOX collection capacity recovery process is started.
  • the reducing agent is injected from the reducing agent supply device 39 at a predetermined time interval while the temperature of the S0 X collecting material is rising.
  • the NO x flowing into the NO x catalyst 3 7 during the recovery of the S x collection capacity is reduced and purified by the reducing agent in the N x catalyst 3 7 and the temperature of the SOX collection material 25
  • the S 0 X collection capacity A starts to increase.
  • the S 0 X collection capability A increases to the threshold value AH, the S 0 X collection capability recovery process is terminated.
  • the amount of NO X that flows into the NO X catalyst 3 7 per unit time during the S0 X collection capacity recovery process is the unit time when the SOX collection capacity recovery process is not performed. More than the amount of NO X flowing into the NOX catalyst 3 7. For this reason, even if control to restore the NO x collection capacity of the NO x catalyst 37 before starting the SO x collection capacity recovery process is started, all inflowing NO X will be removed from the NO x catalyst. 3 7 may not be collected or reduced and purified.
  • the temperature of the SOX trap 25 is increased stepwise when performing the SO x trapping capacity recovery process. It may be. In general, the higher the temperature of the SOx collector 25, the easier it will be released from the SOx collector 25. Thus, if to increase the temperature of the S ⁇ x trapping material 2 5 stepwise, S_ ⁇ x trapping material 2 5 sequentially from the released easily N_ ⁇ X from, it means that are released, S ⁇ During the process of recovering X trapping capacity, the amount of N ⁇ x flowing into N ⁇ X catalyst 3 7 per unit time can be kept below a certain level. Thus, NOx flowing into the NOX catalyst 3 7 during the SOX collection capacity recovery process can be reliably collected or purified by the N0x catalyst 3 7.
  • the SO collection capacity recovery process is started.
  • the temperature of the S O x collection material 25 is raised stepwise.
  • the SOx trapping capacity A starts to rise.
  • the S0 x collection capability recovery process is completed.
  • the temperature of the S 0 X collection material 25 is increased stepwise and the SO x collection capacity recovery process is in progress (in particular, the SOX collection capacity recovery process).
  • reducer is injected from the reducing agent supply device 39, and the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx catalyst 37 is maintained at the stoichiometric air-fuel ratio, or NOX
  • the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst 37 may be intermittently set to be richer than the stoichiometric air-fuel ratio.

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Abstract

本発明の内燃機関の排気浄化装置は、排気ガス中のＳＯｘを捕集するためのＳＯｘ捕集材（２５）であって、該ＳＯｘ捕集材の内部雰囲気がリーン雰囲気であり且つ該ＳＯｘ捕集材の温度が比較的低いときにＳＯｘを捕集し、該ＳＯｘ捕集材の内部雰囲気がリーン雰囲気に維持されつつ該ＳＯｘ捕集材の温度が比較的高くなるとＳＯｘ捕集能力が回復するＳＯｘ捕集材を機関排気通路内に備える。内部雰囲気がリーン雰囲気であるときにＮＯｘを捕集して保持し、内部雰囲気がリッチ雰囲気となると保持しているＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ触媒（３７）をＳＯｘ捕集材下流の機関排気通路内に備える。ＳＯｘ捕集材のＳＯｘ捕集能力を回復させようとしたとき、該ＳＯｘ捕集材のＳＯｘ捕集能力を回復させる制御が開始される前にＮＯｘ触媒のＮＯｘ捕集能力を回復させる制御が開始される。

Description

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。 明
背景技術
内燃機関の燃焼室から排出される排気ガス中の窒素酸化物 （N O x) を還元浄化するための触媒 （以下書「N〇 x触媒」 という） を内 燃機関の排気通路に備えた排気浄化装置が知られている。 そして、 こう した N〇 X触媒が硫黄酸化物 （ S O x) を捕集することができ ることも知られている。 そこで、 こうした NO X触媒を、 排気ガス 中の S O Xを捕集するための捕集材 （以下 「 S〇 x捕集材」 という ) として利用することも知られている。
ところで、 NO X触媒を S〇 X捕集材として利用した場合におい て、 S〇 x捕集材が捕集しておく ことができる S〇 xの量には限界 があり、 S O x捕集材に捕集されている S O Xの量がその限界量を 超えてしまう と、 それ以後、 S〇 X捕集材は S O Xを捕集すること ができなくなってしまう。
そこで、 例えば、 特開 2 0 0 5— 1 3 3 6 1 0号公報では、 S〇 X捕集材に捕集されている S O Xの量が所定量を超えたときに、 該 S O x捕集材の内部雰囲気をリーン雰囲気に維持しつつ該 S O x捕 集材の温度を高温にすることによって、 S O x捕集材内で S O xを 拡散させて、 S 0 X捕集材が S O Xを新たに捕集することができる ように、 すなわち、 S O X捕集材の S〇 X捕集能力を回復させるよ うにしている。 ところで、 上述したように、 S O X捕集材の S〇 X捕集能力を回 復させるために S O X捕集材内に S O xを拡散させたとき、 それと 同時に、 S〇 X捕集材に捕集されていた N〇 Xが該 S〇 X捕集材か ら排出されてしまう。 このように、 S〇 X捕集材から排出された N O xは、 大気に排出されてしまう前に、 何らかの方法で処理される べきである。
そこで、 本発明の目的は、 S〇 X捕集材の S O X捕集能力を回復 させたときに該 S〇 x捕集材から排出される NO Xを良好に処理す ることにある。 発明の開示
上記課題を解決するために、 1番目の発明では、 排気ガス中の S O xを捕集するための S O X捕集材であって、 該 S O X捕集材の内 部雰囲気がリーン雰囲気であり且つ該 S O X捕集材の温度が比較的 低いときに S O Xを捕集し、 該 S〇 X捕集材の内部雰囲気がリーン 雰囲気に維持されつつ該 S O X捕集材の温度が比較的高くなると S 〇 X捕集能力が回復する S〇 X捕集材を機関排気通路内に備えた内 燃機関の排気浄化装置において、 内部雰囲気がリーン雰囲気である ときに N〇 Xを捕集して保持し、 内部雰囲気がリ ッチ雰囲気となる と保持している NO Xを還元浄化する NO X触媒を上記 S O X捕集 材下流の機関排気通路内に備え、 上記 S O X捕集材の S 0 X捕集能 力を回復させようとしたとき、 該 S O X捕集材の S 0 X捕集能力を 回復させる制御が開始される前に上記 NO X触媒の NO X捕集能力 を回復させる制御が開始される。
2番目の発明では、 1番目の発明において. 上記 S O x捕集材下 流であって上記 NO X触媒上流の機関排気通路内に還元剤を供給す る還元剤供給手段をさらに備え、 該還元剤供給手段から機関排気通 路内に還元剤を供給することによって上記 N〇 x触媒の N O x捕集 能力が回復せしめられる。
3番目の発明では、 2番目の発明において、 上記 S O X捕集材の S O X捕集能力を回復させているときに上記還元剤供給手段から機 関排気通路内に還元剤が供給される。
4番目の発明では、 2番目の発明において、 上記 S O X捕集材の S〇 X捕集能力を回復させているときであつて該 S 0 X捕集材の温 度を上昇過程にあるときに上 B己 元剤供給手段から機関排気通路内 に還元剤が供給される。
5番巨の発明では、 2番目の発明において、 上記 S〇 X捕集材の S O x捕集能力を回復させているとさであつて S 〇 X捕集材の温度 が該 S 〇 X捕集材において硝酸塩の熱分解が生じる温度に達してか ら熱分解によって S 〇 X捕集材から N O が放出されなくなるまで の間、 上記還元剤供給手段から機関排気通路内に還元剤が供給され る。
6番目の発明では 3 0番目の発明のいずれか 1つにおいて、 上記 S O X捕集材の S O X捕集能力を回復させているときの上記還 元剤供給手段からの 元剤の供給が所定の時間間隔でもって行われ る。
7番目の発明では、 1 6番目の発明において、 上記 S〇 X捕集 材の S O X捕集能力を回復させるために該 S〇 X捕集材の温度を上 昇させるときには、 該 S O X捕集材の温度が段階的に上昇せしめら れる。
1番目の発明によれば、 S O x捕集材の S 〇 X捕集能力を回復さ せる制御を開始するときには、 N O X触媒の N O X捕集能力が少な く とも或る程度は回復せしめられているので、 S 0 X捕集材の S 0 X捕集能力を回復させたときに該 S O X捕集材から排出される N O xを NO x触媒において十分に捕集することができる。
3〜 5番目の発明によれば、 3〇 捕集材の 3〇 捕集能カを回 復しているときに該 S〇 x捕集材から排出されて N〇 x触媒に流入 する NO xが該 NO x触媒において還元浄化される。
7番目の発明によれば、 S O x捕集材の S O x捕集能力を回復し ているときに該 S〇 x捕集材から一気に多量の NO Xが排出される ことが回避されるので、 このとき、 N O X触媒において十分に NO Xを捕集する或いは還元浄化することができる。 図面の簡単な説明
図 1 は、 本発明の排気浄化装置を備えた内燃機関の全体を示した 図である。
図 2は、 本発明の 1つの実施形態に従った S〇 X捕集能力回復処 理の一例のタイムチャートを示した図である。
図 3は、 本発明の別の実施形態に従った S〇 X捕集能力回復処理 の一例のタイムチャートを示した図である。
図 4は、 本発明のさらに別の実施形態に従った S〇 X捕集能力回 復処理の一例のタイムチャートを示した図である。 発明を実施するための最良の形態
以下、 図面を参照して本発明を説明する。 図 1は、 本発明の第 1 実施形態の排気浄化装置を備えた内燃機関の全体を示した図である 。 図 1 に示した内燃機関は、 4ス トローク圧縮着火式の内燃機関で ある。 図 1において、 1は機関本体、 2はシリンダブロック、 3は シリ ンダヘッ ド、 4はピス トン、 5は燃焼室、 6は電気制御式の燃 料噴射弁、 7は吸気弁、 8は吸気ポート、 9は排気弁、 1 0は排気 ポートをそれぞれ示す。 吸気ポート 8は対応する吸気枝管 1 1 を介してサージタンク 1 2 に連結される。 サージタンク 1 2は吸気ダク ト 1 3およびインター クーラ 1 4を介して過給機、 例えば、 排気ターボチャージャ 1 5の コンプレッサ 1 6の出口部に連結される。 コンプレッサ 1 6の入口 部は吸気管 1 7 を介してエアクリーナ 1 8に連結される。 吸気管 1 7内には、 ステップモ一タ 1 9により駆動されるスロッ トル弁 2 0 が配置される。 また、 スロッ トル弁 2 0上流の吸気管 1 7には、 燃 焼室 5内に吸入される空気 （吸気） の質量流量を検出するための質 量流量検出器 2 1が配置される。
一方、 排気ポート 1 0は、 排気マニホルド 2 2 を介して排気ター ポチヤ一ジャ 1 5の排気タービン 2 3の入口部に連結される。 排気 タービン 2 3の出口部は、 排気管 2 4を介して、 3〇 捕集材 2 5 を内蔵したケーシング 2 6に連結される。 また、 S〇 x捕集材 2 5 を内蔵したケーシング 2 6は、 排気管 2 8を介して、 N〇 x触媒 3 7 を内蔵したケーシング 3 8に連結される。 また、 S〇 x捕集材 2 5下流であって N〇 X触媒 3 7上流の排気管 2 8 には、 還元剤 （例 えば、 炭化水素） を排気管内に噴射する還元剤供給装置 3 9が取り 付けられている。 なお、 排気マニホルド 2 2には空燃比センサ 2 7 が取り付けられている。
ケーシング 3 8の出口部に連結された排気管 5 3 とスロッ トル弁 2 0下流の.吸気管 1 7 とは、 排気ガス再循環 （以下、 E G R) 通路 2 9を介して互いに連結される。 801 通路 2 9内には、 ステップ モー夕 3 0により駆動される E G R制御弁 3 1が配置される。 また 、 E GR通路 2 9内には、 そこを流れる E G Rガスを冷却するため の E GRクーラ 3 2が配置される。 図 1に示した実施形態では、 機 関冷却水が E G Rクーラ 3 2内に導かれ、 機関冷却水により E G R ガスが冷却される。 一方、 燃料噴射弁 6は燃料供給管 3 3を介して燃料リザーバ、 す なわち、 いわゆるコモンレール 3 4に連結される。 コモンレール 3 4内へは電気制御式の吐出量可変な燃料ポンプ 3 5から燃料が供給 される。 コモンレール 3 4内に供給された燃料は各燃料供給管 3 3 を介して対応する燃料噴射弁 6 に供給される。 コモンレール 3 4に は、 その中の燃料圧を検出するための燃料圧センサ 3 6が取り付け られる。 この燃料圧センサ 3 6の出力信号に基づいてコモンレール 3 4内の燃料圧が目標燃料圧となるように燃料ポンプ 3 5の吐出量 が制御される。
電子制御ュニッ ト 4 0はデジタルコンピュータからなり、 双方向 性バス 4 1 により互いに接続された R〇 M (リードオンリメモリ） 4 2 、 R A M (ランダムアクセスメモリ） 4 3 、 C P U (マイクロ プロセッサ） 4 4、 入力ポート 4 5および出力ポート 4 6を具備す る。 質量流量検出器 2 1、 空燃比センサ 2 7、 および、 燃料圧セン サ 3 6 の出力信号は、 それぞれ、 対応する A D変換器 4 7を介して 入力ポート 4 5に入力される。
アクセルペダル 5 0には、 その踏込量に比例した出力電圧を発生 する負荷センサ 5 1が接続される。 負荷センサ 5 1 の出力電圧は対 応する A D変換器 4 7を介して入力ポート 4 5 に入力される。 また 、 入力ポート 4 5にはクランクシャフトが、 例えば、 3 0 ° 回転す る毎に出力パルスを発生するクランク角センサ 5 2が接続される。 一方、 出力ポート 4 6は対応する駆動回路 4 8 を介して燃料噴射弁 6、 スロッ トル弁制御用ステップモー夕 1 9 、 E G R制御弁制御用 ステップモータ 3 0、 燃料ポンプ 3 5、 および、 還元剤供給装置 3 9に接続され、 これらの作動は電子制御ユニッ ト 4 0により制御さ れる。
次に、 S〇 X捕集材 2 5について説明する。 3〇：^捕集材 2 5は 、 そこに流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンであ つて且つ該 S O X捕集材 2 5の温度が或る温度よりも低いときに、 排気ガス中の S O Xを捕集する。 したがって、 S〇 x捕集材 2 5の S〇 x捕集能力 （すなわち、 S O x捕集材 2 5が新たに S O xを捕 集することができる量） は、 流入する排気ガスの空燃比が理論空燃 比より もリーンであって且つ該 S〇 x捕集材 2 5の温度が或る温度 よりも低い間、 低下し続ける。
しかしながら、 S〇 X捕集材 2 5に流入する排気ガスの空燃比が 理論空燃比よりもリーンであって且つ該 S〇 X捕集材 2 5の温度が 上記或る温度よりも高くなると、 S O X捕集材 2 5に捕集されて保 持されている S〇 Xが該 S〇 X保持材の内部に拡散し 、 S O x捕集 材 2 5の S 0 X捕集能力が上昇する。
一方、 S O X捕集材 2 5は、 そこに流入する排気ガスの空燃比が 理論空燃比よりもリ ッチとなり且つ該 S O X捕集材 2 5の温度が或 る温度よりも高くなれば、 そこに捕集して保持している S O Xを放 出する。 したがって、 このときにも、 S O X捕集材 2 5の S〇 X捕 集能力が上昇することになる。
こう した S〇 x捕集材は、 例えば、 特開 2 0 0 5 ― 1 3 3 6 1 0 号公報に記載されている （同公報では 、 「 S O X 卜ラップ触媒」 と 称されている） 。
なお、 流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比より リーンであ るときに S O xを S O x捕集材 2 5の内部に拡散させる温度は、 流 入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリ ッチであるときに S O xを S〇 x捕集材 2 5から放出させる温度よりも高い。
次に、 N〇 X触媒 3 7 について説明する。 1^〇 触媒 3 7は、 そ こに流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンであると きに、 排気ガス中の NO Xを吸収または吸蔵することによって捕集 する。 したがって、 NO x触媒 3 7のN〇 x捕集能カ （すなわち、 N〇 X触媒 3 7が新たに NO Xを捕集することができる量） は、 流 入する排気ガスの空燃比が理論空燃比より もリーンである間、 低下 し続ける。
しかしながら、 N〇 X触媒 3 7 に流入する排気ガスの空燃比が理 論空燃比よりもリ ッチになると、 1^〇 触媒 3 7は、 捕集して保持 している N 0 Xを放出し、 排気ガス中に含まれている還元能力のあ る物質によって還元浄化する。 これにより、 NO x触媒 3 7の N〇 X捕集能力が上昇する。
こうした NO X触媒は、 例えば、 特開 2 0 0 5 - 1 3 3 6 1 0号 公報に記載されている （同公報では、 「 N 〇 X吸蔵触媒」 と称され ている） 。
本実施形態の内燃機関では、 通常、 空燃比が理 ltH空燃比より もリ ーンな状態で、 燃焼が行われることから 通常 、 そ から排出され る排気ガスの空燃比は理論空燃比よりも U ンとな ている。 した がって、 本実施形態によれば、 通常、 排気ガス中の S O Xは、 S O
X捕集材 2 5によって捕集され、 排気ガス中の N 0 Xは、 N〇 X触 媒 3 7に捕集されることになる。
ところで、 S〇 X捕集材 2 5が最大限に捕集することができる S O Xの量には限界がある。 したがって、 排気ガス中の S O Xを S 0 X捕集材 2 5によって良好に捕集するためには、 S O X捕集材 2 5 に捕集されている S O Xの量 （以下 「 S〇 x捕集量」 という） がそ の限界量を超える前に、 S O x捕集材 2 5の S O x捕集能力を上昇 させる必要がある。 そこで、 本実施形態では、 S O x捕集量がその 限界量を超える前に、 S O x捕集材 2 5の温度を S O X拡散温度 （ すなわち、 S O x捕集材 2 5の内部に S〇 xを拡散させることがで きる温度） にまで上昇する。 これにより、 30 捕集材 2 5に捕集 されている S O xが該 S O x捕集材 2 5の内部に拡散し、 S〇 x捕 集材 2 5の S O X捕集能力が上昇 （回復） することになる。
なお、 S O X捕集材 2 5の温度を上昇させる方法としては、 例え ば、 S〇 x捕集材 2 5にヒータを取り付けておき、 このヒー夕によ つて S O X捕集材 2 5の温度を上昇させる方法や、 内燃機関の運転 状態を変更することによって燃焼室から排出される排気ガスの温度 を高め、 この排気ガスを S O X捕集材 2 5に流入させることによつ て S〇 x捕集材 2 5の温度を上昇させる方法等がある。
ところで、 本実施形態の S〇 X捕集材 2 5は、 S〇 Xだけでなく 、 少なからず、 N〇 xをも捕集する。 そして、 上述したようにして S O x捕集材 2 5の S〇 x捕集能力を回復させているとき、 すなわ ち、 S〇 X捕集材 2 5の温度が上昇せしめられたとき （特に、 S〇 X捕集材 2 5の温度が上昇過程にあるとき） 、 熱分解によって S〇 X捕集材 2 5に捕集されていた NO Xが該 S O x捕集材 2 5から一 気に放出される。 ここで、 NO X触媒 3 7の NO X捕集能力が低い と、 S O X捕集材 2 5から放出された NO Xは、 N〇 x触媒 3 7 を も通過して、 N〇 x触媒 3 7下流へと流出してしまう。
そこで、 本実施形態では、 上述したようにして S〇 X捕集材 2 5 の S〇 X捕集能力を回復させるための処理 （以下 「 S O x捕集能力 回復処理」 ともいう） 前に、 NO x触媒 3 7の NO x捕集能力を回 復 （上昇） する制御を開始させ、 その後、 S O x捕集能力回復処理 を開始するようにする。
すなわち、 詳細には、 S O X捕集材 2 5下流であって NO X触媒 3 7上流に配置されている還元剤供給装置 3 9から還元剤を噴射さ せ、 N O X触媒 3 7に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比より もリッチとする。 これによれば、 NO X触媒 3 7 に捕集されて保持 されている NO Xが該 NO x触媒 3 7から放出され、 排気ガス中の 還元剤によって還元浄化せしめられる。 したがって、 N〇 x触媒 3 7 の N O X捕集能力が回復する。
そして、 このように N O x触媒 3 7の N O X捕集能力を回復する 制御を開始した後に、 上記 S O X捕集能力回復処理を開始する。 こ れによれば、 S O x捕集能力回復処理中に S O X捕集材 2 5から放 出される N〇 xは、 N〇 x触媒 3 7によって良好に捕集されること になる。
なあ、 S 〇 X捕集能力回復処理を開始する前に行われる N〇 X触 媒 3 7の N〇 X捕集能力の回復処理において、 N 〇 X触媒 3 7の N
O X捕集能力を回復させる禾 D度は 、 任意ではあるが、 最大であるこ とが好ましい。 すなわち、 N 〇 X触媒 3 7 に捕集されて保持されて いる N O X全て （或いは、 ほとんど全て） を N 〇 X触媒 3 7から放 出させて還元浄化してしま とが好ましい。
次に、 上述した実施形態に従つた S〇 X捕集能力回復処理の一例 を、 図 2のタイムチヤ 卜を参照して説明する o 図 2において、 上 から順に Tは S〇 X捕集材 2 5の温度を示し Aは S O X抽集材
2 5の S 〇 X捕集能力を示し Ν Αは S Ο 捕集材 2 5から流出し てく る N O Xの量を示し、 Ν Bは N O X触媒 3 7 に保持されている
N〇 Xの を示し、 Qは還元剤供給装置 3 9から噴射される還元剤 の量を示している。
また 図 2において、 Τ Ηは、 S O X捕集能力を回復させるため に必要な S Ο X捕集材の温 1 、 すなわち、 S 0 X捕集能力回復処理 に oいて g とされる S ο X捕集材の温度を示している A.
Lは 任 に設定される S Ο X捕集能力の許容下限値、 すなわち、
S O X捕集能力回復処理を行うべきか否かを判定する判定値を示し ている o また Α Ηは、 S Ο X捕集能力回復処理を終了してもよい か否かを判定する判定値を示している。 また、 N B Hは 、 任 L設 定される NO x触媒に捕集されて保持されている NO xの量の限界 値、 すなわち、 N〇 X触媒の NO X捕集能力を回復させる処理を行 うべきか否かを判定する判定値を示している。
図 2 に示したタイムチャートでは、 時刻 T Oにおいて、 S〇 x捕 集能力 Aが閾値 A Lを下回ることから、 このとき、 S〇 x捕集能力 回復処理を実行すべきであると判定される。 すると、 還元剤供給装 置 3 9から還元剤が噴射され、 N〇 X触媒 3 7に保持されている N O xが還元浄化される。 そして、 こう した還元剤供給装置 3 9から の還元剤の噴射が、 N O X触媒 3 7 に保持されている N〇 Xの量 N Bが零に達するまで数回 （図示した例では、 3回） 行われる。 すな わち、 ここでは、 N O X触媒 3 7の N〇 X捕集能力を回復させる処 理 （以下 「N〇 X捕集能力回復処理」 ともいう） が行われる。
N O x触媒 3 7 に保持されている NO Xの量 N Bが零に達した時 刻 T 1 において、 S〇 X捕集能力回復処理が開始され、 これにより 、 S O x捕集材 2 5の温度 Tが上昇し始める。 このとき、 S O x捕 集材 2 5に保持されている N 0 Xが熱分解によつて S O X捕集材 2 5から流出し始めるので、 NO X触媒 3 7 に保持されている NO x の量が上昇する。
そして、 S O x捕集材 2 5の温度 Tが S O X拡散温度 THに達し た時刻 T 2から、 S〇 X捕集能力 Aが上昇し始める。 そして、 S O X捕集能力 Aが閾値 AHにまで上昇した時刻 T 3では、 S O x捕集 能力 Aがもはや十分な値にまで回復したと判断し、 S O X捕集材 2 5の温度が低下せしめられ、 これにより、 S O x捕集能力回復処理 が終了せしめられる。 斯く して、 本実施形態に従って S O X捕集能 力回復処理が実行される。
なお、 図示した例では、 N O X触媒 3 7に保持されている N O X の量 N Bが或る値 N B Hに達する毎に、 還元剤供給装置 3 9から還 元剤が噴射され、 N〇 X触媒 3 7 に保持されている NO xが還元浄 化される。
ところで、 本実施形態によれば S 〇 X捕集能力回復処理が開始 されるときには、 N〇 X触媒 3 7の N 〇 X捕集能力が少なく とも或 る程度は回復せしめられているので S〇 x捕集材 2 5から放出さ れる N O Xは、 N O X触媒 3 7によつて良好に捕集されることにな るはずである。 ところ力 S O X捕集能力回復処理中 （特に、 s o
X捕集材 2 5の温度が上昇過程にめるとき） は、 燃焼室から新たに 排出される N〇 xに加えて、 S 〇 X捕集材 2 5から放出される N O
Xも NO x触媒 3 7に流入する とから、 S〇 X捕集能力処理中に 単位時間当たりに NO X触媒 3 7に流入する NO xの量は、 S O x 捕集能力回復処理が行われていないときに単位時間当たりに N〇 X 触媒 3 7 に流入する N〇 Xの量より ち多い。 したがって、 場合によ つては、 S〇 X捕集能力回復処理中に NO x触媒 3 7 に捕集され た NO X量がその限界値に達して N 0 Xが N O X触媒 3 7下流へ と流出してしまう可能性がある。
そこで、 上述した実施形態に いて、 S〇 x捕集能力回復処理中
(特に、 S〇 X捕集材 2 5の 度が上昇過程にあるとき、 或いは、
S 0 X捕集材 2 5の温度が該 S O X捕集材 2 5において硝酸塩の熱 分解が生じる温度に達してから ί埶ϊ 分解によつて S O X捕集材 2 5か ら NO Xが放出されなくなるまでの間） 、 還元剤供給装置 3 9から 還元剤を噴射し、 N〇 x触媒 3 7 に流入する排気ガスの空燃比を理 論空燃比に維持し、 '或いは、 N Ο X触媒 3 7 に流入する排気ガスの 空燃比を間欠的に理論空燃比よりもリ ッチとしてもよい。 これによ れば、 S〇 X捕集能力回復処理中に、 NO x触媒 3 7 に流入する N 〇 xは順次、 還元剤によって還元浄化せしめられるので、 NO xが NO X触媒 3 7下流へと流出してしまうことが回避される。 この実施形態に従った S O x捕集能力回復処理の一例を、 図 3の タイムチャートを参照して説明する。 なお、 図 3は図 2 と同様の図 である。
図 3に示したタイムチャートでも、 時刻 T Oにおいて、 S O x捕 集能力 Aが閾値 A Lを下回るので、 NO X捕集能力回復処理が開始 される。 そして、 この NO x捕集能力回復処理は、 N〇 x触媒 3 7 に保持されている N〇 Xの量 N Bが零になるまで行われる。
N O X触媒 3 7 に保持されている N O xの量 N Bが零に達した時 刻 T 1 において、 S O X捕集能力回復処理が開始される。 こ こで、 この実施形態では、 S〇 X捕集材の温度が上昇している間、 還元剤 供給装置 3 9から所定の時間間隔でもって還元剤が噴射される。 こ れにより、 S〇 x捕集能力回復処理中に NO X触媒 3 7に流入した NO xは、 N〇 x触媒 3 7において還元剤によって還元浄化される そして、 S O X捕集材 2 5の温度 Tが S 0 X拡散温度 T Hに達し た時刻 T 2から、 S 0 X捕集能力 Aが上昇し始める。 そして、 S O x捕集能力 Aが閾値 A Hにまで上昇した時刻 T 3において、 S 0 X 捕集能力回復処理が終了せしめられる。
ところで、 上述したように、 S〇 X捕集能力回復処理中に単位時 間当たりに NO X触媒 3 7に流入する NO X量は、 S O X捕集能力 回復処理が行われていないときに単位時間当たりに N O X触媒 3 7 に流入する NO X量より も多い。 このため、 S O x捕集能力回復処 理の実行前に、 NO x触媒 3 7の N O x捕集能力を回復させる制御 を開始していたとしても、 流入してくる NO X全てを NO x触媒 3 7が捕集あるいは還元浄化できるとは限らない。
そこで、 上述した実施形態において、 S O x捕集能力回復処理を 行うに当たり、 S O X捕集材 2 5の温度を段階的に上昇させるよう にしてもよい。 一般的に、 S〇 X捕集材 2 5の温度が高いほど、 N 〇 Xは S O X捕集材 2 5から放出されやすくなる。 したがって、 S 〇 x捕集材 2 5の温度を段階的に上昇させるようにすれば、 S〇 x 捕集材 2 5から放出されやすい N〇 Xから順次、 放出されることに なるので、 S〇 X捕集能力回復処理中に単位時間当たりに N〇 X触 媒 3 7 に流入する N〇 x量を或る一定量以下に抑えておく ことがで きる。 これにより、 S O X捕集能力回復処理中に N O X触媒 3 7に 流入する N O xを該 N〇 x触媒 3 7 によって確実に捕集あるいは還 元浄化することができる。
この実施形態に従った S O X捕集能力回復処理の一例を、 図 4の タイムチャートを参照して説明する。 なお、 図 4は図 2と同様の図 である。
図 4に示したタイムチャートでも、 時刻 T O において、 S O x捕 集能力 Aが閾値 A Lを下回るので、 NO X捕集能力回復処理が開始 される。 そして、 この NO X捕集能力回復処理は、 1^0 触媒 3 7 に保持されている N〇 Xの量 N Bが零になるまで行われる。
NO x触媒 3 7に保持されている NO Xの量 N Bが零に達した時 刻 T 1 において、 S〇 X捕集能力回復処理が開始される。 ここで、 この実施形態では、 S O x捕集材 2 5の温度が段階的に上昇せしめ られる。 そして、 S〇 X捕集材 2 5の温度 Tが S O X拡散温度 T H に達した時刻 T 2から、 S〇 X捕集能力 Aが上昇し始める。 そして 、 S O X捕集能力 Aが閾値 A Hにまで上昇した時刻 T 3において、 S〇 x捕集能力回復処理が終了せしめられる。
なお、 上述した実施形態において、 S O X捕集能力回復処理を行 うに当たり、 S 0 X捕集材 2 5の温度を段階的に上昇させると共に 、 S O x捕集能力回復処理中 （特に、 S O X捕集材 2 5の温度が上 昇過程にあるとき、 或いは、 熱分解によつて S〇 x捕集材 2 5から N O xが放出されなくなるまでの間） 、 還元剤供給装置 3 9から還 元剤を噴射し、 N〇 X触媒 3 7 に流入する排気ガスの空燃比を理論 空燃比に維持し、 或いは、 N O X触媒 3 7 に流入する排気ガスの空 燃比を間欠的に理論空燃比より もリ ッチとしてもよい。

Claims

請 求 の 範 囲
1. 排気ガス中の S〇 xを捕集するための S O x捕集材であって 、 該 S O x捕集材の内部雰囲気がリーン雰囲気であり且つ該 S O X 捕集材の温度が比較的低いときに S〇 Xを捕集し、 該 S〇 X捕集材 の内部雰囲気がリーン雰囲気に維持されつつ該 S O X捕集材の温度 が比較的高くなると S O X捕集能力が回復する S O x捕集材を機関 排気通路内に備えた内燃機関の排気浄化装置において、 内部雰囲気 がリーン雰囲気であるときに NO Xを捕集して保持し、 内部雰囲気 がリ ッチ雰囲気となると保持している N O Xを還元浄化する N O X 触媒を上記 S O x捕集材下流の機関排気通路内に備え、 上記 S〇 X 捕集材の S O X捕集能力を回復させよう としたとき、 該 S〇 x捕集 材の S〇 X捕集能力を回復させる制御が開始される前に上記 N〇 X 触媒の N〇 X捕集能力を回復させる制御が開始される排気浄化装置
2. 上記 S O X捕集材下流であって上記 N O X触媒上流の機関排 気通路内に還元剤を供給する還元剤供給手段をさらに備え、 該還元 剤供給手段から機関排気通路内に還元剤を供給することによって上 記 N O X触媒の N O X捕集能力が回復せしめられる請求項 1 に記載 の排気浄化装置。
3. 上記 S O x捕集材の S O x捕集能力を回復させているときに 上記還元剤供給手段から機関排気通路内に還元剤が供給される請求 項 2に記載の排気浄化装置。
4. 上記 S O x捕集材め S O x捕集能力を回復させているときで あって該 S O x捕集材の温度を上昇過程にあるときに上記還元剤供 給手段から機関排気通路内に還元剤が供給される請求項 2に記載の 排気浄化装置。
5. 上記 S O x捕集材の S〇 x捕集能力を回復させているときで あって S〇 X捕集材の温度が該 S〇 X捕集材において硝酸塩の熱分 解が生じる温度に達してから熱分解によって S O X捕集材から N O Xが放出されなくなるまでの間、 上記還元剤供給手段から機関排気 通路内に還元剤が供給される請求項 2に記載の排気浄化装置。
6. 上記 S〇 x捕集材の S〇 x捕集能力を回復させているときの 上記還元剤供給手段からの還元剤の供給が所定の時間間隔でもつて 行われる請求項 3〜 5のいずれか 1つに記載の排気浄化装置。
7. 上記 S O X捕集材の S O x捕集能力を回復させるために該 S 〇 X捕集材の温度を上昇させるときには、 該 S〇 X捕集材の温度が 段階的に上昇せしめられる請求項 1〜 6のいずれか 1つに記載の排 気浄化装置。
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