WO2006118344A1 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

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Shigeru Itabashi
Kuniaki Niimi
Tomihisa Oda
Shinya Hirota
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    • F02M26/23—Layout, e.g. schematics
    • F02M26/28—Layout, e.g. schematics with liquid-cooled heat exchangers

Definitions

  • the present invention relates to an exhaust emission control device for an internal combustion engine.
  • It has a first exhaust passage and a second exhaust passage branched from a common exhaust passage.
  • the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas When the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lean, it stores NOX in the exhaust gas, and the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas NOx absorbent that releases the stored NO x is placed in the first exhaust passage and the second exhaust passage, respectively, and the first exhaust upstream of the N 0 X absorbent is placed.
  • An internal combustion engine is known in which a fuel addition valve is disposed in each of the passage and the second exhaust passage, and an exhaust control valve is disposed in each of the first exhaust passage and the second exhaust passage downstream of the NOX absorbent. (For example, refer to Japanese Patent Laid-Open No. 2000-73-4 3 28).
  • the exhaust control valve disposed in the first exhaust passage is closed to close the first exhaust passage.
  • the air-fuel ratio of the exhaust gas in the first exhaust passage is held in a rich state.
  • the exhaust control valve disposed in the second exhaust passage is closed and exhaust gas is discharged into the second exhaust passage.
  • the fuel is added from the fuel addition valve disposed in the second exhaust passage in the retained state, so that the air-fuel ratio of the exhaust gas in the second exhaust passage is kept in a rich state. I have to hold it.
  • this internal combustion engine has the problem that two fuel addition valves are required to release N O X. from each N O X absorbent. A further problem is that these fuel addition valves are located far away from the engine, so the fuel supply pipe must be routed far away from the engine. Disclosure of the invention
  • An object of the present invention is to provide an exhaust purification device for an internal combustion engine that can reduce the number of fuel addition valves and can bring the mounting position of the fuel addition valves closer to the engine.
  • the first exhaust passage and the second exhaust passage branched from the common exhaust passage are provided, and when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lean, the NOX in the exhaust gas is occluded, and the inflow When the air-fuel ratio of the exhaust gas to be released is released, the stored NOX is released.
  • the NOx absorbent is disposed in the first exhaust passage and the second exhaust passage, respectively.
  • a fuel addition valve is arranged in the above-mentioned common exhaust passage upstream of the first exhaust passage and the second exhaust passage, and NO x should be released from the NO x absorbent disposed in the first exhaust passage.
  • the fuel added from the fuel addition valve is introduced into the first exhaust passage, and the first exhaust passage is also introduced. After the fuel is introduced into the exhaust gas, the fuel exhausts the first exhaust passage.
  • the first exhaust passage is closed to maintain the air-fuel ratio in a rich state, and when NO x is to be released from the NOX absorbent disposed in the second exhaust passage, the first exhaust passage is closed.
  • fuel added from the fuel addition valve is introduced into the second exhaust passage, and fuel is introduced into the second exhaust passage.
  • An internal combustion engine exhaust purification system is provided in which the second exhaust passage is closed in order to maintain the air-fuel ratio of the exhaust gas in the second exhaust passage with the fuel after the fuel is introduced. Is done. Brief Description of Drawings
  • Figure 1 is an overall view of a compression ignition internal combustion engine.
  • FIG. 2 is an overall view showing another embodiment of the compression ignition type internal combustion engine
  • Fig. 3 is a side cross-sectional view of the NOx storage reduction catalyst.
  • Fig. 4 is a cross-sectional view of the surface part of the catalyst carrier.
  • Fig. 5 shows the structure of the Patikyure tofill evening.
  • Figure 6 shows the timing of fuel addition and the opening / closing timing of the exhaust control valve.
  • FIG. 7 is a diagram showing a map of absorbed N O x amount N O X A
  • Figure 8 shows the second time period A t 2
  • Figure 9 shows the third time ⁇ t 3,
  • Figure 10 is a flow chart for controlling NOx release.
  • Fig. 11 is a diagram showing various modifications of the compression ignition type internal combustion engine
  • FIG. 12 is a diagram showing various modifications of the compression ignition type internal combustion engine. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • Figure 1 shows an overall view of a compression ignition type internal combustion engine.
  • 1 is an engine body
  • 2 is a combustion chamber of each cylinder
  • 3 is an electronically controlled fuel injection valve for injecting fuel into each combustion chamber
  • 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 t air cleaner 9 via the air flow mechanism 8.
  • An electrically controlled throttle valve 10 is disposed, and a cooling device 11 for cooling the intake air flowing through the intake duct 6 is disposed around the intake duct 6.
  • the engine cooling water is guided into the cooling device 11 and the intake air is cooled by the engine cooling water.
  • the exhaust manifold 5 is connected to the inlet of the exhaust turbine 7 b of the exhaust turbine charger 7, and the outlet of the exhaust turbine 7 b is connected to the exhaust aftertreatment device 20.
  • 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 12, and an electrically controlled EGR control valve 13 is provided in the EGR passage 12. Be placed.
  • a cooling device 14 for cooling the EGR gas flowing in the EGR passage 12 is disposed around the EGR passage 12.
  • the engine cooling water is guided into the cooling device 14, and the EGR gas is cooled by the engine cooling water.
  • each fuel injection valve 3 is connected to a common rail 16 through a fuel supply pipe 15. Fuel is supplied to the common rail 16 from an electronically controlled fuel pump 17 with variable discharge amount. The fuel supplied into the common rail 16 is a fuel injection valve via each fuel supply pipe 15. Supplied to 3.
  • the exhaust aftertreatment device 20 includes a common exhaust passage 21 connected to the outlet of the exhaust bin 7b, a first exhaust passage 2 2a branched from the common exhaust passage 21 and a second exhaust. Passage 2 2 b.
  • the first exhaust control valve 2 6a driven by 2 7a is arranged, and in the second exhaust passage 2 2b, the second NO x storage reduction catalyst 2 3b, Particulate fill evening 24 b, second oxidation catalyst 25 b, and A second exhaust control valve 26 b that is driven by the cylinder is disposed.
  • the first exhaust passage 2 2 a and the second exhaust passage 2 2 b are joined to a common exhaust pipe 2 7 downstream of the first exhaust control valve 2 6 a and the second exhaust control valve 2 6 b. It is done.
  • the first exhaust passage 22a also has a temperature sensor 28a for detecting the temperature of the lth NOx storage reduction catalyst 23a and a differential pressure across the first particulate filter 24a.
  • the second exhaust passage 2 2 b has a temperature sensor 2 8 b for detecting the temperature of the second NOX storage reduction catalyst 2 3 b, and a second particulate filter 2 4
  • a second differential pressure sensor 29 b for detecting the differential pressure before and after b and a temperature sensor 3 for detecting the temperature and air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the second oxidation catalyst 25 b 0 b and an air-fuel ratio sensor 3 1 b are arranged.
  • the first exhaust passage 2 2 a and the second exhaust passage 2 2 b are upstream of the common exhaust passage 2 1 and the first exhaust passage 2 2 a and the second exhaust passage.
  • a common fuel addition valve 3 2 is arranged for the passage 2 2 b. Fuel is added from the fuel addition valve 32 as indicated by F in FIG. In an embodiment according to the invention, this fuel consists of light oil.
  • the electronic control unit 40 consists of a digital computer and is connected to each other via a bidirectional path 4 1 ROM (read only memory) 4 2, RAM (random access memory) 4 3, CPU (microphone port) Processor) 4 4, Input port 4 5 and Output port 4 6 Air flow meter 8, each temperature sensor 2 8 a, 2 8 b, 30 a, 30 b, each differential pressure sensor 29 a, 29 b, and each air-fuel ratio sensor 3
  • the output signals 1 a and 3 1 b are input to the input port 45 via the corresponding AD converters 4 7.
  • the accelerator pedal 4 9 is connected to a load sensor 50 that generates an output voltage proportional to the depression amount L of the accelerator pedal 4 9, and the output voltage of the load sensor 50 is passed through a corresponding AD converter 4 7.
  • crank angle sensor 51 that generates an output pulse every time the crankshaft rotates, for example, 15 ° is connected to the input port 45.
  • the output port 4 6 is connected to the fuel injection valve 3, the throttle valve 10, the EGR control valve 1 3, the fuel pump 1 7, and the actuator 2 7 a, 2 7 b via the corresponding drive circuit 48. And connected to the fuel addition valve 32.
  • FIG. 2 shows another embodiment of the compression ignition type internal combustion engine.
  • a fuel addition valve 32 is attached to the exhaust manifold 5, and fuel, that is, light oil, is added from the fuel addition valve 32 into the exhaust manifold 5.
  • Fig. 3 shows the structure of N0 x storage-reduction catalysts 2 3 a and 2 3 b.
  • the NO x storage reduction catalysts 2 3 a and 2 3 b have a double cam structure, and a plurality of exhaust gas flow passages 6 1 separated from each other by thin-walled partitions 60 are provided. It has.
  • a catalyst carrier made of alumina, for example, is supported on both surfaces of each partition wall 60.
  • FIGS. 4 (A) and 4 (B) schematically show a cross section of the surface portion of the catalyst carrier 65. . As shown in FIGS.
  • the noble metal catalyst 6 6 is dispersed and supported on the surface of the catalyst support 6 5, and the NOX absorbent 6 is further supported on the surface of the catalyst support 6 5. Seven layers are formed.
  • platinum Pt is used as the noble metal catalyst 6 6, and the constituents of the NOX absorbent 6 7 include alkali metal such as force Rium K, sodium Na, and cesium C s. At least one selected from alkaline earths such as Norium Ba, Calcium Ca, lanthanum La, and rare earths such as Yittorium It has been.
  • NOX absorption Agent 67 absorbs and absorbs NOx when the air-fuel ratio of the exhaust gas is lean, and releases and absorbs NOx when the oxygen concentration in the exhaust gas decreases.
  • the case where barium Ba is used as a component constituting the NO X absorbent 6 7 will be described as an example.
  • the air-fuel ratio of the exhaust gas is lean, that is, when the oxygen concentration in the exhaust gas is high, NO which is Ru contained in the platinum P t 6 6.
  • N_ ⁇ 2 becomes oxidized on, then the NO X absorbent 6 is absorbed in the 7 barium oxide B A_ ⁇ and as shown in FIG. 4 (a) While bound, it diffuses into the NO x absorbent 6 7 in the form of nitrate ions NO 3 . In this way, NOX is absorbed in the NOX absorbent 67.
  • the air-fuel ratio of the exhaust gas is temporarily switched by adding fuel from the fuel addition valve 32 before the absorption capacity of the NOX absorbent 67 is saturated, and thus N ⁇ x absorbent 6 7 NO x is released.
  • FIGS. 5A and 5B show the structures of the particulate filters 2 4 a and 2 4 b.
  • Fig. 5 (A) shows a front view of the Pati- ule filter 24 4a, 24b
  • Fig. 5 (B) shows a side sectional view of the Pati- ule filter 24b, 24b.
  • the particulate fills 24 a and 24 b have a honeycomb structure, and a plurality of exhaust gas flows extending parallel to each other 3 ⁇ 4 70, 7 1 is provided.
  • exhaust air passages are constituted by an exhaust gas inflow passage 70 whose downstream end is closed by a plug 72, and an exhaust gas outflow passage 71 whose upstream end is closed by a plug 73.
  • the hatched part shows plug 73. Therefore, the exhaust gas inflow passage 70 and the exhaust gas outflow passage 71 are alternately arranged via the thin partition walls 74.
  • the exhaust gas inflow passages 70 and the exhaust gas outflow passages 7 1 are each surrounded by four exhaust gas outflow passages 7 1, and each exhaust gas outflow passage 7 1 has four exhausts. It is arranged so as to be surrounded by the gas inflow passage 70.
  • the pattille filter 2 4 a, 24 b is made of a porous material such as a cordite, so that the exhaust gas flowing into the exhaust gas inflow passage 70 is shown by an arrow in FIG. As shown in the figure, it passes through the surrounding partition wall 74 and flows into the adjacent exhaust gas outlet passage 71. '.
  • alumina is also provided on the peripheral wall surface of each exhaust gas inflow passage 70 and each exhaust gas outflow passage 71, that is, on both side surfaces of each partition wall 74 and on the inner wall surface of pores in the partition wall 74.
  • a noble metal catalyst 66 made of platinum Pt is dispersed and supported on the surface of the catalyst carrier 65. And a layer of NO x absorbent 67 is formed.
  • N0x in the exhaust gas is also absorbed in the NOx absorbent 67 on the particulate filters 24a, 24b.
  • the NO x absorbed in the NO x absorbent 67 is also released by adding fuel from the fuel addition valve 32.
  • the particulate matter contained in the exhaust gas is collected on the particulates 24a and 24b and is sequentially oxidized.
  • the particulate matter gradually accumulates on the particulate films 2 4 a and 2 4 b. If the amount of accumulation increases, the engine output will decrease. Therefore, when the amount of accumulated particulate matter increases, the deposited particulate matter must be removed. In this case, the accumulated particulate matter is oxidized and removed by raising the temperature of the Patikyule Ichigonadoc 24 a, 24 b to about 600 ° C under excessive air.
  • the amount of the particulate matter deposited on the particulate filter 24a, 24b exceeds the allowable amount, that is, detected by the differential pressure sensors 29a, 29b.
  • the differential pressure ⁇ P between the front and back of the patty flow is exceeded, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the patrol flow is kept lean.
  • the temperature of the particulate filters 2 4 a and 2 4 b is raised by the oxidation reaction heat of the generated fuel, and the particulate matter deposited thereby is oxidized and removed.
  • the NO x storage-reduction catalysts 2 3 a and 2 3 b can be omitted.
  • a particulate filter that does not carry the N ⁇ X absorbent 67 can be used as the particulate filter 24a, 24b.
  • the N O X absorbent 6 7 be disposed in both the first exhaust passage 2 2 a and the second exhaust passage 2 2 b.
  • the amount of NO X discharged from the engine per unit time changes according to the operating state of the engine, so the amount of NO x absorbed by the N O X absorbent 6 7 per unit time also depends on the operating state of the engine. Change.
  • the NOX amount NOXA absorbed in the NOX absorbent 6 7 per unit time is previously stored in the ROM 42 as a function of the required torque TQ and the engine speed N in the form of a map shown in FIG.
  • the NO x amount ⁇ ⁇ ⁇ absorbed in the N o x absorbent 6 7 is calculated by accumulating the N o x amount NO XA.
  • NOx releasing action is alternately performed from the NO x absorbent 6 7 in the first exhaust passage 2 2 a and from the NO x absorbent 6 7 in the second exhaust passage 2 2 b.
  • NOx absorbed in NOX absorbent 6 7 When ⁇ x ⁇ reaches the maximum value MAX shown in Fig. 6, NO x absorption in one of exhaust passages 2 2 a, 2 2 b This means that the NO x absorption amount of Agent 6 7 has reached the allowable value. Therefore, NO x should be released from the NO x absorbent 6 7 that has reached the allowable value at this time. W Judged. At this time, the amount of NOX absorbed in the other NO x absorbent 6 7 is half of the allowable value. In FIG.
  • X 1 indicates when the NO x absorption amount of the NOX absorbent 6 7 in the first exhaust passage 2 2 a reaches an allowable value
  • X 2 indicates the second exhaust passage 2 2. It shows when the NOXP and yield of NO x absorbent 67 in b reached acceptable values.
  • I indicates the first exhaust passage 2 2 a
  • I I indicates the second exhaust passage 2 2 b.
  • N0 X amount ⁇ N0 X is lower than the allowable value MAX
  • both the first exhaust control valve 26a and the second exhaust control valve 26b are opened.
  • Exhaust gas having a lean air-fuel ratio is circulated in both the first exhaust passage 2 2 a and the second exhaust passage 2 2 b. Therefore, at this time, the NOx absorbent 6 7 in any of the exhaust passages 2 2 a and 2 2 b is absorbing N O X in the exhaust gas.
  • the second exhaust control valve 26 b opens and the second exhaust passage 2 2 b is opened and the first exhaust control valve 26a is closed to close the first exhaust passage 22a.
  • this fuel does not get on the exhaust gas flow and immediately penetrate the first exhaust passage 2 2 a, but is delayed from the exhaust gas flow to the first Advance in the exhaust passage 2 2 a.
  • this fuel temporarily adheres to the Nx storage / reduction catalyst 23a, the particulate filter 24a, and the oxidation catalyst 25a in the first exhaust passage 22a, and then evaporates.
  • the second time ⁇ t 2 is a time required to hold the fuel added from the fuel addition valve 32 in the first exhaust passage 2 2 a.
  • the second time ⁇ t 2 is shortened as the intake air amount Ga increases.
  • the higher the temperature Tc of the NOx storage reduction catalyst 23a and the pachyquille 24a that is, the temperature Tc of the NOx absorbent 67, the more easily the attached fuel evaporates, so Fig. 8 (A) As shown, the higher the temperature T c, the shorter the second time ⁇ t 2 is.
  • This second time At 2 is stored in advance in the ROM 42 in the form of a map as shown in FIG. 8 (B) as a function of the intake air amount Ga and the temperature T c.
  • a predetermined third time ⁇ t3 elapses.
  • Valve 26a is opened, and first exhaust passage 22a is opened.
  • the fuel adhering to the NOx storage reduction catalyst 23a and particulate filter 24a evaporates and enters the first exhaust passage 22a.
  • the air-fuel ratio of the exhaust gas that remains is rich, and as a result, NOx absorbed in the NOX absorbent 67 is released and reduced. Therefore, the third time ⁇ t 3 is a time during which the air-fuel ratio of the exhaust gas in the first exhaust passage 2 2 a can be kept rich.
  • the third time ⁇ t3 becomes shorter as the temperature Tc increases.
  • the exhaust control valves 2 6 a and 2 6 b are fully closed, there is a slight leak, and if such a leak occurs, the exhaust gas with a lean air-fuel ratio flows into the first exhaust passage 2 2 a. As a result, the air-fuel ratio of the exhaust gas in the first exhaust passage 22a is quickly switched from rich to lean.
  • the present invention can be conceptually expressed by closing the second exhaust passage 2 2 b when NOx is to be released from the NOX absorbent 6 7 disposed in the first exhaust passage 2 2 a.
  • the fuel added from the fuel addition valve 3 2 is introduced into the first exhaust passage 2 2 a and the first exhaust passage 2 2
  • the first exhaust passage 2 2a is used to maintain the air-fuel ratio of the exhaust gas in the first exhaust passage 2 2a in a rich state by this fuel.
  • the fuel added from the fuel addition valve 3 2 is introduced into the second exhaust passage 2 2 b, and the fuel is introduced into the second exhaust passage 2 2 b. After it is to have so as to close the second exhaust passage 2 2 b in order to maintain the air-fuel ratio of the exhaust gas in the second exhaust passage 2 in the 2 b This fuel Li pitch.
  • Figure 10 shows the NO x release control routine.
  • step 100 the amount of NO x NOXA absorbed per unit time is calculated from the map shown in Fig. 7.
  • this N ⁇ XA is added to the NOX amount ⁇ ⁇ ⁇ absorbed in the NOX absorbent 6 7.
  • step 1 0 2 it is determined whether or not the absorbed NOX amount ⁇ NOX exceeds the allowable value MAX, and when ⁇ N>X> MAX, the process proceeds to step 1 '0 3.
  • the flag I indicating that NOx should be released from the NOX absorbent 67 in the first exhaust passage 22a is set.
  • step 103 If it is determined in step 103 that flag I is set, that is, if NOX should be released from the NOX absorbent 6 7 in the first exhaust passage 22a, the process proceeds to step 1004 I is reset.
  • step 105 the first time ⁇ t 1 is calculated.
  • step 106 the representative temperature Tc of the NOX storage reduction catalyst 2 3a and the particulate filter 2 4a estimated from one or both of the temperatures detected by the temperature sensor 28a and the temperature sensor 30a. And the intake air amount G a detected by the air flow meter 8, the second time ⁇ t 2 is calculated from the map shown in FIG. 8 (B).
  • step 107 the representative of NOx storage reduction catalyst 2.3a and particulate filter 24a is estimated from one or both of the temperature detected by temperature sensor 28a and temperature sensor 30a. Based on the temperature T c and the intake air amount G a detected by the air flow meter 8, a third time ⁇ t 3 is calculated from the map shown in FIG. 9 (C). Then go to step 1 0 8.
  • step 10 08 as shown in FIG. 6, first, the second exhaust control valve 26 b is first closed, and then when the first time ⁇ t 1 calculated in step 10 05 has elapsed. Fuel, that is, light oil, is added from the fuel addition valve 32, and the NOX amount ⁇ NOX becomes zero. Next, when the second time ⁇ t 2 calculated in step 10 6 has elapsed, the first exhaust control valve 26 a is closed and the second exhaust control valve 26 b is opened. . Next, when the third time ⁇ t 3 calculated in step 107 is elapsed, the first exhaust control valve 26 a is opened.
  • Fuel that is, light oil
  • step 110 the first time ⁇ t1 is calculated.
  • step 1 1 the representative temperature T c of the NOX storage reduction catalyst 2 3 b and the particulate filter 2 4 b estimated from one or both of the temperatures detected by the temperature sensor 28 b and the temperature sensor 30 b
  • the second time ⁇ t 2 is calculated from the map shown in FIG. 8 (B).
  • step 1 1 2 the representative temperature of NO x storage reduction catalyst 2 3 b and particulate filter 2 4 b estimated from one or both of the temperature detected by temperature sensor 28 b and temperature sensor 30 b Based on T c and the intake air amount G a detected by the air flow meter 8, the third time ⁇ t 3 is calculated from the map shown in FIG. 9 (C). Then go to step 1 0 8.
  • step 108 as shown in FIG. 6, first, the first exhaust control valve 26a is first closed, and then when the first time ⁇ t1 calculated in step 110 is elapsed. Fuel, that is, light oil, is added from the fuel addition valve 32, and the NOX amount ⁇ NOX becomes zero. Next, when the second time ⁇ t 2 calculated in step 1 1 1 has elapsed, the second exhaust control valve 26 b is closed and the first exhaust control valve 26 a is opened. . Next, when the third time ⁇ t 3 calculated in step 1 1 2 has elapsed, the second exhaust control valve 26 b is opened. As described above, in the example shown in FIG.
  • the first exhaust control valve 26 a or the second exhaust control valve 26 b is opened when the third time ⁇ t 3 obtained from the map elapses. I try to make it speak. However, if the map of the third time ⁇ t 3 is not used, the air-fuel ratio of the exhaust gas detected by the air-fuel ratio sensors 3 1 a, 3 1 b is lean from the rich. At this time, the first exhaust control valve 26a or the second exhaust control valve 26b may be opened.
  • the fuel addition valve 3 2 can be disposed in the exhaust passage 21 immediately downstream of the exhaust terpin 7b, so that the fuel supply pipe can be shortened. In the example shown in Fig. 2, the fuel supply pipe can be made even shorter.
  • FIGS 11 (A) to (C) and Figures 12 (A) to (C) show various modifications.
  • one exhaust control valve 2 6 is provided at the junction of the downstream end of the first exhaust passage 2 2 a and the exhaust passage 2 7 at the downstream end of the second exhaust passage 2 2 b.
  • the first exhaust passage 2 2a and the second exhaust passage 2 2b are both opened, and the broken line a shows
  • the broken line b shows
  • the first exhaust passage 2 2 a is closed and the second exhaust passage 2 2 b is closed only. .
  • the first exhaust control valve 26 a is disposed in the first exhaust passage 22 a upstream of the first NO x storage reduction catalyst 23 a, and the second NO The second exhaust control valve 26b is disposed in the second exhaust passage 22b upstream of the x storage reduction catalyst 23b. Even in this case, if the added fuel adheres to the first NOx occlusion reduction catalyst 23a and the first pat- ile filter fill 24a, the first exhaust control valve 26a is closed.
  • Exhaust gas in 1 exhaust passage 2 2 a is held in the latch, and when the added fuel adheres to the second NO x storage reduction catalyst 2 3 b and the second particulate filter '2 4 b Close the second exhaust control valve '2 6 b If the valve is operated, the exhaust gas in the second exhaust passage 2 2 b is held in the latch.
  • the NO X storage reduction catalysts 2 3 a and 2 3 b and the particulate filter In the evening place an oxidation catalyst 80 in the common exhaust passage 3 1 to promote dredging in 4 a and 24 b, or prevent N X X absorbent 6 7 from being poisoned.
  • a trap catalyst 80 for trapping the exhaust contained in the exhaust gas can be disposed in the exhaust passage 31 upstream of the fuel addition valve 3 2.
  • the combustion gas of the combustion type heat exchanger used to raise the cooling water temperature at the start of the engine at an early stage is introduced into the exhaust passage 31 and the N0 x storage reduction catalyst 2 3 a, 2 3 b and the paticular filter are filled. It can promote dredging in the evening 24a and 24b.
  • each NO X storage reduction catalyst 2 3 a is added so that the added fuel is uniformly distributed in the NO storage reduction catalyst 2 3 a, 2 3 b and the particulate filter 2 4 a, 2 4 b. , 2 3 b, perforated plates 8 1 a, 8 lb each having a plurality of holes formed in the exhaust passages 2 2 a, 2 2 b upstream.
  • the first Nx storage and reduction catalyst 23a and the first pachyquille-filled catalyst 24a are brought into close contact with each other and placed in one casing.
  • 2 NO x storage reduction catalyst 2 3 b and second particulate filter 2 4 b are also brought into close contact with each other and arranged in one casing, and a common exhaust passage 2 7 A common oxidation catalyst 25 is arranged inside.

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Abstract

内燃機関において、排気通路（２１）から分岐された第１の排気通路（２２ａ）と第２の排気通路（２２ｂ）とが設けられており、各排気通路（２２ａ，２２ｂ）内に夫々ＮＯｘ吸蔵還元触媒（２３ａ，２３ｂ）と、パティキュレートフィルタ（２４ａ，２４ｂ）が配置される。例えば第１の排気通路（２２ａ）内のＮＯｘ吸蔵還元触媒（２３ａ）からＮＯｘを放出させるときには第１の排気通路（２２ａ）内にのみ排気ガスを流入させた状態で燃料添加弁（３２）から燃料が添加され、添加燃料がＮＯｘ吸蔵還元触媒（２３ａ）に付着したときに第１の排気制御弁（２６ａ）が一時に閉弁されて排気ガスの空燃比がリッチにされる。

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
共通の排気通路から分岐された第 1 の排気通路と第 2の排気通路 を具備し、 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 N O Xを吸蔵し、 流入する排気ガスの空燃比がリ ッチになると 吸蔵している N O xを放出する N O X吸収剤を第 1の排気通路内お よび第 2の排気通路内に夫々配置し、 N 0 X吸収剤上流の第 1 の排 気通路内および第 2の排気通路内に夫々燃料添加弁を配置し、 N O X吸収剤下流の第 1の排気通路内および第 2の排気通路内に夫々排 気制御弁を配置した内燃機関が公知である （例えば特開 2 0 0 3— 7 4 3 2 8号公報を参照） 。
この内燃機関では第 1の排気通路内に配置された N O X吸収剤か ら吸蔵した N O Xを放出させるときには第 1の排気通路内に配置さ れた排気制御弁を閉弁して第 1 の排気通路内に排気ガスを滞留させ た状態で第 1の排気通路内に配置された燃料添加弁から燃料を添加 することにより第 1の排気通路内における排気ガスの空燃比をリ ツ チに保持し、 第 2の排気通路内に配置された N O X吸収剤から吸蔵 した N O Xを放出させるときには第 2の排気通路内に配置された排 気制御弁を閉弁して第 2の排気通路内に排気ガスを滞留させた状態 で第 2の排気通路内に配置された燃料添加弁から燃料を添加するこ とにより第 2の排気通路内における排気ガスの空燃比をリ ツチに保 持するようにしている。
しかしながらこの内燃機関では各 N O X吸収剤から N O X.を放出 させるために 2つの燃料添加弁が必要であるという問題がある。 更 に大きな問題は、 これら燃料添加弁はエンジンからかなり離れたと ころに配置されており、 従ってエンジンからかなり離れたところま で燃料供給管を配管しなければならないという ことにある。 発明の開示
本発明の目的は、 燃料添加弁の数を低減できると共に燃料添加弁 の取付け位置をエンジンに近づけ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、 共通の排気通路から分岐された第 1の排気通路 と第 2の排気通路を具備し、 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 N O Xを吸蔵し、 流入する排気ガスの空燃比 がリ ッチになると吸蔵している N O Xを放出する N〇 X吸収剤を第 1の排気通路内および第 2の排気通路内に夫々配置した内燃機関に おいて、 第 1の排気通路および第 2の排気通路上流の上述の共通の 排気通路内に燃料添加弁を配置し、 第 1 の排気通路内に配置された N O x吸収剤から N O xを放出すべきときには第 2の排気通路を閉 鎖しかつ第 1 の排気通路を開通させた状態で燃料添加弁から燃料を 添加して添加された燃料を第 1 の排気通路内に導びく と共に、 第 1 の排気通路内に燃料が導びかれた後にこの燃料により第 1の排気通 路内における排気ガス 空燃比をリ ツチに維持するために第 1 の排 気通路を閉鎖し、 第 2の排気通路内に配置された N O X吸収剤から N O xを放出すべきときには第 1の排気通路を閉鎖しかつ第 2の排 気通路を開通させた状態で燃料添加弁から燃料を添加して添加され た燃料を第 2め排気通路内に導びく と共に、 第 2の排 ^通路内に燃 料が導びかれた後にこの燃料により第 2の排気通路内における排気 ガスの空燃比をリ ッチに維持するために第 2の排気通路を閉鎖する ようにした内燃機関の排気浄化装置が提供される。 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は圧縮着火式内燃機関の別の実施例を示す全体図、
図 3は N O X吸蔵還元触媒の側面断面図、
図 4は触媒担体の表面部分の断面図、
図 5はパティキユレ一トフィル夕の構造を示す図、
図 6は燃料添加のタイミングと排気制御弁の開閉弁時期を示す夕 ィムチヤ一 卜、
図 7は吸収 N O x量 N O X Aのマップを示す図、
図 8は第 2 の時間 A t 2 を示す図、
図 9は第 3の時間 Δ t 3 を示す図、
図 1 0は N O x放出制御を行うためのフローチャー ト、
図 1 1は圧縮着火式内燃機関の種々の変形例を示す図、
図 1 2は圧縮着火式内燃機関の種々の変形例を示す図である。 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の入口はエアフローメ 一夕 8 を介し tエアクリーナ 9 に連結される。 吸気ダク'ト 6内には 電気制御式スロッ 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は排気タ一ポチャージャ 7の排気タービン 7 bの 入口に連結され、 排気タービン 7 bの出口は排気後処理装置 2 0に 連結される。
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 2 を介して互いに連結され、 E G R通路 1 2内には電気制御式 E G R制御弁 1 3が配置される。 また、 E G R 通路 1 2周りには E GR通路 1 2内を流れる E G Rガスを冷却する ための冷却装置 1 4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 4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 5 を介してコ モンレール 1 6に連結される。 このコモンレール 1 6内へは電子制 御式の吐出量可変な燃料ポンプ 1 7から燃料が供給され、 コモンレ ール 1 6内に供給された燃料は各燃料供給管 1 5 を介して燃料噴射 弁 3に供給される。
排気後処理装置 2 0は排気夕 ビン 7 bの出口に連結された共通 の排気通路 2 1 と、 この共通の排気通路 2 1から分岐された第 1の 排気通路 2 2 aと第 2の排気通路 2 2 bとを具備する。 第 1の排気 通路 2 2 a内には上流側から順に第 1 の N O X吸蔵還元触媒 2 3 a 、 第 1 のパティキュレートフィル夕 2 4 a、 第 1 の酸化触媒 2 5 a 、 およびァクチユエ一夕 2 7 aにより駆動される第 1 の排気制御弁 2 6 aが配置され、 第 2の排気通路 2 2 b内には上流側から順に第 2の NO x吸蔵還元触媒 2 3 b、 第 2のパティキュレートフィル夕 2 4 b、 第 2め酸化触媒 2 5 b、 およびァクチユエ一夕' 2 7 bによ り駆動される第 2の排気制御弁 2 6 bが配置される。 これら第 1の 排気通路 2 2 aおよび第 2の排気通路 2 2 bは第 1の排気制御弁 2 6 aおよび第 2の排気制御弁 2 6 bの下流において共通の排気管 2 7 に合流せしめられる。
また、 第 1 の排気通路 2 2 aには第 l のNO x吸蔵還元触媒 2 3 aの温度を検出するための温度センサ 2 8 aと、 第 1 のパティキュ レートフィルタ 2 4 aの前後差圧を検出するための第 1の差圧セン サ 2 9 aと、 第 1 の酸化触媒 2 5 aから排出された排気ガスの温度 および空燃比を夫々検出するための温度センサ 3 0 aおよび空燃比 センサ 3 1 aが配置され、 第 2の排気通路 2 2 bには第 2の N O X 吸蔵還元触媒 2 3 bの温度を検出するための温度センサ 2 8 bと、 第 2のパティキユレ一トフィルタ 2 4 bの前後差圧を検出するため の第 2の差圧センサ 2 9 bと、 第 2の酸化触媒 2 5 bから排出され た排気ガスの温度および空燃比を夫々検出するための温度センサ 3 0 bおよび空燃比センサ 3 1 bが配置される。
一方、 図 1 に示されるように第 1 の排気通路 2 2 aおよび第 2の 排気通路 2 2 b上流の共通の排気通路 2 1内には第 1 の排気通路 2 2 aおよび第 2の排気通路 2 2 bに対して共通の燃料添加弁 3 2が 配置されている。 この燃料添加弁 3 2からは図 1 において Fで示さ れるように燃料が添加される。 本発明による実施例ではこの燃料は 軽油からなる。
電子制御ュニッ ト 4 0はデジタルコンピュー夕からなり、 双方向 性パス 4 1 によって互いに接続された R〇M (リードオンリメモリ ) 4 2、 R AM (ランダムアクセスメモリ） 4 3、 C P U (マイク 口プロセッサ） 4 4、 入力ポート 4 5および出力ポート 4 6を具備 する。 ェアフロ一メータ 8、 各温度センサ 2 8 a， 2 8 b , 3 0 a , 3 0 b、 各差圧センサ 2 9 a， 2 9 b、 および各空燃'比センサ 3 1 a , 3 1 bの出力信号は夫々対応する 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、 アクセルペダル 4 9 にはァクセ ルペダル 4 9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 5 0が接続され、 負荷センサ 5 0 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。 更に入力ポート 4 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 5 1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 3、 スロッ トル弁 1 0 駆動装置、 E G R制御弁 1 3、 燃料ポンプ 1 7、 ァクチユエ一夕 2 7 a , 2 7 bおよび燃料添加弁 3 2に接続される。
図 2に圧縮着火式内燃機関の別の実施例を示す。 この実施例では 排気マ二ホルド 5に燃料添加弁 3 2が取付けられ、 この燃料添加弁 3 2から排気マニホルド 5内に燃料、 即ち軽油が添加される。
図 3は N〇 x吸蔵還元触媒 2 3 a , 2 3 bの構造を示している。 図 3 に示される実施例では N O x吸蔵還元触媒 2 3 a , 2 3 bはハ 二カム構造をなしており、 薄肉の隔壁 6 0 により互いに分離された 複数個の排気ガス流通路 6 1 を具備する。 各隔壁 6 0の両側表面上 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 4 ( A ) および （B ) はこの触媒担体 6 5の表面部分の断面を図解的に示 している。 図 4 ( A ) および （B ) に示されるように触媒担体 6 5 の表面上には貴金属触媒 6 6が分散して担持されており、 更に触媒 担体 6 5の表面上には N O X吸収剤 6 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 6 6 として白金 P tが用いら れており、 N O X吸収剤 6 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、 イツ トリゥム Ύ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 NO x吸蔵還元触媒 2 3 a , 2 3 b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 O X吸収剤 6 7は排気ガスの空 燃比がリーンのときには N〇 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 NO Xを放出する N〇 Xの吸放出作用を行う。
即ち、 NO X吸収剤 6 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 4 ( A) に示されるように白金 P t 6 6.上において酸化 されて N〇2となり、 次いで NO X吸収剤 6 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 NO 3 の形で NO x吸収 剤 6 7内に拡散する。 このようにして N O Xが N O X吸収剤 6 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 6 6の表 面で N O 2が生成され、 N〇 X吸収剤 6 7の N O X吸収能力が飽和 しない限り N 02が N O X吸収剤 6 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、 排気ガスの空燃比がリ ッチ或いは理論空燃比にされ ると排気ガス中の酸化濃度が低下するために反応が逆方向 （N〇3一 →N02) に進み、 斯く して図 4 ( B ) に示されるように NO X吸 収剤 6 7内の硝酸イオン N〇3—が N 02の形で N O X吸収剤 6 7力、 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 6 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〇 X吸収剤 6 7の N〇 X 吸収能力が飽和してしまい、 斯く して N〇 X吸収剤 6 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 N O X吸収剤 6 7の吸収能力が飽和する前に燃料添加弁 3 2から燃料 を添加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、 それによつて N〇 x吸収剤 6 7から NO Xを放出させるようにして いる。
一方、 図 5 ( A) および （B) はパティキュレートフィルタ 2 4 a , 2 4 bの構造を示している。 なお、 図 5 ( A) はパティキユレ ートフィルタ 2 4 a， 2 4 bの正面図を示しており、 図 5 ( B ) は パティキユレ一トフィル夕 2 4 a , 2 4 bの側面断面図を示してい る。 図 5 ( 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 2 4 a， 2 4 b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 ¾ 7 0， 7 1 を具備する。 これら排 気流通路は下流端が栓 7 2により閉塞された排気ガス流入通路 7 0 と、 上流端が栓 7 3により閉塞された排気ガス流出通路 7 1 とによ り構成される。 なお、 図 5 ( A) においてハッチングを付した部分 は栓 7 3を示している。 従って排気ガス流入通路 7 0および排気ガ ス流出通路 7 1は薄肉の隔壁 7 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 7 0および排気ガス流出通路 7 1 は各排 気ガス流入通路 7 0が 4つの排気ガス流出通路 7 1 によって包囲さ れ、 各排気ガス流出通路 7 1が 4つの排気ガス流入通路 7 0によつ 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タ 2 4 a , 2 4 bは例えばコ一ジライ ト 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 7 0内に流入した排気ガスは図 5 (B) において矢印で示されるよ うに周囲の隔壁 7 4内を通って隣接する排気ガス流出通路 7 1内に 流出する。 ' . ' 本発明による実施例では各排気ガス流入通路 7 0および各排気ガ ス流出通路 7 1の周壁面、 即ち各隔壁 7 4の両側表面上および隔壁 7 4内の細孔内壁面上にも例えばアルミナからなる触媒担体が担持 されており、 この触媒担体 6 5の表面上には図 4 ( A) および （B ) に示されるように白金 P tからなる貴金属触媒 6 6が分散して担 持されており、 NO x吸収剤 6 7の層が形成されている。
従って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がパティキュレートフィルタ 2 4 a , 2 4 b上の NO x吸収剤 6 7内にも吸収される。 この NO X吸収剤 6 7に吸収され た NO xも燃料添加弁 3 2から燃料を添加することによって放出さ れる。
一方、 排気ガス中に含まれる粒子状物質はパティキュレートフィ ル夕 2 4 a , 2 4 b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 2 4 a， 2 4 b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き 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ユレ一卜フィル夕 2 4 a , 2 4 bの温度を 6 0 0 °C程度まで上昇させると堆積した粒子状物質は酸化され、 除 去される。
そこで本発明による実施例ではパティキュレートフィル夕 2 4 a ， 2 4 b上に堆積した粒子状物質の量が許容量を越えたとき、 即ち 差圧センサ 2 9 a , 2 9 bにより検出されたパティキユレ一トフィ ル夕 2 4 a , 2 4 bの前後差圧 Δ Pが許容値を越えたときにはパテ ィキユレ一卜フィル夕 2 4 a , 2 4 b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添加弁 3 2から燃料を添加してこの添加 された燃料の酸化反応熱によりパティキュレートフィルタ 2 4 a , 2 4 bの温度を上昇させ、 それによつて堆積した粒子状物質を酸化 除去するようにしている。
なお、 図 1 において NO x吸蔵還元触媒 2 3 a， 2 3 bを省く こ ともできる。 また、 図 1 においてパティキュレートフィル夕 2 4 a , 2 4 bとして、 N〇 X吸収剤 6 7を担持していないパティキユレ ートフィルタを用いることもできる。 ただし、 第 1の排気通路 2 2 a内および第 2の排気通路 2 2 b内のいずれにも N O X吸収剤 6 7 が配置されていることが必要である。
次に図 6 を参照しつつ N〇 x吸蔵還元触媒 2 3 a , 2 3 b上の N O x吸収剤 6 7、 およびパティキユレ一トフィルタ 2 4 a , 2 4 b 上の N O x吸収剤 6 7からの N O xの放出制御について説明する。
機関から単位時間当りに排出される NO X量は機関の運転状態に 応じて変化し、 従って単位時間当りに N〇 X吸収剤 6 7 に吸収され る NO x量も機関の運転状態に応じて変化する。 本発明による実施 例では N O X吸収剤 6 7 に単位時間当り吸収される N O X量 N O X Aが要求トルク T Qおよび機関回転数 Nの関数として図 7 に示すマ ップの形で予め R OM 4 2内に記憶されており、 この N〇 x量 NO XAを積算することによって N〇 x吸収剤 6 7 に吸収された NO X 量 Σ ΝΟ Χが算出される。
本発明による実施例では第 1の排気通路 2 2 a内の NO x吸収剤 6 7からと、 第 2の排気通路 2 2 b内の NO x吸収剤 6 7からとか ら交互に N O Xの放出作用が行われ、 N O X吸収剤 6 7 に吸収され た NO x量 Σ ΝΟ Χが図 6に示される許容値 MAXに達するといず れか一方の排気通路 2 2 a , 2 2 b内の NO x吸収剤 6 7の NO x 吸収量が許容値に達していることになる。 従ってこのとき許容値に 達している方'の NO x吸収剤 6 7から NO xを放出すべきであると W 判断される。 このとき他の N O x吸収剤 6 7 に吸収されている N O X量は許容値の半分である。 なお、 図 6 において X 1 は第 1の排気 通路 2 2 a内の N O X吸収剤 6 7の N O x吸収量が許容値に達した ときを示しており、 X 2は第 2の排気通路 2 2 b内の N O x吸収剤 6 7の N O X P及収量が許容値に達したときを示している。
一方、 図 6において I は第 1 の排気通路 2 2 aを示しており、 I I は第 2の排気通路 2 2 bを示している。 図 6からわかるように通常 は、 即ち N〇 X量∑ N〇 Xが許容値 M A Xよりも低いときには第 1 の排気制御弁 2 6 aおよび第 2の排気制御弁 2 6 bのいずれも開弁 せしめられており、 第 1の排気通路 2 2 aおよび第 2の排気通路 2 2 b内のいずれもリーン空燃比の排気ガスが流通している。 従って このときにはいずれの排気通路 2 2 a , 2 2 b内の N〇 x吸収剤 6 7においても排気ガス中の N O Xの吸収作用が行われている。
さて、 図 6において X Iで示されるように第 1 の排気通路 2 2 a 内に配置された N O X吸収剤 6 7から N O Xを放出すべきときには まず初めに第 2の排気制御弁 2 6 bが閉弁せしめられ、 それによつ て第 2の排気通路 2 2 bが閉鎖される。 その結果、 共通の排気通路 2 1内を流通する排気ガスは第 1 の排気通路 2 2 a内へのみ流入す ることになる。 次いで第 2の排気通路 2 2 bが閉鎖された後、 予め 定められた第 1 の時間 Δ t 1 を経過したときに燃料添加弁 3 2から 燃料が添加される。 このとき上述したように排気ガスは第 1の排気 通路 2 2 a内にのみ流入しているので燃料添加弁 3 2から添加され た燃料、 即ち軽油も第 1の排気通路 2 2 a内にのみ流入することに なる。 なお、 第 1の時間は第 2の排気通路 2 2 b内への排気ガスの 流入が停止するまでの待ち時間に相当する。
一方、 燃料が添加されてから予め定められた第 2 の時間 Δ t 2を 経過すると第' 2の排気制御弁 2 6 bが開弁して第 2 の排気通路 2 2 bが開通せしめられると共に第 1の排気制御弁 2 6 aが閉弁せしめ られて第 1 の排気通路 2 2 aが閉鎖される。 即ち、 燃料添加弁 3 2 から燃料が添加されるとこの燃料は排気ガス流に乗って即座に第 1 の排気通路 2 2 a内を突き抜けるのではなくて、 排気ガス流に対し 遅れて第 1 の排気通路 2 2 a内を前進する。 次いでこの燃料は第 1 の排気通路 2 2 a内の N〇 x吸蔵還元触媒 2 3 aや、 パティキユレ ートフィルタ 2 4 aや、 酸化触媒 2 5 aに一旦付着し、 その後蒸発 する。
即ち、 燃料添加弁 3 2からの燃料添加後、 第 1の排気制御弁 2 6 aを早く閉弁しすぎると添加燃料が第 1 の排気通路 2 2 a内の先の 方まで進まないために N O 吸蔵還元触媒 2 3 aやパティキュレー トフィル夕 2 4 aの表面を十分に利用して添加燃料を保持しえず、 これに対し燃料添加後、 第 1の排気制御弁 2 6 aを遅く閉弁しすぎ ると蒸発した燃料が外部に排出されてしまう。 即ち、 第 2の時間△ t 2は燃料添加弁 3 2から添加された燃料を第 1の排気通路 2 2 a 内に保持するために必要な時間である。
この場合、 排気ガスの流速が早いほど、 即ち吸入空気量が多いほ ど添加燃料は先に進むので吸入空気量が多いほど第 1 の排気制御弁 2 6 aは早く閉弁する必要がある。 従って図 8 ( A ) において実線 で示されるように吸入空気量 G aが増大するほど第 2の時間 Δ t 2 は短かくされる。 一方、 N O X吸蔵還元触媒 2 3 aやパティキユレ —トフィル夕 2 4 aの温度 T c、 即ち N O x吸収剤 6 7の温度 T c が高くなるほど付着した燃料は蒸発しやすくなるので図 8 ( A ) に 示されるように温度 T cが高くなるほど第 2の時間△ t 2は短かく される。 この第 2の時間 A t 2は吸入空気量 G aおよび温度 T cの 関数として図 8 ( B ) に示すようなマップの形で予め R O M 4 2内 に記憶されている。 一方、 第 1の排気制御弁 2 6 aが閉弁せしめられ、 第 1の排気通 路 2 2 aが閉鎖されてから予め定められた第 3の時間△ t 3が経過 すると第 1 の排気制御弁 2 6 aが開弁せしめられ、 第 1 の排気通路 2 2 aが開通せしめられる。 第 1 の排気制御弁 2 6 aが閉弁してい る間に N O X吸蔵還元触媒 2 3 aやパティキュレートフィル夕 2 4 aに付着した燃料が蒸発して第 1 の排気通路 2 2 a内に滞留してい る排気ガスの空燃比はリ ッチとなり、 それによつて N O X吸収剤 6 7 に吸収されていた N〇 Xが放出され、 還元される。 従って第 3の 時間 Δ t 3は第 1の排気通路 2 2 a内における排気ガスの空燃比を リッチに保持することのできる時間である。
N O X吸収剤 6 7の温度 T cが高いほど N〇 Xの放出還元作用が 進むので図 9 ( A ) に示されるように温度 T cが高くなるほど第 3 の時間△ t 3は短かくなる。 また、 排気制御弁 2 6 a， 2 6 bは全 閉していても若干の漏れがあり、 このような漏れがあるとリーン空 燃比の排気ガスが第 1 の排気通路 2 2 a内に流入してくるので第 1 の排気通路 2 2 a内の排気ガスの空燃比がリ ツチからリーンに早期 に切換わることになる。 この場合、 排気ガス量が多いほど、 即ち吸 入空気量 G aが多いほどリ ッチからリーンに早期に切換わるので図 9 ( B ) に示されるように吸入空気量 G aが増大するほど第 3 の時 間 Δ t 3は短かくされる。 この第 3 の時間 Δ t 3は吸入空気量 G a および温度 T cの関数として図 9 ( C ) に示すようなマップの形で 予め R〇M 4 2内に記憶されている。
図 6 において X 2で示されるように第 2の排気通路 2 2 b内に配 置された N O x吸収剤 6 7から N O xを放出すべきときも同様であ る。 即ち、 第 2の排気通路 2 2 b内に配置された N O X吸収剤 6 7 から N O Xを放出すべきときには第 1の排気通路 2 2 aを閉鎖した 後、 予め定められた第 1の時間△ t 1 を経過したときに'燃料添加弁 3 2から燃料が添加され、 燃料が添加されてから予め定められた第 2の時間 Δ t 2を経過したときに第 1の排気通路 2 2 aが開通せし められると共に第 2 の排気通路 2 2 bが閉鎖され、 次いで予め定め られた第 3 の時間 Δ t 3が経過したときに第 2 の排気通路 2 2 bが 開通せしめられる。
従って、 本発明は概念的に表現すると、 第 1 の排気通路 2 2 a内 に配置された N O X吸収剤 6 7から N〇 xを放出すべきときには第 2の排気通路 2 2 bを閉鎖しかつ第 1 の排気通路 2 2 aを開通させ た状態で燃料添加弁 3 2から燃料を添加して添加された燃料を第 1 の排気通路 2 2 a内に導びく と共に、 第 1 の排気通路 2 2 a内に燃 料が導びかれた後にこの燃料により第 1の排気通路 2 2 a内におけ る排気ガスの空燃比をリ ッチに維持するために第 1の排気通路 2 2 aを閉鎖し、 第 2の排気通路 2 2 b内に配置された N O X吸収剤 6 7から N O xを放出すべきときには第 1 の排気通路 2 2 aを閉鎖し かつ第 2の排気通路 2 2 bを開通させた状態で燃料添加弁 3 2から 燃料を添加して添加された燃料を第 2の排気通路 2 2 b内に導びく と共に、 第 2の排気通路 2 2 b内に燃料が導びかれた後にこの燃料 により第 2の排気通路 2 2 b内における排気ガスの空燃比をリ ッチ に維持するために第 2の排気通路 2 2 bを閉鎖するようにしたこと にある。
図 1 0は N〇 x放出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 において図 7に示 すマップから単位時間当り吸収される N〇 x量 N O X Aが算出され る。 次いでステップ 1 0 1ではこの N〇 X Aが N O X吸収剤 6 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 2では吸収 N O X量∑ N O Xが許容値 M A Xを越えたか否かが判 別され、 ∑ Nり X > M A Xとなったときにはステップ 1' 0 3に進ん で第 1の排気通路 2 2 a内の N O X吸収剤 6 7から N O xを放出す べきであることを示すフラグ I がセッ 卜されているか否かが判別さ れる。
ステップ 1 0 3においてフラグ Iがセッ トされていると判断され たとき、 即ち第 1の排気通路 2 2 a内の N O X吸収剤 6 7から N O Xを放出すべきときにはステップ 1 0 4に進んでフラグ Iがリセッ トされる。 次いでステップ 1 0 5では第 1 の時間△ t 1が算出され る。 次いでステップ 1 0 6では温度センサ 2 8 aおよび温度センサ 3 0 aにより検出された温度の一方又は双方から推定される N O X 吸蔵還元触媒 2 3 aおよびパティキュレートフィル夕 2 4 aの代表 温度 T c とエアフローメータ 8 により検出された吸入空気量 G aと に基づいて図 8 ( B ) に示すマップから第 2の時間 Δ t 2が算出さ れる。 次いでステップ 1 0 7では温度センサ 2 8 aおよび温度セン サ 3 0 aにより検出された温度の一方又は双方から推定される N O X吸蔵還元触媒 2 .3 aおよびパティキュレートフィル夕 2 4 aの代 表温度 T c とェアフロ一メータ 8により検出された吸入空気量 G a とに基づいて図 9 ( C ) に示すマップから第 3 の時間△ t 3が算出 される。 次いでステップ 1 0 8に進む。
ステップ 1 0 8では図 6に示されるようにまず初めに第 2の排気 制御弁 2 6 bが閉弁され、 次いでステップ 1 0 5において算出され た第 1の時間△ t 1が経過したときに燃料添加弁 3 2から燃料、 即 ち軽油が添加されると共に N O X量∑ N O Xが零とされる。 次いで ステップ 1 0 6において算出された第 2の時間 Δ t 2が経過したと きに第 1 の排気制御弁 2 6 aが閉弁され、 第 2の排気制御弁 2 6 b が開弁される。 次いでステップ 1 0 7において算出された第 3の時 間 Δ t 3が経過したときに第 1 の排気制御弁 2 6 aが開弁される。
一方、 ステ^プ 1 0 3においてフラグ I がセッ トされ'ていないと 判断されたとき、 即ち第 2の排気通路 2 2 b内の N〇 X吸収剤 6 7 から N O Xを放出すべきときにはステップ 1 0 9に進んでフラグ I がセッ トされる。 次いでステップ 1 1 0では第 1 の時間 Δ t 1が算 出される。 次いでステップ 1 1 1では温度センサ 2 8 bおよび温度 センサ 3 0 bにより検出された温度の一方又は双方から推定される N O X吸蔵還元触媒 2 3 bおよびパティキュレートフィルタ 2 4 b の代表温度 T c とエアフローメータ 8 により検出された吸入空気量 G aとに基づいて図 8 ( B ) に示すマップから第 2の時間△ t 2が 算出される。 次いでステップ 1 1 2では温度センサ 2 8 bおよび温 度センサ 3 0 bにより検出された温度の一方又は双方から推定され る N O x吸蔵還元触媒 2 3 bおよびパティキュレートフィル夕 2 4 bの代表温度 T c とェアフロ一メータ 8 により検出された吸入空気 量 G aとに基づいて図 9 ( C ) に示すマップから第 3の時間△ t 3 が算出される。 次いでステップ 1 0 8に進む。
ステップ 1 0 8では図 6に示されるようにまず初めに第 1 の排気 制御弁 2 6 aが閉弁され、 次いでステップ 1 1 0において算出され た第 1の時間△ t 1が経過したときに燃料添加弁 3 2から燃料、 即 ち軽油が添加されると共に N O X量∑ N O Xが零とされる。 次いで ステップ 1 1 1 において算出された第 2の時間 Δ t 2が経過したと きに第 2の排気制御弁 2 6 bが閉弁され、 第 1 の排気制御弁 2 6 a が開弁される。 次いでステップ 1 1 2において算出された第 3の時 間△ t 3が経過したときに第 2 の排気制御弁 2 6 bが開弁される。 上述したように図 1 0 に示される例ではマップから求められた第 3の時間 Δ t 3が経過したときに第 1 の排気制御弁 2 6 a又は第 2 の排気制御弁 2 6 bを開弁させるようにしている。 しかしながら第 3の時間 Δ t 3 のマップを用いず、 空燃比センサ 3 1 a , 3 1 bに より検出され'た排気ガスの空燃比がリ ッチからリーン【こ切換ったと きに第 1 の排気制御弁 2 6 a又は第 2の排気制御弁 2 6 bを開弁さ せるようにすることもできる。
また、 燃料添加弁 3 2に燃料を添加するための燃料供給管を長い 距離に亘つて車両の床下に配管するのは抵抗感がある。 しかしなが ら本発明では図 1 に示されるように燃料添加弁 3 2 を排気ターピン 7 bのすぐ下流の排気通路 2 1内に配置できるので燃料供給管を短 かくすることができる。 図 2 に示される例では燃料供給管を更に短 かくすることができる。
図 1 1 (A) から （C) および図 1 2 ( A) から （C) に種々の 変形例を示す。
図 1 1 (A) に示す例では第 1の排気通路 2 2 aの下流端と第 2 の排気通路 2 2 bの下流端の排気通路 2 7への合流部に一個の排気 制御弁 2 6が配置され、 この一個の排気制御弁 2 6 によって実線で 示されるように第 1 の排気通路 2 2 aと第 2の排気通路 2 2 bが共 に開通している状態と、 破線 aで示されるように第 1 の排気通路 2 2 aのみが閉鎖されている状態と、 破線 bで示されるように第 2の 排気通路 2 2 bのみが閉鎖されている状態との 3つの状態に切換え られる。
図 1 1 (b) に示す例では第 1の N〇 x吸蔵還元触媒 2 3 a上流 の第 1の排気通路 2 2 aに第 1の排気制御弁 2 6 aが配置され、 第 2の NO x吸蔵還元触媒 2 3 b上流の第 2の排気通路 2 2 bに第 2 の排気制御弁 2 6 bが配置される。 この場合でも添加した燃料が第 1 の NO x吸蔵還元触媒 2 3 aおよび第 1 のパティキユレ一トフィ ル夕 2 4 aに付着したときに第 1の排気制御弁 2 6 aを閉弁すれば 第 1の排気通路 2 2 a内の排気ガスはリ ツチに保持され、 添加した 燃料が第 2の NO x吸蔵還元触媒 2 3 bおよび第 2のパティキユレ —トフィルタ ' 2 4 bに付着したときに第 2の排気制御弁' 2 6 bを閉 弁すれば第 2の排気通路 2 2 b内の排気ガスはリ ッチに保持される 図 1 1 (C) に示される例では NO X吸蔵還元触媒 2 3 a， 2 3 bおよびパティキュレートフィル夕 2 4 a , 2 4 bの暧機を促進す るために共通の排気通路 3 1内に酸化触媒 8 0 を配置するか、 又は N〇 X吸収剤 6 7がィォゥ被毒を受けないようにするために排気ガ ス中に含まれるィォゥを トラップするためのィォゥ トラップ触媒 8 0 を燃料添加弁 3 2上流の排気通路 3 1 内に配置することもできる 。 また、 機関始動時に冷却水温を早期に上昇させるために用いる燃 焼式ヒー夕の燃焼ガスを排気通路 3 1内に導入して N〇 x吸蔵還元 触媒 2 3 a , 2 3 bおよびパティキユレ一トフィル夕 2 4 a， 2 4 bの暧機を促進することができる。
図 1 2 ( A) に示される例では第 1の N 0 X吸蔵還元触媒 2 3 a 、 第 1のパティキュレートフィル夕 2 4 aおよび第 1 の酸化触媒 2 5 aが互いに密着せしめられて一つのケ一シング内に配置され、 同 様に第 2の N〇 X吸蔵還元触媒 2 3 b、 第 2のパティキュレートフ ィルタ 2 4 bおよび第 2の酸化触媒 2 5 bも互いに密着せしめられ て一つのケ一シング内に配置される。 また、 この例では添加燃料が N O 吸蔵還元触媒 2 3 a， 2 3 bおよびパティキュレートフィル 夕 2 4 a , 2 4 b内に均一に分配されるように各 NO X吸蔵還元触 媒 2 3 a， 2 3 b上流の各排気通路 2 2 a , 2 2 b内に夫々多数の 孔を形成した多孔板 8 1 a , 8 l bが夫々配置される。
図 1 2 (B) に示される例では第 1の N〇 X吸蔵還元触媒 2 3 a および第 1のパティキユレ一卜フィル夕 2 4 aが互いに密着せしめ られて一つのケーシング内に配置され、 第 2の NO x吸蔵還元触媒 2 3 bおよび第 2のパティキュレートフィル夕 2 4 bも互いに密着 せしめられて一つのケーシング内に配置され、 共通の排気通路 2 7 内に共通の酸化触媒 2 5が配置されている。
図 1 2 ( C ) に示される例では第 2の排気通路 2 2 b内に配置さ れた第 2の NO x吸蔵還元触媒 2 3 b、 第 2のパティキュレー トフ ィルタ 2 4 bおよび第 2の酸化触媒 2 5 bが第 1 の排気通路 2 2 a 内に配置された第 1の N〇 X吸蔵還元触媒 2 3 a、 第 1 のパティキ ユレ一卜フィルタ 2 4 aおよび第 1の酸化触媒 2 5 aに対して直列 に配置されている。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 共通の排気通路から分岐された第 1 の排気通路と第 2の排気 通路を具備し、 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 N O Xを吸蔵し、 流入する排気ガスの空燃比がリッチにな ると吸蔵している N〇 xを放出する N O X吸収剤を第 1の排気通路 内および第 2の排気通路内に夫々配置した内燃機関において、 第 1 の排気通路および第 2の排気通路上流の上記共通の排気通路内に燃 料添加弁を配置し、 第 1 の排気通路内に配置された N〇 X吸収剤か ら N〇 Xを放出すべきときには燃料添加弁から添加された燃料を第 1 の排気通路内に導びくと共に、 第 1 の排気通路内に燃料が導びか れた後に該燃料により第 1の排気通路内における排気ガスの空燃比 をリ ッチに維持するために第 1 の排気通路を閉鎖し、 第 2の排気通 路内に配置された N O X吸収剤から N O Xを放出すべきときには燃 料添加弁から添加された燃料を第 2の排気通路内に導びく と共に、 第 2の排気通路内に燃料が導びかれた後に該燃料により第 2の排気 通路内における排気ガスの空燃比をリ ッチに維持するために第 2の 排気通路を閉鎖するようにした内燃機関の排気浄化装置。
2 . 第 1の排気通路および第 2の排気通路内に夫々上記 N O x吸 収剤を担持した N O X吸蔵還元触媒が配置されている請求項 1 に記 載の内燃機関の排気浄化装置。
3 . 第 1の排気通路および第 2の排気通路内に夫々上記 N〇 吸 収剤を担持したパティキュレートフィル夕が配置されている請求項 1 に記載の内燃機関の排気浄化装置。
4 . 第 1 の排気通路および第 2の排気通路を閉鎖又は開通させる ために少く とも一つの排気制御弁を備えている請求項 1 に記載の内 燃機関の排気浄化装置。
5 . 第 1 の排気通路内に配置された N O x吸収剤から N〇 xを放 出すべきときには第 2 の排気通路を閉鎖しかつ第 1 の排気通路を開 通させた状態で燃料添加弁から燃料を添加して添加された燃料を第 1 の排気通路内に導びく と共に、 第 1 の排気通路内に燃料が導びか れた後に該燃料により第 1の排気通路内における排気ガスの空燃比 をリ ッチに維持するために第 1 の排気通路を閉鎖し、 第 2の排気通 路内に配置された N〇 X吸収剤から N O Xを放出すべきときには第 1 の排気通路を閉鎖しかつ第 2の排気通路を開通させた状態で燃料 添加弁から燃料を添加して添加された燃料を第 2の排気通路内に導 びく と共に、 第 2の排気通路内に燃料が導びかれた後に該燃料によ り第 2の排気通路内における排気ガスの空燃比をリ ッチに維持する ために第 2の排気通路を閉鎖するようにした請求項 1 に記載の内燃 機関の排気浄化装置。
6 . N O x吸収剤から N O xを放出すべきでないときは第 1 の排 気通路および第 2の排気通路が共に開通せしめられている請求項 1 に記載の内燃機関の排気浄化装置。
7 . 第 1 の排気通路内に配置された N〇 X吸収剤から N〇 Xを放 出すべきときには第 2 の排気通路を閉鎖した後、 予め定められた第 1 の時間を経過したときに燃料添加弁から燃料が添加され、 燃料が 添加されてから予め定められた第 2の時間を経過したときに第 2の 排気通路が開通せしめられると共に第 1 の排気通路が閉鎖され、 次 いで予め定められた第 3の時間が経過したときに第 1 の排気通路が 開通せしめられ、 第 2の排気通路内に配置された N O X吸収剤から N O Xを放出すべきときには第 1 の排気通路を閉鎖した後、 予め定 められた第 1の時間を経過したときに燃料添加弁から燃料が添加さ れ、 燃料が添加されてから予め定められた第 2の時間を経過したと きに第 1の排気通路が開通せしめられると共に第 2の排'気通路が閉 鎖され、 次いで予め定められた第 3 の時間が経過したときに第 2の 排気通路が開通せしめられる請求項 6に記載の内燃機関の排気浄化 装置。
8 . 第 1 の排気通路内に配置された N O X吸収剤から N〇 Xを放 出すべきときには上記第 1の時間は第 2の排気通路内への排気ガス の流入が停止するまでの待ち時間に相当し、 第 2の排気通路内に配 置された N O X吸収剤から N O Xを放出すべきときには上記第 1 の 時間は第 1の排気通路内への排気ガスの流入が停止するまでの待ち 時間に相当する請求項 7に記載の内燃機関の排気浄化装置。
9 . 第 1 の排気通路内に配置された N〇 X吸収剤から N O Xを放 出すべきときには上記第 2 の時間は燃料添加弁から添加された燃料 を第 1の排気通路内に保持するために必要な時間であり、 第 2の排 気通路内に配置された N O x吸収剤から N O xを放出すべきときに は上記第 2の時間は燃料添加弁から添加された燃料を第 2 の排気通 路内に保持するために必要な時間である請求項 7に記載の内燃機関 の排気浄化装置。
10. 上記第 2の時間は吸入空気量が増大するほど短かくなる請求 項 9に記載の内燃機関の排気浄化装置。
1 1. 上記第 2の時間は N〇 X吸収剤の温度が高くなるほど短かく なる請求項 9に記載の内燃機関の排気浄化装置。
12. 第 1 の排気通路内に配置された N〇 X吸収剤から N 0 Xを放 出すべきときには上記第 3 の時間は第 1 の排気通路内における排気 ガスの空燃比がリ ッチに保持されている時間であり、 第 2の排気通 路内に配置された N〇 x吸収剤から N O xを放出すべきときには上 記第 3の時間は第 2の排気通路内における排気ガスの空燃比がリ チに保持されている時間である請求項 7 に記載の内燃機関の排気浄 化装置。
13. 上記第 3の時間は吸入空気量が増大するほど短かくなる請求 項 1 2に記載の内燃機関の排気浄化装置。
14. 上記第 3の時間は N〇 X吸収剤の温度が高くなるほど短かく なる請求項 1 2に記載の内燃機関の排気浄化装置。
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