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JP3512064B2 - Exhaust gas purification device for internal combustion engine - Google Patents

Exhaust gas purification device for internal combustion engine

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Publication number
JP3512064B2
JP3512064B2 JP24082898A JP24082898A JP3512064B2 JP 3512064 B2 JP3512064 B2 JP 3512064B2 JP 24082898 A JP24082898 A JP 24082898A JP 24082898 A JP24082898 A JP 24082898A JP 3512064 B2 JP3512064 B2 JP 3512064B2
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JP
Japan
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nox
exhaust gas
exhaust
catalyst
sox
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
JP24082898A
Other languages
Japanese (ja)
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JP2000073741A (en
Inventor
信也 広田
俊明 田中
哲 井口
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
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    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40Engine management systems

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  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、吸蔵還元型NOx
触媒を備えた内燃機関の排気浄化装置に関するものであ
る。 【0002】 【従来の技術】リーン空燃比の燃焼を行う内燃機関から
排出される排気のNOxを浄化する排気浄化装置とし
て、吸蔵還元型NOx触媒がある。この吸蔵還元型NOx
触媒は、流入排気の空燃比がリーンのときにNOxを吸
収し、流入排気中の酸素濃度が低下したときに吸収した
NOxを放出する触媒であり、排気通路に吸蔵還元型N
Ox触媒を配置して、リーン空燃比の排気から窒素酸化
物(NOx)を吸収させ、NOx吸収後に内燃機関に供給
する燃料を増量等して前記吸蔵還元型NOx触媒に流入
する排気空燃比をリッチあるいはストイキにすることに
より、前記吸蔵還元型NOx触媒から吸収したNOxを放
出させるとともに、放出されたNOxを排気中の未燃H
C、CO等の還元成分により還元浄化する。 【0003】ところで、一般に、内燃機関の燃料には硫
黄分が含まれており、内燃機関で燃料を燃焼すると、燃
料中の硫黄分が燃焼して硫黄酸化物(SOx)が発生す
る。前記吸蔵還元型NOx触媒は、NOxの吸収作用を行
うのと同じメカニズムで排気中のSOxの吸収を行うの
で、内燃機関の排気通路に吸蔵還元型NOx触媒を配置
すると、吸蔵還元型NOx触媒にはNOxのみならずSO
xも吸収される。 【0004】ところが、吸蔵還元型NOx触媒に吸収さ
れたSOxは時間経過とともに安定な硫酸塩を形成する
ため、通常の吸蔵還元型NOx触媒からのNOxの放出、
還元浄化(以下、再生という)を行う条件では、分解、
放出されにくく吸蔵還元型NOx触媒内に蓄積され易い
傾向がある。吸蔵還元型NOx触媒内のSOx蓄積量が増
大すると、吸蔵還元型NOx触媒のNOx吸収容量が減少
して排気中のNOxの除去を十分に行うことができなく
なりNOx浄化効率が低下する、いわゆるSOx被毒が生
じる。そこで、吸蔵還元型NOx触媒のNOx浄化能を長
期に亘って高く維持するためには、吸蔵還元型NOx触
媒に吸収されているSOxを適宜のタイミングで放出さ
せる必要がある。 【0005】吸蔵還元型NOx触媒に吸収されたSOxを
放出させるには、流入排気空燃比をリッチあるいはスト
イキにし、且つ、通常再生時よりも吸蔵還元型NOx触
媒を高温にする必要があることが分かっている。 【0006】さらに、最近の研究によれば、これら条件
に加えて、触媒表面近傍における還元剤と酸素の反応
が、吸蔵還元型NOx触媒に吸収されたSOxを放出させ
るために大変重要であることが明らかになった。 【0007】ところで、吸蔵還元型NOx触媒内のSOx
の吸収量の分布は、吸蔵還元型NOx触媒において排気
入口側に近いほど多くなっており(以下、このSOx吸
収量の多い領域をSOx吸収領域と称す)、そのため、
吸蔵還元型NOx触媒に吸収されたSOxを放出させる際
に、リッチあるいはストイキの空燃比の排気を通常のN
Ox吸収時の排気流れ方向と同じ方向に流したのでは、
吸蔵還元型NOx触媒において排気入口側に吸収されて
いたSOxが放出されても、放出されたSOxが吸蔵還元
型NOx触媒の中を排気出口側に移動するだけで吸蔵還
元型NOx触媒に再吸収されてしまい、吸蔵還元型NOx
触媒から排出することができないという問題がある。 【0008】そこで、特開平7−259542号公報に
開示されているように、吸蔵還元型NOx触媒に吸収さ
れたSOxを放出させるときには、リッチあるいはスト
イキの空燃比の排気をNOx吸収時とは逆方向に吸蔵還
元型NOx触媒に流す技術が提案されている。これは、
排気の流れを逆にしてSOxの放出を行えば、吸蔵還元
型NOx触媒から放出されたSOxは、吸蔵還元型NOx
触媒内での移動距離を少なくして直ちに吸蔵還元型NO
x触媒の外に排出されるようになり、放出されたSOxが
吸蔵還元型NOx触媒に再吸収されなくなる、という考
えに基づいている。 【0009】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うに排気の流れをNOx吸収時と逆方向にしても、期待
していたほどのSOx放出の効果を得ることができなか
った。その原因は次のように考えられる。 【0010】SOx放出時の吸蔵還元型NOx触媒におけ
る排気の流れをNOx吸収時と逆方向にしても、リッチ
あるいはストイキの空燃比の排気が吸蔵還元型NOx触
媒におけるSOx吸収領域に至るまでの間に排気中の還
元剤成分と酸素が反応してしまうため、SOx吸収領域
に到達したときには排気中の還元剤量が減少し、また酸
素は殆どない状態となり、SOx吸収領域をSOx放出可
能な雰囲気にすることができない。その結果、吸蔵還元
型NOx触媒からSOxを十分に放出することができなか
ったと推察される。 【0011】本発明はこのような従来の技術の問題点に
鑑みてなされたものであり、本発明が解決しようとする
課題は、吸蔵還元型NOx触媒に吸収されたSOxを効率
よく放出することにより、吸蔵還元型NOx触媒のNOx
吸収能力の十分な回復を図ることにある。 【0012】 【課題を解決するための手段】本発明は前記課題を解決
するために、以下の手段を採用した。即ち、本発明は、
内燃機関の排気通路に配置され流入する排気の空燃比が
リーンのときに排気中のNOxを吸収し流入する排気の
酸素濃度が低下したときに吸収したNOxを放出する吸
蔵還元型NOx触媒と、この吸蔵還元型NOx触媒がNO
x吸収時に吸収した排気中のSOxを吸蔵還元型NOx触
媒から放出させるときに流入する排気の空燃比をリッチ
あるいはストイキにして酸素濃度を低下させる再生手段
と、を備えた内燃機関の排気浄化装置において、前記吸
蔵還元型NOx触媒を流れる排気の流れ方向をNOx吸収
時と同方向(順流方向という)あるいはNOx吸収時と
逆方向(逆流方向という)に切り替える排気流れ方向切
替手段を備え、この排気流れ方向切替手段は、前記再生
手段による再生実行期間中に、前記吸蔵還元型NOx触
媒を流れる排気の流れ方向を少なくとも一度変更せしめ
ることを特徴とする。 【0013】この内燃機関の排気浄化装置では、再生手
段を実行しているときに、吸蔵還元型NOx触媒を流れ
る排気の流れを順流方向と逆流方向の二通りにして、S
Oxの放出を行わせしめる。このようにすると、吸蔵還
元型NOx触媒の一端側にも他端側にも低濃度の酸素を
含むリッチあるいはストイキの空燃比の排気を供給する
ことができるので、吸蔵還元型NOx触媒に吸収されて
いるSOxを確実にそして十分に放出することができ
る。 【0014】なお、再生実行期間中の最初の排気の流れ
方向は、順流方向にしてもよいし逆流方向にしてもよ
く、要するに、両方向の排気の流れにより再生が実行さ
れればよいのである。 【0015】本発明における内燃機関としては、リーン
バーンガソリンエンジンやディーゼルエンジンを例示す
ることができる。 【0016】 【発明の実施の形態】以下、本発明に係る内燃機関の排
気浄化装置の実施の形態を図1から図5の図面に基いて
説明する。尚、以下に記載する実施の形態は、本発明に
係る排気浄化装置を内燃機関としての車両用ディーゼル
エンジンに適用した形態である。 【0017】図1は本発明に係る内燃機関の排気浄化装
置の一実施の形態における全体構成を示す図である。こ
の図において、ディーゼルエンジン(以下、エンジンと
略す)1は直列4気筒であり、吸気管2及び吸気マニホ
ルド3を介して各気筒に吸気が供給される。 【0018】燃料タンク4の燃料(軽油)は吐出圧制御
可能な燃料供給ポンプ5によって吸い上げられてコモン
レール6に供給される。エンジンコントロール用電子制
御ユニット(ECU)50は、コモンレール6内の燃料
圧力がエンジン1の運転状態に応じて所定圧力値となる
ように、燃料供給ポンプ5の運転を制御する。 【0019】また、エンジン1には、コモンレール6か
ら供給される燃料を各気筒内に噴射する燃料噴射弁7が
設けられており、燃料噴射弁7の開弁時期及び開弁期間
は、エンジン1の運転状態に応じてECU50によって
制御される。 【0020】各気筒の燃焼室には、各気筒における圧縮
上死点近傍において対応する燃料噴射弁7から燃料が主
噴射され、この燃料の爆発によって生じた排気が排気マ
ニホールド8を介して排気管9に排出される。 【0021】また、このエンジン1においては、所定の
時期に、所定の気筒の膨張行程あるいは排気行程におい
て対応する気筒の燃料噴射弁7から気筒内に燃料が副噴
射されるようになっている。副噴射された燃料のHC成
分は、爆発行程の熱により軽質なHCに改質されて、排
気と共に排気マニホールド8を介して排気管9に排出さ
れ、後述する吸蔵還元型NOx触媒31に供給される。
副噴射が実行される前記所定の時期については後で説明
する。 【0022】排気管9は4つのポートを備えた排気切替
弁(排気流れ方向切替手段)20の第1ポートに接続さ
れている。排気切替弁20の第2ポートは排気を大気に
排出する排気管10に接続され、排気切替弁20の第3
ポートは排気管11を介して触媒コンバータ30の入口
30aに接続され、排気切替弁20の第4ポートは排気
管12を介して触媒コンバータ30の出口30bに接続
されている。触媒コンバータ30には吸蔵還元型NOx
触媒(以下、NOx触媒と略す)31が収容されてい
る。NOx触媒31については後で詳述する。 【0023】排気切替弁20は、その弁体を図1に示す
順流位置と図2に示す逆流位置に切り替えることによっ
て、触媒コンバータ30を流れる排気の流れ方向を変え
るためのバルブである。前記弁体が図1に示す順流位置
に位置しているとき、排気切替弁20は、排気管9と排
気管11とを接続するとともに排気管10と排気管12
とを接続し、この時、排気は、排気管9→排気管11→
触媒コンバータ30→排気管12→排気管10の順に流
れて、大気に放出される。このように排気が触媒コンバ
ータ30の入口30aから出口30bに向かって流れる
流れ方向を、以下の説明においては「順流」と称す。ま
た、排気切替弁20の弁体が図2に示す逆流位置に位置
しているとき、排気切替弁20は、排気管9と排気管1
2とを接続するとともに排気管10と排気管11とを接
続し、この時、排気は、排気管9→排気管12→触媒コ
ンバータ30→排気管11→排気管10の順に流れて、
大気に放出される。このように排気が触媒コンバータ3
0の出口30bから入口30aに向かって流れる流れ方
向を、以下の説明においては「逆流」と称す。 【0024】この排気切替弁20はアクチュエータ21
に駆動されて弁位置の切り替えが行われ、アクチュエー
タ21はECU50により制御される。排気切替弁20
の弁位置制御については後で詳述する。 【0025】排気管11において触媒コンバータ30の
入口30aの近傍には、排気管11内を流れる排気の温
度に対応した出力信号をECU50に出力する排気温セ
ンサ13が取り付けられている。 【0026】ECU50はデジタルコンピュータからな
り、双方向バスによって相互に接続されたROM(リー
ドオンメモリ)、RAM(ランダムアクセスメモリ)、
CPU(セントラルプロセッサユニット)、入力ポー
ト、出力ポートを具備し、エンジン1の燃料噴射量制御
等の基本制御を行うほか、この実施の形態では、触媒コ
ンバータ30の再生制御等を行っている。 【0027】これら制御のために、ECU50の入力ポ
ートには、アクセル開度センサ14からの入力信号と、
クランク角センサ15からの入力信号が入力される。ア
クセル開度センサ14はアクセル開度に比例した出力電
圧をECU50に出力し、ECU50はアクセル開度セ
ンサ14の出力信号に基づいてエンジン負荷を演算す
る。クランク角センサ15はクランクシャフトが一定角
度回転する毎に出力パルスをECU50に出力し、EC
U50はこの出力パルスに基づいてエンジン回転速度を
演算する。これらエンジン負荷とエンジン回転速度によ
ってエンジン運転状態が判別される。 【0028】触媒コンバータ30に収容されているNO
x触媒31、即ち吸蔵還元型NOx触媒は、例えばアルミ
ナを担体とし、この担体上に例えばカリウムK、ナトリ
ウムNa、リチウムLi、セシウムCsのようなアルカ
リ金属、バリウムBa、カルシウムCaのようなアルカ
リ土類、ランタンLa、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と、白金Ptのような貴金
属とが担持されている。 【0029】このNOx触媒は、流入排気の空燃比(以
下、排気空燃比と称す)がリーンのときはNOxを吸収
し、流入排気中の酸素濃度が低下すると吸収したNOx
を放出する。尚、排気空燃比とは、ここではNOx触媒
の上流側の排気通路やエンジン燃焼室、吸気通路等にそ
れぞれ供給された空気量の合計と燃料(炭化水素)の合
計の比を意味するものとする。したがって、NOx触媒
上流の排気通路内に燃料、還元剤あるいは空気が供給さ
れない場合には、排気空燃比はエンジン燃焼室内に供給
される混合気の空燃比に一致する。 【0030】NOx触媒のNOx吸放出作用のメカニズム
については明らかでない部分もあるが、図3に示すよう
なメカニズムで行われると考えられている。このメカニ
ズムについて、担体上に白金Pt及びバリウムBaを担
持させた場合を例にとって説明するが、他の貴金属,ア
ルカリ金属,アルカリ土類,希土類を用いても同様のメ
カニズムとなる。 【0031】まず、流入排気がかなりリーンになると流
入排気中の酸素濃度が大巾に増大するため、図3(A)
に示すように酸素O2 がO2 -又はO2-の形で白金Ptの
表面に付着する。次に、排気ガスに含まれるNOは、白
金Ptの表面上でO2 -又はO 2-と反応し、NO2 となる
(2NO+O2 →2NO2 )。 【0032】その後、生成されたNO2は、NOx触媒の
NOx吸収能力が飽和しない限り、白金Pt上で酸化さ
れながらBaに移動して酸化バリウムBaOと結合し、
硝酸イオンNO3 -の形でNOx触媒内に拡散する。この
ようにしてNOxがNOx触媒内に吸収される。 【0033】これに対し、流入排気中の酸素濃度が低下
した場合は、NO2の生成量が低下し、前記反応とは逆
の反応によって、NOx触媒内の硝酸イオンNO3 -は、
NO2またはNOの形でNOx触媒から放出される。 【0034】一方、流入排気中にHC,CO等の還元成
分が存在すると、これらの成分は白金Pt上の酸素O2 -
又はO2-と反応して酸化され、排気中の酸素を消費して
排気中の酸素濃度を低下させる。また、排気中の酸素濃
度低下によりNOx触媒から放出されたNO2 またはN
Oは、図3(B)に示すように、HC,COと反応して
還元されN2となる。このようにして白金Pt上のNO
2 またはNOが存在しなくなると、NOx触媒から次か
ら次へとNO2またはNOが放出される。 【0035】即ち、流入排気中のHC,COは、まず白
金Pt上の酸素O2 -又はO2-とただちに反応して酸化さ
れ、次いで白金Pt上の酸素O2 -又はO2-が消費されて
もまだHC,COが残っていれば、このHC,COによ
ってNOx触媒から放出されたNOxおよびエンジンから
排出されたNOxがN2に還元される。 【0036】したがって、流入排気の空燃比をリッチあ
るいはストイキにすれば短時間の内にNOx触媒に吸収
されているNOxが放出され、しかも、この放出された
NOxが還元されるために大気中にNOxが排出されるの
を阻止することができる。 【0037】ところで、ディーゼルエンジンの場合は、
ストイキ(理論空燃比、A/F=13〜14)よりもは
るかにリーン域で燃焼が行われるので、通常の機関運転
状態ではNOx触媒に流入する排気の空燃比は非常にリ
ーンであり、排気中のNOxはNOx触媒に吸収され、N
Ox触媒から放出されるNOx量は極めて少ない。 【0038】また、ガソリンエンジンの場合には、燃焼
室に供給する混合気をリッチあるいはストイキにするこ
とにより排気ガスの空燃比をリッチあるいはストイキに
し、排気ガス中の酸素濃度を低下させて、NOx触媒に
吸収されているNOxを放出させ再生することができる
が、ディーゼルエンジンの場合には、燃焼室に供給する
混合気をリッチあるいはストイキにすると燃焼の際に煤
が発生するなどの問題があり採用することはできない。 【0039】したがって、ディーゼルエンジンでは、N
Ox触媒のNOx吸収能力が飽和する前に所定のタイミン
グで、燃焼用の混合気とは別に還元剤としての燃料を直
接、NOx触媒に供給してNOxの放出を行う必要があ
る。そのため、この実施の形態では、NOx触媒31か
らNOxの放出を行うときには、エンジン1の膨張行程
あるいは排気行程において気筒内に燃料を副噴射するこ
とにより、NOx触媒31に流入する排気の空燃比をリ
ッチあるいはストイキにしている。 【0040】次に、NOx触媒のSOx被毒のメカニズム
について説明する。排気中にSOx成分が含まれている
と、NOx触媒は上述のNOxの吸収と同じメカニズムで
排気中のSOxを吸収する。即ち、排気空燃比がリーン
のときには、酸素O2がO2 -又はO2-の形でNOx触媒の
白金Ptの表面に付着しており、流入排気中のSOx
(例えばSO2)は白金Ptの表面上で酸化されてSO3
となる。 【0041】その後、生成されたSO3は、白金Ptの
表面で更に酸化されながらBaに移動して酸化バリウム
BaOと結合し、硫酸イオンSO4 2-の形でNOx触媒内
に拡散し硫酸塩BaSO4を形成する。BaSO4は結晶
が粗大化し易く、比較的安定し易いため、一旦生成され
ると分解放出されにくい。このため、時間の経過ととも
にNOx触媒中のBaSO4の生成量が増大するとNOx
触媒の吸収に関与できるBaOの量が減少してNOxの
吸収能力が低下してしまう。したがって、NOx触媒の
NOx浄化能を長期に亘って高く維持するためには、N
Ox触媒に吸収されているSOxを適宜のタイミングで放
出させる必要がある。 【0042】このNOx触媒に吸収されたSOxを放出さ
せるには、流入排気空燃比をリッチあるいはストイキに
し、且つ、NOx触媒からNOxを放出させる通常の再生
時よりもNOx触媒温度を高温にする必要があり、さら
に酸素の存在が必要である。 【0043】この実施の形態では、NOx触媒からSOx
の放出を行うときには、NOx放出のときと同様に、エ
ンジン1の膨張行程あるいは排気行程において気筒内に
燃料を副噴射することにより、NOx触媒31に流入す
る排気の空燃比をリッチあるいはストイキにしており、
この実施の形態において燃料噴射弁7と副噴射制御を行
うECU50は再生手段を構成する。 【0044】次に、本実施の形態における排気浄化装置
の作用について説明する。前述したように、エンジン1
はディーゼルエンジンのため通常の運転状態では排気空
燃比はリーンであり酸素濃度が高い。したがって、この
排気がNOx触媒31に流れると、排気中のNOxはNO
x触媒31に吸収される。 【0045】ここで、この実施の形態では、排気中のN
OxをNOx触媒31で吸収するときには、ECU50
は、燃料噴射弁7を、主噴射のみ実行し副噴射を実行し
ないように制御するとともに、アクチュエータ21を、
排気切替弁20の弁体が図1に示す順流位置に保持され
るように制御する。これにより、エンジン1の排気は空
燃比リーンのまま、排気管9→排気管11→触媒コンバ
ータ30→排気管12→排気管10の順に流れて、大気
に放出されるようになり、触媒コンバータ30において
排気は入口30aから出口30bに向かって流れる順流
となる。このように排気を順流で流した場合には、NO
xは触媒コンバータ30の入口30aに近い側のNOx触
媒31から吸収され、徐々に出口30bに近い側のNO
x触媒31に吸収が広がっていくこととなる。 【0046】<NOx放出処理>空燃比リーンの排気を
触媒コンバータ30に順流で流していると、触媒コンバ
ータ30に吸収されたNOx量が増大し、そのまま続行
しているとNOx吸収能力が飽和してしまう。そこで、
触媒コンバータ30のNOx吸収能力が飽和する前の所
定の時期に、触媒コンバータ30のNOx触媒31から
NOxの放出処理を行う。ここで、NOx放出処理を実行
する所定の時期としては、例えば、ECU50によりエ
ンジン1の運転時間を積算し、この積算時間が所定時間
に達した時としてもよいし、ECU50によりNOx排
出量を積算し、この積算排出量が所定量に達した時とし
てもよい。 【0047】NOx放出処理を実行するときには、EC
U50は、燃料噴射弁7を、主噴射と副噴射の両方を実
行するように制御し、副噴射の噴射時期及び噴射期間、
副噴射の回数等を制御する。このNOx放出処理時の排
気の流れ方向はNOx吸収時と同じ順流とし、したがっ
て、ECU50は、アクチュエータ21を、排気切替弁
20の弁体が図1に示す順流位置に保持されるように制
御する。 【0048】膨張行程あるいは排気行程で燃料を副噴射
することにより排気の空燃比はリッチあるいはストイキ
になり、このリッチあるいはストイキの空燃比の排気を
触媒コンバータ30に流すことによって、NOx触媒3
1に吸収されていたNOxを放出し、還元して、N2とし
て大気に排出することができる。 【0049】<SOx放出処理・・・被毒再生処理>と
ころで、前述したように、NOx触媒31は排気中のN
Oxを吸収すると同時に排気中のSOxも吸収し、SOx
の吸収量が増大してくるとNOx触媒31のNOx吸収能
力が低下してしまい、たとえ前記NOx放出処理を実行
しても初期のNOx吸収能力に回復することができなく
なってしまう。 【0050】また、前述したように、NOx触媒31か
らSOxを放出させるためにはNOx放出時よりも高い触
媒温度が必要であり、前記NOx放出処理ではNOx触媒
31からSOxを放出させることができない。 【0051】そこで、NOx触媒31のSOx被毒がひど
くならない所定の時期に、触媒コンバータ30のNOx
触媒31からSOxの放出処理を行う。ここで、SOx放
出処理を実行する所定の時期としては、例えば、ECU
50によりエンジン1の運転時間を積算し、この積算時
間が所定時間に達した時としてもよいし、ECU50に
よりSOx排出量を積算し、この積算排出量が所定量に
達した時としてもよい。 【0052】SOx放出処理時には高い触媒温度が必要
であるので、排気温度が高くなるエンジン1の加速運転
時や高負荷運転時に合わせてSOx放出処理が実行され
るようにECU50により制御してもよいし、あるい
は、SOx放出処理時には積極的に排気温度を高くする
ようにECU50によりエンジン1の運転状態を制御し
てもよい。いずれにしても、ECU50は、NOx触媒
31の触媒温度がSOx放出処理に適した温度範囲にな
っているときに、SOx放出処理を実行する。 【0053】SOx放出処理を実行するときには、EC
U50は、燃料噴射弁7を、主噴射と副噴射の両方を実
行するように制御し、副噴射の噴射時期及び噴射期間、
副噴射の回数等を制御する。膨張行程あるいは排気行程
で燃料を副噴射することにより排気の空燃比はリッチあ
るいはストイキになり、このリッチあるいはストイキの
空燃比の排気を触媒コンバータ30に流すことによっ
て、NOx触媒31に吸収されていたSOxを放出し、還
元して、SO2として大気に排出する。なお、SOx放出
処理を実行すると、NOx触媒31に吸収されているN
Oxも放出・還元されてN2となって排出される。 【0054】ところで、この排気浄化装置では、SOx
放出処理時に、触媒コンバータ30内の排気の流れを順
流と逆流の二方向で行うことにより、SOxの放出を十
分に行うようにしている。これについて、図4及び図5
を参照して説明する。 【0055】SOx放出処理実行前での触媒コンバータ
30内におけるSOxの分布状態は、NOx吸収時の排気
の流れが順流であることから、触媒コンバータ30の入
口30aに近い側に濃度が高く分布しており(図4
(A)においてで示すSOx吸収領域)、出口30b
側のNOx触媒31には殆どSOxは吸収されていない。 【0056】そこで、この実施の形態では、SOx放出
処理の初期は排気を順流で流すこととし、ECU50
は、アクチュエータ21を、排気切替弁20の弁体が図
1に示す順流位置に保持されるように制御する。このよ
うにSOx放出処理の初期に排気を順流で流すこととし
た理由は、酸素を含んだリッチあるいはストイキの空燃
比の排気を順流で流すことにより、SOx吸収領域に
SOx放出に必要な還元剤(HC,CO)と酸素(O2
を十分に供給し、SOxの放出を促進させるためであ
る。これにより、SOx吸収領域に吸収されていたS
OxはNOx触媒31から放出され還元されてSO2とな
って触媒コンバータ30内を出口30bに向かって流れ
ていく。 【0057】ここで生成されたSO2の殆どは触媒コン
バータ30の出口30aから排気管12に排出され、排
気切替弁20、排気管10を通って、最終的に大気に放
出される。しかしながら、触媒コンバータ30内におい
ては排気が出口30bに接近するにしたがって排気中の
還元剤及び酸素が減少するため、一部のSO2は出口3
0a近くのNOx触媒31にSO3あるいはH2Sの形で
再吸収されてしまう。図4(B)において及びがS
Ox再吸収領域を示しており、出口30bに近い側のS
Ox再吸収領域の方がSOx濃度が高い。 【0058】そこで、順流によるSOx放出処理が所定
時間実行された後に、ECU50は、アクチュエータ2
1を、排気切替弁20の弁体が図2に示す逆流位置に保
持されるように制御し、触媒コンバータ30内の排気の
流れ方向を逆流にしてSOx放出処理を所定時間続行す
る。 【0059】これにより、図5(A)に示すように、酸
素を含んだリッチあるいはストイキの空燃比の排気が触
媒コンバータ30の出口30b側から流入し、SOx再
吸収領域及びにSOx放出に必要な還元剤(HC,
CO)と酸素(O2)が供給される。 【0060】その結果、SOx再吸収領域及びに吸
収されていたSOxはNOx触媒31から放出され還元さ
れてSO2となって触媒コンバータ30内を入口30a
に向かって流れ、排気管11、排気切替弁20、排気管
10を通って、最終的に大気に放出される。この逆流再
生により触媒コンバータ30内のSOxは殆ど放出・還
元されて除去され、SOx吸収の分布域は図5(B)に
おいてで示すように極僅かだけとなる。 【0061】このように、この排気浄化装置によれば、
NOx触媒31に吸収されたSOxを確実に且つ十分に放
出・還元することができ、その結果、触媒コンバータ3
0のNOx吸収能力を十分に回復させることができる。 【0062】また、この実施の形態においては、ただ一
つの排気切替弁20の弁位置を切替操作するだけで、触
媒コンバータ30を流れる排気の流れ方向を順流と逆流
に切り替えることができ、構造が簡単で、安価にでき
る。 【0063】<他の実施の形態>上述の実施の形態で
は、SOx放出処理時に排気の流れを順流から逆流に一
回切り替えただけであるが、さらにその後で排気の流れ
方向を切り替えて順流によるSOx放出処理を実行して
もよい。このようにすれば、図5(B)においてで示
す領域に残るSOxも放出・還元することができる。 【0064】また、上述の実施の形態の排気流れ方向の
順番とは逆にし、SOx放出処理の初期においては排気
の流れを逆流とし、その後で順流にしてもよい。前述実
施の形態では、気筒内に燃料を副噴射することにより排
気の空燃比をリッチあるいはストイキにしているが、排
気切替弁20よりも上流に位置する排気管9に還元剤を
添加する還元剤添加装置を設け、NOx,SOxの放出処
理時に、前記還元剤添加装置から排気中に還元剤を添加
して排気空燃比をリッチあるいはストイキにするように
してもよい。この場合には還元剤添加装置が再生手段を
構成する。 【0065】前述実施の形態では、内燃機関をディーゼ
ルエンジンとしたが、本発明に係る内燃機関の排気浄化
装置はリーンバーンガソリンエンジンにも適用すること
ができる。その場合には、気筒内で燃焼させるために吸
入される混合気の空燃比をリッチあるいはストイキにす
ることによって、NOx触媒に流入する排気の空燃比を
リッチあるいはストイキにすることができる。 【0066】 【発明の効果】本発明によれば、内燃機関の排気通路に
配置され流入する排気の空燃比がリーンのときに排気中
のNOxを吸収し流入する排気の酸素濃度が低下したと
きに吸収したNOxを放出する吸蔵還元型NOx触媒と、
この吸蔵還元型NOx触媒がNOx吸収時に吸収した排気
中のSOxを吸蔵還元型NOx触媒から放出させるときに
流入する排気の空燃比をリッチあるいはストイキにして
酸素濃度を低下させる再生手段と、を備えた内燃機関の
排気浄化装置において、前記吸蔵還元型NOx触媒を流
れる排気の流れ方向をNOx吸収時と同方向あるいはN
Ox吸収時と逆方向に切り替える排気流れ方向切替手段
を備え、この排気流れ方向切替手段は、前記再生手段に
よる再生実行期間中に、前記吸蔵還元型NOx触媒を流
れる排気の流れ方向を少なくとも一度変更せしめるよう
に構成したことにより、吸蔵還元型NOx触媒に吸収さ
れたSOxを確実にそして十分に放出・還元することが
でき、SOx被毒による吸蔵還元型NOx触媒のNOx吸
収能力の低下を確実に回復せしめることができるという
優れた効果が奏される。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [0001] TECHNICAL FIELD The present invention relates to a storage reduction type NOx
The present invention relates to an exhaust purification device for an internal combustion engine equipped with a catalyst.
You. [0002] 2. Description of the Related Art From an internal combustion engine that performs combustion at a lean air-fuel ratio
An exhaust gas purification device that purifies NOx in exhaust gas
There is a storage reduction type NOx catalyst. This storage reduction type NOx
The catalyst absorbs NOx when the air-fuel ratio of the inflow exhaust gas is lean.
And absorbed when the oxygen concentration in the inflow exhaust decreased
It is a catalyst that releases NOx.
Nitrogen oxidation from lean air-fuel ratio exhaust with Ox catalyst
Absorb substances (NOx) and supply to internal combustion engine after NOx absorption
Increase the amount of fuel flowing into the NOx storage reduction catalyst
The exhaust air-fuel ratio to be rich or stoichiometric
Thus, the NOx absorbed from the NOx storage reduction catalyst is released.
And release the released NOx into the unburned H
It is reduced and purified by reducing components such as C and CO. [0003] In general, sulfuric acid is used as fuel for internal combustion engines.
It contains yellow matter, and when burning fuel in an internal combustion engine,
Sulfur in the fuel burns to produce sulfur oxides (SOx)
You. The NOx storage reduction catalyst performs an NOx absorbing action.
It absorbs SOx in exhaust by the same mechanism as
The storage reduction type NOx catalyst is placed in the exhaust passage of the internal combustion engine.
Then, not only NOx but also SOx is stored in the NOx storage reduction catalyst.
x is also absorbed. However, the NOx storage-reduction type NOx catalyst
SOx forms stable sulfate over time
Therefore, release of NOx from a normal NOx storage reduction catalyst,
Under the conditions for reduction purification (hereinafter referred to as regeneration), decomposition,
Not easily released and easily accumulated in the NOx storage reduction catalyst
Tend. The amount of SOx stored in the NOx storage reduction catalyst increases.
When it increases, the NOx absorption capacity of the NOx storage reduction catalyst decreases.
To remove NOx from exhaust gas
NOx purification efficiency decreases, so-called SOx poisoning occurs
I will. Therefore, the NOx purification ability of the NOx storage reduction catalyst is extended.
In order to maintain a high NOx over
SOx absorbed in the medium is released at appropriate timing.
Need to be done. [0005] The SOx absorbed by the NOx storage reduction catalyst is
To release it, make the intake air / fuel ratio rich or stoichiometric.
Irritating, and the NOx stored and reduced compared to normal regeneration
It has been found that the medium needs to be at a high temperature. Further, according to recent studies, these conditions
Reaction between the reducing agent and oxygen near the catalyst surface
Releases SOx absorbed by the NOx storage reduction catalyst.
Has proved to be very important. [0007] By the way, the SOx in the NOx storage reduction catalyst
The distribution of the absorption amount of
The closer to the inlet side, the more (hereinafter, this SOx absorption
The region where the yield is high is called the SOx absorption region).
When releasing SOx absorbed by the NOx storage reduction catalyst
In addition, the rich or stoichiometric air-fuel ratio exhaust is
If flowed in the same direction as the exhaust flow direction during Ox absorption,
Absorbed at the exhaust inlet side in the NOx storage reduction catalyst
Even if the released SOx is released, the released SOx is stored and reduced.
Occlusion and recovery by simply moving to the exhaust outlet side in the type NOx catalyst
Is absorbed by the primary NOx catalyst, and is stored and reduced.
There is a problem that it cannot be discharged from the catalyst. Therefore, Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-259542 discloses
As disclosed, the absorption reduction NOx catalyst
When releasing concentrated SOx, rich or
Storage and return of Iki's air-fuel ratio exhaust in the opposite direction to that during NOx absorption
A technique of flowing over an original NOx catalyst has been proposed. this is,
If SOx is released by reversing the flow of exhaust,
SOx released from the catalytic NOx catalyst is stored and reduced NOx
Immediately after reducing the movement distance in the catalyst, NO
x is released outside the catalyst, and the released SOx
Considering that it will not be re-absorbed by the NOx storage reduction catalyst
Based on [0009] However, this is not the case.
Even if the flow of exhaust gas is reversed in the direction opposite to NOx absorption,
Couldn't get the effect of SOx release as much as
Was. The cause is considered as follows. [0010] In the NOx storage reduction catalyst during SOx release
Even if the flow of exhaust gas
Alternatively, the stoichiometric air-fuel ratio exhaust gas is
Return in the exhaust before reaching the SOx absorption region in the medium
Since the base agent component reacts with oxygen, the SOx absorption region
When it reaches, the amount of reducing agent in the exhaust
There is almost no element, and SOx absorption region can be released SOx
I can't create a working atmosphere. As a result, occlusion reduction
The SOx can be released sufficiently from the type NOx catalyst?
It is inferred that The present invention addresses such problems of the prior art.
The present invention has been made in view of the above, and is intended to be solved by the present invention.
The challenge is to efficiently convert SOx absorbed by the NOx storage reduction catalyst
By releasing well, the NOx of the NOx storage reduction catalyst
The aim is to achieve a sufficient recovery of absorption capacity. [0012] The present invention solves the above-mentioned problems.
In order to do so, the following means were adopted. That is, the present invention
The air-fuel ratio of the exhaust gas flowing in the exhaust passage of the internal combustion engine
When lean, it absorbs NOx in the exhaust and
The absorption that releases the absorbed NOx when the oxygen concentration falls
The storage reduction type NOx catalyst and the storage reduction type NOx catalyst
SOx in exhaust gas absorbed at the time of x absorption is stored and reduced NOx catalyst
Rich air-fuel ratio of exhaust gas flowing in when discharging from medium
Or a stoichiometric regeneration means to lower the oxygen concentration
The exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine, comprising:
NOx absorption in the direction of exhaust gas flowing through the NOx storage reduction catalyst
In the same direction as the time (called the forward flow direction) or when NOx is absorbed
Exhaust flow direction switch to reverse direction (called reverse flow direction)
Exhaust gas flow direction switching means.
During the regeneration period by the means, the NOx storage reduction type
Change the flow direction of the exhaust gas flowing through the medium at least once
It is characterized by that. In this exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine, the regenerator
Flow through the NOx storage reduction catalyst
The exhaust gas flow is divided into forward flow direction and reverse flow direction,
Ox release is performed. In this way, occlusion return
Low-concentration oxygen at one end and the other end of the primary NOx catalyst.
Supply rich or stoichiometric air-fuel ratio exhaust
Can be absorbed by the NOx storage reduction catalyst.
Can release SOx reliably and sufficiently
You. The first exhaust flow during the regeneration period
The direction may be a forward flow direction or a backward flow direction.
In short, regeneration is performed by exhaust gas flow in both directions.
It just needs to be done. The internal combustion engine according to the present invention is a lean engine.
Illustrates burn gasoline and diesel engines
Can be [0016] BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a perspective view of an internal combustion engine according to the present invention.
An embodiment of a gas purifying device will be described with reference to FIGS.
explain. The embodiments described below are not limited to the present invention.
Diesel for vehicles using such an exhaust gas purification device as an internal combustion engine
This is a form applied to an engine. FIG. 1 shows an exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to the present invention.
FIG. 1 is a diagram illustrating an overall configuration according to an embodiment of the present invention. This
In the figure, the diesel engine (hereinafter referred to as the engine)
Abbreviated) 1 is an in-line four-cylinder engine, and an intake pipe 2 and an intake manifold
The intake air is supplied to each cylinder via a fuel tank 3. The discharge pressure of the fuel (light oil) in the fuel tank 4 is controlled.
Pumped by common fuel supply pump 5 and common
It is supplied to the rail 6. Electronic system for engine control
The control unit (ECU) 50 controls the fuel in the common rail 6.
The pressure becomes a predetermined pressure value according to the operation state of the engine 1
In this way, the operation of the fuel supply pump 5 is controlled. The engine 1 has a common rail 6
Fuel injection valve 7 that injects fuel supplied from each cylinder into each cylinder
The opening timing and the opening period of the fuel injection valve 7 are provided.
Is determined by the ECU 50 according to the operating state of the engine 1.
Controlled. The combustion chamber of each cylinder contains compression in each cylinder.
In the vicinity of the top dead center, fuel mainly flows from the corresponding fuel injection valve 7.
The fuel is expelled and the exhaust generated by this fuel explosion
The gas is discharged to the exhaust pipe 9 via the manifold 8. In this engine 1, a predetermined
During the expansion or exhaust stroke of a given cylinder
Fuel is injected into the cylinder from the fuel injection valve 7 of the corresponding cylinder
Is being fired. HC component of sub-injected fuel
Is converted into light HC by the heat of the explosion process,
The air is discharged to the exhaust pipe 9 through the exhaust manifold 8 together with the air.
Then, it is supplied to a storage reduction type NOx catalyst 31 described later.
The predetermined timing at which the sub-injection is performed will be described later.
I do. The exhaust pipe 9 has four ports for exhaust switching.
Connected to the first port of the valve (exhaust flow direction switching means) 20
Have been. The second port of the exhaust switching valve 20 converts the exhaust to the atmosphere.
The third of the exhaust switching valve 20 is connected to the exhaust pipe 10 for discharging.
The port is the inlet of the catalytic converter 30 via the exhaust pipe 11
30a, and the fourth port of the exhaust switching valve 20 is an exhaust port.
Connected to outlet 30b of catalytic converter 30 via tube 12
Have been. The catalytic converter 30 has a storage reduction type NOx
A catalyst (hereinafter abbreviated as NOx catalyst) 31 is housed therein.
You. The NOx catalyst 31 will be described later in detail. The exhaust switching valve 20 is shown in FIG.
By switching between the forward flow position and the reverse flow position shown in FIG.
Change the flow direction of the exhaust gas flowing through the catalytic converter 30
Valve. The valve body is in the forward flow position shown in FIG.
, The exhaust switching valve 20 is connected to the exhaust pipe 9.
The exhaust pipe 10 and the exhaust pipe 12 are connected to the trachea 11.
And at this time, the exhaust gas is discharged from the exhaust pipe 9 → the exhaust pipe 11 →
Flow in the order of catalytic converter 30 → exhaust pipe 12 → exhaust pipe 10
And released to the atmosphere. In this way, the exhaust gas
Flows from the inlet 30a to the outlet 30b of the data 30
The flow direction is referred to as "forward flow" in the following description. Ma
In addition, the valve body of the exhaust switching valve 20 is located at the backflow position shown in FIG.
During the operation, the exhaust switching valve 20 is connected to the exhaust pipe 9 and the exhaust pipe 1.
2 and the exhaust pipe 10 and the exhaust pipe 11 are connected.
Then, at this time, the exhaust gas is changed from the exhaust pipe 9 to the exhaust pipe 12 to the catalyst core.
It flows in the order of inverter 30 → exhaust pipe 11 → exhaust pipe 10,
Released to the atmosphere. In this way, the exhaust gas is exhausted by the catalytic converter 3
0 Flow from the outlet 30b to the inlet 30a
The direction is referred to as “backflow” in the following description. This exhaust switching valve 20 is connected to an actuator 21
To switch the valve position, and the actuator
The ECU 21 is controlled by the ECU 50. Exhaust switching valve 20
The valve position control will be described later in detail. In the exhaust pipe 11, the catalytic converter 30
Near the inlet 30a, the temperature of the exhaust gas flowing through the exhaust pipe 11
The exhaust temperature sensor outputs an output signal corresponding to the temperature to the ECU 50.
The sensor 13 is attached. The ECU 50 is a digital computer.
ROMs (leads) interconnected by a bidirectional bus
Memory), RAM (random access memory),
CPU (central processor unit), input port
And an output port for controlling the fuel injection amount of the engine 1
In addition to performing basic control such as
The reproduction control of the inverter 30 is performed. For these controls, an input port of the ECU 50 is used.
The input signal from the accelerator opening sensor 14 includes
An input signal from the crank angle sensor 15 is input. A
The accelerator opening sensor 14 outputs an output voltage proportional to the accelerator opening.
The ECU 50 outputs the pressure to the ECU 50, and the ECU 50
The engine load is calculated based on the output signal of the sensor 14.
You. The crank angle sensor 15 has a fixed angle of the crankshaft.
Output pulse to the ECU 50 every time the motor rotates
U50 determines the engine speed based on this output pulse.
Calculate. These engine loads and engine speeds
Thus, the engine operating state is determined. NO stored in catalytic converter 30
The x catalyst 31, that is, the NOx storage reduction catalyst, is made of, for example, aluminum.
Na as a carrier, for example, potassium K, sodium
Alkali such as Na, Li, Cs
Alkali such as metal, barium Ba, calcium Ca
Rare earths such as lithium earth, lanthanum La, yttrium Y
And at least one selected from platinum and precious gold such as platinum Pt
Genus is carried. This NOx catalyst provides an air-fuel ratio (hereinafter referred to as
NOx is absorbed when the exhaust air-fuel ratio is lean.
When the oxygen concentration in the inflow exhaust decreases, the absorbed NOx
Release. Here, the exhaust air-fuel ratio is the NOx catalyst here.
To the exhaust passage, engine combustion chamber, intake passage, etc.
The total amount of air supplied and the sum of fuel (hydrocarbon)
Shall mean the total ratio. Therefore, the NOx catalyst
Fuel, reducing agent or air is supplied into the exhaust passage upstream.
If not, the exhaust air-fuel ratio is supplied to the engine combustion chamber.
The air-fuel ratio of the air-fuel mixture to be used. Mechanism of NOx Absorption and Release Action of NOx Catalyst
Is not clear, but as shown in FIG.
It is thought to be done by a simple mechanism. This mechanic
Pt and barium Ba on the carrier
The following describes the case where the precious metal is
The same method is used when using alkali metals, alkaline earths, and rare earths.
It becomes canism. First, when the inflow exhaust gas becomes considerably lean,
Since the oxygen concentration in the intake and exhaust greatly increases, FIG.
Oxygen O as shown inTwoIs OTwo -Or O2-In the form of platinum Pt
Attaches to surface. Next, NO contained in the exhaust gas is white
O on the surface of gold PtTwo -Or O 2-Reacts with NOTwoBecomes
(2NO + OTwo→ 2NOTwo). Thereafter, the generated NOTwoIs the NOx catalyst
Unless the NOx absorption capacity is saturated, oxidation on platinum Pt
While moving to Ba and binding with barium oxide BaO,
Nitrate ion NOThree -In the NOx catalyst. this
Thus, NOx is absorbed in the NOx catalyst. On the other hand, the oxygen concentration in the inflow exhaust gas decreases.
NO ifTwoProduction amount is reduced,
Reaction, nitrate ions NO in the NOx catalystThree -Is
NOTwoAlternatively, it is released from the NOx catalyst in the form of NO. On the other hand, during the inflow exhaust gas, reduction products such as HC and CO
When these components are present, these components become oxygen O on platinum Pt.Two -
Or O2-Reacts with and oxidizes and consumes oxygen in the exhaust
Reduce the oxygen concentration in the exhaust. Also, the oxygen concentration in the exhaust
NO released from the NOx catalystTwoOr N
O reacts with HC and CO as shown in FIG.
Reduced NTwoBecomes Thus, NO on platinum Pt
TwoOr, when NO is no longer present, the NOx catalyst
NO to nextTwoOr NO is released. That is, HC and CO in the inflowing exhaust gas are first white.
Oxygen O on gold PtTwo -Or O2-Reacts immediately with oxidized
And then oxygen O on platinum PtTwo -Or O2-Is consumed
If HC and CO still remain, this HC and CO
NOx released from the NOx catalyst and from the engine
Exhausted NOx is NTwoIs reduced to Therefore, the air-fuel ratio of the inflow exhaust gas is
Or stoichiometric absorption into NOx catalyst in a short time
NOx is released, and this released
NOx is released into the atmosphere because NOx is reduced
Can be prevented. By the way, in the case of a diesel engine,
More than stoichiometric (stoichiometric air-fuel ratio, A / F = 13-14)
Normally engine operation because combustion is performed in the lean region
In this state, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx catalyst is very low.
NOx in the exhaust gas is absorbed by the NOx catalyst,
The amount of NOx released from the Ox catalyst is extremely small. In the case of a gasoline engine, combustion
Make the mixture supplied to the room rich or stoichiometric.
To make the air-fuel ratio of exhaust gas rich or stoichiometric
And reduce the concentration of oxygen in the exhaust gas,
Can release and release absorbed NOx
However, in the case of a diesel engine, supply it to the combustion chamber.
If the mixture is rich or stoichiometric, soot will
Cannot be adopted due to problems such as the occurrence of Therefore, in a diesel engine, N
Before the NOx absorption capacity of the Ox catalyst is saturated,
Fuel directly as a reducing agent separately from the air-fuel mixture for combustion.
Contact with the NOx catalyst to release NOx.
You. Therefore, in this embodiment, the NOx catalyst 31
When the NOx is released, the expansion stroke of the engine 1
Alternatively, sub-inject fuel into the cylinder during the exhaust stroke.
With this, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx catalyst 31 is reset.
Or stoichiometric. Next, the mechanism of SOx poisoning of the NOx catalyst
Will be described. Exhaust gas contains SOx components
And the NOx catalyst has the same mechanism as the NOx absorption described above.
Absorbs SOx in exhaust gas. That is, the exhaust air-fuel ratio is lean
In the case of oxygen OTwoIs OTwo -Or O2-NOx catalyst in the form of
SOx adhering to the surface of platinum Pt,
(Eg SOTwo) Is oxidized on the surface of platinum Pt to form SOThree
Becomes Thereafter, the generated SOThreeIs the platinum Pt
Barium oxide moves to Ba while being further oxidized on the surface
Binds to BaO to form sulfate ion SOFour 2-In the form of NOx catalyst
To the sulfate BaSOFourTo form BaSOFourIs a crystal
Is easy to coarsen and relatively stable.
Is difficult to be decomposed and released. For this reason, over time
BaSO in NOx catalystFourNOx increases as the amount of
The amount of BaO that can contribute to the absorption of the catalyst decreases,
Absorption capacity is reduced. Therefore, the NOx catalyst
In order to maintain high NOx purification performance over a long period of time, N
SOx absorbed by the Ox catalyst is released at appropriate timing.
You need to get them out. The SOx absorbed by the NOx catalyst is released.
To achieve a rich or stoichiometric air-fuel ratio
Normal regeneration that releases NOx from the NOx catalyst
It is necessary to make the NOx catalyst temperature higher than
Requires the presence of oxygen. In this embodiment, the NOx catalyst converts SOx
When releasing NOx, similarly to NOx releasing,
In the expansion stroke or exhaust stroke of the engine 1
By sub-injecting the fuel, the fuel flows into the NOx catalyst 31.
The air-fuel ratio of exhaust gas is rich or stoichiometric,
In this embodiment, the fuel injection valve 7 and the sub injection control are performed.
The ECU 50 constitutes a reproducing means. Next, an exhaust gas purifying apparatus according to this embodiment will be described.
The operation of will be described. As described above, the engine 1
Is a diesel engine and has no exhaust air under normal operating conditions
The fuel ratio is lean and the oxygen concentration is high. So this
When the exhaust gas flows through the NOx catalyst 31, NOx in the exhaust gas becomes NO.
x is absorbed by the catalyst 31. Here, in this embodiment, the N
When Ox is absorbed by the NOx catalyst 31, the ECU 50
Executes the fuel injection valve 7 only for the main injection and executes the sub-injection
Control so that the actuator 21 does not
The valve body of the exhaust switching valve 20 is held at the forward flow position shown in FIG.
Control so that As a result, the exhaust of the engine 1 is empty.
Exhaust pipe 9 → exhaust pipe 11 → catalyst converter
Flow in the order of data 30 → exhaust pipe 12 → exhaust pipe 10
At the catalytic converter 30
Exhaust gas flows forward from the inlet 30a toward the outlet 30b
Becomes When the exhaust gas flows in the forward flow, NO
x is the NOx contact on the side near the inlet 30a of the catalytic converter 30.
NO that is absorbed from the medium 31 and is gradually closer to the outlet 30b
The absorption spreads to the x catalyst 31. <NOx Release Processing> The air-fuel ratio lean exhaust gas is
When flowing to the catalytic converter 30 in the forward flow, the catalytic converter
The amount of NOx absorbed by the motor 30 increases and continues as it is.
If so, the NOx absorption capacity is saturated. Therefore,
Before the NOx absorption capacity of the catalytic converter 30 is saturated
At a certain time, the NOx catalyst 31 of the catalytic converter 30
NOx release processing is performed. Here, the NOx release processing is executed.
The predetermined time at which the ECU 50 performs
The operating time of the engine 1 is integrated, and the integrated time
May be reached, or the ECU 50 may emit NOx.
The output amount is integrated, and this integrated discharge amount reaches a predetermined amount.
You may. When the NOx releasing process is executed, EC
U50 controls the fuel injection valve 7 to perform both main injection and sub-injection.
Control, the injection timing and injection period of the sub-injection,
The number of times of the sub injection is controlled. The emissions during this NOx release process
The flow direction of the gas is set to the same forward flow as when NOx is absorbed.
The ECU 50 sets the actuator 21 to the exhaust switching valve.
20 so as to be held at the downstream position shown in FIG.
Control. Sub-injection of fuel during expansion or exhaust stroke
The air-fuel ratio of the exhaust can be rich or stoichiometric.
And the exhaust of this rich or stoichiometric air-fuel ratio
By flowing through the catalytic converter 30, the NOx catalyst 3
The NOx released in the first step is released and reduced,Twoage
Can be released to the atmosphere. <SOx release processing: poisoning regeneration processing>
At this time, as described above, the NOx catalyst 31
At the same time as absorbing Ox, SOx in the exhaust gas is also absorbed, and SOx
As the amount of absorbed NOx increases, the NOx absorption capacity of the NOx catalyst 31
If the power drops, even if the NOx release process is executed
Cannot recover the initial NOx absorption capacity
turn into. As described above, the NOx catalyst 31
In order to release SOx, a higher touch than when releasing NOx is required.
A medium temperature is required, and in the NOx releasing process, a NOx catalyst is used.
31 cannot release SOx. Therefore, the SOx poisoning of the NOx catalyst 31 is extremely high.
At a predetermined time when it does not go down, the NOx of the catalytic converter 30
A process for releasing SOx from the catalyst 31 is performed. Here, SOx release
The predetermined time for executing the output processing is, for example, ECU
50, the operation time of the engine 1 is integrated.
The time may be a time when a predetermined time is reached, or the ECU 50
SOx emission is integrated from the
It may be when it reaches. High catalyst temperature is required for SOx release treatment
Therefore, the acceleration operation of the engine 1 in which the exhaust gas temperature becomes high
SOx release processing is executed at the time of
Control by the ECU 50, or
Actively increases the exhaust temperature during SOx release processing
The operation state of the engine 1 is controlled by the ECU 50 as described above.
You may. In any case, the ECU 50 uses the NOx catalyst
31 becomes the temperature range suitable for SOx release processing.
The SOx release process is performed. When executing the SOx release process, the EC
U50 controls the fuel injection valve 7 to perform both main injection and sub-injection.
Control, the injection timing and injection period of the sub-injection,
The number of times of the sub injection is controlled. Expansion stroke or exhaust stroke
The air-fuel ratio of exhaust gas is rich
Or become stoichiometric, this rich or stoichiometric
By flowing the air-fuel ratio exhaust to the catalytic converter 30,
To release the SOx absorbed by the NOx catalyst 31,
Originally, SOTwoTo the atmosphere. In addition, SOx release
When the process is executed, the N2 absorbed in the NOx catalyst 31
Ox is also released and reduced to NTwoAnd is discharged. By the way, in this exhaust gas purification apparatus, SOx
During the discharge process, the flow of exhaust gas in the catalytic converter 30 is
By performing the flow in two directions, flow and reverse flow, SOx emission
In minutes. In this regard, FIGS. 4 and 5
This will be described with reference to FIG. Catalytic converter before execution of SOx release processing
The distribution state of SOx in the exhaust gas 30 during NOx absorption
Of the catalytic converter 30 because the flow of
The concentration is high at the side close to the mouth 30a (FIG. 4).
(SOx absorption region shown in (A)), outlet 30b
SOx is hardly absorbed by the NOx catalyst 31 on the side. Therefore, in this embodiment, SOx release
At the beginning of the processing, the exhaust gas is caused to flow in a forward flow, and the ECU 50
Shows the actuator 21 and the valve body of the exhaust switching valve 20
Control is performed so as to be maintained at the downstream position shown in FIG. This
In the early stage of the SOx release process,
The reason is that rich or stoichiometric air-fuel containing oxygen
By flowing the exhaust gas of the specific ratio in the forward flow, the SOx absorption region
Reducing agents (HC, CO) and oxygen (OTwo)
In order to promote the release of SOx
You. Thereby, S absorbed in the SOx absorption region
Ox is released from the NOx catalyst 31 and reduced to form SOx.TwoTona
Flows through the catalytic converter 30 toward the outlet 30b.
To go. The SO generated hereTwoMost of the catalyst
It is discharged from the outlet 30a of the barter 30 to the exhaust pipe 12,
Through the air switching valve 20 and the exhaust pipe 10 and finally to the atmosphere.
Will be issued. However, in the catalytic converter 30
As the exhaust approaches the outlet 30b,
Due to the reduction of reducing agent and oxygen, some SOTwoIs exit 3
NOa near the NOx catalyst 31ThreeOr HTwoIn the form of S
It will be reabsorbed. In FIG. 4B, and
The Ox re-absorption region is shown, and S
The SOx concentration is higher in the Ox reabsorption region. Therefore, SOx release processing by forward flow is prescribed.
After the execution of the time, the ECU 50
1 is held at the reverse flow position shown in FIG.
So that the exhaust gas in the catalytic converter 30 is
Reverse the flow direction and continue SOx release processing for a predetermined time
You. As a result, as shown in FIG.
Exhaust with rich or stoichiometric air-fuel ratio
Flow from the outlet 30b side of the
The reducing agent (HC,
CO) and oxygen (OTwo) Is supplied. As a result, the absorption in the SOx re-absorption region and
The collected SOx is released from the NOx catalyst 31 and reduced.
SOTwoAnd the inside of the catalytic converter 30
Exhaust pipe 11, exhaust switching valve 20, exhaust pipe
And finally to the atmosphere. This regurgitation
SOx in the catalytic converter 30 is almost released and returned by the raw
The distribution of SOx absorption is shown in FIG. 5 (B).
As shown in FIG. As described above, according to this exhaust gas purification apparatus,
The SOx absorbed by the NOx catalyst 31 is reliably and sufficiently released.
Can be discharged and reduced, and as a result, the catalytic converter 3
The NOx absorption capacity of 0 can be sufficiently recovered. In this embodiment, only one
Only by switching the valve positions of the two exhaust switching valves 20,
The flow direction of the exhaust gas flowing through the medium converter 30 is a forward flow and a reverse flow.
Can be switched on, the structure is simple and cheap
You. <Other Embodiments> In the above embodiment,
Indicates that the flow of exhaust gas changes from forward flow to reverse flow during SOx release processing.
Only once, but then the exhaust flow
Switch direction and execute SOx release process by forward flow
Is also good. In this case, as shown in FIG.
SOx remaining in the region can also be released and reduced. Further, in the exhaust gas flow direction of the above-described embodiment,
The order is reversed, and the exhaust gas is discharged early in the SOx release process.
May be made a reverse flow, and then made a forward flow. The above
In this embodiment, the fuel is discharged by sub-injecting fuel into the cylinder.
Although the air-fuel ratio of the air is rich or stoichiometric,
The reducing agent is supplied to the exhaust pipe 9 located upstream of the air switching valve 20.
A device for adding a reducing agent to be added is provided to release NOx and SOx.
During processing, a reducing agent is added to the exhaust gas from the reducing agent addition device.
To make the exhaust air-fuel ratio rich or stoichiometric
May be. In this case, the reducing agent addition device provides the regeneration means.
Constitute. In the above-described embodiment, the internal combustion engine is
Engine, the exhaust gas purification of the internal combustion engine according to the present invention.
The device also applies to lean burn gasoline engines
Can be. In that case, the suction is required to burn in the cylinder.
Make the air-fuel ratio of the incoming mixture rich or stoichiometric.
As a result, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx catalyst is reduced.
It can be rich or stoichiometric. [0066] According to the present invention, an exhaust passage of an internal combustion engine is provided.
Exhaust when the air-fuel ratio of the arranged and incoming exhaust is lean
NOx is absorbed and the oxygen concentration of the inflowing exhaust gas decreases.
A NOx storage-reduction catalyst that releases NOx absorbed during
Exhaust gas absorbed by the NOx storage reduction catalyst during NOx absorption
To release SOx in the NOx storage reduction catalyst
Make the air-fuel ratio of the inflowing exhaust rich or stoichiometric
Regeneration means for lowering the oxygen concentration;
In the exhaust gas purification device, the NOx storage reduction catalyst
The flow direction of the exhaust gas is set to the same
Exhaust flow direction switching means for switching in the opposite direction to that during Ox absorption
The exhaust flow direction switching means is provided in the regeneration means.
During the regeneration period, the NOx storage reduction catalyst
To change the flow direction of the exhaust air at least once.
With this configuration, the NOx storage reduction catalyst
To reliably and sufficiently release and reduce the released SOx
NOx absorption of the NOx storage reduction catalyst due to SOx poisoning
It is said that it is possible to surely recover the decline in yield capacity
Excellent effects are achieved.

【図面の簡単な説明】 【図1】 本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の一実
施の形態における概略構成図であり、排気切替弁を順流
位置に位置させたときを示す図である。 【図2】 前記実施の形態の排気浄化装置において、排
気切替弁を逆流位置に位置させたときの要部を示す図で
ある。 【図3】 吸蔵還元型NOx触媒のNOx吸放出・還元作
用を説明する図である。 【図4】 前記実施の形態の排気浄化装置において排気
を順流にしてSOx放出処理を行ったときの概念図であ
る。 【図5】 前記実施の形態の排気浄化装置において排気
を逆流にしてSOx放出処理を行ったときの概念図であ
る。 【符号の説明】 1 ディーゼルエンジン(内燃機関) 7 燃料噴射弁(再生手段) 9,10,11,12 排気管(排気通路) 20 排気切替弁(排気流れ方向切替手段) 31 吸蔵還元型NOx触媒 50 ECU(再生手段)
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention, showing a state where an exhaust switching valve is positioned at a forward flow position. FIG. 2 is a view showing a main part when the exhaust gas switching device is located at a reverse flow position in the exhaust gas purification apparatus of the embodiment. FIG. 3 is a diagram illustrating the NOx absorption / release / reduction action of a storage reduction type NOx catalyst. FIG. 4 is a conceptual diagram when an SOx release process is performed with exhaust gas flowing forward in the exhaust gas purification apparatus of the embodiment. FIG. 5 is a conceptual diagram when SOx release processing is performed in the exhaust gas purifying apparatus of the embodiment with exhaust gas flowing backward. [Description of Signs] 1 Diesel engine (internal combustion engine) 7 Fuel injection valve (regeneration means) 9, 10, 11, 12 Exhaust pipe (exhaust passage) 20 Exhaust switching valve (exhaust flow direction switching means) 31 Storage-reduction NOx catalyst 50 ECU (regeneration means)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI F01N 3/28 301 F01N 3/28 301C F02D 41/04 355 F02D 41/04 355 (56)参考文献 特開 平7−259542(JP,A) 特開 平7−186785(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F01N 3/08 - 3/36 F02D 41/04 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI F01N 3/28 301 F01N 3/28 301C F02D 41/04 355 F02D 41/04 355 (56) References JP-A-7-259542 ( JP, A) JP-A-7-186785 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) F01N 3/08-3/36 F02D 41/04

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 内燃機関の排気通路に配置され流入する
排気の空燃比がリーンのときに排気中のNOxを吸収し
流入する排気の酸素濃度が低下したときに吸収したNO
xを放出する吸蔵還元型NOx触媒と、この吸蔵還元型N
Ox触媒がNOx吸収時に吸収した排気中のSOxを吸蔵
還元型NOx触媒から放出させるときに流入する排気の
空燃比をリッチあるいはストイキにして酸素濃度を低下
させる再生手段と、を備えた内燃機関の排気浄化装置に
おいて、 前記吸蔵還元型NOx触媒を流れる排気の流れ方向をN
Ox吸収時と同方向あるいはNOx吸収時と逆方向に切り
替える排気流れ方向切替手段を備え、この排気流れ方向
切替手段は、前記再生手段による再生実行期間中に、前
記吸蔵還元型NOx触媒を流れる排気の流れ方向を少な
くとも一度変更せしめることを特徴とする内燃機関の排
気浄化装置。
(57) [Claim 1] When the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas disposed in the exhaust passage of the internal combustion engine is lean, NOx in the exhaust gas is absorbed and the oxygen concentration of the inflowing exhaust gas decreases. NO absorbed in
a NOx storage-reduction type NOx catalyst that releases x,
A regenerating means for reducing the oxygen concentration by enriching or stoichiometric the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas when the SOx in the exhaust gas absorbed by the Ox catalyst at the time of NOx absorption is released from the NOx storage reduction catalyst. In the exhaust gas purification apparatus, the flow direction of the exhaust gas flowing through the NOx storage reduction catalyst is set to N.
Exhaust flow direction switching means for switching in the same direction as when absorbing Ox or in the opposite direction when NOx is absorbed, and the exhaust flow direction switching means is configured to control the exhaust gas flowing through the NOx storage reduction catalyst during the regeneration period by the regeneration means. An exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine, wherein the flow direction of the exhaust gas is changed at least once.
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