JP3632274B2

JP3632274B2 - Exhaust gas purification device for internal combustion engine

Info

Publication number: JP3632274B2
Application number: JP02095596A
Authority: JP
Inventors: 誠治大河原; 幹夫村知; 拓也近藤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1996-02-07
Filing date: 1996-02-07
Publication date: 2005-03-23
Anticipated expiration: 2016-02-07
Also published as: JPH09209746A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
流入する排気ガスの空燃比がリーンのときにＮＯ_Ｘを吸収し、流入する排気ガスの空燃比がリッチになると吸収したＮＯ_Ｘを放出するＮＯ_Ｘ吸収剤を機関排気通路内に配置した内燃機関が公知である（特開平６−１２９２３５号公報参照）。このＮＯ_Ｘ吸収剤はＮＯ_Ｘ吸収剤の担体上に担持された触媒の温度が例えば２００℃から３５０℃程度の一定範囲のときに高いＮＯ_Ｘ吸収能力を有し、従ってこのＮＯ_Ｘ吸収剤を使用する場合には触媒の温度を一定の範囲内に維持する必要がある。
【０００３】
そこでこの内燃機関ではＮＯ_Ｘ吸収剤から流出する排気ガスの温度を検出し、この排気ガスの温度が予め定められた設定温度を越えたときにはＮＯ_Ｘ吸収剤に冷却用空気を供給してＮＯ_Ｘ吸収剤の温度を低下させるようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで上述の内燃機関ではＮＯ_Ｘ吸収剤の担体上に担持された触媒の温度とＮＯ_Ｘ吸収剤から流出する排気ガスの温度との間には一定の関係があることを前提として、即ちＮＯ_Ｘ吸収剤から流出する排気ガスの温度が高くなればＮＯ_Ｘ吸収剤の担体上に担持された触媒の温度も同様に高くなっているということを前提としてＮＯ_Ｘ吸収剤の温度を制御するようにしている。しかしながら実際にはＮＯ_Ｘ吸収剤の担体上に担持された触媒の温度とＮＯ_Ｘ吸収剤から流出する排気ガスの温度との間には必ずしも一定の関係が存在するとは限らないのである。
【０００５】
例えばＮＯ_Ｘ吸収剤において酸化反応が行われた場合、この酸化反応はＮＯ_Ｘ吸収剤の担体上に担持された触媒上において行われるために触媒の温度は急速に上昇する。ところが担体上に分散されている微小粒径の触媒の温度が急速に上昇したとしても担体の温度はただちに上昇せず、従って担体内を通過する排気ガスの温度もただちに上昇しない。即ち、この場合には触媒の温度がかなり高くなっているにもかかわらずに排気ガス温はさほど上昇していないことになる。従って上述の内燃機関におけるように排気ガス温に基いて冷却用空気の供給制御を行うと触媒温度がかなり高くなっても冷却用空気は供給されず、斯くしてＮＯ_Ｘを良好に吸収しえないという問題を生ずる。
【０００６】
また、上述したように触媒の温度が急速に上昇しても担体の温度はただちに上昇せず、従ってＮＯ_Ｘ吸収剤の担体温度を検出してこれに基づき冷却用空気の供給制御を行っても上述の問題と同じ問題を生ずる。即ち、ＮＯ_Ｘ浄化能力は担体により担持された触媒の温度により左右されるがこの触媒の温度を検出することはほとんど不可能であるので検出された温度のみに基づいて触媒の温度を一定の範囲内に制御することは困難である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために本発明によれば、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときにＮＯ_ｘを吸収し、流入する排気ガスの空燃比がリッチになると吸収したＮＯ_ｘを放出するＮＯ_ｘ吸収剤を機関排気通路内に配置すると共に該ＮＯ _ｘ吸収剤上流の機関排気通路内に還元剤供給弁を配置し、ＮＯ _ｘ吸収剤からＮＯ _ｘを放出すべきときには還元剤供給弁から機関排気通路内に還元剤を供給してＮＯ _ｘ吸収剤に流入する排気ガスの空燃比をリッチにするようにした内燃機関の排気浄化装置において、温度センサにより検出される触媒の温度、又は機関負荷又は機関回転数から定まる定常運転時の触媒の温度に還元剤供給時の還元剤供給量に応じた触媒温度上昇量を加算することにより還元剤供給停止後の担体上の触媒温度を予測する予測手段と、該予測手段により予測された還元剤供給停止後の担体上の触媒温度が予め定められた設定値を越えたときにＮＯ_ｘ吸収剤に冷却用空気を供給する空気供給手段とを具備している。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明をディーゼル機関に適用した場合を示している。
図１を参照すると、１は機関本体、２はピストン、３は燃焼室、４は燃料噴射弁、５は吸気弁、６は吸気ポート、７は排気弁、８は排気ポートを夫々示す。吸気ポート６は対応する枝管９を介してサージタンク１０に連結され、サージタンク１０は吸気ダクト１１を介してエアクリーナ１２に連結される。一方、排気ポート８は排気マニホルド１３および排気管１４を介してＮＯ_Ｘ吸収剤１５を内蔵したケーシング１６に接続される。
【００１０】
図１に示されるようにＮＯ_Ｘ吸収剤１５上流の排気管１４内には還元剤供給弁１７が配置され、この還元剤供給弁１７は供給ポンプ１８を介して還元剤タンク１９に連結される。還元剤タンク１９内にはガソリン、イソオクタン、ヘキサン、ヘプタン、軽油、灯油のような炭化水素、或いは液体の状態で保存しうるブタン、プロパンのような炭化水素が充填されている。更に、ＮＯ_Ｘ吸収剤１５上流の排気管１４内には空気供給弁２０が配置され、この空気供給弁２０は例えば電気的に駆動されるエアポンプ２１に連結される。
【００１１】
電子制御ユニット３０はディジタルコンピュータからなり、双方向性バス３１によって相互に接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、入力ポート３５および出力ポート３６を具備する。ケーシング１６内にはＮＯ_Ｘ吸収剤１５の担体の温度に比例した出力電圧を発生する温度センサ２２が取付けられ、この温度センサ２２の出力電圧が対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。また、入力ポート３５には機関回転数を表わす出力パルスを発生する回転数センサ２３が接続され、更に入力ポート３５にはアクセルペダル２４の踏込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ２５が対応するＡＤ変換器３７を介して接続される。一方、出力ポート３６は対応する駆動回路３８を介して燃料噴射弁４、還元剤供給弁１７、供給ポンプ１８、空気供給弁２０およびエアポンプ２１に接続される。
【００１２】
ケーシング１６内に収容されているＮＯ_Ｘ吸収剤１５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。機関吸気通路およびＮＯ_Ｘ吸収剤１５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ＮＯ_Ｘ吸収剤１５への流入排気ガスの空燃比と称するとこのＮＯ_Ｘ吸収剤１５は流入排気ガスの空燃比がリーンのときにはＮＯ_Ｘを吸収し、流入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ＮＯ_Ｘの吸放出作用を行う。
【００１３】
このＮＯ_Ｘ吸収剤１５を機関排気通路内に配置すればこのＮＯ_Ｘ吸収剤１５は実際にＮＯ_Ｘの吸放出作用を行うがこの吸放出作用の詳細なメカニズムについては明らかでない部分もある。しかしながらこの吸放出作用は第２図に示すようなメカニズムで行われているものと考えられる。次にこのメカニズムについて担体上に白金Ｐｔおよびバリウム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なメカニズムとなる。
【００１４】
即ち、流入排気ガスがリーンのときには流入排気ガス中の酸素濃度が高く、従ってこのとき第２図（Ａ）に示されるようにこれら酸素Ｏ_２がＯ_２ ⁻又はＯ_２ ^２−の形で白金Ｐｔの表面に付着する。一方、このとき流入排気ガス中のＮＯは白金Ｐｔの表面上でＯ_２ ⁻又はＯ_２ ^２−と反応し、ＮＯ_２となる（２ＮＯ＋Ｏ_２→２ＮＯ_２）。次いで生成されたＮＯ_２の一部は白金Ｐｔ上で酸化されつつ吸収剤内に吸収されて酸化バリウムＢａＯと結合しながら第２図（Ａ）に示されるように硝酸イオンＮＯ_３ ⁻の形で吸収剤内に拡散する。このようにしてＮＯ_ＸがＮＯ_Ｘ吸収剤１５内に吸収される。流入排気ガス中の酸素濃度が高い限り白金Ｐｔの表面でＮＯ_２が生成され、吸収剤のＮＯ_Ｘ吸収能力が飽和しない限りＮＯ_２が吸収剤内に吸収されて硝酸イオンＮＯ_３ ⁻が生成される。
【００１５】
これに対し流入排気ガス中の酸素濃度が低下してＮＯ_２の生成量が低下すると反応が逆方向（ＮＯ_３ ⁻→ＮＯ_２）に進み、斯くして吸収剤内の硝酸イオンＮＯ_３ ⁻がＮＯ_２の形で吸収剤から放出される。即ち、流入排気ガス中の酸素濃度が低下するとＮＯ_Ｘ吸収剤１５からＮＯ_Ｘが放出されることになる。
一方、このとき流入排気ガスの空燃比がリッチとされ、流入排気ガスが多量の未燃ＨＣ，ＣＯを含むようになるとこれら未燃ＨＣ，ＣＯは白金Ｐｔ上の酸素Ｏ_２ ⁻又はＯ_２ ^２−と反応して酸化せしめられる。また、流入排気ガスの空燃比がリッチになると流入排気ガス中の酸素濃度が極度に低下するために吸収剤からＮＯ_２が放出され、このＮＯ_２は第２図（Ｂ）に示されるように未燃ＨＣ，ＣＯと反応して還元せしめられる。このようにして白金Ｐｔの表面上にＮＯ_２が存在しなくなると吸収剤から次から次へとＮＯ_２が放出される。従って流入排気ガスの空燃比をリッチにすると短時間のうちにＮＯ_Ｘ吸収剤１５からＮＯ_Ｘが放出されることになる。
【００１６】
即ち、流入排気ガスの空燃比をリッチにするとまず初めに未燃ＨＣ，ＣＯが白金Ｐｔ上のＯ_２ ⁻又はＯ_２ ^２−とただちに反応して酸化せしめられ、次いで白金Ｐｔ上のＯ_２ ⁻又はＯ_２ ^２−が消費されてもまだ未燃ＨＣ，ＣＯが残っていればこの未燃ＨＣ，ＣＯによって吸収剤から放出されたＮＯ_Ｘおよび機関から排出されたＮＯ_Ｘが還元せしめられる。従って流入排気ガスの空燃比をリッチにすれば短時間のうちにＮＯ_Ｘ吸収剤１５に吸収されているＮＯ_Ｘが放出され、しかもこの放出されたＮＯ_Ｘが還元されるために大気中にＮＯ_Ｘが排出されるのを阻止することができることになる。
【００１７】
図３は流入排気ガスの空燃比がリーンであるときにＮＯ_Ｘ吸収剤１５に吸収されるＮＯ_Ｘの吸収率Ｒを示している。なお、横軸ＴはＮＯ_Ｘ吸収剤１５に担持されている触媒の温度を示している。図３からわかるようにＮＯ_Ｘ吸収剤１５の触媒温度がＴ_１で示される２００℃程度よりも低くなるとＮＯ_Ｘの酸化作用（２ＮＯ＋Ｏ_２→２ＮＯ_２）が弱まるためにＮＯ_Ｘ吸収率Ｒが低下する。一方、ＮＯ_Ｘ吸収剤１５の温度ＴがＴ_２で示される３５０℃程度よりも高くなるとＮＯ_Ｘ吸収剤１５に吸収されているＮＯ_Ｘが分解してＮＯ_ＸがＮＯ_Ｘ吸収剤１５から自然放出されるためにＮＯ_Ｘ吸収率Ｒは低下する。従ってＮＯ_ＸはＮＯ_Ｘ吸収剤１５の温度Ｔが一定温度範囲（Ｔ_１＜Ｔ＜Ｔ_２）内にあるときにＮＯ_Ｘ吸収剤１５に良好に吸収されることになる。なお、図１に示されるようなディーゼル機関ではＮＯ_Ｘ吸収剤１５の触媒温度Ｔは通常この一定温度範囲（Ｔ_１＜Ｔ＜Ｔ_２）内となっている。
【００１８】
図１に示されるディーゼル機関では通常燃焼室３内の混合気は空気過剰のもとで、即ち平均空燃比がリーンの状態で燃焼せしめられており、従ってこのとき機関から排出されたＮＯ_ＸはＮＯ_Ｘ吸収剤１５に吸収される。一方、平均空燃比がリーンの状態での燃焼が継続するとＮＯ_ＸがＮＯ_Ｘ吸収剤１５に次第に蓄積し、従ってＮＯ_Ｘ吸収剤１５の吸収能力が飽和する前にＮＯ_Ｘ吸収剤１５からＮＯ_Ｘを放出する必要がある。
【００１９】
そこで本発明による実施例ではＮＯ_Ｘ吸収剤１５からＮＯ_Ｘを放出するために周期的に、例えば一定時間毎に還元剤供給弁１７から還元剤、即ち炭化水素が供給される。このときの還元剤の供給量はＮＯ_Ｘ吸収剤１５に流入する流入排気ガスの空燃比が例えば１２．０程度のリッチ空燃比となるように制御される。本発明による実施例では還元剤の供給量は還元剤供給弁１７の開弁時間を変えることによって制御される。流入排気ガスの空燃比を１２．０程度とするのに必要な還元剤供給弁１７の開弁時間ＴＲはアクセルペダル２４の踏込み量Ｌおよび機関回転数Ｎの関数として図４に示すマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
【００２０】
ＮＯ_Ｘ吸収剤１５からＮＯ_Ｘを放出すべく還元剤、即ち炭化水素が供給されるとその一部は排気ガス中の酸素によって酸化され、残りの炭化水素はＮＯ_Ｘ吸収剤１５の担体上に担持された触媒、即ち白金Ｐｔ上で酸化せしめられる。このとき酸化反応熱によって触媒の温度は急速に上昇する。しかしながらこのときＮＯ_Ｘ吸収剤１５の担体の温度およびＮＯ_Ｘ吸収剤１５から排出される排気ガスの温度はただちに上昇しない。
【００２１】
次いで還元剤の供給が停止されるとＮＯ_Ｘ吸収剤１５に流入する排気ガスの空燃比は再びリーンとなり、ＮＯ_Ｘ吸収剤１５によるＮＯ_Ｘの吸収作用が開始される。ところが還元剤の供給時に酸化反応熱によって触媒の温度Ｔが図３のＴ_２を越えてしまうと還元剤の供給が停止せしめられたときにＮＯ_Ｘ吸収剤１５のＮＯ_Ｘ吸収率Ｒ（図３）が低くなってしまい、斯くしてＮＯ_ＸがＮＯ_Ｘ吸収剤１５に十分に吸収されないために多量のＮＯ_Ｘが大気中に放出されるという問題を生ずる。そこで本発明では還元剤の供給時に酸化反応熱によって触媒の温度が図３のＴ_２を越えてしまうと予測されるときには還元剤の供給停止後ただちに空気供給弁２０から冷却用空気を供給するようにしている。
【００２２】
即ち、本発明による実施例では前述したように図５に示される如く周期的に還元剤供給弁１７が開弁せしめられ、その後還元剤供給弁１７が閉弁せしめられるとただちに空気制御弁２０が開弁せしめられて排気管１４内に冷却用空気が供給される。なお、図５にはＮＯ_Ｘ吸収剤１５に流入する流入排気ガスの空燃比Ａ／Ｆの変化も同時に示されている。
【００２３】
ところで冒頭で述べたようにＮＯ_Ｘ吸収剤１５の担体上に担持された触媒の温度を検出することは困難であり、従って触媒の温度変化は推定しなければならないことになる。次にこの触媒の温度の推定方法について説明する。
通常の運転時にはＮＯ_Ｘ吸収剤１５の触媒の温度Ｔは担体の温度或いはＮＯ_Ｘ吸収剤１５から流出する排気ガスの温度にほぼ追従して変化し、従ってこのときには触媒の温度Ｔを担体の温度或いはＮＯ_Ｘ吸収剤１５からの流出排気ガスの温度で代表することができる。図１に示される実施例ではＮＯ_Ｘ吸収剤１５の担体の温度ＴＯを温度センサ２２により検出しており、従って通常の運転時には温度センサ２２により検出された温度ＴＯを触媒の温度Ｔを示す代表値として用いることができる。
【００２４】
一方、通常の運転時には触媒の温度Ｔは機関負荷および機関回転数が定まるとおおよそ定まる。従って定常運転時における触媒の温度ＴＯとアクセルペダル２４の踏込み量、機関回転数との関係を予め実験により求め、この触媒の温度ＴＯをアクセルペダル２４の踏込み量Ｌおよび機関回転数Ｎの関数として図６（Ａ）に示すようなマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶し、この記憶された値から触媒の温度ＴＯを求めることもできる。
【００２５】
次に還元剤を供給したときの触媒の温度Ｔの推定方法について説明する。還元剤を供給したときには還元剤の供給量、図１に示す実施例では還元剤の供給時間ＴＲが増大するほど触媒温度の上昇量ΔＴは大きくなる。即ち、図６（Ｂ）に示されるように還元剤の供給時間ＴＲから触媒の温度上昇量ΔＴを予測できることになり、従って還元剤供給停止後の触媒温度ＴはＴＯ＋ΔＴになるものと予測できることになる。
【００２６】
次に触媒温度Ｔが図３のＴ_２を越えると予測されるときに触媒温度Ｔを図３のＴ_１とＴ_２との間まで低下させるのに必要な冷却用空気量について説明する。この冷却用空気量は触媒温度Ｔの予測上昇温度が高いほど増大せしめられる。図１に示される実施例では冷却用空気量は空気供給弁２０の開弁時間を変えることによって制御しており、従ってこの実施例では図６（Ｃ）に示されるように触媒温度Ｔ（＝ＴＯ＋ΔＴ）が高くなるほど空気供給時間ＴＡが増大せしめられる。
【００２７】
次に図７を参照しつつＮＯ_Ｘ放出および空気供給制御を行うためのルーチンについて説明する。
図７を参照するとまず初めにステップ５０においてＮＯ_Ｘ放出実行開始命令が出されているか否かが判別される。この実行開始命令は一定時間毎に出される。実行開始命令が出されるとステップ５１に進んで図４に示すマップから還元剤供給時間ＴＲが算出され、次いでステップ５２では供給ポンプ１８を駆動し、還元剤供給弁１７を開弁することによって還元剤の供給処理が行われる。次いでステップ５３では還元剤の供給作用が完了したか否かが判別され、還元剤の供給作用が完了したときにはステップ５４に進む。
【００２８】
ステップ５４では図６（Ｂ）に基づき算出されるΔＴにＴＯを加算することによって上昇したときの触媒温度Ｔが算出される。なお、この場合、ＴＯとしては温度センサ２２により検出された温度、又は図６（Ａ）のマップから算出された温度が使用される。次いでステップ５５では上昇したときの触媒温度Ｔが図３のＴ_２よりも低いか否かが判別される。Ｔ≦Ｔ_２のときには処理サイクルを完了し、従ってこのときには冷却用空気は供給されない。これに対してＴ＞Ｔ_２のときにはステップ５６に進んで図５（Ｃ）に示す関係から空気供給時間ＴＡが算出される。次いでステップ５７ではエアポンプ２１を駆動し、空気供給弁２０を開弁させる空気供給処理が行われる。
【００２９】
【発明の効果】
ＮＯ_Ｘ吸収剤により常時良好にＮＯ_Ｘを吸収することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ディーゼル機関の全体図である。
【図２】ＮＯ_Ｘの吸放出作用を説明するための図である。
【図３】ＮＯ_Ｘ吸収率Ｒを示す図である。
【図４】還元剤供給時間ＴＲのマップを示す図である。
【図５】還元剤供給弁および空気供給弁の開閉タイミングを示すタイムチャートである。
【図６】空気供給時間ＴＡ等を示す図である。
【図７】ＮＯ_Ｘ放出および空気供給制御を行うためのフローチャートである。
【符号の説明】
４…燃料噴射弁
１４…排気管
１５…ＮＯ_Ｘ吸収剤
１７…還元剤供給弁
２０…空気供給弁[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust emission control device for an internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
Air-fuel ratio of the exhaust gas flowing absorbs NO _X when the lean engine air-fuel ratio of the exhaust gas is arranged _the NO _X absorbent to release the NO _X absorbed and becomes rich in the engine exhaust passage that flows Is known (see JP-A-6-129235). This NO _X absorbent has a high NO _X absorption capacity when the temperature of the catalyst supported on the NO _X absorbent support is within a certain range of, for example, 200 ° C. to 350 ° C. Therefore, the NO _X absorbent is When used, it is necessary to keep the temperature of the catalyst within a certain range.
[0003]
So detecting the temperature of the exhaust gas flowing out from _the NO _X absorbent in this internal combustion engine, NO _X by supplying cooling air to _the NO _X absorbent when exceeding the set temperature at which the temperature of the exhaust gas is predetermined The temperature of the absorbent is lowered.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the above-mentioned internal combustion engine, it is assumed that there is a certain relationship between the temperature of the catalyst carried on the NO _X absorbent carrier and the temperature of the exhaust gas flowing out from the NO _X absorbent, that is, NO _X. The temperature of the NO _X absorbent is controlled on the assumption that the temperature of the exhaust gas flowing out from the absorbent increases and the temperature of the catalyst supported on the NO _X absorbent carrier also increases. ing. However, in practice, there is not always a certain relationship between the temperature of the catalyst supported on the NO _X absorbent carrier and the temperature of the exhaust gas flowing out from the NO _X absorbent.
[0005]
For example, when the oxidation reaction is performed in _the NO _X absorbent, the oxidation reaction temperature of the catalyst to be done on catalyst supported on a carrier of the NO _X absorbent is rapidly increased. However, even if the temperature of the catalyst having a small particle diameter dispersed on the carrier rises rapidly, the temperature of the carrier does not rise immediately, and therefore the temperature of the exhaust gas passing through the carrier does not rise immediately. That is, in this case, the exhaust gas temperature does not rise so much even though the temperature of the catalyst is considerably high. Therefore, if the supply control of the cooling air is performed based on the exhaust gas temperature as in the above-described internal combustion engine, the cooling air is not supplied even if the catalyst temperature becomes considerably high, and therefore, NO _X can be absorbed well. Cause the problem of not.
[0006]
Further, as described above, even if the temperature of the catalyst rapidly rises, the temperature of the carrier does not rise immediately. Therefore, even if the carrier temperature of the NO _X absorbent is detected and the supply control of the cooling air is performed based on this. This causes the same problem as described above. That, NO _X purifying capacity range depends on the temperature of the supported catalyst is the temperature of the catalyst constant based only on the detected temperature so it is almost impossible to detect the temperature of the catalyst by a carrier It is difficult to control inside.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention in order to solve the above problems, the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas absorbs the NO _x when the lean air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas to release NO _x absorbed and becomes rich a reducing agent feed valve in the _the NO _x absorbent in the engine exhaust passage upstream of place with the _the NO _x absorbent arranged in the engine exhaust passage, the reducing agent supply valve for when releasing the NO _x from the NO _x absorbent In an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine in which a reducing agent is supplied into an engine exhaust passage to make the air-fuel ratio of exhaust gas flowing into the NO _x absorbent rich, the temperature of the catalyst detected by a temperature sensor, or the engine Predict the catalyst temperature on the carrier after stopping the supply of reducing agent by adding the amount of increase in the catalyst temperature according to the amount of reducing agent supplied at the time of reducing agent supply to the temperature of the catalyst during steady operation determined from the load or engine speed prediction And means, and an air supply means for supplying cooling air to _the NO _x absorbent when exceeds a set value the catalyst temperature predetermined on the carrier after stopping predicted reducing agent supply by said prediction means doing.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 shows a case where the present invention is applied to a diesel engine.
Referring to FIG. 1, 1 is an engine body, 2 is a piston, 3 is a combustion chamber, 4 is a fuel injection valve, 5 is an intake valve, 6 is an intake port, 7 is an exhaust valve, and 8 is an exhaust port. The intake port 6 is connected to a surge tank 10 via a corresponding branch pipe 9, and the surge tank 10 is connected to an air cleaner 12 via an intake duct 11. On the other hand, the exhaust port 8 is connected to the casing 16 with a built-in _the NO _X absorbent 15 via an exhaust manifold 13 and an exhaust pipe 14.
[0010]
As shown in FIG. 1, a reducing agent supply valve 17 is disposed in the exhaust pipe 14 upstream of the NO _X absorbent 15, and this reducing agent supply valve 17 is connected to a reducing agent tank 19 via a supply pump 18. . The reducing agent tank 19 is filled with hydrocarbons such as gasoline, isooctane, hexane, heptane, light oil, and kerosene, or hydrocarbons such as butane and propane that can be stored in a liquid state. Further, an air supply valve 20 is disposed in the exhaust pipe 14 upstream of the NO _X absorbent 15, and the air supply valve 20 is connected to, for example, an electrically driven air pump 21.
[0011]
The electronic control unit 30 comprises a digital computer and is connected to each other by a bidirectional bus 31. A ROM (read only memory) 32, a RAM (random access memory) 33, a CPU (microprocessor) 34, an input port 35 and an output port. 36. A temperature sensor 22 that generates an output voltage proportional to the temperature of the carrier of the NO _X absorbent 15 is mounted in the casing 16, and the output voltage of the temperature sensor 22 is connected to the input port 35 via a corresponding AD converter 37. Entered. The input port 35 is connected to a rotational speed sensor 23 that generates an output pulse representing the engine rotational speed. Further, the input port 35 corresponds to a load sensor 25 that generates an output voltage proportional to the depression amount of the accelerator pedal 24. Connected through an AD converter 37. On the other hand, the output port 36 is connected to the fuel injection valve 4, the reducing agent supply valve 17, the supply pump 18, the air supply valve 20, and the air pump 21 through corresponding drive circuits 38.
[0012]
The NO _X absorbent 15 accommodated in the casing 16 uses, for example, alumina as a carrier, and an alkali metal such as potassium K, sodium Na, lithium Li, and cesium Cs, barium Ba, calcium Ca, and the like on the carrier. At least one selected from alkaline earths, lanthanum La, and rare earths such as yttrium Y and a noble metal such as platinum Pt are supported. Engine intake passage and _the NO _X absorbent 15 upstream of the supply air and fuel into the exhaust passage (hydrocarbon) ratio is referred to as the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into _the NO _X absorbent 15 Toko of _the NO _X absorbent 15 air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is absorbed NO _X when the lean, the oxygen concentration in the inflowing exhaust gas is performed to absorbing and releasing action of the NO _X that releases NO _X absorbed and decreases.
[0013]
If this NO _X absorbent 15 is disposed in the engine exhaust passage, this NO _X absorbent 15 actually performs the NO _X absorption / release action, but there are some unclear parts about the detailed mechanism of this absorption / release action. However, this absorption / release action is considered to be performed by the mechanism shown in FIG. Next, this mechanism will be described by taking as an example the case where platinum Pt and barium Ba are supported on the support, but the same mechanism can be obtained by using other noble metals, alkali metals, alkaline earths, and rare earths.
[0014]
That is, when the inflowing exhaust gas is lean, the oxygen concentration in the inflowing exhaust gas is high. Therefore, as shown in FIG. 2 (A), these oxygen O ₂ is platinum in the form of O ₂ ⁻ or O ₂ ^2−. It adheres to the surface of Pt. On the other hand, at this time, NO in the inflowing exhaust gas reacts with O ₂ ⁻ or O ₂ ²⁻ on the surface of platinum Pt to become NO ₂ (2NO + O ₂ → 2NO ₂ ). Next, a part of the generated NO ₂ is oxidized on platinum Pt while being absorbed in the absorbent and combined with barium oxide BaO in the form of nitrate ions NO ₃ ⁻ as shown in FIG. 2 (A). Diffuses in the absorbent. In this way, NO _X is absorbed into the NO _X absorbent 15. The oxygen concentration in the inflowing exhaust gas is NO ₂ is produced on the surface of as high as platinum Pt, as long as NO ₂ to NO _X absorbing capacity of the absorbent is not saturated is absorbed in the absorbent and nitrate ions NO ₃ ^- are produced The
[0015]
On the other hand, when the oxygen concentration in the inflowing exhaust gas decreases and the amount of NO ₂ produced decreases, the reaction proceeds in the reverse direction (NO ₃ ⁻ → NO ₂ ), and thus the nitrate ions NO ₃ ⁻ in the absorbent It is released from the absorbent in the form of NO _2. That is, when the oxygen concentration in the inflowing exhaust gas is lowered _the NO _X absorbent 15 from the NO _X is to be released.
On the other hand, when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is rich at this time and the inflowing exhaust gas contains a large amount of unburned HC and CO, these unburned HC and CO are oxygen O ₂ ⁻ or O ₂ ² on platinum Pt. ^- reaction to be oxidized with. Further, when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas becomes rich, the oxygen concentration in the inflowing exhaust gas extremely decreases, so that NO ₂ is released from the absorbent, and this NO ₂ is as shown in FIG. 2 (B). It reacts with unburned HC and CO and is reduced. When NO ₂ no longer exists on the surface of platinum Pt in this way, NO ₂ is released from the absorbent to the next. Therefore NO _X from _the NO _X absorbent 15 in a short time when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is made rich, that is released.
[0016]
That is, when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is made rich, first, unburned HC and CO are immediately reacted with O ₂ ⁻ or O ₂ ²⁻ on platinum Pt and oxidized, and then O ₂ ⁻ on platinum Pt. or O ₂ ^2-still unburned HC be consumed, any remaining CO is the unburned HC, NO _X discharged from the NO _X and engine released from the absorbent by CO is made to reduction. Therefore NO _X that is absorbed in the NO _X absorbent 15 in a short period of time if the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is made rich is released, yet NO to the atmosphere for the released NO _X is reduced _X can be prevented from being discharged.
[0017]
Figure 3 shows the absorption rate R of the NO _X absorbed in the NO _X absorbent 15 when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lean. The horizontal axis T indicates the temperature of the catalyst supported on the NO _X absorbent 15. As can be seen from FIG. 3, when the catalyst temperature of the NO _X absorbent 15 becomes lower than about 200 ° C. indicated by T ₁ , the NO _X oxidation rate (2NO + O ₂ → 2NO ₂ ) is weakened, so the NO _X absorption rate R decreases. To do. On the other hand, _the NO _X absorbent 15 temperature T is higher than about 350 ° C. represented by _{T 2} of the the NO _X absorbed in the absorbent 15 is in which NO _X is decomposed NO _X is _the NO _X absorbent 15 spontaneously emitted from NO _X absorbing ratio R to be decreases. Therefore NO _X will be the temperature T of the NO _X absorbent 15 is absorbed well in the NO _X absorbent 15 when in a certain temperature range _{_{(T 1 <T <T 2}} ) within. In the diesel engine as shown in FIG. 1, the catalyst temperature T of the NO _X absorbent 15 is usually within this constant temperature range (T ₁ <T <T ₂ ).
[0018]
In the diesel engine shown in FIG. 1, the air-fuel mixture in the combustion chamber 3 is usually burned under excess air, that is, the average air-fuel ratio is lean. Therefore, NO _X exhausted from the engine at this time is It is absorbed by the NO _X absorbent 15. On the other hand, the average air-fuel ratio when the continued combustion in the lean state NO _X is gradually accumulated in _the NO _X absorbent 15, therefore _the NO _X absorbent 15 NO _X from _the NO _X absorbent 15 before the absorbing capacity is saturated Need to be released.
[0019]
Therefore, in the embodiment according to the present invention, in order to release NO _X from the NO _X absorbent 15, the reducing agent, that is, hydrocarbons, is supplied from the reducing agent supply valve 17 periodically, for example, at regular intervals. The supply amount of the reducing agent at this time is controlled to be an air-fuel ratio, for example, 12.0 degree of the rich air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas flowing into the NO _X absorbent 15. In the embodiment according to the present invention, the supply amount of the reducing agent is controlled by changing the opening time of the reducing agent supply valve 17. The opening time TR of the reducing agent supply valve 17 necessary for setting the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas to about 12.0 is a map shown in FIG. 4 as a function of the depression amount L of the accelerator pedal 24 and the engine speed N. Are stored in the ROM 32 in advance.
[0020]
When a reducing agent, that is, a hydrocarbon, is supplied to release NO _X from the NO _X absorbent 15, a part thereof is oxidized by oxygen in the exhaust gas, and the remaining hydrocarbon is put on the carrier of the NO _X absorbent 15. Oxidized on a supported catalyst, ie platinum Pt. At this time, the temperature of the catalyst rapidly rises due to the heat of oxidation reaction. However the temperature of the exhaust gas discharged from the temperature and _the NO _X absorbent 15 of the carrier at this time _the NO _X absorbent 15 is not increased immediately.
[0021]
Then the air-fuel ratio of the exhaust gas supply of the reducing agent from flowing into the stops _the NO _X absorbent 15 becomes lean again, absorption of the NO _X by _the NO _X absorbent 15 is started. However in _the NO _X absorbent 15 when the temperature T of the catalyst by oxidation reaction heat when the supply of the reducing agent is supplied with the reducing agent exceeds the T ₂ of the 3 were allowed to stop NO _X absorbing ratio R (FIG. 3 ) Becomes low, and thus NO _X is not sufficiently absorbed by the NO _X absorbent 15, so that a large amount of NO _X is released into the atmosphere. Therefore, as in the present invention to provide a cooling air from immediately air supply valve 20 after stop of the supply of the reducing agent when the temperature of the catalyst is expected exceeds the T ₂ of the 3 by oxidation reaction heat when the supply of the reducing agent I have to.
[0022]
That is, in the embodiment according to the present invention, as described above, as shown in FIG. 5, the reducing agent supply valve 17 is periodically opened, and thereafter, immediately after the reducing agent supply valve 17 is closed, the air control valve 20 is turned on. The valve is opened and cooling air is supplied into the exhaust pipe 14. FIG. 5 also shows the change in the air-fuel ratio A / F of the inflowing exhaust gas flowing into the NO _X absorbent 15 at the same time.
[0023]
By the way, as described at the beginning, it is difficult to detect the temperature of the catalyst supported on the carrier of the NO _X absorbent 15, and therefore the temperature change of the catalyst must be estimated. Next, a method for estimating the temperature of the catalyst will be described.
The temperature T of the catalyst of the NO _X absorbent 15 during normal operation is changed in substantially follows the temperature of the exhaust gas flowing out of the temperature or _the NO _X absorbent 15 of the carrier, thus the temperature of the carrier temperature T of the catalyst at this time Alternatively, it can be represented by the temperature of the exhaust gas flowing out from the NO _X absorbent 15. In the embodiment shown in FIG. 1, the temperature TO of the carrier of the NO _X absorbent 15 is detected by the temperature sensor 22, and therefore the temperature TO detected by the temperature sensor 22 during normal operation is representative of the temperature T of the catalyst. Can be used as a value.
[0024]
On the other hand, during normal operation, the catalyst temperature T is roughly determined when the engine load and the engine speed are determined. Accordingly, the relationship between the catalyst temperature TO, the amount of depression of the accelerator pedal 24, and the engine speed during steady operation is obtained in advance by experiments, and this catalyst temperature TO is determined as a function of the amount of depression L of the accelerator pedal 24 and the engine speed N. It is also possible to store in advance in the ROM 32 in the form of a map as shown in FIG. 6A, and obtain the catalyst temperature TO from this stored value.
[0025]
Next, a method for estimating the temperature T of the catalyst when the reducing agent is supplied will be described. When the reducing agent is supplied, the amount of increase ΔT in the catalyst temperature increases as the reducing agent supply amount increases, and in the embodiment shown in FIG. 1, the reducing agent supply time TR increases. That is, as shown in FIG. 6B, the catalyst temperature increase amount ΔT can be predicted from the reducing agent supply time TR, and therefore the catalyst temperature T after the reducing agent supply stop can be predicted to be TO + ΔT. Become.
[0026]
Next will be described cooling air quantity required to lower the catalyst temperature T up between T ₁ and T ₂ in FIG. 3 when the catalyst temperature T is predicted to exceed T ₂ of the FIG. The amount of cooling air is increased as the predicted temperature rise of the catalyst temperature T is higher. In the embodiment shown in FIG. 1, the amount of cooling air is controlled by changing the valve opening time of the air supply valve 20. Therefore, in this embodiment, as shown in FIG. 6C, the catalyst temperature T (= The air supply time TA is increased as TO + ΔT) increases.
[0027]
Next, a routine for performing NO _X release and air supply control will be described with reference to FIG.
Referring to FIG. 7, first, at step 50, it is judged if a NO _X release execution start command has been issued. This execution start command is issued at regular intervals. When an execution start command is issued, the routine proceeds to step 51 where the reducing agent supply time TR is calculated from the map shown in FIG. 4, and then at step 52, the supply pump 18 is driven and the reducing agent supply valve 17 is opened to reduce the amount. Agent supply processing is performed. Next, at step 53, it is determined whether or not the reducing agent supply operation is completed. When the reducing agent supply operation is completed, the routine proceeds to step 54.
[0028]
In step 54, the catalyst temperature T when it rises by adding TO to ΔT calculated based on FIG. 6B is calculated. In this case, as the TO, a temperature detected by the temperature sensor 22 or a temperature calculated from the map of FIG. 6A is used. Then the catalyst temperature T when the increase in step 55 whether or not lower than T ₂ of the FIG. 3 is discriminated. When T ≦ T _2, the processing cycle is ended, thus the cooling air is not supplied at this time. This air supply time TA from the relationship shown in FIG. 5 (C) proceeds to step 56 when the T> T ₂ is calculated for. Next, at step 57, air supply processing is performed to drive the air pump 21 and open the air supply valve 20.
[0029]
【The invention's effect】
It can be satisfactorily absorbed NO _X at all times by _the NO _X absorbent.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall view of a diesel engine.
FIG. 2 is a view for explaining the NO _X absorption / release action;
FIG. 3 is a graph showing NO _X absorption rate R.
FIG. 4 is a diagram showing a map of a reducing agent supply time TR.
FIG. 5 is a time chart showing opening / closing timings of a reducing agent supply valve and an air supply valve.
FIG. 6 is a diagram showing an air supply time TA and the like.
FIG. 7 is a flowchart for performing NO _X release and air supply control.
[Explanation of symbols]
4 ... fuel injection valves 14 ... exhaust pipe 15 ... NO _X absorbent 17 ... reducing agent feed valve 20 ... air supply valve

Claims

Air-fuel ratio of the exhaust gas flowing absorbs NO _x when the lean, the with the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is arranged to _the NO _x absorbent for _the NO _x releasing absorbed and becomes rich in the engine exhaust passage NO _A reducing agent supply valve is disposed in the engine exhaust passage upstream of the _x absorbent, and when NO _x is to be released from the NO _x absorbent , the reducing agent is supplied from the reducing agent supply valve into the engine exhaust passage to thereby release the NO _x absorbent. In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine in which the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the engine is made rich, the temperature of the catalyst detected by the temperature sensor or the temperature of the catalyst during steady operation determined from the engine load or the engine speed prediction means for predicting the catalyst temperature on the carrier after stopping the reducing agent supply by adding the catalyst temperature rise amount corresponding to the reducing agent supply amount when the reducing agent supply, predicted reducing agent supplied by said prediction means Exhaust purifying apparatus for an internal combustion engine equipped with a air supply means for supplying cooling air to _the NO _x absorbent when the catalyst temperature on the carrier after stopping exceeds a predetermined set value.

When the catalyst temperature on the carrier after the supply of the reducing agent predicted by the prediction means exceeds a predetermined set value, the NO immediately after the supply of the reducing agent is stopped. _ｘx The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein cooling air is supplied to the absorbent.