JP3846355B2 - Exhaust gas purification device for internal combustion engine - Google Patents
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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流入する排気ガス中のNOXを蓄え、流入する排気ガスの空燃比が低下したときに排気ガス中に還元剤が含まれていると蓄えているNOXを還元して蓄えているNOXの量が減少するNOX触媒を、機関排気通路から分岐して環状に延びた後に機関排気通路に戻る環状分岐通路内に配置し、排気ガスを環状分岐通路の一端に導きながらこのとき環状分岐通路の他端から環状分岐通路の一端よりも下流の機関排気通路内に排気ガスが流出するようにするか、又は排気ガスを環状分岐通路の他端に導きながらこのとき環状分岐通路の一端から環状分岐通路の他端よりも下流の機関排気通路内に排気ガスが流出するようにするかを切り替えるための切替弁を具備した内燃機関の排気浄化装置が公知である(特開2001−27114号公報参照)。なお、本明細書では排気通路の或る位置よりも上流の排気通路、燃焼室、及び吸気通路内に供給された空気と炭化水素HC及び一酸化炭素COとの比をその位置における排気ガスの空燃比と称している。
【0003】
ところで、NOX触媒が蓄えうるNOXの量には限界があり、従ってNOX触媒内に蓄えられたNOXの量が許容量を越えたときにはNOX触媒内に流入する排気ガスの空燃比を低下させかつNOX触媒に還元剤を供給し、それによりNOX触媒内に蓄えられているNOXの量を減少させる必要がある。そこで上述した公報では、内燃機関で燃焼せしめられる混合気の空燃比を一時的に理論空燃比又はリッチ空燃比に切り替えるようにしている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
NOX触媒内に流入する排気ガスの空燃比を低下させかつNOX触媒に還元剤を供給する方法には様々な方法が知られており、例えば切替弁とNOX触媒間の環状分岐通路内にNOX触媒に還元剤を供給するための還元剤供給弁を配置することも可能である。
【0005】
しかしながら、このようにすると還元剤供給弁をNOX触媒から十分に離間することができない場合がある。この場合には還元剤供給弁から供給された還元剤と排気ガスとが十分に混合することができず、その結果NOX触媒全体に還元剤を供給することができず、従ってNOX触媒全体をNOX浄化のために有効に利用することができないという問題点がある。
【0006】
そこで本発明の目的は、NOX触媒全体をNOX浄化のために有効に利用することができる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために1番目の発明によれば、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに流入する排気ガス中のNOXを蓄え、流入する排気ガスの空燃比が低下したときに排気ガス中に還元剤が含まれていると蓄えているNOXを還元して蓄えているNOXの量が減少するNOX触媒を、機関排気通路から分岐して環状に延びた後に機関排気通路に戻る環状分岐通路内に配置し、排気ガスを環状分岐通路の一端に導きながらこのとき環状分岐通路の他端から環状分岐通路の一端よりも下流の機関排気通路内に排気ガスが流出する順流位置と、排気ガスを環状分岐通路の他端に導きながらこのとき環状分岐通路の一端から環状分岐通路の他端よりも下流の機関排気通路内に排気ガスが流出する逆流位置との間を切り替え可能な切替弁を具備し、NOX触媒に還元剤を供給するための還元剤供給弁を切替弁とNO X 触媒間の環状分岐通路内に配置した内燃機関の排気浄化装置において、複数の還元剤供給弁を具備し、これら還元剤供給弁をNOX触媒の一端面に対面配置し、切替弁が順流位置から逆流位置に又はその逆に切り替えられると環状分岐通路内を流通する排気ガスの量が一時的に減少しその分だけ環状分岐通路を迂回する排気ガスの量が増大するようになっており、切替弁が順流位置から逆流位置に又はその逆に切り替えられそれによりNO X 触媒部分内を流通する排気ガスの量が減少されたときに還元剤供給弁からそれぞれ対面するNO X 触媒部分に還元剤を供給すると共に、NO X 触媒部分内を流通する排気ガスの量がそれぞれわずかな量になったときにこれらNO X 触媒部分に還元剤がそれぞれ供給されるように、還元剤供給弁毎に還元剤供給時期を設定している。
【0008】
また、2番目の発明によれば1番目の発明において、還元剤供給弁により形成される還元剤の噴霧によってNOX触媒の一端面のほぼ全体が覆われるように還元剤供給弁をそれぞれ位置決めしている。
【0011】
また、3番目の発明によれば1番目の発明において、NOX触媒が環状分岐通路内に互いに並列配置された複数のNOX触媒から構成されており、複数の還元剤供給弁をそれぞれ対応するNOX触媒の一端面に対面配置している。
【0014】
また、4番目の発明によれば1番目の発明において、NOX触媒が排気ガス中に含まれる微粒子を捕集するためのパティキュレートフィルタ上に担持されている。
また、5番目の発明によれば4番目の発明において、パティキュレートフィルタ上に堆積した微粒子の量が許容量を越えたときに切替弁が順流位置から逆流位置にまたはその逆に切り替えられる。
【0015】
【発明の実施の形態】
図1は本発明を圧縮着火式内燃機関に適用した場合を示している。なお、本発明は火花点火式内燃機関にも適用することもできる。
【0016】
図1を参照すると、1は機関本体、2はシリンダブロック、3はシリンダヘッド、4はピストン、5は燃焼室、6は電気制御式燃料噴射弁、7は吸気弁、8は吸気ポート、9は排気弁、10は排気ポートを夫々示す。吸気ポート8は対応する吸気枝管11を介してサージタンク12に連結され、サージタンク12は吸気ダクト13を介して排気ターボチャージャ14のコンプレッサ15に連結される。吸気ダクト13内にはステップモータ16により駆動されるスロットル弁17が配置され、更に吸気ダクト13周りには吸気ダクト13内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置18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18内に導かれ、機関冷却水によって吸入空気が冷却される。
【0017】
一方、排気ポート10は排気マニホルド19及び排気管20を介して排気ターボチャージャ14の排気タービン21に連結され、排気タービン21の出口は排気管20aを介して触媒コンバータ22に接続される。
【0018】
図1と共に図2を参照すると、触媒コンバータ22はステップモータ60により駆動される切替弁61を具備し、この切替弁61の流入ポート62に排気管20aの出口が接続される。また、流入ポート62に対向する切替弁61の流出ポート63には触媒コンバータ22の排気ガス排出管64が接続される。切替弁61は更に、流入ポート62及び流出ポート63を結ぶ直線の両側において互いに対向する一対の流入流出ポート65,66を有しており、これら流入流出ポート65,66には触媒コンバータ22の環状排気管67の両端がそれぞれ接続される。なお、排気ガス排出管64の出口には排気管23が接続される。
【0019】
環状排気管67は排気ガス排出管64を貫通して延びており、環状排気管67の排気ガス排出管64内に位置する部分にはフィルタ収容室68が形成される。このフィルタ収容室68内には排気ガス中の微粒子を捕集するためのパティキュレートフィルタ69が収容される。なお、図2において69f及び69rはパティキュレートフィルタ69の一端面及び他端面をそれぞれ示している。
【0020】
パティキュレートフィルタ69の一端面を含む触媒コンバータ22の部分縦断面図を示す図2(A)、及び触媒コンバータ22の部分横断面図を示す図2(B)に示されるようにパティキュレートフィルタ69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ガス通路70,71を具備する。これら排気ガス通路は一端が開放されかつ他端が通気性のないシール材72により閉塞されている排気ガス通路70と、他端が開放されかつ一端が通気性のないシール材73により閉塞されている排気ガス通路71とにより構成される。なお、図2(A)においてハッチングを付した部分はシール材73を示している。これら排気ガス通路70,71は例えばコージェライトのような多孔質材から形成される薄肉の隔壁74を介して交互に配置される。云い換えると排気ガス通路70,71は各排気ガス通路70が4つの排気ガス通路71によって包囲され、各排気ガス通路71が4つの排気ガス通路70によって包囲されるように配置される。
【0021】
パティキュレートフィルタ69上には後述するようにNOX触媒が担持されている。一方、切替弁61の流出ポート63と環状排気管67が貫通している部分との間の排気ガス排出管64内には触媒収容室75が形成されており、この触媒収容室75内には追加の触媒、例えば追加のNOX触媒76が収容される。
【0022】
また、切替弁61の流入流出ポート65とパティキュレートフィルタ69との間の環状排気管67にはパティキュレートフィルタ69に還元剤を間欠的に供給するための電気制御式還元剤供給弁77a,77bが取り付けられる。ここで、パティキュレートフィルタ69が環状排気管67内に互いに並列配置されたフィルタ部分FPA及びフィルタ部分FPBから構成されていると考えると、フィルタ部分FPAに対し還元剤供給弁77aが設けられ、フィルタ部分FPBに対し還元剤供給弁77bが設けられる。これら還元剤供給弁77a,77bはパティキュレートフィルタ69の一端面69fにそれぞれ対面配置される。なお、還元剤供給弁77a,77bには電気制御式の還元剤ポンプ78から還元剤がそれぞれ供給される。還元剤には液体又は気体の炭化水素のほか水素や尿素などを用いることができるが、本発明による実施例では還元剤として燃料即ち軽油が用いられている。
【0023】
更に図1を参照すると、排気マニホルド19とサージタンク12とは排気ガス再循環(以下、EGRと称す)通路24を介して互いに連結され、EGR通路24内には電気制御式EGR制御弁25が配置される。また、EGR通路24周りにはEGR通路24内を流れるEGRガスを冷却するための冷却装置26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26内に導かれ、機関冷却水によってEGRガスが冷却される。
【0024】
一方、各燃料噴射弁6は燃料供給管6aを介して燃料リザーバ、いわゆるコモンレール27に連結される。このコモンレール27内へは電気制御式の吐出量可変な燃料ポンプ28から燃料が供給され、コモンレール27内に供給された燃料は各燃料供給管6aを介して燃料噴射弁6に供給される。コモンレール27にはコモンレール27内の燃料圧を検出するための燃料圧センサ29が取付けられ、燃料圧センサ29の出力信号に基づいてコモンレール27内の燃料圧が目標燃料圧となるように燃料ポンプ28の吐出量が制御される。
【0025】
電子制御ユニット40はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス41によって互いに接続されたROM(リードオンリメモリ)42、RAM(ランダムアクセスメモリ)43、CPU(マイクロプロセッサ)44、入力ポート45及び出力ポート46を具備する。燃料圧センサ29の出力信号は対応するAD変換器47を介して入力ポート45に入力される。また、パティキュレートフィルタ69のフィルタ部分FPA及びフィルタ部分FPBにはこれらフィルタ部分FPA及びフィルタ部分FPBの温度に比例した出力電圧をそれぞれ発生する温度センサ48a,48bが取り付けられ、これら温度センサ48a,48bの出力電圧は対応するAD変換器47を介して入力ポート45にそれぞれ入力される。更に、アクセルペダル50にはアクセルペダル50の踏み込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ51が接続され、負荷センサ51の出力電圧は対応するAD変換器47を介して入力ポート45に入力される。更に入力ポート45にはクランクシャフトが例えば30°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ52が接続される。
【0026】
一方、出力ポート46は対応する駆動回路48を介して燃料噴射弁6、スロットル弁駆動用ステップモータ16、EGR制御弁25、燃料ポンプ28、切替弁駆動用ステップモータ60、還元剤供給弁77a,77b、及び還元剤ポンプ78にそれぞれ接続される。
【0027】
切替弁61は通常、図3(B)において実線で示される位置と破線で示される位置とのうちいずれか一方に位置せしめられる。切替弁61が図3(B)において実線で示される位置に位置せしめられると、流入ポート62が切替弁61によって流出ポート63及び流入流出ポート66との連通が遮断されながら流入流出ポート65に連通され、流出ポート63が切替弁61によって流入流出ポート66に連通される。その結果、図3(B)において実線の矢印で示されるように内燃機関から排出された全ての排気ガスが流入ポート62及び流入流出ポート65を順次介して環状排気管67内に流入し、次いで一端面69fを介しパティキュレートフィルタ69内に流入し、他端面69rを介しパティキュレートフィルタ69から流出した後に流入流出ポート66及び流出ポート63を順次介して排気ガス排気出管64内に流出する。
【0028】
これに対し、切替弁61が図3(B)において破線で示される位置に位置せしめられると、流入ポート62が切替弁61によって流出ポート63及び流入流出ポート65との連通が遮断されながら流入流出ポート66に連通され、流出ポート63が切替弁61によって流入流出ポート65に連通される。その結果、図3(B)において破線の矢印で示されるように内燃機関から排出された全ての排気ガスが流入ポート62及び流入流出ポート66を順次介して環状排気管67内に流入し、次いで他端面69rを介しパティキュレートフィルタ69内に流入し、一端面69fを介しパティキュレートフィルタ69から流出した後に流入流出ポート65及び流出ポート63を順次介して排気ガス排出管64内に流出する。
【0029】
このように切替弁61の位置を切り替えることによって環状排気管67内における排気ガスの流れが反転する。以下では、図3(B)において実線で示される排気ガスの流れを順流と称し、破線で示される排気ガスの流れを逆流と称することにする。また、図3(B)において実線で示される切替弁61の位置を順流位置と称し、破線で示される切替弁61の位置を逆流位置と称する。
【0030】
流出ポート66を介し排気ガス排出管64内に流出した排気ガスは図3(A)及び(B)に示されるように、次いで追加の触媒76を通過し、環状排気管67の外周面に沿いつつ進行した後に排気管23内に流出する。
【0031】
パティキュレートフィルタ69における排気ガスの流れを説明すると、順流時には排気ガスは一端面69fを介しパティキュレートフィルタ69内に流入し、他端面69rを介しパティキュレートフィルタ69から流出する。このとき、排気ガスは一端面69f内に開口している排気ガス通路70内に流入し、次いで周囲の隔壁74内を通って隣接する排気ガス流出通路71内に流出する。一方、逆流時には排気ガスは他端面69rを介しパティキュレートフィルタ69内に流入し、一端面69fを介しパティキュレートフィルタ69から流出する。このとき、排気ガスは他端面69r内に開口している排気ガス通路71内に流入し、次いで周囲の隔壁74内を通って隣接する排気ガス流出通路70内に流出する。
【0032】
パティキュレートフィルタ69の隔壁74の両側面及び細孔内壁面上には図4に示されるようにNOX触媒80がそれぞれ担持されている。この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、パラジウムPd、ロジウムRh、イリジウムIrのような貴金属とが担持されている。追加のNOX触媒76も同様に構成される。
【0033】
NOX触媒は流入する排気ガスの平均空燃比がリーンのときにはNOXを蓄え、流入する排気ガスの空燃比が低下したときに排気ガス中に還元剤が含まれていると蓄えているNOXを還元して蓄えているNOXの量を減少させる蓄積還元作用を行う。
【0034】
NOX触媒の蓄積還元作用の詳細なメカニズムについては完全には明らかにされていない。しかしながら、現在考えられているメカニズムを、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簡単に説明すると次のようになる。
【0035】
即ち、NOX触媒に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもかなりリーンになると流入する排気ガス中の酸素濃度が大巾に増大し、酸素O2がO2 −又はO2−の形で白金Ptの表面に付着する。一方、流入する排気ガス中のNOは白金Ptの表面上でO2 −又はO2−と反応し、NO2となる(2NO+O2→2NO2)。次いで生成されたNO2の一部は白金Pt上でさらに酸化されつつNOX触媒内に吸収されて酸化バリウムBaOと結合しながら、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触媒内に蓄えられる。
【0036】
これに対し、NOX触媒に流入する排気ガスの空燃比がリッチ又は理論空燃比になると、排気ガス中の酸素濃度が低下してNO2の生成量が低下し、反応が逆方向(NO3 −→NO2)に進み、斯くしてNOX触媒内の硝酸イオンNO3 −がNO2の形でNOX触媒から放出される。この放出されたNOXは排気ガス中に還元剤即ちHC,COが含まれているとこれら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NO2が存在しなくなるとNOX触媒から次から次へとNO2が放出されて還元され、NOX触媒内に蓄えられているNOXの量が次第に減少する。
【0037】
なお、硝酸塩を形成することなくNOXを蓄え、NOXを放出することなくNOXを還元することも可能である。
【0038】
上述したように順流時であろうと逆流時であろうと排気ガスはパティキュレートフィルタ69を通過し、このとき排気ガス中に含まれる主に炭素の固体からなる微粒子はパティキュレートフィルタ69上に捕集される。即ち、概略的に説明すると、順流時には排気ガス通路70側の隔壁74の側面上及び細孔内に微粒子が捕集され、逆流時には排気ガス通路71側の隔壁74の側面上及び細孔内に微粒子が捕集される。図1に示される内燃機関はリーン空燃比のもとでの燃焼が継続して行われており、また、NOX触媒は酸化作用を有しているので、パティキュレートフィルタ69の温度が微粒子を酸化しうる温度、例えば250℃以上に維持されていれば、パティキュレートフィルタ69上で微粒子が酸化せしめられ除去される。
【0039】
ところが、パティキュレートフィルタ69の温度が微粒子を酸化しうる温度に維持されなくなるか又は単位時間当たりにパティキュレートフィルタ69内に流入する微粒子の量がかなり多くなるとパティキュレートフィルタ69上に堆積する微粒子の量が次第に増大し、パティキュレートフィルタ69の圧損が増大する。
【0040】
そこで本発明による実施例では、例えばパティキュレートフィルタ69上の堆積微粒子量が許容最大量を越えたときには切替弁61を順流位置から逆流位置に又はその逆に切り替えると共に、パティキュレートフィルタ69に流入する排気ガスの空燃比をリーンに維持しつつパティキュレートフィルタ69の温度を600℃以上まで上昇し次いで600℃以上に維持する昇温制御が行われる。この昇温制御が行われるとパティキュレートフィルタ69上に堆積した微粒子が着火燃焼せしめられ除去される。この場合、排気ガスの流れが反転されているので、微粒子が燃焼することにより形成される灰がパティキュレートフィルタ69から容易に除去される。
【0041】
なお、パティキュレートフィルタ69の温度を上昇させる方法には種々の方法がある。例えばパティキュレートフィルタ69の端面に電気ヒータを配置して電気ヒータによりパティキュレートフィルタ69又はパティキュレートフィルタ69に流入する排気ガスを加熱する方法や、パティキュレートフィルタ69上流の排気通路内に燃料を供給してこの燃料を燃焼させることによりパティキュレートフィルタ69を加熱する方法や、内燃機関から排出される排気ガスの温度を上昇させてパティキュレートフィルタ69の温度を上昇させる方法がある。
【0042】
一方、上述したようにパティキュレートフィルタ69内に流入する排気ガスの空燃比はリーンに維持されているので、排気ガス中のNOXはNOX触媒内に蓄えられ、NOX触媒内の蓄積NOX量は次第に増大する。
【0043】
本発明による実施例では、例えばNOX触媒内の蓄積NOX量が許容量を越えたときにはNOX触媒内に蓄えられているNOXを還元しNOX触媒内の蓄積NOX量を減少させるために還元剤供給弁77a,77bからNOX触媒に還元剤を一時的に供給するようにしている。この場合、NOX触媒内に流入する排気ガスの空燃比が一時的にリッチに切り替えられる。
【0044】
還元剤供給弁77a,77bから還元剤を供給すべきときには切替弁61が図5において実線で示される弱順流位置に一時的に保持される。切替弁61がこの弱順流位置に保持されると、図5に矢印で示されるように内燃機関から排出された排気ガスの大部分が流入ポート62から流出ポート63を介し直接的に排気ガス排出管64内に流出し、残りのわずかな一定量の排気ガスが流入流出ポート65を介し環状排気管67内に流入し、次いでパティキュレートフィルタ69内を通過する。即ち、切替弁61を弱順流位置に保持すると、切替弁61が順流位置又は逆流位置に保持された場合に比べてパティキュレートフィルタ69内に流入する排気ガスの量が低減される。このため、NOX触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチにするために必要な還元剤の量を低減することができる。
【0045】
なお、切替弁61が図5において破線で示されるバイパス位置に保持されると内燃機関から排出されたほぼ全ての排気ガスが流入ポート62から流出ポート63を介し直接的に排気ガス排出管64内に流出し、即ちパティキュレートフィルタ69を迂回する。上述した弱順流位置はこのバイパス位置から順流位置に向けてわずかに移動した位置であるということになる。
【0046】
還元剤供給弁77a,77bは上述したようにパティキュレートフィルタ69の一端面69fに対面配置されており、従って還元剤供給弁77a,77bから還元剤が供給されると図5に示されるようにパティキュレートフィルタ69の一端面69fに向かう還元剤の噴霧Ra,Rbが形成される。この還元剤は一端面69fを介しパティキュレートフィルタ69内に流入し、順流の排気ガスによってNOX触媒全体に拡散せしめられる。この場合、概略的に云うと、還元剤供給弁77aからフィルタ部分FPAに還元剤が供給され、還元剤供給弁77bからフィルタ部分FPBに還元剤が供給されるということになる。
【0047】
還元剤供給弁77a,77bから供給された還元剤はその貫徹力でもってパティキュレートフィルタ69に到り、パティキュレートフィルタ69に流入する前に排気ガスと必ずしも十分に混合されない。しかしながら本発明による実施例では、図5に示されるように還元剤の噴霧Ra,Rbによってパティキュレートフィルタ69の一端面69f全体が覆われるように還元剤供給弁77a,77bが位置決めされており、従って還元剤をNOX触媒全体に供給することが可能になる。
【0048】
NOX触媒に還元剤を供給すべきときには図6に示されるように、各還元剤供給弁77a,77bから還元剤供給作用1回当たりQRの量の還元剤が時間間隔INTでもって間欠的に供給される。
【0049】
ここで、フィルタ部分温度TFA,TFBが高くなるにつれてNOX触媒上での還元剤の反応速度が高くなる。このため、還元剤が酸素と速やかに反応するようになり、即ちNOXの還元作用に用いられる還元剤の量が少なくなる。そこで本発明による実施例では、図7(A)において曲線Aで示されるようにフィルタ部分温度TFAが高くなるにつれて還元剤供給弁77aの還元剤供給量QRが増大するようにし、図7(A)において曲線Bで示されるようにフィルタ部分温度TFBが高くなるにつれて還元剤供給弁77bの還元剤供給量QRが増大するようにしている。また、図7(B)において曲線Aで示されるようにフィルタ部分温度TFAが高くなるにつれて還元剤供給弁77aの時間間隔INTが減少するようにし、図7(B)において曲線Bで示されるようにフィルタ部分温度TFBが高くなるにつれて還元剤供給弁77bの時間間隔INTが減少するようにしている。
【0050】
一方、フィルタ部分FPBを通る環状排気管67の軸線の曲率半径はフィルタ部分FPAを通る環状排気管67の軸線の曲率半径よりも大きくなっており、また、流入流出ポート65,66からパティキュレートフィルタ69の端面69f,69rに向かう環状排気管67の軸線はこれら端面69f,69rの直前でほぼ直角に向きを変えている。この場合、フィルタ部分FPBを通過する排気ガスの量ないし流速はフィルタ部分FPAを通過する排気ガスの量ないし流速よりも大きくなり、従ってフィルタ部分FPBにおける還元剤の滞留時間がフィルタ部分FPAにおける還元剤の滞留時間よりも短くなる。
【0051】
そこで本発明による実施例では図7(A)及び(B)に示されるように、還元剤供給弁77bにおける還元剤供給量QRが還元剤供給弁77aにおける還元剤供給量QRよりも大きくなるようにし、還元剤供給弁77bにおける時間間隔INTが還元剤供給弁77aにおける時間間隔INTよりも小さくなるようにしている。
【0052】
従って、一般的に言うと、還元剤供給弁77a,77bにおける還元剤供給量及び還元剤供給時期のような還元剤供給作用をそれぞれ対応するフィルタ部分FPA,FPBの温度、又はそれぞれ対応するフィルタ部分FPA,FPB内を流通する排気ガスの量に基づいてそれぞれ設定しているということになる。或いは、還元剤供給弁77a,77bの還元剤供給作用を互いに異ならせていると見ることもできる。このようにするとフィルタ部分FPA,FPBに供給される還元剤に過不足が生じない。
【0053】
次いで、例えばNOX触媒内の蓄積NOX量がほぼゼロになると還元剤供給弁77a,77bからの還元剤供給作用が停止される。
【0054】
図8は上述した還元剤供給制御を実行するためのルーチンを示している。このルーチンは予め定められた設定時間毎の割り込みによって実行される。
【0055】
図8を参照すると、まずステップ100では還元剤供給弁77a,77bからNOX触媒に還元剤を供給すべきか否かが判別される。還元剤供給弁77a,77bからNOX触媒に還元剤を供給すべきときには次いでステップ101に進み、切替弁61が図5に示される弱順流位置に切り替えられ保持される。続くステップ102では還元剤供給弁77a,77bにおける還元剤供給量QR及び供給時間間隔INTが図7のマップからそれぞれ算出される。続くステップ103ではこれらQR,INTに従って還元剤が供給される。続くステップ104では還元剤供給作用を停止すべきか否かが判別される。還元剤供給作用を継続すべきときには処理サイクルを終了し、還元剤供給作用を停止すべきときにはステップ105に進んで還元剤供給作用が停止される。続くステップ106では切替弁61が還元剤供給作用が開始される前の位置に戻される。
【0056】
これまで述べてきた実施例では、NOX触媒内の蓄積NOX量を低減するために還元剤供給弁77a,77bから還元剤を供給するときには切替弁61が弱順流位置に一時的に保持される。ところがこの場合、多量の排気ガスがパティキュレートフィルタ69を通過せず、従ってこの多量の排気ガス中に含まれる微粒子を捕集することができない。
【0057】
そこで本発明による別の実施例では、切替弁61が逆流位置から順流位置に切り替えられるときに還元剤供給弁77a,77bから還元剤を供給するようにしている。このようにすると、NOX触媒内の蓄積NOX量を低減するために切替弁61を弱順流位置に保持する必要がない。
【0058】
図9は切替弁61が逆流位置から順流位置に切り替えられるときの、パティキュレートフィルタ69のフィルタ部分FPA,FPB内をそれぞれ流通する排気ガスの流量を示しており、図9において曲線Aはフィルタ部分FPA内を通過する排気ガスの流量を、曲線Bはフィルタ部分FPB内を通過する排気ガスの流量をそれぞれ示している。
【0059】
図9において矢印Xは切替弁61を逆流位置から順流位置に切り替えるための信号が切替弁駆動用ステップモータ60に発せられた時間を表しており、この信号が発せられると切替弁61が逆流位置から順流位置に切り替えられる。その結果、図9に示されるように逆流方向の排気ガス流量が次第に減少し、一旦ゼロになった後に順流方向の排気ガス流量が次第に増大する。
【0060】
このように切替弁61が逆流位置から順流位置に切り替えられるときにはフィルタ部分FPA,FPB内を流通する排気ガスの流量が一時的に少なくなり、従ってこのとき還元剤を供給すればNOX触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチにするために必要な還元剤の量を低減することができる。また、わずかな量の排気ガスが順流方向に流れているときに還元剤を供給すれば還元剤供給弁77a,77bから供給された還元剤がこの排気ガスによってNOX触媒全体に拡散されることは上述した通りである。
【0061】
そこで本発明による別の実施例では、フィルタ部分FPA,FPB内を順流方向に流通する排気ガスの流量がわずかな一定量Q0になったときに還元剤供給弁77a,77bから還元剤を供給するようにしている。即ち、図9に示される例では、矢印YAで示される時間になると還元剤供給弁77aから還元剤が例えば1回だけ噴射され、矢印YBで示される時間になると還元剤供給弁77bから還元剤が例えば1回だけ噴射される。
【0062】
切替弁61を逆流位置から順流位置に切り替えるべき信号が発せられてからフィルタ部分FPA,FPB内を順流方向に流通する排気ガスの流量が上述のQ0になるまでに要する時間は内燃機関から単位時間当たりに排出される排気ガスの量が多くなるにつれて短くなり、この排気ガスの量はアクセルペダルの踏み込み量により表される機関負荷Lが高くなるにつれて多くなる。そこで本発明による別の実施例では、図10(B)において曲線Aで示されるように機関負荷Lが高くなるにつれて還元剤供給弁77aにおける待機時間SBTが短くなるようにし、図10(B)において曲線Bで示されるように機関負荷Lが高くなるにつれて還元剤供給弁77bにおける待機時間SBTが短くなるようにし、切替弁61を逆流位置から順流位置に切り替えるべき信号が発せられてから待機時間SBTだけ経過したときに還元剤供給弁77a,77bから還元剤を供給するようにしている。
【0063】
また、図9に示されるように、切替弁61を逆流位置から順流位置に切り替えるべき信号が発せられてからフィルタ部分FPA内を順流方向に流通する排気ガスの流量が上述のQ0になるまでに要する時間は、切替弁61を逆流位置から順流位置に切り替えるべき信号が発せられてからフィルタ部分FPB内を順流方向に流通する排気ガスの流量が上述のQ0になるまでに要する時間よりも長くなる。そこで本発明による別の実施例では図10(B)に示されるように、還元剤供給弁77aにおける待機時間SBTが還元剤供給弁77bにおける待機時間SBTよりも長くなるようにしている。
【0064】
一方、機関負荷Lが高くなるにつれてNOX触媒内における還元剤の滞留時間が短くなる。そこで本発明による別の実施例では、図10(A)において曲線Aで示されるように機関負荷Lが高くなるにつれて還元剤供給弁77aにおける還元剤供給量QRが増大するようにし、図10(A)において曲線Bで示されるように機関負荷Lが高くなるにつれて還元剤供給弁77bにおける還元剤供給量QRが増大するようにしている。
【0065】
更に、上述したように、フィルタ部分FPBにおける還元剤の滞留時間がフィルタ部分FPAにおける還元剤の滞留時間よりも短くなる。そこで、図10(A)に示されるように、還元剤供給弁77bにおける還元剤供給量QRを還元剤供給弁77aにおける還元剤供給量QRよりも大きくなるようにしている。
【0066】
図11は上述した別の実施例による還元剤供給制御を実行するためのルーチンを示している。このルーチンは予め定められた設定時間毎の割り込みによって実行される。
【0067】
図11を参照すると、まずステップ110では還元剤供給弁77a,77bからNOX触媒に還元剤を供給すべきか否かが判別される。還元剤供給弁77a,77bからNOX触媒に還元剤を供給すべきときには次いでステップ111に進み、切替弁61の位置を逆流位置から順流位置に切り替えるべきか否かが判別される。切替弁61の位置を逆流位置から順流位置に切り替えるべきでないときには処理サイクルを終了し、切替弁61の位置を逆流位置から順流位置に切り替えるべきときには次いでステップ112に進み、還元剤供給量QR及び待機時間SBTが図10のマップからそれぞれ算出される。続くステップ113ではこれらQR,SBTに従って還元剤が供給される。
【0068】
なお、切替弁61が順流位置から逆流位置に切り替えられるときに還元剤を供給するようにしてもよい。但し、この場合には還元剤供給弁77a,77bから供給された還元剤がNOX触媒に到る前に環状排気管67内に戻される恐れがある。
【0069】
図12は本発明による更に別の実施例を示している。図12に示される実施例では、パティキュレートフィルタ69が互いに並列配置された複数例えば三つのパティキュレートフィルタ69a,69b,69cから構成されている。即ち、環状排気管67内に互いに並列して配置された三つのフィルタ収容室68a,68b,68cが形成されており、それぞれ対応するフィルタ収容室68a,68b,68c内にパティキュレートフィルタ69a,69b,69cが収容されている。また、環状排気管67には三つの還元剤供給弁77a,77b,77cが取り付けられており、これら還元剤供給弁77a,77b,77cはそれぞれ対応するパティキュレートフィルタの一端面69af,69bf,69cfに対面配置される。
【0070】
ここで、還元剤供給弁77a,77b,77cからの還元剤の噴霧によってそれぞれ対応するパティキュレートフィルタの一端面69af,69bf,69cf全体が覆われるように還元剤供給弁77a,77b,77cが位置決めされている。従って、この場合にも還元剤をNOX触媒全体に供給することが可能になる。
【0071】
図12に示される実施例でも、還元剤供給弁77a,77b,77cにおける還元剤供給作用はそれぞれ対応するパティキュレートフィルタ69a,69b,69cの温度、又はそれぞれ対応するパティキュレートフィルタ69a,69b,69c内を流通する排気ガスの量に基づいてそれぞれ設定される。
【0072】
なお、図2に示される実施例ではパティキュレートフィルタ69の断面が楕円形状であるのに対し、図12に示される実施例ではパティキュレートフィルタ69a,69b,69cの断面が円形状になっている。その結果、各パティキュレートフィルタ69a,69b,69c内全体を排気ガスが一様に流れやすくなり、従って還元剤が一様に供給されやすくなる。また、個々のパティキュレートフィルタ69a,69b,69cの容量を小さくすることができ、従って触媒コンバータ22を搭載するのに必要な空間を小さくすることができる。更に、複数の触媒コンバータ22を直列に配置することもできる。このようにすると、順流時であろうと逆流時であろうとNOX触媒に還元剤を供給することができ、しかもNOX触媒全体に還元剤を容易に供給することが可能になる。
【0073】
これまで述べてきた実施例では、パティキュレートフィルタの一端面にのみ対面するように還元剤供給弁を配置している。しかしながら、パティキュレートフィルタ両端面に対面するように還元剤供給弁を配置することもできる。
【0074】
また、これまで述べてきた実施例では、NOX触媒内の蓄積NOX量を低減するために還元剤供給弁からNOX触媒に還元剤を供給する場合に本発明を適用している。しかしながら、NOX触媒内の蓄積SOX量を低減するために還元剤供給弁からNOX触媒に還元剤を供給する場合や、パティキュレートフィルタ69上の堆積微粒子を酸化除去すべく昇温制御を行うために還元剤供給弁からパティキュレートフィルタに還元剤を供給する場合にも本発明を適用することができる。
【0075】
ここで、NOX触媒内の蓄積SOX量を低減するために還元剤供給弁からNOX触媒に還元剤を供給する場合についてもう少し詳しく説明する。排気ガス中にはイオウ分がSOXの形で含まれており、NOX触媒内にはNOXばかりでなくSOXも蓄えられる。このSOXのNOX触媒内への蓄積メカニズムはNOXの蓄積メカニズムと同じであると考えられる。即ち、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簡単に説明すると、NOX触媒に流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには上述したように酸素O2がO2 −又はO2−の形で白金Ptの表面に付着しており、流入する排気ガス中のSO2は白金Ptの表面上でO2 −又はO2−と反応し、SO3となる。次いで生成されたSO3は白金Pt上でさらに酸化されつつNOX触媒内に吸収されて酸化バリウムBaOと結合しながら、硫酸イオンSO4 −の形でNOX触媒内に拡散する。この硫酸イオンSO4 −は次いでバリウムイオンBa+と結合して硫酸塩BaSO4を生成する。
【0076】
この硫酸塩BaSO4は分解しにくく、NOX触媒内に流入する排気ガスの空燃比をただ単にリッチにしてもNOX触媒内の硫酸塩BaSO4の量は減少しない。このため、時間が経過するにつれてNOX触媒内の硫酸塩BaSO4の量が増大し、その結果NOX触媒が蓄えうるNOXの量が減少することになる。
【0077】
しかしながら、NOX触媒の温度を550℃以上に維持しつつNOX触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチ又は理論空燃比にすると、NOX触媒内の硫酸塩BaSO4が分解してSO3の形でNOX触媒から放出される。この放出されたSO3は排気ガス中に還元剤即ちHC,COが含まれているとこれらHC,COと反応してSO2に還元せしめられる。このようにしてNOX触媒内に蓄えられているSOXの量が次第に減少し、このときNOX触媒からSOXがSO3の形で流出することがない。
【0078】
そこで、例えばNOX触媒内の蓄積SOX量が許容量を越えたときにはNOX触媒の温度を550℃まで上昇し次いで550℃以上に維持するために、かつNOX触媒内の蓄積SOX量を減少させるために還元剤供給弁77a,77bからNOX触媒に還元剤を一時的に供給することができる。この場合、NOX触媒内に流入する排気ガスの空燃比が一時的にリッチに切り替えられる。
【0079】
【発明の効果】
NOX触媒全体に還元剤を供給することができ、従ってNOX触媒全体をNOX浄化のために有効に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】内燃機関の全体図である。
【図2】触媒コンバータの構造を示す図である。
【図3】通常時の排気ガスの流れを説明するための図である。
【図4】パティキュレートフィルタの隔壁の部分拡大断面図である。
【図5】還元剤供給作用を説明するための図である。
【図6】還元剤供給作用を説明するための図である。
【図7】還元剤供給量及び時間間隔を示す線図である。
【図8】還元剤供給制御を実行するためのフローチャートである。
【図9】フィルタ部分における排気ガス流量を示す線図である。
【図10】還元剤供給量及び遅延時間を示す線図である。
【図11】還元剤供給制御を実行するためのフローチャートである。
【図12】本発明による更に別の実施例による触媒コンバータの構造を示す図である。
【符号の説明】
1…機関本体
20a…排気管
22…触媒コンバータ
61…切替弁
67…環状排気管
65,66…流入流出ポート
69…パティキュレートフィルタ
69f…パティキュレートフィルタの一端面
77a,77b…還元剤供給弁
80…NOX触媒
Ra,Rb…還元剤の噴霧[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust emission control device for an internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
NO in exhaust gas flowing in when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing in is leanXNO when storing the reducing agent in the exhaust gas when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing in decreasesXNO is stored and reducedXNO to reduce the amount ofXThe catalyst is arranged in an annular branch passage that branches off from the engine exhaust passage and extends annularly and then returns to the engine exhaust passage. At this time, the exhaust gas is guided to one end of the annular branch passage, and then the other end of the annular branch passage is annularly branched. The exhaust gas is allowed to flow into the engine exhaust passage downstream of one end of the passage, or the exhaust gas is led to the other end of the annular branch passage, and at this time, from one end of the annular branch passage to the other end of the annular branch passage. Also known is an exhaust purification device for an internal combustion engine provided with a switching valve for switching whether exhaust gas flows out into a downstream engine exhaust passage (see JP-A-2001-27114). In the present specification, the ratio of the air supplied to the exhaust passage upstream of a certain position of the exhaust passage, the combustion chamber, and the intake passage and the hydrocarbon HC and carbon monoxide CO is determined by the ratio of the exhaust gas at that position. This is called the air-fuel ratio.
[0003]
By the way, NOXNO that the catalyst can storeXAmount is limited, so NOXNO stored in the catalystXNO when the amount exceeds the allowable amountXReduce the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst and NOXSupply the reducing agent to the catalyst, thereby NOXNO stored in the catalystXThe amount of need to be reduced. Therefore, in the above publication, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture combusted by the internal combustion engine is temporarily switched to the stoichiometric air-fuel ratio or the rich air-fuel ratio.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
NOXReduce the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst and NOXVarious methods are known for supplying a reducing agent to a catalyst, such as a switching valve and NO.XNO in the annular branch passage between the catalystsXIt is also possible to arrange a reducing agent supply valve for supplying the reducing agent to the catalyst.
[0005]
However, when this is done, the reducing agent supply valve is set to NO.XIn some cases, the catalyst cannot be sufficiently separated. In this case, the reducing agent supplied from the reducing agent supply valve and the exhaust gas cannot be sufficiently mixed.XReducing agent cannot be supplied to the entire catalyst, so NOXNO over the entire catalystXThere is a problem that it cannot be used effectively for purification.
[0006]
Therefore, the object of the present invention is NO.XNO over the entire catalystXAn object of the present invention is to provide an exhaust gas purification device for an internal combustion engine that can be used effectively for purification.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problem, according to the first invention, the NO in the exhaust gas flowing in when the air-fuel ratio of the flowing exhaust gas is lean.XNO when storing the reducing agent in the exhaust gas when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing in decreasesXNO is stored and reducedXNO to reduce the amount ofXThe catalyst is arranged in an annular branch passage that branches off from the engine exhaust passage and extends annularly and then returns to the engine exhaust passage. At this time, the exhaust gas is guided to one end of the annular branch passage, and then the other end of the annular branch passage is annularly branched. The forward flow position where the exhaust gas flows into the engine exhaust passage downstream from one end of the passage, and the exhaust gas is guided to the other end of the annular branch passage while downstream from the other end of the annular branch passage. A switching valve capable of switching between a reverse flow position where exhaust gas flows out into the engine exhaust passage., NOXReducing agent supply valve for supplying reducing agent to the catalystSwitching valve and NO X Between the catalystsIn an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine arranged in an annular branch passage, a plurality of reducing agent supply valves are provided, and these reducing agent supply valves are set to NO.XA face-to-face arrangement on one end of the catalystWhen the switching valve is switched from the forward flow position to the reverse flow position or vice versa, the amount of exhaust gas flowing through the annular branch passage is temporarily reduced, and the amount of exhaust gas bypassing the annular branch passage is increased accordingly. The switching valve is switched from the forward flow position to the reverse flow position or vice versa, so that NO X NO facing each other from the reducing agent supply valve when the amount of exhaust gas flowing through the catalyst portion is reduced X While supplying a reducing agent to the catalyst part, NO X When the amount of exhaust gas flowing through the catalyst portion becomes a small amount, X Reducing agent supply timing is set for each reducing agent supply valve so that the reducing agent is supplied to the catalyst part.is doing.
[0008]
Further, according to the second invention, in the first invention, NO is generated by spraying the reducing agent formed by the reducing agent supply valve.XThe reducing agent supply valves are respectively positioned so that almost the entire one end face of the catalyst is covered.
[0011]
Also,3According to the second invention, in the first invention, NOXA plurality of NOs in which the catalyst is arranged in parallel in the annular branch passageXIt is composed of a catalyst, and each of a plurality of reducing agent supply valves has a corresponding NO.XIt is arranged to face one end face of the catalyst.
[0014]
Also,4According to the second invention, in the first invention, NOXA catalyst is supported on a particulate filter for collecting fine particles contained in the exhaust gas.
According to the fifth aspect, in the fourth aspect, the switching valve is switched from the forward flow position to the reverse flow position or vice versa when the amount of fine particles deposited on the particulate filter exceeds the allowable amount.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 shows a case where the present invention is applied to a compression ignition type internal combustion engine. The present invention can also be applied to a spark ignition type internal combustion engine.
[0016]
Referring to FIG. 1, 1 is an engine body, 2 is a cylinder block, 3 is a cylinder head, 4 is a piston, 5 is a combustion chamber, 6 is an electrically controlled fuel injection valve, 7 is an intake valve, 8 is an intake port, 9 Is an exhaust valve, and 10 is an exhaust port. The
[0017]
On the other hand, the
[0018]
Referring to FIG. 2 together with FIG. 1, the
[0019]
The
[0020]
The
[0021]
As will be described later, NO on the particulate filter 69.XA catalyst is supported. On the other hand, a
[0022]
Further, the
[0023]
Still referring to FIG. 1, the
[0024]
On the other hand, each
[0025]
The
[0026]
On the other hand, the
[0027]
The switching
[0028]
On the other hand, when the switching
[0029]
By switching the position of the switching
[0030]
The exhaust gas that has flowed into the exhaust
[0031]
Explaining the flow of the exhaust gas in the
[0032]
As shown in FIG. 4, NO is formed on both side surfaces of the
[0033]
NOXThe catalyst is NO when the average air-fuel ratio of the exhaust gas flowing in is lean.XNO when storing the reducing agent in the exhaust gas when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing in decreasesXNO is stored and reducedXAccumulation and reduction action to reduce the amount of.
[0034]
NOXThe detailed mechanism of the accumulation and reduction action of the catalyst has not been fully clarified. However, the mechanism currently considered can be briefly described as follows, taking as an example the case where platinum Pt and barium Ba are supported on a support.
[0035]
That is, NOXWhen the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst becomes considerably leaner than the stoichiometric air-fuel ratio, the oxygen concentration in the inflowing exhaust gas greatly increases and oxygen O2Is O2 −Or O2-It adheres to the surface of platinum Pt. On the other hand, NO in the inflowing exhaust gas is O on the surface of platinum Pt.2 −Or O2-Reacts with NO2(2NO + O2→ 2NO2). Then the generated NO2Part of the NO is being oxidized further on platinum PtXNitrate ion NO while being absorbed in the catalyst and combined with barium oxide BaO3 −NO in the form ofXIt diffuses into the catalyst. In this way NOXIs NOXStored in the catalyst.
[0036]
In contrast, NOXWhen the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst becomes rich or stoichiometric, the oxygen concentration in the exhaust gas decreases and NO2Production amount decreases and the reaction proceeds in the reverse direction (NO3 −→ NO2) And thus NOXNitrate ion NO in the catalyst3 −Is NO2NO in the form ofXReleased from the catalyst. This released NOXIf the exhaust gas contains a reducing agent, that is, HC or CO, it can be reduced by reacting with the HC and CO. In this way, NO on the surface of platinum Pt.2NO when no longer existsXNO from catalyst to next2Is released and reduced, NOXNO stored in the catalystXThe amount of is gradually reduced.
[0037]
NO without forming nitrateXStore NOXNO without releasingXIt is also possible to reduce
[0038]
As described above, the exhaust gas passes through the
[0039]
However, when the temperature of the
[0040]
Therefore, in the embodiment according to the present invention, for example, when the amount of deposited fine particles on the
[0041]
There are various methods for raising the temperature of the
[0042]
On the other hand, as described above, since the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the
[0043]
In an embodiment according to the invention, for example NOXNO accumulated in catalystXNO when the amount exceeds the allowable amountXNO stored in the catalystXNOXNO accumulated in catalystXFrom the reducing
[0044]
When the reducing agent is to be supplied from the reducing
[0045]
When the switching
[0046]
As described above, the reducing
[0047]
The reducing agent supplied from the reducing
[0048]
NOXWhen the reducing agent is to be supplied to the catalyst, as shown in FIG. 6, a reducing agent in an amount of QR is supplied intermittently at a time interval INT from each of the reducing
[0049]
Here, as the filter partial temperatures TFA and TFB become higher, NOXThe reaction rate of the reducing agent on the catalyst is increased. This causes the reducing agent to react quickly with oxygen, i.e. NO.XThe amount of reducing agent used for the reducing action of is reduced. Therefore, in the embodiment according to the present invention, as indicated by the curve A in FIG. 7A, the reducing agent supply amount QR of the reducing
[0050]
On the other hand, the radius of curvature of the axis of the
[0051]
Therefore, in the embodiment according to the present invention, as shown in FIGS. 7A and 7B, the reducing agent supply amount QR in the reducing
[0052]
Therefore, generally speaking, the temperatures of the filter parts FPA and FPB corresponding to the reducing agent supply actions such as the reducing agent supply amount and the reducing agent supply timing in the reducing
[0053]
Then for example NOXNO accumulated in catalystXWhen the amount becomes almost zero, the reducing agent supply action from the reducing
[0054]
FIG. 8 shows a routine for executing the above-described reducing agent supply control. This routine is executed by interruption every predetermined time.
[0055]
Referring to FIG. 8, first, at
[0056]
In the embodiments described so far, NOXNO accumulated in catalystXWhen the reducing agent is supplied from the reducing
[0057]
Therefore, in another embodiment according to the present invention, the reducing agent is supplied from the reducing
[0058]
FIG. 9 shows the flow rate of the exhaust gas flowing through the filter parts FPA and FPB of the
[0059]
In FIG. 9, an arrow X represents a time when a signal for switching the switching
[0060]
As described above, when the switching
[0061]
Therefore, in another embodiment according to the present invention, the reducing agent is supplied from the reducing
[0062]
The time required for the flow rate of the exhaust gas flowing in the forward flow direction in the filter portions FPA and FPB to become the above-mentioned Q0 after the signal for switching the switching
[0063]
Further, as shown in FIG. 9, after the signal for switching the switching
[0064]
On the other hand, NO increases as the engine load L increases.XThe residence time of the reducing agent in the catalyst is shortened. Therefore, in another embodiment according to the present invention, the reducing agent supply amount QR in the reducing
[0065]
Furthermore, as described above, the retention time of the reducing agent in the filter portion FPB is shorter than the retention time of the reducing agent in the filter portion FPA. Therefore, as shown in FIG. 10A, the reducing agent supply amount QR in the reducing
[0066]
FIG. 11 shows a routine for executing the reducing agent supply control according to another embodiment described above. This routine is executed by interruption every predetermined time.
[0067]
Referring to FIG. 11, first, at
[0068]
Note that the reducing agent may be supplied when the switching
[0069]
FIG. 12 shows still another embodiment according to the present invention. In the embodiment shown in FIG. 12, the
[0070]
Here, the reducing
[0071]
Also in the embodiment shown in FIG. 12, the reducing agent supply action of the reducing
[0072]
In the embodiment shown in FIG. 2, the cross section of the
[0073]
In the embodiments described so far, the reducing agent supply valve is arranged so as to face only one end face of the particulate filter. However, the reducing agent supply valve can also be arranged so as to face both end faces of the particulate filter.
[0074]
Also, in the embodiments described so far, NOXNO accumulated in catalystXNO from the reducing agent supply valve to reduce the amountXThe present invention is applied when supplying a reducing agent to a catalyst. However, NOXAccumulated SO in catalystXNO from the reducing agent supply valve to reduce the amountXThe present invention is also applied when a reducing agent is supplied to the catalyst or when the reducing agent is supplied from the reducing agent supply valve to the particulate filter in order to perform temperature rise control to oxidize and remove the deposited fine particles on the
[0075]
Where NOXAccumulated SO in catalystXNO from the reducing agent supply valve to reduce the amountXThe case where the reducing agent is supplied to the catalyst will be described in a little more detail. In the exhaust gas, sulfur content is SOXIs included in the form of NOXNO in the catalystXNot only SOXCan also be stored. This SOXNOXThe accumulation mechanism in the catalyst is NOXThis is considered to be the same as the accumulation mechanism. That is, when the case where platinum Pt and barium Ba are supported on a carrier is simply described as an example, NOXWhen the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst is lean, as described above, oxygen O2Is O2 −Or O2-Attached to the surface of platinum Pt in the form of SO2Is O on the surface of platinum Pt.2 −Or O2-Reacts with SO3It becomes. The generated SO3NO is being oxidized on platinum PtXIt is absorbed in the catalyst and binds to barium oxide BaO, while sulfate ion SO4 −NO in the form ofXIt diffuses into the catalyst. This sulfate ion SO4 −Then barium ion Ba+Combined with sulfate BaSO4Is generated.
[0076]
This sulfate BaSO4Is difficult to decompose, NOXEven if the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst is simply rich, NOXSulfate BaSO in the catalyst4The amount of does not decrease. For this reason, as time passes, NOXSulfate BaSO in the catalyst4The amount of NO increases, resulting in NOXNO that the catalyst can storeXThe amount of will decrease.
[0077]
However, NOXNO while maintaining the catalyst temperature above 550 ° CXIf the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst is rich or stoichiometric, NOXSulfate BaSO in the catalyst4Decomposes into SO3NO in the form ofXReleased from the catalyst. This released SO3If exhaust gas contains a reducing agent, ie, HC or CO, it reacts with HC and CO to react with SO.2To be reduced. In this way NOXSO stored in the catalystXThe amount of NO decreases gradually, at this time NOXFrom catalyst to SOXIs SO3It will not leak out.
[0078]
So, for example, NOXAccumulated SO in catalystXNO when the amount exceeds the allowable amountXTo increase the temperature of the catalyst to 550 ° C and then maintain it above 550 ° C, and NOXAccumulated SO in catalystXFrom the reducing
[0079]
【The invention's effect】
NOXReducing agent can be supplied to the entire catalyst, so NOXNO over the entire catalystXIt can be used effectively for purification.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall view of an internal combustion engine.
FIG. 2 is a diagram showing a structure of a catalytic converter.
FIG. 3 is a diagram for explaining the flow of exhaust gas in a normal state.
FIG. 4 is a partial enlarged cross-sectional view of a partition wall of a particulate filter.
FIG. 5 is a view for explaining a reducing agent supply operation;
FIG. 6 is a view for explaining a reducing agent supply operation.
FIG. 7 is a diagram showing a reducing agent supply amount and a time interval.
FIG. 8 is a flowchart for executing reducing agent supply control;
FIG. 9 is a diagram showing an exhaust gas flow rate in a filter portion.
FIG. 10 is a diagram showing a reducing agent supply amount and a delay time.
FIG. 11 is a flowchart for executing reducing agent supply control;
FIG. 12 is a view showing the structure of a catalytic converter according to still another embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 ... Engine body
20a ... exhaust pipe
22 ... Catalytic converter
61 ... Switching valve
67 ... Annular exhaust pipe
65, 66 ... Inflow / outflow port
69 ... Particulate filter
69f: One end face of the particulate filter
77a, 77b ... reducing agent supply valve
80 ... NOXcatalyst
Ra, Rb ... Reducing agent spray
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