JP3972727B2

JP3972727B2 - Exhaust gas purification device for internal combustion engine

Info

Publication number: JP3972727B2
Application number: JP2002141867A
Authority: JP
Inventors: 好一郎中谷; 信也広田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-05-16
Filing date: 2002-05-16
Publication date: 2007-09-05
Anticipated expiration: 2022-05-16
Also published as: JP2003328741A

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】
従来より、リーン空燃比のもとで燃焼が継続される内燃機関の排気通路内に、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ＮＯ_Ｘ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ＮＯ_Ｘを還元して蓄えているＮＯ_Ｘの量が減少するＮＯ_Ｘ触媒を配置し、ＮＯ_Ｘ触媒に還元剤を供給するための還元剤供給弁をＮＯ_Ｘ触媒上流の排気通路内に配置し、ＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられているイオウ分の量を減少させるべきときには還元剤供給弁からＮＯ_Ｘ触媒に還元剤を供給してＮＯ_Ｘ触媒内に流入する排気ガスの空燃比を一時的に理論空燃比又はリッチに切り替えるようにした内燃機関の排気浄化装置が知られている。
【０００３】
ところが、ＮＯ_Ｘ触媒内を多量の排気ガスが流通しているときにこの排気ガスの空燃比を理論空燃比又はリッチに切り替えるためには多量の還元剤が必要となる。
【０００４】
そこで、ＮＯ_Ｘ触媒を迂回してＮＯ_Ｘ触媒上流の排気通路とＮＯ_Ｘ触媒下流の排気通路とを互いに接続するバイパス通路を設け、開弁されると排気ガスがバイパス通路内を流通してＮＯ_Ｘ触媒内を流通する排気ガスの量が減少するバイパス制御弁をバイパス通路内に配置し、バイパス制御弁を閉弁状態に保持すると共に、ＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられているイオウ分の量を減少させるべきときに一時的に開弁するようにした内燃機関の排気浄化装置が公知である（特開２００１−３３６４１８号公報参照）。このようにすると、ＮＯ_Ｘ触媒内に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比又はリッチに切り替えるために必要な還元剤の量を低減することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このようなＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられているイオウ分の量の減少作用は例えばＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられているイオウ分の量が許容最大量を越えたときに行われる。ところが、排気ガス中に含まれるイオウ分の量はＮＯ_Ｘに比べるとかなり少なく、このためこの減少作用が行われる頻度はかなり低くなっている。このことはバイパス制御弁が長時間にわたって閉弁状態に保持されるということを意味しており、その結果バイパス制御弁が閉弁位置に固着する恐れがあるという問題点がある。バイパス制御弁が閉弁位置に固着するとＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられているイオウ分の量を減少させるために必要な還元剤の量をもはや低減することができなくなる。
【０００６】
そこで本発明の目的は、ＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられているイオウ分の量を減少させるために必要な還元剤の量を確実に低減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、リーン空燃比のもとで燃焼が継続される内燃機関の排気通路内に、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ＮＯ_Ｘ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ＮＯ_Ｘを還元して蓄えているＮＯ_Ｘの量が減少するＮＯ_Ｘ触媒を配置し、ＮＯ_Ｘ触媒を迂回してＮＯ_Ｘ触媒上流の排気通路とＮＯ_Ｘ触媒下流の排気通路とを互いに接続するバイパス通路を設け、開弁されると排気ガスがバイパス通路内に流入してＮＯ_Ｘ触媒内に流入する排気ガスの量が減少するバイパス制御弁をバイパス通路内に配置した内燃機関の排気浄化装置において、バイパス制御弁が閉弁状態に保持されており、バイパス通路の流入端が接続されている部分とバイパス通路の流出端が接続されている部分との間の排気通路内に、機関減速運転が行われると一時的に閉弁される排気絞り弁を配置し、一時的に閉弁されている排気絞り弁を開弁すべきときには排気絞り弁を閉弁状態に保持しつつバイパス制御弁を一時的に開弁し、次いで排気絞り弁を開弁するようにしている。
【０００８】
また、２番目の発明によれば１番目の発明において、バイパス通路の流入端が接続されている部分とＮＯ_Ｘ触媒との間の排気通路内に、ＮＯ_Ｘ触媒に還元剤を供給するための還元剤供給弁を配置し、一時的に閉弁されている排気絞り弁を開弁すべきときにバイパス制御弁が一時的に開弁されているときに還元剤供給弁からＮＯ_Ｘ触媒に還元剤を供給するようにしている。
【０００９】
また、３番目の発明によれば１番目の発明において、前記ＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられているイオウ分を還元して蓄えられているイオウ分の量を減少させるべきときに、バイパス制御弁が一時的に開弁される。
【００１０】
また、４番目の発明によれば１番目の発明において、前記ＮＯ_Ｘ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。
【００１１】
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の量と、炭化水素ＨＣ及び一酸化炭素ＣＯのような還元剤の量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。
【００１２】
【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。
【００１３】
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。
【００１４】
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の出口は上流側排気ダクト２２を介し、パティキュレートフィルタ２３を収容したケーシング２４に接続される。このケーシング２４には下流側排気ダクト２５が接続される。上流側排気ダクト２２内にはアクチュエータ２６によって駆動される排気絞り弁２７と、パティキュレートフィルタ２３に還元剤を供給するための電気制御式還元剤供給弁２８とが配置される。この還元剤供給弁２８には電気制御式の還元剤ポンプ２９から還元剤が供給される。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。
【００１５】
排気絞り弁２７は通常運転時には開弁状態に維持されており、即ち排気絞り弁２７の開度はその最大開度に保持されている。機関減速運転が行われると、即ち例えばアクセルペダルの踏み込み量がゼロになりこのとき機関回転数が予め定められた許容下限値よりも高ければ、排気絞り弁２７が閉弁され即ち排気絞り弁２７の開度が例えば小さな一定値まで減少される。その結果、機関背圧が上昇し、機関制動力が得られることになる。次いで、アクセルペダルが踏み込まれるか又は機関回転数Ｎが許容下限値Ｎ１以下になると排気絞り弁２７が開弁される。排気絞り弁２７が閉弁されると、内燃機関から排出された全ての排気ガスがパティキュレートフィルタ２３内に流入する。
【００１６】
一方、排気絞り弁２７上流の上流側排気ダクト２２と下流側排気ダクト２５とはバイパス管３０を介して互いに接続され、バイパス管３０内にはアクチュエータ３１により駆動されるバイパス制御弁３２が配置される。このバイパス制御弁３２は通常運転時には閉弁状態に維持されており、即ちバイパス管３０が閉塞されている。バイパス制御弁３２が開弁されると、排気絞り弁２７が開弁されていても排気ガスがバイパス管３０内に流入し、パティキュレートフィルタ２３内に流入する排気ガスの量がわずかばかりの量まで減少する。
【００１７】
なお、排気絞り弁２７を下流側排気ダクト２５内に配置することもでき、この場合には上流側排気ダクト２２と排気絞り弁２７下流の下流側排気ダクト２５とがバイパス管３０を介して互いに接続される。
【００１８】
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３４を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路３４内には電気制御式ＥＧＲ制御弁３５が配置される。また、ＥＧＲ通路３４周りにはＥＧＲ通路３４内を流れるＥＧＲガスを冷却するための冷却装置３６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３６内に導かれ、機関冷却水によってＥＧＲガスが冷却される。
【００１９】
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３７に連結される。このコモンレール３７内へは電気制御式の吐出量可変な燃料ポンプ３８から燃料が供給され、コモンレール３７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３７にはコモンレール３７内の燃料圧を検出するための燃料圧センサ３９が取付けられ、燃料圧センサ３９の出力信号に基づいてコモンレール３７内の燃料圧が目標燃料圧となるように燃料ポンプ３８の吐出量が制御される。
【００２０】
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。パティキュレートフィルタ２３にはパティキュレートフィルタ２３の温度を検出するための温度センサ４９ａが接続され、ケーシング２４にはパティキュレートフィルタ２３の前後の差圧、即ちパティキュレートフィルタ２３の圧損を検出するための圧損センサ４９ｂが接続される。これらセンサ４９ａ，４９ｂ及び燃料圧センサ３９の出力信号はそれぞれ対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力される。また、アクセルペダル５０にはアクセルペダル５０の踏み込み量を検出するための負荷センサ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。
【００２１】
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、ステップモータ１６、アクチュエータ２６，３１、還元剤供給弁２８、還元剤ポンプ２９、ＥＧＲ制御弁３５、燃料ポンプ３８にそれぞれ接続される。
【００２２】
図２にパティキュレートフィルタ２３の構造を示す。なお、図２において（Ａ）はパティキュレートフィルタ２３の正面図を示しており、（Ｂ）はパティキュレートフィルタ２３の側面断面図を示している。図２（Ａ）および（Ｂ）に示されるようにパティキュレートフィルタ２３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５０，５１を具備する。これら排気ガス通路は上流端が開放されかつ下流端がシール材５２により閉塞されている排気ガス流入通路５０と、下流端が開放されかつ上流端がシール材５３により閉塞されている排気ガス流出通路５１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５３を示している。これら排気ガス通路５０，５１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５４を介して交互に配置される。云い換えると排気ガス通路５０，５１は各排気ガス流入通路５０が４つの排気ガス流出通路５１によって包囲され、各排気ガス流出通路５１が４つの排気ガス流入通路５０によって包囲されるように配置される。
【００２３】
パティキュレートフィルタ２３は例えばコージェライトのような多孔質材料から形成されており、従って排気ガス流入通路５０内に流入した排気ガスは図２（Ｂ）において矢印で示されるように周囲の隔壁５４内を通って隣接する排気ガス流出通路５１内に流出する。
【００２４】
また、パティキュレートフィルタ２３の隔壁５４の両側面及び細孔内壁面上には図３に示されるようにＮＯ_Ｘ触媒６０がそれぞれ担持されている。このＮＯ_Ｘ触媒６０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。
【００２５】
ＮＯ_Ｘ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ＮＯ_Ｘ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ＮＯ_Ｘを還元して蓄えているＮＯ_Ｘの量を減少させる蓄積還元作用を行う。
【００２６】
ＮＯ_Ｘ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。
【００２７】
即ち、ＮＯ_Ｘ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Ｏ_２がＯ_２ ⁻又はＯ^２−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Ｏ_２ ⁻又はＯ^２−と反応し、ＮＯ_２となる（ＮＯ＋Ｏ_２→ＮＯ_２＋Ｏ^＊、ここでＯ^＊は活性酸素）。次いで生成されたＮＯ_２の一部は白金Ｐｔ上でさらに酸化されつつＮＯ_Ｘ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ＮＯ_３ ⁻の形でＮＯ_Ｘ触媒内に拡散する。このようにしてＮＯ_ＸがＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられる。
【００２８】
これに対し、ＮＯ_Ｘ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ＮＯ_２の生成量が低下し、反応が逆方向（ＮＯ_３ ⁻→ＮＯ＋２Ｏ^＊）に進み、斯くしてＮＯ_Ｘ触媒内の硝酸イオンＮＯ_３ ⁻がＮＯ_２の形でＮＯ_Ｘ触媒から放出される。この放出されたＮＯ_Ｘ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ＮＯ_Ｘが存在しなくなるとＮＯ_Ｘ触媒から次から次へとＮＯ_Ｘが放出されて還元され、ＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられているＮＯ_Ｘの量が次第に減少する。
【００２９】
なお、硝酸塩を形成することなくＮＯ_Ｘを蓄え、ＮＯ_Ｘを放出することなくＮＯ_Ｘを還元することも可能である。また、活性酸素Ｏ^＊に着目すれば、ＮＯ_Ｘ触媒はＮＯ_Ｘの蓄積及び放出に伴って活性酸素Ｏ^＊を生成する活性酸素生成触媒と見ることもできる。
【００３０】
上述したように、通常運転時には排気絞り弁２７が開弁状態に維持されており、バイパス制御弁３２が閉弁状態に維持されており、内燃機関から排出された全ての排気ガスがパティキュレートフィルタ２３内に流入する。
【００３１】
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２３上に捕集される。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、即ちパティキュレートフィルタ２３に流入する排気ガスの空燃比がリーンに維持されており、また、ＮＯ_Ｘ触媒６０は酸化能を有しているので、パティキュレートフィルタ２３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２３上で微粒子が酸化せしめられ除去される。
【００３２】
ところが、パティキュレートフィルタ２３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２３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２３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２３の圧損が増大する。
【００３３】
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２３上の堆積微粒子量が許容最大量を越えたときにはパティキュレートフィルタ２３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２３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２３上に堆積した微粒子が着火燃焼せしめられ除去される。図１に示される実施例では、圧損センサ４９ｂにより検出されるパティキュレートフィルタ２３の圧損が許容最大値を越えたときにパティキュレートフィルタ２３上の堆積微粒子量が許容最大量を越えたと判断される。
【００３４】
なお、パティキュレートフィルタ２３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２３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２３又はパティキュレートフィルタ２３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２３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２３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２３の温度を上昇させる方法がある。
【００３５】
一方、上述したようにパティキュレートフィルタ２３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ＮＯ_Ｘはパティキュレートフィルタ２３上のＮＯ_Ｘ触媒６０内に蓄えられる。また、排気ガス中にはイオウ分が例えばＳＯ_Ｘの形で含まれており、ＮＯ_Ｘ触媒６０内にはＮＯ_ＸばかりでなくＳＯ_Ｘも蓄えられる。
【００３６】
このＳＯ_ＸのＮＯ_Ｘ触媒６０内への蓄積メカニズムはＮＯ_Ｘ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、ＮＯ_Ｘ触媒６０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Ｏ_２がＯ_２ ⁻又はＯ^２−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ＳＯ_２は白金Ｐｔの表面上でＯ_２ ⁻又はＯ^２−と反応し、ＳＯ_３となる。次いで生成されたＳＯ_３は白金Ｐｔ上でさらに酸化されつつＮＯ_Ｘ触媒６０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ＳＯ_４ ⁻の形でＮＯ_Ｘ触媒６０内に拡散する。この硫酸イオンＳＯ_４ ⁻は次いでバリウムイオンＢａ^＋と結合して硫酸塩ＢａＳＯ_４を生成する。
【００３７】
このようにしてＮＯ_Ｘ触媒６０内の蓄積ＮＯ_Ｘ量及び蓄積ＳＯ_Ｘ量が次第に増大する。本発明による実施例では、ＮＯ_Ｘ触媒６０内の蓄積ＮＯ_Ｘ量がその許容最大量を越えたときにはＮＯ_Ｘ触媒６０内に蓄えられているＮＯ_Ｘを還元しＮＯ_Ｘ触媒６０内の蓄積ＮＯ_Ｘ量を減少させるようにし、ＮＯ_Ｘ触媒６０内の蓄積ＳＯ_Ｘ量がその許容最大量を越えたときにはＮＯ_Ｘ触媒６０内に蓄えられているＳＯ_Ｘを還元しＮＯ_Ｘ触媒６０内の蓄積ＳＯ_Ｘ量を減少させるようにしている。このことを図４に示されるルーチンを参照して詳しく説明する。なお、図４に示される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。
【００３８】
図４を参照すると、まず初めにステップ１００ではＮＯ_Ｘ触媒６０の蓄積ＮＯ_Ｘ量ＱＮ及び蓄積ＳＯ_Ｘ量ＱＳが例えば機関運転状態に基づいて算出される。即ち、単位時間当たりにＮＯ_Ｘ触媒６０内に蓄えられるＮＯ_Ｘ及びＳＯ_Ｘの量は単位時間当たりに内燃機関から排出されるＮＯ_Ｘ及びＳＯ_Ｘの量に依存し、単位時間当たりに内燃機関から排出されるＮＯ_Ｘの量は例えば機関負荷を表すアクセルペダルの踏み込み量及び機関回転数に依存し、単位時間当たりに内燃機関から排出されるＳＯ_Ｘの量は燃料噴射量に依存する。従って、アクセルペダルの踏み込み量及び機関回転数と燃料噴射量とから、単位時間当たりにＮＯ_Ｘ触媒６０内に蓄えられるＮＯ_Ｘ及びＳＯ_Ｘの量がそれぞれ求められ、これらが逐次積算される。
【００３９】
続くステップ１０１では蓄積ＳＯ_Ｘ量ＱＳが予め定められた許容最大ＳＯ_Ｘ量ＱＳ１よりも多いか否かが判別される。ＱＳ≦ＱＳ１のときには次いでステップ１０２に進み、蓄積ＮＯ_Ｘ量ＱＮが許容最大ＮＯ_Ｘ量ＱＮ１よりも多いか否かが判別される。ＱＮ≦ＱＮ１のときには処理サイクルを終了し、ＱＮ＞ＱＮ１のときには次いでステップ１０３に進み、ＮＯ_Ｘ触媒６０内に流入する排気ガスの空燃比がリッチになるように還元剤供給弁２８から還元剤が一定時間だけ供給される。続くステップ１０４では蓄積ＮＯ_Ｘ量ＱＮがクリアされる。
【００４０】
一方、ステップ１０１においてＱＳ＞ＱＳ１のときには次いでステップ１０５に進み、パティキュレートフィルタ２３に流入する排気ガスの空燃比をリーンに維持しつつＮＯ_Ｘ触媒６０の温度を５５０℃まで上昇し次いで５５０℃以上に維持する昇温制御が行われる。続くステップ１０６ではバイパス制御弁３２が開弁され、続くステップ１０７ではＮＯ_Ｘ触媒６０内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ように還元剤供給弁２８から還元剤が一定時間だけ供給される。即ち、上述したＮＯ_Ｘ触媒６０のＳＯ_Ｘ蓄積メカニズムにおける硫酸塩ＢａＳＯ_４は分解しにくく、ＮＯ_Ｘ触媒６０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ＮＯ_Ｘ触媒６０内の硫酸塩ＢａＳＯ_４の量は減少しない。しかしながら、ＮＯ_Ｘ触媒６０の温度を５５０℃以上に維持しつつＮＯ_Ｘ触媒６０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、ＮＯ_Ｘ触媒６０内の硫酸塩ＢａＳＯ_４が分解してＳＯ_３の形でＮＯ_Ｘ触媒６０から放出される。この放出されたＳＯ_３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ＳＯ_２に還元せしめられる。このようにしてＮＯ_Ｘ触媒６０内に蓄えられているＳＯ_Ｘの量が次第に減少し、このときＮＯ_Ｘ触媒６０からＳＯ_ＸがＳＯ_３の形で流出することがない。
【００４１】
この場合、バイパス制御弁３２が開弁されているので、ＮＯ_Ｘ触媒６０内に流入する排気ガスの量が低減されており、従ってＮＯ_Ｘ触媒６０内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切り替えるのに必要な還元剤の量を低減することができる。なお、ＮＯ_Ｘ触媒６０内に蓄えられているイオウ分の量を減少させるべきときに、バイパス制御弁３２を開弁しかつ排気絞り弁２７を閉弁するようにしてもよい。
【００４２】
続くステップ１０８ではバイパス制御弁３２が閉弁状態に戻され、続くステップ１０９では蓄積ＳＯ_Ｘ量ＱＳがクリアされる。次いで、ステップ１０４に進み、蓄積ＮＯ_Ｘ量ＱＮがクリアされる。ステップ１０７においてＮＯ_Ｘ触媒６０内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切り替えられると、ＮＯ_Ｘ触媒６０内に蓄えられているＮＯ_Ｘも還元されＮＯ_Ｘ触媒６０内の蓄積ＮＯ_Ｘ量も減少するからである。
【００４３】
上述したＮＯ_Ｘ触媒６０のＮＯ_Ｘ及びＳＯ_Ｘの蓄積還元メカニズムによれば、ＮＯ_Ｘ触媒６０内にＮＯ_Ｘ及びＳＯ_Ｘが蓄えられるときにもＮＯ_Ｘ及びＳＯ_Ｘが放出されるときにも活性酸素が生成される。この活性酸素は酸素Ｏ_２よりも活性が高く、従ってパティキュレートフィルタ２３上に堆積している微粒子を速やかに酸化する。即ち、パティキュレートフィルタ２３上にＮＯ_Ｘ触媒６０を担持させると、パティキュレートフィルタ２３内に流入する排気ガスの空燃比がリーンであろうとリッチであろうとパティキュレートフィルタ２３上に堆積している微粒子が酸化される。このようにして微粒子が連続的に酸化される。
【００４４】
このように図１に示される実施例では、バイパス制御弁３２が開弁されるのはＮＯ_Ｘ触媒６０内に蓄えられたＳＯ_Ｘの量を減少させるべきときのみである。ところが、冒頭で述べたように、排気ガス中に含まれるＳＯ_Ｘの量はかなり少なく、このためバイパス制御弁３２が長時間にわたって閉弁状態に保持されることになる。
【００４５】
そこで本発明による実施例では、排気絞り弁２７の開閉弁動作が行われる毎にバイパス制御弁３２を一時的に開弁するようにしている。
【００４６】
即ち、図５に示されるように、アクセルペダルの踏み込み量Ｌがゼロになりこのとき機関回転数Ｎが予め定められた許容下限値Ｎ１よりも高ければ、排気絞り弁２７が閉弁される。次いで、アクセルペダルが踏み込まれるか又は機関回転数Ｎが許容下限値Ｎ１以下になると、排気絞り弁２７を閉弁状態に保持しつつバイパス制御弁３２が開弁される。次いで、バイパス制御弁３２が閉弁されると共に排気絞り弁２７が開弁される。
【００４７】
このようにするとバイパス制御弁３２が固着しなくなる。その結果、ＮＯ_Ｘ触媒６０内の蓄積ＳＯ_Ｘ量を減少させるべきときにＮＯ_Ｘ触媒６０内に流入する排気ガスの量を確実に低減することができ、従ってＮＯ_Ｘ触媒６０内の蓄積ＳＯ_Ｘ量を減少させるために必要な還元剤の量を確実に低減することができる。また、このとき排気ガスの大部分がバイパス管３０内を流通し、従って機関背圧が上昇しない。この場合、排気ガスの大部分がパティキュレートフィルタ２３及びＮＯ_Ｘ触媒６０を迂回することになるけれども、この排気ガスの量はさほど多くない。
【００４８】
更に、このようにバイパス制御弁３２が開弁されるとＮＯ_Ｘ触媒６０内に流入する排気ガスの量が減少する。そこで本発明による実施例では、図５において矢印で示されるようにバイパス制御弁３２が一時的に開弁されているときにＮＯ_Ｘ触媒６０に還元剤を一時的に供給するようにしている。即ち、ＮＯ_Ｘ触媒６０内の蓄積ＮＯ_Ｘ量を減少させるためにＮＯ_Ｘ触媒６０内に流入する排気ガスの空燃比がリッチになるように還元剤が供給される。この場合、ＮＯ_Ｘ触媒６０内に流入する排気ガスの空燃比をリッチに切り替えるために多量の還元剤を必要としない。
【００４９】
図６は上述した本発明による弁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。
【００５０】
図６を参照すると、まず初めにステップ１２０では排気絞り弁２７が閉弁されているか否かが判別される。排気絞り弁２７が開弁されているときにはステップ１２１に進み、排気絞り弁２７を閉弁すべきか否か、即ちアクセルペダルの踏み込み量Ｌがゼロでありかつ機関回転数Ｎが許容下限値Ｎ１よりも高いか否かが判別される。Ｌ＞０又はＮ≦Ｎ１のときには処理サイクルを終了し、Ｌ＝０かつＮ＞Ｎ１のときには次いでステップ１２２に進んで排気絞り弁２７が閉弁される。
【００５１】
排気絞り弁２７が閉弁されたときにはステップ１２０からステップ１２３に進み、排気絞り弁２７を開弁すべきか否か、即ちＬ＞０又はＮ≦Ｎ１になったか否かが判別される。Ｌ＝０かつＮ＞Ｎ１のときには処理サイクルを終了し、Ｌ＞０又はＮ≦Ｎ１になったときにはステップ１２４に進み、バイパス制御弁３２が開弁される。続くステップ１２５では、ＮＯ_Ｘ触媒６０内に流入する排気ガスの空燃比がリッチになるように還元剤供給弁２８から還元剤が一定時間だけ供給される。続くステップ１２６では排気絞り弁２７が開弁されると共に、バイパス制御弁３２が閉弁される。
【００５２】
【発明の効果】
排気絞り弁の開閉弁動作が行われる毎にバイパス制御弁の開閉弁動作が行われるのでバイパス制御弁が閉弁位置に固着するのが阻止され、従ってＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられているイオウ分の量を減少させるために必要な還元剤の量を確実に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】内燃機関の全体図である。
【図２】パティキュレートフィルタを示す図である。
【図３】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４】ＮＯ_Ｘ触媒内の蓄積ＮＯ_Ｘ量及び蓄積ＳＯ_Ｘ量の減少制御を実行するためのフローチャートである。
【図５】本発明による弁制御を説明するための図である。
【図６】弁制御を実行するためのフローチャートである。
【符号の説明】
１…機関本体
２２…上流側排気ダクト
２３…パティキュレートフィルタ
２５…下流側排気ダクト
２７…排気絞り弁
２８…還元剤供給弁
３０…バイパス管
３２…バイパス制御弁
６０…ＮＯ_Ｘ触媒[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust emission control device for an internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, NO _{X in} exhaust gas flowing in when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lean is stored in the exhaust passage of the internal combustion engine where combustion is continued under a lean air-fuel ratio, and the inflowing exhaust gas air-fuel ratio is disposed NO _X catalyst amount of the NO _X which the NO _X that accumulated to contain a reducing agent in the exhaust gas are stored by reduction decreases upon reduction of the NO _X catalyst a reducing agent supply valve for supplying the reducing agent is disposed in an exhaust passage of the NO _X catalyst upstream, NO _X catalyst from the reducing agent supply valve when it should reduce the amount of sulfur that is accumulated in the NO _X catalyst exhaust purification system of an internal combustion engine to switch temporarily stoichiometric air-fuel ratio or a rich air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NO _X catalyst is supplied is known a reducing agent.
[0003]
However, it is necessary to large amount of reducing agent in order to switch the air-fuel ratio of the exhaust gas the stoichiometric air-fuel ratio or rich when the inside of NO _X catalyst is a large amount of exhaust gas in circulation.
[0004]
Therefore, NO _X catalyst to providing an exhaust passage and NO _X catalyst downstream bypass passage connecting together the exhaust passage of the NO _X catalyst upstream to bypass, the exhaust gas is opened is circulated through the bypass passage NO A bypass control valve that reduces the amount of exhaust gas flowing through the _X catalyst is disposed in the bypass passage, and the bypass control valve is kept closed, and the amount of sulfur stored in the NO _X catalyst is reduced. 2. Description of the Related Art An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine that is temporarily opened when it should be reduced is known (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-336418). In this way, it is possible to reduce the amount of reducing agent necessary for switching the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NO _X catalyst to the stoichiometric air-fuel ratio or rich.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
Reducing effect of the amount of sulfur that is accumulated in this NO _X in the catalyst is performed when the amount of sulfur that is accumulated in the example NO _X catalyst has exceeded the allowable maximum amount. However, the amount of sulfur contained in the exhaust gas is much less than the NO _X, Therefore often this reducing effect is performed is much lower. This means that the bypass control valve is kept closed for a long time, and as a result, there is a problem that the bypass control valve may stick to the closed position. Bypass control valve can not longer possible to reduce the amount of reducing agent required to reduce the amount of sulfur that is accumulated in the NO _X catalyst when secured in a closed position.
[0006]
Accordingly, an object of the present invention is to provide an exhaust emission control device for an internal combustion engine that can surely reduce the amount of reducing agent necessary for reducing the amount of sulfur stored in the NO _X catalyst. is there.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, according to the first invention, the exhaust gas flowing into the exhaust passage of the internal combustion engine in which combustion is continued under the lean air-fuel ratio flows when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing in is lean. store up NO _X in the gas, the amount of the NO _X when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is stored by reducing NO _X are stored as containing a reducing agent in the exhaust gas when the reduced decrease NO _X catalyst were placed, NO _X catalyst to providing an exhaust passage and NO _X catalyst downstream bypass passage connecting together the exhaust passage of the NO _X catalyst upstream bypass exhaust gas bypass passage to be opened to in the exhaust purification system of an internal combustion engine arranged in the bypass passage bypass control valve the amount of exhaust gas which flows flowing into the NO _X catalyst is reduced within the bypass control valve is held in the closed state, Bypass passage inflow An exhaust throttle valve that is temporarily closed when the engine is decelerated is placed in the exhaust passage between the portion where the engine is connected and the portion where the outflow end of the bypass passage is connected. When the exhaust throttle valve closed at this time is to be opened, the bypass control valve is temporarily opened while the exhaust throttle valve is kept closed, and then the exhaust throttle valve is opened.
[0008]
Further, in the first aspect according to the second aspect, in the exhaust passage between the portion and the NO _X catalyst inlet end of the bypass passage is connected, for supplying the reducing agent to the NO _X catalyst a reducing agent feed valve arranged, temporarily reducing the reducing agent supply valve when the bypass control valve is temporarily opened to when to open the exhaust throttle valve that is closed in the NO _X catalyst An agent is supplied.
[0009]
Further, in the third aspect the first aspect, according to the time to reduce the amount of sulfur that is stored by reducing the sulfur that is accumulated in the NO _X catalyst, the bypass control valve The valve is temporarily opened.
[0010]
Further, in the first aspect according to the fourth invention, the NO _X catalyst is supported on a particulate filter for trapping particulate contained in the exhaust gas.
[0011]
In this specification, the amount of air supplied into the exhaust passage, combustion chamber, and intake passage upstream from a certain position of the exhaust passage, and the amount of reducing agent such as hydrocarbon HC and carbon monoxide CO. Is referred to as the air-fuel ratio of the exhaust gas at that position.
[0012]
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.
[0013]
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 intake port 8 is connected to a surge tank 12 via a corresponding intake branch pipe 11, and the surge tank 12 is connected to a compressor 15 of an exhaust turbocharger 14 via an intake duct 13. A throttle valve 17 driven by a step motor 16 is disposed in the intake duct 13, and a cooling device 18 for cooling intake air flowing through the intake duct 13 is disposed around the intake duct 13. In the embodiment shown in FIG. 1, the engine cooling water is guided into the cooling device 18 and the intake air is cooled by the engine cooling water.
[0014]
On the other hand, the exhaust port 10 is connected to an exhaust turbine 21 of the exhaust turbocharger 14 via an exhaust manifold 19 and an exhaust pipe 20, and the outlet of the exhaust turbine 21 is connected to the casing containing the particulate filter 23 via an upstream exhaust duct 22. 24. A downstream exhaust duct 25 is connected to the casing 24. An exhaust throttle valve 27 driven by an actuator 26 and an electrically controlled reducing agent supply valve 28 for supplying a reducing agent to the particulate filter 23 are disposed in the upstream exhaust duct 22. The reducing agent supply valve 28 is supplied with a reducing agent from an electrically controlled reducing agent pump 29. In addition to liquid or gaseous hydrocarbons, hydrogen, urea, or the like can be used as the reducing agent. However, in the embodiment according to the present invention, fuel, that is, light oil, is used as the reducing agent.
[0015]
The exhaust throttle valve 27 is kept open during normal operation, that is, the opening of the exhaust throttle valve 27 is maintained at its maximum opening. When the engine decelerating operation is performed, that is, for example, when the amount of depression of the accelerator pedal becomes zero and the engine speed is higher than a predetermined allowable lower limit value, the exhaust throttle valve 27 is closed, that is, the exhaust throttle valve 27. Is reduced to a small constant value, for example. As a result, the engine back pressure increases, and engine braking force is obtained. Next, the exhaust throttle valve 27 is opened when the accelerator pedal is depressed or the engine speed N becomes equal to or lower than the allowable lower limit value N1. When the exhaust throttle valve 27 is closed, all the exhaust gas discharged from the internal combustion engine flows into the particulate filter 23.
[0016]
On the other hand, the upstream exhaust duct 22 upstream of the exhaust throttle valve 27 and the downstream exhaust duct 25 are connected to each other via a bypass pipe 30, and a bypass control valve 32 driven by an actuator 31 is disposed in the bypass pipe 30. The The bypass control valve 32 is kept closed during normal operation, that is, the bypass pipe 30 is closed. When the bypass control valve 32 is opened, the exhaust gas flows into the bypass pipe 30 even if the exhaust throttle valve 27 is opened, and the amount of the exhaust gas flowing into the particulate filter 23 is a slight amount. Decrease to.
[0017]
The exhaust throttle valve 27 can also be arranged in the downstream exhaust duct 25. In this case, the upstream exhaust duct 22 and the downstream exhaust duct 25 downstream of the exhaust throttle valve 27 are mutually connected via the bypass pipe 30. Connected.
[0018]
Further, referring to FIG. 1, the exhaust manifold 19 and the surge tank 12 are connected to each other via an exhaust gas recirculation (hereinafter referred to as EGR) passage 34, and an electrically controlled EGR control valve 35 is provided in the EGR passage 34. Be placed. A cooling device 36 for cooling the EGR gas flowing in the EGR passage 34 is disposed around the EGR passage 34. In the embodiment shown in FIG. 1, the engine cooling water is guided into the cooling device 36, and the EGR gas is cooled by the engine cooling water.
[0019]
On the other hand, each fuel injection valve 6 is connected to a fuel reservoir, so-called common rail 37, through a fuel supply pipe 6a. Fuel is supplied into the common rail 37 from an electrically controlled fuel pump 38 with variable discharge amount, and the fuel supplied into the common rail 37 is supplied to the fuel injection valve 6 through each fuel supply pipe 6a. A fuel pressure sensor 39 for detecting the fuel pressure in the common rail 37 is attached to the common rail 37, and a fuel pump 38 is set so that the fuel pressure in the common rail 37 becomes the target fuel pressure based on the output signal of the fuel pressure sensor 39. The discharge amount is controlled.
[0020]
The electronic control unit 40 is composed of a digital computer, and is connected to each other by a bidirectional bus 41. A ROM (read only memory) 42, a RAM (random access memory) 43, a CPU (microprocessor) 44, an input port 45 and an output port 46 are connected. It comprises. A temperature sensor 49 a for detecting the temperature of the particulate filter 23 is connected to the particulate filter 23, and a differential pressure before and after the particulate filter 23, that is, a pressure loss of the particulate filter 23 is detected in the casing 24. A pressure loss sensor 49b is connected. The output signals of these sensors 49a and 49b and the fuel pressure sensor 39 are input to the input port 45 via corresponding AD converters 47, respectively. Further, a load sensor 51 for detecting the depression amount of the accelerator pedal 50 is connected to the accelerator pedal 50, and an output voltage of the load sensor 51 is input to the input port 45 via the corresponding AD converter 47. Further, the input port 45 is connected with a crank angle sensor 52 that generates an output pulse every time the crankshaft rotates, for example, 30 °.
[0021]
On the other hand, the output port 46 is connected to the fuel injection valve 6, the step motor 16, the actuators 26 and 31, the reducing agent supply valve 28, the reducing agent pump 29, the EGR control valve 35, and the fuel pump 38 through corresponding drive circuits 48. Is done.
[0022]
FIG. 2 shows the structure of the particulate filter 23. 2A shows a front view of the particulate filter 23, and FIG. 2B shows a side sectional view of the particulate filter 23. As shown in FIGS. 2A and 2B, the particulate filter 23 has a honeycomb structure and includes a plurality of exhaust gas passages 50 and 51 extending in parallel with each other. These exhaust gas passages include an exhaust gas inflow passage 50 whose upstream end is open and its downstream end is closed by a sealing material 52, and an exhaust gas outflow passage whose downstream end is open and its upstream end is closed by a sealing material 53. 51. Note that the hatched portion in FIG. The exhaust gas passages 50 and 51 are alternately arranged via thin partition walls 54 formed of a porous material such as cordierite. In other words, the exhaust gas passages 50 and 51 are arranged such that each exhaust gas inflow passage 50 is surrounded by four exhaust gas outflow passages 51 and each exhaust gas outflow passage 51 is surrounded by four exhaust gas inflow passages 50. The
[0023]
The particulate filter 23 is made of, for example, a porous material such as cordierite. Therefore, the exhaust gas flowing into the exhaust gas inflow passage 50 is contained in the surrounding partition wall 54 as indicated by an arrow in FIG. Through the exhaust gas outflow passage 51 adjacent thereto.
[0024]
Further, NO _X catalyst 60 is carried, respectively, as on both sides and the pore within the walls of the partition walls 54 of the particulate filter 23 shown in FIG. The NO _X catalyst 60 uses, for example, alumina as a carrier, and on this carrier, for example, alkali metal such as potassium K, sodium Na, lithium Li, cesium Cs, alkaline earth such as barium Ba, calcium Ca, lanthanum La, yttrium. At least one selected from rare earths such as Y and a noble metal such as platinum Pt, palladium Pd, rhodium Rh, and iridium Ir are supported.
[0025]
NO _X catalyst stored the NO _X when the average air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the lean air-fuel ratio of the exhaust gas flowing is stored that contains a reducing agent in the exhaust gas when the reduced NO _X the carried amount accumulation reducing effect of reducing of the NO _X are stored by reduction.
[0026]
It not fully elucidated detailed mechanism of accumulation reducing action of the NO _X catalyst. 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.
[0027]
That is, the oxygen concentration in the exhaust gas air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NO _X catalyst flows become considerably leaner than the stoichiometric air-fuel ratio is increased by a large margin, the oxygen O ₂ is O ₂ ^- or O ^2- of It adheres to the surface of platinum Pt in the form. On the other hand, NO in the inflowing exhaust gas reacts with O ₂ ⁻ or O ²⁻ on the surface of platinum Pt to become NO ₂ (NO + O ₂ → NO ₂ + O ^* , where O ^* is active oxygen). Next, a part of the generated NO ₂ is further oxidized on the platinum Pt and absorbed into the NO _X catalyst and combined with barium oxide BaO, and diffuses in the NO _X catalyst in the form of nitrate ions NO ₃ ⁻ . In this way, NO _X is stored in the NO _X catalyst.
[0028]
On the other hand, when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NO _X catalyst becomes rich or stoichiometric, the oxygen concentration in the exhaust gas decreases, the amount of NO ₂ generated decreases, and the reaction proceeds in the reverse direction (NO ₃ ^- → NO + 2O ^*) advances to, NO _X catalyst in the nitrate ions NO ₃ and thus ^- are released from the NO _X catalyst in the form of NO _2. When the exhaust gas contains a reducing agent, that is, HC and CO, the released NO _X reacts with these HC and CO and is reduced. When NO _X no longer exists on the surface of platinum Pt in this way, NO _X is released from the NO _X catalyst to the next and reduced, and the amount of NO _X stored in the NO _X catalyst gradually increases. Decrease.
[0029]
Incidentally, stored without any NO _X to form a nitrate, it can be reduced without any NO _X to release NO _X. Further, when attention is focused on the active oxygen O ^* , the NO _X catalyst can also be regarded as an active oxygen generating catalyst that generates active oxygen O ^* as NO _X is accumulated and released.
[0030]
As described above, during normal operation, the exhaust throttle valve 27 is maintained in an open state, the bypass control valve 32 is maintained in a closed state, and all exhaust gas discharged from the internal combustion engine is particulate filter. 23 flows in.
[0031]
At this time, fine particles mainly composed of carbon contained in the exhaust gas are collected on the particulate filter 23. The internal combustion engine shown in FIG. 1 is continuously burned under a lean air-fuel ratio, that is, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the particulate filter 23 is maintained lean, and NO _{Since the X} catalyst 60 has an oxidizing ability, if the temperature of the particulate filter 23 is maintained at a temperature at which particulates can be oxidized, for example, 250 ° C. or more, the particulates are oxidized on the particulate filter 23 and removed. Is done.
[0032]
However, when the temperature of the particulate filter 23 is not maintained at a temperature that can oxidize the particulates or the amount of particulates flowing into the particulate filter 23 per unit time becomes considerably large, the particulates deposited on the particulate filter 23 will not be maintained. The amount gradually increases and the pressure loss of the particulate filter 23 increases.
[0033]
Therefore, in the embodiment according to the present invention, for example, when the amount of deposited fine particles on the particulate filter 23 exceeds the allowable maximum amount, the temperature of the particulate filter 23 is maintained while keeping the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the particulate filter 23 lean. Is controlled to rise to 600 ° C. or higher and then maintained at 600 ° C. or higher. When this temperature rise control is performed, the fine particles deposited on the particulate filter 23 are ignited and burned and removed. In the embodiment shown in FIG. 1, when the pressure loss of the particulate filter 23 detected by the pressure loss sensor 49b exceeds the allowable maximum value, it is determined that the amount of deposited fine particles on the particulate filter 23 exceeds the allowable maximum amount. .
[0034]
There are various methods for raising the temperature of the particulate filter 23. For example, an electric heater is disposed on the end face of the particulate filter 23 and the exhaust gas flowing into the particulate filter 23 or the particulate filter 23 is heated by the electric heater, or fuel is supplied into the exhaust passage upstream of the particulate filter 23. There are a method of heating the particulate filter 23 by burning the fuel and a method of raising the temperature of the particulate filter 23 by raising the temperature of the exhaust gas discharged from the internal combustion engine.
[0035]
On the other hand, as described above, since the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the particulate filter 23 is maintained lean, NO _X in the exhaust gas is stored in the NO _X catalyst 60 on the particulate filter 23. Further, the exhaust gas contains a sulfur component in the form of SO _X , for example, and not only NO _X but also SO _X is stored in the NO _X catalyst 60.
[0036]
The accumulation mechanism of SO _{X in} the NO _X catalyst 60 is considered to be the same as the accumulation mechanism of NO _X. That is, when briefly described as an example the case of carrying platinum Pt and barium Ba on the carrier, the oxygen O ₂ as the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NO _X catalyst 60 described above when the lean O ₂ ^- Alternatively, it is attached to the surface of platinum Pt in the form of O ²⁻ , and SO ₂ in the inflowing exhaust gas reacts with O ₂ ⁻ or O ²⁻ on the surface of platinum Pt to become SO ₃ . Next, the generated SO ₃ is further oxidized on the platinum Pt while being absorbed into the NO _X catalyst 60 and combined with barium oxide BaO, and diffuses into the NO _X catalyst 60 in the form of sulfate ions SO ₄ ⁻ . This sulfate ion SO ₄ ⁻ is then combined with barium ion Ba ⁺ to produce sulfate BaSO ₄ .
[0037]
In this way, the accumulated NO _X amount and the accumulated SO _X amount in the NO _X catalyst 60 gradually increase. In the embodiment according to the present invention, NO accumulation of _X-catalyst 60 NO _X amount accumulated NO _X in the NO _X catalyst 60 by reducing the NO _X that is stored in the NO _X catalyst 60 when it exceeds the allowable maximum amount so as to reduce the amount, NO accumulation of _X-catalyst 60 sO _X amount accumulated sO _X in the NO _X catalyst 60 by reducing the sO _X that is stored in the NO _X catalyst 60 when it exceeds the allowable maximum amount Try to reduce the amount. This will be described in detail with reference to the routine shown in FIG. Note that the routine shown in FIG. 4 is executed by interruption every predetermined set time.
[0038]
Referring to FIG. 4, first, at step 100, the accumulated NO _X amount QN and the accumulated SO _X amount QS of the NO _X catalyst 60 are calculated based on, for example, the engine operating state. That is, the amount of NO _X and SO _X stored in the NO _X catalyst 60 per unit time depends on the amount of NO _X and SO _X discharged from the internal combustion engine per unit time, and from the internal combustion engine per unit time. The amount of NO _X discharged depends on, for example, the accelerator pedal depression amount representing the engine load and the engine speed, and the amount of SO _X discharged from the internal combustion engine per unit time depends on the fuel injection amount. Therefore, from a depression amount and the engine speed and the fuel injection amount of the accelerator pedal, the amount of the NO _X and SO _X stored in the NO _X catalyst 60 per unit time is determined, respectively, which are sequentially accumulated.
[0039]
In the subsequent step 101, it is determined whether or not the accumulated SO _X amount QS is larger than a predetermined allowable maximum SO _X amount QS1. When QS ≦ QS1, the routine then proceeds to step 102, where it is judged if the accumulated NO _X amount QN is larger than the allowable maximum NO _X amount QN1. Terminates the process cycle when the QN ≦ QN1, QN> the routine goes to step 103 when the QN1, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NO _X catalyst 60 is the reducing agent from the reducing agent feed valve 28 so as to Rich Supplied for a fixed time. The following step 104, the accumulated amount of NO _X QN is cleared.
[0040]
On the other hand, QS in step 101> when QS1 the routine goes to step 105, elevated and then 550 ° C. or higher to 550 ° C. The temperature of the NO _X catalyst 60 while maintaining the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the particulate filter 23 lean The temperature rise control is maintained. Continued the step 106 the bypass control valve 32 is opened, the reducing agent from the reducing agent feed valve 28 so that the air fuel ratio becomes rich or the stoichiometric air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the next step 107 the NO _X catalyst 60 is constant Supplied for hours only. That is, the sulfate BaSO ₄ in the SO _X accumulation mechanism of the NO _X catalyst 60 described above is difficult to decompose, and even if the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NO _X catalyst 60 is simply made rich, the sulfuric acid in the NO _X catalyst 60 The amount of the salt BaSO ₄ does not decrease. However, if the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NO _X catalyst 60 is made rich or stoichiometric while maintaining the temperature of the NO _X catalyst 60 at 550 ° C. or higher, the sulfate BaSO ₄ in the NO _X catalyst 60 is decomposed. And released from the NO _X catalyst 60 in the form of SO ₃ . If the exhaust gas contains a reducing agent, that is, HC and CO, the released SO ₃ reacts with these HC and CO and is reduced to SO ₂ . In this way, the amount of SO _X stored in the NO _X catalyst 60 gradually decreases, and at this time, SO _X does not flow out from the NO _X catalyst 60 in the form of SO ₃ .
[0041]
In this case, since the bypass control valve 32 is opened, NO _X amount of exhaust gas flowing into the catalyst 60 is reduced, thus the rich air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NO _X catalyst 60 or The amount of reducing agent required to switch to the stoichiometric air / fuel ratio can be reduced. Incidentally, when it should reduce the amount of sulfur that is accumulated in the NO _X catalyst 60, the bypass control valve 32 may be closed to open vital exhaust throttle valve 27.
[0042]
In the subsequent step 108, the bypass control valve 32 is returned to the closed state, and in the subsequent step 109, the accumulated SO _X amount QS is cleared. Next, the routine proceeds to step 104 where the accumulated NO _X amount QN is cleared. When the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NO _X catalyst 60 in step 107 is switched to the rich or the stoichiometric air-fuel ratio, NO _X NO in the catalyst 60 has stored _X also reduced NO _X catalyst 60 accumulated in the NO _{This is because the} amount of _X also decreases.
[0043]
According to the NO _X and SO _X accumulation and reduction mechanism of the NO _X catalyst 60 described above, the NO _X and SO _X are activated both when NO _X and SO _X are stored in the NO _X catalyst 60 and when NO _X and SO _X are released. Oxygen is produced. This active oxygen has a higher activity than oxygen O ₂ , and therefore oxidizes fine particles deposited on the particulate filter 23 quickly. That is, when supporting the NO _X catalyst 60 on the particulate filter 23, particulate matter settled air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the particulate filter 23 as will be rich and would lean on the particulate filter 23 Is oxidized. In this way, the fine particles are continuously oxidized.
[0044]
Thus, in the embodiment shown in FIG. 1, the bypass control valve 32 is opened only when the amount of SO _X stored in the NO _X catalyst 60 should be reduced. However, as described at the beginning, the amount of SO _X contained in the exhaust gas is considerably small, so that the bypass control valve 32 is kept closed for a long time.
[0045]
Therefore, in the embodiment according to the present invention, the bypass control valve 32 is temporarily opened each time the opening / closing operation of the exhaust throttle valve 27 is performed.
[0046]
That is, as shown in FIG. 5, if the accelerator pedal depression amount L becomes zero and the engine speed N is higher than a predetermined allowable lower limit N1, the exhaust throttle valve 27 is closed. Next, when the accelerator pedal is depressed or the engine speed N becomes equal to or lower than the allowable lower limit value N1, the bypass control valve 32 is opened while the exhaust throttle valve 27 is kept closed. Next, the bypass control valve 32 is closed and the exhaust throttle valve 27 is opened.
[0047]
In this way, the bypass control valve 32 does not stick. As a result, NO _X amount of exhaust gas when the catalyst 60 within the storage SO _X amount to reduce the flow into the NO _X catalyst 60 can be reliably reduced, thus NO accumulation of _X-catalyst 60 SO _X The amount of reducing agent required to reduce the amount can be reliably reduced. At this time, most of the exhaust gas flows through the bypass pipe 30, and therefore the engine back pressure does not increase. In this case, although most of the exhaust gas will bypass the particulate filter 23 and NO _X catalyst 60, the amount of the exhaust gas is not so much.
[0048]
Furthermore, the amount of exhaust gas flowing into this bypass control valve 32 when is opened NO _X catalyst 60 is reduced. Therefore, in this embodiment of the present invention, and so as to temporarily supply the reducing agent to the NO _X catalyst 60 when the bypass control valve 32 is temporarily opened as shown by the arrows in FIG. That is, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NO _X catalyst 60 to reduce the accumulated amount of NO _X in the NO _X catalyst 60 is the reducing agent is supplied so as to rich. In this case, it does not require a large amount of reducing agent in order to switch the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NO _X catalyst 60 rich.
[0049]
FIG. 6 shows a routine for executing the above-described valve control according to the present invention. This routine is executed by interruption every predetermined time.
[0050]
Referring to FIG. 6, first, at step 120, it is judged if the exhaust throttle valve 27 is closed. When the exhaust throttle valve 27 is open, the routine proceeds to step 121 where it is determined whether or not the exhaust throttle valve 27 should be closed, that is, the accelerator pedal depression amount L is zero and the engine speed N is less than the allowable lower limit value N1. Is also determined. When L> 0 or N ≦ N1, the processing cycle is terminated. When L = 0 and N> N1, the routine proceeds to step 122 where the exhaust throttle valve 27 is closed.
[0051]
When the exhaust throttle valve 27 is closed, the routine proceeds from step 120 to step 123, where it is determined whether or not the exhaust throttle valve 27 should be opened, that is, whether L> 0 or N ≦ N1. When L = 0 and N> N1, the processing cycle is terminated. When L> 0 or N ≦ N1, the routine proceeds to step 124 where the bypass control valve 32 is opened. In the following step 125, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NO _X catalyst 60 is the reducing agent is supplied by a constant time from the reducing agent feed valve 28 so as to rich. In the following step 126, the exhaust throttle valve 27 is opened and the bypass control valve 32 is closed.
[0052]
【The invention's effect】
Since the opening and closing valve operation of the bypass control valve every time the on-off valve operation of the exhaust throttle valve is made is made the bypass control valve is prevented from sticking to the closed position, thus the sulfur content which is stored in the NO _X catalyst Thus, the amount of reducing agent required to reduce the amount of can be reliably reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall view of an internal combustion engine.
FIG. 2 is a diagram showing a particulate filter.
FIG. 3 is a partially enlarged cross-sectional view of a partition wall of a particulate filter.
FIG. 4 is a flowchart for executing reduction control of the accumulated NO _X amount and the accumulated SO _X amount in the NO _X catalyst.
FIG. 5 is a diagram for explaining valve control according to the present invention.
FIG. 6 is a flowchart for executing valve control.
[Explanation of symbols]
1 ... engine body 22 ... upstream exhaust duct 23 ... particulate filter 25 ... downstream exhaust duct 27 ... exhaust throttle valve 28 ... reducing agent supply valve 30 ... Bypass pipe 32 ... bypass control valve 60 ... NO _X catalyst

Claims

In the exhaust passage of the internal combustion engine in which combustion continues under a lean air-fuel ratio, NO _X in the exhaust gas flowing in when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lean is stored, and the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas There is disposed a NO _X catalyst reduces the amount of the NO _X are stored by reducing NO _X are stored as containing a reducing agent in the exhaust gas when dropped, bypassing the NO _X catalyst A bypass passage that connects the exhaust passage upstream of the NO _X catalyst and the exhaust passage downstream of the NO _X catalyst is provided, and when the valve is opened, exhaust gas flows into the bypass passage and exhaust gas that flows into the NO _X catalyst In an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine in which a bypass control valve whose amount is reduced is disposed in a bypass passage, the bypass control valve is held in a closed state, and a portion where the inflow end of the bypass passage is connected to the bypass passage The outflow end An exhaust throttle valve that is temporarily closed when the engine is decelerated is placed in the exhaust passage between the connected parts and the exhaust throttle valve that is temporarily closed is opened. An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine in which a bypass control valve is temporarily opened while the exhaust throttle valve is kept closed when it should be, and then the exhaust throttle valve is opened.

In the exhaust passage between the portion and the NO _X catalyst inlet end of the bypass passage is connected, to place the reducing agent supply valve for supplying the reducing agent to the NO _X catalyst, temporarily been closed the internal combustion engine of claim 1, from the reducing agent feed valve and to supply the reducing agent to the NO _X catalyst when the bypass control valve of the exhaust throttle valve are in the time to open valve is temporarily opened Exhaust purification equipment.

2. The internal combustion engine according to claim 1, wherein when the sulfur content stored in the NO _X catalyst is reduced to reduce the amount of the stored sulfur content, the bypass control valve is temporarily opened. Exhaust purification equipment.

An exhaust purification system of an internal combustion engine according to claim 1, wherein the NO _X catalyst is supported on a particulate filter for trapping particulate contained in the exhaust gas.