JP5746008B2 - Exhaust gas purification device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。 The present invention relates to an exhaust emission control device for an internal combustion engine.
排気ガス中のHC、CO、及びNOXを浄化するために、三元触媒装置を機関排気系に配置することが公知である。しかしながら、三元触媒装置に一般的に使用される白金等の貴金属触媒は高価であり、貴金属触媒に代えて卑金属触媒を使用することが提案されている(特許文献1参照)。 HC in exhaust gas, CO, and to purify NO X, it is known to place a three-way catalytic converter in the engine exhaust system. However, a noble metal catalyst such as platinum generally used in a three-way catalyst device is expensive, and it has been proposed to use a base metal catalyst instead of the noble metal catalyst (see Patent Document 1).
しかしながら、三元触媒装置において、貴金属触媒を代えて卑金属触媒を使用したり、貴金属触媒の一部を卑金属触媒に置き換えたりすると、NOX還元触媒装置としてNOXの還元性能が低下するために、燃焼空燃比を理論空燃比より僅かにリッチにして、排気ガス中にHC及びCO等の還元物質の濃度を高めてNOXを還元し易くすることが考えられる。 However, in the three-way catalyst device, when the base metal catalyst is used instead of the noble metal catalyst, or when a part of the noble metal catalyst is replaced with the base metal catalyst, the NO x reduction performance as the NO x reduction catalyst device decreases. the combustion air-fuel ratio in the slightly more rich stoichiometric air-fuel ratio, it is considered possible to facilitate the reduction of NO X by increasing the concentration of the reducing substance such as HC and CO in the exhaust gas.
前述のように、卑金属触媒を担持してNOXの還元性能が低いNOX還元触媒装置を備える内燃機関の排気浄化装置において、NOXを良好に還元するのに燃焼空燃比を理論空燃比よりリッチにしたのでは、燃料消費が大幅に悪化してしまう。 As described above, in the exhaust purification system for an internal combustion engine having a reducing capability is low NO X reduction catalyst device of the NO X carries a base metal catalyst, the combustion air-fuel ratio to satisfactorily reduce NO X than the stoichiometric air-fuel ratio If it is made rich, fuel consumption will be greatly degraded.
従って、本発明の目的は、卑金属触媒を担持してNOXの還元性能が低いNOX還元触媒装置を備える内燃機関の排気浄化装置において、排気ガス中のNOXの還元のための燃料消費の悪化を改善することである。 Accordingly, the present invention purposes, in the exhaust purification system for an internal combustion engine having a reducing capability is low NO X reduction catalyst device of the NO X carries a base metal catalyst, the fuel consumption for the reduction of the NO X in the exhaust gas It is to improve the deterioration.
本発明による請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置は、排気通路に配置された卑金属触媒を担持する第一NOX還元触媒装置と、前記排気通路の前記第一NOX還元触媒装置の下流側に配置されたアンモニア吸蔵能力を有する第二NOX還元触媒装置と、前記第一NOX還元触媒装置の上流側に配置された炭化水素吸蔵装置と、前記炭化水素吸蔵装置をバイパスするバイパス通路とを具備し、前記第一NOX還元触媒装置へ流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりリッチであるときには、前記第一NOX還元触媒装置によって排気ガス中のNOXを還元してアンモニアを生成すると共に、生成された前記アンモニアを前記第二NOX還元触媒装置に吸蔵し、前記第一NOX還元触媒装置へ流入する排気ガスの空燃比がリーンであるときには、前記第二NOX還元触媒装置によって排気ガス中のNOXを前記NOX還元触媒装置に吸蔵された前記アンモニアを使用して還元する内燃機関の排気浄化装置において、内燃機関の燃焼空燃比がリッチにされているときに前記炭化水素吸蔵装置に吸蔵された炭化水素が内燃機関の燃焼空燃比を前記リーンから前記リッチにする直前に放出されるように、排気ガスを前記バイパス通路及び前記炭化水素吸蔵装置のいずれを通過させるかと、内燃機関の燃焼空燃比とが制御されることを特徴とする。
An exhaust purification system of an internal combustion engine according to
本発明による請求項2に記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置において、内燃機関の燃焼空燃比が理論空燃比よりリッチにされているときに、排気ガス温度が設定温度未満ならば排気ガスが前記炭化水素吸蔵装置を通過するようにし、排気ガス温度が前記設定温度以上ならば排気ガスが前記バイパス通路を通過するようにし、内燃機関の燃焼空燃比が理論空燃比よりリーンにされているときには、排気ガスが前記バイパス通路を通過するようにし、内燃機関の燃焼空燃比を前記リーンから前記リッチとするときには、排気ガス温度が前記設定温度未満ならば排気ガスが前記バイパス通路を通過するようにして内燃機関の燃焼空燃比を前記リッチにし、排気ガス温度が前記設定温度以上ならば排気ガスが前記炭化水素吸蔵装置を通過するようにし、前記炭化水素吸蔵装置から流出する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりリーンとなったときに内燃機関の燃焼空燃比を前記リッチにするように、排気ガスを前記バイパス通路及び前記炭化水素吸蔵装置のいずれを通過させるかと、内燃機関の燃焼空燃比とが制御されることを特徴とする。
An internal combustion engine exhaust gas purification apparatus according to
本発明による請求項3に記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項1又は2に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記排気通路の前記第二NOX還元触媒装置の下流側に配置された酸化触媒装置と、前記排気通路の前記第二NOX還元触媒装置と前記酸化触媒装置との間に二次空気を供給する二次空気供給装置と、前記排気通路の前記第二NOX還元触媒装置と前記酸化触媒装置との間に配置された第一NOXセンサと、前記排気通路の前記酸化触媒装置の下流側に配置された第二NOXセンサとを具備し、内燃機関の燃焼空燃比を前記リッチにすると共に前記二次空気供給装置により二次空気を供給し、前記第二NOXセンサによりNOXが検出されたときには、少なくとも第一NOXセンサによりNOXが検出されるまで内燃機関の燃焼空燃比を前記リーンにすることを特徴とする。 An internal combustion engine exhaust gas purification apparatus according to a third aspect of the present invention is the internal combustion engine exhaust gas purification apparatus according to the first or second aspect, wherein the exhaust passage is disposed downstream of the second NO x reduction catalyst device. an oxidation catalyst device, which is a secondary air supply device for supplying secondary air between the second NO X reduction catalyst device of the exhaust passage and the oxidation catalyst device, the second NO X in the exhaust passage comprising a first NO X sensor disposed between the reduction catalyst device and the oxidation catalyst device, and a second NO X sensor that is disposed on the downstream side of the oxidation catalyst device of the exhaust passage, the internal combustion engine the combustion air-fuel ratio by supplying the secondary air by the secondary air supply system as well as to the rich, the when the NO X is detected by the second NO X sensor, NO X is detected by at least a first NO X sensor Combustion of the internal combustion engine until Characterized by the ratio to the lean.
本発明による請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置によれば、排気通路に配置された卑金属触媒を担持する第一NOX還元触媒装置と、排気通路の第一NOX還元触媒装置の下流側に配置されたアンモニア吸蔵能力を有する第二NOX還元触媒装置と、第一NOX還元触媒装置の上流側に配置された炭化水素吸蔵装置と、炭化水素吸蔵装置をバイパスするバイパス通路とを具備し、第一NOX還元触媒装置へ流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりリッチであるときには、還元能力が低くても第一NOX還元触媒装置によって排気ガス中のNOXを還元することができ、一部のNOXからはアンモニアが生成される。こうして生成されたアンモニアは第二NOX還元触媒装置に吸蔵される。一方、第一NOX還元触媒装置へ流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりリーンであるときには、第二NOX還元触媒装置によって排気ガス中のNOXを第二NOX還元触媒装置に吸蔵されたアンモニアを使用して還元するようになっている。こうして、第一NOX還元触媒装置へ流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりリーンであるときにも排気ガス中のNOXを良好に還元することができる。それにより、内燃機関においてNOXの還元のために燃焼空燃比を常に理論空燃比よりリッチにする場合に比較して、燃料消費の悪化を改善することができる。
According to the exhaust purification system of an internal combustion engine according to
また、第一NOX還元触媒装置の上流側には炭化水素吸蔵装置が配置されており、内燃機関の燃焼空燃比がリッチにされているときに炭化水素吸蔵装置に吸蔵された炭化水素が内燃機関の燃焼空燃比をリーンからリッチにする直前に放出されるように、排気ガスをバイパス通路及び炭化水素吸蔵装置のいずれを通過させるかと、内燃機関の燃焼空燃比とが制御されるようになっている。それにより、内燃機関の燃焼空燃比がリーンとされていて第二NOX還元触媒装置により吸蔵アンモニアを使用するNOXの還元ができなくなっても、炭化水素が放出されている間は、第一NOX還元触媒装置においてNOXの還元が可能となり、内燃機関の燃焼空燃比をリッチにする期間を短縮することができるために、燃料消費の悪化をさらに改善することができる。 Further, a hydrocarbon storage device is disposed upstream of the first NO x reduction catalyst device, and when the combustion air-fuel ratio of the internal combustion engine is made rich, the hydrocarbons stored in the hydrocarbon storage device are internal combustion. Whether the exhaust gas is allowed to pass through the bypass passage or the hydrocarbon storage device and the combustion air-fuel ratio of the internal combustion engine are controlled so that they are released immediately before the combustion air-fuel ratio of the engine is made rich from lean. ing. Thereby, even if can not be reduced of the NO X to use occluding ammonia by combustion air-fuel ratio of the internal combustion engine the second NO X reduction catalyst device is lean, while the hydrocarbons are released, the first NO X reduction in the catalytic device of the NO X reduction is possible, in order to be able to shorten the period for the combustion air-fuel ratio of an internal combustion engine to a rich, deterioration of fuel consumption can be further improved.
また、本発明による請求項2に記載の内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置において、内燃機関の燃焼空燃比が理論空燃比よりリッチにされているときに、排気ガス温度が設定温度未満ならば排気ガスが炭化水素吸蔵装置を通過するようにして、炭化水素吸蔵装置に排気ガス中の炭化水素を吸蔵する。しかしながら、排気ガス温度が設定温度以上ならば排気ガスが炭化水素吸蔵装置を通過するようにすると、吸蔵した炭化水素が放出されてしまうために、排気ガスはバイパス通路を通過するようにする。内燃機関の燃焼空燃比が理論空燃比よりリーンにされているときには、排気ガス中に炭化水素は殆ど含まれていないために、排気ガスがバイパス通路を通過するようにする。
According to the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to
内燃機関の燃焼空燃比をリーンからリッチとするときには、排気ガス温度が設定温度未満ならば炭化水素吸蔵装置から炭化水素を放出させることができないために排気ガスがバイパス通路を通過するようにして内燃機関の燃焼空燃比をリッチにするが、排気ガス温度が設定温度以上ならば排気ガスが前記炭化水素吸蔵装置を通過するようにして、炭化水素吸蔵装置から吸蔵した炭化水素を放出させ、第一NOX還元触媒装置へ流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比よりリッチにし、吸蔵炭化水素が殆ど放出されて炭化水素吸蔵装置から流出する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりリーンとなったときに内燃機関の燃焼空燃比をリッチにする。このように、排気ガスをバイパス通路及び炭化水素吸蔵装置のいずれを通過させるかと、内燃機関の燃焼空燃比とが制御されることにより、炭化水素吸蔵装置に炭化水素を良好に吸蔵することができると共に、炭化水素吸蔵装置から効果的に吸蔵炭化水素を放出させることができ、内燃機関の燃焼空燃比を理論空燃比よりリッチとする前のリーンとされているときに、第一NOX還元触媒装置へ流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比よりリッチにしてNOXの還元が可能となり、内燃機関の燃焼空燃比をリッチとする期間を短くして燃料消費の悪化をさらに改善することができる。 When the combustion air-fuel ratio of the internal combustion engine is made lean to rich, if the exhaust gas temperature is lower than the set temperature, hydrocarbons cannot be released from the hydrocarbon storage device, so that the exhaust gas passes through the bypass passage and The combustion air-fuel ratio of the engine is made rich, but if the exhaust gas temperature is equal to or higher than the set temperature, the exhaust gas passes through the hydrocarbon storage device, and the stored hydrocarbon is released from the hydrocarbon storage device. NO was X fuel ratio of the exhaust gas flowing to the reducing catalyst device richer than the stoichiometric air-fuel ratio, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing out from the hydrocarbon-absorbing device has become leaner than the stoichiometric air-fuel ratio storage hydrocarbons is almost released Sometimes the combustion air-fuel ratio of the internal combustion engine is made rich. In this way, by controlling which of the bypass passage and the hydrocarbon storage device the exhaust gas passes through and the combustion air-fuel ratio of the internal combustion engine, it is possible to store the hydrocarbons well in the hydrocarbon storage device. In addition, the first NO x reduction catalyst can effectively release the occluded hydrocarbons from the hydrocarbon occlusion device, and when the internal combustion engine is lean before the combustion air-fuel ratio is made richer than the stoichiometric air-fuel ratio. It is possible to reduce NO x by making the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the device richer than the stoichiometric air-fuel ratio, and to further improve the deterioration of fuel consumption by shortening the period during which the combustion air-fuel ratio of the internal combustion engine is rich. it can.
また、本発明による請求項3に記載の内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項1又は2に記載の内燃機関の排気浄化装置において、排気通路の第二NOX還元触媒装置の下流側に配置された酸化触媒装置と、排気通路の第二NOX還元触媒装置と酸化触媒装置との間に二次空気を供給する二次空気供給装置と、排気通路の第二NOX還元触媒装置と酸化触媒装置との間に配置された第一NOXセンサと、排気通路の酸化触媒装置の下流側に配置された第二NOXセンサとを具備し、内燃機関の燃焼空燃比をリッチにすると共に二次空気供給装置により二次空気を供給する。それにより、第一NOX還元触媒装置のNOXの還元能力が低くても、第一NOX還元触媒装置において良好にNOXを還元することができ、第一NOX還元触媒装置から流出するHC及びCOは、下流側の酸化触媒装置において二次空気中の酸素を使用して酸化することができる。
Further, according to the exhaust purification system of an internal combustion engine according to
第一NOX還元触媒装置でのNOXの還元によって生成されたアンモニアは、第一NOX還元触媒装置の下流側に配置されたアンモニア吸蔵能力を有する第二NOX還元触媒装置に吸蔵され、第二NOX還元触媒装置のアンモニア吸蔵能力が飽和すると、第二NOX還元触媒装置からアンモニアが流出し、第二NOX還元触媒装置の下流側に配置された酸化触媒装置に流入して二次空気中の酸素を使用して酸化され、NOXが生成される。それにより、第二NOXセンサによりNOXが検出されたときには、第二NOX還元触媒装置には飽和量のアンモニアが吸蔵されていることとなり、内燃機関の燃焼空燃比を理論空燃比よりリーンにする。 Ammonia produced by the reduction of the NO X in the first NO X reduction catalyst device is occluded in the second NO X reduction catalyst device having a first NO X reducing ammonia storage capacity which is disposed downstream of the catalytic converter, When ammonia storage capacity of the second NO X reduction catalyst device is saturated ammonia flows out from the second NO X reduction catalyst device flows into the second NO X reduction oxidation catalyst device disposed downstream of the catalytic converter two use of oxygen in the next air is oxidized, NO X is produced. Accordingly, when NO X is detected by the second NO X sensor, the second NO X reduction catalyst device stores a saturated amount of ammonia, and the combustion air-fuel ratio of the internal combustion engine is made leaner than the stoichiometric air-fuel ratio. To.
それにより、排気ガス中のNOXは第一NOX還元触媒装置において還元されないが、第二NOX還元触媒装置において吸蔵されたアンモニアによって良好に還元され、殆ど大気中へ放出されることはない。第二NOX還元触媒装置において吸蔵されたアンモニアの全てがNOXの還元に使用されると、第二NOX還元触媒装置からNOXが流出して第一NOXセンサによりNOXが検出される。少なくともこのときにまでは、内燃機関の燃焼空燃比はリーンにされる。その後は、第二NOX還元触媒装置ではNOXを還元することができないために、燃焼空燃比をリーンとしたまま炭化水素吸蔵装置から放出される炭化水素を利用して第一NOX還元触媒装置によりNOXを還元するか、又は、燃焼空燃比をリッチとして第一NOX還元触媒装置によりNOXを還元することとなる。こうして、内燃機関において燃焼空燃比を常に理論空燃比よりリッチにする場合に比較して、燃料消費の悪化を改善することができる。 As a result, NO x in the exhaust gas is not reduced in the first NO x reduction catalyst device, but is well reduced by the ammonia stored in the second NO x reduction catalyst device and hardly released into the atmosphere. . When all of the occluded ammonia is used for the reduction of the NO X in the second NO X reduction catalyst device, NO X by the first NO X sensor NO X from the second NO X reduction catalyst device flows out is detected The At least until this time, the combustion air-fuel ratio of the internal combustion engine is made lean. Thereafter, in order in the second NO X reduction catalyst device can not be reduced to NO X, the first NO X reduction catalyst using the hydrocarbons released the combustion air-fuel ratio from a hydrocarbon storage device while lean or reducing the NO X by the device, or, so that the reduction of NO X by the first NO X reduction catalyst device combustion air-fuel ratio rich. Thus, the deterioration of fuel consumption can be improved as compared with a case where the combustion air-fuel ratio is always made richer than the stoichiometric air-fuel ratio in the internal combustion engine.
図1は本発明による内燃機関の排気浄化装置を示す概略図である。内燃機関10は例えば筒内噴射式火花点火の四気筒内燃機関である。内燃機関10のエキゾーストマニホルド20の下流側の排気通路30には、炭化水素吸蔵装置40が配置されている。炭化水素吸蔵装置40は、例えばハニカム構造の基体上に炭化水素吸蔵材として例えばゼオライト等が担持されたものである。炭化水素吸蔵装置40は、排気ガス温度が設定温度(例えば300°C)未満であるときには、排気ガス中の炭化水素を良好に吸蔵し、排気ガス温度が設定温度以上となると、吸蔵した炭化水素を放出するものである。
FIG. 1 is a schematic view showing an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention. The
排気通路30には、炭化水素吸蔵装置40をバイパスするバイパス通路32が炭化水素吸蔵装置40の上流側に設けられた切換弁31を介して接続されており、切換弁31を第一位置とすることにより、排気ガスは実線矢印で示すようにバイパス通路32を通過せずに炭化水素吸蔵装置40を通過するようになり、切換弁31を第二位置とすることにより、排気ガスは点線矢印で示すように炭化水素吸蔵装置40を通過せずにバイパス通路32を通過するようになる。
A
排気通路30のバイパス通路32の合流位置33より下流側(すなわち、炭化水素吸蔵装置40の下流側)には、第一NOX還元触媒装置50が配置されている。第一NOX還元触媒装置50は、例えばハニカム構造の基体上に、白金Pt等の高価な貴金属触媒ではなく、銅Cu、鉄Fe、銀Ag、又は、金Au等の卑金属触媒をアルミナ又はセリア等を担体として担持したものである。また、第一NOX還元触媒装置50は、一般的な三元触媒装置の貴金属触媒の一部を卑金属触媒に置換するなどして、高価な貴金属触媒の使用量を減少させたものとすることができる。
A first NO x
また、排気通路30の第一NOX還元触媒装置50の下流側には、例えばハニカム構造の基体上に、例えば、超強酸処理したジルコニアZrO2を担持したり、銅Cu又は鉄FeをゼオライトZSM5又はSAPOを担体として担持したりして形成されて、アンモニア吸蔵機能を有するようにした第二NOX還元触媒装置60が配置されている。第二NOX還元触媒装置60は、排気ガスの空燃比がリーンでも吸蔵したアンモニアを還元剤として使用してNOXを還元することができる。また、排気通路30の第二NOX還元触媒装置60の下流側には、例えばハニカム構造の基体上に、卑金属触媒(又は貴金属触媒)を担持する酸化触媒装置70が配置されている。
Further, on the downstream side of the first NO x
また、排気通路30の第二NOX還元触媒装置60と酸化触媒装置70との間には、二次空気を供給する二次空気供給装置80が配置されている。また、排気通路30の第二NOX還元触媒装置60と酸化触媒装置70との間には、第一NOXセンサ91が配置され、排気通路30の酸化触媒装置70の下流側には、第二NOXセンサ92が配置されている。第一NOXセンサ91及び第二NOXセンサ92は、排気ガス中のNOX濃度を検出することができる。
A secondary
前述の第一NOX還元触媒装置50は、貴金属触媒を担持する一般的な三元触媒装置に比較して、還元性能が低下するために、理論空燃比の排気ガスではNOXを十分に還元浄化することができず、NOXを十分に還元するためには、燃焼空燃比を理論空燃比より僅かにリッチ(例えば空燃比14)にして排気ガス中の還元物質の濃度を高めるようにしなければならない。しかしながら、常に燃焼空燃比を理論空燃比よりリッチにしたのでは、燃料消費が悪化してしまう。
The first NO X
この問題を改善するために、本排気浄化装置は電子制御装置(図示せず)によって図2に示すフローチャートに従って制御される。本フローチャートは、機関始動と共に開始される。先ず、ステップ101において、フラグFが1であるか否かが判断される。機関停止と共にフラグFは0にリセットされるために、当初は、ステップ101の判断は否定されてステップ102へ進む。
In order to improve this problem, the exhaust emission control device is controlled by an electronic control device (not shown) according to the flowchart shown in FIG. This flowchart is started when the engine is started. First, in
ステップ102では、内燃機関の燃焼空燃比を理論空燃比より僅かにリッチ(例えば空燃比14)にする。このような燃焼空燃比の制御を可能とするために、排気通路30の切換弁31の上流側には排気ガスの空燃比を検出することができる第一空燃比センサ34が配置されている。次いで、ステップ103において、二次空気供給装置80から酸化触媒装置70の上流側への二次空気の供給を実施する。次いで、ステップ104において、排気ガス温度Tが設定温度T’(例えば300°C)以上であるか否かが判断される。
In
排気ガス温度Tは、切換弁31の直上流側において温度センサ(図示せず)により測定しても良いが、現在の機関運転状態(機関負荷及び機関回転数)に基づきマップ等を使用して推定しても良い。ステップ104の判断が否定されるときには、ステップ105において切換弁31は第一位置とされ、ステップ104の判断が肯定されるときには、ステップ106において切換弁31は第二位置とされる。
The exhaust gas temperature T may be measured by a temperature sensor (not shown) immediately upstream of the switching
内燃機関の燃焼空燃比が理論空燃比よりリッチにされているときには、理論空燃比よりリーンとされるときに比較してNOXの生成量が少なく、また、切換弁31がいずれの位置にされても、第一NOX還元触媒装置50へ流入する排気ガスの空燃比は理論空燃比よりリッチとなり、排気ガス中のNOXは、還元性能が低い第一NOX還元触媒装置50においても、還元作用が活発となり、排気ガス中に含まれるHC及びCOを使用して良好に還元される。このときに、一部のNOXからはアンモニアが生成される(CO+H2O→H2+CO2,2NO+2CO+3H2→2NH3+2CO2)。こうして生成されたアンモニアは、第二NOX還元触媒装置60に吸蔵される。
When the combustion air-fuel ratio of the internal combustion engine is made richer than the stoichiometric air-fuel ratio, the amount of NO x produced is small compared to when the lean air-fuel ratio is made leaner than the stoichiometric air-fuel ratio, and the switching
また、内燃機関の燃焼空燃比が理論空燃比よりリッチとされているときには、排気ガス中のHC及びCOの濃度が高くなり、一部のHC及びCOは、第一NOX還元触媒装置50において、NOXの還元に使用されることなく、また、酸化されることもなく、第一NOX還元触媒装置50から流出する。このように流出するHC及びCOは、第二NOX還元触媒装置60を通過して酸化触媒装置70へ流入し、二次空気供給装置80から供給される二次空気に含まれる酸素を使用して、酸化触媒装置70において酸化されるために、大気中へは殆ど放出されることはない。
Further, when the combustion air-fuel ratio of the internal combustion engine is richer than the stoichiometric air-fuel ratio, the concentrations of HC and CO in the exhaust gas become high, and some HC and CO are in the first NO x
また、排気ガス温度Tが設定温度T’未満であるときには、炭化水素吸蔵装置40は、排気ガス中の炭化水素を良好に吸蔵するために、ステップ105において切換弁31が第一位置とされることにより、理論空燃比よりリッチな排気ガスが炭化水素吸蔵装置40を通過するようにされ、排気ガス中の一部の炭化水素が炭化水素吸蔵装置40に吸蔵される。一方、排気ガス温度Tが設定温度T’以上であれば、排気ガスが炭化水素吸蔵装置40を通過するようにされると、吸蔵した炭化水素を放出してしまうために、ステップ106において切換弁31が第二位置とされることにより、排気ガスはバイパス通路32を通過するようにされる。こうして、内燃機関の燃焼空燃比が理論空燃比よりリッチとされているときにおいて、排気ガス温度Tが設定温度T’未満であれば、炭化水素吸蔵装置40には炭化水素が吸蔵される。
When the exhaust gas temperature T is lower than the set temperature T ′, the
次いで、ステップ107において、第二NOXセンサ92によって酸化触媒装置70から流出する排気ガス中にNOXが含まれているか否かが判断される。当初は、酸化触媒装置70から流出する排気ガス中には殆どNOXは含まれておらず、ステップ107の判断は否定されてステップ109へ進む。
Next, at
ステップ109では、第一NOXセンサ91によって第二NOX還元触媒装置60から流出する排気ガス中にNOXが含まれているか否かが判断される。当初は、第二NOX還元触媒装置60から流出する排気ガス中には殆どNOXは含まれておらず、ステップ109の判断は否定されて、そのままステップ101へ戻る。
In
詳しくは後述するが、もし、ステップ109の判断が肯定されれば、ステップ110において、排気ガス温度Tが設定温度T’以上であるか否かが判断され、この判断が否定されるときには、ステップ111において切換弁31を第二位置とし、ステップ114においてフラグFが0にリセットされる。
Although details will be described later, if the determination in
一方、ステップ110の判断が肯定されるときには、ステップ112において切換弁31が第一位置とされ、次いで、ステップ113において炭化水素吸蔵装置40から流出する排気ガスの空燃比がリーンであるか否かが判断され、この判断が肯定されるときに、ステップ114においてフラグFは0にリセットされる。
On the other hand, when the determination in
前述のようにして、内燃機関の燃焼空燃比が理論空燃比よりリッチにされ続けると、第一NOX還元触媒装置50において生成されるアンモニアが第二NOX還元触媒装置60に吸蔵され続け、遂には、第二NOX還元触媒装置60のアンモニア吸蔵量が上限値に達し、第二NOX還元触媒装置60からアンモニアが流出するようになる。こうして流出するアンモニアは、酸化触媒装置70へ流入し、二次空気供給装置80から供給される二次空気に含まれる酸素を使用して、酸化触媒装置70において酸化されてNOXを生成する(4NH3+5O2→4NO+6H2O)。
As described above, when the combustion air-fuel ratio of the internal combustion engine continues to be richer than the stoichiometric air-fuel ratio, ammonia generated in the first NO x
それにより、第二NOXセンサ92がNOXを検出するために、ステップ107の判断が肯定され、ステップ108においてフラグFは1とされる。このときにおいて、依然として燃焼空燃比は理論空燃比よりリッチとされているために、第二NOX還元触媒装置60から流出する排気ガス中にはNOXは殆ど含まれておらず、ステップ109の判断が肯定されることはない。
Thereby, in order for the second NO X sensor 92 to detect NO X , the determination in
フラグFが1とされると、ステップ101の判断は肯定され、ステップ115において、内燃機関の燃焼空燃比を理論空燃比よりリーン(例えば空燃比15)とし、ステップ116において、二次空気供給装置70からの二次空気の供給を停止する(制御を簡素化するために二次空気の供給は常に実施するようにしても良い)。こうして、内燃機関の燃焼空燃比が理論空燃比よりリーンとされると、第一NOX還元触媒装置50へ流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりリーンとなるために、第一NOX還元触媒装置50においては、還元作用が不活発となって、排気ガス中のNOXを良好に還元することはできず、NOXを含む排気ガスが第二NOX還元触媒装置60へ流入する。
When the flag F is set to 1, the determination in
第二NOX還元触媒装置60において、排気ガスの空燃比はリーンであるが、排気ガス中のNOXは第二NOX還元触媒装置60に吸蔵されているアンモニアを還元剤として良好に還元される(6NO+4NH3→5N2+6H2O)。こうして、大気中へはNOXは殆ど放出されることはない。このときには、第二NOX還元触媒装置60からアンモニアがそのまま流出することはなく、ステップ107の判断は否定されるが、フラグFは1のままである。また、排気ガス中のNOXは第二NOX還元触媒装置60において還元されるために、ステップ109の判断も否定される。
In the second NO X
こうして、内燃機関の燃焼空燃比が理論空燃比よりリーンにされ続けると、第二NOX還元触媒装置60において吸蔵されたアンモニアがNOXの還元に使用され続け、遂には、第二NOX還元触媒装置60のアンモニア吸蔵量がゼロ又は非常に少なくなり、排気ガス中のNOXを還元することができなくなる。
Thus, the combustion air-fuel ratio of the internal combustion engine continues to be lean of the stoichiometric air-fuel ratio, ammonia occluded in the second NO X
それにより、第二NOXセンサ92が酸化触媒装置60から流出する排気ガス中のNOXを検出してステップ107においてフラグFを1としても、第一NOXセンサ91が第二NOX還元触媒装置60から流出する排気ガス中のNOXを検出するために、ステップ109の判断が肯定され、ステップ114においてフラグFは0にリセットされる。
As a result, even if the second NO X sensor 92 detects NO X in the exhaust gas flowing out from the
ここで、ステップ109の判断が肯定されたときに、もし、排気ガス温度Tが設定温度T’未満であれば、ステップ110の判断が否定され、ステップ111において、切換弁31を第二位置とし、排気ガスがバイパス通路32を通過するようにして、ステップ114においてフラグFが0にリセットされるために、ステップ101の判断が否定され、ステップ102において、再び、内燃機関の燃焼空燃比を理論空燃比より僅かにリッチ(例えば空燃比14)にする。次いで、ステップ103において、二次空気供給装置80から酸化触媒装置70の上流側への二次空気の供給を実施する。
Here, when the determination in
しかしながら、ステップ109の判断が肯定されたときに、排気ガス温度Tが設定温度T’以上であれば、ステップ110の判断が肯定され、ステップ112において、切換弁31を第一位置とし、排気ガスが炭化水素吸蔵装置40を通過するようにする。それにより、内燃機関の燃焼空燃比を理論空燃比よりリッチとしている間において、排気ガス温度Tが設定温度T’未満のときに炭化水素吸蔵装置40に吸蔵された炭化水素が、高温の排気ガスの通過により放出され、内燃機関の燃焼空燃比を理論空燃比よりリッチにしなくても、排気ガスの空燃比を理論空燃比よりリッチにすることができ、下流側の第一NOX還元触媒装置50において排気ガス中のNOXを良好に還元することができる。こうして、内燃機関の燃焼空燃比を理論空燃比よりリッチにする期間を短くすることが可能となる。
However, if the determination in
93は炭化水素吸蔵装置40から流出する排気ガスの空燃比を検出するための第二空燃比センサであり、第二空燃比センサ93の出力がリーンとなるまでは、フラグFを0にリセットしないようになっている。炭化水素吸蔵装置40からの炭化水素の放出によっても、排気ガスの空燃比が理論空燃比よりリーンとなれば、第一NOX還元触媒装置50において排気ガス中のNOXを良好に還元することができなくなり、このときには、ステップ113の判断が肯定され、ステップ114においてフラグFは0にリセットされる。それにより、ステップ101の判断が否定され、ステップ102において、再び、内燃機関の燃焼空燃比を理論空燃比より僅かにリッチ(例えば空燃比14)にする。次いで、ステップ103において、二次空気供給装置80から酸化触媒装置70の上流側への二次空気の供給を実施する。
93 is a second air-fuel ratio sensor for detecting the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing out from the
このようにして、内燃機関の燃焼空燃比を交互にリッチ及びリーンとするが、前述したように、大気中へ殆どNOXが放出されないようにすることができ、内燃機関において燃焼空燃比を常に理論空燃比よりリッチにする場合に比較して、燃料消費の悪化を改善することができる。また、炭化水素吸蔵装置40を使用することにより、内燃機関の燃焼空燃比を理論空燃比よりリーンからリッチとする直前において依然としてリーンとされているときに、第一NOX還元触媒装置50へ流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比よりリッチにすることができ、内燃機関の燃焼空燃比をリッチとする期間を短くして燃料消費の悪化をさらに改善することができる。
In this way, the combustion air-fuel ratio of the internal combustion engine is made rich and lean alternately, but as described above, almost no NO x can be released into the atmosphere, and the combustion air-fuel ratio in the internal combustion engine is always reduced. Deterioration of fuel consumption can be improved as compared with the case where the air-fuel ratio is made richer than the theoretical air-fuel ratio. Further, by using a
10 内燃機関
30 排気通路
31 切換弁
32 バイパス通路
34 第一空燃比センサ
40 炭化水素吸蔵装置
50 第一NOX還元触媒装置
60 第二NOX還元触媒装置
70 酸化触媒装置
80 二次空気供給装置
91 第一NOXセンサ
92 第二NOXセンサ
93 第二空燃比センサ
10
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