内燃機関の排気浄化装置
【課題】ＮＯx吸蔵触媒昇温時におけるＮＯxの放出を考慮して尿素供給量を算出する。
【解決手段】機関排気通路内にＮＯx選択還元触媒１４を配置し、ＮＯx選択還元触媒１４上流の機関排気通路内にＮＯx吸蔵触媒１２を配置する。ＮＯx吸蔵触媒１２の吸蔵ＮＯx量が予め定められている許容値を越えたときにはＮＯx吸蔵触媒１２を昇温させてＮＯx吸蔵触媒１２からＮＯxを放出させる。機関の運転状態から定まる尿素供給量に対し算出された吸蔵ＮＯx量の還元分だけ尿素供給量を減少させ、機関の運転状態から定まる尿素供給量に対し算出された放出ＮＯx量の還元分だけ尿素供給量を増大させる。
【解決手段】機関排気通路内にＮＯx選択還元触媒１４を配置し、ＮＯx選択還元触媒１４上流の機関排気通路内にＮＯx吸蔵触媒１２を配置する。ＮＯx吸蔵触媒１２の吸蔵ＮＯx量が予め定められている許容値を越えたときにはＮＯx吸蔵触媒１２を昇温させてＮＯx吸蔵触媒１２からＮＯxを放出させる。機関の運転状態から定まる尿素供給量に対し算出された吸蔵ＮＯx量の還元分だけ尿素供給量を減少させ、機関の運転状態から定まる尿素供給量に対し算出された放出ＮＯx量の還元分だけ尿素供給量を増大させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
機関排気通路内にＮＯx選択還元触媒を配置し、ＮＯx選択還元触媒上流の機関排気通路内に、排気ガス中に含まれるＮＯxを硝酸塩の形で吸蔵し還元剤を供給すると吸蔵したＮＯxを放出するＮＯx吸蔵触媒を配置し、ＮＯx選択還元触媒に尿素を供給して尿素から発生するアンモニアにより排気ガス中に含まれるＮＯxを選択的に還元するようにした内燃機関が公知である（例えば特許文献１を参照）。この内燃機関ではＮＯx吸蔵触媒に吸蔵されるＮＯx量およびＮＯx吸蔵触媒から放出されるＮＯx量を考慮して尿素供給量が決定されている。例えばＮＯx吸蔵触媒からＮＯxが放出されているときには放出ＮＯx量の還元分だけ尿素供給量が増大せしめられる。
【特許文献１】特開２００５−２９２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながらこの内燃機関ではＮＯx吸蔵触媒からＮＯxを放出させるために還元剤、即ち燃料を供給した場合、一部の吸蔵ＮＯxはＮＯ又はＮＯ2の形でＮＯx吸蔵触媒から放出されるが一部の吸蔵ＮＯxはＮＯよりも更に還元されてアンモニアＮＨ3の形で放出される。この場合、吸蔵ＮＯxがどの程度ＮＯxとなって放出されるか、どの程度アンモニアＮＨ3となって放出されるかは明確ではない。この場合、アンモニアＮＨ3となって放出される量が多いと放出されたＮＯxがこのアンモニアＮＨ3によって還元されるので尿素供給量は増大させる必要がなくなる。
【０００４】
ところが上述の内燃機関では吸蔵ＮＯxは全てＮＯxとなって放出されるとの前提に立っており、従って放出されたＮＯx量の還元分だけ尿素供給量が増大せしめられるので尿素供給量が過剰になってしまうという問題がある。このような問題は還元剤を用いてＮＯx吸蔵触媒からＮＯxを放出させるようにしている限り生ずる。
本発明は、還元剤を供給することなくＮＯxを放出させ、それにより上述の如き問題が生ずることのない内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
即ち、本発明によれば機関排気通路内にＮＯx選択還元触媒を配置し、ＮＯx選択還元触媒に尿素を供給してこの尿素から発生するアンモニアにより排気ガス中に含まれるＮＯxを選択的に還元するようにした内燃機関の排気浄化装置において、ＮＯx選択還元触媒上流の機関排気通路内にＮＯx吸蔵触媒を配置し、ＮＯx吸蔵触媒はＮＯx吸蔵触媒の温度に応じて排気ガス中に含まれるＮＯxを吸蔵するか或いは吸蔵されているＮＯxを放出する性質を有し、ＮＯx吸蔵触媒への吸蔵ＮＯx量およびＮＯx吸蔵触媒からの放出ＮＯx量を算出し、算出された吸蔵ＮＯx量が予め定められている許容値を越えたときにはＮＯx吸蔵触媒を昇温させてＮＯx吸蔵触媒からＮＯxを放出させ、機関の運転状態から定まる尿素供給量に対し算出された吸蔵ＮＯx量の還元分だけ尿素供給量を減少させ、機関の運転状態から定まる尿素供給量に対し算出された放出ＮＯx量の還元分だけ尿素供給量を増大させるようにしている。
【発明の効果】
【０００６】
ＮＯx吸蔵触媒から放出されるのはＮＯ又はＮＯ2であり、アンモニアＮＨ3の形では放出されない。また、ＮＯx吸蔵触媒を強制的に昇温させるとＮＯxが短時間のうちにまとまって放出され、それにより単位時間当りのＮＯx放出量を正確に求めることができるようになる。斯くしてＮＯxの還元に必要な尿素供給量を正確に算出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図１に圧縮着火式内燃機関の全体図を示す。
図１を参照すると、１は機関本体、２は各気筒の燃焼室、３は各燃焼室２内に夫々燃料を噴射するための電子制御式燃料噴射弁、４は吸気マニホルド、５は排気マニホルドを夫々示す。吸気マニホルド４は吸気ダクト６を介して排気ターボチャージャ７のコンプレッサ７ａの出口に連結され、コンプレッサ７ａの入口は吸入空気量検出器８を介してエアクリーナ９に連結される。吸気ダクト６内にはステップモータにより駆動されるスロットル弁１０が配置され、更に吸気ダクト６周りには吸気ダクト６内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置１１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１１内に導かれ、機関冷却水によって吸入空気が冷却される。
【０００８】
一方、排気マニホルド５は排気ターボチャージャ７の排気タービン７ｂの入口に連結され、排気タービン７ｂの出口はＮＯx吸蔵触媒１２の入口に連結される。このＮＯx吸蔵触媒１２の出口は排気管１３を介してＮＯx選択還元触媒１４に連結される。このＮＯx選択還元触媒１４は低温で高いＮＯx浄化率を有するアンモニア吸着タイプのＦｅゼオライトから構成されているか、或いはアンモニアの吸着機能がないチタニア・バナジウム系の触媒から構成されている。
【０００９】
ＮＯx選択還元触媒１４上流の排気管１３内には尿素水供給弁１５が配置され、この尿素水供給弁１５は供給管１６、供給ポンプ１７を介して尿素水タンク１８に連結される。尿素水タンク１８内に貯蔵されている尿素水は供給ポンプ１７によって尿素水供給弁１５から排気管１３内を流れる排気ガス中に噴射され、尿素から発生したアンモニア（（ＮＨ2）2ＣＯ＋Ｈ2Ｏ→２ＮＨ3＋ＣＯ2）によって排気ガス中に含まれるＮＯxがＮＯx選択還元触媒１４において還元される。
【００１０】
排気マニホルド５と吸気マニホルド４とは排気ガス再循環（以下、ＥＧＲと称す）通路１９を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路１９内には電子制御式ＥＧＲ制御弁２０が配置される。また、ＥＧＲ通路１９周りにはＥＧＲ通路１９内を流れるＥＧＲガスを冷却するための冷却装置２１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２１内に導かれ、機関冷却水によってＥＧＲガスが冷却される。一方、各燃料噴射弁３は燃料供給管２２を介してコモンレール２３に連結され、このコモンレール２３は電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２４を介して燃料タンク２５に連結される。燃料タンク２５内に貯蔵されている燃料は燃料ポンプ２４によってコモンレール２３内に供給され、コモンレール２３内に供給された燃料は各燃料供給管２２を介して燃料噴射弁３に供給される。
【００１１】
電子制御ユニット３０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス３１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、入力ポート３５および出力ポート３６を具備する。ＮＯx吸蔵触媒１２にはＮＯx吸蔵触媒１２の床温を検出するための温度センサ２６が取付けられ、この温度センサ２６および吸入空気量検出器８の出力信号は夫々対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。
【００１２】
また、アクセルペダル４０にはアクセルペダル４０の踏込み量Ｌに比例した出力電圧を発生する負荷センサ４１が接続され、負荷センサ４１の出力電圧は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。更に入力ポート３５にはクランクシャフトが例えば１５°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ４２が接続される。一方、出力ポート３６は対応する駆動回路３８を介して燃料噴射弁３、スロットル弁１０の駆動用ステップモータ、尿素水供給弁１５、供給ポンプ１７、ＥＧＲ制御弁２０および燃料ポンプ２４に接続される。
【００１３】
ＮＯx吸蔵触媒１２は排気ガス中のＮＯxを吸収するタイプの触媒であってもよいし、排気ガス中のＮＯxが吸着するタイプの触媒であってもよい。ＮＯxを吸収するタイプのＮＯx吸蔵触媒１２では触媒担体の表面上に貴金属触媒が分散して担持されており、更に触媒担体の表面上にはＮＯx吸収剤の層が形成されている。この場合、例えば貴金属触媒としては白金Ｐｔが用いられており、ＮＯx吸収剤を構成する成分としてはカリウムＫ、ナトリウムＮａ、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が用いられている。
【００１４】
このＮＯx吸蔵触媒１２は排気ガスの空燃比がリーンのときにはＮＯxを吸収し、排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチになると吸収したＮＯxを放出する機能を有する。圧縮着火式内燃機関では排気ガスの空燃比がリーンであり、従って通常排気ガス中に含まれているＮＯxの一部がＮＯx吸蔵触媒１２に吸収される。
【００１５】
ところでＮＯx選択還元触媒１４はほぼ２００℃以上にならないと活性化せず、従って機関始動後、ＮＯx選択還元触媒１４の温度が上昇するまではＮＯx選択還元触媒１４によるＮＯxの浄化作用は期待できない。ところがＮＯx吸蔵触媒１２はＮＯx選択還元触媒１４が活性化していない低い温度のときでも排気ガス中のＮＯxを吸収する能力を有する。従って図１に示されるようにＮＯx選択還元触媒１４の上流にＮＯx吸蔵触媒１２が配置されているとＮＯx選択還元触媒１４が活性化していないときには排気ガス中のＮＯxはＮＯx吸蔵触媒１２に吸収され、斯くしてＮＯxが大気中に放出されるのが抑制されることになる。
【００１６】
一方、ＮＯx吸蔵触媒１２のＮＯx吸収能力が飽和してしまうとＮＯx吸蔵触媒１２によりＮＯxを吸収できなくなってしまう。ところがこの場合、ＮＯx吸蔵触媒１２を昇温すると吸収されていたＮＯxがＮＯx吸蔵触媒１２から放出され、このときＮＯx選択還元触媒１４も昇温する。そこで本発明ではＮＯx吸蔵触媒１２のＮＯx吸収能力が飽和する前にＮＯx吸蔵触媒１２を昇温させてＮＯx吸蔵触媒１２からＮＯxを放出させ、この放出されたＮＯxをＮＯx選択還元触媒１４において浄化するようにしている。
【００１７】
なお、ＮＯx吸蔵触媒１２に流入する排気ガスの空燃比をリッチにしてもＮＯx吸蔵触媒１２からＮＯxが放出される。しかしながらこの場合には前述したようにＮＯxの一部が更に還元されてアンモニアの形で放出されるので本発明では排気ガスの空燃比をリッチにしてＮＯxを放出させることはせず、ＮＯx吸蔵触媒１２を昇温させることによってＮＯxを放出させるようにしている。
【００１８】
一方、ＮＯx吸蔵触媒１２としてＮＯxを吸着するタイプの触媒を用いた場合でも同様である。即ち、ＮＯxを吸着するタイプのＮＯx吸蔵触媒１２は多数の細孔を有するコージライト或いはゼオライトからなる基体を有しており、この基体上には例えばアルミナからなる触媒担体の層が形成されていてこの触媒担体上に例えば白金のような貴金属触媒が担持されている。
【００１９】
このＮＯx吸蔵触媒１２はＮＯx吸蔵触媒１２の温度が低くなるほど吸着しうるＮＯx量が増大する。従ってこの場合にもＮＯx選択還元触媒１４が活性化していないときには排気ガス中のＮＯxはＮＯx吸蔵触媒１２に吸着され、斯くしてＮＯxが大気中に放出されるのが抑制されることになる。更に、このＮＯx吸蔵触媒１２でもＮＯx吸蔵触媒１２を昇温すると吸着されていたＮＯxがＮＯx吸蔵触媒１２から放出される。
【００２０】
従ってＮＯxを吸着するタイプのＮＯx吸蔵触媒１２を用いた場合でも、ＮＯx吸蔵触媒１２のＮＯx吸着能力が飽和する前にＮＯx吸蔵触媒１２を昇温させてＮＯx吸蔵触媒１２からＮＯxを放出させ、この放出されたＮＯxをＮＯx選択還元触媒１４において浄化するようにしている。
【００２１】
図２はＮＯx吸蔵触媒１２が吸収又は吸着しうるＮＯxの最大吸蔵量ＮＭＡＸを示している。なお、図２において縦軸はＮＯx吸蔵触媒１２へのＮＯx吸蔵量ΣＮＯＸを示しており、横軸はＮＯx吸蔵触媒１２の床温ＴＣを示している。図２に示されるように最大ＮＯx吸蔵量ＮＭＡＸはＮＯx吸蔵触媒１２の床温ＴＣが低くなるほど増大し、従ってＮＯx吸蔵触媒１２はＮＯx吸蔵触媒１２の床温ＴＣが低いとき、例えば機関始動時に多量のＮＯxを吸収又は吸着する機能を有していることがわかる。
【００２２】
一方、本発明では最大ＮＯx吸蔵量ＮＭＡＸよりもわずかばかりＮＯx吸蔵量の少ない許容値ＮＷが予め定められており、ＮＯx吸蔵量ΣＮＯＸがこの予め定められている許容値ＮＷを越えたときにＮＯx吸蔵触媒１２を昇温させてＮＯx吸蔵触媒１２からＮＯxを放出させるようにしている。
【００２３】
例えば図２においてＮＯx吸蔵量ΣＮＯＸがＡ点に達するとＮＯx吸蔵触媒１２が昇温せしめられる。このとき床温ＴＣがＢ点で示される温度まで上昇したとすると、このときには最大吸蔵量ＮＭＡＸに対する超過ＮＯx吸蔵量ΔＮＸがＮＯx吸蔵触媒１２から放出されることになる。
【００２４】
さて、ＮＯx吸蔵触媒１２は概略的に言うと低温時にＮＯxを吸蔵し、即ち吸収又は吸着し、高温時にＮＯxを放出する性質を有する。即ち、ＮＯx吸蔵触媒１２はＮＯx吸蔵触媒１２の温度に応じて排気ガス中に含まれるＮＯxを吸蔵するか或いは吸蔵されているＮＯxを放出する性質を有する。従って機関から一定量のＮＯxが排出されているとするとＮＯxがＮＯx吸蔵触媒１２に吸蔵されたときにはＮＯx吸蔵触媒１２から流出する排気ガス中のＮＯx量は減少し、ＮＯxがＮＯx吸蔵触媒１２から放出しているときにはＮＯx吸蔵触媒１２から流出する排気ガス中のＮＯx量は増大する。
【００２５】
この場合、ＮＯxを還元するのに必要な尿素量はＮＯx吸蔵触媒１２から流出する排気ガス中のＮＯx量が減少すれば減少し、ＮＯx吸蔵触媒１２から流出する排気ガス中のＮＯx量が増大すれば増大する。一方、機関の運転状態が定まると機関からのＮＯx排出量が定まり、従って機関の運転状態が定まると機関からの排出ＮＯxを還元するのに必要な尿素供給量が定まる。そこで本発明ではＮＯx吸蔵触媒１２への吸蔵ＮＯx量およびＮＯx吸蔵触媒１２からの放出ＮＯx量を算出し、機関の運転状態から定まる尿素供給量に対し算出された吸蔵ＮＯx量の還元分だけ尿素供給量を減少させ、機関の運転状態から定まる尿素供給量に対し算出された放出ＮＯx量の還元分だけ尿素供給量を増大させるようにしている。
【００２６】
次に図３から図５を参照しつつ本発明による尿素供給方法の一実施例について説明する。
上述したように機関から排出されるＮＯxは機関の運転状態に応じて定まる。本発明による実施例では機関から単位時間当り排出されるＮＯx量ＮＯＸＡが要求トルクＴＱおよび機関回転数Ｎの関数として図３（Ａ）に示すマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
【００２７】
一方、機関から排出されたＮＯxのうちＮＯx吸蔵触媒１２に吸蔵されるＮＯxの吸蔵率はＮＯx吸蔵触媒１２に吸蔵されているＮＯx吸蔵量ΣＮＯＸとＮＯx吸蔵触媒１２内における排気ガス流の空間速度との関数となる。即ち、図３（Ｂ）においてＫ１で示されるように吸蔵率はＮＯx吸蔵触媒１２に吸蔵されているＮＯx吸蔵量ΣＮＯＸが増大するほど減少し、図３（Ｃ）においてＫ２で示されるように吸蔵率はＮＯx吸蔵触媒１２内における排気ガス流の空間速度、即ち吸入空気量Ｇａが増大するほど減少する。これら吸蔵率Ｋ１，Ｋ２は予めＲＯＭ３２内に記憶されている。本発明による実施例では機関からの排出ＮＯx量ＮＯＸＡに吸蔵率Ｋ１およびＫ２を乗算することによって単位時間当りＮＯx吸蔵触媒１２に吸蔵されるＮＯx量ＮＯＸＡ・Ｋ１・Ｋ２が算出される。
【００２８】
さて、図４における超過ＮＯx吸蔵量ΔＮＸは一気に放出されるのではなくて、ＮＯx吸蔵触媒１２へのＮＯx吸蔵量ΣＮＯＸおよびＮＯx吸蔵触媒１２内における排気ガスの空間速度、即ち吸入空気量Ｇａに応じた速度でもって徐々に放出される。即ち、図４（Ａ）に示されるように或る吸入空気量ＧａにおけるＮＯxの脱離速度Ｗ、即ちＮＯx吸蔵触媒１２から単位時間当り放出されるＮＯx量ＷはＮＯx吸蔵量ΣＮＯＸが増大するほど高くなる。即ち、ＮＯx吸蔵量ΣＮＯＸが多いほど多量のＮＯxが放出される。
【００２９】
一方、ＮＯx吸蔵触媒１２から脱離されるＮＯxの脱離率は図４（Ｂ）に示されるように吸入空気量Ｇａが増大するほど高くなる。この場合、実際のＮＯx脱離速度、即ちＮＯx吸蔵触媒１２から単位時間当り実際に脱離されるＮＯx量は図４（Ａ）に示される脱離速度Ｗに図５（Ｂ）に示される脱離率Ｄを乗算した値Ｗ・Ｄとなる。なお、これら脱離速度Ｗおよび脱離率Ｄは予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
【００３０】
図２におけるＡ点から床温ＴＣがゆっくりと上昇するときにはＮＯx吸蔵量ΣＮＯＸは最大ＮＯx吸蔵量ＮＭＡＸに沿って減少し、ＮＯxが少しずつ放出される。しかしながらこのようにＮＯxの放出量が少ないときにこの少量のＮＯxを還元するのに必要な尿素水を正確に算出するのは実際問題として困難である。そこで本発明ではＮＯx吸蔵触媒１２を強制的に昇温させて短時間のうちにＮＯxがまとまって放出されるようにしている。ＮＯxがまとまって放出されると単位時間当りのＮＯx放出量が多くなり、その結果放出されたＮＯxを還元するのに必要な尿素水の供給量を正確に算出することができるようになる。
【００３１】
図５は尿素の供給を制御するためのルーチンを示している。なお、このルーチンは一定時間毎の割込みによって実行される。
図５を参照するとまず初めにステップ５０において図３（Ａ）に示すマップから機関からの単位時間当りの排出ＮＯx量ＮＯＸＡが算出される。次いでステップ５１ではＮＯx吸蔵触媒１２の昇温制御中であるか否かが判別される。ＮＯx吸蔵触媒１２の昇温制御中でないときにはステップ５２に進んでＮＯx吸蔵触媒１２への吸蔵ＮＯx量ΣＮＯＸが図２に示される許容値ＮＷよりも少ないか否かが判別される。ΣＮＯＸ＜ＮＷのとき、即ちまだＮＯxを吸蔵する余地があるときにはステップ５３に進む。
【００３２】
ステップ５３では図３（Ｂ）に示す関係から吸蔵率Ｋ１が算出され、次いでステップ５４では図３（Ｃ）に示す関係から吸蔵率Ｋ２が算出される。次いでステップ５５では単位時間当りＮＯx吸蔵触媒１２に実際に吸蔵されるＮＯx量ＮＯＸＡ・Ｋ１・Ｋ２をΣＮＯＸに加算することによってＮＯx吸蔵量ΣＮＯＸが算出される。次いでステップ５６では排出ＮＯx量ＮＯＸＡから単位時間当り実際に吸蔵されるＮＯx量ＮＯＸＡ・Ｋ１・Ｋ２を減算することによってＮＯx吸蔵触媒１２から単位時間当り流出する排気ガス中のＮＯx量ＮＯＸＺが算出される。
【００３３】
次いでステップ６４ではＮＯx吸蔵触媒１２から流出する排気ガス中のＮＯx、即ちＮＯx選択還元触媒１４に流入する排気ガス中のＮＯxを還元するのに必要な尿素量が算出される。本発明による実施例ではこの尿素量は還元すべきＮＯx量に対して当量比＝１となる量にされている。次いでステップ６５では尿素水供給弁１５からの尿素水の供給作用が行われる。
【００３４】
一方、ステップ５２においてΣＮＯＸ≧ＮＷであると判断されたときにはステップ５７に進んでＮＯx吸蔵触媒１２の昇温制御が行われる。この昇温制御は例えば燃料噴射時期を遅角させ、リーン空燃比のもとで排気ガス温を上昇させることにより行われる。次いでステップ５８では図４（Ａ）に示す関係から脱離速度Ｗが算出され、次いでステップ５９では図４（Ｂ）に示す関係から脱離率Ｄが算出される。次いでステップ６０では単位時間当り実際に脱離するＮＯx量Ｗ・ＤをΣＮＯＸから減算することによってＮＯx吸蔵量ΣＮＯＸが算出される。次いでステップ６１では排出ＮＯx量ＮＯＸＡに単位時間当り実際に脱離するＮＯx量Ｗ・Ｄを加算することによってＮＯx吸蔵触媒１２から単位時間当り流出する排気ガス中のＮＯx量ＮＯＸＡが算出される。次いでステップ６４ではこのＮＯxを還元するのに必要な尿素量が算出される。
【００３５】
このように本発明による実施例では機関から排出されるＮＯx量ＮＯＸＡから吸蔵ＮＯx量ＮＯＸＡ・Ｋ１・Ｋ２を減算し或いは機関から排出されるＮＯx量ＮＯＸＡに放出ＮＯx量Ｗ・Ｄを加算することによってＮＯx吸蔵触媒１２から流出する排気ガス中のＮＯx量ＮＯＸＺが算出され、このＮＯx量ＮＯＸＺから供給尿素量が算出される。
【００３６】
一方、ステップ５１において昇温制御中であると判別されたときにはステップ６２に進んでＮＯx吸蔵触媒１２への吸蔵ＮＯx量ΣＮＯＸが図２に示される最大ＮＯx吸着量ＮＭＡＸよりも少なくなったか否かが判別される。ΣＮＯＸ≧ＮＭＡＸのときにはステップ５７に進んで昇温制御が続行される。これに対し、ΣＮＯＸ＜ＮＭＡＸになるとステップ６３に進んで昇温制御が停止される。
【００３７】
図６に別の実施例を示す。この実施例では排気管１３内にＮＯx選択還元触媒１４に流入する排気ガス中のＮＯx濃度を検出するためのＮＯxセンサ４３が配置され、このＮＯxセンサ４３の出力信号に基づいて尿素水の供給量が制御される。この実施例ではＮＯx選択還元触媒１４において還元すべきＮＯxを直接計測しているのでＮＯxを還元するために必要な尿素水の供給量を正確に算出することができる。
【００３８】
図７（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は機関排気通路内に排気ガス中に含まれるパティキュレートを捕集するためのパティキュレートフィルタ４４を配置した夫々別の実施例を示している。図７（Ａ）に示される実施例ではパティキュレートフィルタ４４はＮＯx吸蔵触媒１２の下流に配置され、図７（Ｂ）に示される実施例ではパティキュレートフィルタ４４はＮＯx選択還元触媒１４の下流に配置され、図７（Ｃ）に示される実施例ではパティキュレートフィルタ４４はＮＯx吸蔵触媒１２の上流に配置される。
【００３９】
これらの実施例ではＮＯx吸蔵触媒１２の昇温作用に合わせてパティキュレートフィルタ４４を昇温させ、それによってパティキュレートフィルタ４４上に堆積したパティキュレートを燃焼させるようにしている。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】圧縮着火式内燃機関の全体図である。
【図２】ＮＯx吸蔵触媒の最大ＮＯx吸蔵量ＮＭＡＸ等を示す図である。
【図３】機関から排出されるＮＯx量ＮＯＸＡのマップ等を示す図である。
【図４】ＮＯxの脱離速度等を示す図である。
【図５】尿素の供給制御を行うためのフローチャートである。
【図６】圧縮着火式内燃機関の別の実施例を示す全体図である。
【図７】圧縮着火式内燃機関の更に別の実施例を示す図である。
【符号の説明】
【００４１】
４ 吸気マニホルド
５ 排気マニホルド
７ 排気ターボチャージャ
１２ ＮＯx吸蔵触媒
１４ ＮＯx選択還元触媒
１５ 尿素水供給弁
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
機関排気通路内にＮＯx選択還元触媒を配置し、ＮＯx選択還元触媒上流の機関排気通路内に、排気ガス中に含まれるＮＯxを硝酸塩の形で吸蔵し還元剤を供給すると吸蔵したＮＯxを放出するＮＯx吸蔵触媒を配置し、ＮＯx選択還元触媒に尿素を供給して尿素から発生するアンモニアにより排気ガス中に含まれるＮＯxを選択的に還元するようにした内燃機関が公知である（例えば特許文献１を参照）。この内燃機関ではＮＯx吸蔵触媒に吸蔵されるＮＯx量およびＮＯx吸蔵触媒から放出されるＮＯx量を考慮して尿素供給量が決定されている。例えばＮＯx吸蔵触媒からＮＯxが放出されているときには放出ＮＯx量の還元分だけ尿素供給量が増大せしめられる。
【特許文献１】特開２００５−２９２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながらこの内燃機関ではＮＯx吸蔵触媒からＮＯxを放出させるために還元剤、即ち燃料を供給した場合、一部の吸蔵ＮＯxはＮＯ又はＮＯ2の形でＮＯx吸蔵触媒から放出されるが一部の吸蔵ＮＯxはＮＯよりも更に還元されてアンモニアＮＨ3の形で放出される。この場合、吸蔵ＮＯxがどの程度ＮＯxとなって放出されるか、どの程度アンモニアＮＨ3となって放出されるかは明確ではない。この場合、アンモニアＮＨ3となって放出される量が多いと放出されたＮＯxがこのアンモニアＮＨ3によって還元されるので尿素供給量は増大させる必要がなくなる。
【０００４】
ところが上述の内燃機関では吸蔵ＮＯxは全てＮＯxとなって放出されるとの前提に立っており、従って放出されたＮＯx量の還元分だけ尿素供給量が増大せしめられるので尿素供給量が過剰になってしまうという問題がある。このような問題は還元剤を用いてＮＯx吸蔵触媒からＮＯxを放出させるようにしている限り生ずる。
本発明は、還元剤を供給することなくＮＯxを放出させ、それにより上述の如き問題が生ずることのない内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
即ち、本発明によれば機関排気通路内にＮＯx選択還元触媒を配置し、ＮＯx選択還元触媒に尿素を供給してこの尿素から発生するアンモニアにより排気ガス中に含まれるＮＯxを選択的に還元するようにした内燃機関の排気浄化装置において、ＮＯx選択還元触媒上流の機関排気通路内にＮＯx吸蔵触媒を配置し、ＮＯx吸蔵触媒はＮＯx吸蔵触媒の温度に応じて排気ガス中に含まれるＮＯxを吸蔵するか或いは吸蔵されているＮＯxを放出する性質を有し、ＮＯx吸蔵触媒への吸蔵ＮＯx量およびＮＯx吸蔵触媒からの放出ＮＯx量を算出し、算出された吸蔵ＮＯx量が予め定められている許容値を越えたときにはＮＯx吸蔵触媒を昇温させてＮＯx吸蔵触媒からＮＯxを放出させ、機関の運転状態から定まる尿素供給量に対し算出された吸蔵ＮＯx量の還元分だけ尿素供給量を減少させ、機関の運転状態から定まる尿素供給量に対し算出された放出ＮＯx量の還元分だけ尿素供給量を増大させるようにしている。
【発明の効果】
【０００６】
ＮＯx吸蔵触媒から放出されるのはＮＯ又はＮＯ2であり、アンモニアＮＨ3の形では放出されない。また、ＮＯx吸蔵触媒を強制的に昇温させるとＮＯxが短時間のうちにまとまって放出され、それにより単位時間当りのＮＯx放出量を正確に求めることができるようになる。斯くしてＮＯxの還元に必要な尿素供給量を正確に算出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図１に圧縮着火式内燃機関の全体図を示す。
図１を参照すると、１は機関本体、２は各気筒の燃焼室、３は各燃焼室２内に夫々燃料を噴射するための電子制御式燃料噴射弁、４は吸気マニホルド、５は排気マニホルドを夫々示す。吸気マニホルド４は吸気ダクト６を介して排気ターボチャージャ７のコンプレッサ７ａの出口に連結され、コンプレッサ７ａの入口は吸入空気量検出器８を介してエアクリーナ９に連結される。吸気ダクト６内にはステップモータにより駆動されるスロットル弁１０が配置され、更に吸気ダクト６周りには吸気ダクト６内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置１１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１１内に導かれ、機関冷却水によって吸入空気が冷却される。
【０００８】
一方、排気マニホルド５は排気ターボチャージャ７の排気タービン７ｂの入口に連結され、排気タービン７ｂの出口はＮＯx吸蔵触媒１２の入口に連結される。このＮＯx吸蔵触媒１２の出口は排気管１３を介してＮＯx選択還元触媒１４に連結される。このＮＯx選択還元触媒１４は低温で高いＮＯx浄化率を有するアンモニア吸着タイプのＦｅゼオライトから構成されているか、或いはアンモニアの吸着機能がないチタニア・バナジウム系の触媒から構成されている。
【０００９】
ＮＯx選択還元触媒１４上流の排気管１３内には尿素水供給弁１５が配置され、この尿素水供給弁１５は供給管１６、供給ポンプ１７を介して尿素水タンク１８に連結される。尿素水タンク１８内に貯蔵されている尿素水は供給ポンプ１７によって尿素水供給弁１５から排気管１３内を流れる排気ガス中に噴射され、尿素から発生したアンモニア（（ＮＨ2）2ＣＯ＋Ｈ2Ｏ→２ＮＨ3＋ＣＯ2）によって排気ガス中に含まれるＮＯxがＮＯx選択還元触媒１４において還元される。
【００１０】
排気マニホルド５と吸気マニホルド４とは排気ガス再循環（以下、ＥＧＲと称す）通路１９を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路１９内には電子制御式ＥＧＲ制御弁２０が配置される。また、ＥＧＲ通路１９周りにはＥＧＲ通路１９内を流れるＥＧＲガスを冷却するための冷却装置２１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２１内に導かれ、機関冷却水によってＥＧＲガスが冷却される。一方、各燃料噴射弁３は燃料供給管２２を介してコモンレール２３に連結され、このコモンレール２３は電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２４を介して燃料タンク２５に連結される。燃料タンク２５内に貯蔵されている燃料は燃料ポンプ２４によってコモンレール２３内に供給され、コモンレール２３内に供給された燃料は各燃料供給管２２を介して燃料噴射弁３に供給される。
【００１１】
電子制御ユニット３０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス３１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、入力ポート３５および出力ポート３６を具備する。ＮＯx吸蔵触媒１２にはＮＯx吸蔵触媒１２の床温を検出するための温度センサ２６が取付けられ、この温度センサ２６および吸入空気量検出器８の出力信号は夫々対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。
【００１２】
また、アクセルペダル４０にはアクセルペダル４０の踏込み量Ｌに比例した出力電圧を発生する負荷センサ４１が接続され、負荷センサ４１の出力電圧は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。更に入力ポート３５にはクランクシャフトが例えば１５°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ４２が接続される。一方、出力ポート３６は対応する駆動回路３８を介して燃料噴射弁３、スロットル弁１０の駆動用ステップモータ、尿素水供給弁１５、供給ポンプ１７、ＥＧＲ制御弁２０および燃料ポンプ２４に接続される。
【００１３】
ＮＯx吸蔵触媒１２は排気ガス中のＮＯxを吸収するタイプの触媒であってもよいし、排気ガス中のＮＯxが吸着するタイプの触媒であってもよい。ＮＯxを吸収するタイプのＮＯx吸蔵触媒１２では触媒担体の表面上に貴金属触媒が分散して担持されており、更に触媒担体の表面上にはＮＯx吸収剤の層が形成されている。この場合、例えば貴金属触媒としては白金Ｐｔが用いられており、ＮＯx吸収剤を構成する成分としてはカリウムＫ、ナトリウムＮａ、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が用いられている。
【００１４】
このＮＯx吸蔵触媒１２は排気ガスの空燃比がリーンのときにはＮＯxを吸収し、排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチになると吸収したＮＯxを放出する機能を有する。圧縮着火式内燃機関では排気ガスの空燃比がリーンであり、従って通常排気ガス中に含まれているＮＯxの一部がＮＯx吸蔵触媒１２に吸収される。
【００１５】
ところでＮＯx選択還元触媒１４はほぼ２００℃以上にならないと活性化せず、従って機関始動後、ＮＯx選択還元触媒１４の温度が上昇するまではＮＯx選択還元触媒１４によるＮＯxの浄化作用は期待できない。ところがＮＯx吸蔵触媒１２はＮＯx選択還元触媒１４が活性化していない低い温度のときでも排気ガス中のＮＯxを吸収する能力を有する。従って図１に示されるようにＮＯx選択還元触媒１４の上流にＮＯx吸蔵触媒１２が配置されているとＮＯx選択還元触媒１４が活性化していないときには排気ガス中のＮＯxはＮＯx吸蔵触媒１２に吸収され、斯くしてＮＯxが大気中に放出されるのが抑制されることになる。
【００１６】
一方、ＮＯx吸蔵触媒１２のＮＯx吸収能力が飽和してしまうとＮＯx吸蔵触媒１２によりＮＯxを吸収できなくなってしまう。ところがこの場合、ＮＯx吸蔵触媒１２を昇温すると吸収されていたＮＯxがＮＯx吸蔵触媒１２から放出され、このときＮＯx選択還元触媒１４も昇温する。そこで本発明ではＮＯx吸蔵触媒１２のＮＯx吸収能力が飽和する前にＮＯx吸蔵触媒１２を昇温させてＮＯx吸蔵触媒１２からＮＯxを放出させ、この放出されたＮＯxをＮＯx選択還元触媒１４において浄化するようにしている。
【００１７】
なお、ＮＯx吸蔵触媒１２に流入する排気ガスの空燃比をリッチにしてもＮＯx吸蔵触媒１２からＮＯxが放出される。しかしながらこの場合には前述したようにＮＯxの一部が更に還元されてアンモニアの形で放出されるので本発明では排気ガスの空燃比をリッチにしてＮＯxを放出させることはせず、ＮＯx吸蔵触媒１２を昇温させることによってＮＯxを放出させるようにしている。
【００１８】
一方、ＮＯx吸蔵触媒１２としてＮＯxを吸着するタイプの触媒を用いた場合でも同様である。即ち、ＮＯxを吸着するタイプのＮＯx吸蔵触媒１２は多数の細孔を有するコージライト或いはゼオライトからなる基体を有しており、この基体上には例えばアルミナからなる触媒担体の層が形成されていてこの触媒担体上に例えば白金のような貴金属触媒が担持されている。
【００１９】
このＮＯx吸蔵触媒１２はＮＯx吸蔵触媒１２の温度が低くなるほど吸着しうるＮＯx量が増大する。従ってこの場合にもＮＯx選択還元触媒１４が活性化していないときには排気ガス中のＮＯxはＮＯx吸蔵触媒１２に吸着され、斯くしてＮＯxが大気中に放出されるのが抑制されることになる。更に、このＮＯx吸蔵触媒１２でもＮＯx吸蔵触媒１２を昇温すると吸着されていたＮＯxがＮＯx吸蔵触媒１２から放出される。
【００２０】
従ってＮＯxを吸着するタイプのＮＯx吸蔵触媒１２を用いた場合でも、ＮＯx吸蔵触媒１２のＮＯx吸着能力が飽和する前にＮＯx吸蔵触媒１２を昇温させてＮＯx吸蔵触媒１２からＮＯxを放出させ、この放出されたＮＯxをＮＯx選択還元触媒１４において浄化するようにしている。
【００２１】
図２はＮＯx吸蔵触媒１２が吸収又は吸着しうるＮＯxの最大吸蔵量ＮＭＡＸを示している。なお、図２において縦軸はＮＯx吸蔵触媒１２へのＮＯx吸蔵量ΣＮＯＸを示しており、横軸はＮＯx吸蔵触媒１２の床温ＴＣを示している。図２に示されるように最大ＮＯx吸蔵量ＮＭＡＸはＮＯx吸蔵触媒１２の床温ＴＣが低くなるほど増大し、従ってＮＯx吸蔵触媒１２はＮＯx吸蔵触媒１２の床温ＴＣが低いとき、例えば機関始動時に多量のＮＯxを吸収又は吸着する機能を有していることがわかる。
【００２２】
一方、本発明では最大ＮＯx吸蔵量ＮＭＡＸよりもわずかばかりＮＯx吸蔵量の少ない許容値ＮＷが予め定められており、ＮＯx吸蔵量ΣＮＯＸがこの予め定められている許容値ＮＷを越えたときにＮＯx吸蔵触媒１２を昇温させてＮＯx吸蔵触媒１２からＮＯxを放出させるようにしている。
【００２３】
例えば図２においてＮＯx吸蔵量ΣＮＯＸがＡ点に達するとＮＯx吸蔵触媒１２が昇温せしめられる。このとき床温ＴＣがＢ点で示される温度まで上昇したとすると、このときには最大吸蔵量ＮＭＡＸに対する超過ＮＯx吸蔵量ΔＮＸがＮＯx吸蔵触媒１２から放出されることになる。
【００２４】
さて、ＮＯx吸蔵触媒１２は概略的に言うと低温時にＮＯxを吸蔵し、即ち吸収又は吸着し、高温時にＮＯxを放出する性質を有する。即ち、ＮＯx吸蔵触媒１２はＮＯx吸蔵触媒１２の温度に応じて排気ガス中に含まれるＮＯxを吸蔵するか或いは吸蔵されているＮＯxを放出する性質を有する。従って機関から一定量のＮＯxが排出されているとするとＮＯxがＮＯx吸蔵触媒１２に吸蔵されたときにはＮＯx吸蔵触媒１２から流出する排気ガス中のＮＯx量は減少し、ＮＯxがＮＯx吸蔵触媒１２から放出しているときにはＮＯx吸蔵触媒１２から流出する排気ガス中のＮＯx量は増大する。
【００２５】
この場合、ＮＯxを還元するのに必要な尿素量はＮＯx吸蔵触媒１２から流出する排気ガス中のＮＯx量が減少すれば減少し、ＮＯx吸蔵触媒１２から流出する排気ガス中のＮＯx量が増大すれば増大する。一方、機関の運転状態が定まると機関からのＮＯx排出量が定まり、従って機関の運転状態が定まると機関からの排出ＮＯxを還元するのに必要な尿素供給量が定まる。そこで本発明ではＮＯx吸蔵触媒１２への吸蔵ＮＯx量およびＮＯx吸蔵触媒１２からの放出ＮＯx量を算出し、機関の運転状態から定まる尿素供給量に対し算出された吸蔵ＮＯx量の還元分だけ尿素供給量を減少させ、機関の運転状態から定まる尿素供給量に対し算出された放出ＮＯx量の還元分だけ尿素供給量を増大させるようにしている。
【００２６】
次に図３から図５を参照しつつ本発明による尿素供給方法の一実施例について説明する。
上述したように機関から排出されるＮＯxは機関の運転状態に応じて定まる。本発明による実施例では機関から単位時間当り排出されるＮＯx量ＮＯＸＡが要求トルクＴＱおよび機関回転数Ｎの関数として図３（Ａ）に示すマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
【００２７】
一方、機関から排出されたＮＯxのうちＮＯx吸蔵触媒１２に吸蔵されるＮＯxの吸蔵率はＮＯx吸蔵触媒１２に吸蔵されているＮＯx吸蔵量ΣＮＯＸとＮＯx吸蔵触媒１２内における排気ガス流の空間速度との関数となる。即ち、図３（Ｂ）においてＫ１で示されるように吸蔵率はＮＯx吸蔵触媒１２に吸蔵されているＮＯx吸蔵量ΣＮＯＸが増大するほど減少し、図３（Ｃ）においてＫ２で示されるように吸蔵率はＮＯx吸蔵触媒１２内における排気ガス流の空間速度、即ち吸入空気量Ｇａが増大するほど減少する。これら吸蔵率Ｋ１，Ｋ２は予めＲＯＭ３２内に記憶されている。本発明による実施例では機関からの排出ＮＯx量ＮＯＸＡに吸蔵率Ｋ１およびＫ２を乗算することによって単位時間当りＮＯx吸蔵触媒１２に吸蔵されるＮＯx量ＮＯＸＡ・Ｋ１・Ｋ２が算出される。
【００２８】
さて、図４における超過ＮＯx吸蔵量ΔＮＸは一気に放出されるのではなくて、ＮＯx吸蔵触媒１２へのＮＯx吸蔵量ΣＮＯＸおよびＮＯx吸蔵触媒１２内における排気ガスの空間速度、即ち吸入空気量Ｇａに応じた速度でもって徐々に放出される。即ち、図４（Ａ）に示されるように或る吸入空気量ＧａにおけるＮＯxの脱離速度Ｗ、即ちＮＯx吸蔵触媒１２から単位時間当り放出されるＮＯx量ＷはＮＯx吸蔵量ΣＮＯＸが増大するほど高くなる。即ち、ＮＯx吸蔵量ΣＮＯＸが多いほど多量のＮＯxが放出される。
【００２９】
一方、ＮＯx吸蔵触媒１２から脱離されるＮＯxの脱離率は図４（Ｂ）に示されるように吸入空気量Ｇａが増大するほど高くなる。この場合、実際のＮＯx脱離速度、即ちＮＯx吸蔵触媒１２から単位時間当り実際に脱離されるＮＯx量は図４（Ａ）に示される脱離速度Ｗに図５（Ｂ）に示される脱離率Ｄを乗算した値Ｗ・Ｄとなる。なお、これら脱離速度Ｗおよび脱離率Ｄは予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
【００３０】
図２におけるＡ点から床温ＴＣがゆっくりと上昇するときにはＮＯx吸蔵量ΣＮＯＸは最大ＮＯx吸蔵量ＮＭＡＸに沿って減少し、ＮＯxが少しずつ放出される。しかしながらこのようにＮＯxの放出量が少ないときにこの少量のＮＯxを還元するのに必要な尿素水を正確に算出するのは実際問題として困難である。そこで本発明ではＮＯx吸蔵触媒１２を強制的に昇温させて短時間のうちにＮＯxがまとまって放出されるようにしている。ＮＯxがまとまって放出されると単位時間当りのＮＯx放出量が多くなり、その結果放出されたＮＯxを還元するのに必要な尿素水の供給量を正確に算出することができるようになる。
【００３１】
図５は尿素の供給を制御するためのルーチンを示している。なお、このルーチンは一定時間毎の割込みによって実行される。
図５を参照するとまず初めにステップ５０において図３（Ａ）に示すマップから機関からの単位時間当りの排出ＮＯx量ＮＯＸＡが算出される。次いでステップ５１ではＮＯx吸蔵触媒１２の昇温制御中であるか否かが判別される。ＮＯx吸蔵触媒１２の昇温制御中でないときにはステップ５２に進んでＮＯx吸蔵触媒１２への吸蔵ＮＯx量ΣＮＯＸが図２に示される許容値ＮＷよりも少ないか否かが判別される。ΣＮＯＸ＜ＮＷのとき、即ちまだＮＯxを吸蔵する余地があるときにはステップ５３に進む。
【００３２】
ステップ５３では図３（Ｂ）に示す関係から吸蔵率Ｋ１が算出され、次いでステップ５４では図３（Ｃ）に示す関係から吸蔵率Ｋ２が算出される。次いでステップ５５では単位時間当りＮＯx吸蔵触媒１２に実際に吸蔵されるＮＯx量ＮＯＸＡ・Ｋ１・Ｋ２をΣＮＯＸに加算することによってＮＯx吸蔵量ΣＮＯＸが算出される。次いでステップ５６では排出ＮＯx量ＮＯＸＡから単位時間当り実際に吸蔵されるＮＯx量ＮＯＸＡ・Ｋ１・Ｋ２を減算することによってＮＯx吸蔵触媒１２から単位時間当り流出する排気ガス中のＮＯx量ＮＯＸＺが算出される。
【００３３】
次いでステップ６４ではＮＯx吸蔵触媒１２から流出する排気ガス中のＮＯx、即ちＮＯx選択還元触媒１４に流入する排気ガス中のＮＯxを還元するのに必要な尿素量が算出される。本発明による実施例ではこの尿素量は還元すべきＮＯx量に対して当量比＝１となる量にされている。次いでステップ６５では尿素水供給弁１５からの尿素水の供給作用が行われる。
【００３４】
一方、ステップ５２においてΣＮＯＸ≧ＮＷであると判断されたときにはステップ５７に進んでＮＯx吸蔵触媒１２の昇温制御が行われる。この昇温制御は例えば燃料噴射時期を遅角させ、リーン空燃比のもとで排気ガス温を上昇させることにより行われる。次いでステップ５８では図４（Ａ）に示す関係から脱離速度Ｗが算出され、次いでステップ５９では図４（Ｂ）に示す関係から脱離率Ｄが算出される。次いでステップ６０では単位時間当り実際に脱離するＮＯx量Ｗ・ＤをΣＮＯＸから減算することによってＮＯx吸蔵量ΣＮＯＸが算出される。次いでステップ６１では排出ＮＯx量ＮＯＸＡに単位時間当り実際に脱離するＮＯx量Ｗ・Ｄを加算することによってＮＯx吸蔵触媒１２から単位時間当り流出する排気ガス中のＮＯx量ＮＯＸＡが算出される。次いでステップ６４ではこのＮＯxを還元するのに必要な尿素量が算出される。
【００３５】
このように本発明による実施例では機関から排出されるＮＯx量ＮＯＸＡから吸蔵ＮＯx量ＮＯＸＡ・Ｋ１・Ｋ２を減算し或いは機関から排出されるＮＯx量ＮＯＸＡに放出ＮＯx量Ｗ・Ｄを加算することによってＮＯx吸蔵触媒１２から流出する排気ガス中のＮＯx量ＮＯＸＺが算出され、このＮＯx量ＮＯＸＺから供給尿素量が算出される。
【００３６】
一方、ステップ５１において昇温制御中であると判別されたときにはステップ６２に進んでＮＯx吸蔵触媒１２への吸蔵ＮＯx量ΣＮＯＸが図２に示される最大ＮＯx吸着量ＮＭＡＸよりも少なくなったか否かが判別される。ΣＮＯＸ≧ＮＭＡＸのときにはステップ５７に進んで昇温制御が続行される。これに対し、ΣＮＯＸ＜ＮＭＡＸになるとステップ６３に進んで昇温制御が停止される。
【００３７】
図６に別の実施例を示す。この実施例では排気管１３内にＮＯx選択還元触媒１４に流入する排気ガス中のＮＯx濃度を検出するためのＮＯxセンサ４３が配置され、このＮＯxセンサ４３の出力信号に基づいて尿素水の供給量が制御される。この実施例ではＮＯx選択還元触媒１４において還元すべきＮＯxを直接計測しているのでＮＯxを還元するために必要な尿素水の供給量を正確に算出することができる。
【００３８】
図７（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は機関排気通路内に排気ガス中に含まれるパティキュレートを捕集するためのパティキュレートフィルタ４４を配置した夫々別の実施例を示している。図７（Ａ）に示される実施例ではパティキュレートフィルタ４４はＮＯx吸蔵触媒１２の下流に配置され、図７（Ｂ）に示される実施例ではパティキュレートフィルタ４４はＮＯx選択還元触媒１４の下流に配置され、図７（Ｃ）に示される実施例ではパティキュレートフィルタ４４はＮＯx吸蔵触媒１２の上流に配置される。
【００３９】
これらの実施例ではＮＯx吸蔵触媒１２の昇温作用に合わせてパティキュレートフィルタ４４を昇温させ、それによってパティキュレートフィルタ４４上に堆積したパティキュレートを燃焼させるようにしている。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】圧縮着火式内燃機関の全体図である。
【図２】ＮＯx吸蔵触媒の最大ＮＯx吸蔵量ＮＭＡＸ等を示す図である。
【図３】機関から排出されるＮＯx量ＮＯＸＡのマップ等を示す図である。
【図４】ＮＯxの脱離速度等を示す図である。
【図５】尿素の供給制御を行うためのフローチャートである。
【図６】圧縮着火式内燃機関の別の実施例を示す全体図である。
【図７】圧縮着火式内燃機関の更に別の実施例を示す図である。
【符号の説明】
【００４１】
４ 吸気マニホルド
５ 排気マニホルド
７ 排気ターボチャージャ
１２ ＮＯx吸蔵触媒
１４ ＮＯx選択還元触媒
１５ 尿素水供給弁
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関排気通路内にＮＯx選択還元触媒を配置し、該ＮＯx選択還元触媒に尿素を供給して該尿素から発生するアンモニアにより排気ガス中に含まれるＮＯxを選択的に還元するようにした内燃機関の排気浄化装置において、上記ＮＯx選択還元触媒上流の機関排気通路内にＮＯx吸蔵触媒を配置し、該ＮＯx吸蔵触媒はＮＯx吸蔵触媒の温度に応じて排気ガス中に含まれるＮＯxを吸蔵するか或いは吸蔵されているＮＯxを放出する性質を有し、ＮＯx吸蔵触媒への吸蔵ＮＯx量およびＮＯx吸蔵触媒からの放出ＮＯx量を算出し、算出された吸蔵ＮＯx量が予め定められている許容値を越えたときにはＮＯx吸蔵触媒を昇温させてＮＯx吸蔵触媒からＮＯxを放出させ、機関の運転状態から定まる尿素供給量に対し算出された吸蔵ＮＯx量の還元分だけ尿素供給量を減少させ、機関の運転状態から定まる尿素供給量に対し算出された放出ＮＯx量の還元分だけ尿素供給量を増大させるようにした内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
機関から排出されるＮＯx量から上記算出された吸蔵ＮＯx量を減算し或いは機関から排出されるＮＯx量に、上記算出された放出ＮＯx量を加算することによってＮＯx吸蔵触媒から流出する排気ガス中のＮＯx量を算出し、このＮＯx量から供給尿素量を算出するようにした請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
上記ＮＯx吸蔵触媒はＮＯx吸蔵触媒の上流に還元剤を供給せずしてＮＯxを放出しうる請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
ＮＯx吸蔵触媒、ＮＯx選択還元触媒に加えて更にパティキュレートフィルタを機関排気通路内に配置し、ＮＯx吸蔵触媒の昇温作用に合わせてパティキュレートフィルタを昇温させ、それによりパティキュレートフィルタ上に堆積したパティキュレートを燃焼させるようにした請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１】
機関排気通路内にＮＯx選択還元触媒を配置し、該ＮＯx選択還元触媒に尿素を供給して該尿素から発生するアンモニアにより排気ガス中に含まれるＮＯxを選択的に還元するようにした内燃機関の排気浄化装置において、上記ＮＯx選択還元触媒上流の機関排気通路内にＮＯx吸蔵触媒を配置し、該ＮＯx吸蔵触媒はＮＯx吸蔵触媒の温度に応じて排気ガス中に含まれるＮＯxを吸蔵するか或いは吸蔵されているＮＯxを放出する性質を有し、ＮＯx吸蔵触媒への吸蔵ＮＯx量およびＮＯx吸蔵触媒からの放出ＮＯx量を算出し、算出された吸蔵ＮＯx量が予め定められている許容値を越えたときにはＮＯx吸蔵触媒を昇温させてＮＯx吸蔵触媒からＮＯxを放出させ、機関の運転状態から定まる尿素供給量に対し算出された吸蔵ＮＯx量の還元分だけ尿素供給量を減少させ、機関の運転状態から定まる尿素供給量に対し算出された放出ＮＯx量の還元分だけ尿素供給量を増大させるようにした内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
機関から排出されるＮＯx量から上記算出された吸蔵ＮＯx量を減算し或いは機関から排出されるＮＯx量に、上記算出された放出ＮＯx量を加算することによってＮＯx吸蔵触媒から流出する排気ガス中のＮＯx量を算出し、このＮＯx量から供給尿素量を算出するようにした請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
上記ＮＯx吸蔵触媒はＮＯx吸蔵触媒の上流に還元剤を供給せずしてＮＯxを放出しうる請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
ＮＯx吸蔵触媒、ＮＯx選択還元触媒に加えて更にパティキュレートフィルタを機関排気通路内に配置し、ＮＯx吸蔵触媒の昇温作用に合わせてパティキュレートフィルタを昇温させ、それによりパティキュレートフィルタ上に堆積したパティキュレートを燃焼させるようにした請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００９−４１４４２（Ｐ２００９−４１４４２Ａ）
【公開日】平成２１年２月２６日（２００９．２．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２０７０１５（Ｐ２００７−２０７０１５）
【出願日】平成１９年８月８日（２００７．８．８）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年２月２６日（２００９．２．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年８月８日（２００７．８．８）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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