JP3525912B2 - Exhaust gas purification device for internal combustion engine - Google Patents

Exhaust gas purification device for internal combustion engine

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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[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。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to an exhaust emission control device for an internal combustion engine.

【0002】[0002]

【従来の技術】内燃機関、特にディーゼルエンジンの排
気ガス中には有害なNOXが含まれており、このNOX
浄化するために、機関排気系にNOX吸蔵還元触媒装置
を配置することが提案されている。NOX吸蔵還元触媒
装置は、近傍雰囲気の酸素濃度が高い時にNOXを硝酸
塩の形で吸収し、近傍雰囲気の酸素濃度が低くなると吸
収したNOXを放出するものである。それにより、NOX
吸蔵還元触媒装置は、空気過剰のもとで燃焼が行われる
ディーゼルエンジンの排気ガス中からNOXを良好に吸
収する。しかしながら、NOX吸蔵還元触媒装置へ硝酸
塩の形で吸収されるNOX貯蔵可能量は有限であるため
に、このNOX貯蔵可能量に達する以前に、近傍空燃比
を理論空燃比又はリッチ空燃比にし、NOX吸蔵還元触
媒装置からNOXを放出させると共に雰囲気中の還元成
分によって放出したNOXを還元浄化する、すなわち、
NOX吸蔵還元触媒装置を再生する必要がある。
Internal combustion engines, in particular contain toxic NO X in the exhaust gas from diesel engines, in order to purify the NO X, placing the NO X storage reduction catalyst device in the engine exhaust system Is proposed. The NO X storage reduction catalyst device absorbs NO X in the form of nitrate when the oxygen concentration in the vicinity atmosphere is high, and releases the absorbed NO X when the oxygen concentration in the vicinity atmosphere becomes low. As a result, NO X
The storage reduction catalyst device satisfactorily absorbs NO x from the exhaust gas of a diesel engine that is burned under excess air. However, since the NO X storable amount absorbed in the NO X storage reduction catalyst device in the form of nitrate is finite, before the NO X storable amount is reached, the near air-fuel ratio is set to the stoichiometric air-fuel ratio or the rich air-fuel ratio. To release NO X from the NO X storage reduction catalyst device and reduce and purify NO X released by the reducing component in the atmosphere, that is,
It is necessary to regenerate the NO X storage reduction catalyst device.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】このNOX吸蔵還元触
媒装置の再生を行うために、近傍雰囲気を理論空燃比又
はリッチ空燃比、すなわち、再生空燃比にすべく、気筒
内又は機関排気系にそのための燃料が供給される。しか
しながら、こうして排気ガスを再生空燃比にしても、供
給された燃料の多くが排気ガスと共にNOX吸蔵還元触
媒装置を単に通過してしまうために、再生には比較的多
量の燃料を必要とし、燃料消費率が悪化する。
In order to regenerate the NO X storage reduction catalyst device, in the cylinder or in the engine exhaust system, the vicinity atmosphere is set to the stoichiometric air-fuel ratio or the rich air-fuel ratio, that is, the regenerated air-fuel ratio. Fuel for that is supplied. However, even if the exhaust gas is made to have a regeneration air-fuel ratio in this way, a large amount of the supplied fuel simply passes through the NO X storage reduction catalyst device together with the exhaust gas, so that a relatively large amount of fuel is required for regeneration, Fuel consumption rate deteriorates.

【0004】従って、本発明の目的は、燃料消費率を悪
化させることなく確実なNOX吸蔵還元触媒装置の再生
を可能とする内燃機関の排気浄化装置を提供することで
ある。
Therefore, an object of the present invention is to provide an exhaust emission control system for an internal combustion engine, which makes it possible to surely regenerate the NO X storage reduction catalytic converter without deteriorating the fuel consumption rate.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】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、機関排気系に配置さ
れて近傍雰囲気がリーン空燃比の時にNOXを吸収し、
理論空燃比又はリッチ空燃比である再生空燃比の時に再
生されるNOX吸蔵還元触媒装置と、前記NOX吸蔵還元
触媒装置を少なくとも一部の排気ガスがバイパスするこ
とを可能とするバイパス手段と、前記NOX吸蔵還元触
媒装置近傍へ燃料を供給するための燃料供給装置とを具
備し、前記内燃機関は、気筒内へ不活性ガスを供給する
ための不活性ガス供給手段を有して、煤の発生量を最大
とする最悪不活性ガス量より多量の前記不活性ガスを気
筒内へ供給して燃焼を実施する低温燃焼と、リーン空燃
比で燃焼を実施する普通燃焼とを実施することができ、
前記NOX吸蔵還元触媒装置を再生させる場合に、前記
低温燃焼を再生空燃比で実施した時の排気ガスによって
前記NOX吸蔵還元触媒近傍雰囲気を再生空燃比とする
第一再生手段と、前記普通燃焼時において前記バイパス
手段によって少なくとも一部の排気ガスをバイパスさせ
ると共に前記燃料供給装置によって燃料を供給して前記
NOX吸蔵還元触媒近傍雰囲気を再生空燃比とする第二
再生手段とが選択可能であることを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, which is arranged in an engine exhaust system and absorbs NO X when a nearby atmosphere has a lean air-fuel ratio.
A NO x storage reduction catalyst device that is regenerated at a regeneration air fuel ratio that is a stoichiometric air fuel ratio or a rich air fuel ratio; and a bypass means that enables at least part of the exhaust gas to bypass the NO x storage reduction catalyst device. A fuel supply device for supplying fuel to the vicinity of the NO x storage reduction catalyst device, the internal combustion engine having an inert gas supply means for supplying an inert gas into the cylinder, To perform low temperature combustion in which a larger amount of the inert gas than the worst inert gas amount that maximizes the soot generation is supplied into the cylinder for combustion, and normal combustion in which a lean air-fuel ratio is used for combustion. Can
In the case of regenerating the NO X storage reduction catalyst device, a first regeneration unit that makes the atmosphere near the NO X storage reduction catalyst a regeneration air-fuel ratio by the exhaust gas when the low temperature combustion is performed at the regeneration air-fuel ratio; At the time of combustion, at least part of the exhaust gas is bypassed by the bypass means, and fuel is supplied by the fuel supply device to select the second regenerating means for regenerating the air-fuel ratio in the atmosphere near the NO X storage reduction catalyst. It is characterized by being.

【0006】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は、請求項1に記載の内燃機関の排
気浄化装置において、前記NOX吸蔵還元触媒装置の温
度が設定温度より低い時又は前記設定温度より低いと予
測される時には、前記NOX吸蔵還元触媒装置を再生さ
せるのに前記第一再生手段が選択され、前記NOX吸蔵
還元触媒装置の温度が前記設定温度以上である時又は前
記設定温度以上であると予測される時には、前記NOX
吸蔵還元触媒装置を再生させるのに前記第二再生手段が
選択されることを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, there is provided an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the first aspect, wherein the NO x storage reduction catalyst device has a temperature lower than a set temperature. when it is predicted to be lower than at or above the set temperature, the first reproducing means is selected to regenerate the the NO X storage reduction catalyst device, the temperature of the the NO X storage reduction catalyst device is in the set temperature or more At the time or when it is predicted that the temperature is above the set temperature, the NO x
The second regenerating means is selected to regenerate the storage reduction catalyst device.

【0007】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は、請求項2に記載の内燃機関の排
気浄化装置において、前記NOX吸蔵還元触媒装置の温
度が前記設定温度以上である時又は前記設定温度以上で
あると予測される時であっても、前記普通燃焼時におけ
る気筒内からの有害物質排出量が設定量以上である場合
又は前記設定量以上であると予測される場合には前記第
一再生手段が選択されることを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, there is provided an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the second aspect, wherein the NO x storage reduction catalyst device has a temperature equal to or higher than the preset temperature. Even when the temperature is equal to or higher than the preset temperature, it is predicted that the amount of harmful substances emitted from the cylinder during the normal combustion is equal to or higher than the preset amount or equal to or higher than the preset amount. In this case, the first reproducing means is selected.

【0008】また、本発明による請求項4に記載の内燃
機関の排気浄化装置は、請求項2に記載の内燃機関の排
気浄化装置において、前記NOX吸蔵還元触媒装置は排
気ガス中のパティキュレートを捕集するための捕集壁を
有し、前記NOX吸蔵還元触媒装置の温度が前記設定温
度以上である時又は前記設定温度以上であると予測され
る時であっても、前記普通燃焼時における気筒内からの
パティキュレート排出量が設定量以上である場合又は前
記設定量以上であると予測される場合には前記第一再生
手段が選択されることを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an exhaust gas purification device for an internal combustion engine according to the second aspect, wherein the NO x storage reduction catalyst device is a particulate matter in the exhaust gas. Even when the temperature of the NO X storage reduction catalyst device is above the preset temperature or when it is predicted to be above the preset temperature. The first regeneration means is selected when the amount of particulates discharged from the cylinder at the time is equal to or more than a set amount or is predicted to be equal to or more than the set amount.

【0009】また、本発明による請求項5に記載の内燃
機関の排気浄化装置は、請求項4に記載の内燃機関の排
気浄化装置において、前記捕集壁に捕集されたパティキ
ュレートは酸化させられることを特徴とする。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the fourth aspect, wherein the particulate matter collected on the collecting wall is oxidized. It is characterized by being.

【0010】また、本発明による請求項6に記載の内燃
機関の排気浄化装置は、請求項5に記載の内燃機関の排
気浄化装置において、前記捕集壁には活性酸素放出剤が
担持され、前記活性酸素放出剤から放出される活性酸素
がパティキュレートを酸化させることを特徴とする。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the fifth aspect, wherein the trapping wall carries an active oxygen releasing agent. The active oxygen released from the active oxygen releasing agent oxidizes the particulates.

【0011】また、本発明による請求項7に記載の内燃
機関の排気浄化装置は、請求項6に記載の内燃機関の排
気浄化装置において、前記活性酸素放出剤は、周囲に過
剰酸素が存在すると酸素を取込んで酸素を保持しかつ周
囲の酸素濃度が低下すると保持した酸素を活性酸素に形
で放出することを特徴とする。
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the sixth aspect, wherein the active oxygen release agent has excess oxygen in the surroundings. It is characterized in that it takes in oxygen, retains oxygen, and releases the retained oxygen in the form of active oxygen when the surrounding oxygen concentration decreases.

【0012】また、本発明による請求項8に記載の内燃
機関の排気浄化装置は、請求項5から7のいずれかに記
載の内燃機関の排気浄化装置において、前記NOX吸蔵
還元触媒装置の排気上流側と排気下流側とを逆転するた
めの逆転手段を前記バイパス手段と一体又は別体に具備
し、前記捕集壁は第一捕集面と第二捕集面とを有し、前
記逆転手段によって前記NOX吸蔵還元触媒装置の排気
上流側と排気下流側とが逆転されることにより、パティ
キュレートを捕集するために前記捕集壁の前記第一捕集
面と前記第二捕集面とが交互に使用されることを特徴と
する。
An exhaust purification system for an internal combustion engine according to claim 8 of the present invention is the exhaust purification system for an internal combustion engine according to any one of claims 5 to 7, wherein the exhaust gas of the NO x storage reduction catalyst device is exhausted. Inverting means for reversing the upstream side and the exhaust downstream side is provided integrally with or separately from the bypass means, the collecting wall has a first collecting surface and a second collecting surface, and the reversing means is provided. The exhaust gas upstream side and the exhaust gas downstream side of the NO x storage reduction catalyst device are reversed by the means, so that the first collection surface and the second collection surface of the collection wall for collecting particulates. It is characterized in that the surface and the surface are used alternately.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】図1は、本発明による排気浄化装
置を備える4ストロークディーゼルエンジンの概略縦断
面図を示しており、図2は図1のディーゼルエンジンに
おける燃焼室の拡大縦断面図であり、図3は図1のディ
ーゼルエンジンにおけるシリンダヘッドの底面図であ
る。図1から図3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、
5aはピストン4の頂面上に形成されたキャビティ、5
はキャビティ5a内に形成された燃焼室、6は電気制御
式燃料噴射弁、7は一対の吸気弁、8は吸気ポート、9
は一対の排気弁、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1
2に連結され、サージタンク12は吸気ダクト13を介
してエアクリーナ14に連結される。吸気ダクト13内
には電気モータ15により駆動されるスロットル弁16
が配置される。一方、排気ポート10は排気マニホルド
17を介して排気管18へ接続される。
1 is a schematic vertical sectional view of a four-stroke diesel engine equipped with an exhaust emission control device according to the present invention, and FIG. 2 is an enlarged vertical sectional view of a combustion chamber in the diesel engine of FIG. Yes, FIG. 3 is a bottom view of the cylinder head in the diesel engine of FIG. 1 to 3, 1 is an engine body, 2 is a cylinder block, 3 is a cylinder head, 4 is a piston,
5a is a cavity formed on the top surface of the piston 4,
Is a combustion chamber formed in the cavity 5a, 6 is an electrically controlled fuel injection valve, 7 is a pair of intake valves, 8 is an intake port, 9
Indicates a pair of exhaust valves, and 10 indicates an exhaust port, respectively. The intake port 8 is connected to the surge tank 1 via the corresponding intake branch pipe 11.
2, the surge tank 12 is connected to the air cleaner 14 via the intake duct 13. A throttle valve 16 driven by an electric motor 15 is provided in the intake duct 13.
Are placed. On the other hand, the exhaust port 10 is connected to an exhaust pipe 18 via an exhaust manifold 17.

【0014】図1に示されるように排気マニホルド17
内には空燃比センサ21が配置される。排気マニホルド
17とサージタンク12とはEGR通路22を介して互
いに連結され、EGR通路22内には電気制御式EGR
制御弁23が配置される。また、EGR通路22回りに
はEGR通路22内を流れるEGRガスを冷却するため
の冷却装置24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24内に導かれ、機関冷却水に
よってEGRガスが冷却される。
Exhaust manifold 17 as shown in FIG.
An air-fuel ratio sensor 21 is arranged inside. The exhaust manifold 17 and the surge tank 12 are connected to each other via an EGR passage 22, and an electric control type EGR is provided in the EGR passage 22.
A control valve 23 is arranged. A cooling device 24 for cooling the EGR gas flowing in the EGR passage 22 is arranged around the EGR passage 22. In the embodiment shown in FIG. 1, the engine cooling water is guided into the cooling device 24, and the engine cooling water cools the EGR gas.

【0015】一方、各燃料噴射弁6は燃料供給管25を
介して燃料リザーバ、いわゆるコモンレール26に連結
される。このコモンレール26内へは電気制御式の吐出
量可変な燃料ポンプ27から燃料が供給され、コモンレ
ール26内に供給された燃料は各燃料供給管25を介し
て燃料噴射弁6に供給される。コモンレール26にはコ
モンレール26内の燃料圧を検出するための燃料圧セン
サ28が取付けられ、燃料圧センサ28の出力信号に基
づいてコモンレール26内の燃料圧が目標燃料圧となる
ように燃料ポンプ27の吐出量が制御される。
On the other hand, each fuel injection valve 6 is connected to a fuel reservoir, a so-called common rail 26, via a fuel supply pipe 25. Fuel is supplied into the common rail 26 from an electrically controlled variable fuel discharge fuel pump 27, and the fuel supplied into the common rail 26 is supplied to the fuel injection valve 6 via each fuel supply pipe 25. A fuel pressure sensor 28 for detecting the fuel pressure in the common rail 26 is attached to the common rail 26, and the fuel pump 27 so that the fuel pressure in the common rail 26 becomes a target fuel pressure based on the output signal of the fuel pressure sensor 28. Is controlled.

【0016】30は電子制御ユニットであり、空燃比セ
ンサ21の出力信号と、燃料圧センサ28の出力信号と
が入力される。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、電子制御ユニット30に
は、負荷センサ41の出力信号も入力され、さらに、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42の出力信号も入力され
る。こうして、電子制御ユニット30は、各種信号に基
づき、燃料噴射弁6、電気モータ15、EGR制御弁2
3、燃料ポンプ27、及び、排気管18に配置された切
換弁71aを作動する。切換弁71aに関しては後述す
る。
An electronic control unit 30 receives the output signal of the air-fuel ratio sensor 21 and the output signal of the fuel pressure sensor 28. Further, a load sensor 41 that generates an output voltage proportional to the depression amount L of the accelerator pedal 40 is connected to the accelerator pedal 40, an output signal of the load sensor 41 is also input to the electronic control unit 30, and a crankshaft is further provided. For example, the output signal of the crank angle sensor 42, which generates an output pulse each time it rotates by 30 °, is also input. In this way, the electronic control unit 30 is based on various signals, the fuel injection valve 6, the electric motor 15, the EGR control valve 2
3, the fuel pump 27, and the switching valve 71a arranged in the exhaust pipe 18 are operated. The switching valve 71a will be described later.

【0017】図2及び図3に示されるように本発明によ
る実施例では燃料噴射弁6が6個のノズル口を有するホ
ールノズルからなり、燃料噴射弁6のノズル口からは水
平面に対しやや下向きに等角度間隔でもって燃料Fが噴
射される。図3に示されるように6個の燃料噴霧Fのう
ちで2個の燃料噴霧Fは各排気弁9の弁体の下側面に沿
って飛散する。図2及び図3は圧縮行程末期に燃料噴射
が行われた時を示している。この時には燃料噴霧Fはキ
ャビティ5aの内周面に向けて進み、次いで着火燃焼せ
しめられる。
As shown in FIGS. 2 and 3, in the embodiment according to the present invention, the fuel injection valve 6 is composed of a hole nozzle having six nozzle openings, and the nozzle opening of the fuel injection valve 6 faces slightly downward with respect to the horizontal plane. Fuel F is injected at equal angular intervals. As shown in FIG. 3, of the six fuel sprays F, two fuel sprays F are scattered along the lower side surface of the valve body of each exhaust valve 9. 2 and 3 show the time when fuel injection is performed at the end of the compression stroke. At this time, the fuel spray F advances toward the inner peripheral surface of the cavity 5a and is then ignited and burned.

【0018】図4は排気行程中において排気弁9のリフ
ト量が最大の時に燃料噴射弁6から追加の燃料が噴射さ
れた場合を示している。即ち、図5に示されるように圧
縮上死点付近において主噴射Qmが行われ、次いで排気
行程の中ほどで追加の燃料Qaが噴射された場合を示し
ている。この場合、排気弁9の弁体方向に進む燃料噴霧
Fは排気弁9の傘部背面と排気ポート10との間に向か
う。即ち、云い換えると燃料噴射弁6の6個のノズル口
のうちで2個のノズル口は、排気弁9が開弁している時
に追加の燃料Qaの噴射が行われると燃料噴霧Fが排気
弁9の傘部背面と排気ポート10との間に向かうように
形成されている。なお、図4に示す実施例ではこの時に
燃料噴霧Fが排気弁9の傘部背面に衝突し、排気弁9の
傘部背面に衝突した燃料噴霧Fは排気弁9の傘部背面上
において反射し、排気ポート10内に向かう。
FIG. 4 shows a case where additional fuel is injected from the fuel injection valve 6 when the lift amount of the exhaust valve 9 is maximum during the exhaust stroke. That is, as shown in FIG. 5, the main injection Qm is performed near the compression top dead center, and then the additional fuel Qa is injected in the middle of the exhaust stroke. In this case, the fuel spray F advancing toward the valve body of the exhaust valve 9 goes between the rear surface of the umbrella portion of the exhaust valve 9 and the exhaust port 10. In other words, in other words, of the six nozzle openings of the fuel injection valve 6, two nozzle openings eject the fuel spray F when the additional fuel Qa is injected while the exhaust valve 9 is open. It is formed so as to face between the rear surface of the umbrella portion of the valve 9 and the exhaust port 10. In the embodiment shown in FIG. 4, the fuel spray F collides with the rear surface of the exhaust valve 9 at this time, and the fuel spray F that collides with the rear surface of the exhaust valve 9 is reflected on the rear surface of the exhaust valve 9. Then, it goes into the exhaust port 10.

【0019】なお通常は追加の燃料Qaは噴射されず、
主噴射Qmのみが行われる。図6は機関低負荷運転時に
おいてスロットル弁16の開度及びEGR率を変化させ
ることにより空燃比A/F(図6の横軸)を変化させた
ときの出力トルクの変化、及びスモーク、HC、CO、
NOXの排出量の変化を示す実験例を表している。図6
からわかるようにこの実験例では空燃比A/Fが小さく
なるほどEGR率が大きくなり、理論空燃比(≒14.
6)以下のときにはEGR率は65パーセント以上とな
っている。
Normally, the additional fuel Qa is not injected,
Only the main injection Qm is performed. FIG. 6 shows changes in the output torque when the air-fuel ratio A / F (horizontal axis in FIG. 6) is changed by changing the opening degree of the throttle valve 16 and the EGR rate during engine low load operation, and smoke, HC , CO,
It represents the experimental examples showing the emissions changes in NO X. Figure 6
As can be seen from this, in this experimental example, the EGR rate increases as the air-fuel ratio A / F decreases, and the theoretical air-fuel ratio (≈14.
When it is 6) or less, the EGR rate is 65% or more.

【0020】図6に示されるようにEGR率を増大する
ことにより空燃比A/Fを小さくしていくとEGR率が
40パーセント付近となり空燃比A/Fが30程度にな
った時にスモークの発生量が増大を開始する。次いで、
更にEGR率を高め、空燃比A/Fを小さくするとスモ
ークの発生量が急激に増大してピークに達する。次いで
更にEGR率を高め、空燃比A/Fを小さくすると今度
はスモークが急激に低下し、EGR率を65パーセント
以上とし、空燃比A/Fが15.0付近になるとスモー
クがほぼ零となる。即ち、煤がほとんど発生しなくな
る。この時に機関の出力トルクは若干低下し、またNO
Xの発生量がかなり低くなる。一方、この時にHC及び
COの発生量は増大し始める。
As shown in FIG. 6, when the air-fuel ratio A / F is reduced by increasing the EGR rate, the EGR rate becomes around 40% and the smoke is generated when the air-fuel ratio A / F becomes about 30. The quantity begins to increase. Then
When the EGR rate is further increased and the air-fuel ratio A / F is reduced, the amount of smoke generated sharply increases and reaches a peak. Next, when the EGR rate is further increased and the air-fuel ratio A / F is reduced, the smoke sharply decreases this time, the EGR rate is increased to 65% or more, and the smoke becomes almost zero when the air-fuel ratio A / F is around 15.0. . That is, soot is hardly generated. At this time, the output torque of the engine slightly decreases, and NO
The amount of X generated is considerably low. On the other hand, at this time, the amounts of HC and CO generated start to increase.

【0021】図7(A)は空燃比A/Fが21付近でス
モークの発生量が最も多い時の燃焼室5内の燃焼圧変化
を示しており、図7(B)は空燃比A/Fが18付近で
スモークの発生量がほぼ零の時の燃焼室5内における燃
焼圧の変化を示している。図7(A)と図7(B)とを
比較すればわかるようにスモークの発生量がほぼ零であ
る図7(B)に示す場合はスモークの発生量が多い図7
(A)に示す場合に比べて燃焼圧が低いことがわかる。
FIG. 7 (A) shows the change in combustion pressure in the combustion chamber 5 when the air-fuel ratio A / F is around 21 and the amount of smoke generated is the largest, and FIG. 7 (B) shows the air-fuel ratio A / F. It shows a change in the combustion pressure in the combustion chamber 5 when F is around 18 and the amount of smoke generated is almost zero. As can be seen by comparing FIG. 7 (A) and FIG. 7 (B), in the case of FIG. 7 (B) where the amount of smoke generated is almost zero, the amount of smoke generated is large.
It can be seen that the combustion pressure is lower than in the case shown in (A).

【0022】図6及び図7に示される実験結果から次の
ことが言える。即ち、まず第1に空燃比A/Fが15.
0以下でスモークの発生量がほぼ零の時には図6に示さ
れるようにNOXの発生量がかなり低下する。NOXの発
生量が低下したということは燃焼室5内の燃焼温度が低
下していることを意味しており、従って煤がほとんど発
生しない時には燃焼室5内の燃焼温度が低くなっている
と言える。同じことが図7からも言える。即ち、煤がほ
とんど発生していない図7(B)に示す状態では燃焼圧
が低くなっており、従ってこの時に燃焼室5内の燃焼温
度は低くなっていることになる。
The following can be said from the experimental results shown in FIGS. 6 and 7. That is, first, the air-fuel ratio A / F is 15.
When the amount of smoke produced is less than 0 and the amount of smoke produced is almost zero, the amount of NO x produced decreases considerably as shown in FIG. The decrease in the amount of NO x generated means that the combustion temperature in the combustion chamber 5 is decreased, and therefore, when the soot is hardly generated, the combustion temperature in the combustion chamber 5 is decreased. I can say. The same can be said from FIG. 7. That is, the combustion pressure is low in the state shown in FIG. 7 (B) where soot is hardly generated, and therefore the combustion temperature in the combustion chamber 5 is low at this time.

【0023】第2にスモークの発生量、即ち煤の発生量
がほぼ零になると図6に示されるようにHC及びCOの
排出量が増大する。このことは炭化水素が煤まで成長せ
ずに排出されることを意味している。即ち、燃料中に含
まれる図8に示されるような直鎖状炭化水素や芳香族炭
化水素は酸素不足の状態で温度上昇せしめられると熱分
解して煤の前駆体が形成され、次いで主に炭素原子が集
合した固体からなる煤が生成される。この場合、実際の
煤の生成過程は複雑であり、煤の前駆体がどのような形
態をとるかは明確ではないがいずれにしても図8に示さ
れるような炭化水素は煤の前駆体を経て煤まで成長する
ことになる。従って、上述したように煤の発生量がほぼ
零になると図6に示される如くHC及びCOの排出量が
増大するがこの時のHCは煤の前駆体又はその前の状態
の炭化水素である。
Secondly, when the amount of smoke produced, that is, the amount of soot produced, becomes almost zero, the emission amounts of HC and CO increase as shown in FIG. This means that hydrocarbons are discharged without growing to soot. That is, linear hydrocarbons and aromatic hydrocarbons contained in the fuel as shown in FIG. 8 are thermally decomposed to form soot precursors when the temperature is raised in a state of oxygen deficiency, and then mainly soot is formed. Soot consisting of a solid with carbon atoms gathered is produced. In this case, the actual soot formation process is complicated, and it is not clear what form the soot precursor takes, but in any case, the hydrocarbon as shown in FIG. After that, it will grow to soot. Therefore, as described above, when the amount of soot generated becomes almost zero, the amounts of HC and CO emissions increase as shown in FIG. 6, but at this time HC is a soot precursor or a hydrocarbon in the state before it. .

【0024】図6及び図7に示される実験結果に基づく
これらの考察をまとめると燃焼室5内の燃焼温度が低い
時には煤の発生量がほぼ零になり、この時には煤の前駆
体又はその前の状態の炭化水素が燃焼室5から排出され
ることになる。このことについて更に詳細に実験研究を
重ねた結果、燃焼室5内における燃料及びその周囲のガ
ス温度が或る温度以下である場合には煤の成長過程が途
中で停止してしまい、即ち煤が全く発生せず、燃焼室5
内における燃料及びその周囲の温度が或る温度以下にな
ると煤が生成されることが判明したのである。
When these considerations based on the experimental results shown in FIGS. 6 and 7 are summarized, the soot generation amount becomes almost zero when the combustion temperature in the combustion chamber 5 is low, and at this time, the soot precursor or the soot precursor The hydrocarbons in this state are discharged from the combustion chamber 5. As a result of further detailed experimental research on this, when the temperature of the fuel and the gas around it in the combustion chamber 5 is below a certain temperature, the soot growth process stops halfway, that is, the soot is generated. No combustion, combustion chamber 5
It has been found that soot is produced when the temperature of the fuel inside and inside it falls below a certain temperature.

【0025】ところで煤の前駆体の状態で炭化水素の生
成過程が停止する時の燃料及びその周囲の温度、即ち上
述の或る温度は燃料の種類や空燃比や圧縮比等の種々の
要因によって変化するので何度であるかということは言
えないが、この或る温度はNOXの発生量と深い関係を
有しており、従ってこの或る温度はNOXの発生量から
或る程度規定することができる。即ち、EGR率が増大
するほど燃焼時の燃料及びその周囲のガス温度は低下
し、NOXの発生量が低下する。この時においてNOX
発生量が10p.p.m前後又はそれ以下になった時に煤が
ほとんど発生しなくなる。従って上述の或る温度はNO
Xの発生量が10p.p.m前後又はそれ以下になった時の温
度にほぼ一致する。
By the way, the temperature of the fuel and its surroundings when the hydrocarbon production process stops in the state of the soot precursor, that is, the above-mentioned certain temperature depends on various factors such as the type of fuel, the air-fuel ratio and the compression ratio. It cannot be said how many times it changes, but this certain temperature has a deep relationship with the amount of NO x produced, and therefore this certain temperature is defined to some extent from the amount of NO x produced. can do. That is, as the EGR rate increases, the temperature of the fuel and the gas around it during combustion decreases, and the amount of NO x generated decreases. At this time, when the amount of NO x generated is around 10 p.pm or less, soot is hardly generated. Therefore, the above certain temperature is NO
It is almost the same as the temperature when the amount of X generation is around 10 p.pm or less.

【0026】一旦、煤が生成されるとこの煤は単に酸化
機能を有する触媒を用いた後処理でもって浄化すること
はできない。これに対して煤の前駆体又はその前の状態
の炭化水素は酸化機能を有する触媒を用いた後処理でも
って容易に浄化することができる。このように、NOX
の発生量を低減すると共に炭化水素を煤の前駆体又はそ
の前の状態で燃焼室5から排出させることは排気ガスの
浄化に極めて有効である。
Once soot is produced, it cannot simply be purified by post-treatment with a catalyst having an oxidizing function. On the other hand, the soot precursor or the hydrocarbon in the state before it can be easily purified by a post-treatment using a catalyst having an oxidizing function. In this way, NO X
It is extremely effective to purify the exhaust gas by reducing the amount of the exhaust gas generated and discharging hydrocarbons from the combustion chamber 5 in the state of the soot precursor or in the state before it.

【0027】さて、煤が生成される前の状態で炭化水素
の成長を停止させるには燃焼室5内における燃焼時の燃
料及びその周囲のガス温度を煤が生成される温度よりも
低い温度に抑制する必要がある。この場合、燃料及びそ
の周囲のガス温度を抑制するには燃料が燃焼した際の燃
料回りにおけるガスの吸熱作用が極めて大きく影響する
ことが判明している。
In order to stop the growth of hydrocarbons before the soot is generated, the temperature of the fuel and the gas around it in the combustion chamber 5 during combustion is set to a temperature lower than the temperature at which the soot is generated. It needs to be suppressed. In this case, it has been found that the endothermic action of the gas around the fuel when the fuel burns has an extremely large effect on suppressing the temperature of the fuel and the gas around it.

【0028】即ち、燃料回りに空気しか存在しないと蒸
発した燃料はただちに空気中の酸素と反応して燃焼す
る。この場合、燃料から離れている空気の温度はさほど
上昇せず、燃料回りの温度のみが局所的に極めて高くな
る。即ち、この時には燃料から離れている空気は燃料の
燃焼熱の吸熱作用をほとんど行わない。この場合には燃
焼温度が局所的に極めて高くなるために、この燃焼熱を
受けた未燃炭化水素は煤を生成することになる。
That is, when only air exists around the fuel, the evaporated fuel immediately reacts with oxygen in the air and burns. In this case, the temperature of the air separated from the fuel does not rise so much, and only the temperature around the fuel locally becomes extremely high. That is, at this time, the air separated from the fuel hardly absorbs the combustion heat of the fuel. In this case, since the combustion temperature locally becomes extremely high, the unburned hydrocarbons that have received this heat of combustion generate soot.

【0029】一方、多量の不活性ガスと少量の空気の混
合ガス中に燃料が存在する場合には若干状況が異なる。
この場合には蒸発燃料は周囲に拡散して不活性ガス中に
混在する酸素と反応し、燃焼することになる。この場合
には燃焼熱は回りの不活性ガスに吸収されるために燃焼
温度はさほど上昇しなくなる。即ち、燃焼温度を低く抑
えることができることになる。即ち、燃焼温度を抑制す
るには不活性ガスの存在が重要な役割を果しており、不
活性ガスの吸熱作用によって燃焼温度を低く抑えること
ができることになる。
On the other hand, the situation is slightly different when the fuel is present in a mixed gas of a large amount of inert gas and a small amount of air.
In this case, the evaporated fuel diffuses into the surroundings, reacts with oxygen mixed in the inert gas, and burns. In this case, the combustion heat is absorbed by the surrounding inert gas, so that the combustion temperature does not rise so much. That is, the combustion temperature can be kept low. That is, the presence of the inert gas plays an important role in suppressing the combustion temperature, and the combustion temperature can be suppressed low by the endothermic action of the inert gas.

【0030】この場合、燃料及びその周囲のガス温度を
煤が生成される温度よりも低い温度に抑制するにはそう
するのに十分な熱量を吸収しうるだけの不活性ガス量が
必要となる。従って燃料量が増大すれば必要となる不活
性ガス量はそれに伴って増大することになる。なお、こ
の場合、不活性ガスの比熱が大きいほど吸熱作用は強力
となり、従って不活性ガスは比熱の大きなガスが好まし
いことになる。この点、CO2やEGRガスは比較的比
熱が大きいので不活性ガスとしてEGRガスを用いるこ
とは好ましいと言える。
In this case, in order to suppress the temperature of the fuel and the gas around it to a temperature lower than the temperature at which soot is produced, an amount of inert gas sufficient to absorb the amount of heat required to do so is required. . Therefore, if the fuel amount increases, the required amount of inert gas also increases accordingly. In this case, the larger the specific heat of the inert gas, the stronger the endothermic action. Therefore, the inert gas is preferably a gas having a large specific heat. In this respect, since CO 2 and EGR gas have a relatively large specific heat, it can be said that it is preferable to use EGR gas as the inert gas.

【0031】図9は不活性ガスとしてEGRガスを用
い、EGRガスの冷却度合を変えたときのEGR率とス
モークとの関係を示している。即ち、図9において曲線
AはEGRガスを強力に冷却してEGRガス温をほぼ9
0°Cに維持した場合を示しており、曲線Bは小型の冷
却装置でEGRガスを冷却した場合を示しており、曲線
CはEGRガスを強制的に冷却していない場合を示して
いる。
FIG. 9 shows the relationship between the EGR rate and smoke when EGR gas is used as the inert gas and the cooling degree of the EGR gas is changed. That is, the curve A in FIG. 9 strongly cools the EGR gas to bring the EGR gas temperature to about 9
The curve B shows the case where the EGR gas is cooled by a small cooling device, and the curve C shows the case where the EGR gas is not forcibly cooled.

【0032】図9の曲線Aで示されるようにEGRガス
を強力に冷却した場合にはEGR率が50パーセントよ
りも少し低いところで煤の発生量がピークとなり、この
場合にはEGR率をほぼ55パーセント以上にすれば煤
がほとんど発生しなくなる。一方、図9の曲線Bで示さ
れるようにEGRガスを少し冷却した場合にはEGR率
が50パーセントよりも少し高いところで煤の発生量が
ピークとなり、この場合にはEGR率をほぼ65パーセ
ント以上にすれば煤がほとんど発生しなくなる。
As shown by the curve A in FIG. 9, when the EGR gas is strongly cooled, the soot generation amount peaks when the EGR rate is slightly lower than 50%, and in this case, the EGR rate is almost 55. Almost no soot will be generated if the percentage is exceeded. On the other hand, as shown by the curve B in FIG. 9, when the EGR gas is slightly cooled, the soot generation amount reaches a peak when the EGR rate is slightly higher than 50%, and in this case, the EGR rate is approximately 65% or more. If so, soot is hardly generated.

【0033】また、図9の曲線Cで示されるようにEG
Rガスを強制的に冷却していない場合にはEGR率が5
5パーセントの付近で煤の発生量がピークとなり、この
場合にはEGR率をほぼ70パーセント以上にすれば煤
がほとんど発生しなくなる。なお、図9は機関負荷が比
較的高い時のスモークの発生量を示しており、機関負荷
が小さくなると煤の発生量がピークとなるEGR率は若
干低下し、煤がほとんど発生しなくなるEGR率の下限
も若干低下する。このように煤がほとんど発生しなくな
るEGR率の下限はEGRガスの冷却度合や機関負荷に
応じて変化する。
Further, as shown by the curve C in FIG. 9, EG
When the R gas is not forcibly cooled, the EGR rate is 5
The soot generation amount peaks near 5%, and in this case, if the EGR rate is set to approximately 70% or more, soot is hardly generated. Note that FIG. 9 shows the amount of smoke generated when the engine load is relatively high, and the EGR rate at which the amount of soot generated peaks when the engine load decreases and the EGR rate at which soot hardly occurs is slightly decreased. The lower limit of is also slightly lowered. Thus, the lower limit of the EGR rate at which soot is hardly generated changes depending on the cooling degree of EGR gas and the engine load.

【0034】図10は不活性ガスとしてEGRガスを用
いた場合において燃焼時の燃料及びその周囲のガス温度
を煤が生成される温度よりも低い温度にするために必要
なEGRガスと空気の混合ガス量、及びこの混合ガス量
中の空気の割合、及びこの混合ガス中のEGRガスの割
合を示している。なお、図10において縦軸は燃焼室5
内に吸入される全吸入ガス量を示しており、鎖線Yは過
給が行われない時に燃焼室5内に吸入しうる全吸入ガス
量を示している。また、横軸は要求負荷を示しており、
Z1は低負荷運転領域を示している。
FIG. 10 shows a mixture of EGR gas and air required to bring the temperature of the fuel and its surrounding gas at the time of combustion to a temperature lower than the temperature at which soot is generated when EGR gas is used as the inert gas. The amount of gas, the ratio of air in this mixed gas amount, and the ratio of EGR gas in this mixed gas are shown. In FIG. 10, the vertical axis represents the combustion chamber 5
The total amount of intake gas sucked into the combustion chamber 5 is shown, and the chain line Y shows the total amount of intake gas that can be drawn into the combustion chamber 5 when supercharging is not performed. The horizontal axis shows the required load,
Z1 indicates a low load operation region.

【0035】図10を参照すると空気の割合、即ち混合
ガス中の空気量は噴射された燃料を完全に燃焼せしめる
のに必要な空気量を示している。即ち、図10に示され
る場合では空気量と噴射燃料量との比は理論空燃比とな
っている。一方、図10においてEGRガスの割合、即
ち混合ガス中のEGRガス量は噴射燃料が燃焼せしめら
れた時に燃料及びその周囲のガス温度を煤が形成される
温度よりも低い温度にするのに必要最低限のEGRガス
量を示している。このEGRガス量はEGR率で表すと
ほぼ55パーセント以上であり、図10に示す実施例で
は70パーセント以上である。即ち、燃焼室5内に吸入
された全吸入ガス量を図10において実線Xとし、この
全吸入ガス量Xのうちの空気量とEGRガス量との割合
を図10に示すような割合にすると燃料及びその周囲の
ガス温度は煤が生成される温度よりも低い温度となり、
斯くして煤が全く発生しなくなる。また、この時のNO
X発生量は10p.p.m前後、又はそれ以下であり、従って
NOXの発生量は極めて少量となる。
Referring to FIG. 10, the ratio of air, that is, the amount of air in the mixed gas, shows the amount of air required to completely burn the injected fuel. That is, in the case shown in FIG. 10, the ratio between the air amount and the injected fuel amount is the theoretical air-fuel ratio. On the other hand, in FIG. 10, the proportion of EGR gas, that is, the amount of EGR gas in the mixed gas, is necessary to bring the temperature of the fuel and its surrounding gas to a temperature lower than the temperature at which soot is formed when the injected fuel is burned. The minimum EGR gas amount is shown. This EGR gas amount is approximately 55% or more in terms of EGR rate, and is 70% or more in the embodiment shown in FIG. That is, the total intake gas amount sucked into the combustion chamber 5 is shown by the solid line X in FIG. 10, and the ratio of the air amount to the EGR gas amount of this total intake gas amount X is set as shown in FIG. The temperature of the fuel and the gas around it is lower than the temperature at which soot is produced,
Thus, no soot is generated. Also, NO at this time
The amount of X generation is about 10 p.pm or less, and therefore the amount of NO X generation is extremely small.

【0036】燃料噴射量が増大すれば燃料が燃焼した際
の発熱量が増大するので燃料及びその周囲のガス温度を
煤が生成される温度よりも低い温度に維持するためには
EGRガスによる熱の吸収量を増大しなければならな
い。従って図10に示されるようにEGRガス量は噴射
燃料量が増大するにつれて増大せしめなければならな
い。即ち、EGRガス量は要求負荷が高くなるにつれて
増大する必要がある。
Since the amount of heat generated when the fuel burns increases as the fuel injection amount increases, in order to maintain the temperature of the fuel and the gas around it at a temperature lower than the temperature at which soot is produced, heat generated by the EGR gas is used. The amount of absorption must be increased. Therefore, as shown in FIG. 10, the EGR gas amount must be increased as the injected fuel amount is increased. That is, the EGR gas amount needs to increase as the required load increases.

【0037】一方、図10の負荷領域Z2では煤の発生
を阻止するのに必要な全吸入ガス量Xが吸入しうる全吸
入ガス量Yを越えてしまう。従ってこの場合、煤の発生
を阻止するのに必要な全吸入ガス量Xを燃焼室5内に供
給するにはEGRガス及び吸入空気の双方、或いはEG
Rガスを過給又は加圧する必要がある。EGRガス等を
過給又は加圧しない場合には負荷領域Z2では全吸入ガ
ス量Xは吸入しうる全吸入ガス量Yに一致する。従って
この場合、煤の発生を阻止するためには空気量を若干減
少させてEGRガス量を増大すると共に空燃比がリッチ
のもとで燃料を燃焼せしめることになる。
On the other hand, in the load region Z2 of FIG. 10, the total intake gas amount X required to prevent the generation of soot exceeds the total intake gas amount Y that can be inhaled. Therefore, in this case, in order to supply the total intake gas amount X required to prevent the generation of soot into the combustion chamber 5, both the EGR gas and intake air, or EG
It is necessary to supercharge or pressurize the R gas. When the EGR gas or the like is not supercharged or pressurized, the total intake gas amount X matches the total intakeable gas amount Y in the load region Z2. Therefore, in this case, in order to prevent the generation of soot, the air amount is slightly decreased to increase the EGR gas amount and the fuel is burned under the rich air-fuel ratio.

【0038】前述したように図10は燃料を理論空燃比
のもとで燃焼させる場合を示しているが図10に示され
る低負荷運転領域Z1において空気量を図10に示され
る空気量よりも少なくても、即ち空燃比をリッチにして
も煤の発生を阻止しつつNO Xの発生量を10p.p.m前後
又はそれ以下にすることができ、また図10に示される
低負荷領域Z1において空気量を図10に示される空気
量よりも多くしても、即ち空燃比の平均値を17から1
8のリーンにしても煤の発生を阻止しつつNO Xの発生
量を10p.p.m前後又はそれ以下にすることができる。
As described above, FIG. 10 shows that the fuel is stoichiometric.
Fig. 10 shows the case of combustion under
FIG. 10 shows the air flow rate in the low load operating range Z1.
Less than the amount of air
NO while preventing the generation of soot XThe generation amount of around 10p.p.m
Or less, and also shown in FIG.
The air amount in the low load region Z1 is the air shown in FIG.
More than the amount, that is, the average value of the air-fuel ratio is 17 to 1
Even if it is lean, NO while preventing the generation of soot XOccurrence of
The amount can be around 10 p.p.m or less.

【0039】即ち、空燃比がリッチにされると燃料が過
剰となるが燃焼温度が低い温度に抑制されているために
過剰な燃料は煤まで成長せず、斯くして煤が生成される
ことがない。また、この時にはNOXも極めて少量しか
発生しない。一方、平均空燃比がリーンのとき、或いは
空燃比が理論空燃比の時でも燃焼温度が高くなれば少量
の煤が生成されるが本発明では燃焼温度が低い温度に抑
制されているので煤は全く生成されない。更に、NOX
も極めて少量しか発生しない。
That is, when the air-fuel ratio is made rich, the fuel becomes excessive, but since the combustion temperature is suppressed to a low temperature, the excessive fuel does not grow to soot, and soot is generated. There is no. Further, at this time, a very small amount of NO X is also generated. On the other hand, when the average air-fuel ratio is lean, or even when the air-fuel ratio is the stoichiometric air-fuel ratio, a small amount of soot is generated if the combustion temperature rises, but in the present invention the combustion temperature is suppressed to a low temperature, soot Not generated at all. Furthermore, NO X
Also produces only a very small amount.

【0040】このように、機関低負荷運転領域Z1では
空燃比にかかわらずに、即ち空燃比がリッチであろう
と、理論空燃比であろうと、或いは平均空燃比がリーン
であろうと煤が発生されず、NOXの発生量が極めて少
量となる。従って燃料消費率の向上を考えると、この時
の平均空燃比をリーンにすることが好ましいと言える。
Thus, in the engine low load operation region Z1, soot is generated regardless of the air-fuel ratio, that is, whether the air-fuel ratio is rich, the stoichiometric air-fuel ratio, or the average air-fuel ratio is lean. Therefore, the amount of NO x generated is extremely small. Therefore, considering the improvement of the fuel consumption rate, it can be said that it is preferable to make the average air-fuel ratio at this time lean.

【0041】ところで燃焼室内における燃焼時の燃料及
びその周囲のガス温度を炭化水素の成長が途中で停止す
る温度以下に抑制するためには、比較的機関負荷が低く
て燃焼による発熱量が少ない時の方が好ましい。従って
本発明による実施例では機関負荷が比較的低い時には燃
焼時の燃料及びその周囲のガス温度を炭化水素の成長が
途中で停止する温度以下に抑制して第一燃焼、即ち低温
燃焼を行うようにし、機関負荷が比較的高いときには第
二燃焼、即ち従来より普通に行われている燃焼を行うよ
うにしている。なお、ここで第一燃焼、即ち低温燃焼と
はこれまでの説明から明らかなように煤の発生量が最大
となる最悪不活性ガス量よりも燃焼室内の不活性ガス量
が多く煤がほとんど発生しない燃焼のことを言い、第二
燃焼、即ち従来より普通に行われている燃焼とは煤の発
生量が最大となる最悪不活性ガス量よりも燃焼室内の不
活性ガス量が少ない燃焼のことを言う。
By the way, in order to suppress the temperature of the fuel and the gas around it during combustion in the combustion chamber to a temperature below the temperature at which the growth of hydrocarbons stops halfway, when the engine load is relatively low and the calorific value due to combustion is small. Is preferred. Therefore, in the embodiment according to the present invention, when the engine load is relatively low, the temperature of the fuel and the gas around it during combustion are suppressed to a temperature below the temperature at which the growth of hydrocarbons stops halfway, and first combustion, that is, low temperature combustion is performed. When the engine load is relatively high, the second combustion, that is, the combustion that is more commonly performed than the conventional one is performed. It should be noted that here, the first combustion, that is, the low temperature combustion, as is clear from the above description, the amount of inert gas in the combustion chamber is larger than the worst amount of inert gas in which the amount of soot is maximized, and soot is almost generated. Second combustion, that is, combustion that is more commonly performed than before, is combustion that has less inert gas in the combustion chamber than the worst inert gas that produces maximum soot. Say

【0042】図11は第一燃焼、即ち低温燃焼が行われ
る第1の運転領域Iと、第二燃焼、即ち従来の燃焼方法
による燃焼が行われる第2の燃焼領域IIとを示してい
る。なお、図11において縦軸Lはアクセルペダル40
の踏込み量、即ち要求負荷を示しており、横軸Nは機関
回転数を示している。また、図11においてX(N)は
第1の運転領域Iと第2の運転領域IIとの第1の境界を
示しており、Y(N)は第1の運転領域Iと第2の運転
領域IIとの第2の境界を示している。第1の運転領域I
から第2の運転領域IIへの運転領域の変化判断は第1の
境界X(N)に基づいて行われ、第2の運転領域IIから
第1の運転領域Iへの運転領域の変化判断は第2の境界
Y(N)に基づいて行われる。
FIG. 11 shows a first operating region I in which first combustion, that is, low temperature combustion is performed, and a second combustion region II in which second combustion, that is, combustion by a conventional combustion method is performed. In FIG. 11, the vertical axis L indicates the accelerator pedal 40.
Represents the amount of depression, that is, the required load, and the horizontal axis N represents the engine speed. Further, in FIG. 11, X (N) indicates the first boundary between the first operating region I and the second operating region II, and Y (N) indicates the first operating region I and the second operating region II. A second boundary with region II is shown. First operating area I
Determination of the operating range from the second operating range II to the second operating range II is performed based on the first boundary X (N), and the change of the operating range from the second operating range II to the first operating range I is determined. It is performed based on the second boundary Y (N).

【0043】即ち、機関の運転状態が第1の運転領域I
にあって低温燃焼が行われている時に要求負荷Lが機関
回転数Nの関数である第1の境界X(N)を越えると運
転領域が第2の運転領域IIに移ったと判断され、従来の
燃焼方法による燃焼が行われる。次いで要求負荷Lが機
関回転数Nの関数である第2の境界Y(N)よりも低く
なると運転領域が第1の運転領域Iに移ったと判断さ
れ、再び低温燃焼が行われる。
That is, the operating condition of the engine is the first operating region I.
If the required load L exceeds the first boundary X (N) which is a function of the engine speed N during low temperature combustion, it is determined that the operating region has moved to the second operating region II. Combustion is performed by the combustion method of. Next, when the required load L becomes lower than the second boundary Y (N) which is a function of the engine speed N, it is determined that the operating region has moved to the first operating region I, and low temperature combustion is performed again.

【0044】図12は空燃比センサ21の出力を示して
いる。図12に示されるように空燃比センサ21の出力
電流Iは空燃比A/Fに応じて変化する。従って空燃比
センサ21の出力電流Iから空燃比を知ることができ
る。次に図13を参照しつつ第1の運転領域I及び第2
の運転領域IIにおける運転制御について概略的に説明す
る。
FIG. 12 shows the output of the air-fuel ratio sensor 21. As shown in FIG. 12, the output current I of the air-fuel ratio sensor 21 changes according to the air-fuel ratio A / F. Therefore, the air-fuel ratio can be known from the output current I of the air-fuel ratio sensor 21. Next, referring to FIG. 13, the first operating region I and the second
The operation control in the operation area II will be schematically described.

【0045】図13は要求負荷Lに対するスロットル弁
16の開度、EGR制御弁23の開度、EGR率、空燃
比、噴射時期及び噴射量を示している。図13に示され
るように要求負荷Lの低い第1の運転領域Iではスロッ
トル弁16の開度は要求負荷Lが高くなるにつれて全閉
近くから半開程度まで徐々に増大せしめられ、EGR制
御弁23の開度は要求負荷Lが高くなるにつれて全閉近
くから全開まで徐々に増大せしめられる。また、図13
に示される例では第1の運転領域IではEGR率がほぼ
70パーセントとされており、空燃比はわずかばかりリ
ーンなリーン空燃比とされている。
FIG. 13 shows the opening of the throttle valve 16, the opening of the EGR control valve 23, the EGR rate, the air-fuel ratio, the injection timing and the injection amount with respect to the required load L. As shown in FIG. 13, in the first operating region I where the required load L is low, the opening degree of the throttle valve 16 is gradually increased from near full close to about half open as the required load L increases, and the EGR control valve 23 The opening degree of is gradually increased from near full close to full open as the required load L increases. In addition, FIG.
In the example shown in (1), the EGR rate is set to approximately 70% in the first operating region I, and the air-fuel ratio is set to a slightly lean lean air-fuel ratio.

【0046】言い換えると第1の運転領域IではEGR
率がほぼ70パーセントとなり、空燃比がわずかばかり
リーンなリーン空燃比となるようにスロットル弁16の
開度及びEGR制御弁23の開度が制御される。なお、
この時の空燃比は空燃比センサ21の出力信号に基づい
てEGR制御弁23の開度を補正することによって目標
リーン空燃比に制御される。また、第1の運転領域Iで
は圧縮上死点TDC前に燃料噴射が行われる。この場
合、噴射開始時期θSは要求負荷Lが高くなるにつれて
遅くなり、噴射完了時期θEも噴射開始時期θSが遅く
なるにつれて遅くなる。
In other words, in the first operating region I, EGR
The opening of the throttle valve 16 and the opening of the EGR control valve 23 are controlled so that the ratio becomes approximately 70%, and the air-fuel ratio becomes a lean air-fuel ratio which is slightly lean. In addition,
The air-fuel ratio at this time is controlled to the target lean air-fuel ratio by correcting the opening degree of the EGR control valve 23 based on the output signal of the air-fuel ratio sensor 21. Further, in the first operation region I, fuel injection is performed before the compression top dead center TDC. In this case, the injection start timing θS becomes late as the required load L becomes high, and the injection completion timing θE also becomes late as the injection start timing θS becomes late.

【0047】なお、アイドリング運転時にはスロットル
弁16は全閉近くまで閉弁され、この時にはEGR制御
弁23も全閉近くまで閉弁せしめられる。スロットル弁
16を全閉近くまで閉弁すると圧縮始めの燃焼室5内の
圧力が低くなるために圧縮圧力が小さくなる。圧縮圧力
が小さくなるとピストン4による圧縮仕事が小さくなる
ために機関本体1の振動が小さくなる。即ち、アイドリ
ング運転時には機関本体1の振動を抑制するためにスロ
ットル弁16が全閉近くまで閉弁せしめられる。
During the idling operation, the throttle valve 16 is closed to the fully closed state, and at this time, the EGR control valve 23 is also closed to the fully closed state. When the throttle valve 16 is closed to near full closure, the pressure in the combustion chamber 5 at the beginning of compression becomes low and the compression pressure becomes small. When the compression pressure becomes small, the compression work by the piston 4 becomes small, so that the vibration of the engine body 1 becomes small. That is, in idling operation, the throttle valve 16 is closed to close to the fully closed state in order to suppress the vibration of the engine body 1.

【0048】一方、機関の運転領域が第1の運転領域I
から第2の運転領域IIに変わるとスロットル弁16の開
度が半開状態から全開方向へステップ状に増大せしめら
れる。この時に図13に示す例ではEGR率がほぼ70
パーセントから40パーセント以下までステップ状に減
少せしめられ、空燃比がステップ状に大きくされる。即
ち、EGR率が多量のスモークを発生するEGR率範囲
(図9)を飛び越えるので機関の運転領域が第1の運転
領域Iから第2の運転領域IIに変わるときに多量のスモ
ークが発生することがない。
On the other hand, the engine operating region is the first operating region I.
When changing from the second operating region II to the second operating region II, the opening degree of the throttle valve 16 is increased stepwise from the half open state to the full open direction. At this time, in the example shown in FIG. 13, the EGR rate is approximately 70.
The air-fuel ratio is increased stepwise from a percentage to 40% or less. That is, since the EGR rate jumps over the EGR rate range (FIG. 9) in which a large amount of smoke is generated, a large amount of smoke is generated when the engine operating region changes from the first operating region I to the second operating region II. There is no.

【0049】第2の運転領域IIでは従来から行われてい
る燃焼が行われる。この燃焼方法では煤及びNOXが若
干発生するが低温燃焼に比べて熱効率は高く、従って機
関の運転領域が第1の運転領域Iから第2の運転領域II
に変わると図13に示されるように噴射量がステップ状
に低減せしめられる。
In the second operating region II, the conventional combustion is performed. Soot and NO X is slightly higher for although thermal efficiency as compared with low temperature combustion occurs, thus operating region of the engine is the first second from operating region I of the operation area II in the combustion process
When changed to, the injection amount is reduced stepwise as shown in FIG.

【0050】第2の運転領域IIではスロットル弁16は
一部を除いて全開状態に保持され、EGR制御弁23の
開度は要求負荷Lが高くなると次第に小さくされる。こ
の運転領域IIではEGR率は要求負荷Lが高くなるほど
低くなり、空燃比は要求負荷Lが高くなるほど小さくな
る。ただし、空燃比は要求負荷Lが高くなってもリーン
空燃比とされる。また、第2の運転領域IIでは噴射開始
時期θSは圧縮上死点TDC付近とされる。
In the second operating region II, the throttle valve 16 is kept fully open except for a part, and the opening degree of the EGR control valve 23 is gradually reduced as the required load L increases. In this operating region II, the EGR rate becomes lower as the required load L becomes higher, and the air-fuel ratio becomes smaller as the required load L becomes higher. However, the air-fuel ratio is a lean air-fuel ratio even if the required load L becomes high. Further, in the second operation region II, the injection start timing θS is set near the compression top dead center TDC.

【0051】図14は第1の運転領域Iにおける空燃比
A/Fを示している。図14において、A/F=15.
5、A/F=16、A/F=17、A/F=18で示さ
れる各曲線は夫々空燃比が15.5、16、17、18
である時を示しており、各曲線間の空燃比は比例配分に
より定められる。図14に示されるように第1の運転領
域Iでは空燃比がリーンとなっており、更に第1の運転
領域Iでは要求負荷Lが低くなるほど空燃比A/Fがリ
ーンとされる。
FIG. 14 shows the air-fuel ratio A / F in the first operating region I. In FIG. 14, A / F = 15.
5, each curve shown by A / F = 16, A / F = 17, A / F = 18 has an air-fuel ratio of 15.5, 16, 17, 18 respectively.
And the air-fuel ratio between the curves is determined by proportional distribution. As shown in FIG. 14, the air-fuel ratio is lean in the first operating region I, and in the first operating region I, the air-fuel ratio A / F is leaner as the required load L is lower.

【0052】即ち、要求負荷Lが低くなるほど燃焼によ
る発熱量が少なくなる。従って要求負荷Lが低くなるほ
どEGR率を低下させても低温燃焼を行うことができ
る。EGR率を低下させると空燃比は大きくなり、従っ
て図14に示されるように要求負荷Lが低くなるにつれ
て空燃比A/Fが大きくされる。空燃比A/Fが大きく
なるほど燃料消費率は向上し、従ってできる限り空燃比
をリーンにするために本実施例では要求負荷Lが低くな
るにつれて空燃比A/Fが大きくされる。
That is, the lower the required load L, the smaller the amount of heat generated by combustion. Therefore, as the required load L decreases, low temperature combustion can be performed even if the EGR rate is decreased. When the EGR rate is reduced, the air-fuel ratio becomes large, so that the air-fuel ratio A / F becomes larger as the required load L becomes lower as shown in FIG. The fuel consumption rate increases as the air-fuel ratio A / F increases. Therefore, in order to make the air-fuel ratio as lean as possible, the air-fuel ratio A / F is increased as the required load L decreases in this embodiment.

【0053】なお、空燃比を図14に示す目標空燃比と
するのに必要なスロットル弁16の目標開度STが図1
5(A)に示されるように要求負荷L及び機関回転数N
の関数としてマップの形で予めROM32内に記憶され
ており、空燃比を図14に示す目標空燃比とするのに必
要なEGR制御弁23の目標開度SEが図15(B)に
示されるように要求負荷L及び機関回転数Nの関数とし
てマップの形で予めROM32内に記憶されている。
The target opening degree ST of the throttle valve 16 required to bring the air-fuel ratio to the target air-fuel ratio shown in FIG.
As shown in FIG. 5 (A), the required load L and the engine speed N
The target opening degree SE of the EGR control valve 23, which is stored in advance in the ROM 32 in the form of a map as a function of, and is required to bring the air-fuel ratio to the target air-fuel ratio shown in FIG. 14, is shown in FIG. 15 (B). As described above, it is stored in advance in the ROM 32 in the form of a map as a function of the required load L and the engine speed N.

【0054】図16は第二燃焼、即ち従来の燃焼方法に
よる普通の燃焼が行われるときの目標空燃比を示してい
る。なお、図16においてA/F=24、A/F=3
5、A/F=45、A/F=60で示される各曲線は夫
々目標空燃比24、35、45、60を示している。空
燃比をこの目標空燃比とするのに必要なスロットル弁1
6の目標開度STが図17(A)に示されるように要求
負荷L及び機関回転数Nの関数としてマップの形で予め
ROM32内に記憶されており、空燃比をこの目標空燃
比とするのに必要なEGR制御弁23の目標開度SEが
図17(B)に示されるように要求負荷L及び機関回転
数Nの関数としてマップの形で予めROM32内に記憶
されている。
FIG. 16 shows the target air-fuel ratio when the second combustion, that is, the normal combustion by the conventional combustion method is performed. Note that in FIG. 16, A / F = 24, A / F = 3
The curves indicated by 5, A / F = 45 and A / F = 60 respectively show the target air-fuel ratios 24, 35, 45 and 60. Throttle valve 1 required to set the air-fuel ratio to this target air-fuel ratio
The target opening ST of 6 is stored in advance in the ROM 32 in the form of a map as a function of the required load L and the engine speed N as shown in FIG. 17 (A), and the air-fuel ratio is set to this target air-fuel ratio. The target opening degree SE of the EGR control valve 23 required for the above is stored in advance in the ROM 32 in the form of a map as a function of the required load L and the engine speed N as shown in FIG. 17 (B).

【0055】こうして、本実施例のディーゼルエンジン
では、アクセルペダル40の踏み込み量L及び機関回転
数Nとに基づき、第一燃焼、すなわち、低温燃焼と、第
二燃焼、すなわち、普通の燃焼とが切り換えられ、各燃
焼において、アクセルペダル40の踏み込み量L及び機
関回転数Nとに基づき、図15又は図17に示すマップ
によってスロットル弁16及びEGR弁の開度制御が実
施される。
Thus, in the diesel engine of this embodiment, the first combustion, that is, the low temperature combustion and the second combustion, that is, the normal combustion are performed based on the depression amount L of the accelerator pedal 40 and the engine speed N. In each combustion, the opening control of the throttle valve 16 and the EGR valve is performed in each combustion based on the depression amount L of the accelerator pedal 40 and the engine speed N according to the map shown in FIG. 15 or 17.

【0056】図18は本実施例の排気浄化装置を示す平
面図であり、図19はその側面図である。本排気浄化装
置は、排気マニホルド17の下流側に排気管18を介し
て接続された切換部71と、NOX吸蔵還元触媒装置7
0と、NOX吸蔵還元触媒装置70の一方側と切換部7
1とを接続する第一接続部72aと、NOX吸蔵還元触
媒装置70の他方側と切換部71とを接続する第二接続
部72bと、切換部71の下流側の排気通路73とを具
備している。第一接続部72aには、NOX吸蔵還元触
媒装置70近傍へ燃料を供給するための燃料供給装置7
4が設けられている。切換部71は、切換部71内で排
気流れを遮断することを可能とする弁体71aを具備し
ている。弁体71aは、負圧アクチュエータ又はステッ
プモータ等によって駆動される。弁体71aの一方の遮
断位置において、切換部71内の上流側が第一接続部7
2aと連通されると共に切換部71内の下流側が第二接
続部72bと連通され、排気ガスは、図18に矢印で示
すように、NOX吸蔵還元触媒装置70の一方側から他
方側へ流れる。
FIG. 18 is a plan view showing the exhaust gas purification device of this embodiment, and FIG. 19 is a side view thereof. The exhaust purification system includes a switching unit 71 connected to the downstream side of the exhaust manifold 17 via an exhaust pipe 18, and a NO X storage reduction catalyst device 7.
0, one side of the NO X storage reduction catalyst device 70 and the switching unit 7
1, a second connecting portion 72b connecting the other side of the NO X storage reduction catalyst device 70 and the switching portion 71, and an exhaust passage 73 on the downstream side of the switching portion 71. is doing. The fuel supply device 7 for supplying fuel to the vicinity of the NO X storage reduction catalyst device 70 is connected to the first connecting portion 72a.
4 are provided. The switching unit 71 includes a valve body 71a that allows the exhaust flow to be blocked in the switching unit 71. The valve body 71a is driven by a negative pressure actuator, a step motor, or the like. At one shutoff position of the valve body 71a, the upstream side in the switching portion 71 is the first connecting portion 7
The exhaust gas flows from one side to the other side of the NO X storage reduction catalyst device 70 as shown by the arrow in FIG. .

【0057】また、図20は、弁体71aの他方の遮断
位置を示している。この遮断位置において、切換部71
内の上流側が第二接続部72bと連通されると共に切換
部71内の下流側が第一接続部72aと連通され、排気
ガスは、図20に矢印で示すように、NOX吸蔵還元触
媒装置70の他方側から一方側へ流れる。こうして、弁
体71aを切り換えることによって、NOX吸蔵還元触
媒装置70へ流入する排気ガスの方向を逆転することが
でき、すなわち、NOX吸蔵還元触媒装置70の排気上
流側と排気下流側とを逆転することが可能となる。
FIG. 20 shows the other shut-off position of the valve body 71a. In this cutoff position, the switching unit 71
Downstream of the switching unit 71 with the upstream side of the inner is communicated with the second connecting portion 72b is communicated with the first connecting portion 72a, the exhaust gas, as shown by the arrows in FIG. 20, NO X occluding and reducing catalyst device 70 Flows from the other side of the to one side. Thus, by switching the valve body 71a, the direction of the exhaust gas flowing into the NO X storage reduction catalyst device 70 can be reversed, that is, the exhaust upstream side and the exhaust downstream side of the NO X storage reduction catalyst device 70 can be switched. It is possible to reverse.

【0058】また、図21は、弁体71aの二つの遮断
位置の間の中間位置を示している。この中間位置におい
ては、切換部71内は遮断されることがなく、排気ガス
は、通過抵抗の高いNOX吸蔵還元触媒装置70を通過
することなく、すなわち、図21に矢印で示すように、
NOX吸蔵還元触媒装置70をバイパスして直接的に排
気通路73へ流れる。もちろん、弁体71aを中間位置
と遮断位置との間の位置とすれば、一部の排気ガスがN
X吸蔵還元触媒装置70を通過し、残りの排気ガスが
NOX吸蔵還元触媒装置70をバイパスする。このよう
に、弁体71aを開度制御することにより、排気ガスの
一部又は全部がNOX吸蔵還元触媒装置70をバイパス
することを可能とする。しかしながら、通常は、一方の
遮断位置とされて使用される。
Further, FIG. 21 shows an intermediate position between the two shut-off positions of the valve body 71a. At this intermediate position, the inside of the switching unit 71 is not shut off, and the exhaust gas does not pass through the NO X storage reduction catalyst device 70 having high passage resistance, that is, as shown by the arrow in FIG.
The NO X storage reduction catalyst device 70 bypasses the NO X storage reduction catalyst device 70 and flows directly to the exhaust passage 73. Of course, if the valve body 71a is set to a position between the intermediate position and the shut-off position, some of the exhaust gas is
The remaining exhaust gas passes through the O X storage reduction catalyst device 70 and bypasses the NO X storage reduction catalyst device 70. In this way, by controlling the opening degree of the valve body 71a, a part or all of the exhaust gas can bypass the NO X storage reduction catalyst device 70. However, it is usually used in one of the blocking positions.

【0059】図22にNOX吸蔵還元触媒装置70の構
造を示す。なお、図22において、(A)はNOX吸蔵
還元触媒装置70の正面図であり、(B)は側面断面図
である。これらの図に示すように、本NOX吸蔵還元触
媒装置70は、長円正面形状を有し、例えば、コージラ
イトのような多孔質材料から形成されたハニカム構造を
なすウォールフロー型であり、多数の軸線方向に延在す
る隔壁54によって細分された多数の軸線方向空間を有
している。隣接する二つの軸線方向空間において、栓5
3によって、一方は排気下流側で閉鎖され、他方は排気
上流側で閉鎖される。こうして、隣接する二つの軸線方
向空間の一方は排気ガスの流入通路50となり、他方は
流出通路51となり、排気ガスは、図22(B)に矢印
で示すように、必ず隔壁54を通過する。各隔壁54の
両側表面上、及び、好ましくは各隔壁の細孔表面上には
アルミナ等を使用して以下に説明するNOX吸収剤と白
金Ptのような貴金属触媒とが担持されている。
FIG. 22 shows the structure of the NO X storage reduction catalyst device 70. 22, (A) is a front view of the NO X storage reduction catalyst device 70, and (B) is a side sectional view. As shown in these figures, the present NO X storage reduction catalyst device 70 has a wall-flow type having an oval front shape and a honeycomb structure formed of a porous material such as cordierite. It has a number of axial spaces subdivided by a number of axially extending partitions 54. In two adjacent axial spaces, the stopper 5
According to 3, one is closed on the exhaust downstream side and the other is closed on the exhaust upstream side. In this way, one of the two adjacent axial spaces serves as the exhaust gas inflow passage 50 and the other serves as the outflow passage 51, and the exhaust gas always passes through the partition wall 54, as indicated by the arrow in FIG. A NO x absorbent and a noble metal catalyst such as platinum Pt described below are supported using alumina or the like on both side surfaces of each partition wall 54, and preferably on the pore surface of each partition wall.

【0060】隔壁54に担持させたNOX吸収剤は、本
実施例では、カリウムK、ナトリウムNa、リチウムL
i、セシウムCsのようなアルカリ金属、バリウムB
a、カルシウムCaのようなアルカリ土類金属、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
なくとも一つである。このNOX吸収剤は、雰囲気中の
空燃比(空気と燃料との比であり、ここで、どれだけの
燃料が空気中の酸素を使用して燃焼しているかは関係な
い)がリーンのときにはNOXを吸収し、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N
Xの吸放出作用を行う。
The NO x absorbent supported on the partition wall 54 is potassium K, sodium Na, lithium L in this embodiment.
i, alkali metal such as cesium Cs, barium B
a, at least one selected from alkaline earth metals such as calcium Ca, lanthanum La, and rare earths such as yttrium Y. This NO x absorbent is lean when the air-fuel ratio in the atmosphere (the ratio of air to fuel, regardless of how much fuel is burning using oxygen in the air) is lean. absorbs NO X, the air-fuel ratio to release NO X absorbed and becomes the stoichiometric air-fuel ratio or rich N
It acts to absorb and release O X.

【0061】このNOX吸収剤は実際にNOXの吸放出作
用を行うが、この吸放出作用の詳細なメカニズムについ
ては明らかでない部分もある。しかしながら、この吸放
出作用は図23に示すようなメカニズムで行われている
ものと考えられる。次にこのメカニズムについてNOX
吸蔵還元触媒装置隔壁上に白金PtおよびバリウムBa
を担持させた場合を例にとって説明するが他の貴金属、
アルカリ金属、アルカリ土類、希土類を用いても同様な
メカニズムとなる。
This NO x absorbent actually performs the action of absorbing and releasing NO x , but the detailed mechanism of this action of absorbing and releasing some parts is not clear. However, it is considered that this absorbing / releasing action is performed by the mechanism shown in FIG. Next, about this mechanism NO X
Pt and barium Ba on the partition wall of the storage reduction catalyst device
The explanation will be made taking as an example the case of supporting other precious metals,
The same mechanism can be obtained by using alkali metals, alkaline earths, and rare earths.

【0062】低温燃焼及び普通燃焼に係わらず、空燃比
がリーンの状態で燃焼が行われている場合には、排気ガ
ス中の酸素濃度は高く、このときには図23(A)に示
されるようにこれら酸素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上で酸化されつつ吸収剤内に吸収され
て酸化バリウムBaOと結合しながら図23(A)に示
されるように硝酸イオンNO3 -の形で吸収剤内に拡散す
る。このようにしてNOXがNOX吸収剤内に吸収され
る。雰囲気の酸素濃度が高い限り白金Ptの表面でNO
2が生成され、吸収剤のNOX吸収能力が飽和しない限
り、NO2が吸収剤内に吸収されて硝酸イオンNO3 -
生成される。
Regardless of low temperature combustion or normal combustion, when the combustion is performed in a lean air-fuel ratio state, the oxygen concentration in the exhaust gas is high, and at this time, as shown in FIG. 23 (A). These oxygen O 2 adheres to the surface of platinum Pt in the form of O 2 or O 2− . 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 (2NO + O 2 → 2NO 2 ). NO 2 produced next
Part of Pd is absorbed in the absorbent while being oxidized on platinum Pt, and is combined with barium oxide BaO to diffuse into the absorbent in the form of nitrate ion NO 3 as shown in FIG. 23 (A). In this way, NO X is absorbed in the NO X absorbent. NO on the surface of platinum Pt as long as the oxygen concentration in the atmosphere is high
As long as 2 is produced and the NO x absorption capacity of the absorbent is not saturated, NO 2 will be absorbed in the absorbent to produce nitrate ion NO 3 .

【0063】一方、雰囲気の空燃比がリッチにされると
酸素濃度が低下し、その結果白金Ptの表面でのNO2
の生成量が低下する。NO2の生成量が低下すると反応
が逆方向(NO3 -→NO2)に進み、斯くして吸収剤内
の硝酸イオンNO3 -がNO2の形で吸収剤から放出され
る。このときNOX吸収剤から放出されたNOXは図23
(B)に示されるように雰囲気中に含まれるHC及びC
O等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吸収剤から次
から次へとNO2が放出される。従って雰囲気の空燃比
がリッチにされると短時間のうちにNOX吸収剤からN
Xが放出され、しかもこの放出されたNOXが還元され
るために大気中にNOXが排出されることはない。
On the other hand, when the air-fuel ratio of the atmosphere is made rich, the oxygen concentration is lowered, and as a result, NO 2 on the surface of platinum Pt is reduced.
The production amount of is reduced. Reacting with the amount of NO 2 is lowered backward - proceed to (NO 3 → NO 2), nitrate ion NO in absorbent 3 and thus - are released from the absorbent in the form of NO 2. In this case NO X released from the NO X absorbent is 23
As shown in (B), HC and C contained in the atmosphere
It is reduced by reacting with O and the like. When NO 2 is no longer present on the surface of platinum Pt in this way, NO 2 is released one after another from the absorbent. Therefore, if the air-fuel ratio of the atmosphere is made rich, the NO x absorbent will reach N
O X is released, and the released NO X is reduced, so that NO X is not released into the atmosphere.

【0064】なお、この場合、雰囲気の空燃比を理論空
燃比にしてもNOX吸収剤からNOXが放出される。しか
しながら、この場合にはNOX吸収剤からNOXが徐々に
しか放出されないためにNOX吸蔵還元触媒装置に吸収
されている全NOXを放出させるには若干長い時間を要
する。
[0064] In this case, NO X is released from the NO X absorbent and the air-fuel ratio of the atmosphere to the stoichiometric air-fuel ratio. However, it takes a slightly longer time to emit all NO X that is absorbed in the NO X occluding and reducing catalyst device for NO X from the NO X absorbent is not only released gradually in this case.

【0065】ところでNOX吸収剤のNOX吸収能力には
限度があり、NOX吸収剤のNOX吸収能力が飽和する前
にNOX吸収剤からNOXを放出させる必要がある。すな
わち、NOX吸蔵還元触媒装置70に吸収されているN
X量がNOX貯蔵可能量に達する以前に、NOXを放出
させ還元浄化する再生の必要があり、そのためには、こ
のNOX量を推定する必要がある。そこで本実施例では
低温燃焼が行われている時の単位時間当りのNOX吸収
量Aを要求負荷L及び機関回転数Nの関数として図24
(A)に示すようなマップの形で予め求めておき、普通
燃焼が行われている時の単位時間当りのNOX吸収量B
を要求負荷L及び機関回転数Nの関数として図24
(B)に示すようなマップの形で予め求めておき、これ
ら単位時間当りのNOX吸収量A,Bを積算することに
よってNOX吸蔵還元触媒装置に吸収されているNOX
を推定するようにしている。ここで、低温燃焼が行われ
ている時の単位時間当たりのNOX吸収量Aは、もちろ
ん、低温燃焼がリッチ空燃比で行われる時にはNOX
放出されることとなるために、マイナス値となる。
By the way is in the NO X absorbing capacity of the NO X absorbent is limited, NO X absorbing capacity of the NO X absorbent is required to release NO X from the NO X absorbent before saturation. That is, the N absorbed by the NO X storage reduction catalyst device 70.
Before the O X amount reaches the NO X storable amount, it is necessary for reproduction to be reduced and purified to release the NO X, For that purpose, it is necessary to estimate the amount of NO X. Therefore, in the present embodiment, the NO X absorption amount A per unit time when low temperature combustion is being performed is shown in FIG. 24 as a function of the required load L and the engine speed N.
The NO x absorption amount B per unit time when normal combustion is performed is obtained in advance in the form of a map as shown in (A).
24 as a function of the required load L and the engine speed N
It is obtained in advance in the form of a map (B), the estimating the amount of NO X is absorbed in the NO X occluding and reducing catalyst device by integrating per these unit time NO X absorption amount A, B I am trying. Here, the NO X absorption amount A per unit time when the low temperature combustion is performed is, of course, a negative value because NO X is released when the low temperature combustion is performed at the rich air-fuel ratio. Become.

【0066】本実施例ではこのNOX吸収量が予め定め
られた許容値を越えた時にNOX吸蔵還元触媒装置を再
生するようになっている。図25は、このための第一フ
ローチャートである。本フローチャートは所定時間毎に
繰り返される。先ず、ステップ101において、NOX
吸蔵還元触媒装置70の再生時期であるか否かが判断さ
れる。再生時期でない時にはそのまま終了するが、NO
X吸収量が予め定められた許容値を越えた時には、この
判断は肯定されてステップ102へ進む。
In this embodiment, the NO X storage reduction catalyst device is regenerated when the NO X absorption amount exceeds a predetermined allowable value. FIG. 25 is a first flowchart for this purpose. This flowchart is repeated every predetermined time. First, in step 101, NO X
It is determined whether it is time to regenerate the storage reduction catalyst device 70. If it is not the reproduction time, the process ends as it is, but NO
When the X absorption amount exceeds the predetermined allowable value, this determination is affirmative and the routine proceeds to step 102.

【0067】ステップ102では、現在低温燃焼が実施
されているか否かが判断される。この判断が肯定される
時にはステップ103において、NOX吸蔵還元触媒装
置の温度Tが設定温度T1以上であるか否かが判断され
る。この温度Tの把握には、NOX吸蔵還元触媒装置に
温度センサを設けて直接的に検出しても良いし、機関運
転状態により推定される又は実測した排気ガス温度に基
づき推定しても良い。ステップ103における判断が否
定される時には、理論空燃比又はリッチ空燃比、すなわ
ち、再生空燃比での低温燃焼を実施する。もし、現在実
施されている低温燃焼がリーン空燃比での低温燃焼であ
るならば、噴射燃料を増量して燃焼空燃比が理論空燃比
又はリッチ空燃比とされる。こうして、NOX吸蔵還元
触媒近傍雰囲気の酸素濃度が低下してNOXが放出され
る。
At step 102, it is judged if the low temperature combustion is currently performed. When this judgment is affirmed, it is judged in step 103 whether or not the temperature T of the NO X storage reduction catalyst device is equal to or higher than the set temperature T1. In order to grasp this temperature T, a temperature sensor may be provided in the NO X storage reduction catalyst device to directly detect it, or it may be estimated based on the exhaust gas temperature estimated by the engine operating state or measured. . When the determination in step 103 is negative, low temperature combustion is performed at the stoichiometric air-fuel ratio or the rich air-fuel ratio, that is, the regenerated air-fuel ratio. If the low temperature combustion that is currently performed is the low temperature combustion with a lean air-fuel ratio, the amount of injected fuel is increased to make the combustion air-fuel ratio the stoichiometric air-fuel ratio or the rich air-fuel ratio. Thus, the oxygen concentration in the atmosphere in the vicinity of the NO X storage reduction catalyst is reduced and NO X is released.

【0068】前述したように、低温燃焼時には比較的多
量のHC及びCOが含まれ、特に、この炭化水素HCは
煤の前駆体又はその前の状態であるために、活性が高く
NO X吸蔵還元触媒装置から放出されたNOXを低温でも
良好に還元浄化することができる。こうして、単に機関
排気系に燃料を供給しても、このHCは活性が高くな
く、その多くが排気ガスと共にNOX吸蔵還元触媒装置
を通過してしまうが、低温燃焼を利用すれば少量の燃料
でNOX吸蔵還元触媒装置を再生することができる。な
お、前述したように低温燃焼が行われている時には空燃
比がリッチとされても煤はほとんど発生しない。
As described above, during low temperature combustion, a relatively large amount is generated.
A quantity of HC and CO is included, in particular this hydrocarbon HC
High activity due to soot precursor or previous state
NO XNO released from the storage reduction catalyst deviceXEven at low temperatures
It can be satisfactorily reduced and purified. Thus, simply the institution
Even if fuel is supplied to the exhaust system, this HC has high activity.
Most of them are NO along with exhaust gas.XStorage reduction catalyst device
However, if low temperature combustion is used, a small amount of fuel will pass.
And NOXThe storage reduction catalyst device can be regenerated. Na
As mentioned above, when low temperature combustion is performed, air-fuel
Soot is hardly generated even if the ratio is rich.

【0069】また、ステップ103における判断が肯定
される時、すなわち、NOX吸蔵還元触媒装置の温度T
が比較的高い時には、ステップ104において、低温燃
焼からリーン空燃比での普通燃焼に切り換えた場合に、
有害成分、例えば、HC、CO、又はNOXの気筒内か
らの排出量Eが設定量E1以上となるか否かが判断され
る。この排出量E1の把握には、機関負荷及び機関回転
数等に基づき排出量を予めマップ化しておけば良い。も
ちろん、排気ガス中から直接的又は間接的に検出するよ
うにしても良い。ステップ104における判断が肯定さ
れる時にもステップ108において再生空燃比での低温
燃焼が実施される。しかしながら、ステップ104にお
ける判断が否定される時には、すなわち、普通燃焼に切
り換えても排気ガス中の有害成分が少ない時には、ステ
ップ105において低温燃焼からリーン空燃比での普通
燃焼に切り換えられる。
Further, when the determination in step 103 is affirmative, that is, the temperature T of the NO x storage reduction catalyst device.
Is relatively high, when the low temperature combustion is switched to the normal combustion with the lean air-fuel ratio in step 104,
It is determined whether or not the emission amount E of the harmful component, for example, HC, CO, or NO X from the cylinder becomes equal to or larger than the set amount E1. In order to grasp the emission amount E1, it is sufficient to map the emission amount in advance based on the engine load, the engine speed and the like. Of course, it may be detected directly or indirectly from the exhaust gas. Even when the determination in step 104 is affirmative, low temperature combustion at the regenerated air-fuel ratio is performed in step 108. However, when the determination in step 104 is denied, that is, when the harmful components in the exhaust gas are small even if the normal combustion is switched to, the low temperature combustion is switched to the normal combustion with a lean air-fuel ratio in step 105.

【0070】次いで、ステップ106において、切換弁
71aは中間位置から僅かに図18に示す一方の遮断位
置側へ回動された位置とされ、一部を除く排気ガスがN
X吸蔵還元触媒装置70をバイパスするようにする。
この時、排気ガス中の有害成分は少ないために問題とは
ならない。次いで、燃料供給装置74によってNOX
蔵還元触媒装置70の近傍には燃料が供給される。この
燃料は、NOX吸蔵還元触媒装置が比較的高温度であれ
ば、担持された白金Pt等の酸化触媒によって良好に酸
化されて酸素を消費し、NOX吸蔵還元触媒近傍雰囲気
の酸素濃度を低下させることによりNOXを放出させ
る。また、放出されたNOXを良好に還元浄化する。
Next, at step 106, the switching valve 71a is set to a position slightly rotated from the intermediate position to the one shutoff position side shown in FIG.
The O X storage reduction catalyst device 70 is bypassed.
At this time, since there are few harmful components in the exhaust gas, there is no problem. Next, fuel is supplied to the vicinity of the NO X storage reduction catalyst device 70 by the fuel supply device 74. If the NO X storage reduction catalyst device has a relatively high temperature, this fuel is well oxidized by the supported oxidation catalyst such as platinum Pt and consumes oxygen, so that the oxygen concentration in the atmosphere near the NO X storage reduction catalyst is reduced. NO x is released by lowering. Also, the released NO x is reduced and purified well.

【0071】ここで供給される燃料は、排気ガスの多く
がNOX吸蔵還元触媒装置をバイパスしているために、
排気ガスと共にNOX吸蔵還元触媒装置の下流側へ排出
される量は僅かであり、主にNOX吸蔵還元触媒装置の
近傍雰囲気だけを再生空燃比状態とするのに使用され
る。それにより、前述の再生空燃比での低温燃焼に比較
しても、さらに少量の燃料でNOX吸蔵還元触媒装置を
再生することができる。
Since most of the exhaust gas supplied here bypasses the NO X storage reduction catalyst device,
The amount discharged to the downstream side of the NO X storage reduction catalyst device together with the exhaust gas is small, and it is mainly used to bring only the atmosphere in the vicinity of the NO X storage reduction catalyst device into the regenerated air-fuel ratio state. As a result, the NO x storage reduction catalyst device can be regenerated with a smaller amount of fuel even when compared with the low temperature combustion at the regeneration air-fuel ratio described above.

【0072】また、ステップ102における判断が否定
される時、すなわち、NOX吸蔵還元触媒装置の再生時
期において普通燃焼が実施されている時には、ステップ
109に進み、ステップ104と同様に有害成分の排出
量Eが設定量E1であるか否かが判断される。これが否
定される時には、前述同様に、ステップ106において
多くの排気ガスがNOX吸蔵還元触媒装置をバイパスす
るようにした後に、ステップ107において燃料供給装
置74から燃料がNOX吸蔵還元触媒装置近傍へ供給さ
れる。一方、ステップ109における判断が肯定される
時、すなわち、排気ガス中の有害成分が多い時には、排
気ガスをバイパスさせることは好ましくなく、これをせ
ずにステップ107において燃料が供給される。しかし
ながら、このような普通燃焼時のNOX吸蔵還元触媒装
置の再生において、NOX吸蔵還元触媒装置の温度Tが
低い時には、燃料供給装置74から供給された燃料が再
生に良好に作用しないために、ステップ103と同様な
判断をステップ109以前に設けて、NOX吸蔵還元触
媒装置の温度が高くなるまで再生を断念するようにして
も良い。
When the determination in step 102 is negative, that is, when the normal combustion is being performed at the regeneration timing of the NO X storage reduction catalyst device, the routine proceeds to step 109, and the harmful components are discharged as in step 104. It is determined whether the amount E is the set amount E1. When this is denied, as described above, in step 106, a large amount of exhaust gas bypasses the NO x storage reduction catalyst device, and then in step 107, fuel is sent from the fuel supply device 74 to the vicinity of the NO x storage reduction catalyst device. Supplied. On the other hand, when the determination in step 109 is affirmative, that is, when there are many harmful components in the exhaust gas, it is not preferable to bypass the exhaust gas, and the fuel is supplied in step 107 without doing so. However, in the reproduction of such ordinary combustion time of the NO X occluding and reducing catalyst device, when the low temperature T of the NO X occluding and reducing catalyst device, in order to fuel supplied from the fuel supply device 74 does not work well for reproduction The same judgment as in step 103 may be provided before step 109 to abandon regeneration until the temperature of the NO X storage reduction catalyst device rises.

【0073】本フローチャートのステップ106におい
て、弁体71aは中間位置から僅かに図18に示す一方
の遮断位置側へ回動された位置とされ、一部の排気ガス
がNOX吸蔵還元触媒装置70へ流入するようにした。
これは、NOX吸蔵還元触媒装置近傍へ供給された燃料
がNOX吸蔵還元触媒装置に担持された酸化触媒によっ
て燃焼する際に酸素不足とならないようにするためであ
り、第一接続部72a内の排気ガス中の酸素で、この燃
料を十分に燃焼させることができれば、弁体71aを中
間位置として、排気ガスの全てをバイパスさせるように
しても良い。それにより、燃料供給装置から供給された
燃料は、排気ガスと共にNOX吸蔵還元触媒装置から流
出することはなく、さらに燃料消費率を低減することが
できる。
In step 106 of this flow chart, the valve body 71a is set to a position slightly rotated from the intermediate position to the one shutoff position side shown in FIG. 18, and a part of the exhaust gas is NO X storage reduction catalyst device 70. To flow into.
This is in order to avoid a lack of oxygen when the fuel supplied to the NO X storage reduction catalyst device near burned by supported oxidation catalyst in the NO X occluding and reducing catalyst device, the first connecting portion 72a If this fuel can be sufficiently combusted with oxygen in the exhaust gas, all of the exhaust gas may be bypassed with the valve body 71a at the intermediate position. As a result, the fuel supplied from the fuel supply device does not flow out from the NO X storage reduction catalyst device together with the exhaust gas, and the fuel consumption rate can be further reduced.

【0074】ところで、本実施例のディーゼルエンジン
は、前述したように低温燃焼と普通燃焼とを切り換えて
実施するものであり、低温燃焼時には煤、すなわち、パ
ティキュレートは殆ど生成されないが、普通燃焼時には
比較的多くのパティキュレートが生成される。このパテ
ィキュレートも有害物質であるために、大気放出を抑制
しなければならない。
By the way, the diesel engine of this embodiment switches between low temperature combustion and normal combustion as described above, and soot, that is, particulates are hardly generated during low temperature combustion, but during normal combustion. A relatively large amount of particulates is produced. Since this particulate is also a harmful substance, its release to the atmosphere must be suppressed.

【0075】本NOX吸蔵還元触媒装置70は前述した
ようにウォールフロー型である。それにより、排気ガス
中のパティキュレートは、隔壁54の細孔の大きさに比
較して非常に小さいものであるが、排気ガスが隔壁54
を通過する際に、隔壁54の排気上流側表面上及び隔壁
54内の細孔表面上に衝突して捕集される。このよう
に、本NOX吸蔵還元触媒装置70は、各隔壁54をパ
ティキュレート捕集のための捕集壁としても機能させる
ことができる。もちろん、パティキュレートの捕集を意
図しなければ、NOX吸蔵還元触媒装置は、ウォールフ
ロー型としなくても良く、すなわち、図22において栓
53を省略しても良い。
The NO X storage reduction catalyst device 70 is of the wall flow type as described above. As a result, the particulate matter in the exhaust gas is very small compared to the size of the pores of the partition wall 54, but the exhaust gas is not
When they pass through, they collide with and are collected on the surface of the partition wall 54 on the exhaust upstream side and on the surface of the pores in the partition wall 54. In this way, the present NO X storage reduction catalyst device 70 can also function each partition wall 54 as a collection wall for collecting particulates. Of course, if it is not intended to collect the particulates, the NO X storage reduction catalyst device does not have to be a wall flow type, that is, the plug 53 may be omitted in FIG.

【0076】こうして捕集されたパティキュレートは、
なしもしなければ、NOX吸蔵還元触媒装置70に徐々
に堆積して排気抵抗を増加させ、遂には車両走行に悪影
響を与えることとなる。従って、本NOX吸蔵還元触媒
装置の各隔壁には、捕集したパティキュレートを酸化除
去すべく、両側表面上、及び、好ましくは細孔表面上に
もアルミナ等を使用して以下に説明する活性酸素放出剤
と貴金属触媒とが担持されている。
The particulates thus collected are
If nothing is done, the NO x storage reduction catalyst device 70 is gradually deposited to increase the exhaust resistance, and finally the vehicle running is adversely affected. Therefore, in each partition wall of the present NO x storage reduction catalyst device, alumina or the like is used on both side surfaces and preferably also on the surface of the pores in order to oxidize and remove the collected particulates, which will be described below. An active oxygen releasing agent and a noble metal catalyst are supported.

【0077】活性酸素放出剤とは、活性酸素を放出する
ことによってパティキュレートの酸化を促進するもので
あり、好ましくは、周囲に過剰酸素が存在すると酸素を
取込んで酸素を保持しかつ周囲の酸素濃度が低下すると
保持した酸素を活性酸素の形で放出するものである。
The active oxygen releasing agent is one which promotes the oxidation of particulates by releasing active oxygen, and preferably, when excess oxygen is present in the surroundings, it takes in oxygen and retains it, and When the oxygen concentration decreases, the retained oxygen is released in the form of active oxygen.

【0078】貴金属触媒としては、通常、白金Ptが用
いられており、活性酸素放出剤としてカリウムK、ナト
リウムNa、リチウムLi、セシウムCs、ルビジウム
Rbのようなアルカリ金属、バリウムBa、カルシウム
Ca、ストロンチウムSrのようなアルカリ土類金属、
ランタンLa、イットリウムYのような希土類、及び遷
移金属から選ばれた少なくとも一つが用いられている。
As the noble metal catalyst, platinum Pt is usually used, and as the active oxygen releasing agent, potassium K, sodium Na, lithium Li, cesium Cs, alkali metals such as rubidium Rb, barium Ba, calcium Ca, strontium. An alkaline earth metal such as Sr,
At least one selected from lanthanum La, rare earths such as yttrium Y, and transition metals is used.

【0079】なお、この場合、活性酸素放出剤として
は、カルシウムCaよりもイオン化傾向の高いアルカリ
金属又はアルカリ土類金属、即ちカリウムK、リチウム
Li、セシウムCs、ルビジウムRb、バリウムBa、
ストロンチウムSrを用いることが好ましい。
In this case, as the active oxygen releasing agent, alkali metal or alkaline earth metal having a higher ionization tendency than calcium Ca, that is, potassium K, lithium Li, cesium Cs, rubidium Rb, barium Ba,
It is preferable to use strontium Sr.

【0080】次に、このような活性酸素放出剤を担持す
るNOX吸蔵還元触媒装置の隔壁によって、捕集された
パティキュレートがどのように酸化除去されるかについ
て、白金Pt及びカリウムKの場合を例にとって説明す
る。他の貴金属、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希
土類、遷移金属を用いても同様なパティキュレート除去
作用が行われる。
Next, with respect to how platinum and Pt and potassium K are collected, how the collected particulates are oxidized and removed by the partition walls of the NO X storage reduction catalyst device carrying such an active oxygen releasing agent will be described. Will be described as an example. Similar noble metals, alkali metals, alkaline earth metals, rare earths, and transition metals can be used to perform the same particulate removing action.

【0081】ディーゼルエンジンでは通常空気過剰のも
とで燃焼が行われ、従って排気ガスは多量の過剰空気を
含んでいる。即ち、吸気通路及び燃焼室内に供給された
空気と燃料との比を排気ガスの空燃比と称すると、この
空燃比はリーンとなっている。また、燃焼室内ではNO
が発生するので排気ガス中にはNOが含まれている。ま
た、燃料中にはイオウSが含まれており、このイオウS
は燃焼室内で酸素と反応してSO2となる。従って排気
ガス中にはSO2が含まれている。従って過剰酸素、N
O及びSO2を含んだ排気ガスがNOX吸蔵還元触媒装置
70の排気上流側へ流入することになる。
Diesel engines normally burn under excess air, so the exhaust gas contains a large amount of excess air. That is, when the ratio of the air supplied to the intake passage and the combustion chamber to the fuel is called the air-fuel ratio of the exhaust gas, this air-fuel ratio is lean. In addition, NO in the combustion chamber
Therefore, NO is contained in the exhaust gas. Also, the fuel contains sulfur S, and this sulfur S
Reacts with oxygen in the combustion chamber to become SO 2 . Therefore, the exhaust gas contains SO 2 . Therefore, excess oxygen, N
The exhaust gas containing O and SO 2 flows into the exhaust gas upstream side of the NO X storage reduction catalyst device 70.

【0082】図26(A)及び(B)はNOX吸蔵還元
触媒装置70における排気ガス接触面の拡大図を模式的
に表している。なお、図26(A)及び(B)において
60は白金Ptの粒子を示しており、61はカリウムK
を含んでいる活性酸素放出剤を示している。
FIGS. 26A and 26B schematically show enlarged views of the exhaust gas contact surface of the NO X storage reduction catalyst device 70. In FIGS. 26A and 26B, 60 indicates particles of platinum Pt, and 61 indicates potassium K.
2 shows an active oxygen releasing agent containing

【0083】上述したように排気ガス中には多量の過剰
酸素が含まれているので排気ガスがNOX吸蔵還元触媒
装置の隔壁における排ガス接触面内に接触すると、図2
6(A)に示されるようにこれら酸素O2がO2 -又はO
2-の形で白金Ptの表面に付着する。一方、排気ガス中
のNOは白金Ptの表面上でO2 -又はO2-と反応し、N
2となる(2NO+O2→2NO2)。次いで生成され
たNO2の一部は白金Pt上で酸化されつつ活性酸素放
出剤61内に吸収され、カリウムKと結合しながら図2
6(A)に示されるように硝酸イオンNO3 -の形で活性
酸素放出剤61内に拡散し、硝酸カリウムKNO3を生
成する。
As described above, since the exhaust gas contains a large amount of excess oxygen, when the exhaust gas comes into contact with the exhaust gas contact surface of the partition wall of the NO X storage reduction catalyst device, the result shown in FIG.
As shown in 6 (A), the oxygen O 2 is O 2 or O 2.
It adheres to the surface of platinum Pt in the form of 2- . On the other hand, NO in the exhaust gas reacts with O 2 or O 2 on the surface of platinum Pt, and N
It becomes O 2 (2NO + O 2 → 2NO 2 ). Next, a part of the NO 2 thus generated is absorbed on the active oxygen release agent 61 while being oxidized on the platinum Pt and is bonded to the potassium K.
As shown in FIG. 6 (A), nitrate ions NO 3 are diffused in the active oxygen release agent 61 to form potassium nitrate KNO 3 .

【0084】一方、上述したように排気ガス中にはSO
2も含まれており、このSO2もNOと同様なメカニズム
によって活性酸素放出剤61内に吸収される。即ち、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、排気ガス中のSO2は白金Ptの
表面でO2 -又はO2-と反応してSO3となる。次いで生
成されたSO3の一部は白金Pt上で更に酸化されつつ
活性酸素放出剤61内に吸収され、カリウムKと結合し
ながら硫酸イオンSO4 2-の形で活性酸素放出剤61内
に拡散し、硫酸カリウムK2SO4を生成する。このよう
にして活性酸素放出触媒61内には硝酸カリウムKNO
3及び硫酸カリウムK2SO4が生成される。
On the other hand, as described above, the exhaust gas contains SO.
2 is also included, and this SO 2 is also absorbed in the active oxygen release agent 61 by the same mechanism as NO. That is, the oxygen O 2 as described above O 2 - are attached to or O 2- form on the surface of the platinum Pt in, SO 2 in the exhaust gas on the surface of the platinum Pt O 2 - or O 2- and Reacts to SO 3 . Then, a part of the generated SO 3 is absorbed on the active oxygen releasing agent 61 while being further oxidized on the platinum Pt, and is bound to the potassium K to form the sulfate ion SO 4 2− in the active oxygen releasing agent 61. Diffuses to produce potassium sulfate K 2 SO 4 . In this way, potassium nitrate KNO is stored in the active oxygen release catalyst 61.
3 and potassium sulfate K 2 SO 4 are produced.

【0085】排気ガス中のパティキュレートは、図26
(B)において62で示されるように、NOX吸蔵還元
触媒装置に担持された活性酸素放出剤61の表面上に付
着する。この時、パティキュレート62と活性酸素放出
剤61との接触面では酸素濃度が低下する。酸素濃度が
低下すると酸素濃度の高い活性酸素放出剤61内との間
で濃度差が生じ、斯くして活性酸素放出剤61内の酸素
がパティキュレート62と活性酸素放出剤61との接触
面に向けて移動しようとする。その結果、活性酸素放出
剤61内に形成されている硝酸カリウムKNO3がカリ
ウムKと酸素OとNOとに分解され、酸素Oがパティキ
ュレート62と活性酸素放出剤61との接触面に向か
い、NOが活性酸素放出剤61から外部に放出される。
外部に放出されたNOは下流側の白金Pt上において酸
化され、再び活性酸素放出剤61内に吸収される。
The particulates in the exhaust gas are shown in FIG.
As shown by 62 in (B), it adheres to the surface of the active oxygen release agent 61 carried by the NO X storage reduction catalyst device. At this time, the oxygen concentration decreases at the contact surface between the particulate 62 and the active oxygen release agent 61. When the oxygen concentration decreases, a difference in concentration occurs between the active oxygen release agent 61 and the active oxygen release agent 61 having a high oxygen concentration, so that the oxygen in the active oxygen release agent 61 is transferred to the contact surface between the particulate 62 and the active oxygen release agent 61. Try to move towards. As a result, potassium nitrate KNO 3 formed in the active oxygen release agent 61 is decomposed into potassium K, oxygen O and NO, and the oxygen O moves toward the contact surface between the particulate 62 and the active oxygen release agent 61, and NO Are released from the active oxygen release agent 61 to the outside.
The NO released to the outside is oxidized on the platinum Pt on the downstream side and is again absorbed in the active oxygen release agent 61.

【0086】一方、このとき活性酸素放出剤61内に形
成されている硫酸カリウムK2SO4もカリウムKと酸素
OとSO2とに分解され、酸素Oがパティキュレート6
2と活性酸素放出剤61との接触面に向かい、SO2
活性酸素放出剤61から外部に放出される。外部に放出
されたSO2は下流側の白金Pt上において酸化され、
再び活性酸素放出剤61内に吸収される。但し、硫酸カ
リウムK2SO4は、安定化しているために、硝酸カリウ
ムKNO3に比べて活性酸素を放出し難い。
On the other hand, at this time, potassium sulfate K 2 SO 4 formed in the active oxygen release agent 61 is also decomposed into potassium K, oxygen O and SO 2, and the oxygen O is particulate 6
SO 2 is released from the active oxygen release agent 61 to the outside toward the contact surface between the 2 and the active oxygen release agent 61. The SO 2 released to the outside is oxidized on the platinum Pt on the downstream side,
It is again absorbed in the active oxygen release agent 61. However, since potassium sulfate K 2 SO 4 is stabilized, it is more difficult to release active oxygen than potassium nitrate KNO 3 .

【0087】一方、パティキュレート62と活性酸素放
出剤61との接触面に向かう酸素Oは硝酸カリウムKN
3や硫酸カリウムK2SO4のような化合物から分解さ
れた酸素である。化合物から分解された酸素Oは高いエ
ネルギを有しており、極めて高い活性を有する。従って
パティキュレート62と活性酸素放出剤61との接触面
に向かう酸素は活性酸素Oとなっている。これら活性酸
素Oがパティキュレート62に接触するとパティキュレ
ート62は数分から数十分の短時間で輝炎を発すること
なく酸化せしめられる。また、パティキュレート62を
酸化する活性酸素Oは、活性酸素放出剤61へNO及び
SO2が吸収される時にも放出される。すなわち、NOX
は酸素原子の結合及び分離を繰り返しつつ活性酸素放出
剤61内において硝酸イオンNO3 -の形で拡散するもの
と考えられ、この間にも活性酸素が発生する。パティキ
ュレート62はこの活性酸素によっても酸化せしめられ
る。また、このようにNOX吸蔵還元触媒装置70上に
付着したパティキュレート62は活性酸素Oによって酸
化せしめられるがこれらパティキュレート62は排気ガ
ス中の酸素によっても酸化せしめられる。
On the other hand, oxygen O toward the contact surface between the particulate 62 and the active oxygen release agent 61 is potassium nitrate KN.
Oxygen decomposed from compounds such as O 3 and potassium sulfate K 2 SO 4 . Oxygen O decomposed from the compound has high energy and has extremely high activity. Therefore, oxygen toward the contact surface between the particulate 62 and the active oxygen release agent 61 is active oxygen O. When these active oxygen O comes into contact with the particulate 62, the particulate 62 is oxidized in a short time of several minutes to tens of minutes without emitting a bright flame. The active oxygen O that oxidizes the particulates 62 is also released when NO and SO 2 are absorbed by the active oxygen release agent 61. That is, NO X
Is believed to diffuse in the form of nitrate ions NO 3 − in the active oxygen release agent 61 while repeating the bonding and separation of oxygen atoms, and active oxygen is also generated during this period. The particulate 62 is also oxidized by this active oxygen. Further, the particulates 62 thus deposited on the NO X storage reduction catalyst device 70 are oxidized by the active oxygen O, but these particulates 62 are also oxidized by the oxygen in the exhaust gas.

【0088】ところで白金Pt及び活性酸素放出剤61
はNOX吸蔵還元触媒装置の温度が高くなるほど活性化
するので単位時間当りに活性酸素放出剤61から放出さ
れる活性酸素Oの量はNOX吸蔵還元触媒装置の温度が
高くなるほど増大する。また、当然のことながら、パテ
ィキュレート自身の温度が高いほど酸化除去され易くな
る。従ってNOX吸蔵還元触媒装置上において単位時間
当りに輝炎を発することなくパティキュレートを酸化除
去可能な酸化除去可能微粒子量はNOX吸蔵還元触媒装
置の温度が高くなるほど増大する。
By the way, platinum Pt and the active oxygen release agent 61
Is activated as the temperature of the NO x storage reduction catalyst device rises, so the amount of active oxygen O released from the active oxygen release agent 61 per unit time increases as the temperature of the NO x storage reduction catalyst device rises. Further, as a matter of course, the higher the temperature of the particulate itself, the easier it is to be oxidized and removed. Thus the NO X storage reduction particulate removable by oxidation amount oxidizable remove particulates without emitting a luminous flame per unit time on the catalytic converter increases as the temperature of the NO X occluding and reducing catalyst device increases.

【0089】図27の実線は単位時間当りに輝炎を発す
ることなく酸化除去可能な酸化除去可能微粒子量Gを示
しており、図27において横軸はNOX吸蔵還元触媒装
置の温度TFを示している。なお、図27は単位時間を
1秒とした場合の、すなわち、1秒当たりの酸化除去可
能微粒子量Gを示しているがこの単位時間としては、1
分、10分等任意の時間を採用することができる。例え
ば、単位時間として10分を用いた場合には単位時間当
たりの酸化除去可能微粒子量Gは10分間当たりの酸化
除去可能微粒子量Gを表すことになり、この場合でもN
X吸蔵還元触媒装置70上において単位時間当たりに
輝炎を発することなく酸化除去可能な酸化除去可能微粒
子量Gは図27に示されるようにNOX吸蔵還元触媒装
置70の温度が高くなるほど増大する。
The solid line in FIG. 27 represents the amount G of oxidatively removable fine particles that can be oxidatively removed without emitting a luminous flame per unit time, and the horizontal axis in FIG. 27 represents the temperature TF of the NO X storage reduction catalyst device. ing. Note that FIG. 27 shows the amount G of fine particles that can be removed by oxidation when the unit time is 1 second, that is, per unit second.
Any time such as minutes and 10 minutes can be adopted. For example, when 10 minutes is used as the unit time, the amount G of fine particles that can be removed by oxidation per unit time represents the amount G of fine particles that can be removed by oxidation per 10 minutes.
As shown in FIG. 27, the amount G of oxidatively removable fine particles that can be oxidized and removed on the O X storage reduction catalyst device 70 without emitting a bright flame per unit time increases as the temperature of the NO X storage reduction catalyst device 70 increases. To do.

【0090】さて、単位時間当りに燃焼室から排出され
るパティキュレートの量を排出微粒子量Mと称するとこ
の排出微粒子量Mが酸化除去可能微粒子量Gよりも少な
いとき、例えば、1秒当たりの排出微粒子量Mが1秒当
たりの酸化除去可能微粒子量Gよりも少ないとき、或い
は10分当たりの排出微粒子量Mが10分当たりの酸化
除去可能微粒子量Gよりも少ないとき、即ち図27の領
域Iでは燃焼室から排出された全てのパティキュレート
がNOX吸蔵還元触媒装置70上において輝炎を発する
ことなく順次短時間のうちに酸化除去せしめられる。
The amount of particulates discharged from the combustion chamber per unit time is referred to as the amount M of discharged fine particles. When the amount M of discharged fine particles is smaller than the amount G of fine particles that can be removed by oxidation, for example, per second. When the amount M of discharged fine particles is smaller than the amount G of fine particles that can be oxidized and removed per second, or when the amount M of discharged fine particles per 10 minutes is smaller than the amount G of fine particles that can be oxidized and removed per 10 minutes, that is, the region of FIG. In I, all the particulates discharged from the combustion chamber are sequentially oxidized and removed in a short time without emitting a bright flame on the NO X storage reduction catalyst device 70.

【0091】これに対し、排出微粒子量Mが酸化除去可
能微粒子量Gよりも多いとき、即ち図27の領域IIでは
全てのパティキュレートを順次酸化するには活性酸素量
が不足している。図28(A)〜(C)はこのような場
合におけるパティキュレートの酸化の様子を示してい
る。
On the other hand, when the amount M of discharged fine particles is larger than the amount G of fine particles that can be removed by oxidation, that is, in the region II of FIG. 27, the amount of active oxygen is insufficient to sequentially oxidize all the particulates. FIGS. 28 (A) to 28 (C) show how particulates are oxidized in such a case.

【0092】即ち、全てのパティキュレートを酸化する
には活性酸素量が不足している場合には図28(A)に
示すようにパティキュレート62が活性酸素放出剤61
上に付着するとパティキュレート62の一部のみが酸化
され、十分に酸化されなかったパティキュレート部分が
NOX吸蔵還元触媒装置の排気上流側面上に残留する。
次いで活性酸素量が不足している状態が継続すると次か
ら次へと酸化されなかったパティキュレート部分が排気
上流面上に残留し、その結果図28(B)に示されるよ
うにNOX吸蔵還元触媒装置の排気上流面が残留パティ
キュレート部分63によって覆われるようになる。
That is, when the amount of active oxygen is insufficient to oxidize all the particulates, the particulate 62 is converted into the active oxygen releasing agent 61 as shown in FIG. 28 (A).
When it adheres to the upper part, only a part of the particulate 62 is oxidized, and the part of the particulate that is not sufficiently oxidized remains on the exhaust gas upstream side surface of the NO X storage reduction catalyst device.
Next, if the state in which the amount of active oxygen is insufficient continues, the particulates that have not been oxidized one after another remain on the upstream surface of the exhaust gas, resulting in NO x storage reduction as shown in FIG. 28 (B). The exhaust gas upstream surface of the catalyst device is covered with the residual particulate portion 63.

【0093】このような残留パティキュレート部分63
は、次第に酸化され難いカーボン質に変質し、また、排
気上流面が残留パティキュレート部分63によって覆わ
れると白金PtによるNO,SO2の酸化作用及び活性
酸素放出剤61による活性酸素の放出作用が抑制され
る。それにより、時間を掛ければ徐々に残留パティキュ
レート部分63を酸化させることができるが、図28
(C)に示されるように残留パティキュレート部分63
の上に別のパティキュレート64が次から次へと堆積す
る。即ち、パティキュレートが積層状に堆積すると、こ
れらパティキュレートは、白金Ptや活性酸素放出剤か
ら距離を隔てているために、例え酸化され易いパティキ
ュレートであっても活性酸素によって酸化されることは
ない。従ってこのパティキュレート64上に更に別のパ
ティキュレートが次から次へと堆積する。即ち、排出微
粒子量Mが酸化除去可能微粒子量Gよりも多い状態が継
続するとNOX吸蔵還元触媒装置上にはパティキュレー
トが積層状に堆積してしまう。
Such residual particulate portion 63
Gradually changes into carbon that is difficult to oxidize, and when the exhaust upstream surface is covered by the residual particulate portion 63, the platinum Pt oxidizes NO and SO 2 and the active oxygen release agent 61 releases active oxygen. Suppressed. As a result, the residual particulate portion 63 can be gradually oxidized over time, but FIG.
As shown in (C), the residual particulate portion 63 is
Another particulate 64 is deposited on the top of the top one after another. That is, when the particulates are deposited in a laminated form, since the particulates are separated from the platinum Pt and the active oxygen releasing agent, even if they are easily oxidized, they will not be oxidized by the active oxygen. Absent. Therefore, further particulates are deposited one after another on the particulates 64. That is, if the state in which the amount M of discharged particulates is larger than the amount G of particulates that can be removed by oxidation continues, particulates will be accumulated in a layered manner on the NO X storage reduction catalyst device.

【0094】このように図27の領域Iではパティキュ
レートはNOX吸蔵還元触媒装置上において輝炎を発す
ることなく短時間のうちに酸化せしめられ、図27の領
域IIではパティキュレートがNOX吸蔵還元触媒装置上
に積層状に堆積する。従って、排出微粒子量Mと酸化除
去可能微粒子量Gとの関係を領域Iにすれば、NOX
蔵還元触媒装置上へのパティキュレートの堆積を防止す
ることができる。その結果、NOX吸蔵還元触媒装置7
0における排気ガス流の圧損は全くと言っていいほど変
化することなくほぼ一定の最小圧損値に維持される。斯
くして機関の出力低下を最小限に維持することができ
る。しかしながら、これが常に実現されるとは限らず、
何もしなければNOX吸蔵還元触媒装置にはパティキュ
レートが堆積することがある。
As described above, in the region I of FIG. 27, the particulates are oxidized on the NO X storage reduction catalyst device in a short time without emitting a bright flame, and in the region II of FIG. 27, the particulates are NO X storage. It is deposited in layers on the reduction catalyst device. Therefore, by setting the relationship between the amount M of discharged fine particles and the amount G of particles that can be removed by oxidation in the region I, it is possible to prevent the accumulation of particulates on the NO X storage reduction catalyst device. As a result, the NO X storage reduction catalyst device 7
The pressure loss of the exhaust gas flow at 0 remains almost unchanged and is maintained at a substantially constant minimum pressure loss value. In this way, the reduction in engine output can be kept to a minimum. However, this is not always achieved,
If nothing is done, particulates may accumulate on the NO X storage reduction catalyst device.

【0095】本実施例では、前述の電子制御ユニット3
0により図29に示す第二フローチャートに従って弁体
71aの切換制御を実施し、NOX吸蔵還元触媒装置へ
の多量のパティキュレートの堆積を防止している。本フ
ローチャートは所定時間毎に繰り返される。先ず、ステ
ップ201において、弁体71aを切り換えるための設
定時期となったか否かが判断される。この設定時期は、
所定時間毎又は所定走行距離毎に設定される。この判断
が否定される時にはそのまま終了するが、肯定される時
にはステップ202に進み、現在の機関燃焼室からのパ
ティキュレート排出量、すなわち、排出微粒子量Mが設
定量M1以上であるか否かが判断される。この排出微粒
子量の把握には、機関負荷及び機関回転数等によって定
まる機関運転状態に基づき予めマップ化しておいても良
いし、排気ガス中のパティキュレート量を光学的に検出
する微粒子センサ等を用いても良い。マップ化には、本
実施例のディーゼルエンジンの場合、低温燃焼が実施さ
れるか、普通燃焼が実施されるかも考慮される。
In this embodiment, the electronic control unit 3 described above is used.
29, the switching control of the valve element 71a is performed according to the second flowchart shown in FIG. 29 to prevent the accumulation of a large amount of particulates on the NO X storage reduction catalyst device. This flowchart is repeated every predetermined time. First, in step 201, it is judged whether or not it is the set time for switching the valve body 71a. This setting time is
It is set every predetermined time or every predetermined traveling distance. When this determination is denied, the processing is ended as it is, but when the determination is affirmed, the routine proceeds to step 202, where it is determined whether or not the current particulate emission amount from the engine combustion chamber, that is, the exhaust particulate amount M is equal to or greater than the set amount M1. To be judged. In order to grasp the discharged particulate amount, a map may be prepared in advance based on the engine operating state determined by the engine load, the engine speed, etc., or a particulate sensor for optically detecting the particulate amount in the exhaust gas may be used. You may use. The mapping also considers whether low temperature combustion or normal combustion is performed in the case of the diesel engine of this embodiment.

【0096】ステップ202における判断が否定される
時、例えば、機関減速時、アイドル時、機関低負荷時、
又は、低温燃焼時等では、排気ガス中に含まれるパティ
キュレート量はそれほど多くなく、ステップ203にお
いて弁体71aの切り換えを実行する。すなわち、NO
X吸蔵還元触媒装置の排気上流側と排気下流側とが逆転
される。一方、ステップ202における判断が肯定され
る時には、排気ガス中に含まれるパティキュレート量は
比較的多く、ステップ204において弁体71aの切り
換えを中止し、ステップ202における判断が否定され
た時に始めて弁体71aを切り換える。
When the determination in step 202 is denied, for example, when the engine is decelerating, when the engine is idling, when the engine has a low load,
Alternatively, during low temperature combustion or the like, the amount of particulates contained in the exhaust gas is not so large, and the switching of the valve body 71a is executed in step 203. That is, NO
The exhaust upstream side and the exhaust downstream side of the X storage reduction catalyst device are reversed. On the other hand, when the determination in step 202 is affirmative, the amount of particulates contained in the exhaust gas is relatively large, so switching of the valve body 71a is stopped in step 204, and only when the determination in step 202 is denied. 71a is switched.

【0097】図30は、NOX吸蔵還元触媒装置の隔壁
54の拡大断面図である。車両が所定時間又は所定走行
距離を走行する間には、図27の領域IIでの運転が実施
されることもあり、図30(A)に格子で示すように、
排気ガスが主に衝突する隔壁54の排気上流側表面及び
細孔内の排気ガス流対向面は、一方の捕集面としてパテ
ィキュレートを衝突捕集し、活性酸素放出剤により酸化
除去するが、この酸化除去が不十分となってパティキュ
レートが残留することがある。この時点では、NOX
蔵還元触媒装置の排気抵抗は車両走行に悪影響を与える
ほどではないが、さらにパティキュレートが堆積すれ
ば、機関出力の大幅な低下等の問題を発生する。第二フ
ローチャートでは、この時点において、排気ガス中に含
まれるパティキュレート量がそれほど多くない時には、
NOX吸蔵還元触媒装置の排気上流側と排気下流側とが
逆転される。それにより、隔壁54の一方の捕集面に残
留するパティキュレート上には、さらにパティキュレー
トが堆積することはなく、一方の捕集面から放出される
活性酸素によって残留パティキュレートは徐々に酸化除
去される。また、残留パティキュレートは、逆方向の排
気ガス流によって、図30(B)に示すように、容易に
破壊されて細分化され、細孔内を主に下流側へ流動す
る。
FIG. 30 is an enlarged sectional view of the partition wall 54 of the NO X storage reduction catalyst device. While the vehicle travels for a predetermined time or a predetermined travel distance, driving in a region II of FIG. 27 may be performed, and as shown by a grid in FIG.
The exhaust upstream surface of the partition wall 54 on which the exhaust gas mainly collides and the exhaust gas flow facing surface in the pores collide and collect particulates as one collection surface and are oxidized and removed by the active oxygen release agent. This oxidation removal may be insufficient and particulates may remain. At this point, the exhaust resistance of the NO X storage reduction catalyst device does not adversely affect the running of the vehicle, but further accumulation of particulates causes a problem such as a significant decrease in engine output. In the second flow chart, at this point, when the amount of particulates contained in the exhaust gas is not so large,
The exhaust upstream side and the exhaust downstream side of the NO X storage reduction catalyst device are reversed. As a result, no further particulates are deposited on the particulates remaining on the one collecting surface of the partition wall 54, and the residual particulates are gradually oxidized and removed by the active oxygen released from the one collecting surface. To be done. In addition, the residual particulates are easily broken and subdivided by the exhaust gas flow in the opposite direction, as shown in FIG. 30 (B), and flow mainly in the pores to the downstream side.

【0098】それにより、細分化された多くのパティキ
ュレートは、隔壁の細孔内に分散し、隔壁の細孔内表面
に担持させた活性酸素放出剤と直接的に接触して酸化除
去される機会が多くなる。こうして、隔壁の細孔内にも
活性酸素放出剤を担持させることで、残留パティキュレ
ートを格段に酸化除去させ易くなる。さらに、この酸化
除去に加えて、排気ガスの逆流によって上流側となった
隔壁54の他方の捕集面、すなわち、現在において排気
ガスが主に衝突する隔壁54の排気上流側表面及び細孔
内の排気ガス流対向面(一方の捕集面とは反対側の関係
となる)では、排気ガス中の新たなパティキュレートが
付着して活性酸素放出剤から放出された活性酸素によっ
て酸化除去される。これらの酸化除去の際に活性酸素放
出剤から放出された活性酸素の一部は、排気ガスと共に
下流側へ移動し、排気ガスの逆流によっても依然として
残留するパティキュレートを酸化除去する。
As a result, many of the finely-divided particulates are dispersed in the pores of the partition walls and are directly contacted with the active oxygen releasing agent carried on the inner surfaces of the pores of the partition walls to be oxidized and removed. More opportunities. By thus supporting the active oxygen-releasing agent also in the pores of the partition wall, the residual particulates can be markedly easily oxidized and removed. Further, in addition to this oxidation removal, the other collection surface of the partition wall 54 that is upstream due to the backflow of exhaust gas, that is, the exhaust upstream surface and the inside of the pores of the partition wall 54 where the exhaust gas mainly collides at present. On the surface facing the exhaust gas flow (the relationship opposite to the one collecting surface), new particulates in the exhaust gas adhere and are oxidized and removed by the active oxygen released from the active oxygen release agent. . A part of the active oxygen released from the active oxygen release agent during the oxidative removal moves to the downstream side together with the exhaust gas, and oxidizes and removes the particulates still remaining due to the reverse flow of the exhaust gas.

【0099】すなわち、隔壁における一方の捕集面の残
留パティキュレートには、この捕集面から放出される活
性酸素だけでなく、排気ガスの逆流によって隔壁の他方
の捕集面でのパティキュレートの酸化除去に使用された
残りの活性酸素が排気ガスと共に到来する。それによ
り、弁体の切り換え時点において、隔壁の一方の捕集面
にある程度パティキュレートが積層状に堆積していたと
しても、排気ガスを逆流させれば、残留パティキュレー
ト上に堆積するパティキュレートへも活性酸素が到来す
ることに加えて、さらにパティキュレートが堆積するこ
とはないために、堆積パティキュレートは徐々に酸化除
去され、次回の逆流までに、ある程度の時間があれば、
この間で十分に酸化除去可能である。こうして、パティ
キュレートの捕集に第一捕集面と第二捕集面とが交互に
使用されると、常に単一の捕集面でパティキュレートを
捕集する場合に比較して、各捕集面でのパティキュレー
ト捕集量を低減することができ、パティキュレートの酸
化除去に有利となるために、NOX吸蔵還元触媒装置に
はパティキュレートが堆積することはなく、NOX吸蔵
還元触媒装置の目詰まりを防止することができる。
That is, in the residual particulate matter on one of the collecting surfaces of the partition wall, not only the active oxygen released from this collecting surface but also the particulate matter on the other collecting surface of the partition wall due to the backflow of the exhaust gas. The remaining active oxygen used for oxidative removal comes with the exhaust gas. As a result, at the time of switching of the valve body, even if some particulates are accumulated in a layered manner on one collecting surface of the partition wall, if exhaust gas is made to flow backward, the particulates will be accumulated on the residual particulates. Also, in addition to the arrival of active oxygen, further particulates will not be deposited, so the deposited particulates will be gradually oxidized and removed, and if there is some time before the next backflow,
During this period, it can be sufficiently oxidized and removed. Thus, when the first collecting surface and the second collecting surface are alternately used for collecting the particulates, each collecting surface is compared with the case where the single collecting surface is used to collect the particulates. Since the amount of particulates trapped on the collecting surface can be reduced, which is advantageous for oxidizing and removing the particulates, no particulates are deposited in the NO X storage reduction catalyst device, and the NO X storage reduction catalyst It is possible to prevent clogging of the device.

【0100】第二フローチャートにおいて、弁体の切り
換えは、所定時間毎又は所定走行距離毎に行うようにな
っており、NOX吸蔵還元触媒装置上の残留パティキュ
レートが酸化され難いカーボン質に変質する以前に弁体
が切り換えられる。また、多量のパティキュレートが堆
積する以前にパティキュレートを酸化除去することは、
多量の堆積パティキュレートが一度に着火燃焼して多量
の燃焼熱が発生し、この多量の燃焼熱によりNOX吸蔵
還元触媒装置が溶損する等の問題を防止することにもな
る。また、何らかの要因によって、弁体の切り換え時点
でNOX吸蔵還元触媒装置隔壁の一方の捕集面に多量の
パティキュレートが堆積してしまったとしても、弁体が
切り換えられれば、堆積パティキュレートは逆方向の排
気ガス流によって比較的容易に破壊及び細分化されるた
めに、隔壁の細孔内で酸化除去できなかった一部の細分
化パティキュレートはNOX吸蔵還元触媒装置から排出
されることとなるが、NOX吸蔵還元触媒装置の排気抵
抗がさらに高まって車両走行に悪影響を与えることはな
く、また、NOX吸蔵還元触媒装置隔壁の他方の捕集面
によって新たなパティキュレートの捕集が可能となる。
In the second flow chart, the switching of the valve element is performed every predetermined time or every predetermined traveling distance, and the residual particulates on the NO X storage reduction catalyst device are transformed into a carbon material which is difficult to be oxidized. The valve body was previously switched. Also, it is possible to oxidize and remove the particulates before a large amount of particulates are deposited,
A large amount of accumulated particulates are ignited and burned at one time to generate a large amount of combustion heat, and this large amount of combustion heat also prevents problems such as melting damage of the NO X storage reduction catalyst device. Further, even if a large amount of particulates is accumulated on one collecting surface of the partition wall of the NO X storage reduction catalyst device at the time of switching the valve element due to some factor, if the valve element is switched, the accumulated particulate matter is Some of the fragmented particulates that could not be oxidized and removed in the pores of the partition wall are discharged from the NO X storage reduction catalyst device because they are relatively easily broken and fragmented by the exhaust gas flow in the opposite direction. However, the exhaust resistance of the NO X storage reduction catalyst device does not further increase and does not adversely affect the running of the vehicle, and the other collection surface of the partition wall of the NO X storage reduction catalyst device collects new particulates. Is possible.

【0101】本排気浄化装置は、前述したように、弁体
71aを一方の遮断位置から他方の遮断位置へ切り換え
る間において、排気ガスがNOX吸蔵還元触媒装置70
をバイパスすることとなるが、本フローチャートによれ
ば、この時に排気ガス中にはパティキュレートが含まれ
ていないか又は含まれていたとしてもパティキュレート
量はそれほど多くないために、弁体71aを切り換える
短い時間だけ排気ガスがNOX吸蔵還元触媒装置をバイ
パスしても、大気中へは殆どパティキュレートが放出さ
れることはない。
As described above, in the present exhaust gas purifying apparatus, while the valve body 71a is switched from one shut-off position to the other shut-off position, the exhaust gas is NO x storage reduction catalyst device 70.
According to this flowchart, the exhaust gas does not contain particulates or even if it contains particulates, the amount of particulates is not so large. Even if the exhaust gas bypasses the NO X storage reduction catalyst device for a short period of switching, almost no particulate matter is released into the atmosphere.

【0102】また、NOX吸蔵還元触媒装置上に残留及
び堆積するパティキュレート量に応じてNOX吸蔵還元
触媒装置70の排気上流側と排気下流側との差圧が上昇
することを利用し、この差圧が設定差圧以上となった時
を、NOX吸蔵還元触媒装置上にある程度のパティキュ
レートが堆積しているとして、弁体を切り換えるための
設定時期としても良い。具体的には、NOX吸蔵還元触
媒装置70の一方側の排気圧力、すなわち、第一接続部
72a(図18参照)内の排気圧力を、第一接続部72
aに配置された圧力センサによって検出すると共に、N
X吸蔵還元触媒装置の他方側の排気圧力、すなわち、
第二接続部72b(図18参照)内の排気圧力を、第二
接続部72bに配置された圧力センサによって検出し、
これらの排気圧力の差圧の絶対値が、設定圧力差以上と
なったか否かを判断する。ここで、差圧の絶対値を使用
するのは、第一接続部72a及び第二接続部72bのい
ずれが排気上流側となっていても差圧の上昇を把握可能
とするためである。NOX吸蔵還元触媒装置の両側の差
圧は、厳密には、機関運転状態毎の気筒内から排出され
る排気ガス圧力によっても変化するために、パティキュ
レートの堆積の判断には、機関運転状態を特定すること
が好ましい。
[0102] Further, by utilizing the fact that the pressure difference between the exhaust upstream side and the exhaust downstream side of the NO X occluding and reducing catalyst device 70 in accordance with the particulate amount of the residual and deposited on the NO X storage reduction catalyst device is raised, When the pressure difference becomes equal to or higher than the set pressure difference, it may be set as a set timing for switching the valve body, assuming that a certain amount of particulates are accumulated on the NO X storage reduction catalyst device. Specifically, the exhaust pressure on one side of the NO X storage reduction catalyst device 70, that is, the exhaust pressure in the first connecting portion 72a (see FIG. 18) is set to the first connecting portion 72.
It is detected by the pressure sensor arranged in a and N
Exhaust pressure on the other side of the O X storage reduction catalyst device, that is,
Exhaust pressure in the second connection portion 72b (see FIG. 18) is detected by a pressure sensor arranged in the second connection portion 72b,
It is determined whether or not the absolute value of the differential pressure between these exhaust pressures is equal to or greater than the set pressure difference. Here, the absolute value of the differential pressure is used because it is possible to grasp the increase in the differential pressure regardless of which of the first connecting portion 72a and the second connecting portion 72b is on the exhaust upstream side. Strictly speaking, the pressure difference between the two sides of the NO X storage reduction catalyst device also changes depending on the exhaust gas pressure discharged from the cylinder for each engine operating state. Is preferably specified.

【0103】また、この差圧以外にも、例えば、NOX
吸蔵還元触媒装置における所定隔壁上の電気抵抗値の変
化を監視して、パティキュレートの堆積によって電気抵
抗値が設定値以下となった時を、NOX吸蔵還元触媒装
置上にある程度のパティキュレートが堆積しているとし
て、弁体を切り換えるための設定時期としても良い。ま
た、NOX吸蔵還元触媒装置の所定隔壁において、パテ
ィキュレートの堆積により、光の透過率が低下するこ
と、又は、光の反射率が低下することを利用して、弁体
を切り換えるための設定時期を設定しても良い。このよ
うに、パティキュレートの堆積を直接的に判断して弁体
を切り換えるための設定時期を設定することにより、さ
らに確実に機関出力の大幅な低下を防止することができ
る。
Besides this differential pressure, for example, NO x
A change in the electric resistance value on a predetermined partition in the storage reduction catalyst device is monitored, and when the electric resistance value becomes equal to or less than a set value due to the accumulation of particulates, a certain amount of particulate matter is present on the NO x storage reduction catalyst device. It is also possible to set the timing for switching the valve bodies, assuming that they have accumulated. Further, in a predetermined partition wall of the NO X storage reduction catalyst device, a setting for switching the valve body is utilized by utilizing the fact that the light transmittance or the light reflectance is reduced due to the accumulation of particulates. You may set the time. As described above, by directly determining the accumulation of particulates and setting the set timing for switching the valve body, it is possible to more reliably prevent a significant decrease in the engine output.

【0104】このように、NOX吸蔵還元触媒装置70
をパティキュレート捕集にも使用する場合においては、
多量のパティキュレートの堆積を防止するために、排気
上流側と排気下流側とを逆転することは非常に有効であ
る。それにより、第二フローチャートに従うことなく、
例えば、時期を判断することなく弁体71aを時折切り
換えるようにしても良い。また、第一フローチャートに
おいて、排気ガスをバイパスさせた後に弁体71aを一
方の遮断位置へ戻すのではなく、他方の遮断位置へ切り
換えるようにしても良い。この場合において、燃料供給
装置74は、第一接続部72aにしか設けられていない
ために、次回のNOX吸蔵還元触媒装置の再生におい
て、一部を除いて排気ガスをバイパスさせる際には、弁
体71aは一方の遮断位置と中間位置との間とされる。
もちろん、燃料供給装置74が、第一接続部72aと共
に第二接続部72bにも設けられている場合には、弁体
71aは、燃料が供給される側の接続部へ一部の排気ガ
スが流入するように開度制御される。
In this way, the NO X storage reduction catalyst device 70
When using also for particulate collection,
In order to prevent the accumulation of a large amount of particulates, it is very effective to reverse the exhaust gas upstream side and the exhaust gas downstream side. Thereby, without following the second flow chart
For example, the valve body 71a may be occasionally switched without determining the timing. Further, in the first flowchart, the valve body 71a may be switched to the other shut-off position instead of returning to the one shut-off position after bypassing the exhaust gas. In this case, since the fuel supply device 74 is provided only in the first connecting portion 72a, when the exhaust gas is bypassed except for a part in the next regeneration of the NO X storage reduction catalyst device, The valve body 71a is located between one of the shutoff positions and the intermediate position.
Of course, when the fuel supply device 74 is provided not only on the first connecting portion 72a but also on the second connecting portion 72b, the valve body 71a is configured such that a part of the exhaust gas is discharged to the connecting portion on the fuel supply side. The opening is controlled so as to flow in.

【0105】こうして、NOX吸蔵還元触媒装置が堆積
パティキュレートの酸化除去を意図して排気上流側と排
気下流側とが切り換えられて使用される場合には、NO
X吸蔵も主にはNOX吸蔵還元触媒装置の隔壁における一
方側と他方側とで交互に行われる。本実施例のように、
NOX吸蔵還元触媒装置の隔壁の一方側にだけしか燃料
が供給できなくても、多少時間を掛ければ、隔壁の他方
側に吸蔵されたNO Xを放出浄化させることは可能であ
る。しかしながら、再生時間短縮には、NOX吸蔵還元
触媒装置の再生時において、前述の二つの燃料供給装置
を交互に使用して、隔壁のこれまでNOXを主に吸蔵し
ていた側へ燃料を供給することが好ましい。もちろん、
この再生時においてほぼ全ての排気ガスをバイパスさせ
るのであれば、二つの燃料供給装置から同時に燃料を供
給することにより、NOX吸蔵還元触媒装置の隔壁の両
側から同時にNOXを放出浄化させることができ、再生
時間をさらに短縮することが可能である。
Thus, NOXStorage reduction catalyst device deposited
Exhaust gas upstream and exhaust with the intention of oxidizing and removing particulates.
NO when the air downstream side is switched and used
XStorage is mainly NOXOne in the partition wall of the storage reduction catalyst device
It is performed alternately on the one side and the other side. As in this example,
NOXFuel only on one side of the partition of the storage reduction catalyst device
Even if you can not supply the other, if you spend some time, the other side of the partition
NO stored on the side XIt is possible to purify the released
It However, to shorten the playback time, NOXStorage reduction
When regenerating the catalyst device, the above two fuel supply devices
Alternately used toXMainly occludes
It is preferable to supply the fuel to the other side. of course,
Bypass almost all the exhaust gas during this regeneration
The fuel from two fuel supply devices at the same time.
NO by supplyingXBoth of the partition walls of the storage reduction catalyst device
NO from the side at the same timeXCan be purified and released
It is possible to further reduce the time.

【0106】本排気浄化装置は、前述のように非常に簡
単な構成によってNOX吸蔵還元触媒装置の排気上流側
と排気下流側とを逆転することを可能とする。また、N
X吸蔵還元触媒装置においては、排気ガスの流入を容
易にするために大きな開口面積が必要とされるが、本排
気浄化装置では、図18及び19に示すように、車両搭
載性を悪化させることなく、大きな開口面積を有するN
X吸蔵還元触媒装置を使用可能である。また、NOX
蔵還元触媒装置がパティキュレートを捕集するのに使用
される場合において、第一フローチャートのステップ1
04及び109では、有害物質としてパティキュレート
を含めることが好ましい。すなわち、パティキュレート
排出量が多い時には、排気ガスがNOX吸蔵還元触媒装
置をバイパスしないようにすることが好ましい。
As described above, the exhaust purification system of the present invention makes it possible to reverse the exhaust upstream side and the exhaust downstream side of the NO X storage reduction catalyst device. Also, N
In the O X storage reduction catalyst device, a large opening area is required for facilitating the inflow of exhaust gas, but this exhaust gas purification device deteriorates vehicle mountability as shown in FIGS. 18 and 19. N having a large opening area without
An O X storage reduction catalyst device can be used. Further, when the NO X storage reduction catalyst device is used for collecting particulates, step 1 of the first flowchart
In 04 and 109, it is preferable to include particulates as a harmful substance. That is, it is preferable that the exhaust gas does not bypass the NO X storage reduction catalyst device when the particulate emission amount is large.

【0107】図31は、第二フローチャートに代えて、
NOX吸蔵還元触媒装置上に多量のパティキュレートが
堆積することを防止するための第三フローチャートであ
る。本フローチャートは、所定時間毎に繰り返される。
先ず、ステップ301において、現在の燃料噴射量TA
Uが設定燃料噴射量TAU1より少ないか否かが判断さ
れる。この判断が否定される時には、燃料噴射量TAU
が比較的多いために排気ガス温度は高く、弁体は一方の
遮断位置とされたまま終了する。
31. Instead of the second flow chart shown in FIG.
7 is a third flowchart for preventing a large amount of particulates from depositing on the NO X storage reduction catalyst device. This flowchart is repeated every predetermined time.
First, in step 301, the current fuel injection amount TA
It is determined whether U is smaller than the set fuel injection amount TAU1. When this determination is denied, the fuel injection amount TAU
, The exhaust gas temperature is high, and the valve body ends with one shutoff position.

【0108】一方、ステップ301における判断が肯定
される時には、排気ガス温度は低く、全ての排気ガスを
パティキュレートに通過させると、NOX吸蔵還元触媒
装置の温度を低下させ、活性酸素放出剤の酸化除去可能
微粒子量が低下する。それにより、NOX吸蔵還元触媒
装置にはパティキュレートが堆積し易くなる。本フロー
チャートでは、ステップ302において、排気ガス温度
が低いほど、又は、燃料噴射量が少ないほど、多くの排
気ガスがNOX吸蔵還元触媒装置を通過せずにバイパス
するように、バイパス排気ガス量が算出される。次い
で、ステップ303において、このバイパス排気ガス量
に基づき弁体が遮断位置と中間位置との間において開度
制御される。
On the other hand, when the determination in step 301 is affirmative, the exhaust gas temperature is low, and when all the exhaust gas is passed through the particulates, the temperature of the NO X storage reduction catalyst device is lowered and the active oxygen releasing agent The amount of fine particles that can be removed by oxidation is reduced. As a result, particulates are easily deposited on the NO X storage reduction catalyst device. In this flowchart, in step 302, the lower the exhaust gas temperature or the smaller the fuel injection amount, the more the exhaust gas bypasses the NO x storage reduction catalyst device without passing through the NO x storage reduction catalyst device. It is calculated. Next, at step 303, the opening degree of the valve body is controlled between the shutoff position and the intermediate position based on this bypass exhaust gas amount.

【0109】こうして、例えば、排気ガスが非常に低温
度となるフューエルカット時においては、全ての排気ガ
スをバイパスさせ、排気ガスがそれほど低温度でない時
には、一部の排気ガスをバイパスさせることにより、N
X吸蔵還元触媒装置を比較的高温度に維持して活性酸
素放出剤の酸化除去可能微粒子量を高く維持し、NO X
吸蔵還元触媒装置への多量のパティキュレートが堆積す
ることを防止している。もちろん、本フローチャートに
おいて、ステップ301における判断が肯定される時に
は、NOX吸蔵還元触媒装置の温度低下を確実に防止す
るために、全ての排気ガスをバイパスさせるようにして
も良い。また、こうして一部又は全部の排気ガスをバイ
パスさせる時に、燃料供給装置74によってNOX吸蔵
還元触媒装置近傍へ燃料を供給すれば(一部の排気ガス
をバイパスさせる場合には、排気上流側から燃料を供給
する)、この燃料は、NOX吸蔵還元触媒装置をあまり
通過することなく、NOX吸蔵還元触媒装置に担持され
た酸化触媒によって良好に燃焼させられる。それによ
り、この燃焼熱によってNOX吸蔵還元触媒装置を昇温
することができ、さらに活性酸素放出剤の酸化除去可能
微粒子量を向上させ、NOX吸蔵還元触媒装置への多量
のパティキュレートが堆積することを確実に防止するこ
とができる。また、排気ガスをバイパスさせた後に弁体
71aを他方の遮断位置へ切り換えることにより、も
し、NOX吸蔵還元触媒装置にパティキュレートが堆積
しても、前述したように、堆積パティキュレートを良好
に酸化除去することができる。
Thus, for example, the exhaust gas has a very low temperature.
At the time of the fuel cut which becomes a degree, all exhaust gas
Bypass the exhaust gas and the exhaust gas is not so cold
By partially bypassing the exhaust gas,
OXKeep the storage reduction catalyst device at a relatively high temperature to activate the active acid.
Maintain a high amount of fine particles that can be oxidized and removed in the elementary release agent, and X
Accumulation of a large amount of particulates on the storage reduction catalyst device
Is prevented. Of course, in this flowchart
When the judgment in step 301 is affirmative,
Is NOXSurely prevent temperature drop of the storage reduction catalyst device
In order to bypass all the exhaust gas,
Is also good. In this way, some or all of the exhaust gas is
NO when the fuel supply device 74XOcclusion
If fuel is supplied to the vicinity of the reduction catalyst device (a part of exhaust gas
When bypassing the engine, supply fuel from the exhaust upstream side
Yes, this fuel is NOXToo many storage reduction catalyst devices
NO without passingXSupported by the storage reduction catalyst device
It is burned well by the oxidation catalyst. By that
NO due to this combustion heatXTemperature rise of storage reduction catalyst device
It is possible to remove the active oxygen releasing agent by oxidation.
Improves the amount of fine particles, NOXLarge amount to storage reduction catalyst device
To prevent the accumulation of particulates.
You can Also, after bypassing the exhaust gas, the valve body
By switching 71a to the other blocking position,
And NOXParticulate deposits on the storage reduction catalyst device
Even as mentioned above, good deposition particulates
Can be removed by oxidation.

【0110】また、本フローチャートにおいて、ステッ
プ301における燃料噴射量の判断に代えて、例えば、
車両走行中において運転者がブレーキペダルを踏み込ん
だことを又はアクセルペダルを開放したことを検出し、
この時には、フューエルカットが実施されるために、全
ての排気ガスをバイパスさせるようにしても良い。ま
た、例えば、車両停止中において運転者がブレーキペダ
ルを踏み込んでいること又はアクセルペダルを開放して
いることを検出し、この時にはアイドル時で燃料噴射量
が僅かであるために、全ての又は一部の排気ガスをバイ
パスさせるようにしても良い。このように排気ガス温度
が低い時には、燃料噴射がされていないか又は燃料噴射
量は僅かであるために、排気ガス中にはパティキュレー
トがほとんど含まれておらず、排気ガスをバイパスさせ
ても大気中へパティキュレートが放出されることはな
い。また、HC、CO、又はNOX等の有害物質の排出
量も少なく、これらが多量に大気中へ放出されることも
ない。
Further, in this flowchart, instead of the determination of the fuel injection amount in step 301, for example,
It is detected that the driver depresses the brake pedal or releases the accelerator pedal while the vehicle is running,
At this time, all the exhaust gas may be bypassed because the fuel cut is performed. In addition, for example, it is detected that the driver depresses the brake pedal or releases the accelerator pedal while the vehicle is stopped. You may make it bypass the exhaust gas of a part. When the exhaust gas temperature is low as described above, since the fuel is not injected or the fuel injection amount is small, the exhaust gas contains almost no particulates and even if the exhaust gas is bypassed. No particulates are released into the atmosphere. Also, the amount of harmful substances such as HC, CO, or NO X emitted is small, and a large amount of these substances is not released into the atmosphere.

【0111】こうして、必要に応じて少なくとも排気ガ
スの一部をNOX吸蔵還元触媒装置に通過させずにバイ
パスさせることは有効である。本排気浄化装置では、前
述の第一フローチャートを含め、このバイパスにNOX
吸蔵還元触媒装置の排気上流側と排気下流側とを逆転さ
せるための切換部71を使用したが、もちろん、このよ
うな切換部を設けることなく、バイパス機構だけを設
け、このバイパス機構を使用して排気ガスをバイパスさ
せるようにしても良い。
In this way, it is effective to bypass at least part of the exhaust gas without passing through the NO X storage reduction catalyst device, if necessary. In this exhaust emission control device, including this first flow chart, NO X
The switching unit 71 for reversing the exhaust gas upstream side and the exhaust gas downstream side of the storage reduction catalyst device was used. The exhaust gas may be bypassed.

【0112】また、NOX吸蔵還元触媒装置の近傍雰囲
気をリッチ空燃比とすると、すなわち、近傍雰囲気中の
酸素濃度を低下させると、活性酸素放出剤61から外部
に活性酸素Oが一気に放出される。この一気に放出され
た活性酸素Oによって、堆積パティキュレートは酸化さ
れ易いものとなって容易に酸化除去される。
When the atmosphere in the vicinity of the NO X storage reduction catalyst device has a rich air-fuel ratio, that is, when the oxygen concentration in the atmosphere is reduced, the active oxygen releasing agent 61 releases active oxygen O to the outside at once. . Due to the active oxygen O released all at once, the deposited particulates are easily oxidized and easily removed by oxidation.

【0113】一方、近傍雰囲気がリーン空燃比に維持さ
れていると白金Ptの表面が酸素で覆われ、いわゆる白
金Ptの酸素被毒が生じる。このような酸素被毒が生じ
るとNOXに対する酸化作用が低下するためにNOXの吸
収効率が低下し、斯くして活性酸素放出剤61からの活
性酸素放出量が低下する。しかしながら空燃比がリッチ
にされると白金Pt表面上の酸素が消費されるために酸
素被毒が解消され、従って空燃比が再びリッチからリー
ンに切り換えられるとNOXに対する酸化作用が強まる
ためにNOXの吸収効率が高くなり、斯くして活性酸素
放出剤61からの活性酸素放出量が増大する。
On the other hand, when the atmosphere in the vicinity is maintained at a lean air-fuel ratio, the surface of platinum Pt is covered with oxygen, and so-called oxygen poisoning of platinum Pt occurs. Such oxidising effect on poisoning occurs when NO X is decreased absorption efficiency of the NO X to be reduced, the active oxygen release amount from the active oxygen release agent 61 is lowered by thus. However, when the air-fuel ratio is made rich, oxygen on the surface of platinum Pt is consumed and oxygen poisoning is eliminated. Therefore, when the air-fuel ratio is switched from rich to lean again, the oxidizing action on NO x is strengthened, and NO The absorption efficiency of X is increased, and thus the amount of active oxygen released from the active oxygen release agent 61 is increased.

【0114】従って、空燃比がリーンに維持されている
時に空燃比を時折リーンからリッチに一時的に切り換え
るとその都度白金Ptの酸素被毒が解消されるために空
燃比がリーンである時の活性酸素放出量が増大し、斯く
してNOX吸蔵還元触媒装置70上におけるパティキュ
レートの酸化作用を促進することができる。
Therefore, if the air-fuel ratio is occasionally changed temporarily from lean to rich while the air-fuel ratio is maintained lean, the oxygen poisoning of platinum Pt is eliminated each time and the air-fuel ratio is lean. The amount of active oxygen released is increased, and thus the oxidizing action of particulates on the NO X storage reduction catalyst device 70 can be promoted.

【0115】さらに、この酸素被毒の解消は、言わば、
還元物質の燃焼であるために、発熱を伴ってNOX吸蔵
還元触媒装置を昇温させる。それにより、NOX吸蔵還
元触媒装置における酸化除去可能微粒子量が向上し、さ
らに、残留及び堆積パティキュレートの酸化除去が容易
となる。弁体71aによってNOX吸蔵還元触媒装置の
排気上流側と排気下流側とを切り換えた直後に排気ガス
の空燃比をリッチにすれば、パティキュレートが残留し
ていないNOX吸蔵還元触媒装置隔壁における他方の捕
集面では、一方の捕集面に比較して活性酸素を放出し易
いために、さらに多量の放出される活性酸素によって、
一方の捕集面の残留パティキュレートをさらに確実に酸
化除去することができる。もちろん、弁体71aの切り
換えとは無関係に時折近傍雰囲気をリッチ空燃比にして
も良く、それにより、NOX吸蔵還元触媒装置へパティ
キュレートが残留及び堆積し難くなる。
Furthermore, the elimination of this oxygen poisoning is, so to speak,
Since the reducing substance is combusted, the NO x storage reduction catalyst device is heated with heat generation. As a result, the amount of fine particles that can be removed by oxidation in the NO X storage reduction catalyst device is improved, and further, the removal of residual and accumulated particulates by oxidation becomes easy. If the air-fuel ratio of the exhaust gas is made rich immediately after switching the exhaust upstream side and the exhaust downstream side of the NO X storage reduction catalyst device by the valve body 71a, in the NO X storage reduction catalyst device partition wall where no particulate remains. On the other collecting surface, it is easier to release active oxygen than on the other collecting surface, so that by a larger amount of released active oxygen,
Residual particulates on one of the collection surfaces can be more reliably oxidized and removed. Of course, regardless of the switching of the valve body 71a, the atmosphere in the vicinity may occasionally have a rich air-fuel ratio, which makes it difficult for particulates to remain and accumulate in the NO X storage reduction catalyst device.

【0116】近傍雰囲気をリッチ空燃比にする方法とし
ては、例えば、前述の低温燃焼を実施すれば良い。もち
ろん、通常燃焼から低温燃焼へ切り換わる時に、又は、
それに先だってNOX吸蔵還元触媒装置の排気上流側と
排気下流側とを切り換えるようにしても良い。また、近
傍雰囲気をリッチ空燃比にするために、単に燃焼空燃比
をリッチにしても良い。また、圧縮行程での通常の主燃
料噴射に加えて、機関燃料噴射弁によって排気行程又は
膨張行程において気筒内に燃料を噴射(ポスト噴射)し
ても良く、又は、吸気行程において気筒内に燃料を噴射
(ビゴム噴射)しても良い。もちろん、ポスト噴射又は
ビゴム噴射は、主燃料噴射との間に必ずしもインターバ
ルを設ける必要はない。また、機関排気系に燃料を供給
することも可能であり、本実施例においては、燃料供給
装置74によってNOX吸蔵還元触媒装置近傍へ燃料を
供給しても良い。また、前述したように、低温燃焼は機
関低負荷側で実施されるために、機関減速時のフューエ
ルカット直後に低温燃焼が実施され、第三フローチャー
トにおいて弁体71aが中間位置とされた直後に低温燃
焼が実施される機会は多く、弁体を切り換えれば、良好
に堆積パティキュレートを酸化除去することができる。
As a method for making the atmosphere near the rich air-fuel ratio, for example, the above-mentioned low temperature combustion may be carried out. Of course, when switching from normal combustion to low temperature combustion, or
Before that, the exhaust upstream side and the exhaust downstream side of the NO X storage reduction catalyst device may be switched. Further, the combustion air-fuel ratio may simply be made rich in order to make the nearby atmosphere a rich air-fuel ratio. In addition to the normal main fuel injection in the compression stroke, fuel may be injected (post-injection) into the cylinder in the exhaust stroke or expansion stroke by the engine fuel injection valve, or fuel may be injected into the cylinder in the intake stroke. May be jetted (rubber jet). Of course, it is not always necessary to provide an interval between the main fuel injection and the post injection or the rubber injection. It is also possible to supply fuel to the engine exhaust system, and in this embodiment, the fuel supply device 74 may supply fuel to the vicinity of the NO X storage reduction catalyst device. Further, as described above, since the low temperature combustion is performed on the engine low load side, the low temperature combustion is performed immediately after the fuel cut during deceleration of the engine, and immediately after the valve body 71a is set to the intermediate position in the third flowchart. There are many occasions when low-temperature combustion is carried out, and it is possible to satisfactorily oxidize and remove the deposited particulates by switching the valve element.

【0117】ところで、排気ガス中のカルシウムCaは
SO3が存在すると、硫酸カルシウムCaSO4を生成す
る。この硫酸カルシウムCaSO4は、酸化除去され難
く、NOX吸蔵還元触媒装置上にアッシュとして残留す
ることとなる。従って、硫酸カルシウムの残留によるN
X吸蔵還元触媒装置の目詰まりを防止するためには、
活性酸素放出剤61としてカルシウムCaよりもイオン
化傾向の高いアルカリ金属又はアルカリ土類金属、例え
ばカリウムKを用いることが好ましく、それにより、活
性酸素放出剤61内に拡散するSO3はカリウムKと結
合して硫酸カリウムK2SO4を形成し、カルシウムCa
はSO3と結合することなくNOX吸蔵還元触媒装置の隔
壁を通過する。従ってNOX吸蔵還元触媒装置がアッシ
ュによって目詰まりすることがなくなる。こうして、前
述したように活性酸素放出剤61としてはカルシウムC
aよりもイオン化傾向の高いアルカリ金属又はアルカリ
土類金属、即ちカリウムK、リチウムLi、セシウムC
s、ルビジウムRb、バリウムBa、ストロンチウムS
rを用いることが好ましいことになる。
By the way, calcium SO in the exhaust gas produces calcium sulfate CaSO 4 when SO 3 is present. This calcium sulfate CaSO 4 is difficult to be removed by oxidation and remains as ash on the NO X storage reduction catalyst device. Therefore, N due to residual calcium sulfate
In order to prevent clogging of the O X storage reduction catalyst device,
As the active oxygen release agent 61, it is preferable to use an alkali metal or alkaline earth metal having a higher ionization tendency than calcium Ca, for example, potassium K, so that SO 3 diffusing into the active oxygen release agent 61 binds to potassium K. To form potassium sulfate K 2 SO 4 , calcium Ca
Pass through the partition walls of the NO X storage reduction catalyst device without binding to SO 3 . Therefore, the NO x storage reduction catalyst device will not be clogged with ash. Thus, as described above, calcium C is used as the active oxygen release agent 61.
Alkali metal or alkaline earth metal having a higher ionization tendency than a, that is, potassium K, lithium Li, cesium C
s, rubidium Rb, barium Ba, strontium S
It will be preferred to use r.

【0118】また、活性酸素放出剤としてNOX吸蔵還
元触媒装置に白金Ptのような貴金属のみを担持させて
も、白金Ptの表面上に保持されるNO2又はSO3から
活性酸素を放出させることができる。ただし、この場合
には酸化除去可能微粒子量Gを示す実線は図27に示す
実線に比べて若干右側に移動する。また、活性酸素放出
剤としてセリアを用いることも可能である。セリアは、
排気ガス中の酸素濃度が高いと酸素を吸収し(Ce23
→2CeO2)、排気ガス中の酸素濃度が低下すると活
性酸素を放出する(2CeO2→Ce23)ものである
ために、パティキュレートの酸化除去のために、NOX
吸蔵還元触媒装置の近傍雰囲気を定期的又は不定期にリ
ッチ空燃比にする必要がある。セリアに代えて、鉄又は
錫を使用しても良い。
Further, even if a NO x storage reduction catalyst device as an active oxygen releasing agent is loaded with only a noble metal such as platinum Pt, active oxygen is released from NO 2 or SO 3 retained on the surface of platinum Pt. be able to. However, in this case, the solid line showing the amount G of fine particles that can be removed by oxidation moves to the right of the solid line shown in FIG. It is also possible to use ceria as the active oxygen releasing agent. Ceria
If the oxygen concentration in the exhaust gas is high, it absorbs oxygen (Ce 2 O 3
→ 2CeO 2), the oxygen concentration in the exhaust gas release active oxygen when reduced (for 2CeO 2 → Ce 2 O 3) is intended, for the oxidation removal of particulate matter, NO X
The atmosphere in the vicinity of the storage reduction catalyst device needs to have a rich air-fuel ratio regularly or irregularly. Iron or tin may be used instead of ceria.

【0119】また、活性酸素放出剤として排気ガス中の
NOX浄化に使用されるNOX吸蔵還元触媒を用いること
も可能である。この場合においては、NOX又はSOX
放出させるために前述したように一時的に近傍雰囲気を
再生空燃比、すなわち、リッチ空燃比にする必要があ
り、このリッチ化制御をNOX吸蔵還元触媒装置の上流
側と下流側との逆転後に実施することが好ましい。
It is also possible to use, as the active oxygen releasing agent, a NO X storage reduction catalyst used for purifying NO X in the exhaust gas. In this case, in order to release NO X or SO X , it is necessary to temporarily set the vicinity atmosphere to the regeneration air-fuel ratio, that is, the rich air-fuel ratio as described above, and this enrichment control is performed by the NO X storage reduction catalyst. It is preferable to carry out after reversing the upstream side and the downstream side of the apparatus.

【0120】図32は、図25の第一フローチャートに
代えて実施されるNOX吸蔵還元触媒装置の再生のため
の第四フローチャートである。本フローチャートにおい
て、内燃機関は、通常、普通燃焼を実施するものであ
る。本フローチャートと第一フローチャートとの違いを
以下に説明する。本フローチャートでは、ステップ40
1において、NOX吸蔵還元触媒装置70の再生時期で
あると判断された時には、ステップ402において、N
X吸蔵還元触媒装置の温度Tが設定温度T1以上であ
るか否かが判断される。この判断が否定される時には、
ステップ403に進み、現在の運転状態が低温燃焼可能
な領域であるか否かが判断される。第一フローチャート
における内燃機関では、図11に示すマップによって低
温燃焼と普通燃焼とを切り換えるようになっている。し
かしながら、このマップにおける普通燃焼領域は、低温
燃焼不可能領域を示すものではなく、低温燃焼領域より
さらに高負荷側の領域でも低温燃焼は可能である。
FIG. 32 is a fourth flow chart for regeneration of the NO X storage reduction catalyst apparatus which is carried out in place of the first flow chart of FIG. In this flowchart, the internal combustion engine normally carries out normal combustion. The difference between this flowchart and the first flowchart will be described below. In this flowchart, step 40
When it is determined in step 1 that it is time to regenerate the NO X storage reduction catalyst device 70, in step 402, N
It is determined whether or not the temperature T of the O X storage reduction catalyst device is equal to or higher than the set temperature T1. When this decision is denied,
Proceeding to step 403, it is determined whether or not the current operating state is a region where low temperature combustion is possible. In the internal combustion engine in the first flow chart, low temperature combustion and normal combustion are switched according to the map shown in FIG. However, the normal combustion region in this map does not indicate the low temperature combustion impossible region, and the low temperature combustion is possible even in the region on the higher load side than the low temperature combustion region.

【0121】ステップ403における判断が肯定される
時には、ステップ407において、理論空燃比又はリッ
チ空燃比、すなわち、再生空燃比での低温燃焼を実施す
る。こうして、NOX吸蔵還元触媒近傍雰囲気の酸素濃
度が低下してNOXが放出されると共に、低温燃焼時の
排気ガス中に比較的多量に含まれるCO及び高活性のH
Cによって、NOX吸蔵還元触媒装置が低温度でも、放
出されたNOXを良好に還元浄化することができる。
When the determination in step 403 is affirmative, in step 407, low temperature combustion is performed at the stoichiometric air-fuel ratio or the rich air-fuel ratio, that is, the regenerated air-fuel ratio. Thus, the oxygen concentration in the atmosphere in the vicinity of the NO X storage reduction catalyst is reduced to release NO X , and at the same time, CO contained in a relatively large amount in the exhaust gas during low temperature combustion and highly active H 2.
Due to C, the released NO x can be satisfactorily reduced and purified even if the temperature of the NO x storage reduction catalyst device is low.

【0122】一方、ステップ402における判断が肯定
される時、すなわち、NOX吸蔵還元触媒装置の温度T
が比較的高い時には、ステップ404に進み、現在のリ
ーン空燃比での普通燃焼における有害成分、例えば、H
C、CO、又はNOXの気筒内からの排出量Eが設定量
E1以上であるか否かが判断される。この判断が肯定さ
れる時、すなわち、排気ガス中の有害成分が比較的多い
時には、ステップ403に進んで、低温燃焼可能領域で
あるか否かを判断して、可能であれば低温燃焼による再
生を実施する。
On the other hand, when the determination in step 402 is affirmative, that is, the temperature T of the NO X storage reduction catalyst device.
When is relatively high, the routine proceeds to step 404, where a harmful component in normal combustion at the current lean air-fuel ratio, for example, H
It is determined whether or not the emission amount E of C, CO, or NO X from the cylinder is equal to or greater than the set amount E1. When this judgment is affirmative, that is, when the harmful components in the exhaust gas are relatively large, the routine proceeds to step 403, where it is judged whether or not it is in the low temperature combustible region, and if possible, regeneration by low temperature combustion is performed. Carry out.

【0123】また、ステップ404における判断が否定
される時、すなわち、排気ガス中の有害成分が少ない時
には、ステップ405に進み、切換弁71aは、中間位
置から僅かに図18に示す一方の遮断位置側へ回動され
た位置とされ、一部を除く排気ガスがNOX吸蔵還元触
媒装置70をバイパスするようにする。この時、排気ガ
ス中の有害成分は少ないために問題とはならない。次い
で、燃料供給装置74によってNOX吸蔵還元触媒装置
70の近傍には燃料が供給される。この燃料は、NOX
吸蔵還元触媒装置が比較的高温度であるために、担持さ
れた白金Pt等の酸化触媒によって良好に酸化されて酸
素を消費し、NOX吸蔵還元触媒近傍雰囲気の酸素濃度
を低下させることによりNOXを放出させる。また、放
出させたNOXを良好に還元浄化する。
When the determination in step 404 is negative, that is, when the harmful components in the exhaust gas are small, the routine proceeds to step 405, where the switching valve 71a slightly moves from the intermediate position to one of the shut-off positions shown in FIG. The exhaust gas is turned to the side so that the exhaust gas except a part bypasses the NO X storage reduction catalyst device 70. At this time, since there are few harmful components in the exhaust gas, there is no problem. Next, fuel is supplied to the vicinity of the NO X storage reduction catalyst device 70 by the fuel supply device 74. This fuel is NO x
Since the storage reduction catalyst device has a relatively high temperature, it is oxidized well by the supported oxidation catalyst such as platinum Pt and consumes oxygen, and the oxygen concentration in the atmosphere near the NO x storage reduction catalyst is reduced to reduce NO. Emit X. Further, the released NO X is reduced and purified well.

【0124】ここで供給される燃料は、第一フローチャ
ートで説明したように、主にNOX吸蔵還元触媒装置の
近傍雰囲気だけを再生空燃比状態とするのに使用される
ために、低温燃焼による再生に比較しても、さらに少量
の燃料でNOX吸蔵還元触媒装置を再生することができ
る。
Since the fuel supplied here is mainly used to bring the atmosphere in the vicinity of the NO X storage reduction catalyst device into the regenerated air-fuel ratio state as described in the first flow chart, the fuel supplied by the low temperature combustion is used. Compared to regeneration, the NO x storage reduction catalyst device can be regenerated with a smaller amount of fuel.

【0125】本フローチャートにおいて、NOX吸蔵還
元触媒装置が低温度である時、又は、普通燃焼時におけ
る排気ガス中の有害成分が比較的多い時でも、低温燃焼
が不可能な領域では、ステップ405及び406によっ
て燃料供給による再生が実施されることとなる。この場
合において、特に、排気ガス中の有害成分が比較的多い
時には、排気ガスをバイパスさせることなく、NOX
蔵還元触媒装置近傍に燃料を供給するようにしても良
い。いずれにしても、これらの場合には、従来に比較し
て再生時における燃料消費率を低減することは難しい
が、常に、このような再生が実施される訳ではなく、長
期的には、前述の低燃料消費率の再生が実施される。そ
れにより、本フローチャートによれば、従来に比較して
再生時における燃料消費率を低減することができる。
In this flowchart, even when the NO X storage reduction catalyst device is at a low temperature or when the harmful components in the exhaust gas during normal combustion are relatively large, in the region where low temperature combustion is impossible, step 405 And 406, the regeneration by the fuel supply is performed. In this case, particularly when the harmful components in the exhaust gas are relatively large, the fuel may be supplied to the vicinity of the NO X storage reduction catalyst device without bypassing the exhaust gas. In any case, in these cases, it is difficult to reduce the fuel consumption rate at the time of regeneration as compared with the conventional case, but such regeneration is not always performed, and in the long term, Low fuel consumption regeneration. Therefore, according to this flowchart, the fuel consumption rate at the time of regeneration can be reduced compared to the conventional case.

【0126】本実施例において、NOX吸蔵還元触媒装
置自身が活性酸素放出剤を担持して、この活性酸素放出
剤が放出する活性酸素によりパティキュレートが酸化除
去されるものとしたが、これは、本発明を限定するもの
ではない。例えば、活性酸素及び活性酸素と同等に機能
する二酸化窒素等のパティキュレート酸化物質は、NO
X吸蔵還元触媒装置又はそれに担持させた物質から放出
されても、外部からNOX吸蔵還元触媒装置へ流入する
ようにしても良い。パティキュレート酸化物質が外部か
ら流入する場合においても、パティキュレートを捕集す
るために、捕集壁の第一捕集面と第二捕集面とを交互に
使用することで、排気下流側となった一方の捕集面で
は、新たにパティキュレートが堆積することはなく、こ
の堆積パティキュレートを、他方の捕集面から流入する
パティキュレート酸化成分によって徐々にでも酸化除去
して、堆積パティキュレートをある程度の時間で十分に
酸化除去することが可能である。この間において、他方
の捕集面では、パティキュレートの捕集と共にパティキ
ュレート酸化成分による酸化が行われるために、前述同
様な効果がもたらされる。また、この場合においても、
NOX吸蔵還元触媒装置の昇温は、パティキュレート自
身の温度を高めて酸化除去させ易くなる。
In the present embodiment, the NO x storage reduction catalyst device itself carries the active oxygen releasing agent, and the particulate matter is oxidized and removed by the active oxygen released by the active oxygen releasing agent. However, the present invention is not limited thereto. For example, active oxygen and particulate oxides such as nitrogen dioxide that function equivalently to active oxygen are
Even if it is released from the X storage reduction catalyst device or the substance supported on it, it may flow into the NO X storage reduction catalyst device from the outside. Even when the particulate oxidant flows in from the outside, the first collecting surface and the second collecting surface of the collecting wall are alternately used to collect the particulate matter, so that the exhaust downstream side On the other collecting surface, the new particulates will not be accumulated, and the accumulated particulates will be gradually oxidized and removed by the particulate oxidizing component flowing from the other collecting surface to form the accumulated particulates. Can be sufficiently oxidized and removed in a certain time. In the meantime, since the other collecting surface collects the particulates and oxidizes by the particulate oxidization component, the same effect as described above is obtained. Also in this case,
Increasing the temperature of the NO X storage reduction catalyst device raises the temperature of the particulates themselves and facilitates oxidation removal.

【0127】[0127]

【発明の効果】このように、本発明による内燃機関の排
気浄化装置によれば、機関排気系に配置されて近傍雰囲
気がリーン空燃比の時にNOXを吸収し、理論空燃比又
はリッチ空燃比である再生空燃比の時に再生されるNO
X吸蔵還元触媒装置と、NOX吸蔵還元触媒装置を少なく
とも一部の排気ガスがバイパスすることを可能とするバ
イパス手段と、NOX吸蔵還元触媒装置近傍へ燃料を供
給するための燃料供給装置とを具備し、内燃機関は、気
筒内へ不活性ガスを供給するための不活性ガス供給手段
を有して、煤の発生量を最大とする最悪不活性ガス量よ
り多量の不活性ガスを気筒内へ供給して燃焼を実施する
低温燃焼と、リーン空燃比で燃焼を実施する普通燃焼と
を実施することができ、NOX吸蔵還元触媒装置を再生
させる場合に、低温燃焼を再生空燃比で実施した時の排
気ガスによってNOX吸蔵還元触媒近傍雰囲気を再生空
燃比とする第一再生手段と、普通燃焼時においてバイパ
ス手段によって少なくとも一部の排気ガスをバイパスさ
せると共に燃料供給装置によって燃料を供給してNOX
吸蔵還元触媒近傍雰囲気を再生空燃比とする第二再生手
段とが選択可能である。
As described above, according to the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine of the present invention, NO X is absorbed when the atmosphere located in the engine exhaust system and the nearby atmosphere has a lean air-fuel ratio, and the stoichiometric air-fuel ratio or rich air-fuel ratio is obtained. NO regenerated at the regeneration air-fuel ratio
And X occluding and reducing catalyst device, and a bypass means for at least part of the exhaust gas the NO X storage reduction catalyst device makes it possible to bypass the fuel supply device for supplying fuel to the NO X storage reduction catalyst device near The internal combustion engine has an inert gas supply means for supplying an inert gas into the cylinder, and supplies a larger amount of inert gas than the worst inert gas amount that maximizes the soot generation amount to the cylinder. It is possible to perform low-temperature combustion in which it is supplied to the inside to perform combustion and normal combustion in which combustion is performed at a lean air-fuel ratio, and when regenerating the NO X storage reduction catalyst device, low-temperature combustion is performed at a regeneration air-fuel ratio. fuel supplied with bypassing at least a portion of the exhaust gas and the first reproducing means to reproduce air-fuel ratio the NO X storage reduction catalyst near ambient by the exhaust gas when performed, by the bypass means during ordinary combustion NO X and fueled by location
It is possible to select the second regenerating means for setting the regeneration air-fuel ratio in the atmosphere in the vicinity of the storage reduction catalyst.

【0128】それにより、第一再生手段では、低温燃焼
時の排気ガス中に含まれる活性の高いHCによって主に
NOX吸蔵還元触媒装置の再生が行われるために、僅か
な燃料増量によって確実に再生を実現することができ
る。また、第二再生手段では、一部を排気ガスがNOX
吸蔵還元触媒装置をバイパスしている時に燃料が供給さ
れるために、供給された燃料がNOX吸蔵還元触媒装置
を通過し難く、さらに僅かな追加燃料によって確実に再
生を実現することができる。こうして、いずれの再生手
段が選択されても、気筒内又は機関排気系に供給された
燃料が排気ガスと共にNOX吸蔵還元触媒装置を単に通
過する可能性が高い通常の再生手段に比較して燃料消費
率を低減することができるが、第二再生手段が選択され
れば、さらに、再生時における燃料消費率を低減するこ
とができる。
As a result, in the first regenerating means, the NO X storage reduction catalyst device is regenerated mainly by the highly active HC contained in the exhaust gas at the time of low temperature combustion. Playback can be realized. Further, in the second regeneration means, part of the exhaust gas is NO x.
Since the fuel is supplied while bypassing the storage reduction catalyst device, it is difficult for the supplied fuel to pass through the NO x storage reduction catalyst device, and the regeneration can be surely realized with a little additional fuel. Thus, whichever regeneration means is selected, the fuel supplied to the cylinder or the engine exhaust system is more likely to pass through the NO X storage reduction catalyst device together with the exhaust gas than the ordinary regeneration means. Although the consumption rate can be reduced, if the second regeneration means is selected, the fuel consumption rate during regeneration can be further reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明による排気浄化装置を備えるディーゼル
エンジンの概略縦断面図である。
FIG. 1 is a schematic vertical cross-sectional view of a diesel engine including an exhaust emission control device according to the present invention.

【図2】図1の燃焼室の拡大縦断面図である。2 is an enlarged vertical sectional view of the combustion chamber of FIG.

【図3】図1のシリンダヘッドの底面図である。FIG. 3 is a bottom view of the cylinder head of FIG.

【図4】燃焼室の側面断面図である。FIG. 4 is a side sectional view of a combustion chamber.

【図5】吸排気弁のリフトと燃料噴射を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing lift of intake and exhaust valves and fuel injection.

【図6】スモーク及びNOXの発生量等を示す図であ
る。
FIG. 6 is a diagram showing a generation amount of smoke and NO x , and the like.

【図7】(A)は空燃比が21付近でスモークの発生量
が最も多い時の燃焼圧変化を示す図であり、(B)は空
燃比が18付近でスモークの発生量がほぼ零の時の燃焼
圧変化を示す図である。
FIG. 7A is a diagram showing a change in combustion pressure when the air-fuel ratio is around 21 and the amount of smoke generated is the largest, and FIG. 7B is a graph showing that the amount of smoke generated is almost zero when the air-fuel ratio is around 18. It is a figure which shows the combustion pressure change at the time.

【図8】燃料分子を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a fuel molecule.

【図9】スモークの発生量とEGR率との関係を示す図
である。
FIG. 9 is a diagram showing a relationship between an amount of smoke generated and an EGR rate.

【図10】噴射燃料量と混合ガス量との関係を示す図で
ある。
FIG. 10 is a diagram showing a relationship between an injected fuel amount and a mixed gas amount.

【図11】第1の運転領域I及び第2の運転領域IIを示
す図である。
FIG. 11 is a diagram showing a first operating region I and a second operating region II.

【図12】空燃比センサの出力を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing an output of an air-fuel ratio sensor.

【図13】スロットル弁の開度等を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing the opening of a throttle valve and the like.

【図14】第1の運転領域Iにおける空燃比を示す図で
ある。
FIG. 14 is a diagram showing an air-fuel ratio in a first operating region I.

【図15】(A)はスロットル弁の目標開度のマップを
示す図であり、(B)はEGR制御弁の目標開度のマッ
プを示す図である。
15A is a diagram showing a map of a target opening of a throttle valve, and FIG. 15B is a diagram showing a map of a target opening of an EGR control valve.

【図16】第二燃焼における空燃比を示す図である。FIG. 16 is a diagram showing an air-fuel ratio in second combustion.

【図17】(A)はスロットル弁の目標開度のマップを
示す図であり、(B)はEGR制御弁の目標開度のマッ
プを示す図である。
17A is a diagram showing a map of a target opening of a throttle valve, and FIG. 17B is a diagram showing a map of a target opening of an EGR control valve.

【図18】機関排気系における切換部及びNOX吸蔵還
元触媒装置近傍の平面図である。
FIG. 18 is a plan view of the vicinity of a switching unit and an NO X storage reduction catalyst device in the engine exhaust system.

【図19】図18の側面図である。FIG. 19 is a side view of FIG.

【図20】切換部内の弁体の図18とは異なるもう一つ
の遮断位置を示す図である。
FIG. 20 is a view showing another shut-off position of the valve body in the switching portion, which is different from FIG. 18.

【図21】切換部内の弁体の中間位置を示す図である。FIG. 21 is a diagram showing an intermediate position of the valve element in the switching section.

【図22】(A)はNOX吸蔵還元触媒装置の構造を示
す正面図であり、(B)はNOX吸蔵還元触媒装置の構
造を示す側面断面図である。
22A is a front view showing the structure of a NO X storage reduction catalyst device, and FIG. 22B is a side sectional view showing the structure of a NO X storage reduction catalyst device.

【図23】NOXの吸放出作用を説明するための図であ
る。
FIG. 23 is a diagram for explaining the action of NO X absorption and release.

【図24】単位時間当たりのNOX吸収量のマップを示
す図である。
FIG. 24 is a diagram showing a map of NO X absorption amount per unit time.

【図25】NOX吸蔵還元触媒装置の再生のための第一
フローチャートである。
FIG. 25 is a first flowchart for regenerating the NO X storage reduction catalyst device.

【図26】パティキュレートの酸化作用を説明するため
の図である。
FIG. 26 is a diagram for explaining an oxidizing action of particulates.

【図27】酸化除去可能微粒子量とNOX吸蔵還元触媒
装置の温度との関係を示す図である。
FIG. 27 is a diagram showing a relationship between the amount of fine particles that can be removed by oxidation and the temperature of the NO X storage reduction catalyst device.

【図28】パティキュレートの堆積作用を説明するため
の図である。
FIG. 28 is a diagram for explaining a deposition action of particulates.

【図29】NOX吸蔵還元触媒装置へのパティキュレー
トの堆積を防止するための第二フローチャートである。
FIG. 29 is a second flowchart for preventing the accumulation of particulates on the NO X storage reduction catalyst device.

【図30】NOX吸蔵還元触媒装置の隔壁の拡大断面図
である。
FIG. 30 is an enlarged cross-sectional view of a partition wall of the NO X storage reduction catalyst device.

【図31】NOX吸蔵還元触媒装置へのパティキュレー
トの堆積を防止するための第三フローチャートである。
FIG. 31 is a third flowchart for preventing the accumulation of particulates on the NO X storage reduction catalyst device.

【図32】NOX吸蔵還元触媒装置の再生のための第四
フローチャートである。
FIG. 32 is a fourth flowchart for the regeneration of the NO X storage reduction catalyst device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

6…燃料噴射弁 16…スロットル弁 70…NOX吸蔵還元触媒装置 71…切換部 71a…弁体6 ... Fuel injection valve 16 ... Throttle valve 70 ... NO X storage reduction catalyst device 71 ... Switching part 71a ... Valve body

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI F01N 3/02 F01N 3/08 A 3/08 G 3/20 B 3/20 F 3/24 R 3/24 S F02D 41/04 355 F02D 41/04 355 41/14 310K 41/14 310 43/00 301E 43/00 301 301N 301T 45/00 312R 45/00 312 312T B01D 46/42 B // B01D 46/42 53/36 101B (72)発明者 浅沼 孝充 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自 動車株式会社内 (72)発明者 中谷 好一郎 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自 動車株式会社内 (72)発明者 木村 光壱 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自 動車株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−198717(JP,A) 特開 平11−132029(JP,A) 特開2000−45755(JP,A) 特開2000−145501(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F01D 3/02 321 F01D 3/24 F02D 41/04 355 F02D 41/14 310 F02D 43/00 301 F02D 45/00 312 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI F01N 3/02 F01N 3/08 A 3/08 G 3/20 B 3/20 F 3/24 R 3/24 S F02D 41 / 04 355 F02D 41/04 355 41/14 310K 41/14 310 43/00 301E 43/00 301 301N 301T 45/00 312R 45/00 312 312 312B 01D 46/42 B // B01D 46/42 53/36 101B ( 72) Inventor Takamitsu Asanuma 1 Toyota Town, Toyota City, Aichi Prefecture, Toyota Motor Corporation (72) Inventor Koichiro Nakatani 1 Toyota Town, Toyota City, Aichi Prefecture Toyota Motor Corporation, (72) Inventor, Koichi Kimura 1 Toyota-cho, Toyota-shi, Aichi Toyota Motor Co., Ltd. (56) Reference JP 63-198717 (JP, A) JP 11-132029 (JP, A) JP 2000-45755 ( P, A) JP 2000-145501 (JP, A) (58 ) investigated the field (Int.Cl. 7, DB name) F01D 3/02 321 F01D 3/24 F02D 41/04 355 F02D 41/14 310 F02D 43/00 301 F02D 45/00 312

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 機関排気系に配置されて近傍雰囲気がリ
ーン空燃比の時にNOXを吸収し、理論空燃比又はリッ
チ空燃比である再生空燃比の時に再生されるNOX吸蔵
還元触媒装置と、前記NOX吸蔵還元触媒装置を少なく
とも一部の排気ガスがバイパスすることを可能とするバ
イパス手段と、前記NOX吸蔵還元触媒装置近傍へ燃料
を供給するための燃料供給装置とを具備し、前記内燃機
関は、気筒内へ不活性ガスを供給するための不活性ガス
供給手段を有して、煤の発生量を最大とする最悪不活性
ガス量より多量の前記不活性ガスを気筒内へ供給して燃
焼を実施する低温燃焼と、リーン空燃比で燃焼を実施す
る普通燃焼とを実施することができ、前記NOX吸蔵還
元触媒装置を再生させる場合に、前記低温燃焼を再生空
燃比で実施した時の排気ガスによって前記NOX吸蔵還
元触媒近傍雰囲気を再生空燃比とする第一再生手段と、
前記普通燃焼時において前記バイパス手段によって少な
くとも一部の排気ガスをバイパスさせると共に前記燃料
供給装置によって燃料を供給して前記NOX吸蔵還元触
媒近傍雰囲気を再生空燃比とする第二再生手段とが選択
可能であることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
1. A NO X storage reduction catalyst device which is arranged in an engine exhaust system and absorbs NO X when a nearby atmosphere has a lean air-fuel ratio, and which is regenerated at a regenerated air-fuel ratio which is a stoichiometric air-fuel ratio or a rich air-fuel ratio. , the the NO X storage reduction catalyst device comprises a bypass means for at least part of the exhaust gas makes it possible to bypass the fuel supply device for supplying the the NO X storage reduction catalyst device fuel to the vicinity, The internal combustion engine has an inert gas supply means for supplying an inert gas into the cylinder, and introduces the inert gas into the cylinder in an amount larger than the worst inert gas amount that maximizes the soot generation amount. It is possible to carry out low temperature combustion in which the combustion is performed by supplying and normal combustion in which the combustion is performed at a lean air-fuel ratio, and when the NO x storage reduction catalyst device is regenerated, the low temperature combustion is performed at a regenerated air fuel ratio Elimination when carried out A first reproducing means to reproduce air the the NO X storage reduction catalyst near ambient by the gas,
At least a part of the exhaust gas is bypassed by the bypass means at the time of the normal combustion, and the second regenerating means for supplying the fuel by the fuel supply device to make the atmosphere in the vicinity of the NO X storage reduction catalyst the regeneration air-fuel ratio An exhaust gas purification device for an internal combustion engine, which is characterized in that it is possible.
【請求項2】 前記NOX吸蔵還元触媒装置の温度が設
定温度より低い時又は前記設定温度より低いと予測され
る時には、前記NOX吸蔵還元触媒装置を再生させるの
に前記第一再生手段が選択され、前記NOX吸蔵還元触
媒装置の温度が前記設定温度以上である時又は前記設定
温度以上であると予測される時には、前記NOX吸蔵還
元触媒装置を再生させるのに前記第二再生手段が選択さ
れることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の排気
浄化装置。
2. When the temperature of the NO X storage reduction catalyst device is lower than a set temperature or when it is predicted that the temperature is lower than the set temperature, the first regeneration means is used to regenerate the NO X storage reduction catalyst device. When the temperature of the NO X storage reduction catalyst device is selected and is predicted to be equal to or higher than the set temperature, the second regeneration means is used to regenerate the NO X storage reduction catalyst device. 2. The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein
【請求項3】 前記NOX吸蔵還元触媒装置の温度が前
記設定温度以上である時又は前記設定温度以上であると
予測される時であっても、前記普通燃焼時における気筒
内からの有害物質排出量が設定量以上である場合又は前
記設定量以上であると予測される場合には前記第一再生
手段が選択されることを特徴とする請求項2に記載の内
燃機関の排気浄化装置。
3. A harmful substance from the inside of the cylinder during the normal combustion even when the temperature of the NO X storage reduction catalyst device is equal to or higher than the preset temperature or is predicted to be equal to or higher than the preset temperature. The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to claim 2, wherein the first regenerating unit is selected when the emission amount is equal to or greater than a set amount or is predicted to be equal to or greater than the set amount.
【請求項4】 前記NOX吸蔵還元触媒装置は排気ガス
中のパティキュレートを捕集するための捕集壁を有し、
前記NOX吸蔵還元触媒装置の温度が前記設定温度以上
である時又は前記設定温度以上であると予測される時で
あっても、前記普通燃焼時における気筒内からのパティ
キュレート排出量が設定量以上である場合又は前記設定
量以上であると予測される場合には前記第一再生手段が
選択されることを特徴とする請求項2に記載の内燃機関
の排気浄化装置。
4. The NO X storage reduction catalyst device has a collection wall for collecting particulates in exhaust gas,
Even when the temperature of the NO X storage reduction catalyst device is equal to or higher than the preset temperature or is predicted to be equal to or higher than the preset temperature, the particulate emission amount from the cylinder during the normal combustion is equal to the preset amount. The exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to claim 2, wherein the first regenerating unit is selected when the amount is equal to or more than the predetermined amount or when the amount is predicted to be equal to or more than the set amount.
【請求項5】 前記捕集壁に捕集されたパティキュレー
トは酸化させられることを特徴とする請求項4に記載の
内燃機関の排気浄化装置。
5. The exhaust gas purification device for an internal combustion engine according to claim 4, wherein the particulate matter collected on the collection wall is oxidized.
【請求項6】 前記捕集壁には活性酸素放出剤が担持さ
れ、前記活性酸素放出剤から放出される活性酸素がパテ
ィキュレートを酸化させることを特徴とする請求項5に
記載の内燃機関の排気浄化装置。
6. The internal combustion engine according to claim 5, wherein the trapping wall carries an active oxygen releasing agent, and the active oxygen released from the active oxygen releasing agent oxidizes particulates. Exhaust purification device.
【請求項7】 前記活性酸素放出剤は、周囲に過剰酸素
が存在すると酸素を取込んで酸素を保持しかつ周囲の酸
素濃度が低下すると保持した酸素を活性酸素に形で放出
することを特徴とする請求項6に記載の内燃機関の排気
浄化装置。
7. The active oxygen releasing agent takes in oxygen to retain oxygen when excess oxygen is present in the surroundings, and releases the retained oxygen in the form of active oxygen when the ambient oxygen concentration decreases. The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to claim 6.
【請求項8】 前記NOX吸蔵還元触媒装置の排気上流
側と排気下流側とを逆転するための逆転手段を前記バイ
パス手段と一体又は別体に具備し、前記捕集壁は第一捕
集面と第二捕集面とを有し、前記逆転手段によって前記
NOX吸蔵還元触媒装置の排気上流側と排気下流側とが
逆転されることにより、パティキュレートを捕集するた
めに前記捕集壁の前記第一捕集面と前記第二捕集面とが
交互に使用されることを特徴とする請求項5から7のい
ずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
8. A reversing means for reversing the exhaust gas upstream side and the exhaust gas downstream side of the NO X storage reduction catalyst device is provided integrally with or separately from the bypass means, and the collecting wall has the first collecting means. A NOx storage reduction catalyst device having an exhaust surface and a second collection surface, and the exhaust upstream side and the exhaust downstream side of the NO x storage reduction catalyst device are reversed by the reversing means to collect particulates. The exhaust gas purification device for an internal combustion engine according to any one of claims 5 to 7, wherein the first collecting surface and the second collecting surface of the wall are alternately used.
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