JP2002115524A - Exhaust emission control device of internal combustion engine - Google Patents

Exhaust emission control device of internal combustion engine

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JP2002115524A JP2001212506A JP2001212506A JP2002115524A JP 2002115524 A JP2002115524 A JP 2002115524A JP 2001212506 A JP2001212506 A JP 2001212506A JP 2001212506 A JP2001212506 A JP 2001212506A JP 2002115524 A JP2002115524 A JP 2002115524A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To sufficiently purify NOX in exhaust gas in an exhaust emission control device of an internal combustion engine having a particulate filter carrying an NOX storage reduction catalyst. SOLUTION: This exhaust emission control device is provided with the particulate filter 70 arranged in an engine exhaust system by carrying the NOX storage reduction catalyst for absorbing NOX when a vicinal atmosphere is the lean air-fuel ratio and blowing off and reduction-purifying the NOX when the atmosphere is the theoretical air-fuel ratio or the rich air-fuel ratio and an NOX purifying catalyst device having the oxidizing function and arranged in the engine exhaust system on the upstream side of the particulate filter.

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。
The present invention relates to an exhaust gas purification 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NOXが含まれており、このNOXを浄化す
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NO
Xを放出して還元浄化するものである。それにより、N
X吸蔵還元触媒は、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
収し、定期的に近傍雰囲気を理論空燃比又はリッチ空燃
比として酸素濃度を低下させることにより、NOXを放
出させてHC等の還元物質により還元浄化し、NOX
大気中に放出させることなく良好に浄化することができ
る。
Internal combustion engines, includes a NO X in particular the exhaust gas of a diesel engine, in order to purify the NO X, proposed to place the the NO X storage reduction catalyst device in the engine exhaust system Have been. The NO X storage reduction catalyst absorbs NO X in the form of nitrate when the oxygen concentration in the nearby atmosphere is high, and absorbs NO when the oxygen concentration in the nearby atmosphere becomes low.
It releases and purifies X by releasing X. Thereby, N
O X occluding and reducing catalyst is satisfactorily absorbed NO X from the exhaust gas of the diesel engine combustion under excess air takes place, regularly lowering the oxygen concentration of the atmosphere in the vicinity as the stoichiometric air-fuel ratio or a rich air-fuel ratio By doing so, NO X can be released and reduced and purified by a reducing substance such as HC, and NO X can be satisfactorily purified without being released into the atmosphere.

【0003】ところで、ディーゼルエンジンの排気ガス
中には、煤を主成分とするパティキュレートも含まれて
いる。このパティキュレートも大気放出以前に処理する
必要があり、機関排気系にパティキュレートを捕集する
パティキュレートフィルタを配置することが提案されて
いる。このようなパティキュレートフィルタに前述のN
X吸蔵還元触媒を担持させると、NOXを吸蔵するだけ
でなくパティキュレートを良好に酸化除去することがで
きる。こうして、パティキュレートフィルタにNOX
蔵還元触媒を担持させたものをディーゼルエンジンの機
関排気系に配置することは、非常に効果的とされてい
る。
[0003] By the way, the exhaust gas of a diesel engine also contains particulates mainly composed of soot. This particulate needs to be treated before it is released to the atmosphere, and it has been proposed to arrange a particulate filter for collecting the particulate in the engine exhaust system. Such a particulate filter has the aforementioned N
When supporting the O X occluding and reducing catalyst, the particulates not only occludes NO X can be effectively oxidized and removed. Thus, placing the one obtained by carrying the NO X storage reduction catalyst to the particulate filter in the exhaust system of a diesel engine is very effective.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、パティ
キュレートフィルタの構造は、一般的に、捕集壁の細孔
を排気ガスが通過するウォールフロー型であり、触媒を
担持する隔壁に沿って排気ガスが流れる一般的な触媒装
置に比較して、主に排気ガスが接触する捕集壁表面の触
媒担持面積が少なく、このようなパティキュレートフィ
ルタでは、排気ガス中のNOXを十分に浄化することが
できない。
However, the structure of the particulate filter is generally of a wall flow type in which the exhaust gas passes through the pores of the trapping wall, and the exhaust gas flows along the partition supporting the catalyst. compared to the general catalytic converter flows, mainly catalyst supporting area is less of the collecting wall surface which the exhaust gas contacts, in such a particulate filter, to sufficiently purify NO X in the exhaust gas Can not.

【0005】従って、本発明の目的は、NOX吸蔵還元
触媒を担持したパティキュレートフィルタを具備する内
燃機関の排気浄化装置において、排気ガス中のNOX
十分に浄化可能とすることである。
Accordingly, an object of the present invention is to make it possible to sufficiently purify NO X in exhaust gas in an exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine equipped with a particulate filter carrying a NO X storage reduction catalyst.

【0006】[0006]

【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、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
空燃比の時にNOXを放出して還元浄化するNOX吸蔵還
元触媒を担持して機関排気系に配置されたパティキュレ
ートフィルタと、酸化機能を有して前記パティキュレー
トフィルタの上流側において機関排気系に配置されたN
X浄化触媒装置とを具備することを特徴とする。
According to the first aspect of the present invention, there is provided an exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, which absorbs NO X when a nearby atmosphere has a lean air-fuel ratio and has a stoichiometric air-fuel ratio or a rich air-fuel ratio. a particulate filter disposed in the exhaust system carries the NO X storage reduction catalyst to reduce and purify by releasing NO X, are arranged in the engine exhaust system upstream of the particulate filter has an oxidation function T
Characterized by comprising the O X purification catalyst device.

【0007】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浄化触媒装置の下流側
で排気ガスが前記パティキュレートフィルタをバイパス
することを可能とするバイパス手段を具備することを特
徴とする。
[0007] The exhaust purification system of an internal combustion engine according to claim 2 of the present invention, in the exhaust purification system of an internal combustion engine according to claim 1, the exhaust gas downstream of the NO X purification catalyst apparatus wherein The present invention is characterized in that a bypass means is provided for enabling the particulate filter to be bypassed.

【0008】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浄化触媒装置は、前記
NOX吸蔵還元触媒を担持し、前記NOX浄化触媒装置の
SOX被毒回復中には、前記バイパス手段を機能させて
排気ガスが前記パティキュレートフィルタをバイパスす
るようにすることを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, there is provided an exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to the second aspect, wherein the NO X purifying catalytic device is the NO X storage reduction catalyst. was supported, during sO X poisoning restoration of the NO X purification catalyst device, the exhaust gas by function of the bypass means is characterized in that so as to bypass the particulate filter.

【0009】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浄化触媒装置は、前記
NOX吸蔵還元触媒を担持し、前記NOX浄化触媒装置の
SOX被毒回復完了直後には、前記バイパス手段を機能
させず排気ガスが前記パティキュレートフィルタを通過
するようにすることを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to the second aspect, wherein the NO X purifying catalytic device is the NO X storage reduction catalyst. the supported, immediately after sO X poisoning restoration completion of the NO X purification catalyst apparatus, the exhaust gas does not function the bypass means is characterized in that to pass through the particulate filter.

【0010】[0010]

【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。
FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view of a four-stroke diesel engine provided with an exhaust emission control device according to the present invention, and FIG. 2 is an enlarged longitudinal sectional view of a combustion chamber in the diesel engine of FIG. FIG. 3 is a bottom view of the cylinder head in the diesel engine of FIG. Referring to FIGS. 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
Denotes a pair of exhaust valves, and 10 denotes an exhaust port. The intake port 8 is connected to the surge tank 1 via the corresponding intake branch 11.
2 and the surge tank 12 is connected to an air cleaner 14 via an intake duct 13. A throttle valve 16 driven by an electric motor 15 is provided in the intake duct 13.
Is arranged. On the other hand, the exhaust port 10 is connected to an exhaust pipe 18 via an exhaust manifold 17.

【0011】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。
As shown in FIG. 1, the exhaust manifold 17
An air-fuel ratio sensor 21 is disposed inside. The exhaust manifold 17 and the surge tank 12 are connected to each other via an EGR passage 22, and an electrically controlled 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 provided 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.

【0012】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 via a fuel supply pipe 25 to a fuel reservoir, a so-called common rail 26. Fuel is supplied into the common rail 26 from an electric control type variable discharge fuel pump 27, and the fuel supplied into the common rail 26 is supplied to the fuel injection valve 6 through 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. The fuel pump 27 is controlled so that the fuel pressure in the common rail 26 becomes the target fuel pressure based on the output signal of the fuel pressure sensor 28. Is controlled.

【0013】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 an output signal of the air-fuel ratio sensor 21 and an output signal of the fuel pressure sensor 28. A load sensor 41 that generates an output voltage proportional to the amount of depression L of the accelerator pedal 40 is connected to the accelerator pedal 40, and an output signal of the load sensor 41 is also input to the electronic control unit 30. For example, an output signal of the crank angle sensor 42 that generates an output pulse every time the motor rotates by 30 ° is also input. In this way, the electronic control unit 30 controls the fuel injection valve 6, the electric motor 15, the EGR control valve 2 based on various signals.
3. Operate the fuel pump 27 and the switching valve 71a disposed on the exhaust pipe 18. The switching valve 71a will be described later.

【0014】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 comprises a hole nozzle having six nozzle openings, and the nozzle opening of the fuel injection valve 6 is slightly downwardly directed to the horizontal plane. The fuel F is injected at equal angular intervals. As shown in FIG. 3, two of the six fuel sprays F scatter along the lower surface of the valve body of each exhaust valve 9. FIGS. 2 and 3 show a case where 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.

【0015】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, a case is shown in which 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 traveling in the valve body direction of the exhaust valve 9 is directed between the back of the head of the exhaust valve 9 and the exhaust port 10. That is, in other words, two of the six nozzle ports of the fuel injection valve 6 emit fuel spray F when additional fuel Qa is injected while the exhaust valve 9 is open. It is formed so as to be directed between the back surface of the head of the valve 9 and the exhaust port 10. In this case, in the embodiment shown in FIG. 4, at this time, the fuel spray F collides with the back of the umbrella of the exhaust valve 9, and the fuel mist F colliding with the back of the umbrella of the exhaust valve 9 is reflected on the back of the umbrella of the exhaust valve 9. Then, it goes into the exhaust port 10.

【0016】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, no additional fuel Qa is injected,
Only the main injection Qm is performed. FIG. 6 shows a change in the output torque when the air-fuel ratio A / F (horizontal axis in FIG. 6) is changed by changing the opening degree and the EGR rate of the throttle valve 16 during the engine low load operation, and the smoke, HC, and the like. , CO,
5 shows an experimental example showing a change in the amount of emission of NO X. FIG.
As can be seen from the graph, in this experimental example, as the air-fuel ratio A / F decreases, the EGR rate increases, and the stoichiometric air-fuel ratio (# 14.
6) In the following cases, the EGR rate is 65% or more.

【0017】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 smoke is generated when the EGR rate becomes about 40% and the air-fuel ratio A / F becomes about 30. The volume starts 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 is sharply reduced. When the EGR rate is increased to 65% or more, and the air-fuel ratio A / F becomes about 15.0, the smoke becomes almost zero. . That is, almost no soot is generated. At this time, the output torque of the engine slightly decreases, and NO
The amount of X generation is significantly lower. On the other hand, at this time, the generation amounts of HC and CO begin to increase.

【0018】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 the combustion pressure in the combustion chamber 5 when the air-fuel ratio A / F is around 21 and the amount of generated smoke is the largest, and FIG. 7 (B) shows the air-fuel ratio A / F. The graph shows a change in the combustion pressure in the combustion chamber 5 when the smoke generation amount is substantially zero when F is around 18. As can be seen by comparing FIG. 7A and FIG. 7B, in the case of FIG. 7B in which the amount of smoke generation is almost zero, FIG.
It can be seen that the combustion pressure is lower than in the case shown in (A).

【0019】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. That is, first, the air-fuel ratio A / F is 15.
0 generation amount of the NO X as shown in FIG. 6 when the smoke generation amount approximately zero or less drops significantly. That the generation amount of the NO X produced falls means that the combustion temperature in the combustion chamber 5 is reduced, thus the combustion temperature in the combustion chamber 5 when the soot is hardly generated is lower I can say. The same can be said from FIG. That is, in the state shown in FIG. 7B where almost no soot is generated, the combustion pressure is low, and thus the combustion temperature in the combustion chamber 5 is low at this time.

【0020】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。
Second, when the amount of generated smoke, that is, the amount of generated soot becomes substantially zero, the amount of HC and CO emissions increases as shown in FIG. This means that hydrocarbons are emitted without growing to soot. That is, the linear hydrocarbons and aromatic hydrocarbons contained in the fuel as shown in FIG. 8 are thermally decomposed when the temperature is increased in a state of lack of oxygen, soot precursors are formed, and then mainly, A soot consisting of a solid aggregate of carbon atoms is produced. In this case, the actual soot generation process is complicated, and it is not clear what form the soot precursor takes, but in any case, the hydrocarbon as shown in FIG. It will grow to soot. Therefore, as described above, when the amount of soot generation becomes almost zero, the emission amounts of HC and CO increase as shown in FIG. 6, but HC at this time is a precursor of soot or a hydrocarbon in a state before the soot. .

【0021】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。
Summarizing these considerations based on the experimental results shown in FIGS. 6 and 7, when the combustion temperature in the combustion chamber 5 is low, the amount of soot generation becomes almost zero. Is discharged from the combustion chamber 5. As a result of further detailed experimental research on this, when the temperature of the fuel and the surrounding gas in the combustion chamber 5 is lower than a certain temperature, the growth process of the soot is stopped halfway, that is, the soot is Not generated at all, combustion chamber 5
It was found that soot was formed when the temperature of the fuel and its surroundings fell below a certain temperature.

【0022】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。
The temperature of the fuel and its surroundings when the process of producing hydrocarbons is stopped in the state of the soot precursor, ie, the above-mentioned certain temperature, depends on various factors such as the type of fuel, the air-fuel ratio and the compression ratio. Although not say that how many times so changed, this certain temperature has a generation amount and the deep relationship between nO X, thus to some extent defined from the generation of this certain temperature is nO X can do. That is, the fuel and the gas temperature surrounding it at the time of combustion and the greater the EGR rate, decreases, the amount of the NO X is reduced. At this time, when the amount of generated NO X becomes about 10 ppm or less, soot is hardly generated. Therefore, the above certain temperature is NO
The temperature almost coincides with the temperature when the amount of generated X is about 10 p.pm or less.

【0023】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 has been produced, it cannot be purified by simply post-treatment using a catalyst having an oxidizing function. On the other hand, the soot precursor or the hydrocarbon in the state before the soot can be easily purified by a post-treatment using a catalyst having an oxidation function. Thus, NO X
It is extremely effective in purifying exhaust gas to reduce the generation amount of methane and to discharge hydrocarbons from the combustion chamber 5 in the state of a precursor of soot or before the soot.

【0024】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。
Now, in order to stop the growth of hydrocarbons before the soot is generated, the temperature of the fuel and the surrounding gas during combustion in the combustion chamber 5 are 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 effect of the gas around the fuel when the fuel is burned has an extremely large effect in suppressing the temperature of the fuel and the gas around the fuel.

【0025】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, if there is only air 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 becomes extremely high locally. That is, at this time, the air separated from the fuel hardly absorbs the heat of combustion heat of the fuel. In this case, since the combustion temperature becomes extremely high locally, the unburned hydrocarbons that have received the heat of combustion will generate soot.

【0026】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, when fuel is present in a mixed gas of a large amount of inert gas and a small amount of air, the situation is slightly different.
In this case, the evaporated fuel diffuses to the surroundings, reacts with oxygen mixed in the inert gas, and burns. In this case, the combustion temperature does not rise so much because the combustion heat is absorbed by the surrounding inert gas. 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 kept low by the endothermic effect of the inert gas.

【0027】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 surrounding gas to a temperature lower than the temperature at which the soot is formed, an amount of the inert gas that can absorb a sufficient amount of heat to do so is required. . Therefore, if the amount of fuel increases, the required amount of inert gas increases accordingly. In this case, the endothermic effect becomes stronger as the specific heat of the inert gas increases, so that the inert gas preferably has a higher specific heat. In this regard, it can be said that it is preferable to use EGR gas as the inert gas since CO 2 and EGR gas have relatively large specific heats.

【0028】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 degree of cooling of the EGR gas is changed. That is, in FIG. 9, the curve A shows that the EGR gas is cooled
Curve B shows the case where the EGR gas is cooled by a small cooling device, and curve C shows the case where the EGR gas is not forcibly cooled.

【0029】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 amount of soot generation peaks at a position where the EGR rate is slightly lower than 50%. Above a percentage, soot is hardly generated. On the other hand, as shown by the curve B in FIG. 9, when the EGR gas is slightly cooled, the amount of soot generation peaks at a point where the EGR rate is slightly higher than 50%, and in this case, the EGR rate is increased to about 65% or more. So that almost no soot is generated.

【0030】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。
As shown by a curve C in FIG.
When the R gas is not forcibly cooled, the EGR rate becomes 5
The soot generation amount peaks near 5%. In this case, if the EGR rate is set to approximately 70% or more, soot is hardly generated. FIG. 9 shows the amount of smoke generated when the engine load is relatively high. When the engine load is small, the EGR rate at which the amount of soot peaks slightly decreases, and the EGR rate at which soot is hardly generated is shown. Also lowers slightly. As described above, the lower limit of the EGR rate at which almost no soot is generated varies depending on the degree of cooling of the EGR gas and the engine load.

【0031】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 the mixing of EGR gas and air necessary to reduce the temperature of fuel during combustion and the surrounding gas to a temperature lower than the temperature at which soot is generated when EGR gas is used as the inert gas. It shows the gas amount, the ratio of air in this mixed gas amount, and the ratio of EGR gas in this mixed gas. The vertical axis in FIG.
The dashed line Y indicates 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.

【0032】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 proportion of air, that is, the amount of air in the mixed gas, indicates the amount of air necessary to completely burn the injected fuel. That is, in the case shown in FIG. 10, the ratio between the amount of air and the amount of injected fuel is the stoichiometric air-fuel ratio. On the other hand, in FIG. 10, the ratio of the EGR gas, that is, the amount of the EGR gas in the mixed gas is necessary to make the temperature of the fuel and the surrounding gas 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 the 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 indicated by a solid line X in FIG. 10, and the ratio between the air amount and the EGR gas amount in the total intake gas amount X is as shown in FIG. The temperature of the fuel and its surrounding gas will be lower than the temperature at which soot is produced,
Thus, no soot is generated. Also, NO
The amount of generated X is around 10 p.pm or less, and therefore the amount of generated NO X is extremely small.

【0033】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。
When the fuel injection amount increases, the amount of heat generated when the fuel burns increases. Therefore, in order to maintain the temperature of the fuel and the surrounding gas at a temperature lower than the temperature at which soot is generated, the heat generated by the EGR gas is required. Must be increased. Therefore, as shown in FIG. 10, the EGR gas amount must be increased as the injected fuel amount increases. That is, the EGR gas amount needs to increase as the required load increases.

【0034】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 in 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 sucked. 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 the intake air, or EG
R gas needs to be supercharged or pressurized. When the EGR gas or the like is not supercharged or pressurized, the total intake gas amount X matches the total intake gas amount Y that can be sucked in the load region Z2. Therefore, in this case, in order to prevent the generation of soot, the amount of air is slightly reduced to increase the amount of EGR gas, and the fuel is burned under a rich air-fuel ratio.

【0035】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.
FIG. 10 shows the case of burning under
FIG. 10 shows the air amount in the low load operation region Z1.
Even if it is less than the amount of air
NO while preventing soot generation XGeneration of around 10p.p.m
Or less and is shown in FIG.
In the low load region Z1, the amount of air shown in FIG.
Larger than the amount, that is, the average value of the air-fuel ratio is 17 to 1
NO 8 while preventing soot generation even with a lean of 8 XOccurrence of
The amount can be around 10 p.p.m or less.

【0036】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 excess fuel does not grow to soot, and soot is generated. There is no. In addition, NO X is also only an extremely small amount of generated at this time. 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 increases, but in the present invention, the soot is suppressed to a low temperature, so the soot is reduced. Not generated at all. Furthermore, NO X
Only a very small amount is generated.

【0037】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。
As described above, 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. However, the amount of generated NO X 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.

【0038】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 surrounding gas during combustion in the combustion chamber to a temperature at which the growth of hydrocarbons stops halfway, 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 first combustion, that is, the low-temperature combustion is performed by suppressing the temperature of the fuel during combustion and the gas temperature around the combustion to a temperature at which the growth of hydrocarbons stops halfway. Then, when the engine load is relatively high, the second combustion, that is, the combustion that is usually performed conventionally, is performed. Here, the first combustion, that is, low-temperature combustion, as is clear from the description so far, the amount of inert gas in the combustion chamber is larger than the worst inert gas amount at which the generation amount of soot is maximum, and soot is almost generated. The second combustion, that is, the combustion that is usually performed in the past, is the combustion in which the amount of inert gas in the combustion chamber is smaller than the worst inert gas amount that produces the largest amount of soot. Say

【0039】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 operation 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 represents the accelerator pedal 40.
, That is, the required load, and the horizontal axis N indicates the engine speed. In FIG. 11, X (N) indicates a 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. The second boundary with the area II is shown. First operating region I
Is determined based on the first boundary X (N), and the determination of the change in the operating region from the second operating region II to the first operating region I is made based on the first boundary X (N). The determination is performed based on the second boundary Y (N).

【0040】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, when the operating state of the engine is in the first operating region I
When the required load L exceeds a first boundary X (N), which is a function of the engine speed N, during low-temperature combustion, it is determined that the operation region has shifted to the second operation region II. Combustion is performed by the combustion method of (1). Next, when the required load L becomes lower than a second boundary Y (N) which is a function of the engine speed N, it is determined that the operation region has shifted to the first operation region I, and low-temperature combustion is performed again.

【0041】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, with reference to FIG.
The operation control in the operation region II will be schematically described.

【0042】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 degree of the throttle valve 16, the opening degree 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 of the throttle valve 16 is gradually increased from almost fully closed to about half-open as the required load L increases, and the EGR control valve 23 Is gradually increased from near fully closed to fully open as the required load L increases. FIG.
In the example shown in (1), in the first operating region I, the EGR rate is approximately 70%, and the air-fuel ratio is a slightly lean air-fuel ratio.

【0043】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, the EGR
The opening of the throttle valve 16 and the opening of the EGR control valve 23 are controlled so that the rate becomes approximately 70% and the air-fuel ratio becomes a slightly lean air-fuel ratio. In addition,
The air-fuel ratio at this time is controlled to the target lean air-fuel ratio by correcting the opening of the EGR control valve 23 based on the output signal of the air-fuel ratio sensor 21. 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 is delayed as the required load L is increased, and the injection completion timing θE is delayed as the injection start timing θS is delayed.

【0044】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 almost fully closed, and at this time, the EGR control valve 23 is also closed to almost fully closed. When the throttle valve 16 is closed close to the fully closed position, the pressure in the combustion chamber 5 at the start of compression decreases, so that the compression pressure decreases. When the compression pressure decreases, the compression work by the piston 4 decreases, so that the vibration of the engine body 1 decreases. That is, at the time of idling operation, the throttle valve 16 is closed to almost fully closed in order to suppress the vibration of the engine body 1.

【0045】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 operating range of the engine is the first operating range I.
From the second operation region II, the opening of the throttle valve 16 is increased stepwise from the half-open state to the fully open direction. At this time, in the example shown in FIG.
The air-fuel ratio is reduced stepwise from a percentage to less than 40%, and the air-fuel ratio is increased stepwise. 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 operation region of the engine changes from the first operation region I to the second operation region II. There is no.

【0046】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 operation area 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
The injection amount is reduced stepwise as shown in FIG.

【0047】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 maintained in a fully open state except for a part, and the opening of the EGR control valve 23 is gradually reduced as the required load L increases. In this operating region II, the EGR rate decreases as the required load L increases, and the air-fuel ratio decreases as the required load L increases. However, the air-fuel ratio is a lean air-fuel ratio even when the required load L increases. In the second operation region II, the injection start timing θS is set near the compression top dead center TDC.

【0048】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, the curves indicated by A / F = 16, A / F = 17, and A / F = 18 have air-fuel ratios of 15.5, 16, 17, and 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 becomes leaner as the required load L decreases.

【0049】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 reduced. When the EGR rate is reduced, the air-fuel ratio increases. Therefore, as shown in FIG. 14, as the required load L decreases, the air-fuel ratio A / F increases. As the air-fuel ratio A / F increases, the fuel consumption rate increases. Therefore, in order to make the air-fuel ratio as lean as possible, in this embodiment, the air-fuel ratio A / F is increased as the required load L decreases.

【0050】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 for setting the air-fuel ratio to the target air-fuel ratio shown in FIG.
5 (A), the required load L and the engine speed N
FIG. 15B shows the target opening degree SE of the EGR control valve 23 required for setting the air-fuel ratio to the target air-fuel ratio shown in FIG. As described above, a map is stored in advance in the ROM 32 as a function of the required load L and the engine speed N.

【0051】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. In FIG. 16, A / F = 24 and A / F = 3.
Curves indicated by 5, A / F = 45, and A / F = 60 indicate target air-fuel ratios 24, 35, 45, and 60, respectively. Throttle valve 1 required to set the air-fuel ratio to this target air-fuel ratio
The target opening ST of No. 6 is stored in the ROM 32 in advance in the form of a map as a function of the required load L and the engine speed N as shown in FIG. 17A, and the air-fuel ratio is set as the target air-fuel ratio. 17B, the target opening SE of the EGR control valve 23 is stored in the ROM 32 in advance in the form of a map as a function of the required load L and the engine speed N as shown in FIG.

【0052】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 the present 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. The switching is performed, and in each combustion, the opening control of the throttle valve 16 and the EGR valve is performed 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 FIG.

【0053】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、パティキュレートフィルタ
70と、パティキュレートフィルタ70の一方側と切換
部71とを接続する第一接続部72aと、パティキュレ
ートフィルタ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。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の第一遮断位
置において、切換部71内の上流側が第一接続部72a
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、パティキュレートフィルタ70の一方側から他方
側へ流れる。
FIG. 18 is a plan view showing the exhaust gas purifying apparatus of this embodiment, and FIG. 19 is a side view thereof. The present exhaust gas purification apparatus includes a switching section 71 connected to the downstream side of the exhaust manifold 17 via an exhaust pipe 18, a particulate filter 70, and a first section connecting one side of the particulate filter 70 and the switching section 71. A connecting portion 72a, a second connecting portion 72b connecting the other side of the particulate filter 70 and the switching portion 71, and an exhaust passage 73 downstream of the switching portion 71
Is provided. The switching unit 71 includes a valve body 71a that can shut off the exhaust gas flow in the switching unit 71. The valve body 71a is driven by a negative pressure actuator, a step motor, or the like. In the first shut-off position of the valve body 71a, the upstream side in the switching unit 71 is connected to the first connection unit 72a.
The exhaust gas flows from one side of the particulate filter 70 to the other side as shown by an arrow in FIG. 18 and the downstream side in the switching section 71 is communicated with the second connecting section 72b.

【0054】また、図20は、弁体71aの第二遮断位
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、パティキュレートフ
ィルタ70の他方側から一方側へ流れる。こうして、弁
体71aを第一遮断位置及び第二遮断位置の一方から他
方へ切り換えることによって、パティキュレートフィル
タ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、パティキュレートフィルタ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。ま
た、図21は、第一遮断位置と第二遮断位置との間の弁
体71aの開放位置を示している。この開放位置におい
て、切換部71内は遮断されることなく、排気ガスは、
図21に矢印で示すように、パティキュレートフィルタ
70をバイパスして流れる。
FIG. 20 shows the second blocking position of the valve body 71a. In this shutoff position, the upstream side in the switching section 71 is communicated with the second connection section 72b, and the downstream side in the switching section 71 is communicated with the first connection section 72a, and the exhaust gas is discharged as shown by an arrow in FIG. , Flows from the other side of the particulate filter 70 to one side. By switching the valve body 71a from one of the first shut-off position and the second shut-off position to the other, the direction of the exhaust gas flowing into the particulate filter 70 can be reversed. It is possible to reverse the upstream side and the exhaust downstream side. FIG. 21 shows the open position of the valve body 71a between the first shut-off position and the second shut-off position. In this open position, the exhaust gas is
As shown by an arrow in FIG. 21, the gas flows by bypassing the particulate filter 70.

【0055】図22にパティキュレートフィルタ70の
構造を示す。なお、図22において、(A)はパティキ
ュレートフィルタ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、本パティキュレ
ートフィルタ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53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。
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、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。こうして、各隔壁54は、パティキュレ
ートを捕集する捕集壁として機能する。本パティキュレ
ートフィルタ70において、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 particulate filter 70. 22A is a front view of the particulate filter 70, and FIG. 22B is a side sectional view. As shown in these figures, the particulate filter 70 has an elliptical front shape, and is, for example, a wall flow type having a honeycomb structure formed of a porous material such as cordierite. It has a number of axial spaces subdivided by directional partitions 54. In the two adjacent axial spaces, one is closed downstream of the exhaust and the other is closed upstream of the exhaust by a plug 53. In this manner, one of the two adjacent axial spaces becomes the exhaust gas inflow passage 50, and the other becomes the outflow passage 51, and the exhaust gas flows in FIG.
As shown by the arrow in (B), it always passes through the partition wall 54.
Although the particulates in the exhaust gas are very small compared to the size of the pores of the partition wall 54, they collide with and are trapped on the exhaust upstream surface of the partition wall 54 and the pore surface in the partition wall 54. Gathered. Thus, each partition wall 54 functions as a collecting wall for collecting particulates. In the present particulate filter 70, on both surfaces of each partition wall 54,
And preferably a noble metal catalyst is supported, such as the NO X absorbent and platinum Pt is on the pore surfaces of the partition walls to be explained below using alumina.

【0056】隔壁20a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
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、ランタンLa、イットリウ
ムYのような希土類、および遷移金属から選ばれた少な
くとも一つである。このNOX吸収剤は、近傍雰囲気中
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
NOXの吸放出作用を行う。
[0056] the NO X absorbent which is supported on the partition wall 20a, the
In this embodiment, potassium K, sodium Na, lithium Li, cesium Cs, alkali metals such as rubidium Rb, barium Ba, calcium Ca, alkaline earths such as strontium Sr, lanthanum La, rare earths such as yttrium Y, And at least one selected from transition metals. This the NO X absorbent is (the ratio of air and fuel, wherein, how much fuel is not relevant whether the burned using oxygen in the air) air-fuel ratio in the vicinity of the atmosphere is lean sometimes absorbs NO X, the air-fuel ratio to perform the absorbing and releasing action of the NO X that releases NO X absorbed and becomes the stoichiometric air-fuel ratio or rich.

【0057】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パティキ
ュレートフィルタ隔壁上に白金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。
Although the NO X absorbent actually performs the absorption and release of NO X , there are some parts whose detailed mechanism of the absorption and release is not clear. However, it is considered that this absorption / release action is performed by a mechanism as shown in FIG. Next, regarding this mechanism, platinum Pt and barium Ba are deposited on the particulate filter partition.
Will be described as an example in the case of carrying other precious metals,
The same mechanism is obtained by using an alkali metal, an alkaline earth, or a rare earth.

【0058】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。近傍雰囲気の酸素濃度が高い限り白金Ptの表面で
NO2が生成され、吸収剤のNOX吸収能力が飽和しない
限り、NO 2が吸収剤内に吸収されて硝酸イオンNO3 -
が生成される。
Air-fuel ratio regardless of low-temperature combustion and normal combustion
If the combustion is performed while the engine is lean, the exhaust gas
The oxygen concentration in the gas is high, and at this time, as shown in FIG.
These oxygen OTwoIs OTwo -Or O2-Platinum in the form of
Attaches to the surface of Pt. On the other hand, NO in the inflow exhaust gas is
O on the surface of platinum PtTwo -Or O2-Reacts with NOTwoTona
(2NO + OTwo→ 2NOTwo). NO generated nextTwo
Is partially absorbed into the absorbent while being oxidized on platinum Pt
As shown in FIG. 23 (A) while being combined with barium oxide BaO
Nitrate ion as NOThree -Diffuses into the absorbent in the form of
You. NO in this wayXIs NOXAbsorbed in the absorbent
You. As long as the oxygen concentration in the nearby atmosphere is high,
NOTwoIs generated, and the NOXAbsorption capacity does not saturate
As long as NO TwoIs absorbed in the absorbent and nitrate ion NOThree -
Is generated.

【0059】一方、近傍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N
2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2
3(B)に示されるように近傍雰囲気中に含まれるHC
及びCO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。従って近傍雰囲
気の空燃比がリッチにされると短時間のうちにNOX
収剤からNOX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 in the nearby atmosphere is made rich, the oxygen concentration decreases, and as a result, the N
O 2 generation decreases. When the production amount of NO 2 decreases, the reaction proceeds in the reverse direction (NO 3 → NO 2 ), and thus the nitrate ion NO 3 in the absorbent is released from the absorbent in the form of NO 2 . In this case NO X released from the NO X absorbent is 2
As shown in FIG. 3 (B), HC contained in the nearby atmosphere
And react with CO and the like to be reduced. In this way, when NO 2 is no longer present on the surface of the platinum Pt, NO 2 is released from the absorbent one after another. NO X Thus the air-fuel ratio of the atmosphere in the vicinity NO X is released from the NO X absorbent in a short time when it is rich, yet which is this released
There is no possibility that NO X is discharged into the atmosphere to be reduced.

【0060】なお、この場合、近傍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パティキュレートフィルタ
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。
[0060] In this case, NO X is released from the NO X absorbent and the air-fuel ratio of the atmosphere in the vicinity to the stoichiometric air-fuel ratio.
However, in this case it takes a slightly longer time to emit all NO X absorbed in the particulate filter to not only gradually the NO X absorbent from NO X emission.

【0061】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、パティキュレートフィルタ70に吸収されている
NOX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ときの単位時間当りの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ときの単位時間当りのNOX
収量Bを要求負荷L及び機関回転数Nの関数として図2
4(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
によってパティキュレートフィルタに吸収されているN
X量を推定するようにしている。ここで、低温燃焼が
行われているとき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は放出されることとなるために、マイナス値と
なる。本実施例ではこのNOX吸収量が予め定められた
許容値を越えたときにパティキュレートフィルタを再生
するために、理論空燃比又はリッチ空燃比での低温燃焼
を実施するか、又は、排気行程で気筒内へ燃料を噴射す
るなどして、パティキュレートフィルタ70の近傍雰囲
気を理論空燃比又リッチ空燃比とし、少なくとも再生が
完了するまでの時間(近傍雰囲気の空燃比が小さいほど
短くなる)だけこの状態を維持するようになっている。
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, before the amount of NO X absorbed in the particulate filter 70 reaches the NO X storable amount, it is necessary for reproduction to be reduced and purified to release the NO X, For this purpose,
It is necessary to estimate this NO X amount. Therefore, in the present embodiment, NO X per unit time during low-temperature combustion is performed.
The absorption amount A is determined in advance as a function of the required load L and the engine speed N in the form of a map as shown in FIG.
FIG units a function of time per of the NO X absorption B the required load L and the engine speed N when the ordinary combustion is being performed 2
4 (B) is obtained in advance in the form of a map, and by integrating these NO x absorption amounts A and B per unit time, the N absorbed in the particulate filter is calculated.
So that to estimate the O X amount. Here, per unit of time when the low temperature combustion is being performed NO X absorption A
, Of course, in order to be able to be NO X is released when low temperature combustion is performed at a rich air-fuel ratio, a negative value. For the present embodiment for reproducing the particulate filter when exceeding the allowable value that this NO X absorption is predetermined, either to implement the low-temperature combustion at the stoichiometric air-fuel ratio or a rich air-fuel ratio, or the exhaust stroke The atmosphere in the vicinity of the particulate filter 70 is set to the stoichiometric air-fuel ratio or the rich air-fuel ratio by injecting fuel into the cylinder at a time, for at least the time until the regeneration is completed (the shorter the air-fuel ratio in the nearby atmosphere, the shorter the time). This state is maintained.

【0062】このように、パティキュレートフィルタに
NOX吸収剤を担持させると、捕集壁に捕集したパティ
キュレートを良好に酸化除去することができる。このメ
カニズムを図25を用いて説明する。前述したように、
NOXは、白金Pt60を介して硝酸イオンNO3 -の形
でNOX吸収剤61内に吸収されている。このNOX吸収
剤にパティキュレート62が付着すると、パティキュレ
ート62とNOX吸収剤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NOX
吸収剤61内との間で濃度差が生じ、斯くしてNOX
収剤61内の酸素がパティキュレート62とNOX吸収
剤61との接触面に向けて移動しようとする。その結
果、NOX吸収剤61内の硝酸イオンNO3 -は、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
NOX吸収剤61との接触面に向かい、NOがNOX吸収
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NOX吸収
剤61内に吸収される。
[0062] Thus, when supporting the the NO X absorbent in the particulate filter, it is possible to satisfactorily oxidize and remove the particulates were collected on the collecting wall. This mechanism will be described with reference to FIG. As previously mentioned,
NO X is absorbed in the NO X absorbent 61 in the form of nitrate ion NO 3 via platinum Pt60. When particulates 62 in the the NO X absorbent is attached, the oxygen concentration decreases in the contact surface between the particulates 62 and the NO X absorbent 61. NO x with high oxygen concentration when oxygen concentration decreases
A difference in concentration occurs between the inside of the absorbent 61 and the oxygen in the NO x absorbent 61, which tends to move toward the contact surface between the particulate 62 and the NO x absorbent 61. As a result, NO X absorbent 61 nitrate ions NO 3 - it is oxygen O
And is decomposed into NO, oxygen O heads toward the contact surface between the particulates 62 and the NO X absorbent 61, NO is emitted to the outside from the NO X absorbent 61. The NO released to the outside is oxidized on platinum Pt on the downstream side, and is again absorbed in the NO x absorbent 61.

【0063】一方、パティキュレート62とNOX吸収
剤61との接触面に向かう酸素Oは硝酸塩、すなわち、
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NOX吸収剤
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、NOX吸収剤
61へNOが吸収されている時にも放出される。すなわ
ち、NOXは酸素原子との結合及び分離を繰り返しつつ
NOX吸収剤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、パティキュレートフィルタ70
上に付着したパティキュレートは、このように活性酸素
Oによって酸化せしめられるだけでなく、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, the oxygen O heading toward the contact surface between the particulate 62 and the NO x absorbent 61 is a nitrate,
Oxygen decomposed from a compound. Oxygen O decomposed from the compound has high energy and extremely high activity. Thus oxygen toward the contact surface between the particulates 62 and the NO X absorbent 61 has a active oxygen O. When the active oxygen O comes in contact with the particulate 62, the particulate 62 is oxidized in a short time of several minutes to several tens minutes without emitting a bright flame. Moreover, the active oxygen O to oxidize the particulate matter 62, NO to the NO X absorbent 61 is also released when being absorbed. That, NO X is nitrate ions NO 3 within the NO X absorbent 61 while repeating the coupling and separation of the oxygen atom - believed to diffuse in the form of, active oxygen also occurs during this period. The particulate 62 is also oxidized by the active oxygen. In addition, the particulate filter 70
The particulates adhered to above are not only oxidized by the active oxygen O, but also these particulates 62 are oxidized by the oxygen in the exhaust gas.

【0064】このように、パティキュレートフィルタに
NOX吸収剤及び貴金属触媒(以下、NOX吸蔵還元触媒
と称する)を担持させることは、排気ガス中のNOX
化と共に、捕集したパティキュレートを酸化除去してパ
ティキュレートフィルタの目詰まりを発生し難くするの
に有効である。
As described above, by supporting the NO x absorbent and the noble metal catalyst (hereinafter referred to as “NO x storage reduction catalyst”) on the particulate filter, the collected particulates can be removed together with the purification of NO x in the exhaust gas. This is effective for preventing the particulate filter from being clogged by oxidization and removal.

【0065】しかしながら、パティキュレートフィルタ
の構造は、前述したように、捕集壁の細孔を排気ガスが
通過するウォールフロー型であり、触媒を担持する隔壁
に沿って排気ガスが流れる一般的な触媒装置との比較に
おいて、同じ大きさで同量の排気ガスを通過させるため
には、捕集壁間の寸法を隔壁間の寸法に比較して大きく
しなければならない。それにより、パティキュレートフ
ィルタにおいて、排気ガスが捕集壁表面に担持されたN
X吸蔵還元触媒と接触する機会は、触媒装置における
より少ない。また、排気ガスは、捕集壁の細孔を通過す
る際には、この細孔内に担持されたNOX吸蔵還元触媒
に接触するが、主には、捕集壁の表面に担持されたNO
X吸蔵還元触媒にしか接触しない。しかしながら、多数
の細孔によって捕集壁表面の触媒担持面積はそれほど大
きくない。こうして、NOX吸蔵還元触媒をパティキュ
レートフィルタに担持させても、排気ガス中のNOX
十分に浄化することはできない。
However, as described above, the structure of the particulate filter is a wall flow type in which the exhaust gas passes through the pores of the trapping wall, and the general structure in which the exhaust gas flows along the partition wall supporting the catalyst. In order to allow the same amount and the same amount of exhaust gas to pass in comparison with the catalyst device, the dimension between the collecting walls must be larger than the dimension between the partition walls. As a result, in the particulate filter, the exhaust gas carried on the trapping wall surface
Opportunity to contact with the O X occluding and reducing catalyst is smaller than in the catalyst system. The exhaust gas, when passing through the pores of the collection wall is in contact with the NO X occluding and reducing catalyst carried on the pores, mainly was carried on the surface of the collection wall NO
Contact only with X storage reduction catalyst. However, the catalyst supporting area on the surface of the collecting wall is not so large due to the large number of pores. Thus, be supported on the NO X storage reduction catalyst to the particulate filter, it is impossible to sufficiently purify the NO X in the exhaust gas.

【0066】この問題を解決するために、本実施例で
は、図18及び19に示すように、切換部71上流側の
排気管18には、NOX浄化触媒装置74が配置されて
いる。このNOX浄化触媒装置74は、パティキュレー
トフィルタ70でのNOX浄化を補うものであり、それ
ほど大きな容量は必要ない。こうして、NOX浄化触媒
装置74とNOX吸蔵還元触媒を有するパティキュレー
トフィルタ70とによって、排気ガス中のNOXを十分
に浄化することが可能となる。
[0066] In order to solve this problem, in the present embodiment, as shown in FIGS. 18 and 19, the exhaust pipe 18 of the switching unit 71 upstream, NO X purification catalyst 74 is arranged. The NO X purification catalyst device 74 supplements the NO X purification by the particulate filter 70, and does not require a large capacity. Thus, the NO X purification catalyst device 74 and the particulate filter 70 having the NO X storage reduction catalyst can sufficiently purify NO X in the exhaust gas.

【0067】NOX浄化触媒装置74としては、ハニカ
ム構造の担体に、前述したNOX吸蔵還元触媒、又は、
NOX選択還元触媒等のNOXを浄化可能な触媒を担持し
たものであれば良い。
As the NO X purification catalyst device 74, the above-mentioned NO X storage reduction catalyst or a catalyst having a honeycomb structure is used.
What is necessary is just to carry a catalyst capable of purifying NO X such as a NO X selective reduction catalyst.

【0068】ところで、排気ガス中には可溶有機成分S
OFが含まれ、このSOFは、粘着性を有し、パティキ
ュレートフィルタ上でパティキュレート同士を付着させ
大きな塊に成長させる。これは、パティキュレートフィ
ルタにおいて、パティキュレートを酸化除去させ難くし
てパティキュレートフィルタの目詰まりを促進する。そ
れにより、NOX吸蔵還元触媒のように酸化機能を有す
る触媒を担持するNOX浄化触媒装置74をパティキュ
レートフィルタ70の上流側に配置することにより、パ
ティキュレートフィルタの上流側で排気ガス中のSOF
を焼失させ、SOFによるパティキュレートフィルタの
目詰まりの促進を防止することができる。
Incidentally, the soluble organic component S is contained in the exhaust gas.
OF is contained, and this SOF is sticky and causes the particulates to adhere to each other on the particulate filter and grow into a large mass. This makes it difficult for the particulate filter to oxidize and remove the particulate, thereby promoting clogging of the particulate filter. Thus, by arranging the NO X purification catalyst device 74 carrying a catalyst having an oxidation function as of the NO X occluding and reducing catalyst on the upstream side of the particulate filter 70, in the exhaust gas upstream of the particulate filter SOF
And burning of the particulate filter due to SOF can be prevented.

【0069】ところで、内燃機関の燃料には硫黄が含ま
れており、燃焼に際してSOXが生成される。SOXは、
パティキュレートフィルタ70へNOXと同様なメカニ
ズムにより硫酸塩の形で吸収される。この硫酸塩も硝酸
塩と同様なメカニズムによって活性酸素を放出可能であ
るが、硫酸塩は、安定な物質であるために、近傍雰囲気
をリッチ空燃比としてもパティキュレートフィルタから
放出され難く、実際には、パティキュレートフィルタに
残留して、吸蔵量が徐々に増加する。パティキュレート
フィルタへの硝酸塩又は硫酸塩の吸蔵可能量は有限であ
り、パティキュレートフィルタにおける硫酸塩の吸蔵量
が増加すれば(以下、SOX被毒と称する)、その分、
硝酸塩の吸蔵可能量が減少し、遂には、全くNOXを吸
収することができなくなる。
Incidentally, the fuel of the internal combustion engine contains sulfur, and SO X is generated during combustion. SO X is
It is absorbed in the form of sulfate by the same mechanism as NO X into the particulate filter 70. This sulfate can release active oxygen by the same mechanism as nitrate.However, since sulfate is a stable substance, it is difficult to be released from the particulate filter even when the surrounding atmosphere is set to a rich air-fuel ratio. , Remaining in the particulate filter, and the amount of occlusion gradually increases. The amount of nitrate or sulfate that can be stored in the particulate filter is finite. If the amount of sulfate stored in the particulate filter increases (hereinafter referred to as SO X poisoning),
Storable amount of nitrate is reduced, finally, it becomes impossible to absorb the NO X at all.

【0070】それにより、本実施例では、NOX浄化触
媒装置74にNOX吸蔵還元触媒を担持させ、排気ガス
中の硫黄を上流側に位置するNOX浄化触媒装置74に
よって積極的に吸収し、パティキュレートフィルタ70
のSOX被毒を防止している。これに伴うNOX浄化触媒
装置74のSOX被毒の回復は、以下の手順によって行
われる。
[0070] Thus, in the present embodiment, NO X purifying catalyst device 74 is supported to the NO X storage reduction catalyst, actively absorbed by NO X purification catalyst device 74 located sulfur in the exhaust gas on the upstream side , Particulate filter 70
Thereby preventing the SO X poisoning. Recovery of SO X poisoning of the NO X purification catalyst device 74 with this is done by the following procedure.

【0071】先ず、SOX被毒の回復時期であるか否か
の判断が実施される。この判断には、これまでに消費し
た燃料を積算して、この積算燃料量が設定量に達した時
にSOX被毒の回復時期と判断することができる。ま
た、NOX浄化触媒装置でもパティキュレートフィルタ
と同様な再生処理(NOXの放出浄化処理)が必要とな
り、この再生処理において、NOX浄化触媒装置の排気
上流側の空燃比はリッチにされるが、再生中において
は、HC等の還元物質が放出されたNOXの還元浄化に
使用されるために、NOX浄化触媒装置の下流側の空燃
比は理論空燃比に近くなる。しかしながら、再生が完了
すると、NOX浄化触媒装置の下流側の空燃比は、上流
側の空燃比とほぼ等しくリッチとなる。これを利用して
再生時間を検出すれば、SOX被毒の回復時期が判断可
能である。なぜなら、回復が必要なほどSOX被毒が進
行していると、再生時期におけるNOX吸収量が実際に
は少なくなっており、再生時間が短くなるためである。
[0071] First, a determination is made as to whether the recovery time of the SO X poisoning is performed. The determination, by integrating the fuel consumed so far, it can be determined that the recovery time of the SO X poisoning when the cumulative fuel amount reaches the set amount. Also, (release purification process of the NO X) particulate filter similar reproduction process is required in NO X purification catalyst device, in this regeneration process, the air-fuel ratio of the exhaust upstream side of the NO X purification catalyst unit is made rich However, during regeneration, since the reducing substance such as HC is used for the reduction and purification of the released NO X , the air-fuel ratio on the downstream side of the NO X purification catalyst device becomes close to the stoichiometric air-fuel ratio. However, when the reproduction is completed, the air-fuel ratio on the downstream side of the NO X purification catalyst device is substantially equal to the rich air-fuel ratio on the upstream side. By detecting the playback time using this recovery time of SO X poisoning can be determined. This is because, when the recovery is SO X poisoning as necessary in progress, has become less in practice the NO X absorption amount at regeneration timing, because the reproduction time is shortened.

【0072】SOX被毒の再生時期である時には、燃焼
空燃比をリーンとして、排気ガス中には比較的多くの酸
素が含まれているようにすると共に、排気行程での気筒
内燃料噴射又はNOX浄化触媒装置の上流側において機
関排気系へ燃料を噴射するなどして、NOX浄化触媒装
置へ十分な酸素と未燃燃料等の還元物質とを供給し、N
X浄化触媒装置の有する酸化能力によって還元物質を
十分に燃焼させる。
[0072] When a regeneration timing of the SO X poisoning, the combustion air-fuel ratio as lean as well as to the exhaust gas contains relatively large amount of oxygen, cylinder fuel injection in the exhaust stroke or such as by injecting fuel into the engine exhaust system upstream of the NO X purification catalyst device, to supply a reducing substance such as sufficient oxygen and unburned fuel to the NO X purification catalyst device, N
O X sufficiently burn the reducing substance by oxidation capability possessed by the purifying catalyst device.

【0073】こうして、NOX浄化触媒装置を600°
C程度に昇温させると、安定な硫酸塩は、近傍雰囲気を
理論空燃比又はリッチ空燃比として酸素濃度を低下させ
ることにより、SOXとして放出させることができる。
NOX浄化触媒装置を700°C以上に昇温すると、担
持させた白金Pt等の酸化触媒がシンタリングを起こし
て機能低下するために、NOX浄化触媒装置の直下流側
の排気温度等を監視して、これが起こらないようにする
ことが好ましい。このNOX浄化触媒装置のSOX被毒回
復処理中には、切換部71において弁体71aは開放位
置とされており、NOX浄化触媒装置から放出されたS
Xは、パティキュレートフィルタ70をバイパスする
ために、パティキュレートフィルタ70のNOX吸収剤
に吸収されることはない。NOX浄化触媒装置を高温に
して近傍雰囲気を一定時間リッチ空燃比とすると、SO
X被毒回復処理は完了したと判断することができ、燃焼
空燃比は通常運転に適した空燃比に戻される。
[0073] Thus, the NO X purification catalyst device 600 °
When the temperature is raised to about C, stable sulfate can be released as SO X by lowering the oxygen concentration by setting the nearby atmosphere to a stoichiometric air-fuel ratio or a rich air-fuel ratio.
When raising the temperature of the NO X purification catalyst device than 700 ° C, for the oxidation catalyst of platinum Pt or the like is carried to degraded causing sintering, the exhaust gas temperature immediately downstream of the NO X purification catalyst device such It is preferable to monitor this so that this does not occur. S The NO X in the purification of SO X poisoning restoration process of the catalytic converter, the valve body 71a in the switching section 71 is an open position, released from the NO X purification catalyst device
O X is not absorbed by the NO X absorbent of the particulate filter 70 because it bypasses the particulate filter 70. When the temperature of the NO X purification catalyst device is set to a high temperature and the surrounding atmosphere is set to a rich air-fuel ratio for a certain time, the SO
It can be determined that the X poisoning recovery processing has been completed, and the combustion air-fuel ratio is returned to an air-fuel ratio suitable for normal operation.

【0074】ところで、パティキュレートフィルタに担
持させた白金PtおよびNOX吸収剤61はパティキュ
レートフィルタの温度が高くなるほど活性化するので単
位時間当りにNOX吸収剤61が放出される活性酸素O
の量はパティキュレートフィルタ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。従ってパ
ティキュレートフィルタ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パティキュレートフィルタの温度
が高くなるほど増大する。それにより、NOX浄化触媒
装置のSOX被毒回復処理の完了と同時又は完了直後に
おいて、切換部71の切換弁71aを一方の遮断位置と
して、高温度(約600°C)とされたNOX浄化触媒
装置を通り加熱された排気ガスをパティキュレートフィ
ルタへ導くことにより、パティキュレートフィルタを昇
温させ、パティキュレートを酸化除去し易くすることが
好ましい。
By the way, the platinum Pt and the NO x absorbent 61 carried on the particulate filter are activated as the temperature of the particulate filter becomes higher, so the active oxygen O from which the NO x absorbent 61 is released per unit time is increased.
Increases as the temperature of the particulate filter increases. Naturally, the higher the temperature of the particulates themselves, the more easily they are oxidized and removed. Therefore, the amount of oxidizable particles that can oxidize and remove particulates per unit time on the particulate filter without emitting luminous flame per unit time increases as the temperature of the particulate filter increases. Thereby, immediately after completion simultaneously or completion of SO X poisoning restoration process of the NO X purification catalyst device, it is as one blocking position switching valve 71a of the switching unit 71, a high temperature (approximately 600 ° C) NO It is preferable that the exhaust gas heated through the X purification catalyst device be guided to the particulate filter, thereby raising the temperature of the particulate filter and facilitating the removal of the particulate by oxidation.

【0075】図26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26において横軸はパティキュレートフィ
ルタの温度TFを示している。なお、図26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
パティキュレートフィルタ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26に示されるようにパティキュレート
フィルタ70の温度が高くなるほど増大する。
The solid line in FIG. 26 indicates the amount G of oxidizable particles that can be oxidized and removed without emitting a luminous flame per unit time. In FIG. 26, the horizontal axis indicates the temperature TF of the particulate filter. FIG. 26 shows the amount of fine particles G that can be oxidized and removed per second when the unit time is 1 second, that is, the unit time is as follows.
Any time such as 1 minute, 10 minutes, etc. can be adopted. For example, when 10 minutes is used as the unit time, the amount G of oxidizable and removable particles per unit time represents the amount G of oxidizable and removable particles per 10 minutes. As shown in FIG. 26, the amount G of the oxidizable particles that can be oxidized and removed without emitting a bright flame per hour increases as the temperature of the particulate filter 70 increases.

【0076】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
い時、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よりもすくない時、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よりも少ない時、即ち図26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パ
ティキュレートフィルタ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。
When 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 removable by oxidation, for example, per second When the amount M of discharged fine particles is smaller than the amount G of oxidizable and removable particles per second, or when the amount M of discharged fine particles per 10 minutes is smaller than the amount of oxidizable and removable fine particles G per 10 minutes, that is, the region of FIG. I
In the method, all the particulates discharged from the combustion chamber are sequentially oxidized and removed within a short period of time on the particulate filter 70 without emitting a bright flame.

【0077】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26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27(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 in FIG. 26, the amount of active oxygen is insufficient to sequentially oxidize all the particulates. FIGS. 27A to 27C show how particulates are oxidized in such a case.

【0078】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27(A)に
示すようにパティキュレート62がNOX吸収剤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パ
ティキュレートフィルタ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27(B)に示されるよ
うにパティキュレートフィルタの隔壁の排気上流面が残
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。
[0078] That is, all of the particulates when the particulates 62 as shown in FIG. 27 (A) if the amount of active oxygen is insufficient to oxidize is deposited on the NO X absorbent 61 particulate 62 Is oxidized, and the particulate portion that has not been sufficiently oxidized remains on the exhaust upstream side surface of the particulate filter.
Next, when the state of the shortage of the amount of active oxygen continues, the particulate portion that has not been oxidized from one to the next remains on the exhaust upstream surface, and as a result, as shown in FIG. The exhaust upstream surface of the partition is covered with the residual particulate portion 63.

【0079】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の酸化作用およびN
X吸収剤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27
(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NOX吸収剤から
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
するとパティキュレートフィルタ上にはパティキュレー
トが積層状に堆積してしまう。
The residual particulate portion 63 as described above
Gradually changes into a carbon material which is hardly oxidized, and when the upstream surface of the exhaust gas is covered with the residual particulate portion 63, the oxidizing action of NO and SO 2 by platinum Pt and N
Action of release of active oxygen by O X absorbent 61 is suppressed. As a result, the residual particulate portion 63 can be gradually oxidized over time.
As shown in (C), the residual particulate portion 63
On top of this, another particulate 64 is deposited one after another. That is, when the particulates deposited in layers, these particulates, in order to have at a distance from the platinum Pt or the NO X absorbent, it is oxidized by for example reactive oxygen even easily particulates are oxidized Absent. Therefore, further particulates accumulate on this particulate 64 one after another. In other words, if the state in which the amount M of discharged fine particles is larger than the amount G of fine particles that can be removed by oxidation continues, the particulates will be deposited in layers on the particulate filter.

【0080】このように図26の領域Iではパティキュ
レートはパティキュレートフィルタ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26の
領域IIではパティキュレートがパティキュレートフィル
タ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、パテ
ィキュレートフィルタ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、パティキュレートフ
ィルタ70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、何もしなければパティキュレートフィルタにはパ
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. 26, the particulates are oxidized in a short time without emitting a bright flame on the particulate filter. In the region II of FIG. 26, the particulates are laminated on the particulate filter. Deposit in a shape. Therefore, if the relationship between the discharged fine particle amount M and the oxidizable and removable fine particle amount G is set to the region I, it is possible to prevent the accumulation of particulates on the particulate filter. As a result, the pressure loss of the exhaust gas flow in the particulate filter 70 is maintained at a substantially constant minimum pressure loss value without changing at all. In this way, a reduction in engine power can be kept to a minimum. However, this is not always achieved, and if nothing is done, particulates may accumulate on the particulate filter.

【0081】本実施例では、前述の電子制御ユニット3
0により図28に示すフローチャートに従って弁体71
aの切換制御を実施し、パティキュレートフィルタへの
多量な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101において、走行距離積算値Aが計算され、ステ
ップ102において、この走行距離積算値Aが設定走行
距離Asに達したか否かが判断される。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103に進んで走行距離積算値Aを0にリセット
した後に、ステップ104において弁体71aを第一遮
断位置及び第二遮断位置の一方から他方へ切り換え、パ
ティキュレートフィルタの排気上流側と排気下流側とを
逆転する。
In this embodiment, the electronic control unit 3
0 according to the flowchart shown in FIG.
The switching control of a is performed to prevent accumulation of a large amount of particulates on the particulate filter. This flowchart is repeated every predetermined time. First, in step 101, the running distance integrated value A is calculated, and in step 102, it is determined whether or not the running distance integrated value A has reached the set running distance As. When this determination is denied, the process is terminated as it is, but when affirmed, the process proceeds to step 103 to reset the running distance integrated value A to 0, and then, in step 104, the valve body 71a is moved to the first shutoff position and the second shutoff position. It switches from one to the other, and reverses the upstream side and the downstream side of the exhaust of the particulate filter.

【0082】図29は、パティキュレートフィルタの隔
壁54の拡大断面図である。車両が設定走行距離Asを
走行する間には、図26の領域IIでの運転が実施される
こともあり、図29(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、NOX吸収剤により放出される活
性酸素によってパティキュレートを酸化除去するが、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、パティキュレートフィル
タ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。本フローチャートで
は、この時点において、パティキュレートフィルタの排
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29
(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. 29 is an enlarged sectional view of the partition wall 54 of the particulate filter. While the vehicle travels the set traveling distance As, the driving in the region II of FIG. 26 may be performed. As shown by a grid in FIG. exhaust gas flow facing surface of the exhaust upstream surface and in the pores of collide collecting particulates as one collecting surface, although oxidation removing particulates by the active oxygen released by the NO X absorbent, This oxidative removal may be insufficient and particulates may remain. At this time, the exhaust resistance of the particulate filter does not adversely affect the running of the vehicle, but if the particulates accumulate further, a problem such as a drastic decrease in engine output occurs. In this flowchart, at this time, the exhaust gas upstream and the exhaust downstream of the particulate filter are reversed. As a result, no more particulates accumulate on the particulates remaining on one of the collecting surfaces of the partition wall 54, and the remaining particulates are gradually oxidized and removed by the active oxygen released from the one collecting surface. Is done. Further, the residual particulates are caused by the exhaust gas flow in the opposite direction as shown in FIG.
As shown in (B), it is easily broken and fragmented, and flows mainly inside the pores to the downstream side.

【0083】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NOX吸収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N
X吸収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NOX吸収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NOX吸収剤から
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。
[0083] Thus, many particulates subdivided is dispersed in the pores of the partition walls are oxidized and removed in direct contact with the NO X absorbent which is supported in the pores in the surface of the partition wall More opportunities. In this way, N
O X absorbent by supporting the, it tends to greatly oxidizing remove residual particulates. Furthermore, in addition to this oxidation removal, the other trapping surface of the partition wall 54 that has become upstream due to the backflow of the exhaust gas, that is, the exhaust upstream surface of the partition wall 54 where the exhaust gas currently mainly collides and the inside of the pores is oxidized and removed by the released active oxygen from the NO X absorbent in the (a opposite relationship with one of the trapping surfaces), the new particulates in exhaust gas adhere exhaust gas flow facing surface of the . Some of the active oxygen released from the NO X absorbent during these oxidation removal moves to the downstream side together with the exhaust gas to oxidize and remove the particulates still remaining by backflow of exhaust gas.

【0084】すなわち、隔壁の一方の捕集面における残
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隔壁の二つの捕集面を交互に使用す
ることにより、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、パティキュレートフィルタ
にはパティキュレートが堆積することはなく、パティキ
ュレートフィルタの目詰まりを防止することができる。
That is, not only the active oxygen released from this collecting surface but also the particulates on the other collecting surface of the partition due to the backflow of the exhaust gas are included in the residual particulates on one collecting surface of the partition. The remaining active oxygen used for the oxidation removal comes with the exhaust gas. Thereby, even when the particulates are deposited to some extent on one of the collecting surfaces of the partition wall at the time of switching the valve body, if the exhaust gas is made to flow backward, the particulates are deposited on the residual particulates. In addition to the arrival of active oxygen, no more particulates accumulate, so the accumulated particulates are gradually oxidized and removed, and if there is some time before the next backflow,
During this time, it can be sufficiently oxidized and removed. In this way, by alternately using the two collecting surfaces of the partition walls for collecting the particulates, the particulates on each collecting surface can be compared with the case where the particulates are always collected on a single collecting surface. Since the amount of trapped particulates can be reduced, which is advantageous for removing the particulates by oxidation, the particulates do not accumulate on the particulate filters, and the particulate filters can be prevented from being clogged.

【0085】本フローチャートにおいて、弁体の切り換
えは、設定走行距離毎に行うようになっており、パティ
キュレートフィルタ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により
パティキュレートフィルタ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
切り換え時点でパティキュレートフィルタ隔壁の一方の
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パティキュレート
フィルタから排出されることとなるが、パティキュレー
トフィルタ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、パティキュレートフィル
タ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 present flow chart, the switching of the valve element is performed at every set traveling distance, and the valve element is switched before the residual particulates on the particulate filter are changed into carbon which is hardly oxidized. Also, oxidizing and removing particulates before a large amount of particulates are deposited prevents problems such as a large amount of deposited particulates being ignited and burnt at once and a large amount of heat of combustion causing the particulate filter to be melted and damaged. Also. Further, even if a large amount of particulates accumulates on one collecting surface of the particulate filter partition wall at the time of switching of the valve element for some reason, if the valve element is switched, the accumulated particulates will be in the opposite direction. Some of the finely divided particulates that could not be oxidized and removed in the pores of the partition walls are discharged from the particulate filter because they are relatively easily broken and fragmented by the exhaust gas flow. The exhaust resistance of the filter is not further increased and does not adversely affect the traveling of the vehicle, and new particulates can be collected by the other collecting surface of the particulate filter partition.

【0086】こうして、設定走行距離毎に弁体を切り換
えれば、パティキュレートフィルタへ多量のパティキュ
レートが堆積することを確実に防止することができる。
このための弁体の切り換え時期は、設定走行距離毎に限
定されることはなく、例えば、設定時間毎としても不定
期としても良い。
In this way, by switching the valve body for each set traveling distance, it is possible to reliably prevent a large amount of particulates from accumulating on the particulate filter.
The switching time of the valve body for this purpose is not limited to each set traveling distance, and may be, for example, set time or irregular.

【0087】また、パティキュレートフィルタ上に残留
及び堆積するパティキュレート量に応じてパティキュレ
ートフィルタ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、パティキュレートフィルタ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
ようにしても良い。具体的には、パティキュレートフィ
ルタ70の一方側の排気圧力、すなわち、第一接続部7
2a(図18参照)内の排気圧力を、第一接続部72a
に配置された圧力センサによって検出すると共に、パテ
ィキュレートフィルタ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。なお、この差圧は、厳密には、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判断は、機関運転状態を特
定して実施することが好ましい。
Further, by utilizing the fact that the differential pressure between the exhaust gas upstream side and the exhaust downstream side of the particulate filter 70 increases in accordance with the amount of particulates remaining and deposited on the particulate filter, this differential pressure is set to a predetermined value. When the pressure becomes equal to or more than the pressure, it may be determined that a certain amount of particulates has accumulated on the particulate filter, and the valve element may be switched. Specifically, the exhaust pressure on one side of the particulate filter 70, that is, the first connection portion 7
2a (see FIG. 18), the exhaust pressure in the first connection portion 72a
And the exhaust pressure on the other side of the particulate filter, that is,
The exhaust pressure in the second connection part 72b (see FIG. 18) is detected by a pressure sensor arranged in the second connection part 72b,
It is determined whether or not the absolute value of the difference between the exhaust pressures is equal to or greater than the set pressure difference. Here, the reason why the absolute value of the differential pressure is used is that the rise in the differential pressure can be grasped regardless of which of the first connection portion 72a and the second connection portion 72b is on the exhaust upstream side. Strictly, this differential pressure also changes depending on the exhaust gas pressure exhausted from the cylinders. Therefore, it is preferable that the determination of the accumulation of particulates is performed by specifying the operating state of the engine.

【0088】また、この差圧以外にも、例えば、パティ
キュレートフィルタの所定隔壁上における電気抵抗値の
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、パティキュレートフ
ィルタ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、弁体を切り換えるようにしても良い。また、パ
ティキュレートフィルタ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
換えるようにしても良い。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。
In addition to the differential pressure, for example, a change in the electric resistance value on a predetermined partition wall of the particulate filter is monitored, and when the electric resistance value becomes lower than the set value due to the accumulation of the particulates, Assuming that a certain amount of particulates has accumulated on the particulate filter, the valve element may be switched. Further, the valve may be switched at a predetermined partition wall of the particulate filter by utilizing the fact that the light transmittance is reduced or the light reflectance is reduced due to the accumulation of the particulates. As described above, by directly determining the accumulation of particulates and switching the valve element, it is possible to more reliably prevent a large decrease in engine output.

【0089】また、多量のパティキュレートの堆積を防
止するために、このように弁体を切り換えなくても、N
X浄化触媒装置のSOX被毒回復処理において、弁体を
開放位置とするために、SOX被毒回復処理の完了時
に、開始時の遮断位置とは反対の遮断位置とするように
しても良い。
Further, in order to prevent the accumulation of a large amount of particulates, even if the valve body is not switched as described above, the N
In SO X poisoning restoration process of O X purification catalyst device, in order to open position the valve element, upon completion of the SO X poisoning restoration process, the shut-off position at the start so as to shut-off position in the opposite Is also good.

【0090】本排気浄化装置は、前述のように非常に簡
単な構成によってパティキュレートフィルタの排気上流
側と排気下流側とを逆転することを可能とする。また、
パティキュレートフィルタにおいては、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
るパティキュレートフィルタを使用可能である。
The present exhaust gas purifying apparatus makes it possible to reverse the upstream side and the downstream side of the exhaust gas of the particulate filter with a very simple structure as described above. Also,
In the particulate filter, a large opening area is required to facilitate the inflow of exhaust gas.
In the present exhaust gas purification apparatus, as shown in FIGS. 18 and 19, a particulate filter having a large opening area can be used without deteriorating vehicle mountability.

【0091】また、パティキュレートフィルタの近傍雰
囲気をリッチ空燃比にすると、即ち近傍雰囲気中の酸素
濃度を低下させるとNOX吸収剤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。
[0091] Further, when the atmosphere in the vicinity of the particulate filter a rich air-fuel ratio, the active oxygen O is released all at once i.e. from lowering the oxygen concentration in the vicinity of the atmosphere the NO X absorbent 61 to the outside. Due to the active oxygen O released at once, the deposited particulates are easily oxidized and easily oxidized and removed.

【0092】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NOX吸収剤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NOX吸収剤
61からの活性酸素放出量が増大する。
On the other hand, if the nearby atmosphere 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 oxygen when poisoning occurs oxidative effect on NO X decreases the absorption efficiency of the NO X to be reduced, the active oxygen release from the NO X absorbent 61 and thus decreases. NO However addresses the oxygen poisoning to the air-fuel ratio of oxygen on the platinum Pt surface is consumed when it is rich, and hence oxidation when the air-fuel ratio is switched again from rich to lean against NO X becomes stronger The X absorption efficiency increases, and thus the amount of active oxygen released from the NO X absorbent 61 increases.

【0093】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
してパティキュレートフィルタ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, when the air-fuel ratio is temporarily switched 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 reduced when the air-fuel ratio is lean. The active oxygen release amount is increased, and thus the oxidizing action of the particulate on the particulate filter 70 can be promoted.

【0094】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、発熱を伴ってパティキュ
レートフィルタを昇温させる。それにより、パティキュ
レートフィルタ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によってパティキュレートフ
ィルタ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
が残留していないパティキュレートフィルタ隔壁におけ
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7
1a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、パティキュレートフィ
ルタへパティキュレートが残留及び堆積し難くなる。
Further, the elimination of this oxygen poisoning is, so to speak,
Since the combustion of the reducing substance occurs, the temperature of the particulate filter is increased with heat generation. As a result, the amount of fine particles that can be oxidized and removed in the particulate filter is improved, and the oxidization and removal of residual and deposited particulates is facilitated. If the air-fuel ratio of the exhaust gas is made rich immediately after switching between the exhaust gas upstream side and the exhaust downstream side of the particulate filter by the valve body 71a, the other trapping surface in the particulate filter partition where no particulate remains remains. Since the active oxygen is more easily released than the one collecting surface, the residual particulates on the one collecting surface can be more reliably oxidized and removed by a larger amount of the released active oxygen. Of course, valve 7
Irrespective of the switching of 1a, the surrounding atmosphere may sometimes be set to a rich air-fuel ratio, thereby making it difficult for particulates to remain and accumulate in the particulate filter.

【0095】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、
それに先だってパティキュレートフィルタの排気上流側
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る。また、NOX浄化触媒装置及
びパティキュレートフィルタにおいて、担持させたNO
X吸収剤からNOXを放出させる再生のために近傍雰囲気
を少なくとも一時的にリッチ空燃比とする必要があり、
このリッチ化制御をパティキュレートフィルタの上流側
と下流側との逆転後に実施することが好ましい。
As a method of setting the nearby atmosphere to a rich air-fuel ratio, for example, the above-described low-temperature combustion may be performed. Of course, when switching from normal combustion to low temperature combustion, or
Prior to this, the upstream side and the downstream side of the exhaust of the particulate filter may be switched. Also,
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 is injected into the cylinder by the engine fuel injection valve in the exhaust stroke or the expansion stroke (post injection).
Alternatively, the fuel may be injected into the cylinder during the intake stroke (bi rubber injection). Of course, the post injection or the rubber injection does not necessarily require an interval between the post injection and the rubber injection. It is also possible to supply fuel to the engine exhaust system. Further, in the NO X purification catalyst device and the particulate filter, the NO
For regeneration to release NO X from the X absorbent, the surrounding atmosphere must be at least temporarily set to a rich air-fuel ratio,
It is preferable to perform this enrichment control after the reversal of the upstream and downstream sides of the particulate filter.

【0096】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、パティキュレートフィルタ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
パティキュレートフィルタの目詰まりを防止するために
は、NOX吸収剤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、
NOX吸収剤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パティキュレートフィルタの
隔壁を通過する。従ってパティキュレートフィルタがア
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NOX吸収剤61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ことになる。
Incidentally, calcium Ca in the exhaust gas produces calcium sulfate CaSO 4 when SO 3 is present. This calcium sulfate CaSO 4 is hard to be oxidized and removed, and remains as ash on the particulate filter. Therefore, in order to prevent clogging of the particulate filter due to residual calcium sulfate, it is preferable to use an alkali metal or an alkaline earth metal having a higher ionization tendency than calcium Ca, such as potassium K, as the NO x absorbent 61. ,Thereby,
SO 3 diffused into the NO X absorbent 61 combines with potassium K to form potassium sulfate K 2 SO 4 , and calcium Ca passes through the partition wall of the particulate filter without binding to SO 3 . Therefore, the particulate filter is not clogged by the ash. Thus, NO X absorbent ionization tendency higher alkali metal or alkaline earth metal than calcium Ca as 61 as described above, i.e. potassium K, lithium Li, cesium Cs, rubidium Rb, barium Ba, the use of strontium Sr Is preferred.

【0097】[0097]

【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、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の時に
NOXを放出して還元浄化するNOX吸蔵還元触媒を担持
して機関排気系に配置されたパティキュレートフィルタ
と、酸化機能を有してパティキュレートフィルタの上流
側において機関排気系に配置されたNOX浄化触媒装置
とを具備するために、パティキュレートフィルタだけで
は不足するNOX浄化を、NOX浄化触媒装置が補うため
に、排気ガス中のNOXを十分に浄化することができ
る。またNOX浄化触媒装置の有する酸化機能によっ
て、パティキュレートフィルタの上流側において排気ガ
ス中のSOFを焼失させることができ、パティキュレー
トフィルタ上でパティキュレートがSOFによって大き
な塊に成長することを防止し、パティキュレートフィル
タの目詰りを抑制することができる。
[Effect of the Invention] Thus, according to the exhaust purification system of an internal combustion engine according to the present invention, emission near atmosphere absorbs NO X when the lean air-fuel ratio, the NO X when the stoichiometric air-fuel ratio or a rich air-fuel ratio the NO X storage reduction catalyst is supported with a particulate filter arranged in the engine exhaust system, NO X purification catalyst arranged in the exhaust system upstream of the particulate filter has an oxidation function of reducing and purifying by to and a device, the NO X purification is insufficient only particulate filter, in order to compensate that NO X purification catalyst device, it is possible to sufficiently purify the NO X in the exhaust gas. By oxidation function of the NO X purification catalyst device also can be burned off SOF in the exhaust gas at the upstream side of the particulate filter, particulates are prevented from growing into large chunks by SOF on the particulate filter Thus, clogging of the particulate filter can be suppressed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the 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 longitudinal sectional view of a diesel engine provided with an exhaust gas purification device according to the present invention.

【図2】図1の燃焼室の拡大縦断面図である。FIG. 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. 1;

【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 and fuel injection of intake and exhaust valves.

【図6】スモークおよびNOXの発生量等を示す図であ
る。
FIG. 6 is a diagram showing amounts of smoke and NO X generated, and the like.

【図7】燃焼圧を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a combustion pressure.

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

【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 a generation amount of smoke 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および第2の運転領域IIを
示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing a first operation region I and a second operation 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 an opening degree 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 operation region I.

【図15】スロットル弁等の目標開度のマップを示す図
である。
FIG. 15 is a diagram showing a map of a target opening degree of a throttle valve and the like.

【図16】普通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 normal combustion.

【図17】スロットル弁等の目標開度を示す図である。FIG. 17 is a view showing a target opening degree of a throttle valve and the like.

【図18】機関排気系における切換部及びパティキュレ
ートフィルタ近傍の平面図である。
FIG. 18 is a plan view showing the vicinity of a switching unit and a particulate filter in an engine exhaust system.

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

【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 blocking position of the valve body in the switching unit different from that in FIG. 18;

【図21】切換部内の弁体の開放位置を示す図である。FIG. 21 is a diagram illustrating an open position of a valve body in a switching unit.

【図22】パティキュレートフィルタの構造を示す図で
ある。
FIG. 22 is a diagram showing a structure of a particulate filter.

【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 effect of absorbing and releasing NO X.

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

【図25】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. 25 is a diagram for explaining the oxidizing action of particulates.

【図26】酸化除去可能微粒子量とパティキュレートフ
ィルタの温度との関係を示す図である。
FIG. 26 is a diagram showing the relationship between the amount of fine particles that can be removed by oxidation and the temperature of a particulate filter.

【図27】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. 27 is a view for explaining the accumulation action of particulates.

【図28】パティキュレートフィルタへの多量のパティ
キュレートの堆積を防止するためのフローチャートであ
る。
FIG. 28 is a flowchart for preventing accumulation of a large amount of particulates on a particulate filter.

【図29】パティキュレートフィルタの隔壁の拡大断面
図である。
FIG. 29 is an enlarged sectional view of a partition wall of the particulate filter.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

6…燃料噴射弁 16…スロットル弁 71…切換部 70…パティキュレートフィルタ 74…NOX浄化触媒装置6 ... fuel injection valves 16 ... throttle valve 71 ... switching portion 70 ... particulate filter 74 ... NO X purification catalyst device

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) F01N 3/08 F01N 3/08 H 4D058 3/20 E 3/20 3/24 C 3/24 3/28 301E 3/28 301 F02D 41/04 305A F02D 41/04 305 B01D 46/44 // B01D 46/44 53/36 103B 103C 101B (72)発明者 広田 信也 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 伊藤 和浩 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 Fターム(参考) 3G090 AA03 BA01 CB24 EA02 3G091 AA02 AA11 AA18 AB02 AB06 AB09 AB13 BA11 BA14 BA27 BA33 CA12 CA13 CA26 DA04 DC01 EA38 FC01 GA09 GB02W GB03W GB04W GB06W GB10X HA10 HA19 HA29 HA36 HB03 HB05 3G301 HA02 HA13 JA21 JA24 JA25 LB11 MA01 ND01 NE02 NE13 PA11Z PA17Z PB03Z PB10Z PD01Z 4D019 AA01 BA05 BB06 BC07 CA01 CB04 4D048 AA06 AA13 AA14 AA18 AB01 AB02 AB05 AB07 BA02X BA14X BA15X BA18X BA30X BB02 BC01 BC04 BD01 CC26 CC32 CC41 CC47 DA01 DA02 DA20 EA04 4D058 JA32 MA44 QA01 QA19 QA23 SA08 TA06 UA25 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) F01N 3/08 F01N 3/08 H 4D058 3/20 E 3/20 3/24 C 3/24 3/28 301E 3/28 301 F02D 41/04 305A F02D 41/04 305 B01D 46/44 // B01D 46/44 53/36 103B 103C 101B (72) Inventor Shinya Hirota 1st Toyota Town, Toyota City, Toyota City, Aichi Prefecture Toyota Automobile Stock Inside the company (72) Inventor Kazuhiro Ito 1 Toyota Town, Toyota City, Aichi Prefecture Inside Toyota Motor Corporation (72) Inventor Koichiro Nakatani 1 Toyota Town, Toyota City, Aichi Prefecture Inside Toyota Motor Corporation (72) Inventor Koichi Kimura 1 Toyota Town, Toyota City, Aichi Prefecture Toyota Motor Corporation F-term (reference) 3G090 AA03 BA01 CB24 EA02 3G091 AA02 AA11 AA18 AB02 AB06 AB09 AB13 BA11 BA14 BA27 BA33 CA12 CA13 CA26 DA04 DC01 EA38 FC01 GA09 GB02W GB03W GB04W GB06W GB10X HA10 HA19 HA29 HA36 HB03 HB05 3G301 HA02 HA13 JA21 JA24 JA25 LB11 MA01 ND01 NE02 NE13 PA11Z PA17B01A01 PDB CB04 4D048 AA06 AA13 AA14 AA18 AB01 AB02 AB05 AB07 BA02X BA14X BA15X BA18X BA30X BB02 BC01 BC04 BD01 CC26 CC32 CC41 CC47 DA01 DA02 DA20 EA04 4D058 JA32 MA44 QA01 QA19 QA23 SA08 TA06 UA25

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 近傍雰囲気が、リーン空燃比の時にNO
Xを吸収し、理論空燃比又はリッチ空燃比の時にNOX
放出して還元浄化するNOX吸蔵還元触媒を担持して機
関排気系に配置されたパティキュレートフィルタと、酸
化機能を有して前記パティキュレートフィルタの上流側
において機関排気系に配置されたNO X浄化触媒装置と
を具備することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
1. When the surrounding atmosphere has a lean air-fuel ratio, NO
XAt the stoichiometric air-fuel ratio or rich air-fuel ratio.XTo
NO to be released and reduced and purifiedXA storage and reduction catalyst
Particulate filter placed in the exhaust system
Upstream of the particulate filter
NO located in the engine exhaust system XPurification catalyst device and
An exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine, comprising:
【請求項2】 前記NOX浄化触媒装置の下流側で排気
ガスが前記パティキュレートフィルタをバイパスするこ
とを可能とするバイパス手段を具備することを特徴とす
る請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。
2. The exhaust system for an internal combustion engine according to claim 1, further comprising a bypass unit that allows exhaust gas to bypass the particulate filter downstream of the NO X purification catalyst device. Purification device.
【請求項3】 前記NOX浄化触媒装置は、前記NOX
蔵還元触媒を担持し、前記NOX浄化触媒装置のSOX
毒回復中には、前記バイパス手段を機能させて排気ガス
が前記パティキュレートフィルタをバイパスするように
す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. The NO X purification catalyst device carries the NO X storage reduction catalyst, and during recovery of SO X poisoning of the NO X purification catalyst device, causes the bypass unit to function so that the exhaust gas is discharged. The exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to claim 2, wherein the particulate filter is bypassed.
【請求項4】 前記NOX浄化触媒装置は、前記NOX
蔵還元触媒を担持し、前記NOX浄化触媒装置のSOX
毒回復完了直後には、前記バイパス手段を機能させず排
気ガスが前記パティキュレートフィルタを通過するよう
にす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 purification catalyst device carries the NO X storage reduction catalyst. Immediately after the completion of the SO X poisoning recovery of the NO X purification catalyst device, the exhaust gas is discharged without operating the bypass means. 3. The exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to claim 2, wherein the exhaust gas passes through the particulate filter.
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