JP2002188429A - Exhaust gas purifying device of internal combustion engine - Google Patents

Exhaust gas purifying device of internal combustion engine

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce consumption of reducing agent by properly setting the selection condition of NOx catalyst, in an exhaust gas purifying device of an internal combustion engine equipped with a selective reduction type NOx catalyst and an occlusive reduction type NOx catalyst. SOLUTION: The exhaust gas purifying device of internal combustion engine is equipped with the selective reduction type NOx catalyst for selectively reducing nitrogen oxide 37, occlusive reduction type NOx catalyst emitting and reducing the nitrogen oxide 20, means for feeding NOx catalyst reducing agent 38, 28 and the means for feeding occlusive reduction type NOx catalyst reducing agent 28 stops feeding the reducing agent, when the quantity of the reducing agent fed into the occlusive reduction type NOx catalyst 20 exceeds the threshold and the means for feeding the selective reduction type NOx catalyst feeds the reducing agent to the selective reduction type NOx catalyst 37.

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】近年では、希薄燃焼可能な内燃機関の排
気に含まれる窒素酸化物(NOx)を低減する手段の一
つとして、選択還元型NOx触媒や吸蔵還元型NOx触媒
などのリーンNOx触媒が知られている。
2. Description of the Related Art In recent years, lean NOx catalysts such as a selective reduction type NOx catalyst and a storage reduction type NOx catalyst have been used as one of means for reducing nitrogen oxides (NOx) contained in exhaust gas of an internal combustion engine capable of lean combustion. It has been known.

【0003】選択還元型NOx触媒は、酸素過剰の雰囲
気で還元剤が存在するときに窒素酸化物(NOx)を還
元または分解する触媒であり、このような触媒として
は、ゼオライトを担体としてCu等の遷移金属をイオン
交換して担持したものやチタニヤ/バナジウムを担持し
た触媒、ゼオライト又はアルミナを担体として貴金属を
担持した触媒等が含まれる。
A selective reduction type NOx catalyst is a catalyst that reduces or decomposes nitrogen oxides (NOx) when a reducing agent is present in an oxygen-excess atmosphere. As such a catalyst, zeolite is used as a carrier and Cu or the like is used. And a catalyst supporting titanium oxide / vanadium, a catalyst supporting a noble metal using zeolite or alumina as a carrier, and the like.

【0004】この選択還元型NOx触媒を利用して窒素
酸化物(NOx)を浄化するには適量の還元剤が必要と
なる。この還元剤として炭化水素(HC)やアンモニア
由来の化合物等を用いる技術が開発されている。
In order to purify nitrogen oxides (NOx) using this selective reduction type NOx catalyst, an appropriate amount of a reducing agent is required. Techniques using hydrocarbon (HC), ammonia-derived compounds, and the like as the reducing agent have been developed.

【0005】一方、吸蔵還元型NOx触媒は、流入する
排気の酸素濃度が高いときは排気中の窒素酸化物(NO
x)を吸収し、流入する排気の酸素濃度が低下し且つ還
元剤が存在するときは吸収していた窒素酸化物(NO
x)を放出しつつ窒素(N2)に還元する触媒である。
[0005] On the other hand, when the oxygen concentration of the inflowing exhaust gas is high, the NOx storage-reduction type NOx catalyst removes nitrogen oxides (NO
x), and when the oxygen concentration of the inflowing exhaust gas is reduced and a reducing agent is present, the nitrogen oxides (NO
It is a catalyst that reduces to nitrogen (N 2 ) while releasing x).

【0006】この吸蔵還元型NOx触媒が内燃機関の排
気系に配置されると、内燃機関が希薄燃焼運転されて排
気の空燃比が高くなるときは排気中の窒素酸化物(NO
x)が吸蔵還元型NOx触媒に吸蔵され、吸蔵還元型NO
x触媒に流入する排気の空燃比が低くなったときは吸蔵
還元型NOx触媒に吸蔵されていた窒素酸化物(NOx)
が放出されつつ窒素(N2)に還元される。
When the storage reduction type NOx catalyst is disposed in the exhaust system of the internal combustion engine, when the internal combustion engine is operated in a lean burn operation and the air-fuel ratio of the exhaust becomes high, the nitrogen oxides (NO
x) is stored in the NOx storage-reduction catalyst,
When the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the x-catalyst becomes low, nitrogen oxides (NOx) stored in the NOx storage-reduction catalyst
Is reduced to nitrogen (N 2 ) while being released.

【0007】ところで、吸蔵還元型NOx触媒のNOx吸
蔵能力には限りがあるため、内燃機関が長期にわたって
希薄燃焼運転されると、吸蔵還元型NOx触媒のNOx吸
蔵能力が飽和し、排気中の窒素酸化物(NOx)が吸蔵
還元型NOx触媒によって除去されることなく大気中に
放出されることになる。
However, since the NOx storage capacity of the NOx storage reduction catalyst is limited, when the internal combustion engine is operated for lean combustion for a long period of time, the NOx storage capacity of the NOx storage reduction catalyst is saturated, and the NOx in the exhaust gas is saturated. Oxides (NOx) are released to the atmosphere without being removed by the NOx storage reduction catalyst.

【0008】従って、吸蔵還元型NOx触媒を希薄燃焼
式内燃機関に適用する場合は、吸蔵還元型NOx触媒の
NOx吸収能力が飽和する前に該吸蔵還元型NOx触媒に
流入する排気の空燃比を低下させる、所謂燃料添加制御
を実行することにより、吸蔵還元型NOx触媒に吸収さ
れている窒素酸化物(NOx)を放出及び還元させる必
要がある。
Therefore, when the NOx storage reduction catalyst is applied to a lean burn internal combustion engine, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx storage reduction catalyst before the NOx absorption capacity of the NOx storage reduction catalyst is saturated. It is necessary to release and reduce the nitrogen oxides (NOx) absorbed in the NOx storage reduction catalyst by executing a so-called fuel addition control to lower the NOx.

【0009】このように選択還元型NOx触媒や吸蔵還
元型NOx触媒などのリーンNOx触媒は、一様にして還
元剤の存在下で排気中の窒素酸化物(NOx)を浄化可
能となるため、リーンNOx触媒を利用して排気中の窒
素酸化物(NOx)を浄化する場合には、リーンNOx触
媒に対して適量の還元剤を供給する必要がある。
As described above, a lean NOx catalyst such as a selective reduction type NOx catalyst or a storage reduction type NOx catalyst can uniformly purify nitrogen oxides (NOx) in the exhaust gas in the presence of a reducing agent. When purifying nitrogen oxides (NOx) in exhaust gas using a lean NOx catalyst, it is necessary to supply an appropriate amount of a reducing agent to the lean NOx catalyst.

【0010】ところで、選択還元型NOx触媒や吸蔵還
元型NOx触媒は、内燃機関の運転領域により窒素酸化
物浄化率が異なり、夫々浄化率の高い運転領域が存在す
る。そこで、これらのリーンNOx触媒を組み合わせて
広い運転領域で窒素酸化物の浄化を行う技術が開示され
ている。例えば、特開平11−65692号公報では、
アンモニア由来の化合物を還元剤とする選択還元型NO
x触媒と吸蔵還元型NOx触媒とを組み合わせている。選
択還元型NOx触媒の還元剤にアンモニア由来の化合物
を選定したのは、高回転高負荷状態においても窒素酸化
物(NOx)の浄化率が高いからである。
[0010] The selective reduction type NOx catalyst and the storage reduction type NOx catalyst have different nitrogen oxide purification rates depending on the operation range of the internal combustion engine. Therefore, a technique for purifying nitrogen oxides in a wide operating range by combining these lean NOx catalysts has been disclosed. For example, in JP-A-11-65692,
Selective reduction NO using ammonia-derived compound as reducing agent
The x catalyst and the NOx storage reduction catalyst are combined. The reason why a compound derived from ammonia was selected as the reducing agent of the selective reduction type NOx catalyst is that the purification rate of nitrogen oxides (NOx) is high even under high rotation and high load conditions.

【0011】このように構成された排気浄化装置では、
高回転高負荷領域に選択還元型NOx触媒に還元剤を供
給し、その他の運転領域には吸蔵還元型NOx触媒に還
元剤を供給して窒素酸化物(NOx)を浄化している。
[0011] In the exhaust gas purification device configured as described above,
The reducing agent is supplied to the selective reduction type NOx catalyst in the high rotation and high load region, and the reducing agent is supplied to the occlusion reduction type NOx catalyst in the other operation regions to purify nitrogen oxides (NOx).

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】前記した窒素酸化物浄
化率の高い内燃機関の運転領域は、アンモニア由来の化
合物を還元剤とする選択還元型NOx触媒と、吸蔵還元
型NOx触媒とでは全く別の領域ではなく一部重なる領
域がある。
The operation range of the internal combustion engine having a high nitrogen oxide purification rate is completely different between a selective reduction type NOx catalyst using a compound derived from ammonia as a reducing agent and an occlusion reduction type NOx catalyst. There is an area that partially overlaps instead of the area.

【0013】この一部重なる運転領域では、どちらのリ
ーンNOx触媒を選択しても所定の窒素酸化物(NOx)
浄化率が得られるが、前記特開平11−65692号公
報によると、例えば内燃機関の負荷や回転数又は触媒床
温等の内燃機関の運転状態に基づいてNOx触媒が選択
されている。
In this partially overlapping operation region, a predetermined nitrogen oxide (NOx) is obtained regardless of which lean NOx catalyst is selected.
Although a purification rate can be obtained, according to JP-A-11-65692, the NOx catalyst is selected based on the operating state of the internal combustion engine, such as the load, the rotation speed, or the catalyst bed temperature of the internal combustion engine.

【0014】しかし、前記一部重なった領域で、吸蔵還
元型NOx触媒を用いると、多量の還元剤を必要とし、
この還元剤に内燃機関の燃料を用いている場合には燃費
の悪化を招く。このようなときには選択還元型NOx触
媒を用いるのが好ましい。
However, if a storage-reduction type NOx catalyst is used in the partially overlapping region, a large amount of reducing agent is required,
When the fuel of the internal combustion engine is used as the reducing agent, fuel efficiency is deteriorated. In such a case, it is preferable to use a selective reduction type NOx catalyst.

【0015】そこで、前記一部重なった領域で、リーン
NOx触媒の選択条件を適切に設定することが重要とな
る。
Therefore, it is important to appropriately set the conditions for selecting the lean NOx catalyst in the partially overlapping region.

【0016】本発明は以上の問題を解決するためになさ
れたものであり、本発明が解決しようとする課題は、ア
ンモニア由来の化合物を還元剤とする選択還元型NOx
触媒と、吸蔵還元型NOx触媒とを具備する内燃機関の
排気浄化装置において、窒素酸化物(NOx)を浄化さ
せるNOx触媒の選択条件を適切に設定し、以て還元剤
の消費量を低減することにある。
The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a selective reduction type NOx using an ammonia-derived compound as a reducing agent.
In an exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine including a catalyst and an NOx storage reduction catalyst, the selection condition of a NOx catalyst for purifying nitrogen oxides (NOx) is appropriately set, thereby reducing the consumption of a reducing agent. It is in.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】上記課題を達成するため
に本発明の内燃機関の排気浄化装置は、次の手段を採用
した。
Means for Solving the Problems To achieve the above object, an exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to the present invention employs the following means.

【0018】すなわち、内燃機関の排気通路に設けられ
アンモニア由来の還元剤の存在下で窒素酸化物を選択還
元する選択還元型NOx触媒と、内燃機関の排気通路に
設けられ酸素過剰の雰囲気で排気中の窒素酸化物を吸蔵
し酸素濃度が低下すると吸蔵した窒素酸化物を放出・還
元する吸蔵還元型NOx触媒と、を具備し、前記吸蔵還
元型NOx触媒に供給される還元剤の量が閾値を超えた
ときに前記吸蔵還元型NOx触媒還元剤供給手段は還元
剤の供給を停止し且つ選択還元型NOx触媒還元剤供給
手段が前記選択還元型NOx触媒にアンモニア由来の還
元剤を供給することを特徴とする。
That is, a selective reduction type NOx catalyst provided in an exhaust passage of an internal combustion engine for selectively reducing nitrogen oxides in the presence of a reducing agent derived from ammonia, and an exhaust gas provided in an exhaust passage of an internal combustion engine in an oxygen-excess atmosphere. A storage-reduction NOx catalyst that releases and reduces the stored nitrogen oxides when the nitrogen oxides therein are stored and the oxygen concentration decreases, and wherein the amount of the reducing agent supplied to the storage-reduction NOx catalyst is a threshold. The NOx storage reduction type NOx catalyst reducing agent supply means stops supplying the reducing agent and the selective reduction type NOx catalyst reducing agent supply means supplies a reducing agent derived from ammonia to the selective reduction type NOx catalyst. It is characterized by.

【0019】このように構成された内燃機関の排気浄化
装置では、排気中に含まれる窒素酸化物(NOx)は、
排気通路に設けられた吸蔵還元型NOx触媒に吸収され
る。
In the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine thus configured, nitrogen oxides (NOx) contained in the exhaust gas are
It is absorbed by the NOx storage reduction catalyst provided in the exhaust passage.

【0020】そして、吸蔵還元型NOx触媒へ還元剤を
供給する必要が生じたときに、吸蔵還元型NOx触媒還
元剤供給手段は、吸蔵還元型NOx触媒より上流の排気
通路へ還元剤を供給する。
When it becomes necessary to supply a reducing agent to the NOx storage reduction catalyst, the reducing agent supply means for the NOx storage reduction catalyst supplies the reducing agent to the exhaust passage upstream of the NOx catalyst. .

【0021】排気通路に供給された還元剤は、排気通路
の上流から流れてくる排気とともに吸蔵還元型NOx触
媒へ流入する。そして、吸蔵還元型NOx触媒は、還元
剤を利用して排気中の有害ガス成分を還元及び浄化する
ことになる。
The reducing agent supplied to the exhaust passage flows into the NOx storage reduction catalyst together with the exhaust gas flowing from the upstream of the exhaust passage. The NOx storage reduction catalyst uses a reducing agent to reduce and purify harmful gas components in the exhaust gas.

【0022】また、選択還元型NOx触媒へ還元剤を供
給する必要が生じたときに、選択還元型NOx触媒還元
剤供給手段は、排気中へ還元剤たるアンモニア由来の化
合物を供給する。
When it becomes necessary to supply a reducing agent to the selective reduction type NOx catalyst, the selective reduction type NOx catalyst reducing agent supply means supplies a compound derived from ammonia as a reducing agent into the exhaust gas.

【0023】排気通路に供給された還元剤は、排気通路
の上流から流れてくる排気とともに選択還元型NOx触
媒へ流入する。そして、選択還元型NOx触媒は、還元
剤を利用して排気中の有害ガス成分を還元及び浄化する
ことになる。
The reducing agent supplied to the exhaust passage flows into the selective reduction type NOx catalyst together with the exhaust gas flowing from the upstream of the exhaust passage. Then, the selective reduction type NOx catalyst reduces and purifies the harmful gas components in the exhaust using the reducing agent.

【0024】どちらのリーンNOx触媒へ還元剤を供給
し、窒素酸化物(NOx)を浄化させるのかは、吸蔵還
元型NOx触媒還元剤供給手段が吸蔵還元型NOx触媒へ
供給する還元剤の量が閾値を超えるか否かで決定され
る。
Which of the lean NOx catalysts to supply the reducing agent to purify the nitrogen oxides (NOx) depends on the amount of the reducing agent supplied to the NOx storage reduction catalyst by the NOx storage reduction catalyst supply means. It is determined by whether or not a threshold is exceeded.

【0025】即ち、吸蔵還元型NOx触媒還元剤供給手
段が吸蔵還元型NOx触媒へ供給する還元剤の量が閾値
を超える場合は、燃費悪化の原因となるので選択還元型
NOx触媒に還元剤を供給する。
That is, if the amount of the reducing agent supplied to the NOx storage reduction catalyst by the NOx storage reduction catalyst supply means exceeds the threshold value, the fuel consumption deteriorates. Supply.

【0026】また、吸蔵還元型NOx触媒還元剤供給手
段が吸蔵還元型NOx触媒へ供給する還元剤の量が閾値
以下の場合は、還元剤の必要量が少なく燃費悪化の原因
とはならないため吸蔵還元型NOx触媒に還元剤を供給
する。
When the amount of the reducing agent supplied to the NOx storage reduction catalyst by the NOx storage reduction catalyst supply means is equal to or less than the threshold value, the required amount of the reducing agent is small and does not cause deterioration of fuel efficiency. A reducing agent is supplied to the reduced NOx catalyst.

【0027】このような条件で還元剤を供給するリーン
NOx触媒を選択することにより、還元剤の消費量を低
減することができる。
By selecting a lean NOx catalyst for supplying the reducing agent under such conditions, it is possible to reduce the consumption of the reducing agent.

【0028】なお、アンモニア由来の還元剤としては、
尿素、カルバミン酸アンモニウム等を例示できる。
As the reducing agent derived from ammonia,
Examples include urea and ammonium carbamate.

【0029】本発明においては、前記吸蔵還元型NOx
触媒還元剤供給手段は、前記内燃機関へ機関出力のため
の燃料が主噴射された後の機関出力とはならない時期に
再度燃料を噴射させる副噴射とすることができる。
In the present invention, the storage-reduction type NOx
The catalyst reducing agent supply means may be a sub-injection for injecting the fuel again at a time when the engine output does not become the engine output after the fuel for the engine output is injected into the internal combustion engine.

【0030】また、排気の一部を内燃機関の吸気系に再
循環させるEGR装置を具備し、前記吸蔵還元型NOx
触媒還元剤供給手段は、粒子状物質の発生量がピークと
なるEGRガス量よりも更に多くのEGRガスを加えて
燃料を燃焼させる低温燃焼としてもよい。
An EGR device for recirculating a part of the exhaust gas to the intake system of the internal combustion engine is provided.
The catalyst reducing agent supply means may perform low-temperature combustion in which fuel is burned by adding more EGR gas than the amount of EGR gas at which the generation amount of particulate matter reaches a peak.

【0031】さらに、前記吸蔵還元型NOx触媒還元剤
供給手段は、内燃機関の排気通路に還元剤を添加する還
元剤添加ノズルにより還元剤を添加してもよい。
Further, the storage-reduction type NOx catalyst reducing agent supply means may add a reducing agent through a reducing agent addition nozzle which adds the reducing agent to an exhaust passage of the internal combustion engine.

【0032】[0032]

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る内燃機関の排
気浄化装置の具体的な実施態様について図面に基づいて
説明する。ここでは、本発明に係る排気浄化装置を車両
駆動用のディーゼル機関に適用した場合を例に挙げて説
明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A specific embodiment of an exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to the present invention will be described below with reference to the drawings. Here, a case where the exhaust gas purification apparatus according to the present invention is applied to a diesel engine for driving a vehicle will be described as an example.

【0033】図1は、本発明に係る排気浄化装置を適用
する内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図であ
る。
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an internal combustion engine to which the exhaust gas purifying apparatus according to the present invention is applied and an intake / exhaust system thereof.

【0034】図1に示す内燃機関1は、4つの気筒2を
有する水冷式の4サイクル・ディーゼル機関である。
The internal combustion engine 1 shown in FIG. 1 is a water-cooled four-cycle diesel engine having four cylinders 2.

【0035】内燃機関1は、各気筒2の燃焼室に直接燃
料を噴射する燃料噴射弁3を備えている。各燃料噴射弁
3は、燃料を所定圧まで蓄圧する蓄圧室(コモンレー
ル)4と接続されている。このコモンレール4には、該
コモンレール4内の燃料の圧力に対応した電気信号を出
力するコモンレール圧センサ4aが取り付けられてい
る。
The internal combustion engine 1 has a fuel injection valve 3 for directly injecting fuel into the combustion chamber of each cylinder 2. Each fuel injection valve 3 is connected to a pressure accumulation chamber (common rail) 4 for accumulating fuel up to a predetermined pressure. The common rail 4 is provided with a common rail pressure sensor 4a that outputs an electric signal corresponding to the pressure of the fuel in the common rail 4.

【0036】前記コモンレール4は、燃料供給管5を介
して燃料ポンプ6と連通している。この燃料ポンプ6
は、内燃機関1の出力軸(クランクシャフト)の回転ト
ルクを駆動源として作動するポンプであり、該燃料ポン
プ6の入力軸に取り付けられたポンププーリ6aが内燃
機関1の出力軸(クランクシャフト)に取り付けられた
クランクプーリ1aとベルト7を介して連結されてい
る。
The common rail 4 is in communication with a fuel pump 6 via a fuel supply pipe 5. This fuel pump 6
Is a pump that operates using the rotational torque of the output shaft (crankshaft) of the internal combustion engine 1 as a drive source. A pump pulley 6 a attached to the input shaft of the fuel pump 6 is connected to the output shaft (crankshaft) of the internal combustion engine 1. It is connected to the attached crank pulley 1a via a belt 7.

【0037】このように構成された燃料噴射系では、ク
ランクシャフトの回転トルクが燃料ポンプ6の入力軸へ
伝達されると、燃料ポンプ6は、クランクシャフトから
該燃料ポンプ6の入力軸へ伝達された回転トルクに応じ
た圧力で燃料を吐出する。
In the fuel injection system configured as described above, when the rotational torque of the crankshaft is transmitted to the input shaft of the fuel pump 6, the fuel pump 6 is transmitted from the crankshaft to the input shaft of the fuel pump 6. The fuel is discharged at a pressure corresponding to the rotating torque.

【0038】前記燃料ポンプ6から吐出された燃料は、
燃料供給管5を介してコモンレール4へ供給され、コモ
ンレール4にて所定圧まで蓄圧されて各気筒2の燃料噴
射弁3へ分配される。そして、燃料噴射弁3に駆動電流
が印加されると、燃料噴射弁3が開弁し、その結果、燃
料噴射弁3から気筒2内へ燃料が噴射される。
The fuel discharged from the fuel pump 6 is
The fuel is supplied to the common rail 4 via the fuel supply pipe 5, accumulated in the common rail 4 to a predetermined pressure, and distributed to the fuel injection valves 3 of each cylinder 2. When a drive current is applied to the fuel injection valve 3, the fuel injection valve 3 opens, and as a result, fuel is injected from the fuel injection valve 3 into the cylinder 2.

【0039】次に、内燃機関1には、吸気枝管8が接続
されており、吸気枝管8の各枝管は、各気筒2の燃焼室
と図示しない吸気ポートを介して連通している。
Next, an intake branch pipe 8 is connected to the internal combustion engine 1, and each branch pipe of the intake branch pipe 8 communicates with a combustion chamber of each cylinder 2 via an intake port (not shown). .

【0040】前記吸気枝管8は、吸気管9に接続され、
この吸気管9は、エアクリーナボックス10に接続され
ている。前記エアクリーナボックス10より下流の吸気
管9には、該吸気管9内を流通する吸気の質量に対応し
た電気信号を出力するエアフローメータ11と、該吸気
管9内を流通する吸気の温度に対応した電気信号を出力
する吸気温度センサ12とが取り付けられている。
The intake branch pipe 8 is connected to an intake pipe 9.
This intake pipe 9 is connected to an air cleaner box 10. An air flow meter 11 that outputs an electric signal corresponding to a mass of the intake air flowing through the intake pipe 9 is provided in an intake pipe 9 downstream of the air cleaner box 10 and a temperature corresponding to the temperature of the intake air flowing through the intake pipe 9. And an intake air temperature sensor 12 that outputs a detected electric signal.

【0041】前記吸気管9における吸気枝管8の直上流
に位置する部位には、該吸気管9内を流通する吸気の流
量を調節する吸気絞り弁13が設けられている。この吸
気絞り弁13には、ステッパモータ等で構成されて該吸
気絞り弁13を開閉駆動する吸気絞り用アクチュエータ
14が取り付けられている。
An intake throttle valve 13 for adjusting the flow rate of intake air flowing through the intake pipe 9 is provided at a position immediately upstream of the intake branch pipe 8 in the intake pipe 9. The intake throttle valve 13 is provided with an intake throttle actuator 14 that is configured by a stepper motor or the like and drives the intake throttle valve 13 to open and close.

【0042】前記エアフローメータ11と前記吸気絞り
弁13との間に位置する吸気管9には、排気の熱エネル
ギを駆動源として作動する遠心過給機(ターボチャージ
ャ)15のコンプレッサハウジング15aが設けられ、
コンプレッサハウジング15aより下流の吸気管9に
は、前記コンプレッサハウジング15a内で圧縮されて
高温となった吸気を冷却するためのインタークーラ16
が設けられている。
The intake pipe 9 located between the air flow meter 11 and the intake throttle valve 13 is provided with a compressor housing 15a of a centrifugal supercharger (turbocharger) 15 which operates using heat energy of exhaust gas as a driving source. And
An intercooler 16 for cooling intake air, which has been compressed in the compressor housing 15a and has become high temperature, is provided in the intake pipe 9 downstream of the compressor housing 15a.
Is provided.

【0043】このように構成された吸気系では、エアク
リーナボックス10に流入した吸気は、該エアクリーナ
ボックス10内の図示しないエアクリーナによって吸気
中の塵や埃等が除去された後、吸気管9を介してコンプ
レッサハウジング15aに流入する。
In the intake system configured as described above, the intake air flowing into the air cleaner box 10 passes through the intake pipe 9 after dust and the like in the intake air are removed by an air cleaner (not shown) in the air cleaner box 10. And flows into the compressor housing 15a.

【0044】コンプレッサハウジング15aに流入した
吸気は、該コンプレッサハウジング15aに内装された
コンプレッサホイールの回転によって圧縮される。前記
コンプレッサハウジング15a内で圧縮されて高温とな
った吸気は、インタークーラ16にて冷却された後、必
要に応じて吸気絞り弁13によって流量を調節されて吸
気枝管8に流入する。吸気枝管8に流入した吸気は、各
枝管を介して各気筒2の燃焼室へ分配され、各気筒2の
燃料噴射弁3から噴射された燃料を着火源として燃焼さ
れる。
The intake air flowing into the compressor housing 15a is compressed by rotation of a compressor wheel provided in the compressor housing 15a. The intake air that has been compressed in the compressor housing 15a and has become high temperature is cooled by the intercooler 16, and then flows into the intake branch pipe 8 with the flow rate adjusted by the intake throttle valve 13 as necessary. The intake air flowing into the intake branch pipe 8 is distributed to the combustion chamber of each cylinder 2 via each branch pipe, and is burned using the fuel injected from the fuel injection valve 3 of each cylinder 2 as an ignition source.

【0045】一方、内燃機関1には、排気枝管18が接
続され、排気枝管18の各枝管が図示しない排気ポート
を介して各気筒2の燃焼室と連通している。
On the other hand, an exhaust branch pipe 18 is connected to the internal combustion engine 1, and each branch pipe of the exhaust branch pipe 18 communicates with a combustion chamber of each cylinder 2 via an exhaust port (not shown).

【0046】前記排気枝管18は、前記遠心過給機15
のタービンハウジング15bと接続されている。前記タ
ービンハウジング15bは、排気管19と接続され、こ
の排気管19は、下流にて図示しないマフラーに接続さ
れている。
The exhaust branch pipe 18 is connected to the centrifugal turbocharger 15.
Of the turbine housing 15b. The turbine housing 15b is connected to an exhaust pipe 19, and the exhaust pipe 19 is connected downstream to a muffler (not shown).

【0047】前記排気管19の途中には、吸蔵還元型N
Ox触媒を担持したパティキュレートフィルタ20及び
その下流に尿素を還元剤とする選択還元型NOx触媒3
7が配置されている。フィルタ20より上流の排気管1
9には、該排気管19内を流通する排気の温度に対応し
た電気信号を出力する排気温度センサ24が取り付けら
れている。
In the middle of the exhaust pipe 19, a storage-reduction type N
Particulate filter 20 carrying an Ox catalyst and a selective reduction type NOx catalyst 3 using urea as a reducing agent downstream thereof
7 are arranged. Exhaust pipe 1 upstream of filter 20
An exhaust temperature sensor 24 that outputs an electric signal corresponding to the temperature of exhaust flowing through the exhaust pipe 19 is attached to the exhaust pipe 9.

【0048】フィルタ20より下流で且つ選択還元型N
Ox触媒37の上流の排気管19には、選択還元型NOx
触媒37に流入するNOx濃度に対応した電気信号を出
力するNOxセンサ39及び該排気管19内を流通する
排気の空燃比に対応した電気信号を出力する空燃比セン
サ23が取り付けられている。NOxセンサ39及び空
燃比センサ23の下流で、且つ選択還元型NOx触媒3
7の上流には該選択還元型NOx触媒37に還元剤たる
尿素を添加するための尿素添加制御弁38が設置されて
いる。
Downstream of the filter 20 and the selective reduction type N
An exhaust pipe 19 upstream of the Ox catalyst 37 has a selective reduction type NOx
A NOx sensor 39 that outputs an electric signal corresponding to the NOx concentration flowing into the catalyst 37 and an air-fuel ratio sensor 23 that outputs an electric signal corresponding to the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing through the exhaust pipe 19 are attached. Downstream of the NOx sensor 39 and the air-fuel ratio sensor 23 and the selective reduction type NOx catalyst 3
A urea addition control valve 38 for adding urea as a reducing agent to the selective reduction type NOx catalyst 37 is provided upstream of the NOx catalyst 7.

【0049】前記した選択還元型NOx触媒37の下流
には、該排気管19内を流通する排気の流量を調節する
排気絞り弁21が設けられている。この排気絞り弁21
には、ステッパモータ等で構成されて該排気絞り弁21
を開閉駆動する排気絞り用アクチュエータ22が取り付
けられている。
An exhaust throttle valve 21 for adjusting the flow rate of exhaust gas flowing through the exhaust pipe 19 is provided downstream of the selective reduction type NOx catalyst 37. This exhaust throttle valve 21
The exhaust throttle valve 21 includes a stepper motor and the like.
An exhaust throttle actuator 22 for driving the opening and closing of the valve is mounted.

【0050】このように構成された排気系では、内燃機
関1の各気筒2で燃焼された混合気(既燃ガス)が排気
ポートを介して排気枝管18へ排出され、次いで排気枝
管18から遠心過給機15のタービンハウジング15b
へ流入する。タービンハウジング15bに流入した排気
は、該排気が持つ熱エネルギを利用してタービンハウジ
ング15b内に回転自在に支持されたタービンホイール
を回転させる。その際、タービンホイールの回転トルク
は、前述したコンプレッサハウジング15aのコンプレ
ッサホイールへ伝達される。
In the exhaust system configured as described above, the air-fuel mixture (burned gas) burned in each cylinder 2 of the internal combustion engine 1 is discharged to the exhaust branch pipe 18 through the exhaust port, and then to the exhaust branch pipe 18. To the turbine housing 15b of the centrifugal supercharger 15
Flows into The exhaust gas flowing into the turbine housing 15b rotates a turbine wheel rotatably supported in the turbine housing 15b by using thermal energy of the exhaust gas. At this time, the rotational torque of the turbine wheel is transmitted to the compressor wheel of the compressor housing 15a described above.

【0051】前記タービンハウジング15bから排出さ
れた排気は、排気管19を介してフィルタ20及び選択
還元型NOx触媒37へ流入し、排気中に含まれる浮遊
粒子状物質である煤に代表されるパティキュレートマタ
ー(Particulate Matter以下特に断らない限り「PM」
という。)が捕集され且つ有害ガス成分が除去又は浄化
される。フィルタ20にてPMを捕集され且つフィルタ
20及び選択還元型NOx触媒37で有害ガス成分を浄
化された排気は、必要に応じて排気絞り弁21によって
流量を調節された後にマフラーを介して大気中に放出さ
れる。
The exhaust gas discharged from the turbine housing 15b flows into the filter 20 and the selective reduction type NOx catalyst 37 through the exhaust pipe 19, and the exhaust gas flows into the filter 20 and the selective reduction type NOx catalyst 37. Curated Matter (Particulate Matter, unless otherwise noted "PM"
That. ) Is collected and harmful gas components are removed or purified. The exhaust gas whose PM has been collected by the filter 20 and the harmful gas component has been purified by the filter 20 and the selective reduction type NOx catalyst 37 is adjusted through an exhaust throttle valve 21 as needed, and then discharged through the muffler. Released during.

【0052】また、排気枝管18と吸気枝管8とは、排
気枝管18内を流通する排気の一部を吸気枝管8へ再循
環させる排気再循環通路(EGR通路)25を介して連
通されている。このEGR通路25の途中には、電磁弁
などで構成され、印加電力の大きさに応じて前記EGR
通路25内を流通する排気(以下、EGRガスと称す
る)の流量を変更する流量調整弁(EGR弁)26が設
けられている。
The exhaust branch pipe 18 and the intake branch pipe 8 are connected via an exhaust gas recirculation passage (EGR passage) 25 for recirculating a part of the exhaust gas flowing through the exhaust branch pipe 18 to the intake branch pipe 8. Are in communication. In the middle of the EGR passage 25, a solenoid valve or the like is provided.
A flow control valve (EGR valve) 26 for changing the flow rate of exhaust gas (hereinafter, referred to as EGR gas) flowing through the passage 25 is provided.

【0053】前記EGR通路25においてEGR弁26
より上流の部位には、該EGR通路25内を流通するE
GRガスを冷却するEGRクーラ27が設けられてい
る。
In the EGR passage 25, an EGR valve 26
A portion upstream of the EGR passage 25
An EGR cooler 27 for cooling the GR gas is provided.

【0054】このように構成された排気再循環機構で
は、EGR弁26が開弁されると、EGR通路25が導
通状態となり、排気枝管18内を流通する排気の一部が
前記EGR通路25へ流入し、EGRクーラ27を経て
吸気枝管8へ導かれる。
In the exhaust gas recirculation mechanism configured as described above, when the EGR valve 26 is opened, the EGR passage 25 becomes conductive, and a part of the exhaust gas flowing through the exhaust branch pipe 18 is partially discharged. And is guided to the intake branch pipe 8 through the EGR cooler 27.

【0055】その際、EGRクーラ27では、EGR通
路25内を流通するEGRガスと所定の冷媒との間で熱
交換が行われ、EGRガスが冷却されることになる。
At this time, in the EGR cooler 27, heat exchange is performed between the EGR gas flowing through the EGR passage 25 and a predetermined refrigerant, and the EGR gas is cooled.

【0056】EGR通路25を介して排気枝管18から
吸気枝管8へ還流されたEGRガスは、吸気枝管8の上
流から流れてきた新気と混ざり合いつつ各気筒2の燃焼
室へ導かれ、燃料噴射弁3から噴射される燃料を着火源
として燃焼される。
The EGR gas recirculated from the exhaust branch pipe 18 to the intake branch pipe 8 through the EGR passage 25 is guided to the combustion chamber of each cylinder 2 while mixing with fresh air flowing from the upstream of the intake branch pipe 8. Then, the fuel injected from the fuel injection valve 3 is burned using the ignition source.

【0057】ここで、EGRガスには、水(H2O)や
二酸化炭素(CO2)などのように、自らが燃焼するこ
とがなく、且つ、吸熱性を有する不活性ガス成分が含ま
れているため、EGRガスが混合気中に含有されると、
混合気の燃焼温度が低められ、以て窒素酸化物(NO
x)の発生量が抑制される。
Here, the EGR gas contains an inert gas component such as water (H 2 O) or carbon dioxide (CO 2 ) which does not burn itself and has endothermic properties, such as water (H 2 O) and carbon dioxide (CO 2 ). Therefore, if EGR gas is contained in the air-fuel mixture,
The combustion temperature of the air-fuel mixture is lowered, so that nitrogen oxides (NO
x) is suppressed.

【0058】更に、EGRクーラ27においてEGRガ
スが冷却されると、EGRガス自体の温度が低下すると
ともにEGRガスの体積が縮小されるため、EGRガス
が燃焼室内に供給されたときに該燃焼室内の雰囲気温度
が不要に上昇することがなくなるとともに、燃焼室内に
供給される新気の量(新気の体積)が不要に減少するこ
ともない。
Further, when the EGR gas is cooled in the EGR cooler 27, the temperature of the EGR gas itself decreases and the volume of the EGR gas decreases, so that when the EGR gas is supplied into the combustion chamber, The ambient temperature of the air does not unnecessarily rise, and the amount of fresh air (volume of fresh air) supplied into the combustion chamber does not unnecessarily decrease.

【0059】次に、本実施の形態における選択還元型N
Ox触媒37について説明する。
Next, the selective reduction type N in this embodiment
The Ox catalyst 37 will be described.

【0060】選択還元型NOx触媒37は、NOx触媒に
還元剤たる尿素を添加して選択還元を行うものである。
The selective reduction type NOx catalyst 37 performs selective reduction by adding urea as a reducing agent to the NOx catalyst.

【0061】選択還元型NOx触媒としては、ゼオライ
トを担体としてCu等の遷移金属をイオン交換して担持
したものやチタニヤ/バナジウムを担持した触媒、ゼオ
ライト又はアルミナを担体として貴金属を担持した触媒
等が例示できる。この触媒上に尿素が添加されると、以
下の反応が起こる。
Examples of the selective reduction type NOx catalyst include a catalyst in which a transition metal such as Cu is supported by ion exchange using zeolite as a carrier, a catalyst in which titania / vanadium is supported, and a catalyst in which noble metal is supported in zeolite or alumina as a carrier. Can be illustrated. When urea is added on this catalyst, the following reaction occurs.

【0062】2NO+2O2+2CO(NH22→3N2
+2CO2+4H2O 又は、 6NO+2CO(NH22→5N2+2CO2+4H2O この反応式に従って排気中に含まれるNOxは還元され
浄化される。
2NO + 2O 2 + 2CO (NH 2 ) 2 → 3N 2
+ 2CO 2 + 4H 2 O or 6NO + 2CO (NH 2 ) 2 → 5N 2 + 2CO 2 + 4H 2 O According to this reaction formula, NOx contained in exhaust gas is reduced and purified.

【0063】次に、本実施の形態に係るフィルタ20に
ついて説明する。
Next, the filter 20 according to the present embodiment will be described.

【0064】図4にフィルタ20の構造を示す。なお、
図4において(A)はフィルタ20の横方向断面を示し
ており、(B)はフィルタ20の縦方向断面図を示して
いる。図4(A)及び(B)に示されるようにフィルタ
20は、互いに平行をなして延びる複数個の排気流通路
50,51を具備するいわゆるウォールフロー型であ
る。これら排気流通路は下流端が栓52により閉塞され
た排気流入通路50と、上流端が栓53により閉塞され
た排気流出通路51とにより構成される。なお、図4
(A)においてハッチングを付した部分は栓53を示し
ている。従って、排気流入通路50および排気流出通路
51は薄肉の隔壁54を介して交互に配置される。換言
すると排気流入通路50および排気流出通路51は各排
気流入通路50が4つの排気流出通路51によって包囲
され、各排気流出通路51が4つの排気流入通路50に
よって包囲されるように配置される。
FIG. 4 shows the structure of the filter 20. In addition,
4A shows a cross section of the filter 20 in the horizontal direction, and FIG. 4B shows a cross section of the filter 20 in the vertical direction. As shown in FIGS. 4A and 4B, the filter 20 is a so-called wall flow type including a plurality of exhaust passages 50 and 51 extending parallel to each other. These exhaust passages are constituted by an exhaust inflow passage 50 whose downstream end is closed by a plug 52 and an exhaust outflow passage 51 whose upstream end is closed by a plug 53. FIG.
In FIG. 5A, the hatched portion indicates the plug 53. Accordingly, the exhaust inflow passages 50 and the exhaust outflow passages 51 are alternately arranged with the thin partition walls 54 interposed therebetween. In other words, the exhaust inflow passage 50 and the exhaust outflow passage 51 are arranged such that each exhaust inflow passage 50 is surrounded by the four exhaust outflow passages 51 and each exhaust outflow passage 51 is surrounded by the four exhaust inflow passages 50.

【0065】フィルタ20は例えばコージライトのよう
な多孔質材料から形成されており、従って排気流入通路
50内に流入した排気は図4(B)において矢印で示さ
れるように周囲の隔壁54内を通って隣接する排気流出
通路51内に流出する。
The filter 20 is formed of a porous material such as cordierite, so that the exhaust gas flowing into the exhaust inflow passage 50 flows through the surrounding partition wall 54 as shown by an arrow in FIG. Then, it flows out into the adjacent exhaust outflow passage 51.

【0066】本発明による実施例では各排気流入通路5
0および各排気流出通路51の周壁面、即ち各隔壁54
の両側表面上および隔壁54内の細孔内壁面上には例え
ばアルミナからなる担体の層が形成されており、この担
体上に吸蔵還元型NOx触媒が坦持されている。
In the embodiment according to the present invention, each exhaust inflow passage 5
0 and the peripheral wall surface of each exhaust outflow passage 51, that is, each partition wall 54
A layer of a carrier made of, for example, alumina is formed on both side surfaces and on the inner wall surface of the pores in the partition wall 54, and the storage reduction type NOx catalyst is carried on this carrier.

【0067】次に、本実施の形態に係るフィルタ20に
担持された吸蔵還元型NOx触媒の働きについて説明す
る。
Next, the operation of the NOx storage reduction catalyst carried on the filter 20 according to the present embodiment will be described.

【0068】フィルタ20は、例えば、アルミナを担体
とし、その担体上に、カリウム(K)、ナトリウム(N
a)、リチウム(Li)、もしくはセシウム(Cs)等
のアルカリ金属と、バリウム(Ba)もしくはカルシウ
ム(Ca)等のアルカリ土類と、ランタン(La)もし
くはイットリウム(Y)等の希土類とから選択された少
なくとも1つと、白金(Pt)等の貴金属とを担持して
構成されている。尚、本実施の形態では、アルミナから
なる担体上にバリウム(Ba)と白金(Pt)とを担持
して構成される吸蔵還元型NOx触媒を例に挙げて説明
する。
The filter 20 uses, for example, alumina as a carrier and places potassium (K) and sodium (N) on the carrier.
a) Alkali metals such as lithium (Li) or cesium (Cs), alkaline earths such as barium (Ba) or calcium (Ca), and rare earths such as lanthanum (La) or yttrium (Y). And a noble metal such as platinum (Pt). In the present embodiment, a description will be given of an example of an occlusion reduction type NOx catalyst constituted by supporting barium (Ba) and platinum (Pt) on a carrier made of alumina.

【0069】このように構成されたNOx触媒は、該N
Ox触媒に流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中
の窒素酸化物(NOx)を吸収する。
The NOx catalyst configured as described above is
When the oxygen concentration of exhaust gas flowing into the Ox catalyst is high, nitrogen oxide (NOx) in the exhaust gas is absorbed.

【0070】一方、NOx触媒は、該NOx触媒に流入す
る排気の酸素濃度が低下したときは吸収していた窒素酸
化物(NOx)を放出する。その際、排気中に炭化水素
(HC)や一酸化炭素(CO)等の還元成分が存在して
いれば、NOx触媒は、該NOx触媒から放出された窒素
酸化物(NOx)を窒素(N2)に還元せしめることがで
きる。
On the other hand, when the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the NOx catalyst decreases, the NOx catalyst releases the absorbed nitrogen oxides (NOx). At this time, if reducing components such as hydrocarbons (HC) and carbon monoxide (CO) are present in the exhaust gas, the NOx catalyst converts the nitrogen oxides (NOx) released from the NOx catalyst into nitrogen (N 2 ) can be reduced.

【0071】尚、NOx触媒のNOx吸放出作用について
は明らかにされていない部分もあるが、おおよそ以下の
ようなメカニズムによって行われていると考えられる。
Although the NOx absorption / release action of the NOx catalyst has not been clarified in some parts, it is considered that the action is performed by the following mechanism.

【0072】先ず、NOx触媒では、該NOx触媒に流入
する排気の空燃比がリーン空燃比となって排気中の酸素
濃度が高まると、図2(A)に示されるように、排気中
の酸素(O2)がO2 -またはO2-の形で白金(Pt)の
表面上に付着する。排気中の一酸化窒素(NO)は、白
金(Pt)の表面上でO2 -またはO2-と反応して二酸化
窒素(NO2)を形成する(2NO+O2→2NO2)。
二酸化窒素(NO2)は、白金(Pt)の表面上で更に
酸化され、硝酸イオン(NO3 -)の形でNOx触媒に吸
収される。尚、NOx触媒に吸収された硝酸イオン(N
3 -)は、酸化バリウム(BaO)と結合して硝酸バリ
ウム(Ba(NO32)を形成する。
First, in the NOx catalyst, when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx catalyst becomes a lean air-fuel ratio and the oxygen concentration in the exhaust increases, as shown in FIG. (O 2) is O 2 - or O 2- in the form deposited on the surface of the platinum (Pt). Nitric oxide (NO) in the exhaust reacts with O 2 or O 2− on the surface of platinum (Pt) to form nitrogen dioxide (NO 2 ) (2NO + O 2 → 2NO 2 ).
Nitrogen dioxide (NO 2 ) is further oxidized on the surface of platinum (Pt) and absorbed by the NOx catalyst in the form of nitrate ions (NO 3 ). Incidentally, nitrate ions (N
O 3 ) combines with barium oxide (BaO) to form barium nitrate (Ba (NO 3 ) 2 ).

【0073】このようにNOx触媒に流入する排気の空
燃比がリーン空燃比であるときは、排気中の窒素酸化物
(NOx)が硝酸イオン(NO3 -)としてNOx触媒に吸
収される。
As described above, when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx catalyst is the lean air-fuel ratio, nitrogen oxides (NOx) in the exhaust gas are absorbed by the NOx catalyst as nitrate ions (NO 3 ).

【0074】上記したようなNOx吸収作用は、流入排
気の空燃比がリーン空燃比であり、且つNOx触媒のN
Ox吸収能力が飽和しない限り継続される。従って、N
Ox触媒に流入する排気の空燃比がリーン空燃比である
ときは、NOx触媒のNOx吸収能力が飽和しない限り、
排気中の窒素酸化物(NOx)がNOx触媒に吸収され、
排気中から窒素酸化物(NOx)が除去されることにな
る。
The NOx absorbing action as described above is based on the fact that the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is a lean air-fuel ratio and the NOx catalyst
It is continued as long as the Ox absorption capacity is not saturated. Therefore, N
When the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the Ox catalyst is a lean air-fuel ratio, unless the NOx absorption capacity of the NOx catalyst is saturated,
Nitrogen oxides (NOx) in the exhaust are absorbed by the NOx catalyst,
Nitrogen oxides (NOx) are removed from the exhaust gas.

【0075】これに対して、NOx触媒では、該NOx触
媒に流入する排気の酸素濃度が低下すると、白金(P
t)の表面上において二酸化窒素(NO2)の生成量が
減少するため、酸化バリウム(BaO)と結合していた
硝酸イオン(NO3 -)が逆に二酸化窒素(NO2)や一
酸化窒素(NO)となってNOx触媒から離脱する。
On the other hand, in the NOx catalyst, when the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the NOx catalyst decreases, platinum (P
Since the amount of generated nitrogen dioxide (NO 2 ) on the surface of t) is reduced, nitrate ions (NO 3 ) bonded to barium oxide (BaO) are conversely changed to nitrogen dioxide (NO 2 ) and nitric oxide. It becomes (NO) and separates from the NOx catalyst.

【0076】その際、排気中に炭化水素(HC)や一酸
化炭素(CO)等の還元成分が存在していれば、それら
の還元成分が白金(Pt)上の酸素(O2 -またはO2-
と部分的に反応して活性種を形成する。この活性種は、
NOx触媒から放出された二酸化窒素(NO2)や一酸化
窒素(NO)を窒素(N2)に還元せしめることにな
る。
At this time, if reducing components such as hydrocarbons (HC) and carbon monoxide (CO) are present in the exhaust gas, those reducing components are converted to oxygen (O 2 - or O 2 ) on platinum (Pt). 2- )
Reacts to form active species. This active species
Nitrogen dioxide (NO 2 ) and nitric oxide (NO) released from the NOx catalyst are reduced to nitrogen (N 2 ).

【0077】従って、NOx触媒に流入する排気の空燃
比が理論空燃比又はリッチ空燃比となって排気中の酸素
濃度が低下するとともに還元剤の濃度が高まると、NO
x触媒に吸収されていた窒素酸化物(NOx)が放出及び
還元され、以てNOx触媒のNOx吸収能力が再生される
ことになる。
Accordingly, when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx catalyst becomes the stoichiometric air-fuel ratio or the rich air-fuel ratio and the oxygen concentration in the exhaust decreases and the concentration of the reducing agent increases, the NO
The nitrogen oxides (NOx) absorbed by the x catalyst are released and reduced, whereby the NOx absorption capacity of the NOx catalyst is regenerated.

【0078】ところで、内燃機関1が希薄燃焼運転され
ている場合は、内燃機関1から排出される排気の空燃比
がリーン雰囲気となり排気の酸素濃度が高くなるため、
排気中に含まれる窒素酸化物(NOx)がNOx触媒に吸
収されることになるが、内燃機関1の希薄燃焼運転が長
期間継続されると、NOx触媒のNOx吸収能力が飽和
し、排気中の窒素酸化物(NOx)がNOx触媒にて除去
されずに大気中へ放出されてしまう。
When the internal combustion engine 1 is operating in the lean burn operation, the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the internal combustion engine 1 becomes a lean atmosphere, and the oxygen concentration of the exhaust gas becomes high.
Nitrogen oxides (NOx) contained in the exhaust gas are absorbed by the NOx catalyst. However, if the lean burn operation of the internal combustion engine 1 is continued for a long time, the NOx absorption capacity of the NOx catalyst is saturated, and Of nitrogen oxides (NOx) are released to the atmosphere without being removed by the NOx catalyst.

【0079】特に、内燃機関1のようなディーゼル機関
では、大部分の運転領域においてリーン空燃比の混合気
が燃焼され、それに応じて大部分の運転領域において排
気の空燃比がリーン空燃比となるため、NOx触媒のN
Ox吸収能力が飽和し易い。
In particular, in a diesel engine such as the internal combustion engine 1, a mixture having a lean air-fuel ratio is burned in most of the operating region, and the air-fuel ratio of exhaust gas becomes a lean air-fuel ratio in most of the operating region. Therefore, the Nx of the NOx catalyst
Ox absorption capacity is easily saturated.

【0080】従って、内燃機関1が希薄燃焼運転されて
いる場合は、NOx触媒のNOx吸収能力が飽和する前に
NOx触媒に流入する排気中の酸素濃度を低下させると
ともに還元剤の濃度を高め、NOx触媒に吸収された窒
素酸化物(NOx)を放出及び還元させる必要がある。
Therefore, when the internal combustion engine 1 is operating in the lean burn operation, the concentration of oxygen in the exhaust gas flowing into the NOx catalyst is reduced and the concentration of the reducing agent is increased before the NOx absorption capacity of the NOx catalyst is saturated. It is necessary to release and reduce nitrogen oxides (NOx) absorbed by the NOx catalyst.

【0081】そこで、フィルタ20より上流の排気通路
を流通する排気中に還元剤たる燃料(軽油)を添加する
還元剤供給機構を備え、この還元剤供給機構から排気中
へ燃料を添加することにより、フィルタ20に流入する
排気の酸素濃度を低下させるとともに還元剤の濃度を高
めるようにした。
Therefore, there is provided a reducing agent supply mechanism for adding fuel (light oil) as a reducing agent to the exhaust gas flowing through the exhaust passage upstream of the filter 20, and the fuel is added from the reducing agent supply mechanism to the exhaust gas. The oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the filter 20 is reduced and the concentration of the reducing agent is increased.

【0082】還元剤供給機構は、図1に示されるよう
に、その噴孔が排気枝管18内に臨むよう内燃機関1の
シリンダヘッドに取り付けられ、所定の開弁圧以上の燃
料が印加されたときに開弁して燃料を噴射する還元剤噴
射弁28と、前述した燃料ポンプ6から吐出された燃料
を前記還元剤噴射弁28へ導く還元剤供給路29と、こ
の還元剤供給路29の途中に設けられ該還元剤供給路2
9内を流通する燃料の流量を調整する流量調整弁30
と、この流量調整弁30より上流の還元剤供給路29に
設けられて該還元剤供給路29内の燃料の流通を遮断す
る遮断弁31と、前記流量調整弁30より上流の還元剤
供給路29に取り付けられ該還元剤供給路29内の圧力
に対応した電気信号を出力する還元剤圧力センサ32
と、を備えている。
As shown in FIG. 1, the reducing agent supply mechanism is attached to the cylinder head of the internal combustion engine 1 so that its injection hole faces the exhaust branch pipe 18, and fuel at a predetermined valve opening pressure or higher is applied. A reducing agent injection valve 28 that opens and injects fuel when the fuel is discharged; a reducing agent supply passage 29 that guides the fuel discharged from the fuel pump 6 to the reducing agent injection valve 28; The reducing agent supply path 2
Flow regulating valve 30 for regulating the flow rate of fuel flowing through
A shutoff valve 31 provided in the reducing agent supply passage 29 upstream of the flow regulating valve 30 to block the flow of fuel in the reducing agent supply passage 29; and a reducing agent supply passage upstream of the flow regulating valve 30. A reducing agent pressure sensor 32 that is attached to and outputs an electric signal corresponding to the pressure in the reducing agent supply passage 29;
And

【0083】尚、還元剤噴射弁28は、該還元剤噴射弁
28の噴孔が排気枝管18におけるEGR通路25との
接続部位より下流であって、排気枝管18における4つ
の枝管の集合部に最も近い気筒2の排気ポートに突出す
るとともに、排気枝管18の集合部へ向くようシリンダ
ヘッドに取り付けられることが好ましい。
The reducing agent injection valve 28 is configured such that the injection hole of the reducing agent injection valve 28 is located downstream of the connection portion of the exhaust branch pipe 18 with the EGR passage 25 and the four branch pipes of the exhaust branch pipe 18 are connected to each other. It is preferable that the projection is protruded to the exhaust port of the cylinder 2 closest to the collecting portion and is attached to the cylinder head so as to face the collecting portion of the exhaust branch pipe 18.

【0084】これは、還元剤噴射弁28から噴射された
還元剤(未燃の燃料成分)がEGR通路25へ流入する
のを防止するとともに、還元剤が排気枝管18内に滞る
ことなく遠心過給機のタービンハウジング15bへ到達
するようにするためである。
This prevents the reducing agent (unburned fuel component) injected from the reducing agent injection valve 28 from flowing into the EGR passage 25, and also allows the reducing agent to be centrifuged without stagnation in the exhaust branch pipe 18. This is to reach the turbine housing 15b of the supercharger.

【0085】尚、図1に示す例では、内燃機関1の4つ
の気筒2のうち1番(#1)気筒2が排気枝管18の集
合部と最も近い位置にあるため、1番(#1)気筒2の
排気ポートに還元剤噴射弁28が取り付けられている
が、1番(#1)気筒2以外の気筒2が排気枝管18の
集合部と最も近い位置にあるときは、その気筒2の排気
ポートに還元剤噴射弁28が取り付けられるようにす
る。
In the example shown in FIG. 1, the first (# 1) cylinder 2 of the four cylinders 2 of the internal combustion engine 1 is located closest to the gathering portion of the exhaust branch pipe 18, so that the first (# 1) cylinder 2 1) Although the reducing agent injection valve 28 is attached to the exhaust port of the cylinder 2, when the cylinder 2 other than the first (# 1) cylinder 2 is located closest to the gathering portion of the exhaust branch pipe 18, The reducing agent injection valve 28 is attached to the exhaust port of the cylinder 2.

【0086】また、前記還元剤噴射弁28は、シリンダ
ヘッドに形成された図示しないウォータージャケットを
貫通、あるいはウォータージャケットに近接して取り付
けられるようにし、前記ウォータージャケットを流通す
る冷却水を利用して還元剤噴射弁28が冷却されるよう
にしてもよい。
The reducing agent injection valve 28 is designed to penetrate a water jacket (not shown) formed in the cylinder head or to be mounted close to the water jacket, and use cooling water flowing through the water jacket. The reducing agent injection valve 28 may be cooled.

【0087】このような還元剤供給機構では、流量調整
弁30が開弁されると、燃料ポンプ6から吐出された高
圧の燃料が還元剤供給路29を介して還元剤噴射弁28
へ印加される。そして、還元剤噴射弁28に印加される
燃料の圧力が開弁圧以上に達すると、該還元剤噴射弁2
8が開弁して排気枝管18内へ還元剤としての燃料が噴
射される。
In such a reducing agent supply mechanism, when the flow control valve 30 is opened, the high-pressure fuel discharged from the fuel pump 6 is supplied through the reducing agent supply passage 29 to the reducing agent injection valve 28.
Is applied. When the pressure of the fuel applied to the reducing agent injection valve 28 reaches or exceeds the valve opening pressure, the reducing agent injection valve 2
8 is opened, and fuel as a reducing agent is injected into the exhaust branch pipe 18.

【0088】還元剤噴射弁28から排気枝管18内へ噴
射された還元剤は、排気枝管18の上流から流れてきた
排気ととともにタービンハウジング15bへ流入する。
タービンハウジング15b内に流入した排気と還元剤と
は、タービンホイールの回転によって撹拌されて均質に
混合され、リッチ空燃比の排気を形成する。
The reducing agent injected from the reducing agent injection valve 28 into the exhaust branch pipe 18 flows into the turbine housing 15b together with the exhaust gas flowing from the upstream of the exhaust branch pipe 18.
The exhaust gas and the reducing agent that have flowed into the turbine housing 15b are agitated and uniformly mixed by the rotation of the turbine wheel to form an exhaust gas having a rich air-fuel ratio.

【0089】このようにして形成されたリッチ空燃比の
排気は、タービンハウジング15bから排気管19を介
してフィルタ20に流入し、フィルタ20に吸収されて
いた窒素酸化物(NOx)を放出させつつ窒素(N2)に
還元することになる。
The rich air-fuel ratio exhaust gas thus formed flows into the filter 20 from the turbine housing 15b via the exhaust pipe 19, and releases nitrogen oxides (NOx) absorbed by the filter 20. It will be reduced to nitrogen (N 2 ).

【0090】その後、流量調整弁30が閉弁されて燃料
ポンプ6から還元剤噴射弁28への還元剤の供給が遮断
されると、還元剤噴射弁28に印加される燃料の圧力が
前記開弁圧未満となり、その結果、還元剤噴射弁28が
閉弁し、排気枝管18内への還元剤の添加が停止される
ことになる。
Thereafter, when the flow control valve 30 is closed and the supply of the reducing agent from the fuel pump 6 to the reducing agent injection valve 28 is interrupted, the pressure of the fuel applied to the reducing agent injection valve 28 is increased. As a result, the reducing agent injection valve 28 closes, and the addition of the reducing agent into the exhaust branch pipe 18 is stopped.

【0091】以上述べたように構成された内燃機関1に
は、該内燃機関1を制御するための電子制御ユニット
(ECU:Electronic Control Unit)35が併設され
ている。このECU35は、内燃機関1の運転条件や運
転者の要求に応じて内燃機関1の運転状態を制御するユ
ニットである。
The internal combustion engine 1 configured as described above is provided with an electronic control unit (ECU) 35 for controlling the internal combustion engine 1. The ECU 35 is a unit that controls the operating state of the internal combustion engine 1 according to the operating conditions of the internal combustion engine 1 and the driver's requirements.

【0092】ECU35には、コモンレール圧センサ4
a、エアフローメータ11、吸気温度センサ12、吸気
管圧力センサ17、空燃比センサ23、排気温度センサ
24、NOxセンサ39、還元剤圧力センサ32、クラ
ンクポジションセンサ33、水温センサ34、アクセル
開度センサ36等の各種センサが電気配線を介して接続
され、上記した各種センサの出力信号がECU35に入
力されるようになっている。
The ECU 35 has a common rail pressure sensor 4
a, air flow meter 11, intake air temperature sensor 12, intake pipe pressure sensor 17, air-fuel ratio sensor 23, exhaust gas temperature sensor 24, NOx sensor 39, reducing agent pressure sensor 32, crank position sensor 33, water temperature sensor 34, accelerator opening sensor Various sensors such as 36 are connected via electric wiring, and output signals of the various sensors described above are input to the ECU 35.

【0093】一方、ECU35には、燃料噴射弁3、吸
気絞り用アクチュエータ14、排気絞り用アクチュエー
タ22、EGR弁26、流量調整弁30、遮断弁31、
等が電気配線を介して接続され、上記した各部をECU
35が制御することが可能になっている。
On the other hand, the ECU 35 includes a fuel injection valve 3, an intake throttle actuator 14, an exhaust throttle actuator 22, an EGR valve 26, a flow control valve 30, a shutoff valve 31,
Etc. are connected via electric wiring, and
35 can be controlled.

【0094】ここで、ECU35は、図3に示すよう
に、双方向性バス350によって相互に接続された、C
PU351と、ROM352と、RAM353と、バッ
クアップRAM354と、入力ポート356と、出力ポ
ート357とを備えるとともに、前記入力ポート356
に接続されたA/Dコンバータ(A/D)355を備え
ている。
Here, as shown in FIG. 3, the ECU 35 is connected to a C
A PU 351, a ROM 352, a RAM 353, a backup RAM 354, an input port 356, and an output port 357.
And an A / D converter (A / D) 355 connected to.

【0095】前記入力ポート356は、クランクポジシ
ョンセンサ33のようにデジタル信号形式の信号を出力
するセンサの出力信号を入力し、それらの出力信号をC
PU351やRAM353へ送信する。
The input port 356 inputs the output signals of a sensor that outputs a digital signal, such as the crank position sensor 33, and converts those output signals to C.
The data is transmitted to the PU 351 and the RAM 353.

【0096】前記入力ポート356は、コモンレール圧
センサ4a、エアフローメータ11、吸気温度センサ1
2、吸気管圧力センサ17、空燃比センサ23、排気温
度センサ24、還元剤圧力センサ32、水温センサ3
4、アクセル開度センサ36、NOxセンサ39等のよ
うに、アナログ信号形式の信号を出力するセンサのA/
D355を介して入力し、それらの出力信号をCPU3
51やRAM353へ送信する。
The input port 356 is connected to the common rail pressure sensor 4a, the air flow meter 11, the intake air temperature sensor 1
2. Intake pipe pressure sensor 17, air-fuel ratio sensor 23, exhaust temperature sensor 24, reducing agent pressure sensor 32, water temperature sensor 3.
4. A / A of a sensor that outputs a signal in the form of an analog signal, such as an accelerator opening sensor 36, a NOx sensor 39, etc.
D355, and outputs those signals to the CPU 3
51 and the RAM 353.

【0097】前記出力ポート357は、燃料噴射弁3、
吸気絞り用アクチュエータ14、排気絞り用アクチュエ
ータ22、EGR弁26、流量調整弁30、遮断弁3
1、尿素添加制御弁38等と電気配線を介して接続さ
れ、CPU351から出力される制御信号を、前記した
燃料噴射弁3、吸気絞り用アクチュエータ14、排気絞
り用アクチュエータ22、EGR弁26、流量調整弁3
0、遮断弁31、尿素添加制御弁38へ送信する。
The output port 357 is connected to the fuel injection valve 3,
Intake throttle actuator 14, Exhaust throttle actuator 22, EGR valve 26, flow control valve 30, shut-off valve 3
1, connected to the urea addition control valve 38 and the like via electric wiring, and outputs a control signal output from the CPU 351 to the fuel injection valve 3, the intake throttle actuator 14, the exhaust throttle actuator 22, the EGR valve 26, the flow rate Regulating valve 3
0, which is transmitted to the shutoff valve 31 and the urea addition control valve 38.

【0098】前記ROM352は、燃料噴射弁3を制御
するための燃料噴射制御ルーチン、吸気絞り弁13を制
御するための吸気絞り制御ルーチン、排気絞り弁21を
制御するための排気絞り制御ルーチン、EGR弁26を
制御するためのEGR制御ルーチン、フィルタ20に捕
集されたPMを燃焼除去するためのPM燃焼制御ルーチ
ン、吸蔵還元型NOx触媒に吸収された窒素酸化物(N
Ox)を浄化するための吸蔵NOx浄化制御ルーチン、選
択還元型NOx触媒37に還元剤を供給して窒素酸化物
(NOx)を還元浄化するための選択還元NOx浄化制御
ルーチン、フィルタ20の酸化物による被毒を解消する
ための被毒解消制御ルーチン、吸蔵還元型NOx触媒と
選択還元型NOx触媒37とで使用するNOx触媒を選択
するNOx触媒選択制御ルーチン等のアプリケーション
プログラムを記憶している。
The ROM 352 includes a fuel injection control routine for controlling the fuel injection valve 3, an intake throttle control routine for controlling the intake throttle valve 13, an exhaust throttle control routine for controlling the exhaust throttle valve 21, and EGR. An EGR control routine for controlling the valve 26, a PM combustion control routine for burning and removing PM trapped in the filter 20, and a nitrogen oxide (N) absorbed by the NOx storage reduction catalyst.
A storage NOx purification control routine for purifying Ox), a selective reduction NOx purification control routine for supplying a reducing agent to the selective reduction NOx catalyst 37 to reduce and purify nitrogen oxides (NOx), and an oxide of the filter 20 And an application program such as a NOx catalyst selection control routine for selecting a NOx catalyst to be used by the occlusion reduction type NOx catalyst and the selective reduction type NOx catalyst 37.

【0099】前記ROM352は、上記したアプリケー
ションプログラムに加え、各種の制御マップを記憶して
いる。前記制御マップは、例えば、内燃機関1の運転状
態と基本燃料噴射量(基本燃料噴射時間)との関係を示
す燃料噴射量制御マップ、内燃機関1の運転状態と基本
燃料噴射時期との関係を示す燃料噴射時期制御マップ、
内燃機関1の運転状態と吸気絞り弁13の目標開度との
関係を示す吸気絞り弁開度制御マップ、内燃機関1の運
転状態と排気絞り弁21の目標開度との関係を示す排気
絞り弁開度制御マップ、内燃機関1の運転状態とEGR
弁26の目標開度との関係を示すEGR弁開度制御マッ
プ、内燃機関1の運転状態と還元剤の目標添加量(もし
くは、排気の目標空燃比)との関係を示す還元剤添加量
制御マップ、還元剤の目標添加量と流量調整弁30の開
弁時間との関係を示す流量調整弁制御マップ、尿素の目
標添加量と尿素添加制御弁38の開弁時間との関係を示
す尿素添加制御弁制御マップ、吸蔵還元型NOx触媒に
供給する還元剤量と使用するNOx触媒との関係を示す
NOx触媒選択制御マップ等である。
The ROM 352 stores various control maps in addition to the application programs described above. The control map includes, for example, a fuel injection amount control map indicating a relationship between an operation state of the internal combustion engine 1 and a basic fuel injection amount (basic fuel injection time), and a relation between the operation state of the internal combustion engine 1 and the basic fuel injection timing. Fuel injection timing control map,
An intake throttle valve opening control map showing the relationship between the operating state of the internal combustion engine 1 and the target opening of the intake throttle valve 13, and the exhaust throttle showing the relationship between the operating state of the internal combustion engine 1 and the target opening of the exhaust throttle valve 21. Valve opening control map, operating state of internal combustion engine 1 and EGR
EGR valve opening control map showing the relationship with the target opening of the valve 26, reducing agent addition control showing the relationship between the operating state of the internal combustion engine 1 and the target adding amount of the reducing agent (or the target air-fuel ratio of the exhaust). A flow control valve control map showing a relationship between a target addition amount of the reducing agent and a valve opening time of the flow control valve 30, and a urea addition showing a relationship between the target addition amount of urea and the valve opening time of the urea addition control valve 38. There are a control valve control map, a NOx catalyst selection control map showing the relationship between the amount of reducing agent supplied to the NOx storage reduction catalyst and the NOx catalyst to be used, and the like.

【0100】前記RAM353は、各センサからの出力
信号やCPU351の演算結果等を格納する。前記演算
結果は、例えば、クランクポジションセンサ33がパル
ス信号を出力する時間的な間隔に基づいて算出される機
関回転数である。これらのデータは、クランクポジショ
ンセンサ33がパルス信号を出力する都度、最新のデー
タに書き換えられる。
The RAM 353 stores an output signal from each sensor, a calculation result of the CPU 351 and the like. The calculation result is, for example, an engine speed calculated based on a time interval at which the crank position sensor 33 outputs a pulse signal. These data are rewritten to the latest data each time the crank position sensor 33 outputs a pulse signal.

【0101】前記バックアップRAM354は、内燃機
関1の運転停止後もデータを記憶可能な不揮発性のメモ
リである。
The backup RAM 354 is a nonvolatile memory capable of storing data even after the operation of the internal combustion engine 1 is stopped.

【0102】前記CPU351は、前記ROM352に
記憶されたアプリケーションプログラムに従って動作し
て、燃料噴射弁制御、吸気絞り制御、排気絞り制御、E
GR制御、PM燃焼制御、吸蔵NOx浄化制御、被毒解
消制御、選択還元NOx浄化制御、NOx触媒選択制御等
を実行する。
The CPU 351 operates according to an application program stored in the ROM 352 to control fuel injection valve control, intake throttle control, exhaust throttle control, E
GR control, PM combustion control, stored NOx purification control, poisoning elimination control, selective reduction NOx purification control, NOx catalyst selection control, and the like are executed.

【0103】例えば、燃料噴射弁制御では、CPU35
1は、先ず、燃料噴射弁3から噴射される燃料量を決定
し、次いで燃料噴射弁3から燃料を噴射する時期を決定
する。
For example, in the fuel injection valve control, the CPU 35
1 first determines the amount of fuel injected from the fuel injection valve 3 and then determines the timing for injecting fuel from the fuel injection valve 3.

【0104】燃料噴射量を決定する場合は、CPU35
1は、RAM353に記憶されている機関回転数とアク
セル開度センサ36の出力信号(アクセル開度)とを読
み出す。CPU351は、燃料噴射量制御マップへアク
セスし、前記機関回転数及び前記アクセル開度に対応し
た基本燃料噴射量(基本燃料噴射時間)を算出する。C
PU351は、エアフローメータ11、吸気温度センサ
12、水温センサ34等の出力信号値等に基づいて前記
基本燃料噴射時間を補正し、最終的な燃料噴射時間を決
定する。
When determining the fuel injection amount, the CPU 35
1 reads the engine speed and the output signal (accelerator opening) of the accelerator opening sensor 36 stored in the RAM 353. The CPU 351 accesses the fuel injection amount control map and calculates a basic fuel injection amount (basic fuel injection time) corresponding to the engine speed and the accelerator opening. C
The PU 351 corrects the basic fuel injection time based on output signal values of the air flow meter 11, the intake air temperature sensor 12, the water temperature sensor 34, and the like, and determines a final fuel injection time.

【0105】燃料噴射時期を決定する場合は、CPU3
51は、燃料噴射開始時期制御マップへアクセスし、前
記機関回転数及び前記アクセル開度に対応した基本燃料
噴射時期を算出する。CPU351は、エアフローメー
タ11、吸気温度センサ12、水温センサ34等の出力
信号値をパラメータとして前記基本燃料噴射時期を補正
し、最終的な燃料噴射時期を決定する。
When determining the fuel injection timing, the CPU 3
51 accesses a fuel injection start timing control map and calculates a basic fuel injection timing corresponding to the engine speed and the accelerator opening. The CPU 351 corrects the basic fuel injection timing by using output signal values of the air flow meter 11, the intake air temperature sensor 12, the water temperature sensor 34, and the like as parameters, and determines the final fuel injection timing.

【0106】燃料噴射時間と燃料噴射時期とが決定され
ると、CPU351は、前記燃料噴射時期とクランクポ
ジションセンサ33の出力信号とを比較し、前記クラン
クポジションセンサ33の出力信号が前記燃料噴射開始
時期と一致した時点で燃料噴射弁3に対する駆動電力の
印加を開始する。CPU351は、燃料噴射弁3に対す
る駆動電力の印加を開始した時点からの経過時間が前記
燃料噴射時間に達した時点で燃料噴射弁3に対する駆動
電力の印加を停止する。
When the fuel injection time and the fuel injection timing are determined, the CPU 351 compares the fuel injection timing with the output signal of the crank position sensor 33, and the output signal of the crank position sensor 33 starts the fuel injection. At the time coincident with the timing, application of drive power to the fuel injection valve 3 is started. The CPU 351 stops applying the driving power to the fuel injection valve 3 when the elapsed time from the start of the application of the driving power to the fuel injection valve 3 reaches the fuel injection time.

【0107】尚、燃料噴射制御において内燃機関1の運
転状態がアイドル運転状態にある場合は、CPU351
は、水温センサ34の出力信号値や、車室内用空調装置
のコンプレッサのようにクランクシャフトの回転力を利
用して作動する補機類の作動状態等をパラメータとして
内燃機関1の目標アイドル回転数を算出する。そして、
CPU351は、実際のアイドル回転数が目標アイドル
回転数と一致するよう燃料噴射量をフィードバック制御
する。
In the fuel injection control, when the operating state of the internal combustion engine 1 is an idle operating state, the CPU 351
Is a target idle speed of the internal combustion engine 1 using parameters such as the output signal value of the water temperature sensor 34 and the operating state of accessories that operate using the rotational force of a crankshaft, such as a compressor of a vehicle interior air conditioner. Is calculated. And
The CPU 351 performs feedback control of the fuel injection amount so that the actual idle speed matches the target idle speed.

【0108】また、吸気絞り制御では、CPU351
は、例えば、RAM353に記憶されている機関回転数
とアクセル開度とを読み出す。CPU351は、吸気絞
り弁開度制御マップへアクセスし、機関回転数及びアク
セル開度に対応した目標吸気絞り弁開度を算出する。C
PU351は、前記目標吸気絞り弁開度に対応した駆動
電力を吸気絞り用アクチュエータ14に印加する。その
際、CPU351は、吸気絞り弁13の実際の開度を検
出して、実際の吸気絞り弁13の開度と目標吸気絞り弁
開度との差分に基づいて前記吸気絞り用アクチュエータ
14をフィードバック制御するようにしてもよい。
In the intake throttle control, the CPU 351
Reads the engine speed and the accelerator opening stored in the RAM 353, for example. The CPU 351 accesses the intake throttle valve opening control map, and calculates a target intake throttle valve opening corresponding to the engine speed and the accelerator opening. C
The PU 351 applies drive power corresponding to the target intake throttle valve opening to the intake throttle actuator 14. At this time, the CPU 351 detects the actual opening of the intake throttle valve 13 and feeds back the intake throttle actuator 14 based on the difference between the actual opening of the intake throttle valve 13 and the target intake throttle valve opening. You may make it control.

【0109】また、排気絞り制御では、CPU351
は、例えば、内燃機関1が冷間始動後の暖機運転状態に
ある場合や、車室内用ヒータが作動状態にある場合など
に排気絞り弁21を閉弁方向へ駆動すべく排気絞り用ア
クチュエータ22を制御する。
In the exhaust throttle control, the CPU 351
For example, when the internal combustion engine 1 is in a warm-up operation state after a cold start, or when a vehicle interior heater is in an operating state, the exhaust throttle actuator is driven to close the exhaust throttle valve 21 in the valve closing direction. 22 is controlled.

【0110】この場合、内燃機関1の負荷が増大し、そ
れに対応して燃料噴射量が増量されることなる。その結
果、内燃機関1の発熱量が増加し、内燃機関1の暖機が
促進されるとともに、車室内用ヒータの熱源が確保され
る。
In this case, the load on the internal combustion engine 1 increases, and the fuel injection amount is correspondingly increased. As a result, the calorific value of the internal combustion engine 1 increases, the warm-up of the internal combustion engine 1 is promoted, and the heat source of the vehicle interior heater is secured.

【0111】また、EGR制御では、CPU351は、
RAM353に記憶されている機関回転数、水温センサ
34の出力信号(冷却水温度)、アクセル開度センサ3
6の出力信号(アクセル開度)等を読み出し、EGR制
御の実行条件が成立しているか否かを判別する。
In the EGR control, the CPU 351
The engine speed stored in the RAM 353, the output signal of the water temperature sensor 34 (cooling water temperature), the accelerator opening sensor 3
The output signal of 6 (accelerator opening) and the like are read, and it is determined whether or not the execution condition of the EGR control is satisfied.

【0112】上記したEGR制御実行条件としては、冷
却水温度が所定温度以上にある、内燃機関1が始動時か
ら所定時間以上連続して運転されている、アクセル開度
の変化量が正値である等の条件を例示することができ
る。
The above-mentioned EGR control execution conditions are as follows: the coolant temperature is equal to or higher than a predetermined temperature, the internal combustion engine 1 has been continuously operated for a predetermined time or more from the start, and the change amount of the accelerator opening is a positive value. Conditions such as certain conditions can be exemplified.

【0113】上記したようなEGR制御実行条件が成立
していると判定した場合は、CPU351は、機関回転
数とアクセル開度とをパラメータとしてEGR弁開度制
御マップへアクセスし、前記機関回転数及び前記アクセ
ル開度に対応した目標EGR弁開度を算出する。CPU
351は、前記目標EGR弁開度に対応した駆動電力を
EGR弁26に印加する。一方、上記したようなEGR
制御実行条件が成立していないと判定した場合は、CP
U351は、EGR弁26を全閉状態に保持すべく制御
する。
When it is determined that the EGR control execution condition described above is satisfied, the CPU 351 accesses the EGR valve opening control map using the engine speed and the accelerator opening as parameters, and And a target EGR valve opening corresponding to the accelerator opening. CPU
351 applies the drive power corresponding to the target EGR valve opening to the EGR valve 26. On the other hand, EGR as described above
If it is determined that the control execution condition is not satisfied,
U351 controls to keep the EGR valve 26 in the fully closed state.

【0114】更に、EGR制御では、CPU351は、
内燃機関1の吸入空気量をパラメータとしてEGR弁2
6の開度をフィードバック制御する、いわゆるEGR弁
フィードバック制御を行うようにしてもよい。
In the EGR control, the CPU 351
EGR valve 2 using intake air amount of internal combustion engine 1 as a parameter
The so-called EGR valve feedback control for performing feedback control of the opening degree of the valve 6 may be performed.

【0115】EGR弁フィードバック制御では、例え
ば、CPU351は、アクセル開度や機関回転数等をパ
ラメータとして内燃機関1の目標吸入空気量を決定す
る。その際、アクセル開度と機関回転数と目標吸入空気
量との関係を予めマップ化しておき、そのマップとアク
セル開度と機関回転数とから目標吸入空気量が算出され
るようにしてもよい。
In the EGR valve feedback control, for example, the CPU 351 determines the target intake air amount of the internal combustion engine 1 using the accelerator opening, the engine speed and the like as parameters. At this time, the relationship between the accelerator opening, the engine speed, and the target intake air amount may be mapped in advance, and the target intake air amount may be calculated from the map, the accelerator opening, and the engine speed. .

【0116】上記した手順により目標吸入空気量が決定
されると、CPU351は、RAM353に記憶された
エアフローメータ11の出力信号値(実際の吸入空気
量)を読み出し、実際の吸入空気量と目標吸入空気量と
を比較する。
When the target intake air amount is determined by the above procedure, the CPU 351 reads out the output signal value (actual intake air amount) of the air flow meter 11 stored in the RAM 353, and reads the actual intake air amount and the target intake air amount. Compare with air volume.

【0117】前記した実際の吸入空気量が前記目標吸入
空気量より少ない場合には、CPU351は、EGR弁
26を所定量閉弁させる。この場合、EGR通路25か
ら吸気枝管8へ流入するEGRガス量が減少し、それに
応じて内燃機関1の気筒2内に吸入されるEGRガス量
が減少することになる。その結果、内燃機関1の気筒2
内に吸入される新気の量は、EGRガスが減少した分だ
け増加する。
When the actual intake air amount is smaller than the target intake air amount, the CPU 351 closes the EGR valve 26 by a predetermined amount. In this case, the amount of EGR gas flowing into the intake branch pipe 8 from the EGR passage 25 decreases, and accordingly, the amount of EGR gas drawn into the cylinder 2 of the internal combustion engine 1 decreases. As a result, the cylinder 2 of the internal combustion engine 1
The amount of fresh air sucked in increases by the amount of the decrease in the EGR gas.

【0118】一方、実際の吸入空気量が目標吸入空気量
より多い場合には、CPU351は、EGR弁26を所
定量開弁させる。この場合、EGR通路25から吸気枝
管8へ流入するEGRガス量が増加し、それに応じて内
燃機関1の気筒2内に吸入されるEGRガス量が増加す
る。この結果、内燃機関1の気筒2内に吸入される新気
の量は、EGRガスが増加した分だけ減少することにな
る。
On the other hand, when the actual intake air amount is larger than the target intake air amount, the CPU 351 opens the EGR valve 26 by a predetermined amount. In this case, the amount of EGR gas flowing into the intake branch pipe 8 from the EGR passage 25 increases, and accordingly, the amount of EGR gas drawn into the cylinder 2 of the internal combustion engine 1 increases. As a result, the amount of fresh air sucked into the cylinder 2 of the internal combustion engine 1 decreases by an amount corresponding to the increase in the EGR gas.

【0119】次に、PM燃焼制御について説明する。Next, the PM combustion control will be described.

【0120】PM燃焼制御では、CPU351は、フィ
ルタ20に流入する排気中に燃料を添加する燃料添加制
御を実行する。
In the PM combustion control, the CPU 351 executes a fuel addition control for adding fuel to the exhaust gas flowing into the filter 20.

【0121】燃料添加制御では、CPU351は、所定
の周期毎に燃料添加制御実行条件が成立しているか否か
を判別する。この燃料添加制御実行条件としては、例え
ば、フィルタ20が活性状態にあるか、排気温度センサ
24の出力信号値(排気温度)が所定の上限値以下であ
るか、被毒解消制御が実行されていないか、等の条件を
例示することができる。
In the fuel addition control, the CPU 351 determines whether or not the fuel addition control execution condition is satisfied at predetermined intervals. As the fuel addition control execution conditions, for example, the filter 20 is in an active state, the output signal value (exhaust gas temperature) of the exhaust gas temperature sensor 24 is equal to or lower than a predetermined upper limit, or the poisoning elimination control is executed. For example, the conditions such as whether or not there is not.

【0122】上記したような燃料添加制御実行条件が成
立していると判定された場合は、CPU351は、還元
剤噴射弁28から還元剤たる燃料を噴射させるべく流量
調整弁30を制御することにより、フィルタ20に流入
する排気の空燃比を一時的に所定の目標リッチ空燃比と
する。
When it is determined that the fuel addition control execution condition described above is satisfied, the CPU 351 controls the flow control valve 30 so that the reducing agent injection valve 28 injects the fuel as the reducing agent. The air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the filter 20 is temporarily set to a predetermined target rich air-fuel ratio.

【0123】この結果、フィルタ20に流入する排気の
空燃比は、比較的に短い周期でリーンとリッチとを交互
に繰り返すことになる。そして、フィルタ20に流入し
た燃料が触媒により燃焼し、この熱によりPMが着火燃
焼することとなる。
As a result, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the filter 20 alternates between lean and rich in a relatively short cycle. Then, the fuel flowing into the filter 20 is burned by the catalyst, and the heat causes the PM to ignite and burn.

【0124】次に、吸蔵NOx浄化制御では、CPU3
51は、内燃機関1の運転状態が低回転低負荷のときに
はEGRガス割合を通常よりも大きくする低温燃焼を行
い、低回転低負荷以外の運転条件のときには吸蔵還元型
NOx触媒に流入する排気の空燃比を比較的に短い周期
でスパイク的(短時間)にリッチ空燃比とする、燃料添
加制御を実行する。
Next, in the stored NOx purification control, the CPU 3
When the operating state of the internal combustion engine 1 is low-speed low-load, low-temperature combustion that makes the EGR gas ratio larger than usual is performed, and when operating conditions other than low-speed low-load, exhaust gas flowing into the NOx storage reduction catalyst is performed. The fuel addition control is executed to set the air-fuel ratio to a rich air-fuel ratio in a spike-like (short-time) manner at a relatively short cycle.

【0125】吸蔵NOx浄化制御では、CPU351
は、所定の周期毎に吸蔵NOx浄化制御実行条件が成立
しているか否かを判別する。この吸蔵NOx浄化制御実
行条件としては、例えば、図5に示す吸蔵還元型NOx
触媒の温度ウィンドウ内に排気温度センサ24の出力信
号値(排気温度)があるか、被毒解消制御が実行されて
いないか、等の条件を例示することができる。ここで、
図5は、選択還元型NOx触媒37及び吸蔵還元型NOx
触媒の床温とNOx浄化率を表す図である。図中NOx浄
化率の高い温度領域を温度ウィンドウと称している。
In the storage NOx purification control, the CPU 351
Determines whether or not the storage NOx purification control execution condition is satisfied at predetermined intervals. The storage NOx purification control execution conditions include, for example, the storage reduction type NOx shown in FIG.
Conditions such as whether the output signal value (exhaust gas temperature) of the exhaust gas temperature sensor 24 is within the temperature window of the catalyst, whether the poisoning elimination control is not executed, and the like can be exemplified. here,
FIG. 5 shows the selective reduction type NOx catalyst 37 and the storage reduction type NOx.
It is a figure showing the bed temperature of a catalyst and NOx purification rate. In the figure, the temperature region where the NOx purification rate is high is called a temperature window.

【0126】また、CPU351は、低温燃焼又は燃料
添加制御のどちらでNOxを還元するのかを選択するた
めに、予めROM352に記憶させておいた機関回転数
とアクセル開度とをパラメータとしたマップにアクセス
し、低温燃焼又は燃料添加制御を選択する。
Further, in order to select whether to reduce NOx by low-temperature combustion or fuel addition control, the CPU 351 stores a map in which the engine speed and the accelerator opening stored in the ROM 352 in advance are used as parameters. Access and select low temperature combustion or fuel addition control.

【0127】ここで、低温燃焼について説明する。Here, low-temperature combustion will be described.

【0128】従来より、内燃機関においてNOxの発生
を抑制するためにEGRが用いられてきた。EGRガス
は、比較的比熱比が高く、従って多量の熱を吸収するこ
とができるので、吸気中におけるEGRガス割合が高く
なるほど気筒2内における燃焼温度が低下する。燃焼温
度が低下するとNOxの発生量も低下するので、EGR
ガス割合が高くなればなるほどNOxの排出量を低下さ
せることができる。
Conventionally, EGR has been used to suppress the generation of NOx in an internal combustion engine. Since the EGR gas has a relatively high specific heat ratio and therefore can absorb a large amount of heat, the combustion temperature in the cylinder 2 decreases as the proportion of the EGR gas in the intake air increases. When the combustion temperature decreases, the amount of generated NOx also decreases.
The higher the gas ratio, the lower the NOx emission can be.

【0129】しかし、EGRガス割合を高くしていくと
ある割合以上で急激に煤の発生量が増大し始める。通常
のEGR制御は煤が急激に増大し始めるよりも低いEG
Rガス割合のところで行われている。
However, when the EGR gas ratio is increased, the amount of soot generation starts to increase rapidly at a certain ratio or more. Normal EGR control has a lower EG than soot starts to increase sharply.
It is performed at the R gas ratio.

【0130】ところが、更にEGRガス割合を高くして
いくと、上述したように煤が急激に増大するが、この煤
の発生量にはピークが存在し、このピークを越えて更に
EGRガス割合を高くすると、今度は煤が急激に減少し
始め、ついにはほとんど発生しなくなる。
However, when the EGR gas ratio is further increased, the soot sharply increases as described above. However, there is a peak in the amount of generated soot, and the EGR gas ratio further exceeds this peak. With a higher level, the soot will then start to decrease sharply, and will almost never occur.

【0131】これは、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がある温度以下のときには炭化水
素(HC)の成長が煤に至る前の途中の段階で停止し、
燃料及びその周囲のガス温度がある温度以上になると炭
化水素(HC)は一気に煤まで成長してしまうためであ
る。
This is because when the temperature of the fuel and its surrounding gas during combustion in the combustion chamber is lower than a certain temperature, the growth of hydrocarbons (HC) stops at a stage before reaching soot,
This is because when the temperature of the fuel and its surrounding gas becomes higher than a certain temperature, hydrocarbons (HC) grow into soot at a stretch.

【0132】従って、燃焼室内における燃焼時の燃焼及
びその周囲のガス温度を炭化水素(HC)の成長が途中
で停止する温度以下に抑制すれば煤は発生しなくなる。
この場合、燃料及びその周囲のガス温度は、燃料が燃焼
した際の燃料周りのガスの吸熱作用が大きく影響してお
り、燃料燃焼時の発熱量に応じて燃料周りのガスの吸熱
量即ちEGRガス割合を調整することによって煤の発生
を抑制することが可能となる。
Therefore, if the combustion during combustion in the combustion chamber and the gas temperature around the combustion are suppressed to a temperature at which the growth of hydrocarbons (HC) stops halfway, soot is not generated.
In this case, the endothermic effect of the gas around the fuel when the fuel burns greatly affects the temperature of the fuel and the gas around the fuel, and the amount of heat absorbed by the gas around the fuel, that is, EGR, depends on the amount of heat generated during the combustion of the fuel. By adjusting the gas ratio, it is possible to suppress the generation of soot.

【0133】低温燃焼を行うときのEGRガス割合は、
予め実験等により求めておきマップ化したものをROM
352に記憶させておく。このマップに基づいてEGR
フィードバック制御を行う。
The EGR gas ratio when performing low-temperature combustion is as follows:
ROM that is obtained in advance by experiments etc. and mapped
352. EGR based on this map
Perform feedback control.

【0134】一方、煤に至る前に成長が途中で停止した
炭化水素(HC)は、NOx吸収剤等を用いて燃焼浄化
することができる。
On the other hand, hydrocarbons (HC) whose growth has stopped halfway before reaching soot can be purified by combustion using a NOx absorbent or the like.

【0135】このように、低温燃焼では、煤に至る前に
成長が途中で停止した炭化水素(HC)をNOx吸収剤
等により浄化することを基本としている。従ってNOx
吸収剤等が活性化していないときには、炭化水素(H
C)は浄化されずに大気中へ放出しされてしまうために
低温燃焼を用いることはできない。
As described above, low-temperature combustion is based on purifying hydrocarbons (HC) whose growth has stopped halfway before reaching soot with a NOx absorbent or the like. Therefore NOx
When the absorbent is not activated, the hydrocarbon (H
C) cannot be used for low-temperature combustion because it is released to the atmosphere without purification.

【0136】また、気筒2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(HC)の成長が途中で
停止する温度以下に制御しうるのは燃焼による発熱量が
少ない比較的機関負荷が低いときに限られる。
The fuel and the surrounding gas temperature during combustion in the cylinder 2 can be controlled to be lower than the temperature at which the growth of hydrocarbons (HC) stops halfway because of the relatively small engine load with a small amount of heat generated by combustion. Only when is low.

【0137】従って、本実施の形態においては、内燃機
関1が低回転低負荷で運転されているときで且つフィル
タ20に担持された吸蔵還元型NOx触媒の温度ウィン
ドウの領域内のときに限り低温燃焼制御を行うこととし
た。
Therefore, in the present embodiment, the low temperature is used only when the internal combustion engine 1 is operated at a low rotation speed and a low load and is within the temperature window of the NOx storage reduction catalyst supported on the filter 20. Combustion control was performed.

【0138】温度ウィンドウの領域内であるか否かは排
気温度センサ24の出力信号に基づいて判定することが
できる。
Whether the temperature is within the temperature window region can be determined based on the output signal of the exhaust gas temperature sensor 24.

【0139】このようにして、低温燃焼では、煤に代表
されるPMの排出を抑制しつつ吸蔵還元型NOx触媒へ
還元剤たる炭化水素(HC)を供給でき、NOxを還元
浄化することができる。
As described above, in low-temperature combustion, hydrocarbon (HC) as a reducing agent can be supplied to the NOx storage reduction catalyst while suppressing emission of PM represented by soot, and NOx can be reduced and purified. .

【0140】また、燃料添加制御実行条件が成立してい
ると判定された場合は、CPU351は、還元剤噴射弁
28からスパイク的に還元剤たる燃料を噴射させるべく
流量調整弁30を制御することにより、吸蔵還元型NO
x触媒に流入する排気の空燃比を一時的に所定の目標リ
ッチ空燃比とする。
When it is determined that the fuel addition control execution condition is satisfied, the CPU 351 controls the flow control valve 30 so that the reducing agent injection valve 28 injects the fuel as the reducing agent in a spike manner. The storage reduction type NO
x The air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst is temporarily set to a predetermined target rich air-fuel ratio.

【0141】具体的には、CPU351は、RAM35
3に記憶されている機関回転数、アクセル開度センサ3
6の出力信号(アクセル開度)、エアフローメータ11
の出力信号値(吸入空気量)、燃料噴射量等を読み出
す。更に、CPU351は、前記した機関回転数とアク
セル開度と吸入空気量と燃料噴射量とをパラメータとし
てROM352の還元剤添加量制御マップへアクセス
し、排気の空燃比を予め設定された目標リッチ空燃比と
する上で必要となる還元剤の添加量(目標添加量)を算
出する。
More specifically, the CPU 351
Engine speed, accelerator opening sensor 3 stored in
6 output signal (accelerator opening), air flow meter 11
The output signal value (intake air amount), fuel injection amount, and the like are read out. Further, the CPU 351 accesses the reducing agent addition amount control map of the ROM 352 using the engine speed, the accelerator opening, the intake air amount, and the fuel injection amount as parameters, and sets the air-fuel ratio of the exhaust gas to a preset target rich air-fuel ratio. The addition amount (target addition amount) of the reducing agent required for obtaining the fuel ratio is calculated.

【0142】続いて、CPU351は、前記目標添加量
をパラメータとしてROM352の流量調整弁制御マッ
プへアクセスし、還元剤噴射弁28から目標添加量の還
元剤を噴射させる上で必要となる流量調整弁30の開弁
時間(目標開弁時間)を算出する。
Subsequently, the CPU 351 accesses the flow control valve control map of the ROM 352 using the target addition amount as a parameter, and controls the flow control valve necessary for injecting the target addition amount of the reducing agent from the reducing agent injection valve 28. The valve opening time of 30 (target valve opening time) is calculated.

【0143】流量調整弁30の目標開弁時間が算出され
ると、CPU351は、流量調整弁30を開弁させる。
この場合、燃料ポンプ6から吐出された高圧の燃料が還
元剤供給路29を介して還元剤噴射弁28へ供給される
ため、還元剤噴射弁28に印加される燃料の圧力が開弁
圧以上に達し、還元剤噴射弁28が開弁する。
When the target opening time of the flow control valve 30 is calculated, the CPU 351 opens the flow control valve 30.
In this case, since the high-pressure fuel discharged from the fuel pump 6 is supplied to the reducing agent injection valve 28 via the reducing agent supply path 29, the pressure of the fuel applied to the reducing agent injection valve 28 is equal to or higher than the valve opening pressure. , And the reducing agent injection valve 28 opens.

【0144】CPU351は、流量調整弁30を開弁さ
せた時点から前記目標開弁時間が経過すると、流量調整
弁30を閉弁させる。この場合、燃料ポンプ6から還元
剤噴射弁28への還元剤の供給が遮断されるため、還元
剤噴射弁28に印加される燃料の圧力が開弁圧未満とな
り、還元剤噴射弁28が閉弁する。
The CPU 351 closes the flow control valve 30 when the target valve opening time has elapsed since the time when the flow control valve 30 was opened. In this case, since the supply of the reducing agent from the fuel pump 6 to the reducing agent injection valve 28 is shut off, the pressure of the fuel applied to the reducing agent injection valve 28 becomes lower than the valve opening pressure, and the reducing agent injection valve 28 is closed. Give a valve.

【0145】このように流量調整弁30が目標開弁時間
だけ開弁されると、目標添加量の燃料が還元剤噴射弁2
8から排気枝管18内へ噴射されることになる。そし
て、還元剤噴射弁28から噴射された還元剤は、排気枝
管18の上流から流れてきた排気と混ざり合って目標リ
ッチ空燃比の混合気を形成して吸蔵還元型NOx触媒に
流入する。
When the flow control valve 30 is opened for the target opening time in this manner, the target amount of fuel is supplied to the reducing agent injection valve 2.
8, the fuel is injected into the exhaust branch pipe 18. Then, the reducing agent injected from the reducing agent injection valve 28 mixes with the exhaust gas flowing from the upstream of the exhaust branch pipe 18 to form an air-fuel mixture having a target rich air-fuel ratio and flows into the NOx storage reduction catalyst.

【0146】この結果、吸蔵還元型NOx触媒に流入す
る排気の空燃比は、比較的に短い周期で「リーン」と
「スパイク的な目標リッチ空燃比」とを交互に繰り返す
ことになり、以て、吸蔵還元型NOx触媒が窒素酸化物
(NOx)の吸収と放出・還元とを交互に短周期的に繰
り返すことになる。
As a result, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx storage reduction catalyst alternates between "lean" and "spike-like target rich air-fuel ratio" alternately in a relatively short cycle. Thus, the NOx storage reduction catalyst alternately repeats the absorption, release and reduction of nitrogen oxides (NOx) in a short period.

【0147】選択還元NOx浄化制御では、CPU35
1は、選択還元型NOx触媒37に流入する排気中に還
元剤たる尿素を添加する尿素添加制御を実行する。
In the selective reduction NOx purification control, the CPU 35
1 executes urea addition control for adding urea as a reducing agent to exhaust gas flowing into the selective reduction type NOx catalyst 37.

【0148】尿素添加制御では、CPU351は、所定
の周期毎に尿素添加制御実行条件が成立しているか否か
を判別する。この尿素添加制御実行条件としては、例え
ば、図5に示す選択還元型NOx触媒の温度ウィンドウ
内に排気温度センサ24の出力信号値(排気温度)があ
るか等の条件を例示することができる。
In the urea addition control, the CPU 351 determines whether or not the urea addition control execution condition is satisfied at predetermined intervals. Examples of the urea addition control execution condition include a condition such as whether the output signal value (exhaust gas temperature) of the exhaust gas temperature sensor 24 is within the temperature window of the selective reduction type NOx catalyst shown in FIG.

【0149】上記したような尿素添加制御実行条件が成
立していると判定された場合は、CPU351は、尿素
添加制御弁38から還元剤たる尿素を噴射させるべく尿
素添加制御弁38を制御することにより、選択還元型N
Ox触媒37に流入する排気中に尿素を添加する。
If it is determined that the urea addition control execution condition described above is satisfied, the CPU 351 controls the urea addition control valve 38 to inject urea as a reducing agent from the urea addition control valve 38. By the selective reduction type N
Urea is added to the exhaust gas flowing into the Ox catalyst 37.

【0150】具体的には、CPU351は、RAM35
3に記憶されている機関回転数、アクセル開度センサ3
6の出力信号(アクセル開度)、エアフローメータ11
の出力信号値(吸入空気量)、NOxセンサ39の出力
信号値(NOx濃度)等を読み出す。更に、CPU35
1は、前記した機関回転数とアクセル開度と吸入空気量
とNOx濃度とをパラメータとしてROM352の尿素
添加量制御マップへアクセスし、必要となる尿素の添加
量(目標尿素添加量)を算出する。
More specifically, the CPU 351
Engine speed, accelerator opening sensor 3 stored in
6 output signal (accelerator opening), air flow meter 11
, The output signal value (NOx concentration) of the NOx sensor 39, and the like. Further, the CPU 35
1 accesses the urea addition amount control map of the ROM 352 using the above-described engine speed, accelerator opening, intake air amount, and NOx concentration as parameters, and calculates the required urea addition amount (target urea addition amount). .

【0151】続いて、CPU351は、前記目標尿素添
加量をパラメータとしてROM352の尿素添加制御弁
制御マップへアクセスし、尿素添加制御弁38から目標
尿素添加量の尿素を噴射させる上で必要となる尿素添加
制御弁38の開弁時間(目標開弁時間)を算出する。
Subsequently, the CPU 351 accesses the urea addition control valve control map of the ROM 352 using the target urea addition amount as a parameter, and supplies the urea necessary for injecting the target urea addition amount urea from the urea addition control valve 38. The valve opening time (target valve opening time) of the addition control valve 38 is calculated.

【0152】尿素添加制御弁38の目標開弁時間が算出
されると、CPU351は、尿素添加制御弁38を開弁
させる。
When the target opening time of the urea addition control valve 38 is calculated, the CPU 351 opens the urea addition control valve 38.

【0153】CPU351は、尿素添加制御弁38を開
弁させた時点から前記目標開弁時間が経過すると、尿素
添加制御弁38を閉弁させる。
The CPU 351 closes the urea addition control valve 38 when the target valve opening time has elapsed since the time when the urea addition control valve 38 was opened.

【0154】このように尿素添加制御弁38が目標開弁
時間だけ開弁されると、目標尿素添加量の尿素が尿素添
加制御弁38から排気管19内へ噴射されることにな
る。そして、尿素添加制御弁38から噴射された尿素
は、排気管19の上流から流れてきた排気と混ざり合っ
て選択還元型NOx触媒37に流入しNOxの選択還元が
行われる。
As described above, when the urea addition control valve 38 is opened for the target valve opening time, the urea of the target urea addition amount is injected from the urea addition control valve 38 into the exhaust pipe 19. Then, the urea injected from the urea addition control valve 38 is mixed with the exhaust gas flowing from the upstream of the exhaust pipe 19 and flows into the selective reduction type NOx catalyst 37 to perform the selective reduction of NOx.

【0155】次に、本発明に係るNOx触媒選択制御に
ついて説明する。
Next, the NOx catalyst selection control according to the present invention will be described.

【0156】図5を参照すると明らかなように、選択還
元型NOx触媒37と吸蔵還元型NOx触媒との温度ウィ
ンドウは一部重なっている領域がある。この温度ウィン
ドウが重なった領域では選択還元型NOx触媒37と吸
蔵還元型NOx触媒とのどちらのNOx触媒を選択しても
高いNOx浄化率が得られる。
As is apparent from FIG. 5, there is a region where the temperature windows of the selective reduction type NOx catalyst 37 and the storage reduction type NOx catalyst partially overlap. In the region where the temperature windows overlap, a high NOx purification rate can be obtained regardless of which of the selective reduction NOx catalyst 37 and the storage reduction NOx catalyst is selected.

【0157】しかし、この領域で吸蔵還元型NOx触媒
が選択された場合には、内燃機関1が高回転高負荷の状
態になるにつれて還元剤として添加する燃料の量が増加
し、燃費の悪化を招くこととなる。そこで、本発明にお
いては、温度ウィンドウが重なっている温度領域におい
て予め定めた閾値を超える量の燃料が吸蔵還元型NOx
触媒に添加されたときには、NOxを浄化するための触
媒を選択還元型NOx触媒37に切り替えることとし
た。即ち、吸蔵還元型NOx触媒への燃料添加を停止す
ると共に、選択還元型NOx触媒37に還元剤たる尿素
の添加を行うこととした。
However, when the storage reduction type NOx catalyst is selected in this region, the amount of fuel added as a reducing agent increases as the internal combustion engine 1 enters a state of high rotation and high load, and the deterioration of fuel efficiency is reduced. Will be invited. Therefore, in the present invention, in the temperature region where the temperature windows overlap, an amount of fuel exceeding a predetermined threshold value is stored and reduced.
When added to the catalyst, the catalyst for purifying NOx is switched to the selective reduction type NOx catalyst 37. That is, the addition of fuel to the NOx storage reduction catalyst is stopped, and urea as a reducing agent is added to the NOx selective reduction catalyst 37.

【0158】具体的には、吸蔵NOx浄化制御実行中
で、且つ、燃料添加制御を実行すべく算出された還元剤
の添加量(目標添加量)が閾値を超えるか否か判定を行
う。
Specifically, it is determined whether or not the stored NOx purification control is being executed and the addition amount (target addition amount) of the reducing agent calculated to execute the fuel addition control exceeds a threshold value.

【0159】この判定を行うためにCPU351はRA
M353及びROM352にアクセスし、還元剤の目標
添加量及びその閾値を読み出し、比較する。
In order to make this determination, CPU 351
By accessing the M353 and the ROM 352, the target addition amount of the reducing agent and its threshold value are read and compared.

【0160】また、低温燃焼制御実行中の場合には、そ
のときの気筒2内燃料噴射量と低温燃焼を行っていない
としたときの気筒2内燃料噴射量との偏差を還元剤の目
標添加量として閾値と比較を行う。
When the low-temperature combustion control is being performed, the difference between the fuel injection amount in the cylinder 2 at that time and the fuel injection amount in the cylinder 2 when the low-temperature combustion is not performed is determined by the target addition of the reducing agent. The quantity is compared with a threshold.

【0161】そして、還元剤の目標添加量が閾値を超え
ている場合には、前記吸蔵NOx浄化制御を停止し、前
記選択還元NOx浄化制御を開始する。
If the target addition amount of the reducing agent exceeds the threshold value, the control for purifying stored NOx is stopped, and the control for purifying NOx is selectively started.

【0162】このときに、選択還元型NOx触媒37の
床温が温度ウィンドウ内にあるという前提で制御を行っ
ているが、確認のため排気温度センサ24の出力信号値
(排気温度)が選択還元型NOx触媒37の温度ウィン
ドウ内に入っていることを条件として加えてもよい。
At this time, the control is performed on the premise that the bed temperature of the selective reduction type NOx catalyst 37 is within the temperature window, but the output signal value (exhaust temperature) of the exhaust temperature sensor 24 is selectively reduced for confirmation. The condition that the temperature is within the temperature window of the type NOx catalyst 37 may be added.

【0163】また、温度ウィンドウが重なった領域で吸
蔵NOx浄化制御が行われているときで低温燃焼が行わ
れていないとき、即ち、燃料添加制御が行われていると
きには、選択還元NOx浄化制御を行うようにしてもよ
い。これは、低温燃焼は燃料添加制御と比較すると燃料
の消費量が少なくて済むからである。
When the occlusion NOx purification control is being performed in the region where the temperature windows overlap, and low-temperature combustion is not being performed, that is, when the fuel addition control is being performed, the selective reduction NOx purification control is not performed. It may be performed. This is because low-temperature combustion requires less fuel consumption than fuel addition control.

【0164】本実施の形態においては、燃料添加制御に
代わり、前記内燃機関1の気筒2内へ機関出力のための
燃料が主噴射された後の機関出力とはならない時期に再
度燃料を噴射させる副噴射を行ってもよい。
In the present embodiment, instead of the fuel addition control, fuel is injected again at a time when the fuel for engine output is not the engine output after the main injection of the fuel for engine output into the cylinder 2 of the internal combustion engine 1. Sub injection may be performed.

【0165】このようにするのは、主噴射のみにより空
燃比をリッチ空燃比側へずらそうとするとスモーク等の
問題が発生する虞れがあるからである。また、主噴射を
増量すると燃料の燃焼が機関出力になるのでトルクの変
動が発生し運転状態が悪化する。そこで、主噴射の後の
機関出力に影響しにくい膨張行程等で副噴射を行い、空
燃比をリッチ空燃比側へずらすことを行う。
The reason for this is that if an attempt is made to shift the air-fuel ratio toward the rich air-fuel ratio by only the main injection, a problem such as smoke may occur. Further, when the amount of the main injection is increased, the combustion of the fuel becomes the engine output, so that the torque fluctuates and the operating state deteriorates. Therefore, the sub-injection is performed in an expansion stroke or the like that hardly affects the engine output after the main injection, and the air-fuel ratio is shifted to the rich air-fuel ratio side.

【0166】副噴射により噴射された燃料は気筒2内で
燃焼し気筒2内のガスの酸素濃度を低下させる。気筒2
内で燃焼したガスは排気となって排気管19を通り吸蔵
還元型NOx触媒に到達し、吸蔵還元型NOx触媒に還元
剤たる炭化水素(HC)を供給する。
The fuel injected by the sub-injection burns in the cylinder 2 and lowers the oxygen concentration of the gas in the cylinder 2. Cylinder 2
The gas combusted therein becomes exhaust gas, passes through the exhaust pipe 19, reaches the NOx storage reduction catalyst, and supplies hydrocarbon (HC) as a reducing agent to the NOx storage reduction catalyst.

【0167】副噴射の量及び噴射時期は、アクセル開度
と機関回転数と副噴射量又は副噴射時期との関係を予め
マップ化しておきROM352に記憶させておけば、そ
のマップとアクセル開度と機関回転数とから算出するこ
とができる。更に、パラメータとして内燃機関1の冷却
水温度を加えてもよい。
If the relationship between the accelerator opening, the engine speed, and the sub-injection amount or the sub-injection timing is mapped in advance and stored in the ROM 352, the sub injection amount and the injection timing can be obtained by comparing the map with the accelerator opening. And the engine speed. Further, the cooling water temperature of the internal combustion engine 1 may be added as a parameter.

【0168】[0168]

【発明の効果】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置に
よれば、吸蔵還元型NOx触媒及び選択還元型NOx触媒
を備え、どちらのNOx触媒においても高いNOx浄化率
が得られる領域において、還元剤の必要量に基づいてN
Ox触媒を選択するので還元剤の消費量を低減すること
ができる。
According to the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, the NOx storage-reduction type NOx catalyst and the selective reduction type NOx catalyst are provided. N based on agent requirements
Since the Ox catalyst is selected, the consumption of the reducing agent can be reduced.

【0169】よって、還元剤に燃料を用いている場合に
は燃料消費量の低減ができる。
Accordingly, when fuel is used as the reducing agent, the fuel consumption can be reduced.

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

【図1】 本発明に係る内燃機関の排気浄化装置を適用
する内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図であ
る。
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an internal combustion engine to which an exhaust gas purification device for an internal combustion engine according to the present invention is applied, and an intake and exhaust system thereof.

【図2】 (A)は、吸蔵還元型NOx触媒のNOx吸収
メカニズムを説明する図である。(B)は、吸蔵還元型
NOx触媒のNOx放出メカニズムを説明する図である。
FIG. 2A is a diagram illustrating a NOx absorption mechanism of a storage reduction type NOx catalyst. (B) is a diagram for explaining the NOx release mechanism of the NOx storage reduction catalyst.

【図3】 ECUの内部構成を示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram showing an internal configuration of an ECU.

【図4】 (A)は、パティキュレートフィルタの横方
向断面を示す図である。(B)は、パティキュレートフ
ィルタの縦方向断面を示す図である。
FIG. 4A is a diagram showing a cross section of a particulate filter in a lateral direction. (B) is a figure which shows the longitudinal direction cross section of a particulate filter.

【図5】 選択還元型NOx触媒及び吸蔵還元型NOx触
媒の床温とNOx浄化率を表す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a bed temperature and a NOx purification rate of a selective reduction type NOx catalyst and a storage reduction type NOx catalyst.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1・・・・内燃機関 2・・・・気筒 3・・・・燃料噴射弁 4・・・・コモンレール 5・・・・燃料供給管 6・・・・燃料ポンプ 18・・・排気枝管 19・・・排気管 20・・・パティキュレートフィルタ 21・・・排気絞り弁 23・・・空燃比センサ 25・・・EGR通路 26・・・EGR弁 27・・・EGRクーラ 28・・・還元剤噴射弁 29・・・還元剤供給路 30・・・流量調整弁 31・・・遮断弁 32・・・還元剤圧力センサ 33・・・クランクポジションセンサ 34・・・水温センサ 35・・・ECU 36・・・アクセル開度センサ 37・・・選択還元型NOx触媒 38・・・尿素添加制御弁 39・・・NOxセンサ 351・・CPU 352・・ROM 353・・RAM 354・・バックアップRAM 50・・・排気流入通路 51・・・排気流出通路 54・・・隔壁 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Internal combustion engine 2 ... Cylinder 3 ... Fuel injection valve 4 ... Common rail 5 ... Fuel supply pipe 6 ... Fuel pump 18 ... Exhaust branch pipe 19 ... exhaust pipe 20 ... particulate filter 21 ... exhaust throttle valve 23 ... air-fuel ratio sensor 25 ... EGR passage 26 ... EGR valve 27 ... EGR cooler 28 ... reducing agent Injection valve 29 ... Reducing agent supply path 30 ... Flow regulating valve 31 ... Shutoff valve 32 ... Reducing agent pressure sensor 33 ... Crank position sensor 34 ... Water temperature sensor 35 ... ECU 36 ... accelerator opening sensor 37 ... selective reduction type NOx catalyst 38 ... urea addition control valve 39 ... NOx sensor 351 ... CPU 352 ... ROM 353 ... RAM 354 ... backup RAM 50 ... Exhaust inflow passages 51 ... exhaust outflow passages 54 ... partition wall

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Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】内燃機関の排気通路に設けられアンモニア
由来の還元剤の存在下で窒素酸化物を選択還元する選択
還元型NOx触媒と、 内燃機関の排気通路に設けられ酸素過剰の雰囲気で排気
中の窒素酸化物を吸蔵し酸素濃度が低下すると吸蔵した
窒素酸化物を放出・還元する吸蔵還元型NOx触媒と、 前記選択還元型NOx触媒に還元剤を供給する選択還元
型NOx触媒還元剤供給手段と、 前記吸蔵還元型NOx触媒に還元剤を供給する吸蔵還元
型NOx触媒還元剤供給手段と、 を具備し、 前記吸蔵還元型NOx触媒に供給される還元剤の量が閾
値を超えたときに前記吸蔵還元型NOx触媒還元剤供給
手段は還元剤の供給を停止し且つ選択還元型NOx触媒
還元剤供給手段が前記選択還元型NOx触媒にアンモニ
ア由来の還元剤を供給することを特徴とする内燃機関の
排気浄化装置。
1. A selective reduction NOx catalyst provided in an exhaust passage of an internal combustion engine for selectively reducing nitrogen oxides in the presence of a reducing agent derived from ammonia, and an exhaust gas provided in an exhaust passage of the internal combustion engine in an oxygen-excess atmosphere. A storage-reduction NOx catalyst that releases and reduces the stored nitrogen oxides when the nitrogen oxides therein are stored and the oxygen concentration decreases, and a selective reduction-type NOx catalyst that supplies a reducing agent to the selective reduction-type NOx catalyst Means for supplying a reducing agent to the NOx storage reduction catalyst, and a reducing agent supply means for storing NOx catalyst when the amount of the reducing agent supplied to the NOx storage reduction catalyst exceeds a threshold value. The storage reduction type NOx catalyst reducing agent supply means stops supplying the reducing agent, and the selective reduction type NOx catalyst reducing agent supply means supplies a reducing agent derived from ammonia to the selective reduction type NOx catalyst. Exhaust purification system of an internal combustion engine that.
【請求項2】前記吸蔵還元型NOx触媒還元剤供給手段
は、前記内燃機関へ機関出力のための燃料が主噴射され
た後の機関出力とはならない時期に再度燃料を噴射させ
る副噴射であ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 storage-reduction type NOx catalyst-reducing agent supply means is a sub-injection for injecting fuel again at a time when the fuel for engine output does not become the engine output after the main injection of the fuel for engine output to the internal combustion engine. The exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein:
【請求項3】排気の一部を内燃機関の吸気系に再循環さ
せるEGR装置を具備し、前記吸蔵還元型NOx触媒還
元剤供給手段は、粒子状物質の発生量がピークとなるE
GRガス量よりも更に多くのEGRガスを加えて燃料を
燃焼させる低温燃焼であ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。
3. An EGR device for recirculating a part of exhaust gas to an intake system of an internal combustion engine, wherein said storage-reduction type NOx catalyst reducing agent supply means has a peak value of an amount of particulate matter generated.
2. The exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the combustion is performed at a low temperature by adding more EGR gas than the GR gas amount to burn the fuel.
【請求項4】前記吸蔵還元型NOx触媒還元剤供給手段
は、内燃機関の排気通路に還元剤を添加する還元剤添加
ノズルにより還元剤を添加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。
4. The internal combustion engine according to claim 1, wherein said storage agent-type NOx catalyst reducing agent supply means adds a reducing agent to the exhaust passage of an internal combustion engine by a reducing agent addition nozzle for adding the reducing agent. Engine exhaust purification device.
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