JP2004150341A

JP2004150341A - Emission control device for internal combustion engine

Info

Publication number: JP2004150341A
Application number: JP2002316027A
Authority: JP
Inventors: Kenji Kodama; 健司児玉
Original assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Current assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Priority date: 2002-10-30
Filing date: 2002-10-30
Publication date: 2004-05-27

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an emission control device for internal combustion engines, which can prevent a large quantity of HC from flowing into an exhaust gas circulating passage due to sub-injection. <P>SOLUTION: Early post injection and late post injection are carried out by a fuel injection system 13 and an ECU 20. First and second collecting pipes 24 and 25 are arranged on the downstream side of an engine 10. The exhaust gas exhausted from first and second cylinders 12a and 12b from which late post injection is carried out flows into the first collecting pipes 24. The exhaust gas exhausted from third and fourth cylinders 12c and 12d flows into the second collecting pipes 25. EGR passages 11 are connected to the second collecting pipes 25. A part of the exhaust gas flowing in the second collecting pipes 25 flows into the EGR passages 11. The first and second collecting pipes 24 and 25 join each other and are communicated with an exhaust pipe 32. NOx occlusive catalyst 22 etc. are provided on the downstream side of the exhaust pipe 32. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気還流通路を有する内燃機関の排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関から排出される排出ガスを排気後処理装置を使用して浄化するために、燃料を内燃機関に副噴射する方法が知られている。副噴射はポスト噴射とも呼ばれ、主噴射の後に行われる。
【０００３】
ディーゼルエンジンでは、主噴射の直後の比較的早い時期になされる副噴射（アーリーポスト噴射）が知られている。これは、主噴射により上昇した筒内温度が低下する前に副噴射により燃料を筒内に供給し燃焼させて、排気温度を高めることを可能とする。この副噴射により、例えば排気後処理装置に設けられる触媒を、触媒が有効に機能する温度に高めることができる。
【０００４】
また、レイトポスト噴射と呼ばれる副噴射も知られている。これは、排気後処理装置を活性化するために行われる副噴射であり、膨張工程から排気工程において行われる。この副噴射により、例えば触媒に保持された排出ガス中のＮＯｘなどを還元する還元剤として、十分なＨＣ（炭化水素）などを供給することができる。これらのように、燃料を副噴射して後処理装置を昇温させたり活性化させる方法は、ガソリンエンジンでも用いられている。
【０００５】
一方、排出ガスの一部を吸気系へ戻すためのＥＧＲも知られている。ＥＧＲは、ディーゼルエンジンでは、ＮＯｘの低減に有効である。また、エンジンの冷態時では排出ガスの温度を上昇させることにより、排気後処理装置に設けられる触媒の温度を、触媒が有効に機能する温度に高めるためにも有効である。
【０００６】
従来、副噴射とＥＧＲを組み合わせた内燃機関の排気浄化装置も知られている。この種の排気浄化装置では、排気通路において、ＮＯｘ触媒（排気後処理装置）の上流側にＥＧＲ用の排気還流通路を設け、この排気還流通路に還流ガス浄化触媒を設けている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００７】
また、排気マニホールドの一端側に副噴射を行うための燃料添加ノズルを設け、排気マニホールドの他端側にＥＧＲ装置の排気還流管を接続した、内燃機関の排気浄化装置も考えられている。（例えば、特許文献２参照。）。
【０００８】
【特許文献１】
特開２０００−４５８８１号公報（図１）
【０００９】
【特許文献２】
特開２００１−２８０１２５号公報（図１）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
内燃機関の排出ガスを効果的に浄化するために、前述の副噴射による排気の浄化と、ＥＧＲを両立させることが考えられる。しかし、副噴射を行うことにより、排出ガスに含まれるＨＣの量が増加すると、多量のＨＣがＥＧＲガスとして吸気系へ戻されることになる。
【００１１】
多量のＨＣがＥＧＲガスとして吸気系へ戻されると、ＥＧＲ通路、ＥＧＲクーラ、ＥＧＲバルブなどに、ＨＣと共にＰＭ（固形微粒子）やすすなどの汚損成分が付着する。この汚損成分が堆積することはＥＧＲガスの流れが悪くなったり、ＥＧＲバルブが固着する原因となり好ましくない。また、ＥＧＲガスに含まれる多量のＨＣが、気筒に戻され、燃焼することにより、トルクが変動する恐れがある。
【００１２】
特開２０００−４５８８１号公報に記載された排気浄化装置では、排気還流通路に還流ガス浄化触媒を設けている。しかし、この場合では還流ガス浄化触媒を設けなくてはならない。また、特開２００１−２８０１２５号公報に記載された排気浄化装置では、燃料添加ノズルから噴射させた燃料の多量のＨＣ成分が、排気マニホールドに接続された排気還流管から吸気系へ戻される可能性がある。
【００１３】
従って、本発明の目的は、副噴射手段とＥＧＲを有する排気浄化装置において、副噴射による多量のＨＣが排気還流通路へ流入することを防止できる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置では、排気後処理装置と、その上流に排気還流通路を有し、前記排気後処理装置への必要ＨＣ量の供給要求時に第１の副噴射を行う副噴射手段を有する内燃機関の排気浄化装置において、第１の副噴射を行う気筒と行わない気筒とを分け、第１の副噴射を行わない気筒から還流ガスを取り出すようにした。前記排気後処理装置は、例えばユリアＳＣＲやＨＣ−ＳＣＲやＣＲ−ＤＰＦやＮＯｘ吸蔵触媒などである。
【００１５】
このように構成される本発明の内燃機関の排気浄化装置では、第１の副噴射によりＨＣが増加する排出ガスを含む気筒と、そうでない気筒が分けられる。
【００１６】
本発明の好ましい形態では、前記排気後処理装置の上流において、第１の副噴射が行われる気筒から排出される排出ガスを導入する第１の通路と、第１の副噴射を行わない気筒より排出される排出ガスを導入可能な第２の通路を具備し、第１及び第２の通路が合流してから通路内を流動する排出ガスが後処理装置に導入可能であるため、第１の副噴射によりＨＣが増加する排出ガスは、還流ガスとして吸気系へ戻されない。
【００１７】
さらに本発明の好ましい形態では、前記副噴射手段は第１の副噴射よりも早い時期に、排出ガスの温度を上昇させる目的で第２の副噴射を行うように構成されている。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の一実施形態について、図１と図２を参照して説明する。
この実施形態に使用される内燃機関は、例えば自動車用の４気筒のディーゼルエンジンである。
図１に示されるエンジン１０は、図示しない吸気マニホールドと、吸気マニホールドの上流側に設けられた図示しない吸気通路とを有している。吸気通路は図示しないエアクリーナを通過する燃焼空気と、ＥＧＲ通路１１を通り供給されるＥＧＲガスの混合気が流動する。ＥＧＲ通路１１は排出ガスの一部をＥＧＲガスとして、エンジン１０の吸気系へ戻すことを行う。吸気マニホールドによって、燃焼空気とＥＧＲガスの混合気が、エンジン１０の各気筒１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄに導入される。
【００１９】
各気筒１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄへの燃料の供給手段は、一例としてコモンレール燃料噴射システム１３が用いられる。コモンレール燃料噴射システム１３は、コモンレール１４と、燃料を噴射するインジェクタ１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄと、図示しない燃料タンクと、高圧燃料供給ポンプ１６と、ＥＣＵ２０などによって構成される。インジェクタ１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄは内部に、図示しない電磁弁を有している。この電磁弁の開閉により各気筒１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄへの燃料の噴射が行われる。
【００２０】
電磁弁はＥＣＵ２０の制御により開閉が行われる。ＥＣＵ２０は、車両（自動車）の運転状態により電磁弁の開閉を行い、運転に適した時期に、最適量の主噴射を行う。噴射された燃料は、各気筒１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄの内部で燃焼される。また、各気筒１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄでは副噴射が行われる。コモンレール燃料噴射システム１３とＥＣＵ２０は副噴射手段としても使用される。
【００２１】
副噴射は主噴射の後に行われる燃料の噴射である。第１の副噴射として、レイトポスト噴射がある。この噴射は後述するＮＯｘ吸蔵触媒２２への必要ＨＣの供給を要求される場合に、排出ガス中にＨＣを増加させるために行われる。例えば、ＮＯｘ吸蔵触媒２２において、ＮＯｘの脱離・還元作用を行う場合に行われる噴射である。噴射される燃料は、気筒内で燃焼することなく排出ガスと混合する。このため排出ガスには多量のＨＣが含有される。このレイトポスト噴射は、主噴射の膨張工程後期から排気工程において行われる。
【００２２】
一方、第２の副噴射として、アーリーポスト噴射がある。この噴射は排出ガスの温度を上げることを目的とする。例えばＮＯｘ吸蔵触媒２２が有効に機能する温度まで高められるように行われる噴射である。アーリーポスト噴射は主噴射による膨張工程において、前述の第１の副噴射より早い時期に行われる。
【００２３】
各気筒１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄのうち、レイトポスト噴射が行われるのは第１および第２の気筒１２ａ，１２ｂである。すなわち、気筒１２ａ，１２ｂでは、ＮＯｘ吸蔵触媒２２へ多量のＨＣを供給するためにレイトポスト噴射が行われる。
【００２４】
一方、エンジン１０の排出ガスの低温時には、各気筒１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄでアーリーポスト噴射が行われる。
【００２５】
各気筒１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄの下流側に各排気枝管２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄが連通している。各気筒１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄで生じる排出ガスは、各排気枝管２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄに導入される。第１および第２の排気枝管２３ａ，２３ｂの下流に第１の集合管２４が連通している。第３および第４の排気枝管２３ｃ，２３ｄの下流に第２の集合管２５が連通している。第１の集合管２４は、例えばレイトポスト噴射が行われる第１および第２の気筒１２ａ，１２ｂの排気枝管２３ａ，２３ｂと連通する。第２の集合管２５は、レイトポスト噴射が行われない第３および第４の気筒１２ｃ，１２ｄの第３および第４の排気枝管２３ｃ，２３ｄと連通する。これらの排気枝管２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄと第１，第２の集合管２４，２５は、排気マニホールド３０を構成する。
【００２６】
第１，第２の集合管２４，２５は、その下流において合流部３１で合流し、排気通路３２に連通する。排気通路３２の下流側には、排気後処理装置の一例として、排出ガスを浄化するＮＯｘ吸蔵触媒２２を有する。
【００２７】
ＮＯｘ吸蔵触媒２２は、例えばＡｌ_２Ｏ_３（アルミナ）を担体としている。この担体には、例えばＫ（カリウム）、Ｎａ（ナトリウム）、Ｌｉ（リチウム）、Ｃｓ（セシウム）のようなアルカリ金属、Ｂａ（バリウム）、Ｃａ（カルシウム）のようなアルカリ土類、Ｌａ（ランタン）、Ｙ（イットリウム）のようなアルカリ希土類から選ばれた少なくとも一つと、Ｐｔ（白金）のような貴金属とが担持される。
【００２８】
このＮＯｘ吸蔵触媒２２は、排気通路３２より導入される排出ガス中の空燃比がリーンの場合には、ＮＯｘを吸蔵する。また、排出ガス中の空燃比がリッチになると、吸蔵したＮＯｘを放出する。
【００２９】
本実施の形態で使用されるエンジン１０は、ディーゼルエンジンである。そのため、通常の運転時は排出ガス中の空燃比はリーン域である。排出ガス中の空燃比をリッチにするためには、図２中の（Ｂ）に示すように、第１および第２の気筒１２ａ，１２ｂにおいて、レイトポスト噴射を行う。図２中において、信号オン時は電磁弁が開き、オフ時は電磁弁が閉じる。レイトポスト噴射により、排出ガス中の空燃比はリッチになり、ＮＯｘ吸蔵触媒２２が吸蔵したＮＯｘが排出される。
【００３０】
第２の集合管２５に、排気還流通路として機能するＥＧＲ通路１１が接続されている。ＥＧＲ通路１１への導入部である流入口１１ａは第２の集合管２５に開口しているため、前記レイトポスト噴射による多量のＨＣを含有しない排出ガスの一部が、ＥＧＲガスとして導入される。ＥＧＲ通路１１の途中にＥＧＲクーラ３３が設けられている。ＥＧＲクーラ３３の下流にＥＧＲバルブ３４が設けられている。ＥＧＲバルブ３４はＥＣＵ２０により、ＥＧＲガスの吸気系への流入を制御する。例えば、エンジン１０に高出力が要求される場合は、ＥＧＲガスの流入を止めるといった制御などがなされる。なお、ＥＧＲ通路１１はレイトポスト噴射が行われない気筒１２ｃ，１２ｄから吸気系へ接続されてもよい。
【００３１】
次に本実施の形態の作用について説明する。
運転者がイグニションスイッチをオンすることにより、エンジン１０が運転を開始する。各気筒１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄには、燃焼空気が導入され、インジェクタ１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄより主噴射が行われる。エンジン１０の排出ガスの温度が低いときには、ＮＯｘ吸蔵触媒２２が有効に機能する温度に達していない場合がある。
【００３２】
そのような場合は、図２の（Ａ），（Ｂ）に示すように各気筒１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄにてアーリーポスト噴射が行われる。アーリーポスト噴射により、ＮＯｘ吸蔵触媒２２が有効に機能する温度まで排気温度が上昇する。なお、排気温度がＮＯｘ吸蔵触媒２２が有効に機能する温度まで上昇したのちは、アーリーポスト噴射を終了してもよい。
【００３３】
第１および第２の気筒１２ａ，１２ｂより排出される排出ガスは、第１および第２の排気枝管２３ａ，２３ｂを通り、第１の集合管２４へ流入する。第３および第４の気筒１２ｃ，１２ｄより排出される排出ガスは、第３および第４の排気枝管２３ｃ，２３ｄを通り、第２の集合管２５へ流入する。第２の集合管２５を流動する排出ガスの一部は、ＥＧＲガスとしてＥＧＲ通路１１から吸気系へ戻される。第１，第２の集合管２４，２５を流動する排出ガスは、合流部３１において混合され、ＮＯｘ吸蔵触媒２２へ流入するため、合流部３１にて混合された排出ガスが、ＥＧＲ通路１１から吸気系に戻されることはない。
【００３４】
エンジン１０の通常の運転時では、排出ガスに含まれるＮＯｘは、ＮＯｘ吸蔵触媒２２に吸蔵される。ＮＯｘ吸蔵触媒２２がＮＯｘを所定量吸蔵すると、ＥＣＵ２０の制御により、第１および第２の気筒１２ａ，１２ｂにてレイトポスト噴射が行われる。このため、第１および第２の気筒１２ａ，１２ｂより排出される排出ガスにより、合流部３１で排出ガスの空燃比がリッチになり、ＮＯｘ吸蔵触媒２２へ流入する。
【００３５】
空燃比がリッチになった排出ガスがＮＯｘ吸蔵触媒２２に導入されると、ＮＯｘ吸蔵触媒２２は吸蔵したＮＯｘの放出を開始する。放出されたＮＯｘは、排出ガス中に含有されるＨＣと反応してＮ_２へ還元される。
【００３６】
このように、レイトポスト噴射による多量のＨＣを含有する排出ガスが通る第１および第２の気筒１２ａ，１２ｂと、レイトポスト噴射による多量のＨＣを含まない排出ガスが通る第３および第４の気筒１２ｃ，１２ｄが分けられる。このため、ＥＧＲによる排出ガスの温度上昇と、レイトポスト噴射によるＮＯｘ吸蔵触媒２２の活性化が両立し、かつ、ＥＧＲ通路１１やＥＧＲクーラ３３やＥＧＲバルブ３４の、ＨＣによる汚損を防止することができる。
【００３７】
さらに、全ての気筒１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄでアーリーポスト噴射を行うことにより、排出ガスの温度が効果的に上昇されるため、ＮＯｘ吸蔵触媒２２の活性化を促すことができる。なお、気筒１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄの一部のみがアーリーポスト噴射を行ってもよい。
【００３８】
また、排気後処理装置にはユリアＳＣＲやＨＣ−ＳＣＲやＣＲ−ＤＰＦなどを採用してもよい。これらをはじめとして、本発明を実施するに当たって、本発明を構成する要素を本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変換して実施できることは言うまでもない。
【００３９】
【発明の効果】
請求項１に記載した発明によれば、ＥＧＲの還流ガスによる排出ガスの温度上昇と第１の副噴射による排気後処理装置の活性化が両立でき、しかも排気還流通路の汚損を防ぐことができる。
【００４０】
請求項２に記載した発明によれば、上記効果に加え、第１の副噴射による多量のＨＣを含有する排出ガスが、排気還流通路へ流入することを効果的に防ぐことができる。
【００４１】
請求項３に記載した発明によれば、排出ガスの温度をより高めることが可能となり、排気後処理装置の活性化をさらに促すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態である内燃機関の排気浄化装置を示す模式図。
【図２】本発明の一実施形態である内燃機関の排気浄化装置において、ＥＣＵからインジェクタの電磁弁へ送られる開閉の指示信号を示す図。
【符号の説明】
１１…ＥＧＲ通路（排気還流通路）
１１ａ…流入口（排気還流通路の導入部）
１２ａ…第１の気筒（第１，第２の副噴射を行う気筒）
１２ｂ…第２の気筒（第１，第２の副噴射を行う気筒）
１２ｃ…第３の気筒（第２の副噴射を行う気筒）
１２ｄ…第４の気筒（第２の副噴射を行う気筒）
１３…コモンレール燃料噴射システム（副噴射手段）
２０…ＥＣＵ（副噴射手段）
２２…ＮＯｘ吸蔵触媒（排気後処理装置）
２４…第１の集合管（第１の通路）
２５…第２の集合管（第２の通路）。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust gas purification device for an internal combustion engine having an exhaust gas recirculation passage.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art A method of sub-injecting fuel into an internal combustion engine to purify exhaust gas discharged from the internal combustion engine using an exhaust aftertreatment device is known. The sub-injection is also called post-injection and is performed after the main injection.
[0003]
In a diesel engine, a secondary injection (early post injection) performed relatively early after the main injection is known. This makes it possible to increase the exhaust gas temperature by supplying fuel into the cylinder and burning it by sub-injection before the in-cylinder temperature increased by the main injection decreases. By this sub-injection, for example, the catalyst provided in the exhaust after-treatment device can be raised to a temperature at which the catalyst effectively functions.
[0004]
A sub-injection called late post-injection is also known. This is a sub-injection performed to activate the exhaust after-treatment device, and is performed in the expansion process to the exhaust process. By this sub-injection, for example, sufficient HC (hydrocarbon) or the like can be supplied as a reducing agent for reducing NOx or the like in the exhaust gas held by the catalyst. As described above, the method of raising the temperature or activating the after-treatment device by sub-injecting the fuel is also used in a gasoline engine.
[0005]
On the other hand, EGR for returning a part of exhaust gas to an intake system is also known. EGR is effective in reducing NOx in a diesel engine. Further, when the engine is cold, it is effective to raise the temperature of the exhaust gas to raise the temperature of the catalyst provided in the exhaust aftertreatment device to a temperature at which the catalyst functions effectively.
[0006]
Conventionally, an exhaust gas purification device for an internal combustion engine that combines sub injection and EGR has also been known. In this type of exhaust gas purification device, an exhaust gas recirculation passage for EGR is provided upstream of a NOx catalyst (exhaust aftertreatment device) in an exhaust gas passage, and a recirculation gas purification catalyst is provided in the exhaust gas recirculation passage. Reference 1).
[0007]
Further, an exhaust gas purification device for an internal combustion engine in which a fuel addition nozzle for performing sub-injection is provided at one end of the exhaust manifold and an exhaust gas recirculation pipe of an EGR device is connected to the other end of the exhaust manifold has been considered. (For example, see Patent Document 2).
[0008]
[Patent Document 1]
JP 2000-45881 A (FIG. 1)
[0009]
[Patent Document 2]
JP 2001-280125 A (FIG. 1)
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
In order to effectively purify the exhaust gas of the internal combustion engine, it is conceivable to achieve both purification of exhaust gas by the above-described sub-injection and EGR. However, when the amount of HC contained in the exhaust gas increases by performing the sub-injection, a large amount of HC is returned to the intake system as EGR gas.
[0011]
When a large amount of HC is returned to the intake system as EGR gas, polluting components such as PM (solid fine particles) and soot adhere to the EGR passage, the EGR cooler, the EGR valve, and the like together with the HC. The accumulation of this fouling component is not preferable because it causes the flow of the EGR gas to deteriorate and causes the EGR valve to stick. Also, a large amount of HC contained in the EGR gas is returned to the cylinder and burns, so that the torque may fluctuate.
[0012]
In the exhaust gas purification device described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-45881, a recirculation gas purification catalyst is provided in an exhaust gas recirculation passage. However, in this case, a reflux gas purifying catalyst must be provided. Further, in the exhaust gas purification device described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-280125, a large amount of HC component of the fuel injected from the fuel addition nozzle may return to the intake system from the exhaust gas recirculation pipe connected to the exhaust manifold. There is.
[0013]
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide an exhaust gas purification device for an internal combustion engine that can prevent a large amount of HC due to sub-injection from flowing into an exhaust gas recirculation passage in an exhaust gas purification device having a sub-injection unit and an EGR.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
The exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to the first aspect has an exhaust aftertreatment device and an exhaust gas recirculation passage upstream of the exhaust aftertreatment device, and performs the first sub-injection when a required amount of HC is supplied to the exhaust aftertreatment device. In an exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine having a sub-injection means for performing the first sub-injection, a cylinder for performing the first sub-injection is separated from a cylinder for not performing the first sub-injection, and the recirculated gas is extracted from the cylinder not performing the first sub-injection. The exhaust after-treatment device is, for example, a urea SCR, an HC-SCR, a CR-DPF, a NOx storage catalyst, or the like.
[0015]
In the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to the present invention configured as described above, the cylinders containing the exhaust gas whose HC increases due to the first sub-injection are separated from the cylinders that do not.
[0016]
In a preferred embodiment of the present invention, a first passage for introducing exhaust gas discharged from a cylinder in which the first sub-injection is performed is provided upstream of the exhaust post-processing device, and a cylinder in which the first sub-injection is not performed. A second passage through which the exhaust gas to be discharged can be introduced, and since the exhaust gas flowing in the passage after the first and second passages have joined can be introduced into the post-processing device, The exhaust gas whose HC increases due to the sub-injection is not returned to the intake system as recirculated gas.
[0017]
Further, in a preferred embodiment of the present invention, the sub-injection unit is configured to perform the second sub-injection earlier than the first sub-injection for the purpose of increasing the temperature of the exhaust gas.
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
The internal combustion engine used in this embodiment is, for example, a four-cylinder diesel engine for an automobile.
The engine 10 shown in FIG. 1 has an intake manifold (not shown) and an intake passage (not shown) provided upstream of the intake manifold. In the intake passage, a mixture of combustion air passing through an air cleaner (not shown) and EGR gas supplied through the EGR passage 11 flows. The EGR passage 11 returns part of the exhaust gas to the intake system of the engine 10 as EGR gas. A mixture of combustion air and EGR gas is introduced into each cylinder 12a, 12b, 12c, 12d of the engine 10 by the intake manifold.
[0019]
As a means for supplying fuel to each of the cylinders 12a, 12b, 12c, 12d, a common rail fuel injection system 13 is used as an example. The common rail fuel injection system 13 includes a common rail 14, injectors 15a, 15b, 15c, and 15d for injecting fuel, a fuel tank (not shown), a high-pressure fuel supply pump 16, an ECU 20, and the like. Each of the injectors 15a, 15b, 15c, and 15d has a solenoid valve (not shown) inside. By the opening and closing of this solenoid valve, fuel is injected into each of the cylinders 12a, 12b, 12c, 12d.
[0020]
The solenoid valve is opened and closed under the control of the ECU 20. The ECU 20 opens and closes the solenoid valve according to the operating state of the vehicle (automobile), and performs an optimal amount of main injection at a time suitable for driving. The injected fuel is burned inside each of the cylinders 12a, 12b, 12c, 12d. The sub-injection is performed in each of the cylinders 12a, 12b, 12c, and 12d. The common rail fuel injection system 13 and the ECU 20 are also used as auxiliary injection means.
[0021]
The sub-injection is fuel injection performed after the main injection. The first sub-injection is a late post-injection. This injection is performed to increase the amount of HC in the exhaust gas when the supply of the necessary HC to the NOx storage catalyst 22 described later is required. For example, the injection is performed when the NOx storage catalyst 22 performs a desorption / reduction operation of NOx. The injected fuel mixes with the exhaust gas without burning in the cylinder. Therefore, the exhaust gas contains a large amount of HC. The late post-injection is performed in the exhaust process from the latter stage of the main injection expansion process.
[0022]
On the other hand, there is an early post injection as the second sub injection. This injection aims at raising the temperature of the exhaust gas. For example, the injection is performed such that the temperature is raised to a temperature at which the NOx storage catalyst 22 functions effectively. The early post injection is performed earlier than the first sub injection in the expansion step by the main injection.
[0023]
Of the cylinders 12a, 12b, 12c, 12d, late post-injection is performed in the first and second cylinders 12a, 12b. That is, late post injection is performed in the cylinders 12a and 12b in order to supply a large amount of HC to the NOx storage catalyst 22.
[0024]
On the other hand, when the exhaust gas of the engine 10 is at a low temperature, the early post injection is performed in each of the cylinders 12a, 12b, 12c, and 12d.
[0025]
The exhaust branch pipes 23a, 23b, 23c, 23d communicate with the downstream sides of the cylinders 12a, 12b, 12c, 12d. The exhaust gas generated in each cylinder 12a, 12b, 12c, 12d is introduced into each exhaust branch pipe 23a, 23b, 23c, 23d. A first collecting pipe 24 communicates downstream of the first and second exhaust branch pipes 23a and 23b. A second collecting pipe 25 communicates downstream of the third and fourth exhaust branch pipes 23c and 23d. The first collecting pipe 24 communicates with, for example, exhaust branch pipes 23a and 23b of the first and second cylinders 12a and 12b where late post injection is performed. The second collecting pipe 25 communicates with the third and fourth exhaust branch pipes 23c and 23d of the third and fourth cylinders 12c and 12d in which late post injection is not performed. These exhaust branch pipes 23a, 23b, 23c, 23d and the first and second collecting pipes 24, 25 constitute an exhaust manifold 30.
[0026]
The first and second collecting pipes 24 and 25 merge at a merging portion 31 downstream thereof and communicate with an exhaust passage 32. A NOx storage catalyst 22 that purifies exhaust gas is provided downstream of the exhaust passage 32 as an example of an exhaust aftertreatment device.
[0027]
The NOx storage catalyst 22 uses, for example, Al ₂ O ₃ (alumina) as a carrier. The carrier includes, for example, alkali metals such as K (potassium), Na (sodium), Li (lithium) and Cs (cesium), alkaline earths such as Ba (barium) and Ca (calcium), and La (lanthanum). ), At least one selected from alkali rare earths such as Y (yttrium) and a noble metal such as Pt (platinum).
[0028]
This NOx storage catalyst 22 stores NOx when the air-fuel ratio in the exhaust gas introduced from the exhaust passage 32 is lean. When the air-fuel ratio in the exhaust gas becomes rich, the stored NOx is released.
[0029]
Engine 10 used in the present embodiment is a diesel engine. Therefore, during normal operation, the air-fuel ratio in the exhaust gas is in a lean region. In order to make the air-fuel ratio in the exhaust gas rich, late post injection is performed in the first and second cylinders 12a and 12b as shown in FIG. In FIG. 2, the solenoid valve opens when the signal is on, and closes when the signal is off. By the late post injection, the air-fuel ratio in the exhaust gas becomes rich, and the NOx stored by the NOx storage catalyst 22 is discharged.
[0030]
The EGR passage 11 functioning as an exhaust gas recirculation passage is connected to the second collecting pipe 25. Since the inlet 11a, which is an introduction portion to the EGR passage 11, is open to the second collecting pipe 25, a part of the exhaust gas not containing a large amount of HC by the late post injection is introduced as EGR gas. . An EGR cooler 33 is provided in the EGR passage 11. An EGR valve 34 is provided downstream of the EGR cooler 33. The EGR valve 34 controls the flow of the EGR gas into the intake system by the ECU 20. For example, when high output is required of the engine 10, control such as stopping the inflow of EGR gas is performed. Note that the EGR passage 11 may be connected to the intake system from the cylinders 12c and 12d in which late post injection is not performed.
[0031]
Next, the operation of the present embodiment will be described.
When the driver turns on the ignition switch, the engine 10 starts operating. Combustion air is introduced into each of the cylinders 12a, 12b, 12c, and 12d, and main injection is performed from injectors 15a, 15b, 15c, and 15d. When the temperature of the exhaust gas of the engine 10 is low, the temperature at which the NOx storage catalyst 22 effectively functions may not be reached.
[0032]
In such a case, early post injection is performed in each of the cylinders 12a, 12b, 12c, and 12d as shown in FIGS. Due to the early post injection, the exhaust gas temperature rises to a temperature at which the NOx storage catalyst 22 functions effectively. After the exhaust gas temperature has risen to a temperature at which the NOx storage catalyst 22 functions effectively, the early post injection may be terminated.
[0033]
The exhaust gas discharged from the first and second cylinders 12a and 12b flows into the first collecting pipe 24 through the first and second exhaust branch pipes 23a and 23b. The exhaust gas discharged from the third and fourth cylinders 12c and 12d passes through the third and fourth exhaust branch pipes 23c and 23d and flows into the second collecting pipe 25. Part of the exhaust gas flowing through the second collecting pipe 25 is returned from the EGR passage 11 to the intake system as EGR gas. The exhaust gas flowing through the first and second collecting pipes 24 and 25 is mixed at the junction 31 and flows into the NOx storage catalyst 22. Therefore, the exhaust gas mixed at the junction 31 flows from the EGR passage 11. It is not returned to the intake system.
[0034]
During normal operation of the engine 10, NOx contained in the exhaust gas is stored in the NOx storage catalyst 22. When the NOx storage catalyst 22 stores a predetermined amount of NOx, late post injection is performed in the first and second cylinders 12a and 12b under the control of the ECU 20. Therefore, the exhaust gas discharged from the first and second cylinders 12a and 12b makes the air-fuel ratio of the exhaust gas rich at the junction 31 and flows into the NOx storage catalyst 22.
[0035]
When the exhaust gas whose air-fuel ratio becomes rich is introduced into the NOx storage catalyst 22, the NOx storage catalyst 22 starts releasing the stored NOx. Released NOx is reduced by reacting with HC contained in the exhaust gas into N _2.
[0036]
Thus, the first and second cylinders 12a and 12b through which the exhaust gas containing a large amount of HC by the late post injection passes, and the third and fourth cylinders through which the exhaust gas not containing a large amount of HC by the late post injection pass. The cylinders 12c and 12d are divided. Therefore, the temperature rise of the exhaust gas by the EGR and the activation of the NOx storage catalyst 22 by the late post injection are compatible, and the contamination of the EGR passage 11, the EGR cooler 33, and the EGR valve 34 by the HC is prevented. it can.
[0037]
Further, by performing the early post injection in all of the cylinders 12a, 12b, 12c, and 12d, the temperature of the exhaust gas is effectively increased, so that the activation of the NOx storage catalyst 22 can be promoted. Note that only a part of the cylinders 12a, 12b, 12c, and 12d may perform the early post injection.
[0038]
Further, a urea SCR, HC-SCR, CR-DPF, or the like may be employed as the exhaust after-treatment device. Needless to say, in carrying out the present invention including these, elements constituting the present invention can be appropriately converted without departing from the scope of the present invention.
[0039]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, the temperature rise of the exhaust gas by the recirculated gas of the EGR and the activation of the exhaust after-treatment device by the first sub-injection can be compatible, and the exhaust gas recirculation passage can be prevented from being stained. .
[0040]
According to the second aspect of the present invention, in addition to the above effects, it is possible to effectively prevent the exhaust gas containing a large amount of HC from the first sub-injection from flowing into the exhaust gas recirculation passage.
[0041]
According to the invention described in claim 3, it is possible to further increase the temperature of the exhaust gas, and it is possible to further promote the activation of the exhaust after-treatment device.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view showing an exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing an open / close instruction signal sent from an ECU to a solenoid valve of an injector in the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to one embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
11: EGR passage (exhaust gas recirculation passage)
11a Inflow port (introduction section of exhaust gas recirculation passage)
12a: first cylinder (cylinder for performing first and second sub-injections)
12b... Second cylinder (cylinder performing first and second sub-injections)
12c: third cylinder (cylinder performing second sub-injection)
12d: fourth cylinder (cylinder for performing second sub-injection)
13. Common rail fuel injection system (sub injection means)
20: ECU (sub injection means)
22 NOx storage catalyst (exhaust aftertreatment device)
24... First collecting pipe (first passage)
25 ... second collecting pipe (second passage).

Claims

An exhaust aftertreatment device provided in an exhaust passage of the internal combustion engine to purify exhaust gas;
An exhaust gas recirculation passage that is provided in the exhaust gas passage and returns a part of the exhaust gas from the upstream of the exhaust gas aftertreatment device to the intake system of the internal combustion engine as a recirculated gas;
In a cylinder provided in the internal combustion engine, a sub-injection unit that performs a first sub-injection for injecting fuel when a request to supply a required amount of HC to the exhaust after-treatment device is provided;
In an exhaust gas purification device for an internal combustion engine comprising:
An exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine, wherein a cylinder that performs the first sub-injection is separated from a cylinder that does not perform the first sub-injection, and the recirculated gas is extracted from the cylinder that does not perform the first sub-injection.

The exhaust passage is upstream of the exhaust after-treatment device,
A first passage through which exhaust gas discharged from a cylinder performing the first sub-injection can be introduced;
A second passage capable of introducing exhaust gas discharged from a cylinder not performing the first sub-injection;
Exhaust gas flowing in the passage after the first and second passages have joined can be introduced into the post-processing device,
The exhaust gas purification device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein an introduction portion of the exhaust gas recirculation passage is connected to the second passage.

The sub-injection means injects fuel into the cylinder at an earlier time than the time of performing the first sub-injection, after the main injection, at the time of a request for increasing the exhaust gas temperature, to increase the temperature of the exhaust gas. 2. The exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the second sub-injection is performed.