JP2005090310A - NOx CLEANING DEVICE - Google Patents

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Koichiro Nakatani
好一郎 中谷
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress to the minimum generation of N<SB>2</SB>O in an NOx cleaning device provided with an NOx catalyst to remove NOx. <P>SOLUTION: This device is provided with the NOx catalyst 25 to remove NOx when controlling for richening that an air-fuel ratio of an internal atmosphere is made to be a stoichiometric air-fuel ratio or richen than the stoichimetric air-fuel ratio. Execution of control for richening is prohibited when estimated that an NOx cleaning factor by the NOx catalyst when controlling for richening is low and a generation rate of N<SB>2</SB>O generated by the NOx catalyst is high. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、NOx浄化装置に関する。   The present invention relates to a NOx purification device.

特許文献1に、内燃機関から排出される排気ガス中の窒素酸化物(NOx)を還元浄化するための手段(特許文献1では、参照符号125が付され、「窒素酸化物吸収剤」と表現されており、以下「NOx吸収剤」という)を具備する排気浄化装置が開示されている。特許文献1によれば、NOx吸収剤の温度が或る温度(特許文献1では、「再生許容温度」と表現されており、以下同様に「再生許容温度」という)以上であるときに、NOx吸収剤の再生操作(特許文献1によれば、これは、内燃機関にリッチ燃焼を行わせるものとある)を行うと、NOxがNOx吸収剤から大気に放出されてしまうとある。   Patent Document 1 discloses means for reducing and purifying nitrogen oxides (NOx) in exhaust gas discharged from an internal combustion engine (in Patent Document 1, reference numeral 125 is attached and expressed as “nitrogen oxide absorbent”. In the following, an exhaust emission control device including a “NOx absorbent” is disclosed. According to Patent Document 1, when the temperature of the NOx absorbent is equal to or higher than a certain temperature (referred to as “Regeneration Allowable Temperature” in Patent Document 1 and hereinafter also referred to as “Regeneration Allowable Temperature”), NOx. When the regeneration operation of the absorbent (according to Patent Document 1, this may cause the internal combustion engine to perform rich combustion), NOx may be released from the NOx absorbent to the atmosphere.

そして、特許文献1によれば、このことは、NOx吸収剤の再生操作が開始されたときにはNOx吸収剤の温度が再生許容温度以下であったとしても、NOx吸収剤の再生操作中にNOx吸収剤の温度が再生許容温度以上となってしまうと、NOxがNOx吸収剤から大気に放出されてしまうことを意味する。   According to Patent Document 1, this means that even when the NOx absorbent regeneration operation is started, the NOx absorbent is absorbed during the NOx absorbent regeneration operation even if the NOx absorbent temperature is below the allowable regeneration temperature. If the temperature of the agent becomes equal to or higher than the regeneration allowable temperature, it means that NOx is released from the NOx absorbent to the atmosphere.

そこで、特許文献1では、NOx吸収剤の温度が再生許容温度以上となることが予想されたときには、NOx吸収剤に吸収されているNOxの量が或る量以上となっているときに限って、NOx吸収剤の再生操作を行うようにしている。言い換えれば、NOx吸収剤の温度が再生許容温度以上となることが予想された場合、NOx吸収剤に吸収されているNOxの量が少なければ、NOx吸収剤の再生操作を行わないようにしている。   Therefore, in Patent Document 1, when it is predicted that the temperature of the NOx absorbent is equal to or higher than the regeneration allowable temperature, only when the amount of NOx absorbed in the NOx absorbent is greater than a certain amount. The regeneration operation of the NOx absorbent is performed. In other words, when it is predicted that the temperature of the NOx absorbent is equal to or higher than the regeneration allowable temperature, the regeneration operation of the NOx absorbent is not performed if the amount of NOx absorbed in the NOx absorbent is small. .

これによれば、NOx吸収剤の再生操作中にNOx吸収剤の温度が再生許容温度以上となることが予想された場合(上述したように、これには、NOx吸収剤に吸収されているNOxの量が少ないという条件が付いている)には、NOx吸収剤の再生操作が行われないので、NOx吸収剤の再生操作中にNOxがNOx吸収剤から大気に放出されてしまうことが回避される。すなわち、NOx吸収剤の再生操作中のNOx吸収剤の温度の挙動を事前に予測することによって、NOxがNOx吸収剤から大気に放出されることが確実に回避されるのである。   According to this, when it is predicted that the temperature of the NOx absorbent becomes higher than the allowable regeneration temperature during the regeneration operation of the NOx absorbent (as described above, this includes NOx absorbed in the NOx absorbent. NOx absorbent regeneration operation is not performed under the condition that the amount of NOx is small), it is avoided that NOx is released from the NOx absorbent to the atmosphere during the NOx absorbent regeneration operation. The That is, by predicting in advance the behavior of the temperature of the NOx absorbent during the regeneration operation of the NOx absorbent, it is reliably avoided that NOx is released from the NOx absorbent to the atmosphere.

国際公開第97/16632号パンフレットInternational Publication No. 97/16632 Pamphlet 特開2002−54470号公報JP 2002-54470 A 特開平11−107811号公報JP 11-107811 A 特開2000−240431号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2000-240431

ところで、NOxを浄化するNOx触媒を具備するNOx浄化装置が知られている。こうしたNOx浄化装置において、NOxの還元浄化に伴ってNOが発生することがある。NOはCOと同様に温室効果を有するガスであることから、その発生をできるだけ抑制することが好ましい。そして、こうしたNOx浄化装置において、NOの発生をできるだけ抑制しようとした場合にも、NOx触媒によってNOxを還元浄化させたときのNOの生成率に係わるパラメータ値を事前に予測し、該予測されたパラメータ値に応じてNOx触媒によってNOxを浄化させるか否かを決定することは、NOx浄化装置におけるNOの発生をできるだけ抑制するという観点から好ましい。 By the way, a NOx purification device having a NOx catalyst for purifying NOx is known. In such a NOx purification device, N 2 O may be generated along with the reduction and purification of NOx. Since N 2 O is a gas having a greenhouse effect like CO 2 , it is preferable to suppress its generation as much as possible. Then, in such NOx purification device, even when attempting to suppress as much as possible the generation of N 2 O, to predict the parameter values relating to the generation rate of the N 2 O when the NOx was reduced and purified by the NOx catalyst in advance, It is preferable to determine whether or not to purify NOx by the NOx catalyst according to the predicted parameter value from the viewpoint of suppressing the generation of N 2 O in the NOx purifying device as much as possible.

そこで、本発明の目的は、NOxを浄化するNOx触媒を具備するNOx浄化装置におけるNOの発生をできるだけ抑制することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to suppress as much as possible the generation of N 2 O in a NOx purification device including a NOx catalyst that purifies NOx.

上記課題を解決するために、1番目の発明では、内部雰囲気の空燃比を理論空燃比とし或いは理論空燃比よりもリッチとするリッチ化制御が行われるとNOxを浄化するNOx触媒を具備するNOx浄化装置において、上記リッチ化制御が行われたときのNOx触媒によるNOx浄化率が低く且つ同NOx触媒にて生成されるNOの生成率が高いと予想されたときには上記リッチ化制御の実行を禁止するリッチ化制御手段を具備する。
2番目の発明では、1番目の発明において、上記リッチ化制御が行われたときのNOx触媒によるNOx浄化率が低く且つ同NOx触媒にて生成されるNOの生成率が高いと予想されたときにNOx触媒の温度を上昇させる手段を具備する。
上記課題を解決するために、3番目の発明では、内部雰囲気の空燃比を理論空燃比とし或いは理論空燃比よりもリッチとするリッチ化制御が行われるとNOxを浄化するNOx触媒を具備するNOx浄化装置において、現時点で上記リッチ化制御が行われたとしたときのNOx触媒によるNOx浄化率が高く且つ同NOx触媒にて生成されるNOの生成率が高いか或いは同NOx浄化率が低く且つ同NO生成率が低いと予想されるが、後に上記NOx浄化率が低く且つ上記NO生成率が高くなると予想されたときには、上記リッチ化制御の実行を許可し、一方、後に上記NOx浄化率が高く且つ上記NO生成率が低くなると予想されたときには、上記リッチ化制御の実行を禁止するリッチ化制御手段を具備する。
4番目の発明では、1または3番目の発明において、上記リッチ化制御手段は、上記リッチ化制御が行われたときのNOx触媒によるNOx浄化率が高く且つ同NOx触媒にて生成されるNOの生成率が低いと予想されたときには、リッチ化制御の実行を許可する。
5番目の発明では、3番目の発明において、上記リッチ化制御手段は、上記リッチ化制御が行われたときのNOx触媒によるNOx浄化率が低く且つ同NOx触媒にて生成されるNOの生成率が高いと予想されたときには、リッチ化制御の実行を禁止する。
6番目の発明では、5番目の発明において、上記リッチ化制御が行われたときのNOx触媒によるNOx浄化率が低く且つ同NOx触媒にて生成されるNOの生成率が高いと予想されたときにNOx触媒の温度を上昇させる手段を具備する。
7番目の発明では、1〜6番目の発明のいずれか1つにおいて、上記リッチ化制御が行われたときのNOx触媒によるNOx浄化率と同NOx触媒にて生成されるNOの生成率とが同NOx触媒の温度と同NOx触媒に保持されているNOxの量とをパラメータとして推定される。
In order to solve the above-mentioned problem, in the first invention, the NOx having a NOx catalyst that purifies NOx when rich control is performed to make the air-fuel ratio of the internal atmosphere the stoichiometric air-fuel ratio or richer than the stoichiometric air-fuel ratio. In the purifying apparatus, when the NOx purification rate by the NOx catalyst when the enrichment control is performed is low and the generation rate of N 2 O produced by the NOx catalyst is predicted to be high, the enrichment control is executed. Enrichment control means for prohibiting.
In the second invention, in the first invention, the NOx purification rate by the NOx catalyst when the enrichment control is performed is expected to be low, and the production rate of N 2 O produced by the NOx catalyst is expected to be high. Means for raising the temperature of the NOx catalyst.
In order to solve the above-described problem, in the third aspect of the invention, the NOx having a NOx catalyst that purifies NOx when rich control is performed to make the air-fuel ratio of the internal atmosphere the stoichiometric air-fuel ratio or richer than the stoichiometric air-fuel ratio. In the purification apparatus, when the enrichment control is currently performed, the NOx purification rate by the NOx catalyst is high and the production rate of N 2 O produced by the NOx catalyst is high or the NOx purification rate is low. and although the N 2 O production rate is expected to be low, when the NOx purification rate is expected to be low and the N 2 O formation rate increases after permits the execution of the rich control, whereas, after the When it is predicted that the NOx purification rate is high and the N 2 O generation rate is expected to be low, a enrichment control means for prohibiting execution of the enrichment control is provided.
In a fourth invention, in the first or third invention, the enrichment control means has a high NOx purification rate by the NOx catalyst when the enrichment control is performed, and N 2 produced by the NOx catalyst. When it is predicted that the O generation rate is low, execution of the enrichment control is permitted.
According to a fifth aspect, in the third aspect, the enrichment control means has a low NOx purification rate by the NOx catalyst when the enrichment control is performed, and the N 2 O produced by the NOx catalyst is low. When it is predicted that the generation rate is high, execution of the enrichment control is prohibited.
In the sixth aspect, in the fifth aspect, the NOx purification rate by the NOx catalyst when the enrichment control is performed is expected to be low, and the generation rate of N 2 O produced by the NOx catalyst is expected to be high. Means for raising the temperature of the NOx catalyst.
In the seventh invention, in any one of the first to sixth inventions, the NOx purification rate by the NOx catalyst and the production rate of N 2 O produced by the NOx catalyst when the enrichment control is performed. Are estimated using the temperature of the NOx catalyst and the amount of NOx held in the NOx catalyst as parameters.

一般的に、NOxの還元浄化に伴ってNOが生成されることがある。ここで、NOの生成率は低いことが好ましい。1番目の発明によれば、NOx浄化率が低く且つNO生成率が高いと予想されたときには、NOx触媒によるNOx浄化が行われない。したがって、これによれば、NOx浄化装置におけるNOの発生が抑制されることになる。
また、3番目の発明によれば、現時点でNOx触媒によるNOx浄化を行ったとした場合、NOx浄化率は高いけれどもNO生成率も高いと予想されるが、その後、NOx浄化率が高いままでNO生成率が低くなると予想されたとき、あるいは、NO生成率は低いけれどもNOx浄化率も低いと予想されるが、その後、NO生成率が低いままでNOx生成率が高くなると予想されたときには、NOx触媒によるNOx浄化が行われない。したがって、これによれば、NOx浄化装置におけるNOの発生が抑制されることになる。
一方、3番目の発明によれば、現時点でNOx触媒によるNOx浄化を行ったとした場合、NOx浄化率は高いけれどもNO生成率も高いと予想されるが、その後、NO生成率が低くならないばかりかNOx浄化率が低くなってしまうと予想されたとき、あるいは、NO生成率は低いけれどもNOx浄化率も低いと予想されるが、その後、NOx浄化率が高くならないばかりかNO生成率が高くなってしまうと予想されたときには、NOx触媒によるNOx浄化が行われる。したがって、これによれば、NOx浄化装置におけるNOの発生が抑制されることになる。
Generally, N 2 O may be generated along with the reduction and purification of NOx. Here, the N 2 O production rate is preferably low. According to the first invention, when it is predicted that the NOx purification rate is low and the N 2 O production rate is high, NOx purification by the NOx catalyst is not performed. Therefore, according to this, so that the generation of N 2 O in the NOx purification device can be suppressed.
According to the third aspect of the present invention, if NOx purification using a NOx catalyst is performed at the present time, the NOx purification rate is high but the N 2 O production rate is expected to be high, but thereafter the NOx purification rate is high. The N 2 O production rate is expected to be low until, or the N 2 O production rate is low but the NOx purification rate is also expected to be low, but thereafter the N 2 O production rate remains low and the NO x production rate is low. When it is expected to be high, NOx purification by the NOx catalyst is not performed. Therefore, according to this, so that the generation of N 2 O in the NOx purification device can be suppressed.
On the other hand, according to the third invention, when the performed NOx purification by the NOx catalyst at this time, but although the NOx purification rate is higher N 2 O formation rate is also expected to be high, then, N 2 O formation rate is When it is predicted that the NOx purification rate will not be lowered or the N 2 O production rate is low, the NOx purification rate is also expected to be low, but after that, the NOx purification rate is not increased and N When it is predicted that the 2 O production rate will increase, NOx purification by the NOx catalyst is performed. Therefore, according to this, so that the generation of N 2 O in the NOx purification device can be suppressed.

図1は、4ストローク圧縮着火式内燃機関を示している。図1において、1は機関本体、2はシリンダブロック、3はシリンダヘッド、4はピストン、5は燃焼室、6は電気制御式の燃料噴射弁、7は吸気弁、8は吸気ポート、9は排気弁、10は排気ポートを夫々示している。吸気ポート8は、対応する吸気枝管11を介してサージタンク12に連結されている。サージタンク12は、吸気ダクト13およびインタークーラ14を介して過給機(例えば、排気ターボチャージャ)15のコンプレッサ16の出口部に連結されている。コンプレッサ16の入口部は、空気吸込管17を介してエアクリーナ18に連結されている。空気吸込管17内には、ステップモータ19により駆動されるスロットル弁20が配置されている。また、スロットル弁20上流の空気吸込管17内には、吸入空気の質量流量を検出するための質量流量検出器21が配置されている。   FIG. 1 shows a four-stroke compression ignition type internal combustion engine. In FIG. 1, 1 is an engine body, 2 is a cylinder block, 3 is a cylinder head, 4 is a piston, 5 is a combustion chamber, 6 is an electrically controlled fuel injection valve, 7 is an intake valve, 8 is an intake port, and 9 is Exhaust valves 10 represent exhaust ports, respectively. The intake port 8 is connected to a surge tank 12 via a corresponding intake branch pipe 11. The surge tank 12 is connected to an outlet portion of a compressor 16 of a supercharger (for example, an exhaust turbocharger) 15 via an intake duct 13 and an intercooler 14. An inlet portion of the compressor 16 is connected to an air cleaner 18 via an air suction pipe 17. A throttle valve 20 driven by a step motor 19 is disposed in the air suction pipe 17. A mass flow rate detector 21 for detecting the mass flow rate of the intake air is disposed in the air suction pipe 17 upstream of the throttle valve 20.

一方、排気ポート10は、排気マニホルド22を介して排気ターボチャージャ15の排気タービン23の入口部に連結されている。排気タービン23の出口部は、排気管24を介して、NOxを浄化する触媒(詳細は後述する)25を内蔵した触媒コンバータ26に連結されている。触媒コンバータ26の上流側において排気マニホルド22には、空燃比センサ(以下「上流側空燃比センサ」という)27aが配置されている。一方、触媒コンバータ26の下流側において排気管28には、空燃比センサ(以下「下流側空燃比センサ」という)27bが配置される。また、排気管24には、炭化水素(例えば、燃料噴射弁6から噴射される燃料と同じもの)を噴射して排気ガス中に炭化水素を添加するための炭化水素添加弁37が取り付けられている。   On the other hand, the exhaust port 10 is connected to an inlet portion of the exhaust turbine 23 of the exhaust turbocharger 15 via an exhaust manifold 22. The outlet of the exhaust turbine 23 is connected via an exhaust pipe 24 to a catalytic converter 26 containing a catalyst 25 (details will be described later) for purifying NOx. An air-fuel ratio sensor (hereinafter referred to as “upstream air-fuel ratio sensor”) 27 a is disposed in the exhaust manifold 22 on the upstream side of the catalytic converter 26. On the other hand, an air-fuel ratio sensor (hereinafter referred to as “downstream air-fuel ratio sensor”) 27 b is disposed in the exhaust pipe 28 on the downstream side of the catalytic converter 26. The exhaust pipe 24 is provided with a hydrocarbon addition valve 37 for injecting hydrocarbons (for example, the same fuel injected from the fuel injection valve 6) and adding hydrocarbons to the exhaust gas. Yes.

触媒コンバータ26の出口部に連結された排気管28とスロットル弁20下流の空気吸込管17とは、排気ガス再循環(以下「EGR」という)通路29を介して互いに連結されている。EGR通路29内には、ステップモータ30によって駆動されるEGR制御弁31が配置されている。また、EGR通路29内には、EGR通路29内を流れる排気ガス(以下「EGRガス」ともいう)を冷却するためのインタークーラ32が配置されている。図1に示した例では、機関冷却水がインタークーラ32内に導かれ、この機関冷却水によってEGRガスが冷却される。   The exhaust pipe 28 connected to the outlet of the catalytic converter 26 and the air suction pipe 17 downstream of the throttle valve 20 are connected to each other via an exhaust gas recirculation (hereinafter referred to as “EGR”) passage 29. An EGR control valve 31 driven by a step motor 30 is disposed in the EGR passage 29. An intercooler 32 for cooling exhaust gas (hereinafter also referred to as “EGR gas”) flowing in the EGR passage 29 is disposed in the EGR passage 29. In the example shown in FIG. 1, the engine cooling water is guided into the intercooler 32, and the EGR gas is cooled by the engine cooling water.

一方、燃料噴射弁6は、燃料供給管33を介して燃料リザーバ(いわゆる、コモンレール)34に連結されている。コモンレール34内へは、電気制御式の吐出量可変な燃料ポンプ35から燃料が供給される。コモンレール34内に供給された燃料は、各燃料供給管33を介して燃料噴射弁6に供給される。コモンレール34には、コモンレール34内の燃料圧を検出するための燃料圧センサ36が取り付けられる。コモンレール34内の燃料圧が目標燃料圧となるように、燃料圧センサ36の出力信号に基づいて、燃料ポンプ35の吐出量が制御される。   On the other hand, the fuel injection valve 6 is connected to a fuel reservoir (so-called common rail) 34 via a fuel supply pipe 33. Fuel is supplied into the common rail 34 from an electrically controlled fuel pump 35 with variable discharge amount. The fuel supplied into the common rail 34 is supplied to the fuel injection valve 6 through each fuel supply pipe 33. A fuel pressure sensor 36 for detecting the fuel pressure in the common rail 34 is attached to the common rail 34. The discharge amount of the fuel pump 35 is controlled based on the output signal of the fuel pressure sensor 36 so that the fuel pressure in the common rail 34 becomes the target fuel pressure.

電子制御ユニット40はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス41によって互いに接続されたROM(リードオンリメモリ)42、RAM(ランダムアクセスメモリ)43、CPU(マイクロプロセッサ)44、入力ポート45、および、出力ポート46を具備する。質量流量検出器21の出力信号は、対応するAD変換器47を介して入力ポート45に入力される。上流側空燃比センサ27a、下流側空燃比センサ27b、および、燃料圧センサ36の出力信号も、夫々対応するAD変換器47を介して入力ポート45に入力される。アクセルペダル50には、アクセルペダル50の踏込量Lに比例した出力電圧を発生する負荷センサ51が接続される。負荷センサ51の出力電圧は、対応するAD変換器47を介して入力ポート45に入力される。また、入力ポート45には、クランクシャフトが、例えば、30°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ52が接続される。一方、出力ポート46は、対応する駆動回路48を介して燃料噴射弁6、スロットル弁制御用ステップモータ19、EGR制御弁制御用ステップモータ30、燃料ポンプ35、および、炭化水素添加弁37に接続される。   The electronic control unit 40 is composed of a digital computer, and is connected to each other by a bidirectional bus 41. A ROM (read only memory) 42, a RAM (random access memory) 43, a CPU (microprocessor) 44, an input port 45, and an output A port 46 is provided. The output signal of the mass flow rate detector 21 is input to the input port 45 via the corresponding AD converter 47. Output signals of the upstream air-fuel ratio sensor 27a, the downstream air-fuel ratio sensor 27b, and the fuel pressure sensor 36 are also input to the input port 45 via the corresponding AD converters 47, respectively. A load sensor 51 that generates an output voltage proportional to the depression amount L of the accelerator pedal 50 is connected to the accelerator pedal 50. The output voltage of the load sensor 51 is input to the input port 45 via the corresponding AD converter 47. The input port 45 is connected to a crank angle sensor 52 that generates an output pulse every time the crankshaft rotates, for example, 30 °. On the other hand, the output port 46 is connected to the fuel injection valve 6, the throttle valve control step motor 19, the EGR control valve control step motor 30, the fuel pump 35, and the hydrocarbon addition valve 37 via a corresponding drive circuit 48. Is done.

次に、NOx触媒25について説明する。NOx触媒25は、例えば、アルミナを担体とし、この担体上に、アルカリ金属(例えば、カリウム(K)、ナトリウム(Na)、リチウム(Li)、セシウム(Cs))、アルカリ土類(例えば、バリウム(Ba)、カルシウム(Ca))、希土類(例えば、ランタン(La)、イットリウム(Y))から選ばれた少なくとも1つと、白金(Pt)のような貴金属とを担持して構成されている。   Next, the NOx catalyst 25 will be described. The NOx catalyst 25 uses, for example, alumina as a carrier, and an alkali metal (for example, potassium (K), sodium (Na), lithium (Li), cesium (Cs)), alkaline earth (for example, barium) on the carrier. (Ba), calcium (Ca)), rare earth (for example, lanthanum (La), yttrium (Y)) and a noble metal such as platinum (Pt) are supported.

そして、NOx触媒25は、その内部の雰囲気の空燃比が理論空燃比よりもリーンであると、NOxを吸収して保持する。一方、NOx触媒25は、その内部の雰囲気の空燃比が理論空燃比であり或いは理論空燃比よりもリッチであると、保持しているNOxを放出する。さらに、NOx触媒25は、同じく、その内部の雰囲気の空燃比が理論空燃比であり或いは理論空燃比よりもリッチであると、NOx(これには、NOx触媒25から放出されるNOxの他に、NOx触媒25に新たに到来するNOxが含まれる)を還元浄化する。ここで、排気ガスの空燃比を、燃料噴射弁6から噴射された燃料の量(NOx触媒25よりも上流側において、燃焼室5から排出された排気ガス中に燃料を添加することができる場合には、この添加された燃料の量も含む)に対する、燃焼室5内に吸入された空気の量(NOx触媒25よりも上流側において、燃焼室5から排出された排気ガス中に空気を添加することができる場合には、この添加された空気の量も含む)の比と定義した場合、NOx触媒25内の雰囲気の空燃比とは、この排気ガスの空燃比に一致する。   The NOx catalyst 25 absorbs and holds NOx when the air-fuel ratio of the atmosphere inside it is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio. On the other hand, the NOx catalyst 25 releases the held NOx when the air-fuel ratio of the atmosphere inside thereof is the stoichiometric air-fuel ratio or richer than the stoichiometric air-fuel ratio. Further, the NOx catalyst 25 similarly has NOx (in addition to NOx released from the NOx catalyst 25) when the air-fuel ratio in the atmosphere is the stoichiometric air-fuel ratio or richer than the stoichiometric air-fuel ratio. , NOx newly coming in the NOx catalyst 25 is included). Here, the air-fuel ratio of the exhaust gas is determined based on the amount of fuel injected from the fuel injection valve 6 (when the fuel can be added to the exhaust gas discharged from the combustion chamber 5 on the upstream side of the NOx catalyst 25). Includes the amount of air sucked into the combustion chamber 5 with respect to the amount of the added fuel (on the upstream side of the NOx catalyst 25, air is added to the exhaust gas discharged from the combustion chamber 5). If it can be defined, the air / fuel ratio of the atmosphere in the NOx catalyst 25 matches the air / fuel ratio of the exhaust gas.

したがって、NOx触媒25に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンである間は、NOx触媒25は、流入する排気ガス中のNOxを吸収して保持する。そして、本実施形態では、内燃機関が通常の運転状態にあるときには、NOx触媒25に到来する排気ガスの空燃比は理論空燃比よりもリーンであるので、内燃機関が通常の運転状態にある限り、NOx触媒25は、排気ガス中のNOxを吸収し保持し続ける。   Accordingly, while the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx catalyst 25 is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio, the NOx catalyst 25 absorbs and holds NOx in the inflowing exhaust gas. In the present embodiment, when the internal combustion engine is in a normal operating state, the air-fuel ratio of the exhaust gas arriving at the NOx catalyst 25 is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio, so as long as the internal combustion engine is in a normal operating state. The NOx catalyst 25 continues to absorb and hold NOx in the exhaust gas.

ところが、NOx触媒25に吸収されているトータルのNOxの量(以下「NOx吸蔵量」という)が限界値(すなわち、NOx触媒25が最大に吸収可能なNOxの量)を超えてしまうと、NOx触媒25は、もはや、NOxを吸収することができないので、この場合には、NOx触媒25下流へとNOxが流出してしまうことになる。しかしながら、NOx触媒25に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比となり或いは理論空燃比よりもリッチとなると、NOx触媒25は、保持しているNOxを放出すると共に、これら放出したNOxおよびNOx触媒25に新たに流入してくるNOxを排気ガス中の燃料(すなわち、炭化水素)を還元剤として還元浄化する。したがって、NOx吸蔵量が限界値を超える前に、NOx触媒25に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比とし或いは理論空燃比よりもリッチとすれば、NOx触媒25に吸収され保持されているNOxは、還元浄化されるのであるから、これによれば、NOx触媒25下流へのNOxの流出が回避されることになる。   However, when the total amount of NOx absorbed in the NOx catalyst 25 (hereinafter referred to as “NOx occlusion amount”) exceeds a limit value (that is, the amount of NOx that can be absorbed to the maximum by the NOx catalyst 25), NOx. Since the catalyst 25 can no longer absorb NOx, in this case, the NOx flows out downstream of the NOx catalyst 25. However, when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx catalyst 25 becomes the stoichiometric air-fuel ratio or becomes richer than the stoichiometric air-fuel ratio, the NOx catalyst 25 releases the retained NOx and the released NOx and NOx catalyst. NOx newly flowing into the exhaust gas 25 is reduced and purified using the fuel (that is, hydrocarbons) in the exhaust gas as a reducing agent. Therefore, if the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx catalyst 25 is made the stoichiometric air-fuel ratio or richer than the stoichiometric air-fuel ratio before the NOx occlusion amount exceeds the limit value, it is absorbed and held by the NOx catalyst 25. Since NOx is reduced and purified, according to this, the outflow of NOx to the downstream side of the NOx catalyst 25 is avoided.

次に、NOx触媒25内に保持されているNOxを還元浄化するための制御(以下「NOx浄化制御」という)の本発明の実施の形態について説明する。上述したように、NOx触媒25が最大に吸収して保持できるNOxの量には限界がある。そこで、本実施形態では、まず、NOx吸蔵量が限界値(実際には、後述する理由から、限界値よりも小さい値であり、後述では、「判定値」と称している)を超えたことをもって、NOx触媒25に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比にし或いは理論空燃比よりもリッチとすべきであると判定する。ここで、NOx吸蔵量は、燃焼室5にて生成されるNOxの量を積算することによって算出可能であって、この燃焼室5にて生成されるNOxの量は、機関回転数と要求負荷との関数の形で表すことができる。そこで、本実施形態では、燃焼室5にて生成されるNOxの量(以下「NOx生成量」という)を実験等によって求め、このNOx生成量Anoxを機関回転数Nと要求負荷Lとの関数でもって図2に示されているようなマップの形で予めROM42に記憶しておく。そして、機関運転中、所定の時期毎(例えば、各燃焼行程毎)に、機関回転数Nと要求負荷Lとに基づいてマップからNOx生成量Anoxが読み込まれ、これらNOx生成量Anoxが積算されることによって、NOx吸蔵量が算出される。   Next, an embodiment of the present invention of control for reducing and purifying NOx held in the NOx catalyst 25 (hereinafter referred to as “NOx purification control”) will be described. As described above, there is a limit to the amount of NOx that the NOx catalyst 25 can absorb and hold to the maximum. Therefore, in the present embodiment, first, the NOx occlusion amount exceeds the limit value (actually, it is a value smaller than the limit value for reasons described later and is referred to as “determination value” in the following description). Therefore, it is determined that the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx catalyst 25 should be the stoichiometric air-fuel ratio or richer than the stoichiometric air-fuel ratio. Here, the NOx occlusion amount can be calculated by integrating the amount of NOx generated in the combustion chamber 5, and the amount of NOx generated in the combustion chamber 5 depends on the engine speed and the required load. And can be expressed in the form of a function. Therefore, in the present embodiment, the amount of NOx generated in the combustion chamber 5 (hereinafter referred to as “NOx generation amount”) is obtained by experiments or the like, and this NOx generation amount Anox is a function of the engine speed N and the required load L. Therefore, it is stored in advance in the ROM 42 in the form of a map as shown in FIG. During engine operation, the NOx generation amount Anox is read from the map based on the engine speed N and the required load L at every predetermined time (for example, for each combustion stroke), and these NOx generation amounts Anox are integrated. Thus, the NOx occlusion amount is calculated.

さらに、本実施形態では、NOx触媒25に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比にし或いは理論空燃比よりもリッチとすべきであると判定された場合、実際に、NOx触媒25に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比とし或いは理論空燃比よりもリッチとする制御(以下「リッチ化制御」という)を実行してもよいか否か(リッチ化制御の実行の許否)を判定する。ここで、リッチ化制御を実行してもよいと判定されれば、リッチ化制御が実行される。一方、リッチ化制御を実行してはいけないと判定されれば、リッチ化制御は実行されず、リッチ化制御を実行してもよいと判定されるまで、リッチ化制御の実行は延期される。NOx触媒25に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比とし或いは理論空燃比よりリッチとするための具体的な方法としては、例えば、炭化水素添加弁37から排気ガス中に所定量(これは、排気ガスの空燃比を理論空燃比とし或いは理論空燃比よりもリッチとすることができる量である)の炭化水素を噴射するという方法がある。   Furthermore, in this embodiment, when it is determined that the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx catalyst 25 should be the stoichiometric air-fuel ratio or richer than the stoichiometric air-fuel ratio, the exhaust gas actually flows into the NOx catalyst 25. It is determined whether or not control (hereinafter referred to as “riching control”) that makes the air-fuel ratio of the exhaust gas the stoichiometric air-fuel ratio or richer than the stoichiometric air-fuel ratio may be executed (whether or not to execute the enrichment control). . Here, if it is determined that the enrichment control may be performed, the enrichment control is performed. On the other hand, if it is determined that the enrichment control should not be performed, the enrichment control is not performed, and the execution of the enrichment control is postponed until it is determined that the enrichment control may be performed. As a specific method for setting the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx catalyst 25 to the stoichiometric air-fuel ratio or to make it richer than the stoichiometric air-fuel ratio, for example, a predetermined amount (this is obtained from the hydrocarbon addition valve 37 into the exhaust gas). There is a method of injecting hydrocarbons in such a manner that the air-fuel ratio of the exhaust gas is the stoichiometric air-fuel ratio or an amount that can be made richer than the stoichiometric air-fuel ratio.

次に、リッチ化制御の実行の許否の判定方法について説明する。NOx触媒25によるNOxの還元浄化効率(以下「NOx浄化率」という)は、NOx吸蔵量に依存し、図3に実線で示されているように、NOx吸蔵量Anoxtが或る量A1を超えるまでは、NOx浄化率Rnoxは高い値Rnoxhでほぼ一定であるが、NOx吸蔵量Anoxtが或る量A1を超えると、NOx吸蔵量Anoxtが多くなるほどNOx浄化率Rnoxは低下し、NOx吸蔵量Anoxtが或る量A2を超えると、NOx浄化率Rnoxは低い値Rnoxlでほぼ一定となる。NOxを効率よく十分に還元浄化するという観点では、NOx浄化率に応じてリッチ化制御の実行の許否を判定することが好ましいので、本実施形態では、NOx吸蔵量に関係するNOx浄化率を、リッチ化制御の実行の許否を判定するための1つのパラメータとして採用している。   Next, a method for determining whether or not to execute the enrichment control will be described. The NOx reduction purification efficiency (hereinafter referred to as “NOx purification rate”) by the NOx catalyst 25 depends on the NOx occlusion amount, and the NOx occlusion amount Anoxt exceeds a certain amount A1 as shown by the solid line in FIG. The NOx purification rate Rnox is substantially constant at a high value Rnoxh, but when the NOx occlusion amount Anoxt exceeds a certain amount A1, the NOx purification rate Rnox decreases as the NOx occlusion amount Anoxt increases, and the NOx occlusion amount Anoxt. Exceeds a certain amount A2, the NOx purification rate Rnox becomes substantially constant at a low value Rnoxl. From the viewpoint of reducing and purifying NOx efficiently and sufficiently, since it is preferable to determine whether or not to execute the enrichment control according to the NOx purification rate, in this embodiment, the NOx purification rate related to the NOx occlusion amount is This is adopted as one parameter for determining whether to execute the enrichment control.

また、NOx触媒25によるNOxの還元浄化に伴い、主に、Nが生成されるが、一定の割合でNOも生成されることがある。ここで、NOはCOと同様に温室効果を有するガスであることから、NOの生成率は小さいほど好ましい(別の見方をすれば、Nの生成率が高いほど好ましい)。ここで、NO生成率は、NOx触媒25の温度(以下「触媒温度」という)に依存し、図4に実線で示されているように、触媒温度Tが或る温度T1を超えるまでは、NO生成率Rnoは高い値Rnohでほぼ一定であるが、触媒温度Tが或る温度T1を超えると、触媒温度Tが高くなるほどNO生成率Rnoは低下し、触媒温度Tが或る温度T2を超えると、NO生成率Rnoは低い値Rnolでほぼ一定となる。NO生成率を低いレベルに維持するという観点では、NO生成率に応じてリッチ化制御の実行の許否を判定することが好ましいので、本実施形態では、さらに、触媒温度に関係するNO生成率を、リッチ化制御の実行の許否を判定するための1つのパラメータとして採用している。 Further, N 2 is mainly generated as NOx is reduced and purified by the NOx catalyst 25, but N 2 O may also be generated at a constant rate. Here, since N 2 O is a gas having a greenhouse effect similar to CO 2 , the N 2 O production rate is preferably as small as possible (in other words, the N 2 production rate is as high as possible). . Here, the N 2 O production rate depends on the temperature of the NOx catalyst 25 (hereinafter referred to as “catalyst temperature”), and as shown by the solid line in FIG. 4, until the catalyst temperature T exceeds a certain temperature T1. The N 2 O production rate Rn 2 o is substantially constant at a high value Rn 2 oh, but when the catalyst temperature T exceeds a certain temperature T1, the N 2 O production rate Rn 2 o increases as the catalyst temperature T increases. When the catalyst temperature T decreases and exceeds a certain temperature T2, the N 2 O production rate Rn 2 o becomes substantially constant at a low value Rn 2 ol. From the viewpoint of maintaining the N 2 O production rate at a low level, it is preferable to determine whether or not to execute the enrichment control in accordance with the N 2 O production rate. In this embodiment, the N 2 O production rate further relates to the catalyst temperature. The N 2 O generation rate is employed as one parameter for determining whether to execute the enrichment control.

まとめると、本実施形態では、NOx吸蔵量に関係するNOx浄化率と、触媒温度に関係するNO生成率とを、リッチ化制御の実行の許否を判定するためのパラメータとして採用している。具体的には、図5に示されているように、NOx浄化率Rnoxに関して、第1の下限値Rmin1と第2の下限値Rmin2とを設定する。一方、図6に示されているように、NO生成率に関して第1の上限値Rmax1と第2の上限値Rmax2とを設定する。 In summary, in this embodiment, the NOx purification rate related to the NOx occlusion amount and the N 2 O generation rate related to the catalyst temperature are adopted as parameters for determining whether or not to execute the enrichment control. . Specifically, as shown in FIG. 5, a first lower limit value Rmin1 and a second lower limit value Rmin2 are set for the NOx purification rate Rnox. On the other hand, as shown in FIG. 6, a first upper limit value Rmax1 and a second upper limit value Rmax2 are set for the N 2 O production rate.

そして、図5において、NOx浄化率Rnoxが第1の下限値Rmin1よりも高い領域を「X1」で表し、NOx浄化率Rnoxが第1の下限値Rmin1よりも低く且つ第2の下限値Rmin2よりも高い領域を「X2」で表し、NOx浄化率Rnoxが第2の下限値Rmin2よりも低い領域を「X3」で表す。さらに、図6において、NO生成率Rnoが第1の上限値Rmax1より低い領域を「Y1」で表し、NO生成率Rnoが第1の上限値Rmax1よりも高く且つ第2の上限値Rmax2よりも低い領域を「Y2」で表し、NO生成率Rnoが第2の上限値Rmax2よりも高い領域を「Y3」で表す。 In FIG. 5, a region where the NOx purification rate Rnox is higher than the first lower limit value Rmin1 is represented by “X1”, and the NOx purification rate Rnox is lower than the first lower limit value Rmin1 and is lower than the second lower limit value Rmin2. The region where the NOx purification rate Rnox is lower than the second lower limit value Rmin2 is represented by “X3”. Further, in FIG. 6, a region where the N 2 O generation rate Rn 2 o is lower than the first upper limit value Rmax1 is represented by “Y1”, and the N 2 O generation rate Rn 2 o is higher than the first upper limit value Rmax1 and A region lower than the second upper limit value Rmax2 is represented by “Y2”, and a region where the N 2 O generation rate Rn 2 o is higher than the second upper limit value Rmax2 is represented by “Y3”.

そして、本実施形態では、NOx浄化率Rnoxが領域X1にあって且つNO生成率Rnoが領域Y1にあるときには、リッチ化制御の実行を許可する。したがって、この場合、NOx触媒25に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比とされ或いは理論空燃比よりもリッチとされるので、NOx触媒25においてNOxが高い浄化率で還元浄化されると共に、このNOxの還元浄化に伴うNO生成率が低く抑えられる。 In this embodiment, when the NOx purification rate Rnox is in the region X1 and the N 2 O generation rate Rn 2 o is in the region Y1, execution of the enrichment control is permitted. Therefore, in this case, since the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx catalyst 25 is the stoichiometric air-fuel ratio or richer than the stoichiometric air-fuel ratio, NOx is reduced and purified at the NOx catalyst 25 at a high purification rate, The N 2 O production rate accompanying the reduction and purification of NOx can be kept low.

一方、本実施形態では、NOx浄化率Rnoxが領域X3にあって且つNO生成率Rnoが領域Y3にあるときには、リッチ化制御の実行を禁止する。したがって、この場合、NOx触媒25においてNOxの還元浄化は行われず、NOも生成されない。 On the other hand, in this embodiment, when the NOx purification rate Rnox is in the region X3 and the N 2 O generation rate Rn 2 o is in the region Y3, execution of the enrichment control is prohibited. Accordingly, in this case, NOx reduction purification is not performed in the NOx catalyst 25, and N 2 O is not generated.

一方、本実施形態では、NOx浄化率RnoxもNO生成率Rnoも上述した条件を満たしていない場合には、以下のようにして、リッチ化制御の実行の許否を決定する。すなわち、NOx浄化率とNO生成率とを合わせて考慮した場合に、比較的近い将来(これは、NOx吸蔵量がその限界値を超えない範囲で定められる時間内)に、NOx浄化率が現在のNOx浄化率よりも高くなり且つNO生成率が現在のNO生成率よりも低くなると予想される場合には、リッチ化制御の実行を禁止する。そして、NOx浄化率が現在よりも高くなり且つNO生成率が現在よりも低くなったときに、リッチ化制御の実行を許可する。これによれば、NOx浄化率が高くなり且つNO生成率が低くなったときにリッチ化制御が実行されるのであるから、全体として、NOx浄化率を高く維持し且つNO生成率を低く維持するという観点から好ましい。 On the other hand, in the present embodiment, when neither the NOx purification rate Rnox nor the N 2 O generation rate Rn 2 o satisfies the above-described conditions, whether to execute the enrichment control is determined as follows. That is, when the NOx purification rate and the N 2 O production rate are considered together, the NOx purification rate is relatively short in the future (this is within the time determined within a range where the NOx occlusion amount does not exceed the limit value). Is expected to be higher than the current NOx purification rate and the N 2 O production rate is expected to be lower than the current N 2 O production rate, the execution of the enrichment control is prohibited. When the NOx purification rate becomes higher than the current level and the N 2 O generation rate becomes lower than the current level, the execution of the enrichment control is permitted. According to this, since the enrichment control is executed when the NOx purification rate becomes high and the N 2 O production rate becomes low, the NOx purification rate is maintained high and the N 2 O production rate as a whole. Is preferable from the viewpoint of maintaining low.

一方、比較的近い将来に、NOx浄化率が現在よりも低くなり且つNO生成率が現在よりも高くなると予測される場合には、リッチ化制御の実行を許可する。これによれば、NOx浄化率が低くなり且つNO生成率が高くなる前にリッチ化制御が実行されるのであるから、全体として、NOx浄化率を高く維持し且つNO生成率を低く維持するという観点から好ましい。 On the other hand, when it is predicted that the NOx purification rate will be lower than the present and the N 2 O production rate will be higher than the present in the relatively near future, the execution of the enrichment control is permitted. According to this, since the enrichment control is executed before the NOx purification rate becomes low and the N 2 O production rate becomes high, as a whole, the NOx purification rate is maintained high and the N 2 O production rate is reduced. It is preferable from the viewpoint of keeping it low.

以上説明したリッチ化制御の実行の許否について、図7を参照して説明する。図7において、縦の欄X1,X2,X3は図5を参照して定義した各領域(以下「NOx浄化率領域」ともいう)X1,X2,X3に相当し、横の欄Y1,Y2,Y3は図6を参照して定義した各領域(以下「NO生成率領域」という)Y1,Y2,Y3に相当する。また、図7において、A〜Iは、領域X1〜X3と領域Y1〜Y3との組み合わせて決まる全体的な浄化性能の状態(以下「性能状態」という)を夫々示している。また、図7において、矢印は、性能状態が変化する方向を示している。また、図7において、矢印の始点側に図示した記号○は、性能状態が近い将来に矢印に従って変化すると予想されたときにリッチ化制御の実行を許可することを意味し、同記号×は、性能状態が近い将来に矢印に従って変化すると予想されたときにリッチ化制御の実行を禁止すること(すなわち、リッチ化制御の実行を延期すること)を意味する。 Whether to execute the enrichment control described above will be described with reference to FIG. In FIG. 7, vertical columns X1, X2, and X3 correspond to the respective regions (hereinafter also referred to as “NOx purification rate regions”) X1, X2, and X3 defined with reference to FIG. Y3 corresponds to each region (hereinafter referred to as “N 2 O generation rate region”) Y1, Y2, Y3 defined with reference to FIG. In FIG. 7, A to I indicate the overall purification performance states (hereinafter referred to as “performance states”) determined by combining the regions X1 to X3 and the regions Y1 to Y3. Moreover, in FIG. 7, the arrow has shown the direction where a performance state changes. In FIG. 7, the symbol O shown on the start point side of the arrow means that the execution of the enrichment control is permitted when the performance state is predicted to change according to the arrow in the near future. This means that the execution of the enrichment control is prohibited when the performance state is expected to change according to the arrow in the near future (that is, the execution of the enrichment control is postponed).

例えば、図7において、現在の性能状態が状態Eにあるときに、性能状態が近い将来に状態Dに移行すると予想された場合には、リッチ化制御の実行が禁止される。すなわち、近い将来に、性能状態がより悪い状態Eからより良い状態Dに移行すると予想された場合には、リッチ化制御の実行が禁止される。そして、性能状態が状態Eから状態Dに移行した後において、性能状態が近い将来に状態Dから状態G(または、状態E)に移行すると予想された場合には、リッチ化制御の実行が許可される。もっとも、図7を参照すれば判るように、性能状態が状態Dとなった後においては、性能状態は状態Aに移行することはなく(すなわち、性能状態がより良い状態に移行することはなく)、状態Gか状態Eにしか移行しえない(すなわち、性能状態はより悪い状態にしか移動することはない)。なぜならば、リッチ化制御が実行されない限り、NOx吸蔵量は増大し、NOx浄化率領域は、領域X1から領域X3に向かう方向にしか移行しないからである。したがって、性能状態が状態Eから状態Dに移行すると同時に、リッチ化制御の実行を許可するようにしてもよい。いずれにしても、これによれば、より良い性能状態でリッチ化制御が実行されることになる。   For example, in FIG. 7, when the current performance state is in the state E, if it is predicted that the performance state will shift to the state D in the near future, execution of the enrichment control is prohibited. That is, when it is predicted that the performance state will shift from the worse state E to the better state D in the near future, the execution of the enrichment control is prohibited. Then, after the performance state transitions from state E to state D, if the performance state is predicted to transition from state D to state G (or state E) in the near future, execution of enrichment control is permitted. Is done. However, as can be seen from FIG. 7, after the performance state becomes state D, the performance state does not shift to state A (that is, the performance state does not shift to a better state). ), Can only transition to state G or state E (ie, the performance state can only move to a worse state). This is because the NOx occlusion amount increases unless the enrichment control is executed, and the NOx purification rate region moves only in the direction from the region X1 toward the region X3. Therefore, the execution of the enrichment control may be permitted at the same time as the performance state shifts from the state E to the state D. In any case, according to this, the enrichment control is executed in a better performance state.

一方、現在の性能状態が状態Eにあるときに、性能状態が近い将来に状態F(または、状態H)に移行すると予想された場合には、リッチ化制御の実行が許可される。すなわち、近い将来に、性能状態がより良い状態Eから悪い状態F(または、状態H)に移行すると予想された場合には、リッチ化制御の実行が許可される。この場合、性能状態が状態Eにある間にリッチ化制御が実行されることになる。これによれば、より良い性能状態でリッチ化制御が実行されることになる。   On the other hand, when the current performance state is in state E, if it is predicted that the performance state will shift to state F (or state H) in the near future, execution of enrichment control is permitted. In other words, if it is predicted that the performance state will shift from the better state E to the bad state F (or state H) in the near future, execution of the enrichment control is permitted. In this case, the enrichment control is executed while the performance state is in the state E. According to this, the enrichment control is executed in a better performance state.

なお、図7において、領域Gから領域Dへ向かう矢印、領域Dから領域Aへ向かう矢印、領域Hから領域Eへ向かう矢印、領域Eから領域Bへ向かう矢印、領域Iから領域Fへ向かう矢印、および、領域Fから領域Cへ向かう矢印がないのは、上述したように、リッチ化制御が実行されない限り、NOx吸蔵量は増大し、NOx浄化率領域は、X1からX3に向かう方向にしか移行しないからである。また、図7において、領域Aから領域Dへ向かう矢印、および、領域Aから領域Bへ向かう矢印がないのは、性能状態が領域Aにあるときには、リッチ化制御が許可され、したがって、リッチ化制御が実行されるからである(すなわち、性能状態が状態Aにあるときには、近い将来に性能状態がどの状態に移行するか判定されない)。   In FIG. 7, an arrow from region G to region D, an arrow from region D to region A, an arrow from region H to region E, an arrow from region E to region B, and an arrow from region I to region F As described above, the NOx occlusion amount is increased unless the enrichment control is executed, and the NOx purification rate region is only in the direction from X1 to X3. This is because it does not migrate. In FIG. 7, the absence of an arrow from region A to region D and an arrow from region A to region B indicates that enrichment control is permitted when the performance state is in region A, and therefore enrichment is performed. This is because control is executed (that is, when the performance state is in state A, it is not determined to which state the performance state will shift in the near future).

次に、以上説明した制御について、図8を参照して説明する。図8において、横軸tは時刻を示し、縦軸AnoxtはNOx吸蔵量を示し、E、B、Aは、図7を参照して定義した性能状態を示している。図8に示した例では、性能状態が状態Eにあるときに、時刻t1において、NOx吸蔵量Anoxtが判定値α(これは、リッチ化制御を実行すべきであると判定されるNOx吸蔵量の値であって、NOx触媒25が最大に吸蔵できるNOxの量よりも小さい値である)に達する。ここで、リッチ化制御の実行の許否が判定される。図8に示した例では、近い将来、性能状態は状態Bへ移行すると予想される。したがって、図7を参照すれば判るように、この場合、リッチ化制御の実行が許可されるので、リッチ化制御が行われる。これによれば、NOx触媒25にてNOxが還元浄化される。したがって、NOx吸蔵量Anoxtが一気に低下し、性能状態が状態Eから状態Bに移行する。   Next, the control described above will be described with reference to FIG. In FIG. 8, the horizontal axis t represents time, the vertical axis Anoxt represents the NOx occlusion amount, and E, B, and A represent performance states defined with reference to FIG. In the example illustrated in FIG. 8, when the performance state is in the state E, the NOx occlusion amount Anoxt is determined to be the determination value α (this is the NOx occlusion amount for which it is determined that the enrichment control should be executed) at time t1. Which is smaller than the amount of NOx that the NOx catalyst 25 can store at the maximum). Here, it is determined whether or not to execute the enrichment control. In the example shown in FIG. 8, the performance state is expected to shift to state B in the near future. Therefore, as can be seen from FIG. 7, in this case, the execution of the enrichment control is permitted, and thus the enrichment control is performed. According to this, NOx is reduced and purified by the NOx catalyst 25. Therefore, the NOx occlusion amount Anoxt decreases at a stretch, and the performance state shifts from the state E to the state B.

さらに、性能状態が状態Bにあるときに、時刻t2において、NOx吸蔵量Anoxtが判定値αに達する。ここで、リッチ化制御の実行の許否が判定される。図8に示した例では、近い将来、性能状態は状態Aに移行すると予想される。したがって、図7を参照すれば判るように、この場合、リッチ化制御の実行が禁止されるので、リッチ化制御は行われない。このため、NOx吸蔵量Anoxtは徐々に増大する。そして、時刻t3において、性能状態が状態Aに移行すると同時に、リッチ化制御の実行が許可され、リッチ化制御が行われる。これによれば、NOx触媒25にてNOxが還元浄化されるので、NOx吸蔵量Anoxtが一気に低下する。   Further, when the performance state is in the state B, the NOx occlusion amount Anoxt reaches the determination value α at time t2. Here, it is determined whether or not to execute the enrichment control. In the example shown in FIG. 8, the performance state is expected to shift to state A in the near future. Therefore, as can be seen from FIG. 7, in this case, the execution of the enrichment control is prohibited, and therefore the enrichment control is not performed. For this reason, the NOx occlusion amount Anoxt gradually increases. At time t3, the performance state shifts to the state A, and at the same time, the execution of the enrichment control is permitted and the enrichment control is performed. According to this, since NOx is reduced and purified by the NOx catalyst 25, the NOx occlusion amount Anoxt decreases at a stretch.

なお、以上の説明から判るように、リッチ化制御の実行が許可される前(すなわち、リッチ化制御の実行が延期されている間)に、NOx吸蔵量がその限界値(これは、NOx触媒25が最大に吸蔵可能なNOxの量である)に達してしまうこともある。この場合においてもなお、リッチ化制御の実行を禁止している(すなわち、延期している)と、NOx触媒25がもはやNOxを吸蔵できなくなり、NOx触媒25からNOxが流出してしまうことになる。したがって、上述した実施形態では、リッチ化制御の実行が許可される前に、NOx吸蔵量がその限界値に達したときには、性能状態の如何に係わらず、リッチ化制御の実行を許可し、リッチ化制御が行われるようにする。これによれば、NOx触媒25からのNOxの流出が抑制される。   As can be seen from the above description, before the execution of the enrichment control is permitted (that is, while the execution of the enrichment control is postponed), the NOx occlusion amount is the limit value (this is the NOx catalyst). 25 is the maximum amount of NOx that can be occluded). Even in this case, if the execution of the enrichment control is prohibited (that is, postponed), the NOx catalyst 25 can no longer occlude NOx, and NOx flows out of the NOx catalyst 25. . Therefore, in the above-described embodiment, when the NOx occlusion amount reaches the limit value before the execution of the enrichment control is permitted, the execution of the enrichment control is permitted regardless of the performance state. Control is performed. According to this, the outflow of NOx from the NOx catalyst 25 is suppressed.

また、図8に示した例では、判定値αは、NOx触媒25の温度(触媒温度)に係わらず一定である。しかしながら、上述したように、NO生成率は触媒温度が高いほど低くなる傾向にあるので、触媒温度が高いほど、判定値αを大きくしても(すなわち、NOx吸蔵量が多くなっても)、NO生成率は低く抑えられることになる。したがって、上述した実施形態において、触媒温度に応じて判定値αを決定するようにしてもよい。具体的には、触媒温度が高くなるほど判定値αを大きくし、逆に、触媒温度が低くなるほど判定値αを小さくするようにしてもよい。 In the example shown in FIG. 8, the determination value α is constant regardless of the temperature of the NOx catalyst 25 (catalyst temperature). However, as described above, the N 2 O production rate tends to be lower as the catalyst temperature is higher. Therefore, even if the determination value α is increased as the catalyst temperature is higher (that is, the NOx occlusion amount is increased). ), And the N 2 O production rate is kept low. Therefore, in the above-described embodiment, the determination value α may be determined according to the catalyst temperature. Specifically, the determination value α may be increased as the catalyst temperature increases, and conversely, the determination value α may be decreased as the catalyst temperature decreases.

また、図8に示した例では、近い将来、性能状態が如何なる状態に移行するかに係わらず一定である。しかしながら、上述した実施形態において、近い将来、性能状態が如何なる状態に移行するかに応じて判定値αを決定し、NOx吸蔵量Anoxtが判定値αに達したときに、リッチ化制御の実行を許可するようにしてもよい。具体的には、近い将来、性能状態がより良い状態に移行すると予測された場合には、性能状態がより良い状態に移行するまでリッチ化制御の実行が延期されるように判定値αを大きくし、逆に、近い将来、性能状態がより悪い状態に移行すると予測された場合には、性能状態がより悪い状態に移行する前にリッチ化制御の実行が行われるように判定値αを小さくするようにしてもよい。これによれば、図8に示した例において、性能状態が状態Bにあるときには、近い将来、性能状態がより良い状態Aに移行すると予測されるので、判定値αは大きくされ、結果的に、性能状態がより良い状態Aに移行するまで、リッチ化制御の実行が延期されることになる。   In the example shown in FIG. 8, the performance state is constant regardless of which state the performance state shifts to in the near future. However, in the above-described embodiment, the determination value α is determined according to what state the performance state will shift to in the near future, and when the NOx occlusion amount Anoxt reaches the determination value α, the enrichment control is executed. You may make it permit. Specifically, if the performance state is predicted to shift to a better state in the near future, the determination value α is increased so that the execution of the enrichment control is postponed until the performance state shifts to the better state. On the contrary, if it is predicted that the performance state will shift to a worse state in the near future, the determination value α should be reduced so that the enrichment control is executed before the performance state shifts to the worse state. You may make it do. According to this, in the example shown in FIG. 8, when the performance state is in the state B, it is predicted that the performance state will shift to the better state A in the near future. Until the performance state shifts to a better state A, the execution of the enrichment control is postponed.

また、性能状態がいずれの状態に移行するかを予想する方法としては、様々なものが考えられるが、1つ例を挙げると、以下の通りである。上述したように、性能状態は、NOx浄化率領域X1〜X3とNO生成率領域Y1〜Y3とから決まる状態である。したがって、近い将来のNOx浄化率とNO生成率が判れば、近い将来の性能状態が判ることになる。ここで、NOx浄化率はNOx吸蔵量に依存し、NO生成率は触媒温度に依存する。したがって、近い将来のNOx吸蔵量と触媒温度が判れば、近い将来の性能状態が判ることになる。ここで、NOx吸蔵量は機関回転数と要求負荷に依存し、触媒温度も機関回転数と要求負荷に依存する。したがって、結局のところ、近い将来の機関回転数と要求負荷が判れば、近い将来の性能状態が判ることになる。 Various methods are conceivable as a method for predicting which state the performance state will shift to. One example is as follows. As described above, the performance state is a state determined from the NOx purification rate regions X1 to X3 and the N 2 O generation rate regions Y1 to Y3. Therefore, if the NOx purification rate and N 2 O generation rate in the near future are known, the performance state in the near future will be known. Here, the NOx purification rate depends on the NOx occlusion amount, and the N 2 O production rate depends on the catalyst temperature. Therefore, if the NOx occlusion amount and catalyst temperature in the near future are known, the performance state in the near future will be known. Here, the NOx occlusion amount depends on the engine speed and the required load, and the catalyst temperature also depends on the engine speed and the required load. Therefore, after all, if the engine speed and required load in the near future are known, the performance state in the near future will be known.

ここで、内燃機関は、通常、車両を走行させるために利用されることから、機関回転数や要求負荷は車両が走行する道路状況に依存することになる。すなわち、一般的な傾向としては、車両が一般道を走行しているときよりも高速道を走行しているときのほうが機関回転数や要求負荷は高いと言えるし、車両が下り坂を走行しているときよりも上り坂を走行しているときのほうが機関回転数や要求負荷は高いと言える。ここで、最近、地図情報を提供するいわゆるナビゲーションシステムが車両にて利用されるようになっている。このナビゲーションシステムから提供される地図情報には、当然のことながら、道路情報も含まれている。したがって、この道路情報を利用すれば、現在の車両の走行位置からこの後に車両が走行する道路状況が如何なるものであるかを知ることができる。そして、斯くして知ることができた道路状況に基づいて、近い将来の機関回転数および要求負荷を予想すれば、この予想された機関回転数および要求負荷に基づいてNOx浄化率およびNO生成率を知ることができ、結果として、近い将来、性能状態が如何なる状態となるかを予想することができる。すなわち、本実施形態において、性能状態移行予想方法として、ナビゲーションシステムから得られる今後の道路状況に関する情報に基づく方法を利用可能である。 Here, since the internal combustion engine is normally used for running the vehicle, the engine speed and the required load depend on the road conditions on which the vehicle runs. That is, as a general tendency, it can be said that the engine speed and required load are higher when the vehicle is traveling on a highway than when the vehicle is traveling on a general road, and the vehicle travels downhill. It can be said that the engine speed and the required load are higher when traveling uphill than when traveling. Here, recently, a so-called navigation system that provides map information has been used in vehicles. The map information provided from this navigation system naturally includes road information. Therefore, if this road information is used, it is possible to know what road condition the vehicle will travel from after the current vehicle travel position. Then, if the engine speed and the required load in the near future are predicted based on the road conditions thus known, the NOx purification rate and the N 2 O are calculated based on the predicted engine speed and the required load. The generation rate can be known, and as a result, the state of the performance state can be predicted in the near future. That is, in the present embodiment, as a performance state transition prediction method, a method based on information on future road conditions obtained from the navigation system can be used.

また、近い将来の機関回転数や要求負荷は、車両を運転する人の運転パターンからも予想可能である。すなわち、通常、一台の車両の運転手は同一人であることが多く、各運転手の運転の仕方は各人ごとに或る傾向がある。したがって、車両の運転パターン(すなわち、機関回転数や要求負荷の変化パターン)を履歴として記憶しておき、この履歴に基づいて近い将来の機関回転数および要求負荷を予想し、この予想された機関回転数および要求負荷に基づいてNOx浄化率およびNO生成率を知ることができ、結果として、近い将来、性能状態が如何なる状態となるかを予想することができる。すなわち、本実施形態において、性能状態移行予想方法として、運転履歴から得られる今後の機関回転数および要求負荷に関する情報に基づく方法も利用可能である。 Also, the engine speed and required load in the near future can be predicted from the driving pattern of the person driving the vehicle. That is, usually, the driver of one vehicle is often the same person, and each driver has a certain tendency to drive. Therefore, the driving pattern of the vehicle (that is, the engine speed and the change pattern of the required load) is stored as a history, and the engine speed and the required load in the near future are predicted based on this history, and the predicted engine Based on the rotation speed and the required load, the NOx purification rate and the N 2 O production rate can be known, and as a result, it is possible to predict what the performance state will be in the near future. That is, in the present embodiment, as a performance state transition prediction method, a method based on information on the future engine speed and required load obtained from the operation history can be used.

ところで、NOx浄化率は、図9に示したように、NOx触媒25自身の温度(触媒温度)が或る温度にあるときにピークとなる。すなわち、NOx浄化率は、NOx浄化率がピークとなる温度(以下「最適温度」という)Tmを境に、触媒温度が低くなるほどNOx浄化率は低下し、触媒温度が高くなるほどNOx浄化率は低下する。したがって、触媒温度を考慮して、図5と同じNOx吸蔵量AnoxtとNOx浄化率Rnoxとの関係を図に示すと、図10に示したようになる。すなわち、図10では、符号Tmを付した実線が触媒温度が最適温度にあるときのNOx吸蔵量AnoxtとNOx浄化率Rnoxとの関係を示しており、符号Tを付した実線が触媒温度が最適温度よりも低い温度にあるときのNOx吸蔵量AnoxtとNOx浄化率Rnoxとの関係を示しているのであるが、NOx浄化率Rnoxは、触媒温度が最適温度Tmよりも低い温度Tであるときには触媒温度が最適温度Tmであるときよりも全体として小さい。したがって、NOx吸蔵量Anoxtが、例えば、図示した値A3である場合において、触媒温度が温度Tmであるときには、NOx浄化率Rnoxは領域X1にあるのに対し、NOx吸蔵量Anoxが同じ値A3である場合において、触媒温度が温度Tであるときには、NOx浄化率Rnoxは領域X2にある。 By the way, as shown in FIG. 9, the NOx purification rate peaks when the temperature of the NOx catalyst 25 itself (catalyst temperature) is at a certain temperature. That is, the NOx purification rate decreases at a temperature at which the NOx purification rate reaches a peak (hereinafter referred to as “optimum temperature”) Tm as the catalyst temperature decreases, and the NOx purification rate decreases as the catalyst temperature increases. To do. Therefore, in consideration of the catalyst temperature, the same relationship between the NOx occlusion amount Anoxt and the NOx purification rate Rnox as shown in FIG. 5 is as shown in FIG. That is, in FIG. 10 shows the relationship between the NOx occlusion amount Anoxt and NOx purification rate Rnox when solid line denoted by reference numeral Tm catalyst temperature is the optimum temperature, the solid line denoted by reference numeral T 1 is the temperature of the catalyst The relationship between the NOx occlusion amount Anoxt and the NOx purification rate Rnox when the temperature is lower than the optimum temperature is shown. The NOx purification rate Rnox is a temperature T 1 at which the catalyst temperature is lower than the optimum temperature Tm. Sometimes the catalyst temperature is smaller as a whole than when the catalyst temperature is the optimum temperature Tm. Therefore, when the NOx occlusion amount Anoxt is, for example, the illustrated value A3, when the catalyst temperature is the temperature Tm, the NOx purification rate Rnox is in the region X1, whereas the NOx occlusion amount Anox is the same value A3. in some cases, when the catalyst temperature is temperatures T 1 is, NOx purification rate Rnox is in the region X2.

そこで、上述した実施形態において、触媒温度を考慮して、NOx浄化率Rnoxがいずれの領域X1,X2,X3にあるのかを判定するようにしてもよい。この場合、全体的なNOx浄化性能をより高く維持することができるという利点がある。   Therefore, in the above-described embodiment, it may be determined in which region X1, X2, X3 the NOx purification rate Rnox is in consideration of the catalyst temperature. In this case, there is an advantage that the overall NOx purification performance can be maintained higher.

また、NO生成率は、リッチ化制御においてNOx触媒25に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比とし或いは理論空燃比よりもリッチとする方法(以下「リッチ化方法」という)によって変わる。例えば、リッチ化方法としては、燃焼室5から排出された排気ガス中に所定量(これは、排気ガスの空燃比を理論空燃比とし或いは理論空燃比よりもリッチとすることができる量)の炭化水素(例えば、燃料噴射弁6から噴射される燃料と同じもの)を噴射する方法(これは、上述した実施形態でも採用されている方法であって、以下「燃料添加方法」という)と、内燃機関に後述する低温燃焼以外の燃焼を行わせている場合に内燃機関の燃焼行程(これは、膨張行程とも呼ばれる)の後期に燃料噴射弁6から所定量(これも、上述した所定量と同じく定義される量)の燃料を噴射する方法(以下「ポスト燃料噴射方法」という)と、内燃機関に後述する低温燃焼を行わせているときに内燃機関の燃焼行程の後期に燃料噴射弁6から所定量(これも、上述した所定量と同じく定義される量)の燃料を噴射する方法(以下「低温燃焼噴射方法」という)とがある。 Further, the N 2 O production rate varies depending on a method (hereinafter referred to as “riching method”) in which the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx catalyst 25 in the enrichment control is made the stoichiometric air-fuel ratio or richer than the stoichiometric air-fuel ratio. . For example, as the enrichment method, a predetermined amount of exhaust gas discharged from the combustion chamber 5 (this is an amount that can make the air-fuel ratio of the exhaust gas the stoichiometric air-fuel ratio or richer than the stoichiometric air-fuel ratio). A method of injecting hydrocarbons (for example, the same fuel injected from the fuel injection valve 6) (this is also a method adopted in the above-described embodiment, and hereinafter referred to as “fuel addition method”); When the internal combustion engine is performing combustion other than low-temperature combustion, which will be described later, a predetermined amount (also referred to as the above-described predetermined amount) from the fuel injection valve 6 in the later stage of the combustion stroke of the internal combustion engine (also called an expansion stroke) A fuel injection valve 6 in a later stage of the combustion stroke of the internal combustion engine when the internal combustion engine is performing low-temperature combustion, which will be described later, and a method of injecting a fuel of the same amount) (hereinafter referred to as “post fuel injection method”) To a predetermined amount ( Re also and a method for injecting fuel likewise amount defined) and a predetermined amount described above (hereinafter referred to as "low-temperature combustion injection method").

ここで、こうしたリッチ化方法を考慮して、図6と同じ触媒温度TとNO生成率Rnoとの関係を図に示すと、図11に示したようになる。すなわち、図11では、符号Rich1を付した実線が上記燃料添加方法が行われたときの触媒温度TとNO生成率Rnoとを示し、符号Rich2を付した実線が上記ポスト燃料噴射方法が行われたときの触媒温度TとNO生成率Rnoとを示し、符号Rich3を付した実線が上記低温燃焼噴射方法が行われたときの触媒温度TとNO生成率Rnoとの関係を示しているのであるが、NO生成率Rnoは、低温燃焼噴射方法が行われたときよりもポスト燃料噴射方法が行われたときのほうが全体として高く、ポスト燃料噴射方法が行われたときよりも燃料添加方法が行われたときのほうが全体として高い。 Here, in consideration of such a enrichment method, the same relationship between the catalyst temperature T and the N 2 O production rate Rn 2 o as shown in FIG. 6 is shown in FIG. That is, in FIG. 11, the solid line marked with Rich 1 indicates the catalyst temperature T and the N 2 O production rate Rn 2 o when the fuel addition method is performed, and the solid line marked with Rich 2 indicates the post fuel injection. The catalyst temperature T and the N 2 O production rate Rn 2 o when the method is performed are shown, and the solid line with the symbol Rich 3 indicates the catalyst temperature T and the N 2 O production rate when the low-temperature combustion injection method is performed. Although the relationship with Rn 2 o is shown, the N 2 O production rate Rn 2 o is generally higher when the post fuel injection method is performed than when the low temperature combustion injection method is performed, Overall, the fuel addition method is higher than the post fuel injection method.

そして、いずれのリッチ化方法が実行されるか、言い換えれば、いずれのリッチ化方法を実行可能であるかは、内燃機関の運転状態に応じて決まる。すなわち、内燃機関の性能を高く維持するという観点から、内燃機関の運転状態に応じて、いずれのリッチ化方法を実行すべきかが決まる。本発明の実施の形態においても、こうした観点から、いずれのリッチ化方法を実行すべきかを決定していることから、上述した実施形態において、リッチ化方法に応じて、NO生成率Rnoがいずれの領域Y1,Y2,Y3にあるのかを判定するようにしてもよい。この場合、全体として、NOx浄化率をより高く且つNO生成率をより低くすることができるという利点がある。 Which enrichment method is executed, in other words, which enrichment method can be executed depends on the operating state of the internal combustion engine. That is, from the viewpoint of maintaining high performance of the internal combustion engine, which enrichment method should be executed is determined according to the operating state of the internal combustion engine. Also in the embodiment of the present invention, which enrichment method should be executed is determined from such a viewpoint, and in the above-described embodiment, the N 2 O production rate Rn 2 is determined according to the enrichment method. You may make it determine in which area | region Y1, Y2, Y3 o exists. In this case, as a whole, there is an advantage that the NOx purification rate can be further increased and the N 2 O production rate can be further decreased.

最後に、上述した低温燃焼について説明する。図12は、機関低負荷運転時(すなわち、内燃機関が機関回転数が比較的小さく且つ要求負荷が比較的小さい状態で運転せしめられているとき)に、スロットル弁20の開度(以下「スロットル開度」という)、および、EGR率(すなわち、燃焼室5内に吸入される総ガス量に対するEGRガスの量の割合)を変化させることによって、空燃比A/F(図12の横軸)を変化させたときの出力トルクの変化、および、スモーク、HC,CO,NOxの排出量の変化を示した実験例を表している。図12から判るように、この実験例では、空燃比A/Fが小さくなるほどEGR率が大きくなり、理論空燃比(≒14.6)以下のときには、EGR率は65パーセント以上となっている。   Finally, the low temperature combustion described above will be described. FIG. 12 shows the opening of the throttle valve 20 (hereinafter referred to as “throttle” when the engine is operated at a low load (that is, when the internal combustion engine is operated at a relatively low engine speed and a relatively low required load)). The air-fuel ratio A / F (the horizontal axis in FIG. 12) is changed by changing the EGR rate (that is, the ratio of the amount of EGR gas to the total amount of gas sucked into the combustion chamber 5). The experiment example which showed the change of the output torque when changing, and the change of discharge | emission amount of smoke, HC, CO, NOx is represented. As can be seen from FIG. 12, in this experimental example, the EGR rate increases as the air-fuel ratio A / F decreases. When the air-fuel ratio A / F is less than the theoretical air-fuel ratio (≈14.6), the EGR rate is 65% or more.

図12に示したように、EGR率を増大することによって空燃比A/Fを小さくしていくと、EGR率が40パーセント付近となり、空燃比A/Fが30程度になったときに、スモークの発生量が増大を開始する。次いで、さらにEGR率を高め、空燃比A/Fを小さくすると、スモークの発生量が急激に増大してピークに達する。次いで、さらにEGR率を高め、空燃比A/Fを小さくすると、今度は、スモークが急激に低下し、EGR率を65パーセント以上とし、空燃比A/Fが15.0付近になると、スモークがほぼ零となる。すなわち、煤がほとんど発生しなくなる。このとき機関の出力トルクは若干低下し、また、NOxの発生量がかなり低くなる。一方、このとき、HC,COの発生量は増大し始める。   As shown in FIG. 12, when the air-fuel ratio A / F is reduced by increasing the EGR rate, the EGR rate becomes around 40%, and when the air-fuel ratio A / F becomes about 30, the smoke The amount of generation begins to increase. Next, when the EGR rate is further increased and the air-fuel ratio A / F is decreased, the amount of smoke generated increases rapidly and reaches a peak. Next, when the EGR rate is further increased and the air-fuel ratio A / F is decreased, this time, the smoke rapidly decreases, the EGR rate is set to 65% or more, and when the air-fuel ratio A / F is close to 15.0, the smoke is reduced. Nearly zero. That is, almost no soot is generated. At this time, the output torque of the engine slightly decreases, and the amount of NOx generated becomes considerably low. On the other hand, at this time, the generation amount of HC and CO starts to increase.

図13(A)は、空燃比A/Fが21付近でスモークの発生量が最も多いときの燃焼室5内の燃焼圧の変化を示している。一方、図13(B)は、空燃比A/Fが18付近でスモークの発生量がほぼ零のときの燃焼室5内の燃焼圧の変化を示している。図13(A)と図13(B)とを比較すれば判るように、スモークの発生量がほぼ零である図13(B)に示した場合は、スモークの発生量が多い図13(A)に示した場合に比べて燃焼圧が低いことが判る。   FIG. 13A shows a change in the combustion pressure in the combustion chamber 5 when the air-fuel ratio A / F is near 21 and the amount of smoke generated is the largest. On the other hand, FIG. 13B shows a change in the combustion pressure in the combustion chamber 5 when the air-fuel ratio A / F is around 18 and the amount of smoke generated is almost zero. As can be seen by comparing FIG. 13A and FIG. 13B, in the case shown in FIG. 13B where the amount of smoke generated is almost zero, the amount of smoke generated is large. It can be seen that the combustion pressure is lower than in the case shown in FIG.

図12および図13に示した実験結果から、次のことが言える。すなわち、まず第一に、空燃比A/Fが15.0以下でスモークの発生量がほぼ零のときには、図12に示したように、NOxの発生量がかなり低下する。NOxの発生量が低下したということは、燃焼室5内の燃焼温度が低下していることを意味している。したがって、煤がほとんど発生しないときには、燃焼室5内の燃焼温度が低くなっていると言える。同じことが図13からも言える。すなわち、煤がほとんど発生していない図13(B)に示した状態では、燃焼圧が低くなっており、したがって、このとき、燃焼室5内の燃焼温度は低くなっていることになる。   From the experimental results shown in FIGS. 12 and 13, the following can be said. That is, first of all, when the air-fuel ratio A / F is 15.0 or less and the amount of smoke generated is almost zero, the amount of NOx generated decreases considerably as shown in FIG. That the amount of NOx generated has decreased means that the combustion temperature in the combustion chamber 5 has decreased. Therefore, when almost no soot is generated, it can be said that the combustion temperature in the combustion chamber 5 is low. The same can be said from FIG. That is, in the state shown in FIG. 13 (B) where almost no soot is generated, the combustion pressure is low. Therefore, at this time, the combustion temperature in the combustion chamber 5 is low.

第2にスモークの発生量(すなわち、煤の発生量)がほぼ零になると、図12に示したように、HCおよびCOの排出量が増大する。このことは、炭化水素が煤まで成長せずに排出されることを意味している。すなわち、燃料中に含まれる図14に示したような直鎖状炭化水素や芳香族炭化水素は、酸素不足の状態で温度が上昇せしめられると、熱分解して煤の前駆体が形成され、次いで、主に炭素原子が集合した固体からなる煤が生成される。この場合、実際の煤の生成過程は複雑であり、煤の前駆体がどのような形態をとるかは明確ではないが、いずれにしても、図14に示したような炭化水素は煤の前駆体を経て煤まで成長することになる。したがって、上述したように、煤の発生量がほぼ零になると、図12に示したように、HCおよびCOの排出量が増大するが、このときのHCは、煤の前駆体(または、その前の状態の炭化水素)である。   Secondly, when the amount of smoke generated (that is, the amount of soot generated) becomes substantially zero, the HC and CO emissions increase as shown in FIG. This means that the hydrocarbons are discharged without growing up to the soot. That is, linear hydrocarbons and aromatic hydrocarbons as shown in FIG. 14 contained in the fuel are thermally decomposed to form soot precursors when the temperature is raised in a state of lack of oxygen, Next, a soot composed mainly of a solid in which carbon atoms are assembled is generated. In this case, the actual soot formation process is complicated, and it is not clear what form the soot precursor will take, but in any case, the hydrocarbons shown in FIG. It will grow up to heels through the body. Therefore, as described above, when the amount of soot generated becomes almost zero, as shown in FIG. 12, the amount of HC and CO emissions increases. At this time, HC is the precursor of soot (or its Hydrocarbon in the previous state).

図12および図13に示した実験結果に基づくこれらの考察をまとめると、燃焼室5内の燃焼温度が低いときには、煤の発生量がほぼ零になり、このとき、煤の前駆体(または、その前の状態の炭化水素)が燃焼室5から排出されることになる。このことについて、さらに詳細に実験研究を重ねた結果、燃焼室5内における燃料およびその周囲のガス温度が或る温度以下である場合には、煤の成長過程が途中で停止してしまい(すなわち、煤が全く発生せず)、燃焼室5内における燃料およびその周囲の温度が或る温度以上になると、煤が生成されることが判明したのである。   Summarizing these considerations based on the experimental results shown in FIGS. 12 and 13, when the combustion temperature in the combustion chamber 5 is low, the amount of soot generated becomes almost zero, and at this time, the soot precursor (or The hydrocarbon in the previous state) is discharged from the combustion chamber 5. As a result of repeated experimental research in more detail, if the temperature of the fuel in the combustion chamber 5 and the surrounding gas are below a certain temperature, the soot growth process stops halfway (ie, It has been found that soot is generated when the temperature of the fuel in the combustion chamber 5 and the surrounding temperature rise above a certain temperature.

ところで、煤の前駆体の状態で炭化水素の生成過程が停止するときの燃料およびその周囲の温度(すなわち、上述の或る温度)は、燃料の種類や空燃比の圧縮比等の種々の要因によって変化するので、何度であるかということは言えないが、この或る温度はNOxの発生量と深い関係を有しており、したがって、この或る温度はNOxの発生量から或る程度規定することができる。すなわち、EGR率が増大するほど、燃焼時の燃料およびその周囲のガス温度は低下し、NOxの発生量が低下する。このとき、NOxの発生量が10p.p.m. 前後(または、それ以下)になったときに、煤がほとんど発生しなくなる。したがって、上述の或る温度は、NOxの発生量が10p.p.m. 前後(または、それ以下)になったときの温度にほぼ一致する。   By the way, the fuel and its surrounding temperature (that is, the above-mentioned certain temperature) when the hydrocarbon generation process is stopped in the state of soot precursor are various factors such as the type of fuel and the compression ratio of the air-fuel ratio. However, this certain temperature has a deep relationship with the amount of NOx generated. Therefore, this certain temperature is determined to some extent from the amount of NOx generated. Can be prescribed. That is, as the EGR rate increases, the temperature of the fuel during combustion and the surrounding gas temperature decrease, and the amount of NOx generated decreases. At this time, when the amount of NOx generated is around 10 p.p.m. (or less), soot is hardly generated. Therefore, the above-mentioned certain temperature substantially coincides with the temperature when the amount of NOx generated is around 10 p.p.m. (or less).

いったん煤が生成されると、この煤は酸化機能を有する触媒を用いた後処理でもって浄化することはできない。これに対して、煤の前駆体(または、その前の状態の炭化水素)は、酸化機能を有する触媒(NOx触媒25も酸化機能を有する)を用いた後処理でもって容易に浄化することができる。このように酸化機能を有する触媒による後処理を考えると、炭化水素を煤の前駆体(または、その前の状態)で燃焼室5から排出させるか、あるいは、煤の形で燃焼室5から排出させるかについては、極めて大きな差がある。本発明において採用されている新たな燃焼システムは、燃焼室5内において煤を生成させることなく炭化水素を煤の前駆体(または、その前の状態)の形でもって燃焼室5から排出させ、この炭化水素を酸化機能を有する触媒により酸化せしめる。   Once soot is produced, it cannot be purified by post-treatment using a catalyst having an oxidizing function. On the other hand, the soot precursor (or the hydrocarbon in the previous state) can be easily purified by post-treatment using a catalyst having an oxidation function (the NOx catalyst 25 also has an oxidation function). it can. Considering the post-treatment with a catalyst having an oxidation function in this way, hydrocarbons are discharged from the combustion chamber 5 as a soot precursor (or a state before the soot), or discharged from the combustion chamber 5 in the form of soot. There is a huge difference in whether or not The new combustion system employed in the present invention allows hydrocarbons to be discharged from the combustion chamber 5 in the form of soot precursor (or the previous state) without generating soot in the combustion chamber 5; This hydrocarbon is oxidized by a catalyst having an oxidation function.

さて、煤が生成される前の状態で炭化水素の成長を停止させるには、燃焼室5内における燃焼時の燃料およびその周囲のガス温度を煤が生成される温度(以下「煤の生成温度」という)よりも低い温度に抑制する必要がある。この場合、燃料およびその周囲のガス温度を抑制するには、燃料が燃焼した際の燃料周りのガスの吸熱作用が極めて大きく影響することが判明している。   Now, in order to stop the growth of hydrocarbons in a state before the soot is generated, the temperature of the fuel during combustion in the combustion chamber 5 and the gas temperature around it are referred to as the temperature at which soot is generated (hereinafter referred to as “soot generation temperature” Need to be controlled at a lower temperature than In this case, in order to suppress the temperature of the fuel and the surrounding gas, it has been found that the endothermic action of the gas around the fuel when the fuel burns has a great influence.

すなわち、燃料周りに空気しか存在しないと蒸発した燃料は直ちに空気中の酸素と反応して燃焼する。この場合、燃料から離れている空気の温度はさほど上昇せず、燃料周りの温度のみが局所的に極めて高くなる。すなわち、このときには、燃料から離れている空気は燃料の燃焼熱の吸熱作用をほとんど行わない。この場合、燃焼温度が局所的に極めて高くなるので、この燃焼熱を受けた未燃炭化水素は煤を生成することになる。   That is, if there is only air around the fuel, the evaporated fuel immediately reacts with oxygen in the air and burns. In this case, the temperature of the air away from the fuel does not increase so much, and only the temperature around the fuel becomes extremely high locally. That is, at this time, the air away from the fuel hardly performs the endothermic action of the combustion heat of the fuel. In this case, since the combustion temperature is extremely high locally, the unburned hydrocarbons that have received this heat of combustion produce soot.

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

この場合、燃料およびその周囲のガス温度を煤の生成温度よりも低い温度に抑制するには、そうするのに十分な熱量を吸収しうるだけの不活性ガス量が必要となる。したがって、燃料量が増大すれば、必要となる不活性ガス量はそれに伴って増大することになる。なお、この場合、不活性ガスの比熱が大きいほど、吸熱作用が強力となり、したがって、不活性ガスは比熱の大きなガスが好ましいことになる。この点、COやEGRガスは比較的比熱が大きいので、不活性ガスとしてEGRガスを用いることは好ましいと言える。 In this case, in order to suppress the temperature of the fuel and the surrounding gas to a temperature lower than the soot generation temperature, an amount of inert gas that can absorb a sufficient amount of heat is required. Therefore, if the amount of fuel increases, the amount of inert gas required increases accordingly. In this case, the greater the specific heat of the inert gas, the stronger the endothermic action. Therefore, the inert gas is preferably a gas having a large specific heat. In this respect, since CO 2 and EGR gas have a relatively large specific heat, it can be said that it is preferable to use EGR gas as the inert gas.

図15は、不活性ガスとしてEGRガスを用い、EGRガスの冷却度合を変えたときのEGR率とスモークとの関係を示している。すなわち、図15において、曲線Aは、EGRガスを強力に冷却してEGRガス温をほぼ90℃に維持した場合を示しており、曲線Bは、小型の冷却装置でEGRガスを冷却した場合を示しており、曲線Cは、EGRガスを強制的に冷却していない場合を示している。   FIG. 15 shows the relationship between the EGR rate and smoke when the EGR gas is used as the inert gas and the cooling degree of the EGR gas is changed. That is, in FIG. 15, a curve A shows a case where the EGR gas is strongly cooled and the EGR gas temperature is maintained at about 90 ° C., and a curve B shows a case where the EGR gas is cooled by a small cooling device. The curve C shows a case where the EGR gas is not forcibly cooled.

図15の曲線Aで示したように、EGRガスを強力に冷却した場合には、EGR率が50パーセントよりも少し低いところで煤の発生量がピークとなり、この場合には、EGR率をほぼ55パーセント以上にすれば、煤がほとんど発生しなくなる。一方、図15の曲線Bで示したように、EGRガスを少し冷却した場合には、EGR率が50パーセントよりも少し高いところで煤の発生量がピークとなり、この場合には、EGR率をほぼ65パーセント以上にすれば、煤がほとんど発生しなくなる。また、図15の曲線Cで示したように、EGRガスを強制的に冷却していない場合には、EGR率が55パーセントの付近で煤の発生量がピークとなり、この場合には、EGR率をほぼ70パーセント以上にすれば、煤がほとんど発生しなくなる。   As shown by the curve A in FIG. 15, when the EGR gas is strongly cooled, the amount of soot generated peaks when the EGR rate is slightly lower than 50%. In this case, the EGR rate is approximately 55%. If it is more than a percentage, almost no wrinkles occur. On the other hand, as shown by curve B in FIG. 15, when the EGR gas is cooled a little, the amount of soot generated peaks when the EGR rate is slightly higher than 50%. In this case, the EGR rate is almost If it is 65% or more, almost no wrinkle is generated. Further, as shown by the curve C in FIG. 15, when the EGR gas is not forcibly cooled, the amount of generation of soot reaches a peak when the EGR rate is around 55%. In this case, the EGR rate If the value is set to approximately 70% or more, almost no soot is generated.

なお、図15は、機関負荷が比較的高いときのスモークの発生量を示しており、機関負荷が小さくなると、煤の発生量がピークとなるEGR率は若干低下し、煤がほとんど発生しなくなるEGR率の下限も若干低下する。このように、煤がほとんど発生しなくなるEGR率の下限は、EGRガスの冷却度合や機関負荷に応じて変化する。   FIG. 15 shows the amount of smoke generated when the engine load is relatively high. When the engine load is reduced, the EGR rate at which the amount of soot reaches a peak slightly decreases and soot hardly occurs. The lower limit of the EGR rate also decreases slightly. Thus, the lower limit of the EGR rate at which soot hardly occurs changes according to the degree of cooling of the EGR gas and the engine load.

図16は、不活性ガスとしてEGRガスを用いた場合において、燃焼時の燃料およびその周囲のガス温度を煤の生成温度よりも低い温度にするために必要なEGRガスと空気との混合ガスの量、および、この混合ガス中の空気の量の割合、および、この混合ガス中のEGRガスの量の割合を示している。なお、図16において、縦軸は、燃焼室5内に吸入される全吸入ガス量を示しており、鎖線Yは、過給が行われないときに燃焼室5内に吸入しうる全吸入ガス量を示しており、横軸は、要求負荷を示している。   FIG. 16 shows the mixed gas of EGR gas and air necessary for making the temperature of the fuel and the surrounding gas lower than the soot generation temperature when EGR gas is used as the inert gas. The amount, the ratio of the amount of air in the mixed gas, and the ratio of the amount of EGR gas in the mixed gas are shown. In FIG. 16, the vertical axis indicates the total intake gas amount sucked into the combustion chamber 5, and the chain line Y indicates the total intake gas that can be sucked into the combustion chamber 5 when supercharging is not performed. The abscissa indicates the required load.

図16において、空気の割合(すなわち、混合ガス中の空気量)は、噴射された燃料を完全に燃焼せしめるのに必要な空気量を示している。すなわち、図16に示した場合では、空気量と噴射燃料量との比は理論空燃比となっている。一方、図16において、EGRガスの割合(すなわち、混合ガス中のEGRガス量)は、噴射燃料が燃焼せしめられたときに、燃料およびその周囲のガス温度を煤が形成される温度よりも低い温度にするのに必要最低限のEGRガス量を示している。このEGRガス量は、EGR率で表すとほぼ55パーセント以上であり、図16に示した例では、70パーセント以上である。すなわち、燃焼室5内に吸入された全吸入ガス量(図16において、実線Xで示されている)のうちの空気量とEGRガス量との割合を図16に示したような割合にすると、燃料およびその周囲のガス温度は、煤の生成温度よりも低い温度となり、斯くして、煤が全く発生しなくなる。また、このときのNOx 発生量は10p.p.m.前後(または、それ以下)であり、したがって、NOxの発生量は極めて少量となる。   In FIG. 16, the ratio of air (that is, the amount of air in the mixed gas) indicates the amount of air necessary for completely burning the injected fuel. That is, in the case shown in FIG. 16, the ratio between the air amount and the injected fuel amount is the stoichiometric air-fuel ratio. On the other hand, in FIG. 16, the ratio of EGR gas (that is, the amount of EGR gas in the mixed gas) is lower than the temperature at which soot is formed in the fuel and the surrounding gas when the injected fuel is burned. The minimum amount of EGR gas necessary for the temperature is shown. The amount of EGR gas is approximately 55% or more when expressed in terms of EGR rate, and is 70% or more in the example shown in FIG. That is, when the ratio of the amount of air and the amount of EGR gas in the total amount of intake gas sucked into the combustion chamber 5 (shown by the solid line X in FIG. 16) is set as shown in FIG. The temperature of the fuel and the surrounding gas is lower than the soot generation temperature, and so no soot is generated. Further, the amount of NOx generated at this time is about 10 p.p.m. (or less), and therefore the amount of NOx generated is extremely small.

燃料噴射量が増大すれば、燃料が燃焼した際の発熱量が増大するので、燃料およびその周囲のガス温度を煤の生成温度よりも低い温度に維持するためには、EGRガスによる熱の吸収量を増大しなければならない。したがって、図16に示したように、EGRガス量は、噴射燃料量が増大するにつれて増大せしめられなければならない。すなわち、EGRガス量は、要求負荷が高くなるにつれて増大せしめられる必要がある。   If the amount of fuel injection increases, the amount of heat generated when the fuel burns increases, so in order to maintain the temperature of the fuel and the surrounding gas at a temperature lower than the soot generation temperature, the absorption of heat by the EGR gas The amount must be increased. Therefore, as shown in FIG. 16, the amount of EGR gas must be increased as the amount of injected fuel increases. That is, the amount of EGR gas needs to be increased as the required load increases.

ところで、過給が行われていない場合、燃焼室5内に吸入される全吸入ガス量(図16の実線X)の上限はYである。したがって、図16において、要求負荷がLoよりも大きい領域では、要求負荷が大きくなるにつれて、EGRガスの割合を低下させない限り、空燃比を理論空燃比に維持することができない。云い換えると、過給が行われていない場合に、要求負荷がLoよりも大きい領域において、空燃比を理論空燃比に維持しようとした場合には、要求負荷が高くなるにつれてEGR率が低下し、斯くして、要求負荷がLoよりも大きい領域では、燃料およびその周囲のガス温度を煤の生成温度よりも低い温度に維持しえなくなる。   By the way, when supercharging is not performed, the upper limit of the total intake gas amount sucked into the combustion chamber 5 (solid line X in FIG. 16) is Y. Therefore, in FIG. 16, in the region where the required load is larger than Lo, the air-fuel ratio cannot be maintained at the stoichiometric air-fuel ratio unless the ratio of EGR gas is reduced as the required load increases. In other words, when supercharging is not performed and an attempt is made to maintain the air-fuel ratio at the stoichiometric air-fuel ratio in a region where the required load is larger than Lo, the EGR rate decreases as the required load increases. Thus, in a region where the required load is larger than Lo, the temperature of the fuel and the surrounding gas cannot be maintained at a temperature lower than the soot generation temperature.

ところが、図1に示したように、EGR通路29を介して過給機の入口側(すなわち、排気ターボチャージャ15の空気吸込管17内)にEGRガスを再循環させると、要求負荷がLoよりも大きい領域において、EGR率を55パーセント以上(例えば、70パーセント)に維持することができ、斯くして、燃料およびその周囲のガス温度を煤の生成温度よりも低い温度に維持することができる。すなわち、空気吸込管17内におけるEGR率が、例えば、70パーセントになるように、EGRガスを再循環させれば、排気ターボチャージャ15のコンプレッサ16によって昇圧された吸入ガスのEGR率も70パーセントとなり、斯くして、コンプレッサ16によって昇圧しうる限度まで、燃料およびその周囲のガス温度を煤の生成温度よりも低い温度に維持することができる。したがって、低温燃焼を生じさせることのできる機関の運転領域を拡大することができることになる。要求負荷がLoよりも大きい領域で、EGR率を55パーセント以上にする際には、EGR制御弁31が全開とされ、スロットル弁20が若干閉弁せしめられる。   However, as shown in FIG. 1, when the EGR gas is recirculated to the inlet side of the supercharger (that is, in the air suction pipe 17 of the exhaust turbocharger 15) via the EGR passage 29, the required load is reduced from Lo. In the larger region, the EGR rate can be maintained at 55% or higher (eg, 70%), and thus the temperature of the fuel and the surrounding gas can be maintained at a temperature lower than the soot production temperature. . That is, if the EGR gas is recirculated so that the EGR rate in the air suction pipe 17 becomes, for example, 70%, the EGR rate of the intake gas boosted by the compressor 16 of the exhaust turbocharger 15 also becomes 70%. Thus, the temperature of the fuel and the surrounding gas can be maintained at a temperature lower than the soot production temperature up to a limit that can be increased by the compressor 16. Therefore, the operating range of the engine that can cause low temperature combustion can be expanded. When the EGR rate is set to 55% or more in the region where the required load is larger than Lo, the EGR control valve 31 is fully opened and the throttle valve 20 is slightly closed.

上述したように、図16は、燃料を理論空燃比のもとで燃焼させる場合を示しているが、空気量を図16に示した空気量よりも少なくしても(すなわち、空燃比をリッチにしても)、煤の発生を阻止しつつNOxの発生量を10p.p.m.前後(または、それ以下)にすることができ、また、空気量を図16に示した空気量よりも多くしても(すなわち、空燃比の平均値を17から18のリーンにしても)、煤の発生を阻止しつつNOxの発生量を10p.p.m.前後(または、それ以下)にすることができる。すなわち、空燃比がリッチにされると燃料が過剰となるが、燃焼温度が低い温度に抑制されているので、過剰な燃料は煤まで成長せず、斯くして、煤が生成されることがない。また、このとき、NOxも極めて少量しか発生しない。一方、平均空燃比がリーンのとき(あるいは、空燃比が理論空燃比のとき)でも、燃焼温度が高くなれば、少量の煤が生成されるが、本発明では、燃焼温度が低い温度に抑制されているので、煤は全く生成されず、NOxも極めて少量しか発生しない。   As described above, FIG. 16 shows the case where the fuel is burned under the stoichiometric air-fuel ratio, but even if the air amount is smaller than the air amount shown in FIG. However, the amount of NOx generated can be reduced to around 10 ppm (or less) while preventing the generation of soot, and the amount of air can be made larger than the amount of air shown in FIG. (That is, even if the average value of the air-fuel ratio is made lean from 17 to 18), the generation amount of NOx can be reduced to around 10 p.pm (or less) while preventing the generation of soot. That is, when the air-fuel ratio is made rich, the fuel becomes excessive, but since the combustion temperature is suppressed to a low temperature, the excess fuel does not grow to soot, and soot is generated. Absent. At this time, only a very small amount of NOx is generated. On the other hand, even when the average air-fuel ratio is lean (or when the air-fuel ratio is the stoichiometric air-fuel ratio), a small amount of soot is generated if the combustion temperature is high, but in the present invention, the combustion temperature is suppressed to a low temperature. As a result, no soot is produced and NOx is generated only in a very small amount.

このように、低温燃焼が行われているときには、空燃比に係わらず、すなわち、空燃比がリッチであろうと、理論空燃比であろうと、平均空燃比がリーンであろうと、煤が発生されず、且つ、NOxの発生量が極めて少量となる。したがって、燃料消費率の向上を考えると、このとき、平均空燃比をリーンにすることが好ましいと言える。   Thus, when low-temperature combustion is performed, soot is not generated regardless of the air-fuel ratio, that is, whether the air-fuel ratio is rich, the stoichiometric air-fuel ratio, or the average air-fuel ratio is lean. In addition, the amount of NOx generated is extremely small. Therefore, considering the improvement of the fuel consumption rate, it can be said that it is preferable to make the average air-fuel ratio lean at this time.

そして、上述から判るように、低温燃焼が行われているときには、燃料室内のEGRガス量が多く、したがって、燃料室内の空気の量が少ないのであるから、上述した低温燃焼噴射方法を採用してリッチ化制御を行う場合、比較的容易に(すなわち、多量の煤が発生することもなく、多量のNOxが発生することもなく、単に、燃料噴射量を比較的少ない量だけ増量することにより)空燃比をリッチとすることができるのである。   As can be seen from the above, since the amount of EGR gas in the fuel chamber is large and therefore the amount of air in the fuel chamber is small when low-temperature combustion is performed, the above-described low-temperature combustion injection method is adopted. When the enrichment control is performed, it is relatively easy (ie, no large amount of soot is generated, no large amount of NOx is generated, and the fuel injection amount is simply increased by a relatively small amount). The air-fuel ratio can be made rich.

因みに、低温燃焼を行うと、燃料およびその周囲のガス温度は低くなるが、排気ガスの温度は上昇する。このことについて図17を参照して説明する。図17(A)の実線は、低温燃焼が行われたときの燃焼室内の平均ガス温度Tgとクランク角との関係を示し、図17(A)の破線は、通常の燃焼が行われたときの燃焼室内の平均ガス温度Tgとクランク角との関係を示す。また、図17(B)の実線は、低温燃焼が行われたときの燃料およびその周囲のガス温度Tfとクランク角との関係を示し、図17(B)の破線は、通常の燃焼が行われたときの燃料およびその周囲のガス温度Tfとクランク角との関係を示す。   Incidentally, when low temperature combustion is performed, the temperature of the fuel and the surrounding gas is lowered, but the temperature of the exhaust gas is increased. This will be described with reference to FIG. The solid line in FIG. 17 (A) shows the relationship between the average gas temperature Tg in the combustion chamber when low-temperature combustion is performed and the crank angle, and the broken line in FIG. 17 (A) is when normal combustion is performed. The relationship between the average gas temperature Tg in the combustion chamber and the crank angle is shown. Also, the solid line in FIG. 17B shows the relationship between the fuel and the surrounding gas temperature Tf and the crank angle when low-temperature combustion is performed, and the broken line in FIG. The relationship between the fuel and the surrounding gas temperature Tf when broken and the crank angle is shown.

低温燃焼が行われているときには、通常の燃焼が行われているときに比べてEGRガス量が多く、したがって、図17(A)に示したように圧縮上死点前、すなわち、圧縮行程中は実線で示した低温燃焼時における平均ガス温度Tgのほうが破線で示した通常の燃焼時における平均ガス温度Tgよりも高くなっている。なお、このとき図17(B)に示したように燃料およびその周囲のガス温度Tfは平均ガス温度Tgと略等しい温度になっている。   When low-temperature combustion is performed, the amount of EGR gas is larger than when normal combustion is performed. Therefore, as shown in FIG. 17A, before compression top dead center, that is, during the compression stroke. The average gas temperature Tg during low-temperature combustion indicated by a solid line is higher than the average gas temperature Tg during normal combustion indicated by a broken line. At this time, as shown in FIG. 17B, the fuel and the surrounding gas temperature Tf are substantially equal to the average gas temperature Tg.

次いで、圧縮上死点付近において燃焼が開始されるが、この場合、低温燃焼が行われているときには、図17(B)の実線で示したように、燃料およびその周囲のガス温度Tfはさほど高くならない。これに対して通常の燃焼が行われている場合には、燃料周りに多量の酸素が存在するために、図17(B)の破線で示したように、燃料およびその周囲のガス温度Tfは極めて高くなる。このように通常の燃焼が行われた場合には、燃料およびその周囲のガス温度Tfは低温燃焼が行われている場合に比べてかなり高くなるが、大部分を占めるそれ以外のガスの温度は低温燃焼が行われている場合に比べて通常の燃焼が行われている場合のほうが低くなっており、したがって、図17(A)に示したように、圧縮上死点付近における燃焼室内の平均ガス温度Tgは低温燃焼が行われている場合のほうが通常の燃焼が行われている場合に比べて高くなる。その結果、図17(A)に示したように、燃焼が完了した後の燃焼室内の平均ガス温度は、低温燃焼が行われた場合のほうが通常の燃焼が行われた場合に比べて高くなり、斯くして、低温燃焼を行うと排気ガスの温度が高くなるのである。   Next, combustion starts near the compression top dead center. In this case, when low-temperature combustion is performed, as shown by the solid line in FIG. It will not be high. On the other hand, when normal combustion is performed, since a large amount of oxygen exists around the fuel, as shown by the broken line in FIG. Extremely high. In this way, when normal combustion is performed, the temperature of the gas and the surrounding gas Tf is considerably higher than when low-temperature combustion is performed, but the temperature of the other gases that occupy the majority is It is lower when normal combustion is performed than when low temperature combustion is performed. Therefore, as shown in FIG. 17A, the average in the combustion chamber near the compression top dead center The gas temperature Tg is higher when low-temperature combustion is performed than when normal combustion is performed. As a result, as shown in FIG. 17A, the average gas temperature in the combustion chamber after completion of combustion is higher when low-temperature combustion is performed than when normal combustion is performed. Thus, when the low temperature combustion is performed, the temperature of the exhaust gas becomes high.

本発明が適用される内燃機関の全体図である。1 is an overall view of an internal combustion engine to which the present invention is applied. 機関回転数Nと要求負荷LとからNOx生成量Anoxを算出するためのマップを示す図である。3 is a diagram showing a map for calculating a NOx generation amount Anox from an engine speed N and a required load L. FIG. NOx吸蔵量AnoxtとNOx浄化率Rnoxとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between NOx occlusion amount Anoxt and NOx purification rate Rnox. 触媒温度TとNO生成率Rnoとの関係を示す図である。It is a diagram showing a relationship between the catalyst temperature T and N 2 O formation rate Rn 2 o. NOx吸蔵量AnoxtとNOx浄化率Rnoxとの関係を示す図であって、ここでは、第1の下限値Rmin1と第2の下限値Rmin2とによって、3つの領域X1,X2,X3が形成されている。It is a figure which shows the relationship between NOx occlusion amount Anoxt and NOx purification rate Rnox, Comprising: Here, three area | regions X1, X2, and X3 are formed by 1st lower limit value Rmin1 and 2nd lower limit value Rmin2. Yes. 触媒温度TとNO生成率Rnoとの関係を示す図であって、ここでは、第1の上限値Rmax1と第2の上限値Rmax2とによって、3つの領域Y1,Y2,Y3が形成されている。A diagram showing the relationship between the catalyst temperature T and N 2 O formation rate Rn 2 o, where, by a first upper limit value Rmax1 the second upper limit value Rmax 2, the three regions Y1, Y2, Y3 Is formed. リッチ化制御の実行の許否について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the permission of execution of enrichment control. 本発明に従ったリッチ化制御の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the enrichment control according to this invention. 触媒温度TとNOx浄化率Rnoxとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the catalyst temperature T and NOx purification rate Rnox. 図5と同様の図であり、NOx吸蔵量AnoxtとNOx浄化率Rnoxとの関係を示す図である。FIG. 6 is a diagram similar to FIG. 5, showing the relationship between the NOx occlusion amount Anoxt and the NOx purification rate Rnox. 図6と同様の図であり、触媒温度TとNO生成率Rnoとの関係を示す図である。It is a view similar to FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the catalyst temperature T and N 2 O formation rate Rn 2 o. 空燃比A/Fとスロットル開度等との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between air fuel ratio A / F, throttle opening, etc. FIG. 燃焼圧の変化を示す図であって、(A)は空燃比が21付近にあるときの燃焼圧の変化を示し、(B)は空燃比が18付近にあるときの燃焼圧の変化を示している。4A and 4B are diagrams showing a change in combustion pressure, where FIG. 5A shows a change in combustion pressure when the air-fuel ratio is near 21 and FIG. 5B shows a change in combustion pressure when the air-fuel ratio is near 18. ing. 炭化水素の組成を示す図である。It is a figure which shows the composition of hydrocarbon. EGR率とスモークの発生量との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between an EGR rate and the generation amount of smoke. 要求負荷と全吸入ガス量との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between a request | requirement load and the total intake gas amount. (A)は低温燃焼が行われたときと通常の燃焼が行われたときのクランク角と燃料室内における平均ガス温度Tgとの関係を示し、(B)は低温燃焼が行われたときと通常の燃焼が行われたときのクランク角と燃料およびその周囲のガス温度Tfとの関係を示している。(A) shows the relationship between the crank angle when low-temperature combustion is performed and when normal combustion is performed, and the average gas temperature Tg in the fuel chamber, and (B) is normal and when low-temperature combustion is performed. The relationship between the crank angle and the gas temperature Tf of the fuel and its surroundings when the combustion of is performed is shown.

符号の説明Explanation of symbols

1…機関本体
4…ピストン
5…燃焼室
6…燃料噴射弁
7…吸気弁
9…排気弁
25…NOx触媒
37…炭化水素添加弁
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Engine body 4 ... Piston 5 ... Combustion chamber 6 ... Fuel injection valve 7 ... Intake valve 9 ... Exhaust valve 25 ... NOx catalyst 37 ... Hydrocarbon addition valve

Claims (7)

内部雰囲気の空燃比を理論空燃比とし或いは理論空燃比よりもリッチとするリッチ化制御が行われるとNOxを浄化するNOx触媒を具備するNOx浄化装置において、上記リッチ化制御が行われたときのNOx触媒によるNOx浄化率が低く且つ同NOx触媒にて生成されるNOの生成率が高いと予想されたときには上記リッチ化制御の実行を禁止するリッチ化制御手段を具備することを特徴とするNOx浄化装置。 When the enrichment control is performed so that the air-fuel ratio of the internal atmosphere is the stoichiometric air-fuel ratio or richer than the stoichiometric air-fuel ratio, in the NOx purification device having a NOx catalyst that purifies NOx, when the enrichment control is performed Characterized by comprising a enrichment control means for prohibiting the execution of the enrichment control when the NOx purification rate by the NOx catalyst is low and the production rate of N 2 O produced by the NOx catalyst is predicted to be high. NOx purification device. 上記リッチ化制御が行われたときのNOx触媒によるNOx浄化率が低く且つ同NOx触媒にて生成されるNOの生成率が高いと予想されたときにNOx触媒の温度を上昇させる手段を具備することを特徴とする請求項1に記載のNOx浄化装置。 Means for increasing the temperature of the NOx catalyst when the NOx purification rate by the NOx catalyst when the enrichment control is performed is low and when the production rate of N 2 O produced by the NOx catalyst is predicted to be high The NOx purification device according to claim 1, further comprising: 内部雰囲気の空燃比を理論空燃比とし或いは理論空燃比よりもリッチとするリッチ化制御が行われるとNOxを浄化するNOx触媒を具備するNOx浄化装置において、現時点で上記リッチ化制御が行われたとしたときのNOx触媒によるNOx浄化率が高く且つ同NOx触媒にて生成されるNOの生成率が高いか或いは同NOx浄化率が低く且つ同NO生成率が低いと予想されるが、後に上記NOx浄化率が低く且つ上記NO生成率が高くなると予想されたときには、上記リッチ化制御の実行を許可し、一方、後に上記NOx浄化率が高く且つ上記NO生成率が低くなると予想されたときには、上記リッチ化制御の実行を禁止するリッチ化制御手段を具備することを特徴とするNOx浄化装置。 When the enrichment control is performed so that the air-fuel ratio of the internal atmosphere is the stoichiometric air-fuel ratio or richer than the stoichiometric air-fuel ratio, the above enrichment control is performed at the present time in the NOx purification device including the NOx catalyst that purifies NOx. It is expected that the NOx purification rate by the NOx catalyst is high and the production rate of N 2 O produced by the NOx catalyst is high, or the NOx purification rate is low and the N 2 O production rate is low. When the NOx purification rate is predicted to be low and the N 2 O generation rate is expected to be high later, execution of the enrichment control is permitted. On the other hand, the NOx purification rate is high and the N 2 O generation rate is A NOx purification device comprising a enrichment control means for prohibiting execution of the enrichment control when it is predicted to be low. 上記リッチ化制御手段は、上記リッチ化制御が行われたときのNOx触媒によるNOx浄化率が高く且つ同NOx触媒にて生成されるNOの生成率が低いと予想されたときには、リッチ化制御の実行を許可することを特徴とする請求項1または3に記載のNOx浄化装置。 When the enrichment control means is expected to have a high NOx purification rate by the NOx catalyst when the enrichment control is performed and a low production rate of N 2 O produced by the NOx catalyst, the enrichment control means The NOx purification device according to claim 1 or 3, wherein execution of control is permitted. 上記リッチ化制御手段は、上記リッチ化制御が行われたときのNOx触媒によるNOx浄化率が低く且つ同NOx触媒にて生成されるNOの生成率が高いと予想されたときには、リッチ化制御の実行を禁止することを特徴とする請求項3に記載のNOx浄化装置。 When the enrichment control means is predicted to have a low NOx purification rate by the NOx catalyst when the enrichment control is performed and a high production rate of N 2 O produced by the NOx catalyst, the enrichment control means The NOx purification device according to claim 3, wherein execution of control is prohibited. 上記リッチ化制御が行われたときのNOx触媒によるNOx浄化率が低く且つ同NOx触媒にて生成されるNOの生成率が高いと予想されたときにNOx触媒の温度を上昇させる手段を具備することを特徴とする請求項5に記載のNOx浄化装置。 Means for increasing the temperature of the NOx catalyst when the NOx purification rate by the NOx catalyst when the enrichment control is performed is low and when the production rate of N 2 O produced by the NOx catalyst is predicted to be high The NOx purification device according to claim 5, further comprising: 上記リッチ化制御が行われたときのNOx触媒によるNOx浄化率と同NOx触媒にて生成されるNOの生成率とが同NOx触媒の温度と同NOx触媒に保持されているNOxの量とをパラメータとして推定されることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1つに記載のNOx浄化装置。 The NOx purification rate by the NOx catalyst and the production rate of N 2 O produced by the NOx catalyst when the enrichment control is performed are the temperature of the NOx catalyst and the amount of NOx held in the NOx catalyst. The NOx purification device according to any one of claims 1 to 6, wherein the NOx purification device is estimated as a parameter.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2008232093A (en) * 2007-03-23 2008-10-02 Honda Motor Co Ltd Control device for internal combustion engine
JP2010112290A (en) * 2008-11-07 2010-05-20 Toyota Motor Corp Exhaust emission control device of internal combustion engine
JP2017145777A (en) * 2016-02-18 2017-08-24 トヨタ自動車株式会社 Control device of vehicle

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