JP2006336589A - Exhaust emission control device of internal combustion engine - Google Patents

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耕平 吉田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an exhaust emission control device of an internal combustion engine capable of suppressing excessive rise of temperature of NOx absorption reduction catalyst by adding fuel and suppressing reduction of NOx removal rate due to high temperature of NOx absorption reduction catalyst after adding fuel. <P>SOLUTION: This exhaust emission control device of the internal combustion engine is provided with a fuel adding means 12, an HC absorption oxidation catalyst 42 arranged in an exhaust passage of the engine on the downstream side of the fuel adding means, and the NOx absorption reduction catalyst 43 arranged on the downstream side of the HC absorption oxidation catalyst. When fuel is added from the fuel adding means 12 by releasing NOx from the NOx absorption reduction catalyst 43 and reducing and purifying it, concentration of oxygen in exhaust gas exhausted from a combustion chamber 2 is controlled together with amount of fuel to be added to set air-fuel ratio of exhaust gas flowing into the NOx absorption reduction catalyst 43 to target air-fuel ratio decided in advance while preventing temperature of the NOx absorption reduction catalyst 43 from exceeding upper limit temperature decided in advance. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。   The present invention relates to an exhaust emission control device for an internal combustion engine.

排気ガス中に含まれるNOxを浄化するために流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中に含まれるNOxを吸蔵し流入する排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸蔵されたNOxを放出するNOx吸蔵還元触媒を機関排気通路内に配置した内燃機関が公知である。この内燃機関ではリーン空燃比のもとで燃焼が行われているときに発生するNOxがNOx吸蔵還元触媒に吸蔵される。   When the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing to purify NOx contained in the exhaust gas is lean, the NOx contained in the exhaust gas is occluded and the occluded NOx is released when the oxygen concentration in the inflowing exhaust gas decreases. An internal combustion engine in which an NOx occlusion reduction catalyst is arranged in an engine exhaust passage is known. In this internal combustion engine, NOx generated when combustion is performed under a lean air-fuel ratio is stored in the NOx storage reduction catalyst.

ところでこのようなNOx吸蔵還元触媒を用いたときにはNOx吸蔵還元触媒のNOx吸蔵能力が飽和する前にNOx吸蔵還元触媒からNOxを放出させる必要があり、この場合NOx吸蔵還元触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチにすればNOx吸蔵還元触媒からNOxを放出させかつ放出したNOxを還元することができる。そこで従来の内燃機関ではNOx吸蔵還元触媒からNOxを放出するために燃焼室内における空燃比をリッチにするか、またはNOx吸蔵還元触媒上流の機関排気通路内に燃料を供給してNOx吸蔵還元触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチにするようにしている。   By the way, when such a NOx occlusion reduction catalyst is used, it is necessary to release NOx from the NOx occlusion reduction catalyst before the NOx occlusion reduction capacity of the NOx occlusion reduction catalyst is saturated. In this case, the exhaust gas flowing into the NOx occlusion reduction catalyst must be released. If the air-fuel ratio is made rich, NOx can be released from the NOx storage reduction catalyst and the released NOx can be reduced. Therefore, in the conventional internal combustion engine, in order to release NOx from the NOx storage reduction catalyst, the air-fuel ratio in the combustion chamber is made rich, or fuel is supplied into the engine exhaust passage upstream of the NOx storage reduction catalyst to become the NOx storage reduction catalyst. The air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is made rich.

一方、NOx吸蔵還元触媒上流の機関排気通路内に排気ガス中に含まれる炭化水素、即ちHCを吸着し且つ酸化するためのHC吸着酸化触媒を配置した内燃機関が公知である(例えば、特許文献1参照)。この内燃機関ではリーン空燃比のもとで燃焼が行われているときに発生するHCはHC吸着酸化触媒に吸着され、このとき発生するNOxはNOx吸蔵還元触媒に吸蔵される。   On the other hand, an internal combustion engine in which an HC adsorption oxidation catalyst for adsorbing and oxidizing hydrocarbons contained in exhaust gas, that is, HC, is known in the engine exhaust passage upstream of the NOx storage reduction catalyst (for example, Patent Documents). 1). In this internal combustion engine, HC generated when combustion is performed at a lean air-fuel ratio is adsorbed by the HC adsorption oxidation catalyst, and NOx generated at this time is stored in the NOx storage reduction catalyst.

ところでこの内燃機関では、HC吸着酸化触媒の温度が活性化温度付近、即ち200℃付近になると吸着されているHCの酸化反応が活発となり、その結果排気ガス中の酸素が急激に消費されるために排気ガス中の酸素濃度が急激に低下する。従ってこのときには少量の燃料を追加供給すれば排気ガスの空燃比をリッチにすることができる。そこでこの内燃機関ではHC吸着酸化触媒において十分な量の酸素が消費されているか否かを検出し、HC吸着酸化触媒において十分な量の酸素が消費されているときに排気ガスの空燃比をリッチにしてNOx吸蔵還元触媒からNOxを放出させるようにしている。   By the way, in this internal combustion engine, when the temperature of the HC adsorption oxidation catalyst is near the activation temperature, that is, near 200 ° C., the oxidation reaction of the adsorbed HC becomes active, and as a result, oxygen in the exhaust gas is consumed rapidly. In addition, the oxygen concentration in the exhaust gas rapidly decreases. Therefore, at this time, if a small amount of fuel is additionally supplied, the air-fuel ratio of the exhaust gas can be made rich. Therefore, in this internal combustion engine, it is detected whether or not a sufficient amount of oxygen is consumed in the HC adsorption oxidation catalyst, and when the sufficient amount of oxygen is consumed in the HC adsorption oxidation catalyst, the exhaust gas air-fuel ratio is made rich. Thus, NOx is released from the NOx occlusion reduction catalyst.

特開2003−97255号公報JP 2003-97255 A 特開平11−81991号公報JP 11-81991 A 特開平11−50894号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-50894

ところで、上記NOx吸蔵還元触媒を使用して排気ガス中のNOxを吸蔵して除去する場合、上記NOx吸蔵還元触媒の温度が特定の温度範囲にある場合において排気ガス中から除去されるNOxの割合であるNOx除去率が高くなる。したがって、上記NOx吸蔵還元触媒を使用して排気ガス中のNOxを除去する場合には、NOx吸蔵還元触媒の温度を上記特定温度範囲内に維持することが望ましい。   By the way, when NOx in the exhaust gas is occluded and removed using the NOx occlusion reduction catalyst, the ratio of NOx removed from the exhaust gas when the temperature of the NOx occlusion reduction catalyst is in a specific temperature range. The NOx removal rate becomes higher. Therefore, when removing NOx in the exhaust gas using the NOx storage reduction catalyst, it is desirable to maintain the temperature of the NOx storage reduction catalyst within the specific temperature range.

一方、上述したようなNOx吸蔵還元触媒上流の機関排気通路内にHC吸着酸化触媒を配置した内燃機関において、NOx吸蔵還元触媒からNOxを放出させ還元すべく(すなわち、NOx吸蔵還元触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチにするために)NOx吸蔵還元触媒上流において排気ガス中に燃料が添加される場合には、添加された燃料の一部がHC吸着酸化触媒において酸化されて排気ガス中の酸素濃度が低減されると共に、酸化反応によって排気ガスの温度が上昇し、結果としてNOx吸蔵還元触媒の温度が上昇することになる。   On the other hand, in the internal combustion engine in which the HC adsorption oxidation catalyst is arranged in the engine exhaust passage upstream of the NOx storage reduction catalyst as described above, NOx is released from the NOx storage reduction catalyst and reduced (that is, flows into the NOx storage reduction catalyst). When fuel is added to the exhaust gas upstream of the NOx storage reduction catalyst (in order to make the air-fuel ratio of the exhaust gas rich), a part of the added fuel is oxidized in the HC adsorption oxidation catalyst and is exhausted in the exhaust gas. As a result, the temperature of the exhaust gas rises due to the oxidation reaction, and as a result, the temperature of the NOx storage reduction catalyst rises.

このことは、NOx吸蔵還元触媒の温度が上記特定温度範囲よりも低い場合には好都合であるが、NOx吸蔵還元触媒の温度が上記特定温度範囲の中の高温側にある場合等には温度上昇によってNOx吸蔵還元触媒の温度が上記特定温度範囲から外れてしまい、その後にNOx吸蔵還元触媒によってNOxを吸蔵して除去する場合においてNOx吸蔵還元触媒の温度が高いことが原因でNOx除去率が低下しNOxが外部へ放出されてしまう可能性を増してしまう恐れがある。   This is convenient when the temperature of the NOx storage reduction catalyst is lower than the specific temperature range, but the temperature rises when the temperature of the NOx storage reduction catalyst is on the high temperature side within the specific temperature range. As a result, the temperature of the NOx occlusion reduction catalyst deviates from the above specified temperature range, and when NOx occlusion is removed by the NOx occlusion reduction catalyst after that, the NOx occlusion reduction catalyst decreases due to the high temperature of the NOx occlusion reduction catalyst. However, there is a possibility that the possibility of NOx being released to the outside increases.

本発明は、以上のような点に鑑みてなされたもので、その目的は、NOx吸蔵還元触媒上流の機関排気通路内にHC吸着酸化触媒が配置されていて、NOx吸蔵還元触媒からNOxを放出させ且つ還元して浄化すべきときにはHC吸着酸化触媒上流で排気ガス中に燃料が添加され、添加された燃料の一部がHC吸着酸化触媒において酸化される内燃機関の排気浄化装置において、上記NOx吸蔵還元触媒からNOxを放出させ且つ還元して浄化するときにNOx吸蔵還元触媒が過昇温されるのを抑制するようにした内燃機関の排気浄化装置を提供することである。   The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to release an NOx from the NOx occlusion reduction catalyst by disposing an HC adsorption oxidation catalyst in the engine exhaust passage upstream of the NOx occlusion reduction catalyst. In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine in which the fuel is added to the exhaust gas upstream of the HC adsorption oxidation catalyst and part of the added fuel is oxidized in the HC adsorption oxidation catalyst, It is an object of the present invention to provide an exhaust emission control device for an internal combustion engine that suppresses excessive temperature rise of a NOx storage reduction catalyst when NOx is released from the storage reduction catalyst and reduced to be purified.

本発明は、上記課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に記載された内燃機関の排気浄化装置を提供する。   The present invention provides an exhaust emission control device for an internal combustion engine described in each claim of the claims as means for solving the above-mentioned problems.

請求項1に記載の発明は、排気ガス中に燃料を添加するための燃料添加手段と、該燃料添加手段下流の機関排気通路内に配置されて排気ガス中に含まれる炭化水素を吸着し且つ酸化するHC吸着酸化触媒と、該HC吸着酸化触媒下流の機関排気通路内に配置されて流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中に含まれるNOxを吸蔵し流入する排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸蔵したNOxを放出し還元剤が存在すれば放出したNOxを還元して浄化するNOx吸蔵還元触媒とを具備していて、NOx吸蔵還元触媒からNOxを放出させ且つ還元して浄化すべきときには上記燃料添加手段から燃料を添加し、添加した燃料の一部を上記HC吸着酸化触媒において酸化させると共にNOx吸蔵還元触媒に流入する排気ガスの空燃比を予め定めた目標空燃比にする内燃機関の排気浄化装置において、上記NOx吸蔵還元触媒からNOxを放出させ且つ還元して浄化すべきときに上記燃料添加手段から燃料を添加する場合には、添加する燃料の量と共に燃焼室から排出される排気ガス中の酸素濃度を制御して上記NOx吸蔵還元触媒の温度が予め定めた上限温度より高くならないようにしつつ上記NOx吸蔵還元触媒に流入する排気ガスの空燃比を上記目標空燃比にすることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置を提供する。   The invention according to claim 1 is a fuel addition means for adding fuel to the exhaust gas, and is disposed in an engine exhaust passage downstream of the fuel addition means to adsorb hydrocarbons contained in the exhaust gas; When the air-fuel ratio of the HC adsorption oxidation catalyst that oxidizes and the exhaust gas that is disposed and flows in the engine exhaust passage downstream of the HC adsorption oxidation catalyst is lean, the NOx contained in the exhaust gas is occluded and flows into the exhaust gas that flows in A NOx occlusion reduction catalyst for releasing and reducing NOx occluded when the oxygen concentration is reduced, and reducing and purifying the released NOx if there is a reducing agent, and releasing and reducing NOx from the NOx occlusion reduction catalyst. When purification is to be performed, fuel is added from the fuel addition means, and a part of the added fuel is oxidized in the HC adsorption oxidation catalyst, and the exhaust gas flowing into the NOx storage reduction catalyst is emptied. In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine having a predetermined target air-fuel ratio, when NOx is released from the NOx occlusion reduction catalyst and reduced to be purified, fuel is added from the fuel addition means. Exhaust gas flowing into the NOx occlusion reduction catalyst while controlling the oxygen concentration in the exhaust gas discharged from the combustion chamber together with the amount of fuel to be added so that the temperature of the NOx occlusion reduction catalyst does not become higher than a predetermined upper limit temperature. An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, characterized in that the air-fuel ratio of the gas is set to the target air-fuel ratio.

上記NOx吸蔵還元触媒を使用して排気ガス中のNOxを吸蔵して除去する場合、上記NOx吸蔵還元触媒の温度が特定の温度範囲にある場合に排気ガス中から除去されるNOxの割合であるNOx除去率が高くなる。したがって、上記NOx吸蔵還元触媒を使用して排気ガス中のNOxを除去する場合には、NOx吸蔵還元触媒の温度を上記特定温度範囲内に維持することが望ましい。   When NOx in the exhaust gas is occluded and removed using the NOx occlusion reduction catalyst, this is the ratio of NOx removed from the exhaust gas when the temperature of the NOx occlusion reduction catalyst is in a specific temperature range. The NOx removal rate increases. Therefore, when removing NOx in the exhaust gas using the NOx storage reduction catalyst, it is desirable to maintain the temperature of the NOx storage reduction catalyst within the specific temperature range.

一方、上記のようなNOx吸蔵還元触媒上流の機関排気通路内にHC吸着酸化触媒が配置されていて、NOx吸蔵還元触媒からNOxを放出させ且つ還元して浄化すべきときにはHC吸着酸化触媒上流で排気ガス中に燃料が添加され、添加された燃料の一部がHC吸着酸化触媒において酸化される内燃機関の排気浄化装置においては、添加された燃料の一部がHC吸着酸化触媒において酸化されるため排気ガス中の酸素濃度が低減されると共に、酸化反応によって排気ガスの温度が上昇し、結果としてNOx吸蔵還元触媒の温度が上昇することになる。   On the other hand, when the HC adsorption oxidation catalyst is disposed in the engine exhaust passage upstream of the NOx occlusion reduction catalyst as described above, NOx should be released from the NOx occlusion reduction catalyst and reduced and purified, upstream of the HC adsorption oxidation catalyst. In an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine in which fuel is added to exhaust gas and a part of the added fuel is oxidized in the HC adsorption oxidation catalyst, a part of the added fuel is oxidized in the HC adsorption oxidation catalyst. Therefore, the oxygen concentration in the exhaust gas is reduced, and the temperature of the exhaust gas rises due to the oxidation reaction. As a result, the temperature of the NOx storage reduction catalyst rises.

このことは、NOx吸蔵還元触媒の温度が上記特定温度範囲よりも低い場合には好都合であるが、NOx吸蔵還元触媒の温度が上記特定温度範囲の中の高温側にある場合等には温度上昇によってNOx吸蔵還元触媒の温度が上記特定温度範囲から外れてしまい、その後にNOx吸蔵還元触媒によってNOxを吸蔵して除去する場合においてNOx吸蔵還元触媒の温度が高いことが原因でNOx除去率が低下しNOxが外部へ放出されてしまう可能性を増してしまう恐れがある。   This is convenient when the temperature of the NOx storage reduction catalyst is lower than the specific temperature range, but the temperature rises when the temperature of the NOx storage reduction catalyst is on the high temperature side within the specific temperature range. As a result, the temperature of the NOx occlusion reduction catalyst deviates from the above specified temperature range, and when NOx occlusion is removed by the NOx occlusion reduction catalyst after that, the NOx occlusion reduction catalyst decreases due to the high temperature of the NOx occlusion reduction catalyst. However, there is a possibility that the possibility of NOx being released to the outside increases.

これに対し、請求項1に記載の発明では、上記NOx吸蔵還元触媒からNOxを放出させ且つ還元して浄化すべきときに上記燃料添加手段から燃料を添加する場合には、添加する燃料の量と共に燃焼室から排出される排気ガス中の酸素濃度を制御して上記NOx吸蔵還元触媒の温度が予め定めた上限温度より高くならないようにしつつ上記NOx吸蔵還元触媒に流入する排気ガスの空燃比を上記目標空燃比にするようになっている。このようにすることによって、上記NOx吸蔵還元触媒からNOxを放出させ且つ還元して浄化するときにNOx吸蔵還元触媒が過昇温されるのが抑制される。そしてこの結果、その後にNOx吸蔵還元触媒によって排気ガス中のNOxを吸蔵して除去する場合においてNOx吸蔵還元触媒の温度が高いことが原因でNOx除去率が低下することが抑制され、NOxの外部への放出が増加するのを防ぐことができる。   On the other hand, in the invention described in claim 1, when adding fuel from the fuel addition means when NOx is released from the NOx storage reduction catalyst and reduced and purified, the amount of fuel to be added At the same time, the oxygen concentration in the exhaust gas discharged from the combustion chamber is controlled so that the temperature of the NOx storage reduction catalyst does not become higher than a predetermined upper limit temperature, and the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx storage reduction catalyst is adjusted. The target air-fuel ratio is set. By doing so, it is possible to prevent the NOx storage reduction catalyst from being overheated when NOx is released from the NOx storage reduction catalyst and reduced and purified. As a result, when NOx in the exhaust gas is subsequently occluded and removed by the NOx occlusion reduction catalyst, the NOx occlusion reduction rate is suppressed from being lowered due to the high temperature of the NOx occlusion reduction catalyst. It is possible to prevent an increase in release.

請求項2に記載の発明では請求項1に記載の発明において、上記NOx吸蔵還元触媒からNOxを放出させ且つ還元して浄化すべきときに、そのときの機関運転状態において上記NOx吸蔵還元触媒に流入する排気ガスの空燃比を上記目標空燃比にするために必要な量の燃料を上記燃料添加手段から添加した場合に上記NOx吸蔵還元触媒の温度が上記上限温度よりも高くなると推定される場合には、燃焼室から排出される排気ガス中の酸素濃度が低減されて上記NOx吸蔵還元触媒に流入する排気ガスの空燃比を上記目標空燃比にするために上記燃料添加手段から添加する必要のある燃料の量が低減されるようになっている。   According to a second aspect of the invention, in the first aspect of the invention, when NOx is released from the NOx occlusion reduction catalyst and reduced and purified, the NOx occlusion reduction catalyst in the engine operating state at that time is used. When it is estimated that the temperature of the NOx occlusion reduction catalyst becomes higher than the upper limit temperature when an amount of fuel necessary to make the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the target air-fuel ratio is added from the fuel addition means In order to make the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx occlusion reduction catalyst the target air-fuel ratio, the oxygen concentration in the exhaust gas discharged from the combustion chamber must be added from the fuel addition means. A certain amount of fuel is being reduced.

燃焼室から排出される排気ガス中の酸素濃度を低減すると、より少ない量の燃料を添加することで上記NOx吸蔵還元触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチにすることができる。つまり、燃焼室から排出される排気ガス中の酸素濃度を低減すると上記NOx吸蔵還元触媒に流入する排気ガスの空燃比を上記目標空燃比にするために上記燃料添加手段から添加する必要のある燃料の量を低減することができる。そして上記燃料添加手段から添加される燃料の量が低減されると上記HC吸着酸化触媒で酸化される燃料の量も低減されるためNOx吸蔵還元触媒の温度上昇が抑制される。   When the oxygen concentration in the exhaust gas discharged from the combustion chamber is reduced, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx storage reduction catalyst can be made rich by adding a smaller amount of fuel. That is, if the oxygen concentration in the exhaust gas discharged from the combustion chamber is reduced, the fuel that needs to be added from the fuel addition means in order to make the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx storage reduction catalyst the target air-fuel ratio. The amount of can be reduced. When the amount of fuel added from the fuel addition means is reduced, the amount of fuel oxidized by the HC adsorption oxidation catalyst is also reduced, so that the temperature rise of the NOx storage reduction catalyst is suppressed.

以上のようなことから、請求項2に記載の発明によっても請求項1に記載の発明と同様、上記NOx吸蔵還元触媒からNOxを放出させ且つ還元して浄化するときにNOx吸蔵還元触媒が過昇温されるのが抑制される。そしてその結果、その後にNOx吸蔵還元触媒によって排気ガス中のNOxを吸蔵して除去する場合においてNOx吸蔵還元触媒の温度が高いことが原因でNOx除去率が低下することが抑制され、NOxの外部への放出が増加するのを防ぐことができる。また、上記燃料添加手段から添加される燃料の量が低減されるので燃費悪化の抑制も図ることができる。   As described above, according to the second aspect of the invention, as in the first aspect of the invention, the NOx occlusion reduction catalyst is excessive when NOx is released from the NOx occlusion reduction catalyst and reduced and purified. The temperature rise is suppressed. As a result, when NOx in the exhaust gas is subsequently occluded and removed by the NOx occlusion reduction catalyst, the NOx occlusion reduction rate is suppressed from being lowered due to the high temperature of the NOx occlusion reduction catalyst, and the outside of the NOx It is possible to prevent an increase in release. Further, since the amount of fuel added from the fuel adding means is reduced, it is possible to suppress deterioration in fuel consumption.

請求項3に記載の発明では請求項1または2に記載の発明において、上記NOx吸蔵還元触媒からNOxを放出させ且つ還元して浄化すべきときに、そのときの機関運転状態において上記NOx吸蔵還元触媒に流入する排気ガスの空燃比を上記目標空燃比にするために必要な量の燃料を上記燃料添加手段から添加した場合に上記NOx吸蔵還元触媒の温度が上記上限温度よりも高くなると推定される場合には、上記燃料添加手段から添加した場合に上記NOx吸蔵還元触媒の温度が上記上限温度以下になると推定される燃料の量が推定されて目標添加燃料量とされると共に該目標添加燃料量の燃料を上記燃料添加手段から添加した場合に上記NOx吸蔵還元触媒に流入する排気ガスの空燃比が上記目標空燃比になる燃焼室から排出される排気ガス中の酸素濃度が推定されて目標酸素濃度とされ、燃焼室から排出される排気ガス中の酸素濃度が上記目標酸素濃度へと低減されると共に上記燃料添加手段から上記目標添加燃料量の燃料が添加されるようになっている。   According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, when NOx is released from the NOx occlusion reduction catalyst and reduced to be purified, the NOx occlusion reduction is performed in the engine operating state at that time. It is estimated that the temperature of the NOx occlusion reduction catalyst becomes higher than the upper limit temperature when an amount of fuel necessary to make the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst the target air-fuel ratio is added from the fuel addition means. When the fuel is added from the fuel addition means, the amount of fuel estimated that the temperature of the NOx occlusion reduction catalyst is equal to or lower than the upper limit temperature is estimated to be the target added fuel amount and the target added fuel amount Exhaust gas discharged from the combustion chamber in which the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx storage reduction catalyst becomes the target air-fuel ratio when an amount of fuel is added from the fuel addition means The oxygen concentration in the exhaust gas is estimated to be the target oxygen concentration, the oxygen concentration in the exhaust gas discharged from the combustion chamber is reduced to the target oxygen concentration, and the fuel of the target added fuel amount is reduced from the fuel adding means. Is added.

請求項3に記載の発明によっても請求項2に記載の発明と同様、上記NOx吸蔵還元触媒からNOxを放出させ且つ還元して浄化するときにNOx吸蔵還元触媒が過昇温されるのが抑制される。そしてその結果として、その後にNOx吸蔵還元触媒によって排気ガス中のNOxを吸蔵して除去する場合においてNOx除去率が低下するのが抑制され、NOxの外部への放出が増加するのを防ぐことができる。また、請求項2に記載の発明と同様、燃費悪化の抑制も図ることができる。   According to the invention of claim 3, as in the invention of claim 2, the NOx storage reduction catalyst is prevented from being overheated when NOx is released from the NOx storage reduction catalyst and reduced and purified. Is done. As a result, when NOx in the exhaust gas is subsequently stored and removed by the NOx storage reduction catalyst, the NOx removal rate is suppressed from decreasing, and the increase in the release of NOx to the outside can be prevented. it can. Further, similarly to the invention described in claim 2, it is possible to suppress deterioration of fuel consumption.

請求項4に記載の発明では請求項1から3の何れかの発明において、上記内燃機関は上記機関排気通路から機関吸気通路へと連通する排気再循環通路を具備していて、燃焼室から排出される排気ガス中の酸素濃度を低減する場合には上記排気再循環通路を通した排気ガスの再循環が開始される、もしくは上記排気再循環通路を通して再循環される排気ガスの量が増加せしめられるようになっている。
請求項4に記載の発明のようにすれば、燃焼室から排出される排気ガス中の酸素濃度を容易に低減することができる。
According to a fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, the internal combustion engine includes an exhaust gas recirculation passage that communicates from the engine exhaust passage to the engine intake passage, and is discharged from the combustion chamber. When the oxygen concentration in the exhaust gas to be reduced is reduced, the exhaust gas recirculation is started through the exhaust recirculation passage, or the amount of exhaust gas recirculated through the exhaust recirculation passage is increased. It is supposed to be.
According to the fourth aspect of the invention, the oxygen concentration in the exhaust gas discharged from the combustion chamber can be easily reduced.

請求項5に記載の発明では請求項4に記載の発明において、上記内燃機関は排気ターボチャージャを具備していて、上記排気再循環通路は上記排気ターボチャージャのタービンよりも下流の機関排気通路から上記排気ターボチャージャのコンプレッサよりも上流の機関吸気通路へと連通している。   According to a fifth aspect of the present invention, in the fourth aspect of the present invention, the internal combustion engine includes an exhaust turbocharger, and the exhaust recirculation passage is from an engine exhaust passage downstream of a turbine of the exhaust turbocharger. The exhaust turbocharger communicates with the engine intake passage upstream of the compressor.

請求項5に記載の発明のようにすれば、排気再循環通路が排気ターボチャージャのタービンよりも上流の機関排気通路から排気ターボチャージャのコンプレッサよりも下流の機関吸気通路へと連通している場合に比べて低温の排気ガスを再循環することが出来るので、上記NOx吸蔵還元触媒からNOxを放出させ且つ還元して浄化するときにNOx吸蔵還元触媒が過昇温されるのをより確実に抑制することが出来る。また、より多量の排気ガスを再循環させることが出来るので燃焼室から排出される排気ガス中の酸素濃度をより低くすることが出来る。   According to the fifth aspect of the present invention, when the exhaust gas recirculation passage communicates from the engine exhaust passage upstream of the exhaust turbocharger turbine to the engine intake passage downstream of the exhaust turbocharger compressor. The exhaust gas at a lower temperature than the NOx can be recirculated, so that the NOx storage reduction catalyst is more reliably suppressed from being overheated when NOx is released from the NOx storage reduction catalyst and reduced and purified. I can do it. Further, since a larger amount of exhaust gas can be recirculated, the oxygen concentration in the exhaust gas discharged from the combustion chamber can be further reduced.

請求項6に記載の発明では請求項4または5に記載の発明において、燃焼室から排出される排気ガス中の酸素濃度を低減する場合には、上記内燃機関の燃料噴射圧を高圧化する制御と、燃料噴射時期を進角する制御と、筒内流入空気の気流を強化する制御のうちの少なくとも一つが実施されるようになっている。   The invention according to claim 6 is the control according to claim 4 or 5, wherein the fuel injection pressure of the internal combustion engine is increased when the oxygen concentration in the exhaust gas discharged from the combustion chamber is reduced. At least one of control for advancing the fuel injection timing and control for enhancing the airflow of the in-cylinder inflow air is performed.

排気ガスの再循環を開始することによって、もしくは再循環する排気ガスの量を増加せしめることによって燃焼室から排出される排気ガス中の酸素濃度を低減すると、燃焼が悪化してスモークの増加やトルク低下等が生じる恐れがある。一方、内燃機関の燃料噴射圧を高圧化すると燃料の霧化が促進されてより良好な燃焼が行われるようになる。また、燃料噴射時期を進角するとより長い混合時間が確保できるため燃料と空気の混合状態が向上されより良好な燃焼が行われるようになる。更に、筒内流入空気の気流を強化すると燃料と空気の混合が促進されて混合状態が向上されより良好な燃焼が行われるようになる。   Reducing the oxygen concentration in the exhaust gas exhausted from the combustion chamber by initiating exhaust gas recirculation or by increasing the amount of exhaust gas being recirculated reduces combustion and increases smoke and torque There is a risk of degradation. On the other hand, when the fuel injection pressure of the internal combustion engine is increased, atomization of the fuel is promoted and better combustion is performed. Further, when the fuel injection timing is advanced, a longer mixing time can be secured, so that the mixed state of fuel and air is improved and better combustion is performed. Further, if the airflow of the in-cylinder inflow air is strengthened, the mixing of fuel and air is promoted, the mixed state is improved, and better combustion is performed.

以上のようなことから、請求項6に記載の発明のようにすれば、排気ガスの再循環を開始することによって、もしくは再循環する排気ガスの量を増加せしめることによって燃焼室から排出される排気ガス中の酸素濃度を低減した場合に燃焼が悪化して生ずる恐れのあるスモークの増加やトルク低下等を抑制することが出来る。   As described above, according to the sixth aspect of the invention, exhaust gas is discharged from the combustion chamber by starting recirculation of exhaust gas or by increasing the amount of exhaust gas to be recirculated. When the oxygen concentration in the exhaust gas is reduced, it is possible to suppress an increase in smoke, a decrease in torque, or the like that may occur due to deterioration of combustion.

各請求項に記載の発明は、NOx吸蔵還元触媒上流の機関排気通路内にHC吸着酸化触媒が配置されていて、NOx吸蔵還元触媒からNOxを放出させ且つ還元して浄化すべきときにはHC吸着酸化触媒上流で排気ガス中に燃料が添加され、添加された燃料の一部がHC吸着酸化触媒において酸化される内燃機関の排気浄化装置において、上記NOx吸蔵還元触媒からNOxを放出させ且つ還元して浄化するときにNOx吸蔵還元触媒が過昇温されるのを抑制することができるという共通の効果を奏する。そしてその結果、その後にNOx吸蔵還元触媒によって排気ガス中のNOxを吸蔵して除去する場合においてNOx吸蔵還元触媒の温度が高いことが原因でNOx除去率が低下することが抑制され、NOxの外部への放出が増加するのを防ぐことができる。   In the invention described in each claim, when the HC adsorption oxidation catalyst is disposed in the engine exhaust passage upstream of the NOx storage reduction catalyst and NOx is released from the NOx storage reduction catalyst and should be reduced and purified, the HC adsorption oxidation In an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine in which fuel is added to exhaust gas upstream of the catalyst and a part of the added fuel is oxidized in the HC adsorption oxidation catalyst, NOx is released from the NOx storage reduction catalyst and reduced. There is a common effect that the NOx occlusion reduction catalyst can be prevented from being excessively heated during purification. As a result, when NOx in the exhaust gas is subsequently occluded and removed by the NOx occlusion reduction catalyst, the NOx occlusion reduction rate is suppressed from being lowered due to the high temperature of the NOx occlusion reduction catalyst, and the outside of the NOx It is possible to prevent an increase in release.

図1に本発明を適用した圧縮着火式内燃機関の全体図を示す。
図1を参照すると、1は機関本体、2は各気筒の燃焼室、3は各燃焼室2内に夫々燃料を噴射するための電子制御式燃料噴射弁、4は吸気マニホルド、5は排気マニホルドを夫々示す。吸気マニホルド4は吸気ダクト6を介して排気ターボチャージャ7のコンプレッサ7aの出口に連結され、コンプレッサ7aの入口はエアクリーナ8に連結される。吸気ダクト6内にはステップモータにより駆動されるスロットル弁9が配置され、更に吸気ダクト6周りには吸気ダクト6内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置(インタークーラ)10が配置される。本実施形態では機関冷却水がインタークーラ10内に導かれ、機関冷却水によって吸入空気が冷却される。
FIG. 1 shows an overall view of a compression ignition type internal combustion engine to which the present invention is applied.
Referring to FIG. 1, 1 is an engine body, 2 is a combustion chamber of each cylinder, 3 is an electronically controlled fuel injection valve for injecting fuel into each combustion chamber 2, 4 is an intake manifold, and 5 is an exhaust manifold. Respectively. The intake manifold 4 is connected to the outlet of the compressor 7 a of the exhaust turbocharger 7 through the intake duct 6, and the inlet of the compressor 7 a is connected to the air cleaner 8. A throttle valve 9 driven by a step motor is arranged in the intake duct 6, and a cooling device (intercooler) 10 for cooling intake air flowing in the intake duct 6 is arranged around the intake duct 6. . In this embodiment, engine cooling water is guided into the intercooler 10 and the intake air is cooled by the engine cooling water.

一方、排気マニホルド5は排気ターボチャージャ7の排気タービン7bの入口に連結され、排気タービン7bの出口は排気管11に連結される。排気マニホルド5には燃料を排気ガス中に添加するための燃料添加弁12が取付けられる。本実施形態ではこの燃料は軽油からなる。図1に示されるように排気管11には排気ガス中の有害成分、特にNOxを浄化するための後処理装置40が取付けられる。この後処理装置40では上流側にHC吸着酸化触媒42が配置され、その下流側にNOx吸蔵還元触媒43が配置される。   On the other hand, the exhaust manifold 5 is connected to the inlet of the exhaust turbine 7 b of the exhaust turbocharger 7, and the outlet of the exhaust turbine 7 b is connected to the exhaust pipe 11. The exhaust manifold 5 is provided with a fuel addition valve 12 for adding fuel to the exhaust gas. In this embodiment, the fuel is made of light oil. As shown in FIG. 1, a post-treatment device 40 for purifying harmful components in exhaust gas, particularly NOx, is attached to the exhaust pipe 11. In this post-treatment device 40, an HC adsorption / oxidation catalyst 42 is disposed on the upstream side, and a NOx storage reduction catalyst 43 is disposed on the downstream side thereof.

図1に示されているようにこの内燃機関では、後処理装置40の下流(より詳細にはNOx吸蔵還元触媒43の下流)の機関排気通路から排気ターボチャージャ7のコンプレッサ7aの上流の機関吸気通路へと連通する排気再循環(以下、EGRと称す)通路13が設けられており、EGR通路13内には電子制御式EGR制御弁14が配置される。また、EGR通路13周りにはEGR通路13内を流れるEGRガスを冷却するための冷却装置(EGRクーラ)15が配置される。本実施形態では機関冷却水がEGRクーラ15内に導かれ、機関冷却水によってEGRガスが冷却される。なお、他の実施形態においては、EGR通路13が機関排気通路としての排気マニホルド5から機関吸気通路としての吸気マニホルド4へと連通するように設けられていても良い。   As shown in FIG. 1, in this internal combustion engine, the engine intake air upstream of the compressor 7a of the exhaust turbocharger 7 from the engine exhaust passage downstream of the aftertreatment device 40 (more specifically, downstream of the NOx storage reduction catalyst 43). An exhaust gas recirculation (hereinafter referred to as EGR) passage 13 communicating with the passage is provided, and an electronically controlled EGR control valve 14 is disposed in the EGR passage 13. A cooling device (EGR cooler) 15 for cooling the EGR gas flowing in the EGR passage 13 is disposed around the EGR passage 13. In the present embodiment, the engine cooling water is guided into the EGR cooler 15 and the EGR gas is cooled by the engine cooling water. In another embodiment, the EGR passage 13 may be provided so as to communicate from the exhaust manifold 5 as the engine exhaust passage to the intake manifold 4 as the engine intake passage.

一方、各燃料噴射弁3は燃料供給管16を介してコモンレール17に連結される。このコモンレール17内へは電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ18から燃料が供給され、コモンレール17内に供給された燃料は各燃料供給管16を介して燃料噴射弁3に供給される。   On the other hand, each fuel injection valve 3 is connected to a common rail 17 through a fuel supply pipe 16. Fuel is supplied into the common rail 17 from an electronically controlled fuel pump 18 with variable discharge amount, and the fuel supplied into the common rail 17 is supplied to the fuel injection valve 3 through each fuel supply pipe 16.

電子制御ユニット20はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス21によって互いに接続されたROM(リードオンリメモリ)22、RAM(ランダムアクセスメモリ)23、CPU(マイクロプロセッサ)24、入力ポート25および出力ポート26を具備する。図1に示されるようにアクセルペダル30にはアクセルペダル30の踏込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ31が接続され、負荷センサ31の出力電圧は対応するAD変換器27を介して入力ポート25に入力される。更に入力ポート25にはクランクシャフトが例えば15°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ32が接続される。一方、出力ポート26は対応する駆動回路28を介して燃料噴射弁3、スロットル弁9駆動用ステップモータ、燃料添加弁12、EGR制御弁14および燃料ポンプ18に接続される。   The electronic control unit 20 comprises a digital computer and is connected to each other by a bidirectional bus 21. A ROM (read only memory) 22, a RAM (random access memory) 23, a CPU (microprocessor) 24, an input port 25 and an output port 26 are connected. It comprises. As shown in FIG. 1, a load sensor 31 that generates an output voltage proportional to the depression amount of the accelerator pedal 30 is connected to the accelerator pedal 30, and the output voltage of the load sensor 31 is input via a corresponding AD converter 27. Input to port 25. Further, a crank angle sensor 32 that generates an output pulse every time the crankshaft rotates, for example, 15 ° is connected to the input port 25. On the other hand, the output port 26 is connected to the fuel injection valve 3, the step motor for driving the throttle valve 9, the fuel addition valve 12, the EGR control valve 14, and the fuel pump 18 through corresponding drive circuits 28.

次に図1に示されているHC吸着酸化触媒42について説明する。図2はHC吸着酸化触媒42の側面断面図を示している。図2に示されるようにHC吸着酸化触媒42はハニカム構造をなしており、真直ぐに延びる複数個の排気ガス流通路73を具備する。本実施形態において、このHC吸着酸化触媒42はゼオライトのような細孔構造をもつ比表面積の大きな材料から構成されており、図2に示すHC吸着酸化触媒73の基体はゼオライトの一種であるモルデナイトからなる。HC吸着酸化触媒42の表面は凹凸した粗い表面形状を呈しており、この粗い表面形状を有する表面上には多数の細孔が形成されていると共に白金Ptからなる貴金属触媒が分散して担持されている。このHC吸着酸化触媒42は、排気ガス中に含まれる炭化水素、すなわちHCを吸着し且つ酸化する作用を有する。   Next, the HC adsorption oxidation catalyst 42 shown in FIG. 1 will be described. FIG. 2 shows a side sectional view of the HC adsorption oxidation catalyst 42. As shown in FIG. 2, the HC adsorption oxidation catalyst 42 has a honeycomb structure and includes a plurality of exhaust gas flow passages 73 extending straight. In this embodiment, the HC adsorption oxidation catalyst 42 is made of a material having a large specific surface area having a pore structure such as zeolite, and the base of the HC adsorption oxidation catalyst 73 shown in FIG. 2 is mordenite which is a kind of zeolite. Consists of. The surface of the HC adsorption oxidation catalyst 42 has an uneven rough surface shape, and a large number of pores are formed on the surface having the rough surface shape, and a precious metal catalyst made of platinum Pt is dispersed and supported. ing. The HC adsorption oxidation catalyst 42 has an action of adsorbing and oxidizing hydrocarbons contained in the exhaust gas, that is, HC.

次にHC吸着酸化触媒42の下流側に配置されているNOx吸蔵還元触媒43について説明する。このNOx吸蔵還元触媒43は三次元網目構造のモノリス担体或いはペレット状担体上に担持されているか、またはハニカム構造をなすパティキュレートフィルタ上に担持されている。このようにNOx吸蔵還元触媒43は種々の担体上に担持させることができるが、以下NOx吸蔵還元触媒43をパティキュレートフィルタ上に担持した場合について説明する。   Next, the NOx storage reduction catalyst 43 disposed on the downstream side of the HC adsorption oxidation catalyst 42 will be described. The NOx occlusion reduction catalyst 43 is supported on a monolithic carrier or pellet-like carrier having a three-dimensional network structure, or is supported on a particulate filter having a honeycomb structure. As described above, the NOx storage reduction catalyst 43 can be supported on various carriers. Hereinafter, the case where the NOx storage reduction catalyst 43 is supported on the particulate filter will be described.

図3(A)および(B)はNOx吸蔵還元触媒43を担持したパティキュレートフィルタ43aの構造を示している。なお、図3(A)はパティキュレートフィルタ43aの正面図を示しており、図3(B)はパティキュレートフィルタ43aの側面断面図を示している。図3(A)および(B)に示されるようにパティキュレートフィルタ43aはハニカム構造をなしており、互いに平行をなして延びる複数個の排気流通路60,61を具備する。これら排気流通路は下流端が栓62により閉塞された排気ガス流入通路60と、上流端が栓63により閉塞された排気ガス流出通路61とにより構成される。なお、図3(A)においてハッチングを付した部分は栓63を示している。従って排気ガス流入通路60および排気ガス流出通路61は薄肉の隔壁64を介して交互に配置される。言い換えると排気ガス流入通路60および排気ガス流出通路61は各排気ガス流入通路60が4つの排気ガス流出通路61によって包囲され、各排気ガス流出通路61が4つの排気ガス流入通路60によって包囲されるように配置される。   3A and 3B show the structure of the particulate filter 43a carrying the NOx storage reduction catalyst 43. FIG. 3A shows a front view of the particulate filter 43a, and FIG. 3B shows a side sectional view of the particulate filter 43a. As shown in FIGS. 3A and 3B, the particulate filter 43a has a honeycomb structure and includes a plurality of exhaust flow passages 60 and 61 extending in parallel with each other. These exhaust flow passages include an exhaust gas inflow passage 60 whose downstream end is closed by a plug 62 and an exhaust gas outflow passage 61 whose upstream end is closed by a plug 63. In addition, the hatched part in FIG. Therefore, the exhaust gas inflow passages 60 and the exhaust gas outflow passages 61 are alternately arranged via the thin partition walls 64. In other words, in the exhaust gas inflow passage 60 and the exhaust gas outflow passage 61, each exhaust gas inflow passage 60 is surrounded by four exhaust gas outflow passages 61, and each exhaust gas outflow passage 61 is surrounded by four exhaust gas inflow passages 60. Are arranged as follows.

パティキュレートフィルタ43aは例えばコージライトのような多孔質材料から形成されており、従って排気ガス流入通路60内に流入した排気ガスは図3(B)において矢印で示されるように周囲の隔壁64内を通って隣接する排気ガス流出通路61内に流出する。   The particulate filter 43a is made of, for example, a porous material such as cordierite. Therefore, the exhaust gas flowing into the exhaust gas inflow passage 60 is contained in the surrounding partition wall 64 as indicated by an arrow in FIG. Through the exhaust gas outflow passage 61 adjacent thereto.

このようにNOx吸蔵還元触媒43をパティキュレートフィルタ43a上に担持させた場合には、各排気ガス流入通路60および各排気ガス流出通路61の周壁面、即ち各隔壁64の両側表面上および隔壁64内の細孔内壁面上には例えばアルミナからなる触媒担体が担持されており、図4(A)および(B)はこの触媒担体70の表面部分の断面を図解的に示している。図4(A)および(B)に示されるように触媒担体70の表面上には貴金属触媒71が分散して担持されており、更に触媒担体70の表面上にはNOx吸収剤72の層が形成されている。   When the NOx storage reduction catalyst 43 is thus supported on the particulate filter 43a, the peripheral wall surfaces of the exhaust gas inflow passages 60 and the exhaust gas outflow passages 61, that is, on both side surfaces of the partition walls 64 and the partition walls 64 are used. A catalyst carrier made of alumina, for example, is supported on the inner wall surfaces of the pores, and FIGS. 4A and 4B schematically show a cross section of the surface portion of the catalyst carrier 70. As shown in FIGS. 4A and 4B, a noble metal catalyst 71 is dispersedly supported on the surface of the catalyst carrier 70, and a layer of NOx absorbent 72 is further provided on the surface of the catalyst carrier 70. Is formed.

本実施形態では貴金属触媒71として白金Ptが用いられており、NOx吸収剤72を構成する成分としては例えばカリウムK、ナトリウムNa、セシウムCsのようなアルカリ金属、バリウムBa、カルシウムCaのようなアルカリ土類、ランタンLa、イットリウムYのような希土類から選ばれた少なくとも一つが用いられている。   In this embodiment, platinum Pt is used as the noble metal catalyst 71, and the components constituting the NOx absorbent 72 are, for example, alkali metals such as potassium K, sodium Na, and cesium Cs, and alkalis such as barium Ba and calcium Ca. At least one selected from earth, lanthanum La, and rare earth such as yttrium Y is used.

機関吸気通路、燃焼室2およびNOx吸蔵還元触媒43上流の排気通路内に供給された空気および燃料(炭化水素)の比を排気ガスの空燃比と称すると、NOx吸収剤72は排気ガスの空燃比がリーンのときにはNOxを吸収し、排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸収したNOxを放出するNOxの吸放出作用を行う。   When the ratio of air and fuel (hydrocarbon) supplied into the engine intake passage, the combustion chamber 2 and the exhaust passage upstream of the NOx occlusion reduction catalyst 43 is referred to as the air-fuel ratio of the exhaust gas, the NOx absorbent 72 is exhausted from the exhaust gas. When the fuel ratio is lean, NOx is absorbed, and when the oxygen concentration in the exhaust gas decreases, the NOx is absorbed and released to release the absorbed NOx.

即ち、NOx吸収剤72を構成する成分としてバリウムBaを用いた場合を例にとって説明すると、排気ガスの空燃比がリーンのとき、即ち排気ガス中の酸素濃度が高いときには排気ガス中に含まれるNOは図4(A)に示されるように白金Pt71上において酸化されてNO2となり、次いでNOx吸収剤72内に吸収されて酸化バリウムBaOと結合しながら硝酸イオンNO3 -の形でNOx吸収剤72内に拡散する。このようにしてNOxがNOx吸収剤72内に吸収される。排気ガス中の酸素濃度が高い限り白金Pt71の表面でNO2が生成され、NOx吸収剤72のNOx吸収能力が飽和しない限りNO2がNOx吸収剤72内に吸収されて硝酸イオンNO3 -が生成される。 That is, the case where barium Ba is used as a component constituting the NOx absorbent 72 will be described as an example. When the air-fuel ratio of the exhaust gas is lean, that is, when the oxygen concentration in the exhaust gas is high, the NO contained in the exhaust gas 4A is oxidized on platinum Pt 71 to become NO 2 as shown in FIG. 4 (A), and then is absorbed into the NOx absorbent 72 and combined with barium oxide BaO to form a NOx absorbent in the form of nitrate ions NO 3 −. It diffuses into 72. In this way, NOx is absorbed into the NOx absorbent 72. As long as the oxygen concentration in the exhaust gas is high, NO 2 is generated on the surface of the platinum Pt 71. As long as the NOx absorption capacity of the NOx absorbent 72 is not saturated, NO 2 is absorbed in the NOx absorbent 72 and nitrate ions NO 3 are generated. Generated.

これに対し、排気ガスの空燃比がリッチ或いは理論空燃比にされると排気ガス中の酸素濃度が低下するために反応が逆方向(NO3 -→NO2)に進み、斯くして図4(B)に示されるようにNOx吸収剤72内の硝酸イオンNO3 -がNO2の形でNOx吸収剤72から放出される。次いで放出されたNOxは排気ガス中に含まれる未燃HC,COによって還元され浄化される。すなわち未燃HC,COが還元剤として作用してNOxは窒素N2へと還元される。 On the other hand, when the air-fuel ratio of the exhaust gas is rich or stoichiometric, the oxygen concentration in the exhaust gas decreases, so that the reaction proceeds in the reverse direction (NO 3 → NO 2 ). As shown in (B), nitrate ions NO 3 in the NOx absorbent 72 are released from the NOx absorbent 72 in the form of NO 2 . Next, the released NOx is reduced and purified by unburned HC and CO contained in the exhaust gas. That is, unburned HC and CO act as a reducing agent, and NOx is reduced to nitrogen N 2 .

このように排気ガスの空燃比がリーンであるとき、即ちリーン空燃比のもとで燃焼が行われているときには排気ガス中のNOxがNOx吸収剤72内に吸収される。しかしながらリーン空燃比のもとでの燃焼が継続して行われるとその間にNOx吸収剤72のNOx吸収能力が飽和してしまい、斯くしてNOx吸収剤72によりNOxを吸収できなくなってしまう。そこで本実施形態ではNOx吸収剤72の吸収能力が飽和する前に燃料添加弁12から燃料を添加することによって排気ガスの空燃比を一時的にリッチにし、それによってNOx吸収剤72からNOxを放出させ且つ還元して浄化するようにしている。   Thus, when the air-fuel ratio of the exhaust gas is lean, that is, when combustion is performed under the lean air-fuel ratio, NOx in the exhaust gas is absorbed into the NOx absorbent 72. However, if combustion under a lean air-fuel ratio is continuously performed, the NOx absorbent capacity of the NOx absorbent 72 is saturated during that time, and therefore the NOx absorbent 72 cannot absorb NOx. Therefore, in this embodiment, the air-fuel ratio of the exhaust gas is temporarily made rich by adding fuel from the fuel addition valve 12 before the absorption capacity of the NOx absorbent 72 is saturated, thereby releasing NOx from the NOx absorbent 72. And reduce and purify.

ところで、上述したようなNOx吸収剤72を含むNOx吸蔵還元触媒43を使用して排気ガス中のNOxを吸蔵して除去する場合、上記NOx吸蔵還元触媒43の温度が特定の温度範囲にある場合において排気ガス中から除去されるNOxの割合であるNOx除去率(=(流入排気ガス中のNOx量−流出排気ガス中のNOx量)/流入排気ガス中のNOx量)が高くなる。これは上記NOx吸蔵還元触媒43の温度がこの特定温度範囲内にある時に、上述したNOx吸蔵還元触媒43によるNOxの吸蔵、放出及び還元というプロセス全体が活性化されるためである。   By the way, when the NOx occlusion reduction catalyst 43 including the NOx absorbent 72 as described above is used to occlude and remove NOx in the exhaust gas, the temperature of the NOx occlusion reduction catalyst 43 is in a specific temperature range. The NOx removal rate (= (NOx amount in inflowing exhaust gas−NOx amount in outflowing exhaust gas) / NOx amount in inflowing exhaust gas), which is the ratio of NOx removed from the exhaust gas, becomes high. This is because when the temperature of the NOx occlusion reduction catalyst 43 is within this specific temperature range, the entire process of NOx occlusion, release and reduction by the NOx occlusion reduction catalyst 43 is activated.

図5はNOx吸蔵還元触媒43の温度TcとNOx吸蔵還元触媒43によるNOx除去率Lとの関係を示した図の一例であるが、この図によればNOx吸蔵還元触媒43によるNOx除去率LはNOx吸蔵還元触媒43の温度Tcが下限温度Tckと上限温度Tcjとの間の温度範囲Xにあるときに良好となる。なおここで、上記下限温度Tckは250℃から300℃の間の温度であり、上記上限温度Tcjは350℃から400℃の間の温度である。   FIG. 5 is an example of a graph showing the relationship between the temperature Tc of the NOx storage reduction catalyst 43 and the NOx removal rate L by the NOx storage reduction catalyst 43. According to this diagram, the NOx removal rate L by the NOx storage reduction catalyst 43 is shown. Becomes better when the temperature Tc of the NOx storage reduction catalyst 43 is in the temperature range X between the lower limit temperature Tck and the upper limit temperature Tcj. Here, the lower limit temperature Tck is a temperature between 250 ° C. and 300 ° C., and the upper limit temperature Tcj is a temperature between 350 ° C. and 400 ° C.

そして、このようにNOx吸蔵還元触媒43を使用した場合には特定の温度範囲XにおいてNOxの除去率Lが高くなるので、上記NOx吸蔵還元触媒43を使用して排気ガス中のNOxを除去する場合には、NOx吸蔵還元触媒43の温度を上記特定温度範囲X内に維持することが望ましい。   When the NOx occlusion reduction catalyst 43 is used in this way, the NOx removal rate L increases in a specific temperature range X. Therefore, the NOx occlusion reduction catalyst 43 is used to remove NOx in the exhaust gas. In this case, it is desirable to maintain the temperature of the NOx storage reduction catalyst 43 within the specific temperature range X.

一方、本実施形態のようにNOx吸蔵還元触媒43の上流側にHC吸着酸化触媒42が配置されている場合において、NOx吸蔵還元触媒43からNOxを放出させ還元すべく(すなわち、NOx吸蔵還元触媒43に流入する排気ガスの空燃比をリッチにするために)HC吸着酸化触媒42の上流に設けられた燃料添加弁12から排気ガス中に燃料が添加される場合には、添加された燃料の一部がHC吸着酸化触媒42において酸化される。そしてこれにより排気ガス中の酸素濃度が低減されると共に、酸化反応によって排気ガスの温度が上昇し、結果としてNOx吸蔵還元触媒43の温度Tcが上昇することになる。   On the other hand, when the HC adsorption oxidation catalyst 42 is disposed upstream of the NOx storage reduction catalyst 43 as in the present embodiment, NOx should be released and reduced from the NOx storage reduction catalyst 43 (that is, the NOx storage reduction catalyst). When the fuel is added to the exhaust gas from the fuel addition valve 12 provided upstream of the HC adsorption oxidation catalyst 42 (in order to make the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the engine 43 rich), A part is oxidized in the HC adsorption oxidation catalyst 42. As a result, the oxygen concentration in the exhaust gas is reduced, and the temperature of the exhaust gas rises due to the oxidation reaction. As a result, the temperature Tc of the NOx storage reduction catalyst 43 rises.

このことは、NOx吸蔵還元触媒43の温度Tcが上記特定温度範囲Xよりも低い場合、すなわち上記下限温度Tckより低い場合には好都合であるが、NOx吸蔵還元触媒43の温度Tcが例えば上記特定温度範囲Xの中の高温側にある場合等には上記温度上昇によってNOx吸蔵還元触媒の温度Tcが上記特定温度範囲Xから外れてしまい、その後に排気ガスの空燃比がリーンとなってNOx吸蔵還元触媒43によってNOxを吸蔵して除去する場合においてNOx吸蔵還元触媒43の温度Tcが高いことが原因でNOx除去率Lが低下しNOxが外部へ放出されてしまう可能性を増してしまう恐れがある。   This is convenient when the temperature Tc of the NOx storage reduction catalyst 43 is lower than the specific temperature range X, that is, when it is lower than the lower limit temperature Tck. However, the temperature Tc of the NOx storage reduction catalyst 43 is, for example, the specific specification For example, when the temperature is higher in the temperature range X, the temperature Tc of the NOx occlusion reduction catalyst deviates from the specific temperature range X due to the temperature rise, and thereafter the air-fuel ratio of the exhaust gas becomes lean and the NOx occlusion is performed. When NOx is occluded and removed by the reduction catalyst 43, the NOx removal rate L may decrease due to the high temperature Tc of the NOx occlusion reduction catalyst 43, and the possibility that NOx is released to the outside may increase. is there.

そこで、本実施形態では以下で説明するような特別な制御を行い、上記NOx吸蔵還元触媒43からNOxを放出させ且つ還元して浄化するときにNOx吸蔵還元触媒43が過昇温されるのを抑制するようにしている。この制御はすなわち、上記NOx吸蔵還元触媒43からNOxを放出させ且つ還元して浄化すべきときに上記燃料添加弁12から燃料を添加する場合には、添加する燃料の量と共に燃焼室2から排出される排気ガス中の酸素濃度を制御して上記NOx吸蔵還元触媒43の温度Tcが予め定めた上限温度Tcjより高くならないようにしつつ上記NOx吸蔵還元触媒43に流入する排気ガスの空燃比を目標空燃比(すなわち、予め定めたリッチ空燃比)にするというものである。   Therefore, in the present embodiment, special control as described below is performed to release the NOx from the NOx occlusion reduction catalyst 43 and reduce the NOx occlusion reduction catalyst 43 when it is purified by reduction. I try to suppress it. That is, when the fuel is added from the fuel addition valve 12 when NOx is released from the NOx occlusion reduction catalyst 43 and reduced and purified, it is discharged from the combustion chamber 2 together with the amount of fuel to be added. By controlling the oxygen concentration in the exhaust gas to be controlled so that the temperature Tc of the NOx storage reduction catalyst 43 does not become higher than the predetermined upper limit temperature Tcj, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx storage reduction catalyst 43 is targeted. The air-fuel ratio (that is, a predetermined rich air-fuel ratio) is set.

以下、この制御について図6を参照しつつ具体的に説明する。図6はこの制御を実施するための制御ルーチンを示すフローチャートである。本制御ルーチンは電子制御ユニット20により一定時間毎の割込みによって実施される。   Hereinafter, this control will be specifically described with reference to FIG. FIG. 6 is a flowchart showing a control routine for carrying out this control. This control routine is executed by the electronic control unit 20 by interruption every predetermined time.

この制御ルーチンがスタートすると、まずステップ101においてNOxの放出及び還元を行う要求が有るか否か、すなわち上記NOx吸蔵還元触媒43からNOxを放出させ且つ還元して浄化すべきときであるか否かが判定される。つまり例えば、リーン空燃比のもとでの燃焼が継続して行われ、NOx吸収剤72のNOx吸収能力が飽和に近づいている場合等にはNOxの放出及び還元を行う要求があると判定される。   When this control routine starts, it is first determined in step 101 whether or not there is a request to release and reduce NOx, that is, whether or not it is time to release NOx from the NOx storage reduction catalyst 43 and reduce and reduce it. Is determined. That is, for example, when the combustion under the lean air-fuel ratio is continuously performed and the NOx absorption capacity of the NOx absorbent 72 is approaching saturation, it is determined that there is a request to release and reduce NOx. The

ステップ101においてNOxの放出及び還元を行う要求が無いと判定された場合には本制御ルーチンは終了し、NOxの放出及び還元を行う要求が有ると判定された場合にはステップ103に進む。ステップ103ではそのときの機関運転状態における排気ガス温度Texが推定される。この排気ガス温度Texの推定は、例えば排気ガス温度を測定する排気温センサ(図示なし)を機関排気通路(例えば、HC吸着酸化触媒42の直上流等)に設けておき、それを用いて行うようにしても良いが、本実施形態では機関運転状態から上記排気ガス温度Texを求めるマップを予め作成しておき、それに基づいて行うようにしている。すなわち例えば機関回転数と、機関回転数及びアクセル踏込み量から定まる要求トルクとに基づいて上記排気ガス温度Texが求められるマップを予め作成しておき、それに基づいて推定するようにする。   When it is determined in step 101 that there is no request to release and reduce NOx, the present control routine ends. When it is determined that there is a request to release and reduce NOx, the process proceeds to step 103. In step 103, the exhaust gas temperature Tex in the engine operating state at that time is estimated. The exhaust gas temperature Tex is estimated using, for example, an exhaust temperature sensor (not shown) for measuring the exhaust gas temperature provided in the engine exhaust passage (for example, immediately upstream of the HC adsorption oxidation catalyst 42). However, in the present embodiment, a map for obtaining the exhaust gas temperature Tex from the engine operating state is created in advance and is performed based on the map. That is, for example, a map for obtaining the exhaust gas temperature Tex based on the engine speed and the required torque determined from the engine speed and the accelerator depression amount is created in advance and estimated based on the map.

ステップ103において上記排気ガス温度Texが推定されるとステップ105に進む。ステップ105ではそのときの機関運転状態において上記NOx吸蔵還元触媒43に流入する排気ガスの空燃比を予め定めた目標空燃比(すなわち、予め定めたリッチ空燃比)にするために上記燃料添加弁12から添加することが必要な燃料の量Qarが推定される。本実施形態においてこの添加燃料量Qarの推定は、機関運転状態から上記添加燃料量Qarを求めるマップを予め作成しておき、それに基づいて行うようにしている。すなわち例えば機関回転数と要求トルクとに基づいて上記添加燃料量Qarを求めることのできるマップを予め作成しておき、それに基づいて推定するようにする。   When the exhaust gas temperature Tex is estimated at step 103, the routine proceeds to step 105. In step 105, the fuel addition valve 12 is used to set the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx storage reduction catalyst 43 to a predetermined target air-fuel ratio (that is, a predetermined rich air-fuel ratio) in the engine operating state at that time. The amount of fuel Qar that needs to be added from is estimated. In the present embodiment, the estimation of the added fuel amount Qar is performed based on a map obtained in advance for obtaining the added fuel amount Qar from the engine operating state. That is, for example, a map capable of obtaining the added fuel amount Qar based on the engine speed and the required torque is prepared in advance and estimated based on the map.

ステップ105において上記添加燃料量Qarが推定されるとステップ107に進む。ステップ107ではそのときの機関運転状態において上記燃料添加弁12からステップ105において求められた上記添加燃料量Qarの燃料が添加された場合のNOx吸蔵還元触媒43の温度Tcfが推定される。本実施形態においてこのNOx吸蔵還元触媒43の温度Tcfの推定は、排気ガス温度と、上記燃料添加弁12から添加される燃料の量と、機関運転状態とから上記温度Tcfを求めるマップを予め作成しておき、それに基づいて行うようにしている。すなわち、このマップに基づいて、ステップ103において求められた上記排気ガス温度Texと、ステップ105において求められた上記添加燃料量Qarと、そのときの機関回転数及び要求トルクとから上記温度Tcfが推定される。   When the added fuel amount Qar is estimated at step 105, the routine proceeds to step 107. In step 107, the temperature Tcf of the NOx occlusion reduction catalyst 43 when the fuel of the added fuel amount Qar obtained in step 105 is added from the fuel addition valve 12 in the engine operating state at that time is estimated. In this embodiment, the temperature Tcf of the NOx occlusion reduction catalyst 43 is estimated in advance by creating a map for obtaining the temperature Tcf from the exhaust gas temperature, the amount of fuel added from the fuel addition valve 12, and the engine operating state. Aside from that, it is based on that. That is, based on this map, the temperature Tcf is estimated from the exhaust gas temperature Tex obtained in step 103, the added fuel amount Qar obtained in step 105, and the engine speed and required torque at that time. Is done.

ステップ107において上記NOx吸蔵還元触媒43の温度Tcfが推定されるとステップ109に進む。ステップ109では、ステップ107で推定された上記NOx吸蔵還元触媒43の温度Tcfが予め定めた上限温度Tcj以下であるか否かが判定される。なお、ここで判定基準として用いられる上限温度Tcjは、図5を参照して先に説明した上記NOx吸蔵還元触媒43によるNOx還元浄化率Lが良好となる特定温度範囲Xの上限温度Tcjである。   When the temperature Tcf of the NOx storage reduction catalyst 43 is estimated at step 107, the routine proceeds to step 109. In step 109, it is determined whether or not the temperature Tcf of the NOx storage reduction catalyst 43 estimated in step 107 is equal to or lower than a predetermined upper limit temperature Tcj. Here, the upper limit temperature Tcj used as a determination criterion is the upper limit temperature Tcj of the specific temperature range X where the NOx reduction purification rate L by the NOx occlusion reduction catalyst 43 described above with reference to FIG. .

ステップ109においてステップ107で推定された上記NOx吸蔵還元触媒43の温度Tcfが予め定めた上限温度Tcj以下であると判定された場合には、ステップ111に進む。ステップ111では上記燃料添加弁12から燃料を添加する燃料添加制御が実施される。そしてこのときの目標添加燃料量はステップ105で求められた添加燃料量Qarである。   If it is determined in step 109 that the temperature Tcf of the NOx storage reduction catalyst 43 estimated in step 107 is equal to or lower than a predetermined upper limit temperature Tcj, the process proceeds to step 111. In step 111, fuel addition control for adding fuel from the fuel addition valve 12 is performed. The target added fuel amount at this time is the added fuel amount Qar obtained in step 105.

すなわち、ステップ109においてステップ107で推定された上記NOx吸蔵還元触媒43の温度Tcfが予め定めた上限温度Tcj以下であると判定される場合は、上記添加燃料量Qarの燃料を上記燃料添加弁12から添加しても上記NOx吸蔵還元触媒43の温度Tcfが上記上限温度Tcjより高くならない場合であり、上記NOx吸蔵還元触媒43の温度Tcfが上記特定温度範囲Xから外れない場合である。したがって、この場合には、ステップ105で求められた添加燃料量Qarの燃料をそのまま添加することによって上記NOx吸蔵還元触媒43に流入する排気ガスの空燃比を予め定めた目標空燃比(すなわち、予め定めたリッチ空燃比)にし、上記NOx吸蔵還元触媒43からNOxを放出させ且つ還元して浄化するようにする。ステップ111で燃料添加制御が実施されると本制御ルーチンは終了する。   That is, when it is determined in step 109 that the temperature Tcf of the NOx storage reduction catalyst 43 estimated in step 107 is equal to or lower than a predetermined upper limit temperature Tcj, the fuel of the added fuel amount Qar is supplied to the fuel addition valve 12. This is a case where the temperature Tcf of the NOx occlusion reduction catalyst 43 does not become higher than the upper limit temperature Tcj even when the NOx occlusion reduction catalyst 43 is added, and the temperature Tcf of the NOx occlusion reduction catalyst 43 does not deviate from the specific temperature range X. Therefore, in this case, by adding the fuel of the added fuel amount Qar obtained in step 105 as it is, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx storage reduction catalyst 43 is set to a predetermined target air-fuel ratio (that is, in advance The determined rich air-fuel ratio is reduced, and NOx is released from the NOx occlusion reduction catalyst 43 and is reduced and purified. When the fuel addition control is performed in step 111, this control routine ends.

一方、ステップ109においてステップ107で推定された上記NOx吸蔵還元触媒43の温度Tcfが予め定めた上限温度Tcjより高いと判定された場合には、ステップ113に進む。ステップ113では上記燃料添加弁12から添加した場合に上記NOx吸蔵還元触媒43の温度が上記上限温度Tcj以下になると推定される燃料の量Qasが推定される。本実施形態においてこの添加燃料量Qasの推定は、排気ガス温度と、機関運転状態とから上記添加燃料量Qasを求めるマップを予め作成しておき、それに基づいて行うようにしている。   On the other hand, if it is determined in step 109 that the temperature Tcf of the NOx storage reduction catalyst 43 estimated in step 107 is higher than a predetermined upper limit temperature Tcj, the process proceeds to step 113. In step 113, the amount of fuel Qas estimated when the temperature of the NOx storage reduction catalyst 43 becomes equal to or lower than the upper limit temperature Tcj when added from the fuel addition valve 12 is estimated. In the present embodiment, the estimation of the added fuel amount Qas is performed based on a map obtained in advance for obtaining the added fuel amount Qas from the exhaust gas temperature and the engine operating state.

なおここで、この添加燃料量Qasは上記燃料添加弁12から添加した場合に上記NOx吸蔵還元触媒43の温度が上記上限温度Tcjになると推定される燃料の量としても良いし、あるいは上記NOx吸蔵還元触媒43の温度が上記上限温度Tcjよりも所定温度(例えば10℃)だけ低くなると推定される燃料の量としても良い。   Here, the added fuel amount Qas may be the amount of fuel estimated that the temperature of the NOx occlusion reduction catalyst 43 reaches the upper limit temperature Tcj when added from the fuel addition valve 12, or the NOx occlusion. The amount of fuel estimated that the temperature of the reduction catalyst 43 is lower than the upper limit temperature Tcj by a predetermined temperature (for example, 10 ° C.) may be used.

また、この添加燃料量Qasは、通常は上記添加燃料量Qarよりも少なくなる。すなわち、ステップ109においてステップ107で推定された上記NOx吸蔵還元触媒43の温度Tcfが予め定めた上限温度Tcjより高いと判定される場合は、上記添加燃料量Qarの燃料を上記燃料添加弁12から添加すると上記NOx吸蔵還元触媒43の温度Tcfが上記上限温度Tcjよりも高くなる場合であり、上記NOx吸蔵還元触媒43の温度Tcfが上記特定温度範囲Xから外れてしまう場合である。したがって、この場合には、ステップ105で求められた添加燃料量Qarよりも少ない燃料量(すなわち、上記添加燃料量Qas)の燃料を添加するようにして上記NOx吸蔵還元触媒43の温度上昇を抑制し、上記NOx吸蔵還元触媒43の温度Tcが上記特定温度範囲Xから外れないようにする必要があるのである。   The added fuel amount Qas is usually smaller than the added fuel amount Qar. That is, when it is determined in step 109 that the temperature Tcf of the NOx storage reduction catalyst 43 estimated in step 107 is higher than a predetermined upper limit temperature Tcj, fuel of the added fuel amount Qar is supplied from the fuel addition valve 12. When added, the temperature Tcf of the NOx occlusion reduction catalyst 43 becomes higher than the upper limit temperature Tcj, and the temperature Tcf of the NOx occlusion reduction catalyst 43 deviates from the specific temperature range X. Accordingly, in this case, the temperature increase of the NOx occlusion reduction catalyst 43 is suppressed by adding a fuel amount smaller than the added fuel amount Qar obtained in step 105 (that is, the added fuel amount Qas). Therefore, it is necessary to prevent the temperature Tc of the NOx storage reduction catalyst 43 from deviating from the specific temperature range X.

ステップ113において上記添加燃料量Qasが推定されるとステップ115に進む。ステップ115では上記添加燃料量Qasの燃料を上記燃料添加弁12から添加した場合に上記NOx吸蔵還元触媒43に流入する排気ガスの空燃比が上記目標空燃比(すなわち、予め定めたリッチ空燃比)になるようにする燃焼室2から排出される排気ガス中の酸素濃度Cosが推定される。すなわち、添加燃料量を低減しても上記目標空燃比を実現できるようにするためには燃焼室2から排出される排気ガス中の酸素濃度を低減する必要があるため、ここで上記添加燃料量Qasに対応する酸素濃度Cosを求めるようにしている。本実施形態においてこの酸素濃度Cosの推定は、上記添加燃料量Qasと、機関運転状態とから上記酸素濃度Cosを求めるマップを予め作成しておき、それに基づいて行うようにしている。   When the added fuel amount Qas is estimated at step 113, the routine proceeds to step 115. In step 115, when the fuel of the added fuel amount Qas is added from the fuel addition valve 12, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx storage reduction catalyst 43 is the target air-fuel ratio (that is, a predetermined rich air-fuel ratio). The oxygen concentration Cos in the exhaust gas discharged from the combustion chamber 2 is estimated. That is, since it is necessary to reduce the oxygen concentration in the exhaust gas discharged from the combustion chamber 2 in order to realize the target air-fuel ratio even if the amount of added fuel is reduced, the amount of added fuel is here. An oxygen concentration Cos corresponding to Qas is obtained. In the present embodiment, the estimation of the oxygen concentration Cos is performed based on a map in which the oxygen concentration Cos is obtained in advance from the added fuel amount Qas and the engine operating state.

ステップ115において上記酸素濃度Cosが推定されるとステップ117に進む。ステップ117では燃焼室2から排出される排気ガス中の酸素濃度を低減する酸素濃度低減制御が実施される。そしてこのときの目標酸素濃度はステップ115で求められた上記酸素濃度Cosである。なお、本実施形態において上記酸素濃度低減制御は、より具体的には上記EGR通路13を通した排気ガスの再循環を開始する、もしくは上記EGR通路13を通して再循環される排気ガスの量を増加することによって行われる。つまり、EGR制御弁14を制御して燃焼室2から排出される排気ガス中の酸素濃度が上記酸素濃度Cosになるようにする。   When the oxygen concentration Cos is estimated at step 115, the routine proceeds to step 117. In step 117, oxygen concentration reduction control for reducing the oxygen concentration in the exhaust gas discharged from the combustion chamber 2 is performed. The target oxygen concentration at this time is the oxygen concentration Cos obtained in step 115. In the present embodiment, the oxygen concentration reduction control more specifically starts the recirculation of exhaust gas through the EGR passage 13 or increases the amount of exhaust gas recirculated through the EGR passage 13. Is done by doing. That is, the EGR control valve 14 is controlled so that the oxygen concentration in the exhaust gas discharged from the combustion chamber 2 becomes the oxygen concentration Cos.

ステップ117に続いてはステップ119に進む。ステップ119では、ステップ117の酸素濃度低減制御により酸素濃度が低減された排気に同期させて上記燃料添加弁12から燃料を添加する燃料添加制御が実施される。このときの目標添加燃料量はステップ113で求められた添加燃料量Qasである。   Following step 117, control proceeds to step 119. In step 119, fuel addition control is performed in which fuel is added from the fuel addition valve 12 in synchronization with the exhaust gas whose oxygen concentration has been reduced by the oxygen concentration reduction control in step 117. The target added fuel amount at this time is the added fuel amount Qas obtained in step 113.

ステップ117の酸素濃度低減制御及びステップ119の燃料添加制御を実施することにより上記NOx吸蔵還元触媒43に流入する排気ガスの空燃比が予め定めた目標空燃比(すなわち、予め定めたリッチ空燃比)にされる。そしてこれにより上記NOx吸蔵還元触媒43からNOxが放出され且つ放出されたNOxが還元されて浄化される。また、このときNOx吸蔵還元触媒43の温度Tcは上記特定温度範囲X内に維持される(すなわち、NOx吸蔵還元触媒43が過昇温されるのが抑制される)。ステップ117及びステップ119の制御が実施されると本制御ルーチンは終了する。   By performing the oxygen concentration reduction control in step 117 and the fuel addition control in step 119, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx storage reduction catalyst 43 is set to a predetermined target air-fuel ratio (that is, a predetermined rich air-fuel ratio). To be. As a result, NOx is released from the NOx occlusion reduction catalyst 43, and the released NOx is reduced and purified. At this time, the temperature Tc of the NOx storage reduction catalyst 43 is maintained within the specific temperature range X (that is, the NOx storage reduction catalyst 43 is suppressed from being excessively heated). When the control of step 117 and step 119 is performed, this control routine ends.

以上、説明したように、図6に示した制御ルーチンを実施した場合、上記NOx吸蔵還元触媒43からNOxを放出させ且つ還元して浄化すべきときに、そのときの機関運転状態において上記NOx吸蔵還元触媒43に流入する排気ガスの空燃比を予め定めた目標空燃比にするために必要な量Qarの燃料を上記燃料添加弁12から添加した場合に上記NOx吸蔵還元触媒43の温度Tcが上記上限温度Tcjよりも高くなると推定される場合には、上記燃料添加弁12から添加した場合に上記NOx吸蔵還元触媒43の温度Tcが上記上限温度Tcj以下になると推定される燃料の量Qasが推定されて目標添加燃料量とされる。また同時に、同目標添加燃料量Qasの燃料を上記燃料添加弁12から添加した場合に上記NOx吸蔵還元触媒43に流入する排気ガスの空燃比が上記目標空燃比になる燃焼室2から排出される排気ガス中の酸素濃度Cosが推定されて目標酸素濃度とされる。そして、燃焼室2から排出される排気ガス中の酸素濃度が上記目標酸素濃度Cosへと低減されると共に上記燃料添加弁12から上記目標添加燃料量の燃料が添加される。   As described above, when the control routine shown in FIG. 6 is performed, when NOx is released from the NOx occlusion reduction catalyst 43 and should be reduced and purified, the NOx occlusion is performed in the engine operating state at that time. The temperature Tc of the NOx occlusion reduction catalyst 43 becomes higher when the fuel addition valve 12 adds an amount of fuel Qar required to bring the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the reduction catalyst 43 to a predetermined target air-fuel ratio. When it is estimated that the temperature is higher than the upper limit temperature Tcj, the amount of fuel Qas estimated that the temperature Tc of the NOx occlusion reduction catalyst 43 becomes lower than the upper limit temperature Tcj when added from the fuel addition valve 12 is estimated. To the target added fuel amount. At the same time, when fuel of the same target added fuel amount Qas is added from the fuel addition valve 12, the exhaust gas flowing into the NOx storage reduction catalyst 43 is discharged from the combustion chamber 2 where the air-fuel ratio becomes the target air-fuel ratio. The oxygen concentration Cos in the exhaust gas is estimated and set as the target oxygen concentration. Then, the oxygen concentration in the exhaust gas discharged from the combustion chamber 2 is reduced to the target oxygen concentration Cos, and the fuel of the target added fuel amount is added from the fuel addition valve 12.

また、図6に示した制御ルーチンを実施した場合、上記NOx吸蔵還元触媒43からNOxを放出させ且つ還元して浄化すべきときに、そのときの機関運転状態において上記NOx吸蔵還元触媒43に流入する排気ガスの空燃比を上記目標空燃比にするために必要な量Qarの燃料を上記燃料添加弁12から添加した場合に上記NOx吸蔵還元触媒43の温度Tcが上記上限温度Tcjよりも高くなると推定される場合には、燃焼室2から排出される排気ガス中の酸素濃度が低減されて上記NOx吸蔵還元触媒43に流入する排気ガスの空燃比を上記目標空燃比にするために上記燃料添加弁12から添加する必要のある燃料の量が低減されるようになっていると言える。   Further, when the control routine shown in FIG. 6 is performed, when NOx is released from the NOx storage reduction catalyst 43 and reduced to be purified, it flows into the NOx storage reduction catalyst 43 in the engine operating state at that time. When the amount Qar of fuel necessary for setting the air-fuel ratio of exhaust gas to be the target air-fuel ratio is added from the fuel addition valve 12, the temperature Tc of the NOx storage reduction catalyst 43 becomes higher than the upper limit temperature Tcj. In the case of estimation, the fuel addition is performed so that the oxygen concentration in the exhaust gas discharged from the combustion chamber 2 is reduced and the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx storage reduction catalyst 43 becomes the target air-fuel ratio. It can be said that the amount of fuel that needs to be added from the valve 12 is reduced.

燃焼室2から排出される排気ガス中の酸素濃度を低減すると、より少ない量の燃料を添加することで上記NOx吸蔵還元触媒43に流入する排気ガスの空燃比をリッチにすることができる。つまり、燃焼室2から排出される排気ガス中の酸素濃度を低減すると上記NOx吸蔵還元触媒43に流入する排気ガスの空燃比を上記目標空燃比にするために上記燃料添加弁12から添加する必要のある燃料の量を低減することができる。そして上記燃料添加弁12から添加される燃料の量が低減されると上記HC吸着酸化触媒42で酸化される燃料の量も低減されるためNOx吸蔵還元触媒43の温度上昇が抑制される。   When the oxygen concentration in the exhaust gas discharged from the combustion chamber 2 is reduced, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx storage reduction catalyst 43 can be made rich by adding a smaller amount of fuel. That is, if the oxygen concentration in the exhaust gas discharged from the combustion chamber 2 is reduced, it is necessary to add from the fuel addition valve 12 so that the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx storage reduction catalyst 43 becomes the target air-fuel ratio. It is possible to reduce the amount of fuel with a certain amount. When the amount of fuel added from the fuel addition valve 12 is reduced, the amount of fuel oxidized by the HC adsorption oxidation catalyst 42 is also reduced, so that the temperature rise of the NOx storage reduction catalyst 43 is suppressed.

以上のようなことから、本実施形態によれば、上記NOx吸蔵還元触媒43からNOxを放出させ且つ還元して浄化するときにNOx吸蔵還元触媒43が過昇温されるのが抑制される。そしてこの結果、その後にNOx吸蔵還元触媒43によって排気ガス中のNOxを吸蔵して除去する場合においてNOx吸蔵還元触媒43の温度Tcが高いことが原因でNOx除去率Lが低下することが抑制され、NOxの外部への放出が増加するのを防ぐことができる。また、上記燃料添加弁12から添加される燃料の量が低減されるので燃費悪化の抑制も図ることができる。   As described above, according to the present embodiment, it is possible to suppress the NOx storage reduction catalyst 43 from being overheated when NOx is released from the NOx storage reduction catalyst 43 and reduced and purified. As a result, when NOx in the exhaust gas is stored and removed by the NOx storage reduction catalyst 43 thereafter, the NOx removal rate L is suppressed from decreasing due to the high temperature Tc of the NOx storage reduction catalyst 43. , NOx emission to the outside can be prevented from increasing. Further, since the amount of fuel added from the fuel addition valve 12 is reduced, it is possible to suppress deterioration of fuel consumption.

また、本実施形態では上述したように上記EGR通路13が上記排気ターボチャージャ7のタービン7bよりも下流の機関排気通路から上記排気ターボチャージャ7のコンプレッサ7aよりも上流の機関吸気通路へと連通するように設けられている。このようにすると、EGR通路13が排気ターボチャージャのタービンよりも上流の機関排気通路から排気ターボチャージャのコンプレッサよりも下流の機関吸気通路へと連通するように設けられている場合、すなわち例えば、排気マニホルド5から吸気マニホルド4へと連通するように設けられている場合に比べて低温の排気ガスを再循環することができ、また再循環された排気ガスがEGRクーラ15とインタークーラ10の両方を通ることになるので、上記NOx吸蔵還元触媒43からNOxを放出させ且つ還元して浄化するときに上述した酸素濃度低減制御を実施する場合においてNOx吸蔵還元触媒43の過昇温をより確実に抑制することが出来る。また、より多量の排気ガスを再循環させることが出来るので燃焼室2から排出される排気ガス中の酸素濃度をより低くすることが可能となる。   In the present embodiment, as described above, the EGR passage 13 communicates from the engine exhaust passage downstream of the turbine 7 b of the exhaust turbocharger 7 to the engine intake passage upstream of the compressor 7 a of the exhaust turbocharger 7. It is provided as follows. In this case, when the EGR passage 13 is provided so as to communicate from the engine exhaust passage upstream of the turbine of the exhaust turbocharger to the engine intake passage downstream of the compressor of the exhaust turbocharger, for example, the exhaust Compared to the case where the manifold 5 is provided so as to communicate with the intake manifold 4, low-temperature exhaust gas can be recirculated, and the recirculated exhaust gas passes through both the EGR cooler 15 and the intercooler 10. Therefore, when the above-described oxygen concentration reduction control is performed when NOx is released from the NOx storage reduction catalyst 43 and reduced and purified, the excessive temperature rise of the NOx storage reduction catalyst 43 is more reliably suppressed. I can do it. Further, since a larger amount of exhaust gas can be recirculated, the oxygen concentration in the exhaust gas discharged from the combustion chamber 2 can be further reduced.

なお、本発明の他の実施形態においては、上述した酸素濃度低減制御を実施する場合に、内燃機関の燃料噴射圧を高圧化する制御と、燃料噴射時期を進角する制御と、筒内流入空気の気流を強化する制御のうちの少なくとも一つが実施されるようになっていても良い。   In another embodiment of the present invention, when the oxygen concentration reduction control described above is performed, control for increasing the fuel injection pressure of the internal combustion engine, control for advancing the fuel injection timing, and in-cylinder inflow At least one of the controls for enhancing the airflow may be performed.

すなわち、上述した酸素濃度低減制御を実施する場合、つまり排気ガスの再循環を開始することによって、もしくは再循環する排気ガスの量を増加せしめることによって燃焼室2から排出される排気ガス中の酸素濃度を低減する場合には、燃焼が悪化してスモークの増加やトルク低下等が生じる恐れがある。一方、燃料ポンプ18を制御して内燃機関の燃料噴射圧を高圧化すると燃料の霧化が促進されてより良好な燃焼が行われるようになる。また、燃料噴射時期を進角するとより長い混合時間が確保できるため燃料と空気の混合状態が向上されより良好な燃焼が行われるようになる。更に、スワール弁等が設けられている場合に、スワール弁を制御して筒内流入空気の気流を強化すると燃料と空気の混合が促進されて混合状態が向上されより良好な燃焼が行われるようになる。   That is, when the above-described oxygen concentration reduction control is performed, that is, by starting the exhaust gas recirculation, or by increasing the amount of exhaust gas to be recirculated, the oxygen in the exhaust gas discharged from the combustion chamber 2 When the concentration is reduced, there is a risk that combustion will deteriorate and smoke will increase or torque will decrease. On the other hand, when the fuel pump 18 is controlled to increase the fuel injection pressure of the internal combustion engine, the atomization of the fuel is promoted and better combustion is performed. Further, when the fuel injection timing is advanced, a longer mixing time can be secured, so that the mixed state of fuel and air is improved and better combustion is performed. Furthermore, when a swirl valve or the like is provided, if the swirl valve is controlled to enhance the airflow of in-cylinder inflow air, the mixing of fuel and air is promoted so that the mixing state is improved and better combustion is performed. become.

このようなことから、上記の燃料噴射圧を高圧化する制御、燃料噴射時期を進角する制御、筒内流入空気の気流を強化する制御等を実施すれば、排気ガスの再循環を開始することによって、もしくは再循環する排気ガスの量を増加せしめることによって燃焼室2から排出される排気ガス中の酸素濃度を低減した場合に燃焼が悪化して生ずる恐れのあるスモークの増加やトルク低下等を抑制することが出来る。   For this reason, if the control for increasing the fuel injection pressure, the control for advancing the fuel injection timing, the control for strengthening the airflow of the in-cylinder inflow air, etc. are performed, the exhaust gas recirculation is started. If the oxygen concentration in the exhaust gas discharged from the combustion chamber 2 is reduced by increasing the amount of exhaust gas to be recirculated, the increase in smoke, torque reduction, etc. Can be suppressed.

図1は、本発明を適用した圧縮着火式内燃機関の全体図である。FIG. 1 is an overall view of a compression ignition type internal combustion engine to which the present invention is applied. 図2は、HC吸着酸化触媒の側面断面図である。FIG. 2 is a side sectional view of the HC adsorption oxidation catalyst. 図3は、パティキュレートフィルタの構造を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating the structure of the particulate filter. 図4は、NOx吸蔵還元触媒の触媒担体の表面部分の断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view of the surface portion of the catalyst carrier of the NOx storage reduction catalyst. 図5は、NOx吸蔵還元触媒の温度TcとNOx吸蔵還元触媒によるNOx除去率Lとの関係を示した図である。FIG. 5 is a graph showing the relationship between the temperature Tc of the NOx storage reduction catalyst and the NOx removal rate L by the NOx storage reduction catalyst. 図6は、本発明の実施形態において実施される制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。FIG. 6 is a flowchart showing a control routine of control executed in the embodiment of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

2 燃焼室
3 燃料噴射弁
11 排気管
12 燃料添加弁
13 排気再循環通路(EGR通路)
42 HC吸着酸化触媒
43 NOx吸蔵還元触媒
2 Combustion chamber 3 Fuel injection valve 11 Exhaust pipe 12 Fuel addition valve 13 Exhaust gas recirculation passage (EGR passage)
42 HC adsorption oxidation catalyst 43 NOx storage reduction catalyst

Claims (6)

排気ガス中に燃料を添加するための燃料添加手段と、該燃料添加手段下流の機関排気通路内に配置されて排気ガス中に含まれる炭化水素を吸着し且つ酸化するHC吸着酸化触媒と、該HC吸着酸化触媒下流の機関排気通路内に配置されて流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中に含まれるNOxを吸蔵し流入する排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸蔵したNOxを放出し還元剤が存在すれば放出したNOxを還元して浄化するNOx吸蔵還元触媒とを具備していて、NOx吸蔵還元触媒からNOxを放出させ且つ還元して浄化すべきときには上記燃料添加手段から燃料を添加し、添加した燃料の一部を上記HC吸着酸化触媒において酸化させると共にNOx吸蔵還元触媒に流入する排気ガスの空燃比を予め定めた目標空燃比にする内燃機関の排気浄化装置において、
上記NOx吸蔵還元触媒からNOxを放出させ且つ還元して浄化すべきときに上記燃料添加手段から燃料を添加する場合には、添加する燃料の量と共に燃焼室から排出される排気ガス中の酸素濃度を制御して上記NOx吸蔵還元触媒の温度が予め定めた上限温度より高くならないようにしつつ上記NOx吸蔵還元触媒に流入する排気ガスの空燃比を上記目標空燃比にすることを特徴とする、内燃機関の排気浄化装置。
A fuel addition means for adding fuel to the exhaust gas, an HC adsorption oxidation catalyst disposed in an engine exhaust passage downstream of the fuel addition means to adsorb and oxidize hydrocarbons contained in the exhaust gas, and When the air-fuel ratio of the exhaust gas that is disposed in the engine exhaust passage downstream of the HC adsorption oxidation catalyst is lean, the NOx contained in the exhaust gas is occluded, and when the oxygen concentration in the inflowing exhaust gas decreases, the occluded NOx is removed. A NOx occlusion reduction catalyst that reduces and purifies the released NOx if there is a reducing agent that is released, and releases NOx from the NOx occlusion reduction catalyst and reduces and purifies the NOx from the fuel addition means. Fuel is added, a part of the added fuel is oxidized in the HC adsorption oxidation catalyst, and the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx storage reduction catalyst is set to a predetermined target air fuel In the exhaust purification system of an internal combustion engine that,
When adding fuel from the fuel addition means when NOx is to be released from the NOx storage reduction catalyst and reduced and purified, oxygen concentration in the exhaust gas discharged from the combustion chamber together with the amount of fuel to be added And controlling the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx storage-reduction catalyst to be the target air-fuel ratio while controlling the NOx storage-reduction catalyst so that the temperature of the NOx storage-reduction catalyst does not become higher than a predetermined upper limit temperature. Engine exhaust purification system.
上記NOx吸蔵還元触媒からNOxを放出させ且つ還元して浄化すべきときに、そのときの機関運転状態において上記NOx吸蔵還元触媒に流入する排気ガスの空燃比を上記目標空燃比にするために必要な量の燃料を上記燃料添加手段から添加した場合に上記NOx吸蔵還元触媒の温度が上記上限温度よりも高くなると推定される場合には、燃焼室から排出される排気ガス中の酸素濃度が低減されて上記NOx吸蔵還元触媒に流入する排気ガスの空燃比を上記目標空燃比にするために上記燃料添加手段から添加する必要のある燃料の量が低減されるようになっている、請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。   Necessary for setting the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx storage-reduction catalyst to the target air-fuel ratio when NOx is released from the NOx storage-reduction catalyst and is to be reduced and purified. When it is estimated that the temperature of the NOx occlusion reduction catalyst becomes higher than the upper limit temperature when a large amount of fuel is added from the fuel addition means, the oxygen concentration in the exhaust gas discharged from the combustion chamber is reduced. The amount of fuel that needs to be added from the fuel addition means to reduce the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx storage reduction catalyst to the target air-fuel ratio is reduced. 2. An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to 1. 上記NOx吸蔵還元触媒からNOxを放出させ且つ還元して浄化すべきときに、そのときの機関運転状態において上記NOx吸蔵還元触媒に流入する排気ガスの空燃比を上記目標空燃比にするために必要な量の燃料を上記燃料添加手段から添加した場合に上記NOx吸蔵還元触媒の温度が上記上限温度よりも高くなると推定される場合には、上記燃料添加手段から添加した場合に上記NOx吸蔵還元触媒の温度が上記上限温度以下になると推定される燃料の量が推定されて目標添加燃料量とされると共に該目標添加燃料量の燃料を上記燃料添加手段から添加した場合に上記NOx吸蔵還元触媒に流入する排気ガスの空燃比が上記目標空燃比になる燃焼室から排出される排気ガス中の酸素濃度が推定されて目標酸素濃度とされ、燃焼室から排出される排気ガス中の酸素濃度が上記目標酸素濃度へと低減されると共に上記燃料添加手段から上記目標添加燃料量の燃料が添加される、請求項1または2に記載の内燃機関の排気浄化装置。   Necessary for setting the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx storage-reduction catalyst to the target air-fuel ratio when NOx is released from the NOx storage-reduction catalyst and is to be reduced and purified. When it is estimated that the temperature of the NOx occlusion reduction catalyst becomes higher than the upper limit temperature when a large amount of fuel is added from the fuel addition means, the NOx occlusion reduction catalyst when added from the fuel addition means The amount of fuel that is estimated to be equal to or lower than the upper limit temperature is estimated to be the target added fuel amount, and when the fuel of the target added fuel amount is added from the fuel adding means, the NOx storage reduction catalyst The oxygen concentration in the exhaust gas discharged from the combustion chamber where the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas becomes the target air-fuel ratio is estimated to be the target oxygen concentration and discharged from the combustion chamber. Oxygen concentration in the exhaust gas fuel of the target fuel addition amount from the fuel adding means together with the reduced to the target oxygen concentration is added, the exhaust purification system of an internal combustion engine according to claim 1 or 2. 上記内燃機関は上記機関排気通路から機関吸気通路へと連通する排気再循環通路を具備していて、燃焼室から排出される排気ガス中の酸素濃度を低減する場合には上記排気再循環通路を通した排気ガスの再循環が開始される、もしくは上記排気再循環通路を通して再循環される排気ガスの量が増加せしめられる、請求項1から3の何れか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。   The internal combustion engine includes an exhaust gas recirculation passage that communicates from the engine exhaust passage to the engine intake passage. When the oxygen concentration in the exhaust gas discharged from the combustion chamber is reduced, the exhaust gas recirculation passage is provided. The exhaust gas purification of an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3, wherein recirculation of the exhaust gas passed through is started or an amount of exhaust gas recirculated through the exhaust gas recirculation passage is increased. apparatus. 上記内燃機関は排気ターボチャージャを具備していて、上記排気再循環通路は上記排気ターボチャージャのタービンよりも下流の機関排気通路から上記排気ターボチャージャのコンプレッサよりも上流の機関吸気通路へと連通している、請求項4に記載の内燃機関の排気浄化装置。   The internal combustion engine includes an exhaust turbocharger, and the exhaust recirculation passage communicates from an engine exhaust passage downstream of the exhaust turbocharger turbine to an engine intake passage upstream of the exhaust turbocharger compressor. The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to claim 4. 燃焼室から排出される排気ガス中の酸素濃度を低減する場合には、上記内燃機関の燃料噴射圧を高圧化する制御と、燃料噴射時期を進角する制御と、筒内流入空気の気流を強化する制御のうちの少なくとも一つが実施される、請求項4または5に記載の内燃機関の排気浄化装置。   When reducing the oxygen concentration in the exhaust gas exhausted from the combustion chamber, control for increasing the fuel injection pressure of the internal combustion engine, control for advancing the fuel injection timing, The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to claim 4 or 5, wherein at least one of the strengthening controls is performed.
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