JP2007046515A - Exhaust emission control device of internal combustion engine - Google Patents

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健治 加藤
Kazuhiro Wakao
和弘 若尾
Shigemasa Hirooka
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To effectively separate and purify components stored in a NOx storage-reduction catalyst by suitably supplying a reducing agent from a reducing agent supply device to the NOx storage-reduction catalyst. <P>SOLUTION: An exhaust emission control device of an internal combustion engine comprises an oxidation catalyst 20 disposed in an engine exhaust passage, the NOx storage-reduction catalyst 23 disposed on the exhaust downstream side, the reducing agent supply device 25 for supplying the reducing agent only to the NOx storage-reduction catalyst, and separates NOx from the NOx storage-reduction catalyst by a NOx separation treatment for making an air-fuel ratio of exhaust gas discharged from an engine body 1 almost a theoretical air-fuel ratio or rich when a NOx storage amount to the NOx storage-reduction catalyst is larger than a limit storage amount. The exhaust emission control device is constructed to supply the reducing agent from the reducing agent supply device to the NOx storage-reduction catalyst during the NOx separation treatment only while a predetermined supply time elapses from start of the NOx separation treatment. <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.

内燃機関本体から排出される排気ガス中には、炭化水素(HC)、一酸化炭素(CO)及び窒素酸化物(NOX)等の有害成分が含まれており、これら有害成分を除去するために内燃機関には排気浄化触媒が設けられている。斯かる排気浄化触媒の一つにNOX吸蔵還元触媒が挙げられ、このNOX吸蔵還元触媒は、NOX吸蔵還元触媒に流入する排気ガス(以下、「流入排気ガス」と称す)の空燃比がリーンのとき(すなわち、流入排気ガス中の酸素濃度が高いとき)には流入排気ガス中のNOXを吸蔵する。一方、流入排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比又はリッチのとき(すなわち、流入排気ガス中の酸素濃度が低いとき)には吸蔵しているNOXを脱離させる。脱離せしめられたNOXは排気ガス中の還元剤(炭化水素(HC)や一酸化炭素(CO))によって還元、浄化される。斯かるNOX吸蔵還元触媒により排気ガスの空燃比がリーンのときであっても排気ガス中のNOXを除去することができるようになる。 The exhaust gas discharged from the internal combustion engine main body contains harmful components such as hydrocarbons (HC), carbon monoxide (CO), and nitrogen oxides (NO x ), in order to remove these harmful components. Further, the internal combustion engine is provided with an exhaust purification catalyst. The NO X storage reduction catalyst can be cited as one of such exhaust gas purification catalyst, the air-fuel ratio of the NO X storage reduction catalyst the exhaust gas flowing into the NO X occluding and reducing catalyst (hereinafter referred to as "inflow exhaust gas") when is lean (i.e., when the oxygen concentration in the inflowing exhaust gas is high) to occlude NO X in the inflowing exhaust gas. On the other hand, when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is substantially stoichiometric or rich (that is, when the oxygen concentration in the inflowing exhaust gas is low), the stored NO x is desorbed. The desorbed NO x is reduced and purified by a reducing agent (hydrocarbon (HC) or carbon monoxide (CO)) in the exhaust gas. Such an NO x storage reduction catalyst makes it possible to remove NO x in the exhaust gas even when the air-fuel ratio of the exhaust gas is lean.

ところが、NOX吸蔵還元触媒の吸蔵能力は限られており、NOX吸蔵還元触媒は一定量よりも多くのNOXを吸蔵することはできない。特に、内燃機関として成層燃焼を主に行うガソリン直噴エンジンやリーンバーンエンジンを用いた場合、排気ガスの空燃比はほとんどの場合にリーンでありNOX吸蔵還元触媒に吸蔵されるNOXは増大する一方である。そこで、NOX吸蔵還元触媒を備えた内燃機関では、一時的に流入排気ガスの空燃比をほぼ理論空燃比又はリッチとするリッチスパイクを行い、NOX吸蔵還元触媒に吸蔵されているNOXを脱離・浄化させるようにしている。 However, the storage capacity of the NO X storage reduction catalyst is limited, and the NO X storage reduction catalyst cannot store more NO X than a certain amount. In particular, when a gasoline direct injection and lean-burn engine mainly performs stratified combustion as an internal combustion engine, NO X is absorbed in the lean and is the NO X storage reduction catalyst when the air-fuel ratio in most of the exhaust gas is increased On the other hand. Therefore, in the internal combustion engine provided with the NO X storage reduction catalyst performs rich spike to approximately the stoichiometric air-fuel ratio or rich air-fuel ratio temporarily inflowing exhaust gas, the NO X which is stored in the NO X storage reduction catalyst Desorption / purification.

ところで、NOX吸蔵還元触媒から脱離せしめられたNOXを還元するためには還元剤が必要となる。上述したようにNOXが脱離せしめられるときには排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比又はリッチとされているため排気ガス中にはHCやCOが存在し、これら排気ガス中のHCやCOを還元剤として用いることもできる。一方、還元剤として比較すると、HCやCOの還元能力よりも水素(H2)の還元能力の方が高いため、還元剤として水素を用いるとNOX吸蔵還元触媒からNOXを効果的に脱離・還元することができる。 By the way, a reducing agent is required to reduce NO X desorbed from the NO X storage reduction catalyst. As described above, when NO x is desorbed, the air-fuel ratio of the exhaust gas is almost stoichiometric or rich, so HC and CO exist in the exhaust gas. It can also be used as a reducing agent. On the other hand, when compared as a reducing agent, since higher in the reduction ability of hydrogen (H 2) than the HC and CO reduction capabilities, the use of hydrogen from the NO X storage reduction catalyst the NO X effectively as a reducing agent de Can be released and reduced.

そこで、特許文献1に記載の排気浄化装置では、NOX吸蔵還元触媒からNOXを脱離させるべきときに、リッチスパイクにより流入排気ガスの空燃比をほぼ理論空燃比にすると共に、NOX吸蔵還元触媒に水素を供給することにより効果的にNOXを脱離・還元させることとしている。特に、上記排気浄化装置では、リッチスパイクを開始してから所定期間が経過してからNOX吸蔵還元触媒に水素を供給するようになっており、これにより水素の消費量を抑えることとしている。 Therefore, in the exhaust gas purification device described in Patent Document 1, when NO X is to be desorbed from the NO X storage reduction catalyst, the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is substantially made to the stoichiometric air fuel ratio by the rich spike, and NO X storage is performed. By supplying hydrogen to the reduction catalyst, NO x is effectively desorbed and reduced. In particular, in the above exhaust purification apparatus, hydrogen is supplied to the NO x storage reduction catalyst after a predetermined period has elapsed since the start of the rich spike, thereby reducing the consumption of hydrogen.

特開2002−180824号公報JP 2002-180824 A 特開2002−235594号公報JP 2002-235594 A 特開2001−254640号公報JP 2001-254640 A 特開平5−106430号公報Japanese Patent Laid-Open No. 5-106430

ところで、リッチスパイク実行時においてはリッチスパイクの開始初期においてNOX吸蔵還元触媒から脱離せしめられたNOXの一部が還元されずにNOX吸蔵還元触媒から流出してしまう場合がある。一方、リッチスパイクを開始してからある程度の時間が経過してからは上述したような流出はあまり起こらない。一方、特許文献1に記載の排気浄化装置ではリッチスパイクを開始してから所定期間が経過してからNOX吸蔵還元触媒に水素を供給することとしているが、所定期間経過後に水素を供給しても上述したNOX吸蔵還元触媒からのNOXのしみ出しを防止することができず、還元剤として水素を供給しているにも関わらずNOX吸蔵還元触媒からNOXを効果的に浄化することができない。従って、NOX吸蔵還元触媒に吸蔵されているNOXを効果的に脱離・浄化させるためには、還元剤供給装置からNOX吸蔵還元触媒へ適切に還元剤を供給する必要がある。 By the way, at the time of execution of rich spike, there is a case where a part of NO x desorbed from the NO x storage reduction catalyst at the beginning of the rich spike starts out from the NO x storage reduction catalyst without being reduced. On the other hand, after a certain amount of time has elapsed since the start of the rich spike, the above-described outflow does not occur so much. On the other hand, although the supplying hydrogen at the exhaust purification apparatus when the predetermined period has elapsed since the start of the rich spike to the NO X occluding and reducing catalyst described in Patent Document 1, by supplying hydrogen after a predetermined period of time also it can not be prevented exudation of the NO X from the NO X storage reduction catalyst as described above, effectively purifying the NO X hydrogen from the NO X storage reduction catalyst despite the supply as a reducing agent I can't. Therefore, in order to effectively desorption and purification of NO X that is occluded in the NO X occluding and reducing catalyst, it is necessary to supply the appropriate reducing agent from the reducing agent supply device to the NO X storage reduction catalyst.

また、NOX吸蔵還元触媒にはNOXだけでなくSOXも吸蔵され、SOX吸蔵量の増大に伴ってNOX吸蔵還元触媒のNOX吸蔵能力が低下する。従って、NOX吸蔵能力確保のためにはNOX吸蔵還元触媒に吸蔵されたSOXを脱離させなければならず、このときにも還元剤の供給が必要である。そして、SOXの脱離においてもNOX吸蔵還元触媒に吸蔵されているSOXを効果的に脱離させるためには、還元剤供給装置からNOX吸蔵還元触媒へ適切に還元剤を供給する必要がある。 Further, the NO X occluding and reducing catalyst is SO X also occluding well NO X, the NO X storage ability of the NO X occluding and reducing catalyst decreases with increasing SO X storage amount. Therefore, in order to ensure the NO X storage capacity, SO X stored in the NO X storage reduction catalyst must be desorbed, and at this time, it is necessary to supply a reducing agent. In order to effectively desorb SO X stored in the NO X storage reduction catalyst even in SO X desorption, a reducing agent is appropriately supplied from the reducing agent supply device to the NO X storage reduction catalyst. There is a need.

そこで、本発明の目的は、還元剤供給装置からのNOX吸蔵還元触媒への還元剤の供給を適切に行うことにより、NOX吸蔵還元触媒に吸蔵されている成分を効果的に脱離・浄化させることができる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to effectively desorb the components stored in the NO X storage reduction catalyst by appropriately supplying the reducing agent to the NO X storage reduction catalyst from the reducing agent supply device. An object of the present invention is to provide an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine that can be purified.

上記課題を解決するために、第1の発明では、機関排気通路に配置された上流側排気浄化触媒と、該上流側排気浄化触媒よりも排気下流側において機関排気通路に配置された下流側排気浄化触媒と、下流側排気浄化触媒のみに還元剤を供給する還元剤供給装置とを具備し、上記下流側排気浄化触媒は流入排気ガスの空燃比がリーンのときには流入排気ガス中のNOXを吸蔵すると共に流入排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比又はリッチのときには吸蔵しているNOXを脱離させ、上記下流側排気浄化触媒へのNOX吸蔵量が限界吸蔵量よりも多い場合には機関本体から排出される排気ガスの空燃比をほぼ理論空燃比又はリッチとするNOX脱離処理により下流側排気浄化触媒からNOXを脱離させる内燃機関の排気浄化装置において、上記NOX脱離処理中においてはNOX脱離処理開始から所定の供給時間が経過するまでの間にのみ還元剤供給装置から還元剤を下流側排気浄化触媒に供給するようにした。
NOX脱離処理を実行した場合、NOX脱離処理の初期を除いてNOXを適切に浄化することができるが、NOX脱離処理の初期においては下流側排気浄化触媒からNOXがしみ出してしまう。第1の発明によれば、NOX脱離処理の初期において還元剤供給装置から還元剤を下流側排気浄化触媒に供給することによりNOXのしみ出しを抑制することができる。
なお、「所定の供給時間」とは、しみ出し現象が起こり得る時間、すなわちNOX脱離処理開始後、還元剤を供給しなければNOX吸蔵還元触媒からNOXが流出し得る時間に対応する時間を意味する。
In order to solve the above problems, in the first aspect of the invention, the upstream side exhaust purification catalyst disposed in the engine exhaust passage, and the downstream side exhaust disposed in the engine exhaust passage downstream of the upstream side exhaust purification catalyst. A purification agent and a reducing agent supply device that supplies a reducing agent only to the downstream side exhaust purification catalyst. The downstream side exhaust purification catalyst removes NO x in the inflowing exhaust gas when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lean. the NO X when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is occluded when almost the stoichiometric air-fuel ratio or rich is desorbed with occluded, NO X storage amount to the downstream exhaust purifying catalyst when greater than the limit storage amount in the exhaust purification system of an internal combustion engine desorbing the NO X from the downstream exhaust purifying catalyst by NO X desorption process for substantially stoichiometric air-fuel ratio or a rich air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the engine body, the NO X And to supply the reducing agent from the reducing agent supply device only during the period from NO X desorption process start until a predetermined supply time has passed downstream exhaust purifying catalyst during the release process.
If you run NO X desorption process, it is possible to appropriately purify the NO X with the exception of the initial of the NO X desorption process, in the initial of the NO X desorption process NO X from the downstream exhaust purifying catalyst It exudes. According to the first aspect of the present invention, NO X seepage can be suppressed by supplying the reducing agent from the reducing agent supply device to the downstream side exhaust purification catalyst at the initial stage of the NO X desorption process.
The "predetermined feed time", the time exudation phenomena may occur, i.e. NO X desorption process after the start, corresponding to the time NO X can flow out from the NO X storage reduction catalyst to be supplied to the reducing agent Means time to do.

第2の発明では、第1の発明において、上記NOX脱離処理開始から所定の供給時間が経過するまでの間に上記還元剤供給装置から下流側排気浄化触媒に供給される還元剤の量は、NOX脱離処理開始時におけるNOX吸蔵量に応じて定められる。
還元剤供給装置から還元剤を供給しない場合、NOX脱離処理を実行したときにNOX吸蔵還元触媒からしみ出すNOXの量はNOX脱離処理開始時におけるNOX吸蔵量に応じて異なる。第2の発明では、NOX吸蔵量に応じて還元剤の供給量が定められるため、NOX吸蔵還元触媒からのNOXのしみ出し量に応じて還元剤を供給することができる。
According to a second invention, in the first invention, the amount of reducing agent supplied from the reducing agent supply device to the downstream side exhaust purification catalyst from the start of the NO x desorption treatment until a predetermined supply time elapses. It is determined according to the NO X storage amount in the NO X desorption process at the start.
If you do not supply the reducing agent from the reducing agent supply device, the amount of the NO X leaking from the NO X storage reduction catalyst when executing the NO X desorption process in accordance with the NO X storage amount in the NO X desorption process at the start Different. In the second invention, since the supply amount of the reducing agent is determined according to the NO X storage amount, it is possible to supply the reducing agent in accordance with the exudation amount of the NO X from the NO X storage reduction catalyst.

第3の発明では、第1又は第2の発明において、上記還元剤供給装置は還元剤として水素を供給する水素供給装置である。   In 3rd invention, in the 1st or 2nd invention, the said reducing agent supply apparatus is a hydrogen supply apparatus which supplies hydrogen as a reducing agent.

上記課題を解決するために、第4の発明では、機関排気通路に配置された排気浄化触媒と、該排気浄化触媒に水素を供給する水素供給装置とを具備し、上記排気浄化触媒は流入排気ガスの空燃比がリーンのときには流入排気ガス中のSOXを吸蔵すると共に流入排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比又はリッチであって該排気浄化触媒の温度がSOX脱離温度以上のときには吸蔵しているSOXを脱離させ、上記排気浄化触媒へのSOX吸蔵量が限界吸蔵量よりも多い場合には機関本体から排出される排気ガスの空燃比をほぼ理論空燃比又はリッチとすると共に上記排気浄化触媒の温度をSOX脱離温度以上にまで昇温させるSOX脱離処理を行って排気浄化触媒からSOXを脱離させる内燃機関の排気浄化装置において、SOX脱離処理開始から所定の待ち時間経過後、SOX脱離処理を実行しつつ水素供給装置から水素を排気浄化触媒に供給するようにした。
SOX脱離処理においてはNOX吸蔵還元触媒からSOXが脱離しにくい領域がある。斯かる領域に吸蔵されているSOXは、脱離するのに時間がかかり、SOX脱離処理の後期においても脱離されずに残る傾向にある。第4の発明によれば、SOX脱離処理の後期において還元能力の高い水素が供給されるため、斯かる領域に吸蔵されているSOXも迅速に脱離させることができる。
なお、所定の待ち時間とは例えばSOX脱離処理開始から水素供給開始時期までの時間を意味し、「水素供給開始時期」とは例えばNOX吸蔵還元触媒のSOX吸蔵量が限界吸蔵量よりも少ない所定の吸蔵量以下となった時期又はNOX吸蔵還元触媒からのSOX流出速度が所定の流出速度以下となった時期を意味する。
In order to solve the above-mentioned problems, in a fourth aspect of the invention, an exhaust purification catalyst disposed in the engine exhaust passage and a hydrogen supply device that supplies hydrogen to the exhaust purification catalyst are provided. when the air-fuel ratio is at a temperature of approximately stoichiometric air-fuel ratio or rich is a by the exhaust gas purification catalyst air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas while absorbing the SO X in the inflowing exhaust gas is higher SO X desorption temperature at the time of lean gases When the stored SO X is desorbed and the SO X storage amount in the exhaust purification catalyst is larger than the limit storage amount, the air-fuel ratio of the exhaust gas exhausted from the engine body is almost the stoichiometric air-fuel ratio or rich. in the exhaust purification system of temperature SO X internal combustion engine desorbing SO X from the exhaust purification catalyst by performing the SO X desorption process of raising the temperature to above the desorption temperature of the exhaust gas purifying catalyst as well as, SO X desorption From the start of processing After a certain waiting time had elapsed, hydrogen was supplied from the hydrogen supply device to the exhaust purification catalyst while performing the SO X desorption process.
In the SO X desorption treatment, there is a region where SO X is difficult to desorb from the NO X storage reduction catalyst. The SO X occluded in such a region takes time to desorb, and tends to remain without being desorbed in the later stage of the SO X desorption process. According to the fourth aspect, since the hydrogen high reducing ability later in the SO X desorption process is supplied, it is possible to SO X also rapidly eliminated which is stored in such region.
The predetermined waiting time means, for example, the time from the start of the SO X desorption process to the hydrogen supply start time, and the “hydrogen supply start time” means, for example, the SO X storage amount of the NO X storage reduction catalyst is the limit storage amount. It means a time when the stored amount becomes less than a predetermined amount or a time when the SO X outflow rate from the NO X storage reduction catalyst becomes a predetermined outflow rate or less.

第5の発明では、第4の発明において、上記排気浄化触媒よりも排気下流側の排気ガス中のSOXの濃度を検出するSOX濃度検出装置を更に具備し、該SOX濃度検出装置によって検出されたSOX濃度に基づいて水素供給装置からの水素の供給量を制御するようにした。 According to a fifth aspect, in the fourth aspect, the apparatus further comprises a SO x concentration detecting device for detecting the concentration of SO x in the exhaust gas downstream of the exhaust purification catalyst, and the SO x concentration detecting device. Based on the detected SO X concentration, the hydrogen supply amount from the hydrogen supply device was controlled.

第6の発明では、第3〜第5のいずれか一つの発明において、上記水素供給装置よりも排気上流側の排気ガス中の水素濃度を検出する水素濃度検出装置を更に具備し、該水素濃度検出装置によって検出された水素濃度に基づいて水素供給装置からの水素の供給量を制御するようにした。   According to a sixth invention, in any one of the third to fifth inventions, further comprising a hydrogen concentration detection device for detecting a hydrogen concentration in the exhaust gas upstream of the hydrogen supply device, the hydrogen concentration The supply amount of hydrogen from the hydrogen supply device was controlled based on the hydrogen concentration detected by the detection device.

第1〜第3の発明によれば、NOX脱離処理の初期において還元剤供給装置から還元剤を下流側排気浄化触媒に供給することにより、NOX吸蔵還元触媒に吸蔵されているNOXを適切に浄化することができ、よってNOX吸蔵還元触媒に吸蔵されている成分を効果的に脱離・浄化させることができる。 According to the first to third invention, NO X in the initial stage of the desorption process by supplying the reducing agent to the downstream exhaust purifying catalyst from a reducing agent supply device, NO X occluding and reducing catalyst stored in the NO X Thus, the components stored in the NO X storage reduction catalyst can be effectively desorbed and purified.

第4〜第6の発明によれば、SOX脱離処理の後期において水素供給装置から水素をNOX吸蔵還元触媒に供給することにより、SOXが脱離しにくい領域に吸蔵されているSOXも迅速に脱離させることができ、よってNOX吸蔵還元触媒に吸蔵されている成分を効果的に脱離させることができる。 According to a sixth aspect of, SO X by supplying hydrogen from the hydrogen supply device to the NO X occluding and reducing catalyst at the later stage of desorption process, SO SO X is occluded in the desorbed difficult area X Also, the components occluded in the NO x storage reduction catalyst can be effectively desorbed.

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。図1は、本発明の第一実施形態の排気浄化装置を筒内噴射型火花点火式内燃機関に適用した場合を示している。なお、本発明は別の火花点火式内燃機関や圧縮自着火式内燃機関に適用することも可能である。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows a case where the exhaust emission control device according to the first embodiment of the present invention is applied to an in-cylinder injection type spark ignition internal combustion engine. The present invention can also be applied to other spark ignition internal combustion engines and compression self-ignition internal combustion engines.

図1に示したように、本実施形態では、機関本体1は、シリンダブロック2と、シリンダブロック2内で往復動するピストン3と、シリンダブロック2上に固定されたシリンダヘッド4とを具備する。ピストン3とシリンダヘッド4との間には燃焼室5が形成される。シリンダヘッド4には各気筒毎に吸気弁6と、吸気ポート7と、排気弁8と、排気ポート9とが配置される。さらに、図1に示したようにシリンダヘッド4の内壁面の中央部には点火プラグ10が配置され、シリンダヘッド4内壁面周辺部には燃料噴射弁11が配置される。また、ピストン3の頂面には燃料噴射弁11の下方から点火プラグ10の下方まで延びるキャビティ12が形成されている。   As shown in FIG. 1, in the present embodiment, the engine body 1 includes a cylinder block 2, a piston 3 that reciprocates within the cylinder block 2, and a cylinder head 4 fixed on the cylinder block 2. . A combustion chamber 5 is formed between the piston 3 and the cylinder head 4. In the cylinder head 4, an intake valve 6, an intake port 7, an exhaust valve 8, and an exhaust port 9 are arranged for each cylinder. Further, as shown in FIG. 1, a spark plug 10 is disposed at the center of the inner wall surface of the cylinder head 4, and a fuel injection valve 11 is disposed around the inner wall surface of the cylinder head 4. Further, a cavity 12 extending from the lower side of the fuel injection valve 11 to the lower side of the spark plug 10 is formed on the top surface of the piston 3.

各気筒の吸気ポート7は吸気枝管13を介してサージタンク14に連結され、サージタンク14は吸気管15を介してエアクリーナ16に連結される。吸気管15内にはステップモータ17によって駆動されるスロットル弁18が配置される。一方、各気筒の排気ポート9は排気枝管19を介して上流側排気浄化触媒(例えば、三元触媒)20を内蔵した触媒コンバータ21に連結される。触媒コンバータ21は排気管22を介して下流側排気浄化装置(NOX吸蔵還元触媒)23を内蔵した触媒コンバータ24に連結され、この触媒コンバータ24はマフラ(図示せず)を介して大気に連通される。 The intake port 7 of each cylinder is connected to a surge tank 14 via an intake branch pipe 13, and the surge tank 14 is connected to an air cleaner 16 via an intake pipe 15. A throttle valve 18 driven by a step motor 17 is disposed in the intake pipe 15. On the other hand, the exhaust port 9 of each cylinder is connected via an exhaust branch pipe 19 to a catalytic converter 21 containing an upstream side exhaust purification catalyst (for example, a three-way catalyst) 20. The catalytic converter 21 is connected via an exhaust pipe 22 to a catalytic converter 24 incorporating a downstream side exhaust purification device (NO x storage reduction catalyst) 23, and this catalytic converter 24 communicates with the atmosphere via a muffler (not shown). Is done.

また、本実施形態の内燃機関は、ガソリン等の炭化水素系燃料と空気との混合気を改質して改質ガスを生成可能な燃料改質システム(リフォーマシステム)25を備える。従って、機関本体1は燃料改質システム25によって生成される改質ガスと燃料噴射弁11によって供給される燃料との双方又は何れか一方を用いて運転される。燃料改質システム25は、筒状に形成された改質システム本体26と、改質システム本体26内に内蔵された改質触媒27と、改質システム本体26の一方の端部に配置された改質用燃料噴射弁28とを有する。改質触媒27としては、例えばジルコニアにロジウムを担持させたものが用いられる。改質用燃料噴射弁28は、燃料タンク(図示せず)に連結されており、本実施形態では燃料噴射弁11に供給される燃料と同じ燃料を噴射する。   The internal combustion engine of the present embodiment includes a fuel reforming system (reformer system) 25 that can generate a reformed gas by reforming an air-fuel mixture of hydrocarbon fuel such as gasoline and air. Therefore, the engine main body 1 is operated using both or either of the reformed gas generated by the fuel reforming system 25 and the fuel supplied by the fuel injection valve 11. The fuel reforming system 25 is disposed at one end of the reforming system main body 26, a reforming system main body 26 formed in a cylindrical shape, a reforming catalyst 27 built in the reforming system main body 26, and the reforming system main body 26. And a reforming fuel injection valve 28. As the reforming catalyst 27, for example, a catalyst in which rhodium is supported on zirconia is used. The reforming fuel injection valve 28 is connected to a fuel tank (not shown), and in this embodiment, the same fuel as the fuel supplied to the fuel injection valve 11 is injected.

改質システム本体26の上記一方の端部は改質用吸気管29に連結され、この改質用吸気管29はスロットル弁18の吸気上流側において吸気管15に連結される。また、改質システム本体26の他方の端部は吸気側改質ガス供給管30及び排気側改質ガス供給管31に連結され、吸気側改質ガス供給管30は各吸気枝管13に連結され、排気側改質ガス供給管31は三元触媒20の排気下流側であってNOX吸蔵還元触媒23の排気上流側において排気管22又は触媒コンバータ24に連結される。改質用吸気管29には流量調整弁32が連結され、排気側改質ガス供給管31には改質ガス貯蔵タンク33と改質ガス用ポンプ34が連結される。 The one end of the reforming system body 26 is connected to a reforming intake pipe 29, and the reforming intake pipe 29 is connected to the intake pipe 15 on the intake upstream side of the throttle valve 18. The other end of the reforming system body 26 is connected to an intake side reformed gas supply pipe 30 and an exhaust side reformed gas supply pipe 31, and the intake side reformed gas supply pipe 30 is connected to each intake branch pipe 13. The exhaust side reformed gas supply pipe 31 is connected to the exhaust pipe 22 or the catalytic converter 24 on the exhaust downstream side of the three-way catalyst 20 and on the exhaust upstream side of the NO x storage reduction catalyst 23. A flow rate adjustment valve 32 is connected to the reforming intake pipe 29, and a reformed gas storage tank 33 and a reformed gas pump 34 are connected to the exhaust-side reformed gas supply pipe 31.

このように構成された燃料改質システム25においては、流量調整弁32が開弁されると改質用吸気管29を介して改質システム本体26に空気が供給される。そして、空気の供給に伴って改質用燃料噴射弁28から燃料噴射を行うことで混合気が生成されると共に、混合気を改質触媒27を通過させることで改質触媒27において炭化水素系燃料と空気とが反応せしめられて、H2及びCOを含む改質ガスが生成せしめられる。生成された改質ガスは、吸気側改質ガス供給管31を介して吸気枝管13に供給されると共に、排気側改質ガス供給管31を介して改質ガス貯蔵タンク33に貯蔵される。改質ガス貯蔵タンク33に貯蔵された改質ガスは、改質ガス用ポンプ34を駆動させることによりNOX吸蔵還元触媒23に供給される。なお、上述したように改質ガスにはH2が含まれているため、以下では燃料改質システム25によってH2が生成されて、NOX吸蔵還元触媒23にH2を供給するものとして説明する。 In the fuel reforming system 25 configured as described above, air is supplied to the reforming system main body 26 via the reforming intake pipe 29 when the flow rate adjustment valve 32 is opened. Then, fuel mixture is generated by performing fuel injection from the reforming fuel injection valve 28 with the supply of air, and the mixture is passed through the reforming catalyst 27, so that the hydrocarbon system is used in the reforming catalyst 27. The fuel and air are reacted to produce a reformed gas containing H 2 and CO. The generated reformed gas is supplied to the intake branch pipe 13 via the intake side reformed gas supply pipe 31 and stored in the reformed gas storage tank 33 via the exhaust side reformed gas supply pipe 31. . The reformed gas stored in the reformed gas storage tank 33 is supplied to the NO x storage reduction catalyst 23 by driving the reformed gas pump 34. Since the reformed gas contains H 2 as described above, the following description assumes that H 2 is generated by the fuel reforming system 25 and supplies H 2 to the NO x storage reduction catalyst 23. To do.

電子制御ユニット(ECU)41はデジタルコンピュータから成り、双方向性バス42を介して相互に接続されたRAM(ランダムアクセスメモリ)43、ROM(リードオンリメモリ)44、CPU(マイクロプロセッサ)45、入力ポート46及び出力ポート47を具備する。   The electronic control unit (ECU) 41 comprises a digital computer, and is connected to each other via a bidirectional bus 42, a RAM (random access memory) 43, a ROM (read only memory) 44, a CPU (microprocessor) 45, an input. A port 46 and an output port 47 are provided.

スロットル弁18の吸気上流側の吸気管15には吸気管15を通過する空気(吸気ガス)の流量を検出するためのエアフロメータ50が配置され、流量調整弁32の上流側の改質用吸気管29には改質用吸気管29を通過する空気の流量を検出するためのエアフロメータ51が配置される。また、排気枝管19には排気枝管19内を通過する排気ガスの空燃比(NOX吸蔵還元触媒23の排気上流側の排気通路、燃焼室5および吸気通路に供給された空気と燃料との比率)を検出する空燃比センサ52が配置され、NOX吸蔵還元触媒23の排気上流側の排気管22には排気管22内を通過する排気ガス中のH2の濃度を検出するためのH2センサ53が配置される。また、NOX吸蔵還元触媒23の排気下流側の排気管には排気管内を通過する排気ガスの温度を検出する温度センサ54及び斯かる排気ガス中のSOXの濃度を検出するためのSOXセンサ55が配置されると共に、NOX吸蔵還元触媒23にはNOX吸蔵還元触媒23の排気上流側の排気ガスの圧力と排気下流側の排気ガスの圧力との差圧を検出するための差圧センサ56が配置される。さらに、アクセルペダル57にはアクセルペダル57の踏込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ58が接続される。これらセンサ50〜58の出力信号はそれぞれ対応するAD変換器48を介して入力ポート46に入力される。更に、入力ポート46にはクランク角センサ59が接続され、CPU35ではクランク角センサ59の出力パルスに基づいて機関回転数が計算される。 An air flow meter 50 for detecting the flow rate of air (intake gas) passing through the intake pipe 15 is disposed in the intake pipe 15 on the intake upstream side of the throttle valve 18, and reforming intake air on the upstream side of the flow rate adjustment valve 32. An air flow meter 51 for detecting the flow rate of air passing through the reforming intake pipe 29 is disposed in the pipe 29. The exhaust branch pipe 19 includes an air-fuel ratio of exhaust gas passing through the exhaust branch pipe 19 (the exhaust gas upstream of the NO x storage reduction catalyst 23, the combustion chamber 5 and the air and fuel supplied to the intake passage) An air-fuel ratio sensor 52 for detecting the concentration of H 2 in the exhaust gas passing through the exhaust pipe 22 in the exhaust pipe 22 upstream of the NO x storage reduction catalyst 23. An H 2 sensor 53 is arranged. Further, NO X occluding and reducing SO X for the exhaust pipe of the exhaust gas downstream side for detecting the concentration of SO X in the temperature sensor 54 and in such exhaust gases for detecting the temperature of the exhaust gas passing through the exhaust pipe of the catalyst 23 A sensor 55 is disposed, and the NO x storage reduction catalyst 23 has a difference for detecting the differential pressure between the exhaust gas pressure upstream of the NO x storage reduction catalyst 23 and the exhaust gas pressure downstream of the exhaust. A pressure sensor 56 is disposed. Further, a load sensor 58 that generates an output voltage proportional to the amount of depression of the accelerator pedal 57 is connected to the accelerator pedal 57. The output signals of these sensors 50 to 58 are input to the input port 46 via the corresponding AD converters 48 respectively. Further, a crank angle sensor 59 is connected to the input port 46, and the CPU 35 calculates the engine speed based on the output pulse of the crank angle sensor 59.

一方、出力ポート47は対応する駆動回路49を介して点火プラグ10、燃料噴射弁11及びステップモータ17にそれぞれ接続され、これらはECU41からの出力に基づいて制御される。   On the other hand, the output port 47 is connected to the spark plug 10, the fuel injection valve 11, and the step motor 17 via the corresponding drive circuit 49, and these are controlled based on the output from the ECU 41.

本実施形態で下流側排気浄化触媒として用いられるNOX吸蔵還元触媒23は、NOX吸蔵還元触媒23に流入する排気ガス(以下、「流入排気ガス」と称す)の空燃比がリーンであるとき、すなわち流入排気ガス中の酸素濃度が高いときには、流入排気ガス中のNOXを吸蔵し、流入排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比又はリッチであるとき、すなわち流入排気ガス中の酸素濃度が低いときには、吸蔵しているNOXを脱離させる。脱離せしめられたNOXは、流入排気ガス中に含まれる還元剤(例えば未燃HC)と反応して浄化せしめられる。 The NO x storage reduction catalyst 23 used as the downstream side exhaust purification catalyst in the present embodiment is when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NO x storage reduction catalyst 23 (hereinafter referred to as “inflow exhaust gas”) is lean. That is, when the oxygen concentration in the inflowing exhaust gas is high, NO x in the inflowing exhaust gas is occluded, and when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is almost stoichiometric or rich, that is, the oxygen concentration in the inflowing exhaust gas is low time, desorbing the NO X that is occluded. The desorbed NO x reacts with a reducing agent (for example, unburned HC) contained in the inflowing exhaust gas to be purified.

斯かるNOX吸蔵還元触媒23のNOX吸蔵能力には限界があり、一定量以上のNOXを吸蔵することができない。このため、排気ガスの空燃比がリーンである機関運転状態が続くと、NOX吸蔵還元触媒23へのNOX吸蔵量が上記一定量を超えてしまい、その後流入排気ガス中のNOXがNOX吸蔵還元触媒23に吸蔵されずに排気下流へと流出してしまうことになる。このため、NOX吸蔵還元触媒23を備えた多くの内燃機関では、NOX吸蔵還元触媒23へのNOX吸蔵量が限界吸蔵量を超えた場合にNOX吸蔵還元触媒23からNOXを脱離・還元させるNOX脱離処理を行うこととしている。 There is a limit to the NO X storage capacity of the NO X storage reduction catalyst 23, and it is not possible to store more than a certain amount of NO X. Therefore, when the air-fuel ratio of the exhaust gas continues engine operating condition is a lean, the NO X storage the NO X storage amount to the reducing catalyst 23 exceeds the above predetermined amount, NO X is NO then the inflow exhaust gas The X occlusion reduction catalyst 23 is not occluded and flows out downstream of the exhaust. Therefore, in many internal combustion engine equipped with the NO X storage reduction catalyst 23, de the NO X from the NO X storage reduction catalyst 23 when the NO X storage amount to the NO X storage reduction catalyst 23 has exceeded the limit storage amount The NO x desorption process is performed to release and reduce.

NOX脱離処理では、NOX吸蔵還元触媒23に流入する排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比又はリッチとなるように排気ガスの空燃比が制御される。本実施形態では、機関本体1から排出される排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比又はリッチとなるように制御される。斯かる制御としては、例えば、燃焼室5に充填される排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比又はリッチとなるように吸気行程又は圧縮行程中に燃料噴射弁11から燃料噴射を行ったり、或いは燃焼後の燃焼室5内の排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比又はリッチとなるように燃料噴射弁11から燃料噴射を行ったりすることが挙げられる。 In the NO X desorption process, the air-fuel ratio of the exhaust gas is controlled so that the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NO X storage reduction catalyst 23 becomes substantially the stoichiometric air-fuel ratio or rich. In the present embodiment, the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the engine body 1 is controlled so as to be substantially the stoichiometric air-fuel ratio or rich. As such control, for example, fuel injection is performed from the fuel injection valve 11 during the intake stroke or the compression stroke so that the air-fuel ratio of the exhaust gas filled in the combustion chamber 5 becomes substantially stoichiometric or rich, or For example, fuel injection may be performed from the fuel injection valve 11 so that the air-fuel ratio of the exhaust gas in the combustion chamber 5 after combustion becomes substantially stoichiometric or rich.

このようにNOX脱離処理を行うことにより、流入排気ガス中の酸素濃度が低下することによりNOX吸蔵還元触媒に吸蔵されていたNOXがNOX吸蔵還元触媒から脱離せしめられると共に脱離せしめられたNOXは流入排気ガス中に含まれるHCやCOによって還元、浄化される。そして、NOX脱離処理によりNOX吸蔵還元触媒23からNOXが脱離せしめられてNOX吸蔵量がほぼ零になるとNOX脱離処理が終了せしめられる。 Thus, by performing NO X desorption process, together with the NO X concentration of oxygen has been occluded in the NO X occluding and reducing catalyst by reduction in the inflowing exhaust gas is accounted de tied up from the NO X storage reduction catalyst removal The separated NO x is reduced and purified by HC and CO contained in the inflowing exhaust gas. Then, NO X desorption process When the NO X storage amount NO X is being desorbed from the NO X storage reduction catalyst 23 becomes substantially zero by NO X desorption process is made to completion.

なお、排気管22内を通過する排気ガス中に燃料を添加することができる燃料添加装置を設けて、斯かる燃料添加装置から燃料を添加することによって排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比又はリッチとなるようにしてもよい。   It is to be noted that a fuel addition device capable of adding fuel to the exhaust gas passing through the exhaust pipe 22 is provided, and by adding the fuel from the fuel addition device, the air-fuel ratio of the exhaust gas is substantially the stoichiometric air-fuel ratio or You may make it rich.

図2は、NOX脱離処理を行った場合におけるNOX吸蔵還元触媒23に流入する排気ガス中のNOX濃度(破線)とNOX吸蔵還元触媒23から流出する排気ガス中のNOX濃度(実線)とを示した図である。図中、排気ガス中のNOX濃度に加えて、機関本体1から排出される排気ガスの空燃比が示されており、この空燃比がリーンからリッチに切り換わっている期間がNOX脱離処理の行われている期間である。よって、図2に示した例では、NOX脱離処理が約1分間隔で行われている。 2, NO X concentration in the exhaust gas flowing out from the NO X storage reduction in the exhaust gas flowing into the catalyst 23 NO X concentration (dashed line) and the NO X storage reduction catalyst 23 in the case of performing the NO X desorption process It is the figure which showed (solid line). In the figure, in addition to the NO x concentration in the exhaust gas, the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the engine body 1 is shown, and the period during which the air-fuel ratio is switched from lean to rich is indicated as NO x desorption. This is the period during which processing is performed. Therefore, in the example shown in FIG. 2, the NO x desorption process is performed at intervals of about 1 minute.

図2に示したように、NOX脱離処理を開始して機関本体1から排出される排気ガスの空燃比をリッチ(又はほぼ理論空燃比)にすると、NOX吸蔵還元触媒23から流出する排気ガス(以下、「流出排気ガス」と称す)中のNOX濃度が一時的に上昇し、その後低下する。 As shown in FIG. 2, when the NO x desorption process is started and the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the engine body 1 is made rich (or almost the stoichiometric air-fuel ratio), it flows out from the NO x storage reduction catalyst 23. The NO x concentration in the exhaust gas (hereinafter referred to as “outflow exhaust gas”) temporarily increases and then decreases.

図3は、一回のNOX脱離処理の実行中におけるNOX吸蔵還元触媒23からのNOXの脱離量と、流入排気ガス中の還元剤量と、流出排気ガス中のNOX濃度とを示す図である。図2と同様に図3には流出排気ガスの空燃比が示されており、この空燃比がリッチである期間がNOX脱離処理の行われている期間である。図3に示した例では、一回のNOX脱離処理が約0.5秒〜3秒間行われる。 Figure 3 is a desorption amount of the NO X from the NO X storage reduction catalyst 23 during one cycle of execution of the NO X desorption process, the amount of reducing agent in the inflowing exhaust gas, NO X concentration in the exhaust gas flowing FIG. Similar to FIG. 2, FIG. 3 shows the air-fuel ratio of the outflow exhaust gas, and the period during which the air-fuel ratio is rich is the period during which the NO x desorption process is performed. In the example shown in FIG. 3, NO X desorption process once is performed about 0.5 seconds to 3 seconds.

図3に示したように、NOX脱離処理が開始されると、機関本体1から排出される排気ガスの空燃比がリッチとされるため斯かる排気ガスの酸素濃度が低下し、よって流入排気ガス中の酸素濃度が低下せしめられる。このため、NOX脱離処理が開始されると直ぐにNOX吸蔵還元触媒23からNOXの脱離が開始される。 As shown in FIG. 3, when the NO x desorption process is started, the air-fuel ratio of the exhaust gas exhausted from the engine body 1 is made rich, so that the oxygen concentration of the exhaust gas is reduced, and thus the inflow The oxygen concentration in the exhaust gas is reduced. Therefore, elimination of the NO X is started from immediately the NO X storage reduction catalyst 23 when the NO X desorption process is started.

一方、流入排気ガス中の還元剤量は、NOX脱離処理が開始されても直ぐには増大せず、或る程度時間が経過してから増大され始める。これは、NOX脱離処理の初期においては、機関本体1から排出された排気ガス中に含まれる還元剤がNOX吸蔵還元触媒23の排気上流側に配置された三元触媒20において消費されるためである。すなわち、三元触媒では、三元触媒20への流入排気ガスがリーンの間に三元触媒20に酸素等が吸着しており、NOX脱離処理の初期には三元触媒20に流入した排気ガス中の還元剤(HCやCO)と三元触媒20に吸着されている酸素が反応する。このため、NOX脱離処理の初期には機関本体1から排出された排気ガス中に含まれる還元剤は三元触媒20において消費され、NOX吸蔵還元触媒23に流入する排気ガス中にはほとんど含まれていない。 On the other hand, the amount of reducing agent in the inflowing exhaust gas does not increase immediately after the start of the NO x desorption process, and starts to increase after a certain amount of time has passed. In the initial stage of the NO x desorption process, the reducing agent contained in the exhaust gas discharged from the engine body 1 is consumed in the three-way catalyst 20 disposed on the exhaust upstream side of the NO x storage reduction catalyst 23. Because. That is, in the three-way catalyst, oxygen or the like is adsorbed on the three-way catalyst 20 while the exhaust gas flowing into the three-way catalyst 20 is lean, and flows into the three-way catalyst 20 at the initial stage of the NO x desorption process. The reducing agent (HC or CO) in the exhaust gas reacts with oxygen adsorbed on the three-way catalyst 20. Therefore, at the initial stage of the NO x desorption process, the reducing agent contained in the exhaust gas discharged from the engine body 1 is consumed in the three-way catalyst 20, and in the exhaust gas flowing into the NO x storage reduction catalyst 23. It is hardly included.

従って、NOX脱離処理の初期においては、流入排気ガス中の酸素濃度が低いにも関わらず流入排気ガス中に還元剤が含まれていない期間が存在し、この期間中はNOX吸蔵還元触媒23からNOXが脱離せしめられるがNOXが還元されず、よってNOX吸蔵還元触媒23から流出してしまう(図3参照。以下、このような現象をNOXの「しみ出し」と称す)。 Therefore, at the initial stage of the NO x desorption treatment, there is a period in which the reducing agent is not contained in the inflowing exhaust gas even though the oxygen concentration in the inflowing exhaust gas is low. During this period, the NO x storage reduction NO X is desorbed from the catalyst 23, but NO X is not reduced, and therefore flows out of the NO X storage reduction catalyst 23 (see FIG. 3). This phenomenon is referred to as “exudation” of NO X hereinafter. Called).

更に、NOX脱離処理開始後、多少の時間が経過して三元触媒20において還元剤が消費されなくなるとNOX吸蔵還元触媒23に還元剤が流入し始める。しかしながら、NOX吸蔵還元触媒23にも酸素等が吸着しており、脱離されたNOXと反応する前にこれら吸着している酸素と反応するため、よってNOX吸蔵還元触媒23に還元剤が流入し始めても直ぐにはNOXの還元に寄与しない。この様子を図3中の破線に示した。図3中の破線はNOXの還元に寄与する還元剤の量を示している。このことも、NOX脱離処理の初期においてNOX吸蔵還元触媒からのNOXのしみ出しが発生する要因となる。 Further, after a certain amount of time has elapsed after the start of the NO x desorption process, the reducing agent begins to flow into the NO x storage reduction catalyst 23 when the reducing agent is no longer consumed in the three-way catalyst 20. However, oxygen or the like even in the NO X occluding and reducing catalyst 23 has the adsorption, to react with oxygen to which they adsorbed before reacting with desorbed NO X, thus reducing agents to the NO X occluding and reducing catalyst 23 but it does not contribute to the reduction of nO X is to soon be started to flow. This state is shown by a broken line in FIG. Broken line in FIG. 3 shows the amount of contributing reducing agent for the reduction of NO X. This also becomes a factor of exudation occurs of the NO X from the NO X storage reduction catalyst in the early of the NO X desorption process.

そこで、本実施形態では、NOX脱離処理開始後、しみ出し現象が起こり得る期間に燃料改質システムによって生成された改質燃料、特にH2をNOX吸蔵還元触媒23に供給することとしている。 Therefore, in the present embodiment, after the start of the NO x desorption process, the reformed fuel generated by the fuel reforming system, particularly H 2 , is supplied to the NO x storage reduction catalyst 23 during a period in which the seepage phenomenon may occur. Yes.

具体的には、NOX脱離処理の開始と同時に改質ガス用ポンプ34を駆動させて、改質ガス貯蔵タンク33に貯蔵されているH2をNOX吸蔵還元触媒23に供給する。そして、NOX脱離処理開始から所定の供給期間経過後に改質ガス用ポンプ34の駆動を停止させてH2のNOX吸蔵還元触媒23への供給を終了する。これにより、三元触媒20を介してNOX吸蔵還元触媒23に流入する排気ガス中に還元剤が存在しないときでも、改質燃料により確実にNOXを還元、浄化することができる。 Specifically, the reformed gas pump 34 is driven simultaneously with the start of the NO x desorption process to supply H 2 stored in the reformed gas storage tank 33 to the NO x storage reduction catalyst 23. Then, after a predetermined supply period has elapsed since the start of the NO X desorption process, the drive of the reformed gas pump 34 is stopped, and the supply of H 2 to the NO X storage reduction catalyst 23 is terminated. Thus, even when no reducing agent is present in the exhaust gas flowing into the NO x storage reduction catalyst 23 via the three-way catalyst 20, NO x can be reliably reduced and purified by the reformed fuel.

ここで、所定の供給期間とは、例えば、しみ出し現象が起こり得る期間、すなわちNOX脱離処理開始後、改質ガス等の還元剤を供給しなければNOX吸蔵還元触媒23からある程度の量のNOXが流出し得る期間(図3の期間T)に対応する期間を意味する。 Here, the predetermined supply period is, for example, a period during which a seepage phenomenon may occur, that is, a certain amount from the NO X storage reduction catalyst 23 unless a reducing agent such as reformed gas is supplied after the start of the NO X desorption process. It means a period corresponding to a period during which an amount of NO x can flow out (period T in FIG. 3).

また、図4に示したように、NOX脱離処理開始時におけるNOX吸蔵量とNOX脱離処理の初期におけるNOXしみ出し量との間には一定の関係があり、NOX吸蔵量が増大するとNOXしみ出し量も増大する。そこで、本実施形態では、NOX吸蔵量とNOXしみ出し量との関係を予め実験的に又は計算によって算出し、マップとしてECU41のROM44に保存する。そして、NOX脱離処理開始時におけるNOX吸蔵還元触媒23へのNOX吸蔵量に基づいて、上記所定の供給期間中に供給すべきH2の量を算出するようにしている。特に、本実施形態では、NOX脱離処理は上述したようにNOX吸蔵量が限界吸蔵量を超えた場合に行われるが、NOX吸蔵還元触媒23の劣化等に応じて限界吸蔵量は変化するため、その変化に伴ってH2の供給量も変化することになる。 Further, as shown in FIG. 4, there is a constant relationship between the NO X exudation amount in the initial of the NO X storage amount and NO X desorption process in NO X desorption process at the start, the NO X storage NO X exudation amount if the amount is increased also increases. Therefore, in this embodiment, it is calculated in advance by experimentally or calculated the relationship between the NO X storage amount and NO X exudation amount, is stored in ROM44 of ECU41 as a map. Then, based on the NO X storage amount to the NO X storage reduction catalyst 23 in the NO X desorption process at the start, and to calculate the amount of H 2 to be fed into the predetermined supply period. In particular, in the present embodiment, the NO X desorption process is performed when the NO X storage amount exceeds the limit storage amount as described above, but the limit storage amount depends on the deterioration of the NO X storage reduction catalyst 23 or the like. Since it changes, the supply amount of H 2 also changes with the change.

なお、NOX吸蔵還元触媒23からNOXを脱離、還元させる方法として、上記NOX脱離処理によってNOXを脱離させることなく燃料改質システム25によって生成されたH2をNOX吸蔵還元触媒に供給することのみを行うことも考えられる。しかしながら、H2のみによってNOX吸蔵還元触媒からNOXを脱離・還元させるためには、多量のH2が必要となるため、燃料改質システム25による燃料改質能力を高いものとしなければならず、また改質ガス貯蔵タンク33の容量を大きくしなければならない。このため、燃料改質システム24及び改質ガス貯蔵タンク33の大型化が必要となり、これら装置の車両への搭載性が悪化する。 Incidentally, the NO X storage and reduction catalyst 23 desorbing NO X from, as a method for reducing the H 2 produced by the fuel reformer system 25 without desorbing NO X by the NO X desorption process the NO X storage It is also conceivable to only supply to the reduction catalyst. However, in order to desorb and reduce NO x from the NO x storage reduction catalyst only with H 2 , a large amount of H 2 is required. Therefore, the fuel reforming ability of the fuel reforming system 25 must be made high. In addition, the capacity of the reformed gas storage tank 33 must be increased. For this reason, it is necessary to enlarge the fuel reforming system 24 and the reformed gas storage tank 33, and the mountability of these devices on a vehicle deteriorates.

また、H2を生成する場合には改質触媒27をかなりの高温にまで昇温する必要がある。従って、H2の生成には或る程度のエネルギの消費が必要となる。特に、燃料改質能力を高いものとするためには改質触媒27を大きくする必要があり、このように大きい改質触媒27を昇温するのに必要なエネルギも大きくなる。従って、本実施形態のようにNOX脱離処理を実行しつつ燃料改質システム25によって生成されたH2をNOX吸蔵還元触媒23に供給することでNOX吸蔵還元触媒23からNOXの脱離・還元を行うことにより、燃料改質システム25等の車両への搭載性の確保及びエネルギ消費の低減を維持しつつNOXの脱離・還元を行うことができる。 Further, when generating H 2 , it is necessary to raise the temperature of the reforming catalyst 27 to a considerably high temperature. Therefore, a certain amount of energy is required to generate H 2 . In particular, in order to increase the fuel reforming capability, it is necessary to increase the reforming catalyst 27, and the energy required to raise the temperature of such a large reforming catalyst 27 also increases. Accordingly, by supplying the H 2 generated by the fuel reforming system 25 to the NO X storage reduction catalyst 23 while executing the NO X desorption process as in the present embodiment, the NO X storage reduction catalyst 23 reduces NO X. By performing desorption / reduction, NO x can be desorbed / reduced while ensuring the mountability of the fuel reforming system 25 or the like on a vehicle and maintaining a reduction in energy consumption.

また、上記実施形態では、NOX脱離処理初期にNOX吸蔵還元触媒23に供給する還元剤として主にH2を用いることを前提としているが、斯かる還元剤はH2でなく、他の如何なる還元剤であってもよい。従って、例えば斯かる還元剤としてHC又はCOを用いることも可能である。ただし、H2の還元能力が非常に高いため、斯かる還元剤としてH2を用いるのが最も好ましい。 In the above embodiment, it is assumed that H 2 is mainly used as the reducing agent supplied to the NO X storage reduction catalyst 23 in the initial stage of the NO X desorption process. However, such a reducing agent is not H 2 , Any reducing agent may be used. Thus, for example, HC or CO can be used as such a reducing agent. However, since the reducing ability of H 2 is very high, it is most preferable to use H 2 as such a reducing agent.

図5は、本発明の第一実施形態の排気浄化装置におけるNOX脱離処理に関する制御の制御ルーチンのフローチャートである。各制御ルーチンは一定時間間隔の割り込みによって行われる。 FIG. 5 is a flowchart of a control routine for control related to NO x desorption processing in the exhaust purification system of the first embodiment of the present invention. Each control routine is performed by interruption at regular time intervals.

まず、ステップ101においてH2供給フラグXH2が0であるか否かが判定される。H2供給フラグXH2はNOX吸蔵還元触媒23にH2を供給しているときであるか否かを示すフラグであり、H2供給を行っているときに1、H2供給を行っていないときに0とされる。ステップ101においてH2の供給を行っていないと判定された場合(XH2=0)にはステップ102へと進む。ステップ102ではNOX脱離フラグXRSが0であるか否かが判定される。NOX脱離フラグXRSはNOX脱離処理を実行しているときであるか否かを示すフラグであり、NOX脱離処理を実行しているときに1、NOX脱離処理を実行していないときに0とされる。ステップ102においてNOX脱離処理を実行していないと判定された場合(XRS=0)にはステップ103へと進む。 First, in step 101, it is determined whether or not the H 2 supply flag XH2 is zero. H 2 feed flag XH2 is a flag indicating whether the whether when supplied with H 2 in the NO X occluding and reducing catalyst 23, is not performed 1, H 2 supply when performing with H 2 supply Sometimes 0. If it is determined in step 101 that H 2 is not supplied (XH2 = 0), the process proceeds to step 102. In step 102, it is determined whether or not the NO X desorption flag XRS is zero. NO X desorption flag XRS is a flag indicating whether the whether when running NO X desorption process, executes the 1, NO X desorption process when running NO X desorption process 0 when not. If it is determined in step 102 that the NO x desorption process is not being executed (XRS = 0), the process proceeds to step 103.

ステップ103では、NOX吸蔵還元触媒23へのNOX吸蔵量QNOXが限界吸蔵量QNOXLを超えているか否かが判定される。NOX吸蔵還元触媒23へのNOX吸蔵量QNOXは、例えば差圧センサ56によって検出されたNOX吸蔵還元触媒23の前後差圧に基づいて算出される。NOX吸蔵量QNOXが限界吸蔵量QNOXLを超えていないと判定された場合(QNOX≦QNOXL)には、制御ルーチンが終了せしめられる。一方、ステップ103においてNOX吸蔵量QNOXが限界吸蔵量QNOXLを超えていると判定された場合(QNOX>QNOXL)にはステップ104へと進む。ステップ104では、NOX脱離処理のみによってNOX吸蔵還元触媒23からNOXを脱離・還元させようとした場合にしみ出すと予想されるNOXの量(以下、「推定しみ出し量」と称す)が、図4に示したようなマップに基づいてNOX吸蔵還元触媒23の劣化及び限界吸蔵量QNOXL等から算出される。次いで、ステップ105では、ステップ104で推定された推定しみ出し量に基づいてマップ等によりNOX吸蔵還元触媒23へH2を供給すべき時間(以下、「目標供給時間」と称す)TS及びH2を供給すべき量(以下、「目標供給量」と称す)QSが算出される。 In step 103, it is determined whether or not the NO X storage amount QNOX to the NO X storage reduction catalyst 23 exceeds the limit storage amount QNOXL. The NO X storage amount QNOX to the NO X storage reduction catalyst 23 is calculated based on the differential pressure of the NO X occluding and reducing catalyst 23 for example, which is detected by the differential pressure sensor 56. When it is determined that the NO X storage amount QNOX does not exceed the limit storage amount QNOXL (QNOX ≦ QNOXL), the control routine is ended. On the other hand, if it is determined at step 103 that the NO X storage amount QNOX exceeds the limit storage amount QNOXL (QNOX> QNOXL), the routine proceeds to step 104. In step 104, the amount of the NO X which is expected to oozes when trying to desorption and reduction of NO X from the NO X storage reduction catalyst 23 by NO X desorption process only (hereinafter "estimated seepage amount" Is calculated from the deterioration of the NO x storage reduction catalyst 23 and the limit storage amount QNOXL based on the map as shown in FIG. Next, at step 105, the time when H 2 should be supplied to the NO X storage reduction catalyst 23 by a map or the like based on the estimated exudation amount estimated at step 104 (hereinafter referred to as “target supply time”) TS and H An amount QS to be supplied (hereinafter referred to as “target supply amount”) QS is calculated.

次いで、ステップ106及びステップ107では、NOX脱離処理及びH2の供給が開始される。ここで単位時間当たりのH2の供給量は、例えば、上記目標供給量QSを目標供給時間TSで除算した値とされる。そして、ステップ108において、H2供給フラグXH2及びNOX脱離フラグXRSが1とされ、制御ルーチンが終了せしめられる。 Next, in step 106 and step 107, the NO x desorption process and the supply of H 2 are started. Here, the supply amount of H 2 per unit time is, for example, a value obtained by dividing the target supply amount QS by the target supply time TS. In step 108, the H 2 supply flag XH 2 and the NO X desorption flag XRS are set to 1, and the control routine is ended.

そして、次のサイクルの制御ルーチンでは、ステップ101においてH2の供給を行っていると判定され(XH2=1)、ステップ109へと進む。ステップ109では、H2の供給を開始してから目標供給時間TSが経過したか否かが判定され、経過していないと判定された場合には制御ルーチンが終了せしめられ、H2の供給が継続される。一方、ステップ109において、目標供給時間TSが経過したと判定された場合にはステップ110へと進む。ステップ110ではH2の供給が終了せしめられ、次いでステップ111ではH2供給フラグXH2が0とされる。 In the control routine of the next cycle, it is determined in step 101 that H 2 is being supplied (XH2 = 1), and the process proceeds to step 109. In step 109, it is determined whether or not the target supply time TS has elapsed since the start of the supply of H 2. If it is determined that the target supply time TS has not elapsed, the control routine is terminated and the supply of H 2 is completed. Will continue. On the other hand, if it is determined in step 109 that the target supply time TS has elapsed, the process proceeds to step 110. In step 110, the supply of H 2 is terminated, and then in step 111, the H 2 supply flag XH2 is set to zero.

このようにH2の供給が終了せしめられた次のサイクルの制御ルーチンでは、ステップ101においてH2の供給を行っていないと判定される(XH2=0)と共にステップ102においてNOX脱離処理を実行していると判定され(XRS=1)、ステップ112へと進む。ステップ112では、NOX脱離処理の終了条件が成立したか否かが判定される。ここで、NOX脱離処理の終了条件が成立する場合とは、例えば、NOX吸蔵還元触媒23に吸蔵されていたNOXがほぼ全て脱離せしめられた場合等が挙げられる。ステップ112においてNOX脱離処理の終了条件が成立していないと判定された場合には制御ルーチンが終了せしめられる。一方、NOX脱離処理の終了条件が成立したと判定された場合にはステップ113へと進む。ステップ113ではNOX脱離処理が終了せしめられ、次いでステップ114ではNOX脱離フラグXRSが0とされる。 In the control routine of the next cycle in which the supply of H 2 is thus terminated, it is determined in step 101 that the supply of H 2 is not being performed (XH2 = 0), and NO X desorption processing is performed in step 102. It is determined that it is being executed (XRS = 1), and the process proceeds to step 112. In step 112, it is determined whether or not an end condition for the NO x desorption process is satisfied. Here, the case where the termination condition of the NO X desorption process is satisfied, for example, like the case where the NO X storage reduction catalyst 23 NO X that was stored in the occupied almost all desorbed and the like. If it is determined in step 112 that the termination condition for the NO x desorption process is not satisfied, the control routine is terminated. On the other hand, if it is determined that the termination condition for the NO x desorption process is satisfied, the routine proceeds to step 113. In step 113, the NO x desorption process is terminated, and then in step 114, the NO x desorption flag XRS is set to zero.

次に、本発明の第二実施形態の排気浄化装置について説明する。
上述したNOX吸蔵還元触媒23は、流入排気ガス中のNOXだけでなくSOXも吸蔵し得る。すなわち、NOX吸蔵還元触媒23は、流入排気ガスの空燃比がリーンのときには流入排気ガス中のSOXを吸蔵し、流入排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比又はリッチであってNOX吸蔵還元触媒23の温度がSOX脱離温度以上であるときには吸蔵しているSOXを脱離させる。
Next, an exhaust emission control device according to a second embodiment of the present invention will be described.
The above-described NO X storage reduction catalyst 23 can store not only NO X in the inflowing exhaust gas but also SO X. That is, the NO X storage reduction catalyst 23 stores SO X in the inflowing exhaust gas when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lean, and the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is approximately the stoichiometric air-fuel ratio or rich so that the NO X storage is performed. When the temperature of the reduction catalyst 23 is equal to or higher than the SO X desorption temperature, the stored SO X is desorbed.

NOX吸蔵還元触媒23では、NOX吸蔵還元触媒23のSOX吸蔵量が多くなると、吸蔵可能なNOX量が減少し、NOX吸蔵能力が低下する。従って、NOX吸蔵還元触媒23のNOX吸蔵能力を維持するためには、NOX吸蔵還元触媒23のSOX吸蔵量を少なく維持する必要がある。ところが、排気ガスの空燃比がリーンである機関運転状態が続くとNOX吸蔵還元触媒23のSOX吸蔵量も増加する。そのため、本実施形態の排気浄化装置では、NOX吸蔵還元触媒23のSOX吸蔵量が所定の限界吸蔵量を超えた場合には、NOX吸蔵還元触媒23の温度をSOX脱離温度以上に昇温、維持しつつ流入排気ガスの空燃比をほぼ理論空燃比又はリッチとするSOX脱離処理を実行する。この場合も上記NOX脱離処理と同様に流入排気ガスの空燃比をほぼ理論空燃比又はリッチとするために機関本体1から排出される排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比又はリッチとされる。斯かるSOX脱離処理により、NOX吸蔵還元触媒23に吸蔵されていたSOXが脱離せしめられてNOX吸蔵還元触媒23のSOX吸蔵量がほぼ零となり、NOX吸蔵還元触媒23のNOX吸蔵能力が回復せしめられる。 In the NO X storage reduction catalyst 23, NO if SO X storage amount of X occluding and reducing catalyst 23 is increased, absorbing possible amount of NO X is decreased, the NO X storage ability is lowered. Therefore, in order to maintain the NO X storage ability of the NO X occluding and reducing catalyst 23, it is necessary to reduce maintain SO X storage amount of the NO X occluding and reducing catalyst 23. However, when the engine operating state in which the air-fuel ratio of the exhaust gas is lean continues, the SO X storage amount of the NO X storage reduction catalyst 23 also increases. Therefore, the exhaust gas purifying apparatus of the present embodiment, when the SO X storage amount of the NO X occluding and reducing catalyst 23 exceeds a predetermined limit amount of occlusion, NO X occluding reduction temperature of the catalyst 23 SO X desorption temperature higher The SO X desorption process is performed to bring the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas to substantially the stoichiometric air-fuel ratio or rich while maintaining the temperature at a high level. In this case the air-fuel ratio of the exhaust gas is also exhausted from the engine body 1 to the approximate theoretical air-fuel ratio or rich air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas as in the NO X desorption process is substantially the stoichiometric air-fuel ratio or rich The With such SO X desorption process, the NO X storage reduction SO X storage amount is substantially zero next to the catalyst 23 SO X that was stored in the provided desorbed the NO X storage reduction catalyst 23, the NO X storage reduction catalyst 23 of the NO X storage capacity is made to recovery.

ところで、NOX吸蔵還元触媒23にはNOX吸蔵剤が担持されているが、NOX吸蔵剤にSOXが吸蔵されている状態は、NOX吸蔵剤にNOXが吸蔵されている状態よりも安定している。このためNOX吸蔵還元触媒23に吸蔵されたSOXはNOXよりも脱離されにくく、上述したNOX脱離処理が0.5〜3秒程度で終了するのに対して、SOX脱離処理は30分程度行っても完全に脱離させることができない場合がある。また、SOXを脱離させるのに時間を要する他の理由としては、NOX吸蔵還元触媒23の上流端から脱離したSOXがその下流側に再び吸蔵され、これを繰り返しながら吸蔵されているSOXが徐々に下流側に移動し、最後にNOX吸蔵還元触媒23から排出されることが挙げられる。 Meanwhile, from the state, but the NO X storage agent to the NO X occluding and reducing catalyst 23 is supported, state SO X in the NO X absorbent is occluded is the NO X is stored in the NO X absorbent Is also stable. Therefore, SO X stored in the NO X storage reduction catalyst 23 is less likely to be desorbed than NO X , and the above-described NO X desorption process is completed in about 0.5 to 3 seconds, whereas SO X desorption is completed. Even if the separation treatment is performed for about 30 minutes, it may not be completely desorbed. As another reason time-consuming the SO X to desorb, SO X, which from the upstream end desorbed of the NO X occluding and reducing catalyst 23 is again occluded downstream thereof, are occluded by repeating this It can be mentioned that the SO x gradually moves to the downstream side and is finally discharged from the NO x storage reduction catalyst 23.

図6は、SOX脱離処理の開始後、NOX吸蔵還元触媒23からのSOX脱離量の推移を示す図である。図中の実線は後述する本発明のH2の供給を行いつつSOX脱離処理を実行した場合のSOX脱離量の推移を示しており、一方、図中の破線は斯かるH2の供給を行うことなくSOX脱離処理を実行した場合のSOX脱離量の推移を示している。 FIG. 6 is a graph showing the transition of the SO X desorption amount from the NO X storage reduction catalyst 23 after the start of the SO X desorption process. The solid line in the figure shows the transition of SO X desorption amount when executing the SO X desorption process while performing supply of H 2 present invention to be described later, whereas the broken line in the figure such H 2 It shows the transition of the SO X desorption amount when running without SO X desorption process to perform the supply of.

図6からわかるように、NOX吸蔵還元触媒23の温度をSOX脱離温度以上に上昇させると共に流入排気ガスの空燃比をほぼ理論空燃比又はリッチにすることによりSOX脱離処理が開始されると、SOX流出量が急激に増大し、その後徐々に減少していく。このように、SOX流出量が徐々に減少していくのは、NOX吸蔵還元触媒23の領域毎に温度分布の存在や、NOXが吸蔵されている場所から貴金属(白金等)までの距離等により、NOX吸蔵還元触媒23からSOXが脱離し易い場所と脱離しにくい場所とがあり、脱離しにくい場所に吸蔵されているSOXが残る傾向にあるためであると考えられる。すなわち、SOX脱離処理の開始からある程度の時間が経過しても、脱離しにくい場所に吸蔵されているSOXは脱離しにくく、斯かるSOXを迅速に脱離させるためには還元能力の高い還元剤をNOX吸蔵還元触媒23に供給する必要がある。 As can be seen from FIG. 6, the SO X desorption process is started by raising the temperature of the NO X storage reduction catalyst 23 to the SO X desorption temperature or higher and making the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas substantially the stoichiometric air-fuel ratio or rich. As a result, the SO X outflow amount increases rapidly and then gradually decreases. As described above, the SO X outflow amount gradually decreases because of the temperature distribution in each region of the NO X storage reduction catalyst 23 or from the place where NO X is stored to the noble metal (such as platinum). This is considered to be because there is a place where SO x is easily desorbed from the NO x storage-reduction catalyst 23 and a place where it is difficult to desorb, and SO x stored in a place where it is difficult to desorb tends to remain. That is, even after some time from the start of SO X desorption process, SO X which is stored in desorbed difficult place hardly desorbed reducing capability in order to rapidly desorb such SO X Therefore, it is necessary to supply a high reducing agent to the NO x storage reduction catalyst 23.

このような観点から、SOX脱離処理中にNOX吸蔵還元触媒23に供給する還元剤としては、機関本体1から排出された排気ガス中に含まれるHCやCOを用いるよりも、還元能力の高いH2を用いる方が好ましい。一方で、上述したようにSOX脱離処理中に還元剤としてH2のみを用いようとすると、燃料改質システム24及び改質ガス貯蔵タンク33の大型化が必要となると共に改質触媒33を昇温するのに必要なエネルギが大きくなってしまう。 From such a point of view, as the reducing agent supplied to the NO x storage reduction catalyst 23 during the SO x desorption process, the reducing ability is used rather than using HC or CO contained in the exhaust gas discharged from the engine body 1. It is preferable to use high H 2 . On the other hand, if only H 2 is used as the reducing agent during the SO X desorption treatment as described above, the fuel reforming system 24 and the reformed gas storage tank 33 need to be enlarged and the reforming catalyst 33 is used. As a result, the energy required to raise the temperature increases.

そこで、本実施形態ではSOX脱離処理の前期においてはNOX吸蔵還元触媒23へのH2の供給をせず、後期においてのみH2の供給を行うこととしている。これにより、SOX脱離処理の前期においては、機関本体1から排出される排気ガス中のHC及びCOによっても比較的迅速にSOXを脱離させることができ、S再生の後期において、NOX吸蔵還元触媒23にH2を供給することにより、図6に実線で示したようにSOX脱離処理の後期においても迅速にSOXを脱離、流出させるようにしている。これにより、H2の供給量を最小としながらもSOXを迅速に脱離させることができるようになる。 Therefore, in the present embodiment, H 2 is not supplied to the NO X storage reduction catalyst 23 in the first half of the SO X desorption process, and H 2 is supplied only in the second half . Thus, in the previous period of SO X desorption process, can also cause relatively quickly desorb SO X by HC and CO in the exhaust gas discharged from the engine body 1, in late S regeneration, NO by supplying of H 2 in the X occluding and reducing catalyst 23, so that desorption, to flow out quickly sO X even later in the sO X desorption process, as shown by the solid line in FIG. This makes it possible to rapidly desorb SO x while minimizing the supply amount of H 2 .

なお、SOX脱離処理の「後期」とは、所定の待ち時間経過後、すなわちH2供給開始時期以降を意味し、「H2供給開始時期」とはNOX吸蔵還元触媒23のSOX吸蔵量が上記限界吸蔵量よりも少ない所定の吸蔵量(以下、「供給開始吸蔵量」と称す)以下となった時期を意味する。H2供給開始時期は、SOX脱離処理開始からの経過時間や後述するようにSOXセンサ55の出力等に基づいて判断される。 The “late stage” of the SO X desorption process means that a predetermined waiting time has elapsed, that is, after the H 2 supply start time, and the “H 2 supply start time” means the SO X of the NO X storage reduction catalyst 23. It means a time when the occlusion amount becomes equal to or less than a predetermined occlusion amount (hereinafter referred to as “supply start occlusion amount”) smaller than the above limit occlusion amount. The H 2 supply start timing is determined on the basis of the elapsed time from the start of the SO X desorption process, the output of the SO X sensor 55 as described later, and the like.

また、本実施形態では、上述したようにNOX吸蔵還元触媒23の排気下流側にSOXセンサ55を有しており、SOX脱離処理の終了時期やH2供給開始時期等をSOXセンサ55の出力に応じて制御するようにしている。具体的には、S再生中においてSOXセンサ55によって検出されたNOX吸蔵還元触媒23から流出する排気ガス中のSOXの濃度が所定の濃度(SOX吸蔵量が供給開始吸蔵量であるときに対応するSOXの濃度。以下、「H2供給開始濃度」と称す)CSOX1以下である場合にNOX吸蔵還元触媒23へのH2の供給が開始され、また、S再生中において上記検出されたSOXの濃度がほぼ零となった場合にSOX脱離処理が終了せしめられる。 Further, in this embodiment, it has a SO X sensor 55 on the exhaust downstream side of the NO X occluding and reducing catalyst 23 as described above, SO X desorption process ends timing, H 2 supply start timing, etc. of the SO X Control is performed according to the output of the sensor 55. Specifically, the concentration of SO X in the exhaust gas flowing out from the NO X storage reduction catalyst 23 detected by the SO X sensor 55 during S regeneration is a predetermined concentration (the SO X storage amount is the supply start storage amount). In some cases, the concentration of SO X correspondingly (hereinafter referred to as “H 2 supply start concentration”) starts to supply H 2 to the NO X storage reduction catalyst 23 when CSOX 1 or less. When the detected concentration of SO x becomes almost zero, the SO x desorption process is terminated.

図7は、本発明の第二実施形態の排気浄化装置におけるSOX脱離処理に関する制御の制御ルーチンのフローチャートである。各制御ルーチンは一定時間間隔の割り込みによって行われる。 FIG. 7 is a flowchart of a control routine of control related to SO X desorption processing in the exhaust purification system of the second embodiment of the present invention. Each control routine is performed by interruption at regular time intervals.

まず、ステップ151においてH2供給フラグXHSが0であるか否かが判定される。H2供給フラグXHSは図5の制御に用いられるH2供給フラグXH2と同様なフラグである。ステップ151においてH2の供給を行っていないと判定された場合(XHS=0)にはステップ152へと進む。ステップ152ではSOX脱離フラグXSが0であるか否かが判定される。SOX脱離フラグXSはSOX脱離処理を実行しているときであるか否かを示すフラグであり、SOX脱離処理を実行しているときに1、実行していないときに0とされる。ステップ152においてSOX脱離処理を実行していないと判定された場合にはステップ153へと進む。 First, in step 151, it is determined whether or not the H 2 supply flag XHS is zero. The H 2 supply flag XHS is a flag similar to the H 2 supply flag XH2 used for the control of FIG. If it is determined in step 151 that H 2 is not supplied (XHS = 0), the process proceeds to step 152. In step 152, it is determined whether or not the SO X desorption flag XS is zero. SO X desorption flag XS is a flag indicating whether or not when running SO X desorption process, 0 when the 1, not running when running SO X desorption process It is said. If it is determined in step 152 that the SO X desorption process has not been executed, the process proceeds to step 153.

ステップ153では、NOX吸蔵還元触媒23へのSOX吸蔵量QSOXが限界吸蔵量QSOXLを超えているか否かが判定される。ここで、NOX吸蔵還元触媒23へのSOX吸蔵量は、例えば、前回SOX脱離処理を実行してから供給された燃料の総量に燃料の単位質量当たりの硫黄成分含有率を乗算することによって算出される。SOX吸蔵量QSOXが限界吸蔵量QSOXL以下であると判定された場合(QSOX≦QSOXL)には、制御ルーチンが終了せしめられる。一方、ステップ153においてSOX吸蔵量QSOXが限界吸蔵量QSOXLを超えていると判定された場合(QSOX>QSOXL)にはステップ154へと進む。ステップ154ではSOX脱離処理が開始される。SOX脱離処理においては、まずNOX吸蔵還元触媒23がSOX脱離温度にまで昇温せしめられ、その後機関本体1から排出される排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比又はリッチとされる。そして、ステップ155において、SOX脱離フラグXSが1とされ、制御ルーチンが終了せしめられる。 In step 153, it is determined whether or not the SO X storage amount QSOX to the NO X storage reduction catalyst 23 exceeds the limit storage amount QSOXL. Here, the SO X storage amount in the NO X storage reduction catalyst 23 is obtained by, for example, multiplying the total amount of fuel supplied after executing the previous SO X desorption process by the sulfur component content per unit mass of the fuel. Is calculated by When it is determined that the SO X storage amount QSOX is equal to or less than the limit storage amount QSOXL (QSOX ≦ QSOXL), the control routine is terminated. On the other hand, if it is determined in step 153 that the SO X storage amount QSOX exceeds the limit storage amount QSOXL (QSOX> QSOXL), the routine proceeds to step 154. In step 154, the SO X desorption process is started. In the SO X desorption process, the NO X storage reduction catalyst 23 is first heated up to the SO X desorption temperature, and then the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the engine body 1 is substantially stoichiometric or rich. The In step 155, the SO X desorption flag XS is set to 1, and the control routine is ended.

そして、次のサイクルの制御ルーチンでは、ステップ152においてSOX脱離処理を行っていると判定され(XS=1)、ステップ156へと進む。ステップ156では、SOXセンサ55で検出されたSOX濃度CSOXが、H2供給開始濃度CSOX1以下であるか否かが判定され、H2供給開始濃度CSOX1よりも高いと判定された場合には制御ルーチンが終了せしめられる。一方、ステップ156においてSOX濃度CSOXがH2供給開始濃度CSOX1以下であると判定された場合にはステップ157へと進む。ステップ157では、NOX吸蔵還元触媒23へのH2の供給が開始される。次いで、ステップ158では、H2供給フラグXHSが1とされ、制御ルーチンが終了せしめられる。 In the control routine of the next cycle, it is determined in step 152 that the SO X desorption process is being performed (XS = 1), and the process proceeds to step 156. In step 156, it is determined whether or not the SO X concentration CSOX detected by the SO X sensor 55 is equal to or lower than the H 2 supply start concentration CSOX 1. If it is determined that the SO 2 concentration CSOX 1 is higher than the H 2 supply start concentration CSOX 1. The control routine is terminated. On the other hand, if it is determined in step 156 that the SO X concentration CSOX is equal to or lower than the H 2 supply start concentration CSOX 1 , the process proceeds to step 157. In step 157, the supply of H 2 to the NO x storage reduction catalyst 23 is started. Next, at step 158, the H 2 supply flag XHS is set to 1, and the control routine is ended.

このようにH2の供給が開始せしめられた次のサイクルの制御ルーチンでは、ステップ151においてH2の供給を行っていると判定され(XHS=1)、ステップ159へと進む。ステップ159では、SOXセンサ55で検出されたSOX濃度CSOXがほぼ零であるか否か、すなわちNOX吸蔵還元触媒23に吸蔵されていたSOXがほぼ全て脱離せしめられたか否かが判定され、SOX濃度CSOXが零付近でないときには制御ルーチンが終了せしめられる。一方、ステップ159において、SOXセンサ55で検出されたSOX濃度CSOXがほぼ零であると判定された場合にはステップ160へと進む。ステップ160では、H2の供給が終了せしめられ、次いでステップ161ではSOX脱離処理が終了せしめられる。その後、ステップ162では、SOX脱離フラグXS及びH2供給フラグXHSが0とされ、制御ルーチンが終了せしめられる。 Thus, in the control routine of the next cycle in which the supply of H 2 is started, it is determined in step 151 that the supply of H 2 is being performed (XHS = 1), and the process proceeds to step 159. In step 159, it is determined whether or not the SO X concentration CSOX detected by the SO X sensor 55 is substantially zero, that is, whether or not all the SO X stored in the NO X storage reduction catalyst 23 has been desorbed. When the determination is made and the SO X concentration CSOX is not near zero, the control routine is terminated. On the other hand, if it is determined at step 159 that the SO X concentration CSOX detected by the SO X sensor 55 is substantially zero, the routine proceeds to step 160. In step 160, the supply of H 2 is terminated, and then in step 161, the SO x desorption process is terminated. Thereafter, in step 162, the SO X desorption flag XS and the H 2 supply flag XHS are set to 0, and the control routine is ended.

ところで、H2を供給することによりSOXを脱離させようとする場合、NOX吸蔵還元触媒23において二酸化硫黄(H2S)が生成されてしまう場合がある。このH2Sは、大気中に短時間に多量に放出されると悪臭を放つため、少量ずつ放出されるべきである。このようなH2Sの生成は、図8に示したように流入排気ガスの空燃比に応じて異なり、流入排気ガスのリッチ度合いが高いほどH2Sが生成され易い。一方、NOX吸蔵還元触媒23に流入するH2濃度が低いと、SOXの脱離速度が低下してしまう場合がある。従って、NOX吸蔵還元触媒23に流入する排気ガス中のH2の濃度は一定範囲の濃度に維持すべきである。 By the way, when SO X is to be desorbed by supplying H 2 , sulfur dioxide (H 2 S) may be generated in the NO X storage reduction catalyst 23. This H 2 S should be released little by little because it emits a bad odor when released in a large amount in the atmosphere in a short time. Such generation of H 2 S varies depending on the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas as shown in FIG. 8, and H 2 S is more easily generated as the richness of the inflowing exhaust gas is higher. On the other hand, if the concentration of H 2 flowing into the NO x storage reduction catalyst 23 is low, the SO x desorption rate may decrease. Therefore, the concentration of H 2 in the exhaust gas flowing into the NO x storage reduction catalyst 23 should be maintained within a certain range.

ここで、内燃機関の排気ガス中にも少量ながらH2が含まれている。従って、燃料改質システム25からNOX吸蔵還元触媒23にH2を供給しているときには、NOX吸蔵還元触媒23へのH2の総流入量は機関本体1からの排気ガス中のH2の流入量と燃料改質システム25からの供給H2の供給量とを合計したものとなっている。このため、燃料改質システム25から供給するH2の流入量を一定にすると、NOX吸蔵還元触媒23に流入するH2の流入量は排気ガス中のH2の濃度に応じて変動してしまう。 Here, a small amount of H 2 is also contained in the exhaust gas of the internal combustion engine. Therefore, the fuel when it is supplied with H 2 in the NO X occluding and reducing catalyst 23 from the reforming system 25, the NO X storage reduction total inflow of H 2 the catalyst 23 is H 2 in the exhaust gas from the engine body 1 Inflow amount and the supply amount of the supply H 2 from the fuel reforming system 25 are totaled. Therefore, when the inflow of H 2 supplied from the fuel reforming system 25 constant inflow of H 2 flowing to the NO X occluding and reducing catalyst 23 varies depending on the concentration of H 2 in the exhaust gas End up.

そこで、本実施形態では、NOX吸蔵還元触媒23の排気上流に配置されたH2センサ53の出力に基づいて、燃料改質システム25からのNOX吸蔵還元触媒23へのH2供給量を調整することとしている。具体的には、H2センサによって検出された排気ガス中のH2濃度が低い場合には燃料改質システム25からのNOX吸蔵還元触媒23へのH2の供給量を多いものとし、逆にH2センサによって検出された排気ガス中のH2濃度が高い場合には燃料改質システム25からのNOX吸蔵還元触媒23へのH2の供給量を少ないものとし、NOX吸蔵還元触媒23に流入するH2の濃度をほぼ一定に維持することとしている。これにより、SOXの脱離効率を高く維持しつつH2Sの発生量を低く維持することができる。 Therefore, in the present embodiment, based on the output of the H 2 sensor 53 disposed in the exhaust upstream of the NO X occluding and reducing catalyst 23, and H 2 feed to the NO X storage reduction catalyst 23 from the fuel reformer system 25 We are going to adjust. Specifically, when the H 2 concentration in the exhaust gas detected by the H 2 sensor is low, the amount of H 2 supplied from the fuel reforming system 25 to the NO x storage reduction catalyst 23 is assumed to be large. If the H 2 concentration in the exhaust gas detected by the H 2 sensor is high, the amount of H 2 supplied from the fuel reforming system 25 to the NO X storage reduction catalyst 23 is reduced, and the NO X storage reduction catalyst It is assumed that the concentration of H 2 flowing into 23 is maintained almost constant. Thereby, the generation amount of H 2 S can be kept low while maintaining the SO x desorption efficiency high.

なお、このようにH2センサ53の出力に基づいて燃料改質システム25からのNOX吸蔵還元触媒23へのH2供給量を調整することは、上述した第一実施形態でも利用可能である。 Note that adjusting the amount of H 2 supplied from the fuel reforming system 25 to the NO x storage reduction catalyst 23 based on the output of the H 2 sensor 53 in this way can also be used in the first embodiment described above. .

本発明の排気浄化装置が用いられる内燃機関全体を示す図である。It is a figure which shows the whole internal combustion engine in which the exhaust gas purification apparatus of this invention is used. NOX脱離処理と、NOX吸蔵還元触媒に流入する排気ガス及びNOX吸蔵還元触媒から流出する排気ガスのNOX濃度との関係を示した図である。And NO X desorption process is a diagram showing the relationship between the concentration of NO X exhaust gas flowing out from the exhaust gas and the NO X storage reduction catalyst flows into the NO X storage reduction catalyst. 一回のNOX脱離処理の実行中におけるNOX吸蔵還元触媒からのNOXの脱離量と、流入排気ガス中の還元剤量と、NOX吸蔵還元触媒からのNOX流出量との推移を示す図である。A desorption amount of the NO X from the NO X storage reduction catalyst during one cycle of execution of the NO X desorption process, the amount of reducing agent in the inflowing exhaust gas, the NO X outflow from the NO X storage reduction catalyst It is a figure which shows transition. NOX脱離処理開始時におけるNOX吸蔵量とNOX脱離処理の開始初期におけるNOXしみ出し量との関係を示す図である。It is a diagram showing the relationship between the NO X exudation amount in the initial stage of the NO X storage amount and NO X desorption process in NO X desorption process at the start. NOX脱離処理に関する制御の制御ルーチンのフローチャートである。It is a flowchart of a control routine of the control related to NO X desorption process. SOX脱離処理を開始後、NOX吸蔵還元触媒からのSOX流出量の推移を示す図である。After starting the SO X desorption process is a diagram showing a change in the SO X outflow from the NO X storage reduction catalyst. SOX脱離処理に関する制御の制御ルーチンのフローチャートである。7 is a flowchart of a control routine for control related to SO X desorption processing. 流入排気ガスの空燃比とNOX吸蔵還元触媒から流出するH2S濃度との関係を示す図である。It is a diagram showing the relationship between the concentration of H 2 S which flows from the air-fuel ratio and the NO X storage reduction catalyst of the inflowing exhaust gas.

符号の説明Explanation of symbols

1 機関本体
10 点火プラグ
11 燃料噴射弁
18 スロットル弁
20 酸化触媒
23 NOX吸蔵還元触媒
25 燃料改質システム
27 改質触媒
28 改質用燃料噴射弁
41 ECU
52 空燃比センサ
53 H2センサ
55 SOXセンサ
1 engine body 10 spark plug 11 fuel injection valve 18 throttle valve 20 oxidation catalyst 23 NO X occluding and reducing catalyst 25 fuel reforming system 27 reforming catalyst 28 for reforming fuel injection valve 41 ECU
52 Air-fuel ratio sensor 53 H 2 sensor 55 SO X sensor

Claims (6)

機関排気通路に配置された上流側排気浄化触媒と、該上流側排気浄化触媒よりも排気下流側において機関排気通路に配置された下流側排気浄化触媒と、下流側排気浄化触媒のみに還元剤を供給する還元剤供給装置とを具備し、上記下流側排気浄化触媒は流入排気ガスの空燃比がリーンのときには流入排気ガス中のNOXを吸蔵すると共に流入排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比又はリッチのときには吸蔵しているNOXを脱離させ、上記下流側排気浄化触媒へのNOX吸蔵量が限界吸蔵量よりも多い場合には機関本体から排出される排気ガスの空燃比をほぼ理論空燃比又はリッチとするNOX脱離処理により下流側排気浄化触媒からNOXを脱離させる内燃機関の排気浄化装置において、
上記NOX脱離処理中においてはNOX脱離処理開始から所定の供給時間が経過するまでの間にのみ還元剤供給装置から還元剤を下流側排気浄化触媒に供給するようにした、内燃機関の排気浄化装置。
A reducing agent is disposed only on the upstream side exhaust purification catalyst disposed in the engine exhaust passage, the downstream side exhaust purification catalyst disposed in the engine exhaust passage downstream of the upstream side exhaust purification catalyst, and the downstream side exhaust purification catalyst. The downstream exhaust purification catalyst stores NO x in the inflowing exhaust gas when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lean, and the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is substantially the stoichiometric air-fuel ratio. Alternatively, when the engine is rich, the stored NO x is desorbed, and when the NO x occlusion amount in the downstream side exhaust purification catalyst is larger than the limit occlusion amount, the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the engine body is substantially reduced. In an exhaust gas purification device for an internal combustion engine that desorbs NO X from a downstream side exhaust purification catalyst by NO X desorption treatment to make the theoretical air-fuel ratio or rich,
In the NO X in the desorption process was to supply the reducing agent to the downstream exhaust purifying catalyst from the only reducing agent supply device during the NO X desorption process start until a predetermined supply time has elapsed, the internal combustion engine Exhaust purification equipment.
上記NOX脱離処理開始から所定の供給時間が経過するまでの間に上記還元剤供給装置から下流側排気浄化触媒に供給される還元剤の量は、NOX脱離処理開始時におけるNOX吸蔵量に応じて定められる、請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。 The amount of reducing agent supplied from the reducing agent supply device to the downstream side exhaust purification catalyst from the start of the NO X desorption process to the passage of a predetermined supply time is determined by the NO X at the start of the NO X desorption process. The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to claim 1, which is determined according to the amount of occlusion. 上記還元剤供給装置は還元剤として水素を供給する水素供給装置である、請求項1又は2に記載の内燃機関の排気浄化装置。   The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 1 or 2, wherein the reducing agent supply device is a hydrogen supply device that supplies hydrogen as a reducing agent. 機関排気通路に配置された排気浄化触媒と、該排気浄化触媒に水素を供給する水素供給装置とを具備し、上記排気浄化触媒は流入排気ガスの空燃比がリーンのときには流入排気ガス中のSOXを吸蔵すると共に流入排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比又はリッチであって該排気浄化触媒の温度がSOX脱離温度以上のときには吸蔵しているSOXを脱離させ、上記排気浄化触媒へのSOX吸蔵量が限界吸蔵量よりも多い場合には機関本体から排出される排気ガスの空燃比をほぼ理論空燃比又はリッチとすると共に上記排気浄化触媒の温度をSOX脱離温度以上にまで昇温させるSOX脱離処理を行って排気浄化触媒からSOXを脱離させる内燃機関の排気浄化装置において、
SOX脱離処理開始から所定の待ち時間経過後、SOX脱離処理を実行しつつ水素供給装置から水素を排気浄化触媒に供給するようにした、内燃機関の排気浄化装置。
An exhaust purification catalyst disposed in the engine exhaust passage, and a hydrogen supply device for supplying hydrogen to the exhaust purification catalyst, wherein the exhaust purification catalyst is SO 2 in the inflowing exhaust gas when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lean. When the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is substantially the stoichiometric air-fuel ratio or rich and the temperature of the exhaust purification catalyst is equal to or higher than the SO X desorption temperature, the stored SO X is desorbed and the exhaust purification is performed. When the SO X storage amount to the catalyst is larger than the limit storage amount, the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the engine body is made substantially stoichiometric or rich, and the temperature of the exhaust purification catalyst is set to the SO X desorption temperature. In an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine that performs SO X desorption treatment to raise the temperature to the above to desorb SO X from the exhaust purification catalyst,
After a predetermined wait time has elapsed from the SO X desorption process start was hydrogen from the hydrogen supply device while performing the SO X desorption process is supplied to the exhaust purification catalyst, exhaust gas purification system of an internal combustion engine.
上記排気浄化触媒よりも排気下流側の排気ガス中のSOXの濃度を検出するSOX濃度検出装置を更に具備し、該SOX濃度検出装置によって検出されたSOX濃度に基づいて水素供給装置からの水素の供給量を制御するようにした、請求項4に記載の内燃機関の排気浄化装置。 The exhaust gas purification than the catalyst comprises a SO X concentration detecting device for detecting the concentration of SO X in the exhaust gas in the exhaust downstream Furthermore, the hydrogen supply device based on the SO X concentration detected by the SO X concentration detecting device The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 4, wherein the supply amount of hydrogen from the engine is controlled. 上記水素供給装置よりも排気上流側の排気ガス中の水素濃度を検出する水素濃度検出装置を更に具備し、該水素濃度検出装置によって検出された水素濃度に基づいて水素供給装置からの水素の供給量を制御するようにした、請求項3〜5のいずれか1項に記載の内燃機関の排気浄化装置。   A hydrogen concentration detection device that detects the hydrogen concentration in the exhaust gas upstream of the hydrogen supply device is further provided, and hydrogen is supplied from the hydrogen supply device based on the hydrogen concentration detected by the hydrogen concentration detection device. The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to any one of claims 3 to 5, wherein the amount is controlled.
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