JP2009264308A - Exhaust emission control device of internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an exhaust emission control device of an internal combustion engine can reduce emission of NOx, by introducing EGR just after starting an engine regardless of an operation state, by realizing rich operation for reducing the NOx included in exhaust gas from the engine, by introducing the EGR by reducing the attachment and deposition of a deposit in an EGR passage. <P>SOLUTION: This exhaust emission control device is provided with a fuel reformer 50 separately from an exhaust passage 4 of the internal combustion engine 1. and is provided with a first introducing passage 57 for introducing reducing gas manufactured by the fuel reformer 50 into the exhaust passage 4 from the upstream side of an NOx control catalyst 32 among the exhaust passage 4, and a second introducing passage 58 for introducing a part of the exhaust gas into a recirculating passage 6 recirculating in an intake passage 2. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。詳しくは、排気中のNOxを吸着又は吸蔵し、この吸着又は吸蔵したNOxを還元するNOx浄化触媒を備える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. Specifically, the present invention relates to an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine that includes a NOx purification catalyst that adsorbs or occludes NOx in exhaust gas and reduces the adsorbed or occluded NOx.

また、本発明において、「リッチ」という用語は、問題とする燃料の空気/燃料比率(以下、「空燃比」という)が化学量論的な空燃比よりも小さいことを示し、「リーン」という用語は、問題とする燃料の空燃比が上述の化学量論的な空燃比よりも大きいことを示す。また、以下の説明では、内燃機関(以下、エンジンともいう)へ流入する混合気における空気と燃料の質量比をエンジン空燃比といい、排気通路内の空気と可燃性気体との質量比を排気空燃比という。   In the present invention, the term “rich” indicates that the air / fuel ratio of the fuel in question (hereinafter referred to as “air-fuel ratio”) is smaller than the stoichiometric air-fuel ratio, and is referred to as “lean”. The term indicates that the air / fuel ratio of the fuel in question is greater than the stoichiometric air / fuel ratio described above. In the following description, the mass ratio of air to fuel in the air-fuel mixture flowing into the internal combustion engine (hereinafter also referred to as engine) is referred to as the engine air-fuel ratio, and the mass ratio of air to combustible gas in the exhaust passage is defined as the exhaust gas. It is called air-fuel ratio.

従来より、排気に含まれる窒素酸化物(以下、「NOx」という)を浄化する技術が知られている。
例えば、特許文献1、2、及び非特許文献1には、排気通路にNOx吸蔵還元触媒(以下、「LNT」という)を設け、排気が酸素過剰となるリーン運転時に、排気を酸化触媒に通してNOxをアルカリ金属又はアルカリ土類金属などと反応させて吸蔵し、排気の酸素濃度が低くなるリッチ運転時に、吸蔵したNOxを還元する排気浄化装置が示されている。この排気浄化装置では、リーン運転とリッチ運転とを繰り返すことで、NOxの吸蔵とNOxの還元とを周期的に行うことができる。
Conventionally, a technique for purifying nitrogen oxide (hereinafter referred to as “NOx”) contained in exhaust gas is known.
For example, in Patent Documents 1 and 2 and Non-Patent Document 1, a NOx occlusion reduction catalyst (hereinafter referred to as “LNT”) is provided in the exhaust passage, and the exhaust gas is passed through the oxidation catalyst during the lean operation in which the exhaust gas has excessive oxygen. There is shown an exhaust purification device that stores NOx by reacting with alkali metal or alkaline earth metal and stores it, and reduces the stored NOx during a rich operation in which the oxygen concentration of the exhaust gas becomes low. In this exhaust purification apparatus, NOx occlusion and NOx reduction can be performed periodically by repeating the lean operation and the rich operation.

また、例えば非特許文献2には、排気が酸素過剰となるリーン運転時にNOxを触媒上に吸着し、次いでリーン運転を行って排気中の酸素濃度が低い状態を周期的に形成するとともに、一酸化炭素を周期的に合成して供給することにより、リーン運転時に吸着したNOxを周期的に還元する方法が示されている。   Further, for example, in Non-Patent Document 2, NOx is adsorbed on the catalyst during a lean operation in which the exhaust gas has excess oxygen, and then a lean operation is performed to periodically form a state where the oxygen concentration in the exhaust gas is low. A method is shown in which NOx adsorbed during lean operation is periodically reduced by periodically synthesizing and supplying carbon oxide.

より具体的には、この非特許文献2に示された方法では、先ず、排気が酸素過剰となるリーン運転時に、下記式(1)〜(3)により、排気中に存在する一酸化窒素及び二酸化窒素を触媒に吸着させる。
NO→NO(吸着) (1)
2NO+O→2NO (2)
NO→NO(吸着) (3)
次に、リッチ運転を行うとともに、一酸化炭素を合成する。ここで合成された一酸化炭素は、酸素分圧が低い環境において、下記式(4)に示す水性ガスシフト反応により水素を生成する。
CO+HO→H+CO (4)
さらに、この水素が還元雰囲気において一酸化窒素と反応してアンモニアが生成され、下記式(5)により、このアンモニアが触媒に吸着される。
5H+2NO→2NH(吸着)+2HO (5)
以上のようにして、一酸化炭素により生成されたアンモニアを最終還元剤として、下記式(6)〜(8)により、排気中のNOx又は触媒に吸着したNOxが還元される。
4NH+4NO+O→4N+6HO (6)
2NH+NO+NO→2N+3HO (7)
8NH+6NO→7N+12HO (8)
More specifically, in the method shown in Non-Patent Document 2, first, during the lean operation in which the exhaust gas is excessive in oxygen, the following formulas (1) to (3) indicate that nitrogen monoxide present in the exhaust gas and Nitrogen dioxide is adsorbed on the catalyst.
NO → NO (adsorption) (1)
2NO + O 2 → 2NO 2 (2)
NO 2 → NO 2 (Adsorption) (3)
Next, rich operation is performed and carbon monoxide is synthesized. The carbon monoxide synthesized here produces hydrogen by an aqueous gas shift reaction represented by the following formula (4) in an environment where the oxygen partial pressure is low.
CO + H 2 O → H 2 + CO 2 (4)
Further, this hydrogen reacts with nitric oxide in a reducing atmosphere to generate ammonia, and this ammonia is adsorbed on the catalyst by the following formula (5).
5H 2 + 2NO → 2NH 3 (adsorption) + 2H 2 O (5)
As described above, NOx in the exhaust gas or NOx adsorbed on the catalyst is reduced by the following formulas (6) to (8) using ammonia generated from carbon monoxide as a final reducing agent.
4NH 3 + 4NO + O 2 → 4N 2 + 6H 2 O (6)
2NH 3 + NO 2 + NO → 2N 2 + 3H 2 O (7)
8NH 3 + 6NO 2 → 7N 2 + 12H 2 O (8)

この他、例えば特許文献3、4には、排気通路にLNTを設け、さらにこのLNTの上流に、炭化水素燃料を改質して水素や一酸化炭素を含む還元性気体を製造する燃料改質器を設けた排気浄化システムが示されている。特にこの排気浄化システムでは、体積比で一酸化炭素よりも水素が大きくなる様な還元性気体を製造する燃料改質器が用いられる。このシステムによれば、LNTの上流側から水素を含む還元性気体を排気中に添加することで、排気中のNOxを選択的に還元することが可能となる。   In addition, for example, Patent Documents 3 and 4 provide a fuel reformer in which an LNT is provided in the exhaust passage, and further, a hydrocarbon gas is reformed upstream of the LNT to produce a reducing gas containing hydrogen and carbon monoxide. An exhaust purification system provided with a vacuum vessel is shown. In particular, this exhaust purification system uses a fuel reformer that produces a reducing gas such that hydrogen is larger than carbon monoxide by volume ratio. According to this system, it is possible to selectively reduce NOx in the exhaust gas by adding a reducing gas containing hydrogen from the upstream side of the LNT into the exhaust gas.

ここで、炭化水素燃料から還元性気体を製造する方法としては、例えば、下記式(9)に示すように、酸化剤として酸素を用いた部分酸化反応が知られている。
+1/2nO→nCO+1/2mH (9)
この部分酸化反応は、燃料と酸素を用いた発熱反応であり、自発的に反応が進行する。このため、一旦、反応が始まると、外部から熱の供給をすることなく水素を製造し続けることができる。また、このような部分酸化反応において、燃料と酸素とを高温状態で共存させた場合には、下記式(10)に示すような燃焼反応も進行する。
+(n+1/4m)O→nCO+1/2mHO (10)
また、酸化剤として水蒸気を用いた、下記式(11)に示すような水蒸気改質反応が知られている。
+nHO→nCO+(n+1/2m)H (11)
この水蒸気改質反応は、燃料と水蒸気とを用いた吸熱反応であり、自発的に進行する反応ではない。このため、水蒸気改質反応は、上述の部分酸化反応に対して制御し易いものとなっている。
Here, as a method for producing a reducing gas from a hydrocarbon fuel, for example, a partial oxidation reaction using oxygen as an oxidant is known as shown in the following formula (9).
C n H m + 1 / 2nO 2 → nCO + 1 / 2mH 2 (9)
This partial oxidation reaction is an exothermic reaction using fuel and oxygen, and the reaction proceeds spontaneously. For this reason, once reaction starts, it can continue producing hydrogen, without supplying heat from the outside. Further, in such a partial oxidation reaction, when a fuel and oxygen coexist at a high temperature, a combustion reaction as shown in the following formula (10) also proceeds.
C n H m + (n + 1 / 4m) O 2 → nCO 2 + 1 / 2mH 2 O (10)
Further, a steam reforming reaction represented by the following formula (11) using steam as an oxidant is known.
C n H m + nH 2 O → nCO + (n + 1 / 2m) H 2 (11)
This steam reforming reaction is an endothermic reaction using fuel and steam, and is not a reaction that proceeds spontaneously. For this reason, the steam reforming reaction is easily controlled with respect to the partial oxidation reaction described above.

また、例えば特許文献5、6には、エンジンからの排気に含まれるNOxを低減させるための技術として、排気の一部を再び吸気通路に還流させる技術(以下、EGRともいう)が示されている。この技術では、排気の一部を吸気通路に還流させるための通路内(以下、EGR通路という)に大量の炭化水素や煤を含んだ排気が流入した場合には、EGR通路内で炭化水素や煤が凝縮し、EGR通路が閉塞するおそれがある。このため、EGR通路の手前に触媒(以下、EGR触媒という)を設置し、このEGR触媒の作用により排気を浄化してからEGR通路内に排気を導入するなどの工夫がなされている。
特許第2586738号公報 特許第2600492号公報 特許第3642273号公報 特開2002−89240号公報 特開2000−38962号公報 特開2003−254170号公報 「NOx吸蔵還元型三元触媒システムの開発」自動車技術会論文集 Vol.26, No.4, October 1995 ”A NOx Reduction System Using Ammonia Storage− Selective Catalytic Reduction in Rich and Lean Poerations”,15 Aachener Kolloquium Fahrzeug− und Motorentechnik 2006 p.259−270
Further, for example, Patent Documents 5 and 6 show a technique (hereinafter also referred to as EGR) of returning a part of the exhaust gas to the intake passage again as a technique for reducing NOx contained in the exhaust gas from the engine. Yes. In this technology, when exhaust gas containing a large amount of hydrocarbons or soot flows into a passage for recirculating a part of the exhaust gas to the intake passage (hereinafter referred to as EGR passage), The soot may condense and the EGR passage may be blocked. For this reason, a contrivance has been made such that a catalyst (hereinafter referred to as an EGR catalyst) is installed in front of the EGR passage, the exhaust gas is purified by the action of the EGR catalyst, and then the exhaust gas is introduced into the EGR passage.
Japanese Patent No. 2,586,738 Japanese Patent No. 2600492 Japanese Patent No. 3642273 JP 2002-89240 A JP 2000-38962 A JP 2003-254170 A “Development of NOx occlusion reduction type three-way catalyst system” Proceedings of Automobile Engineering Society Vol. 26, no. 4, October 1995 "A NOx Reduction System Using Ammonia Storage- Selective Catalytic Reduction in Rich and Lean Poorations", 15 Achener Koloquanchuen Mohrent 259-270

しかしながら、例えば上述の特許文献1、2、及び非特許文献1、2に示された技術のように、エンジンのリーン運転とリッチ運転とを繰り返す場合には、以下のような課題がある。
即ち、リッチ運転を行って排気空燃比をリッチにすると、LNTに吸蔵されたNOxが脱離するものの、LNTのNOx吸蔵量が多い場合には、NOxが還元されずにLNTの下流に流出してしまい、NOx浄化性能が低下するおそれがある。
そこで、LNTにおけるNOx吸蔵量が多くならないように、リッチ運転を行う頻度を増やし、頻繁にNOxを還元することが考えられる。しかしながら、回転数やトルクなどのエンジンの運転状態によって、リッチ運転を行うことができる領域が限定されている。このため、エンジンの運転状態によらずに頻繁にNOxを還元することは困難である。
However, for example, when the engine lean operation and rich operation are repeated as in the techniques disclosed in Patent Documents 1 and 2 and Non-Patent Documents 1 and 2 described above, there are the following problems.
That is, when the exhaust air-fuel ratio is made rich by performing rich operation, NOx stored in the LNT is desorbed, but if the NOx stored in the LNT is large, the NOx is not reduced and flows out downstream of the LNT. As a result, the NOx purification performance may be reduced.
Therefore, it is conceivable to increase the frequency of rich operation and reduce NOx frequently so that the NOx storage amount in the LNT does not increase. However, the region where the rich operation can be performed is limited depending on the operation state of the engine such as the rotation speed and the torque. For this reason, it is difficult to reduce NOx frequently regardless of the operating state of the engine.

また、特許文献3、4の排気浄化システムは、上述の特許文献1、2に示された技術とは異なり、基本的にはリーン運転及びリッチ運転によらず、酸素過剰の排気中に水素、一酸化炭素、及び炭化水素を添加する技術である。
しかしながら、このように酸素過剰の排気中に水素、一酸化炭素などの還元剤を添加してLNTを浄化する場合、NOxを浄化できるのは200℃程度が限界である。例えば、LNTの温度が200℃以上であると、添加した水素や一酸化炭素が燃焼してしまう。このため、このような温度下では、還元剤の添加量が不足してしまい、NOx還元反応の進行が十分でない。
In addition, the exhaust gas purification systems of Patent Documents 3 and 4 are different from the techniques shown in Patent Documents 1 and 2 described above, basically, hydrogen is not contained in exhaust gas with excess oxygen, regardless of lean operation and rich operation. This is a technique of adding carbon monoxide and hydrocarbons.
However, in the case where LNT is purified by adding a reducing agent such as hydrogen or carbon monoxide into the exhaust gas containing excess oxygen, NOx can be purified only at about 200 ° C. For example, when the temperature of LNT is 200 ° C. or higher, the added hydrogen and carbon monoxide are combusted. For this reason, under such a temperature, the amount of reducing agent added is insufficient, and the progress of the NOx reduction reaction is not sufficient.

また、特許文献3、4の排気浄化システムのように、排気量が常時変動する排気通路に燃料改質器を設けた場合にあっては、燃料改質器で効果的に水素を製造するためには、燃料改質器の改質触媒と排気とが接して反応する時間を増やす必要がある。このように反応時間を増やすためには、改質触媒を大型化する必要があり、コストの増加に繋がる。
また、燃料改質器を安定した状態で運転するためには、この燃料改質器の改質触媒における反応温度を一定に保つ必要がある。しかしながら、上述の特許文献3、4の排気浄化システムのように、酸素量、水蒸気量、及び温度が常に変化する排気通路に燃料改質器を設けた場合には、燃料改質器を安定した状態で運転することが困難である。
Further, in the case where a fuel reformer is provided in an exhaust passage in which the exhaust amount constantly varies, as in the exhaust purification systems of Patent Documents 3 and 4, in order to produce hydrogen effectively with the fuel reformer. Therefore, it is necessary to increase the time during which the reforming catalyst of the fuel reformer and the exhaust gas are in contact with each other. Thus, in order to increase the reaction time, it is necessary to enlarge the reforming catalyst, which leads to an increase in cost.
Further, in order to operate the fuel reformer in a stable state, it is necessary to keep the reaction temperature in the reforming catalyst of the fuel reformer constant. However, when the fuel reformer is provided in the exhaust passage in which the oxygen amount, the water vapor amount, and the temperature constantly change as in the above-described exhaust purification systems of Patent Documents 3 and 4, the fuel reformer is stabilized. It is difficult to drive in a state.

また、特許文献5、6の技術では、より多くのEGRガスを吸気通路内に導入するため、EGR通路には内部を通過する排気を冷却するための冷却装置(以下、EGRクーラーという)などが設けられているのが通例である。
ところで、上述した通り、LNTに流入する排気空燃比をリッチにするために、リッチ燃焼を実施した場合には、排気中には一酸化炭素などの他に炭化水素が含まれる。また、ポスト燃焼を実施した場合には、これに加えて未燃燃料分が含まれる。このため、リッチ運転中に、排気中のNOxを低減する目的でEGRを導入すると、炭化水素や未燃燃料分が混入された排気がEGR通路を通過することになる。このため、EGRクーラーにより排気が冷却されると、EGR通路内に炭化水素や末燃燃料分がデポジットとして付着し、堆積する結果、EGR通路が狭くなり、最悪の場合には閉塞を生じ、EGR導入が不可能になる。
In the techniques of Patent Documents 5 and 6, in order to introduce more EGR gas into the intake passage, there is a cooling device (hereinafter referred to as an EGR cooler) for cooling the exhaust gas passing through the EGR passage. It is customary to be provided.
By the way, as described above, when rich combustion is performed in order to make the exhaust air-fuel ratio flowing into the LNT rich, the exhaust contains hydrocarbons in addition to carbon monoxide and the like. In addition, when post-combustion is performed, unburned fuel is included in addition to this. For this reason, if EGR is introduced for the purpose of reducing NOx in the exhaust during the rich operation, the exhaust mixed with hydrocarbons and unburned fuel passes through the EGR passage. For this reason, when the exhaust gas is cooled by the EGR cooler, hydrocarbons and end-burning fuel are deposited as deposits in the EGR passage and accumulate as a result. As a result, the EGR passage becomes narrower, and in the worst case, the EGR passage is blocked. Introduction becomes impossible.

また、エンジン始動直後において排気は低温であるため、リーン運転においてもEGR通路内に炭化水素や未燃燃料分が付着し易い。これを抑制するために、EGR通路の上流に酸化触媒を設置するなどの工夫がなされているものの、エンジン始動直後は酸化触媒が活性していないため、十分なEGR浄化性能が得られない。このため、始動直後はEGRを導入することができず、NOx排出量の増大を招いてしまう。   In addition, since the exhaust gas is at a low temperature immediately after the engine is started, hydrocarbons and unburned fuel are likely to adhere to the EGR passage even during lean operation. In order to suppress this, a device such as an oxidation catalyst is installed upstream of the EGR passage. However, since the oxidation catalyst is not activated immediately after the engine is started, sufficient EGR purification performance cannot be obtained. For this reason, EGR cannot be introduced immediately after startup, leading to an increase in NOx emission.

本発明は以上のような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、EGR通路内におけるデポジットの付着、堆積を軽減してEGR導入を行い、エンジンからの排気に含まれるNOxを低減したリッチ運転を実現するとともに、運転状態によらずエンジン始動直後からでもEGRを導入でき、NOxの排出を低減できる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of the problems as described above, and its purpose is to reduce the NOx contained in the exhaust from the engine by introducing EGR while reducing the adhesion and accumulation of deposits in the EGR passage. An object of the present invention is to provide an exhaust emission control device for an internal combustion engine that realizes rich operation and can introduce EGR immediately after engine start regardless of the operation state, thereby reducing NOx emission.

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた。その結果、内燃機関の排気通路とは別に燃料改質器を設けるとともに、燃料改質器で製造される還元性気体を、排気通路のうちNOx浄化触媒の上流側から排気通路内に導入するための第1導入通路と、排気の一部を吸気通路内に還流する還流通路内に導入するための第2導入通路と、を設けることにより、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。より具体的には、本発明は以下のようなものを提供する。   The inventors of the present invention have made extensive studies to solve the above problems. As a result, a fuel reformer is provided separately from the exhaust passage of the internal combustion engine, and reducing gas produced by the fuel reformer is introduced into the exhaust passage from the upstream side of the NOx purification catalyst in the exhaust passage. It is found that the above-mentioned problems can be solved by providing the first introduction passage and the second introduction passage for introducing a part of the exhaust gas into the recirculation passage that recirculates the exhaust gas into the intake passage. It came to. More specifically, the present invention provides the following.

請求項1記載の内燃機関の排気浄化装置は、周期的なリーン及びリッチ制御が行われる内燃機関の排気通路に設けられ、前記排気通路を流通する排気の空燃比を排気空燃比として、前記排気空燃比をリーンにしたときに、排気中のNOxを吸着若しくは吸蔵し、前記排気空燃比をリッチにしたときに、前記吸着若しくは吸蔵したNOxを還元するNOx浄化触媒を少なくとも有するNOx浄化手段を備える排気浄化装置において、前記NOx浄化手段は、第1浄化触媒と、前記第1浄化触媒の下流側に設けられた前記NOx浄化触媒である第2浄化触媒と、を有し、前記内燃機関の排気浄化装置は、前記排気空燃比をリッチ化するリッチ化手段と、排気の一部を前記内燃機関の吸気通路内に還流する還流通路と、前記還流通路内に設けられた酸化性能を有する還流触媒と、前記排気通路とは別に設けられ、燃料を改質して還元性気体を製造する燃料改質器と、前記燃料改質器で製造された還元性気体を、前記排気通路のうち前記第1浄化触媒よりも上流側から前記排気通路内に導入するための第1導入通路と、前記燃料改質器で製造された還元性気体を、前記還流通路のうち前記還流触媒の上流側から前記還流通路内に導入するための第2導入通路と、をさらに備えることを特徴とする。   The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 1 is provided in an exhaust passage of the internal combustion engine in which periodic lean and rich control is performed, and an exhaust air / fuel ratio of the exhaust gas flowing through the exhaust passage is used as the exhaust air / fuel ratio. NOx purification means having at least a NOx purification catalyst that adsorbs or occludes NOx in the exhaust when the air-fuel ratio is made lean and reduces the adsorbed or occluded NOx when the exhaust air-fuel ratio is made rich. In the exhaust purification apparatus, the NOx purification means includes a first purification catalyst and a second purification catalyst that is the NOx purification catalyst provided downstream of the first purification catalyst, and the exhaust gas of the internal combustion engine The purifying device is provided in the recirculation passage, the enrichment means for enriching the exhaust air-fuel ratio, the recirculation passage for recirculating part of the exhaust gas into the intake passage of the internal combustion engine, and the recirculation passage A recirculation catalyst having a gasification performance; a fuel reformer that is provided separately from the exhaust passage and reforms the fuel to produce a reducing gas; and the reducing gas produced by the fuel reformer, A first introduction passage for introducing the exhaust passage from the upstream side of the first purification catalyst into the exhaust passage, and a reducing gas produced by the fuel reformer, the recirculation of the recirculation passage. And a second introduction passage for introducing the catalyst into the reflux passage from the upstream side of the catalyst.

請求項2記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項1記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記第1導入通路は、前記燃料改質器で製造された還元性気体を、前記排気通路のうち前記第1浄化触媒よりも上流側から前記排気通路内に導入することを特徴とする。   The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 2 is the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the first introduction passage uses a reducing gas produced by the fuel reformer as the exhaust passage. Of these, the exhaust gas is introduced into the exhaust passage from the upstream side of the first purification catalyst.

請求項3記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項1又は2記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記還流触媒の活性状態を測定又は推定する還流触媒活性推定手段と、前記第1導入通路と前記第2導入通路とを切り替える導入通路切り替え手段と、をさらに備え、前記導入通路切り替え手段は、前記還流触媒活性推定手段により前記還流触媒が活性であると推定された場合には、前記第1導入通路へ切り替えをし、未活性であると推定された場合には、前記第2導入通路へ切り替えをすることを特徴とする。   The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 3 is the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 1 or 2, wherein the recirculation catalyst activity estimating means for measuring or estimating the active state of the recirculation catalyst, and the first introduction. An introduction passage switching means for switching between a passage and the second introduction passage, and the introduction passage switching means, when it is estimated by the reflux catalyst activity estimation means that the reflux catalyst is active, Switching to the first introduction passage is performed, and when it is estimated that the passage is inactive, switching to the second introduction passage is performed.

請求項4記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項1から3いずれか記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記燃料改質器で製造された還元性気体を、前記第1導入通路を通じて前記還流通路内に導入する場合には、前記内燃機関の燃焼室に吸入される吸気の空燃比がリッチにならないように、前記燃料改質器に供給する空気量及び燃料量のうち少なくとも一方を調整することにより、前記還元性気体の導入量を制御する燃料改質器制御手段をさらに備えることを特徴とする。   The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 4 is the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3, wherein the reducing gas produced by the fuel reformer is passed through the first introduction passage. When introduced into the recirculation passage, at least one of the amount of air and the amount of fuel supplied to the fuel reformer is prevented so that the air-fuel ratio of the intake air sucked into the combustion chamber of the internal combustion engine does not become rich. It further comprises fuel reformer control means for controlling the amount of the reducing gas introduced by adjusting.

請求項5記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項1から4いずれか記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記内燃機関の回転数及び前記内燃機関の発生トルクに基づいてNOx排出量を推定するNOx排出量推定手段と、前記NOx排出量推定手段により推定されたNOx排出量、前記内燃機関の吸入空気量、前記内燃機関の燃料消費量、前記内燃機関の運転時間、及び排気中の酸素濃度のうち少なくとも1つに基づいて、前記第2浄化触媒の吸着NOx量を推定する吸着NOx量推定手段と、をさらに備え、前記リッチ化手段は、前記吸着NOx量推定手段により推定された吸着NOx量が所定の吸着NOx量判定値以上である場合に、前記排気空燃比をリッチ化することを特徴とする。   The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 5 is the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 4, wherein the NOx emission amount is calculated based on the rotational speed of the internal combustion engine and the generated torque of the internal combustion engine. NOx emission amount estimating means for estimating, NOx emission amount estimated by the NOx emission amount estimating means, intake air amount of the internal combustion engine, fuel consumption amount of the internal combustion engine, operating time of the internal combustion engine, and exhaust gas An adsorption NOx amount estimating means for estimating an adsorption NOx amount of the second purification catalyst based on at least one of the oxygen concentrations, wherein the enrichment means is estimated by the adsorption NOx amount estimation means. The exhaust air-fuel ratio is enriched when the adsorbed NOx amount is equal to or greater than a predetermined adsorbed NOx amount determination value.

請求項6記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項5記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記第1浄化触媒及び前記第2浄化触媒の少なくとも一方の温度を推定又は検出する触媒温度推定手段と、前記触媒温度推定手段により推定された触媒温度に基づいて前記所定の吸着NOx量判定値を決定する吸着NOx量判定値決定手段と、をさらに備えることを特徴とする。   The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 6 is the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 5, wherein the temperature of at least one of the first purification catalyst and the second purification catalyst is estimated or detected. And an adsorption NOx amount determination value determining unit that determines the predetermined adsorption NOx amount determination value based on the catalyst temperature estimated by the catalyst temperature estimation unit.

請求項7記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項6記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記リッチ化手段は、前記燃料改質器で製造された還元性気体の導入による第1リッチ化制御手段と、ポスト燃焼又はリッチ燃焼による第2リッチ化制御手段と、を有し、且つ、前記内燃機関の運転状態に応じて、前記排気空燃比を前記第1リッチ化制御手段によりリッチ化するか、前記第2リッチ化制御手段によりリッチ化するかを選択することを特徴とする。   The exhaust purification device for an internal combustion engine according to claim 7 is the exhaust purification device for an internal combustion engine according to claim 6, wherein the enrichment means is a first rich by introduction of a reducing gas produced by the fuel reformer. And the second enrichment control means by post combustion or rich combustion, and the exhaust air / fuel ratio is enriched by the first enrichment control means in accordance with the operating state of the internal combustion engine. Or whether to enrich by the second enrichment control means.

請求項8記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項7記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記リッチ化手段は、前記触媒温度推定手段により推定された前記第1浄化触媒の温度、前記触媒温度推定手段により推定された前記第2浄化触媒の温度、前記吸着NOx量推定手段により推定された吸着NOx量、前記内燃機関の回転数、及び前記内燃機関の発生トルクのうち少なくとも1つに応じて、前記排気空燃比を前記第1リッチ化制御手段によりリッチ化するか、前記第2リッチ化制御手段によりリッチ化するかを選択することを特徴とする。   The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 8 is the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 7, wherein the enrichment means is the temperature of the first purification catalyst estimated by the catalyst temperature estimation means, At least one of the temperature of the second purification catalyst estimated by the catalyst temperature estimation means, the adsorption NOx amount estimated by the adsorption NOx amount estimation means, the rotational speed of the internal combustion engine, and the generated torque of the internal combustion engine. Accordingly, it is selected whether the exhaust air-fuel ratio is enriched by the first enrichment control means or enriched by the second enrichment control means.

請求項9記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項6から8いずれか記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記リッチ化手段は、前記排気空燃比をリッチ化する際における排気空燃比が所定の目標値に一致するように、前記内燃機関の主噴射量、前記内燃機関の副噴射量、前記内燃機関の吸入空気量、及び前記燃料改質器で製造された還元性気体の導入量のうち少なくとも1つを調整することを特徴とする。   The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 9 is the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to any one of claims 6 to 8, wherein the enrichment means has an exhaust air / fuel ratio when enriching the exhaust air / fuel ratio. The main injection amount of the internal combustion engine, the sub injection amount of the internal combustion engine, the intake air amount of the internal combustion engine, and the introduction amount of reducing gas produced by the fuel reformer so as to coincide with a predetermined target value And adjusting at least one of them.

請求項10記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項9記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記排気空燃比の所定の目標値を、前記触媒温度推定手段により推定された第1浄化触媒の温度、前記触媒温度推定手段により推定された第2浄化触媒の温度、前記吸着NOx量推定手段により推定された吸着NOx量、前記リッチ化手段によるリッチ化制御の継続時間、前記内燃機関の回転数、及び前記内燃機関の発生トルクのうち少なくとも1つに基づいて決定する排気空燃比目標値決定手段をさらに備えることを特徴とする。   An exhaust purification device for an internal combustion engine according to claim 10 is the exhaust purification device for an internal combustion engine according to claim 9, wherein the predetermined target value of the exhaust air-fuel ratio is estimated by the catalyst temperature estimation means. , The temperature of the second purification catalyst estimated by the catalyst temperature estimation means, the adsorption NOx amount estimated by the adsorption NOx amount estimation means, the duration of the enrichment control by the enrichment means, the rotation of the internal combustion engine The exhaust air / fuel ratio target value determining means for determining the number based on at least one of the number and the torque generated by the internal combustion engine is further provided.

請求項11記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項1から10いずれか記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記燃料改質器で製造された還元性気体は、一酸化炭素、水素、及び炭化水素を含み、これらのうち体積分率が最も多いのが一酸化炭素であり、体積分率が最も少ないのが炭化水素であることを特徴とする。   The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 11 is the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 10, wherein the reducing gas produced by the fuel reformer is carbon monoxide, hydrogen, Among these, carbon monoxide has the largest volume fraction, and hydrocarbon has the smallest volume fraction.

請求項12記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項1から11いずれか記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記内燃機関は、圧縮着火式の内燃機関であり、且つ使用する燃料が軽油であることを特徴とする。   13. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 12, wherein the internal combustion engine is a compression ignition type internal combustion engine, and the fuel used is light oil. It is characterized by being.

請求項1記載の発明によれば、燃料改質器で製造された還元性気体を、第1導入通路を通じて第2浄化触媒(NOx触媒)よりも上流側から排気通路内に導入できるうえ、第2導入通路を通じて還流触媒(以下、EGR触媒という)の上流側から還流通路(以下、EGR通路という)内に導入することができる。EGR通路内に配置されたEGR触媒は、低温条件下では活性が低いところ、燃料改質器で製造された高温の還元性気体を導入できるため、EGR触媒の温度を高めることができる。還元性気体中には低温酸化性に優れる一酸化炭素及び水素が含まれているため、より低温領域から一酸化炭素及び水素の酸化反応(発熱反応)が進行する結果、EGR触媒の温度を早期に上昇させることができ、早期活性化が可能である。このため、デポジットの付着、堆積を軽減でき、EGR通路の閉塞を回避できる。従って、エンジンからの排気に含まれるNOxを低減したリッチ運転を実現できるとともに、運転状態によらず、例えばエンジン始動直後からでもEGRを導入でき、NOxの排出を低減できる。
また、低温領域でのEGRガスがクリーンであるため、エンジン始動直後からEGRガスを導入できる結果、燃焼室内での燃焼温度を低下させることができ、エンジンからのNOx排出量を低減させることができる。さらには、EGR触媒上で一酸化炭素及び水素が酸化した場合に生成する二酸化炭素及び水蒸気といったEGR効果ガスは、燃焼温度の高温化を抑制することができ、NOx排出量の低減に寄与できる。
また、還元性気体を排気通路内に導入することで、エンジン空燃比制御をリーンにし、内燃機関における燃焼を最適な状態に保ちつつ、第2浄化触媒(NOx触媒)に流入する排気の排気空燃比をリッチすることができる。従って、内燃機関の運転状態によらずNOx浄化性能を向上させることができる。エンジン空燃比をリーンに保つことができるので、ポスト噴射などにより燃料を供給して排気空燃比を変化させた場合のように、オイルダイリューションが生じたりすることもない。
また、還元性気体を製造する燃料改質器を排気通路とは別に設けることにより、内燃機関の運転状態や、排気の酸素濃度及び水蒸気濃度などによらず、常に最適な効率で還元性気体を製造できるとともに、この還元性気体をEGR通路内又は排気通路内に導入することができる。燃料改質器を排気通路内に設けた場合には、排気の成分、温度、流速に影響することなく運転できるように、燃料改質器を大型化する必要があるが、請求項1記載の発明によれば、燃料改質器を排気通路とは別に設けることで、装置を大型化する必要がなく、安定した運転が可能である。さらには、燃料改質器を排気通路とは別に設けることにより、内燃機関の制御とは別系統の制御が可能となり、燃料改質器が備える改質触媒を早期に活性化できる。
また、水素を含む還元性気体を導入することにより、第2浄化触媒(NOx触媒)における還元反応速度を向上させることができる。これにより、排気空燃比をリッチにしたときに、第2浄化触媒(NOx触媒)に吸着又は吸蔵されたNOxが還元されずに脱離するのを防止することができる。
According to the first aspect of the present invention, the reducing gas produced by the fuel reformer can be introduced into the exhaust passage from the upstream side of the second purification catalyst (NOx catalyst) through the first introduction passage. 2 It can be introduced into the reflux passage (hereinafter referred to as EGR passage) from the upstream side of the reflux catalyst (hereinafter referred to as EGR catalyst) through the introduction passage. Since the EGR catalyst disposed in the EGR passage has low activity under low temperature conditions, the high temperature reducing gas produced by the fuel reformer can be introduced, so that the temperature of the EGR catalyst can be increased. Since the reducing gas contains carbon monoxide and hydrogen that are excellent in low-temperature oxidizability, the oxidation reaction (exothermic reaction) of carbon monoxide and hydrogen proceeds from a lower temperature region. It is possible to increase the amount of the active substance quickly, and early activation is possible. For this reason, deposit adhesion and accumulation can be reduced, and blockage of the EGR passage can be avoided. Accordingly, it is possible to realize a rich operation in which NOx contained in the exhaust from the engine is reduced, and it is possible to introduce EGR immediately after the engine is started, for example, immediately after the engine is started, and to reduce NOx emission.
Further, since the EGR gas in the low temperature region is clean, the EGR gas can be introduced immediately after the engine is started. As a result, the combustion temperature in the combustion chamber can be lowered, and the NOx emission from the engine can be reduced. . Furthermore, the EGR effect gas such as carbon dioxide and water vapor generated when carbon monoxide and hydrogen are oxidized on the EGR catalyst can suppress an increase in combustion temperature, and can contribute to a reduction in NOx emissions.
Further, by introducing the reducing gas into the exhaust passage, the engine air-fuel ratio control is made lean and the combustion of the internal combustion engine is maintained in an optimal state, while the exhaust air flowing into the second purification catalyst (NOx catalyst) is exhausted. The fuel ratio can be made rich. Therefore, the NOx purification performance can be improved regardless of the operating state of the internal combustion engine. Since the engine air-fuel ratio can be kept lean, oil dilution does not occur unlike when the exhaust air-fuel ratio is changed by supplying fuel by post injection or the like.
In addition, by providing a fuel reformer that produces reducing gas separately from the exhaust passage, the reducing gas is always supplied with optimum efficiency regardless of the operating state of the internal combustion engine, the oxygen concentration and the water vapor concentration of the exhaust gas, etc. While being able to be manufactured, this reducing gas can be introduced into the EGR passage or the exhaust passage. When the fuel reformer is provided in the exhaust passage, it is necessary to enlarge the fuel reformer so that the fuel reformer can be operated without affecting the exhaust component, temperature, and flow velocity. According to the invention, by providing the fuel reformer separately from the exhaust passage, it is not necessary to increase the size of the apparatus, and stable operation is possible. Furthermore, by providing the fuel reformer separately from the exhaust passage, it is possible to control the system separately from the control of the internal combustion engine, and to activate the reforming catalyst provided in the fuel reformer at an early stage.
Moreover, the reduction reaction rate in the second purification catalyst (NOx catalyst) can be improved by introducing a reducing gas containing hydrogen. Thereby, when the exhaust air-fuel ratio is made rich, it is possible to prevent NOx adsorbed or stored in the second purification catalyst (NOx catalyst) from being desorbed without being reduced.

請求項2記載の発明によれば、燃料改質器で製造された還元性気体を、第1導入通路を通じて、第1浄化触媒よりも上流側から排気通路内に導入することができる。このため、第2浄化触媒(NOx触媒)にてNOxを還元処理する前に、還元性気体を第1浄化触媒に流入させることができ、第2浄化触媒に流入するNOx濃度を減少させることができる。従って、第2浄化触媒にてNOxを還元処理する際のNOxスリップ量を低減させることができ、NOx浄化率を向上させることができる。   According to the second aspect of the present invention, the reducing gas produced by the fuel reformer can be introduced into the exhaust passage from the upstream side of the first purification catalyst through the first introduction passage. Therefore, before the NOx is reduced by the second purification catalyst (NOx catalyst), the reducing gas can flow into the first purification catalyst, and the NOx concentration flowing into the second purification catalyst can be reduced. it can. Therefore, the amount of NOx slip when NOx is reduced by the second purification catalyst can be reduced, and the NOx purification rate can be improved.

請求項3記載の発明によれば、EGR触媒の活性状態に応じて、第1導入通路と第2導入通路との切り替えができる。即ち、EGR触媒の活性状態に応じて、燃料改質器で製造された還元性気体をEGR通路内に導入するか、排気通路内に導入するかを選択できる。具体的には、EGR触媒が活性化されていないと推定された場合には、第2導入通路への切り替えをして還元性気体をEGR通路内に導入することにより、EGR触媒の温度を高め、EGR触媒の早期活性化が可能となる結果、排気に含まれるNOxをより効果的に低減できる。   According to the third aspect of the present invention, the first introduction passage and the second introduction passage can be switched according to the active state of the EGR catalyst. That is, it is possible to select whether the reducing gas produced by the fuel reformer is introduced into the EGR passage or the exhaust passage according to the active state of the EGR catalyst. Specifically, when it is estimated that the EGR catalyst is not activated, the temperature of the EGR catalyst is increased by switching to the second introduction passage and introducing reducing gas into the EGR passage. As a result of enabling early activation of the EGR catalyst, NOx contained in the exhaust gas can be more effectively reduced.

請求項4記載の発明によれば、燃料改質器で製造された還元性気体を、第1導入通路を通じてEGR通路内に導入する場合には、内燃機関の燃焼室に吸入される吸気の空燃比がリッチにならないように、燃料改質器に供給する空気量及び燃料量のうち少なくとも一方を調整して還元性気体の導入量を制御する。このため、EGR通路内に還元性気体を導入した場合であっても、燃焼室に吸入される吸気の空燃比がリッチになることを回避でき、安定した運転が可能である。   According to the fourth aspect of the present invention, when the reducing gas produced by the fuel reformer is introduced into the EGR passage through the first introduction passage, the intake air sucked into the combustion chamber of the internal combustion engine is emptied. The amount of reducing gas introduced is controlled by adjusting at least one of the amount of air and the amount of fuel supplied to the fuel reformer so that the fuel ratio does not become rich. For this reason, even when reducing gas is introduced into the EGR passage, the air-fuel ratio of the intake air sucked into the combustion chamber can be avoided from being rich, and stable operation is possible.

請求項5記載の発明によれば、先ず、内燃機関の回転数及び発生トルクに基づいてNOx排出量を推定し、推定されたNOx排出量、内燃機関の吸入空気量、内燃機関の燃料消費量、内燃機関の運転時間、及び排気中の酸素濃度のうち少なくとも1つに基づいて、第2浄化触媒(NOx触媒)の吸着NOx量を推定する。次いで、推定された吸着NOx量が所定の吸着NOx量判定値以上である場合に、排気空燃比をリッチ化する。これにより、NOx触媒に吸着又は吸蔵したNOxの量が増大しすぎて、リッチ化したときに還元されずに流出してしまうNOx量を低減することができる。また、必要以上にリッチ化頻度が高くなることで燃費が大幅に悪化することを回避できる。   According to the fifth aspect of the invention, first, the NOx emission amount is estimated based on the rotational speed and the generated torque of the internal combustion engine, the estimated NOx emission amount, the intake air amount of the internal combustion engine, and the fuel consumption amount of the internal combustion engine. The amount of adsorbed NOx of the second purification catalyst (NOx catalyst) is estimated based on at least one of the operation time of the internal combustion engine and the oxygen concentration in the exhaust gas. Next, when the estimated amount of adsorbed NOx is greater than or equal to a predetermined adsorbed NOx amount determination value, the exhaust air / fuel ratio is enriched. As a result, the amount of NOx adsorbed or occluded by the NOx catalyst increases excessively, and the amount of NOx that flows out without being reduced when enriched can be reduced. In addition, it is possible to avoid a significant deterioration in fuel consumption due to an increase in the frequency of enrichment more than necessary.

請求項6記載の発明によれば、第1浄化触媒及び前記第2浄化触媒の少なくとも一方の触媒温度に基づいて、所定の吸着NOx量判定値を決定することから、より効果的なタイミングでリッチ化できる。このため、還元剤の供給量を常に適切に調整することができる。   According to the sixth aspect of the present invention, the predetermined adsorption NOx amount determination value is determined based on the catalyst temperature of at least one of the first purification catalyst and the second purification catalyst. Can be For this reason, the supply amount of a reducing agent can always be adjusted appropriately.

請求項7記載の発明によれば、内燃機関の運転状態に応じて、燃料改質器で製造された還元性気体の導入により排気空燃比をリッチ化するか、ポスト燃焼又はリッチ燃焼により排気空燃比をリッチ化するかが選択される。
また、請求項8記載の発明によれば、第1浄化触媒の温度、第2浄化触媒(NOx触媒)の温度、吸着NOx量、内燃機関の回転数、及び内燃機関の発生トルクのうち少なくとも1つに応じて、燃料改質器で製造された還元性気体の導入により排気空燃比をリッチ化するか、ポスト燃焼又はリッチ燃焼により排気空燃比をリッチ化するかが選択される。
即ち、第1浄化触媒の温度、第2浄化触媒(NOx触媒)の温度、吸着NOx量、内燃機関の回転数、及び内燃機関の発生トルクといった運転状態に応じて、還元性気体の導入によるリッチ化、あるいはポスト燃焼又はリッチ燃焼によるリッチ化が選択されることから、還元されずに流出してしまうNOx量をより効果的に低減でき、第1浄化触媒及び第2浄化触媒の温度が高温になり、熱劣化が助長されることを回避できる。
According to the seventh aspect of the present invention, the exhaust air / fuel ratio is enriched by introducing reducing gas produced by the fuel reformer or exhaust air is exhausted by post-combustion or rich combustion according to the operating state of the internal combustion engine. Whether to enrich the fuel ratio is selected.
According to the invention described in claim 8, at least one of the temperature of the first purification catalyst, the temperature of the second purification catalyst (NOx catalyst), the amount of adsorbed NOx, the rotational speed of the internal combustion engine, and the generated torque of the internal combustion engine. Accordingly, it is selected whether to enrich the exhaust air-fuel ratio by introducing reducing gas produced by the fuel reformer, or to enrich the exhaust air-fuel ratio by post-combustion or rich combustion.
That is, the richness due to the introduction of the reducing gas depends on the operating conditions such as the temperature of the first purification catalyst, the temperature of the second purification catalyst (NOx catalyst), the amount of adsorbed NOx, the rotational speed of the internal combustion engine, and the generated torque of the internal combustion engine. Or enrichment by post-combustion or rich combustion is selected, so that the amount of NOx that flows out without being reduced can be more effectively reduced, and the temperatures of the first purification catalyst and the second purification catalyst are increased. Therefore, it is possible to avoid the thermal deterioration being promoted.

請求項9記載の発明によれば、排気空燃比をリッチ化する際における排気空燃比が所定の目標値に一致するように、内燃機関の主噴射量、内燃機関の副噴射量、内燃機関の吸入空気量、及び燃料改質器で製造された還元性気体の導入量のうち少なくとも1つを調整する。これにより、リッチ化する際の排気空燃比を所望の値に設定できるため、NOxが還元されるのに最適な空燃比を常に実現することで、高効率なNOx浄化を可能にする。   According to the ninth aspect of the invention, the main injection amount of the internal combustion engine, the sub injection amount of the internal combustion engine, and the internal combustion engine of the internal combustion engine are set such that the exhaust air / fuel ratio when enriching the exhaust air / fuel ratio matches a predetermined target value. At least one of the intake air amount and the introduction amount of the reducing gas produced by the fuel reformer is adjusted. Thus, since the exhaust air-fuel ratio at the time of enrichment can be set to a desired value, highly efficient NOx purification can be achieved by always realizing an optimal air-fuel ratio for reducing NOx.

請求項10記載の発明によれば、排気空燃比の所定の目標値を、第1浄化触媒の温度、第2浄化触媒(NOx触媒)の温度、吸着NOx量、リッチ化手段によるリッチ化制御の継続時間、内燃機関の回転数、及び内燃機関の発生トルクのうち少なくとも1つに基づいて決定する。これにより、常に最適な排気空燃比の排気を、第1浄化触媒や第2浄化触媒(NOx触媒)に流入させることができる。   According to the tenth aspect of the present invention, the predetermined target value of the exhaust air-fuel ratio is set such that the temperature of the first purification catalyst, the temperature of the second purification catalyst (NOx catalyst), the amount of adsorbed NOx, and the enrichment control by the enrichment means. It is determined based on at least one of the duration, the rotational speed of the internal combustion engine, and the generated torque of the internal combustion engine. As a result, the exhaust gas having the optimum exhaust air / fuel ratio can always flow into the first purification catalyst and the second purification catalyst (NOx catalyst).

請求項11記載の発明によれば、燃料改質器で製造された還元性気体は、一酸化炭素、水素、及び炭化水素を含む。また、これらのうち、体積分率が最も多いのが一酸化炭素であり、体積分率が最も少ないのが炭化水素である。
炭化水素燃料を改質する燃料改質器では、炭化水素燃料と空気のみを原料とする部分酸化反応のみにより、一酸化炭素、水素、及び軽質の炭化水素を含む還元性気体が製造されるが、本発明に係る排気浄化装置では、水素よりも一酸化炭素を多く含む還元性気体が好ましく用いられる。このため、本発明では、シフト反応など水素を濃縮する触媒やシステムが不要であり、また、部分酸化反応は発熱反応であることから、一旦反応が開始すれば外部からエネルギーを供給する必要もないため、小型で簡素な燃料改質器とすることができる。燃料改質器を小型化できることにより、燃料改質器のライトオフ時間を短縮でき、必要に応じて速やかに還元性気体を排気通路内や還流通路内に導入できる。
また、副次的に生成する軽質の炭化水素成分も、第1浄化触媒や第2浄化触媒(NOx触媒)に導入することにより、NOxの還元に寄与できる。
According to the invention described in claim 11, the reducing gas produced by the fuel reformer contains carbon monoxide, hydrogen, and hydrocarbons. Of these, carbon monoxide has the highest volume fraction, and hydrocarbon has the lowest volume fraction.
In a fuel reformer that reforms hydrocarbon fuel, a reducing gas containing carbon monoxide, hydrogen, and light hydrocarbons is produced only by a partial oxidation reaction using only hydrocarbon fuel and air as raw materials. In the exhaust gas purification apparatus according to the present invention, a reducing gas containing more carbon monoxide than hydrogen is preferably used. For this reason, in the present invention, a catalyst or system for concentrating hydrogen such as a shift reaction is unnecessary, and since the partial oxidation reaction is an exothermic reaction, it is not necessary to supply energy from the outside once the reaction starts. Therefore, a small and simple fuel reformer can be obtained. Since the fuel reformer can be downsized, the light-off time of the fuel reformer can be shortened, and the reducing gas can be quickly introduced into the exhaust passage and the reflux passage as necessary.
In addition, light hydrocarbon components that are generated as a secondary component can also contribute to the reduction of NOx by being introduced into the first purification catalyst or the second purification catalyst (NOx catalyst).

請求項12記載の発明によれば、適用される内燃機関は圧縮着火式の内燃機関であり、且つ使用する燃料は軽油である。ディーゼルなどの圧縮着火式内燃機関では、通常、リーン状態で運転が行われるため、従来よりNOxの浄化が課題とされていたところ、本発明に係る排気浄化装置を適用することにより、効率的なNOxの浄化が可能である。   According to the invention described in claim 12, the applied internal combustion engine is a compression ignition type internal combustion engine, and the fuel to be used is light oil. In a compression ignition type internal combustion engine such as diesel, since operation is normally performed in a lean state, purification of NOx has been a problem in the past. However, by applying the exhaust purification device according to the present invention, it is efficient. NOx purification is possible.

以下、本発明の第一実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。   Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、本発明の第一実施形態に係るエンジン及びその排気浄化装置の構成を示す図である。エンジン1は、各気筒7の燃焼室内に燃料を直接噴射するディーゼルエンジンであり、各気筒7には図示しない燃料噴射弁が設けられている。これら燃料噴射弁は、電子制御ユニット(以下、ECUという)40により電気的に接続されており、燃料噴射弁の開弁時間及び閉弁時間は、ECU40により制御される。   FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an engine and an exhaust purification device thereof according to a first embodiment of the present invention. The engine 1 is a diesel engine that directly injects fuel into the combustion chamber of each cylinder 7, and each cylinder 7 is provided with a fuel injection valve (not shown). These fuel injection valves are electrically connected by an electronic control unit (hereinafter referred to as ECU) 40, and the valve opening time and valve closing time of the fuel injection valve are controlled by the ECU 40.

エンジン1には、吸気が流通する吸気通路2と、排気が流通する排気通路4と、排気通路4内の排気の一部を吸気通路2に還流するEGR通路6と、吸気通路2に吸気を圧送する過給機8とが設けられている。   The engine 1 includes an intake passage 2 through which intake air flows, an exhaust passage 4 through which exhaust flows, an EGR passage 6 that recirculates part of the exhaust gas in the exhaust passage 4 to the intake passage 2, and intake air into the intake passage 2. A supercharger 8 for pumping is provided.

吸気通路2は、吸気マニホールド3(吸気通路2の一部を兼ねる)の複数の分岐部を介してエンジン1の各気筒7の吸気ポートに接続されている。排気通路4は、排気マニホールド5の複数の分岐部を介してエンジン1の各気筒7の排気ポートに接続されている。EGR通路6は、排気マニホールド5から分岐し吸気マニホールド3に至る。   The intake passage 2 is connected to an intake port of each cylinder 7 of the engine 1 through a plurality of branch portions of an intake manifold 3 (also serving as a part of the intake passage 2). The exhaust passage 4 is connected to the exhaust port of each cylinder 7 of the engine 1 through a plurality of branch portions of the exhaust manifold 5. The EGR passage 6 branches from the exhaust manifold 5 and reaches the intake manifold 3.

過給機8は、排気通路4に設けられた図示しないタービンと、吸気通路2に設けられた図示しないコンプレッサと、を備える。タービンは、排気通路4を流通する排気の運動エネルギにより駆動される。コンプレッサは、タービンにより回転駆動され、吸気を加圧し吸気通路2内へ圧送する。また、タービンは、図示しない複数の可変ベーンを備えており、可変ベーンの開度を変化させることにより、タービン回転数(回転速度)を変更できるように構成されている。タービンのベーン開度は、ECU40により電磁的に制御される。   The supercharger 8 includes a turbine (not shown) provided in the exhaust passage 4 and a compressor (not shown) provided in the intake passage 2. The turbine is driven by the kinetic energy of the exhaust flowing through the exhaust passage 4. The compressor is rotationally driven by the turbine, pressurizes the intake air, and pumps it into the intake passage 2. The turbine includes a plurality of variable vanes (not shown), and is configured to change the turbine rotation speed (rotational speed) by changing the opening of the variable vanes. The vane opening degree of the turbine is electromagnetically controlled by the ECU 40.

吸気通路2のうち過給機8の上流側には、エンジン1の吸入空気量を制御するスロットル弁9が設けられている。このスロットル弁9は、アクチュエータを介してECU40に接続されており、その開度はECU40により電磁的に制御される。また、吸気通路2のうち過給機8の下流側には、過給機8により加圧された吸気を冷却するためのインタークーラ15が設けられている。   A throttle valve 9 for controlling the intake air amount of the engine 1 is provided on the upstream side of the supercharger 8 in the intake passage 2. The throttle valve 9 is connected to the ECU 40 via an actuator, and the opening degree is electromagnetically controlled by the ECU 40. An intercooler 15 for cooling the intake air pressurized by the supercharger 8 is provided on the downstream side of the supercharger 8 in the intake passage 2.

EGR通路6は、排気マニホールド5と吸気マニホールド3とを接続し、エンジン1から排出された排気の一部を還流する。EGR通路6には、還流される排気を冷却するEGRクーラ12と、還流する排気の流量を制御するEGR弁13と、EGRクーラ12の上流に酸化性能を有するEGR触媒11と、EGRガス温度センサ14と、が設けられている。EGR弁13は、図示しないアクチュエータを介してECU40に接続されており、その弁開度はECU40により電磁的に制御される。EGRガス温度センサ14は、ECU40に接続され、EGRガス温度センサ14の検出信号は、ECU40に供給される。   The EGR passage 6 connects the exhaust manifold 5 and the intake manifold 3 and recirculates a part of the exhaust discharged from the engine 1. The EGR passage 6 includes an EGR cooler 12 that cools the recirculated exhaust gas, an EGR valve 13 that controls the flow rate of the recirculated exhaust gas, an EGR catalyst 11 having oxidation performance upstream of the EGR cooler 12, and an EGR gas temperature sensor. 14 are provided. The EGR valve 13 is connected to the ECU 40 via an actuator (not shown), and the valve opening degree is electromagnetically controlled by the ECU 40. The EGR gas temperature sensor 14 is connected to the ECU 40, and the detection signal of the EGR gas temperature sensor 14 is supplied to the ECU 40.

EGR触媒11は、酸化性能を有する触媒であれば特に限定されず、従来公知の酸化触媒や三元触媒などを用いることができる。以下、EGR触媒の調製法の一例を示す。例えば、Pt=2.4g/L、Pd=6.0g/L、Al=150g/L、バインダー=10g/Lの配合組成となるように、これら各成分を含む材料を水系媒体とともにボールミルに投入して、攪拌・混合することでスラリーを得る。得られたスラリーを、Fe−Cr−Al合金製担体にコーティングし、600℃×2時間の乾燥、焼成を行うことにより、EGR触媒を調製できる。 The EGR catalyst 11 is not particularly limited as long as it has oxidation performance, and a conventionally known oxidation catalyst, three-way catalyst, or the like can be used. Hereinafter, an example of a method for preparing the EGR catalyst will be shown. For example, a material containing each of these components together with an aqueous medium so as to have a blending composition of Pt = 2.4 g / L, Pd = 6.0 g / L, Al 2 O 3 = 150 g / L, and binder = 10 g / L. A slurry is obtained by putting into a ball mill and stirring and mixing. An EGR catalyst can be prepared by coating the obtained slurry on a support made of Fe—Cr—Al alloy and drying and firing at 600 ° C. for 2 hours.

EGR通路6のうち、EGR触媒11の上流側には、燃料ガスを改質して一酸化炭素(CO)、水素(H)、及び炭化水素(HC)を含む還元性気体を製造する燃料改質器50が、第2導入通路58を介して接続されている。燃料改質器50で製造された還元性気体は、EGR触媒11の上流側からEGR通路6内に導入され、NOx浄化触媒32に流入する。 In the EGR passage 6, on the upstream side of the EGR catalyst 11, a fuel that reforms the fuel gas to produce a reducing gas containing carbon monoxide (CO), hydrogen (H 2 ), and hydrocarbon (HC). The reformer 50 is connected via the second introduction passage 58. The reducing gas produced by the fuel reformer 50 is introduced into the EGR passage 6 from the upstream side of the EGR catalyst 11 and flows into the NOx purification catalyst 32.

排気通路4の下流側には、三元触媒(第1浄化触媒)31と、NOx浄化触媒(第2浄化触媒)32とが設けられている。また、これら三元触媒(以下、TWCという)31とNOx浄化触媒32には、図示しない触媒温度センサが備えられている。
第1浄化触媒としてのTWC31は、例えば、以下に示す調製法により調製することができる。Pt=2.4g/L、Rh=1.2g/L、Pd=6.0g/L、CeO=50g/L、Al=150g/L、バインダー=10g/Lの配合組成となるように、これら各成分を含む材料を水系媒体とともにボールミルに投入し、攪拌・混合することでスラリーを得る。得られたスラリーを、Fe−Cr−Al合金製担体にコーティングし、600℃×2時間の乾燥、焼成を行うことにより、TWC31を調製できる。
A three-way catalyst (first purification catalyst) 31 and a NOx purification catalyst (second purification catalyst) 32 are provided on the downstream side of the exhaust passage 4. The three-way catalyst (hereinafter referred to as TWC) 31 and the NOx purification catalyst 32 are provided with a catalyst temperature sensor (not shown).
The TWC 31 as the first purification catalyst can be prepared, for example, by the following preparation method. Pt = 2.4 g / L, Rh = 1.2 g / L, Pd = 6.0 g / L, CeO 2 = 50 g / L, Al 2 O 3 = 150 g / L, binder = 10 g / L As described above, a material containing these components is put into a ball mill together with an aqueous medium, and a slurry is obtained by stirring and mixing. TWC31 can be prepared by coating the obtained slurry on a support made of Fe—Cr—Al alloy, and drying and firing at 600 ° C. for 2 hours.

第2浄化触媒としてのNOx浄化触媒32は、NOxの還元能力を強化するためにロジウム(Rh)を含有していることが好ましい。また、急激な酸素濃度変化などにおいても、安定した触媒作用を発揮するために酸素貯蔵能力を強化する必要があり、元素としてセリウム(Ce)を含有していることが好ましい。
より詳しくは、NOx浄化触媒32は、アルミナ(Al)、セリア(CeO)、及びセリウムと希土類の複合酸化物(以下、セリア系複合酸化物という)の担体に担持された、触媒として作用する白金(Pt)及びロジウム(Rh)と、NOx吸着能力を有するセリア又はセリア系複合酸化物と、生成したアンモニア(NH)を、アンモニウムイオン(NH )として保持する機能を有するゼオライトとを備えることが好ましい。
The NOx purification catalyst 32 as the second purification catalyst preferably contains rhodium (Rh) in order to enhance the NOx reduction ability. In addition, even in a sudden change in oxygen concentration, it is necessary to enhance the oxygen storage capacity in order to exhibit stable catalytic action, and it is preferable that cerium (Ce) is contained as an element.
More specifically, the NOx purification catalyst 32 is a catalyst supported on a support of alumina (Al 2 O 3 ), ceria (CeO 2 ), and a composite oxide of cerium and rare earth (hereinafter referred to as ceria composite oxide). Has the function of holding platinum (Pt) and rhodium (Rh) that act as ceria, ceria or ceria-based composite oxide having NOx adsorption ability, and the generated ammonia (NH 3 ) as ammonium ions (NH 4 + ) It is preferable to provide zeolite.

NOx浄化触媒32としては、2層構造のNOx浄化触媒がより好ましく用いられる。以下、2層構造のNOx浄化触媒の調製法の一例を示す。例えば、下層として、Pt=4.5g/L、Rh=1.0g/L、CeO=60g/L、Al=30g/L、Ce−Pr−La−Ox=60g/L、Nd−Zr−Ox=20g/Lの配合組成となるように、これら各成分を含む材料を水系媒体とともにボールミルに投入し、攪拌・混合することでスラリーを得る。得られたスラリーを、コーディエライト製担体にコーティングして形成される。
また、上層として、Fe・Ceイオン交換βゼオライト=75g/L、Al=7g/L、バインダー=8g/Lの配合組成となるように、これら各成分を含む材料を水系媒体とともにボールミルに投入し、攪拌・混合することでスラリーを得る。得られたスラリーを上述の下層にコーティングし、600℃×2時間の乾燥、焼成を行うことにより、NOx浄化触媒32を調製できる。
As the NOx purification catalyst 32, a NOx purification catalyst having a two-layer structure is more preferably used. Hereinafter, an example of a method for preparing a two-layer NOx purification catalyst will be described. For example, as a lower layer, Pt = 4.5 g / L, Rh = 1.0 g / L, CeO 2 = 60 g / L, Al 2 O 3 = 30 g / L, Ce—Pr—La—Ox = 60 g / L, Nd A material containing these components is put into a ball mill together with an aqueous medium so as to obtain a blending composition of -Zr-Ox = 20 g / L, and a slurry is obtained by stirring and mixing. The resulting slurry is formed by coating a cordierite carrier.
In addition, as an upper layer, a material containing these components is ball milled together with an aqueous medium so as to have a composition of Fe · Ce ion exchange β zeolite = 75 g / L, Al 2 O 3 = 7 g / L, and binder = 8 g / L. The slurry is obtained by stirring and mixing. The obtained lower layer is coated on the above-mentioned lower layer, dried at 600 ° C. for 2 hours, and calcined, whereby the NOx purification catalyst 32 can be prepared.

NOx浄化触媒32の吸着アンモニア量が少なくなると、NOxの浄化能力が低下するので、適宜NOxを還元するために、NOx浄化触媒32への還元剤の供給(以下、還元化という)が行われる。この還元化では、例えば、燃料噴射弁から噴射される燃料量の増量とスロットル弁9による吸入空気量の減量とによってエンジン1の燃焼室内の混合気の空燃比(エンジン空燃比)を化学量論比よりリッチ側にすることにより、還元剤をNOx浄化触媒32に供給することにより行われる。
具体的には、ポスト燃焼又はリッチ燃焼により、エンジン1から排出される排気の空燃比(排気空燃比)をリッチ化することにより、NOx浄化触媒32へ流入する排気中の還元剤濃度が酸素濃度より高くなり、還元化が実行される。また、後述するように、燃料改質器で製造された還元性気体を排気通路4内又はEGR通路内に導入することにより、排気空燃比をリッチ化して還元化が実行される。
When the amount of adsorbed ammonia in the NOx purification catalyst 32 decreases, the NOx purification capacity decreases, so that a reducing agent is supplied to the NOx purification catalyst 32 (hereinafter referred to as reduction) in order to reduce NOx as appropriate. In this reduction, for example, the air-fuel ratio (engine air-fuel ratio) of the air-fuel mixture in the combustion chamber of the engine 1 is stoichiometrically determined by increasing the amount of fuel injected from the fuel injection valve and decreasing the amount of intake air by the throttle valve 9. By making the ratio richer than the ratio, the reducing agent is supplied to the NOx purification catalyst 32.
Specifically, by reducing the air-fuel ratio (exhaust air-fuel ratio) of the exhaust discharged from the engine 1 by post combustion or rich combustion, the concentration of the reducing agent in the exhaust flowing into the NOx purification catalyst 32 becomes the oxygen concentration. It becomes higher and reduction is performed. Further, as will be described later, by introducing reducing gas produced by the fuel reformer into the exhaust passage 4 or the EGR passage, the exhaust air-fuel ratio is enriched and reduction is performed.

以下、NOx浄化触媒32におけるNOxの浄化について説明する。
先ず、エンジン空燃比を化学量論比よりリーン側に設定し、いわゆるリーンバーン運転を行うと、NOx浄化触媒32へ流入する排気中の還元剤濃度が、酸素濃度より低くなる。その結果、排気中の一酸化窒素(NO)と酸素(O)とが触媒の作用で反応し、NOとしてセリア又はセリア系複合酸化物に吸着される。
Hereinafter, NOx purification in the NOx purification catalyst 32 will be described.
First, when the engine air-fuel ratio is set leaner than the stoichiometric ratio and so-called lean burn operation is performed, the concentration of the reducing agent in the exhaust gas flowing into the NOx purification catalyst 32 becomes lower than the oxygen concentration. As a result, nitric oxide (NO) and oxygen (O 2 ) in the exhaust gas react with each other by the action of the catalyst, and are adsorbed as NO 2 on the ceria or ceria-based composite oxide.

次に、エンジン空燃比を化学量論比よりリッチ側に設定するいわゆるリッチ運転を行い、排気空燃比をリッチ化する。即ち、排気中の還元剤濃度を酸素濃度より高くする還元化を実行すると、排気中の一酸化炭素(CO)が水(HO)と反応して、二酸化炭素(CO)と水素(H)が生成され、また排気中の炭化水素(HC)が水と反応して、一酸化炭素(CO)及び二酸化炭素(CO)とともに、水素(H)が生成される。またさらに、排気中に含まれるNOx、及び、セリア又はセリア系複合酸化物(及び白金)に吸着されているNOx(NO、NO)と、生成された水素(H)とが触媒の作用で反応し、アンモニア(NH)及び水(HO)が生成される。また、ここで生成されたアンモニア(NH)は、アンモニウムイオン(NH )の形でゼオライトに吸着される。 Next, so-called rich operation is performed in which the engine air-fuel ratio is set to be richer than the stoichiometric ratio, and the exhaust air-fuel ratio is enriched. That is, when reduction is performed to make the reducing agent concentration in the exhaust gas higher than the oxygen concentration, carbon monoxide (CO) in the exhaust gas reacts with water (H 2 O), and carbon dioxide (CO 2 ) and hydrogen ( H 2 ) is generated, and the hydrocarbon (HC) in the exhaust gas reacts with water to generate hydrogen (H 2 ) together with carbon monoxide (CO) and carbon dioxide (CO 2 ). Furthermore, NOx contained in the exhaust gas, NOx (NO, NO 2 ) adsorbed on ceria or ceria-based complex oxide (and platinum), and generated hydrogen (H 2 ) act as a catalyst. To produce ammonia (NH 3 ) and water (H 2 O). The ammonia (NH 3 ) produced here is adsorbed on the zeolite in the form of ammonium ions (NH 4 + ).

次に、エンジン空燃比を化学量論比よりリーン側に設定するリーンバーン運転を行い、NOx浄化触媒32へ流入する排気中の還元剤濃度を、酸素濃度より低い側に設定すると、セリア又はセリア系複合酸化物にNOxが吸着される。さらにゼオライトにアンモニウムイオン(NH )が吸着した状態では、排気中のNOx及び酸素(O)と、アンモニア(NH)とが反応して、窒素(N)と水(HO)が生成される。 Next, when lean burn operation is performed in which the engine air-fuel ratio is set leaner than the stoichiometric ratio, and the reducing agent concentration in the exhaust gas flowing into the NOx purification catalyst 32 is set lower than the oxygen concentration, ceria or ceria NOx is adsorbed on the system complex oxide. Further, in the state where ammonium ions (NH 4 + ) are adsorbed on the zeolite, NOx and oxygen (O 2 ) in the exhaust gas react with ammonia (NH 3 ) to react with nitrogen (N 2 ) and water (H 2 O). ) Is generated.

このように、NOx浄化触媒32によれば、還元剤供給中に生成されるアンモニア(NH)がゼオライトに吸着され、リーンバーン運転中に吸着したアンモニア(NH)がNOxと反応するので、NOxの浄化を効率良く行うことができる。 Thus, according to the NOx purification catalyst 32, ammonia (NH 3 ) generated during the supply of the reducing agent is adsorbed on the zeolite, and ammonia (NH 3 ) adsorbed during the lean burn operation reacts with NOx. It is possible to efficiently purify NOx.

また、排気通路4のうちNOx浄化触媒32の上流側であって、且つTWC31の下流側には、燃料ガスを改質して一酸化炭素(CO)、水素(H)、及び炭化水素(HC)を含む還元性気体を製造する燃料改質器50が、第1導入通路57を介して接続されている。燃料改質器50で製造された還元性気体は、TWC31とNOx浄化触媒32との間から排気通路4内に導入され、NOx浄化触媒32に流入する。 Further, in the exhaust passage 4, upstream of the NOx purification catalyst 32 and downstream of the TWC 31, the fuel gas is reformed and carbon monoxide (CO), hydrogen (H 2 ), and hydrocarbon ( A fuel reformer 50 for producing a reducing gas containing HC) is connected via a first introduction passage 57. The reducing gas produced by the fuel reformer 50 is introduced into the exhaust passage 4 from between the TWC 31 and the NOx purification catalyst 32 and flows into the NOx purification catalyst 32.

燃料改質器50は、排気通路4にその一端側が接続された第1導入通路57とEGR通路6にその一端側が接続された第2導入通路58とに導入通路切り替え弁56から分岐した導入通路と、燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置52と、燃料ガス供給装置52により供給された燃料ガス量を調整する燃料ガス調整弁51と、コンプレッサ54と、コンプレッサにより供給された空気量を調整する空気調整弁53と、導入通路に設けられた改質触媒55と、を含んで構成される。導入通路切り替え弁56はECU40に接続されている。   The fuel reformer 50 includes an introduction passage branched from an introduction passage switching valve 56 into a first introduction passage 57 connected at one end to the exhaust passage 4 and a second introduction passage 58 connected at one end to the EGR passage 6. A fuel gas supply device 52 that supplies fuel gas, a fuel gas adjustment valve 51 that adjusts the amount of fuel gas supplied by the fuel gas supply device 52, a compressor 54, and an amount of air supplied by the compressor An air regulating valve 53 and a reforming catalyst 55 provided in the introduction passage are included. The introduction passage switching valve 56 is connected to the ECU 40.

燃料ガス供給装置52は、燃料タンクに貯留された燃料をガス化し、燃料調整弁51により流量を調整しながら改質触媒55に燃料ガスを供給する。また、コンプレッサにより供給された空気は、空気調整弁53によりその流量が調整された後、燃料ガスと均一に混合されて改質触媒55に供給される。燃料改質器50は、ECU40に接続されており、燃料ガスの供給量及び空気の供給量は、ECU40により制御される。また、燃料ガス及び空気の供給量を制御することで、排気通路4に導入される還元性気体の導入量を制御することが可能となっている。   The fuel gas supply device 52 gasifies the fuel stored in the fuel tank and supplies the fuel gas to the reforming catalyst 55 while adjusting the flow rate by the fuel adjustment valve 51. Further, the air supplied from the compressor is adjusted in its flow rate by the air adjusting valve 53, and then is uniformly mixed with the fuel gas and supplied to the reforming catalyst 55. The fuel reformer 50 is connected to the ECU 40, and the fuel gas supply amount and the air supply amount are controlled by the ECU 40. Further, the amount of reducing gas introduced into the exhaust passage 4 can be controlled by controlling the amount of fuel gas and air supplied.

改質触媒55は、ロジウム及びセリアを含む。この改質触媒55は、燃料ガス供給装置52から供給された燃料ガスを改質し、水素、一酸化炭素、及び炭化水素を含む還元性気体を製造する。より具体的には、この改質触媒55は、燃料ガス中の炭化水素燃料と空気との部分酸化反応により、大気圧よりも高い圧力であり、且つ、体積分率で水素よりも一酸化炭素を多く含む還元性気体を製造する。また、上述のように部分酸化反応は発熱反応である。これにより、燃料改質器50は、EGR通路6のうちEGR触媒11の上流側を流通するEGRガスよりも高温の還元性気体を、EGR通路6内に導入することができる。また、排気通路4のうちNOx浄化触媒32よりも上流側を流通する排気よりも高温の還元性気体を、排気通路4内に導入することができる。   The reforming catalyst 55 contains rhodium and ceria. The reforming catalyst 55 reforms the fuel gas supplied from the fuel gas supply device 52 to produce a reducing gas containing hydrogen, carbon monoxide, and hydrocarbons. More specifically, the reforming catalyst 55 has a pressure higher than atmospheric pressure due to a partial oxidation reaction between the hydrocarbon fuel in the fuel gas and air, and has a volume fraction of carbon monoxide higher than that of hydrogen. A reducing gas containing a large amount of is produced. Further, as described above, the partial oxidation reaction is an exothermic reaction. Thereby, the fuel reformer 50 can introduce a reducing gas having a temperature higher than that of the EGR gas flowing in the upstream side of the EGR catalyst 11 in the EGR passage 6 into the EGR passage 6. In addition, reducing gas having a temperature higher than that of the exhaust gas flowing upstream of the NOx purification catalyst 32 in the exhaust passage 4 can be introduced into the exhaust passage 4.

以下、改質触媒55の調製法の一例を示す。例えば、Pt=0.8g/L、Rh=0.8g/L、CeO=150g/L、バインダー=10g/Lの配合組成となるように、これら各成分を含む材料を水系媒体とともにボールミルに投入し、攪拌・混合することでスラリーを得る。得られたスラリーを、Fe−Cr−Al合金製担体にコーティングし、600℃×2時間の乾燥、焼成を行うことにより、改質触媒55を調製できる。 Hereinafter, an example of a method for preparing the reforming catalyst 55 will be described. For example, in order to obtain a blending composition of Pt = 0.8 g / L, Rh = 0.8 g / L, CeO 2 = 150 g / L, and binder = 10 g / L, the materials containing these components are ball milled together with an aqueous medium. The slurry is obtained by adding, stirring and mixing. The reforming catalyst 55 can be prepared by coating the obtained slurry on a Fe—Cr—Al alloy carrier, and drying and firing at 600 ° C. for 2 hours.

また、この改質触媒55には、グロープラグやスパークプラグなどを含んで構成された図示しない加熱ヒータが接続されており、燃料改質器50の始動とともに、改質触媒55を加熱することが可能となっている。また、この燃料改質器50は、排気通路4とは別に設けられている。即ち、燃料改質器50の燃料ガス供給装置52及び改質触媒55は、排気通路4内には設けられていない。   The reforming catalyst 55 is connected to a heater (not shown) that includes a glow plug, a spark plug, and the like, and the reforming catalyst 55 can be heated when the fuel reformer 50 is started. It is possible. The fuel reformer 50 is provided separately from the exhaust passage 4. That is, the fuel gas supply device 52 and the reforming catalyst 55 of the fuel reformer 50 are not provided in the exhaust passage 4.

ECU40には、エンジン1のクランク軸の回転角度を検出するクランク角度位置センサ(図示せず)、エンジン1により駆動される車両のアクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルセンサ(図示せず)、エンジン1の吸入空気量(単位時間当りにエンジン1に新規に吸入される空気量)を検出するエアフローメータ21、TWC31及びNOx浄化触媒32に流入する排気の温度を検出する排気温度センサ34、TWC31及びNOx浄化触媒32に流入する排気の酸素濃度、即ち排気空燃比を検出するUEGOセンサ33が接続されており、これらセンサの検出信号は、ECU40に供給される。
ここで、エンジン1の回転数は、クランク角度位置センサの出力に基づいて、ECU40により算出される。また、エンジン1の発生トルクは、図示しないアクセルペダルの踏み込み量に応じて決定される燃料噴射弁の燃料噴射量に基づいて、ECU40により算出される。
The ECU 40 includes a crank angle position sensor (not shown) that detects the rotation angle of the crankshaft of the engine 1, an accelerator sensor (not shown) that detects the amount of depression of an accelerator pedal of a vehicle driven by the engine 1, and an engine 1, an air flow meter 21 that detects the amount of intake air (the amount of air that is newly sucked into the engine 1 per unit time), an exhaust temperature sensor 34 that detects the temperature of the exhaust gas flowing into the NOx purification catalyst 32, TWC 31, and A UEGO sensor 33 is connected to detect the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the NOx purification catalyst 32, that is, the exhaust air-fuel ratio, and detection signals from these sensors are supplied to the ECU 40.
Here, the rotational speed of the engine 1 is calculated by the ECU 40 based on the output of the crank angle position sensor. Further, the generated torque of the engine 1 is calculated by the ECU 40 based on the fuel injection amount of the fuel injection valve determined according to the depression amount of an accelerator pedal (not shown).

ECU40は、各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定のレベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換するなどの機能を有する入力回路と、中央演算処理ユニット(以下、CPUという)とを備える。この他、ECU40は、CPUで実行される各種演算プログラム及び演算結果などを記憶する記憶回路と、燃料改質器50、導入通路切り替え弁56、スロットル弁9、EGR弁13、過給機8、及びエンジン1の燃料噴射弁などに制御信号を出力する出力回路とを備える。   The ECU 40 shapes an input signal waveform from various sensors, corrects a voltage level to a predetermined level, converts an analog signal value into a digital signal value, and a central processing unit (hereinafter, referred to as a central processing unit). CPU). In addition, the ECU 40 includes a storage circuit that stores various calculation programs executed by the CPU, calculation results, and the like, a fuel reformer 50, an introduction passage switching valve 56, a throttle valve 9, an EGR valve 13, a supercharger 8, And an output circuit for outputting a control signal to the fuel injection valve of the engine 1.

エンジン1は、通常はエンジン空燃比が化学量論比よりもリーン側に設定して運転され、エンジン空燃比を化学量論比よりもリッチ側に設定するリッチ化制御が周期的に行われる。   The engine 1 is normally operated with the engine air-fuel ratio set to a lean side with respect to the stoichiometric ratio, and rich control for setting the engine air-fuel ratio to the rich side with respect to the stoichiometric ratio is periodically performed.

図3は、第一実施形態におけるエンジン制御の手順を示すフローチャートである。先ず、ステップS1では、EGR触媒11の活性状態を測定又は推定し、EGR触媒11が活性状態にあるか未活性状態にあるかを推定する。EGR触媒11が活性状態でYESと推定された場合にはステップS2に移り、未活性状態でNOと推定された場合にはステップS3に移る。
ここで、EGR触媒11の活性状態は、EGR触媒11の下流に配置されたEGRガス温度センサ14により測定されるEGRガス温度に基づいて推定する。より詳しくは、EGRガス温度が一定値以下の場合にはEGR触媒11が未活性状態と判断し、還元性気体をEGR触媒11の上流部へと導く。EGR触媒11の下流のEGRガス温度が一定値以上の場合には、EGR触媒11が活性化したものと判断し、還元性気体の導入通路を、排気通路4側に接続された第1導入通路57へと切り替える。
FIG. 3 is a flowchart showing a procedure of engine control in the first embodiment. First, in step S1, the active state of the EGR catalyst 11 is measured or estimated, and it is estimated whether the EGR catalyst 11 is in an active state or an inactive state. If the EGR catalyst 11 is estimated to be YES in the active state, the process proceeds to step S2, and if NO is estimated in the inactive state, the process proceeds to step S3.
Here, the active state of the EGR catalyst 11 is estimated based on the EGR gas temperature measured by the EGR gas temperature sensor 14 disposed downstream of the EGR catalyst 11. More specifically, when the EGR gas temperature is equal to or lower than a certain value, the EGR catalyst 11 is determined to be in an inactive state, and the reducing gas is guided to the upstream portion of the EGR catalyst 11. When the EGR gas temperature downstream of the EGR catalyst 11 is equal to or higher than a certain value, it is determined that the EGR catalyst 11 is activated, and the reducing gas introduction passage is connected to the exhaust passage 4 side through the first introduction passage. Switch to 57.

ステップS2では、導入通路切り替え弁56により第1導入通路57への切り替えが行われ、EGR通路6内へのHガス(還元性気体)の添加が停止される。また、ステップS3では、導入通路切り替え弁56により第2導入通路58への切り替えが行われ、EGR通路6内へのHガス(還元性気体)の添加が実施される。なお、ステップS3では、エンジン1の燃焼室に吸入される吸気の空燃比がリッチにならないように、燃料改質器50に供給する空気量を空気量調整弁53で調整するとともに、燃料改質器50に供給する燃料量を燃料量調整弁51で調整することにより、還元性気体の導入量を制御する。 In step S2, the introduction passage switching valve 56 switches to the first introduction passage 57, and the addition of H 2 gas (reducing gas) into the EGR passage 6 is stopped. In step S3, the introduction passage switching valve 56 switches to the second introduction passage 58, and the H 2 gas (reducing gas) is added into the EGR passage 6. In step S3, the air amount supplied to the fuel reformer 50 is adjusted by the air amount adjusting valve 53 so that the air-fuel ratio of the intake air sucked into the combustion chamber of the engine 1 does not become rich, and the fuel reforming is performed. The amount of reducing gas introduced is controlled by adjusting the amount of fuel supplied to the vessel 50 by the fuel amount adjusting valve 51.

次いでステップS4に移り、ステップS4では、リッチ化手段によるリッチ化制御が実施される。   Next, the process proceeds to step S4, where enrichment control by the enrichment means is performed.

図4は、ステップS4で実施されるリッチ化制御の手順を示すフローチャートである。先ず、ステップS21では、NOx浄化触媒の吸着NOx量を推定し、推定された吸着NOx量が所定の吸着NOx量判定値以上であるか否かを判別する。この判別がYESの場合にはステップS22に移り、NOの場合にはリッチ化制御を終了する。
ここで、NOx浄化触媒の吸着NOx量は、エンジン1の回転数及び発生トルクに基づいてNOx排出量を推定し、推定されたNOx排出量、エアフローメータ21により測定されたエンジン1の吸入空気量、エンジン1の燃料消費量、エンジン1の運転時間、UEGOセンサにより測定された排気中の酸素濃度のうち少なくとも1つに基づいて推定される。
また、吸着NOx量判定値は、TWC31の温度及びNOx浄化触媒32の温度の少なくとも一方の温度を推定又は検出し、推定された触媒温度に基づいて決定する。触媒温度の推定又は検出は、TWC31及びNOx浄化触媒32それぞれに備えられた触媒温度センサにより推定又は検出される。
FIG. 4 is a flowchart showing a procedure of the enrichment control performed in step S4. First, in step S21, the adsorption NOx amount of the NOx purification catalyst is estimated, and it is determined whether or not the estimated adsorption NOx amount is equal to or greater than a predetermined adsorption NOx amount determination value. If this determination is YES, the process proceeds to step S22, and if NO, the enrichment control is terminated.
Here, the adsorption NOx amount of the NOx purification catalyst is estimated by estimating the NOx emission amount based on the rotation speed and generated torque of the engine 1, the estimated NOx emission amount, and the intake air amount of the engine 1 measured by the air flow meter 21. It is estimated based on at least one of the fuel consumption of the engine 1, the operating time of the engine 1, and the oxygen concentration in the exhaust gas measured by the UEGO sensor.
The adsorbed NOx amount determination value is determined based on the estimated catalyst temperature by estimating or detecting at least one of the temperature of the TWC 31 and the temperature of the NOx purification catalyst 32. The estimation or detection of the catalyst temperature is estimated or detected by a catalyst temperature sensor provided in each of the TWC 31 and the NOx purification catalyst 32.

ステップS22では、NOx浄化触媒(LNC)32の温度が一定値以下であるか否かを判別する。この判別がYESの場合にはステップS27に移り、NOの場合にはステップS23に移る。
ここで、NOx浄化触媒32の温度は触媒温度センサにより推定又は検出される。また、NOx浄化触媒32の温度に加えて、TWC31の温度、吸着NOx量、エンジン1の回転数、及び発生トルクのうち少なくとも1つが、一定値以下であるか否かを判別してもよい。なお、TWC31の温度は、TWC31に備えられた触媒温度センサにより推定又は検出し、吸着NOx量は、上記ステップS4と同様の手順により推定する。
In step S22, it is determined whether or not the temperature of the NOx purification catalyst (LNC) 32 is equal to or lower than a certain value. If the determination is YES, the process proceeds to step S27, and if the determination is NO, the process proceeds to step S23.
Here, the temperature of the NOx purification catalyst 32 is estimated or detected by a catalyst temperature sensor. Further, in addition to the temperature of the NOx purification catalyst 32, it may be determined whether at least one of the temperature of the TWC 31, the amount of adsorbed NOx, the rotational speed of the engine 1, and the generated torque is equal to or less than a certain value. Note that the temperature of the TWC 31 is estimated or detected by a catalyst temperature sensor provided in the TWC 31, and the amount of adsorbed NOx is estimated by the same procedure as in step S4.

ステップS23では、通常リッチ制御(第2リッチ化制御)用の排気空燃比目標値を決定する。この排気空燃比目標値は、TWC31の温度、NOx浄化触媒32の温度、吸着NOx量、リッチ化制御の継続時間、エンジン1の回転数、及び発生トルクのうち少なくとも1つに基づいて決定する。   In step S23, an exhaust air-fuel ratio target value for normal rich control (second rich control) is determined. This exhaust air-fuel ratio target value is determined based on at least one of the temperature of the TWC 31, the temperature of the NOx purification catalyst 32, the amount of adsorption NOx, the duration of the enrichment control, the rotational speed of the engine 1, and the generated torque.

ステップS24では、通常リッチ化制御(第2リッチ化制御)を実施する。ここで、通常リッチ化制御としては、ポスト燃焼又はリッチ燃焼が実施される。
また、通常リッチ化制御中の排気空燃比はUEGOセンサによってモニタされ、ステップS23で決定した排気空燃比の目標値に一致するように、通常リッチ化制御を実施する。より詳しくは、エンジン1の主噴射量、副噴射量、及び吸入空気量のうち少なくとも1つを調整してリッチ化制御する。
In step S24, normal enrichment control (second enrichment control) is performed. Here, as the normal enrichment control, post combustion or rich combustion is performed.
Further, the exhaust air-fuel ratio during the normal enrichment control is monitored by the UEGO sensor, and the normal enrichment control is performed so as to coincide with the target value of the exhaust air-fuel ratio determined in step S23. More specifically, the enrichment control is performed by adjusting at least one of the main injection amount, the sub injection amount, and the intake air amount of the engine 1.

ステップS25では、通常リッチタイマが0であるか否かを判別する。この判別がYESの場合にはステップS26に移り、通常リッチタイマをスタートした後にステップS33に移り、NOの場合にはステップS33に移る。   In step S25, it is determined whether or not the normal rich timer is zero. If this determination is YES, the process proceeds to step S26, and after starting the normal rich timer, the process proceeds to step S33, and in the case of NO, the process proceeds to step S33.

ステップS22に戻って、NOx浄化触媒(LNC)32の温度が一定値以下である場合にはステップS27に移り、ステップS27ではHリッチ化制御(第1リッチ化制御)用の排気空燃比目標値を決定する。この排気空燃比目標値は、通常リッチ化制御と同様の手順により決定する。 Returning to step S22, when the temperature of the NOx purification catalyst (LNC) 32 is equal to or lower than a predetermined value, the process proceeds to step S27, and in step S27, the exhaust air-fuel ratio target for H 2 enrichment control (first enrichment control). Determine the value. This exhaust air-fuel ratio target value is determined by the same procedure as in the normal enrichment control.

ステップS28では、Hリッチ化制御(第1リッチ化制御)を実施する。ここで、Hリッチ化制御は、燃料改質器50で製造された還元性気体を排気通路4内に導入することにより実施する。具体的には、吸気スロットル9を絞ることによりエンジン1の吸入空気量が低減され、燃料改質器50から排気通路4内への還元性気体の添加が開始される。
また、Hリッチ化制御中の排気空燃比はUEGOセンサによってモニタされ、ステップS27で決定した排気空燃比の目標値に一致するように、還元性気体の導入量を調整してHリッチ化制御を実施する。
In step S28, H 2 enrichment control (first enrichment control) is performed. Here, the H 2 enrichment control is performed by introducing the reducing gas produced by the fuel reformer 50 into the exhaust passage 4. Specifically, by reducing the intake throttle 9, the intake air amount of the engine 1 is reduced, and the addition of reducing gas from the fuel reformer 50 into the exhaust passage 4 is started.
Further, the exhaust air / fuel ratio during the H 2 enrichment control is monitored by the UEGO sensor, and the amount of reducing gas introduced is adjusted so as to match the target value of the exhaust air / fuel ratio determined in step S27 to enrich the H 2 . Implement control.

ステップS29では、Hリッチ化制御タイマと通常リッチタイマをスタートしてステップS30に移る。ステップS30では、NOx浄化触媒(LNC)32の温度が一定値以上であるか否かを判別する。
この判別がYESの場合にはステップS32に移り、Hリッチ化制御を停止し、Hリッチ化制御タイマをセットしてステップS33に移る。
判別がNOの場合には、ステップS31に移り、Hリッチ化制御タイマが一定時間を経過しているか否かを判別する。この判別がYESの場合にはステップS32に移り、Hリッチ化制御を停止し、Hリッチ化制御タイマをセットしてステップS33に移る。また、判別がNOの場合にはステップS33に移る。
In step S29, the H 2 enrichment control timer and the normal rich timer are started, and the process proceeds to step S30. In step S30, it is determined whether or not the temperature of the NOx purification catalyst (LNC) 32 is equal to or higher than a certain value.
If this determination is YES, the process proceeds to step S32, the H 2 enrichment control is stopped, the H 2 enrichment control timer is set, and the process proceeds to step S33.
If the determination is NO, the process moves to step S31, and it is determined whether or not the H 2 enrichment control timer has passed a certain time. If this determination is YES, the process proceeds to step S32, the H 2 enrichment control is stopped, the H 2 enrichment control timer is set, and the process proceeds to step S33. If the determination is NO, the process proceeds to step S33.

ステップS33では、通常リッチタイマが一定時間を経過しているか否かを判別する。この判別がYESの場合にはステップS34に移り、リッチ化制御を停止して通常リッチタイマをセットし、リッチ化制御を終了する。また、判別がNOの場合には、リッチ化制御を継続してリッチ化制御を終了する。   In step S33, it is determined whether or not the normal rich timer has passed a predetermined time. If this determination is YES, the process proceeds to step S34, the enrichment control is stopped, the normal rich timer is set, and the enrichment control is terminated. When the determination is NO, the enrichment control is continued and the enrichment control is terminated.

以上詳述したように、本実施形態によれば、燃料改質器50で製造された還元性気体を、第1導入通路57を通じて第2浄化触媒(NOx触媒)32よりも上流側から排気通路4内に導入できるうえ、第2導入通路57を通じて還流触媒(以下、EGR触媒という)11の上流側から還流通路(以下、EGR通路という)6内に導入することができる。EGR通路6内に配置されたEGR触媒11は、低温条件下において活性が低い場合、燃料改質器50で製造された高温の還元性気体を導入できるため、EGR触媒11の温度を高めることができる。還元性気体中には低温酸化性に優れる一酸化炭素及び水素が含まれているため、より低温領域から一酸化炭素及び水素の酸化反応(発熱反応)が進行する結果、EGR触媒11の温度を早期に上昇させることができ、早期活性化が可能である。このため、デポジットの付着、堆積を軽減でき、EGR通路6の閉塞を回避できる。従って、エンジン1からの排気に含まれるNOxを低減したリッチ運転を実現できるとともに、運転状態によらず、例えばエンジン始動直後からでもEGRを導入でき、NOxの排出を低減できる。
また、低温領域でのEGRガスがクリーンであるため、エンジン始動直後からEGRガスを導入できる結果、燃焼室内での燃焼温度を低下させることができ、エンジン1からのNOx排出量を低減させることができる。さらには、EGR触媒11上で一酸化炭素及び水素が酸化した場合に生成する二酸化炭素及び水蒸気といったEGR効果ガスは、燃焼温度の高温化を抑制することができ、NOx排出量の低減に寄与できる。
また、還元性気体を排気通路4内に導入することで、エンジン空燃比をリーンにし、エンジン1における燃焼を最適な状態に保ちつつ、第2浄化触媒(NOx触媒)32に流入する排気の排気空燃比をリッチすることができる。従って、エンジン1の運転状態によらずNOx浄化性能を向上させることができる。エンジン空燃比をリーンに保つことができるので、ポスト噴射などにより燃料を供給して排気空燃比を変化させた場合のように、オイルダイリューションが生じたりすることもない。
また、還元性気体を製造する燃料改質器50を排気通路4とは別に設けることにより、エンジン1の運転状態や、排気の酸素濃度及び水蒸気濃度などによらず、常に最適な効率で還元性気体を製造できるとともに、この還元性気体をEGR通路6内又は排気通路4内に導入することができる。燃料改質器50を排気通路4内に設けた場合には、排気の成分、温度、流速に影響することなく運転できるように、燃料改質器50を大型化する必要があるが、本実施形態によれば、燃料改質器50を排気通路4とは別に設けることで、装置を大型化する必要がなく、安定した運転が可能である。さらには、燃料改質器50を排気通路4とは別に設けることにより、エンジン1の制御とは別系統の制御が可能となり、燃料改質器50が備える改質触媒を早期に活性化できる。
また、水素を含む還元性気体を導入することにより、第2浄化触媒(NOx触媒)32における還元反応速度を向上させることができる。これにより、排気空燃比をリッチにしたときに、第2浄化触媒(NOx触媒)32に吸着又は吸蔵されたNOxが還元されずに脱離するのを防止することができる。
As described above in detail, according to the present embodiment, the reducing gas produced by the fuel reformer 50 is exhausted from the upstream side of the second purification catalyst (NOx catalyst) 32 through the first introduction passage 57. 4 can be introduced into the reflux passage (hereinafter referred to as EGR passage) 6 from the upstream side of the reflux catalyst (hereinafter referred to as EGR catalyst) 11 through the second introduction passage 57. When the EGR catalyst 11 disposed in the EGR passage 6 has low activity under low temperature conditions, the high temperature reducing gas produced by the fuel reformer 50 can be introduced, so that the temperature of the EGR catalyst 11 can be increased. it can. Since the reducing gas contains carbon monoxide and hydrogen that are excellent in low-temperature oxidation properties, the oxidation reaction (exothermic reaction) of carbon monoxide and hydrogen proceeds from a lower temperature region. As a result, the temperature of the EGR catalyst 11 is increased. It can be raised early, and early activation is possible. For this reason, deposit adhesion and accumulation can be reduced, and blockage of the EGR passage 6 can be avoided. Accordingly, it is possible to realize a rich operation in which NOx contained in the exhaust from the engine 1 is reduced, and it is possible to introduce EGR even immediately after the engine is started, for example, immediately after the engine is started, and to reduce NOx emission.
In addition, since the EGR gas in the low temperature region is clean, the EGR gas can be introduced immediately after the engine is started. As a result, the combustion temperature in the combustion chamber can be lowered, and the NOx emission from the engine 1 can be reduced. it can. Furthermore, the EGR effect gas such as carbon dioxide and water vapor generated when carbon monoxide and hydrogen are oxidized on the EGR catalyst 11 can suppress an increase in combustion temperature, and can contribute to a reduction in NOx emissions. .
Further, by introducing the reducing gas into the exhaust passage 4, the engine air-fuel ratio is made lean, and the exhaust gas flowing into the second purification catalyst (NOx catalyst) 32 is maintained while maintaining the combustion in the engine 1 in an optimum state. The air-fuel ratio can be enriched. Therefore, the NOx purification performance can be improved regardless of the operating state of the engine 1. Since the engine air-fuel ratio can be kept lean, oil dilution does not occur unlike when the exhaust air-fuel ratio is changed by supplying fuel by post injection or the like.
Further, by providing the fuel reformer 50 for producing reducing gas separately from the exhaust passage 4, the reducing performance is always reduced with optimum efficiency regardless of the operating state of the engine 1 and the oxygen concentration and water vapor concentration of the exhaust gas. Gas can be produced, and this reducing gas can be introduced into the EGR passage 6 or the exhaust passage 4. When the fuel reformer 50 is provided in the exhaust passage 4, it is necessary to enlarge the fuel reformer 50 so that the fuel reformer 50 can be operated without affecting the exhaust components, temperature, and flow velocity. According to the embodiment, by providing the fuel reformer 50 separately from the exhaust passage 4, it is not necessary to increase the size of the apparatus, and stable operation is possible. Furthermore, by providing the fuel reformer 50 separately from the exhaust passage 4, it is possible to control the system different from the control of the engine 1, and to activate the reforming catalyst provided in the fuel reformer 50 at an early stage.
Moreover, the reduction reaction rate in the second purification catalyst (NOx catalyst) 32 can be improved by introducing a reducing gas containing hydrogen. Thereby, when the exhaust air-fuel ratio is made rich, NOx adsorbed or stored in the second purification catalyst (NOx catalyst) 32 can be prevented from being desorbed without being reduced.

また、本実施形態によれば、EGR触媒11の活性状態に応じて、第1導入通路57と第2導入通路58との切り替えができる。即ち、EGR触媒11の活性状態に応じて、燃料改質器50で製造された還元性気体をEGR通路6内に導入するか、排気通路4内に導入するかを選択できる。具体的には、EGR触媒11が活性化されていない場合には、還元性気体をEGR通路6内に導入することにより、EGR触媒11の温度を高め、EGR触媒11の早期活性化が可能となる結果、排気に含まれるNOxをより効果的に低減できる。   Further, according to the present embodiment, the first introduction passage 57 and the second introduction passage 58 can be switched according to the active state of the EGR catalyst 11. That is, depending on the active state of the EGR catalyst 11, it can be selected whether the reducing gas produced by the fuel reformer 50 is introduced into the EGR passage 6 or the exhaust passage 4. Specifically, when the EGR catalyst 11 is not activated, the temperature of the EGR catalyst 11 can be increased by introducing a reducing gas into the EGR passage 6 so that the EGR catalyst 11 can be activated early. As a result, NOx contained in the exhaust gas can be more effectively reduced.

また、本実施形態によれば、燃料改質器50で製造された還元性気体を、第1導入通路57を通じてEGR通路6内に導入する場合には、エンジン1の燃焼室に吸入される吸気の空燃比がリッチにならないように、燃料改質器50に供給する空気量及び燃料量のうち少なくとも一方を調整して還元性気体の導入量を制御する。このため、EGR通路6内に還元性気体を導入した場合であっても、燃焼室に吸入される吸気の空燃比がリッチになることを回避でき、安定した運転が可能である。   Further, according to the present embodiment, when the reducing gas produced by the fuel reformer 50 is introduced into the EGR passage 6 through the first introduction passage 57, the intake air sucked into the combustion chamber of the engine 1. The amount of reducing gas introduced is controlled by adjusting at least one of the amount of air and the amount of fuel supplied to the fuel reformer 50 so that the air-fuel ratio of the fuel does not become rich. For this reason, even when reducing gas is introduced into the EGR passage 6, the air-fuel ratio of the intake air sucked into the combustion chamber can be avoided from being rich, and stable operation is possible.

また、本実施形態によれば、先ず、エンジン1の回転数及び発生トルクに基づいてNOx排出量を推定し、推定されたNOx排出量、エンジン1の吸入空気量、エンジン1の燃料消費量、エンジン1の運転時間、及び排気中の酸素濃度のうち少なくとも1つに基づいて、第2浄化触媒(NOx触媒)32の吸着NOx量を推定する。次いで、推定された吸着NOx量が所定の吸着NOx量判定値以上である場合に、排気空燃比をリッチ化する。これにより、NOx触媒32に吸着又は吸蔵したNOxの量が増大しすぎて、リッチ化したときに還元されずに流出してしまうNOx量を低減することができ、同時に過剰なリッチ化に伴う燃費の大幅な悪化を回避することができる。   Further, according to the present embodiment, first, the NOx emission amount is estimated based on the rotational speed and generated torque of the engine 1, the estimated NOx emission amount, the intake air amount of the engine 1, the fuel consumption amount of the engine 1, The adsorbed NOx amount of the second purification catalyst (NOx catalyst) 32 is estimated based on at least one of the operation time of the engine 1 and the oxygen concentration in the exhaust gas. Next, when the estimated amount of adsorbed NOx is greater than or equal to a predetermined adsorbed NOx amount determination value, the exhaust air / fuel ratio is enriched. As a result, the amount of NOx adsorbed or occluded in the NOx catalyst 32 increases too much, and the amount of NOx that flows out without being reduced when enriched can be reduced, and at the same time, the fuel consumption associated with excessive enrichment Can be avoided.

また、本実施形態によれば、第1浄化触媒31及び第2浄化触媒32の少なくとも一方の触媒温度に基づいて、所定の吸着NOx量判定値を決定することから、より効果的なタイミングでリッチ化できる。このため、還元剤の供給量を常に適切に調整することができる。
また、本実施形態によれば、エンジン1の運転状態に応じて、燃料改質器50で製造された還元性気体の導入により排気空燃比をリッチ化するか、ポスト燃焼又はリッチ燃焼により排気空燃比をリッチ化するかが選択される。
また、本実施形態によれば、第1浄化触媒31の温度、第2浄化触媒(NOx触媒)32の温度、吸着NOx量、エンジン1の回転数、及びエンジン1の発生トルクのうち少なくとも1つに応じて、燃料改質器50で製造された還元性気体の導入により排気空燃比をリッチ化するか、ポスト燃焼又はリッチ燃焼により排気空燃比をリッチ化するかが選択される。
即ち、第1浄化触媒31の温度、第2浄化触媒(NOx触媒)32の温度、吸着NOx量、エンジン1の回転数、及びエンジン1の発生トルクといった運転状態に応じて、還元性気体の導入によるリッチ化、あるいはポスト燃焼又はリッチ燃焼によるリッチ化が選択されることから、還元されずに流出してしまうNOx量をより効果的に低減でき、第1浄化触媒及び第2浄化触媒が高温になり、熱劣化が助長されることを回避できる。
Further, according to the present embodiment, the predetermined adsorption NOx amount determination value is determined based on the catalyst temperature of at least one of the first purification catalyst 31 and the second purification catalyst 32. Can be For this reason, the supply amount of a reducing agent can always be adjusted appropriately.
Further, according to the present embodiment, the exhaust air / fuel ratio is enriched by introducing reducing gas produced by the fuel reformer 50 according to the operating state of the engine 1, or the exhaust air is exhausted by post combustion or rich combustion. Whether to enrich the fuel ratio is selected.
Further, according to the present embodiment, at least one of the temperature of the first purification catalyst 31, the temperature of the second purification catalyst (NOx catalyst) 32, the amount of adsorbed NOx, the rotational speed of the engine 1, and the generated torque of the engine 1. Accordingly, it is selected whether to enrich the exhaust air-fuel ratio by introducing the reducing gas produced by the fuel reformer 50, or to enrich the exhaust air-fuel ratio by post-combustion or rich combustion.
That is, the introduction of the reducing gas according to the operating conditions such as the temperature of the first purification catalyst 31, the temperature of the second purification catalyst (NOx catalyst) 32, the amount of adsorbed NOx, the rotational speed of the engine 1, and the generated torque of the engine 1. Is selected, or enrichment by post-combustion or rich combustion is selected, so that the amount of NOx that flows out without being reduced can be reduced more effectively, and the first purification catalyst and the second purification catalyst are heated to a high temperature. Therefore, it is possible to avoid the thermal deterioration being promoted.

また、本実施形態によれば、排気空燃比をリッチ化する際における排気空燃比が所定の目標値に一致するように、エンジン1の主噴射量、エンジン1の副噴射量、エンジン1の吸入空気量、及び燃料改質器50で製造された還元性気体の導入量のうち少なくとも1つを調整する。これにより、リッチ化する際の排気空燃比を所望の値に設定できるため、NOxが還元されるのに最適な空燃比を常に実現することで、高効率なNOx浄化を可能にする。
また、本実施形態によれば、排気空燃比の所定の目標値を、第1浄化触媒31の温度、第2浄化触媒(NOx触媒)32の温度、吸着NOx量、リッチ化手段によるリッチ化制御の継続時間、エンジン1の回転数、及びエンジン1の発生トルクのうち少なくとも1つに基づいて決定する。これにより、常に最適な排気空燃比の排気を、第1浄化触媒31や第2浄化触媒(NOx触媒)32に流入させることができる。
Further, according to the present embodiment, the engine 1 main injection amount, the engine 1 sub-injection amount, and the engine 1 intake are adjusted so that the exhaust air-fuel ratio when enriching the exhaust air-fuel ratio matches a predetermined target value. At least one of the amount of air and the amount of reducing gas introduced by the fuel reformer 50 is adjusted. Thus, since the exhaust air-fuel ratio at the time of enrichment can be set to a desired value, highly efficient NOx purification can be achieved by always realizing an optimal air-fuel ratio for reducing NOx.
Further, according to the present embodiment, the predetermined target value of the exhaust air-fuel ratio is set to the temperature of the first purification catalyst 31, the temperature of the second purification catalyst (NOx catalyst) 32, the amount of adsorbed NOx, and the enrichment control by the enrichment means. Is determined based on at least one of the duration of the engine, the number of revolutions of the engine 1, and the torque generated by the engine 1. As a result, the exhaust gas having the optimum exhaust air / fuel ratio can always flow into the first purification catalyst 31 and the second purification catalyst (NOx catalyst) 32.

また、本実施形態によれば、燃料改質器50で製造された還元性気体は、一酸化炭素、水素、及び炭化水素を含む。また、これらのうち、体積分率が最も多いのが一酸化炭素であり、体積分率が最も少ないのが炭化水素である。
炭化水素燃料を改質する燃料改質器50では、炭化水素燃料と空気のみを原料とする部分酸化反応のみにより、一酸化炭素、水素、及び軽質の炭化水素を含む還元性気体が製造されるが、本実施形態では、水素よりも一酸化炭素を多く含む還元性気体が好ましく用いられる。このため、本実施形態では、シフト反応など水素を濃縮する触媒やシステムが不要であり、また、部分酸化反応は発熱反応であることから、一旦反応が開始すれば外部からエネルギーを供給する必要もないため、小型で簡素な燃料改質器50とすることができる。燃料改質器50を小型化できることにより、燃料改質器50のライトオフ時間を短縮でき、必要に応じて速やかに還元性気体を排気通路4内や還流通路6内に導入できる。
また、副次的に生成する軽質の炭化水素成分も、第1浄化触媒31や第2浄化触媒(NOx触媒)32に導入することにより、NOxの還元に寄与できる。
また、本実施形態によれば、適用されるエンジン1は圧縮着火式の内燃機関であり、且つ使用する燃料は軽油である。ディーゼルなどの圧縮着火式内燃機関では、通常、リーン状態で運転が行われるため、従来よりNOxの浄化が課題とされていたところ、本実施形態に係る排気浄化装置を適用することにより、効率的なNOxの浄化が可能である。
Further, according to the present embodiment, the reducing gas produced by the fuel reformer 50 includes carbon monoxide, hydrogen, and hydrocarbons. Of these, carbon monoxide has the highest volume fraction, and hydrocarbon has the lowest volume fraction.
In the fuel reformer 50 for reforming hydrocarbon fuel, a reducing gas containing carbon monoxide, hydrogen, and light hydrocarbons is produced only by a partial oxidation reaction using only hydrocarbon fuel and air as raw materials. However, in the present embodiment, a reducing gas containing more carbon monoxide than hydrogen is preferably used. For this reason, in this embodiment, a catalyst or system for concentrating hydrogen such as a shift reaction is unnecessary, and since the partial oxidation reaction is an exothermic reaction, it is necessary to supply energy from the outside once the reaction starts. Therefore, the fuel reformer 50 can be made small and simple. Since the fuel reformer 50 can be downsized, the light-off time of the fuel reformer 50 can be shortened, and the reducing gas can be quickly introduced into the exhaust passage 4 and the reflux passage 6 as necessary.
In addition, light hydrocarbon components that are generated as a secondary component can also contribute to the reduction of NOx by being introduced into the first purification catalyst 31 and the second purification catalyst (NOx catalyst) 32.
Moreover, according to this embodiment, the applied engine 1 is a compression ignition type internal combustion engine, and the fuel to be used is light oil. In a compression ignition type internal combustion engine such as diesel, since operation is normally performed in a lean state, it has been conventionally considered to purify NOx. However, by applying the exhaust purification device according to this embodiment, it is efficient. NOx purification is possible.

本実施形態では、ECU40がリッチ化手段、還流触媒活性推定手段の一部、導入通路切り替え手段の一部、燃料改質器制御手段の一部、NOx排出量推定手段の一部、触媒温度推定手段の一部、吸着NOx量判定値決定手段の一部、第1リッチ化制御手段、第2リッチ化制御手段、排気空燃比目標値決定手段の一部を構成する。具体的には、図3のステップS1が還流触媒活性推定手段に相当し、ステップS2〜3が導入通路切り替え手段に相当し、ステップS4がリッチ化手段に相当し、図4のステップS21がNOx排出量推定手段及び吸着NOx量判定値決定手段に相当し、ステップS22が触媒温度推定手段に相当し、ステップ23〜26が第2リッチ化制御手段に相当し、ステップS27〜32が第1リッチ化制御手段に相当し、ステップS23及び27が排気空燃比目標値決定手段に相当する。   In the present embodiment, the ECU 40 performs enrichment means, part of the reflux catalyst activity estimation means, part of the introduction passage switching means, part of the fuel reformer control means, part of the NOx emission amount estimation means, catalyst temperature estimation. A part of the means, a part of the adsorption NOx amount determination value determining means, a first enrichment control means, a second enrichment control means, and a part of the exhaust air / fuel ratio target value determination means are configured. Specifically, step S1 in FIG. 3 corresponds to the reflux catalyst activity estimation means, steps S2 to 3 correspond to the introduction passage switching means, step S4 corresponds to the enrichment means, and step S21 in FIG. 4 corresponds to NOx. Step S22 corresponds to the catalyst temperature estimation means, steps 23 to 26 correspond to the second enrichment control means, and steps S27 to 32 correspond to the first rich. Steps S23 and S27 correspond to the exhaust air / fuel ratio target value determining means.

次に、本発明の第二実施形態について、図面を参照しながら説明するが、第一実施形態と同様の構成については、その説明を省略する。また、本実施形態におけるエンジン制御の手順は第一実施形態と同様であるため、フローチャート及びその説明についても省略する。   Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings, but the description of the same configuration as the first embodiment will be omitted. In addition, since the engine control procedure in the present embodiment is the same as that in the first embodiment, the flowchart and the description thereof are also omitted.

図2は、本発明の第二実施形態に係るエンジン及びその排気浄化装置の構成を示す図である。図2に示されるように、本実施形態に係る排気浄化装置の基本構成は第一実施形態と同様であり、相違点は、第1導入通路57がTWC31の上流側に接続されている点のみである。   FIG. 2 is a diagram showing a configuration of an engine and an exhaust purification device thereof according to the second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, the basic configuration of the exhaust emission control device according to this embodiment is the same as that of the first embodiment, and the only difference is that the first introduction passage 57 is connected to the upstream side of the TWC 31. It is.

本実施形態によれば、第一実施形態と同様の効果が得られる他、燃料改質器50で製造された還元性気体を、第1導入通路57を通じて、TWC(第1浄化触媒)31よりも上流側から排気通路4内に導入することができる。このため、NOx触媒(第2浄化触媒)32にてNOxを還元処理する前に、還元性気体をTWC(第1浄化触媒)31に流入させることができ、NOx触媒(第2浄化触媒)32に流入するNOx濃度を減少させることができる。従って、NOx触媒(第2浄化触媒)32にてNOxを還元処理する際のNOxスリップ量を低減させることができ、NOx浄化率をより向上させることができる。   According to the present embodiment, the same effects as those of the first embodiment can be obtained, and the reducing gas produced by the fuel reformer 50 can be supplied from the TWC (first purification catalyst) 31 through the first introduction passage 57. Can also be introduced into the exhaust passage 4 from the upstream side. Therefore, before the NOx is reduced by the NOx catalyst (second purification catalyst) 32, the reducing gas can flow into the TWC (first purification catalyst) 31 and the NOx catalyst (second purification catalyst) 32. The NOx concentration flowing into the gas can be reduced. Therefore, the NOx slip amount when NOx is reduced by the NOx catalyst (second purification catalyst) 32 can be reduced, and the NOx purification rate can be further improved.

第一実施形態に係るエンジン及びその排気浄化装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the engine which concerns on 1st embodiment, and its exhaust gas purification apparatus. 第二実施形態に係るエンジン及びその排気浄化装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the engine which concerns on 2nd embodiment, and its exhaust gas purification apparatus. 第一実施形態に係るエンジン制御の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the engine control which concerns on 1st embodiment. 第一実施形態に係るエンジン制御の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the engine control which concerns on 1st embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1 エンジン
4 排気通路
6 EGR通路
11 EGR触媒
14 EGRガス温度センサ
21 エアフローメータ
31 TWC
32 NOx浄化触媒
33 UEGOセンサ
34 排気ガス温度センサ
40 ECU
50 燃料改質器
56 導入通路切り替え弁
57 第1導入通路
58 第2導入通路
1 Engine 4 Exhaust passage 6 EGR passage 11 EGR catalyst 14 EGR gas temperature sensor 21 Air flow meter 31 TWC
32 NOx purification catalyst 33 UEGO sensor 34 Exhaust gas temperature sensor 40 ECU
50 Fuel reformer 56 Introduction passage switching valve 57 First introduction passage 58 Second introduction passage

Claims (12)

周期的なリーン及びリッチ制御が行われる内燃機関の排気通路に設けられ、前記排気通路を流通する排気の空燃比を排気空燃比として、前記排気空燃比をリーンにしたときに、排気中のNOxを吸着若しくは吸蔵し、前記排気空燃比をリッチにしたときに、前記吸着若しくは吸蔵したNOxを還元するNOx浄化触媒を少なくとも有するNOx浄化手段を備える内燃機関の排気浄化装置において、
前記NOx浄化手段は、第1浄化触媒と、前記第1浄化触媒の下流側に設けられた前記NOx浄化触媒である第2浄化触媒と、を有し、
前記内燃機関の排気浄化装置は、
前記排気空燃比をリッチ化するリッチ化手段と、
排気の一部を前記内燃機関の吸気通路内に還流する還流通路と、
前記還流通路内に設けられた酸化性能を有する還流触媒と、
前記排気通路とは別に設けられ、燃料を改質して還元性気体を製造する燃料改質器と、
前記燃料改質器で製造された還元性気体を、前記排気通路のうち前記第2浄化触媒よりも上流側から前記排気通路内に導入するための第1導入通路と、
前記燃料改質器で製造された還元性気体を、前記還流通路のうち前記還流触媒の上流側から前記還流通路内に導入するための第2導入通路と、をさらに備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
NOx in the exhaust gas when the exhaust air-fuel ratio is made lean by setting the air-fuel ratio of the exhaust gas that is provided in the exhaust passage of the internal combustion engine where periodic lean and rich control are performed and the exhaust air flowing through the exhaust passage as the exhaust air-fuel ratio. An internal combustion engine exhaust purification device comprising NOx purification means having at least a NOx purification catalyst that reduces the adsorbed or occluded NOx when the exhaust air-fuel ratio is made rich.
The NOx purification means includes a first purification catalyst and a second purification catalyst that is the NOx purification catalyst provided on the downstream side of the first purification catalyst,
The exhaust gas purification device for the internal combustion engine includes:
Enriching means for enriching the exhaust air-fuel ratio;
A recirculation passage for recirculating part of the exhaust gas into the intake passage of the internal combustion engine;
A reflux catalyst having oxidation performance provided in the reflux passage;
A fuel reformer that is provided separately from the exhaust passage and reforms the fuel to produce a reducing gas;
A first introduction passage for introducing the reducing gas produced by the fuel reformer into the exhaust passage from the upstream side of the second purification catalyst in the exhaust passage;
And a second introduction passage for introducing the reducing gas produced by the fuel reformer into the recirculation passage from the upstream side of the recirculation catalyst in the recirculation passage. Engine exhaust purification system.
前記第1導入通路は、前記燃料改質器で製造された還元性気体を、前記排気通路のうち前記第1浄化触媒よりも上流側から前記排気通路内に導入することを特徴とする請求項1記載の内燃機関の排気浄化装置。   The first introduction passage introduces reducing gas produced by the fuel reformer into the exhaust passage from the upstream side of the first purification catalyst in the exhaust passage. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 1. 前記還流触媒の活性状態を測定又は推定する還流触媒活性推定手段と、
前記第1導入通路と前記第2導入通路とを切り替える導入通路切り替え手段と、をさらに備え、
前記導入通路切り替え手段は、前記還流触媒活性推定手段により前記還流触媒が活性であると推定された場合には、前記第1導入通路へ切り替えをし、未活性であると推定された場合には、前記第2導入通路へ切り替えをすることを特徴とする請求項1又は2記載の内燃機関の排気浄化装置。
A reflux catalyst activity estimating means for measuring or estimating an activity state of the reflux catalyst;
An introduction passage switching means for switching between the first introduction passage and the second introduction passage,
The introduction passage switching means switches to the first introduction passage when the reflux catalyst activity estimation means estimates that the reflux catalyst is active, and when it is estimated that the reflux catalyst activity is inactive. 3. The exhaust gas purification device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the second introduction passage is switched.
前記燃料改質器で製造された還元性気体を、前記第1導入通路を通じて前記還流通路内に導入する場合には、前記内燃機関の燃焼室に吸入される吸気の空燃比がリッチにならないように、前記燃料改質器に供給する空気量及び燃料量のうち少なくとも一方を調整することにより、前記還元性気体の導入量を制御する燃料改質器制御手段をさらに備えることを特徴とする請求項1から3いずれか記載の内燃機関の排気浄化装置。   When the reducing gas produced by the fuel reformer is introduced into the recirculation passage through the first introduction passage, the air-fuel ratio of the intake air sucked into the combustion chamber of the internal combustion engine does not become rich. In addition, the fuel reformer control means may further comprise a fuel reformer control means for controlling an introduction amount of the reducing gas by adjusting at least one of an air amount and a fuel amount supplied to the fuel reformer. Item 4. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to any one of Items 1 to 3. 前記内燃機関の回転数及び前記内燃機関の発生トルクに基づいてNOx排出量を推定するNOx排出量推定手段と、
前記NOx排出量推定手段により推定されたNOx排出量、前記内燃機関の吸入空気量、前記内燃機関の燃料消費量、前記内燃機関の運転時間、及び排気中の酸素濃度のうち少なくとも1つに基づいて、前記第2浄化触媒の吸着NOx量を推定する吸着NOx量推定手段と、をさらに備え、
前記リッチ化手段は、前記吸着NOx量推定手段により推定された吸着NOx量が所定の吸着NOx量判定値以上である場合に、前記排気空燃比をリッチ化することを特徴とする請求項1から4いずれか記載の内燃機関の排気浄化装置。
NOx emission amount estimation means for estimating the NOx emission amount based on the rotational speed of the internal combustion engine and the generated torque of the internal combustion engine;
Based on at least one of the NOx emission amount estimated by the NOx emission amount estimating means, the intake air amount of the internal combustion engine, the fuel consumption amount of the internal combustion engine, the operating time of the internal combustion engine, and the oxygen concentration in the exhaust gas. And an adsorption NOx amount estimating means for estimating the adsorption NOx amount of the second purification catalyst,
2. The enrichment unit enriches the exhaust air-fuel ratio when the adsorption NOx amount estimated by the adsorption NOx amount estimation unit is equal to or greater than a predetermined adsorption NOx amount determination value. 4. An exhaust emission control device for an internal combustion engine according to any one of 4).
前記第1浄化触媒及び前記第2浄化触媒の少なくとも一方の温度を推定又は検出する触媒温度推定手段と、
前記触媒温度推定手段により推定された触媒温度に基づいて前記所定の吸着NOx量判定値を決定する吸着NOx量判定値決定手段と、をさらに備えることを特徴とする請求項5記載の内燃機関の排気浄化装置。
Catalyst temperature estimating means for estimating or detecting the temperature of at least one of the first purification catalyst and the second purification catalyst;
The internal combustion engine according to claim 5, further comprising an adsorption NOx amount determination value determining unit that determines the predetermined adsorption NOx amount determination value based on the catalyst temperature estimated by the catalyst temperature estimation unit. Exhaust purification device.
前記リッチ化手段は、前記燃料改質器で製造された還元性気体の導入による第1リッチ化制御手段と、ポスト燃焼又はリッチ燃焼による第2リッチ化制御手段と、を有し、且つ、前記内燃機関の運転状態に応じて、前記排気空燃比を前記第1リッチ化制御手段によりリッチ化するか、前記第2リッチ化制御手段によりリッチ化するかを選択することを特徴とする請求項6記載の内燃機関の排気浄化装置。   The enrichment means includes first enrichment control means by introduction of reducing gas produced by the fuel reformer, and second enrichment control means by post-combustion or rich combustion, and 7. The method of selecting whether the exhaust air-fuel ratio is enriched by the first enrichment control means or enriched by the second enrichment control means according to an operating state of the internal combustion engine. An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine as described. 前記リッチ化手段は、前記触媒温度推定手段により推定された前記第1浄化触媒の温度、前記触媒温度推定手段により推定された前記第2浄化触媒の温度、前記吸着NOx量推定手段により推定された吸着NOx量、前記内燃機関の回転数、及び前記内燃機関の発生トルクのうち少なくとも1つに応じて、前記排気空燃比を前記第1リッチ化制御手段によりリッチ化するか、前記第2リッチ化制御手段によりリッチ化するかを選択することを特徴とする請求項7記載の内燃機関の排気浄化装置。   The enrichment means is estimated by the temperature of the first purification catalyst estimated by the catalyst temperature estimation means, the temperature of the second purification catalyst estimated by the catalyst temperature estimation means, and the adsorption NOx amount estimation means. The exhaust air / fuel ratio is enriched by the first enrichment control means according to at least one of the adsorbed NOx amount, the rotational speed of the internal combustion engine, and the generated torque of the internal combustion engine, or the second enrichment is performed. 8. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 7, wherein the control means selects whether or not to enrich. 前記リッチ化手段は、前記排気空燃比をリッチ化する際における排気空燃比が所定の目標値に一致するように、前記内燃機関の主噴射量、前記内燃機関の副噴射量、前記内燃機関の吸入空気量、及び前記燃料改質器で製造された還元性気体の導入量のうち少なくとも1つを調整することを特徴とする請求項6から8いずれか記載の内燃機関の排気浄化装置。   The enrichment means is configured so that the exhaust air-fuel ratio when enriching the exhaust air-fuel ratio matches a predetermined target value, the main injection amount of the internal combustion engine, the sub-injection amount of the internal combustion engine, The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to any one of claims 6 to 8, wherein at least one of an intake air amount and an introduction amount of reducing gas produced by the fuel reformer is adjusted. 前記排気空燃比の所定の目標値を、前記触媒温度推定手段により推定された第1浄化触媒の温度、前記触媒温度推定手段により推定された第2浄化触媒の温度、前記吸着NOx量推定手段により推定された吸着NOx量、前記リッチ化手段によるリッチ化制御の継続時間、前記内燃機関の回転数、及び前記内燃機関の発生トルクのうち少なくとも1つに基づいて決定する排気空燃比目標値決定手段をさらに備えることを特徴とする請求項9記載の内燃機関の排気浄化装置。   The predetermined target value of the exhaust air-fuel ratio is determined by the temperature of the first purification catalyst estimated by the catalyst temperature estimation means, the temperature of the second purification catalyst estimated by the catalyst temperature estimation means, and the adsorption NOx amount estimation means. Exhaust air / fuel ratio target value determining means for determining based on at least one of the estimated amount of adsorbed NOx, the duration of enrichment control by the enrichment means, the rotational speed of the internal combustion engine, and the torque generated by the internal combustion engine The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to claim 9, further comprising: 前記燃料改質器で製造された還元性気体は、一酸化炭素、水素、及び炭化水素を含み、これらのうち体積分率が最も多いのが一酸化炭素であり、体積分率が最も少ないのが炭化水素であることを特徴とする請求項1から10いずれか記載の内燃機関の排気浄化装置。   The reducing gas produced by the fuel reformer contains carbon monoxide, hydrogen, and hydrocarbons. Of these, carbon monoxide has the highest volume fraction and has the lowest volume fraction. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 10, wherein is an hydrocarbon. 前記内燃機関は、圧縮着火式の内燃機関であり、且つ使用する燃料が軽油であることを特徴とする請求項1から11いずれか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 any one of claims 1 to 11, wherein the internal combustion engine is a compression ignition type internal combustion engine and the fuel to be used is light oil.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104564262A (en) * 2013-10-10 2015-04-29 康明斯排放处理公司 System and apparatus for reducing reductant deposit formation in exhaust aftertreatment systems
JP2020090949A (en) * 2018-12-07 2020-06-11 国立研究開発法人産業技術総合研究所 Combustion system

Citations (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0559933A (en) * 1991-08-30 1993-03-09 Hino Motors Ltd Reducing agent reforming reactor and exhaust gas purifying device
JPH06137138A (en) * 1992-10-28 1994-05-17 Mitsubishi Motors Corp Exhaust gas purifying device
JPH0849531A (en) * 1994-08-04 1996-02-20 Hino Motors Ltd Reducing device for nox in engine exhaust gas
JPH08210125A (en) * 1995-02-03 1996-08-20 Komatsu Ltd Exhaust denitration device for diesel engine
JP2586738B2 (en) * 1991-10-14 1997-03-05 トヨタ自動車株式会社 Exhaust gas purification device for internal combustion engine
JP2600492B2 (en) * 1991-10-03 1997-04-16 トヨタ自動車株式会社 Exhaust gas purification device for internal combustion engine
JPH11107739A (en) * 1997-10-08 1999-04-20 Tokyo Gas Co Ltd Exhaust emission control device for internal combustion engine
JP2000027637A (en) * 1998-07-10 2000-01-25 Mitsubishi Motors Corp NOx REDUCTION SYSTEM FOR COMBUSTION EXHAUST GAS
JP2002089240A (en) * 2000-09-08 2002-03-27 Nissan Motor Co Ltd Exhaust emission control device and exhaust emission control method using this
JP2002371874A (en) * 2001-06-12 2002-12-26 Toyota Motor Corp Internal combustion engine
JP2005016393A (en) * 2003-06-25 2005-01-20 Toyota Motor Corp Exhaust-emission control system of internal combustion engine
JP2005083350A (en) * 2003-09-11 2005-03-31 Toyota Motor Corp Device for estimating catalyst-bed temperature in internal combustion engine and control system of internal combustion engine
JP3642273B2 (en) * 1999-10-21 2005-04-27 日産自動車株式会社 Exhaust gas purification system
JP2005155422A (en) * 2003-11-25 2005-06-16 Toyota Motor Corp Catalyst control device for internal combustion engine
JP2005256725A (en) * 2004-03-11 2005-09-22 Toyota Motor Corp Method for estimating particulate matter emission quantity for engine and exhaust emission control device
JP2005264821A (en) * 2004-03-18 2005-09-29 Toyota Motor Corp Exhaust reflux system of internal combustion engine
JP2006169982A (en) * 2004-12-13 2006-06-29 Toyota Motor Corp Fuel or reducing agent adding device, internal combustion engine and exhaust emission control device
JP2007023888A (en) * 2005-07-15 2007-02-01 Mitsubishi Motors Corp Control device of internal combustion engine
WO2007052673A1 (en) * 2005-11-02 2007-05-10 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Exhaust gas purifier for internal combustion engine
JP2008038621A (en) * 2006-08-01 2008-02-21 Toyota Motor Corp Exhaust emission control device and method of internal combustion engine

Patent Citations (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0559933A (en) * 1991-08-30 1993-03-09 Hino Motors Ltd Reducing agent reforming reactor and exhaust gas purifying device
JP2600492B2 (en) * 1991-10-03 1997-04-16 トヨタ自動車株式会社 Exhaust gas purification device for internal combustion engine
JP2586738B2 (en) * 1991-10-14 1997-03-05 トヨタ自動車株式会社 Exhaust gas purification device for internal combustion engine
JPH06137138A (en) * 1992-10-28 1994-05-17 Mitsubishi Motors Corp Exhaust gas purifying device
JPH0849531A (en) * 1994-08-04 1996-02-20 Hino Motors Ltd Reducing device for nox in engine exhaust gas
JPH08210125A (en) * 1995-02-03 1996-08-20 Komatsu Ltd Exhaust denitration device for diesel engine
JPH11107739A (en) * 1997-10-08 1999-04-20 Tokyo Gas Co Ltd Exhaust emission control device for internal combustion engine
JP2000027637A (en) * 1998-07-10 2000-01-25 Mitsubishi Motors Corp NOx REDUCTION SYSTEM FOR COMBUSTION EXHAUST GAS
JP3642273B2 (en) * 1999-10-21 2005-04-27 日産自動車株式会社 Exhaust gas purification system
JP2002089240A (en) * 2000-09-08 2002-03-27 Nissan Motor Co Ltd Exhaust emission control device and exhaust emission control method using this
JP2002371874A (en) * 2001-06-12 2002-12-26 Toyota Motor Corp Internal combustion engine
JP2005016393A (en) * 2003-06-25 2005-01-20 Toyota Motor Corp Exhaust-emission control system of internal combustion engine
JP2005083350A (en) * 2003-09-11 2005-03-31 Toyota Motor Corp Device for estimating catalyst-bed temperature in internal combustion engine and control system of internal combustion engine
JP2005155422A (en) * 2003-11-25 2005-06-16 Toyota Motor Corp Catalyst control device for internal combustion engine
JP2005256725A (en) * 2004-03-11 2005-09-22 Toyota Motor Corp Method for estimating particulate matter emission quantity for engine and exhaust emission control device
JP2005264821A (en) * 2004-03-18 2005-09-29 Toyota Motor Corp Exhaust reflux system of internal combustion engine
JP2006169982A (en) * 2004-12-13 2006-06-29 Toyota Motor Corp Fuel or reducing agent adding device, internal combustion engine and exhaust emission control device
JP2007023888A (en) * 2005-07-15 2007-02-01 Mitsubishi Motors Corp Control device of internal combustion engine
WO2007052673A1 (en) * 2005-11-02 2007-05-10 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Exhaust gas purifier for internal combustion engine
JP2007127022A (en) * 2005-11-02 2007-05-24 Toyota Motor Corp Exhaust emission control device of internal combustion engine
JP2008038621A (en) * 2006-08-01 2008-02-21 Toyota Motor Corp Exhaust emission control device and method of internal combustion engine

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104564262A (en) * 2013-10-10 2015-04-29 康明斯排放处理公司 System and apparatus for reducing reductant deposit formation in exhaust aftertreatment systems
JP2020090949A (en) * 2018-12-07 2020-06-11 国立研究開発法人産業技術総合研究所 Combustion system
JP7153327B2 (en) 2018-12-07 2022-10-14 国立研究開発法人産業技術総合研究所 combustion system

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