JP2009270549A - Exhaust emission control device for internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an exhaust emission control device capable of materializing rich operation reducing NOx contained in exhaust gas from an engine 1 by using EGR introduction, and inhibiting emission of unburned fuel and soot by securing combustion stability right after engine start or under low temperature environment. <P>SOLUTION: This device is provided with a fuel reformer 50 separately from an exhaust passage 4 of the engine 1, a first introduction passage 57 for introducing gas having reduction properties formed by a fuel reformer 50 into the exhaust passage 4 from an upstream side of an NOx elimination catalyst 32 in the exhaust passage 4, and a second introduction passage 58 for introducing the gas into 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、エンジンが低温状態のときに大量のEGRを還流させると燃焼安定性が大きく損なわれる。このため、これを防止すべく燃焼式ヒータと熱交換器を別途設けることにより、EGRガス温度を上昇させる工夫がなされている。   For example, Patent Document 5 discloses a technique (hereinafter also referred to as EGR) that recirculates part of the exhaust gas to the intake passage as a technique for reducing NOx contained in the exhaust gas from the engine. In this technique, if a large amount of EGR is recirculated when the engine is in a low temperature state, the combustion stability is greatly impaired. For this reason, in order to prevent this, the EGR gas temperature is raised by separately providing a combustion heater and a heat exchanger.

また、例えば特許文献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、エンジンの燃焼室内に水素噴射装置を設置し、燃焼室内に水素を添加することにより、燃料の完全燃焼を促進し、NOxを低減させるとともに煤の発生をも抑制する技術が示されている。
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2000−186630号公報 特開2005−291107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, in Patent Document 6, as a technique for reducing NOx contained in exhaust from an engine, a hydrogen injection device is installed in the combustion chamber of the engine, and hydrogen is added to the combustion chamber, so that the complete fuel can be obtained. Techniques that promote combustion, reduce NOx, and suppress the generation of soot have been shown.
Japanese Patent No. 2,586,738 Japanese Patent No. 2600492 Japanese Patent No. 3642273 JP 2002-89240 A JP 2000-186630 A Japanese Patent Laying-Open No. 2005-291107 “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触媒上で燃焼してしまう。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, if the temperature of the LNT is 200 ° C. or higher, the added hydrogen and carbon monoxide will burn on the catalyst. 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の技術では、上記のようなリーン運転とリッチ運転とを繰り返すエンジンの場合にあっては、排気中に含まれるNOxの浄化率を向上させるために、より多くのEGRを吸気通路内に導入することが考えられる。しかしながら、リーン運転時においてもNOxを低減する目的でEGRを大量に導入すると、燃焼安定性が悪化し、未燃燃料や煤の発生が増加する。この傾向は、エンジンの燃焼室に吸入されるガス温度が低い場合、例えばエンジン始動直後や低温環境化において顕著である。   Further, in the technique of Patent Document 5, in the case of an engine that repeats the lean operation and the rich operation as described above, in order to improve the purification rate of NOx contained in the exhaust gas, more EGR is taken into the intake air. It is possible to introduce into the passage. However, if a large amount of EGR is introduced for the purpose of reducing NOx even during lean operation, the combustion stability deteriorates and the generation of unburned fuel and soot increases. This tendency is conspicuous when the temperature of the gas sucked into the combustion chamber of the engine is low, for example, immediately after starting the engine or in a low temperature environment.

これを回避するために、燃焼室に吸入されるガス温度を上昇させる目的で、EGR通路を通過する排気温度を上昇させたり、特許文献6のように火炎伝播速度が著しく速い水素を燃焼室内に直接噴射し、低温からの均一な燃焼を行うなどの工夫がなされているものの、燃焼式ヒータや熱交換器、水素インジェクタなどの装置を別途設置する必要があり、高コスト、装置の大型化、制御の困難性などの観点から現実性に課題がある。   In order to avoid this, the temperature of the exhaust gas passing through the EGR passage is increased for the purpose of increasing the temperature of the gas sucked into the combustion chamber, or hydrogen having a remarkably high flame propagation speed as in Patent Document 6 is introduced into the combustion chamber. Although it has been devised such as direct injection and uniform combustion from low temperature, it is necessary to separately install equipment such as a combustion heater, heat exchanger, hydrogen injector, etc., which is expensive, large equipment, There is a problem in reality from the viewpoint of control difficulty.

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導入を行って、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するとともに、エンジン始動直後や低温環境下における燃焼安定性を確保し、未燃燃料及び煤の排出量を抑制できる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. The purpose of the present invention is to introduce EGR to realize rich operation in which NOx contained in exhaust from the engine is reduced, An object of the present invention is to provide an exhaust emission control device that ensures combustion stability in a low-temperature environment and can suppress the discharge amount of unburned fuel and soot.

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、吸気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 has been found that the above problem can be solved by providing the first introduction passage and the second introduction passage for introduction into the intake passage, and the present invention has been completed. 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浄化触媒を備える内燃機関の排気浄化装置において、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還流通路内に還流する還流通路と、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NOx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、前記内燃機関の吸気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. An exhaust purification device for an internal combustion engine comprising a NOx purification catalyst that adsorbs or occludes NOx in 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 above, the enrichment means for enriching the exhaust air-fuel ratio, the recirculation passage for recirculating part of the exhaust gas into the intake air recirculation passage of the internal combustion engine, and the exhaust passage are provided separately to reform the fuel. A fuel reformer for producing a reducing gas and a reducing gas produced by the fuel reformer are introduced into the exhaust passage from the upstream side of the NOx purification catalyst in the exhaust passage. A first introduction passage of the reducing gas produced by the fuel reformer, and further comprising a second introduction passage for introducing into the intake passage of the internal combustion engine.

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、前記内燃機関の排気浄化装置は、前記内燃機関の水温を測定又は推定する水温推定手段と、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、前記水温推定手段により推定された前記内燃機関の水温が所定の水温判定値以上である場合には、前記第1導入通路に切り替えをし、前記水温推定手段により推定された前記内燃機関の水温が所定の水温判定値未満である場合には、前記第2導入通路に切り替えをする第1切り替え手段を備え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 the internal combustion engine according to claim 1, wherein the exhaust gas purification apparatus for the internal combustion engine measures or estimates a water temperature of the internal combustion engine; An introduction passage switching means for switching between the first introduction passage and the second introduction passage, wherein the introduction passage switching means is configured such that the water temperature of the internal combustion engine estimated by the water temperature estimation means is a predetermined water temperature determination value. In the above case, the first introduction passage is switched, and when the water temperature of the internal combustion engine estimated by the water temperature estimation means is lower than a predetermined water temperature determination value, the second introduction passage is switched. First switching means for performing the above is provided.

請求項3記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項2記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記第1切り替え手段は、前記内燃機関の運転状態に応じて、前記所定の水温判定値を決定する水温判定値決定手段を備え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 2, wherein the first switching means sets the predetermined water temperature determination value in accordance with an operating state of the internal combustion engine. A water temperature determination value determining means for determining is provided.

請求項4記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項3記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記第1切り替え手段は、外気の温度を測定又は推定する外気温度推定手段をさらに備え、前記水温判定値決定手段は、前記外気温度推定手段により推定された外気の温度に応じて、前記所定の水温判定値を決定す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 claim 3, wherein the first switching means further comprises an outside air temperature estimating means for measuring or estimating the temperature of the outside air, The water temperature determination value determining means determines the predetermined water temperature determination value according to the temperature of the outside air estimated by the outside air temperature estimating means.

請求項5記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項3又は4記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記第1切り替え手段は、前記水温判定値決定手段により決定された水温判定値を補正する水温判定値補正手段と、前記内燃機関の燃焼室に吸入される吸気の温度を測定又は推定する吸気温度推定手段と、をさらに備え、前記水温判定値補正手段は、前記吸気温度推定手段により測定又は推定された吸気温度に応じて、前記所定の水温判定値を補正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 claim 3 or 4, wherein the first switching means corrects the water temperature determination value determined by the water temperature determination value determination means. And a water temperature judgment value correcting means, and an intake air temperature estimating means for measuring or estimating the temperature of the intake air sucked into the combustion chamber of the internal combustion engine, wherein the water temperature judgment value correcting means is provided by the intake air temperature estimating means. The predetermined water temperature determination value is corrected in accordance with the measured or estimated intake air temperature.

請求項6記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項3又は4記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記第1切り替え手段は、前記水温判定値決定手段により決定された水温判定値を補正する水温判定値補正手段と、前記内燃機関の燃料のセタン価を測定又は推定するセタン価推定手段と、をさらに備え、前記水温判定値補正手段は、前記セタン価推定手段により推定されたセタン価に応じて、前記所定の水温判定値を補正す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 3 or 4, wherein the first switching means corrects the water temperature determination value determined by the water temperature determination value determination means. And a cetane number estimation means for measuring or estimating the cetane number of the fuel of the internal combustion engine, wherein the water temperature determination value correction means is a cetane number estimated by the cetane number estimation means. The predetermined water temperature determination value is corrected according to the above.

請求項7記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項2から6いずれか記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記内燃機関の排気浄化装置は、前記還流通路内を流通する還流ガスの流量を測定又は推定する還流ガス流量推定手段をさらに備え、前記導入通路切り替え手段は、前記還流ガス流量推定手段により推定された還流ガスの流量が所定の還流ガス流量判定値以上である場合には、前記第2導入通路に切り替えをし、前記還流ガス流量推定手段により推定された還流ガスの流量が所定の還流ガス流量判定値未満である場合には、前記第1導入通路に切り替えをする第2切り替え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 7 is the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to any one of claims 2 to 6, wherein the exhaust gas purification apparatus for the internal combustion engine has a flow rate of a recirculation gas flowing through the recirculation passage. A recirculation gas flow rate estimating means for measuring or estimating the recirculation gas flow rate estimating means, and when the flow rate of the recirculation gas estimated by the recirculation gas flow rate estimation means is greater than or equal to a predetermined recirculation gas flow rate determination value, Switching to the second introduction passage, and when the flow rate of the recirculation gas estimated by the recirculation gas flow rate estimating means is less than a predetermined recirculation gas flow rate judgment value, the second introduction passage is switched to the second introduction passage. It further comprises a switching 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、前記第2切り替え手段は、前記内燃機関の回転数及び前記内燃機関の要求トルクに基づいて、前記還流通路内を流通する還流ガスの流量の目標値を決定する還流ガス流量目標値決定手段と、外気の温度を測定又は推定する外気温度推定手段と、前記還流ガス流量目標値決定手段により決定された還流ガス流量の目標値、及び前記外気温度推定手段により推定された外気の温度に基づいて、前記所定の還流ガス流量判定値を決定する還流ガス流量判定値決定手段と、を備え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 second switching means is based on the rotational speed of the internal combustion engine and the required torque of the internal combustion engine. Determined by a reflux gas flow rate target value determining means for determining a target value of the flow rate of the reflux gas flowing through the reflux passage, an outside air temperature estimating means for measuring or estimating the temperature of the outside air, and the reflux gas flow rate target value determining means. And a recirculation gas flow rate determination value determining means for determining the predetermined recirculation gas flow rate determination value based on the target value of the recirculated gas flow rate and the outside air temperature estimated by the outside air temperature estimation means. Features.

請求項9記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項8記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記第2切り替え手段は、前記内燃機関の燃料のセタン価を測定又は推定するセタン価推定手段と、前記セタン価推定手段により推定されたセタン価に応じて、前記還流ガス流量判定値決定手段により決定された還流ガス流量判定値を補正する還流ガス流量判定値補正手段と、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 9 is the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 8, wherein the second switching means measures or estimates the cetane number of the fuel of the internal combustion engine. And a recirculation gas flow rate determination value correction unit that corrects the recirculation gas flow rate determination value determined by the recirculation gas flow rate determination value determination unit according to the cetane number estimated by the cetane number estimation unit. It is characterized by.

請求項10記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項1から9いずれか記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記内燃機関の排気浄化装置は、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NOx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 10 is the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 9, wherein the exhaust gas purification apparatus for the internal combustion engine includes the number of rotations of the internal combustion engine and the internal combustion engine. NOx emission amount estimating means for estimating NOx emission amount based on generated torque, 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, the internal combustion engine Adsorbing NOx amount estimating means for estimating the adsorbed NOx amount of the NOx purification catalyst based on at least one of the engine operating time and the oxygen concentration in the exhaust, and the enrichment means comprises the adsorption The exhaust air / fuel ratio is enriched when the adsorbed NOx amount estimated by the NOx amount estimating means is greater than or equal to a predetermined adsorbed NOx amount determination value.

請求項11記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項10記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記内燃機関の排気浄化装置は、前記NOx浄化触媒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。   12. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 11, wherein the exhaust gas purification apparatus for the internal combustion engine estimates or detects the temperature of the NOx purification catalyst. And an adsorption NOx amount determination value determining means for determining the predetermined adsorption NOx amount determination value based on the catalyst temperature estimated by the catalyst temperature estimation means.

請求項12記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項11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 gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 12 is the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 11, wherein the enrichment means is a first rich gas by introducing 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13記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項12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NOx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 13 is the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 12, wherein the enrichment means includes the temperature of the NOx purification catalyst estimated by the catalyst temperature estimation means, and the adsorption. The exhaust air / fuel ratio is enriched by the first enrichment control means according to at least one of the adsorbed NOx quantity estimated by the NOx quantity estimation means, the rotational speed of the internal combustion engine, and the generated torque of the internal combustion engine. Or whether to enrich by the second enrichment control means.

請求項14記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項11から13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 14 is the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to any one of claims 11 to 13, 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15記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項14記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記内燃機関の排気浄化装置は、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NOx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。   16. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 15, wherein the exhaust gas purification apparatus for the internal combustion engine uses the predetermined target value of the exhaust air-fuel ratio as the catalyst temperature estimate. At least among the temperature of the NOx purification catalyst estimated by the means, the adsorption NOx amount estimated by the adsorption NOx amount estimation means, the duration of the enrichment means, the rotational speed of the internal combustion engine, and the generated torque of the internal combustion engine An exhaust air / fuel ratio target value determining means for determining based on one is further provided.

請求項16記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項1から15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 16, 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17記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項1から16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。   18. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 17, 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NOx浄化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導入通路を通じて吸気通路内に導入することができる。このため、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、NOx浄化触媒に流入する排気の排気空燃比をリッチにすることができる。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、吸入空気量の低減により内燃機関の燃焼が不安定になることもない。
また、エンジン始動時やEGRの大量導入時などの場合においても、水素を含んだ高温の還元性気体を吸気通路内に導入することができる結果、特別な装置を追加することなくエンジンの燃焼安定性を確保し、未燃燃料及び煤の排出量を抑制することができる。
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、この還元性気体を吸気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、NOx浄化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、NOx浄化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 NOx purification catalyst through the first introduction passage, and the intake air is introduced through the second introduction passage. It can be introduced into the passage. For this reason, by introducing reducing gas into the exhaust passage, the engine air-fuel ratio is made lean, the combustion in the internal combustion engine is kept in an optimal state, and the exhaust air-fuel ratio of the exhaust flowing into the NOx purification catalyst is made rich. be able to. 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 occurs as in the case of changing the exhaust air-fuel ratio by supplying fuel by post-injection, etc. Combustion does not become unstable.
Moreover, even when the engine is started or when a large amount of EGR is introduced, a high-temperature reducing gas containing hydrogen can be introduced into the intake passage, resulting in stable combustion of the engine without adding a special device. And the amount of unburned fuel and soot can be reduced.
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. It can be manufactured and this reducing gas can be introduced into the intake 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 NOx purification catalyst 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 NOx purification catalyst can be prevented from being desorbed without being reduced.

請求項2記載の発明によれば、水温推定手段により推定された内燃機関の水温が所定の水温判定値以上である場合には、第1導入通路に切り替えをし、水温推定手段により推定された内燃機関の水温が所定の水温判定値未満である場合には、第2導入通路に切り替えをする。即ち、推定された内燃機関の水温が所定の水温判定値未満である場合には、エンジンの燃焼室に吸入される吸気の温度が低い状態にあると判断されるため、吸気通路内に高温の還元性気体を導入することにより、燃焼安定性をより確保でき、未燃燃料や煤の発生をより効果的に抑制できる。   According to the second aspect of the present invention, when the water temperature of the internal combustion engine estimated by the water temperature estimating means is equal to or higher than a predetermined water temperature judgment value, the first introduction passage is switched and estimated by the water temperature estimating means. When the water temperature of the internal combustion engine is lower than a predetermined water temperature determination value, the second introduction passage is switched. That is, when the estimated water temperature of the internal combustion engine is lower than the predetermined water temperature determination value, it is determined that the temperature of the intake air sucked into the combustion chamber of the engine is low, and therefore, a high temperature is generated in the intake passage. By introducing the reducing gas, combustion stability can be further secured, and generation of unburned fuel and soot can be more effectively suppressed.

請求項3記載の発明によれば、内燃機関の運転状態に応じて、所定の水温判定値を補正することから、内燃機関の運転状態に応じた導入通路の切り替えが可能となる。
具体的には、請求項4記載の発明のように、吸気温度推定手段により測定又は推定された吸気温度に応じて、請求項5記載の発明のように、外気温度推定手段により推定された外気の温度に応じて、請求項6記載の発明のように、セタン価推定手段により推定されたセタン価に応じて、所定の水温判定値を補正する。
即ち、還元性気体の吸気通路内への導入は、吸気温度、外気温度、又は燃料のセタン価に応じて実施されるため、燃焼安定性を損なうおそれのある外乱に対して高いロバスト性を維特できる。
According to the third aspect of the invention, since the predetermined water temperature determination value is corrected according to the operating state of the internal combustion engine, the introduction passage can be switched according to the operating state of the internal combustion engine.
Specifically, as in the invention described in claim 4, the outside air estimated by the outside air temperature estimating means as in the invention described in claim 5 according to the intake air temperature measured or estimated by the intake air temperature estimating means. The predetermined water temperature determination value is corrected according to the cetane number estimated by the cetane number estimating means, as in the invention according to claim 6.
In other words, the introduction of reducing gas into the intake passage is performed according to the intake air temperature, the outside air temperature, or the cetane number of the fuel, so that high robustness against disturbances that may impair combustion stability is maintained. it can.

請求項7記載の発明によれば、還流ガス流量推定手段により推定された還流ガスの流量が所定の還流ガス流量判定値以上である場合には、第2導入通路に切り替えをし、還流ガス流量推定手段により推定された還流ガスの流量が所定の還流ガス流量判定値未満である場合には、第1導入通路に切り替えをする。即ち、推定された還流ガス流量が所定の還流ガス流量判定値以上である場合には、エンジンの燃焼安定性が悪化しやすい状態にあると判断されるため、吸気通路内に高温の還元性気体を導入することにより、燃焼安定性をより確保でき、未燃燃料や煤の発生をより効果的に抑制できる。   According to the seventh aspect of the present invention, when the flow rate of the recirculation gas estimated by the recirculation gas flow rate estimating means is equal to or higher than a predetermined recirculation gas flow rate determination value, the second introduction passage is switched to recirculation gas flow rate. When the flow rate of the recirculation gas estimated by the estimation means is less than a predetermined recirculation gas flow rate determination value, the flow is switched to the first introduction passage. That is, when the estimated recirculation gas flow rate is equal to or higher than the predetermined recirculation gas flow rate judgment value, it is determined that the combustion stability of the engine is likely to deteriorate, so that a high temperature reducing gas is introduced into the intake passage. By introducing, combustion stability can be further secured, and generation of unburned fuel and soot can be more effectively suppressed.

請求項8記載の発明によれば、内燃機関の回転数及び要求トルクに基づいて還流通路内を流通する還流ガスの流量の目標値を決定し、決定した還流ガス流量目標値と、外気温度推定手段により推定された外気の温度と、に基づいて、所定の還流ガス流量判定値を決定する。即ち、外気の温度を考慮したうえで内燃機関の回転数及び要求トルクに応じた還流ガス流量判定値を決定することにより、燃焼安定性が悪化しやすい場合に吸気通路内に高温の還元性気体を導入することができる結果、燃焼安定性をより確保しつつ、未燃燃料や煤の発生をより効果的に抑制できる。
さらには、請求項9記載の発明によれば、セタン価推定手段により推定されたセタン価に応じて、還流ガス流量判定値決定手段により決定された還流ガス流量判定値を補正するため、さらに適切なタイミングで吸気通路内に高温の還元性気体を導入することができる結果、燃料の性状によらず燃焼安定性を常に確保でき、未燃燃料や煤の発生をさらに効果的に抑制できる。
According to the eighth aspect of the present invention, the target value of the flow rate of the recirculation gas flowing through the recirculation passage is determined based on the rotation speed and the required torque of the internal combustion engine, and the determined recirculation gas flow rate target value and the outside air temperature estimation are determined. A predetermined recirculation gas flow rate determination value is determined based on the temperature of the outside air estimated by the means. In other words, by determining the recirculation gas flow rate judgment value according to the rotational speed of the internal combustion engine and the required torque in consideration of the temperature of the outside air, when the combustion stability is likely to deteriorate, a high-temperature reducing gas is introduced into the intake passage. As a result, the generation of unburned fuel and soot can be more effectively suppressed while further ensuring the combustion stability.
Furthermore, according to the ninth aspect of the present invention, in order to correct the recirculation gas flow rate determination value determined by the recirculation gas flow rate determination value determination unit according to the cetane number estimated by the cetane number estimation unit, it is further appropriate. As a result of being able to introduce the high-temperature reducing gas into the intake passage at an appropriate timing, it is possible to always ensure the combustion stability regardless of the properties of the fuel, and to more effectively suppress the generation of unburned fuel and soot.

請求項10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、NOx浄化触媒の吸着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浄化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、且つ過度のリッチ化による燃費の大幅な悪化を抑制できる。   According to the tenth 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 NOx purification 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 purification catalyst increases too much, and the amount of NOx that flows out without being reduced when enriched can be reduced, and the fuel consumption due to excessive enrichment can be reduced. A great deterioration can be suppressed.

請求項11記載の発明によれば、NOx浄化触媒の温度に基づいて、所定の吸着NOx量判定値を決定することから、常に効果的なタイミングでリッチ化できる。このため、還元されずに流出してしまうNOx量を効果的に低減できる。   According to the eleventh aspect of the present invention, since the predetermined adsorption NOx amount determination value is determined based on the temperature of the NOx purification catalyst, enrichment can always be performed at an effective timing. For this reason, the amount of NOx that flows out without being reduced can be effectively reduced.

請求項12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13記載の発明によれば、NOx浄化触媒の温度、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、NOx浄化触媒の温度、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、常に最適な還元処理が実施され、NOx量をより効果的に低減できる。
According to the twelfth aspect of the present invention, the exhaust air-fuel ratio is enriched by introducing reducing gas produced by the fuel reformer, or the 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 of claim 13, the fuel reformer is manufactured according to at least one of the temperature of the NOx purification catalyst, the amount of adsorbed NOx, the rotational speed of the internal combustion engine, and the generated torque of the internal combustion engine. It is selected whether to enrich the exhaust air-fuel ratio by introducing a reducing gas, or to enrich the exhaust air-fuel ratio by post-combustion or rich combustion.
That is, depending on the operating conditions such as the temperature of the NOx purification catalyst, the amount of adsorbed NOx, the rotational speed of the internal combustion engine, and the generated torque of the internal combustion engine, enrichment by introduction of reducing gas, or enrichment by post-combustion or rich combustion may occur. Since it is selected, the optimum reduction process is always performed, and the amount of NOx can be reduced more effectively.

請求項14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が還元されずに流出するのを効果的に防止しつつ、過度のリッチ化による燃費の悪化を抑制できる。   According to the fourteenth 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 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 intake air amount and the introduction amount of the reducing gas produced by the fuel reformer is adjusted. Thereby, since the exhaust air-fuel ratio at the time of enrichment can be set to a desired value, NOx can be effectively prevented from flowing out without being reduced, and deterioration of fuel consumption due to excessive enrichment can be suppressed.

請求項15記載の発明によれば、排気空燃比の所定の目標値を、NOx浄化触媒の温度、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、NOx浄化触媒に流入させることができる。   According to the fifteenth aspect of the present invention, the predetermined target value of the exhaust air / fuel ratio is set such that the temperature of the NOx purification catalyst, the amount of adsorbed NOx, the duration of the enrichment control by the enrichment means, the rotational speed of the internal combustion engine, and the internal combustion engine. Is determined based on at least one of the generated torques. As a result, the exhaust gas having the optimum exhaust air / fuel ratio can always be caused to flow into the NOx purification catalyst.

請求項16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吸気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、NOx浄化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 sixteenth aspect of the present invention, 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 intake 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 NOx purification catalyst.

請求項17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 of claim 17, 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に還流する還流通路(以下、EGR通路という)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, and a return passage (hereinafter referred to as an EGR passage) 6 that recirculates a part of the exhaust gas in the exhaust passage 4 to the intake passage 2. A supercharger 8 that pumps intake air into the intake passage 2 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、吸気マニホールド3に流入するEGRガス流量を測定するEGRガスフローメータ14と、EGRクーラ12の上流に酸化性能を有するEGR触媒11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ガスフローメータ14は、ECU40に接続され、EGRガスフローメータ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 exhaust gas that is recirculated, an EGR valve 13 that controls the flow rate of the recirculated exhaust gas, an EGR gas flow meter 14 that measures the flow rate of the EGR gas flowing into the intake manifold 3, An EGR catalyst 11 having oxidation performance is provided upstream of the EGR cooler 12. 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 flow meter 14 is connected to the ECU 40, and the detection signal of the EGR gas flow meter 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、NOx浄化触媒32が設けられており、この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。なお、NOx浄化触媒32に加えて、その上流(前段)に三元触媒(TWC)を備えていてもよい。
TWC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、TWCを調製できる。
A NOx purification catalyst 32 is provided on the downstream side of the exhaust passage 4, and the NOx purification catalyst 32 is provided with a catalyst temperature sensor (not shown). In addition to the NOx purification catalyst 32, a three-way catalyst (TWC) may be provided upstream (previous stage).
TWC 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. A TWC 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.

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 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内又は吸気通路2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 intake passage 2, the exhaust air-fuel ratio is enriched to perform reduction.

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。また、酸素と反応していない一酸化炭素(CO)も、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. In addition, carbon monoxide (CO) that has not reacted with oxygen is also adsorbed to the ceria or the 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、NOx浄化触媒32の上流側から排気通路4内に導入され、NOx浄化触媒32に流入する。 Further, on the upstream side of the NOx purification catalyst 32 in the exhaust passage 4, a reducing gas containing carbon monoxide (CO), hydrogen (H 2 ), and hydrocarbon (HC) is produced by reforming the fuel gas. A fuel reformer 50 is connected through the first introduction passage 57. The reducing gas produced by the fuel reformer 50 is introduced into the exhaust passage 4 from the upstream side of 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と吸気通路2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 intake passage 2. 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、燃料ガス調整弁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内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 gas 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、吸気通路2を流通する吸気の温度よりも高温の還元性気体を吸気通路2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. As a result, the fuel reformer 50 can introduce reducing gas having a temperature higher than the temperature of the intake air flowing through the intake passage 2 into the intake passage 2. 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のシリンダに備えられた筒内圧センサ10、エンジン1の水温を測定するエンジン水温センサ16、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、外気の温度を測定する外気温度センサ22、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、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。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。エンジン1の要求トルクは、エンジン1の回転数と図示しないアクセルペダルの踏み込み量とに基づいて、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 An in-cylinder pressure sensor 10 provided in one cylinder, an engine water temperature sensor 16 that measures the water temperature of the engine 1, and an air flow that detects the intake air amount of the engine 1 (the amount of air newly sucked into the engine 1 per unit time). Meter 21, an outside air temperature sensor 22 that measures the temperature of the outside air, an exhaust temperature sensor 34 that detects the temperature of the exhaust gas flowing into the NOx purification catalyst 32, and an oxygen concentration of the exhaust gas that flows into the NOx purification catalyst 32, that is, an exhaust air-fuel ratio. UEGO sensors 33 are connected, 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. 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). The required torque of the engine 1 is calculated by the ECU 40 based on the number of revolutions of the engine 1 and the amount of depression 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2は、本発明の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。先ずエンジン1始動すると、ステップS1では、外気温度推定手段により測定又は推定された外気温に基づいて、エンジン1の水温下限値(判定値)を決定し、ステップS2に移る。
ここで、外気温は外気温度センサ22により測定し、図3に示す外気温とエンジン1の水温下限値(判定値)との関係に基づいて、エンジン1の水温下限値(判定値)を決定する。
FIG. 2 is a flowchart showing an engine control procedure according to the embodiment of the present invention. First, when the engine 1 is started, in step S1, a water temperature lower limit value (determination value) of the engine 1 is determined based on the outside air temperature measured or estimated by the outside air temperature estimating means, and the process proceeds to step S2.
Here, the outside air temperature is measured by the outside air temperature sensor 22, and the water temperature lower limit value (determination value) of the engine 1 is determined based on the relationship between the outside air temperature and the water temperature lower limit value (determination value) of the engine 1 shown in FIG. To do.

ステップS2では、セタン価推定手段により推定されたセタン価に基づいて、ステップS1で決定されたエンジン1の水温下限値(判定値)を補正し、ステップS3に移る。
ここで、燃料のセタン価は、筒内圧センサ10により燃料の着火時期をモニタすることで推定し、図4に示されたセタン価と水温補正係数との関係に基づいて水温補正係数を算出し、ステップS1で決定されたエンジン1の水温下限値(判定値)を補正する。なお、図4に示されるように、燃料のセタン価が高いほど水温補正係数は小さく、エンジン水温下限値を下げる方向で決定される。
また、セタン価推定手段により推定されたセタン価の代わりに、吸気温度推定手段により推定された吸気温度に基づいてエンジン1の水温下限値(判定値)を補正してもよい。
In step S2, based on the cetane number estimated by the cetane number estimating means, the water temperature lower limit (determination value) of the engine 1 determined in step S1 is corrected, and the process proceeds to step S3.
Here, the cetane number of the fuel is estimated by monitoring the ignition timing of the fuel with the in-cylinder pressure sensor 10, and the water temperature correction coefficient is calculated based on the relationship between the cetane number and the water temperature correction coefficient shown in FIG. The water temperature lower limit value (determination value) of the engine 1 determined in step S1 is corrected. As shown in FIG. 4, the higher the cetane number of the fuel, the smaller the water temperature correction coefficient is determined in the direction of lowering the engine water temperature lower limit value.
Further, the water temperature lower limit (determination value) of the engine 1 may be corrected based on the intake air temperature estimated by the intake air temperature estimating means instead of the cetane number estimated by the cetane number estimating means.

ステップS3では、エンジン水温推定手段により推定されたエンジン1の水温が、ステップS2〜3で決定、補正された水温下限値(判定値)以上であるか否かを判別し、下限値(判定値)以上でYESの場合にはステップS4に移り、下限値(判定値)未満でNOの場合にはステップS6に移る。
ここで、エンジン1の水温は、エンジン1に備えられたエンジン水温センサ16により測定する。
In step S3, it is determined whether or not the water temperature of the engine 1 estimated by the engine water temperature estimating means is equal to or higher than the water temperature lower limit value (determination value) determined and corrected in steps S2 to S3. ) If YES in step S4, the process proceeds to step S4. If NO in step S4, the process proceeds to step S6.
Here, the water temperature of the engine 1 is measured by an engine water temperature sensor 16 provided in the engine 1.

ステップS4では、ステップS3においてエンジン1の水温が水温下限値(判定値)以上であると判別され、エンジン1の暖機は終了であると判断されたため、導入通路切り替え手段の第1切り替え手段により、第1導入通路への切り替えをする。次いで、ステップS5に移り、吸気通路2内へのHガス(還元性気体)の添加が停止される。
ここで、第1導入通路への切り替えは、導入通路切り替え弁56により実施される。
また、その後、後述するステップS21のリッチ化手段によるリッチ化制御に移る。
In step S4, it is determined in step S3 that the water temperature of the engine 1 is equal to or higher than the water temperature lower limit (determination value), and it is determined that the warm-up of the engine 1 has been completed. And switch to the first introduction passage. Next, the process proceeds to step S5, and the addition of H 2 gas (reducing gas) into the intake passage 2 is stopped.
Here, the switching to the first introduction passage is performed by the introduction passage switching valve 56.
After that, the process proceeds to the enrichment control by the enrichment means in step S21 described later.

ステップS6では、ステップS3においてエンジン1の水温が水温下限値(判定値)未満であると判別され、エンジン1の暖機は途中であると判断されたため、導入通路切り替え手段の第1切り替え手段により、第2導入通路への切り替えをする。次いで、ステップS7に移り、吸気通路2内へのHガス(還元性気体)の添加が実施される。
ここで、第1導入通路への切り替えは、導入通路切り替え弁56により実施される。
また、その後、後述するステップS21のリッチ化手段によるリッチ化制御に移る。
In step S6, it is determined in step S3 that the water temperature of the engine 1 is lower than the lower limit value (determination value) of the water temperature, and it is determined that the engine 1 is warming up. And switch to the second introduction passage. Next, the process proceeds to step S7, and the addition of H 2 gas (reducing gas) into the intake passage 2 is performed.
Here, the switching to the first introduction passage is performed by the introduction passage switching valve 56.
After that, the process proceeds to the enrichment control by the enrichment means in step S21 described later.

図5は、本発明の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S21では、NOx浄化触媒32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の場合にはステップS23に移る。
ここで、NOx浄化触媒32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つに基づいて推定する。
また、吸着NOx量判定値は、NOx浄化触媒32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、NOx浄化触媒32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. 5 is a flowchart showing a procedure of engine control in one embodiment of the present invention. First, in step S21, the adsorption NOx amount of the NOx purification catalyst 32 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 process proceeds to step S23.
Here, the amount of NOx adsorbed by the NOx purification catalyst 32 is estimated based on the rotational speed and generated torque of the engine 1, the estimated NOx emission amount, and the intake air of the engine 1 measured by the air flow meter 21. It is estimated based on at least one of the amount, 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 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 the NOx purification catalyst 32.

ステップS22では、ステップS21において吸着NOx量が所定の吸着NOx量判定値以上であると判別されたため、リッチ化制御を実施するが、これについては後述する。   In step S22, since it is determined in step S21 that the adsorbed NOx amount is equal to or greater than a predetermined adsorbed NOx amount determination value, the enrichment control is performed, which will be described later.

ステップS23では、ステップS21において吸着NOx量が所定の吸着NOx量判定値未満であると判別されたため、先ず、エンジン1の回転数及び要求トルクに基づいて、EGR通路内を流通するEGRガスの流量の目標値を決定し、ステップS24に移る。   In step S23, since it is determined in step S21 that the adsorbed NOx amount is less than the predetermined adsorbed NOx amount determination value, first, based on the rotational speed of the engine 1 and the required torque, the flow rate of the EGR gas flowing in the EGR passage The target value is determined, and the process proceeds to step S24.

ステップS24では、EGRガス流量目標値決定手段により決定されたEGRガス流量の目標値、及び外気温度推定手段により推定された外気温度に基づいて、所定のEGRガス流量上限値(判定値)を決定し、ステップS25に移る。
ここで、外気温は外気温度センサ22により測定され、図6に示される外気温とEGR上限値(判定値)との関係に基づいて、EGRガス流量上限値(判定値)を決定する。
In step S24, a predetermined EGR gas flow rate upper limit value (determination value) is determined based on the target value of the EGR gas flow rate determined by the EGR gas flow rate target value determination unit and the outside air temperature estimated by the outside air temperature estimation unit. Then, the process proceeds to step S25.
Here, the outside air temperature is measured by the outside air temperature sensor 22, and the EGR gas flow rate upper limit value (determination value) is determined based on the relationship between the outside air temperature and the EGR upper limit value (determination value) shown in FIG.

ステップS25では、セタン価推定手段により推定されたセタン価に応じて、ステップS24で決定されたEGRガス流量上限値(判定値)を補正し、ステップS26に移る。
ここで、燃料のセタン価は、筒内圧センサ10により燃料の着火時期をモニタすることで推定し、図7に示されたセタン価とEGR補正係数との関係に基づいてEGR補正係数を算出し、ステップS24で決定されたEGRガス流量上限値(判定値)を補正する。なお、図7に示されるように、燃料のセタン価が高いほどEGR補正係数は大きく、EGR上限値を上げる方向で決定される。
In step S25, the EGR gas flow rate upper limit value (determination value) determined in step S24 is corrected according to the cetane number estimated by the cetane number estimation means, and the process proceeds to step S26.
Here, the cetane number of the fuel is estimated by monitoring the ignition timing of the fuel by the in-cylinder pressure sensor 10, and the EGR correction coefficient is calculated based on the relationship between the cetane number and the EGR correction coefficient shown in FIG. The EGR gas flow rate upper limit value (determination value) determined in step S24 is corrected. As shown in FIG. 7, the higher the cetane number of the fuel, the larger the EGR correction coefficient, which is determined in the direction of increasing the EGR upper limit value.

ステップS26では、EGRガス流量推定手段により推定されたEGRガスの流量が、ステップS23〜25で決定、補正されたEGRガス流量判定値以上であるか否かを判別し、推定されたEGRガスの流量がEGRガス流量判定値以上でYESの場合には、ステップS27に移り、推定されたEGRガスの流量がEGRガス流量判定値未満の場合には、ステップS29に移る。
ここで、EGRガスの流量はEGRガスフローメータにより測定する。
In step S26, it is determined whether or not the flow rate of the EGR gas estimated by the EGR gas flow rate estimating means is equal to or larger than the EGR gas flow rate determination value determined and corrected in steps S23 to S25, and the estimated EGR gas flow rate is determined. When the flow rate is equal to or greater than the EGR gas flow rate determination value, the process proceeds to step S27, and when the estimated EGR gas flow rate is less than the EGR gas flow rate determination value, the process proceeds to step S29.
Here, the flow rate of EGR gas is measured by an EGR gas flow meter.

ステップS27では、ステップS26においてEGRガスの流量がEGRガス流量判定値未満と判別され、EGR大量導入中ではないと判断されたため、導入通路切り替え手段の第2切り替え手段により、第1導入通路への切り替えをする。次いで、ステップS28に移り、吸気通路2内へのHガス(還元性気体)の添加が停止される。これにより、エンジン制御は終了となる。
ここで、第1導入通路への切り替えは、導入通路切り替え弁56により実施される。
In step S27, it is determined in step S26 that the flow rate of the EGR gas is less than the EGR gas flow rate determination value and it is determined that a large amount of EGR is not being introduced. Switch. Next, the process proceeds to step S28, and the addition of H 2 gas (reducing gas) into the intake passage 2 is stopped. Thereby, engine control is complete | finished.
Here, the switching to the first introduction passage is performed by the introduction passage switching valve 56.

ステップS29では、ステップS26においてEGRガスの流量がEGRガス流量判定値以上と判別され、EGR大量導入中と判断されたため、導入通路切り替え手段の第2切り替え手段により、第2導入通路への切り替えをする。次いで、ステップS30に移り、吸気通路2内へのHガス(還元性気体)の添加が実施される。これにより、エンジン制御は終了となる。
ここで、第2導入通路への切り替えは、導入通路切り替え弁56により実施される。
In step S29, the flow rate of EGR gas is determined to be equal to or greater than the EGR gas flow rate determination value in step S26, and it is determined that a large amount of EGR is being introduced. Therefore, the second switching unit of the introduction channel switching unit switches to the second introduction channel. To do. Next, the process proceeds to step S30, and the addition of H 2 gas (reducing gas) into the intake passage 2 is performed. Thereby, engine control is complete | finished.
Here, the switching to the second introduction passage is performed by the introduction passage switching valve 56.

次に、ステップS22に戻って、ステップS22におけるリッチ化制御の手順を示すフローチャートを図8に示す。   Next, returning to step S22, FIG. 8 shows a flowchart showing the enrichment control procedure in step S22.

図8において、ステップS31では、NOx浄化触媒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S36に移り、NOの場合にはステップS32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、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、吸着NOx量は、上記ステップS21と同様の手順により推定する。
In FIG. 8, in step S31, it is determined whether or not the temperature of the NOx purification catalyst 32 is not more than a certain value. If this determination is YES, the process proceeds to step S36, and if NO, the process proceeds to step S32.
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 adsorbed NOx amount, the rotation speed of the engine 1, and the generated torque is equal to or less than a certain value. The amount of adsorbed NOx is estimated by the same procedure as in step S21.

ステップS32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、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 S32, an exhaust air-fuel ratio target value for normal rich control (second rich control) is determined. The exhaust air / fuel ratio target value is determined based on at least one of the temperature of the NOx purification catalyst 32, the amount of adsorbed NOx, the duration of the enrichment control, the rotational speed of the engine 1, and the generated torque.

ステップS33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S32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 S33, 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 S32. 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S34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S35に移り、通常リッチタイマをスタートした後にステップS42に移り、NOの場合にはステップS42に移る。   In step S34, it is determined whether or not the normal rich timer is zero. If this determination is YES, the process proceeds to step S35, the normal rich timer is started, and then the process proceeds to step S42. If the determination is NO, the process proceeds to step S42.

ステップS31に戻って、NOx浄化触媒32の温度が一定値以下である場合にはステップS36に移り、ステップS36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 S31, if the temperature of the NOx purification catalyst 32 is equal to or lower than a certain value, the process proceeds to step S36, and in step S36, an exhaust air-fuel ratio target value for H 2 enrichment control (first enrichment control) is determined. To do. This exhaust air-fuel ratio target value is determined by the same procedure as in the normal enrichment control.

ステップS37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S36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 S37, 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 to match the target value of the exhaust air / fuel ratio determined in step S36 to enrich the H 2 . Implement control.

ステップS38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S39に移る。ステップS39では、NOx浄化触媒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S41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S42に移る。
判別がNOの場合には、ステップS40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S41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S42に移る。また、判別がNOの場合にはステップS42に移る。
In step S38, the H 2 enrichment control timer and the normal rich timer are started, and the process proceeds to step S39. In step S39, it is determined whether or not the temperature of the NOx purification catalyst 32 is equal to or higher than a certain value.
If this determination is YES, the process proceeds to step S41, the H 2 enrichment control is stopped, the H 2 enrichment control timer is set, and the process proceeds to step S42.
If the determination is NO, the process moves to step S40, 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 S41, the H 2 enrichment control is stopped, the H 2 enrichment control timer is set, and the process proceeds to step S42. If the determination is NO, the process proceeds to step S42.

ステップS42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S43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、リッチ化制御を終了する。   In step S42, 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 S43, the enrichment control is stopped, the normal rich timer is set, and the enrichment control is terminated. If the determination is NO, 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NOx浄化触媒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58を通じて吸気通路2内に導入することができる。このため、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うえ、エンジン始動時やEGRの大量導入時などの場合においても、水素を含んだ高温の還元性気体を吸気通路2内に導入することができる結果、特別な装置を追加することなくエンジンの燃焼安定性を確保し、未燃燃料及び煤の排出量を抑制することができる。
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、NOx浄化触媒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、エンジン1の燃焼が不安定になることもない。
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、この還元性気体を吸気通路2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、NOx浄化触媒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、NOx浄化触媒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 this embodiment, the reducing gas produced by the fuel reformer 50 can be introduced into the exhaust passage 4 from the upstream side of the NOx purification catalyst 32 through the first introduction passage 57. In addition, the air can be introduced into the intake passage 2 through the second introduction passage 58. For this reason, a rich operation in which NOx contained in the exhaust from the engine 1 is reduced can be realized, and also when the engine is started or a large amount of EGR is introduced, a high-temperature reducing gas containing hydrogen is introduced into the intake passage 2. As a result, the combustion stability of the engine can be ensured and the amount of unburned fuel and soot can be reduced without adding a special device.
Further, by introducing the reducing gas into the exhaust passage 4, the engine air-fuel ratio is made lean, and the exhaust air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx purification catalyst 32 is enriched while the combustion in the engine 1 is kept in an optimal state. be able to. 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 occurs or combustion of the engine 1 becomes unstable as in the case of changing the exhaust air-fuel ratio by supplying fuel by post injection or the like. There is nothing.
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 intake passage 2 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 NOx purification 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 NOx purification catalyst 32 can be prevented from being desorbed without being reduced.

また、本実施形態によれば、水温推定手段により推定されたエンジン1の水温が所定の水温判定値以上である場合には、第1導入通路57に切り替えをし、水温推定手段により推定されたエンジン1の水温が所定の水温判定値未満である場合には、第2導入通路58に切り替えをする。即ち、推定されたエンジン1の水温が所定の水温判定値未満である場合には、エンジン1の燃焼室に吸入される吸気の温度が低い状態にあると判断されるため、吸気通路2内に高温の還元性気体を導入することにより、燃焼安定性をより確保でき、未燃燃料や煤の発生をより効果的に抑制できる。   Further, according to the present embodiment, when the water temperature of the engine 1 estimated by the water temperature estimating means is equal to or higher than a predetermined water temperature determination value, the first introduction passage 57 is switched and the water temperature estimating means estimates the water temperature. When the water temperature of the engine 1 is lower than the predetermined water temperature determination value, the second introduction passage 58 is switched. That is, when the estimated water temperature of the engine 1 is less than a predetermined water temperature determination value, it is determined that the temperature of the intake air sucked into the combustion chamber of the engine 1 is low, so By introducing a high-temperature reducing gas, combustion stability can be further secured, and generation of unburned fuel and soot can be more effectively suppressed.

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、所定の水温判定値を補正することから、エンジン1の運転状態に応じた導入通路の切り替えが可能となる。
具体的には、吸気温度推定手段により測定又は推定された吸気温度に応じて、外気温度推定手段により推定された外気の温度に応じて、セタン価推定手段により推定されたセタン価に応じて、所定の水温判定値を補正する。即ち、還元性気体の吸気通路2内への導入は、吸気温度、外気温度、又は燃料のセタン価に応じて実施されるため、燃焼安定性を損なうおそれのある外乱に対して高いロバスト性を維特できる。
Further, according to the present embodiment, since the predetermined water temperature determination value is corrected according to the operating state of the engine 1, the introduction passage can be switched according to the operating state of the engine 1.
Specifically, according to the intake air temperature measured or estimated by the intake air temperature estimation means, according to the outside air temperature estimated by the outside air temperature estimation means, according to the cetane number estimated by the cetane number estimation means, A predetermined water temperature judgment value is corrected. That is, the introduction of the reducing gas into the intake passage 2 is performed according to the intake air temperature, the outside air temperature, or the cetane number of the fuel, so that it has high robustness against disturbances that may impair combustion stability. I can maintain.

また、本実施形態によれば、EGRガス流量推定手段により推定されたEGRガスの流量が所定のEGRガス流量判定値以上である場合には、第2導入通路58に切り替えをし、EGRガス流量推定手段により推定されたEGRガスの流量が所定のEGRガス流量判定値未満である場合には、第1導入通路57に切り替えをする。即ち、推定されたEGRガス流量が所定のEGRガス流量判定値以上である場合には、エンジン1の燃焼安定性が悪化しやすい状態にあると判断されるため、吸気通路2内に高温の還元性気体を導入することにより、燃焼安定性をより確保しつつ、未燃燃料や煤の発生をより効果的に抑制できる。   Further, according to the present embodiment, when the flow rate of the EGR gas estimated by the EGR gas flow rate estimation means is equal to or greater than a predetermined EGR gas flow rate determination value, the second introduction passage 58 is switched to provide the EGR gas flow rate. When the flow rate of the EGR gas estimated by the estimation means is less than a predetermined EGR gas flow rate determination value, the first introduction passage 57 is switched. That is, when the estimated EGR gas flow rate is equal to or higher than a predetermined EGR gas flow rate determination value, it is determined that the combustion stability of the engine 1 is likely to deteriorate, and therefore, a high-temperature reduction in the intake passage 2 By introducing the property gas, it is possible to more effectively suppress the generation of unburned fuel and soot while further ensuring the combustion stability.

また、本実施形態によれば、エンジン1の回転数及び要求トルクに基づいてEGR通路6内を流通するEGRガスの流量の目標値を決定し、決定したEGRガス流量目標値と、外気温度推定手段により推定された外気の温度と、に基づいて、所定のEGRガス流量判定値を決定する。即ち、外気の温度を考慮したうえでエンジン1の回転数及び要求トルクに応じたEGRガス流量判定値を決定することにより、より適切なタイミングで吸気通路2内に高温の還元性気体を導入することができる結果、燃焼安定性を常に確保しつつ、未燃燃料や煤の発生をより効果的に抑制できる。
さらには、本実施形態によれば、セタン価推定手段により推定されたセタン価に応じて、EGRガス流量判定値決定手段により決定されたEGRガス流量判定値を補正するため、さらに適切なタイミングで吸気通路2内に高温の還元性気体を導入することができる結果、燃焼安定性を確保しつつ、未燃燃料や煤の発生をさらに効果的に抑制できる。
Further, according to the present embodiment, the target value of the flow rate of the EGR gas flowing through the EGR passage 6 is determined based on the rotational speed of the engine 1 and the required torque, and the determined EGR gas flow rate target value and the outside air temperature estimation are determined. A predetermined EGR gas flow rate judgment value is determined based on the temperature of the outside air estimated by the means. That is, by taking the temperature of the outside air into consideration and determining the EGR gas flow rate judgment value according to the engine speed and the required torque, the hot reducing gas is introduced into the intake passage 2 at a more appropriate timing. As a result, it is possible to more effectively suppress the generation of unburned fuel and soot while always ensuring combustion stability.
Furthermore, according to the present embodiment, the EGR gas flow rate determination value determined by the EGR gas flow rate determination value determination unit is corrected according to the cetane number estimated by the cetane number estimation unit. As a result of the introduction of the high-temperature reducing gas into the intake passage 2, the generation of unburned fuel and soot can be more effectively suppressed while ensuring the combustion stability.

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、NOx浄化触媒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浄化触媒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、且つ過度のリッチ化による燃費の大幅な悪化を抑制できる。   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 NOx purification catalyst 32 is estimated based on at least one of the operation time of the engine 1 and the oxygen concentration in the exhaust. 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 purification catalyst 32 increases excessively, and the amount of NOx that flows out without being reduced when enriched can be reduced, and the fuel consumption due to excessive enrichment is reduced. Can be suppressed.

また、本実施形態によれば、NOx浄化触媒32の温度に基づいて、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、還元されずに流出してしまうNOx量をより効果的に低減でき、且つ過度のリッチ化による燃費の大幅な悪化を抑制できる。   Further, according to the present embodiment, since the predetermined adsorption NOx amount determination value is determined based on the temperature of the NOx purification catalyst 32, enrichment can be performed at a more effective timing. For this reason, the amount of NOx that flows out without being reduced can be more effectively reduced, and a significant deterioration in fuel consumption due to excessive enrichment can be suppressed.

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、NOx浄化触媒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、NOx浄化触媒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、常に最適な還元処理が実施され、NOx量をより効果的に低減できる。
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, the fuel reformer 50 is manufactured according to at least one of the temperature of the NOx purification catalyst 32, the amount of adsorbed NOx, the rotational speed of the engine 1, and the generated torque of the engine 1. It is selected whether to enrich the exhaust air-fuel ratio by introducing reducing gas, or to enrich the exhaust air-fuel ratio by post-combustion or rich combustion.
That is, enrichment by introducing reducing gas, or enrichment by post-combustion or rich combustion, depending on operating conditions such as the temperature of the NOx purification catalyst 32, the amount of adsorbed NOx, the rotational speed of the engine 1, and the generated torque of the engine 1. Therefore, the optimal reduction process is always performed, and the amount of NOx can be reduced more effectively.

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関の吸入空気量、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が還元されずに流出するのを効果的に防止でき、且つ過度のリッチ化による燃費の大幅な悪化を抑制できる。   Further, according to the present embodiment, the main injection amount of the engine 1, the sub-injection amount of the engine 1, and the engine 1 are related so 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 50 is adjusted. As a result, the exhaust air-fuel ratio at the time of enrichment can be set to a desired value, so that NOx can be effectively prevented from flowing out without being reduced, and a significant deterioration in fuel consumption due to excessive enrichment can be suppressed. .

また、本実施形態によれば、排気空燃比の所定の目標値を、NOx浄化触媒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、NOx浄化触媒32に流入させることができる。   Further, according to the present embodiment, the predetermined target value of the exhaust air / fuel ratio is set such that the temperature of the NOx purification catalyst 32, the amount of adsorbed NOx, the duration of the enrichment control by the enrichment means, the rotational speed of the engine 1, and the engine 1 Is determined based on at least one of the generated torques. As a result, the exhaust gas having the optimum exhaust air / fuel ratio can always flow into the NOx purification 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内や吸気通路2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、NOx浄化触媒32に導入することにより、NOxの還元に寄与できる。
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 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 50 can be obtained. 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 intake passage 2 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 NOx purification catalyst 32.

また、本実施形態によれば、適用されるエンジン1は圧縮着火式のエンジン1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。   Moreover, according to this embodiment, the applied engine 1 is the compression ignition type engine 1, 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.

本実施形態では、ECU40がリッチ化手段、水温推定手段の一部、導入通路切り替え手段、水温判定値決定手段、外気温度推定手段の一部、水温判定値補正手段、吸気温度推定手段の一部、セタン価推定手段の一部、EGRガス流量推定手段の一部、EGRガス流量目標値決定手段、EGRガス流量判定値決定手段、EGRガス流量判定値補正手段、NOx排出量推定手段の一部、吸着NOx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、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を構成する。   In this embodiment, the ECU 40 is a part of the enrichment means, a part of the water temperature estimation means, the introduction passage switching means, the water temperature judgment value determination means, a part of the outside air temperature estimation means, a part of the water temperature judgment value correction means, and a part of the intake air temperature estimation means. , Part of the cetane number estimation means, part of the EGR gas flow rate estimation means, part of the EGR gas flow rate target value determination means, EGR gas flow rate determination value determination means, EGR gas flow rate determination value correction means, part of the NOx emission amount estimation means A part of the adsorption NOx amount estimation means, a part of the catalyst temperature estimation means, an adsorption NOx amount determination value determination means, a first enrichment control means, a second enrichment control means, and an exhaust air / fuel ratio target value determination means. .

具体的には、図2のステップS1に係る手段が水温判定値決定手段に相当し、ステップS1に係る手段及び外気温度センサ22が外気温度推定手段に相当し、ステップS2に係る手段が水温判定値補正手段に相当し、ステップS2に係る手段及び筒内圧センサ10がセタン価推定手段に相当し、ステップS3〜7に係る手段が導入通路切り替え手段のうちの第1切り替え手段に相当し、ステップS3に係る手段及び水温センサ16が水温推定手段に相当する。
また、図5のステップS21〜22に係る手段がリッチ化手段に相当し、ステップS23に係る手段がEGRガス流量目標値決定手段に相当し、ステップS24に係る手段がEGRガス流量判定値決定手段に相当し、ステップS24に係る手段及び外気温度センサ22が外気温度推定手段に相当し、ステップS25に係る手段がEGRガス流量判定値補正手段に相当し、ステップS25に係る手段及び筒内圧センサ10がセタン価推定手段に相当し、ステップS26〜30に係る手段が導入通路切り替え手段のうちの第2切り替え手段に相当し、ステップS26に係る手段及びEGRガスフローメータ14がEGRガス流量推定手段に相当する。
また、図8のステップS31〜44に係る手段がリッチ化手段に相当し、ステップS31に係る手段がNOx排出量推定手段及び吸着NOx量推定手段に相当し、ステップS32に係る手段及び触媒温度センサが触媒温度推定手段に相当し、ステップS32に係る手段が吸着NOx量判定値決定手段に相当し、ステップ32〜44が第2リッチ化制御手段に相当し、ステップS37〜44が第1リッチ化制御手段に相当し、ステップS33及び37に係る手段が排気空燃比目標値決定手段に相当する。
Specifically, the means according to step S1 in FIG. 2 corresponds to the water temperature determination value determination means, the means according to step S1 and the outside air temperature sensor 22 correspond to the outside air temperature estimation means, and the means according to step S2 corresponds to the water temperature determination. It corresponds to a value correction means, the means according to step S2 and the in-cylinder pressure sensor 10 correspond to a cetane number estimation means, the means according to steps S3 to 7 correspond to a first switching means of the introduction passage switching means, The means relating to S3 and the water temperature sensor 16 correspond to the water temperature estimating means.
5 corresponds to the enrichment means, the means related to step S23 corresponds to the EGR gas flow rate target value determination means, and the means related to step S24 corresponds to the EGR gas flow rate determination value determination means. The means according to step S24 and the outside temperature sensor 22 correspond to outside temperature estimation means, the means according to step S25 corresponds to EGR gas flow rate determination value correction means, and the means according to step S25 and the in-cylinder pressure sensor 10 Corresponds to the cetane number estimating means, the means according to steps S26-30 corresponds to the second switching means of the introduction passage switching means, and the means according to step S26 and the EGR gas flow meter 14 are the EGR gas flow rate estimating means. Equivalent to.
Further, the means according to steps S31 to S44 in FIG. 8 corresponds to the enrichment means, the means according to step S31 corresponds to the NOx emission amount estimation means and the adsorption NOx amount estimation means, and the means according to step S32 and the catalyst temperature sensor. Corresponds to the catalyst temperature estimating means, the means related to step S32 corresponds to the adsorption NOx amount determination value determining means, steps 32-44 correspond to the second enrichment control means, and steps S37-44 correspond to the first enrichment. It corresponds to the control means, and the means according to steps S33 and 37 corresponds to the exhaust air / fuel ratio target value determining means.

本発明の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。1 is a diagram illustrating a configuration of an engine and an exhaust purification device thereof according to an embodiment of the present invention. 本発明の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 one Embodiment of this invention. 外気温と水温下限値との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between external temperature and a water temperature lower limit. セタン価と水温補正係数との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between a cetane number and a water temperature correction coefficient. 本発明の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 one Embodiment of this invention. 外気温とEGR上限値との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between outside temperature and an EGR upper limit. セタン価とEGR補正係数との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between a cetane number and an EGR correction coefficient. 本発明の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 one Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 エンジン
2 吸気通路
4 排気通路
6 EGR通路
10 筒内圧センサ
11 EGR触媒
14 EGRガスフローメータ
16 エンジン水温センサ
17 吸気温度センサ
21 エアフローメータ
22 外気温度センサ
32 NOx浄化触媒
33 UEGOセンサ
34 排気温度センサ
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
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Engine 2 Intake passage 4 Exhaust passage 6 EGR passage 10 In-cylinder pressure sensor 11 EGR catalyst 14 EGR gas flow meter 16 Engine water temperature sensor 17 Intake temperature sensor 21 Air flow meter 22 Outside air temperature sensor 32 NOx purification catalyst 33 UEGO sensor 34 Exhaust temperature sensor 40 ECU
50 Fuel reformer 56 Introduction passage switching valve 57 First introduction passage 58 Second introduction passage

Claims (17)

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浄化触媒を備える内燃機関の排気浄化装置において、
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還流通路内に還流する還流通路と、
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NOx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、前記内燃機関の吸気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. In an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine comprising a NOx purification catalyst that reduces the adsorbed or occluded NOx when the exhaust air-fuel ratio is made rich,
Enriching means for enriching the exhaust air-fuel ratio;
A recirculation passage for recirculating part of the exhaust gas into an intake recirculation passage of the internal combustion engine;
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 NOx purification catalyst in the exhaust passage;
An exhaust purification device for an internal combustion engine, further comprising: a second introduction passage for introducing the reducing gas produced by the fuel reformer into the intake passage of the internal combustion engine.
前記内燃機関の排気浄化装置は、
前記内燃機関の水温を測定又は推定する水温推定手段と、
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、
前記水温推定手段により推定された前記内燃機関の水温が所定の水温判定値以上である場合には、前記第1導入通路に切り替えをし、前記水温推定手段により推定された前記内燃機関の水温が所定の水温判定値未満である場合には、前記第2導入通路に切り替えをする第1切り替え手段を備え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 exhaust gas purification device for the internal combustion engine includes:
Water temperature estimating means for measuring or estimating the water temperature of the internal combustion engine;
An introduction passage switching means for switching between the first introduction passage and the second introduction passage,
The introduction passage switching means is
When the water temperature of the internal combustion engine estimated by the water temperature estimation means is equal to or higher than a predetermined water temperature determination value, the water temperature of the internal combustion engine estimated by the water temperature estimation means is switched to the first introduction passage. 2. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, further comprising first switching means for switching to the second introduction passage when the temperature is lower than a predetermined water temperature determination value.
前記第1切り替え手段は、前記内燃機関の運転状態に応じて、前記所定の水温判定値を決定する水温判定値決定手段を備えることを特徴とする請求項2記載の内燃機関の排気浄化装置。   3. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 2, wherein the first switching unit includes a water temperature determination value determining unit that determines the predetermined water temperature determination value in accordance with an operating state of the internal combustion engine. 前記第1切り替え手段は、外気の温度を測定又は推定する外気温度推定手段をさらに備え、
前記水温判定値決定手段は、前記外気温度推定手段により推定された外気の温度に応じて、前記所定の水温判定値を決定することを特徴とする請求項3記載の内燃機関の排気浄化装置。
The first switching means further includes outside air temperature estimating means for measuring or estimating the temperature of the outside air,
4. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 3, wherein the water temperature determination value determination means determines the predetermined water temperature determination value according to the temperature of the outside air estimated by the outside air temperature estimation means.
前記第1切り替え手段は、
前記水温判定値決定手段により決定された水温判定値を補正する水温判定値補正手段と、
前記内燃機関の燃焼室に吸入される吸気の温度を測定又は推定する吸気温度推定手段と、をさらに備え、
前記水温判定値補正手段は、前記吸気温度推定手段により測定又は推定された吸気温度に応じて、前記所定の水温判定値を補正することを特徴とする請求項3又は4記載の内燃機関の排気浄化装置。
The first switching means includes
Water temperature determination value correction means for correcting the water temperature determination value determined by the water temperature determination value determination means;
An intake air temperature estimating means for measuring or estimating the temperature of intake air taken into the combustion chamber of the internal combustion engine,
The exhaust gas of an internal combustion engine according to claim 3 or 4, wherein the water temperature determination value correction means corrects the predetermined water temperature determination value according to the intake air temperature measured or estimated by the intake air temperature estimation means. Purification equipment.
前記第1切り替え手段は、
前記水温判定値決定手段により決定された水温判定値を補正する水温判定値補正手段と、
前記内燃機関の燃料のセタン価を測定又は推定するセタン価推定手段と、をさらに備え、
前記水温判定値補正手段は、前記セタン価推定手段により推定されたセタン価に応じて、前記所定の水温判定値を補正することを特徴とする請求項3又は4記載の内燃機関の排気浄化装置。
The first switching means includes
Water temperature determination value correction means for correcting the water temperature determination value determined by the water temperature determination value determination means;
Cetane number estimation means for measuring or estimating the cetane number of the fuel of the internal combustion engine,
5. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 3, wherein the water temperature determination value correction unit corrects the predetermined water temperature determination value according to the cetane number estimated by the cetane number estimation unit. .
前記内燃機関の排気浄化装置は、
前記還流通路内を流通する還流ガスの流量を測定又は推定する還流ガス流量推定手段をさらに備え、
前記導入通路切り替え手段は、
前記還流ガス流量推定手段により推定された還流ガスの流量が所定の還流ガス流量判定値以上である場合には、前記第2導入通路に切り替えをし、前記還流ガス流量推定手段により推定された還流ガスの流量が所定の還流ガス流量判定値未満である場合には、前記第1導入通路に切り替えをする第2切り替え手段をさらに備えることを特徴とする請求項2から6いずれか記載の内燃機関の排気浄化装置。
The exhaust gas purification device for the internal combustion engine includes:
A reflux gas flow rate estimating means for measuring or estimating a flow rate of the reflux gas flowing through the reflux passage;
The introduction passage switching means is
When the flow rate of the recirculation gas estimated by the recirculation gas flow rate estimation means is greater than or equal to a predetermined recirculation gas flow rate determination value, the recirculation gas flow rate estimation means switches to the second introduction passage and the recirculation gas flow estimated by the recirculation gas flow rate estimation means. The internal combustion engine according to any one of claims 2 to 6, further comprising a second switching means for switching to the first introduction passage when the gas flow rate is less than a predetermined recirculation gas flow rate judgment value. Exhaust purification equipment.
前記第2切り替え手段は、
前記内燃機関の回転数及び前記内燃機関の要求トルクに基づいて、前記還流通路内を流通する還流ガスの流量の目標値を決定する還流ガス流量目標値決定手段と、
外気の温度を測定又は推定する外気温度推定手段と、
前記還流ガス流量目標値決定手段により決定された還流ガス流量の目標値、及び前記外気温度推定手段により推定された外気の温度に基づいて、前記所定の還流ガス流量判定値を決定する還流ガス流量判定値決定手段と、を備え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 second switching means includes
Recirculation gas flow rate target value determining means for determining a target value of the flow rate of the recirculation gas flowing through the recirculation passage based on the rotational speed of the internal combustion engine and the required torque of the internal combustion engine;
An outside air temperature estimating means for measuring or estimating the temperature of the outside air;
The recirculation gas flow rate for determining the predetermined recirculation gas flow rate determination value based on the recirculation gas flow rate target value determined by the recirculation gas flow rate target value determination unit and the outside air temperature estimated by the outside air temperature estimation unit. An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 7, further comprising a determination value determining means.
前記第2切り替え手段は、
前記内燃機関の燃料のセタン価を測定又は推定するセタン価推定手段と、
前記セタン価推定手段により推定されたセタン価に応じて、前記還流ガス流量判定値決定手段により決定された還流ガス流量判定値を補正する還流ガス流量判定値補正手段と、をさらに備えることを特徴とする請求項8記載の内燃機関の排気浄化装置。
The second switching means includes
Cetane number estimating means for measuring or estimating the cetane number of the fuel of the internal combustion engine;
Recirculation gas flow rate determination value correction means for correcting the recirculation gas flow rate determination value determined by the recirculation gas flow rate determination value determination unit in accordance with the cetane number estimated by the cetane number estimation unit. An exhaust emission control device for an internal combustion engine according to claim 8.
前記内燃機関の排気浄化装置は、
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NOx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9いずれか記載の内燃機関の排気浄化装置。
The exhaust gas purification device for the internal combustion engine includes:
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 an adsorption NOx amount of the NOx 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. 9. An exhaust emission control device for an internal combustion engine according to any one of 9 above.
前記内燃機関の排気浄化装置は、
前記NOx浄化触媒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10記載の内燃機関の排気浄化装置。
The exhaust gas purification device for the internal combustion engine includes:
Catalyst temperature estimating means for estimating or detecting the temperature of the NOx purification catalyst;
11. The internal combustion engine according to claim 10, 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11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 12. The method according to claim 11, wherein whether the exhaust air-fuel ratio is enriched by the first enrichment control means or the second enrichment control means is selected 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NOx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12記載の内燃機関の排気浄化装置。   The enrichment means includes the temperature of the NOx 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. 13. The method according to claim 12, wherein the exhaust air-fuel ratio is selected to be enriched by the first enrichment control means or enriched by the second enrichment control means according to at least one of them. An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine as described. 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11から13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 emission control device for an internal combustion engine according to any one of claims 11 to 13, wherein at least one of an intake air amount and an introduction amount of reducing gas produced by the fuel reformer is adjusted. 前記内燃機関の排気浄化装置は、
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NOx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14記載の内燃機関の排気浄化装置。
The exhaust gas purification device for the internal combustion engine includes:
The predetermined target value of the exhaust air-fuel ratio is set to the temperature of the NOx purification catalyst estimated by the catalyst temperature estimation means, the amount of adsorption NOx estimated by the adsorption NOx amount estimation means, the duration of the enrichment means, the internal combustion engine 15. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 14, further comprising an exhaust air / fuel ratio target value determining means for determining based on at least one of an engine speed and a torque generated by the internal combustion engine.
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15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 15, 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16いずれか記載の内燃機関の排気浄化装置。   The exhaust purification device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 16, wherein the internal combustion engine is a compression ignition type internal combustion engine, and a fuel to be used is light oil.
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