JP2010196551A

JP2010196551A - Exhaust emission control device of internal combustion engine

Info

Publication number: JP2010196551A
Application number: JP2009040998A
Authority: JP
Inventors: Kenji Sakurai; 健治櫻井
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-02-24
Filing date: 2009-02-24
Publication date: 2010-09-09

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To efficiently burn particulate matter even when a catalytic converter is not sufficiently activated in the exhaust emission control device of an internal combustion engine. <P>SOLUTION: In an internal combustion engine 10 allowing lean-burn operation, when an EGR catalyst 34 having a function of burning particulate matter is not activated, an aqueous solution of urea is injected from a urea injection device 30 in front of the EGR catalyst. The injected urea is converted into ammonia by hydrolysis, and temporarily trapped to a trap material 32. When a lean exhaust gas containing oxygen flows into the EGR passage 28, the ammonia trapped to the trap material 32 is converted into NOx by the reaction with oxygen, and the NOx flows to the EGR catalyst 34. Since a sufficient amount of NOx flows to the EGR catalyst 34, the particulate matter reacts with NOx and burns efficiently even when the EGR catalyst 34 is not sufficiently activated. <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。 The present invention relates to an exhaust emission control device for an internal combustion engine.

内燃機関において、排気ガスの一部を吸気通路に還流させるＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）を行う装置が広く用いられている。ＥＧＲを行うと、吸気通路に還流する排気ガスに含まれる粒子状物質（Particulate Matter）が原因となって、吸気ポートや吸気バルブなどにデポジットが堆積し易いという問題がある。この問題を解決するため、ＥＧＲ通路に、粒子状物質（以下「ＰＭ」と称する）を燃焼させて除去するＥＧＲ触媒を設置する技術が知られている。 2. Description of the Related Art In internal combustion engines, devices that perform EGR (Exhaust Gas Recirculation) for recirculating a part of exhaust gas to an intake passage are widely used. When EGR is performed, there is a problem that deposits are likely to be deposited on an intake port, an intake valve, and the like due to particulate matter contained in exhaust gas recirculated to the intake passage. In order to solve this problem, a technique is known in which an EGR catalyst that burns and removes particulate matter (hereinafter referred to as “PM”) in the EGR passage is known.

特開２００５−１６３９３号公報には、内燃機関の燃焼サイクルにおいて主噴射より後に副噴射を行っているときにＥＧＲ弁を開いて、ＨＣを多量に含んだ排気ガスをＥＧＲ触媒に流入させることにより、ＥＧＲ触媒に堆積したＰＭを酸化除去する装置が開示されている。 Japanese Patent Laid-Open No. 2005-16393 discloses that an EGR valve is opened when sub-injection is performed after main injection in the combustion cycle of an internal combustion engine, and exhaust gas containing a large amount of HC flows into the EGR catalyst. , An apparatus for oxidizing and removing PM deposited on an EGR catalyst is disclosed.

特開２００５−１６３９３号公報JP 2005-16393 A 特開２００８−２８６０５９号公報JP 2008-286059 A 特開平９−１７３７８２号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-173782

ＥＧＲ触媒でＰＭを効率良く燃焼させるには、ＥＧＲ触媒が十分に活性化していること、つまりＥＧＲ触媒の温度が活性温度以上になっていることが必要である。ＰＭを捕集する構造のＥＧＲ触媒を備えた装置において、ＥＧＲ触媒が十分に活性化していないときにＥＧＲが行われると、ＰＭが燃焼せずにＥＧＲ触媒に堆積する。堆積したＰＭを酸化除去するためには、上述した従来の技術のように、ＨＣ等のエネルギーの投入が必要となるので、燃費が悪化するという問題がある。一方、ＰＭを捕集しない構造のＥＧＲ触媒を備えた装置においては、ＥＧＲ触媒が十分に活性化していないときにＥＧＲが行われると、ＰＭがＥＧＲ触媒をすり抜けて吸気通路に流入してしまい、吸気ポートや吸気バルブなどでのデポジットの堆積が抑制できなくなる。 In order to efficiently burn PM with the EGR catalyst, it is necessary that the EGR catalyst is sufficiently activated, that is, the temperature of the EGR catalyst is equal to or higher than the activation temperature. In an apparatus equipped with an EGR catalyst having a structure for collecting PM, when EGR is performed when the EGR catalyst is not sufficiently activated, PM is not burned but accumulates on the EGR catalyst. In order to oxidize and remove the accumulated PM, it is necessary to input energy such as HC as in the conventional technique described above, and there is a problem that fuel consumption deteriorates. On the other hand, in an apparatus equipped with an EGR catalyst having a structure that does not collect PM, when EGR is performed when the EGR catalyst is not sufficiently activated, PM passes through the EGR catalyst and flows into the intake passage, Deposit accumulation at intake ports and intake valves cannot be suppressed.

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、触媒コンバータが十分に活性化していないときにも粒子状物質を効率良く燃焼させることのできる内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides an exhaust purification device for an internal combustion engine that can efficiently burn particulate matter even when the catalytic converter is not sufficiently activated. The purpose is to do.

第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の排気浄化装置であって、
内燃機関の排気ガス中に含まれる粒子状物質を燃焼させる触媒コンバータと、
前記触媒コンバータが活性化しているか否かを判定する判定手段と、
前記触媒コンバータが活性化していないと判定された場合に、前記触媒コンバータの上流側にアンモニアを供給するアンモニア供給手段と、
前記アンモニアが酸素と反応して窒素酸化物が生成されるように、前記触媒コンバータの上流側に酸素を供給する酸素供給手段と、
を備え、
前記アンモニアから生成された窒素酸化物と前記粒子状物質とを前記触媒コンバータにおいて反応させることによって前記粒子状物質を燃焼させることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a first invention is an exhaust purification device for an internal combustion engine,
A catalytic converter for burning particulate matter contained in exhaust gas of an internal combustion engine;
Determination means for determining whether or not the catalytic converter is activated;
An ammonia supply means for supplying ammonia to the upstream side of the catalytic converter when it is determined that the catalytic converter is not activated;
Oxygen supply means for supplying oxygen upstream of the catalytic converter so that the ammonia reacts with oxygen to produce nitrogen oxides;
With
The particulate matter is burned by reacting the nitrogen oxide generated from the ammonia and the particulate matter in the catalytic converter.

また、第２の発明は、第１の発明において、
前記アンモニア供給手段は、前記触媒コンバータの上流側に尿素水溶液を噴射する尿素噴射装置を含み、該尿素噴射装置によって供給された尿素からアンモニアを生成させることを特徴とする。 The second invention is the first invention, wherein
The ammonia supply unit includes a urea injection device that injects a urea aqueous solution upstream of the catalytic converter, and generates ammonia from urea supplied by the urea injection device.

また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記内燃機関の排気ガスの一部を吸気通路に還流させるＥＧＲ通路を備え、
前記触媒コンバータは、前記ＥＧＲ通路の途中に配置されていることを特徴とする。 The third invention is the first or second invention, wherein
An EGR passage for recirculating a part of the exhaust gas of the internal combustion engine to the intake passage;
The catalytic converter is arranged in the middle of the EGR passage.

また、第４の発明は、第１乃至第３の発明の何れかにおいて、
理論空燃比よりリッチな空燃比の排気ガスが流入したときにアンモニアを発生させる第２の触媒コンバータを備え、
前記アンモニア供給手段は、前記第２の触媒コンバータで発生したアンモニアを前記触媒コンバータの上流側に供給することを特徴とする。 According to a fourth invention, in any one of the first to third inventions,
A second catalytic converter for generating ammonia when an air-fuel ratio richer than the stoichiometric air-fuel ratio flows in;
The ammonia supply means supplies ammonia generated in the second catalytic converter to the upstream side of the catalytic converter.

また、第５の発明は、第１乃至第４の発明の何れかにおいて、
前記内燃機関の排気ガス中の窒素酸化物を浄化するＮＯｘ触媒と、
前記ＮＯｘ触媒の上流側に尿素水溶液を噴射する第２の尿素噴射装置と、
前記尿素噴射装置から尿素水溶液を噴射する場合に、前記第２の尿素噴射装置からの尿素水溶液の噴射を開始または増量させる尿素噴射制御手段と、
を備えることを特徴とする。 According to a fifth invention, in any one of the first to fourth inventions,
A NOx catalyst for purifying nitrogen oxides in the exhaust gas of the internal combustion engine;
A second urea injection device for injecting a urea aqueous solution upstream of the NOx catalyst;
Urea injection control means for starting or increasing the injection of the urea aqueous solution from the second urea injection device when injecting the urea aqueous solution from the urea injection device;
It is characterized by providing.

また、第６の発明は、第１乃至第５の発明の何れかにおいて、
前記触媒コンバータの上流側に配置され、前記アンモニアを一時的にトラップするトラップ材を有することを特徴とする。 According to a sixth invention, in any one of the first to fifth inventions,
It has the trap material which is arrange | positioned in the upstream of the said catalytic converter, and traps the said ammonia temporarily.

また、第７の発明は、第１乃至第６の発明の何れかにおいて、
前記触媒コンバータにおいて、前記粒子状物質中の炭素は、前記アンモニアから生成した窒素酸化物と反応して［ＣＮＯ］_nで表されるオリゴマーを生成した後、ＣＯ₂へ転化されることを特徴とする。 According to a seventh invention, in any one of the first to sixth inventions,
In the catalytic converter, carbon in the particulate matter reacts with nitrogen oxides generated from the ammonia to generate oligomers represented by [CNO] _n and is then converted to CO ₂ . To do.

また、第８の発明は、第１乃至第７の発明の何れかにおいて、
前記触媒コンバータは、触媒成分として、Ｐｒ（プラセオジム）を主成分とするＰｒ材とセリアとの少なくとも一方と、Ｎｄ（ネオジム）を主成分とするＮｄ材とを有していることを特徴とする。 Further, an eighth invention is any one of the first to seventh inventions,
The catalytic converter includes, as a catalyst component, at least one of a Pr material mainly composed of Pr (praseodymium) and ceria, and an Nd material mainly composed of Nd (neodymium). .

第１の発明によれば、触媒コンバータが活性化していない場合には、触媒コンバータの上流側にアンモニアを供給し、このアンモニアを酸素と反応させて窒素酸化物に転化し、この窒素酸化物と粒子状物質とを触媒コンバータにおいて反応させることができる。窒素酸化物を介在させた反応によれば、触媒コンバータが低温のときにも、粒子状物質を効率良く燃焼させることができる。また、第１の発明によれば、アンモニアを供給することにより、十分な量の窒素酸化物を触媒コンバータに流入させることができる。このため、粒子状物質と窒素酸化物との反応を促進することができる。このようなことから、第１の発明によれば、触媒コンバータが十分に活性化していない状態においても、粒子状物質を確実に燃焼させることができる。 According to the first invention, when the catalytic converter is not activated, ammonia is supplied to the upstream side of the catalytic converter, and this ammonia is reacted with oxygen to be converted into nitrogen oxides. Particulate matter can be reacted in a catalytic converter. According to the reaction in which the nitrogen oxide is interposed, the particulate matter can be efficiently burned even when the catalytic converter is at a low temperature. In addition, according to the first invention, a sufficient amount of nitrogen oxide can be caused to flow into the catalytic converter by supplying ammonia. For this reason, reaction of a particulate matter and nitrogen oxide can be accelerated | stimulated. For this reason, according to the first invention, the particulate matter can be reliably burned even in a state where the catalytic converter is not sufficiently activated.

第２の発明によれば、触媒コンバータの上流側に尿素水溶液を噴射し、その尿素からアンモニアを生成させることができる。これにより、必要時に容易にアンモニアを供給することができる。また、尿素を用いた選択還元型ＮＯｘ触媒装置が備えられている場合には、その尿素を流用することができ、装置全体の構成を簡素化することができる。 According to the second invention, it is possible to inject the aqueous urea solution upstream of the catalytic converter and generate ammonia from the urea. Thereby, ammonia can be easily supplied when necessary. Further, when a selective reduction type NOx catalyst device using urea is provided, the urea can be diverted, and the configuration of the entire device can be simplified.

第３の発明によれば、ＥＧＲ通路の途中に配置された触媒コンバータが十分に活性化していない状態であっても、粒子状物質を確実に燃焼させることができる。このため、吸気系への粒子状物質の流入を確実に抑制することができ、吸気ポートや吸気弁にデポジットが堆積することを確実に抑制することができる。 According to the third invention, the particulate matter can be reliably burned even in a state where the catalytic converter disposed in the middle of the EGR passage is not sufficiently activated. For this reason, the inflow of particulate matter to the intake system can be reliably suppressed, and deposits can be reliably suppressed from being deposited on the intake port and the intake valve.

第４の発明によれば、リッチ空燃比の排気ガスが第２の触媒コンバータに流入したときに発生するアンモニアを、粒子状物質を燃焼させる触媒コンバータの上流側に供給することができる。これにより、アンモニア供給のための特別の装置が不要となり、簡単な構成でアンモニアを供給することができる。 According to the fourth aspect of the invention, ammonia generated when the rich air-fuel ratio exhaust gas flows into the second catalytic converter can be supplied to the upstream side of the catalytic converter that burns particulate matter. This eliminates the need for a special device for supplying ammonia, and can supply ammonia with a simple configuration.

第５の発明によれば、粒子状物質を燃焼させる触媒コンバータの上流側に尿素を噴射する場合に、ＮＯｘ触媒の上流側にも尿素を噴射することができる。これにより、触媒コンバータにおいて粒子状物質と反応しなかった一部の窒素酸化物が排気通路に流入したとき、その窒素酸化物をＮＯｘ触媒で確実に浄化することができる。このため、大気中への窒素酸化物の排出を確実に抑制することができる。 According to the fifth aspect, when urea is injected upstream of the catalytic converter that burns particulate matter, urea can also be injected upstream of the NOx catalyst. Thereby, when some nitrogen oxides that have not reacted with the particulate matter in the catalytic converter flow into the exhaust passage, the nitrogen oxides can be reliably purified by the NOx catalyst. For this reason, discharge | emission of the nitrogen oxide to air | atmosphere can be suppressed reliably.

第６の発明によれば、触媒コンバータの上流側に配置されたトラップ材によってアンモニアを一時的にトラップすることにより、アンモニアがそのまま触媒コンバータに流入することをより確実に防止することができる。つまり、アンモニアを確実に窒素酸化物に転化させた上で、その窒素酸化物を触媒コンバータに流入させることができる。このため、触媒コンバータにおいて、粒子状物質と窒素酸化物とをより確実に反応（燃焼）させることができる。 According to the sixth aspect of the invention, by temporarily trapping ammonia with the trap material arranged on the upstream side of the catalytic converter, it is possible to more reliably prevent ammonia from flowing into the catalytic converter as it is. That is, ammonia can be reliably converted into nitrogen oxide, and the nitrogen oxide can then flow into the catalytic converter. For this reason, in a catalytic converter, a particulate matter and nitrogen oxide can be made to react (combust) more reliably.

第７の発明によれば、触媒コンバータにおいて、粒子状物質中の炭素は、アンモニアから生成した窒素酸化物との反応して［ＣＮＯ］_nで表されるオリゴマーを生成した後、ＣＯ₂へ転化される。このような反応により、通常の燃焼反応よりも大幅に低い温度であっても、粒子状物質を効率良く燃焼させることができる。 According to the seventh invention, in the catalytic converter, carbon in the particulate matter reacts with nitrogen oxides generated from ammonia to generate an oligomer represented by [CNO] _n , and then is converted to CO ₂ . Is done. By such a reaction, the particulate matter can be efficiently burned even at a temperature significantly lower than that of a normal combustion reaction.

第８の発明によれば、触媒コンバータが活性化しているとき、活性酸素を利用して粒子状物質を効率良く反応させることができる。このため、触媒コンバータでの粒子状物質の浄化率を更に向上することができる。 According to the eighth aspect of the invention, when the catalytic converter is activated, the particulate matter can be reacted efficiently using active oxygen. For this reason, the purification rate of the particulate matter in the catalytic converter can be further improved.

本発明の実施の形態１における内燃機関を示す図である。It is a figure which shows the internal combustion engine in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態１における内燃機関を制御する制御装置のブロック図である。1 is a block diagram of a control device that controls an internal combustion engine according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. ＥＧＲ触媒前尿素噴射装置、トラップ材およびＥＧＲ触媒を示す図である。It is a figure which shows the urea injection apparatus before EGR catalyst, a trap material, and an EGR catalyst. 本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。It is a flowchart of the routine performed in Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施の形態２における内燃機関を示す図である。It is a figure which shows the internal combustion engine in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態２において実行されるルーチンのフローチャートである。It is a flowchart of the routine performed in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態３における内燃機関を示す図である。It is a figure which shows the internal combustion engine in Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態３において実行されるルーチンのフローチャートである。It is a flowchart of the routine performed in Embodiment 3 of the present invention.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において共通する要素には、同一の符号を付して、重複する説明を省略する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the element which is common in each figure, and the overlapping description is abbreviate | omitted.

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における内燃機関を示す図である。図１に示す内燃機関１０は、例えば車両の動力源として用いられる。本実施形態の内燃機関１０は、理論空燃比よりリーンな空燃比での燃焼が可能な火花点火式のリーンバーンエンジンである。ただし、本発明は、ディーゼルエンジンにも適用可能である。 Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a diagram showing an internal combustion engine according to Embodiment 1 of the present invention. An internal combustion engine 10 shown in FIG. 1 is used as a power source of a vehicle, for example. The internal combustion engine 10 of the present embodiment is a spark ignition type lean burn engine capable of combustion at an air-fuel ratio leaner than the stoichiometric air-fuel ratio. However, the present invention can also be applied to a diesel engine.

図示の内燃機関１０は、Ｖ型６気筒であり、１番（＃１）〜６番（＃６）の６個の気筒を有している。それらの気筒のうち、１番気筒、３番気筒および５番気筒により左バンクが構成され、２番気筒、４番気筒および６番気筒により右バンクが構成されている。ただし、本発明では、気筒数および気筒配置はこれに限定されるものではない。 The illustrated internal combustion engine 10 is a V-type 6 cylinder, and has 6 cylinders of No. 1 (# 1) to No. 6 (# 6). Among these cylinders, the first bank, the third cylinder and the fifth cylinder constitute a left bank, and the second cylinder, the fourth cylinder and the sixth cylinder constitute a right bank. However, in the present invention, the number of cylinders and the cylinder arrangement are not limited thereto.

図１では吸気系の図示を省略しているが、内燃機関１０の各気筒は、吸気マニホールドを介して、吸気管に接続されている。吸気管から供給される吸入空気は、吸気マニホールドによって分配されて、各気筒に流入する。 Although illustration of the intake system is omitted in FIG. 1, each cylinder of the internal combustion engine 10 is connected to an intake pipe via an intake manifold. The intake air supplied from the intake pipe is distributed by the intake manifold and flows into each cylinder.

内燃機関１０の左バンク、すなわち１番、３番および５番気筒から排出される排気ガスは、排気マニホールド１２によって集合されて、排気管１４に流入する。排気管１４の途中には、排気ガスを浄化するスタートコンバータ（スタート触媒）１６が設置されている。同様にして、内燃機関１０の右バンク、すなわち２番、４番および６番気筒から排出される排気ガスは、排気マニホールド１８によって集合されて、排気管２０に流入する。排気管２０の途中には、スタートコンバータ２２が設置されている。 Exhaust gases discharged from the left bank of the internal combustion engine 10, that is, the first, third and fifth cylinders, are collected by the exhaust manifold 12 and flow into the exhaust pipe 14. A start converter (start catalyst) 16 for purifying exhaust gas is installed in the middle of the exhaust pipe 14. Similarly, the exhaust gas discharged from the right bank of the internal combustion engine 10, that is, the second, fourth and sixth cylinders, is collected by the exhaust manifold 18 and flows into the exhaust pipe 20. A start converter 22 is installed in the middle of the exhaust pipe 20.

排気管１４と排気管２０とは、下流側で合流して、排気管２４に接続されている。排気管２４の途中には、主にＮＯｘを浄化するためのＮＯｘ触媒２６が設置されている。このＮＯｘ触媒２６は、後述するように、アンモニア（ＮＨ₃）を還元剤としてＮＯｘをＮ₂へ転化させることのできる選択還元型のＮＯｘ触媒である。 The exhaust pipe 14 and the exhaust pipe 20 merge on the downstream side and are connected to the exhaust pipe 24. In the middle of the exhaust pipe 24, a NOx catalyst 26 for mainly purifying NOx is installed. As will be described later, the NOx catalyst 26 is a selective reduction type NOx catalyst capable of converting NOx to N ₂ using ammonia (NH ₃ ) as a reducing agent.

内燃機関１０には、排気ガスの一部を吸気通路に還流させるＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）を行うためのＥＧＲ通路２８が備えられている。このＥＧＲ通路２８は、スタートコンバータ１６より上流側の排気管１４から分岐している。ＥＧＲ通路２８の下流側は、３つに分岐し、１番、３番および５番の各気筒の吸気ポートにそれぞれ接続されている。ただし、このような構成に限らず、ＥＧＲ通路２８の下流側が分岐せずに吸気通路のサージタンク等に接続されていてもよい。 The internal combustion engine 10 is provided with an EGR passage 28 for performing EGR (Exhaust Gas Recirculation) for returning a part of the exhaust gas to the intake passage. The EGR passage 28 branches from the exhaust pipe 14 upstream of the start converter 16. The downstream side of the EGR passage 28 branches into three and is connected to the intake ports of the first, third and fifth cylinders, respectively. However, the configuration is not limited to this, and the downstream side of the EGR passage 28 may be connected to a surge tank or the like in the intake passage without branching.

ＥＧＲ通路２８には、ＥＧＲ触媒前尿素噴射装置３０と、アンモニアを一時的にトラップ可能なトラップ材３２と、排気ガス中の粒子状物質を燃焼させる機能を有するＥＧＲ触媒３４と、ＥＧＲ量を制御するためのＥＧＲ弁３６とが、上流側からこの順で設置されている。ＥＧＲ触媒前尿素噴射装置３０は、ＥＧＲ通路２８を通る排気ガス中に尿素水溶液（以下「尿素水」と称する）を噴射可能になっている。尿素水タンク３８に貯留された尿素水は、尿素水通路４０を通って、ＥＧＲ触媒前尿素噴射装置３０に供給される。 In the EGR passage 28, an EGR pre-catalyst urea injection device 30, a trap material 32 capable of temporarily trapping ammonia, an EGR catalyst 34 having a function of burning particulate matter in the exhaust gas, and an EGR amount are controlled. The EGR valve 36 is installed in this order from the upstream side. The pre-EGR catalyst urea injection device 30 can inject a urea aqueous solution (hereinafter referred to as “urea water”) into the exhaust gas passing through the EGR passage 28. The urea water stored in the urea water tank 38 is supplied to the pre-EGR catalyst urea injection device 30 through the urea water passage 40.

なお、本実施形態では、内燃機関１０の左バンクのみにＥＧＲ装置が設けられているが、両バンクにＥＧＲ装置が設けられていてもよい。 In the present embodiment, the EGR device is provided only in the left bank of the internal combustion engine 10, but the EGR device may be provided in both banks.

ＮＯｘ触媒２６の上流側の排気管２４には、ＮＯｘ触媒前尿素噴射装置４２が設置されている。尿素水タンク３８に貯留された尿素水は、尿素水通路４４を通って、ＮＯｘ触媒前尿素噴射装置４２に供給される。 A NOx pre-catalyst urea injection device 42 is installed in the exhaust pipe 24 upstream of the NOx catalyst 26. The urea water stored in the urea water tank 38 is supplied to the urea injection device 42 before the NOx catalyst through the urea water passage 44.

図２は、上述した内燃機関１０を制御する制御装置のブロック図である。本実施形態の制御装置は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０を備えている。ＥＣＵ５０には、上述したＥＧＲ触媒前尿素噴射装置３０、ＥＧＲ弁３６およびＮＯｘ触媒前尿素噴射装置４２に加えて、内燃機関１０の気筒内または吸気ポート内に燃料を噴射する燃料噴射装置４６と、気筒内の混合気に点火する点火装置４８と、吸入空気量を調節するために吸気管に設置されたスロットル弁５２と、内燃機関１０のクランク軸の回転角度を検出するクランク角センサ５４と、吸入空気量を検出するエアフローメータ５６と、内燃機関１０を搭載した車両のアクセルペダル位置を検出するアクセルポジションセンサ５８と、車速を検出する車速センサ６０とが電気的に接続されている。 FIG. 2 is a block diagram of a control device that controls the internal combustion engine 10 described above. The control device of this embodiment includes an ECU (Electronic Control Unit) 50. In addition to the above-described EGR pre-catalyst urea injection device 30, EGR valve 36, and NOx pre-catalyst urea injection device 42, the ECU 50 includes a fuel injection device 46 that injects fuel into the cylinder or the intake port of the internal combustion engine 10, and An ignition device 48 for igniting the air-fuel mixture in the cylinder, a throttle valve 52 installed in the intake pipe for adjusting the amount of intake air, a crank angle sensor 54 for detecting the rotation angle of the crankshaft of the internal combustion engine 10, An air flow meter 56 that detects the intake air amount, an accelerator position sensor 58 that detects the accelerator pedal position of the vehicle on which the internal combustion engine 10 is mounted, and a vehicle speed sensor 60 that detects the vehicle speed are electrically connected.

ＥＣＵ５０は、内燃機関１０から排出されるＮＯｘの量を運転状態に基づいて推定し、その推定されたＮＯｘ排出量に応じて、ＮＯｘ触媒前尿素噴射装置４２からの尿素水噴射量を制御する。尿素水が排気ガス中に噴射されると、尿素が加水分解されることにより、アンモニアが生成する。よって、ＮＯｘ触媒前尿素噴射装置４２から尿素が噴射されると、ＮＯｘ触媒２６にアンモニアが流入する。ＮＯｘ触媒２６では、アンモニアがＮＯｘと選択的に反応することにより、ＮＯｘが浄化される。このため、内燃機関１０がリーンバーン運転されている場合であっても、ＮＯｘを確実に浄化することができる。 The ECU 50 estimates the amount of NOx discharged from the internal combustion engine 10 based on the operating state, and controls the urea water injection amount from the NOx pre-catalyst urea injection device 42 according to the estimated NOx discharge amount. When urea water is injected into the exhaust gas, urea is hydrolyzed to produce ammonia. Therefore, when urea is injected from the pre-NOx catalyst urea injection device 42, ammonia flows into the NOx catalyst 26. In the NOx catalyst 26, ammonia selectively reacts with NOx to purify NOx. For this reason, even when the internal combustion engine 10 is in the lean burn operation, NOx can be reliably purified.

ＥＧＲ触媒３４は、排気ガス中の粒子状物質（Particulate Matter）を浄化する酸化触媒としての機能を有している。粒子状物質（以下「ＰＭ」と称する）は、すす（soot）やＳＯＦ（Soluble Organic Fraction）等の、カーボンを主体とする微粒子である。ＥＧＲ触媒３４は、このような粒子状物質を燃焼（酸化）させてＣＯ₂等へ転化させることにより、これを浄化する。本実施形態によれば、ＥＧＲ触媒３４を設けたことにより、吸気系へのＰＭの流入を抑制することができる。このため、吸気ポートや吸気弁等に、ＰＭに起因するデポジットが堆積（付着）することを確実に抑制することができる。 The EGR catalyst 34 has a function as an oxidation catalyst that purifies particulate matter (Particulate Matter) in the exhaust gas. The particulate matter (hereinafter referred to as “PM”) is fine particles mainly composed of carbon, such as soot and SOF (Soluble Organic Fraction). The EGR catalyst 34 purifies the particulate matter by burning (oxidizing) it and converting it to CO ₂ or the like. According to this embodiment, the provision of the EGR catalyst 34 can suppress the inflow of PM into the intake system. For this reason, it is possible to reliably suppress deposits (attachment) caused by PM on the intake port, the intake valve, and the like.

本実施形態におけるＥＧＲ触媒３４は、フィルターのようにＰＭを溜めるのではなく、流入してくるＰＭを連続的に燃焼（反応）させるように構成されている。ＥＧＲ触媒３４の好ましい触媒成分は、貴金属成分としてはＰｔ（白金）やＰｄ（パラジウム）等が挙げられ、金属酸化物成分としてはセリアや、Ｐｒ（プラセオジム）を主成分とするＰｒ材、Ｎｄ（ネオジム）を主成分とするＮｄ材等が挙げられる。セリアやＰｒ材は、活性酸素を効率良く生成する特性を有している。また、Ｎｄ材は、活性酸素を浄化せずに表面に沿って移動させる特性（酸素伝導性）に優れている。このため、セリアおよびＰｒ材の少なくとも一方と、Ｎｄ材とを共存させることがより好ましい。セリアおよびＰｒ材の少なくとも一方と、Ｎｄ材とを共存させることにより、活性酸素によってＰＭを効率良く酸化することができ、特に優れたＰＭ浄化性能が得られる。この場合、Ｎｄ材の重量が、セリアおよびＰｒ材の合計重量以上となるように配合することがより好ましい。 The EGR catalyst 34 in the present embodiment is configured not to accumulate PM like a filter but to continuously burn (react) the inflowing PM. Preferable catalyst components of the EGR catalyst 34 include noble metal components such as Pt (platinum) and Pd (palladium), and the metal oxide components include ceria, a Pr material mainly composed of Pr (praseodymium), Nd ( Nd material etc. which have neodymium) as a main component are mentioned. Ceria and Pr materials have a characteristic of efficiently generating active oxygen. Further, the Nd material is excellent in the characteristic (oxygen conductivity) that moves active oxygen along the surface without purifying it. For this reason, it is more preferable that at least one of the ceria and the Pr material coexists with the Nd material. By coexisting at least one of ceria and Pr material and the Nd material, PM can be efficiently oxidized by active oxygen, and particularly excellent PM purification performance can be obtained. In this case, it is more preferable to blend so that the weight of the Nd material is not less than the total weight of the ceria and the Pr material.

また、ＥＧＲ触媒３４には、ＰＭを一瞬だけ保持するための保持材（例えばゼオライト）が設けられていてもよい。このような保持材を設けることにより、ＰＭを一瞬だけ保持し、その間にＰＭをより確実に燃焼させることができる。 The EGR catalyst 34 may be provided with a holding material (for example, zeolite) for holding PM for a moment. By providing such a holding material, PM can be held for a moment, and PM can be burned more reliably during that time.

ＥＧＲ触媒３４がＰＭを効率良く燃焼させるためには、ＥＧＲ触媒３４が十分に活性化していること、すなわち、ＥＧＲ触媒３４が十分に高い温度になっていることが必要である。このため、ＥＧＲ触媒３４の温度が低いときには、ＰＭがＥＧＲ触媒３４をすり抜けて吸気系に流入してしまい、吸気ポートや吸気弁等へのデポジットの堆積が進行してしまうという問題がある。本発明者は、この問題を解決するべく鋭意研究を重ねた結果、ＮＯｘを介在させてＰＭを反応させた場合、ＥＧＲ触媒３４が十分に活性化していない状態であっても、ＰＭを効率良く燃焼させることができることを見出した。 In order for the EGR catalyst 34 to efficiently burn PM, it is necessary that the EGR catalyst 34 is sufficiently activated, that is, the EGR catalyst 34 is at a sufficiently high temperature. Therefore, when the temperature of the EGR catalyst 34 is low, there is a problem that PM passes through the EGR catalyst 34 and flows into the intake system, and deposits accumulate on the intake ports, intake valves, and the like. As a result of intensive studies to solve this problem, the present inventor has found that when PM is reacted with NOx interposed, even if the EGR catalyst 34 is not sufficiently activated, the PM is efficiently obtained. It was found that it can be burned.

ＮＯｘを介在させた場合のＰＭ（特にsoot）の反応は、次のようなものである。まず、ＥＧＲ触媒３４に含まれるＰｔ等の貴金属の作用により、ＮＯｘ中の一酸化窒素（ＮＯ）が酸素（Ｏ₂）と反応し、二酸化窒素（ＮＯ₂）に転化される。次いで、ＰＭの主成分たる炭素（Ｃ）がこの二酸化窒素と反応することにより、［ＣＮＯ］_nで表されるオリゴマーが生成される。そして、この［ＣＮＯ］_nが還元（分解）され、無害なＣＯ₂とＮ₂とに転化される。 The reaction of PM (especially soot) when NOx is interposed is as follows. First, by the action of a noble metal such as Pt contained in the EGR catalyst 34, nitrogen monoxide (NO) in NOx reacts with oxygen (O ₂ ) and is converted into nitrogen dioxide (NO ₂ ). Next, the carbon (C), which is the main component of PM, reacts with the nitrogen dioxide to generate an oligomer represented by [CNO] _n . This [CNO] _n is reduced (decomposed) and converted into harmless CO ₂ and N ₂ .

このような反応によれば、ＥＧＲ触媒３４が低温のときであっても、ＰＭを効率良く燃焼させることができる。しかしながら、排気ガス中に元々含まれているＮＯｘだけでは量が足りず、ＰＭを処理しきれない。そこで、本実施形態では、十分な量のＮＯｘをＥＧＲ触媒３４に流入させるため、ＥＧＲ触媒前尿素噴射装置３０を設け、ＥＧＲ触媒３４の上流側に尿素水を噴射することとした。前述したように、尿素水が排気ガス中に噴射されると、アンモニアが生成する。一方、内燃機関１０がリーンバーン運転を行った場合、排気ガス中には酸素が多く残存している。このため、ＥＧＲ触媒３４の上流側に供給されたアンモニアは、排気ガス中の酸素と反応することにより、ＮＯｘに転化される（ＮＨ₃＋Ｏ₂→ＮＯｘ）。従って、アンモニアを供給することにより、ＥＧＲ触媒３４に十分な量のＮＯｘを流入させることができるので、ＰＭをＥＧＲ触媒３４において確実に燃焼させることができる。 According to such a reaction, PM can be efficiently burned even when the EGR catalyst 34 is at a low temperature. However, the amount of NOx that is originally contained in the exhaust gas is insufficient, and PM cannot be processed. Therefore, in this embodiment, in order to allow a sufficient amount of NOx to flow into the EGR catalyst 34, the pre-EGR catalyst urea injection device 30 is provided, and urea water is injected upstream of the EGR catalyst 34. As described above, ammonia is generated when urea water is injected into the exhaust gas. On the other hand, when the internal combustion engine 10 performs the lean burn operation, a large amount of oxygen remains in the exhaust gas. For this reason, ammonia supplied to the upstream side of the EGR catalyst 34 is converted to NOx by reacting with oxygen in the exhaust gas (NH ₃ + O ₂ → NOx). Accordingly, by supplying ammonia, a sufficient amount of NOx can be caused to flow into the EGR catalyst 34, so that PM can be reliably burned in the EGR catalyst 34.

特に、本実施形態では、ＥＧＲ触媒３４の前段（上流側）にトラップ材３２を設け、このトラップ材３２によってアンモニアを一時的にトラップするように構成したことにより、ＰＭをより確実にＮＯｘと反応させることができる。この点について、図３を参照して説明する。図３は、ＥＧＲ触媒前尿素噴射装置３０、トラップ材３２およびＥＧＲ触媒３４を示す図である。図３に示すように、ＥＧＲ触媒前尿素噴射装置３０から噴射された尿素は、加水分解して、アンモニアに転化する。このアンモニアは、トラップ材３２に一時的にトラップされる。内燃機関１０がリーンバーン運転を行うことにより、酸素を多く含んだ排気ガスがＥＧＲ通路２８に流入する。そうすると、トラップ材３２にトラップされたアンモニアが酸素と反応してＮＯｘに転化し、このＮＯｘがＥＧＲ触媒３４に流入する。これにより、ＥＧＲ触媒３４においては、ＰＭがＮＯｘと反応して燃焼する。このように、アンモニアをトラップ材３２で一時的にトラップすることにより、アンモニアがそのままＥＧＲ触媒３４に流入することをより確実に防止することができる。つまり、アンモニアを確実にＮＯｘに転化させた上で、そのＮＯｘをＥＧＲ触媒３４に流入させることができる。このため、ＰＭをより高効率に燃焼させることができる。 In particular, in this embodiment, the trap material 32 is provided in the upstream (upstream side) of the EGR catalyst 34, and ammonia is temporarily trapped by the trap material 32, so that the PM more reliably reacts with NOx. Can be made. This point will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a view showing the pre-EGR catalyst urea injection device 30, the trap material 32, and the EGR catalyst 34. As shown in FIG. As shown in FIG. 3, the urea injected from the pre-EGR catalyst urea injection device 30 is hydrolyzed and converted into ammonia. This ammonia is temporarily trapped in the trap material 32. When the internal combustion engine 10 performs the lean burn operation, the exhaust gas containing a large amount of oxygen flows into the EGR passage 28. Then, ammonia trapped in the trap material 32 reacts with oxygen and is converted into NOx, and this NOx flows into the EGR catalyst 34. Thereby, in the EGR catalyst 34, PM reacts with NOx and burns. Thus, by temporarily trapping ammonia with the trap material 32, it is possible to more reliably prevent ammonia from flowing into the EGR catalyst 34 as it is. That is, ammonia can be reliably converted into NOx, and the NOx can be flowed into the EGR catalyst 34. For this reason, PM can be burned with higher efficiency.

［実施の形態１における具体的処理］
図４は、上記の機能を実現するために本実施形態においてＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。なお、本ルーチンは、所定時間毎に繰り返し実行されるものとする。図４に示すルーチンによれば、まず、ＥＧＲ触媒３４でＰＭを燃焼させることが要求されているか否かが判定される（ステップ１００）。このステップ１００では、ＥＧＲが実行されていないとき（ＥＧＲ弁３６が閉じられているとき）には、ＥＧＲ触媒３４でＰＭを燃焼させることは要求されていないと判定することができる。一方、ＥＧＲが実行されているときについては、次のようにして判定することができる。内燃機関１０から排出されるＰＭの量は、運転状態によって大きく変化する。一般には、エンジン負荷が高いほどＰＭ排出量が多く、また、車両の発進時など、加速を伴う場合にもＰＭ排出量が多くなる傾向がある。これに対し、軽負荷時、アイドル時、減速時などでは、ＰＭはほとんど排出されない。従って、ＥＧＲが実行されているときには、吸入空気量や燃料噴射量などに基づいてエンジン負荷を算出し、その算出されたエンジン負荷によって、ＥＧＲ触媒３４へのＰＭ流入量を推定することができる。そして、そのＰＭ流入量が多い場合には、ＥＧＲ触媒３４でＰＭを燃焼させることが要求されていると判定でき、ＰＭ流入量が少ない場合には、ＥＧＲ触媒３４でＰＭを燃焼させることは要求されていないと判定できる。また、アイドル時などでＰＭ流入量が少ない場合であっても、車両の発進が予測されるような場合には、発進加速に伴って発生するＰＭに対して準備することが望ましい。そこで、運転者が車両を発進させようとしているか否かを変速機のシフトポジションなどに基づいて予測し、車両の発進が予測される場合には、ＥＧＲ触媒３４でＰＭを燃焼させることが要求されていると判定するようにしてもよい。 [Specific Processing in Embodiment 1]
FIG. 4 is a flowchart of a routine executed by the ECU 50 in the present embodiment in order to realize the above function. This routine is repeatedly executed every predetermined time. According to the routine shown in FIG. 4, it is first determined whether or not it is required to burn PM by the EGR catalyst 34 (step 100). In this step 100, when EGR is not executed (when the EGR valve 36 is closed), it can be determined that it is not required to burn PM by the EGR catalyst 34. On the other hand, when EGR is being executed, it can be determined as follows. The amount of PM discharged from the internal combustion engine 10 varies greatly depending on the operating state. In general, the higher the engine load, the greater the PM emission amount, and the PM emission amount also tends to increase when acceleration is involved, such as when the vehicle starts. On the other hand, PM is hardly discharged at the time of light load, idling, and deceleration. Therefore, when EGR is being executed, the engine load is calculated based on the intake air amount, the fuel injection amount, and the like, and the PM inflow amount to the EGR catalyst 34 can be estimated based on the calculated engine load. When the PM inflow amount is large, it can be determined that the EGR catalyst 34 is required to burn PM. When the PM inflow amount is small, it is required to burn the PM with the EGR catalyst 34. It can be determined that it has not been done. Even when the amount of PM inflow is small at the time of idling or the like, it is desirable to prepare for the PM generated with the start acceleration when the start of the vehicle is predicted. Therefore, whether or not the driver is going to start the vehicle is predicted based on the shift position of the transmission, etc., and when the vehicle is predicted to start, it is required that the EGR catalyst 34 burns PM. You may make it determine with it.

上記ステップ１００で、ＥＧＲ触媒３４でＰＭを燃焼させることが要求されていないと判定された場合には、ＥＧＲ触媒３４の上流側に尿素を噴射する必要はない。このため、この場合には、本ルーチンの処理がここで終了される。 If it is determined in step 100 that it is not required to burn PM by the EGR catalyst 34, it is not necessary to inject urea upstream of the EGR catalyst 34. For this reason, in this case, the processing of this routine is terminated here.

一方、上記ステップ１００で、ＥＧＲ触媒３４でＰＭを燃焼させることが要求されていると判定された場合には、次に、ＥＧＲ触媒３４が活性化しているか否かが判定される（ステップ１０２）。ＥＧＲ触媒３４の活性判定は、ＥＧＲ触媒３４の温度に基づいて行われる。ＥＧＲ触媒３４の温度は、内燃機関１０の運転状態（エンジン回転数、エンジン負荷、ＥＧＲ弁３６の開度、冷却水温など）に基づいて推定することができる。あるいは、それらの運転状態の履歴も考慮して、ＥＧＲ触媒３４の温度を推定してもよい。また、ＥＧＲ触媒３４に温度センサを設け、直接に温度を測定するようにしてもよい。ステップ１０２では、そのようにして得られたＥＧＲ触媒３４の温度が所定温度（例えば３００℃）を超えている場合には、ＥＧＲ触媒３４が活性化していると判定することができ、ＥＧＲ触媒３４の温度が上記所定温度未満である場合には、ＥＧＲ触媒３４が活性化していないと判定することができる。 On the other hand, if it is determined in step 100 that the EGR catalyst 34 is required to burn PM, it is next determined whether or not the EGR catalyst 34 is activated (step 102). . The activity determination of the EGR catalyst 34 is performed based on the temperature of the EGR catalyst 34. The temperature of the EGR catalyst 34 can be estimated based on the operating state of the internal combustion engine 10 (engine speed, engine load, opening of the EGR valve 36, cooling water temperature, etc.). Or you may estimate the temperature of the EGR catalyst 34 also considering the log | history of those driving | running states. Further, a temperature sensor may be provided in the EGR catalyst 34 to directly measure the temperature. In step 102, when the temperature of the EGR catalyst 34 thus obtained exceeds a predetermined temperature (for example, 300 ° C.), it can be determined that the EGR catalyst 34 is activated. If the temperature is lower than the predetermined temperature, it can be determined that the EGR catalyst 34 is not activated.

上記ステップ１０２で、ＥＧＲ触媒３４が活性化していると判定された場合には、ＥＧＲ触媒３４は、ＮＯｘを介在させない通常の反応によってＰＭを十分に燃焼させることができると判断できる。従って、この場合には、尿素を噴射する必要はないので、本ルーチンの処理がここで終了される。 If it is determined in step 102 that the EGR catalyst 34 is activated, it can be determined that the EGR catalyst 34 can sufficiently burn PM by a normal reaction that does not involve NOx. Therefore, in this case, it is not necessary to inject urea, so the processing of this routine ends here.

これに対し、上記ステップ１０２で、ＥＧＲ触媒３４が活性化していないと判定された場合には、ＥＧＲ触媒３４は、通常の反応ではＰＭを十分に燃焼させることができないと判断できる。この場合には、ＥＧＲ触媒前尿素噴射装置３０から尿素を噴射する処理が実行される（ステップ１０４）。噴射された尿素は、加水分解して、アンモニアに転化し、トラップ材３２にトラップされる。この間、内燃機関１０は、リーンバーン運転を行う。これにより、酸素が多く残存した排気ガスがトラップ材３２に流入し、アンモニアが酸素と反応して、ＮＯｘに転化する。このようにして生成した十分な量のＮＯｘがＥＧＲ触媒３４に流入することにより、前述したようなＮＯｘが介在した反応が生じ、ＰＭを低温でも効率良く燃焼させることができる。このため、ＥＧＲ触媒３４が十分に活性化していなくても、ＰＭを確実に燃焼させることができる。よって、吸気弁や吸気ポートにデポジットが堆積することを確実に抑制することができる。 On the other hand, if it is determined in step 102 that the EGR catalyst 34 is not activated, it can be determined that the EGR catalyst 34 cannot sufficiently burn PM in a normal reaction. In this case, a process of injecting urea from the pre-EGR catalyst urea injection device 30 is executed (step 104). The injected urea is hydrolyzed, converted into ammonia, and trapped in the trap material 32. During this time, the internal combustion engine 10 performs a lean burn operation. As a result, exhaust gas in which a large amount of oxygen remains flows into the trap material 32, and ammonia reacts with oxygen and is converted into NOx. When a sufficient amount of NOx generated in this way flows into the EGR catalyst 34, the above-described reaction involving NOx occurs, and PM can be efficiently burned even at a low temperature. For this reason, even if the EGR catalyst 34 is not sufficiently activated, PM can be reliably burned. Therefore, it is possible to reliably suppress deposits from being deposited on the intake valve and the intake port.

上記ステップ１０４の処理に続いて、ＮＯｘ触媒前尿素噴射装置３０からの尿素噴射量を増量する処理、あるいは尿素噴射を開始する処理が実行される（ステップ１０６）。ＥＧＲ触媒前尿素噴射装置３０からの尿素噴射によってＥＧＲ触媒３４へのＮＯｘ流入量が増加した場合、一部のＮＯｘ（ＰＭと反応しなかったＮＯｘ）は、ＥＧＲ触媒３４を通過して再循環し、排気系に流入する。このため、排気系へのＮＯｘ流入量が増加する場合がある。そこで、本実施形態では、ＥＧＲ触媒前尿素噴射装置３０から尿素が噴射された場合に、排気系のＮＯｘ増加分をＮＯｘ触媒２６で確実に浄化するため、このステップ１０６の処理を行うようにした。これにより、ＥＧＲ触媒前尿素噴射装置３０からの尿素噴射が行われた場合であっても、大気中へのＮＯｘの排出を確実に抑制することができる。 Subsequent to the process of step 104, a process of increasing the urea injection amount from the pre-NOx catalyst urea injection device 30 or a process of starting urea injection is executed (step 106). When the amount of NOx flowing into the EGR catalyst 34 is increased by urea injection from the pre-EGR catalyst urea injection device 30, a part of the NOx (NOx that has not reacted with PM) passes through the EGR catalyst 34 and is recirculated. And flows into the exhaust system. For this reason, the amount of NOx flowing into the exhaust system may increase. Therefore, in the present embodiment, when urea is injected from the pre-EGR catalyst urea injection device 30, the process of step 106 is performed in order to reliably purify the NOx increase in the exhaust system by the NOx catalyst 26. . Thereby, even if it is a case where urea injection from the urea injection device 30 before EGR catalyst is performed, discharge | release of NOx to air | atmosphere can be suppressed reliably.

なお、本実施形態では、ＥＧＲ触媒３４でのＰＭ燃焼効率を向上することを目的として尿素噴射（アンモニア供給）を行う装置を例に説明したが、本発明では、排気通路に設置された触媒コンバータ（スタートコンバータ、アンダーフロアコンバータ）でのＰＭ燃焼効率を向上することを目的として尿素噴射（アンモニア供給）を行う装置にも適用可能である。 In the present embodiment, the apparatus that performs urea injection (ammonia supply) for the purpose of improving the PM combustion efficiency in the EGR catalyst 34 has been described as an example. However, in the present invention, the catalytic converter installed in the exhaust passage is used. The present invention can also be applied to an apparatus that performs urea injection (ammonia supply) for the purpose of improving PM combustion efficiency in (start converter, underfloor converter).

また、本実施形態では、ＮＯｘ触媒２６として選択還元型ＮＯｘ触媒を用いた構成を例に説明したが、本発明では、ＮＯｘ触媒２６として吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を用いてもよい。 In the present embodiment, the configuration using a selective reduction type NOx catalyst as the NOx catalyst 26 has been described as an example. However, in the present invention, an NOx storage reduction catalyst may be used as the NOx catalyst 26.

また、本実施形態におけるＥＧＲ触媒３４は、ＰＭを溜めずに連続的に燃焼させるように構成されているものであるが、本発明における触媒コンバータは、ＰＭを溜めるフィルターとしての機能を兼ね備えたものであってもよい。 Further, the EGR catalyst 34 in the present embodiment is configured to continuously burn without accumulating PM, but the catalytic converter in the present invention also has a function as a filter for accumulating PM. It may be.

上述した実施の形態１においては、ＥＧＲ触媒３４が前記第１および第３の発明における「触媒コンバータ」に、ＥＧＲ触媒前尿素噴射装置３０が前記第２の発明における「尿素噴射装置」に、ＮＯｘ触媒前尿素噴射装置が前記第５の発明における「第２の尿素噴射装置」に、それぞれ相当している。また、ＥＣＵ５０が、上記ステップ１０２の処理を実行することにより前記第１の発明における「判定手段」が、上記ステップ１０４の処理を実行することにより前記第１の発明における「アンモニア供給手段」が、内燃機関１０をリーンバーン運転させることにより前記第１の発明における「酸素供給手段」が、上記ステップ１０６の処理を実行することにより前記第５の発明における「尿素噴射制御手段」が、それぞれ実現されている。 In the first embodiment described above, the EGR catalyst 34 is the “catalytic converter” in the first and third inventions, and the pre-EGR catalyst urea injection device 30 is the “urea injection device” in the second invention. The pre-catalyst urea injection device corresponds to the “second urea injection device” in the fifth aspect of the invention. Further, when the ECU 50 executes the process of step 102, the “determination means” in the first invention performs the process of step 104, so that the “ammonia supply means” in the first invention results in By performing the lean burn operation of the internal combustion engine 10, the “oxygen supply means” in the first invention is realized, and the “urea injection control means” in the fifth invention is realized by executing the processing of step 106. ing.

実施の形態２．
次に、図５および図６を参照して、本発明の実施の形態２について説明するが、上述した実施の形態１との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を簡略化または省略する。 Embodiment 2. FIG.
Next, the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 5 and FIG. 6. The description will focus on the differences from the first embodiment described above, and the same matters will be described. Simplify or omit.

図５は、本発明の実施の形態１における内燃機関を示す図である。図５において、図１に示す構成要素と同様の構成要素には、同一の符号を付してその説明を省略または簡略化する。図５に示す本実施形態の内燃機関１０は、直列４気筒であり、１番（＃１）〜４番（＃４）の４個の気筒を有している。１番気筒および４番気筒から排出される排気ガスは、排気マニホールド６２によって集合されて、スタートコンバータ６６に流入する。また、２番気筒および３番気筒から排出される排気ガスは、排気マニホールド６４によって集合されて、スタートコンバータ６６に流入する。スタートコンバータ６６の下流側の排気通路には、吸蔵還元型のＮＯｘ触媒２６が設置されている。なお、本発明では、排気マニホールドは上述したような分割型でなくてもよい。 FIG. 5 is a diagram showing the internal combustion engine in the first embodiment of the present invention. In FIG. 5, the same components as those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted or simplified. The internal combustion engine 10 of the present embodiment shown in FIG. 5 is an in-line four cylinder, and has four cylinders of No. 1 (# 1) to No. 4 (# 4). The exhaust gas discharged from the first cylinder and the fourth cylinder is collected by the exhaust manifold 62 and flows into the start converter 66. Further, the exhaust gas discharged from the second cylinder and the third cylinder is collected by the exhaust manifold 64 and flows into the start converter 66. An NOx storage reduction catalyst 26 is installed in the exhaust passage downstream of the start converter 66. In the present invention, the exhaust manifold may not be a split type as described above.

ＥＧＲ通路２８は、スタートコンバータ６６とＮＯｘ触媒２６との間の排気通路から分岐している。ＥＧＲ触媒３４およびトラップ材３２の上流側のＥＧＲ通路２８には、２次空気を供給する２次空気供給装置６８が接続されている。２次空気供給装置６８は、エアポンプ７０と、エアポンプ７０とＥＧＲ通路２８とを接続する送気通路の途中に設置された制御弁７２とを有している。 The EGR passage 28 branches from the exhaust passage between the start converter 66 and the NOx catalyst 26. A secondary air supply device 68 for supplying secondary air is connected to the EGR passage 28 on the upstream side of the EGR catalyst 34 and the trap material 32. The secondary air supply device 68 has an air pump 70 and a control valve 72 installed in the middle of the air supply passage connecting the air pump 70 and the EGR passage 28.

本実施形態における内燃機関１０を制御する装置のブロック図は、実施の形態１のブロック図（図２）と比べ、ＥＧＲ触媒前尿素噴射装置３０およびＮＯｘ触媒前尿素噴射装置４２に代えて、２次空気供給装置６８がＥＣＵ５０に電気的に接続されていること以外は同じである。このため、本実施形態のブロック図は省略する。 Compared to the block diagram of the first embodiment (FIG. 2), the block diagram of the apparatus for controlling the internal combustion engine 10 in the present embodiment is replaced by 2 instead of the EGR pre-catalyst urea injection device 30 and the NOx pre-catalyst urea injection device 42. This is the same except that the secondary air supply device 68 is electrically connected to the ECU 50. For this reason, the block diagram of this embodiment is omitted.

内燃機関１０の空燃比が理論空燃比よりリッチな空燃比に制御され（以下、「リッチ制御」と称する）、リッチ空燃比の排気ガスがスタートコンバータ６６に流入すると、スタートコンバータ６６でアンモニアが発生する。前述した実施の形態１では、ＥＧＲ触媒３４でのＰＭ燃焼を補助するためのアンモニアを、尿素噴射によって供給することとしている。これに対し、本実施形態では、スタートコンバータ６６で発生するアンモニアを、ＥＧＲ触媒３４でのＰＭ燃焼に利用することとした。 When the air-fuel ratio of the internal combustion engine 10 is controlled to be richer than the stoichiometric air-fuel ratio (hereinafter referred to as “rich control”), and exhaust gas having a rich air-fuel ratio flows into the start converter 66, ammonia is generated in the start converter 66. To do. In the first embodiment described above, ammonia for assisting PM combustion in the EGR catalyst 34 is supplied by urea injection. On the other hand, in this embodiment, ammonia generated in the start converter 66 is used for PM combustion in the EGR catalyst 34.

すなわち、内燃機関１０をリッチ制御すると、スタートコンバータ６６で発生したアンモニアがＥＧＲ通路２８に流入し、トラップ材３２によってトラップされる。その後、２次空気供給装置６８によって２次空気をＥＧＲ通路２８に供給することにより、トラップ材３２によってトラップされたアンモニアをＮＯｘに転化させ、ＥＧＲ触媒３４に流入させることができる。ＥＧＲ触媒３４におけるＰＭとＮＯｘとの反応は、実施の形態１と同様である。 That is, when the internal combustion engine 10 is richly controlled, ammonia generated by the start converter 66 flows into the EGR passage 28 and is trapped by the trap material 32. Thereafter, the secondary air is supplied to the EGR passage 28 by the secondary air supply device 68, whereby the ammonia trapped by the trap material 32 can be converted into NOx and can flow into the EGR catalyst 34. The reaction between PM and NOx in the EGR catalyst 34 is the same as in the first embodiment.

本実施形態のスタートコンバータ６６は、Ｐｄ（パラジウム）を触媒成分として含むものであることが好ましい。Ｐｄを含有させることにより、アンモニアをより効率良く生成させることができる。 The start converter 66 of the present embodiment preferably includes Pd (palladium) as a catalyst component. By containing Pd, ammonia can be generated more efficiently.

［実施の形態２における具体的処理］
図６は、上記の機能を実現するために本実施形態においてＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。以下、図６において、図４に示すステップと同様のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略化する。 [Specific Processing in Second Embodiment]
FIG. 6 is a flowchart of a routine executed by the ECU 50 in the present embodiment in order to realize the above function. Hereinafter, in FIG. 6, the same steps as those shown in FIG.

図６に示すルーチンによれば、まず、実施の形態１と同様にして、ＥＧＲ触媒３４でＰＭを燃焼させることが要求されているか否かの判定（ステップ１００）と、ＥＧＲ触媒３４が活性化しているか否かの判定（ステップ１０２）とが実行される。 According to the routine shown in FIG. 6, first, in the same manner as in the first embodiment, it is determined whether or not the EGR catalyst 34 is required to burn PM (step 100), and the EGR catalyst 34 is activated. Whether or not (step 102) is executed.

ステップ１０２で、ＥＧＲ触媒３４が活性化していないと判定された場合には、内燃機関１０のリッチ制御が実行される（ステップ１０８）。これにより、スタートコンバータ６６でアンモニアが発生し、そのアンモニアがＥＧＲ通路２８に流入して、トラップ材３２にトラップされる。なお、上記リッチ制御は、ＮＯｘ触媒２６に吸蔵されたＮＯｘを還元浄化するためのリッチ制御（リッチスパイク）と兼用であってもよい。 When it is determined in step 102 that the EGR catalyst 34 is not activated, rich control of the internal combustion engine 10 is executed (step 108). As a result, ammonia is generated in the start converter 66, and the ammonia flows into the EGR passage 28 and is trapped in the trap material 32. The rich control may be combined with rich control (rich spike) for reducing and purifying NOx stored in the NOx catalyst 26.

上記ステップ１０８の処理に続いて、２次空気供給装置６８により、ＥＧＲ通路２８に空気が供給される。この供給された２次空気中の酸素が、トラップ材３２によってトラップされたアンモニアと反応することにより、アンモニアがＮＯｘに転化し、ＥＧＲ触媒３４に流入する。このＮＯｘがＰＭと反応することにより、ＮＯｘを低温でも効率良く燃焼させることができる。よって、吸気弁や吸気ポートにデポジットが堆積することを確実に抑制することができる。 Following the processing of step 108, air is supplied to the EGR passage 28 by the secondary air supply device 68. Oxygen in the supplied secondary air reacts with ammonia trapped by the trap material 32, whereby ammonia is converted into NOx and flows into the EGR catalyst 34. By reacting this NOx with PM, it is possible to efficiently burn NOx even at a low temperature. Therefore, it is possible to reliably suppress deposits from being deposited on the intake valve and the intake port.

なお、本実施形態では、リッチ制御によって供給されたアンモニアを酸化するための酸素を、２次空気によって供給することとしているが、２次空気の供給に代えて、内燃機関１０をリーンバーン運転することによって酸素を供給するようにしてもよい。 In this embodiment, oxygen for oxidizing ammonia supplied by rich control is supplied by secondary air. However, instead of supplying secondary air, the internal combustion engine 10 is subjected to lean burn operation. By doing so, oxygen may be supplied.

上述した実施の形態２においては、スタートコンバータ６６が前記第４の発明における「第２の触媒コンバータ」に相当している。また、ＥＣＵ５０が、上記ステップ１０８の処理を実行することにより前記第１の発明における「アンモニア供給手段」が、上記ステップ１１０の処理を実行することにより前記第１の発明における「酸素供給手段」が、それぞれ実現されている。 In the second embodiment described above, the start converter 66 corresponds to the “second catalytic converter” in the fourth aspect of the invention. Further, when the ECU 50 executes the process of step 108, the “ammonia supply means” in the first invention performs the process of step 110, and the “oxygen supply means” in the first invention allows the ECU 50 to execute the process of step 108. , Each has been realized.

実施の形態３．
次に、図７および図８を参照して、本発明の実施の形態３について説明するが、上述した各実施の形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を簡略化または省略する。 Embodiment 3 FIG.
Next, the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 7 and FIG. 8. The description will focus on the differences from the above-described embodiments, and the same matters will be described. Simplify or omit.

図７は、本発明の実施の形態１における内燃機関を示す図である。図７において、図５に示す構成要素と同様の構成要素には、同一の符号を付してその説明を省略または簡略化する。図７に示す本実施形態の内燃機関１０におけるＥＧＲ通路２８は、スタートコンバータ６６より上流側の排気通路から分岐している。ＥＧＲ触媒３４およびトラップ材３２の上流側のＥＧＲ通路２８には、Ｐｄ（パラジウム）を触媒成分として含むＰｄ触媒７４が設置されている。 FIG. 7 is a diagram showing the internal combustion engine in the first embodiment of the present invention. In FIG. 7, the same components as those shown in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted or simplified. The EGR passage 28 in the internal combustion engine 10 of the present embodiment shown in FIG. 7 branches off from the exhaust passage upstream of the start converter 66. A Pd catalyst 74 containing Pd (palladium) as a catalyst component is installed in the EGR passage 28 upstream of the EGR catalyst 34 and the trap material 32.

本実施形態では、内燃機関１０のリッチ制御が行われ、リッチ空燃比の排気ガスがＥＧＲ通路２８に流入すると、Ｐｄ触媒７４でアンモニアが発生する。本実施形態では、Ｐｄ触媒７４で発生するアンモニアを、ＥＧＲ触媒３４でのＰＭ燃焼に利用することとした。 In the present embodiment, when rich control of the internal combustion engine 10 is performed and exhaust gas having a rich air-fuel ratio flows into the EGR passage 28, ammonia is generated in the Pd catalyst 74. In the present embodiment, ammonia generated in the Pd catalyst 74 is used for PM combustion in the EGR catalyst 34.

［実施の形態３における具体的処理］
図８は、上記の機能を実現するために本実施形態においてＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。以下、図８において、図６に示すステップと同様のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略化する。 [Specific Processing in Embodiment 3]
FIG. 8 is a flowchart of a routine executed by the ECU 50 in the present embodiment in order to realize the above function. Hereinafter, in FIG. 8, the same steps as those shown in FIG. 6 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted or simplified.

図８に示すルーチンによれば、まず、実施の形態１と同様にして、ＥＧＲ触媒３４でＰＭを燃焼させることが要求されているか否かの判定（ステップ１００）と、ＥＧＲ触媒３４が活性化しているか否かの判定（ステップ１０２）とが実行される。 According to the routine shown in FIG. 8, first, in the same manner as in the first embodiment, it is determined whether or not PM is required to be burned by the EGR catalyst 34 (step 100), and the EGR catalyst 34 is activated. Whether or not (step 102) is executed.

ステップ１０２で、ＥＧＲ触媒３４が活性化していないと判定された場合には、内燃機関１０のリッチ制御が実行される（ステップ１０８）。これにより、リッチ空燃比の排気ガスがＥＧＲ通路２８に流入し、Ｐｄ触媒７４でアンモニアが発生する。そのアンモニアは、トラップ材３２にトラップされる。 When it is determined in step 102 that the EGR catalyst 34 is not activated, rich control of the internal combustion engine 10 is executed (step 108). As a result, exhaust gas having a rich air-fuel ratio flows into the EGR passage 28 and ammonia is generated in the Pd catalyst 74. The ammonia is trapped in the trap material 32.

上記ステップ１０８の処理に続いて、上記リッチ制御を終了し、内燃機関１０のリーンバーン運転が実行される（ステップ１１２）。これにより、酸素を含んだリーンな排気ガスがＥＧＲ通路２８に流入する。空気が供給される。この排気ガス中の酸素が、トラップ材３２によってトラップされたアンモニアと反応することにより、アンモニアがＮＯｘに転化し、ＥＧＲ触媒３４に流入する。このＮＯｘがＰＭと反応することにより、ＮＯｘを低温でも効率良く燃焼させることができる。よって、吸気弁や吸気ポートにデポジットが堆積することを確実に抑制することができる。 Following the processing of step 108, the rich control is terminated, and the lean burn operation of the internal combustion engine 10 is executed (step 112). As a result, lean exhaust gas containing oxygen flows into the EGR passage 28. Air is supplied. Oxygen in the exhaust gas reacts with ammonia trapped by the trap material 32, whereby ammonia is converted into NOx and flows into the EGR catalyst 34. By reacting this NOx with PM, it is possible to efficiently burn NOx even at a low temperature. Therefore, it is possible to reliably suppress deposits from being deposited on the intake valve and the intake port.

上述した実施の形態３においては、Ｐｄ触媒７４が前記第４の発明における「第２の触媒コンバータ」に相当している。また、ＥＣＵ５０が、上記ステップ１０８の処理を実行することにより前記第１の発明における「アンモニア供給手段」が、上記ステップ１１２の処理を実行することにより前記第１の発明における「酸素供給手段」が、それぞれ実現されている。 In the above-described third embodiment, the Pd catalyst 74 corresponds to the “second catalytic converter” in the fourth aspect of the invention. Further, when the ECU 50 executes the process of step 108, the “ammonia supply means” in the first invention performs the process of step 112, and the “oxygen supply means” in the first invention allows the ECU 50 to execute the process of step 108. , Each has been realized.

上述した実施の形態３では、Ｐｄ触媒７４をＥＧＲ触媒３４の前段に別個に配置しているが、ＥＧＲ触媒３４の触媒成分としてＰｄを含有させるようにしてもよい。その場合であっても、上記と同様の効果が得られる。 In Embodiment 3 described above, the Pd catalyst 74 is disposed separately in the preceding stage of the EGR catalyst 34, but Pd may be included as a catalyst component of the EGR catalyst 34. Even in that case, the same effect as described above can be obtained.

１０内燃機関
１２，１８排気マニホールド
１６，２２スタートコンバータ
２６ＮＯｘ触媒
２８ＥＧＲ通路
３０ＥＧＲ触媒前尿素噴射装置
３２トラップ材
３４ＥＧＲ触媒
３６ＥＧＲ弁
３８尿素水タンク
４２ＮＯｘ触媒前尿素噴射装置
５０ＥＣＵ
６６スタートコンバータ
６８２次空気供給装置
７０エアポンプ
７２制御弁
７４Ｐｄ触媒 10 Internal combustion engine 12, 18 Exhaust manifold 16, 22 Start converter 26 NOx catalyst 28 EGR passage 30 EGR catalyst pre-urea injector 32 Trap material 34 EGR catalyst 36 EGR valve 38 Urea water tank 42 NOx pre-catalyst urea injector 50 ECU
66 Start converter 68 Secondary air supply device 70 Air pump 72 Control valve 74 Pd catalyst

Claims

A catalytic converter for burning particulate matter contained in exhaust gas of an internal combustion engine;
Determination means for determining whether or not the catalytic converter is activated;
An ammonia supply means for supplying ammonia to the upstream side of the catalytic converter when it is determined that the catalytic converter is not activated;
Oxygen supply means for supplying oxygen upstream of the catalytic converter so that the ammonia reacts with oxygen to produce nitrogen oxides;
With
An exhaust emission control device for an internal combustion engine, wherein the particulate matter is burned by reacting the nitrogen oxide generated from the ammonia and the particulate matter in the catalytic converter.

2. The internal combustion engine according to claim 1, wherein the ammonia supply means includes a urea injection device that injects a urea aqueous solution upstream of the catalytic converter, and generates ammonia from the urea supplied by the urea injection device. Exhaust purification equipment.

An EGR passage for recirculating a part of the exhaust gas of the internal combustion engine to the intake passage;
3. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the catalytic converter is disposed in the middle of the EGR passage.

A second catalytic converter for generating ammonia when an air-fuel ratio richer than the stoichiometric air-fuel ratio flows in;
The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3, wherein the ammonia supply means supplies ammonia generated in the second catalytic converter to an upstream side of the catalytic converter.

A NOx catalyst for purifying nitrogen oxides in the exhaust gas of the internal combustion engine;
A second urea injection device for injecting a urea aqueous solution upstream of the NOx catalyst;
Urea injection control means for starting or increasing the injection of the urea aqueous solution from the second urea injection device when injecting the urea aqueous solution from the urea injection device;
The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 4, further comprising:

6. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, further comprising a trap material that is disposed upstream of the catalytic converter and temporarily traps the ammonia.

In the catalytic converter, carbon in the particulate matter reacts with nitrogen oxides generated from the ammonia to generate oligomers represented by [CNO] _n and is then converted to CO ₂ . The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 6.

The catalytic converter has, as a catalyst component, at least one of a Pr material mainly composed of Pr (praseodymium) and ceria, and an Nd material mainly composed of Nd (neodymium). The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 7.