JP3342200B2 - Exhaust gas purification device for internal combustion engine - Google Patents

Exhaust gas purification device for internal combustion engine

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JP3342200B2
JP3342200B2 JP27252494A JP27252494A JP3342200B2 JP 3342200 B2 JP3342200 B2 JP 3342200B2 JP 27252494 A JP27252494 A JP 27252494A JP 27252494 A JP27252494 A JP 27252494A JP 3342200 B2 JP3342200 B2 JP 3342200B2
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trapping
combustion chamber
exhaust
gas
combustion engine
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弘道 柳原
信也 広田
孝太郎 林
康 荒木
喜代志 小端
友乙 石黒
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Toyota Motor Corp
Toyota Central R&D Labs Inc
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Toyota Motor Corp
Toyota Central R&D Labs Inc
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    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

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  • Processes For Solid Components From Exhaust (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は内燃機関の排気浄化装置
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine.

【0002】[0002]

【従来の技術】流入する排気ガスの空燃比がリーンであ
るときにNOx を吸収し、流入する排気ガス中に還元剤
を供給すると吸収したNOx を放出する触媒を機関排気
通路内に配置し、触媒上流の機関排気通路内に排気制御
弁を配置すると共に排気制御弁の後流において触媒に還
元剤を供給するための還元剤供給装置を具備し、通常は
排気制御弁を開弁にしておいて排気ガス中に含まれるN
x を触媒に吸収し、触媒からNOx を放出すべきとき
には排気制御弁を閉弁すると共に還元剤を触媒に供給し
て触媒からNOx を放出させると共に放出したNOx
還元するようにしたディーゼル機関が公知である(特開
昭62−106826号公報参照)。
Absorbs NO x when the air-fuel ratio is lean of the Related Art inflowing exhaust gas, arranged catalyst discharged into the engine exhaust passage an NO x absorbed and supplying a reducing agent into the exhaust gas flowing An exhaust control valve is disposed in the engine exhaust passage upstream of the catalyst, and a reducing agent supply device for supplying a reducing agent to the catalyst downstream of the exhaust control valve is provided. Usually, the exhaust control valve is opened. N contained in the exhaust gas
The O x absorbed in the catalyst, as in when releasing the NO x from the catalyst to reduce NO x to the reducing agent was released with the release of NO x from the catalyst is supplied to the catalyst along with closing the exhaust control valve A known diesel engine is known (see JP-A-62-106826).

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながらこのディ
ーゼル機関では触媒に吸収されたNOx を大気中に放出
することを前提としており、従って触媒からNOx を放
出させることに加えて大気中にNOx がそのまま放出さ
れないように還元剤を供給することが必須の要件となっ
ている。
[SUMMARY OF THE INVENTION However NO x in the NO x absorbed in the catalyst is assumed to be released into the atmosphere, thus in addition to the release of NO x from the catalyst in the atmosphere in this diesel engine It is an essential requirement that a reducing agent be supplied so that it is not released as it is.

【0004】本発明はこのような従来の考え方を前提と
せず、排気ガス中に含まれるほぼ全NOx を燃焼室内に
再循環するという新規な考え方に基いて排気ガスを浄化
するようにした排気浄化装置を提供することにある。
[0004] The present invention is not premised on such conventional thinking was to almost all NO x contained in the exhaust gas based on the novel idea that recycled to the combustion chamber for purifying the exhaust gas exhaust It is to provide a purification device.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】即ち、1番目の発明によ
れば、少くとも一部の燃焼室領域内において過濃な混合
気が燃焼せしめられる内燃機関において、排気ガス中に
含まれるNOx を捕獲するNOx 捕獲手段と、NOx
獲手段により捕獲されたNOx を放出せしめるNOx
出手段と、NOx 捕獲手段から放出されたNOx を燃焼
室内に再循環せしめるNOx 再循環手段とを具備し、
x 再循環手段は過濃な混合気が形成される燃焼室内の
領域に向けてNO x を含んだ再循環ガスを噴出させるよ
うにしている。
SUMMARY OF THE INVENTION That is, according to a first aspect of the invention, in an internal combustion engine rich Do mixture is burned in at least some combustion chamber region, NO x contained in the exhaust gas and NO x trapping means for trapping, NO x and the NO x releasing means allowed to release the captured NO x by trapping means, NO x recirculating means allowed to recirculate NO x released from the NO x trapping means in the combustion chamber And N
The O x recirculation means is provided in the combustion chamber where an rich mixture is formed.
The recirculated gas containing NO x is blown out toward the area
It is sea urchin.

【0006】2番目の発明によれば、少くとも一部の燃
焼室領域内において過濃な混合気が燃焼せしめられる内
燃機関において、排気ガス中に含まれるNO x を捕獲す
るNO x 捕獲手段と、NO x 捕獲手段により捕獲された
NO x を放出せしめるNO x 放出手段と、NO x 捕獲手
段から放出されたNO x を燃焼室内に再循環せしめるN
x 再循環手段とを具備し、燃焼室内で発生する煤の量
が増大するほど燃焼室内に再循環せしめられるNO x
を増大させるようにしている。
According to the second invention, at least a part of the fuel
When the rich mixture is burned in the firing chamber
In combustion engine, to capture the NO x contained in the exhaust gas
And NO x trapping means that, captured by NO x trapping means
And NO x emission means allowed to release the NO x, NO x capture hand
N which allowed to recirculate NO x released from the stage into the combustion chamber
The amount of soot comprising the O x recirculating means, for generating in the combustion chamber
Amount of NO x is caused to recycle the combustion chamber as but increased
Is to be increased.

【0007】3番目の発明によれば、少くとも一部の燃
焼室領域内において過濃な混合気が燃焼せしめられる内
燃機関において、排気ガス中に含まれるNO x を捕獲す
るNO x 捕獲手段と、NO x 捕獲手段の温度を上昇させ
ることによってNO x 捕獲手段により捕獲されたNO x
を放出せしめるNO x 放出手段と、NO x 捕獲手段から
放出されたNO x を燃焼室内に再循環せしめるNO x
循環手段とを具備している。
According to the third invention, at least a part of the fuel
When the rich mixture is burned in the firing chamber
In combustion engine, to capture the NO x contained in the exhaust gas
And NO x trapping means that raises the temperature of the NO x trapping means
NO x trapped by the NO x trapping means by Rukoto
And the NO x releasing means allowed to emit, from the NO x trapping means
NO x again allowed to recirculate released NO x in the combustion chamber
Circulation means.

【0008】4番目の発明によれば、少くとも一部の燃
焼室領域内において過濃な混合気が燃焼せしめられる内
燃機関において、排気ガス中に含まれるNO x を捕獲す
るNO x 捕獲手段と、NO x 捕獲手段により捕獲された
NO x を放出せしめるNO x 放出手段と、NO x 捕獲手
段から放出されたNO x を燃焼室内に再循環せしめるN
x 再循環手段とを具備し、NO x 捕獲手段がNO x
収剤をコーティングしたパティキュレートフィルタから
なり、NO x 放出手段はパティキュレートフィルタに捕
獲されているパティキュレートを燃焼させることによっ
てNO x 吸収剤に吸収されているNO x を放出させるよ
うにしている。
According to the fourth invention, at least a part of the fuel
When the rich mixture is burned in the firing chamber
In combustion engine, to capture the NO x contained in the exhaust gas
And NO x trapping means that, captured by NO x trapping means
And NO x emission means allowed to release the NO x, NO x capture hand
N which allowed to recirculate NO x released from the stage into the combustion chamber
; And a O x recirculating means, NO x trapping means NO x absorption
From particulate filter coated with absorbent
Becomes, NO x releasing means capturing the particulate filter
By burning the captured particulates
To release the NO x absorbed in the NO x absorbent Te
I'm trying.

【0009】[0009]

【実施例】図1は本発明をディーゼル機関に適用した場
合を示している。図1を参照すると、1は機関本体、2
はピストン、3は主室、4は副室、5は副室4の噴口、
6は副室4内に向けて燃料を噴射するための燃料噴射
弁、7は排気弁、8は排気ポートを夫々示す。吸気ポー
ト(図示せず)は対応する枝管9およびサージタンク1
0を介してエアクリーナ11に連結される。一方、排気
ポート8は排気マニホルド12および排気管13を介し
て排気管14に連結され、この排気管14は分岐部15
において分岐された第1排気通路16aおよび第2排気
通路16bを具備する。分岐部15には機関から排出さ
れた排気ガスを第1排気通路16a又は第2排気通路1
6bのいずれか一方に主に流入せしめるための流路切換
弁17が配置される。この流路切換弁17はアクチュエ
ータ18によって制御される。
FIG. 1 shows a case where the present invention is applied to a diesel engine. Referring to FIG. 1, reference numeral 1 denotes an engine body, 2
Is a piston, 3 is a main chamber, 4 is a sub chamber, 5 is a nozzle of the sub chamber 4,
Reference numeral 6 denotes a fuel injection valve for injecting fuel into the sub-chamber 4, reference numeral 7 denotes an exhaust valve, and reference numeral 8 denotes an exhaust port. An intake port (not shown) is connected to the corresponding branch pipe 9 and surge tank 1.
0 is connected to the air cleaner 11. On the other hand, the exhaust port 8 is connected to an exhaust pipe 14 via an exhaust manifold 12 and an exhaust pipe 13.
And a first exhaust passage 16a and a second exhaust passage 16b branched at. An exhaust gas discharged from the engine is supplied to the first exhaust passage 16a or the second exhaust passage 1 in the branch portion 15.
6b is provided with a flow path switching valve 17 for mainly flowing into one of the flow paths 6b. The passage switching valve 17 is controlled by an actuator 18.

【0010】第1排気通路16a内には第1ケーシング
17aが配置され、この第1ケーシング17a内には上
流側に第1ヒータ18aが、下流側に第1パティキュレ
ートフィルタ19aが配置される。同様に第2排気通路
16b内には第2ケーシング17bが配置され、この第
2ケーシング17b内には上流側に第2ヒータ18b
が、下流側に第2パティキュレートフィルタ19bが配
置される。第1ヒータ18aおよび第2ヒータ18bは
夫々対応するリレー20aおよびリレー20bを介して
電源に接続される。第1排気通路16aおよび第2排気
通路16bはパティキュレートフィルタ19a,19b
の下流において互いに合流せしめられ、この合流部21
に第1排気通路16aの出口部又は第2排気通路16b
の出口部を選択的に鎖可能な流路切換弁22が配置さ
れる。この流路切換弁22はアクチュエータ23によっ
て制御される。
A first casing 17a is arranged in the first exhaust passage 16a, and a first heater 18a is arranged on the upstream side and a first particulate filter 19a is arranged on the downstream side in the first casing 17a. Similarly, a second casing 17b is disposed in the second exhaust passage 16b, and a second heater 18b is provided upstream in the second casing 17b.
However, a second particulate filter 19b is disposed downstream. The first heater 18a and the second heater 18b are connected to a power supply via the corresponding relays 20a and 20b, respectively. The first exhaust passage 16a and the second exhaust passage 16b are provided with particulate filters 19a, 19b.
Are joined to each other downstream of the
The outlet of the first exhaust passage 16a or the second exhaust passage 16b
Selectively closed chain possible flow path switching valve 22 to the outlet portion of the are arranged. The flow path switching valve 22 is controlled by an actuator 23.

【0011】第1ヒータ18a上流の第1排気通路16
a内には第1の2次空気供給ポート24aが配置され、
第2ヒータ18b上流の第2排気通路16b内には第2
の2次空気供給ポート24bが配置される。これら第1
の2次空気供給ポート24aおよび第2の2次空気供給
ポート24bは夫々第1空気弁25aおよび第2空気弁
25bを介してエアポンプ26に連結される。一方、第
1パティキュレートフィルタ19a下流の第1排気通路
16aは第1排気循環弁27aおよび排気再循環通路2
8を介してサージタンク10に連結され、第2パティキ
ュレートフィルタ19b下流の第2排気通路16bは第
2排気循環弁27bおよび排気再循環通路28を介して
サージタンク10に連結される。
The first exhaust passage 16 upstream of the first heater 18a
a is provided with a first secondary air supply port 24a,
In the second exhaust passage 16b upstream of the second heater 18b, the second
Of the secondary air supply port 24b is disposed. These first
The secondary air supply port 24a and the second secondary air supply port 24b are connected to an air pump 26 via a first air valve 25a and a second air valve 25b, respectively. On the other hand, the first exhaust passage 16a downstream of the first particulate filter 19a is connected to the first exhaust circulation valve 27a and the exhaust recirculation passage 2a.
The second exhaust passage 16b downstream of the second particulate filter 19b is connected to the surge tank 10 via a second exhaust circulation valve 27b and an exhaust recirculation passage 28.

【0012】電子制御ユニット30はディジタルコンピ
ュータからなり、双方向性バス31によって相互に接続
されたROM(リードオンリメモリ)32、RAM(ラ
ンダムアクセスメモリ)33、CPU(マイクロプロセ
ッサ)34、入力ポート35および出力ポート36を具
備する。図1に示されるようにアクセルペダル37の踏
込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ38が
設けられ、この負荷センサ38の出力電圧がAD変換器
39を介して入力ポート35に入力される。更に入力ポ
ート35には機関回転数を表わす出力パルスを発生する
回転数サンサ40が接続される。一方、出力ポート36
は夫々対応する駆動回路41を介してアクチュエータ1
8,23、リレー20a,20b、空気弁25a,25
b、排気循環弁27a,27bに接続される。
The electronic control unit 30 is composed of a digital computer, and a ROM (read only memory) 32, a RAM (random access memory) 33, a CPU (microprocessor) 34, and an input port 35 interconnected by a bidirectional bus 31. And an output port 36. As shown in FIG. 1, a load sensor 38 that generates an output voltage proportional to the amount of depression of an accelerator pedal 37 is provided, and the output voltage of the load sensor 38 is input to an input port 35 via an AD converter 39. . Further, the input port 35 is connected to a rotation speed sensor 40 for generating an output pulse representing the engine rotation speed. On the other hand, the output port 36
Are the actuators 1 via the corresponding drive circuits 41, respectively.
8, 23, relays 20a, 20b, air valves 25a, 25
b, connected to the exhaust circulation valves 27a, 27b.

【0013】各パティキュレートフィルタ19a,19
bは例えばハニカム構造のモノリス状コージライトから
なり、このパティキュレートフィルタ19a,19bは
排気ガス中に含まれるパティキュレート、即ち煤を捕獲
する作用をなす。更にこのパティキュレートフィルタ1
9a,19b上には排気ガスのNOx を吸収し放出しう
るNOx 吸収剤がコーティングされる。このNOx 吸収
剤は例えばアルミナを担体とし、この担体上に例えばカ
リウムK、ナトリウムNa、セシウムCsのようなアル
カリ金属、バリウムBa、カルシウムCaのようなアル
カリ土類、ランタンLa、イットリウムYのような希土
類から選ばれた少くとも一つと、白金Ptのような貴金
属とが担持されている。
Each of the particulate filters 19a, 19
b is made of, for example, a monolithic cordierite having a honeycomb structure, and the particulate filters 19a and 19b function to capture particulates contained in exhaust gas, that is, soot. Furthermore, this particulate filter 1
9a, is on 19b NO x absorbent capable of absorbing the NO x in the exhaust gas discharge is coated. This the NO x absorbent to, for example alumina as a carrier, an alkaline earth such as the carrier on, for example, potassium K, sodium Na, cesium Cs, barium Ba, calcium Ca, lanthanum La, as yttrium Y And at least one selected from rare earths and a noble metal such as platinum Pt.

【0014】このNOx 吸収剤はNOx 吸収剤の温度が
比較的低くかつ排気ガス中に過剰の酸素が存在するとき
には排気ガス中のNOx を吸収し、NOx 吸収剤の温度
が上昇すると吸収したNOx を放出するNOx の吸放出
作用をなす。このNOx 吸収剤の吸放出作用の詳細なメ
カニズムについては明らかでない部分もあるがこの吸放
出作用は図2に示すようなメカニズムで行われているも
のと考えられる。なお、以下にこのメカニズムについて
担体上に白金PtおよびバリウムBaを担持させた場合
を例にとって説明するが他の貴金属、アルカリ金属、ア
ルカリ土類、希土類を用いても同様なメカニズムとな
る。
[0014] The the NO x absorbent absorbs NO x in the exhaust gas when there is an excess of oxygen in the temperature is relatively low and the exhaust gas of the NO x absorbent, the temperature of the NO x absorbent is increased the absorbed NO x forms an absorbing and releasing action of the NO x to be emitted. Although the detailed mechanism of the absorption / release action of the NO x absorbent is not clear, it is considered that the absorption / release action is performed by the mechanism shown in FIG. In the following, this mechanism will be described by taking as an example a case where platinum Pt and barium Ba are supported on a carrier, but the same mechanism can be obtained by using other noble metals, alkali metals, alkaline earths, and rare earths.

【0015】即ち、NOx 吸収剤の温度が比較的低くか
つ排気ガス中に過剰の酸素が存在すると図2に示される
ようにこれら酸素O2 がO2 - 又はO2-の形で白金Pt
の表面に付着する。一方、排気ガス中のNOは白金Pt
の表面上でO2 - 又はO2-と反応し、NO2 となる(2
NO+O2 →2NO2 )。次いで生成されたNO2 の一
部は白金Pt上で酸化されつつ吸収剤内に吸収されて酸
化バリウムBaOと結合しながら図2に示されるように
硝酸イオンNO3 - の形で吸収剤内に拡散する。このよ
うにしてNOx がNOx 吸収剤内に吸収される。これに
対してNOx 吸収剤の温度が高くなるとNOx 吸収剤内
に拡散している硝酸イオンNO3 - が分解し、その結果
NOx 吸収剤内に吸収されているNOx がNOx 吸収剤
から放出される。
That is, when the temperature of the NO x absorbent is relatively low and excessive oxygen is present in the exhaust gas, as shown in FIG. 2, these oxygens O 2 are converted to platinum Pt in the form of O 2 or O 2−.
Adheres to the surface of On the other hand, NO in the exhaust gas is platinum Pt.
O 2 on the surface of the - or O 2- and reacts, becomes NO 2 (2
NO + O 2 → 2NO 2 ). Then part of the generated NO 2 is platinum Pt on nitrate ions NO as shown in FIG. 2 while being absorbed into the absorbent while being oxidized bonding with the barium oxide BaO by 3 - in the form of absorbent Spread. In this way, NO x is absorbed in the NO x absorbent. In contrast the NO x absorbent nitrate ions NO 3 are diffused into the temperature increases in the NO x absorbent of - decomposes, resulting NO x absorbed in the absorbent in which it is NO x is absorption of NO x Released from the drug.

【0016】ディーゼル機関では通常空気過剰のもとで
燃焼せしめられており、従ってこのとき排気ガス中には
過剰な酸素が存在する。従ってこのとき排気ガス中に含
まれるパティキュレートがパティキュレートフィルタ1
9a,19bにより捕獲され、同時に排気ガス中のNO
x がNOx 吸収剤に吸収されることになる。一方、パテ
ィキュレートフィルタ19a,19bに多量のパティキ
ュレートが捕獲されるとこのパティキュレートを除去し
なければならない。そのために本発明による実施例では
流路切換弁17によって排気ガスの流路が周期的に切換
えられる。
[0016] In diesel engines, combustion is usually carried out under excess air, so that excess oxygen is present in the exhaust gas at this time. Therefore, at this time, the particulates contained in the exhaust gas are converted into the particulate filter 1.
9a and 19b, and at the same time NO in the exhaust gas
x will be absorbed by the NO x absorbent. On the other hand, when a large amount of particulates is captured by the particulate filters 19a and 19b, the particulates must be removed. For this purpose, in the embodiment according to the present invention, the flow path of the exhaust gas is periodically switched by the flow path switching valve 17.

【0017】即ち、本発明による実施例では図3に示さ
れるような流路切換弁17によって第1排気通路16a
の入口部が閉鎖されかつ流路切換弁22によって第1排
気通路16aの出口部が閉鎖されて第1排気通路16a
が閉状態になったときには第2排気通路16bの入口部
および出口部が開放されて第2排気通路16bは排気ガ
スの流通しうる開状態となる。一方、流路切換弁17に
よって第2排気通路16bの入口部が閉鎖されかつ流路
切換弁22によって第2排気通路16bの出口部が閉鎖
されて第2排気通路16bが閉状態になったときには第
1排気通路16aの入口部および出口部が開放されて第
1排気通路16aは排気ガスの流通しうる開状態とな
る。
That is, in the embodiment according to the present invention, the first exhaust passage 16a is provided by the flow path switching valve 17 as shown in FIG.
Is closed, and the outlet of the first exhaust passage 16a is closed by the flow path switching valve 22, so that the first exhaust passage 16a is closed.
Is closed, the inlet and outlet of the second exhaust passage 16b are opened, and the second exhaust passage 16b is in an open state through which exhaust gas can flow. On the other hand, when the inlet of the second exhaust passage 16b is closed by the passage switching valve 17 and the outlet of the second exhaust passage 16b is closed by the passage switching valve 22, the second exhaust passage 16b is closed. The inlet and outlet of the first exhaust passage 16a are opened, and the first exhaust passage 16a is in an open state through which exhaust gas can flow.

【0018】図3からわかるように第2排気通路16b
が開状態になると第1排気通路16aが閉状態となる。
このとき排気ガスは第2ケーシング17b内に流入す
る。このとき第2ケーシング17b内に流入する排気ガ
ス中に含まれるパティキュレートは第2パティキュレー
トフィルタ19bにより捕獲され、この排気ガス中に含
まれるNOx は第2パティキュレートフィルタ19bに
コーティングされたNO x 吸収剤に吸収される。
As can be seen from FIG. 3, the second exhaust passage 16b
Is opened, the first exhaust passage 16a is closed.
At this time, the exhaust gas flows into the second casing 17b.
You. At this time, the exhaust gas flowing into the second casing 17b is
The particulates contained in the powder are the second particulate
Filter 19b and contained in this exhaust gas.
NOxIs applied to the second particulate filter 19b.
NO coated xAbsorbed by absorbent.

【0019】一方、第1排気通路16aが閉状態になる
と図3に示されるように第1ヒータ18aがオンとさ
れ、第1空気弁25aが開弁せしめられる。その結果、
第1ヒータ18aが発熱し、第1の2次空気供給ポート
24aから2次空気が供給される。第1ヒータ18aが
発熱し、2次空気の供給が開始されるとまず初めに第1
パティキュレートフィルタ19aの上流端に捕獲されて
いるパティキュレートが燃焼し、次いで順次下流側のパ
ティキュレートが燃焼せしめられる。パティキュレート
の燃焼が開始されると第1パティキュレートフィルタ1
9aの温度が上昇し、その結果NOx 吸収剤に吸収され
ていたNOx が放出される。従って第1パティキュレー
トフィルタ19aからはCO2 ,NOx および少量のH
C,N2 ,O2 等が排出される。一方、図3に示される
ように第1排気通路16aが閉状態とされている間は第
1排気循環弁27aが開弁せしめられており、従って第
1パティキュレートフィルタ19aから排出されたCO
2 ,NOx および少量のHC,N2 ,O2 等は排気再循
環通路28を介してサージタンク10内に供給され、次
いで主室3および副室4内に送り込まれる。
On the other hand, when the first exhaust passage 16a is closed, as shown in FIG. 3, the first heater 18a is turned on, and the first air valve 25a is opened. as a result,
The first heater 18a generates heat, and secondary air is supplied from the first secondary air supply port 24a. When the first heater 18a generates heat and the supply of the secondary air is started, first the first heater 18a generates the first air.
The particulates captured at the upstream end of the particulate filter 19a burn, and then the downstream particulates are sequentially burned. When the particulate combustion is started, the first particulate filter 1
9a temperature increases, the resulting NO x absorbed in the absorbent which do the NO x is released. Therefore, CO 2 , NO x and a small amount of H are output from the first particulate filter 19a.
C, N 2 , O 2 and the like are discharged. On the other hand, as shown in FIG. 3, while the first exhaust passage 16a is in the closed state, the first exhaust circulation valve 27a is opened, and therefore, the CO exhausted from the first particulate filter 19a.
2 , NO x and a small amount of HC, N 2 , O 2, etc. are supplied into the surge tank 10 through the exhaust gas recirculation passage 28 and then sent into the main chamber 3 and the sub chamber 4.

【0020】第1パティキュレートフィルタ19aによ
り捕獲されていた全パティキュレートが燃焼せしめら
れ、NOx 吸収剤に吸収されていた全NOx が放出され
た頃になると第1排気通路16aは開状態とされ、第2
排気通路16bが閉状態とされる。第1排気通路16a
が開状態にされると排気ガス中に含まれるパティキュレ
ートは第1パティキュレートフィルタ19aにより捕獲
され、排気ガス中に含まれるNOx は第1パティキュレ
ートフィルタ19aにコーティングされたNOx吸収剤
に吸収される。
The total particulate matter that has been captured by the first particulate filter 19a is burned, when the total NO x which had been absorbed in the NO x absorbent is time released the first exhaust passage 16a is an open state And the second
The exhaust passage 16b is closed. First exhaust passage 16a
There particulates contained as in the exhaust gas is in the open state is captured by the first particulate filter 19a, the the NO x absorbent NO x is coated to the first particulate filter 19a in the exhaust gas Absorbed.

【0021】一方、第2排気通路16bが閉状態になる
と図3に示されるように第2排気循環弁27bが開弁せ
しめられる。更に第2ヒータ18bがオンにされ、第2
空気弁25bが開弁せしめられて第2の2次空気供給ポ
ート24bから2次空気が供給される。斯くして第2パ
ティキュレートフィルタ19bにより捕獲されているパ
ティキュレートが燃焼せしめられ、第2パティキュレー
トフィルタ19b上にコーティングされているNOx
収剤からはNOx が放出され、第2パティキュレートフ
ィルタ19bから排出されたCO2 ,NOx および少量
のHC,N2 ,O2 等が排気再循環通路28を介してサ
ージタンク10に供給される。
On the other hand, when the second exhaust passage 16b is closed, the second exhaust circulation valve 27b is opened as shown in FIG. Further, the second heater 18b is turned on, and the second heater 18b is turned on.
The air valve 25b is opened and secondary air is supplied from the second secondary air supply port 24b. Thus to particulates are captured by the second particulate filter 19b is burned, from the NO x absorbent which is coated on the second particulate filter 19b NO x is released, the second particulate filter CO 2 , NO x and a small amount of HC, N 2 , O 2, etc. discharged from 19b are supplied to the surge tank 10 via the exhaust gas recirculation passage 28.

【0022】このように本発明による実施例では排気ガ
ス中のNOx はNOx 吸収剤に吸収され、即ちNOx
収剤により捕獲され、NOx 吸収剤から放出されたNO
x は再び主室3および副室4内に送り込まれるので大気
中に全くNOx が放出されないことになる。主室3およ
び副室4内に送り込まれたNOx の少くとも一部は燃焼
中に還元せしめられる。このNOx の還元作用を理解す
るには煤の生成メカニズムを理解する必要があり、従っ
てまず初めに図4を参照しつつ煤の生成メカニズムにつ
いて説明する。
[0022] NO x in the exhaust gas in this embodiment of the present invention as described above is absorbed in the NO x absorbent, i.e. NO x trapped by the absorbent, NO released from the NO x absorbent
Since x is sent into the main chamber 3 and the sub-chamber 4 again, NO x is not released into the atmosphere at all. At least a portion of the NO x sent into the main chamber 3 and the sub chamber 4 is reduced during combustion. It is necessary to understand the soot generation mechanism in order to understand the NO x reduction action. Therefore, first, the soot generation mechanism will be described with reference to FIG.

【0023】図4の(1)は軽油中に含まれる燃料分子
の状態を示している。このときの燃料分子の分子量はほ
ぼ200であり、このとき図4の(1)に示されるよう
に燃料分子は炭素原子が鎖状に連らなった形をなしてい
る。次いで燃焼が開始されると燃料分子は図4の(2)
に示されるようなC6 からC12の環状構造となり、次い
で図4の(3)に示されるようなC60或いはC72の球状
のクラスタAになる。このクラスタAは図4の(3)に
示されるように6個の炭素原子からなる環状構造と5個
の炭素原子からなる環状構造との組合せから形成されて
いる。
FIG. 4A shows the state of fuel molecules contained in light oil. At this time, the molecular weight of the fuel molecule is approximately 200. At this time, the fuel molecule has a shape in which carbon atoms are connected in a chain as shown in FIG. Next, when the combustion is started, the fuel molecules are changed to (2) in FIG.
It becomes an annular structure to C 12 C 6 as shown in, then become spherical cluster A of C 60 or C 72 as shown in (3) in FIG. This cluster A is formed of a combination of a cyclic structure composed of six carbon atoms and a cyclic structure composed of five carbon atoms, as shown in FIG.

【0024】次いで更に時間を経過すると図4の(4)
においてBで示されるように6個の炭素原子からなる環
状構造と5個の炭素原子からなる環状構造の組合せから
形成された部分球形状の構造体が生成され、これら部分
球形状の構造体BがクラスタAの周りに順次積み重な
る。このようにして生成された粒子は成長をし続け、こ
の粒子は最終的には粒径が3nm程度となる。
Next, when the time further elapses, (4) in FIG.
As shown by B, a partially spherical structure formed from a combination of a cyclic structure composed of 6 carbon atoms and a cyclic structure composed of 5 carbon atoms is generated. Are sequentially stacked around the cluster A. The particles thus generated continue to grow, and eventually have a particle size of about 3 nm.

【0025】次いでこれらの粒子が複数個集まって図4
の(5)に示すような粒子の集合体を形成する。この粒
子の集合体を内殻と称する。この内殻を構成している各
粒子は前述したように不安定な5個の炭素原子からなる
構造体Bにより包囲されているために活性が強く、従っ
て内殻は強い活性を有することになる。次いで更に時間
が経過すると安定なグラファイトが生成され、図4の
(6)に示されるようにこれらグラファイトCが内殻の
周りに順次積み重なる。このようにして内殻と、内殻を
包囲するグラファイトCからなる粒子は成長をし続け、
この粒子の粒径は最終的には30nm程度となる。このよ
うにこの段階では粒子は内殻と、内殻を包囲するグラフ
ァイトCの層からなり、このグラファイトCの層を外殻
と称する。グラファイトCは安定していて活性をほとん
ど有さず、従って外殻はほとんど活性を有しないことに
なる。
Next, a plurality of these particles are gathered together as shown in FIG.
An aggregate of particles as shown in (5) is formed. The aggregate of the particles is called an inner shell. As described above, each particle constituting the inner shell has a strong activity because it is surrounded by the unstable structure B consisting of five carbon atoms, and thus the inner shell has a strong activity. . Then, after a further elapse of time, stable graphite is generated, and these graphites C are sequentially stacked around the inner shell as shown in FIG. In this way, the inner shell and the particles of graphite C surrounding the inner shell continue to grow,
The particle size of these particles is finally about 30 nm. Thus, at this stage, the particles comprise an inner shell and a layer of graphite C surrounding the inner shell, and this layer of graphite C is referred to as the outer shell. Graphite C is stable and has little activity, so the outer shell will have little activity.

【0026】次いで図4の(6)に示されるように内殻
と、内殻を包囲する外殻からなる粒子が図4の(7)に
示すように鎖状に連らなる。このように鎖状に連らなっ
た粒子群が通常煤と称されるものである。このように燃
料を燃焼した際に煤が発生する場合にはその煤は必ず内
殻と外殻とにより形成される。即ち、煤の生成過程につ
いてみるとまず初めに強い活性を有する内殻が形成さ
れ、次いでこの内殻の周りに不活性な外殻が形成される
ことになる。この場合、強い活性を有する内殻が形成さ
れたときに内殻周りに十分な酸素が存在すると内殻は瞬
時に酸化される。これに対して内殻が形成されたときに
内殻周りに十分な酸素が存在せず、これに代えてNOx
のような酸化物が存在すると内殻はNOx から酸素を奪
って燃焼せしめられ、一方NOx は還元されてN2 に変
化する。
Next, as shown in FIG. 4 (6), particles composed of the inner shell and the outer shell surrounding the inner shell are connected in a chain as shown in FIG. 4 (7). Such a group of particles connected in a chain is generally called soot. When soot is generated when the fuel is burned, the soot is always formed by the inner shell and the outer shell. That is, regarding the soot generation process, an inner shell having strong activity is first formed, and then an inert outer shell is formed around the inner shell. In this case, when an inner shell having a strong activity is formed, if there is sufficient oxygen around the inner shell, the inner shell is instantaneously oxidized. On the other hand, when the inner shell is formed, there is not enough oxygen around the inner shell, and instead, NO x
In the presence of such an oxide, the inner shell deprives NO x of oxygen and burns it, while NO x is reduced to N 2 .

【0027】即ち、燃焼室内において局所的であっても
過濃な混合気が形成されると内殻が生成され、また過濃
な混合気中では酸素が不十分であるので過濃な混合気中
にNOx が存在するとこのNOx は内殻によって還元さ
れることになる。ところで図1に示すように副室4内に
燃料噴射をするようにした場合には副室4内には過濃な
混合気が形成されており、従ってNOx 吸収剤から放出
されたNOx を主室3および副室4内に再循環するとこ
のNOx は主に副室4内において還元されることにな
る。
That is, if a rich mixture is formed in the combustion chamber even if it is localized, an inner shell is formed. In the rich mixture, oxygen is insufficient, so the rich mixture is formed. If NO x is present, this NO x will be reduced by the inner shell. However when such a fuel injection to the auxiliary chamber 4 as shown in FIG. 1 in the sub-chamber 4 are rich Do mixture is formed, thus NO x released from the absorbent the NO x Is recirculated into the main chamber 3 and the sub-chamber 4, this NO x is mainly reduced in the sub-chamber 4.

【0028】機関から排出されるNOx 量が増大し、そ
れに伴って主室3および副室4内に再循環されるNOx
量が増大すると副室4内において還元されるNOx 量が
増大する。従ってNOx を再循環させてもNOx 濃度が
高くなることはなく、NOx濃度は一定の平衡値におい
て落ち付くことになる。なお、上述したように内殻の強
い活性を利用してNOx を還元するには燃焼室内に少く
とも局所的に濃い混合気領域を形成する必要がある。従
って燃焼室内に濃い混合気領域を形成できさえすれば内
燃機関は副室を有さない直噴式内燃機関であってもかま
わない。
The amount of NO x discharged from the engine increases, and accordingly, the NO x recirculated into the main chamber 3 and the sub-chamber 4
When the amount is increased amount of NO x is reduced in the auxiliary chamber 4 is increased. Therefore never concentration of NO x becomes higher by recycling the NO x, concentration of NO x will be attached fallen in certain equilibrium value. As described above, in order to reduce NO x using the strong activity of the inner shell, it is necessary to form at least a locally rich mixture region in the combustion chamber. Therefore, the internal combustion engine may be a direct injection type internal combustion engine having no sub-chamber as long as a rich mixture region can be formed in the combustion chamber.

【0029】図5および図6は排気浄化制御ルーチンを
示しており、このルーチンは一定時間毎の割込みによっ
て実行される。図5および図6を参照するとまず初めに
ステップ50においてカウント値Tが1だけインクリメ
ントされる。次いでステップ51では第1排気通路16
aを閉状態にすべきことを示すフラグFがセットされて
いるか否かが判別される。フラグFがセットされている
場合にはステップ52に進んで流路切換弁17により第
1排気通路16aの入口部が閉鎖されると共に流路切換
弁22により第1排気通路16aの出口部が閉鎖され、
第2排気通路16bの入口部および出口部が開放され
る。次いでステップ53では第1排気循環弁27aが開
弁せしめられ、第2排気循環弁27bが閉弁せしめられ
る。
FIGS. 5 and 6 show an exhaust gas purification control routine, which is executed by interruption every predetermined time. Referring to FIGS. 5 and 6, first, at step 50, the count value T is incremented by one. Next, at step 51, the first exhaust passage 16
It is determined whether or not a flag F indicating that a should be closed is set. If the flag F is set, the routine proceeds to step 52, where the inlet of the first exhaust passage 16a is closed by the passage switching valve 17 and the outlet of the first exhaust passage 16a is closed by the passage switching valve 22. And
The inlet and outlet of the second exhaust passage 16b are opened. Next, at step 53, the first exhaust circulation valve 27a is opened, and the second exhaust circulation valve 27b is closed.

【0030】次いでステップ54ではカウント値Tが設
定値T1 を越えたか否かが判別される。T≦T1 のとき
にはステップ55に進んでリレー20aをオンとするこ
とにより第1ヒータ18aがオンとされ、次いでステッ
プ56において第1空気弁25aが開弁せしめられる。
次いでステップ59に進む。一方、T>T1 になるとス
テップ57に進んで第1ヒータ18aがオフとされ、次
いでステップ58において第1空気弁25aが閉弁せし
められる。次いでステップ59に進む。ステップ59で
はカウント値Tが設定値T2 (>T1 )を越えたか否か
が判別される。T≧T2 になるとステップ60に進んで
フラグFがリセットされ、次いでステップ61において
カウント値Tが零とされる。
[0030] Then whether or not the count value T at step 54 exceeds the set value T 1 is is determined. When the T ≦ T 1 is the first heater 18a is turned on by turning on the relay 20a proceeds to step 55, then the first air valve 25a is made to open at step 56.
Next, the routine proceeds to step 59. On the other hand, the first heater 18a proceeds to step 57 becomes to T> T 1 is turned off, then the first air valve 25a is made to closed at step 58. Next, the routine proceeds to step 59. In step 59, it is determined whether or not the count value T has exceeded a set value T 2 (> T 1 ). When T ≧ T 2 , the routine proceeds to step 60, where the flag F is reset. Then, at step 61, the count value T is set to zero.

【0031】フラグFがリセットされると次の処理サイ
クルではステップ51からステップ62に進んで流路切
換弁17により第2排気通路16bの入口部が閉鎖され
ると共に流路切換弁22により第2排気通路16bの出
口部が閉鎖され、第1排気通路16aの入口部および出
口部が開放される。次いでステップ63では第1排気循
環弁27aが閉弁せしめられ、第2排気循環弁27bが
開弁せしめられる。
When the flag F is reset, in the next processing cycle, the process proceeds from step 51 to step 62 in which the inlet of the second exhaust passage 16b is closed by the passage switching valve 17 and the second passage is opened by the passage switching valve 22. The outlet of the exhaust passage 16b is closed, and the inlet and outlet of the first exhaust passage 16a are opened. Next, at step 63, the first exhaust circulation valve 27a is closed, and the second exhaust circulation valve 27b is opened.

【0032】次いでステップ64ではカウント値Tが設
定値T1 を越えたか否かが判別される。T≦T1 のとき
にはステップ65に進んでリレー20bをオンとするこ
とにより第2ヒータ18bがオンとされ、次いでステッ
プ66において第2空気弁25bが開弁せしめられる。
次いでステップ69に進む。一方、T>T1 になるとス
テップ67に進んで第2ヒータ18bがオフとされ、次
いでステップ68において第2空気弁25bが閉弁せし
められる。次いでステップ69に進む。ステップ69で
はカウント値Tが設定値T2 を越えたか否かが判別され
る。T≧T2 になるとステップ70に進んでフラグFが
セットされ、次いでステップ71においてカウント値T
が零とされる。
[0032] Then whether or not the count value T at step 64 exceeds the set value T 1 is is determined. When the T ≦ T 1 is the second heater 18b is turned on by turning on the relay 20b proceeds to step 65, then the second air valve 25b is made to open at step 66.
Next, the routine proceeds to step 69. On the other hand, the second heater 18b proceeds to step 67 becomes to T> T 1 is turned off, then the second air valve 25b is made to closed at step 68. Next, the routine proceeds to step 69. Whether step 69 the count value T has exceeded the set value T 2 is determined. When T ≧ T 2 , the routine proceeds to step 70, where the flag F is set.
Is set to zero.

【0033】図7に別の実施例を示す。なお、図7にお
いて図1と同様の構成要素は同一の符号で示す。図7を
参照すると、この実施例ではNOx を含んだ再循環ガス
を貯留するための再循環ガス貯留タンク80が設けら
れ、この再循環ガス貯留タンク80に排気再循環通路2
8が接続される。排気再循環通路28内には機関運転中
常時駆動される加圧ポンプ81が配置され、各パティキ
ュレートフィルタ19a,19bから交互に排出された
NOx を含んだ再循環ガスは加圧ポンプ81により加圧
されて再循環ガス貯留タンク80内に送り込まれる。従
って再循環ガス貯留タンク80内はNOx を含んだ高圧
の再循環ガスで満たされることになる。
FIG. 7 shows another embodiment. 7, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. Referring to FIG. 7, in this embodiment, a recirculation gas storage tank 80 for storing a recirculation gas containing NO x is provided, and the recirculation gas storage tank 80 is provided with an exhaust gas recirculation passage 2.
8 is connected. A pressurizing pump 81 that is constantly driven during operation of the engine is disposed in the exhaust gas recirculation passage 28, and the recirculating gas containing NO x discharged alternately from the particulate filters 19 a and 19 b is supplied by the pressurizing pump 81. Pressurized and sent into the recirculated gas storage tank 80. Thus the recycle gas storage tank 80 will be filled with high pressure recycle gas containing NO x.

【0034】一方、再循環ガス貯留タンク80は一方で
は再循環ガス供給通路82および再循環ガス供給装置8
3を介して副室4に連結され、他方では再循環ガス貯留
タンク80内の圧力が異常に高くなったときに開弁する
安全弁84を介してサージタンク10内に連結される。
再循環ガス供給装置83は対応する駆動回路41を介し
て出力ポート36に連結され、従って再循環ガス供給装
置83は電子制御ユニット30の出力信号により制御さ
れる。また、再循環ガス貯留タンク80には再循環ガス
貯留タンク80内の圧力に比例した出力電圧を発生する
圧力センサ85が取付けられ、この圧力センサ85の出
力電圧は対応するAD変換器39を介して入力ポート3
5に入力される。
On the other hand, the recirculated gas storage tank 80 is connected to the recirculated gas supply passage 82 and the recirculated gas supply device 8.
On the other hand, it is connected to the surge tank 10 via a safety valve 84 which opens when the pressure in the recirculating gas storage tank 80 becomes abnormally high.
The recirculation gas supply device 83 is connected to the output port 36 via the corresponding drive circuit 41, so that the recirculation gas supply device 83 is controlled by an output signal of the electronic control unit 30. Further, a pressure sensor 85 for generating an output voltage proportional to the pressure in the recirculation gas storage tank 80 is attached to the recirculation gas storage tank 80, and the output voltage of the pressure sensor 85 is transmitted via a corresponding AD converter 39. Input port 3
5 is input.

【0035】図8に機関本体1の拡大側面断面図を示
す。図8を参照すると、再循環ガス供給装置83は開閉
弁83aと、開閉弁83aを駆動するためのアクチュエ
ータ83bと、副室4内に開口する再循環ガス噴出口8
3cとを具備する。燃料噴射弁6からは燃料Fが副室4
の一側壁面に向けて噴射され、再循環ガス噴出口83c
はこの噴射燃料Fによる噴霧形成領域に指向される。従
ってアクチュエータ83bにより開閉弁83aが開弁せ
しめられると再循環ガス貯留タンク80内に貯留されて
いるNOx を含んだ再循環ガスが再循環ガス供給通路8
2および開閉弁83aを介して再循環ガス噴出口83c
から噴射燃料Fによる噴霧形成領域に向けて噴出せしめ
られる。
FIG. 8 is an enlarged side sectional view of the engine main body 1. Referring to FIG. 8, the recirculation gas supply device 83 includes an on-off valve 83 a, an actuator 83 b for driving the on-off valve 83 a, and a recirculation gas outlet 8 opening into the sub chamber 4.
3c. Fuel F is supplied from the fuel injection valve 6 to the sub-chamber 4.
Is injected toward one side wall surface of the recirculation gas outlet 83c.
Is directed to the spray formation region by the injected fuel F. Therefore, when the on-off valve 83a is opened by the actuator 83b, the recirculated gas containing NO x stored in the recirculated gas storage tank 80 is supplied to the recirculated gas supply passage 8.
2 and recirculation gas outlet 83c via on-off valve 83a
From the sprayed fuel F toward the spray forming region.

【0036】燃料噴射弁6から噴射された燃料噴霧はそ
の中心部に液滴の集合体である拡散燃焼部が形成され、
拡散燃焼部の周囲に空気と十分に混合した予混合燃焼部
が形成される。予混合燃焼部では燃料の周りに十分な酸
素が存在しており、従ってNOx は主にこの予混合燃焼
部において発生する。これに対して拡散燃焼部では燃料
液滴の周りに十分な空気が存在せず、従って拡散燃焼部
は液滴から蒸発した燃料により形成される過濃な混合気
領域となっている。このような過濃な混合気が形成され
ると前述したように強い活性を有する内殻が生成され
る。一方、このような過濃な混合気領域ではNOx はあ
まり発生せず、従って過濃な混合気領域内では内殻が成
長して煤が発生することになる。
The fuel spray injected from the fuel injection valve 6 has a diffusion combustion portion, which is an aggregate of droplets, formed at the center thereof.
A premixed combustion section which is sufficiently mixed with air is formed around the diffusion combustion section. In the premixed combustion section, there is sufficient oxygen around the fuel, so NO x is mainly generated in the premixed combustion section. On the other hand, in the diffusion combustion section, there is not enough air around the fuel droplets, and therefore, the diffusion combustion section is a rich mixture region formed by fuel evaporated from the droplets. When such a rich mixture is formed, an inner shell having strong activity is generated as described above. On the other hand, NO x is not generated so much in such a rich mixture region, and therefore, in the rich mixture region, the inner shell grows and soot is generated.

【0037】この場合、過濃な混合気領域内にNOx
集中的に供給するとNOx は強い活性を有する内殻によ
って還元せしめられ、同時に内殻は酸化されて煤まで成
長することなく消滅してしまう。斯くしてNOx および
煤の同時低減を図ることができることになる。そこで図
8に示される実施例では過濃な混合気が形成される領域
内に集中的にNOx を供給するためにNOx を含んだ再
循環ガスを再循環ガス噴出口83cから噴射燃料Fによ
る噴霧形成領域内に向けて噴出せしめるようにしてい
る。
[0037] In this case, NO x when intensively supply the NO x denser Do mixture region are being made to reducing the inner shell having a strong activity, at the same time inner shell is extinguished without growth is oxidized into soot Resulting in. Thus, simultaneous reduction of NO x and soot can be achieved. Accordingly injected fuel recirculation gas containing NO x to provide a concentrated manner NO x in a region rich Do mixture is formed in the embodiment of the recirculation gas port 83c shown in FIG. 8 F To be sprayed into the spray forming area.

【0038】ところでこの場合、燃料噴霧の拡散燃焼部
内に集中的にNOx を供給するには燃料噴射開始直前又
は直後に圧縮上死点付近において再循環ガスを副室4内
に噴出させることが好ましい。ただし、圧縮上死点付近
では副室4内の圧力がかなり高くなるので圧縮上死点付
近で再循環ガスを副室4内に噴出せしめるには再循環ガ
ス貯留タンク80内に貯留されている再循環ガスの圧力
をかなり高くしなければならないことになる。
By the way in this case, be in the supplies intensively NO x in the diffusion combustion portion of a fuel spray jetting recycle gas into the auxiliary chamber 4 near the compression top dead center immediately before or after the start of fuel injection preferable. However, since the pressure in the sub chamber 4 becomes considerably high near the compression top dead center, the recirculation gas is stored in the recirculation gas storage tank 80 in order to eject the recirculation gas into the sub chamber 4 near the compression top dead center. The pressure of the recirculated gas would have to be quite high.

【0039】一方、圧縮行程始めであれば副室4内の圧
力は低いので圧縮行程始めに再循環ガスを副室4内に供
給するようにした場合には再循環ガス貯留タンク80内
に貯留されている再循環ガスの圧力をそれほど高くする
必要はない。なお、圧縮行程が開始されて主室3内の空
気が噴口5から副室4内に流入すると副室4内には矢印
Sで示すようなスワールが発生し、従って圧縮始めに再
循環ガスを副室4内に噴出させた場合にはこの再循環ガ
スはスワールに乗って副室4内を旋回する。斯くしてこ
の場合には燃料が旋回する再循環ガス内に噴射されるこ
とになり、従ってこの場合にも燃料噴霧の過濃な混合気
領域内にNOx が供給された形となる。ただし、この場
合には再循環ガスを圧縮上死点付近で供給した場合に比
べて過濃な混合気領域内への再循環NOx の集中度は若
干低くなる。
On the other hand, if the pressure in the sub-chamber 4 is low at the beginning of the compression stroke, the recirculated gas is supplied into the sub-chamber 4 at the beginning of the compression stroke. It is not necessary to increase the pressure of the recirculated gas that is used. When the compression stroke is started and the air in the main chamber 3 flows into the sub-chamber 4 from the nozzle 5, a swirl is generated in the sub-chamber 4 as indicated by an arrow S. When the recirculated gas is jetted into the sub-chamber 4, the recirculated gas turns on the swirl in the sub-chamber 4. Thus, in this case, the fuel is injected into the swirling recirculated gas, so that also in this case, NO x is supplied into the rich mixture region of the fuel spray. However, the degree of concentration of the recirculated NO x to rich Do mixture region as compared with the case of supplying in the vicinity of the compression top dead center of the recirculation gas in this case is slightly lower.

【0040】また、図8に示す実施例では吸気行程時に
再循環ガスを副室4内に供給することもできる。ただし
この場合には過濃な混合気領域内への再循環NOx の集
中度は更に低くなる。このように図8に示す実施例では
吸気行程又は圧縮行程に再循環ガスを供給するようにし
ているがこの場合、上述したように再循環ガスの供給時
期を遅くすればするほど過濃な混合気領域内への再循環
NOx の集中度を高くすることができる。
In the embodiment shown in FIG. 8, the recirculated gas can be supplied into the sub chamber 4 during the intake stroke. However, in this case the concentration level of the recycle NO x to rich Do mixture region is further reduced. As described above, in the embodiment shown in FIG. 8, the recirculation gas is supplied to the intake stroke or the compression stroke. In this case, as described above, the more the recirculation gas supply timing is delayed, the more the rich mixing is performed. it is possible to increase the degree of concentration of recirculated NO x to the gas region.

【0041】なお、開閉弁83aを駆動するためのアク
チュエータ83bとしては電気的に制御しうる油圧式ア
クチュエータ、機械式アクチュエータ或いは電気式アク
チュエータを用いることができる。ところで過濃な混合
気中に発生する全内殻を煤まで成長させることなく消滅
させ、このとき内殻によってNOx を良好に還元せしめ
るためには内殻の発生量に比例してNOx を含んだ再循
環ガスを副室4内に供給する必要がある。この場合、過
濃な混合気中に発生する内殻の量はNOx を再循環させ
ない場合の煤の発生量から推定することができる。図9
はアクセルペダルの踏込み量Lおよび機関回転数Nに対
する煤の発生量K1 を示しており、内殻の発生量はこの
煤の発生量K 1 に比例することになる。従って開閉弁8
3aの開弁時間を図9に示すK1 に比例させれば内殻の
発生量に比例してNOx を含んだ再循環ガスを供給でき
ることになる。
An actuator for driving the on-off valve 83a is provided.
The hydraulic actuator that can be electrically controlled is used as the tutor 83b.
Actuator, mechanical actuator or electric actuator
A tutor can be used. By the way, rich mixing
All inner shells generated in the air disappear without growing to soot
At this time, NOxGood reduction
To produce NO in proportion to the amount of inner shell generatedxRecirculation including
It is necessary to supply the ring gas into the sub-chamber 4. In this case,
The amount of inner shell generated in a rich mixture is NOxRecirculate
It can be estimated from the amount of soot generated when there is no soot. FIG.
Represents the amount of depression L of the accelerator pedal and the engine speed N.
Amount of generated soot K1The amount of inner shell generated is
Soot generation K 1Will be proportional to Therefore, the on-off valve 8
The valve opening time of 3a is shown in FIG.1If you make it proportional to
NO in proportion to the amount generatedxCan supply recirculated gas containing
Will be.

【0042】また、NOx を含んだ再循環ガスの供給量
は再循環ガス貯留タンク80内の圧力が高くなるほど多
くなり、従って開閉弁83aの開弁時間は再循環ガス貯
留タンク80内の圧力も考慮にいれて定めなければなら
ないことになる。この実施例では開閉弁83aの開弁時
間に対する補正係数K2 を図10に示されるように再循
環ガス貯留タンク80内の圧力Pの関数の形で予め定め
ておき、図9に示されるK1 および図10に示されるK
2 を用いて開閉弁83aの開弁時間Tn をTn=K0
1 ・K2 なる式から求めるようにしている。なお、こ
こでK0 は定数である。
The supply amount of the recirculating gas containing NO x increases as the pressure in the recirculating gas storage tank 80 increases, and therefore the opening time of the on-off valve 83a depends on the pressure in the recirculating gas storage tank 80. Must be taken into account. In this embodiment keep predetermined in the form of a function of the pressure P of the recycle gas storage tank 80 as shown the correction coefficient K 2 for the valve opening time of the on-off valve 83a in FIG. 10, K shown in FIG. 9 1 and K shown in FIG.
The open time T n of the on-off valve 83a using 2 T n = K 0 ·
It is determined from the equation K 1 · K 2 . Here, K 0 is a constant.

【0043】即ち、図11に示されるようにまず初めに
ステップ100において図9に示す関係からK1 を求
め、次いでステップ101において図10に示す関係か
らK2を求め、次いでステップ102において開閉弁8
3aの開弁時間Tn =(K0 ・K1 ・K2 )を求め、次
いでステップ103において副室4内へのNOx の供給
処理を行うようにしている。
That is, as shown in FIG. 11, first, at step 100, K 1 is obtained from the relationship shown in FIG. 9, then at step 101, K 2 is obtained from the relationship shown in FIG. 8
3a obtains the valve opening time T n = (K 0 · K 1 · K 2) , followed so that to supply the processing of the NO x into auxiliary chamber 4 at step 103.

【0044】図12は本発明を燃焼室3a内に直接燃料
を噴射させるようにした内燃機関に適用した場合を示し
ている。なお、図12において図8と同様な構成要素は
同一の符号で示す。この実施例では燃料噴射弁6が燃焼
室3aの周縁部に配置され、再循環ガス供給装置83の
再循環ガス噴出口83cは燃焼室3aの中央部に指向さ
れる。燃料噴射弁6からは燃焼室3aの中央部に向けて
燃料が噴射され、このとき燃料噴霧はその中心部に液滴
の集合体である拡散燃焼部F1 が形成され、拡散燃焼部
1の周囲に空気と十分に混合した予混合燃焼部F2
形成される。この実施例でもNOx を含んだ再循環ガス
が再循環ガス噴出口83cから拡散燃焼部F1 の形成領
域に向けて噴出せしめられ、斯くして再循環NOx が拡
散燃焼部F1 に集中的に供給されることになる。その結
果、煤とNOx の良好な同時低減が可能となる。
FIG. 12 shows a case where the present invention is applied to an internal combustion engine in which fuel is directly injected into the combustion chamber 3a. In FIG. 12, the same components as those in FIG. 8 are indicated by the same reference numerals. In this embodiment, the fuel injection valve 6 is disposed at the periphery of the combustion chamber 3a, and the recirculation gas outlet 83c of the recirculation gas supply device 83 is directed to the center of the combustion chamber 3a. From the fuel injection valve 6 is fuel injected toward the central portion of the combustion chamber 3a, the fuel spray this time diffusion combustion portion F 1 is a collection of droplets is formed at the center thereof, the diffusion combustion portion F 1 premixed combustion section F 2 was mixed well with the air around the is formed. The recycle gas containing NO x in Example is made to ejected toward the forming area of the diffusion combustion portion F 1 from the recycle gas ejection ports 83c, thus to concentrate recirculation NO x is the diffusion combustion portion F 1 Will be supplied. As a result, good simultaneous reduction of soot and NO x can be achieved.

【0045】なお、これまで本発明をディーゼル機関に
適用した場合について説明してきたが本発明をガソリン
機関に適用しうることは云うまでもない。また、これま
で説明してきた実施例では燃焼室内に直接燃料を噴射す
るようにしているが吸気ポート内に燃料を噴射するよう
にした場合であっても燃焼室内に過濃な混合気領域を形
成しうる場合には本発明を適用することができる。この
場合には過濃な混合気が形成される燃焼室領域内に向け
てNOx を含んだ再循環ガスを噴出させることが好まし
い。
The case where the present invention is applied to a diesel engine has been described above, but it goes without saying that the present invention can be applied to a gasoline engine. Further, in the embodiments described so far, the fuel is directly injected into the combustion chamber. However, even when the fuel is injected into the intake port, a rich mixture region is formed in the combustion chamber. Where possible, the present invention can be applied. Thereby ejecting a recycle gas containing NO x towards the combustion chamber in a region rich Do mixture is formed it is preferred in this case.

【0046】[0046]

【発明の効果】NOx が大気中に放出されるのを完全に
阻止することができる。
According to the present invention, it is possible to completely prevent NO x from being released into the atmosphere.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】内燃機関の全体図である。FIG. 1 is an overall view of an internal combustion engine.

【図2】NOx の吸放出作用を説明するための図であ
る。
FIG. 2 is a diagram for explaining an absorption / release effect of NO x .

【図3】排気浄化制御のタイムチャートである。FIG. 3 is a time chart of exhaust gas purification control.

【図4】煤の生成過程を説明するための図である。FIG. 4 is a diagram for explaining a soot generation process.

【図5】排気浄化制御のフローチャートである。FIG. 5 is a flowchart of exhaust gas purification control.

【図6】排気浄化制御のフローチャートである。FIG. 6 is a flowchart of exhaust gas purification control.

【図7】内燃機関の別の実施例を示す全体図である。FIG. 7 is an overall view showing another embodiment of the internal combustion engine.

【図8】図7に示す機関本体の拡大側面断面図である。FIG. 8 is an enlarged side sectional view of the engine body shown in FIG. 7;

【図9】煤の発生量を示す線図である。FIG. 9 is a diagram showing the generation amount of soot.

【図10】補正係数K2 の変化を示す線図である。10 is a graph showing the change in the correction factor K 2.

【図11】NOx の供給を制御するためのフローチャー
トである。
FIG. 11 is a flowchart for controlling the supply of NO x .

【図12】内燃機関の別の実施例を示す側面断面図であ
る。
FIG. 12 is a side sectional view showing another embodiment of the internal combustion engine.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

16a,16b…排気通路 17,22…流路切換弁 18a,18b…ヒータ 19a,19b…パティキュレートフィルタ 24a,24b…2次空気供給ポート 28…排気再循環通路 80…再循環ガス貯留タンク 83…再循環ガス供給装置 16a, 16b: Exhaust passage 17, 22: Flow switching valve 18a, 18b: Heater 19a, 19b: Particulate filter 24a, 24b: Secondary air supply port 28: Exhaust recirculation passage 80: Recirculation gas storage tank 83 ... Recirculated gas supply device

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI F01N 3/08 ZAB F01N 3/08 ZABA F02M 25/07 550 F02M 25/07 550R 580 580D ZAB ZAB (72)発明者 林 孝太郎 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自 動車株式会社内 (72)発明者 荒木 康 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自 動車株式会社内 (72)発明者 小端 喜代志 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自 動車株式会社内 (72)発明者 石黒 友乙 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41 番地の1 株式会社豊田中央研究所内 (56)参考文献 特開 平6−317142(JP,A) 特開 昭62−159715(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F01N 3/08 - 3/36 F01N 3/02 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI F01N 3/08 ZAB F01N 3/08 ZABA F02M 25/07 550 F02M 25/07 550R 580 580D ZAB ZAB (72) Inventor Kotaro Hayashi 1 Toyota Town, Toyota City, Japan Toyota Motor Co., Ltd. (72) Inventor Yasushi Yasushi 1 Toyota Town, Toyota City, Aichi Prefecture Inside Toyota Motor Co., Ltd. (72) Inventor Kiyoshi Kobata 1 Toyota Town, Toyota City, Aichi Prefecture Inside Toyota Motor Co., Ltd. (72) Inventor Tomooto Ishiguro 41-1, Chukumi Yokomichi, Nagakute-cho, Aichi-gun, Aichi Prefecture Toyota Central Research Institute, Inc. (56) References JP-A-6-317142 (JP, A) JP-A-62-159715 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) F01N 3/08-3/36 F01N 3/02

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 少くとも一部の燃焼室領域内において過
濃な混合気が燃焼せしめられる内燃機関において、排気
ガス中に含まれるNOx を捕獲するNOx 捕獲手段と、
NOx 捕獲手段により捕獲されたNOx を放出せしめる
NOx 放出手段と、NOx 捕獲手段から放出されたNO
x を燃焼室内に再循環せしめるNOx再循環手段とを具
備し、該NO x 再循環手段は上記過濃な混合気が形成さ
れる燃焼室内の領域に向けてNO x を含んだ再循環ガス
を噴出させる内燃機関の排気浄化装置。
1. A least rich Do mixture is an internal combustion engine to be burned in the part of the combustion chamber region, and the NO x trapping means for trapping NO x contained in the exhaust gas,
NO x and the NO x releasing means allowed to release the captured NO x by trapping means was released from the NO x trapping means NO
comprising a NO x recirculation means allowed to recirculate x in the combustion chamber, is the NO x recirculating means the rich Do mixture is of form
Recycle gas containing NO x towards the combustion chamber of the area
Exhaust purification device for an internal combustion engine that emits water.
【請求項2】 少くとも一部の燃焼室領域内において過
濃な混合気が燃焼せしめられる内燃機関において、排気
ガス中に含まれるNO x を捕獲するNO x 捕獲手段と、
NO x 捕獲手段により捕獲されたNO x を放出せしめる
NO x 放出手段と、NO x 捕獲手段から放出されたNO
x を燃焼室内に再循環せしめるNO x 再循環手段とを具
備し、燃焼室内で発生する煤の量が増大するほど燃焼室
内に再循環せしめられるNO x 量を増大させる内燃機関
の排気浄化装置。
2. The overheating in at least a part of the combustion chamber region.
In an internal combustion engine where a rich air-fuel mixture is burned,
And NO x trapping means for trapping NO x contained in the gas,
Allowed to release the trapped NO x by NO x trapping means
The NO x releasing means and, NO released from the NO x trapping means
NO x recirculation means for recirculating x into the combustion chamber
The more the amount of soot generated in the combustion chamber increases, the more the combustion chamber
An exhaust purification system of an internal combustion engine to increase the amount of NO x is caused to recycle within.
【請求項3】 少くとも一部の燃焼室領域内において過
濃な混合気が燃焼せしめられる内燃機関において、排気
ガス中に含まれるNO x を捕獲するNO x 捕獲手段と、
該NO x 捕獲手段の温度を上昇させることによってNO
x 捕獲手段により捕獲されたNO x を放出せしめるNO
x 放出手段と、NO x 捕獲手段から放出されたNO x
燃焼室内に再循環せしめるNO x 再循環手段とを具備し
内燃機関の排気浄化装置。
3. The overheating in at least a part of the combustion chamber region.
In an internal combustion engine where a rich air-fuel mixture is burned,
And NO x trapping means for trapping NO x contained in the gas,
By increasing the temperature of the NO x trap, NO
NO that releases NO x captured by x capture means
and x releasing means, the NO x released from the NO x trapping means
Comprising a NO x recirculation means allowed to recycle to the combustion chamber
Exhaust emission control device of an internal combustion engine.
【請求項4】 少くとも一部の燃焼室領域内において過
濃な混合気が燃焼せしめられる内燃機関において、排気
ガス中に含まれるNO x を捕獲するNO x 捕獲手段と、
NO x 捕獲手段により捕獲されたNO x を放出せしめる
NO x 放出手段と、NO x 捕獲手段から放出されたNO
x を燃焼室内に再循環せしめるNO x 再循環手段とを具
備し、該NO x 捕獲手段がNO x 吸収剤をコーティング
したパティキュレートフィルタからなり、上記NO x
出手段はパティキュレートフィルタに捕獲されているパ
ティキュレートを燃焼させることによってNO x 吸収剤
に吸収されているNO x を放出させる内燃機関の排気浄
化装置。
4. An overheating in at least a part of the combustion chamber region.
In an internal combustion engine where a rich air-fuel mixture is burned,
And NO x trapping means for trapping NO x contained in the gas,
Allowed to release the trapped NO x by NO x trapping means
The NO x releasing means and, NO released from the NO x trapping means
NO x recirculation means for recirculating x into the combustion chamber
And Bei, coated the NO x trapping means the the NO x absorbent
Were made from the particulate filter, release the NO x
The output means is a filter captured by the particulate filter.
The NO x absorbent by burning Tikyureto
An exhaust purification system of an internal combustion engine to discharge the absorbed by and NO x to.
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