JP3508691B2 - Exhaust gas purification device for internal combustion engine - Google Patents

Exhaust gas purification device for internal combustion engine

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JP3508691B2
JP3508691B2 JP2000097635A JP2000097635A JP3508691B2 JP 3508691 B2 JP3508691 B2 JP 3508691B2 JP 2000097635 A JP2000097635 A JP 2000097635A JP 2000097635 A JP2000097635 A JP 2000097635A JP 3508691 B2 JP3508691 B2 JP 3508691B2
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、希薄燃焼可能な内
燃機関から排出される排気ガス中の有害成分を浄化する
排気浄化装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an exhaust gas purification device for purifying harmful components in exhaust gas discharged from an internal combustion engine capable of lean burn.

【0002】[0002]

【従来の技術】内燃機関から排出される排気ガスのNO
x低減手段の一つに排気再循環装置(以下、EGRと略
す)がある。EGRは、排気ガスの一部を再度吸気系に
戻し、不活性ガスの導入により燃焼室内ガスの熱容量を
増大させ、最高燃焼温度を下げることによってNOxの
発生を低減するものである。
2. Description of the Related Art NO of exhaust gas discharged from an internal combustion engine
An exhaust gas recirculation device (hereinafter abbreviated as EGR) is one of the x reduction means. The EGR returns a part of the exhaust gas to the intake system again, introduces an inert gas to increase the heat capacity of the gas in the combustion chamber, and lowers the maximum combustion temperature to reduce the generation of NOx.

【0003】また、希薄燃焼可能な内燃機関から排出さ
れる排気ガスのNOx低減手段の他の一つに、選択還元
型NOx触媒や吸蔵還元型NOx触媒などのリーンNOx
触媒がある。これは、EGRのようにNOxの発生その
ものを抑制する技術ではなく、発生してしまったNOx
を大気に放出する前に浄化するものである。
Further, as another means for reducing NOx in exhaust gas discharged from an internal combustion engine capable of lean combustion, lean NOx such as a selective reduction type NOx catalyst or a storage reduction type NOx catalyst is used.
There is a catalyst. This is not a technology to suppress the generation of NOx itself like EGR, but NOx that has been generated.
Is purified before being released to the atmosphere.

【0004】選択還元型NOx触媒は、酸素過剰の雰囲
気で炭化水素(HC)の存在下でNOxを還元または分
解する触媒であり、この選択還元型NOx触媒でNOxを
浄化するためには適量のHC成分(還元剤)が必要とさ
れる。この選択還元型NOx触媒を前記内燃機関の排気
浄化に用いる場合、該内燃機関の通常運転時の排気中の
HC成分の量は極めて少ないので、通常運転時にNOx
を浄化するためには、選択還元型NOx触媒にHC成分
を供給する必要がある。
The selective reduction type NOx catalyst is a catalyst for reducing or decomposing NOx in the presence of hydrocarbons (HC) in an atmosphere of excess oxygen, and this selective reduction type NOx catalyst has an appropriate amount for purifying NOx. HC component (reducing agent) is required. When this selective reduction type NOx catalyst is used for exhaust gas purification of the internal combustion engine, the amount of HC components in the exhaust gas during normal operation of the internal combustion engine is extremely small, so NOx during normal operation is reduced.
In order to purify the exhaust gas, it is necessary to supply the HC component to the NOx selective reduction catalyst.

【0005】一方、吸蔵還元型NOx触媒は、流入排気
ガスの空燃比がリーンのときはNOxを吸収し、流入排
気ガスの酸素濃度が低下すると吸収したNOxを放出
し、N2に還元するする触媒である。
On the other hand, the NOx storage reduction catalyst absorbs NOx when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lean, and releases the absorbed NOx when the oxygen concentration of the inflowing exhaust gas decreases and reduces it to N 2. It is a catalyst.

【0006】この吸蔵還元型NOx触媒を前記内燃機関
の排気浄化に用いる場合、該内燃機関では通常運転時の
排気ガスの空燃比がリーンであるため、排気ガス中のN
OxがNOx触媒に吸収されることとなる。しかしなが
ら、リーン空燃比の排気ガスをNOx触媒に供給し続け
ると、NOx触媒のNOx吸収能力が飽和に達し、それ以
上、NOxを吸収できなくなり、NOxをリークさせるこ
ととなる。そこで、吸蔵還元型NOx触媒では、NOx吸
収能力が飽和する前に所定のタイミングで流入排気ガス
の空燃比をリッチにすることによって酸素濃度を極度に
低下させるとともに還元剤を供給し、NOx触媒に吸収
されているNOxを放出してN2に還元し、NOx触媒の
NOx吸収能力を回復させる必要がある。このようにリ
ーンNOx触媒でNOxを浄化するためには、連続的にあ
るいは間欠的に排気ガス中に還元剤を添加する必要があ
る。
When this NOx storage reduction catalyst is used to purify the exhaust gas of the internal combustion engine, since the air-fuel ratio of the exhaust gas during normal operation of the internal combustion engine is lean, the N in the exhaust gas is reduced.
Ox will be absorbed by the NOx catalyst. However, if exhaust gas with a lean air-fuel ratio is continuously supplied to the NOx catalyst, the NOx absorption capacity of the NOx catalyst reaches saturation, and NOx cannot be absorbed any more, resulting in NOx leakage. Therefore, in the NOx storage reduction catalyst, the oxygen concentration is extremely reduced and the reducing agent is supplied by making the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas rich at a predetermined timing before the NOx absorption capacity is saturated, and the reducing agent is supplied to the NOx catalyst. It is necessary to release the absorbed NOx and reduce it to N 2 to restore the NOx absorption capacity of the NOx catalyst. Thus, in order to purify NOx with the lean NOx catalyst, it is necessary to add the reducing agent to the exhaust gas continuously or intermittently.

【0007】そして、内燃機関から排出される排気ガス
のNOx低減をより実効あるものとするために、例えば
特開平6−74022号公報に開示されているように、
EGRとリーンNOx触媒を組み合わせる場合もある。
Then, in order to make the NOx reduction of the exhaust gas discharged from the internal combustion engine more effective, for example, as disclosed in JP-A-6-74022,
In some cases, EGR and lean NOx catalyst are combined.

【0008】前記公報には、4気筒エンジンの場合が例
示されており、排気マニホールドにおいて3つの気筒の
排気ポートに接続される分岐管に排気還流管(EGR
管)を接続し、この3つの分岐管から排気ガスの一部を
吸い込んでEGR管を介して吸気管に戻している。ま
た、残る一つの気筒の排気ポートに臨ませて還元剤添加
ノズルを取り付け、この還元剤添加ノズルから排気ガス
中に燃料(還元剤)を添加することにより、下流のリー
ンNOx触媒に還元剤を供給している。このように、還
元剤添加ノズルに連なる気筒をEGR管に連なる気筒群
から区分したのは、還元剤添加ノズルから添加された還
元剤がEGR管を介して吸気系に取り込まれないように
するためである。
The above publication exemplifies a case of a four-cylinder engine, and an exhaust gas recirculation pipe (EGR) is connected to a branch pipe connected to exhaust ports of three cylinders in an exhaust manifold.
(Pipes) are connected, part of the exhaust gas is sucked from these three branch pipes, and is returned to the intake pipe via the EGR pipe. In addition, a reducing agent addition nozzle is attached so as to face the exhaust port of the remaining one cylinder, and the reducing agent is added to the exhaust gas from this reducing agent addition nozzle to add the reducing agent to the downstream lean NOx catalyst. We are supplying. In this way, the cylinder connected to the reducing agent addition nozzle is divided from the cylinder group connected to the EGR pipe in order to prevent the reducing agent added from the reducing agent addition nozzle from being taken into the intake system via the EGR pipe. Is.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記公
報に記載の内燃機関においては、EGR管を3つ(複
数)の分岐管に接続しており、通常この接続手段として
溶接が用いられるが、溶接個所が多くなる分、コストア
ップになり、また、損傷する確率も多くなるので耐久性
という点で不利であった。
However, in the internal combustion engine described in the above publication, the EGR pipe is connected to three (plural) branch pipes, and welding is usually used as this connecting means. As the number of points increases, the cost increases, and the probability of damage increases, which is disadvantageous in terms of durability.

【0010】また、EGR管に接続される分岐管が多い
と、EGRガスの流れに対する排気脈動の影響が大きく
なり、EGRガス流量の精密制御が難しくなるという不
具合もある。
Further, if many branch pipes are connected to the EGR pipe, the influence of exhaust pulsation on the EGR gas flow becomes large, and there is a problem that precise control of the EGR gas flow rate becomes difficult.

【0011】本発明はこのような従来の技術の問題点に
鑑みてなされたものであり、本発明が解決しようとする
課題は、EGRとリーンNOx触媒を備えた内燃機関に
おいて、リーンNOx触媒のために添加される還元剤の
EGR系への回り込みを防止し、耐久性の向上とコスト
ダウンを図ることにある。
The present invention has been made in view of the above problems of the prior art, and the problem to be solved by the present invention is to provide a lean NOx catalyst in an internal combustion engine equipped with EGR and a lean NOx catalyst. Therefore, it is to prevent the reducing agent added to the EGR system from sneaking in, improve durability and reduce cost.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明は前記課題を解決
するために、以下の手段を採用した。本発明は、希薄燃
焼可能な多気筒内燃機関の各気筒の排気ポートに接続さ
れた排気マニホールドと、この排気マニホールドと排気
管とを接続する排気集合管と、排気マニホールドと内燃
機関の吸気系とを接続して排気ガスの一部を吸気系に再
循環せしめる排気再循環装置と、前記排気管に設けられ
たリーンNOx触媒と、前記リーンNOx触媒よりも上流
の排気系に還元剤を添加する還元剤添加装置と、を備え
る内燃機関の排気浄化装置において、前記排気集合管の
上流端は前記排気マニホールドの一端側に接続され、前
記還元剤添加装置の添加口は排気マニホールドの前記一
端側に近接して位置する気筒の排気ポートに臨んで取り
付けられ、前記排気再循環装置の排気吸込口は前記排気
マニホールドの他端側に設けられていることを特徴とす
る。
The present invention adopts the following means in order to solve the above problems. The present invention relates to an exhaust manifold connected to an exhaust port of each cylinder of a lean-burn multi-cylinder internal combustion engine, an exhaust collecting pipe connecting the exhaust manifold and the exhaust pipe, an exhaust manifold, and an intake system of the internal combustion engine. An exhaust gas recirculation device for recirculating a part of the exhaust gas to the intake system, a lean NOx catalyst provided in the exhaust pipe, and a reducing agent added to the exhaust system upstream of the lean NOx catalyst. A reducing agent addition device, in an exhaust gas purification device of an internal combustion engine, the upstream end of the exhaust collecting pipe is connected to one end side of the exhaust manifold, the addition port of the reducing agent addition device to the one end side of the exhaust manifold The exhaust port of the exhaust gas recirculation device is attached so as to face the exhaust port of a cylinder located close to the exhaust port, and the exhaust gas inlet of the exhaust gas recirculation device is provided on the other end side of the exhaust manifold. .

【0013】本発明の内燃機関の排気浄化装置では、排
気マニホールドにおいて排気集合管の接続部と排気再循
環装置の排気吸込口接続部とを互いに遠く離間させてお
り、また、還元剤添加装置の添加口が排気マニホールド
における排気集合管の接続部近傍の排気ポートに臨んで
位置しているので、還元剤添加装置から添加された還元
剤が排気再循環装置を介して吸気系に回り込むのを防止
することができる。
In the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine of the present invention, in the exhaust manifold, the connecting portion of the exhaust gas collecting pipe and the exhaust suction port connecting portion of the exhaust gas recirculation device are spaced far apart from each other, and the reducing agent addition device The addition port is located facing the exhaust port near the exhaust manifold connection in the exhaust manifold, preventing the reducing agent added from the reducing agent addition device from flowing into the intake system via the exhaust gas recirculation device. can do.

【0014】また、排気マニホールドに対する排気再循
環装置の接続を1箇所で行っているので、耐久性が向上
し、コストダウンを図ることができる。
Further, since the exhaust gas recirculation device is connected to the exhaust manifold at one place, the durability is improved and the cost can be reduced.

【0015】本発明の内燃機関の排気浄化装置におい
て、前記還元剤添加装置の添加口が取り付けられた気筒
の排気ポートは、添加口が取り付けられた部位において
断面縮小させるのが好ましい。このようにすると、排気
ポートを流れる排気ガスの流速を速くすることができ、
その結果、還元剤添加装置から添加された還元剤の微粒
化を促進することができる。
In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, it is preferable that the exhaust port of the cylinder to which the addition port of the reducing agent addition device is attached has a reduced cross-section at the portion where the addition port is attached. By doing this, the flow velocity of the exhaust gas flowing through the exhaust port can be increased,
As a result, atomization of the reducing agent added from the reducing agent addition device can be promoted.

【0016】また、本発明の内燃機関の排気浄化装置に
おいては、前記排気マニホールドの前記一端側に近接し
て位置する気筒の排気弁の開弁期間中に、前記還元剤添
加装置の添加口から還元剤が添加されるようにするのが
好ましい。このようにすると、還元剤添加装置から添加
された還元剤が排気マニホールドに付着するのを抑制す
ることができ、排気マニホールドに付着した燃料が排気
再循環装置を介して吸気系に回り込むのを抑制すること
ができる。
Further, in the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, during the opening period of the exhaust valve of the cylinder located close to the one end side of the exhaust manifold, the reducing agent is added from the adding port of the reducing agent adding apparatus. It is preferred that a reducing agent be added. By doing this, it is possible to suppress the reducing agent added from the reducing agent addition device from adhering to the exhaust manifold, and suppress the fuel adhering to the exhaust manifold from flowing into the intake system via the exhaust gas recirculation device. can do.

【0017】本発明の内燃機関の排気浄化装置におい
て、前記還元剤添加装置の添加口が取り付けられた気筒
に限って、燃料噴射弁から機関出力を得るための燃料を
噴射する主噴射を実行した後、膨張行程または排気行程
で前記燃料噴射弁から燃料を噴射する副噴射を実行する
ことも可能である。燃料の副噴射により排気ガス温度を
上昇させることができ、還元剤添加装置から添加された
燃料の微粒化および気化が促進する
In the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine of the present invention, main injection for injecting fuel for obtaining engine output from the fuel injection valve is executed only in the cylinder to which the addition port of the reducing agent addition apparatus is attached. After that, it is also possible to execute the sub-injection in which the fuel is injected from the fuel injection valve in the expansion stroke or the exhaust stroke. Exhaust gas temperature can be raised by secondary injection of fuel, and atomization and vaporization of fuel added from the reducing agent addition device are promoted.

【0018】本発明の内燃機関の排気浄化装置において
は、前記排気集合管の下流に吸気を加圧するためのター
ボチャージャと、軽負荷時であって前記還元剤添加装置
による還元剤添加時に前記ターボチャージャを迂回して
排気ガスを前記リーンNOx触媒に導くバイパス通路
と、を備えることが可能である。軽負荷運転時には排気
ガス温度が低く、ターボチャージャを通過させるとその
際に排気ガス温度が低下してしまい、還元剤添加装置か
ら添加された還元剤の微粒化および気化の妨げになる
が、そのようなときに排気ガスを前記バイパス通路に流
しターボチャージャを迂回させてリーンNOx触媒に導
くと、ターボチャージャによる温度降下がないので、還
元剤の微粒化および気化が妨げられなくなり、NOx浄
化率が向上する。
In the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine of the present invention, a turbocharger for pressurizing intake air downstream of the exhaust collecting pipe, and a turbocharger at the time of light load for reducing agent addition by the reducing agent addition device A bypass passage that bypasses the charger and guides the exhaust gas to the lean NOx catalyst. The exhaust gas temperature is low during light load operation, and when passing through the turbocharger, the exhaust gas temperature decreases at that time, which hinders atomization and vaporization of the reducing agent added from the reducing agent addition device. When exhaust gas is caused to flow through the bypass passage to bypass the turbocharger and lead to the lean NOx catalyst at such a time, since there is no temperature drop due to the turbocharger, atomization and vaporization of the reducing agent are not hindered, and the NOx purification rate is reduced. improves.

【0019】さらに、この場合、前記バイパス通路に酸
化能を有する触媒を備えることもできる。このようにす
ると、排気ガスが酸化能を有する触媒を通過する際に、
還元剤添加装置から添加された還元剤が酸化され、その
際の反応熱で排気ガス温度が上昇するので、リーンNO
x触媒のNOx浄化率が向上する。酸化能を有する触媒と
しては、酸化触媒、三元触媒、リーンNOx触媒(吸蔵
還元型NOx触媒、選択還元型NOx触媒)を例示するこ
とができる。
Further, in this case, the bypass passage may be provided with a catalyst having an oxidizing ability. By doing this, when the exhaust gas passes through the catalyst having oxidizing ability,
The reducing agent added from the reducing agent addition device is oxidized, and the exhaust gas temperature rises due to the reaction heat at that time.
The NOx purification rate of the x catalyst is improved. Examples of the catalyst having oxidizing ability include an oxidation catalyst, a three-way catalyst, and a lean NOx catalyst (a storage reduction type NOx catalyst, a selective reduction type NOx catalyst).

【0020】本発明の内燃機関の排気浄化装置におい
て、前記リーンNOx触媒を硫黄被毒から回復するとき
に該リーンNOx触媒に還元剤を供給する第2の還元剤
添加装置がリーンNOx触媒の上流に設けることも可能
である。第2の還元剤添加装置から添加された還元剤は
排気再循環装置を介して吸気系に回り込むことがないの
で、硫黄被毒回復処理のための還元剤添加に起因してス
モークが発生するのを防止することができる。
In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, the second reducing agent addition device for supplying a reducing agent to the lean NOx catalyst when recovering the lean NOx catalyst from sulfur poisoning is upstream of the lean NOx catalyst. It is also possible to provide. Since the reducing agent added from the second reducing agent addition device does not flow into the intake system via the exhaust gas recirculation device, smoke is generated due to the addition of the reducing agent for the sulfur poisoning recovery process. Can be prevented.

【0021】本発明において、希薄燃焼可能な内燃機関
としては、筒内直接噴射式のリーンバーンガソリンエン
ジンやディーゼルエンジンを例示することができる。
In the present invention, examples of the lean burn internal combustion engine include a direct injection type lean burn gasoline engine and a diesel engine.

【0022】本発明において、リーンNOx触媒として
は、吸蔵還元型NOx触媒あるいは選択還元型NOx触媒
を例示することができる。吸蔵還元型NOx触媒は、流
入する排気ガスの空燃比がリーンのときにNOxを吸収
し、流入する排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸収し
たNOxを放出し、N2に還元する触媒である。この吸蔵
還元型NOx触媒は、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、リチウム
Li、セシウムCsのようなアルカリ金属、バリウムB
a、カルシウムCaのようなアルカリ土類、ランタンL
a、イットリウムYのような希土類から選ばれた少なく
とも一つと、白金Ptのような貴金属とが担持されてな
る。
In the present invention, examples of the lean NOx catalyst include a storage reduction type NOx catalyst or a selective reduction type NOx catalyst. The NOx storage reduction catalyst is a catalyst that absorbs NOx when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lean, releases the absorbed NOx when the oxygen concentration in the inflowing exhaust gas decreases, and reduces it to N 2. . This occlusion reduction type NOx catalyst uses, for example, alumina as a carrier, and potassium K, sodium Na, lithium Li, an alkali metal such as cesium Cs, or barium B is used on the carrier.
a, alkaline earth such as calcium Ca, lanthanum L
a, at least one selected from rare earths such as yttrium Y, and a noble metal such as platinum Pt.

【0023】選択還元型NOx触媒は、酸素過剰の雰囲
気で炭化水素の存在下でNOxを還元または分解する触
媒をいい、ゼオライトにCu等の遷移金属をイオン交換
して担持した触媒、ゼオライトまたはアルミナに貴金属
を担持した触媒、等が含まれる。
The selective reduction type NOx catalyst is a catalyst that reduces or decomposes NOx in the presence of hydrocarbons in an atmosphere of excess oxygen, and is a catalyst in which a transition metal such as Cu is ion-exchanged and carried, zeolite or alumina. Include a catalyst supporting a noble metal.

【0024】本発明において、還元剤としては軽油、ガ
ソリンなどのHC成分を含むものが好適である。
In the present invention, as the reducing agent, those containing HC components such as light oil and gasoline are preferable.

【0025】[0025]

【発明の実施の形態】以下、本発明にかかる内燃機関の
排気浄化装置の実施の形態を図1から図7の図面を参照
して説明する。尚、以下に説明する実施の形態は、本発
明にかかる内燃機関の排気浄化装置を内燃機関としての
車両駆動用ディーゼルエンジンに適用した態様である。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of an exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to the present invention will be described below with reference to the drawings of FIGS. 1 to 7. The embodiment described below is an embodiment in which the exhaust emission control device for an internal combustion engine according to the present invention is applied to a vehicle-driving diesel engine as an internal combustion engine.

【0026】〔第1の実施の形態〕初めに、第1の実施
の形態における内燃機関の排気浄化装置を図1の図面に
基づいて説明する。図1は、この実施の形態における内
燃機関の排気浄化装置の全体構成を示す図である。この
図において、エンジン1は直列4気筒ディーゼルエンジ
ンであり、各気筒の燃焼室には吸気マニホールド2およ
び吸気管3を介して吸気が導入される。吸気管3の始端
にはエアクリーナ4が設けられ、吸気管3の途中には、
エアフロメータ5、ターボチャージャ6のコンプレッサ
6a、インタークーラ7、スロットル弁8が設けられて
いる。
[First Embodiment] First, an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to a first embodiment will be described with reference to the drawing of FIG. FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of an exhaust emission control system for an internal combustion engine in this embodiment. In this figure, the engine 1 is an in-line 4-cylinder diesel engine, and intake air is introduced into the combustion chamber of each cylinder via an intake manifold 2 and an intake pipe 3. An air cleaner 4 is provided at the starting end of the intake pipe 3, and in the middle of the intake pipe 3,
An air flow meter 5, a compressor 6a of a turbocharger 6, an intercooler 7, and a throttle valve 8 are provided.

【0027】エアフロメータ5はエアクリーナ4を介し
て吸気管3に流入する新気の空気量に応じた出力信号を
エンジンコントロール用電子制御ユニット(ECU)9
に出力し、ECU9はエアフロメータ5の出力信号に基
づいて吸入空気量を演算する。
The air flow meter 5 outputs an output signal according to the amount of fresh air flowing into the intake pipe 3 via the air cleaner 4 to an electronic control unit (ECU) 9 for engine control.
The ECU 9 calculates the intake air amount based on the output signal of the air flow meter 5.

【0028】また、エンジン1の各気筒の燃焼室にはそ
れぞれ燃料噴射弁10から燃料(軽油)が噴射される。
この燃料は、図示しない燃料タンクから燃料ポンプ12
によってポンプアップされコモンレール11を介して燃
料噴射弁10に供給されたものである。なお、燃料ポン
プ12はエンジン1の図示しないクランクシャフトによ
って駆動される。各燃料噴射弁10の開弁時期および開
弁期間は、エンジン1の運転状態に応じてECU9によ
って制御される。
Fuel (light oil) is injected from the fuel injection valve 10 into the combustion chamber of each cylinder of the engine 1.
This fuel is supplied from a fuel tank (not shown) to the fuel pump 12
It is pumped up by and is supplied to the fuel injection valve 10 via the common rail 11. The fuel pump 12 is driven by a crankshaft (not shown) of the engine 1. The valve opening timing and the valve opening period of each fuel injection valve 10 are controlled by the ECU 9 according to the operating state of the engine 1.

【0029】また、エンジン1の各気筒の燃焼室で生じ
た排気ガスは、各気筒の排気ポート13から排気マニホ
ールド14に排出される。ここで、説明の都合上、エン
ジン1の気筒番号を、図中右端に配置された気筒を1番
気筒として、左側へ順に、2番気筒、3番気筒とし、図
中左端に配置された気筒を4番気筒とする。排気マニホ
ールド14において4番気筒に対向する部位には、排気
ガスをターボチャージャ6のタービン6bに導く排気集
合管15が接続されている。タービン6bは排気ガスに
よって駆動され、タービン6bに連結されたコンプレッ
サ6aを駆動して吸気を昇圧する。
Exhaust gas generated in the combustion chamber of each cylinder of the engine 1 is discharged to the exhaust manifold 14 from the exhaust port 13 of each cylinder. Here, for convenience of explanation, the cylinder number of the engine 1 is set to the cylinder arranged at the right end in the figure as the first cylinder, and the cylinders arranged at the left end in the figure as the second cylinder and the third cylinder in order to the left. Is the fourth cylinder. An exhaust collecting pipe 15 that guides the exhaust gas to the turbine 6b of the turbocharger 6 is connected to a portion of the exhaust manifold 14 that faces the fourth cylinder. The turbine 6b is driven by the exhaust gas, and drives the compressor 6a connected to the turbine 6b to boost the pressure of intake air.

【0030】排気ガスはタービン6bから排気管16に
排出され、図示しないマフラーを介して大気に排出され
る。排気管16の途中には、吸蔵還元型NOx触媒(リ
ーンNOx触媒)17を収容したケーシング18が設け
られている。吸蔵還元型NOx触媒17については後で
詳述する。
Exhaust gas is discharged from the turbine 6b to the exhaust pipe 16 and discharged to the atmosphere through a muffler (not shown). A casing 18 containing a NOx storage reduction catalyst (lean NOx catalyst) 17 is provided in the middle of the exhaust pipe 16. The storage reduction type NOx catalyst 17 will be described in detail later.

【0031】また、エンジン1のシリンダヘッド30に
は、4番気筒の排気ポート13に臨ませて燃料添加ノズ
ル(還元剤添加装置の添加口)19が取り付けられてい
る。燃料添加ノズル19には、燃料ポンプ12でポンプ
アップされた燃料が、燃料パイプ20およびシリンダヘ
ッド30に設けられた燃料通路21を介して供給可能に
なっており、燃料パイプ20の途中に設けられた制御弁
22によって添加量の制御が行われる。なお、制御弁2
2はECU9によって開閉および開度制御が行われる。
この燃料添加ノズル19は、燃料が排気集合管15に向
けて噴射されるように取り付けられている。なお、この
実施の形態において、燃料ポンプ12、燃料添加ノズル
19、燃料パイプ20、燃料通路21、制御弁22は、
還元剤添加装置を構成する。
A fuel addition nozzle (addition port of a reducing agent addition device) 19 is attached to the cylinder head 30 of the engine 1 so as to face the exhaust port 13 of the fourth cylinder. The fuel pumped up by the fuel pump 12 can be supplied to the fuel addition nozzle 19 through the fuel pipe 20 and the fuel passage 21 provided in the cylinder head 30, and is provided in the middle of the fuel pipe 20. The control valve 22 controls the addition amount. The control valve 2
The ECU 2 is opened / closed and its opening is controlled by the ECU 9.
The fuel addition nozzle 19 is attached so that fuel is injected toward the exhaust collecting pipe 15. In the present embodiment, the fuel pump 12, the fuel addition nozzle 19, the fuel pipe 20, the fuel passage 21, and the control valve 22 are
Configure a reducing agent addition device.

【0032】排気マニホールド14において1番気筒に
対向する部位には、排気ガスの一部を吸気系に戻すため
の排気還流管(以下、EGR管と略す)23の一端が接
続されており、EGR管23の他端は吸気マニホールド
2に接続されている。EGR管23の途中にはEGRク
ーラ24とEGR弁25が設けられている。EGR弁2
5は、エンジン1の運転状態に応じてECU9によって
開度制御され、排気還流量を制御する。EGR管23と
EGRクーラ24とEGR弁25は排気再循環装置(E
GR)を構成する。
One end of an exhaust gas recirculation pipe (hereinafter abbreviated as an EGR pipe) 23 for returning a part of exhaust gas to the intake system is connected to a portion of the exhaust manifold 14 facing the first cylinder. The other end of the pipe 23 is connected to the intake manifold 2. An EGR cooler 24 and an EGR valve 25 are provided in the middle of the EGR pipe 23. EGR valve 2
The opening degree 5 is controlled by the ECU 9 according to the operating state of the engine 1 to control the exhaust gas recirculation amount. The EGR pipe 23, the EGR cooler 24, and the EGR valve 25 are connected to the exhaust gas recirculation device (E
GR).

【0033】また、排気管16においてケーシング18
の直ぐ下流には、ケーシング18から流出する排気ガス
の温度に対応した出力信号をECU9に出力する排気温
センサ26が設けられている。
Further, in the exhaust pipe 16, the casing 18
An exhaust temperature sensor 26 that outputs an output signal corresponding to the temperature of the exhaust gas flowing out of the casing 18 to the ECU 9 is provided immediately downstream of the exhaust temperature sensor 26.

【0034】ECU9はデジタルコンピュータからな
り、双方向バスによって相互に接続されたROM(リー
ドオンリメモリ)、RAM(ランダムアクセスメモ
リ)、CPU(セントラルプロセッサユニット)、入力
ポート、出力ポートを具備し、エンジン1の燃料噴射量
制御等の基本制御を行う。
The ECU 9 is composed of a digital computer, has a ROM (read only memory), a RAM (random access memory), a CPU (central processor unit), an input port and an output port, which are connected to each other by a bidirectional bus. Basic control such as fuel injection amount control of No. 1 is performed.

【0035】これら制御のために、ECU9の入力ポー
トには、アクセル開度センサ26からの入力信号と、ク
ランク角センサ27からの入力信号が入力される。アク
セル開度センサ26はスロットル弁8の開度に比例した
出力電圧をECU9に出力し、ECU9はアクセル開度
センサ26の出力信号に基づいてエンジン負荷を演算す
る。クランク角センサ27はクランクシャフトが一定角
度回転する毎に出力パルスをECU9に出力し、ECU
9はこの出力パルスに基づいてエンジン回転数を演算す
る。これらエンジン負荷とエンジン回転数によってエン
ジン運転状態が判別され、ECU9はエンジン運転状態
に応じて燃料噴射弁10の開弁時期、開弁期間を制御す
る。
For these controls, an input signal from the accelerator opening sensor 26 and an input signal from the crank angle sensor 27 are input to the input port of the ECU 9. The accelerator opening sensor 26 outputs an output voltage proportional to the opening of the throttle valve 8 to the ECU 9, and the ECU 9 calculates the engine load based on the output signal of the accelerator opening sensor 26. The crank angle sensor 27 outputs an output pulse to the ECU 9 every time the crankshaft rotates by a certain angle,
9 calculates the engine speed based on this output pulse. The engine operating state is determined by the engine load and the engine speed, and the ECU 9 controls the valve opening timing and the valve opening period of the fuel injection valve 10 according to the engine operating state.

【0036】ケーシング18に収容された吸蔵還元型N
Ox触媒(以下、NOx触媒と略す場合もある)17は、
例えばアルミナ(Al23)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、リチウムLi、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なくとも一つ
と、白金Ptのような貴金属とが担持されてなる。
Storage reduction type N housed in the casing 18
The Ox catalyst (hereinafter sometimes abbreviated as NOx catalyst) 17 is
For example, alumina (Al 2 O 3 ) is used as a carrier, and potassium K, sodium Na, lithium Li, an alkali metal such as cesium Cs, alkaline earth such as barium Ba, calcium Ca, lanthanum La, yttrium is used on the carrier. At least one selected from rare earths such as Y and a noble metal such as platinum Pt are supported.

【0037】このNOx触媒17は、流入排気ガスの空
燃比(以下、排気空燃比と称す)が理論空燃比よりもリ
ーンのときはNOxを吸収し、排気空燃比が理論空燃比
あるいはそれよりもリッチになって流入排気ガス中の酸
素濃度が低下すると吸収したNOxをNO2またはNOと
して放出するNOxの吸放出作用を行う。そして、NOx
触媒17から放出されたNOx(NO2またはNO)は直
ちに排気ガス中の未燃HCやCOと反応してN2に還元
せしめられる。したがって、排気空燃比を適宜に制御す
れば排気ガス中のHC,CO,NOxを浄化することが
できることになる。
The NOx catalyst 17 absorbs NOx when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas (hereinafter referred to as the exhaust air-fuel ratio) is leaner than the theoretical air-fuel ratio, and the exhaust air-fuel ratio is equal to or higher than the theoretical air-fuel ratio. When it becomes rich and the oxygen concentration in the inflowing exhaust gas decreases, the absorbed NOx is released to release the absorbed NOx as NO 2 or NO. And NOx
NOx (NO 2 or NO) released from the catalyst 17 immediately reacts with unburned HC and CO in the exhaust gas and is reduced to N 2 . Therefore, by appropriately controlling the exhaust air-fuel ratio, it is possible to purify HC, CO, and NOx in the exhaust gas.

【0038】尚、排気空燃比とは、ここではNOx触媒
17の上流側の排気通路やエンジン燃焼室、吸気通路等
にそれぞれ供給された空気量の合計と燃料(炭化水素)
量の合計の比を意味するものとする。したがって、NO
x触媒17よりも上流の排気通路内に燃料、還元剤ある
いは空気が供給されない場合には、排気空燃比はエンジ
ン燃焼室内に供給される混合気の空燃比に一致する。
The exhaust air-fuel ratio is the total amount of air and fuel (hydrocarbon) supplied to the exhaust passage upstream of the NOx catalyst 17, the engine combustion chamber, the intake passage, etc.
It shall mean the ratio of the sum of the quantities. Therefore, NO
When fuel, reducing agent or air is not supplied into the exhaust passage upstream of the x catalyst 17, the exhaust air-fuel ratio matches the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied into the engine combustion chamber.

【0039】ところで、ディーゼルエンジンの場合は、
ストイキ(理論空燃比、A/F=14〜15)よりもは
るかにリーン域で燃焼が行われるので、通常の機関運転
状態ではNOx触媒17に流入する排気ガスの空燃比は
非常にリーンであり、排気ガス中のNOxはNOx触媒1
7に吸収され、NOx触媒17から放出されるNOx量は
極めて少ない。
By the way, in the case of a diesel engine,
Since combustion is performed in a much leaner range than stoichiometric (theoretical air-fuel ratio, A / F = 14 to 15), the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx catalyst 17 is very lean under normal engine operating conditions. , NOx in exhaust gas is NOx catalyst 1
The amount of NOx absorbed by the NOx catalyst 7 and released from the NOx catalyst 17 is extremely small.

【0040】また、ガソリンエンジンの場合には、燃焼
室に供給する混合気をストイキまたはリッチ空燃比にす
ることにより排気ガスの空燃比を理論空燃比またはリッ
チ空燃比にし、排気ガス中の酸素濃度を低下させて、N
Ox触媒17に吸収されているNOxを放出させることが
できるが、ディーゼルエンジンの場合には、燃焼室に供
給する混合気をストイキまたはリッチ空燃比にすると燃
焼の際に煤が発生するなどの問題があり採用することは
できない。
Further, in the case of a gasoline engine, the air-fuel ratio of the exhaust gas is made stoichiometric or rich by making the air-fuel mixture supplied to the combustion chamber stoichiometric or rich air-fuel ratio, and the oxygen concentration in the exhaust gas is adjusted. Lowering N
The NOx absorbed in the Ox catalyst 17 can be released, but in the case of a diesel engine, if the air-fuel mixture supplied to the combustion chamber is stoichiometric or rich air-fuel ratio, soot is generated during combustion. There is, and it cannot be adopted.

【0041】したがって、ディーゼルエンジンでは、N
Ox触媒17のNOx吸収能力が飽和する前に所定のタイ
ミングで、排気ガス中に還元剤を供給して排気ガス中の
酸素濃度を低下せしめ、NOx触媒17に吸収されたN
Oxを放出し還元する必要がある。尚、前記還元剤とし
ては、一般に、ディーゼルエンジンの燃料である軽油を
使用する場合が多い。
Therefore, in a diesel engine, N
At a predetermined timing before the NOx absorption capacity of the Ox catalyst 17 is saturated, a reducing agent is supplied to the exhaust gas to reduce the oxygen concentration in the exhaust gas, and the Nx absorbed by the NOx catalyst 17 is reduced.
Ox must be released and reduced. As the reducing agent, light oil, which is a fuel for diesel engines, is generally used in many cases.

【0042】そのため、この実施の形態では、ECU9
によりエンジン1の運転状態の履歴からNOx触媒17
に吸収されたNOx量を推定し、その推定NOx量が予め
設定した所定値に達したときに、所定時間だけ制御弁2
2を開弁して所定量の燃料を燃料添加ノズル19から排
気ガス中に噴射し、NOx触媒17に流入する排気ガス
中の酸素濃度を低下させ、NOx触媒に吸収されたNOx
を放出させ、N2に還元するようにしている。
Therefore, in this embodiment, the ECU 9
From the history of the operating state of the engine 1, the NOx catalyst 17
The NOx amount absorbed in the control valve 2 is estimated, and when the estimated NOx amount reaches a preset predetermined value, the control valve 2
The valve 2 is opened to inject a predetermined amount of fuel from the fuel addition nozzle 19 into the exhaust gas to reduce the oxygen concentration in the exhaust gas flowing into the NOx catalyst 17, and the NOx absorbed by the NOx catalyst.
Is released and reduced to N 2 .

【0043】ここで、燃料添加ノズル19は燃料を排気
集合管15に向かって噴射するので、添加された燃料は
排気集合管15にスムーズに流れる。そして、燃料添加
ノズル19は4番気筒の排気ポート13に取り付けられ
ており、一方、排気マニホールド14におけるEGR管
23の接続部位は1番気筒に近接した位置であるので、
燃料添加ノズル19から添加された燃料がEGR管23
に回り込むことはない。
Here, since the fuel addition nozzle 19 injects the fuel toward the exhaust collecting pipe 15, the added fuel smoothly flows into the exhaust collecting pipe 15. The fuel addition nozzle 19 is attached to the exhaust port 13 of the No. 4 cylinder, while the connection part of the EGR pipe 23 in the exhaust manifold 14 is close to the No. 1 cylinder.
The fuel added from the fuel addition nozzle 19 is the EGR pipe 23.
There is no turning around.

【0044】また、排気マニホールド14とEGR管2
3との接続個所が1箇所であるので、耐久性が向上し、
コストダウンを図ることもできる。さらに、EGR管2
3との接続部が、排気マニホールド14において各気筒
から流入した排気ガスが集合する部位に設けられている
ので、EGR管23を流れる排気ガスが排気脈動の影響
を受けにくくなり、EGR量の精密制御が可能になる。
Further, the exhaust manifold 14 and the EGR pipe 2
Since there is only one connection point with 3, the durability is improved,
It is also possible to reduce costs. Furthermore, the EGR pipe 2
3 is provided at a portion of the exhaust manifold 14 where the exhaust gas flowing from each cylinder gathers, the exhaust gas flowing through the EGR pipe 23 is less likely to be affected by the exhaust pulsation, and the EGR amount can be accurately controlled. Control becomes possible.

【0045】〔第2の実施の形態〕次に、第2の実施の
形態における内燃機関の排気浄化装置を図2および図3
を参照して説明する。この第2の実施の形態は、燃料添
加ノズル19から添加した燃料のEGR系への回り込み
をより確実に防止するために、前述した第1の実施の形
態の排気浄化装置をさらに発展させたものである。
[Second Embodiment] Next, an exhaust purification system for an internal combustion engine according to a second embodiment will be described with reference to FIGS. 2 and 3.
Will be described with reference to. The second embodiment is a further development of the exhaust emission control device of the first embodiment described above in order to more reliably prevent the fuel added from the fuel addition nozzle 19 from flowing into the EGR system. Is.

【0046】図2は、第2の実施の形態において、燃料
添加ノズル19が取り付けられた4番気筒の排気ポート
13周りの断面図である。4番気筒の排気ポート13に
おいては、燃料添加ノズル19が取り付けられる部位に
膨出部31が突出形成されていて、この膨出部31によ
って排気ポート13は断面縮小している。これにより、
排気弁32が開弁して燃焼室33から排気ガスが排出さ
れたときに、この膨出部31を通過する排気ガス流速が
増大せしめられる。
FIG. 2 is a sectional view around the exhaust port 13 of the fourth cylinder to which the fuel addition nozzle 19 is attached in the second embodiment. In the exhaust port 13 of the fourth cylinder, a bulging portion 31 is formed so as to project at a portion where the fuel addition nozzle 19 is attached, and the bulging portion 31 reduces the cross section of the exhaust port 13. This allows
When the exhaust valve 32 is opened and the exhaust gas is discharged from the combustion chamber 33, the flow velocity of the exhaust gas passing through the bulging portion 31 is increased.

【0047】そして、この第2の実施の形態では、燃料
添加ノズル19からの燃料の添加タイミングを4番気筒
の排気弁32の開弁時期に同期させるようにした。これ
により、排気ポート13の膨出部31を高速で流れる排
気ガス中に燃料添加ノズル19から燃料が添加されるよ
うになり、燃料の微粒化が促進される。また、燃料添加
ノズル19から添加された燃料は排気ガスの流れに乗っ
て排気マニホールド14を通り排気集合管15に向かっ
てスムーズに流れるようになる。これら相乗効果によ
り、燃料添加ノズル19から添加された燃料は排気マニ
ホールド14に付着しにくくなる。
Further, in the second embodiment, the fuel addition timing from the fuel addition nozzle 19 is synchronized with the opening timing of the exhaust valve 32 of the fourth cylinder. As a result, the fuel is added from the fuel addition nozzle 19 to the exhaust gas flowing at high speed through the bulging portion 31 of the exhaust port 13, and atomization of the fuel is promoted. Further, the fuel added from the fuel addition nozzle 19 rides on the flow of the exhaust gas and flows smoothly through the exhaust manifold 14 toward the exhaust collecting pipe 15. These synergistic effects make it difficult for the fuel added from the fuel addition nozzle 19 to adhere to the exhaust manifold 14.

【0048】エンジン1の運転状態が低回転、軽負荷の
ときには、排気ガス流量が少なく、排気ガス温度も低い
ため、排気ポート13に膨出部31を設けない場合に
は、燃料添加ノズル19から添加された燃料が排気マニ
ホールド14に付着し易く、NOx触媒17への還元剤
供給が遅れてしまう。また、排気マニホールド14に付
着した燃料はEGR系を介して吸気系に回り込みし易
く、スモークの悪化を招く虞れがある。
When the operating condition of the engine 1 is low rotation and light load, the exhaust gas flow rate is small and the exhaust gas temperature is low. Therefore, when the bulging portion 31 is not provided in the exhaust port 13, the fuel addition nozzle 19 is used. The added fuel easily adheres to the exhaust manifold 14, and the supply of the reducing agent to the NOx catalyst 17 is delayed. Further, the fuel adhering to the exhaust manifold 14 easily flows around into the intake system via the EGR system, which may lead to deterioration of smoke.

【0049】しかしながら、この第2の実施の形態で
は、前述のように排気ポート13に膨出部31を設け、
燃料添加ノズル19からの燃料添加と排気弁32の開弁
時期を同期させているので、エンジン運転状態が低回
転、軽負荷のときにも、排気マニホールド14に燃料が
付着し難く、添加燃料の吸気系への回り込みを防止する
ことができ、スモークの発生を抑制することができる。
また、添加燃料を少なくすることができ、燃費が向上す
る。
However, in the second embodiment, the bulging portion 31 is provided in the exhaust port 13 as described above,
Since the fuel addition from the fuel addition nozzle 19 and the valve opening timing of the exhaust valve 32 are synchronized, it is difficult for the fuel to adhere to the exhaust manifold 14 even when the engine operating condition is low rotation and light load, and the addition fuel It is possible to prevent the air from flowing into the intake system, and suppress the generation of smoke.
In addition, the amount of added fuel can be reduced, and fuel consumption can be improved.

【0050】なお、図2において、符号34はシリンダ
ブロック、符号35はピストンを示す。他の構成につい
ては、第1の実施の形態のものと同じであるので、その
説明を省略する。
In FIG. 2, reference numeral 34 is a cylinder block, and reference numeral 35 is a piston. The other configuration is the same as that of the first embodiment, and therefore its explanation is omitted.

【0051】添加ノズル19からの燃料添加時期、即
ち、制御弁22の開弁時期については、ECU9が、4
番気筒の燃料噴射弁10の作動時期を基準にして排気弁
32の開弁時期をクランク角度で推定し、制御すること
ができる。
Regarding the timing of fuel addition from the addition nozzle 19, that is, the opening timing of the control valve 22, the ECU 9 sets
The opening timing of the exhaust valve 32 can be estimated and controlled by the crank angle with reference to the operation timing of the fuel injection valve 10 of the No. cylinder.

【0052】図3は、この第2の実施の形態における燃
料添加制御ルーチンを示す。この燃料添加制御ルーチン
は、ECU9のROMに予め記憶されており、CPUに
よって繰り返し実行されるルーチンである。
FIG. 3 shows a fuel addition control routine in the second embodiment. This fuel addition control routine is a routine that is stored in advance in the ROM of the ECU 9 and that is repeatedly executed by the CPU.

【0053】<ステップ101>まず、ECU9は、ス
テップ101において、還元剤添加条件が成立している
か否か判定する。ここで、還元剤添加条件成立の要件
は、NOx触媒17の触媒温度が活性温度にあり、且
つ、NOx触媒17に吸収されたNOxを放出・還元すべ
きときである。ステップ101で否定判定した場合に
は、ECU9は、本ルーチンの実行を一旦終了する。
<Step 101> First, in step 101, the ECU 9 determines whether or not the reducing agent addition condition is satisfied. Here, the condition for satisfying the reducing agent addition condition is that the catalyst temperature of the NOx catalyst 17 is at the activation temperature and the NOx absorbed by the NOx catalyst 17 should be released / reduced. When a negative determination is made in step 101, the ECU 9 once ends the execution of this routine.

【0054】<ステップ102>ステップ101で肯定
判定した場合には、ECU9は、ステップ102に進
み、4番気筒の排気弁32が開弁時期か否か判定する。
排気弁32の開弁時期か否かは、4番気筒の燃料噴射弁
10の作動後から現時点までのクランク角度から判定す
る。ステップ102で否定判定した場合には、ECU9
は、本ルーチンの実行を一旦終了する。
<Step 102> When the affirmative judgment is made in Step 101, the ECU 9 advances to Step 102 and judges whether or not the exhaust valve 32 of the fourth cylinder is at the valve opening timing.
Whether or not it is the opening timing of the exhaust valve 32 is determined from the crank angle from the operation of the fuel injection valve 10 of the fourth cylinder to the present time. When a negative determination is made in step 102, the ECU 9
Ends the execution of this routine once.

【0055】<ステップ103>ステップ102で肯定
判定した場合には、ECU9は、ステップ103に進
み、制御弁22を所定時間、所定開度で開弁する。これ
により、燃料添加ノズル19から所定量の燃料が排気ガ
ス中に添加される。
<Step 103> When the affirmative judgment is made in Step 102, the ECU 9 advances to Step 103, and opens the control valve 22 at a predetermined opening degree for a predetermined time. As a result, a predetermined amount of fuel is added to the exhaust gas from the fuel addition nozzle 19.

【0056】〔第3の実施の形態〕次に、第3の実施の
形態における内燃機関の排気浄化装置を図4および図5
を参照して説明する。前述した第1の実施の形態の排気
浄化装置においては、エンジン運転状態が軽負荷である
場合、排気ガス流量が少なく排気ガス温度も低いため燃
料添加ノズル19から添加される燃料の微粒化が十分に
行われない虞れがあり、また、燃料添加ノズル19から
添加された燃料を微粒化することができても、その後に
タービン6bで冷却されるため、タービン6bにおける
燃料の微粒化および気化を促進することができず、その
結果、NOx触媒17に吸収されているNOxを十分に放
出・還元することができない虞れがある。
[Third Embodiment] Next, an exhaust purification system for an internal combustion engine according to a third embodiment will be described with reference to FIGS. 4 and 5.
Will be described with reference to. In the exhaust emission control device of the first embodiment described above, when the engine operating condition is light load, the amount of exhaust gas flow is small and the exhaust gas temperature is low, so atomization of the fuel added from the fuel addition nozzle 19 is sufficient. Even if the fuel added from the fuel addition nozzle 19 can be atomized, the fuel is atomized and vaporized in the turbine 6b because it is cooled by the turbine 6b after that. There is a fear that the NOx absorbed in the NOx catalyst 17 cannot be sufficiently released / reduced because the NOx cannot be accelerated.

【0057】第3の実施の形態では、このような事態に
ならないように、第1の実施の形態の排気浄化装置にさ
らに次の構成を加えた。排気マニホールド14において
排気集合管15の接続部に隣接した部位と、排気管16
におけるタービン6bとケーシング18の間とを、バイ
パス管(バイパス通路)40によって接続し、バイパス
管40の途中に酸化触媒41を収容したケーシング42
を設ける。
In the third embodiment, in order to prevent such a situation, the exhaust purification system of the first embodiment is further provided with the following configuration. A portion of the exhaust manifold 14 adjacent to the connecting portion of the exhaust collecting pipe 15 and the exhaust pipe 16
A casing 42 in which the turbine 6b and the casing 18 are connected by a bypass pipe (bypass passage) 40, and the oxidation catalyst 41 is housed in the middle of the bypass pipe 40.
To provide.

【0058】さらに、排気マニホールド14に、排気集
合管15を開閉するとともにバイパス管40を開閉する
流路切替弁43を設け、この流路切替弁43をECU9
によって制御する。この流路切替弁43は、通常は、バ
イパス管40を閉塞して排気集合管15を開放し排気ガ
スを排気集合管15を介してタービン6bに導くように
制御され、後述するように所定のエンジン運転状態のと
きに限って、排気集合管15を閉塞してバイパス管40
を開放し排気ガスをバイパス管40に流すように制御さ
れる。
Further, the exhaust manifold 14 is provided with a flow passage switching valve 43 for opening and closing the exhaust collecting pipe 15 and for opening and closing the bypass pipe 40.
Controlled by. The flow passage switching valve 43 is normally controlled so as to close the bypass pipe 40, open the exhaust collecting pipe 15 and guide the exhaust gas to the turbine 6b through the exhaust collecting pipe 15, and as will be described later, a predetermined flow control valve 43 is provided. The exhaust collecting pipe 15 is closed to bypass the bypass pipe 40 only when the engine is operating.
Is opened and exhaust gas is controlled to flow into the bypass pipe 40.

【0059】また、この第3の実施の形態の排気浄化装
置では、燃料添加ノズル19が設けられた気筒、すなわ
ち4番気筒についてだけ、エンジンが軽負荷運転されて
いる時に限って、燃料噴射弁10からの燃料噴射を、エ
ンジン出力を得るための燃料噴射とは別に、4番気筒の
膨張行程または排気行程で燃料の副噴射を実行するよう
に制御する。燃料噴射弁10から副噴射された燃料は膨
張行程あるいは排気行程において後燃えし、排気ガス温
度を上昇させる。
Further, in the exhaust emission control system of the third embodiment, only for the cylinder provided with the fuel addition nozzle 19, that is, the fourth cylinder, the fuel injection valve is operated only when the engine is under a light load operation. The fuel injection from 10 is controlled so that the auxiliary injection of fuel is executed in the expansion stroke or the exhaust stroke of the fourth cylinder, separately from the fuel injection for obtaining the engine output. The fuel sub-injected from the fuel injection valve 10 is post-burned in the expansion stroke or the exhaust stroke to raise the exhaust gas temperature.

【0060】さらに、この第3の実施の形態の排気浄化
装置では、4番気筒について副噴射を実行するときに併
せて、すなわち、エンジンが軽負荷運転されている時に
限って、排気集合管15を閉塞してバイパス管40を開
放するように流路切替弁43を制御する。これにより、
排気ガスの流路が切り替えられて、排気ガスはバイパス
管40に導かれ、タービン6bを通らずこれを迂回し
て、酸化触媒41、NOx触媒17を通って排出される
ことになる。
Further, in the exhaust gas purification apparatus of the third embodiment, the exhaust gas collecting pipe 15 is provided only when the sub-injection is executed for the fourth cylinder, that is, only when the engine is in the light load operation. The flow path switching valve 43 is controlled so as to close the valve and open the bypass pipe 40. This allows
The flow path of the exhaust gas is switched, the exhaust gas is guided to the bypass pipe 40, bypasses the turbine 6b, bypasses the turbine 6b, and is discharged through the oxidation catalyst 41 and the NOx catalyst 17.

【0061】この第3の実施の形態の排気浄化装置で
は、エンジンが軽負荷運転しているときには、4番気筒
について燃料の副噴射を実行し、これにより4番気筒の
燃焼室から出てくる排気ガスの温度を高め、燃料添加ノ
ズル19から添加された燃料の微粒化および気化を促進
する。この目的達成のため、この第3の実施の形態にお
いても、エンジンが軽負荷運転しているときには、燃料
添加ノズル19からの燃料添加時期を4番気筒の排気弁
の開弁期間中に同期させる。
In the exhaust emission control system of the third embodiment, when the engine is operating under a light load, the sub-injection of the fuel is executed for the fourth cylinder, so that the fuel comes out of the combustion chamber of the fourth cylinder. The temperature of the exhaust gas is raised to promote atomization and vaporization of the fuel added from the fuel addition nozzle 19. In order to achieve this object, also in the third embodiment, when the engine is operating under a light load, the fuel addition timing from the fuel addition nozzle 19 is synchronized with the opening period of the exhaust valve of the fourth cylinder. .

【0062】そして、燃料の副噴射に併せて流路切替弁
43を制御して流路を切り替え、排気ガスをバイパス管
40に流し、タービン6bを迂回させる。これにより、
タービン6bにおいて排気ガスが冷却されるのを防止す
ることができ、添加燃料の微粒化および気化を悪化させ
る要因を排除することができる。
Then, the flow passage switching valve 43 is controlled in accordance with the sub-injection of the fuel to switch the flow passage, and the exhaust gas is caused to flow through the bypass pipe 40 to bypass the turbine 6b. This allows
It is possible to prevent the exhaust gas from being cooled in the turbine 6b, and it is possible to eliminate a factor that deteriorates atomization and vaporization of the added fuel.

【0063】しかも、この実施の形態ではバイパス管4
0の途中に酸化触媒41が設けられているので、排気ガ
スが酸化触媒41を通過する際に、燃料添加ノズル19
から添加された燃料の一部が酸化され、この反応熱によ
って排気ガスの温度が上昇し、下流のNOx触媒17を
昇温して、NOx浄化率を向上させる。
Moreover, in this embodiment, the bypass pipe 4
Since the oxidation catalyst 41 is provided in the middle of 0, when the exhaust gas passes through the oxidation catalyst 41, the fuel addition nozzle 19
Part of the fuel added from is oxidized, the temperature of the exhaust gas is raised by this reaction heat, the temperature of the downstream NOx catalyst 17 is raised, and the NOx purification rate is improved.

【0064】また、この実施の形態の排気浄化装置で
は、上述のように燃料添加ノズル19から添加された燃
料の微粒化および気化が促進されるため、NOx触媒1
7のHC被毒(SOF被毒ともいう)が抑制される。
Further, in the exhaust purification system of this embodiment, since the atomization and vaporization of the fuel added from the fuel addition nozzle 19 are promoted as described above, the NOx catalyst 1
7 HC poisoning (also referred to as SOF poisoning) is suppressed.

【0065】また、排気マニホールド14におけるEG
R管23との接続部から一番遠く離れている4番気筒の
み副噴射するようにしているので、副噴射された燃料が
EGR系を介して吸気系に回り込むのも防止することが
でき、この回り込みに起因するスモークの発生を防止す
ることができる。
EG in the exhaust manifold 14
Since only the No. 4 cylinder farthest from the connection with the R pipe 23 is sub-injected, it is possible to prevent the sub-injected fuel from flowing into the intake system via the EGR system. It is possible to prevent the generation of smoke due to this wraparound.

【0066】図5は、この第3の実施の形態における排
気ガス迂回制御ルーチンを示す。この排気ガス迂回制御
ルーチンは、ECU9のROMに予め記憶されており、
CPUによって繰り返し実行されるルーチンである。
FIG. 5 shows an exhaust gas bypass control routine according to the third embodiment. This exhaust gas bypass control routine is stored in advance in the ROM of the ECU 9,
This is a routine that is repeatedly executed by the CPU.

【0067】<ステップ201>まず、ECU9は、ス
テップ201において、エンジン回転数、エンジン負荷
など現在のエンジン運転状態を読み込む。
<Step 201> First, in step 201, the ECU 9 reads the current engine operating state such as the engine speed and the engine load.

【0068】<ステップ202>次に、ECU9は、ス
テップ202に進み、現在のエンジン1の運転状態が所
定の軽負荷運転状態か否か判定する。ここでいう所定の
軽負荷運転状態とは、4番気筒での燃料の副噴射が必要
とされる運転状態であり、その判定基準は予めECU9
のROMに記憶しておく。ステップ202で否定判定し
た場合には、ECU9は、本ルーチンの実行を一旦終了
する。
<Step 202> Next, the ECU 9 proceeds to step 202 and determines whether or not the current operating state of the engine 1 is a predetermined light load operating state. The predetermined light load operating state mentioned here is an operating state in which the secondary injection of fuel in the fourth cylinder is required, and the determination standard is the ECU 9 in advance.
It is stored in the ROM. When a negative determination is made in step 202, the ECU 9 once ends the execution of this routine.

【0069】<ステップ203>ステップ202で肯定
判定した場合には、ECU9は、ステップ203に進
み、4番気筒について燃料の副噴射制御を実行する。
<Step 203> When the affirmative determination is made in Step 202, the ECU 9 proceeds to Step 203 and executes the fuel sub injection control for the fourth cylinder.

【0070】<ステップ204>次に、ECU9は、ス
テップ204に進み、排気集合管15を閉塞してバイパ
ス管40を開放すべく流路切替弁41を作動して排気流
路を切り替える。これにより、排気ガスはタービン6b
を迂回しバイパス管40を通ってNOx触媒17へ導か
れる。
<Step 204> Next, the ECU 9 proceeds to step 204 to operate the passage switching valve 41 to close the exhaust collecting pipe 15 and open the bypass pipe 40 to switch the exhaust passage. As a result, the exhaust gas is emitted from the turbine 6b.
Is guided to the NOx catalyst 17 through the bypass pipe 40.

【0071】〔第4の実施の形態〕次に、第4の実施の
形態における内燃機関の排気浄化装置を図6および図7
を参照して説明する。
[Fourth Embodiment] Next, an exhaust purification system for an internal combustion engine according to a fourth embodiment will be described with reference to FIGS. 6 and 7.
Will be described with reference to.

【0072】吸蔵還元型NOx触媒17は、燃料に含ま
れる硫黄分が燃焼して生成される硫黄酸化物(SOx)
により被毒(以下、これを硫黄被毒あるいはSOx被毒
という)してNOx浄化率が低下するため、適宜の時期
にSOx被毒から回復させる被毒回復処理を施す必要が
ある。この被毒回復には、NOx触媒17の温度をNOx
の放出・還元時よりも大幅に高い所定の高温(例えば、
600〜650゜C)に保持し、NOx触媒17に流入
する排気ガスの空燃比を理論空燃比あるいはリッチ空燃
比にすると効果的であることがわかっている。
The NOx storage reduction catalyst 17 is a sulfur oxide (SOx) produced by combustion of sulfur contained in fuel.
As a result, poisoning (hereinafter referred to as sulfur poisoning or SOx poisoning) reduces the NOx purification rate, so it is necessary to perform poisoning recovery processing for recovering from SOx poisoning at an appropriate time. To recover from this poisoning, the temperature of the NOx catalyst 17 is set to NOx.
Predetermined high temperature (eg,
It is known that it is effective to maintain the temperature at 600 to 650 ° C.) and make the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx catalyst 17 the stoichiometric air-fuel ratio or the rich air-fuel ratio.

【0073】そこで、通常、このSOx被毒回復処理を
実施する際には、まずNOx触媒17の温度を前記所定
の温度まで昇温する昇温処理を実施している。この昇温
の方法としては、例えば、第3の実施の形態で説明した
ように膨張行程あるいは排気行程で燃料噴射弁10から
気筒内に燃料を副噴射して排気ガス温度を上昇させ、こ
れによりNOx触媒17を昇温する方法や、燃料添加ノ
ズル19から排気ガス中に燃料を添加し、この燃料をN
Ox触媒17において燃焼させ、これによりNOx触媒1
7を昇温させる方法が考えられる。
Therefore, when carrying out this SOx poisoning recovery process, first, a temperature raising process for raising the temperature of the NOx catalyst 17 to the above-mentioned predetermined temperature is carried out. As a method of raising the temperature, for example, as described in the third embodiment, the fuel is injected from the fuel injection valve 10 into the cylinder during the expansion stroke or the exhaust stroke to raise the exhaust gas temperature. A method of raising the temperature of the NOx catalyst 17 or adding fuel into the exhaust gas from the fuel addition nozzle 19
Combustion is carried out in the Ox catalyst 17, whereby the NOx catalyst 1
A method of raising the temperature of 7 can be considered.

【0074】しかしながら、前述したようにSOx被毒
回復時にはNOx触媒17の温度を大幅に上昇させる必
要があるため、副噴射量あるいは燃料添加ノズル19か
らの燃料添加量が多量になり、そのため、これら燃料が
EGR系を介して吸気系に多量に回り込んでスモークの
発生を招く虞れがある。
However, as described above, since the temperature of the NOx catalyst 17 needs to be raised significantly at the time of recovery from SOx poisoning, the auxiliary injection amount or the fuel addition amount from the fuel addition nozzle 19 becomes large. A large amount of fuel may flow into the intake system via the EGR system and cause smoke.

【0075】そこで、この第4の実施の形態の排気浄化
装置では、SOx被毒回復専用の燃料添加ノズルをNOx
触媒17の上流に設けることにより、これら不具合が生
じないようにした。以下、第4の実施の形態の内燃機関
の排気浄化装置について、主に第1の実施の形態との相
違点を中心にして説明する。
Therefore, in the exhaust purification system of the fourth embodiment, the fuel addition nozzle dedicated to SOx poisoning recovery is set to NOx.
By providing the catalyst upstream of the catalyst 17, these problems are prevented. Hereinafter, the exhaust emission control system for an internal combustion engine of the fourth embodiment will be described, mainly focusing on the differences from the first embodiment.

【0076】この第4の実施の形態における排気浄化装
置では、NOx触媒17を収容したケーシング18のす
ぐ上流に、SOx被毒回復専用の燃料添加ノズル45が
設けられている。燃料添加ノズル45には、燃料ポンプ
12でポンプアップされた燃料が、燃料パイプ46を介
して供給可能になっており、燃料パイプ46の途中には
燃料制御弁47が設けられている。燃料添加ノズル45
は燃料がNOx触媒17に向けて噴射されるように取り
付けられており、燃料制御弁47の開閉はECU9によ
って制御される。なお、この実施の形態において、燃料
ポンプ12、燃料添加ノズル45、燃料パイプ46、燃
料制御弁47は、第2の還元剤添加装置を構成する。
In the exhaust purification system of the fourth embodiment, a fuel addition nozzle 45 dedicated to SOx poisoning recovery is provided immediately upstream of the casing 18 accommodating the NOx catalyst 17. The fuel pumped up by the fuel pump 12 can be supplied to the fuel addition nozzle 45 through a fuel pipe 46, and a fuel control valve 47 is provided in the middle of the fuel pipe 46. Fuel addition nozzle 45
Is attached so that fuel is injected toward the NOx catalyst 17, and opening / closing of the fuel control valve 47 is controlled by the ECU 9. In addition, in this embodiment, the fuel pump 12, the fuel addition nozzle 45, the fuel pipe 46, and the fuel control valve 47 form a second reducing agent addition device.

【0077】また、排気管16においてケーシング18
よりも下流には、酸化触媒48を収容したケーシング4
9が設けられている。さらに、ケーシング18よりも下
流であってケーシング49よりも上流に位置する排気管
16と、コンプレッサ6aよりも下流であってインター
クーラ7よりも上流に位置する吸気管3は、空気導入管
50によって接続されており、空気導入管50の途中に
は空気制御弁51が設けられている。空気制御弁51の
開閉はECU9によって制御される。
In the exhaust pipe 16, the casing 18
The casing 4 accommodating the oxidation catalyst 48 is located downstream of the casing 4.
9 is provided. Furthermore, the exhaust pipe 16 located downstream of the casing 18 and upstream of the casing 49 and the intake pipe 3 located downstream of the compressor 6 a and upstream of the intercooler 7 are connected by the air introduction pipe 50. An air control valve 51 is provided in the middle of the air introduction pipe 50. The opening and closing of the air control valve 51 is controlled by the ECU 9.

【0078】この第4の実施の形態の排気浄化装置で
は、NOx触媒17に対してSOx被毒回復処理を実行す
るときには、燃料制御弁47を開いて燃料添加ノズル4
5から燃料を噴射してNOx触媒17に流入する排気ガ
スの空燃比を理論空燃比またはそれよりも若干リッチに
し、燃料添加ノズル45から添加された燃料をNOx触
媒17で燃焼せしめることによって、NOx触媒17を
SOx放出可能な温度まで昇温し、さらにNOx触媒17
をその温度に保持することによりNOx触媒17からS
Oxを放出し、SO2に還元し浄化する。そして、これと
同時に、空気制御弁51を開いて、コンプレッサ6aで
昇圧された空気をNOx触媒17の下流の排気ガス中に
導入し、排気ガスの空燃比をほぼ理論空燃比に戻す。こ
れにより、SOx被毒回復処理中、NOx触媒17で浄化
することができなかったHCやCOを下流の酸化触媒4
8で酸化し浄化することができる。
In the exhaust emission control system of the fourth embodiment, when the SOx poisoning recovery process is executed on the NOx catalyst 17, the fuel control valve 47 is opened and the fuel addition nozzle 4 is opened.
By injecting fuel from No. 5 and making the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx catalyst 17 the stoichiometric air-fuel ratio or slightly richer than it, and burning the fuel added from the fuel addition nozzle 45 with the NOx catalyst 17, the NOx The temperature of the catalyst 17 is raised to a temperature at which SOx can be released, and the NOx catalyst 17
Is maintained at that temperature, the NOx catalyst 17 converts the S
It releases Ox and reduces it to SO 2 for purification. At the same time, the air control valve 51 is opened to introduce the air pressurized by the compressor 6a into the exhaust gas downstream of the NOx catalyst 17 to return the air-fuel ratio of the exhaust gas to almost the stoichiometric air-fuel ratio. As a result, during the SOx poisoning recovery process, HC and CO that could not be purified by the NOx catalyst 17 are removed by the downstream oxidation catalyst 4
It can be oxidized and purified at 8.

【0079】このようにSOx被毒回復専用の燃料添加
ノズル45を備えると、燃料添加ノズル45から排気ガ
ス中に添加された燃料がEGR系を介して吸気系に回り
込むということがないので、SOx被毒回復処理に起因
してスモークが発生するということがない。
When the fuel addition nozzle 45 dedicated to SOx poisoning recovery is provided in this way, the fuel added to the exhaust gas from the fuel addition nozzle 45 does not flow into the intake system via the EGR system. Smoke does not occur due to poisoning recovery processing.

【0080】また、SOx被毒回復専用の燃料添加ノズ
ル45を備えずに燃料添加ノズル19でSOx被毒回復
時の燃料を添加しようとした場合には、SOx被毒回復
時には噴射量が多くなるため燃料噴射ノズル19の噴射
孔径を大きくせざるを得ず、そうすると、非SOx被毒
回復時であって軽負荷運転時にNOx浄化のために燃料
添加ノズル19から燃料を添加したときに燃料添加量が
少ないため、燃料の微粒化および気化が十分に行われな
くなり、NOx浄化率が低下する虞れがある。
When the fuel addition nozzle 19 is not provided with the fuel addition nozzle 45 dedicated to SOx poisoning recovery and fuel is added at the time of SOx poisoning recovery, the injection amount increases when SOx poisoning is recovered. Therefore, the injection hole diameter of the fuel injection nozzle 19 must be increased, and when this is done, the fuel addition amount when the fuel is added from the fuel addition nozzle 19 for NOx purification at the time of non-SOx poisoning recovery and light load operation Since the amount is small, atomization and vaporization of fuel are not sufficiently performed, and there is a possibility that the NOx purification rate may decrease.

【0081】しかしながら、この第4の実施の形態の場
合には、SOx被毒回復専用の燃料添加ノズル45を備
えているので、燃料添加ノズル19はNOx触媒17の
NOx放出・還元に必要な燃料添加量さえ噴射できれば
よくなり、したがって、燃料添加ノズル19の噴射孔径
を小さくすることができる。その結果、軽負荷運転時に
も燃料添加ノズル19から添加された燃料の微粒化が十
分に行われるようになり、NOx浄化率も向上する。
However, in the case of the fourth embodiment, since the fuel addition nozzle 45 dedicated to SOx poisoning recovery is provided, the fuel addition nozzle 19 uses the fuel required for NOx release / reduction of the NOx catalyst 17. It is only necessary to inject the added amount, and therefore the injection hole diameter of the fuel addition nozzle 19 can be reduced. As a result, the fuel added from the fuel addition nozzle 19 is sufficiently atomized even during light load operation, and the NOx purification rate is also improved.

【0082】図6は、この第4の実施の形態におけるS
Ox被毒回復制御ルーチンを示す。このSOx被毒回復制
御ルーチンは、ECU9のROMに予め記憶されてお
り、CPUによって繰り返し実行されるルーチンであ
る。
FIG. 6 shows S in the fourth embodiment.
The Ox poisoning recovery control routine is shown. This SOx poisoning recovery control routine is a routine that is stored in advance in the ROM of the ECU 9 and that is repeatedly executed by the CPU.

【0083】<ステップ301>まず、ECU9は、ス
テップ301において、NOx触媒17に対してSOx被
毒回復処理を実行する時期か否か判定する。ここで、S
Ox被毒回復処理を実行する時期としては、例えば、燃
料消費量が所定値に達したとき、あるいは、走行距離が
所定の距離に達したときとすることができる。ステップ
301で否定判定した場合には、ECU9は、本ルーチ
ンの実行を一旦終了する。
<Step 301> First, in step 301, the ECU 9 determines whether or not it is time to execute the SOx poisoning recovery process for the NOx catalyst 17. Where S
The time for executing the Ox poisoning recovery process may be, for example, when the fuel consumption amount reaches a predetermined value or when the traveling distance reaches a predetermined distance. When a negative determination is made in step 301, the ECU 9 once ends the execution of this routine.

【0084】<ステップ302>ステップ301で肯定
判定した場合には、ECU9は、ステップ302に進
み、昇温処理およびSOx被毒回復処理を実行する。す
なわち、燃料制御弁47と空気制御弁51を開弁し、燃
料添加ノズル45から燃料を添加するとともに、酸化触
媒50の上流の排気管16内に空気を導入する。なお、
燃料制御弁47と空気制御弁51の開度および開弁時間
などの作動パターンは、エンジン回転数とエンジン負荷
の二次元マップとして予めECU9のROMに記憶して
おく。
<Step 302> When the affirmative judgment is made in Step 301, the ECU 9 proceeds to Step 302 and executes the temperature raising process and the SOx poisoning recovery process. That is, the fuel control valve 47 and the air control valve 51 are opened, fuel is added from the fuel addition nozzle 45, and air is introduced into the exhaust pipe 16 upstream of the oxidation catalyst 50. In addition,
The operation patterns such as the opening degree of the fuel control valve 47 and the air control valve 51 and the valve opening time are stored in advance in the ROM of the ECU 9 as a two-dimensional map of the engine speed and the engine load.

【0085】<ステップ303>次に、ECU9は、ス
テップ303に進み、NOx触媒17がSOx被毒から回
復したか否か判定する。ここで、NOx触媒17がSOx
被毒から回復したか否かの判定は、例えば、SOx被毒
回復処理を所定時間継続したときに回復したものと判定
することができる。
<Step 303> Next, the ECU 9 proceeds to step 303 and determines whether or not the NOx catalyst 17 has recovered from SOx poisoning. Here, the NOx catalyst 17 is SOx
The determination as to whether or not the poisoning has been recovered can be made, for example, by determining that the SOx poisoning recovery process has been recovered when the SOx poisoning recovery process is continued for a predetermined time.

【0086】ステップ303で否定判定した場合には、
ECU9は、ステップ302に戻り、SOx被毒回復処
理を続行する。ステップ303で肯定判定した場合に
は、ECU9は、本ルーチンを一旦終了する。
If a negative decision is made in step 303,
The ECU 9 returns to step 302 and continues the SOx poisoning recovery process. When a positive determination is made in step 303, the ECU 9 once ends this routine.

【0087】[0087]

【発明の効果】本発明にかかる内燃機関の排気浄化装置
によれば、希薄燃焼可能な多気筒内燃機関の各気筒の排
気ポートに接続された排気マニホールドと、この排気マ
ニホールドと排気管とを接続する排気集合管と、排気マ
ニホールドと内燃機関の吸気系とを接続して排気ガスの
一部を吸気系に再循環せしめる排気再循環装置と、前記
排気管に設けられたリーンNOx触媒と、前記リーンN
Ox触媒よりも上流の排気系に還元剤を添加する還元剤
添加装置と、を備える内燃機関の排気浄化装置におい
て、前記排気集合管の上流端は前記排気マニホールドの
一端側に接続され、前記還元剤添加装置の添加口は排気
マニホールドの前記一端側に近接して位置する気筒の排
気ポートに臨んで取り付けられ、前記排気再循環装置の
排気吸込口は前記排気マニホールドの他端側に設けられ
ていることにより、還元剤添加装置から添加された還元
剤が排気再循環装置を介して吸気系に回り込むのを防止
することができ、スモーク発生を防止することができる
という優れた効果が奏される。また、排気マニホールド
に対する排気再循環装置の接続を1箇所で行っているの
で、耐久性が向上し、コストダウンを図ることができる
という優れた効果が奏される。
According to the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine of the present invention, an exhaust manifold connected to the exhaust port of each cylinder of a multi-cylinder internal combustion engine capable of lean combustion, and the exhaust manifold and the exhaust pipe are connected. An exhaust gas recirculation device for connecting an exhaust manifold and an intake system of an internal combustion engine to recirculate a part of exhaust gas to the intake system; a lean NOx catalyst provided in the exhaust pipe; Lean N
In an exhaust gas purification device for an internal combustion engine, comprising: a reducing agent addition device for adding a reducing agent to an exhaust system upstream of an Ox catalyst, an upstream end of the exhaust collecting pipe is connected to one end side of the exhaust manifold, The addition port of the agent addition device is attached to face the exhaust port of the cylinder located close to the one end side of the exhaust manifold, and the exhaust suction port of the exhaust gas recirculation device is provided on the other end side of the exhaust manifold. As a result, it is possible to prevent the reducing agent added from the reducing agent addition device from flowing into the intake system through the exhaust gas recirculation device, and it is possible to prevent smoke from being produced. . Further, since the exhaust gas recirculation device is connected to the exhaust manifold at one place, the excellent effect is obtained that the durability is improved and the cost can be reduced.

【0088】本発明の内燃機関の排気浄化装置におい
て、前記還元剤添加装置の添加口が取り付けられた気筒
の排気ポートを、添加口が取り付けられた部位において
断面縮小させた場合には、還元剤添加装置から添加され
た還元剤の微粒化を促進することができ、リーンNOx
触媒のNOx浄化率が向上するという効果がある。
In the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine of the present invention, when the cross section of the exhaust port of the cylinder to which the addition port of the reducing agent addition device is attached is reduced at the portion where the addition port is attached, the reducing agent is added. It is possible to promote atomization of the reducing agent added from the addition device, and lean NOx
This has the effect of improving the NOx purification rate of the catalyst.

【0089】本発明の内燃機関の排気浄化装置におい
て、前記排気マニホールドの前記一端側に近接して位置
する気筒の排気弁の開弁期間中に、前記還元剤添加装置
の添加口から還元剤が添加されるようにした場合には、
還元剤添加装置から添加された還元剤が排気マニホール
ドに付着するのを抑制することができ、排気マニホール
ドに付着した燃料が排気再循環装置を介して吸気系に回
り込むのを抑制することができ、その結果、スモーク発
生を防止することができるという効果がある。
In the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, the reducing agent is supplied from the addition port of the reducing agent addition device during the opening period of the exhaust valve of the cylinder located near the one end side of the exhaust manifold. If it is added,
The reducing agent added from the reducing agent addition device can be suppressed from adhering to the exhaust manifold, and the fuel adhering to the exhaust manifold can be suppressed from flowing into the intake system via the exhaust gas recirculation device, As a result, it is possible to prevent smoke from being generated.

【0090】本発明の内燃機関の排気浄化装置におい
て、前記還元剤添加装置の添加口が取り付けられた気筒
に限って、燃料噴射弁から機関出力を得るための燃料を
噴射する主噴射を実行した後、膨張行程または排気行程
で前記燃料噴射弁から燃料を噴射する副噴射を実行した
場合には、燃料の副噴射により排気ガス温度を上昇させ
ることができ、還元剤添加装置から添加された燃料の微
粒化および気化を促進させて、リーンNOx触媒のNOx
浄化率を向上することができるという効果がある。
In the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, the main injection for injecting the fuel for obtaining the engine output from the fuel injection valve is executed only in the cylinder to which the addition port of the reducing agent addition apparatus is attached. After that, when the sub-injection for injecting the fuel from the fuel injection valve is executed in the expansion stroke or the exhaust stroke, the exhaust gas temperature can be raised by the sub-injection of the fuel, and the fuel added from the reducing agent adding device can be increased. Promotes atomization and vaporization of NOx and NOx of lean NOx catalyst
There is an effect that the purification rate can be improved.

【0091】本発明の内燃機関の排気浄化装置におい
て、前記排気集合管の下流に吸気を加圧するためのター
ボチャージャと、軽負荷時であって前記還元剤添加装置
による還元剤添加時に前記ターボチャージャを迂回して
排気ガスを前記リーンNOx触媒に導くバイパス通路
と、を備えた場合には、軽負荷運転時、ターボチャージ
ャによる排気ガスの温度降下をなくすことができるの
で、還元剤添加装置から添加された還元剤の微粒化およ
び気化が妨げられなくなり、リーンNOx触媒のNOx浄
化率が向上するという効果がある。さらに、前記バイパ
ス通路に酸化能を有する触媒を備えた場合には、排気ガ
ス温度を上昇させることができるので、リーンNOx触
媒のNOx浄化率が向上するという効果がある。
In the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, a turbocharger for pressurizing intake air downstream of the exhaust collecting pipe, and the turbocharger at the time of light load when the reducing agent is added by the reducing agent addition device And a bypass passage for bypassing the exhaust gas to the lean NOx catalyst, the temperature drop of the exhaust gas due to the turbocharger can be eliminated at the time of light load operation. There is an effect that atomization and vaporization of the reduced reducing agent are not hindered, and the NOx purification rate of the lean NOx catalyst is improved. Further, when the bypass passage is provided with a catalyst having an oxidizing ability, the exhaust gas temperature can be raised, so that the NOx purification rate of the lean NOx catalyst is improved.

【0092】本発明の内燃機関の排気浄化装置におい
て、前記リーンNOx触媒を硫黄被毒から回復するとき
に該リーンNOx触媒に還元剤を供給する第2の還元剤
添加装置がリーンNOx触媒の上流に設けた場合には、
第2の還元剤添加装置から添加された還元剤は排気再循
環装置を介して吸気系に回り込むことがないので、硫黄
被毒回復処理のための還元剤添加に起因してスモークが
発生するのを防止することができるという効果がある。
In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine of the present invention, the second reducing agent addition device for supplying the reducing agent to the lean NOx catalyst when recovering the lean NOx catalyst from sulfur poisoning is upstream of the lean NOx catalyst. When installed in
Since the reducing agent added from the second reducing agent addition device does not flow into the intake system via the exhaust gas recirculation device, smoke is generated due to the addition of the reducing agent for the sulfur poisoning recovery process. The effect is that it can be prevented.

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

【図1】 本発明にかかる内燃機関の排気浄化装置の第
1の実施の形態における概略構成を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an exhaust emission control system for an internal combustion engine according to a first embodiment of the present invention.

【図2】 本発明にかかる内燃機関の排気浄化装置の第
2の実施の形態における排気ポート周りの断面図であ
る。
FIG. 2 is a sectional view around an exhaust port in a second embodiment of an exhaust purification system for an internal combustion engine according to the present invention.

【図3】 第2の実施の形態における燃料添加制御ルー
チンを示すフローチャートである。
FIG. 3 is a flowchart showing a fuel addition control routine in the second embodiment.

【図4】 本発明にかかる内燃機関の排気浄化装置の第
3の実施の形態における概略構成を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a schematic configuration of an exhaust purification system for an internal combustion engine according to a third embodiment of the present invention.

【図5】 第3の実施の形態における排気ガス迂回制御
ルーチンを示すフローチャートである。
FIG. 5 is a flowchart showing an exhaust gas bypass control routine according to a third embodiment.

【図6】 本発明にかかる内燃機関の排気浄化装置の第
4の実施の形態における概略構成を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a schematic configuration of an exhaust purification system for an internal combustion engine according to a fourth embodiment of the present invention.

【図7】 第4の実施の形態におけるSOx被毒回復制
御ルーチンを示すフローチャートである。
FIG. 7 is a flowchart showing a SOx poisoning recovery control routine in a fourth embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 エンジン(内燃機関) 2 吸気マニホールド(吸気系) 3 吸気管 6 ターボチャージャ 6a コンプレッサ 6b タービン 9 ECU(エンジンコントロール用電子制御ユニッ
ト) 10 燃料噴射弁 12 燃料ポンプ(還元剤添加装置、第2の還元剤添加
装置) 13 排気ポート 14 排気マニホールド 15 排気集合管 16 排気管 17 吸蔵還元型NOx触媒(リーンNOx触媒) 19 燃料添加ノズル(還元剤添加装置の添加口) 20 燃料パイプ(還元剤添加装置) 21 燃料通路(還元剤添加装置) 22 制御弁(還元剤添加装置) 23 EGR管(排気再循環装置) 24 EGRクーラ(排気再循環装置) 25 EGR弁(排気再循環装置) 40 バイパス管(バイパス通路) 41 酸化触媒 45 燃料添加ノズル(第2の還元剤添加装置) 46 燃料パイプ(第2の還元剤添加装置) 47 燃料制御弁(第2の還元剤添加装置)
1 Engine (Internal Combustion Engine) 2 Intake Manifold (Intake System) 3 Intake Pipe 6 Turbocharger 6a Compressor 6b Turbine 9 ECU (Electronic Control Unit for Engine Control) 10 Fuel Injection Valve 12 Fuel Pump (Reducing Agent Addition Device, Second Reduction) Agent addition device) 13 Exhaust port 14 Exhaust manifold 15 Exhaust collecting pipe 16 Exhaust pipe 17 Storage reduction type NOx catalyst (lean NOx catalyst) 19 Fuel addition nozzle (addition port of reducing agent addition device) 20 Fuel pipe (reducing agent addition device) 21 Fuel Passage (Reducing Agent Addition Device) 22 Control Valve (Reducing Agent Addition Device) 23 EGR Pipe (Exhaust Gas Recirculation Device) 24 EGR Cooler (Exhaust Gas Recirculation Device) 25 EGR Valve (Exhaust Gas Recirculation Device) 40 Bypass Pipe (Bypass) Passage) 41 oxidation catalyst 45 fuel addition nozzle (second reducing agent addition device) 46 combustion Pipe (second reducing agent adding device) 47 fuel control valve (second reducing agent adding device)

フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI F02D 43/00 F02D 43/00 301J 301N 301T F02F 1/42 F02F 1/42 B F02M 25/07 550 F02M 25/07 550C 550R 580 580A 45/02 45/02 (72)発明者 石山 忍 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 大羽 孝宏 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 田原 淳 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 柴田 大介 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 根上 秋彦 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自 動車株式会社内 (56)参考文献 特開 平11−294145(JP,A) 特開 平6−74022(JP,A) 特開2000−38962(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F01N 3/08 - 3/36 F02D 41/40 F02D 43/00 F02F 1/42 F02M 25/07 F02M 45/02 Front page continuation (51) Int.Cl. 7 Identification code FI F02D 43/00 F02D 43/00 301J 301N 301T F02F 1/42 F02F 1/42 B F02M 25/07 550 F02M 25/07 550C 550R 580 580A 45 / 02 45/02 (72) Inventor Shinobu Ishiyama 1 Toyota Town, Toyota City, Aichi Prefecture, Toyota Motor Co., Ltd. (72) Inventor Takahiro Ooba 1 Toyota Town, Toyota City, Aichi Prefecture, Toyota Motor Co., Ltd. (72) Invention Atsushi Tahara 1 Toyota Town, Toyota City, Aichi Prefecture Toyota Motor Co., Ltd. (72) Inventor Daisuke Shibata, Toyota City, Aichi Prefecture Toyota City 1 Toyota Motor Corporation, (72) Inventor Akihiko Negami Toyota City, Aichi Prefecture Toyota Town No. 1 Toyota Motor Corporation (56) References JP-A-11-294145 (JP, A) JP-A-6-74022 (JP, A) JP-A-2000-38962 (JP, A) (58) Survey Areas (Int.Cl. 7 , DB name) F01N 3/08-3/36 F02D 41/40 F0 2D 43/00 F02F 1/42 F02M 25/07 F02M 45/02

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 希薄燃焼可能な多気筒内燃機関の各気筒
の排気ポートに接続された排気マニホールドと、この排
気マニホールドと排気管とを接続する排気集合管と、排
気マニホールドと内燃機関の吸気系とを接続して排気ガ
スの一部を吸気系に再循環せしめる排気再循環装置と、
前記排気管に設けられたリーンNOx触媒と、前記リー
ンNOx触媒よりも上流の排気系に還元剤を添加する還
元剤添加装置と、を備える内燃機関の排気浄化装置にお
いて、 前記排気集合管の上流端は前記排気マニホールドの一端
側に接続され、前記還元剤添加装置の添加口は排気マニ
ホールドの前記一端側に近接して位置する気筒の排気ポ
ートに臨んで取り付けられ、前記排気再循環装置の排気
吸込口は前記排気マニホールドの他端側に設けられてい
ることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
1. An exhaust manifold connected to an exhaust port of each cylinder of a lean-burn multi-cylinder internal combustion engine, an exhaust collecting pipe connecting the exhaust manifold and the exhaust pipe, an exhaust manifold and an intake system of the internal combustion engine. An exhaust gas recirculation device that connects to and recirculates part of the exhaust gas to the intake system,
An exhaust gas purification device for an internal combustion engine, comprising: a lean NOx catalyst provided in the exhaust pipe; and a reducing agent addition device for adding a reducing agent to an exhaust system upstream of the lean NOx catalyst, wherein the exhaust gas collecting pipe is upstream of the exhaust gas collecting pipe. The end is connected to one end side of the exhaust manifold, the addition port of the reducing agent addition device is attached to face the exhaust port of the cylinder located near the one end side of the exhaust manifold, and the exhaust gas of the exhaust gas recirculation device is attached. An exhaust emission control device for an internal combustion engine, wherein an intake port is provided on the other end side of the exhaust manifold.
【請求項2】 前記還元剤添加装置の添加口が取り付け
られた気筒の排気ポートは、添加口が取り付けられた部
位において断面縮小していることを特徴とする請求項1
に記載の内燃機関の排気浄化装置。
2. The exhaust port of the cylinder to which the addition port of the reducing agent addition device is attached has a reduced cross-section at a portion where the addition port is attached.
An exhaust emission control device for an internal combustion engine as set forth in.
【請求項3】 前記排気マニホールドの前記一端側に近
接して位置する気筒の排気弁の開弁期間中に、前記還元
剤添加装置の添加口から還元剤が添加されることを特徴
とする請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. The reducing agent is added from an addition port of the reducing agent addition device during an opening period of an exhaust valve of a cylinder located close to the one end side of the exhaust manifold. Item 2. An exhaust gas purification device for an internal combustion engine according to item 1.
【請求項4】 前記還元剤添加装置の添加口が取り付け
られた気筒に限っては、燃料噴射弁から機関出力を得る
ための燃料を噴射する主噴射を実行した後、膨張行程ま
たは排気行程で前記燃料噴射弁から燃料を噴射する副噴
射を実行することを特徴とする請求項1または3に記載
の内燃機関の排気浄化装置。
4. Only in the cylinder to which the addition port of the reducing agent addition device is attached, in the expansion stroke or the exhaust stroke after the main injection for injecting fuel for obtaining the engine output from the fuel injection valve is executed. The exhaust gas purification device for an internal combustion engine according to claim 1 or 3, wherein a sub-injection for injecting fuel from the fuel injection valve is executed.
【請求項5】 前記排気集合管の下流に吸気を加圧する
ためのターボチャージャと、軽負荷時であって前記還元
剤添加装置による還元剤添加時に前記ターボチャージャ
を迂回して排気ガスを前記リーンNOx触媒に導くバイ
パス通路と、を備えることを特徴とする請求項1に記載
の内燃機関の排気浄化装置。
5. A turbocharger for pressurizing intake air downstream of the exhaust collecting pipe, and a lean exhaust gas bypassing the turbocharger when the load is light and the reducing agent is added by the reducing agent addition device. The exhaust gas purification device for an internal combustion engine according to claim 1, further comprising: a bypass passage that leads to the NOx catalyst.
【請求項6】 前記バイパス通路に酸化能を有する触媒
を備えることを特徴とする請求項5に記載の内燃機関の
排気浄化装置。
6. The exhaust gas purification device for an internal combustion engine according to claim 5, wherein the bypass passage is provided with a catalyst having an oxidizing ability.
【請求項7】 前記リーンNOx触媒を硫黄被毒から回
復するときに該リーンNOx触媒に還元剤を供給する第
2の還元剤添加装置がリーンNOx触媒の上流に設けら
れていることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の
排気浄化装置。
7. A second reducing agent addition device for supplying a reducing agent to the lean NOx catalyst when recovering the lean NOx catalyst from sulfur poisoning is provided upstream of the lean NOx catalyst. The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to claim 1.
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