JP3551805B2

JP3551805B2 - Exhaust gas purification device for internal combustion engine

Info

Publication number: JP3551805B2
Application number: JP00528599A
Authority: JP
Inventors: 敏久杉山; 淳田原
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1999-01-12
Filing date: 1999-01-12
Publication date: 2004-08-11
Anticipated expiration: 2019-01-12
Also published as: JP2000204940A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
排気中の微粒子を捕集するためのパティキュレートフィルタを機関排気通路内に配置すると共に、流入する排気の空燃比がリーンのときにＮＯ_Ｘを吸収し、流入する排気中の酸素濃度が低下すると吸収しているＮＯ_Ｘを放出するＮＯ_Ｘ吸収剤をパティキュレートフィルタから離間してパティキュレートフィルタ下流の機関排気通路内に配置し、機関燃焼室内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁を具備し、ＮＯ_Ｘ吸収剤内のＮＯ_Ｘを放出、還元すべきときには膨張行程または排気行程に燃料噴射弁から燃料を２次的に噴射するようにした内燃機関の排気浄化装置が公知である（特開平９−５３４４２号公報参照）。この排気浄化装置では、ＮＯ_Ｘ吸収剤内のＮＯ_Ｘを放出、還元するための還元剤を２次噴射による燃料から形成し、この２次燃料を燃焼室からパティキュレートフィルタを介しＮＯ_Ｘ吸収剤に供給するようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、大部分の２次燃料はパティキュレートフィルタにおいて排気中の酸素と反応するためにＮＯ_Ｘ吸収剤に到る前に消費されてしまうという問題点がある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために１番目の発明によれば、排気中の微粒子を捕集するためのパティキュレートフィルタを機関排気通路内に配置すると共に、流入する排気の空燃比がリーンのときにＮＯ_Ｘ吸収し、流入する排気中の酸素濃度が低下すると吸収しているＮＯ_Ｘを放出するＮＯ_Ｘ吸収剤をパティキュレートフィルタから離間してパティキュレートフィルタ下流の機関排気通路内に配置し、パティキュレートフィルタに捕集されているパティキュレートを除去するパティキュレートフィルタ再生作用を行うことが可能な内燃機関の排気浄化装置において、パティキュレートフィルタとＮＯ_Ｘ吸収剤間の機関排気通路内にＮＯ_Ｘ吸収剤に還元剤を供給するための還元剤供給手段を配置し、パティキュレートフィルタ再生作用時のＮＯ _Ｘ吸収剤の温度を求めて該ＮＯ _Ｘ吸収剤の温度がＳＯ _Ｘ放出温度よりも高いパティキュレートフィルタ再生作用時に、ＮＯ _Ｘ吸収剤からＳＯ _Ｘを放出させるために還元剤供給手段からＮＯ_Ｘ吸収剤に還元剤を供給するようにしている。
【０００５】
すなわち１番目の発明では、パティキュレートフィルタ下流に還元剤供給手段が配置されているので還元剤消費量が低減される。また、パティキュレートフィルタ再生作用時には排気中の酸素がパティキュレートフィルタにおいて消費されるためにＮＯ _Ｘ吸収剤に流入する酸素濃度が低下せしめられており、したがってパティキュレートフィルタ再生作用時に還元剤供給手段からＮＯ _Ｘ吸収剤に還元剤を供給することにより還元剤消費量がさらに低減される。更に、還元剤が有効に利用される。
【０００６】
上記課題を解決するために２番目の発明によれば、排気中の微粒子を捕集するためのパティキュレートフィルタを機関排気通路内に配置すると共に、流入する排気の空燃比がリーンのときにＮＯ _Ｘを吸収し、流入する排気中の酸素濃度が低下すると吸収しているＮＯ _Ｘを放出するＮＯ _Ｘ吸収剤をパティキュレートフィルタから離間してパティキュレートフィルタ下流の機関排気通路内に配置し、パティキュレートフィルタに捕集されているパティキュレートを除去するパティキュレートフィルタ再生作用を行うことが可能な内燃機関の排気浄化装置において、パティキュレートフィルタとＮＯ _Ｘ吸収剤間の機関排気通路内にＮＯ _Ｘ吸収剤に還元剤を供給するための還元剤供給手段を配置し、パティキュレートフィルタ再生作用時のＮＯ _Ｘ吸収剤のＳＯ _Ｘ吸収量を求めてＳＯ _Ｘ吸収量が予め定められた設定量よりも多いパティキュレートフィルタ再生作用時に、ＮＯ _Ｘ吸収剤からＳＯ _Ｘを放出させるために還元剤供給手段からＮＯ _Ｘ吸収剤に還元剤を供給するようにしている。
【０００７】
すなわち２番目の発明では、パティキュレートフィルタ下流に還元剤供給手段が配置されているので還元剤消費量が低減される。また、パティキュレートフィルタ再生作用時には排気中の酸素がパティキュレートフィルタにおいて消費されるためにＮＯ _Ｘ吸収剤に流入する酸素濃度が低下せしめられており、したがってパティキュレートフィルタ再生作用時に還元剤供給手段からＮＯ _Ｘ吸収剤に還元剤を供給することにより還元剤消費量がさらに低減される。更に、還元剤が有効に利用される。
【０００８】
上記課題を解決するために３番目の発明によれば、排気中の微粒子を捕集するためのパティキュレートフィルタを機関排気通路内に配置すると共に、流入する排気の空燃比がリーンのときにＮＯ _Ｘを吸収し、流入する排気中の酸素濃度が低下すると吸収しているＮＯ _Ｘを放出するＮＯ _Ｘ吸収剤をパティキュレートフィルタから離間してパティキュレートフィルタ下流の機関排気通路内に配置し、パティキュレートフィルタに捕集されているパティキュレートを除去するパティキュレートフィルタ再生作用を行うことが可能な内燃機関の排気浄化装置において、パティキュレートフィルタとＮＯ _Ｘ吸収剤間の機関排気通路内にＮＯ _Ｘ吸収剤に還元剤を供給するための還元剤供給手段を配置し、パティキュレートフィルタ再生作用時に還元剤供給手段からＮＯ _Ｘ吸収剤に還元剤を供給するようにし、ＮＯ _Ｘ吸収剤を収容するケーシングの入口部に還元剤供給装置の還元剤供給ノズルを隣接配置すると共に、該還元剤供給ノズルをＮＯ _Ｘ吸収剤に向けて開口せしめ、該還元剤供給ノズルの噴霧角度をケーシング入口部のコーン角度よりも大きくしている。
【０００９】
すなわち３番目の発明では、パティキュレートフィルタ下流に還元剤供給手段が配置されているので還元剤消費量が低減される。また、パティキュレートフィルタ再生作用時には排気中の酸素がパティキュレートフィルタにおいて消費されるためにＮＯ _Ｘ吸収剤に流入する酸素濃度が低下せしめられており、したがってパティキュレートフィルタ再生作用時に還元剤供給手段からＮＯ _Ｘ吸収剤に還元剤を供給することにより還元剤消費量がさらに低減される。更に、還元剤がＮＯ _Ｘ吸収剤の半径方向に一様に供給される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
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。しかしながら本発明を火花点火式機関に適用することもできる。
図１を参照すると、機関本体１は例えば四つの気筒＃１，＃２，＃３，＃４を具備する。各気筒は対応する吸気枝管２を介してサージタンク３に接続され、サージタンク３は吸気ダクト４およびインタークーラ５を介して過給機、例えば排気ターボチャージャ６のコンプレッサ６ｃの出口部に接続される。コンプレッサ６ｃの入口部は空気吸い込み管７を介してエアクリーナ８に接続される。サージタンク３とインタークーラ５間の吸気ダクト４内にはアクチュエータ９により駆動されるスロットル弁１０が配置される。また、各気筒は燃焼室内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁１１を具備する。各燃料噴射弁１１は共通の燃料蓄圧室１２を介し吐出量を制御可能な燃料ポンプ１３に接続される。燃料ポンプ１３は燃料蓄圧室１２内の燃料圧が目標燃料圧となるように吐出量が制御される。
【００１１】
一方、各気筒には排気マニホルド１４のそれぞれ対応する分岐部１５が接続され、各分岐部１５内にはパティキュレートフィルタ１６が収容される。排気マニホルド１４の集合部は排気ターボチャージャ６の排気タービン６ｔの入口部に接続され、排気タービン６ｔの出口部は排気管１８を介してＮＯ_Ｘ吸収剤１９を収容したケーシング２０に接続され、ケーシング２０は排気管２１に接続される。また、排気タービン６ｔとＮＯ_Ｘ吸収剤１９間の排気管１８内にはＮＯ_Ｘ吸収剤１９に還元剤を供給するための還元剤供給弁２２がＮＯ_Ｘ吸収剤１９に隣接配置される。この還元剤供給弁２２は燃料蓄圧室１２に接続されており、したがって本実施態様では機関の燃料（ＨＣ）が還元剤として用いられる。なお、還元剤として例えばガソリン、イソオクタン、ヘキサン、ヘプタン、軽油、灯油、ブタン、プロパンのような炭化水素、水素、アンモニア、尿素などを用いることができる。
【００１２】
さらに、パティキュレートフィルタ１６下流の排気マニホルド１４と、スロットル弁１０下流の吸気ダクト４とは排気再循環（以下ＥＧＲと称す）通路２３を介して互いに接続され、ＥＧＲ通路２３内にはアクチュエータ２４により駆動されるＥＧＲ制御弁２５が配置される。このように還元剤供給弁２２よりも上流にＥＧＲ通路２３を設けるようにすると還元剤供給弁２２から供給された２次燃料がＥＧＲガスと共に機関吸気通路に戻されるのが阻止される。
【００１３】
さらに、排気タービン６ｔと還元剤供給弁２２間に位置する排気管１８内にはアクチュエータ２５により駆動される排気絞り弁２６が配置される。この排気絞り弁２６は通常全開に維持されている。
電子制御ユニット（ＥＣＵ）３０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス３１を介し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、常時電源に接続されているＢ−ＲＡＭ（バックアップＲＡＭ）３５、入力ポート３６、および出力ポート３７を具備する。空気吸い込み管７内には吸入空気の質量流量を検出するための質量流量センサ３８が配置される。燃料蓄圧室１２には燃料蓄圧室１２内の燃料圧に比例した出力電圧を発生する燃料圧センサ３９が配置される。パティキュレートフィルタ１６上流に位置する排気マニホルド１４の分岐部１５にはパティキュレートフィルタ１６の温度ＴＰＦを表すパティキュレートフィルタ１６に流入する排気の温度に比例した出力電圧を発生する温度センサ４０ａが配置され、ＮＯ_Ｘ吸収剤１９下流の排気管２１にはＮＯ_Ｘ吸収剤１９の温度ＴＮＡを表すＮＯ_Ｘ吸収剤１９から流出した排気の温度に比例した出力電圧を発生する温度センサ４０ｂが配置される。また、踏み込み量センサ４１はアクセルペダルの踏み込み量ＤＥＰに比例した出力電圧を発生する。これらセンサ３８，３９，４０ａ，４０ｂ，４１の出力電圧はそれぞれ対応するＡＤ変換器４２を介して入力ポート３６に入力される。
【００１４】
また、入力ポート３６には機関回転数を表す出力パルスを発生する回転数センサ４３が接続される。一方、出力ポート３７はそれぞれ対応する駆動回路４４を介して各燃料噴射弁７、アクチュエータ９，２４，２５、燃料ポンプ１３、および還元剤供給弁２２にそれぞれ接続される。
ＮＯ_Ｘ吸収剤１９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、パラジウムＰｄ、ロジウムＲｈ、イリジウムＩｒのような貴金属とが担持されている。このＮＯ_Ｘ吸収剤１９は流入する排気の空燃比がリーンのときにはＮＯ_Ｘを吸収し、流入する排気中の酸素濃度が低下すると吸収したＮＯ_Ｘを放出するＮＯ_Ｘの吸放出作用を行う。なお、ＮＯ_Ｘ吸収剤１９上流の排気通路内または燃焼室内に燃料或いは空気が２次的に供給されない場合には流入する排気の空燃比は各気筒に供給される全燃料量に対する全空気量の比に一致する。
【００１５】
上述のＮＯ_Ｘ吸収剤１９を機関排気通路内に配置すればこのＮＯ_Ｘ吸収剤１９は実際にＮＯ_Ｘの吸放出作用を行うがこ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。しかしながらこの吸放出作用は図２（Ａ），２（Ｂ）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。次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。
【００１６】
すなわち、流入する排気がかなりリーンになると流入する排気中の酸素濃度が大巾に増大し、図２（Ａ）に示されるようにこれら酸素Ｏ_２がＯ_２ ⁻またはＯ^{２ −}の形で白金Ｐｔの表面に付着する。一方、流入する排気中のＮＯは白金Ｐｔの表面上でＯ_２ ⁻またはＯ^２−と反応し、ＮＯ_２となる（２ＮＯ＋Ｏ_２→２ＮＯ_２）。次いで生成されたＮＯ_２の一部は白金Ｐｔ上でさらにに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（Ａ）に示されるように硝酸イオンＮＯ_３ ⁻の形で吸収剤内に拡散する。このようにしてＮＯ_ＸがＮＯ_Ｘ吸収剤１９内に吸収される。
【００１７】
流入する排気中の酸素濃度が高い限り白金Ｐｔの表面でＮＯ_２が生成され、吸収剤のＮＯ_Ｘ吸収能力が飽和しない限りＮＯ_２が吸収剤内に吸収されて硝酸イオンＮＯ_３ ⁻が生成される。これに対して流入する排気中の酸素濃度が低下してＮＯ_２の生成量が低下すると反応が逆方向（ＮＯ_３ ⁻→ＮＯ_２）に進み、斯くして吸収剤内の硝酸イオンＮＯ_３ ⁻がＮＯ_２の形で吸収剤から放出される。すなわち、流入する排気中の酸素濃度が低下するとＮＯ_Ｘ吸収剤１９からＮＯ_Ｘが放出されることになる。流入する排気のリーンの度合が低くなれば流入する排気中の酸素濃度が低下し、したがって流入する排気のリーンの度合を低くすればＮＯ_Ｘ吸収剤１９からＮＯ_Ｘが放出されることになる。
【００１８】
一方、このときＮＯ_Ｘ吸収剤１９に還元剤例えばＨＣを供給して流入する排気の空燃比をリッチにするとＨＣ、および機関から排出されるＨＣ，ＣＯは白金Ｐｔ上の酸素Ｏ_２ ⁻またはＯ^２−と反応して酸化せしめられる。また、流入する排気の空燃比をリッチにすると流入する排気中の酸素濃度が極度に低下するために吸収剤からＮＯ_２が放出され、このＮＯ_２は図２（Ｂ）に示されるようにＨＣ，ＣＯと反応して還元せしめられる。このようにして白金Ｐｔの表面上にＮＯ_２が存在しなくなると吸収剤から次から次へとＮＯ_２が放出される。したがって流入する排気の空燃比をリッチにすると短時間のうちにＮＯ_Ｘ吸収剤１９からＮＯ_Ｘが放出されることになる。なお、ＮＯ_Ｘ吸収剤１９に流入する排気の平均空燃比がリーンであっても流入排気中に一定量以上のＨＣ，ＣＯが含まれていると局所的に酸素濃度が低下するために吸収剤からＮＯ_２が放出され、還元されうる。
【００１９】
本実施態様では通常運転時に各気筒で燃焼せしめられる混合気の空燃比はリーンに維持されており、したがって通常運転時に各気筒から排出される排気中のＮＯ_ＸがＮＯ_Ｘ吸収剤１９に吸収される。
ところが、ＮＯ_Ｘ吸収剤１９のＮＯ_Ｘ吸収能力には限界があるのでＮＯ_Ｘ吸収剤１９のＮＯ_Ｘ吸収能力が飽和する前にＮＯ_Ｘ吸収剤１９からＮＯ_Ｘを放出させる必要がある。そこで本実施態様では、ＮＯ_Ｘ吸収剤１９のＮＯ_Ｘ吸収量を求め、このＮＯ_Ｘ吸収量が予め定められた設定量よりも多くなったときに還元剤供給弁２２からＮＯ_Ｘ吸収剤１９に還元剤を一時的に供給してＮＯ_Ｘ吸収剤１９内のＮＯ_Ｘを放出、還元するようにしている。
【００２０】
一方、機関から排出される排気中にはすす、カーボン、有機可溶成分（ＳＯＦ）、サルフェートなどからなるパティキュレートが含まれており、このパティキュレートはパティキュレートフィルタ１６に捕集される。ところがパティキュレートフィルタ１６のパティキュレート捕集量が多くなると機関背圧が高くなるので機関背圧が高くなる前にパティキュレートフィルタ１６からパティキュレートを除去するすなわちパティキュレートフィルタ１６の再生作用を行う必要がある。
【００２１】
パティキュレートフィルタ１６の温度ＴＰＦが再生開始温度ＴＰＲよりも高くなるとパティキュレートフィルタ１６に捕集されているパティキュレートが燃焼を開始し、斯くしてパティキュレートフィルタ再生作用が開始される。一方、パティキュレートフィルタ１６に燃料を供給するとこの燃料がパティキュレートフィルタ１６で燃焼するためにパティキュレートフィルタ温度ＴＰＦを上昇させることができる。さらに、圧縮上死点周りに行われる燃料噴射とは別に燃料噴射弁７から膨張行程または排気行程に２回目の燃料噴射すなわち２次燃料噴射を行うことによりパティキュレートフィルタ１６に燃料を供給することができる。そこで本実施態様では、パティキュレートフィルタ１６のパティキュレート捕集量を求め、このパティキュレート捕集量が予め定められた設定量よりも多くなったときにパティキュレートフィルタ１６に２次燃料噴射を行ってパティキュレートフィルタ温度ＴＰＦを再生開始温度ＴＰＲよりも高くし、それによりパティキュレートフィルタ再生作用を行うようにしている。なお、２次燃料噴射による燃料は機関出力にほとんど寄与しない。
【００２２】
このようにＮＯ_ＸはＮＯ_Ｘ吸収剤１９において浄化され、パティキュレートはパティキュレートフィルタ１６において浄化される。ところが流入する排気中にはイオウ分が含まれており、ＮＯ_Ｘ吸収剤１９にはＮＯ_Ｘばかりでなくイオウ分例えばＳＯ_Ｘも吸収される。このＮＯ_Ｘ吸収剤１９へのイオウ分の吸収メカニズムはＮＯ_Ｘの吸収メカニズムと同じであると考えられる。
【００２３】
すなわち、ＮＯ_Ｘの吸収メカニズムを説明したときと同様に担体上に白金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と、前述したように流入する排気の空燃比がリーンのときには酸素Ｏ_２がＯ_２ ⁻またはＯ^２−の形で白金Ｐｔの表面に付着しており、流入する排気中のＳＯ_Ｘ例えばＳＯ_２は白金Ｐｔの表面でＯ_２ ⁻またはＯ^２−と反応してＳＯ_３となる。次いで生成されたＳＯ_３は白金Ｐｔ上で更に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、硫酸イオンＳＯ_４ ^２−の形で吸収剤内に拡散する。次いでこの硫酸イオンＳＯ_４ ^２−はバリウムイオンＢａ^２＋と結合して硫酸塩ＢａＳＯ_４を生成する。
【００２４】
しかしながらこの硫酸塩ＢａＳＯ_４は分解しずらく、還元剤供給弁２２からＮＯ_Ｘ吸収剤１９に還元剤を供給しても硫酸塩ＢａＳＯ_４は分解されずにそのまま残る。したがってＮＯ_Ｘ吸収剤１９内には時間が経過するにつれて硫酸塩ＢａＳＯ_４が増大することになり、斯くして時間が経過するにつれてＮＯ_Ｘ吸収剤１９が吸収しうるＮＯ_Ｘ量が低下することになる。
【００２５】
ところが、ＮＯ_Ｘ吸収剤温度ＴＮＡがＮＯ_Ｘ吸収剤１９の種類に応じて定まるＳＯ_Ｘ放出温度ＴＳＲよりも高いときにＮＯ_Ｘ吸収剤１９に還元剤を供給すると、すなわち例えばＮＯ_Ｘ吸収剤１９に流入する排気の空燃比がリッチにするとＮＯ_Ｘ吸収剤１９内の硫酸塩ＢａＳＯ_４は分解して硫酸イオンＳＯ_４ ^２−がＳＯ_３の形で吸収剤から放出される。一方、上述したパティキュレートフィルタ再生作用が行われているときにはＮＯ_Ｘ吸収剤１９に流入する排気の温度が高くなるのでこのときＮＯ_Ｘ吸収剤温度ＴＮＡがＳＯ_Ｘ放出温度ＴＳＲよりも高くなりうる。
【００２６】
そこで本実施態様では、ＮＯ_Ｘ吸収剤１９のＳＯ_Ｘ吸収量が予め定められた第１の設定量ＳＳＵ１よりも多くなったときにはパティキュレートフィルタ再生作用が開始されるのを待ち、パティキュレートフィルタ再生作用が開始されたときに還元剤供給弁２２からＮＯ_Ｘ吸収剤１９への還元剤供給作用を開始してＮＯ_Ｘ吸収剤１９に流入する排気の空燃比がリッチになるようにし、それによりＮＯ_Ｘ吸収剤１９からＳＯ_Ｘを放出させるようにしている。このとき放出されたＳＯ_３は流入する排気中のＨＣ，ＣＯによってただちにＳＯ_２に還元せしめられる。また、このときＮＯ_Ｘ吸収剤１９内のＮＯ_Ｘも同時に放出、還元せしめられる。
【００２７】
ただし、例えばパティキュレートフィルタ再生作用が開始された直後はＮＯ_Ｘ吸収剤温度ＴＮＡがＳＯ_Ｘ放出温度ＴＳＲよりも低い場合がある。したがって正確に言うと、パティキュレートフィルタ再生作用が開始された後ＮＯ_Ｘ吸収剤温度ＴＮＡがＳＯ_Ｘ放出温度ＴＳＲよりも高くなったときに還元剤供給作用が開始されるということになる。
【００２８】
このようにパティキュレートフィルタ再生作用が行われるとパティキュレートフィルタ１６において排気中の酸素が消費されるのでＮＯ_Ｘ吸収剤１９に流入する排気の空燃比をリッチにするために必要な還元剤量を低減することができる。また、ＮＯ_Ｘ吸収剤温度ＴＮＡをＳＯ_Ｘ放出温度ＴＳＲまで昇温するための還元剤が不要になる。
【００２９】
ところで、この場合ＮＯ_Ｘ吸収剤温度ＴＮＡがＳＯ_Ｘ放出温度ＴＳＲよりも高くなったとしてもＮＯ_Ｘ吸収剤１９のＳＯ_Ｘ吸収量が第１の設定量ＳＳＵ１よりも少なければＮＯ_Ｘ吸収剤１９のＳＯ_Ｘ放出作用は行われない。ところがＮＯ_Ｘ吸収剤１９のＳＯ_Ｘ吸収量が第１の設定量ＳＳＵ１よりも多くなった後長時間にわたってパティキュレートフィルタ再生作用が行われないとＮＯ_Ｘ吸収剤１９のＳＯ_Ｘ吸収量が極めて多くなり、ＮＯ_Ｘ吸収剤１９のＮＯ_Ｘ吸収能力がほとんどなくなる恐れがある。またＮＯ_Ｘ吸収剤１９から多量のＳＯ_Ｘを放出させるのは困難である。したがって、ＮＯ_Ｘ吸収剤温度ＴＮＡがＳＯ_Ｘ放出温度ＴＳＲよりも高くなったときにはＮＯ_Ｘ吸収剤１９のＳＯ_Ｘ吸収量が第１の設定量ＳＳＵ１よりも少なくても還元剤供給作用を行うのが好ましい。
【００３０】
ところが、ＮＯ_Ｘ吸収剤１９のＳＯ_Ｘ吸収量が極めて少ないときには還元剤を有効に利用することができない。そこで本実施態様では、パティキュレートフィルタ再生作用が行われてＮＯ_Ｘ吸収剤温度ＴＮＡがＳＯ_Ｘ放出温度ＴＳＲよりも高くなったときにＮＯ_Ｘ吸収剤１９のＳＯ_Ｘ吸収量が第１の設定量ＳＳＵ１よりも少なく定められた第２の設定量ＳＳＵ２よりも多いときには還元剤供給弁２２の還元剤供給作用を行ってＮＯ_Ｘ吸収剤１９からＳＯ_Ｘを放出させるようにしている。
【００３１】
一方、パティキュレートフィルタ再生作用が行われるとＮＯ_Ｘ吸収剤１９に流入する排気中の酸素濃度が低下するためにＮＯ_Ｘ吸収剤１９から吸収されているＮＯ_Ｘが放出される。したがってこのとき還元剤供給作用を行って放出されたＮＯ_Ｘを還元する必要がある。ところが、ＮＯ_Ｘ吸収剤１９のＮＯ_Ｘ吸収量が極めて少ないときには還元剤を有効に利用することができない。そこで本実施態様では、パティキュレートフィルタ再生作用が行われたときにＮＯ_Ｘ吸収剤１９のＮＯ_Ｘ吸収量が第１の設定量ＳＮＵ１よりも少なく定められた第２の設定量ＳＮＵ２よりも多いときには還元剤供給弁２２の還元剤供給作用を行ってＮＯ_Ｘ吸収剤１９内のＮＯ_Ｘを放出、還元するようにしている。言い換えると、パティキュレートフィルタ再生作用と共に行われる還元剤供給弁２２の還元剤供給作用を開始すべきときのＮＯ_Ｘ吸収剤１９のＮＯ_Ｘ吸収量またはＳＯ_Ｘ吸収量が第２の設定量よりも多いときには還元剤供給弁２２の還元剤供給作用を開始するようにしているということになる。
【００３２】
図３はパティキュレートフラグＸＰを制御するためのルーチンである。このルーチンは予め定められた設定時間ＤＬＴ毎の割り込みによって実行される。
図３を参照すると、まずステップ５０ではパティキュレートフラグＸＰがセットされているか否かが判別される。パティキュレートフラグＸＰはパティキュレートフィルタ再生作用を行うべきときにセットされ（ＸＰ＝“１”）、それ以外はリセットされる（ＸＰ＝“０”）ものである。パティキュレートフラグＸＰがセットされていないときには次いでステップ５１に進み、パティキュレートフィルタ温度ＴＰＦが再生開始温度ＴＰＲよりも高いか否かが判別される。ＴＰＦ≦ＴＰＲのときには次いでステップ５２に進み、単位時間当たりパティキュレートフィルタ１６に捕集されるパティキュレート量ｄＣＰが算出される。このパティキュレート量ｄＣＰは例えば燃料噴射弁１１から噴射される燃料量の積算値、吸入空気質量流量Ｇａ、機関回転数Ｎ、およびパティキュレートフィルタ１６のパティキュレート捕集効率の関数として予めＲＯＭ３２内に記憶されている。続くステップ５３では本ルーチンの割り込み時間間隔ＤＬＴおよびｄＣＰの積（ｄＣＰ・ＤＬＴ）を積算することによりパティキュレートフィルタ１６のパティキュレート捕集量ＳＰが算出される（ＳＰ＝ＳＰ＋ｄＣＰ・ＤＬＴ）。続くステップ５４ではパティキュレートフィルタ１６のパティキュレート捕集量ＳＰが設定値ＳＰＴよりも大きいか否かが判別される。ＳＰ≦ＳＰＴのときには処理サイクルを終了し、ＳＰ＞ＳＰＴのときには次いでステップ５５に進み、パティキュレートフラグＸＰがセットされる。
【００３３】
ステップ５０においてパティキュレートフラグＸＰがセットされているとき、またはステップ５１においてＴＰＦ＞ＴＰＲのときには次いでステップ５６に進み、単位時間当たりパティキュレートフィルタ１６から除去されるパティキュレート量ｄＲＰが算出される。このパティキュレート量ｄＲＰは例えばパティキュレートフィルタ温度ＴＰＦ、吸入空気質量流量Ｇａ、および機関回転数Ｎの関数として予めＲＯＭ３２内に記憶されている。続くステップ５７では本ルーチンの割り込み時間間隔ＤＬＴおよびｄＲＰの積の負値（−ｄＲＰ・ＤＬＴ）を積算することによりパティキュレートフィルタ１６のパティキュレート捕集量ＳＰが算出される（ＳＰ＝ＳＰ−ｄＲＰ・ＤＬＴ）。続くステップ５８ではパティキュレートフィルタ１６のパティキュレート捕集量ＳＰが小さな設定値ＳＰＬよりも小さいか否かが判別される。ＳＰ≧ＳＰＬのときには処理サイクルを終了し、ＳＰ＜ＳＰＬのときには次いでステップ５９に進み、パティキュレートフィルタラグＸＰがリセットされる。
【００３４】
例えば機関加速運転が行われてパティキュレートフィルタ１６に流入する排気の温度が高くなり、それによりパティキュレートフィルタ温度ＴＰＦが再生開始温度ＴＰＲよりも高くなると、２次燃料噴射を行わなくてもパティキュレートフィルタ再生作用が開始される。すなわちいわゆるパティキュレートフィルタ１６の自然再生が開始される。そこでステップ５１においてＴＰＦ＞ＴＰＲのときにはステップ５６および５７に進んでパティキュレート捕集量ＳＰの減算処理をするようにしている。
【００３５】
図４および図５はＳＯ_ＸフラグＸＳを制御するためのルーチンである。このルーチンは予め定められた設定時間ＤＬＴ毎の割り込みによって実行される。
図４および図５を参照すると、まずステップ６０ではＳＯ_ＸフラグＸＳがセットされているか否かが判別される。ＳＯ_ＸフラグＸＳはＮＯ_Ｘ吸収剤１９のＳＯ_Ｘ放出作用を行うべきときにセットされ（ＸＳ＝“１”）、それ以外はリセットされる（ＸＳ＝“０”）ものである。ＳＯ_ＸフラグＸＳがリセットされているときには次いでステップ６１に進み、単位時間当たりＮＯ_Ｘ吸収剤１９に吸収されるＳＯ_Ｘ量ｄＡＳが算出される。このＳＯ_Ｘ量ｄＡＳは例えば燃料噴射弁１１から噴射される燃料量の積算値、ＮＯ_Ｘ吸収剤温度ＴＮＡ、機関負荷を表す吸入空気質量流量Ｇａおよび機関回転数Ｎの関数として予めＲＯＭ３２内に記憶されている。続くステップ６２では本ルーチンの割り込み時間間隔ＤＬＴおよびｄＡＳの積（ｄＡＳ・ＤＬＴ）を積算することによりＮＯ_Ｘ吸収剤１９のＳＯ_Ｘ吸収量ＳＳが算出される（ＳＳ＝ＳＳ＋ｄＡＳ・ＤＬＴ）。続くステップ６３ではＮＯ_Ｘ吸収剤１９のＳＯ_Ｘ吸収量ＳＳが第１の設定量ＳＳＵ１よりも大きいか否かが判別される。ＳＳ≦ＳＳＵ１のときには次いでステップ６４に進み、パティキュレートフラグＸＰがセットされているか否かが判別される。パティキュレートフラグＸＰがセットされているときには次いでステップ６４に進み、ＮＯ_Ｘ吸収剤温度ＴＮＡがＳＯ_Ｘ放出温度ＴＳＲよりも高いか否かが判別される。ＴＮＡ＞ＴＳＲのとき、すなわちＳＳ＞ＳＳＵ１かつパティキュレートフラグＸＰがセットされておりかつＴＮＡ＞ＴＳＲのときには次いでステップ６６に進み、ＳＯ_ＸフラグＸＳがセットされる。これに対し、ステップ６４においてパティキュレートフラグＸＰがリセットされているとき、またはステップ６５においてＴＮＡ≦ＴＳＲのときには処理サイクルを終了する。
【００３６】
一方、ステップ６３においてＳＳ≦ＳＳＵ１のときには次いでステップ６７に進み、ＳＯ_Ｘ吸収量ＳＳが第２の設定量ＳＳＵ２よりも多いか否かが判別される。ＳＳ＞ＳＳＵ２のときには次いでステップ６４に進み、パティキュレートフラグＸＰがセットされておりかつＴＮＡ＞ＴＳＲのときにはＳＯ_ＸフラグＸＳがセットされる。これに対し、ＳＳ≦ＳＳＵ２のとき、またはＳＳ＞ＳＳＵ２であってもパティキュレートフラグＸＰがリセットされており或いはＴＮＡ≦ＴＳＲのときには処理サイクルを終了する。
【００３７】
ＳＯ_ＸフラグＸＳがセットされたときにはステップ６０からステップ６８に進み、単位時間当たりＮＯ_Ｘ吸収剤１９から放出されるＳＯ_Ｘ量ｄＲＳが算出される。このＳＯ_Ｘ量ｄＲＳは例えばＮＯ_Ｘ吸収剤温度ＴＮＡ、吸入空気質量流量Ｇａ、機関回転数Ｎ、およびＳＯ_ＸフラグＸＳがセットされてからの時間の関数として予めＲＯＭ３２内に記憶されている。続くステップ６９では本ルーチンの割り込み時間間隔ＤＬＴおよびｄＲＳの積の負値（−ｄＲＳ・ＤＬＴ）を積算することによりＮＯ_Ｘ吸収剤１９のＳＯ_Ｘ吸収量ＳＳが算出される（ＳＳ＝ＳＳ−ｄＲＳ・ＤＬＴ）。続くステップ７０では単位時間当たりＮＯ_Ｘ吸収剤１９から放出されるＮＯ_Ｘ量ｄＲＮが算出される。このＮＯ_Ｘ量ｄＲＮは例えばＮＯ_Ｘ吸収剤温度ＴＮＡ、吸入空気質量流量Ｇａ、機関回転数Ｎ、およびＳＯ_ＸフラグＸＳがセットされてからの時間の関数として予めＲＯＭ３２内に記憶されている。続くステップ７１では本ルーチンの割り込み時間間隔ＤＬＴおよびｄＲＮの積の負値（−ｄＲＮ・ＤＬＴ）を積算することによりＮＯ_Ｘ吸収剤１９のＮＯ_Ｘ吸収量ＳＮが算出される（ＳＮ＝ＳＮ−ｄＲＮ・ＤＬＴ）。続くステップ７２ではＮＯ_Ｘ吸収剤１９のＳＯ_Ｘ吸収量ＳＳが小さな設定値ＳＳＬよりも小さいか否かが判別される。ＳＳ＜ＳＳＬのときには処理サイクルを終了する。ＳＳ≧ＳＳＬのときには次いでステップ７３に進み、ＳＯ_ＸフラグＸＮがリセットされる。続くステップ７４ではＮＯ_ＸフラグＸＮがリセットされる。ＮＯ_ＸフラグＸＮはＮＯ_Ｘ吸収剤１９内のＮＯ_Ｘを放出、還元すべきときにセットされ（ＸＮ１＝“１”）、それ以外はリセットされる（ＸＮ１＝“０”）ものである。
【００３８】
図６および図７はＮＯ_ＸフラグＸＮを制御するためのルーチンである。このルーチンは予め定められた設定時間ＤＬＴ毎の割り込みによって実行される。
図６および図７を参照すると、まずステップ８０ではＳＯ_ＸフラグＸＳがリセットされているか否かが判別される。ＳＯ_ＸフラグＸＳがセットされているときには処理サイクルを終了する。ＳＯ_ＸフラグＸＳがリセットされているときには次いでステップ８１に進み、ＮＯ_ＸフラグＸＮがセットされているか否かが判別される。ＮＯ_ＸフラグＸＮがリセットされているときには次いでステップ８２に進み、単位時間当たりＮＯ_Ｘ吸収剤１９に吸収されるＮＯ_Ｘ量ｄＡＮが算出される。このＮＯ_Ｘ量ｄＡＮは例えば機関負荷を表す吸入空気質量流量Ｇａおよび機関回転数Ｎの関数として予めＲＯＭ３２内に記憶されている。続くステップ８３では本ルーチンの割り込み時間間隔ＤＬＴおよびｄＡＮの積（ｄＡＮ・ＤＬＴ）を積算することによりＮＯ_Ｘ吸収剤１９のＮＯ_Ｘ吸収量ＳＮが算出される（ＳＮ＝ＳＮ＋ｄＡＮ・ＤＬＴ）。続くステップ８４では図８のマップからＮＯ_Ｘ吸収剤１９の最大ＮＯ_Ｘ吸収量ＳＮＭが算出される。続くステップ８５では算出されたＮＯ_Ｘ吸収量ＳＮが最大ＮＯ_Ｘ吸収量ＳＮＭよりも大きいか否かが判別される。ＳＮ≦ＳＮＭのときには次いでステップ８７にジャンプし、ＳＮ＞ＳＮＭのときには次いでステップ８６に進んでＮＯ_Ｘ吸収量ＳＮが最大ＮＯ_Ｘ吸収量ＳＮＭとされた後にステップ８７に進む。
【００３９】
すなわち、図８に示されるようにＮＯ_Ｘ吸収剤１９の最大ＮＯ_Ｘ吸収量ＳＮＭはＮＯ_Ｘ吸収剤温度ＴＮＡに応じて変動する。したがって算出されたＮＯ_Ｘ吸収量ＳＮが最大ＮＯ_Ｘ吸収量ＳＮＭよりも大きいときにはＮＯ_Ｘ吸収量ＳＮを最大ＮＯ_Ｘ吸収量ＳＮＭまで戻す必要がある。
ステップ８７ではＮＯ_Ｘ吸収量ＳＮが第１の設定量ＳＮＵ１よりも多いか否かが判別される。ＳＮ＞ＳＮＵ１のときには次いでステップ８８に進み、ＮＯ_ＸフラグＸＮがセットされる。これに対し、ＳＮ≦ＳＮＵ１のときには次いでステップ８９に進み、パティキュレートフラグＸＰがセットされているか否かが判別される。パティキュレートフラグＸＰがセットされているときには次いでステップ９０に進み、ＮＯ_Ｘ吸収剤１９のＮＯ_Ｘ吸収量ＳＮが第２の設定量ＳＮＵ２よりも多いか否かが判別される。ＳＮ＞ＳＮＵ２のとき、すなわちパティキュレートフラグＸＰがセットされておりかつＳＮ＞ＳＮＵ２のときには次いでステップ８８に進み、ＮＯ_ＸフラグＸＮがセットされる。これに対し、ステップ８９においてパティキュレートフラグＸＰがリセットされているとき、またはステップ９０においてＳＮ≦ＳＮＵ２のときには処理サイクルを終了する。
【００４０】
ＮＯ_ＸフラグＸＮがセットされたときにはステップ８１からステップ９１に進み、単位時間当たりＮＯ_Ｘ吸収剤１９から放出されるＮＯ_Ｘ量ｄＲＮが算出され、続くステップ９２ではＮＯ_Ｘ吸収剤１９のＮＯ_Ｘ吸収量ＳＮが算出される。続くステップ９３ではＮＯ_Ｘ吸収剤１９のＮＯ_Ｘ吸収量ＳＮが小さな設定値ＳＮＬよりも小さいか否かが判別される。ＳＮ≧ＳＮＬのときには次いでステップ９４に進み、ＮＯ_ＸフラグＸＮがリセットされる。
【００４１】
図９は燃料噴射弁１１の２次燃料噴射量ＱＳＦおよび還元剤供給弁２２の還元剤供給量ＱＲＥＤを算出するためのルーチンである。このルーチンは予め定められた設定時間毎の割り込みによって実行される。
図９を参照すると、まずステップ１００ではパティキュレートフラグＸＰがセットされているか否かが判別される。パティキュレートフィルタラグＸＰがセットされているときには次いでステップ１０１に進み、ＱＰが算出される。このＱＰはパティキュレートフィルタ温度ＴＰＦを再生開始温度まで上昇させ維持するのに必要な２次燃料噴射量であり、例えばパティキュレートフィルタ温度ＴＰＦ、吸入空気質量流量Ｇａ、および機関回転数Ｎの関数として予めＲＯＭ３２内に記憶されている。続くステップ１０２では２次燃料噴射量ＱＳＦがこのＱＰとされる。次いでステップ１０４に進む。これに対し、パティキュレートフラグＸＰがリセットされているときには次いでステップ１０３に進み、２次燃料噴射量ＱＳＦが零とされた後にステップ１０４に進む。
【００４２】
ステップ１０４ではＳＯ_ＸフラグＸＳがセットされているか否かが判別される。ＳＯ_ＸフラグＸＳがセットされているときには次いでステップ１０５に進み、ＱＳが算出される。このＱＳはＮＯ_Ｘ吸収剤１９内のＳＯ_Ｘを最適に放出させるのに必要な還元剤供給量であり、例えば吸入空気質量流量Ｇａおよび機関回転数Ｎの関数として予めＲＯＭ３２内に記憶されている。続くステップ１０６では還元剤供給量ＱＲＥＤがこのＱＳとされる。
【００４３】
一方、ステップ１０４においてＳＯ_ＸフラグＸＳがリセットされているときには次いでステップ１０７に進み、ＮＯ_ＸフラグＸＮがセットされているか否かが判別される。ＮＯ_ＸフラグＸＮがセットされているときには次いでステップ１０９に進み、ＱＮが算出される。このＱＮはＮＯ_Ｘ吸収剤１９内のＮＯ_Ｘを最適に放出、還元するのに必要な還元剤供給量であり、例えば吸入空気質量流量Ｇａおよび機関回転数Ｎの関数として予めＲＯＭ３２内に記憶されている。続くステップ１０９では還元剤供給量ＱＲＥＤがこのＱＮとされる。これに対し、ＮＯ_ＸフラグＸＮがリセットされているときには次いでステップ１１０に進み、還元剤供給量ＱＲＥＤが零とされる。
【００４４】
図１０はケーシング２０の排気入口部周りの部分拡大図を示している。図１０を参照すると、還元剤供給弁２２の還元剤供給ノズル２２ａはケーシング２０の入口部に隣接配置され、しかもＮＯ_Ｘ吸収剤１９に向けて開口せしめられる。図１０からわかるように、還元剤供給ノズル２２ａの噴霧角度ＡＩＮＪはケーシング２０の入口部のコーン角度ＡＣＲＮよりも大きくされている。このため、還元剤供給ノズル２２ａから噴射された還元剤が排気流れにより流されても、還元剤をＮＯ_Ｘ吸収剤１９に半径方向全体に一様に供給することができる。
上述の実施態様では還元剤供給弁２２をケーシング２０の入口部に隣接配置している。しかしながら、図１１（Ａ）および（Ｂ）に示されるように例えば排気管１８の湾曲部１８ａに還元剤供給弁２２を配置することもできる。湾曲部では排気流れが乱れるのでこの湾曲部に還元剤供給弁２２を配置すれば還元剤を排気中に良好に混合させることができる。
【００４５】
この実施態様を還元剤供給弁２２の噴射圧が比較的高い内燃機関に適用する場合には図１１（Ａ）に示されるように還元剤供給弁２２は湾曲部１８ａの内側に、噴射圧が比較的低い内燃機関に適用される場合には図１１（Ｂ）に示されるように還元剤供給弁２２は湾曲部１８ａの外側に配置される。湾曲部１８ａの外側では内側に比べて排気流速が高く、乱れが大きい。そこで、還元剤が遠くまで進行可能な高噴射圧の場合には還元剤供給弁２２を湾曲部１８ａの内側に配置し、還元剤が近くまでしか進行できない低噴射圧の場合には還元剤供給弁２２を湾曲部１８ａの外側に配置している。
【００４６】
【発明の効果】
還元剤消費量を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】内燃機関の全体図である。
【図２】ＮＯ_Ｘ吸収剤の吸放出作用を説明するための図である。
【図３】パティキュレートフラグＸＰを制御するためのフローチャートである。
【図４】ＳＯ_ＸフラグＸＳを制御するためのフローチャートである。
【図５】ＳＯ_ＸフラグＸＳを制御するためのフローチャートである。
【図６】ＮＯ_ＸフラグＸＮを制御するためのフローチャートである。
【図７】ＮＯ_ＸフラグＸＮを制御するためのフローチャートである。
【図８】最大ＮＯ_Ｘ吸収量を示す線図である。
【図９】燃料噴射弁の２次燃料噴射量ＱＳＦおよび還元剤供給弁の還元剤供給量ＱＲＥＤを算出するためのフローチャートである。
【図１０】ケーシングの入口部の部分拡大図である。
【図１１】別の実施態様を示す内燃機関の部分図である。
【符号の説明】
１…機関本体
１１…燃料噴射弁
１６…パティキュレートフィルタ
１９…ＮＯ_Ｘ吸収剤
２２…還元剤供給弁[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust gas purification device for an internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
A particulate filter for trapping particulates in the exhaust gas is disposed in the engine exhaust passage, and NO when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lean._XIs absorbed, and when the oxygen concentration in the inflowing exhaust gas decreases, the NO absorbed_XReleases NO_XA fuel injection valve that injects the fuel directly into the engine combustion chamber, disposes the absorbent in the engine exhaust passage downstream of the particulate filter, separated from the particulate filter;_XNO in absorbent_X2. Description of the Related Art An exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine is known in which fuel is injected secondarily from a fuel injection valve during an expansion stroke or an exhaust stroke when fuel is to be released or reduced (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-53442). In this exhaust gas purification apparatus, NO_XNO in absorbent_XIs formed from the fuel by the secondary injection, and the secondary fuel is discharged from the combustion chamber through the particulate filter through the particulate filter._XIt is supplied to the absorbent.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, most of the secondary fuel reacts with the oxygen in the exhaust gas at the particulate filter, so that NO_XThere is a problem that it is consumed before reaching the absorbent.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
According to a first aspect of the present invention, a particulate filter for trapping particulates in exhaust gas is disposed in an engine exhaust passage, and NO is set when the inflowing exhaust gas has a lean air-fuel ratio._XNO that is absorbed and absorbed when the oxygen concentration in the inflowing exhaust gas decreases_XReleases NO_XAn internal combustion engine capable of performing a particulate filter regenerating action of removing the particulate matter trapped in the particulate filter by disposing the absorbent in the engine exhaust passage downstream of the particulate filter by separating from the particulate filter. In the exhaust gas purification device of the above, the particulate filter and the NO_XNO in the engine exhaust passage between the absorbents_XArranging a reducing agent supply means for supplying a reducing agent to the absorbent,NO during particulate filter regeneration _X The temperature of the absorbent is determined and the NO _X The temperature of the absorbent is SO _X Higher than the release temperatureDuring particulate filter regeneration, NO _X Absorbent to SO _X To releaseNO from reducing agent supply means_XA reducing agent is supplied to the absorbent.
[0005]
That is, in the first aspect, since the reducing agent supply means is disposed downstream of the particulate filter, the reducing agent consumption is reduced. In addition, since the oxygen in the exhaust gas is consumed in the particulate filter during the particulate filter regeneration operation, NO _X Since the concentration of oxygen flowing into the absorbent has been reduced, NOx is supplied from the reducing agent supply means during the particulate filter regeneration operation. _X Supplying the reducing agent to the absorbent further reduces the reducing agent consumption. Further, the reducing agent is effectively used.
[0006]
According to a second aspect of the present invention, a particulate filter for trapping particulates in exhaust gas is disposed in an engine exhaust passage, and when the air-fuel ratio of inflowing exhaust gas is lean, NO _X Is absorbed, and when the oxygen concentration in the inflowing exhaust gas decreases, the NO absorbed _X Releases NO _X An internal combustion engine capable of performing a particulate filter regenerating action of removing the particulate matter trapped in the particulate filter by disposing the absorbent in the engine exhaust passage downstream of the particulate filter, away from the particulate filter; In the exhaust gas purification device of the above, the particulate filter and the NO _X NO in the engine exhaust passage between the absorbents _X A reducing agent supply means for supplying the reducing agent to the absorbent is provided, and NO during the particulate filter regeneration operation is set. _X Absorbent SO _X Find the absorption and SO _X During the particulate filter regeneration operation in which the absorption amount is larger than the predetermined amount, NO _X Absorbent to SO _X NO from the reducing agent supply means to release _X A reducing agent is supplied to the absorbent.
[0007]
That is, in the second invention, since the reducing agent supply means is disposed downstream of the particulate filter, the reducing agent consumption is reduced. In addition, since the oxygen in the exhaust gas is consumed in the particulate filter during the particulate filter regeneration operation, NO _X Since the concentration of oxygen flowing into the absorbent has been reduced, NOx is supplied from the reducing agent supply means during the particulate filter regeneration operation. _X Supplying the reducing agent to the absorbent further reduces the reducing agent consumption. Further, the reducing agent is effectively used.
[0008]
According to a third aspect of the present invention, a particulate filter for trapping particulates in exhaust gas is disposed in an engine exhaust passage, and NO is set when the inflowing exhaust gas has a lean air-fuel ratio. _X Is absorbed, and when the oxygen concentration in the inflowing exhaust gas decreases, the NO absorbed _X Releases NO _X An internal combustion engine capable of performing a particulate filter regenerating action of removing the particulate matter trapped in the particulate filter by disposing the absorbent in the engine exhaust passage downstream of the particulate filter, away from the particulate filter; In the exhaust gas purification device of the above, the particulate filter and the NO _X NO in the engine exhaust passage between the absorbents _X A reducing agent supply means for supplying the reducing agent to the absorbent is provided, and NO is supplied from the reducing agent supply means during the particulate filter regeneration operation. _X A reducing agent is supplied to the absorbent, and NO _X The reducing agent supply nozzle of the reducing agent supply device is arranged adjacent to the inlet of the casing containing the absorbent, and the reducing agent supply nozzle is _X An opening is made toward the absorbent so that the spray angle of the reducing agent supply nozzle is larger than the cone angle at the casing inlet.
[0009]
That is, in the third aspect, since the reducing agent supply means is arranged downstream of the particulate filter, the amount of reducing agent consumed is reduced. In addition, since the oxygen in the exhaust gas is consumed in the particulate filter during the particulate filter regeneration operation, NO _X Since the concentration of oxygen flowing into the absorbent has been reduced, NOx is supplied from the reducing agent supply means during the particulate filter regeneration operation. _X Supplying the reducing agent to the absorbent further reduces the reducing agent consumption. Furthermore, if the reducing agent is NO _X The absorbent is uniformly supplied in the radial direction.
[0010]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 shows a case where the present invention is applied to a diesel engine. However, the present invention can be applied to a spark ignition type engine.
Referring to FIG. 1, the engine main body 1 includes, for example, four cylinders # 1, # 2, # 3, and # 4. Each cylinder is connected to a surge tank 3 via a corresponding intake branch pipe 2, and the surge tank 3 is connected to a supercharger, for example, an outlet of a compressor 6 c of an exhaust turbocharger 6 via an intake duct 4 and an intercooler 5. Is done. The inlet of the compressor 6c is connected to an air cleaner 8 via an air suction pipe 7. A throttle valve 10 driven by an actuator 9 is arranged in the intake duct 4 between the surge tank 3 and the intercooler 5. Each cylinder has a fuel injection valve 11 for directly injecting fuel into the combustion chamber. Each fuel injection valve 11 is connected to a fuel pump 13 whose discharge amount can be controlled through a common fuel pressure accumulation chamber 12. The discharge amount of the fuel pump 13 is controlled so that the fuel pressure in the fuel storage chamber 12 becomes the target fuel pressure.
[0011]
On the other hand, each cylinder is connected to a corresponding branch portion 15 of the exhaust manifold 14, and a particulate filter 16 is accommodated in each branch portion 15. The collecting portion of the exhaust manifold 14 is connected to the inlet of the exhaust turbine 6t of the exhaust turbocharger 6, and the outlet of the exhaust turbine 6t is connected to the exhaust pipe 18 via the exhaust pipe 18._XThe casing 20 is connected to a casing 20 containing the absorbent 19, and the casing 20 is connected to an exhaust pipe 21. The exhaust turbine 6t and NO_XNO in the exhaust pipe 18 between the absorbents 19_XThe reducing agent supply valve 22 for supplying the reducing agent to the absorbent 19 has NO_XIt is arranged adjacent to the absorbent 19. The reducing agent supply valve 22 is connected to the fuel pressure accumulating chamber 12, and therefore, in this embodiment, the fuel (HC) of the engine is used as the reducing agent. Note that, as the reducing agent, for example, hydrocarbons such as gasoline, isooctane, hexane, heptane, light oil, kerosene, butane, and propane, hydrogen, ammonia, and urea can be used.
[0012]
Further, the exhaust manifold 14 downstream of the particulate filter 16 and the intake duct 4 downstream of the throttle valve 10 are connected to each other via an exhaust gas recirculation (hereinafter, referred to as EGR) passage 23. The driven EGR control valve 25 is arranged. By providing the EGR passage 23 upstream of the reducing agent supply valve 22 as described above, the secondary fuel supplied from the reducing agent supply valve 22 is prevented from being returned to the engine intake passage together with the EGR gas.
[0013]
Further, an exhaust throttle valve 26 driven by an actuator 25 is disposed in the exhaust pipe 18 located between the exhaust turbine 6t and the reducing agent supply valve 22. The exhaust throttle valve 26 is normally kept fully open.
An electronic control unit (ECU) 30 is composed of a digital computer, and is connected to a ROM (Read Only Memory) 32, a RAM (Random Access Memory) 33, a CPU (Microprocessor) 34, and always connected via a bidirectional bus 31. A B-RAM (backup RAM) 35 connected to a power supply, an input port 36, and an output port 37 are provided. A mass flow sensor 38 for detecting a mass flow rate of the intake air is disposed in the air suction pipe 7. A fuel pressure sensor 39 that generates an output voltage proportional to the fuel pressure in the fuel storage chamber 12 is disposed in the fuel storage chamber 12. A temperature sensor 40a that generates an output voltage proportional to the temperature of the exhaust gas flowing into the particulate filter 16, which indicates the temperature TPF of the particulate filter 16, is disposed in the branch portion 15 of the exhaust manifold 14 located upstream of the particulate filter 16. , NO_XNO is added to the exhaust pipe 21 downstream of the absorbent 19._XNO representing the temperature TNA of the absorbent 19_XA temperature sensor 40b that generates an output voltage proportional to the temperature of exhaust gas flowing out of the absorbent 19 is arranged. The depression sensor 41 generates an output voltage proportional to the depression DEP of the accelerator pedal. The output voltages of these sensors 38, 39, 40a, 40b, 41 are input to the input port 36 via the corresponding AD converters 42, respectively.
[0014]
The input port 36 is connected to a rotation speed sensor 43 that generates an output pulse representing the engine rotation speed. On the other hand, the output port 37 is connected to each of the fuel injection valves 7, the actuators 9, 24, 25, the fuel pump 13, and the reducing agent supply valve 22 via the corresponding drive circuits 44, respectively.
NO_XThe absorbent 19 is made of, for example, alumina as a carrier. On this carrier, for example, alkali metals such as potassium K, sodium Na, lithium Li and cesium Cs, alkaline earths such as barium Ba and calcium Ca, lanthanum La and yttrium Y are used. At least one selected from such rare earths and a noble metal such as platinum Pt, palladium Pd, rhodium Rh, and iridium Ir are supported. This NO_XThe absorbent 19 is NO when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lean._XNO when the oxygen concentration in the inflowing exhaust gas decreases_XReleases NO_XPerforms the absorption and release action. Note that NO_XWhen fuel or air is not supplied secondarily into the exhaust passage or the combustion chamber upstream of the absorbent 19, the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas matches the ratio of the total air amount to the total fuel amount supplied to each cylinder. .
[0015]
NO above_XIf the absorbent 19 is arranged in the engine exhaust passage, this NO_XAbsorbent 19 is actually NO_XHowever, there is a part where the detailed mechanism of the absorption / release action is not clear. However, it is considered that this absorption / release action is performed by a mechanism as shown in FIGS. 2 (A) and 2 (B). Next, this mechanism will be described by taking platinum Pt and barium Ba supported on a carrier as an example, but the same mechanism can be obtained by using other noble metals, alkali metals, alkaline earths, and rare earths.
[0016]
That is, when the inflowing exhaust gas becomes considerably lean, the oxygen concentration in the inflowing exhaust gas greatly increases, and as shown in FIG.₂Is O₂ ⁻Or O^2-On the surface of platinum Pt. On the other hand, NO in the inflowing exhaust gas becomes O on the surface of platinum Pt.₂ ⁻Or O^2-Reacts with NO₂(2NO + O₂→ 2NO₂). NO generated next₂Is absorbed in the absorbent while being further oxidized on the platinum Pt and combined with barium oxide BaO, and as shown in FIG.₃ ⁻Diffuses into the absorbent in the form of NO in this way_XIs NO_XIt is absorbed in the absorbent 19.
[0017]
As long as the oxygen concentration in the inflowing exhaust gas is high, NO₂Is generated, and the NO_XNO unless absorption capacity is saturated₂Is absorbed in the absorbent and nitrate ion NO₃ ⁻Is generated. On the other hand, the oxygen concentration in the exhaust gas flowing in decreases,₂The reaction proceeds in the reverse direction (NO₃ ⁻→ NO₂) And thus the nitrate ions NO in the absorbent₃ ⁻Is NO₂Released from the absorbent in the form of That is, when the oxygen concentration in the inflowing exhaust gas decreases, NO_XNO from absorbent 19_XWill be released. If the degree of leanness of the inflowing exhaust gas decreases, the oxygen concentration in the inflowing exhaust gas decreases. Therefore, if the degree of leanness of the inflowing exhaust gas decreases, NO_XNO from absorbent 19_XWill be released.
[0018]
On the other hand, NO_XWhen a reducing agent, for example, HC is supplied to the absorbent 19 to make the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the rich, the HC and the HC and CO discharged from the engine become oxygen O on the platinum Pt.₂ ⁻Or O^2-And oxidize. Further, if the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is made rich, the oxygen concentration in the inflowing exhaust gas extremely decreases, so that NO₂Is released and this NO₂Is reduced by reacting with HC and CO as shown in FIG. 2 (B). Thus, NO on the surface of platinum Pt₂When no longer exists, NO is changed from one absorbent to the next₂Is released. Therefore, if the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is made rich, NO_XNO from absorbent 19_XWill be released. Note that NO_XEven if the average air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the absorbent 19 is lean, if a certain amount or more of HC and CO is contained in the exhaust gas, the oxygen concentration locally decreases, so that the NO₂Can be released and reduced.
[0019]
In the present embodiment, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture burned in each cylinder during normal operation is maintained lean, and therefore, NO in exhaust gas discharged from each cylinder during normal operation is maintained._XIs NO_XAbsorbed by the absorbent 19.
However, NO_XNO of absorbent 19_XNO because absorption capacity is limited_XNO of absorbent 19_XNO before absorption capacity is saturated_XNO from absorbent 19_XMust be released. Therefore, in this embodiment, NO_XNO of absorbent 19_XThe amount of absorption is determined and this NO_XWhen the absorption amount becomes larger than a predetermined set amount, the NO._XNO by temporarily supplying the reducing agent to the absorbent 19_XNO in absorbent 19_XIs released and reduced.
[0020]
On the other hand, the exhaust gas discharged from the engine contains particulates composed of soot, carbon, organic soluble components (SOF), sulfate, and the like. The particulates are collected by the particulate filter 16. However, as the particulate collection amount of the particulate filter 16 increases, the engine back pressure increases. Therefore, it is necessary to remove the particulates from the particulate filter 16 before the engine back pressure increases, that is, to perform the regeneration operation of the particulate filter 16. There is.
[0021]
When the temperature TPF of the particulate filter 16 becomes higher than the regeneration start temperature TPR, the particulates collected by the particulate filter 16 start burning, and thus the particulate filter regeneration operation is started. On the other hand, when fuel is supplied to the particulate filter 16, the fuel is burned by the particulate filter 16, so that the particulate filter temperature TPF can be increased. Further, the fuel is supplied to the particulate filter 16 by performing the second fuel injection, that is, the secondary fuel injection from the fuel injection valve 7 during the expansion stroke or the exhaust stroke separately from the fuel injection performed around the compression top dead center. Can be. Therefore, in the present embodiment, the amount of trapped particulates of the particulate filter 16 is determined, and when the amount of trapped particulates becomes larger than a predetermined set amount, the secondary fuel is injected into the particulate filter 16. Thus, the particulate filter temperature TPF is set higher than the regeneration start temperature TPR, thereby performing the particulate filter regeneration action. Note that the fuel from the secondary fuel injection hardly contributes to the engine output.
[0022]
Thus NO_XIs NO_XThe particulates are purified by the absorbent 19 and the particulates are purified by the particulate filter 16. However, the inflowing exhaust contains sulfur, and NO_XNO in the absorbent 19_XNot only sulfur but also SO_XIs also absorbed. This NO_XThe mechanism of sulfur absorption by the absorbent 19 is NO_XIt is thought to be the same as the absorption mechanism.
[0023]
That is, NO_XThe case where platinum Pt and barium Ba are carried on a carrier in the same manner as in the description of the absorption mechanism described above is taken as an example. As described above, when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lean, oxygen O₂Is O₂ ⁻Or O^2-Is attached to the surface of platinum Pt in the form of_XFor example, SO₂Is O on the surface of platinum Pt₂ ⁻Or O^2-Reacts with SO₃It becomes. Then the generated SO₃Is further oxidized on platinum Pt, absorbed in the absorbent, and combined with barium oxide BaO, while sulfate ions SO₄ ^2-Diffuses into the absorbent in the form of Next, this sulfate ion SO₄ ^2-Is barium ion Ba²⁺Combined with sulfate BaSO₄Generate
[0024]
However, this sulfate BaSO₄Is difficult to disassemble, and NO from the reducing agent supply valve 22_XEven if a reducing agent is supplied to the absorbent 19, the sulfate BaSO₄Remains undisassembled. Therefore NO_XAs time passes, the sulfate BaSO is contained in the absorbent 19.₄And thus NO over time_XNO that can be absorbed by the absorbent 19_XThe amount will be reduced.
[0025]
However, NO_XAbsorbent temperature TNA is NO_XSO determined according to the type of the absorbent 19_XNO when release temperature is higher than TSR_XWhen a reducing agent is supplied to the absorbent 19, that is, for example, NO_XIf the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the absorbent 19 is made rich, NO_XSulfate BaSO in absorbent 19₄Decomposes into sulfate ion SO₄ ^2-Is SO₃Released from the absorbent in the form of On the other hand, when the particulate filter regeneration operation described above is being performed, NO_XAt this time, the temperature of the exhaust gas flowing into the absorbent 19 increases,_XAbsorbent temperature TNA is SO_XIt can be higher than the release temperature TSR.
[0026]
Therefore, in this embodiment, NO_XSO of absorbent 19_XWhen the amount of absorption becomes larger than the first set amount SSU1 which is set in advance, it waits for the particulate filter regeneration operation to be started, and when the particulate filter regeneration operation is started, the NO._XWhen the action of supplying the reducing agent to the absorbent 19 is started and NO_XThe air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the absorbent 19 is made rich so that NO_XAbsorbent 19 to SO_XIs to be released. SO released at this time₃Immediately becomes SO by HC and CO in the inflowing exhaust gas.₂It is reduced to. At this time, NO_XNO in absorbent 19_XIs also released and reduced at the same time.
[0027]
However, for example, immediately after the particulate filter regeneration operation is started, NO_XAbsorbent temperature TNA is SO_XIt may be lower than the release temperature TSR. Therefore, to be precise, NO after the particulate filter regeneration operation is started_XAbsorbent temperature TNA is SO_XWhen the temperature becomes higher than the release temperature TSR, the reducing agent supply operation is started.
[0028]
When the particulate filter regeneration operation is performed as described above, oxygen in the exhaust gas is consumed in the particulate filter 16, so that NO_XIt is possible to reduce the amount of the reducing agent necessary to make the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the absorbent 19 rich. NO_XAbsorber temperature TNA is SO_XA reducing agent for raising the temperature to the release temperature TSR becomes unnecessary.
[0029]
By the way, in this case, NO_XAbsorbent temperature TNA is SO_XNO even if the release temperature becomes higher than TSR_XSO of absorbent 19_XNO if the absorption amount is smaller than the first set amount SSU1_XSO of absorbent 19_XNo release action takes place. But NO_XSO of absorbent 19_XIf the particulate filter regeneration operation is not performed for a long time after the absorption amount becomes larger than the first set amount SSU1, NO_XSO of absorbent 19_XAbsorption amount becomes extremely large, NO_XNO of absorbent 19_XThe absorption capacity may be almost lost. Also NO_XLarge amount of SO from absorbent 19_XIs difficult to release. Therefore, NO_XAbsorbent temperature TNA is SO_XNO when the temperature becomes higher than the release temperature TSR_XSO of absorbent 19_XIt is preferable to perform the reducing agent supply operation even if the absorption amount is smaller than the first set amount SSU1.
[0030]
However, NO_XSO of absorbent 19_XWhen the absorption amount is extremely small, the reducing agent cannot be used effectively. Therefore, in this embodiment, the particulate filter regeneration operation is performed and NO_XAbsorbent temperature TNA is SO_XNO when higher than release temperature TSR_XSO of absorbent 19_XWhen the absorption amount is larger than the second set amount SSU2, which is smaller than the first set amount SSU1, the reducing agent supply valve 22 performs the reducing agent supply operation, and_XAbsorbent 19 to SO_XIs to be released.
[0031]
On the other hand, if the particulate filter regeneration operation is performed, NO_XSince the concentration of oxygen in the exhaust gas flowing into the absorbent 19 decreases, NO_XNO absorbed from absorbent 19_XIs released. Therefore, at this time, the NO released by performing the reducing agent supply action_XNeed to be reduced. However, NO_XNO of absorbent 19_XWhen the absorption amount is extremely small, the reducing agent cannot be used effectively. Therefore, in this embodiment, when the particulate filter regeneration operation is performed, NO_XNO of absorbent 19_XWhen the absorption amount is larger than the second set amount SNU2 that is smaller than the first set amount SNU1, the reducing agent supply valve 22 performs the reducing agent supply operation to make NO_XNO in absorbent 19_XIs released and reduced. In other words, NO when the reducing agent supply operation of the reducing agent supply valve 22 to be started together with the particulate filter regeneration operation should be started._XNO of absorbent 19_XAbsorption or SO_XWhen the absorption amount is larger than the second set amount, it means that the reducing agent supply operation of the reducing agent supply valve 22 is started.
[0032]
FIG. 3 is a routine for controlling the particulate flag XP. This routine is executed by interruption every predetermined set time DLT.
Referring to FIG. 3, first, at step 50, it is determined whether or not the particulate flag XP is set. The particulate flag XP is set when the particulate filter regeneration operation is to be performed (XP = “1”), and otherwise reset (XP = “0”). If the particulate flag XP has not been set, the routine proceeds to step 51, where it is determined whether the particulate filter temperature TPF is higher than the regeneration start temperature TPR. When TPF ≦ TPR, the process then proceeds to step 52, where the amount of particulate dCP collected by the particulate filter 16 per unit time is calculated. The particulate amount dCP is previously stored in the ROM 32 as a function of the integrated value of the amount of fuel injected from the fuel injection valve 11, the intake air mass flow rate Ga, the engine speed N, and the particulate collection efficiency of the particulate filter 16, for example. It is remembered. In the following step 53, the particulate collection amount SP of the particulate filter 16 is calculated by integrating the product (dCP · DLT) of the interruption time interval DLT and dCP of this routine (SP = SP + dCP · DLT). In the following step 54, it is determined whether or not the particulate collection amount SP of the particulate filter 16 is larger than the set value SPT. When SP ≦ SPT, the processing cycle is ended, and when SP> SPT, the routine proceeds to step 55, where the particulate flag XP is set.
[0033]
When the particulate flag XP is set in step 50, or when TPF> TPR in step 51, the process proceeds to step 56, where the amount dRP of particulate removed from the particulate filter 16 per unit time is calculated. The particulate amount dRP is stored in the ROM 32 in advance as a function of, for example, the particulate filter temperature TPF, the intake air mass flow rate Ga, and the engine speed N. In the following step 57, the particulate collection amount SP of the particulate filter 16 is calculated by integrating the negative value (−dRP · DLT) of the product of the interruption time interval DLT and dRP of this routine (SP = SP−dRP). -DLT). In the following step 58, it is determined whether or not the particulate collection amount SP of the particulate filter 16 is smaller than a small set value SPL. When SP ≧ SPL, the processing cycle is terminated, and when SP <SPL, the routine proceeds to step 59, where the particulate filter lag XP is reset.
[0034]
For example, if the temperature of the exhaust gas flowing into the particulate filter 16 increases due to the engine acceleration operation, and the particulate filter temperature TPF becomes higher than the regeneration start temperature TPR, the particulate filter can be used without performing the secondary fuel injection. The filter regeneration operation is started. That is, the so-called natural regeneration of the particulate filter 16 is started. Therefore, when TPF> TPR in step 51, the process proceeds to steps 56 and 57, and the particulate matter trapping amount SP is subtracted.
[0035]
FIG. 4 and FIG._XThis is a routine for controlling the flag XS. This routine is executed by interruption every predetermined set time DLT.
Referring to FIGS. 4 and 5, first, at step 60, the SO_XIt is determined whether or not flag XS is set. SO_XFlag XS is NO_XSO of absorbent 19_XIt is set when the release action is to be performed (XS = "1"), and otherwise reset (XS = "0"). SO_XWhen the flag XS has been reset, the routine proceeds to step 61, where NO per unit time is set._XSO absorbed by the absorbent 19_XThe quantity dAS is calculated. This SO_XThe amount dAS is, for example, an integrated value of the amount of fuel injected from the fuel injection valve 11,_XIt is stored in the ROM 32 in advance as a function of the absorbent temperature TNA, the intake air mass flow rate Ga representing the engine load, and the engine speed N. In the following step 62, NO is obtained by integrating the product of the interruption time interval DLT and dAS (dAS · DLT) of this routine._XSO of absorbent 19_XThe absorption amount SS is calculated (SS = SS + dAS · DLT). In the following step 63, NO_XSO of absorbent 19_XIt is determined whether the absorption amount SS is larger than the first set amount SSU1. When SS ≦ SSU1, the routine proceeds to step 64, where it is determined whether or not the particulate flag XP is set. When the particulate flag XP is set, the routine proceeds to step 64, where NO_XAbsorbent temperature TNA is SO_XIt is determined whether the temperature is higher than the release temperature TSR. When TNA> TSR, that is, when SS> SSU1 and the particulate flag XP are set and when TNA> TSR, the routine proceeds to step 66, where SO_XThe flag XS is set. On the other hand, when the particulate flag XP is reset in step 64, or when TNA ≦ TSR in step 65, the processing cycle ends.
[0036]
On the other hand, when SS ≦ SSU1 in step 63, the process proceeds to step 67, where_XIt is determined whether the absorption amount SS is larger than the second set amount SSU2. If SS> SSU2, then the routine proceeds to step 64, where if the particulate flag XP is set and if TNA> TSR, SO_XThe flag XS is set. On the other hand, when SS ≦ SSU2, or when SS> SSU2, the particulate flag XP is reset or when TNA ≦ TSR, the processing cycle ends.
[0037]
SO_XWhen the flag XS is set, the process proceeds from step 60 to step 68, and NO per unit time is set._XSO released from absorbent 19_XThe quantity dRS is calculated. This SO_XThe quantity dRS is for example NO_XAbsorbent temperature TNA, intake air mass flow Ga, engine speed N, and SO_XIt is stored in the ROM 32 in advance as a function of the time since the flag XS was set. In the following step 69, NO is obtained by integrating the negative value (−dRS · DLT) of the product of the interruption time interval DLT of this routine and dRS._XSO of absorbent 19_XThe absorption amount SS is calculated (SS = SS−dRS · DLT). In the following step 70, NO per unit time_XNO released from absorbent 19_XThe quantity dRN is calculated. This NO_XThe quantity dRN is for example NO_XAbsorbent temperature TNA, intake air mass flow Ga, engine speed N, and SO_XIt is stored in the ROM 32 in advance as a function of the time since the flag XS was set. In the following step 71, NO is obtained by integrating the negative value (−dRN · DLT) of the product of the interrupt time interval DLT and dRN of this routine._XNO of absorbent 19_XThe absorption amount SN is calculated (SN = SN−dRN · DLT). In the following step 72, NO_XSO of absorbent 19_XIt is determined whether or not the absorption amount SS is smaller than the small set value SSL. When SS <SSL, the processing cycle ends. If SS ≧ SSL, then the routine proceeds to step 73, where SO_XThe flag XN is reset. In the following step 74, NO_XThe flag XN is reset. NO_XFlag XN is NO_XNO in absorbent 19_XIs set (XN1 = “1”) when it is to be released and reduced, and reset (XN1 = “0”) otherwise.
[0038]
6 and 7 show NO_XThis is a routine for controlling the flag XN. This routine is executed by interruption every predetermined set time DLT.
Referring to FIGS. 6 and 7, first, at step 80, the SO_XIt is determined whether the flag XS has been reset. SO_XWhen the flag XS is set, the processing cycle ends. SO_XWhen the flag XS has been reset, the routine proceeds to step 81, where NO_XIt is determined whether or not flag XN is set. NO_XWhen the flag XN has been reset, the routine proceeds to step 82, where NO per unit time is set._XNO absorbed by the absorbent 19_XThe quantity dAN is calculated. This NO_XThe quantity dAN is stored in advance in the ROM 32 as a function of the intake air mass flow rate Ga representing the engine load and the engine speed N, for example. In the following step 83, NO is obtained by integrating the product of the interrupt time interval DLT and dAN (dAN · DLT) of this routine._XNO of absorbent 19_XAn absorption amount SN is calculated (SN = SN + dAN · DLT). In the following step 84, NO is determined from the map of FIG._XMaximum NO of absorbent 19_XAn absorption amount SNM is calculated. In the following step 85, the calculated NO_XAbsorption amount SN is maximum NO_XIt is determined whether it is larger than the absorption amount SNM. When SN ≦ SNM, the process jumps to step 87, and when SN> SNM, the process proceeds to step 86 and NO_XAbsorption amount SN is maximum NO_XThe process proceeds to step 87 after the absorption amount SNM is set.
[0039]
That is, as shown in FIG._XMaximum NO of absorbent 19_XAbsorption amount SNM is NO_XIt fluctuates according to the absorbent temperature TNA. Therefore, the calculated NO_XAbsorption amount SN is maximum NO_XNO when larger than absorption amount SNM_XMaximum absorption amount SN_XIt is necessary to return to the absorption amount SNM.
NO at step 87_XIt is determined whether or not the absorption amount SN is larger than the first set amount SNU1. If SN> SNU1, then the routine proceeds to step 88, where NO_XThe flag XN is set. On the other hand, when SN ≦ SNU1, the routine proceeds to step 89, where it is determined whether or not the particulate flag XP is set. When the particulate flag XP is set, the routine proceeds to step 90, where NO_XNO of absorbent 19_XIt is determined whether or not the absorption amount SN is larger than the second set amount SNU2. When SN> SNU2, that is, when the particulate flag XP is set and when SN> SNU2, the process proceeds to step 88, and NO_XThe flag XN is set. On the other hand, when the particulate flag XP is reset in step 89, or when SN ≦ SNU2 in step 90, the processing cycle ends.
[0040]
NO_XWhen the flag XN is set, the process proceeds from step 81 to step 91, where NO per unit time is set._XNO released from absorbent 19_XThe amount dRN is calculated, and in the subsequent step 92, NO_XNO of absorbent 19_XAn absorption amount SN is calculated. In the following step 93, NO_XNO of absorbent 19_XIt is determined whether or not the absorption amount SN is smaller than the small set value SNL. If SN ≧ SNL, then the routine proceeds to step 94, where NO_XThe flag XN is reset.
[0041]
FIG. 9 is a routine for calculating the secondary fuel injection amount QSF of the fuel injection valve 11 and the reducing agent supply amount QRED of the reducing agent supply valve 22. This routine is executed by interruption every predetermined set time.
Referring to FIG. 9, first, at step 100, it is determined whether or not the particulate flag XP is set. When the particulate filter lag XP has been set, the process proceeds to step 101, where QP is calculated. This QP is the amount of secondary fuel injection required to raise and maintain the particulate filter temperature TPF to the regeneration start temperature, for example, as a function of the particulate filter temperature TPF, the intake air mass flow Ga, and the engine speed N. It is stored in the ROM 32 in advance. In the following step 102, the secondary fuel injection amount QSF is set to this QP. Next, the routine proceeds to step 104. On the other hand, when the particulate flag XP has been reset, the routine then proceeds to step 103, and after the secondary fuel injection amount QSF has been reduced to zero, the routine proceeds to step 104.
[0042]
In step 104, SO_XIt is determined whether or not flag XS is set. SO_XWhen the flag XS is set, the process then proceeds to step 105, where QS is calculated. This QS is NO_XSO in absorbent 19_XIs the amount of supply of the reducing agent necessary to optimally discharge the gas, and is stored in the ROM 32 in advance as a function of the intake air mass flow rate Ga and the engine speed N. In the following step 106, the reducing agent supply amount QRED is set to this QS.
[0043]
On the other hand, in step 104, SO_XWhen the flag XS has been reset, the routine proceeds to step 107, where NO_XIt is determined whether or not flag XN is set. NO_XWhen the flag XN is set, the process then proceeds to step 109, where QN is calculated. This QN is NO_XNO in absorbent 19_XIs the supply amount of the reducing agent necessary for optimally releasing and reducing the pressure, and is stored in the ROM 32 in advance as a function of the intake air mass flow rate Ga and the engine speed N, for example. In the following step 109, the reducing agent supply amount QRED is set to this QN. In contrast, NO_XWhen the flag XN has been reset, the routine proceeds to step 110, where the reducing agent supply amount QRED is set to zero.
[0044]
FIG. 10 is a partially enlarged view around the exhaust inlet of the casing 20. Referring to FIG. 10, the reducing agent supply nozzle 22a of the reducing agent supply valve 22 is disposed adjacent to the inlet of the casing 20, and the NO._XIt is opened toward the absorbent 19. As can be seen from FIG. 10, the spray angle AINJ of the reducing agent supply nozzle 22a is larger than the cone angle ACRN at the inlet of the casing 20. For this reason, even if the reducing agent injected from the reducing agent supply nozzle 22a flows by the exhaust gas flow, the reducing agent is NO_XIt can be uniformly supplied to the absorbent 19 in the entire radial direction.
In the embodiment described above, the reducing agent supply valve 22 is arranged adjacent to the inlet of the casing 20. However, as shown in FIGS. 11A and 11B, for example, the reducing agent supply valve 22 may be disposed at the curved portion 18a of the exhaust pipe 18. Since the exhaust flow is disturbed in the curved portion, the reducing agent can be mixed well in the exhaust gas by disposing the reducing agent supply valve 22 in the curved portion.
[0045]
When this embodiment is applied to an internal combustion engine in which the injection pressure of the reducing agent supply valve 22 is relatively high, as shown in FIG. 11A, the reducing agent supply valve 22 has the injection pressure inside the curved portion 18a. When applied to a relatively low internal combustion engine, the reducing agent supply valve 22 is arranged outside the curved portion 18a as shown in FIG. The exhaust flow velocity is higher on the outside of the curved portion 18a than on the inside, and the turbulence is large. Therefore, in the case of a high injection pressure at which the reducing agent can travel far, the reducing agent supply valve 22 is arranged inside the curved portion 18a, and in the case of a low injection pressure at which the reducing agent can travel only close, the reducing agent supply valve is provided. The valve 22 is arranged outside the curved portion 18a.
[0046]
【The invention's effect】
Reducing agent consumption can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall view of an internal combustion engine.
FIG. 2 NO_XIt is a figure for demonstrating the absorption / release effect of an absorbent.
FIG. 3 is a flowchart for controlling a particulate flag XP.
FIG. 4 SO_XIt is a flowchart for controlling a flag XS.
FIG. 5 SO_XIt is a flowchart for controlling a flag XS.
FIG. 6 NO_X9 is a flowchart for controlling a flag XN.
FIG. 7_X9 is a flowchart for controlling a flag XN.
FIG. 8 Maximum NO_XFIG. 4 is a diagram illustrating an absorption amount.
FIG. 9 is a flowchart for calculating a secondary fuel injection amount QSF of the fuel injection valve and a reducing agent supply amount QRED of the reducing agent supply valve.
FIG. 10 is a partially enlarged view of an inlet portion of a casing.
FIG. 11 is a partial view of an internal combustion engine showing another embodiment.
[Explanation of symbols]
1. Engine body
11 ... Fuel injection valve
16 ... Particulate filter
19 ... NO_XAbsorbent
22 ... Reducing agent supply valve

Claims

Absorption and a particulate filter for trapping particulate in the exhaust gas as well as arranged in the engine exhaust passage, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing is NO _X absorbent when the lean, the oxygen concentration in the inflowing exhaust gas decreases particulate filter to separate the _the NO _X absorbent to release you doing NO _X from the particulate filter arranged on the particulate filter downstream of the engine exhaust passage, to remove the particulates trapped in the particulate filter In an exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine capable of performing a regeneration operation, reducing agent supply means for supplying a reducing agent to the NO _X absorbent is disposed in an engine exhaust passage between the particulate filter and the NO _X absorbent. , the temperature of the _the NO _X absorbent seek the temperature of the particulate filter regeneration action when _the NO _X absorbent is SO At higher particulate filter regeneration effect than release temperature, the exhaust purification system of an internal combustion engine so as to supply the reducing agent from the reducing agent supply means to the NO _X absorbent to release the SO _X from _the NO _X absorbent.

The particulate filter for trapping particulate in the exhaust gas as well as arranged in the engine exhaust passage, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing absorbs NO _X when the lean, the oxygen concentration in the exhaust gas decreases the inflowing absorbed by the _the NO _X absorbent to release the NO _X is separated from the particulate filter arranged on the particulate filter downstream of the engine exhaust passage, the particulate to remove the particulates trapped in the particulate filter In an exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine capable of performing a filter regeneration operation , reducing agent supply means for supplying a reducing agent to the NO _X absorbent is disposed in an engine exhaust passage between the particulate filter and the NO _X absorbent. and, the SO _X absorption seeking SO _X absorption amount of the particulate filter regeneration action when _the NO _X absorbent is In many particulate filter regeneration time action than the set amount defined because the exhaust from _the NO _X absorbent for an internal combustion engine so as to supply the reducing agent from the reducing agent supply means in order to release the SO _X into _the NO _X absorbent Purification device.

The particulate filter for trapping particulate in the exhaust gas as well as arranged in the engine exhaust passage, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing absorbs NO _X when the lean, the oxygen concentration in the exhaust gas decreases the inflowing It absorbed by the _the NO _X absorbent to leave release the NO _X is separated from the particulate filter arranged on the particulate filter downstream of the engine exhaust passage, to remove the particulates trapped in the particulate filter particulate In an exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine capable of performing a curable filter regeneration operation, a reducing agent supply means for supplying a reducing agent to the NO _X absorbent is provided in an engine exhaust passage between the particulate filter and the NO _X absorbent. arrangement, and to supply the reducing agent from the reducing agent supply means when the particulate filter regeneration effect on _the NO _X absorbent And, together with the adjacent place the reducing agent feed nozzle of the reducing agent supply device to the inlet of the casing housing the _the NO _X absorbent, allowed open toward the reducing agent feed nozzle in the NO _X absorbent, the reducing agent supply nozzle An exhaust gas purification device for an internal combustion engine, wherein the spray angle of the spray is larger than the cone angle at the casing inlet .