JP3552489B2

JP3552489B2 - Exhaust gas purification device for internal combustion engine

Info

Publication number: JP3552489B2
Application number: JP26001997A
Authority: JP
Inventors: 信也広田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1997-09-25
Filing date: 1997-09-25
Publication date: 2004-08-11
Anticipated expiration: 2017-09-25
Also published as: JPH1193641A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空燃比リーンの状態で燃焼させる内燃機関の排気浄化装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
流入排気ガスの空燃比がリーンの時にＮＯｘを吸収し流入排気ガスの酸素濃度が低下した時に吸収したＮＯｘを放出する吸蔵還元型触媒は、ＮＯｘ浄化率が高いことから、近年、空燃比リーンの状態で燃焼させる内燃機関から排出される排気ガスのＮＯｘ浄化に多用されている。
【０００３】
例えば、特開平６−５０１３２号公報には、排気管を複数の分岐排気管に並列に分岐して、それぞれの分岐排気管にＮＯｘ浄化率がピークとなる温度領域が互いに異なる吸蔵還元型触媒を収納し、排気ガス温度に応じて排気ガスの流路を切り換えていずれかの排気分岐管の吸蔵還元型触媒に排気ガスを流通させることによって、ＮＯｘ浄化率の向上を図った排気浄化装置が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、たとえＮＯｘ浄化率がピークとなる温度領域を異にするといっても、吸蔵還元型触媒のＮＯｘ浄化のメカニズムは同じであり同一特性を有しているため、排気ガス温度に応じて流路を切り換えて触媒を使い分けたとしても、ＮＯｘ浄化率を向上させるには限界があった。
【０００５】
また、吸蔵還元型触媒はＮＯｘを吸収し続けると飽和して吸収不能になるので、吸収したＮＯｘを適当なタイミングで放出・還元させなければならず、そのためにそれぞれの吸蔵還元型触媒に還元剤を添加する手段を設け、再生処理の制御を行う必要があり、システム全体が複雑になるという不具合もあった。
【０００６】
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、機関の運転状態に応じて吸蔵還元型触媒と選択還元型触媒を使い分けるようにして、ＮＯｘ浄化率の向上と排気浄化システムの簡素化を図ることにある。
【０００７】
【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、空燃比リーン状態で燃焼させる内燃機関から排出される排気ガスを排気通路に通し、排気通路に設けた触媒により浄化する内燃機関の排気浄化装置において、排気通路が途中で第１排気通路と第２排気通路に分岐され、排気ガス温度が高温から低温に変化している時には第２排気通路に排気ガスを流通させ、それ以外の時には第１排気通路に排気ガスを流通させるように排気ガスの流路を切り換える流路切り換え手段と、第１排気通路に設けられ、流入排気ガスの空燃比がリーンの時にＮＯｘを吸収し流入排気ガスの酸素濃度が低下した時に吸収したＮＯｘを放出する吸蔵還元型触媒と、第２排気通路に設けられ、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選択還元型触媒と、吸蔵還元型触媒に吸収されているＮＯｘを放出還元させるべく、第２排気通路に排気ガスを流通させている間に吸蔵還元型触媒に還元剤を添加する還元剤添加手段と、を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置である。
【０００８】
排気ガスが高温から低温に変化している時には、排気ガスは流路切り換え手段により第２排気通路に流され、排気ガス中のＮＯｘは選択還元型触媒により還元される。
【０００９】
排気ガスが高温から低温に変化している以外の時には、排気ガスは流路切り換え手段により第１排気通路に流され、排気ガス中のＮＯｘは吸蔵還元型触媒に吸収される。この吸蔵還元型触媒に吸収されたＮＯｘは、排気ガスが第２排気通路に流されている時に、還元剤添加手段から添加される還元剤によって放出・還元され、吸蔵還元型触媒はＮＯｘ吸収可能な状態に再生される。
【００１０】
内燃機関としては、ディーゼルエンジンやリーンバーンガソリンエンジンを例示することができる。第１排気通路と第２排気通路はそれぞれ一つに限るものではなく、それぞれの排気通路について複数並列に設けてもよい。
【００１１】
本発明の内燃機関の排気浄化装置においては、「排気ガスが高温から低温に変化している時」は「内燃機関の非加速状態」とし、「排気ガスが高温から低温に変化している以外の時」は「内燃機関の加速状態」とすることができる。また、実際に排気ガス温度を温度検出手段により検出して排気ガス温度の変化を判定するようにしてもよい。
【００１２】
本発明の内燃機関の排気浄化装置においては、排気ガスを第２排気通路に流通させている時に、選択還元型触媒よりも上流で排気ガス中に還元剤を添加する第２の還元剤添加手段を付加することが可能である。その場合において、第２の還元剤添加手段は、内燃機関が膨張行程の時に燃焼室に還元剤（燃料）を噴射する膨張行程噴射により実現することも可能である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の内燃機関の排気浄化装置の一実施の形態を図１から図７の図面に基いて説明する。尚、この実施の形態は内燃機関としてディーゼルエンジンを使用した態様である。
【００１４】
図１は車両用ディーゼルエンジンの排気浄化装置を示しており、空気は吸気管２から吸気マニホールド３を介してディーゼル機関本体１の各気筒の燃焼室に導入される。燃料リザーバタンク４の燃料は吐出圧制御可能な燃料供給ポンプ５によって吸い上げられ、燃料供給管６を介して燃料蓄圧管７に供給される。燃料蓄圧管７はその内部に容積一定の蓄圧室８を有し、燃料供給ポンプ５から吐出された高圧の燃料はこの蓄圧室８内に蓄積される。この蓄圧室８内の燃料は燃料供給管１９を介して各気筒の燃料噴射弁９に供給され、所定のタイミングで各気筒の燃焼室に噴射される。また、各燃料噴射弁９は燃料戻し導管１０を介して燃料リザーバタンク４に連結されている。
【００１５】
機関本体１の各気筒から排出される排気ガスは排気マニホールド１１、排気管（排気通路）１２を順に通って排出される。排気管１２は、途中で二股に別れて第１排気管（第１排気通路）１２ａと第２排気管（第２排気通路）１２ｂとなり、再び合流して１本の排気管１２となるように構成されている。
【００１６】
第１排気管１２ａには吸蔵還元型触媒を備えた第１触媒コンバータ２１が設けられ、第２排気管１２ｂには選択還元型触媒を備えた第２触媒コンバータ２２が設けられている。吸蔵還元型触媒と選択還元型触媒については後で詳述する。
【００１７】
排気管１２において第１排気管１２ａと第２排気管１２ｂに分岐する部分には、排気ガスの流路を切り換えるためのダンパ型の切り換え弁２０が設けられている。この切り換え弁２０は、弁駆動装置２３によって駆動され、第１排気管１２ａと第２排気管１２ｂのいずれか一方を開き他方を閉ざすように位置せしめられる。即ち、排気ガスを第１排気管１２ａに流通させる時には第２排気管１２ｂを閉ざし、排気ガスを第２排気管１２ｂに流通させる時には第１排気管１２ａを閉ざす。
【００１８】
第１排気管１２ａの内部であって第１触媒コンバータ２１の上流には、第１触媒コンバータ２１に還元剤としての燃料を噴射する噴射ノズル２４が設けられている。
【００１９】
この噴射ノズル２４は還元剤配管２９を介して蓄圧管７に接続されており、還元剤配管２９の途中には、弁駆動装置３０によって開閉動作せしめられる還元剤弁３１が設けられている。還元剤弁３１は予め所定流量が流れるように開度設定されている。
【００２０】
第１排気管１２ａにおける第１触媒コンバータ２１の下流は排気還流管２５を介して吸気管２に接続されており、排気還流管２５の途中には弁駆動装置２６によって駆動される排気還流制御弁（以下、ＥＧＲ弁と略す）２７が設けられている。
【００２１】
エンジンコントロール用の電子制御ユニット（以下、ＥＣＵと略す）５０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、エンジンの燃料噴射量制御等の基本制御を行うほか、この実施の形態では排気浄化装置の運転制御を行っている。
【００２２】
燃料蓄圧管７の端部には、蓄圧室８内の燃料圧を検出しこの燃料圧に比例した出力電圧を発生する燃料圧センサ１３が取り付けられ、アクセルペダル１６には、アクセル開度を検出しこのアクセル開度に比例した出力電圧を発生するアクセル開度センサ１７が取り付けられ、第２排気管１２ｂ内における第２触媒コンバータ２２の下流には、第２触媒コンバータ２２出口の排気ガス温度（出ガス温度）を検出しその温度に比例した出力電圧を発生する出ガス温度センサ１８が取り付けられている。これら燃料圧センサ１３、アクセル開度センサ１７、出ガス温度センサ１８はそれぞれの出力信号をＥＣＵ５０に出力する。そして、ＥＣＵ５０はアクセル開度センサ１７の出力信号に基づいて機関負荷Ｌを演算する。
【００２３】
また、機関クランクシャフトには一対のディスク３２，３３が取り付けられ、これらディスク３２，３３の歯付外周面に対向して一対のクランク角センサ３４，３５が配置されている。一方のクランク角センサ３４は例えば１番気筒が吸気上死点にあることを示す出力パルスをＥＣＵ５０に出力し、このクランク角センサ３４の出力パルスからＥＣＵ５０はいずれの気筒の燃料噴射弁９を作動せしめるかを決定する。他方のクランク角センサ３５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ＥＣＵ５０に出力し、このクランク角センサ３５の出力パルスからＥＣＵ５０は機関回転速度Ｎを計算する。
【００２４】
また、弁駆動装置２３，２６，３０は機関本体１の運転状態に基づきＥＣＵ５０からの指令信号によって制御される。
【００２５】
次に、第１触媒コンバータ２１に収容されている吸蔵還元型触媒と、第２触媒コンバータ２２に収容されている選択還元型触媒について説明する。
吸蔵還元型触媒は、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いる。機関吸気通路及び吸蔵還元型触媒上流での排気通路内に供給された空気及び燃料（炭化水素）の比を吸蔵還元型触媒への流入排気ガスの空燃比と称すると、この吸蔵還元型触媒は、流入排気ガスの空燃比がリーンのときはＮＯｘを吸収し、流入排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸収したＮＯｘを放出する。
【００２６】
なお、吸蔵還元型触媒上流の排気通路内に燃料（炭化水素）あるいは空気が供給されない場合、流入排気ガスの空燃比は燃焼室内に供給される混合気の空燃比に一致し、したがってこの場合には、吸蔵還元型触媒は燃焼室内に供給される混合気の空燃比がリーンのときにはＮＯｘを吸収し、燃焼室内に供給される混合気中の酸素濃度が低下すると吸収したＮＯｘを放出・還元する。
【００２７】
図２は、燃焼室から排出される排気ガスの代表的な成分の濃度を概略的に示している。図２からわかるように、燃焼室から排出される排気ガス中の未燃ＨＣ，ＣＯの濃度は燃焼室内に供給される混合気の空燃比がリッチになるほど増大し、燃焼室から排出される排気ガス中の酸素Ｏ_２の濃度は燃焼室内に供給される混合気の空燃比がリーンになるほど増大する。
【００２８】
吸蔵還元型触媒でのＮＯｘ吸収・還元は、図３に示したようなメカニズムで行われると考えられている。このメカニズムは、担体上に白金Ｐｔ及びバリウムＢａを担持させた場合であるが、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のメカニズムとなる。
【００２９】
まず、排気ガスがかなりリーンになると排気ガス中の酸素濃度が大巾に増大するため、図３（Ａ）に示すように酸素Ｏ_２がＯ_２ ⁻又はＯ^２−の形で白金Ｐｔの表面に付着する。次に、排気ガスに含まれるＮＯは、白金Ｐｔの表面上でＯ_２ ⁻又はＯ^２−と反応し、ＮＯ_２となる（２ＮＯ＋Ｏ_２ →２ＮＯ_２）。
【００３０】
その後、生成されたＮＯ_２は、吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸収能力が飽和しない限り、白金Ｐｔ上で酸化されながら触媒内に吸収されて酸化バリウムＢａＯと結合し、図３（Ａ）に示されるように硝酸イオンＮＯ_３ ⁻ の形で吸蔵還元型触媒１９内に拡散する。このようにしてＮＯｘが触媒内に吸収される。
【００３１】
これに対し、排気ガス中の酸素濃度が低下した場合は、ＮＯ_２の生成量が低下し、前記反応とは逆の反応によって、触媒内の硝酸イオンＮＯ_３ ⁻は、ＮＯ_２またはＮＯの形で吸蔵還元型触媒から放出される。
【００３２】
つまり、ＮＯｘは、排気ガス中の酸素濃度が低下すると、吸蔵還元型触媒から放出されることになる。図２に示されるように、流入排気ガスのリーン度合いが低くなれば、流入排気ガス中の酸素濃度が低下し、したがって、流入排気ガスのリーン度合いを低くすれば、たとえ流入排気ガスの空燃比がリーンであっても吸蔵還元型触媒からＮＯｘが放出されることとなる。
【００３３】
一方、このとき、燃焼室内に供給する混合気がリッチにされて、排気ガスの空燃比がリッチになると、図２に示されるように多量の未燃ＨＣ，ＣＯがエンジンから排出される。これら未燃ＨＣ，ＣＯは、白金Ｐｔ上の酸素Ｏ_２ ⁻又はＯ^２−とすぐに反応して酸化される。
【００３４】
また、流入排気ガスの空燃比がリッチになると、排気ガス中の酸素濃度は極度に低下するため、吸蔵還元型触媒は、ＮＯ_２またはＮＯを放出する。このＮＯ_２またはＮＯは、図３（Ｂ）に示すように、未燃ＨＣ、ＣＯと反応して還元される。このようにして白金Ｐｔ上のＮＯ_２またはＮＯが存在しなくなると、吸蔵還元型触媒から次から次へとＮＯ_２またはＮＯが放出される。したがって、流入排気ガスの空燃比をリッチにすると短時間の内に吸蔵還元型触媒からＮＯｘが放出される。白金Ｐｔ上のＯ_２ ⁻又はＯ^２−を消費しても未燃ＨＣ，ＣＯが残っていれば、吸蔵還元型触媒から放出されたＮＯｘも、エンジンから排出されたＮＯｘも、この未燃ＨＣ，ＣＯによって還元される。
【００３５】
したがって、流入排気ガスの空燃比をリッチにすれば短時間の内に吸蔵還元型触媒に吸収されているＮＯｘが放出され、しかも、この放出されたＮＯｘが還元されるために大気中にＮＯｘが排出されるのを阻止することができる。
【００３６】
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＝１３〜１４）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第１触媒コンバータ２１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は吸蔵還元型触媒に吸収され、触媒から放出されるＮＯｘ量は極めて少ない。
【００３７】
また、ガソリンエンジンの場合には、前述したように燃焼室に供給する混合気をリッチにすることにより排気ガスの空燃比をリッチにし、排気ガス中の酸素濃度を低下させて、吸蔵還元型触媒に吸収されているＮＯｘを放出させ再生することができるが、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リッチ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。したがって、ディーゼルエンジンでは燃焼用の混合気とは別に還元剤としての燃料を直接、吸蔵還元型触媒に供給して再生する必要がある。
【００３８】
一方、第２触媒コンバータ２２に収容されている選択還元型触媒は、空燃比リーンの排気（酸素過剰の雰囲気）中で、炭化水素（ＨＣ）の存在下でＮＯｘを還元または分解する触媒として定義される。このような選択還元型触媒には、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。
【００３９】
選択還元型触媒は、排気ガスの空間速度が遅く触媒入口側よりも触媒出口側の方が触媒温度が高い温度分布状態においてＮＯｘ浄化率が高く、ＮＯｘ排出量が多い加速時にはＮＯｘ浄化率が低くなることが知られている。ここで、触媒入口側よりも触媒出口側が触媒温度が高い温度分布になるのは、排気ガス温度が高温から低温に変化している時であり、これはほぼ非加速時に対応する。
【００４０】
これに対して、第１触媒コンバータ２１に収容されている吸蔵還元型触媒は、選択還元型触媒が苦手とする加速時のようにＮＯｘ排出量が多いときにも高いＮＯｘ浄化率を示し、比較的に高温の触媒温度（約４００゜Ｃ程度まで）においてもＮＯｘを吸蔵する。
【００４１】
そこで、この排気浄化装置ではこれら触媒の特性を生かし、ディーゼルエンジンの運転状態に応じて２種類の触媒を使い分けるようにしている。
図４は排気浄化装置の運転方法の概略フローチャートであり、まず、機関本体１が加速状態か非加速状態かを判定し（ステップ１００）、加速状態の場合には、切り換え弁２０によって第２排気管１２ｂを閉ざし第１排気管１２ａを開いて排気ガスを第１触媒コンバータ２１に通し（ステップ１０１）、排気ガス中のＮＯｘを吸蔵還元型触媒で吸収する。
【００４２】
一方、非加速状態の場合には、切り換え弁２０によって第１排気管１２ａを閉ざし第２排気管１２ｂを開いて、排気ガスを第２触媒コンバータ２２に通す（ステップ１０２）。ここで、第２触媒コンバータ２２の選択還元型触媒によってＮＯｘを還元するためには還元剤としてのＨＣが必要である。そこで、第２触媒コンバータ２２の出ガス温度Ｔが所定温度範囲内（Ｔ１＜Ｔ＜Ｔ２）に入っているか否かを判定し（ステップ１０３）、温度範囲内であれば膨張行程において副噴射を行って排気ガス中に還元剤としての燃料を噴射し（ステップ１０４）、排気ガス中のＮＯｘを第２触媒コンバータ２２の選択還元型触媒で還元する。
【００４３】
そして、第１触媒コンバータ２１の吸蔵還元型触媒に吸蔵されているＮＯｘを放出・還元するための再生処理は、第１排気管１２ａに排気ガスを通していない非加速時に行うこととし、ステップ１０５で第１触媒コンバータ２１の吸蔵還元型触媒が再生済みか否かを判定し、再生済みでなければ第１触媒コンバータ２１に対する再生処理を実行する（ステップ１０６）。
【００４４】
尚、第１排気管１２ａに排気ガスを通して第１触媒コンバータ２１の吸蔵還元型触媒によってＮＯｘを吸収している時には、排気ガスの空燃比をリーンにする必要があるので副噴射は行わない。
【００４５】
次に、図５及び図６を参照してこの排気浄化装置の運転制御についてさらに詳細に説明する。
図５及び図６は排気浄化装置の運転制御ルーチンであり、この運転制御ルーチンはＥＣＵ５０によって一定クランク角度毎に実行される。
【００４６】
まず、ステップ２００で再生実行フラグＦ１が１か否かを判定する。再生実行フラグＦ１が１の場合は第１触媒コンバータ２１の吸蔵還元型触媒を再生中であることを意味し、再生実行フラグＦ１が０の場合は吸蔵還元型触媒が再生済みであることを意味する。再生実行フラグＦ１はイニシャルルーチンでは０である。
【００４７】
ステップ２００でＮＯと判定された場合には、現在の車両の走行状態が加速状態か非加速状態かの判定を行う。即ち、アクセル開度センサ１７によりアクセル開度α１を検出し（ステップ２０１）、さらにその後もう一度アクセル開度α２を検出して（ステップ２０２）、アクセル開度の差（α２−α１）を演算して、その差が正か否か判定する（ステップ２０３）。
【００４８】
アクセル開度の差が正（α２−α１＞０）である場合には判定タイマーが起動中か否かを判定し（ステップ２０４）、起動中であれば判定タイマ値を更新し（ステップ２０５）、更新された判定タイマ値が予め設定しておいた判定値ｔを越えているか否かを判定する（ステップ２０６）する。
【００４９】
ステップ２０６でＹＥＳと判定されると、アクセル開度の増加状態が所定時間継続しているので加速状態であると判断し、ステップ２０７に進んで加速フラグＦ２を１とし、切り換え弁２０を切り換えて第１排気管１２ａを開き第２排気管１２ｂを閉じて排気ガスを第１排気管１２ａに流し（ステップ２０８）、排気ガス中のＮＯｘを第１触媒コンバータ２１の吸蔵還元型触媒で吸収する。そして、第１触媒コンバータ２１の吸蔵還元型触媒に吸収されたＮＯｘ量を積算する。
【００５０】
ところで、吸蔵還元型触媒に吸収されている総ＮＯｘ量を直接検出することは困難である。そこで、ここでは機関から排出された排気ガス中のＮＯｘ排出量を推定し、その排出ＮＯｘ量から吸蔵還元型触媒に吸収されたＮＯｘ吸収量を推定するようにしている。
【００５１】
すなわち、機関回転速度Ｎが高くなるほど機関から単位時間あたりに排出される排気ガス量が増大するので、機関回転速度Ｎが高くなるにしたがって機関から排出されるＮＯｘ量は増大する。また、機関負荷Ｌが高くなるほど燃焼温度が高くなるので、機関負荷Ｌが高くなるほど機関から単位時間あたりに排出されるＮＯｘ量が増大する。そこで、予め実験により、機関負荷Ｌと、機関回転速度Ｎとをパラメータとして、これらパラメータと単位時間あたりに機関から排出されるＮＯｘ量との関係を求めてマップ化し、このＮＯｘ排出量マップをＥＣＵ５０のＲＯＭに記憶しておく。
【００５２】
そして、クランク角センサ３５の出力パルスを基に求めた機関回転速度Ｎと、アクセル開度センサ１７により検出されたアクセル開度αを基に求めた機関負荷Ｌから、前記ＮＯｘ排出量マップを参照して単位時間あたりの機関排出ＮＯｘ量Ｎｉｊを読み出し（ステップ２０９）、これから本運転制御ルーチンを次回実行するまでの間に吸蔵還元型触媒に吸収されるＮＯｘ量を求め、ＮＯｘ積算値Ｑを更新して（ステップ２１０）、本ルーチンの実行を終了する。
【００５３】
次回以降、本運転制御ルーチンを実行してステップ２００からステップ２０６で加速状態であると判定されている限り、排気ガスは第１排気管１２ａに流され、ステップ２０９とステップ２１０により吸蔵還元型触媒に吸収されるＮＯｘ量の積算が継続される。
【００５４】
そして、ステップ２０３でＮＯと判定された場合には、非加速状態に切り換わったこととなるので、ステップ２１１に進んで判定タイマをリセットし、切り換え弁２０を切り換えて第２排気管１２ｂを開き第１排気管１２ａを閉じて排気ガスを第２排気管１２ｂに流し（ステップ２１２）、排気ガス中のＮＯｘを第２触媒コンバータ２２の選択還元型触媒で還元する。
【００５５】
ところで、選択還元型触媒によりＮＯｘを還元するには排気ガス中に還元剤としてのＨＣを添加する必要があるが、ここで添加するＨＣの分子サイズは比較的に小さい（Ｃの数が８以下）方がＮＯｘ浄化率が高い。ディーゼル燃料はそれよりＣの多い大きい分子サイズのＨＣを多量に含むので、そのままの形で選択還元型触媒のすぐ上流に供給するよりも、膨張、排気行程にある気筒の筒内に噴射し（以下、これを副噴射と称す）、高温排気ガスによって熱分解して小さな分子のＨＣとして選択還元型触媒に供給する方が浄化率が高くなる。
【００５６】
そこで、この実施の形態では、ステップ２１３で出ガス温度センサ１８により検出した触媒出ガス温度Ｔが所定の温度範囲（Ｔ１＜Ｔ＜Ｔ２）にあるか否かを判定し（例えば２００〜４００゜Ｃ）、ＹＥＳと判定された場合には、副噴射条件を求め（ステップ２１４）、この条件下で副噴射を実行して（ステップ２１５）、排気ガスにＨＣを添加することとした。
【００５７】
副噴射によって選択還元型触媒に供給されたＨＣは、一部が部分酸化して活性種を生成し、この活性種がＮＯｘと反応してＮＯｘを還元し、Ｎ_２、Ｈ_２Ｏ、Ｏ、ＣＯ_２を生成する。尚、副噴射条件の設定方法については後で詳述する。
【００５８】
ステップ２１５で副噴射を実行した後、ステップ２１６へ進む。また、ステップ２１３でＮＯと判定された場合には、副噴射実行の条件が整っていないので、副噴射を実行することなくステップ２１６へ進む。
【００５９】
ステップ２１６では加速フラグＦ２が１か否かを判定するが、すでにステップ２０７で加速フラグＦ２は１にされているので、ステップ２１６ではＦ２＝１と判定されステップ２１７に進む。
【００６０】
ステップ２１７では再生実行フラグＦ１が１か否かを判定するが、再生実行フラグＦ１はイニシャルルーチンでは０であるので、ステップ２１７ではＮＯと判定され、ステップ２１８に進む。
【００６１】
ステップ２１８では、ステップ２１０で求めたＮＯｘ積算値Ｑが、予め設定された再生許可ＮＯｘ値Ｑ_０を越えているか否かを判定する。尚、再生許可ＮＯｘ値Ｑ_０は、再生をするに足る最小ＮＯｘ吸収量として予めＥＣＵ５０のＲＯＭに記憶しておく。
【００６２】
ステップ２１８でＮＯｘ積算値Ｑが再生許可ＮＯｘ値Ｑ_０を越えていないと判定された場合には、再生が必要とされるＮＯｘ積算値に達していないので再生不要であり本ルーチンを終了する。
【００６３】
ＮＯｘ積算値Ｑが再生判定ＮＯｘ値Ｑ_０を越えていると判定された場合には、ステップ２１９以降に進んで第１触媒コンバータ２１の吸蔵還元型触媒に対して再生処理を実行する。
【００６４】
まず、ステップ２１９では、ＮＯｘ積算値Ｑに対応する再生時間をＥＣＵ５０のＲＯＭに記憶されている再生時間マップを参照して読み出す。再生時間マップは、予め実験により、第１触媒コンバータ２１の吸蔵還元型触媒に吸収されたＮＯｘ量と、このＮＯｘを総て放出・還元させるための燃料量を噴射させるに必要な還元剤弁３１の開弁時間との関係を求め、これをマップ化したものであり、予めＥＣＵ５０のＲＯＭに記憶しておく。
【００６５】
次に、弁駆動装置３０を駆動して還元剤弁３１を開き噴射ノズル２４から第１触媒コンバータ２１内に燃料を噴射するとともに、弁駆動装置２６を駆動してＥＧＲ弁２７を開き（ステップ２２０）、第１触媒コンバータ２１内を還元雰囲気にして、吸蔵還元型触媒に吸収されていたＮＯｘを放出・還元させる。
【００６６】
ここでＥＧＲ弁２７の弁開度は機関本体１の運転状態に応じた通常のＥＧＲ制御に基づいて決定されるが、第１触媒コンバータ２１の再生処理の間に限り、ＥＧＲ制御においてＥＧＲ弁２７の開度が所定の設定開度以下（全閉を含む）の指令が出ているときには、前記設定開度の開弁状態保持を優先するように制御する。
【００６７】
第１触媒コンバータ２１の再生処理の間、ＥＧＲ弁２７を開くことにより第１触媒コンバータ２１の下流部分が負圧になるので、第１触媒コンバータ２１の吸蔵還元型触媒に吸収されているＮＯｘが放出され易くなる。また、第１排気管１２ａを閉ざしている切り換え弁２０で漏れが生じ、第１排気管１２ａ内に排気ガスの流れが適度に生じるので、噴射ノズル２４から噴射される燃料が吸蔵還元型触媒内に短時間のうちに拡散し易くなり、隅々に行き渡るようになって吸蔵還元型触媒の再生を促進する。
【００６８】
この後、再生タイマをスタートし（ステップ２２１）、再生実行フラグＦ１を１にして（ステップ２２２）、本ルーチンの実行を終了する。
次回の運転制御ルーチンの実行では、ステップ２００において再生実行フラグＦ１＝１と判定されるので、ステップ２００からステップ２１２に進み、さらにステップ２１３〜２１６を実行した後、ステップ２１７に進む。
【００６９】
ステップ２１７では再生実行フラグＦ１＝１であるのでステップ２２３に進み、先にステップ２１９で読み出した再生設定時間が経過したか否か判定する。再生時間を経過していない場合には本ルーチンの実行を終了し、再生を続行することとなる。ステップ２２３で再生時間が経過したと判定されると、ステップ２２４に進んで、還元剤弁３１を閉じて噴射ノズル２４からの燃料噴射を停止するとともに、ＥＧＲ弁２７を閉じ、以後のＥＧＲ弁２７の開度制御を通常のＥＧＲ制御に委ねる。これで第１触媒コンバータ２１の吸蔵還元型触媒の再生処理を終了する。
【００７０】
次に、再生実行フラグＦ１と加速フラグＦ２をともに０にし（ステップ２２５）、ＮＯｘ積算値Ｑをリセットし（ステップ２２６）、再生タイマをリセットして（ステップ２２７）、本運転制御ルーチンの実行を終了する。
【００７１】
ステップ２０４で判定タイマが起動していないと判定された場合にはステップ２２８で判定タイマを起動した後にステップ２１２に進み、また、ステップ２０６で判定タイマ値が所定時間ｔを越えていないと判定された場合にはステップ２１２に進み、いずれの場合も排気ガスを第２排気管１２ｂに流すように制御されることとなる。
【００７２】
以上の説明からわかるように、この排気浄化装置においては、第１触媒コンバータ２１の吸蔵還元型触媒の再生タイミングは、触媒がＮＯｘで飽和したか否かに関係なく、加速時に吸収したＮＯｘを加速終了後の非加速時において直ちに放出・還元するようにしており、吸蔵還元型触媒を常に再生済みの状態にして次の加速時のＮＯｘ吸収に備えることとなる。
【００７３】
また、吸蔵還元型触媒の再生は温度が高い方が有利であるが、この実施の形態では吸蔵還元型触媒の再生は、吸蔵還元型触媒の温度が比較的に高く保持されている加速直後に行われるようになるので、ＮＯｘの放出・還元が早く行われるようになる。
【００７４】
尚、この実施の形態においては、切り換え弁２０と弁駆動装置２３とＥＣＵ５０による一連の信号処理のうちステップ２０１からステップ２０８及びステップ２１２を実行する部分により流路切り換え手段が実現され、噴射ノズル２４と弁駆動装置２６と還元剤弁３１とＥＣＵ５０による一連の信号処理のうちステップ２１７からステップ２２４を実行する部分により還元剤添加手段が実現される。
【００７５】
次に、前述した副噴射条件の設定方法について簡単に説明する。
副噴射において、膨張、排気行程にある気筒の筒内に燃料を噴射する場合、噴射量が少な過ぎれば排気ガス中のＨＣ量が不足し、選択還元型触媒でのＮＯｘの還元が十分でなくなり、噴射量が多過ぎればＨＣがＮＯｘの還元に消費されるよりも多くなって余分のＨＣは排出され、ＨＣエミッションの悪化、燃費の低下を生じる。また、機関運転状態（機関回転速度Ｎ、機関負荷Ｌ）に応じて生成ＮＯｘ量が変化し、そのＮＯｘを還元するための要求ＨＣ量も変化するので、機関運転状態に応じて最適量の副噴射を実行しなければならない。この副噴射条件は図７の条件設定ルーチンで決定する。図７の条件設定ルーチンは、ＥＣＵ５０によって一定クランク角度毎に実行される。
【００７６】
まず、ステップ２１５１で、クランク角センサ３５の出力信号から演算される機関回転速度Ｎ、アクセル開度センサ１７の出力信号から演算される機関負荷Ｌを読み込む。
【００７７】
次に、ステップ２１５２に進み、副噴射を行う気筒番号を決定する。即ち、クランク角センサ３４の出力パルスから、例えば１番気筒が上死点にきたときを知り、クランク角センサ３５の出力信号から、例えば１番気筒が上死点位置から何度回転した位置にあるかを知ることにより、現在のクランク角を演算することができ、１番気筒の行程がわかれば他の気筒の行程もわかり、どの気筒が膨張、排気行程にあるか、したがって副噴射を実行すべき気筒番号（膨張、排気のいずれかの行程にある気筒の番号）を決定することができる。
【００７８】
次に、ステップ２１５３に進み、必要副噴射量ｑを決定する。即ち、現在の機関回転速度Ｎと機関負荷Ｌから機関運転状態がほぼ定まり、その状態でのＮＯｘ生成量が決まるとともにそれを浄化するためのＨＣ量またはＨＣ濃度も決まる。これが目標ＨＣ濃度ＨＣ１であり、目標ＨＣ濃度ＨＣ１が決まればその目標ＨＣ濃度ＨＣ１を得るための必要副噴射量ｑも決まる。そこで、機関回転速度Ｎと機関負荷Ｌと必要副噴射量ｑとの関係を実験により求めておき、これをマップにして予めＥＣＵ５０のＲＯＭに格納しておく。ステップ２１５３では、現在の機関回転速度Ｎと機関負荷Ｌから前記マップを参照して必要副噴射量ｑを決定するのである。尚、機関回転速度Ｎが大なるほど、そして機関負荷Ｌが大なるほど、必要副噴射量ｑも大きくなる。
【００７９】
次に、ステップ２１５４に進み、副噴射の燃料圧力Ｐと噴射期間Ｔｍを決定する。即ち、副噴射量は燃料噴射弁９の噴射期間Ｔｍと燃料圧力Ｐによって決まるので、まず、期間回転速度Ｎと期間負荷Ｌからその機関運転状態に応じた燃料圧力Ｐを決定し、次に、この燃料圧力Ｐと必要副噴射量ｑから噴射期間Ｔｍを決定する。尚、期間回転速度Ｎと期間負荷Ｌと燃料圧力Ｐとの関係は予めマップにしてＥＣＵ５０のＲＯＭに格納されており、燃料圧力Ｐと必要副噴射量ｑと噴射期間Ｔｍとの関係は予めマップにしてＥＣＵ５０のＲＯＭに格納されていて、燃料圧力Ｐと噴射期間Ｔｍを決定する際にこれらマップが参照される。
【００８０】
次に、ステップ２１５５に進み、ステップ２１５４で演算した噴射期間Ｔ_ｍに基づいて、副噴射開始時期τ_ｓを決定する。即ち、副噴射で噴射される燃料は、その全量が機関の膨張、排気行程で筒内に噴射されなければならず、しかも、排気行程の終了近傍の吸気弁と排気弁の両方が開くオーバラップ開時期よりも前に副噴射が終了しなければならない。副噴射の終了時期が吸排気弁開弁オーバラップ時期にかからないようにするという条件で決まると、それよりＴ_ｍだけ早めた時期が副噴射開始時期τ_ｓとなる。
【００８１】
このようにして求めた副噴射量ｑ、噴射期間Ｔ_ｍ、噴射開始時期τ_ｓにしたがって副噴射が実行される。
【００８２】
【発明の効果】
本発明によれば、空燃比リーン状態で燃焼させる内燃機関から排出される排気ガスを排気通路に通し、排気通路に設けた触媒により浄化する内燃機関の排気浄化装置において、排気通路が途中で第１排気通路と第２排気通路に分岐され、排気ガス温度が高温から低温に変化している時には第２排気通路に排気ガスを流通させ、それ以外の時には第１排気通路に排気ガスを流通させるように排気ガスの流路を切り換える流路切り換え手段と、第１排気通路に設けられ、流入排気ガスの空燃比がリーンの時にＮＯｘを吸収し流入排気ガスの酸素濃度が低下した時に吸収したＮＯｘを放出する吸蔵還元型触媒と、第２排気通路に設けられ、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選択還元型触媒と、吸蔵還元型触媒に吸収されているＮＯｘを放出還元させるべく、第２排気通路に排気ガスを流通させている間に吸蔵還元型触媒に還元剤を添加する還元剤添加手段と、を備えることにより、吸蔵還元型触媒と選択還元型触媒とをそれぞれの特性に応じて使い分けることができ、ＮＯｘの浄化率を向上させることができる。また、排気浄化のシステム全体を簡素化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の内燃機関の排気浄化装置の一実施の形態における全体構成図である。
【図２】排気ガスの空燃比と排気ガス中の主要成分の濃度の関係を示す図である。
【図３】吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸収とＮＯｘ放出・還元の原理説明図である。
【図４】本発明の内燃機関の排気浄化装置の運転制御手順の概略を示すフローチャートである。
【図５】本発明の内燃機関の排気浄化装置の一実施の形態における運転制御手順を示す詳細なフローチャート（その１）である。
【図６】本発明の内燃機関の排気浄化装置の一実施の形態における運転制御手順を示す詳細なフローチャート（その２）である。
【図７】本発明の内燃機関の排気浄化装置の一実施の形態における副噴射条件設定手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ディーゼル機関本体（内燃機関）
１２排気管（排気通路）
１２ａ第１排気管（第１排気通路）
１２ｂ第２排気管（第２排気通路）
２０切り換え弁（流路切り換え手段）
２１第１触媒コンバータ（吸蔵還元型触媒）
２２第２触媒コンバータ（選択還元型触媒）
２３弁駆動装置（流路切り換え手段）
２４噴射ノズル（還元剤添加手段）
３０弁駆動装置（還元剤添加手段）
３１還元剤弁（還元剤添加手段）[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust gas purification device for an internal combustion engine that burns in a lean air-fuel ratio state.
[0002]
[Prior art]
A storage reduction catalyst that 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 has a high NOx purification rate. It is widely used for NOx purification of exhaust gas discharged from an internal combustion engine burning in a state.
[0003]
For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-50132 discloses that an exhaust pipe is branched in parallel into a plurality of branch exhaust pipes, and each of the branch exhaust pipes is provided with a storage-reduction catalyst having a different temperature region where a NOx purification rate has a peak. An exhaust gas purifying apparatus is disclosed, in which the NOx purification rate is improved by storing the exhaust gas and switching the flow path of the exhaust gas in accordance with the temperature of the exhaust gas to allow the exhaust gas to flow through the occlusion reduction type catalyst in one of the exhaust branch pipes. Have been.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, even if the temperature region where the NOx purification rate peaks is different, the NOx purification mechanism of the occlusion reduction type catalyst is the same and has the same characteristics. , And there is a limit in improving the NOx purification rate even when the catalyst is properly used.
[0005]
In addition, since the storage reduction catalyst saturates and becomes unable to absorb NOx when it continues to absorb NOx, the absorbed NOx must be released and reduced at an appropriate timing. Therefore, it is necessary to provide a means for adding the compound to control the regeneration process, and there is a problem that the whole system becomes complicated.
[0006]
The present invention has been made in view of such problems of the conventional technology, and the problem to be solved by the present invention is to selectively use an occlusion reduction type catalyst and a selective reduction type catalyst depending on the operating state of the engine. Accordingly, the object is to improve the NOx purification rate and simplify the exhaust gas purification system.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The present invention employs the following means in order to solve the above problems.
The present invention relates to an exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine that passes exhaust gas discharged from an internal combustion engine burning in an air-fuel ratio lean state through an exhaust passage and purifies the exhaust gas with a catalyst provided in the exhaust passage. The exhaust gas is branched into a passage and a second exhaust passage. When the exhaust gas temperature changes from high temperature to low temperature, the exhaust gas flows through the second exhaust passage, and at other times, the exhaust gas flows through the first exhaust passage. Flow path switching means for switching the flow path of the exhaust gas, and NOx absorbed in the first exhaust passage when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lean and released when the oxygen concentration of the inflowing exhaust gas decreases. A selective reduction catalyst that is provided in the second exhaust passage and reduces or decomposes NOx in the presence of hydrocarbons in an oxygen-excess atmosphere; Exhaust gas purification for an internal combustion engine, characterized by comprising: reducing agent addition means for adding a reducing agent to the occlusion reduction type catalyst while exhaust gas is being circulated through the second exhaust passage in order to release and reduce NOx. Device.
[0008]
When the exhaust gas changes from a high temperature to a low temperature, the exhaust gas is caused to flow through the second exhaust passage by the flow path switching means, and NOx in the exhaust gas is reduced by the selective reduction catalyst.
[0009]
Except when the exhaust gas changes from high temperature to low temperature, the exhaust gas is flown to the first exhaust passage by the flow path switching means, and NOx in the exhaust gas is absorbed by the storage reduction catalyst. The NOx absorbed by the storage reduction catalyst is released and reduced by the reducing agent added from the reducing agent adding means when the exhaust gas is flowing to the second exhaust passage, and the storage reduction catalyst can absorb NOx. Will be played back in the correct state.
[0010]
Examples of the internal combustion engine include a diesel engine and a lean-burn gasoline engine. The first exhaust passage and the second exhaust passage are not limited to one each, and a plurality of exhaust passages may be provided in parallel.
[0011]
In the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine of the present invention, "when the exhaust gas changes from high temperature to low temperature" is set to "non-acceleration state of the internal combustion engine", and "exhaust gas changes from high temperature to low temperature". The "time" may be "an acceleration state of the internal combustion engine." Further, the change of the exhaust gas temperature may be determined by actually detecting the exhaust gas temperature by the temperature detecting means.
[0012]
In the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, the second reducing agent adding means for adding the reducing agent to the exhaust gas upstream of the selective reduction catalyst when the exhaust gas flows through the second exhaust passage. Can be added. In that case, the second reducing agent adding means can be realized by an expansion stroke injection that injects a reducing agent (fuel) into the combustion chamber when the internal combustion engine is in the expansion stroke.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to the present invention will be described with reference to the drawings of FIGS. In this embodiment, a diesel engine is used as an internal combustion engine.
[0014]
FIG. 1 shows an exhaust purification device of a diesel engine for a vehicle. Air is introduced from an intake pipe 2 to a combustion chamber of each cylinder of a diesel engine main body 1 via an intake manifold 3. The fuel in the fuel reservoir tank 4 is sucked up by a fuel supply pump 5 whose discharge pressure can be controlled, and is supplied to a fuel accumulator 7 through a fuel supply pipe 6. The fuel pressure accumulating pipe 7 has therein a pressure accumulating chamber 8 having a constant volume, and high-pressure fuel discharged from the fuel supply pump 5 is accumulated in the pressure accumulating chamber 8. The fuel in the accumulator 8 is supplied to the fuel injection valve 9 of each cylinder via a fuel supply pipe 19, and is injected into the combustion chamber of each cylinder at a predetermined timing. Further, each fuel injection valve 9 is connected to the fuel reservoir tank 4 via a fuel return conduit 10.
[0015]
Exhaust gas discharged from each cylinder of the engine body 1 is discharged through an exhaust manifold 11 and an exhaust pipe (exhaust passage) 12 in this order. The exhaust pipe 12 is bifurcated on the way into a first exhaust pipe (first exhaust passage) 12a and a second exhaust pipe (second exhaust passage) 12b, and merges again to form one exhaust pipe 12. It is configured.
[0016]
The first exhaust pipe 12a is provided with a first catalytic converter 21 having a storage reduction catalyst, and the second exhaust pipe 12b is provided with a second catalytic converter 22 having a selective reduction catalyst. The storage reduction catalyst and the selective reduction catalyst will be described later in detail.
[0017]
A damper type switching valve 20 for switching the flow path of the exhaust gas is provided at a portion of the exhaust pipe 12 branched into the first exhaust pipe 12a and the second exhaust pipe 12b. The switching valve 20 is driven by a valve driving device 23 and is positioned so as to open one of the first exhaust pipe 12a and the second exhaust pipe 12b and close the other. That is, the second exhaust pipe 12b is closed when the exhaust gas flows through the first exhaust pipe 12a, and the first exhaust pipe 12a is closed when the exhaust gas flows through the second exhaust pipe 12b.
[0018]
An injection nozzle 24 for injecting fuel as a reducing agent into the first catalytic converter 21 is provided inside the first exhaust pipe 12a and upstream of the first catalytic converter 21.
[0019]
The injection nozzle 24 is connected to the pressure accumulation pipe 7 via a reducing agent pipe 29, and a reducing agent valve 31 that is opened and closed by a valve driving device 30 is provided in the middle of the reducing agent pipe 29. The opening of the reducing agent valve 31 is set in advance so that a predetermined flow rate flows.
[0020]
An exhaust gas recirculation control valve driven by a valve driving device 26 in the first exhaust pipe 12a is connected downstream of the first catalytic converter 21 via the exhaust gas recirculation pipe 25 to the intake pipe 2. (Hereinafter, abbreviated as EGR valve) 27 is provided.
[0021]
An electronic control unit (hereinafter abbreviated as ECU) 50 for engine control is composed of a digital computer, and is connected to each other by a bidirectional bus, such as a ROM (lead-on memory), a RAM (random access memory), and a CPU (central processor unit). , An input port and an output port, and in addition to performing basic control such as control of fuel injection amount of the engine, in this embodiment, operation control of the exhaust gas purification device is performed.
[0022]
A fuel pressure sensor 13 for detecting a fuel pressure in the pressure accumulating chamber 8 and generating an output voltage proportional to the fuel pressure is attached to an end of the fuel pressure accumulating pipe 7, and an accelerator pedal 16 detects an accelerator opening degree. An accelerator opening sensor 17 for generating an output voltage proportional to the accelerator opening is attached, and an exhaust gas temperature at the outlet of the second catalytic converter 22 (downstream of the second catalytic converter 22 in the second exhaust pipe 12b) An output gas temperature sensor 18 that detects an output gas temperature) and generates an output voltage proportional to the detected temperature is provided. The fuel pressure sensor 13, the accelerator opening sensor 17, and the gas output temperature sensor 18 output their respective output signals to the ECU 50. Then, the ECU 50 calculates the engine load L based on the output signal of the accelerator opening sensor 17.
[0023]
A pair of disks 32 and 33 are attached to the engine crankshaft, and a pair of crank angle sensors 34 and 35 are arranged facing the toothed outer peripheral surfaces of the disks 32 and 33. On the other hand, the crank angle sensor 34 outputs an output pulse indicating that the first cylinder is located at the intake top dead center to the ECU 50, and from the output pulse of the crank angle sensor 34, the ECU 50 operates the fuel injection valve 9 of any cylinder. Decide what to do. The other crank angle sensor 35 outputs an output pulse to the ECU 50 every time the crankshaft rotates by a predetermined angle, and the ECU 50 calculates the engine speed N from the output pulse of the crank angle sensor 35.
[0024]
Further, the valve driving devices 23, 26, 30 are controlled by a command signal from the ECU 50 based on the operating state of the engine body 1.
[0025]
Next, the occlusion reduction type catalyst accommodated in the first catalytic converter 21 and the selective reduction type catalyst accommodated in the second catalytic converter 22 will be described.
The occlusion reduction type catalyst uses, for example, alumina as a carrier, and on this carrier, for example, an alkali metal such as potassium K, sodium Na, lithium Li, cesium Cs, an alkaline earth such as barium Ba, calcium Ca, lanthanum La, yttrium. At least one selected from rare earths such as Y and a noble metal such as platinum Pt are supported. When the ratio of air and fuel (hydrocarbon) supplied to the engine intake passage and the exhaust passage upstream of the storage reduction catalyst is referred to as the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the storage reduction catalyst, the storage reduction catalyst is When the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lean, NOx is absorbed, and when the oxygen concentration in the inflowing exhaust gas decreases, the absorbed NOx is released.
[0026]
When fuel (hydrocarbon) or air is not supplied into the exhaust passage upstream of the storage reduction catalyst, the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas matches the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied into the combustion chamber. In other words, the storage reduction type catalyst absorbs NOx when the air-fuel ratio of the mixture supplied to the combustion chamber is lean, and releases and reduces the absorbed NOx when the oxygen concentration in the mixture supplied to the combustion chamber decreases. .
[0027]
FIG. 2 schematically shows the concentrations of representative components of the exhaust gas discharged from the combustion chamber. As can be seen from FIG. 2, the concentration of unburned HC and CO in the exhaust gas discharged from the combustion chamber increases as the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied into the combustion chamber increases, and the exhaust gas discharged from the combustion chamber increases. Oxygen O in gas₂Increases as the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied into the combustion chamber becomes leaner.
[0028]
It is considered that NOx absorption / reduction in the storage reduction catalyst is performed by a mechanism as shown in FIG. This mechanism is a case in which platinum Pt and barium Ba are supported on a carrier, but the same mechanism can be obtained by using other noble metals, alkali metals, alkaline earths, and rare earths.
[0029]
First, when the exhaust gas becomes considerably lean, the oxygen concentration in the exhaust gas greatly increases. Therefore, as shown in FIG.₂  Is O₂ ⁻Or O^2-On the surface of platinum Pt. Next, NO contained in the exhaust gas becomes O 2 on the surface of the platinum Pt.₂ ⁻Or O^2-Reacts with NO₂  (2NO + O₂  → 2NO₂  ).
[0030]
Then, the generated NO₂  As long as the NOx absorption capacity of the occlusion reduction type catalyst is not saturated, it is absorbed in the catalyst while being oxidized on platinum Pt and combined with barium oxide BaO, and as shown in FIG.₃ ⁻  And diffuses into the storage-reduction catalyst 19. In this way, NOx is absorbed in the catalyst.
[0031]
On the other hand, when the oxygen concentration in the exhaust gas decreases, NO₂Is reduced, and the nitrate ion NO in the catalyst is reduced by a reaction opposite to the above reaction.₃ ⁻Is NO₂  Alternatively, it is released from the storage reduction catalyst in the form of NO.
[0032]
That is, when the concentration of oxygen in the exhaust gas decreases, NOx is released from the storage reduction catalyst. As shown in FIG. 2, when the lean degree of the inflowing exhaust gas decreases, the oxygen concentration in the inflowing exhaust gas decreases. Therefore, when the leanness of the inflowing exhaust gas decreases, the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas decreases. Is lean, NOx is released from the occlusion reduction type catalyst.
[0033]
On the other hand, at this time, when the air-fuel mixture supplied to the combustion chamber is made rich and the air-fuel ratio of the exhaust gas becomes rich, a large amount of unburned HC and CO is discharged from the engine as shown in FIG. These unburned HC and CO are converted to oxygen O on platinum Pt.₂ ⁻Or O^2-It reacts immediately and is oxidized.
[0034]
Further, when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas becomes rich, the oxygen concentration in the exhaust gas extremely decreases.₂  Or release NO. This NO₂Alternatively, NO is reduced by reacting with unburned HC and CO, as shown in FIG. Thus, NO on platinum Pt₂Or, when the NO is no longer present, the NOx is stored from the storage reduction catalyst one after another.₂  Or NO is released. Therefore, when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is made rich, NOx is released from the storage reduction catalyst within a short time. O on platinum Pt₂ ⁻Or O^2-If the unburned HC and CO remain even after the fuel is consumed, both the NOx discharged from the storage reduction catalyst and the NOx discharged from the engine are reduced by the unburned HC and CO.
[0035]
Therefore, if the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is made rich, the NOx absorbed in the storage reduction catalyst is released within a short time, and the released NOx is reduced, so that NOx is released into the atmosphere. It can be prevented from being discharged.
[0036]
By the way, in the case of a diesel engine, combustion is performed in a much leaner region than the stoichiometric condition (the stoichiometric air-fuel ratio, A / F = 13 to 14), so that the exhaust gas flowing into the first catalytic converter 21 in a normal engine operating state is used. The air-fuel ratio of the gas is very lean, NOx in the exhaust gas is absorbed by the storage reduction catalyst, and the amount of NOx released from the catalyst is extremely small.
[0037]
Further, in the case of a gasoline engine, as described above, the air-fuel ratio of the exhaust gas is made rich by enriching the air-fuel mixture supplied to the combustion chamber, and the oxygen concentration in the exhaust gas is reduced, whereby the occlusion-reduction catalyst is used. NOx absorbed in the combustion chamber can be released and regenerated, but in the case of a diesel engine, if the mixture supplied to the combustion chamber is made rich, there is a problem that soot is generated at the time of combustion. Can not. Therefore, in a diesel engine, it is necessary to directly supply the fuel as a reducing agent separately from the air-fuel mixture for combustion to the occlusion reduction type catalyst for regeneration.
[0038]
On the other hand, the selective reduction catalyst housed in the second catalytic converter 22 is defined as a catalyst that reduces or decomposes NOx in the presence of hydrocarbons (HC) in a lean air-fuel ratio exhaust (oxygen-rich atmosphere). Is done. Such selective reduction catalysts include catalysts in which a transition metal such as Cu is ion-exchanged and supported on zeolite, and catalysts in which noble metals are supported on zeolite or alumina.
[0039]
The selective reduction catalyst has a high NOx purification rate in a temperature distribution state in which the catalyst temperature is higher on the catalyst outlet side than on the catalyst inlet side, and the NOx purification rate is low during acceleration with a large NOx emission amount, because the space velocity of the exhaust gas is slow and the catalyst outlet side is higher than the catalyst inlet side. It is known to be. Here, the temperature distribution where the catalyst temperature is higher on the catalyst outlet side than on the catalyst inlet side is when the exhaust gas temperature changes from a high temperature to a low temperature, which substantially corresponds to non-acceleration.
[0040]
On the other hand, the occlusion reduction type catalyst accommodated in the first catalytic converter 21 shows a high NOx purification rate even when the NOx emission amount is large, such as during acceleration, which the selective reduction type catalyst is not good at. Even at a high catalyst temperature (up to about 400 ° C.), NOx is absorbed.
[0041]
Therefore, in this exhaust gas purification device, two types of catalysts are selectively used in accordance with the operation state of the diesel engine by utilizing the characteristics of these catalysts.
FIG. 4 is a schematic flowchart of an operation method of the exhaust gas purification apparatus. First, it is determined whether the engine body 1 is in an accelerated state or a non-accelerated state (step 100). The pipe 12b is closed, the first exhaust pipe 12a is opened, and the exhaust gas is passed through the first catalytic converter 21 (step 101), and NOx in the exhaust gas is absorbed by the storage reduction catalyst.
[0042]
On the other hand, in the non-acceleration state, the first exhaust pipe 12a is closed and the second exhaust pipe 12b is opened by the switching valve 20, and the exhaust gas is passed through the second catalytic converter 22 (step 102). Here, in order to reduce NOx by the selective reduction catalyst of the second catalytic converter 22, HC as a reducing agent is required. Therefore, it is determined whether or not the outlet gas temperature T of the second catalytic converter 22 is within a predetermined temperature range (T1 <T <T2) (step 103). Then, fuel as a reducing agent is injected into the exhaust gas (step 104), and NOx in the exhaust gas is reduced by the selective reduction catalyst of the second catalytic converter 22.
[0043]
The regeneration process for releasing and reducing the NOx stored in the storage reduction catalyst of the first catalytic converter 21 is performed during non-acceleration when the exhaust gas is not passed through the first exhaust pipe 12a. It is determined whether or not the occlusion reduction type catalyst of the one catalytic converter 21 has been regenerated, and if not, a regeneration process for the first catalytic converter 21 is executed (step 106).
[0044]
When the NOx is absorbed by the storage reduction catalyst of the first catalytic converter 21 through the exhaust gas through the first exhaust pipe 12a, the auxiliary injection is not performed because the air-fuel ratio of the exhaust gas needs to be lean.
[0045]
Next, the operation control of the exhaust gas purification apparatus will be described in more detail with reference to FIGS.
FIGS. 5 and 6 show an operation control routine of the exhaust emission control device. This operation control routine is executed by the ECU 50 at every constant crank angle.
[0046]
First, in step 200, it is determined whether or not the reproduction execution flag F1 is 1. When the regeneration execution flag F1 is 1, it means that the storage reduction catalyst of the first catalytic converter 21 is being regenerated, and when the regeneration execution flag F1 is 0, it means that the storage reduction catalyst has been regenerated. I do. The reproduction execution flag F1 is 0 in the initial routine.
[0047]
If NO is determined in step 200, it is determined whether the current running state of the vehicle is an accelerated state or a non-accelerated state. That is, the accelerator opening α1 is detected by the accelerator opening sensor 17 (step 201), and then the accelerator opening α2 is detected once again (step 202), and the difference (α2−α1) of the accelerator opening is calculated. It is determined whether the difference is positive (step 203).
[0048]
If the difference in accelerator opening is positive (α2−α1> 0), it is determined whether the determination timer is running (step 204), and if so, the determination timer value is updated (step 205). Then, it is determined whether or not the updated determination timer value exceeds a preset determination value t (step 206).
[0049]
If YES is determined in step 206, it is determined that the accelerator opening is accelerating because the increasing state of the accelerator opening has continued for a predetermined time, and the process proceeds to step 207, where the acceleration flag F2 is set to 1, and the switching valve 20 is switched. The first exhaust pipe 12a is opened, the second exhaust pipe 12b is closed, and the exhaust gas flows through the first exhaust pipe 12a (Step 208). NOx in the exhaust gas is absorbed by the storage reduction catalyst of the first catalytic converter 21. Then, the amount of NOx absorbed by the storage reduction catalyst of the first catalytic converter 21 is integrated.
[0050]
By the way, it is difficult to directly detect the total NOx amount absorbed in the storage reduction catalyst. Therefore, here, the NOx emission amount in the exhaust gas exhausted from the engine is estimated, and the NOx absorption amount absorbed by the storage reduction catalyst is estimated from the exhausted NOx amount.
[0051]
That is, as the engine rotation speed N increases, the amount of exhaust gas discharged from the engine per unit time increases. Therefore, the NOx amount discharged from the engine increases as the engine rotation speed N increases. Further, since the combustion temperature increases as the engine load L increases, the NOx amount discharged from the engine per unit time increases as the engine load L increases. Therefore, the relationship between these parameters and the amount of NOx exhausted from the engine per unit time is determined and mapped by an experiment in advance using the engine load L and the engine speed N as parameters. In the ROM.
[0052]
The NOx emission map is referred to from the engine speed N obtained based on the output pulse of the crank angle sensor 35 and the engine load L obtained based on the accelerator opening α detected by the accelerator opening sensor 17. Then, the engine exhaust NOx amount Nij per unit time is read (step 209), the NOx amount absorbed by the storage reduction catalyst until the next execution of the operation control routine is obtained, and the NOx integrated value Q is updated. Then (step 210), the execution of this routine ends.
[0053]
From the next time on, the operation control routine is executed, and as long as it is determined in step 200 to step 206 that the vehicle is in the accelerated state, the exhaust gas is caused to flow through the first exhaust pipe 12a. The accumulation of the amount of NOx absorbed in the fuel cell is continued.
[0054]
If NO is determined in step 203, it means that the vehicle has been switched to the non-acceleration state. Therefore, the process proceeds to step 211, where the determination timer is reset, the switching valve 20 is switched, and the second exhaust pipe 12b is opened. The first exhaust pipe 12a is closed and the exhaust gas flows through the second exhaust pipe 12b (step 212), and NOx in the exhaust gas is reduced by the selective reduction catalyst of the second catalytic converter 22.
[0055]
By the way, in order to reduce NOx by a selective reduction catalyst, it is necessary to add HC as a reducing agent to the exhaust gas. However, the molecular size of HC added here is relatively small (the number of C is 8 or less). ) Has a higher NOx purification rate. Diesel fuel contains a large amount of large-molecule-size HC with a greater amount of C, and therefore is injected into the cylinder of the cylinder in the expansion and exhaust strokes rather than being supplied as it is immediately upstream of the selective reduction catalyst ( Hereinafter, this will be referred to as a sub-injection), and the purification rate will be higher if it is thermally decomposed by high-temperature exhaust gas and supplied as small molecule HC to the selective reduction catalyst.
[0056]
Therefore, in this embodiment, it is determined whether or not the catalyst outlet gas temperature T detected by the outlet gas temperature sensor 18 in step 213 is within a predetermined temperature range (T1 <T <T2) (for example, 200 to 400 °). C) If it is determined as YES, the sub-injection condition is determined (step 214), the sub-injection is executed under this condition (step 215), and HC is added to the exhaust gas.
[0057]
Part of the HC supplied to the selective reduction catalyst by the sub-injection is partially oxidized to generate active species, which react with NOx to reduce NOx, and₂  , H₂O, O, CO₂  Generate The setting method of the sub injection condition will be described later in detail.
[0058]
After executing the sub-injection in step 215, the process proceeds to step 216. If NO is determined in step 213, the condition for executing the sub-injection is not satisfied, and the process proceeds to step 216 without executing the sub-injection.
[0059]
At step 216, it is determined whether or not the acceleration flag F2 is 1. Since the acceleration flag F2 has already been set to 1 at step 207, it is determined at step 216 that F2 = 1, and the routine proceeds to step 217.
[0060]
In step 217, it is determined whether or not the regeneration execution flag F1 is 1. Since the regeneration execution flag F1 is 0 in the initial routine, it is determined as NO in step 217, and the process proceeds to step 218.
[0061]
In step 218, the NOx integrated value Q obtained in step 210 is replaced with a preset regeneration permission NOx value Q₀Is determined. The regeneration permission NOx value Q₀Is stored in advance in the ROM of the ECU 50 as the minimum NOx absorption amount sufficient for regeneration.
[0062]
In step 218, the NOx integrated value Q becomes equal to the regeneration-permitted NOx value Q.₀If it is determined that the value does not exceed the value of NOx, the regeneration is not necessary because the NOx integrated value required for the regeneration has not been reached, and this routine ends.
[0063]
The NOx integrated value Q is equal to the regeneration determination NOx value Q.₀If it is determined that the difference exceeds the threshold value, the process proceeds to step 219 and the subsequent steps, and the regeneration process is performed on the storage reduction catalyst of the first catalytic converter 21.
[0064]
First, at step 219, the reproduction time corresponding to the NOx integrated value Q is read out with reference to the reproduction time map stored in the ROM of the ECU 50. The regeneration time map indicates the amount of NOx absorbed by the occlusion reduction type catalyst of the first catalytic converter 21 and the reducing agent valve 31 necessary for injecting the fuel amount for releasing and reducing all the NOx by experiments in advance. The relationship with the valve opening time is obtained and is mapped, and is stored in the ROM of the ECU 50 in advance.
[0065]
Next, the valve driving device 30 is driven to open the reducing agent valve 31 to inject fuel into the first catalytic converter 21 from the injection nozzle 24, and the valve driving device 26 is driven to open the EGR valve 27 (step 220). ), The inside of the first catalytic converter 21 is set in a reducing atmosphere, and NOx absorbed by the occlusion reduction type catalyst is released and reduced.
[0066]
Here, the opening degree of the EGR valve 27 is determined based on the normal EGR control according to the operating state of the engine body 1, but only during the regeneration processing of the first catalytic converter 21, the EGR valve 27 When a command is issued that the opening degree is equal to or smaller than the predetermined opening degree (including the fully closed state), the control is performed so as to give priority to maintaining the open state of the set opening degree.
[0067]
During the regeneration process of the first catalytic converter 21, the downstream portion of the first catalytic converter 21 becomes negative pressure by opening the EGR valve 27, so that NOx absorbed by the occlusion reduction type catalyst of the first catalytic converter 21 is reduced. It is easy to be released. In addition, since the leakage occurs in the switching valve 20 that closes the first exhaust pipe 12a, and the flow of the exhaust gas is appropriately generated in the first exhaust pipe 12a, the fuel injected from the injection nozzle 24 is stored in the storage reduction catalyst. In a short time, it becomes easy to diffuse and spreads to every corner, thereby promoting regeneration of the occlusion reduction type catalyst.
[0068]
Thereafter, the reproduction timer is started (step 221), the reproduction execution flag F1 is set to 1 (step 222), and the execution of this routine is ended.
In the next execution of the operation control routine, the regeneration execution flag F1 is determined to be 1 in step 200, so the process proceeds from step 200 to step 212, and after executing steps 213 to 216, proceeds to step 217.
[0069]
In step 217, since the reproduction execution flag F1 = 1, the process proceeds to step 223, and it is determined whether or not the reproduction set time previously read in step 219 has elapsed. If the reproduction time has not elapsed, the execution of this routine is terminated and the reproduction is continued. If it is determined in step 223 that the regeneration time has elapsed, the process proceeds to step 224, in which the reducing agent valve 31 is closed to stop fuel injection from the injection nozzle 24, the EGR valve 27 is closed, and the subsequent EGR valve 27 is closed. Of the opening degree control to the normal EGR control. Thus, the regeneration process of the storage reduction catalyst of the first catalytic converter 21 is completed.
[0070]
Next, the regeneration execution flag F1 and the acceleration flag F2 are both set to 0 (step 225), the NOx integrated value Q is reset (step 226), the regeneration timer is reset (step 227), and the operation control routine is executed. finish.
[0071]
If it is determined in step 204 that the determination timer has not started, the process proceeds to step 212 after activating the determination timer in step 228, and it is determined in step 206 that the determination timer value has not exceeded the predetermined time t. In this case, the process proceeds to step 212, and in any case, the exhaust gas is controlled to flow through the second exhaust pipe 12b.
[0072]
As can be understood from the above description, in this exhaust gas purification apparatus, the regeneration timing of the occlusion reduction type catalyst of the first catalytic converter 21 accelerates NOx absorbed during acceleration regardless of whether the catalyst is saturated with NOx. At the time of non-acceleration after termination, the catalyst is immediately released and reduced, and the storage-reduction catalyst is always kept in a regenerated state to prepare for NOx absorption at the next acceleration.
[0073]
In addition, while it is advantageous to regenerate the storage reduction catalyst at a higher temperature, in this embodiment, the regeneration of the storage reduction catalyst is performed immediately after acceleration when the temperature of the storage reduction catalyst is maintained at a relatively high temperature. As a result, the release and reduction of NOx are performed quickly.
[0074]
In this embodiment, a flow path switching unit is realized by a part of the series of signal processing performed by the switching valve 20, the valve driving device 23, and the ECU 50, which executes steps 201 to 208 and 212, and realizes the injection nozzle 24. The part that executes steps 217 to 224 in the series of signal processing by the valve driving device 26, the reducing agent valve 31, and the ECU 50 implements a reducing agent adding unit.
[0075]
Next, a method of setting the above-described sub-injection condition will be briefly described.
In the sub-injection, when fuel is injected into a cylinder in an expansion or exhaust stroke, if the injection amount is too small, the amount of HC in the exhaust gas becomes insufficient, and the NOx reduction by the selective reduction catalyst becomes insufficient. On the other hand, if the injection amount is too large, HC is consumed more than is consumed for NOx reduction, and excess HC is discharged, resulting in deterioration of HC emission and lower fuel consumption. Further, the generated NOx amount changes according to the engine operating state (engine speed N, engine load L), and the required HC amount for reducing the NOx also changes. Injection must be performed. This sub-injection condition is determined by the condition setting routine of FIG. The condition setting routine of FIG. 7 is executed by the ECU 50 at every constant crank angle.
[0076]
First, in step 2151, the engine speed N calculated from the output signal of the crank angle sensor 35 and the engine load L calculated from the output signal of the accelerator opening sensor 17 are read.
[0077]
Next, the routine proceeds to step 2152, where the cylinder number for performing the sub-injection is determined. That is, it is known from the output pulse of the crank angle sensor 34, for example, that the first cylinder has reached the top dead center, and from the output signal of the crank angle sensor 35, for example, the number of rotations of the first cylinder from the top dead center position By knowing that there is, the current crank angle can be calculated, and if the stroke of the first cylinder is known, the strokes of the other cylinders can also be known, and which cylinder is in the expansion and exhaust strokes, and therefore executes the sub-injection The cylinder number (the number of the cylinder in any of the expansion and exhaust strokes) to be determined can be determined.
[0078]
Next, the routine proceeds to step 2153, where the necessary sub-injection amount q is determined. That is, the operating state of the engine is substantially determined from the current engine speed N and the engine load L, and the amount of NOx generated in that state is determined, and the amount of HC or the concentration of HC for purifying the NOx is also determined. This is the target HC concentration HC1, and if the target HC concentration HC1 is determined, the necessary sub-injection amount q for obtaining the target HC concentration HC1 is also determined. Therefore, the relationship between the engine speed N, the engine load L, and the required sub-injection amount q is obtained by an experiment, and this is stored in a ROM of the ECU 50 in advance as a map. In step 2153, the necessary sub-injection amount q is determined from the current engine speed N and the engine load L by referring to the map. Note that the necessary sub-injection amount q increases as the engine speed N increases and the engine load L increases.
[0079]
Next, the routine proceeds to step 2154, where the fuel pressure P of the sub-injection and the injection period Tm are determined. That is, since the sub-injection amount is determined by the injection period Tm of the fuel injection valve 9 and the fuel pressure P, first, the fuel pressure P according to the engine operating state is determined from the period rotation speed N and the period load L, The injection period Tm is determined from the fuel pressure P and the necessary sub-injection amount q. The relationship between the period rotation speed N, the period load L, and the fuel pressure P is stored in the ROM of the ECU 50 in advance as a map, and the relationship between the fuel pressure P, the required sub-injection amount q, and the injection period Tm is mapped in advance. These maps are referred to when the fuel pressure P and the injection period Tm are determined.
[0080]
Next, proceeding to step 2155, the injection period T calculated in step 2154_m  , The sub-injection start timing τ_s  To determine. That is, the entire amount of the fuel injected by the sub-injection must be injected into the cylinder during the expansion and exhaust strokes of the engine, and furthermore, both the intake valve and the exhaust valve near the end of the exhaust stroke are opened. The sub-injection must end before the opening time. If the end timing of the sub-injection is determined so as not to overlap the intake / exhaust valve opening overlap timing, then T_m  The timing advanced earlier is the sub injection start timing τ_s  It becomes.
[0081]
The sub-injection amount q and the injection period T thus determined_m  , Injection start time τ_s  Is performed according to the following.
[0082]
【The invention's effect】
According to the present invention, in an exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine in which exhaust gas discharged from an internal combustion engine that burns in an air-fuel ratio lean state passes through an exhaust passage and is purified by a catalyst provided in the exhaust passage, the exhaust passage may be partially interrupted. The exhaust gas is branched into a first exhaust passage and a second exhaust passage. When the exhaust gas temperature changes from high temperature to low temperature, the exhaust gas flows through the second exhaust passage. Otherwise, the exhaust gas flows through the first exhaust passage. Flow path switching means for switching the flow path of the exhaust gas, and NOx absorbed in the first exhaust passage when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lean and absorbed when the oxygen concentration of the inflowing exhaust gas decreases. And a selective reduction catalyst provided in the second exhaust passage for reducing or decomposing NOx in the presence of hydrocarbons in an oxygen-excess atmosphere, and a storage reduction catalyst. A reducing agent adding means for adding a reducing agent to the occlusion reduction type catalyst while exhaust gas is circulated through the second exhaust passage in order to release and reduce the NOx that has been stored. The selective reduction catalyst can be selectively used according to each characteristic, and the NOx purification rate can be improved. In addition, the entire exhaust gas purification system can be simplified.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall configuration diagram of an exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a relationship between an air-fuel ratio of exhaust gas and a concentration of a main component in the exhaust gas.
FIG. 3 is a diagram illustrating the principle of NOx absorption and NOx release / reduction of a storage reduction catalyst.
FIG. 4 is a flowchart showing an outline of an operation control procedure of the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine of the present invention.
FIG. 5 is a detailed flowchart (part 1) illustrating an operation control procedure in the embodiment of the exhaust gas purification device for an internal combustion engine of the present invention.
FIG. 6 is a detailed flowchart (part 2) illustrating an operation control procedure in the embodiment of the exhaust gas purification device for an internal combustion engine of the present invention.
FIG. 7 is a flowchart showing a sub-injection condition setting procedure in an embodiment of the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Diesel engine body (internal combustion engine)
12 Exhaust pipe (exhaust passage)
12a First exhaust pipe (first exhaust passage)
12b Second exhaust pipe (second exhaust passage)
20 Switching valve (channel switching means)
21 1st catalytic converter (storage reduction type catalyst)
22 Second catalytic converter (selective reduction type catalyst)
23 Valve drive device (channel switching means)
24 injection nozzle (reducing agent addition means)
30 Valve drive (reducing agent addition means)
31 Reducing agent valve (reducing agent adding means)

Claims

An exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine, in which exhaust gas discharged from an internal combustion engine burning in an air-fuel ratio lean state passes through an exhaust passage and is purified by a catalyst provided in the exhaust passage,
The exhaust passage branches midway into a first exhaust passage and a second exhaust passage,
A flow path switch that switches the flow path of the exhaust gas so that the exhaust gas flows through the second exhaust passage when the exhaust gas temperature changes from high temperature to low temperature, and otherwise the exhaust gas flows through the first exhaust passage. Means,
An occlusion reduction catalyst that is provided in the first exhaust passage and 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;
A selective reduction catalyst that is provided in the second exhaust passage and reduces or decomposes NOx in the presence of hydrocarbons in an oxygen-excess atmosphere;
Reducing agent adding means for adding a reducing agent to the storage reduction catalyst while flowing exhaust gas through the second exhaust passage to release and reduce NOx absorbed in the storage reduction catalyst;
An exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine, comprising: