JP3642017B2

JP3642017B2 - Exhaust gas purification device for internal combustion engine

Info

Publication number: JP3642017B2
Application number: JP2000318344A
Authority: JP
Inventors: 孝太郎林; 宗一松下; 之弘塚▲崎▼
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2000-10-18
Filing date: 2000-10-18
Publication date: 2005-04-27
Anticipated expiration: 2020-10-18
Also published as: JP2002129950A

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】
特に圧縮着火式内燃機関においては機関燃焼室から排出される排気ガス中の微粒子および窒素酸化物（ＮＯ_X）を浄化処理することが求められている。これら微粒子およびＮＯ_Xを浄化処理するために微粒子を捕集するためのフィルタ（パティキュレートフィルタ）にＮＯ_Xを浄化するためのＮＯ_X吸収剤を担持させた排気浄化装置が特開平９−１５９０３７号公報に開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記公報に開示されているようにパティキュレートフィルタにＮＯ_X吸収剤を担持させた排気浄化装置により微粒子とＮＯ_Xとを浄化処理するようにした場合、例えばパティキュレートフィルタに捕集された微粒子によりＮＯ_X吸収剤が覆われ、ＮＯ_Xを浄化処理することができなくなってしまうことがある。
【０００４】
そこで本発明の目的は排気ガス中の微粒子とＮＯ_Xとを共に高い浄化率で浄化処理することにある。
【０００５】
【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番目の発明では排気ガス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に配置すると共に、該パティキュレートフィルタ上流側の機関排気通路にＮＯｘ浄化触媒を配置した内燃機関の排気浄化装置において、前記ＮＯｘ浄化触媒として、該ＮＯｘ浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比がリーンであるときに排気ガス中のＮＯｘを吸収し且つ該ＮＯｘ浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比またはリッチになると吸収しているＮＯｘを放出するタイプのＮＯｘ浄化触媒を採用し、さらに、上記パティキュレートフィルタに流入する排気ガスの空燃比がリーンであるときに排気ガス中の酸素を吸収し且つパティキュレートフィルタに流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比またはリッチとなると吸収している酸素を放出すると共に酸化触媒として働く酸素吸収剤を上記パティキュレートフィルタに担持し、上記ＮＯｘ浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比またはリッチとすることによってＮＯｘ浄化触媒からＮＯｘを放出させ、これら放出されたＮＯｘを還元浄化する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、図示した実施例を参照して本発明を説明する。図１は本発明を圧縮着火式内燃機関に適用した場合を示している。なお本発明は火花点火式内燃機関に適用することもできる。
図１を参照すると、１は機関本体、２はシリンダブロック、３はシリンダヘッド、４はピストン、５は燃焼室、６は電気制御式燃料噴射弁、７は吸気弁、８は吸気ポート、９は排気弁、１０は排気ポートを夫々示す。吸気ポート８は対応する吸気枝管１１を介してサージタンク１２に連結され、サージタンク１２は吸気ダクト１３を介して排気ターボチャージャ１４のコンプレッサ１５に連結される。吸気ダクト１３内にはステップモータ１６により駆動されるスロットル弁１７が配置され、さらに吸気ダクト１３周りには吸気ダクト１３内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置１８が配置される。図１に示した実施例では冷却装置１８内に機関冷却水が導かれ、この機関冷却水により吸入空気が冷却される。一方、排気ポート１０は排気マニホルド１９および排気管２０を介して排気ターボチャージャ１４の排気タービン２１に連結され、排気タービン２１の出口は排気管２０ａを介してＮＯ_X吸収剤４３を内蔵したケーシング４４に連結され、このケーシング４４はパティキュレートフィルタ２２を内蔵したケーシング２３に連結される。
【０００８】
排気マニホルド１９とサージタンク１２とは排気ガス再循環（以下、ＥＧＲ）通路２４を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路２４内には電気制御式ＥＧＲ制御弁２５が配置される。またＥＧＲ通路２４周りにはＥＧＲ通路２４内を流れるＥＧＲガスを冷却するための冷却装置２６が配置される。図１に示した実施例では冷却装置２６内に機関冷却水が導かれ、この機関冷却水によりＥＧＲガスが冷却される。一方、各燃料噴射弁６は燃料供給管６ａを介して燃料リザーバ、いわゆるコモンレール２７に連結される。このコモンレール２７内へは電気制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２８から燃料が供給され、コモンレール２７内に供給された燃料は各燃料供給管６ａを介して燃料噴射弁６に供給される。コモンレール２７にはコモンレール２７内の燃料圧を検出するための燃料圧センサ２９が取り付けられ、燃料圧センサ２９の出力信号に基づいてコモンレール２７内の燃料圧が目標燃料圧となるように燃料ポンプ２８の吐出量が制御される。
【０００９】
電子制御ユニット３０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス３１により互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、入力ポート３５および出力ポート３６を具備する。燃料圧センサ２９の出力信号は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。またパティキュレートフィルタ２２にはパティキュレートフィルタ２２の温度を検出するための温度センサ３９が取り付けられ、この温度センサ３９の出力信号は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。また質量流量計１３ａの出力信号は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。アクセルペダル４０にはアクセルペダル４０の踏込量Ｌに比例した出力電圧を発生する負荷センサ４１が接続され、負荷センサ４１の出力電圧は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。さらに入力ポート３５にはクランクシャフトが例えば３０°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ４２が接続される。一方、出力ポート３６は対応する駆動回路３８を介して燃料噴射弁６、スロットル弁駆動用ステップモータ１６、ＥＧＲ制御弁２５、および燃料ポンプ２８に接続される。
【００１０】
図２にパティキュレートフィルタ２２の構造を示す。なお図２において（Ａ）はパティキュレートフィルタ２２の正面図であり、（Ｂ）はパティキュレートフィルタ２２の側面断面図である。図２（Ａ）および（Ｂ）に示したようにパティキュレートフィルタ２２はハニカム構造をなしており、互いに平行をなして延びる複数個の排気流通路５０，５１を具備する。これら排気流通路は下流端が栓５２により閉塞された排気ガス流入通路５０と、上流端が栓５３により閉塞された排気ガス流出通路５１とにより構成される。
【００１１】
なお図２（Ａ）においてハッチングを付した部分は栓５３を示している。したがって排気ガス流入通路５０および排気ガス流出通路５１は薄肉の隔壁５４を介して交互に配置される。云い換えると排気ガス流入通路５０および排気ガス流出通路５１は各排気ガス流入通路５０が四つの排気ガス流出通路５１により包囲され、各排気ガス流出通路５１が四つの排気ガス流入通路５０により包囲されるように配置される。
【００１２】
パティキュレートフィルタ２２は例えばコージライトのような多孔質材料から形成されており、したがって排気ガス流入通路５０内に流入した排気ガスは図２（Ｂ）において矢印で示したように周囲の隔壁５４内を通って隣接する排気ガス流出通路５１内に流出する。
また本実施例のパティキュレートフィルタ２２にはセリウムＣｅ等の酸素吸収剤が担持されている。酸素吸収剤はパティキュレートフィルタ２２に流入する排気ガスの空燃比がリーンであるときに排気ガス中の酸素を吸収し、パティキュレートフィルタ２２に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比またはリッチとなると吸収している酸素を放出する。
【００１３】
一方、ＮＯ_X吸収剤４３は白金Ｐｔ等の貴金属を担持している。ＮＯ_X吸収剤４３はそこに流入する排気ガスの空燃比がリーンであるときに排気ガス中のＮＯ_Xを吸収し、ＮＯ_X吸収剤４３に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比またはリッチとなると吸収しているＮＯ_Xを放出する。
なお本明細書において排気ガスの空燃比とは燃焼室５内に導入された燃料（ＮＯ_X吸収剤４３の上流側の機関排気通路に燃料を噴射するようにしたシステムにおいては当該システムにより噴射された燃料を含む。）の量に対する燃焼室５内に導入された空気（ＮＯ_X吸収剤４３の上流側の機関排気通路に空気を噴射するようにしたシステムにおいては当該システムにより噴射された空気を含む。）の量の比を意味する。
【００１４】
次に本実施例における排気浄化処理について説明する。本実施例の内燃機関の大部分の機関運転領域において空燃比がリーンとされた状態で運転せしめられる。したがってＮＯ_X吸収剤４３およびパティキュレートフィルタ２２に流入する排気ガスの空燃比もリーンである。このため内燃機関がその空燃比をリーンとした状態にて運転せしめられると排気ガス中のＮＯ_XがＮＯ_X吸収剤４３に吸収され、また排気ガス中の微粒子がパティキュレートフィルタ２２に捕集され、そして排気ガス中の酸素がパティキュレートフィルタ２２に担持されている酸素吸収剤に吸収される。
【００１５】
ところでＮＯ_X吸収剤４３が吸収することができるＮＯ_Xの量には限界がある。したがってＮＯ_X吸収剤４３に吸収されているＮＯ_Xの量（ＮＯ_X吸収量）がその限界値を越える前に吸収されているＮＯ_Xを還元浄化しなければならない。さもなければ排気ガス中のＮＯ_XがＮＯ_X吸収剤４３に吸収されずにＮＯ_X吸収剤４３下流へと流出してしまう。そこで本実施例ではＮＯ_X吸収量がその限界値を越える前に燃焼室５内の空燃比をリッチとし、或いは機関膨張行程後半または機関排気行程中に燃料噴射弁６から燃料を噴射することにより空燃比がリッチの排気ガスをＮＯ_X吸収剤４３に流入させ、これによりＮＯ_X吸収剤４３からＮＯ_Xを放出させ、これら放出されたＮＯ_Xを排気ガス中の炭化水素（ＨＣ）により還元浄化する。
【００１６】
一方、パティキュレートフィルタ２２が捕集することができる微粒子の量にも限界がある。ところが捕集されている微粒子はパティキュレートフィルタ２２内の温度が或る温度以上となれば燃焼し、これにより浄化処理される。したがってパティキュレートフィルタ２２内の温度を微粒子の着火温度以上に維持している限り、パティキュレートフィルタ２２に捕集されている微粒子の量がその限界値に達することはないが実際には捕集されている微粒子の量は徐々に増大してゆくので本実施例では捕集されている微粒子の量がその限界値に達する前、或いは達したときに排気ガスの温度を上昇させる等して微粒子を強制的に燃焼させるようにする。
【００１７】
斯くして本実施例によれば排気ガス中のＮＯ_Xと微粒子とを高い浄化率にて浄化することができる。
さて本実施例のようにＮＯ_X浄化触媒としてＮＯ_X吸収剤４３をパティキュレートフィルタ２２の上流側の機関排気通路に配置して構成された排気浄化装置には以下に列挙する利点がある。
【００１８】
本実施例の排気浄化装置はパティキュレートフィルタ２２とは別個にＮＯ_X吸収剤を有するのでパティキュレートフィルタ２２内にＮＯ_X吸収剤を担持する場合に比べてより多くのＮＯ_X吸収剤を保有することができる。このため本実施例の排気浄化装置におけるＮＯ_X浄化率は高い。これが一つ目の利点である。
またパティキュレートフィルタ２２にＮＯ_X吸収剤を担持させた排気浄化装置においてはパティキュレートフィルタ２２内における微粒子の燃焼熱をＮＯ_X吸収剤が直接受け、ＮＯ_X吸収剤が熱劣化するが、本実施例の排気浄化装置ではパティキュレートフィルタ２２の上流にＮＯ_X吸収剤４３が配置されているため微粒子の燃焼熱をＮＯ_X吸収剤４３が受けることがなく、したがってＮＯ_X吸収剤４３が熱劣化することはない。これが二つ目の利点である。
【００１９】
また特に排気ガスの空燃比がリッチとなったときには排気ガス中には未燃ＨＣや可溶性有機物質が含まれており、これらがパティキュレートフィルタ２２に流入するとこれらが微粒子同志を結びつける結合剤として働き、したがって微粒子がパティキュレートフィルタ２２の細孔に詰まる可能性が高くなる。これに対し本実施例の排気浄化装置ではパティキュレートフィルタ２２の上流側のＮＯ_X吸収剤４３によりこれら未燃ＨＣや可燃性有機物質が酸化除去されるのでパティキュレートフィルタ２２の細孔が目詰まりを起こす可能性が非常に低い。このことが三つ目の利点である。
【００２０】
また排気ガスがＮＯ_X吸収剤４３を介さずにパティキュレートフィルタ２２に直接流入するような排気浄化装置の場合には排気ガスが流入する側におけるパティキュレートフィルタ２２の壁面の温度分布にばらつきが生じる。これは排気ガス内の温度分布にばらつきがあることに起因する。しかしながら本実施例の排気浄化装置によればＮＯ_X吸収剤４３を排気ガスが通過することにより排気ガス内の温度分布が一様となり、したがって排気ガスが流入する側におけるパティキュレートフィルタ２２の壁面の温度分布が一様となる。これによりパティキュレートフィルタ２２の壁面に相当に低温の領域が形成されることなく、したがって壁面全体において微粒子の燃焼が生じ、斯くして微粒子がパティキュレートフィルタ２２の細孔に詰まることが防止される。これが四つ目の利点である。
【００２１】
またＮＯ_X吸収剤４３からＮＯ_Xを放出させるために排気ガスの空燃比をリッチとしたときに排気ガス中のＨＣ成分がＮＯ_X吸収剤４３により消費されずにＮＯ_X吸収剤４３から流出し、パティキュレートフィルタ２２内に流入することがある。このとき上述したようにＨＣ成分は微粒子同志を結合させ、パティキュレートフィルタ２２の細孔を目詰まりさせてしまう。しかしながら本実施例ではパティキュレートフィルタ２２に酸素吸収剤が担持され、この酸素吸収剤は周囲の雰囲気がリッチとなると酸素を放出する機能を有するのでパティキュレートフィルタ２２に流入したＨＣ成分はこの酸素吸収剤から放出される酸素により酸化除去される。したがってパティキュレートフィルタ２２の目詰まりが防止される。これが五つ目の利点である。なおこのことから分かるように酸化吸収剤は酸化触媒として働く。
【００２２】
また排気ガス中に硫黄成分が含まれているとパティキュレートフィルタ２２に担持されている酸素吸収剤に硫黄成分が付着し、その酸素吸収能力が低下してしまう。しかしながら本発明の排気浄化装置ではパティキュレートフィルタ２２の上流側にＮＯ_X吸収剤４３が配置され、このＮＯ_X吸収剤４３により排気ガス中の硫黄成分が処理されるのでパティキュレートフィルタ２２内の酸素吸収剤を硫黄成分により劣化させることがない。これが六つ目の利点である。
【００２３】
なおＮＯ_X浄化触媒としてＮＯ_X吸収剤の代わりに流入する排気ガスの空燃比がリーンであってもＮＯ_Xを浄化することができる触媒を採用してもよい。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によればパティキュレートフィルタの上流にＮＯ_X浄化触媒を配置し、ＮＯ_X浄化触媒にてＮＯ_Xを浄化し、パティキュレートフィルタにて微粒子を捕集するようになっているのでＮＯ_X浄化触媒の触媒金属を微粒子が覆ってしまうことはない。したがってＮＯ_Xと微粒子とを高い浄化率で浄化処理することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】内燃機関の全体図である。
【図２】パティキュレートフィルタを示す図である。
【符号の説明】
１…機関本体
５…燃焼室
２２…パティキュレートフィルタ
４３…ＮＯ_X吸収剤[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust emission control device for an internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
Particularly in a compression ignition type internal combustion engine, it is required to purify particulates and nitrogen oxides (NO _x ) in exhaust gas discharged from the engine combustion chamber. Filter for trapping particulate in order to purify process these particulates and NO _X (particulate filter) in the exhaust purification apparatus JP 9-159037 which was supported _the NO _X absorbent for purifying NO _X It is disclosed in the publication.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
If the fine particles and NO _X was to purification treatment by the exhaust gas purifying device was supported _the NO _X absorbent in the particulate filter as disclosed in the above publication, for example, by fine particles trapped by the particulate filter In some cases, the NO _X absorbent is covered, and NO _X cannot be purified.
[0004]
It is an object of the present invention is to purify process the fine particles and NO _X in the exhaust gas together with a high purification rate.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, in the first invention, a particulate filter for collecting particulates in the exhaust gas is disposed in the engine exhaust passage, and a NOx purification catalyst is provided in the engine exhaust passage upstream of the particulate filter. In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, the NOx purification catalyst absorbs NOx in the exhaust gas and flows into the NOx purification catalyst when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx purification catalyst is lean. When the air-fuel ratio of the exhaust gas becomes the stoichiometric air-fuel ratio or rich, a NOx purification catalyst that releases absorbed NOx is employed, and when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the particulate filter is lean The air-fuel ratio of the exhaust gas that absorbs oxygen in the exhaust gas and flows into the particulate filter is the stoichiometric air-fuel ratio or the The oxygen absorbent which acts as an oxidation catalyst while releasing oxygen that absorbed the blood was carried on the particulate filter by the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx purification catalyst the stoichiometric air-fuel ratio or rich NOx is released from the NOx purification catalyst, and the released NOx is reduced and purified.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described with reference to the illustrated embodiments. FIG. 1 shows a case where the present invention is applied to a compression ignition type internal combustion engine. The present invention can also be applied to a spark ignition type internal combustion engine.
Referring to FIG. 1, 1 is an engine body, 2 is a cylinder block, 3 is a cylinder head, 4 is a piston, 5 is a combustion chamber, 6 is an electrically controlled fuel injection valve, 7 is an intake valve, 8 is an intake port, 9 Is an exhaust valve, and 10 is an exhaust port. The intake port 8 is connected to a surge tank 12 via a corresponding intake branch pipe 11, and the surge tank 12 is connected to a compressor 15 of an exhaust turbocharger 14 via an intake duct 13. A throttle valve 17 driven by a step motor 16 is arranged in the intake duct 13, and a cooling device 18 for cooling intake air flowing in the intake duct 13 is arranged around the intake duct 13. In the embodiment shown in FIG. 1, engine cooling water is guided into the cooling device 18, and the intake air is cooled by this engine cooling water. On the other hand, the exhaust port 10 is connected to an exhaust turbine 21 of an exhaust turbocharger 14 through an exhaust manifold 19 and an exhaust pipe 20, the casing 44 an outlet of the exhaust turbine 21 with a built-in _the NO _X absorbent 43 via an exhaust pipe 20a The casing 44 is connected to a casing 23 containing the particulate filter 22.
[0008]
The exhaust manifold 19 and the surge tank 12 are connected to each other via an exhaust gas recirculation (hereinafter referred to as EGR) passage 24, and an electrically controlled EGR control valve 25 is disposed in the EGR passage 24. A cooling device 26 for cooling the EGR gas flowing in the EGR passage 24 is disposed around the EGR passage 24. In the embodiment shown in FIG. 1, engine cooling water is guided into the cooling device 26, and the EGR gas is cooled by this engine cooling water. On the other hand, each fuel injection valve 6 is connected to a fuel reservoir, so-called common rail 27, through a fuel supply pipe 6a. Fuel is supplied into the common rail 27 from an electrically controlled fuel pump 28 with variable discharge amount, and the fuel supplied into the common rail 27 is supplied to the fuel injection valve 6 via each fuel supply pipe 6a. A fuel pressure sensor 29 for detecting the fuel pressure in the common rail 27 is attached to the common rail 27, and a fuel pump 28 is configured so that the fuel pressure in the common rail 27 becomes the target fuel pressure based on the output signal of the fuel pressure sensor 29. The discharge amount is controlled.
[0009]
The electronic control unit 30 comprises a digital computer, and is connected to each other by a bidirectional bus 31. A ROM (Read Only Memory) 32, a RAM (Random Access Memory) 33, a CPU (Microprocessor) 34, an input port 35 and an output port 36. It comprises. The output signal of the fuel pressure sensor 29 is input to the input port 35 via the corresponding AD converter 37. Further, a temperature sensor 39 for detecting the temperature of the particulate filter 22 is attached to the particulate filter 22, and an output signal of the temperature sensor 39 is input to the input port 35 via the corresponding AD converter 37. The output signal of the mass flow meter 13a is input to the input port 35 via the corresponding AD converter 37. A load sensor 41 that generates an output voltage proportional to the depression amount L of the accelerator pedal 40 is connected to the accelerator pedal 40, and the output voltage of the load sensor 41 is input to the input port 35 via the corresponding AD converter 37. . Further, the input port 35 is connected to a crank angle sensor 42 that generates an output pulse every time the crankshaft rotates, for example, 30 °. On the other hand, the output port 36 is connected to the fuel injection valve 6, the throttle valve driving step motor 16, the EGR control valve 25, and the fuel pump 28 via corresponding drive circuits 38.
[0010]
FIG. 2 shows the structure of the particulate filter 22. 2A is a front view of the particulate filter 22, and FIG. 2B is a side sectional view of the particulate filter 22. As shown in FIG. As shown in FIGS. 2A and 2B, the particulate filter 22 has a honeycomb structure and includes a plurality of exhaust flow passages 50 and 51 extending in parallel with each other. These exhaust flow passages include an exhaust gas inflow passage 50 whose downstream end is closed by a plug 52 and an exhaust gas outflow passage 51 whose upstream end is closed by a plug 53.
[0011]
In FIG. 2A, the hatched portion shows a plug 53. Therefore, the exhaust gas inflow passage 50 and the exhaust gas outflow passage 51 are alternately arranged via the thin partition walls 54. In other words, the exhaust gas inflow passage 50 and the exhaust gas outflow passage 51 are each surrounded by the four exhaust gas outflow passages 51, and each exhaust gas outflow passage 51 is surrounded by the four exhaust gas inflow passages 50. Arranged so that.
[0012]
The particulate filter 22 is made of, for example, a porous material such as cordierite. Therefore, the exhaust gas flowing into the exhaust gas inflow passage 50 is contained in the surrounding partition wall 54 as indicated by an arrow in FIG. Through the exhaust gas outflow passage 51 adjacent thereto.
In addition, the particulate filter 22 of this embodiment carries an oxygen absorbent such as cerium Ce. The oxygen absorbent absorbs oxygen in the exhaust gas when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the particulate filter 22 is lean, and the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the particulate filter 22 becomes the stoichiometric air-fuel ratio or rich. Then, the absorbed oxygen is released.
[0013]
On the other hand, the NO _x absorbent 43 carries a noble metal such as platinum Pt. _The NO _X absorbent 43 absorbs NO _X in the exhaust gas when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing therein is lean, the air-fuel ratio is stoichiometric or rich exhaust gas flowing into the NO _X absorbent 43 Then, the absorbed NO _x is released.
In this specification, the air-fuel ratio of the exhaust gas means the fuel introduced into the combustion chamber 5 (in the system in which fuel is injected into the engine exhaust passage on the upstream side of the NO _x absorbent 43, the fuel is injected by the system. In a system in which air is injected into the engine exhaust passage on the upstream side of the NO _x absorbent 43 in the amount of air introduced into the combustion chamber 5 with respect to the amount of fuel Means the ratio of the amount of
[0014]
Next, the exhaust purification process in the present embodiment will be described. The internal combustion engine of this embodiment is operated in a state where the air-fuel ratio is lean in most engine operation regions. Therefore, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NO _x absorbent 43 and the particulate filter 22 is also lean. For this reason, when the internal combustion engine is operated with its air-fuel ratio lean, NO _x in the exhaust gas is absorbed by the NO _x absorbent 43 and particulates in the exhaust gas are collected by the particulate filter 22. The oxygen in the exhaust gas is absorbed by the oxygen absorbent carried on the particulate filter 22.
[0015]
By the way, there is a limit to the amount of NO _x that can be absorbed by the NO _x absorbent 43. Thus the amount of the NO _X that is absorbed in the NO _X absorbent 43 (NO _X absorption) must the NO _X that is absorbed reduced and purified before exceeding the limit value. Otherwise NO _X in the exhaust gas flows out into _the NO _X absorbent 43 downstream without being absorbed in the NO _X absorbent 43. Therefore, in this embodiment, the air-fuel ratio in the combustion chamber 5 is made rich before the NO _x absorption amount exceeds the limit value, or fuel is injected from the fuel injection valve 6 during the second half of the engine expansion stroke or the engine exhaust stroke. air-fuel ratio is flowing rich exhaust gas to _the NO _X absorbent 43, thereby to release the NO _X from _the NO _X absorbent 43, reduced and purified by these released NO _X hydrocarbons in the exhaust gas (HC) To do.
[0016]
On the other hand, the amount of fine particles that can be collected by the particulate filter 22 is also limited. However, the collected fine particles are combusted when the temperature in the particulate filter 22 exceeds a certain temperature, and are purified by this. Therefore, as long as the temperature in the particulate filter 22 is maintained at a temperature equal to or higher than the ignition temperature of the particulates, the amount of particulates collected in the particulate filter 22 does not reach the limit value, but is actually collected. In this embodiment, the amount of collected fine particles is increased by increasing the temperature of the exhaust gas before or when the amount of collected fine particles reaches its limit value. Force burning.
[0017]
Thus, according to the present embodiment, NO _x and fine particles in the exhaust gas can be purified at a high purification rate.
Now, as in this embodiment, the exhaust purification apparatus configured by disposing the NO _X absorbent 43 as the NO _X purification catalyst in the engine exhaust passage on the upstream side of the particulate filter 22 has the following advantages.
[0018]
Exhaust purifying apparatus of the present embodiment possesses more of the NO _X absorbent as compared with the case of carrying _the NO _X absorbent in the particulate filter 22 because it has a separate _the NO _X absorbent and the particulate filter 22 be able to. For this reason, the NO _x purification rate in the exhaust purification system of this embodiment is high. This is the first advantage.
The receiving _the NO _X absorbent combustion heat of the particulate in the particulate filter 22 in the exhaust purification apparatus by supporting _the NO _X absorbent in the particulate filter 22 is directly, although _the NO _X absorbent is thermally deteriorated, the present embodiment In the exhaust purification apparatus of the example, the NO _x absorbent 43 is disposed upstream of the particulate filter 22, so that the NO _x absorbent 43 does not receive the heat of combustion of the fine particles, and therefore the NO _x absorbent 43 is thermally deteriorated. There is nothing. This is the second advantage.
[0019]
In particular, when the air-fuel ratio of the exhaust gas becomes rich, unburned HC and soluble organic substances are contained in the exhaust gas, and when these flow into the particulate filter 22, they act as a binder that links the particulates. Therefore, there is a high possibility that the fine particles are clogged in the pores of the particulate filter 22. Particulates upstream of the pore clogging of the particulate filter 22 because these unburnt HC and combustible organic substances are oxidized and removed by _the NO _X absorbent 43 of the filter 22 in the exhaust purification system of the present embodiment to which Is very unlikely. This is the third advantage.
[0020]
Further, in the case of an exhaust gas purification device in which exhaust gas flows directly into the particulate filter 22 without passing through the NO _x absorbent 43, variations occur in the temperature distribution of the wall surface of the particulate filter 22 on the exhaust gas inflow side. . This is due to the variation in the temperature distribution in the exhaust gas. However, according to the exhaust gas purification apparatus of the present embodiment, the exhaust gas passes through the NO _x absorbent 43, so that the temperature distribution in the exhaust gas becomes uniform. Therefore, the wall surface of the particulate filter 22 on the side where the exhaust gas flows in is uniformed. The temperature distribution is uniform. Accordingly, a considerably low temperature region is not formed on the wall surface of the particulate filter 22, and therefore, particulates are burned on the entire wall surface, thus preventing the particulates from clogging the pores of the particulate filter 22. . This is the fourth advantage.
[0021]
The flows out from _the NO _X absorbent 43 without being consumed by the HC component _the NO _X absorbent 43 in the exhaust gas when the rich air-fuel ratio of the exhaust gas to release NO _X from _the NO _X absorbent 43 May flow into the particulate filter 22. At this time, as described above, the HC component binds the fine particles, and clogs the pores of the particulate filter 22. However, in this embodiment, an oxygen absorbent is supported on the particulate filter 22, and this oxygen absorbent has a function of releasing oxygen when the surrounding atmosphere becomes rich. Therefore, the HC component flowing into the particulate filter 22 absorbs this oxygen. Oxidized and removed by oxygen released from the agent. Therefore, clogging of the particulate filter 22 is prevented. This is the fifth advantage. As can be seen from this, the oxidation absorbent acts as an oxidation catalyst.
[0022]
Further, if the exhaust gas contains a sulfur component, the sulfur component adheres to the oxygen absorbent carried on the particulate filter 22 and its oxygen absorption capacity is reduced. However, in the exhaust purification apparatus of the present invention, the NO _x absorbent 43 is disposed upstream of the particulate filter 22, and the sulfur component in the exhaust gas is processed by the NO _x absorbent 43, so that the oxygen in the particulate filter 22 The absorbent is not deteriorated by the sulfur component. This is the sixth advantage.
[0023]
Note the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the place of _the NO _X absorbent as NO _X purification catalyst may be employed a catalyst capable of purifying the NO _X even lean.
[0024]
【The invention's effect】
According to the present invention disposed NO _X purification catalyst upstream of the particulate filter, purify NO _X in NO _X purification catalyst, NO _X purification because so trapping particulate in the particulate filter The fine particles do not cover the catalyst metal of the catalyst. Therefore, NO _x and fine particles can be purified at a high purification rate.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall view of an internal combustion engine.
FIG. 2 is a diagram showing a particulate filter.
[Explanation of symbols]
1 ... engine body 5 ... combustion chamber 22 ... particulate filter 43 ... NO _X absorbent

Claims

In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, a particulate filter for collecting particulates in the exhaust gas is disposed in the engine exhaust passage, and a NOx purification catalyst is disposed in the engine exhaust passage upstream of the particulate filter. As the purification catalyst, when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx purification catalyst is lean, the NOx in the exhaust gas is absorbed and the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx purification catalyst becomes the stoichiometric air-fuel ratio or rich. In this case, a NOx purification catalyst that releases the absorbed NOx is employed, and further, when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the particulate filter is lean, the oxygen in the exhaust gas is absorbed and the particulate filter When the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the engine becomes the stoichiometric air-fuel ratio or rich, the absorbed oxygen is released The oxygen absorbing agent which acts as an oxidation catalyst carried on the particulate filter, NOx is released from the NOx purifying catalyst by the stoichiometric air-fuel ratio or rich air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx purification catalyst, release An exhaust purification device for an internal combustion engine that reduces and purifies the NOx that has been discharged.