JP3838157B2 - Exhaust gas purification device for internal combustion engine - Google Patents

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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】
従来より、リーン空燃比のもとで継続して燃焼が行われる内燃機関の排気通路内に拡大容積室を形成すると共に、流入する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拡大容積室内に収容し、拡大容積室を迂回して拡大容積室上流の排気通路と拡大容積室下流の排気通路とを互いに接続するバイパス通路を設け、バイパス通路を遮断してほぼ全ての排気ガスを拡大容積室内に導く捕集位置と、ほぼ全ての排気ガスをバイパス通路内に導く全バイパス位置との間を切り替え可能な切替弁を具備した内燃機関の排気浄化装置が知られている。この排気浄化装置では、機関への燃料供給が一時的に停止される機関減速運転時に切替弁を全バイパス位置に保持し、それによって比較的低温の排気ガスによりパティキュレートフィルタの温度が低下するのを阻止するようにしている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
切替弁が捕集位置に保持され排気ガスがパティキュレートフィルタ内を流通しているときには、拡大容積室はマフラないし消音器の拡張室として作用し、その結果騒音が低く維持されている。ところが、上述したように切替弁が全バイパス位置に切り替えられると拡大容積室がもはや拡張室として作用し得なくなり、従って騒音が増大する恐れがある。
【0004】
そこで本発明の目的は、排気ガスが排気通路内に形成された拡大容積室をバイパスしたときに生ずる騒音を抑制することができる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために1番目の発明によれば、リーン空燃比のもとで継続して燃焼が行われる内燃機関の排気通路内に拡大容積室を形成すると共に、流入する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と、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに流入する排気ガス中のNOを蓄え、流入する排気ガスの空燃比が低下したときに排気ガス中に還元剤が含まれていると蓄えているNOを還元して蓄えているNOの量が減少するNO触媒とのうち少なくとも一方を拡大容積室内に収容し、拡大容積室を迂回して拡大容積室上流の排気通路と拡大容積室下流の排気通路とを互いに接続するバイパス通路を設け、バイパス通路を遮断してほぼ全ての排気ガスを拡大容積室内に導く捕集位置と、排気ガスの少なくとも一部をバイパス通路内に導くバイパス位置との間を切り替え可能な切替弁を具備した内燃機関の排気浄化装置において、拡大容積室下流の排気通路内に排気ガス室を備えたマフラを接続し、該マフラは、マフラ内における排気ガスの流れを切り替えることにより排気ガス室が共鳴室として作用するか又は拡張室として作用するかを切り替え可能になっており、排気ガス室が共鳴室として作用するか又は拡張室として作用するかを切替弁の位置に応じて切り替えるようにしている。
【0006】
また、2番目の発明によれば1番目の発明において、切替弁が捕集位置に保持されているときにはマフラの排気ガス室が共鳴室として作用するようにし、切替弁がバイパス位置に保持されているときにはマフラの排気ガス室が拡張室として作用するようにしている。
【0007】
また、3番目の発明によれば2番目の発明において、切替弁がバイパス位置に保持されているときにバイパス通路内を流通する排気ガスの量を求める手段を具備し、該排気ガスの量が予め定められたしきい値よりも少ないときにはマフラの排気ガス室が共鳴室として作用するようにし、該排気ガスの量が該しきい値よりも多いときにはマフラの排気ガス室が拡張室として作用するようにしている。
【0008】
また、4番目の発明によれば2番目の発明において、マフラの排気ガス室内に別のパティキュレートフィルタを配置して排気ガス室を拡張室として作用させるべきときに排気ガス室内を流通する排気ガスが該別のパティキュレートフィルタを通過するようにしている。
【0009】
また、5番目の発明によれば4番目の発明において、前記別のパティキュレートフィルタ上に、別のNO触媒が担持されている。
【0010】
また、6番目の発明によれば1番目の発明において、バイパス通路の流出端が開口する部分よりも下流の排気通路とマフラ間の排気通路内に、更に別のNO触媒を配置している。
【0011】
また、前記課題を解決するために7番目の発明によれば、リーン空燃比のもとで継続して燃焼が行われる内燃機関の排気通路内に拡大容積室を形成すると共に、流入する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と、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに流入する排気ガス中のNOを蓄え、流入する排気ガスの空燃比が低下したときに排気ガス中に還元剤が含まれていると蓄えているNOを還元して蓄えているNOの量が減少するNO触媒とのうち少なくとも一方を拡大容積室内に収容し、拡大容積室を迂回して拡大容積室上流の排気通路と拡大容積室下流の排気通路とを互いに接続するバイパス通路を設け、バイパス通路を遮断してほぼ全ての排気ガスを拡大容積室内に導く捕集位置と、排気ガスの少なくとも一部をバイパス通路内に導くバイパス位置との間を切り替え可能な切替弁を具備した内燃機関の排気浄化装置において、切替弁をバイパス位置に保持したときに生ずる騒音が許容値を越えるか否かを判断し、該騒音が許容値を越えると判断されたときには切替弁を捕集位置に保持するか、又はバイパス位置に保持しつつバイパス通路内を流通する排気ガスの量が減少するように切替弁の位置を制御する。
【0012】
また、8番目の発明によれば1番目又は7番目の発明において、前記拡大容積室内に前記パティキュレートフィルタ及び前記NO触媒が共に収容されており、該パティキュレートフィルタ上に該NO触媒が担持されている。
【0013】
また、9番目の発明によれば1番目又は7番目の発明において、捕集位置に保持されている切替弁の位置が、拡大容積室内に収容されているパティキュレートフィルタ又はNO触媒の状態に応じて一時的にバイパス位置に切り替えられるようになっている。
【0014】
また、10番目の発明によれば1番目又は7番目の発明において、バイパス通路の流出端が開口する部分よりも下流の排気通路とマフラ間の排気通路内に更に別のパティキュレートフィルタが配置されており、捕集位置に保持されている切替弁が該更に別のパティキュレートフィルタの状態に応じて一時的にバイパス位置に切り替えられるようになっている。
【0015】
また、11番目の発明によれば1番目又は7番目の発明において、バイパス通路の流入端が開口する部分よりも上流の排気通路内に、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに流入する排気ガス中のイオウ分を蓄え、流入する排気ガスの空燃比が低下すると蓄えているイオウ分を放出するイオウ分蓄積剤が配置されており、捕集位置に保持されている切替弁が該イオウ分蓄積剤の状態に応じて一時的にバイパス位置に切り替えられるようになっている。
【0016】
また、12番目の発明によれば1番目又は7番目の発明において、捕集位置に保持されている切替弁が機関運転状態に応じて一時的にバイパス位置に切り替えられるようになっている。
【0017】
また、13番目の発明によれば1番目又は7番目の発明において、パティキュレートフィルタ又はNO触媒を通過する排気ガスがパティキュレートフィルタ内又はNO触媒内にその一端面のみを介し流入しパティキュレートフィルタ又はNO触媒からその他端面のみを介し流出するように排気ガスが案内されている。
【0018】
また、14番目の発明によれば1番目又は7番目の発明において、パティキュレートフィルタ又はNO触媒を通過する排気ガスがパティキュレートフィルタ内又はNO触媒内にその一端面を介し流入しパティキュレートフィルタ又はNO触媒からその他端面を介し流出するように排気ガスを案内するか、又はパティキュレートフィルタ内又はNO触媒内にその他端面を介し流入しパティキュレートフィルタ又はNO触媒からその一端面を介し流出するように排気ガスを案内するかを切り替えるための切り替え手段を具備している。
【0019】
なお、本明細書では排気通路の或る位置よりも上流の排気通路、燃焼室、及び吸気通路内に供給された空気と炭化水素HC及び一酸化炭素COとの比をその位置における排気ガスの空燃比と称している。
【0020】
【発明の実施の形態】
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も適用することもできる。
【0021】
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、更に吸気ダクト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に示される実施例では機関冷却水が冷却装置18内に導かれ、機関冷却水によって吸入空気が冷却される。
【0022】
一方、排気ポート10は排気マニホルド19及び排気管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を介して触媒コンバータ22に接続される。
【0023】
図1と共に図2を参照すると、触媒コンバータ22はステップモータ60により駆動される切替弁61を具備し、この切替弁61の流入ポート62に排気管20aの出口が接続される。また、流入ポート62に対向する切替弁61の流出ポート63には触媒コンバータ22の排気ガス排出管64が接続される。切替弁61は更に、流入ポート62及び流出ポート63を結ぶ直線の両側において互いに対向する一対の流入流出ポート65,66を有しており、これら流入流出ポート65,66には触媒コンバータ22の環状排気管67の両端がそれぞれ接続される。なお、排気ガス排出管64の出口には排気管23を介してマフラ90が接続される。
【0024】
環状排気管67は排気ガス排出管64を貫通して延びており、環状排気管67の排気ガス排出管64内に位置する部分には容量が比較的大きくなっているフィルタ収容室68が形成される。このフィルタ収容室68内に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69が収容される。なお、図2において69a及び69bはパティキュレートフィルタ69の一端面及び他端面をそれぞれ示している。
【0025】
パティキュレートフィルタ69の一端面69aを含む触媒コンバータ22の部分縦断面図を示す図2(A)、及び触媒コンバータ22の部分横断面図を示す図2(B)に示されるようにパティキュレートフィルタ69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ガス通路70,71を具備する。これら排気ガス通路は一端が開放されかつ他端がシール材72により閉塞されている排気ガス通路70と、他端が開放されかつ一端がシール材73により閉塞されている排気ガス通路71とにより構成される。なお、図2(A)においてハッチングを付した部分はシール材73を示している。これら排気ガス通路70,71は例えばコージェライトのような多孔質材から形成される薄肉の隔壁74を介して交互に配置される。云い換えると排気ガス通路70,71は各排気ガス通路70が4つの排気ガス通路71によって包囲され、各排気ガス通路71が4つの排気ガス通路70によって包囲されるように配置される。
【0026】
本発明による実施例ではパティキュレートフィルタ69上に、後述するようにNO触媒81が担持されている。しかしながら、フィルタ収容室68内にパティキュレートフィルタ69とNO触媒81とのうちいずれか一方を収容した場合にも本発明を適用することができる。
【0027】
一方、切替弁61の流出ポート63と環状排気管67が貫通している部分との間の排気ガス排出管64内には触媒収容室75が形成されており、この触媒収容室75内にはハニカム構造の基材に担持された追加のNO触媒76が収容される。
【0028】
また、切替弁61の流入流出ポート65とパティキュレートフィルタ69間の環状排気管67にはパティキュレートフィルタ69に還元剤を供給するための電気制御式還元剤供給弁77が取り付けられる。還元剤供給弁77には電気制御式の還元剤ポンプ78から還元剤が供給される。本発明による実施例では還元剤として内燃機関の燃料即ち軽油が用いられている。なお、本発明による実施例では流入流出ポート66とパティキュレートフィルタ69間の環状排気管67に還元剤供給弁が配置されていない。
【0029】
図1及び図3を参照すると、マフラ90はケーシング91と、排気管23に接続されかつケーシング91内を貫通して延びる排気管92とを具備し、排気管92周りのケーシング91内部空間内には比較的大きな容積を有する環状の排気ガス室93が形成されている。排気管92の下流側には多数の小孔94が形成され、これら小孔94を介して排気管92内部空間と排気ガス室93とが互いに連通している。また、排気管92の上流側にはアクチュエータ94により駆動される消音制御弁95によって開放又は閉塞される連通孔96が設けられる。後述するように、連通孔96が開放されると排気管92の内部空間が連通孔96を介して排気ガス室93に連通される。一方、排気管92の下流側には多数の小孔97が形成される。これら小孔97は排気管92の内部空間を常時、排気ガス室93に連通している。更に、連通孔96と小孔97間の排気ガス室93内には環状をなす追加のパティキュレートフィルタ98が収容され、この追加のパティキュレートフィルタ98上にはNO触媒99が担持されている。
【0030】
更に図1を参照すると、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と称す)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に示される実施例では機関冷却水が冷却装置26内に導かれ、機関冷却水によってEGRガスが冷却される。
【0031】
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。
【0032】
電子制御ユニット40はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス41によって互いに接続されたROM(リードオンリメモリ)42、RAM(ランダムアクセスメモリ)43、CPU(マイクロプロセッサ)44、入力ポート45及び出力ポート46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47を介して入力ポート45に入力される。パティキュレートフィルタ69の例えば中心部にはパティキュレートフィルタ69の温度を検出するための温度センサ48が取り付けられ、温度センサ48の出力電圧は対応するAD変換器47を介して入力ポート45に入力される。排気管20aには排気管20a内の圧力、即ち機関背圧を検出するための圧力センサ49が取り付けられ、圧力センサ49の出力電圧は対応するAD変換器47を介して入力ポート45に入力される。また、アクセルペダル50にはアクセルペダル50の踏み込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ51が接続され、負荷センサ51の出力電圧は対応するAD変換器47を介して入力ポート45に入力される。更に入力ポート45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52が接続される。
【0033】
一方、出力ポート46は対応する駆動回路48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、燃料ポンプ28、切替弁駆動用ステップモータ60、還元剤供給弁77、還元剤剤ポンプ78、及び消音制御弁駆動用アクチュエータ94にそれぞれ接続される。
【0034】
触媒コンバータ22の切替弁61は通常、図3(B)において実線で示される位置と破線で示される位置とのうちいずれか一方に位置せしめられる。切替弁61が図3(B)において実線で示される位置に位置せしめられると、流入ポート62が切替弁61によって流出ポート63及び流入流出ポート66との連通が遮断されながら流入流出ポート65に連通され、流出ポート63が切替弁61によって流入流出ポート66に連通される。その結果、図3(B)において実線の矢印で示されるように排気管20a内に流入した全ての排気ガスが流入ポート62及び流入流出ポート65を順次介して環状排気管67内に流入し、次いでパティキュレートフィルタ69を通過した後に流入流出ポート66及び流出ポート63を順次介して排気ガス排出管64内に流出する。
【0035】
これに対し、切替弁61が図3(B)において破線で示される位置に位置せしめられると、流入ポート62が切替弁61によって流出ポート63及び流入流出ポート65との連通が遮断されながら流入流出ポート66に連通され、流出ポート63が切替弁61によって流入流出ポート65に連通される。その結果、図3(B)において破線の矢印で示されるように全ての排気ガスが流入ポート62及び流入流出ポート66を順次介して環状排気管67内に流入し、次いでパティキュレートフィルタ69を通過した後に流入流出ポート65及び流出ポート63を順次介して排気ガス排出管64内に流出する。
【0036】
このように切替弁61の位置を切り替えることによって環状排気管67内における排気ガスの流れが反転する。言い換えると、排気ガスがパティキュレートフィルタ69内にその一端面を介し流入しパティキュレートフィルタ69からその他端面を介し流出するように排気ガスを案内するか、又はパティキュレートフィルタ69内にその他端面を介し流入しパティキュレートフィルタ69からその一端面を介し流出するように排気ガスを案内するかを切り替え可能になっている。以下では、図3(B)において実線で示される排気ガスの流れを順流と称し、破線で示される排気ガスの流れを逆流と称することにする。また、図3(B)において実線で示される切替弁61の位置を順流位置と称し、破線で示される切替弁61の位置を逆流位置と称する。
【0037】
流出ポート66を介し排気ガス排出管64内に流出した排気ガスは図3(A)及び(B)に示されるように、次いで追加のNO触媒76を通過し、環状排気管67の外周面に沿いつつ進行した後に排気管23内に流出する。
【0038】
パティキュレートフィルタ69における排気ガスの流れを説明すると、順流時には排気ガスは一端面69aを介しパティキュレートフィルタ69内に流入し、他端面69bを介しパティキュレートフィルタ69から流出する。このとき、排気ガスは一端面69a内に開口している排気ガス通路70内に流入し、次いで周囲の隔壁74内を通って隣接する排気ガス通路71内に流出する。一方、逆流時には排気ガスは他端面69bを介しパティキュレートフィルタ69内に流入し、一端面69aを介しパティキュレートフィルタ69から流出する。このとき、排気ガスは他端面69b内に開口している排気ガス通路71内に流入し、次いで周囲の隔壁74内を通って隣接する排気ガス通路70内に流出する。
【0039】
パティキュレートフィルタ69の隔壁74上即ち例えば隔壁74の両側面及び細孔内壁面上には、図4に示されるようにNO触媒81がそれぞれ担持されている。このNO触媒81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。
【0040】
NO触媒は流入する排気ガスの平均空燃比がリーンのときにはNOを蓄え、流入する排気ガスの空燃比が低下したときに排気ガス中に還元剤が含まれていると蓄えているNOを還元して蓄えているNOの量を減少させる蓄積還元作用を行う。
【0041】
NO触媒の蓄積還元作用の詳細なメカニズムについては完全には明らかにされていない。しかしながら、現在考えられているメカニズムを、担体上に白金Pt及びバリウムBaを担持させた場合を例にとって簡単に説明すると次のようになる。
【0042】
即ち、NO触媒に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもかなりリーンになると流入する排気ガス中の酸素濃度が大巾に増大し、酸素OがO 又はO2−の形で白金Ptの表面に付着する。一方、流入する排気ガス中のNOは白金Ptの表面上でO 又はO2−と反応し、NOとなる(NO+O→NO+O、ここでOは活性酸素)。次いで生成されたNOの一部は白金Pt上でさらに酸化されつつNO触媒内に吸収されて酸化バリウムBaOと結合しながら、硝酸イオンNO の形でNO触媒内に拡散する。このようにしてNOがNO触媒内に蓄えられる。
【0043】
これに対し、NO触媒に流入する排気ガスの空燃比がリッチ又は理論空燃比になると、排気ガス中の酸素濃度が低下してNOの生成量が低下し、反応が逆方向(NO →NO+2O)に進み、斯くしてNO触媒内の硝酸イオンNO がNOの形でNO触媒から放出される。この放出されたNOは排気ガス中に還元剤即ちHC,COが含まれているとこれら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が存在しなくなるとNO触媒から次から次へとNOが放出されて還元され、NO触媒内に蓄えられているNOの量が次第に減少する。
【0044】
なお、硝酸塩を形成することなくNOを蓄え、NOを放出することなくNOを還元することも可能である。また、活性酸素Oに着目すれば、NO触媒はNOの蓄積及び放出に伴って活性酸素Oを生成する活性酸素生成触媒と見ることもできる。
【0045】
追加のパティキュレートフィルタ98もパティキュレートフィルタ69と同様に構成され、追加のパティキュレートフィルタ98の隔壁上に追加のNO触媒99が担持される。また、追加のNO触媒76,99もNO触媒81と同様に構成される。
【0046】
上述したように切替弁61が順流位置に保持されても逆流位置に保持されても排気ガスはパティキュレートフィルタ69を通過する。また、図1に示される内燃機関はリーン空燃比のもとでの燃焼が継続して行われており、従ってパティキュレートフィルタ69内に流入する排気ガスの空燃比はリーンに維持されている。その結果、排気ガス中のNOはパティキュレートフィルタ69上のNO触媒81内に蓄えられる。
【0047】
時間の経過と共にNO触媒81内の蓄積NO量は次第に増大する。そこで本発明による実施例では、例えばNO触媒81内の蓄積NO量が許容量を越えたときにはNO触媒81内に蓄えられているNOを還元しNO触媒81内の蓄積NO量を減少させるために還元剤供給弁77からNO触媒81に還元剤を一時的に供給するようにしている。この場合、NO触媒81内に流入する排気ガスの空燃比が一時的にリッチに切り替えられる。
【0048】
一方、排気ガス中に含まれる主に炭素の固体からなる微粒子はパティキュレートフィルタ69上に捕集される。即ち、概略的に説明すると、順流時には排気ガス通路70側の隔壁74の側面上及び細孔内に微粒子が捕集され、逆流時には排気ガス通路71側の隔壁74の側面上及び細孔内に微粒子が捕集される。図1に示される内燃機関はリーン空燃比のもとでの燃焼が継続して行われており、また、NO触媒81は酸化能を有しているので、パティキュレートフィルタ69の温度が微粒子を酸化しうる温度、例えば250℃以上に維持されていれば、パティキュレートフィルタ69上で微粒子が酸化せしめられ除去される。
【0049】
この場合、上述したNO触媒81のNOの蓄積還元メカニズムによれば、NO触媒81内にNOが蓄えられるときにもNOが放出されるときにも活性酸素が生成される。この活性酸素は酸素Oよりも活性が高く、従ってパティキュレートフィルタ69上に堆積している微粒子を速やかに酸化する。即ち、パティキュレートフィルタ69上にNO触媒81を担持させると、パティキュレートフィルタ69内に流入する排気ガスの空燃比がリーンであろうとリッチであろうとパティキュレートフィルタ69上に堆積している微粒子が酸化される。このようにして微粒子が連続的に酸化される。
【0050】
ところが、パティキュレートフィルタ69の温度が微粒子を酸化しうる温度に維持されなくなるか又は単位時間当たりにパティキュレートフィルタ69内に流入する微粒子の量がかなり多くなると、パティキュレートフィルタ69上に堆積する微粒子の量が次第に増大し、パティキュレートフィルタ69の圧損が増大する。
【0051】
そこで本発明による実施例では、例えばパティキュレートフィルタ69上の堆積微粒子量が許容最大量を越えたときには切替弁61を順流位置から逆流位置に又はその逆に切り替えると共に、パティキュレートフィルタ69に流入する排気ガスの空燃比をリーンに維持しつつパティキュレートフィルタ69の温度を600℃以上まで上昇し次いで600℃以上に維持する昇温制御が行われる。この昇温制御が行われるとパティキュレートフィルタ69上に堆積した微粒子が着火燃焼せしめられ除去される。この場合、排気ガスの流れが反転されているので、微粒子が燃焼することにより形成される灰がパティキュレートフィルタ69から容易に除去される。
【0052】
図1に示される実施例では、切替弁61が順流位置又は逆流位置に保持されているときに圧力センサ49により検出される機関背圧が許容値を越えたときにパティキュレートフィルタ69上の堆積微粒子量が許容最大量を越えたと判断される。また、パティキュレートフィルタ69の温度を上昇させるために還元剤供給弁77から還元剤が供給され、この還元剤はパティキュレートフィルタ69上で燃焼する。
【0053】
ここで、パティキュレートフィルタ69は環状排気管67のほぼ中央部に配置されており、即ち切替弁61の流入ポート62からパティキュレートフィルタ69までの距離と、パティキュレートフィルタ69から流出ポート63までの距離とが切替弁61が順流位置にあるときと逆流位置にあるときとでほとんど変わらない。このことはパティキュレートフィルタ69の状態例えば温度が切替弁61が順流位置にあるときと逆流位置にあるときとでほとんど変わらないことを意味しており、従って切替弁61の位置に応じた特別な制御を必要としない。
【0054】
ところで、排気ガス中にはイオウ分がSOの形で含まれており、NO触媒81内にはNOばかりでなくSOも蓄えられる。このSOのNO触媒81内への蓄積メカニズムはNOの蓄積メカニズムと同じであると考えられる。即ち、担体上に白金Pt及びバリウムBaを担持させた場合を例にとって簡単に説明すると、NO触媒81に流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには上述したように酸素OがO 又はO2−の形で白金Ptの表面に付着しており、流入する排気ガス中のSOは白金Ptの表面上でO 又はO2−と反応し、SOとなる。次いで生成されたSOは白金Pt上でさらに酸化されつつNO触媒81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 の形でNO触媒81内に拡散する。この硫酸イオンSO は次いでバリウムイオンBaと結合して硫酸塩BaSOを生成する。
【0055】
この硫酸塩BaSOは分解しにくく、NO触媒81内に流入する排気ガスの空燃比をただ単にリッチにしてもNO触媒81内の硫酸塩BaSOの量は減少しない。このため、時間が経過するにつれてNO触媒81内の硫酸塩BaSOの量が増大し、その結果NO触媒81が蓄えうるNOの量が減少することになる。
【0056】
しかしながら、NO触媒81の温度を550℃以上に維持しつつNO触媒81に流入する排気ガスの空燃比をリッチ又は理論空燃比にすると、NO触媒81内の硫酸塩BaSOが分解してSOの形でNO触媒81から放出される。この放出されたSOは排気ガス中に還元剤即ちHC,COが含まれているとこれらHC,COと反応してSOに還元せしめられる。このようにしてNO触媒81内に蓄えられているSOの量が次第に減少し、このときNO触媒81からSOがSOの形で流出することがない。
【0057】
そこで図1に示される実施例では、例えばNO触媒81内の蓄積SO量が許容量を越えたときにはNO触媒81内に蓄えられているSOを還元しNO触媒81内の蓄積SO量を減少させるために還元剤供給弁77からNO触媒81に還元剤を一時的に供給するようにしている。この場合、NO触媒81内に流入する排気ガスの空燃比が一時的に理論空燃比又はリッチに切り替えられる。
【0058】
この場合、図1に示される実施例では、NO触媒81内の蓄積SO量を低減すべきときに切替弁61が図5に示される弱順流位置に保持される。切替弁61がこの弱順流位置に保持されると、図5に示されるように排気ガスの大部分が流入ポート62から流出ポート63を介し直接的に排気ガス排出管64内に流出し即ちNO触媒81を迂回し、残りのわずかな一定量の排気ガスが流入流出ポート65を介し環状排気管67内に流入し、次いでNO触媒81内を順流方向に流通する。即ち、切替弁61を弱順流位置に保持すると、切替弁61が順流位置又は逆流位置に保持された場合に比べてNO触媒81内に流入する排気ガスの量が低減され、NO触媒81における排気ガスの空間速度が低下する。
【0059】
従って、切替弁61を弱順流位置に保持すると、NO触媒81内に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比又はリッチに切り替えるのに必要な還元剤の量を低減することができることになる。また、NO触媒81に供給された還元剤のNO触媒81内における滞留時間が長くなり、従って還元剤がSO還元のために有効に利用されうる。ここで、切替弁61の流入ポート62から流出ポート63までの排気ガス流路はパティキュレートフィルタ69を迂回するバイパス通路として作用することになる。
【0060】
一方、マフラ90の消音制御弁95は図6に実線で示される共鳴位置と破線で示される拡張位置のうちいずれか一方に保持される。消音制御弁95が共鳴位置に保持されると連通孔96が閉塞され、その結果排気ガス室93が共鳴室として作用するようになる。従って、この場合には排気ガス室93の共鳴効果によって騒音が抑制されることになる。なお、消音制御弁95が共鳴位置にあるときの排気ガスの流れが図6において実線の矢印で示されている。
【0061】
これに対し、消音制御弁95が拡張位置に保持されると連通孔96が開放され、連通孔96と小孔97間の排気管92が消音制御弁92によって閉塞される。その結果、排気管92内に流入した排気ガスは図6において破線の破線で示されるように、連通孔96を介して排気ガス室93内に流入し、次いで追加のパティキュレートフィルタ98を通過した後に、小孔97を介して排気管92内に戻る。排気ガス室93の容積は上述したように比較的大きくなっており、その結果排気ガス室93が拡張室として作用するようになる。従って、この場合には排気ガス室93の拡張作用によって騒音が抑制されることになる。
【0062】
切替弁61が順流位置又は逆流位置に保持されているときには、排気ガスがパティキュレートフィルタ69内を通過し、即ちフィルタ収容室68内を通過する。上述したようにこのフィルタ収容室68の容積は比較的大きくなっており、その結果フィルタ収容室68が拡張室として作用するようになる。言い換えると、切替弁61が順流位置又は逆流位置に保持されているときにはフィルタ収容室68の拡張作用によって騒音が抑制されている。
【0063】
そこで図1に示される実施例では、切替弁61が順流位置又は逆流位置に保持されているときには、消音制御弁95を共鳴位置に保持し、排気ガス室93を共鳴室として作用させるようにしている。その結果、幅広い周波数域の騒音を抑制することができる。
【0064】
ところが、上述したように例えばNO触媒81内の蓄積SO量を減少させるべきときには切替弁61が弱順流位置に切り替えられ、このとき多量の排気ガスがフィルタ収容室68を迂回する。このため、フィルタ収容室68の騒音抑制作用が弱められることになる。
【0065】
そこで図1に示される実施例では、切替弁61が弱順流位置に切り替えられたときには、消音制御弁95を拡張位置に切り替えるようにしている。その結果、上述したように排気ガス室93が拡張室として作用し、騒音を抑制し続けることが可能になる。また、このときパティキュレートフィルタ69及びNO触媒81を迂回した排気ガスは追加のパティキュレートフィルタ98及び追加のNO触媒99を通過し、従って切替弁61が弱順流位置に保持されたときに大気中に排出される微粒子及びNOの量を低減することができる。
【0066】
即ち、図7に示されるように、切替弁61が例えばパティキュレートフィルタ69上の堆積微粒子量に応じて順流位置と逆流位置の間で交互に切り替えられ、このとき消音制御弁95は共鳴位置に保持される。次いで、切替弁61が弱順流位置に切り替えられると、消音制御弁95が拡張位置に切り替えられる。切替弁61が例えば順流位置に戻されると消音制御弁95も共鳴位置に戻される。
【0067】
図8は図1に示される実施例において消音制御弁制御を実行するためのルーチンを示している。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8を参照すると、まずステップ200では切替弁61が弱順流位置に保持されているか否かが判別される。切替弁61が順流位置又は逆流位置に保持されているときにはステップ201に進み、消音制御弁95が共鳴位置に保持される。これに対し、切替弁61が弱順流位置に保持されているときにはステップ202に進み、消音制御弁95が拡張位置に保持される。
【0068】
なお、切替弁61が弱順流位置に保持されたときには、排気ガス中のNOは追加のNO触媒76,99内に蓄えられ、微粒子は追加のパティキュレートフィルタ98上に堆積する。しかしながら、切替弁61が弱順流位置に保持される時間はさほど長くなく、従って追加のNO触媒76,99内の蓄積NO量を減少させ又は追加のパティキュレートフィルタ98上の堆積微粒子量を減少させるための特別な制御は必ずしも必要ない。
【0069】
また、図1に示される実施例における切替弁61の弱順流位置はパティキュレートフィルタ69内を流通する排気ガスの量をほぼ一定にする位置であり、従って機関運転状態が変動し内燃機関から排出される排気ガスの量が変動することを考えると、この場合の弱順流位置は必ずしも一定の角度位置ではない。
【0070】
図9は本発明による別の実施例を示している。図9に示される実施例では、排気管20aの出口に触媒コンバータ22のケーシング168が接続され、このケーシング168内にNO触媒81を担持したパティキュレートフィルタ69が収容されている。ケーシング168の出口は排気管123を介しマフラ90に接続されている。
【0071】
排気管20aからバイパス管185が分岐されており、このバイパス管185の流出端は排気管123内に開口している。また、バイパス管185の流入端が開口している排気管20aの部分には切替弁161が配置されている。この切替弁161は図9に実線で示されるように、バイパス管185を閉塞してほぼ全ての排気ガスをケーシング168内に導く閉塞位置と、図9に破線で示されるように排気ガスの大部分がバイパス管185内に流入し、残りのわずかな量の排気ガスがケーシング168内に流入する開放位置との間を切替可能になっている。従って、図9に示される実施例では、切替弁161が閉塞位置にあるときにも開放位置にあるときにも、パティキュレートフィルタ69又はNO触媒81を通過する排気ガスがパティキュレートフィルタ69内又はNO触媒81内にその一端面のみを介し流入しパティキュレートフィルタ69又はNO触媒81からその他端面のみを介し流出するように排気ガスが案内されているということになる。
【0072】
ここで、図9に示される実施例では、開放位置に保持されているときの切替弁61の角度位置ないし開度は一定に保持される。
【0073】
また、バイパス管185内にはバイパス管185内を流通する排気ガスの量を検出するための流量センサ186が取り付けられる。なお、切替弁161を駆動するためのアクチュエータ及び流量センサ186は図示しない電子制御ユニットに接続されている。更に、切替弁161とケーシング168との間の排気管20a内に還元剤供給弁77が配置されている。
【0074】
通常、切替弁161は閉塞位置に保持され、マフラ90の消音制御弁95は共鳴位置に保持されている。例えばNO触媒81内のSOを還元し蓄積SO量を減少させるべきときには、切替弁161が一時的に開放位置に切り替えられ、このとき消音制御弁95が一時的に拡張位置に切り替えられる。
【0075】
ここで、上述したように開放位置に保持されているときの切替弁61の角度位置ないし開度は一定に保持される。従って、機関運転状態が変動するとバイパス管185内を流通する排気ガスの量が変動することになり、即ち拡大容積室を形成するケーシング168を迂回する排気ガスの量が変動することになる。
【0076】
一方、バイパス管185内を流通する排気ガスの量がさほど多くないときには、ケーシング168の騒音抑制作用が必ずしも弱められておらず、マフラ90の排気ガス室93を拡張室として作用させる必要はない。むしろ、このような場合には排気ガス室93を共鳴室として作用させた方が、騒音を抑制できる。
【0077】
そこで図9に示される実施例では、バイパス管185内を流通する排気ガスの量を求め、この排気ガスの量が予め定められたしきい値よりも多いときには、消音制御弁95を拡張位置に保持し、しきい値よりも少ないときには消音制御弁95を共鳴位置に保持するようにしている。このようにすると、切替弁161が開放位置に切り替えられたときに騒音抑制作用が悪化するのを更に阻止することができる。
【0078】
図10は図9に示される実施例において消音制御弁制御を実行するためのルーチンを示している。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10を参照すると、まずステップ210では切替弁161が開放位置に保持されているか否かが判別される。切替弁161が閉塞位置に保持されているときにはステップ211に進み、消音制御弁95が共鳴位置に保持される。これに対し、切替弁161が開放位置に保持されているときにはステップ212に進み、バイパス管185内を流通する排気ガスの量QBが予め定められたしきい値Q0よりも多いか否かが判別される。QB≦Q0のときには次いでステップ211に進み、消音制御弁95が共鳴位置に保持される。これに対し、QB>Q0のときには次いでステップ213に進み、消音制御弁95が拡張位置に保持される。
【0079】
図9に示される実施例では、バイパス管185内を流通する排気ガスの量を求めるためにバイパス管185に流量センサ186を取り付けている。しかしながら、図11に示されるように、バイパス管185内の圧力を検出するための圧力センサ187をバイパス管185に取り付け、バイパス管185内の圧力に基づきバイパス管185内を流通する排気ガスの量QBを推定することもできる。なお、圧力センサ187は図示しない電子制御ユニットに接続されている。
【0080】
これまで述べてきた実施例では、マフラ90は単一の排気ガス室93を備えている。しかしながら、マフラ90に共鳴室又は拡張室として作用する追加の排気ガス室を設けることもできる。
【0081】
図12は本発明による更に別の実施例を示している。図12に示される実施例では、排気管20a内にSO蓄積剤188が配置され、排気管23内に追加のパティキュレートフィルタ189が配置されている。なお、この実施例では図1に示される還元剤供給弁及びマフラが設けられていない。
【0082】
SO蓄積剤188は例えばアルミナを担体とし、この担体上に鉄Fe、マンガンMn、ニッケルNi、錫Snのような遷移金属及びリチウムLiから選ばれた少なくとも一つが担持されている。このSO蓄積剤188はNO触媒と同様に、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに排気ガス中のSOを蓄え、流入する排気ガスの空燃比が低下すると蓄えているSOを放出する。ただし、SO蓄積剤188はNO触媒よりも、蓄えられているSOを容易に放出させることができる。これはSOが硫酸イオンSO 2−の形でSO蓄積剤内に存在しているか、或いは硫酸塩BaSOが生成されたとしても硫酸塩BaSOが安定しない状態でSO蓄積剤内に存在しているためであると考えられている。
【0083】
SO蓄積剤188内に流入する排気ガスの空燃比はリーンに維持されており、従って排気ガス中のSOはSO蓄積剤188内に蓄えられる。その結果、NO触媒81内にSOが流入するのを阻止することができる。
【0084】
時間の経過と共にSO蓄積剤188内の蓄積SO量は次第に増大する。図12に示される実施例では、例えばSO蓄積剤188内の蓄積SO量が許容量を越えたときにはSO蓄積剤188内に蓄えられているSOを放出させるためにSO蓄積剤188内に流入する排気ガスの平均空燃比を一時的に理論空燃比又はリッチに切り替えるようにしている。なお、図12に示される実施例では、SO蓄積剤188内に流入する排気ガスの平均空燃比を理論空燃比又はリッチにするために、燃料噴射弁6から機関膨張行程時又は排気行程時に2回目の燃料噴射が行われる。
【0085】
SO蓄積剤188から放出されたSOは排気管20aを介し切替弁61に到り、このとき切替弁61が順流位置又は逆流位置に保持されていると即ち排気ガスがNO触媒81内に導かれていると、このSOがNO触媒81内に蓄えられる恐れがある。
【0086】
そこで図12に示される実施例では、SO蓄積剤188からSOを放出させるべきときには切替弁61を図13に示される全バイパス位置に一時的に切り替えるようにしている。切替弁61がこの全バイパス位置に保持されると、図13に示されるようにほぼ全ての排気ガスが流入ポート62から流出ポート63を介し直接的に排気ガス排出管64内に流出し即ちNO触媒81を迂回し、NO触媒81内に流入する排気ガスはほぼゼロになる。
【0087】
その結果、SO蓄積剤188から放出されたSOはNO触媒81を迂回し、従ってNO触媒81内に蓄えられることがない。
【0088】
一方、図12に示される実施例では、機関減速運転時に機関への燃料供給作用が一時的に停止され、このときの排気ガスの温度は比較的低くなっている。従って、このとき切替弁61が順流位置又は逆流位置に保持されていると、この低温の排気ガスによってパティキュレートフィルタ69の温度が低下する恐れがある。
【0089】
そこで図12に示される実施例では、パティキュレートフィルタ69の温度が予め定められたしきい値よりも低い機関減速運転時には、切替弁61を一時的に全バイパス位置に切り替えるようにしている。その結果、低温の排気ガスがパティキュレートフィルタ69内に流入しなくなり、パティキュレートフィルタ69の温度が高く維持される。
【0090】
ところが、このように切替弁61が全バイパス位置に保持されると、このとき排気ガス中に含まれる微粒子がパティキュレートフィルタ69を迂回することになる。
【0091】
そこで図12に示される実施例では、排気管23内に追加のパティキュレートフィルタ189を配置し、切替弁61が全バイパス位置に保持されたときに微粒子が大気中に排出されないようにしている。
【0092】
追加のパティキュレートフィルタ189上の堆積微粒子量も時間の経過と共に増大する。図12に示される実施例では、例えば追加のパティキュレートフィルタ189上の堆積微粒子量が許容量を越えたときには、追加のパティキュレートフィルタ189に流入する排気ガスの空燃比をリーンに維持しつつ追加のパティキュレートフィルタ189の温度を600℃以上まで上昇し次いで600℃以上に維持する昇温制御が行われる。この昇温制御が行われると追加のパティキュレートフィルタ189上に堆積した微粒子が着火燃焼せしめられ除去される。なお、図12に示される実施例では、追加のパティキュレートフィルタ189の温度を上昇させるために、燃料噴射弁6から機関膨張行程時又は排気行程時に追加の即ち2回目の燃料噴射が行われ、追加のパティキュレートフィルタ189に流入する排気ガスの温度が上昇せしめられる。パティキュレートフィルタ69の温度も同様にして上昇される。
【0093】
この場合、切替弁61が順流位置又は逆流位置に保持されていると即ち排気ガスがパティキュレートフィルタ69内に導かれていると、まずパティキュレートフィルタ69の温度が上昇され、追加のパティキュレートフィルタ189の温度を上昇させるのに時間を要することになる。
【0094】
そこで図12に示される実施例では、追加のパティキュレートフィルタ189上の堆積微粒子量を減少させるべきときにも切替弁61を全バイパス位置に一時的に切り替えるようにしている。
【0095】
このように、SO蓄積剤188からSOを放出すべきとき、機関減速運転時、追加のパティキュレートフィルタ189上の堆積微粒子量を減少させるべきときには、切替弁61が一時的に全バイパス位置に切り替えられる。
【0096】
ところが、切替弁61が全バイパス位置に切り替えられると、上述したようにフィルタ収容室68の騒音抑制作用が弱められ、騒音が増大することになる。
【0097】
しかしながら、機関負荷が低く又は機関回転数が低いときには、切替弁61を全バイパス位置に切り替えても騒音はさほど増大しない。即ち、図14に示されるように、機関運転状態が領域NS内にあるときには切替弁61を全バイパス位置に保持したときに生ずる騒音が許容値よりも小さく維持され、しかしながら機関運転状態が領域NL内になると切替弁61を全バイパス位置に保持したときに生ずる騒音が許容値を越えて増大する。
【0098】
そこで図12に示される実施例では、切替弁61を全バイパス位置に切り替えるべきとき又は保持すべきときに機関運転状態が領域NS内にあるか領域NL内にあるかを判別し、機関運転状態が領域NS内にあるときには切替弁61を全バイパス位置に切り替え又は保持し、機関運転状態が領域NS内にあるときには切替弁61を順流位置又は逆流位置に保持し又は切り替えるようにしている。
【0099】
その結果、機関運転状態が領域NL内にあるときには騒音を抑制することができ、機関運転状態が領域NS内にあるときには例えばSO蓄積剤188からSOを確実に放出することができる。なお、切替弁61が順流位置又は逆流位置に保持され又は切り替えられると、燃料噴射弁6による2回目の燃料噴射が開始されず又は停止される。従って、SO蓄積剤188からのSO放出作用及び追加のパティキュレートフィルタ189の昇温制御が開始されず又は中断されることになる。なお、領域NS及び領域NLは機関負荷を表すアクセルペダルの踏み込み量L及び機関回転数Nの関数として予め実験により求められており、図14に示されるマップの形で予めROM32内に記憶されている。
【0100】
図15は図12に示される実施例において切替弁制御を実行するためのルーチンを示している。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15を参照すると、まずステップ220では切替弁61を全バイパス位置に切り替えるべきか又は保持すべきか否かが判別される。切替弁61を順流位置又は逆流位置に保持すべきときには次いでステップ221に進み、切替弁61が順流位置又は逆流位置に保持される。一方、切替弁61を全バイパス位置に切り替えるべきとき又は保持すべきときには次いでステップ222に進み、現在の機関運転状態が領域NS内にあるか否かが判別される。現在の機関運転状態が領域NS内にあるときには次いでステップ223に進み、切替弁61が全バイパス位置に切り替えられ又は保持される。これに対し、現在の機関運転状態が領域NL内にあるときには次いでステップ221に進み、切替弁61が順流位置又は逆流位置に切り替えられ又は保持される。
【0101】
次に、図12に示される実施例の別の実施例を、図16に示されるルーチンを参照しながら説明する。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。
【0102】
図16を参照すると、まずステップ230では切替弁61を全バイパス位置に切り替えるべきか又は保持すべきか否かが判別される。切替弁61を順流位置又は逆流位置に保持すべきときには次いでステップ231に進み、切替弁61が順流位置又は逆流位置に保持される。一方、切替弁61を全バイパス位置に切り替えるべきとき又は保持すべきときには次いでステップ232に進み、現在の機関運転状態が領域NS内にあるか否かが判別される。現在の機関運転状態が領域NS内にあるときには次いでステップ233に進み、切替弁61が全バイパス位置に切り替えられ又は保持される。これに対し、現在の機関運転状態が領域NL内にあるときには次いでステップ234に進み、切替弁61が弱順流位置に切り替えられ又は保持される。
【0103】
即ち、この実施例は機関運転状態が領域NL内にあるときに切替弁61が弱順流位置(図5)に切り替えられる点で図12に示される実施例と構成を異にしている。言い換えると、機関運転状態が領域NS内にあるときにはほぼ全ての排気ガスがパティキュレートフィルタ69を迂回して流通し、機関運転状態が領域NL内にあるときにはパティキュレートフィルタ69内に排気ガスの一部が流入し、パティキュレートフィルタ69を迂回する排気ガスの量が領域NS内にあるときに比べて減少している。
【0104】
このようにすると、機関運転状態が領域NL内にあるときに、フィルタ収容室68の拡張作用によって騒音を抑制しながら、パティキュレートフィルタ69内に流入する排気ガスの量を少なく維持することができる。従って、この場合には、機関運転状態が領域NL内にあるときにも、SO蓄積剤188からのSO放出作用及び追加のパティキュレートフィルタ189の昇温制御を開始し又は継続することができることになる。
【0105】
ところで、図1及び図12の実施例における順流位置及び逆流位置、並びに図9の実施例における閉塞位置を捕集位置と称し、図1の実施例における弱順流位置、図9の実施例における開放位置、及び図12の実施例における全バイパス位置をバイパス位置と称すると、切替弁を捕集位置に保持した場合には、バイパス通路が遮断されてほぼ全ての排気ガスが拡大容積室内に導かれ、切替弁をバイパス位置に保持した場合には、排気ガスの少なくとも一部がバイパス通路内に導かれるということになる。
【0106】
その上で、図1及び図9に示される実施例では、切替弁が捕集位置に保持されているときにはマフラの排気ガス室が共鳴室として作用するようにし、切替弁がバイパス位置に保持されているときにはマフラの排気ガス室が拡張室として作用するようにしているということになる。一方、図12及び図16に示される実施例では、切替弁をバイパス位置に保持したときに生ずる騒音が許容値を越えるか否かを判断し、この騒音が許容値を越えると判断されたときには図12に示される実施例では切替弁を捕集位置に保持するように切替弁の位置を制御し、図16に示される実施例ではバイパス位置に保持しつつバイパス通路内を流通する排気ガスの量が減少するように切替弁の位置を制御しているということになる。
【0107】
更に、図1及び図9に示される実施例では、例えばNO触媒81内の蓄積SO量が許容量を越えたときに切替弁が一時的にバイパス位置に切り替えられる。また、図12及び図16に示される実施例では、例えばSO蓄積剤188内の蓄積SO量が許容量を越えたとき、パティキュレートフィルタ69の温度がしきい値よりも高い機関減速運転時、又は追加のパティキュレートフィルタ189上の堆積微粒子量が許容量を越えたときに、切替弁が一時的にバイパス位置に切り替えられる。
【0108】
そうすると、一般的に言うならば、NO触媒81の状態、パティキュレートフィルタ69の状態、SO蓄積剤188の状態、追加のパティキュレートフィルタ189の状態、又は機関運転状態に応じて切替弁がバイパス位置に一時的に切り替えられるようになっているということになる。
【0109】
【発明の効果】
排気ガスが排気通路内に形成された拡大容積室をバイパスしたときに生ずる騒音を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】内燃機関の全体図である。
【図2】触媒コンバータの構造を示す図である。
【図3】切替弁が順流位置又は逆流位置にあるときの排気ガスの流れを説明するための図である。
【図4】パティキュレートフィルタの隔壁の部分拡大断面図である。
【図5】切替弁が弱順流位置にあるときの排気ガスの流れを説明するための図である。
【図6】マフラ内の排気ガスの流れを説明するための図である。
【図7】図1に示される実施例における消音制御弁の制御を説明するための図である。
【図8】図1に示される実施例における消音制御弁の制御を実行するためのフローチャートである。
【図9】本発明による別の実施例を示す図である。
【図10】図9に示される実施例における消音制御弁の制御を実行するためのフローチャートである。
【図11】本発明による更に別の実施例を示す図である。
【図12】本発明による更に別の実施例を示す図である。
【図13】切替弁が全バイパス位置にあるときの排気ガスの流れを説明するための図である。
【図14】運転領域を示す図である。
【図15】図12に示される実施例における消音制御弁の制御を実行するためのフローチャートである。
【図16】本発明による更に別の実施例における消音制御弁の制御を実行するためのフローチャートである。
【符号の説明】
1…機関本体
20a…排気管
22…触媒コンバータ
61,161…切替弁
64…排気ガス排出管
67…環状排気管
68…フィルタ収容室
76,99…追加のNO触媒
77…還元剤供給弁
81…NO触媒
90…マフラ
93…排気ガス室
95…消音制御弁
98,189…追加のパティキュレートフィルタ
185…バイパス管
186…流量センサ
187…圧力センサ
188…SO蓄積剤
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust emission control device for an internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, an expanded volume chamber is formed in the exhaust passage of an internal combustion engine where combustion is continuously performed under a lean air-fuel ratio, and a particulate filter for collecting particulates in the inflowing exhaust gas is expanded. A bypass passage that is accommodated in the volume chamber, bypasses the expansion volume chamber, and connects the exhaust passage upstream of the expansion volume chamber and the exhaust passage downstream of the expansion volume chamber is provided. 2. Description of the Related Art An exhaust emission control device for an internal combustion engine is known that includes a switching valve that can switch between a collection position that leads to an enlarged volume chamber and all bypass positions that guide almost all exhaust gas into a bypass passage. In this exhaust purification device, the switching valve is held at all bypass positions during engine deceleration operation in which the fuel supply to the engine is temporarily stopped, thereby lowering the temperature of the particulate filter by the relatively low temperature exhaust gas. I try to prevent it.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
When the switching valve is held at the collection position and the exhaust gas is circulating in the particulate filter, the expansion volume chamber acts as an expansion chamber for the muffler or silencer, and as a result, the noise is kept low. However, as described above, when the switching valve is switched to the full bypass position, the expansion volume chamber can no longer function as the expansion chamber, so that there is a possibility that noise increases.
[0004]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an internal combustion engine exhaust purification device capable of suppressing noise generated when exhaust gas bypasses an enlarged volume chamber formed in an exhaust passage.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, according to the first invention, an enlarged volume chamber is formed in an exhaust passage of an internal combustion engine in which combustion is continuously performed under a lean air-fuel ratio, and in the inflowing exhaust gas Particulate filter for collecting fine particles and NO in exhaust gas flowing in when the air-fuel ratio of the flowing exhaust gas is leanXNO when storing the reducing agent in the exhaust gas when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing in decreasesXNO is stored and reducedXNO to reduce the amount ofXAt least one of the catalyst is accommodated in the expansion volume chamber, a bypass passage is provided to bypass the expansion volume chamber and connect the exhaust passage upstream of the expansion volume chamber and the exhaust passage downstream of the expansion volume chamber, and the bypass passage is shut off An exhaust purification device for an internal combustion engine having a switching valve capable of switching between a collection position for guiding almost all exhaust gas into the enlarged volume chamber and a bypass position for guiding at least part of the exhaust gas into the bypass passage A muffler having an exhaust gas chamber is connected to an exhaust passage downstream of the expansion volume chamber, and the muffler functions as a resonance chamber by switching the flow of the exhaust gas in the muffler or an expansion chamber. The exhaust gas chamber can be switched as a resonance chamber or an expansion chamber depending on the position of the switching valve. It has to.
[0006]
According to the second invention, in the first invention, when the switching valve is held at the collection position, the exhaust gas chamber of the muffler acts as a resonance chamber, and the switching valve is held at the bypass position. The exhaust gas chamber of the muffler functions as an expansion chamber when the vehicle is in operation.
[0007]
According to a third invention, in the second invention, there is provided means for obtaining an amount of exhaust gas flowing through the bypass passage when the switching valve is held at the bypass position, wherein the amount of the exhaust gas is The exhaust gas chamber of the muffler acts as a resonance chamber when it is smaller than a predetermined threshold value, and the exhaust gas chamber of the muffler acts as an expansion chamber when the amount of the exhaust gas is larger than the threshold value. I am doing so.
[0008]
Further, according to the fourth invention, in the second invention, when another particulate filter is arranged in the exhaust gas chamber of the muffler and the exhaust gas chamber should act as an expansion chamber, the exhaust gas flowing through the exhaust gas chamber Is allowed to pass through the other particulate filter.
[0009]
According to a fifth aspect, in the fourth aspect, another NOF is provided on the other particulate filter.XA catalyst is supported.
[0010]
According to the sixth invention, in the first invention, another NO in the exhaust passage between the exhaust passage downstream of the portion where the outflow end of the bypass passage opens and the muffler is provided.XA catalyst is arranged.
[0011]
According to a seventh aspect of the invention for solving the above-described problems, an enlarged volume chamber is formed in an exhaust passage of an internal combustion engine in which combustion is continuously performed under a lean air-fuel ratio, and exhaust gas flowing in Particulate filter for collecting particulates in the exhaust gas and NO in exhaust gas flowing in when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing in is leanXNO when storing the reducing agent in the exhaust gas when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing in decreasesXNO is stored and reducedXNO to reduce the amount ofXAt least one of the catalyst is accommodated in the expansion volume chamber, a bypass passage is provided to bypass the expansion volume chamber and connect the exhaust passage upstream of the expansion volume chamber and the exhaust passage downstream of the expansion volume chamber, and the bypass passage is shut off An exhaust purification device for an internal combustion engine having a switching valve capable of switching between a collection position for guiding almost all exhaust gas into the enlarged volume chamber and a bypass position for guiding at least part of the exhaust gas into the bypass passage In the above, it is determined whether or not the noise generated when the switching valve is held in the bypass position exceeds an allowable value, and when it is determined that the noise exceeds the allowable value, the switching valve is held in the collecting position, or The position of the switching valve is controlled so that the amount of exhaust gas flowing through the bypass passage decreases while being held at the bypass position.
[0012]
According to an eighth aspect, in the first or seventh aspect, the particulate filter and the NO in the enlarged volume chamber.XA catalyst is housed together and the NO is placed on the particulate filter.XA catalyst is supported.
[0013]
According to the ninth invention, in the first or seventh invention, the position of the switching valve held at the collection position is the particulate filter or NO stored in the enlarged volume chamber.XDepending on the state of the catalyst, it is temporarily switched to the bypass position.
[0014]
According to the tenth invention, in the first or seventh invention, another particulate filter is arranged in the exhaust passage between the exhaust passage downstream of the portion where the outflow end of the bypass passage opens and the muffler. The switching valve held at the collection position is temporarily switched to the bypass position in accordance with the state of the further particulate filter.
[0015]
According to the eleventh invention, in the first or seventh invention, the exhaust gas flows into the exhaust passage upstream of the portion where the inflow end of the bypass passage opens when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing in is lean. A sulfur storage agent that stores sulfur in the exhaust gas and releases the stored sulfur when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas decreases is disposed. The position can be temporarily switched to the bypass position in accordance with the state of the minute accumulating agent.
[0016]
According to the twelfth invention, in the first or seventh invention, the switching valve held in the collection position is temporarily switched to the bypass position in accordance with the engine operating state.
[0017]
According to the thirteenth invention, in the first or seventh invention, the particulate filter or NOXExhaust gas passing through the catalyst is in the particulate filter or NOXParticulate filter or NO flows into the catalyst only through its one end face.XThe exhaust gas is guided so as to flow out from the catalyst only through the other end face.
[0018]
According to the fourteenth invention, in the first or seventh invention, the particulate filter or NOXExhaust gas passing through the catalyst is in the particulate filter or NOXIt flows into the catalyst through its one end face, and the particulate filter or NOXGuide the exhaust gas to flow out from the catalyst through the other end face, or in the particulate filter or NOXParticulate filter or NO flows into the catalyst through the other end faceXSwitching means for switching whether to guide the exhaust gas so as to flow out from the catalyst through one end face thereof is provided.
[0019]
In the present specification, the ratio of the air supplied to the exhaust passage upstream of a certain position of the exhaust passage, the combustion chamber, and the intake passage and the hydrocarbon HC and carbon monoxide CO is determined by the ratio of the exhaust gas at that position. This is called the air-fuel ratio.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
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.
[0021]
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 disposed in the intake duct 13, and a cooling device 18 for cooling intake air flowing through the intake duct 13 is disposed around the intake duct 13. In the embodiment shown in FIG. 1, the engine cooling water is guided into the cooling device 18 and the intake air is cooled by the engine cooling water.
[0022]
On the other hand, the exhaust port 10 is connected to an exhaust turbine 21 of an exhaust turbocharger 14 via an exhaust manifold 19 and an exhaust pipe 20, and an outlet of the exhaust turbine 21 is connected to a catalytic converter 22 via an exhaust pipe 20a.
[0023]
Referring to FIG. 2 together with FIG. 1, the catalytic converter 22 includes a switching valve 61 driven by a step motor 60, and an outlet of the exhaust pipe 20 a is connected to an inflow port 62 of the switching valve 61. An exhaust gas discharge pipe 64 of the catalytic converter 22 is connected to the outflow port 63 of the switching valve 61 facing the inflow port 62. The switching valve 61 further has a pair of inflow / outflow ports 65, 66 facing each other on both sides of a straight line connecting the inflow port 62 and the outflow port 63, and the inflow / outflow ports 65, 66 have an annular shape of the catalytic converter 22. Both ends of the exhaust pipe 67 are connected. A muffler 90 is connected to the outlet of the exhaust gas discharge pipe 64 through the exhaust pipe 23.
[0024]
The annular exhaust pipe 67 extends through the exhaust gas discharge pipe 64, and a filter housing chamber 68 having a relatively large capacity is formed in a portion of the annular exhaust pipe 67 located in the exhaust gas discharge pipe 64. The A particulate filter 69 for collecting fine particles in the exhaust gas is housed in the filter housing chamber 68. In FIG. 2, reference numerals 69a and 69b denote one end face and the other end face of the particulate filter 69, respectively.
[0025]
As shown in FIG. 2A showing a partial longitudinal sectional view of the catalytic converter 22 including the one end surface 69a of the particulate filter 69, and FIG. 2B showing a partial transverse sectional view of the catalytic converter 22, the particulate filter 69 has a honeycomb structure and includes a plurality of exhaust gas passages 70 and 71 extending in parallel with each other. These exhaust gas passages are constituted by an exhaust gas passage 70 having one end opened and the other end closed by a sealing material 72, and an exhaust gas passage 71 having the other end opened and one end closed by a sealing material 73. Is done. Note that the hatched portion in FIG. 2A shows the sealing material 73. The exhaust gas passages 70 and 71 are alternately arranged via thin partition walls 74 formed of a porous material such as cordierite. In other words, the exhaust gas passages 70 and 71 are arranged such that each exhaust gas passage 70 is surrounded by four exhaust gas passages 71 and each exhaust gas passage 71 is surrounded by four exhaust gas passages 70.
[0026]
In the embodiment according to the present invention, NO is applied on the particulate filter 69 as will be described later.XA catalyst 81 is supported. However, the particulate filter 69 and NO in the filter storage chamber 68 are provided.XThe present invention can also be applied when either one of the catalysts 81 is accommodated.
[0027]
On the other hand, a catalyst storage chamber 75 is formed in the exhaust gas discharge pipe 64 between the outflow port 63 of the switching valve 61 and the portion through which the annular exhaust pipe 67 penetrates. Additional NO supported on a honeycomb substrateXA catalyst 76 is accommodated.
[0028]
Further, an electrically controlled reducing agent supply valve 77 for supplying a reducing agent to the particulate filter 69 is attached to the annular exhaust pipe 67 between the inflow / outflow port 65 of the switching valve 61 and the particulate filter 69. A reducing agent is supplied to the reducing agent supply valve 77 from an electrically controlled reducing agent pump 78. In the embodiment according to the present invention, the fuel of the internal combustion engine, that is, light oil, is used as the reducing agent. In the embodiment according to the present invention, no reducing agent supply valve is disposed in the annular exhaust pipe 67 between the inflow / outflow port 66 and the particulate filter 69.
[0029]
Referring to FIGS. 1 and 3, the muffler 90 includes a casing 91 and an exhaust pipe 92 connected to the exhaust pipe 23 and extending through the casing 91. The muffler 90 is disposed in the casing 91 internal space around the exhaust pipe 92. An annular exhaust gas chamber 93 having a relatively large volume is formed. A large number of small holes 94 are formed on the downstream side of the exhaust pipe 92, and the internal space of the exhaust pipe 92 and the exhaust gas chamber 93 communicate with each other through the small holes 94. In addition, a communication hole 96 that is opened or closed by a silence control valve 95 driven by an actuator 94 is provided on the upstream side of the exhaust pipe 92. As will be described later, when the communication hole 96 is opened, the internal space of the exhaust pipe 92 is communicated with the exhaust gas chamber 93 through the communication hole 96. On the other hand, a large number of small holes 97 are formed on the downstream side of the exhaust pipe 92. These small holes 97 always communicate the internal space of the exhaust pipe 92 with the exhaust gas chamber 93. Further, an additional particulate filter 98 having an annular shape is accommodated in the exhaust gas chamber 93 between the communication hole 96 and the small hole 97, and the NO on the additional particulate filter 98.XA catalyst 99 is supported.
[0030]
Still referring to FIG. 1, 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 provided in the EGR passage 24. Be placed. 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, the engine cooling water is guided into the cooling device 26, and the EGR gas is cooled by the engine cooling water.
[0031]
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 set so that the fuel pressure in the common rail 27 becomes a target fuel pressure based on an output signal of the fuel pressure sensor 29. The discharge amount is controlled.
[0032]
The electronic control unit 40 is composed of a digital computer, and is connected to each other by a bidirectional bus 41. A ROM (read only memory) 42, a RAM (random access memory) 43, a CPU (microprocessor) 44, an input port 45 and an output port 46 are connected. It comprises. The output signal of the fuel pressure sensor 29 is input to the input port 45 via the corresponding AD converter 47. For example, a temperature sensor 48 for detecting the temperature of the particulate filter 69 is attached to the center of the particulate filter 69, and the output voltage of the temperature sensor 48 is input to the input port 45 via the corresponding AD converter 47. The A pressure sensor 49 for detecting the pressure in the exhaust pipe 20 a, that is, the engine back pressure, is attached to the exhaust pipe 20 a, and the output voltage of the pressure sensor 49 is input to the input port 45 via the corresponding AD converter 47. The A load sensor 51 that generates an output voltage proportional to the amount of depression of the accelerator pedal 50 is connected to the accelerator pedal 50, and the output voltage of the load sensor 51 is input to the input port 45 via the corresponding AD converter 47. The Further, the input port 45 is connected with a crank angle sensor 52 that generates an output pulse every time the crankshaft rotates, for example, 30 °.
[0033]
On the other hand, the output port 46 is connected through a corresponding drive circuit 48 to the fuel injection valve 6, the throttle valve driving step motor 16, the EGR control valve 25, the fuel pump 28, the switching valve driving step motor 60, the reducing agent supply valve 77, The reductant agent pump 78 and the silencing control valve driving actuator 94 are connected to each other.
[0034]
The switching valve 61 of the catalytic converter 22 is normally positioned at one of a position indicated by a solid line and a position indicated by a broken line in FIG. When the switching valve 61 is positioned at the position indicated by the solid line in FIG. 3B, the inflow port 62 communicates with the inflow / outflow port 65 while the communication between the outflow port 63 and the inflow / outflow port 66 is blocked by the switching valve 61. The outflow port 63 is communicated with the inflow / outflow port 66 by the switching valve 61. As a result, as shown by the solid arrow in FIG. 3B, all the exhaust gas flowing into the exhaust pipe 20a flows into the annular exhaust pipe 67 through the inflow port 62 and the inflow / outflow port 65 sequentially, Next, after passing through the particulate filter 69, it flows into the exhaust gas discharge pipe 64 through the inflow / outflow port 66 and the outflow port 63 in order.
[0035]
On the other hand, when the switching valve 61 is positioned at a position indicated by a broken line in FIG. 3B, the inflow port 62 is inflow / outflow while the communication between the outflow port 63 and the inflow / outflow port 65 is blocked by the switching valve 61. The outflow port 63 is communicated with the inflow / outflow port 65 by the switching valve 61. As a result, all the exhaust gas flows into the annular exhaust pipe 67 sequentially through the inflow port 62 and the inflow / outflow port 66 as shown by the broken arrows in FIG. 3B, and then passes through the particulate filter 69. After that, the gas flows out into the exhaust gas discharge pipe 64 through the inflow / outflow port 65 and the outflow port 63 sequentially.
[0036]
By switching the position of the switching valve 61 in this way, the flow of exhaust gas in the annular exhaust pipe 67 is reversed. In other words, the exhaust gas is guided so that the exhaust gas flows into the particulate filter 69 through one end face thereof and flows out from the particulate filter 69 through the other end face, or the exhaust gas is introduced into the particulate filter 69 through the other end face. It is possible to switch whether to guide the exhaust gas so that it flows in and flows out from the particulate filter 69 through one end face thereof. Hereinafter, the flow of exhaust gas indicated by a solid line in FIG. 3B is referred to as forward flow, and the flow of exhaust gas indicated by a broken line is referred to as reverse flow. In addition, the position of the switching valve 61 indicated by a solid line in FIG. 3B is referred to as a forward flow position, and the position of the switching valve 61 indicated by a broken line is referred to as a backflow position.
[0037]
The exhaust gas flowing into the exhaust gas discharge pipe 64 through the outflow port 66 is then added to the additional NO as shown in FIGS. 3 (A) and (B).XAfter passing through the catalyst 76 and progressing along the outer peripheral surface of the annular exhaust pipe 67, it flows into the exhaust pipe 23.
[0038]
Exhaust gas flow in the particulate filter 69 will be described. During forward flow, the exhaust gas flows into the particulate filter 69 through the one end surface 69a, and flows out of the particulate filter 69 through the other end surface 69b. At this time, the exhaust gas flows into the exhaust gas passage 70 opened in the one end surface 69 a, and then flows into the adjacent exhaust gas passage 71 through the surrounding partition wall 74. On the other hand, at the time of reverse flow, the exhaust gas flows into the particulate filter 69 through the other end surface 69b, and flows out from the particulate filter 69 through the one end surface 69a. At this time, the exhaust gas flows into the exhaust gas passage 71 opened in the other end surface 69 b, and then flows into the adjacent exhaust gas passage 70 through the surrounding partition wall 74.
[0039]
On the partition wall 74 of the particulate filter 69, that is, on both side surfaces of the partition wall 74 and the inner wall surface of the pore, as shown in FIG.XEach catalyst 81 is supported. This NOXThe catalyst 81 has, for example, alumina as a carrier, and an alkali metal such as potassium K, sodium Na, lithium Li, and cesium Cs, an alkaline earth such as barium Ba and calcium Ca, lanthanum La, and yttrium Y are supported on the carrier. At least one selected from rare earths and a noble metal such as platinum Pt, palladium Pd, rhodium Rh, and iridium Ir are supported.
[0040]
NOXThe catalyst is NO when the average air-fuel ratio of the exhaust gas flowing in is lean.XNO when storing the reducing agent in the exhaust gas when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing in decreasesXNO is stored and reducedXAccumulation and reduction action to reduce the amount of.
[0041]
NOXThe detailed mechanism of the accumulation and reduction action of the catalyst has not been fully clarified. However, the mechanism currently considered can be briefly described as follows, taking as an example the case where platinum Pt and barium Ba are supported on a support.
[0042]
That is, NOXWhen the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst becomes considerably leaner than the stoichiometric air-fuel ratio, the oxygen concentration in the inflowing exhaust gas greatly increases and oxygen O2Is O2 Or O2-It adheres to the surface of platinum Pt. On the other hand, NO in the inflowing exhaust gas is O on the surface of platinum Pt.2 Or O2-Reacts with NO2(NO + O2→ NO2+ O*Where O*Is active oxygen). Then the generated NO2Part of the NO is being oxidized further on platinum PtXNitrate ion NO while being absorbed in the catalyst and combined with barium oxide BaO3 NO in the form ofXIt diffuses into the catalyst. In this way NOXIs NOXStored in the catalyst.
[0043]
In contrast, NOXWhen the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst becomes rich or stoichiometric, the oxygen concentration in the exhaust gas decreases and NO2Production amount decreases and the reaction proceeds in the reverse direction (NO3 → NO + 2O*) And thus NOXNitrate ion NO in the catalyst3 NO in the form of NOXReleased from the catalyst. This released NOXIf the exhaust gas contains a reducing agent, that is, HC or CO, it can be reduced by reacting with the HC and CO. In this way, NO on the surface of platinum Pt.XNO when no longer existsXNO from catalyst to nextXIs released and reduced, NOXNO stored in the catalystXThe amount of is gradually reduced.
[0044]
NO without forming nitrateXStore NOXNO without releasingXIt is also possible to reduce In addition, active oxygen O*If you pay attention to, NOXThe catalyst is NOXWith the accumulation and release of oxygen*It can also be regarded as an active oxygen generating catalyst that generates
[0045]
The additional particulate filter 98 is configured in the same manner as the particulate filter 69, and an additional NO is added on the partition wall of the additional particulate filter 98.XA catalyst 99 is supported. Also, additional NOXCatalysts 76 and 99 are also NOXThe configuration is the same as that of the catalyst 81.
[0046]
As described above, the exhaust gas passes through the particulate filter 69 regardless of whether the switching valve 61 is held in the forward flow position or the reverse flow position. Further, the internal combustion engine shown in FIG. 1 is continuously combusted under a lean air-fuel ratio, and therefore, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the particulate filter 69 is maintained lean. As a result, NO in the exhaust gasXIs NO on the particulate filter 69XIt is stored in the catalyst 81.
[0047]
NO over timeXNO accumulated in catalyst 81XThe amount increases gradually. Therefore, in the embodiment according to the present invention, for example, NO.XNO accumulated in catalyst 81XNO when the amount exceeds the allowable amountXNO stored in catalyst 81XNOXNO accumulated in catalyst 81XIn order to reduce the amount, the reducing agent supply valve 77XA reducing agent is temporarily supplied to the catalyst 81. In this case, NOXThe air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst 81 is temporarily switched to rich.
[0048]
On the other hand, fine particles mainly composed of carbon contained in the exhaust gas are collected on the particulate filter 69. That is, schematically, fine particles are collected on the side surface and the pores of the partition wall 74 on the exhaust gas passage 70 side in the forward flow, and on the side surface and the pores of the partition wall 74 on the exhaust gas passage 71 side in the reverse flow. Fine particles are collected. The internal combustion engine shown in FIG. 1 continues to burn under a lean air-fuel ratio, and NOXSince the catalyst 81 has an oxidizing ability, if the temperature of the particulate filter 69 is maintained at a temperature at which the particulates can be oxidized, for example, 250 ° C. or more, the particulates are oxidized on the particulate filter 69 and removed. The
[0049]
In this case, the above-mentioned NOXNO of catalyst 81XAccording to the accumulation and reduction mechanism of NOXNO in catalyst 81XNO is also stored whenXActive oxygen is also generated when is released. This active oxygen is oxygen O2Therefore, the fine particles deposited on the particulate filter 69 are rapidly oxidized. That is, NO on the particulate filter 69.XWhen the catalyst 81 is supported, fine particles deposited on the particulate filter 69 are oxidized regardless of whether the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the particulate filter 69 is lean or rich. In this way, the fine particles are continuously oxidized.
[0050]
However, if the temperature of the particulate filter 69 is not maintained at a temperature that can oxidize the particulates, or the amount of particulates flowing into the particulate filter 69 per unit time becomes considerably large, the particulates that accumulate on the particulate filter 69. Gradually increases, and the pressure loss of the particulate filter 69 increases.
[0051]
Therefore, in the embodiment according to the present invention, for example, when the amount of deposited fine particles on the particulate filter 69 exceeds the allowable maximum amount, the switching valve 61 is switched from the forward flow position to the reverse flow position or vice versa and flows into the particulate filter 69. A temperature rise control is performed in which the temperature of the particulate filter 69 is increased to 600 ° C. or higher while the air-fuel ratio of the exhaust gas is maintained lean, and then maintained at 600 ° C. or higher. When this temperature increase control is performed, the fine particles deposited on the particulate filter 69 are ignited and burned and removed. In this case, since the flow of the exhaust gas is reversed, the ash formed by burning the fine particles is easily removed from the particulate filter 69.
[0052]
In the embodiment shown in FIG. 1, the accumulation on the particulate filter 69 when the engine back pressure detected by the pressure sensor 49 exceeds the allowable value when the switching valve 61 is held in the forward flow position or the reverse flow position. It is determined that the amount of fine particles has exceeded the allowable maximum amount. In addition, a reducing agent is supplied from a reducing agent supply valve 77 to raise the temperature of the particulate filter 69, and this reducing agent burns on the particulate filter 69.
[0053]
Here, the particulate filter 69 is disposed substantially at the center of the annular exhaust pipe 67, that is, the distance from the inflow port 62 of the switching valve 61 to the particulate filter 69 and the distance from the particulate filter 69 to the outflow port 63. The distance hardly changes between when the switching valve 61 is in the forward flow position and when it is in the reverse flow position. This means that the state of the particulate filter 69, for example, the temperature hardly changes between when the switching valve 61 is in the forward flow position and when it is in the reverse flow position. Does not require control.
[0054]
By the way, sulfur content is SO.XIs included in the form of NOXNO in the catalyst 81XNot only SOXCan also be stored. This SOXNOXThe accumulation mechanism in the catalyst 81 is NO.XThis is considered to be the same as the accumulation mechanism. That is, when the case where platinum Pt and barium Ba are supported on a carrier is simply described as an example, NOXWhen the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst 81 is lean, as described above, the oxygen O2Is O2 Or O2-Attached to the surface of platinum Pt in the form of SO2Is O on the surface of platinum Pt.2 Or O2-Reacts with SO3It becomes. The generated SO3NO is being oxidized on platinum PtXWhile being absorbed into the catalyst 81 and combined with barium oxide BaO, sulfate ions SO4 NO in the form ofXIt diffuses into the catalyst 81. This sulfate ion SO4 Then barium ion Ba+Combined with sulfate BaSO4Is generated.
[0055]
This sulfate BaSO4Is difficult to decompose, NOXEven if the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst 81 is simply rich, NOXSulfate BaSO in catalyst 814The amount of does not decrease. For this reason, as time passes, NOXSulfate BaSO in catalyst 814The amount of NO increases, resulting in NOXNO that the catalyst 81 can storeXThe amount of will decrease.
[0056]
However, NOXWhile maintaining the temperature of the catalyst 81 at 550 ° C. or higher, NOXWhen the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst 81 is rich or stoichiometric, NOXSulfate BaSO in catalyst 814Decomposes into SO3NO in the form ofXReleased from the catalyst 81. This released SO3If exhaust gas contains a reducing agent, ie, HC or CO, it reacts with HC and CO to react with SO.2To be reduced. In this way NOXSO stored in the catalyst 81XThe amount of NO decreases gradually, at this time NOXFrom catalyst 81 to SOXIs SO3It will not leak out.
[0057]
Therefore, in the embodiment shown in FIG.XAccumulated SO in catalyst 81XNO when the amount exceeds the allowable amountXSO stored in the catalyst 81XNOXAccumulated SO in catalyst 81XIn order to reduce the amount, the reducing agent supply valve 77XA reducing agent is temporarily supplied to the catalyst 81. In this case, NOXThe air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst 81 is temporarily switched to the stoichiometric air-fuel ratio or rich.
[0058]
In this case, in the embodiment shown in FIG.XAccumulated SO in catalyst 81XWhen the amount is to be reduced, the switching valve 61 is held at the weak forward flow position shown in FIG. When the switching valve 61 is held in this weak forward flow position, as shown in FIG. 5, most of the exhaust gas flows directly from the inflow port 62 into the exhaust gas discharge pipe 64 through the outflow port 63, that is, NO.XThe catalyst 81 is bypassed, and a small amount of the remaining exhaust gas flows into the annular exhaust pipe 67 via the inflow / outflow port 65, and then NO.XThe catalyst 81 flows in the forward flow direction. That is, when the switching valve 61 is held at the weak forward flow position, the NO is compared with the case where the switching valve 61 is held at the forward flow position or the reverse flow position.XThe amount of exhaust gas flowing into the catalyst 81 is reduced, and NOXThe space velocity of the exhaust gas in the catalyst 81 decreases.
[0059]
Accordingly, if the switching valve 61 is held at the weak forward flow position, NOXThe amount of reducing agent required to switch the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst 81 to the stoichiometric air-fuel ratio or rich can be reduced. NOXNO of the reducing agent supplied to the catalyst 81XThe residence time in the catalyst 81 is increased, so that the reducing agent is SO.XIt can be used effectively for reduction. Here, the exhaust gas flow path from the inflow port 62 to the outflow port 63 of the switching valve 61 acts as a bypass passage that bypasses the particulate filter 69.
[0060]
On the other hand, the muffling control valve 95 of the muffler 90 is held at either one of the resonance position indicated by the solid line and the extended position indicated by the broken line in FIG. When the silencing control valve 95 is held at the resonance position, the communication hole 96 is closed, and as a result, the exhaust gas chamber 93 acts as a resonance chamber. Therefore, in this case, noise is suppressed by the resonance effect of the exhaust gas chamber 93. Note that the flow of the exhaust gas when the muffler control valve 95 is at the resonance position is indicated by a solid arrow in FIG.
[0061]
On the other hand, when the silencing control valve 95 is held in the extended position, the communication hole 96 is opened, and the exhaust pipe 92 between the communication hole 96 and the small hole 97 is closed by the silencing control valve 92. As a result, the exhaust gas that has flowed into the exhaust pipe 92 flows into the exhaust gas chamber 93 through the communication hole 96 and then passes through the additional particulate filter 98, as indicated by the broken dashed line in FIG. Later, it returns to the exhaust pipe 92 through the small hole 97. As described above, the volume of the exhaust gas chamber 93 is relatively large, and as a result, the exhaust gas chamber 93 acts as an expansion chamber. Therefore, in this case, noise is suppressed by the expansion action of the exhaust gas chamber 93.
[0062]
When the switching valve 61 is held in the forward flow position or the reverse flow position, the exhaust gas passes through the particulate filter 69, that is, passes through the filter housing chamber 68. As described above, the volume of the filter housing chamber 68 is relatively large, and as a result, the filter housing chamber 68 functions as an expansion chamber. In other words, when the switching valve 61 is held in the forward flow position or the reverse flow position, noise is suppressed by the expansion action of the filter housing chamber 68.
[0063]
Therefore, in the embodiment shown in FIG. 1, when the switching valve 61 is held at the forward flow position or the reverse flow position, the muffler control valve 95 is held at the resonance position so that the exhaust gas chamber 93 acts as the resonance chamber. Yes. As a result, noise in a wide frequency range can be suppressed.
[0064]
However, as described above, for example, NOXAccumulated SO in catalyst 81XWhen the amount should be decreased, the switching valve 61 is switched to the weak forward flow position, and at this time, a large amount of exhaust gas bypasses the filter housing chamber 68. For this reason, the noise suppressing action of the filter housing chamber 68 is weakened.
[0065]
Therefore, in the embodiment shown in FIG. 1, when the switching valve 61 is switched to the weak forward flow position, the silencing control valve 95 is switched to the extended position. As a result, as described above, the exhaust gas chamber 93 acts as an expansion chamber, and noise can be continuously suppressed. At this time, the particulate filter 69 and NOXExhaust gas that bypasses the catalyst 81 passes through an additional particulate filter 98 and additional NO.XNO and particulates that pass through the catalyst 99 and are therefore discharged into the atmosphere when the switching valve 61 is held in the weak forward flow position.XThe amount of can be reduced.
[0066]
That is, as shown in FIG. 7, the switching valve 61 is alternately switched between the forward flow position and the reverse flow position, for example, according to the amount of deposited fine particles on the particulate filter 69, and at this time, the silencing control valve 95 is set to the resonance position. Retained. Next, when the switching valve 61 is switched to the weak forward flow position, the silencing control valve 95 is switched to the extended position. For example, when the switching valve 61 is returned to the forward flow position, the mute control valve 95 is also returned to the resonance position.
[0067]
FIG. 8 shows a routine for executing the silencing control valve control in the embodiment shown in FIG. This routine is executed by interruption every predetermined time. Referring to FIG. 8, first, at step 200, it is judged if the switching valve 61 is held at the weak forward flow position. When the switching valve 61 is held at the forward flow position or the reverse flow position, the routine proceeds to step 201 where the mute control valve 95 is held at the resonance position. On the other hand, when the switching valve 61 is held at the weak forward flow position, the routine proceeds to step 202, where the mute control valve 95 is held at the extended position.
[0068]
When the switching valve 61 is held at the weak forward flow position, NO in the exhaust gasXIs an additional NOXAccumulated in the catalyst 76, 99, the particulates accumulate on the additional particulate filter 98. However, the time for which the switching valve 61 is held at the weak forward flow position is not so long, and therefore additional NO.XAccumulated NO in catalyst 76,99XSpecial control to reduce the amount or to reduce the amount of particulate deposited on the additional particulate filter 98 is not necessarily required.
[0069]
Further, the weak forward flow position of the switching valve 61 in the embodiment shown in FIG. 1 is a position where the amount of exhaust gas flowing through the particulate filter 69 is made substantially constant, and therefore the engine operating state fluctuates and is discharged from the internal combustion engine. Considering that the amount of exhaust gas to be changed fluctuates, the weak forward flow position in this case is not necessarily a constant angular position.
[0070]
FIG. 9 shows another embodiment according to the present invention. In the embodiment shown in FIG. 9, a casing 168 of the catalytic converter 22 is connected to the outlet of the exhaust pipe 20a.XA particulate filter 69 carrying a catalyst 81 is accommodated. The outlet of the casing 168 is connected to the muffler 90 via the exhaust pipe 123.
[0071]
A bypass pipe 185 is branched from the exhaust pipe 20 a, and the outflow end of the bypass pipe 185 opens into the exhaust pipe 123. In addition, a switching valve 161 is disposed in the portion of the exhaust pipe 20a where the inflow end of the bypass pipe 185 is open. The switching valve 161 is closed as shown by a solid line in FIG. 9 to close the bypass pipe 185 and guide almost all exhaust gas into the casing 168, and a large amount of exhaust gas as shown by a broken line in FIG. A portion flows into the bypass pipe 185 and can be switched between an open position where the remaining slight amount of exhaust gas flows into the casing 168. Therefore, in the embodiment shown in FIG. 9, the particulate filter 69 or the NO is obtained both when the switching valve 161 is in the closed position and in the open position.XExhaust gas passing through the catalyst 81 is in the particulate filter 69 or NO.XIt flows into the catalyst 81 only through one end face thereof, and the particulate filter 69 or NOXThe exhaust gas is guided from the catalyst 81 so as to flow out only through the other end face.
[0072]
Here, in the embodiment shown in FIG. 9, the angular position or opening of the switching valve 61 when held in the open position is kept constant.
[0073]
A flow rate sensor 186 for detecting the amount of exhaust gas flowing through the bypass pipe 185 is attached to the bypass pipe 185. The actuator for driving the switching valve 161 and the flow sensor 186 are connected to an electronic control unit (not shown). Further, a reducing agent supply valve 77 is disposed in the exhaust pipe 20 a between the switching valve 161 and the casing 168.
[0074]
Usually, the switching valve 161 is held at the closed position, and the mute control valve 95 of the muffler 90 is held at the resonance position. For example NOXSO in catalyst 81XReduce and accumulate SOXWhen the amount should be decreased, the switching valve 161 is temporarily switched to the open position, and at this time, the mute control valve 95 is temporarily switched to the extended position.
[0075]
Here, as described above, the angular position or opening of the switching valve 61 when held in the open position is kept constant. Therefore, when the engine operating state fluctuates, the amount of exhaust gas flowing through the bypass pipe 185 fluctuates, that is, the amount of exhaust gas that bypasses the casing 168 that forms the enlarged volume chamber fluctuates.
[0076]
On the other hand, when the amount of exhaust gas flowing through the bypass pipe 185 is not so large, the noise suppression effect of the casing 168 is not necessarily weakened, and the exhaust gas chamber 93 of the muffler 90 does not need to act as an expansion chamber. Rather, in such a case, the noise can be suppressed by using the exhaust gas chamber 93 as a resonance chamber.
[0077]
Therefore, in the embodiment shown in FIG. 9, the amount of exhaust gas flowing through the bypass pipe 185 is obtained, and when the amount of exhaust gas is larger than a predetermined threshold value, the silencing control valve 95 is set to the extended position. When it is less than the threshold value, the mute control valve 95 is held at the resonance position. In this way, it is possible to further prevent the noise suppression action from deteriorating when the switching valve 161 is switched to the open position.
[0078]
FIG. 10 shows a routine for executing the silencing control valve control in the embodiment shown in FIG. This routine is executed by interruption every predetermined time. Referring to FIG. 10, first, at step 210, it is judged if the switching valve 161 is held in the open position. When the switching valve 161 is held at the closed position, the routine proceeds to step 211 where the mute control valve 95 is held at the resonance position. On the other hand, when the switching valve 161 is held at the open position, the routine proceeds to step 212, where it is determined whether or not the amount QB of the exhaust gas flowing through the bypass pipe 185 is larger than a predetermined threshold value Q0. Is done. When QB ≦ Q0, the routine proceeds to step 211 where the mute control valve 95 is held at the resonance position. On the other hand, when QB> Q0, the routine proceeds to step 213, where the mute control valve 95 is held in the extended position.
[0079]
In the embodiment shown in FIG. 9, a flow sensor 186 is attached to the bypass pipe 185 in order to obtain the amount of exhaust gas flowing through the bypass pipe 185. However, as shown in FIG. 11, a pressure sensor 187 for detecting the pressure in the bypass pipe 185 is attached to the bypass pipe 185, and the amount of exhaust gas flowing through the bypass pipe 185 based on the pressure in the bypass pipe 185. QB can also be estimated. The pressure sensor 187 is connected to an electronic control unit (not shown).
[0080]
In the embodiment described so far, the muffler 90 includes a single exhaust gas chamber 93. However, the muffler 90 can be provided with an additional exhaust gas chamber that acts as a resonance chamber or an expansion chamber.
[0081]
FIG. 12 shows still another embodiment according to the present invention. In the embodiment shown in FIG. 12, the SO pipe 20a has SO.XAn accumulating agent 188 is disposed, and an additional particulate filter 189 is disposed in the exhaust pipe 23. In this embodiment, the reducing agent supply valve and the muffler shown in FIG. 1 are not provided.
[0082]
SOXThe accumulating agent 188 uses, for example, alumina as a carrier, and at least one selected from transition metals such as iron Fe, manganese Mn, nickel Ni, tin Sn and lithium Li is supported on the carrier. This SOXAccumulating agent 188 is NOXSimilar to the catalyst, the SO in the exhaust gas when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is leanXAnd the stored SO when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas decreasesXRelease. However, SOXAccumulating agent 188 is NOXStored SO rather than catalystXCan be easily released. This is SOXIs sulfate ion SO4 2-In the form of SOXPresent in the storage agent or sulfate BaSO4Even if is produced, the sulfate BaSO4SO is not stableXIt is thought that it is because it exists in the accumulating agent.
[0083]
SOXThe air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the storage agent 188 is maintained lean, so that the SO in the exhaust gas is maintained.XIs SOXIt is stored in the storage agent 188. As a result, NOXSO in catalyst 81XCan be prevented from flowing in.
[0084]
SO over timeXAccumulated SO in the accumulator 188XThe amount increases gradually. In the embodiment shown in FIG.XAccumulated SO in the accumulator 188XSO when the amount exceeds the allowable amountXSO stored in storage agent 188XSO to releaseXThe average air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the storage agent 188 is temporarily switched to the stoichiometric air-fuel ratio or rich. In the embodiment shown in FIG.XIn order to make the average air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the storage agent 188 the stoichiometric air-fuel ratio or rich, a second fuel injection is performed from the fuel injection valve 6 during the engine expansion stroke or the exhaust stroke.
[0085]
SOXSO released from the storage agent 188XReaches the switching valve 61 via the exhaust pipe 20a. At this time, if the switching valve 61 is held in the forward flow position or the reverse flow position, that is, the exhaust gas is NO.XWhen guided into the catalyst 81, this SOXIs NOXThere is a risk of being stored in the catalyst 81.
[0086]
Therefore, in the embodiment shown in FIG.XAccumulating agent 188 to SOXThe switch valve 61 is temporarily switched to the full bypass position shown in FIG. When the switching valve 61 is held in this all bypass position, almost all the exhaust gas flows out from the inflow port 62 directly into the exhaust gas discharge pipe 64 through the outflow port 63 as shown in FIG.XBypass the catalyst 81, NOXThe exhaust gas flowing into the catalyst 81 becomes almost zero.
[0087]
As a result, SOXSO released from the storage agent 188XIs NOXBypass catalyst 81 and therefore NOXIt is not stored in the catalyst 81.
[0088]
On the other hand, in the embodiment shown in FIG. 12, the fuel supply operation to the engine is temporarily stopped during the engine deceleration operation, and the temperature of the exhaust gas at this time is relatively low. Therefore, if the switching valve 61 is held at the forward flow position or the reverse flow position at this time, the temperature of the particulate filter 69 may be lowered by the low temperature exhaust gas.
[0089]
Therefore, in the embodiment shown in FIG. 12, the switching valve 61 is temporarily switched to the full bypass position during engine deceleration operation where the temperature of the particulate filter 69 is lower than a predetermined threshold value. As a result, the low-temperature exhaust gas does not flow into the particulate filter 69, and the temperature of the particulate filter 69 is maintained high.
[0090]
However, when the switching valve 61 is held at the full bypass position in this way, the particulates contained in the exhaust gas at this time bypass the particulate filter 69.
[0091]
Therefore, in the embodiment shown in FIG. 12, an additional particulate filter 189 is arranged in the exhaust pipe 23 so that the particulates are not discharged into the atmosphere when the switching valve 61 is held at the full bypass position.
[0092]
The amount of deposited particles on the additional particulate filter 189 also increases with time. In the embodiment shown in FIG. 12, for example, when the amount of particulate matter deposited on the additional particulate filter 189 exceeds the allowable amount, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the additional particulate filter 189 is maintained while keeping lean. The temperature rise control is performed such that the temperature of the particulate filter 189 is raised to 600 ° C. or higher and then maintained at 600 ° C. or higher. When this temperature rise control is performed, the fine particles deposited on the additional particulate filter 189 are ignited and burned and removed. In the embodiment shown in FIG. 12, in order to increase the temperature of the additional particulate filter 189, an additional, ie, second fuel injection is performed from the fuel injection valve 6 during the engine expansion stroke or the exhaust stroke. The temperature of the exhaust gas flowing into the additional particulate filter 189 is raised. The temperature of the particulate filter 69 is similarly raised.
[0093]
In this case, if the switching valve 61 is held in the forward flow position or the reverse flow position, that is, if the exhaust gas is introduced into the particulate filter 69, the temperature of the particulate filter 69 is first increased, and the additional particulate filter It takes time to raise the temperature of 189.
[0094]
Therefore, in the embodiment shown in FIG. 12, the switching valve 61 is temporarily switched to the full bypass position even when the amount of accumulated particulates on the additional particulate filter 189 should be reduced.
[0095]
Thus, SOXAccumulating agent 188 to SOXWhen the amount of accumulated particulate matter on the additional particulate filter 189 is to be decreased during engine deceleration operation, the switching valve 61 is temporarily switched to the full bypass position.
[0096]
However, when the switching valve 61 is switched to the full bypass position, the noise suppressing action of the filter housing chamber 68 is weakened as described above, and the noise increases.
[0097]
However, when the engine load is low or the engine speed is low, the noise does not increase so much even if the switching valve 61 is switched to the full bypass position. That is, as shown in FIG. 14, when the engine operating state is in the region NS, the noise generated when the switching valve 61 is held in the full bypass position is kept smaller than the allowable value, however, the engine operating state is in the region NL. When inside, the noise generated when the switching valve 61 is held at all bypass positions increases beyond an allowable value.
[0098]
Therefore, in the embodiment shown in FIG. 12, it is determined whether the engine operating state is in the region NS or the region NL when the switching valve 61 is to be switched to the full bypass position or to be held, and the engine operating state is determined. When the engine is in the region NS, the switching valve 61 is switched or held to the full bypass position, and when the engine operating state is in the region NS, the switching valve 61 is held or switched to the forward flow position or the reverse flow position.
[0099]
As a result, noise can be suppressed when the engine operating state is within the region NL, and when the engine operating state is within the region NS, for example, SO.XAccumulating agent 188 to SOXCan be reliably released. When the switching valve 61 is held or switched to the forward flow position or the reverse flow position, the second fuel injection by the fuel injection valve 6 is not started or stopped. Therefore, SOXSO from storage agent 188XThe discharge action and the temperature increase control of the additional particulate filter 189 are not started or interrupted. Region NS and region NL are obtained in advance as a function of accelerator pedal depression amount L and engine speed N representing engine load, and are stored in advance in ROM 32 in the form of a map shown in FIG. Yes.
[0100]
FIG. 15 shows a routine for executing the switching valve control in the embodiment shown in FIG. This routine is executed by interruption every predetermined time. Referring to FIG. 15, first, at step 220, it is determined whether or not the switching valve 61 should be switched to the full bypass position. When the switching valve 61 is to be held at the forward flow position or the reverse flow position, the routine proceeds to step 221 where the switching valve 61 is held at the forward flow position or the reverse flow position. On the other hand, when the switching valve 61 is to be switched to the full bypass position or to be held, the routine proceeds to step 222, where it is determined whether or not the current engine operating state is within the region NS. When the current engine operating state is within the area NS, the routine then proceeds to step 223, where the switching valve 61 is switched or held at the full bypass position. On the other hand, when the current engine operating state is in the region NL, the routine proceeds to step 221 where the switching valve 61 is switched or held at the forward flow position or the reverse flow position.
[0101]
Next, another embodiment of the embodiment shown in FIG. 12 will be described with reference to the routine shown in FIG. This routine is executed by interruption every predetermined time.
[0102]
Referring to FIG. 16, first, in step 230, it is determined whether or not the switching valve 61 should be switched to the full bypass position. When the switching valve 61 should be held in the forward flow position or the backward flow position, the process proceeds to step 231 where the switching valve 61 is held in the forward flow position or the backward flow position. On the other hand, when the switching valve 61 is to be switched to the full bypass position or to be held, the routine proceeds to step 232, where it is determined whether or not the current engine operating state is within the region NS. When the current engine operating state is within the region NS, the routine proceeds to step 233, where the switching valve 61 is switched or held at the full bypass position. On the other hand, when the current engine operating state is in the region NL, the routine proceeds to step 234, where the switching valve 61 is switched or held at the weak forward flow position.
[0103]
That is, this embodiment is different from the embodiment shown in FIG. 12 in that the switching valve 61 is switched to the weak forward flow position (FIG. 5) when the engine operating state is in the region NL. In other words, almost all exhaust gas flows around the particulate filter 69 when the engine operating state is in the region NS, and one part of the exhaust gas flows into the particulate filter 69 when the engine operating state is in the region NL. The amount of exhaust gas that flows into the part and bypasses the particulate filter 69 is reduced as compared to when it is in the region NS.
[0104]
In this way, when the engine operating state is within the region NL, the amount of exhaust gas flowing into the particulate filter 69 can be kept small while suppressing noise by the expansion action of the filter housing chamber 68. . Therefore, in this case, even when the engine operating state is within the region NL, the SOXSO from storage agent 188XThe discharge action and the temperature increase control of the additional particulate filter 189 can be started or continued.
[0105]
By the way, the forward flow position and the reverse flow position in the embodiment of FIGS. 1 and 12 and the closed position in the embodiment of FIG. 9 are referred to as a collection position, and the weak forward flow position in the embodiment of FIG. 1 and the open position in the embodiment of FIG. When the switching valve is held at the collection position, the bypass passage is blocked and almost all exhaust gas is guided into the enlarged volume chamber. When the switching valve is held at the bypass position, at least a part of the exhaust gas is guided into the bypass passage.
[0106]
In addition, in the embodiment shown in FIGS. 1 and 9, when the switching valve is held at the collection position, the exhaust gas chamber of the muffler acts as a resonance chamber, and the switching valve is held at the bypass position. This means that the exhaust gas chamber of the muffler acts as an expansion chamber. On the other hand, in the embodiment shown in FIGS. 12 and 16, it is determined whether or not the noise generated when the switching valve is held in the bypass position exceeds the allowable value, and when it is determined that the noise exceeds the allowable value. In the embodiment shown in FIG. 12, the position of the switching valve is controlled so as to hold the switching valve in the collecting position, and in the embodiment shown in FIG. 16, the exhaust gas flowing in the bypass passage is held in the bypass position. This means that the position of the switching valve is controlled so that the amount decreases.
[0107]
Further, in the embodiment shown in FIGS. 1 and 9, for example, NOXAccumulated SO in catalyst 81XWhen the amount exceeds the allowable amount, the switching valve is temporarily switched to the bypass position. In the embodiment shown in FIGS. 12 and 16, for example, SOXAccumulated SO in the accumulator 188XWhen the amount exceeds the allowable amount, when the engine is decelerating when the temperature of the particulate filter 69 is higher than the threshold value, or when the amount of accumulated particulates on the additional particulate filter 189 exceeds the allowable amount, the switching valve Is temporarily switched to the bypass position.
[0108]
So, generally speaking, NOXState of catalyst 81, state of particulate filter 69, SOXThis means that the switching valve is temporarily switched to the bypass position in accordance with the state of the storage agent 188, the state of the additional particulate filter 189, or the engine operating state.
[0109]
【The invention's effect】
Noise generated when the exhaust gas bypasses the enlarged volume chamber formed in the exhaust passage can be suppressed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall view of an internal combustion engine.
FIG. 2 is a diagram showing a structure of a catalytic converter.
FIG. 3 is a view for explaining the flow of exhaust gas when the switching valve is in a forward flow position or a reverse flow position.
FIG. 4 is a partial enlarged cross-sectional view of a partition wall of a particulate filter.
FIG. 5 is a diagram for explaining the flow of exhaust gas when the switching valve is in a weak forward flow position.
FIG. 6 is a view for explaining the flow of exhaust gas in the muffler.
7 is a diagram for explaining control of a muffler control valve in the embodiment shown in FIG. 1; FIG.
FIG. 8 is a flowchart for executing control of the silencing control valve in the embodiment shown in FIG. 1;
FIG. 9 shows another embodiment according to the present invention.
10 is a flowchart for executing control of the silencing control valve in the embodiment shown in FIG. 9; FIG.
FIG. 11 is a diagram showing still another embodiment according to the present invention.
FIG. 12 is a diagram showing still another embodiment according to the present invention.
FIG. 13 is a view for explaining the flow of exhaust gas when the switching valve is in the full bypass position.
FIG. 14 is a diagram showing an operation region.
FIG. 15 is a flowchart for executing control of the silencing control valve in the embodiment shown in FIG. 12;
FIG. 16 is a flowchart for executing control of a mute control valve in still another embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 ... Engine body
20a ... exhaust pipe
22 ... Catalytic converter
61, 161 ... switching valve
64 ... Exhaust gas exhaust pipe
67 ... Annular exhaust pipe
68. Filter accommodation room
76,99 ... additional NOXcatalyst
77 ... Reducing agent supply valve
81 ... NOXcatalyst
90 ... Muffler
93 ... exhaust gas chamber
95 ... Silencer control valve
98,189 ... additional particulate filter
185 ... Bypass pipe
186 ... Flow sensor
187 ... Pressure sensor
188 ... SOXAccumulating agent

Claims (14)

リーン空燃比のもとで継続して燃焼が行われる内燃機関の排気通路内に拡大容積室を形成すると共に、流入する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と、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに流入する排気ガス中のNOを蓄え、流入する排気ガスの空燃比が低下したときに排気ガス中に還元剤が含まれていると蓄えているNOを還元して蓄えているNOの量が減少するNO触媒とのうち少なくとも一方を拡大容積室内に収容し、拡大容積室を迂回して拡大容積室上流の排気通路と拡大容積室下流の排気通路とを互いに接続するバイパス通路を設け、バイパス通路を遮断してほぼ全ての排気ガスを拡大容積室内に導く捕集位置と、排気ガスの少なくとも一部をバイパス通路内に導くバイパス位置との間を切り替え可能な切替弁を具備した内燃機関の排気浄化装置において、拡大容積室下流の排気通路内に排気ガス室を備えたマフラを接続し、該マフラは、マフラ内における排気ガスの流れを切り替えることにより排気ガス室が共鳴室として作用するか又は拡張室として作用するかを切り替え可能になっており、排気ガス室が共鳴室として作用するか又は拡張室として作用するかを切替弁の位置に応じて切り替えるようにした内燃機関の排気浄化装置。An expanded volume chamber is formed in an exhaust passage of an internal combustion engine where combustion is continuously performed under a lean air-fuel ratio, a particulate filter for collecting particulates in the inflowing exhaust gas, and inflowing exhaust gas store up NO X in the exhaust gas air-fuel ratio of the gas flows at the time of lean, the NO X when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is stored that contains a reducing agent in the exhaust gas when the reduced At least one of the NO X catalyst in which the amount of NO X stored by reduction is reduced is accommodated in the expansion volume chamber, bypassing the expansion volume chamber, and the exhaust passage upstream of the expansion volume chamber and the exhaust downstream of the expansion volume chamber A bypass passage that connects the passages to each other, a collection position that blocks the bypass passage and guides almost all exhaust gas into the enlarged volume chamber, and a bypass position that guides at least a part of the exhaust gas into the bypass passage. In an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine having a switching valve capable of switching between, a muffler provided with an exhaust gas chamber is connected to an exhaust passage downstream of the expansion volume chamber, and the muffler controls the flow of exhaust gas in the muffler. By switching, it is possible to switch whether the exhaust gas chamber functions as a resonance chamber or an expansion chamber, and the position of the switching valve determines whether the exhaust gas chamber functions as a resonance chamber or an expansion chamber. An exhaust purification device for an internal combustion engine that is switched according to the conditions. 切替弁が捕集位置に保持されているときにはマフラの排気ガス室が共鳴室として作用するようにし、切替弁がバイパス位置に保持されているときにはマフラの排気ガス室が拡張室として作用するようにした請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。When the switching valve is held at the collection position, the exhaust gas chamber of the muffler acts as a resonance chamber, and when the switching valve is held at the bypass position, the exhaust gas chamber of the muffler acts as an expansion chamber. The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to claim 1. 切替弁がバイパス位置に保持されているときにバイパス通路内を流通する排気ガスの量を求める手段を具備し、該排気ガスの量が予め定められたしきい値よりも少ないときにはマフラの排気ガス室が共鳴室として作用するようにし、該排気ガスの量が該しきい値よりも多いときにはマフラの排気ガス室が拡張室として作用するようにした請求項2に記載の内燃機関の排気浄化装置。Means for determining the amount of exhaust gas flowing through the bypass passage when the switching valve is held at the bypass position, and when the amount of exhaust gas is less than a predetermined threshold value, exhaust gas of the muffler The exhaust purification device for an internal combustion engine according to claim 2, wherein the chamber acts as a resonance chamber, and when the amount of the exhaust gas is larger than the threshold value, the exhaust gas chamber of the muffler acts as an expansion chamber. . マフラの排気ガス室内に別のパティキュレートフィルタを配置して排気ガス室を拡張室として作用させるべきときに排気ガス室内を流通する排気ガスが該別のパティキュレートフィルタを通過するようにした請求項2に記載の内燃機関の排気浄化装置。A separate particulate filter is arranged in the exhaust gas chamber of the muffler, and the exhaust gas flowing through the exhaust gas chamber passes through the separate particulate filter when the exhaust gas chamber should act as an expansion chamber. 2. An exhaust emission control device for an internal combustion engine according to 2. 前記別のパティキュレートフィルタ上に、別のNO触媒が担持されている請求項4に記載の内燃機関の排気浄化装置。Said another on the particulate filter, the exhaust purification system of an internal combustion engine according to claim 4 in which another of the NO X catalyst. バイパス通路の流出端が開口する部分よりも下流の排気通路とマフラ間の排気通路内に、更に別のNO触媒を配置した請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。In the exhaust passage between the exhaust passage downstream of the muffler than the portion outlet end of the bypass passage is opened, the exhaust purification system of an internal combustion engine according to claim 1, further arranged another of the NO X catalyst. リーン空燃比のもとで継続して燃焼が行われる内燃機関の排気通路内に拡大容積室を形成すると共に、流入する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と、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに流入する排気ガス中のNOを蓄え、流入する排気ガスの空燃比が低下したときに排気ガス中に還元剤が含まれていると蓄えているNOを還元して蓄えているNOの量が減少するNO触媒とのうち少なくとも一方を拡大容積室内に収容し、拡大容積室を迂回して拡大容積室上流の排気通路と拡大容積室下流の排気通路とを互いに接続するバイパス通路を設け、バイパス通路を遮断してほぼ全ての排気ガスを拡大容積室内に導く捕集位置と、排気ガスの少なくとも一部をバイパス通路内に導くバイパス位置との間を切り替え可能な切替弁を具備した内燃機関の排気浄化装置において、切替弁をバイパス位置に保持したときに生ずる騒音が許容値を越えるか否かを判断し、該騒音が許容値を越えると判断されたときには切替弁を捕集位置に保持するか、又はバイパス位置に保持しつつバイパス通路内を流通する排気ガスの量が減少するように切替弁の位置を制御する内燃機関の排気浄化装置。An expanded volume chamber is formed in an exhaust passage of an internal combustion engine where combustion is continuously performed under a lean air-fuel ratio, a particulate filter for collecting particulates in the inflowing exhaust gas, and inflowing exhaust gas store up NO X in the exhaust gas air-fuel ratio of the gas flows at the time of lean, the NO X when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is stored that contains a reducing agent in the exhaust gas when the reduced At least one of the NO X catalyst in which the amount of NO X stored by reduction is reduced is accommodated in the expansion volume chamber, bypassing the expansion volume chamber, and the exhaust passage upstream of the expansion volume chamber and the exhaust downstream of the expansion volume chamber A bypass passage that connects the passages to each other, a collection position that blocks the bypass passage and guides almost all exhaust gas into the enlarged volume chamber, and a bypass position that guides at least a part of the exhaust gas into the bypass passage. In an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine equipped with a switching valve capable of switching between the two, a determination is made as to whether or not the noise generated when the switching valve is held in the bypass position exceeds an allowable value, and if the noise exceeds the allowable value An exhaust purification device for an internal combustion engine that controls the position of the switching valve so as to reduce the amount of exhaust gas flowing in the bypass passage while holding the switching valve in the collecting position when judged or holding the switching valve in the bypass position . 前記拡大容積室内に前記パティキュレートフィルタ及び前記NO触媒が共に収容されており、該パティキュレートフィルタ上に該NO触媒が担持されている請求項1又は7に記載の内燃機関の排気浄化装置。The expansion volume and the indoors particulate filter and the NO X catalyst is accommodated together, the exhaust purification system of an internal combustion engine according to claim 1 or 7 wherein the NO X catalyst on the particulate filter is carried . 捕集位置に保持されている切替弁の位置が、拡大容積室内に収容されているパティキュレートフィルタ又はNO触媒の状態に応じて一時的にバイパス位置に切り替えられるようになっている請求項1又は7に記載の内燃機関の排気浄化装置。Position of the switching valve which is held in the collection position, claim wherein is adapted to be switched to temporarily bypass position according to the state of the particulate filter or NO X catalyst is housed in the enlarged volume chamber 1 Or an exhaust emission control device for an internal combustion engine according to claim 7. バイパス通路の流出端が開口する部分よりも下流の排気通路とマフラ間の排気通路内に更に別のパティキュレートフィルタが配置されており、捕集位置に保持されている切替弁が該更に別のパティキュレートフィルタの状態に応じて一時的にバイパス位置に切り替えられるようになっている請求項1又は7に記載の内燃機関の排気浄化装置。A further particulate filter is disposed in the exhaust passage between the exhaust passage downstream of the portion where the outflow end of the bypass passage opens and the muffler, and the switching valve held in the collecting position is provided with the further separate valve. The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to claim 1 or 7, wherein the exhaust gas purification device is temporarily switched to a bypass position in accordance with the state of the particulate filter. バイパス通路の流入端が開口する部分よりも上流の排気通路内に、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに流入する排気ガス中のイオウ分を蓄え、流入する排気ガスの空燃比が低下すると蓄えているイオウ分を放出するイオウ分蓄積剤が配置されており、捕集位置に保持されている切替弁が該イオウ分蓄積剤の状態に応じて一時的にバイパス位置に切り替えられるようになっている請求項1又は7に記載の内燃機関の排気浄化装置。In the exhaust passage upstream from the portion where the inflow end of the bypass passage opens, the sulfur content in the exhaust gas flowing in when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lean is stored, and the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lowered Then, a sulfur accumulation agent that releases the stored sulfur component is arranged, and the switching valve held at the collection position is temporarily switched to the bypass position according to the state of the sulfur accumulation agent. The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to claim 1 or 7, wherein 捕集位置に保持されている切替弁が機関運転状態に応じて一時的にバイパス位置に切り替えられるようになっている請求項1又は7に記載の内燃機関の排気浄化装置。The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 1 or 7, wherein the switching valve held at the collection position is temporarily switched to the bypass position in accordance with the engine operating state. パティキュレートフィルタ又はNO触媒を通過する排気ガスがパティキュレートフィルタ内又はNO触媒内にその一端面のみを介し流入しパティキュレートフィルタ又はNO触媒からその他端面のみを介し流出するように排気ガスが案内されている請求項1又は7に記載の内燃機関の排気浄化装置。Exhaust gas so that the exhaust gas passing through the particulate filter or NO X catalyst flows out only via the other end surface from inside the particulate filter, or one end face in the NO X catalyst only flows through the particulate filter or NO X catalyst The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to claim 1 or 7, wherein パティキュレートフィルタ又はNO触媒を通過する排気ガスがパティキュレートフィルタ内又はNO触媒内にその一端面を介し流入しパティキュレートフィルタ又はNO触媒からその他端面を介し流出するように排気ガスを案内するか、又はパティキュレートフィルタ内又はNO触媒内にその他端面を介し流入しパティキュレートフィルタ又はNO触媒からその一端面を介し流出するように排気ガスを案内するかを切り替えるための切り替え手段を具備した請求項1又は7に記載の内燃機関の排気浄化装置。Guiding the exhaust gas so that the exhaust gas passing through the particulate filter or NO X catalyst flows out through the other end surface from the inflow and the particulate filter or NO X catalyst through its one end surface in the or NO X catalyst particulate filter either, or a switching means for flowing through the other end face in the particulate in the particulate filter or NO X in the catalyst switching to and guides the exhaust gases to flow out through the one end face from the particulate filter or NO X catalyst The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to claim 1 or 7, which is provided.
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