JP3896923B2

JP3896923B2 - Exhaust purification device and exhaust purification method for internal combustion engine

Info

Publication number: JP3896923B2
Application number: JP2002225219A
Authority: JP
Inventors: 伸基大橋
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-08-01
Filing date: 2002-08-01
Publication date: 2007-03-22
Anticipated expiration: 2022-08-01
Also published as: JP2004068623A

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及び排気浄化方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃焼室内で燃焼せしめられる混合気の空燃比がリーンに維持される内燃機関の排気通路内に、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ＮＯ_Ｘ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_Ｘを還元して蓄えているＮＯ_Ｘの量が減少するＮＯ_Ｘ触媒を配置し、ＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられているイオウの量を減少させるために、ＮＯ_Ｘ触媒に水素Ｈ_２を供給するようにした内燃機関が公知である（特許第２７８０５９６号公報参照）。イオウはＮＯ_Ｘ触媒内に硫酸塩の形で蓄えられるところ、ＮＯ_Ｘ触媒内に水素Ｈ_２を供給すれば炭化水素ＨＣや一酸化炭素ＣＯを供給するよりも容易に硫酸塩が分解する。そこでこの内燃機関では、ＮＯ_Ｘ触媒に水素Ｈ_２を供給するようにし、ＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられているイオウの量が速やかに減少されるようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の内燃機関では例えば水の電気分解を行う水素生成装置を必須とし、従って構成が複雑になるばかりかコストも増大する。
【０００４】
そこで本発明の目的は、簡単な構成でもって、ＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられているイオウの量を速やかに減少させることができる内燃機関の排気浄化装置及び排気浄化方法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、燃焼室内で燃焼せしめられる混合気の空燃比がリーンに維持される内燃機関の排気通路内に、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ＮＯ_Ｘ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_Ｘを還元して蓄えているＮＯ_Ｘの量が減少するＮＯ_Ｘ触媒を配置し、流入する排気ガスの空燃比がリッチのときに流入する排気ガス中の炭化水素から水素を生成する水素生成触媒をＮＯ_Ｘ触媒上流の排気通路内に配置し、ＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられているイオウの量を減少させるべきときには、水素生成触媒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ように、水素生成触媒上流の排気通路内に炭化水素を供給するようにし、水素生成触媒とＮＯ _Ｘ触媒間の排気通路内に炭化水素供給ノズルを配置し、ＮＯ _Ｘ触媒内に蓄えられているＮＯ _Ｘを還元しかつＮＯ _Ｘ触媒内に蓄えられているＮＯ _Ｘの量を減少させるべきときには、ＮＯ _Ｘ触媒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ように、該炭化水素供給ノズルから水素生成触媒とＮＯ _Ｘ触媒間の排気通路内に炭化水素を供給するようにしている。
【０００６】
また、２番目の発明によれば１番目の発明において、水素生成触媒上流の排気通路内に炭化水素供給ノズルを配置し、該炭化水素供給ノズルから水素生成触媒上流の排気通路内に炭化水素を供給するようにしている。
【０００８】
また、３番目の発明によれば１番目の発明において、前記ＮＯ_Ｘ触媒が、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上に担持されている。
【０００９】
また、前記課題を解決するために４番目の発明によれば、燃焼室内で燃焼せしめられる混合気の空燃比がリーンに維持される内燃機関の排気通路内に、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ＮＯ_Ｘ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_Ｘを還元して蓄えているＮＯ_Ｘの量が減少するＮＯ_Ｘ触媒が配置されており、流入する炭化水素から水素を生成する水素生成触媒を用意し、ＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられているイオウの量を減少させるべきときには、排気ガス中に炭化水素を供給すると共に、該炭化水素を含む排気ガスを水素生成触媒に接触させた後にＮＯ_Ｘ触媒内に流入せしめ、ＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられているＮＯ_Ｘを還元しかつＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられているＮＯ_Ｘの量を減少させるべきときには、排気ガス中に炭化水素を供給すると共に、該炭化水素を含む排気ガスを水素生成触媒に接触させることなくＮＯ_Ｘ触媒内に流入せしめる、各段階を備えている。
【００１０】
また、前記課題を解決するために５番目の発明によれば、燃焼室内で燃焼せしめられる混合気の空燃比がリーンに維持される内燃機関の排気通路内に、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ＮＯ_Ｘ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_Ｘを還元して蓄えているＮＯ_Ｘの量が減少するＮＯ_Ｘ触媒を配置し、流入する排気ガスの空燃比がリッチのときに流入する排気ガス中の炭化水素から水素を生成する水素生成触媒をＮＯ_Ｘ触媒上流の排気通路内に配置し、水素生成触媒内に流入する排気ガスの空燃比がリッチになるように水素生成触媒上流の排気通路内に炭化水素を供給するための上流側炭化水素供給ノズルと、ＮＯ_Ｘ触媒内に流入する排気ガスの空燃比がリッチになるように水素生成触媒とＮＯ_Ｘ触媒間の排気通路内に炭化水素を供給するための下流側炭化水素供給ノズルとを具備し、ＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられているイオウの量を減少させるために上流側炭化水素供給ノズル又は下流側炭化水素供給ノズルから炭化水素を供給すると共に、ＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられているイオウの量を減少させるために炭化水素を供給する炭化水素供給ノズルをこれら上流側炭化水素供給ノズルと下流側炭化水素供給ノズルとの間で選択的に切り替えるようにしている。
【００１１】
また、６番目の発明によれば５番目の発明において、ＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられているイオウの量を減少させるために炭化水素を供給する炭化水素供給ノズルをＮＯ_Ｘ触媒の温度に応じて選択的に切り替えるようにしている。
【００１２】
また、７番目の発明によれば６番目の発明において、ＮＯ_Ｘ触媒の温度が、ＮＯ_Ｘ触媒から単位時間当たりに排出される硫化水素の量が許容最大量になる上限温度よりも低いときにはＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられているイオウの量を減少させるために上流側炭化水素供給ノズルから炭化水素を供給し、ＮＯ_Ｘ触媒の温度が前記上限温度よりも高いときにはＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられているイオウの量を減少させるために下流側炭化水素供給ノズルから炭化水素を供給するようにしている。
【００１３】
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、水素Ｈ_２、炭化水素ＨＣ及び一酸化炭素ＣＯのような還元剤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。
【００１４】
【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。
【００１５】
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。
【００１６】
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を介してケーシング２２ａに接続され、ケーシング２２ａは排気管２０ｂを介してケーシング２３ａに接続される。ケーシング２２ａ内には後述する水素生成触媒２２が収容され、ケーシング２３ａ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２３ｂが収容される。このパティキュレートフィルタ２３ｂ上には後述するＮＯ_Ｘ触媒２３が担持されている。更に、ケーシング２３ａには排気管２０ｃが接続される。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
更に、排気管２０ａには排気管２０ａ内に炭化水素ＨＣを供給するための上流側ＨＣ供給ノズル３０ｕが取り付けられ、排気管２０ｂには排気管２０ｂ内にＨＣを供給するための下流側ＨＣ供給ノズル３０ｄが取り付けられる。本発明による実施例において、排気管２０ａ，２０ｂ内に供給されるＨＣは燃料から形成されており、これらＨＣ供給ノズル３０ｕ，３０ｄは三方弁３１を介して電気制御式の燃料ポンプ３２に接続される。この三方弁３１は燃料ポンプ３２から吐出された燃料を、上流側ＨＣ供給ノズル３０ｕと下流側ＨＣ供給ノズル３０ｄとのうちいずれか一方に選択的に供給する。
【００２０】
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。ＮＯ_Ｘ触媒２３下流の排気管２０ｃにはＮＯ_Ｘ触媒２３から流出した排気ガス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。この排気ガスの温度はＮＯ_Ｘ触媒２３の温度を表している。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。
【００２１】
一方、出力ポート４６は対応する駆動回路５３を介して燃料噴射弁６、ステップモータ１６、ＥＧＲ制御弁２５、燃料ポンプ２８，３２、及び三方弁３１にそれぞれ接続される。
【００２２】
水素生成触媒２２は例えば酸性質担体又はゼオライト担体上に担持された白金Ｐｔのような貴金属を具備する。この水素生成触媒２２は流入する排気ガスの空燃比がリッチのときに流入する排気ガス中のＨＣから水素Ｈ_２を生成し、流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリーンであると、ほとんどＨ_２を生成しない。
【００２３】
具体的には、図２に示されるように、水素生成触媒２２で単位時間当たり生成されるＨ_２の量、即ち生成Ｈ_２量は流入する排気ガスの空燃比がリッチになればなるほど、多くなる。水素生成触媒２２内でどのようにしてＨ_２が生成されるかは必ずしも明らかにされていないけれども、主として水蒸気改質（ＨＣ＋Ｈ_２Ｏ→ＣＯ_２＋Ｈ_２）によるものと考えられている。
【００２４】
一方、パティキュレートフィルタ２３ｂの隔壁上即ち例えば隔壁の両側面及び細孔内壁面上には、ＮＯ_Ｘ触媒２３がそれぞれ担持されている。このＮＯ_Ｘ触媒２３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。
【００２５】
ＮＯ_Ｘ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_Ｘ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_Ｘを還元して蓄えているＮＯ_Ｘの量を減少させる蓄積還元作用を行う。
【００２６】
ＮＯ_Ｘ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。
【００２７】
即ち、ＮＯ_Ｘ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_２がＯ_２ ⁻又はＯ^２−の形で白金Ｐｔの表面に付着する。一方、流入する排気ガス中のＮＯは白金Ｐｔの表面に付着し白金Ｐｔの表面上でＯ_２ ⁻又はＯ^２−と反応し、ＮＯ_２となる（ＮＯ＋Ｏ_２→ＮＯ_２＋Ｏ^＊、ここでＯ^＊は活性酸素）。次いで生成されたＮＯ_２の一部は白金Ｐｔ上でさらに酸化されつつＮＯ_Ｘ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_３ ⁻の形でＮＯ_Ｘ触媒内に拡散する。このようにしてＮＯ_ＸがＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられる。
【００２８】
これに対し、ＮＯ_Ｘ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_２の生成量が低下し、反応が逆方向（ＮＯ_３ ⁻→ＮＯ＋２Ｏ^＊）に進み、斯くしてＮＯ_Ｘ触媒内の硝酸イオンＮＯ_３ ⁻がＮＯの形でＮＯ_Ｘ触媒から放出される。この放出されたＮＯ_Ｘ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_Ｘが存在しなくなるとＮＯ_Ｘ触媒から次から次へとＮＯ_Ｘが放出されて還元され、ＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられているＮＯ_Ｘの量が次第に減少する。
【００２９】
なお、硝酸塩を形成することなくＮＯ_Ｘを蓄え、ＮＯ_Ｘを放出することなくＮＯ_Ｘ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_Ｘ触媒はＮＯ_Ｘ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。
【００３０】
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、従って水素生成触媒２２内及びＮＯ_Ｘ触媒２３内を流通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_ＸはＮＯ_Ｘ触媒２３内に蓄えられる。
【００３１】
時間の経過と共にＮＯ_Ｘ触媒２３内の蓄積ＮＯ_Ｘ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_Ｘ触媒２３内の蓄積ＮＯ_Ｘ量ＱＮが許容量ＱＮＵを越えたときにはＮＯ_Ｘ触媒２３内に蓄えられているＮＯ_Ｘを還元しＮＯ_Ｘ触媒２３内の蓄積ＮＯ_Ｘ量を減少させるために、ＮＯ_Ｘ触媒２３内に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリッチに切り替える蓄積ＮＯ_Ｘ量減少制御を行うようにしている。
【００３２】
ところで、排気ガス中にはイオウ分がＳＯ_Ｘの形で含まれており、ＮＯ_Ｘ触媒２３内にはＮＯ_ＸばかりでなくＳＯ_Ｘも蓄えられる。このＳＯ_ＸのＮＯ_Ｘ触媒２３内への蓄積メカニズムはＮＯ_Ｘ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_Ｘ触媒２３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_２がＯ_２ ⁻又はＯ^２−の形で白金Ｐｔの表面に付着しており、流入する排気ガス中のＳＯ_２は白金Ｐｔの表面に付着し白金Ｐｔの表面上でＯ_２ ⁻又はＯ^２−と反応し、ＳＯ_３となる。次いで生成されたＳＯ_３は白金Ｐｔ上でさらに酸化されつつＮＯ_Ｘ触媒２３内に吸収されて酸化バリウムＢａＯと結合しながら、硫酸イオンＳＯ_４ ⁻の形でＮＯ_Ｘ触媒２３内に拡散する。この硫酸イオンＳＯ_４ ⁻は次いでバリウムイオンＢａ^＋と結合して硫酸塩ＢａＳＯ_４を生成する。
【００３３】
この硫酸塩ＢａＳＯ_４は分解しにくく、ＮＯ_Ｘ触媒２３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_Ｘ触媒２３内の硫酸塩ＢａＳＯ_４の量は減少しない。このため、時間が経過するにつれてＮＯ_Ｘ触媒２３内の硫酸塩ＢａＳＯ_４の量が増大し、その結果ＮＯ_Ｘ触媒２３が蓄えうるＮＯ_Ｘの量が減少することになる。
【００３４】
ところで、排気ガス中にはイオウ分がＳＯ_Ｘの形で含まれており、ＮＯ_Ｘ触媒２３内にはＮＯ_ＸばかりでなくＳＯ_Ｘも蓄えられる。このＳＯ_ＸのＮＯ_Ｘ触媒２３内への蓄積メカニズムはＮＯ_Ｘ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_Ｘ触媒２３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_２がＯ_２ ⁻又はＯ^２−の形で白金Ｐｔの表面に付着しており、流入する排気ガス中のＳＯ_２は白金Ｐｔの表面に付着し白金Ｐｔの表面上でＯ_２ ⁻又はＯ^２−と反応し、ＳＯ_３となる。次いで生成されたＳＯ_３は白金Ｐｔ上でさらに酸化されつつＮＯ_Ｘ触媒２３内に吸収されて酸化バリウムＢａＯと結合しながら、硫酸イオンＳＯ_４ ⁻の形でＮＯ_Ｘ触媒２３内に拡散する。この硫酸イオンＳＯ_４ ⁻は次いでバリウムイオンＢａ^＋と結合して硫酸塩ＢａＳＯ_４を生成する。
【００３５】
この硫酸塩ＢａＳＯ_４は分解しにくく、ＮＯ_Ｘ触媒２３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_Ｘ触媒２３内の硫酸塩ＢａＳＯ_４の量は減少しない。このため、時間が経過するにつれてＮＯ_Ｘ触媒２３内の硫酸塩ＢａＳＯ_４の量が増大し、その結果ＮＯ_Ｘ触媒２３が蓄えうるＮＯ_Ｘの量が減少することになる。
【００３６】
ところが、ＮＯ_Ｘ触媒２３の温度を例えば５５０℃以上に維持しつつＮＯ_Ｘ触媒２３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と、ＮＯ_Ｘ触媒２３内の硫酸塩ＢａＳＯ_４が分解する。即ち、ＮＯ_Ｘ触媒２３内に流入する排気ガス平均空燃比が理論空燃比又はリッチにされたときに、排気ガス中に比較的多量のＨ_２が含まれている場合には、主としてＨ_２が硫酸塩ＢａＳＯ_４の還元剤として作用する。この場合、硫酸塩ＢａＳＯ_４はＨ_２によって硫化水素Ｈ_２Ｓに分解され、主としてＨ_２Ｓの形でＮＯ_Ｘ触媒２３から排出される。これに対し、排気ガス中にＨ_２がほとんど含まれておらずＨＣ，ＣＯが含まれている場合には、硫酸塩ＢａＳＯ_４はこれらＨＣ，ＣＯによってＳＯ_３に分解され、この分解されたＳＯ_３は排気ガス中のＨＣ，ＣＯと反応してＳＯ_２に還元せしめられ、ＳＯ_２の形でＮＯ_Ｘ触媒２３から排出される。
【００３７】
いずれにしても、ＮＯ_Ｘ触媒２３内に硫酸塩ＢａＳＯ_４の形で蓄えられているＳＯ_Ｘの量が次第に減少する。
【００３８】
そこで本発明による実施例では、例えばＮＯ_Ｘ触媒２３内の蓄積ＳＯ_Ｘ量が許容量を越えたときには、ＮＯ_Ｘ触媒２３内の蓄積ＳＯ_Ｘ量を減少させるために、ＮＯ_Ｘ触媒２３の温度を要求温度ＴＳ例えば５５０℃以上に維持する昇温制御を行いつつ、ＮＯ_Ｘ触媒２３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維持する蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御を行うようにしている。
【００３９】
なお、上述した昇温制御を実行するために、例えば内燃機関から排出される排気ガスの温度を上昇させてＮＯ_Ｘ触媒２３の温度を上昇させることができる。或いは、例えばＮＯ_Ｘ触媒２３の上流端に電気ヒータを配置して電気ヒータによりＮＯ_Ｘ触媒２３又はＮＯ_Ｘ触媒２３に流入する排気ガスを加熱することもできるし、ＮＯ_Ｘ触媒２３上流の排気通路内に燃料を二次的に噴射してこの燃料を燃焼させることによりＮＯ_Ｘ触媒２３を加熱することもできる。
【００４０】
図３はＮＯ_Ｘ触媒２３内に流入する排気ガスの平均空燃比が一定のリッチになるように、ＮＯ_Ｘ触媒２３内に流入する排気ガス中に様々な還元剤を供給した場合の、ＮＯ_Ｘ触媒２３の蓄積ＳＯ_Ｘ量の単位時間当たりの減少分、即ち減少ＳＯ_Ｘ量を示す実験結果である。図３において、ＴＥＸはＮＯ_Ｘ触媒２３内に流入する排気ガスの温度を表している。
【００４１】
図３からわかるように、排気ガス中にＨ_２を供給すると、一酸化炭素ＣＯやプロパンＣ_３Ｈ_６を用いた場合よりも、減少ＳＯ_Ｘ量がかなり多くなり、しかも蓄積ＳＯ_Ｘ量が減少し始める温度ＴＥＸが低くなる。
【００４２】
従って、ＮＯ_Ｘ触媒２３内に流入する排気ガス中にＨ_２が含まれていると、蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御を比較的低い温度において、速やかに完了できるということになる。
【００４３】
さて、本発明による実施例では、蓄積ＮＯ_Ｘ量減少制御を行うべきときには、下流側ＨＣ供給ノズル３０ｄから、ＮＯ_Ｘ触媒２３内に流入する排気ガスの空燃比がリッチになるように、ＨＣが供給される。この場合、図４（Ａ）に示されるように水素生成触媒２２内を流通する排気ガスの平均空燃比はリーンに維持されながら、ＮＯ_Ｘ触媒２３内に流入する排気ガスの平均空燃比がリッチに切り替えられる。従って、ＮＯ_Ｘ触媒２３内に比較的多量のＨＣが流入し、このＨＣによりＮＯ_Ｘ触媒２３内のＮＯ_Ｘが還元され、斯くしてＮＯ_Ｘ触媒２３内の蓄積ＮＯ_Ｘ量が減少せしめられる。
【００４４】
一方、蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御を行うべきときには、上流側ＨＣ供給ノズル３０ｕから、水素生成触媒２２内に流入する排気ガスの平均空燃比がリッチになるように、ＨＣが供給される。その結果、図４（Ｂ）に示されるように水素生成触媒２２内に多量のＨＣが流入し、このＨＣの一部からＨ_２が生成される。このＨ_２と残りのＨＣとは次いでＮＯ_Ｘ触媒２３内に流入する。このとき、ＮＯ_Ｘ触媒２３内に流入する排気ガスの平均空燃比はリッチに維持されており、従ってこれらＨ_２及びＨＣ、主としてＨ_２により硫酸塩ＢａＳＯ_４が分解され、斯くしてＮＯ_Ｘ触媒２３内の蓄積ＳＯ_Ｘ量が減少せしめられる。
【００４５】
このように蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御を行うべきときに上流側ＨＣ供給ノズル３０ｕからＨＣを供給するようにすると、ＮＯ_Ｘ触媒２３内に流入する排気ガス中にＨ_２が含まれることになる。流入する排気ガス中にＨ_２が含まれていると、図３を参照して説明したように硫酸塩が比較的容易に分解され、従って蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御を速やかに完了することができる。また、昇温制御における要求温度を低くすることもできる。なお、図４に示されるＨＣ量及びＨ_２量はそれぞれの増減の傾向を表すに過ぎない。
【００４６】
ところが、上流側ＨＣ供給ノズル３０ｕからＨＣを供給すると、このＨＣの一部が水素生成触媒２２内で流入する排気ガス中の酸素Ｏ_２と反応するので、この分だけＨＣを有効に利用することができない。一方、ＮＯ_Ｘ触媒２３内に蓄えられているＮＯ_ＸはＨＣでもって比較的容易に還元される。
【００４７】
そこで本発明による実施例では、蓄積ＮＯ_Ｘ量減少制御を行うべきときには下流側ＨＣ供給ノズル３０ｄからＨＣを供給するようにしている。図４に示される例では、蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御において水素生成触媒２２内に流入する排気ガスのリッチ度合いの方が、蓄積ＮＯ_Ｘ量減少制御においてＮＯ_Ｘ触媒２３内に流入する排気ガスのリッチ度合いよりも大きくなっている。
【００４８】
従って、一般的に言うと、蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御を行うべきときには、排気ガス中にＨＣを供給すると共に、ＨＣを含む排気ガスを水素生成触媒２２に接触させた後にＮＯ_Ｘ触媒２３内に流入せしめ、蓄積ＮＯ_Ｘ量減少制御を行うべきときには、排気ガス中にＨＣを供給すると共に、ＨＣを含む排気ガスを水素生成触媒２２に接触させることなくＮＯ_Ｘ触媒２３内に流入せしめているということになる。
【００４９】
一方、上流側ＨＣ供給ノズル３０ｕからＨＣを供給すると、主としてＨ_２が還元剤として作用し、下流側ＨＣ供給ノズル３０ｄからＨＣを供給するとＨＣが還元剤として作用する。そうすると、本発明による実施例のようにＨＣを供給するのに用いられるＨＣ供給ノズル３０ｕ，３０ｄを切り替えるということは、ＮＯ_Ｘ触媒２３に供給される還元剤の種類を切り替えているという見方もできる。
【００５０】
図５は上述したＨＣ供給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。
【００５１】
図５を参照すると、まずステップ１００ではＮＯ_Ｘ触媒２３の蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御を行うべきか否かが判別される。本発明による実施例では、ＮＯ_Ｘ触媒２３内の蓄積ＳＯ_Ｘ量が許容量を越えてから、蓄積ＳＯ_Ｘ量が下限値例えばほぼゼロになるまで、蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御を行うべきと判断される。蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御を行うべきでないときには次いでステップ１０１に進み、ＮＯ_Ｘ触媒２３の蓄積ＮＯ_Ｘ量減少制御を行うべきか否かが判別される。本発明による実施例では、ＮＯ_Ｘ触媒２３内の蓄積ＮＯ_Ｘ量が許容量を越えてから、蓄積ＮＯ_Ｘ量が下限値例えばほぼゼロになるまで、蓄積ＮＯ_Ｘ量減少制御を行うべきと判断される。蓄積ＮＯ_Ｘ量減少制御を行うべきでないときには処理サイクルを終了し、ＮＯ_Ｘ触媒２３の蓄積ＮＯ_Ｘ量減少制御を行うべきときには次いでステップ１０２に進み、下流側ＨＣ供給ノズル３０ｄからＨＣが供給される。一方、蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御を行うべきときにはステップ１００からステップ１０３に進み、上流側ＨＣ供給ノズル３０ｕからＨＣが供給される。
【００５２】
次に、本発明による別の実施例を説明する。この別の実施例でも、蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御を行うべきときには上流側ＨＣ供給ノズル３０ｕからＨＣが供給される。
【００５３】
しかしながら、蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御が開始されてから一定時間の間は下流側ＨＣ供給ノズル３０ｄからＨＣが供給され、ＮＯ_Ｘ触媒２３の温度Ｔが高いときにも下流側ＨＣ供給ノズル３０ｄからＨＣが供給される。これは次の理由による。
【００５４】
上述したように、上流側ＨＣ供給ノズル３０ｕからＨＣを供給しながら蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御を行うと、ＮＯ_Ｘ触媒２３からイオウがＨ_２Ｓの形で排出されると考えられている。図６及び図７は、上流側ＨＣ供給ノズル３０ｕからＨＣを供給しながら蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御を行ったときに、ＮＯ_Ｘ触媒２３から単位時間当たり排出されるＨ_２Ｓの量、即ち排出Ｈ_２Ｓ量を示している。図６はＮＯ_Ｘ触媒２３内に流入する排気ガスの平均空燃比をリッチに切り替えてからの排出Ｈ_２Ｓ量の経時変化を示しており、図７はＮＯ_Ｘ触媒２３の温度Ｔの変化に対する排出Ｈ_２Ｓ量の変化を示している。なお、図６の矢印ＸはＮＯ_Ｘ触媒２３内に流入する排気ガスの平均空燃比がリッチに切り替えられた時期を示している。
【００５５】
図６に示されるように、ＮＯ_Ｘ触媒２３内に流入する排気ガスの平均空燃比がリッチに切り替えられると、即ち蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御が開始されると、排出Ｈ_２Ｓ量は急激に増大してピークに達し、次いで時間の経過と共に減少していく。この場合、概略的に言うと、排気ガスの平均空燃比がリッチに切り替えられてから時間ｔＳの間は排出Ｈ_２Ｓ量が許容最大量ＵＬよりも多くなる。
【００５６】
また、図７に示されるように、ＮＯ_Ｘ触媒２３の温度Ｔが高くなるにつれて排出Ｈ_２Ｓ量が多くなり、ＮＯ_Ｘ触媒温度Ｔが上限温度ＴＵを越えると排出Ｈ_２Ｓ量が許容最大量ＵＬよりも多くなる。
【００５７】
一方、下流側ＨＣ供給ノズル３０ｄからＨＣを供給したときには、ＮＯ_Ｘ触媒２３内のＳＯ_ＸはＳＯ_２の形でＮＯ_Ｘ触媒２３から排出され、Ｈ_２Ｓの形ではほとんど排出されない。
【００５８】
そこで、蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御が開始されてから時間ｔＳだけ経過するまでの間、及びＮＯ_Ｘ触媒２３の温度Ｔが上限温度ＴＵよりも高いときには、下流側ＨＣ供給ノズル３０ｄからＨＣを供給するようにしている。
【００５９】
従って、一般的に言うと、蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御を行うためにＨＣを供給するＨＣ供給ノズルを、ＮＯ_Ｘ触媒２３の温度Ｔ又は蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御が開始されてからの経過時間に応じて、上流側ＨＣ供給ノズル３０ｕと下流側ＨＣ供給ノズル３０ｄとの間で選択的に切り替えているということになる。
【００６０】
その上で、ＮＯ_Ｘ触媒２３の温度Ｔが、排出Ｈ_２Ｓ量が許容最大量ＵＬになる上限温度ＴＵよりも低いときには蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御を行うために上流側ＨＣ供給ノズル３０ｕからＨＣを供給し、ＮＯ_Ｘ触媒２３の温度Ｔが上限温度ＴＵよりも高いときには蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御を行うために下流側ＨＣ供給ノズル３０ｄからＨＣを供給するようにしているということになる。
【００６１】
或いは、蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御が開始されてからの経過時間が、排出Ｈ_２Ｓ量が許容最大量ＵＬを越える時間ｔＳよりも短いときには蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御を行うために下流側ＨＣ供給ノズル３０ｄからＨＣを供給し、蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御が開始されてから時間ｔＳだけ経過したときには蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御を行うために上流側ＨＣ供給ノズル３０ｕからＨＣを供給するようにしているということになる。
【００６２】
図８は上述した別の実施例によるＨＣ供給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。
【００６３】
図８を参照すると、まずステップ１２０ではＮＯ_Ｘ触媒２３の蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御を行うべきか否かが判別される。蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御を行うべきでないときには次いでステップ１２１に進み、ＮＯ_Ｘ触媒２３の蓄積ＮＯ_Ｘ量減少制御を行うべきか否かが判別される。蓄積ＮＯ_Ｘ量減少制御を行うべきでないときには処理サイクルを終了し、蓄積ＮＯ_Ｘ量減少制御を行うべきときには次いでステップ１２２に進み、蓄積ＮＯ_Ｘ量減少制御を行うために下流側ＨＣ供給ノズル３０ｄからＨＣが供給される。
【００６４】
一方、蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御を行うべきときにはステップ１２０からステップ１２３に進み、ＮＯ_Ｘ触媒２３の蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御が開始されてから時間ｔＳだけ経過したか否かが判別される。時間ｔＳだけ経過していないときには次いでステップ１２２に進み、蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御を行うために下流側ＨＣ供給ノズル３０ｄからＨＣが供給される。時間ｔＳだけ経過したときには次いでステップ１２４に進み、ＮＯ_Ｘ触媒２３の温度Ｔが上限温度ＴＵ以下であるか否かが判別される。Ｔ≦ＴＵのときには次いでステップ１２５に進み、蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御を行うために上流側ＨＣ供給ノズル３０ｕからＨＣが供給される。これに対し、Ｔ＞ＴＵのときには次いでステップ１２２に進み、蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御を行うために下流側ＨＣ供給ノズル３０ｄからＨＣが供給される。
【００６５】
これまで述べてきた本発明による各実施例では、蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御を行うべきときに、上流側ＨＣ供給ノズル３０ｕのみからＨＣを供給するようにしている。しかしながら、蓄積ＳＯ_Ｘ量減少制御を行うべきときに、上流側ＨＣ供給ノズル３０ｕと下流側ＨＣ供給ノズル３０ｄとの両方からＨＣを供給することもできる。
【００６６】
また、これまで述べてきた本発明による各実施例では、水素生成触媒２２内に流入する排気ガスの空燃比をリッチにするために上流側ＨＣ供給ノズル３０ｕからＨＣを供給するようにしている。しかしながら、燃焼室５から排出される排気ガスの空燃比をリッチにすることにより、水素生成触媒２２内に流入する排気ガスの空燃比をリッチにするようにしてもよい。この場合、燃焼室５内で燃焼せしめられる混合気の空燃比をリッチにすることもできるし、又は膨張行程又は排気行程に燃料噴射弁６から二次的に燃料を噴射することもできる。
【００６７】
【発明の効果】
簡単な構成でもって、ＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられているイオウの量を速やかに減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】内燃機関の全体図である。
【図２】水素生成触媒の生成Ｈ_２量を示す線図である。
【図３】ＮＯ_Ｘ触媒の減少ＳＯ_Ｘ量を示す線図である。
【図４】本発明による実施例を説明するための線図である。
【図５】本発明の実施例によるＨＣ供給制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図６】ＮＯ_Ｘ触媒の排出Ｈ_２Ｓ量を示す線図である。
【図７】ＮＯ_Ｘ触媒の排出Ｈ_２Ｓ量を示す線図である。
【図８】本発明の別の実施例によるＨＣ供給制御ルーチンを示す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…水素生成触媒
２３…ＮＯ_Ｘ触媒
３０ｕ，３０ｄ…ＨＣ供給ノズル[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust gas purification apparatus and an exhaust gas purification method for an internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
NO in the exhaust gas flowing in when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust passage of the internal combustion engine in which the air-fuel ratio of the air-fuel mixture combusted in the combustion chamber is kept lean is lean_XNO when storing the reducing agent in the exhaust gas when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing in decreases_XNO is being reduced and stored_XNO decreases in quantity_XPlace catalyst and NO_XTo reduce the amount of sulfur stored in the catalyst, NO_XHydrogen H as catalyst₂There is known an internal combustion engine that supplies a gas (see Japanese Patent No. 2780596). Sulfur is NO_XNO stored in the form of sulfate in the catalyst_XHydrogen H in the catalyst₂Is more easily decomposed than hydrocarbon HC and carbon monoxide CO. Therefore, in this internal combustion engine, NO_XHydrogen H as catalyst₂To supply NO_XThe amount of sulfur stored in the catalyst is quickly reduced.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, the internal combustion engine described above requires, for example, a hydrogen generator that performs electrolysis of water, and thus the configuration is complicated and the cost is increased.
[0004]
Therefore, the object of the present invention is to provide a simple structure and NO._XAn object of the present invention is to provide an exhaust purification device and an exhaust purification method for an internal combustion engine that can quickly reduce the amount of sulfur stored in a catalyst.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
  In order to solve the above problems, according to the first invention, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust passage of the internal combustion engine in which the air-fuel ratio of the air-fuel mixture combusted in the combustion chamber is kept lean is lean. NO in exhaust gas sometimes flowing in_XNO when storing the reducing agent in the exhaust gas when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing in decreases_XNO is being reduced and stored_XNO decreases in quantity_XNO is a hydrogen generation catalyst that generates hydrogen from hydrocarbons in the exhaust gas that flows in when the catalyst is arranged and the air-fuel ratio of the exhaust gas that flows in is rich_XNO in the exhaust passage upstream of the catalyst_XWhen the amount of sulfur stored in the catalyst is to be reduced, hydrocarbons in the exhaust passage upstream of the hydrogen generation catalyst are arranged so that the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the hydrogen generation catalyst is temporarily switched to rich. To supply, Hydrogen generation catalyst and NO _X A hydrocarbon feed nozzle is placed in the exhaust passage between the catalysts and NO. _X NO stored in the catalyst _X NO and NO _X NO stored in the catalyst _X NO should be reduced when NO _X From the hydrocarbon supply nozzle, the hydrogen generation catalyst and the NO are supplied so that the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst is temporarily switched to rich. _X Supply hydrocarbons in the exhaust passage between the catalysts.ing.
[0006]
According to the second invention, in the first invention, a hydrocarbon supply nozzle is disposed in the exhaust passage upstream of the hydrogen generation catalyst, and hydrocarbons are introduced from the hydrocarbon supply nozzle into the exhaust passage upstream of the hydrogen generation catalyst. I am trying to supply.
[0008]
  Also,3According to the second invention, in the first invention, the NO_XA catalyst is supported on a particulate filter for collecting fine particles in the inflowing exhaust gas.
[0009]
  In order to solve the above problems4According to the second aspect of the invention, in the exhaust gas passage of the internal combustion engine in which the air-fuel ratio of the air-fuel mixture combusted in the combustion chamber is maintained lean, the exhaust gas flowing in when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing in is lean. NO_XNO when storing the reducing agent in the exhaust gas when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing in decreases_XNO is being reduced and stored_XNO decreases in quantity_XA catalyst is arranged, and a hydrogen generation catalyst for generating hydrogen from inflowing hydrocarbons is prepared, and NO_XWhen the amount of sulfur stored in the catalyst is to be reduced, hydrocarbons are supplied into the exhaust gas, and the exhaust gas containing the hydrocarbons is brought into contact with the hydrogen generating catalyst, and then NO._XLet it flow into the catalyst, NO_XNO stored in the catalyst_XNO and NO_XNO stored in the catalyst_XWhen reducing the amount of NO, the hydrocarbons are supplied into the exhaust gas, and the exhaust gas containing the hydrocarbons is brought into contact with the hydrogen generation catalyst without contacting the_XEach stage is introduced into the catalyst.
[0010]
  In order to solve the above problems5According to the second invention, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture combusted in the combustion chamber is maintained in the exhaust passage of the internal combustion engine, and the exhaust gas flowing in when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing in is lean. NO_XNO when storing the reducing agent in the exhaust gas when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing in decreases_XNO is being reduced and stored_XNO decreases in quantity_XNO is a hydrogen generation catalyst that generates hydrogen from hydrocarbons in the exhaust gas that flows in when the catalyst is arranged and the air-fuel ratio of the exhaust gas that flows in is rich_XAn upstream hydrocarbon supply nozzle disposed in the exhaust passage upstream of the catalyst and for supplying hydrocarbons into the exhaust passage upstream of the hydrogen generation catalyst so that the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the hydrogen generation catalyst becomes rich And NO_XHydrogen generating catalyst and NO so that the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst becomes rich_XA downstream side hydrocarbon supply nozzle for supplying hydrocarbons into the exhaust passage between the catalysts, and NO_XIn order to reduce the amount of sulfur stored in the catalyst, the hydrocarbon is supplied from the upstream hydrocarbon supply nozzle or the downstream hydrocarbon supply nozzle, and NO._XIn order to reduce the amount of sulfur stored in the catalyst, the hydrocarbon feed nozzle for feeding hydrocarbons is selectively switched between the upstream hydrocarbon feed nozzle and the downstream hydrocarbon feed nozzle. Yes.
[0011]
  Also,6According to the second invention5In the second invention, NO_XNo hydrocarbon feed nozzle to feed hydrocarbons to reduce the amount of sulfur stored in the catalyst_XSwitching is selectively performed according to the temperature of the catalyst.
[0012]
  Also,7According to the second invention6In the second invention, NO_XThe catalyst temperature is NO_XNO when the amount of hydrogen sulfide discharged from the catalyst per unit time is lower than the upper limit temperature at which the allowable maximum amount is reached_XIn order to reduce the amount of sulfur stored in the catalyst, the hydrocarbon is supplied from the upstream hydrocarbon supply nozzle, and NO_XNO when the temperature of the catalyst is higher than the upper limit temperature_XIn order to reduce the amount of sulfur stored in the catalyst, hydrocarbons are supplied from the downstream hydrocarbon supply nozzle.
[0013]
In this specification, the air supplied into the exhaust passage, the combustion chamber, and the intake passage upstream from a certain position of the exhaust passage, and the hydrogen H₂The ratio of reducing agent such as hydrocarbon HC and carbon monoxide CO is called the air-fuel ratio of the exhaust gas at that position.
[0014]
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.
[0015]
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.
[0016]
On the other hand, the exhaust port 10 is connected to the exhaust turbine 21 of the exhaust turbocharger 14 via the exhaust manifold 19 and the exhaust pipe 20, and the outlet of the exhaust turbine 21 is connected to the casing 22a via the exhaust pipe 20a. It is connected to the casing 23a via the pipe 20b. A hydrogen generation catalyst 22 (to be described later) is accommodated in the casing 22a, and a particulate filter 23b for collecting particulates in the exhaust gas is accommodated in the casing 23a. On the particulate filter 23b, NO, which will be described later._XA catalyst 23 is supported. Further, an exhaust pipe 20c is connected to the casing 23a.
[0017]
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.
[0018]
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.
[0019]
Further, an upstream HC supply nozzle 30u for supplying hydrocarbon HC into the exhaust pipe 20a is attached to the exhaust pipe 20a, and a downstream HC supply for supplying HC into the exhaust pipe 20b is attached to the exhaust pipe 20b. A nozzle 30d is attached. In the embodiment according to the present invention, the HC supplied into the exhaust pipes 20a and 20b is made of fuel, and these HC supply nozzles 30u and 30d are connected to an electrically controlled fuel pump 32 via a three-way valve 31. The The three-way valve 31 selectively supplies the fuel discharged from the fuel pump 32 to either the upstream HC supply nozzle 30u or the downstream HC supply nozzle 30d.
[0020]
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. NO_XNO in the exhaust pipe 20c downstream of the catalyst 23_XA temperature sensor 48 for detecting the temperature of the exhaust gas flowing out from the catalyst 23 is attached, and the output voltage of the temperature sensor 48 is input to the input port 45 via the corresponding AD converter 47. The temperature of this exhaust gas is NO_XThe temperature of the catalyst 23 is shown. 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 °.
[0021]
On the other hand, the output port 46 is connected to the fuel injection valve 6, the step motor 16, the EGR control valve 25, the fuel pumps 28 and 32, and the three-way valve 31 through corresponding drive circuits 53.
[0022]
The hydrogen generation catalyst 22 includes a noble metal such as platinum Pt supported on an acid support or a zeolite support. The hydrogen generation catalyst 22 is configured to generate hydrogen H from HC in the exhaust gas flowing in when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing in is rich.₂When the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing in is the stoichiometric air-fuel ratio or lean, almost H₂Is not generated.
[0023]
Specifically, as shown in FIG. 2, H produced per unit time by the hydrogen production catalyst 22.₂The amount of H₂The amount increases as the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas becomes richer. How in the hydrogen generation catalyst 22₂Is not necessarily clarified, but mainly steam reforming (HC + H₂O → CO₂+ H₂).
[0024]
On the other hand, NO on the partition walls of the particulate filter 23b, for example, on both side surfaces of the partition walls and the inner wall surfaces of the pores._XEach catalyst 23 is supported. This NO_XThe catalyst 23 has alumina as a carrier, for example, 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 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.
[0025]
NO_XThe 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 decreases_XNO is being reduced and stored_XAccumulation and reduction action to reduce the amount of.
[0026]
NO_XThe 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 carrier.
[0027]
That is, NO_XWhen 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 O^2-It adheres to the surface of platinum Pt. On the other hand, NO in the inflowing exhaust gas adheres to the surface of platinum Pt, and O on the surface of platinum Pt.₂ ⁻Or O^2-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 Pt_XNitrate ion NO while being absorbed in the catalyst and combined with barium oxide BaO₃ ⁻NO in the form of_XIt diffuses into the catalyst. In this way NO_XIs NO_XStored in the catalyst.
[0028]
In contrast, NO_XWhen 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 NO_XNitrate ion NO in the catalyst₃ ⁻NO in the form of NO_XReleased from the catalyst. This released NO_XIf 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 exists_XNO from catalyst to next_XIs released and reduced, NO_XNO stored in the catalyst_XThe amount of is gradually reduced.
[0029]
NO without forming nitrate_XStore NO_XNO without releasing_XIt is also possible to reduce In addition, active oxygen O^*If you pay attention to, NO_XThe catalyst is NO_XWith the accumulation and release of oxygen^*It can also be regarded as an active oxygen generating catalyst that generates
[0030]
The internal combustion engine shown in FIG. 1 is continuously combusted under a lean air-fuel ratio._XThe air-fuel ratio of the exhaust gas flowing through the catalyst 23 is kept lean. As a result, NO in the exhaust gas_XIs NO_XIt is stored in the catalyst 23.
[0031]
NO over time_XNO accumulated in catalyst 23_XThe amount increases gradually. Therefore, in the embodiment according to the present invention, for example, NO._XNO accumulated in catalyst 23_XNO when quantity QN exceeds allowable quantity QNU_XNO stored in catalyst 23_XNO_XNO accumulated in catalyst 23_XNO to reduce the amount_XAccumulated NO that temporarily switches the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst 23 to rich_XVolume reduction control is performed.
[0032]
By the way, sulfur content is SO._XIs included in the form of NO_XNO in the catalyst 23_XNot only SO_XCan also be stored. This SO_XNO_XThe accumulation mechanism in the catalyst 23 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, NO_XWhen the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst 23 is lean, as described above, the oxygen O₂Is O₂ ⁻Or O^2-Attached to the surface of platinum Pt in the form of SO₂Adheres to the surface of platinum Pt and O on the surface of platinum Pt.₂ ⁻Or O^2-Reacts with SO₃It becomes. The generated SO₃NO is being oxidized on platinum Pt_XWhile being absorbed into the catalyst 23 and bonded to barium oxide BaO, sulfate ions SO₄ ⁻NO in the form of_XIt diffuses into the catalyst 23. This sulfate ion SO₄ ⁻Then barium ion Ba⁺Combined with sulfate BaSO₄Is generated.
[0033]
This sulfate BaSO₄Is difficult to decompose, NO_XEven if the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst 23 is simply rich, NO_XSulfate BaSO in catalyst 23₄The amount of does not decrease. For this reason, as time passes, NO_XSulfate BaSO in catalyst 23₄The amount of NO increases, resulting in NO_XNO that the catalyst 23 can store_XThe amount of will decrease.
[0034]
By the way, sulfur content is SO._XIs included in the form of NO_XNO in the catalyst 23_XNot only SO_XCan also be stored. This SO_XNO_XThe accumulation mechanism in the catalyst 23 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, NO_XWhen the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst 23 is lean, as described above, the oxygen O₂Is O₂ ⁻Or O^2-Attached to the surface of platinum Pt in the form of SO₂Adheres to the surface of platinum Pt and O on the surface of platinum Pt.₂ ⁻Or O^2-Reacts with SO₃It becomes. The generated SO₃NO is being oxidized on platinum Pt_XWhile being absorbed into the catalyst 23 and bonded to barium oxide BaO, sulfate ions SO₄ ⁻NO in the form of_XIt diffuses into the catalyst 23. This sulfate ion SO₄ ⁻Then barium ion Ba⁺Combined with sulfate BaSO₄Is generated.
[0035]
This sulfate BaSO₄Is difficult to decompose, NO_XEven if the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst 23 is simply rich, NO_XSulfate BaSO in catalyst 23₄The amount of does not decrease. For this reason, as time passes, NO_XSulfate BaSO in catalyst 23₄The amount of NO increases, resulting in NO_XNO that the catalyst 23 can store_XThe amount of will decrease.
[0036]
However, NO_XWhile maintaining the temperature of the catalyst 23 at, for example, 550 ° C. or higher, NO_XWhen the average air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst 23 is made the stoichiometric air-fuel ratio or rich, NO_XSulfate BaSO in catalyst 23₄Breaks down. That is, NO_XWhen the average air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst 23 is made the stoichiometric air-fuel ratio or rich, a relatively large amount of H in the exhaust gas₂Is included, it is mainly H₂Is sulfate BaSO₄Acts as a reducing agent. In this case, sulfate BaSO₄Is H₂By hydrogen sulfide H₂Decomposed into S, mainly H₂NO in the form of S_XIt is discharged from the catalyst 23. In contrast, H in the exhaust gas₂In the case where HC and CO are not included, sulfate BaSO₄Is SO by these HC and CO₃This decomposed SO₃Reacts with HC and CO in exhaust gas to react with SO₂Reduced to SO₂NO in the form of_XIt is discharged from the catalyst 23.
[0037]
In any case, NO_XIn the catalyst 23, sulfate BaSO₄SO stored in the form of_XThe amount of is gradually reduced.
[0038]
Therefore, in the embodiment according to the present invention, for example, NO._XAccumulated SO in catalyst 23_XWhen the amount exceeds the allowable amount, NO_XAccumulated SO in catalyst 23_XNO to reduce the amount_XWhile performing temperature increase control to maintain the temperature of the catalyst 23 at the required temperature TS, for example, 550 ° C. or higher, NO_XAccumulated SO for maintaining the average air-fuel ratio of exhaust gas flowing into the catalyst 23 at the stoichiometric air-fuel ratio or rich_XVolume reduction control is performed.
[0039]
In order to execute the above-described temperature increase control, for example, the temperature of exhaust gas discharged from the internal combustion engine is increased to increase NO._XThe temperature of the catalyst 23 can be raised. Or, for example, NO_XAn electric heater is arranged at the upstream end of the catalyst 23 and NO is generated by the electric heater._XCatalyst 23 or NO_XThe exhaust gas flowing into the catalyst 23 can be heated, or NO_XNO is obtained by secondarily injecting fuel into the exhaust passage upstream of the catalyst 23 and burning the fuel._XThe catalyst 23 can also be heated.
[0040]
3 is NO_XNO so that the average air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst 23 becomes a certain rich value._XNO in the case of supplying various reducing agents into the exhaust gas flowing into the catalyst 23_XAccumulated SO of catalyst 23_XDecrease in quantity per unit time, ie decrease SO_XIt is an experimental result which shows quantity. In FIG. 3, TEX is NO._XThe temperature of the exhaust gas flowing into the catalyst 23 is shown.
[0041]
As can be seen from FIG. 3, H in the exhaust gas.₂Carbon monoxide CO and propane C₃H₆Reduced SO than when using_XThe amount is quite large and the accumulated SO_XThe temperature TEX at which the amount begins to decrease decreases.
[0042]
Therefore, NO_XH in the exhaust gas flowing into the catalyst 23₂Is included, the accumulated SO_XThis means that the amount reduction control can be completed quickly at a relatively low temperature.
[0043]
Now, in the embodiment according to the present invention, the accumulated NO_XWhen the amount reduction control is to be performed, the downstream HC supply nozzle 30d_XHC is supplied so that the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst 23 becomes rich. In this case, as shown in FIG. 4 (A), the average air-fuel ratio of the exhaust gas flowing through the hydrogen generation catalyst 22 is maintained lean, while NO._XThe average air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst 23 is switched to rich. Therefore, NO_XA relatively large amount of HC flows into the catalyst 23, and this HC causes NO._XNO in catalyst 23_XIs reduced, so NO_XNO accumulated in catalyst 23_XThe amount is reduced.
[0044]
On the other hand, accumulated SO_XWhen the amount reduction control is to be performed, HC is supplied from the upstream HC supply nozzle 30u so that the average air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the hydrogen generation catalyst 22 becomes rich. As a result, a large amount of HC flows into the hydrogen generation catalyst 22 as shown in FIG.₂Is generated. This H₂And the rest of HC then NO_XIt flows into the catalyst 23. At this time, NO_XThe average air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst 23 is kept rich, so these H₂And HC, mainly H₂By the sulfate BaSO₄Is decomposed, and thus NO_XAccumulated SO in catalyst 23_XThe amount is reduced.
[0045]
Accumulated SO in this way_XIf HC is supplied from the upstream HC supply nozzle 30u when the amount reduction control is to be performed, NO_XH in the exhaust gas flowing into the catalyst 23₂Will be included. H in the exhaust gas flowing in₂Is included, the sulfate is decomposed relatively easily as described with reference to FIG._XThe amount reduction control can be completed quickly. In addition, the required temperature in the temperature rise control can be lowered. Note that the HC amount and H shown in FIG.₂The quantity only represents the trend of each increase or decrease.
[0046]
However, when HC is supplied from the upstream HC supply nozzle 30u, oxygen O in the exhaust gas into which a part of the HC flows in the hydrogen generation catalyst 22 is supplied.₂HC cannot be effectively used for this amount. On the other hand, NO_XNO stored in catalyst 23_XIs reduced relatively easily with HC.
[0047]
Therefore, in the embodiment according to the present invention, the accumulated NO_XWhen the amount reduction control is to be performed, HC is supplied from the downstream HC supply nozzle 30d. In the example shown in FIG._XIn the amount reduction control, the richness of the exhaust gas flowing into the hydrogen generation catalyst 22 is the accumulated NO._XNO in quantity reduction control_XThe richness of the exhaust gas flowing into the catalyst 23 is larger.
[0048]
Therefore, generally speaking, the accumulated SO_XWhen the amount reduction control is to be performed, HC is supplied into the exhaust gas, and the exhaust gas containing HC is brought into contact with the hydrogen generation catalyst 22 and then NO._XNO flows into catalyst 23 and accumulates NO_XWhen the amount reduction control is to be performed, HC is supplied into the exhaust gas, and NO without contacting the exhaust gas containing HC with the hydrogen generation catalyst 22._XIn other words, the catalyst 23 flows into the catalyst 23.
[0049]
On the other hand, when HC is supplied from the upstream HC supply nozzle 30u, mainly H₂Acts as a reducing agent, and when HC is supplied from the downstream HC supply nozzle 30d, HC acts as a reducing agent. Then, switching the HC supply nozzles 30u and 30d used for supplying HC as in the embodiment according to the present invention means NO._XIt can also be said that the type of reducing agent supplied to the catalyst 23 is switched.
[0050]
FIG. 5 shows a routine for executing the above-described HC supply control. This routine is executed by interruption every predetermined time.
[0051]
Referring to FIG. 5, first, in step 100, NO_XAccumulated SO of catalyst 23_XIt is determined whether or not the amount reduction control should be performed. In an embodiment according to the present invention, NO_XAccumulated SO in catalyst 23_XThe accumulated SO after the amount exceeds the allowable amount_XAccumulate SO until the amount reaches a lower limit, eg, almost zero_XIt is determined that the amount reduction control should be performed. Accumulated SO_XWhen the amount reduction control should not be performed, the routine proceeds to step 101 where NO_XNO accumulated in catalyst 23_XIt is determined whether or not the amount reduction control should be performed. In an embodiment according to the present invention, NO_XNO accumulated in catalyst 23_XAccumulated NO after the amount exceeds the allowable amount_XAccumulated NO until the amount reaches a lower limit, eg, almost zero_XIt is determined that the amount reduction control should be performed. Accumulated NO_XWhen the amount reduction control should not be performed, the processing cycle is terminated and NO_XNO accumulated in catalyst 23_XWhen the amount reduction control is to be performed, the routine proceeds to step 102 where HC is supplied from the downstream HC supply nozzle 30d. On the other hand, accumulated SO_XWhen the amount reduction control is to be performed, the process proceeds from step 100 to step 103, and HC is supplied from the upstream HC supply nozzle 30u.
[0052]
Next, another embodiment according to the present invention will be described. In this alternative embodiment, the accumulated SO_XWhen the amount reduction control is to be performed, HC is supplied from the upstream HC supply nozzle 30u.
[0053]
However, accumulated SO_XHC is supplied from the downstream HC supply nozzle 30d for a fixed time after the amount reduction control is started, and NO_XEven when the temperature T of the catalyst 23 is high, HC is supplied from the downstream HC supply nozzle 30d. This is due to the following reason.
[0054]
As described above, the accumulated SO is supplied while supplying HC from the upstream HC supply nozzle 30u._XWhen volume reduction control is performed, NO_XSulfur is H from catalyst 23₂It is thought to be discharged in the form of S. 6 and 7 show the accumulated SO while supplying HC from the upstream HC supply nozzle 30u._XWhen volume reduction control is performed, NO_XH discharged from the catalyst 23 per unit time₂S amount, ie discharge H₂The amount of S is shown. Figure 6 is NO_XEmission H after switching the average air-fuel ratio of exhaust gas flowing into the catalyst 23 to rich₂FIG. 7 shows the change over time in the amount of S. FIG._XExhaust H with respect to change in temperature T of catalyst 23₂The change of S amount is shown. Note that the arrow X in FIG._XThe timing when the average air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst 23 is switched to rich is shown.
[0055]
As shown in FIG._XWhen the average air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst 23 is switched to rich, that is, the accumulated SO_XWhen volume reduction control is started, discharge H₂The amount of S increases rapidly and reaches a peak, and then decreases with time. In this case, roughly speaking, the exhaust H is exhausted for a time tS after the average air-fuel ratio of the exhaust gas is switched to rich.₂The S amount becomes larger than the allowable maximum amount UL.
[0056]
In addition, as shown in FIG._XAs the temperature T of the catalyst 23 increases, the discharge H₂S amount increases, NO_XWhen catalyst temperature T exceeds upper limit temperature TU, exhaust H₂The S amount becomes larger than the allowable maximum amount UL.
[0057]
On the other hand, when HC is supplied from the downstream HC supply nozzle 30d, NO_XSO in catalyst 23_XIs SO₂NO in the form of_XDischarged from the catalyst 23 and H₂Little is discharged in the form of S.
[0058]
So, accumulated SO_XFrom when the amount reduction control is started until the time tS has elapsed, and NO_XWhen the temperature T of the catalyst 23 is higher than the upper limit temperature TU, HC is supplied from the downstream HC supply nozzle 30d.
[0059]
Therefore, generally speaking, the accumulated SO_XThe HC supply nozzle that supplies HC to perform volume reduction control is set to NO._XTemperature T or accumulated SO of catalyst 23_XThis means that the upstream HC supply nozzle 30u and the downstream HC supply nozzle 30d are selectively switched according to the elapsed time since the start of the amount reduction control.
[0060]
On top of that, NO_XThe temperature T of the catalyst 23 is the discharge H₂When the S amount is lower than the upper limit temperature TU at which the allowable maximum amount UL is reached, the accumulated SO_XHC is supplied from the upstream HC supply nozzle 30u to perform the amount reduction control, and NO_XWhen the temperature T of the catalyst 23 is higher than the upper limit temperature TU, the accumulated SO_XThis means that HC is supplied from the downstream HC supply nozzle 30d in order to perform the amount reduction control.
[0061]
Or accumulated SO_XElapsed time from the start of volume reduction control is the discharge H₂When the S amount is shorter than the time tS exceeding the allowable maximum amount UL, the accumulated SO_XHC is supplied from the downstream HC supply nozzle 30d to perform the amount reduction control, and the accumulated SO_XWhen the time tS has elapsed since the amount reduction control was started, the accumulated SO_XThis means that HC is supplied from the upstream HC supply nozzle 30u in order to perform the amount reduction control.
[0062]
FIG. 8 shows a routine for executing the HC supply control according to another embodiment described above. This routine is executed by interruption every predetermined time.
[0063]
Referring to FIG. 8, first in step 120, NO._XAccumulated SO of catalyst 23_XIt is determined whether or not the amount reduction control should be performed. Accumulated SO_XWhen the amount reduction control should not be performed, the routine proceeds to step 121 where NO_XNO accumulated in catalyst 23_XIt is determined whether or not the amount reduction control should be performed. Accumulated NO_XWhen the amount reduction control should not be performed, the processing cycle is terminated and the accumulated NO_XWhen the amount reduction control is to be performed, the routine proceeds to step 122 where the accumulated NO_XHC is supplied from the downstream HC supply nozzle 30d in order to perform the amount reduction control.
[0064]
On the other hand, accumulated SO_XWhen the amount reduction control is to be performed, the process proceeds from step 120 to step 123._XAccumulated SO of catalyst 23_XIt is determined whether time tS has elapsed since the amount reduction control was started. When the time tS has not elapsed, the routine proceeds to step 122 where the accumulated SO_XHC is supplied from the downstream HC supply nozzle 30d in order to perform the amount reduction control. When the time tS has elapsed, the routine proceeds to step 124, where NO_XIt is determined whether or not the temperature T of the catalyst 23 is equal to or lower than the upper limit temperature TU. When T ≦ TU, the routine proceeds to step 125 where the accumulated SO_XHC is supplied from the upstream HC supply nozzle 30u in order to perform the amount reduction control. On the other hand, when T> TU, the routine proceeds to step 122 where the accumulated SO_XHC is supplied from the downstream HC supply nozzle 30d in order to perform the amount reduction control.
[0065]
In each of the embodiments according to the present invention described so far, the accumulated SO_XWhen the amount reduction control is to be performed, HC is supplied only from the upstream HC supply nozzle 30u. However, accumulated SO_XWhen the amount reduction control is to be performed, HC can be supplied from both the upstream HC supply nozzle 30u and the downstream HC supply nozzle 30d.
[0066]
In each of the embodiments according to the present invention described so far, HC is supplied from the upstream HC supply nozzle 30u in order to make the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the hydrogen generation catalyst 22 rich. However, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the hydrogen generation catalyst 22 may be made rich by making the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the combustion chamber 5 rich. In this case, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture combusted in the combustion chamber 5 can be made rich, or fuel can be secondarily injected from the fuel injection valve 6 in the expansion stroke or the exhaust stroke.
[0067]
【The invention's effect】
With simple configuration, NO_XThe amount of sulfur stored in the catalyst can be quickly reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall view of an internal combustion engine.
[Fig. 2] Production H of hydrogen production catalyst₂It is a diagram which shows quantity.
FIG. 3 NO_XReduction of catalyst SO_XIt is a diagram which shows quantity.
FIG. 4 is a diagram for explaining an embodiment according to the present invention.
FIG. 5 is a flowchart showing an HC supply control routine according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 NO_XCatalyst discharge H₂It is a diagram which shows S amount.
FIG. 7: NO_XCatalyst discharge H₂It is a diagram which shows S amount.
FIG. 8 is a flowchart showing an HC supply control routine according to another embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 ... Engine body
20a ... exhaust pipe
22 ... Hydrogen production catalyst
23 ... NO_Xcatalyst
30u, 30d ... HC supply nozzle

Claims

In the exhaust passage of the internal combustion engine in which the air-fuel ratio of the air-fuel mixture combusted in the combustion chamber is maintained lean, NO _X in the exhaust gas flowing in when the air-fuel ratio of the flowing exhaust gas is lean is stored and flows in When the air-fuel ratio of the exhaust gas decreases, a NO _X catalyst that reduces the amount of NO _X stored by reducing the stored NO _X when the reducing agent is contained in the exhaust gas is arranged and flows in hydrogen producing catalyst air-fuel ratio of the exhaust gas to produce hydrogen from hydrocarbons in the exhaust gas flowing when the rich were placed in an exhaust passage of the NO _X catalyst upstream of sulfur that is accumulated in the NO _X catalyst When the amount should be reduced, hydrocarbons are supplied into the exhaust passage upstream of the hydrogen generation catalyst so that the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the hydrogen generation catalyst is temporarily switched to rich, and the hydrogen generation catalyst And N The hydrocarbon feed nozzle into the exhaust passage positioned between the _X catalyst, when the NO _X that is stored in the NO _X catalyst to reduce the amount of the NO _X that is stored in the reducing vital NO _X in the catalyst, NO _X as catalyst air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the is switched temporarily rich so was to supply the hydrocarbon in the exhaust passage between the hydrocarbon feed hydrogen generation catalyst from the nozzle and NO _X catalyst An exhaust purification device for an internal combustion engine.

The exhaust of the internal combustion engine according to claim 1, wherein a hydrocarbon supply nozzle is disposed in an exhaust passage upstream of the hydrogen generation catalyst, and hydrocarbons are supplied from the hydrocarbon supply nozzle into an exhaust passage upstream of the hydrogen generation catalyst. Purification equipment.

NO _ＸX The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the catalyst is carried on a particulate filter for collecting particulates in the inflowing exhaust gas.

NO in the exhaust gas flowing in when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust passage of the internal combustion engine in which the air-fuel ratio of the air-fuel mixture combusted in the combustion chamber is kept lean is lean _ＸX NO when storing the reducing agent in the exhaust gas when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing in decreases _ＸX NO is being reduced and stored _ＸX NO decreases in quantity _ＸX A catalyst is arranged, and a hydrogen generation catalyst for generating hydrogen from inflowing hydrocarbons is prepared, and NO _ＸX When the amount of sulfur stored in the catalyst is to be reduced, hydrocarbons are supplied into the exhaust gas, and the exhaust gas containing the hydrocarbons is brought into contact with the hydrogen generating catalyst, and then NO. _ＸX Let it flow into the catalyst, NO _ＸX NO stored in the catalyst _ＸX NO and NO _ＸX NO stored in the catalyst _ＸX When reducing the amount of NO, the hydrocarbons are supplied into the exhaust gas, and the exhaust gas containing the hydrocarbons is brought into contact with the hydrogen generation catalyst without contacting the _ＸX An exhaust gas purification method for an internal combustion engine including each stage, which is caused to flow into a catalyst.

NO in the exhaust gas flowing in when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust passage of the internal combustion engine in which the air-fuel ratio of the air-fuel mixture combusted in the combustion chamber is kept lean is lean _ＸX NO when storing the reducing agent in the exhaust gas when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing in decreases _ＸX NO is being reduced and stored _ＸX NO decreases in quantity _ＸX NO is a hydrogen generation catalyst that generates hydrogen from hydrocarbons in the exhaust gas that flows in when the catalyst is arranged and the air-fuel ratio of the exhaust gas that flows in is rich _ＸX An upstream hydrocarbon supply nozzle disposed in the exhaust passage upstream of the catalyst and for supplying hydrocarbons into the exhaust passage upstream of the hydrogen generation catalyst so that the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the hydrogen generation catalyst becomes rich And NO _ＸX Hydrogen generating catalyst and NO so that the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst becomes rich _ＸX A downstream side hydrocarbon supply nozzle for supplying hydrocarbons into the exhaust passage between the catalysts, and NO _ＸX In order to reduce the amount of sulfur stored in the catalyst, the hydrocarbon is supplied from the upstream hydrocarbon supply nozzle or the downstream hydrocarbon supply nozzle, and NO. _ＸX In order to reduce the amount of sulfur stored in the catalyst, the hydrocarbon supply nozzle that supplies hydrocarbons is selectively switched between the upstream hydrocarbon supply nozzle and the downstream hydrocarbon supply nozzle. An exhaust purification device for an internal combustion engine.

NO _ＸX No hydrocarbon feed nozzle to feed hydrocarbons to reduce the amount of sulfur stored in the catalyst _ＸX The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to claim 5, wherein the exhaust gas purification device is selectively switched according to the temperature of the catalyst.

NO _ＸX The catalyst temperature is NO _ＸX NO when the amount of hydrogen sulfide discharged from the catalyst per unit time is lower than the upper limit temperature at which the allowable maximum amount is reached _ＸX In order to reduce the amount of sulfur stored in the catalyst, the hydrocarbon is supplied from the upstream hydrocarbon supply nozzle, and NO _ＸX NO when the temperature of the catalyst is higher than the upper limit temperature _ＸX The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to claim 6, wherein hydrocarbons are supplied from a downstream hydrocarbon supply nozzle in order to reduce the amount of sulfur stored in the catalyst.