JP4327584B2 - Exhaust gas purification device for internal combustion engine - Google Patents

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Description

本発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。   The present invention relates to an exhaust emission control device for an internal combustion engine.

内燃機関の排気ガスを浄化する排気浄化装置として、NOX吸蔵剤を担持したパティキュレートフィルタ(以下、「フィルタ」と称す)が知られている。NOX吸蔵剤は流入排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中のNOXを吸蔵し、流入排気ガスの酸素濃度が低下すると吸蔵しているNOXを放出するというNOXの吸放出作用を行い、排気ガス中のNOXの浄化を行うことができる。 As an exhaust purification device that purifies exhaust gas from an internal combustion engine, a particulate filter (hereinafter referred to as “filter”) carrying an NO X storage agent is known. The NO X storage agent when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lean occludes NO X in the exhaust gas, absorbing and releasing action of the NO X that the oxygen concentration of the inflowing exhaust gas to release NO X that is occluded when lowered It was carried out, can be purified of the NO X in the exhaust gas.

NOX吸蔵剤は、流入排気ガスの空燃比がリーンのとき排気ガス中のNOXだけでなくSOX等の硫黄分も吸蔵する。NOX吸蔵剤に硫黄分が多く吸蔵されるとNOX吸蔵剤のNOX吸蔵能力が低下するため、NOX吸蔵剤に吸蔵された硫黄分をNOX吸蔵剤から放出する必要がある。しかし、硫黄分はNOX吸蔵剤に比較的安定した状態で吸蔵されるため、NOX吸蔵剤から硫黄分を放出するためには、流入排気ガスの酸素濃度を低下させると同時にNOX吸蔵剤を担持したフィルタの温度を硫黄分放出温度(例えば、600℃〜700℃)まで昇温する硫黄分放出制御を実行する必要がある。 The NO X storage agent stores not only NO X in the exhaust gas but also sulfur content such as SO X when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lean. Since the sulfur content is often occluded in the NO X absorbent is the NO X storage ability of the NO X absorbent is lowered, it is necessary to release the sulfur that has been occluded in the NO X absorbent from the NO X storage agent. However, since the sulfur content is stored in the NO x storage agent in a relatively stable state, in order to release the sulfur content from the NO x storage agent, the oxygen concentration of the inflowing exhaust gas is reduced and at the same time the NO x storage agent. It is necessary to execute sulfur content release control for raising the temperature of the filter carrying the catalyst to a sulfur content release temperature (for example, 600 ° C. to 700 ° C.).

一方、フィルタは、流入排気ガス中の粒子状物質(Particulate Matter)等の微粒子を捕集する。フィルタに捕集されて堆積した微粒子をそのままにすると、フィルタが目詰まりを起こすため、堆積した微粒子を除去する必要がある。微粒子の除去は、流入排気ガスの空燃比をリーンにした状態でフィルタを微粒子燃焼温度(例えば、500℃)にまで昇温して微粒子を燃焼させる微粒子除去制御を実行することによって行われる。   On the other hand, the filter collects particulates such as particulate matter (Particulate Matter) in the inflowing exhaust gas. If the particulates collected and deposited by the filter are left as they are, the filter will be clogged, and it is necessary to remove the deposited particulates. The removal of the fine particles is performed by executing fine particle removal control in which the filter is heated to a fine particle combustion temperature (for example, 500 ° C.) with the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas made lean to burn the fine particles.

硫黄分放出温度は微粒子燃焼温度よりも高いため、硫黄分放出制御を実行する際には、フィルタの温度は微粒子燃焼温度以上となっており、また、硫黄分放出制御実行中に流入排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチ(以下、「ストイキ・リッチ」と称す)とリーンとを繰り返すようにすれば、硫黄分放出制御によっても微粒子を除去することができるとも考えられる。ところが、フィルタに多量の微粒子が堆積している状態で上述した硫黄分放出制御を実行すると、微粒子の燃焼に加えて燃料(還元剤)の燃焼も行われるため、フィルタの温度は硫黄分放出温度から次第に上昇してしまい、フィルタの熱劣化が大きくなってしまう。このようなフィルタの大きな熱劣化を防止するためには、フィルタの温度を制御しなければならないが、このようなフィルタの温度制御は困難であった。   Since the sulfur release temperature is higher than the particulate combustion temperature, the temperature of the filter is equal to or higher than the particulate combustion temperature when the sulfur release control is executed. If the air-fuel ratio is approximately the stoichiometric air-fuel ratio or rich (hereinafter referred to as “stoichiometric rich”) and lean, it is considered that fine particles can also be removed by sulfur content release control. However, if the sulfur content release control described above is executed in a state where a large amount of fine particles are deposited on the filter, the fuel (reducing agent) is also burned in addition to the fine particle combustion, so the temperature of the filter is the sulfur content release temperature. Gradually increases, and thermal deterioration of the filter increases. In order to prevent such a large thermal deterioration of the filter, it is necessary to control the temperature of the filter, but it is difficult to control the temperature of such a filter.

このようなフィルタの温度制御の困難性を回避するために、特許文献1に開示されている排気浄化装置では、先に微粒子除去制御を実行してフィルタに堆積している微粒子を完全に除去してから硫黄分放出制御を実行することとしている。こうすることで、硫黄分放出制御中にはフィルタには微粒子がほとんど堆積しておらず、硫黄分放出制御中におけるフィルタの温度制御の困難性を回避することとしている。   In order to avoid such difficulty in controlling the temperature of the filter, the exhaust gas purification device disclosed in Patent Document 1 first performs particulate removal control to completely remove particulates accumulated on the filter. After that, the sulfur release control will be executed. By doing so, almost no particulates are deposited on the filter during the sulfur content release control, and the difficulty in controlling the temperature of the filter during the sulfur content release control is avoided.

特許第2727906号公報Japanese Patent No. 2727906 特開2002−038930号公報JP 2002-038930 A 特許第2605586号公報Japanese Patent No. 2605586 特開2000−274232号公報JP 2000-274232 A 特開2003−166415号公報JP 2003-166415 A

ところで、微粒子除去制御および硫黄分放出制御の実行時には、フィルタを昇温して高温維持したり、流入排気ガスの空燃比をストイキ・リッチにしたりすることが必要であるため、通常制御時に比べて燃料を消費する。したがって、これら制御の実行時間が長くなるほど、燃費の悪化を招くこととなる。   By the way, when performing particulate removal control and sulfur content release control, it is necessary to raise the temperature of the filter and maintain it at a high temperature, or to make the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas stoichiometric rich. Consume fuel. Therefore, the longer the execution time of these controls, the worse the fuel consumption.

上述したように特許文献1に開示されている排気浄化装置では、微粒子除去制御によってフィルタに堆積している微粒子を完全に除去してから硫黄分放出制御が行われるため、これら両制御が行われるトータルの時間は長いものとなっており、燃費悪化を招いてしまっている。このため、微粒子除去制御および硫黄分放出制御のトータルの実行時間をできるだけ短くすることが望まれている。   As described above, in the exhaust gas purification device disclosed in Patent Document 1, since the particulate matter accumulated on the filter is completely removed by particulate removal control, the sulfur content release control is performed, so both these controls are performed. The total time is long, leading to a deterioration in fuel consumption. For this reason, it is desired to make the total execution time of the particulate removal control and the sulfur content release control as short as possible.

そこで、本発明の目的は、微粒子除去制御および硫黄分放出制御によるフィルタ等の排気浄化手段の熱劣化を小さく抑制しつつ、これら制御の実行時間を短くすることで燃費悪化を抑制する内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is an internal combustion engine that suppresses deterioration of fuel consumption by shortening the execution time of these controls while reducing thermal deterioration of exhaust purification means such as filters by particulate removal control and sulfur content release control. An object is to provide an exhaust emission control device.

上記課題を解決するために、第1の発明では、排気ガス中の微粒子を捕集するパティキュレートフィルタとNO吸蔵剤とを有する排気浄化手段が機関排気通路上に配置され、上記NO吸蔵剤は排気浄化手段に流入する排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチであってNO吸蔵剤の温度が硫黄分放出温度以上であるとNO吸蔵剤に吸蔵されている硫黄分を放出する内燃機関の排気浄化装置において、上記パティキュレートフィルタへの微粒子堆積量が予め定められた限界堆積量よりも多くなった場合または上記NO吸蔵剤の硫黄分吸蔵量が予め定められた限界吸蔵量よりも多くなった場合にはパティキュレートフィルタの温度を微粒子燃焼温度以上に維持すると共に排気浄化手段に流入する排気ガスの空燃比をリーンにしてパティキュレートフィルタに堆積している微粒子を燃焼させて除去する微粒子除去制御を開始し、該微粒子除去制御の開始から所定時間経過後に、上記NO吸蔵剤の温度を硫黄分放出温度以上に維持すると共に排気浄化手段に流入する排気ガスの空燃比をほぼ理論空燃比またはリッチにしてNO吸蔵剤に吸蔵されている硫黄分を放出させる硫黄分放出制御と上記微粒子除去制御とを交互に複数回繰り返す硫黄分放出・微粒子除去制御を実行し、上記所定時間は、微粒子除去制御を開始してからパティキュレートフィルタへの微粒子堆積量が上記限界堆積量よりも少なく且つ零近傍よりも多い予め定められた堆積量となるまでにかかる時間であり、硫黄分放出・微粒子除去制御実行中には残りの微粒子が除去される
硫黄分放出・微粒子除去制御中においては微粒子堆積量に応じてパティキュレートフィルタの温度が変化し、微粒子堆積量が多いとパティキュレートフィルタの温度は徐々に上昇するが、微粒子堆積量が少ないとパティキュレートフィルタの温度はあまり上昇しない。第1の発明によれば、微粒子除去制御を実行して微粒子堆積量が或る程度少なくなってから硫黄分放出制御が行われるため、硫黄分放出・微粒子除去制御中においてもパティキュレートフィルタが大きな熱劣化を生じるほど温度が上昇してしまうことはなく、また、微粒子堆積量がほぼ零となる前から硫黄分放出制御が行われれば、微粒子除去制御および硫黄分放出制御のトータルの実行時間が短くされる。
なお、限界堆積量とは、例えば、パティキュレートフィルタの温度を硫黄分放出温度近傍に昇温しても堆積している微粒子が一気に燃焼してパティキュレートフィルタの温度が溶損を招くほど高温になることのない範囲で最大の堆積量、またはそれよりも僅かに少ない堆積量である。限界吸蔵量とは、例えば、NO吸蔵剤のNO吸蔵容量が著しく低下することのない範囲で最大の硫黄分吸蔵量、またはそれよりも僅かに少ない硫黄分吸蔵量である。
また、予め定められた堆積量(許容堆積量)とは、パティキュレートフィルタの温度を硫黄分放出温度にまで昇温してから、パティキュレートフィルタに流入する排気ガスの空燃比を一定の周期でリーンとほぼ理論空燃比またはリッチとを繰り返すようにした場合にパティキュレートフィルタの温度を硫黄分放出温度近傍に維持することができるような堆積量、またはパティキュレートフィルタの温度を硫黄分放出温度近傍に昇温しても、堆積している微粒子の燃焼を制御してパティキュレートフィルタの温度を硫黄分放出温度近傍に維持することができるような堆積量であり、例えば、限界堆積量の半分の堆積量である。
In order to solve the above problems, the first aspect of the invention, the exhaust gas control means and a particulate filter and the NO X storage agent is placed on the engine exhaust passage to trap particulates in the exhaust gas, the the NO X storage agent the sulfur content stored in the NO X absorbent when the temperature is sulfur release temperature or more of the NO X absorbent air-fuel ratio is a substantially stoichiometric or rich exhaust gas flowing into the exhaust purification means In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine to be released, when the amount of particulates deposited on the particulate filter is larger than a predetermined limit accumulation amount or the sulfur content storage amount of the NO X storage agent is a predetermined limit If the amount exceeds the occlusion amount, the temperature of the particulate filter is maintained above the particulate combustion temperature, and the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification means is made lean. Te starts particle removal control for removing by combustion of particulates deposited on the particulate filter, maintaining the start of the fine particle removal control after a predetermined time has elapsed, the temperature of the the NO X storage agent or sulfur release temperature multiple alternating substantially stoichiometric or rich to the NO X storage agent occluded in which the sulfur release control and the particle removal control to release sulfur in the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification means as well as The sulfur release / particulate removal control is repeated repeatedly , and the predetermined time is determined in advance so that the particulate deposition amount on the particulate filter is less than the limit deposition amount and near zero after the particulate removal control is started. This is the time taken to reach the deposited amount, and the remaining fine particles are removed during execution of the sulfur content release / fine particle removal control .
During sulfur release and particulate removal control, the temperature of the particulate filter changes according to the amount of particulate deposition, and the particulate filter temperature gradually rises when the particulate deposition amount is large. The temperature of the curate filter does not rise very much. According to the first aspect of the invention, the particulate filter is large even during the sulfur release / particulate removal control because the sulfur release control is performed after the particulate removal amount is reduced to a certain extent by executing the particulate removal control. The temperature does not rise to such an extent that thermal degradation occurs, and if the sulfur content release control is performed before the amount of particulates deposited becomes almost zero, the total execution time of the particulate removal control and the sulfur content release control is achieved. Shortened.
Note that the limit accumulation amount is, for example, so high that the deposited particulates burn at once even if the temperature of the particulate filter is raised to near the sulfur release temperature, and the temperature of the particulate filter causes melting damage. The maximum deposition amount in a range that does not become, or a deposition amount slightly less than that. The limit storage amount is, for example, the maximum sulfur storage amount within a range in which the NO X storage capacity of the NO X storage agent does not significantly decrease, or a sulfur storage amount slightly smaller than that.
Further, the predetermined accumulation amount (allowable accumulation amount) means that the temperature of the particulate filter is raised to the sulfur content release temperature, and then the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the particulate filter is set at a constant cycle. When the lean and the stoichiometric air-fuel ratio or rich are repeated, the amount of deposition that can maintain the temperature of the particulate filter near the sulfur release temperature, or the temperature of the particulate filter is close to the sulfur release temperature Even if the temperature is raised to a low level, the amount of accumulated particulates can control the combustion of the deposited fine particles and maintain the temperature of the particulate filter in the vicinity of the sulfur content release temperature. It is the amount of deposition.

上記課題を解決するために、第の発明では、排気ガス中の微粒子を捕集するパティキュレートフィルタとNO吸蔵剤とを有する排気浄化手段が機関排気通路上に配置され、上記NO吸蔵剤は排気浄化手段に流入する排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチであってNO吸蔵剤の温度が硫黄分放出温度以上であるとNO吸蔵剤に吸蔵されている硫黄分を放出する内燃機関の排気浄化装置において、上記パティキュレートフィルタへの微粒子堆積量が予め定められた限界堆積量よりも多くなった場合または上記NO吸蔵剤への硫黄分吸蔵量が予め定められた限界吸蔵量よりも多くなった場合には、NO吸蔵剤の温度を硫黄分放出温度以上に維持すると共に排気浄化手段に流入する排気ガスの空燃比をほぼ理論空燃比またはリッチとする硫黄分放出制御と、パティキュレートフィルタの温度を微粒子燃焼温度以上に維持すると共に排気浄化手段に流入する排気ガスの空燃比をリーンにする微粒子除去制御とを複数回交互に繰り返す硫黄分放出・微粒子除去制御を実行し、該硫黄分放出・微粒子除去制御において硫黄分放出制御と微粒子除去制御とを繰り返す周期を微粒子堆積量が少ないほど短くなるようにした。
微粒子堆積量が多い状態で硫黄分放出・微粒子除去制御を実行する場合、硫黄分放出制御と微粒子除去制御とを繰り返す周期、特に各微粒子除去制御期間を長くして、パティキュレートフィルタの冷却期間を長くしなければ、パティキュレートフィルタの温度は徐々に上昇してしまう。一方、微粒子堆積量が少なくなってくると、周期を短くしてもパティキュレートフィルタの温度はあまり上昇しない。第2の発明によれば、硫黄分放出・微粒子除去制御中に微粒子堆積量に基づいて周期が変更されるため、パティキュレートフィルタの温度が硫黄分放出温度近傍から次第に上昇してしまうことを防止することができるようになる。また、硫黄分放出制御および微粒子除去制御が別々に実行されずに、硫黄分放出・微粒子除去制御中に微粒子の除去と硫黄分の放出との両方が行われるため、微粒子の除去と硫黄分の放出を行うための制御の実行時間を短くすることができる。
In order to solve the above problems, in the second invention, the exhaust gas control means and a particulate filter and the NO X storage agent is placed on the engine exhaust passage to trap particulates in the exhaust gas, the the NO X storage agent the sulfur content stored in the NO X absorbent when the temperature is sulfur release temperature or more of the NO X absorbent air-fuel ratio is a substantially stoichiometric or rich exhaust gas flowing into the exhaust purification means In the exhaust emission control device of the internal combustion engine to be released, when the amount of particulates deposited on the particulate filter is larger than a predetermined limit accumulation amount, or the sulfur storage amount in the NO X storage agent is predetermined. if it becomes more than the limit adsorption amount is substantially the stoichiometric air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification means while maintaining the temperature of the NO X absorbent than sulfur release temperature or Sulfur repeatedly repeats the rich sulfur release control and the particulate removal control to maintain the particulate filter temperature above the particulate combustion temperature and to make the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification means lean. The minute release / particulate removal control is executed, and the cycle of repeating the sulfur release control and the particulate removal control in the sulfur release / particulate removal control is made shorter as the particulate deposition amount is smaller.
When performing sulfur content release and particulate removal control with a large amount of particulate accumulation, the cycle of repeating sulfur content release control and particulate removal control, especially each particulate removal control period, is lengthened to increase the particulate filter cooling period. Otherwise, the temperature of the particulate filter will gradually rise. On the other hand, when the amount of accumulated particulates decreases, the temperature of the particulate filter does not increase so much even if the cycle is shortened. According to the second aspect of the present invention, since the cycle is changed based on the amount of accumulated particulates during the sulfur content release / particle removal control, the temperature of the particulate filter is prevented from gradually rising from the vicinity of the sulfur content release temperature. Will be able to. In addition, both the removal of the fine particles and the release of the sulfur content are performed during the sulfur content release / fine particle removal control without performing the sulfur content release control and the fine particle removal control separately. The execution time of control for performing discharge can be shortened.

の発明では、第1又は2の発明において、上記硫黄分放出・微粒子除去制御中には排気浄化手段の温度は硫黄分放出温度近傍に維持される。 In the third invention, in the first or second invention, the temperature of the exhaust gas purification means is maintained in the vicinity of the sulfur content release temperature during the sulfur content release / fine particle removal control.

本発明によれば、微粒子除去制御および硫黄分放出制御によるフィルタ等の排気浄化手段の熱劣化を小さく抑制しつつ、これら両制御の実行時間が短くされ燃費悪化を抑制することができる。   According to the present invention, while the thermal deterioration of the exhaust gas purifying means such as a filter by the particulate removal control and the sulfur content release control is suppressed to be small, the execution time of both these controls can be shortened and deterioration of fuel consumption can be suppressed.

以下、図面を参照して本発明の第一実施形態の内燃機関の排気浄化装置について説明する。図1は本発明の排気浄化装置が用いられるディーゼル型の圧縮自着火式内燃機関を示す。なお本発明は火花点火式内燃機関にも適用可能である。   Hereinafter, an exhaust emission control device for an internal combustion engine according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a diesel-type compression self-ignition internal combustion engine in which the exhaust purification system of the present invention is used. The present invention is also applicable to a spark ignition type internal combustion engine.

図1を参照すると、1は機関本体、2は各気筒の燃焼室、3は各燃焼室2内にそれぞれ燃料を噴射するための電子制御式燃料噴射弁、4は吸気マニホルド、5は排気マニホルドをそれぞれ示す。吸気マニホルド4は吸気ダクト6を介して排気ターボチャージャ7のコンプレッサ7aの出口に連結され、コンプレッサ7aの入口はエアクリーナ8に連結される。吸気ダクト6内にはステップモータにより駆動されるスロットル弁9が配置され、さらに吸気ダクト6周りには吸気ダクト6内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置10が配置される。図1に示した実施形態では機関冷却水が冷却装置10内に導かれ、機関冷却水によって吸入空気が冷却される。一方、排気マニホルド5は排気ターボチャージャ7の排気タービン7bの入口に連結され、排気タービン7bの出口はパティキュレートフィルタ(以下、「フィルタ」と称す)11を内蔵したケーシング12に連結される。排気マニホルド5の集合部出口には排気マニホルド5内を流れる排気ガス中に例えば炭化水素(HC)や一酸化炭素(CO)からなる還元剤を添加するための還元剤添加弁13が配置される。なお、還元剤添加弁13は、本実施形態では排気ガス中に還元剤として燃料を添加するため、以下燃料添加弁と称す。   Referring to FIG. 1, 1 is an engine body, 2 is a combustion chamber of each cylinder, 3 is an electronically controlled fuel injection valve for injecting fuel into each combustion chamber 2, 4 is an intake manifold, and 5 is an exhaust manifold. Respectively. The intake manifold 4 is connected to the outlet of the compressor 7 a of the exhaust turbocharger 7 through the intake duct 6, and the inlet of the compressor 7 a is connected to the air cleaner 8. A throttle valve 9 driven by a step motor is disposed in the intake duct 6, and a cooling device 10 for cooling the intake air flowing in the intake duct 6 is disposed around the intake duct 6. In the embodiment shown in FIG. 1, the engine cooling water is guided into the cooling device 10 and the intake air is cooled by the engine cooling water. On the other hand, the exhaust manifold 5 is connected to the inlet of the exhaust turbine 7 b of the exhaust turbocharger 7, and the outlet of the exhaust turbine 7 b is connected to a casing 12 containing a particulate filter (hereinafter referred to as “filter”) 11. A reducing agent addition valve 13 for adding a reducing agent made of, for example, hydrocarbon (HC) or carbon monoxide (CO) to the exhaust gas flowing in the exhaust manifold 5 is disposed at the outlet of the collecting portion of the exhaust manifold 5. . In the present embodiment, the reducing agent addition valve 13 is hereinafter referred to as a fuel addition valve because fuel is added as a reducing agent to the exhaust gas.

排気マニホルド5と吸気マニホルド4とは排気ガス再循環(以下、EGRと称す)通路14を介して互いに連結され、EGR通路14内には電子制御式EGR制御弁15が配置される。また、EGR通路14周りにはEGR通路14内を流れるEGRガスを冷却するためのEGR冷却装置16が配置される。図1に示した実施形態では機関冷却水が冷却装置16内に導かれ、機関冷却水によってEGRガスが冷却される。一方、各燃料噴射弁3は燃料供給管17を介して燃料リザーバ、いわゆるコモンレール18に連結される。このコモンレール18内へは電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ19から燃料が供給され、コモンレール18内に供給された燃料は各燃料供給管17を介して燃料噴射弁3に供給される。   The exhaust manifold 5 and the intake manifold 4 are connected to each other via an exhaust gas recirculation (hereinafter referred to as EGR) passage 14, and an electronically controlled EGR control valve 15 is disposed in the EGR passage 14. An EGR cooling device 16 for cooling the EGR gas flowing in the EGR passage 14 is disposed around the EGR passage 14. In the embodiment shown in FIG. 1, the engine cooling water is guided into the cooling device 16, and the EGR gas is cooled by the engine cooling water. On the other hand, each fuel injection valve 3 is connected to a fuel reservoir, so-called common rail 18 via a fuel supply pipe 17. Fuel is supplied into the common rail 18 from an electronically controlled fuel pump 19 with variable discharge amount, and the fuel supplied into the common rail 18 is supplied to the fuel injection valve 3 via each fuel supply pipe 17.

電子制御ユニット30はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス31によって互いに接続されたROM(リードオンリメモリ)32、RAM(ランダムアクセスメモリ)33、CPU(マイクロプロセッサ)34、入力ポート35および出力ポート36を具備する。フィルタ11にはフィルタ11の温度を検出するための温度センサ20が取付けられ、さらに、フィルタ11の上下流の排気管にはフィルタ11の上下差圧を検出するための差圧センサ21が取付けられる。これら温度センサ20および差圧センサ21の出力信号は対応するAD変換器37を介して入力ポート35に入力される。また、アクセルペダル40にはアクセルペダル40の踏込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ41が接続され、負荷センサ41の出力電圧は対応するAD変換器37を介して入力ポート35に入力される。さらに入力ポート35にはクランクシャフトが例えば15°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ42が接続される。一方、出力ポート36は対応する駆動回路38を介して燃料噴射弁3、スロットル弁9駆動用ステップモータ、燃料添加弁13、EGR制御弁15、および燃料ポンプ19に接続される。   The electronic control unit 30 is composed of a digital computer, and is connected to each other by a bidirectional bus 31. A ROM (read only memory) 32, a RAM (random access memory) 33, a CPU (microprocessor) 34, an input port 35 and an output port 36. It comprises. A temperature sensor 20 for detecting the temperature of the filter 11 is attached to the filter 11, and a differential pressure sensor 21 for detecting a vertical differential pressure of the filter 11 is attached to an exhaust pipe upstream and downstream of the filter 11. . Output signals from the temperature sensor 20 and the differential pressure sensor 21 are input to the input port 35 via the corresponding AD converters 37. A load sensor 41 that generates an output voltage proportional to the amount of depression of the accelerator pedal 40 is connected to the accelerator pedal 40, and the output voltage of the load sensor 41 is input to the input port 35 via the corresponding AD converter 37. The Further, a crank angle sensor 42 that generates an output pulse every time the crankshaft rotates, for example, 15 ° is connected to the input port 35. On the other hand, the output port 36 is connected to the fuel injection valve 3, the step motor for driving the throttle valve 9, the fuel addition valve 13, the EGR control valve 15, and the fuel pump 19 through corresponding drive circuits 38.

上述したフィルタ11は、コージェライトのような多孔質材料からなるハニカム構造をなしており、互いに平行に延びる複数の排気ガス流通路を具備する。これら排気ガス流通路は下流端が栓により閉塞された排気ガス流入通路と、上流端が栓により閉塞された排気ガス流出通路とにより構成され、これら排気ガス流通路は薄肉の隔壁を介して交互に配置される。したがって、排気ガス流入通路に流入した排気ガスは周囲の隔壁内を通って隣接する排気ガス流出通路に流出する。   The filter 11 described above has a honeycomb structure made of a porous material such as cordierite, and includes a plurality of exhaust gas flow passages extending in parallel to each other. These exhaust gas flow passages are composed of exhaust gas inflow passages whose downstream ends are closed by plugs, and exhaust gas outflow passages whose upstream ends are closed by plugs, and these exhaust gas flow passages are alternately arranged through thin partition walls. Placed in. Therefore, the exhaust gas flowing into the exhaust gas inflow passage flows out into the adjacent exhaust gas outflow passage through the surrounding partition wall.

各排気ガス流通路の周壁面、すなわち各隔壁の両側表面上および隔壁内の細孔内壁面上にはアルミナからなる担体の層が形成されており、この担体上にはNOX吸蔵剤と触媒貴金属とが担持されている。NOX吸蔵剤としては、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)、カルシム(Ca)のようなアルカリ土類金属、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が用いられる。また、触媒貴金属としては、例えば、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、ロジウム(Rh)、イリジウム(Ir)から選ばれた少なくとも一つが用いられる。 A support layer made of alumina is formed on the peripheral wall surface of each exhaust gas flow passage, that is, on both side surfaces of each partition wall and on the inner wall surface of the pores in the partition wall. On this support, a NO x storage agent and a catalyst are formed. Precious metal is supported. Examples of the NO x storage agent include alkali metals such as potassium (K), sodium (Na), lithium (Li), and cesium (Cs), and alkaline earth metals such as barium (Ba) and calcium (Ca). At least one selected from rare earths such as lanthanum (La) and yttrium (Y) is used. Further, as the catalyst noble metal, for example, at least one selected from platinum (Pt), palladium (Pd), rhodium (Rh), and iridium (Ir) is used.

NOX吸蔵剤は、フィルタ11に流入する排気ガス(以下、「流入排気ガス」と称す)の空燃比(フィルタ11上流側の排気通路、燃焼室5および吸気通路に供給および添加された空気と燃料との比率)がリーンのときには流入排気ガス中のNOXを吸蔵すると共に、フィルタ11、すなわちNOX吸蔵剤への流入排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチ(以下、「ストイキ・リッチ」と称す)になると吸蔵されているNOXを放出する吸放出作用を行う。NOX吸蔵剤から放出されたNOXは排気ガス中の燃料(還元剤)と反応して還元され、浄化される。 The NO X storage agent is an air-fuel ratio of exhaust gas flowing into the filter 11 (hereinafter referred to as “inflow exhaust gas”) (air supplied to and added to the exhaust passage upstream of the filter 11, the combustion chamber 5 and the intake passage). When the fuel ratio is lean, the NO x in the inflowing exhaust gas is occluded, and the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas to the filter 11, that is, the NO x storage agent, is almost the stoichiometric air-fuel ratio or rich (hereinafter, “stoichiki · When it is called “rich”, it performs an absorption / release action of releasing the stored NO x . NO X occluding NO released from the dosage X is reduced by reacting with the fuel in the exhaust gas (a reducing agent), it is purified.

NOX吸蔵剤によるNOXの吸放出作用のメカニズムについては完全に明らかにされていない。以下に、現在考えられているメカニズムを、担体上に白金およびバリウムを担持させた場合を例にとって説明する。 The mechanism of the NO x absorption and release action by the NO x storage agent has not been fully clarified. Hereinafter, the mechanism currently considered will be described with reference to an example in which platinum and barium are supported on a carrier.

流入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排気ガス中の酸素濃度が大幅に増大し、酸素がO2 -またはO2-の形で白金の表面に付着する。一方、流入排気ガス中のNOは白金の表面上でO2 -またはO2-と反応し、NO2となる(2NO+O2→2NO2)。次いで流入排気ガス中のNO2および生成されたNO2の一部は、白金上でさらに酸化されつつNOX吸蔵剤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(NO3 -)の形でNOX吸蔵剤内に拡散して吸蔵されるか、または亜硝酸(NO2 -)の形でNOX吸蔵剤内に拡散して吸蔵される。 When the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas becomes considerably leaner than the stoichiometric air-fuel ratio, the oxygen concentration in the exhaust gas greatly increases, and oxygen adheres to the platinum surface in the form of O 2 or O 2− . On the other hand, NO in the inflowing exhaust gas reacts with O 2 or O 2− on the surface of platinum to become NO 2 (2NO + O 2 → 2NO 2 ). Next, NO 2 in the inflowing exhaust gas and a part of the generated NO 2 are further oxidized on the platinum while being absorbed in the NO x storage agent and combined with barium oxide (BaO), and nitrate ions (NO 3 shape in either occluded diffused in the NO X storage agent), or nitrite (NO 2 - in the form of) occluded by diffusing into the NO X storage agent.

これに対して流入排気ガスの空燃比がストイキ・リッチになると、排気ガス中の酸素濃度が低下してNO2の生成量が低下し、反応が逆方向(NO3 -→NO2)に進む。このためNOX吸蔵剤内の硝酸イオン(NO3 -)等がNO2の形でNOX吸蔵剤から放出される。放出されたNOXは排気ガス中の燃料(還元剤)と反応して還元せしめられる。このようにして白金の表面上にNO2が存在しなくなるとNOX吸蔵剤から次から次へとNO2が放出され、NOX吸蔵剤内に吸蔵されているNOXの量が減少せしめられる。 On the other hand, when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas becomes stoichiometric rich, the oxygen concentration in the exhaust gas decreases, the amount of NO 2 generated decreases, and the reaction proceeds in the reverse direction (NO 3 → NO 2 ). . Thus the NO X storage agent in the nitrate ion (NO 3 -) and the like are released from the NO X storage agent in the form of NO 2. The released NO x reacts with the fuel (reducing agent) in the exhaust gas and is reduced. Thus NO 2 NO 2 no longer exists on the surface of the platinum when the the NO X storage agent one after another is released, the amount of the NO X being occluded is made to decrease in the NO X storage agent .

なお、上記説明では、NOXはNOX吸蔵剤に吸収される(すなわち、硝酸塩等の形で蓄積する)ものとして説明しているが、実際にはNOXは吸収されているのか吸着(すなわち、NOXをNO2等の形で吸着する)しているのかは必ずしも明確ではなく、これら吸収および吸着の両概念を含む吸蔵という用語を用いる。また、NOX吸蔵剤からの「放出」という用語についても、「吸収」に対応する「放出」の他、「吸着」に対応する「脱離」の意味も含むものとして用いる。また、活性酸素O*に着目すれば、NOX吸蔵剤はNOXの吸蔵および放出に伴って活性酸素O*を生成する活性酸素生成剤であると考えることもできる。 In the above description, it has been described that NO x is absorbed by the NO x storage agent (that is, accumulates in the form of nitrate or the like). However, whether NO x is actually absorbed or adsorbed (that is, It is not always clear whether NO x is adsorbed in the form of NO 2 or the like, and the term occlusion including both the concepts of absorption and adsorption is used. Further, the term “release” from the NO X storage agent is used to include the meaning of “desorption” corresponding to “adsorption” in addition to “release” corresponding to “absorption”. If attention is focused on the active oxygen O * , the NO X storage agent can be considered to be an active oxygen generator that generates the active oxygen O * as NO X is stored and released.

さて、本実施形態では、以下に説明するNOX放出還元制御、微粒子除去制御およびSOX放出制御(硫黄分放出制御)が実行される。これらの制御が実行されない通常制御(通常運転)時には、例えばアクセルペダル40の踏み込み量に応じてスロットル弁9の開度が制御され、新気量が機関運転状態、例えば燃料噴射量および機関回転数に応じて定まる目標新気量に一致するようにEGR制御弁15の開度が制御される。ここで、燃料噴射量は例えばアクセルペダル40の踏み込み量および機関回転数に応じて定められる。さらに、通常制御時には、図2(A)に示したように例えば圧縮上死点(TDC)近傍で主燃料噴射FMのみが行われるか、または図2(B)に示したように主燃料噴射FMと共にパイロット噴射FPが行われる。パイロット噴射FPは燃焼を安定させるために、主燃料噴射FMが行われる前の例えば圧縮上死点前10から40度クランク角程度に行われる。 In the present embodiment, NO X release reduction control, particulate removal control, and SO X release control (sulfur content release control) described below are executed. During normal control (normal operation) in which these controls are not executed, the opening of the throttle valve 9 is controlled according to, for example, the depression amount of the accelerator pedal 40, and the fresh air amount is in the engine operating state, for example, the fuel injection amount and the engine speed. The opening degree of the EGR control valve 15 is controlled so as to coincide with the target fresh air amount determined according to the above. Here, the fuel injection amount is determined according to, for example, the depression amount of the accelerator pedal 40 and the engine speed. Further, during normal control, only the main fuel injection FM is performed, for example, in the vicinity of the compression top dead center (TDC) as shown in FIG. 2 (A), or the main fuel injection is performed as shown in FIG. 2 (B). Pilot injection FP is performed together with FM. In order to stabilize combustion, the pilot injection FP is performed, for example, at a crank angle of about 10 to 40 degrees before compression top dead center before the main fuel injection FM is performed.

ところで、圧縮自着火式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、したがってフィルタ11への流入排気ガスの空燃比は基本的にリーンに維持されている。このため、排気ガス中のNOXはNOX吸蔵剤内に吸蔵される。 By the way, the compression self-ignition internal combustion engine is continuously combusted under a lean air-fuel ratio, and therefore the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the filter 11 is basically kept lean. For this reason, NO X in the exhaust gas is stored in the NO X storage agent.

しかし、NOX吸蔵剤によるNOX吸蔵容量には限りがあり、NOX吸蔵剤のNOX吸蔵量が多くなると、NOX吸蔵剤はそれ以上NOXを吸蔵しにくくなる。そこで、本実施形態では、NOX吸蔵剤に吸蔵されているNOXを放出させて還元し、NOX吸蔵剤のNOX吸蔵量を減少させるために、フィルタ11への流入排気ガスの空燃比を一時的にストイキ・リッチに切り替えるNOX放出還元制御を行う。 However, there is a limit to the NO X storage capacity due to the NO X storage agent, when the NO X storage amount of the NO X absorbent increases, the NO X storage agent hardly occludes more NO X. Therefore, in this embodiment, was reduced to release NO X which is stored in the NO X storage agent, to reduce the NO X storage amount of the NO X absorbent, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the filter 11 performing temporary NO X emission reduction control to switch to the stoichiometric-rich the.

具体的に説明すると、本実施形態では、フィルタ11への流入排気ガスの空燃比がストイキ・リッチになるように燃料添加弁13から燃料が一時的に供給される。この場合、NOX吸蔵剤のNOX吸蔵量が下限量、例えばほぼ零になるのに必要な量だけ燃料添加弁13から燃料が添加される。このようなNOX放出還元制御は予め定められた設定時間間隔で繰り返し行われる。この設定時間間隔は機関運転状態、例えば燃料噴射量および機関回転数に応じて設定される。なお、NOX吸蔵剤のNOX吸蔵量を求め、NOX吸蔵剤のNOX吸蔵量が上限量を越えたときにNOX放出還元制御を行うようにすることもできる。 Specifically, in the present embodiment, fuel is temporarily supplied from the fuel addition valve 13 so that the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the filter 11 becomes stoichiometric rich. In this case, the fuel is added from the fuel addition valve 13 by an amount necessary for the NO X storage amount of the NO X storage agent to become a lower limit amount, for example, approximately zero. Such NO x release reduction control is repeatedly performed at predetermined time intervals. This set time interval is set according to the engine operating state, for example, the fuel injection amount and the engine speed. Incidentally, seeking the NO X storage amount of the NO X absorbent can also be performed for NO X emission reduction control when the NO X storage amount of the NO X occluding agent exceeds the upper limit amount.

一般に、本実施形態で用いられる圧縮自着火式内燃機関では、燃焼室2から排出される排気ガス中に粒子状物質等の炭素から成る微粒子が含まれており、このような排気ガスがフィルタ11に流入するとこれら微粒子はフィルタ11の隔壁等上に捕集される。これにより、微粒子の大気への放出が抑制される。   In general, in the compression self-ignition internal combustion engine used in the present embodiment, the exhaust gas discharged from the combustion chamber 2 contains fine particles made of carbon such as particulate matter. When flowing into the filter, these fine particles are collected on the partition walls of the filter 11. Thereby, discharge | release to the atmosphere of microparticles | fine-particles is suppressed.

また、フィルタ11に担持されたNOX吸蔵剤は上述したようにNOXの吸放出作用を行うに当たり活性酸素O*を生成する。この活性酸素O*は酸素よりも活性が高く、したがってフィルタ11の温度が比較的低温であってもフィルタ11上に捕集された微粒子が酸化、除去される。すなわち、フィルタ11にNOX吸蔵剤が担持されていることにより、フィルタ11への流入排気ガスの空燃比に関わらず、フィルタ11上に捕集されている微粒子が連続的に酸化される。 Further, as described above, the NO X storage agent carried on the filter 11 generates active oxygen O * when performing NO X absorption and release. This active oxygen O * has a higher activity than oxygen. Therefore, even if the temperature of the filter 11 is relatively low, fine particles collected on the filter 11 are oxidized and removed. That, NO X absorbent in the filter 11 by being supported, regardless of the air-fuel ratio of exhaust gas flowing into the filter 11, particulates trapped on the filter 11 is continuously oxidized.

ところが、単位時間当たりにフィルタ11に流入する微粒子が多くなると、フィルタ11に捕集される微粒子の量がフィルタ11によって連続的に酸化可能な微粒子の量を超え、フィルタ11上に堆積する微粒子の量が次第に増大し、これに伴ってフィルタ11による圧損が増大する。   However, when the amount of fine particles flowing into the filter 11 per unit time increases, the amount of fine particles collected by the filter 11 exceeds the amount of fine particles that can be continuously oxidized by the filter 11, and the fine particles deposited on the filter 11. The amount gradually increases, and the pressure loss due to the filter 11 increases accordingly.

そこで、本実施形態では、フィルタ11上への微粒子堆積量が多くなると、フィルタ11上に堆積している微粒子を除去する微粒子除去制御が実行される。微粒子除去制御においては、EGRガスの供給を停止してフィルタ11への流入排気ガスの空燃比をリーンに維持しつつ、フィルタ11の温度を微粒子燃焼温度(例えば、500℃)以上に昇温する昇温処理を行った後、フィルタ11の温度を微粒子燃焼温度以上に維持してフィルタ11上に堆積している微粒子を強制的に燃焼させて除去する高温維持処理が行われる。   Therefore, in the present embodiment, when the amount of particulates deposited on the filter 11 increases, particulate removal control for removing particulates deposited on the filter 11 is executed. In the particulate removal control, the temperature of the filter 11 is raised to a particulate combustion temperature (for example, 500 ° C.) or higher while the supply of EGR gas is stopped and the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the filter 11 is kept lean. After the temperature raising process is performed, a temperature maintaining process is performed in which the temperature of the filter 11 is maintained at a temperature equal to or higher than the particulate combustion temperature, and particulates deposited on the filter 11 are forcibly burned and removed.

具体的には、昇温処理では温度センサ20により検出されるフィルタ11の温度が微粒子燃焼温度になるまでは、まず、図2(C)に示したように主燃料噴射FMと共にパイロット噴射FPおよびアフター噴射FAが行われる。アフター噴射FAは燃焼室から排出される排気ガスの温度を上昇させるために、例えば圧縮上死点後20から30度クランク角程度に行われる。また、このとき主燃料噴射FMおよびパイロット噴射FPの噴射時期は通常制御時(図2(B)参照)に比べて遅角される。   Specifically, in the temperature raising process, until the temperature of the filter 11 detected by the temperature sensor 20 reaches the particulate combustion temperature, first, as shown in FIG. 2C, the pilot fuel injection FM and the pilot fuel injection FP After injection FA is performed. The after injection FA is performed, for example, at a crank angle of about 20 to 30 degrees after the compression top dead center in order to increase the temperature of the exhaust gas discharged from the combustion chamber. At this time, the injection timings of the main fuel injection FM and the pilot injection FP are retarded as compared with the normal control time (see FIG. 2B).

昇温処理によりフィルタ11の温度が微粒子燃焼温度まで上昇されると、高温維持処理が行われる。高温維持処理では、図2(D)に示したように、主燃料噴射FMと共にパイロット噴射FPおよびアフター噴射FAが行われ、さらに例えば圧縮上死点後90から120度程度にポスト噴射FPOが行われる。この場合、フィルタ11の温度が微粒子燃焼温度近傍に維持されるように、ポスト噴射FPOの噴射量が制御される。なお、ポスト噴射FPOは機関出力に寄与しない点でアフター噴射FAと性質を異にしている。   When the temperature of the filter 11 is raised to the particulate combustion temperature by the temperature raising process, the high temperature maintenance process is performed. In the high temperature maintenance process, as shown in FIG. 2D, the pilot injection FP and the after injection FA are performed together with the main fuel injection FM, and further, for example, the post injection FPO is performed about 90 to 120 degrees after the compression top dead center. Is called. In this case, the injection amount of the post injection FPO is controlled so that the temperature of the filter 11 is maintained near the particulate combustion temperature. The post-injection FPO is different from the after-injection FA in that it does not contribute to the engine output.

ところで、排気ガス中には硫黄分が例えばSOXの形で含まれており、NOX吸蔵剤はNOXだけでなくSOXも吸蔵する。このSOXのNOX吸蔵剤への吸蔵メカニズムは基本的にNOXの吸蔵メカニズムと同じであると考えられる。すなわち、担体上に白金(Pt)およびバリウム(Ba)を担持させた場合を例にとって簡単に説明すると、フィルタ11、すなわちNOX吸蔵剤への流入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O2がO2 -またはO2 -の形で白金の表面に付着しており、流入排気ガス中のSO2は白金の表面に付着し白金の表面上でO2 -またはO2 -と反応し、SO3となる。次いで生成されたSO3は白金上でさらに酸化されつつNOX吸蔵剤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(SO4 -)の形でNOX吸蔵剤内に拡散する。この硫酸イオンは次いでバリウムイオン(Ba+)と結合して硫酸塩(BaSO4)を生成する。 By the way, the exhaust gas contains sulfur in the form of SO x , for example, and the NO x storage agent stores not only NO x but also SO x . It is considered that the storage mechanism of SO X in the NO X storage agent is basically the same as the storage mechanism of NO X. That is, the case where platinum (Pt) and barium (Ba) are supported on the carrier will be briefly described as an example. As described above, when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the filter 11, that is, the NO x storage agent, is lean. O 2 is attached to the surface of platinum in the form of O 2 or O 2 , and SO 2 in the inflowing exhaust gas is attached to the surface of platinum and O 2 or O 2 on the surface of the platinum. To SO 3 . Next, the generated SO 3 is further oxidized on the platinum while being absorbed by the NO x storage agent and combined with barium oxide (BaO), and diffuses into the NO x storage agent in the form of sulfate ions (SO 4 ). . The sulfate ions are then combined with barium ions (Ba + ) to form sulfate (BaSO 4 ).

この硫酸塩(BaSO4)は分解しにくく、フィルタ11への流入排気ガスの空燃比をただ単にリッチにしてもNOX吸蔵剤内の硫酸塩の量は減少しない。このため、時間が経過するにつれてNOX吸蔵剤内の硫酸塩の量が増大し、その結果NOX吸蔵剤が吸蔵しうるNOXの量が減少することになる。 This sulfate (BaSO 4 ) is difficult to decompose, and even if the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the filter 11 is simply rich, the amount of sulfate in the NO x storage agent does not decrease. For this reason, as time passes, the amount of sulfate in the NO x storage agent increases, and as a result, the amount of NO x that can be stored by the NO x storage agent decreases.

ところが、NOX吸蔵剤の温度を例えば600℃以上に維持しつつフィルタ11への流入排気ガスの空燃比をストイキ・リッチにすると、NOX吸蔵剤内の硫酸塩が分解してSO3の形でNOX吸蔵剤から放出される。放出されたSO3は排気ガス中の燃料(還元剤)と反応してSO2に還元せしめられる。このようにしてNOX吸蔵剤内に硫酸塩の形で吸蔵されているSOXの量が次第に減少し、このときNOX吸蔵剤からSOXがSO3の形で流出することがない。 However, if the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the filter 11 is made stoichiometric rich while maintaining the temperature of the NO X storage agent at, for example, 600 ° C. or higher, the sulfate in the NO X storage agent decomposes and forms SO 3 . Is released from the NO X storage agent. The released SO 3 reacts with the fuel (reducing agent) in the exhaust gas and is reduced to SO 2 . In this way, the amount of SO X stored in the form of sulfate in the NO X storage agent gradually decreases, and at this time, SO X does not flow out from the NO X storage agent in the form of SO 3 .

そこで本実施形態では、NOX吸蔵剤に吸蔵されているSOX吸蔵量が多くなると、NOX吸蔵剤に吸蔵されているSOXを放出させるSOX放出制御が実行される。SOX放出制御においては、NOX吸蔵剤の温度、すなわちフィルタ11の温度をSOX放出温度(硫黄分放出温度、例えば600℃)以上に維持しつつ、フィルタ11への流入排気ガスの空燃比をストイキ・リッチにしている。 In this embodiment, when the SO X storage amount stored in the NO X absorbent increases, SO X release control for releasing SO X, which is occluded in the NO X absorbent is performed. In the SO X release control, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the filter 11 is maintained while maintaining the temperature of the NO X storage agent, that is, the temperature of the filter 11 at or above the SO X release temperature (sulfur content release temperature, for example, 600 ° C.). Is stoichiometric and rich.

具体的には、SOX放出制御では、機関の燃焼がいわゆるEGR燃焼とされると共に、燃料添加弁13からNOX吸蔵剤に流入する排気ガスに燃料が添加される。EGR燃焼とは、燃焼室2から排出された排気ガスの一部であるEGRガスを再び燃焼室に吸入させて行われる燃焼であって、そのEGR率(EGRガス量/(EGRガス量+吸入空気量))が通常燃焼に比べて高い燃焼をいう。一般に、圧縮自着火式内燃機関では、燃焼室2から排出される排気ガスの空燃比はほとんどリーンであり、またそのリーン度合も高い(以下、「強リーン」と称す)。一方、EGR燃焼を行っているときは、燃焼室2への吸入空気量が少なく押さえられるため、燃焼室2から排出される排気ガスの空燃比はリーンでありながらもそのリーン度合は低い(例えば、排気ガスの空燃比18〜25。以下、「弱リーン」と称す)。また、多くの排気ガスが再び燃焼室5に戻されるため、フィルタ11に到達する排気ガスは少ない。このため、燃料添加装置から排気ガス中に添加する燃料の量が少量であってもフィルタ11への流入排気ガスの空燃比をストイキ・リッチにすることができる。 Specifically, in the SO X release control, the combustion of the engine is so-called EGR combustion, and fuel is added to the exhaust gas flowing from the fuel addition valve 13 into the NO X storage agent. The EGR combustion is combustion performed by causing EGR gas, which is part of exhaust gas discharged from the combustion chamber 2, to be again sucked into the combustion chamber, and its EGR rate (EGR gas amount / (EGR gas amount + intake). The amount of air)) is higher than normal combustion. Generally, in a compression self-ignition internal combustion engine, the air-fuel ratio of exhaust gas discharged from the combustion chamber 2 is almost lean, and the degree of leanness is high (hereinafter referred to as “strong lean”). On the other hand, when EGR combustion is being performed, the amount of intake air into the combustion chamber 2 is suppressed to a low level, so the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the combustion chamber 2 is lean but its lean degree is low (for example, The air-fuel ratio of the exhaust gas is 18 to 25. Hereinafter, it is referred to as “weak lean”). Further, since a lot of exhaust gas is returned to the combustion chamber 5 again, there is little exhaust gas reaching the filter 11. For this reason, even if the amount of fuel added from the fuel addition device to the exhaust gas is small, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the filter 11 can be stoichiometric and rich.

さらに、EGR燃焼では燃焼室5内への吸入空気よりも温度の高いEGRガスが多く吸入せしめられるため、燃焼室2から排出される排気ガスの温度はEGR燃焼を行っていないときよりも高い。また、このように温度の高い排気ガスに燃料添加弁13から燃料が添加されるため、添加された燃料は、排気ガスがフィルタ11に流入するまでにおよびフィルタ11において燃焼し、排気ガスの温度およびフィルタ11の温度を上昇させる。したがって、機関の燃焼をEGR燃焼とし且つ燃料添加装置52から燃料を添加することで、フィルタ11の温度、すなわちNOX吸蔵剤の温度をSOX放出温度以上に維持することができる。 Further, in EGR combustion, a large amount of EGR gas having a temperature higher than that of the intake air into the combustion chamber 5 is sucked, so that the temperature of the exhaust gas discharged from the combustion chamber 2 is higher than when EGR combustion is not performed. Further, since the fuel is added from the fuel addition valve 13 to the exhaust gas having such a high temperature, the added fuel burns in the filter 11 and before the exhaust gas flows into the filter 11, and the temperature of the exhaust gas. And the temperature of the filter 11 is raised. Therefore, by setting the combustion of the engine to EGR combustion and adding fuel from the fuel addition device 52, the temperature of the filter 11, that is, the temperature of the NO X storage agent, can be maintained at the SO X release temperature or higher.

なお、EGR燃焼には低温燃焼と高EGR燃焼とがある。ここで、低温燃焼および高EGR燃焼について簡単に説明する。一般に、圧縮自着火内燃機関では、燃料噴射時期等の条件を一定として燃焼室5に流入する混合気中に占めるEGRガスの割合(以下、「EGR率」と称す)を高くすると、それに伴ってスモークの発生量が増加するが、或るスモークの発生量のピークを超えると逆にスモークの発生量が減少する。   EGR combustion includes low temperature combustion and high EGR combustion. Here, the low temperature combustion and the high EGR combustion will be briefly described. In general, in a compression self-ignition internal combustion engine, when the ratio of EGR gas in the air-fuel mixture flowing into the combustion chamber 5 is increased with conditions such as the fuel injection timing being constant (hereinafter referred to as “EGR rate”), Although the amount of smoke generated increases, when the peak of a certain amount of smoke generated is exceeded, the amount of smoke generated decreases conversely.

低温燃焼は、このスモークの発生量のピークを超えるような高いEGR率でEGRガスを燃焼室5に吸入させて行う燃焼をいい、高EGR燃焼は、このスモークの発生量のピークを超えない範囲内で比較的高いEGR率でEGRガスを燃焼室に吸入させて行う燃焼をいう。この場合、燃焼室で燃焼される混合気の空燃比は低温燃焼では例えば18から20程度にされており、高EGR燃焼では22から25程度にされている。なお、通常制御時の空燃比は25から70程度にされている。一方、低温燃焼では圧縮上死点前20度クランク角程度に主燃料噴射のみが行われ、高EGR燃焼では圧縮上死点近傍に主燃料噴射のみが行われる。   Low temperature combustion refers to combustion performed by inhaling EGR gas into the combustion chamber 5 at a high EGR rate that exceeds the peak of the amount of smoke generated, and high EGR combustion is a range that does not exceed the peak of the amount of smoke generated The combustion is performed by sucking EGR gas into the combustion chamber at a relatively high EGR rate. In this case, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture burned in the combustion chamber is set to, for example, about 18 to 20 in the low temperature combustion, and is set to about 22 to 25 in the high EGR combustion. Note that the air-fuel ratio during normal control is about 25 to 70. On the other hand, in the low temperature combustion, only the main fuel injection is performed at a crank angle of about 20 degrees before the compression top dead center, and in the high EGR combustion, only the main fuel injection is performed in the vicinity of the compression top dead center.

本明細書においては、単にこれら低温燃焼と高EGR燃焼とをまとめてEGR燃焼として説明するが、本実施形態ではEGR燃焼中にはこれら低温燃焼と高EGR燃焼とが状況に応じて使い分けられている。   In this specification, these low-temperature combustion and high EGR combustion are simply described as EGR combustion, but in this embodiment, these low-temperature combustion and high EGR combustion are selectively used depending on the situation during EGR combustion. Yes.

また、低温燃焼および高EGR燃焼を含むEGR燃焼は、機関負荷が高いとき、燃料噴射量が多いとき、または内燃機関に対する要求トルクが大きいときには実行が困難となる。これは、燃焼時における燃料および周囲のガスの温度が高くなるためである。したがって、このようなときにはフィルタ11への流入排気ガスの空燃比をストイキ・リッチにすることが困難である。そこで、本実施形態のSOX放出制御では、このようなときにEGR燃焼を行わず、通常制御と同様なEGR率のかなり低いまたはほぼ零の燃焼を行うと共に燃料添加弁13から燃料を添加してフィルタ11の温度をSOX放出温度以上に維持することとしている。すなわち、SOX放出制御では、基本的にフィルタ11への流入排気ガスの空燃比をストイキ・リッチにすると共に該NOX吸蔵剤の温度をSOX放出温度以上に昇温して維持するように制御するが、機関負荷が高いとき等には空燃比をストイキ・リッチにすることが困難であるため、フィルタ11の昇温および温度維持のみ実行している。ただし、以下の説明では、上述したようなときにもSOX放出制御が行われるものとして説明する。 Further, EGR combustion including low temperature combustion and high EGR combustion becomes difficult to execute when the engine load is high, the fuel injection amount is large, or the required torque for the internal combustion engine is large. This is because the temperature of the fuel and surrounding gas during combustion increases. Therefore, in such a case, it is difficult to make the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the filter 11 stoichiometric rich. Therefore, in the SO X release control of the present embodiment, EGR combustion is not performed in such a case, combustion is performed with a considerably low or almost zero EGR rate as in the normal control, and fuel is added from the fuel addition valve 13. Thus, the temperature of the filter 11 is maintained at the SO X release temperature or higher. In other words, in the SO X release control, basically, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the filter 11 is stoichiometric and rich, and the temperature of the NO X storage agent is raised to the SO X release temperature and maintained. Although it is difficult to make the air-fuel ratio stoichiometric rich when the engine load is high, etc., only the temperature rise and temperature maintenance of the filter 11 are executed. However, in the following description, it is assumed that SO X release control is performed even at the time described above.

上述した微粒子除去制御とSOX放出制御では、いずれの制御においてもフィルタ11の温度を昇温することが必要となるが、フィルタ11の昇温には上述したようにパイロット噴射、アフター噴射およびポスト噴射を行うことや燃料添加弁13から燃料を添加することが必要となり、燃料消費量の増大を招く。したがって、本実施形態では、フィルタ11上への微粒子堆積量が予め定められた限界堆積量を越えた場合、またはNOX吸蔵剤のSOX吸蔵量が予め定められた限界吸蔵量を超えた場合に、燃費悪化抑制の観点から、微粒子除去制御とSOX放出制御を連続して行い、フィルタ11の昇温回数を減らすようにしている。ここで、限界堆積量とは、例えば、フィルタ11の温度をSOX放出温度近傍に昇温してもフィルタ11上に堆積している微粒子が一気に燃焼してフィルタ11の温度がフィルタ11の溶損を招くほど高温となることのない範囲で最大の堆積量以下であり、従来の排気浄化装置における微粒子除去制御を実行する際の微粒子堆積量の閾値と同様な量である。また、限界吸蔵量とは、例えば、NOX吸蔵剤のNOX吸蔵容量が著しく低下することのない範囲で最大のSOX吸蔵量、またはそれよりも僅かに少ないSOX吸蔵量である。 In the above-described particulate removal control and SO X release control, it is necessary to raise the temperature of the filter 11 in any of the controls, but for raising the temperature of the filter 11, as described above, pilot injection, after injection, and post It is necessary to perform injection and to add fuel from the fuel addition valve 13, which causes an increase in fuel consumption. Therefore, in the present embodiment, when the amount of particulates deposited on the filter 11 exceeds a predetermined limit accumulation amount, or when the SO X storage amount of the NO X storage agent exceeds a predetermined limit storage amount. In addition, from the viewpoint of suppressing deterioration in fuel consumption, the particulate removal control and the SO X release control are continuously performed to reduce the number of times of temperature rise of the filter 11. Here, the limit accumulation amount is, for example, that even if the temperature of the filter 11 is raised to the vicinity of the SO X release temperature, the fine particles accumulated on the filter 11 burn at once, and the temperature of the filter 11 is dissolved in the filter 11. It is below the maximum deposition amount within a range where the temperature does not become high enough to cause damage, and is the same amount as the threshold of the particulate deposition amount when executing particulate removal control in the conventional exhaust purification apparatus. In addition, the limit adsorption amount, for example, the largest SO X storage amount, or slightly less SO X storage amount than in free range to the NO X storage capacity decreases markedly in the NO X storage agent.

ところで、従来の排気浄化装置では、微粒子除去制御とSOX放出制御を連続して行う際に、SOX放出制御よりも先に微粒子除去制御を実行し、フィルタ11上への微粒子堆積量をほぼ零にしてから、SOX放出制御を行うこととしていた。すなわち、従来のSOX放出制御では、フィルタ11への流入排気ガスの空燃比を実際にストイキ・リッチに維持すると燃料(還元剤)がフィルタ11の担体表面に付着するため、フィルタ11への流入排気ガスの空燃比を一定の周期でリーンとストイキ・リッチとを繰り返すように燃料を添加して、フィルタ11の担体表面に付着した燃料を燃焼させることとしている。しかし、フィルタ11上に微粒子が多量に堆積した状態でこのような従来のSOX放出制御を実行した場合、SOX放出制御実行中にフィルタ11上の微粒子が燃焼し易くなる。このため、SOX放出制御実行中にフィルタ11の温度はかなりの高温となり、フィルタ11の熱劣化が大きくなる。また、この場合、微粒子の燃焼の制御が困難であるため、フィルタ11の温度がかなりの高温とならないようにフィルタ11の温度をSOX放出温度近傍に維持するのは困難である。したがって、先に微粒子除去制御を実行して微粒子堆積量をほぼ零にしてからSOX放出制御を行うことで、大きな熱劣化の防止およびフィルタ温度維持の困難性回避を図っていた。 By the way, in the conventional exhaust purification apparatus, when the particulate removal control and the SO X release control are continuously performed, the particulate removal control is executed prior to the SO X release control, and the amount of particulate deposition on the filter 11 is substantially reduced. It was decided to perform SO X release control after zeroing. That is, in the conventional SO X release control, if the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the filter 11 is actually maintained to be stoichiometric and rich, the fuel (reducing agent) adheres to the carrier surface of the filter 11 and therefore flows into the filter 11. Fuel is added so that the air-fuel ratio of the exhaust gas repeats lean, stoichiometric and rich at a constant cycle, and the fuel adhering to the carrier surface of the filter 11 is burned. However, when such conventional SO X release control is executed in a state where a large amount of fine particles are deposited on the filter 11, the fine particles on the filter 11 are easily burned during execution of the SO X release control. For this reason, the temperature of the filter 11 becomes considerably high during execution of the SO X release control, and the thermal deterioration of the filter 11 becomes large. Further, in this case, since it is difficult to control the combustion of the fine particles, it is difficult to maintain the temperature of the filter 11 in the vicinity of the SO X release temperature so that the temperature of the filter 11 does not become a considerably high temperature. Therefore, by executing the particulate removal control first to reduce the amount of particulate deposition to almost zero and then performing the SO X release control, large thermal deterioration is prevented and the difficulty of maintaining the filter temperature is avoided.

しかし、上述した微粒子除去制御ではフィルタ11の温度を微粒子燃焼温度以上に維持するのに燃料を必要とし、また、SOX放出制御ではフィルタ11への流入排気ガスの空燃比をストイキ・リッチにするのに燃料を必要とする。したがって、両制御のトータルの実行時間が長くなるほど燃料消費量が増大する。従来の排気浄化装置では、微粒子が多量に堆積している状態でのフィルタの温度維持の困難性回避を理由に、微粒子除去制御によりフィルタ11上の微粒子を完全に除去してからSOX放出制御を行うこととしているが、燃料消費量低減の観点からは、両制御のトータルの実行時間をできるだけ短くすることが好ましい。 However, the particulate removal control described above requires fuel to maintain the temperature of the filter 11 at or above the particulate combustion temperature, and the SO X release control makes the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the filter 11 stoichiometric rich. Need fuel. Therefore, the fuel consumption increases as the total execution time of both controls becomes longer. In the conventional exhaust purification device, the SO X release control is performed after the fine particles on the filter 11 are completely removed by the fine particle removal control in order to avoid the difficulty of maintaining the temperature of the filter in a state where a large amount of fine particles are accumulated. However, from the viewpoint of reducing fuel consumption, it is preferable to shorten the total execution time of both controls as much as possible.

そこで、本実施形態では、微粒子除去制御およびSOX放出制御を実行するにあたり、先に微粒子除去制御を開始して、微粒子除去制御の開始から所定時間経過後にSOX放出制御と微粒子除去制御とを交互に複数回繰り返すSOX放出・微粒子除去制御(硫黄分放出・微粒子除去制御)を実行するようにしている。 Therefore, in the present embodiment, when executing a particulate removal control and SO X release control, the start of the earlier particulate removal control, the SO X release control and particulate removal control from the start of the particle removal control after a predetermined time has elapsed The SO X release / particle removal control (sulfur content release / particle removal control), which is alternately repeated a plurality of times, is executed.

本実施形態では、SOX放出・微粒子除去制御中には、従来のSOX放出制御中と同様に、フィルタ11の温度がSOX放出温度以上に維持されつつ、フィルタ11への流入排気ガスの空燃比がリーンとストイキ・リッチとを繰り返すようにされる。そして、流入排気ガスの空燃比がリーンのときには微粒子除去制御としてフィルタ11に堆積している微粒子が除去され、流入排気ガスの空燃比がストイキ・リッチのときにはSOX放出制御としてNOX吸蔵剤からSOXが放出される。したがって、SOX放出・微粒子除去制御終了時にはSOX吸蔵量および微粒子堆積量はほぼ零となっている。 In the present embodiment, during the SO X release / particulate removal control, the temperature of the filter 11 is maintained at the SO X release temperature or higher while the exhaust gas flowing into the filter 11 is maintained, as in the conventional SO X release control. The air-fuel ratio is made to repeat lean and stoichiometric rich. Then, the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas particulates deposited on the filter 11 as a particulate removal control is removed when the lean, when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is stoichiometric-rich from the NO X storage agent as SO X release control SO X is released. Therefore, at the end of the SO X release / fine particle removal control, the SO X storage amount and the fine particle accumulation amount are substantially zero.

また、フィルタ11上への微粒子堆積量が多い状態でSOX放出・微粒子除去制御を実行すると微粒子の燃焼速度すなわち微粒子が燃え広がる速さが速く、フィルタ11の温度をSOX放出温度近傍に維持するのは困難であるが、フィルタ11上への微粒子堆積量が少ないときには微粒子の燃焼速度が遅く、SOX放出・微粒子除去制御を実行してもフィルタ11の温度を容易にSOX放出温度近傍に維持することができる。本実施形態では、先に微粒子除去制御を所定時間実行して、微粒子堆積量を低減してからSOX放出・微粒子除去制御が行われるため、SOX放出・微粒子除去制御中であってもフィルタ11の温度を容易にSOX放出温度近傍に維持することができる。 Further, if the SO X release / particulate removal control is executed in a state where the amount of particulates deposited on the filter 11 is large, the combustion speed of the particulates, that is, the speed at which the particulates spread is fast, and the temperature of the filter 11 is maintained near the SO X release temperature. Although it is difficult, when the deposited amount of the particulate matter onto the filter 11 is small slow burn rate of fine particles, readily sO X release temperature near the temperature of the filter 11 is also running a sO X release-particle removal control for Can be maintained. In the present embodiment, by performing the previously particulate removal control predetermined time, since the SO X release-particle removal control after reducing the particulate deposition amount is performed, even SO X release-particle removal control in the filter The temperature of 11 can be easily maintained in the vicinity of the SO x release temperature.

さらに、微粒子堆積量が零になる前にSOX放出・微粒子除去制御が開始されれば、従来の排気浄化装置に比べ、両制御のトータルの実行時間を短くすることができる。すなわち、本実施形態のSOX放出・微粒子除去制御ではほとんどの場合SOXよりも先に微粒子が除去されると考えられるため、従来のSOX放出制御と本実施形態におけるSOX放出・微粒子除去制御とはSOXの放出に必要な時間だけ、よってほぼ同様な時間だけ行われることになるが、本実施形態における微粒子除去制御の実行時間は従来の排気浄化装置に比べて短い。このため、本実施形態によれば、従来の排気浄化装置に比べてこれら制御のトータルの実行時間を短くすることができ、これら制御による燃料消費量を低減することができる。したがって、本実施形態によれば、SOX放出・微粒子除去制御中におけるフィルタ11の温度をSOX放出温度近傍に維持しながらも、両制御のトータルの実行時間を短くすることができる。 Furthermore, if the SO X release / particulate removal control is started before the particulate accumulation amount becomes zero, the total execution time of both controls can be shortened as compared with the conventional exhaust purification device. That is, in the SO X release / particulate removal control of this embodiment, it is considered that the particulates are removed prior to SO X in most cases. Therefore, the conventional SO X release control and the SO X release / particulate removal in this embodiment are considered. Although the control is performed only for the time required for the release of SO x , and therefore substantially the same time, the execution time of the particulate removal control in this embodiment is shorter than that of the conventional exhaust purification device. For this reason, according to this embodiment, the total execution time of these controls can be shortened compared with the conventional exhaust purification apparatus, and the fuel consumption by these controls can be reduced. Therefore, according to the present embodiment, the total execution time of both controls can be shortened while maintaining the temperature of the filter 11 during the SO X release / particulate removal control in the vicinity of the SO X release temperature.

ここで、上記所定時間は、微粒子堆積量に無関係に一定の時間としてもよいし、フィルタ11への微粒子堆積量に応じて変化する時間としてもよい。所定時間を微粒子堆積量に無関係に一定の時間とする場合、所定時間は、例えば、微粒子除去制御を実行しても基本的に限界堆積量近傍にまで堆積していた微粒子が完全に除去されることのないような時間とされ、予め実験的に求められる一定時間である。   Here, the predetermined time may be a fixed time regardless of the amount of particulate deposition, or may be a time varying according to the amount of particulate deposition on the filter 11. In the case where the predetermined time is set to a constant time regardless of the amount of fine particles deposited, for example, even if the fine particle removal control is executed, the fine particles that have basically accumulated to near the limit accumulation amount are completely removed. This is a constant time that is determined experimentally in advance.

所定時間を微粒子堆積量に応じて変化する時間とする場合、例えば、所定時間は、例えば、微粒子除去制御を開始してからパティキュレートフィルタへの微粒子堆積量が上記限界堆積量よりも少なく且つ零近傍よりも多い予め定められた許容堆積量となるまでにかかる時間とされる。なお、許容堆積量とは、例えば、上記限界堆積量の50%の堆積量である。   In the case where the predetermined time is a time that varies depending on the amount of particulate deposition, for example, the predetermined time is, for example, when the particulate deposition amount on the particulate filter is less than the limit deposition amount and zero after the particulate removal control is started. It is the time taken to reach a predetermined allowable deposition amount that is greater than the vicinity. The allowable deposition amount is, for example, a deposition amount that is 50% of the limit deposition amount.

図3を参照して具体的に説明する。本発明の実施形態では、差圧センサ21によって検出されたフィルタ11の上下差圧と機関回転数とに基づいてフィルタ11上への微粒子堆積量ΣPMが算出される。これは、機関回転数を一定とした場合におけるフィルタ11の上下差圧がフィルタ11上への微粒子堆積量に応じて変化するためである。一方、単位時間当たりにNOX吸蔵剤内に流入するSOX量を逐次積算することによりSOX吸蔵量ΣSOXが算出される。この単位時間当たりの流入SOX量は単位時間当たりに燃焼室2から排出されるSOX量に一致し、この排出SOX量は機関運転状態、例えば燃料噴射量および燃料中の硫黄濃度に応じて算出することができる。 This will be specifically described with reference to FIG. In the embodiment of the present invention, the particulate accumulation amount ΣPM on the filter 11 is calculated based on the differential pressure across the filter 11 detected by the differential pressure sensor 21 and the engine speed. This is because the up-and-down differential pressure of the filter 11 changes according to the amount of particulates deposited on the filter 11 when the engine speed is constant. On the other hand, the SO X storage amount ΣSO X is calculated by sequentially integrating the SO X amount flowing into the NO X storage agent per unit time. This inflow SO X amount per unit time corresponds to the SO X amount discharged from the combustion chamber 2 per unit time, and this exhaust SO X amount depends on the engine operating state, for example, the fuel injection amount and the sulfur concentration in the fuel. Can be calculated.

算出された微粒子堆積量ΣPMが限界堆積量ΣPMHを超えた場合、またはSOX吸蔵量ΣSOXが限界吸蔵量ΣSOXHを越えた場合には、まず上述した微粒子除去制御が開始される(図3の時刻t0)。微粒子除去制御が開始されると昇温処理が行われ、フィルタ11の温度Tcが上昇せしめられる(時刻t0〜t1)。温度センサ20によって検出されたフィルタ11の温度Tcが微粒子燃焼温度になると、高温維持処理に切り替えられ(時刻t1)、フィルタ11の温度Tcが微粒子燃焼温度近傍に維持される。微粒子除去制御の高温維持処理中(時刻t1〜t2)にはフィルタ11上への微粒子堆積量ΣPMが次第に減少する。そして、上記所定時間を微粒子堆積量に無関係に一定の時間とする場合、微粒子除去制御開始から所定時間が経過すると微粒子除去制御が中止されて、SOX放出・微粒子除去制御が開始される(時刻t2)。
一方、上記所定時間を微粒子堆積量に応じて変化する時間とする場合、例えば、単位時間当たりに減少する微粒子の量をフィルタ11の温度に応じて算出する。そして、単位時間当たりに減少する微粒子の量を微粒子除去制御開始時における微粒子堆積量から逐次減算し、微粒子堆積量ΣPMが許容堆積量ΣPMLになると微粒子除去制御が中止されて、SOX放出・微粒子除去制御が開始される(時刻t2)。
When the calculated particulate accumulation amount ΣPM exceeds the limit accumulation amount ΣPMH, or when the SO X storage amount ΣSOX exceeds the limit storage amount ΣSOXH, the above-described particulate removal control is first started (time in FIG. 3). t 0). When the particulate removal control is started, the temperature raising process is performed, and the temperature Tc of the filter 11 is raised (time t 0 to t 1 ). When the temperature Tc of the filter 11 detected by the temperature sensor 20 reaches the particulate combustion temperature, the temperature is switched to the high temperature maintenance process (time t 1 ), and the temperature Tc of the filter 11 is maintained near the particulate combustion temperature. During the high temperature maintenance process of the particulate removal control (time t 1 to t 2 ), the particulate accumulation amount ΣPM on the filter 11 gradually decreases. When the predetermined time is set to be a constant time regardless of the amount of fine particles deposited, the fine particle removal control is stopped when the predetermined time has elapsed from the start of the fine particle removal control, and the SO X release / fine particle removal control is started (time). t 2).
On the other hand, when the predetermined time is set as a time that changes according to the amount of deposited fine particles, for example, the amount of fine particles that decrease per unit time is calculated according to the temperature of the filter 11. Then, the amount of fine particles decreasing per unit time is successively subtracted from the fine particle accumulation amount at the start of fine particle removal control, and when the fine particle accumulation amount ΣPM reaches the allowable accumulation amount ΣPML, the fine particle removal control is stopped, and SO X release / fine particle Removal control is started (time t 2 ).

SOX放出・微粒子除去制御が開始されると、流入排気ガスの空燃比A/Fがストイキ・リッチとリーンとを繰り返すように燃料添加弁13から燃料が添加され、流入排気ガスの空燃比A/Fがストイキ・リッチからリーンに変わったときにフィルタ11表面上に付着した燃料(還元剤)および微粒子が燃焼するため、フィルタ11の温度が上昇する。燃料の燃焼が終了しても微粒子の燃焼は続くが、フィルタ11上への微粒子堆積量が少ないため、その燃焼速度は遅く、フィルタ11の温度Tcは低下していく。また、微粒子の燃焼に伴ってフィルタ11上への微粒子堆積量ΣPMは減少し、遂にはほぼ零となる。さらに、SOX放出・微粒子除去制御中には、主に流入排気ガスの空燃比A/Fがストイキ・リッチのときにNOX吸蔵剤のSOX吸蔵量ΣSOXが次第に減少する。単位時間当たりに減少するSOX量は例えばフィルタ11の温度に応じて算出することができる。本実施形態では、単位時間当たりに減少するSOX量をSOX吸蔵量から逐次減算し、SOX吸蔵量が下限値、例えば零になるとSOX放出制御が完了される(時刻t3)。即ち、通常制御に戻される。 When the SO X release / particulate removal control is started, fuel is added from the fuel addition valve 13 so that the air-fuel ratio A / F of the inflowing exhaust gas repeats stoichiometric rich and lean, and the air-fuel ratio A of the inflowing exhaust gas. When / F changes from stoichiometric rich to lean, the fuel (reducing agent) and fine particles adhering to the surface of the filter 11 burn, so the temperature of the filter 11 rises. Even after the combustion of the fuel is finished, the combustion of the fine particles continues, but since the amount of the fine particles deposited on the filter 11 is small, the combustion speed is slow, and the temperature Tc of the filter 11 decreases. In addition, the particulate accumulation amount ΣPM on the filter 11 decreases with the combustion of the particulates, and finally becomes almost zero. Further, during the SO X release / fine particle removal control, the SO X storage amount ΣSOX of the NO X storage agent gradually decreases mainly when the air-fuel ratio A / F of the inflowing exhaust gas is stoichiometric and rich. The amount of SO X that decreases per unit time can be calculated according to the temperature of the filter 11, for example. In this embodiment, the SO X amount which decreases per unit time sequentially subtracted from the SO X storage amount, SO X storage amount lower limit, SO X release control is completed when the example becomes zero (time t 3). That is, the normal control is restored.

図4および図5は上記所定時間を微粒子堆積量に無関係に一定の時間とする場合の本実施形態における排気浄化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。   FIGS. 4 and 5 show an exhaust purification routine in the present embodiment in which the predetermined time is set to a fixed time regardless of the amount of deposited particulates. This routine is executed by interruption every predetermined time.

図4および図5を参照すると、まずステップ100ではNOX吸蔵剤のSOX吸蔵量ΣSOXとフィルタ11上への微粒子堆積量ΣPMが算出される。これらは、通常制御時のみならず、微粒子除去制御およびSOX放出・微粒子除去制御中においても算出される。次いで、ステップ101では、SOX放出・微粒子除去フラグXSPMがセットされているか否かが判別される。このSOX放出・微粒子除去フラグXSPMはSOX放出・微粒子除去制御を実行すべきときにセットされ(XSPM=1)、それ以外のときにはセットされない(XSPM=0)ものである。SOX放出・微粒子除去フラグXSPMがセットされていないときにはステップ102へと進み、微粒子除去フラグXPMがセットされているか否かが判別される。この微粒子除去フラグXPMは微粒子除去制御を実行すべきときにセットされ(XPM=1)、それ以外のときにはセットされない(XPM=0)ものである。 Referring to FIGS. 4 and 5, first, at step 100, the SO X storage amount ΣSOX of the NO X storage agent and the particulate accumulation amount ΣPM on the filter 11 are calculated. These are calculated not only during normal control but also during particulate removal control and SO x release / particle removal control. Next, at step 101, it is judged if the SO X release / particulate removal flag XSPM is set. The SO X release / particulate removal flag XSPM is set when the SO X release / particulate removal control is to be executed (XSPM = 1), and is not set otherwise (XSPM = 0). When the SO X release / particulate removal flag XSPM is not set, the routine proceeds to step 102, where it is judged if the particulate removal flag XPM is set. The particulate removal flag XPM is set when the particulate removal control is to be executed (XPM = 1), and is not set otherwise (XPM = 0).

微粒子除去フラグXPMがセットされていないときにはステップ103へと進み、フィルタ11上への微粒子堆積量ΣPMが限界堆積量ΣPMHを越えているか否かが判別される。ΣPM≦ΣPMHのときには次いでステップ104へと進み、NOX吸蔵剤のSOX吸蔵量ΣSOXが限界吸蔵量ΣSOXHを越えているか否かが判別される。ΣSOX≦ΣSOXHのときには次いでステップ105へと進み、NOX放出還元制御の実行条件が成立しているか否かが判別される。本実施形態では、先のNOX放出還元制御から上述した設定時間間隔が経過し且つNOX吸蔵剤の温度が設定温度例えば190℃よりも高いときにNOX放出還元制御の実行条件が成立していると判別され、それ以外はNOX放出還元制御の実行条件が成立していないと判別される。NOX放出還元制御の実行条件が成立していないと判別されたときにはステップ106へと進み、通常制御が行われる。これに対し、NOX放出還元制御の実行条件が成立していると判別されたときにはステップ107へと進み、NOX放出還元制御が行われる。 When the particulate removal flag XPM is not set, the routine proceeds to step 103, where it is judged if the particulate accumulation amount ΣPM on the filter 11 exceeds the limit accumulation amount ΣPMH. When ΣPM ≦ ΣPMH, the routine proceeds to step 104, where it is determined whether or not the SO X storage amount ΣSOX of the NO X storage agent exceeds the limit storage amount ΣSOXH. When ΣSOX ≦ ΣSOXH, the routine proceeds to step 105 where it is determined whether or not an execution condition for NO X release reduction control is satisfied. In the present embodiment, the execution condition of the NO X release reduction control is satisfied when the set time interval described above has elapsed from the previous NO X release reduction control and the temperature of the NO X storage agent is higher than a set temperature, for example, 190 ° C. Otherwise, it is determined that the conditions for executing the NO x release reduction control are not satisfied. When it is determined that the execution condition for the NO x release reduction control is not satisfied, the routine proceeds to step 106 where normal control is performed. On the other hand, when it is determined that the execution condition for the NO x release reduction control is satisfied, the routine proceeds to step 107 where the NO x release reduction control is performed.

一方、ステップ103においてΣPM>ΣPMHのときまたはステップ104においてΣSOX>ΣSOXHのときには次いでステップ108に進み、微粒子除去フラグXPMがセットされる。   On the other hand, when ΣPM> ΣPMH at step 103 or ΣSOX> ΣSOXH at step 104, the routine proceeds to step 108 where the particulate removal flag XPM is set.

微粒子除去フラグXPMがセットされたときにはステップ102からステップ109へと進み、微粒子除去フラグXPMがセットされてから所定時間が経過したか否かが判別される。所定時間が経過していないときにはステップ110へと進んで微粒子除去制御が実行される。これに対し所定時間が経過したときには、ステップ111で微粒子除去フラグXPMがリセットされ(XPM=0)、微粒子除去制御が終了せしめられる。続くステップ112でSOX放出・微粒子除去フラグXSPMがセットされる(XSPM=1)。 When the particulate removal flag XPM is set, the routine proceeds from step 102 to step 109, where it is determined whether or not a predetermined time has elapsed since the particulate removal flag XPM was set. When the predetermined time has not elapsed, the routine proceeds to step 110 where particulate removal control is executed. On the other hand, when the predetermined time has elapsed, the particulate removal flag XPM is reset in step 111 (XPM = 0), and the particulate removal control is ended. In the following step 112, the SO X release / particulate removal flag XSPM is set (XSPM = 1).

SOX放出・微粒子除去フラグXSPMがセットされたときにはステップ101からステップ113へと進み、NOX吸蔵剤のSOX吸蔵量ΣSOXがほぼ零であるか否かが判別される。SOX吸蔵量が零ではないときには、ステップ114へと進み、SOX放出・微粒子除去制御が実行される。一方、SOX吸蔵量がほぼ零であるときには、ステップ115へと進んでSOX放出・微粒子除去フラグXSPMがリセットされる(XSPM=0)。すなわち、SOX放出制御が終了する。 When the SO X release / particulate removal flag XSPM is set, the routine proceeds from step 101 to step 113, where it is determined whether or not the SO X storage amount ΣSOX of the NO X storage agent is substantially zero. When the SO X storage amount is not zero, the routine proceeds to step 114 where SO X release / fine particle removal control is executed. On the other hand, when the SO X storage amount is substantially zero, the routine proceeds to step 115 where the SO X release / particle removal flag XSPM is reset (XSPM = 0). That is, the SO X release control ends.

なお、上記所定時間を微粒子堆積量に応じて変化する時間とする場合には、例えば、ステップ109においてフィルタ11上への微粒子堆積量ΣPMが許容堆積量ΣPML以下であるか否かが判別される。ΣPM>ΣPMLのときにはステップ110へと進んで微粒子除去制御が実行される。これに対しΣPM≦ΣPMLのときには、ステップ111で微粒子除去フラグXPMがリセットされ(XPM=0)、微粒子除去制御が終了せしめられる。   In the case where the predetermined time is a time that varies depending on the amount of particulate deposition, for example, it is determined in step 109 whether the particulate deposition amount ΣPM on the filter 11 is equal to or less than the allowable deposition amount ΣPML. . When ΣPM> ΣPML, the routine proceeds to step 110 where particulate removal control is executed. On the other hand, when ΣPM ≦ ΣPML, the particulate removal flag XPM is reset at step 111 (XPM = 0), and the particulate removal control is terminated.

ところで、フィルタ11に微粒子が多量に堆積した状態でSOX放出制御を実行すると、微粒子の燃焼を制御してフィルタ11の温度をSOX放出温度近傍に維持するのは困難であると説明したが、この理由について以下に詳述する。 By the way, it has been explained that if SO X release control is executed in a state where a large amount of fine particles are accumulated on the filter 11, it is difficult to control the combustion of the fine particles and maintain the temperature of the filter 11 near the SO X release temperature. The reason for this will be described in detail below.

一般に、SOX放出制御では、上述したようにフィルタ11への流入排気ガスの空燃比を一定の周期でリーンとストイキ・リッチとを繰り返すように燃料を添加して、フィルタ11の担体表面に付着した燃料を燃焼させることとしている。この場合、SOX放出制御中には流入排気ガスの空燃比をストイキ・リッチからリーンに切り替えたときに燃料の燃焼によりフィルタ11の温度が上昇する。しかし、このフィルタ11の昇温は一時的なものであり、燃料の燃焼が終わるとフィルタ11の温度は排気ガスによって冷却されることで低下していき、フィルタ11に微粒子が堆積していなければフィルタ11の温度は多少の変動を繰り返しながらもほぼ一定の温度に維持されることとなる。 In general, in the SO X release control, as described above, fuel is added so that the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the filter 11 repeats lean, stoichiometric and rich at a constant cycle, and adheres to the carrier surface of the filter 11. The burned fuel is burned. In this case, during the SO X release control, the temperature of the filter 11 rises due to fuel combustion when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is switched from stoichiometric rich to lean. However, the temperature rise of the filter 11 is temporary, and when the combustion of the fuel is finished, the temperature of the filter 11 is lowered by being cooled by the exhaust gas, and fine particles are not deposited on the filter 11. The temperature of the filter 11 is maintained at a substantially constant temperature while repeating some fluctuations.

ところが、フィルタ11に微粒子が多量に堆積している場合、上述したフィルタ11の温度の低下が行われる期間に微粒子が燃焼しているため、その温度の低下速度は非常に遅い。このため、一旦流入排気ガスの空燃比をストイキ・リッチからリーンに切り替えてから、次に再び同じ切り替を行うときまでにフィルタ11の温度は十分に低下していない。したがって、一定の周期での流入排気ガスの空燃比のリーンとストイキ・リッチとの間の繰り返しを続けるとフィルタ11の温度は徐々に上昇していき、極端な高温となり、フィルタ11の熱劣化が大きくなってしまう。   However, when a large amount of fine particles are accumulated on the filter 11, since the fine particles are burned during the period when the temperature of the filter 11 is lowered, the rate of temperature decrease is very slow. For this reason, the temperature of the filter 11 is not sufficiently lowered between the time when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is once switched from stoichiometric rich to lean and the next time when the same switching is performed again. Therefore, if the repetition between lean and stoichiometric rich of the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas at a constant cycle is continued, the temperature of the filter 11 gradually rises to an extremely high temperature, and the thermal deterioration of the filter 11 is reduced. It gets bigger.

一方、フィルタ11への流入排気ガスの空燃比のリーンとストイキ・リッチとを繰り返す1サイクルの繰返し周期を長くして、特にフィルタ11への流入排気ガスの空燃比がリーンとなっている各期間(以下、「リーン期間」と称す)を長くして、フィルタ11に微粒子が多量に堆積している場合であっても一旦流入排気ガスの空燃比をストイキ・リッチからリーンに切り替えてから、次に再び同じ切り替を行うときまでにフィルタ11の温度が十分に低下しているようにすることも考えられる。   On the other hand, the repetition period of one cycle for repeating the lean and stoichiometric richness of the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the filter 11 is lengthened. (Hereinafter referred to as “lean period”) is lengthened and the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is once switched from stoichiometric rich to lean even when a large amount of fine particles are accumulated on the filter 11 It is also conceivable that the temperature of the filter 11 is sufficiently lowered before the same switching is performed again.

ここで、フィルタ11に堆積している微粒子の燃焼速度、すなわち微粒子が燃え広がる速さは、フィルタ11上への微粒子堆積量によって異なる。微粒子が多量に堆積している状態では、堆積している微粒子間の間隔が短く、或る微粒子が燃焼するとその燃焼熱が近接して堆積している微粒子に伝わりやすい。このため、微粒子の燃焼速度は速く、フィルタ11の温度は下がりにくい。逆に、微粒子堆積量が少ない状態では、近接して堆積している微粒子間の距離が長く、よって微粒子の燃焼速度は遅く、フィルタ11の温度は下がり易い。   Here, the burning rate of the fine particles deposited on the filter 11, that is, the speed at which the fine particles burn and spread varies depending on the amount of fine particles deposited on the filter 11. In a state where a large amount of fine particles are accumulated, the interval between the deposited fine particles is short, and when a certain fine particle is burned, the combustion heat is easily transmitted to the fine particles deposited nearby. For this reason, the burning speed of the fine particles is fast, and the temperature of the filter 11 is unlikely to decrease. On the other hand, in a state where the amount of particulates deposited is small, the distance between the particulates that are deposited close to each other is long, so that the combustion rate of the particulates is slow and the temperature of the filter 11 tends to decrease.

したがって、フィルタ11に微粒子が多量に堆積している場合に合わせて流入排気ガスの空燃比の繰返し周期、特にリーン期間を定めると、フィルタ11上への微粒子堆積量が減少してきたときにフィルタ11の温度を必要以上に下げてしまい、SOX放出温度以下になってしまうことになる。このため、SOX放出制御の実行時間が不必要に長くなってしまい、またSOX放出制御を続行するためには昇温制御が必要となるため、燃費の悪化を招く。 Therefore, if the repetitive cycle of the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas, particularly the lean period, is determined in accordance with the case where a large amount of fine particles are accumulated on the filter 11, the filter 11 is reduced when the amount of fine particles deposited on the filter 11 decreases. Thus, the temperature is lowered more than necessary, and the temperature becomes lower than the SO X release temperature. For this reason, the execution time of the SO X release control becomes unnecessarily long, and in order to continue the SO X release control, the temperature increase control is required, which leads to deterioration of fuel consumption.

そこで、本発明の第二実施形態では、フィルタ11上に微粒子が多量に堆積している場合またはNOX吸蔵剤にSOXが多量に吸蔵されている場合に、フィルタ11上に堆積している微粒子を除去する微粒子除去制御とNOX吸蔵剤に吸蔵されているSOXを放出させるSOX放出制御とを複数回交互に繰り返すSOX放出・微粒子除去制御を実行する。SOX放出・微粒子除去制御においては、SOX放出制御と微粒子除去制御とを繰り返す周期を微粒子堆積量に応じて逐次変更するようにしており、特に上記周期は微粒子堆積量が少ないほど短くされる。 Therefore, in the second embodiment of the present invention, when a large amount of fine particles are accumulated on the filter 11 or when a large amount of SO x is occluded in the NO x storage agent, it is accumulated on the filter 11. The SO X release / particulate removal control is executed by alternately repeating the particulate removal control for removing the particulates and the SO X release control for releasing the SO X stored in the NO X storage agent. In the SO X release / particulate removal control, the cycle of repeating the SO X release control and the particulate removal control is sequentially changed according to the amount of particulate deposition. In particular, the period is shortened as the particulate deposition amount decreases.

例えば、SOX放出・微粒子除去制御中には、フィルタ11の温度がSOX放出温度以上に維持されつつ、フィルタ11への流入排気ガスの空燃比がリーンとストイキ・リッチとを繰り返すようにされ、流入排気ガスの空燃比がリーンとストイキ・リッチとを繰り返す周期を微粒子堆積量が少ないほど短くなるようにしている。 For example, during the SO X release / particulate removal control, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the filter 11 repeats lean and stoichiometric rich while maintaining the temperature of the filter 11 at or above the SO X release temperature. The cycle in which the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas repeats lean, stoichiometric, and rich is made shorter as the amount of accumulated particulate matter decreases.

図6を参照して説明すると、より詳細には、本実施形態では、流入排気ガスの空燃比A/Fの繰返し周期aのうちストイキ・リッチ期間bは一定としつつ、流入排気ガスの空燃比A/Fの繰返し周期aを微粒子堆積量に応じて変更しており、微粒子堆積量が多いときには繰返し周期aを長くし、微粒子堆積量が少なくなってきたときには繰返し周期aを短くするようにしている。あるいは、本実施形態では繰返し周期aのうちストイキ・リッチ期間bを除いたリーン期間cを微粒子堆積量に応じて変更するようにしてもよい。なお、本実施形態ではストイキ・リッチ期間を一定としているが、必ずしも一定である必要はなく、その場合、ストイキ・リッチ期間bに対する繰返し周期aの長さまたはリーン期間cの長さの割合を変更するようにしてもよい。   Referring to FIG. 6, in more detail, in the present embodiment, the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is kept constant while the stoichiometric rich period b is constant in the repetition period a of the air-fuel ratio A / F of the inflowing exhaust gas. The A / F repetition period a is changed in accordance with the amount of particulate deposition. The repetition period a is increased when the amount of particulate deposition is large, and the repetition period a is shortened when the amount of particulate deposition decreases. Yes. Alternatively, in the present embodiment, the lean period c excluding the stoichiometric / rich period b in the repetitive period a may be changed according to the amount of particulate deposition. In the present embodiment, the stoichiometric rich period is constant, but it is not necessarily constant. In that case, the ratio of the length of the repetition period a or the length of the lean period c to the stoichiometric rich period b is changed. You may make it do.

これにより、フィルタ11に微粒子が多量に堆積している場合にはフィルタ11の温度を下げるのに十分な時間が確保されると共に、フィルタ11上への微粒子堆積量が減少してきた場合には、フィルタ11の温度が下がり過ぎることなく維持することができるようになる。すなわち、フィルタ11の温度をSOX放出温度近傍に維持することができるようになる。 Thereby, when a large amount of fine particles are accumulated on the filter 11, a sufficient time for lowering the temperature of the filter 11 is ensured, and when the amount of fine particle accumulation on the filter 11 has decreased, The temperature of the filter 11 can be maintained without being excessively lowered. That is, the temperature of the filter 11 can be maintained in the vicinity of the SO X release temperature.

ここで、SOX放出・微粒子除去制御中においては、フィルタ11の温度は図6に示したように変動していると考えられる。すなわち、流入排気ガスの空燃比A/Fがストイキ・リッチからリーンに切り替えられたときに多量の酸素がフィルタ11に流入するため、フィルタ11上に堆積している微粒子が燃焼すると共に担体表面上に付着している燃料(還元剤)が燃焼して、一時的にフィルタ11の温度Tcが上昇する。燃料の燃焼が完了すると、フィルタ11の温度Tcは低下していく。すなわち、燃料の燃焼が完了しても微粒子は燃焼し続けるが、フィルタ11の温度TcがSOX放出温度近傍である場合にはフィルタ11の温度を上昇させるほど微粒子の燃焼による熱エネルギは大きくないものと考えられる。そして、流入排気ガスの空燃比A/Fが再びリーンからストイキ・リッチに切り替えられると、流入排気ガス中の酸素濃度が低下するため、微粒子の燃焼が抑制され、フィルタ11の温度Tcはより早く低下していく。 Here, it is considered that the temperature of the filter 11 fluctuates as shown in FIG. 6 during the SO X release / fine particle removal control. That is, when the air-fuel ratio A / F of the inflowing exhaust gas is switched from stoichiometric rich to lean, a large amount of oxygen flows into the filter 11, so that the fine particles deposited on the filter 11 are burned and on the carrier surface. The fuel (reducing agent) adhering to the fuel burns, and the temperature Tc of the filter 11 temporarily rises. When the combustion of fuel is completed, the temperature Tc of the filter 11 decreases. That is, even if the combustion of the fuel is completed, the fine particles continue to burn, but when the temperature Tc of the filter 11 is in the vicinity of the SO x release temperature, the thermal energy due to the combustion of the fine particles is not so large that the temperature of the filter 11 is increased. It is considered a thing. When the air-fuel ratio A / F of the inflowing exhaust gas is switched again from lean to stoichiometric rich, the oxygen concentration in the inflowing exhaust gas decreases, so that the combustion of particulates is suppressed and the temperature Tc of the filter 11 becomes faster. It goes down.

以上の推察を考慮すると、フィルタ11の温度低下に関しては、リーン期間のうち担体上に付着した燃料の燃焼によりフィルタ11の温度Tcが上昇する温度上昇期間dを除いた期間の長さが影響するものと考えられる。そこで、流入排気ガスの切替タイミングの変更方法としては、繰返し周期の変更、およびリーン期間の変更の他にも以下のような方法を採用してもよい。   Considering the above inference, regarding the temperature decrease of the filter 11, the length of the period excluding the temperature increase period d during which the temperature Tc of the filter 11 increases due to the combustion of the fuel adhering to the carrier during the lean period is affected. It is considered a thing. Therefore, as a method for changing the switching timing of the inflowing exhaust gas, the following method may be adopted in addition to the change of the repetition cycle and the change of the lean period.

すなわち、リーン期間のうち温度上昇期間dを除いた温度下降期間eを微粒子堆積量に応じて変更するか、上述した温度下降期間eとストイキ・リッチ期間bとを合計した期間fを微粒子堆積量に応じて変更する。いずれの方法を採用した場合であっても、微粒子堆積量が多いときには期間e、fを長くし、微粒子堆積量が少なくなってきたときには周期e、fを短くする。   That is, the temperature decrease period e excluding the temperature increase period d in the lean period is changed according to the amount of particulate deposition, or the period f obtained by adding the temperature decrease period e and the stoichiometric rich period b is the particulate deposition amount. Change according to. Regardless of which method is employed, the periods e and f are lengthened when the amount of particulate deposition is large, and the periods e and f are shortened when the amount of particulate deposition decreases.

図7を参照して第二実施形態について具体的に説明する。第二実施形態では、各種センサ等に基づいて算出された微粒子堆積量ΣPMが限界堆積量ΣPMHを超えた場合、またはSOX吸蔵量ΣSOXが限界吸蔵量ΣSOXHを越えた場合に、SOX放出・微粒子除去制御が実行される(図7中の時刻t4)。SOX放出・微粒子除去制御が開始されると最初に昇温処理が行われ、フィルタ11が昇温せしめられる(時刻t4〜t5)。温度センサ20によって検出されたフィルタ11の温度TcがSOX放出温度になると、昇温処理が中止され、流入排気ガスの空燃比A/Fのリーンとストイキ・リッチとの間の繰り返しが開始される。このとき、各ストイキ・リッチ期間の長さはほぼ一定とされるが、各リーン期間tlの長さは基本リーン時間tlbに補正係数Δtを加えた値とされる(tl=tlb+Δt)。ここで、基本リーン時間は、予め実験等により求めたマップを用いて機関回転数と燃料噴射量とに基づいて算出される値であり、微粒子堆積量とは無関係に定まる値である。補正係数Δtは、予め実験等により求めたマップを用いて微粒子堆積量ΣPMに基づいて算出され、例えば図7に示したように微粒子堆積量ΣPMに応じて変化する値である。SOX放出・微粒子除去制御中にはフィルタ11上への微粒子堆積量ΣPMおよびNOX吸蔵剤のSOX吸蔵量ΣSOXが次第に減少し、微粒子堆積量ΣPMおよびSOX吸蔵量ΣSOXがほぼ零になると制御が終了せしめられる(時刻t6)。 The second embodiment will be specifically described with reference to FIG. In the second embodiment, when the particulate accumulation amount ΣPM calculated based on various sensors or the like exceeds the limit accumulation amount ΣPMH, or when the SO X storage amount ΣSOX exceeds the limit storage amount ΣSOXH, the SO X release / Fine particle removal control is executed (time t 4 in FIG. 7). When the SO X release / fine particle removal control is started, the temperature raising process is first performed, and the temperature of the filter 11 is raised (time t 4 to t 5 ). When the temperature Tc of the filter 11 detected by the temperature sensor 20 reaches the SO X release temperature, the temperature raising process is stopped, and the repetition between lean and stoichiometric rich of the air-fuel ratio A / F of the inflowing exhaust gas is started. The At this time, the length of each stoichiometric rich period is substantially constant, but the length of each lean period t l is a value obtained by adding a correction coefficient Δt to the basic lean time t lb (t l = t lb + Δt). Here, the basic lean time is a value calculated based on the engine speed and the fuel injection amount using a map obtained in advance through experiments or the like, and is a value determined independently of the amount of particulate accumulation. The correction coefficient Δt is calculated based on the particulate accumulation amount ΣPM using a map obtained in advance through experiments or the like, and is a value that varies according to the particulate accumulation amount ΣPM, for example, as shown in FIG. During the SO X release / particulate removal control, the particulate accumulation amount ΣPM on the filter 11 and the SO X storage amount ΣSOX of the NO X storage agent gradually decrease, and the particulate deposition amount ΣPM and the SO X storage amount ΣSOX become almost zero. Control is terminated (time t 6 ).

図8および図9は第二実施形態における排気浄化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および図9のステップ150〜157は基本的に図4および図5のステップ100、101、103〜108と同様であるため、説明を省略する。   8 and 9 show an exhaust purification routine in the second embodiment. This routine is executed by interruption every predetermined time. Steps 150 to 157 in FIGS. 8 and 9 are basically the same as steps 100, 101, and 103 to 108 in FIGS.

ステップ157においてSOX放出・微粒子除去フラグがセットされる(XSPM=1)と、次回のルーチン実行時にステップ151からステップ158および159へと進み、NOX吸蔵剤のSOX吸蔵量ΣSOXがほぼ零であるか否かおよびフィルタ11上への微粒子堆積量ΣPMがほぼ零であるか否かが判別される。SOX吸蔵量ΣSOXおよび微粒子堆積量ΣPMのうち少なくともいずれか一方が零でないときには、ステップ160へと進む。ステップ160では、機関回転数および燃料噴射量に基づいて基本リーン時間tlbが算出され、ステップ150で算出された微粒子堆積量ΣPMに基づいて補正係数Δtが算出される。次いで、ステップ161では、ステップ160で算出した基本リーン時間tlbに補正係数Δtを加算してリーン時間tlが算出される。ステップ162では、ステップ161で算出されたリーン時間tlでSOX放出・微粒子除去制御が実行される(tl=tlb+Δt)。一方、SOX放出・微粒子除去制御によってSOX吸蔵量ΣSOXおよび微粒子堆積量ΣPMが共にほぼ零となった場合には、ステップ158および159からステップ163へと進み、SOX放出・微粒子除去フラグXSPMがリセットされる(XSPM=0)。すなわち、SOX放出・微粒子除去制御が終了する。 When the SO X release / particulate removal flag is set at step 157 (XSPM = 1), the routine proceeds from step 151 to steps 158 and 159 when the next routine is executed, and the SO X storage amount ΣSOX of the NO X storage agent is substantially zero. And whether or not the particulate accumulation amount ΣPM on the filter 11 is substantially zero. When at least one of the SO X storage amount ΣSOX and the particulate accumulation amount ΣPM is not zero, the routine proceeds to step 160. In step 160, the basic lean time t lb is calculated based on the engine speed and the fuel injection amount, and the correction coefficient Δt is calculated based on the particulate accumulation amount ΣPM calculated in step 150. Next, at step 161, the lean time t l is calculated by adding the correction coefficient Δt to the basic lean time t lb calculated at step 160. In step 162, the SO X release / particulate removal control is executed at the lean time t 1 calculated in step 161 (t 1 = t lb + Δt). On the other hand, when the SO X storage amount ΣSOX and the particulate matter deposition amount ΣPM by SO X release-particle removal control becomes both substantially zero, the process proceeds from step 158 and 159 to step 163, SO X release-particulate removal flag XSPM Is reset (XSPM = 0). That is, the SO X release / fine particle removal control ends.

なお、第一実施形態の排気浄化装置と第二実施形態の排気浄化装置とを組合せることも可能である。したがって、例えば、微粒子堆積量が一定の堆積量になるまで微粒子除去制御を実行し、その後、SOX放出・微粒子除去制御を実行して第二実施形態に示したようにリーン期間を調整しつつNOX吸蔵剤からSOXを放出させるようにしてもよい。 It is also possible to combine the exhaust purification device of the first embodiment and the exhaust purification device of the second embodiment. Therefore, for example, the fine particle removal control is executed until the fine particle accumulation amount becomes a constant accumulation amount, and then the SO X release / fine particle removal control is executed to adjust the lean period as shown in the second embodiment. SO X may be released from the NO X storage agent.

また、上述した全ての実施形態では、NOX吸蔵剤および触媒貴金属を担持したフィルタ11を排気浄化手段として用いた場合について説明しているが、排気浄化手段はこれに限られず、例えば、NOX吸蔵剤および触媒貴金属を担持したモノリス型のNOX吸蔵還元触媒とパティキュレートフィルタとを有する排気浄化手段についても本発明を適用することができる。この場合、NOX吸蔵還元触媒とパティキュレートフィルタとは同一のケーシングに内蔵されてもよいし、別個のケーシングに内蔵されてもよい。 In all the embodiments described above, the case where the filter 11 carrying the NO x storage agent and the catalyst noble metal is used as the exhaust purification means. However, the exhaust purification means is not limited to this, and for example, NO x The present invention can also be applied to an exhaust purification means having a monolith type NO x storage reduction catalyst carrying a storage agent and a catalyst noble metal and a particulate filter. In this case, the NO x storage reduction catalyst and the particulate filter may be built in the same casing or may be built in separate casings.

本発明の排気浄化装置を有する内燃機関全体を示す図である。It is a figure which shows the whole internal combustion engine which has an exhaust gas purification apparatus of this invention. 燃料噴射の形態および時期を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the form and timing of fuel injection. 本発明の第一実施形態を説明するためのタイムチャートである。It is a time chart for demonstrating 1st embodiment of this invention. 第一実施形態における排気浄化ルーチンのフローチャートの一部である。It is a part of flowchart of the exhaust gas purification routine in 1st embodiment. 第一実施形態における排気浄化ルーチンのフローチャートの一部である。It is a part of flowchart of the exhaust gas purification routine in 1st embodiment. 第二実施形態における切替タイミングを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the switching timing in 2nd embodiment. 本発明の第二実施形態を説明するためのタイムチャートである。It is a time chart for demonstrating 2nd embodiment of this invention. 第二実施形態における排気浄化ルーチンのフローチャートの一部である。It is a part of flowchart of the exhaust gas purification routine in 2nd embodiment. 第二実施形態における排気浄化ルーチンのフローチャートの一部である。It is a part of flowchart of the exhaust gas purification routine in 2nd embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1…機関本体
2…燃焼室
3…燃料噴射弁
11…フィルタ
13…燃料添加弁
14…EGR通路
20…温度センサ
21…差圧センサ
30…ECU
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Engine main body 2 ... Combustion chamber 3 ... Fuel injection valve 11 ... Filter 13 ... Fuel addition valve 14 ... EGR passage 20 ... Temperature sensor 21 ... Differential pressure sensor 30 ... ECU

Claims (3)

排気ガス中の微粒子を捕集するパティキュレートフィルタとNO吸蔵剤とを有する排気浄化手段が機関排気通路上に配置され、上記NO吸蔵剤は排気浄化手段に流入する排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチであってNO吸蔵剤の温度が硫黄分放出温度以上であるとNO吸蔵剤に吸蔵されている硫黄分を放出する内燃機関の排気浄化装置において、
上記パティキュレートフィルタへの微粒子堆積量が予め定められた限界堆積量よりも多くなった場合または上記NO吸蔵剤の硫黄分吸蔵量が予め定められた限界吸蔵量よりも多くなった場合にはパティキュレートフィルタの温度を微粒子燃焼温度以上に維持すると共に排気浄化手段に流入する排気ガスの空燃比をリーンにしてパティキュレートフィルタに堆積している微粒子を燃焼させて除去する微粒子除去制御を開始し、該微粒子除去制御の開始から所定時間経過後に、上記NO吸蔵剤の温度を硫黄分放出温度以上に維持すると共に排気浄化手段に流入する排気ガスの空燃比をほぼ理論空燃比またはリッチにしてNO吸蔵剤に吸蔵されている硫黄分を放出させる硫黄分放出制御と上記微粒子除去制御とを交互に複数回繰り返す硫黄分放出・微粒子除去制御を実行し、
上記所定時間は、微粒子除去制御を開始してからパティキュレートフィルタへの微粒子堆積量が上記限界堆積量よりも少なく且つ零近傍よりも多い予め定められた堆積量となるまでにかかる時間であり、硫黄分放出・微粒子除去制御実行中には残りの微粒子が除去される内燃機関の排気浄化装置。
An exhaust purification means having a particulate filter for collecting particulates in the exhaust gas and an NO X storage agent is disposed on the engine exhaust passage, and the NO X storage agent has an air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification means. In an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine that releases a sulfur content stored in the NO X storage agent when it is substantially the stoichiometric air-fuel ratio or rich and the temperature of the NO X storage agent is equal to or higher than the sulfur content release temperature,
When the particulate accumulation amount on the particulate filter is larger than a predetermined limit accumulation amount or when the sulfur storage amount of the NO X storage agent is larger than a predetermined limit storage amount Particulate removal control is started to maintain the temperature of the particulate filter above the particulate combustion temperature and to make the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification means lean and to burn and remove particulates deposited on the particulate filter. After a predetermined time has elapsed from the start of the particulate removal control, the temperature of the NO X storage agent is maintained at the sulfur content release temperature or higher, and the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust gas purification means is substantially stoichiometric or rich. sulfur is repeated a plurality of times the NO X storage agent occluded in which the sulfur release control and the particle removal control to release sulfur into alternating Running release-particle removal control,
The predetermined time is the time taken from the start of the particulate removal control until the particulate deposition amount on the particulate filter becomes a predetermined deposition amount that is less than the limit deposition amount and greater than near zero, An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine in which the remaining fine particles are removed during execution of the sulfur content release / fine particle removal control .
排気ガス中の微粒子を捕集するパティキュレートフィルタとNO吸蔵剤とを有する排気浄化手段が機関排気通路上に配置され、上記NO吸蔵剤は排気浄化手段に流入する排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチであってNO吸蔵剤の温度が硫黄分放出温度以上であるとNO吸蔵剤に吸蔵されている硫黄分を放出する内燃機関の排気浄化装置において、
上記パティキュレートフィルタへの微粒子堆積量が予め定められた限界堆積量よりも多くなった場合または上記NO吸蔵剤への硫黄分吸蔵量が予め定められた限界吸蔵量よりも多くなった場合には、NO吸蔵剤の温度を硫黄分放出温度以上に維持すると共に排気浄化手段に流入する排気ガスの空燃比をほぼ理論空燃比またはリッチとする硫黄分放出制御と、パティキュレートフィルタの温度を微粒子燃焼温度以上に維持すると共に排気浄化手段に流入する排気ガスの空燃比をリーンにする微粒子除去制御とを複数回交互に繰り返す硫黄分放出・微粒子除去制御を実行し、該硫黄分放出・微粒子除去制御において硫黄分放出制御と微粒子除去制御とを繰り返す周期を微粒子堆積量が少ないほど短くなるようにした内燃機関の排気浄化装置。
An exhaust purification means having a particulate filter for collecting particulates in the exhaust gas and an NO X storage agent is disposed on the engine exhaust passage, and the NO X storage agent has an air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification means. In an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine that releases a sulfur content stored in the NO X storage agent when it is substantially the stoichiometric air-fuel ratio or rich and the temperature of the NO X storage agent is equal to or higher than the sulfur content release temperature,
When the deposition amount of the particulate said particulate filter becomes more than the limit storage amount sulfur storage amount reaches a predetermined to advance Where the stated becomes greater than the limit deposition amount or the NO X absorbent Maintains the temperature of the NO X storage agent at the sulfur content release temperature or higher and controls the sulfur content release control so that the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification means is substantially the stoichiometric air-fuel ratio or rich, and the temperature of the particulate filter. Sulfur content release / particulate removal control is executed repeatedly maintaining a particulate combustion temperature at a temperature higher than the particulate combustion temperature and the particulate removal control to make the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification means lean multiple times. Exhaust gas purification device for an internal combustion engine in which the cycle of repeating sulfur content release control and particulate removal control in the removal control is made shorter as the amount of particulate accumulation is smaller
上記硫黄分放出・微粒子除去制御中には排気浄化手段の温度は硫黄分放出温度近傍に維持される請求項1又は2に記載の排気浄化装置。 The exhaust purification device according to claim 1 or 2 , wherein the temperature of the exhaust gas purification means is maintained in the vicinity of the sulfur content discharge temperature during the sulfur content release / fine particle removal control.
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