JP5006805B2 - 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。詳しくは、排気中のＮＯｘを吸着又は吸蔵し、この吸着又は吸蔵したＮＯｘを還元するＮＯｘ浄化触媒を備える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. Specifically, the present invention relates to an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine that includes a NOx purification catalyst that adsorbs or occludes NOx in exhaust gas and reduces the adsorbed or occluded NOx.

また、本発明において、「リッチ」という用語は、問題とする燃料の空気／燃料比率（以下、「空燃比」という）が化学量論的な空燃比よりも小さいことを示し、「リーン」という用語は、問題とする燃料の空燃比が上述の化学量論的な空燃比よりも大きいことを示す。また、以下の説明では、エンジンへ流入する混合気における空気と燃料の重量比をエンジン空燃比といい、排気管内の空気と可燃性気体との重量比を排気空燃比という。   In the present invention, the term “rich” indicates that the air / fuel ratio of the fuel in question (hereinafter referred to as “air-fuel ratio”) is smaller than the stoichiometric air-fuel ratio, and is referred to as “lean”. The term indicates that the air / fuel ratio of the fuel in question is greater than the stoichiometric air / fuel ratio described above. In the following description, the weight ratio of air to fuel in the air-fuel mixture flowing into the engine is referred to as engine air-fuel ratio, and the weight ratio of air in the exhaust pipe to combustible gas is referred to as exhaust air-fuel ratio.

内燃機関の排気系にＮＯｘ（窒素酸化物）浄化触媒を設けることにより、排気中のＮＯｘを吸収して、ＮＯｘの排出量を低減する技術は、従来より知られている。一方、内燃機関から排出される排気中には、燃料やエンジンオイル中の硫黄成分が含まれている。このような硫黄成分がＮＯｘ浄化触媒に蓄積すると触媒が被毒し、ＮＯｘ浄化性能が低下してしまう。そこで、このようなＮＯｘ浄化触媒の被毒により浄化性能が低下するのを防止することを目的として、以下のような複数の技術が提案されている。   2. Description of the Related Art Conventionally, a technique for reducing NOx emission by absorbing NOx in exhaust gas by providing a NOx (nitrogen oxide) purification catalyst in an exhaust system of an internal combustion engine has been known. On the other hand, the exhaust discharged from the internal combustion engine contains sulfur components in fuel and engine oil. When such a sulfur component accumulates in the NOx purification catalyst, the catalyst is poisoned, and the NOx purification performance deteriorates. Therefore, the following technologies have been proposed for the purpose of preventing the purification performance from being deteriorated due to such poisoning of the NOx purification catalyst.

最も一般的な方法は、所定の時間に亘って排気空燃比を化学量論比よりも低くするとともに、ＮＯｘ浄化触媒を高温にすることで、ＮＯｘ浄化触媒に付着した硫黄成分を浄化する再生処理を実行することである。
ここで、再生処理を実行する際に、排気空燃比を制御する方法としては、エンジンの吸入空気量を低減しかつトルクに寄与する燃料噴射（以下、「主噴射」という）量を調整することで排気空燃比を低くする（以下、「リッチ化する」という）方法（以下、「燃焼リッチによる方法」という）や、トルクに寄与しない燃料噴射（以下、「ポスト噴射」という）を行い未燃の燃料を排気通路に流すことで排気空燃比をリッチ化する方法（以下、「ポストリッチによる方法」という）とがある。また、この他、排気通路に燃料を直接噴射する方法（以下、「排気噴射による方法」という）も知られている。 The most common method is to regenerate the sulfur component adhering to the NOx purification catalyst by lowering the exhaust air-fuel ratio below the stoichiometric ratio for a predetermined time and by increasing the temperature of the NOx purification catalyst. Is to execute.
Here, as a method of controlling the exhaust air-fuel ratio when executing the regeneration process, the amount of fuel injection (hereinafter referred to as “main injection”) that reduces the intake air amount of the engine and contributes to the torque is adjusted. To reduce the exhaust air / fuel ratio (hereinafter referred to as “enrichment”) (hereinafter referred to as “combustion rich method”) or to perform fuel injection that does not contribute to torque (hereinafter referred to as “post-injection”). There is a method of enriching the exhaust air-fuel ratio by flowing the fuel in the exhaust passage (hereinafter referred to as “method by post-rich”). In addition, a method of directly injecting fuel into the exhaust passage (hereinafter referred to as “method by exhaust injection”) is also known.

この他、特許文献１には、水素や一酸化炭素などを含む還元性気体を改質反応により製造する燃料改質器をＮＯｘ浄化触媒の上流に設けた排気浄化装置が提案されている。この排気浄化装置によれば、ＮＯｘ浄化触媒の再生処理を実行する際に、燃料改質器により製造された水素を排気に添加することで硫黄成分の除去を促進する。
ここで、燃料改質器の改質触媒における改質反応としては、例えば、下記式（１）に示すような炭化水素の部分酸化反応により、水素と一酸化炭素とを含むガスを製造する反応が知られている。
ＣｎＨｍ＋１／２ｎＯ２→ｎＣＯ＋１／２ｍＨ２ （１）
この部分酸化反応は、燃料と酸素を用いた発熱反応であり、自発的に反応が進行する。このため、一旦、反応が始まると、外部から熱の供給をすることなく水素の製造し続けることができる。また、このような部分酸化反応において、燃料と酸素とを高温状態で共存させた場合には、下記式（２）に示すような燃焼反応も改質触媒において進行する。
ＣｎＨｍ＋（ｎ＋１／４ｍ）Ｏ２→ｎＣＯ２＋１／２ｍＨ２Ｏ （２）
改質反応としては、部分酸化反応の他、下記式（３）のような水蒸気改質反応も知られている。
ＣｎＨｍ＋ｎＨ２Ｏ→ｎＣＯ＋（ｎ＋１／２ｍ）Ｈ２ （３）
この水蒸気改質反応は、燃料と水蒸気とを用いた吸熱反応であり、自発的に進行する反応ではない。このため、水蒸気改質反応は、上述の部分酸化反応に対して制御しやすいものとなっている。その反面、外部からの熱供給などのエネルギーを投入することが必要である。 In addition, Patent Document 1 proposes an exhaust purification device in which a fuel reformer for producing a reducing gas containing hydrogen, carbon monoxide, and the like by a reforming reaction is provided upstream of the NOx purification catalyst. According to this exhaust purification device, when the regeneration process of the NOx purification catalyst is executed, the removal of sulfur components is promoted by adding hydrogen produced by the fuel reformer to the exhaust.
Here, as a reforming reaction in the reforming catalyst of the fuel reformer, for example, a reaction for producing a gas containing hydrogen and carbon monoxide by a partial oxidation reaction of hydrocarbon as shown in the following formula (1) It has been known.
C n H m + 1 / 2nO 2 → nCO + 1 / 2mH 2 (1)
This partial oxidation reaction is an exothermic reaction using fuel and oxygen, and the reaction proceeds spontaneously. For this reason, once the reaction starts, it is possible to continue producing hydrogen without supplying heat from the outside. In such a partial oxidation reaction, when fuel and oxygen coexist at a high temperature, a combustion reaction as shown in the following formula (2) also proceeds in the reforming catalyst.
C n H m + (n + 1 / 4m) O 2 → nCO 2 + 1 / 2mH 2 O (2)
As the reforming reaction, in addition to the partial oxidation reaction, a steam reforming reaction represented by the following formula (3) is also known.
C n H m + nH 2 O → nCO + (n + 1 / 2m) H 2 (3)
This steam reforming reaction is an endothermic reaction using fuel and steam, and is not a reaction that proceeds spontaneously. For this reason, the steam reforming reaction is easily controlled with respect to the partial oxidation reaction described above. On the other hand, it is necessary to input energy such as heat supply from the outside.

特許文献２には、プラズマ発生装置により炭化水素と水蒸気から水素を製造して、この水素をＮＯｘ浄化触媒に添加することで排気中のＮＯｘを浄化するとともに、ＳＯ２の酸化を抑制することでこの硫黄成分がＮＯｘ浄化触媒に付着するのを防止する排気浄化装置が提案されている。 Patent Document 2 discloses that hydrogen is produced from hydrocarbons and water vapor by a plasma generator, and this hydrogen is added to a NOx purification catalyst to purify NOx in exhaust gas and suppress oxidation of SO 2. There has been proposed an exhaust purification device that prevents the sulfur component from adhering to the NOx purification catalyst.

また、特許文献３には、水素を燃料として使用するエンジンの排気浄化装置において、水素とガソリンをＮＯｘ浄化触媒の温度に応じて選択的に供給することで、効率的かつ短時間でＮＯｘ浄化触媒の再生処理を実行するものが提案されている。
特許第３８９６９２３号公報 特開２００４−２７０５８７号公報 特開２００６−３０７６７９号公報 Patent Document 3 discloses an NOx purification catalyst that efficiently and in a short time by selectively supplying hydrogen and gasoline according to the temperature of the NOx purification catalyst in an engine exhaust purification system that uses hydrogen as fuel. There has been proposed one that executes the reproduction process.
Japanese Patent No. 3896923 JP 2004-270588 A JP 2006-307679 A

しかしながら、以上のような技術には、以下のような課題がある。
まず、ＮＯｘ浄化触媒の再生処理において、排気噴射の方法により排気空燃比を制御すると、未燃燃料が直接ＮＯｘ浄化触媒やその他の触媒に接触してしまい、酸素雰囲気では、触媒表面の温度が局所的に高温となり、シンタリングなど触媒が劣化してしまうおそれがある。また、燃料が液滴状態で触媒に接触すると、この接触部分は気化潜熱により触媒表面の温度が局所的に低下してしまい、コーキングが発生するおそれもある。特に、排気温度が低い場合に排気噴射を行うと、排気噴射により供給した燃料の気化潜熱により排気温度がさらに低下してしまい、液状の燃料が排気通路に溜まり、触媒が劣化したり、排気系の部品が腐食したりするおそれがある。 However, the above techniques have the following problems.
First, in the regeneration process of the NOx purification catalyst, if the exhaust air / fuel ratio is controlled by the exhaust injection method, the unburned fuel directly comes into contact with the NOx purification catalyst and other catalysts. Therefore, there is a possibility that the catalyst may deteriorate due to high temperature and sintering. Further, when the fuel comes into contact with the catalyst in the form of droplets, the temperature of the catalyst surface at this contact portion is locally lowered due to latent heat of vaporization, and coking may occur. In particular, if exhaust injection is performed when the exhaust temperature is low, the exhaust temperature further decreases due to the latent heat of vaporization of the fuel supplied by the exhaust injection, and liquid fuel accumulates in the exhaust passage, resulting in deterioration of the catalyst or exhaust system. There is a risk of corrosion of parts.

また、ＮＯｘ浄化触媒の再生処理において、ポスト噴射の方法により排気空燃比を制御すると、シリンダの壁面に噴射した燃料の一部が付着し、この燃料がエンジンオイルに混入する場合がある。このような場合、噴射した燃料は硫黄成分の浄化に寄与しないばかりか、この燃料によりエンジンオイルが希釈されてしまう所謂オイルダイリューションが発生するおそれがある。   In addition, when the exhaust air-fuel ratio is controlled by the post-injection method in the regeneration process of the NOx purification catalyst, a part of the injected fuel may adhere to the cylinder wall surface, and this fuel may be mixed into the engine oil. In such a case, the injected fuel does not contribute to the purification of the sulfur component, and so-called oil dilution may occur in which engine oil is diluted by this fuel.

また、ＮＯｘ浄化触媒の再生処理において、燃焼リッチの方法により排気空燃比を制御する場合、例えば、低負荷運転時など吸入空気量を大幅に低減する必要がある状態が継続すると、燃焼が不安定になるおそれがある。このため、アイドル運転や減速運転に移行した場合には、その度に排気空燃比をリーンに戻す必要がある。
ところで、ＮＯｘ浄化触媒は、排気空燃比がリーンのときに排気中の酸素を吸着する機能を有する。このため、排気空燃比をリーンからリッチに切り換えた直後には、排気中の還元剤がリーン中に吸着した酸素と反応してしまい、ＮＯｘ浄化触媒に付着した硫黄成分を脱離しにくくなる。したがって、上述のように排気空燃比をリーンに戻す頻度が増えてしまうと、これに伴い、硫黄を脱離させるための制御が余分に必要となってしまい、ＮＯｘ浄化触媒が劣化したり、燃費が悪化したりするおそれがある。 Further, when the exhaust air-fuel ratio is controlled by the combustion rich method in the regeneration process of the NOx purification catalyst, for example, if the state in which the intake air amount needs to be significantly reduced continues, such as during low load operation, the combustion becomes unstable. There is a risk of becoming. For this reason, it is necessary to return the exhaust air-fuel ratio to lean every time the engine shifts to idle operation or deceleration operation.
Incidentally, the NOx purification catalyst has a function of adsorbing oxygen in the exhaust when the exhaust air-fuel ratio is lean. For this reason, immediately after switching the exhaust air-fuel ratio from lean to rich, the reducing agent in the exhaust reacts with oxygen adsorbed in the lean, making it difficult to desorb the sulfur component adhering to the NOx purification catalyst. Therefore, if the frequency of returning the exhaust air-fuel ratio to lean as described above increases, an extra control for desorbing sulfur becomes necessary, resulting in deterioration of the NOx purification catalyst or fuel consumption. May get worse.

特許文献１の排気浄化装置のように、燃料改質器を排気通路に設けた場合には、以下のような課題がある。
すなわち、燃料改質器を排気通路に設けることで、ＮＯｘ浄化触媒の上流側の熱容量が増加してしまうため、エンジンを始動してからＮＯｘ浄化触媒が活性温度に達するまでの時間が長くなってしまう。このため、特にエンジン始動直後におけるＮＯｘ浄化性能が低下するおそれがある。そこで、これを回避するために昇温装置を設けることも考えられるが、コストがかかるおそれがある。
また、排気量が常時変動する排気通路に燃料改質器を設けた場合において、この燃料改質器で効果的に水素を製造するためには、燃料改質器の改質触媒と排気とが接する反応時間を増やす必要がある。しかしながら、このように反応時間を増やすためには、改質触媒を大型化する必要があり、コストがかかるおそれがある。
また、燃料改質器を安定した状態で運転するには、この燃料改質器の改質触媒における反応温度を一定に保つ必要がある。しかしながら、上述のように、酸素量、水蒸気量、流速、及び温度が常に変化する排気通路に燃料改質器を設けると、燃料改質器を安定した状態で運転することが困難になってしまう。 When the fuel reformer is provided in the exhaust passage as in the exhaust purification device of Patent Document 1, there are the following problems.
That is, by providing the fuel reformer in the exhaust passage, the heat capacity on the upstream side of the NOx purification catalyst increases, so the time from when the engine is started until the NOx purification catalyst reaches the activation temperature becomes longer. End up. For this reason, there is a possibility that the NOx purification performance immediately after the engine is started is lowered. In order to avoid this, it is conceivable to provide a temperature raising device, but it may be expensive.
In addition, when a fuel reformer is provided in an exhaust passage in which the exhaust amount constantly varies, in order to produce hydrogen effectively with this fuel reformer, the reforming catalyst and the exhaust of the fuel reformer are separated. It is necessary to increase the reaction time. However, in order to increase the reaction time in this way, it is necessary to enlarge the reforming catalyst, which may be costly.
In order to operate the fuel reformer in a stable state, it is necessary to keep the reaction temperature in the reforming catalyst of the fuel reformer constant. However, as described above, if a fuel reformer is provided in the exhaust passage where the oxygen amount, water vapor amount, flow rate, and temperature constantly change, it becomes difficult to operate the fuel reformer in a stable state. .

特許文献２の排気浄化装置では、プラズマを発生させて水素を常時製造する必要があるため、燃費が悪化するおそれがある。
また、特許文献３の排気浄化装置では、水素とガソリンを別々に供給するために複数の燃料タンクを設ける必要がある。このため、装置が大型化したり、メンテナンス性が低下したり、制御が複雑になったりするおそれがある。 In the exhaust gas purification device of Patent Document 2, it is necessary to constantly produce hydrogen by generating plasma, and thus there is a risk that fuel consumption will deteriorate.
Further, in the exhaust gas purification device of Patent Document 3, it is necessary to provide a plurality of fuel tanks in order to supply hydrogen and gasoline separately. For this reason, there exists a possibility that an apparatus may enlarge, maintenance property may fall, or control may become complicated.

本発明は上述した点を考慮してなされたものであり、ＮＯｘ浄化触媒を備える内燃機関の排気浄化装置において、運転状態によらず安定してＮＯｘ浄化触媒のＳＯｘ再生処理を実行できる内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in consideration of the above-described points. In an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine provided with a NOx purification catalyst, an internal combustion engine capable of stably performing SOx regeneration processing of the NOx purification catalyst regardless of the operating state. An object is to provide an exhaust emission control device.

上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、内燃機関（１）の排気通路（４，５）に設けられ、当該排気通路を流通する排気の空燃比を排気空燃比として、当該排気空燃比をリーンにしたときに、排気中のＮＯｘを吸着もしくは吸蔵し、前記排気空燃比をリッチにしたときに、前記吸着もしくは吸蔵したＮＯｘを還元するＮＯｘ浄化触媒（３３）を備える内燃機関の排気浄化装置において、前記排気通路とは別に設けられ、燃料を改質して水素及び一酸化炭素を含む還元性気体を製造し、この還元性気体を、前記排気通路のうち前記ＮＯｘ浄化触媒の上流側に設けられた導入口（１４）から、当該排気通路内に供給する燃料改質器（５０）と、前記排気空燃比をリッチ化することでＮＯｘ浄化触媒のＳＯｘ再生処理を実行する再生手段（４０）と、を備え、前記再生手段は、前記内燃機関の要求トルク（ＴＲＱ）が所定のトルク判定値（ＴＲＱＴＨ）より小さいか否かを判定するトルク判定手段（４０）と、前記トルク判定手段により前記要求トルクが前記トルク判定値より小さいと判定された場合には、前記燃料改質器により製造された還元性気体を前記排気通路内に供給することで前記排気空燃比をリッチ化する第１リッチ化手段（４０）と、前記トルク判定手段により前記要求トルク（ＴＲＱ）が前記トルク判定値（ＴＲＱＴＨ）以上であると判定された場合には、前記燃料改質器により製造された還元性気体を前記排気通路内に供給することなく前記排気空燃比をリッチ化する第２リッチ化手段（４０）と、を有することを特徴とする。   In order to achieve the above object, an invention according to claim 1 is provided in an exhaust passage (4, 5) of an internal combustion engine (1), and an exhaust air / fuel ratio of exhaust gas flowing through the exhaust passage is used as an exhaust air / fuel ratio. An internal combustion engine comprising a NOx purification catalyst (33) that adsorbs or occludes NOx in exhaust when the air-fuel ratio is made lean, and reduces the adsorbed or occluded NOx when the exhaust air-fuel ratio is made rich. In the exhaust purification apparatus, provided separately from the exhaust passage, the fuel is reformed to produce a reducing gas containing hydrogen and carbon monoxide, and the reducing gas is supplied to the NOx purification catalyst in the exhaust passage. A fuel reformer (50) supplied into the exhaust passage from the inlet (14) provided on the upstream side, and regeneration for performing SOx regeneration processing of the NOx purification catalyst by enriching the exhaust air-fuel ratio means 40), and the regeneration means includes a torque determination means (40) for determining whether or not a required torque (TRQ) of the internal combustion engine is smaller than a predetermined torque determination value (TRQTH), and the torque determination means When the required torque is determined to be smaller than the torque determination value, the reducing air produced by the fuel reformer is supplied into the exhaust passage to enrich the exhaust air-fuel ratio. 1 When the required torque (TRQ) is determined to be greater than or equal to the torque determination value (TRQTH) by the enrichment means (40) and the torque determination means, the reducibility produced by the fuel reformer And a second enrichment means (40) for enriching the exhaust air-fuel ratio without supplying gas into the exhaust passage.

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記燃料改質器により製造された還元性気体は、大気圧より高い圧力であり、かつ、体積比で水素よりも一酸化炭素を多く含むことを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記燃料改質器により還元性気体を前記排気通路内に導入する際において、当該排気通路を流通する排気には酸素が含まれることを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、請求項１から３の何れかに記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記排気通路のうち前記導入口と前記ＮＯｘ浄化触媒との間を流通する排気の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段（２３）をさらに備えることを特徴とする。
請求項５に記載の発明は、請求項１から４の何れかに記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記トルク判定値（ＴＲＱＴＨ）は、前記内燃機関の回転数（ＮＥ）に基づいて決定されることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the first aspect, the reducing gas produced by the fuel reformer is at a pressure higher than atmospheric pressure and has a volume ratio. It is characterized by containing more carbon monoxide than hydrogen.
According to a third aspect of the present invention, in the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the first or second aspect, when the reducing gas is introduced into the exhaust passage by the fuel reformer, the exhaust passage is circulated. The exhaust gas is characterized by containing oxygen.
According to a fourth aspect of the present invention, in the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to any one of the first to third aspects, oxygen in the exhaust gas flowing between the inlet and the NOx purification catalyst in the exhaust passage. An oxygen concentration detecting means (23) for detecting the concentration is further provided.
According to a fifth aspect of the present invention, in the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to any one of the first to fourth aspects, the torque determination value (TRQTH) is determined based on a rotational speed (NE) of the internal combustion engine. It is characterized by being.

請求項６に記載の発明は、請求項１から５の何れかに記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記第１リッチ化手段及び前記第２リッチ化手段は、それぞれ、所定の第１排気空燃比目標値（ＡＦＡＴＶ）及び第２排気空燃比目標値（ＡＦＢＴＶ）に一致するように前記排気空燃比（ＡＦ）を制御するとともに、前記第１排気空燃比目標値は、前記第２排気空燃比目標値よりも大きいことを特徴とする。
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記第１リッチ化手段は、前記燃料改質器による還元性気体の供給量を調整することで、前記第１排気空燃比目標値（ＡＦＡＴＶ）に一致するように前記排気空燃比（ＡＦ）を制御することを特徴とする。
請求項８に記載の発明は、請求項６又は７に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記第２リッチ化手段は、前記内燃機関の燃料噴射量を調整することで、前記第２排気空燃比目標値（ＡＦＢＴＶ）に一致するように前記排気空燃比（ＡＦ）を制御することを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, in the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to any one of the first to fifth aspects, the first enrichment means and the second enrichment means are each a predetermined first exhaust gas. The exhaust air / fuel ratio (AF) is controlled to coincide with the air / fuel ratio target value (AFATV) and the second exhaust air / fuel ratio target value (AFBTV), and the first exhaust air / fuel ratio target value is the second exhaust air / fuel ratio target value. It is characterized by being larger than the target value of the fuel ratio.
According to a seventh aspect of the present invention, in the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the sixth aspect, the first enrichment means adjusts the supply amount of the reducing gas by the fuel reformer, thereby The exhaust air / fuel ratio (AF) is controlled to coincide with a first exhaust air / fuel ratio target value (AFATV).
According to an eighth aspect of the present invention, in the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the sixth or seventh aspect, the second enrichment means adjusts a fuel injection amount of the internal combustion engine to thereby adjust the second exhaust gas. The exhaust air-fuel ratio (AF) is controlled so as to coincide with an air-fuel ratio target value (AFBTV).

請求項９に記載の発明は、請求項１から８の何れかに記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記第１リッチ化手段及び前記第２リッチ化手段により前記排気空燃比をリッチ化する際において、前記内燃機関の吸入空気量、排気還流率、及び過給圧を制御する吸気制御手段をさらに備えることを特徴とする。
請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記内燃機関が、その減速運転に伴い燃料の噴射が停止された状態であるか否かを判定する減速判定手段（４０）をさらに備え、前記第１リッチ化手段は、前記減速判定手段により前記燃料の噴射が停止された状態であると判定された場合には、前記燃料改質器により還元性気体を前記排気通路内に供給することで前記排気空燃比をリッチ化し、前記吸気制御手段は、前記減速判定手段により前記燃料の噴射が停止された状態であると判定された場合には、前記吸入空気量を最小にする制御及び前記排気還流率を最大にする制御のうち少なくとも１つを行うことを特徴とする。 According to a ninth aspect of the present invention, in the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to any one of the first to eighth aspects, the exhaust air-fuel ratio is enriched by the first rich means and the second rich means. In this case, it is further characterized by further comprising intake control means for controlling the intake air amount, the exhaust gas recirculation rate, and the supercharging pressure of the internal combustion engine.
According to a tenth aspect of the present invention, in the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the ninth aspect, the internal combustion engine is decelerated to determine whether or not the fuel injection is stopped in accordance with the decelerating operation. The first enrichment unit further includes a determination unit (40), and when the deceleration determination unit determines that the fuel injection is stopped, the fuel reformer reduces the reducing gas. The exhaust air / fuel ratio is enriched by supplying the exhaust gas into the exhaust passage, and the intake control means determines that the intake when the deceleration determination means determines that the fuel injection is stopped. At least one of control for minimizing the amount of air and control for maximizing the exhaust gas recirculation rate is performed.

請求項１に記載の発明によれば、ＮＯｘ浄化触媒のＳＯｘ再生処理を実行する際、要求トルクが所定のトルク判定値より小さいと判定した場合には、還元性気体を排気通路内に供給することで排気空燃比をリッチ化し、要求トルクがトルク判定値以上であると判定した場合には、還元性気体を排気通路内に供給することなく排気空燃比をリッチ化する。これにより、要求トルクが所定のトルク判定値より小さい場合であっても、還元性気体でリッチ化することにより、排気空燃比を化学量論比以下に維持することができる。つまり、上述のように燃焼リッチの方法により排気空燃比を制御する場合、特に低負荷運転時においては、排気空燃比を化学量論比以下に維持することが難しい。この発明によれば、燃焼リッチの方法によりＳＯｘ再生処理を行う場合と比較して、ＳＯｘ再生処理にかかる時間を短縮し、ＮＯｘ浄化触媒の劣化や燃費の悪化を軽減できる。したがって、運転状態によらず、安定してＮＯｘ浄化触媒のＳＯｘ再生処理を実行できる。
また、このように還元性気体を用いることにより、排気噴射やポスト噴射などのように未燃燃料を供給することなく排気空燃比を制御できる。これにより、上述のようなコーキングの発生、排気通路の触媒及び部品の劣化や腐食、燃費の悪化、及びオイルダイリューションの発生などの課題を回避することができる。
また、還元性気体に含まれる一酸化炭素や水素の分子径は、排気噴射やポスト噴射により供給される炭化水素の分子径と比較して小さい。このため、ＮＯｘ浄化触媒の上流側に、排気中のパティキュレート（以下、「ＰＭ」という）を捕集するＤＰＦを設け、例えば、このＤＰＦに大量のＰＭが堆積した場合であっても、ＤＰＦの下流側のＮＯｘ浄化触媒まで、還元性気体を供給してＳＯｘ再生処理を実行できる。
また、燃料改質器を排気通路とは別に設けることにより、ＮＯｘ浄化触媒の上流の熱容量を増加することなく、還元性気体を供給することができる。これにより、エンジン始動直後などの低温時におけるＮＯｘ浄化性能を低下することなくＳＯｘ再生処理を実行できる。
また、還元性気体を製造する燃料改質器を排気通路とは別に設けることにより、ＳＯｘ再生処理の実行時期を、内燃機関の状態と独立して決めることができる。したがって、内燃機関を常に最適な状態で制御しつつ、必要に応じてＳＯｘ再生処理を適宜実行することができる。また、燃料改質器を排気通路とは別に設けることにより、内燃機関の運転状態や、排気の酸素濃度及び水蒸気濃度などによらず、常に最適な効率で還元性気体を製造できるとともに、この還元性気体を排気通路内に供給することができる。
一方、燃料改質器を排気通路内に設けた場合には、排気の成分、温度、流速に影響することなく運転できるように、燃料改質器を大型にする必要があるが、この発明によれば、燃料改質器を排気通路とは別に設けることで、装置を大型にすることなく安定した運転を行うことができる。また、燃料改質器を排気通路とは別に設けることにより、内燃機関の制御とは別系統の制御を行うことで、燃料改質器が備える触媒を早期に活性化することも可能となる。 According to the first aspect of the present invention, when performing the SOx regeneration process of the NOx purification catalyst, if it is determined that the required torque is smaller than the predetermined torque determination value, the reducing gas is supplied into the exhaust passage. Thus, when the exhaust air-fuel ratio is enriched and it is determined that the required torque is equal to or greater than the torque determination value, the exhaust air-fuel ratio is enriched without supplying reducing gas into the exhaust passage. As a result, even when the required torque is smaller than the predetermined torque determination value, the exhaust air-fuel ratio can be maintained below the stoichiometric ratio by enriching with reducing gas. That is, when the exhaust air-fuel ratio is controlled by the combustion-rich method as described above, it is difficult to maintain the exhaust air-fuel ratio below the stoichiometric ratio, especially during low load operation. According to the present invention, compared with the case where the SOx regeneration process is performed by the combustion rich method, the time required for the SOx regeneration process can be shortened, and the deterioration of the NOx purification catalyst and the deterioration of the fuel consumption can be reduced. Therefore, the SOx regeneration process of the NOx purification catalyst can be executed stably regardless of the operating state.
Further, by using the reducing gas in this way, the exhaust air-fuel ratio can be controlled without supplying unburned fuel as in exhaust injection or post injection. Thereby, problems such as the occurrence of coking as described above, deterioration and corrosion of the catalyst and parts in the exhaust passage, deterioration of fuel consumption, and generation of oil dilution can be avoided.
In addition, the molecular diameter of carbon monoxide and hydrogen contained in the reducing gas is smaller than the molecular diameter of hydrocarbons supplied by exhaust injection or post injection. For this reason, a DPF that collects particulates (hereinafter referred to as “PM”) in the exhaust is provided on the upstream side of the NOx purification catalyst. For example, even when a large amount of PM is deposited on this DPF, The reducing gas can be supplied to the downstream NOx purification catalyst to perform the SOx regeneration process.
Further, by providing the fuel reformer separately from the exhaust passage, the reducing gas can be supplied without increasing the heat capacity upstream of the NOx purification catalyst. As a result, the SOx regeneration process can be executed without degrading the NOx purification performance at low temperatures such as immediately after the engine is started.
Further, by providing a fuel reformer for producing reducing gas separately from the exhaust passage, the execution timing of the SOx regeneration process can be determined independently of the state of the internal combustion engine. Therefore, the SOx regeneration process can be appropriately executed as necessary while always controlling the internal combustion engine in an optimal state. In addition, by providing a fuel reformer separately from the exhaust passage, it is possible to always produce reducing gas with optimum efficiency regardless of the operating state of the internal combustion engine, the oxygen concentration and the water vapor concentration of the exhaust gas, etc. Sexual gas can be supplied into the exhaust passage.
On the other hand, when the fuel reformer is provided in the exhaust passage, it is necessary to enlarge the fuel reformer so that the fuel reformer can be operated without affecting the exhaust components, temperature, and flow velocity. Accordingly, by providing the fuel reformer separately from the exhaust passage, stable operation can be performed without increasing the size of the apparatus. Further, by providing the fuel reformer separately from the exhaust passage, it is possible to activate the catalyst included in the fuel reformer at an early stage by performing control of a system different from the control of the internal combustion engine.

請求項２に記載の発明によれば、還元性気体には水素よりも一酸化炭素が多く含まれる。また触媒上で一酸化炭素が燃焼を開始する温度は、水素が燃焼を開始する温度よりも低温である。ＳＯｘ再生処理において、このような一酸化炭素を含む還元性気体を供給することで、ＮＯｘ浄化触媒を速やかに昇温しＳＯｘの浄化を促進することができる。
また、大気圧より高い圧力の還元性気体を製造することにより、余分な装置を追加することなく、製造した還元性気体を排気通路内に供給できる。
請求項４に記載の発明によれば、導入口とＮＯｘ浄化触媒との間を流通する酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段を設けた。これにより、ＮＯｘ浄化触媒に流入する排気の酸素濃度を所定の目標値に精度よく制御することができる。また、ＮＯｘ浄化触媒に流入する排気の酸素濃度を制御することで、ＮＯｘ浄化触媒の過昇温を防止することもできる。また、このような過昇温を防止する制御を行うことにより、ＳＯｘ再生処理の立ち上がりを速くすること、すなわち、ＮＯｘ浄化触媒を所定の目標温度まで速やかに昇温することが可能となる。
請求項５に記載の発明によれば、内燃機関の回転数に基づいてトルク判定値を決定する。これにより、ＳＯｘ再生処理を実行する際において還元性気体を排気通路に供給してリッチ化するか否かの判断を、内燃機関の状態に応じてより適切に判断することができる。 According to the invention described in claim 2, the reducing gas contains more carbon monoxide than hydrogen. The temperature at which carbon monoxide starts to burn on the catalyst is lower than the temperature at which hydrogen starts to burn. In the SOx regeneration process, by supplying such a reducing gas containing carbon monoxide, the NOx purification catalyst can be quickly heated to promote the purification of SOx.
Further, by producing the reducing gas having a pressure higher than the atmospheric pressure, the produced reducing gas can be supplied into the exhaust passage without adding an extra device.
According to the invention described in claim 4, the oxygen concentration detecting means for detecting the oxygen concentration flowing between the inlet and the NOx purification catalyst is provided. Thereby, the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the NOx purification catalyst can be accurately controlled to a predetermined target value. In addition, by controlling the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the NOx purification catalyst, it is possible to prevent excessive temperature rise of the NOx purification catalyst. Further, by performing control to prevent such excessive temperature rise, it is possible to speed up the start of the SOx regeneration process, that is, to quickly raise the temperature of the NOx purification catalyst to a predetermined target temperature.
According to the fifth aspect of the present invention, the torque determination value is determined based on the rotational speed of the internal combustion engine. As a result, it is possible to more appropriately determine whether or not the reducing gas is supplied to the exhaust passage to be enriched when executing the SOx regeneration process according to the state of the internal combustion engine.

請求項６に記載の発明によれば、第１リッチ化手段及び第２リッチ化手段によりリッチ化する場合、それぞれ、第１排気空燃比目標値及び第２排気空燃比目標値に一致するように排気空燃比を制御する。また、ここで、第１排気空燃比目標値は第２排気空燃比目標値よりも大きい。これにより、還元性気体を供給する場合と供給しない場合とで、ＮＯｘ浄化触媒に流入する排気を、ＳＯｘ再生処理を行うために適した排気空燃比に制御することができる。
請求項７に記載の発明によれば、還元性気体を供給することで排気空燃比をリッチ化する場合、還元性気体の供給量を調整することで、第１排気空燃比目標値に一致するように排気空燃比を制御する。これにより、ＮＯｘ浄化触媒に流入する排気を、ＳＯｘ再生処理を行うために適した排気空燃比に制御することができる。
請求項８に記載の発明によれば、還元性気体を供給することなく排気空燃比をリッチ化する場合、燃料噴射量を調整することで、第２排気空燃比目標値に一致するように排気空燃比を制御する。これにより、ＮＯｘ浄化触媒に流入する排気を、ＳＯｘ再生処理を行うために適した排気空燃比に制御することができる。 According to the sixth aspect of the present invention, when the enrichment is performed by the first enrichment unit and the second enrichment unit, the first exhaust air / fuel ratio target value and the second exhaust air / fuel ratio target value are matched with each other. Control the exhaust air-fuel ratio. Here, the first exhaust air / fuel ratio target value is larger than the second exhaust air / fuel ratio target value. Thereby, the exhaust gas flowing into the NOx purification catalyst can be controlled to an exhaust air / fuel ratio suitable for performing the SOx regeneration process depending on whether the reducing gas is supplied or not.
According to the seventh aspect of the present invention, when the exhaust air-fuel ratio is enriched by supplying the reducing gas, the supply amount of the reducing gas is adjusted to match the first exhaust air-fuel ratio target value. Thus, the exhaust air-fuel ratio is controlled. Thereby, the exhaust gas flowing into the NOx purification catalyst can be controlled to an exhaust air / fuel ratio suitable for performing the SOx regeneration process.
According to the eighth aspect of the present invention, when the exhaust air-fuel ratio is enriched without supplying reducing gas, the fuel injection amount is adjusted so that the exhaust gas becomes equal to the second exhaust air-fuel ratio target value. Control the air / fuel ratio. Thereby, the exhaust gas flowing into the NOx purification catalyst can be controlled to an exhaust air / fuel ratio suitable for performing the SOx regeneration process.

請求項９に記載の発明によれば、ＳＯｘ再生処理を実行する際には、吸入空気量、排気還流率、及び過給圧を制御する。これにより、ＮＯｘ浄化触媒に流入する排気を、ＳＯｘ再生処理を行うために適した排気空燃比に制御することができる。
請求項１０に記載の発明によれば、内燃機関が、その減速運転に伴い燃料の噴射が停止された状態、所謂減速フューエルカットを行っている場合には、吸入空気量を最小にする制御及び排気還流率を最大にする制御のうち少なくとも１つを行い、さらに、還元性気体を供給することで排気空燃比をリッチ化する。これにより、減速フューエルカットを行いながら、ＮＯｘ浄化触媒に流入する排気の排気空燃比を化学量論比以下に維持し、ＳＯｘ再生処理を継続することができる。したがって、ＳＯｘ再生処理にかかる時間をさらに短縮しかつ燃費の悪化を軽減できる。 According to the invention described in claim 9, when the SOx regeneration process is executed, the intake air amount, the exhaust gas recirculation rate, and the supercharging pressure are controlled. Thereby, the exhaust gas flowing into the NOx purification catalyst can be controlled to an exhaust air / fuel ratio suitable for performing the SOx regeneration process.
According to the invention described in claim 10, when the internal combustion engine is in a state where fuel injection is stopped in accordance with its deceleration operation, that is, so-called deceleration fuel cut is performed, the control for minimizing the intake air amount and At least one of the controls for maximizing the exhaust gas recirculation rate is performed, and the exhaust air-fuel ratio is enriched by supplying a reducing gas. As a result, the exhaust air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx purification catalyst can be maintained below the stoichiometric ratio while performing the deceleration fuel cut, and the SOx regeneration process can be continued. Therefore, the time required for the SOx regeneration process can be further shortened and the deterioration of fuel consumption can be reduced.

図１は、本発明の一実施形態に係る内燃機関及びその排気浄化装置の構成を示す図である。内燃機関（以下「エンジン」という）１は、各気筒７の燃焼室内に燃料を直接噴射するディーゼルエンジンであり、各気筒７には図示しない燃料噴射弁が設けられている。これら燃料噴射弁は、電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）４０により電気的に接続されており、燃料噴射弁の開弁時間及び閉弁時間は、ＥＣＵ４０により制御される。   FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an internal combustion engine and an exhaust purification device thereof according to an embodiment of the present invention. An internal combustion engine (hereinafter referred to as “engine”) 1 is a diesel engine that directly injects fuel into the combustion chamber of each cylinder 7, and each cylinder 7 is provided with a fuel injection valve (not shown). These fuel injection valves are electrically connected by an electronic control unit (hereinafter referred to as “ECU”) 40, and the valve opening time and valve closing time of the fuel injection valve are controlled by the ECU 40.

エンジン１には、吸気が流通する吸気管２と、排気が流通する排気管４と、排気管４内の排気の一部を吸気管２に還流する排気還流通路６と、吸気管２に吸気を圧送する過給機８とが設けられている。   The engine 1 includes an intake pipe 2 through which intake air circulates, an exhaust pipe 4 through which exhaust gas circulates, an exhaust gas recirculation passage 6 that recirculates part of the exhaust gas in the exhaust pipe 4 to the intake pipe 2, and intake air into the intake pipe 2. And a supercharger 8 for pressure-feeding.

吸気管２は、吸気マニホールド３の複数の分岐部を介してエンジン１の各気筒７の吸気ポートに接続されている。排気管４は、排気マニホールド５の複数の分岐部を介してエンジン１の各気筒７の排気ポートに接続されている。排気還流通路６は、排気マニホールド５から分岐し吸気マニホールド３に至る。   The intake pipe 2 is connected to the intake port of each cylinder 7 of the engine 1 through a plurality of branch portions of the intake manifold 3. The exhaust pipe 4 is connected to the exhaust port of each cylinder 7 of the engine 1 through a plurality of branch portions of the exhaust manifold 5. The exhaust gas recirculation passage 6 branches from the exhaust manifold 5 and reaches the intake manifold 3.

過給機８は、排気管４に設けられた図示しないタービンと、吸気管２に設けられた図示しないコンプレッサと、を備える。タービンは、排気管４を流通する排気の運動エネルギにより駆動される。コンプレッサは、タービンにより回転駆動され、吸気を加圧し吸気管２内へ圧送する。また、タービンは、図示しない複数の可変ベーンを備えており、可変ベーンの開度を変化させることにより、タービン回転数（回転速度）を変更できるように構成されている。タービンのベーン開度は、ＥＣＵ４０により電磁的に制御される。   The supercharger 8 includes a turbine (not shown) provided in the exhaust pipe 4 and a compressor (not shown) provided in the intake pipe 2. The turbine is driven by the kinetic energy of the exhaust flowing through the exhaust pipe 4. The compressor is rotationally driven by the turbine, pressurizes the intake air, and pumps it into the intake pipe 2. The turbine includes a plurality of variable vanes (not shown), and is configured to change the turbine rotation speed (rotational speed) by changing the opening of the variable vanes. The vane opening degree of the turbine is electromagnetically controlled by the ECU 40.

吸気管２のうち過給機８の上流側には、エンジン１の吸入空気量ＧＡを制御するスロットル弁９が設けられている。このスロットル弁９は、アクチュエータを介してＥＣＵ４０に接続されており、その開度はＥＣＵ４０により電磁的に制御される。また、吸気管２のうち過給機８の下流側には、過給機８により加圧された吸気を冷却するためのインタークーラ１１が設けられている。   A throttle valve 9 for controlling the intake air amount GA of the engine 1 is provided upstream of the supercharger 8 in the intake pipe 2. The throttle valve 9 is connected to the ECU 40 via an actuator, and the opening degree is electromagnetically controlled by the ECU 40. In addition, an intercooler 11 for cooling the intake air pressurized by the supercharger 8 is provided on the downstream side of the supercharger 8 in the intake pipe 2.

排気還流通路６は、排気マニホールド５と吸気マニホールド３とを接続し、エンジン１から排出された排気の一部を還流する。排気還流通路６には、還流される排気を冷却するＥＧＲクーラ１２と、還流する排気の流量を制御するＥＧＲ弁１３と、が設けられている。ＥＧＲ弁１３は、図示しないアクチュエータを介してＥＣＵ４０に接続されており、その弁開度はＥＣＵ４０により電磁的に制御される。   The exhaust gas recirculation passage 6 connects the exhaust manifold 5 and the intake manifold 3 and recirculates part of the exhaust discharged from the engine 1. The exhaust gas recirculation passage 6 is provided with an EGR cooler 12 that cools the exhaust gas that is recirculated, and an EGR valve 13 that controls the flow rate of the recirculated exhaust gas. The EGR valve 13 is connected to the ECU 40 via an actuator (not shown), and the valve opening degree is electromagnetically controlled by the ECU 40.

排気管４のうち過給機８の下流側には、排気を浄化するＮＯｘ浄化触媒３３が設けられている。
ＮＯｘ浄化触媒３３は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、セリア（ＣｅＯ２）、及びセリウムと希土類の複合酸化物（以下、「セリア系複合酸化物」という）の担体に担持された、触媒として作用する白金（Ｐｔ）と、ＮＯｘ吸着能力を有するセリアもしくはセリア系複合酸化物と、触媒に生成されたアンモニア（ＮＨ３）を、アンモニウムイオン（ＮＨ４ ＋）として保持する機能を有するゼオライトとを備える。 A NOx purification catalyst 33 that purifies the exhaust gas is provided downstream of the supercharger 8 in the exhaust pipe 4.
The NOx purification catalyst 33 acts as a catalyst supported on a support of alumina (Al 2 O 3 ), ceria (CeO 2 ), and a composite oxide of cerium and rare earth (hereinafter referred to as “ceria-based composite oxide”). Platinum (Pt), ceria or ceria-based composite oxide having NOx adsorption capability, and zeolite having a function of holding ammonia (NH 3 ) generated in the catalyst as ammonium ions (NH 4 + ) .

本実施形態では、ＮＯｘ浄化触媒３３として、触媒担体に２つの層からなるＮＯｘ還元触媒を担持させることによって形成されたものを用いる。
ＮＯｘ還元触媒の下層は、白金を４．５（ｇ／Ｌ）と、セリアを６０（ｇ／Ｌ）と、アルミナを３０（ｇ／Ｌ）と、Ｃｅ−Ｐｒ−Ｌａ−Ｏｘを６０（ｇ／Ｌ）と、Ｚｒ−Ｏｘを２０（ｇ／Ｌ）と、で構成される材料を水系媒体とともにボールミルに投入して攪拌、混合することでスラリーを製造し、このスラリーを触媒担体にコーティングして形成される。
また、ＮＯｘ還元触媒の上層は、β型のゼオライトに鉄（Ｆｅ）及びセリウム（Ｃｅ）をイオン交換したものを７５（ｇ／Ｌ）と、アルミナを７（ｇ／Ｌ）と、バインダーを８（ｇ／Ｌ）と、で構成される材料を、水系媒体とともにボールミルに投入して攪拌、混合することでスラリーを製造し、このスラリーを上述の下層にコーティングして形成される。 In the present embodiment, the NOx purification catalyst 33 is formed by supporting a NOx reduction catalyst having two layers on a catalyst carrier.
The lower layer of the NOx reduction catalyst is platinum (4.5 g / L), ceria 60 (g / L), alumina 30 (g / L), and Ce—Pr—La—Ox 60 (g). / L) and 20 (g / L) of Zr-Ox together with an aqueous medium are put into a ball mill, stirred and mixed to produce a slurry, and this slurry is coated on a catalyst carrier. Formed.
Moreover, the upper layer of the NOx reduction catalyst is 75 (g / L) obtained by ion-exchange of β-type zeolite with iron (Fe) and cerium (Ce), 7 (g / L) alumina, and 8 binders. A material composed of (g / L) is put into a ball mill together with an aqueous medium, stirred and mixed to produce a slurry, and this slurry is coated on the lower layer.

ＮＯｘ浄化触媒３３の吸着アンモニア量が少なくなると、ＮＯｘの浄化能力が低下するので、適宜ＮＯｘを還元するために、ＮＯｘ浄化触媒３３への還元剤の供給（以下「還元化」という）が行われる。この還元化では、例えば、燃料噴射弁から噴射される燃料量の増量とスロットル弁９による吸入空気量ＧＡの減量とによってエンジン１の燃焼室内の混合気の空燃比（エンジン空燃比）を化学量論比よりリッチ側にすることにより、還元剤をＮＯｘ浄化触媒３３に供給する。すなわち、エンジン１から排出される排気の空燃比（排気空燃比）をリッチ化することにより、ＮＯｘ浄化触媒３３へ流入する排気中の還元剤濃度が、酸素濃度より高くなり、還元化が実行される。   When the amount of adsorbed ammonia in the NOx purification catalyst 33 decreases, the NOx purification capability decreases, so that a reducing agent is supplied to the NOx purification catalyst 33 (hereinafter referred to as “reduction”) in order to reduce NOx as appropriate. . In this reduction, for example, the air-fuel ratio (engine air-fuel ratio) of the air-fuel mixture in the combustion chamber of the engine 1 is changed to a chemical amount by increasing the amount of fuel injected from the fuel injection valve and decreasing the intake air amount GA by the throttle valve 9. By making it richer than the theoretical ratio, the reducing agent is supplied to the NOx purification catalyst 33. That is, by enriching the air-fuel ratio (exhaust air-fuel ratio) of the exhaust discharged from the engine 1, the concentration of the reducing agent in the exhaust flowing into the NOx purification catalyst 33 becomes higher than the oxygen concentration, and reduction is performed. The

このＮＯｘ浄化触媒３３におけるＮＯｘの浄化について説明する。
先ず、エンジン空燃比を化学量論比よりリーン側に設定し、いわゆるリーンバーン運転を行うと、ＮＯｘ浄化触媒３３へ流入する排気中の還元剤濃度が、酸素濃度より低くなる。その結果、排気中の一酸化窒素（ＮＯ）と酸素（Ｏ２）とが触媒の作用で反応し、ＮＯ２としてセリアもしくはセリア系複合酸化物に吸着される。また、酸素と反応していない一酸化炭素（ＣＯ）も、セリアもしくはセリア系複合酸化物に吸着される。 The NOx purification in the NOx purification catalyst 33 will be described.
First, when the engine air-fuel ratio is set leaner than the stoichiometric ratio and so-called lean burn operation is performed, the concentration of the reducing agent in the exhaust gas flowing into the NOx purification catalyst 33 becomes lower than the oxygen concentration. As a result, nitrogen monoxide (NO) and oxygen (O 2 ) in the exhaust gas react with each other by the action of the catalyst, and are adsorbed as NO 2 on the ceria or ceria-based composite oxide. In addition, carbon monoxide (CO) that has not reacted with oxygen is also adsorbed to ceria or ceria-based composite oxide.

次に、エンジン空燃比を化学量論比よりリッチ側に設定するいわゆるリッチ運転を行い、排気空燃比をリッチ化する。すなわち、排気中の還元剤濃度を酸素濃度より高くする還元化を実行すると、排気中の一酸化炭素（ＣＯ）が水（Ｈ２Ｏ）と反応して、二酸化炭素（ＣＯ２）と水素（Ｈ２）が生成され、また排気中の炭化水素（ＨＣ）が水と反応して、一酸化炭素（ＣＯ）及び二酸化炭素（ＣＯ２）とともに、水素が生成される。またさらに、排気中に含まれるＮＯｘ、及びセリアもしくはセリア系複合酸化物（及び白金）に吸着されているＮＯｘ（ＮＯ，ＮＯ２）と、生成された水素とが触媒の作用で反応し、アンモニア（ＮＨ３）及び水が生成される。また、ここで生成されたアンモニアは、アンモニウムイオン（ＮＨ４ ＋）の形でゼオライトに吸着される。 Next, so-called rich operation is performed in which the engine air-fuel ratio is set to be richer than the stoichiometric ratio, and the exhaust air-fuel ratio is enriched. That is, when reduction is performed to make the reducing agent concentration in the exhaust gas higher than the oxygen concentration, carbon monoxide (CO) in the exhaust gas reacts with water (H 2 O), and carbon dioxide (CO 2 ) and hydrogen ( H 2 ) is generated, and hydrocarbons (HC) in the exhaust gas react with water to generate hydrogen together with carbon monoxide (CO) and carbon dioxide (CO 2 ). Furthermore, NOx contained in the exhaust gas, NOx (NO, NO 2 ) adsorbed on ceria or ceria-based complex oxide (and platinum), and the produced hydrogen react with each other by the action of the catalyst, and ammonia (NH 3 ) and water are produced. Further, the ammonia generated here is adsorbed on the zeolite in the form of ammonium ions (NH 4 + ).

次に、エンジン空燃比を化学量論比よりリーン側に設定するリーンバーン運転を行い、ＮＯｘ浄化触媒３３へ流入する排気中の還元剤濃度を、酸素濃度より低い側に設定すると、セリアもしくはセリア系複合酸化物にＮＯｘが吸着される。さらにゼオライトにアンモニウムイオンが吸着した状態では、排気中のＮＯｘ及び酸素と、アンモニアとが反応して、窒素（Ｎ２）と水が生成される。
このように、ＮＯｘ浄化触媒３３によれば、還元剤供給中に生成されるアンモニアがゼオライトに吸着され、リーンバーン運転中に吸着したアンモニアがＮＯｘと反応するので、ＮＯｘの浄化を効率よく行うことができる。 Next, when lean burn operation is performed in which the engine air-fuel ratio is set leaner than the stoichiometric ratio, and the reducing agent concentration in the exhaust gas flowing into the NOx purification catalyst 33 is set lower than the oxygen concentration, ceria or ceria NOx is adsorbed on the system complex oxide. Further, when ammonium ions are adsorbed on the zeolite, NOx and oxygen in the exhaust gas react with ammonia to generate nitrogen (N 2 ) and water.
Thus, according to the NOx purification catalyst 33, ammonia generated during the supply of the reducing agent is adsorbed by the zeolite, and the ammonia adsorbed during the lean burn operation reacts with NOx, so that the NOx purification can be performed efficiently. Can do.

また、排気管４のうちＮＯｘ浄化触媒３３の上流側には、燃料ガスを改質して、水素（Ｈ２）及び一酸化炭素（ＣＯ）を含む改質ガスを製造する燃料改質器５０が接続されている。この燃料改質器５０は、製造した改質ガスを還元ガスとして、排気管４のうちＮＯｘ浄化触媒３３の上流側に形成された導入口１４から、排気管４内に供給する。 Further, on the upstream side of the NOx purification catalyst 33 in the exhaust pipe 4, a fuel reformer 50 that reforms the fuel gas to produce a reformed gas containing hydrogen (H 2 ) and carbon monoxide (CO). Is connected. The fuel reformer 50 supplies the produced reformed gas as a reducing gas into the exhaust pipe 4 from the inlet 14 formed on the upstream side of the NOx purification catalyst 33 in the exhaust pipe 4.

燃料改質器５０は、排気管４にその一端側が接続されたガス通路５１と、このガス通路５１の他端側から燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置５２と、ガス通路５１に設けられた改質触媒としての改質触媒５３と、を含んで構成される。   The fuel reformer 50 is provided in the gas passage 51, a gas passage 51 whose one end is connected to the exhaust pipe 4, a fuel gas supply device 52 that supplies fuel gas from the other end of the gas passage 51, and the gas passage 51. And a reforming catalyst 53 as a reforming catalyst.

燃料ガス供給装置５２は、燃料タンクに貯留された燃料と、コンプレッサにより供給された空気とを所定の割合で混合して燃料ガスを製造し、この燃料ガスをガス通路５１に供給する。この燃料ガス供給装置５２は、ＥＣＵ４０に接続されており、燃料ガスの供給量及びその混合比は、ＥＣＵ４０により制御される。また、この燃料ガスの供給量を制御することで、排気管４に供給される還元ガスの供給量（単位時間当りに排気管４内に供給される還元ガスの量）を制御することが可能となっている。   The fuel gas supply device 52 mixes fuel stored in the fuel tank and air supplied by the compressor at a predetermined ratio to produce fuel gas, and supplies the fuel gas to the gas passage 51. The fuel gas supply device 52 is connected to the ECU 40, and the fuel gas supply amount and the mixing ratio thereof are controlled by the ECU 40. Further, by controlling the amount of fuel gas supplied, the amount of reducing gas supplied to the exhaust pipe 4 (the amount of reducing gas supplied into the exhaust pipe 4 per unit time) can be controlled. It has become.

改質触媒５３は、ロジウム及びセリアを含む。この改質触媒５３は、燃料ガス供給装置５２から供給された燃料ガスを改質し、水素、一酸化炭素、及び炭化水素を含む改質ガスを製造する触媒である。より具体的には、この改質触媒５３は、燃料ガスを構成する炭化水素燃料と空気との部分酸化反応により、大気圧よりも高い圧力であり、かつ、体積比で水素よりも一酸化炭素を多く含む改質ガスを製造する。また、上述のように部分酸化反応は発熱反応である。これにより、燃料改質器５０は、排気管４のうち導入口１４付近における排気よりも高い温度の還元性気体を、排気管４内に供給することが可能となる。   The reforming catalyst 53 contains rhodium and ceria. The reforming catalyst 53 is a catalyst that reforms the fuel gas supplied from the fuel gas supply device 52 to produce a reformed gas containing hydrogen, carbon monoxide, and hydrocarbons. More specifically, the reforming catalyst 53 has a pressure higher than atmospheric pressure due to a partial oxidation reaction between the hydrocarbon fuel constituting the fuel gas and air, and has a volume ratio of carbon monoxide higher than hydrogen. A reformed gas containing a large amount of is produced. Further, as described above, the partial oxidation reaction is an exothermic reaction. Thus, the fuel reformer 50 can supply reducing gas having a temperature higher than that of the exhaust gas in the vicinity of the inlet 14 in the exhaust pipe 4 into the exhaust pipe 4.

本実施形態では、この改質触媒５３として、セリア及びロジウムの粉末を、セリアに対するロジウムの質量比が１％となるように秤量し、この粉末を水系媒体とともにボールミルに投入して攪拌・混合することでスラリーを製造し、このスラリーをＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ合金製の担体にコーティングした後、これを６００℃で２時間に亘り乾燥・焼成して調製されたものを用いる。   In the present embodiment, as the reforming catalyst 53, ceria and rhodium powder are weighed so that the mass ratio of rhodium to ceria is 1%, and this powder is put into a ball mill together with an aqueous medium and stirred and mixed. Then, a slurry is prepared, and this slurry is coated on a support made of an Fe—Cr—Al alloy, and then prepared by drying and firing at 600 ° C. for 2 hours.

また、この改質触媒５３には、グロープラグやスパークプラグなどを含んで構成された図示しない加熱ヒータが接続されており、燃料改質器５０の始動とともに、改質触媒５３を加熱することが可能となっている。また、この燃料改質器５０は、排気管４とは別に設けられている。すなわち、燃料改質器５０の燃料ガス供給装置５２及び改質触媒５３は、排気管４内には設けられていない。   The reforming catalyst 53 is connected to a heater (not shown) including a glow plug, a spark plug, and the like, so that the reforming catalyst 53 can be heated when the fuel reformer 50 is started. It is possible. The fuel reformer 50 is provided separately from the exhaust pipe 4. That is, the fuel gas supply device 52 and the reforming catalyst 53 of the fuel reformer 50 are not provided in the exhaust pipe 4.

ＥＣＵ４０には、エンジン１のクランク軸の回転角度を検出するクランク角度位置センサ（図示せず）、エンジン１により駆動される車両のアクセルペダルの踏み込み量ＡＰを検出するアクセルセンサ（図示せず）、エンジン１の吸入空気量ＧＡ（単位時間当りにエンジン１に新規に吸入される空気量）を検出するエアフローメータ２１、及び排気管４のうち導入口１４とＮＯｘ浄化触媒３３との間を流通する排気の酸素濃度、すなわち排気空燃比ＡＦを検出するＵＥＧＯセンサ２３が接続されており、これらセンサの検出信号は、ＥＣＵ４０に供給される。
ここで、エンジン１の回転数ＮＥは、クランク角度位置センサの出力に基づいて、ＥＣＵ４０により算出される。また、エンジン１の要求トルクＴＲＱは、アクセルペダルの踏み込み量ＡＰに基づいて、ＥＣＵ４０により算出される。 The ECU 40 includes a crank angle position sensor (not shown) for detecting the rotation angle of the crankshaft of the engine 1, an accelerator sensor (not shown) for detecting an accelerator pedal depression amount AP of a vehicle driven by the engine 1, The air flow meter 21 that detects the intake air amount GA of the engine 1 (the amount of air newly sucked into the engine 1 per unit time) and the exhaust pipe 4 flow between the inlet 14 and the NOx purification catalyst 33. A UEGO sensor 23 for detecting the oxygen concentration of the exhaust gas, that is, the exhaust air-fuel ratio AF is connected, and detection signals from these sensors are supplied to the ECU 40.
Here, the rotational speed NE of the engine 1 is calculated by the ECU 40 based on the output of the crank angle position sensor. The required torque TRQ of the engine 1 is calculated by the ECU 40 based on the accelerator pedal depression amount AP.

ＥＣＵ４０は、各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定のレベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換するなどの機能を有する入力回路と、中央演算処理ユニット（以下「ＣＰＵ」という）とを備える。この他、ＥＣＵ４０は、ＣＰＵで実行される各種演算プログラム及び演算結果などを記憶する記憶回路と、燃料改質器５０、スロットル弁９、ＥＧＲ弁１３、過給機８、及びエンジン１の燃料噴射弁などに制御信号を出力する出力回路とを備える。   The ECU 40 shapes an input signal waveform from various sensors, corrects a voltage level to a predetermined level, converts an analog signal value into a digital signal value, and a central processing unit (hereinafter, “ CPU ”). In addition, the ECU 40 is a storage circuit that stores various calculation programs executed by the CPU, calculation results, and the like, a fuel reformer 50, a throttle valve 9, an EGR valve 13, a supercharger 8, and a fuel injection of the engine 1. An output circuit for outputting a control signal to a valve or the like.

エンジン１は、通常はエンジン空燃比が化学量論比よりもリーン側に設定して運転され、排気空燃比を化学量論比よりもリッチ側に設定することでＮＯｘ浄化触媒に吸着したＳＯｘを浄化するＳＯｘ再生処理が周期的に実行される。   The engine 1 is normally operated with the engine air-fuel ratio leaner than the stoichiometric ratio, and by setting the exhaust air-fuel ratio richer than the stoichiometric ratio, the SOx adsorbed on the NOx purification catalyst is absorbed. The SOx regeneration process to be purified is periodically executed.

図２は、ＥＣＵによるＳＯｘ再生処理の手順を示すフローチャートである。図２に示すように、ＳＯｘ再生処理は、燃料改質器により製造された還元ガスを供給することで排気空燃比をリッチ化する第１リッチ化制御と、エンジン空燃比を制御することで排気空燃比をリッチ化する第２リッチ化制御とを、所定の条件に応じて選択的に実行可能となっている。   FIG. 2 is a flowchart showing a procedure of SOx regeneration processing by the ECU. As shown in FIG. 2, in the SOx regeneration process, the first rich control for enriching the exhaust air / fuel ratio by supplying the reducing gas produced by the fuel reformer and the exhaust gas by controlling the engine air / fuel ratio are performed. The second enrichment control for enriching the air-fuel ratio can be selectively executed according to a predetermined condition.

ステップＳ１では、ＳＯｘ再生処理を実行するか否かを判別する。この判別がＹＥＳの場合にはステップＳ２に移り、ＮＯの場合には直ちにこの処理を終了する。ここで、ＳＯｘ再生処理を実行するか否かの判断は、例えば、ＮＯｘ浄化触媒のＳＯｘ被毒量や、ＮＯｘ浄化触媒のＮＯｘ浄化率などに基づいて行う。   In step S1, it is determined whether or not to execute the SOx regeneration process. If this determination is YES, the process proceeds to step S2, and if this determination is NO, this process is immediately terminated. Here, whether or not to perform the SOx regeneration process is determined based on, for example, the SOx poisoning amount of the NOx purification catalyst, the NOx purification rate of the NOx purification catalyst, or the like.

ステップＳ２では、エンジンが、その減速運転に伴い燃料の噴射が停止された減速フューエルカット状態であるか否かを判別する。この判別がＹＥＳの場合にはステップＳ６に移り、ＮＯの場合にはステップＳ３に移る。
ステップＳ３では、エンジンが低負荷運転状態であるか否か、すなわち要求トルクＴＲＱが、所定のトルク判定値ＴＲＱＴＨより小さいか否かを判別する。この判別がＹＥＳの場合にはステップＳ４に移り、ＮＯの場合にはステップＳ５に移る。
図３は、トルク判定値ＴＲＱＴＨとエンジン回転数ＮＥとの関係を示す図である。
図３に示すように、トルク判定値ＴＲＱＴＨはエンジンの回転数ＮＥに基づいて決定される。また、要求トルクＴＲＱがこのトルク判定値ＴＲＱＴＨよりも小さい場合には低負荷運転状態であると判定し第１リッチ化制御を実行し、要求トルクＴＲＱがトルク判定値ＴＲＱＴＨ以上である場合には、通常運転状態であると判定し第２リッチ化制御を実行する。 In step S2, it is determined whether or not the engine is in a deceleration fuel cut state in which fuel injection is stopped along with the deceleration operation. If this determination is YES, the process proceeds to step S6, and if NO, the process proceeds to step S3.
In step S3, it is determined whether or not the engine is in a low load operation state, that is, whether or not the required torque TRQ is smaller than a predetermined torque determination value TRQTH. If this determination is YES, the process proceeds to step S4, and if NO, the process proceeds to step S5.
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the torque determination value TRQTH and the engine speed NE.
As shown in FIG. 3, torque determination value TRQTH is determined based on engine speed NE. Further, when the required torque TRQ is smaller than the torque determination value TRQTH, it is determined that the engine is in the low load operation state, and the first enrichment control is executed. When the required torque TRQ is equal to or greater than the torque determination value TRQTH, It determines with it being a normal driving | running state, and performs 2nd enrichment control.

図２に戻って、ステップＳ４では、図示しない第１リッチ化制御用の制御マップに基づいて、吸入空気量、排気還流率、及び過給圧を制御し、ステップＳ９に移る。
ステップＳ５では、図示しない第２リッチ化制御用の制御マップに基づいて、吸入空気量、排気還流率、及び過給圧を制御し、ステップＳ７に移る。
ステップＳ６では、減速フューエルカット状態であると判定されたことに応じて、スロットル弁を全閉して吸入空気量を最小にするとともに、ＥＧＲ弁を全開して排気還流率を最大にし、ステップＳ７に移る。 Returning to FIG. 2, in step S4, the intake air amount, the exhaust gas recirculation rate, and the supercharging pressure are controlled based on a control map for first enrichment control (not shown), and the process proceeds to step S9.
In step S5, the intake air amount, the exhaust gas recirculation rate, and the supercharging pressure are controlled based on a control map for second enrichment control (not shown), and the process proceeds to step S7.
In step S6, in response to the determination that the vehicle is in the deceleration fuel cut state, the throttle valve is fully closed to minimize the intake air amount, and the EGR valve is fully opened to maximize the exhaust gas recirculation rate. Move on.

ステップＳ７では、第１リッチ化制御を実行する際における排気空燃比の目標値である第１排気空燃比目標値ＡＦＡＴＶを設定し、ステップＳ８に移る。ここで、この第１排気空燃比目標値ＡＦＡＴＶは、後述の第２排気空燃比目標値ＡＦＢＴＶよりも大きな値に設定する。
ステップＳ８では、燃料改質器により製造された還元ガスを排気管内に供給することで排気空燃比をリッチ化する第１リッチ化制御を実行し、この処理を終了する。より具体的には、この第１リッチ化制御では、還元ガスを供給するとともに、ＵＥＧＯセンサにより検出された排気空燃比ＡＦが第１排気空燃比目標値ＡＦＡＴＶに一致するように、この還元ガスの供給量を調整する。
またここで、還元ガスを排気管内に供給する際において、この排気管を流通する排気には酸素が含まれていることが好ましい。 In step S7, the first exhaust air / fuel ratio target value AFATV, which is the target value of the exhaust air / fuel ratio when executing the first enrichment control, is set, and the process proceeds to step S8. Here, the first exhaust air / fuel ratio target value AFATV is set to a value larger than a second exhaust air / fuel ratio target value AFBTV described later.
In step S8, the first enrichment control for enriching the exhaust air / fuel ratio is performed by supplying the reducing gas produced by the fuel reformer into the exhaust pipe, and this process is terminated. More specifically, in the first enrichment control, the reducing gas is supplied, and the reducing gas is adjusted so that the exhaust air-fuel ratio AF detected by the UEGO sensor matches the first exhaust air-fuel ratio target value AFATV. Adjust the supply amount.
Here, when supplying the reducing gas into the exhaust pipe, it is preferable that the exhaust gas flowing through the exhaust pipe contains oxygen.

ステップＳ９では、第２リッチ化制御を実行する際における排気空燃比の目標値である第２排気空燃比目標値ＡＦＢＴＶを設定し、ステップＳ１０に移る。
ステップＳ１０では、エンジン空燃比をリッチにすることで排気空燃比をリッチ化する第２リッチ化制御を実行し、この処理を終了する。より具体的には、この第２リッチ化制御では、ＵＥＧＯセンサにより検出された排気空燃比ＡＦが第２排気空燃比目標値ＡＦＢＴＶに一致するように、燃料噴射量を調整する。 In step S9, the second exhaust air / fuel ratio target value AFBTV, which is the target value of the exhaust air / fuel ratio when executing the second enrichment control, is set, and the process proceeds to step S10.
In step S10, the second enrichment control for enriching the exhaust air / fuel ratio by enriching the engine air / fuel ratio is executed, and this process is terminated. More specifically, in the second enrichment control, the fuel injection amount is adjusted so that the exhaust air / fuel ratio AF detected by the UEGO sensor matches the second exhaust air / fuel ratio target value AFBTV.

以上詳述したように、本実施形態によれば、ＮＯｘ浄化触媒３３のＳＯｘ再生処理を実行する際、要求トルクＴＲＱがトルク判定値ＴＲＱＴＨより小さいと判定した場合には、還元ガスを排気管４内に供給することで排気空燃比をリッチ化し、要求トルクＴＲＱがトルク判定値ＴＲＱＴＨ以上であると判定した場合には、還元ガスを排気管２内に供給することなく排気空燃比をリッチ化する。これにより、要求トルクＴＲＱがトルク判定値ＴＲＱＴＨより小さい場合であっても、還元ガスでリッチ化することにより、排気空燃比を化学量論比以下に維持することができる。つまり、上述のように燃焼リッチの方法により排気空燃比を制御する場合、特に低負荷運転時において排気空燃比を化学量論比以下に維持することが難しい。本実施形態によれば、燃焼リッチの方法によりＳＯｘ再生処理を行う場合と比較して、ＳＯｘ再生処理にかかる時間を短縮し、ＮＯｘ浄化触媒３３の劣化や燃費の悪化を軽減できる。したがって、運転状態によらず、安定してＮＯｘ浄化触媒３３のＳＯｘ再生処理を実行できる。
また、このように還元ガスを用いることにより、排気噴射やポスト噴射などのように未燃燃料を供給することなく排気空燃比を制御できる。これにより、上述のようなコーキングの発生、排気管４の触媒及び部品の劣化や腐食、燃費の悪化、及びオイルダイリューションの発生などの課題を回避することができる。
また、還元ガスに含まれる一酸化炭素や水素の分子径は、排気噴射やポスト噴射により供給される炭化水素の分子径と比較して小さい。このため、ＮＯｘ浄化触媒３３の上流側にＤＰＦを設け、例えば、このＤＰＦに大量のＰＭが堆積した場合であっても、ＤＰＦの下流側のＮＯｘ浄化触媒３３まで、還元ガスを供給してＳＯｘを浄化することができる。
また、燃料改質器５０を排気管４とは別に設けることにより、ＮＯｘ浄化触媒３３の上流の熱容量を増加することなく、還元ガスを供給することができる。これにより、エンジン始動直後などの低温時におけるＮＯｘ浄化性能を低下することなくＳＯｘ再生処理を行うことができる。
また、還元ガスを製造する燃料改質器５０を排気管４とは別に設けることにより、ＳＯｘ再生処理の実行時期を、エンジン１の状態と独立して決めることができる。したがって、エンジン１を常に最適な状態で制御しつつ、必要に応じてＳＯｘ再生処理を適宜実行することができる。また、燃料改質器５０を排気管４とは別に設けることにより、エンジン１の運転状態や、排気の酸素濃度及び水蒸気濃度などによらず、常に最適な効率で還元ガスを製造できるとともに、この還元ガスを排気管４内に供給することができる。
一方、燃料改質器５０を排気管４内に設けた場合には、排気の成分、温度、流速に影響することなく運転できるように、燃料改質器５０を大型にする必要があるが、本実施形態によれば、燃料改質器５０を排気管４とは別に設けることで、装置を大型にすることなく安定した運転を行うことができる。また、燃料改質器５０を排気管４とは別に設けることにより、エンジン１の制御とは別系統の制御を行うことで、改質触媒５３を早期に活性化することも可能となる。 As described above in detail, according to the present embodiment, when the SOx regeneration process of the NOx purification catalyst 33 is executed, if it is determined that the required torque TRQ is smaller than the torque determination value TRQTH, the reducing gas is discharged to the exhaust pipe 4. The exhaust air / fuel ratio is enriched by supplying the exhaust gas into the exhaust pipe, and when it is determined that the required torque TRQ is equal to or greater than the torque determination value TRQTH, the exhaust air / fuel ratio is enriched without supplying the reducing gas into the exhaust pipe 2. . As a result, even when the required torque TRQ is smaller than the torque determination value TRQTH, the exhaust air-fuel ratio can be maintained below the stoichiometric ratio by enriching with the reducing gas. That is, when the exhaust air-fuel ratio is controlled by the combustion rich method as described above, it is difficult to maintain the exhaust air-fuel ratio below the stoichiometric ratio, especially during low load operation. According to this embodiment, compared with the case where the SOx regeneration process is performed by the combustion rich method, the time required for the SOx regeneration process can be shortened, and the deterioration of the NOx purification catalyst 33 and the deterioration of the fuel consumption can be reduced. Therefore, the SOx regeneration process of the NOx purification catalyst 33 can be executed stably regardless of the operating state.
Further, by using the reducing gas in this way, the exhaust air-fuel ratio can be controlled without supplying unburned fuel as in exhaust injection and post injection. Thereby, problems such as the occurrence of coking as described above, deterioration and corrosion of the catalyst and parts of the exhaust pipe 4, deterioration of fuel consumption, and generation of oil dilution can be avoided.
Further, the molecular diameter of carbon monoxide and hydrogen contained in the reducing gas is smaller than the molecular diameter of hydrocarbons supplied by exhaust injection or post injection. For this reason, a DPF is provided on the upstream side of the NOx purification catalyst 33. For example, even when a large amount of PM is deposited on this DPF, a reducing gas is supplied to the NOx purification catalyst 33 on the downstream side of the DPF to supply SOx. Can be purified.
Further, by providing the fuel reformer 50 separately from the exhaust pipe 4, it is possible to supply the reducing gas without increasing the heat capacity upstream of the NOx purification catalyst 33. Thus, the SOx regeneration process can be performed without degrading the NOx purification performance at a low temperature such as immediately after the engine is started.
Further, by providing the fuel reformer 50 for producing the reducing gas separately from the exhaust pipe 4, the execution timing of the SOx regeneration process can be determined independently of the state of the engine 1. Therefore, the SOx regeneration process can be appropriately executed as necessary while always controlling the engine 1 in an optimal state. In addition, by providing the fuel reformer 50 separately from the exhaust pipe 4, it is possible to always produce reducing gas with optimum efficiency regardless of the operating state of the engine 1 and the oxygen concentration and water vapor concentration of the exhaust. A reducing gas can be supplied into the exhaust pipe 4.
On the other hand, when the fuel reformer 50 is provided in the exhaust pipe 4, it is necessary to make the fuel reformer 50 large so that the fuel reformer 50 can be operated without affecting the exhaust components, temperature, and flow velocity. According to the present embodiment, by providing the fuel reformer 50 separately from the exhaust pipe 4, a stable operation can be performed without increasing the size of the apparatus. Further, by providing the fuel reformer 50 separately from the exhaust pipe 4, it is possible to activate the reforming catalyst 53 at an early stage by controlling the system different from the control of the engine 1.

また、本実施形態によれば、還元ガスには水素よりも一酸化炭素が多く含まれる。また触媒上では、一酸化炭素が燃焼を開始する温度は、水素よりも低温である。ＳＯｘ再生処理において、このような一酸化炭素を含む還元性気体を供給することで、ＮＯｘ浄化触媒３３を速やかに昇温しＳＯｘの浄化を促進することができる。
また、大気圧より高い圧力の還元性気体を製造することにより、余分な装置を追加することなく、製造した還元性気体を排気管４内に供給できる。
また、本実施形態によれば、導入口１４とＮＯｘ浄化触媒３３との間を流通する酸素濃度を検出するＵＥＧＯセンサ２３を設けた。これにより、ＮＯｘ浄化触媒３３に流入する排気の酸素濃度を所定の目標値に精度よく制御することができる。また、ＮＯｘ浄化触媒３３に流入する排気の酸素濃度を制御することで、ＮＯｘ浄化触媒３３の過昇温を防止することもできる。また、このような過昇温を防止する制御を行うことにより、ＳＯｘ再生処理の立ち上がりを速くすること、すなわち、ＮＯｘ浄化触媒３３を所定の目標温度まで速やかに昇温することが可能となる。
また、本実施形態によれば、回転数ＮＥに基づいてトルク判定値ＴＲＱＴＨを決定する。これにより、ＳＯｘ再生処理を実行する際において還元ガスを排気管４に供給してリッチ化するか否かの判断を、エンジン１の状態に応じてより適切に判断することができる。 Further, according to the present embodiment, the reducing gas contains more carbon monoxide than hydrogen. On the catalyst, the temperature at which carbon monoxide starts to burn is lower than that of hydrogen. In the SOx regeneration process, by supplying such a reducing gas containing carbon monoxide, the NOx purification catalyst 33 can be quickly heated to promote the purification of SOx.
Further, by producing the reducing gas having a pressure higher than the atmospheric pressure, the produced reducing gas can be supplied into the exhaust pipe 4 without adding an extra device.
Further, according to the present embodiment, the UEGO sensor 23 that detects the concentration of oxygen flowing between the inlet 14 and the NOx purification catalyst 33 is provided. Thereby, the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the NOx purification catalyst 33 can be accurately controlled to a predetermined target value. Further, by controlling the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the NOx purification catalyst 33, it is possible to prevent the excessive temperature rise of the NOx purification catalyst 33. Further, by performing control to prevent such excessive temperature rise, it is possible to speed up the start of the SOx regeneration process, that is, to quickly raise the NOx purification catalyst 33 to a predetermined target temperature.
Further, according to the present embodiment, the torque determination value TRQTH is determined based on the rotational speed NE. Thereby, when performing the SOx regeneration process, it is possible to more appropriately determine whether or not to enrich by supplying the reducing gas to the exhaust pipe 4 according to the state of the engine 1.

また、本実施形態によれば、第１リッチ化制御及び第２リッチ化制御を実行する場合、それぞれ、第１排気空燃比目標値ＡＦＡＴＶ及び第２排気空燃比目標値ＡＦＢＴＶに一致するように排気空燃比ＡＦを制御する。また、ここで、ＡＦＡＴＶはＡＦＢＴＶよりも大きい。これにより、還元ガスを供給する場合と供給しない場合とで、ＮＯｘ浄化触媒３３に流入する排気を、ＳＯｘ再生処理を行うために適した排気空燃比に制御することができる。
また、本実施形態によれば、第１リッチ化制御を実行する場合、還元ガスの供給量を調整することで第１排気空燃比目標値ＡＦＡＴＶに一致するように排気空燃比ＡＦを制御し、第２リッチ化制御を実行する場合、燃料噴射量を調整することで第２排気空燃比目標値ＡＦＢＴＶに一致するように排気空燃比ＡＦを制御する。これにより、ＮＯｘ浄化触媒３３に流入する排気を、ＳＯｘ再生処理を行うために適した排気空燃比に制御することができる。 Further, according to the present embodiment, when the first enrichment control and the second enrichment control are executed, the exhaust gas is matched with the first exhaust air / fuel ratio target value AFATV and the second exhaust air / fuel ratio target value AFBTV, respectively. The air-fuel ratio AF is controlled. Here, AFATV is larger than AFBTV. Thus, the exhaust gas flowing into the NOx purification catalyst 33 can be controlled to an exhaust air / fuel ratio suitable for performing the SOx regeneration process depending on whether the reducing gas is supplied or not.
Further, according to the present embodiment, when the first enrichment control is executed, the exhaust air-fuel ratio AF is controlled to match the first exhaust air-fuel ratio target value AFATV by adjusting the supply amount of the reducing gas, When the second enrichment control is executed, the exhaust air / fuel ratio AF is controlled to match the second exhaust air / fuel ratio target value AFBTV by adjusting the fuel injection amount. Thereby, the exhaust gas flowing into the NOx purification catalyst 33 can be controlled to an exhaust air / fuel ratio suitable for performing the SOx regeneration process.

また、本実施形態によれば、ＳＯｘ再生処理を実行する際には、吸入空気量、排気還流率、及び過給圧を制御する。これにより、ＮＯｘ浄化触媒３３に流入する排気を、ＳＯｘ再生処理を行うために適した排気空燃比に制御することができる。
また、本実施形態によれば、エンジン１が、減速フューエルカットを行っている場合には、スロットル弁９を全閉し、ＥＧＲ弁１３を全開にする制御のうち少なくとも１つを行い、さらに、還元ガスを供給することで排気空燃比をリッチ化する。これにより、減速フューエルカットを行いながら、ＮＯｘ浄化触媒３３に流入する排気の排気空燃比を化学量論比以下に維持し、ＳＯｘ再生処理を継続することができる。したがって、ＳＯｘ再生処理にかかる時間をさらに短縮しかつ燃費の悪化を軽減できる。 Further, according to the present embodiment, when the SOx regeneration process is executed, the intake air amount, the exhaust gas recirculation rate, and the supercharging pressure are controlled. Thereby, the exhaust gas flowing into the NOx purification catalyst 33 can be controlled to an exhaust air / fuel ratio suitable for performing the SOx regeneration process.
Further, according to the present embodiment, when the engine 1 is performing the deceleration fuel cut, at least one of the control for fully closing the throttle valve 9 and fully opening the EGR valve 13 is performed, The exhaust air-fuel ratio is enriched by supplying reducing gas. As a result, the exhaust air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx purification catalyst 33 can be maintained below the stoichiometric ratio while performing the deceleration fuel cut, and the SOx regeneration process can be continued. Therefore, the time required for the SOx regeneration process can be further shortened and the deterioration of fuel consumption can be reduced.

本実施形態では、ＥＣＵ４０が再生手段、トルク判定手段、第１リッチ化手段、第２リッチ化手段、吸気制御手段、及び減速判定手段を構成する。より具体的には、図２のステップＳ１〜Ｓ１０に係る手段が再生手段に相当し、ステップＳ３に係る手段がトルク判定手段に相当し、ステップＳ７，Ｓ８に係る手段が第１リッチ化手段に相当し、ステップＳ９，Ｓ１０に係る手段が第２リッチ化手段に相当し、ステップＳ４〜Ｓ６に係る手段が吸気制御手段に相当し、ステップＳ２に係る手段が減速判定手段に相当する。   In the present embodiment, the ECU 40 constitutes a regeneration means, a torque determination means, a first enrichment means, a second enrichment means, an intake control means, and a deceleration determination means. More specifically, the means according to steps S1 to S10 in FIG. 2 corresponds to the reproducing means, the means according to step S3 corresponds to the torque determining means, and the means according to steps S7 and S8 are the first enrichment means. Correspondingly, the means relating to steps S9 and S10 corresponds to the second enrichment means, the means relating to steps S4 to S6 corresponds to the intake control means, and the means relating to step S2 corresponds to the deceleration determination means.

なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。
例えば、上記実施形態では、本発明をディーゼル内燃機関に適用した例を示したが、本発明はガソリン内燃機関にも適用可能である。また本発明は、クランク軸を鉛直方向とした船外機などのような船舶推進用エンジンなどの排気浄化装置にも適用が可能である。 The present invention is not limited to the embodiment described above, and various modifications can be made.
For example, in the above-described embodiment, an example in which the present invention is applied to a diesel internal combustion engine has been described, but the present invention can also be applied to a gasoline internal combustion engine. The present invention can also be applied to an exhaust emission control device such as a marine vessel propulsion engine such as an outboard motor having a vertical crankshaft.

本発明の一実施形態に係る内燃機関及びその排気浄化装置の構成を示す図である。1 is a diagram illustrating a configuration of an internal combustion engine and an exhaust purification device thereof according to an embodiment of the present invention. 前記実施形態に係るＥＣＵによるＳＯｘ再生処理の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the SOx regeneration process by ECU which concerns on the said embodiment. 前記実施形態に係るトルク判定値とエンジン回転数との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the torque determination value which concerns on the said embodiment, and an engine speed.

符号の説明Explanation of symbols

１…エンジン（内燃機関）
４…排気管（排気通路）
５…排気マニホールド（排気通路）
１４…導入口
３３…ＮＯｘ浄化触媒
４０…電子制御ユニット（再生手段、トルク判定手段、第１リッチ化手段、第２リッチ化手段、吸気制御手段、減速判定手段）
５０…燃料改質器 1. Engine (internal combustion engine)
4 ... Exhaust pipe (exhaust passage)
5. Exhaust manifold (exhaust passage)
14 ... Inlet 33 ... NOx purification catalyst 40 ... Electronic control unit (regeneration means, torque determination means, first enrichment means, second enrichment means, intake control means, deceleration determination means)
50 ... Fuel reformer

Claims (8)

内燃機関の排気通路に設けられ、当該排気通路を流通する排気の空燃比を排気空燃比として、当該排気空燃比をリーンにしたときに、排気中のＮＯｘを吸着もしくは吸蔵し、前記排気空燃比をリッチにしたときに、前記吸着もしくは吸蔵したＮＯｘを還元するＮＯｘ浄化触媒を備える内燃機関の排気浄化装置において、
前記排気通路とは別に設けられ、燃料を改質して水素及び一酸化炭素を含む還元性気体を製造し、この還元性気体を、前記排気通路のうち前記ＮＯｘ浄化触媒の上流側に設けられた導入口から、当該排気通路内に供給する燃料改質器と、
前記排気空燃比をリッチ化することでＮＯｘ浄化触媒のＳＯｘ再生処理を実行する再生手段と、を備え、
前記再生手段は、
前記内燃機関の要求トルクが所定のトルク判定値より小さいか否かを判定するトルク判定手段と、
前記トルク判定手段により前記要求トルクが前記トルク判定値より小さいと判定された場合には、前記燃料改質器により製造された還元性気体を前記排気通路内に供給することで前記排気空燃比をリッチ化する第１リッチ化手段と、
前記トルク判定手段により前記要求トルクが前記トルク判定値以上であると判定された場合には、前記燃料改質器により製造された還元性気体を前記排気通路内に供給することなく前記排気空燃比をリッチ化する第２リッチ化手段と、を有し、
前記第１リッチ化手段及び前記第２リッチ化手段は、それぞれ、所定の第１排気空燃比目標値及び第２排気空燃比目標値に一致するように前記排気空燃比を制御するとともに、
前記第１排気空燃比目標値は、前記第２排気空燃比目標値よりも大きく、
前記第２リッチ化手段は、前記内燃機関の燃料噴射量を調整することで、前記第２排気空燃比目標値に一致するように前記排気空燃比を制御することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 The exhaust air-fuel ratio is provided in the exhaust passage of the internal combustion engine and adsorbs or occludes NOx in the exhaust when the exhaust air-fuel ratio is made lean, with the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing through the exhaust passage being made lean. In an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine comprising a NOx purification catalyst that reduces the adsorbed or occluded NOx when the gas is made rich.
Provided separately from the exhaust passage, the fuel is reformed to produce a reducing gas containing hydrogen and carbon monoxide, and the reducing gas is provided upstream of the NOx purification catalyst in the exhaust passage. A fuel reformer that is supplied into the exhaust passage from the inlet,
Regeneration means for performing SOx regeneration processing of the NOx purification catalyst by enriching the exhaust air-fuel ratio,
The reproducing means includes
Torque determination means for determining whether the required torque of the internal combustion engine is smaller than a predetermined torque determination value;
When the torque determination means determines that the required torque is smaller than the torque determination value, the reducing air produced by the fuel reformer is supplied into the exhaust passage to reduce the exhaust air / fuel ratio. A first enrichment means for enrichment;
When the torque determination means determines that the required torque is greater than or equal to the torque determination value, the exhaust air / fuel ratio is not supplied to the exhaust passage without supplying the reducing gas produced by the fuel reformer. It possesses a second enrichment means for enriching, the the,
The first enrichment means and the second enrichment means respectively control the exhaust air / fuel ratio so as to match a predetermined first exhaust air / fuel ratio target value and a second exhaust air / fuel ratio target value,
The first exhaust air / fuel ratio target value is larger than the second exhaust air / fuel ratio target value,
The second enrichment means controls the exhaust air / fuel ratio so as to coincide with the second exhaust air / fuel ratio target value by adjusting a fuel injection amount of the internal combustion engine. Purification equipment. 前記燃料改質器により製造された還元性気体は、大気圧より高い圧力であり、かつ、体積比で水素よりも一酸化炭素を多く含むことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。   2. The internal combustion engine according to claim 1, wherein the reducing gas produced by the fuel reformer has a pressure higher than atmospheric pressure and contains more carbon monoxide than hydrogen in a volume ratio. Exhaust purification device. 前記燃料改質器により還元性気体を前記排気通路内に導入する際において、当該排気通路を流通する排気には酸素が含まれることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。   The exhaust of the internal combustion engine according to claim 1 or 2, wherein when the reducing gas is introduced into the exhaust passage by the fuel reformer, the exhaust gas flowing through the exhaust passage contains oxygen. Purification equipment. 前記排気通路のうち前記導入口と前記ＮＯｘ浄化触媒との間を流通する排気の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段をさらに備えることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の内燃機関の排気浄化装置。   The internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3, further comprising oxygen concentration detection means for detecting an oxygen concentration of exhaust gas flowing between the inlet and the NOx purification catalyst in the exhaust passage. Engine exhaust purification system. 前記トルク判定値は、前記内燃機関の回転数に基づいて決定されることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の内燃機関の排気浄化装置。   The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 4, wherein the torque determination value is determined based on a rotational speed of the internal combustion engine. 前記第１リッチ化手段は、前記燃料改質器による還元性気体の供給量を調整することで、前記第１排気空燃比目標値に一致するように前記排気空燃比を制御することを特徴とする請求項１から５の何れかに記載の内燃機関の排気浄化装置。 The first enrichment means controls the exhaust air / fuel ratio so as to coincide with the first exhaust air / fuel ratio target value by adjusting a supply amount of reducing gas by the fuel reformer. An exhaust emission control device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 5 . 前記第１リッチ化手段及び前記第２リッチ化手段により前記排気空燃比をリッチ化する際において、前記内燃機関の吸入空気量、排気還流率、及び過給圧を制御する吸気制御手段をさらに備えることを特徴とする請求項１から６の何れかに記載の内燃機関の排気浄化装置。 When the exhaust air-fuel ratio is enriched by the first enrichment means and the second enrichment means, an intake control means for controlling an intake air amount, an exhaust gas recirculation rate, and a supercharging pressure of the internal combustion engine is further provided. The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 6 , 前記内燃機関が、その減速運転に伴い燃料の噴射が停止された状態であるか否かを判定する減速判定手段をさらに備え、
前記第１リッチ化手段は、前記減速判定手段により前記燃料の噴射が停止された状態であると判定された場合には、前記燃料改質器により還元性気体を前記排気通路内に供給することで前記排気空燃比をリッチ化し、
前記吸気制御手段は、前記減速判定手段により前記燃料の噴射が停止された状態であると判定された場合には、前記吸入空気量を最小にする制御及び前記排気還流率を最大にする制御のうち少なくとも１つを行うことを特徴とする請求項７に記載の内燃機関の排気浄化装置。 The internal combustion engine further comprises a deceleration determination means for determining whether or not fuel injection is stopped in accordance with the deceleration operation;
The first enrichment unit supplies the reducing gas into the exhaust passage by the fuel reformer when the deceleration determination unit determines that the fuel injection is stopped. To enrich the exhaust air-fuel ratio,
The intake control means performs control for minimizing the intake air amount and control for maximizing the exhaust gas recirculation rate when it is determined by the deceleration determination means that the fuel injection is stopped. The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to claim 7 , wherein at least one of them is performed.
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