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JP2001082128A - Exhaust gas purification method for internal combustion engine - Google Patents

Exhaust gas purification method for internal combustion engine

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JP2001082128A
JP2001082128A JP2000215899A JP2000215899A JP2001082128A JP 2001082128 A JP2001082128 A JP 2001082128A JP 2000215899 A JP2000215899 A JP 2000215899A JP 2000215899 A JP2000215899 A JP 2000215899A JP 2001082128 A JP2001082128 A JP 2001082128A
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Japan
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combustion
amount
catalytic converter
air
fuel
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JP2000215899A
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Shinya Hirota
信也 広田
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
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    • F02M26/13Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 少なくとも酸化機能を有するウォールフロー
型の触媒コンバータへ付着するパティキュレートを、簡
単確実に焼失可能とする内燃機関の排気ガス浄化方法を
提供する。 【解決手段】 触媒コンバータ20の一方の側から排気
ガスを流入させて触媒コンバータに捕集されたパティキ
ュレートを焼失させるために、触媒コンバータの反対側
から還元物質を含む排気ガスを流入させる。
PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an exhaust gas purifying method for an internal combustion engine which can easily and surely burn off particulates adhering to a wall-flow type catalytic converter having at least an oxidizing function. SOLUTION: Exhaust gas containing a reducing substance is introduced from the opposite side of the catalytic converter in order to allow exhaust gas to flow from one side of the catalytic converter 20 to burn out particulates collected by the catalytic converter.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の排気ガ
ス浄化方法に関する。
The present invention relates to a method for purifying exhaust gas of an internal combustion engine.

【0002】[0002]

【従来の技術】内燃機関の排気系には、排気ガス中に含
まれる炭化水素HC及び一酸化炭素CO等の有害物質を
無害な物質へ変換して排気ガスを浄化するための触媒コ
ンバータが配置されている。触媒コンバータは、セラミ
ック又はアルミナ等の多孔質材料から形成された担体
に、白金Pt等の酸化触媒が担持されたものである。触
媒コンバータの担体は、一般的に、軸線方向に延在する
多数の隔壁によって細分された多数の軸線方向空間を有
し、排気ガスは、こられの軸線方向空間を通過する際
に、各隔壁に担持された触媒と接触することが意図され
ている。
2. Description of the Related Art A catalytic converter for purifying exhaust gas by converting harmful substances such as hydrocarbon HC and carbon monoxide contained in the exhaust gas into harmless substances is disposed in an exhaust system of an internal combustion engine. Have been. The catalytic converter is one in which an oxidation catalyst such as platinum Pt is supported on a carrier formed of a porous material such as ceramic or alumina. The carrier of the catalytic converter generally has a number of axial spaces subdivided by a number of axially extending partitions, and the exhaust gas passes through these axial spaces as it passes through each of the partitions. It is intended to be in contact with a catalyst supported on

【0003】しかしながら、担体の各軸線方向空間にお
ける中央を通過する排気ガスは、隔壁、すなわち、触媒
と接触せず、浄化されずに触媒コンバータから排出され
ることとなるために、浄化率を向上すべく、担体におけ
る隣接する二つの軸線方向空間の一方を排気上流側で閉
鎖し、他方を排気下流側で閉鎖することが提案されてい
る。このような担体を有するウォールフロー型の触媒コ
ンバータにおいては、排気ガスは必ず隔壁を通過し、隔
壁に担持させた触媒と確実に接触するようになるため
に、浄化率を向上させることができる。
However, the exhaust gas passing through the center of the carrier in each axial space does not come into contact with the partition walls, that is, the catalyst, and is discharged from the catalytic converter without being purified. To this end, it has been proposed to close one of two adjacent axial spaces in the carrier upstream of the exhaust and close the other downstream of the exhaust. In a wall-flow type catalytic converter having such a carrier, the exhaust gas always passes through the partition and surely comes into contact with the catalyst carried on the partition, so that the purification rate can be improved.

【0004】ところで、内燃機関、特に、ディーゼルエ
ンジンの排気ガス中にはパティキュレートが含まれてい
る。パティキュレートの主成分は煤であるが、可溶有機
成分(SOF)も含んでおり、このSOFの有する付着
性によって、パティキュレートは、ウォールフロー型の
触媒コンバータの各隔壁における排気上流面に付着す
る。
[0004] By the way, the exhaust gas of an internal combustion engine, in particular, a diesel engine contains particulates. Although the main component of the particulates is soot, it also contains a soluble organic component (SOF). Due to the adhesiveness of the SOF, the particulates adhere to the exhaust upstream surface of each partition of the wall-flow type catalytic converter. I do.

【0005】パティキュレートの主成分は、煤、すなわ
ち、カーボンであるために、触媒コンバータの有する酸
化触媒において、排気ガス中の炭化水素HC及び一酸化
炭素CO等の酸化反応が活発に起きれば、この反応熱に
よりパティキュレートを容易に焼失させることができ
る。
[0005] Since the main component of particulates is soot, ie, carbon, if the oxidation reaction of hydrocarbons HC and carbon monoxide CO in the exhaust gas occurs actively in the oxidation catalyst of the catalytic converter, The particulates can be easily burned off by the reaction heat.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、触媒コ
ンバータの各隔壁の排気上流側に担持された酸化触媒の
一部は、SOFによるパティキュレートの付着によっ
て、その機能を十分に発揮できない状態となり、すなわ
ち、SOFによって被毒されており、活発な酸化反応を
引き起こすことができない。こうして、徐々にではある
が、触媒コンバータにはパティキュレートが堆積し、遂
には、排気抵抗をかなり増大させ、機関出力低下等の問
題が発生する。もちろん、触媒コンバータに付着堆積す
るパティキュレートをヒータ等の加熱手段によって強制
的に焼失させることも考えられるが、多大なエネルギを
必要とする。
However, a part of the oxidation catalyst carried on the exhaust gas upstream side of each partition of the catalytic converter is in a state where its function cannot be sufficiently exhibited due to the adhesion of the particulates by the SOF. , Are poisoned by SOF and cannot cause an active oxidation reaction. Thus, although gradually, particulates accumulate in the catalytic converter, and finally, the exhaust resistance is considerably increased, and problems such as a decrease in engine output occur. Of course, it is conceivable to forcibly burn off particulates deposited and deposited on the catalytic converter by a heating means such as a heater, but this requires a large amount of energy.

【0007】従って、本発明の目的は、少なくとも酸化
機能を有するウォールフロー型の触媒コンバータへ付着
するパティキュレートを、簡単確実に焼失可能とする内
燃機関の排気ガス浄化方法を提供することである。
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for purifying exhaust gas of an internal combustion engine that can easily and reliably burn off particulates adhering to a wall-flow type catalytic converter having at least an oxidizing function.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明による請求項1に
記載の内燃機関の排気ガス浄化方法は、少なくとも酸化
機能を有するウォールフロー型の触媒コンバータを備
え、前記触媒コンバータの一方の側から排気ガスを流入
させて前記触媒コンバータに捕集されたパティキュレー
トを焼失させるために、前記触媒コンバータの反対側か
ら還元物質を含む排気ガスを流入させることを特徴とす
る。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a method for purifying exhaust gas of an internal combustion engine, comprising a wall-flow type catalytic converter having at least an oxidizing function, wherein exhaust gas is exhausted from one side of the catalytic converter. An exhaust gas containing a reducing substance is introduced from the opposite side of the catalytic converter in order to allow gas to flow in and burn out the particulates collected in the catalytic converter.

【0009】また、本発明による請求項2に記載の内燃
機関の排気ガス浄化方法は、請求項1に記載の内燃機関
の排気ガス浄化方法において、前記触媒コンバータの反
対側から流入させた前記還元物質を前記触媒コンバータ
の前記酸化機能によって燃焼させ、この燃焼熱を前記パ
ティキュレートの焼失に利用することを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, there is provided the exhaust gas purifying method for an internal combustion engine according to the first aspect, wherein the reduction flowed from the opposite side of the catalytic converter is provided. A substance is burned by the oxidizing function of the catalytic converter, and the heat of combustion is used for burning out the particulates.

【0010】また、本発明による請求項3に記載の内燃
機関の排気ガス浄化方法は、請求項1又は2に記載の内
燃機関の排気ガス浄化方法において、前記内燃機関は、
気筒内へ不活性ガスを供給するための不活性ガス供給手
段と、煤の発生量を最大とする最悪不活性ガス量より多
量の前記不活性ガスを気筒内へ供給して燃焼を実施する
第一燃焼と、前記最悪不活性ガス量より少量の前記不活
性ガスを気筒内へ供給して燃焼を実施する第二燃焼とを
選択的に切り換える切換手段を具備し、前記第一燃焼に
よって前記触媒コンバータの反対側から流入させるため
の前記還元物質を含む排気ガスを発生させることを特徴
とする。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a method for purifying an exhaust gas of an internal combustion engine according to the first or second aspect.
An inert gas supply means for supplying an inert gas into the cylinder; and a second means for supplying a larger amount of the inert gas to the cylinder than the worst inert gas amount that maximizes the amount of generated soot to perform combustion. Switching means for selectively switching between one combustion and a second combustion in which a smaller amount of the inert gas than the worst inert gas is supplied into the cylinder to perform the combustion; The method is characterized in that exhaust gas containing the reducing substance is generated for flowing in from the opposite side of the converter.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】図1は、本発明による排気ガス浄
化方法に使用する排気浄化装置を備える4ストロークデ
ィーゼルエンジンの概略縦断面図を示しており、図2は
図1のディーゼルエンジンの燃焼室の拡大縦断面図であ
り、図3は図1のディーゼルエンジンのシリンダヘッド
の底面図である。図1から図3を参照すると、1は機関
本体、2はシリンダブロック、3はシリンダヘッド、4
はピストン、5aはピストン4の頂面上に形成されたキ
ャビティ、5はキャビティ5a内に形成された燃焼室、
6は電気制御式燃料噴射弁、7は一対の吸気弁、8は吸
気ポート、9は一対の排気弁、10は排気ポートを夫々
示す。吸気ポート8は対応する吸気枝管11を介してサ
ージタンク12に連結され、サージタンク12は吸気ダ
クト13を介してエアクリーナ14に連結される。吸気
ダクト13内には電気モータ15により駆動されるスロ
ットル弁16が配置される。一方、排気ポート10は排
気マニホルド17を介して排気管18に接続される。
FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view of a four-stroke diesel engine provided with an exhaust gas purifying apparatus used in an exhaust gas purifying method according to the present invention, and FIG. 2 shows combustion of the diesel engine shown in FIG. FIG. 3 is an enlarged vertical sectional view of the chamber, and FIG. 3 is a bottom view of a cylinder head of the diesel engine of FIG. 1 to 3, reference numeral 1 denotes an engine body, 2 denotes a cylinder block, 3 denotes a cylinder head, 4
Is a piston, 5a is a cavity formed on the top surface of the piston 4, 5 is a combustion chamber formed in the cavity 5a,
Reference numeral 6 denotes an electrically controlled fuel injection valve, 7 denotes a pair of intake valves, 8 denotes an intake port, 9 denotes a pair of exhaust valves, and 10 denotes an exhaust port. The intake port 8 is connected to a surge tank 12 via a corresponding intake branch pipe 11, and the surge tank 12 is connected to an air cleaner 14 via an intake duct 13. A throttle valve 16 driven by an electric motor 15 is arranged in the intake duct 13. On the other hand, the exhaust port 10 is connected to an exhaust pipe 18 via an exhaust manifold 17.

【0012】図1に示されるように排気マニホルド17
内には空燃比センサ21が配置される。排気マニホルド
17とサージタンク12とはEGR通路22を介して互
いに連結され、EGR通路22内には電気制御式EGR
制御弁23が配置される。また、EGR通路22周りに
はEGR通路22内を流れるEGRガスを冷却するため
の冷却装置24が配置される。図1に示される実施例で
は機関冷却水が冷却装置24内に導びかれ、機関冷却水
によってEGRガスが冷却される。
As shown in FIG. 1, the exhaust manifold 17
Inside, an air-fuel ratio sensor 21 is arranged. The exhaust manifold 17 and the surge tank 12 are connected to each other via an EGR passage 22, and an electrically controlled EGR is provided in the EGR passage 22.
A control valve 23 is arranged. A cooling device 24 for cooling the EGR gas flowing in the EGR passage 22 is arranged around the EGR passage 22. In the embodiment shown in FIG. 1, the engine cooling water is guided into the cooling device 24, and the engine cooling water cools the EGR gas.

【0013】一方、各燃料噴射弁6は燃料供給管25を
介して燃料リザーバ、いわゆるコモンレール26に連結
される。このコモンレール26内へは電気制御式の吐出
量可変な燃料ポンプ27から燃料が供給され、コモンレ
ール26内に供給された燃料は各燃料供給管25を介し
て燃料噴射弁6に供給される。コモンレール26にはコ
モンレール26内の燃料圧を検出するための燃料圧セン
サ28が取付けられ、燃料圧センサ28の出力信号に基
づいてコモンレール26内の燃料圧が目標燃料圧となる
ように燃料ポンプ27の吐出量が制御される。
On the other hand, each fuel injection valve 6 is connected via a fuel supply pipe 25 to a fuel reservoir, a so-called common rail 26. Fuel is supplied into the common rail 26 from a fuel pump 27 of an electrically controlled variable discharge amount, and the fuel supplied into the common rail 26 is supplied to the fuel injection valve 6 through each fuel supply pipe 25. A fuel pressure sensor 28 for detecting the fuel pressure in the common rail 26 is attached to the common rail 26, and a fuel pump 27 is provided so that the fuel pressure in the common rail 26 becomes the target fuel pressure based on the output signal of the fuel pressure sensor 28. Is controlled.

【0014】30は電子制御ユニットであり、空燃比セ
ンサ21の出力信号と、燃料圧センサ28の出力信号と
が入力される。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Lに比例した出力電圧を発生する
負荷センサ41が接続され、電子制御ユニット30に
は、負荷センサ41の出力信号も入力され、さらに、ク
ランクシャフトが例えば30°回転する毎に出力パルス
を発生するクランク角センサ42の出力信号も入力され
る。こうして、電子制御ユニット30は、各種信号に基
づき、燃料噴射弁6、電気モータ15、EGR制御弁2
3、燃料ポンプ27、及び、排気管18に配置された切
換弁19を作動する。この切換弁19に関しては後述す
る。
An electronic control unit 30 receives an output signal of the air-fuel ratio sensor 21 and an output signal of the fuel pressure sensor 28. A load sensor 41 that generates an output voltage proportional to the amount of depression L of the accelerator pedal 40 is connected to the accelerator pedal 40, and an output signal of the load sensor 41 is also input to the electronic control unit 30. For example, an output signal of the crank angle sensor 42 that generates an output pulse every time the motor rotates by, for example, 30 ° is also input. Thus, the electronic control unit 30 controls the fuel injection valve 6, the electric motor 15, the EGR control valve 2 based on various signals.
3. Operate the fuel pump 27 and the switching valve 19 arranged in the exhaust pipe 18. This switching valve 19 will be described later.

【0015】図2および図3に示されるように本発明に
よる実施例では燃料噴射弁6が6個のノズル口を有する
ホールノズルからなり、燃料噴射弁6のノズル口からは
水平面に対しやや下向きに等角度間隔でもって燃料Fが
噴射される。図3に示されるように6個の燃料噴霧Fの
うちの2個の燃料噴霧Fは各排気弁9の弁体の下側面に
沿って飛散する。図2および図3は圧縮行程末期に燃料
噴射が行われたときを示している。このときには燃料噴
霧Fはキャビティ5aの内周面に向けて進み、次いで着
火燃焼せしめられる。
As shown in FIGS. 2 and 3, in the embodiment according to the present invention, the fuel injection valve 6 comprises a hole nozzle having six nozzle openings, and the nozzle opening of the fuel injection valve 6 is slightly downwardly directed to the horizontal plane. Are injected at equal angular intervals. As shown in FIG. 3, two of the six fuel sprays F scatter along the lower surface of the valve body of each exhaust valve 9. FIGS. 2 and 3 show a case where fuel injection is performed at the end of the compression stroke. At this time, the fuel spray F advances toward the inner peripheral surface of the cavity 5a, and is then ignited and burned.

【0016】図4は排気行程中において排気弁9のリフ
ト量が最大のときに燃料噴射弁6から追加の燃料が噴射
された場合を示している。即ち、図5に示されるように
圧縮上死点付近において主噴射Qmが行われ、次いで排
気行程の中ほどで追加の燃料Qaが噴射された場合を示
している。この場合、排気弁9の弁体方向に進む燃料噴
霧Fは排気弁9のかさ部背面と排気ポート10間に向か
う。即ち、云い換えると燃料噴射弁6の6個のノズル口
のうちの2個のノズル口は、排気弁9が開弁していると
き追加の燃料Qaの噴射が行われると燃料噴霧Fが排気
弁9のかさ部背面と排気ポート10間に向かうように形
成されている。なお、図4に示す実施例ではこのとき燃
料噴霧Fが排気弁9のかさ部背面に衝突し、排気弁9の
かさ部背面に衝突した燃料噴霧Fは排気弁9のかさ部背
面上において反射し、排気ポート10内に向かう。
FIG. 4 shows a case where additional fuel is injected from the fuel injection valve 6 when the lift amount of the exhaust valve 9 is maximum during the exhaust stroke. That is, as shown in FIG. 5, a case is shown in which the main injection Qm is performed near the compression top dead center, and then the additional fuel Qa is injected in the middle of the exhaust stroke. In this case, the fuel spray F traveling in the valve body direction of the exhaust valve 9 is directed between the back surface of the bulk of the exhaust valve 9 and the exhaust port 10. That is, in other words, two of the six nozzle ports of the fuel injection valve 6 emit the fuel spray F when additional fuel Qa is injected when the exhaust valve 9 is opened. The valve 9 is formed so as to extend between the rear surface of the bulk portion of the valve 9 and the exhaust port 10. In the embodiment shown in FIG. 4, at this time, the fuel spray F collides with the back of the bulk of the exhaust valve 9, and the fuel spray F colliding with the back of the bulk of the exhaust valve 9 is reflected on the back of the bulk of the exhaust valve 9. Then, it goes into the exhaust port 10.

【0017】なお通常は追加の燃料Qaは噴射されず、
主噴射Qmのみが行われる。図6は機関低負荷運転時に
おいてスロットル弁16の開度およびEGR率を変化さ
せることにより空燃比A/F(図6の横軸)を変化させ
たときの出力トルクの変化、およびスモーク、HC、C
O、NOx の排出量の変化を示す実験例を表している。
図6からわかるようにこの実験例では空燃比A/Fが小
さくなるほどEGR率が大きくなり、理論空燃比(≒1
4.6)以下のときにはEGR率は65パーセント以上
となっている。
Usually, no additional fuel Qa is injected,
Only the main injection Qm is performed. FIG. 6 shows a change in the output torque when the air-fuel ratio A / F (horizontal axis in FIG. 6) is changed by changing the opening degree of the throttle valve 16 and the EGR rate during the low load operation of the engine, and smoke, HC , C
O, it represents an experimental example illustrating changes in emissions of NO x.
As can be seen from FIG. 6, in this experimental example, the EGR rate increases as the air-fuel ratio A / F decreases, and the stoichiometric air-fuel ratio (≒ 1
At 4.6 or less, the EGR rate is 65% or more.

【0018】図6に示されるようにEGR率を増大する
ことにより空燃比A/Fを小さくしていくとEGR率が
40パーセント付近となり空燃比A/Fが30程度にな
ったときにスモークの発生量が増大を開始する。次い
で、更にEGR率を高め、空燃比A/Fを小さくすると
スモークの発生量が急激に増大してピークに達する。次
いで更にEGR率を高め、空燃比A/Fを小さくすると
今度はスモークが急激に低下し、EGR率を65パーセ
ント以上とし、空燃比A/Fが15.0付近になるとス
モークがほぼ零となる。即ち、煤がほとんど発生しなく
なる。このとき機関の出力トルクは若干低下し、またN
x の発生量がかなり低くなる。一方、このときHC及
びCOの発生量は増大し始める。
As shown in FIG. 6, when the air-fuel ratio A / F is reduced by increasing the EGR rate, the smoke is reduced when the EGR rate becomes close to 40% and the air-fuel ratio A / F becomes about 30. The generation starts to increase. Next, when the EGR rate is further increased and the air-fuel ratio A / F is reduced, the amount of smoke generated sharply increases and reaches a peak. Next, when the EGR rate is further increased and the air-fuel ratio A / F is reduced, the smoke is sharply reduced. When the EGR rate is increased to 65% or more and the air-fuel ratio A / F is around 15.0, the smoke becomes almost zero. . That is, almost no soot is generated. At this time, the output torque of the engine slightly decreases, and N
The generation amount of O x is considerably reduced. On the other hand, at this time, the generation amounts of HC and CO begin to increase.

【0019】図7(A)は空燃比A/Fが21付近でス
モークの発生量が最も多いときの燃焼室5内の燃焼圧変
化を示しており、図7(B)は空燃比A/Fが18付近
でスモークの発生量がほぼ零のときの燃焼室5内の燃焼
圧の変化を示している。図7(A)と図7(B)とを比
較すればわかるようにスモークの発生量がほぼ零である
図7(B)に示す場合はスモークの発生量が多い図7
(A)に示す場合に比べて燃焼圧が低いことがわかる。
FIG. 7 (A) shows a change in the combustion pressure in the combustion chamber 5 when the air-fuel ratio A / F is around 21 and the amount of generated smoke is the largest. FIG. 7 (B) shows the air-fuel ratio A / F. The graph shows the change in the combustion pressure in the combustion chamber 5 when the smoke generation amount is substantially zero when F is around 18. As can be seen by comparing FIG. 7A and FIG. 7B, in the case of FIG. 7B where the amount of smoke generation is almost zero, FIG.
It can be seen that the combustion pressure is lower than in the case shown in (A).

【0020】図6および図7に示される実験結果から次
のことが言える。即ち、まず第1に空燃比A/Fが1
5.0以下でスモークの発生量がほぼ零のときには図6
に示されるようにNOx の発生量がかなり低下する。N
x の発生量が低下したということは燃焼室5内の燃焼
温度が低下していることを意味しており、従って煤がほ
とんど発生しないときには燃焼室5内の燃焼温度が低く
なっていると言える。同じことが図7からも言える。即
ち、煤がほとんど発生していない図7(B)に示す状態
では燃焼圧が低くなっており、従ってこのとき燃焼室5
内の燃焼温度は低くなっていることになる。
The following can be said from the experimental results shown in FIGS. That is, first, the air-fuel ratio A / F is 1
FIG. 6 when the amount of generated smoke is almost zero at 5.0 or less.
As shown in (1) , the generation amount of NOx is considerably reduced. N
That the generation amount of O x produced falls means that the combustion temperature in the combustion chamber 5 is reduced, thus the combustion temperature in the combustion chamber 5 becomes low when the soot is hardly generated I can say. The same can be said from FIG. That is, in the state shown in FIG. 7B where almost no soot is generated, the combustion pressure is low.
The combustion temperature inside is low.

【0021】第2にスモークの発生量、即ち煤の発生量
がほぼ零になると図6に示されるようにHCおよびCO
の排出量が増大する。このことは炭化水素が煤まで成長
せずに排出されることを意味している。即ち、燃料中に
含まれる図8に示されるような直鎖状炭化水素や芳香族
炭化水素は酸素不足の状態で温度上昇せしめられると熱
分解して煤の前駆体が形成され、次いで主に炭素原子が
集合した固体からなる煤が生成される。この場合、実際
の煤の生成過程は複雑であり、煤の前駆体がどのような
形態をとるかは明確ではないがいずれにしても図8に示
されるような炭化水素は煤の前駆体を経て煤まで成長す
ることになる。従って、上述したように煤の発生量がほ
ぼ零になると図6に示される如くHCおよびCOの排出
量が増大するがこのときのHCは煤の前駆体又はその前
の状態の炭化水素である。
Second, when the amount of generated smoke, that is, the amount of generated soot becomes almost zero, as shown in FIG.
Emissions increase. This means that hydrocarbons are emitted without growing to soot. That is, the linear hydrocarbons and aromatic hydrocarbons contained in the fuel as shown in FIG. 8 are thermally decomposed when the temperature is increased in a state of lack of oxygen, so that a precursor of soot is formed. Soot consisting of a solid aggregate of carbon atoms is produced. In this case, the actual soot generation process is complicated, and it is not clear what form the soot precursor takes, but in any case, the hydrocarbon as shown in FIG. It will grow to soot. Therefore, as described above, when the amount of soot generation becomes substantially zero, the emission amounts of HC and CO increase as shown in FIG. 6, but HC at this time is a soot precursor or a hydrocarbon in a state before the soot. .

【0022】図6および図7に示される実験結果に基づ
くこれらの考察をまとめると燃焼室5内の燃焼温度が低
いときには煤の発生量がほぼ零になり、このとき煤の前
駆体又はその前の状態の炭化水素が燃焼室5から排出さ
れることになる。このことについて更に詳細に実験研究
を重ねた結果、燃焼室5内における燃料およびその周囲
のガス温度が或る温度以下である場合には煤の成長過程
が途中で停止してしまい、即ち煤が全く発生せず、燃焼
室5内における燃料およびその周囲の温度が或る温度以
下になると煤が生成されることが判明したのである。
Summarizing these considerations based on the experimental results shown in FIGS. 6 and 7, when the combustion temperature in the combustion chamber 5 is low, the amount of soot generation becomes almost zero. Is discharged from the combustion chamber 5. As a result of further detailed experimental study on this, if the temperature of the fuel and the surrounding gas in the combustion chamber 5 is lower than a certain temperature, the growth process of the soot is stopped halfway, that is, the soot is It was found that no soot was generated, and soot was generated when the temperature of the fuel and its surroundings in the combustion chamber 5 became lower than a certain temperature.

【0023】ところで煤の前駆体の状態で炭化水素の生
成過程が停止するときの燃料およびその周囲の温度、即
ち上述の或る温度は燃料の種類や空燃比や圧縮比等の種
々の要因によって変化するので何度であるかということ
は言えないがこの或る温度はNOx の発生量と深い関係
を有しており、従ってこの或る温度はNOx の発生量か
ら或る程度規定することができる。即ち、EGR率が増
大するほど燃焼時の燃料およびその周囲のガス温度は低
下し、NOx の発生量が低下する。このときNOx の発
生量が10p.p.m 前後又はそれ以下になったときに煤が
ほとんど発生しなくなる。従って上述の或る温度はNO
x の発生量が10p.p.m 前後又はそれ以下になったとき
の温度にほぼ一致する。
The temperature of the fuel and its surroundings when the process of producing hydrocarbons is stopped in the state of the soot precursor, ie, the above-mentioned certain temperature, depends on various factors such as the type of fuel, the air-fuel ratio and the compression ratio. Although the change can not be said that how many times since this certain temperature has a generation amount and the closely related of the nO x, therefore this certain temperature is defined to a certain degree from the generation amount of the nO x be able to. That is, the fuel and the gas temperature surrounding it at the time of combustion and the greater the EGR rate, decreases, the amount of the NO x is reduced. Generation amount at this time NO x is soot is hardly generated when it is around or less 10 ppm. Therefore, the above certain temperature is NO
It almost coincides with the temperature when the amount of generated x is about 10 p.pm or less.

【0024】一旦、煤が生成されるとこの煤は酸化機能
を有する触媒を用いた後処理でもって浄化することはで
きない。これに対して煤の前駆体又はその前の状態の炭
化水素は酸化機能を有する触媒を用いた後処理でもって
容易に浄化することができる。このように、NOx の発
生量を低減すると共に炭化水素を煤の前駆体又はその前
の状態で燃焼室5から排出させることは排気ガスの浄化
に極めて有効である。
Once soot has been produced, it cannot be purified by post-treatment using a catalyst having an oxidizing function. On the other hand, the soot precursor or the hydrocarbon in a state before the soot can be easily purified by a post-treatment using a catalyst having an oxidation function. Thus, it is discharged from the combustion chamber 5 hydrocarbons in the precursor or its previous state of the soot while reducing the generation amount of the NO x is extremely effective for purification of exhaust gas.

【0025】さて、煤が生成される前の状態で炭化水素
の成長を停止させるには燃焼室5内における燃焼時の燃
料およびその周囲のガス温度を煤が生成される温度より
も低い温度に抑制する必要がある。この場合、燃料およ
びその周囲のガス温度を抑制するには燃料が燃焼した際
の燃料周りのガスの吸熱作用が極めて大きく影響するこ
とが判明している。
Now, in order to stop the growth of hydrocarbons before the soot is generated, the temperature of the fuel and the surrounding gas during combustion in the combustion chamber 5 is set to a temperature lower than the temperature at which the soot is generated. It needs to be suppressed. In this case, it has been found that the endothermic effect of the gas around the fuel when the fuel burns has an extremely large effect on suppressing the temperature of the fuel and the gas around the fuel.

【0026】即ち、燃料周りに空気しか存在しないと蒸
発した燃料はただちに空気中の酸素と反応して燃焼す
る。この場合、燃料から離れている空気の温度はさほど
上昇せず、燃料周りの温度のみが局所的に極めて高くな
る。即ち、このときには燃料から離れている空気は燃料
の燃焼熱の吸熱作用をほとんど行わない。この場合には
燃焼温度が局所的に極めて高くなるために、この燃焼熱
を受けた未燃炭化水素は煤を生成することになる。
That is, if there is only air around the fuel, the evaporated fuel immediately reacts with oxygen in the air and burns. In this case, the temperature of the air separated from the fuel does not rise so much, and only the temperature around the fuel becomes extremely high locally. That is, at this time, the air separated from the fuel hardly absorbs the heat of combustion heat of the fuel. In this case, since the combustion temperature becomes extremely high locally, the unburned hydrocarbons that have received the heat of combustion will generate soot.

【0027】一方、多量の不活性ガスと少量の空気の混
合ガス中に燃料が存在する場合には若干状況が異なる。
この場合には蒸発燃料は周囲に拡散して不活性ガス中に
混在する酸素と反応し、燃焼することになる。この場合
には燃焼熱は周りの不活性ガスに吸収されるために燃焼
温度はさほど上昇しなくなる。即ち、燃焼温度を低く抑
えることができることになる。即ち、燃焼温度を抑制す
るには不活性ガスの存在が重要な役割を果しており、不
活性ガスの吸熱作用によって燃焼温度を低く抑えること
ができることになる。
On the other hand, when fuel is present in a mixed gas of a large amount of inert gas and a small amount of air, the situation is slightly different.
In this case, the fuel vapor diffuses to the surroundings, reacts with oxygen mixed in the inert gas, and burns. In this case, the combustion temperature is not increased so much because the combustion heat is absorbed by the surrounding inert gas. That is, the combustion temperature can be kept low. That is, the presence of the inert gas plays an important role in suppressing the combustion temperature, and the combustion temperature can be kept low by the endothermic effect of the inert gas.

【0028】この場合、燃料およびその周囲のガス温度
を煤が生成される温度よりも低い温度に抑制するにはそ
うするのに十分な熱量を吸収しうるだけの不活性ガス量
が必要となる。従って燃料量が増大すれば必要となる不
活性ガス量はそれに伴なって増大することになる。な
お、この場合、不活性ガスの比熱が大きいほど吸熱作用
は強力となり、従って不活性ガスは比熱の大きなガスが
好ましいことになる。この点、CO2 やEGRガスは比
較的比熱が大きいので不活性ガスとしてEGRガスを用
いることは好ましいと言える。
In this case, in order to suppress the temperature of the fuel and its surrounding gas to a temperature lower than the temperature at which the soot is formed, an amount of the inert gas that can absorb a sufficient amount of heat to do so is required. . Therefore, if the fuel amount increases, the required amount of inert gas increases accordingly. In this case, the endothermic effect becomes stronger as the specific heat of the inert gas increases, and therefore, the inert gas preferably has a higher specific heat. In this regard, it can be said that it is preferable to use EGR gas as the inert gas since CO 2 and EGR gas have relatively large specific heats.

【0029】図9は不活性ガスとしてEGRガスを用
い、EGRガスの冷却度合を変えたときのEGR率とス
モークとの関係を示している。即ち、図9において曲線
AはEGRガスを強力に冷却してEGRガス温をほぼ9
0°Cに維持した場合を示しており、曲線Bは小型の冷
却装置でEGRガスを冷却した場合を示しており、曲線
CはEGRガスを強制的に冷却していない場合を示して
いる。
FIG. 9 shows the relationship between the EGR rate and the smoke when EGR gas is used as the inert gas and the degree of cooling of the EGR gas is changed. That is, in FIG. 9, the curve A shows that the EGR gas is cooled
Curve B shows the case where the EGR gas is cooled by a small cooling device, and curve C shows the case where the EGR gas is not forcibly cooled.

【0030】図9の曲線Aで示されるようにEGRガス
を強力に冷却した場合にはEGR率が50パーセントよ
りも少し低いところで煤の発生量がピークとなり、この
場合にはEGR率をほぼ55パーセント以上にすれば煤
がほとんど発生しなくなる。一方、図9の曲線Bで示さ
れるようにEGRガスを少し冷却した場合にはEGR率
が50パーセントよりも少し高いところで煤の発生量が
ピークとなり、この場合にはEGR率をほぼ65パーセ
ント以上にすれば煤がほとんど発生しなくなる。
As shown by the curve A in FIG. 9, when the EGR gas is strongly cooled, the amount of soot generation reaches a peak when the EGR rate is slightly lower than 50%. In this case, the EGR rate is reduced to approximately 55%. Above a percentage, little soot is generated. On the other hand, as shown by the curve B in FIG. 9, when the EGR gas is slightly cooled, the amount of soot generation peaks at a point where the EGR rate is slightly higher than 50%, and in this case, the EGR rate is increased to about 65% or more. If so, almost no soot is generated.

【0031】また、図9の曲線Cで示されるようにEG
Rガスを強制的に冷却していない場合にはEGR率が5
5パーセントの付近で煤の発生量がピークとなり、この
場合にはEGR率をほぼ70パーセント以上にすれば煤
がほとんど発生しなくなる。なお、図9は機関負荷が比
較的高いときのスモークの発生量を示しており、機関負
荷が小さくなると煤の発生量がピークとなるEGR率は
若干低下し、煤がほとんど発生しなくなるEGR率の下
限も若干低下する。このように煤がほとんど発生しなく
なるEGR率の下限はEGRガスの冷却度合や機関負荷
に応じて変化する。
As shown by a curve C in FIG.
When the R gas is not forcibly cooled, the EGR rate becomes 5
The soot generation amount peaks near 5%, and in this case, if the EGR rate is set to approximately 70% or more, soot is hardly generated. FIG. 9 shows the amount of smoke generated when the engine load is relatively high. When the engine load decreases, the EGR rate at which the amount of soot peaks slightly decreases, and the EGR rate at which almost no soot is generated Also lowers slightly. As described above, the lower limit of the EGR rate at which almost no soot is generated varies depending on the degree of cooling of the EGR gas and the engine load.

【0032】図10は不活性ガスとしてEGRガスを用
いた場合において燃焼時の燃料およびその周囲のガス温
度を煤が生成される温度よりも低い温度にするために必
要なEGRガスと空気の混合ガス量、およびこの混合ガ
ス量中の空気の割合、およびこの混合ガス中のEGRガ
スの割合を示している。なお、図10において縦軸は燃
焼室5内に吸入される全吸入ガス量を示しており、鎖線
Yは過給が行われないときに燃焼室5内に吸入しうる全
吸入ガス量を示している。また、横軸は要求負荷を示し
ており、Z1は低負荷運転領域を示している。
FIG. 10 shows a mixture of air and EGR gas required to make the temperature of the fuel during combustion and the surrounding gas lower than the temperature at which soot is generated when EGR gas is used as the inert gas. It shows the gas amount, the ratio of air in the mixed gas amount, and the ratio of EGR gas in the mixed gas. In FIG. 10, the vertical axis indicates the total intake gas amount drawn into the combustion chamber 5, and the dashed line Y indicates the total intake gas amount that can be drawn into the combustion chamber 5 when supercharging is not performed. ing. The horizontal axis indicates the required load, and Z1 indicates the low load operation region.

【0033】図10を参照すると空気の割合、即ち混合
ガス中の空気量は噴射された燃料を完全に燃焼せしめる
のに必要な空気量を示している。即ち、図10に示され
る場合では空気量と噴射燃料量との比は理論空燃比とな
っている。一方、図10においてEGRガスの割合、即
ち混合ガス中のEGRガス量は噴射燃料が燃焼せしめら
れたときに燃料およびその周囲のガス温度を煤が形成さ
れる温度よりも低い温度にするのに必要最低限のEGR
ガス量を示している。このEGRガス量はEGR率で表
すとほぼ55パーセント以上であり、図10に示す実施
例では70パーセント以上である。即ち、燃焼室5内に
吸入された全吸入ガス量を図10において実線Xとし、
この全吸入ガス量Xのうちの空気量とEGRガス量との
割合を図10に示すような割合にすると燃料およびその
周囲のガス温度は煤が生成される温度よりも低い温度と
なり、斯くして煤が全く発生しなくなる。また、このと
きのNOx 発生量は10p.p.m 前後、又はそれ以下であ
り、従ってNOx の発生量は極めて少量となる。
Referring to FIG. 10, the proportion of air, that is, the amount of air in the mixed gas, indicates the amount of air required to completely burn the injected fuel. That is, in the case shown in FIG. 10, the ratio between the air amount and the injected fuel amount is the stoichiometric air-fuel ratio. On the other hand, in FIG. 10, the ratio of the EGR gas, that is, the amount of the EGR gas in the mixed gas, is set so that when the injected fuel is burned, the temperature of the fuel and the surrounding gas is made lower than the temperature at which soot is formed. Minimum EGR required
Shows the gas volume. This EGR gas amount is approximately 55% or more in terms of the EGR rate, and is 70% or more in the embodiment shown in FIG. That is, the total intake gas amount sucked into the combustion chamber 5 is indicated by a solid line X in FIG.
When the ratio between the air amount and the EGR gas amount in the total intake gas amount X is set as shown in FIG. 10, the temperature of the fuel and the surrounding gas becomes lower than the temperature at which soot is generated. No soot is generated. Further, the amount of generated NO x at this time is about 10 p.pm or less, and therefore, the amount of generated NO x is extremely small.

【0034】燃料噴射量が増大すれば燃料が燃焼した際
の発熱量が増大するので燃料およびその周囲のガス温度
を煤が生成される温度よりも低い温度に維持するために
はEGRガスによる熱の吸収量を増大しなければならな
い。従って図10に示されるようにEGRガス量は噴射
燃料量が増大するにつれて増大せしめなければならな
い。即ち、EGRガス量は要求負荷が高くなるにつれて
増大する必要がある。
If the fuel injection amount increases, the amount of heat generated when the fuel burns increases. Therefore, in order to maintain the temperature of the fuel and the surrounding gas at a temperature lower than the temperature at which the soot is generated, the heat generated by the EGR gas is required. Must be increased. Therefore, as shown in FIG. 10, the EGR gas amount must be increased as the injected fuel amount increases. That is, the EGR gas amount needs to increase as the required load increases.

【0035】一方、図10の負荷領域Z2では煤の発生
を阻止するのに必要な全吸入ガス量Xが吸入しうる全吸
入ガス量Yを越えてしまう。従ってこの場合、煤の発生
を阻止するのに必要な全吸入ガス量Xを燃焼室5内に供
給するにはEGRガスおよび吸入空気の双方、或いはE
GRガスを過給又は加圧する必要がある。EGRガス等
を過給又は加圧しない場合には負荷領域Z2では全吸入
ガス量Xは吸入しうる全吸入ガス量Yに一致する。従っ
てこの場合、煤の発生を阻止するためには空気量を若干
減少させてEGRガス量を増大すると共に空燃比がリッ
チのもとで燃料を燃焼せしめることになる。
On the other hand, in the load region Z2 of FIG. 10, the total intake gas amount X required to prevent the generation of soot exceeds the total intake gas amount Y that can be sucked. Therefore, in this case, in order to supply the total intake gas amount X necessary for preventing the generation of soot into the combustion chamber 5, both the EGR gas and the intake air, or E
It is necessary to supercharge or pressurize the GR gas. When the EGR gas or the like is not supercharged or pressurized, the total intake gas amount X matches the total intake gas amount Y that can be sucked in the load region Z2. Therefore, in this case, in order to prevent the generation of soot, the amount of air is slightly reduced to increase the amount of EGR gas, and the fuel is burned under a rich air-fuel ratio.

【0036】前述したように図10は燃料を理論空燃比
のもとで燃焼させる場合を示しているが図10に示され
る低負荷運転領域Z1において空気量を図10に示され
る空気量よりも少なくても、即ち空燃比をリッチにして
も煤の発生を阻止しつつNO x の発生量を10p.p.m 前
後又はそれ以下にすることができ、また図10に示され
る低負荷領域Z1において空気量を図10に示される空
気量よりも多くしても、即ち空燃比の平均値を17から
18のリーンにしても煤の発生を阻止しつつNOx の発
生量を10p.p.m 前後又はそれ以下にすることができ
る。
As described above, FIG.
FIG. 10 shows a case where combustion is performed under
FIG. 10 shows the air amount in the low load operation region Z1.
Even if it is less than the amount of air
NO while preventing soot generation x10p.p.m before
Later or less, and as shown in FIG.
In the low load region Z1, the amount of air
Even if it is larger than the air volume, that is, the average value of the air-fuel ratio is increased from 17
Even with a lean of 18, NO while preventing the generation of sootxDeparture
The production amount can be around 10p.p.m or less
You.

【0037】即ち、空燃比がリッチにされると燃料が過
剰となるが燃焼温度が低い温度に抑制されているために
過剰な燃料は煤まで成長せず、斯くして煤が生成される
ことがない。また、このときNOx も極めて少量しか発
生しない。一方、平均空燃比がリーンのとき、或いは空
燃比が理論空燃比のときでも燃焼温度が高くなれば少量
の煤が生成されるが本発明では燃焼温度が低い温度に抑
制されているので煤は全く生成されない。更に、NOx
も極めて少量しか発生しない。
That is, when the air-fuel ratio is made rich, the fuel becomes excessive, but since the combustion temperature is suppressed to a low temperature, the excess fuel does not grow to soot, thus producing soot. There is no. Further, at this time NO x even only an extremely small amount of generated. On the other hand, when the average air-fuel ratio is lean, or even when the air-fuel ratio is the stoichiometric air-fuel ratio, a small amount of soot is generated if the combustion temperature increases, but in the present invention, the soot is suppressed to a low temperature, so that the soot is reduced. Not generated at all. Furthermore, NO x
Only very small amounts are generated.

【0038】このように、機関低負荷運転領域Z1では
空燃比にかかわらずに、即ち空燃比がリッチであろう
と、理論空燃比であろうと、或いは平均空燃比がリーン
であろうと煤が発生されず、NOx の発生量が極めて少
量となる。従って燃料消費率の向上を考えるとこのとき
平均空燃比をリーンにすることが好ましいと言える。
As described above, in the engine low load operation region Z1, soot is generated regardless of the air-fuel ratio, that is, whether the air-fuel ratio is rich, the stoichiometric air-fuel ratio, or the average air-fuel ratio is lean. not, the amount of the NO x becomes extremely small. Therefore, considering the improvement of the fuel consumption rate, it can be said that it is preferable to make the average air-fuel ratio lean at this time.

【0039】ところで燃焼室内における燃焼時の燃料お
よびその周囲のガス温度を炭化水素の成長が途中で停止
する温度以下に抑制しうるのは燃焼による発熱量が少な
い比較的機関負荷が低いときに限られる。従って本発明
による実施例では機関負荷が比較的低いときには燃焼時
の燃料およびその周囲のガス温度を炭化水素の成長が途
中で停止する温度以下に抑制して第一燃焼、即ち低温燃
焼を行うようにし、機関負荷が比較的高いときには第二
燃焼、即ち従来より普通に行われている燃焼を行うよう
にしている。なお、ここで第一燃焼、即ち低温燃焼とは
これまでの説明から明らかなように煤の発生量が最大と
なる最悪不活性ガス量よりも燃焼室内の不活性ガス量が
多く煤がほとんど発生しない燃焼のことを言い、第二燃
焼、即ち従来より普通に行われている燃焼とは煤の発生
量が最大となる最悪不活性ガス量よりも燃焼室内の不活
性ガス量が少ない燃焼のことを言う。
By the way, the temperature of the fuel and its surrounding gas during combustion in the combustion chamber can be suppressed to a temperature lower than the temperature at which the growth of hydrocarbons stops halfway, only when the calorific value due to combustion is small and the engine load is relatively low. Can be Therefore, in the embodiment according to the present invention, when the engine load is relatively low, the first combustion, that is, the low-temperature combustion is performed by suppressing the temperature of the fuel during combustion and the gas around it to a temperature below the temperature at which the growth of hydrocarbons stops halfway. When the engine load is relatively high, the second combustion, that is, the combustion that is conventionally performed normally, is performed. Here, the first combustion, that is, low-temperature combustion, as is clear from the description so far, the amount of inert gas in the combustion chamber is larger than the worst inert gas amount at which the amount of soot is maximized, and soot is almost generated. The second combustion, that is, the combustion that is usually performed in the past, is the combustion in which the amount of inert gas in the combustion chamber is smaller than the worst inert gas amount that produces the largest amount of soot. Say

【0040】図11は第一燃焼、即ち低温燃焼が行われ
る第1の運転領域Iと、第二燃焼、即ち従来の燃焼方法
による燃焼が行われる第2の燃焼領域IIとを示してい
る。なお、図11において縦軸Lはアクセルペダル40
の踏込み量、即ち要求負荷を示しており、横軸Nは機関
回転数を示している。また、図11においてX(N)は
第1の運転領域Iと第2の運転領域IIとの第1の境界を
示しており、Y(N)は第1の運転領域Iと第2の運転
領域IIとの第2の境界を示している。第1の運転領域I
から第2の運転領域IIへの運転領域の変化判断は第1の
境界X(N)に基づいて行われ、第2の運転領域IIから
第1の運転領域Iへの運転領域の変化判断は第2の境界
Y(N)に基づいて行われる。
FIG. 11 shows a first operation region I in which first combustion, that is, low-temperature combustion is performed, and a second combustion region II in which second combustion, that is, combustion by a conventional combustion method, is performed. The vertical axis L in FIG.
, That is, the required load, and the horizontal axis N indicates the engine speed. In FIG. 11, X (N) indicates a first boundary between the first operation region I and the second operation region II, and Y (N) indicates the first operation region I and the second operation region. The second boundary with the area II is shown. First operating region I
Is determined based on the first boundary X (N), and the change determination of the operation region from the second operation region II to the first operation region I is performed based on the first boundary X (N). The determination is performed based on the second boundary Y (N).

【0041】即ち、機関の運転状態が第1の運転領域I
にあって低温燃焼が行われているときに要求負荷Lが機
関回転数Nの関数である第1の境界X(N)を越えると
運転領域が第2の運転領域IIに移ったと判断され、従来
の燃焼方法による燃焼が行われる。次いで要求負荷Lが
機関回転数Nの関数である第2の境界Y(N)よりも低
くなると運転領域が第1の運転領域Iに移ったと判断さ
れ、再び低温燃焼が行われる。
That is, when the operating state of the engine is in the first operating region I
When the required load L exceeds a first boundary X (N), which is a function of the engine speed N, during low-temperature combustion, it is determined that the operation region has shifted to the second operation region II, Combustion is performed by a conventional combustion method. Next, when the required load L becomes lower than a second boundary Y (N) which is a function of the engine speed N, it is determined that the operation region has shifted to the first operation region I, and low-temperature combustion is performed again.

【0042】図12は空燃比センサ21の出力を示して
いる。図12に示されるように空燃比センサ21の出力
電流Iは空燃比A/Fに応じて変化する。従って空燃比
センサ21の出力電流Iから空燃比を知ることができ
る。次に図13を参照しつつ第1の運転領域Iおよび第
2の運転領域IIにおける運転制御について概略的に説明
する。
FIG. 12 shows the output of the air-fuel ratio sensor 21. As shown in FIG. 12, the output current I of the air-fuel ratio sensor 21 changes according to the air-fuel ratio A / F. Therefore, the air-fuel ratio can be known from the output current I of the air-fuel ratio sensor 21. Next, the operation control in the first operation region I and the second operation region II will be schematically described with reference to FIG.

【0043】図13は要求負荷Lに対するスロットル弁
16の開度、EGR制御弁23の開度、EGR率、空燃
比、噴射時期および噴射量を示している。図13に示さ
れるように要求負荷Lの低い第1の運転領域Iではスロ
ットル弁16の開度は要求負荷Lが高くなるにつれて全
閉近くから半開程度まで徐々に増大せしめられ、EGR
制御弁23の開度は要求負荷Lが高くなるにつれて全閉
近くから全開まで徐々に増大せしめられる。また、図1
3に示される例では第1の運転領域IではEGR率がほ
ぼ70パーセントとされており、空燃比はわずかばかり
リーンなリーン空燃比とされている。
FIG. 13 shows the opening degree of the throttle valve 16, the opening degree of the EGR control valve 23, the EGR rate, the air-fuel ratio, the injection timing, and the injection amount with respect to the required load L. As shown in FIG. 13, in the first operating region I where the required load L is low, the opening degree of the throttle valve 16 is gradually increased from almost fully closed to about half-open as the required load L increases, and the EGR is performed.
The opening of the control valve 23 is gradually increased from near full closure to full opening as the required load L increases. FIG.
In the example shown in FIG. 3, in the first operating region I, the EGR rate is approximately 70%, and the air-fuel ratio is a slightly lean air-fuel ratio.

【0044】言い換えると第1の運転領域IではEGR
率がほぼ70パーセントとなり、空燃比がわずかばかり
リーンなリーン空燃比となるようにスロットル弁16の
開度およびEGR制御弁23の開度が制御される。な
お、このとき空燃比は空燃比センサ21の出力信号に基
づいてEGR制御弁23の開度を補正することによって
目標リーン空燃比に制御される。また、第1の運転領域
Iでは圧縮上死点TDC前に燃料噴射が行われる。この
場合、噴射開始時期θSは要求負荷Lが高くなるにつれ
て遅くなり、噴射完了時期θEも噴射開始時期θSが遅
くなるにつれて遅くなる。
In other words, in the first operation region I, the EGR
The opening of the throttle valve 16 and the opening of the EGR control valve 23 are controlled such that the rate becomes approximately 70% and the air-fuel ratio becomes a slightly lean air-fuel ratio. At this time, the air-fuel ratio is controlled to the target lean air-fuel ratio by correcting the opening of the EGR control valve 23 based on the output signal of the air-fuel ratio sensor 21. In the first operation region I, fuel injection is performed before the compression top dead center TDC. In this case, the injection start timing θS is delayed as the required load L is increased, and the injection completion timing θE is delayed as the injection start timing θS is delayed.

【0045】なお、アイドリング運転時にはスロットル
弁16は全閉近くまで閉弁され、このときEGR制御弁
23も全閉近くまで閉弁せしめられる。スロットル弁1
6を全閉近くまで閉弁すると圧縮始めの燃焼室5内の圧
力が低くなるために圧縮圧力が小さくなる。圧縮圧力が
小さくなるとピストン4による圧縮仕事が小さくなるた
めに機関本体1の振動が小さくなる。即ち、アイドリン
グ運転時には機関本体1の振動を抑制するためにスロッ
トル弁16が全閉近くまで閉弁せしめられる。
During the idling operation, the throttle valve 16 is closed until the valve is almost fully closed. At this time, the EGR control valve 23 is also closed almost completely. Throttle valve 1
When the valve 6 is closed close to the fully closed state, the pressure in the combustion chamber 5 at the start of compression decreases, so that the compression pressure decreases. When the compression pressure decreases, the compression work by the piston 4 decreases, so that the vibration of the engine body 1 decreases. That is, at the time of idling operation, the throttle valve 16 is closed to almost fully closed in order to suppress the vibration of the engine body 1.

【0046】一方、機関の運転領域が第1の運転領域I
から第2の運転領域IIに変わるとスロットル弁16の開
度が半開状態から全開方向へステップ状に増大せしめら
れる。このとき図13に示す例ではEGR率がほぼ70
パーセントから40パーセント以下までステップ状に減
少せしめられ、空燃比がステップ状に大きくされる。即
ち、EGR率が多量のスモークを発生するEGR率範囲
(図9)を飛び越えるので機関の運転領域が第1の運転
領域Iから第2の運転領域IIに変わるときに多量のスモ
ークが発生することがない。
On the other hand, the operating region of the engine is the first operating region I.
From the second operating region II, the opening of the throttle valve 16 is increased stepwise from the half-open state to the fully open direction. At this time, in the example shown in FIG.
The air-fuel ratio is reduced in steps from 40 percent to less than 40 percent, and the air-fuel ratio is increased in steps. That is, since the EGR rate jumps over the EGR rate range (FIG. 9) in which a large amount of smoke is generated, a large amount of smoke is generated when the operation region of the engine changes from the first operation region I to the second operation region II. There is no.

【0047】第2の運転領域IIでは従来から行われてい
る燃焼が行われる。この燃焼方法では煤およびNOx
若干発生するが低温燃焼に比べて熱効率は高く、従って
機関の運転領域が第1の運転領域Iから第2の運転領域
IIに変わると図13に示されるように噴射量がステップ
状に低減せしめられる。
In the second operation region II, the conventional combustion is performed. Thermal efficiency is high, therefore the engine the second operating region operating region from the first operating region I in comparison to but soot and NO x occurs slightly low temperature combustion in the combustion process
When the state changes to II, the injection amount is reduced stepwise as shown in FIG.

【0048】第2の運転領域IIではスロットル弁16は
一部を除いて全開状態に保持され、EGR制御弁23の
開度は要求負荷Lが高くなると次第に小さくされる。こ
の運転領域IIではEGR率は要求負荷Lが高くなるほど
低くなり、空燃比は要求負荷Lが高くなるほど小さくな
る。ただし、空燃比は要求負荷Lが高くなってもリーン
空燃比とされる。また、第2の運転領域IIでは噴射開始
時期θSは圧縮上死点TDC付近とされる。
In the second operating region II, the throttle valve 16 is maintained in a fully open state except for a part, and the opening of the EGR control valve 23 is gradually reduced as the required load L increases. In this operating region II, the EGR rate decreases as the required load L increases, and the air-fuel ratio decreases as the required load L increases. However, the air-fuel ratio is a lean air-fuel ratio even when the required load L increases. In the second operation region II, the injection start timing θS is set near the compression top dead center TDC.

【0049】図14は第1の運転領域Iにおける空燃比
A/Fを示している。図14において、A/F=15.
5、A/F=16、A/F=17、A/F=18で示さ
れる各曲線は夫々空燃比が15.5、16、17、18
であるときを示しており、各曲線間の空燃比は比例配分
により定められる。図14に示されるように第1の運転
領域Iでは空燃比がリーンとなっており、更に第1の運
転領域Iでは要求負荷Lが低くなるほど空燃比A/Fが
リーンとされる。
FIG. 14 shows the air-fuel ratio A / F in the first operating region I. In FIG. 14, A / F = 15.
5, the curves indicated by A / F = 16, A / F = 17, and A / F = 18 have air-fuel ratios of 15.5, 16, 17, and 18, respectively.
And the air-fuel ratio between the curves is determined by proportional distribution. As shown in FIG. 14, the air-fuel ratio is lean in the first operating region I, and the air-fuel ratio A / F is leaner in the first operating region I as the required load L decreases.

【0050】即ち、要求負荷Lが低くなるほど燃焼によ
る発熱量が少なくなる。従って要求負荷Lが低くなるほ
どEGR率を低下させても低温燃焼を行うことができ
る。EGR率を低下させると空燃比は大きくなり、従っ
て図14に示されるように要求負荷Lが低くなるにつれ
て空燃比A/Fが大きくされる。空燃比A/Fが大きく
なるほど燃料消費率は向上し、従ってできる限り空燃比
をリーンにするために本実施例では要求負荷Lが低くな
るにつれて空燃比A/Fが大きくされる。
That is, the lower the required load L, the smaller the amount of heat generated by combustion. Therefore, low-temperature combustion can be performed even if the EGR rate is reduced as the required load L decreases. When the EGR rate is reduced, the air-fuel ratio increases. Therefore, as shown in FIG. 14, the air-fuel ratio A / F increases as the required load L decreases. As the air-fuel ratio A / F increases, the fuel consumption rate increases. Therefore, in order to make the air-fuel ratio as lean as possible, in this embodiment, the air-fuel ratio A / F is increased as the required load L decreases.

【0051】なお、空燃比を図14に示す目標空燃比と
するのに必要なスロットル弁16の目標開度STが図1
5(A)に示されるように要求負荷Lおよび機関回転数
Nの関数としてマップの形で予めROM32内に記憶さ
れており、空燃比を図14に示す目標空燃比とするのに
必要なEGR制御弁23の目標開度SEが図15(B)
に示されるように要求負荷Lおよび機関回転数Nの関数
としてマップの形で予めROM32内に記憶されてい
る。
The target opening degree ST of the throttle valve 16 necessary for setting the air-fuel ratio to the target air-fuel ratio shown in FIG.
As shown in FIG. 5 (A), a map is stored in advance in the ROM 32 as a function of the required load L and the engine speed N, and the EGR necessary for setting the air-fuel ratio to the target air-fuel ratio shown in FIG. The target opening SE of the control valve 23 is as shown in FIG.
As shown in (1), it is stored in the ROM 32 in advance in the form of a map as a function of the required load L and the engine speed N.

【0052】図16は第二燃焼、即ち従来の燃焼方法に
よる普通の燃焼が行われるときの目標空燃比を示してい
る。なお、図16においてA/F=24、A/F=3
5、A/F=45、A/F=60で示される各曲線は夫
々目標空燃比24、35、45、60を示している。空
燃比をこの目標空燃比とするのに必要なスロットル弁1
6の目標開度STが図17(A)に示されるように要求
負荷Lおよび機関回転数Nの関数としてマップの形で予
めROM32内に記憶されており、空燃比をこの目標空
燃比とするのに必要なEGR制御弁23の目標開度SE
が図17(B)に示されるように要求負荷Lおよび機関
回転数Nの関数としてマップの形で予めROM32内に
記憶されている。
FIG. 16 shows the target air-fuel ratio when the second combustion, that is, the normal combustion by the conventional combustion method is performed. In FIG. 16, A / F = 24 and A / F = 3.
Curves indicated by 5, A / F = 45, and A / F = 60 indicate target air-fuel ratios 24, 35, 45, and 60, respectively. Throttle valve 1 required to set air-fuel ratio to this target air-fuel ratio
The target opening ST of No. 6 is stored in the ROM 32 in advance in the form of a map as a function of the required load L and the engine speed N as shown in FIG. 17 (A), and the air-fuel ratio is set as this target air-fuel ratio. Opening SE of EGR control valve 23 required for
Are stored in the ROM 32 in advance in the form of a map as a function of the required load L and the engine speed N as shown in FIG.

【0053】こうして、本実施例のディーゼルエンジン
では、アクセルペダル40の踏み込み量L及び機関回転
数Nとに基づき、第一燃焼、すなわち、低温燃焼と、第
二燃焼、すなわち、普通の燃焼とが切り換えられ、各燃
焼において、アクセルペダル40の踏み込み量L及び機
関回転数Nとに基づき、図15又は図17に示すマップ
によってスロットル弁16及びEGR弁の開度制御が実
施される。
Thus, in the diesel engine of this embodiment, the first combustion, that is, the low temperature combustion, and the second combustion, that is, the normal combustion, are performed based on the depression amount L of the accelerator pedal 40 and the engine speed N. The switching is performed, and in each combustion, the opening degree control of the throttle valve 16 and the EGR valve is performed based on the depression amount L of the accelerator pedal 40 and the engine speed N according to the map shown in FIG. 15 or FIG.

【0054】図1を参照すると、排気マニホルド17の
下流側に接続された排気管18には、切換弁19が配置
されている。切換弁19には、C形状の排気通路18a
が接続され、この排気通路18aに、触媒コンバータ2
0が配置されている。触媒コンバータ20については詳
しくは後述する。切換弁19は、排気管18を遮断する
ための弁体19aを具備している。実線で示す弁体19
aの一方の遮断位置において、排気ガスは、白抜き矢印
で示すように、排気管18の切換弁19上流側から排気
通路18aを図1において反時計方向に流れて、排気管
18の切換弁19の下流側へ流入する。
Referring to FIG. 1, a switching valve 19 is disposed in an exhaust pipe 18 connected to a downstream side of an exhaust manifold 17. The switching valve 19 has a C-shaped exhaust passage 18a.
Is connected to the catalytic converter 2 in the exhaust passage 18a.
0 is arranged. The catalytic converter 20 will be described later in detail. The switching valve 19 includes a valve body 19 a for shutting off the exhaust pipe 18. Valve element 19 indicated by solid line
1, the exhaust gas flows counterclockwise in FIG. 1 through the exhaust passage 18a from the upstream side of the switching valve 19 of the exhaust pipe 18 as indicated by a white arrow. 19 flows downstream.

【0055】また、一点鎖線で示す弁体19aの他方の
遮断位置において、排気ガスは、斜線矢印で示すよう
に、排気管18の切換弁19上流側から排気通路18a
を図1において時計方向に流れて、排気管18の切換弁
19の下流側へ流入する。こうして、切換弁19を切り
換えることによって、触媒コンバータ20へ流入する排
気ガスの方向を逆転させることができ、すなわち、触媒
コンバータ20の排気上流側と排気下流側とを逆転する
ことが可能となる。
At the other shut-off position of the valve element 19a indicated by the dashed line, the exhaust gas flows from the exhaust pipe 18 upstream of the switching valve 19 of the exhaust pipe 18 as indicated by the hatched arrow.
Flows clockwise in FIG. 1 and flows into the exhaust pipe 18 downstream of the switching valve 19. By switching the switching valve 19 in this manner, the direction of the exhaust gas flowing into the catalytic converter 20 can be reversed, that is, the exhaust upstream side and the exhaust downstream side of the catalytic converter 20 can be reversed.

【0056】触媒コンバータ20の担体は、図18の部
分拡大軸線方向断面図に示すように、多孔性材料で形成
された多数の軸線方向に延在する隔壁20aと、これら
隔壁によって細分された多数の軸線方向空間20bと、
隣接する二つの軸線方向空間の一方を排気上流側で閉鎖
し、他方を排気下流側で閉鎖する閉鎖部材20cとを具
備するウォールフロー型である。担体の各隔壁20aに
は全体的に触媒が担持されている。このようなウォール
フロー型の担体においては、排気ガスは必ず隔壁20a
を通過するために、隔壁20aに担持させた触媒と確実
に接触するために、浄化率を向上させることができる。
As shown in the partially enlarged sectional view in the axial direction of FIG. 18, the carrier of the catalytic converter 20 has a plurality of axially extending partitions 20a formed of a porous material and a plurality of subdivided partitions formed by these partitions. An axial space 20b,
The wall flow type includes a closing member 20c that closes one of two adjacent axial spaces on the exhaust upstream side and closes the other on the exhaust downstream side. The catalyst is entirely carried on each partition 20a of the carrier. In such a wall-flow type carrier, the exhaust gas must be supplied to the partition wall 20a.
In order to pass through, the purification rate can be improved in order to surely come into contact with the catalyst carried on the partition wall 20a.

【0057】隔壁20aに担持させた触媒は、本実施例
では、カリウムK、ナトリウムNa、リチウムLi、セ
シウムCsのようなアルカリ金属、バリウムBa、カル
シウムCaのようなアルカリ土類、ランタンLa、イッ
トリウムYのような希土類から選ばれた少くとも一つ
と、白金Ptのような貴金属とである。この触媒は、N
x 吸収材と称され、機関吸気通路、燃焼室5およびN
x 吸収剤上流の排気通路内に供給された空気および燃
料(炭化水素)の比をNOx 吸収剤への流入排気ガスの
空燃比と称すると、このNOx 吸収剤は流入排気ガスの
空燃比がリーンのときにはNOx を吸収し、流入排気ガ
スの空燃比が理論空燃比又はリッチになると吸収したN
x を放出するNOx の吸放出作用を行う。
In the present embodiment, the catalyst supported on the partition wall 20a is an alkali metal such as potassium K, sodium Na, lithium Li, cesium Cs, an alkaline earth such as barium Ba, calcium Ca, lanthanum La, yttrium. At least one selected from rare earths such as Y and a noble metal such as platinum Pt. This catalyst is N
Ox absorber, referred to as the engine intake passage, combustion chamber 5 and N
When the ratio of O x absorbent the exhaust passage upstream of the supply air and fuel into the (hydrocarbon) is referred to as the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NO x absorbent, empty the the NO x absorbent inflow exhaust gas When the fuel ratio is lean, NO x is absorbed, and when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas becomes stoichiometric or rich, the absorbed N
The O x performs the absorbing and releasing action of NO x to be released.

【0058】このNOx 吸収剤を機関排気通路内に配置
すれば、NOx 吸収剤は実際にNO x の吸放出作用を行
うが、この吸放出作用の詳細なメカニズムについては明
らかでない部分もある。しかしながらこの吸放出作用は
図19に示すようなメカニズムで行われているものと考
えられる。次にこのメカニズムについて担体上に白金P
tおよびバリウムBaを担持させた場合を例にとって説
明するが他の貴金属、アルカリ金属、アルカリ土類、希
土類を用いても同様なメカニズムとなる。
This NOxAbsorbent placed in engine exhaust passage
NOxThe absorbent is actually NO xPerform the absorption and release action of
However, the detailed mechanism of this absorption / release effect is clarified.
Some parts are not clear. However, this absorption / release action
It is assumed that the operation is performed by the mechanism shown in FIG.
available. Next, regarding this mechanism, platinum P
The case where t and barium Ba are supported is explained as an example.
Other precious metals, alkali metals, alkaline earth, rare
The same mechanism can be obtained by using earth.

【0059】図1に示されるディーゼルエンジンでは、
通常、燃焼室5における空燃比がリーンの状態で燃焼が
行われる。このように空燃比がリーンの状態で燃焼が行
われている場合には、排気ガス中の酸素濃度は高く、こ
のときには図19(A)に示されるようにこれら酸素O
2 がO2 - 又はO2-の形で白金Ptの表面に付着する。
一方、流入排気ガス中のNOは白金Ptの表面上でO2
- 又はO2-と反応し、NO2 となる(2NO+O2 →2
NO2 )。次いで生成されたNO2 の一部は白金Pt上
で酸化されつつ吸収剤内に吸収されて酸化バリウムBa
Oと結合しながら図18(A)に示されるように硝酸イ
オンNO3 - の形で吸収剤内に拡散する。このようにし
てNOx がNOx 吸収剤内に吸収される。流入排気ガス
中の酸素濃度が高い限り白金Ptの表面でNO2 が生成
され、吸収剤のNOx 吸収能力が飽和しない限りNO2
が吸収剤内に吸収されて硝酸イオンNO3 - が生成され
る。
In the diesel engine shown in FIG.
Normally, combustion is performed with the air-fuel ratio in the combustion chamber 5 being lean. When the combustion is performed with the air-fuel ratio lean, the oxygen concentration in the exhaust gas is high. At this time, as shown in FIG.
2 O 2 - it is attached to or O the surface of the platinum Pt in 2-form.
On the other hand, NO in the inflowing exhaust gas becomes O 2 on the surface of platinum Pt.
- or reacts with O 2-, the NO 2 (2NO + O 2 → 2
NO 2 ). Next, a part of the generated NO 2 is absorbed in the absorbent while being oxidized on platinum Pt, and barium oxide Ba is absorbed.
As shown in FIG. 18 (A), it combines with O and diffuses into the absorbent in the form of nitrate ion NO 3 . In this way, NO x is absorbed in the NO x absorbent. The oxygen concentration in the inflowing exhaust gas is NO 2 on the surface of as high as platinum Pt is generated, as long as NO 2 of absorption of NO x capacity of the absorbent is not saturated
There is absorbed in the absorbent and nitrate ions NO 3 - are produced.

【0060】一方、流入排気ガスの空燃比がリッチにさ
れると流入排気ガス中の酸素濃度が低下し、その結果白
金Ptの表面でのNO2 の生成量が低下する。NO2
生成量が低下すると反応が逆方向(NO3 - →NO2
に進み、斯くして吸収剤内の硝酸イオンNO3 - がNO
2 の形で吸収剤から放出される。このときNOx 吸収剤
から放出されたNOx は図18(B)に示されるように
流入排気ガス中に含まれる多量の未燃HC及びCOと反
応して還元せしめられる。このようにして白金Ptの表
面上にNO2 が存在しなくなると吸収剤から次から次へ
とNO2 が放出される。従って流入排気ガスの空燃比が
リッチにされると短時間のうちにNOx吸収剤からNO
x が放出され、しかもこの放出されたNOx が還元され
るために大気中にNOx が排出されることはない。
On the other hand, when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is made rich, the oxygen concentration in the inflowing exhaust gas decreases, and as a result, the amount of NO 2 generated on the surface of the platinum Pt decreases. The amount of NO 2 is lowered and the reaction is reverse (NO 3 - → NO 2)
Advances to, thus to nitrate ions in the absorbent NO 3 - is NO
It is released from the absorbent in the form of 2 . In this case the NO x absorbent NO x released from caused to reduction by reaction with a large amount of unburned HC and CO contained in the inflowing exhaust gas as shown in FIG. 18 (B). In this way, when NO 2 is no longer present on the surface of platinum Pt, NO 2 is released from the absorbent one after another. Therefore, when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is made rich, the NO x
Since x is released, and the released NO x is reduced, NO x is not discharged into the atmosphere.

【0061】なお、この場合、流入排気ガスの空燃比を
理論空燃比にしてもNOx 吸収剤からNOx が放出され
る。しかしながら流入排気ガスの空燃比を理論空燃比に
した場合にはNOx 吸収剤からNOx が徐々にしか放出
されないためにNOx 吸収剤に吸収されている全NOx
を放出させるには若干長い時間を要する。
[0061] In this case, NO x is released from the NO x absorbent and the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas the stoichiometric air-fuel ratio. All NO x, however that in the case where the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas the stoichiometric air-fuel ratio is absorbed in the NO x absorbent to NO x is not only released gradually from the NO x absorbent
It takes a slightly longer time to release.

【0062】上述したようにNOx 吸収剤は白金Ptの
ような貴金属を含んでおり、従ってNOx 吸収剤は酸化
機能を有している。一方、前述したように機関の運転状
態が第1の運転領域Iにあって低温燃焼が行われている
ときには煤はほとんど発生せず、その代り未燃炭化水素
が煤の前駆体又はその前の状態の形でもって燃焼室5か
ら排出される。ところが上述した如くNOx 吸収剤は酸
化機能を有しており、従ってこのとき燃焼室5から排出
された未燃炭化水素はNOx 吸収剤により良好に酸化せ
しめられることになる。
As described above, the NO x absorbent contains a noble metal such as platinum Pt, and therefore, the NO x absorbent has an oxidizing function. On the other hand, as described above, when the operation state of the engine is in the first operation region I and low-temperature combustion is being performed, soot is hardly generated, and instead, the unburned hydrocarbon is a precursor of soot or a soot. It is discharged from the combustion chamber 5 in the form of a state. However the NO x absorbent as described above has an oxidation function, therefore unburned hydrocarbon discharged from the combustion chamber 5 at this time will be induced to better oxidized by the NO x absorbent.

【0063】ところでNOx 吸収剤のNOx 吸収能力に
は限度があり、NOx 吸収剤のNO x 吸収能力が飽和す
る前にNOx 吸収剤からNOx を放出させる必要があ
る。そのためにはNOx 吸収剤に吸収されているNOx
量を推定する必要がある。そこで本実施例では第一燃焼
が行われているときの単位時間当りのNOx 吸収量Aを
要求負荷Lおよび機関回転数Nの関数として図20
(A)に示すようなマップの形で予め求めておき、第二
燃焼が行われているときの単位時間当りのNOx 吸収量
Bを要求負荷Lおよび機関回転数Nの関数として図20
(B)に示すようなマップの形で予め求めておき、これ
ら単位時間当りのNOx 吸収量A,Bを積算することに
よってNOx 吸収剤に吸収されているNOx 量ΣNOX
を推定するようにしている。
By the way, NOxAbsorbent NOxTo the absorption capacity
Has a limit, NOxAbsorbent NO xAbsorption capacity saturates
NO beforexNO from absorbentxNeed to be released
You. NO for thatxNO absorbed by absorbentx
The quantity needs to be estimated. Therefore, in this embodiment, the first combustion
Per unit time when is performedxAbsorption amount A
FIG. 20 as a function of required load L and engine speed N
It is obtained in advance in the form of a map as shown in FIG.
NO per unit time during combustionxAbsorption
B as a function of required load L and engine speed N
This is obtained in advance in the form of a map as shown in FIG.
NO per unit timexTo integrate the absorption amounts A and B
Therefore NOxNO absorbed by absorbentxQuantityΣNOX
Is to be estimated.

【0064】本実施例4はこのNOx 吸収量ΣNOXが
予め定められた許容最大値MAXを越えたときにNOx
吸収剤からNOx を放出させるようにしている。即ち、
低温燃焼が行われているときにNOx 吸収量ΣNOXが
許容最大値MAXを越えたときには燃焼室5内における
空燃比が一時的にリッチとされ、それによってNOx
収剤19からNOx が放出される。なお、前述したよう
に低温燃焼が行われているときに空燃比がリッチとされ
ても煤はほとんど発生しない。
[0064] This Example 4 is NO x when exceeding the allowable maximum value MAX of the absorption of NO x amount ΣNOX reaches a predetermined
And so as to release the NO x from the absorbent. That is,
When absorption of NO x amount ΣNOX has exceeded the allowable maximum value MAX when the low temperature combustion is being performed is the air-fuel ratio is temporarily made rich in the combustion chamber 5, whereby the NO x from the absorbent 19 NO x release Is done. As described above, even when the air-fuel ratio is made rich during low-temperature combustion, almost no soot is generated.

【0065】一方、第二燃焼が行われているときにNO
x 吸収量ΣNOXが許容最大値MAXを越えたときには
図4および図5に示されるように排気弁9が開弁してい
るときに追加の燃料Qaが噴射される。この追加の燃料
Qaの量はNOx 吸収剤に流入する排気ガスの空燃比が
リッチとなるように定められており、従って追加の燃料
Qaが噴射されるとNOx 吸収剤からNOx が放出され
ることになる。
On the other hand, when the second combustion is being performed, NO
When the x absorption amount ΣNOX exceeds the allowable maximum value MAX, additional fuel Qa is injected when the exhaust valve 9 is opened as shown in FIGS. The amount of the additional fuel Qa is determined so that the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NO x absorbent becomes rich, thus additional fuel Qa when is injected the NO x absorbent from the NO x release Will be done.

【0066】前述したように、第一燃焼が行われている
ときには、煤はほとんど発生しないが、第二燃焼が行わ
れているときには、依然として比較的多量の煤が発生す
ることとなる。この煤は、可溶有機成分(SOF)と共
に、パティキュレートPとして燃焼室5から排出され、
SOFの有する付着性によって、図18(A)に示すよ
うに、触媒コンバータ20のウォールフロー型の担体に
おける隔壁20aの排気上流面に付着する。
As described above, when the first combustion is performed, almost no soot is generated, but when the second combustion is performed, a relatively large amount of soot is still generated. This soot is discharged from the combustion chamber 5 as a particulate P together with a soluble organic component (SOF),
As shown in FIG. 18A, the SOF adheres to the exhaust upstream surface of the partition wall 20a of the wall flow type carrier of the catalytic converter 20, as shown in FIG.

【0067】パティキュレートの主成分は、煤、すなわ
ち、カーボンであるために、触媒コンバータ20の有す
る酸化機能によって排気ガス中のHC及COが活発に酸
化されれば、発生する多量の反応熱により、パティキュ
レートを完全に焼失させることができる。
Since the main component of the particulates is soot, that is, carbon, if HC and CO in the exhaust gas are actively oxidized by the oxidizing function of the catalytic converter 20, a large amount of reaction heat is generated. , Can completely burn out the particulates.

【0068】しかしながら、触媒コンバータの担体にお
ける隔壁20aの排気上流側では、SOFによるパティ
キュレートの付着によって、十分な酸化機能を発揮でき
ない状態となっており、すなわち、部分的にSOF被毒
されており、第一燃焼が行われているときに比較的多量
のHC及びCOが燃焼室5から排出されても、活発な酸
化反応を引き起こすことができない。こうして、第二燃
焼が行われる毎に、焼失しきれなかったパティキュレー
トが、徐々にではあるが、触媒コンバータ20に堆積
し、遂には、排気抵抗をかなり増大させ、機関出力低下
等の問題が発生する。
However, the upstream side of the exhaust of the partition wall 20a in the carrier of the catalytic converter is in a state where a sufficient oxidizing function cannot be exhibited due to the adhesion of the particulates by the SOF, that is, the SOF is partially poisoned. Even if a relatively large amount of HC and CO is discharged from the combustion chamber 5 during the first combustion, an active oxidation reaction cannot be caused. In this way, every time the second combustion is performed, the particulates that have not been completely burned are gradually but gradually deposited on the catalytic converter 20, and finally, the exhaust resistance is considerably increased, and problems such as a decrease in engine output are caused. appear.

【0069】本実施例では、この問題を解決するため
に、第一燃焼が実施されているときに、切換弁19を切
り換えて、触媒コンバータ20の排気上流側と排気下流
側とを逆転するようになっている。すなわち、触媒コン
バータの一方側から排気ガスを流入させて触媒コンバー
タに捕集されたパティキュレートを焼失させるために、
還元成分を含む排気ガスを触媒コンバータの反対側から
流入させるようになっている。それにより、図18
(B)に示すように、排気ガスは、触媒コンバータ20
の担体における隔壁20aを通過する際に、パティキュ
レートPが付着していない側から隔壁20aへ流入す
る。隔壁20aのこちら側では、SOF被毒は起きてい
ないために、第一燃焼時に発生する比較的多量のHC及
びCOを活発に酸化させ、多量の反応熱を発生させる。
隔壁20aの厚さは比較的薄いものであり、この多量の
反応熱は、良好に熱伝達して隔壁の反対側に付着するパ
ティキュレートPを十分に焼失させる。こうして、第一
燃焼時において、隔壁20aに付着するパティキュレー
トPは完全に焼失させられ、排気抵抗を増大させる問題
が発生することはない。
In the present embodiment, in order to solve this problem, the switching valve 19 is switched during the first combustion to reverse the exhaust upstream side and the exhaust downstream side of the catalytic converter 20. It has become. That is, in order to allow the exhaust gas to flow from one side of the catalytic converter and burn out the particulates collected by the catalytic converter,
The exhaust gas containing the reducing component is caused to flow in from the opposite side of the catalytic converter. As a result, FIG.
As shown in (B), the exhaust gas is supplied to the catalytic converter 20.
When passing through the partition 20a of the carrier, the particulate P flows into the partition 20a from the side where the particulate P is not attached. Since no SOF poisoning has occurred on this side of the partition wall 20a, a relatively large amount of HC and CO generated during the first combustion is actively oxidized, and a large amount of reaction heat is generated.
The thickness of the partition wall 20a is relatively thin, and this large amount of reaction heat is sufficiently transferred to sufficiently burn out the particulate P attached to the opposite side of the partition wall. Thus, at the time of the first combustion, the particulates P adhering to the partition wall 20a are completely burned off, and the problem of increasing the exhaust resistance does not occur.

【0070】ところで、パティキュレート内には、気筒
内へ侵入したエンジンオイルの燃焼生成物であるカルシ
ウム及びリン等の酸化物及び硫化物等も含まれている。
これらは、非常に燃焼させ難いものであるために、パテ
ィキュレートを焼失させても、アッシュとして隔壁20
a上に残留する。これを放置すると、パティキュレート
以上の強固な固まりとなって触媒コンバータ20の排気
抵抗を増大させる。本実施例においては、パティキュレ
ートの焼失により生成されたアッシュは、隔壁20aを
逆に通過する排気ガスによって触媒コンバータ20から
排出されるために、隔壁20a上で強固な固まりとなる
ことはない。
By the way, the particulates also contain oxides and sulfides such as calcium and phosphorus, which are combustion products of the engine oil that has entered the cylinders.
Since these are very hard to burn, even if the particulates are burned off, the partition walls 20 are still ashed.
a. If this is left unchecked, it becomes a solid mass equal to or larger than particulates, and the exhaust resistance of the catalytic converter 20 increases. In the present embodiment, the ash generated by the burning out of the particulates is discharged from the catalytic converter 20 by the exhaust gas that passes through the partition wall 20a in the reverse direction, and therefore does not form a firm mass on the partition wall 20a.

【0071】本実施例において、切換弁19の弁体19
aは、低温燃焼時には図1に一点鎖線で示す遮断位置と
され、普通燃焼時には図1に実線で示す遮断位置とさ
れ、又は、その逆とされるようになっているが、低温燃
焼から普通燃焼へ切り換わるときには切換弁19を切り
換えることなく、普通燃焼から低温燃焼へ切り換わると
きだけに切換弁19の弁体19aを切り換えるようにし
ても良い。
In this embodiment, the valve body 19 of the switching valve 19
a is a cut-off position indicated by a dashed line in FIG. 1 during low-temperature combustion, and a cut-off position indicated by a solid line in FIG. 1 during normal combustion, or vice versa. The valve 19a of the switching valve 19 may be switched only when switching from normal combustion to low temperature combustion without switching the switching valve 19 when switching to combustion.

【0072】本実施例は、内燃機関として、低温燃焼と
通常燃焼とが切り換えられるディーゼルエンジンを使用
したが、これは、本発明を限定するものではない。例え
ば、低温燃焼を実施しないディーゼルエンジンの場合に
は、触媒コンバータとして、NOx 吸収材が使用され、
前述同様に、NOx 吸収材へのNOx 吸収量が許容最大
値となったときに、NOx を放出させて還元浄化するた
めに、すなわち、NO x 吸収材を再生するために、排気
ガスの空燃比をリッチにする制御が実施される。このと
きに、切換弁19を切り換えて触媒コンバータの排気上
流側と排気下流側とを逆転させれば、還元物質を含む排
気ガスが、パティキュレートが付着していない側から隔
壁に流入するために、活発な酸化反応がもたらされ、前
述同様な効果を得ることができる。
In this embodiment, a low-temperature combustion and
Uses a diesel engine that switches between normal combustion
However, this is not a limitation of the present invention. example
For example, if a diesel engine does not perform low-temperature combustion,
Represents NO as a catalytic converterxAbsorbent material is used,
As before, NOxNO to absorbentxMaximum absorption capacity
When the value is reached, NOxTo release and purify
In other words, NO xExhaust to regenerate absorber
Control for enriching the air-fuel ratio of the gas is performed. This and
The switching valve 19 is switched to release the exhaust gas from the catalytic converter.
By reversing the flow side and the exhaust downstream side, exhaust containing reducing substances
Gas gas is separated from the side where no particulates adhere.
Due to the flow into the wall, a vigorous oxidation reaction results,
The same effect as described above can be obtained.

【0073】このような排気ガスのリッチ化制御は、例
えば、燃焼空燃比をリッチにしたり、排気行程で気筒内
へ燃料を噴射したり、又は、機関排気系の触媒コンバー
タの上流側へ還元剤又は燃料を供給したりして行われ
る。もちろん、このリッチ化制御を、パティキュレート
を焼失させるために、NOx 吸収材の再生にかかわらず
に実施して、触媒コンバータの排気上流側と排気下流側
とを逆転させるようにしても良い。
Such exhaust gas enrichment control includes, for example, enriching the combustion air-fuel ratio, injecting fuel into the cylinder during the exhaust stroke, or reducing the reducing agent upstream of the catalytic converter in the engine exhaust system. Or, it is performed by supplying fuel. Of course, the enrichment control, in order to burn off the particulates, be carried out regardless of the reproduction of the NO x absorbent, may be to reverse the exhaust upstream of the catalytic converter and the exhaust downstream side.

【0074】また、ガソリンエンジンの場合には、触媒
コンバータとして、一般的に、三元触媒コンバータが使
用される。この場合には、排気ガス中には常にHC及び
COが含まれており、それにより、時折、切換弁19を
切り換えて触媒コンバータの排気上流側と排気下流側と
を逆転させれば、HC及びCOを含む排気ガスが、パテ
ィキュレートが付着していない側から隔壁に流入するた
めに、活発な酸化反応がもたらされ、前述同様な効果を
得ることができる。
In the case of a gasoline engine, a three-way catalytic converter is generally used as a catalytic converter. In this case, HC and CO are always contained in the exhaust gas. Therefore, if the switching valve 19 is occasionally switched to reverse the exhaust upstream side and the exhaust downstream side of the catalytic converter, HC and CO can be obtained. Since the exhaust gas containing CO flows into the partition wall from the side where the particulates are not attached, a vigorous oxidation reaction is brought about, and the same effect as described above can be obtained.

【0075】これまで、ウォールフロー型の触媒コンバ
ータにパティキュレートが付着する場合を説明したが、
排気ガス中のパティキュレートを捕集することを主目的
とする衝突捕集型パティキュレートフィルタは、細孔を
有する捕集壁に排気ガスを通過させて、パティキュレー
トを捕集するものであり、この捕集壁に酸化触媒等を担
持させて酸化機能を持たせれば、本発明の考え方を適用
可能である。従って、このようなパティキュレートフィ
ルタも本明細書中で使用した触媒コンバータに含められ
ることは明らかである。また、ウォールフロー型とは、
排気ガスが隔壁に設けられた細孔を通過することを意味
している。本実施形態では、この隔壁は排気系軸線に対
して平行に配置されているが、これは本発明を限定する
ものではなく、例えば、細孔を有する隔壁を排気系軸線
に対して垂直又は斜めに配置されていても良い。
The case where particulates adhere to the wall-flow type catalytic converter has been described above.
The collision trapping particulate filter whose main purpose is to trap the particulates in the exhaust gas, the exhaust gas is passed through a trapping wall having pores, and the particulates are collected. The concept of the present invention can be applied if an oxidizing function is provided by supporting an oxidation catalyst or the like on the collecting wall. Thus, it is clear that such a particulate filter is also included in the catalytic converter used herein. Also, the wall flow type
This means that the exhaust gas passes through pores provided in the partition. In the present embodiment, the partition walls are arranged parallel to the exhaust system axis, but this does not limit the present invention. For example, the partition walls having pores may be perpendicular or oblique to the exhaust system axis. May be arranged.

【0076】[0076]

【発明の効果】このように、本発明による内燃機関の排
気ガス浄化方法によれば、少なくとも酸化機能を有する
ウォールフロー型の触媒コンバータを備え、触媒コンバ
ータの一方の側から排気ガスを流入させて触媒コンバー
タに捕集されたパティキュレートを焼失させるために、
触媒コンバータの反対側から還元物質を含む排気ガスを
流入させるようになっている。触媒コンバータの反対側
では、パティキュレートの付着に伴うSOF被毒が起き
ていないために、触媒コンバータの酸化機能によって排
気ガス中の還元物質を活発に燃焼させ、多量の燃焼熱を
発生させることができる。それにより、この燃焼熱によ
って触媒コンバータの一方の側に捕集されたパティキュ
レートを昇温させて確実に焼失させることができる。そ
れにより、パティキュレートの堆積に伴う触媒コンバー
タの排気抵抗の増大によって、機関出力低下等の問題が
発生することはない。
As described above, according to the exhaust gas purifying method for an internal combustion engine according to the present invention, a wall flow type catalytic converter having at least an oxidizing function is provided, and the exhaust gas is introduced from one side of the catalytic converter. In order to burn out the particulate matter collected in the catalytic converter,
An exhaust gas containing a reducing substance flows from the opposite side of the catalytic converter. On the other side of the catalytic converter, since SOF poisoning due to the attachment of particulates has not occurred, the catalytic converter's oxidizing function can actively combust the reducing substances in the exhaust gas and generate a large amount of combustion heat. it can. Thus, the particulate matter collected on one side of the catalytic converter can be heated by the combustion heat to be surely burned off. Thus, a problem such as a decrease in engine output does not occur due to an increase in exhaust resistance of the catalytic converter due to accumulation of particulates.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明による排ガス浄化方法に使用する排気浄
化装置を備えるディーゼルエンジンの概略縦断面図であ
る。
FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view of a diesel engine provided with an exhaust gas purification device used in an exhaust gas purification method according to the present invention.

【図2】図1の燃焼室の拡大縦断面図である。FIG. 2 is an enlarged vertical sectional view of the combustion chamber of FIG.

【図3】図1のシリンダヘッドの底面図である。FIG. 3 is a bottom view of the cylinder head of FIG. 1;

【図4】燃焼室の側面断面図である。FIG. 4 is a side sectional view of a combustion chamber.

【図5】吸排気弁のリフトと燃料噴射を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing lift and fuel injection of intake and exhaust valves.

【図6】スモークおよびNOx の発生量等を示す図であ
る。
FIG. 6 is a diagram showing amounts of smoke and NO x generated, and the like.

【図7】燃焼圧を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a combustion pressure.

【図8】燃料分子を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing fuel molecules.

【図9】スモークの発生量とEGR率との関係を示す図
である。
FIG. 9 is a diagram showing a relationship between a generation amount of smoke and an EGR rate.

【図10】噴射燃料量と混合ガス量との関係を示す図で
ある。
FIG. 10 is a diagram showing a relationship between an injected fuel amount and a mixed gas amount.

【図11】第1の運転領域Iおよび第2の運転領域IIを
示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing a first operation region I and a second operation region II.

【図12】空燃比センサの出力を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing an output of an air-fuel ratio sensor.

【図13】スロットル弁の開度等を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing an opening degree of a throttle valve and the like.

【図14】第1の運転領域Iにおける空燃比を示す図で
ある。
FIG. 14 is a diagram showing an air-fuel ratio in a first operation region I.

【図15】スロットル弁等の目標開度のマップを示す図
である。
FIG. 15 is a view showing a map of a target opening degree of a throttle valve and the like.

【図16】第2の燃焼における空燃比を示す図である。FIG. 16 is a diagram showing an air-fuel ratio in the second combustion.

【図17】スロットル弁等の目標開度を示す図である。FIG. 17 is a view showing a target opening degree of a throttle valve and the like.

【図18】触媒コンバータの部分拡大軸線方向断面図で
あり、(A)は切換弁の一方の遮断位置における排気ガ
スの流れを示し、(B)は切換弁の他方の遮断位置にお
ける排気ガスの流れを示している。
18A and 18B are partial enlarged axial sectional views of the catalytic converter, wherein FIG. 18A shows the flow of exhaust gas at one shut-off position of the switching valve, and FIG. 18B shows the flow of exhaust gas at the other shut-off position of the switching valve. Shows the flow.

【図19】NOx の吸放出作用を説明するための図であ
る。
FIG. 19 is a view for explaining the NO x absorption / release action.

【図20】単位時間当りのNOx 吸収量のマップを示す
図である。
FIG. 20 is a diagram showing a map of the NO x absorption amount per unit time.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

6…燃料噴射弁 16…スロットル弁 19…切換弁 20…触媒コンバータ 6: Fuel injection valve 16: Throttle valve 19: Switching valve 20: Catalytic converter

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) F01N 3/08 F01N 3/24 E 3/24 ZABS ZAB F02D 21/08 301B F02D 21/08 301 F02M 25/07 570J F02M 25/07 570 B01D 53/36 103C ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI Theme coat ゛ (Reference) F01N 3/08 F01N 3/24 E 3/24 ZABS ZAB F02D 21/08 301B F02D 21/08 301 F02M 25 / 07 570J F02M 25/07 570 B01D 53/36 103C

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 少なくとも酸化機能を有するウォールフ
ロー型の触媒コンバータを備え、前記触媒コンバータの
一方の側から排気ガスを流入させて前記触媒コンバータ
に捕集されたパティキュレートを焼失させるために、前
記触媒コンバータの反対側から還元物質を含む排気ガス
を流入させることを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化
方法。
1. A catalyst comprising a wall-flow type catalytic converter having at least an oxidizing function, wherein the exhaust gas flows from one side of the catalytic converter to burn out particulates collected by the catalytic converter. An exhaust gas purification method for an internal combustion engine, wherein exhaust gas containing a reducing substance is caused to flow in from the opposite side of a catalytic converter.
【請求項2】 前記触媒コンバータの反対側から流入さ
せた前記還元物質を前記触媒コンバータの前記酸化機能
によって燃焼させ、この燃焼熱を前記パティキュレート
の焼失に利用することを特徴とする請求項1に記載の内
燃機関の排気ガス浄化方法。
2. The method according to claim 1, wherein the reducing substance introduced from the opposite side of the catalytic converter is burned by the oxidizing function of the catalytic converter, and the heat of combustion is used for burning out the particulates. The exhaust gas purifying method for an internal combustion engine according to Claim 1.
【請求項3】 前記内燃機関は、気筒内へ不活性ガスを
供給するための不活性ガス供給手段と、煤の発生量を最
大とする最悪不活性ガス量より多量の前記不活性ガスを
気筒内へ供給して燃焼を実施する第一燃焼と、前記最悪
不活性ガス量より少量の前記不活性ガスを気筒内へ供給
して燃焼を実施する第二燃焼とを選択的に切り換える切
換手段を具備し、前記第一燃焼によって前記触媒コンバ
ータの反対側から流入させるための前記還元物質を含む
排気ガスを発生させ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ガス浄化方法。
3. An internal combustion engine, comprising: an inert gas supply unit for supplying an inert gas into a cylinder; and a cylinder that supplies a larger amount of the inert gas than the worst inert gas amount that maximizes soot generation. Switching means for selectively switching between the first combustion in which the combustion is performed by supplying the gas into the cylinder and the combustion in which the inert gas is supplied into the cylinder and the amount of the inert gas is smaller than the worst inert gas amount. The exhaust gas containing the reducing substance for flowing in from the opposite side of the catalytic converter is provided by the first combustion.
The exhaust gas purifying method for an internal combustion engine according to Claim 1.
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