JP2002122019A - Exhaust gas purification device for internal combustion engine - Google Patents
Exhaust gas purification device for internal combustion engineInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】NOx触媒の床温に基づいて還元剤の供給を行
い、触媒の劣化や排気エミッションの悪化を防止する。
【解決手段】NOx触媒20と、内燃機関1の運転状態
を検出する運転状態検出手段と、NOx触媒20に流入
する排気の温度を計測する入ガス温度計測手段37と、
NOx触媒20から流出する排気の温度を計測する出ガ
ス温度計測手段24と、排気の温度及び運転状態に基づ
いてNOx触媒20の床温を推定する入ガスによる触媒
床温推定手段35と、NOx触媒の床温に基づいて還元
剤を供給する還元剤供給手段28と、排気の温度に基づ
いてNOx触媒20の床温を検出する出ガスによる触媒
床温検出手段35と、NOx触媒が異常であるか否かの
判断を行う異常判断手段と、を具備した。
(57) [Problem] To supply a reducing agent based on the bed temperature of a NOx catalyst and prevent deterioration of the catalyst and deterioration of exhaust emission. An NOx catalyst, operating state detecting means for detecting an operating state of an internal combustion engine, input gas temperature measuring means for measuring a temperature of exhaust gas flowing into the NOx catalyst,
An outlet gas temperature measuring means 24 for measuring the temperature of the exhaust gas flowing out of the NOx catalyst 20, a catalyst bed temperature estimating means 35 for estimating the bed temperature of the NOx catalyst 20 based on the temperature of the exhaust gas and the operating state; A reducing agent supply means 28 for supplying a reducing agent based on the bed temperature of the catalyst, a catalyst bed temperature detecting means 35 for detecting the bed temperature of the NOx catalyst 20 based on the temperature of exhaust gas, Abnormality judgment means for judging whether or not there is an error.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の排気を
浄化する排気浄化装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an exhaust gas purifying apparatus for purifying exhaust gas of an internal combustion engine.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、自動車等に搭載される内燃機関、
特に酸素過剰状態の混合気(所謂、リーン空燃比の混合
気)を燃焼可能とするディーゼル機関やリーンバーン・
ガソリン機関では、該内燃機関の排気中に含まれる窒素
酸化物(NOx)を浄化する技術が望まれている。2. Description of the Related Art In recent years, internal combustion engines mounted on automobiles and the like,
In particular, a diesel engine or a lean burn engine capable of burning an air-fuel mixture in an excess oxygen state (a so-called lean air-fuel ratio air-fuel mixture)
In a gasoline engine, a technique for purifying nitrogen oxides (NOx) contained in exhaust gas of the internal combustion engine is desired.
【0003】このような要求に対し、内燃機関の排気系
にリーンNOx触媒を配置する技術が提案されている。
排気中の有害成分を浄化する排気浄化装置として、選択
還元型NOx触媒や吸蔵還元型NOx触媒などのリーンN
Ox触媒が知られている。In response to such demands, a technique has been proposed in which a lean NOx catalyst is disposed in an exhaust system of an internal combustion engine.
Lean N such as a selective reduction type NOx catalyst or a storage reduction type NOx catalyst as an exhaust purification device for purifying harmful components in exhaust gas.
Ox catalysts are known.
【0004】選択還元型NOx触媒は、酸素過剰の雰囲
気で炭化水素(HC)の存在下でNOxを還元または分
解する触媒であり、この選択還元型NOx触媒でNOxを
浄化するためには適量のHC成分(還元剤)が必要とさ
れる。この選択還元型NOx触媒を前記内燃機関の排気
浄化に用いる場合、該内燃機関の通常運転時の排気中の
HC成分の量は極めて少ないので、通常運転時にNOx
を浄化するためには、選択還元型NOx触媒にHC成分
を供給する必要がある。A selective reduction type NOx catalyst is a catalyst that reduces or decomposes NOx in the presence of hydrocarbons (HC) in an oxygen-excess atmosphere. To purify NOx with this selective reduction type NOx catalyst, an appropriate amount is used. An HC component (reducing agent) is required. When this selective reduction type NOx catalyst is used for purifying the exhaust gas of the internal combustion engine, the amount of the HC component in the exhaust gas during the normal operation of the internal combustion engine is extremely small.
It is necessary to supply the HC component to the NOx selective reduction catalyst in order to purify the NOx.
【0005】一方、吸蔵還元型NOx触媒は、流入排気
の空燃比がリーン空燃比のときはNOxを吸収し、流入
排気の酸素濃度が低下すると吸収したNOxを放出し、
N2に還元する触媒である。On the other hand, the NOx storage reduction catalyst absorbs NOx when the air-fuel ratio of the inflow exhaust gas is lean, and releases the absorbed NOx when the oxygen concentration of the inflow exhaust gas decreases.
A catalyst for reducing the N 2.
【0006】吸蔵還元型NOx触媒が内燃機関の排気系
に配置されると、内燃機関が希薄燃焼運転されて排気の
空燃比が高くなるときは排気中の窒素酸化物(NOx)
が吸蔵還元型NOx触媒に吸収され、吸蔵還元型NOx触
媒に流入する排気の空燃比が低くなったときは吸蔵還元
型NOx触媒に吸収されていた窒素酸化物(NOx)が放
出されつつ窒素(N2)に還元される。When the NOx storage reduction catalyst is disposed in the exhaust system of an internal combustion engine, when the internal combustion engine is operated in a lean burn mode and the air-fuel ratio of the exhaust gas becomes high, nitrogen oxide (NOx) in the exhaust gas is increased.
Is absorbed by the NOx storage reduction catalyst, and when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx storage reduction catalyst decreases, nitrogen (NOx) absorbed by the NOx storage reduction catalyst is released while nitrogen (NOx) is released. N 2 ).
【0007】ところで、吸蔵還元型NOx触媒のNOx吸
収能力には限りがあるため、内燃機関が長期にわたって
希薄燃焼運転されると、吸蔵還元型NOx触媒のNOx吸
収能力が飽和し、排気中の窒素酸化物(NOx)が吸蔵
還元型NOx触媒によって除去されることなく大気中に
放出されることになる。However, since the NOx absorption capacity of the NOx storage reduction catalyst is limited, when the internal combustion engine is operated in lean combustion for a long period of time, the NOx absorption capacity of the NOx storage reduction catalyst is saturated and the NOx in the exhaust gas is saturated. Oxides (NOx) are released to the atmosphere without being removed by the NOx storage reduction catalyst.
【0008】従って、吸蔵還元型NOx触媒を希薄燃焼
式内燃機関に適用する場合は、吸蔵還元型NOx触媒の
NOx吸収能力が飽和する前に該吸蔵還元型NOx触媒に
流入する排気の空燃比を低下させる、所謂リッチスパイ
ク制御を実行することにより、吸蔵還元型NOx触媒に
吸収されている窒素酸化物(NOx)を放出及び還元さ
せる必要がある。Therefore, when the NOx storage reduction catalyst is applied to a lean burn internal combustion engine, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx storage reduction catalyst before the NOx absorption capacity of the NOx storage reduction catalyst is saturated. It is necessary to release and reduce the nitrogen oxides (NOx) absorbed in the NOx storage reduction catalyst by executing the so-called rich spike control for reducing the NOx.
【0009】リッチスパイク制御の具体的な方法として
は、吸蔵還元型NOx触媒より上流を流れる排気中に還
元剤たる燃料を添加する方法を例示することができる。[0009] As a specific method of the rich spike control, a method of adding a fuel as a reducing agent to exhaust gas flowing upstream of the NOx storage reduction catalyst can be exemplified.
【0010】一方、吸蔵還元型NOx触媒には燃料に含
まれる硫黄分が燃焼して生成される硫黄酸化物(SO
x)もNOxと同じメカニズムで吸収される。この吸収さ
れたSOxは時間経過とともに安定な硫酸塩を形成する
ためNOxよりも放出されにくく、NOx触媒内に蓄積さ
れる。これをSOx被毒といい、SOx被毒が進行してN
Ox触媒内のSOx蓄積量が増大すると、NOx触媒のN
Ox吸収量が減少するため、NOx浄化率が低下する。こ
のため、適宜の時期にSOx被毒から回復させる被毒解
消処理を施す必要がある。この被毒解消処理は、NOx
触媒を高温(例えば600ないし700℃程度)にしつ
つ理論空燃比あるいはリッチ空燃比の排気をNOx触媒
に流して行わなくてはならない。On the other hand, a sulfur oxide (SO 2) generated by combustion of sulfur contained in fuel is stored in the NOx storage reduction catalyst.
x) is also absorbed by the same mechanism as NOx. The absorbed SOx forms a stable sulfate over time and is therefore less likely to be released than NOx, and is accumulated in the NOx catalyst. This is called SOx poisoning, and as SOx poisoning progresses, N
When the accumulated amount of SOx in the Ox catalyst increases, the Nx of the NOx catalyst increases.
Since the Ox absorption amount decreases, the NOx purification rate decreases. Therefore, it is necessary to perform poisoning elimination processing for recovering from SOx poisoning at an appropriate time. This poisoning elimination process is performed by NOx
The exhaust gas having a stoichiometric air-fuel ratio or a rich air-fuel ratio must be flowed through the NOx catalyst while the temperature of the catalyst is raised (for example, about 600 to 700 ° C.).
【0011】これらリーンNOx触媒を用いた排気浄化
システムにおいては、リーンNOx触媒の触媒床温の管
理が非常に重要である。In the exhaust gas purification system using the lean NOx catalyst, it is very important to control the catalyst bed temperature of the lean NOx catalyst.
【0012】例えば、リーンNOx触媒には活性温度が
あり、触媒床温がこの活性温度範囲から外れると、浄化
能力が極度に低下する。また、前述のようにSOx被毒
を解消するためには所定温度を維持する必要がある。さ
らには、SOx被毒解消時にNOx触媒の温度が過剰に上
昇すると、NOx触媒の熱劣化を誘発する虞れがある。For example, a lean NOx catalyst has an activation temperature, and if the catalyst bed temperature falls outside this activation temperature range, the purification capacity is extremely reduced. Further, as described above, it is necessary to maintain a predetermined temperature in order to eliminate SOx poisoning. Further, if the temperature of the NOx catalyst rises excessively at the time of SOx poisoning elimination, thermal degradation of the NOx catalyst may be induced.
【0013】ここで、吸蔵還元型NOx触媒の熱劣化に
ついて説明すると、NOx 触媒におけるNOxの吸収は
白金Pt(触媒物質)とカリウムK(NOx吸収剤)と
の界面において行われるが、Ptは熱によってシンタリ
ングを起こし、成長して粒径が大きくなることが知られ
ている。車両用内燃機関から排出される排気の浄化にお
いては、NOx 触媒に加わる熱負荷が大きく、白金Pt
のシンタリングを避けることはできない。このように白
金Ptがシンタリングを起こすと、白金Ptとカリウム
Kの接触面積が少なくなり、即ち、白金Ptとカリウム
Kの界面が少なくなる。この結果、NOx 触媒のNOx
吸収能力が低下し、NOx浄化能力が低下する。Here, the thermal deterioration of the NOx storage reduction catalyst will be described. The NOx is absorbed by the NOx catalyst at the interface between platinum Pt (catalytic substance) and potassium K (NOx absorbent). It is known that sintering occurs and grows to increase the particle size. In purifying exhaust gas discharged from a vehicle internal combustion engine, the heat load applied to the NOx catalyst is large, and platinum Pt
Sintering cannot be avoided. When platinum Pt causes sintering, the contact area between platinum Pt and potassium K decreases, that is, the interface between platinum Pt and potassium K decreases. As a result, the NOx of the NOx catalyst
The absorption capacity decreases, and the NOx purification ability decreases.
【0014】このような問題に対し、特許第28450
56号公報に記載されたような内燃機関の排気浄化装置
が提案されている。この公報に記載された内燃機関の排
気浄化装置は、吸蔵還元型NOx触媒において排気中の
酸素と反応して消費される還元剤の量と吸蔵還元型NO
x触媒に吸収されている窒素酸化物(NOx)を還元する
ために必要となる還元剤の量とを考慮して、還元剤の添
加量を決定することにより、還元剤の過剰供給や供給不
足を防止、以てNOx吸蔵材の温度の低下の問題を解決
しようとするものである。To solve such a problem, Japanese Patent No. 28450
An exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine as described in Japanese Patent Publication No. 56 has been proposed. The exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine described in this publication discloses the amount of a reducing agent consumed by reacting with oxygen in exhaust gas in an NOx storage reduction catalyst and the amount of NO stored and reduced.
x The amount of the reducing agent to be added is determined in consideration of the amount of the reducing agent required to reduce the nitrogen oxides (NOx) absorbed by the catalyst. Therefore, the problem of lowering the temperature of the NOx storage material is to be solved.
【0015】[0015]
【発明が解決しようとする課題】しかし、必要となる還
元剤の添加量を正確に求めることができたとしても、添
加された還元剤が排気通路へ付着すると、蒸発してNO
x触媒に到達するまでに時間がかかり、NOx触媒の温度
維持に必要な空燃比を精度良く得ることが困難になる。However, even if the required amount of the reducing agent can be accurately determined, if the added reducing agent adheres to the exhaust passage, it evaporates and NO
It takes time to reach the x catalyst, and it becomes difficult to accurately obtain the air-fuel ratio required for maintaining the temperature of the NOx catalyst.
【0016】さらに、排気通路に付着した還元剤が車両
の加速時等に一気にNOx触媒に流れ込み、触媒床温が
過剰に上昇してしまう懸念も生じる。Further, there is a concern that the reducing agent adhering to the exhaust passage may flow into the NOx catalyst at a stretch when the vehicle is accelerating, and the catalyst bed temperature may rise excessively.
【0017】このように、触媒の温度は還元剤が排気通
路へ付着することにより不安定となるので、触媒の温度
に応じた適切な量の還元剤をNOx触媒へ供給する必要
がある。また、触媒の熱劣化を防止するために触媒床温
の過剰な上昇を監視する必要もある。As described above, since the temperature of the catalyst becomes unstable when the reducing agent adheres to the exhaust passage, it is necessary to supply an appropriate amount of the reducing agent to the NOx catalyst according to the temperature of the catalyst. It is also necessary to monitor for an excessive rise in catalyst bed temperature in order to prevent thermal degradation of the catalyst.
【0018】このような問題に対して、触媒担体中に温
度センサを設置して直接触媒床温を得ることが考えられ
るが担体の信頼性が低下するため実際には困難である。
また、内燃機関の排気通路に温度センサを設置して、排
気の温度に一時遅れ処理等を行い触媒床温を推定する技
術が知られているが、上述の排気通路への還元剤の付着
等の外乱があり必要な推定精度を得ることは困難であ
る。To solve such a problem, it is conceivable to directly obtain the catalyst bed temperature by installing a temperature sensor in the catalyst carrier, but it is actually difficult because the reliability of the carrier is reduced.
In addition, a technology is known in which a temperature sensor is installed in an exhaust passage of an internal combustion engine to perform a temporary delay process on the temperature of exhaust gas to estimate a catalyst bed temperature. And it is difficult to obtain the required estimation accuracy.
【0019】本発明はこのような従来の技術の問題点に
鑑みてなされたものであり、本発明が解決しようとする
課題は、精度良くNOx触媒の床温を推定し、適切な還
元剤の添加を実施して触媒の劣化や排気エミッションの
悪化を防止することにある。The present invention has been made in view of such problems of the prior art, and the problem to be solved by the present invention is to accurately estimate the bed temperature of the NOx catalyst and to determine the appropriate reducing agent. The purpose is to prevent the deterioration of the catalyst and the exhaust emission by performing the addition.
【0020】[0020]
【課題を解決するための手段】本発明は、上記した課題
を解決するために以下のような手段を採用した。The present invention employs the following means to solve the above-mentioned problems.
【0021】すなわち、本発明に係る内燃機関の排気浄
化装置は、酸素過剰状態の混合気を燃焼可能とする希薄
燃焼式の内燃機関の排気通路に設けられたNOx触媒
と、前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手
段と、前記NOx触媒に流入する排気の温度を計測する
入ガス温度計測手段と、前記NOx触媒から流出する排
気の温度を計測する出ガス温度計測手段と、前記入ガス
温度計測手段により計測された排気の温度及び前記運転
状態検出手段により検出された運転状態に基づいて前記
NOx触媒の床温を推定する入ガス触媒床温推定手段
と、前記入ガス触媒床温推定手段が推定した前記NOx
触媒の床温に基づいて前記NOx触媒に還元剤を供給す
る還元剤供給手段と、前記出ガス温度計測手段で計測さ
れた排気の温度に基づいて前記NOx触媒の床温を検出
する出ガス触媒床温検出手段と、前記出ガス触媒床温推
定手段が推定した前記NOx触媒の床温に基づいて前記
NOx触媒が異常であるか否かの判断を行う異常判断手
段と、を具備した。That is, an exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to the present invention comprises: a NOx catalyst provided in an exhaust passage of a lean-burn internal combustion engine capable of burning an air-fuel mixture in an excess oxygen state; Operating state detecting means for detecting a state, incoming gas temperature measuring means for measuring the temperature of exhaust gas flowing into the NOx catalyst, outgoing gas temperature measuring means for measuring the temperature of exhaust gas flowing out of the NOx catalyst; Gas inlet catalyst bed temperature estimating means for estimating the bed temperature of the NOx catalyst based on the exhaust gas temperature measured by the gas temperature measuring means and the operating state detected by the operating state detecting means; The NOx estimated by the estimation means
Reducing agent supply means for supplying a reducing agent to the NOx catalyst based on the bed temperature of the catalyst; and an outgassing catalyst for detecting the bed temperature of the NOx catalyst based on the temperature of the exhaust gas measured by the outgassing temperature measuring means. A bed temperature detecting unit; and an abnormality determining unit that determines whether the NOx catalyst is abnormal based on the bed temperature of the NOx catalyst estimated by the outgassing catalyst bed temperature estimating unit.
【0022】前記入ガス触媒床温推定手段は、前記内燃
機関に吸入される空気の量と、前記内燃機関から排出さ
れるHCの量と、前記還元剤供給手段により供給される
還元剤の量と、前記入ガス温度計測手段により計測され
た排気の温度と、から、前記排気通路及び前記NOx触
媒での前記還元剤の付着量及び蒸発量を算出し、この算
出値に基づいて前記NOx触媒の床温を推定することが
できる。The inlet gas catalyst bed temperature estimating means includes: an amount of air taken into the internal combustion engine, an amount of HC exhausted from the internal combustion engine, and an amount of reducing agent supplied by the reducing agent supply means. And the exhaust gas temperature measured by the incoming gas temperature measuring means, to calculate the amount of the reducing agent attached and the amount of evaporation in the exhaust passage and the NOx catalyst, and based on the calculated values, the NOx catalyst Bed temperature can be estimated.
【0023】このように構成された内燃機関の排気浄化
装置では、入ガス温度計測手段によって計測された排気
の温度及び内燃機関の運転状態に基づいて排気通路への
還元剤の付着量とその付着した還元剤の蒸発量とを考慮
してNOx触媒の床温を推定することができる。この推
定された触媒床温は触媒に流入する排気の温度に基づい
て推定されているので実際の触媒床温に対して遅れはな
い。よって前記還元剤供給手段は、この推定されたNO
x触媒の床温に基づいて遅れなく還元剤の供給を行うこ
とができる。In the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine constructed as described above, the amount of the reducing agent attached to the exhaust passage and the amount of the reducing agent attached to the exhaust passage are determined based on the exhaust gas temperature measured by the input gas temperature measuring means and the operating state of the internal combustion engine. The bed temperature of the NOx catalyst can be estimated in consideration of the amount of evaporation of the reducing agent. Since the estimated catalyst bed temperature is estimated based on the temperature of the exhaust gas flowing into the catalyst, there is no delay from the actual catalyst bed temperature. Therefore, the reducing agent supply means determines the estimated NO.
x The reducing agent can be supplied without delay based on the bed temperature of the catalyst.
【0024】前記入ガス温度計測手段が故障や劣化等し
て正確な温度を出力しなくなるとNOx触媒の床温を正
しく推定できないため、過剰に還元剤を供給してしまい
NOx触媒の温度が過剰に上昇する虞れがある。If the input gas temperature measuring means fails to output an accurate temperature due to failure or deterioration, etc., the bed temperature of the NOx catalyst cannot be estimated correctly, so that the reducing agent is supplied excessively and the temperature of the NOx catalyst becomes excessive. May rise.
【0025】そこで、前記出ガス温度計測手段によって
計測された排気の温度を触媒の過加熱等の異常判断に用
いると安全性を向上させることができる。NOx触媒の
過加熱等が検出されたときには前記還元剤供給手段は還
元剤の供給を中止して触媒の熱劣化を防止することがで
きる。このため、出ガス温度計測手段はNOx触媒にで
きるだけ近く設置することが望ましい。Therefore, the safety can be improved by using the temperature of the exhaust gas measured by the outlet gas temperature measuring means for abnormality determination such as overheating of the catalyst. When overheating or the like of the NOx catalyst is detected, the reducing agent supply means stops the supply of the reducing agent and can prevent the catalyst from being thermally degraded. For this reason, it is desirable that the outlet gas temperature measuring means be installed as close as possible to the NOx catalyst.
【0026】[0026]
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る内燃機関の排
気浄化装置の具体的な実施態様について図面に基づいて
説明する。ここでは、本発明に係る排気浄化装置を車両
駆動用のディーゼル機関に適用した場合を例に挙げて説
明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A specific embodiment of an exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to the present invention will be described below with reference to the drawings. Here, a case where the exhaust gas purification apparatus according to the present invention is applied to a diesel engine for driving a vehicle will be described as an example.
【0027】図1は、本発明に係る排気浄化装置を適用
する内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図であ
る。FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an internal combustion engine to which an exhaust gas purifying apparatus according to the present invention is applied and an intake / exhaust system thereof.
【0028】図1に示す内燃機関1は、4つの気筒2を
有する水冷式の4サイクル・ディーゼル機関である。The internal combustion engine 1 shown in FIG. 1 is a water-cooled four-cycle diesel engine having four cylinders 2.
【0029】内燃機関1は、各気筒2の燃焼室に直接燃
料を噴射する燃料噴射弁3を備えている。各燃料噴射弁
3は、燃料を所定圧まで蓄圧する蓄圧室(コモンレー
ル)4と接続されている。このコモンレール4には、該
コモンレール4内の燃料の圧力に対応した電気信号を出
力するコモンレール圧センサ4aが取り付けられてい
る。The internal combustion engine 1 has a fuel injection valve 3 for directly injecting fuel into the combustion chamber of each cylinder 2. Each fuel injection valve 3 is connected to a pressure accumulation chamber (common rail) 4 for accumulating fuel up to a predetermined pressure. The common rail 4 is provided with a common rail pressure sensor 4a that outputs an electric signal corresponding to the pressure of the fuel in the common rail 4.
【0030】前記コモンレール4は、燃料供給管5を介
して燃料ポンプ6と連通している。この燃料ポンプ6
は、内燃機関1の出力軸(クランクシャフト)の回転ト
ルクを駆動源として作動するポンプであり、該燃料ポン
プ6の入力軸に取り付けられたポンププーリ6が内燃機
関1の出力軸(クランクシャフト)に取り付けられたク
ランクプーリ1aとベルト7を介して連結されている。The common rail 4 communicates with a fuel pump 6 via a fuel supply pipe 5. This fuel pump 6
Is a pump that operates using the rotational torque of the output shaft (crankshaft) of the internal combustion engine 1 as a drive source. The pump pulley 6 attached to the input shaft of the fuel pump 6 is connected to the output shaft (crankshaft) of the internal combustion engine 1. It is connected to the attached crank pulley 1a via a belt 7.
【0031】このように構成された燃料噴射系では、ク
ランクシャフトの回転トルクが燃料ポンプ6の入力軸へ
伝達されると、燃料ポンプ6は、クランクシャフトから
該燃料ポンプ6の入力軸へ伝達された回転トルクに応じ
た圧力で燃料を吐出する。In the fuel injection system configured as described above, when the rotation torque of the crankshaft is transmitted to the input shaft of the fuel pump 6, the fuel pump 6 is transmitted from the crankshaft to the input shaft of the fuel pump 6. The fuel is discharged at a pressure corresponding to the rotating torque.
【0032】前記燃料ポンプ6から吐出された燃料は、
燃料供給管5を介してコモンレール4へ供給され、コモ
ンレール4にて所定圧まで蓄圧されて各気筒2の燃料噴
射弁3へ分配される。そして、燃料噴射弁3に駆動電流
が印加されると、燃料噴射弁3が開弁し、その結果、燃
料噴射弁3から気筒2内へ燃料が噴射される。The fuel discharged from the fuel pump 6 is
The fuel is supplied to the common rail 4 via the fuel supply pipe 5, accumulated in the common rail 4 to a predetermined pressure, and distributed to the fuel injection valves 3 of each cylinder 2. When a drive current is applied to the fuel injection valve 3, the fuel injection valve 3 opens, and as a result, fuel is injected from the fuel injection valve 3 into the cylinder 2.
【0033】次に、内燃機関1には、吸気枝管8が接続
されており、吸気枝管8の各枝管は、各気筒2の燃焼室
と図示しない吸気ポートを介して連通している。Next, an intake branch pipe 8 is connected to the internal combustion engine 1, and each branch pipe of the intake branch pipe 8 communicates with a combustion chamber of each cylinder 2 via an intake port (not shown). .
【0034】前記吸気枝管8は、吸気管9に接続され、
この吸気管9は、エアクリーナボックス10に接続され
ている。前記エアクリーナボックス10より下流の吸気
管9には、該吸気管9内を流れる吸気の質量に対応した
電気信号を出力するエアフローメータ11と、該吸気管
9内を流れる吸気の温度に対応した電気信号を出力する
吸気温度センサ12とが取り付けられている。The intake branch pipe 8 is connected to an intake pipe 9.
This intake pipe 9 is connected to an air cleaner box 10. An air flow meter 11 that outputs an electric signal corresponding to the mass of the intake air flowing through the intake pipe 9 and an electric current corresponding to the temperature of the intake air flowing through the intake pipe 9 are provided at an intake pipe 9 downstream of the air cleaner box 10. An intake air temperature sensor 12 that outputs a signal is attached.
【0035】前記吸気管9における吸気枝管8の直上流
に位置する部位には、該吸気管9内を流れる吸気の流量
を調節する吸気絞り弁13が設けられている。この吸気
絞り弁13には、ステッパモータ等で構成されて該吸気
絞り弁13を開閉駆動する吸気絞り用アクチュエータ1
4が取り付けられている。An intake throttle valve 13 for adjusting the flow rate of intake air flowing through the intake pipe 9 is provided at a position of the intake pipe 9 immediately upstream of the intake branch pipe 8. The intake throttle valve 13 has an intake throttle actuator 1 that includes a stepper motor or the like and drives the intake throttle valve 13 to open and close.
4 is attached.
【0036】前記エアフローメータ11と前記吸気絞り
弁13との間に位置する吸気管9には、排気の熱エネル
ギを駆動源として作動する遠心過給機(ターボチャージ
ャ)15のコンプレッサハウジング15aが設けられ、
コンプレッサハウジング15aより下流の吸気管9に
は、前記コンプレッサハウジング15a内で圧縮されて
高温となった吸気を冷却するためのインタークーラ16
が設けられている。A compressor housing 15a of a centrifugal supercharger (turbocharger) 15 which operates using heat energy of exhaust gas as a drive source is provided in an intake pipe 9 located between the air flow meter 11 and the intake throttle valve 13. And
An intercooler 16 for cooling intake air, which has been compressed in the compressor housing 15a and has become high temperature, is provided in the intake pipe 9 downstream of the compressor housing 15a.
Is provided.
【0037】このように構成された吸気系では、エアク
リーナボックス10に流入した吸気は、該エアクリーナ
ボックス10内の図示しないエアクリーナによって吸気
中の塵や埃等が除去された後、吸気管9を介してコンプ
レッサハウジング15aに流入する。In the intake system configured as described above, the intake air flowing into the air cleaner box 10 passes through the intake pipe 9 after dust and the like in the intake are removed by an air cleaner (not shown) in the air cleaner box 10. And flows into the compressor housing 15a.
【0038】コンプレッサハウジング15aに流入した
吸気は、該コンプレッサハウジング15aに内装された
コンプレッサホイールの回転によって圧縮される。前記
コンプレッサハウジング15a内で圧縮されて高温とな
った吸気は、インタークーラ16にて冷却された後、必
要に応じて吸気絞り弁13によって流量を調節されて吸
気枝管8に流入する。吸気枝管8に流入した吸気は、各
枝管を介して各気筒2の燃焼室へ分配され、各気筒2の
燃料噴射弁3から噴射された燃料を着火源として燃焼さ
れる。The intake air flowing into the compressor housing 15a is compressed by rotation of a compressor wheel provided in the compressor housing 15a. The intake air that has been compressed in the compressor housing 15a and has become high temperature is cooled by the intercooler 16, and then flows into the intake branch pipe 8 with the flow rate adjusted by the intake throttle valve 13 as necessary. The intake air flowing into the intake branch pipe 8 is distributed to the combustion chamber of each cylinder 2 via each branch pipe, and is burned using the fuel injected from the fuel injection valve 3 of each cylinder 2 as an ignition source.
【0039】一方、内燃機関1には、排気枝管18が接
続され、排気枝管18の各枝管が図示しない排気ポート
を介して各気筒2の燃焼室と連通している。On the other hand, an exhaust branch pipe 18 is connected to the internal combustion engine 1, and each branch pipe of the exhaust branch pipe 18 communicates with a combustion chamber of each cylinder 2 via an exhaust port (not shown).
【0040】前記排気枝管18は、前記遠心過給機15
のタービンハウジング15bと接続されている。前記タ
ービンハウジング15bは、排気管19と接続され、こ
の排気管19は、下流にて図示しないマフラーに接続さ
れている。The exhaust branch pipe 18 is connected to the centrifugal turbocharger 15.
Of the turbine housing 15b. The turbine housing 15b is connected to an exhaust pipe 19, and the exhaust pipe 19 is connected downstream to a muffler (not shown).
【0041】前記排気管19の途中には、排気中の有害
ガス成分を浄化するための排気浄化触媒20が配置され
ている。排気浄化触媒20より下流の排気管19には、
該排気管19内を流れる排気の空燃比に対応した電気信
号を出力する空燃比センサ23と、該排気管19内を流
れ触媒20に流入する排気の温度に対応した電気信号を
出力する出ガス温度センサ24と、該排気管19内を流
れ触媒20から流出する排気の温度に対応した電気信号
を出力する入ガス温度センサ37と、が取り付けられて
いる。An exhaust gas purifying catalyst 20 for purifying harmful gas components in exhaust gas is disposed in the exhaust pipe 19. The exhaust pipe 19 downstream of the exhaust purification catalyst 20 includes:
An air-fuel ratio sensor 23 that outputs an electric signal corresponding to the air-fuel ratio of the exhaust flowing through the exhaust pipe 19; and an outgoing gas that outputs an electric signal corresponding to the temperature of the exhaust flowing through the exhaust pipe 19 and flowing into the catalyst 20. A temperature sensor 24 and an incoming gas temperature sensor 37 that outputs an electric signal corresponding to the temperature of exhaust gas flowing through the exhaust pipe 19 and flowing out of the catalyst 20 are attached.
【0042】前記した空燃比センサ23及び出ガス温度
センサ24より下流の排気管19には、該排気管19内
を流れる排気の流量を調節する排気絞り弁21が設けら
れている。この排気絞り弁21には、ステッパモータ等
で構成されて該排気絞り弁21を開閉駆動する排気絞り
用アクチュエータ22が取り付けられている。The exhaust pipe 19 downstream of the air-fuel ratio sensor 23 and the outlet gas temperature sensor 24 is provided with an exhaust throttle valve 21 for adjusting the flow rate of exhaust flowing through the exhaust pipe 19. The exhaust throttle valve 21 is provided with an exhaust throttle actuator 22 configured by a stepper motor or the like and driving the exhaust throttle valve 21 to open and close.
【0043】このように構成された排気系では、内燃機
関1の各気筒2で燃焼された混合気(既燃ガス)が排気
ポートを介して排気枝管18へ排出され、次いで排気枝
管18から遠心過給機15のタービンハウジング15b
へ流入する。タービンハウジング15bに流入した排気
は、該排気が持つ熱エネルギを利用してタービンハウジ
ング15b内に回転自在に支持されたタービンホイール
を回転させる。その際、タービンホイールの回転トルク
は、前述したコンプレッサハウジング15aのコンプレ
ッサホイールへ伝達される。In the exhaust system configured as described above, the air-fuel mixture (burned gas) burned in each cylinder 2 of the internal combustion engine 1 is discharged to the exhaust branch pipe 18 through the exhaust port, and then to the exhaust branch pipe 18. To the turbine housing 15b of the centrifugal supercharger 15
Flows into The exhaust gas flowing into the turbine housing 15b rotates a turbine wheel rotatably supported in the turbine housing 15b by using thermal energy of the exhaust gas. At this time, the rotational torque of the turbine wheel is transmitted to the compressor wheel of the compressor housing 15a described above.
【0044】前記タービンハウジング15bから排出さ
れた排気は、排気管19を介して排気浄化触媒20へ流
入し、排気中の有害ガス成分が除去又は浄化される。排
気浄化触媒20にて有害ガス成分を除去又は浄化された
排気は、必要に応じて排気絞り弁21によって流量を調
節された後にマフラーを介して大気中に放出される。The exhaust gas discharged from the turbine housing 15b flows into an exhaust gas purifying catalyst 20 through an exhaust pipe 19, and harmful gas components in the exhaust gas are removed or purified. The exhaust gas from which the harmful gas components have been removed or purified by the exhaust purification catalyst 20 is discharged into the atmosphere via a muffler after the flow rate is adjusted by an exhaust throttle valve 21 as necessary.
【0045】また、排気枝管18と吸気枝管8とは、排
気枝管18内を流れる排気の一部を吸気枝管8へ再循環
させる排気再循環通路(EGR通路)25を介して連通
されている。このEGR通路25の途中には、電磁弁な
どで構成され、印加電力の大きさに応じて前記EGR通
路25内を流れる排気(以下、EGRガスと称する)の
流量を変更する流量調整弁(EGR弁)26が設けられ
ている。The exhaust branch pipe 18 and the intake branch pipe 8 communicate with each other via an exhaust gas recirculation passage (EGR passage) 25 for recirculating a part of the exhaust gas flowing through the exhaust branch pipe 18 to the intake branch pipe 8. Have been. In the middle of the EGR passage 25, a flow rate adjusting valve (EGR) configured by an electromagnetic valve or the like to change the flow rate of exhaust gas (hereinafter, referred to as EGR gas) flowing in the EGR passage 25 according to the magnitude of the applied electric power. (Valve) 26 is provided.
【0046】前記EGR通路25においてEGR弁26
より上流の部位には、該EGR通路25内を流れるEG
Rガスを冷却するEGRクーラ27が設けられている。In the EGR passage 25, an EGR valve 26
The EG flowing in the EGR passage 25 is located at a more upstream portion.
An EGR cooler 27 for cooling the R gas is provided.
【0047】このように構成された排気再循環機構で
は、EGR弁26が開弁されると、EGR通路25が導
通状態となり、排気枝管18内を流れる排気の一部が前
記EGR通路25へ流入し、EGRクーラ27を経て吸
気枝管8へ導かれる。In the exhaust gas recirculation mechanism configured as described above, when the EGR valve 26 is opened, the EGR passage 25 becomes conductive, and a part of the exhaust gas flowing through the exhaust branch pipe 18 flows to the EGR passage 25. It flows into the intake branch pipe 8 through the EGR cooler 27.
【0048】その際、EGRクーラ27では、EGR通
路25内を流れるEGRガスと所定の冷媒との間で熱交
換が行われ、EGRガスが冷却されることになる。At this time, in the EGR cooler 27, heat exchange is performed between the EGR gas flowing in the EGR passage 25 and a predetermined refrigerant, and the EGR gas is cooled.
【0049】EGR通路25を介して排気枝管18から
吸気枝管8へ還流されたEGRガスは、吸気枝管8の上
流から流れてきた新気と混ざり合いつつ各気筒2の燃焼
室へ導かれ、燃料噴射弁3から噴射される燃料を着火源
として燃焼される。The EGR gas recirculated from the exhaust branch pipe 18 to the intake branch pipe 8 through the EGR passage 25 is guided to the combustion chamber of each cylinder 2 while mixing with fresh air flowing from the upstream of the intake branch pipe 8. Then, the fuel injected from the fuel injection valve 3 is burned using the ignition source.
【0050】ここで、EGRガスには、水(H2O)や
二酸化炭素(CO2)などのように、自らが燃焼するこ
とがなく、且つ、吸熱性を有する不活性ガス成分が含ま
れているため、EGRガスが混合気中に含有されると、
混合気の燃焼温度が低められ、以て窒素酸化物(NO
x)の発生量が抑制される。Here, the EGR gas contains an inert gas component such as water (H 2 O) or carbon dioxide (CO 2 ) which does not burn itself and has endothermic properties, such as water (H 2 O). Therefore, if EGR gas is contained in the air-fuel mixture,
The combustion temperature of the air-fuel mixture is lowered, so that nitrogen oxides (NO
x) is suppressed.
【0051】更に、EGRクーラ27においてEGRガ
スが冷却されると、EGRガス自体の温度が低下すると
ともにEGRガスの体積が縮小されるため、EGRガス
が燃焼室内に供給されたときに該燃焼室内の雰囲気温度
が不要に上昇することがなくなるとともに、燃焼室内に
供給される新気の量(新気の体積)が不要に減少するこ
ともない。Further, when the EGR gas is cooled in the EGR cooler 27, the temperature of the EGR gas itself decreases and the volume of the EGR gas decreases, so that when the EGR gas is supplied into the combustion chamber, The ambient temperature of the air does not unnecessarily rise, and the amount of fresh air (volume of fresh air) supplied into the combustion chamber does not unnecessarily decrease.
【0052】次に、本実施の形態に係る排気浄化触媒2
0について具体的に説明する。Next, the exhaust purification catalyst 2 according to the present embodiment
0 will be specifically described.
【0053】排気浄化触媒20は、還元剤の存在下で排
気中の窒素酸化物(NOx)を浄化するNOx触媒であ
る。このようなNOx触媒としては、選択還元型NOx触
媒や吸蔵還元型NOx触媒等を例示することができる
が、ここでは吸蔵還元型NOx触媒を例に挙げて説明す
る。以下、排気浄化触媒20を吸蔵還元型NOx触媒2
0と称するものとする。The exhaust purification catalyst 20 is a NOx catalyst that purifies nitrogen oxides (NOx) in exhaust gas in the presence of a reducing agent. Examples of such a NOx catalyst include a selective reduction type NOx catalyst and a storage reduction type NOx catalyst. Here, the storage reduction type NOx catalyst will be described as an example. Hereinafter, the exhaust purification catalyst 20 is replaced with the NOx storage reduction catalyst 2.
It shall be referred to as 0.
【0054】吸蔵還元型NOx触媒20は、例えば、ア
ルミナを担体とし、その担体上に、カリウム(K)、ナ
トリウム(Na)、リチウム(Li)、もしくはセシウ
ム(Cs)等のアルカリ金属と、バリウム(Ba)もし
くはカルシウム(Ca)等のアルカリ土類と、ランタン
(La)もしくはイットリウム(Y)等の希土類とから
選択された少なくとも1つと、白金(Pt)等の貴金属
とを担持して構成されている。尚、本実施の形態では、
アルミナからなる担体上にバリウム(Ba)と白金(P
t)とを担持して構成される吸蔵還元型NOx触媒を例
に挙げて説明する。The storage-reduction type NOx catalyst 20 uses, for example, alumina as a carrier, and an alkali metal such as potassium (K), sodium (Na), lithium (Li) or cesium (Cs) and barium on the carrier. (Ba) or at least one selected from alkaline earths such as calcium (Ca) and lanthanum (La) or yttrium (Y), and a noble metal such as platinum (Pt). ing. In the present embodiment,
Barium (Ba) and platinum (P) on a support made of alumina
t) will be described as an example.
【0055】このように構成された吸蔵還元型NOx触
媒20は、該吸蔵還元型NOx触媒20に流入する排気
の酸素濃度が高いときは排気中の窒素酸化物(NOx)
を吸収する。When the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the NOx storage reduction catalyst 20 is high, nitrogen oxides (NOx) in the exhaust gas are stored in the NOx storage reduction catalyst 20 configured as described above.
Absorb.
【0056】一方、吸蔵還元型NOx触媒20は、該吸
蔵還元型NOx触媒20に流入する排気の酸素濃度が低
下したときは吸収していた窒素酸化物(NOx)を放出
する。その際、排気中に炭化水素(HC)や一酸化炭素
(CO)等の還元成分が存在していれば、吸蔵還元型N
Ox触媒20は、該吸蔵還元型NOx触媒20から放出さ
れた窒素酸化物(NOx)を窒素(N2)に還元せしめる
ことができる。On the other hand, the NOx storage reduction catalyst 20 releases nitrogen oxides (NOx) absorbed when the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the NOx storage reduction catalyst 20 decreases. At this time, if reducing components such as hydrocarbons (HC) and carbon monoxide (CO) are present in the exhaust gas, the storage-reduction type N
The Ox catalyst 20 can reduce nitrogen oxides (NOx) released from the storage reduction type NOx catalyst 20 to nitrogen (N 2 ).
【0057】尚、吸蔵還元型NOx触媒20のNOx吸放
出作用については明らかにされていない部分もあるが、
おおよそ以下のようなメカニズムによって行われている
と考えられる。Incidentally, although there is no clear explanation of the NOx absorbing / releasing action of the NOx storage reduction catalyst 20,
It is thought that this is done by the following mechanism.
【0058】先ず、吸蔵還元型NOx触媒20では、該
吸蔵還元型NOx触媒20に流入する排気の空燃比がリ
ーン空燃比となって排気中の酸素濃度が高まると、図2
(A)に示されるように、排気中の酸素(O2)がO2 -
またはO2-の形で白金(Pt)の表面上に付着する。排
気中の一酸化窒素(NO)は、白金(Pt)の表面上で
O2 -またはO2-と反応して二酸化窒素(NO2)を形成
する(2NO+O2→2NO2)。二酸化窒素(NO2)
は、白金(Pt)の表面上で更に酸化され、硝酸イオン
(NO3-)の形で吸蔵還元型NOx触媒20に吸収され
る。尚、吸蔵還元型NOx触媒20に吸収された硝酸イ
オン(NO3-)は、酸化バリウム(BaO)と結合して
硝酸バリウム(Ba(NO3)2)を形成する。First, in the NOx storage reduction catalyst 20, when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx storage reduction catalyst 20 becomes a lean air-fuel ratio and the oxygen concentration in the exhaust gas increases, FIG.
As shown in (A), the oxygen (O 2 ) in the exhaust gas becomes O 2 −
Or adheres to the surface of platinum (Pt) in the form of O 2− . Nitric oxide (NO) in the exhaust reacts with O 2 − or O 2− on the surface of platinum (Pt) to form nitrogen dioxide (NO 2 ) (2NO + O 2 → 2NO 2 ). Nitrogen dioxide (NO 2 )
Is further oxidized on the surface of platinum (Pt) and absorbed by the NOx storage reduction catalyst 20 in the form of nitrate ions (NO 3− ). The nitrate ions (NO 3− ) absorbed by the NOx storage reduction catalyst 20 combine with barium oxide (BaO) to form barium nitrate (Ba (NO 3 ) 2 ).
【0059】このように吸蔵還元型NOx触媒20に流
入する排気の空燃比がリーン空燃比であるときは、排気
中の窒素酸化物(NOx)が硝酸イオン(NO3-)とし
て吸蔵還元型NOx触媒20に吸収される。When the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx storage reduction catalyst 20 is the lean air-fuel ratio, the nitrogen oxides (NOx) in the exhaust gas are converted into nitrate ions (NO 3− ) as the NOx storage-reduction type. It is absorbed by the catalyst 20.
【0060】上記したようなNOx吸収作用は、流入排
気の空燃比がリーン空燃比であり、且つ吸蔵還元型NO
x触媒20のNOx吸収能力が飽和しない限り継続され
る。従って、吸蔵還元型NOx触媒20に流入する排気
の空燃比がリーン空燃比であるときは、吸蔵還元型NO
x触媒20のNOx吸収能力が飽和しない限り、排気中の
窒素酸化物(NOx)が吸蔵還元型NOx触媒20に吸収
され、排気中から窒素酸化物(NOx)が除去されるこ
とになる。In the NOx absorbing operation as described above, the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is a lean air-fuel ratio, and the NOx storage-reduction type
The operation is continued as long as the NOx absorption capacity of the x catalyst 20 is not saturated. Therefore, when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx storage reduction catalyst 20 is the lean air-fuel ratio, the NOx storage-reduction NOx
As long as the NOx absorption capacity of the x catalyst 20 is not saturated, nitrogen oxides (NOx) in the exhaust gas are absorbed by the NOx storage reduction catalyst 20, and nitrogen oxides (NOx) are removed from the exhaust gas.
【0061】これに対して、吸蔵還元型NOx触媒20
では、該吸蔵還元型NOx触媒20に流入する排気の酸
素濃度が低下すると、白金(Pt)の表面上において二
酸化窒素(NO2)の生成量が減少するため、酸化バリ
ウム(BaO)と結合していた硝酸イオン(NO3-)が
逆に二酸化窒素(NO2)や一酸化窒素(NO)となっ
て吸蔵還元型NOx触媒20から離脱する。On the other hand, the storage reduction type NOx catalyst 20
Then, when the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the NOx storage reduction catalyst 20 decreases, the amount of nitrogen dioxide (NO 2 ) generated on the surface of platinum (Pt) decreases, so that it is combined with barium oxide (BaO). The nitrate ions (NO 3− ) that have been conversely turn into nitrogen dioxide (NO 2 ) or nitrogen monoxide (NO) and are released from the NOx storage reduction catalyst 20.
【0062】その際、排気中に炭化水素(HC)や一酸
化炭素(CO)等の還元成分が存在していれば、それら
の還元成分が白金(Pt)上の酸素(O2-またはO2-)
と部分的に反応して活性種を形成する。この活性種は、
吸蔵還元型NOx触媒20から放出された二酸化窒素
(NO2)や一酸化窒素(NO)を窒素(N2)に還元せ
しめることになる。At this time, if reducing components such as hydrocarbons (HC) and carbon monoxide (CO) are present in the exhaust gas, those reducing components are converted to oxygen (O 2− or O 2 ) on platinum (Pt). 2- )
Reacts to form active species. This active species
Nitrogen dioxide (NO 2 ) and nitric oxide (NO) released from the NOx storage reduction catalyst 20 are reduced to nitrogen (N 2 ).
【0063】従って、吸蔵還元型NOx触媒20に流入
する排気の空燃比が理論空燃比又はリッチ空燃比となっ
て排気中の酸素濃度が低下するとともに還元剤の濃度が
高まると、吸蔵還元型NOx触媒20に吸収されていた
窒素酸化物(NOx)が放出及び還元され、以て吸蔵還
元型NOx触媒20のNOx吸収能力が再生されることに
なる。Accordingly, when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx storage reduction catalyst 20 becomes the stoichiometric air-fuel ratio or the rich air-fuel ratio, the oxygen concentration in the exhaust decreases and the concentration of the reducing agent increases, the NOx storage-reduction NOx increases. The nitrogen oxides (NOx) absorbed by the catalyst 20 are released and reduced, whereby the NOx absorption capacity of the NOx storage reduction catalyst 20 is regenerated.
【0064】ところで、内燃機関1が希薄燃焼運転され
ている場合は、内燃機関1から排出される排気の空燃比
がリーン雰囲気となり排気の酸素濃度が高くなるため、
排気中に含まれる窒素酸化物(NOx)が吸蔵還元型N
Ox触媒20に吸収されることになるが、内燃機関1の
希薄燃焼運転が長期間継続されると、吸蔵還元型NOx
触媒20のNOx吸収能力が飽和し、排気中の窒素酸化
物(NOx)が吸蔵還元型NOx触媒20にて除去されず
に大気中へ放出されてしまう。When the internal combustion engine 1 is operating in the lean burn operation, the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the internal combustion engine 1 becomes a lean atmosphere, and the oxygen concentration of the exhaust gas becomes high.
Nitrogen oxides (NOx) contained in exhaust gas are stored and reduced N
Although it is absorbed by the Ox catalyst 20, if the lean burn operation of the internal combustion engine 1 is continued for a long time, the NOx stored and reduced
The NOx absorption capacity of the catalyst 20 is saturated, and nitrogen oxides (NOx) in the exhaust gas are released to the atmosphere without being removed by the NOx storage reduction catalyst 20.
【0065】特に、内燃機関1のようなディーゼル機関
では、大部分の運転領域においてリーン空燃比の混合気
が燃焼され、それに応じて大部分の運転領域において排
気の空燃比がリーン空燃比となるため、吸蔵還元型NO
x触媒20のNOx吸収能力が飽和し易い。In particular, in a diesel engine such as the internal combustion engine 1, a mixture having a lean air-fuel ratio is burned in most of the operating region, and the air-fuel ratio of exhaust gas becomes a lean air-fuel ratio in most of the operating region. Therefore, the storage reduction type NO
The NOx absorption capacity of the x catalyst 20 is likely to be saturated.
【0066】従って、内燃機関1が希薄燃焼運転されて
いる場合は、吸蔵還元型NOx触媒20のNOx吸収能力
が飽和する前に吸蔵還元型NOx触媒20に流入する排
気中の酸素濃度を低下させるとともに還元剤の濃度を高
め、吸蔵還元型NOx触媒20に吸収された窒素酸化物
(NOx)を放出及び還元させる必要がある。Therefore, when the internal combustion engine 1 is operating in the lean burn operation, the oxygen concentration in the exhaust gas flowing into the NOx storage reduction catalyst 20 is reduced before the NOx absorption capacity of the NOx storage reduction catalyst 20 is saturated. At the same time, it is necessary to increase the concentration of the reducing agent to release and reduce nitrogen oxides (NOx) absorbed by the NOx storage reduction catalyst 20.
【0067】これに対し、本実施の形態に係る内燃機関
の排気浄化装置は、吸蔵還元型NOx触媒20より上流
の排気通路を流れる排気中に還元剤たる燃料(軽油)を
添加する還元剤供給機構を備え、この還元剤供給機構か
ら排気中へ燃料を添加することにより、吸蔵還元型NO
x触媒20に流入する排気の酸素濃度を低下させるとと
もに還元剤の濃度を高めるようにした。On the other hand, the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to the present embodiment supplies a reducing agent (light oil) as a reducing agent to exhaust gas flowing through an exhaust passage upstream of the NOx storage reduction catalyst 20. Mechanism, and by adding fuel from the reducing agent supply mechanism to the exhaust gas, the storage reduction NO
The x concentration of the exhaust gas flowing into the catalyst 20 was reduced, and the concentration of the reducing agent was increased.
【0068】還元剤供給機構は、図1に示されるよう
に、その噴孔が排気枝管18内に臨むよう内燃機関1の
シリンダヘッドに取り付けられ、所定の開弁圧以上の燃
料が印加されたときに開弁して燃料を噴射する還元剤噴
射弁28と、前述した燃料ポンプ6から吐出された燃料
を前記還元剤噴射弁28へ導く還元剤供給路29と、こ
の還元剤供給路29の途中に設けられ該還元剤供給通路
29内を流れる燃料の流量を調整する流量調整弁30
と、この流量調整弁30より上流の還元剤供給路29に
設けられて該還元剤供給路29内の燃料の流れを遮断す
る遮断弁31と、前記流量調整弁30より上流の還元剤
供給路29に取り付けられ該還元剤供給路29内の圧力
に対応した電気信号を出力する還元剤圧力センサ32
と、を備えている。As shown in FIG. 1, the reducing agent supply mechanism is mounted on the cylinder head of the internal combustion engine 1 so that the injection hole faces the exhaust branch pipe 18, and the fuel having a predetermined valve opening pressure or higher is applied. A reducing agent injection valve 28 that opens and injects fuel when the fuel is discharged; a reducing agent supply passage 29 that guides the fuel discharged from the fuel pump 6 to the reducing agent injection valve 28; A flow control valve 30 provided in the middle of the flow passage for adjusting the flow rate of the fuel flowing through the reducing agent supply passage 29
A shutoff valve 31 provided in the reducing agent supply passage 29 upstream of the flow control valve 30 to shut off the flow of fuel in the reducing agent supply passage 29; and a reducing agent supply passage upstream of the flow control valve 30. A reducing agent pressure sensor 32 that is attached to and outputs an electric signal corresponding to the pressure in the reducing agent supply passage 29;
And
【0069】尚、還元剤噴射弁28は、該還元剤噴射弁
28の噴孔が排気枝管18におけるEGR通路25との
接続部位より下流であって、排気枝管18における4つ
の枝管の集合部に最も近い気筒2の排気ポートに突出す
るとともに、排気枝管18の集合部へ向くようシリンダ
ヘッドに取り付けられることが好ましい。The reducing agent injection valve 28 has an injection hole of the reducing agent injection valve 28 located downstream from a connection portion of the exhaust branch pipe 18 with the EGR passage 25, and is connected to four branch pipes of the exhaust branch pipe 18. It is preferable that the projection is protruded to the exhaust port of the cylinder 2 closest to the collecting portion and is attached to the cylinder head so as to face the collecting portion of the exhaust branch pipe 18.
【0070】これは、還元剤噴射弁28から噴射された
還元剤(未燃の燃料成分)がEGR通路25へ流入する
のを防止するとともに、還元剤が排気枝管18内に滞る
ことを抑制するためである。This prevents the reducing agent (unburned fuel component) injected from the reducing agent injection valve 28 from flowing into the EGR passage 25 and suppresses the reducing agent from remaining in the exhaust branch pipe 18. To do that.
【0071】尚、図1に示す例では、内燃機関1の4つ
の気筒2のうち1番(#1)気筒2が排気枝管18の集
合部と最も近い位置にあるため、1番(#1)気筒2の
排気ポートに還元剤噴射弁28が取り付けられている
が、1番(#1)気筒2以外の気筒2が排気枝管18の
集合部と最も近い位置にあるときは、その気筒2の排気
ポートに還元剤噴射弁28が取り付けられるようにす
る。In the example shown in FIG. 1, the first (# 1) cylinder 2 of the four cylinders 2 of the internal combustion engine 1 is located closest to the collecting portion of the exhaust branch pipe 18, so that the first (# 1) cylinder 2 1) Although the reducing agent injection valve 28 is attached to the exhaust port of the cylinder 2, when the cylinder 2 other than the first (# 1) cylinder 2 is located closest to the gathering portion of the exhaust branch pipe 18, The reducing agent injection valve 28 is attached to the exhaust port of the cylinder 2.
【0072】また、前記還元剤噴射弁28は、シリンダ
ヘッドに形成された図示しないウォータージャケットを
貫通、あるいはウォータージャケットに近接して取り付
けられるようにし、前記ウォータージャケットを流れる
冷却水を利用して還元剤噴射弁28を冷却するようにし
てもよい。Further, the reducing agent injection valve 28 is designed to penetrate a water jacket (not shown) formed in the cylinder head or to be mounted close to the water jacket, and to reduce the water using cooling water flowing through the water jacket. The agent injection valve 28 may be cooled.
【0073】このような還元剤供給機構では、流量調整
弁30が開弁されると、燃料ポンプ6から吐出された高
圧の燃料が還元剤供給路29を介して還元剤噴射弁28
へ印加される。そして、還元剤噴射弁28に印加される
燃料の圧力が開弁圧以上に達すると、該還元剤噴射弁2
8が開弁して排気枝管18内へ還元剤としての燃料が噴
射される。In such a reducing agent supply mechanism, when the flow control valve 30 is opened, the high-pressure fuel discharged from the fuel pump 6 is supplied through the reducing agent supply passage 29 to the reducing agent injection valve 28.
Is applied. When the pressure of the fuel applied to the reducing agent injection valve 28 reaches or exceeds the valve opening pressure, the reducing agent injection valve 2
8 is opened, and fuel as a reducing agent is injected into the exhaust branch pipe 18.
【0074】還元剤噴射弁28から排気枝管18内へ噴
射された還元剤は、排気枝管18の上流から流れてきた
排気とともにタービンハウジング15bへ流入する。タ
ービンハウジング15b内に流入した排気と還元剤と
は、タービンホイールの回転によって撹拌されて均質に
混合され、リッチ空燃比の排気を形成する。The reducing agent injected from the reducing agent injection valve 28 into the exhaust branch pipe 18 flows into the turbine housing 15b together with the exhaust gas flowing from the upstream of the exhaust branch pipe 18. The exhaust gas and the reducing agent that have flowed into the turbine housing 15b are agitated and uniformly mixed by the rotation of the turbine wheel to form an exhaust gas having a rich air-fuel ratio.
【0075】このようにして形成されたリッチ空燃比の
排気は、タービンハウジング15bから排気管19を介
して吸蔵還元型NOx触媒20に流入し、吸蔵還元型N
Ox触媒20に吸収されていた窒素酸化物(NOx)を放
出させつつ窒素(N2)に還元することになる。The rich air-fuel ratio exhaust gas thus formed flows from the turbine housing 15b into the NOx storage reduction catalyst 20 via the exhaust pipe 19, and is stored in the NOx storage reduction catalyst.
While releasing nitrogen oxides are absorbed in Ox catalyst 20 (NOx) will be reduced to nitrogen (N 2).
【0076】その後、流量調整弁30が閉弁されて燃料
ポンプ6から還元剤噴射弁28への還元剤の供給が遮断
されると、還元剤噴射弁28に印加される燃料の圧力が
前記開弁圧未満となり、その結果、還元剤噴射弁28が
閉弁し、排気枝管18内への還元剤の添加が停止される
ことになる。Thereafter, when the flow control valve 30 is closed and the supply of the reducing agent from the fuel pump 6 to the reducing agent injection valve 28 is interrupted, the pressure of the fuel applied to the reducing agent injection valve 28 is increased. As a result, the reducing agent injection valve 28 closes, and the addition of the reducing agent into the exhaust branch pipe 18 is stopped.
【0077】以上述べたように構成された内燃機関1に
は、該内燃機関1を制御するための電子制御ユニット
(ECU:Electronic Control Unit)35が併設され
ている。このECU35は、内燃機関1の運転条件や運
転者の要求に応じて内燃機関1の運転状態を制御するユ
ニットである。The internal combustion engine 1 configured as described above is provided with an electronic control unit (ECU) 35 for controlling the internal combustion engine 1. The ECU 35 is a unit that controls the operating state of the internal combustion engine 1 according to the operating conditions of the internal combustion engine 1 and the driver's requirements.
【0078】ECU35には、コモンレール圧センサ4
a、エアフローメータ11、吸気温度センサ12、吸気
管圧力センサ17、空燃比センサ23、出ガス温度セン
サ24、入ガス温度センサ37、還元剤圧力センサ3
2、クランクポジションセンサ33、水温センサ34、
アクセル開度センサ36等の各種センサが電気配線を介
して接続され、上記した各種センサの出力信号がECU
35に入力されるようになっている。The ECU 35 includes a common rail pressure sensor 4
a, air flow meter 11, intake air temperature sensor 12, intake pipe pressure sensor 17, air-fuel ratio sensor 23, outgoing gas temperature sensor 24, incoming gas temperature sensor 37, reducing agent pressure sensor 3
2, crank position sensor 33, water temperature sensor 34,
Various sensors such as an accelerator opening sensor 36 are connected via electric wiring, and output signals of the various sensors described above are output from the ECU.
35.
【0079】一方、ECU35には、燃料噴射弁3、吸
気絞り用アクチュエータ14、排気絞り用アクチュエー
タ22、EGR弁26、流量調整弁30、遮断弁31等
が電気配線を介して接続され、上記した各部をECU3
5が制御することが可能になっている。On the other hand, the ECU 35 is connected to the fuel injection valve 3, the intake throttle actuator 14, the exhaust throttle actuator 22, the EGR valve 26, the flow control valve 30, the shutoff valve 31 and the like via electric wiring. Each part is ECU3
5 can be controlled.
【0080】ここで、ECU35は、図3に示すよう
に、双方向性バス350によって相互に接続された、C
PU351と、ROM352と、RAM353と、バッ
クアップRAM354と、入力ポート356と、出力ポ
ート357とを備えるとともに、前記入力ポート356
に接続されたA/Dコンバータ(A/D)355を備え
ている。Here, as shown in FIG. 3, the ECU 35 is connected to a C
A PU 351, a ROM 352, a RAM 353, a backup RAM 354, an input port 356, and an output port 357.
And an A / D converter (A / D) 355 connected to.
【0081】前記入力ポート356は、クランクポジシ
ョンセンサ33のようにデジタル信号形式の信号を出力
するセンサの出力信号を入力し、それらの出力信号をC
PU351やRAM353へ送信する。The input port 356 inputs the output signals of a sensor that outputs a digital signal, such as the crank position sensor 33, and converts those output signals to C.
The data is transmitted to the PU 351 and the RAM 353.
【0082】前記入力ポート356は、コモンレール圧
センサ4a、エアフローメータ11、吸気温度センサ1
2、吸気管圧力センサ17、空燃比センサ23、出ガス
温度センサ24、入ガス温度センサ37、還元剤圧力セ
ンサ32、水温センサ34、アクセル開度センサ36、
等のように、アナログ信号形式の信号を出力するセンサ
のA/D355を介して入力し、それらの出力信号をC
PU351やRAM353へ送信する。The input port 356 is connected to the common rail pressure sensor 4a, the air flow meter 11, the intake air temperature sensor 1
2, intake pipe pressure sensor 17, air-fuel ratio sensor 23, outlet gas temperature sensor 24, inlet gas temperature sensor 37, reducing agent pressure sensor 32, water temperature sensor 34, accelerator opening sensor 36,
And the like, input through an A / D 355 of a sensor that outputs a signal in the form of an analog signal, and output these signals to C
The data is transmitted to the PU 351 and the RAM 353.
【0083】前記出力ポート357は、燃料噴射弁3、
吸気絞り用アクチュエータ14、排気絞り用アクチュエ
ータ22、EGR弁26、流量調整弁30、遮断弁31
等と電気配線を介して接続され、CPU351から出力
される制御信号を、前記した燃料噴射弁3、吸気絞り用
アクチュエータ14、排気絞り用アクチュエータ22、
EGR弁26、流量調整弁30、あるいは遮断弁31へ
送信する。The output port 357 is connected to the fuel injection valve 3,
Intake throttle actuator 14, exhaust throttle actuator 22, EGR valve 26, flow control valve 30, shut-off valve 31
Control signals output from the CPU 351 are connected to the fuel injection valve 3, the intake throttle actuator 14, the exhaust throttle actuator 22,
The signal is transmitted to the EGR valve 26, the flow control valve 30, or the shutoff valve 31.
【0084】前記ROM352は、燃料噴射弁3を制御
するための燃料噴射制御ルーチン、吸気絞り弁13を制
御するための吸気絞り制御ルーチン、排気絞り弁21を
制御するための排気絞り制御ルーチン、EGR弁26を
制御するためのEGR制御ルーチン、吸蔵還元型NOx
触媒20に吸収された窒素酸化物(NOx)を浄化する
ためのNOx浄化制御ルーチン、吸蔵還元型NOx触媒2
0の酸化物による被毒を解消するための被毒解消制御ル
ーチン等のアプリケーションプログラムを記憶してい
る。The ROM 352 includes a fuel injection control routine for controlling the fuel injection valve 3, an intake throttle control routine for controlling the intake throttle valve 13, an exhaust throttle control routine for controlling the exhaust throttle valve 21, and EGR. EGR control routine for controlling valve 26, storage reduction type NOx
NOx purification control routine for purifying nitrogen oxides (NOx) absorbed by the catalyst 20, NOx storage-reduction type NOx catalyst 2
An application program such as a poisoning elimination control routine for eliminating poisoning caused by the oxide of 0 is stored.
【0085】前記ROM352は、上記したアプリケー
ションプログラムに加え、各種の制御マップを記憶して
いる。前記制御マップは、例えば、内燃機関1の運転状
態と基本燃料噴射量(基本燃料噴射時間)との関係を示
す燃料噴射量制御マップ、内燃機関1の運転状態と基本
燃料噴射時期との関係を示す燃料噴射時期制御マップ、
内燃機関1の運転状態と吸気絞り弁13の目標開度との
関係を示す吸気絞り弁開度制御マップ、内燃機関1の運
転状態と排気絞り弁21の目標開度との関係を示す排気
絞り弁開度制御マップ、内燃機関1の運転状態とEGR
弁26の目標開度との関係を示すEGR弁開度制御マッ
プ、内燃機関1の運転状態と還元剤の目標添加量(もし
くは、排気の目標空燃比)との関係を示す還元剤添加量
制御マップ、還元剤の目標添加量と流量調整弁30の開
弁時間との関係を示す流量調整弁制御マップ等である。The ROM 352 stores various control maps in addition to the application programs described above. The control map includes, for example, a fuel injection amount control map indicating a relationship between an operation state of the internal combustion engine 1 and a basic fuel injection amount (basic fuel injection time), and a relation between the operation state of the internal combustion engine 1 and the basic fuel injection timing. Fuel injection timing control map,
An intake throttle valve opening control map showing the relationship between the operating state of the internal combustion engine 1 and the target opening of the intake throttle valve 13, and the exhaust throttle showing the relationship between the operating state of the internal combustion engine 1 and the target opening of the exhaust throttle valve 21. Valve opening control map, operating state of internal combustion engine 1 and EGR
EGR valve opening control map showing the relationship with the target opening of the valve 26, reducing agent addition control showing the relationship between the operating state of the internal combustion engine 1 and the target adding amount of the reducing agent (or the target air-fuel ratio of the exhaust). A map, a flow control valve control map, and the like showing a relationship between a target addition amount of the reducing agent and a valve opening time of the flow control valve 30.
【0086】前記RAM353は、各センサからの出力
信号やCPU351の演算結果等を格納する。前記演算
結果は、例えば、クランクポジションセンサ33がパル
ス信号を出力する時間的な間隔に基づいて算出される機
関回転数である。これらのデータは、クランクポジショ
ンセンサ33がパルス信号を出力する都度、最新のデー
タに書き換えられる。The RAM 353 stores an output signal from each sensor, a calculation result of the CPU 351 and the like. The calculation result is, for example, an engine speed calculated based on a time interval at which the crank position sensor 33 outputs a pulse signal. These data are rewritten to the latest data each time the crank position sensor 33 outputs a pulse signal.
【0087】前記バックアップRAM354は、内燃機
関1の運転停止後もデータを記憶可能な不揮発性のメモ
リである。The backup RAM 354 is a nonvolatile memory capable of storing data even after the operation of the internal combustion engine 1 is stopped.
【0088】前記CPU351は、前記ROM352に
記憶されたアプリケーションプログラムに従って動作し
て、燃料噴射弁制御、吸気絞り制御、排気絞り制御、E
GR制御、NOx浄化制御、被毒解消制御を実行する。The CPU 351 operates according to an application program stored in the ROM 352 to control fuel injection valves, intake throttle control, exhaust throttle control, E
GR control, NOx purification control, and poisoning elimination control are executed.
【0089】例えば、燃料噴射弁制御では、CPU35
1は、先ず、燃料噴射弁3から噴射される燃料量を決定
し、次いで燃料噴射弁3から燃料を噴射する時期を決定
する。For example, in the fuel injection valve control, the CPU 35
1 first determines the amount of fuel injected from the fuel injection valve 3 and then determines the timing for injecting fuel from the fuel injection valve 3.
【0090】燃料噴射量を決定する場合は、CPU35
1は、RAM353に記憶されている機関回転数とアク
セル開度センサ36の出力信号(アクセル開度)とを読
み出す。CPU351は、燃料噴射量制御マップへアク
セスし、前記機関回転数及び前記アクセル開度に対応し
た基本燃料燃料噴射量(基本燃料噴射時間)を算出す
る。CPU351は、エアフローメータ11、吸気温度
センサ12、水温センサ34等の出力信号値等に基づい
て前記基本燃料噴射時間を補正し、最終的な燃料噴射時
間を決定する。When determining the fuel injection amount, the CPU 35
1 reads the engine speed and the output signal (accelerator opening) of the accelerator opening sensor 36 stored in the RAM 353. The CPU 351 accesses the fuel injection amount control map, and calculates a basic fuel injection amount (basic fuel injection time) corresponding to the engine speed and the accelerator opening. The CPU 351 corrects the basic fuel injection time based on output signal values of the air flow meter 11, the intake air temperature sensor 12, the water temperature sensor 34, and the like, and determines a final fuel injection time.
【0091】燃料噴射時期を決定する場合は、CPU3
51は、燃料噴射開始時期制御マップへアクセスし、前
記機関回転数及び前記アクセル開度に対応した基本燃料
噴射時期を算出する。CPU351は、エアフローメー
タ11、吸気温度センサ12、水温センサ34等の出力
信号値をパラメータとして前記基本燃料噴射時期を補正
し、最終的な燃料噴射時期を決定する。When determining the fuel injection timing, the CPU 3
51 accesses a fuel injection start timing control map and calculates a basic fuel injection timing corresponding to the engine speed and the accelerator opening. The CPU 351 corrects the basic fuel injection timing by using output signal values of the air flow meter 11, the intake air temperature sensor 12, the water temperature sensor 34, and the like as parameters, and determines the final fuel injection timing.
【0092】燃料噴射時間と燃料噴射時期とが決定され
ると、CPU351は、前記燃料噴射時期とクランクポ
ジションセンサ33の出力信号とを比較し、前記クラン
クポジションセンサ33の出力信号が前記燃料噴射開始
時期と一致した時点で燃料噴射弁3に対する駆動電力の
印加を開始する。CPU351は、燃料噴射弁3に対す
る駆動電力の印加を開始した時点からの経過時間が前記
燃料噴射時間に達した時点で燃料噴射弁3に対する駆動
電力の印加を停止する。When the fuel injection time and the fuel injection timing are determined, the CPU 351 compares the fuel injection timing with the output signal of the crank position sensor 33, and determines that the output signal of the crank position sensor 33 is the fuel injection start time. At the time coincident with the timing, application of drive power to the fuel injection valve 3 is started. The CPU 351 stops applying the driving power to the fuel injection valve 3 when the elapsed time from the start of the application of the driving power to the fuel injection valve 3 reaches the fuel injection time.
【0093】尚、燃料噴射制御において内燃機関1の運
転状態がアイドル運転状態にある場合は、CPU351
は、水温センサ34の出力信号値や、車室内用空調装置
のコンプレッサのようにクランクシャフトの回転力を利
用して作動する補機類の作動状態等をパラメータとして
内燃機関1の目標アイドル回転数を算出する。そして、
CPU351は、実際のアイドル回転数が目標アイドル
回転数と一致するよう燃料噴射量をフィードバック制御
する。In the fuel injection control, when the operating state of the internal combustion engine 1 is an idle operating state, the CPU 351
Is a target idle speed of the internal combustion engine 1 using parameters such as the output signal value of the water temperature sensor 34 and the operating state of accessories that operate using the rotational force of a crankshaft, such as a compressor of a vehicle interior air conditioner. Is calculated. And
The CPU 351 performs feedback control of the fuel injection amount so that the actual idle speed matches the target idle speed.
【0094】また、吸気絞り制御では、CPU351
は、例えば、RAM353に記憶されている機関回転数
とアクセル開度とを読み出す。CPU351は、吸気絞
り弁開度制御マップへアクセスし、機関回転数及びアク
セル開度に対応した目標吸気絞り弁開度を算出する。C
PU351は、前記目標吸気絞り弁開度に対応した駆動
電力を吸気絞り用アクチュエータ14に印加する。その
際、CPU351は、吸気絞り弁13の実際の開度を検
出して、実際の吸気絞り弁13の開度と目標吸気絞り弁
開度との差分に基づいて前記吸気絞り用アクチュエータ
14をフィードバック制御するようにしてもよい。In the intake throttle control, the CPU 351
Reads the engine speed and the accelerator opening stored in the RAM 353, for example. The CPU 351 accesses the intake throttle valve opening control map, and calculates a target intake throttle valve opening corresponding to the engine speed and the accelerator opening. C
The PU 351 applies drive power corresponding to the target intake throttle valve opening to the intake throttle actuator 14. At that time, the CPU 351 detects the actual opening of the intake throttle valve 13 and feeds back the intake throttle actuator 14 based on the difference between the actual opening of the intake throttle valve 13 and the target intake throttle valve opening. You may make it control.
【0095】また、排気絞り制御では、CPU351
は、例えば、内燃機関1が冷間始動後の暖機運転状態に
ある場合や、車室内用ヒータが作動状態にある場合など
に排気絞り弁21を閉弁方向へ駆動すべく排気絞り用ア
クチュエータ22を制御する。In the exhaust throttle control, the CPU 351
For example, when the internal combustion engine 1 is in a warm-up operation state after a cold start, or when a vehicle interior heater is in an operating state, the exhaust throttle actuator is driven to close the exhaust throttle valve 21 in the valve closing direction. 22 is controlled.
【0096】この場合、内燃機関1の負荷が増大し、そ
れに対応して燃料噴射量が増量されることなる。その結
果、内燃機関1の発熱量が増加し、内燃機関1の暖機が
促進されるとともに、車室内用ヒータの熱源が確保され
る。In this case, the load on the internal combustion engine 1 increases, and the fuel injection amount is correspondingly increased. As a result, the calorific value of the internal combustion engine 1 increases, the warm-up of the internal combustion engine 1 is promoted, and the heat source of the vehicle interior heater is secured.
【0097】また、EGR制御では、CPU351は、
RAM353に記憶されている機関回転数、水温センサ
34の出力信号(冷却水温度)、アクセル開度センサ3
6の出力信号(アクセル開度)等を読み出し、EGR制
御の実行条件が成立しているか否かを判別する。In EGR control, the CPU 351
The engine speed stored in the RAM 353, the output signal of the water temperature sensor 34 (cooling water temperature), the accelerator opening sensor 3
The output signal of 6 (accelerator opening) and the like are read, and it is determined whether or not the execution condition of the EGR control is satisfied.
【0098】上記したEGR制御実行条件としては、冷
却水温度が所定温度以上にある、内燃機関1が始動時か
ら所定時間以上連続して運転されている、アクセル開度
の変化量が正値である等の条件を例示することができ
る。The above-mentioned EGR control execution conditions are as follows: the coolant temperature is equal to or higher than a predetermined temperature, the internal combustion engine 1 has been continuously operated for a predetermined time or more from the start, and the change amount of the accelerator opening is a positive value. Conditions such as certain conditions can be exemplified.
【0099】上記したようなEGR制御実行条件が成立
していると判定した場合は、CPU351は、機関回転
数とアクセル開度とをパラメータとしてEGR弁開度制
御マップへアクセスし、前記機関回転数及び前記アクセ
ル開度に対応した目標EGR弁開度を算出する。CPU
351は、前記目標EGR弁開度に対応した駆動電力を
EGR弁26に印加する。一方、上記したようなEGR
制御実行条件が成立していないと判定した場合は、CP
U351は、EGR弁26を全閉状態に保持すべく制御
する。If it is determined that the above-described EGR control execution condition is satisfied, the CPU 351 accesses the EGR valve opening control map using the engine speed and the accelerator opening as parameters, and And a target EGR valve opening corresponding to the accelerator opening. CPU
351 applies the drive power corresponding to the target EGR valve opening to the EGR valve 26. On the other hand, EGR as described above
If it is determined that the control execution condition is not satisfied,
U351 controls to keep the EGR valve 26 in the fully closed state.
【0100】更に、EGR制御では、CPU351は、
内燃機関1の吸入空気量をパラメータとしてEGR弁2
6の開度をフィードバック制御する、いわゆるEGR弁
フィードバック制御を行うようにしてもよい。Further, in the EGR control, the CPU 351
EGR valve 2 using intake air amount of internal combustion engine 1 as a parameter
The so-called EGR valve feedback control for performing feedback control of the opening degree of the valve 6 may be performed.
【0101】EGR弁フィードバック制御では、例え
ば、CPU351は、アクセル開度や機関回転数等をパ
ラメータとして内燃機関1の目標吸入空気量を決定す
る。その際、アクセル開度と機関回転数と目標吸入空気
量との関係を予めマップ化しておき、そのマップとアク
セル開度と機関回転数とから目標吸入空気量が算出され
るようにしてもよい。In the EGR valve feedback control, for example, the CPU 351 determines the target intake air amount of the internal combustion engine 1 using the accelerator opening, the engine speed and the like as parameters. At this time, the relationship between the accelerator opening, the engine speed, and the target intake air amount may be mapped in advance, and the target intake air amount may be calculated from the map, the accelerator opening, and the engine speed. .
【0102】上記した手順により目標吸入空気量が決定
されると、CPU351は、RAM353に記憶された
エアフローメータ11の出力信号値(実際の吸入空気
量)を読み出し、実際の吸入空気量と目標吸入空気量と
を比較する。When the target intake air amount is determined by the above procedure, the CPU 351 reads out the output signal value (actual intake air amount) of the air flow meter 11 stored in the RAM 353, and reads the actual intake air amount and the target intake air amount. Compare with air volume.
【0103】前記した実際の吸入空気量が前記目標吸入
空気量より少ない場合には、CPU351は、EGR弁
26を所定量閉弁させる。この場合、EGR通路25か
ら吸気枝管8へ流入するEGRガス量が減少し、それに
応じて内燃機関1の気筒2内に吸入されるEGRガス量
が減少することになる。その結果、内燃機関1の気筒2
内に吸入される新気の量は、EGRガスが減少した分だ
け増加する。When the actual intake air amount is smaller than the target intake air amount, the CPU 351 closes the EGR valve 26 by a predetermined amount. In this case, the amount of EGR gas flowing into the intake branch pipe 8 from the EGR passage 25 decreases, and accordingly, the amount of EGR gas drawn into the cylinder 2 of the internal combustion engine 1 decreases. As a result, the cylinder 2 of the internal combustion engine 1
The amount of fresh air sucked in increases by the amount of the decrease in the EGR gas.
【0104】一方、実際の吸入空気量が目標吸入空気量
より多い場合には、CPU351は、EGR弁26を所
定量開弁させる。この場合、EGR通路25から吸気枝
管8へ流入するEGRガス量が増加し、それに応じて内
燃機関1の気筒2内に吸入されるEGRガス量が増加す
る。この結果、内燃機関1の気筒2内に吸入される新気
の量は、EGRガスが増加した分だけ減少することにな
る。On the other hand, when the actual intake air amount is larger than the target intake air amount, the CPU 351 opens the EGR valve 26 by a predetermined amount. In this case, the amount of EGR gas flowing into the intake branch pipe 8 from the EGR passage 25 increases, and accordingly, the amount of EGR gas drawn into the cylinder 2 of the internal combustion engine 1 increases. As a result, the amount of fresh air sucked into the cylinder 2 of the internal combustion engine 1 decreases by an amount corresponding to the increase in the EGR gas.
【0105】次に、NOx浄化制御では、CPU351
は、吸蔵還元型NOx触媒20に流入する排気の空燃比
を比較的に短い周期でスパイク的(短時間)にリッチ空
燃比とする、所謂リッチスパイク制御を実行する。Next, in the NOx purification control, the CPU 351
Executes a so-called rich spike control in which the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx storage reduction catalyst 20 is set to a rich air-fuel ratio in a spike-like (short-time) manner at a relatively short cycle.
【0106】リッチスパイク制御では、CPU351
は、所定の周期毎にリッチスパイク制御実行条件が成立
しているか否かを判別する。このリッチスパイク制御実
行条件としては、例えば、吸蔵還元型NOx触媒20が
活性状態にある、出ガス温度センサ24の出力信号値
(排気温度)が所定の上限値以下である、被毒解消制御
が実行されていない、等の条件を例示することができ
る。In the rich spike control, the CPU 351
Determines whether the rich spike control execution condition is satisfied at predetermined intervals. The conditions for executing the rich spike control include, for example, poisoning elimination control in which the storage reduction type NOx catalyst 20 is in an active state, the output signal value (exhaust gas temperature) of the gas output temperature sensor 24 is equal to or lower than a predetermined upper limit value. Conditions such as not being executed can be exemplified.
【0107】上記したようなリッチスパイク制御実行条
件が成立していると判定された場合は、CPU351
は、還元剤噴射弁28からスパイク的に還元剤たる燃料
を噴射させるべく流量調整弁30を制御することによ
り、吸蔵還元型NOx触媒20に流入する排気の空燃比
を一時的に所定の目標リッチ空燃比とする。When it is determined that the rich spike control execution condition described above is satisfied, the CPU 351
Is to temporarily control the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx storage reduction catalyst 20 to a predetermined target rich by controlling the flow control valve 30 so as to inject fuel as a reducing agent spikes from the reducing agent injection valve 28. Air-fuel ratio.
【0108】具体的には、CPU351は、RAM35
3に記憶されている機関回転数、アクセル開度センサ3
6の出力信号(アクセル開度)、エアフローメータ11
の出力信号値(吸入空気量)、空燃比センサ23の出力
信号、燃料噴射量等を読み出す。CPU351は、前記
した機関回転数とアクセル開度と吸入空気量と燃料噴射
量とをパラメータとしてROM352の還元剤添加量制
御マップへアクセスし、排気の空燃比を予め設定された
目標リッチ空燃比とする上で必要となる還元剤の添加量
(目標添加量)を算出する。More specifically, the CPU 351
Engine speed, accelerator opening sensor 3 stored in
6 output signal (accelerator opening), air flow meter 11
, The output signal value of the air-fuel ratio sensor 23, the fuel injection amount, and the like. The CPU 351 accesses the reducing agent addition amount control map of the ROM 352 using the engine speed, the accelerator opening, the intake air amount, and the fuel injection amount as parameters, and sets the exhaust air-fuel ratio to a preset target rich air-fuel ratio. Calculate the addition amount (target addition amount) of the reducing agent necessary for performing the above.
【0109】続いて、CPU351は、前記目標添加量
をパラメータとしてROM352の流量調整弁制御マッ
プへアクセスし、還元剤噴射弁28から目標添加量の還
元剤を噴射させる上で必要となる流量調整弁30の開弁
時間(目標開弁時間)を算出する。Subsequently, the CPU 351 accesses the flow control valve control map of the ROM 352 using the target addition amount as a parameter, and controls the flow control valve necessary for injecting the target addition amount of reducing agent from the reducing agent injection valve 28. The valve opening time of 30 (target valve opening time) is calculated.
【0110】流量調整弁30の目標開弁時間が算出され
ると、CPU351は、流量調整弁30を開弁させる。
この場合、燃料ポンプ6から吐出された高圧の燃料が還
元剤供給路29を介して還元剤噴射弁28へ供給される
ため、還元剤噴射弁28に印加される燃料の圧力が開弁
圧以上に達し、還元剤噴射弁28が開弁する。When the target opening time of the flow control valve 30 is calculated, the CPU 351 opens the flow control valve 30.
In this case, since the high-pressure fuel discharged from the fuel pump 6 is supplied to the reducing agent injection valve 28 via the reducing agent supply path 29, the pressure of the fuel applied to the reducing agent injection valve 28 is equal to or higher than the valve opening pressure. , And the reducing agent injection valve 28 opens.
【0111】CPU351は、流量調整弁30を開弁さ
せた時点から前記目標開弁時間が経過すると、流量調整
弁30を閉弁させる。この場合、燃料ポンプ6から還元
剤噴射弁28への還元剤の供給が遮断されるため、還元
剤噴射弁28に印加される燃料の圧力が開弁圧未満とな
り、還元剤噴射弁28が閉弁する。The CPU 351 closes the flow control valve 30 when the target valve opening time has elapsed since the flow control valve 30 was opened. In this case, since the supply of the reducing agent from the fuel pump 6 to the reducing agent injection valve 28 is shut off, the pressure of the fuel applied to the reducing agent injection valve 28 becomes lower than the valve opening pressure, and the reducing agent injection valve 28 is closed. Give a valve.
【0112】このように流量調整弁30が目標開弁時間
だけ開弁されると、目標添加量の燃料が還元剤噴射弁2
8から排気枝管18内へ噴射されることになる。そし
て、還元剤噴射弁28から噴射された還元剤は、排気枝
管18の上流から流れてきた排気と混ざり合って目標リ
ッチ空燃比の混合気を形成して吸蔵還元型NOx触媒2
0に流入する。When the flow control valve 30 is opened for the target opening time in this manner, the target amount of fuel is supplied to the reducing agent injection valve 2.
8, the fuel is injected into the exhaust branch pipe 18. Then, the reducing agent injected from the reducing agent injection valve 28 is mixed with the exhaust gas flowing from the upstream of the exhaust branch pipe 18 to form an air-fuel mixture having a target rich air-fuel ratio, and the storage-reduction NOx catalyst 2
Flows into zero.
【0113】この結果、吸蔵還元型NOx触媒20に流
入する排気の空燃比は、比較的に短い周期で「リーン」
と「スパイク的な目標リッチ空燃比」とを交互に繰り返
すことになり、以て、吸蔵還元型NOx触媒20が窒素
酸化物(NOx)の吸収と放出・還元とを交互に短周期
的に繰り返すことになる。As a result, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx storage reduction catalyst 20 becomes “lean” in a relatively short cycle.
And the "spike-like target rich air-fuel ratio" are alternately repeated, so that the NOx storage reduction catalyst 20 alternately repeats the absorption, release, and reduction of nitrogen oxides (NOx) in a short cycle. Will be.
【0114】次に、被毒解消制御では、CPU351
は、吸蔵還元型NOx触媒20の酸化物による被毒を解
消すべく被毒解消処理を行うことになる。Next, in the poisoning elimination control, the CPU 351
Means that the poisoning elimination process is performed to eliminate the poisoning of the NOx storage reduction catalyst 20 due to the oxide.
【0115】ここで、内燃機関1の燃料には硫黄(S)
が含まれている場合があり、そのような燃料が内燃機関
1で燃焼されると、二酸化硫黄(SO2)や三酸化硫黄
(SO3)などの硫黄酸化物(SOx)が生成される。Here, the fuel of the internal combustion engine 1 is sulfur (S)
When such fuel is burned in the internal combustion engine 1, sulfur oxides (SOx) such as sulfur dioxide (SO 2 ) and sulfur trioxide (SO 3 ) are generated.
【0116】硫黄酸化物(SOx)は、排気とともに吸
蔵還元型NOx触媒20に流入し、窒素酸化物(NOx)
と同様のメカニズムによって吸蔵還元型NOx触媒20
に吸収される。The sulfur oxides (SOx) flow into the NOx storage reduction catalyst 20 together with the exhaust gas, and the nitrogen oxides (NOx)
By the same mechanism as described above, the NOx storage reduction catalyst 20 is used.
Is absorbed by
【0117】具体的には、吸蔵還元型NOx触媒20に
流入する排気の空燃比がリーン空燃比であるときには、
前述したNOx吸収メカニズムの説明で述べたように、
酸素(O2)がO2 -又はO2-の形で白金(Pt)の表面
に付着しているため、流入排気中の二酸化硫黄(S
O2)や三酸化硫黄(SO3)等の硫黄酸化物(SOx)
が白金(Pt)の表面上でO2 -又はO2-と反応してSO
3-やSO4-となる。Specifically, when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx storage reduction catalyst 20 is a lean air-fuel ratio,
As described in the above description of the NOx absorption mechanism,
Oxygen (O 2) is O 2 - or for adhering with O 2- in the form on the surface of platinum (Pt), sulfur dioxide (S in the inflowing exhaust gas
O 2) and sulfur trioxide (SO 3) Sulfur oxides such as (SOx)
SO reacts or O 2- and - but O 2 on the surface of the platinum (Pt)
3- or SO 4- .
【0118】SO3-やSO4-は、白金(Pt)の表面上
で更に酸化され、硫酸イオン(SO 4 2-)の形で吸蔵還
元型NOx触媒20に吸収される。尚、吸蔵還元型NOx
触媒20に吸収された硫酸イオン(SO4 2-)は、酸化
バリウム(BaO)と結合して硫酸塩(BaSO4)を
形成する。[0118] SO3-And SOFour-Is on the surface of platinum (Pt)
Is further oxidized by sulfate ion (SO Four 2-Occlusion in the form of)
It is absorbed by the original NOx catalyst 20. In addition, the storage reduction type NOx
Sulfate ions (SOFour 2-) Oxidation
Combined with barium (BaO), sulfate (BaSO)Four)
Form.
【0119】このように吸蔵還元型NOx触媒20に流
入する排気の空燃比がリーン空燃比であるときは、排気
中の硫黄酸化物(SOx)が硫酸イオン(SO4 2-)とし
て吸蔵還元型NOx触媒20に吸収される。When the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx storage reduction catalyst 20 is the lean air-fuel ratio, the sulfur oxides (SOx) in the exhaust gas are converted into sulfate ions (SO 4 2− ) as the occlusion-reduction type NOx catalyst. It is absorbed by the NOx catalyst 20.
【0120】ところで、硫酸塩(BaSO4)は、硝酸
バリウム(Ba(NO3)2)に比して安定していて分解
し難く、吸蔵還元型NOx触媒20に流入する排気の空
燃比が理論空燃比又はリッチ空燃比となっても分解され
ずに吸蔵還元型NOx触媒20内に残留してしまう。Sulfate (BaSO 4 ) is more stable than barium nitrate (Ba (NO 3 ) 2 ) and is less likely to be decomposed, and the air-fuel ratio of exhaust gas flowing into the NOx storage reduction catalyst 20 is theoretically higher. Even when the air-fuel ratio or the rich air-fuel ratio is reached, the fuel is not decomposed and remains in the NOx storage reduction catalyst 20.
【0121】吸蔵還元型NOx触媒20における硫酸塩
(BaSO4)の量が増加すると、それに応じて窒素酸
化物(NOx)の吸収に関与することができる酸化バリ
ウム(BaO)の量が減少するため、吸蔵還元型NOx
触媒20のNOx吸収能力が低下する、いわゆるSOx被
毒が発生する。When the amount of sulfate (BaSO 4 ) in the NOx storage reduction catalyst 20 increases, the amount of barium oxide (BaO) that can participate in the absorption of nitrogen oxide (NOx) decreases accordingly. , Storage reduction type NOx
So-called SOx poisoning occurs in which the NOx absorption capacity of the catalyst 20 decreases.
【0122】吸蔵還元型NOx触媒20のSOx被毒を解
消する方法としては、吸蔵還元型NOx触媒20の雰囲
気温度をおよそ500℃〜700℃の高温域まで昇温さ
せるとともに、吸蔵還元型NOx触媒20に流入する排
気の空燃比をリッチ空燃比とすることにより、吸蔵還元
型NOx触媒20に吸収されている硫酸バリウム(Ba
SO4)をSO3-やSO4-に熱分解し、次いでSO3-や
SO4-を排気中の炭化水素(HC)や一酸化炭素(C
O)と反応させて気体状のSO2-に還元する方法を例示
することができる。As a method for eliminating SOx poisoning of the NOx storage reduction catalyst 20, the ambient temperature of the NOx storage reduction catalyst 20 is raised to a high temperature range of about 500 ° C. to 700 ° C. By setting the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx 20 to the rich air-fuel ratio, the barium sulfate (Ba)
The SO 4) is thermally decomposed into SO 3- and SO 4-, then SO 3- and SO 4-a in the exhaust hydrocarbons (HC) and carbon monoxide (C
O) to reduce to gaseous SO 2− .
【0123】そこで、本実施の形態に係る被毒解消処理
では、CPU351は、先ず吸蔵還元型NOx触媒20
の床温を高める触媒昇温処理を実行した上で、吸蔵還元
型NOx触媒20に流入する排気の空燃比をリッチ空燃
比とするようにした。Therefore, in the poisoning elimination process according to the present embodiment, the CPU 351 firstly performs the storage reduction type NOx catalyst 20 operation.
After the catalyst temperature raising process for raising the bed temperature of the NOx catalyst is performed, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx storage reduction catalyst 20 is set to the rich air-fuel ratio.
【0124】触媒昇温処理では、CPU351は、例え
ば、各気筒2の膨張行程時に燃料噴射弁3から副次的に
燃料をポスト噴射させるとともに還元剤噴射弁28から
排気中へ燃料を添加させることにより、それらの未燃燃
料成分を吸蔵還元型NOx触媒20において酸化させ、
酸化の際に発生する熱によって吸蔵還元型NOx触媒2
0の床温を高めるようにしてもよい。In the catalyst temperature increasing process, the CPU 351 performs, for example, post-injection of fuel from the fuel injection valve 3 and addition of fuel from the reducing agent injection valve 28 into exhaust gas during the expansion stroke of each cylinder 2. Thereby, those unburned fuel components are oxidized in the NOx storage reduction catalyst 20,
Oxidation-reduction type NOx catalyst 2 due to heat generated during oxidation
The floor temperature of 0 may be raised.
【0125】但し、吸蔵還元型NOx触媒20が過剰に
昇温すると、吸蔵還元型NOx触媒20の熱劣化が誘発
される可能性があるため、出ガス温度センサ24の出力
信号値に基づいてポスト噴射燃料量及び添加燃料量がフ
ィードバック制御されるようにすることが好ましい。However, if the temperature of the NOx storage reduction catalyst 20 rises excessively, thermal deterioration of the NOx storage reduction catalyst 20 may be induced. It is preferable that the injected fuel amount and the added fuel amount are feedback-controlled.
【0126】上記したような触媒昇温処理により吸蔵還
元型NOx触媒20の床温が500℃〜700℃程度の
高温域まで上昇すると、CPU351は、吸蔵還元型N
Ox触媒20に流入する排気の空燃比をリッチ空燃比と
すべく還元剤噴射弁28から燃料を噴射させる。When the bed temperature of the NOx storage reduction catalyst 20 rises to a high temperature range of about 500 ° C. to 700 ° C. by the above-described catalyst temperature raising processing, the CPU 351 starts the storage reduction type NOx catalyst.
Fuel is injected from the reducing agent injection valve 28 so that the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the Ox catalyst 20 becomes a rich air-fuel ratio.
【0127】尚、還元剤噴射弁28から過剰な燃料が噴
射されると、それらの燃料が吸蔵還元型NOx触媒20
で急激に燃焼して吸蔵還元型NOx触媒20が過熱し、
或いは還元剤噴射弁28から噴射された過剰な燃料によ
って吸蔵還元型NOx触媒20が不要に冷却される虞が
あるため、CPU351は、空燃比センサ23の出力信
号に基づいて還元剤噴射弁28からの燃料噴射量をフィ
ードバック制御するようにしても良い。When excess fuel is injected from the reducing agent injection valve 28, the fuel is stored in the NOx storage reduction catalyst 20.
And the NOx storage reduction catalyst 20 is overheated,
Alternatively, the storage-reduction NOx catalyst 20 may be unnecessarily cooled by excessive fuel injected from the reducing agent injection valve 28. May be feedback controlled.
【0128】このように被毒解消処理が実行されると、
吸蔵還元型NOx触媒20の床温が高い状況下で、吸蔵
還元型NOx触媒20に流入する排気の空燃比がリッチ
空燃比となるため、吸蔵還元型NOx触媒20に吸収さ
れている硫酸バリウム(BaSO4)がSO3-やSO4-
に熱分解され、それらSO3-やSO4-が排気中の炭化水
素(HC)や一酸化炭素(CO)と反応して気体状のS
O2-に還元され、以て吸蔵還元型NOx触媒20のSOx
被毒が解消されることになる。When the poisoning elimination process is executed as described above,
When the bed temperature of the NOx storage reduction catalyst 20 is high, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx storage reduction catalyst 20 becomes a rich air-fuel ratio. Therefore, the barium sulfate absorbed by the NOx storage reduction catalyst 20 ( BaSO 4 ) is SO 3− or SO 4−
Is thermally decomposed into SO 3 and SO 4−, which react with hydrocarbons (HC) and carbon monoxide (CO) in the exhaust gas to form gaseous sulfur.
It is reduced to O 2− , so that the SOx of the NOx storage reduction catalyst 20 is reduced.
Poisoning will be eliminated.
【0129】また、前述したNOx浄化制御では、CP
U351が所定の周期でリッチスパイク制御を実行する
ことにより、吸蔵還元型NOx触媒20に流入する排気
の空燃比をスパイク的に目標リッチ空燃比とし、吸蔵還
元型NOx触媒20に吸収された窒素酸化物(NOx)を
放出及び還元している。In the NOx purification control described above, CP
The U351 executes the rich spike control at a predetermined cycle, so that the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx storage reduction catalyst 20 is spiked to the target rich air-fuel ratio, and the nitrogen oxidation absorbed by the NOx storage reduction catalyst 20 is performed. The substance (NOx) is released and reduced.
【0130】上記NOx浄化及び被毒解消を効率的に行
うためには、NOx触媒20の床温を正確に把握し、床
温に応じたリッチスパイク制御を行う必要がある。In order to efficiently purify NOx and eliminate poisoning, it is necessary to accurately grasp the bed temperature of the NOx catalyst 20 and to perform rich spike control according to the bed temperature.
【0131】ところが、NOx触媒20の床温はリッチ
スパイクによって昇温するため、リッチスパイク制御中
は入ガス温度センサ37により計測された排気の温度よ
りもNOx触媒20の床温のほうが高くなる虞れがあ
る。However, since the bed temperature of the NOx catalyst 20 rises due to the rich spike, the bed temperature of the NOx catalyst 20 may become higher than the exhaust gas temperature measured by the gas input temperature sensor 37 during the rich spike control. There is.
【0132】また、出ガス温度センサ24により計測さ
れた排気の温度はNOx触媒20の下流に設置されてい
るためNOx触媒20の床温よりも低い数値を示すこと
になる。The temperature of the exhaust gas measured by the outlet gas temperature sensor 24 is lower than the bed temperature of the NOx catalyst 20 because it is installed downstream of the NOx catalyst 20.
【0133】単純に排気枝管18に添加された燃料の量
からNOx触媒20の床温を推定しようとしても、排気
枝管18内に添加された燃料は直ちに蒸発若しくは微粒
化して排気と共にNOx触媒20へ到達するものもあれ
ば、排気枝管18の壁面に液体のまま付着しNOx触媒
20へ到達するのに時間がかかるものもある。このよう
に、添加された燃料の全量が直ちにNOx触媒20に到
達するわけではないので、NOx触媒20の床温を精度
良く得ることは困難である。Even if the bed temperature of the NOx catalyst 20 is simply estimated from the amount of fuel added to the exhaust branch 18, the fuel added to the exhaust branch 18 is immediately evaporated or atomized, and the NOx catalyst is added together with the exhaust gas. Some reach the NOx catalyst 20, while others take a long time to reach the NOx catalyst 20 as they adhere to the wall surface of the exhaust branch pipe 18 as liquid. As described above, since the entire amount of the added fuel does not immediately reach the NOx catalyst 20, it is difficult to accurately obtain the bed temperature of the NOx catalyst 20.
【0134】そこで、本実施の形態では還元剤として添
加された燃料の排気枝管20の付着、蒸発を考慮してN
Ox触媒20の床温を推定することにした。Therefore, in the present embodiment, N is taken into consideration in consideration of the attachment and evaporation of the fuel added as the reducing agent on the exhaust branch pipe 20.
The bed temperature of the Ox catalyst 20 was estimated.
【0135】次に、この実施の形態における内燃機関の
排気浄化装置のNOx触媒20の床温の推定方法につい
て図4のフローチャートに基づいて説明する。Next, a method for estimating the bed temperature of the NOx catalyst 20 of the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to this embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG.
【0136】ステップ101では、内燃機関1の運転状
態に基づいて、NOx触媒20の床温推定に必要な吸入
新気量Ga、排気温度Tex、排出HC量MHC、排出CO
量MC O、排気燃料噴射パルス(又は燃料の噴射量)がR
AM353に入力される。In step 101, the operation status of the internal combustion engine 1 is determined.
Necessary for estimating the bed temperature of the NOx catalyst 20 based on the state
New volume Ga, Exhaust temperature Tex, Emission HC amount MHC, Emission CO
Quantity MC O, The exhaust fuel injection pulse (or fuel injection amount) is R
AM 353.
【0137】吸入新気量Gaは、RAM353に記憶さ
れているエアフローメータ11の出力信号値に基づいて
算出される。[0137] intake fresh air amount G a is calculated based on the output signal value of the airflow meter 11 stored in the RAM 353.
【0138】内燃機関1から排出される排気の温度
Tex、該排気に含まれるHC量MHC、該排気に含まれる
CO量MCOは、夫々、排気温度マップ、HCマップ、C
Oマップを参照して算出される。The temperature T ex of the exhaust gas discharged from the internal combustion engine 1, the HC amount M HC contained in the exhaust gas, and the CO amount M CO contained in the exhaust gas are represented by an exhaust temperature map, an HC map, and a C map, respectively.
It is calculated with reference to the O map.
【0139】ここで、内燃機関1の運転状態とは、機関
回転数、吸入空気量、気筒2に噴射される燃料量等であ
り、この運転状態と排気温度、排気中のHC量、排気中
のCO量、との関係を夫々予め求めてマップ化しROM
352に記憶しておく。Here, the operating state of the internal combustion engine 1 includes the engine speed, the amount of intake air, the amount of fuel injected into the cylinder 2, and the like. The relationship between the amount of CO and the amount of CO is determined in advance and mapped.
352.
【0140】CPU351は、機関回転数とアクセル開
度と吸入空気量と燃料噴射量とをパラメータとしてRO
M352の還元剤添加量制御マップへアクセスし、排気
の空燃比を予め設定された目標リッチ空燃比とする上で
必要となる燃料の添加量Fin jを算出する。The CPU 351 determines the engine speed and accelerator opening.
RO, using the degree, intake air amount and fuel injection amount as parameters
Access the M352 reduction agent addition amount control map and exhaust
To make the air-fuel ratio of the target rich air-fuel ratio set in advance
Required fuel addition amount Fin jIs calculated.
【0141】ステップ102では、排気枝管18内に添
加された燃料の排気枝管18の壁面への付着量MWSUM及
び蒸発量MYを算出する。この値は、例えば次式により
算出される。In step 102, the amount M WSUM and the amount of evaporation M Y of the fuel added to the exhaust branch 18 on the wall surface of the exhaust branch 18 are calculated. This value is calculated by the following equation, for example.
【0142】MWSUM=ΣMf(n) MY=Y・Mf(n) Mf(n)=X・Minj−Y・Mf(n-1) ここで、Mf:一回の燃料噴射で壁面に付着する燃料量 X :燃料の壁面付着率 Y :壁面付着燃料の蒸発率 Minj:一回の燃料(還元剤)の噴射量 である。M WSUM = ΣM f (n) M Y = Y · M f (n) M f (n) = X · M inj −Y · M f (n-1) where M f : one time The amount of fuel adhering to the wall surface during the fuel injection X: the fuel wall adhering rate Y: the evaporation rate of the wall adhering fuel Minj : the amount of fuel (reducing agent) injected at one time.
【0143】燃料の壁面付着率X及び壁面付着燃料の蒸
発率Yは、排気枝管18の壁面温度、排気の流量、排気
の温度に応じて変化することが確認されている。排気の
流量は吸入空気量と気筒2内への燃料噴射量との関数と
して表されるので、壁面温度Texm、吸入空気量Ga、燃
料噴射量、壁面付着率X、蒸発率Yの関係を予め実験等
により求めておき、それらの関係をマップ化してROM
352に記憶しておく。It has been confirmed that the fuel wall deposition rate X and the wall deposition fuel evaporation rate Y change in accordance with the wall temperature of the exhaust branch pipe 18, the flow rate of the exhaust gas, and the temperature of the exhaust gas. The flow rate of the exhaust gas is expressed as a function of the fuel injection amount to the intake air amount and the cylinder 2, the wall surface temperature T exm, the intake air amount G a, fuel injection amount, the wall adhesion ratio X, the relationship of the evaporation rate Y Are determined in advance by experiments, etc.
352.
【0144】燃料添加前の壁面温度Texmは、例えば排
気の温度Texの一時遅れや熱伝達に要する応答遅れとし
て求められることが知られている。燃料添加が始まった
後は前回のルーチンのステップ104で求められた排気
枝管18の温度Texaを使用する。It is known that the wall surface temperature T exm before fuel addition is obtained as, for example, a temporary delay of the exhaust gas temperature T ex or a response delay required for heat transfer. After the fuel addition is started, the temperature T exa of the exhaust branch pipe 18 obtained in step 104 of the previous routine is used.
【0145】ステップ103では、排気枝管18内での
エネルギー計算を行う。これには、排気が有する熱量Q
ex、排気枝管18が有する熱量Qexm、壁面に付着した
燃料が有する熱量QexmX、燃料が蒸発するのに必要な熱
量QexmYが必要となる。In step 103, energy calculation in the exhaust branch pipe 18 is performed. This includes the amount of heat Q
ex, the amount of heat Q exm with the exhaust branch pipe 18, the amount of heat Q ExmX included in the fuel adhering to the wall surface, fuel is required quantity of heat Q ExmY required to evaporate.
【0146】排気が有する熱量Qexは、例えば次式で表
すことができる。The heat quantity Q ex of the exhaust gas can be expressed by the following equation, for example.
【0147】Qex=Mex・Cex・Tex ここで、Mexは排気の質量、Cexは排気の比熱、Texは
排気の温度であり、排気の質量Mexはエアフローメータ
11の出力信号及び気筒2内への燃料主噴射量に基づい
て算出し、排気の温度Texはステップ101で算出した
排気の温度Texを用いる。尚、排気の比熱Cexは一定と
する。Q ex = M ex · C ex · T ex where M ex is the mass of the exhaust, C ex is the specific heat of the exhaust, T ex is the temperature of the exhaust, and the mass M ex of the exhaust is calculated based on the fuel main injection amount to the output signal and the cylinder 2, the temperature T ex of the exhaust is used as the temperature T ex of the exhaust gas calculated in step 101. Incidentally, the specific heat C ex of the exhaust is constant.
【0148】排気枝管18が有する熱量Qexmは、例え
ば次式で表すことができる。The heat quantity Q exm of the exhaust branch pipe 18 can be expressed by the following equation, for example.
【0149】Qexm=Mexm・Cexm・Texm Mexmは排気枝管18の質量、Cexmは排気枝管18の比
熱、Texmは排気枝管18の温度である。排気枝管18
の質量は予め計測してROM352に記憶させておく。
排気枝管18の温度Texmはステップ102で求められ
た値を使用する。Q exm = M exm · C exm · T exm M exm is the mass of the exhaust branch 18, C exm is the specific heat of the exhaust branch 18, and T exm is the temperature of the exhaust branch 18. Exhaust branch pipe 18
Is measured in advance and stored in the ROM 352.
As the temperature T exm of the exhaust branch pipe 18, the value obtained in step 102 is used.
【0150】壁面に付着した燃料が有する熱量Q
exmXは、例えば次式で表すことができる。The heat quantity Q of the fuel attached to the wall surface
exmX can be represented by the following equation, for example.
【0151】QexmX=MWSUM・CexmX・TexmX MWSUMはステップ102で算出した排気枝管18に付着
した燃料の質量、Cex mXは排気枝管18に付着した燃料
の比熱、TexmXは排気枝管18に付着した燃料の温度で
ある。尚、排気枝管18に付着した燃料の比熱CexmXは
一定とする。QexmX= MWSUM・ CexmX・ TexmX MWSUMAdheres to the exhaust branch pipe 18 calculated in step 102
Fuel mass, Cex mXIs the fuel attached to the exhaust branch pipe 18.
Specific heat, TexmXIs the temperature of the fuel attached to the exhaust branch pipe 18.
is there. The specific heat C of the fuel attached to the exhaust branch pipe 18exmXIs
To be constant.
【0152】燃料の温度TexmXは吸気温度センサ12で
得られた吸入空気の温度に基づいて推定するか還元剤供
給路29に燃料温度センサ(図示しない)を設置して算
出することができる。The fuel temperature T exmX can be estimated based on the intake air temperature obtained by the intake air temperature sensor 12 or calculated by installing a fuel temperature sensor (not shown) in the reducing agent supply passage 29.
【0153】燃料が蒸発するのに必要な熱量QexmYは、
例えば次式で表すことができる。The amount of heat Q exmY required for the fuel to evaporate is
For example, it can be represented by the following equation.
【0154】QexmY=MY・RexmY MYはステップ102で算出した排気枝管18に付着し
た燃料の蒸発量、Rexm Yは単位質量当たりの燃料を蒸発
させるのに要する蒸発熱である。蒸発熱RexmYは予め求
めておきROM352に記憶させておく。QexmY= MY・ RexmY MYAdheres to the exhaust branch pipe 18 calculated in step 102.
Fuel evaporation, Rexm YEvaporates fuel per unit mass
It is the heat of evaporation required to make Heat of evaporation RexmYIs required in advance
It is stored in the ROM 352 in advance.
【0155】ステップ104では、ステップ103の算
出結果に基づいてMYの燃料が蒸発した後の排気枝管1
8の壁面温度Texaを算出する。ここで、排気と排気枝
管18との温度が同一温度Texaになり、且つ、燃料の
蒸発により奪われた熱量は総て排気と排気枝管18との
温度降下に消費されたものと仮定すると、次式が成立す
る。[0155] At step 104, the exhaust branch pipe after the fuel M Y evaporated based on the calculation result of Step 103 1
8 to calculate the wall surface temperature T exa of. Here, it is assumed that the temperature of the exhaust and the exhaust branch 18 become the same temperature T exa , and that all the heat absorbed by the evaporation of the fuel is consumed by the temperature drop between the exhaust and the exhaust branch 18. Then, the following equation is established.
【0156】Qex+Qexm+QexmX−QexmY=Mex・C
ex・Texa+Mexm・Cexm・Texa+(MWSUM−MY)・
CexmX・TexmX ここで、この式の左辺は燃料蒸発前の熱量の総和を表
し、右辺は燃料蒸発後のの熱量の総和を表す。Q ex + Q exm + Q exmX -Q exmY = M ex · C
ex・ T exa + M exm・ C exm・ T exa + (M WSUM −M Y ) ・
C exmX · T exmX Here, the left side of this equation represents the total amount of heat before fuel evaporation, and the right side represents the total amount of heat after fuel evaporation.
【0157】従って、燃料蒸発後の排気枝管18の壁面
温度Texaは次式により算出することができる。Accordingly, the wall surface temperature T exa of the exhaust branch pipe 18 after fuel evaporation can be calculated by the following equation.
【0158】Texa={Qex+Qexm+QexmX−QexmY−
(MWSUM−MY)・CexmX・TexmX}/(Mex・Cex+
Mexm・Cexm) ステップ105では、排気中に含まれるHCがNOx触
媒20で燃焼したときに発生される熱量QHCを算出す
る。T exa = {Q ex + Q exm + Q exmX −Q exmY −
(M WSUM −M Y ) · C exmX · T exmX } / (M ex · C ex +
M exm · C exm ) In step 105, the amount of heat Q HC generated when HC contained in the exhaust gas is burned by the NOx catalyst 20 is calculated.
【0159】QHC=RHC・MHC ここで、RHCは排気中の単位質量当たりの未燃HCが酸
化反応したときに生じる反応熱で、一定の値である。M
HCはステップ101で算出した排出HC量である。ま
た、COがNOx触媒20で燃焼したときに発生される
熱量QCOも同様に算出する。Q HC = R HC · M HC Here, R HC is a reaction heat generated when unburned HC per unit mass in exhaust gas undergoes an oxidation reaction, and is a constant value. M
HC is the exhaust HC amount calculated in step 101. In addition, the amount of heat Q CO generated when CO is burned by the NOx catalyst 20 is calculated in the same manner.
【0160】QCO=RCO・MCO ここで、RCOは排気中の単位質量当たりの未燃COが酸
化反応したときに生じる反応熱で、一定の値である。M
COはステップ101で算出した排出CO量である。Q CO = R CO · M CO Here, R CO is a reaction heat generated when unburned CO per unit mass in the exhaust gas undergoes an oxidation reaction, and is a constant value. M
CO is the amount of emitted CO calculated in step 101.
【0161】ステップ106では、NOx触媒20に液
体のまま到達した燃料の付着量MCSU M及びNOx触媒2
0での燃料の蒸発量MCYを算出する。この値は、例えば
次式により算出される。In step 106, the NOx catalyst 20
Fuel adhesion M arrived as a bodyCSU MAnd NOx catalyst 2
Evaporation amount of fuel at 0CYIs calculated. This value is, for example,
It is calculated by the following equation.
【0162】MCSUM=ΣMCf(n) MCY=Y・MCf(n) MCf(n)=XC・(Minj−Mf(n))−YC・MCf(n-1) Mf(n)=X・Minj−Y・Mf(n-1) ここで、MCf:一回の燃料噴射でNOx触媒18に付着
する燃料量 XC :燃料のNOx触媒付着率 YC :NOx触媒付着燃料の蒸発率 であり、 Mf:一回の燃料噴射で壁面に付着する燃料量 X :燃料の壁面付着率 Y :壁面付着燃料の蒸発率 Minj:一回の燃料(還元剤)の噴射量 はステップ102で算出された値である。M CSUM = ΣM Cf (n) M CY = Y · M Cf (n) M Cf (n) = X C · (M inj −M f (n) ) −Y C · M Cf (n−1) ) in M f (n) = X · M inj -Y · M f (n-1) where, M Cf: the amount of fuel adhering to the NOx catalyst 18 in a single fuel injection X C: NOx catalyst adhering ratio of the fuel Y C : Evaporation rate of fuel adhering to NOx catalyst, M f : Amount of fuel adhering to wall surface in one fuel injection X: Adhesion ratio of fuel wall surface Y: Evaporation rate of fuel adhering to wall surface M inj : One time fuel The injection amount of the (reducing agent) is the value calculated in step 102.
【0163】還元剤噴射弁28から排気枝管18へ噴射
された燃料は、排気枝管18の壁面に付着するか又は排
気と共にNOx触媒20へ流される。排気枝管18に付
着せず且つNOx触媒20へ到達する間に蒸発しなかっ
た燃料がNOx触媒20に付着することになる。The fuel injected from the reducing agent injection valve 28 to the exhaust branch pipe 18 adheres to the wall surface of the exhaust branch pipe 18 or flows to the NOx catalyst 20 together with the exhaust gas. Fuel that has not adhered to the exhaust branch pipe 18 and that has not evaporated during reaching the NOx catalyst 20 will adhere to the NOx catalyst 20.
【0164】燃料のNOx触媒付着率XC及びNOx触媒
付着燃料の蒸発率YCは、NOx触媒20の床温TC、排
気の流量、排気の温度に応じて変化することが確認され
ている。排気の流量は吸入空気量と気筒2内への燃料噴
射量との関数として表されるので、触媒床温、吸入空気
量Ga、燃料噴射量、排気の温度Texn、触媒付着率
X C、蒸発率YCの関係を予め実験等により求めておき、
それらの関係をマップ化してROM352に記憶してお
く。NOx catalyst adhesion rate X of fuelCAnd NOx catalyst
Evaporation rate Y of attached fuelCIs the bed temperature T of the NOx catalyst 20C, Exhaust
It is confirmed that it changes according to the air flow rate and the exhaust temperature.
ing. The flow rate of exhaust gas depends on the amount of intake air and fuel injection into cylinder 2.
It is expressed as a function of the irradiation amount, so the catalyst bed temperature, intake air
Quantity Ga, Fuel injection amount, exhaust temperature Texn, Catalyst adhesion rate
X C, Evaporation rate YCIs determined in advance by experiments, etc.
These relationships are mapped and stored in the ROM 352.
Good.
【0165】燃料添加前の触媒床温TCは、例えば入ガ
ス温度センサ37の出力信号に基づいて算出する。燃料
の添加が始まった後は、前回のルーチンのステップ10
9で求められた触媒床温TCaを使用する。The catalyst bed temperature T C before the addition of the fuel is calculated based on, for example, the output signal of the input gas temperature sensor 37. After fuel addition has begun, step 10 of the previous routine
The catalyst bed temperature TCa determined in 9 is used.
【0166】ステップ107では、ステップ102及び
ステップ106で算出された蒸発燃料がNOx触媒20
で燃焼したときに発生される熱量QYを算出する。この
熱量Q Yは例えば次式で示すことができる。In step 107, steps 102 and
The fuel vapor calculated in step 106 is the NOx catalyst 20
Of heat generated when burning atYIs calculated. this
Calorific value Q YCan be expressed by the following equation, for example.
【0167】QY=RY・(MY+MCY) ここで、RYは単位質量の蒸発燃料が燃焼したときに生
じる反応熱で一定の値である。Q Y = R Y · (M Y + M CY ) Here, R Y is a constant value of reaction heat generated when a unit mass of fuel vapor is burned.
【0168】ステップ108では、NOx触媒20での
エネルギー計算を行う。これには、ステップ105で算
出された排気中に含まれるHC、COがNOx触媒20
で燃焼したときに発生される熱量QHC、QCO及び蒸発し
た燃料がNOx触媒20で燃焼したときに発生される熱
量QYの他に、排気が有する熱量QexC、NOx触媒20
が有する熱量QC、NOx触媒20に付着した燃料が有す
る熱量QCX、燃料が蒸発するのに必要な熱量QCYが必要
となる。In step 108, the energy of the NOx catalyst 20 is calculated. This is because the HC and CO contained in the exhaust gas calculated in step 105 are reduced by the NOx catalyst 20.
In addition to the heat amounts Q HC and Q CO generated when the fuel is burned by the NOx catalyst 20 and the heat amount Q Y generated when the evaporated fuel is burned by the NOx catalyst 20, the heat amount QexC of the exhaust gas and the NOx catalyst 20
Heat Q C with the amount of heat Q CX having the fuel adhering to the NOx catalyst 20, the amount of heat Q CY necessary fuel evaporation is required.
【0169】排気が有する熱量QexCは、例えば次式で
表すことができる。The heat quantity Q exC of the exhaust gas can be expressed by the following equation, for example.
【0170】QexC=MexC・CexC・TexC ここで、MexCはNOx触媒20に流入する排気の質量、
CexCはNOx触媒20に流入する排気の比熱である。排
気の質量MexCはエアフローメータ11の出力信号及び
気筒2内への燃料主噴射量に基づいて算出され、排気の
比熱CexCは一定とする。また、TexCは入ガス温度セン
サ37により得られる排気の温度である。Q exC = M exC · C exC · T exC where M exC is the mass of exhaust gas flowing into the NOx catalyst 20,
C exC is the specific heat of the exhaust gas flowing into the NOx catalyst 20. The mass M exC of the exhaust gas is calculated based on the output signal of the air flow meter 11 and the main fuel injection amount into the cylinder 2, and the specific heat C exC of the exhaust gas is fixed. T exC is the temperature of the exhaust gas obtained by the incoming gas temperature sensor 37.
【0171】NOx触媒20が有する熱量QCは、例えば
次式で表すことができる。[0171] amount of heat Q C having the NOx catalyst 20 can be represented for example by the following equation.
【0172】QC=MC・CC・TC ここで、MCはNOx触媒20の質量、CCはNOx触媒2
0の比熱でありこれら質量MC及び比熱CCは一定であ
る。TCは触媒反応が起こる前のNOx触媒20の触媒床
温であり、ステップ106で求められた値を使用する。Q C = M C · C C · T C where M C is the mass of the NOx catalyst 20 and C C is the NOx catalyst 2
The specific heat is 0, and the mass M C and the specific heat C C are constant. T C is the catalyst bed temperature of the NOx catalyst 20 before the catalyst reaction occurs, using the values obtained in step 106.
【0173】NOx触媒20に付着した燃料が有する熱
量QCXは、例えば次式で表すことができる。The heat quantity Q CX of the fuel attached to the NOx catalyst 20 can be expressed by the following equation, for example.
【0174】QCX=MCSUM・CCX・TexmX MCSUMはステップ106で算出したNOx触媒20に付
着した燃料の質量、CC XはNOx触媒20に付着した燃
料の比熱、TexmXはステップ103で算出された燃料の
温度である。QCX= MCSUM・ CCX・ TexmX MCSUMIs attached to the NOx catalyst 20 calculated in step 106.
Mass of fuel deposited, CC XIs the fuel adhering to the NOx catalyst 20
Heat of material, TexmXIs the value of the fuel calculated in step 103.
Temperature.
【0175】燃料が蒸発するのに必要な熱量QCYは、例
えば次式で表すことができる。The amount of heat Q CY required for the fuel to evaporate can be expressed, for example, by the following equation.
【0176】QCY=MCY・RexmY MCYはステップ106で算出したNOx触媒20に付着
した燃料の蒸発量、Re xmYはステップ103で求めた単
位質量当たりの燃料を蒸発させるのに要する熱量であ
る。QCY= MCY・ RexmY MCYAdheres to the NOx catalyst 20 calculated in step 106
Fuel evaporation, Re xmYIs the unit obtained in step 103
The amount of heat required to evaporate fuel per unit mass
You.
【0177】ステップ109では、ステップ108の算
出結果に基づいてNOx触媒20の床温を算出する。こ
こで、NOx触媒20で触媒反応により発生した熱が総
て排気及びNOx触媒の加熱に消費され、燃料の蒸発に
より奪われた熱量は総て排気と排気枝管18との温度降
下に消費され、排気とNOx触媒20との温度が同一温
度TCaになったものと仮定すると、次式が成立する。At step 109, the bed temperature of the NOx catalyst 20 is calculated based on the calculation result at step. Here, all the heat generated by the catalytic reaction in the NOx catalyst 20 is consumed for heating the exhaust gas and the NOx catalyst, and all the heat removed by the evaporation of the fuel is consumed for the temperature drop between the exhaust gas and the exhaust branch pipe 18. Assuming that the temperature of the exhaust gas and the temperature of the NOx catalyst 20 have reached the same temperature TCa , the following equation holds.
【0178】QexC+QC+QHC+QCO+QY+QCX−Q
CY=MC・CC・TCa+MexC・CexC・TCa+(MCSUM−
MCY)・CCX・TCX ここで、この式の左辺は触媒反応前の熱量の総和を表
し、右辺は触媒反応後の熱量の総和を表す。[0178] Q exC + Q C + Q HC + Q CO + Q Y + Q CX -Q
CY = M C · C C · T Ca + M exC · C exC · T Ca + (M CSUM −
M CY ) · C CX • T CX Here, the left side of this equation represents the total amount of heat before the catalytic reaction, and the right side represents the total amount of heat after the catalytic reaction.
【0179】従って、触媒反応後のNOx触媒20の触
媒床温TCaは次式により算出することができる。Therefore, the catalyst bed temperature TCa of the NOx catalyst 20 after the catalytic reaction can be calculated by the following equation.
【0180】TCa={QexC+QC+QHC+QCO+QY+
QCX−QCY−(MCSUM−MCY)・CC X・TCX}/(MC
・CC+MexC・CexC) ステップ109の実行完了により、本ルーチンの第1回
目の処理サイクルが完了し、ECU35は、第2回目の
処理サイクルを実行すべくステップ101に戻る。そし
て、第2回目以後の処理サイクルにおけるステップ10
8では、前サイクルのステップ107で算出した触媒床
温TCを用いて、触媒反応前のNOx触媒が有する熱量Q
Cを算出する。TCa= {QexC+ QC+ QHC+ QCO+ QY+
QCX−QCY− (MCSUM-MCY) ・ CC X・ TCX} / (MC
・ CC+ MexC・ CexCWhen the execution of step 109 is completed, the first
The second processing cycle is completed, and the ECU 35 returns to the second processing cycle.
The process returns to step 101 to execute the processing cycle. Soshi
Step 10 in the second and subsequent processing cycles
8, the catalyst bed calculated in step 107 of the previous cycle
Warm TCUsing the heat quantity Q of the NOx catalyst before the catalytic reaction
CIs calculated.
【0181】ECU35は、ステップ101からステッ
プ109の処理を繰り返し実行して、刻々と変化するN
Ox触媒の触媒床温を推定し、更新していく。そして、
更新された最新の触媒床温がNOx触媒20の触媒床温
として、この排気浄化装置の種々の制御に利用されるこ
とになる。The ECU 35 repeatedly executes the processing from step 101 to step 109 to make the N
The catalyst bed temperature of the Ox catalyst is estimated and updated. And
The updated latest catalyst bed temperature is used as the catalyst bed temperature of the NOx catalyst 20 for various controls of the exhaust gas purification device.
【0182】したがって、この実施の形態における排気
浄化装置では、NOx触媒20の触媒床温を直接計測す
ることなく、NOx触媒の触媒床温を知ることができ
る。Therefore, in the exhaust gas purifying apparatus according to this embodiment, the catalyst bed temperature of the NOx catalyst can be known without directly measuring the catalyst bed temperature of the NOx catalyst 20.
【0183】推定されたNOx触媒20の床温は触媒2
0に流入する排気の温度で推定されているため実際の触
媒床温に対する応答遅れ等問題はない。よって、触媒床
温に応じた機関運転制御や還元剤添加制御を実際の触媒
床温に対して遅れなく実行でき、以て触媒の性能を最大
限に引き出すことができる。The estimated bed temperature of the NOx catalyst 20
Since the estimation is made based on the temperature of the exhaust gas flowing into zero, there is no problem such as a response delay to the actual catalyst bed temperature. Therefore, the engine operation control and the reducing agent addition control according to the catalyst bed temperature can be executed without delay with respect to the actual catalyst bed temperature, and the performance of the catalyst can be maximized.
【0184】このように、この排気浄化装置ではNOx
触媒20の触媒床温を推定することができるので、触媒
床温を直接計測する温度検出手段は不要なのであるが、
この実施の形態では、排気浄化装置に対するフェールセ
ーフを実現するために、NOx触媒20の下流に出ガス
温度センサ24を設けている。この実施の形態のフェー
ルセーフシステムでは、出ガス温度センサ24で実測さ
れた出ガス温度を触媒床温の実測値(以下、実測触媒床
温という)TC2として代用する。As described above, in this exhaust gas purification apparatus, NOx
Since the catalyst bed temperature of the catalyst 20 can be estimated, the temperature detecting means for directly measuring the catalyst bed temperature is unnecessary,
In this embodiment, an outgassing temperature sensor 24 is provided downstream of the NOx catalyst 20 in order to realize fail-safe for the exhaust gas purification device. In the fail-safe system according to this embodiment, the outlet gas temperature measured by the outlet gas temperature sensor 24 is used as an actual measured value of the catalyst bed temperature (hereinafter, referred to as an actually measured catalyst bed temperature) TC2 .
【0185】前記実測触媒床温TC2が、前述した触媒床
温推定処理の実行により推定されたNOx触媒20の触
媒床温(以下、推定触媒床温という)TCaよりも大幅に
低い場合には、還元剤噴射弁28から排気中に供給され
た燃料(HC)がNOx触媒20で反応せずにNOx触媒
20に付着していると考えられる。このようにNOx触
媒20に付着したHCは、所定の温度条件を満足したと
きに燃焼し始めてNOx触媒20の触媒床温を異常上昇
させ、NOx触媒20の熱劣化を促進する虞れがある。When the measured catalyst bed temperature T C2 is significantly lower than the catalyst bed temperature of the NOx catalyst 20 (hereinafter referred to as estimated catalyst bed temperature) T Ca estimated by executing the above-described catalyst bed temperature estimation processing. It is considered that the fuel (HC) supplied to the exhaust gas from the reducing agent injection valve 28 adheres to the NOx catalyst 20 without reacting with the NOx catalyst 20. HC thus adhering to the NOx catalyst 20 may start burning when a predetermined temperature condition is satisfied, abnormally increasing the catalyst bed temperature of the NOx catalyst 20, and promoting thermal deterioration of the NOx catalyst 20.
【0186】一方、前記実測触媒床温TC2が推定触媒床
温TCaよりも大幅に高い場合には、還元剤噴射弁28か
ら排気中に供給された燃料(HC)量が指令供給量より
も多いと考えられ、原因として流量調整弁30の作動不
良などが考えられる。On the other hand, when the measured catalyst bed temperature T C2 is significantly higher than the estimated catalyst bed temperature T Ca, the amount of fuel (HC) supplied into the exhaust gas from the reducing agent injection valve 28 is smaller than the command supply amount. It is considered that there are many cases, and the cause may be a malfunction of the flow control valve 30 or the like.
【0187】また、入ガス温度センサ37の経時変化に
より排気の温度が正確に得られなくなると、NOx触媒
20の床温を精度良く制御することは困難となる。If the temperature of the exhaust gas cannot be accurately obtained due to the change over time of the incoming gas temperature sensor 37, it becomes difficult to accurately control the bed temperature of the NOx catalyst 20.
【0188】そこで、この実施の形態の排気浄化装置で
は、推定触媒床温TCaと実測触媒床温TC2の誤差△tが
所定の許容誤差範囲から外れている場合には、排気浄化
装置が異常であると判定して、還元剤噴射弁28からの
燃料添加の実行を禁止することにした。Therefore, in the exhaust gas purifying apparatus of this embodiment, when the error Δt between the estimated catalyst bed temperature T Ca and the actually measured catalyst bed temperature TC 2 is out of the predetermined allowable error range, the exhaust gas purifying apparatus is operated. It was determined that the fuel injection was abnormal, and the execution of fuel addition from the reducing agent injection valve 28 was prohibited.
【0189】この実施の形態では、ECU35が異常判
定処理ルーチンを実行することにより、本発明における
異常判断手段が実現される。In this embodiment, when the ECU 35 executes the abnormality determination processing routine, the abnormality determination means of the present invention is realized.
【0190】出ガス温度センサ24はNOx触媒20下
流の排気の温度を計測しており、実際の触媒床温に対し
て遅れがあるものの、それに近い値を検出している。こ
の値を用いることにより、入ガス温度センサ37では計
測不可能な、装置の故障等に起因した触媒の過加熱を検
出し、フェールセーフを確実に実現することができる。The outlet gas temperature sensor 24 measures the temperature of the exhaust gas downstream of the NOx catalyst 20, and detects a value close to the actual catalyst bed temperature although there is a delay. By using this value, it is possible to detect overheating of the catalyst due to a failure of the device, which cannot be measured by the incoming gas temperature sensor 37, and to reliably realize fail-safe.
【0191】[0191]
【発明の効果】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置に
よれば、触媒の床温を正確に且つ遅れなく知ることがで
き、内燃機関の運転制御や還元剤の供給制御を精度良く
行うことができる。また、触媒の過加熱を検出すること
により触媒の熱劣化を防止することができる。According to the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, the bed temperature of the catalyst can be known accurately and without delay, and the operation control of the internal combustion engine and the supply control of the reducing agent can be accurately performed. Can be. Further, by detecting overheating of the catalyst, thermal deterioration of the catalyst can be prevented.
【0192】この結果、排気エミッションの悪化を抑制
することができる。As a result, it is possible to suppress the deterioration of the exhaust emission.
【図1】 本発明に係る内燃機関の排気浄化装置を適用
する内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an internal combustion engine to which an exhaust gas purification device for an internal combustion engine according to the present invention is applied and an intake and exhaust system thereof.
【図2】 (A)吸蔵還元型NOx触媒のNOx吸収メカ
ニズムを説明する図(B)吸蔵還元型NOx触媒のNOx
放出メカニズムを説明する図FIG. 2 (A) illustrates the NOx absorption mechanism of a NOx storage reduction catalyst. (B) NOx of a NOx storage reduction catalyst.
Diagram explaining the release mechanism
【図3】 ECUの内部構成を示すブロック図FIG. 3 is a block diagram showing an internal configuration of an ECU.
【図4】 本発明に係る触媒床温推定方法を示すフロー
チャート図FIG. 4 is a flowchart showing a catalyst bed temperature estimation method according to the present invention.
1・・・・内燃機関 2・・・・気筒 3・・・・燃料噴射弁 4・・・・コモンレール 5・・・・燃料供給管 6・・・・燃料ポンプ 18・・・排気枝管 19・・・排気管 20・・・吸蔵還元型NOx触媒 21・・・排気絞り弁 23・・・空燃比センサ 24・・・出ガス温度センサ 25・・・EGR通路 26・・・EGR弁 27・・・EGRクーラ 28・・・還元剤噴射弁 29・・・還元剤供給路 30・・・流量調整弁 31・・・遮断弁 32・・・還元剤圧力センサ 33・・・クランクポジションセンサ 34・・・水温センサ 35・・・ECU 37・・・入ガス温度センサ 351・・CPU 352・・ROM 353・・RAM 354・・バックアップRAM DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Internal combustion engine 2 ... Cylinder 3 ... Fuel injection valve 4 ... Common rail 5 ... Fuel supply pipe 6 ... Fuel pump 18 ... Exhaust branch pipe 19 ... Exhaust pipe 20 ... NOx storage reduction catalyst 21 ... Exhaust throttle valve 23 ... Air-fuel ratio sensor 24 ... Outgassing temperature sensor 25 ... EGR passage 26 ... EGR valve 27 ... ..EGR cooler 28 ・ ・ ・ Reducing agent injection valve 29 ・ ・ ・ Reducing agent supply path 30 ・ ・ ・ Flow regulating valve 31 ・ ・ ・ Shutoff valve 32 ・ ・ ・ Reducing agent pressure sensor 33 ・ ・ ・ Crank position sensor 34 ・··· Water temperature sensor 35 · · · ECU 37 · · · Inlet gas temperature sensor 351 · · · CPU 352 · · · ROM 353 · · · RAM 354 · · · backup RAM
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大木 久 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 林 孝太郎 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 石山 忍 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 小林 正明 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 柴田 大介 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 曲田 尚史 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 原田 泰生 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 根上 秋彦 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 松岡 広樹 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 大坪 康彦 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 青山 太郎 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 田原 淳 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 Fターム(参考) 3G091 AA10 AA11 AA18 AA28 AB06 BA11 BA14 BA33 CA18 CA27 CB03 DB13 DC01 DC06 EA05 EA08 EA17 EA22 EA33 FB12 FC08 GB02Y GB03Y GB04Y GB05W GB06W GB10X GB17X HA36 HA37 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Hisashi Ohki 1 Toyota Town, Toyota City, Aichi Prefecture Inside Toyota Motor Corporation (72) Inventor Kotaro Hayashi 1 Toyota Town, Toyota City, Aichi Prefecture Toyota Motor Corporation ( 72) Inventor Shinobu Ishiyama 1 Toyota Town, Toyota City, Aichi Prefecture Toyota Motor Corporation (72) Inventor Masaaki Kobayashi 1 Toyota Town Toyota City, Aichi Prefecture Toyota Motor Corporation (72) Inventor Daisuke Shibata Aichi Prefecture 1 Toyota Town, Toyota City Inside Toyota Motor Co., Ltd. (72) Inventor Takashi Maguta 1 Toyota Town, Toyota City, Aichi Prefecture Inside Toyota Motor Corporation (72) Inventor Yasuo Harada 1 Toyota Town, Toyota City, Aichi Prefecture Toyota (72) Inventor Akihiko Negami 1 Toyota Town, Toyota City, Aichi Prefecture Toyota Motor Stock In-company (72) Inventor Hiroki Matsuoka 1 Toyota Town, Toyota City, Aichi Prefecture Inside Toyota Motor Corporation (72) Inventor Yasuhiko Otsubo 1 Toyota City Toyota Town, Toyota City, Aichi Prefecture Inside Toyota Motor Corporation (72) Inventor Aoyama Taro 1 Toyota Town, Toyota City, Aichi Prefecture Toyota Motor Corporation (72) Inventor Jun Tahara 1 Toyota Town, Toyota City, Aichi Prefecture Toyota Motor Corporation F term (reference) 3G091 AA10 AA11 AA18 AA28 AB06 BA11 BA14 BA33 CA18 CA27 CB03 DB13 DC01 DC06 EA05 EA08 EA17 EA22 EA33 FB12 FC08 GB02Y GB03Y GB04Y GB05W GB06W GB10X GB17X HA36 HA37
Claims (2)
希薄燃焼式の内燃機関の排気通路に設けられたNOx触
媒と、 前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段
と、 前記NOx触媒に流入する排気の温度を計測する入ガス
温度計測手段と、 前記NOx触媒から流出する排気の温度を計測する出ガ
ス温度計測手段と、 前記入ガス温度計測手段により計測された排気の温度及
び前記運転状態検出手段により検出された運転状態に基
づいて前記NOx触媒の床温を推定する入ガス触媒床温
推定手段と、 前記入ガス触媒床温推定手段が推定した前記NOx触媒
の床温に基づいて前記NOx触媒に還元剤を供給する還
元剤供給手段と、 前記出ガス温度計測手段で計測された排気の温度に基づ
いて前記NOx触媒の床温を検出する出ガス触媒床温検
出手段と、 前記出ガス触媒床温推定手段が推定した前記NOx触媒
の床温に基づいて前記NOx触媒が異常であるか否かの
判断を行う異常判断手段と、 を具備することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。1. A NOx catalyst provided in an exhaust passage of a lean-burn internal combustion engine capable of burning an air-fuel mixture in an excess oxygen state, an operating state detecting means for detecting an operating state of the internal combustion engine, and the NOx Inlet gas temperature measuring means for measuring the temperature of the exhaust gas flowing into the catalyst, outgoing gas temperature measuring means for measuring the temperature of the exhaust gas flowing out of the NOx catalyst, and the temperature of the exhaust gas measured by the incoming gas temperature measuring means. An inlet gas catalyst bed temperature estimating means for estimating a bed temperature of the NOx catalyst based on an operating state detected by the operating state detecting means; and a bed temperature of the NOx catalyst estimated by the incoming gas catalyst bed temperature estimating means. Reducing agent supply means for supplying a reducing agent to the NOx catalyst based on the temperature of the exhaust gas measured by the exhaust gas temperature measuring means. And abnormality determination means for determining whether or not the NOx catalyst is abnormal based on the bed temperature of the NOx catalyst estimated by the outgassing catalyst bed temperature estimation means. An exhaust gas purification device for an internal combustion engine.
燃機関に吸入される空気の量と、前記内燃機関から排出
されるHCの量と、前記還元剤供給手段により供給され
る還元剤の量と、前記入ガス温度計測手段により計測さ
れた排気の温度と、から、前記排気通路及び前記NOx
触媒での前記還元剤の付着量及び蒸発量を算出し、この
算出値に基づいて前記NOx触媒の床温を推定すること
を特徴とする請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置2. The gas catalyst bed temperature estimating means includes an amount of air taken into the internal combustion engine, an amount of HC exhausted from the internal combustion engine, and a reducing agent supplied by the reducing agent supplying means. From the exhaust passage and the NOx from the exhaust gas temperature measured by the incoming gas temperature measuring means.
2. The exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the amount of adhesion and evaporation of the reducing agent on the catalyst is calculated, and the bed temperature of the NOx catalyst is estimated based on the calculated values.
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