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JP2008121562A - Exhaust gas purification device for internal combustion engine - Google Patents

Exhaust gas purification device for internal combustion engine Download PDF

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JP2008121562A
JP2008121562A JP2006306549A JP2006306549A JP2008121562A JP 2008121562 A JP2008121562 A JP 2008121562A JP 2006306549 A JP2006306549 A JP 2006306549A JP 2006306549 A JP2006306549 A JP 2006306549A JP 2008121562 A JP2008121562 A JP 2008121562A
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JP
Japan
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nox
reduction catalyst
temperature
fuel
storage reduction
Prior art date
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Pending
Application number
JP2006306549A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshihisa Tsukamoto
佳久 塚本
Takamitsu Asanuma
孝充 浅沼
Nobumoto Ohashi
伸基 大橋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2006306549A priority Critical patent/JP2008121562A/en
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Abstract

【課題】NOx吸蔵還元触媒が低温のときにもNOx吸蔵還元触媒からNOxを確実に放出させる。
【解決手段】流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中のNOxを吸収し、流入する排気ガスの空燃比がリッチになると吸収しているNOxを放出するNOx吸蔵還元触媒24を機関排気通路内に配置し、NOx吸蔵還元触媒上流の機関排気通路内に燃料添加弁28を配置する。NOx吸蔵還元触媒からNOxを放出させるべきときには燃料添加弁から燃料を添加してNOx吸蔵還元触媒内に流入する排気ガスの空燃比が一時的にリッチになるようにする。NOx吸蔵還元触媒の温度があらかじめ定められた設定温度よりも低いときには、燃料添加弁からの燃料添加期間の前期に多量の酸素存在下でNOx吸蔵還元触媒を昇温する第1の昇温制御を行い、燃料添加期間の後期に少量の酸素存在下でNOx吸蔵還元触媒を昇温する第2の昇温制御を行う。
【選択図】図1
An NOx storage reduction catalyst that reliably releases NOx even when the NOx storage reduction catalyst is at a low temperature.
An NOx occlusion reduction catalyst 24 that absorbs NOx in exhaust gas when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lean and releases NOx absorbed when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas becomes rich is provided in the engine. A fuel addition valve 28 is arranged in the exhaust passage and in the engine exhaust passage upstream of the NOx storage reduction catalyst. When NOx should be released from the NOx storage reduction catalyst, fuel is added from the fuel addition valve so that the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx storage reduction catalyst becomes temporarily rich. When the temperature of the NOx storage reduction catalyst is lower than a predetermined set temperature, the first temperature increase control for increasing the temperature of the NOx storage reduction catalyst in the first half of the fuel addition period from the fuel addition valve in the presence of a large amount of oxygen is performed. The second temperature increase control is performed to increase the temperature of the NOx storage reduction catalyst in the presence of a small amount of oxygen in the latter stage of the fuel addition period.
[Selection] Figure 1

Description

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

流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中のNOxを吸収し、流入する排気ガスの空燃比がリッチになると吸収しているNOxを放出するNOx吸蔵還元触媒を機関排気通路内に配置すると共にNOx吸蔵還元触媒上流の機関排気通路内に燃料添加装置を配置し、NOx吸蔵還元触媒からNOxを放出させるべきときには燃料添加装置から燃料を添加してNOx吸蔵還元触媒内に流入する排気ガスの空燃比が一時的にリッチになるようにした内燃機関が公知である。この内燃機関ではリーン空燃比のもとで燃焼が行われているときに発生するNOxがNOx吸蔵還元触媒に吸収される。一方、NOx吸蔵還元触媒のNOx吸収能力が飽和に近づくと排気ガスの空燃比が一時的にリッチにされ、排気ガス中の酸素濃度が低下され、それによってNOx吸蔵還元触媒からNOxが放出され還元される。   A NOx storage reduction catalyst that absorbs NOx in the exhaust gas when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lean and releases the absorbed NOx when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas becomes rich is disposed in the engine exhaust passage In addition, a fuel addition device is arranged in the engine exhaust passage upstream of the NOx storage reduction catalyst, and when NOx should be released from the NOx storage reduction catalyst, fuel is added from the fuel addition device and flows into the NOx storage reduction catalyst. An internal combustion engine in which the air-fuel ratio of the engine is temporarily rich is known. In this internal combustion engine, NOx generated when combustion is performed under a lean air-fuel ratio is absorbed by the NOx storage reduction catalyst. On the other hand, when the NOx absorption capacity of the NOx occlusion reduction catalyst approaches saturation, the air-fuel ratio of the exhaust gas is temporarily made rich, and the oxygen concentration in the exhaust gas is lowered, whereby NOx is released from the NOx occlusion reduction catalyst and reduced. Is done.

ところが、NOx吸蔵還元触媒の温度が低いと、添加燃料がNOx吸蔵還元触媒で十分に酸化ないし燃焼せず、排気ガス中の酸素濃度を十分に低下させることができず、斯くしてNOx吸蔵還元触媒からNOxを良好に放出させることができないおそれがある。NOx吸蔵還元触媒上流の排気通路内に酸化触媒を配置し、酸化触媒上流から燃料を添加して酸化触媒で添加燃料を酸化させるようにした場合も同様である。   However, when the temperature of the NOx occlusion reduction catalyst is low, the added fuel is not sufficiently oxidized or burned by the NOx occlusion reduction catalyst, and the oxygen concentration in the exhaust gas cannot be lowered sufficiently, and therefore the NOx occlusion reduction. There is a possibility that NOx cannot be released satisfactorily from the catalyst. The same applies to the case where an oxidation catalyst is disposed in the exhaust passage upstream of the NOx storage reduction catalyst and fuel is added from the upstream of the oxidation catalyst so that the added fuel is oxidized by the oxidation catalyst.

そこで、燃料添加期間の初期に低温酸化性の高い成分、例えば水素を酸化触媒上流の排気通路内に添加するようにした内燃機関が公知である(特許文献1参照)。すなわち、NOx吸蔵還元触媒の温度が低いときであっても水素は酸化触媒で良好に酸化されるので酸化触媒が昇温され、この昇温された酸化触媒で添加燃料が良好に酸化され、斯くして排気ガス中の酸素濃度が十分に低下される。   Therefore, an internal combustion engine is known in which a component having high low-temperature oxidizability, such as hydrogen, is added to the exhaust passage upstream of the oxidation catalyst at the beginning of the fuel addition period (see Patent Document 1). That is, even when the temperature of the NOx occlusion reduction catalyst is low, hydrogen is favorably oxidized by the oxidation catalyst, so that the temperature of the oxidation catalyst is raised, and the added fuel is favorably oxidized by the heated oxidation catalyst. As a result, the oxygen concentration in the exhaust gas is sufficiently reduced.

特開平10−30430号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-30430

しかしながら、水素は酸化触媒で一気に反応するので、酸化触媒の温度が高いのはわずかな時間だけであり、したがって排気ガス中の酸素濃度が十分に低く維持されているのもわずかな時間だけである。NOx吸蔵還元触媒からNOxを十分に放出させるためには排気ガス中の酸素濃度を長時間に亘って低く維持しなければならないのである。   However, since hydrogen reacts at once with the oxidation catalyst, the temperature of the oxidation catalyst is high for only a short time, and therefore the oxygen concentration in the exhaust gas is kept low enough for only a short time. . In order to sufficiently release NOx from the NOx storage reduction catalyst, the oxygen concentration in the exhaust gas must be kept low for a long time.

上記問題点を解決するために本発明によれば、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中のNOxを吸収し、流入する排気ガスの空燃比がリッチになると吸収しているNOxを放出するNOx吸蔵還元触媒を機関排気通路内に配置すると共に該NOx吸蔵還元触媒上流の機関排気通路内に燃料添加弁を配置し、NOx吸蔵還元触媒からNOxを放出させるべきときには燃料添加弁から燃料を添加してNOx吸蔵還元触媒内に流入する排気ガスの空燃比が一時的にリッチになるようにした内燃機関において、NOx吸蔵還元触媒の温度があらかじめ定められた設定温度よりも低いときには、燃料添加弁からの燃料添加期間の前期に多量の酸素存在下でNOx吸蔵還元触媒を昇温する第1の昇温制御を行うと共に燃料添加期間の後期に少量の酸素存在下でNOx吸蔵還元触媒を昇温する第2の昇温制御を行うようにしている。   In order to solve the above problems, according to the present invention, when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lean, the NOx in the exhaust gas is absorbed, and when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas becomes rich, the NOx that is absorbed A NOx storage reduction catalyst for releasing NOx is disposed in the engine exhaust passage, and a fuel addition valve is disposed in the engine exhaust passage upstream of the NOx storage reduction catalyst. When NOx should be released from the NOx storage reduction catalyst, the fuel addition valve In an internal combustion engine in which the air-fuel ratio of exhaust gas flowing into the NOx storage reduction catalyst by adding fuel is temporarily rich, when the temperature of the NOx storage reduction catalyst is lower than a predetermined set temperature, In the first half of the fuel addition period from the fuel addition valve, the first temperature rise control is performed to raise the temperature of the NOx storage reduction catalyst in the presence of a large amount of oxygen, and after the fuel addition period. Small has a NOx storage reduction catalyst to perform the second heating control for raising the temperature in the presence of oxygen to.

NOx吸蔵還元触媒が低温のときにもNOx吸蔵還元触媒からNOxを確実に放出させることができる。   Even when the NOx storage reduction catalyst is at a low temperature, NOx can be reliably released from the NOx storage reduction catalyst.

図1は本発明を圧縮着火式内燃機関に適用した場合を示している。しかしながら本発明を火花点火式内燃機関に適用することもできる。   FIG. 1 shows a case where the present invention is applied to a compression ignition type internal combustion engine. However, the present invention can also be applied to a spark ignition type internal combustion engine.

図1を参照すると、1は機関本体、2は各気筒の燃焼室、3は各燃焼室2内にそれぞれ燃料を噴射するための電子制御式燃料噴射弁、4は吸気マニホルド、5は排気マニホルドをそれぞれ示す。吸気マニホルド4は吸気ダクト6を介して排気ターボチャージャ7のコンプレッサ7aの出口に連結され、コンプレッサ7aの入口はエアフローメータ8を介してエアクリーナ9に連結される。吸気ダクト6内には電気制御式スロットル弁10が配置され、更に吸気ダクト6周りには吸気ダクト6内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置11が配置される。図1に示される実施例では機関冷却水が冷却装置11内に導かれ、機関冷却水によって吸入空気が冷却される。一方、排気マニホルド5は排気ターボチャージャ7の排気タービン7bの入口に連結され、排気タービン7bの出口は排気後処理装置20に連結される。   Referring to FIG. 1, 1 is an engine body, 2 is a combustion chamber of each cylinder, 3 is an electronically controlled fuel injection valve for injecting fuel into each combustion chamber 2, 4 is an intake manifold, and 5 is an exhaust manifold. Respectively. The intake manifold 4 is connected to the outlet of the compressor 7 a of the exhaust turbocharger 7 via the intake duct 6, and the inlet of the compressor 7 a is connected to the air cleaner 9 via the air flow meter 8. An electrically controlled throttle valve 10 is arranged in the intake duct 6, and a cooling device 11 for cooling intake air flowing in the intake duct 6 is arranged around the intake duct 6. In the embodiment shown in FIG. 1, the engine cooling water is guided into the cooling device 11, and the intake air is cooled by the engine cooling water. On the other hand, the exhaust manifold 5 is connected to the inlet of the exhaust turbine 7 b of the exhaust turbocharger 7, and the outlet of the exhaust turbine 7 b is connected to the exhaust aftertreatment device 20.

排気マニホルド5と吸気マニホルド4とは排気ガス再循環(以下、EGRと称す)通路12を介して互いに連結され、EGR通路12内には電気制御式EGR制御弁13が配置される。また、EGR通路12周りにはEGR通路12内を流れるEGRガスを冷却するための冷却装置14が配置される。図1に示される実施例では機関冷却水が冷却装置14内に導かれ、機関冷却水によってEGRガスが冷却される。一方、各燃料噴射弁3は燃料供給管15を介してコモンレール16に連結される。このコモンレール16内へは電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ17から燃料が供給され、コモンレール16内に供給された燃料は各燃料供給管15を介して燃料噴射弁3に供給される。   The exhaust manifold 5 and the intake manifold 4 are connected to each other via an exhaust gas recirculation (hereinafter referred to as EGR) passage 12, and an electrically controlled EGR control valve 13 is disposed in the EGR passage 12. A cooling device 14 for cooling the EGR gas flowing in the EGR passage 12 is disposed around the EGR passage 12. In the embodiment shown in FIG. 1, the engine cooling water is guided into the cooling device 14, and the EGR gas is cooled by the engine cooling water. On the other hand, each fuel injection valve 3 is connected to a common rail 16 through a fuel supply pipe 15. Fuel is supplied into the common rail 16 from an electronically controlled fuel pump 17 with variable discharge amount, and the fuel supplied into the common rail 16 is supplied to the fuel injection valve 3 through each fuel supply pipe 15.

排気後処理装置20は排気タービン7bの出口に連結された排気管21と、排気管21に連結された触媒コンバータ22と、触媒コンバータ22に連結された排気管23とを具備する。触媒コンバータ22内にはNOx吸蔵還元触媒24が配置される。触媒コンバータ22にはNOx吸蔵還元触媒24の温度Tcを検出するための温度センサ25が取り付けられ、排気管23には触媒コンバータ22から排出された排気ガスの空燃比AFを検出するための空燃比センサ26が取り付けられる。更に、排気管21には燃料添加弁28が取り付けられる。この燃料添加弁28にはコモンレール16から燃料が供給され、燃料添加弁28から排気管21内に燃料が添加される。本発明による実施例ではこの燃料は軽油からなる。なお、燃料添加弁28を排気マニホルド5に取り付けることもできる。   The exhaust aftertreatment device 20 includes an exhaust pipe 21 connected to the outlet of the exhaust turbine 7 b, a catalytic converter 22 connected to the exhaust pipe 21, and an exhaust pipe 23 connected to the catalytic converter 22. A NOx occlusion reduction catalyst 24 is disposed in the catalytic converter 22. A temperature sensor 25 for detecting the temperature Tc of the NOx storage reduction catalyst 24 is attached to the catalytic converter 22, and an air-fuel ratio for detecting the air-fuel ratio AF of the exhaust gas discharged from the catalytic converter 22 is attached to the exhaust pipe 23. A sensor 26 is attached. Further, a fuel addition valve 28 is attached to the exhaust pipe 21. Fuel is supplied to the fuel addition valve 28 from the common rail 16, and fuel is added into the exhaust pipe 21 from the fuel addition valve 28. In an embodiment according to the invention, this fuel consists of light oil. The fuel addition valve 28 can be attached to the exhaust manifold 5.

電子制御ユニット30はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス31によって互いに接続されたROM(リードオンリメモリ)32、RAM(ランダムアクセスメモリ)33、CPU(マイクロプロセッサ)34、入力ポート35及び出力ポート36を具備する。エアフローメータ8、温度センサ25、及び空燃比センサ26の出力信号はそれぞれ対応するAD変換器37を介して入力ポート35に入力される。また、アクセルペダル39には要求トルクTQを表すアクセルペダル39の踏み込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ40が接続され、負荷センサ40の出力電圧は対応するAD変換器37を介して入力ポート35に入力される。更に入力ポート35にはクランクシャフトが例えば15°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ41が接続される。CPU34ではクランク角センサ41からの出力パルスに基づいて機関回転数Neが算出される。一方、出力ポート36は対応する駆動回路38を介して燃料噴射弁3、スロットル弁10駆動装置、EGR制御弁13、燃料ポンプ17、及び燃料添加弁28に接続される。   The electronic control unit 30 is composed of a digital computer, and is connected to each other by a bidirectional bus 31. A ROM (Read Only Memory) 32, a RAM (Random Access Memory) 33, a CPU (Microprocessor) 34, an input port 35 and an output port 36. It comprises. Output signals of the air flow meter 8, the temperature sensor 25, and the air-fuel ratio sensor 26 are input to the input port 35 via the corresponding AD converters 37, respectively. The accelerator pedal 39 is connected to a load sensor 40 that generates an output voltage proportional to the amount of depression of the accelerator pedal 39 representing the required torque TQ. The output voltage of the load sensor 40 is input via a corresponding AD converter 37. Input to port 35. Further, the input port 35 is connected to a crank angle sensor 41 that generates an output pulse every time the crankshaft rotates, for example, 15 °. The CPU 34 calculates the engine speed Ne based on the output pulse from the crank angle sensor 41. On the other hand, the output port 36 is connected to the fuel injection valve 3, the throttle valve 10 drive device, the EGR control valve 13, the fuel pump 17, and the fuel addition valve 28 via corresponding drive circuits 38.

本発明による実施例ではNOx吸蔵還元触媒24はハニカム構造をなしており、薄肉の隔壁により互いに分離された複数個の排気ガス流通路を具備する。各隔壁の両側表面上には例えばアルミナからなる触媒担体が担持されており、図2(A)及び(B)はこの触媒担体65の表面部分の断面を図解的に示している。図2(A)及び(B)に示されるように触媒担体65の表面上には貴金属触媒66が分散して担持されており、更に触媒担体65の表面上にはNOx吸収剤67の層が形成されている。なお、NOx吸蔵還元触媒24をパティキュレートフィルタ上に担持することもできる。   In the embodiment according to the present invention, the NOx storage reduction catalyst 24 has a honeycomb structure and includes a plurality of exhaust gas flow passages separated from each other by thin partition walls. A catalyst carrier made of alumina, for example, is supported on both side surfaces of each partition wall, and FIGS. 2A and 2B schematically show a cross section of the surface portion of the catalyst carrier 65. As shown in FIGS. 2A and 2B, a noble metal catalyst 66 is dispersedly supported on the surface of the catalyst carrier 65, and a layer of NOx absorbent 67 is further formed on the surface of the catalyst carrier 65. Is formed. Note that the NOx occlusion reduction catalyst 24 may be supported on the particulate filter.

本発明による実施例では貴金属触媒66として白金Ptが用いられており、NOx吸収剤67を構成する成分としては例えばカリウムK、ナトリウムNa、セシウムCsのようなアルカリ金属、バリウムBa、カルシウムCaのようなアルカリ土類、ランタンLa、イットリウムYのような希土類から選ばれた少なくとも一つが用いられている。   In the embodiment according to the present invention, platinum Pt is used as the noble metal catalyst 66, and the components constituting the NOx absorbent 67 are, for example, alkali metals such as potassium K, sodium Na, cesium Cs, barium Ba, and calcium Ca. At least one selected from rare earths such as alkaline earth, lanthanum La, and yttrium Y is used.

機関吸気通路、燃焼室2及びNOx吸蔵還元触媒24上流の排気通路内に供給された空気及び燃料(炭化水素)の比を排気ガスの空燃比と称すると、NOx吸収剤67は排気ガスの空燃比がリーンのときにはNOxを吸収し、排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸収したNOxを放出するNOxの吸放出作用を行う。   When the ratio of air and fuel (hydrocarbon) supplied into the engine intake passage, the combustion chamber 2 and the exhaust passage upstream of the NOx storage reduction catalyst 24 is referred to as the air-fuel ratio of the exhaust gas, the NOx absorbent 67 When the fuel ratio is lean, NOx is absorbed, and when the oxygen concentration in the exhaust gas decreases, the NOx is absorbed and released to release the absorbed NOx.

すなわち、NOx吸収剤67を構成する成分としてバリウムBaを用いた場合を例にとって説明すると、排気ガスの空燃比がリーンのとき、すなわち排気ガス中の酸素濃度が高いときには排気ガス中に含まれるNOは図2(A)に示されるように白金Pt66上において酸化されてNOとなり、次いでNOx吸収剤67内に吸収されて酸化バリウムBaOと結合しながら硝酸イオンNO の形でNOx吸収剤67内に拡散する。このようにしてNOxがNOx吸収剤67内に吸収される。排気ガス中の酸素濃度が高い限り白金Pt66の表面でNOが生成され、NOx吸収剤67のNOx吸収能力が飽和しない限りNOがNOx吸収剤67内に吸収されて硝酸イオンNO が生成される。 That is, the case where barium Ba is used as a component constituting the NOx absorbent 67 will be described as an example. When the air-fuel ratio of the exhaust gas is lean, that is, when the oxygen concentration in the exhaust gas is high, the NO contained in the exhaust gas 2A is oxidized on platinum Pt66 to become NO 2 as shown in FIG. 2 (A), and then is absorbed into the NOx absorbent 67 and combined with barium oxide BaO to form a NOx absorbent in the form of nitrate ions NO 3 −. It diffuses in 67. In this way, NOx is absorbed in the NOx absorbent 67. Exhaust oxygen concentration in the gas, NO 2 is produced on a high as long as the surface of the platinum PT66, unless NO 2 to NOx absorbing capability of the NOx absorbent 67 is not saturated is absorbed in the NOx absorbent 67 nitrate ions NO 3 - is Generated.

これに対し、排気ガスの空燃比がリッチ又は理論空燃比にされると排気ガス中の酸化濃度が低下するために反応が逆方向(NO →NO)に進み、斯くして図2(B)に示されるようにNOx吸収剤67内の硝酸イオンNO がNOの形でNOx吸収剤67から放出される。次いで放出されたNOxは排気ガス中に含まれる未燃HC,COによって還元される。 On the other hand, when the air-fuel ratio of the exhaust gas is made rich or the stoichiometric air-fuel ratio, the oxidation concentration in the exhaust gas decreases, so that the reaction proceeds in the reverse direction (NO 3 → NO 2 ). As shown in (B), nitrate ions NO 3 in the NOx absorbent 67 are released from the NOx absorbent 67 in the form of NO 2 . Next, the released NOx is reduced by unburned HC and CO contained in the exhaust gas.

図1に示される内燃機関ではリーン空燃比のもとでの燃焼が継続して行われ、したがって排気ガスの空燃比はリーンであるのでこのとき排気ガス中のNOxはNOx吸収剤67内に吸収される。しかしながらリーン空燃比のもとでの燃焼が継続して行われるとその間にNOx吸収剤67のNOx吸収能力が飽和してしまい、斯くしてNOx吸収剤67によりNOxを吸収できなくなってしまう。そこで本発明による実施例ではNOx吸収剤67の吸収能力が飽和する前に燃料添加弁28から燃料を添加することによって排気ガスの空燃比を一時的にリッチにし、それによってNOx吸収剤67からNOxを放出させるようにしている。   In the internal combustion engine shown in FIG. 1, combustion is continuously performed under a lean air-fuel ratio. Therefore, the air-fuel ratio of the exhaust gas is lean, so that NOx in the exhaust gas is absorbed in the NOx absorbent 67 at this time. Is done. However, if combustion under a lean air-fuel ratio is continuously performed, the NOx absorbent capacity of the NOx absorbent 67 is saturated during that time, and therefore the NOx absorbent 67 cannot absorb NOx. Therefore, in the embodiment according to the present invention, the air-fuel ratio of the exhaust gas is temporarily made rich by adding fuel from the fuel addition valve 28 before the absorption capacity of the NOx absorbent 67 is saturated, and thereby the NOx absorbent 67 to the NOx. To be released.

すなわち、本発明による実施例では図3にXで示されるようにNOx量積算値ΣNOxが許容値MAXを越える毎に燃料添加弁28から燃料が添加され、NOx吸収剤67内に流入する排気ガスの空燃比がリッチに切り換えられる。この場合、燃料は燃料添加期間に亘り例えばパルス状に繰り返し添加される。一方、本発明による実施例ではNOx吸収剤67に単位時間当り吸収されるNOx量dNOxが要求トルクTQ及び機関回転数Nの関数として図4に示されるようなマップの形であらかじめROM32内に記憶されており、このNOx量dNOxを積算することによってNOx吸収剤67に吸収されているNOx量の積算値ΣNOxが算出される。燃料添加弁28からの燃料添加が行われるとNOx量積算値ΣNOxがゼロに戻される。   That is, in the embodiment according to the present invention, as shown by X in FIG. 3, every time the NOx integrated value ΣNOx exceeds the allowable value MAX, the fuel is added from the fuel addition valve 28 and the exhaust gas flowing into the NOx absorbent 67. The air-fuel ratio is switched to rich. In this case, the fuel is repeatedly added, for example, in a pulse shape over the fuel addition period. On the other hand, in the embodiment according to the present invention, the NOx amount dNOx absorbed per unit time by the NOx absorbent 67 is stored in advance in the ROM 32 as a function of the required torque TQ and the engine speed N in the form of a map as shown in FIG. The integrated value ΣNOx of the NOx amount absorbed in the NOx absorbent 67 is calculated by integrating the NOx amount dNOx. When fuel addition from the fuel addition valve 28 is performed, the NOx amount integrated value ΣNOx is returned to zero.

さて、冒頭で述べたように、NOx吸蔵還元触媒24の温度Tcが低いときには排気ガス中の酸素濃度を十分に低下させることができない。そこで本発明による実施例では、触媒温度Tcがあらかじめ定められた設定温度よりも低いときにはNOx吸蔵還元触媒24を昇温するようにしている。   As described at the beginning, when the temperature Tc of the NOx storage reduction catalyst 24 is low, the oxygen concentration in the exhaust gas cannot be lowered sufficiently. Therefore, in the embodiment according to the present invention, when the catalyst temperature Tc is lower than a predetermined set temperature, the NOx storage reduction catalyst 24 is heated.

具体的には、本発明による実施例では燃料添加弁28からの燃料添加期間の前期に第1の昇温制御が行われ、燃料添加期間の後期に第2の昇温制御が行われる。すなわち、図5(A)にXで示されるように燃料添加弁28からの燃料添加が開始されるとまず第1の昇温制御が行われ、次いでYで示されるように第1の昇温制御が停止されると第2の昇温制御が開始され、次いでZで示されるように燃料添加が完了されると第2の昇温制御も完了される。次に、これら第1の昇温制御及び第2の昇温制御について説明する。   Specifically, in the embodiment according to the present invention, the first temperature rise control is performed in the first half of the fuel addition period from the fuel addition valve 28, and the second temperature rise control is performed in the second half of the fuel addition period. That is, when fuel addition from the fuel addition valve 28 is started as indicated by X in FIG. 5A, first temperature increase control is performed first, and then the first temperature increase is indicated as indicated by Y. When the control is stopped, the second temperature raising control is started, and when the fuel addition is completed as indicated by Z, the second temperature raising control is also completed. Next, the first temperature rise control and the second temperature rise control will be described.

第1の昇温制御では、比較的多量の酸素存在下でNOx吸蔵還元触媒24が昇温される。すなわち、NOx吸蔵還元触媒24が昇温されると添加燃料の酸化反応が促進され、このとき発生する酸化熱でもってNOx吸蔵還元触媒24が更に昇温され、添加燃料の酸化反応が更に促進される。この場合、NOx吸蔵還元触媒24への流入排気ガス中に多量の酸素が存在していると、NOx吸蔵還元触媒24への流入排気ガスの空燃比がリッチであっても、添加燃料の酸化反応が比較的容易に促進され、斯くして添加燃料の酸化反応速度が急激にかつ大幅に増大される。   In the first temperature increase control, the NOx storage reduction catalyst 24 is heated in the presence of a relatively large amount of oxygen. That is, when the temperature of the NOx occlusion reduction catalyst 24 is increased, the oxidation reaction of the added fuel is promoted. With the oxidation heat generated at this time, the NOx occlusion reduction catalyst 24 is further heated and the oxidation reaction of the addition fuel is further accelerated. The In this case, if a large amount of oxygen is present in the exhaust gas flowing into the NOx occlusion reduction catalyst 24, the oxidation reaction of the added fuel even if the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx occlusion reduction catalyst 24 is rich. Is facilitated relatively easily, and thus the oxidation reaction rate of the added fuel is rapidly and significantly increased.

図6(A)は触媒温度Tcが設定温度TXよりも低いときに燃料添加を行った場合におけるNOx吸蔵還元触媒24からの排出排気ガスの空燃比AFの実験結果を示している。多量の酸素存在下でNOx吸蔵還元触媒24を昇温させると図6(A)に実線で示されるように、排気ガスの空燃比AFは急激にかつ大幅に低下し、排気ガスの空燃比AFの下向きのピーク値AFPは、理論空燃比よりもリッチに設定された設定空燃比AFXを越えてリッチになる。また、排気ガスの空燃比AFはリッチ時間tRだけ、設定空燃比AFXを越えてリッチになっている。したがって、排気ガス中の酸素濃度が十分に低下されていることがわかる。これに対し、NOx吸蔵還元触媒24の昇温制御が行われないと図6(A)に破線で示されるように、排気ガスの空燃比ピーク値AFPは設定空燃比AFXよりもリーンのままであり、排気ガス中の酸素濃度は十分に低下されない。   FIG. 6A shows the experimental results of the air-fuel ratio AF of the exhaust gas exhausted from the NOx storage reduction catalyst 24 when fuel addition is performed when the catalyst temperature Tc is lower than the set temperature TX. When the temperature of the NOx occlusion reduction catalyst 24 is raised in the presence of a large amount of oxygen, as shown by the solid line in FIG. 6 (A), the air-fuel ratio AF of the exhaust gas rapidly and significantly decreases, and the air-fuel ratio AF of the exhaust gas The downward peak value AFP becomes rich beyond the set air-fuel ratio AFX set richer than the theoretical air-fuel ratio. Further, the air-fuel ratio AF of the exhaust gas is rich beyond the set air-fuel ratio AFX for the rich time tR. Therefore, it can be seen that the oxygen concentration in the exhaust gas is sufficiently reduced. On the other hand, if the temperature increase control of the NOx storage reduction catalyst 24 is not performed, the air-fuel ratio peak value AFP of the exhaust gas remains leaner than the set air-fuel ratio AFX, as shown by the broken line in FIG. Yes, the oxygen concentration in the exhaust gas is not sufficiently reduced.

一方、第2の昇温制御では、比較的少量の酸素存在下でNOx吸蔵還元触媒24が昇温される。このようにすると、昇温しない場合に比べて添加燃料の酸化反応速度が高められるけれども、第1の昇温制御が行われる場合に比べると酸化反応速度が抑制される。その結果、排気ガス中の酸素濃度は第1の昇温制御が行われる場合に比べて若干高くなるけれども、長時間に亘って比較的低く保持される。   On the other hand, in the second temperature increase control, the NOx storage reduction catalyst 24 is heated in the presence of a relatively small amount of oxygen. In this way, although the oxidation reaction rate of the added fuel is increased as compared with the case where the temperature is not increased, the oxidation reaction rate is suppressed as compared with the case where the first temperature increase control is performed. As a result, the oxygen concentration in the exhaust gas is slightly higher than when the first temperature increase control is performed, but is kept relatively low for a long time.

図6(A)及び(B)は触媒温度Tcが設定温度TXよりも低いときに燃料添加を行った場合におけるNOx吸蔵還元触媒24からの排出排気ガスの空燃比AFの実験結果を示している。図6(A)及び(B)において、点線はNOx吸蔵還元触媒24の昇温制御を行わない場合を、破線は第1の昇温制御のみを定常的に行った場合を、実線は第2の昇温制御のみを定常的に行った場合を、それぞれ示している。第1の昇温制御が行われると図6(A)及び(B)に破線で示されるように、排気ガスの空燃比AFは急激にかつ大幅に低下し、排気ガスの空燃比AFの下向きのピーク値AFPは設定空燃比AFXを越えてリッチになる。また、排気ガスの空燃比AFはリッチ時間tRだけ、設定空燃比AFXを越えてリッチになる。したがって、排気ガス中の酸素濃度が十分に低下されていることがわかる。これに対し、昇温制御が行われないと図6(A)に点線で示されるように、排気ガスの空燃比ピーク値AFPは設定空燃比AFXよりもリーンのままであり、排気ガス中の酸素濃度は十分に低下されない。   FIGS. 6A and 6B show the experimental results of the air-fuel ratio AF of the exhaust gas exhausted from the NOx occlusion reduction catalyst 24 when fuel is added when the catalyst temperature Tc is lower than the set temperature TX. . 6A and 6B, the dotted line indicates the case where the temperature increase control of the NOx storage reduction catalyst 24 is not performed, the broken line indicates the case where only the first temperature increase control is performed steadily, and the solid line indicates the second case. Each of the cases where only the temperature increase control is performed regularly is shown. When the first temperature raising control is performed, as indicated by broken lines in FIGS. 6A and 6B, the air-fuel ratio AF of the exhaust gas decreases rapidly and significantly, and the air-fuel ratio AF of the exhaust gas decreases downward. The peak value AFP becomes rich beyond the set air-fuel ratio AFX. Further, the air-fuel ratio AF of the exhaust gas becomes rich beyond the set air-fuel ratio AFX for the rich time tR. Therefore, it can be seen that the oxygen concentration in the exhaust gas is sufficiently reduced. On the other hand, if the temperature raising control is not performed, the exhaust gas air-fuel ratio peak value AFP remains leaner than the set air-fuel ratio AFX, as indicated by the dotted line in FIG. The oxygen concentration is not lowered sufficiently.

また、第2の昇温制御が行われると図6(B)に実線で示されるように、第1の昇温制御が行われる場合に比べて排気ガスの空燃比のピーク値AFPが大きくなり、しかしながらリッチ時間tRが長くなる。   Further, when the second temperature raising control is performed, as shown by the solid line in FIG. 6B, the peak value AFP of the exhaust gas air-fuel ratio becomes larger than when the first temperature raising control is performed. However, the rich time tR becomes longer.

そこで本発明による実施例では、燃料添加弁28からの燃料添加期間の前期に第1の昇温制御を行い、排気ガス中の酸素濃度が速やかにかつ十分に低下されるようにしている。次いで、第2の昇温制御に切り換え、排気ガス中の酸素濃度が長時間に亘って低く維持されるようにしている。その結果、触媒温度Tcが低いときにも排気ガス中の酸素濃度を長時間に亘って十分に低く維持することができ、したがってNOx吸蔵還元触媒24からNOxを確実にかつ十分に放出させることができるようになる。また、図5に示されるように燃料添加に同期してNOx吸蔵還元触媒24の昇温を行うことによって、NOx吸蔵還元触媒24を継続的に昇温する場合に比べて、触媒昇温に必要なエネルギ量を大幅に低減することができる。   Therefore, in the embodiment according to the present invention, the first temperature rise control is performed in the first half of the fuel addition period from the fuel addition valve 28 so that the oxygen concentration in the exhaust gas is quickly and sufficiently lowered. Next, the control is switched to the second temperature rise control so that the oxygen concentration in the exhaust gas is kept low for a long time. As a result, even when the catalyst temperature Tc is low, the oxygen concentration in the exhaust gas can be kept sufficiently low for a long time, and therefore NOx can be reliably and sufficiently released from the NOx storage reduction catalyst 24. become able to. Further, as shown in FIG. 5, by raising the temperature of the NOx occlusion reduction catalyst 24 in synchronism with the addition of fuel, it is necessary for raising the catalyst temperature as compared with the case where the NOx occlusion reduction catalyst 24 is continuously raised. The amount of energy required can be greatly reduced.

第1の昇温制御としては様々な方法がある。例えば、NOx吸蔵還元触媒24に電気ヒータを取り付けてNOx吸蔵還元触媒24を加熱する方法や、NOx吸蔵還元触媒24で補助燃料を燃焼させることによりNOx吸蔵還元触媒24を昇温する方法や、NOx吸蔵還元触媒24への流入排気ガスを昇温する方法がある。NOx吸蔵還元触媒24で補助燃料を燃焼させる方法としては、例えば図7(A)に示されるように圧縮上死点(TDC)周りで行われる主噴射Qmに加えて機関膨張行程末期又は排気行程中に燃料噴射弁3から補助燃料Qaが噴射される。この補助燃料Qaは燃焼室2又はNOx吸蔵還元触媒24上流の排気通路内で部分的に酸化され、その結果NOx吸蔵還元触媒24に活性化された補助燃料が供給されるので、NOx吸蔵還元触媒24で比較的容易に燃焼される。一方、NOx吸蔵還元触媒24への流入排気ガスを昇温する方法としては、例えば図7(B)に示されるように膨張行程初期から中期に燃料噴射弁3から補助燃料Qaが噴射される。この補助燃料Qaは燃焼室2又はNOx吸蔵還元触媒24上流の排気通路内で燃焼し、斯くして排気ガスが昇温される。   There are various methods for the first temperature rise control. For example, a method of heating the NOx storage reduction catalyst 24 by attaching an electric heater to the NOx storage reduction catalyst 24, a method of raising the temperature of the NOx storage reduction catalyst 24 by burning auxiliary fuel in the NOx storage reduction catalyst 24, NOx There is a method of raising the temperature of the exhaust gas flowing into the storage reduction catalyst 24. As a method for combusting the auxiliary fuel by the NOx storage reduction catalyst 24, for example, as shown in FIG. 7A, in addition to the main injection Qm performed around the compression top dead center (TDC), the end stage of the engine expansion stroke or the exhaust stroke The auxiliary fuel Qa is injected from the fuel injection valve 3. This auxiliary fuel Qa is partially oxidized in the exhaust passage upstream of the combustion chamber 2 or the NOx storage reduction catalyst 24. As a result, the activated auxiliary fuel is supplied to the NOx storage reduction catalyst 24. Therefore, the NOx storage reduction catalyst 24 burns relatively easily. On the other hand, as a method for raising the temperature of the exhaust gas flowing into the NOx storage reduction catalyst 24, for example, as shown in FIG. 7B, the auxiliary fuel Qa is injected from the fuel injection valve 3 from the initial stage to the middle stage of the expansion stroke. The auxiliary fuel Qa is burned in the exhaust passage upstream of the combustion chamber 2 or the NOx storage reduction catalyst 24, and thus the temperature of the exhaust gas is raised.

一方、第2の昇温制御としても様々な方法があり、例えばEGRガスを増量補正することにより減量された酸素存在下でNOx吸蔵還元触媒24を昇温する方法や、新気量を減量補正することにより減量された酸素存在下でNOx吸蔵還元触媒24を昇温する方法がある。この場合、EGR制御弁13の開度を増大補正したり、スロットル弁10の開度を減少制御したりすることができる。この点を考えると、第1の昇温制御ではEGRガスの増量補正や新気量の減量補正を行うことなくNOx吸蔵還元触媒24が昇温されるということができる。あるいは、第1の昇温制御では添加燃料の参加反応速度が抑制されることなくNOx吸蔵還元触媒24が昇温され、第2の昇温制御では添加燃料の酸化反応速度が抑制されながらNOx吸蔵還元触媒24が昇温されるという見方もできる。   On the other hand, there are various methods for the second temperature increase control, for example, a method of increasing the temperature of the NOx storage reduction catalyst 24 in the presence of oxygen reduced by correcting an increase in EGR gas, or a decrease correction of the amount of new air. There is a method of raising the temperature of the NOx storage reduction catalyst 24 in the presence of reduced oxygen. In this case, the opening degree of the EGR control valve 13 can be corrected to increase, or the opening degree of the throttle valve 10 can be controlled to decrease. Considering this point, it can be said that in the first temperature increase control, the NOx occlusion reduction catalyst 24 is heated without performing the increase correction of the EGR gas or the decrease correction of the fresh air amount. Alternatively, in the first temperature increase control, the NOx occlusion reduction catalyst 24 is heated without suppressing the participation reaction rate of the added fuel, and in the second temperature increase control, the NOx occlusion is performed while the oxidation reaction rate of the added fuel is suppressed. The view that the temperature of the reduction catalyst 24 is raised can also be considered.

ところで、昇温制御を行わなくても添加燃料が行われたときの排気ガスの空燃比AFが十分にリッチになっていれば第1の昇温制御を行う必要がない。また、このときのリッチ時間tRが十分に長ければ第2の昇温制御を行う必要もなく、リッチ時間tRが短ければ第2の昇温制御のみを行えば足りる。同様に、第1の昇温制御のみを行ったときのリッチ時間tRが十分に長ければ第2の昇温制御を行う必要がない。   By the way, even if the temperature increase control is not performed, if the air-fuel ratio AF of the exhaust gas when the added fuel is performed is sufficiently rich, it is not necessary to perform the first temperature increase control. Further, if the rich time tR at this time is sufficiently long, it is not necessary to perform the second temperature increase control, and if the rich time tR is short, it is sufficient to perform only the second temperature increase control. Similarly, if the rich time tR when only the first temperature increase control is performed is sufficiently long, it is not necessary to perform the second temperature increase control.

そこで本発明による実施例では、触媒温度Tcが設定温度TXよりも低いときには、まず昇温制御を行うことなく燃料添加が行われ、このときの排気ガスの空燃比のピーク値AFPが設定空燃比AFXよりもリーンのときには、次の燃料添加の際に図8(A)に示されるように第1の昇温制御のみが行われる。その上で、燃料添加の際に第1の昇温制御のみが行われたときのリッチ時間tRがあらかじめ定められた設定時間tXよりも短いときには、図5に示されるように第1の昇温制御及び第2の昇温制御が行われる。   Therefore, in the embodiment according to the present invention, when the catalyst temperature Tc is lower than the set temperature TX, the fuel addition is performed without first performing the temperature rise control, and the peak value AFP of the exhaust gas air-fuel ratio at this time is the set air-fuel ratio. When the fuel is leaner than AFX, only the first temperature raising control is performed as shown in FIG. In addition, when the rich time tR when only the first temperature raising control is performed at the time of fuel addition is shorter than a predetermined set time tX, the first temperature raising is performed as shown in FIG. Control and second temperature rise control are performed.

一方、昇温制御を行うことなく燃料添加が行われたときの排気ガスの空燃比のピーク値AFPが設定空燃比AFXよりもリッチであれば、次の燃料添加の際に第1の昇温制御は行われない。しかしながら、このときのリッチ時間tRが設定時間tXよりも短いときには、次の燃料添加の際に図8(B)に示されるように第2の昇温制御のみが行われる。   On the other hand, if the peak value AFP of the air-fuel ratio of the exhaust gas when the fuel addition is performed without performing the temperature increase control is richer than the set air-fuel ratio AFX, the first temperature increase is performed at the next fuel addition. There is no control. However, when the rich time tR at this time is shorter than the set time tX, only the second temperature raising control is performed as shown in FIG. 8B at the next fuel addition.

図9(A)は第1の昇温制御の別の実施例を示しており、図9(B)は第2の昇温制御の別の実施例を示している。図9(A)に示される例では燃料添加が開始されるのに先立って第1の昇温制御が開始される。一方、図9(B)に示される例では燃料添加が完了しても第2の昇温制御は継続され、その後完了される。   FIG. 9A shows another example of the first temperature rise control, and FIG. 9B shows another example of the second temperature rise control. In the example shown in FIG. 9A, the first temperature rise control is started prior to the start of fuel addition. On the other hand, in the example shown in FIG. 9B, even if the fuel addition is completed, the second temperature rise control is continued and then completed.

図10にNOx放出制御ルーチンを示す。このルーチンはあらかじめ定められた設定時間毎の割り込みによって実行される。   FIG. 10 shows a NOx release control routine. This routine is executed by interruption every predetermined time.

図10を参照するとまず初めにステップ100ではNOx吸収剤67に吸収されているNOx量ΣNOxが算出される。本発明による実施例では、図4に示すマップから単位時間当り吸収されるNOx量dNOxが算出され、このdNOxがNOx吸収剤67に吸収されているNOx量ΣNOxに加算される。次いでステップ101では吸収NOx量ΣNOXが許容値MAXを越えたか否かが判別され、ΣNOX>MAXとなったときにはステップ102に進み、触媒温度Tcが設定温度TXよりも低いか否かが判別される。Tc≧TXのときには次いでステップ103に進み、昇温制御を行うことなく燃料添加が行われる。次いでステップ110に進む。これに対しTc<TXのときには次いでステップ104に進み、第2の昇温フラグX2がセットされているか否かが判別される。この第2の昇温フラグX2は第2の昇温制御を行うべきときにセットされ(X2=1)、それ以外はリセットされるものである(X2=0)。第2の昇温フラグX2がリセットされているときには次いでステップ104に進み、第1の昇温フラグX1がセットされているか否かが判別される。この第1の昇温フラグX1は第1の昇温制御を行うべきときにセットされ(X1=1)、それ以外はリセットされるものである(X1=0)。第1の昇温フラグX1がリセットされているときには次いでステップ103に進み、昇温制御を行うことなく燃料添加が行われる。次いでステップ110に進む。これに対し、第1の昇温フラグX1がセットされているときにはステップ105からステップ106に進み、燃料添加が行われると共に第1の昇温制御のみが行われる。次いでステップ110に進む。   Referring to FIG. 10, first, at step 100, the NOx amount ΣNOx absorbed in the NOx absorbent 67 is calculated. In the embodiment according to the present invention, the NOx amount dNOx absorbed per unit time is calculated from the map shown in FIG. 4, and this dNOx is added to the NOx amount ΣNOx absorbed in the NOx absorbent 67. Next, at step 101, it is determined whether or not the absorbed NOx amount ΣNOX exceeds the allowable value MAX. When ΣNOX> MAX, the routine proceeds to step 102, where it is determined whether or not the catalyst temperature Tc is lower than the set temperature TX. . When Tc ≧ TX, the routine proceeds to step 103 where fuel addition is performed without performing temperature rise control. Next, the routine proceeds to step 110. On the other hand, when Tc <TX, the routine proceeds to step 104 where it is determined whether or not the second temperature raising flag X2 is set. The second temperature raising flag X2 is set when the second temperature raising control is to be performed (X2 = 1), and otherwise it is reset (X2 = 0). When the second temperature increase flag X2 is reset, the routine proceeds to step 104, where it is determined whether or not the first temperature increase flag X1 is set. The first temperature raising flag X1 is set when the first temperature raising control is to be performed (X1 = 1), and is otherwise reset (X1 = 0). When the first temperature increase flag X1 is reset, the routine proceeds to step 103 where fuel addition is performed without performing temperature increase control. Next, the routine proceeds to step 110. On the other hand, when the first temperature raising flag X1 is set, the routine proceeds from step 105 to step 106, where fuel is added and only the first temperature raising control is performed. Next, the routine proceeds to step 110.

一方、第2の昇温フラグX2がセットされているときにはステップ104からステップ107に進み、第1の昇温フラグX1がセットされているか否かが判別される。第1の昇温フラグX1がリセットされているときには次いでステップ108に進み、燃料添加が行われると共に第2の昇温制御のみが行われる。次いでステップ110に進む。これに対し、第1の昇温フラグX1がセットされているときにはステップ107からステップ109に進み、燃料添加が行われると共に第1の昇温制御及び第2の昇温制御が行われる。次いでステップ110に進む。   On the other hand, when the second temperature increase flag X2 is set, the routine proceeds from step 104 to step 107, where it is determined whether or not the first temperature increase flag X1 is set. When the first temperature raising flag X1 is reset, the routine proceeds to step 108 where fuel addition is performed and only the second temperature raising control is performed. Next, the routine proceeds to step 110. On the other hand, when the first temperature increase flag X1 is set, the routine proceeds from step 107 to step 109, where fuel is added and first temperature increase control and second temperature increase control are performed. Next, the routine proceeds to step 110.

ステップ110ではNOx量積算値ΣNOxがクリアされる(ΣNOx=0)。   In step 110, the NOx amount integrated value ΣNOx is cleared (ΣNOx = 0).

図11にフラグ制御ルーチンを示す。このルーチンはあらかじめ定められた設定時間毎の割り込みによって実行される。   FIG. 11 shows a flag control routine. This routine is executed by interruption every predetermined time.

図11を参照するとまず初めにステップ120では燃料添加弁28から燃料添加が行われたか否かが判別される。燃料添加が行われたときにはステップ121に進み、第1の昇温フラグX1がセットされているか否かが判別される。第1の昇温フラグX1がリセットされているときには次いでステップ122に進み、排気ガスの空燃比のピーク値AFPが検出される。続くステップ123では、検出されたピーク値AFPが設定空燃比AFXよりも大きいか否かが判別される。AFP>AFXのときすなわちピーク値AFPが設定空燃比AFXよりもリーンのときには次いでステップ124に進み、第1の昇温フラグX1がセットされる。   Referring to FIG. 11, first, at step 120, it is judged if fuel addition has been performed from the fuel addition valve 28. When fuel addition is performed, the routine proceeds to step 121, where it is determined whether or not the first temperature raising flag X1 is set. When the first temperature raising flag X1 is reset, the routine proceeds to step 122 where the peak value AFP of the exhaust gas air-fuel ratio is detected. In the following step 123, it is determined whether or not the detected peak value AFP is larger than the set air-fuel ratio AFX. When AFP> AFX, that is, when the peak value AFP is leaner than the set air-fuel ratio AFX, the routine proceeds to step 124 where the first temperature increase flag X1 is set.

これに対し、ステップ121において第1の昇温フラグX1がセットされているとき、又はステップ123においてAFP≦AFXのときすなわちピーク値AFPが設定空燃比AFXよりもリッチのときには次いでステップ125に進み、リッチ時間tRが検出される。続くステップ126ではリッチ時間tRが設定時間tRXよりも短いか否かが判断される。tR<tRXのときには次いでステップ127に進み、第2の昇温フラグX2がセットされる。すなわち、ステップ121からステップ125に進んだときには第1の昇温フラグX1及び第2の昇温フラグX2がセットされ、ステップ123からステップ125に進んだときには第2の昇温フラグのみがセットされる。一方、tR≧tRXのときにはステップ126からステップ128に進み、第1の昇温フラグX1及び第2の昇温フラグX2が共にリセットされる。   On the other hand, when the first temperature increase flag X1 is set at step 121, or when AFP ≦ AFX at step 123, that is, when the peak value AFP is richer than the set air-fuel ratio AFX, the routine proceeds to step 125. The rich time tR is detected. In the following step 126, it is determined whether or not the rich time tR is shorter than the set time tRX. When tR <tRX, the routine proceeds to step 127, where the second temperature raising flag X2 is set. That is, when the process proceeds from step 121 to step 125, the first temperature increase flag X1 and the second temperature increase flag X2 are set, and when the process proceeds from step 123 to step 125, only the second temperature increase flag is set. . On the other hand, when tR ≧ tRX, the routine proceeds from step 126 to step 128, where both the first temperature increase flag X1 and the second temperature increase flag X2 are reset.

ところで、機関運転時間が長くなると、NOx吸蔵還元触媒24が次第に劣化し、その結果例えば第1の昇温制御をただ単に行っても、排気ガスの空燃比のピーク値AFPを設定空燃比AFXよりもリッチにすることができなくなるおそれがある。   By the way, as the engine operation time becomes longer, the NOx occlusion reduction catalyst 24 gradually deteriorates. As a result, even if, for example, the first temperature increase control is simply performed, the peak value AFP of the exhaust gas air-fuel ratio is set higher than the set air-fuel ratio AFX. May not be rich.

そこで、NOx吸蔵還元触媒24の劣化度合いを検出し、NOx吸蔵還元触媒24の劣化度合いが大きいときには小さいときに比べて、第1の昇温制御においてNOx吸蔵還元触媒24に印加されるエネルギ量を多くするようにすることもできる。   Therefore, the degree of deterioration of the NOx storage reduction catalyst 24 is detected, and the amount of energy applied to the NOx storage reduction catalyst 24 in the first temperature increase control is compared with when the degree of deterioration of the NOx storage reduction catalyst 24 is large compared to when it is small. You can make more.

すなわち、図12(A)に示される例では、NOx吸蔵還元触媒24の劣化度合いDDが大きくなると第1の昇温制御における印加エネルギ量E1が直線的に大きくされる。図12(B)に示される例では、NOx吸蔵還元触媒24の劣化度合いDDが閾値DD1を越えるまでは印加エネルギ量E1は一定に維持され、劣化度合いDDが閾値DD1を越えると印加エネルギE1がステップ状に増大され、劣化度合いDDが更に大きくなると印加エネルギ量E1が直線的に大きくされる。図12(C)に示される例では、劣化度合いDDが閾値を越えるまでは印加エネルギE1は一定に維持され、劣化度合いDDが閾値を越える毎に印加エネルギE1がステップ状に増大される。   That is, in the example shown in FIG. 12A, when the deterioration degree DD of the NOx storage reduction catalyst 24 increases, the applied energy amount E1 in the first temperature increase control is linearly increased. In the example shown in FIG. 12B, the applied energy amount E1 is kept constant until the deterioration degree DD of the NOx storage reduction catalyst 24 exceeds the threshold value DD1, and when the deterioration degree DD exceeds the threshold value DD1, the applied energy E1 is When the degree of deterioration DD is further increased in a step-like manner, the applied energy amount E1 is linearly increased. In the example shown in FIG. 12C, the applied energy E1 is kept constant until the deterioration degree DD exceeds the threshold, and the applied energy E1 is increased stepwise every time the deterioration degree DD exceeds the threshold.

ここで、第1の昇温制御における印加エネルギの増大補正は例えば電気ヒータにおける通電量、又は補助燃料Qa(図7(A),7(B)参照)の量を増大補正することによって行われる。また、NOx吸蔵還元触媒24の劣化度合いDDはどのように検出してもよく、例えば補助燃料Qaが供給され又は添加燃料が添加されたときの触媒温度Tcの上昇幅や、排気ガスの空燃比AFの挙動などに基づいて検出することができる。   Here, the increase correction of the applied energy in the first temperature raising control is performed, for example, by increasing and correcting the energization amount in the electric heater or the amount of the auxiliary fuel Qa (see FIGS. 7A and 7B). . Further, the deterioration degree DD of the NOx occlusion reduction catalyst 24 may be detected in any way. For example, the increase range of the catalyst temperature Tc when the auxiliary fuel Qa is supplied or the added fuel is added, or the air-fuel ratio of the exhaust gas. Detection is possible based on the behavior of AF.

圧縮着火式内燃機関の全体図である。1 is an overall view of a compression ignition type internal combustion engine. 触媒担体の表面部分の断面図である。It is sectional drawing of the surface part of a catalyst support | carrier. NOx放出制御を説明するためのタイムチャートである。It is a time chart for demonstrating NOx discharge | release control. 単位時間当りのNOx吸収量dNOxのマップを示す図である。It is a figure which shows the map of NOx absorption amount dNOx per unit time. 第1の昇温制御及び第2の昇温制御の実行パターンを説明するためのタイムチャートである。It is a time chart for demonstrating the execution pattern of 1st temperature rising control and 2nd temperature rising control. 第1の昇温制御及び第2の昇温制御を説明するためのタイムチャートである。It is a time chart for demonstrating 1st temperature rising control and 2nd temperature rising control. 補助燃料Qaを説明するためのタイムチャートである。It is a time chart for demonstrating auxiliary fuel Qa. 第1の昇温制御及び第2の昇温制御の別の実行パターンを説明するためのタイムチャートである。It is a time chart for demonstrating another execution pattern of 1st temperature rising control and 2nd temperature rising control. 第1の昇温制御及び第2の昇温制御の別の実施例を説明するためのタイムチャートである。It is a time chart for demonstrating another Example of 1st temperature rising control and 2nd temperature rising control. NOx放出制御を行うためのフローチャートである。It is a flowchart for performing NOx release control. フラグ制御を行うためのフローチャートである。It is a flowchart for performing flag control. 本発明による別の実施例における第1の昇温制御の印加エネルギ量を示すマップである。It is a map which shows the applied energy amount of 1st temperature rising control in another Example by this invention.

符号の説明Explanation of symbols

5 排気マニホルド
20 排気後処理装置
21,23 排気管
24 NOx吸蔵還元触媒
28 燃料添加弁
5 Exhaust manifold 20 Exhaust aftertreatment device 21, 23 Exhaust pipe 24 NOx occlusion reduction catalyst 28 Fuel addition valve

Claims (2)

流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中のNOxを吸収し、流入する排気ガスの空燃比がリッチになると吸収しているNOxを放出するNOx吸蔵還元触媒を機関排気通路内に配置すると共に該NOx吸蔵還元触媒上流の機関排気通路内に燃料添加弁を配置し、NOx吸蔵還元触媒からNOxを放出させるべきときには燃料添加弁から燃料を添加してNOx吸蔵還元触媒内に流入する排気ガスの空燃比が一時的にリッチになるようにした内燃機関において、NOx吸蔵還元触媒の温度があらかじめ定められた設定温度よりも低いときには、燃料添加弁からの燃料添加期間の前期に多量の酸素存在下でNOx吸蔵還元触媒を昇温する第1の昇温制御を行うと共に燃料添加期間の後期に少量の酸素存在下でNOx吸蔵還元触媒を昇温する第2の昇温制御を行うようにした排気浄化装置。   A NOx storage reduction catalyst that absorbs NOx in the exhaust gas when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lean and releases the absorbed NOx when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas becomes rich is disposed in the engine exhaust passage In addition, a fuel addition valve is disposed in the engine exhaust passage upstream of the NOx storage reduction catalyst, and when NOx should be released from the NOx storage reduction catalyst, fuel is added from the fuel addition valve and flows into the NOx storage reduction catalyst. In an internal combustion engine in which the air-fuel ratio of the gas is temporarily rich, when the temperature of the NOx storage reduction catalyst is lower than a predetermined set temperature, a large amount of oxygen is added during the first period of the fuel addition period from the fuel addition valve. The first temperature increase control is performed to raise the temperature of the NOx storage reduction catalyst in the presence of the NOx storage reduction catalyst in the presence of a small amount of oxygen later in the fuel addition period. Exhaust purification device to perform the second heating control for temperature. NOx吸蔵還元触媒の劣化度合いを検出する手段を具備し、NOx吸蔵還元触媒の劣化度合いが大きいときには小さいときに比べて第1の昇温制御における印加エネルギ量を多くするようにした請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。   A means for detecting the degree of deterioration of the NOx storage reduction catalyst is provided, and the amount of applied energy in the first temperature increase control is increased when the degree of deterioration of the NOx storage reduction catalyst is large compared to when it is small. An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine as described.
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