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JP4178851B2 - Exhaust gas purification device for internal combustion engine - Google Patents

Exhaust gas purification device for internal combustion engine Download PDF

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JP4178851B2
JP4178851B2 JP2002187700A JP2002187700A JP4178851B2 JP 4178851 B2 JP4178851 B2 JP 4178851B2 JP 2002187700 A JP2002187700 A JP 2002187700A JP 2002187700 A JP2002187700 A JP 2002187700A JP 4178851 B2 JP4178851 B2 JP 4178851B2
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  • Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
内燃機関の燃焼室から排出される排気ガス中の微粒子を捕集し、この捕集した微粒子を酸化除去することができるパティキュレートフィルタ(以下、フィルタと称す)を備えた排気浄化装置が、特開2001−342821号公報に開示されている。当該公報に記載の排気浄化装置では、排気ガスを一方の側からフィルタに流入させたり、その反対側からフィルタに流入させたりすることができる。すなわち、フィルタに流入する排気ガスの向きを逆転することができる。
【0003】
そして、フィルタに流入する排気ガスの向きを逆転することによってフィルタ内に捕集されている微粒子がフィルタ内にて流動し、フィルタにおける微粒子の酸化作用が促進されることから、上記公報に記載の排気浄化装置では、フィルタにおける微粒子の酸化作用を促進すべき条件が成立したときに、フィルタに流入する排気ガスの向きを逆転するようにしている。
【0004】
ところで、流入する排気ガスの空燃比がリーンであるときには排気ガス中の窒素酸化物(NOX)を保持し、流入する排気ガスの空燃比がリッチとなると保持しているNOXを還元剤によって還元浄化することができるNOX触媒を内燃機関の排気通路に備えた排気浄化装置も公知である。こうした排気浄化装置では、NOX触媒が保持することができるNOXの量には限界があり、NOX触媒が保持しているNOXの量(以下、NOX保持量と称す)がその上限値に達してしまうと、もはや、NOX触媒は排気ガス中のNOXを保持することができず、NOXは排気浄化装置下流へと流出してしまう。
【0005】
そこで、こうした排気浄化装置では、NOXが排気浄化装置下流へと流出することを抑制するために、NOX触媒のNOX保持量がその上限値に達する前に、NOX触媒にリッチ空燃比の排気ガスを供給して、NOX触媒に保持されているNOXを還元浄化するようにしている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、上記公報に記載のフィルタにこのNOX触媒を担持させた場合において、NOX触媒(すなわち、フィルタ)に流入する排気ガスの向きを変えるべき条件と、NOX触媒(すなわち、フィルタ)にリッチ空燃比の排気ガスを供給すべき条件とが同時に成立してしまうことがある。この場合、流入する排気ガスの向きが切り換えられたときに、リッチ空燃比の排気ガスの一部がNOX触媒(すなわち、フィルタ)を通らずに、そのまま排気浄化装置下流へと流出してしまうという問題がある。
【0007】
こうした問題は、一般的に、上述したようなNOX触媒を排気通路に具備し、NOX触媒へ流入する排気ガスの向きを逆転することができ、そして、NOX触媒にリッチ空燃比の排気ガスを供給すべき条件とNOX触媒へ流入する排気ガスの向きを逆転すべき条件とが同時に成立してしまうような排気浄化装置にも、等しく生じる問題である。そこで、本発明の目的は、このような排気浄化装置において、リッチ空燃比の排気ガスがNOX触媒を通らずに排気浄化装置下流へと流出することを抑制することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、1番目の発明では、内燃機関から排出される排気ガス中のNOXを浄化するためのNOX触媒を排気通路に具備し、該NOX触媒がそこに流入する排気ガスの空燃比がリーンであるときには排気ガス中のNOXを保持し、一方、そこに流入する排気ガスの空燃比がリッチとなると保持しているNOXを還元剤によって還元浄化することができ、さらに、排気ガスの空燃比をリッチとするためのリッチ化手段を具備し、所定条件が成立したときに該リッチ化手段を作動することによってNOX触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチとするようにした排気浄化装置において、排気ガスを一方の側からNOX触媒に流入させる順流モードと排気ガスを他方の側からNOX触媒に流入させる逆流モードとの間でNOX触媒への排気ガスの流入モードを切り換えるための切換手段を具備し、上記リッチ化手段の作動中は該切換手段による流入モードの切換を禁止すると共に、上記リッチ化手段の作動停止後においても予め定められた切換禁止期間に亘って切換手段による流入モードの切換を禁止するようにした。ここで、リッチ化手段、所定条件、および、切換手段は、後述する実施形態において、それぞれ、燃料添加弁や燃料噴射弁、リッチ要求条件、および、切換弁に相当する。
【0009】
上記課題を解決するために、2番目の発明では、内燃機関から排出される排気ガス中のNOXを浄化するためのNOX触媒を排気通路に具備し、該NOX触媒がそこに流入する排気ガスの空燃比がリーンであるときには排気ガス中のNOXを保持し、一方、そこに流入する排気ガスの空燃比がリッチとなると保持しているNOXを還元剤によって還元浄化することができ、さらに、排気ガスの空燃比をリッチとするためのリッチ化手段を具備し、所定条件が成立したときに該リッチ化手段を作動することによってNOX触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチとするようにした排気浄化装置において、NOX触媒をバイパスするようにNOX触媒上流の排気通路からNOX触媒下流の排気通路へと延びるバイパス通路と、排気ガスをNOX触媒に流入させる流入モードと排気ガスをバイパス通路に流入させる流入モードとの間で排気ガスの流入モードを切り換えるための切換手段とを具備し、上記リッチ化手段の作動中は該切換手段による流入モードの切換を禁止すると共に、上記リッチ化手段の作動停止後においても予め定められた切換禁止期間に亘って切換手段による流入モードの切換を禁止するようにした。ここで、リッチ化手段、所定条件、および、切換手段は、後述する実施形態において、それぞれ、燃料添加弁や燃料噴射弁、バイパス可能条件、および、切換弁に相当する。
【0010】
3番目の発明では、1または2番目の発明において、上記リッチ化手段の作動が停止されてからリッチ空燃比の排気ガスのほとんど全てがNOX触媒を通過するまでの排気ガス通過完了期間が上記切換禁止期間として設定されている。
【0011】
4番目の発明では、3番目の発明において、上記排気ガス通過完了期間が機関要求負荷と機関回転数との少なくとも1つに基づいて算出される。
【0012】
5番目の発明では、3番目の発明において、内燃機関が複数の種類の燃焼モードでもって燃料を燃焼室内にて燃焼させることができ、上記排気ガス通過完了期間が上記燃焼モード毎に機関要求負荷と機関回転数との少なくとも1つに基づいて算出される。
【0013】
6番目の発明では、3番目の発明において、上記排気ガス通過完了期間が排気ガスの温度、排気ガスの流量、および、排気ガスの圧力の少なくとも1つに基づいて算出される。
【0014】
7番目の発明では、3番目の発明において、排気ガスの空燃比を検出することができる空燃比センサがNOX触媒下流に配置され、リッチ化手段の作動停止後において該空燃比センサによって排気ガスの空燃比がリッチでなくなったことが検出されたことをもってリッチ空燃比の排気ガスのほとんど全てがNOX触媒を通過したと判断される。
【0015】
8番目の発明では、3番目の発明において、排気ガスの空燃比を検出することができる空燃比センサがNOX触媒上流とNOX触媒下流とに配置され、リッチ化手段の作動停止後においてNOX触媒下流の空燃比センサによって検出される排気ガスの空燃比がリッチでなくなってから該NOX触媒下流の空燃比センサによって検出される排気ガスの空燃比が上記NOX触媒上流の空燃比センサによって検出される排気ガスの空燃比と略等しくなったことをもってリッチ空燃比の排気ガスのほとんど全てがNOX触媒を通過したと判断される。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明を説明する。図1は、本発明の排気浄化装置を備えた内燃機関を示している。図1に示されている内燃機関は圧縮着火式の内燃機関である。図1において、1は機関本体、2は燃焼室、3は燃料噴射弁、4は吸気マニホルド、5は排気マニホルドを示している。燃料噴射弁3は燃料タンク(図示せず)からの燃料を一時的に溜めておくためのリザーバ(いわゆるコモンレール)6に接続されている。
【0017】
また、吸気マニホルド4は吸気管7を介して排気ターボチャージャ8のコンプレッサ9の出口部に接続されている。吸気管7には、燃焼室2に吸入される空気を冷却するためのインタークーラ10が取り付けられている。また、インタークーラ10下流の吸気管7内には、燃焼室2に吸入される空気の量を制御するために電動モータ(図示せず)によって駆動されるスロットル弁11が配置されている。また、コンプレッサ9の入口部にも吸気管12が取り付けられている。吸気管12には、燃焼室2内に吸入される空気の量を計量するためのエアフローメータ13が取り付けられている。
【0018】
一方、排気マニホルド5は排気管14を介して排気ターボチャージャ8のタービン15の入口部に接続されている。排気管14には、排気ガスの空燃比を検出するための上流側空燃比センサ16が取り付けられている。この上流側空燃比センサ16によって検出される排気ガスの空燃比とは、燃焼室内に吸入された空気の量に対する燃焼室内に噴射された燃料の量の比である。
【0019】
また、タービン15の出口部にも排気管17が取り付けられている。排気管17は排気浄化装置18の入口部に接続されている。また、排気管17には、そこに燃料を噴射するための燃料添加弁19が取り付けられている。また、排気管17には、排気ガスの温度を検出するための温度センサ20と、排気ガスの圧力を検出するための圧力センサ21とが取り付けられている。また、排気浄化装置18の出口部にも排気管22が取り付けられている。この排気管22にも、排気ガスの空燃比を検出するための下流側空燃比センサ23が取り付けられている。この下流側空燃比センサ23によって検出される排気ガスの空燃比とは、燃焼室内に吸入された空気の量に対する燃焼室内に噴射された燃料の量と燃料添加弁19から噴射された燃料の量との総量の比である。
【0020】
排気浄化装置18は、その入口部からループ状をなして当該入口部に戻る排気管24と、その入口部から下流へと延びる排気管(バイパス通路)25とを具備する。ループ状をなす排気管24内には、排気ガス中のNOXを浄化するためのNOX触媒32が配置されている。NOX触媒32は、そこに流入する排気ガスの空燃比がリーンであるときには、排気ガス中のNOXを吸収することによって、或いは、吸着させることによって保持する。一方、NOX触媒32は、そこに流入する排気ガスの空燃比がリッチとなると、保持しているNOXを排気ガス中の還元剤、具体的には、炭化水素(燃料)によって還元浄化する。
【0021】
また、排気浄化装置18はその入口部に切換弁26を有する。図2(A)に示されているように、切換弁26が第1の位置に位置決めされているときには、入口部に流入した排気ガスは一方の側からNOX触媒32に流入せしめられる。一方、図2(B)に示されているように、切換弁26が第2の位置に位置決めされているときには、入口部に流入した排気ガスはNOX触媒32には流入せずに、そのまま、排気浄化装置18下流へと流出する。さらに、図2(C)に示されているように、切換弁26が第3の位置に位置決めされているときには、入口部に流入した排気ガスは他方の側からNOX触媒32に流入せしめられる。
【0022】
このように、切換弁26の位置決め位置を切り換えることによって、排気ガスを一方の側からNOX触媒32に流入させたり、或いは、排気ガスを他方の側からNOX触媒32に流入させたり、或いは、排気ガスをNOX触媒32に流入させずにそのまま排気浄化装置18下流へと流出させたりすることができる。すなわち、上述した3つの位置の間で切換弁26の位置決め位置を切り換えることによって、NOX触媒32への排気ガスの流入モードを切り換えることができる。
【0023】
なお、以下、切換弁26が図2(A)に示されている位置に位置決めされているときのNOX触媒32への排気ガスの流入モードを順流モードと称し、切換弁26が図2(C)に示されている位置に位置決めされているときのNOX触媒32への排気ガスの流入モードを逆流モードと称す。また、切換弁26が図2(B)に示されている位置に位置決めされているときの排気管25への排気ガスの流入モードをバイパスモードと称す。
【0024】
また、燃焼室2から排出された排気ガスを再び燃焼室2に循環させるための排気循環(EGR)通路27が、排気マニホルド5から吸気マニホルド4まで延びる。EGR通路27には、燃焼室2に導入される排気ガスの量を制御するためのEGR制御弁28が取り付けられている。また、EGR通路27には、排気ガスを冷却するためのEGRクーラ29も取り付けられている。さらに、EGRクーラ29上流のEGR通路27内には、酸化触媒30が配置されている。この酸化触媒30は、EGRクーラ29や燃焼室2に導入される排気ガス中の燃料(炭化水素)を酸化除去する機能を果たす。
【0025】
ところで、圧縮着火式の内燃機関では、通常、空気過剰の下で燃料の燃焼が行われることから、燃焼室2から排出される排気ガスの空燃比は、通常、リーンである。また、燃焼室2内では、通常、NOXが発生することから、燃焼室2から排出される排気ガス中には、通常、NOXが含まれている。したがって、NOX触媒32には、通常、リーン空燃比であってNOXを含んだ排気ガスが流入することになる。上述したように、リーン空燃比の排気ガスがNOX触媒32に流入しているときにはNOX触媒32は排気ガス中のNOXを保持するので、通常、NOX触媒32に保持されているNOXの量は増え続ける。
【0026】
ところが、NOX触媒32が保持可能なNOXの量には限界があるので、NOX触媒32が保持しているNOXの量(以下、NOX保持量と称す)がその上限値に達してしまうと、もはや、NOX触媒32は排気ガス中のNOXを保持することができず、NOXは排気浄化装置18下流へと流出してしまう。
【0027】
そこで、第1実施形態では、NOXが排気浄化装置18下流へと流出することを抑制するために、NOX触媒32のNOX保持量がその上限値に達する前に、燃料添加弁19から燃料を噴射して排気ガスの空燃比をリッチとするようにしている。詳細には、第1実施形態では、NOX触媒32のNOX保持量がその上限値よりも小さいがその上限値に近い値を超えたという特定の条件(以下、リッチ要求条件と称す)が成立したときに、燃料添加弁19から燃料を噴射して排気ガスの空燃比をリッチとする。これによれば、NOX触媒32にリッチ空燃比の排気ガスが流入するので、NOX触媒32に保持されているNOXが排気ガス中の還元剤、具体的には、燃料(炭化水素)や一酸化炭素によって還元浄化され、NOX触媒32のNOX保持量が少なくなる。したがって、その後、排気ガス中のNOXはNOX触媒32に保持されることとなる。
【0028】
もちろん、このように燃料添加弁19から燃料が噴射されるときには、切換弁26は図2(A)に示されている第1の位置、または、図2(C)に示されている第2の位置に位置決めされている。
【0029】
ところで、圧縮着火式の内燃機関では、通常、主にカーボンからなる微粒子が生成される。したがって、通常、排気ガス中には微粒子が含まれている。第1実施形態のNOX触媒32はこうした微粒子を捕集するためのパティキュレートフィルタにもなっている。すなわち、第1実施形態では、NOX触媒32はパティキュレートフィルタに担持されていることとなる。このパティキュレートフィルタの構造を図3に示した。以下の説明では、NOX触媒とパティキュレートフィルタに参照符号25を付す。
【0030】
図3(A)はパティキュレートフィルタの端面図であり、図3(B)はパティキュレートフィルタの縦断面図である。図3(A)および図3(B)に示したように、パティキュレートフィルタ(以下、フィルタと称す)32はハニカム構造をなす隔壁54を具備する。これら隔壁54によって互いに平行をなして延びる複数個の排気流通路50,51が形成される。これら排気流通路のうち略半数の排気流通路50がその下流端開口を栓52で閉鎖されている。以下、これら排気流通路50を排気ガス流入通路と称す。一方、残りの半数の排気流通路51はその上流端開口を栓53で閉鎖されている。以下、これら排気流通路51を排気流出通路51と称す。排気ガス流入通路50には4つの排気ガス流出通路51が隣接する。一方、排気ガス流出通路51には4つの排気ガス流入通路50が隣接する。
【0031】
排気ガスは排気ガス流入通路50に流入する。隔壁54はコージェライトのような多孔質材料からなるので、図3(B)において矢印で示したように、排気ガス流入通路50内の排気ガスは、隔壁54の細孔を通って、隣接する排気ガス流出通路51内に流れ込む。このように排気ガスがフィルタ32内を流れる間に、隔壁の表壁面や細孔を画成する隔壁の壁面上に微粒子が捕集される。
【0032】
ところで、フィルタ32が捕集可能な微粒子の量には限界があるので、フィルタ32が捕集している微粒子の量(以下、微粒子捕集量と称す)がその上限値に達してしまうと、もはや、フィルタ32は排気ガス中の微粒子を捕集することができず、微粒子が排気浄化装置18下流へと流出してしまう。また、フィルタ32の微粒子捕集量が多くなると、フィルタ32に起因する圧力損失が大きくなってしまう。
【0033】
そこで、第1実施形態では、フィルタ32に起因する圧力損失が大きくなることを抑制するために、フィルタ32に捕集された微粒子を短時間のうちに連続的に酸化除去するようにしている。詳細には、第1実施形態では、フィルタ32内に、隔壁54の両壁面上、および、隔壁54の細孔を画成する壁面上に全面に亘って、例えば、アルミナからなる担体層を形成し、この担体層上に、貴金属触媒と活性酸素生成剤とを担持し、活性酸素生成剤によって生成される活性酸素と貴金属触媒の触媒作用とによって、フィルタ32に捕集された微粒子を酸化除去するようにしている。
【0034】
ところで、フィルタ32に捕集された微粒子をフィルタ32内にて流動させると、フィルタ32における微粒子酸化作用が促進される。そこで、第1実施形態では、フィルタ32における微粒子酸化作用を促進するために、所定の条件(以下、微粒子流動要求条件と称す)が成立したときに、切換弁26の位置を図2(A)に示されている第1の位置と図2(C)に示されている第2の位置との間で切り換えることによって、すなわち、NOX触媒32への排気ガスの流入モードを順流モードと逆流モードとの間で切り換えることによって、フィルタ32内における排気ガスの流れを逆転させ、フィルタ32に捕集されている微粒子を流動させるようにしている。
【0035】
なお、第1実施形態において、上記微粒子流動要求条件とは、例えば、所定の時間が経過したという条件や、フィルタ32に起因する圧力損失が所定の値を超えたという条件である。
【0036】
ところで、上記説明によれば、上述したリッチ要求条件と上述した微粒子流動要求条件とが同時に成立することがある。この場合に、燃料添加弁19から燃料を噴射すると共に、NOX触媒32への排気ガスの流入モードを順流モードと逆流モードとの間で切り換えたとすると、切換え途中のバイパスモード時に、燃料添加弁19から噴射された燃料の一部がNOX触媒32を通過せずに、そのまま、排気浄化装置18下流へと流出してしまう。
【0037】
そこで、第1実施形態では、燃料が排気浄化装置18下流へと流出してしまうことを抑制するために、リッチ要求条件が成立しているとき、すなわち、燃料添加弁19から燃料が噴射されているときには、微粒子流動要求条件が成立したとしても、切換弁26の位置の切換を禁止し、したがって、NOX触媒32への排気ガスの流入モードの切換を禁止するようにしている。
【0038】
ところで、リッチ要求条件が不成立となり、燃料添加弁19からの燃料噴射が停止されたとしても、燃料添加弁19から噴射された燃料によってリッチ空燃比とされている排気ガス全てがNOX触媒32を通過しているわけではない。すなわち、燃料添加弁19からの燃料噴射が停止されたときには、燃料添加弁19からNOX触媒32までの排気通路内にリッチ空燃比の排気ガスが残っている。ここで、燃料添加弁19からの燃料噴射が停止されたときに、切換弁26の位置が切り換えられ、したがって、NOX触媒32への排気ガスの流入モードが切り換えられると、排気通路内に残っているリッチ空燃比の排気ガスの一部、すなわち、燃料が排気浄化装置18下流へと流出してしまう。
【0039】
そこで、第1実施形態では、燃料が排気浄化装置18下流へと流出してしまうことを抑制するために、リッチ要求条件が不成立となり、燃料添加弁19からの燃料噴射が停止されたとしても、予め定められた期間(以下、切換禁止期間と称す)が経過するまでは、切換弁26の位置の切換を禁止し、したがって、NOX触媒32への排気ガスの流入モードの切換を禁止するようにしている。
【0040】
図4は、第1実施形態に従って切換弁26の切換を禁止するための制御を実行するためのルーチンのフローチャートを示している。図4のルーチンでは、始めに、ステップ10において、リッチ要求フラグFがセットされている(F=1)か否かが判別される。リッチ要求フラグFはリッチ要求条件が成立するとセットされ、一方、リッチ要求条件が不成立となるとリセットされるフラグである。したがって、ステップ10において、F=1であると判別されたときには、リッチ要求条件が成立しており、燃料添加弁19から燃料が噴射されている最中であるので、ルーチンはステップ18に進んで、切換弁26の切換を禁止し、次いで、ステップ19において、切換禁止フラグFfがセットされ、ルーチンが終了する。なお、切換禁止フラグFfは、ステップ18において切換弁26の切換が禁止されるとセットされ、一方、ステップ15において切換弁26の切換禁止が解除されるとリセットされるフラグである。
【0041】
ところで、ステップ10において、F=0であると判別されたときには、ルーチンはステップ11に進んで、切換禁止フラグFfがセットされている(Ff=1)か否かが判別される。ステップ11において、Ff=0であると判別されたときには、ルーチンは終了する。一方、ステップ11において、Ff=1であると判別されたときには、ルーチンはステップ12に進んで、排気ガス通過完了期間Tpが算出され、次いで、ステップ13において、カウンタCがカウントアップされ、次いで、ステップ14において、このカウンタCが切換禁止期間Tpを超えた(C>Tp)か否かが判別される。
【0042】
ステップ14において、C≦Tpであると判別されたときには、ルーチンはステップ13に戻り、カウンタCがカウントアップされ、ルーチンは再びステップ14に戻る。一方、ステップ14において、C>Tpであると判別されたときには、ルーチンはステップ15に進んで、切換弁26の切換禁止が解除され、次いで、ステップ16において、切換禁止フラグFfがリセットされ、次いで、ステップ17において、カウンタCがクリアされ、ルーチンが終了する。
【0043】
ところで、上記切換禁止期間は、単に、任意に定められた所定期間であってもよいが、燃料が排気浄化装置18下流へと流出してしまうことをより確実に抑制するために、第1実施形態では、燃料添加弁19からの燃料噴射が停止されてからリッチ空燃比の排気ガスのほとんど全てがNOX触媒32を通過するまでの期間(以下、排気ガス通過完了期間と称す)とされている。そして、第1実施形態では、内燃機関に要求される負荷(以下、機関要求負荷と称す)Lと機関回転数Nとの関係でもって排気ガス通過完了期間Tpを予め求め、図5に示したようにマップの形で記憶しておき、このマップから排気ガス通過完了期間を算出するようにしている。詳細には、第1実施形態によれば、機関要求負荷が高いほど排気ガス通過完了期間は短く、機関回転数が大きいほど排気ガス通過完了期間は短くなる。
【0044】
ところで、本発明の内燃機関では、EGR通路27を介して燃焼室2内に導入される排気ガス量(以下、EGRガス量と称す)が多くなると燃焼室2内にて発生する微粒子の量(以下、微粒子発生量と称す)も多くなり、やがて、ピークとなる。そして、EGRガス量がさらに多くなると、燃焼室内における燃料およびその周囲のガス温が煤の生成温度よりも低くなって、煤(微粒子)がほとんど発生しなくなる。すなわち、微粒子発生量がピークとなる排気ガス量よりも少ない適量の排気ガスを燃焼室2内に導入しつつ燃料を燃焼させれば、微粒子発生量を少なく抑えることができ、そして、微粒子発生量がピークとなる排気ガス量よりも多い適量の排気ガスを燃焼室2内に導入しつつ燃料を燃焼させても、微粒子発生量を少なく抑えることができる。
【0045】
さらに、EGRガス量が少なければ、相対的に、燃焼室2内の混合気中の空気の量が多くなるので、燃焼室2内にて燃焼可能な燃料の量が多くなる。したがって、EGRガス量が少なければ、内燃機関から大きな出力を出力可能である。一方、EGRガス量が多ければ、相対的に、燃焼室2内の混合気中の空気の量が少なくなるので、燃焼室2内にて燃焼可能な燃料の量が少なくなる。したがって、EGRガス量が多ければ、内燃機関から出力可能な出力は小さい。
【0046】
こうしたEGRガス量と微粒子発生量との関係、および、EGRガス量と内燃機関から出力可能な出力との関係とを考慮し、第1実施形態では、図6に示したように、機関運転状態を機関回転数Nと要求負荷Lとに基づいて2つの領域I、IIに分割している。そして、機関運転状態が第1の領域Iにあるときには、微粒子発生量がピークとなる排気ガス量よりも多い適量の排気ガスを燃焼室2内に導入しつつ燃料を燃焼させる燃焼モード(以下、低温燃焼モードと称す)でもって燃料を燃焼させる。一方、機関運転状態が第2の領域IIにあるときには、微粒子発生量がピークとなる排気ガス量よりも少ない適量の排気ガスを燃焼室2内に導入しつつ燃料を燃焼させる燃焼モード(以下、通常燃焼モードと称す)でもって燃料を燃焼させるようにしている。
【0047】
なお、第1の領域Iは機関回転数Nが比較的小さく且つ要求負荷Lが比較的低い領域であり、第2の領域IIはそれ以外の領域であって、機関回転数Nが比較的大きいか或いは要求負荷Lが比較的高い領域である。
【0048】
ところで、上述したように、第1実施形態では、機関要求負荷と機関回転数とに基づいて排気ガス通過完了期間が算出されるが、これら機関要求負荷と機関回転数とが同じであったとしても、実際にリッチ空燃比の排気ガスのほとんど全てがNOX触媒32を通過するまでの期間は、燃料が低温燃焼モードでもって燃焼せしめられているときと燃料が通常燃焼モードでもって燃焼せしめられているときとで異なる。
【0049】
したがって、内燃機関が複数の種類の燃料モードでもって燃焼を燃焼室2内にて燃焼させるようになっている場合、燃料の燃焼モード(すなわち、燃焼形態)に応じて排気ガス通過完了期間を算出すべきである。そこで、本発明では、燃料の燃焼モード毎に燃料添加弁19からの燃料噴射量と機関回転数とに基づいて排気ガス通過完了期間が算出される。
【0050】
ここで、第1実施形態では、低温燃焼モードと通常燃焼モードといった燃焼モード毎に図5に示したようなマップを用意し、燃焼モードが低温燃焼モードであるときには、低温燃焼モード用のマップを用いて排気ガス通過完了期間を算出し、一方、燃焼モードが通常燃焼モードであるときには、通常燃焼モード用のマップを用いて排気ガス通過完了期間を算出するようにしている。これによれば、算出される排気ガス通過完了期間がより正確に真の排気ガス通過完了期間となっていることとなる。
【0051】
もちろん、燃焼モード毎に排気ガス通過完了期間に対する補正係数を求め、機関要求負荷と機関回転数とに基づいて算出された排気ガス通過完了期間をこの補正係数でもって補正するようにしてもよい。
【0052】
ところで、本発明の内燃機関では、要求に応じた燃料噴射モードでもって燃料噴射弁3から燃料を噴射するようにしている。例えば、第1実施形態では、通常時においては、図7(A)に示した燃料噴射モードでもって、燃料噴射弁3から燃料が噴射される。すなわち、図7(A)に符号Qmで示したように、圧縮上死点TDC直後のタイミングで燃料噴射弁3から燃焼室2内に燃料が噴射される。このとき噴射された燃料は主に内燃機関を駆動するために消費される。
【0053】
さらに、第1実施形態では、内燃機関を駆動するために消費されるべき燃料の燃焼を促進すべきであると判断したときには、図7(B)に示した燃料噴射モードでもって、燃料噴射弁3から燃料が噴射される。すなわち、図7(B)に符号Qpiで示したように、圧縮上死点TDC直前のタイミングで燃料噴射弁3から燃焼室2内に少量の燃料が噴射される。このとき噴射された燃料は主に燃料の燃焼を促進するために消費される。そして、その後、図7(B)に符号Qmで示したように、圧縮上死点TDC直後のタイミングで燃料噴射弁3から燃焼室2内に内燃機関の駆動用の燃料が噴射される。
【0054】
さらに、第1実施形態では、燃焼室2から排出される排気ガスの温度を上昇すべきであると判断したときには、図7(C)に示した燃料噴射モードでもって、燃料噴射弁3から燃料が噴射される。すなわち、図7(C)に符号Qpoで示したように、圧縮上死点TDC直後のタイミングで燃料噴射弁3から燃焼室2内に内燃機関の駆動用の燃料が噴射される。そして、その後、図7(C)に符号Qpoで示したように、膨張下死点BDC直前のタイミング、すなわち、膨張行程後期のタイミングで燃料噴射弁3から燃焼室2内に少量の燃料が噴射される。この膨張行程後期のタイミングで噴射された燃料は主に排気ガスの温度を上昇するために消費される。
【0055】
ところで、上述したように、第1実施形態では、機関要求負荷と機関回転数とに基づいて排気ガス通過完了期間が算出されるが、これら機関要求負荷と機関回転数とが同じであっても、実際にリッチ空燃比の排気ガスのほとんど全てがNOX触媒32を通過するまでの期間は、燃料の噴射モード毎に異なる。
【0056】
したがって、内燃機関が複数の種類の燃料噴射モードでもって燃料噴射弁3から燃料を噴射させるようになっている場合、燃料噴射モード(すなわち、燃料噴射形態)に応じて排気ガス通過完了期間を算出すべきである。そこで、本発明では、燃料噴射モード毎に機関要求負荷と機関回転数とに基づいて排気ガス通過完了期間が算出される。ここで、第1実施形態では、図7(A)〜図7(C)といった燃料噴射モード毎に図5に示したようなマップを用意し、各燃料噴射モード用のマップを用いて排気ガス通過完了期間を算出するようにしている。これによれば、算出される排気ガス通過完了期間がより正確に真の排気ガス通過完了期間となる。
【0057】
もちろん、燃料噴射モード毎に排気ガス通過完了期間に対する補正係数を求め、機関要求負荷と機関回転数とに基づいて算出された排気ガス通過完了期間をこの補正係数でもって補正するようにしてもよい。
【0058】
ところで、上述したように、第1実施形態では、機関要求負荷と機関回転数とに基づいて排気ガス通過完了期間が算出されるが、これら機関要求負荷と機関回転数とが同じであったとしても、実際にリッチ空燃比の排気ガスのほとんど全てがNOX触媒32を通過するまでの期間は、燃料添加弁19からの燃料噴射量や燃焼室2内の混合気の空燃比毎に異なる。そこで、第1実施形態では、図5に示したマップから算出された排気ガス通過完了期間を燃料添加弁19からの燃料噴射量および燃焼室2内の混合気の空燃比に応じて補正するようにしている。
【0059】
具体的には、例えば、第1実施形態では、燃料添加弁19からの燃料噴射量が多いほど算出された排気ガス通過完了期間をそれが長くなるように補正し、燃焼室2内の混合気の空燃比が小さいほど算出された排気ガス通過完了期間をそれが長くなるように補正する。これによれば、算出される排気ガス通過完了期間がより正確に真の排気ガス通過完了期間となっていることとなる。
【0060】
ところで、第1実施形態では、機関要求負荷と機関回転数とに基づいて排気ガス通過完了期間を算出するようにしているが、これ以外に、排気ガスの温度と排気ガスの流量と排気ガスの圧力とに基づいて排気ガス通過完了期間を算出することもできる。
【0061】
そこで、第2実施形態では、排気ガスの温度と排気ガスの流量と排気ガスの圧力とに基づいて排気ガス通過完了期間を算出するようにしている。具体的には、排気ガス通過完了期間をTp、燃料添加弁19からフィルタ32下流側端面までの排気通路の容積をVo、排気ガスの温度をTex、排気ガスの流量をGex、排気ガスの圧力をPex、排気ガスの気体定数をRexとした場合、式Tp=Vo/(Gex×Tex×Rex/Pex)でもって、排気ガス通過完了期間を算出するようにしている。
【0062】
なお、第2実施形態において、第1実施形態と同様に、斯くして算出された排気ガス通過完了期間を燃焼モード、燃料噴射モード、燃料添加弁19からの燃料噴射量、燃焼室2内の混合気の空燃比などによって補正するようにしてもよい。また、排気ガスの流量はエアフローメータ13からの出力と燃料噴射量とに基づいて算出可能である。
【0063】
ところで、リッチ空燃比の排気ガスのほとんど全てがNOX触媒32を通過したことを空燃比センサを用いて検出することもできる。云い換えれば、空燃比センサを用いて排気ガス通過完了期間を算出することができる。そこで、第3実施形態では、以下のようにして、空燃比センサを用いて、リッチ空燃比の排気ガスのほとんど全てがNOX触媒32を通過したことを検出し、このときまでを排気ガス通過完了期間とするようにしている。
【0064】
すなわち、第3実施形態では、NOX触媒32下流に配置されている下流側空燃比センサ23からの出力を監視し、燃料添加弁19からの燃料噴射が停止された後に、この下流側空燃比センサ23によって検出される排気ガスの空燃比がリッチでなくなったことをもって、リッチ空燃比の排気ガスのほとんど全てがNOX触媒32を通過したと判断し、このときまでを排気ガス通過完了期間とする。
【0065】
また、第4実施形態では、以下のようにして、空燃比センサを用いて、リッチ空燃比の排気ガスのほとんど全てがNOX触媒32を通過したことを検出し、このときまでを排気ガス通過完了期間とするようにしている。すなわち、第4実施形態では、NOX触媒32上流に配置されている上流側空燃比センサ16からの出力と、NOX触媒32下流に配置されている下流側空燃比センサ23からの出力とを監視し、燃料添加弁19からの燃料噴射が停止された後に、下流側空燃比センサ23によって検出される排気ガスの空燃比がリッチでなくなってから、この下流側空燃比センサ23によって検出される排気ガスの空燃比と、上流側空燃比センサ26によって検出される排気ガスの空燃比とがほぼ等しくなったことをもって、リッチ空燃比の排気ガスのほとんど全てがNOX触媒32を通過したと判断し、このときまでを排気ガス通過完了期間とする。
【0066】
図8は第4実施形態に従った燃料添加弁の作動などを示すタイムチャートである。図8(A)は燃料添加弁に対する作動信号を示し、この作動信号がONとなると燃料添加弁から燃料が噴射され、この作動信号がOFFとなると燃料添加弁からの燃料噴射が停止されることを示す。また、図8(B)は排気ガスの空燃比の推移を示し、鎖線Xは上流側空燃比センサによって検出される排気ガスの空燃比の推移であり、実線Yは下流側空燃比センサによって検出される排気ガスの空燃比の推移である。また、図8(C)は時刻を示している。
【0067】
時刻t0において、リッチ要求条件が成立すると、燃料添加弁に対する作動信号がONとされる。すると、下流側空燃比センサによって検出される排気ガスの空燃比、すなわち、フィルタ下流の排気ガスの空燃比Yが若干遅れて小さくなり、やがて、リッチとなる。そして、時刻t1において、リッチ要求条件が不成立となると、燃料添加弁に対する作動信号がOFFにされる。すると、フィルタ下流の排気ガスの空燃比Yが若干遅れて大きくなり、やがて、リーンとなる。そして、時刻t3において、上流側空燃比センサによって検出される排気ガスの空燃比Xとフィルタ下流の排気ガスの空燃比Yとがほぼ等しくなる。
【0068】
以降、同様に、時刻t4においてリッチ要求条件が成立し、時刻t5においてリッチ条件が不成立となり、時刻t8においてリッチ要求条件が成立し、時刻t9においてリッチ条件が不成立となり、時刻t12においてリッチ条件が成立し、時刻t13においてリッチ条件が不成立となる。
【0069】
さて、第4実施形態によれば、図8において、期間Aは燃料添加弁から燃料が噴射されている期間であるので、切換弁26の位置の切換が禁止される。また、第4実施形態によれば、図8において、期間Tpはフィルタ下流の排気ガスの空燃比がいったんリッチとなってから、上流側空燃比センサによって検出される排気ガスの空燃比とほぼ等しくなっていない期間、すなわち、上記切換禁止期間(排気ガス通過完了期間)であるので、ここでも、切換弁26の位置の切換が禁止される。したがって、図8において、期間Bが切換弁26の位置の切換が許可される期間である。
【0070】
ところで、上述した実施形態によれば、リッチ要求条件が比較的短い時間間隔でもって成立した場合、切換弁26の切換を禁止する期間が連続してしまい、非常に長くなってしまうことがある。この場合、切換弁26の位置がいっこうに切り換えられないので、フィルタ32の微粒子酸化作用が促進されないという不具合がある。そこで、上述した実施形態において、切換弁26の切換が禁止されている期間がトータルで許容上限値を超えたときには、燃料添加弁19からの燃料噴射を強制的に禁止し、その後、排気ガス通過完了期間が経過したときに切換弁26の位置を切り換え、その後、燃料添加弁19からの燃料噴射を再開するようにしてもよい。
【0071】
なお、上述した実施形態において、リッチ要求条件が成立したときに燃料添加弁19から燃料を噴射するのではなく、燃料噴射弁3から燃焼室2内に噴射する燃料の量を増量することによって、排気ガスの空燃比をリッチとするようにしてもよい。
【0072】
また、NOX触媒32はそこに流入する排気ガスの空燃比がリーンであるときには排気ガス中の硫黄酸化物(SOX)を保持する。そして、NOX触媒32が保持しているSOXの量が多くなると、NOX触媒32が保持可能なNOXの量が少なくなってしまう。ここで、NOX触媒32の温度を比較的高温に保ったままでNOX触媒32に流入する排気ガスの空燃比をリッチとすれば、NOX触媒32に保持されているSOXはNOX触媒32から除去されることが分かっている。
【0073】
そこで、上述した実施形態において、NOX触媒32のSOX保持量が予め定められた量を超えたことをもって、リッチ要求条件が成立したとしてもよい。これによれば、NOX触媒32のSOX保持量が多くなったときに、NOX触媒32にリッチ空燃比の排気ガスが供給されるので、NOX触媒32からSOXが除去されることとなる。もちろん、このとき、NOX触媒32の温度を比較的高温に保つように何らかの手段を講じておく。
【0074】
また、フィルタ32の温度が高いほど、フィルタ32において単位時間当たりに酸化除去される微粒子の量は多くなる。ここで、フィルタ32にリッチ空燃比の排気ガスが流入すると、排気ガス中の炭化水素がフィルタ32にて酸化して、フィルタ32の温度が上昇する。そこで、上述した実施形態において、フィルタ32における単位時間当たりに酸化除去される微粒子の量を多く維持するために、フィルタ32において単位時間当たりに酸化除去可能な微粒子の量が予め定められた下限値を下回ったことをもって、リッチ要求条件が成立したとしてもよい。
【0075】
また、フィルタ32においては、微粒子は連続的に酸化除去されるが、燃焼室2から排出される微粒子の量が多ければ、フィルタ32には、一時的に、微粒子が比較的多く堆積することとなり、いったん堆積してしまった微粒子は酸化除去されづらくなってしまう。ここで、フィルタ32にリッチ空燃比の排気ガスを供給すれば、排気ガス中の炭化水素を還元剤として、フィルタ32に堆積している微粒子を一気に酸化除去することができる。そこで、上述した実施形態において、フィルタ32に堆積している微粒子の量が予め定められた上限値を超えたことをもって、リッチ要求条件が成立したとしてもよい。
【0076】
ところで、上述した実施形態における排気浄化装置の代わりに、図9に示した第5実施形態の排気浄化装置を採用している場合にも本発明を適用可能である。図9に示した排気浄化装置18では、排気通路にNOX触媒32が配置されている。また、NOX触媒32上流の排気通路からNOX触媒32下流の排気通路までNOX触媒32をバイパスするバイパス通路31が延びている。排気通路とバイパス通路31との分岐部には、排気ガスをNOX触媒32に流入させるのか、或いは、排気ガスをバイパス通路に流入させるのかを切り換えるための切換弁26が配置されている。
【0077】
すなわち、切換弁26が図9(A)に示されている位置に位置決めされたときには、排気ガスはNOX触媒32に流入する。一方、切換弁26が図9(B)に示されている位置に位置決めされたときには、排気ガスはバイパス通路31に流入する。例えば、排気ガス中にNOXが含まれていないことから排気ガスをNOX触媒32を介さずに排気浄化装置18下流へと流出させても排気エミッションは悪化せず、排気ガスをNOX触媒32を介さずに排気浄化装置18下流へと流出させたほうがNOX触媒32に起因する圧力損失が小さくなるので好ましい場合に、切換弁26は図9(B)に示されている位置に位置決めされる。
【0078】
このように、排気ガスをバイパス通路31に流入させてもよい条件(以下、バイパス可能条件と称す)が成立したときには、第5実施形態では、切換弁26の位置が図9(A)に示されている位置から図9(B)に示されている位置(以下、バイパス位置と称す)に切り換えられる。しかしながら、上述した実施形態と同様に、リッチ要求条件が成立している間にバイパス可能条件が成立したときに、切換弁26の位置をバイパス位置に切り換えてしまうと、リッチ空燃比の排気ガスがNOX触媒32を通らずに排気浄化装置18下流へと流出してしまう。そこで、第5実施形態においても、上述した実施形態と同様に、リッチ要求条件が成立している間にバイパス可能条件が成立したとしても、切換弁26の位置の切換を禁止する。
【0079】
ところで、リッチ要求条件が不成立となり、燃料添加弁19からの燃料噴射が停止されたとしても、燃料添加弁19から噴射された燃料によってリッチ空燃比とされている排気ガス全てがNOX触媒32を通過しているわけではない。そこで、第5実施形態においても、上述した実施形態と同様に、リッチ要求条件が不成立となり、燃料添加弁19からの燃料噴射が停止されたとしても、切換禁止期間が経過するまでは、切換弁26の位置の切換を禁止するようにする。
【0080】
なお、切換禁止期間の設定など第5実施形態のその他の構成は上述した実施形態における構成と同様であるので、説明は省略する。もちろん、上述した実施形態と同様に、NOX触媒32がNOX触媒を担持したパティキュレートフィルタであってもよい。
【0081】
最後に、フィルタ32の微粒子酸化作用について詳細に説明する。本発明のフィルタ32では、貴金属触媒としては、白金(Pt)が用いられる。一方、活性酸素生成剤としては、カリウム(K)、ナトリウム(Na)、リチウム(Li)、セシウム(Cs)、ルビジウム(Rb)のようなアルカリ金属、バリウム(Ba)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)のようなアルカリ土類金属、ランタン(La)、イットリウム(Y)、セリウム(Ce)のような希土類、鉄(Fe)のような遷移金属、およびスズ(Sn)のような炭素族元素から選ばれた少なくとも一つが用いられる。
【0082】
活性酸素生成剤は、周囲に過剰な酸素が存在すると酸素を吸収によって保持し且つ周囲の酸素濃度が低下すると保持している酸素を活性酸素の形で解放することによって活性酸素を生成する。次に、活性酸素生成剤の活性酸素生成作用について、担体上に白金およびカリウムを担持させた場合を例にとって説明するが、他の貴金属、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類、遷移金属を用いても同様な活性酸素生成作用が行われる。
【0083】
上述したように、圧縮着火式の内燃機関から排出される排気ガスの空燃比はリーンである。したがって、フィルタ32に流入する排気ガスは多量の過剰空気を含んでいる。また、圧縮着火式内燃機関の燃焼室2内ではNOが発生する。したがって、排気ガス中にはNOが含まれている。このため過剰酸素、および、NOを含んだ排気ガスがフィルタ32の排気ガス流入通路50内に流入することになる。
【0084】
図10(A)および(B)は、隔壁54上に形成された担体層の表面の拡大図を模式的に表わしている。なお、図10(A)および(B)において、60は白金の粒子を示し、61はカリウムを含んでいる活性酸素生成剤を示している。
【0085】
排気ガスがフィルタ32の排気ガス流入通路50内に流入すると、図10(A)に示したように、排気ガス中の酸素(O2)がO2 -またはO2-の形で白金の表面に付着する。排気ガス中のNOはこれらO2 -またはO2-と反応し、NO2となる。斯くして生成されたNO2の一部は、白金上で酸化されつつ活性酸素生成剤61内に吸収によって保持され、図10(A)に示したように、カリウム(K)と結合しながら硝酸イオン(NO3 -)の形で活性酸素生成剤61内に拡散し、硝酸カリウム(KNO3)を生成する。すなわち、排気ガス中の酸素が硝酸カリウム(KNO3)の形で活性酸素生成剤61内に吸収によって保持される。
【0086】
ここで、燃焼室2内においては主にカーボン(C)からなる微粒子が生成される。したがって、排気ガス中にはこれら微粒子が含まれている。排気ガス中に含まれているこれら微粒子は排気ガスが排気ガス流入通路50内を流れているとき、或いは、隔壁54の細孔内を通過するときに、図10(B)において62で示したように、活性酸素生成剤61の表面上に接触して付着する。
【0087】
このように微粒子62が活性酸素生成剤61の表面上に付着すると、微粒子62と活性酸素生成剤61との接触面では酸素濃度が低下する。すなわち、活性酸素生成剤61の周囲の酸素濃度が低下する。酸素濃度が低下すると酸素濃度の高い活性酸素生成剤61内との間で濃度差が生じ、斯くして、活性酸素生成剤61内の酸素が微粒子62と活性酸素生成剤61との接触面に向けて移動しようとする。その結果、活性酸素生成剤61内に形成されている硝酸カリウム(KNO3)がカリウム(K)と酸素(O)とNOとに分解され、酸素(O)が微粒子62と活性酸素生成剤61との接触面に向かい、その一方で、NOが活性酸素生成剤61から外部に放出される。
【0088】
ここで、微粒子62と活性酸素生成剤61との接触面に向かう酸素は、硝酸カリウムといった化合物から分解された酸素であるので、不対電子を有し、したがって、極めて高い反応性を有する活性酸素となっている。こうして活性酸素生成剤61は活性酸素を生成する。なお、外部に放出されたNOは下流側の白金上において酸化され、再び活性酸素生成剤61内に保持される。
【0089】
活性酸素生成剤61によって生成される活性酸素はそこに付着した微粒子を酸化除去するために消費される。すなわち、フィルタ32に捕集された微粒子は活性酸素生成剤61によって生成される活性酸素によって酸化除去される。
【0090】
このように本発明では、フィルタ32に捕集されている微粒子は、反応性の高い活性酸素によって、輝炎を発することなく酸化除去される。このように輝炎を発することのない酸化によって微粒子を除去すれば、フィルタ32の温度が過剰に高くなることがなく、したがって、フィルタ32が熱劣化することがない。
【0091】
さらに、微粒子を酸化除去するために利用される活性酸素は反応性が高いので、フィルタ32の温度が比較的低くても、微粒子は酸化除去される。すなわち、圧縮点火式内燃機関から排出される排気ガスの温度が比較的低く、このため、フィルタ32の温度も比較的低いことが多いが、本発明によれば、フィルタ32の温度を上昇させるための特別な処理を実行しなくても、フィルタ32に捕集された微粒子は酸化除去され続ける。
【0092】
なお、活性酸素生成剤61は周囲に過剰な酸素が存在するとNOXを硝酸イオンの形で保持することによって結果的に酸素を保持する。すなわち、活性酸素生成剤61は周囲に過剰な酸素が存在するとNOXを吸収によって保持する。一方、活性酸素生成剤61は周囲の酸素濃度が低下すると硝酸イオンの形で保持されているNOXを解放することによって活性酸素を生成する。すなわち、活性酸素生成剤61は周囲の酸素濃度が低下するとNOXを解放する。したがって、本発明の活性酸素生成剤61はNOX保持剤としても機能する。
【0093】
ここで、活性酸素生成剤61周りの酸素濃度が低下する場合とは、上述したように、周囲の雰囲気はリーン雰囲気であるが活性酸素生成剤61に微粒子が付着した場合の他に、フィルタ32に流入する排気ガスの空燃比がリッチとなって周囲の雰囲気がリッチ雰囲気となった場合がある。
【0094】
周囲の雰囲気はリッチ雰囲気であるが活性酸素生成剤61に微粒子が付着することで活性酸素生成剤61周りの酸素濃度が低下した場合に解放されたNOXは、上述したように、再び活性酸素生成剤61に吸収によって保持される。一方、フィルタ32に流入する排気ガスの空燃比がリッチとなって周囲の雰囲気がリッチ雰囲気となった場合に解放されたNOXは、白金の作用によって排気ガス中の炭化水素で還元浄化される。云い換えれば、内燃機関からリッチ空燃比の排気ガスが排出されるように内燃機関の運転を制御すれば、活性酸素生成剤61に保持されているNOXを還元浄化することができる。したがって、本発明のフィルタ32は、活性酸素生成剤61と白金とからなるNOX触媒を具備する。
【0095】
【発明の効果】
本発明によれば、リッチ化手段の作動中は切換手段による流入モードの切換が禁止されるので、リッチ化手段の作動中においてリッチ空燃比の排気ガスがNOX触媒を通らずに排気浄化装置下流へと流出してしまうことが抑制される。さらに、本発明によれば、リッチ化手段の作動が停止された後においても、予め定められた切換禁止期間に亘って切換手段による流入モードの切換が禁止されるので、リッチ化手段の作動停止後においてもリッチ空燃比の排気ガスがNOX触媒を通らずに排気浄化装置下流へと流出してしまうことが抑制される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の排気浄化装置を備えた内燃機関の全体図である。
【図2】本発明の排気浄化装置の動作形態を説明するための図である。
【図3】パティキュレートフィルタを示す図である。
【図4】第1実施形態の切換弁の切換禁止制御を実行するためのルーチンを示す図である。
【図5】排気ガス通過完了期間を算出するためのマップを示す図である。
【図6】燃焼モードを決定するために用いられるマップを示す図である。
【図7】第1実施形態の燃料噴射モードを説明するための図である。
【図8】第4実施形態に従った燃料添加弁の作動などを示すタイムチャートである。
【図9】第5実施形態の排気浄化装置を示した図である。
【図10】パティキュレートフィルタにおける微粒子酸化作用を説明するための図である。
【符号の説明】
1…機関本体
2…燃焼室
3…燃料噴射弁
4…吸気マニホルド
5…排気マニホルド
16…空燃比センサ
18…排気浄化装置
19…燃料添加弁
23…空燃比センサ
26…切換弁
27…EGR通路
31…バイパス通路
32…NOX触媒(パティキュレートフィルタ)
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust emission control device for an internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
An exhaust emission control device equipped with a particulate filter (hereinafter referred to as a filter) capable of collecting particulates in exhaust gas discharged from a combustion chamber of an internal combustion engine and oxidizing and removing the collected particulates is a special feature. This is disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. 2001-342821. In the exhaust emission control device described in the publication, exhaust gas can flow into the filter from one side, or flow into the filter from the opposite side. That is, the direction of the exhaust gas flowing into the filter can be reversed.
[0003]
Then, by reversing the direction of the exhaust gas flowing into the filter, the particulates collected in the filter flow in the filter and promote the oxidation action of the particulates in the filter. In the exhaust purification apparatus, the direction of the exhaust gas flowing into the filter is reversed when a condition for promoting the oxidation action of the particulates in the filter is satisfied.
[0004]
By the way, when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lean, nitrogen oxides (NO in the exhaust gas)X), And when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas becomes rich, the NOXNO can be reduced and purified with a reducing agentXAn exhaust emission control device having a catalyst in an exhaust passage of an internal combustion engine is also known. In such an exhaust purification device, NOXNO that the catalyst can holdXThere is a limit to the amount of NOXNO held by the catalystXAmount of NO (hereinafter referred to as NOXWhen it reaches its upper limit, it is no longer NO.XThe catalyst is NO in the exhaust gas.XCan not hold, NOXFlows out downstream of the exhaust gas purification device.
[0005]
Therefore, in such an exhaust purification device, NOXIn order to suppress the outflow of exhaust gas downstream of the exhaust purification device, NOXNO of catalystXBefore the holding amount reaches its upper limit, NOXSupply rich air-fuel ratio exhaust gas to the catalyst, NOXNO retained in the catalystXTo reduce and purify.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
Here, this NO.XWhen the catalyst is loaded, NOXConditions for changing the direction of the exhaust gas flowing into the catalyst (ie, the filter), and NOXThe condition for supplying exhaust gas having a rich air-fuel ratio to the catalyst (that is, the filter) may be satisfied at the same time. In this case, when the direction of the inflowing exhaust gas is switched, a part of the rich air-fuel ratio exhaust gas is NO.XThere is a problem that the catalyst flows out downstream of the exhaust purification device without passing through the catalyst (that is, the filter).
[0007]
These problems are generally related to NO as described above.XEquipped with a catalyst in the exhaust passage, NOXThe direction of the exhaust gas flowing into the catalyst can be reversed and NOXConditions for supplying exhaust gas with rich air-fuel ratio to the catalyst and NOXThis is also a problem that occurs equally in an exhaust purification device in which the conditions for reversing the direction of the exhaust gas flowing into the catalyst are satisfied at the same time. Therefore, an object of the present invention is to provide a rich air-fuel ratio exhaust gas in such an exhaust purification device.XThe purpose is to suppress the downstream of the exhaust gas purification apparatus without passing through the catalyst.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, in the first invention, NO in exhaust gas discharged from an internal combustion engine.XNO to purifyXA catalyst is provided in the exhaust passage, and the NOXWhen the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst is lean, NO in the exhaust gasXOn the other hand, when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into it becomes rich, it is held NOXIs further reduced and purified by a reducing agent, and further, enrichment means for enriching the air-fuel ratio of the exhaust gas is provided, and when the predetermined condition is satisfied, the enrichment means is operated to make NOXIn an exhaust gas purification apparatus in which the air-fuel ratio of exhaust gas flowing into the catalyst is made rich, the exhaust gas is NO from one side.XNO flow from the other side and the forward flow mode to flow into the catalystXNO between the reverse flow mode to flow into the catalystXSwitching means for switching the inflow mode of the exhaust gas to the catalyst, and prohibiting the switching of the inflow mode by the switching means during the operation of the enrichment means, and in advance after the operation of the enrichment means is stopped The switching of the inflow mode by the switching means is prohibited over a predetermined switching prohibition period. Here, the enrichment means, the predetermined condition, and the switching means correspond to a fuel addition valve, a fuel injection valve, a rich requirement condition, and a switching valve, respectively, in the embodiments described later.
[0009]
In order to solve the above-mentioned problem, in the second invention, NO in exhaust gas discharged from the internal combustion engine.XNO to purifyXA catalyst is provided in the exhaust passage, and the NOXWhen the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst is lean, NO in the exhaust gasXOn the other hand, when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into it becomes rich, it is held NOXIs further reduced and purified by a reducing agent, and further, enrichment means for enriching the air-fuel ratio of the exhaust gas is provided, and when the predetermined condition is satisfied, the enrichment means is operated to make NOXIn an exhaust emission control device in which the air-fuel ratio of exhaust gas flowing into the catalyst is made rich, NOXNO to bypass the catalystXNO from the exhaust passage upstream of the catalystXA bypass passage extending to the exhaust passage downstream of the catalyst, and NOXSwitching means for switching an exhaust gas inflow mode between an inflow mode for flowing into the catalyst and an inflow mode for flowing exhaust gas into the bypass passage, and the inflow by the switching means during operation of the enrichment means In addition to prohibiting mode switching, switching of the inflow mode by the switching means is prohibited for a predetermined switching prohibition period even after the operation of the enrichment means is stopped. Here, the enrichment unit, the predetermined condition, and the switching unit correspond to a fuel addition valve, a fuel injection valve, a bypassable condition, and a switching valve, respectively, in the embodiments described later.
[0010]
In the third invention, in the first or second invention, almost all of the rich air-fuel ratio exhaust gas is NO after the operation of the enrichment means is stopped.XThe exhaust gas passage completion period until it passes through the catalyst is set as the switching prohibition period.
[0011]
In a fourth aspect, in the third aspect, the exhaust gas passage completion period is calculated based on at least one of the engine required load and the engine speed.
[0012]
According to a fifth aspect, in the third aspect, the internal combustion engine can burn fuel in the combustion chamber in a plurality of types of combustion modes, and the exhaust gas passage completion period is the engine required load for each combustion mode. And at least one of the engine speed.
[0013]
In a sixth aspect based on the third aspect, the exhaust gas passage completion period is calculated based on at least one of the temperature of the exhaust gas, the flow rate of the exhaust gas, and the pressure of the exhaust gas.
[0014]
In the seventh invention, in the third invention, the air-fuel ratio sensor capable of detecting the air-fuel ratio of the exhaust gas is NO.XAlmost all of the rich air-fuel ratio exhaust gas is detected when the air-fuel ratio sensor is disposed downstream of the catalyst and the air-fuel ratio sensor detects that the air-fuel ratio of the exhaust gas is no longer rich after the operation of the enrichment means is stopped.XIt is judged that the catalyst has passed.
[0015]
In the eighth invention, in the third invention, the air-fuel ratio sensor capable of detecting the air-fuel ratio of the exhaust gas is NO.XCatalyst upstream and NOXIt is arranged downstream of the catalyst and NO after the operation of the enrichment means is stopped.XThe NO after the air-fuel ratio of the exhaust gas detected by the air-fuel ratio sensor downstream of the catalyst is no longer richXThe air-fuel ratio of the exhaust gas detected by the air-fuel ratio sensor downstream of the catalyst is the above NO.XWhen the air-fuel ratio of the exhaust gas detected by the air-fuel ratio sensor upstream of the catalyst is substantially equal, almost all of the rich air-fuel ratio exhaust gas is NO.XIt is judged that the catalyst has passed.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows an internal combustion engine equipped with the exhaust emission control device of the present invention. The internal combustion engine shown in FIG. 1 is a compression ignition type internal combustion engine. In FIG. 1, 1 is an engine body, 2 is a combustion chamber, 3 is a fuel injection valve, 4 is an intake manifold, and 5 is an exhaust manifold. The fuel injection valve 3 is connected to a reservoir (so-called common rail) 6 for temporarily storing fuel from a fuel tank (not shown).
[0017]
The intake manifold 4 is connected to the outlet of the compressor 9 of the exhaust turbocharger 8 through the intake pipe 7. An intercooler 10 for cooling the air taken into the combustion chamber 2 is attached to the intake pipe 7. A throttle valve 11 driven by an electric motor (not shown) is disposed in the intake pipe 7 downstream of the intercooler 10 in order to control the amount of air taken into the combustion chamber 2. An intake pipe 12 is also attached to the inlet of the compressor 9. An air flow meter 13 for measuring the amount of air taken into the combustion chamber 2 is attached to the intake pipe 12.
[0018]
On the other hand, the exhaust manifold 5 is connected to an inlet portion of the turbine 15 of the exhaust turbocharger 8 through an exhaust pipe 14. An upstream air-fuel ratio sensor 16 for detecting the air-fuel ratio of the exhaust gas is attached to the exhaust pipe 14. The air-fuel ratio of the exhaust gas detected by the upstream air-fuel ratio sensor 16 is the ratio of the amount of fuel injected into the combustion chamber to the amount of air sucked into the combustion chamber.
[0019]
An exhaust pipe 17 is also attached to the outlet of the turbine 15. The exhaust pipe 17 is connected to the inlet of the exhaust purification device 18. The exhaust pipe 17 is provided with a fuel addition valve 19 for injecting fuel therein. The exhaust pipe 17 is provided with a temperature sensor 20 for detecting the temperature of the exhaust gas and a pressure sensor 21 for detecting the pressure of the exhaust gas. An exhaust pipe 22 is also attached to the outlet of the exhaust purification device 18. A downstream air-fuel ratio sensor 23 for detecting the air-fuel ratio of the exhaust gas is also attached to the exhaust pipe 22. The air-fuel ratio of the exhaust gas detected by the downstream air-fuel ratio sensor 23 is the amount of fuel injected into the combustion chamber and the amount of fuel injected from the fuel addition valve 19 with respect to the amount of air sucked into the combustion chamber. And the ratio of the total amount.
[0020]
The exhaust purification device 18 includes an exhaust pipe 24 that loops from the inlet portion and returns to the inlet portion, and an exhaust pipe (bypass passage) 25 that extends downstream from the inlet portion. In the exhaust pipe 24 having a loop shape, NO in the exhaust gas is present.XNO to purifyXA catalyst 32 is disposed. NOXWhen the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst 32 is lean, the catalyst 32 has NO in the exhaust gas.XIt is held by absorbing or adsorbing. On the other hand, NOXWhen the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst 32 becomes rich, the catalyst 32 holds NO.XIs reduced and purified by a reducing agent in the exhaust gas, specifically, hydrocarbon (fuel).
[0021]
Further, the exhaust purification device 18 has a switching valve 26 at its inlet. As shown in FIG. 2A, when the switching valve 26 is positioned at the first position, the exhaust gas flowing into the inlet portion is NO from one side.XIt is caused to flow into the catalyst 32. On the other hand, as shown in FIG. 2B, when the switching valve 26 is positioned at the second position, the exhaust gas flowing into the inlet is NO.XInstead of flowing into the catalyst 32, the catalyst 32 flows out downstream as it is. Further, as shown in FIG. 2 (C), when the switching valve 26 is positioned at the third position, the exhaust gas flowing into the inlet portion is NO from the other side.XIt is caused to flow into the catalyst 32.
[0022]
In this way, by switching the positioning position of the switching valve 26, the exhaust gas is reduced from one side to NO.XNO is allowed to flow into the catalyst 32 or exhaust gas is sent from the other side to NO.XThe exhaust gas is allowed to flow into the catalyst 32 or NOXInstead of flowing into the catalyst 32, the exhaust gas purification device 18 can be directly discharged downstream. That is, by switching the positioning position of the switching valve 26 between the three positions described above, the NOXThe inflow mode of the exhaust gas to the catalyst 32 can be switched.
[0023]
Hereinafter, the NO when the switching valve 26 is positioned at the position shown in FIG.XThe exhaust gas inflow mode to the catalyst 32 is referred to as a forward flow mode, and the NO when the switching valve 26 is positioned at the position shown in FIG.XThe exhaust gas inflow mode to the catalyst 32 is referred to as a reverse flow mode. The exhaust gas inflow mode to the exhaust pipe 25 when the switching valve 26 is positioned at the position shown in FIG. 2B is referred to as a bypass mode.
[0024]
An exhaust gas circulation (EGR) passage 27 for circulating the exhaust gas discharged from the combustion chamber 2 to the combustion chamber 2 again extends from the exhaust manifold 5 to the intake manifold 4. An EGR control valve 28 for controlling the amount of exhaust gas introduced into the combustion chamber 2 is attached to the EGR passage 27. Further, an EGR cooler 29 for cooling the exhaust gas is also attached to the EGR passage 27. Further, an oxidation catalyst 30 is disposed in the EGR passage 27 upstream of the EGR cooler 29. The oxidation catalyst 30 functions to oxidize and remove fuel (hydrocarbon) in the exhaust gas introduced into the EGR cooler 29 and the combustion chamber 2.
[0025]
By the way, in a compression ignition type internal combustion engine, fuel is usually burned under excess air, so the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the combustion chamber 2 is usually lean. Further, in the combustion chamber 2, normally NOXIn the exhaust gas exhausted from the combustion chamber 2, normally NO isXIt is included. Therefore, NOXThe catalyst 32 typically has a lean air-fuel ratio and NO.XExhaust gas containing will flow in. As described above, the lean air-fuel ratio exhaust gas is NO.XNO when flowing into the catalyst 32XThe catalyst 32 is NO in the exhaust gas.XNormally NOXNO retained in catalyst 32XThe amount of continues to increase.
[0026]
However, NOXNO that the catalyst 32 can holdXSince there is a limit to the amount of NO, NOXNO held by catalyst 32XAmount of NO (hereinafter referred to as NOXWhen it reaches its upper limit, it is no longer NO.XThe catalyst 32 is NO in the exhaust gas.XCan not hold, NOXFlows out downstream of the exhaust gas purification device 18.
[0027]
Therefore, in the first embodiment, NOXIn order to prevent the exhaust gas from flowing out downstream of the exhaust gas purification device 18XNO of catalyst 32XBefore the holding amount reaches the upper limit, fuel is injected from the fuel addition valve 19 so that the air-fuel ratio of the exhaust gas becomes rich. Specifically, in the first embodiment, NOXNO of catalyst 32XWhen a specific condition that the retained amount is smaller than the upper limit value but exceeds a value close to the upper limit value (hereinafter referred to as a rich request condition) is satisfied, fuel is injected from the fuel addition valve 19 to exhaust gas. The air-fuel ratio is made rich. According to this, NOXSince rich air-fuel ratio exhaust gas flows into the catalyst 32, NOXNO retained in catalyst 32XIs reduced and purified by a reducing agent in exhaust gas, specifically, fuel (hydrocarbon) or carbon monoxide.XNO of catalyst 32XThe holding amount is reduced. Therefore, after that, NO in the exhaust gasXIs NOXThe catalyst 32 is held.
[0028]
Of course, when fuel is injected from the fuel addition valve 19 in this way, the switching valve 26 is in the first position shown in FIG. 2 (A) or the second position shown in FIG. 2 (C). It is positioned at the position.
[0029]
By the way, in a compression ignition type internal combustion engine, fine particles mainly composed of carbon are usually generated. Therefore, the exhaust gas usually contains fine particles. NO of the first embodimentXThe catalyst 32 also serves as a particulate filter for collecting such fine particles. That is, in the first embodiment, NOXThe catalyst 32 is carried on the particulate filter. The structure of this particulate filter is shown in FIG. In the following description, NOXThe catalyst and the particulate filter are denoted by reference numeral 25.
[0030]
3A is an end view of the particulate filter, and FIG. 3B is a longitudinal sectional view of the particulate filter. As shown in FIGS. 3A and 3B, the particulate filter (hereinafter referred to as a filter) 32 includes partition walls 54 having a honeycomb structure. A plurality of exhaust flow passages 50 and 51 extending in parallel with each other are formed by the partition walls 54. Of these exhaust flow passages, approximately half of the exhaust flow passages 50 are closed at their downstream ends by plugs 52. Hereinafter, these exhaust flow passages 50 are referred to as exhaust gas inflow passages. On the other hand, the remaining half of the exhaust flow passages 51 are closed at their upstream ends by plugs 53. Hereinafter, these exhaust flow passages 51 are referred to as exhaust outflow passages 51. Four exhaust gas outflow passages 51 are adjacent to the exhaust gas inflow passage 50. On the other hand, four exhaust gas inflow passages 50 are adjacent to the exhaust gas outflow passage 51.
[0031]
The exhaust gas flows into the exhaust gas inflow passage 50. Since the partition wall 54 is made of a porous material such as cordierite, the exhaust gas in the exhaust gas inflow passage 50 is adjacent through the pores of the partition wall 54 as indicated by arrows in FIG. It flows into the exhaust gas outflow passage 51. As described above, while the exhaust gas flows through the filter 32, the fine particles are collected on the front wall surface of the partition wall and the wall surface of the partition wall defining the pores.
[0032]
By the way, since the amount of fine particles that can be collected by the filter 32 is limited, when the amount of fine particles collected by the filter 32 (hereinafter referred to as fine particle collection amount) reaches the upper limit value, The filter 32 can no longer collect the particulates in the exhaust gas, and the particulates flow out downstream of the exhaust purification device 18. Further, when the amount of collected particulates of the filter 32 increases, the pressure loss due to the filter 32 increases.
[0033]
Therefore, in the first embodiment, in order to suppress an increase in pressure loss caused by the filter 32, the particulates collected by the filter 32 are continuously oxidized and removed within a short time. Specifically, in the first embodiment, a carrier layer made of alumina, for example, is formed in the filter 32 over the entire wall surfaces of the partition walls 54 and on the wall surfaces that define the pores of the partition walls 54. Then, a noble metal catalyst and an active oxygen generator are supported on the carrier layer, and the fine particles collected by the filter 32 are oxidized and removed by the active oxygen generated by the active oxygen generator and the catalytic action of the noble metal catalyst. Like to do.
[0034]
By the way, when the particulates collected by the filter 32 are caused to flow in the filter 32, the particulate oxidation action in the filter 32 is promoted. Therefore, in the first embodiment, in order to promote the particulate oxidation action in the filter 32, when a predetermined condition (hereinafter referred to as a particulate flow requirement condition) is satisfied, the position of the switching valve 26 is shown in FIG. By switching between the first position shown in FIG. 2 and the second position shown in FIG.XBy switching the inflow mode of the exhaust gas to the catalyst 32 between the forward flow mode and the reverse flow mode, the flow of the exhaust gas in the filter 32 is reversed, and the particulates collected in the filter 32 are caused to flow. Yes.
[0035]
In the first embodiment, the fine particle flow requirement condition is, for example, a condition that a predetermined time has elapsed or a condition that a pressure loss caused by the filter 32 exceeds a predetermined value.
[0036]
By the way, according to the above description, the above-described rich requirement condition and the fine particle flow requirement condition may be satisfied at the same time. In this case, while injecting fuel from the fuel addition valve 19, NOXAssuming that the inflow mode of the exhaust gas to the catalyst 32 is switched between the forward flow mode and the reverse flow mode, a part of the fuel injected from the fuel addition valve 19 is NO during the bypass mode during the switching.XWithout passing through the catalyst 32, the exhaust gas purification device 18 flows out as it is.
[0037]
Therefore, in the first embodiment, in order to prevent the fuel from flowing out downstream of the exhaust purification device 18, when the rich requirement condition is satisfied, that is, the fuel is injected from the fuel addition valve 19. When the particulate flow requirement condition is satisfied, the switching of the position of the switching valve 26 is prohibited, and therefore NOXSwitching of the exhaust gas inflow mode to the catalyst 32 is prohibited.
[0038]
By the way, even if the rich requirement condition is not satisfied and the fuel injection from the fuel addition valve 19 is stopped, all the exhaust gas having a rich air-fuel ratio by the fuel injected from the fuel addition valve 19 is NO.XIt does not pass through the catalyst 32. That is, when the fuel injection from the fuel addition valve 19 is stopped, the fuel addition valve 19XRich air-fuel ratio exhaust gas remains in the exhaust passage to the catalyst 32. Here, when the fuel injection from the fuel addition valve 19 is stopped, the position of the switching valve 26 is switched.XWhen the inflow mode of the exhaust gas to the catalyst 32 is switched, a part of the rich air-fuel ratio exhaust gas remaining in the exhaust passage, that is, the fuel flows out downstream of the exhaust purification device 18.
[0039]
Therefore, in the first embodiment, in order to prevent the fuel from flowing out downstream of the exhaust purification device 18, even if the rich requirement condition is not satisfied and the fuel injection from the fuel addition valve 19 is stopped, The switching of the position of the switching valve 26 is prohibited until a predetermined period (hereinafter referred to as a switching prohibition period) elapses.XSwitching of the exhaust gas inflow mode to the catalyst 32 is prohibited.
[0040]
FIG. 4 shows a flowchart of a routine for executing control for prohibiting switching of the switching valve 26 according to the first embodiment. In the routine of FIG. 4, first, at step 10, it is judged if the rich request flag F is set (F = 1). The rich request flag F is a flag that is set when the rich request condition is satisfied, and is reset when the rich request condition is not satisfied. Therefore, when it is determined in step 10 that F = 1, the rich requirement condition is satisfied and the fuel is being injected from the fuel addition valve 19, so the routine proceeds to step 18. Then, switching of the switching valve 26 is prohibited, and then, in step 19, a switching prohibition flag Ff is set, and the routine ends. The switching prohibition flag Ff is a flag that is set when switching of the switching valve 26 is prohibited in step 18, and is reset when the switching prohibition of the switching valve 26 is canceled in step 15.
[0041]
By the way, when it is determined at step 10 that F = 0, the routine proceeds to step 11 where it is determined whether or not the switching prohibition flag Ff is set (Ff = 1). When it is determined in step 11 that Ff = 0, the routine ends. On the other hand, when it is determined at step 11 that Ff = 1, the routine proceeds to step 12 where the exhaust gas passage completion period Tp is calculated, then at step 13, the counter C is counted up, and then In step 14, it is determined whether or not the counter C has exceeded the switching prohibition period Tp (C> Tp).
[0042]
When it is determined in step 14 that C ≦ Tp, the routine returns to step 13, the counter C is incremented, and the routine returns to step 14 again. On the other hand, when it is determined in step 14 that C> Tp, the routine proceeds to step 15 where the switching prohibition of the switching valve 26 is released, and then in step 16, the switching prohibition flag Ff is reset, then In step 17, the counter C is cleared, and the routine ends.
[0043]
By the way, the switching prohibition period may be simply a predetermined period, but in order to more reliably suppress the fuel from flowing out downstream of the exhaust purification device 18, the first implementation is performed. In the embodiment, almost all of the rich air-fuel ratio exhaust gas is NO after the fuel injection from the fuel addition valve 19 is stopped.XA period until the catalyst 32 passes (hereinafter referred to as an exhaust gas passage completion period). In the first embodiment, the exhaust gas passage completion period Tp is obtained in advance based on the relationship between the load required for the internal combustion engine (hereinafter referred to as engine required load) L and the engine speed N, and is shown in FIG. Thus, it is stored in the form of a map, and the exhaust gas passage completion period is calculated from this map. Specifically, according to the first embodiment, the exhaust gas passage completion period is shorter as the engine required load is higher, and the exhaust gas passage completion period is shorter as the engine speed is higher.
[0044]
By the way, in the internal combustion engine of the present invention, when the amount of exhaust gas introduced into the combustion chamber 2 through the EGR passage 27 (hereinafter referred to as EGR gas amount) increases, the amount of fine particles generated in the combustion chamber 2 ( (Hereinafter referred to as the amount of fine particles generated) increases, and eventually reaches a peak. When the amount of EGR gas further increases, the temperature of the fuel in the combustion chamber and the surrounding gas becomes lower than the generation temperature of soot, and soot (fine particles) is hardly generated. In other words, if the fuel is burned while introducing an appropriate amount of exhaust gas into the combustion chamber 2 that is less than the amount of exhaust gas at which the amount of particulate generation reaches a peak, the amount of particulate generation can be suppressed to a low level. Even if the fuel is burned while introducing an appropriate amount of exhaust gas larger than the amount of exhaust gas having a peak into the combustion chamber 2, the amount of generated fine particles can be reduced.
[0045]
Furthermore, if the amount of EGR gas is small, the amount of air in the air-fuel mixture in the combustion chamber 2 is relatively large, so that the amount of fuel combustible in the combustion chamber 2 is large. Therefore, if the amount of EGR gas is small, a large output can be output from the internal combustion engine. On the other hand, if the amount of EGR gas is large, the amount of air in the air-fuel mixture in the combustion chamber 2 is relatively small, so the amount of fuel combustible in the combustion chamber 2 is small. Therefore, if the amount of EGR gas is large, the output that can be output from the internal combustion engine is small.
[0046]
In consideration of the relationship between the amount of EGR gas and the amount of generated fine particles, and the relationship between the amount of EGR gas and the output that can be output from the internal combustion engine, in the first embodiment, as shown in FIG. Is divided into two regions I and II based on the engine speed N and the required load L. When the engine operating state is in the first region I, a combustion mode (hereinafter, referred to as fuel combustion mode) in which fuel is combusted while introducing an appropriate amount of exhaust gas larger than the amount of exhaust gas at which the amount of generated fine particles reaches a peak. The fuel is burned in a low temperature combustion mode). On the other hand, when the engine operating state is in the second region II, a combustion mode in which fuel is combusted while introducing an appropriate amount of exhaust gas into the combustion chamber 2 that is smaller than the exhaust gas amount at which the amount of generated particulates reaches a peak (hereinafter referred to as a combustion mode). The fuel is burned in a normal combustion mode).
[0047]
The first region I is a region where the engine speed N is relatively small and the required load L is relatively low, and the second region II is the other region where the engine speed N is relatively large. Or it is an area where the required load L is relatively high.
[0048]
Incidentally, as described above, in the first embodiment, the exhaust gas passage completion period is calculated based on the engine required load and the engine speed, and it is assumed that the engine required load and the engine speed are the same. However, virtually all of the rich air-fuel ratio exhaust gas is NOXThe period until passing through the catalyst 32 differs between when the fuel is burned in the low temperature combustion mode and when the fuel is burned in the normal combustion mode.
[0049]
Therefore, when the internal combustion engine is configured to burn combustion in the combustion chamber 2 in a plurality of types of fuel modes, the exhaust gas passage completion period is calculated according to the fuel combustion mode (that is, the combustion mode). Should. Therefore, in the present invention, the exhaust gas passage completion period is calculated based on the fuel injection amount from the fuel addition valve 19 and the engine speed for each fuel combustion mode.
[0050]
Here, in the first embodiment, a map as shown in FIG. 5 is prepared for each combustion mode such as the low temperature combustion mode and the normal combustion mode, and when the combustion mode is the low temperature combustion mode, the map for the low temperature combustion mode is prepared. The exhaust gas passage completion period is used to calculate the exhaust gas passage completion period. On the other hand, when the combustion mode is the normal combustion mode, the exhaust gas passage completion period is calculated using the normal combustion mode map. According to this, the calculated exhaust gas passage completion period is more accurately the true exhaust gas passage completion period.
[0051]
Of course, a correction coefficient for the exhaust gas passage completion period may be obtained for each combustion mode, and the exhaust gas passage completion period calculated based on the engine required load and the engine speed may be corrected with this correction coefficient.
[0052]
By the way, in the internal combustion engine of the present invention, fuel is injected from the fuel injection valve 3 in a fuel injection mode according to demand. For example, in the first embodiment, fuel is injected from the fuel injection valve 3 in the fuel injection mode shown in FIG. That is, as indicated by a symbol Qm in FIG. 7A, fuel is injected from the fuel injection valve 3 into the combustion chamber 2 at a timing immediately after the compression top dead center TDC. The fuel injected at this time is consumed mainly for driving the internal combustion engine.
[0053]
Further, in the first embodiment, when it is determined that the combustion of the fuel to be consumed for driving the internal combustion engine should be promoted, the fuel injection valve in the fuel injection mode shown in FIG. Fuel is injected from 3. That is, as indicated by the reference sign Qpi in FIG. 7B, a small amount of fuel is injected from the fuel injection valve 3 into the combustion chamber 2 at a timing immediately before the compression top dead center TDC. The fuel injected at this time is consumed mainly to promote the combustion of the fuel. Then, as shown by a symbol Qm in FIG. 7B, fuel for driving the internal combustion engine is injected from the fuel injection valve 3 into the combustion chamber 2 at a timing immediately after the compression top dead center TDC.
[0054]
Further, in the first embodiment, when it is determined that the temperature of the exhaust gas discharged from the combustion chamber 2 should be increased, the fuel injection valve 3 performs fuel injection in the fuel injection mode shown in FIG. Is injected. That is, as indicated by the symbol Qpo in FIG. 7C, fuel for driving the internal combustion engine is injected from the fuel injection valve 3 into the combustion chamber 2 at a timing immediately after the compression top dead center TDC. After that, as indicated by the symbol Qpo in FIG. 7C, a small amount of fuel is injected from the fuel injection valve 3 into the combustion chamber 2 at the timing immediately before the expansion bottom dead center BDC, that is, at the later stage of the expansion stroke. Is done. The fuel injected at the later stage of the expansion stroke is consumed mainly for increasing the temperature of the exhaust gas.
[0055]
By the way, as described above, in the first embodiment, the exhaust gas passage completion period is calculated based on the engine required load and the engine speed, but even if these engine required load and the engine speed are the same. In fact, almost all of the rich air-fuel ratio exhaust gas is NOXThe period until passing through the catalyst 32 is different for each fuel injection mode.
[0056]
Therefore, when the internal combustion engine is configured to inject fuel from the fuel injection valve 3 in a plurality of types of fuel injection modes, the exhaust gas passage completion period is calculated according to the fuel injection mode (that is, the fuel injection mode). Should. Therefore, in the present invention, the exhaust gas passage completion period is calculated on the basis of the engine required load and the engine speed for each fuel injection mode. Here, in the first embodiment, a map as shown in FIG. 5 is prepared for each fuel injection mode such as FIGS. 7A to 7C, and the exhaust gas is used using the map for each fuel injection mode. The passage completion period is calculated. According to this, the calculated exhaust gas passage completion period becomes the true exhaust gas passage completion period more accurately.
[0057]
Of course, a correction coefficient for the exhaust gas passage completion period may be obtained for each fuel injection mode, and the exhaust gas passage completion period calculated based on the engine required load and the engine speed may be corrected with this correction coefficient. .
[0058]
Incidentally, as described above, in the first embodiment, the exhaust gas passage completion period is calculated based on the engine required load and the engine speed, and it is assumed that the engine required load and the engine speed are the same. However, virtually all of the rich air-fuel ratio exhaust gas is NOXThe period until passing through the catalyst 32 varies depending on the fuel injection amount from the fuel addition valve 19 and the air-fuel ratio of the air-fuel mixture in the combustion chamber 2. Therefore, in the first embodiment, the exhaust gas passage completion period calculated from the map shown in FIG. 5 is corrected in accordance with the fuel injection amount from the fuel addition valve 19 and the air-fuel ratio of the air-fuel mixture in the combustion chamber 2. I have to.
[0059]
Specifically, for example, in the first embodiment, the larger the fuel injection amount from the fuel addition valve 19, the longer the exhaust gas passage completion period calculated so as to be longer, and the mixture in the combustion chamber 2 is corrected. The exhaust gas passage completion period calculated as the air-fuel ratio of the engine becomes smaller is corrected so as to become longer. According to this, the calculated exhaust gas passage completion period is more accurately the true exhaust gas passage completion period.
[0060]
By the way, in the first embodiment, the exhaust gas passage completion period is calculated based on the engine required load and the engine speed, but in addition to this, the temperature of the exhaust gas, the flow rate of the exhaust gas, and the exhaust gas The exhaust gas passage completion period can also be calculated based on the pressure.
[0061]
Therefore, in the second embodiment, the exhaust gas passage completion period is calculated based on the exhaust gas temperature, the exhaust gas flow rate, and the exhaust gas pressure. Specifically, the exhaust gas passage completion period is Tp, the volume of the exhaust passage from the fuel addition valve 19 to the downstream end face of the filter 32 is Vo, the temperature of the exhaust gas is Tex, the flow rate of the exhaust gas is Gex, and the pressure of the exhaust gas Is Pex and the gas constant of the exhaust gas is Rex, the exhaust gas passage completion period is calculated by the equation Tp = Vo / (Gex × Tex × Rex / Pex).
[0062]
In the second embodiment, similarly to the first embodiment, the exhaust gas passage completion period thus calculated is set to the combustion mode, the fuel injection mode, the fuel injection amount from the fuel addition valve 19, the inside of the combustion chamber 2. You may make it correct | amend by the air fuel ratio of an air-fuel | gaseous mixture. Further, the flow rate of the exhaust gas can be calculated based on the output from the air flow meter 13 and the fuel injection amount.
[0063]
By the way, almost all of the rich air-fuel ratio exhaust gas is NO.XThe passage through the catalyst 32 can also be detected using an air-fuel ratio sensor. In other words, the exhaust gas passage completion period can be calculated using the air-fuel ratio sensor. Therefore, in the third embodiment, almost all of the rich air-fuel ratio exhaust gas is NO by using the air-fuel ratio sensor as follows.XThe passage of the catalyst 32 is detected, and the exhaust gas passage completion period is set up to this time.
[0064]
That is, in the third embodiment, NOXThe output from the downstream air-fuel ratio sensor 23 arranged downstream of the catalyst 32 is monitored, and after the fuel injection from the fuel addition valve 19 is stopped, the exhaust gas empty detected by the downstream air-fuel ratio sensor 23 is stopped. When the fuel ratio is no longer rich, almost all of the rich air-fuel ratio exhaust gas is NO.XIt is determined that the catalyst 32 has passed, and the exhaust gas passage completion period is determined until this time.
[0065]
In the fourth embodiment, almost all of the rich air-fuel ratio exhaust gas is NO by using the air-fuel ratio sensor as follows.XThe passage of the catalyst 32 is detected, and the exhaust gas passage completion period is set up to this time. That is, in the fourth embodiment, NOXAn output from the upstream air-fuel ratio sensor 16 disposed upstream of the catalyst 32, and NOXThe output from the downstream air-fuel ratio sensor 23 arranged downstream of the catalyst 32 is monitored, and after the fuel injection from the fuel addition valve 19 is stopped, the exhaust gas empty detected by the downstream air-fuel ratio sensor 23 is stopped. Since the air-fuel ratio of the exhaust gas detected by the downstream-side air-fuel ratio sensor 23 and the air-fuel ratio of the exhaust gas detected by the upstream-side air-fuel ratio sensor 26 are substantially equal after the fuel ratio is no longer rich. Almost all rich air-fuel ratio exhaust gas is NOXIt is determined that the catalyst 32 has passed, and the exhaust gas passage completion period is determined until this time.
[0066]
FIG. 8 is a time chart showing the operation of the fuel addition valve according to the fourth embodiment. FIG. 8A shows an operation signal for the fuel addition valve. When this operation signal is turned on, fuel is injected from the fuel addition valve. When this operation signal is turned off, fuel injection from the fuel addition valve is stopped. Indicates. FIG. 8B shows the transition of the air-fuel ratio of the exhaust gas, the chain line X is the transition of the air-fuel ratio of the exhaust gas detected by the upstream air-fuel ratio sensor, and the solid line Y is detected by the downstream air-fuel ratio sensor. It is a transition of the air-fuel ratio of exhaust gas. FIG. 8C shows the time.
[0067]
When the rich request condition is satisfied at time t0, the operation signal for the fuel addition valve is turned ON. Then, the air-fuel ratio of the exhaust gas detected by the downstream-side air-fuel ratio sensor, that is, the air-fuel ratio Y of the exhaust gas downstream of the filter becomes small with a slight delay, and eventually becomes rich. When the rich requirement condition is not satisfied at time t1, the operation signal for the fuel addition valve is turned off. Then, the air-fuel ratio Y of the exhaust gas downstream of the filter becomes slightly delayed and eventually becomes lean. At time t3, the air-fuel ratio X of the exhaust gas detected by the upstream air-fuel ratio sensor is substantially equal to the air-fuel ratio Y of the exhaust gas downstream of the filter.
[0068]
Thereafter, similarly, the rich request condition is satisfied at time t4, the rich condition is not satisfied at time t5, the rich request condition is satisfied at time t8, the rich condition is not satisfied at time t9, and the rich condition is satisfied at time t12. At time t13, the rich condition is not satisfied.
[0069]
Now, according to the fourth embodiment, in FIG. 8, the period A is a period during which fuel is injected from the fuel addition valve, and therefore switching of the position of the switching valve 26 is prohibited. Further, according to the fourth embodiment, in FIG. 8, the period Tp is substantially equal to the air-fuel ratio of the exhaust gas detected by the upstream air-fuel ratio sensor after the air-fuel ratio of the exhaust gas downstream of the filter once becomes rich. Since this is a period during which no change is made, that is, the switching prohibition period (exhaust gas passage completion period), switching of the position of the switching valve 26 is also prohibited here. Therefore, in FIG. 8, the period B is a period during which the switching of the position of the switching valve 26 is permitted.
[0070]
By the way, according to the above-described embodiment, when the rich request condition is satisfied with a relatively short time interval, the period during which the switching of the switching valve 26 is prohibited may be continuous and may become very long. In this case, since the position of the switching valve 26 cannot be switched further, there is a problem that the particulate oxidation action of the filter 32 is not promoted. Therefore, in the above-described embodiment, when the total period during which the switching of the switching valve 26 is prohibited exceeds the allowable upper limit value, the fuel injection from the fuel addition valve 19 is forcibly prohibited, and then the exhaust gas passes. The position of the switching valve 26 may be switched when the completion period has elapsed, and then fuel injection from the fuel addition valve 19 may be resumed.
[0071]
In the above-described embodiment, by increasing the amount of fuel injected from the fuel injection valve 3 into the combustion chamber 2 instead of injecting fuel from the fuel addition valve 19 when the rich requirement condition is satisfied, The air-fuel ratio of the exhaust gas may be made rich.
[0072]
NOXWhen the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst 32 is lean, the catalyst 32 is sulfur oxide (SOX). And NOXSO retained by the catalyst 32XWhen the amount of increases, NOXNO that the catalyst 32 can holdXThe amount of will decrease. Where NOXNO while keeping the temperature of the catalyst 32 relatively highXIf the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst 32 is made rich, NOXSO retained in the catalyst 32XIs NOXIt has been found to be removed from the catalyst 32.
[0073]
Therefore, in the above-described embodiment, NOXSO of catalyst 32XThe rich request condition may be satisfied when the holding amount exceeds a predetermined amount. According to this, NOXSO of catalyst 32XWhen the holding amount increases, NOXSince the rich air-fuel ratio exhaust gas is supplied to the catalyst 32, NOXFrom catalyst 32 to SOXWill be removed. Of course, at this time, NOXSome measure is taken to keep the temperature of the catalyst 32 relatively high.
[0074]
Further, as the temperature of the filter 32 is higher, the amount of fine particles oxidized and removed per unit time in the filter 32 increases. Here, when the rich air-fuel ratio exhaust gas flows into the filter 32, hydrocarbons in the exhaust gas are oxidized by the filter 32, and the temperature of the filter 32 rises. Therefore, in the above-described embodiment, in order to maintain a large amount of fine particles that are oxidized and removed per unit time in the filter 32, the amount of fine particles that can be oxidized and removed per unit time in the filter 32 is a predetermined lower limit value. The rich requirement condition may be satisfied when the value is less than.
[0075]
In the filter 32, fine particles are continuously oxidized and removed. However, if the amount of fine particles discharged from the combustion chamber 2 is large, a relatively large amount of fine particles temporarily accumulate on the filter 32. The fine particles once deposited are difficult to be removed by oxidation. Here, if a rich air-fuel ratio exhaust gas is supplied to the filter 32, fine particles deposited on the filter 32 can be oxidized and removed all at once using hydrocarbons in the exhaust gas as a reducing agent. Therefore, in the above-described embodiment, the rich request condition may be satisfied when the amount of fine particles accumulated on the filter 32 exceeds a predetermined upper limit value.
[0076]
By the way, instead of the exhaust purification apparatus in the above-described embodiment, the present invention can be applied even when the exhaust purification apparatus of the fifth embodiment shown in FIG. 9 is adopted. In the exhaust purification device 18 shown in FIG.XA catalyst 32 is disposed. NOXNO from the exhaust passage upstream of the catalyst 32XNO to the exhaust passage downstream of the catalyst 32XA bypass passage 31 that bypasses the catalyst 32 extends. In the branch portion between the exhaust passage and the bypass passage 31, the exhaust gas is NO.XA switching valve 26 for switching whether to flow into the catalyst 32 or to flow exhaust gas into the bypass passage is disposed.
[0077]
That is, when the switching valve 26 is positioned at the position shown in FIG.XIt flows into the catalyst 32. On the other hand, the exhaust gas flows into the bypass passage 31 when the switching valve 26 is positioned at the position shown in FIG. For example, NO in exhaust gasXNO is included in the exhaust gas because it does not containXEven if the exhaust gas is allowed to flow downstream of the exhaust gas purification device 18 without passing through the catalyst 32, the exhaust emission does not deteriorate, and the exhaust gas is reduced to NO.XIf the exhaust gas is discharged downstream of the exhaust purification device 18 without passing through the catalyst 32, NOXWhen it is preferable because the pressure loss caused by the catalyst 32 is reduced, the switching valve 26 is positioned at the position shown in FIG.
[0078]
As described above, when the condition for allowing the exhaust gas to flow into the bypass passage 31 (hereinafter referred to as a bypassable condition) is satisfied, in the fifth embodiment, the position of the switching valve 26 is shown in FIG. The position is switched to the position shown in FIG. 9B (hereinafter referred to as a bypass position). However, as in the above-described embodiment, when the bypass enabling condition is satisfied while the rich requirement condition is satisfied, if the position of the switching valve 26 is switched to the bypass position, the rich air-fuel ratio exhaust gas is changed. NOXWithout passing through the catalyst 32, the exhaust gas will flow downstream. Therefore, in the fifth embodiment, as in the above-described embodiment, even if the bypass enabling condition is satisfied while the rich request condition is satisfied, the switching of the position of the switching valve 26 is prohibited.
[0079]
By the way, even if the rich requirement condition is not satisfied and the fuel injection from the fuel addition valve 19 is stopped, all the exhaust gas having a rich air-fuel ratio by the fuel injected from the fuel addition valve 19 is NO.XIt does not pass through the catalyst 32. Therefore, in the fifth embodiment, as in the above-described embodiment, even if the rich requirement condition is not satisfied and the fuel injection from the fuel addition valve 19 is stopped, the switching valve is not used until the switching prohibition period elapses. The switching of the position 26 is prohibited.
[0080]
Other configurations of the fifth embodiment, such as setting of a switching prohibition period, are the same as the configurations in the above-described embodiment, and thus description thereof is omitted. Of course, as in the embodiment described above, NOXCatalyst 32 is NOXA particulate filter supporting a catalyst may be used.
[0081]
Finally, the fine particle oxidation action of the filter 32 will be described in detail. In the filter 32 of the present invention, platinum (Pt) is used as the noble metal catalyst. On the other hand, as the active oxygen generator, alkali metals such as potassium (K), sodium (Na), lithium (Li), cesium (Cs), rubidium (Rb), barium (Ba), calcium (Ca), strontium Alkaline earth metals such as (Sr), rare earths such as lanthanum (La), yttrium (Y), cerium (Ce), transition metals such as iron (Fe), and carbon groups such as tin (Sn) At least one selected from elements is used.
[0082]
The active oxygen generator generates active oxygen by holding oxygen by absorption when excess oxygen exists in the surroundings and releasing the held oxygen in the form of active oxygen when the surrounding oxygen concentration decreases. Next, the active oxygen generating action of the active oxygen generator will be described by taking as an example the case where platinum and potassium are supported on a carrier, but other noble metals, alkali metals, alkaline earth metals, rare earths, and transition metals are used. However, the same active oxygen generating action is performed.
[0083]
As described above, the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the compression ignition type internal combustion engine is lean. Therefore, the exhaust gas flowing into the filter 32 contains a large amount of excess air. Further, NO is generated in the combustion chamber 2 of the compression ignition type internal combustion engine. Therefore, NO is contained in the exhaust gas. Therefore, the exhaust gas containing excess oxygen and NO flows into the exhaust gas inflow passage 50 of the filter 32.
[0084]
FIGS. 10A and 10B schematically show enlarged views of the surface of the carrier layer formed on the partition wall 54. In FIGS. 10A and 10B, 60 indicates platinum particles, and 61 indicates an active oxygen generator containing potassium.
[0085]
When the exhaust gas flows into the exhaust gas inflow passage 50 of the filter 32, as shown in FIG. 10A, oxygen (O2) Is O2 -Or O2-It adheres to the surface of platinum in the form of NO in exhaust gas is these O2 -Or O2-Reacts with NO2It becomes. NO generated in this way2A part of is oxidized and retained on the active oxygen generator 61 while being oxidized on platinum, and as shown in FIG. 10 (A), nitrate ions (NO) while binding to potassium (K).Three -) In the form of active oxygen generator 61 and potassium nitrate (KNO).Three) Is generated. That is, oxygen in the exhaust gas is potassium nitrate (KNOThree) Is retained in the active oxygen generator 61 by absorption.
[0086]
Here, fine particles mainly made of carbon (C) are generated in the combustion chamber 2. Therefore, these fine particles are contained in the exhaust gas. These fine particles contained in the exhaust gas are indicated by 62 in FIG. 10B when the exhaust gas flows through the exhaust gas inflow passage 50 or when passing through the pores of the partition wall 54. Thus, it contacts and adheres on the surface of the active oxygen generating agent 61.
[0087]
When the fine particles 62 adhere to the surface of the active oxygen generating agent 61 in this way, the oxygen concentration decreases at the contact surface between the fine particles 62 and the active oxygen generating agent 61. That is, the oxygen concentration around the active oxygen generator 61 decreases. When the oxygen concentration is lowered, a difference in concentration occurs between the active oxygen generator 61 having a high oxygen concentration, and thus oxygen in the active oxygen generator 61 is brought into contact with the fine particles 62 and the active oxygen generator 61. Try to move towards. As a result, potassium nitrate (KNO) formed in the active oxygen generator 61Three) Is decomposed into potassium (K), oxygen (O) and NO, and oxygen (O) is directed to the contact surface between the fine particles 62 and the active oxygen generator 61, while NO is released from the active oxygen generator 61. Released to the outside.
[0088]
Here, since the oxygen toward the contact surface between the fine particles 62 and the active oxygen generating agent 61 is oxygen decomposed from a compound such as potassium nitrate, it has unpaired electrons, and therefore active oxygen having extremely high reactivity. It has become. Thus, the active oxygen generator 61 generates active oxygen. Note that NO released to the outside is oxidized on the downstream platinum and is held in the active oxygen generator 61 again.
[0089]
The active oxygen generated by the active oxygen generator 61 is consumed to oxidize and remove the fine particles adhering thereto. That is, the fine particles collected by the filter 32 are oxidized and removed by the active oxygen generated by the active oxygen generator 61.
[0090]
As described above, in the present invention, the fine particles collected by the filter 32 are oxidized and removed by the reactive oxygen having high reactivity without generating a luminous flame. If the fine particles are removed by oxidation without generating a bright flame in this way, the temperature of the filter 32 will not be excessively increased, and therefore the filter 32 will not be thermally deteriorated.
[0091]
Furthermore, since active oxygen used for oxidizing and removing fine particles has high reactivity, the fine particles are oxidized and removed even if the temperature of the filter 32 is relatively low. That is, the temperature of the exhaust gas discharged from the compression ignition internal combustion engine is relatively low, and therefore, the temperature of the filter 32 is often relatively low. According to the present invention, the temperature of the filter 32 is increased. Even if the special process is not performed, the particulates collected by the filter 32 are continuously removed by oxidation.
[0092]
Note that the active oxygen generator 61 is NO when there is excess oxygen in the surroundings.XIs retained in the form of nitrate ions, resulting in oxygen retention. That is, the active oxygen generator 61 is NO when excess oxygen is present in the surroundings.XHold by absorption. On the other hand, the active oxygen generator 61 is held in the form of nitrate ions when the surrounding oxygen concentration is lowered.XTo release active oxygen. That is, the active oxygen generator 61 is NO when the surrounding oxygen concentration is lowered.XTo release. Therefore, the active oxygen generator 61 of the present invention is NO.XAlso functions as a retention agent.
[0093]
Here, the case where the oxygen concentration around the active oxygen generating agent 61 is reduced means that, as described above, the surrounding atmosphere is a lean atmosphere, but in addition to the case where fine particles adhere to the active oxygen generating agent 61, the filter 32. In some cases, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the engine becomes rich and the surrounding atmosphere becomes rich.
[0094]
The ambient atmosphere is a rich atmosphere, but the NO released when the oxygen concentration around the active oxygen generator 61 decreases due to the fine particles adhering to the active oxygen generator 61.XAs described above, the active oxygen generator 61 is again held by absorption. On the other hand, the NO released when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the filter 32 becomes rich and the surrounding atmosphere becomes rich.XIs reduced and purified by hydrocarbons in the exhaust gas by the action of platinum. In other words, if the operation of the internal combustion engine is controlled so that the rich air-fuel ratio exhaust gas is discharged from the internal combustion engine, the NO held in the active oxygen generator 61XCan be reduced and purified. Therefore, the filter 32 of the present invention is NO NO consisting of the active oxygen generator 61 and platinum.XA catalyst is provided.
[0095]
【The invention's effect】
According to the present invention, since the switching of the inflow mode by the switching means is prohibited during the operation of the enrichment means, the rich air-fuel ratio exhaust gas is NO during the operation of the enrichment means.XOutflow to the exhaust gas purification device downstream without passing through the catalyst is suppressed. Further, according to the present invention, even after the operation of the enrichment means is stopped, the switching of the inflow mode by the switching means is prohibited for a predetermined switching prohibition period. Even after the exhaust gas with rich air-fuel ratio is NOXOutflow to the exhaust gas purification device downstream without passing through the catalyst is suppressed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall view of an internal combustion engine provided with an exhaust purification device of the present invention.
FIG. 2 is a view for explaining an operation mode of the exhaust purification apparatus of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a particulate filter.
FIG. 4 is a diagram illustrating a routine for executing switching prohibition control of the switching valve according to the first embodiment.
FIG. 5 is a diagram showing a map for calculating an exhaust gas passage completion period.
FIG. 6 shows a map used to determine the combustion mode.
FIG. 7 is a view for explaining a fuel injection mode of the first embodiment.
FIG. 8 is a time chart showing the operation of the fuel addition valve according to the fourth embodiment.
FIG. 9 is a view showing an exhaust emission control device of a fifth embodiment.
FIG. 10 is a view for explaining the particulate oxidation action in the particulate filter.
[Explanation of symbols]
1 ... Engine body
2 ... Combustion chamber
3 ... Fuel injection valve
4 ... Intake manifold
5 ... Exhaust manifold
16. Air-fuel ratio sensor
18 ... Exhaust gas purification device
19 ... Fuel addition valve
23 ... Air-fuel ratio sensor
26 ... switching valve
27 ... EGR passage
31 ... Bypass passage
32 ... NOXCatalyst (Particulate filter)

Claims (8)

内燃機関から排出される排気ガス中のNOXを浄化するためのNOX触媒を排気通路に具備し、該NOX触媒がそこに流入する排気ガスの空燃比がリーンであるときには排気ガス中のNOXを保持し、一方、そこに流入する排気ガスの空燃比がリッチとなると保持しているNOXを還元剤によって還元浄化することができ、さらに、排気ガスの空燃比をリッチとするためのリッチ化手段を具備し、所定条件が成立したときに該リッチ化手段を作動することによってNOX触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチとするようにした排気浄化装置において、排気ガスを一方の側からNOX触媒に流入させる順流モードと排気ガスを他方の側からNOX触媒に流入させる逆流モードとの間でNOX触媒への排気ガスの流入モードを切り換えるための切換手段を具備し、上記リッチ化手段の作動中は該切換手段による流入モードの切換を禁止すると共に、上記リッチ化手段の作動停止後においても予め定められた切換禁止期間に亘って切換手段による流入モードの切換を禁止するようにしたことを特徴とする排気浄化装置。An NO x catalyst for purifying NO x in the exhaust gas discharged from the internal combustion engine is provided in the exhaust passage, and when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NO x catalyst is lean, holding the NO X, whereas the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the can reduced and purified by the reducing agent NO X held with a rich, further to the air-fuel ratio of the exhaust gas rich of comprising the enrichment means, in the exhaust purification apparatus that is a rich air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NO X catalyst by actuating the enrichment means when a predetermined condition is satisfied, the exhaust gas switching to a forward flow mode with the exhaust gas to flow from one side to the NO X catalyst between the other side of the reverse flow mode in which flow to the NO X catalyst switching the inflow mode of the exhaust gas to the NO X catalyst And the switching means prohibits the switching of the inflow mode during the operation of the enrichment means, and the inflow by the switching means for a predetermined switching prohibition period even after the operation of the enrichment means is stopped. An exhaust emission control device characterized by prohibiting mode switching. 内燃機関から排出される排気ガス中のNOXを浄化するためのNOX触媒を排気通路に具備し、該NOX触媒がそこに流入する排気ガスの空燃比がリーンであるときには排気ガス中のNOXを保持し、一方、そこに流入する排気ガスの空燃比がリッチとなると保持しているNOXを還元剤によって還元浄化することができ、さらに、排気ガスの空燃比をリッチとするためのリッチ化手段を具備し、所定条件が成立したときに該リッチ化手段を作動することによってNOX触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチとするようにした排気浄化装置において、NOX触媒をバイパスするようにNOX触媒上流の排気通路からNOX触媒下流の排気通路へと延びるバイパス通路と、排気ガスをNOX触媒に流入させる流入モードと排気ガスをバイパス通路に流入させる流入モードとの間で排気ガスの流入モードを切り換えるための切換手段とを具備し、上記リッチ化手段の作動中は該切換手段による流入モードの切換を禁止すると共に、上記リッチ化手段の作動停止後においても予め定められた切換禁止期間に亘って切換手段による流入モードの切換を禁止するようにしたことを特徴とする排気浄化装置。An NO x catalyst for purifying NO x in the exhaust gas discharged from the internal combustion engine is provided in the exhaust passage, and when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NO x catalyst is lean, holding the NO X, whereas the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the can reduced and purified by the reducing agent NO X held with a rich, further to the air-fuel ratio of the exhaust gas rich of comprising the enrichment means, in the exhaust purification apparatus that is a rich air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NO X catalyst by actuating the enrichment means when a predetermined condition is satisfied, NO X catalyst a bypass passage extending from the exhaust passage of the NO X catalyst upstream to NO X catalyst downstream of the exhaust passage so as to bypass the bypass passage inflow mode and the exhaust gas flowing the exhaust gas to the NO X catalyst Switching means for switching the exhaust gas inflow mode between the inflow mode and the inflow mode to be introduced, and during the operation of the enrichment means, switching of the inflow mode by the switch means is prohibited, and the enrichment means An exhaust emission control device characterized in that switching of the inflow mode by the switching means is prohibited for a predetermined switching prohibition period even after the operation is stopped. 上記リッチ化手段の作動が停止されてからリッチ空燃比の排気ガスのほとんど全てがNOX触媒を通過するまでの排気ガス通過完了期間が上記切換禁止期間として設定されていることを特徴とする請求項1または2に記載の排気浄化装置。An exhaust gas passage completion period from when the operation of the enrichment means is stopped until almost all of the rich air-fuel ratio exhaust gas passes through the NO x catalyst is set as the switching prohibition period. Item 3. The exhaust emission control device according to Item 1 or 2. 上記排気ガス通過完了期間が機関要求負荷と機関回転数との少なくとも1つに基づいて算出されることを特徴とする請求項3に記載の排気浄化装置。The exhaust emission control device according to claim 3, wherein the exhaust gas passage completion period is calculated based on at least one of an engine required load and an engine speed. 内燃機関が複数の種類の燃焼モードでもって燃料を燃焼室内にて燃焼させることができ、上記排気ガス通過完了期間が上記燃焼モード毎に機関要求負荷と機関回転数との少なくとも1つに基づいて算出されることを特徴とする請求項3に記載の排気浄化装置。The internal combustion engine can burn fuel in the combustion chamber in a plurality of types of combustion modes, and the exhaust gas passage completion period is based on at least one of the engine required load and the engine speed for each combustion mode. The exhaust emission control device according to claim 3, wherein the exhaust purification device is calculated. 上記排気ガス通過完了期間が排気ガスの温度、排気ガスの流量、および、排気ガスの圧力の少なくとも1つに基づいて算出されることを特徴とする請求項3に記載の排気浄化装置。The exhaust emission control device according to claim 3, wherein the exhaust gas passage completion period is calculated based on at least one of an exhaust gas temperature, an exhaust gas flow rate, and an exhaust gas pressure. 排気ガスの空燃比を検出することができる空燃比センサがNOX触媒下流に配置され、リッチ化手段の作動停止後において該空燃比センサによって排気ガスの空燃比がリッチでなくなったことが検出されたことをもってリッチ空燃比の排気ガスのほとんど全てがNOX触媒を通過したと判断されることを特徴とする請求項3に記載の排気浄化装置。Air-fuel ratio sensor capable of detecting the air-fuel ratio of the exhaust gas is arranged in the NO X catalyst downstream air-fuel ratio of the exhaust gas by the air-fuel ratio sensor after the deactivation of the enrichment means is detected to have disappeared rich Accordingly, it is determined that almost all of the rich air-fuel ratio exhaust gas has passed through the NO x catalyst. 排気ガスの空燃比を検出することができる空燃比センサがNOX触媒上流とNOX触媒下流とに配置され、リッチ化手段の作動停止後においてNOX触媒下流の空燃比センサによって検出される排気ガスの空燃比がリッチでなくなってから該NOX触媒下流の空燃比センサによって検出される排気ガスの空燃比が上記NOX触媒上流の空燃比センサによって検出される排気ガスの空燃比と略等しくなったことをもってリッチ空燃比の排気ガスのほとんど全てがNOX触媒を通過したと判断されることを特徴とする請求項3に記載の排気浄化装置。Exhaust gas air-fuel ratio sensor capable of detecting the air-fuel ratio of the exhaust gas is arranged in the NO X catalyst upstream and NO X catalyst downstream, which is detected by the air-fuel ratio sensor of the NO X catalyst downstream after deactivation enrichment means The air-fuel ratio of the exhaust gas detected by the air-fuel ratio sensor downstream of the NO x catalyst after the gas air-fuel ratio is no longer rich is substantially equal to the air-fuel ratio of the exhaust gas detected by the air-fuel ratio sensor upstream of the NO x catalyst. 4. The exhaust emission control device according to claim 3, wherein it is determined that almost all of the rich air-fuel ratio exhaust gas has passed through the NO x catalyst.
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