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JP4254484B2 - Exhaust gas purification device for internal combustion engine - Google Patents

Exhaust gas purification device for internal combustion engine Download PDF

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JP4254484B2
JP4254484B2 JP2003369172A JP2003369172A JP4254484B2 JP 4254484 B2 JP4254484 B2 JP 4254484B2 JP 2003369172 A JP2003369172 A JP 2003369172A JP 2003369172 A JP2003369172 A JP 2003369172A JP 4254484 B2 JP4254484 B2 JP 4254484B2
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泰彰 仲野
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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.

リーン空燃比のもとで燃焼が行われているときに排気ガス中に含まれる窒素酸化物(NOX)を浄化するための触媒として、アルミナからなる担体の表面上にアルカリ金属またはアルカリ土類金属からなるNOX吸蔵剤の層を形成し、さらに白金のような貴金属を担体表面上に担持したNOX吸蔵触媒が公知である。このNOX吸蔵触媒では、NOX吸蔵触媒が活性化すると排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中に含まれるNOXがNOX吸蔵剤内に吸蔵され、排気ガスの空燃比がリッチにされるとNOX吸蔵剤に吸蔵されていたNOXが放出され、還元される。 As a catalyst for purifying nitrogen oxide (NO x ) contained in exhaust gas when combustion is performed under a lean air-fuel ratio, an alkali metal or alkaline earth is provided on the surface of a support made of alumina. A NO x storage catalyst in which a layer of a NO x storage agent made of metal is formed and a noble metal such as platinum is supported on the surface of the support is known. In this NO X storage catalyst, when the NO X storage catalyst is activated, NO X contained in the exhaust gas is stored in the NO X storage agent when the air-fuel ratio of the exhaust gas is lean, and the air-fuel ratio of the exhaust gas becomes rich. It is the the the NO X storage agent NO X that was stored in is released and reduced.

ところで、このようなNOXの吸放出作用はNOX吸蔵触媒が活性化しないと行われないと考えられていたが、このようにNOXの吸放出作用を行うようにしたNOX吸蔵触媒について本発明者が研究を重ねた結果、排気ガス中に含まれる一酸化窒素NOはNOX吸蔵触媒が活性化しないとNOX吸蔵剤に吸蔵されないが、排気ガス中に含まれる二酸化窒素(NO2)はNOX吸蔵触媒が活性化しなくてもNOX吸蔵剤に吸蔵されることが判明した。 By the way, absorbing and releasing action of such NO X was considered the NO X storing catalyst is not performed and does not activate, the the NO X storing catalyst to perform the absorption and release action of the thus NO X As a result of repeated research by the present inventor, nitrogen monoxide NO contained in the exhaust gas is not stored in the NO x storage agent unless the NO x storage catalyst is activated, but nitrogen dioxide (NO 2) contained in the exhaust gas. ) Was found to be stored in the NO X storage agent even if the NO X storage catalyst was not activated.

このような観点からすると、上記NOX吸蔵触媒が活性化していない場合にはNOX吸蔵触媒に流入する排気ガス中のNOXに対するNO2の割合が大きい方がNOX吸蔵触媒によるNOXの浄化率が高まることがわかる。 From this point of view, it ratio of NO 2 with respect to NO X in the exhaust gas when the the NO X storing catalyst is not activated flowing into the NO X storage catalyst is large of the NO X storage catalyst by NO X It can be seen that the purification rate increases.

NOX吸蔵触媒に流入する排気ガス中のNO2の割合を大きくする方法としては、NOX吸蔵触媒の上流側に白金等の貴金属を担持した酸化触媒を配置することが挙げられる(例えば、特許文献1参照)。このような酸化触媒では、白金の酸化作用により排気ガス中のNOがNO2に酸化される。 The proportion of NO 2 in the exhaust gas flowing into the NO X storage catalyst as a way of increasing include the placing oxidation catalyst carrying a noble metal such as platinum on the upstream side of the NO X storage catalyst (e.g., Patent Reference 1). In such an oxidation catalyst, NO in the exhaust gas is oxidized to NO 2 by the oxidizing action of platinum.

特開2002−89246号公報JP 2002-89246 A 特開2000−345832号公報JP 2000-345832 A 国際公開第98/48153号パンフレットInternational Publication No. 98/48153 Pamphlet

しかしながら、このような酸化触媒では、酸化触媒が活性化していないときには、排気ガス中のNOをNO2にほとんど酸化することができないどころか、排気ガス中のNO2をNOに還元してしまうことがある。したがって、上記特許文献1に記載された内燃機関では、酸化触媒およびNOX吸蔵触媒が活性化していないときには、酸化触媒を流通した排気ガスをNOX吸蔵触媒に流入させると、NOXの浄化率が低いものとなってしまう。 However, with such an oxidation catalyst, when the oxidation catalyst is not activated, NO in the exhaust gas can hardly be oxidized to NO 2 , but rather NO 2 in the exhaust gas can be reduced to NO. is there. Therefore, in the internal combustion engine described in Patent Document 1, when the oxidation catalyst and the NO x storage catalyst are not activated, the NO x purification rate is obtained by flowing the exhaust gas flowing through the oxidation catalyst into the NO x storage catalyst. Will be low.

そこで、本発明の目的は、NOX吸蔵触媒が活性化していないときであっても排気ガス中のNOXを良好に浄化することができる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an exhaust purification device for an internal combustion engine that can satisfactorily purify NO x in exhaust gas even when the NO x storage catalyst is not activated.

上記課題を解決するために、第1の発明では、機関排気通路内に貴金属とNOX吸蔵剤とを有するNOX吸蔵触媒が配置され、該NOX吸蔵触媒が活性化していないときにはNOX吸蔵触媒に流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに排気ガス中に含まれる二酸化窒素NO2がNOX吸蔵剤に吸蔵され、該NOX吸蔵触媒が活性化しているときにはNOX吸蔵触媒に流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに排気ガス中に含まれる窒素酸化物NOXがNOX吸蔵剤に吸蔵されるとともにNOX吸蔵触媒に流入する排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチになると吸蔵されている窒素酸化物NOXがNOX吸蔵剤から放出され、NOX吸蔵触媒が活性化していないときには機関から排出された排気ガス中の二酸化窒素NO2が一酸化窒素NOに還元されるのを抑制する還元抑制手段をNOX吸蔵触媒の上流側の排気通路に具備し、機関排気通路内であって上記NO X 吸蔵触媒の上流側に配置され且つ貴金属を担持した酸化触媒と、該酸化触媒をバイパスするためのバイパス通路と、前記酸化触媒に流入する排気ガスの流量と上記バイパス通路に流入する排気ガスの流量とを調整する流量調整弁とをさらに具備し、上記NO X 吸蔵触媒が活性化していないときには、上記還元抑制手段は機関から排出された排気ガスのほぼ全てがバイパス通路に流入するように流量調整弁を制御する
第1の発明のNOX吸蔵触媒では、NOX吸蔵触媒が活性化していないときには、NOX吸蔵触媒に流入する排気ガス中の二酸化窒素NO2はNOX吸蔵触媒に吸蔵されるが、一酸化窒素NOは吸蔵されにくい。第1の発明によれば、NOX吸蔵触媒が活性化していないときには、二酸化窒素NO2が一酸化窒素NOに還元されるのが抑制されるため、NOX吸蔵触媒は流入する排気ガス中のNOXを多く吸蔵することができ、よって排気ガス中のNOXを良好に浄化することができる。
In order to solve the above problems, the first aspect of the present invention, is disposed the NO X storage catalyst with the noble metal and the NO X storage agent into the engine exhaust passage, when the the NO X storing catalyst is not activated the NO X storage When the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst is lean, nitrogen dioxide NO 2 contained in the exhaust gas is stored in the NO X storage agent, and flows into the NO X storage catalyst when the NO X storage catalyst is activated. When the air-fuel ratio of the exhaust gas is lean, the nitrogen oxide NO x contained in the exhaust gas is occluded in the NO x storage agent and the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NO x storage catalyst is almost the stoichiometric air-fuel ratio or nitrogen oxides nO X that is occluded becomes rich is released from the nO X storage agent, the nO X storage catalyst nitrogen dioxide nO 2 is nitrogen monoxide nO in the exhaust gas discharged from the engine when not activated Suppressing reduction suppressing means from being reduced provided on the upstream side of the exhaust passage of the NO X storage catalyst, was supported and noble metal is arranged on the upstream side of the the NO X storage catalyst be in the engine exhaust passage an oxidation catalyst And a bypass passage for bypassing the oxidation catalyst, and a flow rate adjusting valve for adjusting the flow rate of the exhaust gas flowing into the oxidation catalyst and the flow rate of the exhaust gas flowing into the bypass passage, When the X- occlusion catalyst is not activated, the reduction suppression means controls the flow rate adjustment valve so that almost all of the exhaust gas discharged from the engine flows into the bypass passage .
In the NO X storage catalyst of the first aspect of the invention, when the NO X storing catalyst is not activated, nitrogen dioxide NO 2 in the exhaust gas flowing into the NO X storage catalyst but is occluded in the NO X storage catalyst, carbon monoxide Nitrogen NO is difficult to occlude. According to the first invention, when the NO x storage catalyst is not activated, the reduction of nitrogen dioxide NO 2 to nitric oxide NO is suppressed, so that the NO x storage catalyst is contained in the inflowing exhaust gas. A large amount of NO x can be occluded, and therefore NO x in the exhaust gas can be purified well.

上記課題を解決するために、第2の発明では、機関排気通路内に貴金属とNOIn order to solve the above-mentioned problem, in the second invention, noble metal and NO in the engine exhaust passage. XX 吸蔵剤とを有するNONO with storage agent XX 吸蔵触媒が配置され、該NOAn occlusion catalyst is arranged and the NO XX 吸蔵触媒が活性化していないときにはNONO when the storage catalyst is not activated XX 吸蔵触媒に流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに排気ガス中に含まれる二酸化窒素NONitrogen dioxide NO contained in the exhaust gas when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the storage catalyst is lean 22 がNOIs NO XX 吸蔵剤に吸蔵され、該NOOccluded in the occluding agent, the NO XX 吸蔵触媒が活性化しているときにはNONO when the storage catalyst is activated XX 吸蔵触媒に流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに排気ガス中に含まれる窒素酸化物NONitrogen oxide NO contained in the exhaust gas when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the storage catalyst is lean XX がNOIs NO XX 吸蔵剤に吸蔵されるとともにNONO is stored in the storage agent XX 吸蔵触媒に流入する排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチになると吸蔵されている窒素酸化物NONOx stored when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the storage catalyst becomes almost stoichiometric or rich XX がNOIs NO XX 吸蔵剤から放出され、NONO released from the storage agent XX 吸蔵触媒が活性化していないときには機関から排出された排気ガス中の二酸化窒素NONitrogen dioxide NO in exhaust gas exhausted from engine when storage catalyst is not activated 22 が一酸化窒素NOに還元されるのを抑制する還元抑制手段をNONO reduction control means for suppressing the reduction of NO to NO XX 吸蔵触媒の上流側の排気通路に具備し、上記機関排気通路は、基幹通路と、両端が該基幹通路上の分岐部に連結された環状通路と、該環状通路を一方の方向におよび該一方の方向とは反対方向に流れる排気ガスの流量と該環状通路に流入せずに基幹通路を流れる排気ガスの流量とを調整する流量調整弁とを具備し、上記NOThe engine exhaust passage is provided in an upstream exhaust passage of the storage catalyst. The engine exhaust passage includes a trunk passage, an annular passage having both ends connected to a branch portion on the trunk passage, and the annular passage in one direction. A flow rate adjusting valve that adjusts the flow rate of the exhaust gas flowing in the direction opposite to the direction of the exhaust gas and the flow rate of the exhaust gas flowing through the main passage without flowing into the annular passage, XX 吸蔵触媒が環状通路内に設けられると共に貴金属を担持した酸化触媒が上記環状通路内であってNOAn occlusion catalyst is provided in the annular passage, and an oxidation catalyst supporting a noble metal is provided in the annular passage. XX 吸蔵触媒の一方の側に配置され、上記NOThe NO is placed on one side of the storage catalyst XX 吸蔵触媒が活性していないときには、上記還元抑制手段は機関から排出された排気ガスのほぼ全てが環状通路をNOWhen the storage catalyst is not active, the reduction suppressing means causes almost all of the exhaust gas discharged from the engine to pass through the annular passage. XX 吸蔵触媒、酸化触媒の順に流れるように流量調整弁を制御する。The flow rate adjustment valve is controlled so that the storage catalyst and the oxidation catalyst flow in this order.

第3の発明では、第1または第2の発明において、上記NOIn 3rd invention, in said 1st or 2nd invention, said NO XX 吸蔵触媒が活性化していないときであっても上記酸化触媒が活性化しているときには、上記還元抑制手段による流量調整弁の制御が中止される。Even when the storage catalyst is not activated, when the oxidation catalyst is activated, the control of the flow rate adjusting valve by the reduction suppressing means is stopped.
すなわち、第3の発明によれば、NOThat is, according to the third invention, NO XX 吸蔵触媒が活性化していないときであって且つ酸化触媒が活性化していないときにのみ、還元抑制手段による流量調整弁の制御が行われる。Only when the storage catalyst is not activated and the oxidation catalyst is not activated, the flow rate regulating valve is controlled by the reduction suppressing means.

上記課題を解決するために第4の発明では、機関排気通路内に貴金属とNOIn order to solve the above problems, in the fourth invention, noble metal and NO are contained in the engine exhaust passage. XX 吸蔵剤とを有するNONO with storage agent XX 吸蔵触媒が配置され、該NOAn occlusion catalyst is arranged and the NO XX 吸蔵触媒が活性化していないときにはNONO when the storage catalyst is not activated XX 吸蔵触媒に流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに排気ガス中に含まれる二酸化窒素NONitrogen dioxide NO contained in the exhaust gas when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the storage catalyst is lean 22 がNOIs NO XX 吸蔵剤に吸蔵され、該NOOccluded in the occluding agent, the NO XX 吸蔵触媒が活性化しているときにはNONO when the storage catalyst is activated XX 吸蔵触媒に流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに排気ガス中に含まれる窒素酸化物NONitrogen oxide NO contained in the exhaust gas when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the storage catalyst is lean XX がNOIs NO XX 吸蔵剤に吸蔵されるとともにNONO is stored in the storage agent XX 吸蔵触媒に流入する排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチになると吸蔵されている窒素酸化物NONOx stored when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the storage catalyst becomes almost stoichiometric or rich XX がNOIs NO XX 吸蔵剤から放出され、NONO released from the storage agent XX 吸蔵触媒が活性化していないときには機関から排出された排気ガス中の二酸化窒素NONitrogen dioxide NO in exhaust gas exhausted from engine when storage catalyst is not activated 22 が一酸化窒素NOに還元されるのを抑制する還元抑制手段をNONO reduction control means for suppressing the reduction of NO to NO XX 吸蔵触媒の上流側の排気通路に具備し、上記還元抑制手段は、機関排気通路内であってNOThe reduction suppression means is provided in the exhaust passage upstream of the storage catalyst, and the NO. XX 吸蔵触媒の上流側に配置されたHC吸着材を有し、該HC吸着材は、放出開始温度よりも低い場合にはHC吸着材に流入する排気ガス中に含まれる炭化水素HCを吸着し、放出開始温度以上の場合にはHC吸着材に吸着している炭化水素HCを放出し、上記放出開始温度は上記NOHaving an HC adsorbent disposed upstream of the storage catalyst, the HC adsorbent adsorbs hydrocarbon HC contained in the exhaust gas flowing into the HC adsorbent when lower than the release start temperature, When the temperature is higher than the release start temperature, hydrocarbon HC adsorbed on the HC adsorbent is released, and the release start temperature is the NO. XX 吸蔵触媒が活性化する温度よりも高く、上記NOHigher than the temperature at which the storage catalyst is activated, XX 吸蔵触媒が活性化していないときにはHC吸着材によって機関から排出された排気ガス中の炭化水素HCが吸着されることで排気ガス中の炭化水素HCによって二酸化窒素NOWhen the storage catalyst is not activated, the hydrocarbon HC in the exhaust gas exhausted from the engine by the HC adsorbent is adsorbed, so that the hydrocarbon HC in the exhaust gas causes nitrogen dioxide NO. 22 が一酸化窒素NOに還元されることが抑制される。Is reduced to nitric oxide NO.

上記課題を解決するために、第5の発明では、機関排気通路内に貴金属とNOIn order to solve the above problems, in the fifth aspect of the invention, noble metal and NO in the engine exhaust passage. XX 吸蔵剤とを有するNONO with storage agent XX 吸蔵触媒が配置され、該NOAn occlusion catalyst is arranged and the NO XX 吸蔵触媒が活性化していないときにはNONO when the storage catalyst is not activated XX 吸蔵触媒に流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに排気ガス中に含まれる二酸化窒素NONitrogen dioxide NO contained in the exhaust gas when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the storage catalyst is lean 22 がNOIs NO XX 吸蔵剤に吸蔵され、該NOOccluded in the occluding agent, the NO XX 吸蔵触媒が活性化しているときにはNONO when the storage catalyst is activated XX 吸蔵触媒に流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに排気ガス中に含まれる窒素酸化物NONitrogen oxide NO contained in the exhaust gas when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the storage catalyst is lean XX がNOIs NO XX 吸蔵剤に吸蔵されるとともにNONO is stored in the storage agent XX 吸蔵触媒に流入する排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチになると吸蔵されている窒素酸化物NONOx stored when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the storage catalyst becomes almost stoichiometric or rich XX がNOIs NO XX 吸蔵剤から放出され、NONO released from the storage agent XX 吸蔵触媒が活性化していないときには機関から排出された排気ガス中の二酸化窒素NONitrogen dioxide NO in exhaust gas exhausted from engine when storage catalyst is not activated 22 が一酸化窒素NOに還元されるのを抑制する還元抑制手段をNONO reduction control means for suppressing the reduction of NO to NO XX 吸蔵触媒の上流側の排気通路に具備し、機関排気通路内であって上記NOIt is provided in the exhaust passage on the upstream side of the storage catalyst, inside the engine exhaust passage, and the above NO XX 吸蔵触媒の上流側に配置され且つ貴金属を担持した酸化触媒と、該酸化触媒をバイパスするためのバイパス通路と、前記酸化触媒に流入する排気ガスの流量と上記バイパス通路に流入する排気ガスの流量とを調整する流量調整弁とをさらに具備し、上記バイパス通路上にはHC吸着材が設けられ、該HC吸着材は、放出開始温度よりも低い場合にはHC吸着材に流入する排気ガス中に含まれる炭化水素HCを吸着し、放出開始温度以上の場合にはHC吸着材に吸着している炭化水素HCを放出し、上記NOAn oxidation catalyst disposed upstream of the storage catalyst and supporting a noble metal, a bypass passage for bypassing the oxidation catalyst, a flow rate of exhaust gas flowing into the oxidation catalyst, and a flow rate of exhaust gas flowing into the bypass passage A HC adsorbent is provided on the bypass passage, and the HC adsorbent is contained in the exhaust gas flowing into the HC adsorbent when the temperature is lower than the discharge start temperature. The hydrocarbon HC contained in the HC is adsorbed, and if it is above the release start temperature, the hydrocarbon HC adsorbed on the HC adsorbent is released, XX 吸蔵触媒が活性化していないときには、上記還元抑制手段は機関から排出された排気ガスのほぼ全てがバイパス通路に流入するように流量調整弁を制御する。When the storage catalyst is not activated, the reduction suppression means controls the flow rate adjustment valve so that almost all of the exhaust gas discharged from the engine flows into the bypass passage.

上記課題を解決するために、第6の発明では、機関排気通路内に貴金属とNOIn order to solve the above-mentioned problem, in the sixth invention, noble metal and NO in the engine exhaust passage. XX 吸蔵剤とを有するNONO with storage agent XX 吸蔵触媒が配置され、該NOAn occlusion catalyst is arranged and the NO XX 吸蔵触媒が活性化していないときにはNONO when the storage catalyst is not activated XX 吸蔵触媒に流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに排気ガス中に含まれる二酸化窒素NONitrogen dioxide NO contained in the exhaust gas when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the storage catalyst is lean 22 がNOIs NO XX 吸蔵剤に吸蔵され、該NOOccluded in the occluding agent, the NO XX 吸蔵触媒が活性化しているときにはNONO when the storage catalyst is activated XX 吸蔵触媒に流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに排気ガス中に含まれる窒素酸化物NONitrogen oxide NO contained in the exhaust gas when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the storage catalyst is lean XX がNOIs NO XX 吸蔵剤に吸蔵されるとともにNONO is stored in the storage agent XX 吸蔵触媒に流入する排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチになると吸蔵されている窒素酸化物NONOx stored when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the storage catalyst becomes almost stoichiometric or rich XX がNOIs NO XX 吸蔵剤から放出され、NONO released from the storage agent XX 吸蔵触媒が活性化していないときには機関から排出された排気ガス中の二酸化窒素NONitrogen dioxide NO in exhaust gas exhausted from engine when storage catalyst is not activated 22 が一酸化窒素NOに還元されるのを抑制する還元抑制手段をNONO reduction control means for suppressing the reduction of NO to NO XX 吸蔵触媒の上流側の排気通路に具備し、上記機関排気通路は、基幹通路と、両端が該基幹通路上の分岐部に連結された環状通路と、該環状通路を一方の方向におよび該一方の方向とは反対方向に流れる排気ガスの流量と該環状通路に流入せずに基幹通路を流れる排気ガスの流量とを調整する流量調整弁とを具備し、上記NOThe engine exhaust passage is provided in an upstream exhaust passage of the storage catalyst. The engine exhaust passage includes a trunk passage, an annular passage having both ends connected to a branch portion on the trunk passage, and the annular passage in one direction. A flow rate adjusting valve that adjusts the flow rate of the exhaust gas flowing in the direction opposite to the direction of the exhaust gas and the flow rate of the exhaust gas flowing through the main passage without flowing into the annular passage, XX 吸蔵触媒が環状通路内に設けられると共に貴金属を担持した酸化触媒が上記環状通路内であってNOAn occlusion catalyst is provided in the annular passage, and an oxidation catalyst supporting a noble metal is provided in the annular passage. XX 吸蔵触媒の一方の側に配置され、さらにHC吸着材が上記環状通路内であってNOIt is arranged on one side of the storage catalyst, and further the HC adsorbent is in the annular passage and NO. XX 吸蔵触媒の上記一方の側とは反対側に配置され、該HC吸着材は、放出開始温度よりも低い場合にはHC吸着材に流入する排気ガス中に含まれる炭化水素HCを吸着し、放出開始温度以上の場合にはHC吸着材に吸着している炭化水素HCを放出し、上記NOThe HC adsorbent is disposed on the side opposite to the one side of the storage catalyst, and adsorbs and releases hydrocarbon HC contained in the exhaust gas flowing into the HC adsorbent when the HC adsorbent is lower than the release start temperature. When the temperature is higher than the start temperature, the hydrocarbon HC adsorbed on the HC adsorbent is released, and the NO XX 吸蔵触媒が活性化していないときには、上記還元抑制手段は機関から排出された排気ガスのほぼ全てが環状通路をHC吸着材、NOWhen the storage catalyst is not activated, the reduction suppressing means allows almost all of the exhaust gas discharged from the engine to pass through the annular passage through the HC adsorbent, NO XX 吸蔵触媒、酸化触媒の順に流れるように流量調整弁を制御する。The flow rate adjustment valve is controlled so that the storage catalyst and the oxidation catalyst flow in this order.

第7の発明では、第1〜第6のいずれか一つの発明において、NO X 吸蔵触媒が活性化していないときにはリーン空燃比のもとで燃焼を行ったときに発生する一酸化窒素NOに対する二酸化窒素NO 2 の割合を増大させるNO 2 割合増大手段をさらに具備する。
第7の発明によれば、NO X 吸蔵触媒が活性化していないときに、二酸化窒素NO 2 が一酸化窒素NOに還元されるのが抑制されるだけでなく、機関から排出される排気ガス中の一酸化窒素NOに対する二酸化窒素NO 2 の割合が大きいため、より多くのNO X がNO X 吸蔵触媒に吸蔵され、NO X 吸蔵触媒が活性化していないときにおけるNO X 吸蔵触媒によるNO X の浄化効果を高めることができる。
In the seventh invention, in any one of the first to sixth inventions, when the NO x storage catalyst is not activated, the carbon dioxide with respect to the nitric oxide NO generated when combustion is performed under a lean air-fuel ratio. A NO 2 ratio increasing means for increasing the ratio of nitrogen NO 2 is further provided.
According to the seventh invention, when the NO x storage catalyst is not activated , the reduction of nitrogen dioxide NO 2 to nitrogen monoxide NO is not only suppressed, but also in the exhaust gas discharged from the engine. purification for large proportion of the nitrogen dioxide nO 2 with respect to nitrogen monoxide nO, more of the nO X is stored in the nO X storage catalyst, of the nO X by the nO X storage catalyst definitive when the nO X storage catalyst is not activated The effect can be enhanced.

本発明によれば、NOX吸蔵触媒が活性化していないときであっても、NOX吸蔵触媒は流入する排気ガス中のNOXを多く吸蔵することができ、よって排気ガス中のNOXを良好に浄化することができる。 According to the present invention, even when the NO X storage catalyst is not activated, the NO X storage catalyst can store a large amount of NO X in the inflowing exhaust gas, and therefore NO X in the exhaust gas can be stored. It can be purified well.

図1は本発明を圧縮自着火式内燃機関に適用した場合を示している。なお、本発明は火花点火式内燃機関にも適用することもできる。   FIG. 1 shows a case where the present invention is applied to a compression self-ignition internal combustion engine. 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の入口はエアクリーナ8に連結される。吸気ダクト6内にはステップモータにより駆動されるスロットル弁9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10が配置される。図1に示した実施形態では機関冷却水が冷却装置10内に導かれ、機関冷却水によって吸入空気が冷却される。   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 through the intake duct 6, and the inlet of the compressor 7 a is connected to the air cleaner 8. A throttle valve 9 driven by a step motor is arranged in the intake duct 6, and a cooling device 10 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 10 and the intake air is cooled by the engine cooling water.

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の出口は排気管11を介して酸化触媒12を内蔵したケーシング13に連結され、さらに、ケーシング13の出口は排気管11を介してNOX吸蔵触媒14を内蔵したケーシング15に連結される。また、酸化触媒12の上流側の排気管11上に位置する分岐部16から酸化触媒12をバイパスするバイパス管17が分岐し、バイパス管17は酸化触媒12とNOX吸蔵触媒14との間の排気管11に連結される。分岐部16には、酸化触媒12に流入する排気ガスの流量とバイパス管11に流入する排気ガスの流量とを調整する流量調整弁18が設けられる。排気マニホルド5の集合部出口には排気マニホルド5内を流れる排気ガス中に例えば炭化水素からなる還元剤を供給するための還元剤供給弁19が配置される。 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 casing 13 containing the oxidation catalyst 12 via the exhaust pipe 11. Is connected through an exhaust pipe 11 to a casing 15 containing a NO x storage catalyst 14. Further, a bypass pipe 17 that bypasses the oxidation catalyst 12 branches from a branch portion 16 located on the exhaust pipe 11 upstream of the oxidation catalyst 12, and the bypass pipe 17 is connected between the oxidation catalyst 12 and the NO x storage catalyst 14. Connected to the exhaust pipe 11. The branch portion 16 is provided with a flow rate adjusting valve 18 that adjusts the flow rate of the exhaust gas flowing into the oxidation catalyst 12 and the flow rate of the exhaust gas flowing into the bypass pipe 11. A reducing agent supply valve 19 for supplying a reducing agent made of, for example, hydrocarbons into the exhaust gas flowing through the exhaust manifold 5 is disposed at the outlet of the collecting portion of the exhaust manifold 5.

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20を介して互いに連結され、EGR通路20内には電子制御式EGR制御弁21が配置される。また、EGR通路20周りにはEGR通路20内を流れるEGRガスを冷却するためのEGR冷却装置22が配置される。図1に示した実施形態では機関冷却水がEGR冷却装置22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23を介して燃料リザーバ、いわゆるコモンレール24に連結される。このコモンレール24内へは電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ25から燃料が供給され、コモンレール24内に供給された燃料は各燃料供給管23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 20, and an electronically controlled EGR control valve 21 is disposed in the EGR passage 20. Further, an EGR cooling device 22 for cooling the EGR gas flowing through the EGR passage 20 is disposed around the EGR passage 20. In the embodiment shown in FIG. 1, the engine cooling water is guided into the EGR cooling device 22, and the EGR gas is cooled by the engine cooling water. On the other hand, each fuel injection valve 3 is connected to a fuel reservoir, so-called common rail 24, via a fuel supply pipe 23. Fuel is supplied into the common rail 24 from an electronically controlled fuel pump 25 with variable discharge amount, and the fuel supplied into the common rail 24 is supplied to the fuel injection valve 3 through each fuel supply pipe 23.

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および出力ポート36を具備する。酸化触媒12およびNOX吸蔵触媒14には酸化触媒12およびNOX吸蔵触媒14の温度をそれぞれ検出するための温度センサ26、27が取付けられ、これら温度センサ26、27の出力信号は対応するAD変換器37を介して入力ポート35に入力される。また、アクセルペダル40にはアクセルペダル40の踏込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ41が接続され、負荷センサ41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42が接続される。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9駆動用ステップモータ、還元剤供給弁19、EGR制御弁21、および燃料ポンプ25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. The oxidation catalyst 12 and the NO X storing catalyst 14 is attached a temperature sensor 26, 27 for detecting the temperature of the oxidation catalyst 12 and the NO X storage catalyst 14, respectively, the output signals of these temperature sensors 26 and 27 corresponding AD The signal is input to the input port 35 via the converter 37. A load sensor 41 that generates an output voltage proportional to the amount of depression of the accelerator pedal 40 is connected to the accelerator pedal 40, and the output voltage of the load sensor 41 is input to the input port 35 via the corresponding AD converter 37. The Further, the input port 35 is connected to a crank angle sensor 42 that generates an output pulse every time the crankshaft rotates, for example, 15 °. On the other hand, the output port 36 is connected to the fuel injection valve 3, the step motor for driving the throttle valve 9, the reducing agent supply valve 19, the EGR control valve 21, and the fuel pump 25 through corresponding drive circuits 38.

図1に示すNOX吸蔵触媒14はモノリス触媒からなり、このNOX吸蔵触媒14の基体上には例えばアルミナからなる触媒担体が担持されている。図2(A)、(B)はこの触媒担体50の表面部分の断面を図解的に示している。図2(A)、(B)に示したように触媒担体50の表面上には触媒貴金属51が分散して担持されており、更に触媒担体50の表面上にはNOX吸蔵剤52の層が形成されている。 The NO x storage catalyst 14 shown in FIG. 1 is composed of a monolith catalyst, and a catalyst carrier made of alumina, for example, is supported on the base of the NO x storage catalyst 14. 2A and 2B schematically show a cross section of the surface portion of the catalyst carrier 50. As shown in FIGS. 2A and 2B, the catalyst noble metal 51 is dispersedly supported on the surface of the catalyst carrier 50, and the NO x storage agent 52 layer is further formed on the surface of the catalyst carrier 50. Is formed.

本実施形態では触媒貴金属51として白金Ptが用いられており、NOX吸蔵剤52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 this embodiment, platinum Pt is used as the catalyst noble metal 51, and the constituents of the NO x storage agent 52 are, for example, alkali metals such as potassium K, sodium Na, cesium Cs, barium Ba, and calcium Ca. At least one selected from alkaline earths, rare earths such as lanthanum La and yttrium Y is used.

機関吸気通路、燃焼室2およびNOX吸蔵触媒14上流の排気通路内に供給された空気および燃料(炭化水素)の比を排気ガスの空燃比と称するとNOX吸蔵剤52は、触媒貴金属51が活性化していれば、すなわちNOX吸蔵触媒14が活性化していればNOX吸蔵触媒に流入する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。なお、NOX吸蔵触媒14上流の排気通路内に燃料(炭化水素)または空気が供給されない場合には排気ガスの空燃比は燃焼室2内に供給される混合気の空燃比に一致し、したがってこの場合にはNOX吸蔵剤52は燃焼室2内に供給される混合気の空燃比がリーンのときにはNOXを吸収し、燃焼室2内に供給される混合気中の酸素濃度が低下すると吸収したNOXを放出することになる。 When the ratio of air and fuel (hydrocarbon) supplied to the engine intake passage, the combustion chamber 2 and the exhaust passage upstream of the NO x storage catalyst 14 is referred to as the air-fuel ratio of the exhaust gas, the NO x storage agent 52 If There if activated, i.e. when the air-fuel ratio of the exhaust gas the NO X storing catalyst 14 is flowing into the NO X storage catalyst if activated absorbs NO X when the lean, the oxygen concentration in the exhaust gas falls performing absorption and release action of the NO X to release the absorbed NO X. When fuel (hydrocarbon) or air is not supplied into the exhaust passage upstream of the NO x storage catalyst 14, the air-fuel ratio of the exhaust gas matches the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied into the combustion chamber 2. In this case, the NO x storage agent 52 absorbs NO x when the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied into the combustion chamber 2 is lean, and the oxygen concentration in the air-fuel mixture supplied into the combustion chamber 2 decreases. The absorbed NO x will be released.

すなわち、NOX吸蔵剤52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触媒貴金属51が活性化していれば排気ガス中に含まれるNOは図2(A)に示したように白金Pt51上において酸化されてNO2となり、次いでNOX吸蔵剤52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NO3 -の形でNOX吸蔵剤52内に拡散する。このようにしてNOXがNOX吸蔵剤52内に吸収される。排気ガス中の酸素濃度が高い限り白金Pt51の表面でNO2が生成され、NOX吸蔵剤52のNOX吸収能力が飽和しない限りNO2がNOX吸蔵剤52内に吸収されて硝酸イオンNO3 -が生成される。 That is, the case where barium Ba is used as a component constituting the NO x storage agent 52 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 catalyst noble metal 51 is activated. 2A, the NO contained in the exhaust gas is oxidized on the platinum Pt 51 to become NO 2 as shown in FIG. 2A, and then absorbed into the NO X storage agent 52 and combined with the barium oxide BaO. It diffuses into the NO x storage agent 52 in the form of nitrate ions NO 3 . In this way, NO X is absorbed in the NO X storage agent 52. Oxygen concentration in the exhaust gas, NO 2 is produced on the surface as long as the platinum Pt51 high, the NO X storage agent 52 of the NO X absorbing capacity so long as NO 2 not to saturate is absorbed in the NO X absorbent 52 nitrate ions NO 3 - is generated.

これに対し、燃焼室2内における空燃比をほぼ理論空燃比あるいはリッチにすることによって、または還元剤供給弁19から還元剤を供給することによって排気ガスの空燃比をほぼ理論空燃比あるいは理論空燃比にすると排気ガス中の酸素濃度が低下するために反応が逆方向(NO3 -→NO2)に進み、斯くしてNOX吸蔵剤52内の硝酸イオンNO3 -がNO2の形でNOX吸蔵剤52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。なお、上記説明では、NOXはNOX吸蔵剤に吸収される(すなわち、硝酸塩等の形で蓄積する)ものとして説明しているが、実際にはNOXは吸収されているのか吸着(すなわち、NOXをNO2等の形で吸着する)しているのかは必ずしも明確ではなく、これら吸収および吸着の両概念を含む吸蔵という用語を用いる。本明細書では、特に、NOX吸蔵触媒が活性化しているときに行われる吸蔵を「高温吸蔵」と称する。また、NOX吸蔵剤からの「放出」という用語についても、「吸収」に対応する「放出」の他、「吸着」に対応する「脱離」の意味も含むものとして用いる。 On the other hand, by making the air-fuel ratio in the combustion chamber 2 substantially the stoichiometric air-fuel ratio or rich, or by supplying the reducing agent from the reducing agent supply valve 19, the air-fuel ratio of the exhaust gas is substantially the stoichiometric air-fuel ratio or stoichiometric air-fuel. When the fuel ratio is increased, the oxygen concentration in the exhaust gas decreases, so that the reaction proceeds in the reverse direction (NO 3 → NO 2 ), so that the nitrate ions NO 3 in the NO X storage agent 52 are in the form of NO 2 . Released from the NO X storage agent 52. Next, the released NO x is reduced by unburned HC and CO contained in the exhaust gas. In the above description, it has been described that NO x is absorbed by the NO x storage agent (that is, accumulates in the form of nitrate or the like). However, whether NO x is actually absorbed or adsorbed (that is, It is not always clear whether NO x is adsorbed in the form of NO 2 or the like, and the term occlusion including both the concepts of absorption and adsorption is used. In the present specification, in particular, the storage performed when the NO X storage catalyst is activated is referred to as “high temperature storage”. Further, the term “release” from the NO X storage agent is used to include the meaning of “desorption” corresponding to “adsorption” in addition to “release” corresponding to “absorption”.

ところで白金Pt51の酸化能力は温度によって変化し、白金Pt51の温度が低いとその酸化能力も低い。このため、図3(A)に示したように、NOX吸蔵触媒14の温度が低下すると、白金Pt51によるNOからNO2への酸化率(以下、「NO酸化率」と称す)が低下する。本実施形態では、図3(A)から分かるようにNOX吸蔵触媒14の温度TCがほぼ250℃よりも低くなるとNO酸化率は急速に低下し、NOX吸蔵触媒14の温度TCがほぼ200℃になるとNO酸化率がほぼ50パーセントとなる。本実施形態ではNO酸化率がほぼ50パーセントになったときに、すなわちNOX吸蔵触媒14の温度TCがほぼ200℃(=Ts)になったときにNOX吸蔵触媒14が活性化したと判断される。 By the way, the oxidation ability of platinum Pt51 varies depending on the temperature. When the temperature of platinum Pt51 is low, the oxidation ability is low. For this reason, as shown in FIG. 3A, when the temperature of the NO x storage catalyst 14 decreases, the oxidation rate from NO to NO 2 by platinum Pt 51 (hereinafter referred to as “NO oxidation rate”) decreases. . In this embodiment, the temperature TC approximately 250 becomes the NO oxidation rate lower than ℃ of the NO X storing catalyst 14 as can be seen from FIG. 3 (A) rapidly decreases, the temperature TC approximately 200 of the NO X storage catalyst 14 At 0 ° C., the NO oxidation rate is approximately 50%. When NO oxidation rate is almost 50% in this embodiment, i.e. determines that the NO X storing catalyst 14 when it is temperature TC approximately 200 ℃ (= Ts) of the NO X storage catalyst 14 is activated Is done.

さて、排気ガス中の窒素酸化物NOXは一酸化窒素NOの形ではNOX吸蔵剤52に吸収されず、二酸化窒素NO2の形にならなければNOX吸蔵剤52に吸収されない。すなわち、排気ガス中に含まれる窒素酸化物NOXは通常一酸化窒素NOの方が多く、この一酸化窒素NOは二酸化窒素NO2にならないと、すなわち酸化されないとNOX吸蔵剤52に吸収されない。一酸化窒素NOを酸化するには触媒貴金属51が活性化していることが必要であり、したがってこれまでNOXを浄化するためには触媒貴金属51が活性化していることが必要であると考えられてきた。 The nitrogen oxide NO x in the exhaust gas is not absorbed by the NO x storage agent 52 in the form of nitrogen monoxide NO, and is not absorbed by the NO x storage agent 52 unless it is in the form of nitrogen dioxide NO 2 . That is, nitrogen oxide NO x contained in the exhaust gas is usually more nitric oxide NO, and this nitric oxide NO is not absorbed by the NO x storage agent 52 unless it becomes nitrogen dioxide NO 2 , that is, it is not oxidized. . To oxidize nitrogen monoxide NO is necessary that the catalytic noble metal 51 is activated, thus to purify the NO X ever considered the catalyst precious metal 51 is required to have activated I came.

ところがこのNOX吸蔵触媒14について本発明者が研究を重ねた結果、排気ガス中に含まれる一酸化窒素NOは白金51が活性化しないと、すなわちNOX吸蔵触媒14が活性化しないとNOX吸蔵剤52に吸収されないが、排気ガス中に含まれる二酸化窒素NO2はNOX吸蔵触媒14が活性化しなくても図2(B)に示したように例えば亜硝酸NO2 -の形でNOX吸蔵剤52に吸蔵されることが判明したのである。なお、この場合も、NOX吸蔵触媒14が活性化している場合と同様に、二酸化窒素NO2はNOX吸蔵剤52に吸着するのか、或いはNOX吸蔵剤52内に吸収されるのかは必ずしも明確ではなく、これら吸着と吸収とを合わせた「吸蔵」と称する。本明細書では、特に、NOX吸蔵触媒が活性化していないときに行われる吸蔵を「低温吸蔵」と称する。 However the inventors of the present inventors have repeatedly studied this the NO X storing catalyst 14, the nitrogen monoxide NO contained in the exhaust gas is platinum 51 is not activated, i.e. NO X when storing catalyst 14 is not activated NO X Although not absorbed by the storage agent 52, the nitrogen dioxide NO 2 contained in the exhaust gas is, for example, NO in the form of nitrous acid NO 2 as shown in FIG. 2B even if the NO x storage catalyst 14 is not activated. It was found that the X occlusion agent 52 occludes. Also in this case, as in the case of the NO X storing catalyst 14 is activated, or the nitrogen dioxide NO 2 from being adsorbed in the NO X absorbent 52, or either being absorbed in the NO X absorbent 52 is not always It is not clear, and it is called “occlusion” that combines these adsorption and absorption. In the present specification, in particular, the storage performed when the NO x storage catalyst is not activated is referred to as “low temperature storage”.

このようにNOX吸蔵触媒14が活性化していなくても二酸化窒素NO2が吸蔵されるのでNOX吸蔵触媒14が活性化していないときには、例えば機関始動後暫らくの間はNOX吸蔵触媒14に流入する排気ガス中の一酸化窒素NOの量が少なく、排気ガス中の二酸化窒素NO2の量が多いことが好ましい。そこで本実施形態では、このようなときに機関本体1から排出された排気ガスがNOX吸蔵触媒14に到達するまでの間に、排気ガス中のNO2がNOに還元されるのを抑制するようにしている。 Thus the NO X storage since the catalyst 14 is nitrogen dioxide NO 2 is occluded even without activated when the NO X storing catalyst 14 is not activated, for example during starting of the engine after the interim pleasure the NO X storing catalyst 14 It is preferable that the amount of nitrogen monoxide NO in the exhaust gas flowing into the exhaust gas is small and the amount of nitrogen dioxide NO 2 in the exhaust gas is large. Therefore, in the present embodiment, it is possible to prevent NO 2 in the exhaust gas from being reduced to NO before the exhaust gas discharged from the engine body 1 reaches the NO x storage catalyst 14 in such a case. I am doing so.

ところで、図1に示したように、本実施形態の内燃機関では、NOX吸蔵触媒14の上流側に酸化触媒12が設けられている。この酸化触媒12は、例えば、後述するNOX放出処理において還元剤添加弁19から還元剤を添加した際に、添加した還元剤を酸素と確実に反応させてNOX吸蔵触媒14に流入する排気ガス中の酸素濃度を低下させるため、またはNOX吸蔵触媒14の上流側部分で未燃のHCや還元剤が反応してその下流側部分の温度のみが昇温したりしてNOX吸蔵触媒14に温度分布ができてしまうのを抑制するために設けられる。 Incidentally, as shown in FIG. 1, in the internal combustion engine of the present embodiment, the oxidation catalyst 12 is provided on the upstream side of the NO x storage catalyst 14. The oxidation catalyst 12 is, for example, an exhaust gas that flows into the NO X storage catalyst 14 by causing the added reducing agent to react reliably with oxygen when a reducing agent is added from the reducing agent addition valve 19 in the NO X release process described later. In order to reduce the oxygen concentration in the gas, or the unburned HC or reducing agent reacts in the upstream portion of the NO x storage catalyst 14 and only the temperature in the downstream portion rises, so the NO x storage catalyst. 14 is provided to suppress the temperature distribution.

この酸化触媒12にも白金Ptが担持されており、その酸化能力は温度が低くなると低下する。したがって、酸化触媒12においても、白金PtによるNOからNO2への酸化率は図3(A)に示したNOX吸蔵触媒14の白金によるNO酸化率と同様となる。一方、酸化触媒12が活性化していない場合、すなわち酸化触媒12の温度が白金Ptの活性温度よりも低い場合には、酸化触媒12に担持された白金Ptは還元能力を発揮し、この還元能力は酸化触媒12の温度が低くなると高くなる。このため、図3(B)に示したように、酸化触媒12が活性化していない場合、温度が低下すると白金PtによるNO2からNOへの還元率(以下、「NO還元率」と称す)が上昇する。すなわち、酸化触媒12が活性化していない場合、排気ガスが酸化触媒12を通ってNOX吸蔵触媒14に流入すると、酸化触媒12で二酸化窒素NO2が一酸化窒素NOに還元されて、機関本体1から排出された排気ガス中の一酸化窒素NOの割合(=NOの量/NOXの量)よりもNOX吸蔵触媒14へ流入する排気ガス中の一酸化窒素NOの割合がかなり多くなる。このため、このときNOX吸蔵触媒14が活性化していないと、NOX吸蔵触媒14はNOXを吸蔵できず、よってNOX吸蔵触媒14によるNOX浄化率が低いものとなってしまう。 This oxidation catalyst 12 also carries platinum Pt, and its oxidation ability decreases as the temperature decreases. Accordingly, also in the oxidation catalyst 12, the oxidation rate from NO to NO 2 by platinum Pt is the same as the NO oxidation rate by platinum of the NO x storage catalyst 14 shown in FIG. On the other hand, when the oxidation catalyst 12 is not activated, that is, when the temperature of the oxidation catalyst 12 is lower than the activation temperature of platinum Pt, the platinum Pt supported on the oxidation catalyst 12 exhibits a reducing ability, and this reducing ability. Increases as the temperature of the oxidation catalyst 12 decreases. For this reason, as shown in FIG. 3B, when the oxidation catalyst 12 is not activated, the rate of reduction from NO 2 to NO by platinum Pt (hereinafter referred to as “NO reduction rate”) when the temperature decreases. Rises. That is, when the oxidation catalyst 12 is not activated, the exhaust gas flows into the NO X storing catalyst 14 through the oxidation catalyst 12, and nitrogen dioxide NO 2 is reduced to nitrogen monoxide NO in the oxidation catalyst 12, the engine body The ratio of nitrogen monoxide NO in the exhaust gas flowing into the NO x storage catalyst 14 is considerably higher than the ratio of nitric oxide NO in the exhaust gas discharged from 1 (= NO amount / NO x amount). . Therefore, this time the NO X storing catalyst 14 is not activated, the NO X storing catalyst 14 can not absorb NO X, thus becomes one NO X purification rate by the NO X storage catalyst 14 is low.

そこで本実施形態では、NOX吸蔵触媒14および酸化触媒12が活性化していないときには、流量調整弁18を排気ガスが酸化触媒12に流入せずにバイパス管17に流入するバイパス位置(図1に実線で示した位置)へと揺動させ、このバイパス位置に位置決めする。これにより、NOX吸蔵触媒14および酸化触媒12が活性化していないときには、機関本体1から排出された排気ガスは酸化触媒12を介さずに直接NOX吸蔵触媒14に流入し、よって排気ガス中のNO2がNOに還元されるのが抑制せしめられる。これにより、NOX吸蔵触媒14および酸化触媒12が活性化していないときであっても、NOX吸蔵触媒14によるNOXの浄化率を高く維持することができる。 Therefore, in the present embodiment, when the NO x storage catalyst 14 and the oxidation catalyst 12 are not activated, the flow rate adjusting valve 18 bypasses the exhaust gas into the oxidation catalyst 12 and flows into the bypass pipe 17 (see FIG. 1). The position is moved to the position indicated by the solid line) and positioned at this bypass position. Thus, when the NO x storage catalyst 14 and the oxidation catalyst 12 are not activated, the exhaust gas discharged from the engine body 1 flows directly into the NO x storage catalyst 14 without passing through the oxidation catalyst 12, and thus in the exhaust gas. NO 2 is reduced to NO. Accordingly, even when the the NO X storing catalyst 14 and the oxidation catalyst 12 is not activated, it is possible to maintain a high purification rate of the NO X by the NO X storage catalyst 14.

さて、NOX吸蔵触媒14が活性化すると、リーン空燃比のもとで燃焼が行われているときにNOX吸蔵触媒14に流入する排気ガス(以下、「流入排気ガス」と称す)中のNOXがNOX吸蔵剤52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吸蔵剤52のNOX吸収能力が飽和してしまい、斯くしてNOX吸蔵剤52によりNOXを吸収できなくなってしまう。そこで本実施形態ではNOX吸蔵剤52の吸収能力が飽和する前に還元剤供給弁19から還元剤を供給することによって流入排気ガスの空燃比を一時的にほぼ理論空燃比またはリッチ(以下、「ストイキ・リッチ」と称す)にし、それによってNOX吸蔵剤52からNOXを放出させるようにしている(NOX放出処理)。 When the NO x storage catalyst 14 is activated, the exhaust gas flowing into the NO x storage catalyst 14 (hereinafter referred to as “inflow exhaust gas”) when combustion is performed at a lean air-fuel ratio is performed. NO X is absorbed in the NO X storage agent 52. However, the absorption when burned under a lean air-fuel ratio is continued, it would be NO X absorbing capacity of the NO X absorbent 52 is saturated during the NO X by the NO X storage agent 52 and thus It becomes impossible. Therefore, in this embodiment, by supplying the reducing agent from the reducing agent supply valve 19 before the absorption capacity of the NO X storage agent 52 is saturated, the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is temporarily made substantially the stoichiometric air-fuel ratio or rich (hereinafter referred to as “rich”). to be referred to as "stoichiometric-rich"), thereby being so as to release the NO X from the NO X storage agent 52 (NO X emission process).

より詳細には、本実施形態では、NOX吸蔵触媒14のNOX吸蔵剤52に吸蔵されている吸蔵NOX量ΣNOXが算出され、算出された吸蔵NOX量ΣNOXが予め定められた許容値NXを越えたときに排気ガスの空燃比がリーンからリッチに切換えられ、それによってNOX吸蔵剤52からNOXが放出される。 More specifically, in the present embodiment, the stored NO X amount ΣNOX stored in the NO X storage agent 52 of the NO X storage catalyst 14 is calculated, and the calculated stored NO X amount ΣNOX is a predetermined allowable value. air-fuel ratio of the exhaust gas is switched from lean to rich when it exceeds NX, whereby NO X from absorbent 52 NO X is released.

単位時間当りに機関本体1から排出されるNOX量は燃料噴射量Qと機関回転数Nの関数であり、したがって単位時間当りにNOX吸蔵剤52に吸蔵されるNOX吸蔵量NOXAは燃料噴射量Qと機関回転数Nの関数となる。本実施形態では燃料噴射量Qと機関回転数Nに応じた単位時間当りのNOX吸蔵量NOXAが予め実験により求められており、このNOX吸蔵量NOXAが燃料噴射量Qと機関回転数Nの関数として図4(A)に示すようにマップの形で予めROM32内に記憶されている。 The amount of NO x discharged from the engine body 1 per unit time is a function of the fuel injection amount Q and the engine speed N, and therefore the NO x storage amount NOXA stored in the NO x storage agent 52 per unit time is the fuel. This is a function of the injection amount Q and the engine speed N. In this embodiment, the NO X storage amount NOXA per unit time corresponding to the fuel injection amount Q and the engine speed N is obtained in advance by experiments, and this NO X storage amount NOXA is determined based on the fuel injection amount Q and the engine speed N. As shown in FIG. 4A, the function is stored in advance in the ROM 32 in the form of a map.

一方、NOX吸蔵剤52へのNOX吸蔵率KNは、NOX吸蔵触媒14および酸化触媒12の酸化能力に応じて変わるため、NOX吸蔵触媒14の温度TCと酸化触媒12の温度TOとに依存する。本実施形態では、NOX吸蔵触媒14の温度TCと酸化触媒12の温度TOとに応じたNOX吸蔵率KNが予め実験的に求められており、このNOX吸蔵率KNがNOX吸蔵触媒14の温度TCと酸化触媒12の温度TOとの関数として図4(B)に示すようにマップの形で予めROM32内に記憶されている。 On the other hand, the NO X storage rate KN in the NO X storage agent 52 varies depending on the oxidation ability of the NO X storage catalyst 14 and the oxidation catalyst 12, and therefore the temperature TC of the NO X storage catalyst 14 and the temperature TO of the oxidation catalyst 12 Depends on. In this embodiment, the NO X storage rate KN corresponding to the temperature TC of the NO X storage catalyst 14 and the temperature TO of the oxidation catalyst 12 is experimentally obtained in advance, and this NO X storage rate KN is determined as the NO X storage catalyst. As a function of the temperature TC of 14 and the temperature TO of the oxidation catalyst 12, it is stored in advance in the ROM 32 in the form of a map as shown in FIG.

そして、単位時間当たりのNOX吸蔵剤52への実際のNOX吸蔵量はNOXAとNOX吸蔵率KNとの積NOXA・KNで表わされ、この単位時間当たりの実際のNOX吸蔵量NOXA・KNの積算値ΣNOXがNOX吸蔵剤52に吸蔵されている積算吸蔵NOX量を表す。 The actual NO X storage amount in the NO X storage agent 52 per unit time is represented by the product NOXA · KN of NOXA and NO X storage rate KN, and this actual NO X storage amount NOXA per unit time. The integrated value ΣNOX of KN represents the integrated storage NO X amount stored in the NO X storage agent 52.

ただし、NOX吸蔵触媒14が活性化しておらず且つ酸化触媒12も活性化していない間、上述したように単位時間当たりのNOX吸蔵量は機関本体1から排出される排気ガス中のNO2量に応じて変わる。機関本体1から排出される排気ガス中のNO2量は燃料噴射量Qと機関回転数Nに加えて後述するEGR率や噴射時期の遅角量の関数である。本実施形態ではこれらパラメータに応じた単位時間当りのNO2吸蔵量NO2Aが予め実験により求められ、マップの形で予めROM32内に記憶されている。そして、NOX吸蔵触媒14が活性化しておらず且つ酸化触媒12も活性化していないときには、上述した単位時間当たりの実際のNOX吸蔵量NOXA・KNの代わりに単位時間当たりのNO2吸蔵量NO2Aが吸蔵NOX量ΣNOXに加算される。 However, while the NO X storage catalyst 14 is not activated and the oxidation catalyst 12 is not activated, the NO X storage amount per unit time is the NO 2 in the exhaust gas discharged from the engine body 1 as described above. It depends on the amount. The amount of NO 2 in the exhaust gas discharged from the engine body 1 is a function of the later-described EGR rate and the retard amount of the injection timing in addition to the fuel injection amount Q and the engine speed N. In the present embodiment, the NO 2 occlusion amount NO2A per unit time corresponding to these parameters is obtained in advance by experiments and stored in advance in the ROM 32 in the form of a map. When the NO x storage catalyst 14 is not activated and the oxidation catalyst 12 is not activated, the NO 2 occlusion amount per unit time is used instead of the actual NO x occlusion amount NOXA · KN per unit time described above. NO2A is added to the occluded amount of NO X .SIGMA.NOX.

なお、NOX放出処理においては、還元剤供給弁13から還元剤を供給することによって流入排気ガスの空燃比を一時的にストイキ・リッチにすると説明したが、本実施形態のように圧縮自着火式内燃機関を用いた場合、通常、機関本体1から排出される排気ガスの空燃比のリーン度合は非常に大きく、したがって流入排気ガスの空燃比をストイキ・リッチにするためには多量の還元剤を還元剤供給弁13から供給しなければならない。そこで、本実施形態では、例えば、多量のEGRガスを燃焼室2に導入することで、機関本体1から排出される排気ガスの空燃比のリーン度合を比較的小さくしている。 In the NO x releasing process, it has been described that the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is temporarily stoichiometrically rich by supplying the reducing agent from the reducing agent supply valve 13, but compression auto-ignition is performed as in the present embodiment. When the internal combustion engine is used, the lean degree of the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the engine body 1 is usually very large. Therefore, in order to make the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas stoichiometric and rich, a large amount of reducing agent is required. Must be supplied from the reducing agent supply valve 13. Therefore, in this embodiment, for example, by introducing a large amount of EGR gas into the combustion chamber 2, the lean degree of the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the engine body 1 is made relatively small.

図5は、NOX吸蔵触媒14のNOX浄化能力を維持するための制御ルーチンを示しており、このルーチンは一定時間毎の割り込みによって実行される。 FIG. 5 shows a control routine for maintaining the NO X purification capability of the NO X storage catalyst 14, and this routine is executed by interruption every predetermined time.

図5を参照すると、まず始めにステップ101において、図4(A)に示したマップから単位時間当たりのNOX吸蔵量NOXAと、図4(B)に示したマップからNOX吸蔵率KNが算出される。次いで、ステップ102およびステップ103では、NOX吸蔵触媒14の温度TCが設定温度Tsc、例えば200℃よりも低いか否かおよび酸化触媒12の温度TOが設定温度Tso、例えば200℃よりも低いか否かがそれぞれ判定される。TC<Tscであって、TO<Tsoであるとき、すなわちNOX吸蔵触媒14および酸化触媒12ともに活性化していないと判定されたときにはステップ104へと進んで、流量調整弁18がバイパス位置へと回動され、維持される。これにより、機関本体1から排出された排気ガスは酸化触媒12を介さずにNOX吸蔵触媒14に流入せしめられ、よって酸化触媒12において排気ガス中のNO2がNOに還元されてしまうのが防止される。次いで、ステップ105では、マップから単位時間当たりのNO2吸蔵量NO2Aが算出される。ステップ106では、単位時間当たりのNO2吸蔵量NO2AをΣNOXに加算することによってNOX吸蔵触媒14に吸蔵されている積算吸蔵NOX量ΣNOXが算出される。 Referring to FIG. 5, first, at step 101, the NO X storage amount NOXA per unit time is calculated from the map shown in FIG. 4A, and the NO X storage rate KN is calculated from the map shown in FIG. 4B. Calculated. Next, in step 102 and step 103, whether the temperature TC of the NO x storage catalyst 14 is lower than a set temperature Tsc, for example 200 ° C., and whether the temperature TO of the oxidation catalyst 12 is lower than a set temperature Tso, for example 200 ° C. Each is determined. When TC <Tsc and TO <Tso, that is, when it is determined that both the NO x storage catalyst 14 and the oxidation catalyst 12 are not activated, the routine proceeds to step 104, where the flow regulating valve 18 is moved to the bypass position. Rotated and maintained. As a result, the exhaust gas discharged from the engine body 1 is caused to flow into the NO x storage catalyst 14 without passing through the oxidation catalyst 12, so that NO 2 in the exhaust gas is reduced to NO in the oxidation catalyst 12. Is prevented. Next, at step 105, the NO 2 storage amount NO2A per unit time is calculated from the map. In step 106, the integrated storage amount of NO X ΣNOX that stored in the NO X storing catalyst 14 by adding the NO 2 stored amount NO2A per unit time ΣNOX is calculated.

ステップ102および103において、TC<Tscであって、TO≧Tsoであると判定されたとき、すなわちNOX吸蔵触媒14は活性化していないが酸化触媒12は活性化していると判定されたときには、ステップ107へと進み、ステップ101で算出された単位時間当たりのNOX吸蔵量NOXAとNOX吸蔵率とを用いて、単位時間当たりの実際のNOX吸蔵量NOXA・KNがΣNOXに加算され、積算吸蔵NOX量ΣNOXが算出される。 In Steps 102 and 103, when it is determined that TC <Tsc and TO ≧ Tso, that is, when it is determined that the NO x storage catalyst 14 is not activated but the oxidation catalyst 12 is activated, Proceeding to step 107, using the NO X storage amount NOXA and NO X storage rate calculated in step 101, the actual NO X storage amount NOXA · KN per unit time is added to ΣNOX, integrated storage amount of NO X ΣNOX is calculated.

ステップ102において、TC≧Tscであると判定されたとき、すなわちNOX吸蔵触媒14が活性化していると判定されたときには、ステップ108へと進み、ステップ107と同様に積算吸蔵NOX量ΣNOXが算出される。次いで、ステップ108において算出された積算吸蔵NOX量ΣNOXが許容値NXを越えたか否かが判定される。ΣNOX<NXのときには制御ルーチンが終了せしめられる。一方、ΣNOX≧NXのときにはステップ110へと進んでNOX放出処理が開始される。 When it is determined at step 102 that TC ≧ Tsc, that is, when it is determined that the NO x storage catalyst 14 is activated, the routine proceeds to step 108 where the accumulated stored NO x amount ΣNOX is the same as at step 107. Calculated. Then, the integrated storage amount of NO X ΣNOX calculated in step 108 whether exceeds the allowable value NX is determined. When ΣNOX <NX, the control routine is terminated. On the other hand, when ΣNOX ≧ NX, the routine proceeds to step 110 where the NO X releasing process is started.

図6は、図5のステップ110で開始されるNOX放出処理の処理ルーチンを示している。 FIG. 6 shows a processing routine of the NO x releasing process started at step 110 in FIG.

図6を参照すると、まず初めにステップ121において排気ガスの空燃比を例えば13程度のリッチ空燃比とするのに必要な還元剤の供給量が算出される。次いでステップ122では還元剤の供給時間が算出される。この還元剤の供給時間は通常10秒以下である。次いでステップ123では還元剤供給弁13からの還元剤の供給が開始される。次いでステップ124ではステップ122において算出された還元剤の供給時間が経過したか否かが判別される。還元剤の供給時間が経過していないときにはステップ124に戻る。このとき還元剤の供給が続行され、排気ガスの空燃比が13程度のリッチ空燃比に維持される。これに対し、還元剤の供給時間が経過したとき、すなわちNOX吸蔵剤52からのNOX放出作用が完了したときにはステップ125に進んで還元剤の供給が停止され、次いでステップ126に進んでΣNOXがクリアされる。 Referring to FIG. 6, first, in step 121, the supply amount of the reducing agent necessary for setting the air-fuel ratio of the exhaust gas to a rich air-fuel ratio of about 13, for example, is calculated. Next, at step 122, the supply time of the reducing agent is calculated. The supply time of this reducing agent is usually 10 seconds or less. Next, at step 123, supply of the reducing agent from the reducing agent supply valve 13 is started. Next, at step 124, it is judged if the reducing agent supply time calculated at step 122 has elapsed. When the reducing agent supply time has not elapsed, the routine returns to step 124. At this time, the supply of the reducing agent is continued, and the air-fuel ratio of the exhaust gas is maintained at a rich air-fuel ratio of about 13. On the other hand, when the supply time of the reducing agent has elapsed, that is, when the NO X releasing action from the NO X storage agent 52 is completed, the routine proceeds to step 125 where the supply of the reducing agent is stopped, and then proceeds to step 126 and ΣNOX. Is cleared.

なお、NOX吸蔵触媒14および酸化触媒12が活性化していない場合には、流量調整弁18をバイパス位置へと回動させ且つバイパス位置に維持することに加えて、リーン空燃比のもとで燃焼を行ったときに発生する全窒素酸化物NOXに対する二酸化窒素NO2の割合(以下、「NO2の割合」と称す)を同一の機関運転状態、即ち同一回転数、同一トルクにおけるNOX吸蔵触媒14活性時に比べて増大させる(NO2割合増大処理)ようにしてもよい。 When the NO x storage catalyst 14 and the oxidation catalyst 12 are not activated, the flow rate adjustment valve 18 is rotated to the bypass position and maintained at the bypass position, and under the lean air-fuel ratio. The ratio of nitrogen dioxide NO 2 to the total nitrogen oxide NO X generated when combustion is performed (hereinafter referred to as “NO 2 ratio”) is the same engine operating state, that is, NO X at the same rotational speed and the same torque. increase than that in the storage catalyst 14 activity (NO 2 ratio increasing process) it may be.

このNO2の割合(=NO2の量/NOxの量)は、緩慢な燃焼を行わせると増大することが判明しており、例えば燃料噴射時期を遅角するか、EGRガス量を増大するか、パイロット噴射を行うか、または予混合気燃焼を行うかの少なくともいずれか一つを行うと燃焼が緩慢となる。そこで、NOX吸蔵触媒14および酸化触媒12が活性化していない場合には、同一の機関運転状態におけるNOX吸蔵触媒14または酸化触媒12の活性時に比べて緩慢な燃焼を行わせてもよい。 The ratio of NO 2 (= NO 2 amount / NO x amount) has been found to increase when slow combustion is performed. For example, the fuel injection timing is retarded or the EGR gas amount is increased. If at least one of pilot injection or premixed combustion is performed, the combustion becomes slow. Therefore, when the NO x storage catalyst 14 and the oxidation catalyst 12 are not activated, slow combustion may be performed as compared to when the NO x storage catalyst 14 or the oxidation catalyst 12 is activated in the same engine operating state.

次に図1に示されるNOX吸蔵触媒14がパティキュレートフィルタ(以下、「フィルタ」と称す)からなる場合について説明する。 Next, the case where the NO x storage catalyst 14 shown in FIG. 1 comprises a particulate filter (hereinafter referred to as “filter”) will be described.

図7(A)および(B)にこのフィルタ14の構造を示す。なお、図7(A)はフィルタ14の正面図を示しており、図7(B)はフィルタ14の側面断面図を示している。図7(A)および(B)に示されるようにフィルタ14はハニカム構造をなしており、互いに平行をなして延びる複数個の排気流通路60、61を具備する。これら排気流通路は下流端が栓62により閉塞された排気ガス流入通路60と、上流端が栓63により閉塞された排気ガス流出通路61とにより構成される。なお、図7(A)においてハッチングを付した部分は栓63を示している。したがって排気ガス流入通路60および排気ガス流出通路61は薄肉の隔壁64を介して交互に配置される。云い換えると排気ガス流入通路60および排気ガス流出通路61は、各排気ガス流入通路60が四つの排気ガス流出通路61によって包囲され、各排気ガス流出通路61が四つの排気ガス流入通路60によって包囲されるように配置される。   FIGS. 7A and 7B show the structure of the filter 14. 7A shows a front view of the filter 14, and FIG. 7B shows a side sectional view of the filter 14. As shown in FIGS. 7A and 7B, the filter 14 has a honeycomb structure and includes a plurality of exhaust flow passages 60 and 61 extending in parallel with each other. These exhaust flow passages include an exhaust gas inflow passage 60 whose downstream end is closed by a plug 62 and an exhaust gas outflow passage 61 whose upstream end is closed by a plug 63. In addition, the hatched part in FIG. Therefore, the exhaust gas inflow passages 60 and the exhaust gas outflow passages 61 are alternately arranged via the thin partition walls 64. In other words, in the exhaust gas inflow passage 60 and the exhaust gas outflow passage 61, each exhaust gas inflow passage 60 is surrounded by four exhaust gas outflow passages 61, and each exhaust gas outflow passage 61 is surrounded by four exhaust gas inflow passages 60. To be arranged.

フィルタ14は例えばコージライトのような多孔質材料から形成されており、したがって排気ガス流入通路60内に流入した排気ガスは図7(B)において矢印で示したように周囲の隔壁64内を通って隣接する排気ガス流出通路61内に流出する。   The filter 14 is formed of a porous material such as cordierite. Therefore, the exhaust gas flowing into the exhaust gas inflow passage 60 passes through the surrounding partition wall 64 as indicated by an arrow in FIG. And flows into the adjacent exhaust gas outflow passage 61.

このようにNOX吸蔵触媒をパティキュレートフィルタから構成した場合には、各排気ガス流入通路60および各排気ガス流出通路61の周壁面、すなわち各隔壁64の両側表面上および隔壁64内の細孔内壁面上にはアルミナからなる触媒担体の層が形成されており、図2(A)、(B)に示したようにこの触媒担体50上には触媒貴金属51とNOX吸蔵剤52とが担持されている。なお、この場合も触媒貴金属として白金Ptが用いられている。このようにNOX吸蔵触媒をパティキュレートフィルタから構成した場合でもNOX吸蔵触媒が活性化していないときには排気ガス中のNO2がNOX吸蔵触媒に吸蔵される。なお、この場合にも図5および図6に示すNOX吸蔵触媒14に対するNOX放出処理と同様のNOX放出処理が行われる。 When the NO x storage catalyst is constituted by a particulate filter in this way, the peripheral wall surfaces of the exhaust gas inflow passages 60 and the exhaust gas outflow passages 61, that is, the pores on both side surfaces of the partition walls 64 and in the partition walls 64 are used. A catalyst carrier layer made of alumina is formed on the inner wall surface. As shown in FIGS. 2A and 2B, the catalyst noble metal 51 and the NO x storage agent 52 are formed on the catalyst carrier 50. It is supported. In this case, platinum Pt is also used as the catalyst noble metal. The NO 2 in the exhaust gas when the NO X storage catalyst is not activated even when the configure the NO X storage catalyst from the particulate filter is occluded in the NO X storage catalyst as. The same of the NO X emission process and the NO X release processing for the NO X storing catalyst 14 shown in FIGS. 5 and 6 in this case is carried out.

また、NOX吸蔵触媒をパティキュレートフィルタから構成した場合には、排気ガス中に含まれる粒子状物質がフィルタ14内に捕獲され、捕獲された粒子状物質は排気ガス熱によって順次燃焼せしめられる。多量の粒子状物質がフィルタ14上に推積した場合には、機関本体1から排出される排気ガスの温度を高くしたり、還元剤供給弁19から還元剤を供給して酸化触媒12やフィルタ14で燃焼させたりして、フィルタ14を昇温することで、推積したパティキュレートが着火燃焼せしめられる。 Further, when the NO x storage catalyst is composed of a particulate filter, particulate matter contained in the exhaust gas is captured in the filter 14 and the captured particulate matter is sequentially burned by the exhaust gas heat. When a large amount of particulate matter accumulates on the filter 14, the temperature of the exhaust gas discharged from the engine body 1 is increased, or the reducing agent is supplied from the reducing agent supply valve 19 to supply the oxidation catalyst 12 and the filter. 14 is burned, and the temperature of the filter 14 is increased, whereby the accumulated particulates are ignited and burned.

図8および図9に、本発明の第二実施形態を示す。第二実施形態における内燃機関は基本的に第一実施形態と同様であり、同様な構成要素には同一の参照番号を付している。第二実施形態の内燃機関では、排気ターボチャージャ7の排気タービン7bよりも下流側の排気通路が第一実施形態とは異なっており、排気浄化器70が設けられている。また、還元剤供給弁も第一実施形態とは異なる位置に設けられている。   8 and 9 show a second embodiment of the present invention. The internal combustion engine in the second embodiment is basically the same as that in the first embodiment, and the same reference numerals are assigned to the same components. In the internal combustion engine of the second embodiment, the exhaust passage on the downstream side of the exhaust turbine 7b of the exhaust turbocharger 7 is different from that of the first embodiment, and an exhaust purifier 70 is provided. The reducing agent supply valve is also provided at a position different from that in the first embodiment.

図9は、図8に示した排気浄化器70を模式的に示した説明図であり、図9(A)〜(C)はそれぞれ流量調整弁74が第一作動位置、第二作動位置、中立作動位置にある場合を示している。また、これら図中の矢印は排気ガスの流れを示す。   FIG. 9 is an explanatory view schematically showing the exhaust gas purification device 70 shown in FIG. 8, and FIGS. 9A to 9C show that the flow rate adjustment valve 74 has a first operating position, a second operating position, The case in the neutral operating position is shown. In addition, the arrows in these drawings indicate the flow of exhaust gas.

図9に示したように排気浄化器70は、基幹排気管(基幹通路)71a、71eと、基幹排気管71a、71eに連結された環状分岐管(環状通路)71c、71dとを備えている。環状分岐管71c、71dは、酸化触媒12と、上述したNOX吸蔵触媒14とを内蔵したケーシング72の両側にそれぞれ連結されている。そして、基幹排気管71a、71eと環状分岐管71c、71dの連結部分には分岐部71bが設けられ、環状分岐管71c、71dは分岐部71bから分岐して再び分岐部71bに戻る。 As shown in FIG. 9, the exhaust gas purifier 70 includes main exhaust pipes (main passages) 71a and 71e, and annular branch pipes (annular passages) 71c and 71d connected to the main exhaust pipes 71a and 71e. . Annular branch pipes 71c, 71d is an oxidation catalyst 12, are coupled to both sides of the casing 72 with a built-in and the NO X storing catalyst 14 described above. And the branch part 71b is provided in the connection part of the main exhaust pipes 71a and 71e and the annular branch pipes 71c and 71d. The annular branch pipes 71c and 71d branch from the branch part 71b and return to the branch part 71b again.

基幹排気管71a、71eは分岐部71bよりも排気上流側の上流側部分排気管71aと分岐部71bよりも排気下流側の下流側部分排気管71eとから成り、環状分岐管71c、71dは分岐部71bとケーシング72の一方の側とを連結する第一部分環状分岐管71cと、分岐部71bとケーシング72の他方の側とを連結する第二部分環状分岐管71dとから成る。第一部分環状分岐管71cには、酸化触媒12に流入する排気ガス中に例えば炭化水素からなる還元剤を供給するための還元剤供給弁75が配置される。   The main exhaust pipes 71a and 71e are composed of an upstream partial exhaust pipe 71a upstream of the branch part 71b and a downstream partial exhaust pipe 71e downstream of the branch part 71b, and the annular branch pipes 71c and 71d are branched. It consists of a first partial annular branch pipe 71c that connects the portion 71b and one side of the casing 72, and a second partial annular branch pipe 71d that connects the branch portion 71b and the other side of the casing 72. A reducing agent supply valve 75 for supplying a reducing agent made of, for example, hydrocarbons into the exhaust gas flowing into the oxidation catalyst 12 is disposed in the first partial annular branch pipe 71c.

分岐部71bには流量調整弁74が設けられる。流量調整弁74の作動は、対応する駆動回路38を介してECU30の出力ポート37に接続された流量調整弁用ステップモータ75により制御される。流量調整弁74は分岐部71bの中心周りで連続的に回動し、基幹排気管71a、71eの軸線に対して角度θが変化し、これにより上流側部分排気管71aから分岐部71bに流入する排気ガスのうち第一部分環状分岐管71cまたは第二部分環状分岐管71d、および下流側部分排気管71eに流入する排気ガスの流量が調整される。   A flow rate adjusting valve 74 is provided in the branch portion 71b. The operation of the flow rate adjusting valve 74 is controlled by a flow rate adjusting valve step motor 75 connected to the output port 37 of the ECU 30 via the corresponding drive circuit 38. The flow rate adjusting valve 74 continuously rotates around the center of the branch portion 71b, and the angle θ changes with respect to the axis line of the main exhaust pipes 71a and 71e, thereby flowing into the branch portion 71b from the upstream partial exhaust pipe 71a. Of the exhaust gas to be discharged, the flow rate of the exhaust gas flowing into the first partial annular branch pipe 71c or the second partial annular branch pipe 71d and the downstream partial exhaust pipe 71e is adjusted.

特に、流量調整弁74は大別して角度の異なる三つの作動位置間で回動する。これら三つの作動位置とは、図9(A)に示した第一作動位置と、図9(B)に示した第二作動位置と、図9(C)に示した中立作動位置とである。流量調整弁74が図9(A)に示した第一作動位置にある場合、上流側部分排気管71aから分岐部71bに流入する排気ガスの大部分は第一部分環状分岐管71cに流入し、ケーシング72内を酸化触媒12、NOX吸蔵触媒14の順に通過して第二部分環状分岐管71dに流れ、再び分岐部71bに戻る。第二部分環状分岐管71dから分岐部71bに再び戻った排気ガスは全て下流側部分排気管71eへと流出する。なお、以下では排気ガスが酸化触媒12、NOX吸蔵触媒14の順に流れる方向を順方向として説明する。 In particular, the flow rate adjusting valve 74 rotates roughly between three operating positions having different angles. These three operation positions are the first operation position shown in FIG. 9A, the second operation position shown in FIG. 9B, and the neutral operation position shown in FIG. 9C. . When the flow rate adjusting valve 74 is in the first operating position shown in FIG. 9A, most of the exhaust gas flowing from the upstream partial exhaust pipe 71a into the branch portion 71b flows into the first partial annular branch pipe 71c, The inside of the casing 72 passes through the oxidation catalyst 12 and the NO x storage catalyst 14 in this order, flows to the second partial annular branch pipe 71d, and returns to the branch section 71b again. All the exhaust gas that has returned from the second partial annular branch pipe 71d to the branch section 71b again flows out to the downstream partial exhaust pipe 71e. In the following description, the direction in which the exhaust gas flows in the order of the oxidation catalyst 12 and the NO x storage catalyst 14 will be described as the forward direction.

また、流量調整弁74が図9(B)に示した第二作動位置にある場合、上流側部分排気管71aから分岐部71bに流入する排気ガスの大部分は第二部分環状分岐管71dに流入し、ケーシング72内をNOX吸蔵触媒14、酸化触媒12の順に通過して第一部分環状分岐管71cに流れ、再び分岐部71bに戻る。第一部分環状分岐管71cから分岐部71bに再び戻った排気ガスは全て下流側部分排気管71eへと流出する。なお、以下では排気ガスがNOX吸蔵触媒14、酸化触媒12の順に流れる方向を逆方向として説明する。 When the flow rate adjusting valve 74 is in the second operating position shown in FIG. 9B, most of the exhaust gas flowing from the upstream partial exhaust pipe 71a into the branch portion 71b is transferred to the second partial annular branch pipe 71d. flowed, NO X storing catalyst 14 the casing 72, flows to the first partial annular branch pipe 71c to pass through in the order of the oxidation catalyst 12, returns to the branch portion 71b. All the exhaust gas that has returned from the first partial annular branch pipe 71c back to the branch section 71b flows out to the downstream partial exhaust pipe 71e. In the following description, the direction in which the exhaust gas flows in the order of the NO x storage catalyst 14 and the oxidation catalyst 12 will be described as the reverse direction.

さらに、流量調整弁74が図9(C)に示した中立作動位置にある場合、上流側部分排気管71aから分岐部71bに流入した排気ガスの大部分は環状分岐管71c、71dに流入せずに直接下流側部分排気管71eに流入する。すなわち、流量調整弁74が中立作動位置にあると、排気ガスは酸化触媒12およびNOX吸蔵触媒14を通過することなく下流側排気管71eへと流出する。 Furthermore, when the flow rate adjusting valve 74 is in the neutral operation position shown in FIG. 9C, most of the exhaust gas flowing from the upstream partial exhaust pipe 71a into the branch part 71b flows into the annular branch pipes 71c and 71d. Directly into the downstream partial exhaust pipe 71e. That is, when the flow control valve 74 is in the neutral operating position, the exhaust gas flows out to the downstream exhaust pipe 71e without passing through the oxidation catalyst 12 and the NO X storage catalyst 14.

本実施形態のNOX放出処理では、NOX吸蔵触媒14が活性化しているときに、少量の排気ガスが環状分岐管71c、71dを順方向に流れ、残りのほとんどの排気ガスが環状分岐管71c、71dに流入せずに下流側排気管71eに直接流れるように流量調整弁が制御される。そして、還元剤添加弁73から、NOX吸蔵触媒14への流入排気ガスの空燃比がストイキ・リッチとなるように少量の還元剤が添加される。還元剤が添加された排気ガスが酸化触媒12に流入すると、機関本体1から排出された未燃のHCおよび還元剤添加弁73から添加された還元剤と酸素とが反応し、NOX吸蔵触媒14に流入する排気ガスの酸素濃度が低下せしめられる。これにより、NOX吸蔵触媒14に吸蔵されているNOXが放出され、還元剤または燃料により還元される。 In the NO x releasing process of the present embodiment, when the NO x storage catalyst 14 is activated, a small amount of exhaust gas flows forward through the annular branch pipes 71c and 71d, and most of the remaining exhaust gas flows through the annular branch pipe. The flow rate adjustment valve is controlled so as to flow directly to the downstream side exhaust pipe 71e without flowing into 71c and 71d. A small amount of reducing agent is added from the reducing agent addition valve 73 so that the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NO x storage catalyst 14 becomes stoichiometric rich. When the exhaust gas to which the reducing agent is added flows into the oxidation catalyst 12, the unburned HC discharged from the engine body 1 and the reducing agent added from the reducing agent addition valve 73 react with oxygen, and the NO x storage catalyst. The oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the engine 14 is lowered. Thus, NO X is released, which is occluded in the NO X storing catalyst 14 is reduced by a reducing agent or fuel.

ここで、上述した第一実施形態では、NOX放出処理を実行する際に、例えば燃焼室2へ多量のEGRガスを流入させることで、NOX吸蔵触媒14に流入する排気ガスの流量を少なくし、NOX放出処理に必要な還元剤の量を少なくしていた。本実施形態では、流量調整弁74の作動位置が少量の排気ガスが環状分岐管71c、71dを順方向に流れるような位置とされるため、燃焼室2へ多量のEGRガスを流入させることなくNOX吸蔵触媒14に流入する排気ガスの流量を少なくすることができる。燃焼室2へ多量のEGRガスを流入させることは、例えば機関運転状態が高負荷高回転にあるとき等、実行できないときがあり、したがって第一実施形態では機関運転状態によってNOX放出処理を行うことができないが、本実施形態では基本的にいつでもNOX放出処理を行うことができる。 Here, in the first embodiment described above, when executing the NO x releasing process, for example, by flowing a large amount of EGR gas into the combustion chamber 2, the flow rate of the exhaust gas flowing into the NO x storage catalyst 14 is reduced. However, the amount of reducing agent required for the NO x releasing treatment has been reduced. In the present embodiment, the operation position of the flow rate adjusting valve 74 is set such that a small amount of exhaust gas flows in the forward direction through the annular branch pipes 71c and 71d, so that a large amount of EGR gas does not flow into the combustion chamber 2. The flow rate of the exhaust gas flowing into the NO x storage catalyst 14 can be reduced. Inflow of a large amount of EGR gas into the combustion chamber 2 may not be performed, for example, when the engine operating state is at a high load and high speed. Therefore, in the first embodiment, NO X release processing is performed depending on the engine operating state. However, in this embodiment, the NO x release process can be performed at any time.

ところで、上述したように、NOX吸蔵触媒14および酸化触媒12が活性化してないときには、酸化触媒12を介さずにNOX吸蔵触媒14に排気ガスを流入させることで、酸化触媒12によるNO2からNOへの還元を防止することができる。そこで、本実施形態では、NOX吸蔵触媒14および酸化触媒12が活性化していないときには、機関本体1から排出された排気ガスが環状分岐管71c、71dを逆方向に流れるように流量調整弁74の作動位置が第二作動位置とされる。排気ガスが環状分岐管71c、71dを逆方向に流れるときには、排気ガスはNOX吸蔵触媒14、酸化触媒12の順に流れるため、NOX吸蔵触媒14には酸化触媒12を介さずに排気ガスが流入し、よって排気ガス中のNO2がNOに還元されるのが抑制せしめられる。これにより、NOX吸蔵触媒14および酸化触媒12が活性化していないときであっても、NOX吸蔵触媒14によるNOXの浄化率を高く維持することができる。 By the way, as described above, when the NO x storage catalyst 14 and the oxidation catalyst 12 are not activated, the exhaust gas is caused to flow into the NO x storage catalyst 14 without passing through the oxidation catalyst 12, so that the NO 2 by the oxidation catalyst 12 can be reduced. Reduction from NO to NO can be prevented. Therefore, in the present embodiment, when the NO x storage catalyst 14 and the oxidation catalyst 12 are not activated, the flow rate adjustment valve 74 so that the exhaust gas discharged from the engine body 1 flows in the reverse direction through the annular branch pipes 71c and 71d. Is set as the second operating position. Exhaust gas annular branch pipe 71c, when the flow in the opposite direction 71d, to flow the exhaust gas is the NO X storing catalyst 14, in the order of the oxidation catalyst 12, is the NO X storing catalyst 14 is the exhaust gas without passing through the oxidation catalyst 12 Thus, the reduction of NO 2 in the exhaust gas to NO is suppressed. Accordingly, even when the the NO X storing catalyst 14 and the oxidation catalyst 12 is not activated, it is possible to maintain a high purification rate of the NO X by the NO X storage catalyst 14.

なお、本実施形態においても、第一実施形態と同様に、NOX吸蔵触媒14および酸化触媒12が活性化していない場合には、流量調整弁74の作動位置を第二作動位置にすることに加えて、NOX吸蔵触媒14または酸化触媒12の活性時に比べて緩慢な燃焼を行わせてもよい。また、本実施形態のNOX吸蔵触媒14はパティキュレートフィルタであってもよい。 In the present embodiment, as in the first embodiment, when the NO x storage catalyst 14 and the oxidation catalyst 12 are not activated, the operation position of the flow rate adjustment valve 74 is set to the second operation position. In addition, slow combustion may be performed as compared to when the NO x storage catalyst 14 or the oxidation catalyst 12 is active. Further, the NO X storage catalyst 14 of the present embodiment may be a particulate filter.

図10に、本発明の第三実施形態を示す。第三実施形態における内燃機関は基本的に第一実施形態と同様であり、同様な構成要素には同一の参照番号を付している。本実施形態では、NOX吸蔵触媒14の上流側に、酸化触媒の代わりにHC吸着剤81が設けられる。HC吸着材81は、ゼオライトで構成されており、その温度が放出開始温度(例えば、200℃)のよりも低い場合にはHC吸着材81に流入する炭化水素(HC)を吸着し、放出開始温度以上となると吸着しているHCを放出する。また、バイパス管や流量調整弁は設けられず、HC吸着材81とNOX吸蔵触媒14との間の排気管11に還元剤添加弁82が設けられている。 FIG. 10 shows a third embodiment of the present invention. The internal combustion engine in the third embodiment is basically the same as that in the first embodiment, and the same reference numerals are assigned to the same components. In the present embodiment, an HC adsorbent 81 is provided upstream of the NO x storage catalyst 14 instead of the oxidation catalyst. The HC adsorbent 81 is made of zeolite, and adsorbs hydrocarbon (HC) flowing into the HC adsorbent 81 when the temperature is lower than the release start temperature (for example, 200 ° C.), and starts the release. When the temperature rises above the temperature, the adsorbed HC is released. Further, no bypass pipe or flow rate adjusting valve is provided, and a reducing agent addition valve 82 is provided in the exhaust pipe 11 between the HC adsorbent 81 and the NO x storage catalyst 14.

本実施形態の圧縮自着火式内燃機関では、機関本体1から排出される排気ガスの空燃比は基本的にリーンであるが、排気ガス中には未燃の炭化水素HC等が全く存在しないわけではなく、多少の炭化水素HCが存在する。また、上記説明ではNO2割合増大処理として燃料噴射時期を遅角すること、EGRガス量を増大すること、パイロット噴射を行うこと、または予混合燃焼を行うことが挙げられているが、このようなNO2割合増大処理を行った場合には、排気ガス中のNO2の割合(=NO2の量/NOxの量)が増大するだけでなく、排気ガス中のHCの量も増大する。 In the compression self-ignition internal combustion engine of the present embodiment, the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the engine body 1 is basically lean, but there is no unburned hydrocarbon HC or the like in the exhaust gas. Instead, there is some hydrocarbon HC. In the above description, the NO 2 ratio increasing process includes delaying the fuel injection timing, increasing the amount of EGR gas, performing pilot injection, or performing premixed combustion. When the NO 2 ratio increasing process is performed, not only the ratio of NO 2 in the exhaust gas (= NO 2 amount / NO x amount) but also the amount of HC in the exhaust gas increases. .

例えば、HC吸着材81が設けられておらず且つ機関本体1から排出された排気ガスが直接NOX吸蔵触媒14に流入するようになっている場合、上述した機関本体1から排出された排気ガス中の炭化水素HCはNO2をNOに還元してしまう。したがって、この場合、NOX吸蔵触媒14が活性化していないと、排気ガス中のNO2の割合が少なくなってしまい、結果としてNOX吸蔵触媒14によるNOXの浄化率が悪化してしまう。 For example, when the HC adsorbent 81 is not provided and the exhaust gas discharged from the engine body 1 directly flows into the NO x storage catalyst 14, the exhaust gas discharged from the engine body 1 described above. The hydrocarbon HC inside reduces NO 2 to NO. Therefore, in this case, if the NO x storage catalyst 14 is not activated, the ratio of NO 2 in the exhaust gas decreases, and as a result, the NO x purification rate by the NO x storage catalyst 14 deteriorates.

一方、本実施形態では、内燃機関の冷間始動時等、NOX吸蔵触媒14が活性化していない場合、HC吸着材81の温度も放出開始温度以下であり、よって機関本体1から排出された排気ガス中の炭化水素HCはHC吸着材81に吸着せしめられる。これにより、排気ガス中のNO2がNOに還元されるのが抑制され、NOX吸蔵触媒14によるNOX浄化率を高く維持することができる。 On the other hand, in the present embodiment, when the NO x storage catalyst 14 is not activated, such as when the internal combustion engine is cold started, the temperature of the HC adsorbent 81 is also equal to or lower than the release start temperature, and is thus discharged from the engine body 1. The hydrocarbon HC in the exhaust gas is adsorbed by the HC adsorbent 81. As a result, reduction of NO 2 in the exhaust gas to NO is suppressed, and the NO x purification rate by the NO x storage catalyst 14 can be maintained high.

なお、HC吸着材81の放出開始温度は、ゼオライトを合成する際のシリカとアルミナとの比率に応じて異なり、よって製造時にシリカとアルミナとの比率を調整することでHC吸着剤81の放出開始温度を調整することができる。本実施形態では、HC吸着材81の放出開始温度は、NOX吸蔵触媒14の活性温度よりも高い温度となるように調整される。これにより、NOX吸蔵触媒14が流入排気ガス中の一酸化窒素NOを二酸化窒素NO2に酸化して吸蔵することができるようになってから、HC吸着材81から炭化水素HCが放出される。 The release start temperature of the HC adsorbent 81 differs depending on the ratio of silica and alumina when synthesizing the zeolite. Therefore, the release of the HC adsorbent 81 is started by adjusting the ratio of silica and alumina at the time of production. The temperature can be adjusted. In the present embodiment, the release start temperature of the HC adsorbent 81 is adjusted to be higher than the activation temperature of the NO x storage catalyst 14. As a result, after the NO x storage catalyst 14 can oxidize and store nitrogen monoxide NO in the inflowing exhaust gas into nitrogen dioxide NO 2 , hydrocarbon HC is released from the HC adsorbent 81. .

なお、第三実施形態における排気浄化装置は、第一実施形態および第二実施形態における排気浄化装置と組み合わせることができる。例えば、第一実施形態における排気浄化装置と組み合わせた場合、バイパス管17上にHC吸着材を設け、NOX吸蔵触媒14が活性化していないときに排気ガスがHC吸着材を通ってNOX吸蔵触媒14に流入するようにすることによって、流入排気ガス中のNO2の割合の低下を抑制することができる。また、第二実施形態における排気浄化装置と組み合わせた場合、HC吸着材をケーシング72内であってNOX吸蔵触媒14に対して酸化触媒12の反対側に配置する(すなわち、ケーシング72内に酸化触媒12、NOX吸蔵触媒14、HC吸着材の順に配列する)ことにより、NOX吸蔵触媒14が活性化していないときに排気ガスがHC吸着材を通ってNOX吸蔵触媒14に流入するようになるため、流入排気ガス中のNO2の割合の低下を抑制することができる。 In addition, the exhaust gas purification apparatus in 3rd embodiment can be combined with the exhaust gas purification apparatus in 1st embodiment and 2nd embodiment. For example, when combined with the exhaust purification device in the first embodiment, the HC adsorbent is provided on the bypass pipe 17, the NO X storage exhaust gas when the NO X storing catalyst 14 is not activated through the HC adsorbent By flowing into the catalyst 14, it is possible to suppress a decrease in the ratio of NO 2 in the inflowing exhaust gas. Further, when combined with the exhaust emission control device in the second embodiment, the HC adsorbent is disposed in the casing 72 on the opposite side of the oxidation catalyst 12 with respect to the NO x storage catalyst 14 (that is, oxidized in the casing 72). By arranging the catalyst 12, the NO x storage catalyst 14, and the HC adsorbing material in this order), the exhaust gas flows into the NO x storage catalyst 14 through the HC adsorbing material when the NO x storage catalyst 14 is not activated. Therefore, a decrease in the ratio of NO 2 in the inflowing exhaust gas can be suppressed.

内燃機関全体を示す図である。It is a figure which shows the whole internal combustion engine. NOX吸蔵触媒の吸蔵作用を説明するための図である。It is a diagram for explaining the absorbing action of the NO X storage catalyst. 白金による酸化能力および還元能力を示す図である。It is a figure which shows the oxidation capability and reduction capability by platinum. 吸蔵NOX量を算出するためのマップを示す図である。I am a diagram showing a map for calculating a storage amount of NO X. NOX吸蔵触媒のNOX浄化能力維持制御のフローチャートである。It is a flowchart of the NO X purifying ability maintain control of the NO X storage catalyst. NOX放出処理を行うためのフローチャートである。Is a flow chart for performing the NO X release process. パティキュレートフィルタを示す図である。It is a figure which shows a particulate filter. 第二実施形態における内燃機関全体を示す図である。It is a figure which shows the whole internal combustion engine in 2nd embodiment. 排気浄化器を示す図である。It is a figure which shows an exhaust gas purification device. 第三実施形態における内燃機関全体を示す図である。It is a figure which shows the whole internal combustion engine in 3rd embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

3…燃料噴射弁
4…吸気マニホルド
5…排気マニホルド
12…酸化触媒
14…NOX吸蔵触媒
17…バイパス管
18…流量調整弁
3 ... fuel injection valve 4 ... intake manifold 5 ... exhaust manifold 12 ... oxidizing catalyst 14 ... NO X storage catalyst 17 ... bypass pipe 18 ... flow control valve

Claims (7)

機関排気通路内に貴金属とNOX吸蔵剤とを有するNOX吸蔵触媒が配置され、該NOX吸蔵触媒が活性化していないときにはNOX吸蔵触媒に流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに排気ガス中に含まれる二酸化窒素NO2がNOX吸蔵剤に吸蔵され、該NOX吸蔵触媒が活性化しているときにはNOX吸蔵触媒に流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに排気ガス中に含まれる窒素酸化物NOXがNOX吸蔵剤に吸蔵されるとともにNOX吸蔵触媒に流入する排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチになると吸蔵されている窒素酸化物NOXがNOX吸蔵剤から放出され、NOX吸蔵触媒が活性化していないときには機関から排出された排気ガス中の二酸化窒素NO2が一酸化窒素NOに還元されるのを抑制する還元抑制手段をNOX吸蔵触媒の上流側の排気通路に具備し、
機関排気通路内であって上記NO X 吸蔵触媒の上流側に配置され且つ貴金属を担持した酸化触媒と、該酸化触媒をバイパスするためのバイパス通路と、前記酸化触媒に流入する排気ガスの流量と上記バイパス通路に流入する排気ガスの流量とを調整する流量調整弁とをさらに具備し、上記NO X 吸蔵触媒が活性化していないときには、上記還元抑制手段は機関から排出された排気ガスのほぼ全てがバイパス通路に流入するように流量調整弁を制御する、内燃機関の排気浄化装置。
Is arranged the NO X storage catalyst in the engine exhaust passage and a noble metal and the NO X storage agent, when the the NO X storing catalyst is not activated when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NO X storage catalyst is lean Nitrogen dioxide NO 2 contained in the exhaust gas is stored in the NO X storage agent, and when the NO X storage catalyst is activated, the exhaust gas flows into the NO X storage catalyst when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NO X storage catalyst is lean. NO nitrogen oxide NO X is the NO X storing nitrogen oxides air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NO X storage catalyst with occluded is occluded becomes substantially stoichiometric or rich agents NO X contained in the NO reduction suppression means that suppresses the reduction of nitrogen dioxide NO 2 in the exhaust gas discharged from the engine when released from the X storage agent and the NO X storage catalyst is not activated to NO. X in the exhaust passage upstream of the storage catalyst ,
An oxidation catalyst disposed in the engine exhaust passage upstream of the NO x storage catalyst and carrying a noble metal, a bypass passage for bypassing the oxidation catalyst, a flow rate of exhaust gas flowing into the oxidation catalyst, A flow rate adjusting valve for adjusting the flow rate of the exhaust gas flowing into the bypass passage, and when the NO x storage catalyst is not activated, the reduction suppressing means is configured to substantially reduce all of the exhaust gas discharged from the engine. An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine that controls a flow rate adjustment valve so that the gas flows into the bypass passage .
機関排気通路内に貴金属とNO X 吸蔵剤とを有するNO X 吸蔵触媒が配置され、該NO X 吸蔵触媒が活性化していないときにはNO X 吸蔵触媒に流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに排気ガス中に含まれる二酸化窒素NO 2 がNO X 吸蔵剤に吸蔵され、該NO X 吸蔵触媒が活性化しているときにはNO X 吸蔵触媒に流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに排気ガス中に含まれる窒素酸化物NO X がNO X 吸蔵剤に吸蔵されるとともにNO X 吸蔵触媒に流入する排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチになると吸蔵されている窒素酸化物NO X がNO X 吸蔵剤から放出され、NO X 吸蔵触媒が活性化していないときには機関から排出された排気ガス中の二酸化窒素NO 2 が一酸化窒素NOに還元されるのを抑制する還元抑制手段をNO X 吸蔵触媒の上流側の排気通路に具備し、
上記機関排気通路は、基幹通路と、両端が該基幹通路上の分岐部に連結された環状通路と、該環状通路を一方の方向におよび該一方の方向とは反対方向に流れる排気ガスの流量と該環状通路に流入せずに基幹通路を流れる排気ガスの流量とを調整する流量調整弁とを具備し、上記NOX吸蔵触媒が環状通路内に設けられると共に貴金属を担持した酸化触媒が上記環状通路内であってNOX吸蔵触媒の一方の側に配置され、上記NOX吸蔵触媒が活性していないときには、上記還元抑制手段は機関から排出された排気ガスのほぼ全てが環状通路をNOX吸蔵触媒、酸化触媒の順に流れるように流量調整弁を制御する内燃機関の排気浄化装置。
Is arranged the NO X storage catalyst in the engine exhaust passage and a noble metal and the NO X storage agent, when the the NO X storing catalyst is not activated when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NO X storage catalyst is lean Nitrogen dioxide NO 2 contained in the exhaust gas is stored in the NO X storage agent, and when the NO X storage catalyst is activated, the exhaust gas flows into the NO X storage catalyst when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NO X storage catalyst is lean. NO nitrogen oxide NO X is the NO X storing nitrogen oxides air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NO X storage catalyst with occluded is occluded becomes substantially stoichiometric or rich agents NO X contained in the NO reduction suppression means that suppresses the reduction of nitrogen dioxide NO 2 in the exhaust gas discharged from the engine when released from the X storage agent and the NO X storage catalyst is not activated to NO. X in the exhaust passage upstream of the storage catalyst,
The engine exhaust passage includes a main passage, an annular passage whose both ends are connected to a branch portion on the main passage, and a flow rate of exhaust gas flowing in the one direction and in the opposite direction to the one direction. And a flow rate adjusting valve that adjusts the flow rate of the exhaust gas flowing through the main passage without flowing into the annular passage, and the NO x storage catalyst is provided in the annular passage and the oxidation catalyst carrying a noble metal is is disposed an inside annular passage on one side of the of the nO X storage catalyst, the nO X when the storage catalyst is not activated, the almost all the annular passage nO in the exhaust gas the reducing suppressing means discharged from the engine An exhaust gas purification device for an internal combustion engine that controls a flow rate adjustment valve so that an X storage catalyst and an oxidation catalyst flow in this order.
上記NOX吸蔵触媒が活性化していないときであっても上記酸化触媒が活性化しているときには、上記還元抑制手段による流量調整弁の制御が中止される請求項1または2に記載の内燃機関に排気浄化装置。 When the the NO X storage catalyst is the oxidation catalyst even when not activated is activated, the control of the flow control valve by the reduction restraining means is stopped, the internal combustion engine according to claim 1 or 2 Exhaust purification device. 機関排気通路内に貴金属とNO X 吸蔵剤とを有するNO X 吸蔵触媒が配置され、該NO X 吸蔵触媒が活性化していないときにはNO X 吸蔵触媒に流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに排気ガス中に含まれる二酸化窒素NO 2 がNO X 吸蔵剤に吸蔵され、該NO X 吸蔵触媒が活性化しているときにはNO X 吸蔵触媒に流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに排気ガス中に含まれる窒素酸化物NO X がNO X 吸蔵剤に吸蔵されるとともにNO X 吸蔵触媒に流入する排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチになると吸蔵されている窒素酸化物NO X がNO X 吸蔵剤から放出され、NO X 吸蔵触媒が活性化していないときには機関から排出された排気ガス中の二酸化窒素NO 2 が一酸化窒素NOに還元されるのを抑制する還元抑制手段をNO X 吸蔵触媒の上流側の排気通路に具備し、
上記還元抑制手段は、機関排気通路内であってNOX吸蔵触媒の上流側に配置されたHC吸着材を有し、該HC吸着材は、放出開始温度よりも低い場合にはHC吸着材に流入する排気ガス中に含まれる炭化水素HCを吸着し、放出開始温度以上の場合にはHC吸着材に吸着している炭化水素HCを放出し、上記放出開始温度は上記NOX吸蔵触媒が活性化する温度よりも高く、上記NOX吸蔵触媒が活性化していないときにはHC吸着材によって機関から排出された排気ガス中の炭化水素HCが吸着されることで排気ガス中の炭化水素HCによって二酸化窒素NO2が一酸化窒素NOに還元されることが抑制される内燃機関の排気浄化装置。
Is arranged the NO X storage catalyst in the engine exhaust passage and a noble metal and the NO X storage agent, when the the NO X storing catalyst is not activated when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NO X storage catalyst is lean Nitrogen dioxide NO 2 contained in the exhaust gas is stored in the NO X storage agent, and when the NO X storage catalyst is activated, the exhaust gas flows into the NO X storage catalyst when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NO X storage catalyst is lean. NO nitrogen oxide NO X is the NO X storing nitrogen oxides air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NO X storage catalyst with occluded is occluded becomes substantially stoichiometric or rich agents NO X contained in the NO reduction suppression means that suppresses the reduction of nitrogen dioxide NO 2 in the exhaust gas discharged from the engine when released from the X storage agent and the NO X storage catalyst is not activated to NO. X in the exhaust passage upstream of the storage catalyst,
The reduction suppression means has an HC adsorbent disposed in the engine exhaust passage and upstream of the NO x storage catalyst, and the HC adsorbent becomes an HC adsorbent when the temperature is lower than the discharge start temperature. The hydrocarbon HC contained in the inflowing exhaust gas is adsorbed, and if it is higher than the release start temperature, the hydrocarbon HC adsorbed on the HC adsorbent is released, and the NO x storage catalyst is activated at the release start temperature. When the NO x storage catalyst is not activated, the hydrocarbon HC in the exhaust gas discharged from the engine is adsorbed by the HC adsorbent so that the hydrocarbon HC in the exhaust gas absorbs nitrogen dioxide. An exhaust purification device for an internal combustion engine, in which NO 2 is suppressed from being reduced to nitric oxide NO.
機関排気通路内に貴金属とNO X 吸蔵剤とを有するNO X 吸蔵触媒が配置され、該NO X 吸蔵触媒が活性化していないときにはNO X 吸蔵触媒に流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに排気ガス中に含まれる二酸化窒素NO 2 がNO X 吸蔵剤に吸蔵され、該NO X 吸蔵触媒が活性化しているときにはNO X 吸蔵触媒に流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに排気ガス中に含まれる窒素酸化物NO X がNO X 吸蔵剤に吸蔵されるとともにNO X 吸蔵触媒に流入する排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチになると吸蔵されている窒素酸化物NO X がNO X 吸蔵剤から放出され、NO X 吸蔵触媒が活性化していないときには機関から排出された排気ガス中の二酸化窒素NO 2 が一酸化窒素NOに還元されるのを抑制する還元抑制手段をNO X 吸蔵触媒の上流側の排気通路に具備し、
機関排気通路内であって上記NOX吸蔵触媒の上流側に配置され且つ貴金属を担持した酸化触媒と、該酸化触媒をバイパスするためのバイパス通路と、前記酸化触媒に流入する排気ガスの流量と上記バイパス通路に流入する排気ガスの流量とを調整する流量調整弁とをさらに具備し、上記バイパス通路上にはHC吸着材が設けられ、該HC吸着材は、放出開始温度よりも低い場合にはHC吸着材に流入する排気ガス中に含まれる炭化水素HCを吸着し、放出開始温度以上の場合にはHC吸着材に吸着している炭化水素HCを放出し、上記NOX吸蔵触媒が活性化していないときには、上記還元抑制手段は機関から排出された排気ガスのほぼ全てがバイパス通路に流入するように流量調整弁を制御する内燃機関の排気浄化装置。
Is arranged the NO X storage catalyst in the engine exhaust passage and a noble metal and the NO X storage agent, when the the NO X storing catalyst is not activated when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NO X storage catalyst is lean Nitrogen dioxide NO 2 contained in the exhaust gas is stored in the NO X storage agent, and when the NO X storage catalyst is activated, the exhaust gas flows into the NO X storage catalyst when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NO X storage catalyst is lean. NO nitrogen oxide NO X is the NO X storing nitrogen oxides air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NO X storage catalyst with occluded is occluded becomes substantially stoichiometric or rich agents NO X contained in the NO reduction suppression means that suppresses the reduction of nitrogen dioxide NO 2 in the exhaust gas discharged from the engine when released from the X storage agent and the NO X storage catalyst is not activated to NO. X in the exhaust passage upstream of the storage catalyst,
An oxidation catalyst disposed in the engine exhaust passage upstream of the NO x storage catalyst and carrying a noble metal, a bypass passage for bypassing the oxidation catalyst, a flow rate of exhaust gas flowing into the oxidation catalyst, A flow rate adjusting valve for adjusting the flow rate of the exhaust gas flowing into the bypass passage, and an HC adsorbent is provided on the bypass passage, and the HC adsorbent is lower than a discharge start temperature. Adsorbs hydrocarbon HC contained in the exhaust gas flowing into the HC adsorbent, and releases hydrocarbon HC adsorbed on the HC adsorbent when the temperature is higher than the release start temperature, so that the NO x storage catalyst is activated. It turned into and when not, the reducing suppressing means substantially all of the exhaust gas discharged from the engine to control the flow control valve so as to flow into the bypass passage, an exhaust purification system of an internal combustion engine.
機関排気通路内に貴金属とNO X 吸蔵剤とを有するNO X 吸蔵触媒が配置され、該NO X 吸蔵触媒が活性化していないときにはNO X 吸蔵触媒に流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに排気ガス中に含まれる二酸化窒素NO 2 がNO X 吸蔵剤に吸蔵され、該NO X 吸蔵触媒が活性化しているときにはNO X 吸蔵触媒に流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに排気ガス中に含まれる窒素酸化物NO X がNO X 吸蔵剤に吸蔵されるとともにNO X 吸蔵触媒に流入する排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチになると吸蔵されている窒素酸化物NO X がNO X 吸蔵剤から放出され、NO X 吸蔵触媒が活性化していないときには機関から排出された排気ガス中の二酸化窒素NO 2 が一酸化窒素NOに還元されるのを抑制する還元抑制手段をNO X 吸蔵触媒の上流側の排気通路に具備し、
上記機関排気通路は、基幹通路と、両端が該基幹通路上の分岐部に連結された環状通路と、該環状通路を一方の方向におよび該一方の方向とは反対方向に流れる排気ガスの流量と該環状通路に流入せずに基幹通路を流れる排気ガスの流量とを調整する流量調整弁とを具備し、上記NOX吸蔵触媒が環状通路内に設けられると共に貴金属を担持した酸化触媒が上記環状通路内であってNOX吸蔵触媒の一方の側に配置され、さらにHC吸着材が上記環状通路内であってNOX吸蔵触媒の上記一方の側とは反対側に配置され、該HC吸着材は、放出開始温度よりも低い場合にはHC吸着材に流入する排気ガス中に含まれる炭化水素HCを吸着し、放出開始温度以上の場合にはHC吸着材に吸着している炭化水素HCを放出し、上記NOX吸蔵触媒が活性化していないときには、上記還元抑制手段は機関から排出された排気ガスのほぼ全てが環状通路をHC吸着材、NOX吸蔵触媒、酸化触媒の順に流れるように流量調整弁を制御する内燃機関の排気浄化装置。
Is arranged the NO X storage catalyst in the engine exhaust passage and a noble metal and the NO X storage agent, when the the NO X storing catalyst is not activated when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NO X storage catalyst is lean Nitrogen dioxide NO 2 contained in the exhaust gas is stored in the NO X storage agent, and when the NO X storage catalyst is activated, the exhaust gas flows into the NO X storage catalyst when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NO X storage catalyst is lean. NO nitrogen oxide NO X is the NO X storing nitrogen oxides air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NO X storage catalyst with occluded is occluded becomes substantially stoichiometric or rich agents NO X contained in the NO reduction suppression means that suppresses the reduction of nitrogen dioxide NO 2 in the exhaust gas discharged from the engine when released from the X storage agent and the NO X storage catalyst is not activated to NO. X in the exhaust passage upstream of the storage catalyst,
The engine exhaust passage includes a main passage, an annular passage whose both ends are connected to a branch portion on the main passage, and a flow rate of exhaust gas flowing in the one direction and in the opposite direction to the one direction. And a flow rate adjusting valve that adjusts the flow rate of the exhaust gas flowing through the main passage without flowing into the annular passage, and the NO x storage catalyst is provided in the annular passage and the oxidation catalyst carrying a noble metal is An HC adsorbent is disposed in one side of the NO x storage catalyst in the annular passage, and further, an HC adsorbent is disposed in the annular passage on the opposite side to the one side of the NO x storage catalyst, and the HC adsorption The material adsorbs the hydrocarbon HC contained in the exhaust gas flowing into the HC adsorbent when it is lower than the release start temperature, and the hydrocarbon HC adsorbed on the HC adsorbent when the temperature is higher than the release start temperature. releasing said the NO X storage catalyst When not in gender of the nearly all of the exhaust gas the reducing suppressing means discharged from the engine to control the flow control valve so as to flow an annular passage HC adsorbent, NO X storage catalyst, the order of the oxidation catalyst, an internal combustion engine Exhaust purification equipment.
NOX吸蔵触媒が活性化していないときにはリーン空燃比のもとで燃焼を行ったときに発生する一酸化窒素NOに対する二酸化窒素NO2の割合を増大させるNO2割合増大手段をさらに具備する請求項1〜のいずれか1項に記載の内燃機関の排気浄化装置。 A NO 2 ratio increasing means for increasing the ratio of nitrogen dioxide NO 2 to nitrogen monoxide NO generated when combustion is performed at a lean air-fuel ratio when the NO x storage catalyst is not activated. The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to any one of 1 to 6 .
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