JP3525859B2 - Exhaust gas purification device for internal combustion engine - Google Patents
Exhaust gas purification device for internal combustion engineInfo
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関の排気浄化
装置に関する。The present invention relates to an exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、燃焼室から排出された排気ガス中
の微粒子を捕集するためのパティキュレートフィルタを
機関排気通路内に配置し、排気ガスがパティキュレート
フィルタの壁を通過するときに排気ガス中の微粒子が捕
集されるようになっている内燃機関の排気浄化装置が知
られている。この種の内燃機関の排気浄化装置の例とし
ては、例えば特公平7−106290号公報に記載され
たものがある。2. Description of the Related Art Conventionally, a particulate filter for collecting particulates in exhaust gas discharged from a combustion chamber is disposed in an engine exhaust passage, and exhaust gas is exhausted when the exhaust gas passes through a wall of the particulate filter. 2. Description of the Related Art There is known an exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine configured to collect fine particles in a gas. An example of this type of exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine is disclosed in, for example, Japanese Patent Publication No. 7-106290.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】ところが特開平7−1
06290号公報に記載された内燃機関の排気浄化装置
では、パティキュレートフィルタを通過する排気ガスの
流れが逆転されない。そのため、パティキュレートフィ
ルタの壁に捕集される微粒子をパティキュレートフィル
タの壁の一方の面と他方の面とに分散することができな
い。その結果、ある一定量以上の微粒子がパティキュレ
ートフィルタの壁に捕集されると、微粒子を除去しよう
とする作用がすべての微粒子に十分に伝わらなくなって
しまう。従って、特開平7−106290号公報に記載
された内燃機関の排気浄化装置では、パティキュレート
フィルタに流入する微粒子量がある一定量以上になる
と、そのすべての微粒子がパティキュレートフィルタの
壁の一方の面に捕集されてしまうのに伴い、パティキュ
レートフィルタの有する微粒子除去作用がすべての微粒
子に十分に伝わらなくなってしまい、その結果、微粒子
がパティキュレートフィルタの壁に堆積してしまう。そ
のため、パティキュレートフィルタが目詰まりし、背圧
が上昇してしまう。SUMMARY OF THE INVENTION However, Japanese Patent Laid-Open No. 7-1
In the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine described in JP 06290 Gazette, the flow of exhaust gas passing through the particulate filter is not reversed. For this reason, the fine particles collected on the wall of the particulate filter cannot be dispersed on one side and the other side of the wall of the particulate filter. As a result, when a certain amount or more of fine particles are collected on the wall of the particulate filter, the action of removing the fine particles is not sufficiently transmitted to all the fine particles. Therefore, in the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-106290, when the amount of particulates flowing into the particulate filter exceeds a certain amount, all the particulates are removed from one side of the wall of the particulate filter. As the particles are trapped on the surface, the particle removing action of the particulate filter is not sufficiently transmitted to all the particles, and as a result, the particles are deposited on the walls of the particulate filter. Therefore, the particulate filter is clogged and the back pressure increases.
【0004】前記問題点に鑑み、本発明は、パティキュ
レートフィルタを通過する排気ガスの流れを逆転させ、
パティキュレートフィルタの壁に捕集された微粒子を酸
化除去する酸化除去作用をすべての微粒子に十分に伝え
ることにより微粒子がパティキュレートフィルタの壁に
堆積してしまうのを阻止すると共に、排気ガスの流れが
逆転せしめられたときにパティキュレートフィルタから
微粒子が脱離する可能性を低減し、かつ、仮に一のパテ
ィキュレートフィルタから微粒子が脱離したとしても、
その微粒子を他のパティキュレートフィルタでトラップ
することにより微粒子を酸化除去するのに必要な時間を
確保することができる内燃機関の排気浄化装置を提供す
ることを目的とする。[0004] In view of the above problems, the present invention reverses the flow of exhaust gas passing through a particulate filter,
By sufficiently transmitting the oxidizing and removing effect of oxidizing and removing the fine particles trapped on the walls of the particulate filter to all the fine particles, the fine particles are prevented from being deposited on the walls of the particulate filter, and the flow of exhaust gas is prevented. When the particles are reversed, the possibility that the particles are detached from the particulate filter is reduced, and even if the particles are detached from one particulate filter,
It is an object of the present invention to provide an exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine capable of securing a time required for oxidizing and removing particles by trapping the particles with another particulate filter.
【0005】[0005]
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明に
よれば、燃焼室から排出された排気ガス中の微粒子を捕
集するためのパティキュレートフィルタを機関排気通路
内に配置し、排気ガスがパティキュレートフィルタの壁
を通過するときに排気ガス中の微粒子が捕集されるよう
になっている内燃機関の排気浄化装置において、前記パ
ティキュレートフィルタの壁に一時的に捕集された微粒
子を酸化するための活性酸素を放出する酸化剤を前記パ
ティキュレートフィルタの壁に担持し、前記パティキュ
レートフィルタの壁を通過する排気ガスの流れを逆転さ
せるための排気ガス逆流手段を設け、前記パティキュレ
ートフィルタの壁を通過する排気ガスの流れを逆転させ
ることにより、前記パティキュレートフィルタの壁に捕
集される微粒子を前記パティキュレートフィルタの壁の
一方の面と他方の面とに分散させ、それにより、前記パ
ティキュレートフィルタの壁に捕集された微粒子が酸化
除去されることなく堆積する可能性を低減し、前記パテ
ィキュレートフィルタを複数個直列に配置し、これらパ
ティキュレートフィルタの間に還元剤供給手段を設け、
パティキュレートフィルタの温度が、サルフェートが生
成する恐れのある温度範囲内にあるとき、排気ガス流れ
を逆転させるのを禁止し、還元剤を供給するようにした
内燃機関の排気浄化装置が提供される。According to the first aspect of the present invention, a particulate filter for collecting particulates in exhaust gas discharged from a combustion chamber is disposed in an engine exhaust passage. In the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine, wherein the particulates in the exhaust gas are trapped when the gas passes through the wall of the particulate filter, the particulates temporarily trapped on the wall of the particulate filter An oxidizing agent for releasing active oxygen for oxidizing the particulate filter is supported on the wall of the particulate filter, and exhaust gas backflow means for reversing the flow of exhaust gas passing through the wall of the particulate filter is provided; By reversing the flow of the exhaust gas passing through the wall of the particulate filter, the fine particles trapped on the wall of the particulate filter are removed. The particulate filter is dispersed on one side and the other side of the wall of the particulate filter, thereby reducing the possibility that fine particles trapped on the wall of the particulate filter are deposited without being oxidized and removed, A plurality of particulate filters are arranged in series, and these
Providing reducing agent supply means between the particulate filters,
If the temperature of the particulate filter is
Exhaust gas flow when within the temperature range
The present invention provides an exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine in which a reversal is prohibited and a reducing agent is supplied .
【0006】[0006]
【0007】請求項2に記載の発明によれば、燃焼室か
ら排出された排気ガス中の微粒子を捕集するためのパテ
ィキュレートフィルタを機関排気通路内に配置し、排気
ガスがパティキュレートフィルタの壁を通過するときに
排気ガス中の微粒子が捕集されるようになっている内燃
機関の排気浄化装置において、前記パティキュレートフ
ィルタの壁に一時的に捕集された微粒子を酸化するため
の活性酸素を放出する酸化剤を前記パティキュレートフ
ィルタの壁に担持し、前記パティキュレートフィルタの
壁を通過する排気ガスの流れを逆転させるための排気ガ
ス逆流手段を設け、前記パティキュレートフィルタの壁
を通過する排気ガスの流れを逆転させることにより、前
記パティキュレートフィルタの壁に捕集される微粒子を
前記パティキュレートフィルタの壁の一方の面と他方の
面とに分散させ、それにより、前記パティキュレートフ
ィルタの壁に捕集された微粒子が酸化除去されることな
く堆積する可能性を低減し、前記パティキュレートフィ
ルタを複数個直列に配置し、前記パティキュレートフィ
ルタとして、単位時間当たりに燃焼室から排出される排
出微粒子量がパティキュレートフィルタ上において単位
時間当たりに輝炎を発することなく酸化除去可能な酸化
除去可能微粒子量よりも少ないときには排気ガス中の微
粒子がパティキュレートフィルタに流入すると輝炎を発
することなく酸化除去せしめられ、かつ前記排出微粒子
量が一時的に前記酸化除去可能微粒子量より多くなった
としてもパティキュレートフィルタ上において微粒子が
一定限度以下しか堆積しないときには前記排出微粒子量
が前記酸化除去可能微粒子量よりも少なくなったときに
パティキュレートフィルタ上の微粒子が輝炎を発するこ
となく酸化除去せしめられるパティキュレートフィルタ
を用い、前記酸化除去可能微粒子量がパティキュレート
フィルタの温度に依存しており、前記排出微粒子量が前
記酸化除去可能微粒子量よりも通常少なくなり、かつ前
記排出微粒子量が一時的に前記酸化除去可能微粒子量よ
り多くなったとしてもその後前記排出微粒子量が前記酸
化除去可能微粒子量より少なくなったときに酸化除去し
うる一定限度以下の量の微粒子しかパティキュレートフ
ィルタ上に堆積しないように前記排出微粒子量およびパ
ティキュレートフィルタの温度を維持するための制御手
段を具備し、それによって排気ガス中の微粒子をパティ
キュレートフィルタ上において輝炎を発することなく酸
化除去せしめるようにした内燃機関の排気浄化装置が提
供される。According to the second aspect of the present invention, the combustion chamber
Putty for collecting fine particles in exhaust gas discharged from
The exhaust filter is located in the engine exhaust passage
When gas passes through the walls of the particulate filter
Internal combustion adapted to trap particulates in exhaust gas
In the exhaust gas purifying apparatus for an engine, the particulate matter
To oxidize fine particles temporarily collected on the filter wall
An oxidizing agent that releases active oxygen at the particulate flow rate
Supported on the filter wall, and
Exhaust gas to reverse the flow of exhaust gas through the wall
A backflow means, and the wall of the particulate filter
By reversing the flow of exhaust gas passing through
Particles collected on the wall of the particulate filter
One side of the wall of the particulate filter and the other
Surface and thereby the particulate matter is dispersed.
The particles trapped on the filter wall will not be removed by oxidation.
Reduces the possibility of sedimentation
A plurality of filters in series, and
Emissions from the combustion chamber per unit time
The amount of emitted fine particles is the unit on the particulate filter
Oxidation that can be oxidized and removed without luminous flame per hour
When the amount is smaller than the amount of fine particles that can be
Luminous flame is emitted when particles flow into the particulate filter
Oxidized and removed without performing
The amount temporarily exceeded the amount of fine particles that can be removed by oxidation.
Particles on the particulate filter
When the amount of deposited particles is less than a certain limit,
Is less than the amount of fine particles that can be removed by oxidation.
Particles on the particulate filter emit a bright flame
Particulate filter that can be removed by oxidation
And the amount of fine particles that can be removed by oxidation is particulate.
Depends on the temperature of the filter,
Normally less than the amount of fine particles that can be removed by oxidation
The amount of the discharged fine particles is temporarily smaller than the amount of the oxidizable and removable fine particles.
Even if the amount increases, the amount of the discharged
When the amount of fine particles that can be removed
Only a small amount of particulates below a certain limit
The amount of discharged particulates and the
Control measures to maintain the temperature of the particulate filter
A step is provided, whereby particles in the exhaust gas are
Acid without curling flame on curated filter
There is provided an exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine, which is configured to remove and convert the exhaust gas .
【0008】[0008]
【0009】請求項3に記載の発明によれば、燃焼室か
ら排出された排気ガス中の微粒子を捕集するためのパテ
ィキュレートフィルタを機関排気通路内に配置し、排気
ガスがパティキュレートフィルタの壁を通過するときに
排気ガス中の微粒子が捕集されるようになっている内燃
機関の排気浄化装置において、前記パティキュレートフ
ィルタの壁に一時的に捕集された微粒子を酸化するため
の活性酸素を放出する酸化剤を前記パティキュレートフ
ィルタの壁に担持し、前記パティキュレートフィルタの
壁を通過する排気ガスの流れを逆転させるための排気ガ
ス逆流手段を設け、前記パティキュレートフィルタの壁
を通過する排気ガスの流れを逆転させることにより、前
記パティキュレートフィルタの壁に捕集される微粒子を
前記パティキュレートフィルタの壁の一方の面と他方の
面とに分散させ、それにより、前記パティキュレートフ
ィルタの壁に捕集された微粒子が酸化除去されることな
く堆積する可能性を低減し、前記パティキュレートフィ
ルタを複数個直列に配置し、前記逆流手段は、排気ガス
がパティキュレートフィルタの壁を第一の向きに通過す
る順流モードと、排気ガスがパティキュレートフィルタ
の壁を前記第一の向きとは逆向きの第二の向きに通過す
る逆流モードとを有し、前記燃焼室内に供給される不活
性ガスの量を増大していくと煤の発生量が次第に増大し
てピークに達し、前記燃焼室内に供給される不活性ガス
の量を更に増大していくと前記燃焼室内における燃焼時
の燃料およびその周囲のガス温が煤の生成温度よりも低
くなって煤がほとんど発生しなくなる内燃機関を用い、
前記逆流手段の順流モード時に、煤の発生量がピークと
なる不活性ガスの量よりも前記燃焼室内に供給される不
活性ガスの量が少ない燃焼を実行し、前記逆流手段の逆
流モード時に、煤の発生量がピークとなる不活性ガスの
量よりも前記燃焼室内に供給される不活性ガスの量が多
く煤がほとんど発生しない燃焼を実行するようにした内
燃機関の排気浄化装置が提供される。According to the third aspect of the present invention, the combustion chamber
Putty for collecting fine particles in exhaust gas discharged from
The exhaust filter is located in the engine exhaust passage
When gas passes through the walls of the particulate filter
Internal combustion adapted to trap particulates in exhaust gas
In the exhaust gas purifying apparatus for an engine, the particulate matter
To oxidize fine particles temporarily collected on the filter wall
An oxidizing agent that releases active oxygen at the particulate flow rate
Supported on the filter wall, and
Exhaust gas to reverse the flow of exhaust gas through the wall
A backflow means, and the wall of the particulate filter
By reversing the flow of exhaust gas passing through
Particles collected on the wall of the particulate filter
One side of the wall of the particulate filter and the other
Surface and thereby the particulate matter is dispersed.
The particles trapped on the filter wall will not be removed by oxidation.
Reduces the possibility of sedimentation
A plurality of filters in series, and the backflow means includes an exhaust gas
Passes through the wall of the particulate filter in the first direction
Forward flow mode and exhaust gas particulate filter
Through the wall in a second direction opposite to the first direction
Inert gas supplied into the combustion chamber.
As the amount of reactive gas increases, soot generation gradually increases.
Inert gas supplied to the combustion chamber
As the amount of fuel is further increased,
Temperature of fuel and surrounding gas is lower than soot formation temperature
Using an internal combustion engine that hardly generates soot,
In the forward flow mode of the backflow means, the amount of soot generation reaches a peak.
Less than the amount of inert gas supplied to the combustion chamber.
Performs combustion with a small amount of active gas, and reverses the reverse flow means.
In the flow mode, the generation of soot
The amount of inert gas supplied into the combustion chamber is larger than the amount
In order to perform combustion that generates almost no soot
An exhaust emission control device for a fuel engine is provided.
【0010】[0010]
【0011】請求項4に記載の発明によれば、複数個直
列に配置されたパティキュレートフィルタの間に還元剤
供給手段を設けた請求項2または3に記載の内燃機関の
排気浄化装置が提供される。According to the fourth aspect of the present invention, a plurality of direct
Reducing agent between the particulate filters arranged in a row
4. The internal combustion engine according to claim 2, further comprising a supply unit.
An exhaust emission control device is provided.
【0012】[0012]
【0013】請求項5に記載の発明によれば、前記パテ
ィキュレートフィルタとして、単位時間当たりに燃焼室
から排出される排出微粒子量がパティキュレートフィル
タ上において単位時間当たりに輝炎を発することなく酸
化除去可能な酸化除去可能微粒子量よりも少ないときに
は排気ガス中の微粒子がパティキュレートフィルタに流
入すると輝炎を発することなく酸化除去せしめられ、か
つ前記排出微粒子量が一時的に前記酸化除去可能微粒子
量より多くなったとしてもパティキュレートフィルタ上
において微粒子が一定限度以下しか堆積しないときには
前記排出微粒子量が前記酸化除去可能微粒子量よりも少
なくなったときにパティキュレートフィルタ上の微粒子
が輝炎を発することなく酸化除去せしめられるパティキ
ュレートフィルタを用い、前記酸化除去可能微粒子量が
パティキュレートフィルタの温度に依存しており、前記
排出微粒子量が前記酸化除去可能微粒子量よりも通常少
なくなり、かつ前記排出微粒子量が一時的に前記酸化除
去可能微粒子量より多くなったとしてもその後前記排出
微粒子量が前記酸化除去可能微粒子量より少なくなった
ときに酸化除去しうる一定限度以下の量の微粒子しかパ
ティキュレートフィルタ上に堆積しないように前記排出
微粒子量およびパティキュレートフィルタの温度を維持
するための制御手段を具備し、それによって排気ガス中
の微粒子をパティキュレートフィルタ上において輝炎を
発することなく酸化除去せしめるようにした請求項1に
記載の内燃機関の排気浄化装置が提供される。According to the fifth aspect of the present invention, as the particulate filter, the amount of fine particles discharged from the combustion chamber per unit time is oxidized on the particulate filter without emitting a bright flame per unit time. When the amount of the oxidizable and removable particles is smaller than the amount of the oxidizable and removable particles, when the particles in the exhaust gas flow into the particulate filter, they are oxidized and removed without emitting a bright flame, and the amount of the discharged particles is temporarily reduced to the amount of the oxidizable and removable particles. Even when the amount of the particulates increases, the particulates on the particulate filter emit a luminous flame when the amount of the discharged particulates becomes smaller than the amount of the oxidizable and removable particulates when the particulates are deposited only below a certain limit on the particulate filter. Particulate filter that can be removed without oxidation Used, the amount of the oxidizable and removable particles depends on the temperature of the particulate filter, the amount of the discharged particles is usually smaller than the amount of the oxidizable and removable particles, and the amount of the discharged particles is temporarily oxidizable and removable. Even if the amount of fine particles becomes larger than the amount of fine particles, the discharged fine particles are so deposited that only particles of a certain amount or less that can be oxidized and removed when the amount of fine particles discharged becomes smaller than the amount of fine particles that can be removed by oxidation are not deposited on the particulate filter. 2. The internal combustion engine according to claim 1 , further comprising control means for maintaining the amount and the temperature of the particulate filter, whereby the particulates in the exhaust gas are oxidized and removed on the particulate filter without producing a bright flame. An exhaust gas purification device for an engine is provided.
【0014】[0014]
【0015】請求項6に記載の発明によれば、前記パテ
ィキュレートフィルタとして、単位時間当たりに燃焼室
から排出される排出微粒子量がパティキュレートフィル
タ上において単位時間当たりに輝炎を発することなく酸
化除去可能な酸化除去可能微粒子量よりも少ないときに
は排気ガス中の微粒子がパティキュレートフィルタに流
入すると輝炎を発することなく酸化除去せしめられ、か
つ前記排出微粒子量が一時的に前記酸化除去可能微粒子
量より多くなったとしてもパティキュレートフィルタ上
において微粒子が一定限度以下しか堆積しないときには
前記排出微粒子量が前記酸化除去可能微粒子量よりも少
なくなったときにパティキュレートフィルタ上の微粒子
が輝炎を発することなく酸化除去せしめられるパティキ
ュレートフィルタを用い、前記酸化除去可能微粒子量が
パティキュレートフィルタの温度に依存しており、前記
排出微粒子量が前記酸化除去可能微粒子量よりも通常少
なくなり、かつ前記排出微粒子量が一時的に前記酸化除
去可能微粒子量より多くなったとしてもその後前記排出
微粒子量が前記酸化除去可能微粒子量より少なくなった
ときに酸化除去しうる一定限度以下の量の微粒子しかパ
ティキュレートフィルタ上に堆積しないように前記排出
微粒子量およびパティキュレートフィルタの温度を維持
するための制御手段を具備し、それによって排気ガス中
の微粒子をパティキュレートフィルタ上において輝炎を
発することなく酸化除去せしめ、前記排出微粒子量が前
記酸化除去可能微粒子量よりも通常少なくなり、かつ前
記排出微粒子量が一時的に前記酸化除去可能微粒子量よ
り多くなったとしてもその後前記排出微粒子量が前記酸
化除去可能微粒子量より少なくなったときに酸化除去し
うる一定限度以下の量の微粒子しかパティキュレートフ
ィルタ上に堆積しないように、前記排出微粒子量および
パティキュレートフィルタの温度を維持すべく内燃機関
の運転条件を制御するようにした請求項1または3に記
載の内燃機関の排気浄化装置が提供される。According to the invention described in claim 6, the putty is provided.
As a combustion filter, the combustion chamber per unit time
The amount of particulates discharged from
Acid without emitting a luminous flame per unit time
When the amount of fine particles that can be removed by oxidation
Particles in the exhaust gas flow to the particulate filter
When it enters, it can be oxidized and removed without emitting a bright flame,
The amount of the discharged fine particles is temporarily reduced by the oxidation-removable fine particles.
Even if it exceeds the amount, on the particulate filter
When particles accumulate below a certain limit in
The amount of the discharged fine particles is smaller than the amount of the fine particles that can be removed by oxidation.
Particles on particulate filter when exhausted
That can be oxidized and removed without producing a bright flame
The amount of fine particles that can be removed by oxidation
Depends on the temperature of the particulate filter,
The amount of discharged fine particles is usually smaller than the amount of fine particles that can be removed by oxidation.
And the amount of the discharged fine particles is temporarily reduced by the oxidation removal.
Even if the amount of particulates exceeds
The amount of fine particles has become smaller than the amount of fine particles that can be removed by oxidation.
Only particles below a certain amount that can be oxidized and removed
Discharge so that it does not accumulate on the particulate filter
Maintains fine particle content and particulate filter temperature
Control means for controlling exhaust gas
Of fine particles on a particulate filter
Oxidation and removal without emission
Normally less than the amount of fine particles that can be removed by oxidation
The amount of the discharged fine particles is temporarily smaller than the amount of the oxidizable and removable fine particles.
Even if the amount increases, the amount of the discharged
When the amount of fine particles that can be removed
Only a small amount of particulates below a certain limit
The amount of discharged particulates and the amount of
Internal combustion engine to maintain the temperature of the particulate filter
The driving condition according to claim 1 or 3, wherein the operating condition is controlled.
An exhaust purification device for an internal combustion engine is provided.
【0016】[0016]
【0017】請求項7に記載の発明によれば、前記排出
微粒子量が前記酸化除去可能微粒子量よりも通常少なく
なり、かつ前記排出微粒子量が一時的に前記酸化除去可
能微粒子量より多くなったとしてもその後前記排出微粒
子量が前記酸化除去可能微粒子量より少なくなったとき
に酸化除去しうる一定限度以下の量の微粒子しかパティ
キュレートフィルタ上に堆積しないように、前記排出微
粒子量およびパティキュレートフィルタの温度を維持す
べく内燃機関の運転条件を制御するようにした請求項2
に記載の内燃機関の排気浄化装置が提供される。According to the invention described in claim 7, the discharge is performed.
The amount of fine particles is usually smaller than the amount of fine particles that can be removed by oxidation.
And the amount of discharged particulates can be temporarily removed by oxidation.
Even if the amount of fine particles exceeds the
When the amount of particles is smaller than the amount of fine particles that can be removed by oxidation.
Only a small amount of fine particles that can be oxidized and removed
In order to prevent accumulation on the curated filter,
Maintain the particle amount and the temperature of the particulate filter
3. The operating condition of the internal combustion engine for controlling the operation of the engine.
The exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to (1) is provided.
【0018】[0018]
【0019】請求項8に記載の発明によれば、前記逆流
手段は、排気ガスがパティキュレートフィルタの壁を第
一の向きに通過する順流モードと、排気ガスがパティキ
ュレートフィルタの壁を前記第一の向きとは逆向きの第
二の向きに通過する逆流モードとを有し、前記燃焼室内
に供給される不活性ガスの量を増大していくと煤の発生
量が次第に増大してピークに達し、前記燃焼室内に供給
される不活性ガスの量を更に増大していくと前記燃焼室
内における燃焼時の燃料およびその周囲のガス温が煤の
生成温度よりも低くなって煤がほとんど発生しなくなる
内燃機関を用い、前記逆流手段の順流モード時に、煤の
発生量がピークとなる不活性ガスの量よりも前記燃焼室
内に供給される不活性ガスの量が少ない燃焼を実行し、
前記逆流手段の逆流モード時に、煤の発生量がピークと
なる不活性ガスの量よりも前記燃焼室内に供給される不
活性ガスの量が多く煤がほとんど発生しない燃焼を実行
するようにした請求項1または2に記載の内燃機関の排
気浄化装置が提供される。According to the eighth aspect of the present invention, the backflow means includes: a forward flow mode in which exhaust gas passes through the wall of the particulate filter in the first direction; A reverse flow mode that passes in a second direction opposite to the one direction, and as the amount of inert gas supplied into the combustion chamber increases, the amount of soot generated gradually increases and peaks And the amount of inert gas supplied into the combustion chamber is further increased, so that the temperature of the fuel and the surrounding gas during combustion in the combustion chamber becomes lower than the generation temperature of soot, and soot is almost generated. Using an internal combustion engine that no longer runs, during the forward flow mode of the backflow means, performs combustion in which the amount of inert gas supplied into the combustion chamber is smaller than the amount of inert gas at which the generation amount of soot becomes a peak,
In the backflow mode of the backflow means, the amount of the inert gas supplied into the combustion chamber is larger than the amount of the inert gas at which the generation amount of soot becomes a peak, and the combustion is performed so that almost no soot is generated. Item 3. An exhaust gas purification device for an internal combustion engine according to item 1 or 2 .
【0020】[0020]
【0021】請求項9に記載の発明によれば、前記酸化
剤が前記パティキュレートフィルタの壁の内部に担持さ
れている請求項1〜3のいずれか一項に記載の内燃機関
の排気浄化装置が提供される。According to the ninth aspect of the present invention, the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to any one of the first to third aspects, wherein the oxidizing agent is carried inside a wall of the particulate filter. Is provided.
【0022】[0022]
【0023】請求項10に記載の発明によれば、前記酸
化剤が前記パティキュレートフィルタの壁の内部に担持
されており、前記パティキュレートフィルタの壁を通過
する排気ガスの流れを逆転させることにより、前記パテ
ィキュレートフィルタの壁の内部に一時的に捕集された
微粒子を移動させるようにした請求項1〜3のいずれか
一項に記載の内燃機関の排気浄化装置が提供される。According to the tenth aspect of the present invention, the acid
Agent is carried inside the wall of the particulate filter
Are, the by reversing the flow of exhaust gas through the walls of the particulate filter, according to claim 1 which is adapted to move the temporarily trapped particulate in the interior of the wall of the particulate filter Any of 3
An exhaust gas purification device for an internal combustion engine according to claim 1 is provided.
【0024】[0024]
【0025】請求項11に記載の発明によれば、前記パ
ティキュレートフィルタの壁に捕集される微粒子を前記
パティキュレートフィルタの壁の一方の面と他方の面と
にほぼ同程度に分散させるようにした請求項1〜3のい
ずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置が提供され
る。According to the eleventh aspect of the present invention, the fine particles trapped on the wall of the particulate filter are dispersed to substantially the same extent on one side and the other side of the wall of the particulate filter. An exhaust gas purification device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3 is provided.
【0026】[0026]
【0027】[0027]
【発明の実施の形態】以下、添付図面を用いて本発明の
実施形態について説明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
【0028】図1は本発明の内燃機関の排気浄化装置を
圧縮着火式内燃機関に適用した第一の実施形態を示して
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。図1を参照すると、1は機関本体、2は
シリンダブロック、3はシリンダヘッド、4はピスト
ン、5は燃焼室、6は電気制御式燃料噴射弁、7は吸気
弁、8は吸気ポート、9は排気弁、10は排気ポートを
夫々示す。吸気ポート8は対応する吸気枝管11を介し
てサージタンク12に連結され、サージタンク12は吸
気ダクト13を介して排気ターボチャージャ14のコン
プレッサ15に連結される。吸気ダクト13内にはステ
ップモータ16により駆動されるスロットル弁17が配
置され、更に吸気ダクト13周りには吸気ダクト13内
を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置18が配置
される。図1に示される実施形態では機関冷却水が冷却
装置18内に導びかれ、機関冷却水によって吸入空気が
冷却される。一方、排気ポート10は排気マニホルド1
9及び排気管20を介して排気ターボチャージャ14の
排気タービン21に連結され、排気タービン21の出口
は、直列に配列された第一のパティキュレートフィルタ
22及び第二のパティキュレートフィルタ122を内蔵
したケーシング23に連結される。第一のパティキュレ
ートフィルタ22及び第二のパティキュレートフィルタ
122はほぼ同様の構造を有する。FIG. 1 shows a first embodiment in which the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine of the present invention is applied to a compression ignition type internal combustion engine. The present invention can also be applied to a spark ignition type internal combustion engine. Referring to FIG. 1, 1 is an engine body, 2 is a cylinder block, 3 is a cylinder head, 4 is a piston, 5 is a combustion chamber, 6 is an electrically controlled fuel injection valve, 7 is an intake valve, 8 is an intake port, 9 Denotes an exhaust valve, and 10 denotes an exhaust port. The intake port 8 is connected to a surge tank 12 via a corresponding intake branch pipe 11, and the surge tank 12 is connected to a compressor 15 of an exhaust turbocharger 14 via an intake duct 13. A throttle valve 17 driven by a step motor 16 is arranged in the intake duct 13, and a cooling device 18 for cooling intake air flowing through the intake duct 13 is arranged around the intake duct 13. In the embodiment shown in FIG. 1, the engine cooling water is guided into the cooling device 18, and the engine cooling water cools the intake air. On the other hand, the exhaust port 10 is connected to the exhaust manifold 1.
9 and an exhaust pipe 20 connected to the exhaust turbine 21 of the exhaust turbocharger 14, and the outlet of the exhaust turbine 21 incorporates a first particulate filter 22 and a second particulate filter 122 arranged in series. It is connected to the casing 23. The first particulate filter 22 and the second particulate filter 122 have substantially the same structure.
【0029】第一のパティキュレートフィルタ22及び
第二のパティキュレートフィルタ122は排気ガスを順
流方向にも逆流方向にも流すことができるように構成さ
れている。71は排気ガスが第一のパティキュレートフ
ィルタ22及び第二のパティキュレートフィルタ122
を順流方向に通過するときに第一のパティキュレートフ
ィルタ22の上流側通路となる第一通路、72は排気ガ
スが第一のパティキュレートフィルタ22及び第二のパ
ティキュレートフィルタ122を逆流方向に通過すると
きに第二のパティキュレートフィルタ122の上流側通
路となる第二通路である。75は第一のパティキュレー
トフィルタ22と第二のパティキュレートフィルタ12
2とを連結する連結通路、73は排気ガスの流れを順流
方向と逆流方向とバイパス状態とで切り換えるための排
気切換バルブ、74は排気切換バルブ駆動装置である。
76は連結通路75に還元剤として燃料を添加供給する
ための燃料添加装置、77は燃料添加装置を駆動する燃
料添加装置用駆動装置である。The first particulate filter 22 and the second particulate filter 122 are configured to allow exhaust gas to flow in both the forward flow direction and the reverse flow direction. Reference numeral 71 denotes a first particulate filter 22 and a second particulate filter 122
The first passage 72, which becomes the upstream passage of the first particulate filter 22 when passing through the first particulate filter 22, flows through the first particulate filter 22 and the second particulate filter 122 in the reverse flow direction. This is the second passage that becomes the upstream passage of the second particulate filter 122 when the second particulate filter 122 is operated. 75 is a first particulate filter 22 and a second particulate filter 12
A reference numeral 73 denotes an exhaust switching valve for switching the flow of exhaust gas between a forward flow direction, a reverse flow direction, and a bypass state, and 74 denotes an exhaust switching valve driving device.
Reference numeral 76 denotes a fuel addition device for adding and supplying fuel as a reducing agent to the connection passage 75, and reference numeral 77 denotes a fuel addition device driving device that drives the fuel addition device.
【0030】排気マニホルド19とサージタンク12と
は排気ガス再循環(以下、EGRと称す)通路24を介
して互いに連結され、EGR通路24内には電気制御式
EGR制御弁25が配置される。また、EGR通路24
周りにはEGR通路24内を流れるEGRガスを冷却す
るための冷却装置26が配置される。図1に示される実
施形態では機関冷却水が冷却装置26内に導びかれ、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6は燃料供給管26を介して燃料リザーバ、い
わゆるコモンレール27に連結される。このコモンレー
ル27内へは電気制御式の吐出量可変な燃料ポンプ28
から燃料が供給され、コモンレール27内に供給された
燃料は各燃料供給管26を介して燃料噴射弁6に供給さ
れる。コモンレール27にはコモンレール27内の燃料
圧を検出するための燃料圧センサ29が取付けられ、燃
料圧センサ29の出力信号に基づいてコモンレール27
内の燃料圧が目標燃料圧となるように燃料ポンプ28の
吐出量が制御される。The exhaust manifold 19 and the surge tank 12 are connected to each other via an exhaust gas recirculation (hereinafter, referred to as EGR) passage 24, and an electrically controlled EGR control valve 25 is disposed in the EGR passage 24. The EGR passage 24
A cooling device 26 for cooling the EGR gas flowing in the EGR passage 24 is disposed around the cooling device 26. In the embodiment shown in FIG. 1, the engine cooling water is guided into the cooling device 26, and the engine cooling water cools the EGR gas. On the other hand, each fuel injection valve 6 is connected to a fuel reservoir, a so-called common rail 27, via a fuel supply pipe 26. An electric control type variable discharge fuel pump 28 is provided in the common rail 27.
The fuel supplied from the common rail 27 is supplied to the fuel injection valve 6 through each fuel supply pipe 26. A fuel pressure sensor 29 for detecting the fuel pressure in the common rail 27 is attached to the common rail 27.
The discharge amount of the fuel pump 28 is controlled so that the internal fuel pressure becomes the target fuel pressure.
【0031】電子制御ユニット30はデジタルコンピュ
ータからなり、双方向性バス31によって互いに接続さ
れたROM(リードオンリメモリ)32、RAM(ラン
ダムアクセスメモリ)33、CPU(マイクロプロセッ
サ)34、入力ポート35及び出力ポート36を具備す
る。燃料圧センサ29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、連結
通路75内には第一のパティキュレートフィルタ22及
び第二のパティキュレートフィルタ122の温度を代表
する温度を検出するための温度センサ39が取付けら
れ、この温度センサ39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。アクセル
ペダル40にはアクセルペダル40の踏込み量Lに比例
した出力電圧を発生する負荷センサ41が接続され、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30°回転する毎に出力
パルスを発生するクランク角センサ42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6、スロットル弁駆動用ステップモータ1
6、EGR制御弁25、燃料ポンプ28、排気切換バル
ブ駆動装置74、及び燃料添加装置用駆動装置77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, An output port 36 is provided. The output signal of the fuel pressure sensor 29 is input to the input port 35 via the corresponding AD converter 37. Further, a temperature sensor 39 for detecting a temperature representing the temperature of the first particulate filter 22 and the second particulate filter 122 is mounted in the connection passage 75, and the output signal of the temperature sensor 39 corresponds to the temperature sensor 39. Is input to the input port 35 via the AD converter 37. A load sensor 41 that generates an output voltage proportional to the depression amount L 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. . Further input port 35
Is connected to a crank angle sensor 42 that generates an output pulse every time the crankshaft rotates, for example, by 30 °.
On the other hand, the output port 36 is connected to the fuel injection valve 6, the throttle valve driving step motor 1 through the corresponding drive circuit 38.
6, connected to the EGR control valve 25, the fuel pump 28, the exhaust switching valve driving device 74, and the driving device 77 for the fuel addition device.
【0032】図2に第一のパティキュレートフィルタ2
2の構造を示す。なお上述したように第二のパティキュ
レートフィルタ122は第一のパティキュレートフィル
タ22と同様の構造を有するため、第二のパティキュレ
ートフィルタ122の構造については詳細に説明しな
い。図2において(A)はパティキュレートフィルタ2
2の正面図を示しており、(B)はパティキュレートフ
ィルタ22の側面断面図を示している。図2(A)及び
(B)に示されるように第一のパティキュレートフィル
タ22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50,51を具備する。こ
れら排気流通路は下流端が栓52により閉塞された排気
ガス流入通路50と、上流端が栓53により閉塞された
排気ガス流出通路51とにより構成される。なお、図2
(A)においてハッチングを付した部分は栓53を示し
ている。従って排気ガス流入通路50及び排気ガス流出
通路51は薄肉の隔壁54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50及び排気ガス流出通
路51は各排気ガス流入通路50が4つの排気ガス流出
通路51によって包囲され、各排気ガス流出通路51が
4つの排気ガス流入通路50によって包囲されるように
配置される。パティキュレートフィルタ22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、従
って排気ガス流入通路50内に流入した排気ガスは図2
(B)において矢印で示されるように周囲の隔壁54内
を通って隣接する排気ガス流出通路51内に流出する。FIG. 2 shows a first particulate filter 2.
2 shows the structure of No. 2. As described above, since the second particulate filter 122 has the same structure as the first particulate filter 22, the structure of the second particulate filter 122 will not be described in detail. In FIG. 2, (A) is a particulate filter 2.
2 shows a front view, and FIG. 2B shows a side sectional view of the particulate filter 22. As shown in FIGS. 2A and 2B, the first particulate filter 22 has a honeycomb structure and includes a plurality of exhaust passages 50 and 51 extending in parallel with each other. These exhaust passages are constituted by an exhaust gas inflow passage 50 whose downstream end is closed by a plug 52 and an exhaust gas outflow passage 51 whose upstream end is closed by a plug 53. Note that FIG.
In FIG. 5A, the hatched portion indicates the plug 53. Therefore, the exhaust gas inflow passages 50 and the exhaust gas outflow passages 51 are alternately arranged via the thin partition walls 54.
In other words, the exhaust gas inflow passage 50 and the exhaust gas outflow passage 51 are each surrounded by the four exhaust gas outflow passages 51, and each exhaust gas outflow passage 51 is surrounded by the four exhaust gas inflow passages 50. It is arranged so that. The particulate filter 22 is formed of, for example, a porous material such as cordierite.
As shown by an arrow in (B), the gas flows through the surrounding partition wall 54 and flows out into the adjacent exhaust gas outflow passage 51.
【0033】本発明による実施形態では各排気ガス流入
通路50及び各排気ガス流出通路51の周壁面、即ち各
隔壁54の両側表面上、栓53の外端面及び栓52,5
3の内端面上には全面に亘って例えばアルミナからなる
担体の層が形成されており、この担体上には、貴金属触
媒、及び周囲に過剰酸素が存在すると酸素を取込んで酸
素を保持しかつ周囲の酸素濃度が低下すると保持した酸
素を活性酸素の形で放出する酸素吸蔵・活性酸素放出剤
が、パティキュレートフィルタの隔壁54の表面上に一
時的に捕集された微粒子を酸化するための酸化触媒とし
て担持されている。In the embodiment according to the present invention, the peripheral wall surfaces of the exhaust gas inflow passages 50 and the exhaust gas outflow passages 51, that is, on both side surfaces of each partition wall 54, the outer end surface of the plug 53 and the plugs 52,5
A support layer made of, for example, alumina is formed on the entire inner end face of the support 3. On this support, a noble metal catalyst and excess oxygen in the surroundings take in oxygen to retain oxygen. In addition, an oxygen storage / active oxygen releasing agent that releases the retained oxygen in the form of active oxygen when the surrounding oxygen concentration decreases oxidizes the fine particles temporarily collected on the surface of the partition wall 54 of the particulate filter. Supported as an oxidation catalyst.
【0034】この場合、本発明による実施形態では貴金
属触媒として白金Ptが用いられており、酸素吸蔵・活
性酸素放出剤としてカリウムK、ナトリウムNa、リチ
ウムLi、セシウムCs、ルビジウムRbのようなアル
カリ金属、バリウムBa、カルシウムCa、ストロンチ
ウムSrのようなアルカリ土類金属、ランタンLa、イ
ットリウムYのような希土類、及び遷移金属から選ばれ
た少なくとも一つが用いられている。なお、この場合酸
素吸蔵・活性酸素放出剤としてはカルシウムCaよりも
イオン化傾向の高いアルカリ金属又はアルカリ土類金
属、即ちカリウムK、リチウムLi、セシウムCs、ル
ビジウムRb、バリウムBa、ストロンチウムSrを用
いることが好ましい。In this case, in the embodiment according to the present invention, platinum Pt is used as a noble metal catalyst, and an alkali metal such as potassium K, sodium Na, lithium Li, cesium Cs, and rubidium Rb is used as an oxygen storage / active oxygen release agent. At least one selected from alkaline earth metals such as barium, barium Ba, calcium Ca and strontium Sr, rare earths such as lanthanum La and yttrium Y, and transition metals is used. In this case, as the oxygen storage / active oxygen release agent, an alkali metal or alkaline earth metal having a higher ionization tendency than calcium Ca, that is, potassium K, lithium Li, cesium Cs, rubidium Rb, barium Ba, and strontium Sr is used. Is preferred.
【0035】次にパティキュレートフィルタ22による
排気ガス中の微粒子除去作用について担体上に白金Pt
及びカリウムKを担持させた場合を例にとって説明する
が他の貴金属、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土
類、遷移金属を用いても同様な微粒子除去作用が行われ
る。図1に示されるような圧縮着火式内燃機関では空気
過剰のもとで燃焼が行われ、従って排気ガスは多量の過
剰空気を含んでいる。即ち、吸気通路及び燃焼室5内に
供給された空気と燃料との比を排気ガスの空燃比と称す
ると図1に示されるような圧縮着火式内燃機関では排気
ガスの空燃比はリーンとなっている。また、燃焼室5内
ではNOが発生するので排気ガス中にはNOが含まれて
いる。また、燃料中にはイオウSが含まれており、この
イオウSは燃焼室5内で酸素と反応してSO2 となる。
従って排気ガス中にはSO2 が含まれている。従って過
剰酸素、NO及びSO2 を含んだ排気ガスがパティキュ
レートフィルタ22の排気ガス流入通路50内に流入す
ることになる。Next, the action of the particulate filter 22 for removing fine particles in the exhaust gas will be described.
Although the case where potassium and potassium K are supported will be described as an example, the same fine particle removing action can be performed by using other noble metals, alkali metals, alkaline earth metals, rare earths, and transition metals. In a compression ignition type internal combustion engine as shown in FIG. 1, combustion takes place under excess air, so that the exhaust gas contains a large amount of excess air. That is, when the ratio of air to fuel supplied into the intake passage and the combustion chamber 5 is referred to as the air-fuel ratio of the exhaust gas, the air-fuel ratio of the exhaust gas is lean in a compression ignition type internal combustion engine as shown in FIG. ing. Further, since NO is generated in the combustion chamber 5, the exhaust gas contains NO. Further, sulfur S is contained in the fuel, and the sulfur S reacts with oxygen in the combustion chamber 5 to become SO 2 .
Therefore, SO 2 is contained in the exhaust gas. Therefore, exhaust gas containing excess oxygen, NO, and SO 2 flows into the exhaust gas inflow passage 50 of the particulate filter 22.
【0036】図3(A)及び(B)は排気ガス流入通路
50の内周面上に形成された担体層の表面の拡大図を模
式的に表わしている。なお、図3(A)及び(B)にお
いて60は白金Ptの粒子を示しており、61はカリウ
ムKを含んでいる酸素吸蔵・活性酸素放出剤を示してい
る。上述したように排気ガス中には多量の過剰酸素が含
まれているので排気ガスがパティキュレートフィルタ2
2の排気ガス流入通路50内に流入すると図3(A)に
示されるようにこれら酸素O2 がO2 - 又はO 2-の形で
白金Ptの表面に付着する。一方、排気ガス中のNOは
白金Ptの表面上でO2 - 又はO2-と反応し、NO2 と
なる(2NO+O2 →2NO2 )。次いで生成されたN
O2 の一部は白金Pt上で酸化されつつ酸素吸蔵・活性
酸素放出剤61内に吸収され、カリウムKと結合しなが
ら図3(A)に示されるように硝酸イオンNO3 - の形
で酸素吸蔵・活性酸素放出剤61内に拡散し、硝酸カリ
ウムKNO3 を生成する。FIGS. 3A and 3B show an exhaust gas inflow passage.
50 is an enlarged view of the surface of the carrier layer formed on the inner peripheral surface of the substrate 50.
It is represented in a formula. 3 (A) and 3 (B).
60 indicates platinum Pt particles, and 61 indicates potassium.
Shows oxygen storage / active oxygen release agent containing K
You. As described above, the exhaust gas contains a large amount of excess oxygen.
Exhaust gas is particulate filter 2
When the gas flows into the exhaust gas inflow passage 50 of FIG.
As shown, these oxygen OTwoIs OTwo -Or O 2-In the form of
It adheres to the surface of platinum Pt. On the other hand, NO in exhaust gas
O on the surface of platinum PtTwo -Or O2-Reacts with NOTwoWhen
(2NO + OTwo→ 2NOTwo). Then the generated N
OTwoPart of oxygen is oxidized on platinum Pt and oxygen storage and activity
While being absorbed in the oxygen releasing agent 61 and binding to potassium K
3A, nitrate ions NOThree -Form of
Diffuses into the oxygen storage / active oxygen release agent 61 with potassium nitrate
Umm KNOThreeGenerate
【0037】一方、上述したように排気ガス中にはSO
2 も含まれており、このSO2 もNOと同様なメカニズ
ムによって酸素吸蔵・活性酸素放出剤61内に吸収され
る。即ち、上述したように酸素O2 がO2 - 又はO2-の
形で白金Ptの表面に付着しており、排気ガス中のSO
2 は白金Ptの表面でO2 - 又はO2-と反応してSO 3
となる。次いで生成されたSO3 の一部は白金Pt上で
更に酸化されつつ酸素吸蔵・活性酸素放出剤61内に吸
収され、カリウムKと結合しながら硫酸イオンSO4 2-
の形で酸素吸蔵・活性酸素放出剤61内に拡散し、硫酸
カリウムK2 SO4 を生成する。このようにして酸素吸
蔵・活性酸素放出触媒61内には硝酸カリウムKNO3
及び硫酸カリウムK2 SO4 が生成される。On the other hand, as described above, SO is contained in the exhaust gas.
TwoIs also included in this SOTwoIs the same mechanism as NO
Absorbed by the oxygen storage / active oxygen release agent 61
You. That is, as described above, the oxygen OTwoIs OTwo -Or O2-of
Adhered to the surface of platinum Pt in the form of SO
TwoIs O on the surface of platinum PtTwo -Or O2-Reacts with SO Three
It becomes. Then the generated SOThreePart of is on platinum Pt
While being oxidized, it is absorbed into the oxygen storage / active oxygen release agent 61.
Is collected and combined with potassium K to form sulfate ion SO.Four 2-
Is diffused into the oxygen storage / active oxygen release agent 61 in the form of
Potassium KTwoSOFourGenerate In this way, oxygen absorption
The storage / active oxygen release catalyst 61 contains potassium nitrate KNOThree
And potassium sulfate KTwoSOFourIs generated.
【0038】一方、燃焼室5内においては主にカーボン
Cからなる微粒子が生成され、従って排気ガス中にはこ
れら微粒子が含まれている。排気ガス中に含まれている
これら微粒子は排気ガスがパティキュレートフィルタ2
2の排気ガス流入通路50内を流れているときに、或い
は排気ガス流入通路50から排気ガス流出通路51に向
かうときに図3(B)において62で示されるように担
体層の表面、例えば酸素吸蔵・活性酸素放出剤61の表
面上に接触し、付着する。On the other hand, fine particles mainly composed of carbon C are generated in the combustion chamber 5, so that the exhaust gas contains these fine particles. These fine particles contained in the exhaust gas are used as the particulate filter 2 in the exhaust gas.
2B, when flowing in the exhaust gas inflow passage 50, or when heading from the exhaust gas inflow passage 50 to the exhaust gas outflow passage 51, as shown by 62 in FIG. It contacts and adheres to the surface of the storage / active oxygen release agent 61.
【0039】このように微粒子62が酸素吸蔵・活性酸
素放出剤61の表面上に付着すると微粒子62と酸素吸
蔵・活性酸素放出剤61との接触面では酸素濃度が低下
する。酸素濃度が低下すると酸素濃度の高い酸素吸蔵・
活性酸素放出剤61内との間で濃度差が生じ、斯くして
酸素吸蔵・活性酸素放出剤61内の酸素が微粒子62と
酸素吸蔵・活性酸素放出剤61との接触面に向けて移動
しようとする。その結果、酸素吸蔵・活性酸素放出剤6
1内に形成されている硝酸カリウムKNO3 がカリウム
Kと酸素OとNOとに分解され、酸素Oが微粒子62と
酸素吸蔵・活性酸素放出剤61との接触面に向かい、N
Oが酸素吸蔵・活性酸素放出剤61から外部に放出され
る。外部に放出されたNOは下流側の白金Pt上におい
て酸化され、再び酸素吸蔵・活性酸素放出剤61内に吸
収される。As described above, when the fine particles 62 adhere to the surface of the oxygen storage / active oxygen release agent 61, the oxygen concentration decreases at the contact surface between the fine particles 62 and the oxygen storage / active oxygen release agent 61. When the oxygen concentration decreases, oxygen storage with high oxygen concentration
A concentration difference occurs between the active oxygen releasing agent 61 and the inside of the active oxygen releasing agent 61, so that the oxygen in the oxygen storing / active oxygen releasing agent 61 moves toward the contact surface between the fine particles 62 and the oxygen storing / active oxygen releasing agent 61. And As a result, the oxygen storage / active oxygen release agent 6
Potassium nitrate KNO 3 formed in 1 is decomposed into potassium K, oxygen O and NO, and the oxygen O moves toward the contact surface between the fine particles 62 and the oxygen storage / active oxygen release agent 61,
O is released from the oxygen storage / active oxygen release agent 61 to the outside. The NO released to the outside is oxidized on platinum Pt on the downstream side, and is again absorbed in the oxygen storage / active oxygen release agent 61.
【0040】一方、このとき酸素吸蔵・活性酸素放出剤
61内に形成されている硫酸カリウムK2 SO4 もカリ
ウムKと酸素OとSO2 とに分解され、酸素Oが微粒子
62と酸素吸蔵・活性酸素放出剤61との接触面に向か
い、SO2 が酸素吸蔵・活性酸素放出剤61から外部に
放出される。外部に放出されたSO2 は下流側の白金P
t上において酸化され、再び酸素吸蔵・活性酸素放出剤
61内に吸収される。ただし、硫酸カリウムK2 SO4
は、安定化しているために硝酸カリウムKNO 3 に比べ
て活性酸素を放出しづらい。On the other hand, at this time, an oxygen storage / active oxygen release agent
Potassium sulfate K formed in 61TwoSOFourMokari
Umm K, Oxygen O and SOTwoDecomposed into oxygen O
To the contact surface between 62 and oxygen storage / active oxygen releasing agent 61
Yes, SOTwoFrom the oxygen storage / active oxygen release agent 61 to the outside
Released. SO released outsideTwoIs the platinum P on the downstream side
t is oxidized on the oxygen and is again an oxygen storage / active oxygen release agent
It is absorbed in 61. However, potassium sulfate KTwoSOFour
Is potassium nitrate KNO Threecompared to
Hard to release active oxygen.
【0041】一方、微粒子62と酸素吸蔵・活性酸素放
出剤61との接触面に向かう酸素Oは硝酸カリウムKN
O3 のような化合物から分解された酸素である。化合物
から分解された酸素Oは高いエネルギを有しており、極
めて高い活性を有する。従って微粒子62と酸素吸蔵・
活性酸素放出剤61との接触面に向かう酸素は活性酸素
Oとなっている。これら活性酸素Oが微粒子62に接触
すると微粒子62はただちに輝炎を発することなく酸化
せしめられ、微粒子62は完全に消滅する。従って微粒
子62はパティキュレートフィルタ22上に堆積するこ
とがない。On the other hand, oxygen O heading toward the contact surface between the fine particles 62 and the oxygen storage / active oxygen releasing agent 61 is potassium nitrate KN
Oxygen decomposed from a compound such as O 3 . Oxygen O decomposed from the compound has high energy and extremely high activity. Therefore, the fine particles 62 and the oxygen storage /
Oxygen toward the contact surface with the active oxygen releasing agent 61 is active oxygen O. When the active oxygen O comes into contact with the fine particles 62, the fine particles 62 are immediately oxidized without emitting a bright flame, and the fine particles 62 are completely extinguished. Therefore, the fine particles 62 do not accumulate on the particulate filter 22.
【0042】従来のようにパティキュレートフィルタ2
2上に積層状に堆積した微粒子が燃焼せしめられるとき
にはパティキュレートフィルタ22が赤熱し、火炎を伴
って燃焼する。このような火炎を伴う燃焼は高温でない
と持続せず、従ってこのような火炎を伴なう燃焼を持続
させるためにはパティキュレートフィルタ22の温度を
高温に維持しなければならない。The conventional particulate filter 2
When the fine particles deposited in a layered form on 2 are burned, the particulate filter 22 glows red and burns with a flame. Such combustion with a flame cannot be sustained unless it is at a high temperature, so that the temperature of the particulate filter 22 must be maintained at a high temperature in order to maintain the combustion with such a flame.
【0043】これに対して本発明では微粒子62は上述
したように輝炎を発することなく酸化せしめられ、この
ときパティキュレートフィルタ22の表面が赤熱するこ
ともない。即ち、云い換えると本発明では従来に比べて
かなり低い温度でもって微粒子62が酸化除去せしめら
れている。従って本発明による輝炎を発しない微粒子6
2の酸化による微粒子除去作用は火炎を伴う従来の燃焼
による微粒子除去作用と全く異なっている。On the other hand, in the present invention, the fine particles 62 are oxidized without emitting a bright flame as described above, and at this time, the surface of the particulate filter 22 does not glow. That is, in other words, in the present invention, the fine particles 62 are oxidized and removed at a considerably lower temperature than in the prior art. Therefore, the fine particles 6 which do not emit a bright flame according to the present invention 6
The action of removing fine particles by oxidation of 2 is completely different from the action of removing fine particles by conventional combustion accompanied by a flame.
【0044】ところで白金Pt及び酸素吸蔵・活性酸素
放出剤61はパティキュレートフィルタ22の温度が高
くなるほど活性化するので単位時間当りに酸素吸蔵・活
性酸素放出剤61が放出しうる活性酸素Oの量はパティ
キュレートフィルタ22の温度が高くなるほど増大す
る。従ってパティキュレートフィルタ22上において単
位時間当りに輝炎を発することなく酸化除去可能な酸化
除去可能微粒子量はパティキュレートフィルタ22の温
度が高くなるほど増大する。Since the platinum Pt and the oxygen storage / active oxygen releasing agent 61 are activated as the temperature of the particulate filter 22 increases, the amount of the active oxygen O that can be released per unit time by the oxygen storage / active oxygen releasing agent 61 is determined. Increases as the temperature of the particulate filter 22 increases. Therefore, the amount of oxidizable particles that can be oxidized and removed on the particulate filter 22 without emitting a luminous flame per unit time increases as the temperature of the particulate filter 22 increases.
【0045】図5の実線は単位時間当りに輝炎を発する
ことなく酸化除去可能な酸化除去可能微粒子量G及びサ
ルフェート生成量を示している。なお、図5において横
軸はパティキュレートフィルタ22の温度TFを示して
いる。単位時間当りに燃焼室5から排出される微粒子の
量を排出微粒子量Mと称するとこの排出微粒子量Mが酸
化除去可能微粒子Gよりも少ないとき、即ち図5の領域
Iでは燃焼室5から排出された全ての微粒子がパティキ
ュレートフィルタ22に接触するや否や短時間のうちに
パティキュレートフィルタ22上において輝炎を発する
ことなく酸化除去せしめられる。The solid line in FIG. 5 shows the amount G of oxidizable and removable fine particles and the amount of sulfate produced per unit time that can be oxidized and removed without emitting luminous flame. In FIG. 5, the horizontal axis represents the temperature TF of the particulate filter 22. When the amount of the fine particles discharged from the combustion chamber 5 per unit time is referred to as a discharged fine particle amount M, when the discharged fine particle amount M is smaller than the oxidation-removable fine particles G, that is, in the region I of FIG. As soon as all the fine particles come into contact with the particulate filter 22, they are oxidized and removed on the particulate filter 22 in a short time without emitting a bright flame.
【0046】これに対し、排出微粒子量Mが酸化除去可
能微粒子量Gよりも多いとき、即ち図5の領域IIでは全
ての微粒子を酸化するには活性酸素量が不足している。
図4(A)〜(C)はこのような場合の微粒子の酸化の
様子を示している。即ち、全ての微粒子を酸化するには
活性酸素量が不足している場合には図4(A)に示すよ
うに微粒子62が酸素吸蔵・活性酸素放出剤61上に付
着すると微粒子62の一部のみが酸化され、十分に酸化
されなかった微粒子部分が担体層上に残留する。次いで
活性酸素量が不足している状態が継続すると次から次へ
と酸化されなかった微粒子部分が担体層上に残留し、そ
の結果図4(B)に示されるように担体層の表面が残留
微粒子部分63によって覆われるようになる。On the other hand, when the amount M of discharged fine particles is larger than the amount G of fine particles that can be removed by oxidation, that is, in the region II of FIG. 5, the amount of active oxygen is insufficient to oxidize all the fine particles.
FIGS. 4A to 4C show how the fine particles are oxidized in such a case. That is, when the amount of active oxygen is insufficient to oxidize all the fine particles, as shown in FIG. 4A, when the fine particles 62 adhere to the oxygen storage / active oxygen releasing agent 61, a part of the fine particles 62 Only the fine particles are oxidized, and the finely oxidized fine particles remain on the carrier layer. Next, when the state of the shortage of the active oxygen amount continues, the fine particles which were not oxidized one after another remain on the carrier layer, and as a result, the surface of the carrier layer remains as shown in FIG. It becomes covered with the fine particle portion 63.
【0047】担体層の表面を覆うこの残留微粒子部分6
3は次第に酸化されにくいカーボン質に変質し、斯くし
てこの残留微粒子部分63はそのまま残留しやすくな
る。また、担体層の表面が残留微粒子部分63によって
覆われると白金PtによるNO,SO2 の酸化作用及び
酸素吸蔵・活性酸素放出剤61による活性酸素の放出作
用が抑制される。その結果、図4(C)に示されるよう
に残留微粒子部分63の上に別の微粒子64が次から次
へと堆積する。即ち、微粒子が積層状に堆積することに
なる。このように微粒子が積層状に堆積するとこれら微
粒子は白金Ptや酸素吸蔵・活性酸素放出剤61から距
離を隔てているためにたとえ酸化されやすい微粒子であ
ってももはや活性酸素Oによって酸化されることがな
く、従ってこの微粒子64上に更に別の微粒子が次から
次へと堆積する。即ち、排出微粒子量Mが酸化除去可能
微粒子量Gよりも多い状態が継続するとパティキュレー
トフィルタ22上には微粒子が積層状に堆積し、斯くし
て排気ガス温を高温にするか、或いはパティキュレート
フィルタ22の温度を高温にしない限り、堆積した微粒
子を着火燃焼させることができなくなる。The residual fine particle portion 6 covering the surface of the carrier layer
3 gradually changes to a carbon material which is hardly oxidized, and thus the residual fine particle portion 63 is likely to remain as it is. Further, when the surface of the carrier layer is covered with the residual fine particle portion 63, the oxidizing action of NO and SO 2 by platinum Pt and the releasing action of active oxygen by the oxygen storage / active oxygen releasing agent 61 are suppressed. As a result, as shown in FIG. 4C, another fine particle 64 is deposited on the remaining fine particle portion 63 one after another. That is, the fine particles are deposited in a layered manner. When the fine particles are deposited in a layered manner in this way, even if the fine particles are easily oxidized, they are no longer oxidized by the active oxygen O because they are separated from platinum Pt and the oxygen storage / active oxygen releasing agent 61. Therefore, further fine particles accumulate on the fine particles 64 one after another. That is, when the state in which the amount M of discharged fine particles is larger than the amount G of fine particles that can be removed by oxidation continues, the fine particles are deposited on the particulate filter 22 in a layered manner. Unless the temperature of the filter 22 is increased, the deposited fine particles cannot be ignited and burned.
【0048】このように図5の領域Iでは微粒子はパテ
ィキュレートフィルタ22上において輝炎を発すること
なく短時間のうちに酸化せしめられ、図5の領域IIでは
微粒子がパティキュレートフィルタ22上に積層状に堆
積する。従って微粒子がパティキュレートフィルタ22
上に積層状に堆積しないようにするためには排出微粒子
量Mを常時酸化除去可能微粒子量Gよりも少なくしてお
く必要がある。As described above, in the region I of FIG. 5, the fine particles are oxidized in a short time without emitting a bright flame on the particulate filter 22, and in the region II of FIG. Deposit in a shape. Therefore, the particulates are
In order to prevent the particles from being deposited in a layered manner on top, the amount M of discharged fine particles must always be smaller than the amount G of fine particles that can be removed by oxidation.
【0049】図5からわかるように本発明の実施形態で
用いられているパティキュレートフィルタ22ではパテ
ィキュレートフィルタ22の温度TFがかなり低くても
微粒子を酸化させることが可能であり、従って図1に示
す圧縮着火式内燃機関において排出微粒子量M及びパテ
ィキュレートフィルタ22の温度TFを排出微粒子量M
が酸化除去可能微粒子量Gよりも常時少なくなるように
維持することが可能である。従って本発明による第1の
実施形態においては排出微粒子量M及びパティキュレー
トフィルタ22の温度TFを排出微粒子量Mが酸化除去
可能微粒子量Gよりも常時少なくなるように維持するよ
うにしている。排出微粒子量Mが酸化除去可能微粒子量
Gよりも常時少ないとパティキュレートフィルタ22上
に微粒子がほとんど堆積せず、斯くして背圧がほとんど
上昇しない。従って機関出力は低下しない。As can be seen from FIG. 5, the particulate filter 22 used in the embodiment of the present invention can oxidize the fine particles even if the temperature TF of the particulate filter 22 is considerably low. In the compression ignition type internal combustion engine shown, the amount M of discharged particulates and the temperature TF of the particulate filter 22
Can always be maintained to be smaller than the amount G of particles that can be removed by oxidation. Therefore, in the first embodiment according to the present invention, the amount M of discharged fine particles and the temperature TF of the particulate filter 22 are maintained such that the amount M of discharged fine particles is always smaller than the amount G of fine particles that can be removed by oxidation. If the amount M of discharged fine particles is always smaller than the amount G of fine particles that can be removed by oxidation, the fine particles hardly accumulate on the particulate filter 22, and thus the back pressure hardly increases. Therefore, the engine output does not decrease.
【0050】一方、前述したように一旦微粒子がパティ
キュレートフィルタ22上において積層状に堆積すると
たとえ排出微粒子量Mが酸化除去可能微粒子量Gよりも
少なくなったとしても活性酸素Oにより微粒子を酸化さ
せることは困難である。しかしながら酸化されなかった
微粒子部分が残留しはじめているときに、即ち微粒子が
一定限度以下しか堆積していないときに排気微粒子量M
が酸化除去可能微粒子量Gよりも少なくなるとこの残留
微粒子部分は活性酸素Oによって輝炎を発することなく
酸化除去される。従って第2の実施形態では排出微粒子
量Mが酸化除去可能微粒子量Gよりも通常少なくなり、
かつ排出微粒子量Mが一時的に酸化除去可能微粒子量G
より多くなったとしても図4(B)に示されるように担
体層の表面が残留微粒子部分63によって覆われないよ
うに、即ち排出微粒子量Mが酸化除去可能微粒子量Gよ
り少なくなったときに酸化除去しうる一定限度以下の量
の微粒子しかパティキュレートフィルタ22上に積層し
ないように排出微粒子量M及びパティキュレートフィル
タ22の温度TFを維持するようにしている。On the other hand, as described above, once the fine particles are deposited in layers on the particulate filter 22, even if the amount M of discharged fine particles becomes smaller than the amount G of fine particles that can be removed by oxidation, the fine particles are oxidized by the active oxygen O. It is difficult. However, when the unoxidized fine particle portion is beginning to remain, that is, when the fine particles are deposited only below a certain limit, the exhaust fine particle amount M
Is smaller than the amount G of fine particles that can be removed by oxidation, the remaining fine particles are oxidized and removed by the active oxygen O without emitting a bright flame. Therefore, in the second embodiment, the amount M of discharged fine particles is usually smaller than the amount G of fine particles that can be removed by oxidation,
And the amount M of discharged fine particles is temporarily the amount G of fine particles that can be oxidized and removed.
Even if the amount increases, as shown in FIG. 4B, the surface of the carrier layer is not covered by the residual fine particle portion 63, that is, when the amount M of discharged fine particles becomes smaller than the amount G of fine particles that can be removed by oxidation. The amount M of discharged fine particles and the temperature TF of the particulate filter 22 are maintained so that only a small amount of particles less than a certain limit that can be oxidized and removed is not deposited on the particulate filter 22.
【0051】機関始動直後はパティキュレートフィルタ
22の温度TFは低く、従ってこのときには排出微粒子
量Mの方が酸化除去可能微粒子量Gよりも多くなる。従
って実際の運転を考えると第2の実施形態の方が現実に
合っていると考えられる。一方、第1の実施形態又は第
2の実施形態を実行しうるように排出微粒子量M及びパ
ティキュレートフィルタ22の温度TFを制御していた
としてもパティキュレートフィルタ22上に微粒子が積
層状に堆積する場合がある。このような場合には排気ガ
スの一部又は全体の空燃比を一時的にリッチにすること
によってパティキュレートフィルタ22上に堆積した微
粒子を輝炎を発することなく酸化させることができる。Immediately after the start of the engine, the temperature TF of the particulate filter 22 is low. Therefore, it is considered that the second embodiment is more suitable for actual driving. On the other hand, even if the amount M of discharged particulates and the temperature TF of the particulate filter 22 are controlled so that the first embodiment or the second embodiment can be executed, the particulates are deposited on the particulate filter 22 in a layered manner. May be. In such a case, the particulates deposited on the particulate filter 22 can be oxidized without emitting a bright flame by temporarily making the air-fuel ratio of a part or the whole of the exhaust gas rich.
【0052】即ち、排気ガスの空燃比をリッチにする
と、即ち排気ガス中の酸素濃度を低下させると酸素吸蔵
・活性酸素放出剤61から外部に活性酸素Oが一気に放
出され、これら一気に放出された活性酸素Oによって堆
積した微粒子が輝炎を発することなく一気に燃焼除去さ
れる。この場合、パティキュレートフィルタ22上にお
いて微粒子が積層状に堆積したときに排気ガスの空燃比
をリッチにしてもよいし、周期的に排気ガスの空燃比を
リッチにしてもよい。排気ガスの空燃比をリッチにする
方法としては、例えば機関負荷が比較的低いときにEG
R率(EGRガス量/(吸入空気量+EGRガス量))
が65パーセント以上となるようにスロットル弁17の
開度及びEGR制御弁25の開度を制御し、このとき燃
焼室5内における平均空燃比がリッチになるように噴射
量を制御する方法を用いることができる。That is, when the air-fuel ratio of the exhaust gas is made rich, that is, when the oxygen concentration in the exhaust gas is reduced, the active oxygen O is released from the oxygen storage / active oxygen releasing agent 61 to the outside at once, and the active oxygen O is released at once. The fine particles deposited by the active oxygen O are burned and removed at once without emitting a bright flame. In this case, the air-fuel ratio of the exhaust gas may be made rich when the particulates are deposited on the particulate filter 22 in a layered manner, or the air-fuel ratio of the exhaust gas may be made rich periodically. As a method of making the air-fuel ratio of the exhaust gas rich, for example, when the engine load is relatively low, the EG
R rate (EGR gas amount / (intake air amount + EGR gas amount))
Of the throttle valve 17 and the opening of the EGR control valve 25 so that the average air-fuel ratio in the combustion chamber 5 becomes rich. be able to.
【0053】上述したように、パティキュレートフィル
タ22の温度TFが高くなればなるほどパティキュレー
トフィルタ22による微粒子の酸化除去能力は高くな
る。ところが、図5(B)に示すように、パティキュレ
ートフィルタ22の温度を高くするために排気ガスの温
度を高くすると、排気ガス中において生成されるサルフ
ェートの量が増加してしまう。そこで本実施形態では、
サルフェート生成許容値S1及びそれに対応するサルフ
ェート生成温度TF1を定め、パティキュレートフィル
タ22の温度TFがサルフェート生成温度TF1よりも
高くなったときに、後述するようなサルフェートの還元
能力を高めるための制御が行われる。As described above, the higher the temperature TF of the particulate filter 22, the higher the ability of the particulate filter 22 to oxidize and remove fine particles. However, as shown in FIG. 5B, when the temperature of the exhaust gas is increased to increase the temperature of the particulate filter 22, the amount of sulfate generated in the exhaust gas increases. Therefore, in this embodiment,
The sulfate generation allowable value S1 and the corresponding sulfate generation temperature TF1 are determined, and when the temperature TF of the particulate filter 22 becomes higher than the sulfate generation temperature TF1, control for improving the sulfate reduction ability as described later is performed. Done.
【0054】図6に機関の運転制御ルーチンの一例を示
す。図6を参照するとまず初めにステップ100におい
て燃焼室5内の平均空燃比をリッチにすべきか否かが判
別される。燃焼室5内の平均空燃比をリッチにする必要
がないときには排出微粒子量Mが酸化除去可能微粒子量
Gよりも少なくなるようにステップ101においてスロ
ットル弁17の開度が制御され、ステップ102におい
てEGR制御弁25の開度が制御され、ステップ103
において燃料噴射量が制御される。FIG. 6 shows an example of an engine operation control routine. Referring to FIG. 6, first, at step 100, it is determined whether or not the average air-fuel ratio in the combustion chamber 5 should be made rich. When it is not necessary to make the average air-fuel ratio in the combustion chamber 5 rich, the opening of the throttle valve 17 is controlled in step 101 so that the amount M of discharged particulates becomes smaller than the amount G of particulates that can be removed by oxidation. The opening of the control valve 25 is controlled, and step 103
In, the fuel injection amount is controlled.
【0055】一方、ステップ100において燃焼室5内
の平均空燃比をリッチにすべきであると判別されたとき
にはEGR率が65パーセント以上になるようにステッ
プ104においてスロットル弁17の開度が制御され、
ステップ105においてEGR制御弁25の開度が制御
され、燃焼室5内の平均空燃比がリッチとなるようにス
テップ106において燃料噴射量が制御される。On the other hand, when it is determined in step 100 that the average air-fuel ratio in the combustion chamber 5 should be made rich, the opening of the throttle valve 17 is controlled in step 104 so that the EGR rate becomes 65% or more. ,
In step 105, the opening of the EGR control valve 25 is controlled, and in step 106, the fuel injection amount is controlled so that the average air-fuel ratio in the combustion chamber 5 becomes rich.
【0056】ところで燃料や潤滑油はカルシウムCaを
含んでおり、従って排気ガス中にカルシウムCaが含ま
れている。このカルシウムCaはSO3 が存在すると硫
酸カルシウムCaSO4 を生成する。この硫酸カルシウ
ムCaSO4 は固体であって高温になっても熱分解しな
い。従って硫酸カルシウムCaSO4 が生成されるとこ
の硫酸カルシウムCaSO4 によって第一のパティキュ
レートフィルタ22及び第二のパティキュレートフィル
タ122の細孔が閉塞されてしまい、その結果排気ガス
が第一のパティキュレートフィルタ22及び第二のパテ
ィキュレートフィルタ122内を流れづらくなる。この
場合、酸素吸蔵・活性酸素放出剤61としてカルシウム
Caよりもイオン化傾向の高いアルカリ金属又はアルカ
リ土類金属、例えばカリウムKを用いると酸素吸蔵・活
性酸素放出剤61内に拡散するSO3 はカリウムKと結
合して硫酸カリウムK2 SO4 を形成し、カルシウムC
aはSO3 と結合することなくパティキュレートフィル
タ22、122の隔壁54を通過して排気ガス流出通路
51内に流出する。従ってパティキュレートフィルタ2
2、122の細孔が目詰まりすることがなくなる。従っ
て前述したように酸素吸蔵・活性酸素放出剤61として
はカルシウムCaよりもイオン化傾向の高いアルカリ金
属又はアルカリ土類金属、即ちカリウムK、リチウムL
i、セシウムCs、ルビジウムRb、バリウムBa、ス
トロンチウムSrを用いることが好ましいことになる。Incidentally, the fuel and the lubricating oil contain calcium Ca, and therefore, the calcium Ca is contained in the exhaust gas. This calcium Ca generates calcium sulfate CaSO 4 when SO 3 is present. This calcium sulfate CaSO 4 is solid and does not thermally decompose even at high temperatures. Therefore, when the calcium sulfate CaSO 4 is generated, the pores of the first particulate filter 22 and the second particulate filter 122 are closed by the calcium sulfate CaSO 4 , and as a result, the exhaust gas is reduced to the first particulate filter. It is difficult to flow through the filter 22 and the second particulate filter 122. In this case, when an alkali metal or alkaline earth metal having a higher ionization tendency than calcium Ca, such as potassium K, is used as the oxygen storage / active oxygen release agent 61, SO 3 diffused into the oxygen storage / active oxygen release agent 61 becomes potassium. Combined with K to form potassium sulfate K 2 SO 4 and calcium C
a flows out into the exhaust gas outflow passage 51 through the partition walls 54 of the particulate filters 22 and 122 without being combined with SO 3 . Therefore, the particulate filter 2
The clogging of the 2,122 pores is eliminated. Therefore, as described above, the oxygen storage / active oxygen release agent 61 is an alkali metal or alkaline earth metal having a higher ionization tendency than calcium Ca, that is, potassium K and lithium L.
It is preferable to use i, cesium Cs, rubidium Rb, barium Ba, and strontium Sr.
【0057】図7は図2(B)に示した第一のパティキ
ュレートフィルタ22の隔壁54の拡大断面図である。
図示しないが、第二のパティキュレートフィルタ122
の隔壁の断面も図7に示す第一のパティキュレートフィ
ルタ22の隔壁の断面と同様である。図7において、6
6は隔壁54の内部に広がっている排気ガス通路、67
はパティキュレートフィルタの基材、261はパティキ
ュレートフィルタの隔壁54の表面上に担持されている
酸素吸蔵・活性酸素放出剤である。上述したように、こ
の酸素吸蔵・活性酸素放出剤261はパティキュレート
フィルタの隔壁54の表面上に一時的に捕集された微粒
子を酸化する機能を有する。161はパティキュレート
フィルタの隔壁54の内部に担持されている酸素吸蔵・
活性酸素放出剤である。この酸素吸蔵・活性酸素放出剤
161も、酸素吸蔵・活性酸素放出剤261と同様な酸
化機能を有し、パティキュレートフィルタの隔壁54の
内部に一時的に捕集された微粒子を酸化することができ
る。FIG. 7 is an enlarged sectional view of the partition wall 54 of the first particulate filter 22 shown in FIG.
Although not shown, the second particulate filter 122
The cross section of the partition wall is also the same as the cross section of the partition wall of the first particulate filter 22 shown in FIG. In FIG. 7, 6
6 is an exhaust gas passage extending inside the partition wall 54;
Is a base material of the particulate filter, and 261 is an oxygen storage / active oxygen release agent carried on the surface of the partition wall 54 of the particulate filter. As described above, the oxygen storage / active oxygen release agent 261 has a function of oxidizing fine particles temporarily collected on the surface of the partition wall 54 of the particulate filter. 161 is an oxygen storage / carrying device carried inside the partition wall 54 of the particulate filter.
It is an active oxygen release agent. The oxygen storage / active oxygen release agent 161 also has the same oxidizing function as the oxygen storage / active oxygen release agent 261 and can oxidize fine particles temporarily trapped inside the partition wall 54 of the particulate filter. it can.
【0058】図8は図1に示した第一のパティキュレー
トフィルタ22及び第二のパティキュレートフィルタ1
22の拡大図である。詳細には、図8(A)は第一のパ
ティキュレートフィルタ及び第二のパティキュレートフ
ィルタの拡大平面図、図8(B)は第一のパティキュレ
ートフィルタ及び第二のパティキュレートフィルタの拡
大側面図である。図9は排気切換バルブの切換位置と排
気ガスの流れとの関係を示した図である。詳細には、図
9(A)は排気切換バルブ73が順流位置にあるときの
図、図9(B)は排気切換バルブ73が逆流位置にある
ときの図、図9(C)は排気切換バルブ73がバイパス
位置にあるときの図である。排気切換バルブ73が順流
位置にあるとき、図9(A)に示すように、排気切換バ
ルブ73を通過してケーシング23内に流入した排気ガ
スは、まず第一通路71を通過し、次いで第一のパティ
キュレートフィルタ22を通過し、次いで連結通路75
を通過し、次いで第二のパティキュレートフィルタ12
2を通過し、最後に第二通路72を通過し、再び排気切
換バルブ73を通過して排気管に戻される。排気切換バ
ルブ73が逆流位置にあるとき、図9(B)に示すよう
に、排気切換バルブ73を通過してケーシング23内に
流入した排気ガスは、まず第二通路72を通過し、次い
で第二のパティキュレートフィルタ122、連結通路7
5、及び第一のパティキュレートフィルタ22を図9
(A)に示した場合とは逆向きに通過し、最後に第一通
路71を通過し、再び排気切換バルブ73を通過して排
気管に戻される。排気切換バルブ73がバイパス位置に
あるとき、図9(C)に示すように、第一通路71内の
圧力と第二通路72内の圧力とが等しくなるために、排
気切換バルブ73に到達した排気ガスはケーシング23
内に流入することなくそのまま排気切換バルブ73を通
過する。排気切換バルブ73の切換は、例えば内燃機関
の減速運転毎に行われる。FIG. 8 shows the first particulate filter 22 and the second particulate filter 1 shown in FIG.
It is an enlarged view of 22. More specifically, FIG. 8A is an enlarged plan view of the first particulate filter and the second particulate filter, and FIG. 8B is an enlarged side view of the first particulate filter and the second particulate filter. FIG. FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the switching position of the exhaust switching valve and the flow of exhaust gas. Specifically, FIG. 9A is a diagram when the exhaust switching valve 73 is in the forward flow position, FIG. 9B is a diagram when the exhaust switching valve 73 is in the reverse flow position, and FIG. FIG. 7 is a diagram when the valve 73 is at a bypass position. When the exhaust switching valve 73 is at the forward flow position, as shown in FIG. 9A, the exhaust gas that has passed through the exhaust switching valve 73 and flowed into the casing 23 first passes through the first passage 71, and then passes through the first passage 71. Through one of the particulate filters 22 and then into the connecting passage 75
, And then the second particulate filter 12
2 and finally through the second passage 72 and again through the exhaust switching valve 73 to return to the exhaust pipe. When the exhaust switching valve 73 is at the reverse flow position, as shown in FIG. 9B, the exhaust gas that has passed through the exhaust switching valve 73 and flowed into the casing 23 first passes through the second passage 72, and then passes through the second passage 72. Second particulate filter 122, connection passage 7
5 and the first particulate filter 22 in FIG.
It passes in the opposite direction to the case shown in (A), finally passes through the first passage 71, passes through the exhaust switching valve 73 again, and returns to the exhaust pipe. When the exhaust switching valve 73 is in the bypass position, the pressure in the first passage 71 and the pressure in the second passage 72 become equal, as shown in FIG. Exhaust gas is in the casing 23
The gas passes through the exhaust switching valve 73 without flowing into the inside. The switching of the exhaust switching valve 73 is performed, for example, every time the internal combustion engine is decelerated.
【0059】図10は排気切換バルブ73の位置が切り
換えられるのに応じてパティキュレートフィルタの隔壁
54の内部の微粒子が移動する様子を示した図である。
詳細には、図10(A)は排気切換バルブ73が順流位
置(図9(A)参照)にあるときのパティキュレートフ
ィルタ22、122の隔壁54の拡大断面図、図10
(B)は排気切換バルブ73が順流位置から逆流位置
(図9(B)参照)に切り換えられたときのパティキュ
レートフィルタ22、122の隔壁54の拡大断面図で
ある。図10(A)に示すように、排気切換バルブ73
が順流位置に配置され、排気ガスが上側から下側に流れ
ているとき、隔壁内部の排気ガス通路66内に存在する
微粒子162は、排気ガスの流れによって隔壁内部の酸
素吸蔵・活性酸素放出剤161に押しつけられ、その上
に堆積してしまっている。そのため、酸素吸蔵・活性酸
素放出剤161に直接接触していない微粒子162は、
十分な酸化作用を受けていない。次に図10(B)に示
すように排気切換バルブ73が順流位置から逆流位置に
切り換えられて排気ガスが下側から上側に流れると、隔
壁内部の排気ガス通路66内に存在する微粒子162は
排気ガスの流れによって移動せしめられる。その結果、
十分に酸化作用を受けていなかった微粒子162が、酸
素吸蔵・活性酸素放出剤161に直接接触せしめられ、
十分な酸化作用を受けるようになる。また、排気切換バ
ルブ73が順流位置に配置されていたとき(図10
(A)参照)にパティキュレートフィルタの隔壁表面の
酸素吸蔵・活性酸素放出剤261上に堆積していた微粒
子の一部は、排気切換バルブ73が順流位置から逆流位
置に切り換えられることにより、パティキュレートフィ
ルタの隔壁表面の酸素吸蔵・活性酸素放出剤261上か
ら脱離する(図10(B)参照)。この微粒子の脱離量
は、パティキュレートフィルタ22、122の温度が高
いほど多くなり、また、排気ガス量が多いほど多くな
る。パティキュレートフィルタ22、122の温度が高
いほど微粒子の脱離量が多くなるのは、パティキュレー
トフィルタ22、122の温度が高くなるに従って、微
粒子を堆積させているバインダとしてのSOFの結合力
が弱くなるからである。FIG. 10 is a view showing a state in which the fine particles inside the partition 54 of the particulate filter move in accordance with the switching of the position of the exhaust switching valve 73.
More specifically, FIG. 10A is an enlarged cross-sectional view of the partition wall 54 of the particulate filters 22 and 122 when the exhaust switching valve 73 is at the forward flow position (see FIG. 9A).
(B) is an enlarged sectional view of the partition wall 54 of the particulate filters 22 and 122 when the exhaust switching valve 73 is switched from the forward flow position to the reverse flow position (see FIG. 9B). As shown in FIG. 10A, the exhaust switching valve 73
When the exhaust gas flows from the upper side to the lower side, the fine particles 162 existing in the exhaust gas passage 66 inside the partition are separated by the flow of the exhaust gas into the oxygen storage / active oxygen releasing agent inside the partition. 161 and has accumulated on it. Therefore, the fine particles 162 that are not in direct contact with the oxygen storage / active oxygen release agent 161 are
Not sufficiently oxidized. Next, as shown in FIG. 10 (B), when the exhaust gas switching valve 73 is switched from the forward flow position to the reverse flow position and the exhaust gas flows from the lower side to the upper side, the fine particles 162 present in the exhaust gas passage 66 inside the partition wall are removed. It is moved by the flow of exhaust gas. as a result,
The fine particles 162 that have not been sufficiently oxidized are brought into direct contact with the oxygen storage / active oxygen release agent 161,
Becomes fully oxidized. Also, when the exhaust gas switching valve 73 is disposed at the forward flow position (FIG. 10)
Part of the fine particles deposited on the oxygen storage / active oxygen releasing agent 261 on the surface of the partition wall of the particulate filter (see (A)) is partially removed by switching the exhaust switching valve 73 from the forward flow position to the reverse flow position. It desorbs from the oxygen storage / active oxygen release agent 261 on the surface of the partition wall of the curated filter (see FIG. 10B). The desorption amount of the fine particles increases as the temperature of the particulate filters 22 and 122 increases, and increases as the amount of exhaust gas increases. The higher the temperature of the particulate filters 22 and 122, the greater the amount of desorbed fine particles. The higher the temperature of the particulate filters 22 and 122, the weaker the binding force of the SOF as a binder for depositing the fine particles. Because it becomes.
【0060】つまり、図9(A)に示す排気切換バルブ
73の順流位置から図9(B)に示す逆流位置に切り換
えられると、第二のパティキュレートフィルタ122の
表面上に一時的に捕集されていた微粒子の一部は第二の
パティキュレートフィルタ122から脱離する。その脱
離した微粒子は、第二のパティキュレートフィルタ12
2よりも排気ガス流れの下流側に配置されている第一の
パティキュレートフィルタ22により捕集される(図9
(B))。従って、第二のパティキュレートフィルタ1
22から脱離した微粒子がそのまま排出されてしまうの
が阻止される。また、その微粒子は、第二のパティキュ
レートフィルタ122から脱離する以前には第二のパテ
ィキュレートフィルタ122において酸化除去作用を受
け、第二のパティキュレートフィルタ122から脱離し
て第一のパティキュレートフィルタ22により捕集され
た以降には第一のパティキュレートフィルタ22におい
て酸化除去作用を受けることになる。即ち、パティキュ
レートフィルタが一個のみ設けられている場合に比べ、
長い時間をかけて微粒子に酸化除去作用を及ぼすことが
可能になる。That is, when the exhaust gas switching valve 73 is switched from the forward flow position shown in FIG. 9A to the reverse flow position shown in FIG. 9B, the exhaust gas is temporarily collected on the surface of the second particulate filter 122. Some of the fine particles that have been removed from the second particulate filter 122. The detached fine particles are supplied to the second particulate filter 12.
9 is collected by the first particulate filter 22 disposed downstream of the exhaust gas flow (see FIG. 9).
(B)). Therefore, the second particulate filter 1
It is prevented that the fine particles detached from 22 are discharged as they are. Further, the fine particles undergo an oxidative removal action in the second particulate filter 122 before being desorbed from the second particulate filter 122, and are desorbed from the second particulate filter 122 to be separated from the first particulate filter 122. After being collected by the filter 22, the first particulate filter 22 undergoes an oxidative removal action. That is, compared to the case where only one particulate filter is provided,
It becomes possible to exert an oxidative removal action on the fine particles over a long time.
【0061】同様に、図9(B)に示す排気切換バルブ
73の逆流位置から図9(A)に示す順流位置に切り換
えられると、第一のパティキュレートフィルタ22の表
面上に一時的に捕集されていた微粒子の一部は第一のパ
ティキュレートフィルタ22から脱離する。その脱離し
た微粒子は、第一のパティキュレートフィルタ22より
も排気ガス流れの下流側に配置されている第二のパティ
キュレートフィルタ122により捕集される(図9
(A))。従って、第一のパティキュレートフィルタ2
2から脱離した微粒子がそのまま排出されてしまうのが
阻止される。また、その微粒子は、第一のパティキュレ
ートフィルタ22から脱離する以前には第一のパティキ
ュレートフィルタ22において酸化除去作用を受け、第
一のパティキュレートフィルタ22から脱離して第二の
パティキュレートフィルタ122により捕集された以降
には第二のパティキュレートフィルタ122において酸
化除去作用を受けることになる。Similarly, when the reverse flow position of the exhaust switching valve 73 shown in FIG. 9B is switched to the forward flow position shown in FIG. 9A, the exhaust gas is temporarily captured on the surface of the first particulate filter 22. Part of the collected fine particles desorbs from the first particulate filter 22. The desorbed fine particles are collected by a second particulate filter 122 disposed downstream of the first particulate filter 22 in the exhaust gas flow (FIG. 9).
(A)). Therefore, the first particulate filter 2
This prevents the fine particles desorbed from 2 from being discharged as they are. Before the particles are separated from the first particulate filter 22, they are subjected to an oxidative removal action in the first particulate filter 22, and are separated from the first particulate filter 22 to remove the second particulates. After being collected by the filter 122, the second particulate filter 122 undergoes an oxidative removal action.
【0062】本実施形態では、図9(A)に示す排気切
換バルブ73の順流位置から図9(B)に示す逆流位置
への切り換え、及び、図9(B)に示す逆流位置から図
9(A)に示す順流位置への切り換えは、パティキュレ
ートフィルタ22、122の隔壁54に捕集される微粒
子をパティキュレートフィルタ22、122の隔壁54
の上面と下面(図7参照)とに分散させるようにして行
われる。そのように排気切換バルブ73の切換を行うこ
とにより、パティキュレートフィルタ22、122の隔
壁54に捕集された微粒子が酸化除去されることなく堆
積する可能性が低減せしめられる。好適には、パティキ
ュレートフィルタ22、122の隔壁54に捕集される
微粒子は、パティキュレートフィルタ22、122の隔
壁54の上面と下面とにほぼ同程度に分散される。In this embodiment, the exhaust gas switching valve 73 is switched from the forward flow position shown in FIG. 9A to the reverse flow position shown in FIG. 9B, and from the reverse flow position shown in FIG. Switching to the forward flow position shown in (A) is performed by removing the fine particles trapped by the partition walls 54 of the particulate filters 22 and 122 from the partition walls 54 of the particulate filters 22 and 122.
In such a manner as to be distributed on the upper surface and the lower surface (see FIG. 7). By switching the exhaust switching valve 73 in this manner, the possibility that the fine particles trapped in the partition walls 54 of the particulate filters 22 and 122 are deposited without being oxidized and removed is reduced. Preferably, the fine particles trapped by the partition walls 54 of the particulate filters 22 and 122 are substantially equally dispersed on the upper and lower surfaces of the partition walls 54 of the particulate filters 22 and 122.
【0063】図11は図1に示した燃料添加装置76の
制御方法を示したフローチャートである。図11に示す
ように、このルーチンが開始されると、まずステップ2
00において温度センサ39により検出された第一のパ
ティキュレートフィルタ22及び第二のパティキュレー
トフィルタ122の温度を代表する温度TFが読み込ま
れる。次いでステップ201では、この温度TFが閾値
TTよりも高いか否かが判断される。この閾値TTは、
還元剤として燃料が添加されたときに燃料添加装置76
よりも排気ガス流れの下流側のパティキュレートフィル
タ22、122に担持されている触媒、つまり、酸素吸
蔵・活性酸素放出剤61が十分に活性し得るだけの温度
に設定されている。NOのときには、燃料を添加してし
まうとその燃料中に含まれる硫黄成分によりパティキュ
レートフィルタ22、122がSOF被毒してしまうと
判断し、燃料の添加を行わず、このルーチンを終了す
る。一方、YESのときには、燃料の添加を行うことに
より、燃料添加装置76よりも排気ガス流れの下流側の
パティキュレートフィルタ22、122における燃焼を
活発にすることができ、また、添加される燃料の有する
還元作用により、SO 3 及びNO2 の生成を大幅に抑制
することができると判断し、ステップ202において燃
料添加装置76から燃料が添加される。FIG. 11 shows the fuel addition device 76 shown in FIG.
5 is a flowchart illustrating a control method. Shown in FIG.
As described above, when this routine is started, first, in step 2
00, the first pulse detected by the temperature sensor 39.
Particulate filter 22 and second particulate
The temperature TF representing the temperature of the filter 122 is read.
It is. Next, at step 201, this temperature TF is
It is determined whether it is higher than TT. This threshold TT is
When fuel is added as a reducing agent, the fuel adding device 76
Particulate fill downstream of exhaust gas flow
Catalyst supported on the heaters 22 and 122,
Temperature at which the storage / active oxygen releasing agent 61 can be sufficiently activated
Is set to If NO, add fuel
In addition, due to the sulfur component contained in the fuel,
When the rate filters 22 and 122 are poisoned by SOF
Judge and terminate this routine without adding fuel.
You. On the other hand, when YES, the fuel is added.
Therefore, the downstream side of the exhaust gas flow from the fuel addition device 76
Combustion in the particulate filters 22 and 122
Can be activated and also have added fuel
By reducing action, SO ThreeAnd NOTwoGeneration is greatly suppressed
It is determined that it is possible to
Fuel is added from the fuel adding device 76.
【0064】次いでステップ203では、パティキュレ
ートフィルタ22、122の温度を代表する温度TFが
上述したサルフェート生成温度TF1(図5)よりも高
いか否かが判断される。YESのときには、生成された
サルフェートを還元する必要があると判断し、ステップ
204に進む。ステップ204では、ステップ202に
おいて行われる燃料の添加が継続され、排気切換バルブ
73の位置の切換(図9)が禁止される。一方、NOの
ときには、生成されたサルフェートを還元するために一
方のパティキュレートフィルタ22、122に還元剤と
して燃料を重点的に供給する必要がないと判断し、排気
切換バルブ73の位置の切換を禁止することなくこのル
ーチンを終了する。Next, at step 203, it is determined whether or not the temperature TF representing the temperature of the particulate filters 22 and 122 is higher than the above-mentioned sulfate generation temperature TF1 (FIG. 5). If YES, it is determined that the generated sulfate needs to be reduced, and the process proceeds to step 204. In step 204, the addition of fuel performed in step 202 is continued, and the switching of the position of the exhaust switching valve 73 (FIG. 9) is prohibited. On the other hand, when the determination is NO, it is determined that it is not necessary to supply fuel as a reducing agent to one of the particulate filters 22 and 122 in order to reduce the generated sulfate, and the position of the exhaust switching valve 73 is switched. This routine ends without prohibition.
【0065】図12は機関低負荷運転時にスロットル弁
17の開度およびEGR率を変化させることにより空燃
比A/F(図12の横軸)を変化させたときの出力トル
クの変化、およびスモーク、HC,CO,NOxの排出
量の変化を示す実験例を表している。図12からわかる
ようにこの実験例では空燃比A/Fが小さくなるほどE
GR率が大きくなり、理論空燃比(≒14.6)以下の
ときにはEGR率は65パーセント以上となっている。
図12に示されるようにEGR率を増大することにより
空燃比A/Fを小さくしていくとEGR率が40パーセ
ント付近となり空燃比A/Fが30程度になったときに
スモークの発生量が増大を開始する。次いで、更にEG
R率を高め、空燃比A/Fを小さくするとスモークの発
生量が急激に増大してピークに達する。次いで更にEG
R率を高め、空燃比A/Fを小さくすると今度はスモー
クが急激に低下し、EGR率を65パーセント以上と
し、空燃比A/Fが15.0付近になるとスモークがほ
ぼ零となる。即ち、煤がほとんど発生しなくなる。この
とき機関の出力トルクは若干低下し、またNOxの発生
量がかなり低くなる。一方、このときHC,COの発生
量は増大し始める。FIG. 12 shows the change in output torque and the smoke when the air-fuel ratio A / F (horizontal axis in FIG. 12) is changed by changing the opening of the throttle valve 17 and the EGR rate during low engine load operation. , HC, CO, and NOx are shown. As can be seen from FIG. 12, in this experimental example, the smaller the air-fuel ratio A / F, the higher the E
When the GR rate increases and is equal to or lower than the stoichiometric air-fuel ratio (≒ 14.6), the EGR rate is equal to or higher than 65%.
As shown in FIG. 12, when the air-fuel ratio A / F is reduced by increasing the EGR rate, the amount of smoke generated when the air-fuel ratio A / F becomes about 30 when the EGR rate becomes close to 40%. Start growing. Then, further EG
When the R rate is increased and the air-fuel ratio A / F is reduced, the amount of smoke generated increases sharply and reaches a peak. Then further EG
When the R ratio is increased and the air-fuel ratio A / F is reduced, the smoke is sharply reduced, the EGR ratio is set to 65% or more, and the smoke becomes almost zero when the air-fuel ratio A / F is around 15.0. That is, almost no soot is generated. At this time, the output torque of the engine slightly decreases, and the generation amount of NOx becomes considerably low. On the other hand, at this time, the generation amounts of HC and CO begin to increase.
【0066】図13(A)は空燃比A/Fが21付近で
スモークの発生量が最も多いときの燃焼室5内の燃焼圧
変化を示しており、図13(B)は空燃比A/Fが18
付近でスモークの発生量がほぼ零のときの燃焼室5内の
燃焼圧の変化を示している。図13(A)と図13
(B)とを比較すればわかるようにスモークの発生量が
ほぼ零である図13(B)に示す場合はスモークの発生
量が多い図13(A)に示す場合に比べて燃焼圧が低い
ことがわかる。FIG. 13A shows the change in the combustion pressure in the combustion chamber 5 when the air-fuel ratio A / F is around 21 and the amount of generated smoke is the largest, and FIG. 13B shows the air-fuel ratio A / F. F is 18
The graph shows changes in the combustion pressure in the combustion chamber 5 when the amount of generated smoke is almost zero in the vicinity. FIG. 13 (A) and FIG.
As can be seen from comparison with FIG. 13B, the combustion pressure is lower in the case of FIG. 13B where the amount of smoke generation is almost zero than in the case of FIG. 13A where the amount of smoke generation is large. You can see that.
【0067】図12および図13に示される実験結果か
ら次のことが言える。即ち、まず第1に空燃比A/Fが
15.0以下でスモークの発生量がほぼ零のときには図
12に示されるようにNOxの発生量がかなり低下す
る。NOxの発生量が低下したということは燃焼室5内
の燃焼温度が低下していることを意味しており、従って
煤がほとんど発生しないときには燃焼室5内の燃焼温度
が低くなっていると言える。同じことが図13からも言
える。即ち、煤がほとんど発生していない図13(B)
に示す状態では燃焼圧が低くなっており、従ってこのと
き燃焼室5内の燃焼温度は低くなっていることになる。The following can be said from the experimental results shown in FIGS. That is, first, when the air-fuel ratio A / F is 15.0 or less and the amount of generated smoke is almost zero, the amount of generated NOx is considerably reduced as shown in FIG. The decrease in the amount of generated NOx means that the combustion temperature in the combustion chamber 5 has decreased. Therefore, it can be said that the combustion temperature in the combustion chamber 5 has decreased when little soot is generated. . The same can be said from FIG. That is, FIG. 13B in which soot is hardly generated.
In the state shown in (1), the combustion pressure is low, and the combustion temperature in the combustion chamber 5 is low at this time.
【0068】第2にスモークの発生量、即ち煤の発生量
がほぼ零になると図12に示されるようにHCおよびC
Oの排出量が増大する。このことは炭化水素が煤まで成
長せずに排出されることを意味している。即ち、燃料中
に含まれる図14に示されるような直鎖状炭化水素や芳
香族炭化水素は酸素不足の状態で温度上昇せしめられる
と熱分解して煤の前駆体が形成され、次いで主に炭素原
子が集合した固体からなる煤が生成される。この場合、
実際の煤の生成過程は複雑であり、煤の前駆体がどのよ
うな形態をとるかは明確ではないがいずれにしても図1
4に示されるような炭化水素は煤の前駆体を経て煤まで
成長することになる。従って、上述したように煤の発生
量がほぼ零になると図12に示される如くHCおよびC
Oの排出量が増大するがこのときのHCは煤の前駆体又
はその前の状態の炭化水素である。Second, when the amount of generated smoke, that is, the amount of generated soot becomes almost zero, as shown in FIG.
O emission increases. This means that hydrocarbons are emitted without growing to soot. That is, linear hydrocarbons and aromatic hydrocarbons contained in the fuel as shown in FIG. 14 are thermally decomposed when the temperature is increased in a state of lack of oxygen, soot precursors are formed, and then mainly, A soot consisting of a solid aggregate of carbon atoms is produced. in this case,
The actual process of soot formation is complicated, and it is not clear what form the soot precursor takes, but in any case, FIG.
Hydrocarbons such as those shown in FIG. 4 will grow to soot via soot precursors. Therefore, as described above, when the amount of generated soot becomes almost zero, HC and C are reduced as shown in FIG.
At this time, HC is a soot precursor or a hydrocarbon in a state before the increase in O emission amount.
【0069】図12および図13に示される実験結果に
基づくこれらの考察をまとめると燃焼室5内の燃焼温度
が低いときには煤の発生量がほぼ零になり、このとき煤
の前駆体又はその前の状態の炭化水素が燃焼室5から排
出されることになる。このことについて更に詳細に実験
研究を重ねた結果、燃焼室5内における燃料およびその
周囲のガス温度が或る温度以下である場合には煤の成長
過程が途中で停止してしまい、即ち煤が全く発生せず、
燃焼室5内における燃料およびその周囲の温度が或る温
度以上になると煤が生成されることが判明したのであ
る。These considerations based on the experimental results shown in FIGS. 12 and 13 are summarized as follows. When the combustion temperature in the combustion chamber 5 is low, the amount of soot generation becomes almost zero. Is discharged from the combustion chamber 5. As a result of further detailed experimental research on this, when the temperature of the fuel and the surrounding gas in the combustion chamber 5 is lower than a certain temperature, the growth process of the soot is stopped halfway, that is, the soot is Does not occur at all,
It has been found that soot is generated when the temperature of the fuel and its surroundings in the combustion chamber 5 exceeds a certain temperature.
【0070】ところで煤の前駆体の状態で炭化水素の生
成過程が停止するときの燃料およびその周囲の温度、即
ち上述の或る温度は燃料の種類や空燃比の圧縮比等の種
々の要因によって変化するので何度であるかということ
は言えないがこの或る温度はNOxの発生量と深い関係
を有しており、従ってこの或る温度はNOxの発生量か
ら或る程度規定することができる。即ち、EGR率が増
大するほど燃焼時の燃料およびその周囲のガス温度は低
下し、NOxの発生量が低下する。このときNOxの発
生量が10p.p.m 前後又はそれ以下になったときに煤が
ほとんど発生しなくなる。従って上述の或る温度はNO
xの発生量が10p.p.m 前後又はそれ以下になったとき
の温度にほぼ一致する。The temperature of the fuel and its surroundings when the process of producing hydrocarbons is stopped in the state of the soot precursor, ie, the above-mentioned certain temperature, depends on various factors such as the type of fuel and the compression ratio of the air-fuel ratio. Although it cannot be said how many times the temperature changes, this certain temperature has a deep relationship with the amount of generated NOx, and therefore, this certain temperature can be defined to some extent from the amount of generated NOx. it can. That is, as the EGR rate increases, the temperature of the fuel during combustion and the gas temperature around it decrease, and the amount of generated NOx decreases. At this time, when the generation amount of NOx becomes about 10 p.pm or less, soot is hardly generated. Therefore, the above certain temperature is NO
The temperature substantially coincides with the temperature when the amount of generated x is about 10 p.pm or less.
【0071】一旦、煤が生成されるとこの煤は酸化機能
を有する触媒を用いた後処理でもって浄化することはで
きない。これに対して煤の前駆体又はその前の状態の炭
化水素は酸化機能を有する触媒を用いた後処理でもって
容易に浄化することができる。このように酸化機能を有
する触媒による後処理を考えると炭化水素を煤の前駆体
又はその前の状態で燃焼室5から排出させるか、或いは
煤の形で燃焼室5から排出させるかについては極めて大
きな差がある。本発明において採用されている新たな燃
焼システムは燃焼室5内において煤を生成させることな
く炭化水素を煤の前駆体又はその前の状態の形でもって
燃焼室5から排出させ、この炭化水素を酸化機能を有す
る触媒により酸化せしめることを核としている。Once soot has been produced, it cannot be purified by post-treatment using a catalyst having an oxidizing function. On the other hand, the soot precursor or the hydrocarbon in a state before the soot can be easily purified by a post-treatment using a catalyst having an oxidation function. Considering the post-treatment with the catalyst having the oxidation function, it is extremely difficult to discharge the hydrocarbon from the combustion chamber 5 in the state of the precursor of soot or in the state before the soot, or to discharge the hydrocarbon from the combustion chamber 5 in the form of soot. There is a big difference. The new combustion system employed in the present invention discharges hydrocarbons from the combustion chamber 5 in the form of a soot precursor or previous state without producing soot in the combustion chamber 5 and removes the hydrocarbons. The core is to oxidize with a catalyst having an oxidation function.
【0072】さて、煤が生成される前の状態で炭化水素
の成長を停止させるには燃焼室5内における燃焼時の燃
料およびその周囲のガス温度を煤が生成される温度より
も低い温度に抑制する必要がある。この場合、燃料およ
びその周囲のガス温度を抑制するには燃料が燃焼した際
の燃料周りのガスの吸熱作用が極めて大きく影響するこ
とが判明している。即ち、燃料周りに空気しか存在しな
いと蒸発した燃料はただちに空気中の酸素と反応して燃
焼する。この場合、燃料から離れている空気の温度はさ
ほど上昇せず、燃料周りの温度のみが局所的に極めて高
くなる。即ち、このときには燃料から離れている空気は
燃料の燃焼熱の吸熱作用をほとんど行わない。この場合
には燃焼温度が局所的に極めて高くなるために、この燃
焼熱を受けた未燃炭化水素は煤を生成することになる。Now, in order to stop the growth of hydrocarbons before the soot is generated, the temperature of the fuel and the surrounding gas during combustion in the combustion chamber 5 are set to a temperature lower than the temperature at which the soot is generated. Need to be suppressed. In this case, it has been found that the endothermic effect of the gas around the fuel when the fuel is burned has an extremely large effect on suppressing the temperature of the fuel and the gas around the fuel. That is, if there is only air around the fuel, the evaporated fuel immediately reacts with the oxygen in the air and burns. In this case, the temperature of the air separated from the fuel does not rise so much, and only the temperature around the fuel becomes extremely high locally. That is, at this time, the air separated from the fuel hardly absorbs the heat of combustion heat of the fuel. In this case, since the combustion temperature locally becomes extremely high, the unburned hydrocarbons that have received the combustion heat will generate soot.
【0073】一方、多量の不活性ガスと少量の空気の混
合ガス中に燃料が存在する場合には若干状況が異なる。
この場合には蒸発燃料は周囲に拡散して不活性ガス中に
混在する酸素と反応し、燃焼することになる。この場合
には燃焼熱は周りの不活性ガスに吸収されるために燃焼
温度はさほど上昇しなくなる。即ち、燃焼温度を低く抑
えることができることになる。即ち、燃焼温度を抑制す
るには不活性ガスの存在が重要な役割を果しており、不
活性ガスの吸熱作用によって燃焼温度を低く抑えること
ができることになる。On the other hand, when fuel is present in a mixed gas of a large amount of inert gas and a small amount of air, the situation is slightly different.
In this case, the fuel vapor diffuses to the surroundings, reacts with oxygen mixed in the inert gas, and burns. In this case, since the combustion heat is absorbed by the surrounding inert gas, the combustion temperature does not rise so much. That is, the combustion temperature can be kept low. That is, the presence of the inert gas plays an important role in suppressing the combustion temperature, and the combustion temperature can be suppressed low by the endothermic effect of the inert gas.
【0074】この場合、燃料およびその周囲のガス温度
を煤が生成される温度よりも低い温度に抑制するにはそ
うするのに十分な熱量を吸収しうるだけの不活性ガス量
が必要となる。従って燃料量が増大すれば必要となる不
活性ガス量はそれに伴なって増大することになる。な
お、この場合、不活性ガスの比熱が大きいほど吸熱作用
が強力となり、従って不活性ガスは比熱の大きなガスが
好ましいことになる。この点、CO2 やEGRガスは比
較的比熱が大きいので不活性ガスとしてEGRガスを用
いることは好ましいと言える。In this case, in order to suppress the temperature of the fuel and the surrounding gas to a temperature lower than the temperature at which the soot is generated, an amount of the inert gas that can absorb a sufficient amount of heat to do so is required. . Therefore, if the fuel amount increases, the required amount of inert gas increases accordingly. In this case, the larger the specific heat of the inert gas, the stronger the endothermic action, and therefore, the inert gas is preferably a gas having a large specific heat. In this regard, since CO 2 and EGR gas have relatively large specific heats, it can be said that it is preferable to use EGR gas as the inert gas.
【0075】図15は不活性ガスとしてEGRガスを用
い、EGRガスの冷却度合を変えたときのEGR率とス
モークとの関係を示している。即ち、図15において曲
線AはEGRガスを強力に冷却してEGRガス温をほぼ
90℃に維持した場合を示しており、曲線Bは小型の冷
却装置でEGRガスを冷却した場合を示しており、曲線
CはEGRガスを強制的に冷却していない場合を示して
いる。図15の曲線Aで示されるようにEGRガスを強
力に冷却した場合にはEGR率が50パーセントよりも
少し低いところで煤の発生量がピークとなり、この場合
にはEGR率をほぼ55パーセント以上にすれば煤がほ
とんど発生しなくなる。一方、図15の曲線Bで示され
るようにEGRガスを少し冷却した場合にはEGR率が
50パーセントよりも少し高いところで煤の発生量がピ
ークとなり、この場合にはEGR率をほぼ65パーセン
ト以上にすれば煤がほとんど発生しなくなる。また、図
15の曲線Cで示されるようにEGRガスを強制的に冷
却していない場合にはEGR率が55パーセントの付近
で煤の発生量がピークとなり、この場合にはEGR率を
ほぼ70パーセント以上にすれば煤がほとんど発生しな
くなる。なお、図15は機関負荷が比較的高いときのス
モークの発生量を示しており、機関負荷が小さくなると
煤の発生量がピークとなるEGR率は若干低下し、煤が
ほとんど発生しなくなるEGR率の下限も若干低下す
る。このように煤がほとんど発生しなくなるEGR率の
下限はEGRガスの冷却度合や機関負荷に応じて変化す
る。FIG. 15 shows the relationship between the EGR rate and the smoke when the EGR gas is used as the inert gas and the degree of cooling of the EGR gas is changed. That is, in FIG. 15, curve A shows a case where the EGR gas is cooled strongly and the EGR gas temperature is maintained at approximately 90 ° C., and curve B shows a case where the EGR gas is cooled by a small cooling device. , Curve C shows the case where the EGR gas is not forcibly cooled. As shown by the curve A in FIG. 15, when the EGR gas is strongly cooled, the amount of soot generation peaks at a point where the EGR rate is slightly lower than 50%. In this case, the EGR rate is increased to approximately 55% or more. Then, almost no soot is generated. On the other hand, as shown by the curve B in FIG. 15, when the EGR gas is slightly cooled, the amount of soot generation peaks at a point where the EGR rate is slightly higher than 50%, and in this case, the EGR rate is increased to approximately 65% or more. So that almost no soot is generated. As shown by the curve C in FIG. 15, when the EGR gas is not forcibly cooled, the amount of soot generation reaches a peak near the EGR rate of 55%. Above a percentage, soot is hardly generated. FIG. 15 shows the amount of smoke generated when the engine load is relatively high. When the engine load decreases, the EGR rate at which the amount of soot peaks slightly decreases, and the EGR rate at which almost no soot is generated Also lowers slightly. As described above, the lower limit of the EGR rate at which almost no soot is generated varies depending on the degree of cooling of the EGR gas and the engine load.
【0076】図16は不活性ガスとしてEGRガスを用
いた場合において燃焼時の燃料およびその周囲のガス温
度を煤が生成される温度よりも低い温度にするために必
要なEGRガスと空気の混合ガス量、およびこの混合ガ
ス量中の空気の割合、およびこの混合ガス中のEGRガ
スの割合を示している。なお、図16において縦軸は燃
焼室5内に吸入される全吸入ガス量を示しており、鎖線
Yは過給が行われないときに燃焼室5内に吸入しうる全
吸入ガス量を示している。また、横軸は要求負荷を示し
ている。図16を参照すると空気の割合、即ち混合ガス
中の空気量は噴射された燃料を完全に燃焼せしめるのに
必要な空気量を示している。即ち、図16に示される場
合では空気量と噴射燃料量との比は理論空燃比となって
いる。一方、図16においてEGRガスの割合、即ち混
合ガス中のEGRガス量は噴射燃料が燃焼せしめられた
ときに燃料およびその周囲のガス温度を煤が形成される
温度よりも低い温度にするのに必要最低限のEGRガス
量を示している。このEGRガス量はEGR率で表すと
ほぼ55パーセント以上であり、図16に示す実施形態
では70パーセント以上である。即ち、燃焼室5内に吸
入された全吸入ガス量を図16において実線Xとし、こ
の全吸入ガス量Xのうちの空気量とEGRガス量との割
合を図16に示すような割合にすると燃料およびその周
囲のガス温度は煤が生成される温度よりも低い温度とな
り、斯くして煤が全く発生しなくなる。また、このとき
のNOx発生量は10p.p.m 前後、又はそれ以下であ
り、従ってNOxの発生量は極めて少量となる。FIG. 16 shows the mixing of EGR gas and air necessary to reduce the temperature of fuel during combustion and the surrounding gas to a temperature lower than the temperature at which soot is generated when EGR gas is used as the inert gas. A gas amount, a ratio of air in this mixed gas amount, and a ratio of EGR gas in this mixed gas are shown. In FIG. 16, the vertical axis indicates the total intake gas amount drawn into the combustion chamber 5, and the dashed line Y indicates the total intake gas amount that can be drawn into the combustion chamber 5 when supercharging is not performed. ing. The horizontal axis indicates the required load. Referring to FIG. 16, the proportion of air, that is, the amount of air in the mixed gas, indicates the amount of air necessary to completely burn the injected fuel. That is, in the case shown in FIG. 16, the ratio between the amount of air and the amount of injected fuel is the stoichiometric air-fuel ratio. On the other hand, in FIG. 16, the ratio of the EGR gas, that is, the amount of the EGR gas in the mixed gas, is set so that when the injected fuel is burned, the temperature of the fuel and the surrounding gas is made lower than the temperature at which the soot is formed. The minimum required EGR gas amount is shown. This EGR gas amount is approximately 55% or more in terms of the EGR rate, and is 70% or more in the embodiment shown in FIG. That is, the total intake gas amount sucked into the combustion chamber 5 is indicated by a solid line X in FIG. 16, and the ratio between the air amount and the EGR gas amount in the total intake gas amount X is as shown in FIG. The temperature of the fuel and the gas around it will be lower than the temperature at which soot is produced, so that no soot is generated. Further, the amount of NOx generated at this time is about 10 p.pm or less, and therefore, the amount of generated NOx is extremely small.
【0077】燃料噴射量が増大すれば燃料が燃焼した際
の発熱量が増大するので燃料およびその周囲のガス温度
を煤が生成される温度よりも低い温度に維持するために
はEGRガスによる熱の吸収量を増大しなければならな
い。従って図16に示されるようにEGRガス量は噴射
燃料量が増大するにつれて増大せしめなければならな
い。即ち、EGRガス量は要求負荷が高くなるにつれて
増大する必要がある。ところで過給が行われていない場
合には燃焼室5内に吸入される全吸入ガス量Xの上限は
Yであり、従って図16において要求負荷がLo よりも
大きい領域では要求負荷が大きくなるにつれてEGRガ
ス割合を低下させない限り空燃比を理論空燃比に維持す
ることができない。云い換えると過給が行われていない
場合に要求負荷がLo よりも大きい領域において空燃比
を理論空燃比に維持しようとした場合には要求負荷が高
くなるにつれてEGR率が低下し、斯くして要求負荷が
Loよりも大きい領域では燃料およびその周囲のガス温
度を煤が生成される温度よりも低い温度に維持しえなく
なる。When the fuel injection amount increases, the amount of heat generated when the fuel burns increases. Therefore, in order to maintain the temperature of the fuel and the surrounding gas at a temperature lower than the temperature at which the soot is generated, the heat generated by the EGR gas is required. Must be increased. Therefore, as shown in FIG. 16, the EGR gas amount must be increased as the injected fuel amount increases. That is, the EGR gas amount needs to increase as the required load increases. By the way, when the supercharging is not performed, the upper limit of the total intake gas amount X sucked into the combustion chamber 5 is Y. Therefore, in FIG. 16, in the region where the required load is larger than Lo, as the required load increases, Unless the EGR gas ratio is reduced, the air-fuel ratio cannot be maintained at the stoichiometric air-fuel ratio. In other words, when supercharging is not performed, if the air-fuel ratio is to be maintained at the stoichiometric air-fuel ratio in a region where the required load is larger than Lo, the EGR rate decreases as the required load increases, and In a region where the required load is larger than Lo, the temperature of the fuel and the surrounding gas cannot be maintained at a temperature lower than the temperature at which soot is generated.
【0078】ところが、図示しないがEGR通路を介し
て過給機の入口側即ち排気ターボチャージャの空気吸込
管内にEGRガスを再循環させると要求負荷がLo より
も大きい領域においてEGR率を55パーセント以上、
例えば70パーセントに維持することができ、斯くして
燃料およびその周囲のガス温度を煤が生成される温度よ
りも低い温度に維持することができる。即ち、空気吸込
管内におけるEGR率が例えば70パーセントになるよ
うにEGRガスを再循環させれば排気ターボチャージャ
のコンプレッサにより昇圧された吸入ガスのEGR率も
70パーセントとなり、斯くしてコンプレッサにより昇
圧しうる限度まで燃料およびその周囲のガス温度を煤が
生成される温度よりも低い温度に維持することができ
る。従って、低温燃焼を生じさせることのできる機関の
運転領域を拡大することができることになる。要求負荷
がLo よりも大きい領域でEGR率を55パーセント以
上にする際にはEGR制御弁が全開せしめられる、スロ
ットル弁が若干閉弁せしめられる。However, although not shown, when the EGR gas is recirculated through the EGR passage to the inlet side of the supercharger, that is, into the air intake pipe of the exhaust turbocharger, the EGR rate becomes 55% or more in a region where the required load is larger than Lo. ,
For example, it can be maintained at 70 percent, and thus the temperature of the fuel and its surrounding gas can be kept below the temperature at which soot is produced. That is, if the EGR gas is recirculated so that the EGR rate in the air suction pipe becomes, for example, 70%, the EGR rate of the suction gas boosted by the compressor of the exhaust turbocharger also becomes 70%, and thus the pressure is increased by the compressor. To the extent possible, the temperature of the fuel and its surrounding gas can be kept below the temperature at which soot is produced. Therefore, the operating range of the engine that can generate low-temperature combustion can be expanded. When the EGR rate is set to 55% or more in a region where the required load is larger than Lo, the EGR control valve is fully opened and the throttle valve is slightly closed.
【0079】前述したように図16は燃料を理論空燃比
のもとで燃焼させる場合を示しているが空気量を図16
に示される空気量よりも少くしても、即ち空燃比をリッ
チにしても煤の発生を阻止しつつNOxの発生量を10
p.p.m 前後又はそれ以下にすることができ、また空気量
を図16に示される空気量よりも多くしても、即ち空燃
比の平均値を17から18のリーンにしても煤の発生を
阻止しつつNOxの発生量を10p.p.m 前後又はそれ以
下にすることができる。即ち、空燃比がリッチにされる
と燃料が過剰となるが燃焼温度が低い温度に抑制されて
いるために過剰な燃料は煤まで成長せず、斯くして煤が
生成されることがない。また、このときNOxも極めて
少量しか発生しない。一方、平均空燃比がリーンのと
き、或いは空燃比が理論空燃比のときでも燃焼温度が高
くなれば少量の煤が生成されるが本発明では燃焼温度が
低い温度に抑制されているので煤は全く生成されない。
更に、NOxも極めて少量しか発生しない。このよう
に、低温燃焼が行われているときには空燃比にかかわら
ずに、即ち空燃比がリッチであろうと、理論空燃比であ
ろうと、或いは平均空燃比がリーンであろうと煤が発生
されず、NOxの発生量が極めて少量となる。従って燃
料消費率の向上を考えるとこのとき平均空燃比をリーン
にすることが好ましいと言える。As described above, FIG. 16 shows the case where the fuel is burned under the stoichiometric air-fuel ratio.
Even if the air amount is smaller than that shown in FIG. 2, that is, even if the air-fuel ratio is made rich, the amount of NOx
ppm or less, and even if the air amount is larger than the air amount shown in FIG. 16, that is, even if the average value of the air-fuel ratio is 17 to 18 lean, soot generation is prevented. Meanwhile, the amount of generated NOx can be reduced to about 10 p.pm or less. That is, when the air-fuel ratio is made rich, the fuel becomes excessive, but since the combustion temperature is suppressed to a low temperature, the excess fuel does not grow to soot, and thus no soot is generated. At this time, only a very small amount of NOx is generated. On the other hand, when the average air-fuel ratio is lean, or even when the air-fuel ratio is the stoichiometric air-fuel ratio, a small amount of soot is generated if the combustion temperature is high. Not generated at all.
Further, only a very small amount of NOx is generated. In this way, when low-temperature combustion is being performed, soot is not generated regardless of the air-fuel ratio, that is, whether the air-fuel ratio is rich, the stoichiometric air-fuel ratio, or the average air-fuel ratio is lean, The generation amount of NOx becomes extremely small. Therefore, considering the improvement of the fuel consumption rate, it can be said that it is preferable to make the average air-fuel ratio lean at this time.
【0080】ところで燃焼室内における燃焼時の燃料お
よびその周囲のガス温度を炭化水素の成長が途中で停止
する温度以下に抑制しうるのは燃焼による発熱量が比較
的少ない機関中低負荷運転時に限られる。従って本発明
による実施形態では機関中低負荷運転時には燃焼時の燃
料およびその周囲のガス温度を炭化水素の成長が途中で
停止する温度以下に抑制して第1の燃焼、即ち低温燃焼
を行うようにし、機関高負荷運転時には第2の燃焼、即
ち従来より普通に行われている燃焼を行うようにしてい
る。なお、ここで第1の燃焼、即ち低温燃焼とはこれま
での説明から明らかなように煤の発生量がピークとなる
不活性ガス量よりも燃焼室内の不活性ガス量が多く煤が
ほとんど発生しない燃焼のことを言い、第2の燃焼、即
ち従来より普通に行われている燃焼とは煤の発生量がピ
ークとなる不活性ガス量よりも燃焼室内の不活性ガス量
が少い燃焼のことを言う。By the way, the temperature of the fuel and the surrounding gas during combustion in the combustion chamber can be suppressed below the temperature at which the growth of hydrocarbons stops halfway, only when the engine is under low load operation where the calorific value due to combustion is relatively small. Can be Therefore, in the embodiment according to the present invention, during the low load operation in the engine, the first combustion, that is, the low-temperature combustion is performed by suppressing the temperature of the fuel during combustion and the gas around it at a temperature below the temperature at which the growth of hydrocarbons stops halfway. In addition, the second combustion, that is, the combustion that is usually performed conventionally, is performed during the high load operation of the engine. Here, the first combustion, that is, the low-temperature combustion, as is clear from the above description, the amount of inert gas in the combustion chamber is larger than the amount of inert gas at which the amount of soot is peaked, and soot is almost generated. The second combustion, that is, the combustion that has been performed conventionally, is a combustion in which the amount of inert gas in the combustion chamber is smaller than the amount of inert gas at which the amount of soot generation peaks. Say that.
【0081】図17は第1の燃焼、即ち低温燃焼が行わ
れる第1の運転領域I’と、第2の燃焼、即ち従来の燃
焼方法による燃焼が行われる第2の運転領域II’とを示
している。なお、図17において縦軸Lはアクセルペダ
ル40の踏込み量、即ち要求負荷を示しており、横軸N
は機関回転数を示している。また、図17においてX
(N)は第1の運転領域I’と第2の運転領域II’との
第1の境界を示しており、Y(N)は第1の運転領域
I’と第2の運転領域II’との第2の境界を示してい
る。第1の運転領域I’から第2の運転領域II’への運
転領域の変化判断は第1の境界X(N)に基づいて行わ
れ、第2の運転領域II’から第1の運転領域I’への運
転領域の変化判断は第2の境界Y(N)に基づいて行わ
れる。即ち、機関の運転状態が第1の運転領域I’にあ
って低温燃焼が行われているときに要求負荷Lが機関回
転数Nの関数である第1の境界X(N)を越えると運転
領域が第2の運転領域II’に移ったと判断され、従来の
燃焼方法による燃焼が行われる。次いで要求負荷Lが機
関回転数Nの関数である第2の境界Y(N)よりも低く
なると運転領域が第1の運転領域I’に移ったと判断さ
れ、再び低温燃焼が行われる。FIG. 17 shows a first operation region I 'where the first combustion, that is, low-temperature combustion is performed, and a second operation region II' where the combustion by the conventional combustion method is performed. Is shown. In FIG. 17, the vertical axis L indicates the amount of depression of the accelerator pedal 40, that is, the required load, and the horizontal axis N
Indicates the engine speed. In FIG. 17, X
(N) indicates a first boundary between the first operating region I ′ and the second operating region II ′, and Y (N) indicates the first operating region I ′ and the second operating region II ′. Are shown as the second boundary. The determination of the change of the operation region from the first operation region I 'to the second operation region II' is made based on the first boundary X (N), and the change from the second operation region II 'to the first operation region. The determination of the change of the operation region to I 'is made based on the second boundary Y (N). That is, if the required load L exceeds a first boundary X (N), which is a function of the engine speed N, when the operating state of the engine is in the first operating region I 'and low-temperature combustion is being performed. It is determined that the region has shifted to the second operation region II ′, and combustion is performed by a conventional combustion method. Next, when the required load L becomes lower than a second boundary Y (N) which is a function of the engine speed N, it is determined that the operation region has shifted to the first operation region I ′, and low-temperature combustion is performed again.
【0082】このように第1の境界X(N)と第1の境
界X(N)よりも低負荷側の第2の境界Y(N)との二
つの境界を設けたのは次の二つの理由による。第1の理
由は、第2の運転領域II’の高負荷側では比較的燃焼温
度が高く、このとき要求負荷Lが第1の境界X(N)よ
り低くなったとしてもただちに低温燃焼を行えないから
である。即ち、要求負荷Lがかなり低くなったとき、即
ち第2の境界Y(N)よりも低くなったときでなければ
ただちに低温燃焼が開始されないからである。第2の理
由は第1の運転領域I’と第2の運転領域II’間の運転
領域の変化に対してヒステリシスを設けるためである。The two boundaries of the first boundary X (N) and the second boundary Y (N) having a lower load than the first boundary X (N) are provided as follows. For three reasons. The first reason is that the combustion temperature is relatively high on the high load side of the second operation region II ′, and even if the required load L becomes lower than the first boundary X (N), low-temperature combustion can be performed immediately. Because there is no. That is, the low-temperature combustion does not immediately start unless the required load L becomes considerably low, that is, when the required load L becomes lower than the second boundary Y (N). The second reason is that a hysteresis is provided for a change in the operation region between the first operation region I ′ and the second operation region II ′.
【0083】ところで機関の運転領域が第1の運転領域
I’にあって低温燃焼が行われているときには煤はほと
んど発生せず、その代り未燃炭化水素が煤の前駆体又は
その前の状態の形でもって燃焼室5から排出される。こ
のとき燃焼室5から排出された未燃炭化水素は酸化機能
を有する触媒(図示せず)により良好に酸化せしめられ
る。この触媒としては酸化触媒、三元触媒、又はNOx
吸収剤を用いることができる。NOx吸収剤は燃焼室5
内における平均空燃比がリーンのときにNOxを吸収
し、燃焼室5内における平均空燃比がリッチになるとN
Oxを放出する機能を有する。このNOx吸収剤は例え
ばアルミナを担体とし、この担体上に例えばカリウム
K、ナトリウムNa、リチウムLi、セシウムCsのよ
うなアルカリ金属、バリウムBa、カルシウムCaのよ
うなアルカリ土類、ランタンLa、イットリウムYのよ
うな希土類から選ばれた少くとも一つと、白金Ptのよ
うな貴金属とが担持されている。酸化触媒はもとより、
三元触媒およびNOx吸収剤も酸化機能を有しており、
従って上述した如く三元触媒およびNOx吸収剤を上述
した触媒として用いることができる。By the way, when the operating region of the engine is in the first operating region I 'and low-temperature combustion is being performed, soot is hardly generated, and the unburned hydrocarbon is replaced by the precursor of soot or the state before it. Is discharged from the combustion chamber 5 in the form of At this time, the unburned hydrocarbon discharged from the combustion chamber 5 is oxidized well by a catalyst (not shown) having an oxidizing function. The catalyst may be an oxidation catalyst, a three-way catalyst, or NOx.
An absorbent can be used. NOx absorbent is in combustion chamber 5
When the average air-fuel ratio in the combustion chamber 5 is lean, NOx is absorbed.
It has the function of releasing Ox. The NOx absorbent uses, for example, alumina as a carrier, and on the carrier, for example, alkali metals such as potassium K, sodium Na, lithium Li, cesium Cs, alkaline earths such as barium Ba, calcium Ca, lanthanum La, yttrium Y And at least one noble metal such as platinum Pt. Not only oxidation catalyst,
The three-way catalyst and the NOx absorbent also have an oxidation function,
Therefore, as described above, the three-way catalyst and the NOx absorbent can be used as the above-described catalyst.
【0084】図18は空燃比センサ(図示せず)の出力
を示している。図18に示されるように空燃比センサの
出力電流Iは空燃比A/Fに応じて変化する。従って空
燃比センサの出力電流Iから空燃比を知ることができ
る。FIG. 18 shows the output of an air-fuel ratio sensor (not shown). As shown in FIG. 18, the output current I of the air-fuel ratio sensor changes according to the air-fuel ratio A / F. Therefore, the air-fuel ratio can be known from the output current I of the air-fuel ratio sensor.
【0085】次に図19を参照しつつ第1の運転領域
I’および第2の運転領域II’における運転制御につい
て概略的に説明する。図19は要求負荷Lに対するスロ
ットル弁17の開度、EGR制御弁25の開度、EGR
率、空燃比、噴射時期および噴射量を示している。図1
9に示されるように要求負荷Lの低い第1の運転領域
I’ではスロットル弁17の開度は要求負荷Lが高くな
るにつれて全閉近くから2/3開度程度まで徐々に増大
せしめられ、EGR制御弁25の開度は要求負荷Lが高
くなるにつれて全閉近くから全開まで徐々に増大せしめ
られる。また、図19に示される例では第1の運転領域
I’ではEGR率がほぼ70パーセントとされており、
空燃比はわずかばかりリーンなリーン空燃比とされてい
る。Next, the operation control in the first operation region I 'and the second operation region II' will be schematically described with reference to FIG. FIG. 19 shows the opening of the throttle valve 17, the opening of the EGR control valve 25, and the EGR with respect to the required load L.
The ratio, the air-fuel ratio, the injection timing, and the injection amount are shown. FIG.
As shown in FIG. 9, in the first operating region I 'where the required load L is low, the opening of the throttle valve 17 is gradually increased from almost fully closed to about 2/3 as the required load L increases. The opening degree of the EGR control valve 25 is gradually increased from near full closure to full opening as the required load L increases. Further, in the example shown in FIG. 19, the EGR rate is set to approximately 70% in the first operation region I ′,
The air-fuel ratio is a slightly lean air-fuel ratio.
【0086】言い換えると第1の運転領域I’ではEG
R率がほぼ70パーセントとなり、空燃比がわずかばか
りリーンなリーン空燃比となるようにスロットル弁17
の開度およびEGR制御弁25の開度が制御される。ま
た、第1の運転領域I’では圧縮上死点TDC前に燃料
噴射が行われる。この場合、噴射開始時期θSは要求負
荷Lが高くなるにつれて遅くなり、噴射完了時期θEも
噴射開始時期θSが遅くなるにつれて遅くなる。なお、
アイドル運転時にはスロットル弁17は全閉近くまで閉
弁され、このときEGR制御弁25も全閉近くまで閉弁
せしめられる。スロットル弁17を全閉近くまで閉弁す
ると圧縮始めの燃焼室5内の圧力が低くなるために圧縮
圧力が小さくなる。圧縮圧力が小さくなるとピストン4
による圧縮仕事が小さくなるために機関本体1の振動が
小さくなる。即ち、アイドル運転時には機関本体1の振
動を抑制するためにスロットル弁17が全閉近くまで閉
弁せしめられる。In other words, in the first operation region I ', EG
The throttle valve 17 is adjusted so that the R ratio becomes approximately 70% and the air-fuel ratio becomes a slightly lean air-fuel ratio.
And the opening of the EGR control valve 25 are controlled. In the first operation region I ′, fuel injection is performed before the compression top dead center TDC. In this case, the injection start timing θS is delayed as the required load L is increased, and the injection completion timing θE is delayed as the injection start timing θS is delayed. In addition,
At the time of idling, the throttle valve 17 is closed to almost fully closed, and at this time, the EGR control valve 25 is also closed to almost fully closed. When the throttle valve 17 is closed close to the fully closed state, the pressure in the combustion chamber 5 at the start of compression decreases, so that the compression pressure decreases. When the compression pressure decreases, the piston 4
As a result, the vibration of the engine body 1 is reduced. That is, at the time of idling, the throttle valve 17 is closed to almost fully closed in order to suppress the vibration of the engine body 1.
【0087】一方、機関の運転領域が第1の運転領域
I’から第2の運転領域II’に変わるとスロットル弁2
0の開度が2/3開度程度から全開方向へステップ状に
増大せしめられる。このとき図19に示す例ではEGR
率がほぼ70パーセントから40パーセント以下までス
テップ状に減少せしめられ、空燃比がステップ状に大き
くされる。即ち、EGR率が多量のスモークを発生する
EGR率範囲(図15)を飛び越えるので機関の運転領
域が第1の運転領域I’から第2の運転領域II’に変わ
るときに多量のスモークが発生することがない。第2の
運転領域II’では従来から行われている燃焼が行われ
る。この第2の運転領域II’ではスロットル弁17は一
部を除いて全開状態に保持され、EGR制御弁25の開
度は要求負荷Lが高くなると次第に小さくされる。ま
た、この運転領域II’ではEGR率は要求負荷Lが高く
なるほど低くなり、空燃比は要求負荷Lが高くなるほど
小さくなる。ただし、空燃比は要求負荷Lが高くなって
もリーン空燃比とされる。また、第2の運転領域II’で
は噴射開始時期θSは圧縮上死点TDC付近とされる。On the other hand, when the operating region of the engine changes from the first operating region I ′ to the second operating region II ′, the throttle valve 2
The opening degree of 0 is increased stepwise from about 2/3 opening degree toward the full opening direction. At this time, in the example shown in FIG.
The rate is reduced in steps from approximately 70 percent to less than 40 percent, and the air-fuel ratio is increased in steps. That is, since the EGR rate jumps over the EGR rate range (FIG. 15) in which a large amount of smoke is generated, a large amount of smoke is generated when the operation region of the engine changes from the first operation region I ′ to the second operation region II ′. I can't. In the second operation region II ', the conventional combustion is performed. In the second operation region II ', the throttle valve 17 is maintained in a fully opened state except for a part, and the opening of the EGR control valve 25 is gradually reduced as the required load L increases. In this operating region II ', the EGR rate decreases as the required load L increases, and the air-fuel ratio decreases as the required load L increases. However, the air-fuel ratio is a lean air-fuel ratio even when the required load L increases. In the second operation region II ′, the injection start timing θS is set near the compression top dead center TDC.
【0088】図20(A)は第1の運転領域I’におけ
る目標空燃比A/Fを示している。図20(A)におい
て、A/F=15.5,A/F=16,A/F=17,
A/F=18で示される各曲線は夫々目標空燃比が1
5.5,16,17,18であるときを示しており、各
曲線間の空燃比は比例配分により定められる。図20
(A)に示されるように第1の運転領域I’では空燃比
がリーンとなっており、更に第1の運転領域I’では要
求負荷Lが低くなるほど目標空燃比A/Fがリーンとさ
れる。即ち、要求負荷Lが低くなるほど燃焼による発熱
量が少くなる。従って要求負荷Lが低くなるほどEGR
率を低下させても低温燃焼を行うことができる。EGR
率を低下させると空燃比は大きくなり、従って図20
(A)に示されるように要求負荷Lが低くなるにつれて
目標空燃比A/Fが大きくされる。目標空燃比A/Fが
大きくなるほど燃料消費率は向上し、従ってできる限り
空燃比をリーンにするために本発明による実施形態では
要求負荷Lが低くなるにつれて目標空燃比A/Fが大き
くされる。FIG. 20A shows the target air-fuel ratio A / F in the first operation region I '. In FIG. 20A, A / F = 15.5, A / F = 16, A / F = 17,
Each curve represented by A / F = 18 has a target air-fuel ratio of 1
5.5, 16, 17, and 18, and the air-fuel ratio between the curves is determined by proportional distribution. FIG.
As shown in (A), the air-fuel ratio is lean in the first operating region I ', and in the first operating region I', the target air-fuel ratio A / F becomes leaner as the required load L decreases. You. That is, the lower the required load L, the smaller the amount of heat generated by combustion. Therefore, as the required load L decreases, the EGR
Even if the rate is reduced, low-temperature combustion can be performed. EGR
As the rate decreases, the air-fuel ratio increases,
As shown in (A), the target air-fuel ratio A / F increases as the required load L decreases. As the target air-fuel ratio A / F increases, the fuel consumption rate increases. Therefore, in order to make the air-fuel ratio as lean as possible, the embodiment according to the present invention increases the target air-fuel ratio A / F as the required load L decreases. .
【0089】なお、図20(A)に示される目標空燃比
A/Fは図20(B)に示されるように要求負荷Lおよ
び機関回転数Nの関数としてマップの形で予めROM3
2内に記憶されている。また、空燃比を図20(A)に
示す目標空燃比A/Fとするのに必要なスロットル弁1
7の目標開度STが図21(A)に示されるように要求
負荷Lおよび機関回転数Nの関数としてマップの形で予
めROM32内に記憶されており、空燃比を図20
(A)に示す目標空燃比A/Fとするのに必要なEGR
制御弁25の目標開度SEが図21(B)に示されるよ
うに要求負荷Lおよび機関回転数Nの関数としてマップ
の形で予めROM32内に記憶されている。The target air-fuel ratio A / F shown in FIG. 20A is previously stored in a ROM 3 as a function of the required load L and the engine speed N as shown in FIG.
2 is stored. Also, the throttle valve 1 required to set the air-fuel ratio to the target air-fuel ratio A / F shown in FIG.
As shown in FIG. 21 (A), the target opening ST of 7 is stored in the ROM 32 in advance in the form of a map as a function of the required load L and the engine speed N.
EGR required to achieve target air-fuel ratio A / F shown in (A)
The target opening SE of the control valve 25 is stored in the ROM 32 in advance in the form of a map as a function of the required load L and the engine speed N as shown in FIG.
【0090】図22(A)は第2の燃焼、即ち従来の燃
焼方法による普通の燃焼が行われるときの目標空燃比A
/Fを示している。なお、図22(A)においてA/F
=24,A/F=35,A/F=45,A/F=60で
示される各曲線は夫々目標空燃比24,35,45,6
0を示している。図22(A)に示される目標空燃比A
/Fは図22(B)に示されるように要求負荷Lおよび
機関回転数Nの関数としてマップの形で予めROM32
内に記憶されている。また、空燃比を図22(A)に示
す目標空燃比A/Fとするのに必要なスロットル弁17
の目標開度STが図23(A)に示されるように要求負
荷Lおよび機関回転数Nの関数としてマップの形で予め
ROM32内に記憶されており、空燃比を図22(A)
に示す目標空燃比A/Fとするのに必要なEGR制御弁
25の目標開度SEが図23(B)に示されるように要
求負荷Lおよび機関回転数Nの関数としてマップの形で
予めROM32内に記憶されている。FIG. 22A shows the target air-fuel ratio A when the second combustion, that is, the normal combustion by the conventional combustion method is performed.
/ F. Note that A / F in FIG.
= 24, A / F = 35, A / F = 45, and A / F = 60 indicate target air-fuel ratios of 24, 35, 45, and 6, respectively.
0 is shown. Target air-fuel ratio A shown in FIG.
/ F is a function of the required load L and the engine speed N as shown in FIG.
Is stored within. Further, the throttle valve 17 necessary for setting the air-fuel ratio to the target air-fuel ratio A / F shown in FIG.
The target opening ST is stored in the ROM 32 in advance in the form of a map as a function of the required load L and the engine speed N as shown in FIG.
As shown in FIG. 23 (B), the target opening degree SE of the EGR control valve 25 required to obtain the target air-fuel ratio A / F shown in FIG. It is stored in the ROM 32.
【0091】また、第2の燃焼が行われているときには
燃料噴射量Qは要求負荷Lおよび機関回転数Nに基づい
て算出される。この燃料噴射量Qは図24に示されるよ
うに要求負荷Lおよび機関回転数Nの関数としてマップ
の形で予めROM32内に記憶されている。When the second combustion is being performed, the fuel injection amount Q is calculated based on the required load L and the engine speed N. The fuel injection amount Q is stored in the ROM 32 in advance in the form of a map as a function of the required load L and the engine speed N as shown in FIG.
【0092】次に図25を参照しつつ本実施形態の運転
制御について説明する。図25を参照すると、まず初め
にステップ1100において機関の運転状態が第1の運
転領域I’であることを示すフラグIがセットされてい
るか否かが判別される。フラグIがセットされていると
き、即ち機関の運転状態が第1の運転領域I’であると
きにはステップ1101に進んで要求負荷Lが第1の境
界X(N)よりも大きくなったか否かが判別される。L
≦X(N)のときにはステップ1103に進んで低温燃
焼が行われる。一方、ステップ1101においてL>X
(N)になったと判別されたときにはステップ1102
に進んでフラグIがリセットされ、次いでステップ11
09に進んで第2の燃焼が行われる。Next, the operation control of this embodiment will be described with reference to FIG. Referring to FIG. 25, first, in step 1100, it is determined whether or not a flag I indicating that the operating state of the engine is in the first operating region I 'is set. When the flag I is set, that is, when the operating state of the engine is in the first operating region I ', the process proceeds to step 1101 to determine whether the required load L has become larger than the first boundary X (N). Is determined. L
When ≤X (N), the routine proceeds to step 1103, where low-temperature combustion is performed. On the other hand, in step 1101, L> X
When it is determined that (N) has been reached, step 1102
And the flag I is reset.
Going to 09, the second combustion is performed.
【0093】ステップ1100において、機関の運転状
態が第1の運転領域I’であることを示すフラグIがセ
ットされていないと判別されたとき、即ち機関の運転状
態が第2の運転領域II’であるときには、ステップ11
08に進んで要求負荷Lが第2の境界Y(N)よりも低
くなったか否かが判別される。L≧Y(N)のときには
ステップ1110に進み、リーン空燃比のもとで第2の
燃焼が行われる。一方、ステップ1108においてL<
Y(N)になったと判別されたときにはステップ110
9に進んでフラグIがセットされ、次いでステップ11
03に進んで低温燃焼が行われる。In step 1100, when it is determined that the flag I indicating that the operation state of the engine is in the first operation area I 'is not set, that is, when the operation state of the engine is in the second operation area II'. If, step 11
Proceeding to 08, it is determined whether the required load L has become lower than the second boundary Y (N). When L ≧ Y (N), the process proceeds to step 1110, where the second combustion is performed under a lean air-fuel ratio. On the other hand, at step 1108, L <
When it is determined that Y (N) has been reached, step 110 is executed.
To step 9, the flag I is set, then step 11
Proceeding to 03, low-temperature combustion is performed.
【0094】ステップ1103では図21(A)に示す
マップからスロットル弁17の目標開度STが算出さ
れ、スロットル弁17の開度がこの目標開度STとされ
る。次いでステップ1104では図21(B)に示すマ
ップからEGR制御弁25の目標開度SEが算出され、
EGR制御弁25の開度がこの目標開度SEとされる。
次いでステップ1105では質量流量検出器(図示せ
ず)により検出された吸入空気の質量流量(以下、単に
吸入空気量と称す)Gaが取込まれ、次いでステップ1
106では図20(B)に示すマップから目標空燃比A
/Fが算出される。次いでステップ1107では吸入空
気量Gaと目標空燃比A/Fに基づいて空燃比を目標空
燃比A/Fとするのに必要な燃料噴射量Qが算出され
る。In step 1103, the target opening ST of the throttle valve 17 is calculated from the map shown in FIG. 21A, and the opening of the throttle valve 17 is set to the target opening ST. Next, at step 1104, the target opening SE of the EGR control valve 25 is calculated from the map shown in FIG.
The opening of the EGR control valve 25 is set as the target opening SE.
Next, at step 1105, the mass flow rate of the intake air (hereinafter simply referred to as the intake air amount) Ga detected by the mass flow rate detector (not shown) is taken in.
At 106, the target air-fuel ratio A is obtained from the map shown in FIG.
/ F is calculated. Next, at step 1107, a fuel injection amount Q necessary for setting the air-fuel ratio to the target air-fuel ratio A / F is calculated based on the intake air amount Ga and the target air-fuel ratio A / F.
【0095】上述したようにに低温燃焼が行われている
ときには要求負荷L又は機関回転数Nが変化するとスロ
ットル弁17の開度およびEGR制御弁25の開度がた
だちに要求負荷Lおよび機関回転数Nに応じた目標開度
ST,SEに一致せしめられる。従って例えば要求負荷
Lが増大せしめられるとただちに燃焼室5内の空気量が
増大せしめられ、斯くして機関の発生トルクがただちに
増大せしめられる。一方、スロットル弁17の開度又は
EGR制御弁25の開度が変化して吸入空気量が変化す
るとこの吸入空気量Gaの変化が質量流量検出器により
検出され、この検出された吸入空気量Gaに基づいて燃
料噴射量Qが制御される。即ち、吸入空気量Gaが実際
に変化した後に燃料噴射量Qが変化せしめられることに
なる。As described above, when the required load L or the engine speed N changes during low-temperature combustion, the opening of the throttle valve 17 and the opening of the EGR control valve 25 immediately change the required load L and the engine speed. The target opening degrees ST and SE according to N are made to match. Therefore, for example, when the required load L is increased, the amount of air in the combustion chamber 5 is increased immediately, and the generated torque of the engine is immediately increased. On the other hand, when the opening of the throttle valve 17 or the opening of the EGR control valve 25 changes to change the amount of intake air, the change in the amount of intake air Ga is detected by the mass flow rate detector, and the detected amount of intake air Ga Is controlled based on the fuel injection amount Q. That is, the fuel injection amount Q is changed after the intake air amount Ga is actually changed.
【0096】ステップ1110では図24に示されるマ
ップから目標燃料噴射量Qが算出され、燃料噴射量がこ
の目標燃料噴射量Qとされる。次いでステップ1111
では図23(A)に示すマップからスロットル弁17の
目標開度STが算出される。次いでステップ1112で
は図23(B)に示すマップからEGR制御弁25の目
標開度SEが算出され、EGR制御弁25の開度がこの
目標開度SEとされる。次いでステップ1113では質
量流量検出器により検出された吸入空気量Gaが取込ま
れる。次いでステップ1114では燃料噴射量Qと吸入
空気量Gaから実際の空燃比(A/F)R が算出され
る。次いでステップ1115では図22(B)に示すマ
ップから目標空燃比A/Fが算出される。次いでステッ
プ1116では実際の空燃比(A/F)R が目標空燃比
A/Fよりも大きいか否かが判別される。(A/F)R
>A/Fのときにはステップ1117に進んでスロット
ル開度の補正値ΔSTが一定値αだけ減少せしめられ、
次いでステップ1119へ進む。これに対して(A/
F)R ≦A/Fのときにはステップ1118に進んで補
正値ΔSTが一定値αだけ増大せしめられ、次いでステ
ップ1119に進む。ステップ1119ではスロットル
弁17の目標開度STに補正値ΔSTを加算することに
より最終的な目標開度STが算出され、スロットル弁1
7の開度がこの最終的な目標開度STとされる。即ち、
実際の空燃比(A/F)R が目標空燃比A/Fとなるよ
うにスロットル弁17の開度が制御される。In step 1110, the target fuel injection amount Q is calculated from the map shown in FIG. 24, and the fuel injection amount is set as the target fuel injection amount Q. Then step 1111
Then, the target opening degree ST of the throttle valve 17 is calculated from the map shown in FIG. Next, at step 1112, the target opening SE of the EGR control valve 25 is calculated from the map shown in FIG. 23B, and the opening of the EGR control valve 25 is set to this target opening SE. Next, at step 1113, the intake air amount Ga detected by the mass flow detector is taken. Next, at step 1114, the actual air-fuel ratio (A / F) R is calculated from the fuel injection amount Q and the intake air amount Ga. Next, at step 1115, the target air-fuel ratio A / F is calculated from the map shown in FIG. Next, at step 1116, it is determined whether or not the actual air-fuel ratio (A / F) R is larger than the target air-fuel ratio A / F. (A / F) R
If> A / F, the routine proceeds to step 1117, where the throttle opening correction value ΔST is decreased by a constant value α,
Next, the routine proceeds to step 1119. (A /
F) If R ≦ A / F, the routine proceeds to step 1118, where the correction value ΔST is increased by a constant value α, and then the routine proceeds to step 1119. In step 1119, the final target opening ST is calculated by adding the correction value ΔST to the target opening ST of the throttle valve 17, and the final target opening ST is calculated.
The opening 7 is the final target opening ST. That is,
The opening of the throttle valve 17 is controlled so that the actual air-fuel ratio (A / F) R becomes the target air-fuel ratio A / F.
【0097】このように第2の燃焼が行われているとき
には要求負荷L又は機関回転数Nが変化すると燃料噴射
量がただちに要求負荷Lおよび機関回転数Nに応じた目
標燃料噴射量Qに一致せしめられる。例えば要求負荷L
が増大せしめられるとただちに燃料噴射量が増大せしめ
られ、斯くして機関の発生トルクがただちに増大せしめ
られる。一方、燃料噴射量Qが増大せしめられて空燃比
が目標空燃比A/Fからずれると空燃比が目標空燃比A
/Fとなるようにスロットル弁20の開度が制御され
る。即ち、燃料噴射量Qが変化した後に空燃比が変化せ
しめられることになる。As described above, when the required load L or the engine speed N changes during the second combustion, the fuel injection amount immediately matches the target fuel injection amount Q corresponding to the required load L and the engine speed N. I'm sullen. For example, required load L
Is increased, the fuel injection amount is immediately increased, and thus the generated torque of the engine is immediately increased. On the other hand, when the fuel injection amount Q is increased and the air-fuel ratio deviates from the target air-fuel ratio A / F, the air-fuel ratio becomes the target air-fuel ratio A.
The opening of the throttle valve 20 is controlled so as to be / F. That is, the air-fuel ratio is changed after the fuel injection amount Q changes.
【0098】これまで述べた実施形態では低温燃焼が行
われているときに燃料噴射量Qはオープンループ制御さ
れ、第2の燃焼が行われているときに空燃比がスロット
ル弁20の開度を変化させることによって制御される。
しかしながら低温燃焼が行われているときに燃料噴射量
Qを空燃比センサ27の出力信号に基づいてフィードバ
ック制御することもできるし、また第2の燃焼が行われ
ているときに空燃比をEGR制御弁31の開度を変化さ
せることによって制御することもできる。In the embodiments described above, the fuel injection amount Q is controlled by open loop when low-temperature combustion is performed, and the air-fuel ratio decreases the opening of the throttle valve 20 when the second combustion is performed. It is controlled by changing.
However, the fuel injection amount Q can be feedback-controlled based on the output signal of the air-fuel ratio sensor 27 when the low-temperature combustion is being performed, and the air-fuel ratio can be controlled by the EGR control when the second combustion is being performed. The control can also be performed by changing the opening of the valve 31.
【0099】本実施形態では、図9(A)及び図10
(A)に示す順流モード時に、上述した通常燃焼、つま
り、煤の発生量がピークとなる不活性ガスとしてのEG
Rガスの量よりも燃焼室5内に供給されるEGRガスの
量が少ない燃焼が実行され、図9(B)及び図10
(B)に示す逆流モード時に、上述した低温燃焼、つま
り、煤の発生量がピークとなる不活性ガスとしてのEG
Rガスの量よりも燃焼室5内に供給されるEGRガスの
量が多く煤がほとんど発生しない燃焼が実行される。In this embodiment, FIGS. 9A and 10
In the forward flow mode shown in (A), the normal combustion described above, that is, EG as an inert gas at which the generation amount of soot reaches a peak.
The combustion in which the amount of the EGR gas supplied into the combustion chamber 5 is smaller than the amount of the R gas is performed, and FIG. 9 (B) and FIG.
In the backflow mode shown in (B), the low-temperature combustion described above, that is, EG as an inert gas at which the generation amount of soot reaches a peak.
The combustion in which the amount of the EGR gas supplied into the combustion chamber 5 is larger than the amount of the R gas and little soot is generated is executed.
【0100】更に本実施形態では、単位時間当たりに燃
焼室5から排出される排出微粒子量が、パティキュレー
トフィルタ22、122上において単位時間当たりに輝
炎を発することなく酸化除去可能な酸化除去可能微粒子
量よりも通常少なくなり、つまり、通常、図5の領域I
内に位置し、かつ、排出微粒子量が一時的に酸化除去可
能微粒子量より多くなり図5の領域II内に位置したとし
てもその後排出微粒子量が酸化除去可能微粒子量より少
なくなったときに酸化除去しうる一定限度以下の量の微
粒子しかパティキュレートフィルタ22、122上に堆
積しないように、排出微粒子量及びパティキュレートフ
ィルタ22、122の温度を維持すべく内燃機関の運転
条件が制御される。Further, in the present embodiment, the amount of fine particles discharged from the combustion chamber 5 per unit time can be removed by oxidation on the particulate filters 22 and 122 without generating a bright flame per unit time. Usually, the amount is smaller than the amount of fine particles, that is, the region I in FIG.
Even if the amount of discharged fine particles is temporarily larger than the amount of fine particles that can be oxidized and removed and is located in the region II of FIG. The operating conditions of the internal combustion engine are controlled so as to maintain the amount of discharged particulates and the temperature of the particulate filters 22 and 122 so that only a small amount of particulates that can be removed is less than a certain limit on the particulate filters 22 and 122.
【0101】本実施形態によれば、図7に示すようにパ
ティキュレートフィルタ22、122の隔壁54に一時
的に捕集された微粒子を酸化するための活性酸素を放出
する酸化剤としての酸素吸蔵・活性酸素放出剤261が
パティキュレートフィルタ22、122の隔壁54に担
持され、図9に示すようにパティキュレートフィルタ2
2、122の隔壁54を通過する排気ガスの流れが逆転
されることにより、パティキュレートフィルタ22、1
22の隔壁54に捕集される微粒子がパティキュレート
フィルタ22、122の隔壁54の上面と下面(図7参
照)とに分散される。そのため、パティキュレートフィ
ルタ内に流入した微粒子の大部分が、パティキュレート
フィルタの隔壁の一方の面において捕集されてしまうの
を回避すると共に、パティキュレートフィルタ22、1
22の隔壁54の方から排気ガス流れの下流側の微粒子
に対し酸化除去作用を及ぼすことができる。上述した酸
化除去作用は、パティキュレートフィルタ22、122
の隔壁54表面上の酸素吸蔵・活性酸素放出剤261
(図7参照)を必須要件としているため、パティキュレ
ートフィルタ22、122の隔壁54の内部の酸素吸蔵
・活性酸素放出剤161(図7参照)が存在しない場合
であっても達成することが可能である。According to the present embodiment, as shown in FIG. 7, oxygen storage as an oxidizing agent for releasing active oxygen for oxidizing fine particles temporarily trapped in the partition walls 54 of the particulate filters 22 and 122. The active oxygen releasing agent 261 is carried on the partition walls 54 of the particulate filters 22 and 122, and as shown in FIG.
The flow of the exhaust gas passing through the partition walls 54 of the second and 122 is reversed, so that the particulate filters 22, 1
The fine particles collected by the partition walls of the 22 are dispersed on the upper and lower surfaces (see FIG. 7) of the partition walls of the particulate filters 22 and 122. Therefore, it is possible to prevent most of the fine particles flowing into the particulate filter from being collected on one surface of the partition wall of the particulate filter, and to prevent the particulate filters 22 and 1 from being trapped.
Oxidation removal action can be exerted on the fine particles downstream of the exhaust gas flow from the partition wall 54 of the 22. The above-described oxidation removing action is achieved by the particulate filters 22, 122.
Storage / active oxygen release agent 261 on the surface of partition wall 54
(See FIG. 7) is an essential requirement, so that it can be achieved even when there is no oxygen storage / active oxygen release agent 161 (see FIG. 7) inside the partition wall 54 of the particulate filters 22 and 122. It is.
【0102】更に本実施形態によれば、上述したように
パティキュレートフィルタ22、122の隔壁54に捕
集される微粒子がパティキュレートフィルタ22、12
2の隔壁54の一方の面と他方の面とに分散されること
により、パティキュレートフィルタ22、122の隔壁
54に捕集された微粒子が酸化除去されることなく堆積
する可能性は、微粒子が分散されない場合に比べて低減
せしめられる。そのため、パティキュレートフィルタ2
2、122の隔壁54に捕集された微粒子を活性酸素に
より酸化除去する酸化除去作用をすべての微粒子に十分
に伝えることが可能になり、その結果、微粒子がパティ
キュレートフィルタ22、122の隔壁54に堆積して
しまうのを阻止することができる。酸化除去作用をすべ
ての微粒子に十分に伝えることも、パティキュレートフ
ィルタ22、122の隔壁54表面上の酸素吸蔵・活性
酸素放出剤261(図7参照)を必須要件としているた
め、パティキュレートフィルタ22、122の隔壁54
の内部の酸素吸蔵・活性酸素放出剤161(図7参照)
が存在しない場合であっても達成することが可能であ
る。Further, according to the present embodiment, as described above, the fine particles trapped by the partition walls 54 of the particulate filters 22 and 122 cause the particulate filters 22 and 12 to separate.
The possibility that the fine particles trapped by the partition walls 54 of the particulate filters 22 and 122 accumulate without being oxidized and removed by being dispersed on one surface and the other surface of the second partition wall 54 is as follows. This can be reduced compared to the case where no dispersion is performed. Therefore, the particulate filter 2
It is possible to sufficiently transmit the oxidizing / removing action of oxidizing and removing the fine particles trapped in the partition walls 54 of the particulate filters 22 and 122 to all the fine particles. Can be prevented. In order to sufficiently transmit the oxidizing and removing action to all the fine particles, the oxygen storage / active oxygen release agent 261 (see FIG. 7) on the surface of the partition wall 54 of the particulate filters 22 and 122 is an essential requirement. , 122 partition wall 54
Oxygen storage / active oxygen release agent 161 in the interior (see FIG. 7)
Can be achieved even if is not present.
【0103】また本実施形態によれば、図8に示すよう
にパティキュレートフィルタ22、122が直列に配置
されているため、排気ガスの流れが逆転せしめられても
連結通路75内の圧力はそれほど変化しない。そのた
め、排気ガスの流れが逆転せしめられるのに伴ってパテ
ィキュレートフィルタ22、122から連結通路75内
に微粒子が脱離してしまう可能性が低減される。その
上、仮に一のパティキュレートフィルタ22又は122
から微粒子が脱離したとしても、その微粒子を他のパテ
ィキュレートフィルタ122又は22でトラップするこ
とにより微粒子を酸化除去するのに必要な時間を確保す
ることができる。According to the present embodiment, since the particulate filters 22 and 122 are arranged in series as shown in FIG. 8, even if the flow of the exhaust gas is reversed, the pressure in the connection passage 75 is not so high. It does not change. Therefore, the possibility that the fine particles are desorbed from the particulate filters 22 and 122 into the connection passage 75 as the flow of the exhaust gas is reversed is reduced. In addition, if one of the particulate filters 22 or 122
Even if fine particles are desorbed from the particles, the time required for oxidizing and removing the fine particles can be secured by trapping the fine particles with another particulate filter 122 or 22.
【0104】本実施形態によれば、図7及び図10に示
すように、パティキュレートフィルタ22、122の隔
壁54の内部に一時的に捕集された微粒子162を酸化
するための酸化触媒としての酸素吸蔵・活性酸素放出剤
161が、パティキュレートフィルタ22、122の隔
壁54の内部に担持されている。そのため、パティキュ
レートフィルタ22、122の隔壁54の内部の酸素吸
蔵・活性酸素放出剤161により、パティキュレートフ
ィルタ22、122の隔壁54の内部の微粒子162を
パティキュレートフィルタ22、122の隔壁54の内
部において酸化除去することができる。更に本実施形態
によれば、パティキュレートフィルタ22、122の隔
壁54の内部に一時的に捕集された微粒子162を移動
させるための排気ガス逆流手段として、排気切換バルブ
73が設けられている。そのため、パティキュレートフ
ィルタ22、122の隔壁54の内部の酸素吸蔵・活性
酸素放出剤161によりパティキュレートフィルタ2
2、122の隔壁54の内部の微粒子162を酸化除去
する酸化除去作用を、パティキュレートフィルタ22、
122の隔壁54の内部に一時的に捕集された微粒子1
62を移動させることによって促進することができる
(図10参照)。According to this embodiment, as shown in FIGS. 7 and 10, an oxidation catalyst as an oxidation catalyst for oxidizing the fine particles 162 temporarily trapped inside the partition walls 54 of the particulate filters 22 and 122 is used. An oxygen storage / active oxygen release agent 161 is supported inside the partition walls 54 of the particulate filters 22 and 122. Therefore, the fine particles 162 inside the partition walls 54 of the particulate filters 22 and 122 are removed by the oxygen storage / active oxygen releasing agent 161 inside the partition walls 54 of the particulate filters 22 and 122. Can be oxidized and removed. Further, according to the present embodiment, the exhaust gas switching valve 73 is provided as an exhaust gas backflow means for moving the fine particles 162 temporarily trapped inside the partition walls 54 of the particulate filters 22 and 122. Therefore, the particulate filter 2 is controlled by the oxygen storage / active oxygen releasing agent 161 inside the partition walls 54 of the particulate filters 22 and 122.
The oxidizing and removing action of oxidizing and removing the fine particles 162 inside the partition walls 54 of the second and 122 partitions is performed by the particulate filter 22.
Particles 1 temporarily trapped inside the partition wall 122
This can be facilitated by moving 62 (see FIG. 10).
【0105】また本実施形態によれば、複数個直列に配
置されたパティキュレートフィルタ22、122の間、
つまり、連結通路75内に還元剤として燃料を供給する
燃料添加装置76が設けられる。そのため、図11のス
テップ202において燃料がパティキュレートフィルタ
22、122に供給されることにより、パティキュレー
トフィルタ22、122に担持されている触媒としての
酸素吸蔵・活性酸素放出剤61における燃焼が非常に活
発になり、パティキュレートフィルタ22、122の温
度を向上させることができる。また、燃料が還元剤とし
て供給されるため、サルフェート、NO2 の生成を大幅
に抑制することができる。Further, according to the present embodiment, the space between the plurality of particulate filters 22 and 122 arranged in series,
That is, a fuel addition device 76 that supplies fuel as a reducing agent is provided in the connection passage 75. Therefore, when the fuel is supplied to the particulate filters 22 and 122 in step 202 in FIG. 11, the combustion in the oxygen storage / active oxygen releasing agent 61 as a catalyst carried on the particulate filters 22 and 122 is extremely reduced. It becomes active and the temperature of the particulate filters 22 and 122 can be improved. Further, since the fuel is supplied as the reducing agent, the production of sulfate and NO 2 can be significantly suppressed.
【0106】また本実施形態によれば、図11のステッ
プ201においてパティキュレートフィルタ22、12
2が触媒活性化するのに十分な温度になったと判断され
たとき、ステップ202において燃料添加装置76によ
りパティキュレートフィルタ22、122に還元剤とし
て燃料が供給される。詳細には、ステップ201におい
てパティキュレートフィルタ22、122が触媒活性化
するのに十分な温度になったと判断されたとき、ステッ
プ202においてパティキュレートフィルタ22、12
2に還元剤として燃料が添加され、ステップ201にお
いてパティキュレートフィルタ22、122が触媒活性
化するのに十分な温度でないと判断されたときには、パ
ティキュレートフィルタ22、122に燃料が添加され
ない。そのため、パティキュレートフィルタ22、12
2が触媒活性化するのに十分な温度でないときに硫黄含
有燃料がパティキュレートフィルタ22、122に添加
されるのに伴ってパティキュレートフィルタ22、12
2がSOF被毒してしまうのを回避することができる。According to the present embodiment, in step 201 of FIG.
When it is determined that the temperature of the fuel cell 2 has reached a temperature sufficient to activate the catalyst, the fuel is supplied to the particulate filters 22 and 122 by the fuel addition device 76 in step 202 as a reducing agent. More specifically, when it is determined in step 201 that the temperature of the particulate filters 22, 122 has reached a temperature sufficient to activate the catalyst, in step 202, the particulate filters 22, 12
When fuel is added as a reducing agent to 2 and it is determined in step 201 that the temperature of the particulate filters 22 and 122 is not high enough to activate the catalyst, no fuel is added to the particulate filters 22 and 122. Therefore, the particulate filters 22, 12
When the sulfur-containing fuel is added to the particulate filters 22, 122 when the temperature of the sulfur-containing fuel is not sufficient to activate the catalyst, the particulate filters 22, 12 are not used.
2 can be prevented from being SOF-poisoned.
【0107】また本実施形態によれば、図11のステッ
プ203においてパティキュレートフィルタ22、12
2の温度を代表する温度TFが、サルフェートが生成す
る恐れのある温度範囲内にあるとき、つまり、パティキ
ュレートフィルタ22、122の温度を代表する温度T
Fがサルフェート生成温度TF1(図5)よりも高いと
き、ステップ204において排気ガス流れを逆転させる
のが禁止され、ステップ202において還元剤として燃
料が供給されているのが継続される。そのため、直列に
配置されたパティキュレートフィルタ22、122のう
ちの一方に還元剤を重点的に供給することが可能にな
り、その一方のパティキュレートフィルタ22、122
の細部においても還元剤によってサルフェートを還元す
ることが可能になり、それゆえ、サルフェートの生成を
大幅に抑制することができる。また、ステップ204に
おいて排気ガス流れを逆転させるのを禁止することによ
り、排気ガス流れを逆転させるのに伴ってパティキュレ
ートフィルタ22、122の温度が上昇してしまうのを
阻止することができ、それゆえ、サルフェートの生成を
大幅に抑制することができる。Further, according to the present embodiment, in step 203 of FIG.
2 is within the temperature range in which sulfate may be generated, that is, the temperature T representative of the temperatures of the particulate filters 22 and 122.
When F is higher than the sulfate formation temperature TF1 (FIG. 5), the reversal of the exhaust gas flow is prohibited in step 204, and the supply of fuel as the reducing agent is continued in step 202. Therefore, the reducing agent can be mainly supplied to one of the particulate filters 22 and 122 arranged in series, and one of the particulate filters 22 and 122 can be supplied.
The sulfate can be reduced by the reducing agent even in the details of the above, and therefore, the production of sulfate can be greatly suppressed. In addition, by prohibiting the reversal of the exhaust gas flow in step 204, it is possible to prevent the temperature of the particulate filters 22 and 122 from rising due to the reversal of the exhaust gas flow. Therefore, the production of sulfate can be significantly suppressed.
【0108】また本実施形態によれば、排出微粒子量が
酸化除去可能微粒子量よりも通常少なくなり、かつ排出
微粒子量が一時的に酸化除去可能微粒子量より多くなっ
たとしてもその後排出微粒子量が酸化除去可能微粒子量
より少なくなったときに酸化除去しうる一定限度以下の
量の微粒子しかパティキュレートフィルタ22、122
上に堆積しないように排出微粒子量およびパティキュレ
ートフィルタ22、122の温度が維持されることによ
り、排気ガス中の微粒子がパティキュレートフィルタ2
2、122上において輝炎を発することなく酸化除去せ
しめられる。そのため、従来の場合のように微粒子がパ
ティキュレートフィルタ上に積層状に堆積した後に輝炎
を発してその微粒子を除去する必要なく、微粒子がパテ
ィキュレートフィルタ上に積層状に堆積する前に微粒子
を酸化させることにより排気ガス中の微粒子を除去する
ことができる。Further, according to the present embodiment, even if the amount of discharged fine particles is usually smaller than the amount of fine particles that can be oxidized and removed, and if the amount of discharged fine particles temporarily exceeds the amount of fine particles that can be easily removed by oxidation, the amount of discharged fine particles is thereafter reduced. When the amount of the particulates becomes smaller than the amount that can be oxidized and removed, the particulate filters 22 and 122 only have a certain amount or less that can be oxidized and removed.
By maintaining the amount of discharged particulates and the temperature of the particulate filters 22 and 122 so as not to accumulate on the particulate filter, particulates in the exhaust gas are reduced.
2, 122, it is oxidized and removed without emitting a bright flame. Therefore, it is not necessary to emit a luminous flame and remove the fine particles after the fine particles are deposited on the particulate filter as in the conventional case, and the fine particles are collected before the fine particles are deposited on the particulate filter. By oxidizing, fine particles in the exhaust gas can be removed.
【0109】また本実施形態によれば、排出微粒子量が
酸化除去可能微粒子量よりも通常少なくなり、かつ排出
微粒子量が一時的に酸化除去可能微粒子量より多くなっ
たとしてもその後排出微粒子量が酸化除去可能微粒子量
より少なくなったときに酸化除去しうる一定限度以下の
量の微粒子しかパティキュレートフィルタ22、122
上に堆積しないように、排出微粒子量およびパティキュ
レートフィルタ22、122の温度を維持すべく内燃機
関の運転条件が制御される。詳細には、排出微粒子量が
酸化除去可能微粒子量よりも少なくなるように、あるい
は、排出微粒子量が一時的に酸化除去可能微粒子量より
多くなったとしてもその後排出微粒子量が酸化除去可能
微粒子量より少なくなったときに酸化除去しうる一定限
度以下の量の微粒子しかパティキュレートフィルタ2
2、122上に堆積しないように、排出微粒子量および
パティキュレートフィルタ22、122の温度に基づ
き、内燃機関の運転条件が制御される。そのため、内燃
機関の運転条件が、排出微粒子量が酸化除去可能微粒子
量よりも少なくなる運転条件、あるいは、排出微粒子量
が一時的に酸化除去可能微粒子量より多くなったとして
もその後排出微粒子量が酸化除去可能微粒子量より少な
くなったときに酸化除去しうる一定限度以下の量の微粒
子しかパティキュレートフィルタ上に堆積しない運転条
件に偶然合致する場合と異なり、確実に、排出微粒子量
を酸化除去可能微粒子量よりも少なくするか、あるい
は、排出微粒子量が一時的に酸化除去可能微粒子量より
多くなったとしてもその後排出微粒子量が酸化除去可能
微粒子量より少なくなったときに酸化除去しうる一定限
度以下の量の微粒子しかパティキュレートフィルタ2
2、122上に堆積しないようにすることができる。そ
れゆえ、内燃機関の運転条件が偶然合致する場合に比
べ、微粒子がパティキュレートフィルタ22、122上
に積層状に堆積する前に微粒子をより一層確実に酸化さ
せることができる。Further, according to the present embodiment, even if the amount of the discharged fine particles is usually smaller than the amount of the fine particles that can be removed by oxidation, and the amount of the discharged fine particles temporarily exceeds the amount of the fine particles that can be removed by oxidation, the amount of the discharged fine particles is thereafter reduced. When the amount of the particulates becomes smaller than the amount that can be oxidized and removed, the particulate filters 22 and 122 only have a certain amount or less that can be oxidized and removed.
The operating conditions of the internal combustion engine are controlled so as to maintain the amount of discharged particulates and the temperature of the particulate filters 22 and 122 so as not to accumulate on the upper side. In detail, the amount of discharged fine particles should be smaller than the amount of fine particles that can be removed by oxidation, or even if the amount of discharged fine particles temporarily exceeds the amount of fine particles that can be removed by oxidation, The particulate filter 2 contains only a small amount of particles less than a certain limit that can be oxidized and removed when the amount becomes smaller.
The operating conditions of the internal combustion engine are controlled based on the amount of the discharged particulates and the temperatures of the particulate filters 22 and 122 so as not to accumulate on the internal combustion engine 2 and 122. Therefore, even if the operating condition of the internal combustion engine is such that the amount of exhaust particulates is smaller than the amount of particulates that can be oxidized and removed, or if the amount of exhaust particulates temporarily exceeds the amount of particulates that can be oxidized and removed, the amount of particulates thereafter becomes smaller. Unlike the case where the amount of fine particles that can be oxidized and removed is less than a certain limit that can be removed by oxidation when the amount becomes smaller than the amount that can be removed by oxidation, the amount of fine particles discharged can be reliably removed by oxidation, unlike the case where the operating condition is met. Even if the amount of fine particles is smaller than the amount of fine particles or the amount of fine particles discharged temporarily exceeds the amount of fine particles that can be oxidized and removed, a certain limit that can be oxidized and removed when the amount of discharged fine particles becomes smaller than the amount of fine particles that can be removed by oxidation Only the following amount of particulates in particulate filter 2
2, 122. Therefore, the fine particles can be more reliably oxidized before the fine particles are deposited on the particulate filters 22 and 122 in a stacked state, as compared with a case where the operating conditions of the internal combustion engine coincide with each other.
【0110】また本実施形態によれば、パティキュレー
トフィルタ22、122に担持されている酸素吸蔵・活
性酸素放出剤61により、周囲に過剰酸素が存在すると
きに酸素が取り込まれて保持され、周囲の酸素濃度が低
下したときにその保持された酸素が活性酸素の形で放出
される(図3参照)。そのため、従来の場合のように微
粒子がパティキュレートフィルタ上に積層状に堆積した
後にその微粒子が輝炎を発して除去されるのと異なり、
微粒子62がパティキュレートフィルタ22、122上
に積層状に堆積する前に、酸素吸蔵・活性酸素放出剤6
1が放出する活性酸素により、輝炎を発することなくそ
の微粒子62を酸化除去することができる。Further, according to the present embodiment, the oxygen storage / active oxygen release agent 61 carried on the particulate filters 22 and 122 captures and holds oxygen when excess oxygen exists in the surroundings. When the oxygen concentration decreases, the retained oxygen is released in the form of active oxygen (see FIG. 3). Therefore, unlike the conventional case, after the particles are deposited in a layered manner on the particulate filter, the particles emit a bright flame and are removed.
Before the fine particles 62 are deposited on the particulate filters 22 and 122 in a stacked state, the oxygen storage / active oxygen release agent 6
The fine particles 62 can be oxidized and removed by the active oxygen released by 1 without emitting a bright flame.
【0111】また本実施形態によれば、逆流手段として
の排気切換バルブ73の順流モード時(図9(A)参
照)に、煤の発生量がピークとなる不活性ガスとしての
EGRガスの量よりも燃焼室5内に供給されるEGRガ
スの量が少ない通常燃焼が実行され、排気切換バルブ7
3の逆流モード時(図9(B)参照)に、煤の発生量が
ピークとなるEGRガスの量よりも燃焼室5内に供給さ
れるEGRガスの量が多く煤がほとんど発生しない低温
燃焼が実行される。つまり、煤の発生量がピークとなる
EGRガスの量よりも燃焼室5内に供給されるEGRガ
スの量が多く煤がほとんど発生しない低温燃焼が実行さ
れるため、そのときの排気ガス中に含まれるHC、CO
により微粒子の酸化除去作用を促進することができる。
更に、煤の発生量がピークとなるEGRガスの量よりも
燃焼室5内に供給されるEGRガスの量が多く煤がほと
んど発生しない低温燃焼が実行されるときに排気ガスが
逆流せしめられるため、煤の発生量がピークとなるEG
Rガスの量よりも燃焼室5内に供給されるEGRガスの
量が少ない通常燃焼が実行された時にパティキュレート
フィルタ22、122の一方の表面上に微粒子が堆積し
(図10(A)参照)、パティキュレートフィルタ2
2、122のその表面上の酸素吸蔵・活性酸素放出剤2
61が硫黄被毒されてしまっていても、パティキュレー
トフィルタ22、122の反対側(図10の下側)の表
面から流入してパティキュレートフィルタ22、122
の隔壁54の内部を通過したHC、CO含有排気ガスに
より、パティキュレートフィルタ22、122の一方の
表面上に堆積した微粒子を、硫黄被毒の影響を受けるこ
となく酸化除去することができる。Further, according to this embodiment, when the exhaust gas switching valve 73 as the reverse flow means is in the forward flow mode (see FIG. 9A), the amount of EGR gas as the inert gas at which the amount of generated soot reaches a peak. Normal combustion in which the amount of EGR gas supplied into the combustion chamber 5 is smaller than that of the
In the reverse flow mode 3 (see FIG. 9B), low-temperature combustion in which the amount of EGR gas supplied into the combustion chamber 5 is larger than the amount of EGR gas at which soot generation reaches a peak and soot is hardly generated Is executed. That is, low-temperature combustion is performed in which the amount of EGR gas supplied into the combustion chamber 5 is larger than the amount of EGR gas at which the generation amount of soot is at a peak, and soot is hardly generated. HC and CO contained
Thereby, the oxidizing and removing action of the fine particles can be promoted.
Further, since the amount of the EGR gas supplied into the combustion chamber 5 is larger than the amount of the EGR gas at which the generation amount of soot becomes a peak, the exhaust gas is caused to flow backward when low-temperature combustion in which soot is hardly generated is executed. EG where the amount of soot generation peaks
When normal combustion in which the amount of the EGR gas supplied into the combustion chamber 5 is smaller than the amount of the R gas is performed, fine particles are deposited on one surface of the particulate filters 22, 122 (see FIG. 10A). ), Particulate filter 2
2,122 oxygen storage / active oxygen release agent 2 on its surface
Even if 61 is poisoned with sulfur, it flows in from the surface on the opposite side (lower side in FIG. 10) of the particulate filters 22 and 122, and the particulate filters 22 and 122
The fine particles deposited on one surface of the particulate filters 22 and 122 can be oxidized and removed by the exhaust gas containing HC and CO passing through the inside of the partition wall 54 without being affected by sulfur poisoning.
【0112】本実施形態の変形例では、図9に示したパ
ティキュレートフィルタ22、122の代わりに、図2
6に示すパティキュレートフィルタ22、122を設け
ることも可能である。図26は第一のパティキュレート
フィルタ22及び第二のパティキュレートフィルタ12
2の変形例の拡大図である。本変形例によっても、上述
した実施形態と同様の効果を奏することができる。In the modification of the present embodiment, the particulate filters 22 and 122 shown in FIG.
It is also possible to provide the particulate filters 22 and 122 shown in FIG. FIG. 26 shows the first particulate filter 22 and the second particulate filter 12.
It is an enlarged view of the modification of FIG. According to this modification, the same effects as those of the above-described embodiment can be obtained.
【0113】[0113]
【発明の効果】請求項1〜3に記載の発明によれば、パ
ティキュレートフィルタの壁を通過する排気ガスの流れ
を逆転させることにより、微粒子をパティキュレートフ
ィルタの壁の一方の面と他方の面とに分散して捕集させ
ることができる。そのため、微粒子の大部分が、パティ
キュレートフィルタの壁の一方の面に捕集されてしまう
のを回避すると共に、パティキュレートフィルタの壁の
方から排気ガス流れの下流側の微粒子に対し酸化除去作
用を及ぼすことができる。さらに、微粒子がパティキュ
レートフィルタの壁の一方の面と他方の面とに分散され
て捕集されるので、パティキュレートフィルタの壁に捕
集された微粒子が酸化除去されることなく堆積する可能
性が低減せしめられる。そのため、パティキュレートフ
ィルタの壁に捕集された微粒子を活性酸素により酸化除
去する酸化除去作用をすべての微粒子に十分に伝えるこ
とが可能になり、その結果、微粒子がパティキュレート
フィルタの壁に堆積してしまうのを阻止することができ
る。また、請求項1〜3に記載の発明では、パティキュ
レートフィルタが複数個直列に配置されていることか
ら、排気ガスの流れが逆転せしめられたときにパティキ
ュレートフィルタから微粒子が脱離する可能性を低減
し、かつ、仮に一のパティキュレートフィルタから微粒
子が脱離したとしても、その微粒子を他のパティキュレ
ートフィルタでトラップすることにより微粒子を酸化除
去するのに必要な時間を確保することができる。また、
請求項1に記載の発明では、還元剤をパティキュレート
フィルタに供給することにより、触媒における燃焼が非
常に活発になり、パティキュレートフィルタの温度を上
昇させることができる。また、サルフェート、NO 2の
生成を大幅に抑制することができる。また、請求項1に
記載の発明では、複数個直列に配置されたパティキュレ
ートフィルタのうちの一方に還元剤を重点的に供給する
ことが可能になり、その一方のパティキュレートフィル
タの細部においても還元剤によってサルフェートを還元
することが可能になり、それゆえ、サルフェートの生成
を大幅に抑制することができる。また、排気ガス流れを
逆転させるのに伴ってパティキュレートフィルタの温度
が上昇してしまうのを阻止することができ、それゆえ、
サルフェートの生成を大幅に抑制することができる。 According to the first to third aspects of the present invention, the
Exhaust gas flow through the wall of the particulate filter
By reversing the
Collected on one side and the other side of the filter wall
Can be Therefore, most of the particles
Collected on one side of the curated filter wall
Of the particulate filter wall
Oxidative removal of fine particles downstream of the exhaust gas flow
Can be used. In addition, fine particles
Distributed on one side and the other side of the rate filter wall
Collected on the wall of the particulate filter.
Collected fine particles can be deposited without being oxidized and removed
Properties are reduced. Therefore, the particulate matter
Oxidative removal of fine particles trapped on the filter wall by active oxygen
The effect of removing oxidative removal is sufficiently transmitted to all particles.
And as a result, particulates are
Can prevent it from accumulating on the walls of the filter
You. In the invention according to claims 1 to 3,
Whether multiple rate filters are arranged in series
When the exhaust gas flow is reversed
Reduces the likelihood of particulate desorption from the swelling filter
And, if one particulate filter
Even if the particles are detached, the fine particles are removed from other particulates.
Fine particles are oxidized and removed by trapping with a filter.
The time required to leave can be secured. Also,
According to the first aspect of the present invention, the reducing agent is particulated
By supplying the filter, combustion in the catalyst is
Always active, raise the temperature of the particulate filter
Can be raised. In addition, sulfates, of NO 2
Generation can be greatly suppressed. Also, in claim 1
In the described invention, a plurality of particulates arranged in series
Supply of reducing agent to one of the filter
It is possible for one of the particulate fills
Sulfate is reduced by reducing agent even in small details
And therefore the production of sulfate
Can be greatly suppressed. Also, the exhaust gas flow
The temperature of the particulate filter as it is reversed
Can be prevented from rising, and therefore
Sulfate generation can be greatly suppressed.
【0114】また、請求項2,5および6に記載の発明
では、パティキュレートフィルタとして、請求項2に記
載されているようなパティキュレートが用いられ、そし
て、排出微粒子量が酸化除去可能微粒子量よりも通常少
なくなり、かつ、排出微粒子量が一時的に酸化除去可能
微粒子量より多くなったとしてもその後、排出微粒子量
が酸化除去可能微粒子量より少なくなったときに酸化除
去しうる一定限度以下の量の微粒子しかパティキュレー
トフィルタ上に堆積しないように排出微粒子量およびパ
ティキュレートフィルタの温度が維持されることから、
微粒子がパティキュレートフィルタ上に積層状に堆積す
る前に微粒子が酸化除去される。すなわち、従来の場合
のように、微粒子がパティキュレートフィルタ上に積層
状に堆積した後に輝炎を発して微粒子を除去する必要が
ない。 The invention according to claims 2, 5 and 6
Then, it is described in claim 2 as a particulate filter.
Particulates such as those listed are used, and
The amount of discharged particulates is usually smaller than the amount of particulates that can be removed by oxidation.
Can be removed and the amount of discharged particulates can be temporarily removed by oxidation
Even if the amount exceeds the amount of fine particles,
Is oxidized when the amount becomes smaller than the amount of fine particles that can be removed by oxidation.
Only a certain amount of fine particles that can be removed
And the amount of particulates discharged so that they do not accumulate on the filter.
Because the temperature of the particulate filter is maintained,
Particles are deposited in layers on the particulate filter
Before oxidation, the fine particles are oxidized and removed. That is, the conventional case
Fine particles are deposited on the particulate filter
It is necessary to remove fine particles by emitting a bright flame after depositing in a shape
Absent.
【0115】また、煤の発生量がピークとなる不活性ガ
スの量よりも燃焼室内に供給される不活性ガスの量が多
く煤がほとんど発生しない燃焼が実行されると、微粒子
の酸化除去作用を促進することができるHCやCOが排
気ガス中に含まれることになる。ここで、請求項3およ
び8に記載の発明によれば、逆流手段の逆流モード時
に、煤の発生量がピークとなる不活性ガスの量よりも燃
焼室内に供給される不活性ガスの量が多く煤がほとんど
発生しない燃焼が実行されることから、このとき、排気
ガス中に含まれるHC、COによって微粒子の酸化除去
作用が促進される。また、これによれば、パティキュレ
ートフィルタの表面上の触媒が硫黄被毒されてしまって
いても、パティキュレートフィルタの反対側の表面から
流入してパティキュレートフィルタの壁の内部を通過し
たHC、CO含有排気ガスにより、パティキュレートフ
ィルタの一方の表面上に堆積した微粒子を、硫黄被毒の
影響を受けることなく酸化除去することができる。 In addition, the inert gas at which the soot generation amount reaches a peak is
The amount of inert gas supplied into the combustion chamber is larger than the amount of gas
When combustion with little soot formation is performed, fine particles
HC and CO, which can promote the
It will be contained in the gas. Here, claims 3 and
According to the inventions described in (8) and (8), when the backflow means is in the backflow mode
In addition, the amount of soot generation is more fuel than the amount of inert gas that peaks.
The amount of inert gas supplied into the firing chamber is large and soot is almost
At this time, the exhaust gas
Oxidation and removal of fine particles by HC and CO contained in gas
The action is promoted. Also, according to this,
The catalyst on the surface of the filter has been poisoned by sulfur
From the other side of the particulate filter
And flows through the inside of the particulate filter wall
Exhaust gas containing HC and CO
The fine particles deposited on one surface of the filter are
It can be removed by oxidation without being affected.
【0116】また、請求項4に記載の発明によれば、還
元剤をパティキュレートフィルタに供給することがで
き、還元剤をパティキュレートフィルタに供給した場
合、触媒における燃焼が非常に活発になり、パティキュ
レートフィルタの温度を向上させることができる。ま
た、サルフェート、NO 2の生成を大幅に抑制すること
ができる。 [0116] According to the invention described in claim 4, instead of
The base agent can be supplied to the particulate filter.
When the reducing agent is supplied to the particulate filter
In this case, combustion in the catalyst becomes very active and
The temperature of the rate filter can be improved. Ma
In addition, significantly reduce the production of sulfate and NO 2
Can be.
【0117】[0117]
【0118】また、請求項6および7に記載の発明によ
れば、内燃機関の運転条件が、排出微粒子量およびパテ
ィキュレートフィルタの温度に基づいて、所定の状態
(すなわち、排出微粒子量が酸化除去可能微粒子量より
も少なくなる状態、または、排出微粒子量が一時的に酸
化除去可能微粒子量より多くなったとしてもその後排出
微粒子量が酸化除去可能微粒子量より少なくなったとき
に酸化除去しうる一定限度以下の量の微粒子しかパティ
キュレートフィルタ上に堆積しない状態)を達成可能な
条件に積極的に制御される。そのため、内燃機関の運転
条件が偶然にも上記所定の状態を達成可能な条件となる
場合に比べて、より確実に、内燃機関の運転条件が上記
所定の状態を達成可能な条件となり、したがって、より
確実に、微粒子がパティキュレートフィルタ上に積層状
に堆積する前に微粒子を酸化させることができる。 Further, according to the inventions of claims 6 and 7,
If the operating conditions of the internal combustion engine are
Predetermined condition based on the temperature of the
(That is, the amount of discharged fine particles is larger than the amount of fine particles that can be removed by oxidation.
Is low, or the amount of discharged particulates is temporarily
Even if it exceeds the amount of fine particles that can be removed
When the amount of fine particles becomes smaller than the amount of fine particles that can be removed by oxidation
Only a small amount of fine particles that can be oxidized and removed
(No deposition on the curated filter)
Actively controlled by conditions. Therefore, the operation of the internal combustion engine
The condition happens to be the condition that can achieve the above specified state
The operating conditions of the internal combustion engine are more reliably
The conditions under which a given state can be achieved,
Reliable particles are layered on the particulate filter
The fine particles can be oxidized before being deposited on the surface.
【0119】[0119]
【0120】[0120]
【0121】また、請求項9および10に記載の発明に
よれば、パティキュレートフィルタの壁の内部に担持さ
れている酸化剤によって、パティキュレートフィルタの
壁の内部の微粒子が酸化除去される。 Further, according to the ninth and tenth aspects of the present invention,
According to the particulate filter carried inside the wall
Oxidizing agent may cause particulate filter
The fine particles inside the wall are oxidized and removed.
【0122】また、請求項10に記載の発明によれば、
パティキュレートフィルタの壁を通過する排気ガスの流
れを逆転させることにより、パティキュレートフィルタ
の壁の内部に一時的に捕集された微粒子が移動される。
そのため、パティキュレートフィルタの壁の内部の酸化
剤によりパティキュレートフィルタの壁の内部の微粒子
を酸化除去する酸化除去作用を、パティキュレートフィ
ルタの壁の内部に一時的に捕集された微粒子を移動させ
ることによって促進することができる。 [0122] According to the invention described in claim 10,
Exhaust gas flow through the particulate filter wall
By reversing this, the particulate filter
The fine particles temporarily collected are moved into the inside of the wall.
Oxidation inside the particulate filter wall
Particles inside the wall of particulate filter
The oxidation removal effect of oxidizing and removing
Move the temporarily trapped particles inside the ruta wall
Can be promoted by
【0123】また、微粒子がパティキュレートフィルタ
の壁の一方の面に多く捕集されると、その面における微
粒子に対する酸化除去作用が不十分となってしまう。と
ころが、請求項11に記載の発明によれば、微粒子はパ
ティキュレートフィルタの壁の一方の面と他方の面とに
ほぼ同程度に分散されて捕集されることから、一方の面
における微粒子に対する酸化除去作用が不十分となるこ
とが回避され、結果として、パティキュレートフィルタ
の壁の一方の面における酸化除去作用と他方の面におけ
る酸化除去作用の合計が最大となる。 Further , when the fine particles are a particulate filter,
If a large amount is collected on one side of the wall,
The effect of oxidizing and removing particles is insufficient. When
According to the invention as set forth in claim 11, the fine particles are
On one side and the other side of the wall of the particulate filter
Because they are almost equally dispersed and collected,
The oxidation removal effect on fine particles in
Is avoided and, as a result, the particulate filter
Removal effect on one side of the wall and the other side
The sum of the oxidizing and removing actions is maximum.
【図1】本発明の内燃機関の排気浄化装置を圧縮着火式
内燃機関に適用した第一の実施形態を示した図である。FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment in which an exhaust gas purification device for an internal combustion engine of the present invention is applied to a compression ignition type internal combustion engine.
【図2】パティキュレートフィルタ22の構造を示した
図である。FIG. 2 is a diagram showing a structure of a particulate filter 22.
【図3】排気ガス流入通路50の内周面上に形成された
担体層の表面の拡大図である。FIG. 3 is an enlarged view of a surface of a carrier layer formed on an inner peripheral surface of an exhaust gas inflow passage 50;
【図4】微粒子の酸化の様子を示した図である。FIG. 4 is a view showing a state of oxidation of fine particles.
【図5】単位時間当りに輝炎を発することなく酸化除去
可能な酸化除去可能微粒子量Gを示した図である。FIG. 5 is a diagram showing the amount G of oxidizable and removable fine particles that can be oxidized and removed without emitting a bright flame per unit time.
【図6】機関の運転制御ルーチンの一例を示した図であ
る。FIG. 6 is a diagram showing an example of an engine operation control routine.
【図7】図2(B)に示したパティキュレートフィルタ
の隔壁54の拡大断面図である。FIG. 7 is an enlarged sectional view of a partition wall 54 of the particulate filter shown in FIG. 2 (B).
【図8】図1に示したパティキュレートフィルタ22、
122の拡大図である。FIG. 8 shows the structure of the particulate filter 22 shown in FIG.
FIG. 122 is an enlarged view of FIG.
【図9】排気切換バルブの切換位置と排気ガスの流れと
の関係を示した図である。FIG. 9 is a diagram showing a relationship between a switching position of an exhaust switching valve and a flow of exhaust gas.
【図10】排気切換バルブ73の位置が切り換えられる
のに応じてパティキュレートフィルタの隔壁54の内部
の微粒子が移動する様子を示した図である。FIG. 10 is a view showing a state in which fine particles inside a partition wall of a particulate filter move in accordance with the position of an exhaust switching valve 73 being switched.
【図11】図1に示した燃料添加装置76の制御方法を
示したフローチャートである。FIG. 11 is a flowchart showing a control method of the fuel adding device 76 shown in FIG.
【図12】スモークおよびNOxの発生量等を示す図で
ある。FIG. 12 is a diagram showing the amounts of smoke and NOx generated.
【図13】燃焼圧を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing a combustion pressure.
【図14】燃料分子を示す図である。FIG. 14 is a diagram showing fuel molecules.
【図15】スモークの発生量とEGR率との関係を示す
図である。FIG. 15 is a diagram showing a relationship between a generation amount of smoke and an EGR rate.
【図16】噴射燃料量と混合ガス量との関係を示す図で
ある。FIG. 16 is a diagram showing a relationship between an injected fuel amount and a mixed gas amount.
【図17】第1の運転領域I’および第2の運転領域I
I’を示す図である。FIG. 17 shows a first operation region I ′ and a second operation region I
It is a figure which shows I '.
【図18】空燃比センサの出力を示す図である。FIG. 18 is a diagram showing an output of an air-fuel ratio sensor.
【図19】スロットル弁の開度等を示す図である。FIG. 19 is a diagram showing an opening degree of a throttle valve and the like.
【図20】第1の運転領域I’における空燃比等を示す
図である。FIG. 20 is a diagram showing an air-fuel ratio and the like in a first operation region I ′.
【図21】スロットル弁等の目標開度のマップを示す図
である。FIG. 21 is a diagram showing a map of a target opening degree of a throttle valve and the like.
【図22】第2の燃焼における空燃比等を示す図であ
る。FIG. 22 is a diagram showing an air-fuel ratio and the like in the second combustion.
【図23】スロットル弁等の目標開度のマップを示す図
である。FIG. 23 is a diagram showing a map of a target opening degree of a throttle valve and the like.
【図24】燃料噴射量のマップを示す図である。FIG. 24 is a diagram showing a map of a fuel injection amount.
【図25】機関の運転を制御するためのフローチャート
である。FIG. 25 is a flowchart for controlling operation of the engine.
【図26】第一のパティキュレートフィルタ22及び第
二のパティキュレートフィルタ122の変形例の拡大図
である。FIG. 26 is an enlarged view of a modified example of the first particulate filter 22 and the second particulate filter 122.
5…燃焼室 6…燃料噴射弁 20…排気管 22,122…パティキュレートフィルタ 25…EGR制御弁 54…隔壁 61…酸素吸蔵・活性酸素放出剤 62…微粒子 73…排気切換バルブ 76…燃料添加装置 5. Combustion chamber 6 ... Fuel injection valve 20 ... exhaust pipe 22, 122 ... Particulate filter 25 ... EGR control valve 54 ... partition wall 61 ... Oxygen storage / active oxygen release agent 62 ... fine particles 73… Exhaust switching valve 76 ... Fuel addition device
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F01N 3/02 F01N 3/08 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) F01N 3/02 F01N 3/08
Claims (11)
子を捕集するためのパティキュレートフィルタを機関排
気通路内に配置し、排気ガスがパティキュレートフィル
タの壁を通過するときに排気ガス中の微粒子が捕集され
るようになっている内燃機関の排気浄化装置において、
前記パティキュレートフィルタの壁に一時的に捕集され
た微粒子を酸化するための活性酸素を放出する酸化剤を
前記パティキュレートフィルタの壁に担持し、前記パテ
ィキュレートフィルタの壁を通過する排気ガスの流れを
逆転させるための排気ガス逆流手段を設け、前記パティ
キュレートフィルタの壁を通過する排気ガスの流れを逆
転させることにより、前記パティキュレートフィルタの
壁に捕集される微粒子を前記パティキュレートフィルタ
の壁の一方の面と他方の面とに分散させ、それにより、
前記パティキュレートフィルタの壁に捕集された微粒子
が酸化除去されることなく堆積する可能性を低減し、前
記パティキュレートフィルタを複数個直列に配置し、こ
れらパティキュレートフィルタの間に還元剤供給手段を
設け、パティキュレートフィルタの温度が、サルフェー
トが生成する恐れのある温度範囲内にあるとき、排気ガ
ス流れを逆転させるのを禁止し、還元剤を供給するよう
にした内燃機関の排気浄化装置。1. A particulate filter for trapping particulates in exhaust gas discharged from a combustion chamber is disposed in an engine exhaust passage, and the exhaust gas passes through a wall of the particulate filter when the exhaust gas passes through a wall of the particulate filter. In an exhaust gas purification device for an internal combustion engine in which fine particles of
An oxidizing agent that releases active oxygen for oxidizing fine particles temporarily collected on the wall of the particulate filter is supported on the wall of the particulate filter, and the exhaust gas passing through the wall of the particulate filter is Exhaust gas backflow means for reversing the flow is provided, and by reversing the flow of the exhaust gas passing through the wall of the particulate filter, the fine particles trapped on the wall of the particulate filter are removed by the particulate filter. Distributed on one side and the other side of the wall,
The particulate fine particles trapped in the wall of the filter to reduce the possibility of depositing without being oxidized and removed, placing the particulate filter in series a plurality, this
A reducing agent supply means is provided between these particulate filters.
If the temperature of the particulate filter is
Exhaust gas when the temperature is within the temperature range where
Prohibit reversing the gas flow and supply a reducing agent
Exhaust purification device for an internal combustion engine.
子を捕集するためのパティキュレートフィルタを機関排
気通路内に配置し、排気ガスがパティキュレートフィル
タの壁を通過するときに排気ガス中の微粒子が捕集され
るようになっている内燃機関の排気浄化装置において、
前記パティキュレートフィルタの壁に一時的に捕集され
た微粒子を酸化するための活性酸素を放出する酸化剤を
前記パティキュレートフィルタの壁に担持し、前記パテ
ィキュレートフィルタの壁を通過する排気ガスの流れを
逆転させるための排気ガス逆流手段を設け、前記パティ
キュレートフィルタの壁を通過する排気ガスの流れを逆
転させることにより、前記パティキュレートフィルタの
壁に捕集される微粒子を前記パティキュレートフィルタ
の壁の一方の面と他方の面とに分散させ、それにより、
前記パティキュレートフィルタの壁に捕集された微粒子
が酸化除去されることなく堆積する可能性を低減し、前
記パティキュレートフィルタを複数個直列に配置し、前
記パティキュレートフィルタとして、単位時間当たりに
燃焼室から排出される排出微粒子量がパティキュレート
フィルタ上において単位時間当たりに輝炎を発すること
なく酸化除去可能な酸化除去可能微粒子量よりも少ない
ときには排気ガス中の微粒子がパティキュレートフィル
タに流入すると輝炎を発することなく酸化除去せしめら
れ、かつ前記排出微粒子量が一時的に前記酸化除去可能
微粒子量より多くなったとしてもパティキュレートフィ
ルタ上において微粒子が一定限度以下しか堆積しないと
きには前記排出微粒子量が前記酸化除去可能微粒子量よ
りも少なくなったときにパティキュレートフィルタ上の
微粒子が輝炎を発することなく酸化除去せしめられるパ
ティキュレートフィルタを用い、前記酸化除去可能微粒
子量がパティキュレートフィルタの温度に依存してお
り、前記排出微粒子量が前記酸化除去可能微粒子量より
も通常少なくなり、かつ前記排出微粒子量が一時的に前
記酸化除去可能微粒子量より多くなったとしてもその後
前記排出微粒子量が前記酸化除去可能微粒子量より少な
くなったときに酸化除去しうる一定限度以下の量の微粒
子しかパティキュレートフィルタ上に堆積しないように
前記排出微粒子量およびパティキュレートフィルタの温
度を維持するための制御手段を具備し、それによって排
気ガス中の微粒子をパティキュレートフィルタ上におい
て輝炎を発することなく酸化除去せしめるようにした内
燃機関の排気浄化装置。 2. Fine particles in exhaust gas discharged from a combustion chamber
Remove the particulate filter for collecting
It is located in the air passage and the exhaust gas
Particulates in the exhaust gas are trapped when passing
In the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine,
Temporarily collected on the wall of the particulate filter
Oxidizer that releases active oxygen to oxidize the fine particles
The powder is carried on the wall of the particulate filter,
The flow of exhaust gas passing through the wall of the
Exhaust gas backflow means for reverse rotation is provided,
Reverses the flow of exhaust gas through the walls of the curated filter
By rotating, the particulate filter
The fine particles trapped on the wall are filtered by the particulate filter.
Dispersed on one side and the other side of the wall of
Particles collected on the wall of the particulate filter
Reduces the possibility of deposition without being oxidized and removed.
A plurality of particulate filters are arranged in series, and
As a particulate filter, per unit time
The amount of particulates emitted from the combustion chamber is particulate
Emitting a luminous flame per unit time on the filter
Less than the amount of fine particles that can be removed without oxidation
Sometimes particulates in the exhaust gas are
Oxidized and removed without emission of bright flame
And the amount of the discharged fine particles can be temporarily oxidized and removed.
Even if the amount of particulates exceeds
If particles are deposited only below a certain limit on the ruta
In this case, the amount of the discharged fine particles is smaller than the amount of the fine particles that can be removed by oxidation.
When it becomes less
Particles that can be oxidized and removed without emitting bright flame
The fine particles capable of being oxidized and removed using a particulate filter
Particle size depends on the temperature of the particulate filter.
The amount of the discharged fine particles is greater than the amount of the fine particles that can be removed by oxidation.
And the amount of discharged particulates temporarily
Even if it exceeds the amount of fine particles that can be removed by oxidation,
The amount of the discharged fine particles is smaller than the amount of the fine particles that can be removed by oxidation.
Less than a certain amount of fine particles that can be oxidized and removed
So that only pups accumulate on the particulate filter
The amount of the discharged fine particles and the temperature of the particulate filter
Control means to maintain the
Fine particles in gaseous gas are trapped on the particulate filter
Oxidized and removed without luminous flame
Exhaust purification device for fuel engine.
子を捕集するためのパティキュレートフィルタを機関排
気通路内に配置し、排気ガスがパティキュレートフィル
タの壁を通過するときに排気ガス中の微粒子が捕集され
るようになっている内燃機関の排気浄化装置において、
前記パティキュレートフィルタの壁に一時的に捕集され
た微粒子を酸化するための活性酸素を放出する酸化剤を
前記パティキュレートフィルタの壁に担持し、前記パテ
ィキュレートフィルタの壁を通過する排気ガスの流れを
逆転させるための排気ガス逆流手段を設け、前記パティ
キュレートフィルタの壁を通過する排気ガスの流れを逆
転させることにより、前記パティキュレートフィルタの
壁に捕集される微粒子を前記パティキュレートフィルタ
の壁の一方の面と他方の面とに分散させ、それにより、
前記パティキュレ ートフィルタの壁に捕集された微粒子
が酸化除去されることなく堆積する可能性を低減し、前
記パティキュレートフィルタを複数個直列に配置し、前
記逆流手段は、排気ガスがパティキュレートフィルタの
壁を第一の向きに通過する順流モードと、排気ガスがパ
ティキュレートフィルタの壁を前記第一の向きとは逆向
きの第二の向きに通過する逆流モードとを有し、前記燃
焼室内に供給される不活性ガスの量を増大していくと煤
の発生量が次第に増大してピークに達し、前記燃焼室内
に供給される不活性ガスの量を更に増大していくと前記
燃焼室内における燃焼時の燃料およびその周囲のガス温
が煤の生成温度よりも低くなって煤がほとんど発生しな
くなる内燃機関を用い、前記逆流手段の順流モード時
に、煤の発生量がピークとなる不活性ガスの量よりも前
記燃焼室内に供給される不活性ガスの量が少ない燃焼を
実行し、前記逆流手段の逆流モード時に、煤の発生量が
ピークとなる不活性ガスの量よりも前記燃焼室内に供給
される不活性ガスの量が多く煤がほとんど発生しない燃
焼を実行するようにした内燃機関の排気浄化装置。 3. Fine particles in exhaust gas discharged from a combustion chamber.
Remove the particulate filter for collecting
It is located in the air passage and the exhaust gas
Particulates in the exhaust gas are trapped when passing
In the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine,
Temporarily collected on the wall of the particulate filter
Oxidizer that releases active oxygen to oxidize the fine particles
The powder is carried on the wall of the particulate filter,
The flow of exhaust gas passing through the wall of the
Exhaust gas backflow means for reverse rotation is provided,
Reverses the flow of exhaust gas through the walls of the curated filter
By rotating, the particulate filter
The fine particles trapped on the wall are filtered by the particulate filter.
Dispersed on one side and the other side of the wall of
Fine particles are collected on the walls of the Patikyure Tofiruta
Reduces the possibility of deposition without being oxidized and removed.
A plurality of particulate filters are arranged in series, and
The backflow means is used to prevent the exhaust gas from passing through the particulate filter.
A forward flow mode where the exhaust gas passes through the wall in the first direction
The wall of the particulate filter is opposite to the first direction
A reverse flow mode in which the fuel flows in the second direction,
As the amount of inert gas supplied to the firing chamber increases, soot
The amount of generation of gas gradually increases and reaches a peak,
As the amount of inert gas supplied to the
Fuel and surrounding gas temperatures during combustion in the combustion chamber
Is lower than the soot generation temperature and soot is hardly generated
Using the internal combustion engine that is
Before the amount of inert gas at which the amount of soot generation peaks
Combustion with a small amount of inert gas supplied into the combustion chamber
The soot generation amount during the backflow mode of the backflow means.
Supply into the combustion chamber more than the peak amount of inert gas
The amount of inert gas used is large and soot is hardly generated.
An exhaust gas purification device for an internal combustion engine that performs baking.
トフィルタの間に還元剤供給手段を設けた請求項2また
は3に記載の内燃機関の排気浄化装置。 4. A particulate curriculum arranged in series
And a reducing agent supply means is provided between the filters.
4. The exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to 3.
単位時間当たりに燃焼室から排出される排出微粒子量が
パティキュレートフィルタ上において単位時間当たりに
輝炎を発することなく酸化除去可能な酸化除去可能微粒
子量よりも少ないときには排気ガス中の微粒子がパティ
キュレートフィルタに流入すると輝炎を発することなく
酸化除去せしめられ、かつ前記排出微粒子量が一時的に
前記酸化除去可能微粒子量より多くなったとしてもパテ
ィキュレートフィルタ上において微粒子が一定限度以下
しか堆積しないときには前記排出微粒子量が前記酸化除
去可能微粒子量よりも少なくなったときにパティキュレ
ートフィルタ上の微粒子が輝炎を発することなく酸化除
去せしめられるパティキュレートフィルタを用い、前記
酸化除去可能微粒子量がパティキュレートフィルタの温
度に依存しており、前記排出微粒子量が前記酸化除去可
能微粒子量よりも通常少なくなり、かつ前記排出微粒子
量が一時的に前記酸化除去可能微粒子量より多くなった
としてもその後前記排出微粒子量が前記酸化除去可能微
粒子量より少なくなったときに酸化除去しうる一定限度
以下の量の微粒子しかパティキュレートフィルタ上に堆
積しないように前記排出微粒子量およびパティキュレー
トフィルタの温度を維持するための制御手段を具備し、
それによって排気ガス中の微粒子をパティキュレートフ
ィルタ上において輝炎を発することなく酸化除去せしめ
るようにした請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装
置。5. As the particulate filter,
If the amount of particulates discharged from the combustion chamber per unit time is less than the amount of oxidizable particles that can be oxidized and removed per unit time without emitting a flaming flame on the particulate filter, the particulates in the exhaust gas will be particulates. When flowing into the filter, it is oxidized and removed without emitting luminous flame, and even when the amount of the discharged fine particles is temporarily larger than the amount of oxidizable and removable fine particles, the fine particles are deposited on the particulate filter only below a certain limit. When the amount of the discharged fine particles is smaller than the amount of the fine particles that can be oxidized and removed, the fine particles on the particulate filter are oxidized and removed without emitting a bright flame, and the amount of the fine particles that can be oxidized and removed is reduced. Depends on the temperature of the filter Even if the amount of the discharged fine particles is usually smaller than the amount of the oxidizable and removable fine particles, and even if the amount of the discharged fine particles temporarily exceeds the amount of the oxidizable and removable fine particles, the amount of the discharged fine particles is thereafter reduced to the amount of the oxidizable and removable fine particles. Control means for maintaining the amount of discharged particulates and the temperature of the particulate filter so that only particulates of a certain amount or less which can be oxidized and removed when the amount becomes smaller are deposited on the particulate filter,
2. The exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to claim 1 , wherein the fine particles in the exhaust gas are oxidized and removed on the particulate filter without emitting a bright flame.
単位時間当たりに燃焼室から排出される排出微粒子量が
パティキュレートフィルタ上において単位時間当たりに
輝炎を発することなく酸化除去可能な酸化除去可能微粒
子量よりも少ないときには排気ガス中の微粒子がパティ
キュレートフィルタに流入すると輝炎を発することなく
酸化除去せしめられ、かつ前記排出微粒子量が一時的に
前記酸化除去可能微粒子量より多くなったとしてもパテ
ィキュレートフィルタ上において微粒子が一定限度以下
しか堆積しないときには前記排出微粒子量が前記酸化除
去可能微粒子量よりも少なくなったときにパティキュレ
ートフィルタ上の微粒子が輝炎を発することなく酸化除
去せしめられるパティキュレートフィルタを用い、前記
酸化除去可能微粒子量がパティキュレートフィルタの温
度に依存しており、前記排出微粒子量が前記酸化除去可
能微粒子量よりも通常少なくなり、かつ前記排出微粒子
量が一時的に前記酸化除去可能微粒子量より多くなった
としてもその後前記排出微粒子量が前記酸化除去可能微
粒子量より少なくなったときに酸化除去しうる一定限度
以下の量の微粒子しかパティキュレートフィルタ上に堆
積しないように前記排出微粒子量およびパティキュレー
トフィルタの温度を維持するための制御手段を具備し、
それによって排気ガス中の微粒子をパティキュレートフ
ィルタ上において輝炎を発することなく酸化除去せし
め、前記排出微粒子量が前記酸化除去可能微粒子量より
も通常少なくなり、かつ前記排出微粒子量が一時的に前
記酸化除去可能微粒子量より多くなったとしてもその後
前記排出微粒子量が前記酸化除去可能微粒子量より少な
くなったときに酸化除去しうる一定限度以下の量の微粒
子しかパティキュレートフィルタ上に堆積しないよう
に、前記排出微粒子量およびパティキュレートフィルタ
の温度を維持すべく内燃機関の運転条件を制御するよう
にした請求項1または3に記載の内燃機関の排気浄化装
置。 6. The particulate filter according to claim 1, wherein
The amount of particulates emitted from the combustion chamber per unit time is
Per unit time on the particulate filter
Oxidation-removable fine particles that can be removed by oxidation without emitting bright flame
Particles are smaller than the particle size,
When it enters the curated filter, it does not emit a bright flame
Is oxidized and removed, and the amount of discharged particulates is temporarily
Even if the amount exceeds the amount of fine particles that can be removed by oxidation,
Particles below a certain limit on the particulate filter
When only deposits occur, the amount of the discharged fine particles is reduced by the oxidation removal.
When the amount of particles that can be removed is
The fine particles on the filter are oxidized and removed without producing a bright flame.
Using a particulate filter that is left behind,
The amount of particulates that can be removed by oxidation depends on the temperature of the particulate filter.
And the amount of the discharged fine particles can be removed by oxidation.
Usually less than the amount of fine particles, and the discharged fine particles
The amount temporarily exceeded the amount of fine particles that can be removed by oxidation.
Then, the amount of the discharged fine particles is
A certain limit that can be oxidized and removed when the particle volume is less than
Only the following amount of fine particles is deposited on the particulate filter.
The amount of particulates discharged and the particulate
Control means for maintaining the temperature of the filter,
As a result, particulates in the exhaust gas are
Oxidation removal without luminous flame on the filter
Therefore, the amount of the discharged fine particles is larger than the amount of the fine particles that can be removed by oxidation.
And the amount of discharged particulates temporarily
Even if it exceeds the amount of fine particles that can be removed by oxidation,
The amount of the discharged fine particles is smaller than the amount of the fine particles that can be removed by oxidation.
Less than a certain amount of fine particles that can be oxidized and removed
Only children are deposited on the particulate filter
In addition, the amount of discharged particulates and the particulate filter
Control the operating conditions of the internal combustion engine to maintain the temperature of the engine.
An exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to claim 1 or 3, wherein
Place.
粒子量よりも通常少なくなり、かつ前記排出微粒子量が
一時的に前記酸化除去可能微粒子量より多くなったとし
てもその後前記排出微粒子量が前記酸化除去可能微粒子
量より少なくなったときに酸化除去しうる一定限度以下
の量の微粒子しかパティキュレートフィルタ上に堆積し
ないように、前記排出微粒子量およびパティキュレート
フィルタの温度を維持すべく内燃機関の運転条件を制御
するようにした請求項2に記載の内燃機関の排気浄化装
置。 7. The method according to claim 7, wherein the amount of the discharged fine particles is smaller than the amount of the fine particles removable by oxidation.
Is usually smaller than the amount of particles, and the amount of the discharged fine particles is
Temporarily exceeds the amount of fine particles that can be removed by oxidation.
Even after that, the amount of the discharged fine particles is reduced by the oxidation-removable fine particles.
Below a certain limit that can be oxidized and removed when the amount becomes less than
Amount of fine particles accumulate on the particulate filter
So that the amount of discharged particulates and particulates
Control operating conditions of internal combustion engine to maintain filter temperature
The exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to claim 2, wherein
Place.
レートフィルタの壁を第一の向きに通過する順流モード
と、排気ガスがパティキュレートフィルタの壁を前記第
一の向きとは逆向きの第二の向きに通過する逆流モード
とを有し、前記燃焼室内に供給される不活性ガスの量を
増大していくと煤の発生量が次第に増大してピークに達
し、前記燃焼室内に供給される不活性ガスの量を更に増
大していくと前記燃焼室内における燃焼時の燃料および
その周囲のガス温が煤の生成温度よりも低くなって煤が
ほとんど発生しなくなる内燃機関を用い、前記逆流手段
の順流モード時に、煤の発生量がピークとなる不活性ガ
スの量よりも前記燃焼室内に供給される不活性ガスの量
が少ない燃焼を実行し、前記逆流手段の逆流モード時
に、煤の発生量がピークとなる不活性ガスの量よりも前
記燃焼室内に供給される不活性ガスの量が多く煤がほと
んど発生しない燃焼を実行するようにした請求項1また
は2に記載の内燃機関の排気浄化装置。8. The reverse flow means includes: a forward flow mode in which exhaust gas passes through a wall of a particulate filter in a first direction; and a second flow mode in which exhaust gas flows through a wall of the particulate filter in a direction opposite to the first direction. A reverse flow mode passing in two directions, and when the amount of inert gas supplied into the combustion chamber is increased, the amount of soot generated gradually increases and reaches a peak, and is supplied into the combustion chamber. When the amount of the inert gas is further increased, the temperature of the fuel during combustion in the combustion chamber and the temperature of the surrounding gas become lower than the temperature at which soot is generated, so that the soot is hardly generated. In the forward flow mode of the means, combustion is performed in which the amount of the inert gas supplied into the combustion chamber is smaller than the amount of the inert gas at which the generation amount of the soot is at a peak, and during the reverse flow mode of the backflow means, The amount generated Claim 1 and the amount of the inert gas than the amount of inert gases that click is supplied to the combustion chamber much soot was to perform hardly generated combustion
3. An exhaust gas purification device for an internal combustion engine according to item 2 .
ルタの壁の内部に担持されている請求項1〜3のいずれ
か一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。9. An exhaust purification system of an internal combustion engine according to any one of the oxidizing agent is the particulate claim is supported on the inside of the filter wall 1-3.
ィルタの壁の内部に担持されており、前記パティキュレ
ートフィルタの壁を通過する排気ガスの流れを逆転させ
ることにより、前記パティキュレートフィルタの壁の内
部に一時的に捕集された微粒子を移動させるようにした
請求項1〜3のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄
化装置。10. The method according to claim 10, wherein the oxidizing agent is a particulate material.
The particles that are carried inside the filter wall and that are temporarily trapped inside the particulate filter wall are moved by reversing the flow of exhaust gas passing through the particulate filter wall. The exhaust gas purification device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3, which is configured as described above.
捕集される微粒子を前記パティキュレートフィルタの壁
の一方の面と他方の面とにほぼ同程度に分散させるよう
にした請求項1〜3のいずれか一項に記載の内燃機関の
排気浄化装置。11. Any of the particulates wherein the particulates are collected on the walls of the filter particulates claim 1-3 which is adapted to disperse nearly equalized to the one surface and the other surface of the wall of the filter An exhaust gas purification device for an internal combustion engine according to any one of the preceding claims.
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