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JP3912197B2 - Exhaust gas purification device for internal combustion engine - Google Patents

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JP3912197B2
JP3912197B2 JP2002180183A JP2002180183A JP3912197B2 JP 3912197 B2 JP3912197 B2 JP 3912197B2 JP 2002180183 A JP2002180183 A JP 2002180183A JP 2002180183 A JP2002180183 A JP 2002180183A JP 3912197 B2 JP3912197 B2 JP 3912197B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、リーン空燃比のもとで継続して燃焼が行われる内燃機関の排気通路内に、流入する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であって酸化能を有する触媒を担持したパティキュレートフィルタを配置し、パティキュレートフィルタ上流の排気通路から分岐して延びるバイパス通路を設け、バイパス通路内を流通する排気ガスの量を制御することによりパティキュレートフィルタ内を流通する排気ガスの量を制御するためのバイパス制御弁を設け、バイパス通路の分岐部分とパティキュレートフィルタ間の排気通路内に還元剤を供給するための還元剤供給弁を配置し、パティキュレートフィルタの温度を上昇させるときにはパティキュレートフィルタ内にわずかばかりの量の排気ガスが流入するようにバイパス制御弁を制御しながら、還元剤供給弁から還元剤を一時的に供給するようにした内燃機関が知られている。即ち、還元剤供給弁から還元剤が供給されるとこの還元剤がパティキュレートフィルタ上で酸化され、このときの反応熱でもってパティキュレートフィルタの温度が例えば600℃以上に上昇される。その結果、パティキュレートフィルタ上に堆積している微粒子が確実に酸化除去される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このように還元剤をパティキュレートフィルタ上で酸化させるようにした場合、還元剤は必ずしもパティキュレートフィルタ全体で反応するわけではなく、従ってパティキュレートフィルタ全体の温度を一様に上昇させることができない。即ち、パティキュレートフィルタの下流端の温度が過度に高くならないようにするとこのときパティキュレートフィルタの上流端の温度が600℃以上にならず、パティキュレートフィルタの上流端の温度を600℃以上に上昇させるとこのときパティキュレートフィルタの下流端が過度に高くなる恐れがあるという問題がある。この問題はNO触媒又はNO触媒を担持したパティキュレートフィルタの温度を上昇させるべきときにも生じうる。
【0004】
そこで本発明の目的は、パティキュレートフィルタ、NO触媒、又はNO触媒を担持したパティキュレートフィルタの全体の温度を確実に上昇させることができる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために1番目の発明によれば、リーン空燃比のもとで継続して燃焼が行われる内燃機関の排気通路内に排気浄化手段を配置し、該排気浄化手段を、流入する排気ガス中の微粒子を捕集するための、酸化能を有する触媒を担持したパティキュレートフィルタと、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに流入する排気ガス中のNOを蓄え、流入する排気ガスの空燃比が低下したときに排気ガス中に還元剤が含まれていると蓄えているNOを還元して蓄えているNOの量が減少するNO触媒と、前記NO触媒を担持したパティキュレートフィルタとのうちいずれか一つから構成し、該排気浄化手段上流の排気通路から分岐して延びるバイパス通路を設け、該バイパス通路内を流通する排気ガスの量を制御することにより排気浄化手段内を流通する排気ガスの量を制御するためのバイパス制御弁を設け、バイパス通路の分岐部分と排気浄化手段間の排気通路内に、排気浄化手段内に流入する排気ガスの温度を上昇させるための排気温上昇手段を配置し、該排気温上昇手段を、還元剤を供給するための還元剤供給弁と、該還元剤供給弁の下流に配置された酸化能を有する補助触媒とにより構成し、排気浄化手段の温度を上昇させるときには排気浄化手段内にわずかばかりの量の排気ガスが流入するようにバイパス制御弁を制御しながら、排気温上昇手段の還元剤供給弁から還元剤を一時的に供給するようにし、前記排気温上昇手段により前記排気浄化手段内に流入する排気ガスの温度が上昇されているときに該排気浄化手段内に流入する排気ガスの温度の上昇率を求めて該求められた温度上昇率が予め定められた目標となる上昇率に一致するように該温度上昇率を制御するようにし、前記補助触媒を電気ヒータ付き触媒から構成し、前記排気浄化手段の温度を上昇させるときには該電気ヒータを一時的に作動させるようにし、該電気ヒータへの通電量を制御することにより前記温度上昇率を制御するようにしている。
【0006】
また、2番目の発明によれば、リーン空燃比のもとで継続して燃焼が行われる内燃機関の排気通路内に排気浄化手段を配置し、該排気浄化手段を、流入する排気ガス中の微粒子を捕集するための、酸化能を有する触媒を担持したパティキュレートフィルタと、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに流入する排気ガス中のNO を蓄え、流入する排気ガスの空燃比が低下したときに排気ガス中に還元剤が含まれていると蓄えているNO を還元して蓄えているNO の量が減少するNO 触媒と、前記NO 触媒を担持したパティキュレートフィルタとのうちいずれか一つから構成し、該排気浄化手段上流の排気通路から分岐して延びるバイパス通路を設け、該バイパス通路内を流通する排気ガスの量を制御することにより排気浄化手段内を流通する排気ガスの量を制御するためのバイパス制御弁を設け、バイパス通路の分岐部分と排気浄化手段間の排気通路内に、排気浄化手段内に流入する排気ガスの温度を上昇させるための排気温上昇手段を配置し、該排気温上昇手段を、還元剤を供給するための還元剤供給弁と、該還元剤供給弁の下流に配置された酸化能を有する補助触媒とにより構成し、排気浄化手段の温度を上昇させるときには排気浄化手段内にわずかばかりの量の排気ガスが流入するようにバイパス制御弁を制御しながら、排気温上昇手段の還元剤供給弁から還元剤を一時的に供給するようにし、前記排気温上昇手段により前記排気浄化手段内に流入する排気ガスの温度が上昇されているときに該排気浄化手段内に流入する排気ガスの温度の上昇率を求めて該求められた温度上昇率が予め定められた目標となる上昇率に一致するように該温度上昇率を制御するようにし、前記還元剤供給弁から単位時間当たり供給される還元剤の量を制御することにより前記温度上昇率を制御するようにしている。
【0007】
また、3番目の発明によれば、リーン空燃比のもとで継続して燃焼が行われる内燃機関の排気通路内に排気浄化手段を配置し、該排気浄化手段を、流入する排気ガス中の微粒子を捕集するための、酸化能を有する触媒を担持したパティキュレートフィルタと、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに流入する排気ガス中のNO を蓄え、流入する排気ガスの空燃比が低下したときに排気ガス中に還元剤が含まれていると蓄えているNO を還元して蓄えているNO の量が減少するNO 触媒と、前記NO 触媒を担持したパティキュレートフィルタとのうちいずれか一つから構成し、該排気浄化手段上流の排気通路から分岐して延びるバイパス通路を設け、該バイパス通路内を流通する排気ガスの量を制御することにより排気浄化手段内を流通する排気ガスの量を制御するためのバイパス制御弁を設け、バイパス通路の分岐部分と排気浄化手段間の排気通路内に、排気浄化手段内に流入する排気ガスの温度を上昇させるための排気温上昇手段を配置し、該排気温上昇手段を、還元剤を供給するための還元剤供給弁と、該還元剤供給弁の下流に配置された酸化能を有する補助触媒とにより構成し、排気浄化手段の温度を上昇させるときには排気浄化手段内にわずかばかりの量の排気ガスが流入するようにバイパス制御弁を制御しながら、排気温上昇手段の還元剤供給弁から還元剤を一時的に供給するようにし、前記補助触媒を電気ヒータ付き触媒から構成し、前記排気浄化手段の温度を上昇させるときには該電気ヒータを一時的に作動させるようにし、前記排気浄化手段の温度を上昇させるときには、排気浄化手段内に流入する排気ガスの量がほぼゼロになるように前記バイパス制御弁を制御しかつ前記還元剤供給弁からの還元剤供給作用を停止しながら前記電気ヒータを作動させ、次いで排気浄化手段内にわずかばかりの量の排気ガスが流入するようにバイパス制御弁を制御しかつ電気ヒータを作動させながら、還元剤供給弁から還元剤を供給するようにしている。
【0008】
また、4番目の発明によれば、リーン空燃比のもとで継続して燃焼が行われる内燃機関の排気通路内に排気浄化手段を配置し、該排気浄化手段を、流入する排気ガス中の微粒子を捕集するための、酸化能を有する触媒を担持したパティキュレートフィルタと、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに流入する排気ガス中のNO を蓄え、流入する排気ガスの空燃比が低下したときに排気ガス中に還元剤が含まれていると蓄えているNO を還元して蓄えているNO の量が減少するNO 触媒と、前記NO 触媒を担持したパティキュレートフィルタとのうちいずれか一つから構成し、該排気浄化手段上流の排気通路から分岐して延びるバイパス通路を設け、該バイパス通路内を流通する排気ガスの量を制御することにより排気浄化手段内を流通する排気ガスの量を制御するためのバイパス制御弁を設け、バイパス通路の分岐部分と排気浄化手段間の排気通路内に、排気浄化手段内に流入する排気ガスの温度を上昇させるための排気温上昇手段を配置し、該排気温上昇手段を、還元剤を供給するための還元剤供給弁と、該還元剤供給弁の下流に配置された酸化能を有する補助触媒とにより構成し、排気浄化手段の温度を上昇させるときには排気浄化手段内にわずかばかりの量の排気ガスが流入するようにバイパス制御弁を制御しながら、排気温上昇手段の還元剤供給弁から還元剤を一時的に供給するようにし、前記バイパス通路内に、追加の排気浄化手段を配置し、バイパス通路の分岐部分と追加の排気浄化手段間のバイパス通路内に、追加の排気浄化手段内に流入する排気ガスの温度を上昇させるための追加の排気温上昇手段を配置し、該追加の排気温上昇手段を、還元剤を供給するための追加の還元剤供給弁と、該還元剤供給弁の下流に配置された酸化能を有する追加の補助触媒とにより構成し、追加の排気浄化手段の温度を上昇させるときには追加の排気浄化手段内にわずかばかりの量の排気ガスが流入するようにバイパス制御弁を制御しながら、追加の排気温上昇手段の追加の還元剤供給弁から還元剤を一時的に供給するようにしている。
【0009】
また、5番目の発明によれば、リーン空燃比のもとで継続して燃焼が行われる内燃機関の排気通路内に排気浄化手段を配置し、該排気浄化手段を、流入する排気ガス中の微粒子を捕集するための、酸化能を有する触媒を担持したパティキュレートフィルタと、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに流入する排気ガス中のNO を蓄え、流入する排気ガスの空燃比が低下したときに排気ガス中に還元剤が含まれていると蓄えているNO を還元して蓄えているNO の量が減少するNO 触媒と、前記NO 触媒を担持したパティキュレートフィルタとのうちいずれか一つから構成し、該排気浄化手段上流の排気通路から分岐して延びるバイパス通路を設け、該バイパス通路内を流通する排気ガスの量を制御することにより排気浄化手段内を流通する排気ガスの量を制御するためのバイパス制御弁を設け、バイパス通路の分岐部分と排気浄化手段間の排気通路内に、排気浄化手段内に流入する排気ガスの温度を上昇させるための排気温上昇手段を配置し、該排気温上昇手段を、還元剤を供給するための還元剤供給弁と、該還元剤供給弁の下流に配置された酸化能を有する補助触媒とにより構成し、排気浄化手段の温度を上昇させるときには排気浄化手段内にわずかばかりの量の排気ガスが流入するようにバイパス制御弁を制御しながら、排気温上昇手段の還元剤供給弁から還元剤を一時的に供給するようにし、排気ガスが前記排気温上昇手段内を流通した後に前記排気浄化手段内を流通するか、又は排気浄化手段内を流通した後に排気温上昇手段内を流通するかを選択的に切り替え可能な流通方向切り替え手段を更に具備し、排気浄化手段の温度を上昇させるときには流通方向切り替え手段及びバイパス制御弁によりわずかばかりの量の排気ガスが排気温上昇手段内を流通した後に排気浄化手段内を流通するようにしながら、排気温上昇手段の還元剤供給弁から還元剤を一時的に供給するようにし、前記排気浄化手段をNO 触媒又はNO 触媒を担持したパティキュレートフィルタから構成し、排気浄化手段内に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリッチに切り替えるために、燃焼室から排出される排気ガスの空燃比を一時的にリッチに切り替えるか、又は前記還元剤供給弁から還元剤を一時的に供給するかを選択的に切り替え可能になっており、排気浄化手段内に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリッチに切り替えるために燃焼室から排出される排気ガスの空燃比を一時的にリッチに切り替えるときには流通方向切り替え手段を制御して排気ガスが排気浄化手段内を流通した後に排気温上昇手段内を流通するようにし、排気浄化手段内に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリッチに切り替えるために還元剤供給弁から還元剤を一時的に供給するときには流通方向切り替え手段を制御して排気ガスが前記排気温上昇手段内を流通した後に前記排気浄化手段内を流通するようにしている。
【0010】
また、6番目の発明によれば番目の発明において、噴射時期を一定に維持しながら燃焼室内に供給されるEGRガス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、噴射時期を一定に維持しながら燃焼室内に供給されるEGRガス量を更に増大していくと燃焼室内における燃焼時の燃料及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から前記内燃機関が構成されており、煤の発生量がピークとなるEGRガス量よりも燃焼室内に供給されるEGRガス量が多く煤がほとんど発生しない第1の燃焼と、煤の発生量がピークとなるEGRガス量よりも燃焼室内に供給されるEGRガス量が少ない第2の燃焼とが選択的に切り替えられるようになっており、第1の燃焼が行われているときには排気浄化手段内に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリッチに切り替えるために燃焼室から排出される排気ガスの空燃比を一時的にリッチに切り替え、第2の燃焼が行われているときには排気浄化手段内に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリッチに切り替えるために還元剤供給弁から還元剤を一時的に供給するようにしている。
【0011】
また、7番目の発明によれば番目の発明から6番目の発明のいずれか一つにおいて、前記補助触媒を前記NO 触媒から構成している。
【0012】
また、8番目の発明によれば番目の発明、4番目の発明、5番目の発明及び6番目の発明のいずれか一つにおいて、前記補助触媒を電気ヒータ付き触媒から構成し、前記排気浄化手段の温度を上昇させるときには該電気ヒータを一時的に作動させるようにしている。
【0013】
また、9番目の発明によれば1番目の発明又は8番目の発明において、前記排気浄化手段の温度を上昇させるときには、排気浄化手段内に流入する排気ガスの量がほぼゼロになるように前記バイパス制御弁を制御しかつ前記還元剤供給弁からの還元剤供給作用を停止しながら前記電気ヒータを作動させ、次いで排気浄化手段内にわずかばかりの量の排気ガスが流入するようにバイパス制御弁を制御しかつ電気ヒータを作動させながら、還元剤供給弁から還元剤を供給するようにしている。
【0014】
また、10番目の発明によれば1番目の発明、3番目の発明及び8番目の発明のいずれか一つにおいて、前記還元剤供給弁から還元剤を供給するときの前記電気ヒータへの通電量を、還元剤供給弁から供給される還元剤の量と、電気ヒータ付き触媒の温度とに基づいて設定するようにしている。
【0015】
また、11番目の発明によれば1番目の発明、3番目の発明及び8番目の発明のいずれか一つにおいて、前記補助触媒上に付着している可溶有機成分を除去するために、前記電気ヒータを一時的に作動させるようにしている。
【0019】
なお、本明細書では排気通路の或る位置よりも上流の排気通路、燃焼室、及び吸気通路内に供給された空気と炭化水素HC及び一酸化炭素COとの比をその位置における排気ガスの空燃比と称している。
【0020】
【発明の実施の形態】
図1は本発明を圧縮着火式内燃機関に適用した場合を示している。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。
【0021】
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に示される実施例では機関冷却水が冷却装置18内に導かれ、機関冷却水によって吸入空気が冷却される。
【0022】
一方、排気ポート10は排気マニホルド19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の出口は排気管20aを介して触媒コンバータ22に接続される。
【0023】
図1と共に図2を参照すると、触媒コンバータ22はステップモータ60により駆動される切替弁61を具備し、この切替弁61の流入ポート62に排気管20aの出口が接続される。また、流入ポート62に対向する切替弁61の流出ポート63には触媒コンバータ22の排気ガス排出管64が接続される。切替弁61は更に、流入ポート62及び流出ポート63を結ぶ直線の両側において互いに対向する一対の流入流出ポート65,66を有しており、これら流入流出ポート65,66には触媒コンバータ22の環状排気管67の両端がそれぞれ接続される。なお、排気ガス排出管64の出口には排気管23が接続される。
【0024】
環状排気管67は排気ガス排出管64を貫通して延びており、環状排気管67の排気ガス排出管64内に位置する部分にはフィルタ収容室68が形成される。このフィルタ収容室68内には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69が収容される。なお、図2において69a及び69bはパティキュレートフィルタ69の一端面及び他端面をそれぞれ示している。
【0025】
パティキュレートフィルタ69の一端面69aを含む触媒コンバータ22の部分縦断面図を示す図2(A)、及び触媒コンバータ22の部分横断面図を示す図2(B)に示されるようにパティキュレートフィルタ69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ガス通路70,71を具備する。これら排気ガス通路は一端が開放されかつ他端がシール材72により閉塞されている排気ガス通路70と、他端が開放されかつ一端がシール材73により閉塞されている排気ガス通路71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シール材73を示している。これら排気ガス通路70,71は例えばコージェライトのような多孔質材から形成される薄肉の隔壁74を介して交互に配置される。云い換えると排気ガス通路70,71は各排気ガス通路70が4つの排気ガス通路71によって包囲され、各排気ガス通路71が4つの排気ガス通路70によって包囲されるように配置される。
【0026】
パティキュレートフィルタ69上には後述するようにNO触媒81が担持されている。一方、切替弁61の流出ポート63と環状排気管67が貫通している部分との間の排気ガス排出管64内には触媒収容室75が形成されており、この触媒収容室75内にはハニカム構造の基材に担持された酸化能を有する触媒76が収容される。
【0027】
また、切替弁61の流入流出ポート65とパティキュレートフィルタ69間の環状排気管67には、還元剤を供給するための電気制御式還元剤供給弁77が配置され、この還元剤供給弁77とパティキュレートフィルタ69間の環状排気管67内には酸化能を有する補助触媒79が配置される。これら還元剤供給弁77及び補助触媒79は後述するように、パティキュレートフィルタ69内に流入する排気ガスの温度を上昇させるための排気温上昇装置80として作用しうる。
【0028】
還元剤供給弁77には電気制御式還元剤ポンプ78から還元剤が供給される。本発明による実施例では還元剤として内燃機関の燃料即ち軽油が用いられている。一方、補助触媒79は図1に示される実施例では、通電量が制御可能な電気ヒータ付き触媒から構成される。この補助触媒79への通電量は電子制御ユニット40からの出力信号に基づいて制御される。なお、本発明による実施例では流入流出ポート66とパティキュレートフィルタ69間の環状排気管67には還元剤供給弁及び補助触媒が配置されない。
【0029】
更に図1を参照すると、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に示される実施例では機関冷却水が冷却装置26内に導かれ、機関冷却水によってEGRガスが冷却される。
【0030】
一方、各燃料噴射弁6は燃料供給管6a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6a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。
【0031】
電子制御ユニット40はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス41によって互いに接続されたROM(リードオンリメモリ)42、RAM(ランダムアクセスメモリ)43、CPU(マイクロプロセッサ)44、入力ポート45及び出力ポート46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47を介して入力ポート45に入力される。補助触媒79とパティキュレートフィルタ69間の環状排気管67にはパティキュレートフィルタ69内に流入する排気ガスの温度を検出するための温度センサ48が取り付けられ、温度センサ48の出力電圧は対応するAD変換器47を介して入力ポート45に入力される。この排気ガスの温度は補助触媒79の温度又はパティキュレートフィルタ69の温度Tを表している。排気管20aには排気管20a内の圧力、即ち機関背圧を検出するための圧力センサ49が取り付けられ、圧力センサ49の出力電圧は対応するAD変換器47を介して入力ポート45に入力される。また、アクセルペダル50にはアクセルペダル50の踏み込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ51が接続され、負荷センサ51の出力電圧は対応するAD変換器47を介して入力ポート45に入力される。このアクセルペダルの踏み込み量は要求負荷Lを表している。更に入力ポート45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52が接続される。
【0032】
一方、出力ポート46は対応する駆動回路53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16、EGR制御弁25、燃料ポンプ28、切替弁駆動用ステップモータ60、還元剤供給弁77、還元剤剤ポンプ78、及び補助触媒79の電気ヒータにそれぞれ接続される。
【0033】
切替弁61は通常、図3(B)において実線で示される位置と破線で示される位置とのうちいずれか一方に位置せしめられる。切替弁61が図3(B)において実線で示される位置に位置せしめられると、流入ポート62が切替弁61によって流出ポート63及び流入流出ポート66との連通が遮断されながら流入流出ポート65に連通され、流出ポート63が切替弁61によって流入流出ポート66に連通される。その結果、図3(B)において実線の矢印で示されるように排気管20a内を流通する全ての排気ガスが流入ポート62及び流入流出ポート65を順次介して環状排気管67内に流入し、次いで排気温上昇装置80を通過し、次いでパティキュレートフィルタ69を通過した後に流入流出ポート66及び流出ポート63を順次介して排気ガス排気出管64内に流出する。
【0034】
これに対し、切替弁61が図3(B)において破線で示される位置に位置せしめられると、流入ポート62が切替弁61によって流出ポート63及び流入流出ポート65との連通が遮断されながら流入流出ポート66に連通され、流出ポート63が切替弁61によって流入流出ポート65に連通される。その結果、図3(B)において破線の矢印で示されるように排気管20a内を流通する全ての排気ガスが流入ポート62及び流入流出ポート66を順次介して環状排気管67内に流入し、次いでパティキュレートフィルタ69を通過し、次いで排気温上昇装置80を通過した後に流入流出ポート65及び流出ポート63を順次介して排気ガス排出管64内に流出する。
【0035】
このように切替弁61の位置を切り替えることによって環状排気管67内における排気ガスの流れが反転する。言い換えると、排気ガスが排気温上昇装置80内を流通した後にパティキュレートフィルタ69内を流通するか、又はパティキュレートフィルタ69内を流通した後に排気温上昇装置80内を流通するかを選択的に切り替え可能になっている。以下では、図3(B)において実線で示される排気ガスの流れを順流と称し、破線で示される排気ガスの流れを逆流と称することにする。また、図3(B)において実線で示される切替弁61の位置を順流位置と称し、破線で示される切替弁61の位置を逆流位置と称する。
【0036】
流出ポート66を介し排気ガス排出管64内に流出した排気ガスは図3(A)及び(B)に示されるように、次いで触媒76を通過し、環状排気管67の外周面に沿いつつ進行した後に排気管23内に流出する。
【0037】
パティキュレートフィルタ69における排気ガスの流れを説明すると、順流時には排気ガスは一端面69aを介しパティキュレートフィルタ69内に流入し、他端面69bを介しパティキュレートフィルタ69から流出する。このとき、排気ガスは一端面69a内に開口している排気ガス通路70内に流入し、次いで周囲の隔壁74内を通って隣接する排気ガス通路71内に流出する。一方、逆流時には排気ガスは他端面69bを介しパティキュレートフィルタ69内に流入し、一端面69aを介しパティキュレートフィルタ69から流出する。このとき、排気ガスは他端面69b内に開口している排気ガス通路71内に流入し、次いで周囲の隔壁74内を通って隣接する排気ガス通路70内に流出する。
【0038】
図1に示される実施例では、切替弁61は図3に示される順流位置及び逆流位置の他に、図4に示される弱順流位置と、図5に示されるバイパス位置とに制御することもできる。即ち、切替弁61が弱順流位置に保持されると、図4に矢印で示されるように排気管20a内を流通した排気ガスの大部分が流入ポート62から流出ポート63を介し直接的に排気ガス排出管64内に流出し即ちパティキュレートフィルタ69を迂回し、残りのわずかばかりの量の排気ガスが流入流出ポート65を介し環状排気管67内に流入し、次いで排気温上昇装置80内を流通し、次いでパティキュレートフィルタ69内を順流方向に流通する。即ち、切替弁61を弱順流位置に保持すると、切替弁61が順流位置又は逆流位置に保持された場合に比べて排気温上昇装置80内及びパティキュレートフィルタ69内を流通する排気ガスの量が減少され、排気温上昇装置80内及びパティキュレートフィルタ69内における排気ガスの空間速度が低下する。
【0039】
一方、切替弁61がバイパス位置に保持されると、図5に矢印で示されるように排気管20a内を流通した全ての排気ガスが流入ポート62から流出ポート63を介し直接的に排気ガス排出管64内に流出し即ち排気温上昇装置80内及びパティキュレートフィルタ69を迂回し、排気ガスが排気温上昇装置80内及びパティキュレートフィルタ69内を流通しない。このように切替弁61が弱順流位置又はバイパス位置に保持されているときには、切替弁61の流入ポート62から流出ポート63までの排気ガス流路はパティキュレートフィルタ69を迂回するバイパス通路として作用することになる。
【0040】
パティキュレートフィルタ69の隔壁74上即ち例えば隔壁74の両側面及び細孔内壁面上には、図6に示されるようにNO触媒81がそれぞれ担持されている。このNO触媒81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なくとも一つと、白金Pt、パラジウムPd、ロジウムRh、イリジウムIrのような貴金属とが担持されている。
【0041】
NO触媒は流入する排気ガスの空燃比がリーンのときにはNOを蓄え、流入する排気ガスの空燃比が低下したときに排気ガス中に還元剤が含まれていると蓄えているNOを還元して蓄えているNOの量を減少させる蓄積還元作用を行う。
【0042】
NO触媒の蓄積還元作用の詳細なメカニズムについては完全には明らかにされていない。しかしながら、現在考えられているメカニズムを、担体上に白金Pt及びバリウムBaを担持させた場合を例にとって簡単に説明すると次のようになる。
【0043】
即ち、NO触媒に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比(≒14.6)よりもかなりリーンになると流入する排気ガス中の酸素濃度が大巾に増大し、酸素OがO 又はO2−の形で白金Ptの表面に付着する。一方、流入する排気ガス中のNOは白金Ptの表面上でO 又はO2−と反応し、NOとなる(NO+O→NO+O、ここでOは活性酸素)。次いで生成されたNOの一部は白金Pt上でさらに酸化されつつNO触媒内に吸収されて酸化バリウムBaOと結合しながら、硝酸イオンNO の形でNO触媒内に拡散する。このようにしてNOがNO触媒内に蓄えられる。
【0044】
これに対し、NO触媒に流入する排気ガスの平均空燃比がリッチ又は理論空燃比になると、排気ガス中の酸素濃度が低下してNOの生成量が低下し、反応が逆方向(NO →NO+2O)に進み、斯くしてNO触媒内の硝酸イオンNO がNOの形でNO触媒から放出される。この放出されたNOは排気ガス中に還元剤即ちHC,COが含まれているとこれらHC,COと反応して還元せしめられる。このようにして白金Ptの表面上にNOが存在しなくなるとNO触媒から次から次へとNOが放出されて還元され、NO触媒内に蓄えられているNOの量が次第に減少する。
【0045】
なお、硝酸塩を形成することなくNOを蓄え、NOを放出することなくNOを還元することも可能である。また、活性酸素Oに着目すれば、NO触媒はNOの蓄積及び放出に伴って活性酸素Oを生成する活性酸素生成触媒と見ることもできる。
【0046】
一方、触媒76及び補助触媒79はそれぞれ、アルカリ金属、アルカリ土類、及び希土類を含むことなく貴金属例えば白金Ptを含む貴金属触媒から形成される。しかしながら、触媒76又は補助触媒79を上述したNO触媒から形成することもできる。
【0047】
上述したように切替弁61は通常、順流位置か又は逆流位置に保持されている。この切替弁61は例えば要求負荷Lが予め定められたしきい値よりも小さくなる毎に順流位置から逆流位置に又はその逆に切り替えられる。切替弁61は順流位置から逆流位置に又はその逆に切り替えられるときに図5に示されるバイパス位置を通過し、このとき排気ガスがパティキュレートフィルタ69及びNO触媒81を迂回することになる。従って、要求負荷Lが低いときに切替弁61を順流位置から逆流位置に又はその逆に切り替えるようにすれば、パティキュレートフィルタ69及びNO触媒81を迂回する排気ガスの量を低減できることになる。
【0048】
さて、切替弁61が順流位置にあるときにも逆流位置にあるときにも上述したように排気ガスはパティキュレートフィルタ69を通過する。また、図1に示される内燃機関はリーン空燃比のもとでの燃焼が継続して行われており、従ってパティキュレートフィルタ69内に流入する排気ガスの空燃比はリーンに維持されている。その結果、排気ガス中のNOはパティキュレートフィルタ69上のNO触媒81内に蓄えられる。
【0049】
時間の経過と共にNO触媒81内の蓄積NO量は次第に増大する。本発明による実施例では、例えばNO触媒81内の蓄積NO量が許容量QN1を越えたときには、NO触媒81内に蓄えられているNOを還元しNO触媒81内の蓄積NO量を減少させるために、NO触媒81内に流入する排気ガスの空燃比が一時的にリッチに切り替えるリッチ制御が行われる。このリッチ制御については後述する。
【0050】
一方、排気ガス中に含まれる主に炭素の固体からなる微粒子はパティキュレートフィルタ69上に捕集される。即ち、概略的に説明すると、順流時には排気ガス通路70側の隔壁74の側面上及び細孔内に微粒子が捕集され、逆流時には排気ガス通路71側の隔壁74の側面上及び細孔内に微粒子が捕集される。上述したように図1に示される内燃機関はリーン空燃比のもとでの燃焼が継続して行われており、また、NO触媒81は酸化能を有しているので、パティキュレートフィルタ69の温度が微粒子を酸化しうる温度、例えば250℃以上に維持されていれば、パティキュレートフィルタ69上で微粒子が酸化せしめられ除去される。
【0051】
この場合、上述したNO触媒81のNOの蓄積還元メカニズムによれば、NO触媒81内にNOが蓄えられるときにもNOが放出されるときにも活性酸素が生成される。この活性酸素は酸素Oよりも活性が高く、従ってパティキュレートフィルタ69上に堆積している微粒子を速やかに酸化する。即ち、パティキュレートフィルタ69上にNO触媒81を担持させると、パティキュレートフィルタ69内に流入する排気ガスの空燃比がリーンであろうとリッチであろうとパティキュレートフィルタ69上に堆積している微粒子が酸化される。このようにして微粒子が連続的に酸化される。
【0052】
ところが、パティキュレートフィルタ69の温度が微粒子を酸化しうる温度に維持されなくなるか又は単位時間当たりにパティキュレートフィルタ69内に流入する微粒子の量がかなり多くなると、パティキュレートフィルタ69上に堆積する微粒子の量が次第に増大し、パティキュレートフィルタ69の圧損が増大する。
【0053】
そこで本発明による実施例では、例えばパティキュレートフィルタ69上の堆積微粒子量が許容最大量を越えたときには、パティキュレートフィルタ69上の堆積微粒子量を減少させるために、パティキュレートフィルタ69に流入する排気ガスの空燃比をリーンに維持しつつパティキュレートフィルタ69の温度を600℃以上まで上昇し次いで600℃以上に維持する昇温制御を行うようにしている。この昇温制御が行われるとパティキュレートフィルタ69上に堆積した微粒子が着火燃焼せしめられ除去される。なお、図1に示される内燃機関では、切替弁61が順流位置又は逆流位置に保持されているときに圧力センサ49により検出される機関背圧が許容値を越えたときにパティキュレートフィルタ69上の堆積微粒子量が許容最大量を越えたと判断される。
【0054】
一方、排気ガス中にはイオウ分がSOの形で含まれており、NO触媒81内にはNOばかりでなくSOも蓄えられる。このSOのNO触媒81内への蓄積メカニズムはNOの蓄積メカニズムと同じであると考えられる。即ち、担体上に白金Pt及びバリウムBaを担持させた場合を例にとって簡単に説明すると、NO触媒81に流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには上述したように酸素OがO 又はO2−の形で白金Ptの表面に付着しており、流入する排気ガス中のSOは白金Ptの表面上でO 又はO2−と反応し、SOとなる。次いで生成されたSOは白金Pt上でさらに酸化されつつNO触媒81内に吸収されて酸化バリウムBaOと結合しながら、硫酸イオンSO の形でNO触媒81内に拡散する。この硫酸イオンSO は次いでバリウムイオンBaと結合して硫酸塩BaSOを生成する。この硫酸塩BaSOは分解しにくく、NO触媒81内に流入する排気ガスの空燃比をただ単にリッチにしてもNO触媒81内の硫酸塩BaSOの量は減少しない。このため、時間が経過するにつれてNO触媒81内の硫酸塩BaSOの量が増大し、その結果NO触媒81が蓄えうるNOの量が減少することになる。
【0055】
ところが、NO触媒81の温度を550℃以上に維持しつつNO触媒81に流入する排気ガスの平均空燃比をリッチ又は理論空燃比にすると、NO触媒81内の硫酸塩BaSOが分解してSOの形でNO触媒81から放出される。この放出されたSOは排気ガス中に還元剤即ちHC,COが含まれているとこれらHC,COと反応してSOに還元せしめられる。このようにしてNO触媒81内に蓄えられているSOの量が次第に減少し、このときNO触媒81からSOがSOの形で流出することがない。
【0056】
そこで本発明による実施例では、例えばNO触媒81内の蓄積SO量が許容量を越えたときには、NO触媒81内に蓄えられているSOを還元しNO触媒81内の蓄積SO量を減少させるために、NO触媒81に流入する排気ガスの空燃比をリーンに維持しつつNO触媒81の温度を550℃以上まで上昇し、次いでNO触媒81に流入する排気ガスの平均空燃比を理論空燃比又はリッチに維持しつつ550℃以上に維持する昇温制御が行われる。
【0057】
図7はこれらの昇温制御を概略的に示すタイムチャートである。なお、図7においてDは切替弁61の開度を表している。D=0は切替弁61がバイパス位置にあることを表しており、D=100は切替弁61が順流位置にあることを表しており、D=−100は切替弁61が逆位置にあることを表している。即ち、D>0のときにはDが大きくなるにつれてパティキュレートフィルタ69内を順流方向に流通する排気ガスの量が増大し、D<0のときにはDが小さくなるにつれてパティキュレートフィルタ69内を逆流方向に流通する排気ガスの量が増大する。
【0058】
図7において矢印Xは上述した昇温制御を開始すべきときを示している。このとき、切替弁61が例えば逆流位置から弱順流位置に切り替えられ保持され、補助触媒79の電気ヒータがオンにされる。また、補助触媒79内及びパティキュレートフィルタ69内に流入する排気ガスの空燃比をリーンに維持しながら還元剤供給弁77から還元剤が供給される。この還元剤はパティキュレートフィルタ69内で酸化され、従って図7に示されるようにパティキュレートフィルタ69の温度Tが上昇される。
【0059】
この場合、還元剤はパティキュレートフィルタ69に到る前に、補助触媒79内で気化せしめられ又は部分的に酸化される。また、このとき補助触媒79の電気ヒータがオンにされている。その結果、パティキュレートフィルタ69内に流入する排気ガスの温度が上昇される。
【0060】
パティキュレートフィルタ69内で還元剤を酸化させてパティキュレートフィルタ69の温度を上昇させるようにする場合、還元剤はパティキュレートフィルタ69内に流入しても直ちには酸化されず、パティキュレートフィルタ69内を或る程度進行した後に酸化される。その結果、パティキュレートフィルタ69の排気ガス流れ下流側部分の温度が上流側部分の温度よりも高くなることになる。
【0061】
これに対し図7に示される実施例では、パティキュレートフィルタ69内に流入する排気ガスの温度が上昇されているので、これによってパティキュレートフィルタ69の排気ガス流れ上流側部分の温度が上昇される。従って、パティキュレートフィルタ69全体の温度をほぼ均一に上昇させることが可能になる。
【0062】
また、このとき切替弁61が弱順流位置に保持されているので、パティキュレートフィルタ69内における排気ガスの滞留時間が長くなる。従って、パティキュレートフィルタ69の温度を速やかに上昇させることができる。
【0063】
このようにしてフィルタ温度Tが上昇し、このときフィルタ温度Tは温度上昇率ΔTでもって上昇する。図7に示される実施例では、予め定められた目標上昇率に一致するようにこの温度上昇率ΔTを制御する温度上昇率維持制御が行われる。
【0064】
ここで、図8を参照しながらこの温度上昇率維持制御について説明する。図8において実線は昇温制御が行われているときの切替弁61の開度Dと、フィルタ温度の上昇率ΔTとの関係を示しており、破線は切替弁61の開度Dと、パティキュレートフィルタ69内を順流方向に流通する排気ガスの量QEXとの関係を示している。
【0065】
切替弁61の開度Dがゼロのとき、即ち切替弁61がバイパス位置にあるときにはパティキュレートフィルタ69内に排気ガス流れがなく、このためパティキュレートフィルタ69内で還元剤の酸化反応はほとんど生じない。
【0066】
切替弁61の開度Dをゼロからわずかに増大させると温度上昇率ΔTは急激に増大してピークに達し、開度Dを更に増大させると開度Dが増大するにつれて温度上昇率ΔTが次第に低下する。これは主として、開度Dが増大するにつれてパティキュレートフィルタ69における排気ガスの空間速度が高くなるためにパティキュレートフィルタ69内で酸化される還元剤の量が少なくなるためである。即ち、切替弁61の開度Dを制御すれば温度上昇率ΔTを制御することができることになる。
【0067】
そこで図7に示される実施例の温度上昇率維持制御では、フィルタ温度Tの温度上昇率ΔTが目標上昇率ΔT0に一致するように切替弁61の開度Dを制御している。即ち、昇温制御を開始すべきときには切替弁61の開度Dが初期値として例えば図8に示されるD1に設定され、次いで温度センサ48により検出されるフィルタ温度Tの温度上昇率ΔTが目標上昇率ΔT0よりも小さくなると開度Dが一定値だけ小さくされ、温度上昇率ΔTが目標上昇率ΔT0よりも大きくなると開度Dが一定値だけ大きくされる。このようにすると、フィルタ温度Tを速やかに上昇させることができ、しかしながらフィルタ温度Tが過度に上昇するのが阻止される。
【0068】
目標上昇率ΔT0をどのように定めてもよいが、図7に示される実施例では目標上昇率ΔT0は機関運転状態に応じて定められている。即ち、図9(A)に示されるように要求負荷L及び機関回転数Nが高くなるにつれて目標上昇率ΔT0が小さくされる。要求負荷L及び機関回転数Nが高くなるにつれて内燃機関から排出される排気ガスの温度が高くなるからである。この目標上昇率ΔT0は要求負荷L及び機関回転数Nの関数として図9(B)に示されるマップの形で予めROM42内に記憶されている。
【0069】
次いで、フィルタ温度Tが例えば目標保持温度の下限値TLを越えると、フィルタ温度Tを目標保持温度に維持する温度維持制御が行われる。この目標保持温度の下限値TLはパティキュレートフィルタ69上の堆積微粒子量を減少させるための昇温制御では例えば600℃であり、NO触媒81内に蓄えられているSOを還元しNO触媒81内の蓄積SO量を減少させるための昇温制御では例えば550℃である。また、目標保持温度の上限値TUはいずれの場合にも、例えばNO触媒81の熱劣化が生じない700℃である。言い換えると、温度維持制御ではフィルタ温度Tがこれら下限値TLと上限値TU間に維持される。
【0070】
なお、パティキュレートフィルタ69上の堆積微粒子量を減少させるための温度維持制御ではパティキュレートフィルタ69内に流入する排気ガスの空燃比がリーンに維持され、NO触媒81内に蓄えられているSOを還元しNO触媒81内の蓄積SO量を減少させるための温度維持制御ではパティキュレートフィルタ69内に流入する排気ガスの平均空燃比が理論空燃比又はリッチに維持される。
【0071】
次いで、図7において矢印Yで示されるように昇温制御を停止すべきときには切替弁61が例えば順流位置に切り替えられ、補助触媒79の電気ヒータがオフにされ、還元剤供給弁77からの還元剤供給が停止される。本発明による実施例では、例えばパティキュレートフィルタ69上の堆積微粒子量又はNO触媒81内の蓄積SO量がほぼゼロになったときに、昇温制御を停止すべきであると判断される。
【0072】
図10は図7に示される昇温制御を実行するためのルーチンを示している。このルーチンは予め定められた設定時間毎の割り込みによって実行される。
【0073】
図10を参照すると、まずステップ100では昇温制御を開始すべきか否かが判別される。昇温制御を開始すべきでないときには処理サイクルを終了し、昇温制御を開始すべきときにはステップ101に進む。ステップ101では切替弁61が弱順流位置に切り替えられ、このとき開度Dが上述したD1に設定される。続くステップ102では、補助触媒79の電気ヒータがオンにされ、このとき電気ヒータへの通電量QEが一定値QE1に設定される。続くステップ103では、還元剤供給弁77からの還元剤供給作用が開始され、このとき還元剤供給作用の時間間隔INTが一定値INT1に設定される。本発明による実施例では、図11に示されるように還元剤供給弁77から還元剤が時間間隔INTでもって間欠的に供給されるようになっており、このINTがINT1に設定される。
【0074】
続くステップ104では目標上昇率ΔT0が図9(B)のマップから算出される。続くステップ105では温度上昇率維持制御ルーチンが行われる。この温度上昇率維持制御ルーチンは図12(A)に示されている。
【0075】
図12(A)を参照すると、まずステップ120では温度センサ48の出力に基づいてフィルタ温度Tの上昇率ΔTが算出される。続くステップ121ではこの実際の温度上昇率ΔTが目標上昇率ΔT0よりも大きいか否かが判別される。ΔT>ΔT0のときには次いでステップ122に進み、切替弁61の開度Dが一定値d1だけ増大され、ΔT≦ΔT0のときには次いでステップ123に進み、切替弁61の開度Dが一定値d1だけ減少される。次いで処理サイクルを終了する。
【0076】
続くステップ106では温度上昇率維持制御を停止して温度維持制御を開始すべきか否かが判別される。温度維持制御を開始すべきでないときにはステップ105に戻り、温度維持制御を開始すべきときにはステップ107に進んで温度維持制御ルーチンが実行される。この温度維持制御ルーチンは図12(B)に示されている。
【0077】
図12(B)を参照すると、まずステップ140ではフィルタ温度Tが目標温度の上限値TUよりも高いか否かが判別される。T≦TUのときにはステップ142にジャンプし、T>TUのときには次いでステップ141に進み、切替弁61の開度Dが一定値d2だけ増大される。次いでステップ142に進む。ステップ142ではフィルタ温度Tが目標温度の下限値TLよりも低いか否かが判別される。T≧TLのときには処理サイクルを終了し、T<TLのときには次いでステップ143に進み、切替弁61の開度Dが一定値d2だけ減少される。次いで処理サイクルを終了する。
【0078】
続くステップ108では温度維持制御を停止して昇温制御を停止すべきか否かが判別される。昇温制御を停止すべきでないときにはステップ107に戻り、昇温制御を停止すべきときにはステップ109に進む。ステップ109では切替弁61が例えば順流位置に切り替えられ、補助触媒79の電気ヒータがオフにされ、還元剤供給弁77からの還元剤供給作用が停止される。このようにして昇温制御が停止される。
【0079】
図13及び図14は温度上昇率維持制御ルーチン及び温度維持制御の別の実施例をそれぞれ示している。
【0080】
図13に示される実施例では、補助触媒79の電気ヒータへの通電量QEを制御することによりフィルタ温度の上昇率ΔTが制御される。即ち、温度上昇率維持制御ルーチンを示す図13(A)を参照すると、まずステップ120aでは温度センサ48の出力に基づいてフィルタ温度Tの上昇率ΔTが算出される。続くステップ121aではこの実際の温度上昇率ΔTが目標上昇率ΔT0よりも大きいか否かが判別される。ΔT>ΔT0のときには次いでステップ122aに進み、通電量QEが一定値q1だけ減少され、ΔT≦ΔT0のときには次いでステップ123aに進み、通電量QEが一定値q1だけ増大される。次いで処理サイクルを終了する。
【0081】
また、温度維持制御ルーチンを示す図13(B)を参照すると、まずステップ140aではフィルタ温度Tが目標温度の上限値TUよりも高いか否かが判別される。T≦TUのときにはステップ142aにジャンプし、T>TUのときには次いでステップ141aに進み、通電量QEが一定値q2だけ減少される。次いでステップ142aに進む。ステップ142aではフィルタ温度Tが目標温度の下限値TLよりも低いか否かが判別される。T≧TLのときには処理サイクルを終了し、T<TLのときには次いでステップ143aに進み、通電量QEが一定値q2だけ増大される。次いで処理サイクルを終了する。
【0082】
一方、図14に示される実施例では還元剤供給弁77から単位時間当たりに供給される還元剤の量、例えば時間間隔INT(図11)を制御することによりフィルタ温度の上昇率ΔTが制御される。即ち、温度上昇率維持制御ルーチンを示す図14(A)を参照すると、まずステップ120bでは温度センサ48の出力に基づいてフィルタ温度Tの上昇率ΔTが算出される。続くステップ121bではこの実際の温度上昇率ΔTが目標上昇率ΔT0よりも大きいか否かが判別される。ΔT>ΔT0のときには次いでステップ122bに進み、時間間隔INTが一定値i1だけ増大され、ΔT≦ΔT0のときには次いでステップ123bに進み、時間間隔INTが一定値i1だけ減少される。次いで処理サイクルを終了する。
【0083】
また、温度維持制御ルーチンを示す図14(B)を参照すると、まずステップ140bではフィルタ温度Tが目標温度の上限値TUよりも高いか否かが判別される。T≦TUのときにはステップ142bにジャンプし、T>TUのときには次いでステップ141bに進み、時間間隔INTが一定値i2だけ増大される。次いでステップ142bに進む。ステップ142bではフィルタ温度Tが目標温度の下限値TLよりも低いか否かが判別される。T≧TLのときには処理サイクルを終了し、T<TLのときには次いでステップ143bに進み、時間間隔INTが一定値i2だけ減少される。次いで処理サイクルを終了する。
【0084】
図15は昇温制御の別の実施例を示している。この実施例では、図15に矢印Xで示されるように昇温制御を開始すべきときにフィルタ温度Tがしきい値TWよりも低いときには、図7から図12を参照して説明した温度上昇率維持制御及び温度維持制御に先立って、予熱制御が行われる。即ち、この予熱制御では、切替弁61が例えば逆流位置からバイパス位置に切り替えられ保持され、補助触媒79の電気ヒータがオンにされ、しかしながら還元剤供給弁77から還元剤が供給されない。このようにすると補助触媒79内を排気ガスが流通しないので、補助触媒79の温度を速やかに高めることができる。また、還元剤が供給されないので補助触媒79の触媒粒子が還元剤により覆われ補助触媒79の酸化能が低下することがない。
【0085】
次いで、予熱制御が開始されてから例えば時間tZだけ経過すると予熱制御が停止され、温度上昇率維持制御が開始される。このとき補助触媒79の温度が高くなっており、従ってこのとき供給された還元剤が補助触媒79内で良好に気化され又は部分酸化され、フィルタ温度Tが速やかに上昇される。
【0086】
更に図15に示される実施例では、補助触媒79の電気ヒータへの通電量QEを制御することにより温度上昇率維持制御及び温度維持制御が行われる。即ち、温度上昇率維持制御についてみると、単位時間当たりに供給される還元剤の量QFが多くなるにつれて、又は補助触媒79の温度が低くなるにつれて、温度上昇率ΔTを目標上昇率ΔT0に維持するのに必要な通電量が多くなる。同様に、温度維持制御でも、単位時間当たりに供給される還元剤の量QFが多くなるにつれて、又は補助触媒79の温度が低くなるにつれて、フィルタ温度Tを目標温度に維持するのに必要な通電量が多くなる。
【0087】
そこで図15に示される実施例では、温度上昇率ΔTを目標上昇率ΔT0に維持するのに必要な通電量QEI、及びフィルタ温度Tを目標温度に維持するのに必要な通電量QEMをそれぞれ、還元剤供給量QF及び補助触媒79の温度Tの関数として予め求めておき、温度上昇率維持制御が行われるときには補助触媒79の電気ヒータにQEIだけ通電し、温度維持制御が行われるときには補助触媒79の電気ヒータにQEMだけ通電するようにしている。なお、これらQEI,QEMは還元剤供給量QF及び補助触媒79の温度Tの関数として図16(B),(C)に示されるマップの形で予めROM42内にそれぞれ記憶されている。
【0088】
図17は図15に示される昇温制御を実行するためのルーチンを示している。このルーチンは予め定められた設定時間毎の割り込みによって実行される。
【0089】
図17を参照すると、まずステップ100aでは昇温制御を開始すべきか否かが判別される。昇温制御を開始すべきでないときには処理サイクルを終了し、昇温制御を開始すべきときにはステップ101aに進む。ステップ101aでは予熱制御ルーチンが実行される。この予熱制御ルーチンは図18に示されている。
【0090】
図18を参照すると、まずステップ160ではフィルタ温度Tがしきい値TWよりも低いか否かが判別される。T≧TWのときには処理サイクルを終了し、T<TWのときには次いでステップ161に進み、切替弁61がバイパス位置に切り替えられ、即ち開度Dがゼロに設定される。続くステップ162では、補助触媒79の電気ヒータがオンにされ、このとき電気ヒータへの通電量QEが一定値QE1に設定される。このようにして予熱制御が行われる。続くステップ163では予熱制御が開始されてから時間tZだけ経過したか否かが判別される。時間tZだけ経過していないときにはステップ163に戻り、時間tZだけ経過すると処理サイクルを終了する、即ち予熱制御を停止する。
【0091】
続くステップ102aでは切替弁61が弱順流位置に切り替えられ、このとき開度Dが上述したD1に設定される。続くステップ103aでは、還元剤供給弁77から還元剤供給作用が開始され、このとき還元剤供給作用の時間間隔INTが一定値INT1に設定される。続くステップ104aでは目標上昇率ΔT0が図9(B)のマップから算出され、続くステップ105aでは温度上昇率維持制御ルーチンが行われる。この温度上昇率維持制御ルーチンは図19(A)に示されている。
【0092】
図19(A)を参照すると、ステップ120cでは還元剤供給量QFが算出される。続くステップ121cでは必要通電量QEIが図16(B)のマップから算出される。続くステップ122cでは通電量QEがこのQEIに設定される。
【0093】
続くステップ106aでは温度維持制御を開始すべきか否かが判別される。温度維持制御を開始すべきでないときにはステップ105aに戻り、温度維持制御を開始すべきときにはステップ107aに進んで温度維持制御ルーチンが実行される。この温度維持制御ルーチンは図19(B)に示されている。
【0094】
図19(B)を参照すると、ステップ140cでは還元剤供給量QFが算出される。続くステップ141cでは必要通電量QEMが図16(C)のマップから算出される。続くステップ142cでは通電量QEがこのQEMに設定される。
【0095】
続くステップ108aでは昇温制御を停止すべきか否かが判別される。昇温制御を停止すべきでないときにはステップ107aに戻り、昇温制御を停止すべきときにはステップ109aに進む。ステップ109aでは切替弁61が例えば順流位置に切り替えられ、補助触媒79の電気ヒータがオフにされ、還元剤供給弁77からの還元剤供給作用が停止される。このようにして昇温制御が停止される。
【0096】
ところで、このような昇温制御が行われると補助触媒79には還元剤が液体の形で付着し、電気ヒータがオンにされているといっても補助触媒79上に可溶有機成分(SOF)が残る恐れがある。このSOFは補助触媒79の触媒粒子を覆い、補助触媒79の酸化能を低下させる恐れがある。
【0097】
ところがこのSOFは補助触媒79の温度が高くなると熱分解されて補助触媒79から除去される。そこで図1に示される実施例では、補助触媒79上に付着しているSOFを除去するために電気ヒータを一時的に作動させる再生制御を行うようにしている。
【0098】
この再生制御をどのようなタイミングで行っても構わないが、本発明による実施例では、上述した昇温制御中でなくかつ機関減速運転時の燃料供給停止中に再生制御が行われる。このことを図20を参照しながら説明する。
【0099】
図1に示される内燃機関では、図20に示されるように要求負荷Lがゼロになりこのとき機関回転数Nが第1のしきい値N1よりも高いときには、機関への燃料供給が停止される。燃料供給が停止されると機関回転数Nが徐々に低下し、次いで機関回転数Nが第2のしきい値N2よりも低くなるか又は要求負荷Lがゼロよりも大きくなると、燃料供給が再開される。
【0100】
このような燃料供給停止作用が開始されると、図20に示されるように切替弁61が例えば順流位置からバイパス位置に切り替えられ保持され、補助触媒79の電気ヒータがオンにされる。このようにすると補助触媒79内を比較的低温のガスが流通せず、従って補助触媒79上のSOFを速やかに除去できることになる。
【0101】
次いで、再生制御が開始されてから例えば時間tVだけ経過するか又は燃料供給作用が再開されると、電気ヒータがオフにされ、切替弁61が例えば順流位置に戻され、従って再生制御が停止される。
【0102】
図21は図20に示される再生制御を実行するためのルーチンを示している。このルーチンは予め定められた設定時間毎の割り込みによって実行される。
【0103】
図21を参照すると、まずステップ180では現在昇温制御中であるか否かが判別される。現在昇温制御中のときには処理サイクルを終了し、現在昇温制御中でないときにはステップ181に進む。ステップ181では現在燃料供給停止中か否かが判別される。現在燃料供給停止中でないときにはステップ185にジャンプし、現在燃料供給停止中のときには次いでステップ182に進み、切替弁61がバイパス位置に切り替えられる。続くステップ183では補助触媒79の電気ヒータがオンにされる。このようにして再生制御が行われる。続くステップ184では再生制御が開始されてから時間tVだけ経過したか否かが判別される時間tVだけ経過していないときにはステップ181に戻り、時間tVだけ経過するとステップ185に進む。
【0104】
ステップ185では切替弁61が順流位置又は逆流位置に戻され又は維持され、続くステップ186では補助触媒79の電気ヒータがオフにされる。
【0105】
次に、図22を参照して再生制御の別の実施例を説明する。図22に示される実施例では補助触媒79を、電気ヒータを備えていない触媒から構成した場合を示している。しかしながら、補助触媒79を電気ヒータ付き触媒から構成した場合にも図22に示される実施例を適用することができる。
【0106】
図22に示される実施例でも、図7から図13を参照して説明した昇温制御が実行される。即ち、図22において矢印Xで示されるように昇温制御を実行すべきときには、切替弁61が例えば逆流位置から弱順流位置に切り替えられ保持され、還元剤供給弁77から還元剤が供給される。その結果、補助触媒79から流出した排気ガスの温度Tが徐々に上昇する。
【0107】
ところが補助触媒79の酸化能がSOFによって低下されていると、排気ガス温度Tが速やかに上昇しない。そこで図22に示される実施例では、昇温制御を開始してから例えば時間tAが経過したときの排気ガス温度Tが許容下限温度TCよりも低いときには、昇温制御を停止し、補助触媒79の再生制御を開始するようにしている。なお、この場合の許容下限温度TCは図22からわかるように目標温度の下限値TLよりも低く定められている。
【0108】
具体的に説明すると、還元剤供給弁77からの還元剤供給作用を停止しながら、切替弁61が逆流位置に切り替えられ保持される。昇温制御が開始されると、補助触媒79の酸化能が低下していたとしても還元剤の一部がパティキュレートフィルタ69内で酸化され、パティキュレートフィルタ69の温度はいくらか上昇している。従って、このとき切替弁61を逆流位置に保持すれば、パティキュレートフィルタ69内に流入した排気ガスがパティキュレートフィルタ69によって加熱され、この高温になった排気ガスが次いで補助触媒79内に流入し、斯くして補助触媒79上のSOFが除去される。次いで、再生制御が開始されてから例えば時間tBだけ経過すると、切替弁61が例えば順流位置に切り替えられる。
【0109】
図23は図22に示される再生制御を実行するためのルーチンを示している。このルーチンは昇温制御が開始されたときに1回だけ実行される。
【0110】
図23を参照すると、まずステップ180aでは昇温制御が開始されてから時間tAだけ経過したか否かが判別される。時間tAだけ経過するとステップ181aに進み、排気ガス温度Tが許容還元温度TCよりも低いか否かが判別される。T≧TCのときには処理サイクルを終了し、即ち昇温制御を継続する。これに対し、T<TCのときには次いでステップ182aに進み、昇温制御が停止される。続くステップ183aでは切替弁が逆流位置に切り替えられ保持される。このようにして再制御が行われる。続くステップ184aでは再生制御が開始されたから時間tBだけ経過したか否かが判別される。時間tBだけ経過するとステップ185aに進み、切替弁61が例えば順流位置に切り替えられる。
【0111】
ところで、パティキュレートフィルタ69上に担持されているNO触媒81は上述したようにNO蓄積還元作用を備えている。しかしながらこのNO蓄積還元作用を得るためにはNO触媒81の温度がいわゆる活性温度以上に維持されている必要がある。
【0112】
そこで本発明による実施例では、NO触媒81の温度をその活性温度、例えば200℃以上に維持する活性化制御を行うようにしている。この活性化制御について図24を参照しながら説明する。
【0113】
図24において矢印Sは活性化制御を開始すべきときを示している。図24に示される実施例では、機関始動が開始されたとき、及びフィルタ温度TがNO触媒81の活性温度よりも低くなったときに活性化制御を開始すべきであると判断される。このとき、図24に示されるように切替弁61がバイパス位置に保持され、補助触媒79の電気ヒータがオンにされ、しかしながら還元剤供給弁77から還元剤が供給されない。このようにして活性化制御が開始される。その結果、補助触媒79の温度を速やかに高めることができる。
【0114】
次いで、活性化制御が開始されてから例えば時間tDだけ経過すると切替弁61が弱順流位置に切り替えられ、このとき切替弁61の開度Dは例えば上述したD1に設定される。また、補助触媒79内及びパティキュレートフィルタ69内に流入する排気ガスの空燃比をリーンに維持しながら還元剤供給弁77から還元剤が供給され、このとき単位時間当たりの還元剤供給量QRは例えばQR1に設定される。その結果、還元剤が比較的高温の補助触媒79によって気化され又は部分酸化された後にNO触媒81に到り、従ってNO触媒81の温度を速やかに高めることができる。
【0115】
還元剤供給作用が開始されてから例えば時間tEだけ経過すると、切替弁61の開度Dが例えば順流位置にまでddずつ徐々に増大され、還元剤供給量QRがゼロまでrrずつ徐々に減少される。即ち、切替弁61の開度Dを大きくするとNO触媒81における排気ガスの空間速度が高くなるので、NO触媒81から流出する還元剤の量が増大しうる。そこで図24に示される実施例では、切替弁61の開度Dを大きくするにつれて還元剤供給量QRを減少させ、NO触媒81から流出する還元剤の量を抑制するようにしている。このことは供給された還元剤がNO触媒81の温度上昇のために有効に利用されているということも表している。
【0116】
次いで、還元剤供給量QRが減少されてから例えば時間tFだけ経過すると、切替弁61が順流位置に位置し、還元剤供給量QRがゼロになる。このとき補助触媒79の電気ヒータがオフにされる。このようにして活性化制御が完了される。
【0117】
図25は図24に示される活性化制御を実行するためのルーチンを示している。このルーチンは予め定められた設定時間毎の割り込みによって実行される。
【0118】
図25を参照すると、まずステップ200では活性化制御を開始すべきか否かが判別される。活性化制御を開始すべきでないときには処理サイクルを終了し、活性化制御を開始すべきときにはステップ201に進む。ステップ201では切替弁61がバイパス位置に切り替えられ、即ちD=0とされる。続くステップ202では、補助触媒79の電気ヒータがオンにされる。このようにして活性化制御が開始される。続くステップ203では活性化制御が開始されてから時間tDだけ経過したか否かが判別される。時間tDだけ経過するとステップ204に進み、切替弁61が弱順流位置に切り替えられ保持され、このとき開度Dが上述したD1に設定される。続くステップ205では、還元剤供給弁77からの還元剤供給作用が開始され、このとき還元剤供給量QRが上述したQR1に設定される。
【0119】
続くステップ206では、還元剤供給作用が開始されてから時間tEだけ経過したか否かが判別される。時間tEだけ経過するとステップ207に進み、切替弁61の開度Dの増大分dd(=(100−D1)/tF)及び還元剤供給量QRの減少分rr(=QR1/tF)が算出される。続くステップ208では切替弁61の開度D及び還元剤供給量QRがそれぞれ更新される(D=D+dd,QR=QR−rr)。続くステップ209では還元剤供給量QRが減少されてから時間tFだけ経過したか否かが判別される。時間tFだけ経過するとステップ210に進み、補助触媒79の電気ヒータがオフにされる。このようにして活性化制御が完了される。
【0120】
これまで述べてきた温度上昇率維持制御及び温度維持制御を含む昇温制御、予熱制御、再生制御、及び活性化制御は例えば図26及び図28に示される内燃機関にも適用することができる。
【0121】
図26に示される内燃機関では、排気管20aの出口にケーシング267が接続され、このケーシング267は排気管20bを介してケーシング268に接続される。更に、ケーシング268は排気管20cを介してケーシング275に接続され、ケーシング275は排気管23に接続される。これらケーシング267,268,275内には補助触媒79、NO触媒81を担持したパティキュレートフィルタ69、及び触媒76がそれぞれ収容される。
【0122】
排気管20aからバイパス管285が分岐されており、このバイパス管285の流出端は排気管20cに開口している。また、バイパス管285の流入端が開口している排気管20aの部分には、図示しない電子制御ユニットによって制御される切替弁261が配置される。更に、バイパス管285の流入端と補助触媒79間の排気管20aに還元剤供給弁77が配置される。
【0123】
切替弁261は通常、図27において実線で示される通常位置に保持される。切替弁261がこの通常位置に保持されると、バイパス管285が遮断され、排気管20a内に流入したほぼ全ての排気ガスがパティキュレートフィルタ69内に導かれる。従って、切替弁261の通常位置は図1の内燃機関における切替弁61の順流位置又は逆流位置に相当する。
【0124】
例えば図7から図12を参照して説明した昇温制御を行うべきときには、切替弁261が図27において一点鎖線で示される弱流位置に切り替えられ一時的に保持される。切替弁261がこの弱流位置に保持されると、排気管20a内に流入した排気ガスのわずかな一部がパティキュレートフィルタ69内に導かれ残りの排気ガスがバイパス管285内に導かれる。従って、切替弁261の弱流位置は図1の内燃機関における切替弁61の弱順流位置に相当する。同時に、補助触媒79の電気ヒータが一時的にオンにされ、還元剤供給弁77から還元剤が一時的に供給される。このとき、パティキュレートフィルタ69の温度上昇率及び温度がそれぞれ対応する目標値に維持されるように例えば切替弁261の開度ないし位置が制御される。
【0125】
切替弁261を図27において破線で示されるバイパス位置に保持することもできる。切替弁261がこのバイパス位置に保持されると、排気管20a内に流入したほぼ全ての排気ガスがバイパス管285内に流入し、補助触媒79内及びパティキュレートフィルタ69内に流入しなくなる。従って、切替弁261のバイパス位置は図1の内燃機関における切替弁61のバイパス位置に相当する。
【0126】
一方、図28に示される内燃機関では、排気管20aが一対の枝管291’,291”を有するY字管から形成され、各枝管の出口にはケーシング67’,67”がそれぞれ接続される。これらケーシング67’,67”は排気管20b’,20b”を介してそれぞれ対応するケーシング68’,68”に接続される。更に、ケーシング68’,68”は排気管20cの枝管292’,292”に接続され、排気管20cを介してケーシング275に接続される。ケーシング275は排気管23に接続される。これらケーシング67’,67”内には第1及び第2の補助触媒79’,79”がそれぞれ収容され、ケーシング68’,68”内には第1及び第2のパティキュレートフィルタ69’,69”がそれぞれ収容され、ケーシング275内には触媒76が収容される。なお、第1及び第2のパティキュレートフィルタ69’,69”上にはそれぞれ第1及び第2のNO触媒81’,81”が担持されている。
【0127】
排気管20cの枝管内には共通のアクチュエータ260によって駆動される第1及び第2の切替弁61’,61”が配置される。また、排気管20aの枝管内には第1及び第2の還元剤供給弁77’,77”がそれぞれ配置される。なおアクチュエータ261及び還元剤供給弁77’,77”は図示しない電子制御ユニットによって制御される。
【0128】
切替弁61’,61”は通常、図29(A)において実線で示される第1の位置か又は破線で示される第2の位置に保持される。切替弁61’,61”が第1の位置に保持されると、第1の切替弁61’が全開位置に保持され、第2の切替弁61”が全閉位置に保持され、従って図29(A)において実線の矢印で示されるように排気管20a内に流入したほぼ全ての排気ガスが第1のパティキュレートフィルタ69’内に導かれる。一方、切替弁61’,61”が第2の位置に保持されると、第1の切替弁61’が全閉位置に保持され、第2の切替弁61”が全開位置に保持され、従って図29(A)において破線の矢印で示されるように排気管20a内に流入したほぼ全ての排気ガスが第2のパティキュレートフィルタ69”内に導かれる。従って、切替弁61’,61”の第1及び第2の位置は図26の内燃機関における切替弁261の通常位置又はバイパス位置に相当する。
【0129】
昇温制御を行うべきときには切替弁61’,61”が第1及び第2の中間位置に切り替えられる。即ち、第1のパティキュレートフィルタ69’又は第1のNO触媒81’の昇温制御を行うべきときには切替弁61’,61”が図29(B)において実線で示される第1の中間位置に切り替えられる。切替弁61’,61”が第1の中間位置に保持されると、第1の切替弁61’が全開位置と全閉位置間の中間位置に保持され、第2の切替弁61”が全開位置に保持され、従って図29(B)において実線の矢印で示されるように排気管20a内に流入した排気ガスのうちわずかな一部が第1のパティキュレートフィルタ69’内に導かれ、残りの排気ガスが第2のパティキュレートフィルタ69”内に導かれる。同時に、第1の補助触媒79’の電気ヒータが一時的にオンにされ、第1の還元剤供給弁77’から還元剤が一時的に供給される。このとき、第1のパティキュレートフィルタ69’の温度上昇率及び温度がそれぞれ対応する目標値に維持されるように例えば切替弁61’又は切替弁61”の開度ないし位置が制御される。
【0130】
一方、第2のパティキュレートフィルタ69”又は第2のNO触媒81”の昇温制御を行うべきときには切替弁61’,61”が図29(B)において破線で示される第2の中間位置に切り替えられる。切替弁61’,61”が第2の中間位置に保持されると、第1の切替弁61’が全開位置に保持され、第2の切替弁61”が全開位置と全閉位置間の中間位置に保持され、従って図29(B)において破線の矢印で示されるように排気管20a内に流入した排気ガスのうちわずかな一部が第2のパティキュレートフィルタ69”内に導かれ、残りの排気ガスが第1のパティキュレートフィルタ69’内に導かれる。同時に、第2の補助触媒79”の電気ヒータが一時的にオンにされ、第2の還元剤供給弁77”から還元剤が一時的に供給される。このとき、第2のパティキュレートフィルタ69’の温度上昇率及び温度がそれぞれ対応する目標値に維持されるように例えば切替弁61’又は切替弁61”の開度ないし位置が制御される。このように切替弁61’,61”の第1及び第2の中間位置は図26の内燃機関における切替弁261の弱順流位置に相当する。
【0131】
ここで、例えば排気管20aの枝管291’から排気管20cの枝管292’までの排気通路部分に着目すると、排気管20aの枝管291”から排気管20cの枝管292”までの排気通路部分は図26の内燃機関におけるバイパス管285と同様のバイパス管を構成していると見ることもできる。この場合、第2の還元剤供給弁77”、第2の補助触媒79、第2のパティキュレートフィルタ69”、第2のNO触媒81”はそれぞれ、バイパス管内に配置された追加の還元剤供給弁、追加の補助触媒、追加のパティキュレートフィルタ、追加のNO触媒を構成しているということになる。
【0132】
次に、図1の内燃機関におけるリッチ制御について説明する。このリッチ制御ではNO触媒81内に蓄えられているNOを還元しNO触媒81内の蓄積NO量を減少させるために、NO触媒81内に流入する排気ガスの空燃比が一時的にリッチに切り替えられる。
【0133】
図1に示される内燃機関では、互いに異なる二つの燃焼即ち第1の燃焼と第2の燃焼とが選択的に切り替えられるようになっている。リッチ制御を説明する前に、まずこのことについて説明する。
【0134】
図30は機関回転数及び燃料噴射量を一定に維持したときの、燃料噴射時期及びEGR率(=EGRガス量/(EGRガス量+吸入空気量))即ち燃焼室5内で燃焼せしめられる混合気の空燃比AFMと、スモーク及びNOの排出量との関係を示すシミュレーション結果の一例を表している。図30において、実線は等スモーク排出量(FSN)を示しており、破線は等NO排出量(g/kwh)を示している。
【0135】
図30からわかるように、噴射時期を一定に維持しながらEGR率を例えば30パーセントから増大していくとスモークの排出量が増大を開始する。次いで、噴射時期を一定にしながら更にEGR率を高め混合気の空燃比AFM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。次いで噴射時期を一定にしながら更にEGR率を高め混合気の空燃比AFMを小さくすると今度はスモークが急激に低下し、噴射時期を一定にしながらEGR率を65パーセント以上とし混合気の空燃比AFM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NOの発生量がほぼゼロになっている。
【0136】
このようなスモーク及びNOの排出量の挙動は図31に示される実験例によっても裏付けられている。この図31は機関低負荷運転時において燃料噴射時期を一定に維持しながらスロットル弁17の開度及びEGR率を変化させることにより燃焼室5内で燃焼せしめられる混合気の空燃比AFM(図31の横軸)を変化させたときの出力トルクの変化、及びスモーク、HC,CO,NOの排出量の変化を示す実験例を表している。
【0137】
そこで図1の内燃機関では、煤の発生量がピークとなるEGR率よりもEGR率が高くかつ煤及びNOがほとんど生成しない噴射時期及びEGR率でもって燃焼を行うようにしている。これが第1の燃焼である。これに対し、第2の燃焼は従来より普通に行われている燃焼であり、煤の発生量がピークとなるEGR率よりもEGR率が低くなっている。従って、一般的に言うと、第1の燃焼とは煤の発生量がピークとなるEGRガス量よりも燃焼室5内に供給されるEGRガス量が多く煤がほとんど発生しない燃焼のことであり、第2の燃焼とは煤の発生量がピークとなるEGRガス量よりも燃焼室5内に供給されるEGRガス量が少ない燃焼のことであるということになる。
【0138】
図32は第1の燃焼が行われる領域R1と第2の燃焼が行われる領域R2とをそれぞれ示している。図32において、破線Pは煤の発生量がピークとなるところを示しており、実線Qは更にEGR率を高くしたときに煤の発生量がほぼゼロとなるところを示している。図32からわかるように第1の燃焼が行われる領域R1は破線Pの一側にあり、第2の燃焼が行われる領域R2は破線Pの他側にある。
【0139】
第1の燃焼では、燃焼室5内に多量のEGRガスと少量の空気とが供給される。燃料はこの少量の酸素と反応し、このときの反応熱は周囲のEGRガスに吸収され、このため燃焼温度がさほど上昇しない。その結果、燃料即ち炭化水素が煤まで成長せず、煤の前駆体又はその前の状態の炭化水素の形で燃焼室5から排出されることになる。実際、図31に示されるようにスモークの排出量がほぼゼロになるとHC,COの排出量が増大する。また、燃焼温度が低く抑えられているためにNOの発生量も低く抑えられている。
【0140】
そうすると、図1に示される内燃機関を、噴射時期を一定に維持しながら燃焼室内に供給されるEGRガス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、噴射時期を一定に維持しながら燃焼室内に供給されるEGRガス量を更に増大していくと燃焼室内における燃焼時の燃料及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から構成していると見ることもできる。
【0141】
図33は第1の燃焼が行われる第1の運転領域Iと、第2の燃焼が行われる第2の燃焼領域IIとを示している。図33においてLX(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、LY(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LX(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LY(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にあって第1の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LX(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、第2の燃焼に切換えられる。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LY(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、第2の燃焼から第1の燃焼に切換えられる。
【0142】
次に図34及び図35を参照しつつ図1の内燃機関の運転制御について説明する。図34を参照するとまず初めにステップ220において機関の運転領域が第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、即ち機関の運転領域が第1の運転領域Iであるときにはステップ221に進んで要求負荷Lが図33に示す第1の境界LX(N)よりも大きくなったか否かが判別される。
【0143】
L≦LX(N)のときにはステップ222に進んでスロットル弁17の開度が図35の第1の運転領域Iに示される要求負荷Lに応じた開度に制御される。次いでステップ223ではEGR制御弁25の開度が図35の第1の運転領域Iに示される要求負荷Lに応じた開度に制御される。次いでステップ224では図35の第1の運転領域Iに示される要求負荷L等に応じた噴射量、噴射開始時期θSおよび噴射完了時期θEが求められ、これらに基づいて燃料噴射が行われる。
【0144】
即ち、図35に示される例ではスロットル弁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半開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増大せしめられる。このとき、EGR率は例えば70パーセント程度になっており、燃焼室5内に形成される混合気の空燃比AFMは要求負荷Lが高くなるにつれて小さくされ、15から18程度の目標リーン空燃比に維持されている。また、燃料噴射は圧縮上死点TDC前に行われ、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、噴射開始時期θSが遅くなるにつれて噴射完了時期θEも遅くなる。
【0145】
一方、ステップ221においてL>LX(N)になったと判断されるとステップ225に進んでフラグIがリセットされる。次いでステップ227に進んでスロットル弁17の開度が図35の第2の運転領域IIに示される要求負荷Lに応じた開度に制御される。即ち、スロットル弁17が全開せしめられる。次いでステップ228ではEGR制御弁25の開度が図35の第2の運転領域IIに示される要求負荷Lに応じた開度に制御される。次いでステップ229では図35の第2の運転領域IIに示される要求負荷L等に応じた噴射量、噴射開始時期θSおよび噴射完了時期θEが求められ、これらに基づいて燃料噴射が行われる。
【0146】
即ち、図35に示される例ではスロットル弁17は全開状態に保持され、EGR制御弁25の開度は要求負荷Lが高くなるにつれて小さくされる。このとき、EGR率は例えば40パーセント以下になっており、燃焼室5内に形成される混合気の空燃比AFMは要求負荷Lが高くなるにつれて小さくされ、24から60程度の目標リーン空燃比に維持されている。また、噴射開始時期θSは圧縮上死点TDC付近とされる。
【0147】
一方、ステップ220においてフラグIがリセットされていると判断されたとき、即ち機関の運転領域が第2の運転領域IIであるときにはステップ226に進んで要求負荷Lが図33に示す第2の境界LY(N)よりも小さくなったか否かが判別される。L≧LY(N)のときにはステップ227に進む。これに対してL<LY(N)になるとステップ230に進んでフラグIがセットされ、次いでステップ222に進む。
【0148】
この場合、第1の燃焼から第2の燃焼に、又はその逆に切り替えられるときに、EGR率がステップ状に増減せしめられ、混合気の空燃比AFMがステップ状に増減せしめられる。その結果、EGR率が多量のスモークを発生するEGR率範囲を飛び越えるので燃焼の切り替え時に多量のスモークが発生しない。
【0149】
さて、次に図36及び図37を参照しながら図1に示される実施例におけるリッチ制御を説明する。
【0150】
図36は第1の燃焼が行われているときのリッチ制御を示している。即ち、図36において矢印XXで示されるようにNO触媒81内の計算上の蓄積NO量QNが上述した許容値QN1を越えると、切替弁61が例えば順流位置から逆流位置に切り替えられる。また、このとき燃焼室5内で燃焼せしめられる混合気の空燃比AFMがリッチに切り替えられる。その結果、NO触媒81内に流入する排気ガスの空燃比AFEXがリッチになり、従ってNO触媒81内に蓄えられているNOが還元されNO触媒81内の蓄積NO量が減少される。なお、この場合には還元剤供給弁77から還元剤は供給されない。
【0151】
第1の燃焼が行われているときには上述したように、煤及びNOの排出量を増大させることなく混合気の空燃比AFMをリッチにすることができる。この場合、排気ガスの空燃比AFEXをリッチに切り替えるのに必要な燃料の量が少なくて済む。そこで本発明による実施例では、第1の燃焼が行われているときには排気ガスの空燃比AFEXをリッチに切り替えるために混合気の空燃比AFMをリッチに切り替えるようにしている。
【0152】
一方、リッチ制御が行われるまでは補助触媒79内を流通する排気ガスの空燃比はリーンに維持されており、このため補助触媒79の触媒粒子表面上には酸素が付着している。従って、混合気の空燃比AFMがリッチに切り替えられたときに切替弁61が順流位置に保持されていると、NO触媒81内に蓄えられているNOを確実に還元するためには混合気の空燃比AFMのリッチ度合いを深くするか又は混合気の空燃比AFMをリッチに保持すべき時間を長くしなければならない。
【0153】
そこで本発明による実施例では、第1の燃焼が行われており従って混合気の空燃比AFMがリッチに切り替えられるときには、切替弁61を逆流位置に保持するようにしている。このようにすると排気ガスがNO触媒81内を流通した後に補助触媒79内を流通し、従って補助触媒79上に付着している酸素の影響を受けなくなる。
【0154】
次いで、図36において矢印YYで示されるようにNO触媒81内に流入する排気ガスの空燃比AFEXがリッチに切り替えられてから例えば時間tGだけ経過すると混合気の空燃比AFMがリーンに戻され、切替弁61が元の位置に戻される。また、このとき計算上の蓄積NO量QNがゼロに戻される。
【0155】
一方、図37は第2の燃焼が行われているときのリッチ制御を示している。即ち、図37において矢印XXで示されるようにNO触媒81内の計算上の蓄積NO量QNが上述した許容値QN1を越えると、切替弁61が例えば逆流位置から順流位置に切り替えられる。また、このときNO触媒81内に流入する排気ガスの空燃比AFEXがリッチになるように還元剤供給弁77から還元剤が供給される。その結果、NO触媒81内に蓄えられているNOが還元されNO触媒81内の蓄積NO量が減少される。なお、この場合には、燃焼室5内で燃焼せしめられる混合気の空燃比AFMはリーンに維持される。
【0156】
第2の燃焼が行われているときに混合気の空燃比AFMをリッチにすると多量の煤が生成される。そこで第2の燃焼が行われているときには、排気ガスの空燃比AFEXをリッチに切り替えるために還元剤供給弁77から還元剤を供給するようにしている。
【0157】
この場合、還元剤供給弁77から供給された液滴の形の還元剤はNO触媒81内に流入しても直ちに酸化されず、パティキュレートフィルタ69の排気ガス通路70の開放端を閉塞する恐れがある。そこで本発明による実施例では、第2の燃焼が行われており従って還元剤供給弁77から還元剤が供給されるときには、切替弁61を順流位置に保持するようにしている。このようにすると、還元剤は補助触媒79内を流通した後にNO触媒81内に流入し、このとき補助触媒79内で気化され又は部分酸化される。その結果、還元剤がNO触媒81内で速やかに反応できるようになる。
【0158】
次いで、図37において矢印YYで示されるようにNO触媒81内に流入する排気ガスの空燃比AFEXがリッチに切り替えられてから例えば時間tHだけ経過すると還元剤供給作用が停止され、切替弁61が元の位置に戻される。また、このとき計算上の蓄積NO量QNがゼロに戻される。
【0159】
図38は上述した図1の内燃機関におけるリッチ制御を実行するためのルーチンを示している。このルーチンは予め定められた設定時間毎の割り込みによって実行される。
【0160】
図38を参照すると、まずステップ240ではNO触媒81内の計算上の蓄積NO量QNが算出される。この計算上の蓄積NO量QNは例えばNO触媒81内に流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには単位時間当たりにNO触媒81内に流入したNOの量を積算することによって求めることができる。続くステップ241では蓄積NO量QNが上述した許容量QN1よりも多いか否かが判別される。QN≦QN1のときには処理サイクルを終了し、QN>QN1になったら次いでステップ242に進み、図34の運転制御ルーチンでセット又はリセットされるフラグIがセットされているか否か、即ち現在第1の燃焼が行わ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現在第1の燃焼が行われているときには次いでステップ243に進み、切替弁61が逆流位置に切り替えられ又は保持される。続くステップ244では燃焼室5内で燃焼せしめられる混合気の空燃比AFMがリッチに切り替えられる。続くステップ245ではNO触媒81内に流入する排気ガスの空燃比AFEXがリッチに切り替えられてから時間tGだけ経過したか否かが判別される。時間tGだけ経過するとステップ246に進み、空燃比AFMがリーンに戻される。続くステップ247では切替弁61が順流位置又は逆流位置に戻され、続くステップ248では計算上の蓄積NO量QNがクリアされる。
【0161】
これに対し、ステップ242においてフラグIがリセットされているとき即ち現在第2の燃焼が行われているときには次いでステップ249に進み、切替弁61が順流位置に切り替えられ又は保持される。続くステップ250では、NO触媒81内に流入する排気ガスの空燃比AFEXがリッチになるように還元剤供給弁77から還元剤が供給される。続くステップ251ではNO触媒81内に流入する排気ガスの空燃比AFEXがリッチに切り替えられてから時間tHだけ経過したか否かが判別される。時間tHだけ経過するとステップ252に進み、還元剤供給作用が停止される。続くステップ247では切替弁61が順流位置又は逆流位置に戻され、続くステップ248では計算上の蓄積NO量QNがクリアされる。
【0162】
図36から図38までに示す例では、リッチ制御が完了すると切替弁61を元の位置に戻すようにしている。しかしながら、切替弁61を元の位置に戻さなくてもよく、即ち第1の燃焼が行われている場合には逆流位置に保持し、第2の燃焼が行われている場合には順流位置に保持するようにしてもよい。
【0163】
NO触媒81内に流入する排気ガスの空燃比AFEXをリッチにするために、爆発行程後半又は排気行程前半に燃料噴射弁6から燃料を二次的に噴射することもできる。
【0164】
従って、NO触媒81内に流入する排気ガスの空燃比AFEXを一時的にリッチにするために燃焼室5から排出される排気ガスの空燃比をリッチにするときには排気ガスがNO触媒81内を流通した後に補助触媒79内を流通するようにし、NO触媒81内に流入する排気ガスの空燃比AFEXを一時的にリッチにするために還元剤供給弁77から還元剤を供給するときには排気ガスが補助触媒79内を流通した後にNO触媒81内を流通するようにしているということになる。
【0165】
或いは、第1の燃焼が行われているときには排気ガスがNO触媒81内を流通した後に補助触媒79内を流通するようにしながら、NO触媒81内に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリッチに切り替えるために燃焼室5から排出される排気ガスの空燃比を一時的にリッチに切り替え、第2の燃焼が行われているときには排気ガスが補助触媒79内を流通した後にNO触媒81内を流通するようにしながら、NO触媒81内に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリッチに切り替えるために還元剤供給弁77から還元剤を一時的に供給するようにしているということになる。
【0166】
上述したリッチ制御は例えば図39に示される内燃機関にも適用することができる。図39に示される内燃機関では、排気管20aの出口にケーシング267が接続され、このケーシング267は排気管20bを介してケーシング268に接続される。更に、ケーシング268は排気管20cを介してケーシング275に接続され、ケーシング275は排気管23に接続される。これらケーシング267,268,275内には補助触媒79、NO触媒81を担持したパティキュレートフィルタ69、及び触媒76がそれぞれ収容される。
【0167】
排気管20aからバイパス管285が分岐されており、このバイパス管285の流出端は排気管20bに開口している。また、バイパス管285の流入端が開口している排気管20aの部分には、図示しない電子制御ユニットによって制御される切替弁261が配置される。更に、バイパス管285の流入端と補助触媒79間の排気管20aに還元剤供給弁77が配置される。
【0168】
図39に示される例では、第1の燃焼が行われているときには、排気ガスが補助触媒79内に流入することなくNO触媒81内に流入するように切替弁261を図39に破線で示されるバイパス位置に保持しながら、NO触媒81内に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリッチに切り替えるために燃焼室5から排出される排気ガスの空燃比が一時的にリッチに切り替えられる。一方、第2の燃焼が行われているときには排気ガスが補助触媒79内を流通した後にNO触媒81内を流通するように切替弁261を図39に実線で示される通常位置に保持しながら、NO触媒81内に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリッチに切り替えるために還元剤供給弁77から還元剤が一時的に供給される。
【0169】
【発明の効果】
パティキュレートフィルタ、NO触媒、又はNO触媒を担持したパティキュレートフィルタの全体の温度を確実に上昇させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】内燃機関の全体図である。
【図2】触媒コンバータの構造を示す図である。
【図3】切替弁が順流位置又は逆流位置にあるときの排気ガスの流れを説明するための図である。
【図4】切替弁が弱順流位置にあるときの排気ガスの流れを説明するための図である。
【図5】切替弁がバイパス位置にあるときの排気ガスの流れを説明するための図である。
【図6】パティキュレートフィルタの隔壁の部分拡大断面図である。
【図7】昇温制御を説明するための図である。
【図8】切替弁の開度と、フィルタ温度の上昇率及び排気ガス量との関係を示す図である。
【図9】目標温度上昇率を示す図である。
【図10】昇温制御を実行するためのフローチャートである。
【図11】還元剤供給作用の時間間隔を説明するための図である。
【図12】温度上昇率維持制御及び温度維持制御を実行するためのフローチャートである。
【図13】別の実施例による温度上昇率維持制御及び温度維持制御を実行するためのフローチャートである。
【図14】別の実施例による温度上昇率維持制御及び温度維持制御を実行するためのフローチャートである。
【図15】別の実施例による昇温制御を説明するための図である。
【図16】電気ヒータへの通電量を示す図である。
【図17】図15に示される実施例の昇温制御を実行するためのフローチャートである。
【図18】図15に示される実施例による予熱制御を実行するためのフローチャートである。
【図19】図15に示される実施例による温度上昇率維持制御及び温度維持制御を実行するためのフローチャートである。
【図20】再生制御を説明するための図である。
【図21】図20に示される実施例による昇温制御を実行するためのフローチャートである。
【図22】別の実施例による再生制御を説明するための図である。
【図23】図22に示される実施例による昇温制御を実行するためのフローチャートである。
【図24】活性化制御を説明するための図である。
【図25】活性化制御を実行するためのフローチャートである。
【図26】別の実施例を示す図である。
【図27】図26に示される実施例の切替弁の位置を説明するための図である。
【図28】別の実施例を示す図である。
【図29】図28に示される実施例の切替弁の位置を説明するための図である。
【図30】噴射時期及びEGR率とスモーク及びNOの発生量との関係を示す図である。
【図31】混合気の空燃比を変化させたときのスモーク排出量等を示す図である。
【図32】第1及び第2の燃料領域を示すである。
【図33】第1及び第2の運転領域を示す図である。
【図34】運転制御を実行するためのフローチャートである。
【図35】スロットル弁の開度等を示す図である。
【図36】リッチ制御を説明するための図である。
【図37】リッチ制御を説明するための図である。
【図38】リッチ制御を実行するためのフローチャートである。
【図39】別の実施例を示す図である。
【符号の説明】
1…機関本体
20a…排気管
22…触媒コンバータ
61…切替弁
64…排気ガス排出管
67…環状排気管
69…パティキュレートフィルタ
76…触媒
77…還元剤供給弁
79…補助触媒
81…NO触媒
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust emission control device for an internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a particulate filter for collecting particulates in exhaust gas flowing into an exhaust passage of an internal combustion engine in which combustion is continuously performed under a lean air-fuel ratio, and a catalyst having an oxidizing ability. Exhaust gas flowing through the particulate filter by disposing a supported particulate filter, providing a bypass passage extending from the exhaust passage upstream of the particulate filter, and controlling the amount of exhaust gas flowing through the bypass passage A bypass control valve is provided to control the amount of gas, and a reducing agent supply valve is provided to supply reducing agent into the exhaust passage between the branching portion of the bypass passage and the particulate filter, thereby raising the temperature of the particulate filter. Bypass so that only a small amount of exhaust gas flows into the particulate filter. While controlling the valve, the internal combustion engine is known which is adapted to temporarily supply the reducing agent from the reducing agent feed valve. That is, when the reducing agent is supplied from the reducing agent supply valve, the reducing agent is oxidized on the particulate filter, and the temperature of the particulate filter is raised to, for example, 600 ° C. or more by the reaction heat at this time. As a result, the fine particles deposited on the particulate filter are surely oxidized and removed.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the reducing agent is oxidized on the particulate filter in this way, the reducing agent does not necessarily react with the entire particulate filter, and thus the temperature of the entire particulate filter can be increased uniformly. Can not. That is, if the temperature at the downstream end of the particulate filter is not excessively high, the temperature at the upstream end of the particulate filter will not rise above 600 ° C, and the temperature at the upstream end of the particulate filter will rise above 600 ° C. In this case, there is a problem that the downstream end of the particulate filter may become excessively high at this time. The problem is NOXCatalyst or NOXIt can also occur when the temperature of the particulate filter carrying the catalyst should be raised.
[0004]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a particulate filter, NOXCatalyst or NOXAn object of the present invention is to provide an exhaust emission control device for an internal combustion engine that can reliably raise the temperature of the entire particulate filter carrying a catalyst.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
  In order to solve the above-mentioned problem, according to the first invention, the exhaust purification means is disposed in the exhaust passage of the internal combustion engine in which combustion is continuously performed under a lean air-fuel ratio, A particulate filter carrying a catalyst having an oxidizing ability for collecting particulates in the exhaust gas to be discharged, and NO in the exhaust gas flowing in when the air-fuel ratio of the flowing exhaust gas is leanXNO when storing the reducing agent in the exhaust gas when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing in decreasesXNO is being reduced and storedXNO decreases in quantityXA catalyst and said NOXIt comprises any one of a particulate filter carrying a catalyst, and a bypass passage extending from the exhaust passage upstream of the exhaust purification means is provided to control the amount of exhaust gas flowing through the bypass passage. By providing a bypass control valve for controlling the amount of exhaust gas flowing through the exhaust purification means, the exhaust gas flowing into the exhaust purification means is placed in the exhaust passage between the branch portion of the bypass passage and the exhaust purification means. An exhaust temperature raising means for raising the temperature is arranged, and the exhaust temperature raising means is provided with a reducing agent supply valve for supplying a reducing agent, and an auxiliary having an oxidizing ability arranged downstream of the reducing agent supply valve. When the temperature of the exhaust gas purification means is increased, the exhaust temperature rises while controlling the bypass control valve so that a slight amount of exhaust gas flows into the exhaust gas purification means. From stage of the reducing agent feed valve so as to temporarily supply the reducing agentWhen the temperature of the exhaust gas flowing into the exhaust purification unit is increased by the exhaust temperature increasing unit, the rate of increase in temperature obtained by determining the rate of increase in the temperature of the exhaust gas flowing into the exhaust purification unit The temperature increase rate is controlled so that the rate matches a predetermined target increase rate, and the auxiliary catalyst is composed of a catalyst with an electric heater, and when the temperature of the exhaust purification means is increased, The temperature rise rate is controlled by temporarily operating the heater and controlling the amount of current supplied to the electric heater.ing.
[0006]
  According to the second invention,An exhaust purification means is disposed in an exhaust passage of an internal combustion engine where combustion is continuously performed under a lean air-fuel ratio, and the exhaust purification means is used to collect particulates in the inflowing exhaust gas. Particulate filter carrying a catalyst having a function, and NO in exhaust gas flowing in when the air-fuel ratio of the flowing exhaust gas is lean X NO when storing the reducing agent in the exhaust gas when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing in decreases X NO is being reduced and stored X NO decreases in quantity X A catalyst and said NO X It comprises any one of a particulate filter carrying a catalyst, and a bypass passage extending from the exhaust passage upstream of the exhaust purification means is provided to control the amount of exhaust gas flowing through the bypass passage. By providing a bypass control valve for controlling the amount of exhaust gas flowing through the exhaust purification means, the exhaust gas flowing into the exhaust purification means is placed in the exhaust passage between the branch portion of the bypass passage and the exhaust purification means. An exhaust temperature raising means for raising the temperature is arranged, and the exhaust temperature raising means is provided with a reducing agent supply valve for supplying a reducing agent, and an auxiliary having an oxidizing ability arranged downstream of the reducing agent supply valve. When the temperature of the exhaust gas purification means is increased, the exhaust temperature rises while controlling the bypass control valve so that a slight amount of exhaust gas flows into the exhaust gas purification means. A reductant is temporarily supplied from the reductant supply valve of the stage, and flows into the exhaust purification means when the temperature of the exhaust gas flowing into the exhaust purification means is raised by the exhaust temperature raising means The temperature increase rate is controlled so that the calculated temperature increase rate matches a predetermined target increase rate, and a unit from the reducing agent supply valve is obtained. To control the rate of temperature rise by controlling the amount of reducing agent supplied per houris doing.
[0007]
  According to the third invention,An exhaust purification means is disposed in an exhaust passage of an internal combustion engine where combustion is continuously performed under a lean air-fuel ratio, and the exhaust purification means is used to collect particulates in the inflowing exhaust gas. Particulate filter carrying a catalyst having a function, and NO in exhaust gas flowing in when the air-fuel ratio of the flowing exhaust gas is lean X NO when storing the reducing agent in the exhaust gas when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing in decreases X NO is being reduced and stored X NO decreases in quantity X A catalyst and said NO X It comprises any one of a particulate filter carrying a catalyst, and a bypass passage extending from the exhaust passage upstream of the exhaust purification means is provided to control the amount of exhaust gas flowing through the bypass passage. By providing a bypass control valve for controlling the amount of exhaust gas flowing through the exhaust purification means, the exhaust gas flowing into the exhaust purification means is placed in the exhaust passage between the branch portion of the bypass passage and the exhaust purification means. An exhaust temperature raising means for raising the temperature is arranged, and the exhaust temperature raising means is provided with a reducing agent supply valve for supplying a reducing agent, and an auxiliary having an oxidizing ability arranged downstream of the reducing agent supply valve. When the temperature of the exhaust gas purification means is increased, the exhaust temperature rises while controlling the bypass control valve so that a slight amount of exhaust gas flows into the exhaust gas purification means. A reducing agent is temporarily supplied from a stage reducing agent supply valve, the auxiliary catalyst is constituted by a catalyst with an electric heater, and the electric heater is temporarily operated when the temperature of the exhaust gas purification means is increased. When the temperature of the exhaust purification means is raised, the bypass control valve is controlled so that the amount of exhaust gas flowing into the exhaust purification means becomes substantially zero, and the reducing agent supply action from the reducing agent supply valve The electric heater is operated while stopping the operation, and then the bypass control valve is controlled so that a slight amount of exhaust gas flows into the exhaust purification means and the electric heater is operated while the reducing agent is supplied from the reducing agent supply valve. To supplyis doing.
[0008]
  According to the fourth invention,An exhaust purification means is disposed in an exhaust passage of an internal combustion engine where combustion is continuously performed under a lean air-fuel ratio, and the exhaust purification means is used to collect particulates in the inflowing exhaust gas. Particulate filter carrying a catalyst having a function, and NO in exhaust gas flowing in when the air-fuel ratio of the flowing exhaust gas is lean X NO when storing the reducing agent in the exhaust gas when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing in decreases X NO is being reduced and stored X NO decreases in quantity X A catalyst and said NO X It comprises any one of a particulate filter carrying a catalyst, and a bypass passage extending from the exhaust passage upstream of the exhaust purification means is provided to control the amount of exhaust gas flowing through the bypass passage. By providing a bypass control valve for controlling the amount of exhaust gas flowing through the exhaust purification means, the exhaust gas flowing into the exhaust purification means is placed in the exhaust passage between the branch portion of the bypass passage and the exhaust purification means. An exhaust temperature raising means for raising the temperature is arranged, and the exhaust temperature raising means is provided with a reducing agent supply valve for supplying a reducing agent, and an auxiliary having an oxidizing ability arranged downstream of the reducing agent supply valve. When the temperature of the exhaust gas purification means is increased, the exhaust temperature rises while controlling the bypass control valve so that a slight amount of exhaust gas flows into the exhaust gas purification means. A reducing agent is temporarily supplied from the reducing agent supply valve of the stage, and an additional exhaust purification means is disposed in the bypass passage, and in the bypass passage between the branch portion of the bypass passage and the additional exhaust purification means. An additional exhaust temperature raising means for raising the temperature of the exhaust gas flowing into the additional exhaust purification means is arranged, and the additional exhaust temperature raising means is provided with an additional reducing agent supply for supplying a reducing agent. And an additional auxiliary catalyst having an oxidizing ability disposed downstream of the reducing agent supply valve, and when the temperature of the additional exhaust purification means is raised, a slight amount is contained in the additional exhaust purification means. Temporarily supply the reducing agent from the additional reducing agent supply valve of the additional exhaust temperature raising means while controlling the bypass control valve so that the exhaust gas flows inis doing.
[0009]
  According to the fifth invention,An exhaust purification means is disposed in an exhaust passage of an internal combustion engine where combustion is continuously performed under a lean air-fuel ratio, and the exhaust purification means is used to collect particulates in the inflowing exhaust gas. Particulate filter carrying a catalyst having a function, and NO in exhaust gas flowing in when the air-fuel ratio of the flowing exhaust gas is lean X NO when storing the reducing agent in the exhaust gas when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing in decreases X NO is being reduced and stored X NO decreases in quantity X A catalyst and said NO X It comprises any one of a particulate filter carrying a catalyst, and a bypass passage extending from the exhaust passage upstream of the exhaust purification means is provided to control the amount of exhaust gas flowing through the bypass passage. By providing a bypass control valve for controlling the amount of exhaust gas flowing through the exhaust purification means, the exhaust gas flowing into the exhaust purification means is placed in the exhaust passage between the branch portion of the bypass passage and the exhaust purification means. An exhaust temperature raising means for raising the temperature is arranged, and the exhaust temperature raising means is provided with a reducing agent supply valve for supplying a reducing agent, and an auxiliary having an oxidizing ability arranged downstream of the reducing agent supply valve. When the temperature of the exhaust gas purification means is increased, the exhaust temperature rises while controlling the bypass control valve so that a slight amount of exhaust gas flows into the exhaust gas purification means. A reductant is temporarily supplied from the reductant supply valve of the stage, and after the exhaust gas circulates in the exhaust purification means after flowing in the exhaust temperature raising means, or after flowing in the exhaust purification means It further comprises a flow direction switching means capable of selectively switching whether to flow through the exhaust temperature raising means, and when raising the temperature of the exhaust purification means, a slight amount of exhaust gas is caused by the flow direction switching means and the bypass control valve. Circulates in the exhaust gas purification means after passing through the exhaust gas temperature raising means, while temporarily supplying the reducing agent from the reducing agent supply valve of the exhaust temperature raising means, the exhaust gas purification means is set to NO. X Catalyst or NO X In order to temporarily change the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust gas purification means to rich, the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the combustion chamber is temporarily made rich. It is possible to selectively switch between switching or temporarily supplying the reducing agent from the reducing agent supply valve, in order to temporarily switch the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification means to rich. When the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the combustion chamber is temporarily changed to rich, the flow direction switching means is controlled so that the exhaust gas flows through the exhaust purification means after flowing through the exhaust purification means, When the reducing agent is temporarily supplied from the reducing agent supply valve in order to temporarily switch the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust gas purification means to rich, the flow direction is switched. And controlling means so that the exhaust gas flowing through the inside of the exhaust purification device after flowing through the inside of the exhaust temperature raising meansis doing.
[0010]
  According to the sixth invention,5In the second invention,When the amount of EGR gas supplied into the combustion chamber is increased while maintaining the injection timing constant, the amount of soot generated gradually increases and reaches a peak, and is supplied into the combustion chamber while maintaining the injection timing constant. When the amount of EGR gas is further increased, the internal combustion engine is composed of an internal combustion engine in which the fuel during combustion in the combustion chamber and the surrounding gas temperature are lower than the generation temperature of soot and soot is hardly generated. The first combustion in which the amount of EGR gas supplied to the combustion chamber is larger than the amount of EGR gas at which the generation amount of soot reaches a peak and the generation of soot hardly occurs, and the combustion is greater than the amount of EGR gas at which the generation amount of soot reaches a peak The second combustion with a small amount of EGR gas supplied into the room is selectively switched, and the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust gas purification means when the first combustion is being performed. In order to temporarily switch to rich, the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the combustion chamber is temporarily switched to rich, and when the second combustion is being performed, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification means is Temporarily supply reducing agent from the reducing agent supply valve to temporarily switch to richis doing.
[0011]
  According to the seventh invention,1The second inventionAny one of the sixth invention fromInThe auxiliary catalyst is replaced with the NO. X Composed of catalystis doing.
[0012]
  According to the eighth invention2The second inventionAny one of the fourth invention, the fifth invention and the sixth inventionInThe auxiliary catalyst is composed of a catalyst with an electric heater, and the electric heater is temporarily operated when the temperature of the exhaust gas purification means is increased.is doing.
[0013]
  According to the ninth invention,The first invention orIn the eighth invention,When raising the temperature of the exhaust purification means, the bypass control valve is controlled so that the amount of exhaust gas flowing into the exhaust purification means becomes almost zero, and the reducing agent supply action from the reducing agent supply valve is stopped. While operating the electric heater, the bypass control valve is controlled so that a slight amount of exhaust gas flows into the exhaust gas purification means, and the reducing agent is supplied from the reducing agent supply valve while operating the electric heater. Likeis doing.
[0014]
  According to the tenth inventionThe first invention,3rd inventionAnd any one of the eighth inventionInThe energization amount to the electric heater when supplying the reducing agent from the reducing agent supply valve is set based on the amount of reducing agent supplied from the reducing agent supply valve and the temperature of the catalyst with the electric heater.is doing.
[0015]
  According to the eleventh invention, the first inventionAny one of the third invention and the eighth inventionInThe electric heater is temporarily activated to remove soluble organic components adhering to the auxiliary catalyst.is doing.
[0019]
In the present specification, the ratio of the air supplied to the exhaust passage upstream of a certain position of the exhaust passage, the combustion chamber, and the intake passage and the hydrocarbon HC and carbon monoxide CO is determined by the ratio of the exhaust gas at that position. This is called the air-fuel ratio.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 shows a case where 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.
[0021]
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 Is an exhaust valve, and 10 is 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 disposed in the intake duct 13, and a cooling device 18 for cooling intake air flowing through the intake duct 13 is disposed 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 intake air is cooled by the engine cooling water.
[0022]
On the other hand, the exhaust port 10 is connected to an exhaust turbine 21 of an exhaust turbocharger 14 via an exhaust manifold 19 and an exhaust pipe 20, and an outlet of the exhaust turbine 21 is connected to a catalytic converter 22 via an exhaust pipe 20a.
[0023]
Referring to FIG. 2 together with FIG. 1, the catalytic converter 22 includes a switching valve 61 driven by a step motor 60, and an outlet of the exhaust pipe 20 a is connected to an inflow port 62 of the switching valve 61. An exhaust gas discharge pipe 64 of the catalytic converter 22 is connected to the outflow port 63 of the switching valve 61 facing the inflow port 62. The switching valve 61 further has a pair of inflow / outflow ports 65, 66 facing each other on both sides of a straight line connecting the inflow port 62 and the outflow port 63, and the inflow / outflow ports 65, 66 have an annular shape of the catalytic converter 22. Both ends of the exhaust pipe 67 are connected. The exhaust pipe 23 is connected to the outlet of the exhaust gas discharge pipe 64.
[0024]
The annular exhaust pipe 67 extends through the exhaust gas exhaust pipe 64, and a filter housing chamber 68 is formed in a portion of the annular exhaust pipe 67 located in the exhaust gas exhaust pipe 64. A particulate filter 69 for collecting fine particles in the exhaust gas is housed in the filter housing chamber 68. In FIG. 2, reference numerals 69a and 69b denote one end face and the other end face of the particulate filter 69, respectively.
[0025]
As shown in FIG. 2A showing a partial longitudinal sectional view of the catalytic converter 22 including the one end surface 69a of the particulate filter 69, and FIG. 2B showing a partial transverse sectional view of the catalytic converter 22, the particulate filter 69 has a honeycomb structure and includes a plurality of exhaust gas passages 70 and 71 extending in parallel with each other. These exhaust gas passages are constituted by an exhaust gas passage 70 having one end opened and the other end closed by a sealing material 72, and an exhaust gas passage 71 having the other end opened and one end closed by a sealing material 73. Is done. Note that the hatched portion in FIG. 2A shows the sealing material 73. The exhaust gas passages 70 and 71 are alternately arranged via thin partition walls 74 formed of a porous material such as cordierite. In other words, the exhaust gas passages 70 and 71 are arranged such that each exhaust gas passage 70 is surrounded by four exhaust gas passages 71 and each exhaust gas passage 71 is surrounded by four exhaust gas passages 70.
[0026]
As will be described later, NO on the particulate filter 69.XA catalyst 81 is supported. On the other hand, a catalyst storage chamber 75 is formed in the exhaust gas discharge pipe 64 between the outflow port 63 of the switching valve 61 and the portion through which the annular exhaust pipe 67 penetrates. A catalyst 76 having an oxidizing ability carried on a substrate having a honeycomb structure is accommodated.
[0027]
Also, an electrically controlled reducing agent supply valve 77 for supplying a reducing agent is disposed in the annular exhaust pipe 67 between the inflow / outflow port 65 of the switching valve 61 and the particulate filter 69. An auxiliary catalyst 79 having an oxidizing ability is disposed in the annular exhaust pipe 67 between the particulate filters 69. The reducing agent supply valve 77 and the auxiliary catalyst 79 can act as an exhaust temperature raising device 80 for raising the temperature of the exhaust gas flowing into the particulate filter 69, as will be described later.
[0028]
A reducing agent is supplied to the reducing agent supply valve 77 from an electrically controlled reducing agent pump 78. In the embodiment according to the present invention, the fuel of the internal combustion engine, that is, light oil, is used as the reducing agent. On the other hand, in the embodiment shown in FIG. 1, the auxiliary catalyst 79 is composed of a catalyst with an electric heater capable of controlling the energization amount. The energization amount to the auxiliary catalyst 79 is controlled based on an output signal from the electronic control unit 40. In the embodiment according to the present invention, the reducing agent supply valve and the auxiliary catalyst are not arranged in the annular exhaust pipe 67 between the inflow / outflow port 66 and the particulate filter 69.
[0029]
Still referring to FIG. 1, 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 provided in the EGR passage 24. Be placed. A cooling device 26 for cooling the EGR gas flowing in the EGR passage 24 is disposed around the EGR passage 24. In the embodiment shown in FIG. 1, the engine cooling water is guided into the cooling device 26, and the EGR gas is cooled by the engine cooling water.
[0030]
On the other hand, each fuel injection valve 6 is connected to a fuel reservoir, so-called common rail 27, through a fuel supply pipe 6a. Fuel is supplied into the common rail 27 from an electrically controlled fuel pump 28 with variable discharge amount, and the fuel supplied into the common rail 27 is supplied to the fuel injection valve 6 via each fuel supply pipe 6a. A fuel pressure sensor 29 for detecting the fuel pressure in the common rail 27 is attached to the common rail 27, and a fuel pump 28 is set so that the fuel pressure in the common rail 27 becomes a target fuel pressure based on an output signal of the fuel pressure sensor 29. The discharge amount is controlled.
[0031]
The electronic control unit 40 is composed of a digital computer, and is connected to each other by a bidirectional bus 41. A ROM (read only memory) 42, a RAM (random access memory) 43, a CPU (microprocessor) 44, an input port 45 and an output port 46 are connected. It comprises. The output signal of the fuel pressure sensor 29 is input to the input port 45 via the corresponding AD converter 47. A temperature sensor 48 for detecting the temperature of the exhaust gas flowing into the particulate filter 69 is attached to the annular exhaust pipe 67 between the auxiliary catalyst 79 and the particulate filter 69, and the output voltage of the temperature sensor 48 corresponds to the corresponding AD. The signal is input to the input port 45 via the converter 47. The temperature of the exhaust gas represents the temperature of the auxiliary catalyst 79 or the temperature T of the particulate filter 69. A pressure sensor 49 for detecting the pressure in the exhaust pipe 20 a, that is, the engine back pressure, is attached to the exhaust pipe 20 a, and the output voltage of the pressure sensor 49 is input to the input port 45 via the corresponding AD converter 47. The A load sensor 51 that generates an output voltage proportional to the amount of depression of the accelerator pedal 50 is connected to the accelerator pedal 50, and the output voltage of the load sensor 51 is input to the input port 45 via the corresponding AD converter 47. The The amount of depression of the accelerator pedal represents the required load L. Further, a crank angle sensor 52 that generates an output pulse every time the crankshaft rotates, for example, 30 ° is connected to the input port 45.
[0032]
On the other hand, the output port 46 is connected through the corresponding drive circuit 53 to the fuel injection valve 6, the throttle valve driving step motor 16, the EGR control valve 25, the fuel pump 28, the switching valve driving step motor 60, the reducing agent supply valve 77, The reducing agent pump 78 and the electric heater of the auxiliary catalyst 79 are connected to each other.
[0033]
The switching valve 61 is normally positioned at one of a position indicated by a solid line and a position indicated by a broken line in FIG. When the switching valve 61 is positioned at the position indicated by the solid line in FIG. 3B, the inflow port 62 communicates with the inflow / outflow port 65 while the communication between the outflow port 63 and the inflow / outflow port 66 is blocked by the switching valve 61. The outflow port 63 is communicated with the inflow / outflow port 66 by the switching valve 61. As a result, as shown by the solid arrows in FIG. 3B, all the exhaust gas flowing through the exhaust pipe 20a flows into the annular exhaust pipe 67 through the inflow port 62 and the inflow / outflow port 65 in sequence, Next, after passing through the exhaust temperature raising device 80 and then passing through the particulate filter 69, the exhaust gas flows out into the exhaust gas exhaust pipe 64 through the inflow / outflow port 66 and the outflow port 63 in order.
[0034]
On the other hand, when the switching valve 61 is positioned at the position indicated by the broken line in FIG. 3B, the inflow port 62 is inflow / outflow while the communication between the outflow port 63 and the inflow / outflow port 65 is blocked by the switching valve 61. The outflow port 63 is communicated with the inflow / outflow port 65 by the switching valve 61. As a result, all the exhaust gas flowing through the exhaust pipe 20a flows into the annular exhaust pipe 67 through the inflow port 62 and the inflow / outflow port 66 in sequence as shown by the broken arrows in FIG. Next, after passing through the particulate filter 69 and then passing through the exhaust temperature raising device 80, the exhaust gas flows out into the exhaust gas discharge pipe 64 through the inflow / outflow port 65 and the outflow port 63 in order.
[0035]
By switching the position of the switching valve 61 in this way, the flow of exhaust gas in the annular exhaust pipe 67 is reversed. In other words, whether exhaust gas flows through the particulate filter 69 after flowing through the exhaust temperature raising device 80 or selectively flows through the exhaust temperature raising device 80 after flowing through the particulate filter 69. Switchable. Hereinafter, the exhaust gas flow indicated by the solid line in FIG. 3B is referred to as forward flow, and the exhaust gas flow indicated by the broken line is referred to as reverse flow. 3B, the position of the switching valve 61 indicated by a solid line is referred to as a forward flow position, and the position of the switching valve 61 indicated by a broken line is referred to as a backflow position.
[0036]
The exhaust gas that has flowed into the exhaust gas discharge pipe 64 through the outflow port 66 then passes through the catalyst 76 and travels along the outer peripheral surface of the annular exhaust pipe 67 as shown in FIGS. After that, it flows out into the exhaust pipe 23.
[0037]
Explaining the flow of exhaust gas in the particulate filter 69, during forward flow, the exhaust gas flows into the particulate filter 69 through the one end surface 69a and flows out of the particulate filter 69 through the other end surface 69b. At this time, the exhaust gas flows into the exhaust gas passage 70 opened in the one end surface 69 a, and then flows into the adjacent exhaust gas passage 71 through the surrounding partition wall 74. On the other hand, during reverse flow, the exhaust gas flows into the particulate filter 69 via the other end surface 69b and flows out of the particulate filter 69 via the one end surface 69a. At this time, the exhaust gas flows into the exhaust gas passage 71 opened in the other end surface 69 b, and then flows into the adjacent exhaust gas passage 70 through the surrounding partition wall 74.
[0038]
In the embodiment shown in FIG. 1, the switching valve 61 can be controlled to the weak forward flow position shown in FIG. 4 and the bypass position shown in FIG. 5 in addition to the forward flow position and the reverse flow position shown in FIG. it can. That is, when the switching valve 61 is held at the weak forward flow position, most of the exhaust gas flowing through the exhaust pipe 20a is directly exhausted from the inflow port 62 through the outflow port 63 as shown by the arrows in FIG. The gas flows out into the gas exhaust pipe 64, that is, bypasses the particulate filter 69, and a small amount of the remaining exhaust gas flows into the annular exhaust pipe 67 through the inflow / outflow port 65, and then passes through the exhaust temperature raising device 80. Then, it circulates in the particulate filter 69 in the forward flow direction. That is, when the switching valve 61 is held at the weak forward flow position, the amount of exhaust gas flowing through the exhaust temperature raising device 80 and the particulate filter 69 is larger than when the switching valve 61 is held at the forward flow position or the reverse flow position. As a result, the space velocity of the exhaust gas in the exhaust temperature raising device 80 and the particulate filter 69 decreases.
[0039]
On the other hand, when the switching valve 61 is held at the bypass position, all the exhaust gas flowing through the exhaust pipe 20a is directly discharged from the inflow port 62 through the outflow port 63 as indicated by arrows in FIG. It flows into the pipe 64, that is, bypasses the exhaust temperature raising device 80 and the particulate filter 69, and the exhaust gas does not flow through the exhaust temperature raising device 80 and the particulate filter 69. Thus, when the switching valve 61 is held at the weak forward flow position or the bypass position, the exhaust gas flow path from the inflow port 62 to the outflow port 63 of the switching valve 61 acts as a bypass passage that bypasses the particulate filter 69. It will be.
[0040]
As shown in FIG. 6, NO on the partition wall 74 of the particulate filter 69, for example, on both side surfaces of the partition wall 74 and the inner wall surface of the pore.XEach catalyst 81 is supported. This NOXThe catalyst 81 uses, for example, alumina as a carrier, and an alkali metal such as potassium K, sodium Na, lithium Li, and cesium Cs, an alkaline earth such as barium Ba and calcium Ca, lanthanum La, and yttrium Y on the carrier. At least one selected from rare earths and a noble metal such as platinum Pt, palladium Pd, rhodium Rh, and iridium Ir are supported.
[0041]
NOXThe catalyst is NO when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing in is lean.XNO when storing the reducing agent in the exhaust gas when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing in decreasesXNO is being reduced and storedXAccumulation and reduction action to reduce the amount of.
[0042]
NOXThe detailed mechanism of the accumulation and reduction action of the catalyst has not been fully clarified. However, the mechanism currently considered can be briefly described as follows, taking as an example the case where platinum Pt and barium Ba are supported on a support.
[0043]
That is, NOXWhen the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst becomes considerably leaner than the stoichiometric air-fuel ratio (≈14.6), the oxygen concentration in the exhaust gas flowing in greatly increases and oxygen O2Is O2 Or O2-It adheres to the surface of platinum Pt. On the other hand, NO in the inflowing exhaust gas is O on the surface of platinum Pt.2 Or O2-Reacts with NO2(NO + O2→ NO2+ O*Where O*Is active oxygen). Then the generated NO2Part of the NO is being oxidized further on platinum PtXNitrate ion NO while being absorbed in the catalyst and combined with barium oxide BaO3 NO in the form ofXIt diffuses into the catalyst. In this way NOXIs NOXStored in the catalyst.
[0044]
In contrast, NOXWhen the average air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst becomes rich or stoichiometric, the oxygen concentration in the exhaust gas decreases and NO2Production amount decreases and the reaction proceeds in the reverse direction (NO3 → NO + 2O*) And thus NOXNitrate ion NO in the catalyst3 NO in the form of NOXReleased from the catalyst. This released NOXIf the exhaust gas contains a reducing agent, that is, HC or CO, it can be reduced by reacting with the HC and CO. In this way, NO on the surface of platinum Pt.XNO when no longer existsXNO from catalyst to nextXIs released and reduced, NOXNO stored in the catalystXThe amount of is gradually reduced.
[0045]
NO without forming nitrateXStore NOXNO without releasingXIt is also possible to reduce In addition, active oxygen O*If you pay attention to, NOXThe catalyst is NOXWith the accumulation and release of oxygen*It can also be regarded as an active oxygen generating catalyst that generates
[0046]
On the other hand, the catalyst 76 and the auxiliary catalyst 79 are each formed of a noble metal catalyst containing noble metal such as platinum Pt without containing alkali metal, alkaline earth, and rare earth. However, the catalyst 76 or the auxiliary catalyst 79 is replaced with the NO described above.XIt can also be formed from a catalyst.
[0047]
As described above, the switching valve 61 is normally held in the forward flow position or the reverse flow position. The switching valve 61 is switched from the forward flow position to the reverse flow position or vice versa every time the required load L becomes smaller than a predetermined threshold value, for example. When the switching valve 61 is switched from the forward flow position to the reverse flow position or vice versa, the switching valve 61 passes through the bypass position shown in FIG.XThe catalyst 81 is bypassed. Therefore, if the switching valve 61 is switched from the forward flow position to the reverse flow position or vice versa when the required load L is low, the particulate filter 69 and the NO.XThe amount of exhaust gas that bypasses the catalyst 81 can be reduced.
[0048]
As described above, the exhaust gas passes through the particulate filter 69 even when the switching valve 61 is in the forward flow position or the reverse flow position. Further, the internal combustion engine shown in FIG. 1 is continuously combusted under a lean air-fuel ratio, and therefore, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the particulate filter 69 is maintained lean. As a result, NO in the exhaust gasXIs NO on the particulate filter 69XIt is stored in the catalyst 81.
[0049]
NO over timeXNO accumulated in catalyst 81XThe amount increases gradually. In an embodiment according to the invention, for example NOXNO accumulated in catalyst 81XWhen the amount exceeds the allowable amount QN1, NOXNO stored in catalyst 81XNOXNO accumulated in catalyst 81XNO to reduce the amountXRich control is performed in which the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst 81 is temporarily changed to rich. This rich control will be described later.
[0050]
On the other hand, fine particles mainly composed of carbon contained in the exhaust gas are collected on the particulate filter 69. That is, in brief description, fine particles are collected on the side surfaces and the pores of the partition wall 74 on the exhaust gas passage 70 side in the forward flow, and on the side surfaces and the pores of the partition wall 74 on the exhaust gas passage 71 side in the reverse flow. Fine particles are collected. As described above, the internal combustion engine shown in FIG. 1 is continuously combusted under a lean air-fuel ratio, and NOXSince the catalyst 81 has an oxidizing ability, if the temperature of the particulate filter 69 is maintained at a temperature at which particulates can be oxidized, for example, 250 ° C. or more, the particulates are oxidized on the particulate filter 69 and removed. The
[0051]
In this case, the above-mentioned NOXNO of catalyst 81XAccording to the accumulation and reduction mechanism of NOXNO in catalyst 81XNO is also stored whenXActive oxygen is also generated when is released. This active oxygen is oxygen O2Therefore, the fine particles deposited on the particulate filter 69 are rapidly oxidized. That is, NO on the particulate filter 69.XWhen the catalyst 81 is supported, fine particles deposited on the particulate filter 69 are oxidized regardless of whether the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the particulate filter 69 is lean or rich. In this way, the fine particles are continuously oxidized.
[0052]
However, if the temperature of the particulate filter 69 is not maintained at a temperature that can oxidize the particulates, or the amount of particulates flowing into the particulate filter 69 per unit time becomes considerably large, the particulates that accumulate on the particulate filter 69. Gradually increases, and the pressure loss of the particulate filter 69 increases.
[0053]
Therefore, in the embodiment according to the present invention, for example, when the amount of deposited particulates on the particulate filter 69 exceeds the allowable maximum amount, the exhaust gas flowing into the particulate filter 69 in order to reduce the amount of particulates deposited on the particulate filter 69. While maintaining the gas air-fuel ratio to be lean, the temperature of the particulate filter 69 is raised to 600 ° C. or higher, and then temperature rise control is performed to maintain it at 600 ° C. or higher. When this temperature increase control is performed, the fine particles deposited on the particulate filter 69 are ignited and burned and removed. In the internal combustion engine shown in FIG. 1, when the engine back pressure detected by the pressure sensor 49 exceeds the allowable value when the switching valve 61 is held in the forward flow position or the reverse flow position, the particulate filter 69 It is determined that the amount of deposited fine particles exceeded the allowable maximum amount.
[0054]
On the other hand, sulfur is contained in the exhaust gas.XIs included in the form of NOXNO in the catalyst 81XNot only SOXCan also be stored. This SOXNOXThe accumulation mechanism in the catalyst 81 is NO.XThis is considered to be the same as the accumulation mechanism. That is, when the case where platinum Pt and barium Ba are supported on a carrier is simply described as an example, NOXWhen the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst 81 is lean, as described above, the oxygen O2Is O2 Or O2-Attached to the surface of platinum Pt in the form of SO2Is O on the surface of platinum Pt.2 Or O2-Reacts with SO3It becomes. The generated SO3NO is being oxidized on platinum PtXWhile being absorbed into the catalyst 81 and combined with barium oxide BaO, sulfate ions SO4 NO in the form ofXIt diffuses into the catalyst 81. This sulfate ion SO4 Then barium ion Ba+Combined with sulfate BaSO4Is generated. This sulfate BaSO4Is difficult to decompose, NOXEven if the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst 81 is simply rich, NOXSulfate BaSO in catalyst 814The amount of does not decrease. For this reason, as time passes, NOXSulfate BaSO in catalyst 814The amount of NO increases, resulting in NOXNO that the catalyst 81 can storeXThe amount of will decrease.
[0055]
However, NOXWhile maintaining the temperature of the catalyst 81 at 550 ° C. or higher, NOXWhen the average air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst 81 is made rich or stoichiometric, NO.XSulfate BaSO in catalyst 814Decomposes into SO3NO in the form ofXReleased from the catalyst 81. This released SO3If exhaust gas contains a reducing agent, ie, HC or CO, it reacts with HC and CO to react with SO.2To be reduced. In this way NOXSO stored in the catalyst 81XThe amount of NO decreases gradually, at this time NOXFrom catalyst 81 to SOXIs SO3It will not leak out.
[0056]
Therefore, in the embodiment according to the present invention, for example, NO.XAccumulated SO in catalyst 81XWhen the amount exceeds the allowable amount, NOXSO stored in the catalyst 81XNOXAccumulated SO in catalyst 81XNO to reduce the amountXNO while maintaining the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst 81 leanXThe temperature of the catalyst 81 is increased to 550 ° C. or higher, and then NOXTemperature increase control is performed to maintain the average air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst 81 at 550 ° C. or higher while maintaining the theoretical air-fuel ratio or rich.
[0057]
FIG. 7 is a time chart schematically showing these temperature rise controls. In FIG. 7, D represents the opening degree of the switching valve 61. D = 0 indicates that the switching valve 61 is in the bypass position, D = 100 indicates that the switching valve 61 is in the forward flow position, and D = -100 indicates that the switching valve 61 is in the reverse position. Represents. That is, when D> 0, the amount of exhaust gas flowing in the forward flow direction in the particulate filter 69 increases as D increases. When D <0, the amount of exhaust gas in the particulate filter 69 increases in the reverse flow direction as D decreases. The amount of exhaust gas that circulates increases.
[0058]
In FIG. 7, an arrow X indicates a time when the above-described temperature increase control should be started. At this time, the switching valve 61 is switched from, for example, a reverse flow position to a weak forward flow position and held, and the electric heater of the auxiliary catalyst 79 is turned on. Further, the reducing agent is supplied from the reducing agent supply valve 77 while maintaining the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the auxiliary catalyst 79 and the particulate filter 69 lean. This reducing agent is oxidized in the particulate filter 69, so that the temperature T of the particulate filter 69 is raised as shown in FIG.
[0059]
In this case, the reducing agent is vaporized or partially oxidized in the auxiliary catalyst 79 before reaching the particulate filter 69. At this time, the electric heater of the auxiliary catalyst 79 is turned on. As a result, the temperature of the exhaust gas flowing into the particulate filter 69 is raised.
[0060]
When oxidizing the reducing agent in the particulate filter 69 to increase the temperature of the particulate filter 69, the reducing agent is not immediately oxidized even if it flows into the particulate filter 69. Oxidized after proceeding to some extent. As a result, the temperature of the downstream side portion of the exhaust gas flow of the particulate filter 69 becomes higher than the temperature of the upstream side portion.
[0061]
On the other hand, in the embodiment shown in FIG. 7, the temperature of the exhaust gas flowing into the particulate filter 69 is raised, and thereby the temperature of the upstream portion of the particulate filter 69 in the exhaust gas flow is raised. . Therefore, the temperature of the entire particulate filter 69 can be increased substantially uniformly.
[0062]
At this time, since the switching valve 61 is held at the weak forward flow position, the residence time of the exhaust gas in the particulate filter 69 becomes longer. Therefore, the temperature of the particulate filter 69 can be quickly raised.
[0063]
In this way, the filter temperature T rises, and at this time, the filter temperature T rises with a temperature rise rate ΔT. In the embodiment shown in FIG. 7, temperature increase rate maintenance control for controlling this temperature increase rate ΔT so as to coincide with a predetermined target increase rate is performed.
[0064]
Here, the temperature increase rate maintaining control will be described with reference to FIG. In FIG. 8, the solid line indicates the relationship between the opening degree D of the switching valve 61 when the temperature increase control is being performed and the rate of increase ΔT in the filter temperature, and the broken line indicates the opening degree D of the switching valve 61 and the patty. A relationship with the amount QEX of the exhaust gas flowing in the forward flow direction in the curate filter 69 is shown.
[0065]
When the opening degree D of the switching valve 61 is zero, that is, when the switching valve 61 is in the bypass position, there is no exhaust gas flow in the particulate filter 69, so that almost no oxidation reaction of the reducing agent occurs in the particulate filter 69. Absent.
[0066]
When the opening degree D of the switching valve 61 is slightly increased from zero, the temperature increase rate ΔT rapidly increases and reaches a peak. When the opening degree D is further increased, the temperature increase rate ΔT gradually increases as the opening degree D increases. descend. This is mainly because the amount of reducing agent oxidized in the particulate filter 69 decreases because the space velocity of the exhaust gas in the particulate filter 69 increases as the opening degree D increases. That is, if the opening degree D of the switching valve 61 is controlled, the temperature increase rate ΔT can be controlled.
[0067]
Therefore, in the temperature increase rate maintaining control of the embodiment shown in FIG. 7, the opening degree D of the switching valve 61 is controlled so that the temperature increase rate ΔT of the filter temperature T matches the target increase rate ΔT0. That is, when the temperature raising control should be started, the opening degree D of the switching valve 61 is set as an initial value, for example, to D1 shown in FIG. 8, and then the temperature increase rate ΔT of the filter temperature T detected by the temperature sensor 48 is the target. When the rate of increase is smaller than the increase rate ΔT0, the opening degree D is decreased by a certain value. In this way, the filter temperature T can be quickly raised, but the filter temperature T is prevented from rising excessively.
[0068]
The target increase rate ΔT0 may be determined in any way, but in the embodiment shown in FIG. 7, the target increase rate ΔT0 is determined according to the engine operating state. That is, as shown in FIG. 9A, the target increase rate ΔT0 is reduced as the required load L and the engine speed N increase. This is because the temperature of the exhaust gas discharged from the internal combustion engine increases as the required load L and the engine speed N increase. The target increase rate ΔT0 is stored in advance in the ROM 42 as a function of the required load L and the engine speed N in the form of a map shown in FIG.
[0069]
Next, when the filter temperature T exceeds, for example, the lower limit value TL of the target holding temperature, temperature maintenance control for maintaining the filter temperature T at the target holding temperature is performed. The lower limit value TL of the target holding temperature is, for example, 600 ° C. in the temperature rise control for reducing the amount of deposited fine particles on the particulate filter 69, and NO.XSO stored in the catalyst 81XNOXAccumulated SO in catalyst 81XIn the temperature rise control for reducing the amount, for example, 550 ° C. Further, the upper limit value TU of the target holding temperature is, for example, NO in any case.XThe temperature is 700 ° C. at which thermal degradation of the catalyst 81 does not occur. In other words, in the temperature maintenance control, the filter temperature T is maintained between the lower limit value TL and the upper limit value TU.
[0070]
In the temperature maintenance control for reducing the amount of particulates deposited on the particulate filter 69, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the particulate filter 69 is maintained lean, and NO.XSO stored in the catalyst 81XNOXAccumulated SO in catalyst 81XIn the temperature maintenance control for decreasing the amount, the average air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the particulate filter 69 is maintained at the stoichiometric air-fuel ratio or rich.
[0071]
Next, when the temperature raising control should be stopped as indicated by an arrow Y in FIG. 7, the switching valve 61 is switched to the forward flow position, for example, the electric heater of the auxiliary catalyst 79 is turned off, and the reduction from the reducing agent supply valve 77 is performed. The agent supply is stopped. In the embodiment according to the present invention, for example, the amount of deposited fine particles on the particulate filter 69 or NOXAccumulated SO in catalyst 81XWhen the amount becomes substantially zero, it is determined that the temperature raising control should be stopped.
[0072]
FIG. 10 shows a routine for executing the temperature raising control shown in FIG. This routine is executed by interruption every predetermined time.
[0073]
Referring to FIG. 10, first, at step 100, it is determined whether or not the temperature raising control should be started. When the temperature raising control should not be started, the processing cycle is ended, and when the temperature raising control should be started, the process proceeds to step 101. In step 101, the switching valve 61 is switched to the weak forward flow position, and at this time, the opening degree D is set to D1 described above. In the subsequent step 102, the electric heater of the auxiliary catalyst 79 is turned on, and at this time, the energization amount QE to the electric heater is set to a constant value QE1. In the subsequent step 103, the reducing agent supply operation from the reducing agent supply valve 77 is started, and at this time, the time interval INT of the reducing agent supply operation is set to a constant value INT1. In the embodiment according to the present invention, as shown in FIG. 11, the reducing agent is intermittently supplied from the reducing agent supply valve 77 at the time interval INT, and this INT is set to INT1.
[0074]
In the subsequent step 104, the target increase rate ΔT0 is calculated from the map of FIG. In the following step 105, a temperature increase rate maintenance control routine is performed. This temperature rise rate maintenance control routine is shown in FIG.
[0075]
Referring to FIG. 12A, first, at step 120, the rate of increase ΔT of the filter temperature T is calculated based on the output of the temperature sensor 48. In the following step 121, it is determined whether or not the actual temperature increase rate ΔT is larger than the target increase rate ΔT0. When ΔT> ΔT0, the routine proceeds to step 122, where the opening degree D of the switching valve 61 is increased by a certain value d1, and when ΔT ≦ ΔT0, the routine proceeds to step 123, where the opening degree D of the switching valve 61 is decreased by a certain value d1. Is done. The processing cycle is then terminated.
[0076]
In the following step 106, it is determined whether or not the temperature increase rate maintenance control should be stopped and the temperature maintenance control should be started. When the temperature maintenance control should not be started, the routine returns to step 105, and when the temperature maintenance control should be started, the routine proceeds to step 107, where the temperature maintenance control routine is executed. This temperature maintenance control routine is shown in FIG.
[0077]
Referring to FIG. 12B, first, at step 140, it is judged if the filter temperature T is higher than the upper limit value TU of the target temperature. When T ≦ TU, the routine jumps to step 142. When T> TU, the routine proceeds to step 141 where the opening degree D of the switching valve 61 is increased by a constant value d2. Next, the routine proceeds to step 142. In step 142, it is determined whether or not the filter temperature T is lower than the lower limit value TL of the target temperature. When T ≧ TL, the processing cycle is terminated, and when T <TL, the routine proceeds to step 143 where the opening degree D of the switching valve 61 is decreased by a constant value d2. The processing cycle is then terminated.
[0078]
In the following step 108, it is determined whether or not the temperature maintenance control should be stopped and the temperature raising control should be stopped. When temperature increase control should not be stopped, the process returns to step 107, and when temperature increase control should be stopped, the process proceeds to step 109. In step 109, the switching valve 61 is switched to the forward flow position, for example, the electric heater of the auxiliary catalyst 79 is turned off, and the reducing agent supply action from the reducing agent supply valve 77 is stopped. In this way, the temperature raising control is stopped.
[0079]
13 and 14 show another embodiment of the temperature rise rate maintenance control routine and the temperature maintenance control, respectively.
[0080]
In the embodiment shown in FIG. 13, the rate of increase ΔT of the filter temperature is controlled by controlling the energization amount QE of the auxiliary catalyst 79 to the electric heater. That is, referring to FIG. 13A showing the temperature increase rate maintenance control routine, first, in step 120a, the increase rate ΔT of the filter temperature T is calculated based on the output of the temperature sensor 48. In the following step 121a, it is determined whether or not the actual temperature increase rate ΔT is larger than the target increase rate ΔT0. When ΔT> ΔT0, the routine proceeds to step 122a, where the energization amount QE is decreased by the constant value q1, and when ΔT ≦ ΔT0, the routine proceeds to step 123a, where the energization amount QE is increased by the constant value q1. The processing cycle is then terminated.
[0081]
Referring to FIG. 13B showing the temperature maintenance control routine, first, at step 140a, it is judged if the filter temperature T is higher than the upper limit value TU of the target temperature. When T ≦ TU, the routine jumps to step 142a. When T> TU, the routine proceeds to step 141a, where the energization amount QE is decreased by a constant value q2. Next, the routine proceeds to step 142a. In step 142a, it is determined whether or not the filter temperature T is lower than the lower limit value TL of the target temperature. When T ≧ TL, the processing cycle is terminated. When T <TL, the process proceeds to step 143a, where the energization amount QE is increased by a constant value q2. The processing cycle is then terminated.
[0082]
On the other hand, in the embodiment shown in FIG. 14, the increase rate ΔT of the filter temperature is controlled by controlling the amount of reducing agent supplied per unit time from the reducing agent supply valve 77, for example, the time interval INT (FIG. 11). The That is, referring to FIG. 14A showing the temperature increase rate maintenance control routine, first, in step 120b, the increase rate ΔT of the filter temperature T is calculated based on the output of the temperature sensor 48. In the following step 121b, it is determined whether or not the actual temperature increase rate ΔT is larger than the target increase rate ΔT0. When ΔT> ΔT0, the routine proceeds to step 122b, where the time interval INT is increased by a constant value i1, and when ΔT ≦ ΔT0, the routine proceeds to step 123b, where the time interval INT is decreased by a constant value i1. The processing cycle is then terminated.
[0083]
Referring to FIG. 14B showing the temperature maintenance control routine, first, at step 140b, it is judged if the filter temperature T is higher than the upper limit value TU of the target temperature. When T ≦ TU, the routine jumps to step 142b. When T> TU, the routine proceeds to step 141b, where the time interval INT is increased by a constant value i2. Next, the routine proceeds to step 142b. In step 142b, it is determined whether or not the filter temperature T is lower than the lower limit value TL of the target temperature. When T ≧ TL, the processing cycle is terminated. When T <TL, the process proceeds to step 143b, where the time interval INT is decreased by a constant value i2. The processing cycle is then terminated.
[0084]
FIG. 15 shows another embodiment of the temperature rise control. In this embodiment, when the temperature increase control is to be started as indicated by an arrow X in FIG. 15, when the filter temperature T is lower than the threshold value TW, the temperature increase described with reference to FIGS. Preheating control is performed prior to rate maintenance control and temperature maintenance control. That is, in this preheating control, the switching valve 61 is switched from, for example, the backflow position to the bypass position, and the electric heater of the auxiliary catalyst 79 is turned on, however, no reducing agent is supplied from the reducing agent supply valve 77. In this way, since the exhaust gas does not flow through the auxiliary catalyst 79, the temperature of the auxiliary catalyst 79 can be quickly increased. Further, since the reducing agent is not supplied, the catalyst particles of the auxiliary catalyst 79 are not covered with the reducing agent, and the oxidizing ability of the auxiliary catalyst 79 is not lowered.
[0085]
Next, for example, when the time tZ has elapsed since the start of the preheating control, the preheating control is stopped and the temperature increase rate maintenance control is started. At this time, the temperature of the auxiliary catalyst 79 is high. Therefore, the reducing agent supplied at this time is well vaporized or partially oxidized in the auxiliary catalyst 79, and the filter temperature T is quickly raised.
[0086]
Further, in the embodiment shown in FIG. 15, the temperature increase rate maintenance control and the temperature maintenance control are performed by controlling the energization amount QE to the electric heater of the auxiliary catalyst 79. That is, regarding temperature increase rate maintenance control, the temperature increase rate ΔT is maintained at the target rate of increase ΔT0 as the amount QF of reducing agent supplied per unit time increases or as the temperature of the auxiliary catalyst 79 decreases. The amount of electricity required to do so increases. Similarly, in the temperature maintenance control, the energization necessary for maintaining the filter temperature T at the target temperature as the amount QF of the reducing agent supplied per unit time increases or as the temperature of the auxiliary catalyst 79 decreases. The amount increases.
[0087]
Therefore, in the embodiment shown in FIG. 15, the energization amount QEI required to maintain the temperature increase rate ΔT at the target increase rate ΔT0 and the energization amount QEM required to maintain the filter temperature T at the target temperature are respectively It is obtained in advance as a function of the reducing agent supply amount QF and the temperature T of the auxiliary catalyst 79. When the temperature increase rate maintenance control is performed, the electric heater of the auxiliary catalyst 79 is energized by QEI, and when the temperature maintenance control is performed, the auxiliary catalyst 79 electric heaters are energized by QEM. These QEI and QEM are stored in advance in the ROM 42 in the form of maps shown in FIGS. 16B and 16C as functions of the reducing agent supply amount QF and the temperature T of the auxiliary catalyst 79, respectively.
[0088]
FIG. 17 shows a routine for executing the temperature raising control shown in FIG. This routine is executed by interruption every predetermined time.
[0089]
Referring to FIG. 17, first, at step 100a, it is determined whether or not the temperature raising control should be started. When the temperature raising control should not be started, the processing cycle is ended, and when the temperature raising control should be started, the process proceeds to step 101a. In step 101a, a preheating control routine is executed. This preheating control routine is shown in FIG.
[0090]
Referring to FIG. 18, first, at step 160, it is judged if the filter temperature T is lower than the threshold value TW. When T ≧ TW, the processing cycle is terminated. When T <TW, the routine proceeds to step 161 where the switching valve 61 is switched to the bypass position, that is, the opening degree D is set to zero. In the following step 162, the electric heater of the auxiliary catalyst 79 is turned on, and at this time, the energization amount QE to the electric heater is set to a constant value QE1. Preheating control is performed in this way. In the following step 163, it is determined whether or not the time tZ has elapsed since the preheating control was started. When the time tZ has not elapsed, the process returns to step 163, and when the time tZ has elapsed, the processing cycle is ended, that is, the preheating control is stopped.
[0091]
In the subsequent step 102a, the switching valve 61 is switched to the weak forward flow position, and at this time, the opening degree D is set to D1 described above. In the subsequent step 103a, the reducing agent supply operation is started from the reducing agent supply valve 77, and at this time, the time interval INT of the reducing agent supply operation is set to a constant value INT1. In the subsequent step 104a, the target increase rate ΔT0 is calculated from the map of FIG. 9B, and in the subsequent step 105a, a temperature increase rate maintaining control routine is performed. This temperature rise rate maintenance control routine is shown in FIG.
[0092]
Referring to FIG. 19A, in step 120c, a reducing agent supply amount QF is calculated. In the subsequent step 121c, the required energization amount QEI is calculated from the map of FIG. In the subsequent step 122c, the energization amount QE is set to this QEI.
[0093]
In the subsequent step 106a, it is determined whether or not the temperature maintenance control should be started. When the temperature maintenance control should not be started, the routine returns to step 105a, and when the temperature maintenance control should be started, the routine proceeds to step 107a, where the temperature maintenance control routine is executed. This temperature maintenance control routine is shown in FIG.
[0094]
Referring to FIG. 19B, in step 140c, the reducing agent supply amount QF is calculated. In the subsequent step 141c, the required energization amount QEM is calculated from the map of FIG. In the subsequent step 142c, the energization amount QE is set to this QEM.
[0095]
In the next step 108a, it is determined whether or not the temperature raising control should be stopped. When temperature increase control should not be stopped, the process returns to step 107a, and when temperature increase control should be stopped, the process proceeds to step 109a. In step 109a, the switching valve 61 is switched to the forward flow position, for example, the electric heater of the auxiliary catalyst 79 is turned off, and the reducing agent supply action from the reducing agent supply valve 77 is stopped. In this way, the temperature raising control is stopped.
[0096]
By the way, when such a temperature rise control is performed, a reducing agent adheres to the auxiliary catalyst 79 in a liquid form, and a soluble organic component (SOF) is formed on the auxiliary catalyst 79 even if the electric heater is turned on. ) May remain. This SOF covers the catalyst particles of the auxiliary catalyst 79, and there is a possibility that the oxidizing ability of the auxiliary catalyst 79 is lowered.
[0097]
However, the SOF is thermally decomposed and removed from the auxiliary catalyst 79 when the temperature of the auxiliary catalyst 79 increases. Therefore, in the embodiment shown in FIG. 1, regeneration control for temporarily operating the electric heater is performed in order to remove the SOF adhering to the auxiliary catalyst 79.
[0098]
Although this regeneration control may be performed at any timing, in the embodiment according to the present invention, the regeneration control is performed not during the above-described temperature increase control and during fuel supply stop during engine deceleration operation. This will be described with reference to FIG.
[0099]
In the internal combustion engine shown in FIG. 1, when the required load L becomes zero as shown in FIG. 20 and the engine speed N is higher than the first threshold value N1, the fuel supply to the engine is stopped. The When the fuel supply is stopped, the engine speed N gradually decreases, and then the fuel supply resumes when the engine speed N becomes lower than the second threshold value N2 or the required load L becomes higher than zero. Is done.
[0100]
When such a fuel supply stop action is started, as shown in FIG. 20, the switching valve 61 is switched from, for example, the forward flow position to the bypass position and held, and the electric heater of the auxiliary catalyst 79 is turned on. In this way, a relatively low temperature gas does not flow through the auxiliary catalyst 79, so that the SOF on the auxiliary catalyst 79 can be quickly removed.
[0101]
Next, when the regeneration control is started, for example, when the time tV elapses or the fuel supply operation is resumed, the electric heater is turned off, the switching valve 61 is returned to the forward flow position, for example, and thus the regeneration control is stopped. The
[0102]
FIG. 21 shows a routine for executing the regeneration control shown in FIG. This routine is executed by interruption every predetermined time.
[0103]
Referring to FIG. 21, first, at step 180, it is judged if the temperature raising control is currently being performed. When the temperature raising control is currently being performed, the processing cycle is terminated. In step 181, it is determined whether the fuel supply is currently stopped. When the fuel supply is not currently stopped, the routine jumps to step 185. When the fuel supply is currently stopped, the routine proceeds to step 182 where the switching valve 61 is switched to the bypass position. In the subsequent step 183, the electric heater of the auxiliary catalyst 79 is turned on. In this way, reproduction control is performed. In the following step 184, when the time tV has not elapsed since the start of the reproduction control, it is determined whether or not the time tV has elapsed. When the time tV has elapsed, the process proceeds to step 185.
[0104]
In step 185, the switching valve 61 is returned or maintained to the forward flow position or the reverse flow position, and in the subsequent step 186, the electric heater of the auxiliary catalyst 79 is turned off.
[0105]
Next, another embodiment of the reproduction control will be described with reference to FIG. In the embodiment shown in FIG. 22, the auxiliary catalyst 79 is constituted by a catalyst not provided with an electric heater. However, the embodiment shown in FIG. 22 can also be applied when the auxiliary catalyst 79 is composed of a catalyst with an electric heater.
[0106]
Also in the embodiment shown in FIG. 22, the temperature increase control described with reference to FIGS. 7 to 13 is executed. That is, when the temperature raising control is to be executed as indicated by the arrow X in FIG. . As a result, the temperature T of the exhaust gas flowing out from the auxiliary catalyst 79 gradually increases.
[0107]
However, if the oxidizing ability of the auxiliary catalyst 79 is reduced by SOF, the exhaust gas temperature T does not rise rapidly. Therefore, in the embodiment shown in FIG. 22, for example, when the exhaust gas temperature T is lower than the allowable lower limit temperature TC when the time tA has elapsed since the start of the temperature increase control, the temperature increase control is stopped and the auxiliary catalyst 79 is stopped. Playback control is started. In this case, the allowable lower limit temperature TC is set lower than the lower limit value TL of the target temperature, as can be seen from FIG.
[0108]
More specifically, the switching valve 61 is switched to the backflow position and held while stopping the reducing agent supply action from the reducing agent supply valve 77. When the temperature raising control is started, even if the oxidizing ability of the auxiliary catalyst 79 is reduced, a part of the reducing agent is oxidized in the particulate filter 69 and the temperature of the particulate filter 69 is somewhat increased. Accordingly, if the switching valve 61 is held at the backflow position at this time, the exhaust gas flowing into the particulate filter 69 is heated by the particulate filter 69, and the exhaust gas having reached a high temperature then flows into the auxiliary catalyst 79. Thus, the SOF on the auxiliary catalyst 79 is removed. Next, when, for example, time tB elapses after the regeneration control is started, the switching valve 61 is switched to the forward flow position, for example.
[0109]
FIG. 23 shows a routine for executing the regeneration control shown in FIG. This routine is executed only once when the temperature raising control is started.
[0110]
Referring to FIG. 23, first, at step 180a, it is judged if time tA has elapsed since the temperature raising control was started. When the time tA has elapsed, the routine proceeds to step 181a, where it is determined whether or not the exhaust gas temperature T is lower than the allowable reduction temperature TC. When T ≧ TC, the processing cycle is terminated, that is, the temperature rise control is continued. On the other hand, when T <TC, the routine proceeds to step 182a where temperature increase control is stopped. In the subsequent step 183a, the switching valve is switched to the backflow position and held. In this way, re-control is performed. In the following step 184a, it is determined whether or not a time tB has elapsed since the start of the reproduction control. When the time tB has elapsed, the process proceeds to step 185a, and the switching valve 61 is switched to the forward flow position, for example.
[0111]
By the way, NO supported on the particulate filter 69.XThe catalyst 81 is NO as described above.XHas accumulation and reduction action. However, this NOXNO to obtain accumulation and reductionXThe temperature of the catalyst 81 needs to be maintained at a temperature higher than the so-called activation temperature.
[0112]
Therefore, in an embodiment according to the present invention, NOXActivation control is performed to maintain the temperature of the catalyst 81 at its activation temperature, for example, 200 ° C. or higher. This activation control will be described with reference to FIG.
[0113]
In FIG. 24, an arrow S indicates when activation control should be started. In the embodiment shown in FIG. 24, when the engine start is started and the filter temperature T is NO.XIt is determined that the activation control should be started when the temperature is lower than the activation temperature of the catalyst 81. At this time, as shown in FIG. 24, the switching valve 61 is held in the bypass position, the electric heater of the auxiliary catalyst 79 is turned on, however, no reducing agent is supplied from the reducing agent supply valve 77. In this way, activation control is started. As a result, the temperature of the auxiliary catalyst 79 can be quickly increased.
[0114]
Next, for example, when the time tD elapses after the activation control is started, the switching valve 61 is switched to the weak forward flow position, and at this time, the opening degree D of the switching valve 61 is set to, for example, D1 described above. Further, the reducing agent is supplied from the reducing agent supply valve 77 while keeping the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the auxiliary catalyst 79 and the particulate filter 69 lean, and at this time, the reducing agent supply amount QR per unit time is For example, it is set to QR1. As a result, after the reducing agent is vaporized or partially oxidized by the relatively hot auxiliary catalyst 79, NOXTo the catalyst 81 and therefore NOXThe temperature of the catalyst 81 can be quickly increased.
[0115]
For example, when the time tE has elapsed since the start of the reducing agent supply operation, the opening D of the switching valve 61 is gradually increased by dd, for example, to the forward flow position, and the reducing agent supply amount QR is gradually decreased by rr to zero. The That is, if the opening degree D of the switching valve 61 is increased, NOXSince the space velocity of the exhaust gas in the catalyst 81 increases, NOXThe amount of the reducing agent flowing out from the catalyst 81 can be increased. Therefore, in the embodiment shown in FIG. 24, as the opening degree D of the switching valve 61 is increased, the reducing agent supply amount QR is decreased, and NO.XThe amount of the reducing agent flowing out from the catalyst 81 is suppressed. This means that the supplied reducing agent is NOXIt also shows that the catalyst 81 is effectively utilized for increasing the temperature.
[0116]
Next, for example, when the time tF has elapsed since the reduction agent supply amount QR is decreased, the switching valve 61 is positioned at the forward flow position, and the reduction agent supply amount QR becomes zero. At this time, the electric heater of the auxiliary catalyst 79 is turned off. In this way, activation control is completed.
[0117]
FIG. 25 shows a routine for executing the activation control shown in FIG. This routine is executed by interruption every predetermined time.
[0118]
Referring to FIG. 25, first, at step 200, it is judged if activation control should be started. When activation control should not be started, the processing cycle is ended, and when activation control should be started, the process proceeds to step 201. In step 201, the switching valve 61 is switched to the bypass position, that is, D = 0. In the subsequent step 202, the electric heater of the auxiliary catalyst 79 is turned on. In this way, activation control is started. In the next step 203, it is determined whether or not the time tD has elapsed since the activation control was started. When the time tD has elapsed, the routine proceeds to step 204 where the switching valve 61 is switched to the weak forward flow position and held, and at this time, the opening degree D is set to D1 described above. In the following step 205, the reducing agent supply action from the reducing agent supply valve 77 is started, and at this time, the reducing agent supply amount QR is set to the above-described QR1.
[0119]
In the next step 206, it is determined whether or not the time tE has elapsed since the reducing agent supply operation was started. When the time tE has elapsed, the routine proceeds to step 207, where an increase dd (= (100−D1) / tF) of the opening degree D of the switching valve 61 and a decrease rr (= QR1 / tF) of the reducing agent supply amount QR are calculated. The In the next step 208, the opening degree D of the switching valve 61 and the reducing agent supply amount QR are updated (D = D + dd, QR = QR−rr). In the following step 209, it is determined whether or not the time tF has elapsed since the reducing agent supply amount QR is decreased. When the time tF has elapsed, the routine proceeds to step 210, where the electric heater of the auxiliary catalyst 79 is turned off. In this way, activation control is completed.
[0120]
The temperature increase control including the temperature increase rate maintenance control and the temperature maintenance control, the preheating control, the regeneration control, and the activation control described so far can be applied to the internal combustion engine shown in FIGS. 26 and 28, for example.
[0121]
In the internal combustion engine shown in FIG. 26, a casing 267 is connected to the outlet of the exhaust pipe 20a, and the casing 267 is connected to the casing 268 via the exhaust pipe 20b. Further, the casing 268 is connected to the casing 275 via the exhaust pipe 20 c, and the casing 275 is connected to the exhaust pipe 23. In these casings 267, 268, 275, auxiliary catalyst 79, NOXThe particulate filter 69 carrying the catalyst 81 and the catalyst 76 are accommodated.
[0122]
A bypass pipe 285 is branched from the exhaust pipe 20a, and an outflow end of the bypass pipe 285 opens to the exhaust pipe 20c. Further, a switching valve 261 that is controlled by an electronic control unit (not shown) is disposed in a portion of the exhaust pipe 20a where the inflow end of the bypass pipe 285 is open. Further, a reducing agent supply valve 77 is disposed in the exhaust pipe 20 a between the inflow end of the bypass pipe 285 and the auxiliary catalyst 79.
[0123]
The switching valve 261 is normally held in the normal position indicated by the solid line in FIG. When the switching valve 261 is held in this normal position, the bypass pipe 285 is shut off, and almost all exhaust gas flowing into the exhaust pipe 20a is guided into the particulate filter 69. Therefore, the normal position of the switching valve 261 corresponds to the forward flow position or the reverse flow position of the switching valve 61 in the internal combustion engine of FIG.
[0124]
For example, when the temperature raising control described with reference to FIGS. 7 to 12 is to be performed, the switching valve 261 is switched to the weak flow position indicated by the one-dot chain line in FIG. 27 and temporarily held. When the switching valve 261 is held at this weak flow position, a small part of the exhaust gas that has flowed into the exhaust pipe 20 a is guided into the particulate filter 69 and the remaining exhaust gas is guided into the bypass pipe 285. Therefore, the weak flow position of the switching valve 261 corresponds to the weak forward flow position of the switching valve 61 in the internal combustion engine of FIG. At the same time, the electric heater of the auxiliary catalyst 79 is temporarily turned on, and the reducing agent is temporarily supplied from the reducing agent supply valve 77. At this time, for example, the opening degree or position of the switching valve 261 is controlled so that the temperature increase rate and temperature of the particulate filter 69 are maintained at the corresponding target values.
[0125]
The switching valve 261 can also be held at the bypass position indicated by the broken line in FIG. When the switching valve 261 is held in this bypass position, almost all the exhaust gas that has flowed into the exhaust pipe 20a flows into the bypass pipe 285, and does not flow into the auxiliary catalyst 79 and the particulate filter 69. Therefore, the bypass position of the switching valve 261 corresponds to the bypass position of the switching valve 61 in the internal combustion engine of FIG.
[0126]
On the other hand, in the internal combustion engine shown in FIG. 28, the exhaust pipe 20a is formed of a Y-shaped pipe having a pair of branch pipes 291 ′ and 291 ″, and casings 67 ′ and 67 ″ are connected to the outlets of the branch pipes, respectively. The The casings 67 ′ and 67 ″ are connected to the corresponding casings 68 ′ and 68 ″ via the exhaust pipes 20b ′ and 20b ″. Further, the casings 68 ′ and 68 ″ are connected to the branch pipes 292 ′ and 292 ′ of the exhaust pipe 20c. 292 ″ and connected to the casing 275 via the exhaust pipe 20c. The casing 275 is connected to the exhaust pipe 23. Within these casings 67 ′ and 67 ″, the first and second auxiliary catalysts 79 ′ are connected. 79 ″, respectively, first and second particulate filters 69 ′ and 69 ″ are accommodated in the casings 68 ′ and 68 ″, respectively, and a catalyst 76 is accommodated in the casing 275. On the first and second particulate filters 69 'and 69 ", the first and second NOs are respectively provided.XCatalysts 81 'and 81 "are supported.
[0127]
First and second switching valves 61 ′ and 61 ″ driven by a common actuator 260 are disposed in the branch pipe of the exhaust pipe 20c. The first and second switch valves 61 ′ and 61 ″ are disposed in the branch pipe of the exhaust pipe 20a. Reducing agent supply valves 77 ′ and 77 ″ are arranged, respectively. The actuator 261 and the reducing agent supply valves 77 'and 77 "are controlled by an electronic control unit (not shown).
[0128]
The switching valves 61 ′ and 61 ″ are normally held at the first position indicated by the solid line in FIG. 29A or the second position indicated by the broken line. When held in the position, the first switching valve 61 ′ is held in the fully open position, and the second switching valve 61 ″ is held in the fully closed position, and therefore, as shown by the solid line arrow in FIG. Almost all the exhaust gas flowing into the exhaust pipe 20a is guided into the first particulate filter 69 '. On the other hand, when the switching valves 61' and 61 "are held in the second position, the first particulate filter 69 ' The switching valve 61 ′ is held in the fully closed position, and the second switching valve 61 ″ is held in the fully opened position. Therefore, almost all of the gas flowing into the exhaust pipe 20a as shown by the broken line arrow in FIG. Exhaust gas is introduced into the second particulate filter 69 " . Accordingly, the first and second positions of the switching valves 61 'and 61 "correspond to the normal position or the bypass position of the switching valve 261 in the internal combustion engine of FIG.
[0129]
When the temperature raising control is to be performed, the switching valves 61 'and 61 "are switched to the first and second intermediate positions. That is, the first particulate filter 69' or the first NO.XWhen the temperature rise control of the catalyst 81 ′ is to be performed, the switching valves 61 ′ and 61 ″ are switched to the first intermediate position indicated by the solid line in FIG. 29B. The switching valves 61 ′ and 61 ″ are the first intermediate position. When held in the position, the first switching valve 61 ′ is held at an intermediate position between the fully opened position and the fully closed position, and the second switching valve 61 ″ is held in the fully opened position. Therefore, in FIG. As indicated by the solid line arrow, a small part of the exhaust gas flowing into the exhaust pipe 20a is guided into the first particulate filter 69 ', and the remaining exhaust gas is supplied to the second particulate filter 69 ". Led in. At the same time, the electric heater of the first auxiliary catalyst 79 ′ is temporarily turned on, and the reducing agent is temporarily supplied from the first reducing agent supply valve 77 ′. At this time, for example, the opening or position of the switching valve 61 ′ or the switching valve 61 ″ is controlled so that the temperature increase rate and temperature of the first particulate filter 69 ′ are maintained at the corresponding target values.
[0130]
On the other hand, the second particulate filter 69 "or the second NOXWhen the temperature raising control of the catalyst 81 ″ is to be performed, the switching valves 61 ′ and 61 ″ are switched to the second intermediate position indicated by the broken line in FIG. When the switching valves 61 ′ and 61 ″ are held at the second intermediate position, the first switching valve 61 ′ is held at the fully opened position, and the second switching valve 61 ″ is intermediate between the fully opened position and the fully closed position. Therefore, a slight part of the exhaust gas flowing into the exhaust pipe 20a is guided into the second particulate filter 69 "as shown by the broken arrow in FIG. The exhaust gas is introduced into the first particulate filter 69 '. At the same time, the electric heater of the second auxiliary catalyst 79 "is temporarily turned on, and the reducing agent is supplied from the second reducing agent supply valve 77". At this time, for example, the opening degree of the switching valve 61 ′ or the switching valve 61 ″ is maintained so that the temperature increase rate and temperature of the second particulate filter 69 ′ are maintained at the corresponding target values. The position is controlled. As described above, the first and second intermediate positions of the switching valves 61 ′ and 61 ″ correspond to the weak forward flow position of the switching valve 261 in the internal combustion engine of FIG. 26.
[0131]
Here, for example, focusing on the exhaust passage portion from the branch pipe 291 ′ of the exhaust pipe 20a to the branch pipe 292 ′ of the exhaust pipe 20c, the exhaust from the branch pipe 291 ″ of the exhaust pipe 20a to the branch pipe 292 ″ of the exhaust pipe 20c. It can be seen that the passage portion constitutes a bypass pipe similar to the bypass pipe 285 in the internal combustion engine of FIG. In this case, the second reducing agent supply valve 77 ″, the second auxiliary catalyst 79, the second particulate filter 69 ″, the second NOXEach of the catalysts 81 "has an additional reducing agent supply valve, an additional auxiliary catalyst, an additional particulate filter, and an additional NO disposed in the bypass pipe.XThat is, it constitutes a catalyst.
[0132]
Next, rich control in the internal combustion engine of FIG. 1 will be described. In this rich control, NOXNO stored in catalyst 81XNOXNO accumulated in catalyst 81XNO to reduce the amountXThe air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst 81 is temporarily switched to rich.
[0133]
In the internal combustion engine shown in FIG. 1, two different combustion, that is, first combustion and second combustion are selectively switched. This will be described first before explaining the rich control.
[0134]
FIG. 30 shows the fuel injection timing and EGR rate (= EGR gas amount / (EGR gas amount + intake air amount)), that is, the mixture combusted in the combustion chamber 5 when the engine speed and the fuel injection amount are kept constant. Air-fuel ratio AFM, smoke and NOXIt shows an example of a simulation result showing the relationship with the amount of discharge. In FIG. 30, the solid line indicates the equal smoke emission (FSN), and the broken line indicates the equal NO.XThe discharge amount (g / kwh) is shown.
[0135]
As can be seen from FIG. 30, when the EGR rate is increased from, for example, 30% while maintaining the injection timing constant, the smoke discharge amount starts to increase. Next, when the EGR rate is further increased and the air-fuel ratio AFM of the air-fuel mixture is decreased while making the injection timing constant, the amount of smoke generated increases rapidly and reaches a peak. Next, if the EGR rate is further increased while the injection timing is made constant and the air-fuel ratio AFM of the air-fuel mixture is made smaller, the smoke suddenly decreases. The air-fuel ratio AFM of the air-fuel mixture becomes the EGR rate 65% or more while keeping the injection time constant. Smoke becomes almost zero at around 15.0. That is, almost no wrinkles occur. NO at this timeXThe amount of generated is almost zero.
[0136]
Such smoke and NOXThe behavior of the discharge amount is also supported by the experimental example shown in FIG. FIG. 31 shows the air-fuel ratio AFM of the air-fuel mixture combusted in the combustion chamber 5 by changing the opening degree of the throttle valve 17 and the EGR rate while maintaining the fuel injection timing constant during engine low load operation (FIG. 31). Of the output torque when the horizontal axis of) is changed, and smoke, HC, CO, NOXThe experiment example which shows the change of the discharge amount of is shown.
[0137]
Therefore, in the internal combustion engine of FIG. 1, the EGR rate is higher than the EGR rate at which the generation amount of soot peaks, and soot and NOXCombustion is performed at an injection timing and an EGR rate at which almost no is generated. This is the first combustion. On the other hand, the second combustion is combustion that is normally performed conventionally, and the EGR rate is lower than the EGR rate at which the amount of soot generation reaches a peak. Therefore, generally speaking, the first combustion is combustion in which the amount of EGR gas supplied into the combustion chamber 5 is larger than the amount of EGR gas at which the amount of generated soot reaches a peak, and soot is hardly generated. The second combustion is combustion in which the amount of EGR gas supplied into the combustion chamber 5 is smaller than the amount of EGR gas in which the amount of generated soot reaches a peak.
[0138]
FIG. 32 shows a region R1 where the first combustion is performed and a region R2 where the second combustion is performed. In FIG. 32, a broken line P shows a point where the amount of soot is peaked, and a solid line Q shows a point where the amount of soot is almost zero when the EGR rate is further increased. As can be seen from FIG. 32, the region R1 where the first combustion is performed is on one side of the broken line P, and the region R2 where the second combustion is performed is on the other side of the broken line P.
[0139]
In the first combustion, a large amount of EGR gas and a small amount of air are supplied into the combustion chamber 5. The fuel reacts with this small amount of oxygen, and the reaction heat at this time is absorbed by the surrounding EGR gas, so that the combustion temperature does not rise so much. As a result, the fuel or hydrocarbons do not grow to the soot and are discharged from the combustion chamber 5 in the form of soot precursors or hydrocarbons in the previous state. In fact, as shown in FIG. 31, when the amount of smoke discharged becomes almost zero, the amount of HC and CO discharged increases. Also, because the combustion temperature is kept low, NOXIs also kept low.
[0140]
Then, when the internal combustion engine shown in FIG. 1 increases the amount of EGR gas supplied into the combustion chamber while maintaining the injection timing constant, the generation amount of soot gradually increases and reaches a peak, and the injection timing is reduced. If the amount of EGR gas supplied into the combustion chamber is further increased while maintaining a constant level, the temperature of the fuel and the surrounding gas during combustion in the combustion chamber will be lower than the soot generation temperature, and soot will hardly be generated. It can also be seen that it consists of an internal combustion engine.
[0141]
FIG. 33 shows a first operation region I in which the first combustion is performed and a second combustion region II in which the second combustion is performed. In FIG. 33, LX (N) indicates the first boundary between the first operation region I and the second operation region II, and LY (N) indicates the first operation region I and the second operation region II. The 2nd boundary is shown. The change determination of the operation region from the first operation region I to the second operation region II is performed based on the first boundary LX (N), and the second operation region II to the first operation region I is determined. The change determination of the operation region is performed based on the second boundary LY (N). That is, when the required load L exceeds the first boundary LX (N) that is a function of the engine speed N when the engine operating state is in the first operating region I and the first combustion is performed. It is determined that the operation region has moved to the second operation region II, and the operation is switched to the second combustion. Next, when the required load L becomes lower than the second boundary LY (N) that is a function of the engine speed N, it is determined that the operating region has shifted to the first operating region I, and the second combustion is changed to the first combustion. Switched.
[0142]
Next, the operation control of the internal combustion engine of FIG. 1 will be described with reference to FIGS. Referring to FIG. 34, first, at step 220, it is judged if the flag I indicating that the engine operating region is the first operating region I is set. When the flag I is set, that is, when the engine operating region is the first operating region I, the routine proceeds to step 221 where the required load L becomes larger than the first boundary LX (N) shown in FIG. It is determined whether or not.
[0143]
When L ≦ LX (N), the routine proceeds to step 222, where the opening of the throttle valve 17 is controlled to an opening corresponding to the required load L shown in the first operation region I of FIG. Next, at step 223, the opening degree of the EGR control valve 25 is controlled to an opening degree corresponding to the required load L shown in the first operation region I of FIG. Next, at step 224, the injection amount, the injection start timing θS, and the injection completion timing θE corresponding to the required load L shown in the first operation region I of FIG. 35 are obtained, and fuel injection is performed based on these.
[0144]
That is, in the example shown in FIG. 35, the opening degree of the throttle valve 17 is gradually increased from nearly fully closed to about half-opening as the required load L increases, and the opening degree of the EGR control valve 25 increases the required load L. As it is increased from close to fully open. At this time, the EGR rate is, for example, about 70%, and the air-fuel ratio AFM of the air-fuel mixture formed in the combustion chamber 5 is reduced as the required load L increases, and reaches a target lean air-fuel ratio of about 15 to 18. Maintained. Further, the fuel injection is performed before the compression top dead center TDC, and the injection start timing θS is delayed as the required load L increases, and the injection completion timing θE is also delayed as the injection start timing θS is delayed.
[0145]
On the other hand, if it is determined in step 221 that L> LX (N), the routine proceeds to step 225, where the flag I is reset. Next, the routine proceeds to step 227, where the opening degree of the throttle valve 17 is controlled to an opening degree corresponding to the required load L shown in the second operation region II of FIG. That is, the throttle valve 17 is fully opened. Next, at step 228, the opening degree of the EGR control valve 25 is controlled to an opening degree corresponding to the required load L shown in the second operation region II of FIG. Next, at step 229, an injection amount, an injection start timing θS and an injection completion timing θE corresponding to the required load L shown in the second operation region II of FIG. 35 are obtained, and fuel injection is performed based on these.
[0146]
That is, in the example shown in FIG. 35, the throttle valve 17 is held in the fully open state, and the opening degree of the EGR control valve 25 is reduced as the required load L increases. At this time, the EGR rate is, for example, 40% or less, and the air-fuel ratio AFM of the air-fuel mixture formed in the combustion chamber 5 is reduced as the required load L increases, and reaches a target lean air-fuel ratio of about 24 to 60. Maintained. Further, the injection start timing θS is set near the compression top dead center TDC.
[0147]
On the other hand, when it is determined in step 220 that the flag I is reset, that is, when the engine operating region is the second operating region II, the routine proceeds to step 226, where the required load L is the second boundary shown in FIG. It is determined whether or not it has become smaller than LY (N). When L ≧ LY (N), the routine proceeds to step 227. On the other hand, when L <LY (N), the routine proceeds to step 230 where the flag I is set, and then the routine proceeds to step 222.
[0148]
In this case, when the first combustion is switched to the second combustion or vice versa, the EGR rate is increased or decreased in a stepped manner, and the air-fuel ratio AFM of the air-fuel mixture is increased or decreased in a stepped manner. As a result, since the EGR rate exceeds the EGR rate range where a large amount of smoke is generated, a large amount of smoke is not generated when switching combustion.
[0149]
Now, the rich control in the embodiment shown in FIG. 1 will be described with reference to FIGS. 36 and 37. FIG.
[0150]
FIG. 36 shows the rich control when the first combustion is performed. That is, as shown by the arrow XX in FIG.XCalculated accumulated NO in catalyst 81XWhen the amount QN exceeds the above-described allowable value QN1, the switching valve 61 is switched from the forward flow position to the reverse flow position, for example. At this time, the air-fuel ratio AFM of the air-fuel mixture combusted in the combustion chamber 5 is switched to rich. As a result, NOXThe air-fuel ratio AFEX of the exhaust gas flowing into the catalyst 81 becomes rich, and therefore NO.XNO stored in catalyst 81XIs reduced and NOXNO accumulated in catalyst 81XThe amount is reduced. In this case, the reducing agent is not supplied from the reducing agent supply valve 77.
[0151]
When the first combustion is performed, as described above, soot and NOXThe air-fuel ratio AFM of the air-fuel mixture can be made rich without increasing the amount of exhaust gas. In this case, the amount of fuel required to switch the air-fuel ratio AFEX of the exhaust gas to rich can be reduced. Therefore, in the embodiment according to the present invention, the air-fuel ratio AFM of the air-fuel mixture is switched to rich in order to switch the air-fuel ratio AFEX of the exhaust gas to rich when the first combustion is being performed.
[0152]
On the other hand, until the rich control is performed, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing through the auxiliary catalyst 79 is kept lean, and thus oxygen adheres to the surface of the catalyst particles of the auxiliary catalyst 79. Accordingly, if the switching valve 61 is held in the forward flow position when the air-fuel ratio AFM of the air-fuel mixture is switched to rich, NOXNO stored in catalyst 81XIn order to reliably reduce the air-fuel ratio, it is necessary to deepen the richness of the air-fuel ratio AFM of the air-fuel mixture or to lengthen the time during which the air-fuel ratio AFM of the air-fuel mixture is kept rich.
[0153]
Therefore, in the embodiment according to the present invention, when the first combustion is performed, and the air-fuel ratio AFM of the air-fuel mixture is switched to rich, the switching valve 61 is held at the backflow position. In this way, the exhaust gas is NO.XAfter flowing through the catalyst 81, it flows through the auxiliary catalyst 79, and therefore is not affected by oxygen adhering to the auxiliary catalyst 79.
[0154]
Next, as shown by the arrow YY in FIG.XFor example, when time tG elapses after the air-fuel ratio AFEX of the exhaust gas flowing into the catalyst 81 is switched to rich, the air-fuel ratio AFM of the air-fuel mixture is returned to lean, and the switching valve 61 is returned to its original position. At this time, the accumulated NOXThe quantity QN is returned to zero.
[0155]
On the other hand, FIG. 37 shows the rich control when the second combustion is performed. That is, as shown by arrow XX in FIG.XCalculated accumulated NO in catalyst 81XWhen the amount QN exceeds the allowable value QN1 described above, the switching valve 61 is switched from, for example, a backflow position to a forward flow position. At this time, NOXThe reducing agent is supplied from the reducing agent supply valve 77 so that the air-fuel ratio AFEX of the exhaust gas flowing into the catalyst 81 becomes rich. As a result, NOXNO stored in catalyst 81XIs reduced and NOXNO accumulated in catalyst 81XThe amount is reduced. In this case, the air-fuel ratio AFM of the air-fuel mixture burned in the combustion chamber 5 is maintained lean.
[0156]
When the air-fuel ratio AFM of the air-fuel mixture is made rich during the second combustion, a large amount of soot is generated. Therefore, when the second combustion is being performed, the reducing agent is supplied from the reducing agent supply valve 77 in order to switch the air-fuel ratio AFEX of the exhaust gas to be rich.
[0157]
In this case, the reducing agent in the form of droplets supplied from the reducing agent supply valve 77 is NO.XEven if it flows into the catalyst 81, it is not immediately oxidized, and the open end of the exhaust gas passage 70 of the particulate filter 69 may be blocked. Therefore, in the embodiment according to the present invention, the second combustion is performed, and therefore when the reducing agent is supplied from the reducing agent supply valve 77, the switching valve 61 is held in the forward flow position. In this way, after the reducing agent has circulated through the auxiliary catalyst 79, NOXIt flows into the catalyst 81 and is vaporized or partially oxidized in the auxiliary catalyst 79 at this time. As a result, the reducing agent is NOXIt becomes possible to react quickly in the catalyst 81.
[0158]
Next, as shown by the arrow YY in FIG.XFor example, when the time tH elapses after the air-fuel ratio AFEX of the exhaust gas flowing into the catalyst 81 is switched to rich, the reducing agent supply action is stopped and the switching valve 61 is returned to the original position. At this time, the accumulated NOXThe quantity QN is returned to zero.
[0159]
FIG. 38 shows a routine for executing the rich control in the internal combustion engine of FIG. 1 described above. This routine is executed by interruption every predetermined time.
[0160]
Referring to FIG. 38, first, in step 240, NOXCalculated accumulated NO in catalyst 81XA quantity QN is calculated. Accumulated NO in this calculationXThe quantity QN is for example NOXNO per unit time when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst 81 is leanXNO flowing into the catalyst 81XCan be obtained by integrating the amount of. In the subsequent step 241, the accumulated NOXIt is determined whether or not the amount QN is larger than the above-described allowable amount QN1. When QN ≦ QN1, the processing cycle is ended, and when QN> QN1, the process proceeds to step 242 and whether or not the flag I to be set or reset in the operation control routine of FIG. It is determined whether or not combustion is being performed. When the flag I is set, that is, when the first combustion is currently being performed, the routine proceeds to step 243, where the switching valve 61 is switched or held at the backflow position. In the following step 244, the air-fuel ratio AFM of the air-fuel mixture burned in the combustion chamber 5 is switched to rich. In the following step 245, NOXIt is determined whether time tG has elapsed since the air-fuel ratio AFEX of the exhaust gas flowing into the catalyst 81 is switched to rich. When the time tG has elapsed, the routine proceeds to step 246, where the air-fuel ratio AFM is returned to lean. In the following step 247, the switching valve 61 is returned to the forward flow position or the reverse flow position, and in the subsequent step 248, the accumulated NO is calculated.XThe quantity QN is cleared.
[0161]
On the other hand, when the flag I is reset at step 242, that is, when the second combustion is currently being performed, the routine proceeds to step 249, where the switching valve 61 is switched or held at the forward flow position. In the following step 250, NOXThe reducing agent is supplied from the reducing agent supply valve 77 so that the air-fuel ratio AFEX of the exhaust gas flowing into the catalyst 81 becomes rich. In the following step 251, NOXIt is determined whether time tH has elapsed since the air-fuel ratio AFEX of the exhaust gas flowing into the catalyst 81 is switched to rich. When the time tH has elapsed, the routine proceeds to step 252 where the reducing agent supply action is stopped. In the following step 247, the switching valve 61 is returned to the forward flow position or the reverse flow position, and in the subsequent step 248, the accumulated NO is calculated.XThe quantity QN is cleared.
[0162]
In the example shown in FIGS. 36 to 38, when the rich control is completed, the switching valve 61 is returned to the original position. However, it is not necessary to return the switching valve 61 to the original position, that is, when the first combustion is being performed, the switching valve 61 is maintained at the reverse flow position, and when the second combustion is being performed, the switch valve 61 is at the forward flow position. You may make it hold | maintain.
[0163]
NOXIn order to make the air-fuel ratio AFEX of the exhaust gas flowing into the catalyst 81 rich, the fuel can be secondarily injected from the fuel injection valve 6 in the latter half of the explosion stroke or the first half of the exhaust stroke.
[0164]
Therefore, NOXWhen the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the combustion chamber 5 is made rich to temporarily make the air-fuel ratio AFEX of the exhaust gas flowing into the catalyst 81 rich, the exhaust gas is NO.XAfter flowing through the catalyst 81, the auxiliary catalyst 79 is circulated, and NOXWhen supplying the reducing agent from the reducing agent supply valve 77 in order to temporarily enrich the air-fuel ratio AFEX of the exhaust gas flowing into the catalyst 81, the exhaust gas passes through the auxiliary catalyst 79 and then the NO.XThis means that the catalyst 81 is circulated.
[0165]
Alternatively, when the first combustion is being performed, the exhaust gas is NO.XWhile flowing through the auxiliary catalyst 79 after flowing through the catalyst 81, NOXWhen the second combustion is performed when the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the combustion chamber 5 is temporarily switched to rich to temporarily switch the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst 81 to rich. NO after exhaust gas circulates in auxiliary catalyst 79XWhile flowing through the catalyst 81, NOXThis means that the reducing agent is temporarily supplied from the reducing agent supply valve 77 in order to temporarily switch the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst 81 to rich.
[0166]
The rich control described above can also be applied to the internal combustion engine shown in FIG. 39, for example. In the internal combustion engine shown in FIG. 39, a casing 267 is connected to the outlet of the exhaust pipe 20a, and this casing 267 is connected to the casing 268 via the exhaust pipe 20b. Further, the casing 268 is connected to the casing 275 via the exhaust pipe 20 c, and the casing 275 is connected to the exhaust pipe 23. In these casings 267, 268, 275, auxiliary catalyst 79, NOXThe particulate filter 69 carrying the catalyst 81 and the catalyst 76 are accommodated.
[0167]
A bypass pipe 285 is branched from the exhaust pipe 20a, and the outflow end of the bypass pipe 285 opens to the exhaust pipe 20b. Further, a switching valve 261 that is controlled by an electronic control unit (not shown) is disposed in a portion of the exhaust pipe 20a where the inflow end of the bypass pipe 285 is open. Further, a reducing agent supply valve 77 is disposed in the exhaust pipe 20 a between the inflow end of the bypass pipe 285 and the auxiliary catalyst 79.
[0168]
In the example shown in FIG. 39, when the first combustion is performed, the exhaust gas does not flow into the auxiliary catalyst 79 and NO.XWhile holding the switching valve 261 in the bypass position shown by the broken line in FIG. 39 so as to flow into the catalyst 81, NOXIn order to temporarily switch the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst 81 to rich, the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the combustion chamber 5 is temporarily switched to rich. On the other hand, when the second combustion is being performed, the exhaust gas passes through the auxiliary catalyst 79 and then NO.XWhile holding the switching valve 261 in the normal position shown by the solid line in FIG.XIn order to temporarily switch the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst 81 to rich, a reducing agent is temporarily supplied from the reducing agent supply valve 77.
[0169]
【The invention's effect】
Particulate filter, NOXCatalyst or NOXThe temperature of the entire particulate filter carrying the catalyst can be reliably increased.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall view of an internal combustion engine.
FIG. 2 is a diagram showing a structure of a catalytic converter.
FIG. 3 is a view for explaining the flow of exhaust gas when the switching valve is in a forward flow position or a reverse flow position.
FIG. 4 is a view for explaining the flow of exhaust gas when the switching valve is in a weak forward flow position.
FIG. 5 is a diagram for explaining the flow of exhaust gas when the switching valve is in the bypass position.
FIG. 6 is a partially enlarged cross-sectional view of a partition wall of a particulate filter.
FIG. 7 is a diagram for explaining temperature rise control.
FIG. 8 is a graph showing the relationship between the opening degree of the switching valve, the rate of increase in filter temperature, and the amount of exhaust gas.
FIG. 9 is a diagram showing a target temperature increase rate.
FIG. 10 is a flowchart for executing temperature rise control.
FIG. 11 is a diagram for explaining a time interval of a reducing agent supply operation.
FIG. 12 is a flowchart for executing temperature rise rate maintenance control and temperature maintenance control.
FIG. 13 is a flowchart for executing temperature increase rate maintenance control and temperature maintenance control according to another embodiment.
FIG. 14 is a flowchart for executing temperature increase rate maintenance control and temperature maintenance control according to another embodiment.
FIG. 15 is a diagram for explaining temperature rise control according to another embodiment.
FIG. 16 is a diagram showing an energization amount to the electric heater.
FIG. 17 is a flowchart for executing temperature increase control of the embodiment shown in FIG. 15;
FIG. 18 is a flowchart for executing preheating control according to the embodiment shown in FIG. 15;
FIG. 19 is a flowchart for executing temperature increase rate maintenance control and temperature maintenance control according to the embodiment shown in FIG. 15;
FIG. 20 is a diagram for explaining playback control.
FIG. 21 is a flowchart for executing temperature increase control according to the embodiment shown in FIG. 20;
FIG. 22 is a diagram for explaining playback control according to another embodiment;
FIG. 23 is a flowchart for executing temperature rise control according to the embodiment shown in FIG. 22;
FIG. 24 is a diagram for explaining activation control.
FIG. 25 is a flowchart for executing activation control;
FIG. 26 is a diagram showing another embodiment.
FIG. 27 is a view for explaining the position of the switching valve of the embodiment shown in FIG. 26;
FIG. 28 is a diagram showing another embodiment.
FIG. 29 is a view for explaining the position of the switching valve of the embodiment shown in FIG. 28;
FIG. 30 shows injection timing, EGR rate, smoke, and NO.XIt is a figure which shows the relationship with the generation amount of.
FIG. 31 is a diagram showing a smoke discharge amount and the like when the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is changed.
FIG. 32 shows first and second fuel regions.
FIG. 33 is a diagram showing first and second operation regions.
FIG. 34 is a flowchart for executing operation control.
FIG. 35 is a diagram showing an opening degree of a throttle valve and the like.
FIG. 36 is a diagram for explaining rich control.
FIG. 37 is a diagram for explaining rich control.
FIG. 38 is a flowchart for executing rich control.
FIG. 39 is a diagram showing another embodiment.
[Explanation of symbols]
1 ... Engine body
20a ... exhaust pipe
22 ... Catalytic converter
61 ... Switching valve
64 ... Exhaust gas exhaust pipe
67 ... Annular exhaust pipe
69 ... Particulate filter
76 ... Catalyst
77 ... Reducing agent supply valve
79 ... Auxiliary catalyst
81 ... NOXcatalyst

Claims (11)

リーン空燃比のもとで継続して燃焼が行われる内燃機関の排気通路内に排気浄化手段を配置し、該排気浄化手段を、流入する排気ガス中の微粒子を捕集するための、酸化能を有する触媒を担持したパティキュレートフィルタと、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに流入する排気ガス中のNOを蓄え、流入する排気ガスの空燃比が低下したときに排気ガス中に還元剤が含まれていると蓄えているNOを還元して蓄えているNOの量が減少するNO触媒と、前記NO触媒を担持したパティキュレートフィルタとのうちいずれか一つから構成し、該排気浄化手段上流の排気通路から分岐して延びるバイパス通路を設け、該バイパス通路内を流通する排気ガスの量を制御することにより排気浄化手段内を流通する排気ガスの量を制御するためのバイパス制御弁を設け、バイパス通路の分岐部分と排気浄化手段間の排気通路内に、排気浄化手段内に流入する排気ガスの温度を上昇させるための排気温上昇手段を配置し、該排気温上昇手段を、還元剤を供給するための還元剤供給弁と、該還元剤供給弁の下流に配置された酸化能を有する補助触媒とにより構成し、排気浄化手段の温度を上昇させるときには排気浄化手段内にわずかばかりの量の排気ガスが流入するようにバイパス制御弁を制御しながら、排気温上昇手段の還元剤供給弁から還元剤を一時的に供給するようにし、前記排気温上昇手段により前記排気浄化手段内に流入する排気ガスの温度が上昇されているときに該排気浄化手段内に流入する排気ガスの温度の上昇率を求めて該求められた温度上昇率が予め定められた目標となる上昇率に一致するように該温度上昇率を制御するようにし、前記補助触媒を電気ヒータ付き触媒から構成し、前記排気浄化手段の温度を上昇させるときには該電気ヒータを一時的に作動させるようにし、該電気ヒータへの通電量を制御することにより前記温度上昇率を制御するようにした内燃機関の排気浄化装置。An exhaust purification means is disposed in an exhaust passage of an internal combustion engine where combustion is continuously performed under a lean air-fuel ratio, and the exhaust purification means is used to collect particulates in the flowing exhaust gas. a particulate filter carrying a catalyst having an air-fuel ratio of the exhaust gas flowing doth the NO X in the exhaust gas flowing when the lean, the exhaust gas when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lowered and NO X catalyst amount of the NO X are stored by reducing NO X are stored as containing reducing agent is reduced from any one of the particulate filter carrying the NO X catalyst The amount of exhaust gas that flows through the exhaust purification means by providing a bypass passage that extends from the exhaust passage upstream of the exhaust purification means and that controls the amount of exhaust gas that flows through the bypass passage. A bypass control valve for controlling is provided, and an exhaust temperature raising means for raising the temperature of the exhaust gas flowing into the exhaust purification means is disposed in the exhaust passage between the branch portion of the bypass passage and the exhaust purification means, The exhaust temperature raising means is composed of a reducing agent supply valve for supplying a reducing agent and an auxiliary catalyst having an oxidizing ability arranged downstream of the reducing agent supply valve, and raises the temperature of the exhaust purification means. sometimes while controlling the bypass control valve as modicum amount of exhaust gas flows into the exhaust gas purification device, so as to temporarily supply the reducing agent from the reducing agent feed valve of the exhaust temperature raising means, the exhaust gas temperature When the temperature of the exhaust gas flowing into the exhaust purification means is raised by the raising means, the rate of increase in the temperature of the exhaust gas flowing into the exhaust purification means is obtained to determine the obtained temperature rise rate in advance. The temperature increase rate is controlled to match the target increase rate, and the auxiliary catalyst is composed of a catalyst with an electric heater. When the temperature of the exhaust gas purification means is increased, the electric heater is temporarily An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, wherein the temperature increase rate is controlled by controlling an energization amount to the electric heater . リーン空燃比のもとで継続して燃焼が行われる内燃機関の排気通路内に排気浄化手段を配置し、該排気浄化手段を、流入する排気ガス中の微粒子を捕集するための、酸化能を有する触媒を担持したパティキュレートフィルタと、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに流入する排気ガス中のNO を蓄え、流入する排気ガスの空燃比が低下したときに排気ガス中に還元剤が含まれていると蓄えているNO を還元して蓄えているNO の量が減少するNO 触媒と、前記NO 触媒を担持したパティキュレートフィルタとのうちいずれか一つから構成し、該排気浄化手段上流の排気通路から分岐して延びるバイパス通路を設け、該バイパス通路内を流通する排気ガスの量を制御することにより排気浄化手段内を流通する排気ガスの量を制御するためのバイパス制御弁を設け、バイパス通路の分岐部分と排気浄化手段間の排気通路内に、排気浄化手段内に流入する排気ガスの温度を上昇させるための排気温上昇手段を配置し、該排気温上昇手段を、還元剤を供給するための還元剤供給弁と、該還元剤供給弁の下流に配置された酸化能を有する補助触媒とにより構成し、排気浄化手段の温度を上昇させるときには排気浄化手段内にわずかばかりの量の排気ガスが流入するようにバイパス制御弁を制御しながら、排気温上昇手段の還元剤供給弁から還元剤を一時的に供給するようにし、前記排気温上昇手段により前記排気浄化手段内に流入する排気ガスの温度が上昇されているときに該排気浄化手段内に流入する排気ガスの温度の上昇率を求めて該求められた温度上昇率が予め定められた目標となる上昇率に一致するように該温度上昇率を制御するようにし、前記還元剤供給弁から単位時間当たり供給される還元剤の量を制御することにより前記温度上昇率を制御するようにした内燃機関の排気浄化装置。 An exhaust purification means is disposed in an exhaust passage of an internal combustion engine where combustion is continuously performed under a lean air-fuel ratio, and the exhaust purification means is used to collect particulates in the flowing exhaust gas. a particulate filter carrying a catalyst having an air-fuel ratio of the exhaust gas flowing doth the NO X in the exhaust gas flowing when the lean, the exhaust gas when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lowered and NO X catalyst amount of the NO X are stored by reducing NO X are stored as containing reducing agent is reduced from any one of the particulate filter carrying the NO X catalyst The amount of exhaust gas that flows through the exhaust purification means by providing a bypass passage that extends from the exhaust passage upstream of the exhaust purification means and that controls the amount of exhaust gas that flows through the bypass passage. A bypass control valve for controlling is provided, and an exhaust temperature raising means for raising the temperature of the exhaust gas flowing into the exhaust purification means is disposed in the exhaust passage between the branch portion of the bypass passage and the exhaust purification means, The exhaust temperature raising means is composed of a reducing agent supply valve for supplying a reducing agent and an auxiliary catalyst having an oxidizing ability arranged downstream of the reducing agent supply valve, and raises the temperature of the exhaust purification means. Sometimes the reducing agent is temporarily supplied from the reducing agent supply valve of the exhaust temperature raising means while controlling the bypass control valve so that a slight amount of exhaust gas flows into the exhaust purification means. When the temperature of the exhaust gas flowing into the exhaust purification means is raised by the raising means, the rate of increase in the temperature of the exhaust gas flowing into the exhaust purification means is obtained to determine the obtained temperature rise rate in advance. The temperature increase rate is controlled to match the target increase rate, and the temperature increase rate is controlled by controlling the amount of reducing agent supplied per unit time from the reducing agent supply valve. An exhaust purification device for an internal combustion engine. リーン空燃比のもとで継続して燃焼が行われる内燃機関の排気通路内に排気浄化手段を配置し、該排気浄化手段を、流入する排気ガス中の微粒子を捕集するための、酸化能を有する触媒を担持したパティキュレートフィルタと、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに流入する排気ガス中のNO を蓄え、流入する排気ガスの空燃比が低下したときに排気ガス中に還元剤が含まれていると蓄えているNO を還元して蓄えているNO の量が減少するNO 触媒と、前記NO 触媒を担持したパティキュレートフィルタとのうちいずれか一つから構成し、該排気浄化手段上流の排気通路から分岐して延びるバイパス通路を設け、該バイパス通路内を流通する排気ガスの量を制御することに より排気浄化手段内を流通する排気ガスの量を制御するためのバイパス制御弁を設け、バイパス通路の分岐部分と排気浄化手段間の排気通路内に、排気浄化手段内に流入する排気ガスの温度を上昇させるための排気温上昇手段を配置し、該排気温上昇手段を、還元剤を供給するための還元剤供給弁と、該還元剤供給弁の下流に配置された酸化能を有する補助触媒とにより構成し、排気浄化手段の温度を上昇させるときには排気浄化手段内にわずかばかりの量の排気ガスが流入するようにバイパス制御弁を制御しながら、排気温上昇手段の還元剤供給弁から還元剤を一時的に供給するようにし、前記補助触媒を電気ヒータ付き触媒から構成し、前記排気浄化手段の温度を上昇させるときには該電気ヒータを一時的に作動させるようにし、前記排気浄化手段の温度を上昇させるときには、排気浄化手段内に流入する排気ガスの量がほぼゼロになるように前記バイパス制御弁を制御しかつ前記還元剤供給弁からの還元剤供給作用を停止しながら前記電気ヒータを作動させ、次いで排気浄化手段内にわずかばかりの量の排気ガスが流入するようにバイパス制御弁を制御しかつ電気ヒータを作動させながら、還元剤供給弁から還元剤を供給するようにした内燃機関の排気浄化装置。 An exhaust purification means is disposed in an exhaust passage of an internal combustion engine where combustion is continuously performed under a lean air-fuel ratio, and the exhaust purification means is used to collect particulates in the flowing exhaust gas. a particulate filter carrying a catalyst having an air-fuel ratio of the exhaust gas flowing doth the NO X in the exhaust gas flowing when the lean, the exhaust gas when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lowered and NO X catalyst amount of the NO X are stored by reducing NO X are stored as containing reducing agent is reduced from any one of the particulate filter carrying the NO X catalyst configured to branch from the exhaust passage of the exhaust gas control means upstream the bypass passage is provided which extends, the amount of exhaust gas flowing through the more the exhaust gas control means to control the amount of exhaust gas flowing through the bypass passage A bypass control valve for controlling is provided, and an exhaust temperature raising means for raising the temperature of the exhaust gas flowing into the exhaust purification means is disposed in the exhaust passage between the branch portion of the bypass passage and the exhaust purification means, The exhaust temperature raising means is composed of a reducing agent supply valve for supplying a reducing agent and an auxiliary catalyst having an oxidizing ability arranged downstream of the reducing agent supply valve, and raises the temperature of the exhaust purification means. In some cases, the auxiliary catalyst is temporarily supplied from the reducing agent supply valve of the exhaust temperature raising means while controlling the bypass control valve so that a slight amount of exhaust gas flows into the exhaust purification means. Is composed of a catalyst with an electric heater, and when the temperature of the exhaust gas purification means is raised, the electric heater is temporarily operated, and when the temperature of the exhaust gas purification means is raised, the exhaust gas is exhausted. The bypass heater is controlled so that the amount of exhaust gas flowing into the purification means becomes substantially zero, and the electric heater is operated while stopping the reducing agent supply action from the reducing agent supply valve, and then the exhaust gas purification is performed. An exhaust emission control device for an internal combustion engine, wherein a reducing agent is supplied from a reducing agent supply valve while controlling a bypass control valve so that a slight amount of exhaust gas flows into the means and operating an electric heater . リーン空燃比のもとで継続して燃焼が行われる内燃機関の排気通路内に排気浄化手段を配置し、該排気浄化手段を、流入する排気ガス中の微粒子を捕集するための、酸化能を有する触媒を担持したパティキュレートフィルタと、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに流入する排気ガス中のNO を蓄え、流入する排気ガスの空燃比が低下したときに排気ガス中に還元剤が含まれていると蓄えているNO を還元して蓄えているNO の量が減少するNO 触媒と、前記NO 触媒を担持したパティキュレートフィルタとのうちいずれか一つから構成し、該排気浄化手段上流の排気通路から分岐して延びるバイパス通路を設け、該バイパス通路内を流通する排気ガスの量を制御することにより排気浄化手段内を流通する排気ガスの量を制御するためのバイパス制御弁を設け、バイパス通路の分岐部分と排気浄化手段間の排気通路内に、排気浄化手段内に流入する排気ガスの温度を上昇させるための排気温上昇手段を配置し、該排気温上昇手段を、還元剤を供給するための還元剤供給弁と、該還元剤供給弁の下流に配置された酸化能を有する補助触媒とにより構成し、排気浄化手段の温度を上昇させるときには排気浄化手段内にわずかばかりの量の排気ガスが流入するようにバイパス制御弁を制御しながら、排気温上昇手段の還元剤供給弁から還元剤を一時的に供給するようにし、前記バイパス通路内に、追加の排気浄化手段を配置し、バイパス通路の分岐部分と追加の排気浄化手段間のバイパス通路内に、追加の排気浄化手段内に流入する排気ガスの温度を上昇させるための追加の排気温上昇手段を配置し、該追加の排気温上昇手段を、還元剤を供給するための追加の還元剤供給弁と、該還元剤供給弁の下流に配置された酸化能を有する追加の補助触媒とにより構成し、追加の排気浄化手段の温度を上昇させるときには追加の排気浄化手段内にわずかばかりの量の排気ガスが流入するようにバイパス制御弁を制御しながら、追加の排気温上昇手段の追加の還元剤供給弁から還元剤を一時的に供給するようにした内燃機関の排気浄化装置。 An exhaust purification means is disposed in an exhaust passage of an internal combustion engine where combustion is continuously performed under a lean air-fuel ratio, and the exhaust purification means is used to collect particulates in the flowing exhaust gas. a particulate filter carrying a catalyst having an air-fuel ratio of the exhaust gas flowing doth the NO X in the exhaust gas flowing when the lean, the exhaust gas when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lowered and NO X catalyst amount of the NO X are stored by reducing NO X are stored as containing reducing agent is reduced from any one of the particulate filter carrying the NO X catalyst The amount of exhaust gas that flows through the exhaust purification means by providing a bypass passage that extends from the exhaust passage upstream of the exhaust purification means and that controls the amount of exhaust gas that flows through the bypass passage. A bypass control valve for controlling is provided, and an exhaust temperature raising means for raising the temperature of the exhaust gas flowing into the exhaust purification means is disposed in the exhaust passage between the branch portion of the bypass passage and the exhaust purification means, The exhaust temperature raising means is composed of a reducing agent supply valve for supplying a reducing agent and an auxiliary catalyst having an oxidizing ability arranged downstream of the reducing agent supply valve, and raises the temperature of the exhaust purification means. Sometimes the reducing agent is temporarily supplied from the reducing agent supply valve of the exhaust temperature raising means while controlling the bypass control valve so that a slight amount of exhaust gas flows into the exhaust purification means, and the bypass passage An additional exhaust purification means is disposed within the bypass passage between the branch passage of the bypass passage and the additional exhaust purification means to increase the temperature of the exhaust gas flowing into the additional exhaust purification means. An additional exhaust temperature raising means is disposed, and the additional exhaust temperature raising means is provided with an additional reducing agent supply valve for supplying a reducing agent and an oxidizing ability arranged downstream of the reducing agent supply valve. When the temperature of the additional exhaust purification means is raised, the additional exhaust temperature is controlled while controlling the bypass control valve so that a slight amount of exhaust gas flows into the additional exhaust purification means. An exhaust emission control device for an internal combustion engine, wherein a reducing agent is temporarily supplied from an additional reducing agent supply valve of an ascending means . リーン空燃比のもとで継続して燃焼が行われる内燃機関の排気通路内に排気浄化手段を配置し、該排気浄化手段を、流入する排気ガス中の微粒子を捕集するための、酸化能を有する触媒を担持したパティキュレートフィルタと、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに流入する排気ガス中のNO を蓄え、流入する排気ガスの空燃比が低下したときに排気ガス中に還元剤が含まれていると蓄えているNO を還元して蓄えているNO の量が減少するNO 触媒と、前記NO 触媒を担持したパティキュレートフィルタとのうちいずれか一つから構成し、該排気浄化手段上流の排気通路から分岐して延びるバイパス通路を設け、該バイパス通路内を流通する排気ガスの量を制御することにより排気浄化手段内を流通する排気ガスの量を制御するためのバイパス制御弁を設け、バイパス通路の分岐部分と排気浄化手段間の排気通路内に、排気浄化手段内に流入する排気ガスの温度を上昇させるための排気温上昇手段を配置し、該排気温上昇手段を、還元剤を供給するための還元剤供給弁と、該還元剤供給弁の下流に配置された酸化能を有する補助触媒とにより構成し、排気浄化手段の温度を上昇させるときには排気浄化手段内にわずか ばかりの量の排気ガスが流入するようにバイパス制御弁を制御しながら、排気温上昇手段の還元剤供給弁から還元剤を一時的に供給するようにし、排気ガスが前記排気温上昇手段内を流通した後に前記排気浄化手段内を流通するか、又は排気浄化手段内を流通した後に排気温上昇手段内を流通するかを選択的に切り替え可能な流通方向切り替え手段を更に具備し、排気浄化手段の温度を上昇させるときには流通方向切り替え手段及びバイパス制御弁によりわずかばかりの量の排気ガスが排気温上昇手段内を流通した後に排気浄化手段内を流通するようにしながら、排気温上昇手段の還元剤供給弁から還元剤を一時的に供給するようにし、前記排気浄化手段をNO 触媒又はNO 触媒を担持したパティキュレートフィルタから構成し、排気浄化手段内に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリッチに切り替えるために、燃焼室から排出される排気ガスの空燃比を一時的にリッチに切り替えるか、又は前記還元剤供給弁から還元剤を一時的に供給するかを選択的に切り替え可能になっており、排気浄化手段内に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリッチに切り替えるために燃焼室から排出される排気ガスの空燃比を一時的にリッチに切り替えるときには流通方向切り替え手段を制御して排気ガスが排気浄化手段内を流通した後に排気温上昇手段内を流通するようにし、排気浄化手段内に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリッチに切り替えるために還元剤供給弁から還元剤を一時的に供給するときには流通方向切り替え手段を制御して排気ガスが前記排気温上昇手段内を流通した後に前記排気浄化手段内を流通するようにした内燃機関の排気浄化装置。 An exhaust purification means is disposed in an exhaust passage of an internal combustion engine where combustion is continuously performed under a lean air-fuel ratio, and the exhaust purification means is used to collect particulates in the flowing exhaust gas. a particulate filter carrying a catalyst having an air-fuel ratio of the exhaust gas flowing doth the NO X in the exhaust gas flowing when the lean, the exhaust gas when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lowered and NO X catalyst amount of the NO X are stored by reducing NO X are stored as containing reducing agent is reduced from any one of the particulate filter carrying the NO X catalyst The amount of exhaust gas that flows through the exhaust purification means by providing a bypass passage that extends from the exhaust passage upstream of the exhaust purification means and that controls the amount of exhaust gas that flows through the bypass passage. A bypass control valve for controlling is provided, and an exhaust temperature raising means for raising the temperature of the exhaust gas flowing into the exhaust purification means is disposed in the exhaust passage between the branch portion of the bypass passage and the exhaust purification means, The exhaust temperature raising means is composed of a reducing agent supply valve for supplying a reducing agent and an auxiliary catalyst having an oxidizing ability arranged downstream of the reducing agent supply valve, and raises the temperature of the exhaust purification means. Sometimes, while controlling the bypass control valve so that a slight amount of exhaust gas flows into the exhaust purification means, the reducing agent is temporarily supplied from the reducing agent supply valve of the exhaust temperature raising means, Flow direction switching capable of selectively switching between flowing through the exhaust gas purification means after flowing through the exhaust gas temperature raising means or flowing through the exhaust gas purification means after flowing through the exhaust gas purification means. Means for increasing the temperature of the exhaust gas purification means so that a slight amount of exhaust gas flows through the exhaust gas temperature raising means after flowing through the exhaust gas temperature raising means by the flow direction switching means and the bypass control valve. However, the reducing agent is temporarily supplied from the reducing agent supply valve of the exhaust temperature raising means, and the exhaust purification means is constituted by a NO X catalyst or a particulate filter carrying the NO X catalyst, and the exhaust purification means In order to temporarily switch the air-fuel ratio of the flowing exhaust gas to rich, the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the combustion chamber is temporarily switched to rich, or the reducing agent is temporarily supplied from the reducing agent supply valve. It is possible to selectively switch whether to supply or not to the combustion chamber to temporarily switch the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification means to rich. When the air-fuel ratio of the exhaust gas to be exhausted is temporarily changed to rich, the flow direction switching means is controlled so that the exhaust gas circulates in the exhaust gas temperature raising means after flowing in the exhaust gas purification means. When the reducing agent is temporarily supplied from the reducing agent supply valve in order to temporarily switch the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust gas to a rich state, the flow direction switching means is controlled to cause the exhaust gas to flow through the exhaust temperature raising means An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine that is configured to circulate in the exhaust gas purification means. 噴射時期を一定に維持しながら燃焼室内に供給されるEGRガス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、噴射時期を一定に維持しながら燃焼室内に供給されるEGRガス量を更に増大していくと燃焼室内における燃焼時の燃料及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から前記内燃機関が構成されており、煤の発生量がピークとなるEGRガス量よりも燃焼室内に供給されるEGRガス量が多く煤がほとんど発生しない第1の燃焼と、煤の発生量がピークとなるEGRガス量よりも燃焼室内に供給されるEGRガス量が少ない第2の燃焼とが選択的に切り替えられるようになっており、第1の燃焼が行われているときには排気浄化手段内に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリッチに切り替えるために燃焼室から排出される排気ガスの空燃比を一時的にリッチに切り替え、第2の燃焼が行われているときには排気浄化手段内に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリッチに切り替えるために還元剤供給弁から還元剤を一時的に供給するようにした請求項5に記載の内燃機関の排気浄化装置。 When the amount of EGR gas supplied into the combustion chamber is increased while maintaining the injection timing constant, the amount of soot generated gradually increases and reaches a peak, and is supplied into the combustion chamber while maintaining the injection timing constant. When the amount of EGR gas is further increased, the internal combustion engine is composed of an internal combustion engine in which the fuel during combustion in the combustion chamber and the surrounding gas temperature are lower than the generation temperature of soot and soot is hardly generated. The first combustion in which the amount of EGR gas supplied to the combustion chamber is larger than the amount of EGR gas at which the generation amount of soot reaches a peak and the generation of soot hardly occurs, and the combustion is greater than the amount of EGR gas at which the generation amount of soot reaches a peak The second combustion with a small amount of EGR gas supplied into the room is selectively switched, and the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust gas purification means when the first combustion is being performed. In order to temporarily switch to rich, the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the combustion chamber is temporarily switched to rich, and when the second combustion is being performed, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification means is 6. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 5, wherein a reducing agent is temporarily supplied from a reducing agent supply valve in order to temporarily switch to a rich state . 前記補助触媒を前記NO 触媒から構成した請求項1から6までのいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。An exhaust purification system of an internal combustion engine according to any one of the auxiliary catalyst to the NO X 6 claims 1 constructed from the catalyst. 前記補助触媒を電気ヒータ付き触媒から構成し、前記排気浄化手段の温度を上昇させるときには該電気ヒータを一時的に作動させるようにした請求項2,4,5,6のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。 7. The auxiliary catalyst is constituted by a catalyst with an electric heater, and the electric heater is temporarily operated when the temperature of the exhaust gas purification means is increased. Exhaust gas purification device for internal combustion engine. 前記排気浄化手段の温度を上昇させるときには、排気浄化手段内に流入する排気ガスの量がほぼゼロになるように前記バイパス制御弁を制御しかつ前記還元剤供給弁からの還元剤供給作用を停止しながら前記電気ヒータを作動させ、次いで排気浄化手段内にわずかばかりの量の排気ガスが流入するようにバイパス制御弁を制御しかつ電気ヒータを作動させながら、還元剤供給弁から還元剤を供給するようにした請求項1又は8に記載の内燃機関の排気浄化装置。 When raising the temperature of the exhaust purification means, the bypass control valve is controlled so that the amount of exhaust gas flowing into the exhaust purification means becomes almost zero, and the reducing agent supply action from the reducing agent supply valve is stopped. While the electric heater is operated, the reducing agent is supplied from the reducing agent supply valve while the bypass control valve is controlled and the electric heater is operated so that a slight amount of exhaust gas flows into the exhaust gas purification means. The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to claim 1 or 8, wherein 前記還元剤供給弁から還元剤を供給するときの前記電気ヒータへの通電量を、還元剤供給弁から供給される還元剤の量と、電気ヒータ付き触媒の温度とに基づいて設定するようにした請求項1,3,8のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。 The energization amount to the electric heater when supplying the reducing agent from the reducing agent supply valve is set based on the amount of reducing agent supplied from the reducing agent supply valve and the temperature of the catalyst with the electric heater. The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to any one of claims 1, 3, and 8 . 前記補助触媒上に付着している可溶有機成分を除去するために、前記電気ヒータを一時的に作動させるようにした請求項1,3,8のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。The exhaust of the internal combustion engine according to any one of claims 1, 3, and 8, wherein the electric heater is temporarily operated to remove soluble organic components adhering to the auxiliary catalyst. Purification equipment.
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