JP3912197B2 - Exhaust gas purification device for internal combustion engine - Google Patents
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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NOX触媒又はNOX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、NOX触媒、又はNOX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NOX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NOXを還元して蓄えているNOXの量が減少するNOX触媒と、前記NOX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 X 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 X を還元して蓄えているNO X の量が減少するNO X 触媒と、前記NO X 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 X 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 X を還元して蓄えているNO X の量が減少するNO X 触媒と、前記NO X 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 X 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 X を還元して蓄えているNO X の量が減少するNO X 触媒と、前記NO X 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 X 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 X を還元して蓄えているNO X の量が減少するNO X 触媒と、前記NO X 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 X 触媒又はNO X 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5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1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 X 触媒から構成している。
【0012】
また、8番目の発明によれば2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NOX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NOX触媒81がそれぞれ担持されている。このNOX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】
NOX触媒は流入する排気ガスの空燃比がリーンのときにはNOX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NOXを還元して蓄えているNOXの量を減少させる蓄積還元作用を行う。
【0042】
NOX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、NOX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O2がO2 −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O2 −又はO2−と反応し、NO2となる(NO+O2→NO2+O*、ここでO*は活性酸素)。次いで生成されたNO2の一部は白金Pt上でさらに酸化されつつNOX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NO3 −の形でNOX触媒内に拡散する。このようにしてNOXがNOX触媒内に蓄えられる。
【0044】
これに対し、NOX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NO2の生成量が低下し、反応が逆方向(NO3 −→NO+2O*)に進み、斯くしてNOX触媒内の硝酸イオンNO3 −がNOの形でNOX触媒から放出される。この放出されたNOX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NOXが存在しなくなるとNOX触媒から次から次へとNOXが放出されて還元され、NOX触媒内に蓄えられているNOX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NOXを蓄え、NOXを放出することなくNOX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、NOX触媒はNOX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NOX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NOX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NOX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NOXはパティキュレートフィルタ69上のNOX触媒81内に蓄えられる。
【0049】
時間の経過と共にNOX触媒81内の蓄積NOX量は次第に増大する。本発明による実施例では、例えばNOX触媒81内の蓄積NOX量が許容量QN1を越えたときには、NOX触媒81内に蓄えられているNOXを還元しNOX触媒81内の蓄積NOX量を減少させるために、NOX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、NOX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NOX触媒81のNOXの蓄積還元メカニズムによれば、NOX触媒81内にNOXが蓄えられるときにもNOX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O2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NOX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SOXの形で含まれており、NOX触媒81内にはNOXばかりでなくSOXも蓄えられる。このSOXのNOX触媒81内への蓄積メカニズムはNOX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、NOX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O2がO2 −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SO2は白金Ptの表面上でO2 −又はO2−と反応し、SO3となる。次いで生成されたSO3は白金Pt上でさらに酸化されつつNOX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SO4 −の形でNOX触媒81内に拡散する。この硫酸イオンSO4 −は次いでバリウムイオンBa+と結合して硫酸塩BaSO4を生成する。この硫酸塩BaSO4は分解しにくく、NOX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NOX触媒81内の硫酸塩BaSO4の量は減少しない。このため、時間が経過するにつれてNOX触媒81内の硫酸塩BaSO4の量が増大し、その結果NOX触媒81が蓄えうるNOXの量が減少することになる。
【0055】
ところが、NOX触媒81の温度を550℃以上に維持しつつNOX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、NOX触媒81内の硫酸塩BaSO4が分解してSO3の形でNOX触媒81から放出される。この放出されたSO3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SO2に還元せしめられる。このようにしてNOX触媒81内に蓄えられているSOXの量が次第に減少し、このときNOX触媒81からSOXがSO3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NOX触媒81内の蓄積SOX量が許容量を越えたときには、NOX触媒81内に蓄えられているSOXを還元しNOX触媒81内の蓄積SOX量を減少させるために、NOX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NOX触媒81の温度を550℃以上まで上昇し、次いでNOX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、NOX触媒81内に蓄えられているSOXを還元しNOX触媒81内の蓄積SOX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NOX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、NOX触媒81内に蓄えられているSOXを還元しNOX触媒81内の蓄積SOX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NOX触媒81内の蓄積SOX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NOX触媒81は上述したようにNOX蓄積還元作用を備えている。しかしながらこのNOX蓄積還元作用を得るためにはNOX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、NOX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NOX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NOX触媒81に到り、従ってNOX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NOX触媒81における排気ガスの空間速度が高くなるので、NOX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、NOX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NOX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、NOX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NOX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NOX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NOX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NOX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NOX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NOX触媒81内に蓄えられているNOXを還元しNOX触媒81内の蓄積NOX量を減少させるために、NOX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NOX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NOX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NOX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NOX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,NOX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NOX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NOX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NOX触媒81内の計算上の蓄積NOX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、NOX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NOX触媒81内に蓄えられているNOXが還元されNOX触媒81内の蓄積NOX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NOX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、NOX触媒81内に蓄えられているNOX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NOX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NOX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NOX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NOX触媒81内の計算上の蓄積NOX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NOX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、NOX触媒81内に蓄えられているNOXが還元されNOX触媒81内の蓄積NOX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NOX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NOX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NOX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NOX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NOX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NOX触媒81内の計算上の蓄積NOX量QNが算出される。この計算上の蓄積NOX量QNは例えばNOX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NOX触媒81内に流入したNOX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NOX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NOX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NOX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、NOX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NOX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NOX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】
NOX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、NOX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NOX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、NOX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NOX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NOX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、NOX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NOX触媒81内を流通するようにしながら、NOX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、NOX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NOX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、NOX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NOX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、NOX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、NOX触媒、又はNOX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NOX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…NOX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
[0022]
On the other hand, the
[0023]
Referring to FIG. 2 together with FIG. 1, the
[0024]
The
[0025]
As shown in FIG. 2A showing a partial longitudinal sectional view of the
[0026]
As will be described later, NO on the particulate filter 69.XA
[0027]
Also, an electrically controlled reducing
[0028]
A reducing agent is supplied to the reducing
[0029]
Still referring to FIG. 1, the
[0030]
On the other hand, each
[0031]
The
[0032]
On the other hand, the
[0033]
The switching
[0034]
On the other hand, when the switching
[0035]
By switching the position of the switching
[0036]
The exhaust gas that has flowed into the exhaust
[0037]
Explaining the flow of exhaust gas in the
[0038]
In the embodiment shown in FIG. 1, the switching
[0039]
On the other hand, when the switching
[0040]
As shown in FIG. 6, NO on the
[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
[0047]
As described above, the switching
[0048]
As described above, the exhaust gas passes through the
[0049]
NO over timeXNO accumulated in
[0050]
On the other hand, fine particles mainly composed of carbon contained in the exhaust gas are collected on the
[0051]
In this case, the above-mentioned NOXNO of
[0052]
However, if the temperature of the
[0053]
Therefore, in the embodiment according to the present invention, for example, when the amount of deposited particulates on the
[0054]
On the other hand, sulfur is contained in the exhaust gas.XIs included in the form of NOXNO in the
[0055]
However, NOXWhile maintaining the temperature of the
[0056]
Therefore, in the embodiment according to the present invention, for example, NO.XAccumulated SO in
[0057]
FIG. 7 is a time chart schematically showing these temperature rise controls. In FIG. 7, D represents the opening degree of the switching
[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
[0059]
In this case, the reducing agent is vaporized or partially oxidized in the
[0060]
When oxidizing the reducing agent in the
[0061]
On the other hand, in the embodiment shown in FIG. 7, the temperature of the exhaust gas flowing into the
[0062]
At this time, since the switching
[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
[0065]
When the opening degree D of the switching
[0066]
When the opening degree D of the switching
[0067]
Therefore, in the temperature increase rate maintaining control of the embodiment shown in FIG. 7, the opening degree D of the switching
[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
[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
[0070]
In the temperature maintenance control for reducing the amount of particulates deposited on the
[0071]
Next, when the temperature raising control should be stopped as indicated by an arrow Y in FIG. 7, the switching
[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
[0074]
In the
[0075]
Referring to FIG. 12A, first, at
[0076]
In the
[0077]
Referring to FIG. 12B, first, at
[0078]
In the
[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
[0081]
Referring to FIG. 13B showing the temperature maintenance control routine, first, at
[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
[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
[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
[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
[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
[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
[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
[0090]
Referring to FIG. 18, first, at
[0091]
In the
[0092]
Referring to FIG. 19A, in
[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
[0095]
In the
[0096]
By the way, when such a temperature rise control is performed, a reducing agent adheres to the
[0097]
However, the SOF is thermally decomposed and removed from the
[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
[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
[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
[0104]
In
[0105]
Next, another embodiment of the reproduction control will be described with reference to FIG. In the embodiment shown in FIG. 22, the
[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
[0107]
However, if the oxidizing ability of the
[0108]
More specifically, the switching
[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
[0111]
By the way, NO supported on the particulate filter 69.XThe
[0112]
Therefore, in an embodiment according to the present invention, NOXActivation control is performed to maintain the temperature of the
[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
[0114]
Next, for example, when the time tD elapses after the activation control is started, the switching
[0115]
For example, when the time tE has elapsed since the start of the reducing agent supply operation, the opening D of the switching
[0116]
Next, for example, when the time tF has elapsed since the reduction agent supply amount QR is decreased, the switching
[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
[0119]
In the
[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
[0122]
A
[0123]
The switching
[0124]
For example, when the temperature raising control described with reference to FIGS. 7 to 12 is to be performed, the switching
[0125]
The switching
[0126]
On the other hand, in the internal combustion engine shown in FIG. 28, the
[0127]
First and
[0128]
The switching
[0129]
When the temperature raising control is to be performed, the switching
[0130]
On the other hand, the second
[0131]
Here, for example, focusing on the exhaust passage portion from the
[0132]
Next, rich control in the internal combustion engine of FIG. 1 will be described. In this rich control, NOXNO stored in
[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
[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
[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
[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
[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
[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
[0143]
When L ≦ LX (N), the routine proceeds to step 222, where the opening of the
[0144]
That is, in the example shown in FIG. 35, the opening degree of the
[0145]
On the other hand, if it is determined in
[0146]
That is, in the example shown in FIG. 35, the
[0147]
On the other hand, when it is determined in
[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
[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
[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
[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
[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
[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
[0157]
In this case, the reducing agent in the form of droplets supplied from the reducing
[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
[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
[0161]
On the other hand, when the flag I is reset at
[0162]
In the example shown in FIGS. 36 to 38, when the rich control is completed, the switching
[0163]
NOXIn order to make the air-fuel ratio AFEX of the exhaust gas flowing into the
[0164]
Therefore, NOXWhen the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the
[0165]
Alternatively, when the first combustion is being performed, the exhaust gas is NO.XWhile flowing through the
[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
[0167]
A
[0168]
In the example shown in FIG. 39, when the first combustion is performed, the exhaust gas does not flow into the
[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
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