JP2006226216A

JP2006226216A - Exhaust emission control device of internal combustion engine

Info

Publication number: JP2006226216A
Application number: JP2005042189A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Hashizume; 剛橋詰
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-02-18
Filing date: 2005-02-18
Publication date: 2006-08-31
Anticipated expiration: 2025-02-18
Also published as: JP4655662B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technique capable of rapidly completing the regeneration of a filter while suppressing the excessive rise of temperature when the filter is regenerated. <P>SOLUTION: This exhaust emission control device comprises a particulate filter 4 which is installed in the exhaust passage 2 of an internal combustion engine 1 and in which a catalyst with oxidation capability is carried on the downstream side 42 thereof, a reducing agent feed means 7 feeding a reducing agent from the upstream side of the particulate filter 4, and a high temperature exhaust gas feed means 3 feeding high temperature exhaust gas from the upstream side of the particulate filter 4. When the filter is regenerated, the reducing agent is fed to the particulate filter 4, and then the high temperature exhaust gas is fed to the particulate filter 4. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。 The present invention relates to an exhaust emission control device for an internal combustion engine.

ディーゼルエンジンは経済性に優れている反面、排気中に含まれる浮遊粒子状物質である煤に代表されるパティキュレートマター（Particulate Matter：以下特に断らない限り「ＰＭ」という。）の除去が重要な課題となっている。このため、大気中にＰＭが放出されないようにディーゼルエンジンの排気系にＰＭの捕集を行うパティキュレートフィルタ（以下、単に「フィルタ」とする）を設ける技術が周知である。 Diesel engines are economical, but it is important to remove particulate matter (particulate matter: hereinafter referred to as “PM”) unless otherwise specified. It has become a challenge. For this reason, a technique of providing a particulate filter (hereinafter simply referred to as “filter”) for collecting PM in an exhaust system of a diesel engine so that PM is not released into the atmosphere is well known.

このフィルタにより排気中のＰＭが一旦捕集され大気中へ放出されることを防止することができる。しかし、フィルタに捕集されたＰＭが該フィルタに堆積しフィルタの目詰まりを発生させることがある。この目詰まりが発生すると、フィルタ上流の排気の圧力が上昇し内燃機関の出力低下やフィルタの毀損を誘発する虞がある。このようなときには、フィルタ上に堆積したＰＭを着火燃焼せしめることにより該ＰＭを除去することができる。このようにフィルタに堆積したＰＭを除去することをフィルタの再生という。 This filter can prevent PM in the exhaust gas from being collected once and released into the atmosphere. However, PM trapped in the filter may accumulate on the filter and cause clogging of the filter. If this clogging occurs, the pressure of the exhaust gas upstream of the filter may increase, leading to a decrease in the output of the internal combustion engine and damage to the filter. In such a case, the PM deposited on the filter can be removed by igniting and burning. The removal of PM deposited on the filter in this way is called filter regeneration.

しかし、前記フィルタに捕集されたＰＭを着火燃焼させるためには、フィルタの温度を高温にする必要があるが、ディーゼルエンジンの排気の温度は通常この温度よりも低いためＰＭを燃焼除去するのは困難であった。 However, in order to ignite and burn the PM collected by the filter, it is necessary to raise the temperature of the filter. However, since the exhaust temperature of a diesel engine is usually lower than this temperature, the PM is burned and removed. Was difficult.

これに対し、フィルタよりも上流に酸化触媒および該酸化触媒をバイパスする通路を備え、フィルタの再生を開始したときにはバイパス通路へ還元剤を流し、次いで酸化触媒へ還元剤を流してフィルタの再生を速やかに行う技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００３−１６６４１７号公報特開２００２−１８８４３２号公報特開２００４−１７６５７１号公報特開平８−３１９８２０号公報 In contrast, an oxidation catalyst and a passage for bypassing the oxidation catalyst are provided upstream of the filter, and when the regeneration of the filter is started, the reducing agent is allowed to flow into the bypass passage, and then the reducing agent is caused to flow into the oxidation catalyst to regenerate the filter. A technique of promptly performing is known (for example, refer to Patent Document 1).
JP 2003-166417 A JP 2002-188432 A JP 2004-176571 A JP-A-8-31820

しかし、酸化触媒をバイパスした還元剤がフィルタへ流れ込むと、該フィルタ内で上流側から粒子状物質が酸化されることにより、上流側からフィルタおよび排気の温度が上昇し、その熱でさらに下流側の温度が上昇する。そのため、下流側は非常に高温となり、下流端においてフィルタが過熱するおそれがある。 However, when the reducing agent bypassing the oxidation catalyst flows into the filter, the particulate matter is oxidized from the upstream side in the filter, so that the temperature of the filter and the exhaust rises from the upstream side, and the heat further increases the downstream side. Temperature rises. Therefore, the downstream side becomes very high temperature, and the filter may be overheated at the downstream end.

本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、内燃機関の排気浄化装置において、フィルタ再生時の過度の温度上昇を抑制しつつ速やかにフィルタの再生を完了させることができる技術を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and in an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, regeneration of a filter can be completed quickly while suppressing an excessive temperature rise during filter regeneration. The purpose is to provide technology.

上記課題を達成するために本発明による内燃機関の排気浄化装置は、以下の手段を採用した。すなわち、
内燃機関の排気通路に設けられ下流側に酸化能力を有する触媒を担持させたパティキュレートフィルタと、
前記パティキュレートフィルタよりも上流から該パティキュレートフィルタに還元剤を
供給する還元剤供給手段と、
前記パティキュレートフィルタよりも上流から該パティキュレートフィルタに粒子状物質を酸化させる高温の排気を供給する高温排気供給手段と、
を備え、
前記パティキュレートフィルタに捕集された粒子状物質を除去するときに、前記還元剤供給手段により前記パティキュレートフィルタへ還元剤を供給し、その後、前記高温排気供給手段により前記パティキュレートフィルタへ高温の排気を供給することを特徴とする。 In order to achieve the above object, an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention employs the following means. That is,
A particulate filter provided in an exhaust passage of the internal combustion engine and carrying a catalyst having an oxidizing ability on the downstream side;
Reducing agent supply means for supplying a reducing agent to the particulate filter from upstream of the particulate filter;
High-temperature exhaust gas supply means for supplying high-temperature exhaust gas that oxidizes particulate matter to the particulate filter from upstream of the particulate filter;
With
When removing the particulate matter collected by the particulate filter, the reducing agent supply means supplies a reducing agent to the particulate filter, and then the high temperature exhaust supply means supplies the particulate filter to a high temperature. The exhaust gas is supplied.

このように、パティキュレートフィルタ内の下流側に酸化能力を有する触媒を担持させることにより、該パティキュレートフィルタに還元剤を供給したときには触媒が担持された下流側だけが温度上昇するので、発生熱量が少なく、しかも下流側で熱が発生するのでパティキュレートフィルタ上流側の温度上昇が抑制される。そして、パティキュレートフィルタ内の主に下流側で捕集された粒子状物質が酸化除去される。 In this way, by supporting the catalyst having oxidation ability on the downstream side in the particulate filter, when the reducing agent is supplied to the particulate filter, only the downstream side on which the catalyst is supported rises in temperature. In addition, since heat is generated on the downstream side, the temperature rise on the upstream side of the particulate filter is suppressed. Then, the particulate matter collected mainly in the downstream side in the particulate filter is oxidized and removed.

この後に、パティキュレートフィルタ内の主に上流側で捕集された粒子状物質を酸化除去させるために、高温の排気をパティキュレートフィルタに供給する。これにより、上流側で捕集された粒子状物質は酸化除去される。このときに発生する熱が、パティキュレートフィルタ内の下流側へ伝わっても、このときには既に下流側に捕集されていた粒子状物質は除去されているため、該下流側でさらに温度が上昇することがほとんどないので、下流側で過熱することが抑制される。 Thereafter, high temperature exhaust gas is supplied to the particulate filter in order to oxidize and remove particulate matter collected mainly in the upstream side in the particulate filter. Thereby, the particulate matter collected on the upstream side is oxidized and removed. Even if the heat generated at this time is transmitted to the downstream side in the particulate filter, the particulate matter already collected on the downstream side is removed at this time, so the temperature further increases on the downstream side. Since there is almost nothing, overheating on the downstream side is suppressed.

また、パティキュレートフィルタ全体の温度を上昇させてパティキュレートフィルタの再生を行う場合と比較して、パティキュレートフィルタの温度上昇が小さいため、その分上流側および下流側の温度を高くしてもパティキュレートフィルタの過熱を抑制することができる。そして、パティキュレートフィルタの上流側および下流側の温度を高くすることにより、粒子状物質の酸化が速やかに行われ、パティキュレートフィルタの再生に要する時間を短縮することができる。 In addition, since the temperature rise of the particulate filter is small compared to the case where the temperature of the particulate filter is raised and the particulate filter is regenerated, even if the upstream and downstream temperatures are increased accordingly, the particulate filter The overheating of the curate filter can be suppressed. And by raising the temperature of the upstream and downstream sides of the particulate filter, the particulate matter is oxidized quickly, and the time required for regeneration of the particulate filter can be shortened.

本発明においては、前記パティキュレートフィルタよりも上流に備えられた酸化能力を有する触媒である酸化触媒と、
前記酸化触媒をバイパスするバイパス通路と、
をさらに備え、
前記パティキュレートフィルタに捕集された粒子状物質を除去するときであって前記還元剤供給手段により前記パティキュレートフィルタへ還元剤を供給するときには、前記バイパス通路に還元剤を流し、前記パティキュレートフィルタへ高温の排気を供給するときには、前記酸化触媒に還元剤を流すことができる。 In the present invention, an oxidation catalyst which is a catalyst having an oxidation capability provided upstream of the particulate filter,
A bypass passage for bypassing the oxidation catalyst;
Further comprising
When the particulate matter trapped in the particulate filter is removed and when the reducing agent is supplied to the particulate filter by the reducing agent supply means, the reducing agent is caused to flow through the bypass passage, and the particulate filter When supplying high-temperature exhaust gas, a reducing agent can be passed through the oxidation catalyst.

すなわち、バイパス通路へ還元剤を流すことにより、パティキュレートフィルタへ還元剤を含んだ排気が供給される。そして、パティキュレートフィルタ内では、触媒が担持されている下流側で排気中の燃料が酸化され、該下流側で捕集された粒子状物質を酸化除去することができる。このときには、上流側で捕集された粒子状物質はほとんど酸化されないため、パティキュレートフィルタの過熱を抑制することができる。 That is, exhaust gas containing a reducing agent is supplied to the particulate filter by flowing the reducing agent through the bypass passage. In the particulate filter, the fuel in the exhaust gas is oxidized on the downstream side where the catalyst is supported, and the particulate matter collected on the downstream side can be oxidized and removed. At this time, since the particulate matter collected on the upstream side is hardly oxidized, overheating of the particulate filter can be suppressed.

また、酸化触媒へ還元剤を流すことにより、該酸化触媒において還元剤が酸化されるので排気の温度が上昇する。そして、この高温の排気をパティキュレートフィルタに流すことにより、該パティキュレートフィルタの上流側に捕集されていた粒子状物質を酸化除去することができる。このときには、下流側には粒子状物質がほとんど存在しないので、下流側でさらに温度が上昇することもほとんどない。そのため、パティキュレートフィルタの過熱が抑制される。 Further, when the reducing agent is allowed to flow through the oxidation catalyst, the reducing agent is oxidized in the oxidation catalyst, so that the temperature of the exhaust gas increases. The particulate matter collected on the upstream side of the particulate filter can be oxidized and removed by flowing this high-temperature exhaust gas through the particulate filter. At this time, since there is almost no particulate matter on the downstream side, the temperature hardly increases further on the downstream side. Therefore, overheating of the particulate filter is suppressed.

本発明においては、前記パティキュレートフィルタよりも上流に備えられた酸化能力を有する触媒である酸化触媒をさらに備え、
前記パティキュレートフィルタに捕集された粒子状物質を除去するときであって前記還元剤供給手段により前記パティキュレートフィルタへ還元剤を供給するときには、前記酸化触媒よりも下流でかつ前記パティキュレートフィルタよりも上流から還元剤を供給し、前記パティキュレートフィルタへ高温の排気を供給するときには、前記酸化触媒よりも上流から還元剤を供給することができる。 In the present invention, it further comprises an oxidation catalyst which is a catalyst having an oxidation ability provided upstream from the particulate filter,
When removing the particulate matter trapped in the particulate filter and when supplying the reducing agent to the particulate filter by the reducing agent supply means, it is downstream of the oxidation catalyst and from the particulate filter. In addition, when the reducing agent is supplied from the upstream side and the high-temperature exhaust gas is supplied to the particulate filter, the reducing agent can be supplied from the upstream side of the oxidation catalyst.

すなわち、酸化触媒よりも下流でかつパティキュレートフィルタよりも上流から還元剤を供給することにより、パティキュレートフィルタに還元剤を供給することができ、該パティキュレートフィルタ内の下流側で還元剤および粒子状物質（ＰＭ）を酸化させることができる。 That is, by supplying the reducing agent downstream from the oxidation catalyst and upstream from the particulate filter, the reducing agent can be supplied to the particulate filter, and the reducing agent and particles can be supplied downstream from the particulate filter. The particulate matter (PM) can be oxidized.

また、酸化触媒よりも上流側から還元剤を供給することにより、還元剤が酸化触媒へ流入するので、該酸化触媒にて還元剤が酸化して排気の温度を上昇させる。これにより、パティキュレートフィルタに高温の排気を供給することができる。このときには、排気中に還元剤がほとんど含まれていないため、パティキュレートフィルタの下流側で還元剤が反応することもほとんどなく、下流側にＰＭも溜まっていないため、該パティキュレートフィルタの下流側の温度上昇を抑制することができる。 Moreover, since the reducing agent flows into the oxidation catalyst by supplying the reducing agent from the upstream side of the oxidation catalyst, the reducing agent is oxidized by the oxidation catalyst and the temperature of the exhaust gas is raised. Thereby, high temperature exhaust gas can be supplied to the particulate filter. At this time, since the reducing agent is scarcely contained in the exhaust gas, the reducing agent hardly reacts on the downstream side of the particulate filter, and PM does not accumulate on the downstream side, so the downstream side of the particulate filter. Temperature rise can be suppressed.

本発明によれば、内燃機関の排気浄化装置において、フィルタ再生時の過度の温度上昇を抑制しつつ速やかにフィルタの再生を完了させることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, regeneration of a filter can be completed rapidly, suppressing the excessive temperature rise at the time of filter reproduction | regeneration in the exhaust gas purification apparatus of an internal combustion engine.

以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。 Hereinafter, specific embodiments of an exhaust emission control device for an internal combustion engine according to the present invention will be described with reference to the drawings.

図１は、本実施例に係る内燃機関の排気浄化装置を適用する内燃機関１とその排気系の概略構成を示す図である。 FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an internal combustion engine 1 to which an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to this embodiment is applied and an exhaust system thereof.

内燃機関１には、該内燃機関１の燃焼室へ通じる排気通路２が接続されている。この排気通路２は、下流にて大気へと通じている。 An exhaust passage 2 leading to the combustion chamber of the internal combustion engine 1 is connected to the internal combustion engine 1. This exhaust passage 2 communicates with the atmosphere downstream.

前記排気通路２の途中には、内燃機関１側から順に酸化触媒３、パティキュレートフィルタ４が備えられている。 In the middle of the exhaust passage 2, an oxidation catalyst 3 and a particulate filter 4 are provided in order from the internal combustion engine 1 side.

パティキュレートフィルタ４（以下、フィルタ４という。）内の中央よりも下流側には、流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中のＮＯxを吸蔵し、流入する排気の酸素濃度が低下し且つ還元剤が存在するときは吸蔵していたＮＯxを還元する機能を有する吸蔵還元型ＮＯx触媒（以下、ＮＯx触媒という。）を担持している。なお、本実施例においては、フィルタ４内の下流側であってＮＯx触媒を担持した部分を触媒担持部４２と称し、それよりも上流側のＮＯx触媒を担持していない部分を触媒非担持部４１と称する。たとえば、フィルタ４の製造時に触媒担持部４２だけを触媒溶液に浸すことにより、フィルタ４の下流側にのみＮＯx触媒を担持されることができる。 When the oxygen concentration of the inflowing exhaust gas is high, downstream of the center in the particulate filter 4 (hereinafter referred to as the filter 4), the NOx in the exhaust gas is occluded, and the oxygen concentration of the inflowing exhaust gas is reduced. When a reducing agent is present, it supports an NOx storage reduction catalyst (hereinafter referred to as NOx catalyst) having a function of reducing the stored NOx. In the present embodiment, the portion on the downstream side in the filter 4 that carries the NOx catalyst is referred to as a catalyst carrying portion 42, and the portion that does not carry the NOx catalyst on the upstream side thereof is referred to as a catalyst non-loading portion. 41. For example, the NOx catalyst can be supported only on the downstream side of the filter 4 by immersing only the catalyst support portion 42 in the catalyst solution when the filter 4 is manufactured.

なお、酸化触媒３は、酸化能力を有する触媒であればよく、三元触媒、ＮＯx触媒等の他の種類の触媒であってもよい。また、フィルタ４に担持するのは酸化能力を有する触媒
であればよく、例えば酸化触媒、若しくは三元触媒であってもよい。 The oxidation catalyst 3 may be any catalyst having an oxidation ability, and may be another type of catalyst such as a three-way catalyst or a NOx catalyst. The catalyst 4 may be supported on the filter 4 as long as it has an oxidizing ability, and may be, for example, an oxidation catalyst or a three-way catalyst.

また、内燃機関１よりも下流で且つ酸化触媒３よりも上流の排気通路と、酸化触媒３よりも下流でかつフィルタ４よりも上流の排気通路と、を接続するバイパス通路５が備えられている。そして、酸化触媒３よりも上流の排気通路２の途中であって、バイパス通路５が接続されている箇所には、内燃機関１からの排気を酸化触媒３およびバイパス通路５に振り分ける切替弁６が備えられている。 Further, a bypass passage 5 that connects an exhaust passage downstream of the internal combustion engine 1 and upstream of the oxidation catalyst 3 and an exhaust passage downstream of the oxidation catalyst 3 and upstream of the filter 4 is provided. . A switching valve 6 that distributes the exhaust from the internal combustion engine 1 to the oxidation catalyst 3 and the bypass passage 5 is located in the middle of the exhaust passage 2 upstream of the oxidation catalyst 3 and to which the bypass passage 5 is connected. Is provided.

さらに、切替弁６よりも上流の排気通路２には、該排気通路２内に還元剤たる燃料（軽油）を噴射する燃料添加弁７が取り付けられている。 Further, a fuel addition valve 7 for injecting fuel (light oil) as a reducing agent into the exhaust passage 2 is attached to the exhaust passage 2 upstream of the switching valve 6.

以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ８が併設されている。このＥＣＵ８は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態を制御するユニットである。 The internal combustion engine 1 configured as described above is provided with an ECU 8 that is an electronic control unit for controlling the internal combustion engine 1. The ECU 8 is a unit that controls the operation state of the internal combustion engine 1 in accordance with the operation conditions of the internal combustion engine 1 and the request of the driver.

ＥＣＵ８には、切替弁６および燃料添加弁７が電気配線を介して接続され、これらはＥＣＵ８により制御される。 The switching valve 6 and the fuel addition valve 7 are connected to the ECU 8 via electric wiring, and these are controlled by the ECU 8.

そして、本実施例においては、フィルタ４の再生を行う際に、まずは排気が全てバイパス通路５を流れるように切替弁６が操作され、その状態で燃料添加弁７から燃料が排気通路２内へ添加される。排気通路２内に添加された燃料は、排気と共にバイパス通路５を流れ、フィルタ４に到達する。燃料添加弁７から排気中へ添加された燃料は酸化触媒３を通過していないので、ほとんど酸化されていない。この燃料を含んだ排気がフィルタ４内に流入すると、まず触媒非担持部４１を通過することになるが、この触媒非担持部４１には触媒が担持されていないため、燃料はほとんど酸化されないまま、触媒担持部４２に流入する。そして、燃料を多く含んだ排気が触媒担持部４２を通過する際に、排気中に含まれる燃料がＮＯx触媒の作用により酸化される。そのため、触媒担持部４２の温度が上昇するので、該触媒担持部４２で捕集されているＰＭが酸化される。 In this embodiment, when the filter 4 is regenerated, first, the switching valve 6 is operated so that all the exhaust flows through the bypass passage 5, and in this state, the fuel enters the exhaust passage 2 from the fuel addition valve 7. Added. The fuel added into the exhaust passage 2 flows through the bypass passage 5 together with the exhaust gas and reaches the filter 4. Since the fuel added from the fuel addition valve 7 into the exhaust gas does not pass through the oxidation catalyst 3, it is hardly oxidized. When the exhaust gas containing the fuel flows into the filter 4, it first passes through the catalyst non-supporting portion 41. However, since the catalyst is not supported on the catalyst non-supporting portion 41, the fuel is hardly oxidized. And flows into the catalyst carrier 42. When the exhaust gas containing a large amount of fuel passes through the catalyst carrier 42, the fuel contained in the exhaust gas is oxidized by the action of the NOx catalyst. For this reason, the temperature of the catalyst carrier 42 rises, so that the PM collected by the catalyst carrier 42 is oxidized.

このようにして、触媒担持部４２に捕集されたＰＭが最初に除去される。この際、触媒非担持部４１は触媒担持部４２の上流側に位置していることにより、該触媒担持部４２で発生した熱は触媒非担持部４１に伝わり難いため、該触媒非担持部４１の温度はあまり上昇しない。 In this way, the PM collected on the catalyst carrier 42 is first removed. At this time, since the catalyst non-supporting portion 41 is located on the upstream side of the catalyst supporting portion 42, heat generated in the catalyst supporting portion 42 is difficult to be transmitted to the catalyst non-supporting portion 41. The temperature does not rise very much.

そして、触媒担持部４２において捕集されたＰＭが除去された後に、排気が全て酸化触媒３を流れるように切替弁６が操作され、その状態で燃料添加弁７から燃料が排気通路２内へ添加される。例えばフィルタ４よりも上流側と下流側との差圧を検出し該差圧が予め定めておいた値よりも小さくなった場合に、触媒担持部４２からＰＭが除去されたと判定することができる。また、燃料添加弁７からの燃料の添加時間が予め定めた時間以上となった場合に、触媒担持部４２からＰＭが除去されたと判定してもよい。 Then, after the PM trapped in the catalyst carrier 42 is removed, the switching valve 6 is operated so that all the exhaust gas flows through the oxidation catalyst 3, and in this state, fuel flows from the fuel addition valve 7 into the exhaust passage 2. Added. For example, when the differential pressure between the upstream side and the downstream side of the filter 4 is detected and the differential pressure becomes smaller than a predetermined value, it can be determined that PM has been removed from the catalyst support 42. . Alternatively, it may be determined that the PM is removed from the catalyst carrier 42 when the fuel addition time from the fuel addition valve 7 is equal to or longer than a predetermined time.

燃料添加弁７から排気通路２内に添加された燃料は、排気と共に酸化触媒３に流入する。そして、酸化触媒３内では、触媒の作用により燃料が酸化され熱が発生するため、該酸化触媒３内で排気の温度が上昇する。そのため、酸化触媒３から流出する排気の温度は高温となっている。そして、この高温の排気がフィルタ４に流入し、触媒非担持部４１を高温の排気が通過すると、該触媒非担持部４１において捕集されていたＰＭが酸化され除去される。 The fuel added from the fuel addition valve 7 into the exhaust passage 2 flows into the oxidation catalyst 3 together with the exhaust. In the oxidation catalyst 3, the fuel is oxidized by the action of the catalyst and heat is generated, so that the temperature of the exhaust gas rises in the oxidation catalyst 3. Therefore, the temperature of the exhaust gas flowing out from the oxidation catalyst 3 is high. When the high-temperature exhaust gas flows into the filter 4 and the high-temperature exhaust gas passes through the catalyst non-supporting portion 41, the PM collected in the catalyst non-supporting portion 41 is oxidized and removed.

この際、排気の温度がさらに上昇するが、このときの温度上昇は触媒非担持部４１で捕集されていたＰＭの分だけである。そして、この排気が触媒担持部４２に流入したとして
も、該触媒担持部４２で捕集されていたＰＭは除去された後であり、また、排気中に含まれていた燃料も酸化触媒３で酸化されているため、該触媒担持部４２においては、排気の温度はほとんど上昇しない。そのため、触媒担持部４２においてフィルタ４が過熱することが抑制される。 At this time, the temperature of the exhaust gas further rises, but the temperature rise at this time is only the amount of PM collected by the catalyst non-supporting portion 41. Even if the exhaust gas flows into the catalyst carrier 42, PM collected by the catalyst carrier 42 is removed, and the fuel contained in the exhaust is also oxidized by the oxidation catalyst 3. Since it is oxidized, the temperature of the exhaust gas hardly rises in the catalyst support portion 42. Therefore, the filter 4 is prevented from overheating in the catalyst carrier 42.

このようにして、本実施例においては、フィルタ４の再生時に該フィルタ４の温度が過度に上昇することを抑制できる。 In this way, in this embodiment, it is possible to suppress an excessive increase in the temperature of the filter 4 when the filter 4 is regenerated.

また、触媒非担持部４１若しくは触媒担持部４２でそれぞれ全体の半分の量のＰＭが別々に酸化されるので、それぞれの箇所で発生する熱量は従来よりも小さい。そのため、それぞれの箇所でのフィルタ４の最高温度を従来よりも高くすることができるので、速やかにＰＭを酸化させることが可能となる。すなわち、従来のようにフィルタの全体に触媒が担持されている場合には、フィルタ４の再生時に該フィルタ４に捕集されたＰＭが一度に酸化してしまいフィルタが過熱するおそれがあった。そのため、フィルタ４の過熱が起こらないように燃料添加量を少なめに調整し、時間をかけて該フィルタ４の再生を行うことがあった。 In addition, since half of the total amount of PM is separately oxidized in the catalyst non-supporting portion 41 or the catalyst supporting portion 42, the amount of heat generated at each location is smaller than that in the past. Therefore, since the maximum temperature of the filter 4 at each location can be made higher than before, PM can be oxidized quickly. That is, when the catalyst is supported on the entire filter as in the prior art, PM collected in the filter 4 during the regeneration of the filter 4 may be oxidized at a time and the filter may be overheated. Therefore, the amount of fuel added is adjusted to be small so that the filter 4 is not overheated, and the filter 4 may be regenerated over time.

一方、本実施例では、一度に酸化するＰＭ量は従来のほぼ半分なので、そのときのフィルタ４の下流端の温度は従来よりも低くなる。そのため、フィルタ４が過熱するまでには、従来よりも余裕があり、燃料添加量を従来よりも増量させることができる。そのため、より高温下でフィルタ４の再生を行うことができるので、フィルタ４の再生時間を短縮させ、燃費の向上を図ることができる。 On the other hand, in the present embodiment, the amount of PM oxidized at one time is almost half that of the prior art, so the temperature at the downstream end of the filter 4 at that time is lower than that of the prior art. Therefore, there is a surplus before the filter 4 is overheated, and the fuel addition amount can be increased as compared with the conventional case. Therefore, since the filter 4 can be regenerated at a higher temperature, the regeneration time of the filter 4 can be shortened and fuel consumption can be improved.

なお、本実施例においては、ＰＭを除去する対象を触媒担持部４２から触媒非担持部４１へ変えるときに、排気の流れを、バイパス通路５から酸化触媒３へ直ちに切り替えていたが、これに代えて排気の流れの分配を徐々に切り替えるようにしてもよい。すなわち、最初は全量若しくはほとんどの排気をバイパス通路５へ流しておき、触媒担持部４２でのＰＭの除去が進むに従い、酸化触媒３へ流す排気の量を徐々に多くしても良い。切替弁６の制御は、例えばフィルタ４よりも上流側と下流側との差圧、若しくはフィルタ４の再生開始からの経過時間に基づいて行うことができる。触媒担持部４２に捕集されているＰＭの量と、切替弁６による排気の分配率と、の関係を予め実験等により求めてマップ化しておいてもよい。 In the present embodiment, when the target for PM removal is changed from the catalyst carrying part 42 to the catalyst non-carrying part 41, the flow of exhaust gas is immediately switched from the bypass passage 5 to the oxidation catalyst 3. Instead, the distribution of the exhaust flow may be gradually switched. That is, at first, all or most of the exhaust gas may be allowed to flow to the bypass passage 5, and the amount of exhaust gas flowing to the oxidation catalyst 3 may be gradually increased as PM removal at the catalyst carrier 42 proceeds. The switching valve 6 can be controlled based on, for example, the differential pressure between the upstream side and the downstream side of the filter 4 or the elapsed time from the start of regeneration of the filter 4. The relationship between the amount of PM trapped in the catalyst carrier 42 and the distribution ratio of exhaust gas by the switching valve 6 may be obtained in advance through experiments or the like and mapped.

また、本実施例においては、触媒非担持部４１と触媒担持部４２とがフィルタ４の中央を境に分かれているが、必ずしも中央で別れていなくてもよく、また、明確に分かれていなくてもよい。すなわち、フィルタ４の上流側から下流側に向かって徐々にＮＯx触媒の担持量を多くしていっても良い。 Further, in this embodiment, the catalyst non-supporting portion 41 and the catalyst supporting portion 42 are separated from each other at the center of the filter 4, but they are not necessarily separated at the center, and are not clearly separated. Also good. That is, the amount of NOx catalyst supported may be gradually increased from the upstream side to the downstream side of the filter 4.

図２は、本実施例に係る内燃機関の排気浄化装置を適用する内燃機関１とその排気系の概略構成を示す図である。 FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of the internal combustion engine 1 to which the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to this embodiment is applied and its exhaust system.

なお、実施例１と同じ部材については、同じ番号を付して説明を省略する。 In addition, about the same member as Example 1, the same number is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.

内燃機関１よりも下流でかつフィルタ４よりも上流の排気通路２には、バーナ１０が接続されている。このバーナ１０は、該バーナ１０に燃料を供給する燃料供給装置１１および点火装置１２を備えて構成されている。 A burner 10 is connected to the exhaust passage 2 downstream of the internal combustion engine 1 and upstream of the filter 4. The burner 10 includes a fuel supply device 11 and an ignition device 12 that supply fuel to the burner 10.

このバーナ１０は、燃料供給装置１１が燃料を供給しつつ空気との混合気を形成させ、この混合気を点火装置１２により点火させて燃焼させる。そして、高温の燃焼ガスが排気
通路２内へ流入する。このバーナ１０により、フィルタ４若しくは触媒の温度を上昇させることができる。 The burner 10 forms an air-fuel mixture while the fuel supply device 11 supplies fuel, and the air-fuel mixture is ignited by an ignition device 12 to burn. Then, high-temperature combustion gas flows into the exhaust passage 2. The burner 10 can raise the temperature of the filter 4 or the catalyst.

そして、本実施例においては、フィルタ４の再生を行う際に、まずは点火装置１２による点火を行わずに、燃料供給装置１１から燃料を供給する。そうすると、燃焼が起こらないために、燃料が排気通路２へ流入する。排気通路２内に流入した燃料は、排気と共にフィルタ４に到達する。この燃料を含んだ排気がフィルタ４内に流入すると、まず触媒非担持部４１を通過することになるが、この触媒非担持部４１には触媒が担持されていないため、燃料はほとんど酸化されないまま、触媒担持部４２に流入する。そして、燃料を多く含んだ排気が触媒担持部４２を通過する際に、排気中に含まれる燃料がＮＯx触媒の作用により酸化される。そのため、触媒担持部４２の温度が上昇するので、該触媒担持部４２で捕集されているＰＭが酸化される。 In this embodiment, when the filter 4 is regenerated, fuel is first supplied from the fuel supply device 11 without ignition by the ignition device 12. Then, since no combustion occurs, the fuel flows into the exhaust passage 2. The fuel flowing into the exhaust passage 2 reaches the filter 4 together with the exhaust. When the exhaust gas containing the fuel flows into the filter 4, it first passes through the catalyst non-supporting portion 41. However, since the catalyst is not supported on the catalyst non-supporting portion 41, the fuel is hardly oxidized. And flows into the catalyst carrier 42. When the exhaust gas containing a large amount of fuel passes through the catalyst carrier 42, the fuel contained in the exhaust gas is oxidized by the action of the NOx catalyst. For this reason, the temperature of the catalyst carrier 42 rises, so that the PM collected by the catalyst carrier 42 is oxidized.

そして、触媒担持部４２において捕集されたＰＭが除去された後に、点火装置１２による点火を行い、バーナ１０内で混合気を燃焼させる。これにより、温度の高い燃焼ガスがバーナ１０から排気通路２へ流入する。そして、この高温の燃焼ガスが排気と共にフィルタ４に流入し触媒非担持部４１を通過すると、該触媒非担持部４１において捕集されていたＰＭが酸化され除去される。 Then, after the PM collected in the catalyst carrier 42 is removed, ignition by the ignition device 12 is performed, and the air-fuel mixture is burned in the burner 10. As a result, combustion gas having a high temperature flows from the burner 10 into the exhaust passage 2. Then, when this high-temperature combustion gas flows into the filter 4 together with the exhaust gas and passes through the catalyst non-supporting part 41, the PM collected in the catalyst non-supporting part 41 is oxidized and removed.

この際、排気の温度がさらに上昇するが、このときの温度上昇は触媒非担持部４１で捕集されていたＰＭの分だけである。そして、この排気が触媒担持部４２に流入したとしても、該触媒担持部４２で捕集されていたＰＭは除去された後であるため、該触媒担持部４２においては、排気の温度はほとんど上昇しない。そのため、触媒担持部４２においてフィルタ４が過熱することが抑制される。 At this time, the temperature of the exhaust gas further rises, but the temperature rise at this time is only the amount of PM collected by the catalyst non-supporting portion 41. Even if the exhaust gas flows into the catalyst carrier 42, the PM collected by the catalyst carrier 42 is removed, so that the temperature of the exhaust gas almost increases in the catalyst carrier 42. do not do. Therefore, the filter 4 is prevented from overheating in the catalyst carrier 42.

また、触媒非担持部４１若しくは触媒担持部４２でそれぞれ全体の半分の量のＰＭが別々に酸化されるので、それぞれの箇所で発生する熱量は従来よりも小さい。そのため、それぞれの箇所でのフィルタ４の最高温度を従来よりも高くすることができるので、速やかにＰＭを酸化させることが可能となる。すなわち、本実施例では、一度に酸化するＰＭ量は従来のほぼ半分なので、そのときのフィルタ４の下流端の温度は従来よりも低くなる。そのため、フィルタ４が過熱するまでには、従来よりも余裕があり、燃料添加量を従来よりも増量させることができる。そのため、より高温下でフィルタ４の再生を行うことができるので、フィルタ４の再生時間を短縮させ、燃費の向上を図ることができる。 In addition, since half of the total amount of PM is separately oxidized in the catalyst non-supporting portion 41 or the catalyst supporting portion 42, the amount of heat generated at each location is smaller than that in the past. Therefore, since the maximum temperature of the filter 4 at each location can be made higher than before, PM can be oxidized quickly. That is, in the present embodiment, the amount of PM oxidized at a time is almost half that of the prior art, so the temperature at the downstream end of the filter 4 at that time is lower than that of the prior art. Therefore, there is a surplus before the filter 4 is overheated, and the fuel addition amount can be increased as compared with the conventional case. Therefore, since the filter 4 can be regenerated at a higher temperature, the regeneration time of the filter 4 can be shortened and fuel consumption can be improved.

なお、本実施例においては、触媒非担持部４１と触媒担持部４２とがフィルタ４の中央を境に分かれているが、必ずしも中央で別れていなくてもよく、また、明確に分かれていなくてもよい。すなわち、フィルタ４の上流側から下流側に向かって徐々にＮＯx触媒の担持量を多くしても良い。 In this embodiment, the catalyst non-supporting portion 41 and the catalyst supporting portion 42 are separated from each other at the center of the filter 4, but they are not necessarily separated at the center and are not clearly separated. Also good. That is, the amount of NOx catalyst supported may be gradually increased from the upstream side to the downstream side of the filter 4.

図３は、本実施例に係る内燃機関の排気浄化装置を適用する内燃機関１とその排気系の概略構成を示す図である。 FIG. 3 is a diagram showing a schematic configuration of the internal combustion engine 1 to which the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to this embodiment is applied and its exhaust system.

酸化触媒３よりも下流でかつフィルタ４よりも上流の排気通路２には、該排気通路２内に還元剤たる燃料（軽油）を噴射する第２燃料添加弁２０が取り付けられている。この第２燃料添加弁２０は、燃料添加弁７と同様に、ＥＣＵ８からの信号により排気通路２内へ還元剤たる燃料を添加する。 A second fuel addition valve 20 for injecting fuel (light oil) as a reducing agent into the exhaust passage 2 is attached to the exhaust passage 2 downstream of the oxidation catalyst 3 and upstream of the filter 4. Similar to the fuel addition valve 7, the second fuel addition valve 20 adds fuel as a reducing agent into the exhaust passage 2 by a signal from the ECU 8.

そして、本実施例においては、フィルタ４の再生を行う際に、まずは第２燃料添加弁２０から燃料を供給する。このときには、燃料添加弁７からの燃料添加は行わない。そうすると、第２燃料添加弁２０から排気通路２内へ添加された燃料は、排気と共にフィルタ４に到達する。この燃料を含んだ排気がフィルタ４内に流入すると、まず触媒非担持部４１を通過することになるが、この触媒非担持部４１には触媒が担持されていないため、燃料はほとんど酸化されないまま、触媒担持部４２に流入する。そして、燃料を多く含んだ排気が触媒担持部４２を通過する際に、排気中に含まれる燃料がＮＯx触媒の作用により酸化される。そのため、触媒担持部４２の温度が上昇するので、該触媒担持部４２で捕集されているＰＭが酸化される。 In this embodiment, when the filter 4 is regenerated, first, fuel is supplied from the second fuel addition valve 20. At this time, fuel addition from the fuel addition valve 7 is not performed. Then, the fuel added from the second fuel addition valve 20 into the exhaust passage 2 reaches the filter 4 together with the exhaust. When the exhaust gas containing the fuel flows into the filter 4, it first passes through the catalyst non-supporting portion 41. However, since the catalyst is not supported on the catalyst non-supporting portion 41, the fuel is hardly oxidized. And flows into the catalyst carrier 42. When the exhaust gas containing a large amount of fuel passes through the catalyst carrier 42, the fuel contained in the exhaust gas is oxidized by the action of the NOx catalyst. For this reason, the temperature of the catalyst carrier 42 rises, so that the PM collected by the catalyst carrier 42 is oxidized.

そして、触媒担持部４２において捕集されたＰＭが除去された後に、第２燃料添加弁２０からの燃料添加を停止すると共に燃料添加弁７から燃料添加を行う。 Then, after the PM collected in the catalyst carrier 42 is removed, the fuel addition from the second fuel addition valve 20 is stopped and the fuel addition is performed from the fuel addition valve 7.

この際、排気の温度がさらに上昇するが、このときの温度上昇は触媒非担持部４１で捕集されていたＰＭの分だけである。そして、この排気が触媒担持部４２に流入したとしても、該触媒担持部４２で捕集されていたＰＭは除去された後であり、また、排気中に含まれていた燃料も酸化触媒３で酸化されているため、該触媒担持部４２においては、排気の温度はほとんど上昇しない。そのため、触媒担持部４２においてフィルタ４が過熱することが抑制される。 At this time, the temperature of the exhaust gas further rises, but the temperature rise at this time is only the amount of PM collected by the catalyst non-supporting portion 41. Even if the exhaust gas flows into the catalyst carrier 42, PM collected by the catalyst carrier 42 is removed, and the fuel contained in the exhaust is also oxidized by the oxidation catalyst 3. Since it is oxidized, the temperature of the exhaust gas hardly rises in the catalyst support portion 42. Therefore, the filter 4 is prevented from overheating in the catalyst carrier 42.

また、触媒非担持部４１若しくは触媒担持部４２でそれぞれ全体の半分の量のＰＭが別々に酸化されるので、それぞれの箇所で発生する熱量は従来よりも小さい。そのため、それぞれの箇所でのフィルタ４の最高温度を従来よりも高くすることができるので、速やかにＰＭを酸化させることが可能となる。すなわち、本実施例では、一度に酸化するＰＭ量は従来のほぼ半分なので、そのときのフィルタ４の下流端の温度は従来よりも低くなる。そのため、フィルタ４が過熱するまでには、従来よりも余裕があり、燃料添加量を従来よりも増量させることができる。そのため、より高温下でフィルタ４の再生を行うことがで
きるので、フィルタ４の再生時間を短縮させ、燃費の向上を図ることができる。 In addition, since half of the total amount of PM is separately oxidized in the catalyst non-supporting portion 41 or the catalyst supporting portion 42, the amount of heat generated at each location is smaller than that in the past. Therefore, since the maximum temperature of the filter 4 at each location can be made higher than before, PM can be oxidized quickly. That is, in the present embodiment, the amount of PM oxidized at a time is almost half that of the prior art, so the temperature at the downstream end of the filter 4 at that time is lower than that of the prior art. Therefore, there is a surplus before the filter 4 is overheated, and the fuel addition amount can be increased as compared with the conventional case. Therefore, since the filter 4 can be regenerated at a higher temperature, the regeneration time of the filter 4 can be shortened and fuel consumption can be improved.

なお、本実施例においては、ＰＭを除去する対象を触媒担持部４２から触媒非担持部４１とするときに、第２燃料添加弁２０から燃料添加弁７へと燃料添加を行う部材を切り替えていたが、これに代えて燃料添加量を徐々に変更してもよい。すなわち、最初は主に第２燃料添加弁２０から燃料の添加を行い、触媒担持部４２でのＰＭの除去が進むに従い、燃料添加弁７からの燃料添加量を多くしていっても良い。燃料添加量は、例えばフィルタ４よりも上流側と下流側との差圧、若しくはフィルタ４の再生開始からの経過時間に基づいて行う。 In this embodiment, when the PM removal target is the catalyst carrying part 42 to the catalyst non-carrying part 41, the member for adding fuel is switched from the second fuel addition valve 20 to the fuel addition valve 7. However, instead of this, the fuel addition amount may be gradually changed. In other words, fuel may be initially added mainly from the second fuel addition valve 20, and the amount of fuel added from the fuel addition valve 7 may be increased as the PM removal at the catalyst carrier 42 proceeds. The amount of fuel addition is performed based on, for example, the differential pressure between the upstream side and the downstream side of the filter 4 or the elapsed time from the start of regeneration of the filter 4.

実施例１に係る内燃機関の排気浄化装置を適用する内燃機関とその排気系の概略構成を示す図である。1 is a diagram illustrating a schematic configuration of an internal combustion engine to which an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to a first embodiment is applied and an exhaust system thereof. 実施例２に係る内燃機関の排気浄化装置を適用する内燃機関とその排気系の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the internal combustion engine which applies the exhaust gas purification apparatus of the internal combustion engine which concerns on Example 2, and its exhaust system. 実施例３に係る内燃機関の排気浄化装置を適用する内燃機関とその排気系の概略構成を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a schematic configuration of an internal combustion engine to which an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to a third embodiment is applied and an exhaust system thereof.

符号の説明Explanation of symbols

１内燃機関
２排気通路
３酸化触媒
４パティキュレートフィルタ
５バイパス通路
６切替弁
７燃料添加弁
８ＥＣＵ
１０バーナ
１１燃料供給装置
１２点火装置
２０第２燃料添加弁
４１触媒非担持部
４２触媒担持部 1 Internal combustion engine 2 Exhaust passage 3 Oxidation catalyst 4 Particulate filter 5 Bypass passage 6 Switching valve 7 Fuel addition valve 8 ECU
10 Burner 11 Fuel Supply Device 12 Ignition Device 20 Second Fuel Addition Valve 41 Catalyst Non-Supporting Part 42 Catalyst Supporting Part

Claims

内燃機関の排気通路に設けられ下流側に酸化能力を有する触媒を担持させたパティキュレートフィルタと、
前記パティキュレートフィルタよりも上流から該パティキュレートフィルタに還元剤を供給する還元剤供給手段と、
前記パティキュレートフィルタよりも上流から該パティキュレートフィルタに粒子状物質を酸化させる高温の排気を供給する高温排気供給手段と、
を備え、
前記パティキュレートフィルタに捕集された粒子状物質を除去するときに、前記還元剤供給手段により前記パティキュレートフィルタへ還元剤を供給し、その後、前記高温排気供給手段により前記パティキュレートフィルタへ高温の排気を供給することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 A particulate filter provided in an exhaust passage of the internal combustion engine and carrying a catalyst having an oxidizing ability on the downstream side;
Reducing agent supply means for supplying a reducing agent to the particulate filter from upstream of the particulate filter;
High-temperature exhaust gas supply means for supplying high-temperature exhaust gas that oxidizes particulate matter to the particulate filter from upstream of the particulate filter;
With
When removing the particulate matter collected by the particulate filter, the reducing agent supply means supplies a reducing agent to the particulate filter, and then the high temperature exhaust supply means supplies the particulate filter to a high temperature. An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, characterized by supplying exhaust gas.

前記パティキュレートフィルタよりも上流に備えられた酸化能力を有する触媒である酸化触媒と、
前記酸化触媒をバイパスするバイパス通路と、
をさらに備え、
前記パティキュレートフィルタに捕集された粒子状物質を除去するときであって前記還元剤供給手段により前記パティキュレートフィルタへ還元剤を供給するときには、前記バイパス通路に還元剤を流し、前記パティキュレートフィルタへ高温の排気を供給するときには、前記酸化触媒に還元剤を流すことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。 An oxidation catalyst which is a catalyst having an oxidation ability provided upstream of the particulate filter;
A bypass passage for bypassing the oxidation catalyst;
Further comprising
When the particulate matter trapped in the particulate filter is removed and when the reducing agent is supplied to the particulate filter by the reducing agent supply means, the reducing agent is caused to flow through the bypass passage, and the particulate filter 2. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein when a high-temperature exhaust gas is supplied to the engine, a reducing agent is caused to flow through the oxidation catalyst.

前記パティキュレートフィルタよりも上流に備えられた酸化能力を有する触媒である酸化触媒をさらに備え、
前記パティキュレートフィルタに捕集された粒子状物質を除去するときであって前記還元剤供給手段により前記パティキュレートフィルタへ還元剤を供給するときには、前記酸化触媒よりも下流でかつ前記パティキュレートフィルタよりも上流から還元剤を供給し、前記パティキュレートフィルタへ高温の排気を供給するときには、前記酸化触媒よりも上流から還元剤を供給することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。 Further comprising an oxidation catalyst which is a catalyst having an oxidation ability provided upstream from the particulate filter;
When removing the particulate matter trapped in the particulate filter and when supplying the reducing agent to the particulate filter by the reducing agent supply means, it is downstream of the oxidation catalyst and from the particulate filter. 2. The exhaust gas purification of an internal combustion engine according to claim 1, wherein when the reducing agent is supplied from the upstream side and the high-temperature exhaust gas is supplied to the particulate filter, the reducing agent is supplied from the upstream side of the oxidation catalyst. apparatus.