JP2007154773A - Exhaust emission control device - Google Patents

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JP2007154773A JP2005351475A JP2005351475A JP2007154773A JP 2007154773 A JP2007154773 A JP 2007154773A JP 2005351475 A JP2005351475 A JP 2005351475A JP 2005351475 A JP2005351475 A JP 2005351475A JP 2007154773 A JP2007154773 A JP 2007154773A
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Minehiro Murata
峰啓 村田
Yoshihisa Takeda
好央 武田
Nobuhiro Kondo
暢宏 近藤
Sei Kawatani
聖 川谷
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Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
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Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an exhaust emission control device in which exhaust control performance is prevented from being lowered by improving fuel economy during the recovery of the functions of an NOx storage catalyst and a particulate filter. <P>SOLUTION: This exhaust emission control device comprises an HC supply means 44 having a particulate filter 38 on the downstream side of an NOx storage catalyst 36 and supplying HC into the exhaust gases flowing into the NOx storage catalyst 36, an exhaust bypass passage 46 having one end connected to an exhaust flow passage on the upstream side more than the HC supply means 44 and the other end connected to the exhaust flow passage between the NOx storage catalyst 36 and the particulate filter 38, and a bypass valve 48 regulating the flow of the exhaust gases flowing in the exhaust bypass flow passage 46. When HC is supplied from the HC supply means 44 into the exhaust gases, the bypass valve 48 is so controlled that the amount of the exhaust gases flowing into the NOx storage catalyst 36 can be reduced more than in the case that the supply of HC is not performed. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は排気浄化装置に関し、特にNOx吸蔵触媒とパティキュレートフィルタとを備えた排気浄化装置に関する。   The present invention relates to an exhaust purification device, and more particularly to an exhaust purification device including a NOx storage catalyst and a particulate filter.

酸化雰囲気のときに排気中のNOx(窒素酸化物)を吸蔵し、還元雰囲気のときに吸蔵していた前記NOxを放出して還元するNOx吸蔵触媒をエンジンの排気通路に設け、排気中のNOxを浄化するようにした排気浄化装置が知られている。
このような排気浄化装置では、エンジンの通常運転時に酸化雰囲気のもとでNOx吸蔵触媒が排気中のNOxを吸蔵していくが、排気中のNOxを吸蔵していく状態が長く継続すると、NOx吸蔵触媒のNOx吸蔵能力が飽和し、排気中のNOxがNOx吸蔵触媒に吸蔵されずにそのまま大気中に放出されるおそれがある。そこで、このようなNOx吸蔵能力の飽和を防止するため、所定時間ごとに排気中にHC(炭化水素)を供給して還元雰囲気とすることにより、NOx吸蔵触媒に吸蔵されているNOxを放出還元する、いわゆるNOxパージを行うようにしている。
A NOx occlusion catalyst that occludes NOx (nitrogen oxide) in the exhaust in an oxidizing atmosphere and releases and reduces the NOx occluded in the reducing atmosphere is provided in the exhaust passage of the engine, and the NOx in the exhaust There is known an exhaust purification device that purifies gas.
In such an exhaust purification device, the NOx occlusion catalyst occludes NOx in the exhaust under an oxidizing atmosphere during normal operation of the engine, but if the state of occlusion of NOx in the exhaust continues for a long time, the NOx There is a possibility that the NOx storage capacity of the storage catalyst is saturated, and NOx in the exhaust is not stored in the NOx storage catalyst but is released into the atmosphere as it is. Therefore, in order to prevent such saturation of the NOx storage capacity, HC (hydrocarbon) is supplied into the exhaust gas every predetermined time to create a reducing atmosphere, so that NOx stored in the NOx storage catalyst is released and reduced. The so-called NOx purge is performed.

一方、燃料中やエンジンの潤滑油中にはイオウ成分が含まれており、このイオウ成分がSOx(硫黄酸化物)となってエンジンの排気と共に排出される。このSOxもNOxと同様のメカニズムによりNOx吸蔵触媒に吸蔵され、SOxの吸蔵量増大と共にNOx吸蔵能力が低下するイオウ被毒が生じる。
そこで、このようなイオウ被毒の回復、即ちSパージのため、排気中に間欠的にHC供給を行って、NOx吸蔵触媒上でのHCと排気中の酸素との反応熱によりNOx吸蔵触媒を昇温すると共に還元雰囲気とすることが知られている。
On the other hand, sulfur components are contained in fuel and engine lubricating oil, and these sulfur components become SOx (sulfur oxide) and are discharged together with engine exhaust. This SOx is also occluded in the NOx occlusion catalyst by the same mechanism as NOx, and sulfur poisoning occurs in which the NOx occlusion capacity decreases as the occlusion amount of SOx increases.
Therefore, in order to recover such sulfur poisoning, that is, S purge, HC is intermittently supplied into the exhaust gas, and the NOx storage catalyst is removed by the reaction heat of HC and oxygen in the exhaust gas on the NOx storage catalyst. It is known to raise the temperature and reduce the atmosphere.

また、ディーゼルエンジンなどの場合には、排気中に含まれるパティキュレートを捕集するため、NOx吸蔵触媒の下流側の排気流路にパティキュレートフィルタが設けられている。捕集されたパティキュレートはパティキュレートフィルタ内に堆積していくが、NOx吸蔵触媒に吸蔵されずにパティキュレートフィルタに流入した排気中のNOxが、堆積したパティキュレートに対して酸化剤として作用することにより、パティキュレートを酸化してパティキュレートフィルタから除去し、パティキュレートフィルタを連続再生するようにしている。   In the case of a diesel engine or the like, a particulate filter is provided in the exhaust passage downstream of the NOx storage catalyst in order to collect particulates contained in the exhaust. The collected particulates accumulate in the particulate filter, but the NOx in the exhaust gas that has flowed into the particulate filter without being stored in the NOx storage catalyst acts as an oxidizing agent on the deposited particulates. Thus, the particulates are oxidized and removed from the particulate filter, and the particulate filter is continuously regenerated.

ところが、このような連続再生だけではパティキュレートフィルタに堆積したパティキュレートを十分に除去することができない場合があるため、NOx吸蔵触媒に流入する排気中にHCを供給し、NOx吸蔵触媒上でのHCと排気中の酸素との反応熱でNOx吸蔵触媒を昇温してパティキュレートフィルタに流入する排気の温度を上昇させることによって、堆積したパティキュレートを焼却除去する強制再生が行われる。   However, since there are cases where particulates accumulated on the particulate filter cannot be sufficiently removed only by such continuous regeneration, HC is supplied into the exhaust gas flowing into the NOx storage catalyst, and the NOx storage catalyst Forcible regeneration is performed in which accumulated particulates are incinerated by raising the temperature of the NOx storage catalyst by the reaction heat between HC and oxygen in the exhaust and raising the temperature of the exhaust flowing into the particulate filter.

このように、NOx吸蔵触媒やパティキュレートフィルタを備えた排気浄化装置では、排気中にHCを供給することによりNOx吸蔵触媒やパティキュレートフィルタの機能回復が行われる。
ところで、NOx吸蔵触媒のNOxパージやSパージでNOx吸蔵触媒を還元雰囲気とするために排気中に供給されるHCの量は、NOx吸蔵触媒に流入する排気流量が多いほど多くなる。
As described above, in the exhaust gas purification apparatus including the NOx storage catalyst and the particulate filter, the functions of the NOx storage catalyst and the particulate filter are recovered by supplying HC into the exhaust gas.
By the way, the amount of HC supplied into the exhaust gas in order to make the NOx storage catalyst into a reducing atmosphere by NOx purge or S purge of the NOx storage catalyst increases as the flow rate of exhaust gas flowing into the NOx storage catalyst increases.

また、NOx吸蔵触媒に流入する排気流量が増大してNOx吸蔵触媒内の排気の流速が大となるほどNOx吸蔵触媒上でHCが反応しにくくなるため、NOx吸蔵触媒のSパージやパティキュレートフィルタの強制再生でNOx吸蔵触媒を昇温させるために排気中に供給されるHCの量も、NOx吸蔵触媒に流入する排気流量が多いほど多くなる。
このため、特に排気流量が多くなる高速高負荷運転時には、NOx吸蔵触媒やパティキュレートフィルタの機能回復のためのHC供給量が増大し、燃費が悪化するという問題があった。
Further, as the flow rate of exhaust gas flowing into the NOx storage catalyst increases and the flow rate of the exhaust gas in the NOx storage catalyst increases, HC does not react easily on the NOx storage catalyst, so the S purge of the NOx storage catalyst or the particulate filter The amount of HC supplied into the exhaust gas for raising the temperature of the NOx storage catalyst by forced regeneration also increases as the exhaust flow rate flowing into the NOx storage catalyst increases.
For this reason, particularly during high-speed and high-load operation where the exhaust gas flow rate increases, there is a problem that the amount of HC supplied for restoring the functions of the NOx storage catalyst and the particulate filter increases, and the fuel consumption deteriorates.

そこで、NOx吸蔵触媒をバイパスする排気バイパス通路を設け、NOx吸蔵触媒のSパージで排気中にHC供給を行ってNOx吸蔵触媒を還元雰囲気とする際には、排気の一部がNOx吸蔵触媒をバイパスするようにしてNOx吸蔵触媒に流入する排気流量を減少させることにより、排気中へのHC供給量を減少させるようにした排気浄化装置が提案されている(特許文献1)。
特開2003−176715号公報
Therefore, when an exhaust gas bypass passage is provided to bypass the NOx storage catalyst and HC is supplied into the exhaust gas by the S purge of the NOx storage catalyst to make the NOx storage catalyst into a reducing atmosphere, a part of the exhaust gas passes through the NOx storage catalyst. There has been proposed an exhaust emission control device that reduces the amount of HC supplied into the exhaust gas by reducing the flow rate of exhaust gas flowing into the NOx storage catalyst in a bypass manner (Patent Document 1).
JP 2003-176715 A

特許文献1の排気浄化装置は、パティキュレートフィルタにNOx吸蔵触媒が担持されたものであり、排気バイパス通路の下流側はパティキュレートフィルタの下流側の排気通路に連通するようになっている。
このため、特許文献1の排気浄化装置のように、NOx吸蔵触媒のSパージの際に排気の一部がNOx吸蔵触媒をバイパスするようにしてしまうと、排気中に含まれるパティキュレートの一部はパティキュレートフィルタに捕集されることなく大気中に放出されてしまうという問題が生じる。
The exhaust purification device of Patent Document 1 is a particulate filter in which a NOx storage catalyst is supported, and the downstream side of the exhaust bypass passage communicates with the exhaust passage on the downstream side of the particulate filter.
For this reason, if part of the exhaust gas bypasses the NOx storage catalyst during the S purge of the NOx storage catalyst, as in the exhaust gas purification device of Patent Document 1, a part of the particulates contained in the exhaust gas. This causes a problem of being released into the atmosphere without being collected by the particulate filter.

また、NOx吸蔵触媒のSパージの際だけではなく、NOx吸蔵触媒のNOxパージやパティキュレートフィルタの強制再生で排気中にHCを供給した場合にも、排気の一部がNOx吸蔵触媒をバイパスするようにすると、排気中に含まれるパティキュレートの一部はパティキュレートフィルタに捕集されることなく大気中に放出されるという問題が生じる。   Further, not only during the S purge of the NOx storage catalyst, but also when HC is supplied into the exhaust by NOx purge of the NOx storage catalyst or forced regeneration of the particulate filter, a part of the exhaust bypasses the NOx storage catalyst. As a result, there arises a problem that a part of the particulates contained in the exhaust gas is released into the atmosphere without being collected by the particulate filter.

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、NOx吸蔵触媒やパティキュレートフィルタの機能回復時の燃費を改善しながら、排気浄化性能の低下を防止するようにした排気浄化装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to prevent a decrease in exhaust purification performance while improving fuel efficiency at the time of functional recovery of the NOx storage catalyst and the particulate filter. An object of the present invention is to provide an exhaust emission control device.

上記目的を達成するため、本発明の排気浄化装置は、エンジンの排気流路に設けられ、酸化雰囲気のときに排気中のNOxを吸蔵し、還元雰囲気のときに吸蔵していた前記NOxを放出して還元するNOx吸蔵触媒と、前記NOx吸蔵触媒の下流側の排気流路に設けられ、排気中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタと、前記NOx吸蔵触媒に流入する排気中にHCを供給するHC供給手段と、一端が前記HC供給手段より上流側の排気流路に接続されると共に、他端が前記NOx吸蔵触媒と前記パティキュレートフィルタとの間の排気流路に接続された排気バイパス通路と、前記排気バイパス通路に設けられ、前記排気バイパス通路中を流動する排気の流量を調整するバイパスバルブと、前記HC供給手段から排気中にHCを供給して前記NOx吸蔵触媒及び前記パティキュレートフィルタの少なくとも一方の機能回復を行うときには、前記HC供給手段からのHC供給を行わないときよりも前記NOx吸蔵触媒に流入する排気の量を減少させるように前記バイパスバルブを制御する制御手段とを備えたことを特徴とする(請求項1)。   In order to achieve the above object, an exhaust emission control device according to the present invention is provided in an exhaust passage of an engine and occludes NOx in exhaust gas in an oxidizing atmosphere and releases the NOx occluded in a reducing atmosphere. NOx storage catalyst to be reduced, a particulate filter provided in an exhaust passage downstream of the NOx storage catalyst, for collecting particulates in the exhaust, and HC in the exhaust flowing into the NOx storage catalyst HC supply means to be supplied, and one end connected to an exhaust flow path upstream from the HC supply means, and the other end connected to an exhaust flow path between the NOx storage catalyst and the particulate filter A bypass passage, a bypass valve provided in the exhaust bypass passage for adjusting the flow rate of the exhaust flowing through the exhaust bypass passage, and the exhaust from the HC supply means When the function recovery of at least one of the NOx occlusion catalyst and the particulate filter is performed by supplying C, the amount of exhaust gas flowing into the NOx occlusion catalyst is reduced compared to when HC supply from the HC supply means is not performed. And a control means for controlling the bypass valve so as to make it happen (Claim 1).

このように構成された排気浄化装置によれば、HC供給手段から排気中にHCを供給してNOx吸蔵触媒及びパティキュレートフィルタの少なくとも一方の機能回復を行うときには、HC供給手段からのHC供給を行わないときよりもNOx吸蔵触媒に流入する排気の量を減少させるように、制御手段が排気バイパス通路のバイパスバルブを制御する。
また、前記排気浄化装置において、前記制御手段は、前記HC供給手段から前記HCの供給を行うときに前記NOx吸蔵触媒に流入する排気の量が、前記NOx吸蔵触媒内のほぼ全域にわたって排気中のHCの酸化反応を可能とする必要最小限の量として予め設定された量となるように前記バイパスバルブを制御することを特徴とする(請求項2)。
According to the exhaust gas purification apparatus configured as described above, when HC is supplied into the exhaust gas from the HC supply means to recover the function of at least one of the NOx storage catalyst and the particulate filter, the HC supply from the HC supply means is reduced. The control means controls the bypass valve of the exhaust bypass passage so as to reduce the amount of exhaust flowing into the NOx storage catalyst as compared to when not performing.
Further, in the exhaust purification apparatus, the control means is configured such that when the HC is supplied from the HC supply means, the amount of exhaust flowing into the NOx storage catalyst is exhausted over almost the entire area of the NOx storage catalyst. The bypass valve is controlled so as to be set in advance as a necessary minimum amount that enables an HC oxidation reaction (claim 2).

このように構成された排気浄化装置によれば、HC供給手段から排気中にHCを供給するときには、NOx吸蔵触媒に流入する排気の量が、NOx吸蔵触媒内のほぼ全域にわたって排気中のHCの酸化反応を可能とする必要最小限の量として予め設定された量となるように排気バイパス通路のバイパスバルブが制御手段によって制御される。
また、前記排気浄化装置において、更に前記パティキュレートフィルタの下流側の排気流路に後段酸化触媒を備えたことを特徴とする(請求項3)。
According to the exhaust gas purification apparatus configured as described above, when HC is supplied into the exhaust gas from the HC supply means, the amount of exhaust gas flowing into the NOx storage catalyst is reduced over almost the entire area of the NOx storage catalyst. The bypass valve of the exhaust bypass passage is controlled by the control means so that the amount is set in advance as a necessary minimum amount that enables the oxidation reaction.
In the exhaust gas purification apparatus, a downstream oxidation catalyst is further provided in an exhaust flow channel downstream of the particulate filter.

このように構成された排気浄化装置によれば、NOx吸蔵触媒をバイパスして浄化されずにNOx吸蔵触媒下流側に排出された排気中のCO(一酸化炭素)やHCは後段酸化触媒によって浄化される。   According to the exhaust purification device configured as described above, CO (carbon monoxide) and HC in the exhaust discharged to the downstream side of the NOx storage catalyst without being purified by bypassing the NOx storage catalyst are purified by the post-stage oxidation catalyst. Is done.

本発明の排気浄化装置によれば、HC供給手段から排気中にHCを供給してNOx吸蔵触媒及びパティキュレートフィルタの少なくとも一方の機能回復を行うときには、HC供給手段からのHC供給を行わないときよりもNOx吸蔵触媒に流入する排気の量を減少させるので、NOx吸蔵触媒やパティキュレートフィルタの機能回復に必要なHCの供給量を減少させて燃費を改善することが可能となる。   According to the exhaust emission control device of the present invention, when HC is supplied into the exhaust gas from the HC supply means to recover the function of at least one of the NOx storage catalyst and the particulate filter, the HC supply from the HC supply means is not performed. Since the amount of exhaust gas flowing into the NOx storage catalyst is further reduced, it is possible to improve the fuel consumption by reducing the supply amount of HC necessary for the functional recovery of the NOx storage catalyst and the particulate filter.

更に、このときに排気の一部は排気バイパス通路を介してNOx吸蔵触媒の下流側に排出されるが、それよりも下流側にパティキュレートフィルタが配置されているので、NOx吸蔵触媒をバイパスした排気中に含まれるパティキュレートもパティキュレートフィルタによって捕集され、大気中へのパティキュレートの放出を防止することができる。
また、請求項2の排気浄化装置によれば、HC供給手段から排気中にHCを供給するときには、NOx吸蔵触媒に流入する排気の量が、NOx吸蔵触媒内のほぼ全域にわたって排気中のHCの酸化反応を可能とする必要最小限の量として予め設定された量となるようにバイパスバルブが制御されるので、HC供給量をできるだけ少なくしながら、NOx吸蔵触媒を効率良く迅速に昇温することが可能となる。
Further, at this time, a part of the exhaust gas is discharged to the downstream side of the NOx storage catalyst through the exhaust bypass passage, but since the particulate filter is disposed further downstream than that, the NOx storage catalyst is bypassed. Particulates contained in the exhaust gas are also collected by the particulate filter, and the release of particulates into the atmosphere can be prevented.
According to the exhaust purification device of claim 2, when HC is supplied into the exhaust gas from the HC supply means, the amount of the exhaust gas flowing into the NOx storage catalyst is substantially equal to the amount of HC in the exhaust gas in the NOx storage catalyst. Since the bypass valve is controlled so that the required minimum amount that enables the oxidation reaction is set in advance, the temperature of the NOx storage catalyst can be raised efficiently and quickly while minimizing the HC supply amount. Is possible.

更に、請求項3の排気浄化装置によれば、NOx吸蔵触媒をバイパスして浄化されずにNOx吸蔵触媒下流側に排出された排気中のCOやHCは後段酸化触媒によって浄化されるので、NOx吸蔵触媒をバイパスした排気中のCOやHCが大気中に放出されることを防止できる。
また、NOx吸蔵触媒からスリップして流出するCOやHCも、従来の方式では還元雰囲気にあるときに排気中の酸素濃度が0%となるため、後段酸化触媒で浄化することができなかったが、請求項3の排気浄化装置によれば、NOx吸蔵触媒をバイパスした排気中に含まれる酸素を用いてこれらのCOやHCを浄化することが可能となる。
Further, according to the exhaust purification device of claim 3, since CO and HC in the exhaust discharged to the downstream side of the NOx storage catalyst without being purified by bypassing the NOx storage catalyst are purified by the post-stage oxidation catalyst, NOx It is possible to prevent CO and HC in the exhaust gas bypassing the storage catalyst from being released into the atmosphere.
In addition, CO and HC slipping out of the NOx storage catalyst cannot be purified by the post-stage oxidation catalyst because the oxygen concentration in the exhaust gas becomes 0% when in the reducing atmosphere in the conventional method. According to the exhaust gas purification apparatus of claim 3, it is possible to purify these CO and HC using oxygen contained in the exhaust gas bypassing the NOx storage catalyst.

以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
図1は、本発明の1実施形態に係る排気浄化装置が適用される4気筒のディーゼルエンジン(以下、エンジンという)のシステム構成図を示しており、図1に基づき本発明に係る排気浄化装置の構成を説明する。
エンジン1は各気筒共通の高圧蓄圧室(以下コモンレールという)2を備えており、燃料噴射ポンプ(図示せず)から供給されてコモンレール2に蓄えられた高圧の燃料である軽油が、各気筒に設けられたインジェクタ4に供給され、各インジェクタ4からそれぞれの気筒内に軽油が噴射される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a system configuration diagram of a four-cylinder diesel engine (hereinafter referred to as an engine) to which an exhaust emission control device according to an embodiment of the present invention is applied. The exhaust emission control device according to the present invention is based on FIG. The structure of will be described.
The engine 1 includes a high-pressure accumulator chamber (hereinafter referred to as a common rail) 2 common to each cylinder, and light oil, which is high-pressure fuel supplied from a fuel injection pump (not shown) and stored in the common rail 2, is supplied to each cylinder. The oil is supplied to the provided injectors 4, and light oil is injected from the injectors 4 into the respective cylinders.

吸気通路6にはターボチャージャ8が装備されており、図示しないエアクリーナから吸入された吸気は、吸気通路6からターボチャージャ8のコンプレッサ8aへと流入し、コンプレッサ8aで過給された吸気はインタークーラ10及び吸気制御弁12を介して吸気マニホールド14に導入される。また、吸気通路6のコンプレッサ8aより上流側には、エンジン1への吸入空気流量を検出するための吸気流量センサ16が設けられている。   The intake passage 6 is equipped with a turbocharger 8. The intake air drawn from an air cleaner (not shown) flows into the compressor 8a of the turbocharger 8 from the intake passage 6, and the intake air supercharged by the compressor 8a is intercooler. 10 and the intake control valve 12 are introduced into the intake manifold 14. An intake flow rate sensor 16 for detecting the intake air flow rate to the engine 1 is provided upstream of the compressor 8 a in the intake passage 6.

一方、エンジン1の各気筒から排気が排出される排気ポート(図示せず)は、排気マニホールド18を介して排気管(排気流路)20に接続されている。なお、排気マニホールド18と吸気マニホールド14との間には、EGR弁22を介して排気マニホールド18と吸気マニホールド14とを連通するEGR通路24が設けられている。
排気管20はターボチャージャ8のタービン8bを経た後、排気絞り弁26を介して排気後処理装置28に接続されている。また、タービン8bの回転軸はコンプレッサ8aの回転軸と連結されており、タービン8bが排気管20内を流動する排気を受けてコンプレッサ8aを駆動する。
On the other hand, an exhaust port (not shown) through which exhaust is discharged from each cylinder of the engine 1 is connected to an exhaust pipe (exhaust flow path) 20 via an exhaust manifold 18. An EGR passage 24 that communicates the exhaust manifold 18 and the intake manifold 14 via the EGR valve 22 is provided between the exhaust manifold 18 and the intake manifold 14.
The exhaust pipe 20 passes through the turbine 8 b of the turbocharger 8 and is connected to an exhaust aftertreatment device 28 via an exhaust throttle valve 26. The rotating shaft of the turbine 8b is connected to the rotating shaft of the compressor 8a, and the turbine 8b receives the exhaust flowing in the exhaust pipe 20 and drives the compressor 8a.

排気後処理装置28は、上流側ケーシング30と、上流側ケーシング30の下流側に連通路32で連通された下流側ケーシング34とで構成され、内部に排気流路を形成する。
上流側ケーシング30内には、NOx吸蔵触媒36が収容されると共に、NOx吸蔵触媒36の下流側にパティキュレートフィルタ(以下フィルタという)38が収容されている。
The exhaust aftertreatment device 28 includes an upstream casing 30 and a downstream casing 34 communicated with the downstream side of the upstream casing 30 through a communication passage 32, and forms an exhaust passage therein.
A NOx storage catalyst 36 is accommodated in the upstream casing 30, and a particulate filter (hereinafter referred to as a filter) 38 is accommodated on the downstream side of the NOx storage catalyst 36.

このNOx吸蔵触媒36は、流入する排気中の酸素濃度が高い酸化雰囲気にあるときに排気中のNOxを吸蔵し、流入する排気中の酸素濃度が低くHCやCO等の還元成分が排気中に含まれる還元雰囲気にあるときに、吸蔵しているNOxを放出して還元する機能を有している。
また、フィルタ38はハニカム型のセラミック担体からなり、上流側と下流側とを連通する通路が多数並設されると共に、通路の上流側開口と下流側開口とが交互に閉鎖されており、排気中のパティキュレートを捕集することによってエンジン1の排気を浄化する。
The NOx storage catalyst 36 stores NOx in the exhaust when it is in an oxidizing atmosphere in which the oxygen concentration in the inflowing exhaust gas is high, and the oxygen concentration in the inflowing exhaust gas is low and reducing components such as HC and CO are contained in the exhaust gas. It has a function of releasing and reducing the stored NOx when it is in a reducing atmosphere.
The filter 38 is made of a honeycomb-type ceramic carrier, and has a large number of passages communicating with the upstream side and the downstream side, and the upstream side opening and the downstream side opening of the passage are alternately closed, The exhaust of the engine 1 is purified by collecting the particulates inside.

NOx吸蔵触媒36へのNOx吸蔵量が限界量を超えて吸蔵されなくなった排気中のNOxはフィルタ38に流入し、フィルタ38に捕捉されて堆積したパティキュレートに対して酸化剤として作用することにより、パティキュレートを酸化してフィルタ38から除去し、フィルタ38を連続再生すると共にNとなって大気中に排出される。
上流側ケーシング30内には、NOx吸蔵触媒36の下流側に、NOx吸蔵触媒36の出口側排気温度を触媒温度Tcとして検出する触媒温度センサ40が設けられている。
NOx in the exhaust gas that has been stored in the NOx storage catalyst 36 after the NOx storage amount exceeds the limit amount flows into the filter 38, and acts as an oxidant on the particulates trapped and deposited in the filter 38. The particulates are oxidized and removed from the filter 38, and the filter 38 is continuously regenerated and discharged as N 2 into the atmosphere.
In the upstream casing 30, a catalyst temperature sensor 40 that detects the exhaust gas temperature on the outlet side of the NOx storage catalyst 36 as the catalyst temperature Tc is provided downstream of the NOx storage catalyst 36.

一方、下流側ケーシング34内には、後段酸化触媒42が収容されている。後段酸化触媒42は、NOx吸蔵触媒36で浄化されずに排気中に残留するHCやCOを酸化するほか、後述するフィルタ38の強制再生でフィルタ38に吸着したHCが温度上昇によって離脱した場合にこのHCを酸化したり、フィルタ38の強制再生でパティキュレートが焼却される際に発生するCOを酸化し、COとして大気中に排出する機能などを有している。 On the other hand, a downstream oxidation catalyst 42 is accommodated in the downstream casing 34. The post-stage oxidation catalyst 42 oxidizes HC and CO remaining in the exhaust gas without being purified by the NOx storage catalyst 36, or when HC adsorbed on the filter 38 due to forced regeneration of the filter 38 described later is separated due to a temperature rise. It has a function of oxidizing HC, oxidizing CO generated when particulates are incinerated by forced regeneration of the filter 38, and discharging it to the atmosphere as CO 2 .

排気絞り弁26と排気後処理装置28との間の排気管20には、燃料噴射ポンプ(図示せず)から燃料が供給され、排気管20内の排気中に燃料を噴射する燃料添加弁(HC供給手段)44が設けられている。この燃料添加弁44は、NOx吸蔵触媒36に吸蔵されているNOxを放出還元する際や、NOx吸蔵触媒36のイオウ被毒を回復する際、及びフィルタ38の強制再生を行う際に、排気中に燃料を噴射することにより、NOx吸蔵触媒36にHCを供給する。   Fuel is supplied from a fuel injection pump (not shown) to the exhaust pipe 20 between the exhaust throttle valve 26 and the exhaust aftertreatment device 28, and a fuel addition valve (injects fuel into the exhaust gas in the exhaust pipe 20). HC supply means) 44 is provided. The fuel addition valve 44 is used for exhausting the NOx occluded in the NOx occlusion catalyst 36, when recovering sulfur poisoning of the NOx occlusion catalyst 36, and forcibly regenerating the filter 38. HC is supplied to the NOx storage catalyst 36 by injecting fuel into the NOx storage catalyst 36.

排気絞り弁26と燃料添加弁44との間の排気管20には、NOx吸蔵触媒36をバイパスする排気バイパス通路46の一端が接続され、排気バイパス通路46の他端は、NOx吸蔵触媒36とフィルタ38との間の上流側ケーシング30に接続されている。この排気バイパス通路46により、燃料添加弁44からHCを供給される前の排気の一部がNOx吸蔵触媒36をバイパスしてフィルタ38に流入する。   One end of an exhaust bypass passage 46 that bypasses the NOx storage catalyst 36 is connected to the exhaust pipe 20 between the exhaust throttle valve 26 and the fuel addition valve 44, and the other end of the exhaust bypass passage 46 is connected to the NOx storage catalyst 36. The upstream casing 30 is connected to the filter 38. Through this exhaust bypass passage 46, a part of the exhaust before being supplied with HC from the fuel addition valve 44 bypasses the NOx storage catalyst 36 and flows into the filter 38.

また、排気バイパス通路46には、排気バイパス通路46を介してNOx吸蔵触媒36をバイパスする排気の流量を調整するためのバイパスバルブ48が設けられている。このバイパスバルブ48の開度を調整することにより排気バイパス通路46の排気流量が増大する分だけ、NOx吸蔵触媒36に流入する排気の量が減少することになる。
ECU(制御手段)50は、エンジン1の運転制御をはじめとして総合的な制御を行うための制御装置であり、CPU、メモリ、タイマカウンタなどから構成され、様々な制御量の演算を行うと共に、その制御量に基づき各種デバイスの制御を行っている。
Further, the exhaust bypass passage 46 is provided with a bypass valve 48 for adjusting the flow rate of exhaust gas that bypasses the NOx storage catalyst 36 via the exhaust bypass passage 46. By adjusting the opening degree of the bypass valve 48, the amount of exhaust gas flowing into the NOx storage catalyst 36 is reduced by the amount of increase in the exhaust gas flow rate in the exhaust bypass passage 46.
The ECU (control means) 50 is a control device for performing comprehensive control including operation control of the engine 1, and includes a CPU, a memory, a timer counter, and the like, and calculates various control amounts. Various devices are controlled based on the control amount.

ECU50の入力側には、各種制御に必要な情報を収集するため、上述した吸気流量センサ16及び触媒温度センサ40のほか、エンジン回転数を検出する回転数センサ52、及びアクセルペダル(図示せず)の踏込量を検出するアクセル開度センサ54などの各種センサ類が接続されており、出力側には演算した制御量に基づき制御が行われる各気筒のインジェクタ4、吸気制御弁12、EGR弁22、排気絞り弁26、燃料添加弁44、及びバイパスバルブ48などの各種デバイス類が接続されている。   On the input side of the ECU 50, in order to collect information necessary for various controls, in addition to the intake flow rate sensor 16 and the catalyst temperature sensor 40 described above, a rotational speed sensor 52 for detecting the engine rotational speed, and an accelerator pedal (not shown) ) And the like, an accelerator opening sensor 54 and the like are connected, and on the output side, the injector 4, the intake control valve 12, and the EGR valve of each cylinder that are controlled based on the calculated control amount 22, various devices such as an exhaust throttle valve 26, a fuel addition valve 44, and a bypass valve 48 are connected.

エンジン1の各気筒への燃料供給量の演算、及び演算した燃料供給量に基づくインジェクタ4からの燃料供給制御もECU50によって行われる。エンジン1の運転に必要な燃料供給量(主噴射量)は、回転数センサ52によって検出されたエンジン回転数とアクセル開度センサ54によって検出されたアクセルペダルの踏込量とに基づき、予め記憶しているマップから読み出して決定する。各気筒に供給される燃料の量は、インジェクタ4の開弁時間によって調整され、決定された燃料量に対応した駆動時間で各インジェクタ4が開弁駆動され、各気筒に主噴射が行われることにより、エンジン1の運転に必要な燃料量が供給される。   The ECU 50 also performs calculation of the fuel supply amount to each cylinder of the engine 1 and control of fuel supply from the injector 4 based on the calculated fuel supply amount. The fuel supply amount (main injection amount) necessary for the operation of the engine 1 is stored in advance based on the engine speed detected by the speed sensor 52 and the accelerator pedal depression amount detected by the accelerator opening sensor 54. It is determined by reading from the map. The amount of fuel supplied to each cylinder is adjusted by the valve opening time of the injector 4, and each injector 4 is driven to open in a driving time corresponding to the determined fuel amount, and main injection is performed in each cylinder. Thus, the amount of fuel necessary for the operation of the engine 1 is supplied.

ECU50は、このような各気筒への燃料供給制御のほか、フィルタ38を強制再生して機能回復させるための制御も行う。フィルタ38に堆積したパティキュレートは、前述したようにNOx吸蔵触媒36を通過してフィルタ38に流入するNOxとの反応による連続再生によって酸化除去されるが、排気温度が低い運転状態が長時間続いた場合などでは、このような連続再生だけでは堆積したパティキュレートが十分に酸化除去されない場合がある。このような状態が継続すると、フィルタ38内にパティキュレートが過剰に堆積し、フィルタ38が目詰まりを起こすおそれがあるため、フィルタ38におけるパティキュレートの堆積状況に応じて、適宜フィルタ38の強制再生が行われる。   In addition to such fuel supply control to each cylinder, the ECU 50 also performs control for forcibly regenerating the filter 38 to restore its function. The particulates deposited on the filter 38 are oxidized and removed by continuous regeneration by reaction with NOx flowing through the NOx storage catalyst 36 and flowing into the filter 38 as described above, but the operation state with a low exhaust temperature continues for a long time. In such a case, the deposited particulates may not be sufficiently removed by oxidation only by such continuous regeneration. If such a state continues, particulates excessively accumulate in the filter 38 and the filter 38 may be clogged. Therefore, the forced regeneration of the filter 38 is appropriately performed according to the particulate accumulation state in the filter 38. Is done.

パティキュレートの堆積状況は、フィルタの上流側及び下流側にそれぞれ設けられた上流圧力センサ及び下流圧力センサ(いずれも図示せず)や吸気流量センサ16の検出値などに基づき推定され、フィルタ38へのパティキュレート堆積量が所定量に達したと判断すると、強制再生の制御が開始される。
この強制再生制御では、吸気制御弁12や排気絞り弁26を閉方向に制御することにより排気温度を上昇させると共に、燃料添加弁44から排気中に燃料を噴射して、パティキュレートを焼却可能な温度までフィルタ38を昇温する。即ち、燃料添加弁44によって排気中に供給されたHCはNOx吸蔵触媒36に達し、NOx吸蔵触媒36でのHCの酸化反応によって更に温度が上昇した高温の排気がフィルタ38内に流入する。フィルタ38に堆積したパティキュレートは、このようにして高温となった排気により焼却され、フィルタ38が強制再生される。
The accumulation state of the particulates is estimated based on detection values of an upstream pressure sensor and a downstream pressure sensor (both not shown) provided on the upstream side and the downstream side of the filter, respectively, and the intake flow rate sensor 16, and the like. If it is determined that the amount of accumulated particulate matter has reached a predetermined amount, the control of forced regeneration is started.
In this forced regeneration control, the exhaust temperature can be raised by controlling the intake control valve 12 and the exhaust throttle valve 26 in the closing direction, and the fuel can be injected into the exhaust from the fuel addition valve 44 to incinerate the particulates. The filter 38 is heated to a temperature. That is, the HC supplied into the exhaust gas by the fuel addition valve 44 reaches the NOx storage catalyst 36, and the high-temperature exhaust gas whose temperature has further increased due to the oxidation reaction of HC in the NOx storage catalyst 36 flows into the filter 38. The particulates deposited on the filter 38 are incinerated by the exhaust gas that has become high in this manner, and the filter 38 is forcibly regenerated.

このとき、後述するバイパスバルブ制御が並行して実行されることにより、NOx吸蔵触媒36に流入する排気の量が調整される。
また、ECU50はNOx吸蔵触媒36によるNOx浄化を適正に行うための制御も行っている。エンジン1はディーゼルエンジンであって、大部分の運転領域において希薄燃焼となり排気中の酸素濃度が高くなって、排気中のNOxがNOx吸蔵触媒36に吸蔵されていく。そして、NOx吸蔵触媒36が排気中のNOxを吸蔵していく状態が長く継続すると、NOx吸蔵触媒36のNOx吸蔵能力が飽和し、排気中のNOxがNOx吸蔵触媒36に吸蔵されずにそのまま大気中に放出されるおそれがある。
At this time, the amount of exhaust gas flowing into the NOx storage catalyst 36 is adjusted by performing bypass valve control described later in parallel.
The ECU 50 also performs control for appropriately performing NOx purification by the NOx storage catalyst 36. The engine 1 is a diesel engine, and in most operating regions, lean combustion occurs, and the oxygen concentration in the exhaust gas increases, and NOx in the exhaust gas is stored in the NOx storage catalyst 36. Then, if the state in which the NOx storage catalyst 36 stores NOx in the exhaust gas continues for a long time, the NOx storage capacity of the NOx storage catalyst 36 is saturated, and the NOx in the exhaust gas is not stored in the NOx storage catalyst 36 and remains in the atmosphere. May be released inside.

このようなNOx吸蔵能力の飽和を防止するため、ECU50は燃料添加弁44を制御して、例えば所定の時間間隔で排気中に燃料を噴射することでHCを供給してNOx吸蔵触媒36を還元雰囲気とし、NOx吸蔵触媒36に吸蔵されているNOxを放出させ還元することによりNOx吸蔵触媒36の機能を回復させるNOxパージを行うようにしている。   In order to prevent such saturation of the NOx storage capability, the ECU 50 controls the fuel addition valve 44 to supply HC by, for example, injecting fuel into the exhaust gas at a predetermined time interval to reduce the NOx storage catalyst 36. An NOx purge is performed to restore the function of the NOx storage catalyst 36 by releasing the NOx stored in the NOx storage catalyst 36 and reducing it.

このときにも、後述するバイパスバルブ制御が並行して実行されることにより、NOx吸蔵触媒36に流入する排気の量が調整される。
更に、ECU50はNOx吸蔵触媒36のイオウ被毒を回復させて機能回復させるためのSパージの制御も行う。燃料中やエンジン1の潤滑油中などにはイオウ成分が含まれており、このイオウ成分がSOxとなってエンジン1の排気と共に排出される。排気中に含まれるSOxはNOxと同様のメカニズムによりNOx吸蔵触媒36に吸蔵されるため、SOxの吸蔵量が増大するにつれて、NOx吸蔵触媒36のNOx吸蔵能力が低下する、いわゆるイオウ被毒が生じる。このイオウ被毒を放置した場合にも、NOx吸蔵触媒36によるNOxの浄化効率が低下し、排気中のNOxがNOx吸蔵触媒36に吸蔵されずにそのまま大気中に放出されてしまうおそれがある。
Also at this time, the amount of exhaust gas flowing into the NOx storage catalyst 36 is adjusted by performing bypass valve control, which will be described later, in parallel.
Furthermore, the ECU 50 also performs S purge control for recovering the sulfur poisoning of the NOx storage catalyst 36 and recovering its function. The fuel and the lubricating oil of the engine 1 contain a sulfur component, and this sulfur component becomes SOx and is discharged together with the exhaust of the engine 1. Since SOx contained in the exhaust gas is stored in the NOx storage catalyst 36 by the same mechanism as NOx, so-called sulfur poisoning occurs in which the NOx storage capacity of the NOx storage catalyst 36 decreases as the storage amount of SOx increases. . Even when this sulfur poisoning is left unattended, the NOx purification efficiency of the NOx storage catalyst 36 is lowered, and NOx in the exhaust gas may be released into the atmosphere as it is without being stored in the NOx storage catalyst 36.

そこで、NOx吸蔵触媒36を備えた排気浄化装置においては、このようなイオウ被毒を回復させる、いわゆるSパージを適宜行う。即ち、ECU50がエンジン1の運転状態などに基づきNOx吸蔵触媒36のSパージを必要とすると判断すると、燃料添加弁44から排気中にHCを供給し、このHCをNOx吸蔵触媒36上で排気中の酸素と反応させることによりNOx吸蔵触媒36を700℃前後に昇温すると共に還元雰囲気として、NOx吸蔵触媒36に吸蔵されたSOxを離脱させ、イオウ被毒を回復させる。   In view of this, in the exhaust gas purification apparatus provided with the NOx storage catalyst 36, so-called S purge for recovering such sulfur poisoning is appropriately performed. That is, when the ECU 50 determines that the S purge of the NOx storage catalyst 36 is necessary based on the operating state of the engine 1, HC is supplied into the exhaust from the fuel addition valve 44, and this HC is exhausted on the NOx storage catalyst 36. By reacting with NOx, the temperature of the NOx storage catalyst 36 is raised to around 700 ° C., and as a reducing atmosphere, SOx stored in the NOx storage catalyst 36 is released, and sulfur poisoning is recovered.

このときにも、バイパスバルブ制御が並行して実行されることにより、NOx吸蔵触媒36に流入する排気の量が調整される。
以上のように、フィルタ38の強制再生時や、NOx吸蔵触媒36のNOxパージ及びSパージの際には、バイパスバルブ48の開度がECU50によって制御され、NOx吸蔵触媒36に流入する排気の量が調整されるが、このようなバイパスバルブ制御は、エンジン1が運転中に図2のフローチャートに従い、所定の制御周期でECU50によって実行されるようになっている。
Also at this time, the amount of exhaust flowing into the NOx storage catalyst 36 is adjusted by executing the bypass valve control in parallel.
As described above, when the filter 38 is forcibly regenerated or during NOx purging and S purging of the NOx storage catalyst 36, the opening degree of the bypass valve 48 is controlled by the ECU 50, and the amount of exhaust gas flowing into the NOx storage catalyst 36. However, such bypass valve control is executed by the ECU 50 at a predetermined control period according to the flowchart of FIG. 2 while the engine 1 is in operation.

制御が開始されると、ステップS2でNOx吸蔵触媒36のNOxパージが行われているか否かを判定する。NOxパージが行われている場合にはステップS10に進む一方、NOxパージが行われていない場合にはステップS4に進んでNOx吸蔵触媒36のSパージが行われているか否かを判定する。そして、Sパージが行われている場合にはステップS10に進む一方、Sパージが行われていない場合にはステップS6に進んでフィルタ38の強制再生が行われているか否かを判定する。強制再生が行われている場合にはステップS10に進む一方、強制再生が行われていない場合にはステップS8に進んでバイパスバルブ48を全閉とした後、今回の制御周期を終了し、次の制御周期で再びステップS2から処理を行う。   When the control is started, it is determined in step S2 whether or not the NOx storage catalyst 36 is being purged with NOx. If NOx purge is being performed, the process proceeds to step S10. If NOx purge is not being performed, the process proceeds to step S4, where it is determined whether S purge of the NOx storage catalyst 36 is being performed. If the S purge is being performed, the process proceeds to step S10. If the S purge is not being performed, the process proceeds to step S6 to determine whether the filter 38 is being forcibly regenerated. If forced regeneration is being performed, the process proceeds to step S10. If forced regeneration is not being performed, the process proceeds to step S8 and the bypass valve 48 is fully closed, and then the current control cycle is terminated. The process is performed again from step S2 in the control cycle.

このように、各制御周期ではステップS2乃至S6の処理により、NOx吸蔵触媒36のNOxパージとSパージ、及びフィルタ38の強制再生のいずれかが行われている場合にはステップS10に進む一方、これらのいずれも行われていない場合にはバイパスバルブ48が全閉に制御される。この結果、排気の全量がNOx吸蔵触媒36に流入することになる。   Thus, in each control cycle, if any of NOx purge and S purge of the NOx storage catalyst 36 and forced regeneration of the filter 38 are performed by the processing of steps S2 to S6, the process proceeds to step S10. When neither of these is performed, the bypass valve 48 is controlled to be fully closed. As a result, the entire amount of exhaust gas flows into the NOx storage catalyst 36.

ステップS10に進んだ場合には、触媒温度センサ40によって検出されたNOx吸蔵触媒36の温度Tcが所定温度T1以上であるか否かを判定する。この所定温度T1は、NOx吸蔵触媒36が所定の触媒能力を発揮可能な温度として、例えばライトオフ温度などに基づき設定される温度であって、触媒温度Tcがこの所定温度T1以上であればNOx吸蔵触媒が所定の触媒能力を発揮することが可能な状態にあると判断する。   When the process proceeds to step S10, it is determined whether or not the temperature Tc of the NOx storage catalyst 36 detected by the catalyst temperature sensor 40 is equal to or higher than a predetermined temperature T1. The predetermined temperature T1 is a temperature set based on, for example, a light-off temperature as a temperature at which the NOx storage catalyst 36 can exhibit a predetermined catalytic ability. If the catalyst temperature Tc is equal to or higher than the predetermined temperature T1, NOx It is determined that the storage catalyst is in a state where it can exhibit a predetermined catalytic capacity.

従って、NOx吸蔵触媒36のNOxパージとSパージ、及びフィルタ38の強制再生のいずれかが行われている場合であっても、NOx吸蔵触媒36の触媒温度Tcが所定温度T1に達しておらず、NOx吸蔵触媒36が所定の触媒能力を発揮できないと判断した場合には、ステップS8に進んでバイパスバルブ48が全閉とされる。この結果、吸気制御弁12や排気絞り弁26の閉方向への制御などで温度の上昇した排気が全量NOx吸蔵触媒36に流入するようになり、NOx吸蔵触媒36が迅速に昇温される。   Accordingly, even if any of NOx purge and S purge of the NOx storage catalyst 36 and forced regeneration of the filter 38 are performed, the catalyst temperature Tc of the NOx storage catalyst 36 has not reached the predetermined temperature T1. When it is determined that the NOx storage catalyst 36 cannot exhibit the predetermined catalytic capacity, the process proceeds to step S8 and the bypass valve 48 is fully closed. As a result, exhaust gas whose temperature has risen due to control of the intake control valve 12 and the exhaust throttle valve 26 in the closing direction, etc., flows into the entire NOx storage catalyst 36, and the NOx storage catalyst 36 is quickly heated.

なお、このようにNOx吸蔵触媒36の触媒温度Tcが所定温度T1に達していない場合には、NOx吸蔵触媒36の触媒機能が十分に発揮されない状態であるので、並行して行われているNOx吸蔵触媒36のNOxパージやSパージ、或いはフィルタ38の強制再生における燃料添加弁44から排気中へのHC供給は行われないようになっている。
このようにしてバイパスバルブ48の全閉により、温度が上昇した排気が全量NOx吸蔵触媒に流入してNOx吸蔵触媒36の温度が上昇した結果、ステップS10で触媒温度Tcが所定温度T1以上であると判定すると、ステップS12に進んでバイパスバルブ48の開度を設定する。ここで設定されるバイパスバルブ48の開度は、そのときのエンジン1の運転状態に対応して、NOx吸蔵触媒36内のほぼ全域にわたって排気中のHCが酸化反応することが可能な、NOx吸蔵触媒36における必要最小限の排気流量を得るための開度である。
When the catalyst temperature Tc of the NOx storage catalyst 36 does not reach the predetermined temperature T1 as described above, the catalyst function of the NOx storage catalyst 36 is not fully exhibited, and therefore NOx being performed in parallel. The HC supply from the fuel addition valve 44 to the exhaust gas is not performed in the NOx purge or S purge of the storage catalyst 36 or the forced regeneration of the filter 38.
Thus, as a result of the bypass valve 48 being fully closed, the exhaust gas whose temperature has risen flows into the entire NOx storage catalyst and the temperature of the NOx storage catalyst 36 rises. If it determines, it will progress to step S12 and the opening degree of the bypass valve 48 will be set. The opening degree of the bypass valve 48 set here corresponds to the operating state of the engine 1 at that time, and the NOx occlusion capable of oxidizing the HC in the exhaust over almost the entire area in the NOx occlusion catalyst 36. This is the opening for obtaining the minimum necessary exhaust flow rate in the catalyst 36.

即ち、一般的にNOx吸蔵触媒36内を流動する排気の量が少なくなると、NOx吸蔵触媒36の全域に排気を行き渡らせることが困難となり、その結果排気中のHCを十分酸化させてNOx吸蔵触媒36を必要な温度まで昇温することができなくなる。そこで、予め実験等によりNOx吸蔵触媒のほぼ全域に排気を行き渡らせるための必要最低限の排気流量を求めると共に、エンジンの各運転状態における総排気流量をエンジン回転数及びアクセル踏込量に基づいて推定し、総排気流量から必要最低限の排気流量を減じた排気流量を、排気バイパス通路に流すべき排気の量として求める。そして、排気バイパス通路46でこのような排気流量を得るためのバイパスバルブ48の開度を求め、これをマップとして記憶しているのである。   That is, generally, when the amount of exhaust flowing through the NOx storage catalyst 36 is reduced, it becomes difficult to spread the exhaust throughout the entire NOx storage catalyst 36, and as a result, the HC in the exhaust is sufficiently oxidized to oxidize the NOx storage catalyst. The temperature of 36 cannot be raised to the required temperature. Therefore, the minimum exhaust flow rate required to spread the exhaust gas over almost the entire area of the NOx storage catalyst is obtained in advance by experiments, etc., and the total exhaust flow rate in each engine operating state is estimated based on the engine speed and the accelerator depression amount. Then, the exhaust flow rate obtained by subtracting the minimum required exhaust flow rate from the total exhaust flow rate is obtained as the amount of exhaust to flow through the exhaust bypass passage. Then, the opening degree of the bypass valve 48 for obtaining such an exhaust flow rate in the exhaust bypass passage 46 is obtained and stored as a map.

従って、ステップS12では、回転数センサ52によって検出されたエンジン1の回転数と、アクセル開度センサ54によって検出されたアクセルペダル踏込量とに対応したバイパスバルブ48の開度を、マップから読み出して設定する。
次にステップS14に進むと、ステップS12で設定された開度となるよう、バイパスバルブ48が駆動され、その制御周期を終了する。
Accordingly, in step S12, the opening degree of the bypass valve 48 corresponding to the engine speed detected by the engine speed sensor 52 and the accelerator pedal depression amount detected by the accelerator opening sensor 54 is read from the map. Set.
Next, when the process proceeds to step S14, the bypass valve 48 is driven so as to achieve the opening set in step S12, and the control cycle ends.

このように、NOx吸蔵触媒36のNOxパージとSパージ、及びフィルタ38の強制再生のいずれかによる機能回復が行われており、NOx吸蔵触媒36の触媒温度Tcが所定温度T1に達して所定の触媒能力を発揮できる状態にある場合には、バイパスバルブ48の開度が制御されて排気の一部が排気バイパス通路46によりNOx吸蔵触媒36をバイパスすることにより、これら機能回復が行われない場合よりも少なく、かつNOx吸蔵触媒36のほぼ全域にわたってHCの酸化反応が可能な必要最低限の排気がNOx吸蔵触媒36内を流動することになる。   As described above, the functional recovery is performed by any of NOx purge and S purge of the NOx storage catalyst 36 and forced regeneration of the filter 38, and the catalyst temperature Tc of the NOx storage catalyst 36 reaches a predetermined temperature T1 and reaches a predetermined temperature. In a state where the catalyst capacity can be exhibited, when the opening degree of the bypass valve 48 is controlled and a part of the exhaust bypasses the NOx storage catalyst 36 by the exhaust bypass passage 46, these functions are not restored. The minimum necessary amount of exhaust gas capable of oxidizing HC over almost the entire region of the NOx storage catalyst 36 flows in the NOx storage catalyst 36.

このとき、前述したNOx吸蔵触媒36のNOxパージやSパージ、或いはフィルタ38の強制再生において燃料添加弁44から排気中に供給されるHCの量は、NOx吸蔵触媒36に流入する排気の量に対応して、NOx吸蔵触媒36のNOxパージやSパージ、或いはフィルタ38の強制再生を適正に行うのに必要な量とされる。
即ち、NOx吸蔵触媒36に流入する排気の量は、バイパスバルブ48の制御によってNOx吸蔵触媒36内のほぼ全域にわたって排気中のHCが酸化反応することが可能な必要最小限の排気流量とされており、NOx吸蔵触媒36のNOxパージでは、このような排気流量に対して、NOx吸蔵触媒36を還元雰囲気とするために必要な量のHCがNOx吸蔵触媒36に供給されるよう、燃料添加弁44から燃料が排気中に噴射される。
At this time, the amount of HC supplied into the exhaust from the fuel addition valve 44 in the NOx purge or S purge of the NOx storage catalyst 36 or the forced regeneration of the filter 38 described above is the amount of exhaust flowing into the NOx storage catalyst 36. Correspondingly, the amount is required to appropriately perform NOx purge or S purge of the NOx storage catalyst 36 or forced regeneration of the filter 38.
That is, the amount of exhaust gas flowing into the NOx storage catalyst 36 is set to the minimum exhaust flow rate at which HC in the exhaust gas can undergo an oxidation reaction over almost the entire area of the NOx storage catalyst 36 by the control of the bypass valve 48. In the NOx purge of the NOx storage catalyst 36, the fuel addition valve is configured so that the amount of HC necessary for making the NOx storage catalyst 36 a reducing atmosphere is supplied to the NOx storage catalyst 36 with respect to such an exhaust flow rate. From 44, fuel is injected into the exhaust.

また、NOx吸蔵触媒36のSパージでは、このような排気流量に対して、NOx吸蔵触媒36をSパージが可能な温度として例えば700℃前後に昇温すると共に、一時的に還元雰囲気とするような量のHCがNOx吸蔵触媒36に供給されるよう、燃料添加弁44から燃料が排気中に噴射される。
更に、フィルタ38の強制再生では、フィルタ38に流入する排気の温度がパティキュレートを焼却可能な温度となるようにするために、このような排気流量に対して、NOx吸蔵触媒36の昇温に必要な量のHCがNOx吸蔵触媒36に供給されるよう、燃料添加弁44から燃料が排気中に噴射される。
Further, in the S purge of the NOx storage catalyst 36, the temperature of the NOx storage catalyst 36 is raised to, for example, about 700 ° C. as a temperature at which the S purge can be performed with respect to such an exhaust flow rate, and a reducing atmosphere is temporarily set. Fuel is injected into the exhaust gas from the fuel addition valve 44 so that a sufficient amount of HC is supplied to the NOx storage catalyst 36.
Further, in the forced regeneration of the filter 38, the temperature of the NOx storage catalyst 36 is increased with respect to such an exhaust flow rate so that the temperature of the exhaust gas flowing into the filter 38 becomes a temperature at which the particulates can be incinerated. Fuel is injected into the exhaust gas from the fuel addition valve 44 so that a necessary amount of HC is supplied to the NOx storage catalyst 36.

こうしてNOx吸蔵触媒36のNOxパージやSパージ、或いはフィルタ38の強制再生が行われてこれらの機能回復が完了し、NOxパージ、Sパージ、及び強制再生のいずれも行われなくなると、バイパスバルブ制御で処理はステップS2乃至S6を経た後にステップS8に進むようになる。
ステップS8ではバイパスバルブ48が全閉とされ、排気の全量がNOx吸蔵触媒36に流入するようになるため、燃料添加弁44から排気中にHCが供給されているときに比べ、NOx吸蔵触媒36に流入する排気の量は増大する。
When the NOx purge or S purge of the NOx occlusion catalyst 36 or the forced regeneration of the filter 38 is performed and the recovery of these functions is completed, and no NOx purge, S purge or forced regeneration is performed, the bypass valve control is performed. Then, the process proceeds to step S8 after passing through steps S2 to S6.
In step S8, the bypass valve 48 is fully closed, and the entire amount of exhaust gas flows into the NOx storage catalyst 36. Therefore, the NOx storage catalyst 36 is compared with when HC is supplied from the fuel addition valve 44 into the exhaust gas. The amount of exhaust flowing into the air increases.

このように、NOx吸蔵触媒36或いはフィルタ38の機能回復のために燃料添加弁44から排気中にHCを供給する際には、バイパスバルブ48の開度調整により、NOx吸蔵触媒36に流入する排気流量が減少されるので、これに対応して排気中に供給されるHCの量も減少し、NOx吸蔵触媒36或いはフィルタ38の機能回復の際の燃費を改善することができる。   Thus, when HC is supplied into the exhaust gas from the fuel addition valve 44 to restore the function of the NOx storage catalyst 36 or the filter 38, the exhaust gas flowing into the NOx storage catalyst 36 is adjusted by adjusting the opening degree of the bypass valve 48. Since the flow rate is reduced, the amount of HC supplied into the exhaust gas is also reduced correspondingly, and the fuel efficiency when the NOx storage catalyst 36 or the filter 38 is restored can be improved.

また、このときにNOx吸蔵触媒36に流入する排気の流量は、NOx吸蔵触媒36内のほぼ全域にわたって排気中のHCが酸化反応可能な必要最小限の排気流量となっているので、排気中のHCを効率良く酸化させ迅速にNOx吸蔵触媒36を昇温することができる。そして昇温時間の短縮により、NOx吸蔵触媒36の昇温に使用されるHCの量も少なくなり、燃費をより一層改善することが可能となる。   In addition, the flow rate of the exhaust gas flowing into the NOx storage catalyst 36 at this time is the minimum required exhaust flow rate at which HC in the exhaust gas can oxidize over almost the entire area of the NOx storage catalyst 36. It is possible to efficiently oxidize HC and quickly raise the temperature of the NOx storage catalyst 36. By shortening the temperature raising time, the amount of HC used for raising the temperature of the NOx storage catalyst 36 is reduced, and the fuel consumption can be further improved.

更に、排気中に供給すべきHCの量が少なくなるため、燃料添加弁44の燃料噴射容量も低減可能となり、その結果燃料添加弁44の制御分解能が向上してきめの細かい制御を行うことが可能となる。
また、このときにNOx吸蔵触媒36をバイパスした排気中に含まれるパティキュレートは、排気バイパス通路46がフィルタ38の上流側の排気流路に接続されているので、NOx吸蔵触媒36を経由した排気中のパティキュレートと同様にフィルタ38によって捕集され、大気中への放出が防止される。
Furthermore, since the amount of HC to be supplied into the exhaust gas is reduced, the fuel injection capacity of the fuel addition valve 44 can also be reduced. As a result, the control resolution of the fuel addition valve 44 can be improved and fine control can be performed. It becomes.
Further, the particulates contained in the exhaust gas bypassing the NOx storage catalyst 36 at this time are exhausted via the NOx storage catalyst 36 because the exhaust bypass passage 46 is connected to the exhaust flow path upstream of the filter 38. It is collected by the filter 38 in the same manner as the particulates in the inside and is prevented from being released into the atmosphere.

更に、NOx吸蔵触媒36をバイパスした排気中に含まれるHCやCOは、後段酸化触媒42により酸化されて浄化されるので、大気中への放出が防止される。また、NOx吸蔵触媒36を通過した排気中には、NOx吸蔵触媒36で浄化されずに排出された、即ちNOx吸蔵触媒36からスリップしたCOやHCが含まれるが、これらCOやHCについてもNOx吸蔵触媒36をバイパスした排気中に含まれる酸素により、後段酸化触媒42で酸化されて浄化されるので、大気中への放出が防止される。   Furthermore, since HC and CO contained in the exhaust gas bypassing the NOx storage catalyst 36 are oxidized and purified by the post-stage oxidation catalyst 42, release into the atmosphere is prevented. Further, the exhaust gas that has passed through the NOx storage catalyst 36 includes CO and HC that have been exhausted without being purified by the NOx storage catalyst 36, that is, slipped from the NOx storage catalyst 36. These CO and HC are also NOx. Oxygen contained in the exhaust gas bypassing the storage catalyst 36 is oxidized and purified by the post-oxidation catalyst 42, so that release into the atmosphere is prevented.

以上で本発明の一実施形態に係る排気浄化装置についての説明を終えるが、本発明は前記実施形態に限定されるものではない。
例えば、前記実施形態におけるバイパスバルブ48の開度は、NOx吸蔵触媒36に流入する排気の流量を、NOx吸蔵触媒36内のほぼ全域にわたって排気中のHCが酸化反応可能な必要最小限の排気流量とするよう、予め設定記憶されたマップから、そのときのエンジン回転数とアクセルペダル踏込量とに基づき読み出して設定するようにした。しかしバイパスバルブ48の開度の設定方法はこれに限定されるものではなく、例えば燃料添加弁44から供給されるHCの量を一定量とし、NOx吸蔵触媒36の触媒温度TcがNOx吸蔵触媒36やフィルタ38の機能回復に必要な温度となるように、触媒温度TCに応じてバイパスバルブ48の開度を制御するようにしてもよい。
Although the description of the exhaust emission control device according to one embodiment of the present invention is finished above, the present invention is not limited to the above embodiment.
For example, the opening degree of the bypass valve 48 in the above-described embodiment is the minimum required exhaust flow rate at which the HC in the exhaust can oxidize over almost the entire area of the NOx storage catalyst 36. Therefore, the map is read and set from the map that has been previously set and stored based on the engine speed and the accelerator pedal depression amount at that time. However, the method for setting the opening degree of the bypass valve 48 is not limited to this. For example, the amount of HC supplied from the fuel addition valve 44 is set to a constant amount, and the catalyst temperature Tc of the NOx storage catalyst 36 is set to be the NOx storage catalyst 36. Alternatively, the opening degree of the bypass valve 48 may be controlled in accordance with the catalyst temperature TC so that the temperature is necessary for the function recovery of the filter 38.

また、前記実施形態では、エンジン1を4気筒のディーゼルエンジンとしたが、気筒数及びエンジンの種類はこれに限られるものではなく、NOx吸蔵触媒36とフィルタ38とを備えたエンジンであればよい。   In the above-described embodiment, the engine 1 is a four-cylinder diesel engine. However, the number of cylinders and the type of engine are not limited thereto, and any engine including the NOx storage catalyst 36 and the filter 38 may be used. .

本発明の一実施形態に係る排気浄化装置の全体構成図である。1 is an overall configuration diagram of an exhaust emission control device according to an embodiment of the present invention. 図1の排気浄化装置で行われるバイパスバルブ制御のフローチャートである。It is a flowchart of bypass valve control performed with the exhaust gas purification apparatus of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 エンジン
20 排気管(排気流路)
30 上流側ケーシング(排気流路)
32 連通路(排気流路)
34 下流側ケーシング(排気流路)
36 NOx吸蔵触媒
38 パティキュレートフィルタ
42 後段酸化触媒
44 燃料添加弁(HC供給手段)
46 排気バイパス通路
48 バイパスバルブ
50 ECU(制御手段)
1 Engine 20 Exhaust pipe (exhaust flow path)
30 Upstream casing (exhaust flow path)
32 Communication path (exhaust flow path)
34 Downstream casing (exhaust flow path)
36 NOx storage catalyst 38 Particulate filter 42 Rear-stage oxidation catalyst 44 Fuel addition valve (HC supply means)
46 Exhaust bypass passage 48 Bypass valve 50 ECU (control means)

Claims (3)

エンジンの排気流路に設けられ、酸化雰囲気のときに排気中のNOxを吸蔵し、還元雰囲気のときに吸蔵していた前記NOxを放出して還元するNOx吸蔵触媒と、
前記NOx吸蔵触媒の下流側の排気流路に設けられ、排気中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタと、
前記NOx吸蔵触媒に流入する排気中にHCを供給するHC供給手段と、
一端が前記HC供給手段より上流側の排気流路に接続されると共に、他端が前記NOx吸蔵触媒と前記パティキュレートフィルタとの間の排気流路に接続された排気バイパス通路と、
前記排気バイパス通路に設けられ、前記排気バイパス通路中を流動する排気の流量を調整するバイパスバルブと、
前記HC供給手段から排気中にHCを供給して前記NOx吸蔵触媒及び前記パティキュレートフィルタの少なくとも一方の機能回復を行うときには、前記HC供給手段からのHC供給を行わないときよりも前記NOx吸蔵触媒に流入する排気の量を減少させるように前記バイパスバルブを制御する制御手段と
を備えたことを特徴とする排気浄化装置。
A NOx occlusion catalyst that is provided in the exhaust passage of the engine and occludes NOx in the exhaust gas in an oxidizing atmosphere and releases and reduces the NOx occluded in a reducing atmosphere;
A particulate filter provided in an exhaust flow path downstream of the NOx storage catalyst and collecting particulates in the exhaust;
HC supply means for supplying HC into the exhaust gas flowing into the NOx storage catalyst;
An exhaust bypass passage having one end connected to the exhaust passage upstream of the HC supply means and the other end connected to the exhaust passage between the NOx storage catalyst and the particulate filter;
A bypass valve provided in the exhaust bypass passage for adjusting a flow rate of exhaust flowing in the exhaust bypass passage;
When the HC is supplied from the HC supply means into the exhaust to recover the function of at least one of the NOx storage catalyst and the particulate filter, the NOx storage catalyst is more effective than when the HC supply from the HC supply means is not performed. An exhaust purification device comprising: control means for controlling the bypass valve so as to reduce the amount of exhaust gas flowing into the exhaust gas.
前記制御手段は、前記HC供給手段から前記HCの供給を行うときに前記NOx吸蔵触媒に流入する排気の量が、前記NOx吸蔵触媒内のほぼ全域にわたって排気中のHCの酸化反応を可能とする必要最小限の量として予め設定された量となるように前記バイパスバルブを制御することを特徴とする請求項1に記載の排気浄化装置。   The control means enables the amount of exhaust flowing into the NOx storage catalyst when the HC is supplied from the HC supply means to oxidize HC in the exhaust over almost the entire area of the NOx storage catalyst. 2. The exhaust emission control device according to claim 1, wherein the bypass valve is controlled to be a preset amount as a necessary minimum amount. 更に前記パティキュレートフィルタの下流側の排気流路に後段酸化触媒を備えたことを特徴とする請求項1に記載の排気浄化装置。   The exhaust emission control device according to claim 1, further comprising a rear-stage oxidation catalyst in an exhaust passage downstream of the particulate filter.
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