JP3815215B2

JP3815215B2 - Exhaust gas purification device for internal combustion engine

Info

Publication number: JP3815215B2
Application number: JP2000376302A
Authority: JP
Inventors: 隆福田; 尚志青山; 博文土田; 俊一椎野
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2000-12-11
Filing date: 2000-12-11
Publication date: 2006-08-30
Anticipated expiration: 2020-12-11
Also published as: JP2002180824A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特開昭６２−１０６８２６号公報には、内燃機関から排出されるＮＯｘ（窒素酸化物）を浄化する技術について記載されており、触媒にＮＯｘを酸化吸収する際には、排気中にＯ2 （酸素）を存在させ、また触媒のＮＯｘ吸収効率が低下した場合には、排気が触媒を通過しないようにすると共に、Ｈ2 （水素）等の気体状の還元剤を触媒に供給することで、触媒に吸収されたＮＯｘを脱離浄化を行っている。
【０００３】
また、特開平６−３０７２３２号公報には、ＮＯｘ吸収剤のＳＯｘ被毒回復処理に関する技術について記載されており、ＮＯｘ吸収剤のＮＯｘ吸収量が増大したときには機関の排気空燃比をリッチにしてＮＯｘ吸収剤からのＮＯｘの放出と還元浄化を行い、ＮＯｘ吸収剤のＳＯｘ吸収量が増大したときには機関の排気空燃比をリッチにすると共にＮＯｘ吸収剤にＨ2 を供給して比較的低排温時におけるＮＯｘ吸収剤のＳＯｘ被毒を解消している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の技術においては、次のような問題点があった。
前記特開昭６２−１０６８２６号公報に記載の技術では、ＮＯｘ吸収用の触媒を再生する際に、触媒に流入する排気を遮断する必要があり、連続的に排気を浄化するためには複数の触媒を必要とするので、コスト高となり、またシステムが大型化するため車両への搭載性が悪化するという問題点があった。
【０００５】
また、前記特開平６−３０７２３２号公報に記載の技術では、ＮＯｘ吸収剤を再生する際に、機関の排気空燃比をリッチ化すると共に還元剤としてのＨ2 を供給しているが、この場合には多量のＨ2 供給が必要となる。
本発明者らの実験によっても、図１２に示すように、ＮＯｘ及びＳＯｘを還元する場合の還元剤の供給方法としては、Ｈ2 単独で還元を行った場合よりも、Ｈ2 に加えて、ＨＣ、ＣＯの共存下で還元を行った場合のＮＯｘ脱離浄化の効率が大幅に悪化することが確認されており、ＮＯｘ脱離浄化率の低下から、より多量のＨ2 供給が必要となることが明らかとなっている。
【０００６】
従って、Ｈ2 は貯蔵容器や発生装置によって供給することが可能であるが、多量のＨ2 を供給するためには、貯蔵容器や発生装置の大型化が必要となり、搭載性が悪化するという問題点があった。
また近年、内燃機関の燃費は筒内直噴による希薄燃焼等により大幅に改善されており、これ伴い排気温度が低下する傾向にある。今後更に効率改善が進むと、更に排気温度が低下すると予想され、このため触媒を常時活性状態に保つことが難しくなると考えられる。ＮＯｘトラップ触媒に関していえば、排気温度低下に伴うＮＯｘトラップ率の低下よりも、ＮＯｘ脱離浄化率の低下が大きいため、排気温度が低下した場合にはより多量の還元剤をＮＯｘトラップ触媒に供給する必要があると考えられる。
【０００７】
本発明は、このような従来の問題点に鑑み、内燃機関の排気系に、酸化雰囲気にて内燃機関から排出されるＮＯｘをトラップし、還元雰囲気にてトラップされているＮＯｘを脱離浄化可能なＮＯｘトラップ触媒を備える場合に、このＮＯｘトラップ触媒にトラップされているＮＯｘを還元剤としてのＨ2 を用いて効率良く脱離浄化することのできる内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１の発明では、内燃機関の排気系にＮＯｘトラップ触媒を備えると共に、これにＨ2 を供給可能なＨ2 供給手段を備える内燃機関の排気浄化装置において、前記ＮＯｘトラップ触媒にトラップされているＮＯｘを脱離浄化する際に、内燃機関の空燃比を略理論空燃比に保持すると共に、前記Ｈ2 供給手段により前記ＮＯｘトラップ触媒にＨ2 を供給することを特徴とする。
【０００９】
請求項２の発明では、前記ＮＯｘトラップ触媒にトラップされているＮＯｘを脱離浄化する際に、内燃機関の空燃比を略理論空燃比に保持した後、所定期間経過してから前記Ｈ2 供給手段により前記ＮＯｘトラップ触媒にＨ2 を供給することを特徴とする。
請求項３の発明では、前記ＮＯｘトラップ触媒にトラップされているＮＯｘを脱離浄化する際に、内燃機関の空燃比を一時的に過濃空燃比にした後、略理論空燃比に保持し、前記Ｈ2 供給手段により前記ＮＯｘトラップ触媒にＨ2 を供給することを特徴とする。
【００１０】
請求項４の発明では、前記ＮＯｘトラップ触媒の温度を直接的又は間接的に検出（触媒温度を測定又は推定、もしくは排気温度により代替して検出）する手段を有し、前記ＮＯｘトラップ触媒にトラップされているＮＯｘを脱離浄化する際に、触媒温度が所定値未満の場合には、内燃機関の空燃比を略理論空燃比に保持すると共に、前記Ｈ2 供給手段により前記ＮＯｘトラップ触媒にＨ2 を供給し、触媒温度が所定値以上の場合には、内燃機関の空燃比を過濃空燃比にし、前記Ｈ2 供給手段によるＨ2 の供給を行わないことを特徴とする。
【００１１】
請求項５の発明では、筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁を備える筒内直噴式内燃機関であって、その排気系のＮＯｘトラップ触媒の上流側に、少なくとも酸化機能を有する触媒（酸化触媒又は三元触媒）を備えることを前提として、前記ＮＯｘトラップ触媒へのＨ2 供給手段を、前記酸化機能を有する触媒の上流側から導入される内燃機関の排気（特に排気中のＯ2 及び水分）と燃料とを改質原料としてＨ2 を生成する改質器により構成する。そして、前記ＮＯｘトラップ触媒にトラップされているＮＯｘを脱離浄化する際に、内燃機関の燃焼を希薄燃焼にすると共に、膨張行程以降（膨張行程又は排気行程）において前記燃料噴射弁より追加の燃料噴射を行った上で、全体の空燃比が略理論空燃比となるように制御し、この状態で前記Ｈ2 供給手段（改質器）により前記ＮＯｘトラップ触媒にＨ2 を供給することを特徴とする。
【００１２】
請求項６の発明では、請求項１〜４の発明において、前記Ｈ2 供給手段を、前記ＮＯｘトラップ触媒にＮＯｘをトラップしている希薄燃焼時に、内燃機関からの排気と燃料とを改質原料としてＨ2 を生成する改質器と、生成されたＨ2 を一時的に貯蔵する貯蔵容器とを含んで構成する。そして、前記ＮＯｘトラップ触媒にトラップされているＮＯｘを脱離浄化する際に、前記Ｈ2 供給手段により前記ＮＯｘトラップ触媒にＨ2 を供給するとき、前記貯蔵容器内のＨ2 を供給することを特徴とする。
【００１３】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、ＮＯｘトラップ触媒にトラップされているＮＯｘを脱離浄化する際に、内燃機関の空燃比を略理論空燃比に保持した状態で、ＮＯｘトラップ触媒にＨ2 を供給するので、排気中に余剰Ｏ2 がないため、還元剤としてのＨ2 がＯ2 で消費されることがなく、また還元剤としてＨ2 を単独で供給するため、Ｈ2 の還元効率が良く、このため余分なＨ2 を供給する必要がない。また、Ｈ2 の還元力が強いため、低排温の状態でもトラップされているＮＯｘを脱離浄化できる。従って、内燃機関の低排温時においてもＨ2 によりＮＯｘを脱離浄化可能であると共に、Ｈ2 とＨＣ、ＣＯとの共存が大幅に抑制できるので、Ｈ2 でのＮＯｘ脱離浄化が効率良く行え、Ｈ2 の消費量を抑制可能である。
【００１４】
請求項２の発明によれば、ＮＯｘトラップ触媒にトラップされているＮＯｘを脱離浄化する際に、内燃機関の空燃比を略理論空燃比に保持した後、所定期間経過してからＮＯｘトラップ触媒にＨ2 を供給するので、ＮＯｘトラップ触媒にストレージされているＯ2 を内燃機関から少量ながら排出されるＨＣ、ＣＯの酸化により消費した後、Ｈ2 を供給することになり、請求項１の発明に対し、更にＨ2 の消費量を抑制できる。
【００１５】
請求項３の発明によれば、ＮＯｘトラップ触媒にトラップされているＮＯｘを脱離浄化する際に、内燃機関の空燃比を一旦過濃空燃比にした後、略理論空燃比に保持し、この状態でＮＯｘトラップ触媒にＨ2 を供給するので、ＮＯｘトラップ触媒にストレージされているＯ2 を内燃機関から排出されるＨＣ、ＣＯの酸化により消費した後、Ｈ2 を供給することになり、請求項１の発明に対し、更にＨ2 の消費量を抑制できる。また、Ｏ2 ストレージの放出期間において空燃比を過濃空燃比にしているので、請求項２の発明に対し、より短時間でＯ2 ストレージの放出を行うことができ、より速やかにＮＯｘトラップ触媒にトラップされているＮＯｘの脱離浄化を行え、トータルとしてのＮＯｘの脱離浄化時間も短縮できる。
【００１６】
請求項４の発明によれば、ＮＯｘトラップ触媒にトラップされているＮＯｘを脱離浄化する際に、触媒温度が所定値未満の場合には、内燃機関の空燃比を略理論空燃比に保持した状態で、ＮＯｘトラップ触媒にＨ2 を供給することで、低排温からＮＯｘの脱離浄化が可能となる。その一方、触媒温度が所定値以上の場合には、内燃機関の空燃比を過濃空燃比にし、ＨＣ、ＣＯを還元剤としてＮＯｘの脱離浄化を行い、Ｈ2 の供給を行わないため、Ｈ2 の消費量を削減できる。このように、内燃機関の低排温時においてのみＨ2 によりＮＯｘを脱離浄化することにより、請求項１の発明に対し、更にＨ2 の消費量を抑制できる。
【００１７】
請求項５の発明によれば、ＮＯｘトラップ触媒の上流側に、酸化機能を有する触媒（酸化触媒又は三元触媒）を備えることを前提として、ＮＯｘトラップ触媒にトラップされているＮＯｘを脱離浄化する際に、筒内直噴式内燃機関の燃焼を希薄燃焼にすると共に、膨張行程又は排気行程において追加の燃料噴射を行った上で、トータルでの空燃比が略理論空燃比となるように制御し、この状態で、改質器により、前記酸化機能を有する触媒の上流側から導入される内燃機関の排気と燃料とを改質原料としてＨ2 を生成し、ＮＯｘトラップ触媒に供給するため、改質器には改質に必要なＯ2 が十分に供給され、効率良くＨ2 を生成できるので、外部からＨ2 を供給する必要がなくなる。また、ＮＯｘトラップ触媒においては、その上流側の触媒にて、Ｏ2 と追加燃料とが反応する結果、余剰Ｏ2 の他、ＨＣ、ＣＯも共存しないため、Ｈ2 によるＮＯｘの脱離浄化を効率良く行うことができる。従って、Ｈ2 の生成と、これによるＮＯｘの脱離浄化とを同時に効率良く行うことが可能となり、内燃機関の低排温時においてもＨ2 によりＮＯｘを脱離浄化可能であると共に、Ｈ2 でのＮＯｘの脱離浄化が効率良く行え、改質用燃料の消費量も抑制可能である。
【００１８】
請求項６の発明によれば、ＮＯｘトラップ触媒にＮＯｘをトラップしている希薄燃焼時に、改質器により、内燃機関からの排気と燃料とを改質原料としてＨ2 を生成し、生成されたＨ2 を貯蔵容器に一時的に貯蔵しておき、ＮＯｘトラップ触媒にトラップされているＮＯｘを脱離浄化する際に、前記貯蔵容器内のＨ2 を供給するため、外部からＨ2 を供給することなく、ＮＯｘの脱離浄化を行うことができる。従って、Ｈ2 の生成と、これによるＮＯｘの脱離浄化とを効率良く行うことが可能となり、内燃機関の低排温時においてもＨ2 によりＮＯｘを脱離浄化可能であると共に、Ｈ2 とＨＣ、ＣＯとの共存が大幅に抑制できるので、Ｈ2 でのＮＯｘ脱離浄化が効率良く行え、改質用燃料の消費量も抑制可能である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
先ず本発明の第１実施形態について説明する。本実施形態は請求項１に対応する。
図１は本発明の第１実施形態を示す内燃機関（以下エンジンという）の構成図である。
【００２０】
エンジン１の吸気通路２には、吸入空気量を制御する電制スロットル弁３が設けられ、また、その下流側で各気筒へ吸入空気を分配するマニホールド部には、各気筒の吸気ポートに向けて燃料を噴射供給する燃料噴射弁４が設けられている。更に、各気筒の燃焼室には、点火プラグ５が設けられている。これらは、コントロールユニット（以下Ｃ／Ｕという）６により駆動される。
【００２１】
Ｃ／Ｕ６には、アクセルペダルセンサ７からのアクセル開度信号、クランク角センサ８からのクランク角信号（これからエンジン回転数を算出可能）、吸気通路２に設けたエアフローメータ９からの吸入空気量信号、水温センサ１０からのエンジン冷却水温信号、図示しないトランスミッションのギア位置信号、図示しない車速センサからの車速信号などが入力されている。
【００２２】
Ｃ／Ｕ６では、これらの入力信号に基づいて、運転条件に応じた要求トルク及び空燃比を実現するように、電制スロットル弁３の開度、燃料噴射弁４の燃料噴射量及び噴射時期を制御し、また、運転条件に応じて点火プラグ５の点火時期を制御している。
エンジン１からの排気は排気通路１１より排出されるが、この排気通路１１には、各気筒からの排気を集合するマニホールド部の下流側に、三元触媒１２が設けられ、更にその下流側に、排気通路１１ａを介して、ＮＯｘトラップ触媒１３が設けられており、排気はこれらを通過後に排気通路１１ｂを介して車外に排出される。
【００２３】
三元触媒１２は、排気空燃比が略理論空燃比の時にＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘを同時に効率良く浄化し、希薄空燃比の時にはＨＣ、ＣＯを酸化反応により浄化する特性を有している。尚、三元触媒１２に代えて、酸化触媒を配置するようにしてもよい。
ＮＯｘトラップ触媒１３は、排気空燃比が希薄空燃比の時にＮＯｘをトラップし、排気空燃比が理論空燃比又は過濃空燃比の時にトラップされているＮＯｘを脱離浄化可能である。
【００２４】
このＮＯｘトラップ触媒１３には、必要により、その触媒温度の検出手段として、触媒温度センサ１４が装着され、その信号はＣ／Ｕ６に入力されている。尚、触媒温度検出手段として、触媒温度センサ１４に代えて、排気温度センサを用いてもよいし、特別なセンサを用いることなく、エンジン１の運転状態から触媒温度又は排気温度を推定するようにしてもよい。
【００２５】
一方、ＮＯｘの脱離浄化（還元）用のＨ2 の供給手段（貯蔵手段）として、Ｈ2 タンク１５が搭載されている。Ｈ2 タンク１５は外部からＨ2 を供給可能であり、また内部にはＨ2 の圧力を略一定に保つように圧力レギュレータを備えている。
そして、このＨ2 タンク１５からのＨ2 供給通路１６が、三元触媒１２とＮＯｘトラップ触媒１３との間の排気通路１１ａに接続されており、Ｈ2 供給通路１６には、Ｃ／Ｕ６により制御されて、該通路６を連通、遮断可能なＨ2 供給制御弁（電磁弁）１７が介装されている。
【００２６】
以上の構成において、エンジン１が比較的低回転、低負荷で運転を行っている際には、空燃比を希薄空燃比にした運転を行っている。このとき排気は酸化雰囲気となるため、ＨＣ、ＣＯは三元触媒１２により酸化浄化されるが、ＮＯｘについては還元が行われなくなるため、その後流に設置されたＮＯｘトラップ触媒１３にＮＯｘがトラップされる。トラップされたＮＯｘは、トラップ量が所定値に達すると、Ｈ2 タンク１５からのＨ2 供給通路１６により、Ｈ2 供給制御弁１７を介して、還元剤としてのＨ2 の投入がなされ、これにより還元浄化される。
【００２７】
本実施形態でのより具体的な制御を図２及び図３のフローチャートにより説明する。
図２はメインルーチンのフローチャートであり、所定時間毎に実行される。
Ｓ１では、各種センサの信号を読込む。
Ｓ２では、再生フラグが１（再生中）であるか否かを判定し、再生フラグが０である場合は、Ｓ３へ進む。
【００２８】
Ｓ３では、ＮＯｘトラップ触媒１３のＮＯｘトラップ量ＴNOx を演算する。具体的には、エンジンの運転状態（エンジン回転数、吸入空気量、空燃比、水温等）に応じたＮＯｘ排出量のマップを用意しておき、このマップから検索したＮＯｘ排出量ＥNOx に、所定のあるいは運転状態に応じたトラップ率ＩNOx を乗算した値を積算して、ＮＯｘトラップ量ＴNOx を求める（ＴNOx ←ＴNOx ＋ＥNOx ×ＩNOx ）。
【００２９】
Ｓ４では、Ｓ３で演算されたＮＯｘトラップ量ＴNOx が所定値（ＮＯｘトラップ触媒１３にトラップ可能なＮＯｘ量の上限値）に達したか否か、すなわち、再生時期に達したか否かを判定する。
所定値未満の場合は本ルーチンを終了し、所定値に達した場合は、再生時期と判断して、Ｓ５に進み、再生フラグを０から１に書換えて、本ルーチンを終了する。
【００３０】
このようにして、再生時期と判断されて、再生フラグが１になると、次回以降、Ｓ２での再生フラグの判定において、Ｓ６へ進み、図３の再生サブルーチンに従って、再生処理を行う。
次に図３の再生サブルーチンについて説明する。
Ｓ１１では、エンジン１の空燃比を略理論空燃比（ストイキ）に保つように制御する。従って、リーン空燃比で運転している場合は、ストイキに切換えることになる。この部分がＮＯｘトラップ触媒１３にトラップされているＮＯｘを脱離浄化する際に、空燃比を略理論空燃比に保持する手段に相当する。
【００３１】
Ｓ１２では、電磁弁１７を開弁させて、Ｈ2 タンク１５内のＨ2 をＮＯｘトラップ触媒１３に供給する。この部分がＮＯｘトラップ触媒１３にトラップされているＮＯｘを脱離浄化する際に、ＮＯｘトラップ触媒１３にＨ2 を供給する手段に相当する。
Ｓ１３では、所定量の還元剤を投入したか否か、すなわち、ＮＯｘトラップ触媒１３にトラップされているＮＯｘを還元するのに必要な量のＨ2 を供給したか否かを判定する。実際には、ＮＯｘトラップ触媒１３にトラップ可能なＮＯｘを還元するのに見合うＨ2 の量を予め実験で求めておき、そのＨ2 量となるように電磁弁１７の開弁時間を制御すればよいので、ここでは電磁弁１７の開弁時間を積算し、その積算値が所定時間に達したか否かを判定する。
【００３２】
所定量の還元剤（Ｈ2 ）を投入していないと判定された場合には、本サブルーチンを終了するが、所定量の還元剤（Ｈ2 ）を投入したと判定された場合には、Ｓ１４〜Ｓ１７に進み、再生の終了処理を行う。
Ｓ１４では、Ｓ１１で行った空燃比の変更を通常制御に戻す。
Ｓ１５では、電磁弁１７を閉弁して、Ｈ2 の供給を停止する。
【００３３】
Ｓ１６では、再生フラグを１から０にする。そして、Ｓ１７では、メインルーチンのＳ３で積算しているＮＯｘトラップ量を初期化して（ＴNOx ＝０）、本サブルーチンを終了する。
以上の制御を行うことで、エンジン１の低排温時においてもＨ2 によりＮＯｘを脱離浄化可能であると共に、Ｈ2 とＨＣ、ＣＯとの共存が大幅に抑制できることから、Ｈ2 でのＮＯｘ脱離浄化が効率良く行え、Ｈ2 の消費量を抑制可能である。
【００３４】
次に本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は請求項２に対応する。
第２実施形態の構成は第１実施形態と同様で図１に示す。また、メインルーチンは第１実施形態と同様で図２に示す。再生サブルーチンについては、第１実施形態とは異なっており、これを図４に示す。従って、図４の再生サブルーチンについてのみ説明する。
【００３５】
Ｓ２１では、エンジン１の空燃比を略理論空燃比（ストイキ）に保つように制御する。
Ｓ２２では、空燃比を略理論空燃比に保った状態で、ＮＯｘトラップ触媒１３にストレージされているＯ2 が放出されたか（所定期間経過したか）否かの判定を行っており、Ｏ2 ストレージが放出しきれていない場合には本サブルーチンを終了し、Ｏ2 ストレージが放出された場合にＳ２３へ進む。
【００３６】
ここでＯ2 ストレージについて説明する。ＮＯｘの脱離浄化を行う場合に還元剤を投入すると、先ず初期にＮＯｘトラップ触媒１３にストレージされているＯ2 により還元剤が消費され、その後トラップされているＮＯｘが還元剤により脱離浄化される。このため、還元剤を有効に利用するためにはＯ2 ストレージを上手く処理することが必要となる。ここでは主に低排温状態でのＮＯｘを還元するために、還元剤としてＨ2 を使用しており、Ｈ2 の消費量をできる限り抑制することにより、Ｈ2 タンク１５の容量を減少させることが可能となる。また、Ｏ2 ストレージの放出はＮＯｘの還元と比較すると容易になされるため、空燃比を略理論空燃比とすることで放出させている。これによりＨ2 の消費量を抑制可能となる。
【００３７】
尚、Ｏ2 ストレージが放出されたか否かは、空燃比を略理論空燃比に保持した後、所定期間経過したか否かで判定するが、ここにいう所定期間とは、予め実験により求めた所定の時間とすることができるが、運転状態に応じて変化させるようにしてもよい。
Ｓ２３では、Ｏ2 ストレージが放出された後であるので、電磁弁１７を開弁させて、Ｈ2 タンク１５内のＨ2 をＮＯｘトラップ触媒１３に供給する。すなわち、エンジン１の空燃比を理論空燃比に保持した後、Ｏ2 ストレージが放出される所定期間経過してから（所定期間遅延させて）、ＮＯｘトラップ触媒１３にＨ2 を供給する。
【００３８】
Ｓ２４では、所定量の還元剤を投入したか否か、すなわち、ＮＯｘトラップ触媒１３にトラップされているＮＯｘを還元するのに必要な量のＨ2 を供給したか否かを判定する。実際には、電磁弁１７の開弁時間を積算し、その積算値が所定時間に達したか否かを判定する。
所定量の還元剤（Ｈ2 ）を投入していないと判定された場合には、本サブルーチンを終了するが、所定量の還元剤（Ｈ2 ）を投入したと判定された場合には、Ｓ２５〜Ｓ２８に進み、再生の終了処理を行う。
【００３９】
Ｓ２５では、Ｓ２１で行った空燃比の変更を通常制御に戻す。Ｓ２６では、電磁弁１７を閉弁して、Ｈ2 の供給を停止する。Ｓ２７では、再生フラグを０にする。そして、Ｓ２８では、ＮＯｘトラップ量を初期化して（ＴNOx ＝０）、本サブルーチンを終了する。
以上の制御を行うことで、エンジン１の低排温時においてもＨ2 によりＮＯｘを脱離浄化可能であると共に、Ｈ2 とＨＣ、ＣＯとの共存が大幅に抑制できるので、Ｈ2 でのＮＯｘ脱離浄化が効率良く行え、Ｈ2 の消費量を抑制可能である。また、ＮＯｘトラップ触媒１３のＯ2 ストレージは、Ｈ2 を供給する前に、エンジン１から少量ながら排出されるＨＣ、ＣＯの酸化により消費されるので、第１実施形態に対し更にＨ2 の消費量を抑制できる。
【００４０】
次に本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態は請求項３に対応する。
第３実施形態の構成は第１実施形態と同様で図１に示す。また、メインルーチンは第１実施形態と同様で図２に示す。再生サブルーチンについては、第１実施形態とは異なっており、これを図５に示す。従って、図５の再生サブルーチンについてのみ説明する。
【００４１】
Ｓ３１では、エンジン１の空燃比を過濃空燃比（リッチ；例えばＡ／Ｆ１２）に制御する。この部分がＮＯｘトラップ触媒１３にトラップされているＮＯｘを脱離浄化する際に、空燃比を一時的に過濃空燃比に制御する手段に相当する。
Ｓ３２では、前記過濃空燃比とすることで、Ｏ2 ストレージ量に見合う還元剤を投入したか否か、すなわち、ＮＯｘトラップ触媒１３にストレージされているＯ2 が放出されたか（所定期間経過したか）否かの判定を行っており、Ｏ2 ストレージが放出しきれていない場合には本サブルーチンを終了し、Ｏ2 ストレージが放出された場合にＳ３３へ進み、
実際にはＮＯｘトラップ触媒１３のＯ2 ストレージ量、及びＯ2 ストレージが放出されるのに必要な燃料量（ここではＡ／Ｆ１２運転の期間）を予め実験で求めておき、過濃空燃比の運転時間を前記実験から求めた所定量と比較して判定している。
【００４２】
Ｓ３３では、Ｏ2 ストレージが放出された後であるので、エンジン１の空燃比を略理論空燃比（ストイキ）に制御する。
Ｓ３４では、電磁弁１７を開弁させて、Ｈ2 タンク１５内のＨ2 をＮＯｘトラップ触媒１３に供給する。
Ｓ３５では、所定量の還元剤を投入したか否か、すなわち、ＮＯｘトラップ触媒１３にトラップされているＮＯｘを還元するのに必要な量のＨ2 を供給したか否かを判定する。実際には、電磁弁１７の開弁時間を積算し、その積算値が所定時間に達したか否かを判定する。
【００４３】
所定量の還元剤（Ｈ2 ）を投入していないと判定された場合には、本サブルーチンを終了するが、所定量の還元剤（Ｈ2 ）を投入したと判定された場合には、Ｓ３６〜Ｓ３９に進み、再生の終了処理を行う。
Ｓ３６では、Ｓ３１、３３で行った空燃比の変更を通常制御に戻す。Ｓ３７では、電磁弁１７を閉弁して、Ｈ2 の供給を停止する。Ｓ３８では、再生フラグを０にする。そして、Ｓ３９では、ＮＯｘトラップ量を初期化して（ＴNOx ＝０）、本サブルーチンを終了する。
【００４４】
以上の制御を行うことで、エンジン１の低排温時においてもＨ2 によりＮＯｘを脱離浄化可能であると共に、Ｈ2 とＨＣ、ＣＯとの共存が大幅に抑制できるので、Ｈ2 でのＮＯｘ脱離浄化が効率良く行え、Ｈ2 の消費量を抑制可能である。また、ＮＯｘトラップ触媒１３のＯ2 ストレージは、Ｈ2 を供給する前に、エンジン１から排出されるＨＣ、ＣＯの酸化により消費されるので、第１実施形態に対し更にＨ2 の消費量を抑制できる。更に、Ｏ2 ストレージの放出期間は空燃比を過濃空燃比にしているので、第２実施形態に対し短時間でＯ2 ストレージの放出を行うことができ、トータルとしてのＮＯｘの脱離浄化時間を短縮できる。
【００４５】
次に本発明の第４実施形態について説明する。本実施形態は請求項４に対応する。
第４実施形態の構成は第１実施形態と同様で図１に示す。また、メインルーチンは第１実施形態と同様で図２に示す。再生サブルーチンについては、第１実施形態とは異なっており、これを図６に示す。従って、図６の再生サブルーチンについてのみ説明する。
【００４６】
Ｓ４１では、ＮＯｘトラップ触媒１３の触媒温度を所定値と比較する。この所定値は、ＨＣ、ＣＯによりＮＯｘを効率良く脱離浄化可能な温度（下限値）であり、使用する触媒に応じて実験により求められるが、例えば２５０℃に設定される。
触媒温度が所定値未満の場合は、Ｓ４２〜Ｓ４４へ進み、第１実施形態と同様の処理を行う。
【００４７】
すなわち、Ｓ４２で、エンジン１の空燃比を略理論空燃比（ストイキ）に保つように制御する。また、Ｓ４３で、電磁弁１７を開弁させて、Ｈ2 タンク１５内のＨ2 をＮＯｘトラップ触媒１３に供給する。
そして、Ｓ４４で、所定量の還元剤を投入したか否か、すなわち、ＮＯｘトラップ触媒１３にストレージされているＯ2 が放出される量を含み、ＮＯｘトラップ触媒１３にトラップされているＮＯｘを還元するのに必要な量のＨ2 を供給したか否かを判定する。実際には、電磁弁１７の開弁時間を積算し、その積算値が所定時間に達したか否かを判定する。
【００４８】
所定量の還元剤（Ｈ2 ）を投入していないと判定された場合には、本サブルーチンを終了するが、所定量の還元剤（Ｈ2 ）を投入したと判定された場合には、Ｓ４７〜Ｓ５０に進み、再生の終了処理を行う。
一方、触媒温度が所定値以上の場合は、Ｓ４５、Ｓ４６へ進む。
Ｓ４５では、エンジン１の空燃比を過濃空燃比（リッチ；例えばＡ／Ｆ１２）に制御する。
【００４９】
Ｓ４６では、前記過濃空燃比において、ＮＯｘトラップ触媒１３にストレージされているＯ2 が放出される量を含み、ＮＯｘトラップ触媒１３にトラップされているＮＯｘを還元するのに必要な量の還元剤（ここではＨＣ、ＣＯ）を投入したか否かを判定する。実際には、前記過濃空燃比で排出されるＨＣ、ＣＯ量を予め実験で求めておき、実際のエンジン１の運転状態から、ＨＣ、ＣＯ量を積算することにより、ＮＯｘを脱離浄化するのに必要な還元剤が投入されたか否かを判定する。但し、簡単に過濃空燃比の時間等で判定しても構わない。
【００５０】
所定量の還元剤（ＨＣ、ＣＯ）を投入していないと判定された場合には、本サブルーチンを終了するが、所定量の還元剤（ＨＣ、ＣＯ）を投入したと判定された場合には、Ｓ４７〜Ｓ５０に進み、再生の終了処理を行う。
Ｓ４７では、Ｓ４２又はＳ４５で行った空燃比の変更を通常制御に戻す。Ｓ４８では、Ｓ４３にてＨ2 を供給していた場合、電磁弁１７を閉弁して、Ｈ2 の供給を停止する。Ｓ４９では、再生フラグを０にする。そして、Ｓ５０では、ＮＯｘトラップ量を初期化して（ＴNOx ＝０）、本サブルーチンを終了する。
【００５１】
以上のように、ＮＯｘトラップ触媒１３の温度に応じた制御の切換手段を有していて、低温時には、Ｈ2 によりＮＯｘを脱離浄化し、このときはＨ2 とＨＣ、ＣＯとの共存が大幅に抑制できるので、Ｈ2 でのＮＯｘ脱離浄化が効率良く行え、Ｈ2 の消費量を抑制可能である。その一方、高温時には、空燃比を過濃空燃比にし、ＨＣ、ＣＯを還元剤としてＮＯｘの脱離浄化を行い、Ｈ2 の供給を行わないため、第１実施形態に対し更にＨ2 の消費量を抑制できる。
【００５２】
次に本発明の第５実施形態について説明する。本実施形態は請求項５に対応する。
図７は本発明の第５実施形態を示すエンジンの構成図であり、第１実施形態（図１）と異なる部分を中心に説明する。
本実施形態では、エンジン１は筒内直噴式であり、燃料噴射弁４は各気筒の燃焼室内に燃料を直接噴射供給するように取付けられている。
【００５３】
エンジン１からの排気は排気通路１１より排出されるが、この排気通路１１には、各気筒からの排気を集合するマニホールド部の下流側に、三元触媒１２が設けられ、更にその下流側に、排気通路１１ａを介して、ＮＯｘトラップ触媒１３が設けられており、排気はこれらを通過後に排気通路１１ｂを介して車外に排出される。
【００５４】
一方、ＮＯｘの脱離浄化（還元）用のＨ2 の供給手段として、Ｈ2 生成機能を有する改質器１８が搭載されている。
改質器１８は、エンジン１からの排気（特に排気中のＯ2 及び水分）と図示しない燃料タンクからの燃料とを改質原料として使用して、Ｈ2 （少なくともＨ2 を含む改質ガス）を生成するものである。
【００５５】
このため、三元触媒１２上流の排気通路１１から排気を導く排気導入通路１９が設けられて、改質器１８に接続されており、この排気導入通路１９には、これを連通、遮断可能な排気導入制御弁２０が介装されている。また、図示しない燃料タンクから導かれる燃料を改質器１８に噴射供給可能な燃料供給制御弁２１が設けられている。これら排気導入制御弁２０及び燃料供給制御弁２１の作動はＣ／Ｕ６により制御される。
【００５６】
また、改質器１８は排気熱を熱交換器２２により回収可能で、熱交換器２２により熱回収するか否かはＣ／Ｕ６により制御される。また、改質器１８にはその温度を更に高めることが可能なヒータ２３が内蔵され、このヒータ２３の通電、非通電もＣ／Ｕ６により制御される。
改質器１８で生成された改質ガスは改質ガス通路２４に導かれるが、この改質ガス通路２４は三元触媒１２とＮＯｘトラップ触媒１３との間の排気通路１１ａに接続されている。
【００５７】
以上の構成において、エンジン１が比較的低回転、低負荷で運転を行っている際には、圧縮行程噴射による成層燃焼で、空燃比を希薄空燃比とした運転を行っている。このとき排気は酸化雰囲気となるため、ＨＣ、ＣＯは三元触媒１２により酸化浄化されるが、ＮＯｘについては還元が行われなくなるため、その後流に設置されたＮＯｘトラップ触媒１３にてＮＯｘがトラップされる。トラップされたＮＯｘは、トラップ量が所定値に達すると、還元剤の投入により還元浄化される。本実施形態では、還元剤として、改質器１８により改質ガスとして得られるＨ2 を使用しており、ＮＯｘトラップ触媒１３の再生が必要になった場合に改質器１８に排気を導入すると共に燃料を供給することで燃料改質を行い、そこで生成されたＨ2 をＮＯｘトラップ触媒１３に供給している。ここで、排気を改質器１８に導入する際に、排気導入制御弁２０に代えて、加圧ポンプ等を用いてもよい。
【００５８】
このとき、改質器１８に導入される排気は改質原料としてのＯ2 が存在する方が好ましく、排気に関していえば希薄燃焼時の方が適している。しかし一方でＮＯｘトラップ触媒１３のＮＯｘ脱離浄化のためには前述のように余分なＯ2 が存在すると還元剤を無駄に浪費することになる。
そこで本実施形態では、ＮＯｘトラップ触媒１３にトラップされているＮＯｘの脱離浄化を行う際に、前記のように圧縮行程噴射の成層希薄空燃比運転を行うのに加えて、膨張行程ないし排気行程において空燃比が略理論空燃比となるよう追加燃料を噴射する。
【００５９】
するとエンジン１の排気はＯ2 とＨＣ、ＣＯとが十分に反応できないまま排気通路１１に流出するため、この部位から改質原料である排気をサンプルすることにより、改質器１８には十分なＯ2 が供給されると共に、サンプル後の排気はその後流の三元触媒１２での酸化作用により、ＨＣ、ＣＯとＯ2 とが反応し、その後流のＮＯｘトラップ触媒１３へのＨＣ、ＣＯの流入を大幅に抑制できる。このためＮＯｘトラップ触媒１３のＮＯｘを脱離浄化するときには、ＮＯｘトラップ触媒１３には略理論空燃比の排気と改質ガスであるＨ2 とが供給されるため、比較的低排温においてもＮＯｘの脱離浄化が行えると共に、Ｈ2 の無駄な消費がなくなる。
【００６０】
本実施形態でのより具体的な制御を図８及び図９のフローチャートにより説明する。
図８はメインルーチンのフローチャートであり、所定時間毎に実行される。
Ｓ５１では、各種センサの信号を読込む。
Ｓ５２では、改質器加熱フラグが１であるか否かを判定し、改質器加熱フラグが０である場合は、Ｓ５６へ進む。
【００６１】
Ｓ５６では、再生フラグが１であるか否かを判定し、再生フラグが０である場合は、Ｓ５７へ進む。
Ｓ５７では、ＮＯｘトラップ触媒１３のＮＯｘトラップ量ＴNOx を演算する。具体的には、エンジンの運転状態（エンジン回転数、吸入空気量、空燃比、水温等）に応じたＮＯｘ排出量のマップを用意しておき、このマップから検索したＮＯｘ排出量ＥNOx に、所定のあるいは運転状態に応じたトラップ率ＩNOx を乗算した値を積算して、ＮＯｘトラップ量ＴNOx を求める（ＴNOx ←ＴNOx ＋ＥNOx ×ＩNOx ）。
【００６２】
Ｓ５８では、Ｓ５７で演算されたＮＯｘトラップ量ＴNOx が所定値１（ＮＯｘトラップ触媒１３にトラップ可能なＮＯｘ量の上限値の例えば９０％；所定値１＝後述する再生時期判定用の所定値２×０．９）に達したか否か、すなわち、再生時期の直前であるか否かを判定する。
この判定は、排気温度が所定値（例えば２５０℃）未満の場合、改質器１８の温度を改質温度まで高めるためにある程度の時間を要するため、再生時期の直前（例えば再生時期の９０％のＮＯｘトラップ量）になった時点で、改質器１８の加熱を開始するためである。
【００６３】
従って、この判定の結果、所定値１未満の場合は本ルーチンを終了するが、所定値１に達した場合は、Ｓ５９へ進む。
Ｓ５９では、Ｓ５８での判定で改質器加熱時期に達していると判断された結果を受けて、改質器加熱要求を示す改質器加熱フラグを０から１に書換える。
Ｓ６０では、Ｓ５７で演算されたＮＯｘトラップ量ＴNOx が所定値２（ＮＯｘトラップ触媒１３にトラップ可能なＮＯｘ量の上限値）に達したか否か、すなわち、再生時期であるか否かを判定する。
【００６４】
この判定の結果、所定値２未満の場合は本ルーチンを終了するが、所定値２に達した場合は、Ｓ６１へ進む。
Ｓ６１では、Ｓ６０での判定で再生時期に達していると判断された結果を受けて、再生要求を示す再生フラグを０から１に書換え、本ルーチンを終了する。
上記のような、再生時期の直前での改質器加熱フラグのセット、及び、再生時期での再生フラグのセットにより、それぞれ次回以降のルーチンにおいて、次のような制御がなされる。
【００６５】
先ず、ＮＯｘトラップ量ＴNOx が所定値１以上となって、再生時期の直前と判断され、改質器加熱フラグが１になると、次回以降、Ｓ５２での改質器加熱フラグの判定において、Ｓ５３へ進み、熱交換器２２をＯＮにして、排気熱により改質器１８を加熱する。
また、Ｓ５４では、排気温度が所定値（例えば２５０℃）未満か否かの判定を行い、所定値未満の場合は、Ｓ５５に進み、ヒータ２３をＯＮにして、これによる加熱により改質器１８の温度を改質可能温度まで上昇させるようにする。尚、ここで用いる排気温度は、専用のセンサを用いて検出してもよいし、エンジン１の運転状態（履歴を含む）あるいは触媒温度センサ１４の信号より推定してもよい。
【００６６】
その後、ＮＯｘトラップ量ＴNOx が所定値２以上となって、再生時期と判断され、再生フラグが１になると、次回以降、Ｓ５６での再生フラグの判定において、Ｓ６２へ進み、図９の再生サブルーチンに従って、再生処理を行う。
次に図９の再生サブルーチンについて説明する。
Ｓ７１では、エンジン１に対し、直噴式の燃料噴射弁４により圧縮行程での燃料噴射を行って、成層希薄燃焼を行わせる一方、膨張行程において追加の燃料噴射を行い、トータルでの空燃比が略理論空燃比（ストイキ）になるように制御する。
【００６７】
Ｓ７２では、改質器１８によるＨ2 の生成・供給を行うため、三元触媒１２上流の排気通路１１から排気を排気導入通路１９より改質器１８に導入すべく、排気導入制御弁２０を開弁させる。
Ｓ７３では、エンジン１の運転状態から改質器１８への排気導入量を算出し、これに見合う量、改質原料としての燃料を燃料供給制御弁２１により改質器１８内に噴射供給する。
【００６８】
このようして排気と燃料とが改質器１８に導入されると、改質器１８にてＨ2 を含む改質ガスが生成され、改質ガス通路２４により、三元触媒１２とＮＯｘトラップ触媒１３との間の排気通路１１ａに供給される。これにより、ＮＯｘトラップ触媒１３にてＨ2 を還元剤としてＮＯｘの脱離浄化がなされる。
Ｓ７４では、所定量の還元剤を投入したか否か、すなわち、ＮＯｘトラップ触媒１３にトラップされているＮＯｘを還元するのに必要な量のＨ2 を供給したか否かを判定する。具体的には、改質器１８での運転状態に応じたＨ2 の生成量を予め実験で求めておき、これに基づいて算出される実際のＨ2 の生成量を積算し、この積算値が、予め設定されるＮＯｘトラップ触媒１３にトラップ可能なＮＯｘを還元するのに見合うＨ2 の量と、同量となったか否かを判定する。
【００６９】
所定量の還元剤（Ｈ2 ）を投入していないと判定された場合には、本サブルーチンを終了するが、所定量の還元剤（Ｈ2 ）を投入したと判定された場合には、Ｓ７５〜Ｓ８１に進み、再生の終了処理を行う。
Ｓ７５では、熱交換器２２及びヒータ２３をＯＮにしている場合に、これらをＯＦＦにして、改質器１８に対する加熱を終了させる。そして、Ｓ７６では、改質器加熱フラグを１から０にする。
【００７０】
Ｓ７７では、Ｓ７１で行った燃焼制御及び空燃比に関する変更を通常制御に戻し、少なくとも膨張行程での追加の燃料噴射を終了させる。すなわち、通常制御が圧縮行程噴射による成層希薄燃焼であれば、膨張行程での追加の燃料噴射を終了させる。
Ｓ７８では、排気導入制御弁２０を閉弁させて、改質器１８への排気の導入を停止させる。また、Ｓ７９では、燃料供給制御弁２１による改質器１８への燃料供給を停止させる。これにより、Ｈ2 の生成が停止され、ＮＯｘトラップ触媒１３へのＨ2 の供給も停止される。
【００７１】
Ｓ８０では、再生フラグを１から０にする。そして、Ｓ８１では、メインルーチンのＳ５７で積算しているＮＯｘトラップ量を初期化して（ＴNOx ＝０）、本サブルーチンを終了する。
以上の制御を行うことで、エンジン１の低排温時においてもＨ2 によりＮＯｘを脱離浄化可能であると共に、Ｈ2 とＨＣ、ＣＯとの共存が大幅に抑制できるので、Ｈ2 でのＮＯｘ脱離浄化が効率良く行え、Ｈ2 の消費量を抑制可能である。また、ＮＯｘの脱離浄化用のＨ2 を改質器１８により生成するので、外部からＨ2 を供給する必要がなくなる。また、改質器１８には改質に必要なＯ2 が十分に供給され、効率良くＨ2 を生成できるので、改質用燃料の消費量も抑制可能である。
【００７２】
次に本発明の第６実施形態について説明する。本実施形態は請求項６に対応する。
第６実施形態の構成は図１０に示す通りであり、第５実施形態（図７）と類似しているので、異なる部分のみを説明する。
改質器１８で生成された改質ガス（Ｈ2 ）は改質ガス通路２４に導かれるが、この改質ガス通路２４の途中には、改質ガス（Ｈ2 ）の貯蔵容器として改質ガスタンク２５が設けられ、その上流側にはタンク２５内に改質ガスを封入するための加圧ポンプ２６が設けられている。また、タンク２５の下流側には改質ガス（Ｈ2 ）の供給を制御するための改質ガス供給制御弁２７が設けられており、改質ガス供給制御弁２７の下流側の供給口２８が三元触媒１２とＮＯｘトラップ触媒１３との間の排気通路１１ａに開口している。
【００７３】
すなわち、第５実施形態では、Ｈ2 供給手段としての改質器１８で生成されたＨ2 は通路２４によってＮＯｘトラップ触媒１３に供給されていたが、第６実施形態では、Ｈ2 供給手段は、改質器１８とタンク２５とを含んで構成され、改質器１８にて生成されたＨ2 はタンク２５に一時的に貯えられ、Ｃ／Ｕ６からの信号に基づく制御弁２７の開弁によってＮＯｘトラップ触媒１３に供給されるように構成されている。
【００７４】
尚、タンク２５の容量は、ＮＯｘトラップ触媒１３にトラップ可能なＮＯｘを脱離還元するのに必要な量のＨ2 を含む改質ガスを貯蔵可能な容量に選定されている。
次に第６実施形態での具体的な制御を説明するが、本実施形態は、第１実施形態に対して、Ｈ2 供給手段のみが異なるため、制御については、図２及び図３と同様である。但し、改質器１８によるＨ2 の生成のため、図１１のフローチャートに示す改質制御が別途行われる。
【００７５】
図１１の改質制御ルーチンは所定時間毎に実行される。
Ｓ９１では、エンジン１が希薄燃焼（圧縮行程噴射による成層希薄燃焼）を行っているか否かを判定し、希薄燃焼時にＳ９２へ進む。
Ｓ９２では、タンク２５に所定量のＨ2 が貯蔵されていることを示す満タンフラグが１であるか否かを判定し、満タンフラグが０の場合にＳ９３へ進む。
【００７６】
Ｓ９３では、改質器１８による燃料改質（Ｈ2 の生成）を行うため、必要により熱交換器２２及びヒータ２３をＯＮにし、排気導入制御弁２０を開弁させて、改質器１８に排気を導入すると共に、燃料供給制御弁２１を開弁させて、改質器１８に燃料を噴射供給する。これにより、改質器１８にてＨ2 が生成され、加圧ポンプ２６により、タンク２５内に一時的に貯蔵される。
【００７７】
Ｓ９４では、改質器１８によるＨ2 生成量（タンク２５の貯蔵量）ＴH2を演算する。具体的には、改質器１８での運転状態に応じたＨ2 の生成量を予め実験で求めておき、これに基づいて算出される実際のＨ2 の生成量ΔＴH2を積算する（ＴH2←ＴH2＋ΔＴH2）。
Ｓ９５では、Ｓ９４で演算されたＨ2 生成量ＴH2が所定値（予め設定されるＮＯｘトラップ触媒１３にトラップ可能なＮＯｘを還元するのに見合うＨ2 の量）に達したか否かを判定する。
【００７８】
この判定の結果、Ｈ2 生成量ＴH2が所定値に達したと判定された場合は、Ｓ９６へ進んで、燃料改質を停止する。すなわち、熱交換器２２及びヒータ２３をＯＦＦにし、排気導入制御弁２０を閉弁させて、改質器１８への排気導入を停止すると共に、燃料供給制御弁２１を閉弁させて、改質器１８への燃料供給を停止する。これにより、タンク２５内に所定量のＨ2 を貯蔵した状態で、ＮＯｘトラップ触媒１３の再生に備える。このとき、Ｓ９７で満タンフラグを０から１に書換える。
【００７９】
ＮＯｘトラップ触媒１３の再生処理は、図２及び図３のフローチャートに従ってなされる。
すなわち、ＮＯｘトラップ触媒１３のＮＯｘトラップ量ＴNOx が所定値以上と判定されて（Ｓ４）、再生フラグが１になると（Ｓ５）、再生処理が行われる（Ｓ６）。
【００８０】
再生処理に際しては、エンジン１の空燃比を略理論空燃比（ストイキ）に制御すると共に（Ｓ１１）、ＮＯｘトラップ触媒１３に還元剤としてのＨ2 を供給する（Ｓ１２）。本実施形態でのＨ2 の供給は、改質ガス供給制御弁２７を開弁させることにより、タンク２５内のＨ2 を供給する。
この後、所定量の還元剤（Ｈ2 ）が投入された時点で（Ｓ１３）、再生処理を終了する（Ｓ１４〜Ｓ１７）。本実施形態では、Ｈ2 の供給は、タンク２５内のＨ2 を供給することによりなされ、タンク２５内には予め所定量のＨ2 が貯蔵されているため、タンク２５のＨ2 が放出されるまでの所定時間、改質ガス供給制御弁２７を開弁して、所定時間経過後に再生処理を終了すればよい。尚、再生処理の終了時に、図１１の改質制御ルーチンで用いている満タンフラグを１から０に戻し、またＨ2 生成量（積算値）ＴH2を初期化する。
【００８１】
ＮＯｘトラップ触媒１３の再生が終了すると、エンジン１は通常の制御に戻るため、ＮＯｘトラップ触媒１３によるＮＯｘのトラップが再開されると共に、燃料改質が再びなされて、次の再生に備えることになる。
以上の制御を行うことで、エンジン１の低排温時においてもＨ2 によりＮＯｘを脱離浄化可能であると共に、Ｈ2 とＨＣ、ＣＯとの共存が大幅に抑制できるので、Ｈ2 でのＮＯｘ脱離浄化が効率良く行え、Ｈ2 の消費量を抑制可能である。また、Ｈ2 の供給手段は、ＮＯｘトラップ触媒１３にＮＯｘをトラップしている希薄燃焼時にＨ2 を生成する改質器１８と、生成されたＨ2 を一時的に貯蔵するタンク２５とを含んで構成され、ＮＯｘトラップ触媒１３にトラップされているＮＯｘを脱離浄化する際には、タンク２５内のＨ2 をＮＯｘトラップ触媒１３に供給するため、外部からＨ2 を供給することなく、ＮＯｘトラップ触媒１３にトラップされているＮＯｘの脱離浄化を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の構成図
【図２】第１実施形態のメインルーチンのフローチャート
【図３】第１実施形態の再生サブルーチンのフローチャート
【図４】本発明の第２実施形態の再生サブルーチンのフローチャート
【図５】本発明の第３実施形態の再生サブルーチンのフローチャート
【図６】本発明の第４実施形態の再生サブルーチンのフローチャート
【図７】本発明の第５実施形態の構成図
【図８】第５実施形態のメインルーチンのフローチャート
【図９】第５実施形態の再生サブルーチンのフローチャート
【図１０】本発明の第６実施形態の構成図
【図１１】第６実施形態の改質制御ルーチンのフローチャート
【図１２】Ｈ2 の還元効果についての実験結果を示す図
【符号の説明】
１エンジン
２吸気通路
４燃料噴射弁
６Ｃ／Ｕ
１１，１１ａ，１１ｂ排気通路
１２三元触媒
１３ＮＯｘトラップ触媒
１４触媒温度センサ
１５Ｈ2 タンク
１６Ｈ2 供給通路
１７Ｈ2 供給制御弁（電磁弁）
１８改質器
１９排気導入通路
２０排気導入制御弁
２１燃料供給制御弁
２２熱交換器
２３ヒータ
２４改質ガス通路
２５改質ガスタンク
２６加圧ポンプ
２７改質ガス供給制御弁[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust emission control device for an internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-106826 describes a technique for purifying NOx (nitrogen oxide) discharged from an internal combustion engine. When NOx is oxidized and absorbed by a catalyst, O2 (oxygen) is contained in the exhaust gas. ) And the NOx absorption efficiency of the catalyst is reduced, the exhaust gas is prevented from passing through the catalyst, and a gaseous reducing agent such as H2 (hydrogen) is supplied to the catalyst. The absorbed NOx is desorbed and purified.
[0003]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-307232 describes a technique related to the SOx poisoning recovery processing of the NOx absorbent. When the NOx absorption amount of the NOx absorbent increases, the exhaust air-fuel ratio of the engine is made rich and the NOx is increased. NOx is released from the absorbent and reduced and purified. When the amount of SOx absorbed by the NOx absorbent increases, the exhaust air-fuel ratio of the engine is made rich and H2 is supplied to the NOx absorbent at a relatively low exhaust temperature. SOx poisoning of NOx absorbent is eliminated.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional technique has the following problems.
In the technology described in Japanese Patent Laid-Open No. 62-106826, when regenerating a catalyst for absorbing NOx, it is necessary to shut off exhaust gas flowing into the catalyst. Since a catalyst is required, there is a problem that the cost is high, and the system is enlarged, so that the mounting property on a vehicle is deteriorated.
[0005]
In the technique described in Japanese Patent Laid-Open No. 6-307232, when the NOx absorbent is regenerated, the exhaust air / fuel ratio of the engine is enriched and H2 as a reducing agent is supplied. Requires a large amount of H2 supply.
According to the experiments of the present inventors, as shown in FIG. 12, as a method of supplying a reducing agent when reducing NOx and SOx, in addition to H2 alone, HC, It has been confirmed that the efficiency of NOx desorption purification in the case of reduction in the presence of CO is greatly deteriorated, and it is clear that a larger amount of H2 needs to be supplied due to the decrease in the NOx desorption purification rate. It has become.
[0006]
Therefore, H2 can be supplied by a storage container or a generator, but in order to supply a large amount of H2, it is necessary to increase the size of the storage container or the generator, resulting in a problem that the mountability deteriorates. there were.
In recent years, the fuel efficiency of internal combustion engines has been greatly improved by lean combustion by direct injection in a cylinder, and the exhaust temperature tends to decrease accordingly. As the efficiency is further improved in the future, the exhaust temperature is expected to further decrease, and it is considered difficult to keep the catalyst always active. As for the NOx trap catalyst, the NOx desorption / purification rate decreases more than the NOx trap rate that decreases as the exhaust temperature decreases, so that when the exhaust temperature decreases, a larger amount of reducing agent is supplied to the NOx trap catalyst. It is thought that it is necessary to do.
[0007]
In view of such conventional problems, the present invention can trap NOx discharged from an internal combustion engine in an oxidizing atmosphere in the exhaust system of the internal combustion engine, and desorb and purify NOx trapped in a reducing atmosphere. An object of the present invention is to provide an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine that can efficiently desorb and purify NOx trapped in the NOx trap catalyst by using H2 as a reducing agent when the NOx trap catalyst is provided. To do.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
For this reason, according to the first aspect of the present invention, in the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, which is provided with an NOx trap catalyst in the exhaust system of the internal combustion engine and is provided with H2 supply means capable of supplying H2 thereto, the NOx trap catalyst is trapped by the NOx trap catalyst. When desorbing and purifying NOx, the air-fuel ratio of the internal combustion engine is maintained at a substantially stoichiometric air-fuel ratio, and H2 is supplied to the NOx trap catalyst by the H2 supply means.
[0009]
According to a second aspect of the present invention, when NOx trapped in the NOx trap catalyst is desorbed and purified, the H2 supply means is maintained after a predetermined period of time has elapsed after the air-fuel ratio of the internal combustion engine is maintained at a substantially stoichiometric air-fuel ratio. Thus, H2 is supplied to the NOx trap catalyst.
In the invention of claim 3, when desorbing and purifying NOx trapped in the NOx trap catalyst, the air-fuel ratio of the internal combustion engine is temporarily set to a rich air-fuel ratio, and then held at a substantially stoichiometric air-fuel ratio, H2 is supplied to the NOx trap catalyst by the H2 supply means.
[0010]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided means for directly or indirectly detecting the temperature of the NOx trap catalyst (measuring or estimating the catalyst temperature, or detecting it by replacing with the exhaust temperature), and trapping the NOx trap catalyst. When the catalyst temperature is less than a predetermined value when desorbing and purifying NOx, the air-fuel ratio of the internal combustion engine is maintained at a substantially stoichiometric air-fuel ratio and H2 is supplied to the NOx trap catalyst by the H2 supply means. When the catalyst temperature is higher than a predetermined value, the air-fuel ratio of the internal combustion engine is set to a rich air-fuel ratio, and H2 is not supplied by the H2 supply means.
[0011]
The invention of claim 5 is a direct injection type internal combustion engine having a fuel injection valve that directly injects fuel into the cylinder, and has a catalyst (oxidation function) at least on the upstream side of the NOx trap catalyst in the exhaust system. Provided that the NOx trap catalyst is supplied with H2 supply means from the upstream side of the catalyst having the oxidation function (especially O2 and moisture in the exhaust). And a fuel are used as reforming raw materials to form a reformer that generates H2. When the NOx trapped in the NOx trap catalyst is desorbed and purified, the combustion of the internal combustion engine is made lean combustion, and additional fuel is added from the fuel injection valve after the expansion stroke (expansion stroke or exhaust stroke). After the injection, the entire air-fuel ratio is controlled to be substantially the stoichiometric air-fuel ratio, and H2 is supplied to the NOx trap catalyst by the H2 supply means (reformer) in this state. .
[0012]
According to a sixth aspect of the present invention, in the first to fourth aspects of the invention, the H2 supply means uses the exhaust gas from the internal combustion engine and fuel as reforming raw materials during lean combustion in which NOx is trapped in the NOx trap catalyst. The reformer includes a reformer that generates H2, and a storage container that temporarily stores the generated H2. And when desorbing and purifying NOx trapped in the NOx trap catalyst, when H2 is supplied to the NOx trap catalyst by the H2 supply means, H2 in the storage container is supplied. .
[0013]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, when NOx trapped in the NOx trap catalyst is desorbed and purified, H2 is supplied to the NOx trap catalyst in a state where the air-fuel ratio of the internal combustion engine is maintained at a substantially stoichiometric air-fuel ratio. Therefore, since there is no surplus O2 in the exhaust gas, H2 as a reducing agent is not consumed by O2, and since H2 is supplied alone as a reducing agent, the reduction efficiency of H2 is good, and therefore extra H2 There is no need to supply. Further, since the reducing power of H2 is strong, the trapped NOx can be desorbed and purified even in a low exhaust temperature state. Therefore, NOx can be desorbed and purified by H2 even at a low exhaust temperature of the internal combustion engine, and the coexistence of H2 and HC and CO can be greatly suppressed, so that NOx desorption purification by H2 can be performed efficiently, The consumption of H2 can be suppressed.
[0014]
According to the second aspect of the present invention, when desorbing and purifying NOx trapped in the NOx trap catalyst, the NOx trap catalyst is maintained after a predetermined period of time has elapsed after the air-fuel ratio of the internal combustion engine is maintained at a substantially stoichiometric air-fuel ratio. Since H2 is supplied to the NOx trap catalyst, O2 stored in the NOx trap catalyst is consumed by oxidation of HC and CO discharged in a small amount from the internal combustion engine, and then H2 is supplied. Furthermore, the consumption of H2 can be suppressed.
[0015]
According to the third aspect of the present invention, when NOx trapped in the NOx trap catalyst is desorbed and purified, the air-fuel ratio of the internal combustion engine is once changed to a rich air-fuel ratio, and then maintained at a substantially stoichiometric air-fuel ratio. Since H2 is supplied to the NOx trap catalyst in the state, O2 stored in the NOx trap catalyst is consumed by oxidation of HC and CO discharged from the internal combustion engine, and then H2 is supplied. Compared to the invention, the consumption of H2 can be further suppressed. Further, since the air-fuel ratio is set to the rich air-fuel ratio during the O2 storage discharge period, the O2 storage can be released in a shorter time than the invention of claim 2 and trapped in the NOx trap catalyst more quickly. The NOx desorption purification can be performed, and the total NOx desorption purification time can be shortened.
[0016]
According to the fourth aspect of the present invention, when NOx trapped in the NOx trap catalyst is desorbed and purified, if the catalyst temperature is less than a predetermined value, the air-fuel ratio of the internal combustion engine is maintained at a substantially stoichiometric air-fuel ratio. By supplying H2 to the NOx trap catalyst in this state, NOx desorption can be purified from a low exhaust temperature. On the other hand, when the catalyst temperature is equal to or higher than a predetermined value, the air-fuel ratio of the internal combustion engine is set to a rich air-fuel ratio, NOx is desorbed and purified using HC and CO as reducing agents, and H2 is not supplied. Can be reduced. Thus, by desorbing and purifying NOx with H2 only at a low exhaust temperature of the internal combustion engine, the consumption amount of H2 can be further suppressed as compared with the first aspect of the invention.
[0017]
According to the invention of claim 5, NOx trapped in the NOx trap catalyst is desorbed and purified on the premise that a catalyst having an oxidation function (oxidation catalyst or three-way catalyst) is provided upstream of the NOx trap catalyst. In this case, the combustion of the in-cylinder direct injection internal combustion engine is made lean, and additional fuel injection is performed in the expansion stroke or the exhaust stroke, and the total air-fuel ratio is controlled to be approximately the stoichiometric air-fuel ratio. In this state, the reformer generates H2 using the exhaust gas and fuel of the internal combustion engine introduced from the upstream side of the catalyst having the oxidation function as reforming raw materials and supplies them to the NOx trap catalyst. Since the O2 required for reforming is sufficiently supplied to the mass device and H2 can be efficiently generated, it is not necessary to supply H2 from the outside. Further, in the NOx trap catalyst, as a result of the reaction between O2 and additional fuel in the upstream catalyst, HC and CO do not coexist in addition to surplus O2, and therefore, NOx desorption purification by H2 is efficiently performed. be able to. Therefore, it is possible to efficiently perform the generation of H2 and the desorption purification of NOx at the same time, and the NOx can be desorbed and purified by H2 even at a low exhaust temperature of the internal combustion engine. Can be efficiently removed and the consumption of reforming fuel can be suppressed.
[0018]
According to the sixth aspect of the present invention, during the lean combustion in which NOx is trapped in the NOx trap catalyst, the reformer generates H2 using the exhaust gas and fuel from the internal combustion engine as reforming raw materials, and the generated H2 Is temporarily stored in a storage container, and when NOx trapped in the NOx trap catalyst is desorbed and purified, H2 in the storage container is supplied, so that NOx is not supplied from the outside without supplying H2. Can be removed and purified. Therefore, it is possible to efficiently generate H2 and desorb and purify NOx by this, and it is possible to desorb and purify NOx by H2 even at a low exhaust temperature of the internal combustion engine, and at the same time, H2 and HC, CO Coexistence with NO can be significantly suppressed, so that NOx desorption purification with H2 can be performed efficiently, and the consumption of reforming fuel can also be suppressed.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
First, a first embodiment of the present invention will be described. This embodiment corresponds to claim 1.
FIG. 1 is a configuration diagram of an internal combustion engine (hereinafter referred to as an engine) showing a first embodiment of the present invention.
[0020]
The intake passage 2 of the engine 1 is provided with an electrically controlled throttle valve 3 that controls the amount of intake air. A manifold portion that distributes intake air to each cylinder on the downstream side is directed to the intake port of each cylinder. A fuel injection valve 4 for supplying fuel is provided. Further, a spark plug 5 is provided in the combustion chamber of each cylinder. These are driven by a control unit (hereinafter referred to as C / U) 6.
[0021]
The C / U 6 includes an accelerator opening signal from the accelerator pedal sensor 7, a crank angle signal from the crank angle sensor 8 (the engine speed can be calculated therefrom), and an intake air amount from the air flow meter 9 provided in the intake passage 2. A signal, an engine cooling water temperature signal from the water temperature sensor 10, a gear position signal of a transmission (not shown), a vehicle speed signal from a vehicle speed sensor (not shown), and the like are input.
[0022]
In the C / U 6, based on these input signals, the opening degree of the electric throttle valve 3, the fuel injection amount and the injection timing of the fuel injection valve 4 are set so as to realize the required torque and the air-fuel ratio according to the operating conditions. In addition, the ignition timing of the spark plug 5 is controlled according to the operating conditions.
Exhaust gas from the engine 1 is exhausted from an exhaust passage 11, and a three-way catalyst 12 is provided in the exhaust passage 11 on the downstream side of the manifold portion that collects exhaust from each cylinder. The NOx trap catalyst 13 is provided through the exhaust passage 11a, and the exhaust gas is discharged outside the vehicle through the exhaust passage 11b after passing through these.
[0023]
The three-way catalyst 12 has a characteristic of efficiently purifying HC, CO and NOx simultaneously when the exhaust air-fuel ratio is substantially the stoichiometric air-fuel ratio, and purifying HC and CO by oxidation reaction when the exhaust air-fuel ratio is a lean air-fuel ratio. Instead of the three-way catalyst 12, an oxidation catalyst may be arranged.
The NOx trap catalyst 13 can trap NOx when the exhaust air-fuel ratio is a lean air-fuel ratio, and can desorb and purify NOx trapped when the exhaust air-fuel ratio is a stoichiometric air-fuel ratio or a rich air-fuel ratio.
[0024]
If necessary, the NOx trap catalyst 13 is equipped with a catalyst temperature sensor 14 as a means for detecting the catalyst temperature, and the signal is input to the C / U 6. As the catalyst temperature detecting means, an exhaust temperature sensor may be used instead of the catalyst temperature sensor 14, or the catalyst temperature or the exhaust temperature is estimated from the operating state of the engine 1 without using a special sensor. May be.
[0025]
On the other hand, an H2 tank 15 is mounted as H2 supply means (storage means) for NOx desorption purification (reduction). The H2 tank 15 can supply H2 from the outside, and has a pressure regulator inside to keep the pressure of H2 substantially constant.
The H2 supply passage 16 from the H2 tank 15 is connected to the exhaust passage 11a between the three-way catalyst 12 and the NOx trap catalyst 13, and the H2 supply passage 16 is controlled by C / U6. An H2 supply control valve (solenoid valve) 17 capable of communicating and blocking the passage 6 is interposed.
[0026]
In the above configuration, when the engine 1 is operating at a relatively low rotation and a low load, the operation is performed with the air-fuel ratio being a lean air-fuel ratio. At this time, since the exhaust gas is in an oxidizing atmosphere, HC and CO are oxidized and purified by the three-way catalyst 12. However, NOx is not reduced, so NOx is trapped by the NOx trap catalyst 13 installed downstream. The When the trapped NOx reaches a predetermined value, the trapped NOx is supplied with H2 as a reducing agent through the H2 supply passage 16 from the H2 tank 15 through the H2 supply control valve 17, thereby being reduced and purified. The
[0027]
More specific control in this embodiment will be described with reference to the flowcharts of FIGS.
FIG. 2 is a flowchart of the main routine, which is executed every predetermined time.
In S1, signals from various sensors are read.
In S2, it is determined whether or not the reproduction flag is 1 (during reproduction). If the reproduction flag is 0, the process proceeds to S3.
[0028]
In S3, the NOx trap amount TNOx of the NOx trap catalyst 13 is calculated. More specifically, a NOx emission amount map corresponding to the engine operating state (engine speed, intake air amount, air-fuel ratio, water temperature, etc.) is prepared, and the NOx emission amount ENOx retrieved from this map is set to a predetermined value. Or a value obtained by multiplying the trap rate INOx according to the operation state is integrated to obtain the NOx trap amount TNOx (TNox <-TNOx + ENOx.times.INOX).
[0029]
In S4, it is determined whether or not the NOx trap amount TNOx calculated in S3 has reached a predetermined value (the upper limit value of the NOx amount that can be trapped in the NOx trap catalyst 13), that is, whether or not the regeneration time has been reached. .
If it is less than the predetermined value, this routine is terminated. If the predetermined value is reached, it is determined that the regeneration time is reached, the process proceeds to S5, the regeneration flag is rewritten from 0 to 1, and this routine is terminated.
[0030]
In this way, when it is determined that the playback time is reached and the playback flag is set to 1, the playback flag determination at S2 proceeds to S6 and playback processing is performed according to the playback subroutine of FIG.
Next, the reproduction subroutine of FIG. 3 will be described.
In S11, control is performed so that the air-fuel ratio of the engine 1 is maintained at a substantially stoichiometric air-fuel ratio (stoichiometric). Therefore, when operating at a lean air-fuel ratio, switching to stoichiometry is performed. This portion corresponds to means for maintaining the air-fuel ratio at a substantially stoichiometric air-fuel ratio when the NOx trapped by the NOx trap catalyst 13 is desorbed and purified.
[0031]
In S 12, the electromagnetic valve 17 is opened, and H 2 in the H 2 tank 15 is supplied to the NOx trap catalyst 13. This portion corresponds to a means for supplying H2 to the NOx trap catalyst 13 when the NOx trapped by the NOx trap catalyst 13 is desorbed and purified.
In S13, it is determined whether or not a predetermined amount of reducing agent has been introduced, that is, whether or not an amount of H2 necessary for reducing NOx trapped in the NOx trap catalyst 13 has been supplied. Actually, an amount of H2 suitable for reducing NOx trapped in the NOx trap catalyst 13 is obtained in advance by experiments, and the valve opening time of the electromagnetic valve 17 may be controlled so as to be the amount of H2. Here, the valve opening time of the electromagnetic valve 17 is integrated, and it is determined whether or not the integrated value has reached a predetermined time.
[0032]
If it is determined that the predetermined amount of reducing agent (H2) has not been added, this subroutine is terminated. If it is determined that the predetermined amount of reducing agent (H2) has been input, S14 to S17. Then, the reproduction end processing is performed.
In S14, the change of the air-fuel ratio performed in S11 is returned to the normal control.
In S15, the solenoid valve 17 is closed and the supply of H2 is stopped.
[0033]
In S16, the reproduction flag is changed from 1 to 0. In S17, the NOx trap amount accumulated in S3 of the main routine is initialized (TNOx = 0), and this subroutine is terminated.
By performing the above control, NOx can be desorbed and purified by H2 even when the exhaust temperature of the engine 1 is low, and the coexistence of H2, HC and CO can be greatly suppressed. Purification can be performed efficiently and the consumption of H2 can be suppressed.
[0034]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. This embodiment corresponds to claim 2.
The configuration of the second embodiment is the same as that of the first embodiment and is shown in FIG. The main routine is the same as that of the first embodiment and is shown in FIG. The reproduction subroutine is different from that of the first embodiment and is shown in FIG. Therefore, only the reproduction subroutine of FIG. 4 will be described.
[0035]
In S21, control is performed so that the air-fuel ratio of the engine 1 is maintained at a substantially stoichiometric air-fuel ratio (stoichiometric).
In S22, it is determined whether or not O2 stored in the NOx trap catalyst 13 has been released (predetermined period has passed) while the air-fuel ratio is maintained at a substantially stoichiometric air-fuel ratio, and the O2 storage is released. If not, the subroutine is terminated, and if the O2 storage is released, the process proceeds to S23.
[0036]
Here, the O2 storage will be described. When NOx desorption purification is performed, when a reducing agent is added, first, the reducing agent is consumed by O2 initially stored in the NOx trap catalyst 13, and then the trapped NOx is desorbed and purified by the reducing agent. . For this reason, in order to use the reducing agent effectively, it is necessary to treat the O2 storage well. Here, H2 is used as a reducing agent mainly to reduce NOx in a low exhaust temperature state, and it is possible to reduce the capacity of the H2 tank 15 by suppressing the consumption of H2 as much as possible. It becomes. Further, since the O2 storage is released more easily than the reduction of NOx, it is released by setting the air-fuel ratio to a substantially stoichiometric air-fuel ratio. This makes it possible to suppress the consumption of H2.
[0037]
Whether or not the O2 storage has been released is determined based on whether or not a predetermined period has elapsed after maintaining the air-fuel ratio at a substantially stoichiometric air-fuel ratio. The predetermined period here is a predetermined value obtained through experiments. However, it may be changed according to the driving state.
In S23, since the O2 storage is released, the electromagnetic valve 17 is opened and H2 in the H2 tank 15 is supplied to the NOx trap catalyst 13. That is, after the air-fuel ratio of the engine 1 is maintained at the stoichiometric air-fuel ratio, H2 is supplied to the NOx trap catalyst 13 after a predetermined period during which the O2 storage is released (delayed by a predetermined period).
[0038]
In S24, it is determined whether or not a predetermined amount of reducing agent has been introduced, that is, whether or not an amount of H2 necessary for reducing NOx trapped in the NOx trap catalyst 13 has been supplied. Actually, the valve opening time of the electromagnetic valve 17 is integrated, and it is determined whether or not the integrated value has reached a predetermined time.
If it is determined that the predetermined amount of reducing agent (H2) has not been charged, this subroutine is terminated. If it is determined that the predetermined amount of reducing agent (H2) has been charged, S25 to S28. Then, the reproduction end processing is performed.
[0039]
In S25, the change of the air-fuel ratio made in S21 is returned to the normal control. In S26, the solenoid valve 17 is closed and the supply of H2 is stopped. In S27, the reproduction flag is set to zero. In S28, the NOx trap amount is initialized (TNOx = 0), and this subroutine is terminated.
By performing the above control, NOx can be desorbed and purified by H2 even when the exhaust temperature of the engine 1 is low, and the coexistence of H2, HC and CO can be greatly suppressed, so NOx desorption by H2 Purification can be performed efficiently and the consumption of H2 can be suppressed. Further, since the O2 storage of the NOx trap catalyst 13 is consumed by the oxidation of HC and CO discharged from the engine 1 in a small amount before supplying H2, the consumption of H2 is further suppressed compared to the first embodiment. it can.
[0040]
Next, a third embodiment of the present invention will be described. This embodiment corresponds to claim 3.
The configuration of the third embodiment is the same as that of the first embodiment and is shown in FIG. The main routine is the same as that of the first embodiment and is shown in FIG. The reproduction subroutine is different from that of the first embodiment and is shown in FIG. Therefore, only the reproduction subroutine of FIG. 5 will be described.
[0041]
In S31, the air-fuel ratio of the engine 1 is controlled to a rich air-fuel ratio (rich; for example, A / F12). This portion corresponds to means for temporarily controlling the air-fuel ratio to the rich air-fuel ratio when desorbing and purifying NOx trapped in the NOx trap catalyst 13.
In S32, whether or not the reducing agent commensurate with the O2 storage amount has been introduced by setting the rich air-fuel ratio, that is, whether the O2 stored in the NOx trap catalyst 13 has been released (whether a predetermined period has elapsed). If the O2 storage has not been released, the subroutine is terminated. If the O2 storage has been released, the process proceeds to S33.
Actually, the amount of O2 storage of the NOx trap catalyst 13 and the amount of fuel necessary to release the O2 storage (here, the period of A / F12 operation) are obtained in advance by experiments, and the operation time of the rich air-fuel ratio is determined. Is compared with a predetermined amount obtained from the experiment.
[0042]
In S33, since the O2 storage is released, the air-fuel ratio of the engine 1 is controlled to a substantially stoichiometric air-fuel ratio (stoichiometric).
In S34, the solenoid valve 17 is opened to supply H2 in the H2 tank 15 to the NOx trap catalyst 13.
In S35, it is determined whether or not a predetermined amount of reducing agent has been introduced, that is, whether or not an amount of H2 necessary for reducing NOx trapped in the NOx trap catalyst 13 has been supplied. Actually, the valve opening time of the electromagnetic valve 17 is integrated, and it is determined whether or not the integrated value has reached a predetermined time.
[0043]
If it is determined that the predetermined amount of reducing agent (H2) has not been charged, this subroutine is terminated. If it is determined that the predetermined amount of reducing agent (H2) has been charged, S36 to S39. Then, the reproduction end processing is performed.
In S36, the change of the air-fuel ratio performed in S31 and 33 is returned to the normal control. In S37, the solenoid valve 17 is closed and the supply of H2 is stopped. In S38, the reproduction flag is set to zero. In S39, the amount of NOx trap is initialized (TNOx = 0), and this subroutine is terminated.
[0044]
By performing the above control, NOx can be desorbed and purified by H2 even when the exhaust temperature of the engine 1 is low, and the coexistence of H2, HC and CO can be greatly suppressed, so NOx desorption by H2 Purification can be performed efficiently and the consumption of H2 can be suppressed. Further, since the O2 storage of the NOx trap catalyst 13 is consumed by the oxidation of HC and CO discharged from the engine 1 before supplying H2, consumption of H2 can be further suppressed as compared with the first embodiment. Furthermore, since the air-fuel ratio is set to the rich air-fuel ratio during the O2 storage release period, the O2 storage can be released in a short time compared to the second embodiment, and the total NOx desorption purification time is shortened. it can.
[0045]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. This embodiment corresponds to claim 4.
The configuration of the fourth embodiment is the same as that of the first embodiment and is shown in FIG. The main routine is the same as that of the first embodiment and is shown in FIG. The reproduction subroutine is different from that of the first embodiment and is shown in FIG. Therefore, only the reproduction subroutine of FIG. 6 will be described.
[0046]
In S41, the catalyst temperature of the NOx trap catalyst 13 is compared with a predetermined value. The predetermined value is a temperature (lower limit value) at which NOx can be efficiently desorbed and purified by HC and CO, and is determined by experiments according to the catalyst used, but is set to 250 ° C., for example.
When the catalyst temperature is less than the predetermined value, the process proceeds to S42 to S44, and the same processing as in the first embodiment is performed.
[0047]
That is, in S42, control is performed so that the air-fuel ratio of the engine 1 is maintained at a substantially stoichiometric air-fuel ratio (stoichiometric). In S43, the solenoid valve 17 is opened to supply H2 in the H2 tank 15 to the NOx trap catalyst 13.
In S44, the NOx trapped in the NOx trap catalyst 13 is reduced, including whether or not a predetermined amount of reducing agent has been introduced, that is, the amount of O2 stored in the NOx trap catalyst 13 being released. It is determined whether or not the necessary amount of H2 has been supplied. Actually, the valve opening time of the electromagnetic valve 17 is integrated, and it is determined whether or not the integrated value has reached a predetermined time.
[0048]
If it is determined that the predetermined amount of reducing agent (H2) has not been added, the present subroutine is terminated. If it is determined that the predetermined amount of reducing agent (H2) has been input, S47 to S50. Then, the reproduction end processing is performed.
On the other hand, when the catalyst temperature is equal to or higher than the predetermined value, the process proceeds to S45 and S46.
In S45, the air-fuel ratio of the engine 1 is controlled to a rich air-fuel ratio (rich; for example, A / F12).
[0049]
In S46, the amount of reducing agent (which is necessary for reducing the NOx trapped in the NOx trap catalyst 13, including the amount of O2 stored in the NOx trap catalyst 13 is released at the rich air-fuel ratio. Here, it is determined whether or not HC, CO) has been input. In practice, the amounts of HC and CO discharged at the over-rich air / fuel ratio are obtained in advance by experiments, and NOx is desorbed and purified by integrating the amounts of HC and CO from the actual operating state of the engine 1. It is determined whether or not a reducing agent necessary for the above is introduced. However, the determination may be made simply based on the time of the rich air / fuel ratio.
[0050]
If it is determined that the predetermined amount of reducing agent (HC, CO) has not been added, this subroutine is terminated. If it is determined that the predetermined amount of reducing agent (HC, CO) has been input, Then, the process proceeds to S47 to S50, and the reproduction end process is performed.
In S47, the change of the air-fuel ratio performed in S42 or S45 is returned to the normal control. In S48, when H2 is supplied in S43, the solenoid valve 17 is closed and the supply of H2 is stopped. In S49, the reproduction flag is set to zero. In S50, the NOx trap amount is initialized (TNOx = 0), and this subroutine is terminated.
[0051]
As described above, the control switching means according to the temperature of the NOx trap catalyst 13 is provided, and NOx is desorbed and purified by H2 at a low temperature. At this time, the coexistence of H2, HC and CO is greatly increased. Since it can be suppressed, NOx desorption purification with H2 can be performed efficiently, and the consumption of H2 can be suppressed. On the other hand, at high temperatures, the air-fuel ratio is made rich, the NOx is desorbed and purified by using HC and CO as reducing agents, and H2 is not supplied. Can be suppressed.
[0052]
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. This embodiment corresponds to claim 5.
FIG. 7 is a block diagram of an engine showing a fifth embodiment of the present invention, and the description will focus on the parts different from the first embodiment (FIG. 1).
In this embodiment, the engine 1 is an in-cylinder direct injection type, and the fuel injection valve 4 is attached so as to directly inject and supply fuel into the combustion chamber of each cylinder.
[0053]
Exhaust gas from the engine 1 is exhausted from an exhaust passage 11, and a three-way catalyst 12 is provided in the exhaust passage 11 on the downstream side of the manifold portion that collects exhaust from each cylinder. The NOx trap catalyst 13 is provided through the exhaust passage 11a, and the exhaust gas is discharged outside the vehicle through the exhaust passage 11b after passing through these.
[0054]
On the other hand, a reformer 18 having a function of generating H2 is mounted as means for supplying H2 for NOx desorption purification (reduction).
The reformer 18 generates H2 (reformed gas containing at least H2) by using exhaust from the engine 1 (particularly O2 and moisture in the exhaust) and fuel from a fuel tank (not shown) as reforming raw materials. To do.
[0055]
For this reason, an exhaust introduction passage 19 for introducing exhaust gas from the exhaust passage 11 upstream of the three-way catalyst 12 is provided and connected to the reformer 18. This exhaust introduction passage 19 can be communicated and blocked. An exhaust introduction control valve 20 is interposed. A fuel supply control valve 21 capable of injecting and supplying fuel guided from a fuel tank (not shown) to the reformer 18 is provided. The operations of the exhaust introduction control valve 20 and the fuel supply control valve 21 are controlled by the C / U 6.
[0056]
Further, the reformer 18 can recover the exhaust heat by the heat exchanger 22, and whether to recover the heat by the heat exchanger 22 is controlled by the C / U 6. Further, the reformer 18 has a built-in heater 23 that can further increase the temperature thereof, and energization and de-energization of the heater 23 are controlled by the C / U 6.
The reformed gas generated by the reformer 18 is guided to the reformed gas passage 24, which is connected to the exhaust passage 11 a between the three-way catalyst 12 and the NOx trap catalyst 13. .
[0057]
In the above configuration, when the engine 1 is operating at a relatively low rotation and a low load, the operation is performed with the air-fuel ratio being a lean air-fuel ratio by stratified combustion by the compression stroke injection. At this time, since the exhaust gas is in an oxidizing atmosphere, HC and CO are oxidized and purified by the three-way catalyst 12. However, NOx is not reduced, so NOx is trapped by the NOx trap catalyst 13 installed downstream. Is done. When trapped NOx reaches a predetermined value, trapped NOx is reduced and purified by introducing a reducing agent. In this embodiment, H2 obtained as a reformed gas by the reformer 18 is used as a reducing agent, and when regeneration of the NOx trap catalyst 13 is required, exhaust gas is introduced into the reformer 18. Fuel reforming is performed by supplying fuel, and H2 produced there is supplied to the NOx trap catalyst 13. Here, when introducing the exhaust gas into the reformer 18, a pressure pump or the like may be used instead of the exhaust gas introduction control valve 20.
[0058]
At this time, it is preferable that the exhaust gas introduced into the reformer 18 has O2 as a reforming raw material, and the exhaust gas is more suitable for lean combustion. However, on the other hand, for the NOx desorption purification of the NOx trap catalyst 13, if there is an excess of O2 as described above, the reducing agent is wasted.
Therefore, in the present embodiment, when performing desorption purification of NOx trapped in the NOx trap catalyst 13, in addition to performing the stratified lean air-fuel ratio operation of the compression stroke injection as described above, the expansion stroke or the exhaust stroke. The additional fuel is injected so that the air-fuel ratio becomes substantially the stoichiometric air-fuel ratio.
[0059]
Then, the exhaust from the engine 1 flows out into the exhaust passage 11 without sufficient reaction between O2 and HC and CO. By sampling the exhaust gas, which is the reforming material, from this portion, sufficient O2 is supplied to the reformer 18. Is supplied, and the exhaust gas after the sample reacts with HC, CO, and O2 due to the oxidizing action of the downstream three-way catalyst 12, greatly increasing the inflow of HC, CO into the downstream NOx trap catalyst 13. Can be suppressed. For this reason, when the NOx of the NOx trap catalyst 13 is desorbed and purified, the NOx trap catalyst 13 is supplied with substantially stoichiometric air-fuel ratio exhaust gas and H2 which is a reformed gas. Desorption and purification can be performed, and wasteful consumption of H2 is eliminated.
[0060]
More specific control in this embodiment will be described with reference to the flowcharts of FIGS.
FIG. 8 is a flowchart of the main routine, which is executed every predetermined time.
In S51, signals from various sensors are read.
In S52, it is determined whether or not the reformer heating flag is 1. If the reformer heating flag is 0, the process proceeds to S56.
[0061]
In S56, it is determined whether or not the reproduction flag is 1. If the reproduction flag is 0, the process proceeds to S57.
In S57, the NOx trap amount TNOx of the NOx trap catalyst 13 is calculated. More specifically, a NOx emission amount map corresponding to the engine operating state (engine speed, intake air amount, air-fuel ratio, water temperature, etc.) is prepared, and the NOx emission amount ENOx retrieved from this map is set to a predetermined value. Or a value obtained by multiplying the trap rate INOx according to the operation state is integrated to obtain the NOx trap amount TNOx (TNox <-TNOx + ENOx.times.INOX).
[0062]
In S58, the NOx trap amount TNOx calculated in S57 is a predetermined value 1 (for example, 90% of the upper limit value of the NOx amount that can be trapped in the NOx trap catalyst 13; predetermined value 1 = predetermined value 2 × for regeneration timing determination described later) 0.9), that is, whether it is immediately before the reproduction time.
This determination requires a certain amount of time to raise the temperature of the reformer 18 to the reforming temperature when the exhaust gas temperature is lower than a predetermined value (for example, 250 ° C.). This is because the heating of the reformer 18 is started when the amount of NOx trap is reached.
[0063]
Therefore, as a result of this determination, if the value is less than the predetermined value 1, this routine is terminated. If the value reaches the predetermined value 1, the process proceeds to S59.
In S59, the reformer heating flag indicating the reformer heating request is rewritten from 0 to 1 in response to the result determined in S58 that the reformer heating time has been reached.
In S60, it is determined whether or not the NOx trap amount TNOx calculated in S57 has reached a predetermined value 2 (the upper limit value of the NOx amount that can be trapped in the NOx trap catalyst 13), that is, whether or not it is the regeneration timing. .
[0064]
If the result of this determination is that it is less than the predetermined value 2, this routine is terminated, but if the predetermined value 2 is reached, the routine proceeds to S61.
In S61, in response to the result of the determination in S60 that the reproduction time has been reached, the reproduction flag indicating the reproduction request is rewritten from 0 to 1, and this routine is terminated.
By setting the reformer heating flag immediately before the regeneration time and setting the regeneration flag at the regeneration time as described above, the following control is performed in the subsequent routines.
[0065]
First, when the NOx trap amount TNOx becomes equal to or greater than the predetermined value 1 and it is determined that it is immediately before the regeneration timing and the reformer heating flag becomes 1, the next time, the determination of the reformer heating flag in S52 proceeds to S53. Then, the heat exchanger 22 is turned on, and the reformer 18 is heated by the exhaust heat.
In S54, it is determined whether or not the exhaust temperature is lower than a predetermined value (for example, 250 ° C.). If it is lower than the predetermined value, the process proceeds to S55, the heater 23 is turned on, and the reformer 18 is heated by this. The temperature is raised to the reformable temperature. The exhaust temperature used here may be detected using a dedicated sensor, or may be estimated from the operating state (including history) of the engine 1 or a signal from the catalyst temperature sensor 14.
[0066]
Thereafter, the NOx trap amount TNOx becomes equal to or greater than the predetermined value 2 and it is determined that the regeneration time is reached. When the regeneration flag becomes 1, the next time, the process proceeds to S62 in the regeneration flag determination in S56 and follows the regeneration subroutine of FIG. , Perform playback processing.
Next, the reproduction subroutine of FIG. 9 will be described.
In S71, fuel injection in the compression stroke is performed on the engine 1 by the direct injection fuel injection valve 4 to perform stratified lean combustion, while additional fuel injection is performed in the expansion stroke, and the total air-fuel ratio is Control is performed so that the stoichiometric air fuel ratio (stoichiometry) is obtained.
[0067]
In S72, the exhaust gas introduction control valve 20 is opened to introduce the exhaust gas from the exhaust gas passage 11 upstream of the three-way catalyst 12 into the reformer 18 through the exhaust gas introduction passage 19 in order to generate and supply H2 by the reformer 18. Let me speak.
In S 73, the amount of exhaust introduced into the reformer 18 is calculated from the operating state of the engine 1, and a fuel corresponding to this amount is injected and supplied into the reformer 18 by the fuel supply control valve 21.
[0068]
When exhaust gas and fuel are introduced into the reformer 18 in this way, a reformed gas containing H2 is generated in the reformer 18, and the three-way catalyst 12 and the NOx trap catalyst are reformed by the reformed gas passage 24. 13 is supplied to the exhaust passage 11a. As a result, NOx is desorbed and purified by the NOx trap catalyst 13 using H2 as a reducing agent.
In S74, it is determined whether or not a predetermined amount of reducing agent has been introduced, that is, whether or not an amount of H2 necessary for reducing NOx trapped in the NOx trap catalyst 13 has been supplied. Specifically, the amount of H2 produced according to the operating state of the reformer 18 is obtained in advance by experiments, and the actual amount of H2 produced based on this is integrated. It is determined whether or not the amount of H2 commensurate with the reduction of NOx that can be trapped in the NOx trap catalyst 13 set in advance is the same amount.
[0069]
If it is determined that the predetermined amount of reducing agent (H2) has not been charged, this subroutine is terminated. If it is determined that the predetermined amount of reducing agent (H2) has been charged, S75 to S81. Then, the reproduction end processing is performed.
In S75, when the heat exchanger 22 and the heater 23 are turned on, they are turned off and the heating of the reformer 18 is ended. In S76, the reformer heating flag is changed from 1 to 0.
[0070]
In S77, the change regarding the combustion control and the air-fuel ratio performed in S71 is returned to the normal control, and at least the additional fuel injection in the expansion stroke is terminated. That is, if the normal control is stratified lean combustion by the compression stroke injection, the additional fuel injection in the expansion stroke is terminated.
In S78, the exhaust introduction control valve 20 is closed, and the introduction of exhaust into the reformer 18 is stopped. In S79, the fuel supply to the reformer 18 by the fuel supply control valve 21 is stopped. As a result, the generation of H2 is stopped, and the supply of H2 to the NOx trap catalyst 13 is also stopped.
[0071]
In S80, the reproduction flag is changed from 1 to 0. In S81, the NOx trap amount accumulated in S57 of the main routine is initialized (TNOx = 0), and this subroutine is terminated.
By performing the above control, NOx can be desorbed and purified by H2 even when the exhaust temperature of the engine 1 is low, and the coexistence of H2, HC and CO can be greatly suppressed, so NOx desorption by H2 Purification can be performed efficiently and the consumption of H2 can be suppressed. In addition, since the reformer 18 generates H2 for NOx desorption purification, it is not necessary to supply H2 from the outside. Further, O2 necessary for reforming is sufficiently supplied to the reformer 18 and H2 can be efficiently generated, so that the consumption of reforming fuel can be suppressed.
[0072]
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described. This embodiment corresponds to the sixth aspect.
The configuration of the sixth embodiment is as shown in FIG. 10 and is similar to the fifth embodiment (FIG. 7), so only the different parts will be described.
The reformed gas (H2) generated by the reformer 18 is guided to the reformed gas passage 24. In the middle of the reformed gas passage 24, a reformed gas tank 25 serves as a storage container for the reformed gas (H2). And a pressurizing pump 26 for sealing the reformed gas in the tank 25 is provided on the upstream side. Further, a reformed gas supply control valve 27 for controlling the supply of the reformed gas (H2) is provided on the downstream side of the tank 25, and a supply port 28 on the downstream side of the reformed gas supply control valve 27 is provided. The exhaust passage 11 a is opened between the three-way catalyst 12 and the NOx trap catalyst 13.
[0073]
That is, in the fifth embodiment, H2 generated by the reformer 18 as the H2 supply means is supplied to the NOx trap catalyst 13 through the passage 24. However, in the sixth embodiment, the H2 supply means The H2 generated by the reformer 18 is temporarily stored in the tank 25, and the NOx trap catalyst is opened by opening the control valve 27 based on the signal from the C / U 6. 13 is configured to be supplied.
[0074]
The capacity of the tank 25 is selected to be a capacity capable of storing a reformed gas containing an amount of H2 necessary for desorbing and reducing NOx trapped by the NOx trap catalyst 13.
Next, specific control in the sixth embodiment will be described. Since this embodiment differs from the first embodiment only in the H2 supply means, the control is the same as in FIGS. 2 and 3. is there. However, in order to generate H2 by the reformer 18, the reforming control shown in the flowchart of FIG. 11 is separately performed.
[0075]
The reforming control routine of FIG. 11 is executed every predetermined time.
In S91, it is determined whether the engine 1 is performing lean combustion (stratified lean combustion by compression stroke injection), and the process proceeds to S92 during lean combustion.
In S92, it is determined whether or not the full tank flag indicating that a predetermined amount of H2 is stored in the tank 25 is 1. If the full tank flag is 0, the process proceeds to S93.
[0076]
In S93, in order to perform fuel reforming (generation of H2) by the reformer 18, if necessary, the heat exchanger 22 and the heater 23 are turned on, the exhaust introduction control valve 20 is opened, and the reformer 18 is exhausted. And the fuel supply control valve 21 is opened to inject fuel into the reformer 18. As a result, H2 is generated in the reformer 18 and is temporarily stored in the tank 25 by the pressure pump 26.
[0077]
In S94, the amount of H2 produced by the reformer 18 (the amount stored in the tank 25) TH2 is calculated. Specifically, the amount of H2 produced according to the operating state of the reformer 18 is obtained in advance by experiments, and the actual amount of produced H2 ΔTH2 calculated based on this is integrated (TH2 ← TH2 + ΔTH2). .
In S95, it is determined whether or not the H2 generation amount TH2 calculated in S94 has reached a predetermined value (a preset amount of H2 suitable for reducing NOx that can be trapped in the NOx trap catalyst 13).
[0078]
As a result of this determination, if it is determined that the H2 generation amount TH2 has reached a predetermined value, the routine proceeds to S96, where fuel reforming is stopped. That is, the heat exchanger 22 and the heater 23 are turned off, the exhaust introduction control valve 20 is closed, the introduction of exhaust gas to the reformer 18 is stopped, and the fuel supply control valve 21 is closed to reform. The fuel supply to the container 18 is stopped. Thus, the NOx trap catalyst 13 is prepared for regeneration in a state where a predetermined amount of H2 is stored in the tank 25. At this time, the full tank flag is rewritten from 0 to 1 in S97.
[0079]
The regeneration process of the NOx trap catalyst 13 is performed according to the flowcharts of FIGS.
That is, when it is determined that the NOx trap amount TNOx of the NOx trap catalyst 13 is equal to or greater than a predetermined value (S4) and the regeneration flag becomes 1 (S5), regeneration processing is performed (S6).
[0080]
In the regeneration process, the air-fuel ratio of the engine 1 is controlled to a substantially stoichiometric air-fuel ratio (Stoichi) (S11), and H2 as a reducing agent is supplied to the NOx trap catalyst 13 (S12). In the present embodiment, the supply of H2 is performed by opening the reformed gas supply control valve 27 to supply H2 in the tank 25.
Thereafter, when a predetermined amount of reducing agent (H2) is charged (S13), the regeneration process is terminated (S14 to S17). In this embodiment, H2 is supplied by supplying H2 in the tank 25. Since a predetermined amount of H2 is stored in the tank 25 in advance, a predetermined amount of time until the H2 in the tank 25 is released is determined. The reforming gas supply control valve 27 may be opened for a time, and the regeneration process may be terminated after a predetermined time has elapsed. At the end of the regeneration process, the full tank flag used in the reforming control routine of FIG. 11 is returned from 1 to 0, and the H2 generation amount (integrated value) TH2 is initialized.
[0081]
When regeneration of the NOx trap catalyst 13 is completed, the engine 1 returns to normal control, so that NOx trapping by the NOx trap catalyst 13 is resumed and fuel reforming is performed again to prepare for the next regeneration. .
By performing the above control, NOx can be desorbed and purified by H2 even when the exhaust temperature of the engine 1 is low, and the coexistence of H2, HC and CO can be greatly suppressed, so NOx desorption by H2 Purification can be performed efficiently and the consumption of H2 can be suppressed. The H2 supply means includes a reformer 18 that generates H2 during lean combustion in which NOx is trapped in the NOx trap catalyst 13, and a tank 25 that temporarily stores the generated H2. When the NOx trapped in the NOx trap catalyst 13 is desorbed and purified, H2 in the tank 25 is supplied to the NOx trap catalyst 13, so that the NOx trap catalyst 13 is trapped without supplying H2 from the outside. It is possible to desorb and purify NOx.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart of a main routine of the first embodiment.
FIG. 3 is a flowchart of a reproduction subroutine according to the first embodiment.
FIG. 4 is a flowchart of a reproduction subroutine according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a flowchart of a reproduction subroutine according to the third embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a flowchart of a reproduction subroutine according to the fourth embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a configuration diagram of a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a flowchart of a main routine of the fifth embodiment.
FIG. 9 is a flowchart of a reproduction subroutine according to the fifth embodiment.
FIG. 10 is a block diagram of a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a flowchart of a reforming control routine according to a sixth embodiment.
FIG. 12 is a graph showing experimental results on the reduction effect of H 2.
[Explanation of symbols]
1 engine
2 Intake passage
4 Fuel injection valve
6 C / U
11, 11a, 11b Exhaust passage
12 Three-way catalyst
13 NOx trap catalyst
14 Catalyst temperature sensor
15 H2 tank
16 H2 supply passage
17 H2 supply control valve (solenoid valve)
18 Reformer
19 Exhaust introduction passage
20 Exhaust introduction control valve
21 Fuel supply control valve
22 Heat exchanger
23 Heater
24 reformed gas passage
25 Reformed gas tank
26 Pressure pump
27 Reformed gas supply control valve

Claims

内燃機関の排気系に、酸化雰囲気にて内燃機関から排出されるＮＯｘをトラップし、還元雰囲気にてトラップされているＮＯｘを脱離浄化可能なＮＯｘトラップ触媒を備えると共に、前記ＮＯｘトラップ触媒にＨ2 を供給可能なＨ2 供給手段を備える内燃機関の排気浄化装置において、
前記ＮＯｘトラップ触媒にトラップされているＮＯｘを脱離浄化する際に、内燃機関の空燃比を略理論空燃比に保持すると共に、前記Ｈ2 供給手段により前記ＮＯｘトラップ触媒にＨ2 を供給することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。The exhaust system of the internal combustion engine is provided with a NOx trap catalyst capable of trapping NOx exhausted from the internal combustion engine in an oxidizing atmosphere and desorbing and purifying NOx trapped in the reducing atmosphere. In an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine comprising H2 supply means capable of supplying
When desorbing and purifying NOx trapped in the NOx trap catalyst, the air-fuel ratio of the internal combustion engine is maintained at a substantially stoichiometric air-fuel ratio, and H2 is supplied to the NOx trap catalyst by the H2 supply means. An exhaust purification device for an internal combustion engine.

前記ＮＯｘトラップ触媒にトラップされているＮＯｘを脱離浄化する際に、内燃機関の空燃比を略理論空燃比に保持した後、所定期間経過してから前記Ｈ2 供給手段により前記ＮＯｘトラップ触媒にＨ2 を供給することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。When the NOx trapped in the NOx trap catalyst is desorbed and purified, the air-fuel ratio of the internal combustion engine is maintained at a substantially stoichiometric air-fuel ratio, and after a predetermined period of time has passed, the H2 supply means causes the NOx trap catalyst to be supplied with H2 The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein

前記ＮＯｘトラップ触媒にトラップされているＮＯｘを脱離浄化する際に、内燃機関の空燃比を一時的に過濃空燃比にした後、略理論空燃比に保持し、前記Ｈ2 供給手段により前記ＮＯｘトラップ触媒にＨ2 を供給することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。When the NOx trapped in the NOx trap catalyst is desorbed and purified, the air-fuel ratio of the internal combustion engine is temporarily changed to a rich air-fuel ratio, and then maintained at a substantially stoichiometric air-fuel ratio, and the NOx is supplied by the H2 supply means. 2. An exhaust purification system for an internal combustion engine according to claim 1, wherein H2 is supplied to the trap catalyst.

前記ＮＯｘトラップ触媒の温度を検出する手段を有し、
前記ＮＯｘトラップ触媒にトラップされているＮＯｘを脱離浄化する際に、触媒温度が所定値未満の場合には、内燃機関の空燃比を略理論空燃比に保持すると共に、前記Ｈ2 供給手段により前記ＮＯｘトラップ触媒にＨ2 を供給し、触媒温度が所定値以上の場合には、内燃機関の空燃比を過濃空燃比にし、前記Ｈ2 供給手段によるＨ2 の供給を行わないことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。Means for detecting the temperature of the NOx trap catalyst;
When desorbing and purifying NOx trapped in the NOx trap catalyst, if the catalyst temperature is less than a predetermined value, the air-fuel ratio of the internal combustion engine is maintained at a substantially stoichiometric air-fuel ratio, and the H2 supply means The H2 is supplied to the NOx trap catalyst, and when the catalyst temperature is equal to or higher than a predetermined value, the air-fuel ratio of the internal combustion engine is set to a rich air-fuel ratio, and H2 is not supplied by the H2 supply means. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 1.

筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁を備える筒内直噴式内燃機関であって、その排気系に、少なくとも酸化機能を有する触媒と、その下流側に配置されて、酸化雰囲気にて内燃機関から排出されるＮＯｘをトラップし、還元雰囲気にてトラップされているＮＯｘを脱離浄化可能なＮＯｘトラップ触媒とを備えると共に、前記ＮＯｘトラップ触媒にＨ2 を供給可能なＨ2 供給手段を備える内燃機関の排気浄化装置において、
前記Ｈ2 供給手段は、前記酸化機能を有する触媒の上流側から導入される内燃機関の排気と燃料とを改質原料としてＨ2 を生成する改質器により構成し、
前記ＮＯｘトラップ触媒にトラップされているＮＯｘを脱離浄化する際に、内燃機関の燃焼を希薄燃焼にすると共に、膨張行程以降において前記燃料噴射弁より追加の燃料噴射を行った上で、全体の空燃比が略理論空燃比となるように制御し、この状態で前記Ｈ2 供給手段により前記ＮＯｘトラップ触媒にＨ2 を供給することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。An in-cylinder direct injection internal combustion engine having a fuel injection valve for directly injecting fuel into a cylinder, the internal combustion engine being disposed in the exhaust system in an oxidizing atmosphere disposed at the downstream side thereof with a catalyst having at least an oxidation function An internal combustion engine having a NOx trap catalyst that traps NOx discharged from the catalyst and that can desorb and purify NOx trapped in a reducing atmosphere, and also has an H2 supply means that can supply H2 to the NOx trap catalyst. In the exhaust purification device,
The H2 supply means is composed of a reformer that generates H2 using the exhaust gas and fuel of the internal combustion engine introduced from the upstream side of the catalyst having the oxidation function as reforming raw materials,
When the NOx trapped in the NOx trap catalyst is desorbed and purified, the combustion of the internal combustion engine is made lean combustion and additional fuel injection is performed from the fuel injection valve after the expansion stroke. An exhaust purification system for an internal combustion engine, wherein the air-fuel ratio is controlled to be substantially the stoichiometric air-fuel ratio, and H2 is supplied to the NOx trap catalyst by the H2 supply means in this state.

前記Ｈ2 供給手段は、前記ＮＯｘトラップ触媒にＮＯｘをトラップしている希薄燃焼時に、内燃機関からの排気と燃料とを改質原料としてＨ2 を生成する改質器と、生成されたＨ2 を一時的に貯蔵する貯蔵容器とを含んで構成し、
前記ＮＯｘトラップ触媒にトラップされているＮＯｘを脱離浄化する際に、前記Ｈ2 供給手段により前記ＮＯｘトラップ触媒にＨ2 を供給するとき、前記貯蔵容器内のＨ2 を供給することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化装置。The H2 supply means includes a reformer that generates H2 using the exhaust gas and fuel from the internal combustion engine as reforming raw materials during lean combustion in which NOx is trapped in the NOx trap catalyst, and the generated H2 is temporarily used. And comprising a storage container for storing in
The H2 in the storage container is supplied when H2 is supplied to the NOx trap catalyst by the H2 supply means when desorbing and purifying NOx trapped in the NOx trap catalyst. The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 4.