JP2005163590A - Engine exhaust purification system - Google Patents
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Abstract
【課題】NOxトラップ触媒にトラップされているNOxを脱離、還元するためのリッチスパイクが実行されるタイミングを最適化し、NOx排出量をより一層低減する。
【解決手段】排気特性に基づきNOxトラップ触媒にトラップされているNOxの量を求め(S1)、NOxトラップ触媒にトラップされているNOxの量が所定量に達したか判断し(S2)、NOxトラップ量が所定量に達しており、かつNOxトラップ触媒の触媒温度が所定の温度範囲にあると判断したときにエンジンの空燃比をリッチにするリッチスパイクを実行する(S8)。所定の温度範囲は、リッチスパイクを実行した場合にNOxトラップ触媒にトラップされているNOxを脱離、還元することができ、かつリッチスパイク実行後にエンジンの空燃比をリーンにしてもエンジンからNOxトラップ触媒へと排出されるNOxをNOxトラップ触媒でトラップできる温度範囲に設定する。
【選択図】 図2An object of the present invention is to optimize the timing at which a rich spike for desorbing and reducing NOx trapped in a NOx trap catalyst is executed, and further reduce NOx emission.
The amount of NOx trapped in the NOx trap catalyst is determined based on exhaust characteristics (S1), and it is determined whether the amount of NOx trapped in the NOx trap catalyst has reached a predetermined amount (S2). When it is determined that the trap amount has reached a predetermined amount and the catalyst temperature of the NOx trap catalyst is within a predetermined temperature range, a rich spike that makes the air-fuel ratio of the engine rich is executed (S8). The predetermined temperature range allows NOx trapped in the NOx trap catalyst to be desorbed and reduced when the rich spike is executed, and the NOx trap from the engine even if the air-fuel ratio of the engine is lean after the rich spike is executed. The temperature range is set so that NOx discharged to the catalyst can be trapped by the NOx trap catalyst.
[Selection] Figure 2
Description
本発明は、エンジンの排気浄化装置に関し、特に、排気空燃比に応じて排気中のNOxをトラップあるいは脱離、還元するNOxトラップ触媒を排気通路に備えたものに関する。 The present invention relates to an exhaust emission control device for an engine, and more particularly to an exhaust gas purification apparatus that includes a NOx trap catalyst in an exhaust passage for trapping, desorbing, or reducing NOx in exhaust gas in accordance with an exhaust air / fuel ratio.
特許文献1は、大気中に排出されるNOxの量を低減するために、エンジンの排気通路に排気空燃比に応じて排気中のNOxをトラップあるいは脱離、還元するNOxトラップ触媒を設けた排気浄化装置を開示している。
NOxトラップ触媒がトラップできるNOxの量には上限があり、特許文献1に係る排気浄化装置では、トラップされているNOxの量があるレベルに達したらエンジン1の空燃比を一時的にリッチにするリッチスパイクを実行し、NOxトラップ触媒にトラップされているNOxを脱離、還元するようにしている。
リッチスパイク実行時、NOxトラップ触媒が脱離したNOxを効率的に還元し浄化するためには、NOxトラップ触媒の温度が所定の温度範囲にあることが必要である。つまり、NOxトラップ触媒の温度が低すぎると、触媒が活性化していないため、リッチスパイクを行ったとしてもNOxトラップ触媒から脱離したNOxが還元されることなく大気中に放出されてしまう。逆に、NOxトラップ触媒の温度が高すぎると、リッチスパイクによりNOxを脱離、還元することができるものの、NOxトラップ触媒が高温のためNOxをトラップしにくくなっており、リッチスパイク実行後のリーン運転でNOxトラップ触媒に流入してくるNOxを十分にトラップすることができなくなる。 When the rich spike is executed, in order to efficiently reduce and purify NOx desorbed from the NOx trap catalyst, the temperature of the NOx trap catalyst needs to be within a predetermined temperature range. In other words, if the temperature of the NOx trap catalyst is too low, the catalyst is not activated, so even if rich spike is performed, NOx desorbed from the NOx trap catalyst is released into the atmosphere without being reduced. Conversely, if the temperature of the NOx trap catalyst is too high, NOx can be desorbed and reduced by the rich spike, but the NOx trap catalyst is difficult to trap NOx due to the high temperature. The NOx flowing into the NOx trap catalyst during operation cannot be sufficiently trapped.
上記特許文献1に係る排気浄化装置では、トラップされているNOxの量が所定量に達したらリッチスパイクを実行する構成になっていたため、NOxトラップ触媒の触媒温度が所定の温度範囲外にある場合にもリッチスパイクが実行されてしまい、かえってNOxの排出量を増大させる可能性があった。さらに、トラップされているNOxの量が所定量に達していたとしても、エンジンからの排気流量が少なく、エンジンから排出されるNOxの量も少ないときは、直ちにリッチスパイクを実行するよりも、NOxトラップ触媒に残っている浄化能力でNOxの浄化を継続した方が燃費、排気性能の点から見て有利であるといえる。
The exhaust purification device according to
本発明は、かかる従来技術の技術的課題を鑑みてなされたものであり、NOxトラップ触媒を排気通路に備えたエンジンの排気浄化装置において、NOxトラップ触媒にトラップされているNOxを脱離、還元するためのリッチスパイクが実行されるタイミングを最適化し、大気中へのNOx排出量をより一層低減することを目的とする。 The present invention has been made in view of the technical problems of the prior art, and in an exhaust purification device for an engine provided with a NOx trap catalyst in an exhaust passage, NOx trapped in the NOx trap catalyst is desorbed and reduced. It is an object to optimize the timing at which a rich spike is performed to reduce NOx emissions into the atmosphere.
排気特性に基づきNOxトラップ触媒にトラップされているNOxの量を求め、NOxトラップ触媒にトラップされているNOxの量が所定量に達したか判断する。NOxトラップ触媒にトラップされているNOxの量が所定量に達しており、かつNOxトラップ触媒の触媒温度が所定の温度範囲にあると判断したときにエンジンの空燃比をリッチにするリッチスパイクを実行する。所定の温度範囲は、エンジンの空燃比をリッチにするリッチスパイクを実行した場合にNOxトラップ触媒にトラップされているNOxを脱離、還元することができ、かつリッチスパイク実行後にエンジンの空燃比をリーンにしたときにエンジンからNOxトラップ触媒へと排出されるNOxをNOxトラップ触媒でトラップできる温度範囲に設定する。 Based on the exhaust characteristics, the amount of NOx trapped in the NOx trap catalyst is obtained, and it is determined whether the amount of NOx trapped in the NOx trap catalyst has reached a predetermined amount. When the NOx trapped by the NOx trap catalyst has reached a predetermined amount and the catalyst temperature of the NOx trap catalyst is determined to be within the predetermined temperature range, a rich spike is executed to make the engine air-fuel ratio rich. To do. The predetermined temperature range allows the NOx trapped in the NOx trap catalyst to be desorbed and reduced when a rich spike that makes the engine air-fuel ratio rich is executed, and the engine air-fuel ratio is reduced after the rich spike is executed. The temperature range is set so that NOx discharged from the engine to the NOx trap catalyst when leaning can be trapped by the NOx trap catalyst.
NOxトラップ触媒の触媒温度が低すぎるときにリッチスパイクを実行してもNOxトラップ触媒から脱離したNOxを十分に還元することができず、また、触媒温度が高すぎるときにリッチスパイクを実行してもその後のリーン運転においてNOxを十分にトラップできず、いずれの場合もかえって大気中へのNOxの排出量を増大させる結果となってしまう。しかしながら、本発明によれば、NOxトラップ触媒の触媒温度が所定の温度範囲にあるときにのみリッチスパイクが実行されるので、NOxの排出量を抑えることができる。 Even if the rich spike is executed when the catalyst temperature of the NOx trap catalyst is too low, NOx desorbed from the NOx trap catalyst cannot be reduced sufficiently, and the rich spike is executed when the catalyst temperature is too high. However, NOx cannot be sufficiently trapped in the subsequent lean operation, and in any case, the amount of NOx discharged into the atmosphere is increased. However, according to the present invention, since the rich spike is executed only when the catalyst temperature of the NOx trap catalyst is within the predetermined temperature range, the NOx emission amount can be suppressed.
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1は、本発明に係るエンジンの排気浄化装置の概略構成図である。エンジン1はディーゼルエンジンであり、エンジン1には燃料噴射弁6から燃料が供給される。ここではエンジン1がディーゼルエンジンである場合について説明するが、エンジン1は勿論ガソリンエンジンであってもよい。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an exhaust emission control device for an engine according to the present invention. The
エンジン1に空気を導入する吸気通路2には、エンジン1の吸入空気量を検出するエアフローメータ3、吸入空気量を調節する電子制御式スロットル弁4、スロットル弁4の開度を検出するスロットル弁開度センサ5が設けられている。
An
また、エンジン1からの排気を排出する排気通路7には、NOxトラップ触媒8が設けられており、NOxトラップ触媒8の入口における空燃比、出口における空燃比は、NOxトラップ触媒8の入口及び出口にそれぞれ設けられている空燃比センサ10、11によって検出される。また、NOxトラップ触媒8にはその内部温度(触媒温度)を検出する触媒温度センサ9が設けられており、触媒温度に基づきその活性状態を判断することができる。NOxトラップ触媒8は、理論空燃比(ストイキ)で排気中のHC、CO、NOxの酸化還元を行う三元触媒機能と、リーン空燃比で排気中のNOxをトラップし、リッチ空燃比でNOxを脱離、還元するNOxトラップ機能とを有する触媒であり、例えば、触媒担体にNOxトラップ層と三元触媒層をコーティングして構成される。
The exhaust passage 7 for exhausting exhaust from the
NOxトラップ触媒8がその触媒機能を発揮するためには、触媒温度が所定の温度域にあり、活性状態にあることが必要である。このため、NOxトラップ触媒8は、流入する排気によって所定の温度域に維持されるよう排気通路7の所定の位置に配置される。なお、ここでは排気通路7にNOxトラップ触媒8のみが配置されているが、エンジン1に対して要求される排気性能に応じて、NOxトラップ触媒8の上流、下流あるいはその両方に他の触媒を追加的に設けても構わない。また、NOxトラップ触媒8は三元触媒機能をも有する触媒としたが、NOxトラップ触媒8にNOxトラップ機能のみを持たせ、三元触媒機能は三元触媒を別途設けることによって提供するようにしてもよい。
In order for the NOx trap catalyst 8 to exhibit its catalytic function, the catalyst temperature must be in a predetermined temperature range and be in an active state. For this reason, the NOx trap catalyst 8 is disposed at a predetermined position in the exhaust passage 7 so as to be maintained in a predetermined temperature range by the exhaust gas flowing in. Here, only the NOx trap catalyst 8 is disposed in the exhaust passage 7, but other catalysts are provided upstream, downstream, or both of the NOx trap catalyst 8 depending on the exhaust performance required for the
さらに、排気通路7の途中と吸気通路2のスロットル弁4下流とがEGR通路15によって接続されている。EGR通路15の途中にはEGR弁16が設けられており、EGR弁16の開度を調節することによって還流される排気の量を調整することができる。還流する排気の量はエンジン1の運転状態(回転速度、負荷、燃焼状態)に応じて調整される。
Further, the EGR
エアフローメータ3、スロットル弁開度センサ5、空燃比センサ10、11、触媒温度センサ9、エンジン回転速度センサ17、図示しないアクセル操作量センサ、車速センサ等から出力される各種検出信号はコントローラ20に入力される。コントローラ20は、1または2以上の演算ユニット、メモリ、入出力インターフェース等を含んで構成され、入力された信号や内部に有するパラメータに基づき、スロットル弁4を介して吸入空気量、燃料噴射弁6を介して燃料噴射量、燃料噴射時期、EGR弁16を介して排気還流量をそれぞれ制御する。
Various detection signals output from the
ところで、NOxトラップ触媒8は流入する排気空燃比がリーンのときに排気中のNOxをトラップし、排気中のNOx濃度を低減するように機能するが、NOxトラップ触媒8がトラップ可能なNOxの総量には上限があり、トラップされているNOxの量が上限に達するとNOxをトラップできなくなる。 By the way, the NOx trap catalyst 8 functions to trap NOx in the exhaust gas when the inflowing exhaust air-fuel ratio is lean and reduce the NOx concentration in the exhaust gas, but the total amount of NOx that can be trapped by the NOx trap catalyst 8. Has an upper limit, and when the amount of trapped NOx reaches the upper limit, NOx cannot be trapped.
そこで、NOxトラップされているNOxの量(NOxトラップ量)をモニタし、NOxトラップ量が上限に近い所定量に達したときはエンジン1の空燃比を一時的にリッチ化(リッチスパイク)して、NOxトラップ触媒8にトラップされているNOxを脱離、還元し、NOxトラップ触媒8のNOxトラップ能力を回復させる必要がある。しかしながら、NOxトラップ触媒8の温度が所定の温度範囲にない場合は、リッチスパイクを実行しても脱離したNOxが還元されずに大気中に放出されてしまったり(触媒温度低温時)、あるいは、NOxを脱離、還元することができても、その後のリーン運転時にエンジン1から排出されてくるNOxをトラップできない場合もあり(触媒温度高温時)、かえってNOxの排出量の増大を招くこともある。
Therefore, the amount of NOx trapped (NOx trap amount) is monitored, and when the NOx trap amount reaches a predetermined amount close to the upper limit, the air-fuel ratio of the
また、NOxトラップ触媒8にトラップされているNOxの量が所定量に達していたとしても、エンジン1からの排気の流量が少なく、排出されてくるNOxが少ないときは、NOxトラップ触媒8に残されているNOxトラップ能力で十分に処理できる場合もあり、かかる場合はリッチスパイクを行わずにNOxトラップ触媒8によるNOxの処理を継続した方が、リッチスパイクが行われる機会を減らすことができ、燃費、排気性能の点からみて有利である。
Even if the amount of NOx trapped in the NOx trap catalyst 8 reaches a predetermined amount, when the exhaust gas flow rate from the
そこで、本発明に係る排気浄化装置では、NOxトラップ触媒8にトラップされているNOxの量NOXが所定量SNOXに達した場合であっても、エンジン1からの排気流量が少なく、排出されるNOxの量も少ない場合はリッチスパイクを行わずにNOxトラップ触媒8によるNOxの処理を継続するようにする。また、NOxトラップ触媒8にトラップされているNOxの量NOXが所定量SNOXに達し、エンジン1からの排気流量が多く、排出されるNOxの量も多い場合は、NOxトラップ触媒8の触媒温度に応じて、リッチスパイク、エンジン1から排出されるNOx量を低減するNOx低減処理、エンジン1を理論空燃比で運転させるストイキ運転のいずれかを行うようにし、エンジン1からの排気流量が多い高回転運転時や高負荷運転時においても、大気中に排出されるNOxの量が十分に抑えられるようにする。以下、フローチャートを参照しながら、コントローラ20が行うNOx処理の内容を説明する。
Therefore, in the exhaust gas purification apparatus according to the present invention, even when the amount NOX of NOx trapped in the NOx trap catalyst 8 reaches the predetermined amount SNOX, the exhaust flow rate from the
図2はコントローラ20が行うNOx処理の内容を示したフローチャートである。
FIG. 2 is a flowchart showing the contents of the NOx process performed by the
これによると、まず、ステップS1では、排気特性に基づきNOxトラップ触媒8にトラップされているNOxの量(以下、NOxトラップ量)NOXを演算する。NOxトラップ量の演算方法としては、例えば、エンジン1から排出されるNOx量の積算値からNOxトラップ触媒8から放出されるNOx量の積算値を減じて求める方法がある。エンジン1から排出されるNOx量は、エンジン1の回転速度と、吸入空気量と、エンジン1から排出されるNOx量の関係を規定したマップを予め実験により作成しておき、このマップを参照して求めることができる。また、NOxトラップ触媒8から放出されるNOxの量は、NOxトラップ触媒8に流入する排気の流量(≒エンジン1の吸入空気量)と、NOxトラップ触媒8に流入する排気の空燃比と、NOxトラップ触媒8から排出されるNOxの量の関係を規定したマップを予め実験により作成しておき、このマップを参照して求めることができる。なお、ここで挙げたNOxトラップ量の演算方法は一例に過ぎず、NOxトラップ触媒8から流出する排気のNOx濃度から推定する方法等、既に提案されている各種NOxトラップ量の演算方法、推定方法を採用することができる。
According to this, first, in step S1, the amount of NOx trapped in the NOx trap catalyst 8 (hereinafter referred to as NOx trap amount) NOX is calculated based on the exhaust characteristics. As a method for calculating the NOx trap amount, for example, there is a method of obtaining by subtracting the integrated value of the NOx amount released from the NOx trap catalyst 8 from the integrated value of the NOx amount discharged from the
NOxトラップ量NOXを演算したら、ステップS2に進み、NOxトラップ量NOXが所定量SNOXを超えているか判断する。所定量SNOXはNOxトラップ触媒8がトラップしておくことが可能なNOx量の最大量よりも小さい値に設定され、NOxトラップ量NOXが所定量SNOXを超えていない場合にはNOxトラップ触媒8に十分なNOxトラップ能力が残されていると判断される。NOxトラップ量NOXが所定量SNOXを超えておらず、NOxトラップ触媒8に十分なNOxトラップ能力が残されていると判断されるときは、ステップS3に進み、リッチスパイクは行わず、NOxトラップ触媒8による排気中のNOxトラップを継続する。これに対し、NOxトラップ量NOXが所定量SNOXを超えている場合はステップS4に進む。ステップS1、S2における処理がNOxトラップ量判断手段に対応する。 When the NOx trap amount NOX is calculated, the process proceeds to step S2 to determine whether the NOx trap amount NOX exceeds a predetermined amount SNOX. The predetermined amount SNOX is set to a value smaller than the maximum amount of NOx that can be trapped by the NOx trap catalyst 8, and when the NOx trap amount NOX does not exceed the predetermined amount SNOX, the NOx trap catalyst 8 It is determined that sufficient NOx trap capability remains. When it is determined that the NOx trap amount NOX does not exceed the predetermined amount SNOX and sufficient NOx trap capability remains in the NOx trap catalyst 8, the process proceeds to step S3, where the rich spike is not performed, and the NOx trap catalyst. The NOx trap in the exhaust by 8 is continued. On the other hand, if the NOx trap amount NOX exceeds the predetermined amount SNOX, the process proceeds to step S4. The processing in steps S1 and S2 corresponds to NOx trap amount determination means.
ステップS4では、スロットル弁開度TVOが所定の小スロットル開度STVOよりも大きいか判断する。所定の小スロットル開度STVOよりも大きくないときは、エンジン1から排出される排気流量が小さく、排出されるNOxの量も少ないので、NOxトラップ量NOXが所定量SNOXに達していたとしても、NOxトラップ触媒8に残っているNOxトラップ能力で排気中のNOxを十分にトラップすることができる。よって、この場合は、ステップS3に進み、リッチスパイクを実行せずにNOxトラップ触媒8によるNOxトラップを継続する。上記所定量SNOXに大きな値が設定されるほどステップS4に進んだときのNOxトラップ触媒8のNOxトラップ能力が低くなるので、所定量SNOXに大きな値が設定されるほどSTVOには小さな値が設定される。ステップS4における処理がNOxトラップ能力判断手段に対応する。
In step S4, it is determined whether the throttle valve opening TVO is larger than a predetermined small throttle opening STVO. When it is not larger than the predetermined small throttle opening STVO, the exhaust flow rate discharged from the
なお、ステップS4では、スロットル弁開度TVOに基づきエンジン1からの排気流量、排出されるNOx量を判断しているが、スロットル弁開度TVOに代えてアクセルペダルの操作量を用いても構わない。また、エンジン1の排気流量はエアフローメータ3で検出される吸入空気量に略等しくなるので、スロットル弁開度TVOに代えてエアフローメータ3で検出される吸入空気量を用いてもよい。
In step S4, the exhaust flow rate from the
ステップS4でスロットル弁開度TVOが所定の小スロットル開度STVOよりも大きいと判断された場合はステップS5、S6において、NOxトラップ触媒8の触媒温度Tnoxが所定の温度範囲(Tmin〜Tmax)にあるかどうか判断される。触媒温度は触媒温度センサ9によって検出されるが、エンジン1の運転状態から推定することも可能である。所定の温度範囲は、NOxトラップ触媒8の触媒が活性状態となり、リッチスパイクを実行した場合にNOxトラップ触媒8にトラップされているNOxを十分に脱離、還元でき、かつ、リッチスパイク実行後にエンジン1をリーン空燃比で運転させてもNOxトラップ触媒8が排気中のNOxを十分にトラップできる温度範囲に設定される。ステップS5、S6における処理が触媒温度判定手段に対応する。
If it is determined in step S4 that the throttle valve opening TVO is larger than the predetermined small throttle opening STVO, the catalyst temperature Tnox of the NOx trap catalyst 8 is set to a predetermined temperature range (Tmin to Tmax) in steps S5 and S6. It is judged whether there is. The catalyst temperature is detected by the
触媒温度Tnoxが所定の温度範囲の下限Tminよりも低い場合は、ステップS7に進み、エンジン1から排出されるNOxの量そのものを少なくするNOx低減処理を実行する。これは、触媒温度が低い状態でリッチスパイクを実行すると、NOxトラップ触媒8からNOxを脱離させることはできるものの、触媒のNOx還元能力が十分でなく、脱離したNOxを十分に浄化できないためであり、大気中へのNOx排出量を低減するためにはエンジン1から排出されるNOx量そのものを低減して対応する必要があるからである。
When the catalyst temperature Tnox is lower than the lower limit Tmin of the predetermined temperature range, the process proceeds to step S7, and NOx reduction processing for reducing the amount of NOx discharged from the
図3はステップS7におけるNOx低減処理の詳細を示したフローチャートである。 FIG. 3 is a flowchart showing details of the NOx reduction process in step S7.
これによると、ステップS10でエンジン1の運転状態に応じて設定されるエンジン1の目標空気過剰率tλを係数Aを乗じて目標空気過剰率tλを補正する。係数Aには1未満の値を設定し、補正後の目標空気過剰率tλが補正前の値よりも小さくなるようにし、これによって、スロットル弁開度を小側に補正してエンジン1の吸入空気量が減少するようにする。
According to this, the target excess air ratio tλ is corrected by multiplying the target excess air ratio tλ of the
ステップS11では、エンジン1の運転状態に応じて設定される目標排気還流量(あるいは目標排気還流率)tEGRを係数Aで割って目標排気還流量を補正する。係数には1未満の値が設定されるため、補正後の目標排気還流量tEGRは補正前の値よりも大きくなり、エンジン1の排気還流量が増大するようにする。
In step S11, the target exhaust gas recirculation amount (or target exhaust gas recirculation rate) tEGR set according to the operating state of the
なお、ここでは、目標空気過剰率tλ、目標排気還流量tEGRを同じ係数Aによって補正しているが、目標空気過剰率tλと目標排気還流量tEGRとで補正係数を異ならせてもよい。また、係数Aは固定値とすることもできるし、エンジン1の運転状態、NOxトラップ触媒8の状態(触媒温度、NOxトラップ量等)応じて可変としてもよい。あるいは、NOx低減処理用の目標空気過剰率マップ、目標排気還流量マップを通常時に用いるマップとは別に用意しておき、NOx低減処理時にはこの別途用意されたマップを参照して目標空気過剰率tλ、目標排気還流率tEGRを演算するようにしてもよい。この場合、同一の運転条件では、NOx低減処理用の目標空気過剰率マップを参照して得られる値は通常時用マップを参照して得られる値よりも小さく、逆に、NOx低減処理用の目標排気還流量マップを参照して得られる値は通常時用のマップを参照して得られる値よりも大きくなる。
Here, the target excess air ratio tλ and the target exhaust gas recirculation amount tEGR are corrected by the same coefficient A, but the correction coefficient may be different for the target excess air ratio tλ and the target exhaust gas recirculation amount tEGR. The coefficient A may be a fixed value or may be variable according to the operating state of the
さらに、ここでは、目標空気過剰率tλ、目標排気還流量tEGR量の両方を補正しているが、少なくとも一方が補正されればエンジン1から排出されるNOx量を低減できるので、目標空気過剰率tλ、目標排気還流量tEGRのいずれか一方のみを補正するようにしてもよい。なお、本実施形態のように、目標空気過剰率tλ、目標排気還流量tEGRの両方を補正するようにすれば、高いNOx低減効果が得られる。
Further, here, both the target excess air ratio tλ and the target exhaust gas recirculation amount tEGR amount are corrected. However, if at least one of them is corrected, the NOx amount exhausted from the
図3に戻り、さらに説明を続けると、触媒温度Tnoxが所定の温度範囲にあるときは(Tmin<Tnox<Tmax)、ステップS8に進み、リッチスパイクを実行してNOxトラップ触媒8にトラップされているNOxを脱離、還元する。触媒温度Tnoxが所定の温度範囲にあるときは、NOxトラップ触媒8のNOx浄化能力が高いので、リッチスパイクを実行することにより、NOxトラップ触媒8からNOxを脱離させ、かつ脱離したNOxを十分に還元することができる。また、リッチスパイク後のNOxトラップ能力も十分に確保される。 Returning to FIG. 3, the description will be continued. When the catalyst temperature Tnox is within a predetermined temperature range (Tmin <Tnox <Tmax), the process proceeds to step S8 where a rich spike is executed and trapped on the NOx trap catalyst 8. NOx is removed and reduced. When the catalyst temperature Tnox is in the predetermined temperature range, the NOx purification capacity of the NOx trap catalyst 8 is high. Therefore, by executing rich spike, NOx is desorbed from the NOx trap catalyst 8 and the desorbed NOx is removed. It can be fully reduced. Moreover, the NOx trap ability after the rich spike is sufficiently secured.
一方、触媒温度Tnoxが所定の温度範囲の上限温度Tmaxを超えているときはステップS9に進む。ステップS9ではリッチスパイクは実行せず、目標空気過剰率tλを1に設定してエンジン1を理論空燃比で運転させる(ストイキ運転)。これは、この状態ではリッチスパイクを実行するとNOxトラップ触媒からNOxを効率よく脱離、還元することができるものの、NOxトラップ触媒がNOxをトラップする能力が低下しているため、その後のリーン運転でエンジン1から排出されるNOxを十分に浄化できなくなるからである。そこで、ステップS9では、NOxトラップ触媒8のNOxトラップ能力を使わなくても大気に放出されるNOx量を低減できるように、エンジン1を理論空燃比で運転させる。NOxトラップ触媒8は三元触媒機能も備えているので、エンジン1を理論空燃比で運転することによりエンジン1から排出されるNOxはHC、COとともに浄化され、大気中に排出されるNOxを低減することができる。ステップS3、ステップS7〜S9における処理がNOx処理手段に対応する。
On the other hand, when the catalyst temperature Tnox exceeds the upper limit temperature Tmax of the predetermined temperature range, the process proceeds to step S9. In step S9, the rich spike is not executed, the target excess air ratio tλ is set to 1, and the
図4は、NOxトラップ量NOXが所定量SNOXに達しており、かつNOxトラップ触媒の温度が低い時に運転者がアクセルペダルを踏み込んで加速したときの様子を示す。本発明に係る排気浄化装置では、このような状況ではリッチスパイクは行われず、エンジン1から排出されるNOxの量を低減するNOx低減処理(ステップS7、図3)が行われる。このNOx低減処理により、エンジン1の空気過剰率が小側に補正されてスロットル弁開度が減少し、吸入空気量が低減されて排気中のNOx濃度が低減される。したがって、NOxトラップ触媒8のNOxトラップ能力が低下している状況での加速ではあるが、排気中のNOx濃度が低減されることにより、大気中に排出されるNOxの量を低減することができる。
FIG. 4 shows a state in which the driver depresses the accelerator pedal and accelerates when the NOx trap amount NOX reaches the predetermined amount SNOX and the temperature of the NOx trap catalyst is low. In the exhaust purification apparatus according to the present invention, the rich spike is not performed in such a situation, and the NOx reduction process (step S7, FIG. 3) for reducing the amount of NOx discharged from the
次に、本発明による作用効果について説明する。 Next, the effect by this invention is demonstrated.
本発明によれば、流入する排気の空燃比に応じてNOxをトラップあるいは脱離するNOxトラップ触媒8を排気通路2に備えたエンジン1の排気浄化装置において、エンジン1の排気特性に基づきNOxトラップ触媒8にトラップされているNOxの量を求め、NOxトラップ触媒8のNOxトラップ量が所定量に達したか判断し、NOxトラップ触媒8の触媒温度が、所定の温度範囲にあるか判断し、NOxトラップ量が所定量に達しており、かつ触媒温度が所定の温度範囲にあると判断したときにリッチスパイクを実行する。所定の温度範囲は、エンジン1の空燃比をリッチにするリッチスパイクを実行した場合にNOxトラップ触媒8にトラップされているNOxを十分に脱離、還元することができ、かつリッチスパイク実行後にエンジンの空燃比をリーンにしたときにエンジン1からNOxトラップ触媒8へと排出されるNOxをNOxトラップ触媒8で十分にトラップできる温度範囲に設定される。
According to the present invention, in an exhaust purification device for an
NOxトラップ量が所定量に達したときは、リッチスパイクを実行してトラップされているNOxを脱離、還元する必要があるが、NOxトラップ触媒8の触媒温度が低すぎるときにリッチスパイクを実行してもNOxトラップ触媒8から脱離したNOxを十分に還元することができず、かえって大気中に排出されるNOxの量を増大させる。また、逆に、触媒温度が高すぎると、リッチスパイクを実行するとNOxトラップ触媒8にトラップされているNOxを十分に脱離、還元できるものの、NOxトラップ触媒8のNOxを脱離させる能力が高すぎてNOxトラップ能力が低下しているために、その後のリーン運転においてNOxを十分にトラップできず、やはり大気中へのNOxの排出量を増大させてしまう。しかしながら、本発明によれば、NOxトラップ触媒8の触媒温度が所定の温度範囲にあるときにのみリッチスパイクが実行されるので、大気中へのNOxの排出量を抑えることができる。 When the NOx trap amount reaches a predetermined amount, it is necessary to desorb and reduce the trapped NOx by executing a rich spike, but the rich spike is performed when the catalyst temperature of the NOx trap catalyst 8 is too low. Even so, the NOx desorbed from the NOx trap catalyst 8 cannot be sufficiently reduced, and instead the amount of NOx discharged into the atmosphere is increased. On the other hand, if the catalyst temperature is too high, NOx trapped in the NOx trap catalyst 8 can be sufficiently desorbed and reduced by executing rich spike, but the NOx trap catalyst 8 has a high ability to desorb NOx. Since the NOx trapping capability is too low, NOx cannot be sufficiently trapped in the subsequent lean operation, and the amount of NOx discharged into the atmosphere is also increased. However, according to the present invention, since the rich spike is executed only when the catalyst temperature of the NOx trap catalyst 8 is within a predetermined temperature range, the amount of NOx discharged into the atmosphere can be suppressed.
さらに、触媒温度が所定の温度範囲の下限よりも低いと判断したときには、リッチスパイクを実行する代わりに、エンジン1からNOxトラップ触媒8へと排出されるNOx量を低減するNOx低減処理を実行するようにしたことにより、触媒温度が所定の温度範囲になくリッチスパイクを実行しない場合であっても、大気中に排出されるNOxの量を抑えることができる。NOx低減処理としては、エンジン1の吸入空気量を減少させる処理(この実施形態では目標空気過剰率を減少させる補正)、エンジン1の排気還流量を増大させる処理(この実施形態では目標排気還流量を増大させる補正)が考えられ、両処理をあわせて実行することにより、高いNOx低減効果が得られる。
Further, when it is determined that the catalyst temperature is lower than the lower limit of the predetermined temperature range, a NOx reduction process for reducing the amount of NOx discharged from the
触媒温度が所定の温度範囲の上限よりも高いと判断したときには、リッチスパイクを実行する代わりに、エンジン1を理論空燃比で運転させるようにしたことにより、エンジン1から排出されるNOxがHC、COとともに浄化され、大気中に排出されるNOxを低減することができる。
When it is determined that the catalyst temperature is higher than the upper limit of the predetermined temperature range, the NOx discharged from the
さらに、エンジン1から排出されるNOxをNOxトラップ触媒8でトラップできるかをエンジン1の排気流量から判断し、エンジン1から排出されるNOxをNOxトラップ触媒8でトラップできると判断したときは、NOxトラップ触媒8にトラップされているNOxの量が所定量に達していてもNOxトラップ触媒8による排気中のNOxトラップを継続するようにした。これにより、NOxトラップ触媒8に残っているNOxトラップ能力で排気中のNOxを十分にトラップできる状況では、リッチスパイクが行われず、NOxトラップ触媒8によるNOxトラップが継続されるので、リッチスパイクが行われる機会を減らし、燃費、排気性能を向上させることができる。
Further, it is determined from the exhaust flow rate of the
本発明は、車両用をはじめとし、排気通路にNOxトラップ触媒を備えたエンジンの排気浄化装置に広く適用することができ、大気中に排出されるNOxの量を抑えて排気浄化装置の性能を高めるのに有用である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be widely applied to exhaust purification devices for engines including NOx trap catalysts in the exhaust passage, including those for vehicles, and can suppress the amount of NOx discharged into the atmosphere and improve the performance of the exhaust purification device. Useful to enhance.
1 エンジン
2 吸気通路
3 エアフローメータ
4 スロットル弁
5 スロットル弁開度センサ
6 燃料噴射弁
7 排気通路
8 NOxトラップ触媒
9 触媒温度センサ
10、11 空燃比センサ
15 EGR通路
16 EGR弁
17 回転速度センサ
20 コントローラ
DESCRIPTION OF
Claims (7)
排気特性に基づき前記NOxトラップ触媒にトラップされているNOxの量を求め、前記NOxトラップ触媒にトラップされているNOxの量が所定量に達したか判断するNOxトラップ量判断手段と、
前記NOxトラップ触媒の触媒温度が、前記エンジンの空燃比をリッチにするリッチスパイクを実行した場合に前記NOxトラップ触媒にトラップされているNOxを脱離、還元することができ、かつリッチスパイク実行後に前記エンジンの空燃比をリーンにしても前記エンジンから前記NOxトラップ触媒へと排出されるNOxを前記NOxトラップ触媒でトラップできる所定の温度範囲にあるか判断する触媒温度判定手段と、
前記NOxトラップ触媒にトラップされているNOxの量が所定量に達しており、かつ前記触媒温度が前記所定の温度範囲にあると判断したときにリッチスパイクを実行するNOx処理手段と、
を備えたことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。 In an engine exhaust purification device provided with an NOx trap catalyst in an exhaust passage for trapping or desorbing NOx in accordance with an air-fuel ratio of inflowing exhaust gas,
NOx trap amount determination means for determining the amount of NOx trapped in the NOx trap catalyst based on exhaust characteristics and determining whether the amount of NOx trapped in the NOx trap catalyst has reached a predetermined amount;
The NOx trap catalyst can desorb and reduce NOx when a rich spike is executed to enrich the air-fuel ratio of the engine, and after the rich spike is executed. Catalyst temperature determination means for determining whether the NOx exhausted from the engine to the NOx trap catalyst is trapped by the NOx trap catalyst even if the air-fuel ratio of the engine is lean;
NOx processing means for executing a rich spike when it is determined that the amount of NOx trapped in the NOx trap catalyst has reached a predetermined amount and the catalyst temperature is in the predetermined temperature range;
An exhaust emission control device for an engine characterized by comprising:
前記エンジンから排出されるNOxを前記NOxトラップ触媒でトラップできると判断されたときは、前記NOxトラップ触媒にトラップされているNOxの量が所定量に達していても前記NOx処理手段は前記NOxトラップ触媒による排気中のNOxトラップを継続する、
ことを特徴とする請求項1から6のいずれか一つに記載のエンジンの排気浄化装置。 NOx trap capability judging means for judging from the exhaust flow rate of the engine whether NOx discharged from the engine to the NOx trap catalyst can be trapped by the NOx trap catalyst;
When it is determined that the NOx exhausted from the engine can be trapped by the NOx trap catalyst, the NOx treatment means does not stop the NOx trap even if the amount of NOx trapped in the NOx trap catalyst reaches a predetermined amount. Continue NOx trap in exhaust by catalyst,
The exhaust emission control device for an engine according to any one of claims 1 to 6.
Priority Applications (1)
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| JP2003401886A JP2005163590A (en) | 2003-12-01 | 2003-12-01 | Engine exhaust purification system |
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013194516A (en) * | 2012-03-15 | 2013-09-30 | Toyota Motor Corp | Exhaust emission control device for internal combustion engine |
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2003
- 2003-12-01 JP JP2003401886A patent/JP2005163590A/en active Pending
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