JP2008121562A - Exhaust gas purification device for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
【課題】NOx吸蔵還元触媒が低温のときにもNOx吸蔵還元触媒からNOxを確実に放出させる。
【解決手段】流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中のNOxを吸収し、流入する排気ガスの空燃比がリッチになると吸収しているNOxを放出するNOx吸蔵還元触媒24を機関排気通路内に配置し、NOx吸蔵還元触媒上流の機関排気通路内に燃料添加弁28を配置する。NOx吸蔵還元触媒からNOxを放出させるべきときには燃料添加弁から燃料を添加してNOx吸蔵還元触媒内に流入する排気ガスの空燃比が一時的にリッチになるようにする。NOx吸蔵還元触媒の温度があらかじめ定められた設定温度よりも低いときには、燃料添加弁からの燃料添加期間の前期に多量の酸素存在下でNOx吸蔵還元触媒を昇温する第1の昇温制御を行い、燃料添加期間の後期に少量の酸素存在下でNOx吸蔵還元触媒を昇温する第2の昇温制御を行う。
【選択図】図1An NOx storage reduction catalyst that reliably releases NOx even when the NOx storage reduction catalyst is at a low temperature.
An NOx occlusion reduction catalyst 24 that absorbs NOx in exhaust gas when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lean and releases NOx absorbed when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas becomes rich is provided in the engine. A fuel addition valve 28 is arranged in the exhaust passage and in the engine exhaust passage upstream of the NOx storage reduction catalyst. When NOx should be released from the NOx storage reduction catalyst, fuel is added from the fuel addition valve so that the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx storage reduction catalyst becomes temporarily rich. When the temperature of the NOx storage reduction catalyst is lower than a predetermined set temperature, the first temperature increase control for increasing the temperature of the NOx storage reduction catalyst in the first half of the fuel addition period from the fuel addition valve in the presence of a large amount of oxygen is performed. The second temperature increase control is performed to increase the temperature of the NOx storage reduction catalyst in the presence of a small amount of oxygen in the latter stage of the fuel addition period.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。 The present invention relates to an exhaust emission control device for an internal combustion engine.
流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中のNOxを吸収し、流入する排気ガスの空燃比がリッチになると吸収しているNOxを放出するNOx吸蔵還元触媒を機関排気通路内に配置すると共にNOx吸蔵還元触媒上流の機関排気通路内に燃料添加装置を配置し、NOx吸蔵還元触媒からNOxを放出させるべきときには燃料添加装置から燃料を添加してNOx吸蔵還元触媒内に流入する排気ガスの空燃比が一時的にリッチになるようにした内燃機関が公知である。この内燃機関ではリーン空燃比のもとで燃焼が行われているときに発生するNOxがNOx吸蔵還元触媒に吸収される。一方、NOx吸蔵還元触媒のNOx吸収能力が飽和に近づくと排気ガスの空燃比が一時的にリッチにされ、排気ガス中の酸素濃度が低下され、それによってNOx吸蔵還元触媒からNOxが放出され還元される。 A NOx storage reduction catalyst that absorbs NOx in the exhaust gas when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lean and releases the absorbed NOx when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas becomes rich is disposed in the engine exhaust passage In addition, a fuel addition device is arranged in the engine exhaust passage upstream of the NOx storage reduction catalyst, and when NOx should be released from the NOx storage reduction catalyst, fuel is added from the fuel addition device and flows into the NOx storage reduction catalyst. An internal combustion engine in which the air-fuel ratio of the engine is temporarily rich is known. In this internal combustion engine, NOx generated when combustion is performed under a lean air-fuel ratio is absorbed by the NOx storage reduction catalyst. On the other hand, when the NOx absorption capacity of the NOx occlusion reduction catalyst approaches saturation, the air-fuel ratio of the exhaust gas is temporarily made rich, and the oxygen concentration in the exhaust gas is lowered, whereby NOx is released from the NOx occlusion reduction catalyst and reduced. Is done.
ところが、NOx吸蔵還元触媒の温度が低いと、添加燃料がNOx吸蔵還元触媒で十分に酸化ないし燃焼せず、排気ガス中の酸素濃度を十分に低下させることができず、斯くしてNOx吸蔵還元触媒からNOxを良好に放出させることができないおそれがある。NOx吸蔵還元触媒上流の排気通路内に酸化触媒を配置し、酸化触媒上流から燃料を添加して酸化触媒で添加燃料を酸化させるようにした場合も同様である。 However, when the temperature of the NOx occlusion reduction catalyst is low, the added fuel is not sufficiently oxidized or burned by the NOx occlusion reduction catalyst, and the oxygen concentration in the exhaust gas cannot be lowered sufficiently, and therefore the NOx occlusion reduction. There is a possibility that NOx cannot be released satisfactorily from the catalyst. The same applies to the case where an oxidation catalyst is disposed in the exhaust passage upstream of the NOx storage reduction catalyst and fuel is added from the upstream of the oxidation catalyst so that the added fuel is oxidized by the oxidation catalyst.
そこで、燃料添加期間の初期に低温酸化性の高い成分、例えば水素を酸化触媒上流の排気通路内に添加するようにした内燃機関が公知である(特許文献1参照)。すなわち、NOx吸蔵還元触媒の温度が低いときであっても水素は酸化触媒で良好に酸化されるので酸化触媒が昇温され、この昇温された酸化触媒で添加燃料が良好に酸化され、斯くして排気ガス中の酸素濃度が十分に低下される。 Therefore, an internal combustion engine is known in which a component having high low-temperature oxidizability, such as hydrogen, is added to the exhaust passage upstream of the oxidation catalyst at the beginning of the fuel addition period (see Patent Document 1). That is, even when the temperature of the NOx occlusion reduction catalyst is low, hydrogen is favorably oxidized by the oxidation catalyst, so that the temperature of the oxidation catalyst is raised, and the added fuel is favorably oxidized by the heated oxidation catalyst. As a result, the oxygen concentration in the exhaust gas is sufficiently reduced.
しかしながら、水素は酸化触媒で一気に反応するので、酸化触媒の温度が高いのはわずかな時間だけであり、したがって排気ガス中の酸素濃度が十分に低く維持されているのもわずかな時間だけである。NOx吸蔵還元触媒からNOxを十分に放出させるためには排気ガス中の酸素濃度を長時間に亘って低く維持しなければならないのである。 However, since hydrogen reacts at once with the oxidation catalyst, the temperature of the oxidation catalyst is high for only a short time, and therefore the oxygen concentration in the exhaust gas is kept low enough for only a short time. . In order to sufficiently release NOx from the NOx storage reduction catalyst, the oxygen concentration in the exhaust gas must be kept low for a long time.
上記問題点を解決するために本発明によれば、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中のNOxを吸収し、流入する排気ガスの空燃比がリッチになると吸収しているNOxを放出するNOx吸蔵還元触媒を機関排気通路内に配置すると共に該NOx吸蔵還元触媒上流の機関排気通路内に燃料添加弁を配置し、NOx吸蔵還元触媒からNOxを放出させるべきときには燃料添加弁から燃料を添加してNOx吸蔵還元触媒内に流入する排気ガスの空燃比が一時的にリッチになるようにした内燃機関において、NOx吸蔵還元触媒の温度があらかじめ定められた設定温度よりも低いときには、燃料添加弁からの燃料添加期間の前期に多量の酸素存在下でNOx吸蔵還元触媒を昇温する第1の昇温制御を行うと共に燃料添加期間の後期に少量の酸素存在下でNOx吸蔵還元触媒を昇温する第2の昇温制御を行うようにしている。 In order to solve the above problems, according to the present invention, when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lean, the NOx in the exhaust gas is absorbed, and when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas becomes rich, the NOx that is absorbed A NOx storage reduction catalyst for releasing NOx is disposed in the engine exhaust passage, and a fuel addition valve is disposed in the engine exhaust passage upstream of the NOx storage reduction catalyst. When NOx should be released from the NOx storage reduction catalyst, the fuel addition valve In an internal combustion engine in which the air-fuel ratio of exhaust gas flowing into the NOx storage reduction catalyst by adding fuel is temporarily rich, when the temperature of the NOx storage reduction catalyst is lower than a predetermined set temperature, In the first half of the fuel addition period from the fuel addition valve, the first temperature rise control is performed to raise the temperature of the NOx storage reduction catalyst in the presence of a large amount of oxygen, and after the fuel addition period. Small has a NOx storage reduction catalyst to perform the second heating control for raising the temperature in the presence of oxygen to.
NOx吸蔵還元触媒が低温のときにもNOx吸蔵還元触媒からNOxを確実に放出させることができる。 Even when the NOx storage reduction catalyst is at a low temperature, NOx can be reliably released from the NOx storage reduction catalyst.
図1は本発明を圧縮着火式内燃機関に適用した場合を示している。しかしながら本発明を火花点火式内燃機関に適用することもできる。 FIG. 1 shows a case where the present invention is applied to a compression ignition type internal combustion engine. However, the present invention can also be applied to a spark ignition type internal combustion engine.
図1を参照すると、1は機関本体、2は各気筒の燃焼室、3は各燃焼室2内にそれぞれ燃料を噴射するための電子制御式燃料噴射弁、4は吸気マニホルド、5は排気マニホルドをそれぞれ示す。吸気マニホルド4は吸気ダクト6を介して排気ターボチャージャ7のコンプレッサ7aの出口に連結され、コンプレッサ7aの入口はエアフローメータ8を介してエアクリーナ9に連結される。吸気ダクト6内には電気制御式スロットル弁10が配置され、更に吸気ダクト6周りには吸気ダクト6内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置11が配置される。図1に示される実施例では機関冷却水が冷却装置11内に導かれ、機関冷却水によって吸入空気が冷却される。一方、排気マニホルド5は排気ターボチャージャ7の排気タービン7bの入口に連結され、排気タービン7bの出口は排気後処理装置20に連結される。
Referring to FIG. 1, 1 is an engine body, 2 is a combustion chamber of each cylinder, 3 is an electronically controlled fuel injection valve for injecting fuel into each
排気マニホルド5と吸気マニホルド4とは排気ガス再循環(以下、EGRと称す)通路12を介して互いに連結され、EGR通路12内には電気制御式EGR制御弁13が配置される。また、EGR通路12周りにはEGR通路12内を流れるEGRガスを冷却するための冷却装置14が配置される。図1に示される実施例では機関冷却水が冷却装置14内に導かれ、機関冷却水によってEGRガスが冷却される。一方、各燃料噴射弁3は燃料供給管15を介してコモンレール16に連結される。このコモンレール16内へは電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ17から燃料が供給され、コモンレール16内に供給された燃料は各燃料供給管15を介して燃料噴射弁3に供給される。
The exhaust manifold 5 and the
排気後処理装置20は排気タービン7bの出口に連結された排気管21と、排気管21に連結された触媒コンバータ22と、触媒コンバータ22に連結された排気管23とを具備する。触媒コンバータ22内にはNOx吸蔵還元触媒24が配置される。触媒コンバータ22にはNOx吸蔵還元触媒24の温度Tcを検出するための温度センサ25が取り付けられ、排気管23には触媒コンバータ22から排出された排気ガスの空燃比AFを検出するための空燃比センサ26が取り付けられる。更に、排気管21には燃料添加弁28が取り付けられる。この燃料添加弁28にはコモンレール16から燃料が供給され、燃料添加弁28から排気管21内に燃料が添加される。本発明による実施例ではこの燃料は軽油からなる。なお、燃料添加弁28を排気マニホルド5に取り付けることもできる。
The
電子制御ユニット30はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス31によって互いに接続されたROM(リードオンリメモリ)32、RAM(ランダムアクセスメモリ)33、CPU(マイクロプロセッサ)34、入力ポート35及び出力ポート36を具備する。エアフローメータ8、温度センサ25、及び空燃比センサ26の出力信号はそれぞれ対応するAD変換器37を介して入力ポート35に入力される。また、アクセルペダル39には要求トルクTQを表すアクセルペダル39の踏み込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ40が接続され、負荷センサ40の出力電圧は対応するAD変換器37を介して入力ポート35に入力される。更に入力ポート35にはクランクシャフトが例えば15°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ41が接続される。CPU34ではクランク角センサ41からの出力パルスに基づいて機関回転数Neが算出される。一方、出力ポート36は対応する駆動回路38を介して燃料噴射弁3、スロットル弁10駆動装置、EGR制御弁13、燃料ポンプ17、及び燃料添加弁28に接続される。
The
本発明による実施例ではNOx吸蔵還元触媒24はハニカム構造をなしており、薄肉の隔壁により互いに分離された複数個の排気ガス流通路を具備する。各隔壁の両側表面上には例えばアルミナからなる触媒担体が担持されており、図2(A)及び(B)はこの触媒担体65の表面部分の断面を図解的に示している。図2(A)及び(B)に示されるように触媒担体65の表面上には貴金属触媒66が分散して担持されており、更に触媒担体65の表面上にはNOx吸収剤67の層が形成されている。なお、NOx吸蔵還元触媒24をパティキュレートフィルタ上に担持することもできる。
In the embodiment according to the present invention, the NOx
本発明による実施例では貴金属触媒66として白金Ptが用いられており、NOx吸収剤67を構成する成分としては例えばカリウムK、ナトリウムNa、セシウムCsのようなアルカリ金属、バリウムBa、カルシウムCaのようなアルカリ土類、ランタンLa、イットリウムYのような希土類から選ばれた少なくとも一つが用いられている。
In the embodiment according to the present invention, platinum Pt is used as the
機関吸気通路、燃焼室2及びNOx吸蔵還元触媒24上流の排気通路内に供給された空気及び燃料(炭化水素)の比を排気ガスの空燃比と称すると、NOx吸収剤67は排気ガスの空燃比がリーンのときにはNOxを吸収し、排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸収したNOxを放出するNOxの吸放出作用を行う。
When the ratio of air and fuel (hydrocarbon) supplied into the engine intake passage, the
すなわち、NOx吸収剤67を構成する成分としてバリウムBaを用いた場合を例にとって説明すると、排気ガスの空燃比がリーンのとき、すなわち排気ガス中の酸素濃度が高いときには排気ガス中に含まれるNOは図2(A)に示されるように白金Pt66上において酸化されてNO2となり、次いでNOx吸収剤67内に吸収されて酸化バリウムBaOと結合しながら硝酸イオンNO3 −の形でNOx吸収剤67内に拡散する。このようにしてNOxがNOx吸収剤67内に吸収される。排気ガス中の酸素濃度が高い限り白金Pt66の表面でNO2が生成され、NOx吸収剤67のNOx吸収能力が飽和しない限りNO2がNOx吸収剤67内に吸収されて硝酸イオンNO3 −が生成される。 That is, the case where barium Ba is used as a component constituting the NOx absorbent 67 will be described as an example. When the air-fuel ratio of the exhaust gas is lean, that is, when the oxygen concentration in the exhaust gas is high, the NO contained in the exhaust gas 2A is oxidized on platinum Pt66 to become NO 2 as shown in FIG. 2 (A), and then is absorbed into the NOx absorbent 67 and combined with barium oxide BaO to form a NOx absorbent in the form of nitrate ions NO 3 −. It diffuses in 67. In this way, NOx is absorbed in the NOx absorbent 67. Exhaust oxygen concentration in the gas, NO 2 is produced on a high as long as the surface of the platinum PT66, unless NO 2 to NOx absorbing capability of the NOx absorbent 67 is not saturated is absorbed in the NOx absorbent 67 nitrate ions NO 3 - is Generated.
これに対し、排気ガスの空燃比がリッチ又は理論空燃比にされると排気ガス中の酸化濃度が低下するために反応が逆方向(NO3 −→NO2)に進み、斯くして図2(B)に示されるようにNOx吸収剤67内の硝酸イオンNO3 −がNO2の形でNOx吸収剤67から放出される。次いで放出されたNOxは排気ガス中に含まれる未燃HC,COによって還元される。
On the other hand, when the air-fuel ratio of the exhaust gas is made rich or the stoichiometric air-fuel ratio, the oxidation concentration in the exhaust gas decreases, so that the reaction proceeds in the reverse direction (NO 3 − → NO 2 ). As shown in (B), nitrate ions NO 3 − in the
図1に示される内燃機関ではリーン空燃比のもとでの燃焼が継続して行われ、したがって排気ガスの空燃比はリーンであるのでこのとき排気ガス中のNOxはNOx吸収剤67内に吸収される。しかしながらリーン空燃比のもとでの燃焼が継続して行われるとその間にNOx吸収剤67のNOx吸収能力が飽和してしまい、斯くしてNOx吸収剤67によりNOxを吸収できなくなってしまう。そこで本発明による実施例ではNOx吸収剤67の吸収能力が飽和する前に燃料添加弁28から燃料を添加することによって排気ガスの空燃比を一時的にリッチにし、それによってNOx吸収剤67からNOxを放出させるようにしている。
In the internal combustion engine shown in FIG. 1, combustion is continuously performed under a lean air-fuel ratio. Therefore, the air-fuel ratio of the exhaust gas is lean, so that NOx in the exhaust gas is absorbed in the
すなわち、本発明による実施例では図3にXで示されるようにNOx量積算値ΣNOxが許容値MAXを越える毎に燃料添加弁28から燃料が添加され、NOx吸収剤67内に流入する排気ガスの空燃比がリッチに切り換えられる。この場合、燃料は燃料添加期間に亘り例えばパルス状に繰り返し添加される。一方、本発明による実施例ではNOx吸収剤67に単位時間当り吸収されるNOx量dNOxが要求トルクTQ及び機関回転数Nの関数として図4に示されるようなマップの形であらかじめROM32内に記憶されており、このNOx量dNOxを積算することによってNOx吸収剤67に吸収されているNOx量の積算値ΣNOxが算出される。燃料添加弁28からの燃料添加が行われるとNOx量積算値ΣNOxがゼロに戻される。
That is, in the embodiment according to the present invention, as shown by X in FIG. 3, every time the NOx integrated value ΣNOx exceeds the allowable value MAX, the fuel is added from the
さて、冒頭で述べたように、NOx吸蔵還元触媒24の温度Tcが低いときには排気ガス中の酸素濃度を十分に低下させることができない。そこで本発明による実施例では、触媒温度Tcがあらかじめ定められた設定温度よりも低いときにはNOx吸蔵還元触媒24を昇温するようにしている。
As described at the beginning, when the temperature Tc of the NOx
具体的には、本発明による実施例では燃料添加弁28からの燃料添加期間の前期に第1の昇温制御が行われ、燃料添加期間の後期に第2の昇温制御が行われる。すなわち、図5(A)にXで示されるように燃料添加弁28からの燃料添加が開始されるとまず第1の昇温制御が行われ、次いでYで示されるように第1の昇温制御が停止されると第2の昇温制御が開始され、次いでZで示されるように燃料添加が完了されると第2の昇温制御も完了される。次に、これら第1の昇温制御及び第2の昇温制御について説明する。
Specifically, in the embodiment according to the present invention, the first temperature rise control is performed in the first half of the fuel addition period from the
第1の昇温制御では、比較的多量の酸素存在下でNOx吸蔵還元触媒24が昇温される。すなわち、NOx吸蔵還元触媒24が昇温されると添加燃料の酸化反応が促進され、このとき発生する酸化熱でもってNOx吸蔵還元触媒24が更に昇温され、添加燃料の酸化反応が更に促進される。この場合、NOx吸蔵還元触媒24への流入排気ガス中に多量の酸素が存在していると、NOx吸蔵還元触媒24への流入排気ガスの空燃比がリッチであっても、添加燃料の酸化反応が比較的容易に促進され、斯くして添加燃料の酸化反応速度が急激にかつ大幅に増大される。
In the first temperature increase control, the NOx
図6(A)は触媒温度Tcが設定温度TXよりも低いときに燃料添加を行った場合におけるNOx吸蔵還元触媒24からの排出排気ガスの空燃比AFの実験結果を示している。多量の酸素存在下でNOx吸蔵還元触媒24を昇温させると図6(A)に実線で示されるように、排気ガスの空燃比AFは急激にかつ大幅に低下し、排気ガスの空燃比AFの下向きのピーク値AFPは、理論空燃比よりもリッチに設定された設定空燃比AFXを越えてリッチになる。また、排気ガスの空燃比AFはリッチ時間tRだけ、設定空燃比AFXを越えてリッチになっている。したがって、排気ガス中の酸素濃度が十分に低下されていることがわかる。これに対し、NOx吸蔵還元触媒24の昇温制御が行われないと図6(A)に破線で示されるように、排気ガスの空燃比ピーク値AFPは設定空燃比AFXよりもリーンのままであり、排気ガス中の酸素濃度は十分に低下されない。
FIG. 6A shows the experimental results of the air-fuel ratio AF of the exhaust gas exhausted from the NOx
一方、第2の昇温制御では、比較的少量の酸素存在下でNOx吸蔵還元触媒24が昇温される。このようにすると、昇温しない場合に比べて添加燃料の酸化反応速度が高められるけれども、第1の昇温制御が行われる場合に比べると酸化反応速度が抑制される。その結果、排気ガス中の酸素濃度は第1の昇温制御が行われる場合に比べて若干高くなるけれども、長時間に亘って比較的低く保持される。
On the other hand, in the second temperature increase control, the NOx
図6(A)及び(B)は触媒温度Tcが設定温度TXよりも低いときに燃料添加を行った場合におけるNOx吸蔵還元触媒24からの排出排気ガスの空燃比AFの実験結果を示している。図6(A)及び(B)において、点線はNOx吸蔵還元触媒24の昇温制御を行わない場合を、破線は第1の昇温制御のみを定常的に行った場合を、実線は第2の昇温制御のみを定常的に行った場合を、それぞれ示している。第1の昇温制御が行われると図6(A)及び(B)に破線で示されるように、排気ガスの空燃比AFは急激にかつ大幅に低下し、排気ガスの空燃比AFの下向きのピーク値AFPは設定空燃比AFXを越えてリッチになる。また、排気ガスの空燃比AFはリッチ時間tRだけ、設定空燃比AFXを越えてリッチになる。したがって、排気ガス中の酸素濃度が十分に低下されていることがわかる。これに対し、昇温制御が行われないと図6(A)に点線で示されるように、排気ガスの空燃比ピーク値AFPは設定空燃比AFXよりもリーンのままであり、排気ガス中の酸素濃度は十分に低下されない。
FIGS. 6A and 6B show the experimental results of the air-fuel ratio AF of the exhaust gas exhausted from the NOx
また、第2の昇温制御が行われると図6(B)に実線で示されるように、第1の昇温制御が行われる場合に比べて排気ガスの空燃比のピーク値AFPが大きくなり、しかしながらリッチ時間tRが長くなる。 Further, when the second temperature raising control is performed, as shown by the solid line in FIG. 6B, the peak value AFP of the exhaust gas air-fuel ratio becomes larger than when the first temperature raising control is performed. However, the rich time tR becomes longer.
そこで本発明による実施例では、燃料添加弁28からの燃料添加期間の前期に第1の昇温制御を行い、排気ガス中の酸素濃度が速やかにかつ十分に低下されるようにしている。次いで、第2の昇温制御に切り換え、排気ガス中の酸素濃度が長時間に亘って低く維持されるようにしている。その結果、触媒温度Tcが低いときにも排気ガス中の酸素濃度を長時間に亘って十分に低く維持することができ、したがってNOx吸蔵還元触媒24からNOxを確実にかつ十分に放出させることができるようになる。また、図5に示されるように燃料添加に同期してNOx吸蔵還元触媒24の昇温を行うことによって、NOx吸蔵還元触媒24を継続的に昇温する場合に比べて、触媒昇温に必要なエネルギ量を大幅に低減することができる。
Therefore, in the embodiment according to the present invention, the first temperature rise control is performed in the first half of the fuel addition period from the
第1の昇温制御としては様々な方法がある。例えば、NOx吸蔵還元触媒24に電気ヒータを取り付けてNOx吸蔵還元触媒24を加熱する方法や、NOx吸蔵還元触媒24で補助燃料を燃焼させることによりNOx吸蔵還元触媒24を昇温する方法や、NOx吸蔵還元触媒24への流入排気ガスを昇温する方法がある。NOx吸蔵還元触媒24で補助燃料を燃焼させる方法としては、例えば図7(A)に示されるように圧縮上死点(TDC)周りで行われる主噴射Qmに加えて機関膨張行程末期又は排気行程中に燃料噴射弁3から補助燃料Qaが噴射される。この補助燃料Qaは燃焼室2又はNOx吸蔵還元触媒24上流の排気通路内で部分的に酸化され、その結果NOx吸蔵還元触媒24に活性化された補助燃料が供給されるので、NOx吸蔵還元触媒24で比較的容易に燃焼される。一方、NOx吸蔵還元触媒24への流入排気ガスを昇温する方法としては、例えば図7(B)に示されるように膨張行程初期から中期に燃料噴射弁3から補助燃料Qaが噴射される。この補助燃料Qaは燃焼室2又はNOx吸蔵還元触媒24上流の排気通路内で燃焼し、斯くして排気ガスが昇温される。
There are various methods for the first temperature rise control. For example, a method of heating the NOx
一方、第2の昇温制御としても様々な方法があり、例えばEGRガスを増量補正することにより減量された酸素存在下でNOx吸蔵還元触媒24を昇温する方法や、新気量を減量補正することにより減量された酸素存在下でNOx吸蔵還元触媒24を昇温する方法がある。この場合、EGR制御弁13の開度を増大補正したり、スロットル弁10の開度を減少制御したりすることができる。この点を考えると、第1の昇温制御ではEGRガスの増量補正や新気量の減量補正を行うことなくNOx吸蔵還元触媒24が昇温されるということができる。あるいは、第1の昇温制御では添加燃料の参加反応速度が抑制されることなくNOx吸蔵還元触媒24が昇温され、第2の昇温制御では添加燃料の酸化反応速度が抑制されながらNOx吸蔵還元触媒24が昇温されるという見方もできる。
On the other hand, there are various methods for the second temperature increase control, for example, a method of increasing the temperature of the NOx
ところで、昇温制御を行わなくても添加燃料が行われたときの排気ガスの空燃比AFが十分にリッチになっていれば第1の昇温制御を行う必要がない。また、このときのリッチ時間tRが十分に長ければ第2の昇温制御を行う必要もなく、リッチ時間tRが短ければ第2の昇温制御のみを行えば足りる。同様に、第1の昇温制御のみを行ったときのリッチ時間tRが十分に長ければ第2の昇温制御を行う必要がない。 By the way, even if the temperature increase control is not performed, if the air-fuel ratio AF of the exhaust gas when the added fuel is performed is sufficiently rich, it is not necessary to perform the first temperature increase control. Further, if the rich time tR at this time is sufficiently long, it is not necessary to perform the second temperature increase control, and if the rich time tR is short, it is sufficient to perform only the second temperature increase control. Similarly, if the rich time tR when only the first temperature increase control is performed is sufficiently long, it is not necessary to perform the second temperature increase control.
そこで本発明による実施例では、触媒温度Tcが設定温度TXよりも低いときには、まず昇温制御を行うことなく燃料添加が行われ、このときの排気ガスの空燃比のピーク値AFPが設定空燃比AFXよりもリーンのときには、次の燃料添加の際に図8(A)に示されるように第1の昇温制御のみが行われる。その上で、燃料添加の際に第1の昇温制御のみが行われたときのリッチ時間tRがあらかじめ定められた設定時間tXよりも短いときには、図5に示されるように第1の昇温制御及び第2の昇温制御が行われる。 Therefore, in the embodiment according to the present invention, when the catalyst temperature Tc is lower than the set temperature TX, the fuel addition is performed without first performing the temperature rise control, and the peak value AFP of the exhaust gas air-fuel ratio at this time is the set air-fuel ratio. When the fuel is leaner than AFX, only the first temperature raising control is performed as shown in FIG. In addition, when the rich time tR when only the first temperature raising control is performed at the time of fuel addition is shorter than a predetermined set time tX, the first temperature raising is performed as shown in FIG. Control and second temperature rise control are performed.
一方、昇温制御を行うことなく燃料添加が行われたときの排気ガスの空燃比のピーク値AFPが設定空燃比AFXよりもリッチであれば、次の燃料添加の際に第1の昇温制御は行われない。しかしながら、このときのリッチ時間tRが設定時間tXよりも短いときには、次の燃料添加の際に図8(B)に示されるように第2の昇温制御のみが行われる。 On the other hand, if the peak value AFP of the air-fuel ratio of the exhaust gas when the fuel addition is performed without performing the temperature increase control is richer than the set air-fuel ratio AFX, the first temperature increase is performed at the next fuel addition. There is no control. However, when the rich time tR at this time is shorter than the set time tX, only the second temperature raising control is performed as shown in FIG. 8B at the next fuel addition.
図9(A)は第1の昇温制御の別の実施例を示しており、図9(B)は第2の昇温制御の別の実施例を示している。図9(A)に示される例では燃料添加が開始されるのに先立って第1の昇温制御が開始される。一方、図9(B)に示される例では燃料添加が完了しても第2の昇温制御は継続され、その後完了される。 FIG. 9A shows another example of the first temperature rise control, and FIG. 9B shows another example of the second temperature rise control. In the example shown in FIG. 9A, the first temperature rise control is started prior to the start of fuel addition. On the other hand, in the example shown in FIG. 9B, even if the fuel addition is completed, the second temperature rise control is continued and then completed.
図10にNOx放出制御ルーチンを示す。このルーチンはあらかじめ定められた設定時間毎の割り込みによって実行される。 FIG. 10 shows a NOx release control routine. This routine is executed by interruption every predetermined time.
図10を参照するとまず初めにステップ100ではNOx吸収剤67に吸収されているNOx量ΣNOxが算出される。本発明による実施例では、図4に示すマップから単位時間当り吸収されるNOx量dNOxが算出され、このdNOxがNOx吸収剤67に吸収されているNOx量ΣNOxに加算される。次いでステップ101では吸収NOx量ΣNOXが許容値MAXを越えたか否かが判別され、ΣNOX>MAXとなったときにはステップ102に進み、触媒温度Tcが設定温度TXよりも低いか否かが判別される。Tc≧TXのときには次いでステップ103に進み、昇温制御を行うことなく燃料添加が行われる。次いでステップ110に進む。これに対しTc<TXのときには次いでステップ104に進み、第2の昇温フラグX2がセットされているか否かが判別される。この第2の昇温フラグX2は第2の昇温制御を行うべきときにセットされ(X2=1)、それ以外はリセットされるものである(X2=0)。第2の昇温フラグX2がリセットされているときには次いでステップ104に進み、第1の昇温フラグX1がセットされているか否かが判別される。この第1の昇温フラグX1は第1の昇温制御を行うべきときにセットされ(X1=1)、それ以外はリセットされるものである(X1=0)。第1の昇温フラグX1がリセットされているときには次いでステップ103に進み、昇温制御を行うことなく燃料添加が行われる。次いでステップ110に進む。これに対し、第1の昇温フラグX1がセットされているときにはステップ105からステップ106に進み、燃料添加が行われると共に第1の昇温制御のみが行われる。次いでステップ110に進む。
Referring to FIG. 10, first, at
一方、第2の昇温フラグX2がセットされているときにはステップ104からステップ107に進み、第1の昇温フラグX1がセットされているか否かが判別される。第1の昇温フラグX1がリセットされているときには次いでステップ108に進み、燃料添加が行われると共に第2の昇温制御のみが行われる。次いでステップ110に進む。これに対し、第1の昇温フラグX1がセットされているときにはステップ107からステップ109に進み、燃料添加が行われると共に第1の昇温制御及び第2の昇温制御が行われる。次いでステップ110に進む。
On the other hand, when the second temperature increase flag X2 is set, the routine proceeds from
ステップ110ではNOx量積算値ΣNOxがクリアされる(ΣNOx=0)。
In
図11にフラグ制御ルーチンを示す。このルーチンはあらかじめ定められた設定時間毎の割り込みによって実行される。 FIG. 11 shows a flag control routine. This routine is executed by interruption every predetermined time.
図11を参照するとまず初めにステップ120では燃料添加弁28から燃料添加が行われたか否かが判別される。燃料添加が行われたときにはステップ121に進み、第1の昇温フラグX1がセットされているか否かが判別される。第1の昇温フラグX1がリセットされているときには次いでステップ122に進み、排気ガスの空燃比のピーク値AFPが検出される。続くステップ123では、検出されたピーク値AFPが設定空燃比AFXよりも大きいか否かが判別される。AFP>AFXのときすなわちピーク値AFPが設定空燃比AFXよりもリーンのときには次いでステップ124に進み、第1の昇温フラグX1がセットされる。
Referring to FIG. 11, first, at
これに対し、ステップ121において第1の昇温フラグX1がセットされているとき、又はステップ123においてAFP≦AFXのときすなわちピーク値AFPが設定空燃比AFXよりもリッチのときには次いでステップ125に進み、リッチ時間tRが検出される。続くステップ126ではリッチ時間tRが設定時間tRXよりも短いか否かが判断される。tR<tRXのときには次いでステップ127に進み、第2の昇温フラグX2がセットされる。すなわち、ステップ121からステップ125に進んだときには第1の昇温フラグX1及び第2の昇温フラグX2がセットされ、ステップ123からステップ125に進んだときには第2の昇温フラグのみがセットされる。一方、tR≧tRXのときにはステップ126からステップ128に進み、第1の昇温フラグX1及び第2の昇温フラグX2が共にリセットされる。
On the other hand, when the first temperature increase flag X1 is set at
ところで、機関運転時間が長くなると、NOx吸蔵還元触媒24が次第に劣化し、その結果例えば第1の昇温制御をただ単に行っても、排気ガスの空燃比のピーク値AFPを設定空燃比AFXよりもリッチにすることができなくなるおそれがある。
By the way, as the engine operation time becomes longer, the NOx
そこで、NOx吸蔵還元触媒24の劣化度合いを検出し、NOx吸蔵還元触媒24の劣化度合いが大きいときには小さいときに比べて、第1の昇温制御においてNOx吸蔵還元触媒24に印加されるエネルギ量を多くするようにすることもできる。
Therefore, the degree of deterioration of the NOx
すなわち、図12(A)に示される例では、NOx吸蔵還元触媒24の劣化度合いDDが大きくなると第1の昇温制御における印加エネルギ量E1が直線的に大きくされる。図12(B)に示される例では、NOx吸蔵還元触媒24の劣化度合いDDが閾値DD1を越えるまでは印加エネルギ量E1は一定に維持され、劣化度合いDDが閾値DD1を越えると印加エネルギE1がステップ状に増大され、劣化度合いDDが更に大きくなると印加エネルギ量E1が直線的に大きくされる。図12(C)に示される例では、劣化度合いDDが閾値を越えるまでは印加エネルギE1は一定に維持され、劣化度合いDDが閾値を越える毎に印加エネルギE1がステップ状に増大される。
That is, in the example shown in FIG. 12A, when the deterioration degree DD of the NOx
ここで、第1の昇温制御における印加エネルギの増大補正は例えば電気ヒータにおける通電量、又は補助燃料Qa(図7(A),7(B)参照)の量を増大補正することによって行われる。また、NOx吸蔵還元触媒24の劣化度合いDDはどのように検出してもよく、例えば補助燃料Qaが供給され又は添加燃料が添加されたときの触媒温度Tcの上昇幅や、排気ガスの空燃比AFの挙動などに基づいて検出することができる。
Here, the increase correction of the applied energy in the first temperature raising control is performed, for example, by increasing and correcting the energization amount in the electric heater or the amount of the auxiliary fuel Qa (see FIGS. 7A and 7B). . Further, the deterioration degree DD of the NOx
5 排気マニホルド
20 排気後処理装置
21,23 排気管
24 NOx吸蔵還元触媒
28 燃料添加弁
5
Claims (2)
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|---|---|---|---|
| JP2006306549A JP2008121562A (en) | 2006-11-13 | 2006-11-13 | Exhaust gas purification device for internal combustion engine |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP2006306549A JP2008121562A (en) | 2006-11-13 | 2006-11-13 | Exhaust gas purification device for internal combustion engine |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| JP2008121562A true JP2008121562A (en) | 2008-05-29 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2006306549A Pending JP2008121562A (en) | 2006-11-13 | 2006-11-13 | Exhaust gas purification device for internal combustion engine |
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2006
- 2006-11-13 JP JP2006306549A patent/JP2008121562A/en active Pending
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