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JP2008232058A - Exhaust gas purification device for internal combustion engine - Google Patents

Exhaust gas purification device for internal combustion engine Download PDF

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JP2008232058A
JP2008232058A JP2007074700A JP2007074700A JP2008232058A JP 2008232058 A JP2008232058 A JP 2008232058A JP 2007074700 A JP2007074700 A JP 2007074700A JP 2007074700 A JP2007074700 A JP 2007074700A JP 2008232058 A JP2008232058 A JP 2008232058A
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JP
Japan
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catalyst
nox
deterioration
nox reduction
addition
Prior art date
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Pending
Application number
JP2007074700A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takahiro Kiyofuji
高宏 清藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
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  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)
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Abstract

【課題】エンジンの排気通路にNOx吸蔵触媒を設けた排気浄化装置において、触媒劣化時及び触媒未劣化時における燃費・HC排出量・NOx排出量の最適化を図る。
【解決手段】現在のNOx還元添加A/F波形の所定の時間範囲の面積Sxを算出し、その算出した面積Sxと、予め設定された未劣化時の空燃比波形の前記時間範囲の面積(基準面積So)との面積差ΔSを求め、この面積差ΔSに基づいてNOx吸蔵触媒の触媒劣化を判定する。そして、そのNOx還元添加A/F波形に基づく判定結果が触媒劣化であるときには、触媒劣化時に適したNOx還元添加量・添加インターバルを設定し、NOx吸蔵触媒が未劣化状態であるときには、NOx還元添加量を触媒劣化時に対して小さく設定し、NOx還元添加インターバルを触媒劣化時に対して長く設定することで、触媒未劣化時における燃費悪化・HC増加を回避する。
【選択図】図3
In an exhaust emission control device provided with a NOx storage catalyst in an exhaust passage of an engine, optimization of fuel consumption, HC emission amount, and NOx emission amount when the catalyst is deteriorated and when the catalyst is not deteriorated is achieved.
An area Sx of a predetermined time range of a current NOx reduction addition A / F waveform is calculated, and the calculated area Sx and an area of the time range of a previously set air-fuel ratio waveform at the time of undeteriorated ( An area difference ΔS with respect to the reference area So) is obtained, and catalyst deterioration of the NOx storage catalyst is determined based on the area difference ΔS. When the determination result based on the NOx reduction addition A / F waveform is catalyst deterioration, a NOx reduction addition amount / addition interval suitable for catalyst deterioration is set. When the NOx storage catalyst is in an undeteriorated state, NOx reduction is performed. By setting the addition amount small with respect to the catalyst deterioration and setting the NOx reduction addition interval longer with respect to the catalyst deterioration, it is possible to avoid deterioration in fuel consumption and increase in HC when the catalyst is not deteriorated.
[Selection] Figure 3

Description

本発明は、内燃機関(以下、エンジンともいう)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 (hereinafter also referred to as an engine).

一般に、ディーゼルエンジン等のように希薄燃焼を行うエンジンでは、高い空燃比(リーン雰囲気)の混合気を燃焼させる運転領域が全運転領域の大部分を占めている。このため、この種のエンジンの排気通路に、排気ガス中に含まれる窒素酸化物(以下、NOxという)を吸蔵(吸収)するためのNOx吸蔵触媒を配置して排気ガスを浄化するようにしている。NOx吸蔵触媒としては、例えばNSR(NOx Storage Reduction)触媒や、DPNR(Diesel Particulate−NOx Reduction system)触媒などが用いられている。   In general, in an engine that performs lean combustion, such as a diesel engine, an operation region in which an air-fuel mixture with a high air-fuel ratio (lean atmosphere) is burned occupies most of the entire operation region. Therefore, a NOx storage catalyst for storing (absorbing) nitrogen oxide (hereinafter referred to as NOx) contained in the exhaust gas is disposed in the exhaust passage of this type of engine so as to purify the exhaust gas. Yes. As the NOx storage catalyst, for example, an NSR (NOx Storage Reduction) catalyst, a DPNR (Diesel Particulate-NOx Reduction system) catalyst, or the like is used.

NOx吸蔵触媒は、排気空燃比(A/F)がリーンである場合つまり周囲の雰囲気が高酸素濃度状態である場合には排気中のNOxを吸蔵する。一方、排気空燃比がリッチ側になった場合、詳しくは、周囲の雰囲気が低酸素濃度状態となり、かつ、排気中に炭化水素(HC)や一酸化炭素(CO)などの未燃燃料成分を含む状態になった場合には、NOx吸蔵触媒は吸蔵しているNOxを放出及び還元する。具体的には、酸素濃度の低下によってNOx吸蔵触媒に吸蔵されているNOxが放出され、放出されたNOxが排気に含まれる未燃燃料成分との反応によって還元浄化される。   The NOx storage catalyst stores NOx in the exhaust when the exhaust air-fuel ratio (A / F) is lean, that is, when the surrounding atmosphere is in a high oxygen concentration state. On the other hand, when the exhaust air-fuel ratio becomes rich, more specifically, the surrounding atmosphere is in a low oxygen concentration state, and unburned fuel components such as hydrocarbon (HC) and carbon monoxide (CO) are contained in the exhaust. In the case where the NOx storage catalyst is included, the NOx storage catalyst releases and reduces the stored NOx. Specifically, NOx occluded in the NOx occlusion catalyst is released as the oxygen concentration decreases, and the released NOx is reduced and purified by reaction with unburned fuel components contained in the exhaust gas.

このようなNOx吸蔵触媒において、熱負荷・硫黄被毒(S被毒)によって触媒が劣化し、NOx吸蔵量が飽和状態に達した場合には、NOxを還元させてNOx吸蔵触媒を回復させる必要がある。NOxを還元させる方法としては、NOx吸蔵触媒の上流側の排気通路にNOx還元剤(軽油等の燃料)を所定のNOx還元添加量・添加インターバルで間欠的に添加することにより、触媒コンバータ内の酸素濃度を低下させ、余剰な炭化水素や一酸化炭素などを還元剤としてNOxの還元を促進させる処理(NOx還元処理)が行われている(例えば、特許文献1及び2参照)。
特開2006−258047号公報 特開2005−105871号公報 特開2006−138273号公報
In such a NOx occlusion catalyst, when the catalyst deteriorates due to heat load / sulfur poisoning (S poisoning) and the NOx occlusion amount reaches a saturated state, it is necessary to reduce the NOx and recover the NOx occlusion catalyst. There is. As a method of reducing NOx, a NOx reducing agent (fuel such as light oil) is intermittently added to the exhaust passage upstream of the NOx storage catalyst at a predetermined NOx reduction addition amount / addition interval to thereby reduce the NOx storage catalyst. A process (NOx reduction process) that promotes the reduction of NOx by reducing the oxygen concentration and using excess hydrocarbon, carbon monoxide, or the like as a reducing agent (for example, see Patent Documents 1 and 2).
JP 2006-258047 A JP 2005-105881 A JP 2006-138273 A

ところで、現状のNOx還元処理において、NOx還元添加量・添加インターバルは触媒劣化時についてのみ適合されている。このため、NOx吸蔵触媒が未劣化状態で、NOx還元性能が高い状態であるのにも関わらず、触媒劣化時と同等の条件でNOx還元処理が実施されてしまうので、触媒未劣化時の燃費悪化・HC増加が懸念される。   By the way, in the current NOx reduction process, the NOx reduction addition amount / addition interval is adapted only when the catalyst is deteriorated. For this reason, since the NOx storage catalyst is in an undegraded state and the NOx reduction performance is high, the NOx reduction process is performed under the same conditions as when the catalyst is deteriorated. There are concerns about deterioration and an increase in HC.

本発明はそのような実情を考慮してなされたもので、排気通路にNOx吸蔵触媒が設けられ、そのNOx吸蔵触媒の上流側の排気通路にNOx還元剤を添加する内燃機関の排気浄化装置において、触媒劣化時及び触媒未劣化時における燃費・HC排出量・NOx排出量の最適化を図ることを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and is provided in an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine in which an NOx storage catalyst is provided in an exhaust passage and a NOx reducing agent is added to an exhaust passage upstream of the NOx storage catalyst. An object is to optimize fuel consumption, HC emission amount, and NOx emission amount when the catalyst is deteriorated and when the catalyst is not deteriorated.

本発明(第1の発明)は、内燃機関の排気通路に設けられたNOx吸蔵触媒と、前記NOx吸蔵触媒の上流側の排気通路にNOx還元剤を添加するとともに、そのNOx還元剤の添加量・添加インターバルを設定するNOx還元処理手段と、前記NOx吸蔵触媒よりも下流側の排気の空燃比を検出する空燃比センサとを備えた内燃機関の排気浄化装置を前提とする。このような排気浄化装置において、前記空燃比センサの出力波形に基づいて前記NOx吸蔵触媒の劣化を判定する劣化判定手段を設け、その劣化判定手段による判定結果が触媒劣化であるときには、触媒劣化時に適したNOx還元添加量・添加インターバルを設定し、前記劣化判定手段による判定結果が触媒未劣化であるときには、NOx還元添加量を前記触媒劣化時よりも小さく設定し、NOx還元添加インターバルを前記触媒劣化時よりも長く設定することを特徴としている。   According to the present invention (first invention), a NOx storage catalyst provided in an exhaust passage of an internal combustion engine, an NOx reducing agent added to an exhaust passage upstream of the NOx storage catalyst, and an addition amount of the NOx reducing agent An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, which includes a NOx reduction processing means for setting an addition interval and an air-fuel ratio sensor for detecting an air-fuel ratio of exhaust gas downstream of the NOx storage catalyst, is assumed. In such an exhaust purification device, a deterioration determination means for determining deterioration of the NOx storage catalyst based on the output waveform of the air-fuel ratio sensor is provided, and when the determination result by the deterioration determination means is catalyst deterioration, Appropriate NOx reduction addition amount / addition interval is set. When the determination result by the deterioration determining means is that the catalyst is not deteriorated, the NOx reduction addition amount is set smaller than that at the time of catalyst deterioration, and the NOx reduction addition interval is set to the catalyst. It is characterized in that it is set longer than at the time of deterioration.

この発明の具体的な構成として、前記空燃比センサの出力波形(現在のNOx還元添加A/F波形)の所定の時間範囲の面積を算出し、その算出した面積と、予め設定された未劣化時の空燃比波形の前記時間範囲の面積(基準面積)との面積差を求め、この面積差に基づいてNOx吸蔵触媒の触媒劣化を判定するという構成を挙げることができる。より具体的には、現在のNOx還元添加A/F波形の所定時間範囲(例えば、A/F波形がリーン→リッチに変化する領域を含む時間範囲)の面積と、触媒新品時に採取した基準面積との面積差が所定の判定値よりも大きいときに触媒劣化と判定するという構成を挙げることができる。   As a specific configuration of the present invention, an area of a predetermined time range of the output waveform of the air-fuel ratio sensor (current NOx reduction addition A / F waveform) is calculated, and the calculated area and preset undeteriorated An example is a configuration in which an area difference from an area (reference area) of the time range of the hourly air-fuel ratio waveform is obtained, and catalyst deterioration of the NOx storage catalyst is determined based on the area difference. More specifically, an area of a predetermined time range of the current NOx reduction addition A / F waveform (for example, a time range including a region where the A / F waveform changes from lean to rich) and a reference area collected when the catalyst is new. A configuration in which catalyst deterioration is determined when the area difference between and is larger than a predetermined determination value.

この発明によれば、空燃比センサの出力波形(NOx還元添加A/F波形)に基づいてNOx吸蔵触媒が触媒劣化または触媒未劣化のいずれの状態であるのかを判定し、NOx吸蔵触媒が劣化状態であるときには、その触媒劣化に適したNOx還元添加量・添加インターバルで添加剤を添加するので、触媒劣化時における燃費・HC排出量・NOx排出量を最適化することができる。また、NOx吸蔵触媒が未劣化状態であるときには、NOx還元添加量を触媒劣化時に対して小さく設定し、NOx還元添加インターバルを触媒劣化時に対して長く設定するので、触媒未劣化時における燃費悪化・HC増加を回避することができる。これによって、NOx吸蔵触媒の未劣化時における燃費・HC排出量・NOx排出量の最適化も実現可能になる。   According to the present invention, it is determined whether the NOx storage catalyst is in a catalyst deterioration state or a catalyst undegraded state based on the output waveform (NOx reduction addition A / F waveform) of the air-fuel ratio sensor, and the NOx storage catalyst is deteriorated. In this state, the additive is added at the NOx reduction addition amount / addition interval suitable for the catalyst deterioration, so that the fuel consumption, HC emission amount, and NOx emission amount at the time of catalyst deterioration can be optimized. Further, when the NOx storage catalyst is in an undegraded state, the NOx reduction addition amount is set to be smaller than that at the time of catalyst deterioration, and the NOx reduction addition interval is set to be longer than that at the time of catalyst deterioration. An increase in HC can be avoided. Thereby, optimization of fuel consumption, HC emission amount, and NOx emission amount when the NOx storage catalyst is not deteriorated can be realized.

また、本発明(第2の発明)は、内燃機関の排気通路に設けられたNOx吸蔵触媒と、前記NOx吸蔵触媒の上流側の排気通路にNOx還元剤を添加するとともに、そのNOx還元剤の添加量・添加インターバルを設定するNOx還元処理手段とを備えた内燃機関の排気浄化装置を前提とする。このような排気浄化装置において、前記NOx吸蔵触媒の触媒熱履歴に基づいて当該NOx吸蔵触媒の劣化を判定する劣化判定手段を設け、その劣化判定手段による判定結果が触媒劣化であるときには、触媒劣化時に適したNOx還元添加量・添加インターバルを設定し、前記劣化判定手段による判定結果が触媒未劣化であるときには、NOx還元添加量を前記触媒劣化時よりも小さく設定し、NOx還元添加インターバルを前記触媒劣化時よりも長く設定することを特徴としている。   Further, the present invention (second invention) adds a NOx occlusion catalyst provided in an exhaust passage of an internal combustion engine, an NOx reducing agent to an exhaust passage upstream of the NOx occlusion catalyst, and the NOx reducing agent. An exhaust purification device for an internal combustion engine provided with NOx reduction processing means for setting an addition amount and an addition interval is assumed. In such an exhaust purification device, a deterioration determining means for determining deterioration of the NOx storage catalyst based on the catalyst thermal history of the NOx storage catalyst is provided, and when the determination result by the deterioration determination means is catalyst deterioration, the catalyst deterioration NOx reduction addition amount / addition interval suitable for the time is set, and when the determination result by the deterioration determining means is that the catalyst is not deteriorated, the NOx reduction addition amount is set smaller than the catalyst deterioration time, and the NOx reduction addition interval is set to It is characterized in that it is set longer than when the catalyst is deteriorated.

この発明の具体的な構成として、NOx吸蔵触媒の触媒床温を推定し、その推定した触媒床温の積算値が所定値よりも大きいときに触媒劣化であると判定するという構成を挙げることができる。なお、触媒床温の積算値とは、例えば、触媒床温に、その温度が持続した時間を乗じたものを積算した値である。   As a specific configuration of the present invention, there is a configuration in which the catalyst bed temperature of the NOx storage catalyst is estimated, and it is determined that the catalyst is deteriorated when the integrated value of the estimated catalyst bed temperature is larger than a predetermined value. it can. The integrated value of the catalyst bed temperature is, for example, a value obtained by integrating the catalyst bed temperature multiplied by the time during which the temperature has been maintained.

この発明によれば、NOx吸蔵触媒の触媒熱履歴(具体的には、NOx吸蔵触媒の触媒床温の積算値)に基づいて、NOx吸蔵触媒が触媒劣化または触媒未劣化のいずれの状態であるのかを判定し、NOx吸蔵触媒が劣化状態であるときには、その触媒劣化に適したNOx還元添加量・添加インターバルで添加剤を添加するので、触媒劣化時における燃費・HC排出量・NOx排出量を最適化することができる。また、NOx吸蔵触媒が未劣化状態であるときには、NOx還元添加量を触媒劣化時に対して小さく設定し、NOx還元添加インターバルを触媒劣化時に対して長く設定するので、触媒未劣化時における燃費悪化・HC増加を回避することができる。これによって、NOx吸蔵触媒の未劣化時における燃費・HC排出量・NOx排出量の最適化も実現可能になる。   According to the present invention, based on the catalyst heat history of the NOx storage catalyst (specifically, the integrated value of the catalyst bed temperature of the NOx storage catalyst), the NOx storage catalyst is in a state of catalyst deterioration or catalyst undeterioration. When the NOx storage catalyst is in a deteriorated state, the additive is added at the NOx reduction addition amount / addition interval suitable for the catalyst deterioration, so the fuel consumption, HC emission amount, and NOx emission amount at the time of catalyst deterioration can be calculated. Can be optimized. Further, when the NOx storage catalyst is in an undegraded state, the NOx reduction addition amount is set to be smaller than that at the time of catalyst deterioration, and the NOx reduction addition interval is set to be longer than that at the time of catalyst deterioration. An increase in HC can be avoided. Thereby, optimization of fuel consumption, HC emission amount, and NOx emission amount when the NOx storage catalyst is not deteriorated can be realized.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

−エンジン−
本発明を適用するディーゼルエンジンの概略構成を図1を参照して説明する。
-Engine-
A schematic configuration of a diesel engine to which the present invention is applied will be described with reference to FIG.

この例のディーゼルエンジン1(以下、「エンジン1」という)は、例えばコモンレール式筒内直噴4気筒エンジンであって、燃料供給系2、燃焼室3、吸気系6、及び、排気系7などを主要部として構成されている。   A diesel engine 1 (hereinafter referred to as “engine 1”) in this example is, for example, a common rail in-cylinder direct injection four-cylinder engine, and includes a fuel supply system 2, a combustion chamber 3, an intake system 6, an exhaust system 7, and the like. Is configured as the main part.

燃料供給系2は、サプライポンプ21、コモンレール22、インジェクタ(燃料噴射弁)23、遮断弁24、燃料添加弁25、燃圧制御弁26、燃料調量弁27、機関燃料通路28、及び、添加燃料通路29などを備えている。   The fuel supply system 2 includes a supply pump 21, a common rail 22, an injector (fuel injection valve) 23, a shutoff valve 24, a fuel addition valve 25, a fuel pressure control valve 26, a fuel metering valve 27, an engine fuel passage 28, and an added fuel. A passage 29 and the like are provided.

サプライポンプ21は、燃料タンクから燃料を汲み上げ、この汲み上げた燃料を高圧にした後、機関燃料通路28を介してコモンレール22に供給する。コモンレール22は、サプライポンプ21から供給された高圧燃料を所定圧力に保持(蓄圧)する蓄圧室としての機能を有し、この蓄圧した燃料を各インジェクタ23に分配する。インジェクタ23は所定電圧が印加されたときに開弁して、燃焼室3内に燃料を噴射供給する電磁駆動式の開閉弁である。   The supply pump 21 pumps fuel from the fuel tank, makes the pumped fuel high pressure, and then supplies the pumped fuel to the common rail 22 via the engine fuel passage 28. The common rail 22 has a function as a pressure accumulation chamber that holds (accumulates) the high-pressure fuel supplied from the supply pump 21 at a predetermined pressure, and distributes the accumulated fuel to the injectors 23. The injector 23 is an electromagnetically driven on-off valve that opens when a predetermined voltage is applied and injects fuel into the combustion chamber 3.

また、サプライポンプ21は、燃料タンクから汲み上げた燃料の一部を、添加燃料通路29を介して燃料添加弁25に供給する。燃料添加弁25は、所定電圧が印加されたときに開弁して、排気系7の排気ポート71から排気マニホールド72(後述するDPNR触媒41の上流側の排気管73)に燃料を添加する電磁駆動式の開閉弁である。遮断弁24は、緊急時に添加燃料通路29を遮断して燃料供給を停止する。   Further, the supply pump 21 supplies a part of the fuel pumped from the fuel tank to the fuel addition valve 25 through the addition fuel passage 29. The fuel addition valve 25 opens when a predetermined voltage is applied, and electromagnetically adds fuel from an exhaust port 71 of the exhaust system 7 to an exhaust manifold 72 (an exhaust pipe 73 on the upstream side of the DPNR catalyst 41 described later). It is a drive type on-off valve. The shutoff valve 24 shuts off the fuel supply by shutting off the added fuel passage 29 in an emergency.

吸気系6は、シリンダヘッドに形成された吸気ポートに接続される吸気マニホールド63を備え、この吸気マニホールド63に、吸気通路を構成する吸気管64が接続されている。また、吸気通路には、上流側から順にエアクリーナ65、エアフローメータ32、スロットルバルブ62、吸気温センサ33、及び、吸気圧センサ34が配設されている。   The intake system 6 includes an intake manifold 63 connected to an intake port formed in the cylinder head, and an intake pipe 64 constituting an intake passage is connected to the intake manifold 63. An air cleaner 65, an air flow meter 32, a throttle valve 62, an intake air temperature sensor 33, and an intake air pressure sensor 34 are disposed in the intake passage in order from the upstream side.

排気系7は、シリンダヘッドに形成された排気ポート71に接続される排気マニホールド72を備え、この排気マニホールド72に、排気通路を構成する排気管73,74が接続されている。また、この排気通路には触媒装置4が配設されている。   The exhaust system 7 includes an exhaust manifold 72 connected to an exhaust port 71 formed in the cylinder head, and exhaust pipes 73 and 74 constituting an exhaust passage are connected to the exhaust manifold 72. A catalyst device 4 is disposed in the exhaust passage.

触媒装置4はDPNR触媒41を備えている。DPNR触媒41は、例えば多孔質セラミック構造体にNOx吸蔵還元型触媒を担持させたものであり、排気ガス中のPMは多孔質の壁を通過する際に捕集される。また、排気ガスの空燃比がリーンの場合、排気ガス中のNOxはNOx吸蔵還元型触媒に吸蔵され、空燃比がリッチになると吸蔵したNOxは還元浄化される。   The catalyst device 4 includes a DPNR catalyst 41. The DPNR catalyst 41 is, for example, a NOx occlusion reduction catalyst supported on a porous ceramic structure, and PM in the exhaust gas is collected when passing through the porous wall. Further, when the air-fuel ratio of the exhaust gas is lean, NOx in the exhaust gas is stored in the NOx storage reduction catalyst, and when the air-fuel ratio becomes rich, the stored NOx is reduced and purified.

以上の触媒装置4、燃料添加弁25、添加燃料通路29、及び、燃料添加弁25の開閉制御などを実行するECU(Electronic Control Unit)100等によって排気浄化装置が構成されている。   The exhaust purification device is configured by the above-described catalyst device 4, the fuel addition valve 25, the added fuel passage 29, and an ECU (Electronic Control Unit) 100 that performs open / close control of the fuel addition valve 25 and the like.

エンジン1には、ターボチャージャ(過給機)5が設けられている。このターボチャージャ5は、タービンシャフト51を介して連結されたタービンホイール52及びコンプレッサインペラ53を備えている。コンプレッサインペラ53は吸気管64内部に臨んで配置され、タービンホイール52は排気管73内部に臨んで配置されている。このようなターボチャージャ5は、タービンホイール52が受ける排気流(排気圧)を利用してコンプレッサインペラ53を回転させることにより吸入空気を過給する。この例のターボチャージャ5は、可変ノズル式ターボチャージャであって、タービンホイール52側に可変ノズルベーン機構54が設けられており、この可変ノズルベーン機構54の開度を調整することにより、エンジン1の過給圧を調整することができる。   The engine 1 is provided with a turbocharger (supercharger) 5. The turbocharger 5 includes a turbine wheel 52 and a compressor impeller 53 that are connected via a turbine shaft 51. The compressor impeller 53 is disposed facing the intake pipe 64, and the turbine wheel 52 is disposed facing the exhaust pipe 73. Such a turbocharger 5 supercharges intake air by rotating the compressor impeller 53 using the exhaust flow (exhaust pressure) received by the turbine wheel 52. The turbocharger 5 in this example is a variable nozzle type turbocharger, and a variable nozzle vane mechanism 54 is provided on the turbine wheel 52 side. By adjusting the opening degree of the variable nozzle vane mechanism 54, the engine 1 is overcharged. The supply pressure can be adjusted.

吸気系6の吸気管64には、ターボチャージャ5での過給によって昇温した吸入空気を強制冷却するためのインタークーラ61が設けられている。このインタークーラ61の下流側にスロットルバルブ62が設けられている。スロットルバルブ62は、その開度を無段階に調整することが可能な電子制御式の開閉弁であり、所定の条件下において吸入空気の流路面積を絞り、この吸入空気の供給量を調整(低減)する機能を有している。   An intake pipe 64 of the intake system 6 is provided with an intercooler 61 for forcibly cooling the intake air whose temperature has been raised by supercharging in the turbocharger 5. A throttle valve 62 is provided on the downstream side of the intercooler 61. The throttle valve 62 is an electronically controlled on-off valve whose opening degree can be adjusted in a stepless manner, and the flow area of the intake air is reduced under a predetermined condition, and the supply amount of the intake air is adjusted ( It has a function to reduce).

また、エンジン1には、吸気系6と排気系7とを接続するEGR通路(排気還流通路)8が設けられている。EGR通路8は、排気の一部を適宜吸気系6に還流させて燃焼室3へ再度供給することにより燃焼温度を低下させ、これによってNOx発生量を低減させるものである。また、EGR通路8には、EGRバルブ81と、EGR通路8を通過(還流)する排気を冷却するためのEGRクーラ82とが設けられており、EGRバルブ81の開度を調整することにより、排気系7から吸気系6に導入されるEGR量(排気還流量)を調整することができる。   Further, the engine 1 is provided with an EGR passage (exhaust gas recirculation passage) 8 that connects the intake system 6 and the exhaust system 7. The EGR passage 8 is configured to reduce the combustion temperature by recirculating a part of the exhaust gas to the intake system 6 and supplying it again to the combustion chamber 3, thereby reducing the amount of NOx generated. Further, the EGR passage 8 is provided with an EGR valve 81 and an EGR cooler 82 for cooling the exhaust gas passing through (refluxing) the EGR passage 8, and by adjusting the opening degree of the EGR valve 81, The amount of EGR (exhaust gas recirculation amount) introduced from the exhaust system 7 to the intake system 6 can be adjusted.

−センサ類−
エンジン1の各部位には、各種センサが取り付けられており、それぞれの部位の環境条件や、エンジン1の運転状態に関する信号を出力する。
-Sensors-
Various sensors are attached to each part of the engine 1, and signals related to the environmental conditions of each part and the operating state of the engine 1 are output.

例えば、エアフローメータ32は、吸気系6のスロットルバルブ62の上流側に配置され、吸入空気量に応じた検出信号を出力する。吸気温センサ33は、吸気マニホールド63に配置され、吸入空気の温度に応じた検出信号を出力する。吸気圧センサ34は、吸気マニホールド63に配置され、吸入空気圧力に応じた検出信号を出力する。   For example, the air flow meter 32 is disposed on the upstream side of the throttle valve 62 of the intake system 6 and outputs a detection signal corresponding to the intake air amount. The intake air temperature sensor 33 is disposed in the intake manifold 63 and outputs a detection signal corresponding to the intake air temperature. The intake pressure sensor 34 is disposed in the intake manifold 63 and outputs a detection signal corresponding to the intake air pressure.

A/Fセンサ35は、排気系7の触媒装置4の下流側の排気管74に配置され、排気空燃比(排気A/F)に応じた検出信号を出力する。排気温センサ36は、排気系7の触媒装置4の下流側の排気管74に配置され、排気ガスの温度(排気温度)に応じた検出信号を出力する。レール圧センサ37はコモンレール22内に蓄えられている燃料の圧力に応じた検出信号を出力する。   The A / F sensor 35 is disposed in the exhaust pipe 74 on the downstream side of the catalyst device 4 of the exhaust system 7 and outputs a detection signal corresponding to the exhaust air-fuel ratio (exhaust A / F). The exhaust temperature sensor 36 is disposed in the exhaust pipe 74 on the downstream side of the catalyst device 4 of the exhaust system 7 and outputs a detection signal corresponding to the temperature of exhaust gas (exhaust temperature). The rail pressure sensor 37 outputs a detection signal corresponding to the fuel pressure stored in the common rail 22.

−ECU−
ECU100は、図2に示すように、CPU101、ROM102、RAM103及びバックアップRAM104などを備えている。
-ECU-
As shown in FIG. 2, the ECU 100 includes a CPU 101, a ROM 102, a RAM 103, a backup RAM 104, and the like.

ROM102は、各種制御プログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップ等が記憶されている。CPU101は、ROM102に記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて各種の演算処理を実行する。また、RAM103は、CPU101での演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリであり、バックアップRAM104は、例えばエンジン1の停止時にその保存すべきデータ等を記憶する不揮発性のメモリである。   The ROM 102 stores various control programs, maps that are referred to when the various control programs are executed, and the like. The CPU 101 executes various arithmetic processes based on various control programs and maps stored in the ROM 102. The RAM 103 is a memory that temporarily stores calculation results of the CPU 101, data input from each sensor, and the like. The backup RAM 104 is a nonvolatile memory that stores data to be saved when the engine 1 is stopped, for example. Memory.

以上のROM102、CPU101、RAM103及びバックアップRAM104は、バス107を介して互いに接続されるとともに、入力インターフェース105及び出力インターフェース106と接続されている。   The ROM 102, CPU 101, RAM 103, and backup RAM 104 are connected to each other via a bus 107 and are connected to an input interface 105 and an output interface 106.

入力インターフェース105には、エンジン1の冷却水温に応じた検出信号を出力する水温センサ31、エアフローメータ32、吸気温センサ33、吸気圧センサ34、A/Fセンサ35、排気温センサ36、レール圧センサ37、アクセルペダルへの踏み込み量に応じた検出信号を出力するアクセル開度センサ38、及び、エンジン1の出力軸であるクランクシャフトの回転数(エンジン回転数)を検出するクランクポジションセンサ39などが接続されている。一方、出力インターフェース106には、インジェクタ23、遮断弁24、燃料添加弁25、可変ノズルベーン機構54、スロットルバルブ62、及び、EGRバルブ81などが接続されている。   The input interface 105 includes a water temperature sensor 31 that outputs a detection signal corresponding to the cooling water temperature of the engine 1, an air flow meter 32, an intake air temperature sensor 33, an intake air pressure sensor 34, an A / F sensor 35, an exhaust gas temperature sensor 36, a rail pressure. A sensor 37, an accelerator opening sensor 38 that outputs a detection signal corresponding to the amount of depression of the accelerator pedal, a crank position sensor 39 that detects the rotation speed (engine rotation speed) of the crankshaft that is the output shaft of the engine 1, and the like Is connected. On the other hand, to the output interface 106, an injector 23, a shutoff valve 24, a fuel addition valve 25, a variable nozzle vane mechanism 54, a throttle valve 62, an EGR valve 81, and the like are connected.

そして、ECU100は、上記した各種センサの出力に基づいて、燃料噴射量制御等を含むエンジン1の各種制御を実行する。さらに、ECU100は下記のNOx還元制御を実行する。   The ECU 100 executes various controls of the engine 1 including fuel injection amount control and the like based on the outputs of the various sensors described above. Further, the ECU 100 executes the following NOx reduction control.

−NOx還元制御−
まず、ディーゼルエンジンにおいては、大部分の運転領域で排気の空燃比はリーン空燃比となっているため、通常の運転状態では、DPNR触媒41の周囲雰囲気は高酸素濃度状態となっている。このため、排気ガス中のNOxは、DPNR触媒41のNOxに吸蔵されるが、熱負荷・硫黄被毒(S被毒)によって触媒が劣化し、NOx還元性能が低下した場合には、NOxを還元させてNOx吸蔵触媒を回復させる必要がある。そこで、この例では、燃料添加弁25の開閉制御によって、DPNR触媒41の上流側の排気通路(排気管73)に燃料を所定のNOx還元添加量・添加インターバル(図8参照)で間欠的に添加することにより、排気の空燃比を制御してDPNR触媒41の周囲雰囲気を高温化や還元雰囲気にすることで、DPNR触媒41に吸蔵されたNOxを、N2、CO2及びH2Oに還元して放出する。
-NOx reduction control-
First, in a diesel engine, the exhaust air-fuel ratio is a lean air-fuel ratio in most operating regions, so that the ambient atmosphere of the DPNR catalyst 41 is in a high oxygen concentration state in a normal operating state. For this reason, NOx in the exhaust gas is occluded in the NOx of the DPNR catalyst 41. However, when the catalyst deteriorates due to heat load / sulfur poisoning (S poisoning) and the NOx reduction performance decreases, NOx is reduced. It is necessary to reduce and recover the NOx storage catalyst. Therefore, in this example, the fuel is intermittently supplied to the exhaust passage (exhaust pipe 73) on the upstream side of the DPNR catalyst 41 at a predetermined NOx reduction addition amount / addition interval (see FIG. 8) by opening / closing control of the fuel addition valve 25. By adding, the air-fuel ratio of the exhaust gas is controlled to make the ambient atmosphere of the DPNR catalyst 41 high temperature or reducing atmosphere, so that NOx occluded in the DPNR catalyst 41 is converted into N 2 , CO 2, and H 2 O. Reduce and release.

ところで、このようなNOx還元処理に際し、従来制御では、上述したように、NOx還元添加量・添加インターバルがDPNR触媒41の触媒劣化時についてのみ適合されている。このため、触媒未劣化時にも触媒劣化時と同等の条件でNOx還元処理が実施されてしまい、触媒未劣化時の燃費悪化・HC増加が懸念される。   By the way, in such NOx reduction processing, in the conventional control, the NOx reduction addition amount / addition interval is adapted only when the DPNR catalyst 41 is deteriorated as described above. For this reason, even when the catalyst is not deteriorated, the NOx reduction treatment is performed under the same conditions as when the catalyst is deteriorated, and there is a concern that the fuel consumption deteriorates and the HC increases when the catalyst is not deteriorated.

これを解消するため、この例では、触媒未劣化時のNOx還元添加量を触媒劣化時よりも小さく設定し、NOx還元添加インターバルを触媒劣化時よりも長く設定することで、触媒未劣化時の燃費悪化・HC増加を回避して、触媒未劣化時の燃費・HC排出量・NOx排出量の最適化を実現する点に特徴がある。   In order to solve this problem, in this example, the NOx reduction addition amount when the catalyst is not deteriorated is set smaller than that when the catalyst is deteriorated, and the NOx reduction addition interval is set longer than that when the catalyst is deteriorated. It is characterized in that optimization of fuel consumption, HC emission amount, and NOx emission amount when the catalyst is not deteriorated is realized by avoiding deterioration in fuel consumption and increase in HC.

そして、この例では、DPNR触媒41の触媒劣化を判定する指標として、「NOx還元添加A/F波形」と「触媒熱劣化履歴」の各指標を用いている。その各指標による触媒劣化判定を適用したNOx還元制御の例を以下に説明する。   In this example, the indexes of “NOx reduction addition A / F waveform” and “catalyst thermal deterioration history” are used as indexes for determining catalyst deterioration of the DPNR catalyst 41. An example of NOx reduction control to which catalyst deterioration determination based on each index is applied will be described below.

−NOx還元添加A/F波形判定によるNOx還元制御−
まず、この例のNOx還元制御に用いる触媒未劣化時のNOx還元添加A/F波形の基準面積Soについて説明する。
-NOx reduction control by NOx reduction addition A / F waveform judgment-
First, the reference area So of the NOx reduction addition A / F waveform when the catalyst is not deteriorated used in the NOx reduction control of this example will be described.

NOx還元添加A/F波形(A/Fセンサ35の出力波形)は、例えば、図4に示すように、燃料を間欠的に添加する燃料添加に同期してリーンとリッチとを繰り返す波形であり、この例では、まず、DPNR触媒41が新品であるときのNOx還元添加A/F波形Woを予め採取しておく。次に、採取したNOx還元添加A/F波形Woについて、図4に示すように、リーンからリッチ側に変化を開始する点t1から一定時間後の点t2までの判定時間範囲と判定閾値(A/F波形のリーンレベル)とによって囲われる領域の面積を算出し、その算出した面積を触媒未劣化時のNOx還元添加A/F波形の基準面積SoとしてECU100のROM102内に記憶している。なお、判定時間範囲を規定するt2は、例えば、NOx還元添加A/F波形Woがリッチになっている時間の中央値(もしくはリッチ側のピーク位置)とする。   The NOx reduction addition A / F waveform (the output waveform of the A / F sensor 35) is, for example, a waveform that repeats lean and rich in synchronization with fuel addition in which fuel is intermittently added, as shown in FIG. In this example, first, the NOx reduction addition A / F waveform Wo when the DPNR catalyst 41 is new is collected in advance. Next, with respect to the collected NOx reduction addition A / F waveform Wo, as shown in FIG. 4, a determination time range and a determination threshold (A) from a point t1 at which a change starts from lean to a rich side to a point t2 after a predetermined time. / F waveform lean level) is calculated, and the calculated area is stored in the ROM 102 of the ECU 100 as the reference area So of the NOx reduction addition A / F waveform when the catalyst is not deteriorated. Note that t2 that defines the determination time range is, for example, the median value (or the peak position on the rich side) of the time when the NOx reduction addition A / F waveform Wo is rich.

また、この例では、触媒劣化時において燃費・HC排出量・NOx排出量が最適となるように適合された触媒劣化時NOx還元添加量・添加インターバルと、触媒未劣化時において燃費・HC排出量・NOx排出量が最適となるように適合された触媒未劣化時NOx還元添加量・添加インターバルとをECU100のROM102内に記憶している。ただし、触媒未劣化時はNOx還元性能が高い点を考慮して、触媒未劣化時NOx還元添加量を触媒劣化時よりも少なくし、また、触媒未劣化時のNOx還元添加インターバルについても触媒劣化時よりも長くしている。   Further, in this example, the NOx reduction addition amount / addition interval during catalyst deterioration adapted to optimize the fuel consumption / HC emission amount / NOx emission amount when the catalyst deteriorates, and the fuel consumption / HC emission amount when the catalyst is not deteriorated. The NOx reduction addition amount / addition interval when the catalyst is not deteriorated and adapted to optimize the NOx emission amount is stored in the ROM 102 of the ECU 100. However, considering that the NOx reduction performance is high when the catalyst is not deteriorated, the NOx reduction addition amount when the catalyst is not deteriorated is smaller than that when the catalyst is deteriorated, and the NOx reduction addition interval when the catalyst is not deteriorated is also deteriorated. It is longer than time.

次に、NOx還元制御について図3のフローチャートを参照して説明する。図3の制御ルーチンはECU100において所定時間毎に繰り返して実行される。   Next, the NOx reduction control will be described with reference to the flowchart of FIG. The control routine of FIG. 3 is repeatedly executed in the ECU 100 at predetermined time intervals.

ステップST11では、現在のA/Fセンサ35の出力波形つまりNOx還元添加A/F波形Wxの判定時間範囲の面積Sxを求める。具体的には、図5に示すように、NOx還元添加A/F波形Wxがリーン側からリッチ側に変化を開始する点t1から一定時間後の点t2までの判定時間範囲と判定閾値(A/F波形のリーンレベル)とによって囲われる領域の面積Sxを算出し、その算出した面積Sxと、上記した基準面積Soと面積差ΔSを算出する。なお、NOx還元添加A/F波形Wxに対して設定する判定時間範囲t1〜t2及び判定閾値は、図4において基準面積Soを求めたときの判定時間範囲t1〜t2及び判定閾値と同じとする。   In step ST11, the current output waveform of the A / F sensor 35, that is, the area Sx of the determination time range of the NOx reduction addition A / F waveform Wx is obtained. Specifically, as shown in FIG. 5, the determination time range and the determination threshold value (A) from the point t1 at which the NOx reduction addition A / F waveform Wx starts to change from the lean side to the rich side to the point t2 after a certain time. The area Sx of the region surrounded by the / F waveform lean level) is calculated, and the calculated area Sx, the above-described reference area So, and the area difference ΔS are calculated. The determination time ranges t1 to t2 and the determination threshold set for the NOx reduction addition A / F waveform Wx are the same as the determination time ranges t1 to t2 and the determination threshold when the reference area So is obtained in FIG. .

ステップST12では、ステップST11で求めた面積差ΔSが所定の判定値αを超えているか否かを判定し、その判定結果に基づいてDPNR触媒41の触媒劣化または触媒未劣化を判定する。このステップST12での判定処理について以下に説明する。   In step ST12, it is determined whether or not the area difference ΔS obtained in step ST11 exceeds a predetermined determination value α, and based on the determination result, it is determined whether the DPNR catalyst 41 is deteriorated or not. The determination process in step ST12 will be described below.

まず、DPNR触媒41の触媒劣化が進行してNOx還元性能が低下すると、図6に示すように、現在のNOx還元添加A/F波形Wxは、新品時のNOx還元添加A/F波形Woに対してリッチ側にずれる。このようなリッチ側へのずれが生じると、現在のNOx還元添加A/F波形Wxの判定時間範囲t1〜t2の面積Sx(図5参照)が新品時の基準面積So(図4参照)よりも大きくなる。しかも、DPNR触媒41の劣化度合が大きくなればなるほど、現在のNOx還元添加A/F波形Wxの面積Sxと基準面積Soとの面積差ΔSは大きくなる。   First, when the catalyst deterioration of the DPNR catalyst 41 progresses and the NOx reduction performance decreases, as shown in FIG. 6, the current NOx reduction addition A / F waveform Wx is changed to a NOx reduction addition A / F waveform Wo when new. On the other hand, it shifts to the rich side. When such a shift to the rich side occurs, the area Sx (see FIG. 5) of the determination time range t1 to t2 of the current NOx reduction addition A / F waveform Wx is larger than the reference area So (see FIG. 4) when new. Also grows. Moreover, as the degree of deterioration of the DPNR catalyst 41 increases, the area difference ΔS between the area Sx of the current NOx reduction addition A / F waveform Wx and the reference area So increases.

このような点に着目し、この例では、NOx還元添加A/F波形の面積差ΔSを指標としてDPNR触媒41の触媒劣化または触媒未劣化を判定する。具体的には、DPNR触媒41の劣化度合とNOx還元添加A/F波形の面積差ΔSとの関係を予め実験・計算等によって採取しておき、その結果に基づいて触媒劣化を判定する判定値α(面積差ΔSに対する判定値)を経験的に求め、その判定値αよりも面積差ΔSが大きい場合(ΔS>α)、DPNR触媒41が触媒劣化と判定する。一方、面積差ΔSが判定値α以下である場合(ΔS≦α)、DPNR触媒41が触媒未劣化であると判定する。   Focusing on this point, in this example, the catalyst deterioration or non-degradation of the DPNR catalyst 41 is determined using the area difference ΔS of the NOx reduction addition A / F waveform as an index. Specifically, the relationship between the degree of deterioration of the DPNR catalyst 41 and the area difference ΔS of the NOx reduction addition A / F waveform is sampled in advance by experiments and calculations, and a determination value for determining catalyst deterioration based on the result. α (determination value for the area difference ΔS) is determined empirically, and if the area difference ΔS is larger than the determination value α (ΔS> α), the DPNR catalyst 41 is determined to be catalyst deteriorated. On the other hand, when the area difference ΔS is equal to or less than the determination value α (ΔS ≦ α), it is determined that the DPNR catalyst 41 is undegraded.

そして、ステップST12の判定結果が肯定判定である場合つまりDPNR触媒41が触媒劣化時である場合は、ステップST13において、上記した触媒劣化時NOx還元添加量・添加インターバルを選択して、DPNR触媒41の上流側の排気通路(排気管73)に燃料添加弁25から燃料を間欠的に添加する。   If the determination result in step ST12 is affirmative, that is, if the DPNR catalyst 41 is at the time of catalyst deterioration, in step ST13, the above-described NOx reduction addition amount / addition interval at the time of catalyst deterioration is selected, and the DPNR catalyst 41 is selected. Fuel is intermittently added from the fuel addition valve 25 to the upstream exhaust passage (exhaust pipe 73).

一方、ステップST12の判定結果が否定判定である場合つまりDPNR触媒41が触媒未劣化時である場合は、ステップST14において、上記した触媒未劣化時NOx還元添加量・添加インターバルを選択して、DPNR触媒41の上流側の排気通路に燃料添加弁25から燃料を間欠的に添加する。   On the other hand, if the determination result in step ST12 is negative, that is, if the DPNR catalyst 41 is in the catalyst undegraded state, in step ST14, the above-described NOx reduction addition amount / addition interval in the catalyst undegraded state is selected, and the DPNR Fuel is intermittently added to the exhaust passage upstream of the catalyst 41 from the fuel addition valve 25.

この例のNOx還元制御によれば、NOx還元添加A/F波形に基づいてDPNR触媒41が触媒劣化または触媒未劣化のいずれの状態であるのかを判定し、NOx吸蔵触媒41が劣化状態であるときには、その触媒劣化に適したNOx還元添加量・添加インターバルで添加剤を添加するので、触媒劣化時における燃費・HC排出量・NOx排出量を最適化することができる。また、NOx吸蔵触媒41が未劣化状態であるときには、NOx還元添加量を触媒劣化時に対して小さく設定し、NOx還元添加インターバルを触媒劣化時に対して長く設定しているので、触媒未劣化時における燃費悪化・HC増加を回避することができる。これによって、NOx吸蔵触媒の未劣化時における燃費・HC排出量・NOx排出量の最適化も実現可能になる。   According to the NOx reduction control of this example, it is determined based on the NOx reduction addition A / F waveform whether the DPNR catalyst 41 is in a catalyst deterioration state or a catalyst undeterioration state, and the NOx storage catalyst 41 is in a deterioration state. Sometimes, the additive is added at the NOx reduction addition amount / addition interval suitable for the catalyst deterioration, so that the fuel consumption, HC emission amount, and NOx emission amount at the time of catalyst deterioration can be optimized. Further, when the NOx storage catalyst 41 is in an undegraded state, the NOx reduction addition amount is set to be smaller than that at the time of catalyst deterioration, and the NOx reduction addition interval is set to be longer than that at the time of catalyst deterioration. Deterioration of fuel consumption and increase in HC can be avoided. Thereby, optimization of fuel consumption, HC emission amount, and NOx emission amount when the NOx storage catalyst is not deteriorated can be realized.

−触媒熱劣化判定によるNOx還元制御−
まず、DPNR触媒41のNOx還元能力に対して影響を与える熱劣化は、DPNR触媒41が受熱した温度履歴、換言すればDPNR触媒41の温度である触媒床温の積算値と相関関係にあり、この触媒床温の積算値が大きくなればなるほど、DPNR触媒41の熱劣化は進行していると判断することができる。このような点に着目し、この例では、触媒床温の積算値を指標としてDPNR触媒41の触媒劣化または触媒未劣化を判定し、NOx還元制御を実行する。
-NOx reduction control based on catalyst thermal degradation determination-
First, thermal degradation that affects the NOx reduction ability of the DPNR catalyst 41 is correlated with the temperature history of the heat received by the DPNR catalyst 41, in other words, the integrated value of the catalyst bed temperature, which is the temperature of the DPNR catalyst 41, It can be determined that the thermal deterioration of the DPNR catalyst 41 is progressing as the integrated value of the catalyst bed temperature increases. Focusing on this point, in this example, the catalyst deterioration of the DPNR catalyst 41 or the catalyst undegraded is determined using the integrated value of the catalyst bed temperature as an index, and NOx reduction control is executed.

その具体的な制御ルーチンを図7に示す。この図7の制御ルーチンはECU100において所定時間毎に繰り返して実行される。   A specific control routine is shown in FIG. The control routine of FIG. 7 is repeatedly executed in the ECU 100 at predetermined time intervals.

なお、この例においても、上記したNOx還元制御の例と同様に、触媒劣化時において燃費・HC排出量・NOx排出量が最適となるように適合された触媒劣化時NOx還元添加量・添加インターバルと、触媒未劣化時において燃費・HC排出量・NOx排出量が最適となるように適合された触媒未劣化時NOx還元添加量・添加インターバルとをECU100のROM102内に記憶している。また、触媒未劣化時NOx還元添加量・添加インターバルについても、同様に、NOx還元性能が高い点を考慮して、NOx還元添加量を触媒劣化時よりも小さくし、NOx還元添加インターバルを触媒劣化時よりも長くしている。   In this example as well, as in the above-described example of NOx reduction control, the NOx reduction addition amount / addition interval during catalyst deterioration adapted to optimize the fuel consumption, HC emission amount, and NOx emission amount during catalyst deterioration. Further, the NOx reduction addition amount / addition interval when the catalyst is not deteriorated, which is adapted to optimize the fuel consumption, the HC emission amount, and the NOx emission amount when the catalyst is not deteriorated, is stored in the ROM 102 of the ECU 100. Similarly, regarding the NOx reduction addition amount / addition interval when the catalyst is not deteriorated, in consideration of the high NOx reduction performance, the NOx reduction addition amount is made smaller than that at the time of catalyst deterioration, and the NOx reduction addition interval is reduced. It is longer than the time.

まず、ステップST21において、排気温センサ36の出力信号から読み込んだ排気温に基づいてDPNR触媒41の触媒床温を推定する。   First, in step ST21, the catalyst bed temperature of the DPNR catalyst 41 is estimated based on the exhaust temperature read from the output signal of the exhaust temperature sensor 36.

ステップST22では、ステップST21で推定したDPNR触媒41の触媒床温の積算値を算出する。ここで、DPNR触媒41の触媒床温の積算値とは、例えば、触媒床温に、その温度が持続した時間を乗じたものを積算した値である。なお、触媒床温の積算値の算出は、排気温データを採取する毎に順次繰り返して行う。   In step ST22, an integrated value of the catalyst bed temperature of the DPNR catalyst 41 estimated in step ST21 is calculated. Here, the integrated value of the catalyst bed temperature of the DPNR catalyst 41 is, for example, a value obtained by integrating the catalyst bed temperature multiplied by the time during which the temperature lasts. It should be noted that the calculation of the integrated value of the catalyst bed temperature is sequentially repeated every time exhaust gas temperature data is collected.

ステップST23では、ステップST22で算出したDPNR触媒41の触媒床温の積算値が所定の判定値βを超えているか否かを判定し、その判定結果が肯定判定である場合(触媒床温の積算値>β)、DPNR触媒41が触媒劣化時であると判定し、ステップST24において、上記した触媒劣化時NOx還元添加量・添加インターバルを選択して、DPNR触媒41の上流側の排気通路(排気管73)に燃料添加弁25から燃料を間欠的に添加する。   In step ST23, it is determined whether or not the integrated value of the catalyst bed temperature of the DPNR catalyst 41 calculated in step ST22 exceeds a predetermined determination value β. If the determination result is an affirmative determination (accumulated catalyst bed temperature). Value> β), it is determined that the DPNR catalyst 41 is at the time of catalyst deterioration. In step ST24, the above-described NOx reduction addition amount / addition interval at the time of catalyst deterioration is selected, and the exhaust passage (exhaust gas) on the upstream side of the DPNR catalyst 41 is selected. Fuel is intermittently added from the fuel addition valve 25 to the pipe 73).

一方、ステップST23の判定結果が否定判定である場合(触媒床温の積算値≦β)、DPNR触媒41が触媒未劣化時であると判定し、ステップST25において、上記した触媒未劣化時NOx還元添加量・添加インターバルを選択して、DPNR触媒41の上流側の排気通路に燃料添加弁25から燃料を間欠的に添加する。   On the other hand, if the determination result in step ST23 is negative (integrated value of catalyst bed temperature ≦ β), it is determined that the DPNR catalyst 41 is undegraded, and in step ST25, the above-described NOx reduction when the catalyst is undegraded. The addition amount / addition interval is selected, and fuel is intermittently added from the fuel addition valve 25 to the exhaust passage upstream of the DPNR catalyst 41.

なお、ステップST23の判定処理に用いる判定値βは、DPNR触媒41の劣化度合と触媒床温の積算値との関係を予め実験・計算等により求めておき、その結果を基に経験的に求めた値を設定すればよい。   Note that the determination value β used in the determination process of step ST23 is obtained empirically based on the result obtained by previously obtaining the relationship between the degree of deterioration of the DPNR catalyst 41 and the integrated value of the catalyst bed temperature through experiments and calculations. Set the value.

この例のNOx還元制御によれば、DPNR触媒41の触媒床温の積算値に基づいてDPNR触媒41の触媒劣化状態または触媒未劣化状態のいずれであるかを判定し、NOx吸蔵触媒が劣化状態であるときには、その触媒劣化に適したNOx還元添加量・添加インターバルで添加剤を添加するので、触媒劣化時における燃費・HC排出量・NOx排出量を最適化することができる。また、NOx吸蔵触媒が未劣化状態であるときには、NOx還元添加量を触媒劣化時に対して小さく設定し、NOx還元添加インターバルを触媒劣化時に対して長く設定しているので、触媒未劣化時における燃費悪化・HC増加を回避することができる。これによってNOx吸蔵触媒の未劣化時における燃費・HC排出量・NOx排出量の最適化も実現可能になる。   According to the NOx reduction control of this example, it is determined based on the integrated value of the catalyst bed temperature of the DPNR catalyst 41 whether the DPNR catalyst 41 is in a catalyst deterioration state or a catalyst undegraded state, and the NOx storage catalyst is in a deterioration state. In this case, since the additive is added at the NOx reduction addition amount / addition interval suitable for the catalyst deterioration, the fuel consumption, HC emission amount, and NOx emission amount at the time of catalyst deterioration can be optimized. Further, when the NOx storage catalyst is in an undegraded state, the NOx reduction addition amount is set to be smaller than that at the time of catalyst deterioration, and the NOx reduction addition interval is set to be longer than that at the time of catalyst deterioration. Deterioration and HC increase can be avoided. Thereby, optimization of fuel consumption, HC emission amount, and NOx emission amount when the NOx storage catalyst is not deteriorated can be realized.

−他の実施形態−
以上の例において、触媒未劣化時のNOx還元添加量及び添加インターバルの双方を触媒劣化時に対して変更するという設定を行うことが好ましいが、触媒未劣化時のNOx還元添加量を触媒劣化時よりも小さくする設定、または、触媒未劣化時のNOx還元添加インターバルを触媒劣化時よりも長くする設定のいずれか一方の設定を行うようにしてもよい。
-Other embodiments-
In the above example, it is preferable to set both the NOx reduction addition amount and the addition interval when the catalyst is not deteriorated with respect to the catalyst deterioration time. However, the NOx reduction addition amount when the catalyst is not deteriorated is more than that when the catalyst is deteriorated. May be set to be smaller, or the NOx reduction addition interval when the catalyst is not deteriorated may be set longer than when the catalyst is deteriorated.

以上の例において、触媒劣化時NOx還元添加量・添加インターバル、及び、触媒未劣化時NOx還元添加量・添加インターバルについては、それぞれ、エンジン運転状態(例えばエンジン回転数など)をパラメータとしてマップ化しておき、エンジン運転状態に応じて各マップを参照して設定するようにしてもよい。   In the above example, the NOx reduction addition amount / addition interval when the catalyst is deteriorated and the NOx reduction addition amount / addition interval when the catalyst is not deteriorated are mapped using the engine operating state (for example, the engine speed) as a parameter, respectively. Alternatively, it may be set with reference to each map according to the engine operating state.

また、触媒未劣化時NOx還元添加量・添加インターバルについては、上記した図3のステップST12の判定結果、または、図7のステップST23の判定結果が否定判定である場合に、現在のDPNR触媒41の触媒劣化度合に応じて、その触媒劣化度合が小さいほど、NOx還元添加量を小さくし、NOx還元添加インターバルを長くするようにしてもよい。なお、NOx還元添加剤としては、燃料(軽油)に限られることなく、NOx吸蔵触媒を還元することが可能な他の添加剤をNOx吸蔵触媒の上流側の排気通路に添加してもよい。   Further, regarding the NOx reduction addition amount / addition interval when the catalyst is not deteriorated, when the determination result of step ST12 of FIG. 3 or the determination result of step ST23 of FIG. In accordance with the degree of catalyst deterioration, the NOx reduction addition amount may be reduced and the NOx reduction addition interval may be lengthened as the catalyst deterioration degree is smaller. The NOx reduction additive is not limited to fuel (light oil), and other additives capable of reducing the NOx storage catalyst may be added to the exhaust passage upstream of the NOx storage catalyst.

以上の例では、本発明の排気浄化装置を筒内直噴4気筒ディーゼルエンジンに適用した例を示したが、本発明はこれに限られることなく、例えば筒内直噴6気筒ディーゼルエンジンなど他の任意の気筒数のディーゼルエンジンにも適用できる。また、筒内直噴ディーゼルエンジンに限られることなく、他のタイプのディーゼルエンジンにも本発明を適用することは可能である。また、車両用に限らず、その他の用途に使用されるエンジンにも適用可能である。   In the above example, the exhaust purification apparatus of the present invention is applied to an in-cylinder direct injection 4-cylinder diesel engine. However, the present invention is not limited to this, and other examples such as an in-cylinder direct injection 6-cylinder diesel engine, etc. It can also be applied to diesel engines with any number of cylinders. Further, the present invention is not limited to an in-cylinder direct injection diesel engine, but can be applied to other types of diesel engines. Moreover, it is applicable not only for vehicles but also for engines used for other purposes.

以上の例では、DPNR触媒を備えた触媒装置を排気通路に設けているが、NSR触媒とDPNR触媒とを備えた触媒装置を排気通路に設けてもよい。また、DPNR触媒やNSR触媒以外の他のNOx吸蔵触媒を備えた触媒装置を排気通路に設けてもよい。   In the above example, the catalyst device including the DPNR catalyst is provided in the exhaust passage. However, the catalyst device including the NSR catalyst and the DPNR catalyst may be provided in the exhaust passage. In addition, a catalyst device including a NOx storage catalyst other than the DPNR catalyst and the NSR catalyst may be provided in the exhaust passage.

なお、NSR触媒としては、例えば、アルミナ(Al23)を担体とし、この担体上に例えばカリウム(K)、ナトリウム(Na)、リチウム(Li)、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)のような希土類と、白金(Pt)のような貴金属とが担持された構成のものを挙げることができる。 As the NSR catalyst, for example, alumina (Al 2 O 3 ) is used as a carrier, and an alkali metal such as potassium (K), sodium (Na), lithium (Li), or cesium (Cs) is used on the carrier, List those in which an alkaline earth such as barium (Ba) and calcium (Ca), a rare earth such as lanthanum (La) and yttrium (Y), and a noble metal such as platinum (Pt) are supported. Can do.

本発明を適用するディーゼルエンジンの一例を示す概略構成図である。It is a schematic structure figure showing an example of a diesel engine to which the present invention is applied. ECU等の制御系の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of control systems, such as ECU. ECUが実行するNOx還元制御の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of NOx reduction | restoration control which ECU performs. 触媒新品時のNOx還元添加A/F波形を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows NOx reduction addition A / F waveform at the time of a new catalyst. 触媒劣化時のNOx還元添加A/F波形を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows NOx reduction addition A / F waveform at the time of catalyst deterioration. 触媒新品時のNOx還元添加A/F波形と触媒劣化時のNOx還元添加A/F波形とを重ね合わせて示す波形図である。FIG. 6 is a waveform diagram in which a NOx reduction addition A / F waveform when the catalyst is new and a NOx reduction addition A / F waveform when the catalyst is deteriorated are superimposed. ECUが実行するNOx還元制御の他の例を示すフローチャートである。6 is a flowchart showing another example of NOx reduction control executed by the ECU. 燃料のNOx還元添加量・添加インターバルを示す図である。It is a figure which shows the NOx reduction addition amount and addition interval of a fuel.

符号の説明Explanation of symbols

1 エンジン(内燃機関)
2 燃料供給系
21 サプライポンプ
23 インジェクタ
24 遮断弁
25 燃料添加弁
29 添加燃料通路
4 触媒装置
41 DPNR触媒
7 排気系
71 排気ポート
72排気マニホールド
73,74 排気管
35 A/Fセンサ(空燃比センサ)
100 ECU
1 engine (internal combustion engine)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 2 Fuel supply system 21 Supply pump 23 Injector 24 Shutoff valve 25 Fuel addition valve 29 Addition fuel passage 4 Catalytic device 41 DPNR catalyst 7 Exhaust system 71 Exhaust port 72 Exhaust manifold 73, 74 Exhaust pipe 35 A / F sensor (air-fuel ratio sensor)
100 ECU

Claims (4)

内燃機関の排気通路に設けられたNOx吸蔵触媒と、前記NOx吸蔵触媒の上流側の排気通路にNOx還元剤を添加するとともに、そのNOx還元剤の添加量・添加インターバルを設定するNOx還元処理手段と、前記NOx吸蔵触媒よりも下流側の排気の空燃比を検出する空燃比センサと、前記空燃比センサの出力波形に基づいて前記NOx吸蔵触媒の劣化を判定する劣化判定手段とを備え、
前記NOx還元処理手段は、前記劣化判定手段による判定結果が触媒劣化であるときには、触媒劣化時に適したNOx還元添加量・添加インターバルを設定し、前記劣化判定手段による判定結果が触媒未劣化であるときには、NOx還元添加量を前記触媒劣化時よりも小さく設定し、NOx還元添加インターバルを前記触媒劣化時よりも長く設定することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
NOx storage catalyst provided in the exhaust passage of the internal combustion engine, and NOx reduction processing means for adding the NOx reducing agent to the exhaust passage upstream of the NOx storage catalyst and setting the addition amount and addition interval of the NOx reducing agent An air-fuel ratio sensor that detects an air-fuel ratio of the exhaust downstream of the NOx storage catalyst, and a deterioration determination means that determines deterioration of the NOx storage catalyst based on an output waveform of the air-fuel ratio sensor,
The NOx reduction processing means sets a NOx reduction addition amount / addition interval suitable for catalyst deterioration when the determination result by the deterioration determination means is catalyst deterioration, and the determination result by the deterioration determination means is that the catalyst has not deteriorated. Sometimes, the NOx reduction addition amount is set smaller than that at the time of catalyst deterioration, and the NOx reduction addition interval is set longer than that at the time of catalyst deterioration.
請求項1記載の内燃機関の排気浄化装置において、
前記劣化判定手段は、前記空燃比センサの出力波形の所定の時間範囲の面積を算出し、その算出した面積と、予め設定された未劣化時の空燃比波形の前記時間範囲の面積との面積差を求め、この面積差に基づいて前記NOx吸蔵触媒の触媒劣化を判定することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 1,
The deterioration determining means calculates an area of a predetermined time range of the output waveform of the air-fuel ratio sensor, and an area between the calculated area and an area of the time range of a preset undegraded air-fuel ratio waveform An exhaust purification device for an internal combustion engine, wherein a difference is obtained and catalyst deterioration of the NOx storage catalyst is determined based on the area difference.
内燃機関の排気通路に設けられたNOx吸蔵触媒と、前記NOx吸蔵触媒の上流側の排気通路にNOx還元剤を添加するとともに、そのNOx還元剤の添加量・添加インターバルを設定するNOx還元処理手段と、前記NOx吸蔵触媒の触媒熱履歴に基づいて当該NOx吸蔵触媒の劣化を判定する劣化判定手段とを備え、
前記NOx還元処理手段は、前記劣化判定手段による判定結果が触媒劣化であるときには、触媒劣化時に適したNOx還元添加量・添加インターバルを設定し、前記劣化判定手段による判定結果が触媒未劣化であるときには、NOx還元添加量を前記触媒劣化時よりも小さく設定し、NOx還元添加インターバルを前記触媒劣化時よりも長く設定することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
NOx storage catalyst provided in the exhaust passage of the internal combustion engine, and NOx reduction processing means for adding the NOx reducing agent to the exhaust passage upstream of the NOx storage catalyst and setting the addition amount and addition interval of the NOx reducing agent And deterioration determination means for determining deterioration of the NOx storage catalyst based on the catalyst heat history of the NOx storage catalyst,
The NOx reduction processing means sets a NOx reduction addition amount / addition interval suitable for catalyst deterioration when the determination result by the deterioration determination means is catalyst deterioration, and the determination result by the deterioration determination means is that the catalyst has not deteriorated. Sometimes, the NOx reduction addition amount is set smaller than that at the time of catalyst deterioration, and the NOx reduction addition interval is set longer than that at the time of catalyst deterioration.
請求項3記載の内燃機関の排気浄化装置において、
前記劣化判定手段は、前記NOx吸蔵触媒の触媒床温を推定し、その推定した触媒床温の積算値が所定値よりも大きいときに触媒劣化であると判定することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 3,
The deterioration determining means estimates the catalyst bed temperature of the NOx storage catalyst, and determines that the deterioration of the catalyst is caused when the integrated value of the estimated catalyst bed temperature is larger than a predetermined value. Exhaust purification device.
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