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JP2019002380A - Internal Combustion Engine System - Google Patents

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JP2019002380A
JP2019002380A JP2017119700A JP2017119700A JP2019002380A JP 2019002380 A JP2019002380 A JP 2019002380A JP 2017119700 A JP2017119700 A JP 2017119700A JP 2017119700 A JP2017119700 A JP 2017119700A JP 2019002380 A JP2019002380 A JP 2019002380A
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JP
Japan
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engine
nox
catalyst
internal combustion
outlet
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Pending
Application number
JP2017119700A
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Japanese (ja)
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松栄 上田
Matsue Ueda
松栄 上田
竜大 森安
Tatsuhiro Moriyasu
竜大 森安
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Toyota Central R&D Labs Inc
Original Assignee
Toyota Central R&D Labs Inc
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Publication date
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    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

【課題】高負荷運転によってNOx還元触媒が高温になった場合でも、特別な構成を用いることなくNOx排出量を低減できる内燃機関システムを提供する。【解決手段】内燃機関システムは、エンジンと、三元触媒及びNOx還元触媒と、NOx還元触媒の出口での触媒出口NOx濃度を取得する触媒出口濃度取得手段と、NOx還元触媒の出口での排気温度またはその触媒温度である触媒関係温度を取得する温度取得手段と、エンジンにおける燃料噴射量を制御する噴射制御部と、エンジン出口NOx濃度を計測または推定するエンジン出口濃度取得手段と、触媒出口NOx濃度及びエンジン出口NOx濃度から算出されたNOx浄化率、触媒関係温度、エンジン回転数、及び、燃料噴射量に基づいて、エンジンの燃焼モードをリーン燃焼モードとストイキ燃焼モードとの間で切り替える燃焼切替制御部とを含む。【選択図】図1PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an internal combustion engine system capable of reducing the NOx emission amount without using a special configuration even when the NOx reduction catalyst becomes high temperature by high load operation. An internal combustion engine system includes an engine, a three-way catalyst and a NOx reduction catalyst, a catalyst outlet concentration acquisition unit that acquires a catalyst outlet NOx concentration at an outlet of the NOx reduction catalyst, and an exhaust gas at an outlet of the NOx reduction catalyst. Temperature acquisition means for acquiring the temperature or a catalyst-related temperature which is the catalyst temperature thereof, an injection control section for controlling the fuel injection amount in the engine, an engine outlet concentration acquisition means for measuring or estimating the engine outlet NOx concentration, and a catalyst outlet NOx. Combustion switching that switches the combustion mode of the engine between the lean combustion mode and the stoichiometric combustion mode based on the NOx purification rate calculated from the concentration and the NOx concentration at the engine outlet, the catalyst-related temperature, the engine speed, and the fuel injection amount. And a control unit. [Selection diagram] Figure 1

Description

本発明は、内燃機関システムに係り、特に、排ガス浄化触媒として三元触媒及びNOx還元触媒を備える内燃機関システムに関する。   The present invention relates to an internal combustion engine system, and more particularly to an internal combustion engine system including a three-way catalyst and a NOx reduction catalyst as exhaust gas purification catalysts.

従来、特許文献1には、有害排気ガス低減のため、三元触媒コンバータを備えた圧縮着火エンジンが記載されている。この圧縮着火エンジンにおいて、低エンジン負荷の第1モードでは、エンジンはNOxの排出を減らすために、通常のディーゼル燃焼状態で高い排ガス再循環(EGR)率で運転される。また、中間から高エンジン負荷の第2モードでは、エンジンは、三元触媒コンバータを用いてNOxの排出を低減することができる化学量論的な状態で運転される。また、非常に高いエンジン負荷及び/またはエンジン速度の第3モードでは、エンジンは最大トルクを得るために通常のディーゼル燃焼状態及び低EGR率で運転される。   Conventionally, Patent Document 1 describes a compression ignition engine including a three-way catalytic converter for reducing harmful exhaust gas. In this compression ignition engine, in the first mode with low engine load, the engine is operated at a high exhaust gas recirculation (EGR) rate in normal diesel combustion conditions to reduce NOx emissions. Also, in the second mode with medium to high engine load, the engine is operated in a stoichiometric state that can reduce NOx emissions using a three-way catalytic converter. Also, in a third mode with very high engine load and / or engine speed, the engine is operated at normal diesel combustion conditions and low EGR rates to obtain maximum torque.

特許文献2には、冷間時のHCとNOxとを低減するために、排気通路に三元触媒とHCトラップ触媒とNOxトラップ触媒(NSR)とが順に配置されたディーゼル機関が記載されている。このディーゼル機関は、HCトラップ触媒及びNOxトラップ触媒の温度センサと排気空燃比センサとを備える。このディーゼル機関では、冷間始動後、まず排気空燃比がリッチとなるリッチ運転を行い、NOxの低減と触媒の早期活性化を図っている。このときのHCは、HCトラップ触媒にトラップされる。HCトラップ触媒からHCが脱離し、かつこれを浄化できる触媒温度となったら、リッチ運転を終了する。NOxトラップ触媒がNOxをトラップできる温度に達していなければ、ストイキ運転とし、NOxをトラップできる温度に達したら、リーン運転とし、NOxの脱離浄化を促進するとされている。   Patent Document 2 describes a diesel engine in which a three-way catalyst, an HC trap catalyst, and a NOx trap catalyst (NSR) are sequentially arranged in an exhaust passage in order to reduce HC and NOx during cold weather. . This diesel engine includes an HC trap catalyst and a NOx trap catalyst temperature sensor and an exhaust air-fuel ratio sensor. In this diesel engine, after the cold start, first, rich operation in which the exhaust air-fuel ratio becomes rich is performed to reduce NOx and activate the catalyst early. HC at this time is trapped by the HC trap catalyst. When the catalyst temperature is such that HC is desorbed from the HC trap catalyst and can be purified, the rich operation is terminated. If the NOx trap catalyst does not reach a temperature at which NOx can be trapped, the stoichiometric operation is performed. If the temperature reaches a temperature at which NOx can be trapped, a lean operation is performed to promote NOx desorption purification.

特開2012−197794号公報JP 2012-197794 A 特開2004−285832号公報JP 2004-285832 A

上記特許文献1の技術では、高価なNOx還元触媒を廃止してストイキ燃焼と三元触媒とでNOx浄化を図っているが、高負荷時の第3モードで通常のリーン燃焼を行うため、そのリーン燃焼でのNOx排出量が増加するという課題がある。   In the technique of the above-mentioned Patent Document 1, an expensive NOx reduction catalyst is abolished and NOx purification is performed by stoichiometric combustion and a three-way catalyst. However, since normal lean combustion is performed in the third mode at high load, There is a problem that the amount of NOx emissions in lean combustion increases.

また、上記特許文献2の技術では、冷間時にはNOxトラップ触媒が活性化しないため、その間はストイキ燃焼させて三元触媒でNOxを浄化し、NOxトラップ触媒がある程度昇温すればNOx吸蔵活性を持つため、それ以降はリーン燃焼させてNOxトラップ触媒によってNOxを吸蔵・還元させている。しかし、この技術では、ディーゼル機関が高負荷運転されてNOxトラップ触媒が高温になったときNOx浄化特性の低下によってNOx排出量が増加することは考慮されていない。   Further, in the technique of Patent Document 2, since the NOx trap catalyst is not activated when it is cold, the NOx occlusion activity is increased if the NOx trap catalyst is heated to a certain extent by performing stoichiometric combustion and purifying NOx with a three-way catalyst. Therefore, after that, lean combustion is performed and NOx is occluded / reduced by the NOx trap catalyst. However, this technique does not take into consideration that the NOx emission amount increases due to the deterioration of the NOx purification characteristics when the diesel engine is operated at a high load and the NOx trap catalyst becomes high temperature.

本発明の目的は、高負荷運転によってNOx還元触媒が高温になった場合でも、特別な構成を用いることなくNOx排出量を低減できる内燃機関システムを提供することにある。   An object of the present invention is to provide an internal combustion engine system capable of reducing the NOx emission amount without using a special configuration even when the NOx reduction catalyst becomes high temperature due to high load operation.

本発明に係る第1の内燃機関システムは、エンジンと、前記エンジンから排気された排ガスを浄化する三元触媒及びNOx還元触媒と、前記NOx還元触媒の出口での触媒出口NOx濃度を取得する触媒出口濃度取得手段と、前記NOx還元触媒の出口での排気温度、または前記NOx還元触媒の触媒温度である触媒関係温度を取得する温度取得手段と、前記エンジンのエンジン回転数を取得する回転数取得手段と、前記エンジンにおける燃料噴射の回数、量及び時期を制御する噴射制御部と、前記エンジンから排出されるNOxについてのエンジン出口NOx濃度を計測または推定するエンジン出口濃度取得手段と、前記触媒出口濃度取得手段によって取得された前記触媒出口NOx濃度及び前記エンジン出口濃度取得手段によって取得された前記エンジン出口NOx濃度から算出されたNOx浄化率と、前記温度取得手段によって取得された前記触媒関係温度と、前記回転数取得手段によって取得された前記エンジン回転数と、前記噴射制御部から取得された燃料噴射量とに基づいて、前記エンジンの燃焼モードをリーン燃焼モードとストイキ燃焼モードとの間で切り替える燃焼切替制御部と、を備える。   A first internal combustion engine system according to the present invention includes an engine, a three-way catalyst for purifying exhaust gas exhausted from the engine, a NOx reduction catalyst, and a catalyst for obtaining a catalyst outlet NOx concentration at an outlet of the NOx reduction catalyst. An outlet concentration acquisition means, a temperature acquisition means for acquiring an exhaust temperature at the outlet of the NOx reduction catalyst, or a catalyst-related temperature that is a catalyst temperature of the NOx reduction catalyst, and a rotation speed acquisition for acquiring the engine speed of the engine Means, an injection control unit for controlling the number, amount and timing of fuel injection in the engine, an engine outlet concentration acquisition means for measuring or estimating an engine outlet NOx concentration for NOx discharged from the engine, and the catalyst outlet The catalyst outlet NOx concentration acquired by the concentration acquisition means and the engine outlet concentration acquisition means acquired by the concentration acquisition means. Obtained from the NOx purification rate calculated from the engine outlet NOx concentration, the catalyst-related temperature obtained by the temperature obtaining means, the engine speed obtained by the rotational speed obtaining means, and the injection control unit And a combustion switching control unit that switches a combustion mode of the engine between a lean combustion mode and a stoichiometric combustion mode based on the fuel injection amount.

また、本発明に係る第2の内燃機関システムは、エンジンと、前記エンジンから排気された排ガスを浄化する三元触媒及びNOx還元触媒と、前記NOx還元触媒の出口での触媒出口NOx濃度を取得する触媒出口濃度取得手段と、前記エンジンの運転時間及び運転停止時間を計測する時間計測部と、前記時間計測部からの信号を受け取り、前記エンジンの運転履歴を記憶する運転履歴記憶部と、前記エンジンのエンジン回転数を取得する回転数取得手段と、前記エンジンにおける燃料噴射の回数、量及び時期を制御する噴射制御部と、前記エンジンから排出されるNOxについてのエンジン出口NOx濃度を計測または推定するエンジン出口濃度取得手段と、前記触媒出口濃度取得手段によって取得された前記触媒出口NOx濃度及び前記エンジン出口濃度取得手段によって取得された前記エンジン出口NOx濃度から算出されたNOx浄化率と、前記運転履歴記憶部から取得した前記エンジンの運転履歴を表す信号と、前記回転数取得手段によって取得された前記エンジン回転数と、前記噴射制御部から取得された燃料噴射量とに基づいて、前記エンジンの燃焼モードをリーン燃焼モードとストイキ燃焼モードとの間で切り替える燃焼切替制御部と、を備える。   Further, the second internal combustion engine system according to the present invention acquires the engine, a three-way catalyst for purifying exhaust gas exhausted from the engine, a NOx reduction catalyst, and a catalyst outlet NOx concentration at the outlet of the NOx reduction catalyst. A catalyst outlet concentration acquisition means, a time measurement unit that measures the operation time and operation stop time of the engine, an operation history storage unit that receives a signal from the time measurement unit and stores the operation history of the engine, Measure or estimate the engine speed NOx concentration for NOx discharged from the engine, and an engine speed control means for controlling the engine speed of the engine, an injection control unit for controlling the number, amount and timing of fuel injection in the engine Engine outlet concentration acquisition means, the catalyst outlet NOx concentration acquired by the catalyst outlet concentration acquisition means, and the catalyst outlet concentration acquisition means NOx purification rate calculated from the engine outlet NOx concentration acquired by the engine outlet concentration acquisition means, a signal representing the operation history of the engine acquired from the operation history storage unit, and the rotation speed acquisition means A combustion switching control unit that switches a combustion mode of the engine between a lean combustion mode and a stoichiometric combustion mode based on the engine speed and a fuel injection amount acquired from the injection control unit;

本発明に係る内燃機関システムによれば、NOx還元触媒の温度が高いと判断され、かつ、NOx還元触媒を含む部分によるNOx浄化率が低くなったときに、エンジンの燃焼モードをリーン燃焼モードからストイキ燃焼モードに切り替える等により、三元触媒によるNOx浄化が可能になる。したがって、エンジンの高負荷運転によりNOx還元触媒が高温になってNOx浄化率が低下した場合にも、NOx排出量を低減できる。また、排ガスの後処理システムとして、複雑で過大なコストを要する特別な構成を用いる必要がない。   According to the internal combustion engine system of the present invention, when it is determined that the temperature of the NOx reduction catalyst is high and the NOx purification rate by the portion including the NOx reduction catalyst becomes low, the engine combustion mode is changed from the lean combustion mode. By switching to the stoichiometric combustion mode, NOx purification by a three-way catalyst becomes possible. Therefore, even when the NOx reduction catalyst becomes high temperature due to high load operation of the engine and the NOx purification rate decreases, the NOx emission amount can be reduced. Moreover, it is not necessary to use a special configuration that requires a complicated and excessive cost as the exhaust gas aftertreatment system.

本発明に係る第1実施形態の内燃機関システムの全体構成を概略的に示す図である。1 is a diagram schematically showing an overall configuration of an internal combustion engine system according to a first embodiment of the present invention. 図1に示した内燃機関システムの燃焼切替制御装置において実行される処理を示すフローチャートである。2 is a flowchart showing a process executed in the combustion switching control device of the internal combustion engine system shown in FIG. 1. EGR率を示すマップを例示するグラフである。It is a graph which illustrates the map which shows an EGR rate. (a)はNOx還元触媒(SCR)の温度、(b)はSCRでのNOx浄化率、(c)は燃焼モード切替による空燃比の変化、(d)は三元触媒及びNOx還元触媒のNOx浄化量、(e)はNOx還元触媒の出口でのNOx値をそれぞれ示すグラフである。(A) is the temperature of the NOx reduction catalyst (SCR), (b) is the NOx purification rate in the SCR, (c) is the change in the air-fuel ratio by switching the combustion mode, (d) is the NOx of the three-way catalyst and the NOx reduction catalyst. The amount of purification, (e), is a graph showing the NOx value at the outlet of the NOx reduction catalyst. 第2実施形態の内燃機関システムの全体構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly the whole structure of the internal combustion engine system of 2nd Embodiment. 図5に示した内燃機関システムの燃焼切替制御装置において実行される処理を示すフローチャートである。6 is a flowchart showing processing executed in the combustion switching control device of the internal combustion engine system shown in FIG. 5. (a)はSCRの温度の実測値、(b)はSCRの温度の推定値、(c)は三元触媒及びSCRの全体でのNOx浄化率の変化を示すグラフである。(A) is an actual measurement value of the SCR temperature, (b) is an estimated value of the SCR temperature, and (c) is a graph showing changes in the NOx purification rate of the three-way catalyst and the SCR as a whole.

以下に、本発明に係る実施の形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。この説明において、具体的な形状、材料、数値、方向等は、本発明の理解を容易にするための例示であって、用途、目的、仕様等にあわせて適宜変更することができる。また、以下において複数の実施形態や変形例などが含まれる場合、それらの特徴部分を適宜に組み合わせて用いることは当初から想定されている。   Embodiments according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In this description, specific shapes, materials, numerical values, directions, and the like are examples for facilitating the understanding of the present invention, and can be appropriately changed according to the application, purpose, specification, and the like. In addition, when a plurality of embodiments and modifications are included in the following, it is assumed from the beginning that these characteristic portions are used in appropriate combinations.

また、以下においては、エンジンが圧縮点火型のディーゼルエンジンである場合について説明するが、これに限定されず、本発明は火花点火型のガソリンエンジンを含む内燃機関に適用されてもよい。   In the following, a case where the engine is a compression ignition type diesel engine will be described. However, the present invention is not limited to this, and the present invention may be applied to an internal combustion engine including a spark ignition type gasoline engine.

<第1実施形態>
図1は、本発明に係る第1実施形態の内燃機関システム10の全体構成を概略的に示す図である。内燃機関システム10は、エンジン12、燃焼切替制御装置(燃焼切替制御部)11、燃料噴射装置16及び噴射制御装置(噴射制御部)18を備える。本実施形態では、エンジン12は、圧縮点火型のディーゼルエンジンであり、例えば4つのシリンダ14を含む。各シリンダ14には、燃料噴射装置16がそれぞれ設置されている。各燃料噴射装置16は、燃焼切替制御装置11からの信号を受けた噴射制御装置18によって、燃料噴射の回数、量及び時期が制御される。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a diagram schematically showing an overall configuration of an internal combustion engine system 10 according to a first embodiment of the present invention. The internal combustion engine system 10 includes an engine 12, a combustion switching control device (combustion switching control unit) 11, a fuel injection device 16, and an injection control device (injection control unit) 18. In the present embodiment, the engine 12 is a compression ignition type diesel engine and includes, for example, four cylinders 14. Each cylinder 14 is provided with a fuel injection device 16. In each fuel injection device 16, the number, amount, and timing of fuel injection are controlled by an injection control device 18 that has received a signal from the combustion switching control device 11.

また、内燃機関システム10は、さらにエンジン12に装着された回転数センサ(回転数取得手段)20を備える。回転数センサ20は、エンジン12の各シリンダ内のピストンに連結されているクランク軸の回転数をエンジン回転数Neとして取得する機能を有する。回転数センサ20によって取得されたエンジン回転数Neは、エンジン12における燃焼モード切替等のために燃焼切替制御装置11に送信される。   The internal combustion engine system 10 further includes a rotation speed sensor (rotation speed acquisition means) 20 attached to the engine 12. The rotation speed sensor 20 has a function of acquiring the rotation speed of the crankshaft connected to the piston in each cylinder of the engine 12 as the engine rotation speed Ne. The engine rotational speed Ne acquired by the rotational speed sensor 20 is transmitted to the combustion switching control device 11 for combustion mode switching in the engine 12 or the like.

内燃機関システム10は、さらに吸気系21、排気系30、排気還流装置50、及び、ターボチャージャ(過給装置)60を備える。   The internal combustion engine system 10 further includes an intake system 21, an exhaust system 30, an exhaust gas recirculation device 50, and a turbocharger (supercharger) 60.

吸気系21は、エンジン12に空気を供給するための空気通路である。吸気系21における空気の吸気方向が矢印Aで示される。吸気系21は、第1吸気通路22及び第2吸気通路24を含む。第1吸気通路22は、一端が図示しないフィルタ等を介して大気開放され、他端がターボチャージャ60のコンプレッサ室62に接続されている。第2吸気通路24は、一端が上記コンプレッサ室62に接続され、他端がエンジン12の吸気ポートに接続されている。第2吸気通路24には、吸気絞り弁26が設けられている。吸気絞り弁26は、例えば、電磁開閉弁によって好適に構成される。本実施形態では、吸気絞り弁26は、ターボチャージャ60のコンプレッサ室62近傍に設置されている。   The intake system 21 is an air passage for supplying air to the engine 12. The direction of air intake in the intake system 21 is indicated by an arrow A. The intake system 21 includes a first intake passage 22 and a second intake passage 24. One end of the first intake passage 22 is opened to the atmosphere via a filter or the like (not shown), and the other end is connected to the compressor chamber 62 of the turbocharger 60. The second intake passage 24 has one end connected to the compressor chamber 62 and the other end connected to the intake port of the engine 12. An intake throttle valve 26 is provided in the second intake passage 24. The intake throttle valve 26 is preferably configured by, for example, an electromagnetic on-off valve. In the present embodiment, the intake throttle valve 26 is installed in the vicinity of the compressor chamber 62 of the turbocharger 60.

吸気絞り弁26は、エンジン12に吸気される空気量を調整する空気量調整装置である。吸気絞り弁26は、吸排気制御装置28からの信号を受けて開度調整される。吸排気制御装置28は、燃焼切替制御装置11との間で信号を送受信する。吸排気制御装置28は、燃焼切替制御装置11からの指令信号を受けて、吸気絞り弁26に開度信号を送信する。また、吸排気制御装置28は、吸気絞り弁26の開度状態を示す信号を燃焼切替制御装置11へ送信する。なお、吸気絞り弁26は、ターボチャージャ60による過給圧を調整する過給圧調整装置の一部を構成してもよい。   The intake throttle valve 26 is an air amount adjusting device that adjusts the amount of air taken into the engine 12. The intake throttle valve 26 is adjusted in opening by receiving a signal from the intake / exhaust control device 28. The intake / exhaust control device 28 transmits / receives a signal to / from the combustion switching control device 11. The intake / exhaust control device 28 receives a command signal from the combustion switching control device 11 and transmits an opening degree signal to the intake throttle valve 26. In addition, the intake / exhaust control device 28 transmits a signal indicating the opening state of the intake throttle valve 26 to the combustion switching control device 11. The intake throttle valve 26 may constitute a part of a supercharging pressure adjusting device that adjusts the supercharging pressure by the turbocharger 60.

排気系30は、エンジン12から排気される排ガスを外部に排出するための排ガス通路である。排気系30は、第1排気通路32、第2排気通路34及びタービンバイパス流路36を含む。第1排気通路32は、一端がエンジン12の排気ポートに接続され、他端がターボチャージャ60のタービン室64に接続されている。第2排気通路34は、一端が上記タービン室64に接続され、他端が図示しないマフラ(または消音器)を介して大気開放されている。   The exhaust system 30 is an exhaust gas passage for exhausting exhaust gas exhausted from the engine 12 to the outside. The exhaust system 30 includes a first exhaust passage 32, a second exhaust passage 34, and a turbine bypass passage 36. The first exhaust passage 32 has one end connected to the exhaust port of the engine 12 and the other end connected to the turbine chamber 64 of the turbocharger 60. The second exhaust passage 34 has one end connected to the turbine chamber 64 and the other end open to the atmosphere via a muffler (or a silencer) not shown.

第2排気通路34には、三元触媒38及びNOx還元触媒40が設けられている。排ガスは、これらの三元触媒38及びNOx還元触媒40を通過する間に、HC(炭化水素)、CO(一酸化炭素)、NOx(窒素酸化物)等が排ガス中から除去・浄化されて大気排出される。なお、本実施形態では、三元触媒38及びNOx還元触媒40の他には触媒(例えば、HCトラップ触媒や微粒子フィルタ(DPF))は設けられていないが、設けてもよい。   A three-way catalyst 38 and a NOx reduction catalyst 40 are provided in the second exhaust passage 34. While the exhaust gas passes through the three-way catalyst 38 and the NOx reduction catalyst 40, HC (hydrocarbon), CO (carbon monoxide), NOx (nitrogen oxide), etc. are removed and purified from the exhaust gas to the atmosphere. Discharged. In the present embodiment, a catalyst (for example, an HC trap catalyst or a particulate filter (DPF)) is not provided in addition to the three-way catalyst 38 and the NOx reduction catalyst 40, but may be provided.

三元触媒38は、排ガス中に含まれるHC、CO、NOxを酸化・還元作用によって除去・浄化する機能を有し、その浄化効率は空燃比が化学量論比のときに高くなり、高温でも浄化効率を比較的高く維持できる。一方、NOx還元触媒40は、主として排ガス中のNOxを還元作用によって除去・浄化する機能を有し、その浄化効率はリーン運転時においても非常に高いが、高温になると若干低くなる傾向にある。   The three-way catalyst 38 has a function of removing and purifying HC, CO, NOx contained in the exhaust gas by oxidation / reduction action, and the purification efficiency becomes high when the air-fuel ratio is stoichiometric, even at high temperatures. The purification efficiency can be maintained relatively high. On the other hand, the NOx reduction catalyst 40 mainly has a function of removing and purifying NOx in the exhaust gas by a reducing action, and its purification efficiency is very high even during the lean operation, but tends to be slightly lowered at a high temperature.

本実施形態では、NOx還元触媒40が選択還元型触媒(SCR)である。NOx還元触媒40として選択還元型触媒を用いることで、吸蔵還元型触媒(NSR)を用いる構成の場合と異なり、触媒を安価に構成できる。   In the present embodiment, the NOx reduction catalyst 40 is a selective reduction catalyst (SCR). By using a selective reduction catalyst as the NOx reduction catalyst 40, the catalyst can be configured at a low cost, unlike the configuration using an occlusion reduction catalyst (NSR).

第2排気通路34において、排ガス排出方向に関して、NOx還元触媒40より下流側の配管でNOx還元触媒40の出口近傍には、排気温センサ(温度取得手段)80と、NOxセンサ(触媒出口濃度取得手段)81とが配置されている。排気温センサ80は、NOx還元触媒40の出口近傍での排気温度を直接検出することにより、NOx還元触媒40の出口での排気温度(触媒関係温度)を取得する。排気温センサ80は、その取付位置での排気温度がNOx還元触媒40の出口での排気温度と同じとみなせるような、NOx還元触媒40の出口近傍に配置する。排気温センサ80によって取得された排気温度Tgは、燃焼切替制御装置11に送信される。   In the second exhaust passage 34, an exhaust temperature sensor (temperature acquisition means) 80 and a NOx sensor (catalyst outlet concentration acquisition) are located in the vicinity of the outlet of the NOx reduction catalyst 40 in the pipe downstream of the NOx reduction catalyst 40 in the exhaust gas discharge direction. Means) 81 is arranged. The exhaust temperature sensor 80 acquires the exhaust temperature (catalyst related temperature) at the outlet of the NOx reduction catalyst 40 by directly detecting the exhaust temperature in the vicinity of the outlet of the NOx reduction catalyst 40. The exhaust temperature sensor 80 is disposed in the vicinity of the outlet of the NOx reduction catalyst 40 so that the exhaust temperature at the mounting position can be regarded as the same as the exhaust temperature at the outlet of the NOx reduction catalyst 40. The exhaust gas temperature Tg acquired by the exhaust gas temperature sensor 80 is transmitted to the combustion switching control device 11.

NOxセンサ81は、NOx還元触媒40の出口近傍での触媒出口NOx濃度を検出によって取得する。NOxセンサ81は、その取付位置でのNOx濃度がNOx還元触媒40の出口でのNOx濃度と同じとみなせるような、NOx還元触媒40の出口近傍に配置する。NOxセンサ81によって取得された触媒出口NOx濃度は、燃焼切替制御装置11に送信される。   The NOx sensor 81 acquires the catalyst outlet NOx concentration in the vicinity of the outlet of the NOx reduction catalyst 40 by detection. The NOx sensor 81 is disposed in the vicinity of the outlet of the NOx reduction catalyst 40 so that the NOx concentration at the mounting position can be regarded as the same as the NOx concentration at the outlet of the NOx reduction catalyst 40. The catalyst outlet NOx concentration acquired by the NOx sensor 81 is transmitted to the combustion switching control device 11.

本実施形態では、NOx還元触媒40が、排ガス排出方向(矢印E方向)に関して、三元触媒38の下流側に配置されている。換言すれば、三元触媒38が排ガス排出方向Eに関してNOx還元触媒40の上流側に配置されている。三元触媒38は、NOx還元触媒40に比べて、高温耐性が高く、かつ、高温でもNOx等の汚染物質の浄化特性が維持されるため、より高温の排ガスに晒される上流側に配置するのが好ましい。ただし、これに限定されるものではなく、NOx還元触媒40が三元触媒38の上流側に配置されてもよい。   In the present embodiment, the NOx reduction catalyst 40 is disposed on the downstream side of the three-way catalyst 38 with respect to the exhaust gas discharge direction (arrow E direction). In other words, the three-way catalyst 38 is arranged on the upstream side of the NOx reduction catalyst 40 with respect to the exhaust gas discharge direction E. The three-way catalyst 38 has a higher high temperature resistance than the NOx reduction catalyst 40 and maintains the purification characteristics of pollutants such as NOx even at a high temperature. Therefore, the three-way catalyst 38 is disposed on the upstream side exposed to higher temperature exhaust gas. Is preferred. However, the present invention is not limited to this, and the NOx reduction catalyst 40 may be disposed upstream of the three-way catalyst 38.

内燃機関システム10は、さらに尿素添加装置(還元剤添加装置)82、尿素添加量制御装置83、NH3吸着量推定装置(吸着量推定部)84、及びNOx排出量推定装置(エンジン出口濃度取得手段)85を備える。尿素添加装置82は、第2排気通路34において、排ガス排出方向に関して、NOx還元触媒40より上流側で三元触媒38より下流側の配管に接続されている。尿素添加装置82は、尿素を例えば尿素水として第2排気通路34に添加する。これにより、第2排気通路34を流れる排ガスがNOx還元触媒40に送られることで、NOx還元触媒40に尿素の加水分解により生成された還元剤としてのアンモニア(NH3)が添加される。 The internal combustion engine system 10 further includes a urea addition device (reducing agent addition device) 82, a urea addition amount control device 83, an NH 3 adsorption amount estimation device (adsorption amount estimation unit) 84, and a NOx emission amount estimation device (engine outlet concentration acquisition). Means) 85. In the second exhaust passage 34, the urea addition device 82 is connected to a pipe upstream of the NOx reduction catalyst 40 and downstream of the three-way catalyst 38 in the exhaust gas discharge direction. The urea adding device 82 adds urea to the second exhaust passage 34 as urea water, for example. Thereby, the exhaust gas flowing through the second exhaust passage 34 is sent to the NOx reduction catalyst 40, whereby ammonia (NH 3 ) as a reducing agent generated by the hydrolysis of urea is added to the NOx reduction catalyst 40.

尿素添加量制御装置83は、尿素添加装置82を制御して、NOx還元触媒40の排ガス上流側への尿素の添加を制御することにより、NOx還元触媒40へのNH3の添加を制御する。尿素添加量制御装置83は、燃焼切替制御装置11によって制御される。 The urea addition amount control device 83 controls addition of NH 3 to the NOx reduction catalyst 40 by controlling the urea addition device 82 to control addition of urea to the exhaust gas upstream side of the NOx reduction catalyst 40. The urea addition amount control device 83 is controlled by the combustion switching control device 11.

NH3吸着量推定装置84は、NOx還元触媒40上での現時点の吸着還元剤量、すなわちNOx還元触媒40に吸着しているNH3の量を推定するとともに、飽和NH3吸着量を算出する。飽和NH3吸着量は、排気温センサ80から取得した排気温度Tgから算出される。現時点の吸着還元剤量であるNH3吸着量は、後述のように所定時間に添加されたNH3添加量と、その所定時間でNOxの浄化に使用され減少したNH3量と、現時点の飽和NH3吸着量、及びNOxの浄化に使用されず脱離したNH3量とから求める。NH3吸着量推定装置84によって取得された現時点の吸着還元剤量の推定値と、飽和NH3吸着量の算出値とは、燃焼切替制御装置11に送信される。 The NH 3 adsorption amount estimation device 84 estimates the current adsorption / reduction agent amount on the NOx reduction catalyst 40, that is, the amount of NH 3 adsorbed on the NOx reduction catalyst 40, and calculates a saturated NH 3 adsorption amount. . The saturated NH 3 adsorption amount is calculated from the exhaust temperature Tg acquired from the exhaust temperature sensor 80. Adsorbed NH 3 amount is adsorbed amount of reducing agent present time, the NH 3 amount added to the predetermined time as will be described later, the amount of NH 3 was reduced used for purifying NOx in the predetermined time, the saturation of the current NH 3 adsorption, and determined from the amount of NH 3 was not desorbed used for purification of NOx. The estimated value of the current adsorption reducing agent amount acquired by the NH 3 adsorption amount estimation device 84 and the calculated value of the saturated NH 3 adsorption amount are transmitted to the combustion switching control device 11.

NOx排出量推定装置85は、エンジン12から排出されるNOxについてのエンジン出口NOx濃度を推定して取得する。エンジン出口NOx濃度は、回転数センサ20から取得したエンジン回転数と、噴射制御装置18が決定した燃料噴射量Qの取得値とから推定される。このために、NOx排出量推定装置85は、予めエンジン回転数、燃料噴射量Q、及びエンジン出口NOx濃度の関係を表すマップを記憶しておき、取得したエンジン回転数、燃料噴射量Qから、エンジン出口NOx濃度を推定する。なお、エンジン出口NOx濃度は、エンジン12の運転状態を用いて求めるモデルから推定されてもよい。NOx排出量推定装置85によって取得されたエンジン出口NOx濃度の推定値は、燃焼切替制御装置11に送信される。   The NOx emission estimation device 85 estimates and acquires the engine outlet NOx concentration for NOx discharged from the engine 12. The engine outlet NOx concentration is estimated from the engine rotational speed acquired from the rotational speed sensor 20 and the acquired value of the fuel injection amount Q determined by the injection control device 18. For this purpose, the NOx emission amount estimation device 85 stores a map representing the relationship between the engine speed, the fuel injection amount Q, and the engine outlet NOx concentration in advance, and from the acquired engine speed and fuel injection amount Q, Estimate the engine outlet NOx concentration. The engine outlet NOx concentration may be estimated from a model obtained using the operation state of the engine 12. The estimated value of the engine outlet NOx concentration acquired by the NOx emission amount estimation device 85 is transmitted to the combustion switching control device 11.

タービンバイパス流路36は、ターボチャージャ60のタービン室64の上流側で第1排気通路32に接続され、他端が三元触媒38の排ガス排出方向Eの上流側で第2排気通路34に接続されている。タービンバイパス流路36には、ウエストゲートバルブ42が設けられている。ウエストゲートバルブ42は、ターボチャージャ60による吸気の過給圧を調整する機能を有する。また、ウエストゲートバルブ42は、上記過給圧が規定値以上になることを防止して、エンジン12及びターボチャージャ60が損壊しないように保護する機能を有する。   The turbine bypass passage 36 is connected to the first exhaust passage 32 on the upstream side of the turbine chamber 64 of the turbocharger 60, and the other end is connected to the second exhaust passage 34 on the upstream side in the exhaust gas discharge direction E of the three-way catalyst 38. Has been. A wastegate valve 42 is provided in the turbine bypass passage 36. The wastegate valve 42 has a function of adjusting the supercharging pressure of intake air by the turbocharger 60. Further, the wastegate valve 42 has a function of preventing the supercharging pressure from exceeding a specified value and protecting the engine 12 and the turbocharger 60 from being damaged.

ウエストゲートバルブ42は、例えば、電磁開閉弁によって好適に構成される。ウエストゲートバルブ42は、燃焼切替制御装置11からの信号を受けて開度調整される。ウエストゲートバルブ42の開度が大きくなると、タービン室64内に流入することなくタービンバイパス流路36を通って第2排気通路34にバイパスされる排ガスが増加する。これにより、エンジン12及びターボチャージャ60が損壊しないように保護される。なお、本実施形態におけるタービンバイパス流路36及びウエストゲートバルブ42が、本発明における「過給圧調整装置」に相当する。   The wastegate valve 42 is preferably configured by, for example, an electromagnetic on-off valve. The wastegate valve 42 is adjusted in opening degree in response to a signal from the combustion switching control device 11. When the opening degree of the waste gate valve 42 increases, the exhaust gas bypassed to the second exhaust passage 34 through the turbine bypass passage 36 without flowing into the turbine chamber 64 increases. As a result, the engine 12 and the turbocharger 60 are protected from damage. The turbine bypass passage 36 and the waste gate valve 42 in the present embodiment correspond to the “supercharging pressure adjusting device” in the present invention.

第2吸気通路24と第1排気通路32との間には、排気還流装置50が設けられている。排気還流装置50は、第1排気通路32と第2排気通路34とを接続する排気還流通路52と、この排気還流通路52の途中に設置された排ガス還流量調整弁(排気還流量調整装置)54とを含む。排ガス還流量調整弁54は、吸排気制御装置28からの信号を受けて開度調整される。吸排気制御装置28は、燃焼切替制御装置11からの指令を受けて、排ガス還流量調整弁54へ開度調整信号を送信する。このようにして排ガス還流量調整弁54が開度調整されることで、第1排気通路32から排気還流通路52を介して第2吸気通路24に還流または再循環する排ガス量が調整される。   An exhaust gas recirculation device 50 is provided between the second intake passage 24 and the first exhaust passage 32. The exhaust gas recirculation device 50 includes an exhaust gas recirculation passage 52 that connects the first exhaust passage 32 and the second exhaust passage 34, and an exhaust gas recirculation amount adjustment valve (exhaust gas recirculation amount adjustment device) installed in the middle of the exhaust gas recirculation passage 52. 54. The exhaust gas recirculation amount adjustment valve 54 is adjusted in opening degree in response to a signal from the intake / exhaust control device 28. The intake / exhaust control device 28 receives an instruction from the combustion switching control device 11 and transmits an opening degree adjustment signal to the exhaust gas recirculation amount adjustment valve 54. By adjusting the opening degree of the exhaust gas recirculation amount adjustment valve 54 in this way, the amount of exhaust gas recirculated or recirculated from the first exhaust passage 32 to the second intake passage 24 via the exhaust recirculation passage 52 is adjusted.

ターボチャージャ60は、コンプレッサ室62に収容されたコンプレッサホイール63と、タービン室64に収容されたタービン65と、コンプレッサホイール63とタービン65とを連結するシャフト66とを備える。第1排気通路32からタービン室64内のタービン65に排ガスが噴き付けることによってタービン65が回転し、この回転動力がシャフト66を介してコンプレッサホイール63に伝達される。これにより、コンプレッサホイール63が回転駆動され、第2吸気通路24を介してエンジン12に供給される空気が加圧(すなわち過給)される構成となっている。   The turbocharger 60 includes a compressor wheel 63 accommodated in the compressor chamber 62, a turbine 65 accommodated in the turbine chamber 64, and a shaft 66 connecting the compressor wheel 63 and the turbine 65. The exhaust gas is sprayed from the first exhaust passage 32 to the turbine 65 in the turbine chamber 64, whereby the turbine 65 rotates, and this rotational power is transmitted to the compressor wheel 63 via the shaft 66. As a result, the compressor wheel 63 is driven to rotate, and the air supplied to the engine 12 via the second intake passage 24 is pressurized (ie, supercharged).

燃焼切替制御装置11は、例えば、処理装置、記憶部、及び、I/Oインターフェースなどを備えるマイクロコンピュータによって好適に構成される。処理装置は、記憶部に記憶されたプログラムやデータ等を読み出して実行する。記憶部は、プログラムを記憶するとともに、回転数センサ20で取得されて送信されるエンジン回転数Ne、排気温センサ80によって取得された排気温度Tg、及びNOxセンサ81によって取得された触媒出口NOx濃度を記憶する。記憶部は、NOx排出量推定装置85によって取得されたエンジン出口NOx濃度、マップ、及び所定値も記憶する。   The combustion switching control device 11 is preferably configured by, for example, a microcomputer including a processing device, a storage unit, and an I / O interface. The processing device reads and executes a program, data, or the like stored in the storage unit. The storage unit stores the program and the engine rotational speed Ne acquired and transmitted by the rotational speed sensor 20, the exhaust gas temperature Tg acquired by the exhaust gas temperature sensor 80, and the catalyst outlet NOx concentration acquired by the NOx sensor 81. Remember. The storage unit also stores the engine outlet NOx concentration, the map, and the predetermined value acquired by the NOx emission amount estimation device 85.

また、燃焼切替制御装置11は、エンジン12の各シリンダ14への燃料噴射の回数、量や噴射時期を制御するための指令信号を噴射制御装置18に送信する。また、燃焼切替制御装置11は、吸気絞り弁26及び排ガス還流量調整弁54の開度調整を行うための指令信号を吸排気制御装置28に送信する。さらに、燃焼切替制御装置11は、ウエストゲートバルブ42に対して開度調整信号を送信する。   Further, the combustion switching control device 11 transmits a command signal for controlling the number, amount, and injection timing of fuel injection to each cylinder 14 of the engine 12 to the injection control device 18. Further, the combustion switching control device 11 transmits a command signal for adjusting the opening degree of the intake throttle valve 26 and the exhaust gas recirculation amount adjusting valve 54 to the intake / exhaust control device 28. Further, the combustion switching control device 11 transmits an opening degree adjustment signal to the waste gate valve 42.

また、燃焼切替制御装置11は、NOxセンサ81によって取得された触媒出口NOx濃度及びNOx排出量推定装置85によって取得されたエンジン出口NOx濃度からNOx浄化率を算出する。そして、燃焼切替制御装置11は、算出されたNOx浄化率と、排気温センサ80によって取得された排気温度Tgと、回転数センサ20によって取得されたエンジン回転数Neと、噴射制御装置18から取得された燃料噴射量Qとに基づいて、エンジン12の燃焼モードをリーン燃焼モードとストイキ燃焼モードとの間で切り替える。このモードの切り換えについては後で、図2を参照して説明する。   Further, the combustion switching control device 11 calculates the NOx purification rate from the catalyst outlet NOx concentration acquired by the NOx sensor 81 and the engine outlet NOx concentration acquired by the NOx emission amount estimating device 85. The combustion switching control device 11 acquires from the calculated NOx purification rate, the exhaust temperature Tg acquired by the exhaust temperature sensor 80, the engine rotational speed Ne acquired by the rotational speed sensor 20, and the injection control device 18. On the basis of the fuel injection amount Q, the combustion mode of the engine 12 is switched between the lean combustion mode and the stoichiometric combustion mode. This mode switching will be described later with reference to FIG.

なお、燃焼切替制御装置11は、噴射制御装置18、吸排気制御装置28、尿素添加量制御装置83、NH3吸着量推定装置84、及びNOx排出量推定装置85の少なくとも1つと一体のチップとして構成されてもよいし、あるいは、別体のチップとして構成されてもよい。 The combustion switching control device 11 is a chip integrated with at least one of the injection control device 18, the intake / exhaust control device 28, the urea addition amount control device 83, the NH 3 adsorption amount estimation device 84, and the NOx emission amount estimation device 85. It may be configured, or may be configured as a separate chip.

次に、図2を参照して、本実施形態の内燃機関システム10の制御について説明する。図2は、図1に示した内燃機関システム10の燃焼切替制御装置において実行される処理を示すフローチャートである。図3は、EGR率を示すマップを例示するグラフである。図2に示す処理は、燃焼切替制御装置11において、所定の制御周期(例えば、1秒)毎に繰り返し実行される。   Next, control of the internal combustion engine system 10 of the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a flowchart showing processing executed in the combustion switching control device of the internal combustion engine system 10 shown in FIG. FIG. 3 is a graph illustrating a map showing the EGR rate. The process shown in FIG. 2 is repeatedly executed in the combustion switching control device 11 every predetermined control period (for example, 1 second).

図2に示すように、燃焼切替制御装置11は、まず、ステップS1において、排気温度Tgを取得する。この排気温度Tgは、排気温センサ80によって取得されて記憶部に記憶された値を用いることができる。   As shown in FIG. 2, the combustion switching control device 11 first acquires the exhaust gas temperature Tg in step S1. As the exhaust temperature Tg, a value acquired by the exhaust temperature sensor 80 and stored in the storage unit can be used.

次に、燃焼切替制御装置11は、ステップS2において、触媒出口NOx濃度を取得する。この触媒出口NOx濃度は、NOxセンサ81によって取得されて記憶部に記憶された値を用いることができる。   Next, the combustion switching control device 11 acquires the catalyst outlet NOx concentration in step S2. As the catalyst outlet NOx concentration, a value acquired by the NOx sensor 81 and stored in the storage unit can be used.

次に、燃焼切替制御装置11は、ステップS3において、エンジン回転数Neを取得する。このエンジン回転数Neは、回転数センサ20によって取得されて記憶部に記憶された値を用いることができる。   Next, the combustion switching control device 11 acquires the engine speed Ne in step S3. As the engine speed Ne, a value acquired by the speed sensor 20 and stored in the storage unit can be used.

続いて、燃焼切替制御装置11は、ステップS4において、排気温度Tgから現在の飽和NH3吸着量Tanを推定するとともに、現時点でのNH3吸着量Aanを推定する。NOx還元触媒40の出口での排気温度は、その触媒床と排ガスとの熱交換の結果によって決まる。これにより、排気温度TgとNOx還元触媒40の床温との相関は高い。また、飽和NH3吸着量Tanは、触媒床温との相関が強いことから、排気温度Tgと飽和NH3吸着量Tanとの相関も強く、その結果、排気温度Tgから飽和NH3吸着量Tanを求めることができる。また、現時点(t)でのNH3吸着量Aan(t)は、所定時間前の時刻t−1から時刻tまでの間に添加されたNH3添加量addNH3(t)、時刻t−1から時刻tまでの間のNOx浄化で使用されたNH3量NH3rd(t)、時刻t−1から時刻tまでの間のNOx浄化で使用されず触媒から脱離したNH3量NH3sp(t)、及び現時点での飽和NH3吸着量Tan(t)から次の(1)式を用いて求められる。 Subsequently, in step S4, the combustion switching control device 11 estimates the current saturated NH 3 adsorption amount Tan from the exhaust temperature Tg and also estimates the current NH 3 adsorption amount Aan. The exhaust temperature at the outlet of the NOx reduction catalyst 40 is determined by the result of heat exchange between the catalyst bed and the exhaust gas. Thereby, the correlation between the exhaust temperature Tg and the bed temperature of the NOx reduction catalyst 40 is high. Further, since the saturated NH 3 adsorption amount Tan has a strong correlation with the catalyst bed temperature, the correlation between the exhaust temperature Tg and the saturated NH 3 adsorption amount Tan is also strong. As a result, the saturated NH 3 adsorption amount Tan from the exhaust temperature Tg. Can be requested. Further, the NH 3 adsorption amount Aan (t) at the present time (t) is the NH 3 addition amount addNH 3 (t) added between the time t-1 and the time t a predetermined time before the time t-1. NH 3 amount NH 3 rd (t) used in NOx purification from time t to time t, NH 3 amount NH 3 desorbed from the catalyst not used in NOx purification from time t-1 to time t sp (t), and saturated NH 3 adsorption Tan (t) at the current time is determined using the following equation (1).

Aan(t)=最小値(飽和NH3吸着量Tan(t)、Aan(t−1)+addNH3(t)−NH3rd(t)−NH3sp(t)) ・・・(1)
ここで、tは時間であり、最小値(a1、a2・・・ai)はa1からaiのうち、最小の値を取ることを意味する。(1)式において、NH3添加量addNH3(t)は、尿素添加量制御装置83により決定した添加量から求めることができる。NH3rd(t)は、排気温センサ80から取得した排気温度Tgの変化から、予め求めた関係式またはマップを用いて求めることができる。NH3sp(t)は、例えば次の(2)式から求めることができる。
Aan (t) = minimum value (saturated NH 3 adsorption amount Tan (t), Aan (t−1) + addNH 3 (t) −NH 3 rd (t) −NH 3 sp (t)) (1)
Here, t is time, and the minimum value (a1, a2... Ai) means taking the minimum value from a1 to ai. In the equation (1), the NH 3 addition amount addNH 3 (t) can be obtained from the addition amount determined by the urea addition amount control device 83. NH 3 rd (t) can be obtained from a change in the exhaust gas temperature Tg acquired from the exhaust gas temperature sensor 80 using a relational expression or a map obtained in advance. NH 3 sp (t) can be obtained, for example, from the following equation (2).

NH3sp(t)=f(エンジン回転数Ne、燃料噴射量Q、噴射時期、吸気絞り弁開度、尿素添加量、NH3吸着量Aan(t)、ガス温Tg(t)) ・・・(2)
ここで、fは関数である。例えば(2)式は、次の(3)式で記述される。
NH 3 sp (t) = f (engine speed Ne, fuel injection amount Q, injection timing, intake throttle valve opening, urea addition amount, NH 3 adsorption amount Aan (t), gas temperature Tg (t)) (2)
Here, f is a function. For example, the expression (2) is described by the following expression (3).

NH3sp(t)=A1×NH3吸着量Aan(t) ・・・(3)
ここで、右辺第1項の係数A1は、次の(4)式で記述される。
NH 3 sp (t) = A1 × NH 3 adsorption amount Aan (t) (3)
Here, the coefficient A1 of the first term on the right side is described by the following equation (4).

A1=a×(エンジン回転数Ne)+b×(燃料噴射量Q)+c×(噴射時期)+d×(吸気絞り弁開度×エンジン回転数Ne)+e×(尿素添加量)+f×(ガス温) ・・・(4)
ここで、a、b、c、d、e、fは所定の係数である。なお、(2)〜(4)式は例示であり、係数の数、種類及び式の形を限定するものではない。
A1 = a × (engine speed Ne) + b × (fuel injection amount Q) + c × (injection timing) + d × (intake throttle valve opening × engine speed Ne) + e × (urea addition amount) + f × (gas temperature) (4)
Here, a, b, c, d, e, and f are predetermined coefficients. In addition, (2)-(4) Formula is an illustration, and does not limit the number of a coefficient, a kind, and the form of a formula.

また、NH3吸着量Aanの初期値は0であり、エンジン12が停止したときは、そのNH3吸着量Aanの値を保持し、再起動時には停止時の値から算出を始める。 The initial value of the NH 3 adsorption amount Aan is 0. When the engine 12 is stopped, the value of the NH 3 adsorption amount Aan is held, and calculation is started from the value at the time of stop when restarting.

ステップS5において、燃料噴射量Qを取得する。燃料噴射量Qは、噴射制御装置18から送信されて記憶部に記憶されている値を用いることができる。また、燃焼切替制御装置11は、図示しない上位制御装置から入力されるエンジン12の運転条件(目標トルクTq_tag及び目標エンジン回転数Ne_tag)が実現されるように、同ステップS5において、通常時のリーン燃焼条件としての、燃料噴射回数、噴射時期、目標EGR率、過給圧、吸気絞り弁26の開度を決定する。この決定の際には、例えば、記憶部に記憶された各種マップが参照される。例えば、図3にエンジン回転数Neと燃料噴射量Qとから、目標EGR率を導出するためのマップが例示されている。なお、図3に示される実線ULは、エンジン12における運転限界を示す上限ラインである。このようにエンジン12は、燃料噴射量Qとエンジン回転数Neとから運転条件が決定される。   In step S5, the fuel injection amount Q is acquired. As the fuel injection amount Q, a value transmitted from the injection control device 18 and stored in the storage unit can be used. In addition, the combustion switching control device 11 performs the normal lean in step S5 so that the operating conditions (target torque Tq_tag and target engine speed Ne_tag) input from the host control device (not shown) are realized. As the combustion conditions, the number of fuel injections, the injection timing, the target EGR rate, the supercharging pressure, and the opening of the intake throttle valve 26 are determined. For this determination, for example, various maps stored in the storage unit are referred to. For example, FIG. 3 illustrates a map for deriving the target EGR rate from the engine speed Ne and the fuel injection amount Q. A solid line UL shown in FIG. 3 is an upper limit line indicating an operation limit in the engine 12. Thus, the operating condition of the engine 12 is determined from the fuel injection amount Q and the engine speed Ne.

再び図2を参照すると、続いて、燃焼切替制御装置11は、ステップS6において、エンジン出口NOx濃度を取得する。エンジン出口NOx濃度は、NOx排出量推定装置85から送信されて記憶部に記憶されている値を用いることができる。上記のようにエンジン12は、S5において燃料噴射量Qとエンジン回転数Neとから運転条件が決定され、運転条件が決まると燃焼状態も決まることから、エンジン12から排出されるガス成分も決まる。この結果、燃料噴射量Qとエンジン回転数Neとを直交する2軸とするマップにおいて、Q,Neとエンジン出口NOx濃度との関係を表すことができる。ステップS6では予め計測によって求めた、エンジン運転状態である燃料噴射量Q及びエンジン回転数Neと、エンジン出口NOx濃度との関係から予め作成されたマップを利用する。NOx排出量推定装置85は、このマップの利用によって、現時点でのエンジン出口NOx濃度を推定し、燃焼切替制御装置11はその推定値を取得する。   Referring to FIG. 2 again, subsequently, the combustion switching control device 11 acquires the engine outlet NOx concentration in step S6. As the engine outlet NOx concentration, a value transmitted from the NOx emission estimating device 85 and stored in the storage unit can be used. As described above, the operating condition of the engine 12 is determined from the fuel injection amount Q and the engine speed Ne in S5. When the operating condition is determined, the combustion state is also determined, so that the gas component discharged from the engine 12 is also determined. As a result, the relationship between Q and Ne and the engine outlet NOx concentration can be expressed in a map in which the fuel injection amount Q and the engine speed Ne are two orthogonal axes. In step S6, a map prepared in advance from the relationship between the fuel injection amount Q and the engine speed Ne, which are engine operating states, and the engine outlet NOx concentration, which are obtained by measurement in advance, is used. The NOx emission amount estimation device 85 estimates the current engine outlet NOx concentration by using this map, and the combustion switching control device 11 acquires the estimated value.

なお、エンジン出口NOx濃度は、エンジンの運転状態としての、吸入空気量、EGR率、エンジン回転数及び燃料噴射量Qと、エンジン出口NOx濃度との関係を表すマップを用いて推定されてもよい。   The engine outlet NOx concentration may be estimated using a map representing the relationship between the intake air amount, the EGR rate, the engine speed and the fuel injection amount Q as the engine operating state, and the engine outlet NOx concentration. .

また、エンジン出口濃度取得手段として、NOx排出量推定装置85の代わりにエンジン出口NOx濃度を計測によって取得する第2NOxセンサ(図示せず)を用いることもできる。第2NOxセンサは第1排気通路32においてエンジン12の排気ポートの出口近くに設けることができる。第2NOxセンサの計測値は、燃焼切替制御装置11に送信される。   Further, as the engine outlet concentration acquisition means, a second NOx sensor (not shown) that acquires the engine outlet NOx concentration by measurement can be used instead of the NOx emission amount estimation device 85. The second NOx sensor can be provided in the first exhaust passage 32 near the outlet of the exhaust port of the engine 12. The measurement value of the second NOx sensor is transmitted to the combustion switching control device 11.

次に、燃焼切替制御装置11は、ステップS7において、排気温度Tgが第1所定値K1より大きいか否かを判定する。ここでの第1所定値K1には、予め実験やシミュレーション等から求めて記憶部に記憶させた値を用いることができる。上記ステップS7において、肯定判定(YES)がされると、続くステップS8に進み、他方、否定判定(NO)がされると、ステップS14に進む。   Next, the combustion switching control device 11 determines whether or not the exhaust gas temperature Tg is higher than the first predetermined value K1 in step S7. As the first predetermined value K1 here, a value obtained in advance from experiments or simulations and stored in the storage unit can be used. If an affirmative determination (YES) is made in step S7, the process proceeds to the subsequent step S8, and if a negative determination (NO) is made, the process proceeds to step S14.

ステップS7において肯定判定がされたときには、燃焼切替制御装置11は、ステップS8において、NOx浄化率Rを算出する。NOx浄化率Rは、次の(5)式によって求められる。   When an affirmative determination is made in step S7, the combustion switching control device 11 calculates the NOx purification rate R in step S8. The NOx purification rate R is obtained by the following equation (5).

R={(エンジン出口NOx濃度)−(触媒出口NOx濃度)}/(エンジン出口NOx濃度) ・・・(5)
(5)式において、{(エンジン出口NOx濃度)−(触媒出口NOx濃度)}は、三元触媒38及びNOx還元触媒40を含む排気浄化部によって浄化された浄化NOx量に対応する。NOx浄化率Rの値が高いことは、排気浄化部での浄化NOx量が大きいことを意味する。
R = {(engine outlet NOx concentration) − (catalyst outlet NOx concentration)} / (engine outlet NOx concentration) (5)
In the equation (5), {(engine outlet NOx concentration) − (catalyst outlet NOx concentration)} corresponds to the amount of purified NOx purified by the exhaust purification unit including the three-way catalyst 38 and the NOx reduction catalyst 40. A high value of the NOx purification rate R means that the amount of purified NOx in the exhaust purification unit is large.

そして、ステップS9において、燃焼切替制御装置11は、NOx浄化率Rが第2所定値K2より小さいか否かを判定する。ここでの第2所定値K2には、予め実験やシミュレーション等から求めて記憶部に記憶させた値を用いることができる。NOx浄化率Rが第2所定値K2より小さいときには、NOx還元触媒40での浄化能力が低下したと判断される。上記ステップS9において、肯定判定(YES)がされると、続くステップS10に進み、他方、否定判定(NO)がされると、ステップS14に進む。   In step S9, the combustion switching control device 11 determines whether or not the NOx purification rate R is smaller than the second predetermined value K2. As the second predetermined value K2 here, a value obtained in advance from experiments or simulations and stored in the storage unit can be used. When the NOx purification rate R is smaller than the second predetermined value K2, it is determined that the purification capability of the NOx reduction catalyst 40 has decreased. If an affirmative determination (YES) is made in step S9, the process proceeds to the subsequent step S10, and if a negative determination (NO) is made, the process proceeds to step S14.

続いて、ステップS10において、燃焼切替制御装置11は、現時点のNH3吸着量Aanと、飽和NH3吸着量Tanとの比Aan/Tanが第3所定値K3より大きいか否かを判定する。比Aan/Tanが第3所定値K3より大きい場合には、NOx還元触媒40でのNH3吸着量が十分に大きく、NOx浄化率Rの低下の理由がNH3吸着量が少ないためではなく、NOx還元触媒40が高温になったことでNOx浄化量が低下したためと判断される。逆に、比Aan/Tanが第3所定値K3以下の場合には、NOx還元触媒40でのNH3吸着量が少ないことでNOx浄化率Rが低下した可能性があると判断される。 Subsequently, in step S10, the combustion switching control device 11 determines whether or not the ratio Aan / Tan between the current NH 3 adsorption amount Aan and the saturated NH 3 adsorption amount Tan is greater than a third predetermined value K3. When the ratio Aan / Tan is larger than the third predetermined value K3, the amount of NH 3 adsorption in the NOx reduction catalyst 40 is sufficiently large, and the reason for the decrease in the NOx purification rate R is not because the amount of NH 3 adsorption is small, It is determined that the NOx purification amount has decreased due to the high temperature of the NOx reduction catalyst 40. On the contrary, when the ratio Aan / Tan is equal to or smaller than the third predetermined value K3, it is determined that the NOx purification rate R may have decreased due to the small amount of NH 3 adsorbed by the NOx reduction catalyst 40.

上記ステップS10において、肯定判定(YES)がされると、続くステップS12に進み、他方、否定判定(NO)がされると、ステップS11に進む。ステップS11では、尿素添加量制御装置83が制御されることにより、尿素添加装置82によりNOx還元触媒40の排ガス上流側に尿素を所定量添加させ、ステップS14に進む。このとき、尿素の添加量として、例えば次の(6)式で求められるNH3添加量に相当する量を用いる。 If an affirmative determination (YES) is made in step S10, the process proceeds to the subsequent step S12, and if a negative determination (NO) is made, the process proceeds to step S11. In step S11, by controlling the urea addition amount control device 83, the urea addition device 82 adds a predetermined amount of urea to the exhaust gas upstream side of the NOx reduction catalyst 40, and the process proceeds to step S14. At this time, as the amount of urea added, for example, an amount corresponding to the amount of NH 3 added obtained by the following equation (6) is used.

(NH3添加量)=(飽和NH3吸着量Tan)×所定値K3a−(NH3吸着量Aan)
・・・(6)
ここで、所定値K3aは、上記の第3所定値K3より大きい値とすることが好ましい。
(NH 3 addition amount) = (saturated NH 3 adsorption amount Tan) × predetermined value K3a− (NH 3 adsorption amount Aan)
... (6)
Here, the predetermined value K3a is preferably larger than the third predetermined value K3.

ステップS12では、燃焼切替制御装置11は、上記ステップS3で取得されたエンジン回転数Neと上記ステップS5で取得された燃料噴射量Qとから、所定のマップに基づいて、エンジン12での燃焼モードがストイキ燃焼モードとなるように、目標EGR率、目標過給圧、目標吸気絞り弁開度を決定する。ここでは、空気と燃料との比である空燃比が化学量論比(約14.6:1)となるように、目標EGR率、過給圧、吸気絞り弁開度が決定され、所定の吸気酸素濃度でのストイキ燃焼が行われるように設定される。そして、燃焼切替制御装置11は、続くステップS13において、エンジン回転数Ne及び燃料噴射量Qから所定のマップに基づいて噴射回数及び噴射時期を決定する。   In step S12, the combustion switching control device 11 determines the combustion mode in the engine 12 based on a predetermined map from the engine speed Ne acquired in step S3 and the fuel injection amount Q acquired in step S5. The target EGR rate, the target supercharging pressure, and the target intake throttle valve opening are determined so that becomes the stoichiometric combustion mode. Here, the target EGR rate, the supercharging pressure, and the intake throttle valve opening are determined so that the air-fuel ratio, which is the ratio of air to fuel, becomes the stoichiometric ratio (about 14.6: 1). It is set to perform stoichiometric combustion at the intake oxygen concentration. Then, in the subsequent step S13, the combustion switching control device 11 determines the number of injections and the injection timing based on a predetermined map from the engine speed Ne and the fuel injection amount Q.

他方、ステップS14では、燃焼切替制御装置11は、上記ステップS5で取得した燃料噴射量Q、及び、同ステップS5で決定した燃料噴射回数、噴射時期、目標EGR率、過給圧、吸気絞り弁開度をリーン燃焼条件としてそのまま利用する。すなわち、燃焼切替制御装置11は、上記ステップS5における決定を変更することなく、そのまま維持する。   On the other hand, in step S14, the combustion switching control device 11 determines the fuel injection amount Q acquired in step S5, the number of fuel injections determined in step S5, the injection timing, the target EGR rate, the supercharging pressure, and the intake throttle valve. The opening is used as it is as a lean combustion condition. That is, the combustion switching control device 11 maintains the determination in step S5 without changing it.

そして、燃焼切替制御装置11は、ステップS15において、ステップS12及びS13、又は、ステップS14で決定された条件で燃焼を実行する。すなわち、ステップS12及びS13で決定された条件でエンジン12の燃焼が実行される場合、燃焼モードがリーン燃焼モードからストイキ燃焼モードに切り替えられるか、もしくは、ストイキ燃焼モードを維持する。他方、ステップS14で決定された条件でエンジン12での燃焼が実行される場合、燃焼モードはリーン燃焼モードとなる。   In step S15, the combustion switching control device 11 performs combustion under the conditions determined in steps S12 and S13 or step S14. That is, when the combustion of the engine 12 is executed under the conditions determined in steps S12 and S13, the combustion mode is switched from the lean combustion mode to the stoichiometric combustion mode, or the stoichiometric combustion mode is maintained. On the other hand, when the combustion in the engine 12 is executed under the conditions determined in step S14, the combustion mode becomes the lean combustion mode.

上記のように制御されるので、ステップS7の否定判定の場合、排気温度Tgが低いので、三元触媒38及びNOx還元触媒40のいずれもNOx浄化率が低いと判断して、リーン燃焼モードのままとする。逆に言えば、排気温度Tgが高い場合には、NOx還元触媒40の浄化活性が低下したと判断してストイキ燃焼モードへの切り替えを可能とする。   Since the control is performed as described above, in the case of a negative determination in step S7, since the exhaust gas temperature Tg is low, it is determined that both the three-way catalyst 38 and the NOx reduction catalyst 40 have a low NOx purification rate, and the lean combustion mode is set. Leave. In other words, when the exhaust gas temperature Tg is high, it is determined that the purification activity of the NOx reduction catalyst 40 has decreased, and switching to the stoichiometric combustion mode is enabled.

図4において、(a)はNOx還元触媒40の温度、(b)はNOx還元触媒40でのNOx浄化率、(c)は燃焼モード切替による空燃比の変化をそれぞれ示すグラフである。また、図4において、(d)は三元触媒38及びNOx還元触媒40のNOx浄化量、(e)はNOx還元触媒40の出口でのNOx値をそれぞれ示すグラフである。図4(a)〜(e)の各グラフでは、それぞれ、横軸は時間を示している。図4は、エンジン始動前に三元触媒38及びNOx還元触媒40が十分に冷えていることを前提とする。   4, (a) is a graph showing the temperature of the NOx reduction catalyst 40, (b) is a NOx purification rate in the NOx reduction catalyst 40, and (c) is a graph showing changes in the air-fuel ratio due to switching of the combustion mode. 4, (d) is a graph showing the NOx purification amount of the three-way catalyst 38 and the NOx reduction catalyst 40, and (e) is a graph showing the NOx value at the outlet of the NOx reduction catalyst 40, respectively. In each graph of FIGS. 4A to 4E, the horizontal axis indicates time. FIG. 4 assumes that the three-way catalyst 38 and the NOx reduction catalyst 40 are sufficiently cooled before starting the engine.

図4(a)に示すように、エンジン12が始動すると、エンジン12の通常燃焼モードとしてリーン燃焼モードが実行され、時間が経過すると、高温の排ガスがNOx還元触媒40を通過することでNOx還元触媒温度(SCR温度)が次第に上昇する。このとき、時間t1までの期間B1(図4(d))では、触媒温度が上昇するにしたがって、NOx浄化活性も上がる。このとき、触媒の温度が十分に上がるまでは、リーン燃焼モードを実行する。時間t1からt2までの期間B2(図4(d))では、触媒温度が十分に高くなり、浄化活性が向上することでNOxの高浄化率が維持される。一方、エンジンの高負荷運転が継続している場合、時間t2以降の期間B3(図4(d))では、NOx還元触媒40が高温になりすぎるので、NOx浄化率が徐々に低下する。   As shown in FIG. 4 (a), when the engine 12 is started, the lean combustion mode is executed as the normal combustion mode of the engine 12, and when time elapses, the high-temperature exhaust gas passes through the NOx reduction catalyst 40 to reduce NOx. The catalyst temperature (SCR temperature) gradually increases. At this time, in the period B1 up to time t1 (FIG. 4D), the NOx purification activity increases as the catalyst temperature increases. At this time, the lean combustion mode is executed until the temperature of the catalyst rises sufficiently. In a period B2 (FIG. 4 (d)) from time t1 to t2, the catalyst temperature becomes sufficiently high, and the high purification rate of NOx is maintained by improving the purification activity. On the other hand, when the high load operation of the engine is continued, in the period B3 after the time t2 (FIG. 4 (d)), the NOx reduction catalyst 40 becomes too high, so the NOx purification rate gradually decreases.

このとき、時間t1の時点で、NOx還元触媒40でのNOx浄化率が所定値を超える。このときには、排気温度Tgはまだ低く、第1所定値K1以下である。さらに時間が経過して、NOx還元触媒温度(SCR温度)がさらに上昇すると、時間t2で排気温度Tgが第1所定値K1より大きく、かつ、NOx還元触媒40でのNOx浄化率が所定値未満となる。このときには、NOx還元触媒40が高温になったと判断され、かつ、三元触媒38とNOx還元触媒40とを含む排気浄化部でのNOx浄化率Rが第2所定値K2未満となっている。そして、このときに、図4(c)に示すように、エンジンの燃焼モードがリーン燃焼モードからストイキ燃焼モードに切り替えられる。この場合には、図4(d)に示すように、時間t2以降で、NOx還元触媒40のNOx浄化量が大きく減少する。一方、図4(d)に示すように、三元触媒38は、空燃比が化学量論比に近い条件となるので、NOx浄化量が増加する。また、三元触媒38の浄化活性は、高温になっても維持される。これにより、排ガス中に含まれるNOxは、浄化効率が低下したNOx還元触媒40ではなく、空燃比が化学量論比になることでNOx浄化効率が高くなった三元触媒38で浄化可能になる。したがって、本実施形態によれば、エンジン12の高負荷運転などによりNOx還元触媒40が高温になって、NOx浄化率が低下した場合にも、三元触媒38でNOxを十分に浄化できるため、内燃機関システム10のNOx排出量を低減できる。また、本実施形態の内燃機関システム10では、排ガスの後処理システムとして、複雑で過大なコストを要する特別な構成を用いる必要がない。   At this time, the NOx purification rate in the NOx reduction catalyst 40 exceeds a predetermined value at time t1. At this time, the exhaust temperature Tg is still low and is equal to or lower than the first predetermined value K1. When the NOx reduction catalyst temperature (SCR temperature) further rises as time elapses, the exhaust temperature Tg is greater than the first predetermined value K1 at time t2, and the NOx purification rate at the NOx reduction catalyst 40 is less than the predetermined value. It becomes. At this time, it is determined that the NOx reduction catalyst 40 has become high temperature, and the NOx purification rate R in the exhaust purification unit including the three-way catalyst 38 and the NOx reduction catalyst 40 is less than the second predetermined value K2. At this time, as shown in FIG. 4C, the combustion mode of the engine is switched from the lean combustion mode to the stoichiometric combustion mode. In this case, as shown in FIG. 4D, the NOx purification amount of the NOx reduction catalyst 40 greatly decreases after time t2. On the other hand, as shown in FIG. 4 (d), the three-way catalyst 38 has a condition in which the air-fuel ratio is close to the stoichiometric ratio, so the amount of NOx purification increases. Further, the purification activity of the three-way catalyst 38 is maintained even at a high temperature. As a result, the NOx contained in the exhaust gas can be purified not by the NOx reduction catalyst 40 in which the purification efficiency is lowered, but by the three-way catalyst 38 in which the NOx purification efficiency is increased due to the stoichiometric ratio of the air-fuel ratio. . Therefore, according to the present embodiment, even when the NOx reduction catalyst 40 becomes high temperature due to a high load operation of the engine 12 and the NOx purification rate decreases, the three-way catalyst 38 can sufficiently purify NOx. The NOx emission amount of the internal combustion engine system 10 can be reduced. Further, in the internal combustion engine system 10 of the present embodiment, it is not necessary to use a special configuration that requires a complicated and excessive cost as the exhaust gas aftertreatment system.

図4(e)の「三元触媒あり」の実線は、実施形態におけるNOx還元触媒40の出口でのNOx値(出口NOx値)を示している。図4(e)に示すように、実施形態では、出口NOx値が時間t2以降でも低く維持される。図4(e)の「三元触媒なし」の破線は、三元触媒を設けない比較例を示している。この比較例における出口NOx値の特性は、時間t2以降でもエンジン12の燃焼モードをリーン燃焼モードとした場合における出口NOx値の特性と同様であり、時間t2以降で、出口NOx値が急増している。   The solid line “with three-way catalyst” in FIG. 4E indicates the NOx value (exit NOx value) at the outlet of the NOx reduction catalyst 40 in the embodiment. As shown in FIG. 4E, in the embodiment, the outlet NOx value is kept low even after time t2. A broken line “no three-way catalyst” in FIG. 4E indicates a comparative example in which a three-way catalyst is not provided. The characteristics of the outlet NOx value in this comparative example are the same as the characteristics of the outlet NOx value when the combustion mode of the engine 12 is set to the lean combustion mode even after the time t2, and the outlet NOx value rapidly increases after the time t2. Yes.

なお、触媒関係温度を取得する温度取得手段は、NOx還元触媒40の出口近傍に配置された排気温センサ80に限定するものではない。温度取得手段として、NOx還元触媒40に取り付けられ、触媒関係温度である触媒床温(触媒温度)を検出する触媒温度センサを用いてもよい。このとき、燃焼切替制御部は、リーン燃焼モードにおいて、触媒床温が第1所定値K1aより大きく、かつ、NOx浄化率Rが第2所定値K2未満の場合に、ストイキ燃焼モードに切り替えるようにしてもよい。また、触媒床温は、エンジン12の運転状態から排気温度の変化が推定される所定のモデルを用いて推定されてもよい。   The temperature acquisition means for acquiring the catalyst-related temperature is not limited to the exhaust temperature sensor 80 disposed near the outlet of the NOx reduction catalyst 40. As the temperature acquisition means, a catalyst temperature sensor that is attached to the NOx reduction catalyst 40 and detects a catalyst bed temperature (catalyst temperature) that is a catalyst-related temperature may be used. At this time, in the lean combustion mode, the combustion switching control unit switches to the stoichiometric combustion mode when the catalyst bed temperature is higher than the first predetermined value K1a and the NOx purification rate R is lower than the second predetermined value K2. May be. Further, the catalyst bed temperature may be estimated using a predetermined model in which a change in the exhaust temperature is estimated from the operating state of the engine 12.

<第2実施形態>
次に、図5から図7を参照して、第2実施形態の内燃機関システム10aを説明する。図5は、第2実施形態の内燃機関システム10aの全体構成を概略的に示す図である。以下では、上述した第1実施形態の内燃機関システム10と同等の構成については同一の参照符号を付して説明を省略する。
Second Embodiment
Next, an internal combustion engine system 10a according to a second embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is a diagram schematically showing an overall configuration of the internal combustion engine system 10a of the second embodiment. Hereinafter, the same reference numerals are assigned to the same components as those of the internal combustion engine system 10 of the first embodiment described above, and the description thereof is omitted.

図5に示すように、内燃機関システム10aは、時間計測装置(時間計測部)86、運転履歴記憶部87、外気温センサ88、触媒温度推定装置(触媒温度推定部)89を備える。内燃機関システム10aは、第1実施形態の内燃機関システム10と異なり、排気温センサ80(図1)を備えていない。時間計測装置86は、エンジン12の運転時間及び運転停止時間を計測する。運転履歴記憶部87は、時間計測装置86、回転数センサ20、及び噴射制御装置18からの信号を受け取り、エンジン12の運転履歴を記憶する。このとき、運転履歴には、エンジン12の今回の始動からの運転時間中の運転状態であるエンジン回転数及び負荷としてのエンジン負荷トルクが含まれる。また、運転履歴には、エンジン12の前回の運転停止前の運転時間中の運転状態であるエンジン回転数及び負荷としてのエンジン負荷トルクと、その運転時間と、エンジン12が今回と前回との間で停止していた停止時間とも含まれる。   As shown in FIG. 5, the internal combustion engine system 10 a includes a time measurement device (time measurement unit) 86, an operation history storage unit 87, an outside air temperature sensor 88, and a catalyst temperature estimation device (catalyst temperature estimation unit) 89. Unlike the internal combustion engine system 10 of the first embodiment, the internal combustion engine system 10a does not include the exhaust temperature sensor 80 (FIG. 1). The time measuring device 86 measures the operation time and the operation stop time of the engine 12. The operation history storage unit 87 receives signals from the time measuring device 86, the rotation speed sensor 20, and the injection control device 18 and stores the operation history of the engine 12. At this time, the operation history includes the engine speed and the engine load torque as the load, which is the operation state during the operation time from the current start of the engine 12. Further, the operation history includes the engine speed and the engine load torque as the load during the operation time before the previous operation stop of the engine 12, the operation time, and the engine 12 between the current time and the previous time. It also includes the stop time that was stopped at.

また、運転履歴記憶部87は、エンジン12の今回の運転時間中のエンジン回転数と負荷との積の時間変化である今回運転履歴Qn(t)を記憶し、今回運転履歴Qn(t)を燃焼切替制御装置11に送信する。また、運転履歴記憶部87は、エンジン12の前回の運転時間中のエンジン回転数と負荷との積の時間変化である前回運転履歴Qpre(t)を記憶し、前回運転履歴Qpre(t)を燃焼切替制御装置11に送信する。   Further, the operation history storage unit 87 stores a current operation history Qn (t) that is a time change of the product of the engine speed and the load during the current operation time of the engine 12, and the current operation history Qn (t) is stored. It transmits to the combustion switching control apparatus 11. Further, the operation history storage unit 87 stores a previous operation history Qpre (t) that is a time change of a product of the engine speed and the load during the previous operation time of the engine 12, and the previous operation history Qpre (t) is stored. It transmits to the combustion switching control apparatus 11.

外気温センサ88は、車両の外気温T0を取得し、燃焼切替制御装置11と触媒温度推定装置89とに送信する。触媒温度推定装置89は、運転履歴記憶部87からの信号と外気温センサ88からの信号とに基づいて、NOx触媒の温度を推定し、そのNOx触媒の温度推定値を燃焼切替制御装置11に送信する。この温度推定値の推定方法は、後で図6を参照して説明する。   The outside air temperature sensor 88 acquires the outside air temperature T0 of the vehicle and transmits it to the combustion switching control device 11 and the catalyst temperature estimating device 89. The catalyst temperature estimation device 89 estimates the temperature of the NOx catalyst on the basis of the signal from the operation history storage unit 87 and the signal from the outside air temperature sensor 88, and sends the estimated temperature value of the NOx catalyst to the combustion switching control device 11. Send. The method for estimating the temperature estimated value will be described later with reference to FIG.

時間計測装置86と運転履歴記憶部87とは一体の装置により構成してもよい。燃焼切替制御装置11は、時間計測装置86、運転履歴記憶部87及び触媒温度推定装置89の少なくとも1つと一体のチップとして構成されてもよいし、あるいは、別体のチップとして構成されてもよい。   The time measuring device 86 and the operation history storage unit 87 may be configured as an integrated device. The combustion switching control device 11 may be configured as a chip integrated with at least one of the time measurement device 86, the operation history storage unit 87, and the catalyst temperature estimation device 89, or may be configured as a separate chip. .

燃焼切替制御装置11は、運転履歴記憶部87から取得したエンジン12の運転履歴を表す信号と、NOx浄化率と、エンジン回転数Neと、燃料噴射量Qとに基づいて、エンジンの燃焼モードをリーン燃焼モードとストイキ燃焼モードとの間で切り替える。NOx浄化率は、NOxセンサ81によって取得された触媒出口NOx濃度、及びNOx排出量推定装置85によって取得されたエンジン出口NOx濃度から算出される。上記のモードの切り替えについては、後で図6を用いて説明する。   The combustion switching control device 11 determines the combustion mode of the engine based on the signal representing the operation history of the engine 12 acquired from the operation history storage unit 87, the NOx purification rate, the engine speed Ne, and the fuel injection amount Q. Switch between lean combustion mode and stoichiometric combustion mode. The NOx purification rate is calculated from the catalyst outlet NOx concentration acquired by the NOx sensor 81 and the engine outlet NOx concentration acquired by the NOx emission estimation device 85. The switching of the mode will be described later with reference to FIG.

次に、図6を参照して、本実施形態の内燃機関システム10aの制御について説明する。図6は、内燃機関システム10aの燃焼切替制御装置11において実行される処理を示すフローチャートである。   Next, control of the internal combustion engine system 10a of the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a flowchart showing processing executed in the combustion switching control device 11 of the internal combustion engine system 10a.

燃焼切替制御装置11は、ステップS21において、時間計測装置86から前回の運転時間中のエンジン回転数及び負荷の積である前回運転履歴Qpre(t)を取得する。また、燃焼切替制御装置11は、時間計測装置86から今回の運転時間中のエンジン回転数及び負荷の積である今回運転履歴Qn(t)も取得する。また、燃焼切替制御装置11は、時間計測装置86から運転停止時間tmstも取得する。   In step S21, the combustion switching control device 11 acquires a previous operation history Qpre (t) that is a product of the engine speed and the load during the previous operation time from the time measuring device 86. The combustion switching control device 11 also acquires the current operation history Qn (t) that is the product of the engine speed and the load during the current operation time from the time measuring device 86. The combustion switching control device 11 also acquires the operation stop time tmst from the time measuring device 86.

次に、燃焼切替制御装置11は、ステップS22において、NOxセンサ81から触媒出口NOx濃度を取得する。   Next, the combustion switching control device 11 acquires the catalyst outlet NOx concentration from the NOx sensor 81 in step S22.

次に、燃焼切替制御装置11は、ステップS23において、回転数センサ20からエンジン回転数Neを取得し、外気温センサ88から車両の外気温T0を取得する。   Next, in step S23, the combustion switching control device 11 acquires the engine rotational speed Ne from the rotational speed sensor 20, and acquires the outside air temperature T0 of the vehicle from the outside air temperature sensor 88.

続いて、燃焼切替制御装置11は、ステップS24において、噴射制御装置18が決定した燃料噴射量Qを取得し、通常時のリーン燃焼条件としての、燃料噴射回数、噴射時期、目標EGR率、過給圧、吸気絞り弁26の開度を決定する。このステップS24の処理は、第1実施形態のステップS5(図2)の処理と同様である。   Subsequently, in step S24, the combustion switching control device 11 obtains the fuel injection amount Q determined by the injection control device 18, and the number of fuel injections, the injection timing, the target EGR rate, the excessive fuel injection condition as the normal lean combustion conditions. The supply pressure and the opening degree of the intake throttle valve 26 are determined. The process of step S24 is the same as the process of step S5 (FIG. 2) of the first embodiment.

そして、燃焼切替制御装置11は、ステップS25において、NOx排出量推定装置85からエンジン出口NOx濃度を取得する。このステップS25の処理は、第1実施形態のステップS6(図2)の処理と同様である。   In step S25, the combustion switching control device 11 acquires the engine outlet NOx concentration from the NOx emission amount estimating device 85. The process of step S25 is the same as the process of step S6 (FIG. 2) of the first embodiment.

次に、燃焼切替制御装置11は、ステップS26において、エンジン12の今回の運転時間中における始動から現在までの所定時間範囲における今回運転履歴Qn(t)を時間積分することにより今回運転状態積分値InQnを算出する。所定時間範囲は予め設定される。運転開始直後で所定時間範囲を経過していない場合には、運転開始から現在時刻までの今回運転履歴Qn(t)を時間積分することにより今回運転状態積分値InQnを算出する。また、燃焼切替制御装置11は、同ステップにおいて、エンジン12の前回の運転時間中における所定時間範囲における前回運転履歴Qpre(t)を時間積分することにより前回運転状態積分値InQpreを算出する。このとき、前回の運転時間が所定時間範囲に満たない場合には、前回の運転時間の全体で時間積分値としての前回運転状態積分値InQpreを算出する。   Next, in step S26, the combustion switching control device 11 time-integrates the current operation history Qn (t) in a predetermined time range from the start of the engine 12 during the current operation time to the present time, thereby integrating the current operation state integrated value. InQn is calculated. The predetermined time range is set in advance. If the predetermined time range has not elapsed immediately after the start of operation, the current operation state integration value InQn is calculated by time-integrating the current operation history Qn (t) from the operation start to the current time. Further, in the same step, the combustion switching control device 11 calculates the previous operation state integration value InQpre by time-integrating the previous operation history Qpre (t) in a predetermined time range during the previous operation time of the engine 12. At this time, if the previous operation time is less than the predetermined time range, the previous operation state integration value InQpre as a time integration value is calculated over the entire previous operation time.

さらに、同ステップにおいて、触媒温度推定装置89は、次の(7)式を用いて、現在時刻でのNOx触媒の触媒床温Tcpreの推定値を算出する。   Further, in the same step, the catalyst temperature estimation device 89 calculates an estimated value of the catalyst bed temperature Tcpre of the NOx catalyst at the current time using the following equation (7).

Tcpre=max(β(InQpre−α×tmst+InQn)、T0) ・・・(7)
ここで、α、βは定数であり、max(a、b)は、a及びbの大きい方の値を取る関数である。
Tcpre = max (β (InQpre−α × tmst + InQn), T0) (7)
Here, α and β are constants, and max (a, b) is a function that takes the larger value of a and b.

(7)式において、InQpreは、前回運転での所定時間範囲または運転時間全体でのNOx還元触媒40の入熱量に関係する値であり、InQnは、今回運転での所定時間範囲または運転開始から現在時刻までのNOx還元触媒40の入熱量に関係する値である。また、α×tmstは、エンジン停止中のNOx還元触媒40からの放熱分を表す。(InQpre−α×tmst+InQn)は、現在時刻でのNOx還元触媒40が持つ熱量に相当する。また、βはNOx還元触媒40の熱容量に相当する定数であり、βを乗じることでNOx還元触媒40の触媒床温に相当する値となる。触媒床温Tcpreの推定値は、外気温T0と、β(InQpre−α×tmst+InQn)との大きい方の値をとることで、触媒床温Tcpreが外気温より低くならないようにしている。   In Expression (7), InQpre is a value related to the heat input amount of the NOx reduction catalyst 40 in a predetermined time range in the previous operation or in the entire operation time, and InQn is from a predetermined time range in the current operation or from the start of operation. This is a value related to the heat input amount of the NOx reduction catalyst 40 up to the current time. Α × tmst represents the amount of heat released from the NOx reduction catalyst 40 when the engine is stopped. (InQpre−α × tmst + InQn) corresponds to the amount of heat of the NOx reduction catalyst 40 at the current time. Further, β is a constant corresponding to the heat capacity of the NOx reduction catalyst 40, and becomes a value corresponding to the catalyst bed temperature of the NOx reduction catalyst 40 by multiplying β. The estimated value of the catalyst bed temperature Tcpre is a larger value of the outside air temperature T0 and β (InQpre−α × tmst + InQn) so that the catalyst bed temperature Tcpre does not become lower than the outside air temperature.

そして、燃焼切替制御装置11は、ステップS29において、今回運転状態積分値InQnが第4所定値K4を上回るか否かを判定する。上記ステップS27において、肯定判定(YES)がされると、ステップS29に進み、他方、否定判定(NO)がされると、ステップS28に進む。これにより、今回運転でNOx還元触媒40に十分に高い熱量が通過していることで、NOx還元触媒40の温度が十分に高いと判断される場合には、前回の運転状態を考慮することなく、S30,S31の処理で肯定判定がされることを前提にストイキモードに切り替えられる。   In step S29, the combustion switching control device 11 determines whether or not the current operating state integral value InQn exceeds a fourth predetermined value K4. If an affirmative determination (YES) is made in step S27, the process proceeds to step S29, and if a negative determination (NO) is made, the process proceeds to step S28. Thereby, when it is determined that the temperature of the NOx reduction catalyst 40 is sufficiently high because a sufficiently high amount of heat has passed through the NOx reduction catalyst 40 in the current operation, the previous operation state is not considered. , S30 and S31 are switched to the stoichiometric mode on the assumption that an affirmative determination is made.

ステップS29〜S36の処理は上述した第1実施形態のステップS8〜S15の処理と同様である。ここで、ステップS31では、第1実施形態のステップS10の処理において、NH3吸着量推定装置84は、排気温度Tgの代わりに、触媒温度推定装置89で推定された触媒床温Tcpreの推定値を用いて、現在の飽和NH3吸着量Tanを推定する。これとともに、NH3吸着量推定装置84は、現時点でのNH3吸着量Aanを推定する。これらの推定における推定式は、第1実施形態で説明した式と同様である。ステップS31では、燃焼切替制御装置11は、そのNH3吸着量Aanと飽和NH3吸着量Tanとの比Aan/Tanと第3所定値K3との比較を行う。 The process of steps S29 to S36 is the same as the process of steps S8 to S15 of the first embodiment described above. Here, in step S31, in the process of step S10 of the first embodiment, the NH 3 adsorption amount estimation device 84 estimates the catalyst bed temperature Tcpre estimated by the catalyst temperature estimation device 89 instead of the exhaust gas temperature Tg. Is used to estimate the current saturated NH 3 adsorption amount Tan. At the same time, the NH 3 adsorption amount estimation device 84 estimates the current NH 3 adsorption amount Aan. The estimation formulas in these estimations are the same as the formulas described in the first embodiment. In step S31, the combustion switching control device 11 compares the ratio Aan / Tan between the NH 3 adsorption amount Aan and the saturated NH 3 adsorption amount Tan with a third predetermined value K3.

一方、燃焼切替制御装置11は、ステップS28において、触媒床温Tcpreが第5所定値K5より大きいか否かを判定する。上記ステップS28において、肯定判定(YES)がされると、NOx還元触媒40の温度が十分に高いと判断され、ステップS29に進み、他方、否定判定(NO)がされると、ステップS35に進む。これにより、ステップS27では、今回運転でNOx還元触媒40に十分に高い熱量が通過していると判断されない場合でも、前回運転も考慮して推定された触媒床温Tcpreが十分に高い場合には、S30,S31の処理で肯定判定がされることを前提にストイキモードに切り替えられる。このときには、前回運転による熱と今回運転による熱とでNOx還元触媒40の温度が十分に高いと判断される。   On the other hand, in step S28, the combustion switching control device 11 determines whether or not the catalyst bed temperature Tcpre is greater than a fifth predetermined value K5. If an affirmative determination (YES) is made in step S28, it is determined that the temperature of the NOx reduction catalyst 40 is sufficiently high, and the process proceeds to step S29. If a negative determination (NO) is made, the process proceeds to step S35. . Thereby, in step S27, even when it is not determined that a sufficiently high amount of heat passes through the NOx reduction catalyst 40 in the current operation, if the catalyst bed temperature Tcpre estimated in consideration of the previous operation is sufficiently high, , S30 and S31 are switched to the stoichiometric mode on the assumption that an affirmative determination is made. At this time, it is determined that the temperature of the NOx reduction catalyst 40 is sufficiently high due to heat from the previous operation and heat from the current operation.

図7(a)はNOx還元触媒40の温度の実測値、図7(b)はNOx還元触媒40の温度の推定値、図7(c)は三元触媒38及びNOx還元触媒40の全体でのNOx浄化率の変化を示すグラフである。図7(a)〜(c)の各グラフでは、それぞれ、横軸は時間を示している。図7は、前回運転と今回運転とその間の運転停止時間とにおける変化を示している。   7A is an actual measurement value of the temperature of the NOx reduction catalyst 40, FIG. 7B is an estimated value of the temperature of the NOx reduction catalyst 40, and FIG. 7C is an overall view of the three-way catalyst 38 and the NOx reduction catalyst 40. It is a graph which shows the change of NOx purification rate. In each graph of FIGS. 7A to 7C, the horizontal axis represents time. FIG. 7 shows changes in the previous operation, the current operation, and the operation stop time therebetween.

図7に示すように、前回の運転時間において、NOx還元触媒40が十分に温まった状態でエンジン12が停止し、再始動した場合を考える。この場合、NOx還元触媒40の温度は前回の運転で十分に温まっており、エンジン停止時間中に温度降下が見られるが、完全に冷え切る前に再始動が行われ、触媒温度(触媒床温)は再び上昇する。その後、高負荷運転が続くと触媒床温は高温となり、NOx浄化率が悪化する。図7(b)(c)の破線は、前回の運転状態を考慮しない内燃機関システムの比較例を示している。この比較例では、再始動はNOx還元触媒40が完全に冷え切った状態での初期状態からの始動と判断され、実際にはNOx還元触媒40が高温になっているにも関わらず、触媒床温は低いとの判断からストイキ運転に切り替わらない。この結果、比較例では、図7(c)の破線で示すように、NOx浄化率の悪化が生じてしまう。   As shown in FIG. 7, a case is considered in which the engine 12 is stopped and restarted in a state where the NOx reduction catalyst 40 is sufficiently warmed during the previous operation time. In this case, the temperature of the NOx reduction catalyst 40 is sufficiently warmed in the previous operation, and a temperature drop is observed during the engine stop time. However, restart is performed before the engine completely cools down, and the catalyst temperature (catalyst bed temperature) is reduced. ) Will rise again. Thereafter, when the high load operation continues, the catalyst bed temperature becomes high and the NOx purification rate deteriorates. The broken lines in FIGS. 7B and 7C show a comparative example of the internal combustion engine system that does not consider the previous operating state. In this comparative example, the restart is determined to be a start from the initial state in a state where the NOx reduction catalyst 40 is completely cooled, and the catalyst bed is actually in spite of the high temperature of the NOx reduction catalyst 40. It does not switch to stoichiometric operation from the judgment that the temperature is low. As a result, in the comparative example, as shown by the broken line in FIG. 7C, the NOx purification rate deteriorates.

一方、本実施形態では、触媒床温Tcpreの推定値は、前回の運転、エンジン停止中の温度低下、及び再始動後の運転による触媒温度変化を反映している。これにより、触媒床温が高温になっている実際の状態を精度よく推定でき、ストイキ燃焼に切り替えることで、三元触媒38による高NOx浄化に移行でき、NOx排出量の低減を維持できる。   On the other hand, in this embodiment, the estimated value of the catalyst bed temperature Tcpre reflects the change in the catalyst temperature due to the previous operation, the temperature decrease during engine stop, and the operation after restart. Thereby, the actual state in which the catalyst bed temperature is high can be accurately estimated, and by switching to stoichiometric combustion, it is possible to shift to high NOx purification by the three-way catalyst 38, and it is possible to maintain the reduction in the NOx emission amount.

本実施形態では、InQpre及びInQnの計算値に上限値を設けていないが、エンジン及び触媒ともに放熱があることから、InQpre及びInQnの計算値には上限値を設けてもよい。また、(7)式では、エンジン停止中における触媒床温の低下を推定する式を線形式としているが、非線形式で表すこともできる。本実施形態において、その他の構成及び作用は、図1から図4に示した第1実施形態と同様である。   In the present embodiment, the upper limit value is not provided for the calculated values of InQpre and InQn. However, since there is heat dissipation in both the engine and the catalyst, upper limit values may be provided for the calculated values of InQpre and InQn. Further, in the equation (7), the equation for estimating the decrease in the catalyst bed temperature while the engine is stopped is in a linear form, but it can also be represented by a nonlinear equation. In this embodiment, other configurations and operations are the same as those in the first embodiment shown in FIGS.

なお、本発明に係る内燃機関システムは、上述した実施形態及びその変形例に限定されるものではなく、本願の特許請求の範囲に記載された事項及びその均等な範囲内において種々の変更や改良が可能である。   Note that the internal combustion engine system according to the present invention is not limited to the above-described embodiment and modifications thereof, and various modifications and improvements within the scope of matters described in the claims of the present application and their equivalent scope. Is possible.

例えば、上記においては、過給装置としてターボチャージャ60を用いる例について説明したが、これに限定されるものではない。各実施形態におけるターボチャージャ60に代えて、エンジン動力によって過給動作する機械式スーパーチャージャを用いてもよい。また、ターボチャージャ及び機械式スーパーチャージャの組合せによって、過給装置を複数段に設けてもよい。さらに、ターボチャージャまたは機械式スーパーチャージャまたはそれらの組み合わせに電動圧縮機を加えてもよい。   For example, in the above description, the example in which the turbocharger 60 is used as the supercharging device has been described. However, the present invention is not limited to this. Instead of the turbocharger 60 in each embodiment, a mechanical supercharger that performs supercharging operation with engine power may be used. Further, a supercharger may be provided in a plurality of stages by combining a turbocharger and a mechanical supercharger. Furthermore, an electric compressor may be added to the turbocharger or mechanical supercharger or a combination thereof.

例えば、電動圧縮機は、コンプレッサホイール及びモータを有する。コンプレッサホイールは、このモータによって回転駆動される。モータの駆動は、電動過給制御装置によって制御される。電動過給制御装置は、燃焼切替制御装置11からの指令を受けてモータを回転駆動する。そのモータによってコンプレッサホイールが回転駆動されることで、エンジン12に供給される空気が加圧(すなわち過給)される。このような構成では、電動圧縮機によっても吸気の過給圧が制御される。このような電動圧縮機を設けることで、エンジンの運転状態が変化した際に素早く十分な過給圧を得ることができ、NOx発生を低減することができる。なお、この構成では、電動圧縮機のモータが、過給圧調整装置の一部を構成する。   For example, the electric compressor has a compressor wheel and a motor. The compressor wheel is rotationally driven by this motor. The driving of the motor is controlled by an electric supercharging control device. The electric supercharging control device receives a command from the combustion switching control device 11 and rotationally drives the motor. The compressor wheel is driven to rotate by the motor, whereby the air supplied to the engine 12 is pressurized (ie, supercharged). In such a configuration, the supercharging pressure of the intake air is also controlled by the electric compressor. By providing such an electric compressor, a sufficient boost pressure can be obtained quickly when the operating state of the engine changes, and NOx generation can be reduced. In this configuration, the motor of the electric compressor constitutes a part of the supercharging pressure adjusting device.

また、内燃機関システムのターボチャージャ60は、排ガス流速を可変する可変ノズルベーン付きタービンを有してもよい。可変ノズルベーンでタービンに当たる排ガス流速を可変とすることで、ターボチャージャ60による過給圧を調整できる。可変ノズルベーンの開度調整は、燃焼切替制御装置11からの指令を受けて行われる。この構成では、ターボチャージャ60において、可変ノズルベーンによって過給圧が規定値以上になるのを防止できるので、タービンバイパス流路36及びウエストゲートバルブ42を省略できる。なお、この構成では、可変ノズルベーンが、過給圧調整装置の一部を構成する。   Further, the turbocharger 60 of the internal combustion engine system may have a turbine with a variable nozzle vane that varies the exhaust gas flow velocity. By making the exhaust gas flow velocity hitting the turbine variable with the variable nozzle vanes, the supercharging pressure by the turbocharger 60 can be adjusted. The opening adjustment of the variable nozzle vane is performed in response to a command from the combustion switching control device 11. In this configuration, in the turbocharger 60, it is possible to prevent the supercharging pressure from exceeding a specified value due to the variable nozzle vane, and therefore the turbine bypass passage 36 and the wastegate valve 42 can be omitted. In this configuration, the variable nozzle vane forms a part of the supercharging pressure adjusting device.

また、圧縮空気を貯留する蓄圧タンクを設け、蓄圧タンクから供給された圧縮空気を過給に用いることもできる。例えば、蓄圧タンクのバルブの開度を調整することで、吸気の過給圧を制御できる。このとき、蓄圧タンクは過給装置を構成し、蓄圧タンクのバルブが過給圧調整装置の一部を構成する。また、蓄圧タンクによりターボチャージャ60による過給をアシストする構成としてもよい。このとき、蓄圧タンクから供給される圧縮空気を吸気絞り弁26の吸気方向下流側、または、タービン65の排気方向上流側に導入して、過給をアシストする構成としてもよい。   Moreover, a pressure accumulation tank for storing compressed air can be provided, and the compressed air supplied from the pressure accumulation tank can be used for supercharging. For example, the supercharging pressure of intake air can be controlled by adjusting the opening of the valve of the pressure accumulating tank. At this time, the pressure accumulation tank constitutes a supercharging device, and the valve of the pressure accumulation tank constitutes a part of the supercharging pressure adjusting device. Moreover, it is good also as a structure which assists the supercharging by the turbocharger 60 with a pressure accumulation tank. At this time, the configuration may be such that the compressed air supplied from the pressure accumulating tank is introduced downstream of the intake throttle valve 26 in the intake direction or upstream of the turbine 65 in the exhaust direction to assist supercharging.

10,10a 内燃機関システム、11 燃焼切替制御装置、12 エンジン、14 シリンダ、16 燃料噴射装置、18 噴射制御装置(噴射制御部)、20 回転数センサ(回転数取得手段)、21 吸気系、22 第1吸気通路、24 第2吸気通路、26 吸気絞り弁、28 吸排気制御装置、30 排気系、32 第1排気通路、34 第2排気通路、36 タービンバイパス流路、38 三元触媒、40 NOx還元触媒、42 ウエストゲートバルブ(過給圧調整装置)、50 排気還流装置、52 排気還流通路、54 排ガス還流量調整弁(排気還流量調整装置)、60 ターボチャージャ(過給装置)、62 コンプレッサ室、63,72 コンプレッサホイール、64 タービン室、65 タービン、66 シャフト、80 排気温センサ(温度取得手段)、81 NOxセンサ(触媒出口濃度取得手段)、82 尿素添加装置(還元剤添加装置)、83 尿素添加量制御装置、84 NH3吸着量推定装置(吸着量推定部)、85 NOx排出量推定装置(エンジン出口濃度取得手段)、86 時間計測装置(時間計測部)、87 運転履歴記憶部、88 外気温センサ、89 触媒温度推定装置(触媒温度推定部)。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10,10a Internal combustion engine system, 11 Combustion switching control apparatus, 12 Engine, 14 Cylinder, 16 Fuel injection apparatus, 18 Injection control apparatus (injection control part), 20 Speed sensor (rotation speed acquisition means), 21 Intake system, 22 First intake passage, 24 Second intake passage, 26 Intake throttle valve, 28 Intake and exhaust control device, 30 Exhaust system, 32 First exhaust passage, 34 Second exhaust passage, 36 Turbine bypass passage, 38 Three-way catalyst, 40 NOx reduction catalyst, 42 Wastegate valve (supercharging pressure adjustment device), 50 Exhaust gas recirculation device, 52 Exhaust gas recirculation passage, 54 Exhaust gas recirculation amount adjustment valve (Exhaust gas recirculation amount adjustment device), 60 Turbocharger (supercharging device), 62 Compressor chamber, 63, 72 Compressor wheel, 64 Turbine chamber, 65 Turbine, 66 shaft, 80 Exhaust temperature sensor (temperature acquisition means) 81 NOx sensor (catalyst outlet concentration acquiring means), 82 urea addition device (reducing agent adding device), 83 urea addition amount control device, 84 NH 3 adsorption amount estimating apparatus (adsorption amount estimating section) 85 NOx emissions estimator ( Engine outlet concentration acquisition means), 86 time measuring device (time measuring unit), 87 operation history storage unit, 88 outside air temperature sensor, 89 catalyst temperature estimating device (catalyst temperature estimating unit).

Claims (16)

エンジンと、
前記エンジンから排気された排ガスを浄化する三元触媒及びNOx還元触媒と、
前記NOx還元触媒の出口での触媒出口NOx濃度を取得する触媒出口濃度取得手段と、
前記NOx還元触媒の出口での排気温度、または前記NOx還元触媒の触媒温度である触媒関係温度を取得する温度取得手段と、
前記エンジンのエンジン回転数を取得する回転数取得手段と、
前記エンジンにおける燃料噴射の回数、量及び時期を制御する噴射制御部と、
前記エンジンから排出されるNOxについてのエンジン出口NOx濃度を計測または推定するエンジン出口濃度取得手段と、
前記触媒出口濃度取得手段によって取得された前記触媒出口NOx濃度及び前記エンジン出口濃度取得手段によって取得された前記エンジン出口NOx濃度から算出されたNOx浄化率と、前記温度取得手段によって取得された前記触媒関係温度と、前記回転数取得手段によって取得された前記エンジン回転数と、前記噴射制御部から取得された燃料噴射量とに基づいて、前記エンジンの燃焼モードをリーン燃焼モードとストイキ燃焼モードとの間で切り替える燃焼切替制御部と、を備える、
内燃機関システム。
Engine,
A three-way catalyst for purifying exhaust gas exhausted from the engine and a NOx reduction catalyst;
Catalyst outlet concentration acquisition means for acquiring the catalyst outlet NOx concentration at the outlet of the NOx reduction catalyst;
Temperature acquisition means for acquiring an exhaust temperature at the outlet of the NOx reduction catalyst or a catalyst-related temperature that is a catalyst temperature of the NOx reduction catalyst;
A rotational speed acquisition means for acquiring the engine rotational speed of the engine;
An injection control unit for controlling the number, amount and timing of fuel injection in the engine;
Engine outlet concentration acquisition means for measuring or estimating the engine outlet NOx concentration of NOx discharged from the engine;
The NOx purification rate calculated from the catalyst outlet NOx concentration acquired by the catalyst outlet concentration acquisition means and the engine outlet NOx concentration acquired by the engine outlet concentration acquisition means, and the catalyst acquired by the temperature acquisition means Based on the relationship temperature, the engine rotational speed acquired by the rotational speed acquisition means, and the fuel injection amount acquired from the injection control unit, the combustion mode of the engine is set to a lean combustion mode and a stoichiometric combustion mode. A combustion switching control unit that switches between,
Internal combustion engine system.
請求項1に記載の内燃機関システムにおいて、
前記燃焼切替制御部は、
リーン燃焼モードにおいて、前記触媒関係温度が第1所定値より大きく、かつ、前記NOx浄化率が第2所定値未満の場合には、ストイキ燃焼モードに切り替える、内燃機関システム。
The internal combustion engine system according to claim 1,
The combustion switching control unit
An internal combustion engine system that switches to a stoichiometric combustion mode when the catalyst-related temperature is higher than a first predetermined value and the NOx purification rate is lower than a second predetermined value in the lean combustion mode.
エンジンと、
前記エンジンから排気された排ガスを浄化する三元触媒及びNOx還元触媒と、
前記NOx還元触媒の出口での触媒出口NOx濃度を取得する触媒出口濃度取得手段と、
前記エンジンの運転時間及び運転停止時間を計測する時間計測部と、
前記時間計測部からの信号を受け取り、前記エンジンの運転履歴を記憶する運転履歴記憶部と、
前記エンジンのエンジン回転数を取得する回転数取得手段と、
前記エンジンにおける燃料噴射の回数、量及び時期を制御する噴射制御部と、
前記エンジンから排出されるNOxについてのエンジン出口NOx濃度を計測または推定するエンジン出口濃度取得手段と、
前記触媒出口濃度取得手段によって取得された前記触媒出口NOx濃度及び前記エンジン出口濃度取得手段によって取得された前記エンジン出口NOx濃度から算出されたNOx浄化率と、前記運転履歴記憶部から取得した前記エンジンの運転履歴を表す信号と、前記回転数取得手段によって取得された前記エンジン回転数と、前記噴射制御部から取得された燃料噴射量とに基づいて、前記エンジンの燃焼モードをリーン燃焼モードとストイキ燃焼モードとの間で切り替える燃焼切替制御部と、を備える、
内燃機関システム。
Engine,
A three-way catalyst for purifying exhaust gas exhausted from the engine and a NOx reduction catalyst;
Catalyst outlet concentration acquisition means for acquiring the catalyst outlet NOx concentration at the outlet of the NOx reduction catalyst;
A time measuring unit for measuring the operation time and the operation stop time of the engine;
An operation history storage unit that receives a signal from the time measurement unit and stores an operation history of the engine;
A rotational speed acquisition means for acquiring the engine rotational speed of the engine;
An injection control unit for controlling the number, amount and timing of fuel injection in the engine;
Engine outlet concentration acquisition means for measuring or estimating the engine outlet NOx concentration of NOx discharged from the engine;
The NOx purification rate calculated from the catalyst outlet NOx concentration acquired by the catalyst outlet concentration acquisition means and the engine outlet NOx concentration acquired by the engine outlet concentration acquisition means, and the engine acquired from the operation history storage unit Based on the signal representing the operation history of the engine, the engine speed acquired by the speed acquisition means, and the fuel injection amount acquired from the injection control unit, the combustion mode of the engine is changed to the lean combustion mode and the stoichiometric mode. A combustion switching control unit that switches between the combustion modes,
Internal combustion engine system.
請求項3に記載の内燃機関システムにおいて、
前記エンジンの運転履歴には、前記エンジンの今回の運転時間中の運転状態である前記エンジン回転数及び負荷が含まれる、内燃機関システム。
The internal combustion engine system according to claim 3,
The internal combustion engine system, wherein the engine operating history includes the engine speed and load that are operating states during the current operating time of the engine.
請求項4に記載の内燃機関システムにおいて、
前記エンジンの運転履歴には、前記エンジンの前回の運転時間中の運転状態である前記エンジン回転数及び負荷と、運転時間と、前記エンジンが停止していた時間と、が含まれる内燃機関システム。
The internal combustion engine system according to claim 4, wherein
The engine operating history includes an internal combustion engine system that includes the engine speed and load that are the operating state during the previous operating time of the engine, the operating time, and the time during which the engine has been stopped.
請求項4または請求項5に記載の内燃機関システムにおいて、
前記燃焼切替制御部は、前記エンジンの今回の運転時間中の所定時間範囲における前記エンジン回転数と負荷との積を時間積分することにより今回運転状態積分値を算出し、リーン燃焼モードにおいて、前記今回運転状態積分値が第4所定値を上回る場合には、前記エンジンの燃焼モードをストイキ燃焼モードに切り替える、内燃機関システム。
The internal combustion engine system according to claim 4 or 5,
The combustion switching control unit calculates a current operating state integral value by time-integrating a product of the engine speed and a load in a predetermined time range during the current operating time of the engine, and in the lean combustion mode, An internal combustion engine system that switches the combustion mode of the engine to a stoichiometric combustion mode when the operating state integrated value exceeds a fourth predetermined value this time.
請求項4から請求項6のいずれか1項に記載の内燃機関システムにおいて、
前記燃焼切替制御部は、前記エンジンの前回の運転時間中の所定時間範囲における前記エンジン回転数と負荷との積を時間積分することにより前回運転状態積分値を算出し、リーン燃焼モードにおいて、前記前回運転状態積分値と、前記エンジンの運転停止時間とに基づいて、前記エンジンの燃焼モードをストイキ燃焼モードに切り替える、内燃機関システム。
The internal combustion engine system according to any one of claims 4 to 6,
The combustion switching control unit calculates a previous operation state integral value by time-integrating a product of the engine speed and a load in a predetermined time range during the previous operation time of the engine, and in the lean combustion mode, An internal combustion engine system that switches a combustion mode of the engine to a stoichiometric combustion mode based on a previous operation state integral value and an operation stop time of the engine.
請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の内燃機関システムにおいて、
前記NOx還元触媒は、選択還元型触媒であり、
前記NOx還元触媒に還元剤を添加する還元剤添加装置と、
前記NOx還元触媒上の吸着還元剤量を推定する吸着量推定部と、
を備え、
前記燃焼切替制御部は、
リーン燃焼モードにおいて、前記吸着量推定部によって推定された吸着還元剤量が第3所定値を上回る場合には、ストイキ燃焼モードに切り替える、内燃機関システム。
The internal combustion engine system according to any one of claims 1 to 7,
The NOx reduction catalyst is a selective reduction catalyst,
A reducing agent addition device for adding a reducing agent to the NOx reduction catalyst;
An adsorption amount estimation unit for estimating the amount of adsorption reducing agent on the NOx reduction catalyst;
With
The combustion switching control unit
An internal combustion engine system that switches to the stoichiometric combustion mode when the amount of adsorption reducing agent estimated by the adsorption amount estimation unit exceeds a third predetermined value in the lean combustion mode.
請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の内燃機関システムにおいて、
前記NOx還元触媒は、選択還元型触媒であり、
前記NOx還元触媒に還元剤を添加する還元剤添加装置と、
前記NOx還元触媒上の吸着還元剤量を推定する吸着量推定部と、
前記還元剤添加装置を制御する還元剤添加制御部と、
を備え、
前記還元剤添加制御部は、
前記吸着量推定部によって推定された吸着還元剤量が第3所定値以下の場合には、前記還元剤添加装置によって、前記NOx還元触媒に還元剤を添加させる、内燃機関システム。
The internal combustion engine system according to any one of claims 1 to 7,
The NOx reduction catalyst is a selective reduction catalyst,
A reducing agent addition device for adding a reducing agent to the NOx reduction catalyst;
An adsorption amount estimation unit for estimating the amount of adsorption reducing agent on the NOx reduction catalyst;
A reducing agent addition controller for controlling the reducing agent addition device;
With
The reducing agent addition control unit is
An internal combustion engine system, wherein when the adsorption reducing agent amount estimated by the adsorption amount estimating unit is equal to or less than a third predetermined value, the reducing agent addition device adds a reducing agent to the NOx reduction catalyst.
請求項1から請求項9のいずれか1項に記載の内燃機関システムにおいて、
前記燃焼切替制御部は、ストイキ燃焼モードでは空燃比が化学量論比となるように前記エンジンの吸気状態を制御する、内燃機関システム。
The internal combustion engine system according to any one of claims 1 to 9,
The combustion switching control unit is an internal combustion engine system that controls an intake state of the engine so that an air-fuel ratio becomes a stoichiometric ratio in a stoichiometric combustion mode.
請求項1から請求項10のいずれか1項に記載の内燃機関システムにおいて、
前記NOx還元触媒は、排ガス排出方向に関して前記三元触媒の下流側に配置される、内燃機関システム。
The internal combustion engine system according to any one of claims 1 to 10,
The internal combustion engine system, wherein the NOx reduction catalyst is arranged on the downstream side of the three-way catalyst in the exhaust gas discharge direction.
請求項1から請求項11のいずれか1項に記載の内燃機関システムにおいて、
前記エンジンの排ガスの一部を再循環する排気還流装置と、
前記エンジンに再循環する排ガス量を調整する排気還流量調整装置と、
前記エンジンに吸気される空気を過給する過給装置と、
前記過給装置による過給圧を調整する過給圧調整装置と、
吸気される空気量を調整する空気量調整装置と、をさらに備える、内燃機関システム。
The internal combustion engine system according to any one of claims 1 to 11,
An exhaust gas recirculation device for recirculating part of the exhaust gas of the engine;
An exhaust gas recirculation amount adjusting device for adjusting the amount of exhaust gas recirculated to the engine;
A supercharging device for supercharging air sucked into the engine;
A supercharging pressure adjusting device for adjusting a supercharging pressure by the supercharging device;
An internal combustion engine system, further comprising: an air amount adjustment device that adjusts an amount of air taken in.
請求項12に記載の内燃機関システムにおいて、
前記過給装置は、ターボチャージャ、機械式スーパーチャージャ、電動圧縮機、及び蓄圧タンクの少なくとも1つで構成される、内燃機関システム。
The internal combustion engine system according to claim 12,
The supercharger is an internal combustion engine system including at least one of a turbocharger, a mechanical supercharger, an electric compressor, and an accumulator tank.
請求項12または請求項13に記載の内燃機関システムにおいて、
前記過給圧調整装置は、タービンバイパス流路に設けられたウエストゲートバルブ、タービンに当たる排ガス流速を可変する可変ノズルベーン、電動圧縮機のモータ、または蓄圧タンクのバルブで構成される、内燃機関システム。
The internal combustion engine system according to claim 12 or 13,
The supercharging pressure adjusting device is an internal combustion engine system configured by a wastegate valve provided in a turbine bypass flow path, a variable nozzle vane that varies an exhaust gas flow velocity hitting the turbine, a motor of an electric compressor, or a valve of an accumulator tank.
請求項12から請求項14のいずれか1項に記載の内燃機関システムにおいて、
前記燃焼切替制御部は、ストイキ燃焼モードにおいてはエンジン運転条件に応じた所定の吸気酸素濃度および過給圧となるように前記排気還流量調整装置及び前記空気量調整装置を制御し、エンジン運転条件に応じた所定の燃料噴射制御を行う、内燃機関システム。
The internal combustion engine system according to any one of claims 12 to 14,
The combustion switching control unit controls the exhaust gas recirculation amount adjusting device and the air amount adjusting device so as to obtain a predetermined intake oxygen concentration and supercharging pressure according to engine operating conditions in the stoichiometric combustion mode, and engine operating conditions An internal combustion engine system that performs predetermined fuel injection control according to the engine.
請求項12から請求項14のいずれか1項に記載の内燃機関システムにおいて、
前記燃焼切替制御部は、ストイキ燃焼モードにおいてはエンジン運転条件に応じて所定の吸気酸素濃度および過給圧となるように排気再循環量調整装置、前記空気量調整装置、及び、前記過給圧調整装置を制御し、エンジン運転条件に応じた所定の燃料噴射制御を行う、内燃機関システム。
The internal combustion engine system according to any one of claims 12 to 14,
The combustion switching control unit includes an exhaust gas recirculation amount adjusting device, the air amount adjusting device, and the supercharging pressure so that a predetermined intake oxygen concentration and a supercharging pressure are obtained in a stoichiometric combustion mode according to engine operating conditions. An internal combustion engine system that controls a regulator and performs predetermined fuel injection control according to engine operating conditions.
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