JP4509435B2

JP4509435B2 - Exhaust gas purification device for internal combustion engine

Info

Publication number: JP4509435B2
Application number: JP2001223797A
Authority: JP
Inventors: 朗橋本
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2000-08-01
Filing date: 2001-07-25
Publication date: 2010-07-21
Anticipated expiration: 2021-07-25
Also published as: JP2002115536A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気系に窒素酸化物（ＮＯｘ）浄化装置を備えた内燃機関の排気浄化装置に関し、特にＮＯｘ浄化装置が硫黄被毒により劣化した場合に再生処理を行うものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の排気系にＮＯｘ浄化装置を設けて、空燃比を理論空燃比よりリーン側に設定するリーン運転中においてＮＯｘを吸収させるとともに、適宜空燃比のリッチ化を実行して、ＮＯｘ浄化装置に吸収されたＮＯｘを還元して放出させるようにした排気浄化装置は、従来より知られている。また、このＮＯｘ浄化装置は、燃料に含まれる硫黄の酸化物を吸収すること、すなわち硫黄被毒によって、ＮＯｘの吸収能力が低下するため、ＮＯｘ浄化装置の上流側に硫黄酸化物を吸収する能力を有するＳＯｘ触媒を配置した排気浄化装置が知られている（例えば特開平１１−２４７６５０号公報）。
【０００３】
この公報に示された装置では、ＳＯｘ触媒に吸収された硫黄酸化物量を推定し、該推定した硫黄酸化物量が設定値に達すると、その硫黄酸化物を除去する再生処理を実行するために、吸収された硫黄酸化物量を推定するカウンタを設け、このカウンタの単位時間当たりの加算値を機関回転数及び吸気管内圧に応じて設定して、カウンタをインクリメントすることにより、ＳＯｘ触媒に吸収された硫黄酸化物量を推定している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
排気系にＳＯｘ触媒を設けない場合には、硫黄酸化物はＮＯｘ浄化装置に吸収されるので、ＮＯｘ浄化装置の温度が高い状態で空燃比をリッチ化することにより、硫黄酸化物を放出させる再生処理を行う必要がある。その場合には、先ずＮＯｘ浄化装置に吸収された硫黄酸化物量を推定する必要があるが、上記公報に示された手法をそのまま適用すると以下のような問題があった。
【０００５】
すなわち、機関に供給する混合気の空燃比を理論空燃比よりリーン側に設定するリーン運転を多用する場合でも、空燃比を理論空燃比に設定するストイキ運転あるいは理論空燃比よりリッチ側に設定するリッチ運転を実行する期間もある。そのようなストイキ運転またはリッチ運転中において、ＮＯｘ浄化装置の温度が高くなったときには、ＮＯｘ浄化装置に吸収された硫黄酸化物が放出されることになる。ところが、上記公報に示された従来の装置では、通常のストイキ運転またはリッチ運転中におけるそのような硫黄酸化物の放出が考慮されていないため、ＮＯｘ浄化装置に吸収された硫黄酸化物量の推定が不正確となり、再生処理の実行時期が最適な時期からずれるという問題があった。
【０００６】
本発明はこの点に着目してなされたものであり、ＮＯｘ浄化装置に吸収される硫黄酸化物量をより正確に推定し、硫黄被毒したＮＯｘ浄化装置の再生処理を最適な時期に実行できるようにした排気浄化装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、燃機関の排気系に設けられ、排気リーン状態で排気中のＮＯｘを吸収するＮＯｘ浄化手段と、該ＮＯｘ浄化手段に吸収された硫黄酸化物量を推定する硫黄酸化物量推定手段と、該硫黄酸化物量推定手段により推定された硫黄酸化物量が設定値に達したときに、前記硫黄酸化物を除去する処理を行う硫黄酸化物除去手段とを備える内燃機関の排気浄化装置において、前記硫黄酸化物量推定手段は、前記機関に供給する混合気の空燃比及び前記機関の運転状態に応じて、前記硫黄酸化物量の単位時間当たりの変化量を推定し、該推定した変化量を積算することにより前記硫黄酸化物量の推定を行うものであり、前記空燃比が理論空燃比近傍に設定されているとき、前記機関運転状態に応じて前記変化量を推定する第１推定手段と、前記空燃比が理論空燃比よりリーン側に設定されているとき、前記機関運転状態に応じて前記変化量を推定する第２推定手段と、前記空燃比が理論空燃比よりリッチ側に設定されているとき、前記機関運転状態に応じて前記変化量を推定する第３推定手段とを有し、前記第１推定手段は、前記ＮＯｘ浄化手段の温度が第１所定温度（７００℃）以上となる機関運転状態においては第１の負の変化量（ＳＤＥＳＳＴ）を出力し、前記ＮＯｘ浄化手段の温度が前記第１所定温度より低くなる機関運転状態においては第１の正の変化量（ＳＡＢＳＳＴ）を出力し、前記第２推定手段は、前記機関運転状態に応じて第２の正の変化量（ＳＡＢＳＬ）を出力し、前記第３推定手段は、前記ＮＯｘ浄化手段の温度が前記第１所定温度より低い第２所定温度（６００℃）以上となる機関運転状態においては第２の負の変化量（ＳＤＥＳＲ）を出力し、前記ＮＯｘ浄化手段の温度が前記第２所定温度より低くなる機関運転状態においては第３の正の変化量（ＳＡＢＳＲ）を出力することを特徴とする。
【０００８】
この構成によれば、機関に供給する混合気の空燃比及び機関の運転状態に応じて、ＮＯｘ浄化手段に吸収された硫黄酸化物量の、単位時間当たりの変化量（すなわち吸収量または放出量）が推定され、該推定された変化量を積算することにより、ＮＯｘ浄化手段に吸収された硫黄酸化物量の推定が行われる。具体的には、空燃比が理論空燃比近傍に設定されているときは、第１推定手段により、ＮＯｘ浄化手段の温度が第１所定温度以上となる機関運転状態においては第１の負の変化量が算出されるとともに、ＮＯｘ浄化手段の温度が第１所定温度より低くなる機関運転状態においては第１の正の変化量が算出される。また空燃比が理論空燃比よりリーン側に設定されているときは、第２推定手段により、機関運転状態に応じて第２の正の変化量が算出される。また空燃比が理論空燃比よりリッチ側に設定されているときは、第３推定手段により、ＮＯｘ浄化手段の温度が第１所定温度より低い第２所定温度以上となる機関運転状態においては第２の負の変化量が算出されるとともに、ＮＯｘ浄化手段の温度が第２所定温度より低くなる機関運転状態においては第３の正の変化量が算出される。ＮＯｘ浄化手段に吸収される硫黄酸化物量は、空燃比が理論空燃比よりリーン側に設定されているとき増加し、空燃比が理論空燃比近傍あるいは理論空燃比よりリッチ側に設定されているときは、機関運転状態により増加または減少するので、第１〜第３推定手段により、硫黄酸化物量の変化量を推定することにより、硫黄酸化物量の単位時間当たりの変化量、すなわち吸収量または放出量を正確に推定することができる。その結果、硫黄酸化物量の推定を従来に比べてより正確に行うことができ、硫黄被毒したＮＯｘ浄化手段の再生処理を最適な時期に実行することができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記第１推定手段は、前記機関の回転速度及び／または前記機関の吸気圧が高くなるほど、前記第１の負の変化量の絶対値が増加するように、前記第１の負の変化量を算出し、前記機関の回転速度及び／または前記機関の吸気圧が高くなるほど、前記第１の正の変化量が減少するように、前記第１の正の変化量を算出し、前記第２推定手段は、前記機関の回転速度及び／または前記機関の吸気圧が高くなるほど、前記第２の正の変化量が増加するように、前記第２の正の変化量を算出し、前記第３推定手段は、前記機関の回転速度及び／または前記機関の吸気圧が高くなるほど、前記第２の負の変化量の絶対値が増加するように、前記第２の負の変化量を算出し、前記機関の回転速度及び／または前記機関の吸気圧が高くなるほど、前記第３の正の変化量が減少するように、前記第３の正の変化量を算出することを特徴とする。
【００１０】
この構成によれば、機関の回転速度及び／または機関の吸気圧が高くなるほど、第１の負の変化量の絶対値が増加するように、第１の負の変化量が算出され、機関の回転速度及び／または機関の吸気圧が高くなるほど、第１の正の変化量が減少するように、第１の正の変化量が算出され、機関の回転速度及び／または機関の吸気圧が高くなるほど、第２の正の変化量が増加するように、第２の正の変化量が算出され、機関の回転速度及び／または機関の吸気圧が高くなるほど、第２の負の変化量の絶対値が増加するように、第２の負の変化量が算出され、機関の回転速度及び／または機関の吸気圧が高くなるほど、第３の正の変化量が減少するように、第３の正の変化量が算出される。
【００１４】
また前記硫黄酸化物除去手段は、前記硫黄酸化物を除去する処理を実行するときは、所定時間に亘って前記機関に供給する混合気の空燃比を理論空燃比近傍に設定し、その後前記空燃比を理論空燃比よりリッチ側の空燃比に設定することが望ましい。
【００１５】
また前記硫黄酸化物除去手段は、前記硫黄酸化物を除去する処理を実行するときは、前記機関の点火時期を通常設定値より遅角させ、排気還流を停止するとともに、前記機関の出力トルクが変化しないように前記機関の吸入空気量を制御することが望ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施の一形態にかかる排気浄化装置を含む、内燃機関（以下「エンジン」という）及びその制御装置の全体構成図であり、例えば４気筒のエンジン１の吸気管２の途中にはスロットル弁３が配されている。スロットル弁３にはスロットル弁開度（θＴＨ）センサ４が連結されており、当該スロットル弁３の開度に応じた電気信号を出力してエンジン制御用電子コントロールユニット（以下「ＥＣＵ」という）５に供給する。
【００１７】
吸気管２にはスロットル弁３をバイパスする補助空気通路１７が接続されており、補助空気通路１７の途中には補助空気量を制御する補助空気制御弁１８が設けられている。補助空気制御弁１８は、ＥＣＵ５に接続されており、ＥＣＵ５によりその開弁量が制御される。
【００１８】
燃料噴射弁６はエンジン１とスロットル弁３との間かつ吸気管２の図示しない吸気弁の少し上流側に各気筒毎に設けられており、各噴射弁は図示しない燃料ポンプに接続されていると共にＥＣＵ５に電気的に接続されて当該ＥＣＵ５からの信号により燃料噴射弁６の開弁時間が制御される。
【００１９】
一方、スロットル弁３の直ぐ下流には吸気管内絶対圧（ＰＢＡ）センサ８が設けられており、この絶対圧センサ８により電気信号に変換された絶対圧信号は前記ＥＣＵ５に供給される。また、その下流には吸気温（ＴＡ)センサ９が取付けられており、吸気温ＴＡを検出して対応する電気信号を出力してＥＣＵ５に供給する。
【００２０】
エンジン１の本体に装着されたエンジン水温（ＴＷ）センサ１０はサーミスタ等から成り、エンジン水温（冷却水温）ＴＷを検出して対応する温度信号を出力してＥＣＵ５に供給する。
ＥＣＵ５には、エンジン１のクランク軸（図示せず）の回転角度を検出するクランク角度位置センサ１０が接続されており、クランク軸の回転角度に応じた信号がＥＣＵ５に供給される。クランク角度位置センサ１０は、エンジン１の特定の気筒の所定クランク角度位置で信号パルス（以下「ＣＹＬ信号パルス」という）を出力する気筒判別センサ、各気筒の吸入行程開始時の上死点（ＴＤＣ）より所定クランク角度前のクランク角度位置で（４気筒エンジンではクランク角１８０度毎に）ＴＤＣ信号パルスを出力するＴＤＣセンサ及びＴＤＣ信号パルスより短い一定クランク角周期（例えば３０度周期）で１パルス（以下「ＣＲＫ信号パルス」という）を発生するＣＲＫセンサから成り、ＣＹＬ信号パルス、ＴＤＣ信号パルス及びＣＲＫ信号パルスがＥＣＵ５に供給される。これらの信号パルスは、燃料噴射時期、点火時期等の各種タイミング制御及びエンジン回転数（エンジン回転速度）ＮＥの検出に使用される。
【００２１】
排気管１２に、ＮＯｘ浄化手段としてのＮＯｘ浄化装置１５が設けられている。ＮＯｘ浄化装置１５は、ＮＯｘを吸収するＮＯｘ吸収剤及び酸化、還元を促進するための触媒を内蔵する。ＮＯｘ浄化装置１５は、エンジン１に供給される混合気の空燃比が理論空燃比よりリーン側に設定され、排気中の酸素濃度が比較的高い状態（以下「排気リーン状態」という）では、ＮＯｘを吸収する一方、エンジン１に供給される混合気の空燃比が理論空燃比近傍または理論空燃比よりリッチ側に設定され、排気中の酸素濃度が比較的低く、ＨＣ、ＣＯ成分が多い状態（以下「排気リッチ状態」という）では、吸収されたＮＯｘがＨＣ、ＣＯにより還元されて、窒素ガスとして排出され、またＨＣ、ＣＯは酸化されて水蒸気及び二酸化炭素として排出されるように構成されている。
【００２２】
ＮＯｘ吸収剤のＮＯｘ吸収能力の限界、すなわち最大ＮＯｘ吸収量まで、ＮＯｘを吸収すると、それ以上ＮＯｘを吸収できなくなるので、適時ＮＯｘを放出させて還元するために空燃比のリッチ化、すなわち還元リッチ化を実行する。
またＮＯｘ吸収剤に硫黄酸化物（以下「ＳＯｘ」という）が吸収され、その吸収されたＳＯｘ量が設定値に達したときは、ＳＯｘを除去（パージ）する再生処理を実行する。なお、本実施形態では、ＮＯｘを吸着するタイプのＮＯｘ吸収剤を用いており、ＮＯｘ吸収剤によるＳＯｘの「吸収」を「吸着」ともいう。また、ＮＯｘ吸収剤からのＳＯｘの「放出」を「脱離」ともいう。
【００２３】
ＮＯｘ浄化装置１５の上流位置には、比例型空燃比センサ１４（以下「ＬＡＦセンサ１４」という）が装着されており、このＬＡＦセンサ１４は排気中の酸素濃度（空燃比）にほぼ比例した電気信号を出力し、ＥＣＵ５に供給する。
エンジン１の各気筒毎に設けられた点火プラグ１１は、ＥＣＵ５に接続されており、点火プラグ１１の駆動信号、すなわち点火信号がＥＣＵ５から供給される。
【００２４】
吸気管２のスロットル弁３の下流側と、排気管１２のＮＯｘ浄化装置１５の上流側との間には、排気還流通路２１が設けられており、排気還流通路２１の途中には排気還流量を制御する排気還流弁（以下「ＥＧＲ弁」という）２２が設けられている。ＥＧＲ弁２２は、ソレノイドを有する電磁弁であり、その弁開度はＥＣＵ５により制御される。ＥＧＲ弁２２には、その弁開度（弁リフト量）ＬＡＣＴを検出するリフトセンサ２３が設けられており、その検出信号はＥＣＵ５に供給される。排気還流通路２１及びＥＧＲ弁２２より、排気還流機構が構成される。
【００２５】
エンジン１は、吸気弁及び排気弁のバルブタイミングを、エンジンの高速回転領域に適した高速バルブタイミングと、低速回転領域に適した低速バルブタイミングとの２段階に切換可能なバルブタイミング切換機構３０を有する。このバルブタイミングの切換は、弁リフト量の切換も含み、さらに低速バルブタイミング選択時は２つに吸気弁のうちの一方を休止させて、空燃比を理論空燃比よりリーン化する場合においても安定した燃焼を確保するようにしている。
【００２６】
バルブタイミング切換機構３０は、バルブタイミングの切換を油圧を介して行うものであり、この油圧切換を行う電磁弁及び油圧センサがＥＣＵ５に接続されている。油圧センサの検出信号はＥＣＵ５に供給され、ＥＣＵ５は電磁弁を制御してエンジン１の運転状態に応じたバルブタイミングの切換制御を行う。
【００２７】
ＥＣＵ５には、エンジン１によって駆動される車両の走行速度（車速）ＶＰを検出する車速センサ３１が接続されており、その検出信号がＥＣＵ５に供給される。
ＥＣＵ５は、各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定レベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換する等の機能を有する入力回路５ａ、中央演算処理ユニット（以下「ＣＰＵ」という）５ｂ、ＣＰＵ５ｂで実行される各種演算プログラム及び演算結果等を記憶する記憶手段５ｃ、前記燃料噴射弁６に駆動信号を供給する出力回路５ｄ等から構成される。
【００２８】
ＥＣＵ５は、各種エンジンパラメータ信号に基づいてエンジン運転状態を判別し、エンジン回転数ＮＥ及び吸気管内絶対圧ＰＢＡに応じて設定されるＥＧＲ弁２２の弁開度指令値ＬＣＭＤと、リフトセンサ２３によって検出される実弁開度ＬＡＣＴとの偏差を零にするようにＥＧＲ弁２２のソレノイドに制御信号を供給する。
【００２９】
ＣＰＵ５ｂは、上述の各種エンジンパラメータ信号に基づいて、種々のエンジン運転状態を判別するとともに、該判別されたエンジン運転状態に応じて、次式（１）に基づき、前記ＴＤＣ信号パルスに同期して開弁作動する燃料噴射弁６の燃料噴射時間ＴＯＵＴを演算する。
ＴＯＵＴ＝ＴＩＭ×ＫＣＭＤ×ＫＬＡＦ×Ｋ１＋Ｋ２…（１）
【００３０】
ここに、ＴＩＭは基本燃料量、具体的には燃料噴射弁６の基本燃料噴射時間であり、エンジン回転数ＮＥ及び吸気管内絶対圧ＰＢＡに応じて設定されたＴＩマップを検索して決定される。ＴＩマップは、エンジン回転数ＮＥ及び吸気管内絶対圧ＰＢＡに対応する運転状態において、エンジンに供給する混合気の空燃比がほぼ理論空燃比になるように設定されている。すなわち、基本燃料量ＴＩＭは、エンジンの単位時間当たりの吸入空気量（質量流量）にほぼ比例する値を有する。
【００３１】
ＫＣＭＤは目標空燃比係数であり、エンジン回転数ＮＥ、スロットル弁開度θＴＨ、エンジン水温ＴＷ等のエンジン運転パラメータに応じて設定される。目標空燃比係数ＫＣＭＤは、空燃比Ａ／Ｆの逆数、すなわち燃空比Ｆ／Ａに比例し、理論空燃比のとき値１．０をとるので、目標当量比ともいう。また目標空燃比係数ＫＣＭＤは、後述するように還元リッチ化あるいはＳＯｘ除去のためのリッチ化（以下「ＳＯｘ除去リッチ化」という）を実行するときは、１．０より大きな値に設定される。
【００３２】
ＫＬＡＦは、フィードバック制御の実行条件が成立するときは、ＬＡＦセンサ１４の検出値から算出される検出当量比ＫＡＣＴが目標当量比ＫＣＭＤに一致するようにＰＩＤ（比例、積分、微分）制御により算出される空燃比補正係数である。
【００３３】
Ｋ１及びＫ２は夫々各種エンジンパラメータ信号に応じて演算される他の補正係数および補正変数であり、エンジン運転状態に応じた燃費特性、エンジン加速特性等の諸特性の最適化が図れるような所定値に決定される。
ＣＰＵ５ｂは上述のようにして求めた燃料噴射時間ＴＯＵＴに基づいて燃料噴射弁６を開弁させる駆動信号、点火プラグ１１を駆動する点火信号、補助空気量制御弁１８の駆動信号、及びＥＧＲ弁２２の駆動信号を出力回路５ｄを介して出力する。
【００３４】
図２は、ＮＯｘ浄化装置１５のＮＯｘ吸収剤に吸着されたＳＯｘ量（以下「ＳＯｘ吸着量」という）が設定値に達したときに、その再生制御を行う処理のフローチャートである。本処理は、ＴＤＣ信号パルスの発生に同期して、ＣＰＵ５ｂで実行される。
【００３５】
ステップＳ１０では、図３に示すＳＯｘ飽和判断処理を実行する。この処理では、設定空燃比（目標空燃比係数ＫＣＭＤ）及びエンジン１の運転状態に応じて、ＳＯｘ吸着量が算出され、そのＳＯｘ吸収量が設定値に達し、且つエンジン１が再生処理を実行するのに適した運転状態にあるとき、再生モードフラグＦＳＲＣＭＯＤＥが「１」に設定される。
【００３６】
続くステップＳ１１では、再生モードフラグＦＳＲＣＭＯＤＥが「１」であるか否かを判別し、ＦＳＲＣＭＯＤＥ＝０であってＳＯｘ吸着量が設定値に達していないときは、通常の燃料供給制御、点火時期制御、補助空気量制御及び排気還流制御を実行する（ステップＳ１２）。
【００３７】
ステップＳ１０の処理において再生モードフラグＦＳＲＣＭＯＤＥが「１」に設定されると、ステップＳ１１からＳ１３に進み、ＮＯｘ浄化装置１５の昇温を促進する昇温モード制御を実行する。この昇温モード制御では、空燃比が理論空燃比となるように燃料供給制御を行い、点火時期を最適点火時期よりリタードさせる点火時期制御を行い、さらにそのような燃料供給制御及び点火時期制御に対応してエンジン１の出力トルクが通常制御時とほぼ同一となるように補助空気量制御を行うとともに、ＥＧＲ弁２２を閉弁して排気還流を停止させる制御を行う（ステップＳ１３）。このような昇温モード制御により、エンジンの出力トルクの変動を抑制しつつ、ＮＯｘ浄化装置１５の昇温を促進することできる。
【００３８】
ステップＳ１３における昇温モード制御に対応する目標空燃比係数ＫＣＭＤ設定処理が図９に示されている。この処理では、後述するように、目標空燃比係数ＫＣＭＤを「１．０」に維持する制御を所定時間ＴＭＴＣＡＴ実行した時点で、昇温が完了したことを「１」で示す昇温完了フラグＦＴＣＡＴＯＫが「１」に設定される。
【００３９】
ステップＳ１４では、昇温完了フラグＦＴＣＡＴＯＫが「１」であるか否かを判別し、ＦＴＣＡＴＯＫ＝０である間は、直ちに本処理を終了する。ＦＴＣＡＴＯＫ＝１となると、ＳＯｘ除去（パージ）モード処理を実行する（ステップＳ１５）。この処理では、空燃比を理論空燃比よりリッチ側とする燃料供給制御を実行し、点火時期を最適点火時期よりリタードさせる点火時期制御を実行し、さらにそのような燃料供給制御及び点火時期制御に対応してエンジン１の出力トルクが通常制御時とほぼ同一となるように補助空気量制御を行うとともに、排気還流の停止を継続する。このようなＳＯｘ除去モード処理を実行することにより、エンジンの出力トルクの変動を抑制しつつ、ＮＯｘ浄化装置１５に吸収されたＳＯｘを還元して、排気とともに放出させ、ＮＯｘ浄化装置１５のＮＯｘ吸収能力を回復させることができる。
【００４０】
図３は、図２のステップＳ１０で実行されるＳＯｘ飽和判断処理のフローチャートである。
ステップＳ２０では、図４及び５に示すＳＯｘ吸着量推定処理を実行する。この処理では、設定空燃比（目標空燃比係数ＫＣＭＤ）及びエンジン１の運転状態に応じて、ＳＯｘ吸着量推定値が算出される。より具体的には、ＳＯｘ吸着量カウンタＣＳＡＢＳの値をインクリメントまたはデクリメントすることにより、ＳＯｘ吸着量推定値が算出される。カウンタＣＳＡＢＳの値は、イグニッションスイッチがオフされたときも記憶内容が保持されるバックアップメモリに記憶される。
【００４１】
ステップＳ２１では、ＳＯｘ吸着量カウンタＣＳＡＢＳの値が設定値ＣＳＲＭＡＣ１以上か否かを判別し、ＣＳＡＢＳ＜ＣＳＲＭＡＣ１であるときは直ちに本処理を終了する。
ＣＳＡＢＳ≧ＣＳＲＭＡＣ１となると、ステップＳ２１からステップＳ２２に進み、エンジン運転状態及び車速ＶＰが所定の条件を満たすか否かを判別する。すなわち、エンジン回転数ＮＥが所定上下限値ＮＥＳＲＭＨ，ＮＥＳＲＭＬ（例えば３０００ｒｐｍ，１５００ｒｐｍ）の範囲内にあるか否か、吸気管内絶対圧ＰＢＡが所定上下限値ＰＢＳＲＭＨ，ＰＢＳＲＭＬ（例えば８１．３ｋＰａ，６１．３ｋＰａ）の範囲内にあるか否か、吸気温ＴＡが所定上下限値ＴＡＳＲＭＨ，ＴＡＳＲＭＬ（例えば１００℃，０℃）の範囲内にあるか否か、エンジン水温ＴＷが所定上下限値ＴＷＳＲＭＨ，ＴＷＳＲＭＬ（例えば１００℃，８０℃）の範囲内にあるか否か、車速ＶＰが所定上下限値ＶＳＲＭＨ，ＶＳＲＭＬ（例えば１２０ｋｍ／ｈ，６０ｋｍ／ｈ）の範囲内にあるか否かを判別する。そして、これら判別に対する答がすべて肯定（ＹＥＳ）のときは、再生モードフラグＦＳＲＣＭＯＤＥを「１」に設定する（ステップＳ２３）一方、いずれかの答が否定（ＮＯ）のときは、再生モードフラグＦＳＲＣＭＯＤＥを「０」に設定する（ステップＳ２４）。
【００４２】
図４及び５は、図３のステップＳ２０で実行されるＳＯｘ吸着量推定処理のフローチャートである。
ステップＳ３０では、始動モード、すなわちクランキング中か否かを判別し、始動モードでないときは、燃料供給遮断運転中であることを「１」で示すフュエルカットフラグＦＦＣが「１」であるか否かを判別する（ステップＳ３１）。そして、始動モードであるときまたは燃料供給遮断運転中であるときは、直ちに本処理を終了する。
【００４３】
燃料供給遮断運転中でないときは、さらにアイドル運転中であることを「１」で示すアイドルフラグＦＩＤＬＥが「１」であるか否かを判別し（ステップＳ３２）、ＦＩＤＬＥ＝１であってアイドル運転中であるときは、加算値ＳＡＢＳをアイドル用加算値ＳＡＢＳＩＤＬに設定する（ステップＳ３３）。そして、ＳＯｘ吸着量カウンタＣＳＡＢＳを加算値ＳＡＢＳだけインクリメントし（ステップＳ６１）、本処理を終了する。
【００４４】
ＦＩＤＬＥ＝０であってアイドル運転中でないときは、目標空燃比係数ＫＣＭＤがリーン判定閾値ＫＢＳＤＥＳＬ（例えば０．９）より小さいか否かを判別し（ステップＳ３４）、ＫＣＭＤ＜ＫＢＳＤＥＳＬであってリーン運転中であるときは、エンジン回転数ＮＥ及び吸気管内絶対圧ＰＢＡに応じて図６（ａ）に示すリーン領域吸着マップを検索し、リーン運転用加算値ＳＡＢＳＬを算出する（ステップＳ３６）。リーン領域吸着マップは、同図にハッチングを付して示す、リーン運転が実行される領域について設定されており、エンジン回転数ＮＥが増加するほど、また吸気管内絶対圧ＰＢＡが増加するほど、加算値ＳＡＢＳＬが増加するように設定されている。
【００４５】
次いで加算値ＳＡＢＳを、このリーン運転用加算値ＳＡＢＳＬに設定して（ステップＳ３７）、前記ステップＳ６１に進む。
一方ステップＳ３４でＫＣＭＤ≧ＫＢＳＤＥＳＬであるときは、さらに目標空燃比係数ＫＣＭＤがリッチ判定閾値ＫＢＳＤＥＳＨ（例えば１．１）より大きいか否かを判別する（ステップＳ３８）。ＫＣＭＤ≦ＫＢＳＤＥＳＨであって空燃比を理論空燃比に設定するストイキ運転中であるときは、エンジン回転数ＮＥに応じて図７（ａ）に示すストイキ境界テーブルを検索し、ストイキ境界圧ＰＢＳＴＧを算出する（ステップＳ３９）。このストイキ境界テーブルは、ＮＯｘ浄化装置１５の温度がほぼ７００℃となるようなエンジン回転数ＮＥと吸気管内絶対圧ＰＢＡの組が得られるように設定されている。このテーブルで定義されるラインＬＳＴより吸気管内絶対圧ＰＢＡが高いときは、ＮＯｘ浄化装置１５の温度は、７００℃より高くなり、ＮＯｘ吸収剤に吸着されたＳＯｘが脱離されるが、逆にラインＬＳＴより吸気管内絶対圧ＰＢＡが低いときは、ＮＯｘ浄化装置１５の温度は、７００℃より低くなり、ＮＯｘ吸収剤にＳＯｘが吸着される。そこで、以下のステップＳ４０〜Ｓ４８の処理では、ＳＯｘが吸着される運転状態では、ＳＯｘ吸着量カウンタＣＳＡＢＳの加算値ＳＡＢＳを算出する一方、ＳＯｘが脱離される運転状態では、ＳＯｘ吸着量カウンタＣＳＡＢＳの減算値ＳＤＥＳを算出する。
【００４６】
先ずステップＳ４０では、吸気管内絶対圧ＰＢＡがストイキ境界圧ＰＢＳＴＧより低いか否かを判別し、ＰＢＡ＜ＰＢＳＴＧであるときは、後述するステップＳ４６で参照されるダウンカウントタイマｔＤＥＳＴＬＨＤを所定遅延時間ＴＤＥＳＴＬＨＤ（例えば３秒）にセットしてスタートさせる（ステップＳ４１）。次いで後述するステップＳ４５でスタートされたダウンカウントタイマｔＤＥＳＴＨＬＤの値が「０」であるか否かを判別し（ステップＳ４２）、ｔＤＥＳＴＨＬＤ＞０である間はステップＳ４７に進み、ｔＤＥＳＴＨＬＤ＝０となると、ステップＳ４３に進んで、エンジン回転数ＮＥ及び吸気管内絶対圧ＰＢＡに応じて、図６（ｂ）に示すストイキ領域吸着マップを検索し、ストイキ運転用加算値ＳＡＢＳＳＴを算出する。ストイキ領域吸着マップは、同図に右上がりのハッチングを付して示す、ＳＯｘがＮＯｘ吸収剤に吸着される領域について設定されており、エンジン回転数ＮＥが増加するほど、また吸気管内絶対圧ＰＢＡが増加するほど、加算値ＳＡＢＳＳＴが減少するように設定されている。なお、同図において破線で囲まれた領域は、図６（ａ）に示すリーン運転領域である。
【００４７】
次いで加算値ＳＡＢＳを、このストイキ運転用加算値ＳＡＢＳＳＴに設定して（ステップＳ４４）、前記ステップＳ６１に進む。
またステップＳ４０でＰＢＡ≧ＰＢＳＴＧであるときは、ダウンカウントタイマｔＤＥＳＴＨＬＤを所定遅延時間ＴＤＥＳＴＨＬＤ（例えば３秒）にセットしてスタートさせる（ステップＳ４５）。次いでステップＳ４１でスタートされたダウンカウントタイマｔＤＥＳＴＬＨＤの値が「０」であるか否かを判別し（ステップＳ４６）、ｔＤＥＳＴＬＨＤ＞０である間はステップＳ４３に進み、ｔＤＥＳＴＬＨＤ＝０となると、ステップＳ４７に進んで、エンジン回転数ＮＥ及び吸気管内絶対圧ＰＢＡに応じて、図６（ｂ）に示すストイキ領域脱離マップを検索し、ストイキ運転用減算値ＳＤＥＳＳＴを算出する。ストイキ領域脱離マップは、同図に右下がりのハッチングを付して示す、ＳＯｘがＮＯｘ吸収剤から脱離される領域について設定されており、エンジン回転数ＮＥが増加するほど、また吸気管内絶対圧ＰＢＡが増加するほど、減算値ＳＤＥＳＳＴが増加するように設定されている。
【００４８】
次いで減算値ＳＤＥＳを、このストイキ運転用減算値ＳＤＥＳＳＴに設定して（ステップＳ４８）、ステップＳ６２に進み、ＳＯｘ吸着量カウンタＣＳＡＢＳの値を減算値ＳＤＥＳだけデクリメントして、本処理を終了する。
ステップＳ４１，Ｓ４２，Ｓ４５及びＳ４６は、エンジン運転状態が吸着領域から脱離領域へ、またはその逆に変化したときに、制御の切換をエンジン運転状態が安定するまで遅延させるために設けられている。
【００４９】
ステップＳ３８で、ＫＣＭＤ＞ＫＢＳＤＥＳＨであって空燃比を理論空燃比よりリッチ側に設定するリッチ運転中であるときは、エンジン回転数ＮＥに応じて図７（ｂ）に示すリッチ境界テーブルを検索し、リッチ境界圧ＰＢＲＩＣＨＧを算出する（図５、ステップＳ５１）。このリッチ境界テーブルは、ＮＯｘ浄化装置１５の温度がほぼ６００℃となるようなエンジン回転数ＮＥと吸気管内絶対圧ＰＢＡの組が得られるように設定されている。このテーブルで定義されるラインＬＲより吸気管内絶対圧ＰＢＡが高いときは、ＮＯｘ浄化装置１５の温度は、６００℃より高くなり、ＮＯｘ吸収剤からＳＯｘが脱離されるが、逆にラインＬＲより吸気管内絶対圧ＰＢＡが低いときは、ＮＯｘ浄化装置１５の温度は、６００℃より低くなり、ＮＯｘ吸収剤にＳＯｘが吸着される。そこで、以下のステップＳ５２〜Ｓ６０の処理では、ＳＯｘが吸着される運転状態では、ＳＯｘ吸着量カウンタＣＳＡＢＳの加算値ＳＡＢＳを算出する一方、ＳＯｘが脱離される運転状態では、ＳＯｘ吸着量カウンタＣＳＡＢＳの減算値ＳＤＥＳを算出する。
【００５０】
先ずステップＳ５２では、吸気管内絶対圧ＰＢＡがリッチ境界圧ＰＢＲＩＣＨＧより低いか否かを判別し、ＰＢＡ＜ＰＢＲＩＣＨＧであるときは、後述するステップＳ５８で参照されるダウンカウントタイマｔＤＥＳＲＬＨＤを所定遅延時間ＴＤＥＳＲＬＨＤ（例えば３秒）にセットしてスタートさせる（ステップＳ５３）。次いで後述するステップＳ５７でスタートされたダウンカウントタイマｔＤＥＳＲＨＬＤの値が「０」であるか否かを判別し（ステップＳ５４）、ｔＤＥＳＲＨＬＤ＞０である間はステップＳ５９に進み、ｔＤＥＳＲＨＬＤ＝０となると、ステップＳ５５に進んで、エンジン回転数ＮＥ及び吸気管内絶対圧ＰＢＡに応じて、図６（ｃ）に示すリッチ領域吸着マップを検索し、リッチ運転用加算値ＳＡＢＳＲを算出する。リッチ領域吸着マップは、同図に右上がりのハッチングを付して示す、ＳＯｘがＮＯｘ吸収剤に吸着される領域について設定されており、エンジン回転数ＮＥが増加するほど、また吸気管内絶対圧ＰＢＡが増加するほど、加算値ＳＡＢＳＲが減少するように設定されている。なお、同図において破線で囲まれた領域は、図６（ａ）に示すリーン運転領域である。
【００５１】
次いで加算値ＳＡＢＳを、このリッチ運転用加算値ＳＡＢＳＲに設定して（ステップＳ５６）、前記ステップＳ６１に進む。
またステップＳ５２でＰＢＡ≧ＰＢＲＩＣＨＧであるときは、ダウンカウントタイマｔＤＥＳＲＨＬＤを所定遅延時間ＴＤＥＳＲＨＬＤ（例えば３秒）にセットしてスタートさせる（ステップＳ５７）。次いでステップＳ５３でスタートされたダウンカウントタイマｔＤＥＳＲＬＨＤの値が「０」であるか否かを判別し（ステップＳ５８）、ｔＤＥＳＲＬＨＤ＞０である間はステップＳ５５に進み、ｔＤＥＳＲＬＨＤ＝０となると、ステップＳ５９に進んで、エンジン回転数ＮＥ及び吸気管内絶対圧ＰＢＡに応じて、図６（ｃ）に示すリッチ領域脱離マップを検索し、リッチ運転用減算値ＳＤＥＳＲを算出する。リッチ領域脱離マップは、同図に右下がりのハッチングを付して示す、ＳＯｘがＮＯｘ吸収剤から脱離される領域について設定されており、エンジン回転数ＮＥが増加するほど、また吸気管内絶対圧ＰＢＡが増加するほど、減算値ＳＤＥＳＲが増加するように設定されている。
【００５２】
次いで減算値ＳＤＥＳを、このリッチ運転用減算値ＳＤＥＳＲに設定して（ステップＳ６０）、ステップＳ６２に進み、ＳＯｘ吸着量カウンタＣＳＡＢＳの値を減算値ＳＤＥＳだけデクリメントして、本処理を終了する。
以上のように図４，５の処理によれば、ＳＯｘ吸着量カウンタＣＳＡＢＳの値は、設定空燃比及びエンジン運転状態に応じた、単位時間当たりのＳＯｘ吸着量に対応する加算値ＳＡＢＳと、単位時間当たりのＳＯｘ脱離量に対応する減算値ＳＤＥＳにより、インクリメントまたはデクリメントされる。すなわち、ＮＯｘ吸収剤に吸収されたＳＯｘ量の推定値が、空燃比及びエンジン運転状態に応じて設定される加算値ＳＡＢＳ及び減算値ＳＤＥＳを積算することにより算出される。その結果、ＮＯｘ浄化装置１５のＮＯｘ吸収剤に吸着されるＳＯｘ量を正確に推定することができ、ＳＯｘ除去処理を最適な時期に実行することが可能となる。
【００５３】
図８は、目標空燃比係数ＫＣＭＤを算出する処理のフローチャートであり、本処理は、ＣＰＵ５ｂにおいてＴＤＣ信号パルスの発生に同期して実行される。
ステップＳ１０１では、再生モードフラグＦＳＲＣＭＯＤＥが「１」であるか否かを判別し、ＦＳＲＣＭＯＤＥ＝０であるときは、通常制御、すなわちエンジン運転状態に応じた目標空燃比係数ＫＣＭＤの設定を行う（ステップＳ１０３）。目標空燃比係数ＫＣＭＤは、基本的には、エンジン回転数ＮＥ及び吸気管内絶対圧ＰＢＡに応じて算出し、エンジン水温ＴＷの低温状態や所定の高負荷運転状態では、それらの運転状態に応じた値に変更される。次いで、後述する図９の処理で参照されるカウンタＮＦＩＳＲＭＤ１，ＮＦＩＳＲＭＤ２及びＮＦＩＳＲＭＤ３に、それぞれ所定値Ｎ１，Ｎ２及びＮ３をセットし（ステップＳ１０４）、本処理を終了する。
ＦＳＲＣＭＯＤＥ＝１であって、ＮＯｘ浄化装置１５の再生処理を実行するときは、図９に示すＮＯｘＣＡＴ再生ＫＣＭＤ算出処理を実行する（ステップＳ１０２）。
【００５４】
図９のステップＳ７０では、カウンタＮＦＩＳＲＭＤ１の値が「０」か否かを判別する。最初は、ＮＦＩＳＲＭＤ１＞０であるので、このカウンタＮＦＩＳＲＭＤ１の値を「１」だけデクリメントする（ステップＳ７１）とともに、ダウンカウントタイマｔｍＴＣＡＴを昇温モードの実行時間ＴＭＴＣＡＴ（例えば６０秒）に設定してスタートさせる（ステップＳ７２）。さらに、昇温モードが完了したことを「１」で示す昇温完了フラグＦＴＣＡＴＯＫを「０」に設定し（ステップＳ７３）、ダウンカウントタイマｔｍＳＰＲＧをＳＯｘ除去モードの実行時間ＴＭＳＰＲＧ（例えば３０秒）に設定してスタートさせ（ステップＳ７４）、本処理を終了する。
【００５５】
カウンタＮＦＩＳＲＭＤ１の値が「０」となると、ステップＳ７０からステップＳ７５に進み、昇温完了フラグＦＴＣＡＴＯＫが「１」であるか否かを判別する。最初は、ＦＴＣＡＴＯＫ＝０であるので、目標空燃比係数ＫＣＭＤを昇温モード用の値、すなわち理論空燃比に対応する「１．０」に設定し（ステップＳ７６）、タイマｔｍＴＣＡＴの値が「０」であるか否かを判別する（ステップＳ７７）。ｔｍＴＣＡＴ＞０である間は前記ステップＳ７４に進み、ｔｍＴＣＡＴ＝０となると、昇温完了フラグＦＴＣＡＴＯＫを「１」に設定する（ステップＳ７８）。昇温完了フラグＦＴＣＡＴＯＫが「１」に設定されると、以後はステップＳ７５から直ちにステップＳ８０に進む。
【００５６】
続くステップＳ８０では、カウンタＮＦＩＳＲＭＤ２の値が「０」であるか否かを判別する。最初はＮＦＩＳＲＭＤ２＞０であるので、このカウンタＮＦＩＳＲＭＤ２の値を「１」だけデクリメントして（ステップＳ７９）、前記ステップＳ７４に進む。ＮＦＩＳＲＭＤ２＝０となると、ステップＳ８０からステップＳ８１に進み、エンジン回転数ＮＥ及び吸気管内絶対圧ＰＢＡに応じてＫＣＭＤＳＰＲＧマップを検索し、ＳＯｘ除去モード用のリッチ化設定値ＫＣＭＤＳＰＲＧを算出する。ＫＣＭＤＳＰＲＧマップは、エンジン回転数ＮＥが増加するほど、また吸気管内絶対圧ＰＢＡが増加するほど、リッチ化設定値ＫＣＭＤＳＰＲＧが増加するように設定されている。なお、ＳＯｘ除去用のリッチ化設定値ＫＣＭＤＳＰＲＧは、固定値（例えばＡ／Ｆ１２．５相当の値）としてもよい。
【００５７】
続くステップＳ８２では、目標空燃比係数ＫＣＭＤをリッチ化設定値ＫＣＭＤＳＰＲＧに設定し、タイマｔｍＳＰＲＧの値が「０」か否かを判別する（ステップＳ８３）。ｔｍＳＰＲＧ＞０である間は、直ちに本処理を終了し、ｔｍＳＰＲＧ＝０となると、カウンタＮＦＩＳＲＭＤ３の値が「０」か否かを判別する（ステップＳ８４）。最初はＮＦＩＳＲＭＤ３＞０であるので、このカウンタＮＦＩＳＲＭＤ３の値を「１」だけデクリメントして（ステップＳ８５）、本処理を終了する。ＮＦＩＳＲＭＤ３＝０となると、再生モードフラグＦＳＲＣＭＯＤＥを「０」に戻す（ステップＳ８６）とともに、ＳＯｘ吸着量カウンタＣＳＡＢＳの値を「０」に戻して（ステップＳ８７）、本処理を終了する。
【００５８】
以上のように図９の処理により、目標空燃比係数ＫＣＭＤが、昇温モードにおいては「１．０」に設定され、ＮＯｘ浄化装置１５の昇温完了後のＳＯｘ除去モードにおいてはリッチ化設定値ＫＣＭＤＳＰＲＧに設定される。その結果、ＮＯｘ浄化装置１５の昇温を促進して、吸収されたＳＯｘを還元して放出させることができ、硫黄被毒したＮＯｘ浄化装置１５を再生させることができる。
【００５９】
本実施形態では、ＥＣＵ５が、硫黄酸化物量推定手段及び硫黄酸化物除去手段を構成する。より具体的には、図４及び５の処理が硫黄酸化物量推定手段に相当し、図２のステップＳ１３及びＳ１５が硫黄酸化物除去手段に相当する。
なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上述した実施形態では、ＮＯｘ浄化装置１５に吸収されたＳＯｘ量の推定を行い、その推定ＳＯｘ量が設定値に達したときに、ＳＯｘ除去処理を行うようにしたが、特開平１１−２４７６５０号公報に示されるような、ＮＯｘ浄化装置の上流側に配置されたＳＯｘ浄化装置に吸収されたＳＯｘ量の推定に、本発明を適用してもよい。
【００６０】
また上述した実施形態では、目標空燃比係数ＫＣＭＤ並びにエンジン回転数ＮＥ及び吸気管内絶対圧ＰＢＡに応じて、加算値ＳＡＢＳまたは減算値ＳＤＥＳを算出するようにしたが、目標空燃比係数ＫＣＭＤを、ＬＡＦセンサ１４により検出される検出当量比ＫＡＣＴに代えてもよい。
【００６１】
【発明の効果】
以上詳述したように請求項１に記載した発明によれば、機関に供給する混合気の空燃比及び機関の運転状態に応じて、ＮＯｘ浄化手段に吸収された硫黄酸化物量の、単位時間当たりの変化量（すなわち吸収量または放出量）が推定され、該推定された変化量を積算することにより、ＮＯｘ浄化手段に吸収された硫黄酸化物量の推定が行われる。具体的には、空燃比が理論空燃比近傍に設定されているときは、第１推定手段により、ＮＯｘ浄化手段の温度が第１所定温度以上となる機関運転状態においては第１の負の変化量が算出されるとともに、ＮＯｘ浄化手段の温度が第１所定温度より低くなる機関運転状態においては第１の正の変化量が算出される。また空燃比が理論空燃比よりリーン側に設定されているときは、第２推定手段により、機関運転状態に応じて第２の正の変化量が算出される。また空燃比が理論空燃比よりリッチ側に設定されているときは、第３推定手段により、ＮＯｘ浄化手段の温度が第１所定温度より低い第２所定温度以上となる機関運転状態においては第２の負の変化量が算出されるとともに、ＮＯｘ浄化手段の温度が第２所定温度より低くなる機関運転状態においては第３の正の変化量が算出される。ＮＯｘ浄化手段に吸収される硫黄酸化物量は、空燃比が理論空燃比よりリーン側に設定されているとき増加し、空燃比が理論空燃比近傍あるいは理論空燃比よりリッチ側に設定されているときは、機関運転状態により増加または減少するので、第１〜第３推定手段により、硫黄酸化物量の変化量を推定することにより、硫黄酸化物量の単位時間当たりの変化量、すなわち吸収量または放出量を正確に推定することができる。その結果、硫黄酸化物量の推定を従来に比べてより正確に行うことができ、硫黄被毒したＮＯｘ浄化手段の再生処理を最適な時期に実行することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかる内燃機関及びその排気浄化装置の構成を示す図である。
【図２】硫黄被毒したＮＯｘ浄化装置を再生させる制御を行う処理のフローチャートである
【図３】図２のＳＯｘ飽和判断処理を詳細に示すフローチャートである。
【図４】図３のＳＯｘ吸着量推定処理を詳細に示すフローチャートである。
【図５】図３のＳＯｘ吸着量推定処理を詳細に示すフローチャートである。
【図６】図４または５の処理で使用するマップを示す図である。
【図７】図４または５の処理で使用するテーブルを示す図ある。
【図８】目標空燃比係数（ＫＣＭＤ）を算出する処理のフローチャートである。
【図９】ＮＯｘ浄化装置の再生処理実行中における目標空燃比係数の設定を行う処理のフローチャートである。
【符号の説明】
１内燃機関
５電子コントロールユニット（硫黄酸化物量推定手段、硫黄酸化物除去手段）
７吸気管内絶対圧センサ
１０クランク角度位置センサ
１２排気管
１５ＮＯｘ浄化装置（ＮＯｘ浄化手段）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust gas purification device for an internal combustion engine having a nitrogen oxide (NOx) purification device in an exhaust system, and more particularly to a device that performs a regeneration process when the NOx purification device deteriorates due to sulfur poisoning.
[0002]
[Prior art]
A NOx purification device is provided in the exhaust system of the internal combustion engine to absorb NOx during the lean operation in which the air-fuel ratio is set to be leaner than the stoichiometric air-fuel ratio, and the air-fuel ratio is appropriately enriched to obtain the NOx purification device. 2. Description of the Related Art Exhaust gas purification apparatuses that reduce and release absorbed NOx are conventionally known. Further, this NOx purification device absorbs sulfur oxide contained in the fuel, that is, the ability to absorb sulfur oxide upstream of the NOx purification device because the NOx absorption capability decreases due to sulfur poisoning. There is known an exhaust emission control device in which a SOx catalyst having NO is disposed (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-247650).
[0003]
In the apparatus disclosed in this publication, the amount of sulfur oxide absorbed by the SOx catalyst is estimated, and when the estimated amount of sulfur oxide reaches a set value, a regeneration process for removing the sulfur oxide is performed. A counter that estimates the amount of absorbed sulfur oxide is provided, and the value added per unit time of this counter is set according to the engine speed and the intake pipe internal pressure, and the counter is incremented to absorb the SOx catalyst. The amount of sulfur oxide is estimated.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
When the SOx catalyst is not provided in the exhaust system, the sulfur oxide is absorbed by the NOx purification device, so that the regeneration is performed by releasing the sulfur oxide by enriching the air-fuel ratio while the temperature of the NOx purification device is high. It is necessary to perform processing. In that case, it is necessary to first estimate the amount of sulfur oxide absorbed in the NOx purification device. However, if the method disclosed in the above publication is applied as it is, there are the following problems.
[0005]
That is, even when the lean operation in which the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the engine is set leaner than the stoichiometric air-fuel ratio is frequently used, the stoichiometric operation in which the air-fuel ratio is set to the stoichiometric air-fuel ratio or the rich air side from the stoichiometric air-fuel ratio is set. There is also a period during which rich operation is performed. During such stoichiometric operation or rich operation, when the temperature of the NOx purification device becomes high, sulfur oxides absorbed by the NOx purification device are released. However, in the conventional apparatus disclosed in the above publication, since the release of such sulfur oxides during normal stoichiometric operation or rich operation is not taken into account, the amount of sulfur oxides absorbed by the NOx purification apparatus is estimated. There has been a problem that the execution timing of the reproduction process is deviated from the optimal time due to inaccuracy.
[0006]
The present invention has been made paying attention to this point, so that the amount of sulfur oxide absorbed by the NOx purification device can be estimated more accurately, and the regeneration processing of the sulfur-poisoned NOx purification device can be executed at an optimal time. An object of the present invention is to provide an exhaust emission control device.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
  In order to achieve the above object, an invention according to claim 1 is provided in an exhaust system of a fuel engine and absorbs NOx in exhaust gas in an exhaust lean state, and sulfur oxidation absorbed in the NOx purification unit. A sulfur oxide amount estimating means for estimating the quantity, and a sulfur oxide removing means for performing a process of removing the sulfur oxide when the sulfur oxide amount estimated by the sulfur oxide amount estimating means reaches a set value. In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, the sulfur oxide amount estimating means estimates a change amount per unit time of the sulfur oxide amount according to an air-fuel ratio of an air-fuel mixture supplied to the engine and an operating state of the engine. The amount of sulfur oxide is estimated by integrating the estimated amount of change.And when the air-fuel ratio is set in the vicinity of the stoichiometric air-fuel ratio, first estimating means for estimating the amount of change in accordance with the engine operating state, and the air-fuel ratio is set to be leaner than the stoichiometric air-fuel ratio. Second estimating means for estimating the amount of change according to the engine operating state, and when the air-fuel ratio is set to a richer side than the stoichiometric air-fuel ratio, the change according to the engine operating state Third estimation means for estimating the amount, wherein the first estimation means is a first negative change amount in an engine operating state in which the temperature of the NOx purification means is equal to or higher than a first predetermined temperature (700 ° C.). (SDESST) is output, a first positive change amount (SABSST) is output in an engine operating state in which the temperature of the NOx purification means is lower than the first predetermined temperature, and the second estimation means Depending on the driving conditions The third estimating means outputs the first change amount (SABSL) in the engine operating state in which the temperature of the NOx purification means is equal to or higher than a second predetermined temperature (600 ° C.) lower than the first predetermined temperature. 2 negative change amount (SDESR) is output, and a third positive change amount (SABSR) is output in an engine operating state where the temperature of the NOx purification means is lower than the second predetermined temperature.It is characterized by that.
[0008]
  According to this configuration, the amount of change per unit time in the amount of sulfur oxide absorbed by the NOx purification means (that is, the amount absorbed or released) according to the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the engine and the operating state of the engine. The amount of sulfur oxide absorbed by the NOx purification means is estimated by integrating the estimated amount of change.. Specifically, when the air-fuel ratio is set near the stoichiometric air-fuel ratio, the first estimating means causes the first negative change in the engine operating state where the temperature of the NOx purification means is equal to or higher than the first predetermined temperature. While the amount is calculated, the first positive change amount is calculated in the engine operating state where the temperature of the NOx purification means is lower than the first predetermined temperature. When the air-fuel ratio is set to be leaner than the stoichiometric air-fuel ratio, the second positive change amount is calculated by the second estimating means according to the engine operating state. Further, when the air-fuel ratio is set to be richer than the stoichiometric air-fuel ratio, the second estimator causes the second in an engine operating state where the temperature of the NOx purification means is equal to or higher than a second predetermined temperature lower than the first predetermined temperature. And a third positive change amount is calculated in an engine operating state in which the temperature of the NOx purification means is lower than the second predetermined temperature. The amount of sulfur oxides absorbed by the NOx purification means increases when the air-fuel ratio is set leaner than the stoichiometric air-fuel ratio, and when the air-fuel ratio is set near the stoichiometric air-fuel ratio or richer than the stoichiometric air-fuel ratio. Is increased or decreased depending on the engine operating state. Therefore, by estimating the amount of change in the amount of sulfur oxide by the first to third estimation means, the amount of change in the amount of sulfur oxide per unit time, that is, the amount of absorption or release Can be estimated accurately. as a resultIn addition, the amount of sulfur oxide can be estimated more accurately than in the past, and the regeneration process of the sulfur-poisoned NOx purification means can be executed at an optimal time.
[0009]
  According to a second aspect of the present invention, in the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the first aspect, theThe first estimating means calculates the first negative change amount so that the absolute value of the first negative change amount increases as the rotational speed of the engine and / or the intake pressure of the engine increases. Then, the first positive change amount is calculated so that the first positive change amount decreases as the rotational speed of the engine and / or the intake pressure of the engine increases, and the second estimating means Calculating the second positive change amount so that the second positive change amount increases as the rotational speed of the engine and / or the intake pressure of the engine increases, and the third estimating means Calculating the second negative change amount so that the absolute value of the second negative change amount increases as the rotational speed of the engine and / or the intake pressure of the engine increases. The higher the engine speed and / or the intake pressure of the engine, the higher the third positive speed. As the amount of change is decreased, it calculates a positive variation of the thirdIt is characterized by doing.
[0010]
  According to this configuration, the first negative change amount is calculated so that the absolute value of the first negative change amount increases as the engine speed and / or the intake pressure of the engine increases. The first positive change amount is calculated so that the first positive change amount decreases as the rotational speed and / or the engine intake pressure increases, and the engine rotational speed and / or the engine intake pressure increases. The second positive change amount is calculated so that the second positive change amount increases, and the absolute value of the second negative change amount increases as the engine speed and / or the intake pressure of the engine increases. The second negative change amount is calculated so that the value increases, and the third positive change amount decreases such that the higher the engine speed and / or the intake pressure of the engine, the lower the third positive change amount. The amount of change is calculated.
[0014]
The sulfur oxide removing means sets the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the engine for a predetermined time to be close to the stoichiometric air-fuel ratio when performing the process of removing the sulfur oxide, and then It is desirable to set the fuel ratio to a richer air-fuel ratio than the stoichiometric air-fuel ratio.
[0015]
The sulfur oxide removing means, when executing the process of removing the sulfur oxide, retards the ignition timing of the engine from a normal set value, stops exhaust gas recirculation, and outputs the engine output torque. It is desirable to control the intake air amount of the engine so as not to change.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is an overall configuration diagram of an internal combustion engine (hereinafter referred to as an “engine”) and its control device including an exhaust purification device according to an embodiment of the present invention. For example, FIG. A throttle valve 3 is arranged on the way. A throttle valve opening (θTH) sensor 4 is connected to the throttle valve 3, and an electric signal corresponding to the opening of the throttle valve 3 is output to output an engine control electronic control unit (hereinafter referred to as “ECU”) 5. To supply.
[0017]
An auxiliary air passage 17 that bypasses the throttle valve 3 is connected to the intake pipe 2, and an auxiliary air control valve 18 that controls the amount of auxiliary air is provided in the auxiliary air passage 17. The auxiliary air control valve 18 is connected to the ECU 5, and the valve opening amount is controlled by the ECU 5.
[0018]
The fuel injection valve 6 is provided for each cylinder between the engine 1 and the throttle valve 3 and slightly upstream of the intake valve (not shown) of the intake pipe 2, and each injection valve is connected to a fuel pump (not shown). At the same time, it is electrically connected to the ECU 5 and the valve opening time of the fuel injection valve 6 is controlled by a signal from the ECU 5.
[0019]
On the other hand, an intake pipe absolute pressure (PBA) sensor 8 is provided immediately downstream of the throttle valve 3, and an absolute pressure signal converted into an electric signal by the absolute pressure sensor 8 is supplied to the ECU 5. Further, an intake air temperature (TA) sensor 9 is attached downstream thereof, detects the intake air temperature TA, outputs a corresponding electric signal, and supplies it to the ECU 5.
[0020]
An engine water temperature (TW) sensor 10 mounted on the main body of the engine 1 is composed of a thermistor or the like, detects the engine water temperature (cooling water temperature) TW, outputs a corresponding temperature signal, and supplies it to the ECU 5.
A crank angle position sensor 10 that detects a rotation angle of a crankshaft (not shown) of the engine 1 is connected to the ECU 5, and a signal corresponding to the rotation angle of the crankshaft is supplied to the ECU 5. The crank angle position sensor 10 is a cylinder discrimination sensor that outputs a signal pulse (hereinafter referred to as “CYL signal pulse”) at a predetermined crank angle position of a specific cylinder of the engine 1, and a top dead center (TDC) at the start of the intake stroke of each cylinder. ) A TDC sensor that outputs a TDC signal pulse at a crank angle position before a predetermined crank angle (every crank angle of 180 degrees in a four-cylinder engine) and one pulse at a constant crank angle period shorter than the TDC signal pulse (for example, a period of 30 degrees). (Hereinafter referred to as “CRK signal pulse”). The CYL signal pulse, the TDC signal pulse, and the CRK signal pulse are supplied to the ECU 5. These signal pulses are used for various timing controls such as fuel injection timing and ignition timing, and detection of engine speed (engine speed) NE.
[0021]
The exhaust pipe 12 is provided with a NOx purification device 15 as NOx purification means. The NOx purification device 15 contains a NOx absorbent that absorbs NOx and a catalyst for promoting oxidation and reduction. When the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the engine 1 is set to be leaner than the stoichiometric air-fuel ratio and the oxygen concentration in the exhaust gas is relatively high (hereinafter referred to as “exhaust lean state”), the NOx purification device 15 While the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the engine 1 is set near the stoichiometric air-fuel ratio or richer than the stoichiometric air-fuel ratio, the oxygen concentration in the exhaust gas is relatively low, and there are many HC and CO components ( (Hereinafter referred to as “exhaust rich state”), the absorbed NOx is reduced by HC and CO and discharged as nitrogen gas, and HC and CO are oxidized and discharged as water vapor and carbon dioxide. Yes.
[0022]
NOx is absorbed to the limit of the NOx absorption capacity of the NOx absorbent, that is, up to the maximum NOx absorption amount, and no more NOx can be absorbed. Therefore, in order to release and reduce NOx in a timely manner, enrichment of the air-fuel ratio, that is, reduction rich Execute the conversion.
Further, when sulfur oxide (hereinafter referred to as “SOx”) is absorbed by the NOx absorbent and the absorbed SOx amount reaches a set value, a regeneration process for removing (purging) SOx is executed. In the present embodiment, a NOx absorbent that adsorbs NOx is used, and “absorption” of SOx by the NOx absorbent is also referred to as “adsorption”. Further, “release” of SOx from the NOx absorbent is also referred to as “desorption”.
[0023]
A proportional air-fuel ratio sensor 14 (hereinafter referred to as “LAF sensor 14”) is mounted upstream of the NOx purification device 15, and this LAF sensor 14 is an electric power that is substantially proportional to the oxygen concentration (air-fuel ratio) in the exhaust gas. A signal is output and supplied to the ECU 5.
A spark plug 11 provided for each cylinder of the engine 1 is connected to the ECU 5, and a drive signal of the spark plug 11, that is, an ignition signal is supplied from the ECU 5.
[0024]
An exhaust gas recirculation passage 21 is provided between the downstream side of the throttle valve 3 of the intake pipe 2 and the upstream side of the NOx purification device 15 of the exhaust pipe 12. An exhaust gas recirculation valve (hereinafter referred to as “EGR valve”) 22 is provided. The EGR valve 22 is an electromagnetic valve having a solenoid, and the valve opening degree is controlled by the ECU 5. The EGR valve 22 is provided with a lift sensor 23 for detecting the valve opening degree (valve lift amount) LACT, and the detection signal is supplied to the ECU 5. An exhaust gas recirculation mechanism is configured by the exhaust gas recirculation passage 21 and the EGR valve 22.
[0025]
The engine 1 includes a valve timing switching mechanism 30 that can switch the valve timing of the intake valve and the exhaust valve in two stages, a high-speed valve timing suitable for the high-speed rotation region of the engine and a low-speed valve timing suitable for the low-speed rotation region. Have. This switching of the valve timing includes switching of the valve lift amount. Further, when the low-speed valve timing is selected, one of the two intake valves is deactivated so that the air / fuel ratio is made leaner than the stoichiometric air / fuel ratio. To ensure the combustion.
[0026]
The valve timing switching mechanism 30 performs valve timing switching via hydraulic pressure, and an electromagnetic valve and a hydraulic pressure sensor that perform this hydraulic pressure switching are connected to the ECU 5. The detection signal of the hydraulic sensor is supplied to the ECU 5, which controls the solenoid valve and controls the switching of the valve timing according to the operating state of the engine 1.
[0027]
The ECU 5 is connected to a vehicle speed sensor 31 that detects a traveling speed (vehicle speed) VP of a vehicle driven by the engine 1, and a detection signal is supplied to the ECU 5.
The ECU 5 shapes input signal waveforms from various sensors, corrects the voltage level to a predetermined level, converts an analog signal value into a digital signal value, and the like, a central processing unit (hereinafter referred to as “CPU”). 5b, storage means 5c for storing various calculation programs executed by the CPU 5b, calculation results, and the like, an output circuit 5d for supplying a drive signal to the fuel injection valve 6, and the like.
[0028]
The ECU 5 discriminates the engine operating state based on various engine parameter signals, and is detected by the valve opening command value LCMD of the EGR valve 22 set according to the engine speed NE and the intake pipe absolute pressure PBA, and the lift sensor 23. A control signal is supplied to the solenoid of the EGR valve 22 so that the deviation from the actual valve opening LACT is zero.
[0029]
The CPU 5b determines various engine operating states based on the various engine parameter signals described above, and synchronizes with the TDC signal pulse based on the following equation (1) according to the determined engine operating states. The fuel injection time TOUT of the fuel injection valve 6 that is opened is calculated.
TOUT = TIM × KCMD × KLAF × K1 + K2 (1)
[0030]
Here, TIM is a basic fuel amount, specifically, a basic fuel injection time of the fuel injection valve 6, and is determined by searching a TI map set according to the engine speed NE and the intake pipe absolute pressure PBA. . The TI map is set so that the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the engine becomes substantially the stoichiometric air-fuel ratio in the operating state corresponding to the engine speed NE and the intake pipe absolute pressure PBA. That is, the basic fuel amount TIM has a value substantially proportional to the intake air amount (mass flow rate) per unit time of the engine.
[0031]
KCMD is a target air-fuel ratio coefficient, and is set according to engine operating parameters such as the engine speed NE, the throttle valve opening θTH, and the engine water temperature TW. The target air-fuel ratio coefficient KCMD is proportional to the reciprocal of the air-fuel ratio A / F, that is, the fuel-air ratio F / A, and takes a value of 1.0 when the stoichiometric air-fuel ratio is used. The target air-fuel ratio coefficient KCMD is set to a value larger than 1.0 when performing enrichment for reduction enrichment or SOx removal (hereinafter referred to as “SOx removal enrichment”) as will be described later.
[0032]
KLAF is calculated by PID (proportional, integral, derivative) control so that the detected equivalent ratio KACT calculated from the detected value of the LAF sensor 14 matches the target equivalent ratio KCMD when the execution condition of the feedback control is satisfied. This is the air-fuel ratio correction coefficient.
[0033]
K1 and K2 are other correction coefficients and correction variables that are calculated according to various engine parameter signals, respectively, and are predetermined values that can optimize various characteristics such as fuel efficiency characteristics and engine acceleration characteristics according to engine operating conditions. To be determined.
The CPU 5b drives the fuel injection valve 6 based on the fuel injection time TOUT obtained as described above, the ignition signal for driving the spark plug 11, the drive signal for the auxiliary air amount control valve 18, and the EGR valve 22. Are output via the output circuit 5d.
[0034]
FIG. 2 is a flowchart of processing for performing regeneration control when the amount of SOx adsorbed by the NOx absorbent of the NOx purification device 15 (hereinafter referred to as “SOx adsorption amount”) reaches a set value. This process is executed by the CPU 5b in synchronization with the generation of the TDC signal pulse.
[0035]
In step S10, the SOx saturation determination process shown in FIG. 3 is executed. In this process, the SOx adsorption amount is calculated according to the set air-fuel ratio (target air-fuel ratio coefficient KCMD) and the operating state of the engine 1, the SOx absorption amount reaches the set value, and the engine 1 executes the regeneration process. The regeneration mode flag FSRCMODE is set to “1”.
[0036]
In subsequent step S11, it is determined whether or not the regeneration mode flag FSRCMODE is “1”. When FSRCMODE = 0 and the SOx adsorption amount has not reached the set value, normal fuel supply control and ignition timing control are performed. Then, auxiliary air amount control and exhaust gas recirculation control are executed (step S12).
[0037]
When the regeneration mode flag FSRCMODE is set to “1” in the process of step S10, the process proceeds from step S11 to S13, and the temperature increase mode control for promoting the temperature increase of the NOx purification device 15 is executed. In this temperature increase mode control, fuel supply control is performed so that the air-fuel ratio becomes the stoichiometric air-fuel ratio, ignition timing control for retarding the ignition timing from the optimal ignition timing, and further such fuel supply control and ignition timing control. Correspondingly, the auxiliary air amount control is performed so that the output torque of the engine 1 becomes substantially the same as that during the normal control, and the EGR valve 22 is closed to stop the exhaust gas recirculation (step S13). By such temperature increase mode control, it is possible to promote the temperature increase of the NOx purification device 15 while suppressing fluctuations in the output torque of the engine.
[0038]
FIG. 9 shows the target air-fuel ratio coefficient KCMD setting process corresponding to the temperature increase mode control in step S13. In this process, as will be described later, when the control for maintaining the target air-fuel ratio coefficient KCMD at “1.0” is executed for a predetermined time TMTCAT, the temperature increase completion flag FTCATOK indicating that the temperature increase is completed is indicated by “1”. Is set to “1”.
[0039]
In step S14, it is determined whether or not the temperature increase completion flag FTCATOK is “1”, and while FTCATOK = 0, this processing is immediately terminated. When FTCATOK = 1, SOx removal (purge) mode processing is executed (step S15). In this process, fuel supply control is performed to make the air-fuel ratio richer than the stoichiometric air-fuel ratio, ignition timing control to retard the ignition timing from the optimal ignition timing is executed, and such fuel supply control and ignition timing control are further performed. Correspondingly, the auxiliary air amount control is performed so that the output torque of the engine 1 becomes substantially the same as that in the normal control, and the exhaust gas recirculation is stopped. By executing such SOx removal mode processing, the SOx absorbed in the NOx purification device 15 is reduced and released together with the exhaust while suppressing fluctuations in the output torque of the engine, and the NOx absorption of the NOx purification device 15 is performed. Ability can be restored.
[0040]
FIG. 3 is a flowchart of the SOx saturation determination process executed in step S10 of FIG.
In step S20, the SOx adsorption amount estimation process shown in FIGS. 4 and 5 is executed. In this process, the estimated SOx adsorption amount is calculated according to the set air-fuel ratio (target air-fuel ratio coefficient KCMD) and the operating state of the engine 1. More specifically, the SOx adsorption amount estimated value is calculated by incrementing or decrementing the value of the SOx adsorption amount counter CSABS. The value of the counter CSABS is stored in a backup memory that retains the stored contents even when the ignition switch is turned off.
[0041]
In step S21, it is determined whether or not the value of the SOx adsorption amount counter CSABS is equal to or larger than the set value CSRMAC1, and if CSABS <CSRMAC1, this process is immediately terminated.
When CSABS ≧ CSRMAC1, the process proceeds from step S21 to step S22, and it is determined whether or not the engine operating state and the vehicle speed VP satisfy predetermined conditions. That is, whether or not the engine speed NE is within a range of predetermined upper and lower limit values NESRMH and NESRML (for example, 3000 rpm and 1500 rpm), the intake pipe absolute pressure PBA is predetermined upper and lower limit values PBSRMH and PBSRML (for example, 81.3 kPa, 61. 3 kPa), whether the intake air temperature TA is within a predetermined upper / lower limit value TASRMH, TASRML (for example, 100 ° C., 0 ° C.), and whether the engine water temperature TW is a predetermined upper / lower limit value TWSRMH, TWSMRML It is determined whether or not the vehicle speed VP is within a range of (for example, 100 ° C. and 80 ° C.) and whether or not the vehicle speed VP is within a range of predetermined upper and lower limit values VSRMH and VSRML (for example, 120 km / h, 60 km / h). If all the answers to these determinations are affirmative (YES), the playback mode flag FSRCMODE is set to “1” (step S23), while if any answer is negative (NO), the playback mode flag FSRCMODE. Is set to “0” (step S24).
[0042]
4 and 5 are flowcharts of the SOx adsorption amount estimation process executed in step S20 of FIG.
In step S30, it is determined whether or not the engine is in the starting mode, that is, cranking. If the engine is not in the starting mode, whether or not the fuel cut flag FFC indicating "1" that the fuel supply cutoff operation is in progress is "1". Is determined (step S31). When the engine is in the start mode or when the fuel supply cut-off operation is being performed, this process is immediately terminated.
[0043]
When the fuel supply cutoff operation is not being performed, it is further determined whether or not the idle flag FIDLE indicating “1” is “1” (step S32), and FIDLE = 1 and the idle operation is performed. When it is in the middle, the addition value SABS is set to the idle addition value SABSIDL (step S33). Then, the SOx adsorption amount counter CSABS is incremented by the addition value SABS (step S61), and this process is terminated.
[0044]
When FIDLE = 0 and the engine is not idling, it is determined whether or not the target air-fuel ratio coefficient KCMD is smaller than the lean determination threshold value KBSDESL (for example, 0.9) (step S34), and KCMD <KBDSDESL and the lean operation is performed. When the engine is in the middle, the lean region adsorption map shown in FIG. 6A is retrieved according to the engine speed NE and the intake pipe absolute pressure PBA, and the lean operation addition value SABSL is calculated (step S36). The lean region adsorption map is set for the region where the lean operation is executed, which is indicated by hatching in the figure, and is added as the engine speed NE increases and the intake pipe absolute pressure PBA increases. The value SABSL is set to increase.
[0045]
Next, the addition value SABS is set to the lean operation addition value SABSL (step S37), and the process proceeds to step S61.
On the other hand, if KCMD ≧ KBDDESL in step S34, it is further determined whether or not the target air-fuel ratio coefficient KCMD is greater than a rich determination threshold KBSDDESH (eg, 1.1) (step S38). When KCMD ≦ KBSDESH and the stoichiometric operation in which the air-fuel ratio is set to the stoichiometric air-fuel ratio is being performed, the stoichiometric boundary table shown in FIG. 7A is retrieved according to the engine speed NE to calculate the stoichiometric boundary pressure PBSTG. (Step S39). This stoichiometric boundary table is set so as to obtain a set of the engine speed NE and the intake pipe absolute pressure PBA such that the temperature of the NOx purification device 15 is approximately 700 ° C. When the absolute pressure PBA in the intake pipe is higher than the line LST defined in this table, the temperature of the NOx purification device 15 becomes higher than 700 ° C., and the SOx adsorbed by the NOx absorbent is desorbed. When the intake pipe absolute pressure PBA is lower than LST, the temperature of the NOx purification device 15 is lower than 700 ° C., and SOx is adsorbed by the NOx absorbent. Therefore, in the processing of the following steps S40 to S48, in the operation state in which SOx is adsorbed, the added value SABS of the SOx adsorption amount counter CSABS is calculated, while in the operation state in which SOx is desorbed, the SOx adsorption amount counter CSABS is calculated. A subtraction value SDES is calculated.
[0046]
First, in step S40, it is determined whether or not the intake pipe absolute pressure PBA is lower than the stoichiometric boundary pressure PBSTG. If PBA <PBSTG, a downcount timer tDESTLHD referred to in step S46 described later is set to a predetermined delay time TDESTLHD ( For example, 3 seconds) is set and started (step S41). Next, it is determined whether or not the value of a downcount timer tDESTHLD started in step S45, which will be described later, is “0” (step S42), the process proceeds to step S47 while tDESTHLD> 0, and when tDESTHLD = 0, Proceeding to step S43, the stoichiometric region adsorption map shown in FIG. 6B is retrieved according to the engine speed NE and the intake pipe absolute pressure PBA, and the stoichiometric operation addition value SABSST is calculated. The stoichiometric area adsorption map is set for the area where SOx is adsorbed by the NOx absorbent, and is shown with hatching rising to the right in the figure. As the engine speed NE increases, the intake pipe absolute pressure PBA increases. The added value SABSST is set to decrease as the value increases. In addition, the area | region enclosed with the broken line in the figure is a lean operation area | region shown to Fig.6 (a).
[0047]
Next, the addition value SABS is set to the stoichiometric operation addition value SABSST (step S44), and the process proceeds to step S61.
If PBA ≧ PBSTG in step S40, the downcount timer tDESTHLD is set to a predetermined delay time TDESTHLD (for example, 3 seconds) and started (step S45). Next, it is determined whether or not the value of the downcount timer tDESTLHD started in step S41 is “0” (step S46). The process proceeds to step S43 while tDESTLHD> 0, and when tDESTLHD = 0, step S47 is performed. Then, the stoichiometric region desorption map shown in FIG. 6B is retrieved according to the engine speed NE and the intake pipe absolute pressure PBA, and the stoichiometric operation subtraction value SDESST is calculated. The stoichiometric region desorption map is set for the region where SOx is desorbed from the NOx absorbent and is shown with a downward-sloping hatching in the same figure, and the absolute pressure in the intake pipe increases as the engine speed NE increases. The subtraction value SDESST is set to increase as the PBA increases.
[0048]
Next, the subtraction value SDES is set to the stoichiometric operation subtraction value SDESST (step S48), the process proceeds to step S62, the value of the SOx adsorption amount counter CSABS is decremented by the subtraction value SDES, and this process ends.
Steps S41, S42, S45, and S46 are provided to delay control switching until the engine operating state is stabilized when the engine operating state changes from the adsorption region to the desorption region or vice versa. .
[0049]
In step S38, when KCMD> KBSDESH and the air-fuel ratio is set to a richer side than the stoichiometric air-fuel ratio, the rich boundary table shown in FIG. 7B is retrieved according to the engine speed NE. Then, the rich boundary pressure PBRICHG is calculated (FIG. 5, step S51). This rich boundary table is set so as to obtain a set of the engine speed NE and the intake pipe absolute pressure PBA such that the temperature of the NOx purification device 15 is approximately 600 ° C. When the absolute pressure PBA in the intake pipe is higher than the line LR defined in this table, the temperature of the NOx purification device 15 is higher than 600 ° C., and SOx is desorbed from the NOx absorbent, but conversely, the intake air is taken in from the line LR. When the in-pipe absolute pressure PBA is low, the temperature of the NOx purification device 15 becomes lower than 600 ° C., and SOx is adsorbed by the NOx absorbent. Therefore, in the processing of the following steps S52 to S60, in the operation state in which SOx is adsorbed, the added value SABS of the SOx adsorption amount counter CSABS is calculated, while in the operation state in which SOx is desorbed, the SOx adsorption amount counter CSABS is calculated. A subtraction value SDES is calculated.
[0050]
First, in step S52, it is determined whether or not the intake pipe absolute pressure PBA is lower than the rich boundary pressure PBRICHHG. If PBA <PBRICHHG, the downcount timer tDESRLHD referred to in step S58 described later is set to a predetermined delay time TDESRLHD ( For example, it is set to 3 seconds and started (step S53). Next, it is determined whether or not the value of the downcount timer tDESRHLD started in step S57, which will be described later, is “0” (step S54), the process proceeds to step S59 while tDESRHLD> 0, and when tDESRHLD = 0, Proceeding to step S55, the rich region adsorption map shown in FIG. 6C is searched according to the engine speed NE and the intake pipe absolute pressure PBA, and the rich operation addition value SABSR is calculated. The rich region adsorption map is set for the region where SOx is adsorbed by the NOx absorbent and is shown with a right-upward hatching in the figure. As the engine speed NE increases, the intake pipe absolute pressure PBA increases. As the value increases, the added value SABSR is set to decrease. In addition, the area | region enclosed with the broken line in the figure is a lean operation area | region shown to Fig.6 (a).
[0051]
Next, the addition value SABS is set to the rich operation addition value SABSR (step S56), and the process proceeds to step S61.
If PBA ≧ PBRICHG in step S52, the downcount timer tDESRHLD is set to a predetermined delay time TDESHRLD (for example, 3 seconds) and started (step S57). Next, it is determined whether or not the value of the downcount timer tDESRLHD started in step S53 is “0” (step S58). The process proceeds to step S55 while tDESRLHD> 0, and when tDESRLHD = 0, step S59 is reached. Then, the rich region desorption map shown in FIG. 6C is retrieved according to the engine speed NE and the intake pipe absolute pressure PBA to calculate the rich operation subtraction value SDESR. The rich region desorption map is set for the region in which SOx is desorbed from the NOx absorbent and is shown with a downward-sloping hatching in the same figure. As the engine speed NE increases, the intake pipe absolute pressure is increased. The subtraction value SDESR is set to increase as the PBA increases.
[0052]
Next, the subtraction value SDES is set to the rich operation subtraction value SDESR (step S60), the process proceeds to step S62, the value of the SOx adsorption amount counter CSABS is decremented by the subtraction value SDES, and this process is terminated.
As described above, according to the processing of FIGS. 4 and 5, the value of the SOx adsorption amount counter CSABS is determined by adding the added value SABS corresponding to the SOx adsorption amount per unit time according to the set air-fuel ratio and engine operating state, It is incremented or decremented by the subtraction value SDES corresponding to the SOx desorption amount per time. That is, the estimated value of the SOx amount absorbed in the NOx absorbent is calculated by integrating the addition value SABS and the subtraction value SDES set according to the air-fuel ratio and the engine operating state. As a result, the amount of SOx adsorbed by the NOx absorbent of the NOx purification device 15 can be accurately estimated, and the SOx removal process can be executed at an optimal time.
[0053]
FIG. 8 is a flowchart of a process for calculating the target air-fuel ratio coefficient KCMD, and this process is executed in synchronization with the generation of the TDC signal pulse in the CPU 5b.
In step S101, it is determined whether or not the regeneration mode flag FSRCMODE is “1”. If FSRCMODE = 0, normal control, that is, the target air-fuel ratio coefficient KCMD corresponding to the engine operating state is set (step S101). S103). The target air-fuel ratio coefficient KCMD is basically calculated according to the engine rotational speed NE and the intake pipe absolute pressure PBA. In the low temperature state of the engine water temperature TW or a predetermined high load operation state, the target air fuel ratio coefficient KCMD Changed to a value. Next, predetermined values N1, N2, and N3 are respectively set in counters NFIRMMD1, NFIRMMD2, and NFIRMMD3 referred to in the processing of FIG. 9 to be described later (step S104), and this processing ends.
When FSRCMODE = 1 and the regeneration process of the NOx purification device 15 is executed, the NOxCAT regeneration KCMD calculation process shown in FIG. 9 is executed (step S102).
[0054]
In step S70 of FIG. 9, it is determined whether or not the value of the counter NFISRMD1 is “0”. At first, since NFIRMMD1> 0, the value of the counter NFIRMMD1 is decremented by “1” (step S71), and the downcount timer tmTCAT is set to the execution time TMTCAT (for example, 60 seconds) of the temperature raising mode. (Step S72). Further, the temperature increase completion flag FTCATOK, which indicates that the temperature increase mode is completed, is set to “0” (step S73), and the downcount timer tmSPRG is set to the execution time TMSPRG (eg, 30 seconds) of the SOx removal mode. The setting is started (step S74), and this process is terminated.
[0055]
When the value of the counter NFISRMD1 becomes “0”, the process proceeds from step S70 to step S75, and it is determined whether or not the temperature increase completion flag FTCATOK is “1”. Initially, since FTCATOK = 0, the target air-fuel ratio coefficient KCMD is set to a value for the temperature increase mode, that is, “1.0” corresponding to the theoretical air-fuel ratio (step S76), and the value of the timer tmTCAT is “0 "Is determined (step S77). While tmTCAT> 0, the process proceeds to step S74. When tmTCAT = 0, the temperature increase completion flag FTCATOK is set to “1” (step S78). When the temperature increase completion flag FTCATOK is set to “1”, the process immediately proceeds from step S75 to step S80.
[0056]
In a succeeding step S80, it is determined whether or not the value of the counter NFIRMMD2 is “0”. Since NFIRMMD2> 0 at first, the value of the counter NFIRMMD2 is decremented by “1” (step S79), and the process proceeds to step S74. When NFISRMD2 = 0, the process proceeds from step S80 to step S81, the KCMDSPRG map is searched according to the engine speed NE and the intake pipe absolute pressure PBA, and the enrichment set value KCMDSPRG for the SOx removal mode is calculated. The KCMDSPRG map is set so that the enrichment set value KCMDSPRG increases as the engine speed NE increases and the intake pipe absolute pressure PBA increases. Note that the enrichment setting value KCMDSPRG for removing SOx may be a fixed value (for example, a value corresponding to A / F 12.5).
[0057]
In subsequent step S82, the target air-fuel ratio coefficient KCMD is set to the enrichment set value KCMDSPRG, and it is determined whether or not the value of the timer tmSPRG is “0” (step S83). While tmSPRG> 0, this processing is immediately terminated. When tmSPRG = 0, it is determined whether or not the value of the counter NFISRMD3 is “0” (step S84). Since NFIRMMD3> 0 at first, the value of the counter NFIRMMD3 is decremented by “1” (step S85), and this process is terminated. When NFISRMD3 = 0, the regeneration mode flag FSRCMODE is returned to “0” (step S86), and the value of the SOx adsorption amount counter CSABS is returned to “0” (step S87), and this process is terminated.
[0058]
As described above, the target air-fuel ratio coefficient KCMD is set to “1.0” in the temperature raising mode and the enrichment set value is set in the SOx removal mode after the temperature raising of the NOx purification device 15 is completed by the processing of FIG. Set to KCMDSPRG. As a result, the temperature rise of the NOx purification device 15 can be promoted, the absorbed SOx can be reduced and released, and the sulfur-poisoned NOx purification device 15 can be regenerated.
[0059]
In the present embodiment, the ECU 5 constitutes sulfur oxide amount estimating means and sulfur oxide removing means. More specifically, the processes in FIGS. 4 and 5 correspond to the sulfur oxide amount estimating means, and steps S13 and S15 in FIG. 2 correspond to the sulfur oxide removing means.
The present invention is not limited to the embodiment described above, and various modifications can be made. For example, in the above-described embodiment, the SOx amount absorbed by the NOx purification device 15 is estimated, and the SOx removal process is performed when the estimated SOx amount reaches a set value. The present invention may be applied to the estimation of the amount of SOx absorbed in the SOx purification device arranged on the upstream side of the NOx purification device as shown in Japanese Patent No. 247650.
[0060]
In the above-described embodiment, the addition value SABS or the subtraction value SDES is calculated according to the target air-fuel ratio coefficient KCMD, the engine speed NE, and the intake pipe absolute pressure PBA, but the target air-fuel ratio coefficient KCMD is calculated using the LAF. The detection equivalent ratio KACT detected by the sensor 14 may be used instead.
[0061]
【The invention's effect】
  As described above in detail, according to the first aspect of the present invention, the amount of sulfur oxide absorbed by the NOx purification means per unit time according to the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the engine and the operating state of the engine. The amount of sulfur oxide absorbed by the NOx purification means is estimated by integrating the estimated amount of change.. Specifically, when the air-fuel ratio is set near the stoichiometric air-fuel ratio, the first estimating means causes the first negative change in the engine operating state where the temperature of the NOx purification means is equal to or higher than the first predetermined temperature. While the amount is calculated, the first positive change amount is calculated in the engine operating state where the temperature of the NOx purification means is lower than the first predetermined temperature. When the air-fuel ratio is set to be leaner than the stoichiometric air-fuel ratio, the second positive change amount is calculated by the second estimating means according to the engine operating state. Further, when the air-fuel ratio is set to be richer than the stoichiometric air-fuel ratio, the second estimator causes the second in an engine operating state where the temperature of the NOx purification means is equal to or higher than a second predetermined temperature lower than the first predetermined temperature. And a third positive change amount is calculated in an engine operating state in which the temperature of the NOx purification means is lower than the second predetermined temperature. The amount of sulfur oxides absorbed by the NOx purification means increases when the air-fuel ratio is set leaner than the stoichiometric air-fuel ratio, and when the air-fuel ratio is set near the stoichiometric air-fuel ratio or richer than the stoichiometric air-fuel ratio. Is increased or decreased depending on the engine operating state. Therefore, by estimating the amount of change in the amount of sulfur oxide by the first to third estimation means, the amount of change in the amount of sulfur oxide per unit time, that is, the amount of absorption or release Can be estimated accurately. as a resultIn addition, the amount of sulfur oxide can be estimated more accurately than in the past, and the regeneration process of the sulfur-poisoned NOx purification means can be executed at an optimal time.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an internal combustion engine and its exhaust purification device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart of a process for performing control to regenerate a sulfur poisoned NOx purification device.
FIG. 3 is a flowchart showing in detail the SOx saturation determination process of FIG. 2;
4 is a flowchart showing in detail the SOx adsorption amount estimation processing of FIG. 3;
FIG. 5 is a flowchart showing in detail the SOx adsorption amount estimation processing of FIG. 3;
6 is a diagram showing a map used in the processing of FIG. 4 or 5. FIG.
7 is a diagram showing a table used in the processing of FIG. 4 or 5. FIG.
FIG. 8 is a flowchart of processing for calculating a target air-fuel ratio coefficient (KCMD).
FIG. 9 is a flowchart of a process for setting a target air-fuel ratio coefficient during execution of a regeneration process of the NOx purification device.
[Explanation of symbols]
1 Internal combustion engine
5 Electronic control unit (sulfur oxide amount estimation means, sulfur oxide removal means)
7 Intake pipe absolute pressure sensor
10 Crank angle position sensor
12 Exhaust pipe
15 NOx purification device (NOx purification means)

Claims

NOx purification means that is provided in the exhaust system of the internal combustion engine and absorbs NOx in the exhaust gas in a lean state, sulfur oxide amount estimation means that estimates the amount of sulfur oxide absorbed by the NOx purification means, and the amount of sulfur oxide In an exhaust emission control device for an internal combustion engine, comprising a sulfur oxide removing unit that performs a process of removing the sulfur oxide when the amount of sulfur oxide estimated by the estimating unit reaches a set value.
The sulfur oxide amount estimating means estimates a change amount per unit time of the sulfur oxide amount according to an air-fuel ratio of an air-fuel mixture supplied to the engine and an operating state of the engine, and integrates the estimated change amount. To estimate the amount of sulfur oxides ,
When the air-fuel ratio is set in the vicinity of the stoichiometric air-fuel ratio, when the air-fuel ratio is set leaner than the stoichiometric air-fuel ratio, the first estimating means for estimating the amount of change according to the engine operating state Second estimation means for estimating the amount of change according to the engine operating state; and when the air-fuel ratio is set to be richer than the stoichiometric air-fuel ratio, the amount of change is estimated according to the engine operating state. Third estimation means,
The first estimating means outputs a first negative change amount in an engine operating state in which the temperature of the NOx purification means is equal to or higher than a first predetermined temperature, and the temperature of the NOx purification means is higher than the first predetermined temperature. In the engine operating state that becomes lower, the first positive change amount is output,
The second estimating means outputs a second positive change amount according to the engine operating state,
The third estimating means outputs a second negative change amount in an engine operating state in which the temperature of the NOx purification means is equal to or higher than a second predetermined temperature lower than the first predetermined temperature, and the temperature of the NOx purification means An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, which outputs a third positive change amount in an engine operating state in which is lower than the second predetermined temperature .

The first estimating means sets the first negative change amount so that the absolute value of the first negative change amount increases as the rotational speed of the engine and / or the intake pressure of the engine increases. The first positive change amount is calculated so that the first positive change amount decreases as the engine speed and / or the intake pressure of the engine increases, and the second estimation is performed. The means calculates the second positive change amount so that the second positive change amount increases as the rotational speed of the engine and / or the intake pressure of the engine increases, and the third estimation The means calculates the second negative change amount so that the absolute value of the second negative change amount increases as the rotational speed of the engine and / or the intake pressure of the engine increases, The higher the rotational speed of the engine and / or the intake pressure of the engine, the higher the third As positive change amount decreases, the exhaust purification system of an internal combustion engine according to claim 1, characterized in that to calculate the positive variation of the third.