JP2002106332A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents
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Abstract
る場合に、NOx触媒における空燃比をストイキ近傍の
目標空燃比に近づける。 【解決手段】希薄燃焼可能な内燃機関1の排気通路16
に設けられたNOx触媒17と、このNOx触媒17の上
流の排気通路に設けられた燃料添加剤供給手段19と、
内燃機関の負荷を検出する負荷検出手段と、内燃機関の
負荷に基づいて1回のNOx還元処理で使用する燃料添
加剤供給量を算出する添加量算出手段と、算出された添
加量の燃料添加剤を複数回に分割して添加する燃料添加
制御手段と、を備える。機関負荷の程度に応じて添加す
る還元剤量を制御する。機関負荷に応じて算出された還
元剤の添加を複数回に分割して実行し、NOx触媒側の
空燃比をストイキ近傍でリッチとリーンを繰り返すよう
に変化させ、還元剤添加時の平均空燃比がストイキ近傍
になるように調整する。
Description
燃機関から排出される窒素酸化物(NOx)を浄化する
NOx触媒を備えた内燃機関の排気浄化装置に関するも
のである。
リンエンジンなど希薄燃焼可能な内燃機関から排出され
る排気ガス、特にNOxを浄化する排気浄化装置とし
て、選択還元型NOx触媒や吸蔵還元型NOx触媒などの
NOx触媒が知られている。
気において炭化水素(HC)の存在下でNOxを還元ま
たは分解する触媒であり、この選択還元型NOx触媒で
NOxを浄化するためには適量のHC成分(以下、還元
剤という)が必要とされる。この選択還元型NOx触媒
を前記内燃機関の排気浄化に用いる場合、この内燃機関
の通常運転時の排気中のHC成分の量は極めて少ないの
で、通常運転時にNOxを浄化するためには、選択還元
型NOx触媒に還元剤として、例えば燃料である軽油を
供給する必要がある。
ガスの空燃比がリーンのときはNOxを吸収し、流入排
気ガスの酸素濃度が低下すると吸収したNOxを放出
し、N2に還元するする触媒である。
の排気浄化に用いる場合、この内燃機関では通常運転時
の排気ガスの空燃比がリーンであるため、排気ガス中の
NOxがNOx触媒に吸収されることになる。しかしなが
ら、リーン空燃比の排気ガスをNOx触媒に供給し続け
ると、NOx触媒のNOx吸収能力が飽和して、それ以上
NOxを吸収できなくなり、排気中のNOxをリークさせ
ることになる。
収能力が飽和する前に、所定のタイミングで流入排気ガ
スの空燃比をリッチにすることによって酸素濃度を低下
させ、NOx触媒に吸収されているNOxを放出してN2
に還元し、NOx触媒のNOx吸収能力を回復させる必要
がある。以下、このように流入排気ガスの空燃比を一時
的にリッチにすることをリッチスパイクと称する。
を回復させるには、適正に排気の空燃比をリッチにする
必要がある。そこで従来は、還元剤の添加量を、内燃機
関の回転数、機関負荷等に基づいて求めて、NOx放
出、還元条件を満たした際にこれを排気系に添加するよ
うにしていた。
気系、例えば排気ポートにおいて還元剤を添加すること
によってNOx触媒側での空燃比を制御してNOxの放
出、還元をする場合、通常、排気ポートとNOx触媒の
距離が離れているため、排気系に還元剤を添加した場合
は触媒側の空燃比の変化に応答遅れが生じる。また還元
剤の添加時に、NOx触媒側の空燃比をリッチスパイク
の目標空燃比に保持することは難しい。
べく排気ポート等において一定量の還元剤添加を実行し
た場合、図9(A)に示すような還元剤添加がされる。
これは添加還元剤の所定量を一定時間にわたり噴射する
ことで実行される。
(B)に示すような状態となり、ストイキ近傍であるべ
き目標空燃比に対し、かなり空燃比が低い状態、すなわ
ちNOx放出、還元のために必要な程度以上にリッチの
状態が一定時間継続する。これはNOx触媒におけるN
Ox浄化に必要な量よりも多量の還元剤が添加されてい
ることに他ならず、NOx触媒をすり抜ける還元剤が増
大する。このような場合、還元剤に含まれるHC成分が
NOx触媒をすり抜け排気エミッションが悪化する虞が
ある。そこで、すり抜けたHC成分の浄化のために、さ
らにNOx触媒の下流の排気通路に酸化触媒等を設置す
る等の対策が必要になり得る。
のであり、本発明が解決しようとする課題は、NOx触
媒上流の排気通路で還元剤の添加をする場合に、NOx
触媒における空燃比をストイキ近傍の目標空燃比に近づ
けることができる内燃機関の排気浄化装置を提供するこ
とにある。
するために、以下の手段を採用した。すなわち、希薄燃
焼可能な内燃機関の排気通路に設けられたNOx触媒
と、このNOx触媒の上流の排気通路に設けられた還元
剤添加剤供給手段と、内燃機関の負荷を検出する負荷検
出手段と、内燃機関の負荷に基づいて1回のNOx還元
処理で使用する還元剤添加剤供給量を算出する添加量算
出手段と、算出された添加量の還元剤添加剤を複数回に
分割して添加する還元剤添加制御手段と、を備えること
を特徴とする。
度に応じて添加する還元剤の添加量を制御する。すなわ
ち内燃機関の低負荷時は還元剤の添加量を多くし、一方
では機関負荷が高くなるに従い、還元剤の添加量を少な
くする。このようにして内燃機関の排気の流速や温度に
よる排気通路内での還元剤の壁面付着の程度等を考慮し
つつ、還元剤量をコントロールして、運転状態にかかわ
らず、常にNOx触媒側に十分な還元剤を供給できるよ
うにする。
算出された還元剤の添加を複数回に分割して実行し、N
Ox触媒側の空燃比をストイキ近傍でリッチとリーンを
繰り返すように変化させ、継続的な過度のリッチ状態を
なくして還元剤添加時の平均空燃比が、NOx触媒側で
ストイキ近傍になるように調整する。このようにすれば
NOx触媒をHCがすり抜けることが抑制され、かつス
トイキ、リッチの時間を長くとることができる。
前記還元剤添加制御手段における2回目以降の還元剤の
添加量は、初回の添加量よりも少なくすることが好まし
い。このように還元剤の添加を制御することで、通常
は、初回の還元剤の添加と2回目以降の還元剤の添加を
適当な間隔をおいて行っても、一回目の還元剤の添加に
よって空燃比がリッチになってから添加前のリーンの状
態に回復する前に、次の還元剤添加が実施されるので、
重畳的に還元剤が積算され、リッチの度合いが過度に増
大するのを防ぐことができる。
長くし、2回目以降の還元剤添加期間を初回よりも短く
すること、(2)初回の還元剤添加の圧力を高くし、2
回目以降の還元剤添加の圧力を初回よりも低くするこ
と、(3)初回の還元剤添加と2回目の還元剤添加の間
隔を次回の還元剤添加の間隔よりも短くすること、等の
手段を採用することが可能である。
目以降の還元剤添加を初回の還元剤添加後のNOx触媒
側の空燃比により補正した値に基づいて還元剤添加制御
を行うことができる。このようにすれば精度の高い還元
剤の添加が可能となり、効率的な排気浄化ができる。
数回の還元剤添加を、内燃機関のクランク角に同期させ
ることにより排気弁が開いた時に実行することで、還元
剤を排気の気流に確実に乗せて効率的な添加を実行する
ことができる。
還元剤添加の可否を判断する添加可否判断手段を備える
ことが望ましく、NOx触媒が活性温度にあるか否か、
内燃機関の運転領域が還元剤添加可能な範囲にあるか否
か等を判断し、NOxを放出、還元させることが可能な
ときに還元剤の供給がされるようにして、還元剤がNO
x触媒をすり抜けることを防止できる。
可能な内燃機関としては、筒内直接噴射式のリーンバー
ンガソリンエンジンやディーゼルエンジンを例示するこ
とができる。
は、アクセル開度センサの出力信号、またはエアフロメ
ータによる吸入空気量を示す出力信号に基づいて負荷の
程度を求めることができる。
置におけるNOx触媒としては、吸蔵還元型NOx触媒や
選択還元型NOx触媒を例示することができる。吸蔵還
元型NOx触媒は、流入する排気ガスの空燃比がリーン
のときにNOxを吸収し、流入する排気ガス中の酸素濃
度が低下すると吸収したNOxを放出し、N2に還元する
触媒である。この吸蔵還元型NOx触媒は、例えばアル
ミナを担体とし、この担体上に例えばカリウムK、ナト
リウムNa、リチウムLi、セシウムCsのようなアル
カリ金属、バリウムBa、カルシウムCaのようなアル
カリ土類、ランタンLa、イットリウムYのような希土
類から選ばれた少なくとも一つと、白金Ptのような貴
金属とが担持されてなる。
気で炭化水素の存在下でNOxを還元または分解する触
媒をいい、ゼオライトにCu等の遷移金属をイオン交換
して担持した触媒、ゼオライトまたはアルミナに貴金属
を担持した触媒、等が含まれる。
ソリン、灯油等の炭化水素(HC)を含むものを例示す
ることができる。また本発明の排気浄化装置において、
還元剤噴射手段は、還元剤供給ポンプ、排気通路に設け
た還元剤噴射ノズル等で構成することができる。
排気浄化装置の実施の形態を図1から図6の図面に基づ
いて説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、本
発明にかかる内燃機関の排気浄化装置を内燃機関として
の車両駆動用ディーゼルエンジンに適用した態様であ
る。
の排気浄化装置の全体構成を示す図である。この図にお
いて、エンジン1は直列4気筒ディーゼルエンジンであ
り、各気筒の燃焼室には吸気マニホールド2および吸気
管3を介して吸気が導入される。吸気管3の始端にはエ
アクリーナ4が設けられ、吸気管3の途中には、エアフ
ロメータ5、ターボチャージャ6のコンプレッサ6a、
インタークーラ7、スロットルバルブ8が設けられてい
る。
て吸気管3に流入する新気の空気量に応じた出力信号を
エンジンコントロール用電子制御ユニット(ECU)9
に出力し、ECU9はエアフロメータ5の出力信号に基
づいて吸入空気量を演算する。
れぞれ燃料噴射弁10から燃料(軽油)が噴射される。
各燃料噴射弁10はコモンレール11に接続されてお
り、コモンレール11には燃料ポンプ12から燃料が供
給される。燃料ポンプ12はエンジン1の図示しないク
ランクシャフトによって駆動される。ここではクランク
シャフトの回転トルクが燃料ポンプ12の入力軸に伝達
され、燃料ポンプ12は伝達された回転トルクに応じた
圧力で燃料を吐出する。
料供給管を介してコモンレール11に供給され、所定圧
まで蓄圧されて各気筒の燃料噴射弁10に分配される。
この燃料噴射弁10に駆動電流が印加されると、燃料噴
射弁10が開弁して燃料噴射がされる。各燃料噴射弁1
0の開弁時期および開弁期間は、エンジン1の運転状態
に応じてECU9によって制御される。
た排気ガスは、排気ポート13を介して排気マニホール
ド14に排出され、図示しないマフラーを介して大気に
排出される。排気マニホールド14に排出された排気ガ
スの一部は、排気還流管23を介して吸気マニホールド
2に再循環可能になっており、排気還流管23の途中に
はEGRクーラ24とEGR弁25が設けられている。
EGR弁25は、エンジン1の運転状態に応じてECU
9によって開度制御され、排気還流量を制御する。
ジャ6のタービン6b、吸蔵還元型NOx触媒(リーン
NOx触媒)を収納したケーシング18、その下流には
排気管16を流れる排気の空燃比に対応した電気信号を
出力する空燃比センサ26が設けられている。タービン
6bは排気ガスによって駆動され、タービン6bに連結
されたコンプレッサ6aを駆動して吸気を昇圧する。
された吸蔵還元型NOx触媒(以下、NOx触媒というこ
ともある)17について説明する。吸蔵還元型NOx触
媒17は、例えばアルミナ(Al2O3)を担体とし、こ
の担体上に例えばカリウムK、ナトリウムNa、リチウ
ムLi、セシウムCsのようなアルカリ金属、バリウム
Ba、カルシウムCaのようなアルカリ土類、ランタン
La、イットリウムYのような希土類から選ばれた少な
くとも一つと、白金Ptのような貴金属とが担持されて
なる。
(以下、排気空燃比と称す)が理論空燃比よりもリーン
のときはNOxを吸収し、排気空燃比が理論空燃比ある
いはそれよりもリッチになって流入排気ガス中の酸素濃
度が低下すると吸収したNOxをNO2またはNOとして
放出するNOxの吸放出作用を行う。そして、NOx触媒
から放出されたNOx(NO2またはNO)は直ちに排気
ガス中の未燃HCやCOと反応してN2に還元される。
したがって、排気空燃比を適宜に制御すれば排気ガス中
のHC,CO,NOxを浄化することができることにな
る。
の上流側の排気通路やエンジン燃焼室、吸気通路等にそ
れぞれ供給された空気量の合計と燃料(炭化水素)量の
合計の比を意味するものとする。したがって、NOx触
媒よりも上流の排気通路内に燃料、還元剤あるいは空気
が供給されない場合には、排気空燃比はエンジン燃焼室
内に供給される混合気の空燃比に一致する。
ストイキ(理論空燃比、A/F=14〜15)よりもは
るかにリーン域で燃焼が行われるので、通常の機関運転
状態ではNOx触媒に流入する排気ガスの空燃比は非常
にリーンであり、排気ガス中のNOxはNOx触媒に吸収
され、NOx触媒から放出されるNOx量は極めて少な
い。
室に供給する混合気をストイキまたはリッチ空燃比にす
ることにより排気ガスの空燃比を理論空燃比またはリッ
チ空燃比にし、排気ガス中の酸素濃度を低下させて、N
Ox触媒に吸収されているNOxを放出させることができ
るが、ディーゼルエンジンの場合には、燃焼室に供給す
る混合気をストイキまたはリッチ空燃比にすると燃焼の
際に煤が発生するなどの問題があり採用することはでき
ない。
Ox触媒のNOx吸収能力が飽和する前に所定のタイミン
グで、排気ガス中に還元剤を供給して排気ガス中の酸素
濃度を低下せしめ、NOx触媒に吸収されたNOxを放出
し還元する必要がある。尚、前記還元剤としては、一般
に、ディーゼルエンジンの燃料である軽油を使用するこ
とができる。
によりエンジン1の運転状態の履歴からNOx触媒に吸
収されたNOx量を推定し、その推定NOx量が予め設定
した所定値に達したときに、所定時間だけ流量調整弁2
2を開弁して所定量の燃料を燃料添加ノズル19から排
気中に噴射し、NOx触媒に流入する排気中の酸素濃度
を低下させ、NOx触媒に吸収されたNOxを放出させて
N2に還元するようにしている。
は、NOx触媒17よりも上流の排気通路を流れる排気
中に、還元剤である燃料(軽油)を添加する還元剤添加
装置を設けている。この装置では、エンジン1のシリン
ダヘッド30に、4番気筒の排気ポート13に望ませて
燃料添加ノズル(還元剤添加装置の添加口)19が取り
付けられている。燃料添加ノズル19には、燃料ポンプ
12でポンプアップされた燃料が、燃料パイプ20及び
シリンダヘッド30に設けられた燃料通路21を介して
供給可能になっており、燃料パイプ20の途中に設けら
れた流量調整弁22によって燃料パイプ20を流れる燃
料の流量を調整することができ、添加量の制御が行われ
る。この実施の形態において前記燃料ポンプ12、燃料
添加ノズル19、燃料パイプ20、燃料通路21、流量
調整弁22等は、還元剤添加装置を構成している。
20には燃料の流れを遮断する遮断弁31と、前記流量
調整弁22より上流に取り付けられ、燃料パイプ20内
の圧力に対応する電気信号を出力する還元剤圧力センサ
32と、を備える。
合管15に向けて噴射されるように取り付けられ、流量
調整弁22が開弁されると、燃料ポンプ12から吐出し
た高圧の燃料が燃料パイプ20を介して、燃料添加ノズ
ル19に送られる。この燃料の圧力が燃料添加ノズル1
9に作用し、これが開弁圧以上に達すると燃料添加ノズ
ル19が開弁して還元剤が噴射される。
ンプ12からの燃料の供給が停止されると、燃料添加ノ
ズル19に作用していた燃料の圧力が開弁圧より小さく
なるので燃料添加ノズル19が閉弁して燃料の噴射が停
止する。
閉及び開度制御が行われ、この開度が大きくなると燃料
添加ノズル19に送られる燃料の圧力(燃圧)が上昇
し、開度が小さくなると燃圧は低くなる。
気筒に対向する部位には、排気の一部を吸気系に戻すた
めの排気環流管(以下、EGR管と略す)23の一端が
接続されており、EGR管23の他端は吸気マニホール
ド2に接続されている。EGR管23の途中にはEGR
クーラ24とEGR弁25が設けられている。EGR弁
25は、エンジン1の運転状態に応じてECU9によっ
て開度制御され、排気環流量を制御する。EGR管23
とEGRクーラ24とEGR弁25は排気再循環装置
(EGR)を構成する。
を排気集合管15に向かって噴射するので、添加された
燃料は排気集合管15にスムーズに流れる。そして、燃
料添加ノズル19は4番気筒の排気ポート13に取り付
けられており、一方、排気マニホールド14におけるE
GR管23の接続部位は1番気筒に近接した位置である
ので、燃料添加ノズル19から添加された燃料がEGR
管23に回り込むことはない。
なり、双方向バスによって相互に接続されたROM(リ
ードオンリメモリ)、RAM(ランダムアクセスメモ
リ)、CPU(セントラルプロセッサユニット)、入力
ポート、出力ポートを具備し、エンジン1の燃料噴射量
制御等の基本制御を行う。
トには、アクセル開度センサ28からの入力信号と、ク
ランク角センサ27からの入力信号が入力される。アク
セル開度センサ28はアクセル開度に比例した出力電圧
をECU9に出力し、ECU9はアクセル開度センサ2
8の出力信号に基づいてエンジン負荷を演算する。クラ
ンク角センサ27はクランクシャフトが一定角度回転す
る毎に出力パルスをECU9に出力し、ECU9はこの
出力パルスに基づいて機関回転数を演算する。これらエ
ンジン負荷と機関回転数によってエンジン運転状態が判
別され、ECU9はエンジン運転状態に応じた燃料噴射
量を噴射量マップ(図示せず)を参照して算出し、算出
された燃料噴射量に対応する燃料噴射弁10の開弁期間
を算出して、燃料噴射弁10の作動を制御する。
Ox触媒17を排気通路内に配置するので、これに担持
されたNOx 吸収剤がNOxの吸放出作用を行う。この
NOx吸収・還元のメカニズムは、図2に示したような
ものと考えられている。図示のものは、担体上に白金P
t及びバリウムBaを担持させた場合であるが、他の貴
金属,アルカリ金属,アルカリ土類,希土類を用いても
同様のメカニズムとなる。この概略は次のようなもので
ある。
すると、流入排気ガス中の酸素濃度が増大し、図2
(A)に示されるように、増大した酸素O2 はO2 - ま
たはO2-として白金Ptの表面に付着する。このO2 -
またはO2-と流入排気ガス中のNOが反応してNO2 と
なる(2NO+O2 →2NO2 )。このようにして生成
されたNO2 の一部は、白金Pt上でさらに酸化されな
がら、NOx 吸収剤内に吸収されて酸化バリウムBaO
と結合する。その結果、図2(A)に示すように硝酸イ
オンNO3 - としてNOx 吸収剤内に拡散される。以上
のようにしてNOxがNOx 吸収剤内に吸収される。
金Ptの表面でNO2 が生成され、NOx 吸収剤の吸収
能力が飽和するまでは、NO2 はNOx 吸収剤内に吸収
され続けて硝酸イオンNO3 - が生成される。
低下してNO2 の生成量が低下すると、反応が逆方向
(NO3 - →NO2 )に進み、NOx 吸収剤内の硝酸イ
オンNO3 - がNO2 としてNOx 吸収剤から放出され
る。すなわち、流入排気ガス中の酸素濃度が低下すると
NOx 吸収剤からNOx が放出されることになるが、流
入排気ガスのリーンの度合いが低いときは、流入排気ガ
ス中の酸素濃度が低下する。
ると、HC,COは白金Pt上の酸素O2 - またはO2-
と反応して酸化される。また流入排気ガスの空燃比がリ
ッチであると流入排気ガス中の酸素濃度が極度に低下す
るため、NOx 吸収剤からNO2 が放出され、このNO
2 は図2(B)に示されるように未燃のHC、COと反
応して還元浄化される。このようにして白金Ptの表面
にNO2 が存在しなくなるとNOx 吸収剤から次々とN
O2 が放出される。
にすると、短時間のうちにNOx 吸収剤からNOx が放
出されて還元浄化される。この実施の形態では、ディー
ゼルエンジンが使用されているため通常運転時の排気空
燃比はリーンであり、NOx 吸収剤は排気中のNOx を
吸収する。また、NOx触媒17の上流側の排気ポート
に還元剤が供給されると、このNOx触媒17を通過す
る排気ガスの空燃比はリッチになり、NOx 吸収剤から
のNOx の放出と還元がされる。
吸収剤の上流側の排気ポートとエンジン燃焼室または吸
気通路に供給された空気と燃料との比率をいう。したが
って排気ポートに空気や還元剤が供給されないときは、
排気空燃比はエンジンの運転空燃比(エンジン燃焼室内
の燃焼空燃比)に等しくなる。
補給等の際の煩雑さを避けるため、エンジン1の燃料で
ある軽油を還元剤として使用する。なお一般的には、還
元剤の供給条件として、還元剤(この実施の形態では燃
料)の供給圧力(ひいては噴射圧力)、供給期間、供給
間隔がある。ここでは1回のNOx放出及び還元処理に
使用する添加燃料の添加を複数回に分割して実行する添
加(以下、マルチ添加という)をすることで、効率的な
NOxの放出、還元を実現する。
ズル19から還元剤を供給するに際し、エンジン1の負
荷状態を判断し、燃料の添加量及びマルチ添加の実施を
制御する場合について説明する。(第1の実施の形態)
この実施の形態の制御では、先ずエンジン1の運転条件
がECU9によって読み込まれる。上述のようにECU
9は、アクセル開度センサ28の出力信号に基づいてエ
ンジン負荷を演算し、クランク角センサ27の出力パル
スに基づいて機関回転数を演算する。これらエンジン負
荷と機関回転数によってエンジン運転状態が判別され、
ECU9はエンジン運転状態に応じた燃料噴射量を噴射
量マップ(図示せず)を参照して算出する。
状態の履歴からNOx触媒に吸収されたNOx量を推定
し、その推定NOx量が予め設定した所定値に達したと
きに、燃料を燃料添加ノズル19から排気中に噴射す
る。燃料の噴射は、流量調整弁22の開弁により、燃料
ポンプ12から吐出した燃料の一部が燃料パイプ20を
介して燃料添加ノズル19に供給されることで実行され
る。
て所定量ずつを噴射する。これはECU9によって流量
調整弁22を断続的に開閉するように制御し、燃料添加
ノズル19からの噴射が所定の間隔をおいて行われるよ
うにする。ECU9による添加指令により流量調整弁2
2が開閉するので、燃料添加は図3(A)に示すように
3回に分割され、所定の添加時間と添加間隔により実行
される。
比センサ26により出力され、図3(B)に示すように
ストイキ近傍の目標空燃比を境に上下するが、燃料添加
時の空燃比の平均をほぼ目標空燃比にすることができ
る。
似的に目標空燃比に合わせることができ、無効な燃料の
添加を抑制してNOx触媒17をすり抜けるHC量を低
減させることができ、かつNOx触媒17におけるスト
イキ近傍に維持する時間を長くすることができるので、
効率的なNOx浄化が可能となる。(第2の実施の形
態)この実施の形態では、初回の燃料噴射後、2回目以
降の還元剤の添加量を初回の添加量よりも少なくする。
料噴射において、3回の噴射ともほぼ同量の燃料を添加
するものである。ここでは図4に示すように、初回の燃
料噴射によって空燃比がリッチになった後、完全にもと
のリーンの空燃比に戻る前に、次回の噴射を実行するこ
とになり、NOx触媒17側ではリッチの排気が重なり
合ってリッチの度合いが過剰な状態が生じる。この場合
は燃料の無効添加量が大きくなり、かつNOx触媒17
をHCがすり抜ける事態が生じ得る。
19から添加される燃料の2回目以降の燃料噴射量を、
初回の噴射量よりも少なくするものとした。その手段と
しては、例えばECU9が流量調整弁22を制御して、
初回の燃料添加期間を長くし、2回目以降の燃料添加期
間を初回よりも短くする。
2回目以降の燃料添加の圧力を初回よりも低くするこ
と、または初回の燃料添加と2回目の燃料添加の間隔を
次回の燃料添加の間隔よりも短くすること等の手段によ
って、2回目以降の燃料噴射量を、初回の噴射量よりも
少なくすることが可能である。
9は、予めROMに記憶されたこれらの燃料添加パター
ンに従って流量調整弁22を制御する。図5(A)に示
すものは、初回の燃料添加量を多くし、2回目以降の燃
料添加量をそれよりも少なくしたものである。
時間を長くし、2回目以降の燃料添加時間をそれよりも
少なくしたもので、添加間隔もそれに伴い初回が長く、
2回目以降は短くなっている。ここで添加間隔とは燃料
添加の開始から、その添加が終了した後の次の添加開始
までの時間をいう。
の圧力を高くし、2回目以降の燃料添加の圧力を低くし
たものであり、添加間隔は一定である。燃料添加の圧力
が上昇すれば、より多くの燃料が燃料噴射ノズル19か
ら噴射され、同一の添加時間で噴射しても燃量添加の圧
力が大きければ噴射量は多くなる。
噴射間隔を次回の噴射間隔よりも短くしたものである。
前記図5(A)の燃料添加パターンでは、例えば初回の
燃料添加時には燃料噴射ノズル19の噴孔の大きさを可
変として初回は大きく開き、2回目以降を小さくする。
の燃料添加時には流量調節弁22を長く開き、2回目以
降の添加では流量調節弁22の開弁時間を短くする。図
5(C)の燃料添加パターンでは、初回の燃料添加時に
は流量調節弁22の開度を全開として燃料通路21内の
圧力を高く保持しておき、2回目以降の添加では流量調
節弁22の開弁度を小さくし、燃料添加ノズル19での
燃料の噴射圧力を低くする。
の燃料添加で流量調節弁22が閉じた後、短い時間をお
いて再び流量調節弁22を開弁する。その後は比較的長
い時間をおいて流量調節弁22を開弁する。
ECU9のROMに記憶しておき、適宜実行するが、こ
れらは運転状況、例えば機関負荷の程度によって選択さ
れるようにしてもよい。また可能な限り、これらを組み
合わせて実行することもできる。例えば初回の燃料添加
の圧力を上昇させ、加えて噴射期間を長くし、2回目以
降ではそれよりも圧力を低下させて、かつ噴射期間を短
くする等の組合せが考えられる。
とで、状況に応じて適切な手段によってマルチ添加にお
いて初回に比べて、2回目以降の燃料添加を変化させる
ことでNOx触媒17側を目標空燃比に擬似的に合わ
せ、燃料の無効添加量を少なくすることができる。 (第3の実施の形態)この実施の形態においては、図7
に示すように、マルチ添加のうち、2回目以降の燃料添
加量を初回の燃料添加後に、NOx触媒17下流の空燃
比センサ26から出力される空燃比に基づいて補正した
値によって燃料添加制御を実行する。
機関回転数Ne、燃料噴射量Qfinから、NOx触媒17
側を目標空燃比にするために必要な燃料添加量を算出
し、これを複数回に分割して添加する場合に、初回の燃
料添加のベース添加時間τbと、このベース添加時間τ
bに基づいて目標空燃比に合わせるようにマルチ添加の
間隔Tintmlを決定する。またベース添加時間τbに対応
するベースリッチ時間Trichbを算出する。そして分割し
た添加量の合計が所定の添加量になるようにマルチ添加
の規定回数を求める。
ズル19が開弁して燃料が噴射されている時間であり基
になる燃料噴射の時間である。またマルチ添加の間隔Ti
ntmlは、燃料添加の開始から次回の燃料添加の開始まで
の間隔である。ちなみにベースリッチ時間とは、一回の
燃料添加により空燃比が閾値よりもリッチの範囲にある
時間をいう。
て初回の燃料添加を実行し、その閾値Trichafと空燃比
センサ26から出力された空燃比を比較する。ここで閾
値Trichafはストイキ近傍の目標空燃比よりも高い(リ
ーンな)値であり、NOx触媒17がリッチスパイクに
よるNOx放出、還元を実行するために必要な最低限の
空燃比の値、すなわち境界値である。この閾値Trichaf
よりも空燃比センサ26から出力される空燃比がリーン
のときは、ECU9は、閾値Trichafの空燃比よりリッ
チになるように、次回の燃料添加のリッチ時間Trichを
増大させる。
再び閾値Trichafと空燃比センサ26からの空燃比を比
較する。この空燃比センサ26の出力が閾値Trichafよ
りもリッチのときは、2回目以降の添加におけるリッチ
時間Trichと、初回のベースリッチ時間Trichbを比較
し、その結果によりべース添加時間τbを補正する。す
なわちベースリッチ時間Trichbとリッチ時間Trichを比
較し、リッチ時間Trichがベースリッチ時間Trichbと等
しいか、これよりも大きいときは2回目以降のベース添
加時間τbを減少させる。一方、反対にリッチ時間Tric
hがベースリッチ時間Trichbよりも小さいときは2回目
以降のベース添加時間τbを増大させる。ECU9は、
この補正によってリッチ時間Trichを再設定する。マル
チ添加の全ての噴射が終了していなければ、その再設定
されたリッチ時間Trichに基づいて次回の噴射を実行す
る。
τbが減量補正された場合は、2回目以降の燃料添加の
リッチ時間Trichは所定の長さに短縮され、添加時にお
ける空燃比が最大にリッチになる値(Richpeak)がほぼ
一定に維持される。もしこのような補正しない場合に
は、図4に示すように燃料添加毎にリッチ度合いが大き
くなり、過剰な燃料添加となる。
7に示される空燃比が最大にリッチになる値(Richpea
k)を用いることができる。この場合は、燃料添加毎の
リッチピークの値を積算し、その積算値が所定の値を超
えた場合には、その程度に応じてベース添加時間τbが
減量補正されるようにする。
は、空燃比センサ26の出力から閾値Trichafを減じた
値を、燃料添加毎に積算した値を用いることもできる。
この値が所定の値を超えた場合は、その程度に応じてベ
ース添加時間τbが減量補正されるようにする。
無添加の期間では、空燃比がリーン側に変化し、この最
大にリーンとなる空燃比の値もほぼ一定になる。ここで
は分割された燃料添加によって目標空燃比を境としてリ
ーン側とリッチ側に空燃比が変動するが、この空燃比を
平均するとほぼ目標空燃比に近い値となる。
り抜けが抑制されると共に、空燃比センサ26から出力
される実際の空燃比に基づくフィードバック制御によっ
て精度のよい燃料添加が実行され、きわめて効率よくN
Oxの浄化を行うことができる。
ルーチンに従って実行され、この処理ルーチンはECU
9のROMに予め記憶されており、CPUによって繰り
返し実行されるルーチンである。以下このルーチンに従
ってこの制御を説明する。
e、燃料噴射量Qfinから、初回の燃料添加のベース添加
時間τbと、このベース添加時間τb、マルチ添加間隔
Tintmlを決定する。またベース添加時間τbに対応する
ベースリッチ時間Trichbと、添加量の合計が所定の添加
量になるようにマルチ添加の規定回数を求める。
従って燃料噴射ノズル19から初回の燃料噴射を実行す
る。その後、ステップ102では空燃比センサ26の出
力値と閾値Trichafを比較する。この閾値Trichafよりも
空燃比センサ26から出力される空燃比がリーンのとき
は、ステップ103に進む。
比よりリッチになるように2回目以降の燃料添加におけ
るリッチ時間Trichを増大させる。次にステップ104
に進み、リッチ時間Trichがマルチ添加間隔Tintmlより
も大きいか否かを判定する。このリッチ時間Trichがマ
ルチ添加間隔Tintmlよりも大きくなる場合にはステップ
105に進み、過度のリッチ状態になることが予想され
るので燃料添加を禁止するか、または添加装置や算出等
に異常があるとしてフェイル判定をする。
hがマルチ添加間隔Tintml内にあれば、その後次回の燃
料添加を実行して、再び閾値Trichafと空燃比センサ2
6からの空燃比を比較する。この空燃比センサ26の出
力が閾値Trichafよりもリッチの場合、ステップ106
に進み、それ以降の添加におけるリッチ時間Trichと、
前回実行した燃料添加のベースリッチ時間Trichb(前回
リッチ時間Trich)を比較する。リッチ時間Trichがベー
スリッチ時間Trichbよりも小さいか、等しい場合には、
ステップ108に進み、ベース添加時間τbを増量補正
して、ステップ109ではリッチ時間Trichをリセット
する。反対にリッチ時間Trichがベースリッチ時間Trich
bよりも大きいときは次回の燃料添加のベース添加時間
τbを減少補正し、ステップ109ではリッチ時間Tric
hを再設定する。
が規定回数実行されたかどうかが判定され、実行未終了
であればステップ102に戻り、燃料添加ノズル19か
ら燃料を添加する。
れば、このルーチンを終了する。この実施の形態におい
ては、2回目以降の燃料添加量を初回の燃料添加後に、
NOx触媒17下流の空燃比センサ26から出力される
空燃比に基づいて補正するので、精度のよい燃料添加が
実行される。 〔他の実施の形態〕前述した実施の形態では本発明をデ
ィーゼルエンジンに適用した例で説明したが、本発明を
希薄燃焼可能なガソリンエンジンに適用することもでき
る。
らの信号によるエンジン1の回転から、気筒内で燃料し
た排ガスを排気マニホールド14に排出する排気弁(図
示せず)が開く時期に同期して、燃料添加ノズル19か
らの燃料の噴射を実行するように制御する。このように
すれば排ガスが気筒から排出され、排気集合管15及び
排気管16内を流下する排気流に添加燃料を乗せること
ができるので、添加燃料が排気集合管15、及び排気管
16内の壁面に付着することを低減させることができ
る。よって添加燃料が確実にNOx触媒17に到達して
効率的な排気浄化を実施することができる。
ば、機関負荷に基づいて還元剤の添加量を求めた後、こ
の量の還元剤の添加を複数に分割して行うことでNOx
触媒における空燃比を、目標空燃比に擬似的に合わせる
ことができる。従って過剰なリッチを生じさせる無効な
還元剤の添加量が減少し、かつ還元剤がNOx触媒をす
り抜けることを抑制できる。その結果、きわめて効率の
よい排気浄化をすることが可能となる。
成図である。
するための図である。
示す図であり、(A)は添加指令に基づいて添加される
添加燃料の噴射状態を示し、(B)は添加燃料の噴射に
対応したNOx触媒での空燃比の変化を示す。
示す図である。
である。
す図である。
添加における燃料添加と空燃比の変化の関係を示す図で
ある。
ローチャート図である。
化を示す図である。
ト) 10 燃料噴射弁 12 燃料ポンプ 13 排気ポート 14 排気マニホールド 15 排気集合管 16 排気管 17 吸蔵還元型NOx触媒 19 燃料添加ノズル 20 燃料パイプ 21 燃料通路 22 制御弁 23 EGR管 24 EGRクーラ 25 EGR弁 26 空燃比センサ 27 クランク角センサ 28 アクセル開度センサ 30 シリンダヘッド 31 遮断弁 32 還元剤圧力センサ
Claims (8)
- 【請求項1】希薄燃焼可能な内燃機関の排気通路に設け
られ、還元剤の供給により吸収したNOxを放出、還元
するNOx触媒と、 このNOx触媒の上流の排気通路に設けられた還元剤供
給手段と、 内燃機関の負荷を検出する負荷検出手段と、 内燃機関の負荷に基づいて1回のNOx還元処理で使用
する還元剤供給量を算出する還元剤量算出手段と、 算出された添加量の還元剤を複数回に分割して添加する
還元剤添加制御手段と、を備えることを特徴とする内燃
機関の排気浄化装置。 - 【請求項2】車両の運転状態に応じて還元剤添加の可否
を判断する添加可否判断手段をさらに備えることを特徴
とする請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。 - 【請求項3】前記還元剤添加制御手段における2回目以
降の還元剤の添加量は、初回の添加量よりも少ないこと
を特徴とする請求項1または2に記載の内燃機関の排気
浄化装置。 - 【請求項4】前記還元剤添加制御手段における初回の還
元剤添加期間を長くし、2回目以降の還元剤添加期間を
初回よりも短くしたことを特徴とする請求項1または2
に記載の内燃機関の排気浄化装置。 - 【請求項5】前記還元剤添加制御手段における初回の還
元剤添加の圧力を高くし、2回目以降の還元剤添加の圧
力を初回よりも低くしたことを特徴とする請求項1また
は2に記載の内燃機関の排気浄化装置。 - 【請求項6】前記還元剤添加制御手段における初回の還
元剤添加と2回目の還元剤添加の間隔を次回の還元剤添
加の間隔よりも短くしたことを特徴とする請求項1また
は2に記載の内燃機関の排気浄化装置。 - 【請求項7】前記還元剤添加制御手段における2回目以
降の還元剤添加を初回の還元剤添加後のNOx触媒側の
空燃比により補正した値に基づいて還元剤添加制御を行
うことを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の
内燃機関の排気浄化装置。 - 【請求項8】前記還元剤添加制御手段における複数回の
還元剤添加を内燃機関のクランク角に同期させることに
より排気弁が開いた時に実行することを特徴とする請求
項1から7のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装
置。
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