JP2003166415A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

内燃機関の排気浄化装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 内燃機関の排気系において、NOx触媒に堆
積したSOx等を分解及び除去する制御を実施するにあ
たり、同触媒の温度を適正な範囲に保持することのでき
る内燃機関の排気浄化装置を提供する。 【解決手段】 エンジン1の運転状態を統括制御するE
CU90は、NOx触媒の床温を600℃以上に保持す
るといった条件を成立させた上で、排気系40内におけ
るNOx触媒上流へ、還元剤添加弁17を通じて多量の
燃料を供給する制御を実施することにより、NOx触媒
に堆積したSOxを分解・放出する。このとき、NOx
触媒の特性や、当該制御の実行時における排気の特性に
基づき、還元剤添加弁17の開閉弁動作に対するNOx
触媒床温の応答性を加味した最適な燃料供給期間や休止
期間を設定する。このような制御構造を構築すること
で、NOx触媒に堆積したSOxの放出を効率的に行い
つつ、当該触媒の過熱を確実に防止することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の排気に
含まれる有害成分や微粒子等を浄化する排気浄化装置に
関し、とくに、NOxの還元反応を促進する触媒を当該
機関の排気系に備えた内燃機関の排気浄化装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】例えばディーゼルエンジンのように、広
い運転領域において高い空燃比(リーン雰囲気)の混合
気を燃焼に供して機関運転を行う内燃機関(希薄燃焼可
能な内燃機関)では、一般に、排気中の窒素酸化物(N
Ox)を浄化する機能を備えたNOx触媒がその排気通
路に備えられる。NOx触媒としては、例えば多孔質セ
ラミックのハニカム構造体(担体)に、酸素の存在下で
NOxを吸収する能力を有するNOx吸蔵剤と、炭化水
素(HC)を酸化させる能力を有する貴金属触媒(貴金
属)とを併せて担持したものが採用される。
【0003】NOx触媒は、排気中の酸素濃度(排気空
燃比)が高い状態(リーンな状態)ではNOxを吸収
し、排気中の酸素濃度が低い状態ではNOxを放出する
特性を有する。また、排気中にNOxが放出されたと
き、排気中にHCやCO等が存在していれば、貴金属触
媒がこれらHCやCOの酸化反応を促すことで、NOx
を酸化成分、HCやCOを還元成分とする酸化還元反応
が両者間で起こる。すなわち、HCやCOはCO2やH2
Oに酸化され、NOxはN2に還元される。
【0004】ところで、NOx触媒は排気中の酸素濃度
が高い状態にあるときでも所定の限界量のNOxを吸収
すると、それ以上NOxを吸収しなくなる。そこで、こ
のようなNOx触媒を排気通路に備えた内燃機関では、
同NOx触媒のNOx吸収量が限界量に達する前に、排
気通路のNOx触媒上流に軽油等の還元剤を供給するこ
とで、NOx触媒に吸収されたNOxを放出および還元
浄化し、NOx触媒のNOx吸収能力を回復させるとい
った制御(再生制御)を所定のインターバルで繰り返す
のが一般的である。
【0005】ところが、内燃機関の燃料には硫黄成分が
含まれているのが通常であり、排気中にはNOxの他、
このような燃料中の硫黄成分を起源とする硫黄酸化物
(SOx)も存在する。排気中に存在するSOxは、N
Oxに比べてより高い効率でNOx触媒に吸収され、し
かも、同触媒に吸蔵されているNOxを放出するために
十分な条件下(排気中の酸素濃度が所定値を下回る条件
下)にあっても当該触媒から容易には放出されない。こ
のため、機関運転の継続に伴い、排気中のSOxが徐々
にNOx触媒に堆積していくS被毒が生じることとな
る。
【0006】S被毒を防止或いは抑制するための方策と
して、NOx触媒の温度を上昇させ(例えば600℃以
上)、排気空燃比を理論空燃比(ストイキ)、若しくは
ストイキより少し濃いリッチ程度にする制御(以下、S
被毒回復制御という)が知られている(例えば特開20
01−227333号公報)。S被毒回復制御を実施す
ることにより、ストイキ、若しくはストイキより少し濃
いリッチ程度に調整された排気中の還元成分が、当該触
媒に堆積したSOxを高温条件下で分解・除去するよう
になる。
【0007】ところで、NOx触媒に堆積した微粒子や
SOxの分解・除去を効率的に行うためには、(1)N
Ox触媒の床温が所定値(例えば600℃)を上回って
いること、(2)NOx触媒に多量の還元成分が供給さ
れること、といった2つの条件を満たす必要がある。こ
のため、S被毒回復制御の実施に際しては、予め何らか
の方法でNOx触媒の床温を所定値(例えば600℃程
度)以上にまで上昇させた上で、多量の還元成分をNO
x触媒上流の排気中に供給するといった制御手順を採用
するのが一般的である。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】ところが、排気中の還
元成分がNOx触媒に堆積したSOx等を分解する際に
も、還元成分の反応熱によって同触媒は加熱され続ける
ため、その床温が過度に上昇してしまう懸念がある。
【0009】本発明は、このような実情に鑑みてなされ
たものであって、その目的とするところは、内燃機関の
排気系において、NOx触媒に堆積したSOx等を分解
及び除去する制御を実施するにあたり、同触媒の過熱を
好適に防止することのできる内燃機関の排気浄化装置を
提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、希薄燃焼可能な内燃機関の排気通路に設
けられ、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときにN
Oxを吸蔵し、流入する排気ガスの空燃比がリッチのと
きに吸蔵したNOxを放出しN2に還元する吸蔵還元型
NOx触媒と、前記吸蔵還元型NOx触媒に還元剤を供
給する還元剤供給手段と、前記吸蔵還元型NOx触媒か
らSOxを放出させるSOx被毒回復処理を実行する時
期か否かを判定する被毒回復実行時期判定手段と、前記
被毒回復実行時期判定手段により実行時期であると判定
されたときに、前記吸蔵還元型NOx触媒を昇温させる
と共に、該吸蔵還元型NOx触媒に堆積しているSOx
を放出させ、該吸蔵還元型NOx触媒をSOx被毒から
回復させるように、前記還元剤供給手段から断続的に供
給される還元剤量を制御する還元剤量制御手段と、を備
えることを要旨とする。
【0011】なお、このような構成を有する本発明の排
気浄化装置は、前記吸蔵還元型NOx触媒を昇温させる
前提として、当該触媒の温度が所定値を上回る条件を提
供する昇温手段をさらに備えるのが好ましい。ここで、
前記還元剤供給手段が前記昇温手段としての機能を兼ね
備える構成を適用しても構わない。
【0012】例えば、前記吸蔵還元型NOx触媒の温度
が所定値を上回る条件下で、当該触媒に流入する排気中
に還元成分を連続的に供給すれば、当該機関の運転に伴
い前記触媒に徐々に堆積するSOxが分解・除去され、
当該触媒による排気浄化機能を再生することが可能とな
るが、このような還元剤の連続的な供給は、前記触媒の
過熱を招来しやすい。ここで、吸蔵還元型NOx触媒の
温度の挙動は、基本的には当該触媒の熱収支と、当該触
媒の物理的或いは化学的な特性とによって決定づけられ
るが、前記還元成分供給手段による還元剤の供給動作が
前記触媒の温度に影響を及ぼすまでには応答遅れが存在
する。
【0013】上記構成によれば、前記還元剤を断続的に
供給することで、前記還元剤の供給動作から所定の応答
遅れをもって対応するように変動する当該触媒の熱収支
を調整し、例えばオーバシュートによる過熱を事前に防
止することで、当該触媒の温度を最適範囲に保持するこ
とが容易となる。なお、断続的な供給とは、SOxを放
出するために還元剤を連続して供給し続けないで、触媒
温度が、加熱によって当該触媒が劣化しない程度の温度
以下になるように、還元剤の供給を途中で中止し、その
後、前述の内容を繰り返すようにすることであり、複数
回の噴射によって1回の還元剤供給量を賄うことを意味
するものではない。
【0014】また、前記還元剤供給に対する前記吸蔵還
元型NOx触媒の温度の応答遅れに基づいて、前記還元
剤供給手段から供給される還元剤量を補正する還元剤量
補正手段を備えるのがよい。
【0015】また、前記還元剤量補正手段は、例えば前
記還元剤供給手段から還元剤が供給される時間の調整を
通じて、前記供給される還元剤量を補正することとして
もよい。この場合、例えば、前記還元剤の供給(入力)
に対する前記NOx触媒の温度(制御対象)の時定数を
予め記憶しておくか、或いは適宜演算・学習し、この時
定数に基づいて前記時間を調整(補正)することとして
もよい。
【0016】所定時刻において把握された前記触媒の温
度に基づき、同時刻における前記還元成分供給手段の動
作を制御したとしても、前記還元成分供給手段の動作が
前記触媒の温度に反映されるのは所定時間を経た後にな
る。すなわち、このような制御方法を通じ、前記触媒の
温度を所望の範囲に保持するためには、さらなる制御性
の向上が望ましい。
【0017】上記構成によれば、前記還元剤供給動作に
対する前記触媒の熱収支(温度)の応答遅れが、前記触
媒の温度制御に高い精度で反映させるようになる。よっ
て、当該触媒に堆積したSOx等の除去(SOx被毒回
復)を効率的に行いつつ、当該触媒の過熱を一層確実に
防止することができるようになる。従って、NOx触媒
による安定した排気浄化機能が長期に亘って保証される
ようになる。
【0018】
【発明の実施の形態】(第1の実施形態)以下、本発明
にかかる内燃機関の排気浄化装置を、ディーゼルエンジ
ンシステムに適用した第1の実施の形態について説明す
る。
【0019】〔エンジンシステムの構造及び機能〕図1
において、内燃機関(以下、エンジンという)1は、燃
料供給系10、燃焼室20、吸気系30及び排気系40
等を主要部として構成される直列4気筒のディーゼルエ
ンジンシステムである。
【0020】先ず、燃料供給系10は、サプライポンプ
11、コモンレール12、燃料噴射弁13、遮断弁1
4、調量弁16、還元剤添加弁17、機関燃料通路P1
及び添加燃料通路P2等を備えて構成される。
【0021】サプライポンプ11は、燃料タンク(図示
略)から汲み上げた燃料を高圧にし、機関燃料通路P1
を介してコモンレール12に供給する。コモンレール1
2は、サプライポンプ11から供給された高圧燃料を所
定圧力に保持(蓄圧)する蓄圧室としての機能を有し、
この蓄圧した燃料を各燃料噴射弁13に分配する。燃料
噴射弁13は、その内部に電磁ソレノイド(図示略)を
備えた電磁弁であり、適宜開弁して燃焼室20内に燃料
を噴射供給する。
【0022】他方、サプライポンプ11は、燃料タンク
から汲み上げた燃料の一部を添加燃料通路P2を介して
還元剤添加弁17に供給する。添加燃料通路P2には、
サプライポンプ11から還元剤添加弁17に向かって遮
断弁14及び調量弁16が順次配設されている。遮断弁
14は、緊急時において添加燃料通路P2を遮断し、燃
料供給を停止する。調量弁16は、還元剤添加弁17に
供給する燃料の圧力(燃圧)PGを制御する。還元剤添
加弁17は、燃料噴射弁13と同じくその内部に電磁ソ
レノイド(図示略)を備えた電磁弁であり、還元剤とし
て機能する燃料を、適宜の量、適宜のタイミングで排気
系40の触媒ケーシング42上流に添加供給する。
【0023】吸気系30は、各燃焼室20内に供給され
る吸入空気の通路(吸気通路)を形成する。一方、排気
系40は、各燃焼室20から排出される排気ガスの通路
(排気通路)を形成する。
【0024】また、このエンジン1には、周知の過給機
(ターボチャージャ)50が設けられている。ターボチ
ャージャ50は、シャフト51を介して連結された回転
体52,53を備える。一方の回転体(タービンホイー
ル)52は排気系40内の排気に晒され、他方の回転体
(コンプレッサホイール)53は、吸気系30内の吸気
に晒される。このような構成を有するターボチャージャ
50は、タービンホイール52が受ける排気流(排気
圧)を利用してコンプレッサホイール53を回転させ、
吸気圧を高めるといったいわゆる過給を行う。
【0025】吸気系30において、ターボチャージャ5
0に設けられたインタークーラ31は、過給によって昇
温した吸入空気を強制冷却する。インタークーラ31よ
りもさらに下流に設けられたスロットル弁32は、その
開度を無段階に調節することのできる電子制御式の開閉
弁であり、所定の条件下において吸入空気の流路面積を
変更し、同吸入空気の供給量(流量)を調整する機能を
有する。
【0026】また、エンジン1には、燃焼室20の上流
(吸気系30)及び下流(排気系40)をバイパスする
排気還流通路(EGR通路)60が形成されている。こ
のEGR通路60は、排気の一部を適宜吸気系30に戻
す機能を有する。EGR通路60には、電子制御によっ
て無段階に開閉され、同通路を流れる排気(EGRガ
ス)の流量を自在に調整することができるEGR弁61
と、EGR通路60を通過(還流)する排気を冷却する
ためのEGRクーラ62が設けられている。
【0027】また、排気系40において、同排気系40
及びEGR通路60の連絡部位の下流には、吸蔵還元型
NOx触媒(以下、単にNOx触媒という)を収容した
触媒ケーシング42が設けられている。
【0028】また、エンジン1の各部位には、各種セン
サが取り付けられており、当該部位の環境条件や、エン
ジン1の運転状態に関する信号を出力する。
【0029】すなわち、レール圧センサ70は、コモン
レール12内に蓄えられている燃料の圧力に応じた検出
信号を出力する。燃圧センサ71は、添加燃料通路P2
内を流通する燃料のうち、調量弁16を介して還元剤添
加弁17に導入される燃料の圧力(燃圧)PGに応じた
検出信号を出力する。エアフロメータ72は、吸気系3
0内に導入される空気(吸入空気)の流量(吸気量)G
Nに応じた検出信号を出力する。空燃比(A/F)セン
サ73は、排気系40の触媒ケーシング42上流におい
て排気中の酸素濃度に応じて連続的に変化する検出信号
を出力する。排気温センサ74は、排気系40において
触媒ケーシング42の排気流入部位に取り付けられ、当
該部位における排気の温度(排気温度)TEXに応じた
検出信号を出力する。NOxセンサ75は、同じく排気
系40の触媒ケーシング42下流において排気中のNO
x濃度に応じて連続的に変化する検出信号を出力する。
【0030】また、アクセルポジションセンサ76はエ
ンジン1のアクセルペダル(図示略)に取り付けられ、
同ペダルの踏み込み量ACCに応じた検出信号を出力す
る。クランク角センサ77は、エンジン1の出力軸(ク
ランクシャフト)が一定角度回転する毎に検出信号(パ
ルス)を出力する。これら各センサ70〜77は、電子
制御装置(ECU)90と電気的に接続されている。
【0031】ECU90は、中央処理装置(CPU)9
1、読み出し専用メモリ(ROM)92、ランダムアク
セスメモリ(RAM)93及びバックアップRAM9
4、タイマーカウンタ95等を備え、これら各部91〜
95と、A/D変換器を含む外部入力回路96と、外部
出力回路97とが双方向性バス98により接続されて構
成される論理演算回路を備える。
【0032】このように構成されたECU90は、上記
各種センサの検出信号を外部入力回路を介して入力し、
これら信号に基づき燃料噴射弁13の開閉弁動作に関す
る制御や、EGR弁61の開度調整、或いはスロットル
弁32の開度調整等、エンジン1の運転状態に関する各
種制御を実施する。
【0033】〔触媒ケーシングの構造及び機能〕次に、
以上説明したエンジン1の構成要素のうち、排気系40
に設けられた触媒ケーシング42について、その構造及
び機能を詳しく説明する。
【0034】触媒ケーシング42は、その内部に吸蔵還
元型NOx触媒(以下、NOx触媒という)を収容す
る。
【0035】NOx触媒は、例えばアルミナ(Al
23)を主材料とするハニカム形状の構造体(パティキ
ュレートフィルタ)を担体とし、このパティキュレート
フィルタ(担体)の表面にNOx吸蔵剤として機能する
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)、或いはイットリウム(Y)のような希土類
と、酸化触媒(貴金属触媒)として機能する例えば白金
Ptのような貴金属とが担持されることによって構成さ
れる。
【0036】NOx吸蔵剤は、排気中の酸素濃度(排気
の空燃比)が高い状態(リーンな状態)ではNOxを吸
蔵し、排気中の酸素濃度が低い状態ではNOxを放出す
る特性を有する。また、排気中にNOxが放出されたと
き、排気中にHCやCO等が存在していれば、貴金属触
媒がこれらHCやCOの酸化反応を促すことで、NOx
を酸化成分、HCやCOを還元成分とする酸化還元反応
が両者間で起こる。すなわち、HCやCOはCO2やH2
Oに酸化され、NOxはN2に還元される。
【0037】一方、NOx吸蔵剤は排気中の酸素濃度が
高い状態にあるときでも所定の限界量のNOxを吸蔵す
ると、それ以上NOxを吸蔵しなくなる。エンジン1で
は、触媒ケーシング42内に収容されたNOx触媒のN
Ox吸蔵量が限界量に達する前に、還元剤添加弁17を
通じて排気通路の触媒ケーシング42上流に還元剤(本
実施の形態では燃料)を添加供給することで、NOx触
媒に吸蔵されたNOxを放出および還元浄化し、NOx
触媒のNOx吸蔵能力を回復させるといった制御を所定
のインターバルで繰り返す。
【0038】さらに、NOx吸蔵剤や貴金属触媒の担体
をなすパティキュレートフィルタは、排気中に含まれる
煤等の微粒子やNOx等の有害成分を、以下のメカニズ
ムに基づいて浄化する。
【0039】NOx触媒が、その構成要素であるNOx
吸蔵剤及び貴金属触媒の協働により、排気中の酸素濃度
や還元成分量に応じてNOxの吸蔵、放出及び浄化を繰
り返し行うことは上述した通りである。その一方、NO
x触媒は、このようなNOxの浄化を行う過程で副次的
に活性酸素を生成する特性を有する。パティキュレート
フィルタを排気が通過する際、その排気中に含まれる煤
等の微粒子は構造体(多孔質材料)に捕捉される。ここ
で、NOx触媒の生成する活性酸素は、酸化剤として極
めて高い反応性(活性)を有しているため、捕捉された
微粒子のうちNOx触媒の表面や近傍に堆積した微粒子
は、この活性酸素と(輝炎を発することなく)速やかに
反応し、浄化されることになる。
【0040】〔燃料噴射制御の概要〕ECU90は、各
種センサの検出信号から把握されるエンジン1の運転状
態に基づき燃料噴射制御を実施する。本実施の形態にお
いて燃料噴射制御とは、各燃料噴射弁13を通じた各燃
焼室20内への燃料噴射の実施に関し、燃料の噴射量
Q、噴射タイミング、噴射パターンといったパラメータ
を設定し、これら設定されたパラメータに基づいて個々
の燃料噴射弁13の開閉弁操作を実行する一連の処理を
いう。
【0041】ECU90は、このような一連の処理を、
エンジン1の運転中所定時間毎に繰り返し行う。燃料の
噴射量Q及び噴射タイミングは、基本的にはアクセルペ
ダルへの踏み込み量ACCおよびエンジン回転数NE
(クランク角センサのパルス信号に基づいて演算するこ
とができるパラメータ)に基づき、予め設定されたマッ
プ(図示略)を参照して決定する。
【0042】また、燃料の噴射パターンの設定に関し、
ECU90は、圧縮上死点近傍での燃料噴射を主噴射と
して各気筒について行うことで機関出力を得る他、主噴
射に先立つ燃料噴射(以下、パイロット噴射という)
や、主噴射に後続する燃料噴射(以下、ポスト噴射とい
う)を、副噴射として適宜選択された時期、選択された
気筒について行う。
【0043】〔パイロット噴射〕ディーゼルエンジンで
は一般に、圧縮行程終期において、燃焼室内が燃料の自
己着火を誘発する温度に達する。とくにエンジンの運転
状態が中高負荷領域にある場合、燃焼に供される燃料が
燃焼室内に一括して噴射供給されると、この燃料は騒音
を伴い爆発的に燃焼する。パイロット噴射を実行するこ
とにより、主噴射に先立って供給された燃料が熱源(或
いは種火)となり、その熱源が燃焼室内で徐々に拡大し
て燃焼に至るようになるため、燃焼室内における燃料の
燃焼状態が比較的緩慢となり、しかも着火遅れ時間が短
縮されるようになる。このため、機関運転に伴う騒音が
軽減され、さらには排気中のNOx量も低減される。
【0044】〔ポスト噴射〕ポスト噴射によって燃焼室
20内に供給される燃料は、燃焼ガス中で軽質なHCに
改質され、排気系40に排出される。すなわち、還元剤
として機能する軽質なHCが、ポスト噴射を通じて排気
系40に添加され、排気中の還元成分濃度を高めること
となる。排気系40に添加された還元成分は、触媒ケー
シング42内のNOx触媒を介し、同NOx触媒から放
出されるNOxや、排気中に含まれるその他の酸化成分
と反応する。このとき発生する反応熱は、NOx触媒の
床温を上昇させる。
【0045】〔EGR制御の概要〕ECU90は、各種
センサの検出信号から把握されるエンジン1の運転状態
に基づきEGR制御を実施する。本実施の形態において
EGR制御とは、EGR通路に設けられた電子制御式の
開閉弁(EGR弁)61を操作して、EGR通路を通過
するガスの流量、言い換えれば排気系40から吸気系3
0に還流される排気の流量調整を行う処理をいう。
【0046】目標となるEGR弁61の開弁量(以下、
目標開弁量)は、基本的にはエンジン1の負荷や回転数
等の運転状態に基づき、予め設定されたマップ(図示
略)を参照して決定される。ECU90は、この目標開
弁量をエンジン1の運転中所定時間毎に更新し、逐次、
EGR弁61の実際の開弁量が更新された目標開弁量に
合致するよう同EGR弁61の駆動回路に指令信号を出
力する。
【0047】〔EGR制御に基づく低温燃焼〕こうした
一連の処理により排気の一部が吸気系30に還流される
と、その還流量に応じ機関燃焼に供される混合気中の不
活性ガス成分が増量することになる。この結果、所定条
件下において、排気中のNOx量が低減される他、スモ
ークがほとんど発生しなくなる。
【0048】低温燃焼の実施に伴い排気中の未燃HC
(還元成分)が増量することになるため、結果として、
還元剤として機能する軽質なHCが排気系40に添加さ
れ排気中の還元成分濃度を高めることとなる。
【0049】〔燃料添加制御〕還元剤添加弁17を通
じ、燃料(還元剤)を排気系40に直接添加することに
よっても、ポスト噴射と同様、排気中の還元成分濃度を
高め、結果としてNOx触媒の床温を上昇させることが
できる。還元剤添加弁17によって添加された燃料は、
ポスト噴射によるものに比べ、排気中においてより高分
子の状態を保持しつつ不均一に分布する傾向がある。ま
た、還元剤添加弁17による燃料添加では、一度に添加
することのできる燃料量や添加タイミングの自由度が、
ポスト噴射による場合よりも大きい。
【0050】〔S被毒回復制御の概要〕上記パイロット
噴射、ポスト噴射、低温燃焼および燃料添加制御は、共
通して排気中の還元成分を増量するように作用するた
め、何れかの制御を所定のインターバルで繰り返し実施
することにより、NOx触媒に吸収されたNOxを放出
および還元浄化し、NOx触媒のNOx吸収能力を回復
させることができる。
【0051】また、ECU90は、エンジン1の機関運
転の継続に伴いNOx触媒に徐々に堆積するSOx等を
除去するために、NOx触媒を所定温度(例えば600
℃程度)以上にまで昇温させた上で当該触媒に多量の還
元成分を供給する制御(以下、S被毒回復制御)を実施
する。S被毒回復制御を実施することにより、NOx触
媒に供給された多量の還元成分が、当該触媒に堆積した
SOxを高温条件下で分解・除去するようになる。ここ
でECU90は、S被毒回復制御の一環として、NOx
触媒を所定温度にまで昇温するために上記パイロット噴
射、ポスト噴射、低温燃焼および燃料添加制御の何れか
を実施する。その上で、例えばNOx触媒に吸収された
NOxの放出および還元浄化に要する量よりも多量の燃
料(還元成分)を、還元剤添加弁17を通じて排気系の
NOx触媒上流に供給する制御(以下、還元成分供給制
御という)を実施する。
【0052】ところで、上述したように、S被毒回復制
御では、NOx触媒の床温を600℃以上に保持すると
いった条件を成立させた上で、排気系内におけるNOx
触媒上流へ多量の還元成分を供給することになる。とこ
ろが、排気系内に供給された多量の還元成分は、高温条
件下においてNOx触媒に堆積したSOx等を分解する
機能を発揮する一方、NOx触媒の温度をさらに上昇さ
せる特性を有する。このため、通常の運転条件下におい
て、多量の還元成分を排気系のNOx触媒上流に継続し
て供給した場合、NOx触媒が過熱してしまう懸念があ
る。
【0053】そこでエンジン1では、還元成分供給制御
を開始した後、還元剤添加弁17を通じた燃料の供給及
び停止を適宜のタイミングで繰り返すことにより、NO
x触媒に堆積したSOxを効率的に放出させつつNOx
触媒の過熱を防止する。
【0054】図2には、本実施の形態におけるS被毒回
復制御の実施中であって、とくに「NOx触媒の床温が
600℃以上に保持されている」といった条件が成立し
た後に観測される還元剤添加弁17への開弁指令信号
(図2(a))、NOx触媒上流における排気の酸素濃
度(図2(b))、NOx触媒から放出されるSOxの
放出量(図2(c))、およびNOx触媒の床温(図2
(d))の推移を同一時間軸上に示すタイムチャートの
一例である。なお、図2(b)に示す酸素濃度の基準値
C0は、理論空燃比の混合ガスを燃焼した結果発生する
排気の酸素濃度に相当する。ちなみに、排気中の酸素濃
度が高くなるということは排気中の還元成分濃度が低く
なることを意味し、排気中の酸素濃度が低くなるという
ことは排気中の還元成分濃度が高くなることを意味する
(図2(b)参照)。また、図2(d)において、温度
T1は、NOx触媒から効率的にSOxを放出させるこ
とができる下限温度(本実施の形態では600℃)に相
当し、温度T2は、過熱によってNOx触媒の機能が損
なわれる虞のない上限温度に相当する。
【0055】先ず、図2(a)に示すように、NOx触
媒に堆積したSOxを放出すべきとの要求があり、且
つ、NOx触媒の床温が600℃以上に保持されている
といった条件が満たされた場合に、ECU90は還元剤
添加弁17を開弁させるための指令信号(以下、開弁指
令信号という)を出力し、同弁17を通じた排気系40
への燃料添加を開始する(時刻t1)。
【0056】燃料添加の実施にあたりECU90は、先
ず所定期間(以下、供給期間という)Δt1に亘って断
続的に開弁指令信号を出力することで、還元剤添加弁1
7を通じて霧状の燃料を断続的に噴射供給する。その後
ECU90は、NOx触媒の過熱を抑制すべく開弁指令
信号の出力を休止し(時刻t2)、所定時間(以下、休
止期間という)Δt2を経た後、燃料の噴射供給を再開
する。S被毒回復制御(還元成分供給制御)が開始され
ると、基本的にはNOx触媒に堆積したSOx等が放出
されて当該触媒の機能が十分に回復するまで、このよう
な態様で燃料の供給及び休止が繰り返される。
【0057】ここで、還元剤添加弁17を通じた燃料供
給の開始(時刻t1)に伴って排気中の酸素濃度は低く
なり、基準値C0を下回るようになる(図2(b))。
また、還元剤添加弁17の開弁動作およびこれに伴う酸
素濃度の低下に略同期して、NOx触媒から放出される
SOxの量が増大する。また同様に、還元剤添加弁17
による燃料供給の休止(時刻t1)に伴って排気中の酸
素濃度は高くなり、基準値C0を上回るようになる(図
2(b))。また、還元剤添加弁17の開弁動作および
これに伴う酸素濃度の上昇にほぼ同期して、NOx触媒
から放出されるSOxの量は低下する(図2(c))。
このように、排気中の酸素濃度やNOx触媒からのSO
x放出量は、還元剤添加弁17の開閉弁動作に概ね同期
して変動する。
【0058】一方、NOx触媒の床温は、還元剤添加弁
17を通じた燃料供給が開始されることに起因して上昇
し、同弁17による燃料供給が休止されることに起因し
て下降するが、その応答性や追従性は、排気中の酸素濃
度やNOx触媒からのSOx放出量の挙動に比べ著しく
低い。還元剤添加弁17の開閉弁動作に対するNOx触
媒床温の応答性や追従性は、NOx触媒の物理的・化学
的な特性(例えば熱容量)や、当該触媒に流入する排気
の特性(例えば温度や流量等)といったパラメータによ
って決定づけられる。
【0059】そこで、本実施の形態におけるS被毒回復
制御では、NOx触媒の物理的・化学的な特性や、当該
制御の実行時における排気の特性に基づいて、還元剤添
加弁17の開閉弁動作に対するNOx触媒床温の応答性
や追従性を加味した最適な供給期間Δt1や休止期間Δ
t2を設定する。このような制御構造を構築すること
で、NOx触媒に堆積したSOxの放出を効率的に行い
つつ、当該触媒の昇温を適正な範囲R(図2(d)参
照)に保持することができる。
【0060】〔S被毒回復制御の具体的な実行手順〕以
下、本実施の形態にかかるS被毒(SOx被毒)回復制
御について、ECU90による具体的な処理内容を説明
する。なお、S被毒回復制御には、NOx触媒を所定温
度まで昇温するための制御(以下、昇温制御という)
と、当該昇温制御に基づいてNOx触媒が所定温度を上
回るようになった条件下でNOx触媒に多量の還元成分
を供給する制御(以下、還元成分供給制御という)とが
含まれる。すなわちECU90は、S被毒回復制御の一
環として、昇温制御及び還元成分供給制御を併せて実行
することになる。
【0061】図3は、昇温制御の実行手順(ルーチン)
を示すフローチャートである。本ルーチンは、エンジン
1の運転中ECU90を通じて所定時間毎に実行され
る。
【0062】本ルーチンに処理が移行すると、ECU9
0は先ずステップS101において、SOx被毒回復制
御の実行要求があるか否か、言い換えれば、NOx触媒
に対するS被毒が進行しているか否かを判断する。例え
ば、前回のS被毒回復制御を実施した後所定時間が経過
した場合、或いはNOxセンサ75の検出信号の履歴か
ら判断してNOx触媒によるNOxの浄化機能が低下し
ていると認識される場合、ECU90は、NOx触媒へ
の多量の還元成分の供給に先立ち、当該触媒を昇温させ
る要求があると判断する。
【0063】上記ステップS101での判断が否定であ
る場合、ECU90は本ルーチンを一旦抜ける。一方、
同ステップS101での判断が否定である場合、ECU
90はステップS102に処理を移行し、NOx触媒を
所定温度(例えば600℃)以上にまで昇温させ、その
状態を保持する処理を行う。すなわち、上記パイロット
噴射、ポスト噴射、低温燃焼および燃料添加制御の何れ
かを実施することにより、NOx触媒の床温を600℃
以上に上昇させる(若しくはこの状態に保持する)。同
ステップS102を経た後、ECU90は本ルーチンを
一旦抜ける。
【0064】図4は、S被毒回復制御の一環として、昇
温制御と併せて実施される還元成分供給制御の実行手順
(ルーチン)を示すフローチャートである。本ルーチン
もまた、エンジン1の運転中ECU90を通じて所定時
間毎に実行される。
【0065】本ルーチンに処理が移行すると、ECU9
0は先ずステップS201において、S被毒回復制御の
実行要求があるか否かを判断する。そして、その判断が
肯定である場合には処理をステップS202に移行する
一方、その判断が否定である場合には本ルーチンを一旦
抜ける。ステップS201での判断が肯定である場合、
NOx触媒の床温は昇温制御を通じて上昇しつつある
か、600℃以上である状態を保持していることにな
る。
【0066】そこでECU90は、同ステップS201
での判断が肯定である場合には、ステップS202にお
いて、NOx触媒の床温が600℃以上に達しているか
否かを判断する。NOx触媒の床温は、例えば排気温度
TEXの履歴に基づいて推定すればよい。同ステップS
202での判断が肯定である場合、ECU90は処理を
ステップS203に移行し、その判断が否定である場合
には本ルーチンを一旦抜ける。
【0067】ステップS203においてECU90は、
現在の排気温度TEXを認識する。
【0068】ステップS204においてECU90は、
排気温度TEXとNOx触媒の床温(推定値)とに基づ
き、図示しないマップを参照して供給期間Δt1を設定
する(図2(a)参照)。そして、今回設定された供給
期間Δt1に亘り、還元剤添加弁17を通じた排気系4
0への燃料供給を実行する(ステップS205)。
【0069】ステップS206においては、NOx触媒
に堆積したSOxの放出が完了したか否かを確認する。
ここで、SOxの放出が完了していないと判断した場合
には、ステップS207において所定の休止期間Δt2
を設定し、当該期間Δt2を経た後(ステップS20
8)、次回のルーチンにおいて新たに供給期間Δt1を
設定した上で、再度の燃料供給を実施することになる。
【0070】一方、上記ステップS206においてSO
xの放出が完了したものと判断した場合には、今回のS
被毒回復制御は完了したものと認識した上で(この認識
は、次回のルーチンにおいて、ステップS201の判断
に反映される)、本ルーチンを一旦抜ける。
【0071】このような制御構造を適用してS被毒回復
制御を実施するエンジン1では、NOx触媒の温度が所
定値(例えば600℃)を上回る条件下で、NOx触媒
に流入する排気中に還元成分を連続的に供給することに
より、当該エンジン1の運転に伴い前記NOx触媒に徐
々に堆積するSOxを効率的に分解・除去し、当該NO
x触媒による排気浄化機能を再生する。
【0072】ここで、還元成分の連続的な供給はNOx
触媒の過熱を招来しやすい。ここで、前記NOx触媒の
温度の挙動は、基本的には前記NOx触媒の熱収支と当
該触媒の物理的或いは化学的な特性とによって決定づけ
られるが、前記還元成分供給手段による還元成分の供給
動作が前記NOx触媒の温度に影響を及ぼすまでには応
答遅れが存在する。このため、所定時刻において把握さ
れた前記NOx触媒の温度に基づき、同時刻における前
記還元成分供給手段の動作を制御したとしても、前記還
元成分供給手段の動作が前記NOx触媒の温度に反映さ
れるのは所定時間を経た後になる。すなわち、このよう
な制御方法を通じて前記NOx触媒の温度を所望の範囲
に保持することは極めて難しい。
【0073】この点、本実施の形態にかかる制御構造に
よれば、NOx触媒の温度制御にそのような応答遅れを
反映させることで、NOx触媒に堆積したSOx等の除
去を効率的に行いつつ、しかも当該触媒の過熱を確実に
防止することができるようになる。
【0074】よって、過熱によるNOx触媒の機能喪失
が確実に防止されるため、NOx触媒の機能が長期に亘
って持続するようになる。
【0075】なお、本実施の形態では、還元成分供給制
御おいて、NOx触媒に流入する排気中に還元成分を連
続的に供給する方法として、還元剤添加弁17を通じて
排気系40に燃料を添加する方法を採用することとし
た。これに限らず、ポスト噴射等を実行を通じてNOx
触媒に流入する排気中に還元成分を連続的に供給するこ
ともできる。
【0076】〔他の実施の形態〕上記実施の形態では、
還元成分供給制御に実施にあたり、還元剤添加弁17を
通じた燃料供給の開始時刻(例えば図2中の時刻t1)
に供給期間Δt1を設定するとともに、燃料供給の終了
時刻に休止期間(例えば図2中の時刻t2)に休止期間
Δt2を設定することとした。このような制御構造を適
用する一方で、燃料供給の実施中(供給期間Δt1
中)、エンジン1の運転状態に関するパラメータを参照
しつつ当初設定した供給期間Δt1を適宜延長或いは短
縮するような制御ロジックや、燃料供給の休止中(休止
期間Δt2中)、エンジン1の運転状態に関するパラメ
ータを参照しつつ当初設定した休止期間Δt2を適宜延
長或いは短縮するような制御ロジックを付加してもよ
い。
【0077】例えば図5には、還元成分供給制御の実施
にあたり、燃料供給の実施中(供給期間Δt1中)に当
該供給期間Δt1、或いは燃料供給の休止中(休止期間
Δt2中)に当初設定した各期間Δt1,Δt2を伸縮
するために適用し得る制御ルーチンの一例を示す。
【0078】本ルーチンは、先述した還元成分供給制御
の実行手順(図4)に替え、エンジン1の運転中ECU
90を通じて所定時間毎に実行される。
【0079】同ルーチンに処理が移行すると、ECU9
0は先ずステップS301において、SOx被毒回復制
御の実行要求があるか否かを判断する。そして、その判
断が肯定である場合には処理をステップS302に移行
する一方、その判断が否定である場合には本ルーチンを
一旦抜ける。ステップS301での判断が肯定である場
合、NOx触媒の床温は昇温制御を通じて上昇しつつあ
るか、600℃以上である状態を保持していることにな
る。
【0080】そこでECU90は、同ステップS301
での判断が肯定である場合には、ステップS302にお
いて、NOx触媒の床温が600℃以上に達しているか
否かを判断する。NOx触媒の床温は、例えば排気温度
TEXの履歴に基づいて推定すればよい。同ステップS
302での判断が肯定である場合、ECU90は処理を
ステップS303に移行し、その判断が否定である場合
には本ルーチンを一旦抜ける。
【0081】ステップS303においてECU90は、
現在の制御プロセスの認識(供給期間Δt1中であるの
か休止期間Δt2中であるのかについての認識、及び供
給期間Δt1又は休止期間Δt2へ移行した後の経過時
間の認識)を行う。例えば、供給期間Δt1中であって
当該期間Δt1に移行後3秒が経過したところであると
いった認識や、休止期間Δt2中であって当該期間Δt
2に移行後5秒が経過したところであるといった認識が
なされることになる。
【0082】続くステップS304においては、供給期
間Δt1若しくは休止期間Δt2の更新に必要な情報を
取得する。NOx触媒の床温や排気温度TEXの変動等
が、ここでいう各期間Δt1,Δt2の更新に必要な情
報に相当する。
【0083】ステップS305においては、上記ステッ
プS304で取得した情報に基づき、供給期間Δt1若
しくは休止期間Δt2の設定又は更新を行う。
【0084】最後にECU90は、上記ステップS30
5で設定又は更新した供給期間Δt1若しくは休止期間
Δt2に基づき、還元剤添加弁17を通じた燃料供給の
開始、実行継続、休止、又は休止継続、或いは還元成分
供給制御の完了といった適宜の処理を行った後(ステッ
プS306)、本ルーチンを一旦抜ける。
【0085】このような制御構造を適用することで、上
記実施の形態にかかる還元成分供給制御の緻密性をより
高めることができるようになる。すなわち、NOx触媒
の温度制御に還元剤添加弁17の系閉弁動作に対するN
Ox触媒床温の応答遅れを反映させることで、NOx触
媒に堆積したSOx等の除去と、当該触媒の過熱防止と
を確実に行うといった効果を一層高めることができる。
【0086】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
還元剤の供給動作から所定の応答遅れをもって対応する
ように変動する吸蔵還元型NOx触媒の熱収支が調整さ
れ、当該触媒の温度を最適範囲に保持することが容易と
なる。
【0087】また、前記還元剤供給動作に対する前記触
媒の熱収支(温度)の応答遅れが、前記触媒の温度制御
に高い精度で反映させるようになる。よって、当該触媒
に堆積したSOx等の除去(SOx被毒回復)を効率的
に行いつつ、当該触媒の過熱を一層確実に防止すること
ができるようになる。従って、NOx触媒による安定し
た排気浄化機能が長期に亘って保証されるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施の形態にかかるディーゼルエ
ンジンシステムを示す概略構成図。
【図2】 同実施の形態におけるS被毒回復制御の実施
に伴いNOx触媒から放出されるSOxの量、およびN
Ox触媒の床温の推移を同一時間軸上に示すタイムチャ
ートの一例。
【図3】 同実施の形態における昇温制御の実行手順を
示すフローチャート。
【図4】 同実施の形態における還元成分供給制御の実
行手順を示すフローチャート。
【図5】 本発明の他の実施の形態において適用される
還元成分供給制御の実行手順を示すフローチャート。
【符号の説明】
1 エンジン(内燃機関) 10 燃料供給系 11 サプライポンプ 12 コモンレール 13 燃料噴射弁 16 調量弁 17 還元剤添加弁 20 燃焼室 30 吸気系 31 インタークーラ 32 スロットル弁 40 排気系 42 触媒ケーシング 50 ターボチャージャ 51 シャフト 52 タービンホイール 53 コンプレッサホイール 60 EGR通路 61 EGR弁 62 EGRクーラ 70 レール圧センサ 71 燃圧センサ 72 エアフロメータ 73 空燃比(A/F)センサ 74 排気温センサ 75 NOxセンサ 76 アクセルポジションセンサ 77 クランク角センサ 90 電子制御装置(ECU) 91 中央処理装置(CPU) 92 読み出し専用メモリ(ROM) 93 ランダムアクセスメモリ(RAM) 94 バックアップRAM 95 タイマーカウンタ 96 外部入力回路 97 外部出力回路 98 双方向性バス P1 機関燃料通路 P2 添加燃料通路
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) F02D 45/00 314 B01D 53/36 101B (72)発明者 杉山 辰優 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 青山 太郎 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 伊藤 丈和 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 田原 淳 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 Fターム(参考) 3G084 AA01 BA05 BA13 BA14 BA15 BA20 BA24 DA00 DA04 DA08 DA10 DA28 EB12 FA07 FA10 FA28 FA29 FA33 3G091 AA10 AA18 AB02 AB04 AB06 AB09 AB15 BA00 BA04 BA11 BA14 BA15 BA17 BA19 BA32 CA16 CA18 CB02 CB03 DA02 DA04 DB10 EA01 EA07 EA18 FA14 FC01 FC08 GA06 GB02W GB03W GB04W GB05W GB17X HB05 HB06 4D048 AA06 AB02 AB07 AC02 BA02X BA03X BA14X BA15X BA18X BA30X BA41X BB02 BC01 BD01 CC38 DA01 DA02 DA03 DA10 DA13 DA20 EA04

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【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、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときにN
    Oxを吸蔵し、流入する排気ガスの空燃比がリッチのと
    きに吸蔵したNOxを放出しN2に還元する吸蔵還元型
    NOx触媒と、 前記吸蔵還元型NOx触媒に還元剤を供給する還元剤供
    給手段と、 前記吸蔵還元型NOx触媒からSOxを放出させるSO
    x被毒回復処理を実行する時期か否かを判定する被毒回
    復実行時期判定手段と、 前記被毒回復実行時期判定手段により実行時期であると
    判定されたときに、前記吸蔵還元型NOx触媒を昇温さ
    せると共に、該吸蔵還元型NOx触媒に堆積しているS
    Oxを放出させ、該吸蔵還元型NOx触媒をSOx被毒
    から回復させるように、前記還元剤供給手段から断続的
    に供給される還元剤量を制御する還元剤量制御手段と、 を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
  2. 【請求項2】 前記還元剤供給に対する前記吸蔵還元型
    NOx触媒の温度の応答遅れに基づいて、前記還元剤供
    給手段から供給される還元剤量を補正する還元剤量補正
    手段を備える請求項1記載の内燃機関の排気浄化装置。
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Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6922988B2 (en) 2002-12-20 2005-08-02 Toyota Jidosha Kabushikia Kaisha Exhaust emission control apparatus and method for internal combustion engine
FR2867228A1 (fr) * 2004-03-08 2005-09-09 Toyota Motor Co Ltd Systeme de regulation des emissions de l'echappement pour un moteur a combustion interne et procede de regulation des emissions de l'echappement
US7165394B2 (en) 2003-05-14 2007-01-23 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Exhaust gas purification system for internal combustion engine
WO2007136114A1 (ja) * 2006-05-24 2007-11-29 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha 内燃機関の排気浄化装置に適用される燃料添加制御方法、及び排気浄化装置
EP1965060A1 (en) 2007-02-27 2008-09-03 HONDA MOTOR CO., Ltd. Exhaust emission control device and method for internal combustion engine
JP2010051962A (ja) * 2009-11-30 2010-03-11 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 排気ガス浄化用の触媒およびその再生処理方法
JP2011041951A (ja) * 2010-11-15 2011-03-03 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 排気ガス浄化用の触媒およびその再生処理方法
US8261532B2 (en) 2004-05-24 2012-09-11 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel supply control method applied to exhaust gas control apparatus for internal combustion engine and exhaust gas control apparatus to which the method is applied
CN114183264A (zh) * 2021-12-16 2022-03-15 潍柴动力股份有限公司 一种发动机运行模式的控制方法及装置

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2927362B1 (fr) * 2008-02-07 2013-10-18 Renault Sas Procede et dispositif pour la regeneration d'un dispositif de post-traitement de gaz d'echappement
JP6388208B2 (ja) * 2014-11-20 2018-09-12 株式会社デンソー 内燃機関の排気浄化装置

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0636770B1 (en) * 1993-01-19 1999-09-08 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Exhaust gas cleaning device for an internal combustion engine
GB9718059D0 (en) * 1997-08-28 1997-10-29 Johnson Matthey Plc Improvements relating to catalysts
DE19801815A1 (de) * 1998-01-19 1999-07-22 Volkswagen Ag Mager-Regeneration von NOx-Speichern
US6205773B1 (en) * 1998-07-07 2001-03-27 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Exhaust gas purification device for an internal combustion engine
US6233925B1 (en) * 1998-08-28 2001-05-22 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Exhaust discharge control device for internal combustion engine
DE19847875A1 (de) * 1998-10-16 2000-04-20 Volkswagen Ag Verfahren und Vorrichtung zur De-Sulfatierung eines NOx-Speicherkatalysators
DE19851843B4 (de) * 1998-11-10 2005-06-09 Siemens Ag Verfahren zur Sulfatregeneration eines NOx-Speicherkatalysators für eine Mager-Brennkraftmaschine
DE19910664A1 (de) * 1999-03-11 2000-09-14 Volkswagen Ag Verfahren zur De-Sulfatierung eines NOx-Speicherkatalysators
DE19923498A1 (de) * 1999-05-21 2000-11-23 Volkswagen Ag Verfahren zur Steuerung einer Regeneration eines NOx-Speicherkatalysators
EP1055806A3 (en) * 1999-05-28 2003-03-12 Ford Global Technologies, Inc. NOx trap and particulate filter system for an internal combustion engine
JP2001227333A (ja) * 2000-02-17 2001-08-24 Toyota Motor Corp 内燃機関の排気浄化装置

Cited By (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6922988B2 (en) 2002-12-20 2005-08-02 Toyota Jidosha Kabushikia Kaisha Exhaust emission control apparatus and method for internal combustion engine
US7165394B2 (en) 2003-05-14 2007-01-23 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Exhaust gas purification system for internal combustion engine
US7464542B2 (en) 2003-05-14 2008-12-16 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Exhaust gas purification system for internal combustion engine
FR2867228A1 (fr) * 2004-03-08 2005-09-09 Toyota Motor Co Ltd Systeme de regulation des emissions de l'echappement pour un moteur a combustion interne et procede de regulation des emissions de l'echappement
US8261532B2 (en) 2004-05-24 2012-09-11 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel supply control method applied to exhaust gas control apparatus for internal combustion engine and exhaust gas control apparatus to which the method is applied
WO2007136114A1 (ja) * 2006-05-24 2007-11-29 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha 内燃機関の排気浄化装置に適用される燃料添加制御方法、及び排気浄化装置
US8695326B2 (en) 2006-05-24 2014-04-15 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel addition control method applied to exhaust emission purifier of internal combustion engine and exhaust emission purifier
US8336294B2 (en) 2006-05-24 2012-12-25 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel addition control method applied to exhaust emission purifier of internal combustion engine and exhaust emission purifier
EP2020488A1 (en) * 2006-05-24 2009-02-04 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel addition control method applied to exhaust emission purifier of internal combustion engine, and exhaust emission purifier
EP2020488A4 (en) * 2006-05-24 2010-05-26 Toyota Motor Co Ltd METHOD OF CONTROLLING THE FUEL ADDITION APPLIED TO THE EXHAUST EMISSION PURIFIER OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE AND EXHAUST EMISSION PURIFIER
KR101003673B1 (ko) 2006-05-24 2010-12-23 도요타지도샤가부시키가이샤 내연 기관의 배기 정화 장치에 적용되는 연료 첨가 제어 방법 및 배기 정화 장치
US7900440B2 (en) 2007-02-27 2011-03-08 Honda Motor Co., Ltd. Exhaust emission control device and method for internal combustion engine and engine control unit
JP2008208802A (ja) * 2007-02-27 2008-09-11 Honda Motor Co Ltd 内燃機関の排ガス浄化装置
EP1965060A1 (en) 2007-02-27 2008-09-03 HONDA MOTOR CO., Ltd. Exhaust emission control device and method for internal combustion engine
JP4665047B2 (ja) * 2009-11-30 2011-04-06 三菱重工業株式会社 排気ガス浄化用の触媒およびその再生処理方法
JP2010051962A (ja) * 2009-11-30 2010-03-11 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 排気ガス浄化用の触媒およびその再生処理方法
JP2011041951A (ja) * 2010-11-15 2011-03-03 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 排気ガス浄化用の触媒およびその再生処理方法
CN114183264A (zh) * 2021-12-16 2022-03-15 潍柴动力股份有限公司 一种发动机运行模式的控制方法及装置
CN114183264B (zh) * 2021-12-16 2023-09-15 潍柴动力股份有限公司 一种发动机运行模式的控制方法及装置

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