JP2004019512A - Exhaust emission control device - Google Patents

Exhaust emission control device Download PDF

Info

Publication number
JP2004019512A
JP2004019512A JP2002173984A JP2002173984A JP2004019512A JP 2004019512 A JP2004019512 A JP 2004019512A JP 2002173984 A JP2002173984 A JP 2002173984A JP 2002173984 A JP2002173984 A JP 2002173984A JP 2004019512 A JP2004019512 A JP 2004019512A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
nox
oxygen concentration
adsorption catalyst
nox adsorption
exhaust gas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2002173984A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP3858267B2 (en
Inventor
Masayuki Kuroki
黒木 雅之
Akihide Takami
高見 明秀
Keiji Yamada
山田 啓司
Seiji Miyoshi
三好 誠治
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mazda Motor Corp
Original Assignee
Mazda Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mazda Motor Corp filed Critical Mazda Motor Corp
Priority to JP2002173984A priority Critical patent/JP3858267B2/en
Publication of JP2004019512A publication Critical patent/JP2004019512A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3858267B2 publication Critical patent/JP3858267B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40Engine management systems

Landscapes

  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an exhaust emission control device capable of accurately diagnosing degradation of NOx adsorption catalyst. <P>SOLUTION: The exhaust emission control device comprises the NOx adsorption catalyst 25 disposed in an exhaust passage 22 and for adsorbing or discharging NOx in response to oxygen concentration in exhaust gas, an NOx sensor 26 disposed on the downstream side of the NOx adsorption catalyst and having a metal cover, an oxygen concentration control means 32 for controlling the oxygen concentration to discharge NOx from the NOx adsorption catalyst when the NOx adsorption amount of the NOx adsorption catalyst reaches a predetermined amount, and a diagnosing means 32 that detects an NOx discharge state from the NOx adsorption catalyst based on an output from the NOx sensor in discharging NOx and diagnoses degradation of the NOx adsorption catalyst based on it. The oxygen concentration control means controls the oxygen concentration to be 0.3% or lower or 0.5% or higher during the degradation diagnosis. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気浄化装置に関し、詳細には、エンジン等の排気からNOx(窒素酸化物)を除去する排気浄化装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
リーンバーンによる運転を行う自動車等の排気浄化装置として、排気ガス中の酸素濃度が高い状態でNOxを吸着し、排気ガス中の酸素濃度が低くなると吸着していたNOxを放出するNOx吸着触媒を備えた装置が知られている。NOx吸着触媒のNOx吸着量には限界があるので、このような装置では、NOx吸着触媒が飽和量までNOxを吸着すると、リーンバーンによる運転状態から、理論空燃比近傍でエンジンを運転状態に移行する等して排気ガス中の酸素濃度を低下させて、NOx吸着触媒からNOxを放出させるとともに、これを還元して浄化する処理が行われる。
【0003】
また、この処理の際、NOx吸着触媒の下流側に設けたNOxセンサによって下流側のNOx量を検出し、この検出結果に基づいて、NOx吸着触媒の劣化状態を診断するNOx吸着触媒の劣化状態を診断する装置が知られている(特開2000−337131)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、本件発明の発明者は、上記装置等で劣化状態が診断されている酸素濃度の領域では、NOxセンサによるNOx検出が適切に行われず、その結果、上記診断が不正確になることを見出した。そして、この問題について検討した結果、NOxを検出する検出子を保護するために設けられた金属カバーに含まれる金属が、この酸素濃度の領域で触媒として作用し、検出すべきNOxをCO、H2、HC等の還元ガスと反応させてしまい、検出子に到達するNOxが減少すること等が原因であることを見出した。
【0005】
本発明はこのような状況においてなされたものであり、NOx吸着触媒の劣化診断を正確に行うことができる排気浄化装置を提供することを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本件出願の発明によれば、排気通路に配置され、排気ガス中の酸素濃度に応じてNOxを吸着または放出するNOx吸着触媒と、該NOx吸着触媒の下流側に配置され金属のカバーを有するNOxセンサと、前記NOx吸着触媒のNOx吸着量が所定量に達したとき、前記酸素濃度を制御して前記NOx吸着触媒からNOxを放出させる酸素濃度制御手段と、前記NOx放出時に前記NOxセンサからの出力に基いて前記NOx吸着触媒からのNOx放出状態を検出し、これに基づいて前記NOx吸着触媒の劣化診断を行う診断手段と、を備え、前記酸素濃度制御手段は、前記劣化診断中は前記酸素濃度を0.3以下または0.5%以上の濃度に制御する、ことを特徴とする排気浄化装置が提供される。
【0007】
このような構成を有する排気浄化装置によれば、劣化診断中、排気ガス中の酸素濃度が、金属カバーに含まれる金属による触媒作用が生じにくい範囲に設定されるので、NOxセンサがNOx触媒の下流側のNOx濃度を正確に測定することができる。この結果、このNOx吸着触媒センサの出力に基づいたNOx吸着触媒の劣化診断も正確に行われる。
【0008】
本発明の好ましい態様によれば、前記酸素濃度制御手段は、前記劣化診断中は前記酸素濃度を0.1以下または0.5%以上に制御する。また、本発明の他の好ましい態様によれば、前記酸素濃度制御手段は、前記劣化診断中は前記酸素濃度を0%に制御する。
【0009】
本発明のもう一つの好ましい態様によれば、前記NOx吸着触媒は、酸素濃度が高い状態でNOxを吸着し酸素濃度が低い状態で吸着していたNOxを放出するNOx吸着材と、該NOx吸着材から放出されたNOxを浄化させる触媒金属とを備え、前記診断手段は、前記NOx吸着材および触媒金属の少なくとも一方の劣化を診断する。
【0010】
本発明のもう一つの好ましい態様によれば、前記酸素濃度制御手段は、前記劣化診断終了後の所定期間、前記酸素濃度を、0.1ないし0.6%の範囲に制御する。
【0011】
本発明の好ましいもう一つの好ましい態様によれば、前記酸素濃度制御手段は、前記所定期間経過後、排気ガス中の酸素濃度を、0.1ないし0.6%の範囲に制御する。このような構成によれば、劣化診断終了後は、燃費を重視した運転状態に移行することになる。
【0012】
本発明のもう一つの好ましい態様によれば、前記酸素濃度制御手段は、前記診断手段による診断結果に基づいて、前記酸素濃度制御の内容を変更する。このような構成によれば、NOx吸着触媒の劣化の程度に応じて、NOx放出量が制御されるので、排気系外に排出される排気ガス中のNOx量を抑えることができる。
【0013】
本発明のもう一つの態様によれば、エンジンの排気通路に配置され、排気ガス中の酸素濃度に応じてNOxを吸着または放出するNOx吸着触媒と、該NOx吸着触媒の下流側に配置され金属のカバーを有するNOxセンサと、前記NOx吸着触媒のNOx吸着量が所定量に達したとき、前記酸素濃度を制御して前記NOx吸着触媒からNOxを放出させる酸素濃度制御手段と、前記NOx放出時に前記NOxセンサからの出力に基いて前記NOx吸着触媒からのNOx放出状態を検出し、これに基づいて前記NOx吸着触媒の劣化診断を行う診断手段と、を備え、前記酸素濃度制御手段は、前記診断手段による劣化診断中は、前記金属がNOxに対する触媒作用を生じさせない第1の値に前記酸素濃度を制御し、その後一定時間、前記酸素濃度を前記第1の値より高い第2の値に制御する、ことを特徴とする排気浄化装置が提供される。
【0014】
このような構成によれば、NOx吸着触媒の劣化診断中は、NOxセンサのカバーを構成する金属が触媒作用を起こしにくくなり、NOxセンサが排気ガス中のNOxを正確に計測することができる。
【0015】
本発明の好ましい態様によれば、前記第2の値は、0.1ないし0.6%の範囲である。
【0016】
【発明の実施の形態】
次に、図面を参照して本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。図1は、本発明の好ましい実施形態のエンジンの排気浄化装置を備えた自動車用火花点火式のエンジンシステム100の構成を概略的に示す図面である。
【0017】
エンジンシステム100は、エンジン本体1を備えている。このエンジンシステムでは、所定の運転状態で、空燃比が14.7より高く設定されるリーンバーン運転が行なわれる。エンジン本体1は、複数の気筒2(1本のみを図示する)と、この気筒2内に往復動可能に配置されたピストン3とを備え、気筒2とピストン3とによって燃焼室4が形成されている。燃焼室4の上部には、点火回路5に接続された点火プラグ6が燃焼室4に臨むように取付けられ、さらに、燃焼室4に燃料を直接噴射するインジェクタ7が取り付けられている。
【0018】
このインジェクタ7には、高圧燃料ポンプ、プレッシャレギュレータ等を有する燃料供給回路が接続されている。この燃料供給回路によって燃料タンクからの燃料が適正な圧力に調整されてインジェクタ7に供給される。また、燃料供給回路には、燃料圧力を検出する燃圧センサ8が取付けられている。
【0019】
燃焼室4は、吸気弁9が設けられた吸気ポートを介して吸気通路10に連通している。この吸気通路10には、その上流側から順に、吸気を濾過するエアクリーナ11と、吸入空気量を検出するエアフローメータ12と、吸気通路10を絞る電気式スロットル弁13と、サージタンク14とが設けられている。電気式スロットル弁13は、モータ15により開閉駆動されるように構成されている。さらに、電気式スロットル弁13の近傍には、その開度を検出するスロットル開度センサ16が配置され、また、サージタンク14には、吸気圧を検出する吸気圧センサ17が取付けられている。
【0020】
吸気通路10は、サージタンク14より下流の部分が、気筒毎に分岐した独立通路とされている。各独立通路の下流端部は、2つに分割され、それぞれが同一気筒の吸気ポートに連結され、その一方にスワール弁18が設けられている。このスワール弁18は、アクチュエータ19によって駆動される。スワール弁18が閉じると、吸気は他方の分岐通路のみから燃焼室4に供給され、燃焼室4内に強い吸気スワールが生成される。また、スワール弁18の近傍には、スワール弁18の開度を検出するスワール弁開度センサ20が設けられている。
【0021】
燃焼室4には、排気弁21が設けられた排気ポートを介して排気通路22が接続され、各気筒からの排気通路22は下流側で合流している。合流した排気通路22には、上流側から順に、排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサ(Oセンサ)24と、NOxを吸着するNOx吸着触媒25、NOxセンサ26とが設けられている。NOx吸着触媒25は、リーンバーン運転などの排気ガス中の酸素濃度が高い状態でNOxを吸着し、酸素濃度が低い状態になると吸着していたNOxを放出するNOx吸着材と、NOx吸着材から放出されたNOxを還元浄化させる触媒金属(貴金属)とを備えたNOx吸収還元タイプのNOxトラップ触媒である。
【0022】
NOx吸着触媒25は、コージェライト製のハニカム構造の担体を備え、この担体に形成された各貫通孔の壁面には、内側触媒層がコーティングされ、内側触媒層上に外側触媒層がコーティングされている。
【0023】
NOx吸収触媒機能を備える内側触媒層では、白金等の貴金属とBa等のNOx吸収材とが、多孔質材料であるアルミナ、セリア等のサポート材に担持されている。また、NOx還元機能を備える外側触媒層には、白金、ロジウム等の触媒金属と、場合によっては、Ba等のNOx吸収材とが、多孔質材料であるゼオライト等のサポート材に担持されている。
【0024】
このNOx吸着触媒25のNOx吸着量には限界がある。本実施形態は、NOxセンサ26による排気ガス中のNOx検出値が所定のしきい値を越えると、NOx吸着触媒のNOx吸着が飽和に達したと判定し、排気ガス中の酸素濃度を高めてNOx吸着材からNOxを放出させる処理(リッチスパイク処理)を行うように構成されている。
【0025】
図2は、NOxセンサ26の構造を示す概略的な断面図である。図2に示されているように、NOxセンサ26は、第1カバー26aおよび第2カバー26bに覆われた検出子26cを備えている。検出子26cは、排気ガス中のNOx濃度に応じた出力を生じさせる。第1カバー26aと第2カバー26bは、検出子を熱衝撃、排気ガス中の不純物から保護する機能を有し、SUSなどのステンレス鋼で構成されている。また、第1カバー26aと第2カバー26bとのそれぞれには、相互にオフセットした開口部26d、26eが形成され、矢印Aで示されるように、検出子26cに排気ガスが導入されるように構成されている。
【0026】
排気通路22には、排気ガスの一部を吸気系に還流させるEGR通路27の上流端が、酸素濃度センサ24の上流側位置に接続されている。EGR通路27の下流端は、スロットル弁13とサージタンク14との間で吸気通路10に接続されている。また、EGR通路27には、開度が電気的に調整可能であるEGR弁28と、EGR弁28のリフト量を検出するリフトセンサ29とが設けられ、これらにより排気還流手段が構成されている。
【0027】
更に、排気通路22には、吸気の一部を、吸気通路10からNOx吸着触媒25の上流側位置に送り込む2次エア供給通路30が接続されている。この2次エア供給通路30には、制御可能な流量調整弁31が設けられている。
【0028】
エンジンシステム100は、さらに、システム全体の制御を行うECU(電子制御ユニット)32を備えている。このECU34には、エアフローセンサ12、スロットル開度センサ16、吸気圧センサ17、スワール制御弁開度センサ20、酸素濃度センサ24、EGR弁28のリフトセンサ29からの信号が入力される。ECU32には、さらに、エンジン本体1の冷却水温度を検出する水温センサ33、吸気温度を検出する吸気温度センサ34、大気圧を検出する大気圧センサ35、エンジン回転数を検出する回転数センサ36、および、アクセルペダルの開度(アクセル操作量)を検出するアクセル開度センサ37からの信号等も入力される。
【0029】
ECU32は、エンジンの運転状態に応じてインジェクタ7から噴射される燃料の噴射状態を制御する燃料噴射制御、点火プラグ6による混合気の点火時期を制御する点火時期制御、NOx吸着触媒25のNOx吸着量が所定量に達すると排気ガス中の酸素濃度を制御して、NOx吸着触媒25からNOxを放出させるリッチスパイク制御、このリッチスパイク時のNOx放出状態からNOx吸着触媒25の劣化度合いを診断する劣化診断制御等を行う。
【0030】
燃料噴射制御では、エンジンの運転状態に応じて燃料噴射を制御するように構成されている。本実施形態では、低負荷低回転から中回転中負荷の運転領域では、インジェクタ7から圧縮行程の所定時期に燃料を一括噴射して点火プラグ6の近傍に混合気を偏在させた状態で燃焼させ、燃焼室4内における混合気の空燃比を30程度のリーン状態とする成層燃焼モード用の燃焼制御が実行される。また、この成層燃焼モードの領域より高負荷側の領域では、吸気行程と圧縮行程との2回の燃料噴射でλ=1付近の空燃比とした燃焼モード用の燃焼制御が実行される。さらに、高負荷高回転の運転領域では、インジェクタ7から吸気行程で燃料を一括噴射させ燃焼室4内の空燃比をリッチ状態とした均一燃焼モード用の燃焼制御が行われる。
【0031】
リーン状態の燃焼で多く発生するNOxは、下流側に設けられたNOx吸着触媒25によって吸着される。本実施形態では、NOxセンサ26の出力信号に基づいて、NOx吸着触媒25のNOx吸着量を推定し、NOx吸着触媒25のNOx吸着が飽和したと判断されると、空燃比制御等を実行することによって排気ガス中の酸素濃度を例えば0.3%以下に減少させ、NOx吸着触媒25からNOxを放出させる制御(リッチスパイク制御)を行う。さらに、このときのNOxセンサ26からの出力信号に基づいて、NOx吸着触媒25の劣化判定を併せて行う。本実施形態では、NOx吸着触媒25が劣化していたと診断されたとき、これを乗員に知らせる警告灯等を含む表示手段41が設けられている。
【0032】
次に、NOx吸着触媒25の劣化診断制御の前提となるリッチスパイク処理の際、ECU32が行うエンジン制御の処理を、図3のフローチャートに沿って説明する。この制御は、上述した燃焼状態のうち、リーンバーンによる燃焼において行われる。
【0033】
まず、ステップS1において、エアフローセンサ12、酸素濃度センサ24、NOxセンサ26、水温センサ33、吸気温センサ34、大気圧センサ35、回転数センサ36およびアクセル開度センサ37等の出力信号が入力される。
【0034】
次いで、ステップS2で、NOxセンサ26の出力値NOxexが、所定のしきい値NOexoより大きいか否かが判定される。このしきい値NOexoは、NOx吸着触媒25のNOx吸着量が飽和しているか否かを判定するための値である。ステップS2でYESのときには、NOxセンサ26が飽和量までNOxを吸着しており、NOxを放出させる処理を行う必要があることを示しているので、NOxを放出させるリッチスパイク処理を開始する。
【0035】
まず、ステップS3に進みタイマの値Tに1を加えた後、ステップS4で進み、スロットルバルブ開度Tvをリッチスパイク制御用のスロットルバルブ開度Tvλに設定する。リッチスパイク制御では、リッチ状態での燃焼とし、排気ガス中の酸素濃度を低下させる制御であるので、リッチスパイク制御用のスロットルバルブ開度Tvλは、リーンバーンによる燃焼時より小さい値となる。
【0036】
次いで、ステップS5で、リッチスパイク制御用のスロットルバルブ開度Tvλとなるようにスロットル弁を駆動させる。ステップS6で、タイマの値TがT1を未満であるか否かが判定される。タイマの値TがT1を未満であるときには、ステップS7に進み、リッチスパイク用の燃料噴射量、燃料噴射時期、点火タイミングが設定される。本実施形態では、リッチスパイク制御時には、燃料を吸気行程と圧縮行程の2回に分けて噴射する分割噴射が行われる。従って、燃料噴射量として、吸気行程での噴射量Qλs1と、圧縮行程での噴射量Qλs2が設定される。また、燃料噴射時期として、吸気行程での噴射時期Iλs1と、圧縮行程での噴射時期Iλs2が設定される。さらに、点火時期として、θλsが設定される。
【0037】
このとき、本実施形態では、排気ガス中の酸素濃度が0.3%以下になるような14.5以下の空燃比に対応する総噴射量すなわち噴射量Qλs1とQλs2との和が設定される。また、排気ガス中の酸素濃度が0.1%以下になるような14.3以下の空燃比に対応する燃料噴射量が設定されるのが好ましく、排気ガス中の酸素濃度が略0.1%以下になるような14.3以下の空燃比に対応する燃料噴射量が設定されるのがより好ましい。尚、Qλs1とQλs2とは等しい値に設定されるのが好ましい。
【0038】
次いで、ステップS8に進み、ステップS7で設定された燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期に基づいて、燃料噴射、点火が実行される。この結果、リーンバーンであった燃焼がリッチ側の燃焼に移行し、排気ガス中の酸素濃度が大きく低下する。この結果、NOx吸着触媒25からNOxが放出される。後述するように、本実施形態では、このNOx放出状態に基づいて、NOx吸着触媒25の劣化診断が行われる。
【0039】
SUS等のステンレス鋼で作られたカバーを備えた本実施形態のNOxセンサ26では、図4に示されているように、排気ガス中のNOx濃度が同一であっても、酸素濃度によって出力値が変動する。NOxセンサの出力値は、酸素濃度が0%(空燃比14.0程度の場合の排気ガスに相当)ないし0.6%(空燃比14.8程度の場合の排気ガスに相当)の間で低下しており、酸素濃度0.4%(空燃比14.6程度の排気ガスに相当)近傍で最も低くなる。
【0040】
上述したように、本実施形態では、NOx吸着触媒25の劣化診断が行われるリッチスパイク制御時には、排気ガス中の酸素濃度が0.3%以下、好ましくは0.1%以下、より好ましくは0%になるように燃料の総噴射量が設定される。この結果、NOxセンサ26の出力値がNOxセンサの金属製カバーの影響を受けない範囲まで、排気ガス中の酸素濃度が低下するので、NOxセンサ26の出力値に基づいたNOx吸着触媒25の劣化診断が正確に行われることになる。
【0041】
ステップS6でYES、即ち、ステップS7、ステップS8の処理が所定期間T1中、継続されていたときには、ステップS9に進み、タイマの値Tが、第1の所定期間T1より長い第2の所定期間T2未満であるであるか否かが判定される。ステップS9でYES即ち所定期間T1は経過したが所定期間T2は経過していないときには、ステップS10に進み、空燃比14.7(λ=1)用の燃料噴射量、燃料噴射時期、点火タイミングが設定される。本実施形態では、リッチスパイク制御中のλ=1の燃焼においても、燃料を吸気行程と圧縮行程の2回に分けて噴射する分割噴射が行われる。従って、燃料噴射量として、吸気行程での噴射量Qλ1と、圧縮行程での噴射量Qλ2が設定される。また、燃料噴射時期としては、吸気行程での噴射時期Iλ1と、圧縮行程での噴射時期Iλ2が設定される。さらに、点火時期として、θλが設定される。本実施形態では、この制御時には、空燃比が14.6ないし14.8になるように、好ましくは14.7になるように、1サイクル当たりの総噴射量すなわち噴射量Qλ1とQλ2との和が設定される。また、Qλ1とQλ2とは等しい値に設定されるのが好ましい。この空燃比14.6であれば排気ガス中の酸素濃度は0.4%程度、空燃比14.7であれば排気ガス中の酸素濃度は0.5%程度、空燃比14.8であれば排気ガス中の酸素濃度は0.6%程度になる。また、排気ガス中の酸素濃度が、0.1ないし0.6%となるように、空燃比を設定してもよい。
【0042】
次いで、ステップS8に進み、ステップS10で設定された燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期に基づいて、燃料噴射、点火が実行される。この結果、空燃比14.7(λ=1)近傍での燃焼が行われ、排気ガス中の酸素濃度は、リーン運転時より低い状態となる。NOx吸着触媒25からは、NOxが放出され続けることになる。ステップS2でNOのときには、ステップS11に進み、タイマがカウント中であるか否かを判定し、YESのときには、ステップS3に進む。ステップS11でNOのときには、ステップS12に進み、スロットルバルブ開度Tvをリーンバーン用のスロットルバルブ開度Tvに設定し、ステップS13で設定されたスロットルバルブ開度Tvに基づいてスロットルバルブを駆動させる。
【0043】
次いで、ステップS14に進み、リーンバーン用の燃料噴射量Q、燃料噴射時期I、点火タイミングθが設定される。尚、本実施形態では、リーンバーン制御時には、圧縮行程での一括噴射で成層リーン燃焼が行われる。次いで、ステップS8に進み、ステップS14で設定された燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期に基づいて、燃料噴射、点火が実行される。
【0044】
以上のように、リーンバーンの運転中に、NOxセンサ26の出力値がNOxexoを越えたことによって、NOx吸着触媒25のNOx吸着量が飽和量に達したと判定されると(図5(a))、第1の所定期間T1の間は、空燃比を14.5よりリッチ側の値(好ましくは、14.3近傍)に設定し、第1の所定期間T1終了後且つ第2の所定期間T2前までは、空燃比を14.7近傍の値に設定する制御が行われる(図5(b))。本実施形態では、この第1の所定期間T1のNOx放出状態に基づいて、NOx吸着触媒25の劣化状態を診断する。
【0045】
次に、ECU32が行うNOx吸着触媒25の劣化診断の内容を、図6のフローチャートに沿って説明する。
【0046】
まず、ステップS21で、NOxセンサ26の出力値NOxexが、所定のしきい値NOxexoより大きいか否かが判定される。ステップS21でYESのときには、上述したようなNOxを放出させるリッチスパイク制御が開始される。次いで、ステップS22に進み、上記ステップS3で設定されたタイマの値Tが、所定期間T1未満であるか否かが判定される。
【0047】
ステップS22でYES、即ち、TがT1未満であるときには、ステップS23に進み、NOxセンサ26の出力値NOxexを記憶してリターンする。ステップS22でNO、即ち、タイマの値TがT1以上であるときには、ステップS24に進み、記憶されているNOxセンサ26の出力値NOxex(1、...、n)の最大値NOxmaxを抽出する。さらに、ステップS25で、NOxex(1、...、n)の積算値NOxαを算出する。
【0048】
次いで、ステップS26に進み、NOx吸着触媒25のBa等のNOx吸着材の劣化判定用しきい値であるNOxβと、NOx吸着触媒25の内側触媒層の貴金属の劣化判定用しきい値であるNOxmax0とを設定する。NOx吸着触媒25からのNOxの放出状態は排気ガスの流量等の影響を受けるので、これらのしきい値は、運転状態に応じて設定される。本実施形態では、吸着空気量Ceまたはエンジン回転数Neが大きいほど、NOxβとNOxmax0とが大きくなる図7のマップに従って、NOxβとNOxmax0が設定される。
【0049】
次いで、ステップS27で、ステップS25で算出されたNOxαが、NOx吸着触媒25に含まれる貴金属の劣化診断用のしきい値NOxβより大きいか否かを判定する。ステップS27でYESのときには、NOx吸着触媒の含まれている貴金属が劣化していると診断され、ステップS28に進み、警告灯などの表示手段41による警告が行われ処理を終了する。
【0050】
また、ステップS27でNOのときにはステップS29に進み、ステップS24で抽出されたNOx放出量の最大値NOxmaxが、Ba等のNOx吸着材の劣化診断用のしきい値NOxmax0より大きいか否かを判定する。ステップS29でYESのときには、Ba等のNOx吸着材が劣化していると診断され、ステップS28に進み、警告灯などの表示手段41による警告が行われ処理を終了する。
【0051】
また、ステップS29でNOのときには、NOx吸着触媒25は劣化していないと診断され、NOxmax、NOxα、NOxex(1,…、n)等の記憶されていた値がクリアし、リターンされる。
【0052】
又、ステップS21でNOのときには、ステップS31に進み、タイマがカウント中であるか否かを判定し、YESのときにはステップS22に進み、NOのときにはリターンする。
【0053】
本発明は、上記実施形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された技術事項の範囲内で種々の変更又は変形が可能である。
また、上記劣化診断の結果に基づいて、リッチスパイク制御の期間、例えば、T2の終了時期を変更する制御を行うように構成しても良い。
【0054】
上記実施形態では、リッチスパイク制御の際に、空燃比を変更して排気ガス中の酸素濃度を低下させる構成であったが、他の手法、例えば、膨張行程における後噴射によって、排気ガス中の酸素濃度を低下させる構成でも良い。
【0055】
上記実施形態では、リッチスパイク時の初期の所定期間T1におけるNOxexに基づいてNOx吸着触媒の劣化診断を行ったが、T1経過後のλ=1燃焼時、所定期間T2全体、または、その後のリーン運転期間におけるNOxexに基づいてNOx吸着触媒の劣化診断を行う構成でもよい。
【0056】
また、NOx吸着触媒の種類によっては、リッチスパイク時に上記実施形態のように空燃比14.3以下に制御しても、制御開始後、NOx吸着触媒の下流側の酸素濃度が所望の領域まで直ちに低下せず、排気ガス中の酸素濃度が0.3から0.5%程度である期間が生じる場合がある。このため、リッチスパイク制御が開始され、且つ、排気ガス中の酸素濃度が、例えば0.3から0.5%の領域より低くなったときをT1の起算時とし、且つ、この時点でタイマのカウントを開始してもよい。
【0057】
更に、上記実施形態では、NOx吸着触媒のNOx吸着触媒と貴金属の両者の劣化を診断する装置であったが、何れか一方を診断する装置でもよい。
【0058】
【発明の効果】
以上のように、本件発明によれば、NOx吸着触媒の劣化診断を正確に行うことができる排気浄化装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の好ましい実施形態の排気浄化装置を備えたエンジンシステムの概略構成図である。
【図2】本発明の実施形態のNOxセンサの構成を示す断面図である。
【図3】リッチスパイク制御の際にECUで行われるエンジン制御の処理内容を示すフローチャートである。
【図4】同一のNOx濃度における、酸素濃度とNOxセンサの出力値との関係を示すグラフである。
【図5】排気ガス中の酸素濃度と、NOx吸着触媒からのNOx放出量の関係を示すタイムチャートである。
【図6】NOx吸着触媒の劣化診断制御の際にECUで行われる処理の内容を示すフローチャートである。
【図7】劣化判定用のしきい値設定用のマップの一例である。
【符号の説明】
1:エンジン本体
24:酸素濃度センサ
25:NOx吸着触媒
26:NOxセンサ
32:ECU
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust gas purification device, and more particularly to an exhaust gas purification device for removing NOx (nitrogen oxide) from exhaust gas of an engine or the like.
[0002]
[Prior art]
As an exhaust purification device for an automobile or the like that operates by lean burn, a NOx adsorption catalyst that adsorbs NOx when the oxygen concentration in the exhaust gas is high and releases the adsorbed NOx when the oxygen concentration in the exhaust gas becomes low is used. Apparatus equipped with are known. Since there is a limit to the amount of NOx adsorbed by the NOx adsorbing catalyst, in such a device, when the NOx adsorbing catalyst adsorbs NOx to the saturation amount, the engine shifts from an operation state by lean burn to an operation state near the stoichiometric air-fuel ratio. For example, a process of reducing the oxygen concentration in the exhaust gas to release NOx from the NOx adsorption catalyst and reducing and purifying the NOx is performed.
[0003]
In this process, the amount of NOx on the downstream side is detected by a NOx sensor provided on the downstream side of the NOx adsorption catalyst, and the deterioration state of the NOx adsorption catalyst is diagnosed based on the detection result. A device for diagnosing is known (JP-A-2000-337131).
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the inventor of the present invention has found that NOx detection by a NOx sensor is not properly performed in an oxygen concentration region where the deterioration state is diagnosed by the above-described device or the like, and as a result, the diagnosis becomes inaccurate. Was. As a result of studying this problem, the metal contained in the metal cover provided to protect the detector for detecting NOx acts as a catalyst in this oxygen concentration region, and the NOx to be detected is CO, H2 The reaction was caused by reacting with a reducing gas such as HC and reducing NOx reaching the detector.
[0005]
The present invention has been made in such a situation, and it is an object of the present invention to provide an exhaust gas purification device capable of accurately performing a deterioration diagnosis of a NOx adsorption catalyst.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
According to the invention of the present application, a NOx adsorption catalyst that is disposed in an exhaust passage and adsorbs or releases NOx according to the oxygen concentration in exhaust gas, and a NOx that is disposed downstream of the NOx adsorption catalyst and has a metal cover A sensor, oxygen concentration control means for releasing the NOx from the NOx adsorption catalyst by controlling the oxygen concentration when the NOx adsorption amount of the NOx adsorption catalyst reaches a predetermined amount, and an oxygen concentration control means for releasing the NOx from the NOx sensor when the NOx is released. Diagnostic means for detecting a state of NOx release from the NOx adsorption catalyst based on the output, and performing a deterioration diagnosis of the NOx adsorption catalyst based on the detected state.The oxygen concentration control means includes: An exhaust emission control device is provided, wherein the oxygen concentration is controlled to a concentration of 0.3 or less or 0.5% or more.
[0007]
According to the exhaust gas purification apparatus having such a configuration, during the deterioration diagnosis, the oxygen concentration in the exhaust gas is set to a range in which the catalytic action of the metal included in the metal cover is unlikely to occur. The NOx concentration on the downstream side can be accurately measured. As a result, the deterioration diagnosis of the NOx adsorption catalyst based on the output of the NOx adsorption catalyst sensor is also accurately performed.
[0008]
According to a preferred aspect of the present invention, the oxygen concentration control means controls the oxygen concentration to 0.1 or less or 0.5% or more during the deterioration diagnosis. According to another preferred aspect of the present invention, the oxygen concentration control means controls the oxygen concentration to 0% during the deterioration diagnosis.
[0009]
According to another preferred embodiment of the present invention, the NOx adsorption catalyst adsorbs NOx at a high oxygen concentration and releases NOx adsorbed at a low oxygen concentration. A catalyst metal for purifying NOx released from the material; and the diagnosis unit diagnoses deterioration of at least one of the NOx adsorbent and the catalyst metal.
[0010]
According to another preferred aspect of the present invention, the oxygen concentration control means controls the oxygen concentration in a range of 0.1 to 0.6% for a predetermined period after the end of the deterioration diagnosis.
[0011]
According to another preferred embodiment of the present invention, the oxygen concentration control means controls the oxygen concentration in the exhaust gas within a range of 0.1 to 0.6% after the lapse of the predetermined period. According to such a configuration, after completion of the deterioration diagnosis, the operation state shifts to an operation state in which fuel efficiency is emphasized.
[0012]
According to another preferred aspect of the present invention, the oxygen concentration control means changes the content of the oxygen concentration control based on a diagnosis result by the diagnosis means. According to such a configuration, since the NOx release amount is controlled according to the degree of deterioration of the NOx adsorption catalyst, the NOx amount in the exhaust gas discharged to the outside of the exhaust system can be suppressed.
[0013]
According to another aspect of the present invention, a NOx adsorption catalyst that is disposed in an exhaust passage of an engine and adsorbs or releases NOx according to the oxygen concentration in exhaust gas, and a metal that is disposed downstream of the NOx adsorption catalyst A NOx sensor having a cover, oxygen concentration control means for controlling the oxygen concentration to release NOx from the NOx adsorption catalyst when the NOx adsorption amount of the NOx adsorption catalyst reaches a predetermined amount, and Diagnostic means for detecting a state of NOx release from the NOx adsorption catalyst based on an output from the NOx sensor, and performing deterioration diagnosis of the NOx adsorption catalyst based on the state; and During the deterioration diagnosis by the diagnosis means, the oxygen concentration is controlled to a first value at which the metal does not cause a catalytic action on NOx. Controlling the degree to higher second value than the first value, the exhaust gas purification device is provided, characterized in that.
[0014]
According to such a configuration, during deterioration diagnosis of the NOx adsorption catalyst, the metal forming the cover of the NOx sensor is less likely to cause a catalytic action, and the NOx sensor can accurately measure NOx in the exhaust gas.
[0015]
According to a preferred embodiment of the present invention, the second value is in the range of 0.1 to 0.6%.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a drawing schematically showing a configuration of a spark ignition type engine system 100 for an automobile equipped with an engine exhaust gas purification apparatus according to a preferred embodiment of the present invention.
[0017]
The engine system 100 includes an engine body 1. In this engine system, a lean burn operation in which the air-fuel ratio is set higher than 14.7 is performed in a predetermined operating state. The engine main body 1 includes a plurality of cylinders 2 (only one is shown) and a piston 3 reciprocally arranged in the cylinder 2, and a combustion chamber 4 is formed by the cylinder 2 and the piston 3. ing. An ignition plug 6 connected to an ignition circuit 5 is mounted above the combustion chamber 4 so as to face the combustion chamber 4, and an injector 7 for directly injecting fuel into the combustion chamber 4 is mounted.
[0018]
A fuel supply circuit having a high-pressure fuel pump, a pressure regulator, and the like is connected to the injector 7. The fuel from the fuel tank is adjusted to an appropriate pressure by the fuel supply circuit and supplied to the injector 7. The fuel supply circuit is provided with a fuel pressure sensor 8 for detecting a fuel pressure.
[0019]
The combustion chamber 4 communicates with an intake passage 10 via an intake port provided with an intake valve 9. The intake passage 10 is provided with an air cleaner 11 for filtering intake air, an air flow meter 12 for detecting an intake air amount, an electric throttle valve 13 for restricting the intake passage 10, and a surge tank 14 in this order from the upstream side. Has been. The electric throttle valve 13 is configured to be opened and closed by a motor 15. Further, a throttle opening sensor 16 for detecting the opening of the electric throttle valve 13 is disposed in the vicinity of the electric throttle valve 13, and an intake pressure sensor 17 for detecting an intake pressure is attached to the surge tank 14.
[0020]
In the intake passage 10, a portion downstream of the surge tank 14 is an independent passage branched for each cylinder. The downstream end of each independent passage is divided into two, each connected to an intake port of the same cylinder, and a swirl valve 18 is provided on one of them. This swirl valve 18 is driven by an actuator 19. When the swirl valve 18 is closed, intake air is supplied to the combustion chamber 4 only from the other branch passage, and strong intake swirl is generated in the combustion chamber 4. Further, a swirl valve opening sensor 20 for detecting the opening of the swirl valve 18 is provided near the swirl valve 18.
[0021]
An exhaust passage 22 is connected to the combustion chamber 4 via an exhaust port provided with an exhaust valve 21, and the exhaust passages 22 from the respective cylinders are joined on the downstream side. An oxygen concentration sensor (O 2) for detecting the oxygen concentration in the exhaust gas is sequentially provided to the merged exhaust passage 22 from the upstream side. 2 Sensor) 24, a NOx adsorption catalyst 25 that adsorbs NOx, and a NOx sensor 26. The NOx adsorbing catalyst 25 adsorbs NOx when the oxygen concentration in the exhaust gas is high such as lean burn operation, and releases the adsorbed NOx when the oxygen concentration becomes low. This is a NOx absorption-reduction type NOx trap catalyst including a catalytic metal (noble metal) for reducing and purifying released NOx.
[0022]
The NOx adsorption catalyst 25 includes a cordierite honeycomb-structured carrier, and a wall of each through hole formed in the carrier is coated with an inner catalyst layer, and an outer catalyst layer is coated on the inner catalyst layer. I have.
[0023]
In the inner catalyst layer having the NOx absorption catalytic function, a noble metal such as platinum and a NOx absorbent such as Ba are supported on a porous support material such as alumina or ceria. In the outer catalyst layer having the NOx reduction function, a catalyst metal such as platinum and rhodium and, in some cases, a NOx absorbent such as Ba are supported on a support material such as zeolite which is a porous material. .
[0024]
The NOx adsorption amount of the NOx adsorption catalyst 25 has a limit. In the present embodiment, when the detected value of NOx in the exhaust gas by the NOx sensor 26 exceeds a predetermined threshold value, it is determined that the NOx adsorption of the NOx adsorption catalyst has reached saturation, and the oxygen concentration in the exhaust gas is increased. It is configured to perform a process of releasing NOx from the NOx adsorbent (rich spike process).
[0025]
FIG. 2 is a schematic sectional view showing the structure of the NOx sensor 26. As shown in FIG. 2, the NOx sensor 26 includes a detector 26c covered by a first cover 26a and a second cover 26b. The detector 26c generates an output according to the NOx concentration in the exhaust gas. The first cover 26a and the second cover 26b have a function of protecting the detector from thermal shock and impurities in exhaust gas, and are made of stainless steel such as SUS. Openings 26d and 26e offset from each other are formed in each of the first cover 26a and the second cover 26b so that exhaust gas is introduced into the detector 26c as indicated by an arrow A. It is configured.
[0026]
An upstream end of an EGR passage 27 that recirculates a part of the exhaust gas to the intake system is connected to the exhaust passage 22 at a position upstream of the oxygen concentration sensor 24. The downstream end of the EGR passage 27 is connected to the intake passage 10 between the throttle valve 13 and the surge tank 14. Further, the EGR passage 27 is provided with an EGR valve 28 whose opening can be electrically adjusted and a lift sensor 29 for detecting a lift amount of the EGR valve 28, and these constitute an exhaust gas recirculation means. .
[0027]
Further, a secondary air supply passage 30 that feeds a part of the intake air from the intake passage 10 to a position on the upstream side of the NOx adsorption catalyst 25 is connected to the exhaust passage 22. The secondary air supply passage 30 is provided with a controllable flow regulating valve 31.
[0028]
The engine system 100 further includes an ECU (electronic control unit) 32 for controlling the entire system. The ECU 34 receives signals from the air flow sensor 12, the throttle opening sensor 16, the intake pressure sensor 17, the swirl control valve opening sensor 20, the oxygen concentration sensor 24, and the lift sensor 29 of the EGR valve 28. The ECU 32 further includes a water temperature sensor 33 for detecting a cooling water temperature of the engine body 1, an intake air temperature sensor 34 for detecting an intake air temperature, an atmospheric pressure sensor 35 for detecting an atmospheric pressure, and a rotational speed sensor 36 for detecting an engine rotational speed. , And a signal from an accelerator opening sensor 37 for detecting the opening of the accelerator pedal (accelerator operation amount) is also input.
[0029]
The ECU 32 controls fuel injection to control the injection state of the fuel injected from the injector 7 according to the operation state of the engine, ignition timing control to control the ignition timing of the air-fuel mixture by the ignition plug 6, and NOx adsorption of the NOx adsorption catalyst 25. When the amount reaches a predetermined amount, rich spike control is performed to release the NOx from the NOx adsorption catalyst 25 by controlling the oxygen concentration in the exhaust gas, and the degree of deterioration of the NOx adsorption catalyst 25 is diagnosed from the NOx release state at the time of the rich spike. Perform deterioration diagnosis control and the like.
[0030]
The fuel injection control is configured to control the fuel injection according to the operating state of the engine. In the present embodiment, in the operation range of low load and low rotation to medium rotation and medium load, fuel is injected collectively from the injector 7 at a predetermined timing of the compression stroke to burn the mixture in the vicinity of the ignition plug 6 in a state where the mixture is unevenly distributed. Then, the combustion control for the stratified charge combustion mode in which the air-fuel ratio of the air-fuel mixture in the combustion chamber 4 is in a lean state of about 30 is executed. Further, in the region on the higher load side than the region in the stratified combustion mode, combustion control for a combustion mode with an air-fuel ratio near λ = 1 is performed in two fuel injections of the intake stroke and the compression stroke. Further, in the high-load, high-speed operation region, the combustion control for the uniform combustion mode in which the fuel is collectively injected from the injector 7 in the intake stroke to make the air-fuel ratio in the combustion chamber 4 rich is performed.
[0031]
NOx, which is largely generated by the combustion in the lean state, is adsorbed by the NOx adsorption catalyst 25 provided on the downstream side. In the present embodiment, the NOx adsorption amount of the NOx adsorption catalyst 25 is estimated based on the output signal of the NOx sensor 26, and if it is determined that the NOx adsorption of the NOx adsorption catalyst 25 is saturated, the air-fuel ratio control and the like are executed. As a result, the oxygen concentration in the exhaust gas is reduced to, for example, 0.3% or less, and control for releasing NOx from the NOx adsorption catalyst 25 (rich spike control) is performed. Further, based on the output signal from the NOx sensor 26 at this time, the deterioration determination of the NOx adsorption catalyst 25 is also performed. In the present embodiment, when the NOx adsorption catalyst 25 is diagnosed as being deteriorated, a display means 41 including a warning light or the like for notifying an occupant of the deterioration is provided.
[0032]
Next, an engine control process performed by the ECU 32 at the time of the rich spike process, which is a premise of the deterioration diagnosis control of the NOx adsorption catalyst 25, will be described with reference to the flowchart of FIG. This control is performed in the combustion by lean burn among the above-mentioned combustion states.
[0033]
First, in step S1, output signals from the air flow sensor 12, the oxygen concentration sensor 24, the NOx sensor 26, the water temperature sensor 33, the intake air temperature sensor 34, the atmospheric pressure sensor 35, the rotation speed sensor 36, the accelerator opening sensor 37, and the like are input. You.
[0034]
Next, in step S2, it is determined whether or not the output value NOxex of the NOx sensor 26 is larger than a predetermined threshold value NOexo. This threshold value NOexo is a value for determining whether the NOx adsorption amount of the NOx adsorption catalyst 25 is saturated. If YES in step S2, it indicates that the NOx sensor 26 has adsorbed NOx up to the saturation amount, and it is necessary to perform the process of releasing NOx, so the rich spike process of releasing NOx is started.
[0035]
First, in step S3, 1 is added to the value T of the timer, and then in step S4, the throttle valve opening Tv is set to the throttle valve opening Tvλ for rich spike control. In the rich spike control, the combustion is performed in a rich state, and the oxygen concentration in the exhaust gas is reduced. Therefore, the throttle valve opening Tvλ for the rich spike control has a smaller value than that during the lean burn.
[0036]
Next, in step S5, the throttle valve is driven so as to attain the throttle valve opening Tvλ for rich spike control. In step S6, it is determined whether the timer value T is less than T1. When the timer value T is less than T1, the process proceeds to step S7, and the fuel injection amount, fuel injection timing, and ignition timing for rich spike are set. In the present embodiment, at the time of rich spike control, split injection is performed in which fuel is injected in two stages, an intake stroke and a compression stroke. Therefore, the injection amount Qλs1 during the intake stroke and the injection amount Qλs2 during the compression stroke are set as the fuel injection amount. Further, as the fuel injection timing, an injection timing Iλs1 in the intake stroke and an injection timing Iλs2 in the compression stroke are set. Further, θλs is set as the ignition timing.
[0037]
At this time, in the present embodiment, the total injection amount corresponding to the air-fuel ratio of 14.5 or less, that is, the sum of the injection amounts Qλs1 and Qλs2, is set such that the oxygen concentration in the exhaust gas becomes 0.3% or less. . Further, it is preferable to set a fuel injection amount corresponding to an air-fuel ratio of 14.3 or less so that the oxygen concentration in the exhaust gas becomes 0.1% or less. It is more preferable to set a fuel injection amount corresponding to an air-fuel ratio of 14.3 or less so as to be equal to or less than%. Preferably, Qλs1 and Qλs2 are set to the same value.
[0038]
Next, the process proceeds to step S8, where fuel injection and ignition are executed based on the fuel injection amount, fuel injection timing, and ignition timing set in step S7. As a result, the combustion that has been lean burn shifts to combustion on the rich side, and the oxygen concentration in the exhaust gas is greatly reduced. As a result, NOx is released from the NOx adsorption catalyst 25. As described later, in the present embodiment, the deterioration diagnosis of the NOx adsorption catalyst 25 is performed based on the NOx release state.
[0039]
In the NOx sensor 26 of this embodiment having a cover made of stainless steel such as SUS, as shown in FIG. 4, even if the NOx concentration in the exhaust gas is the same, the output value depends on the oxygen concentration. Fluctuates. The output value of the NOx sensor ranges from 0% (corresponding to exhaust gas when the air-fuel ratio is about 14.0) to 0.6% (corresponding to exhaust gas when the air-fuel ratio is about 14.8). It decreases and becomes lowest near the oxygen concentration of 0.4% (corresponding to exhaust gas having an air-fuel ratio of about 14.6).
[0040]
As described above, in the present embodiment, during the rich spike control in which the deterioration diagnosis of the NOx adsorption catalyst 25 is performed, the oxygen concentration in the exhaust gas is 0.3% or less, preferably 0.1% or less, more preferably 0% or less. % Is set as the total fuel injection amount. As a result, the oxygen concentration in the exhaust gas decreases to a range where the output value of the NOx sensor 26 is not affected by the metal cover of the NOx sensor, so that the deterioration of the NOx adsorption catalyst 25 based on the output value of the NOx sensor 26 is reduced. The diagnosis will be made accurately.
[0041]
If YES in step S6, that is, if the processes in steps S7 and S8 have been continued during the predetermined period T1, the process proceeds to step S9, where the timer value T is set to the second predetermined period longer than the first predetermined period T1. It is determined whether it is less than T2. If YES in step S9, that is, if the predetermined period T1 has elapsed but the predetermined period T2 has not elapsed, the process proceeds to step S10, where the fuel injection amount, fuel injection timing, and ignition timing for the air-fuel ratio 14.7 (λ = 1) are set. Is set. In the present embodiment, also in the combustion at λ = 1 during the rich spike control, the split injection is performed in which the fuel is injected in two stages, the intake stroke and the compression stroke. Therefore, the injection amount Qλ1 in the intake stroke and the injection amount Qλ2 in the compression stroke are set as the fuel injection amount. Further, as the fuel injection timing, an injection timing Iλ1 in the intake stroke and an injection timing Iλ2 in the compression stroke are set. Further, θλ is set as the ignition timing. In this embodiment, during this control, the sum of the total injection quantity per cycle, that is, the injection quantity Qλ1 and Qλ2, is set so that the air-fuel ratio is 14.6 to 14.8, preferably 14.7. Is set. Preferably, Qλ1 and Qλ2 are set to the same value. If the air-fuel ratio is 14.6, the oxygen concentration in the exhaust gas is about 0.4%. If the air-fuel ratio is 14.7, the oxygen concentration in the exhaust gas is about 0.5% and the air-fuel ratio is 14.8. For example, the oxygen concentration in the exhaust gas is about 0.6%. Further, the air-fuel ratio may be set so that the oxygen concentration in the exhaust gas is 0.1 to 0.6%.
[0042]
Next, the process proceeds to step S8, where fuel injection and ignition are executed based on the fuel injection amount, fuel injection timing, and ignition timing set in step S10. As a result, combustion is performed near the air-fuel ratio of 14.7 (λ = 1), and the oxygen concentration in the exhaust gas becomes lower than in the lean operation. NOx is continuously released from the NOx adsorption catalyst 25. When NO is determined in the step S2, the process proceeds to a step S11, and it is determined whether or not the timer is counting. When YES is determined, the process proceeds to a step S3. If NO in step S11, the process proceeds to step S12, in which the throttle valve opening Tv is set to the throttle valve opening Tv for lean burn, and the throttle valve is driven based on the throttle valve opening Tv set in step S13. .
[0043]
Next, the routine proceeds to step S14, where the fuel injection amount Q for lean burn, the fuel injection timing I, and the ignition timing θ are set. In this embodiment, during lean burn control, stratified lean combustion is performed by batch injection in the compression stroke. Next, the process proceeds to step S8, where fuel injection and ignition are executed based on the fuel injection amount, fuel injection timing, and ignition timing set in step S14.
[0044]
As described above, when the output value of the NOx sensor 26 exceeds NOxexo during the lean burn operation, it is determined that the NOx adsorption amount of the NOx adsorption catalyst 25 has reached the saturation amount (FIG. 5 (a) )), During the first predetermined period T1, the air-fuel ratio is set to a value richer than 14.5 (preferably near 14.3), and after the first predetermined period T1 ends and the second predetermined period Until the period T2, control is performed to set the air-fuel ratio to a value near 14.7 (FIG. 5B). In the present embodiment, the deterioration state of the NOx adsorption catalyst 25 is diagnosed based on the NOx release state during the first predetermined period T1.
[0045]
Next, the details of the deterioration diagnosis of the NOx adsorption catalyst 25 performed by the ECU 32 will be described with reference to the flowchart of FIG.
[0046]
First, in step S21, it is determined whether the output value NOxex of the NOx sensor 26 is larger than a predetermined threshold value NOxexo. When YES is determined in the step S21, the rich spike control for releasing NOx as described above is started. Next, the process proceeds to step S22, and it is determined whether or not the value T of the timer set in step S3 is less than a predetermined period T1.
[0047]
If YES in step S22, that is, if T is less than T1, the process proceeds to step S23, where the output value NOxex of the NOx sensor 26 is stored and the process returns. If NO in step S22, that is, if the timer value T is equal to or greater than T1, the process proceeds to step S24 to extract the stored maximum value NOxmax of the output value NOxex (1,..., N) of the NOx sensor 26. . Further, in step S25, the integrated value NOxα of NOxex (1,..., N) is calculated.
[0048]
Next, the process proceeds to step S26, in which NOxβ is a threshold value for determining the deterioration of the NOx adsorbent such as Ba of the NOx adsorption catalyst 25, and NOxmax0 is a threshold value for determining the deterioration of the noble metal in the catalyst layer inside the NOx adsorption catalyst 25. And. Since the state of release of NOx from the NOx adsorption catalyst 25 is affected by the flow rate of the exhaust gas and the like, these thresholds are set according to the operating state. In the present embodiment, NOxβ and NOxmax0 are set according to the map of FIG. 7 in which NOxβ and NOxmax0 increase as the adsorbed air amount Ce or the engine speed Ne increases.
[0049]
Next, in step S27, it is determined whether or not the NOxα calculated in step S25 is larger than a threshold NOxβ for diagnosing deterioration of the noble metal contained in the NOx adsorption catalyst 25. When YES is determined in the step S27, it is diagnosed that the noble metal contained in the NOx adsorption catalyst is deteriorated, and the process proceeds to a step S28, where a warning is given by the display means 41 such as a warning lamp, and the process is ended.
[0050]
If NO in step S27, the process proceeds to step S29, in which it is determined whether the maximum value NOxmax of the NOx release amount extracted in step S24 is larger than a threshold NOxmax0 for diagnosing deterioration of the NOx adsorbent such as Ba. I do. When YES is determined in the step S29, it is diagnosed that the NOx adsorbent such as Ba is deteriorated, the process proceeds to a step S28, a warning is given by the display means 41 such as a warning lamp, and the process is ended.
[0051]
If NO in step S29, it is diagnosed that the NOx adsorption catalyst 25 has not deteriorated, and the stored values such as NOxmax, NOxα, NOxex (1,..., N) are cleared, and the process returns.
[0052]
If NO in step S21, the process proceeds to step S31 to determine whether the timer is counting. If YES, the process proceeds to step S22. If NO, the process returns.
[0053]
The present invention is not limited to the above embodiment, and various changes or modifications can be made within the scope of the technical matters described in the claims.
Further, control may be performed to change the period of the rich spike control, for example, the end time of T2, based on the result of the deterioration diagnosis.
[0054]
In the above-described embodiment, at the time of the rich spike control, the air-fuel ratio is changed to reduce the oxygen concentration in the exhaust gas. However, other methods, for example, the post-injection in the expansion stroke, A configuration for reducing the oxygen concentration may be used.
[0055]
In the above embodiment, the deterioration diagnosis of the NOx adsorption catalyst is performed based on the NOxex in the initial predetermined period T1 at the time of the rich spike. However, at the time of λ = 1 combustion after the passage of T1, the entire predetermined period T2, or lean after that, A configuration may be adopted in which the deterioration diagnosis of the NOx adsorption catalyst is performed based on NOxex during the operation period.
[0056]
Further, depending on the type of the NOx adsorption catalyst, even when the air-fuel ratio is controlled to 14.3 or less during the rich spike as in the above embodiment, immediately after the control is started, the oxygen concentration downstream of the NOx adsorption catalyst reaches a desired region. There may be a period in which the oxygen concentration in the exhaust gas is not reduced and is about 0.3 to 0.5%. Therefore, the rich spike control is started and the time when the oxygen concentration in the exhaust gas becomes lower than the range of, for example, 0.3 to 0.5% is defined as the start of T1, and at this time, the timer is started. The counting may be started.
[0057]
Furthermore, in the above-described embodiment, the device for diagnosing the deterioration of both the NOx adsorption catalyst and the noble metal of the NOx adsorption catalyst, but may be a device for diagnosing one of them.
[0058]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, there is provided an exhaust gas purification apparatus capable of accurately performing deterioration diagnosis of a NOx adsorption catalyst.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an engine system including an exhaust gas purification device according to a preferred embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a NOx sensor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a flowchart showing the contents of processing of engine control performed by an ECU during rich spike control.
FIG. 4 is a graph showing a relationship between an oxygen concentration and an output value of a NOx sensor at the same NOx concentration.
FIG. 5 is a time chart showing the relationship between the oxygen concentration in the exhaust gas and the amount of NOx released from the NOx adsorption catalyst.
FIG. 6 is a flowchart showing the contents of processing performed by an ECU at the time of deterioration diagnosis control of a NOx adsorption catalyst.
FIG. 7 is an example of a map for setting a threshold for deterioration determination.
[Explanation of symbols]
1: Engine body
24: Oxygen concentration sensor
25: NOx adsorption catalyst
26: NOx sensor
32: ECU

Claims (8)

排気通路に配置され、排気ガス中の酸素濃度に応じてNOxを吸着または放出するNOx吸着触媒と、
該NOx吸着触媒の下流側に配置され金属のカバーを有するNOxセンサと、
前記NOx吸着触媒のNOx吸着量が所定量に達したとき、前記酸素濃度を制御して前記NOx吸着触媒からNOxを放出させる酸素濃度制御手段と、
前記NOx放出時に前記NOxセンサからの出力に基いて前記NOx吸着触媒からのNOx放出状態を検出し、これに基づいて前記NOx吸着触媒の劣化診断を行う診断手段と、を備え、
前記酸素濃度制御手段は、前記劣化診断中は前記酸素濃度を0.3以下または0.5%以上に制御する、
ことを特徴とする排気浄化装置。
A NOx adsorption catalyst arranged in the exhaust passage, for adsorbing or releasing NOx according to the oxygen concentration in the exhaust gas;
A NOx sensor having a metal cover disposed downstream of the NOx adsorption catalyst;
Oxygen concentration control means for controlling the oxygen concentration to release NOx from the NOx adsorption catalyst when the NOx adsorption amount of the NOx adsorption catalyst reaches a predetermined amount;
Diagnostic means for detecting a state of NOx release from the NOx adsorption catalyst based on an output from the NOx sensor at the time of the NOx release, and performing a deterioration diagnosis of the NOx adsorption catalyst based on the state;
The oxygen concentration control means controls the oxygen concentration to 0.3 or less or 0.5% or more during the deterioration diagnosis.
An exhaust purification device characterized by the above-mentioned.
前記酸素濃度制御手段は、前記劣化診断中は前記酸素濃度を0.1以下または0.5%以上の濃度に制御する、
請求項1に記載の排気浄化装置。
The oxygen concentration control means controls the oxygen concentration to 0.1 or less or 0.5% or more during the deterioration diagnosis.
The exhaust purification device according to claim 1.
前記酸素濃度制御手段は、前記劣化診断中は前記酸素濃度を0%に制御する、
請求項1または2に記載の排気浄化装置。
The oxygen concentration control means controls the oxygen concentration to 0% during the deterioration diagnosis.
The exhaust purification device according to claim 1.
前記NOx吸着触媒は、酸素濃度が高い状態でNOxを吸着し酸素濃度が低い状態で吸着していたNOxを放出するNOx吸着材と、該NOx吸着材から放出されたNOxを浄化させる触媒金属とを備え、
前記診断手段は、前記NOx吸着材および触媒金属の少なくとも一方の劣化を診断する、
請求項1ないし3のいずれか1項に記載の排気浄化装置。
The NOx adsorption catalyst adsorbs NOx at a high oxygen concentration and releases NOx adsorbed at a low oxygen concentration, and a catalytic metal for purifying NOx released from the NOx adsorbent. With
The diagnosis means diagnoses deterioration of at least one of the NOx adsorbent and the catalyst metal;
The exhaust gas purification device according to claim 1.
前記酸素濃度制御手段は、前記劣化診断終了後の所定期間、前記酸素濃度を、0.1ないし0.6%の範囲に制御する、
請求項1ないし4に記載の排気浄化装置。
The oxygen concentration control means controls the oxygen concentration within a range of 0.1 to 0.6% for a predetermined period after the end of the deterioration diagnosis.
The exhaust gas purification device according to claim 1.
前記酸素濃度制御手段は、前記診断手段による診断結果に基づいて、前記酸素濃度制御の内容を変更する、
請求項1ないし5の何れか1項に記載の排気浄化装置。
The oxygen concentration control means changes the content of the oxygen concentration control based on a diagnosis result by the diagnosis means,
The exhaust gas purifying apparatus according to claim 1.
エンジンの排気通路に配置され、排気ガス中の酸素濃度に応じてNOxを吸着または放出するNOx吸着触媒と、
該NOx吸着触媒の下流側に配置され金属のカバーを有するNOxセンサと、前記NOx吸着触媒のNOx吸着量が所定量に達したとき、前記酸素濃度を制御して前記NOx吸着触媒からNOxを放出させる酸素濃度制御手段と、
前記NOx放出時に前記NOxセンサからの出力に基いて前記NOx吸着触媒からのNOx放出状態を検出し、これに基づいて前記NOx吸着触媒の劣化診断を行う診断手段と、を備え、
前記酸素濃度制御手段は、前記診断手段による劣化診断中は、前記金属がNOxに対する触媒作用を生じさせない第1の値に前記酸素濃度を制御し、その後一定時間、前記酸素濃度を前記第1の値より高い第2の値に制御する、
ことを特徴とする排気浄化装置。
A NOx adsorption catalyst that is disposed in an exhaust passage of the engine and that adsorbs or releases NOx according to the oxygen concentration in the exhaust gas;
A NOx sensor disposed downstream of the NOx adsorption catalyst and having a metal cover; and when the NOx adsorption amount of the NOx adsorption catalyst reaches a predetermined amount, the oxygen concentration is controlled to release NOx from the NOx adsorption catalyst. Oxygen concentration control means for causing
Diagnostic means for detecting a state of NOx release from the NOx adsorption catalyst based on an output from the NOx sensor at the time of the NOx release, and performing a deterioration diagnosis of the NOx adsorption catalyst based on the state;
The oxygen concentration control means controls the oxygen concentration to a first value at which the metal does not cause a catalytic action on NOx during the deterioration diagnosis by the diagnosis means, and thereafter reduces the oxygen concentration to the first value for a certain period of time. Controlling to a second value higher than the value,
An exhaust purification device characterized by the above-mentioned.
前記第2の値は、0.1ないし0.6%の範囲である、
請求項7に記載の排気浄化装置。
The second value is in the range of 0.1-0.6%;
The exhaust purification device according to claim 7.
JP2002173984A 2002-06-14 2002-06-14 Exhaust purification device Expired - Fee Related JP3858267B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002173984A JP3858267B2 (en) 2002-06-14 2002-06-14 Exhaust purification device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002173984A JP3858267B2 (en) 2002-06-14 2002-06-14 Exhaust purification device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2004019512A true JP2004019512A (en) 2004-01-22
JP3858267B2 JP3858267B2 (en) 2006-12-13

Family

ID=31173063

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002173984A Expired - Fee Related JP3858267B2 (en) 2002-06-14 2002-06-14 Exhaust purification device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3858267B2 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007187096A (en) * 2006-01-13 2007-07-26 Honda Motor Co Ltd Air-fuel ratio control device for internal combustion engine
JP2011241737A (en) * 2010-05-17 2011-12-01 Isuzu Motors Ltd NOx SENSOR DIAGNOSING DEVICE AND SCR SYSTEM
JP2013044329A (en) * 2011-08-22 2013-03-04 General Electric Co <Ge> Emission prediction system for power generation system

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007187096A (en) * 2006-01-13 2007-07-26 Honda Motor Co Ltd Air-fuel ratio control device for internal combustion engine
JP4585971B2 (en) * 2006-01-13 2010-11-24 本田技研工業株式会社 Air-fuel ratio control device for internal combustion engine
JP2011241737A (en) * 2010-05-17 2011-12-01 Isuzu Motors Ltd NOx SENSOR DIAGNOSING DEVICE AND SCR SYSTEM
JP2013044329A (en) * 2011-08-22 2013-03-04 General Electric Co <Ge> Emission prediction system for power generation system

Also Published As

Publication number Publication date
JP3858267B2 (en) 2006-12-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6834497B2 (en) Exhaust gas purifying device for engine
JP3632483B2 (en) Engine control device
JP2004340032A (en) Exhaust emission control device for internal combustion engine
JP3805098B2 (en) Engine exhaust gas purification control device
EP1245817A2 (en) Apparatus for and method of purifying exhaust gas and method of injecting fuel for diesel engine
US20080236144A1 (en) Control system of internal combustion engine and method for controlling the same
JP4225126B2 (en) Engine exhaust gas purification device
JP2005048746A (en) Fuel control device for internal combustion engine
JP3858267B2 (en) Exhaust purification device
JP2002256951A (en) Exhaust emission control device of engine
JP3966128B2 (en) Exhaust purification device
JP2001193440A (en) Exhaust emission control device of diesel engine
JP3812302B2 (en) Exhaust gas purification device for internal combustion engine
JP2002180885A (en) Exhaust emission control device for internal combustion engine
JP3985266B2 (en) NOx detector
JP2003041991A (en) Catalyst deterioration diagnosing device for engine
JP3988594B2 (en) NOx detection device and exhaust purification device
JP3449174B2 (en) Exhaust gas purification device for internal combustion engine
JP3536739B2 (en) Exhaust gas purification device for internal combustion engine
JP4144405B2 (en) Deterioration judgment device for exhaust aftertreatment device
JP4253836B2 (en) Engine exhaust purification system
JP2003201890A (en) Exhaust emission control device of internal combustion engine
JP2004019594A (en) NOx DETECTOR AND NOx DETECTING METHOD
JP2004060518A (en) Exhaust emission control device of internal combustion engine
JP4507456B2 (en) Engine exhaust purification system

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20050215

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20060420

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20060612

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20060809

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20060828

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20060910

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100929

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110929

Year of fee payment: 5

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees