JP2004239081A - Exhaust emission control device of internal combustion engine and control system - Google Patents

Exhaust emission control device of internal combustion engine and control system Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an exhaust emission control device of an internal combustion engine for restraining generation of white smoke by restraining a discharge quantity of an unburnt fuel component. <P>SOLUTION: When determining that the exhaust air-fuel ratio detected by an air-fuel ratio sensor falls within a target range, an additional quantity of fuel correction is not made (S305). When determining that the exhaust air-fuel ratio detected by the air-fuel ratio sensor does not fall within the target range, determination is made on whether or not a detected value is the high side of the oxygen concentration to the target range. When determining that the oxygen concentration is the high side, processing of a correction A is performed (S307). When determining that the oxygen concentration is the low side, processing of a correction B is performed (S308). A correction quantity is set larger in the correction B than the correction A for restraining the exhaust air-fuel ratio from becoming smaller than the exhaust air-fuel ratio being a target. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気中に含まれる排気物質を浄化する、内燃機関の排気浄化装置及び制御装置に関するものである。
【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)の混合気を燃焼して機関運転を行う内燃機関では、一般に、排気中に多くの窒素酸化物(以下、NOxと称する)が含まれる。このNOxを効果的に浄化するものとして、吸蔵還元型NOx触媒(以下、NOx触媒と称する)が知られている。
【0003】
NOx触媒は、排気の酸素濃度が高いときには排気中に含まれるNOxを吸収し、排気の酸素濃度が低くかつ還元雰囲気のときには吸収していたNOxを放出しつつ窒素(N)に還元する機能を有する。このNOx触媒は、排気の酸素濃度が高いときには、排気中のNOxだけではなく、排気中の硫黄酸化物(以下、SOxと称する)も、NOxと同様のメカニズムによって吸収する特性を有する。このようにSOxがNOx触媒に吸収されると、その吸収量が増加するにつれてNOx触媒のNOx吸収能力が低下する、いわゆるSOx被毒が発生する。
【0004】
そこで、SOx被毒を解消するために、NOx触媒に吸収されたSOxを除去して、NOx触媒のNOx吸収能力を回復させる必要がある。SOxを除去する好適な方法としては、排気空燃比を間欠的にリッチとする方法が知られている。この場合、排気空燃比を検出するセンサを設けて、センサによって検出された値に基づいて、排気空燃比を制御するのが一般的である(例えば、特許文献1参照)。
【0005】
ここで、排気空燃比を検出するのに用いられる一般的な空燃比センサは、ストイキ近傍では検出精度が高く、ストイキから離れるにつれて検出精度が低くなっている。この点について図12を参照して簡単に説明する。図12は実際の排気空燃比に対して、空燃比センサによって検出される空燃比の様子を示したものである。図に示すように、空燃比センサによって検出される値の中央値は、ほぼ実際の排気空燃比に等しい。しかし、空燃比センサの製品ばらつき等によって、空燃比センサによって検出される空燃比は実際の排気空燃比に対して誤差が生ずる。この誤差は、一般的な空燃比センサでは、図示のようにストイキから離れるにつれて大きくなってしまう。
【0006】
そのため、上述したSOx被毒解消を行うために、排気空燃比を間欠的にリッチとする制御を行う場合において、このような空燃比センサを用いて、精度良く所望のリッチ雰囲気にするのは困難である。従って、空燃比センサの検出精度のばらつきによって、目標とするリッチ雰囲気よりも排気空燃比が低くなる(言い換えれば、還元性成分濃度が高くなる)ことがあった。これにより、未燃燃料成分の排出量が過剰に多くなってしまうため、白煙が発生してしまうことがあった。なお、関連する技術として他に特許文献2がある。
【0007】
【特許文献1】
特開2001−82137号公報
【特許文献2】
特開平11−107827号公報
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、白煙が発生すると内燃機関あるいは内燃機関を搭載した車両の商品性が低下してしまう。そして、白煙の発生原因は、過剰に未燃燃料成分が排出されることにある。
【0009】
従って、本発明は、その目的の一つとして、未燃燃料成分の排出量を抑制することが挙げられる。
【0010】
ここで、未燃燃料成分が過剰に排出される原因の一つとしては、排気空燃比を検出するために用いる一般的な検出手段(センサ)の特性により、所望の排気空燃比における検出精度が低く、所望の排気空燃比よりも排気空燃比が過剰に低くなる場合があることが挙げられる。しかし、このようなセンサを用いた場合であっても、制御の仕方を工夫することで、未燃燃料成分の排出量を抑制することが考えられ得る。
【0011】
従って、本発明は、その目的の一つとして、所望の排気空燃比における検出精度が低い特性を有するセンサを用いた場合でも、未燃燃料成分の排出量を抑制することが挙げられる。
【0012】
また、未燃燃料成分が過剰に排出される原因の一つとしては、上記の通り、排気空燃比を検出するために用いる一般的な検出手段(センサ)の特性により、所望の排気空燃比における検出精度が低く、所望の排気空燃比に精度良く制御することが困難であることが挙げられる。しかし、このようなセンサを用いた場合であっても、センサの特性を利用することによって、所望の排気空燃比に精度良く制御することが考えられ得る。そして、これにより未燃燃料成分の排出量を抑制することが考えられる。
【0013】
従って、本発明は、その目的の一つとして、所望の排気空燃比における検出精度が低い特性を有するセンサを用いた場合でも、所望の排気空燃比に精度良く制御することが挙げられる。
【0014】
また、本発明は、その目的の一つとして、未燃燃料成分の排出量を抑制することにより、白煙の発生を抑制することが挙げられる。
【0015】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
【0016】
本発明は、検出された排気空燃比が目標の排気空燃比よりも低い場合には、高い場合に比べて、供給する還元剤の補正量(フィードバック量)を大きくするようにした。これにより、排気空燃比が目標の排気空燃比よりも低くなってしまうことを抑制できる。従って、過剰の還元剤(一般的には燃料)が放出されることを抑制できる。
【0017】
ここで、本願明細書における排気空燃比とは、排気ガスの空燃比を意味するものである。そして、排気ガスの空燃比とは、燃焼室に供給された燃料の質量に、排気通路に還元剤が供給される場合には当該還元剤の質量(ただし、還元剤が燃料以外の場合には燃料に換算した質量)を加えた質量に対する燃焼室に吸入された空気の質量(ただし、排気通路に空気が供給される場合には、当該空気の質量を加算した質量)の比を意味するものである。
【0018】
そして、具体的な本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、
排気通路内にある排気浄化部の酸化性成分濃度が高い場合には排気中に含まれる酸化性の排気物質を吸収し、前記排気浄化部の酸化性成分濃度が低くかつ還元雰囲気の場合には吸収していた酸化性の排気物質を放出しつつ還元することで、酸化性の排気物質の浄化を行う浄化手段と、
前記排気浄化部に還元剤を供給する供給手段と、
前記排気浄化部よりも下流側で排気空燃比を検出する検出手段と、
前記検出手段により検出された値と目標とする排気空燃比との差から、供給する還元剤の補正量を導出し、該補正量に基づいて供給される還元剤の供給量を制御するフィードバック制御手段と、を備える内燃機関の排気浄化装置であって、
前記浄化手段から排気物質を放出還元する際に、前記差がXの場合に、前記検出手段による検出結果が目標とする排気空燃比よりも高い場合の前記補正量をY1とし、該排気空燃比よりも低い場合の前記補正量をY2とすると、前記Xの値にかかわらずY2>Y1の関係を満たしていることを特徴とする。
【0019】
本発明の構成によれば、排気空燃比の検出結果が目標とする排気空燃比よりも低い場合の方が、高い場合に比べて、供給する還元剤の補正量(フィードバック量)が大きくなる。これにより、排気空燃比が目標の排気空燃比よりも低くなってしまうことを抑制できる。従って、過剰の還元剤(一般的には燃料)が放出されることを抑制できる。
【0020】
また、他の発明は、センサの検出精度が高い排気空燃比(一般的にはストイキ領域)となる制御を行った後に、目標の排気空燃比となるように制御するようにした。これにより、センサによって検出される検出誤差が少ない状態から目標の排気空燃比となる制御が行われるため、目標の排気空燃比に精度良く制御することができる。従って、排気空燃比が目標の排気空燃比よりも過剰に低くなってしまうことを抑制でき、過剰の還元剤(一般的には燃料)が放出されることを抑制できる。
【0021】
また、具体的な他の発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、
排気通路内にある排気浄化部の酸化性成分濃度が高い場合には排気中に含まれる酸化性の排気物質を吸収し、前記排気浄化部の酸化性成分濃度が低くかつ還元雰囲気の場合には吸収していた酸化性の排気物質を放出しつつ還元することで、酸化性の排気物質の浄化を行う浄化手段と、
前記排気浄化部に還元剤を供給する供給手段と、
前記排気浄化部よりも下流側で排気空燃比を検出する検出手段と、
前記検出手段により検出された値と目標とする排気空燃比との差から、供給する還元剤の補正量を導出し、該補正量に基づいて供給される還元剤の供給量を制御するフィードバック制御手段と、を備える内燃機関の排気浄化装置であって、
前記浄化手段から排気物質を放出還元する場合には、
前記フィードバック制御手段は、排気空燃比がストイキとなる制御を行った後に、排気空燃比がストイキよりも還元性成分濃度の高い目標空燃比となる制御を行うことを特徴とする。
【0022】
本発明の構成によれば、一般的に検出手段の検出精度の高いストイキとなった後に、目標空燃比となる制御が行われるため、目標の排気空燃比に精度良く制御することができる。従って、排気空燃比が目標の排気空燃比よりも過剰に低くなってしまうことを抑制でき、過剰の還元剤(一般的には燃料)が放出されることを抑制できる。
【0023】
また、具体的な他の発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、
排気通路内にある排気浄化部の酸化性成分濃度が高い場合には排気中に含まれる酸化性の排気物質を吸収し、前記排気浄化部の酸化性成分濃度が低くかつ還元雰囲気の場合には吸収していた酸化性の排気物質を放出しつつ還元することで、酸化性の排気物質の浄化を行う浄化手段と、
前記排気浄化部に還元剤を供給する供給手段と、
前記排気浄化部よりも下流側で排気空燃比を検出する検出手段と、
前記検出手段により検出された値と目標とする排気空燃比との差から、供給する還元剤の補正量を導出し、該補正量に基づいて供給される還元剤の供給量を制御するフィードバック制御手段と、を備える内燃機関の排気浄化装置であって、
前記浄化手段から排気物質を放出還元する場合には、
前記フィードバック制御手段は、排気空燃比がストイキとなる制御を行った後に、排気空燃比がストイキよりも還元性成分濃度の高い目標空燃比となる制御を行うと共に、
該目標空燃比となる制御を行う場合には、前記差がXの場合に、前記検出手段による検出結果が目標とする排気空燃比よりも高い場合の前記補正量をY1とし、該排気空燃比よりも低い場合の前記補正量をY2とすると、前記Xの値にかかわらずY2>Y1の関係を満たしていることを特徴とする。
【0024】
本発明の構成によれば、一般的に検出手段の検出精度の高いストイキとなった後に、目標空燃比となる制御が行われるため、目標の排気空燃比に精度良く制御することができる。従って、排気空燃比が目標の排気空燃比よりも過剰に低くなってしまうことを抑制できる。しかも、排気空燃比の検出結果が目標とする排気空燃比よりも低い場合の方が、高い場合に比べて、供給する還元剤の補正量(フィードバック量)が大きくなる。これにより、排気空燃比が目標の排気空燃比よりも低くなってしまうことを、一層抑制できる。従って、過剰の還元剤(一般的には燃料)が放出されることを抑制できる。
【0025】
また、前記フィードバック制御手段は、排気空燃比がストイキとなる制御を行った後、ストイキ安定判定期間経過後に、排気空燃比がストイキよりも還元性成分濃度の高い目標空燃比となる制御を行うと好適である。
【0026】
また、前記フィードバック制御手段は、排気空燃比がストイキとなる制御を行った後に、排気空燃比がストイキよりも還元性成分濃度の高い目標空燃比となる制御を行う際に、ストイキ制御を行った際の補正量を、目標空燃比となる制御を行う場合における補正量の導出の際に反映させると好適である。
【0027】
このようにすれば、より一層目標の排気空燃比の精度が高くなる。
【0028】
また、本発明の制御装置は、
周囲の雰囲気に応じて酸化性の排気物質を吸収あるいは放出還元する浄化手段によって排気が浄化される排気浄化部よりも下流側で、検出手段により検出された排気空燃比データの信号を受信する受信手段と、
該受信手段によって受信した排気空燃比データと目標とする排気空燃比との差から、前記排気浄化部に還元剤を供給する供給手段により供給される還元剤の供給量の補正量を導出する導出手段と、
該導出手段によって導出された補正量によって補正された供給量で供給するように、前記供給手段に対して指示する信号を発信する発信手段と、を備え、
前記供給手段による還元剤の供給量のフィードバック制御を行う制御装置であって、
前記浄化手段から排気物質を放出還元する際に、前記差がXの場合に、前記検出手段による検出結果が目標とする排気空燃比よりも高い場合の前記補正量をY1とし、該排気空燃比よりも低い場合の前記補正量をY2とすると、前記Xの値にかかわらずY2>Y1の関係を満たしていることを特徴とする。
【0029】
また、他の発明の制御装置は、
周囲の雰囲気に応じて酸化性の排気物質を吸収あるいは放出還元する浄化手段によって排気が浄化される排気浄化部よりも下流側で、検出手段により検出された排気空燃比データの信号を受信する受信手段と、
該受信手段によって受信した排気空燃比データと目標とする排気空燃比との差から、前記排気浄化部に還元剤を供給する供給手段により供給される還元剤の供給量の補正量を導出する導出手段と、
該導出手段によって導出された補正量によって補正された供給量で供給するように、前記供給手段に対して指示する信号を発信する発信手段と、を備え、
前記供給手段による還元剤の供給量のフィードバック制御を行う制御装置であって、
前記浄化手段から排気物質を放出還元する場合には、
排気空燃比がストイキとなる制御を行った後に、排気空燃比がストイキよりも還元性成分濃度の高い目標空燃比となる制御を行うことを特徴とする。
【0030】
ここで、上記「浄化手段」の好適な例としては、酸化性成分濃度が高い場合には排気中に含まれる酸化性の排気物質(特にNOx)を吸収し、酸化性成分濃度が低くかつ還元雰囲気の場合には吸収していた酸化性の排気物質を放出しつつ還元する触媒(以下、吸蔵還元型NOx触媒、略してNOx触媒と称する)が挙げられる。NOx触媒の場合、排気通路の一部に当該触媒を配設することで、排気が当該触媒中を通る過程で排気が浄化されることになる。従って、触媒の配設部及びその近傍が排気浄化部となる。
【0031】
また、上記「供給手段」としては、内燃機関の排気通路に還元剤を供給する手段,内燃機関から排気通路の排出される排気中の未燃燃料(還元剤として機能する)を増加させる手段、及びこれらの組み合わせが挙げられる。後者については、例えば、いわゆるポスト噴射を行うことで好適に実現可能である。また、還元剤としては、燃料を好適に利用できる。
【0032】
また、上記「検出手段」は、排気空燃比そのものを検出できない場合であっても、排気空燃比に換算あるいは排気空燃比を推定可能なものを検出できるものも含むものとする。例えば、検出手段の一例として排気中の酸素濃度を検知するOセンサーが挙げられる。
【0033】
また、上記「目標とする排気空燃比」あるいは「目標空燃比」は、幅のない値(例えば、14.2)であっても良いし、下限と上限を持つ幅のある値(例えば、14.1〜14.3)であっても良い。また、この目標とする排気空燃比は常に固定されたものであっても良いし、環境変化等に応じて適宜変化するものであっても良い。ここで、この目標とする排気空燃比は、例えば、SOx被毒を解消させるために必要な排気空燃比であって、未燃燃料が過剰に排出されない排気空燃比が挙げられる。
【0034】
そして、上記「検出手段により検出された値と目標とする排気空燃比との差」に関して、後者の空燃比が幅のある値の場合には、その上限値または下限値、あるいは、その中央値の中から適宜選択すれば良い。
【0035】
また、上記「フィードバック制御手段」が補正量を導出する方式としては、マップから補正量を求める方式や、演算式によって補正量を求める方式を採用できる。例えば、後者の場合には、検出手段により検出された値と目標とする排気空燃比との差を入力データXとして、導出された補正量である出力データをYとした場合に、Y=aX、Y=bXなどの演算式を適用できる。そして、上記「前記差がXの場合に、前記検出手段による検出結果が目標とする排気空燃比よりも高い場合の前記補正量をY1とし、該排気空燃比よりも低い場合の前記補正量をY2とすると、前記Xの値にかかわらずY2>Y1の関係を満たしている」場合の具体例としては次のものが挙げられる。すなわち、上記演算式からY1=a1X,Y2=a2Xを採用した場合には、a2>a1であれば、Xの値にかかわらずY2>Y1の関係を満たすことになる。同様に、Y=b1X,Y=b2Xを採用した場合には、b2>b1であれば、Xの値にかかわらずY2>Y1の関係を満たすことになる。
【0036】
また、上記「排気空燃比がストイキとなる制御」は、排気空燃比を積極的にストイキにする制御を意味するものであり、いわゆるOストレージ効果は含まないものとする。例えば、排気空燃比を積極的に14.6〜14.8の範囲で安定させる制御をいう。
【0037】
また、上記「ストイキ安定判定期間」は、ストイキの状態が安定したと判定されるまでの期間を意味するものである。この期間は、各種構成や環境等に応じて、適宜異なるものであり、各種構成に応じた値を定めればよい。なお、この期間は、予め固定された値を用いても良いし、環境や経時劣化等に応じて変動する値を用いても良いし、排気空燃比の検出結果から推定するようにしても良い。
【0038】
なお、上記各構成は、可能な限り組み合わせて採用し得る。
【0039】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。また、以下の説明では、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形態を説明する。
【0040】
(第1の実施の形態)
図1〜図5を参照して、本発明の第1の実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置について説明する。
【0041】
〔エンジンシステムの構造及び機能〕
図1は本発明の実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成図である。図1に示すように、本実施の形態に係る内燃機関としてのディーゼルエンジンシステム(以下、エンジンと称する)1は、燃料供給系10,燃焼室20,吸気系30及び排気系40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。
【0042】
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14,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等を備えている。
【0043】
サプライポンプ11は、不図示の燃料タンク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12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、その内部に不図示の電磁ソレノイド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。
【0044】
また、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を遮断して、燃料供給を停止する機能を有する。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を制御する機能を有する。還元剤添加弁17は、燃料噴射弁13と同じくその内部に不図示の電磁ソレノイドを備えた電磁弁である。本実施の形態における還元剤添加弁17は、還元剤として機能する燃料を、適宜の量、かつ適宜のタイミングで排気系40の触媒ケーシング42よりも上流側に添加供給する。
【0045】
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)を備える。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)を備える。
【0046】
また、このエンジン1には、過給機(以下、ターボチャージャと称する)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一対の回転体、すなわちタービンホイール52及びコンプレッサホイール53を備える。タービンホイール52は排気系40内の排気に晒され、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。
【0047】
吸気系30において、ターボチャージャ50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る。このスロットル弁32は、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。
【0048】
また、エンジン1には、燃焼室20よりも上流側の吸気系30と下流側の排気系40をバイパスする排気還流通路(以下、EGR通路と称する)60が備えられている。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。
【0049】
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。
【0050】
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。
【0051】
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30内に導入される空気(吸入空気)の流量(吸気量)GNに応じた検出信号を出力する。排気温センサ73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。
【0052】
検出手段としての空燃比(A/F)センサ(Oセンサ)74は、排気系40の触媒ケーシング42の下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。ここで、本実施の形態における空燃比センサ74は、一般的なセンサを採用しており、既に図12を参照して説明したように、ストイキ付近では検出精度が高くなっているが、ストイキから離れるにしたがって、検出精度が低くなっているものを用いている。
【0053】
NOxセンサ75は、同じく排気系40の触媒ケーシング42の下流において排気中のNOx濃度に応じて連続的に変化する検出信号を出力する。
【0054】
また、アクセルポジションセンサ76はエンジン1の不図示のアクセルペダルに取り付けられ、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(以下、ECUと称する)90と電気的に接続されている。
【0055】
制御装置あるいは制御手段としてのECU90は、中央処理装置(以下、CPUと称する)91,読み出し専用メモリ(以下、ROMと称する)92,ランダムアクセスメモリ(以下、RAMと称する)93,バックアップRAM94、及びタイマーカウンタ95等を備えている。
【0056】
また、ECU90は、これらCPU91,ROM92,RAM93,バックアップRAM94及びタイマーカウンタ95等と、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。
【0057】
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。
【0058】
〔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。
【0059】
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触媒と称する)を収容する。
【0060】
NOx触媒は、担体の表面に、NOx吸収剤として機能する材料と、酸化触媒として機能する材料が担持されることによって構成される。ここで、担体としては、例えばアルミナ(Al)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)が挙げられる。また、NOx吸収剤として機能する材料としては、例えばカリウム(K),ナトリウム(Na),リチウム(Li),セシウムCs等のアルカリ金属、バリウムBa,カルシウムCa等のアルカリ土類金属、ランタン(La),イットリウム(Y)等の希土類金属が挙げられる。また、酸化触媒(貴金属触媒)として機能する材料としては、例えば白金Pt等の貴金属が挙げられる。
【0061】
NOx触媒は、排気中に酸化性成分の多い条件下(酸化雰囲気)では、NOxを吸収し、排気中に酸化性成分の低い条件下では、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等が存在する条件下(還元雰囲気)では、貴金属触媒がこれらHCやCOの酸化反応を促すことで、NOxを酸化性成分、HCやCOを還元性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COやHOに酸化され、NOxはNに還元される。
【0062】
一方、NOx触媒は所定の限界量のNOxを吸収すると、それ以上NOxを吸収しなくなる。
【0063】
そのため、エンジン1では、触媒ケーシング42内に収容されたNOx触媒によるNOx吸収量が限界量に達する前に、還元剤添加弁17によっ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。これにより、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。
【0064】
さらに、NOx吸収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。
【0065】
NOx触媒が、その構成要素であるNOx吸収剤及び貴金属触媒の協働により、排気中の酸化性成分の濃度や還元性成分量に応じてNOxの吸収、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、NOx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。
【0066】
〔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。
【0067】
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、予め設定された不図示のマップを参照して決定する。
【0068】
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により機関出力を得る他、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。
【0069】
〔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。そこで、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。
【0070】
〔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、排気中の還元性成分濃度を高めることとなる。排気系40に添加された還元性成分は、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性成分と反応する。このとき発生する反応熱は、NOx触媒の床温を上昇させる。
【0071】
〔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30に還流される排気の流量調整を行う処理をいう。
【0072】
目標となるEGR弁61の開弁量(以下、目標開弁量と称する)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、予め設定された不図示のマップ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。
【0073】
〔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。
【0074】
低温燃焼の実施に伴い排気中の未燃HC(還元性成分)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性成分濃度を高めることとなる。
【0075】
〔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、排気中の還元性成分の濃度を高め、また、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。
【0076】
〔SOx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性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。
【0077】
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触媒を所定温度領域(例えば600〜700℃程度)にまで昇温させた上で当該触媒に多量の還元性成分を供給する制御(以下、SOx被毒回復制御と称する)を実施する。SOx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性成分が、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、SOx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、あるいはこれらのうち2以上の組み合わせの何れかを実施する。その上で、本実施の形態では、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還元性成分である燃料を、還元剤添加弁17を通じて排気系(排気通路)のNOx触媒上流に供給する制御を実施する。これにより、SOx被毒が解消される。
【0078】
〔SOx被毒回復制御の具体的な実行手順〕
特に、図2〜図5を参照して、SOx被毒回復制御の具体的な実行手順を説明する。図2はSOx被毒回復制御を行う際の経過時間に対する排気空燃比の変動の様子を示す図である。図3は図2における一部拡大図(図2の丸で示す部分の拡大図)であり、排気空燃比の変動の一例を示している。図4はSOx被毒回復制御の概略手順を示すフローチャートである。図5は図4において添加制御の概略手順を示すフローチャートである。
【0079】
SOx被毒を解消するためには、上述のように、所定の温度領域で、排気空燃比をリッチ空燃比(還元性成分濃度がストイキよりも高い空燃比)とする必要がある。この場合、排気空燃比を間欠的にリッチ空燃比とする制御(リッチスパイク制御)を行うと好適であり、本実施の形態でも、この制御を採用している。排気空燃比を間欠的にリッチ空燃比とする理由は、排気空燃比を連続的に空燃比としてもSOxの浄化はできるものの、SOxが浄化される際の反応熱によって触媒床温が過剰に上昇して熱劣化を誘発するおそれがあるからである。
【0080】
図2において、上部には経過時間に対する燃料添加命令信号のON・OFFタイミングが示されており、図中A0,A1は還元剤である燃料の添加を行う期間(添加期間)を示し、図中B1は燃料の添加を休止する期間(休止期間)を示している。そして、図2の下部に示すように、添加期間はリッチ雰囲気となる期間(還元雰囲気)にほぼ相当し、休止期間はリーン雰囲気となる期間(酸化雰囲気)にほぼ相当する。また、本実施の形態では、添加期間における燃料添加命令信号をパルス信号で送信している。これにより、パルス幅を適宜調整することで、燃料の供給量の微調整を容易に行うことができ、細やかなフィードバック制御が可能となる。
【0081】
次に、図4のフローチャートに沿ってSOx被毒回復制御の手順を説明する。SOx被毒回復制御を行う条件が成立すると、図4に示すフローチャートにしたがってSOx被毒回復制御が行われる。なお、SOx被毒回復制御を行う条件が成立するか否かの判定は、別のフローチャート(ルーチン)により行われ、条件が成立した場合に図4に示すフローチャートに示す動作が実行される。また、SOx被毒回復制御を行う条件が成立するか否かの判定は、燃料中のSOx成分濃度が一定と仮定した上で燃料消費量からNOx触媒に堆積したSOx量を推定したり、NOxセンサによる検出結果からNOx触媒の浄化率を検出したりすることにより行うことができる。
【0082】
SOx被毒回復制御が開始されると、まず、還元剤である燃料の添加条件が導出される(S100)。具体的には、現在の機関の運転状態から、SOx被毒回復を好適に行うために必要な間欠リッチ条件が導出される。間欠リッチ条件には、主として、燃料添加量,添加期間,休止期間があり、更に、具体的には、添加期間及びその期間中のパルス幅,ON/OFF周期,ON/OFF回数と、休止期間と、添加期間と休止期間の繰り返し回数(SOx被毒回復制御を行う全体の期間(SOx被毒回復制御期間)に相当する)などが挙げられる。なお、休止期間は、前回の添加量に対して触媒床温を目標温度にするために何秒間添加を休止するかを推定して決める。
【0083】
次に、導出された条件にしたがって、現在添加期間であるか否かを判定する(S200)。添加期間中であれば、添加制御を行う(S300)。そして、添加期間である限り、添加制御動作を繰り返し行う(S200,S300)。S200で添加期間中ではないと判定されれば、燃料の添加を停止する(S400)。そして、導出された条件にしたがって、現在休止期間であるか否かを判定する(S500)。休止期間であれば、休止期間が終了するまで、現在休止期間であるか否かを監視する(S500)。
【0084】
S500で休止期間ではないと判定されれば、導出された条件にしたがって、現在SOx被毒回復制御期間であるか否かを判定する(S600)。SOx被毒回復制御期間ではないと判定されれば、SOx被毒回復制御を終了する。一方、S600でSOx被毒回復制御期間であると判定されれば、再びS200に戻って同一の手順を繰り返す。ただし、S600でSOx被毒回復制御期間であると判定された場合に、S100に戻って、新たに添加条件の導出をし直すことを繰り返すこともできる。
【0085】
以上のように、導出された添加条件に基づいて、添加制御が逐次行われる添加期間と添加が停止される休止期間が、SOx被毒回復制御期間が終了するまで繰り返される。このように、導出された添加条件に基づいた間欠リッチ制御が行われる。
【0086】
次に、添加制御(S300)の手順について、図5に示すフローチャートに沿って説明する。
【0087】
添加制御がスタートすると、現在添加フラグがONであるか否かの判定を行う(S301)。つまり、現在添加を行っている最中であるか否かの判定を行う。添加フラグがONでない場合には添加フラグをONにする(S302)。つまり、燃料添加命令信号をONにして(発信して)、燃料の添加を開始する。燃料の添加を開始した後に、Oストレージが終了するまで監視を行う(S303)。ここで、Oストレージが終了したか否かの判定は、例えば、空燃比センサ74によって検出される検出値の変動(傾き)をモニタすることにより行うことができる。すなわち、ストイキ近傍で空燃比が変動しない状態が現れたらOストレージと判定し、その後、変動した際に、Oストレージが終了したものと判定できる。また、積算吸入空気量から推定することもできる。あるいは、Oストレージが終了するまでの時間がある程度一定であるならば、添加開始後の一定時間によってOストレージが終了したものと判定することも可能である。
【0088】
ストレージが終了したら、空燃比センサ74によって検出された排気空燃比が目標の範囲内(例えば、空燃比14.1〜14.3)にあるか否かの判定を行う(S304)。ここで、上記S301において、添加フラグがONであると判定された場合には、S304にジャンプする。何故ならば、S301で添加フラグがONであると判定された場合には、既に図5に示すフローが1回以上繰り返されているので、既に、Oストレージが終了しているからである。ここで、本実施の形態における排気空燃比の目標範囲は、効果的にSOx被毒を解消でき、かつ、過剰の未燃燃料が排出されず、白煙が発生しない空燃比により決定される。
【0089】
そして、S304で空燃比センサ74によって検出された排気空燃比が目標の範囲内であると判定されれば、燃料の添加量の補正は行わずに(S305)、添加制御を終了する。
【0090】
これに対して、S304で空燃比センサ74によって検出された排気空燃比が目標の範囲内ではないと判定された場合には、その検出された値が、目標の範囲に対して、酸素濃度の高い側であるか否かの判定を行う(S306)。そして、酸素濃度が高い側(リーン側)であると判定された場合には補正Aの処理を行って(S307)、添加制御を終了する。一方、酸素濃度が低い側(リッチ側)であると判定された場合には補正Bの処理を行って(S308)、添加制御を終了する。
【0091】
ここで、補正Aの処理と補正Bの処理について詳しく説明する。本実施の形態では、排気空燃比を目標の範囲内にするために、排気空燃比を検出して、検出されたデータを基に、燃料の添加量を逐次補正する、いわゆるフィードバック制御を行っている。つまり、上記の補正処理は、空燃比センサ74によって検出された排気空燃比が目標の範囲内ではなかったために、燃料の供給量を補正することで、排気空燃比を目標の範囲内とするものである。
【0092】
補正処理は、検出された排気空燃比と目標の排気空燃比(例えば、目標範囲の中間値、上記の具体例では14.2)との差を求め、この差から供給する燃料の補正量を導くようにしている。従って、本実施の形態における補正処理は、空燃比センサ74によって検出された値(入力データ)を入力することで、補正量を導出(出力)するプロセスを用いている。このプロセスの具体例としては、マップを用いたものや、演算式を用いたものが挙げられる。前者の場合には、例えばECU90に備えられた記憶装置(例えばROM92)に予め所定のマップを記憶させておき、入力データから出力データとなる補正量を選択することができる。また、後者の場合には、例えばECU90に備えられた記憶装置(例えばROM92)に予め所定の演算式を記憶させておき、入力データを演算式に代入して出力データとなる補正量を算出することができる。
【0093】
そして、補正Aの場合には、導出された補正量をそれまでの供給量に加算して目標の排気空燃比に近づける処理を行う。つまり、補正量を加算した供給量で燃料の添加を行わせるべく命令信号を発信する。一方、補正Bを行う場合には、導出された補正量をそれまでの供給量から減算して目標の排気空燃比に近づける処理を行う。つまり、補正量を減算した供給量で燃料の添加を行わせるべく命令信号を発信する。
【0094】
ここで、本実施の形態では、補正Aと補正Bの場合では、それぞれ導出プロセスを異なるようにしている。つまり、上記の具体例でいえば、補正Aと補正Bとでは、マップあるいは演算式がそれぞれ異なるものを用いるようにしている。従って、ECU90に備えられた記憶装置には、補正Aで用いるマップあるいは演算式と、補正Bで用いるマップあるいは演算式のいずれをも記憶させておき、いずれの補正を行うかによって、用いるマップあるいは演算式を適宜選択する必要がある。
【0095】
そして、本実施の形態では、排気空燃比が目標とする排気空燃比よりも小さくなってしまうことを抑制するために、補正Bでは補正Aに比べて補正量が大きくなるようにしている。具体的には、例えば、検出された排気空燃比と目標の排気空燃比との差をXとする。このXを入力データとした場合に、補正Aのプロセスで導出される補正量(出力データ)Y1と、補正Bのプロセスで導出される補正量Y2は、Xがどのような値であっても常にY2>Y1の関係を満たすように設定されている。
【0096】
このように、本実施の形態では、排気空燃比は目標とする排気空燃比よりも低い場合と高い場合とでは、前者の方が、補正量が大きくなるフィードバック制御を行うようにした。これにより、排気空燃比が目標の排気空燃比よりも低い状況から早急に抜け出ることが可能となる。また、排気空燃比が目標の排気空燃比よりも高い状況からフィードバック制御によって燃料添加量の補正が行われた場合であっても、目標の排気空燃比よりも低い側へ大きくずれてしまうことはない。これらのことから、本実施の形態では、排気空燃比が目標の排気空燃比よりも過剰に低くなってしまうことを抑制できる。従って、過剰の未燃燃料成分が排出されることを抑制でき、白煙の発生や臭気の発生を抑制することが可能となる。
【0097】
以上のフィードバック制御を行う場合の排気空燃比の変動の一例について、フィードバック制御の手順に沿って、図2〜図5を参照して説明する。
【0098】
SOx被毒回復制御が開始されると、上述した図4に示すように、還元剤の添加条件が導出される(S100)。具体的には、図2の上部に示すように、燃料添加命令信号のON/OFFタイミングが導出される。現実の製品では、添加期間と休止期間が交互に多数回現れる制御が行われるが、ここでは、説明を簡単にするために、添加期間が2回と、その間に休止期間が1回現れる場合を例にして説明する。また、現実の製品では、1回の添加期間中におけるフィードバック制御(補正)は多数回行われるが、ここでは、説明を簡単にするために、3回のみ行われる場合を例にして説明する。なお、図3においてCに示す期間はOストレージの期間であり、Dに示す期間はフィードバック制御が行われる期間を示している。ここで、フィードバック制御が行われる期間は、具体的には、添加期間中であって、かつOストレージ期間終了後の期間に相当する。
【0099】
添加条件が導出されると、添加期間であるか否かの判定が行われ(S200)、ここでは添加期間(図2中A0)であるので、添加制御動作が行われる(S300)。添加制御では、まず、添加フラグがONであるか否かの判定が行われる(S301)が、ここでは、まだ燃料添加は行われておらず、添加フラグはOFFとなっている。従って、添加フラグがONにされて燃料の添加が開始される(S302)。その後、NOx触媒のOストレージ効果によって、排気空燃比はOストレージの状態となる(図3中、Cに示す期間)。
【0100】
ストレージが終了すると(S303)、空燃比センサ74によって検出された排気空燃比が目標空燃比の範囲内であるか否かの判定が行われる(S304)。ここでは、図3に示すD1のタイミングで判定が行われ、検出された排気空燃比は、目標の空燃比の領域よりも低い(酸素濃度が低い)ため、補正Bによる処理が行われて(S306,S308)、添加制御が終了する。補正Bによる処理の場合には、上記の通り補正量が大きいため、図3に示すように、比較的急激に排気空燃比が高くなる制御が行われる。
【0101】
その後、再び、添加期間であるか否かの判定が行われる(S200)。この場合、未だ添加期間中であるので、再度、添加制御が行われる(S300)。添加制御が開始されると添加フラグがONであるか否かの判定が行われるが(S301)、今回は既に添加フラグはONであるので、S304にジャンプして、空燃比センサ74によって検出された排気空燃比が目標空燃比の範囲内であるか否かの判定が行われる。ここでは、図3に示すD2のタイミングで判定が行われ、検出された排気空燃比は、目標の空燃比の領域よりも高い(酸素濃度が高い)ため、補正Aによる処理が行われて(S306,S307)、添加制御が終了する。補正Aによる処理の場合には、上記の通り補正量が小さいため、図3に示すように、比較的緩やかに排気空燃比が低くなる制御が行われる。
【0102】
その後、再び、添加期間であるか否かの判定が行われる(S200)。この場合も、未だ添加期間中であるので、再度、添加制御が行われる(S300)。添加制御が開始されると添加フラグがONであるか否かの判定が行われるが(S301)、今回も既に添加フラグはONであるので、S304にジャンプして、空燃比センサ74によって検出された排気空燃比が目標空燃比の範囲内であるか否かの判定が行われる。ここでは、図3に示すD3のタイミングで判定が行われ、検出された排気空燃比は、目標の空燃比の領域にあるため、補正処理は行われずに(S305)、添加制御が終了する。従って、図3に示すように、その後、排気空燃比はあまり変化しない。
【0103】
その後、再び、添加期間であるか否かの判定が行われる(S200)。今度は、既に、図3に示すEのタイミングであり、添加期間を過ぎているため、燃料の添加を停止して(S400)、休止期間(図2中B1に示す期間)に移る。そして、休止期間であるか否かの監視を行い(S500)、休止期間を過ぎたら、SOx被毒回復制御期間であるか否かの判定を行う(S600)。この場合、図2に示すA1に示す期間であり、未だ、当該制御期間内であるので、再び、添加期間であるか否かの判定を行う(S200)。ここでは、添加期間(A1)であるので、添加制御(S300)を開始する。
【0104】
そして、上記A0に示す添加期間の場合と同様にフィードバック制御が行われ、A1期間を終了した後に、燃料の添加が停止され(S400)、休止期間が終了した後に、SOx被毒回復制御期間であるか否かの判定が行われる(S600)。ここでは、SOx被毒回復制御期間を過ぎているため、SOx被毒回復制御を終了する。
【0105】
以上のようにして、本実施の形態では、排気空燃比が目標とする排気空燃比よりも過剰に低くなってしまうことを抑制でき、過剰の未燃燃料成分が排出されることを抑制でき、白煙の発生や臭気の発生を抑制することが可能となる。
【0106】
(第2の実施の形態)
図6〜図9には、第2の実施の形態が示されている。本実施の形態では、上記第1の実施の形態と、SOx被毒回復制御の具体的な実行手順が異なる形態を示す。内燃機関の構成やSOx被毒回復制御の概要など、他の構成および作用については第1の実施の形態と同一なので、その説明は省略する。
【0107】
〔SOx被毒回復制御の具体的な実行手順〕
図6はSOx被毒回復制御の概略手順を示すフローチャートである。図7は図6において添加制御の概略手順を示すフローチャートである。図8は図7においてストイキ制御の概略手順を示すフローチャートである。図9は図7において目標制御の概略手順を示すフローチャートである。
【0108】
本実施の形態においても、上記第1の実施の形態の場合と同様に、排気空燃比を間欠的にリッチ空燃比とする制御(リッチスパイク制御)を行っている。また、本実施の形態においても、上記第1の実施の形態の場合と同様に、添加期間における燃料添加命令信号をパルス信号で送信している。これらの詳細については既に説明した通りであるので、その説明は省略する。
【0109】
図6のフローチャートに沿ってSOx被毒回復制御の手順を説明する。SOx被毒回復制御を行う条件が成立すると、図6に示すフローチャートにしたがってSOx被毒回復制御が行われる。なお、SOx被毒回復制御を行う条件に関しては、既に説明した通りであるので、その説明は省略する。SOx被毒回復制御が開始されると、まず、還元剤である燃料の添加条件が導出される(S150)。添加条件についても上記第1の実施の形態で説明した通りであるのでその説明は省略する。
【0110】
次に、導出された条件にしたがって、現在添加期間であるか否かを判定する(S250)。添加期間中であれば、添加制御を行う(S350)。そして、添加期間でなければ、あるいは、添加制御が終了後、燃料の添加を停止する(S450)。そして、導出された条件にしたがって、現在休止期間であるか否かを判定する(S550)。休止期間であれば、休止期間が終了するまで、現在休止期間であるか否かを監視する(S550)。
【0111】
S550で休止期間ではないと判定されれば、導出された条件にしたがって、現在SOx被毒回復制御期間であるか否かを判定する(S650)。SOx被毒回復制御期間ではないと判定されれば、SOx被毒回復制御を終了する。一方、S650でSOx被毒回復制御期間であると判定されれば、再びS250に戻って同一の手順を繰り返す。ただし、S650でSOx被毒回復制御期間であると判定された場合に、S150に戻って、新たに添加条件の導出をし直すことを繰り返すこともできる。
【0112】
以上のように、導出された添加条件に基づいて、添加制御が逐次行われる添加期間と添加が停止される休止期間が、SOx被毒回復制御期間が終了するまで繰り返される。このように、導出された添加条件に基づいた間欠リッチ制御が行われる。
【0113】
次に、添加制御(S350)の手順について、図7に示すフローチャートに沿って説明する。
【0114】
添加制御がスタートすると、添加フラグをONにする(S360)。つまり、燃料添加命令信号をONにして(発信して)、燃料の添加を開始する。燃料の添加を開始した後に、Oストレージが終了するまで監視を行う(S370)。ここで、Oストレージが終了したか否かの判定に関しては、既に、上記第1の実施でも説明したが、本実施の形態では、Oストレージ終了後にストイキ制御を行う(S380)ため、空燃比センサ74を用いた判定を行うと、Oストレージであるのかストイキ制御によるものなのかの判断が困難である。そこで、本実施の形態におけるOストレージが終了したか否かの判定は、添加開始後の一定時間によってOストレージが終了したものと判定するのが好適である。この一定時間は、NOx触媒の特性等、各種構成によって適宜設定される。
【0115】
ストレージが終了したら、既に説明したように、ストイキ制御を行う(S380)。このストイキ制御は、Oストレージとは異なり、積極的にストイキを狙った制御を行うものである。ここでは、ストイキ状態が安定になるまでストイキ狙いのフィードバック制御を行う。その後、排気空燃比がストイキよりも低い(還元性成分濃度の高い)目標空燃比となる制御を行い(S390)、添加制御を終了する。
【0116】
次に、ストイキ制御(S380)の手順について、図8に示すフローチャートに沿って説明する。なお、ここでは、Oストレージの終了後に、排気空燃比がストイキ状態で安定すればよく、図8に示したフローチャートは、ストイキ状態に安定させる制御の一例に過ぎない。
【0117】
ストイキ制御がスタートすると、空燃比センサ74によって検出された排気空燃比が目標のストイキ範囲内(例えば、14.6〜14.8)であるか否かの判定を行う(S381)。目標のストイキ範囲内でない場合には、目標のストイキ範囲にするべく、添加量の補正、すなわち、フィードバック制御を行う(S382)。S381で検出された排気空燃比が目標のストイキ範囲内であった場合には、不図示のカウンタ(ECU90に備えられる)のカウンタ値を1つ加算する(S383)。そして、カウンタ値の総計が閾値よりも大きいか否かを判定する(S384)。閾値よりも大きくない場合には、S381に戻り、再度同じ手順を繰り返す。S384で閾値よりも大きいと判定された場合には、ストイキ制御を終了する。
【0118】
このストイキ制御では、上述の通り、O2ストレージ終了後に、積極的にストイキを狙った制御を行い、ストイキ状態で安定させる制御である。従って、O2ストレージ終了後に、ストイキの状態が安定したと判定されるまでは、ストイキを目標とするフィードバック制御を行う必要がある。つまり、ストイキの状態が安定したと判定されるまでの期間(ストイキ安定判別期間)は、ストイキを目標とするフィードバック制御を行う必要がある。本実施の形態では、ストイキ状態が安定したか否かの判定を、空燃比センサ74によって検出された排気空燃比の値を利用したものである。つまり、検出された空燃比が目標のストイキ範囲内である状態が一定期間以上続けばストイキ状態で安定していると考えられる。
【0119】
そこで、本実施の形態では、空燃比センサ74によって検出された排気空燃比が目標のストイキ範囲内であればカウンタを加算していき、加算値が閾値を越えればストイキ範囲内である状態が一定期間以上続いていると考えられ、このような判定手法を用いた。ただし、閾値に関しては、フィードバックタイミングやその他の構成の特性等によって、適正値が異なるため個々に設定すれば良い。また、閾値は、固定値であっても良いし、環境等に応じて変動する変動値を用いても良い。
【0120】
ここで、上記の通り、空燃比センサ74はストイキ付近では検出精度が高いため、ストイキ状態が安定している間は、精度良く排気空燃比が検出されている。
【0121】
次に、ストイキ制御(S380)の終了後に行われる目標制御(S390)の手順について、図9に示すフローチャートに沿って説明する。目標制御がスタートすると、現在のストイキ(14.7)から目標排気空燃比(例えば、14.2あるいは14.1〜14.3)とするまでに必要な、燃料供給量の増量補正分Qαの導出が行われる(S391)。ここで、本実施の形態における目標空燃比は、効果的にSOx被毒を解消でき、かつ、過剰の未燃燃料が排出されず、白煙が発生しない空燃比により決定される。また、増量補正分Qαは、吸入空気量等を基に導出することができる。また、導出プロセスとしては、マップや演算式を用いて行うことができる。そして、増量補正分Qαが導出されれば、現在の添加量Qadに増量補正分Qαを加算して目標排気空燃比に近づける処理を行う。つまり、補正量を加算した供給量で燃料の添加を行わせるべく命令信号を発信する。その後、添加期間中であるか否かを監視し(S393)、添加期間が終了したら目標制御を終了する。添加期間中は、補正量を加算した供給量で燃料の添加を続ける。ただし、この場合にも、更に補正を繰り返すフィードバック制御を行うと、より効果的である。
【0122】
以上のように、本実施の形態では、ストイキで安定した状態から目標の排気空燃比となる制御を行っている。従って、空燃比センサ74によって排気空燃比の検出が精度良く行われている状態から、目標の排気空燃比となるように燃料の供給量が制御されるため、精度良く目標の排気空燃比が達成される。つまり、上述の通り、空燃比センサ74はストイキ付近では検出精度が高いものの、ストイキから離れると検出精度が低下する特性を有する。従って、従来一般に行われていたように、空燃比がストイキよりも高い状態から目標の排気空燃比を狙った制御を行うと、検出精度の低い状態から目標の排気空燃比を狙う制御を行うことになるため、目標の排気空燃比の精度が悪くなってしまう。
【0123】
これに対して、本実施の形態では、検出精度の高い状態から目標の排気空燃比を狙う制御を行うことになるため、目標の排気空燃比の精度が高くなる。従って、排気空燃比が目標の排気空燃比よりも過剰に低くなってしまうことを抑制でき、過剰の燃料が放出されることを抑制できる。
【0124】
(第3の実施の形態)
図10には、第3の実施の形態が示されている。本実施の形態では、上記第2の実施の形態において、ストイキ制御を行った際の補正量を学習値として保管しておき、これを目標制御の際に反映する点のみが異なる。その他については上記第2の実施の形態と同一であるので、その説明は省略する。
【0125】
〔SOx被毒回復制御の具体的な実行手順〕
図10は本発明の第3の実施の形態に係る添加制御(図6中添加制御S350に相当)の概略手順を示すフローチャートである。上記第2の実施の形態で説明した図6及び図8のフローチャートに示した手順については、本実施の形態でも同一であるので、ここでは、その説明は省略する。また、図9のフローチャートに示した手順に関しても、あまり相違する点はないので、図示は省略する。
【0126】
本実施の形態では、図6に示すフローチャートの中で、添加制御S350が、第2の実施の形態と相違する。従って、本実施の形態では添加制御S350Aとして、図10を参照して添加制御について説明する。添加制御がスタートすると、添加フラグをONにして(S360)、Oストレージ終了後(S370)、ストイキ制御を行う(S380)までの一連の動作に関しては、上記第2の実施の形態と同様である(図7参照)。
【0127】
そして、本実施の形態では、ストイキ制御(S380)において、排気空燃比がストイキとなるようにフィードバック制御を行った際の添加量の補正値(図8中、S381,S382参照)を学習値として保管する(S700)。その後、目標制御を行って(S390A)、添加制御を終了する。ここで、本実施の形態では、目標制御を行う際に(S390A)、保管した学習値を、増量補正分を導出する際に反映させている。
【0128】
つまり、ストイキ制御を行う際にフィードバック制御(補正)が必要となるのは、ストイキとするために必要と考えられる供給量で燃料を添加したとしても、現実には、各種構成の寸法誤差や環境及び経時劣化等に基づいて誤差が生じるため、この誤差を補正する必要があるからである。このような誤差は、その後、目標空燃比となる制御を行う場合でも、同様の現象に基づいて誤差が生じると考えられるため、ストイキ制御を行うためのフィードバック制御に用いた補正値を反映させることで、そのような誤差を予め少なくすることが可能である。そこで、本実施の形態では、そのような手法を採用することとした。
【0129】
具体的な例の一つを簡単に説明する。ストイキ狙いの供給量をQとした場合に、実際にストイキにするには供給量をQ+qにする必要があったとすると、補正量はqである。この場合、目標排気空燃比狙いの供給量がQαと導出された場合には(図9S391参照)、増量補正分は、Qα×((Q+q)/Q)として、これを現在の添加量Qadに増量補正するようにすれば良い。また、ストイキ狙いのフィードバック制御が行われる場合には、通常、多数回の補正がなされると考えられる。この場合に、学習値として保管する補正量に関しては、補正されるごとに補正量を更新するようにすることもできるし、複数の補正量(例えば、最新10回分の補正量)の平均値を補正量として保管するようにすることもできる。
【0130】
以上のように、本実施の形態では、目標排気空燃比を狙った制御を行う際に、その直前に行われた、ストイキ狙いのフィードバック制御の際に用いた補正値を学習値として反映させるため、上記第2の実施の形態に比べて、より一層目標の排気空燃比の精度が高くなる。従って、排気空燃比が目標の排気空燃比よりも過剰に低くなってしまうことを抑制でき、過剰の燃料が放出されることを抑制できる。
【0131】
(第4の実施の形態)
図11には、第4の実施の形態が示されている。本実施の形態では、上記第2の実施の形態において、目標制御を行う際に、上記第1の実施の形態で示したフィードバック制御の考え方を採用したものである。その他については上記第2の実施の形態と同一であるので、その説明は省略する。
【0132】
図11は本発明の第4の実施の形態における目標制御の概略手順を示すフローチャートである。上記第2の実施の形態で説明した図6〜図8のフローチャートに示した手順については、本実施の形態でも同一であるので、ここでは、その説明は省略する。本実施の形態では、図7に示すフローチャートの中で、目標制御S390が、第2の実施の形態と相違する。従って、本実施の形態では添加制御S390Aとして、図11を参照して目標制御について説明する。
【0133】
目標制御がスタートすると、目標排気空燃比までの増量補正分Qαを導出して(S391)、現在の添加量QadにQαを増量補正する(S392)までの一連の動作に関しては、上記第2の実施の形態と同様である(図9参照)。ただし、増量補正分の導出にあたっては、上記第3の実施の形態で説明したように、ストイキ制御の際に用いた補正値を学習値として反映させると、より効果的である。
【0134】
そして、本実施の形態では、目標排気空燃比までの増量補正分Qαが増量補正された後に、空燃比センサ74によって検出された排気空燃比が目標の範囲内(例えば、空燃比14.1〜14.3)にあるか否かの判定を行う(S393A)。そして、空燃比センサ74によって検出された排気空燃比が目標の範囲内であると判定されれば、燃料の添加量の補正は行わない(S395A)。一方、S393Aで、空燃比センサ74によって検出された排気空燃比が目標の範囲内ではないと判定された場合には、その検出された値が、目標の範囲に対して、酸素濃度の高い側であるか否かの判定を行う(S394A)。そして、酸素濃度が高い側(リーン側)であると判定された場合には補正Aの処理を行い(S396A)、酸素濃度が低い側(リッチ側)であると判定された場合には補正Bの処理を行う(S397A)。
【0135】
その後、現在添加期間であるか否かの判定が行われ(S398A)、添加期間であると判定されれば、S393Aに戻って同様の処理が繰り返され、S398Aで添加期間ではないと判定されれば、目標制御を終了する。S393A〜S398Aまでの、排気空燃比を目標の空燃比とするための補正処理(フィードバック制御)に関しては、上記第1の実施の形態で説明したものと同様であるので、ここではその説明は省略する。
【0136】
以上のように、本実施の形態では、上記第2の実施の形態と同様に、ストイキ制御後に、目標排気空燃比を狙った制御がなされるので、検出精度の高い状態から目標の排気空燃比を狙う制御を行うことになるため、目標の排気空燃比の精度が高くなる。更に、本実施の形態では、上記第1の実施の形態と同様に、排気空燃比は目標とする排気空燃比よりも低い場合と高い場合とでは、前者の方が、補正量が大きくなるフィードバック制御を行うようにした。これにより、排気空燃比が目標の排気空燃比よりも低い状況から早急に抜け出ることが可能となる。従って、本実施の形態では、相乗効果的に、排気空燃比が目標の排気空燃比よりも過剰に低くなってしまうことを抑制できる。従って、過剰の未燃燃料成分が排出されることをより一層抑制でき、白煙の発生や臭気の発生を抑制することが可能となる。
【0137】
(その他)
これまでの実施の形態では、SOx被毒回復制御を行う際に、間欠リッチ方式を採用した場合のみについて説明したが、連続でリッチとする方式にも、各実施の形態における制御の考え方を適用することも可能である。つまり、連続でリッチとする方式において、第1の実施の形態で説明したように、目標の排気空燃比となるべくフィードバック制御を行う際に、補正Aと補正Bを用いることができる。また、第2の実施の形態で説明したように、連続でリッチとする方式において、目標のリッチ排気空燃比とする前に、ストイキを狙った制御を行うこともできる。また、第3の実施の形態で説明した学習値を利用することもできるし、第4の実施の形態で説明したように、第1,2の実施の形態の制御の考え方を組み合わせることもできる。
【0138】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、未燃燃料成分の排出量を抑制することができる。また、これにより、白煙の発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成図である。
【図2】本発明の第1の実施の形態におけるSOx被毒回復制御を行う際の経過時間に対する排気空燃比の変動の様子を示す図である。
【図3】図2における一部拡大図である。
【図4】本発明の第1の実施の形態におけるSOx被毒回復制御の概略手順を示すフローチャートである。
【図5】図4において添加制御の概略手順を示すフローチャートである。
【図6】本発明の第2の実施の形態におけるSOx被毒回復制御の概略手順を示すフローチャートである。
【図7】図6において添加制御の概略手順を示すフローチャートである。
【図8】図7においてストイキ制御の概略手順を示すフローチャートである。
【図9】図7において目標制御の概略手順を示すフローチャートである。
【図10】本発明の第3の実施の形態における添加制御の概略手順を示すフローチャートである。
【図11】本発明の第4の実施の形態における目標制御の概略手順を示すフローチャートである。
【図12】実際の排気空燃比に対して、空燃比センサによって検出される空燃比の様子を示したものである。
【符号の説明】
1 エンジン
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
14 遮断弁
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 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 排気温センサ
74 空燃比センサ
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 ECU
91 CPU
92 ROM
93 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
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
TECHNICAL FIELD The present invention relates to an exhaust gas purification device and a control device for an internal combustion engine, which purifies exhaust substances contained in exhaust gas.
[0002]
[Prior art]
For example, in an internal combustion engine, such as a diesel engine, which operates an engine by burning a mixture having a high air-fuel ratio (lean atmosphere) in a wide operating range, generally, a large amount of nitrogen oxides (hereinafter referred to as NOx) is contained in exhaust gas. ) Is included. A storage-reduction type NOx catalyst (hereinafter referred to as a NOx catalyst) is known as a device that effectively purifies this NOx.
[0003]
The NOx catalyst absorbs NOx contained in the exhaust gas when the oxygen concentration of the exhaust gas is high and releases the absorbed NOx when the oxygen concentration of the exhaust gas is low and in the reducing atmosphere while releasing nitrogen (N 2 ). When the oxygen concentration of the exhaust gas is high, this NOx catalyst has a characteristic of absorbing not only NOx in the exhaust gas but also sulfur oxides (hereinafter referred to as SOx) in the exhaust gas by the same mechanism as the NOx. When SOx is absorbed by the NOx catalyst in this way, so-called SOx poisoning occurs in which the NOx absorption capacity of the NOx catalyst decreases as the amount of absorption increases.
[0004]
Therefore, in order to eliminate SOx poisoning, it is necessary to remove the SOx absorbed by the NOx catalyst and restore the NOx absorption capacity of the NOx catalyst. As a suitable method for removing SOx, a method of intermittently making the exhaust air-fuel ratio rich is known. In this case, it is common to provide a sensor for detecting the exhaust air-fuel ratio and control the exhaust air-fuel ratio based on the value detected by the sensor (for example, see Patent Document 1).
[0005]
Here, a general air-fuel ratio sensor used for detecting the exhaust air-fuel ratio has a high detection accuracy near the stoichiometry, and the detection accuracy decreases as the distance from the stoichiometry increases. This will be briefly described with reference to FIG. FIG. 12 shows the state of the air-fuel ratio detected by the air-fuel ratio sensor with respect to the actual exhaust air-fuel ratio. As shown in the figure, the median of the values detected by the air-fuel ratio sensor is substantially equal to the actual exhaust air-fuel ratio. However, the air-fuel ratio detected by the air-fuel ratio sensor has an error with respect to the actual exhaust air-fuel ratio due to product variations of the air-fuel ratio sensor and the like. This error increases in a general air-fuel ratio sensor as the distance from the stoichiometry increases, as shown in the figure.
[0006]
Therefore, in the case where the exhaust air-fuel ratio is controlled to be intermittently rich in order to eliminate the SOx poisoning described above, it is difficult to accurately obtain a desired rich atmosphere using such an air-fuel ratio sensor. It is. Therefore, the exhaust air-fuel ratio may be lower than the target rich atmosphere (in other words, the reducing component concentration may be higher) due to variations in the detection accuracy of the air-fuel ratio sensor. As a result, the amount of emission of the unburned fuel component becomes excessively large, and white smoke may be generated. In addition, there is Patent Document 2 as another related technique.
[0007]
[Patent Document 1]
JP 2001-82137 A
[Patent Document 2]
JP-A-11-107827
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, when white smoke is generated, the commercial value of the internal combustion engine or a vehicle equipped with the internal combustion engine is reduced. The cause of the generation of white smoke is that an unburned fuel component is excessively discharged.
[0009]
Therefore, one of the objects of the present invention is to suppress the emission of unburned fuel components.
[0010]
Here, one of the causes of the excessive emission of the unburned fuel component is that the detection accuracy at a desired exhaust air-fuel ratio depends on the characteristics of a general detecting means (sensor) used for detecting the exhaust air-fuel ratio. Low and the exhaust air-fuel ratio may be excessively lower than the desired exhaust air-fuel ratio. However, even when such a sensor is used, it may be possible to reduce the amount of unburned fuel component emission by devising a control method.
[0011]
Therefore, one of the objects of the present invention is to suppress the emission of unburned fuel components even when a sensor having a characteristic of low detection accuracy at a desired exhaust air-fuel ratio is used.
[0012]
In addition, as one of the causes of excessive emission of the unburned fuel component, as described above, the characteristic of a general detecting means (sensor) used for detecting the exhaust air-fuel ratio is determined by the characteristic of the desired exhaust air-fuel ratio. The detection accuracy is low, and it is difficult to accurately control the exhaust air-fuel ratio to a desired value. However, even when such a sensor is used, it may be conceivable to control the desired exhaust air-fuel ratio with high accuracy by utilizing the characteristics of the sensor. Thus, it is conceivable that the emission amount of the unburned fuel component is suppressed.
[0013]
Therefore, one of the objects of the present invention is to accurately control a desired exhaust air-fuel ratio to a desired exhaust air-fuel ratio even when a sensor having a characteristic of low detection accuracy at a desired exhaust air-fuel ratio is used.
[0014]
One of the objects of the present invention is to suppress the generation of white smoke by suppressing the emission of unburned fuel components.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
The present invention employs the following means in order to solve the above problems.
[0016]
According to the present invention, when the detected exhaust air-fuel ratio is lower than the target exhaust air-fuel ratio, the correction amount (feedback amount) of the supplied reducing agent is made larger than when the detected exhaust air-fuel ratio is higher. Thereby, it is possible to suppress the exhaust air-fuel ratio from becoming lower than the target exhaust air-fuel ratio. Therefore, it is possible to suppress the release of the excess reducing agent (generally, fuel).
[0017]
Here, the exhaust air-fuel ratio in the specification of the present application means the air-fuel ratio of the exhaust gas. The air-fuel ratio of the exhaust gas refers to the mass of the fuel supplied to the combustion chamber and the mass of the reducing agent when the reducing agent is supplied to the exhaust passage (however, when the reducing agent is other than fuel, Means the ratio of the mass of the air drawn into the combustion chamber (when air is supplied to the exhaust passage, the mass obtained by adding the mass of the air) to the mass obtained by adding the mass converted to fuel. It is.
[0018]
And the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to the specific present invention,
When the oxidizing component concentration of the exhaust purification section in the exhaust passage is high, the oxidizing exhaust substance contained in the exhaust gas is absorbed, and when the oxidizing component concentration of the exhaust purification section is low and the reducing atmosphere is used, Purifying means for purifying the oxidizing exhaust material by reducing while releasing the absorbed oxidizing exhaust material,
Supply means for supplying a reducing agent to the exhaust gas purification unit,
Detecting means for detecting the exhaust air-fuel ratio downstream of the exhaust purification section;
Feedback control for deriving a correction amount of the supplied reducing agent from a difference between the value detected by the detection unit and a target exhaust air-fuel ratio, and controlling a supply amount of the reducing agent supplied based on the correction amount. And an exhaust purification device for an internal combustion engine comprising:
When exhaust gas is discharged and reduced from the purifying means, when the difference is X, the correction amount when the detection result by the detecting means is higher than a target exhaust air-fuel ratio is Y1, and the exhaust air-fuel ratio is If the correction amount is lower than Y2, the relationship of Y2> Y1 is satisfied regardless of the value of X.
[0019]
According to the configuration of the present invention, the correction amount (feedback amount) of the supplied reducing agent is larger when the detection result of the exhaust air-fuel ratio is lower than the target exhaust air-fuel ratio than when it is higher. Thereby, it is possible to suppress the exhaust air-fuel ratio from becoming lower than the target exhaust air-fuel ratio. Therefore, it is possible to suppress the release of the excess reducing agent (generally, fuel).
[0020]
In another invention, the control is performed such that the exhaust air-fuel ratio (generally, the stoichiometric region) at which the detection accuracy of the sensor is high is performed, and then the control is performed so that the target exhaust air-fuel ratio becomes the target. Thus, since the control for obtaining the target exhaust air-fuel ratio is performed from a state where the detection error detected by the sensor is small, the target exhaust air-fuel ratio can be accurately controlled. Therefore, it is possible to prevent the exhaust air-fuel ratio from becoming excessively lower than the target exhaust air-fuel ratio, and to suppress the release of excessive reducing agent (generally, fuel).
[0021]
Further, an exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to another specific invention,
When the oxidizing component concentration of the exhaust purification section in the exhaust passage is high, the oxidizing exhaust substance contained in the exhaust gas is absorbed, and when the oxidizing component concentration of the exhaust purification section is low and the reducing atmosphere is used, Purifying means for purifying the oxidizing exhaust material by reducing while releasing the absorbed oxidizing exhaust material,
Supply means for supplying a reducing agent to the exhaust gas purification unit,
Detecting means for detecting the exhaust air-fuel ratio downstream of the exhaust purification section;
Feedback control for deriving a correction amount of the supplied reducing agent from a difference between the value detected by the detection unit and a target exhaust air-fuel ratio, and controlling a supply amount of the reducing agent supplied based on the correction amount. And an exhaust purification device for an internal combustion engine comprising:
When the exhaust gas is released and reduced from the purifying means,
The feedback control means performs control such that the exhaust air-fuel ratio becomes a target air-fuel ratio having a higher reducing component concentration than the stoichiometric air-fuel ratio after performing the control that the exhaust air-fuel ratio becomes stoichiometric.
[0022]
According to the configuration of the present invention, the target air-fuel ratio is generally controlled after stoichiometry with high detection accuracy of the detection means, so that the target exhaust air-fuel ratio can be accurately controlled. Therefore, it is possible to prevent the exhaust air-fuel ratio from becoming excessively lower than the target exhaust air-fuel ratio, and to suppress the release of excessive reducing agent (generally, fuel).
[0023]
Further, an exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to another specific invention,
When the oxidizing component concentration of the exhaust purification section in the exhaust passage is high, the oxidizing exhaust substance contained in the exhaust gas is absorbed, and when the oxidizing component concentration of the exhaust purification section is low and the reducing atmosphere is used, Purifying means for purifying the oxidizing exhaust material by reducing while releasing the absorbed oxidizing exhaust material,
Supply means for supplying a reducing agent to the exhaust gas purification unit,
Detecting means for detecting the exhaust air-fuel ratio downstream of the exhaust purification section;
Feedback control for deriving a correction amount of the supplied reducing agent from a difference between the value detected by the detection unit and a target exhaust air-fuel ratio, and controlling a supply amount of the reducing agent supplied based on the correction amount. And an exhaust purification device for an internal combustion engine comprising:
When the exhaust gas is released and reduced from the purifying means,
The feedback control means, after performing the control that the exhaust air-fuel ratio is stoichiometric, while performing control such that the exhaust air-fuel ratio becomes a target air-fuel ratio having a higher reducing component concentration than the stoichiometric,
When performing the control to achieve the target air-fuel ratio, when the difference is X, the correction amount when the detection result by the detecting means is higher than the target exhaust air-fuel ratio is Y1, and the exhaust air-fuel ratio If the correction amount is lower than Y2, the relationship of Y2> Y1 is satisfied regardless of the value of X.
[0024]
According to the configuration of the present invention, the target air-fuel ratio is generally controlled after stoichiometry with high detection accuracy of the detection means, so that the target exhaust air-fuel ratio can be accurately controlled. Therefore, it is possible to prevent the exhaust air-fuel ratio from becoming excessively lower than the target exhaust air-fuel ratio. Moreover, when the detection result of the exhaust air-fuel ratio is lower than the target exhaust air-fuel ratio, the correction amount (feedback amount) of the supplied reducing agent is larger than when the detection result is higher. Thereby, it is possible to further suppress the exhaust air-fuel ratio from becoming lower than the target exhaust air-fuel ratio. Therefore, it is possible to suppress the release of the excess reducing agent (generally, fuel).
[0025]
Further, the feedback control means performs control such that the exhaust air-fuel ratio becomes stoichiometric, and after the stoichiometric stability determination period elapses, performs control such that the exhaust air-fuel ratio becomes a target air-fuel ratio having a higher reducing component concentration than stoichiometric. It is suitable.
[0026]
Further, the feedback control means performs the stoichiometric control when performing the control in which the exhaust air-fuel ratio becomes the target air-fuel ratio having a higher concentration of the reducing component than the stoichiometric after performing the control in which the exhaust air-fuel ratio becomes stoichiometric. It is preferable to reflect the correction amount at the time of derivation of the correction amount in the case of performing control to achieve the target air-fuel ratio.
[0027]
In this case, the accuracy of the target exhaust air-fuel ratio is further improved.
[0028]
Further, the control device of the present invention,
Receives a signal of exhaust air-fuel ratio data detected by the detection means downstream of the exhaust purification section where the exhaust is purified by the purification means for absorbing or releasing and reducing the oxidizing exhaust substance according to the surrounding atmosphere. Means,
Derivation of deriving a correction amount of a supply amount of a reducing agent supplied by a supply unit that supplies a reducing agent to the exhaust gas purification unit from a difference between the exhaust air-fuel ratio data received by the receiving unit and a target exhaust air-fuel ratio. Means,
Transmitting means for transmitting a signal instructing the supply means, so as to supply at a supply amount corrected by the correction amount derived by the derivation means,
A control device for performing feedback control of the supply amount of the reducing agent by the supply unit,
When exhaust gas is discharged and reduced from the purifying means, when the difference is X, the correction amount when the detection result by the detecting means is higher than a target exhaust air-fuel ratio is Y1, and the exhaust air-fuel ratio is If the correction amount is lower than Y2, the relationship of Y2> Y1 is satisfied regardless of the value of X.
[0029]
Further, the control device of another invention is:
Receives a signal of exhaust air-fuel ratio data detected by the detection means downstream of the exhaust purification section where the exhaust is purified by the purification means for absorbing or releasing and reducing the oxidizing exhaust substance according to the surrounding atmosphere. Means,
Derivation of deriving a correction amount of a supply amount of a reducing agent supplied by a supply unit that supplies a reducing agent to the exhaust gas purification unit from a difference between the exhaust air-fuel ratio data received by the receiving unit and a target exhaust air-fuel ratio. Means,
Transmitting means for transmitting a signal instructing the supply means, so as to supply at a supply amount corrected by the correction amount derived by the derivation means,
A control device for performing feedback control of the supply amount of the reducing agent by the supply unit,
When the exhaust gas is released and reduced from the purifying means,
After performing control to make the exhaust air-fuel ratio stoichiometric, control is performed so that the exhaust air-fuel ratio becomes a target air-fuel ratio having a higher concentration of reducing components than stoichiometric.
[0030]
Here, as a preferable example of the above-mentioned "purifying means", when the concentration of the oxidizing component is high, it absorbs the oxidizing exhaust material (especially NOx) contained in the exhaust gas, reduces the concentration of the oxidizing component and reduces the concentration of the oxidizing component. In the case of an atmosphere, a catalyst that reduces while releasing the oxidizing exhaust material that has been absorbed (hereinafter, referred to as a NOx storage reduction catalyst, abbreviated as NOx catalyst) may be used. In the case of a NOx catalyst, by arranging the catalyst in a part of the exhaust passage, the exhaust gas is purified in the process of passing the exhaust gas through the catalyst. Therefore, the portion where the catalyst is provided and the vicinity thereof serve as an exhaust gas purifying portion.
[0031]
The "supplying means" includes means for supplying a reducing agent to an exhaust passage of the internal combustion engine, means for increasing unburned fuel (functioning as a reducing agent) in exhaust gas discharged from the internal combustion engine through an exhaust passage, And combinations thereof. The latter can be suitably realized, for example, by performing so-called post injection. As the reducing agent, fuel can be suitably used.
[0032]
Further, the "detection means" includes a device capable of detecting an air-fuel ratio that can be converted into an exhaust air-fuel ratio or an exhaust air-fuel ratio can be estimated even when the exhaust air-fuel ratio itself cannot be detected. For example, as an example of a detecting means, an O which detects an oxygen concentration in exhaust gas is detected. 2 Sensors.
[0033]
The “target exhaust air-fuel ratio” or “target air-fuel ratio” may be a value having no width (for example, 14.2), or a value having a width having a lower limit and an upper limit (for example, 14). .1 to 14.3). Further, the target exhaust air-fuel ratio may be fixed at all times, or may be appropriately changed according to environmental changes or the like. Here, the target exhaust air-fuel ratio is, for example, an exhaust air-fuel ratio required for eliminating SOx poisoning, and may be an exhaust air-fuel ratio at which unburned fuel is not excessively discharged.
[0034]
Regarding the “difference between the value detected by the detection means and the target exhaust air-fuel ratio”, when the latter air-fuel ratio has a wide value, the upper limit value or the lower limit value, or the median value thereof May be selected as appropriate.
[0035]
Further, as a method for the "feedback control means" to derive the correction amount, a method for obtaining the correction amount from a map or a method for obtaining the correction amount by an arithmetic expression can be adopted. For example, in the latter case, if the difference between the value detected by the detection means and the target exhaust air-fuel ratio is input data X and the output data that is the derived correction amount is Y, then Y = aX , Y = bX 2 An arithmetic expression such as can be applied. Then, when the difference is X, the correction amount when the detection result by the detection means is higher than a target exhaust air-fuel ratio is Y1, and the correction amount when the detection result is lower than the exhaust air-fuel ratio is Y1. Assuming that Y2 satisfies the relationship of Y2> Y1 regardless of the value of X, the following are specific examples. That is, when Y1 = a1X and Y2 = a2X are adopted from the above equation, if a2> a1, the relationship of Y2> Y1 is satisfied regardless of the value of X. Similarly, Y = b1X 2 , Y = b2X 2 Is adopted, if b2> b1, the relationship of Y2> Y1 is satisfied regardless of the value of X.
[0036]
In addition, the above-mentioned "control for making the exhaust air-fuel ratio stoichiometric" means control for positively making the exhaust air-fuel ratio stoichiometric, 2 It does not include the storage effect. For example, it refers to control for positively stabilizing the exhaust air-fuel ratio in the range of 14.6 to 14.8.
[0037]
Further, the “stoichiometric stability determination period” means a period until it is determined that the stoichiometric state is stable. This period varies as appropriate according to various configurations, environments, and the like, and a value corresponding to various configurations may be determined. Note that, for this period, a value fixed in advance may be used, a value that fluctuates depending on the environment, deterioration over time, or the like may be used, or may be estimated from a detection result of the exhaust air-fuel ratio. .
[0038]
It should be noted that the above configurations can be employed in combination as much as possible.
[0039]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Preferred embodiments of the present invention will be illustratively described in detail below with reference to the drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components described in this embodiment are not intended to limit the scope of the present invention thereto unless otherwise specified. Absent. In the following description, an embodiment in which the exhaust gas purification device for an internal combustion engine is applied to a diesel engine system will be described.
[0040]
(First Embodiment)
With reference to FIGS. 1 to 5, an exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to a first embodiment of the present invention will be described.
[0041]
[Structure and function of engine system]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an exhaust gas purification device for an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, a diesel engine system (hereinafter, referred to as an engine) 1 as an internal combustion engine according to the present embodiment includes a fuel supply system 10, a combustion chamber 20, an intake system 30, and an exhaust system 40 as main components. It is an in-line four-cylinder diesel engine system configured.
[0042]
First, the fuel supply system 10 includes a supply pump 11, a common rail 12, a fuel injection valve 13, a shutoff valve 14, a metering valve 16, a reducing agent addition valve 17, an engine fuel passage P1, an addition fuel passage P2, and the like.
[0043]
The supply pump 11 increases the pressure of the fuel pumped from a fuel tank (not shown) and supplies the fuel to the common rail 12 via the engine fuel passage P1. The common rail 12 has a function as a pressure accumulating chamber that holds (accumulates) the high-pressure fuel supplied from the supply pump 11 at a predetermined pressure, and distributes the accumulated fuel to the fuel injection valves 13. The fuel injection valve 13 is an electromagnetic valve provided with an electromagnetic solenoid (not shown) therein, and opens the valve appropriately to inject and supply fuel into the combustion chamber 20.
[0044]
The supply pump 11 supplies a part of the fuel pumped from the fuel tank to the reducing agent addition valve 17 via the additional fuel passage P2. In the added fuel passage P2, a shutoff valve 14 and a metering valve 16 are sequentially provided from the supply pump 11 toward the reducing agent addition valve 17. The shutoff valve 14 has a function of shutting off the fuel supply by shutting off the additional fuel passage P2 in an emergency. The metering valve 16 has a function of controlling the pressure (fuel pressure) PG of the fuel supplied to the reducing agent addition valve 17. The reducing agent addition valve 17 is an electromagnetic valve provided with an electromagnetic solenoid (not shown) inside the same as the fuel injection valve 13. The reducing agent addition valve 17 in the present embodiment adds and supplies a fuel functioning as a reducing agent to the upstream side of the catalyst casing 42 of the exhaust system 40 at an appropriate amount and at an appropriate timing.
[0045]
The intake system 30 includes a passage (intake passage) for intake air supplied into each combustion chamber 20. On the other hand, the exhaust system 40 includes a passage (exhaust passage) for exhaust gas discharged from each combustion chamber 20.
[0046]
Further, the engine 1 is provided with a supercharger (hereinafter, referred to as a turbocharger) 50. The turbocharger 50 includes a pair of rotating bodies connected via a shaft 51, that is, a turbine wheel 52 and a compressor wheel 53. The turbine wheel 52 is exposed to exhaust gas in the exhaust system 40, and the compressor wheel 53 is exposed to intake air in the intake system 30. The turbocharger 50 having such a configuration performs so-called supercharging such that the compressor wheel 53 is rotated by using the exhaust flow (exhaust pressure) received by the turbine wheel 52 to increase the intake pressure.
[0047]
In the intake system 30, an intercooler 31 provided in the turbocharger 50 forcibly cools the intake air whose temperature has been increased by supercharging. The throttle valve 32 provided further downstream than the intercooler 31 is an electronically controlled opening / closing valve whose opening can be continuously adjusted. The throttle valve 32 has a function of changing the flow area of the intake air under predetermined conditions and adjusting the supply amount (flow rate) of the intake air.
[0048]
Further, the engine 1 is provided with an exhaust gas recirculation passage (hereinafter, referred to as an EGR passage) 60 that bypasses the intake system 30 on the upstream side of the combustion chamber 20 and the exhaust system 40 on the downstream side. The EGR passage 60 has a function of appropriately returning a part of the exhaust gas to the intake system 30. The EGR passage 60 is provided with an EGR valve 61 which is opened and closed in a stepless manner by electronic control and which can freely adjust the flow rate of exhaust gas (EGR gas) flowing through the EGR passage 60, and exhaust gas which passes (recirculates) through the EGR passage 60. An EGR cooler 62 for cooling is provided.
[0049]
Further, in the exhaust system 40, a catalyst casing 42 containing an occlusion-reduction type NOx catalyst (hereinafter, simply referred to as a NOx catalyst) is provided downstream of a communication portion between the exhaust system 40 and the EGR passage 60.
[0050]
In addition, various sensors are attached to each part of the engine 1, and output a signal relating to an environmental condition of the part and an operation state of the engine 1.
[0051]
That is, the rail pressure sensor 70 outputs a detection signal corresponding to the pressure of the fuel stored in the common rail 12. The fuel pressure sensor 71 outputs a detection signal corresponding to the pressure (fuel pressure) PG of the fuel introduced into the reducing agent addition valve 17 via the metering valve 16 among the fuel flowing through the addition fuel passage P2. The air flow meter 72 outputs a detection signal corresponding to the flow rate (intake amount) GN of air (intake air) introduced into the intake system 30. The exhaust gas temperature sensor 73 is attached to the exhaust gas inflow portion of the catalyst casing 42 in the exhaust system 40, and outputs a detection signal corresponding to the temperature of the exhaust gas (exhaust gas temperature) TEX at the portion.
[0052]
An air-fuel ratio (A / F) sensor (O 2 The sensor 74 outputs a detection signal that continuously changes in accordance with the oxygen concentration in the exhaust downstream of the catalyst casing 42 of the exhaust system 40. Here, the air-fuel ratio sensor 74 in the present embodiment employs a general sensor, and as described with reference to FIG. 12, the detection accuracy is high near the stoichiometric. As the distance increases, the detection accuracy decreases.
[0053]
The NOx sensor 75 outputs a detection signal that continuously changes in accordance with the NOx concentration in the exhaust downstream of the catalyst casing 42 of the exhaust system 40.
[0054]
The accelerator position sensor 76 is attached to an accelerator pedal (not shown) of the engine 1 and outputs a detection signal corresponding to the depression amount ACC of the pedal. The crank angle sensor 77 outputs a detection signal (pulse) every time the output shaft (crankshaft) of the engine 1 rotates by a certain angle. These sensors 70 to 77 are electrically connected to an electronic control unit (hereinafter, referred to as an ECU) 90.
[0055]
The ECU 90 as a control device or control means includes a central processing unit (hereinafter, referred to as CPU) 91, a read-only memory (hereinafter, referred to as ROM) 92, a random access memory (hereinafter, referred to as RAM) 93, a backup RAM 94, and A timer counter 95 and the like are provided.
[0056]
The ECU 90 includes a CPU 91, a ROM 92, a RAM 93, a backup RAM 94, a timer counter 95, and the like, an external input circuit 96 including an A / D converter, and an external output circuit 97 connected by a bidirectional bus 98. Logic operation circuit.
[0057]
The ECU 90 configured as described above inputs the detection signals of the various sensors via an external input circuit, and controls the opening / closing operation of the fuel injection valve 13 based on these signals, adjusts the opening of the EGR valve 61, Alternatively, various controls relating to the operating state of the engine 1, such as adjustment of the opening of the throttle valve 32, are performed.
[0058]
[Structure and function of catalyst casing]
Next, among the components of the engine 1 described above, the structure and function of the catalyst casing 42 provided in the exhaust system 40 will be described in detail.
[0059]
The catalyst casing 42 contains a NOx storage reduction catalyst (hereinafter, referred to as a NOx catalyst).
[0060]
The NOx catalyst is configured by supporting a material that functions as a NOx absorbent and a material that functions as an oxidation catalyst on the surface of a carrier. Here, as the carrier, for example, alumina (Al 2 O 3 ) As a main material (a particulate filter). Materials that function as NOx absorbents include, for example, alkali metals such as potassium (K), sodium (Na), lithium (Li) and cesium Cs, alkaline earth metals such as barium Ba and calcium Ca, and lanthanum (La). ), Yttrium (Y) and the like. In addition, examples of a material that functions as an oxidation catalyst (a noble metal catalyst) include a noble metal such as platinum Pt.
[0061]
The NOx catalyst has a characteristic of absorbing NOx under the condition that the exhaust gas contains a large amount of oxidizing components (oxidizing atmosphere) and releasing NOx under the condition of a low oxidizing component in the exhaust gas. Further, when NOx is released into the exhaust gas, under the condition where HC and CO are present in the exhaust gas (reducing atmosphere), the noble metal catalyst promotes the oxidation reaction of these HC and CO, thereby converting NOx into an oxidizing component. An oxidation-reduction reaction using HC and CO as reducing components occurs between the two. That is, HC and CO are converted to CO 2 And H 2 Oxidized to O and NOx becomes N 2 Is reduced to
[0062]
On the other hand, when the NOx catalyst absorbs a predetermined limit amount of NOx, it no longer absorbs NOx.
[0063]
Therefore, in the engine 1, before the NOx absorption amount by the NOx catalyst housed in the catalyst casing 42 reaches the limit amount, the reducing agent addition valve 17 moves the reducing agent (in the present embodiment, upstream of the catalyst casing 42 in the exhaust passage). Fuel). Thereby, the control of releasing and reducing and purifying the NOx absorbed by the NOx catalyst and restoring the NOx storage capacity of the NOx catalyst is repeated at predetermined intervals.
[0064]
Further, the particulate filter serving as a carrier for the NOx absorbent and the noble metal catalyst purifies fine particles such as soot and harmful components such as NOx contained in exhaust gas based on the following mechanism.
[0065]
As described above, the NOx catalyst repeatedly performs the absorption, release, and purification of NOx in accordance with the concentration of the oxidizing component and the amount of the reducing component in the exhaust gas by the cooperation of the NOx absorbent and the noble metal catalyst which are the components. It is on the street. On the other hand, the NOx catalyst has a characteristic of secondary generation of active oxygen in the process of purifying NOx. When the exhaust gas passes through the particulate filter, fine particles such as soot contained in the exhaust gas are captured by the structure (porous material). Here, since the active oxygen generated by the NOx catalyst has extremely high reactivity (activity) as an oxidizing agent, of the captured fine particles, the fine particles deposited on the surface of or near the NOx catalyst are the active oxygen. And react quickly (without luminous flame) to be purified.
[0066]
[Overview of fuel injection control]
The ECU 90 performs the fuel injection control based on the operation state of the engine 1 that is grasped from the detection signals of the various sensors. In the present embodiment, the fuel injection control refers to the execution of fuel injection into each combustion chamber 20 through each fuel injection valve 13 by setting parameters such as a fuel injection amount Q, an injection timing, and an injection pattern. It refers to a series of processing for executing the operation of opening and closing the individual fuel injection valves 13 based on the parameters set.
[0067]
The ECU 90 repeatedly performs such a series of processes at predetermined time intervals during the operation of the engine 1. The fuel injection amount Q and the injection timing are basically set in advance based on the depression amount ACC to the accelerator pedal and the engine speed NE (a parameter that can be calculated based on the pulse signal of the crank angle sensor). The determination is made with reference to a map (not shown).
[0068]
Further, regarding the setting of the fuel injection pattern, the ECU 90 obtains the engine output by performing the fuel injection near the compression top dead center as the main injection for each cylinder, and also obtains the fuel injection prior to the main injection (hereinafter referred to as pilot injection). ) And a fuel injection subsequent to the main injection (hereinafter, referred to as post injection) is performed for the selected cylinder at a time appropriately selected as a sub-injection.
[0069]
[Pilot injection]
In a diesel engine, in general, at the end of the compression stroke, the temperature in the combustion chamber reaches a temperature that induces self-ignition of fuel. In particular, when the operating state of the engine is in the middle to high load range, when the fuel supplied for combustion is injected and supplied collectively into the combustion chamber, this fuel explosively burns with noise. Therefore, by executing the pilot injection, the fuel supplied prior to the main injection becomes a heat source (or a pilot flame), and the heat source gradually expands in the combustion chamber to reach combustion. The combustion state of the fuel becomes relatively slow, and the ignition delay time is shortened. For this reason, noise accompanying engine operation is reduced, and the amount of NOx in exhaust gas is also reduced.
[0070]
[Post injection]
The fuel supplied into the combustion chamber 20 by the post injection is reformed into light HC in the combustion gas, and is discharged to the exhaust system 40. That is, light HC that functions as a reducing agent is added to the exhaust system 40 through post-injection, thereby increasing the concentration of reducing components in the exhaust. The reducing component added to the exhaust system 40 reacts with the NOx released from the NOx catalyst and other oxidizing components contained in the exhaust via the NOx catalyst in the catalyst casing 42. The reaction heat generated at this time raises the bed temperature of the NOx catalyst.
[0071]
[Overview of EGR control]
The ECU 90 performs EGR control based on the operating state of the engine 1 that is grasped from detection signals of various sensors. In the present embodiment, the EGR control refers to the operation of an electronically controlled EGR valve 61 provided in the EGR passage so that the gas flows through the EGR passage, in other words, is returned from the exhaust system 40 to the intake system 30. This refers to the process of adjusting the flow rate of exhaust gas.
[0072]
A target opening amount of the EGR valve 61 (hereinafter, referred to as a target opening amount) is basically based on an operating state such as a load and a rotation speed of the engine 1 and refers to a preset map (not shown). Is determined. The ECU 90 updates the target opening amount at predetermined time intervals during the operation of the engine 1 and sequentially drives the EGR valve 61 so that the actual opening amount of the EGR valve 61 matches the updated target opening amount. Outputs a command signal to the circuit.
[0073]
[Low temperature combustion based on EGR control]
When a part of the exhaust gas is recirculated to the intake system 30 by such a series of processes, the amount of the inert gas component in the air-fuel mixture supplied to the engine combustion increases according to the recirculated amount. As a result, under predetermined conditions, the amount of NOx in the exhaust gas is reduced, and smoke is hardly generated.
[0074]
As the low-temperature combustion is performed, the amount of unburned HC (reducing component) in the exhaust gas increases. As a result, light HC functioning as a reducing agent is added to the exhaust system 40 and the concentration of the reducing component in the exhaust gas is increased. Will be increased.
[0075]
(Fuel addition control)
By directly adding the fuel (reducing agent) to the exhaust system 40 through the reducing agent addition valve 17, the concentration of the reducing component in the exhaust gas is increased similarly to the post injection, and as a result, the bed temperature of the NOx catalyst is reduced. Can be raised. The fuel added by the reducing agent addition valve 17 tends to be unevenly distributed while maintaining a higher polymer state in the exhaust gas, as compared with the fuel added by the post injection. In addition, in the fuel addition by the reducing agent addition valve 17, the amount of fuel that can be added at once and the degree of freedom of the addition timing are larger than in the case of post injection.
[0076]
[Overview of SOx poisoning recovery control]
The pilot injection, post-injection, low-temperature combustion, and fuel addition control commonly act to increase the amount of reducing components in the exhaust gas. Therefore, by repeatedly performing any control at predetermined intervals, the NOx catalyst The NOx absorbed in the NOx can be released, reduced and purified, and the NOx absorbing ability of the NOx catalyst can be restored.
[0077]
The ECU 90 raises the temperature of the NOx catalyst to a predetermined temperature range (for example, about 600 to 700 ° C.) in order to remove SOx and the like that gradually accumulate on the NOx catalyst as the engine 1 continues to operate. Then, control for supplying a large amount of reducing components to the catalyst (hereinafter referred to as SOx poisoning recovery control) is performed. By performing the SOx poisoning recovery control, a large amount of the reducing component supplied to the NOx catalyst decomposes and removes the SOx deposited on the catalyst under a high temperature condition. Here, as part of the SOx poisoning recovery control, the ECU 90 performs any of the above-described pilot injection, post-injection, low-temperature combustion and fuel addition control, or a combination of two or more of these to raise the temperature of the NOx catalyst to a predetermined temperature. Or implement. In addition, in the present embodiment, a larger amount of the fuel, which is a reducing component than the amount required for release and reduction purification of NOx absorbed by the NOx catalyst, is supplied to the exhaust system (exhaust passage) through the reducing agent addition valve 17. The control for supplying to the upstream of the NOx catalyst is performed. Thereby, SOx poisoning is eliminated.
[0078]
[Specific execution procedure of SOx poisoning recovery control]
In particular, a specific execution procedure of the SOx poisoning recovery control will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a diagram showing how the exhaust air-fuel ratio varies with elapsed time when performing SOx poisoning recovery control. FIG. 3 is a partially enlarged view of FIG. 2 (an enlarged view of a portion indicated by a circle in FIG. 2), and shows an example of a change in the exhaust air-fuel ratio. FIG. 4 is a flowchart showing a schematic procedure of the SOx poisoning recovery control. FIG. 5 is a flowchart showing a schematic procedure of the addition control in FIG.
[0079]
In order to eliminate SOx poisoning, it is necessary to set the exhaust air-fuel ratio to a rich air-fuel ratio (air-fuel ratio having a reducing component concentration higher than stoichiometric ratio) in a predetermined temperature range as described above. In this case, it is preferable to perform control (rich spike control) to make the exhaust air-fuel ratio intermittently rich air-fuel ratio, and this embodiment also employs this control. The reason that the exhaust air-fuel ratio is intermittently set to the rich air-fuel ratio is that although the exhaust air-fuel ratio is continuously changed to the air-fuel ratio, SOx can be purified, but the catalyst bed temperature excessively rises due to reaction heat when SOx is purified. This may cause thermal degradation.
[0080]
In the upper part of FIG. 2, the ON / OFF timing of the fuel addition command signal with respect to the elapsed time is shown. B1 indicates a period during which the addition of fuel is suspended (pause period). Then, as shown in the lower part of FIG. 2, the addition period substantially corresponds to a period in which the atmosphere becomes rich (reducing atmosphere), and the pause period substantially corresponds to a period in which the atmosphere becomes lean (oxidizing atmosphere). In the present embodiment, the fuel addition command signal during the addition period is transmitted as a pulse signal. Thus, by appropriately adjusting the pulse width, fine adjustment of the fuel supply amount can be easily performed, and fine feedback control can be performed.
[0081]
Next, the procedure of the SOx poisoning recovery control will be described with reference to the flowchart of FIG. When the conditions for performing the SOx poisoning recovery control are satisfied, the SOx poisoning recovery control is performed according to the flowchart shown in FIG. The determination as to whether or not the condition for performing the SOx poisoning recovery control is satisfied is performed according to another flowchart (routine). When the condition is satisfied, the operation illustrated in the flowchart illustrated in FIG. 4 is performed. Whether the condition for performing the SOx poisoning recovery control is satisfied is determined by assuming that the concentration of the SOx component in the fuel is constant, estimating the amount of SOx deposited on the NOx catalyst from the fuel consumption, or determining the NOx It can be performed by detecting the purification rate of the NOx catalyst from the detection result by the sensor.
[0082]
When the SOx poisoning recovery control is started, first, conditions for adding a fuel as a reducing agent are derived (S100). Specifically, an intermittent rich condition necessary for appropriately performing SOx poisoning recovery is derived from the current operating state of the engine. The intermittent rich conditions mainly include a fuel addition amount, an addition period, and a pause period. More specifically, the addition period, a pulse width during the period, an ON / OFF cycle, an ON / OFF count, and a pause period And the number of repetitions of the addition period and the suspension period (corresponding to the entire period in which the SOx poisoning recovery control is performed (SOx poisoning recovery control period)). The suspension period is determined by estimating how many seconds the addition should be suspended to keep the catalyst bed temperature at the target temperature with respect to the previous addition amount.
[0083]
Next, it is determined according to the derived condition whether or not the current period is the addition period (S200). If during the addition period, addition control is performed (S300). Then, the addition control operation is repeated as long as it is during the addition period (S200, S300). If it is determined in S200 that the fuel is not being added, the fuel addition is stopped (S400). Then, according to the derived condition, it is determined whether or not the current period is the suspension period (S500). If it is a suspension period, it is monitored whether or not the suspension period is present until the suspension period ends (S500).
[0084]
If it is determined in S500 that it is not the suspension period, it is determined whether or not the current SOx poisoning recovery control period is in accordance with the derived condition (S600). If it is determined that the period is not the SOx poisoning recovery control period, the SOx poisoning recovery control ends. On the other hand, if it is determined in S600 that the period is the SOx poisoning recovery control period, the process returns to S200 and repeats the same procedure. However, if it is determined in S600 that the period is the SOx poisoning recovery control period, the process may return to S100 and repeat the derivation of the new addition condition.
[0085]
As described above, based on the derived addition conditions, the addition period in which the addition control is sequentially performed and the suspension period in which the addition is stopped are repeated until the SOx poisoning recovery control period ends. Thus, the intermittent rich control based on the derived addition condition is performed.
[0086]
Next, the procedure of the addition control (S300) will be described with reference to the flowchart shown in FIG.
[0087]
When the addition control is started, it is determined whether or not the addition flag is currently ON (S301). That is, it is determined whether or not the addition is currently being performed. If the addition flag is not ON, the addition flag is turned ON (S302). That is, the fuel addition command signal is turned on (transmitted) to start the fuel addition. After starting the fuel addition, O 2 Monitoring is performed until the storage ends (S303). Where O 2 The determination as to whether or not the storage has been completed can be made, for example, by monitoring the fluctuation (slope) of the detection value detected by the air-fuel ratio sensor 74. That is, if a state where the air-fuel ratio does not fluctuate near the stoichiometric state appears, 2 It is determined to be storage, and when it changes, 2 It can be determined that the storage has been completed. It can also be estimated from the integrated intake air amount. Or O 2 If the time until the end of the storage is constant to some extent, the O 2 It is also possible to determine that the storage has been completed.
[0088]
O 2 When the storage is completed, it is determined whether or not the exhaust air-fuel ratio detected by the air-fuel ratio sensor 74 is within a target range (for example, the air-fuel ratio 14.1 to 14.3) (S304). If it is determined in S301 that the addition flag is ON, the process jumps to S304. Because, if it is determined in S301 that the addition flag is ON, the flow shown in FIG. 5 has already been repeated one or more times. 2 This is because the storage has been completed. Here, the target range of the exhaust air-fuel ratio in the present embodiment is determined by the air-fuel ratio that can effectively eliminate SOx poisoning, does not discharge excessive unburned fuel, and does not generate white smoke.
[0089]
Then, if it is determined in S304 that the exhaust air-fuel ratio detected by the air-fuel ratio sensor 74 is within the target range, the addition control is terminated without correcting the fuel addition amount (S305).
[0090]
On the other hand, if it is determined in step S304 that the exhaust air-fuel ratio detected by the air-fuel ratio sensor 74 is not within the target range, the detected value is determined by comparing the target value with the oxygen concentration of the target range. It is determined whether it is on the high side (S306). When it is determined that the oxygen concentration is on the high side (lean side), the process of the correction A is performed (S307), and the addition control is ended. On the other hand, when it is determined that the oxygen concentration is on the low side (rich side), the process of the correction B is performed (S308), and the addition control is ended.
[0091]
Here, the processing of the correction A and the processing of the correction B will be described in detail. In the present embodiment, in order to keep the exhaust air-fuel ratio within the target range, a so-called feedback control is performed in which the exhaust air-fuel ratio is detected and the fuel addition amount is sequentially corrected based on the detected data. I have. That is, since the exhaust air-fuel ratio detected by the air-fuel ratio sensor 74 is not within the target range, the above correction processing corrects the fuel supply amount so that the exhaust air-fuel ratio falls within the target range. It is.
[0092]
In the correction process, a difference between the detected exhaust air-fuel ratio and a target exhaust air-fuel ratio (for example, the intermediate value of the target range, 14.2 in the above specific example) is obtained, and the correction amount of the supplied fuel is determined from the difference. I try to guide. Therefore, the correction processing in the present embodiment uses a process of deriving (outputting) a correction amount by inputting a value (input data) detected by the air-fuel ratio sensor 74. Specific examples of this process include one using a map and one using an arithmetic expression. In the former case, for example, a predetermined map is stored in advance in a storage device (for example, the ROM 92) provided in the ECU 90, and a correction amount serving as output data can be selected from input data. In the latter case, for example, a predetermined arithmetic expression is stored in advance in a storage device (for example, the ROM 92) provided in the ECU 90, and input data is substituted into the arithmetic expression to calculate a correction amount serving as output data. be able to.
[0093]
Then, in the case of the correction A, a process of adding the derived correction amount to the supply amount up to that time and performing a process to approach the target exhaust air-fuel ratio is performed. That is, a command signal is transmitted to add fuel at the supply amount obtained by adding the correction amount. On the other hand, in the case of performing the correction B, a process of subtracting the derived correction amount from the supplied amount up to that time to approach the target exhaust air-fuel ratio is performed. That is, a command signal is transmitted to add fuel at the supply amount obtained by subtracting the correction amount.
[0094]
Here, in the present embodiment, the derivation process is different for correction A and correction B. That is, in the above specific example, the correction A and the correction B use different maps or arithmetic expressions. Therefore, the storage device provided in the ECU 90 stores the map or the arithmetic expression used for the correction A and the map or the arithmetic expression used for the correction B, and the map or the arithmetic expression to be used depends on which correction is performed. It is necessary to select an arithmetic expression as appropriate.
[0095]
In this embodiment, in order to prevent the exhaust air-fuel ratio from being smaller than the target exhaust air-fuel ratio, the correction amount is larger in the correction B than in the correction A. Specifically, for example, let X be the difference between the detected exhaust air-fuel ratio and the target exhaust air-fuel ratio. When this X is input data, the correction amount (output data) Y1 derived in the process of the correction A and the correction amount Y2 derived in the process of the correction B can be any value of X. It is set so that the relationship of Y2> Y1 is always satisfied.
[0096]
As described above, in the present embodiment, when the exhaust air-fuel ratio is lower and higher than the target exhaust air-fuel ratio, the former performs the feedback control in which the correction amount is larger than the target exhaust air-fuel ratio. This makes it possible to quickly exit from a situation where the exhaust air-fuel ratio is lower than the target exhaust air-fuel ratio. Further, even when the fuel addition amount is corrected by the feedback control in a situation where the exhaust air-fuel ratio is higher than the target exhaust air-fuel ratio, the deviation from the target exhaust air-fuel ratio to a side lower than the target exhaust air-fuel ratio can be prevented. Absent. From these facts, in the present embodiment, it is possible to prevent the exhaust air-fuel ratio from becoming excessively lower than the target exhaust air-fuel ratio. Therefore, it is possible to suppress the discharge of the excess unburned fuel component, and it is possible to suppress the generation of white smoke and the generation of odor.
[0097]
An example of a change in the exhaust air-fuel ratio when the above-described feedback control is performed will be described along the procedure of the feedback control with reference to FIGS.
[0098]
When the SOx poisoning recovery control is started, as shown in FIG. 4, the conditions for adding the reducing agent are derived (S100). Specifically, as shown in the upper part of FIG. 2, the ON / OFF timing of the fuel addition command signal is derived. In an actual product, control is performed in which an addition period and a pause period appear alternately many times. Here, for the sake of simplicity, it is assumed that the addition period is twice and a pause period appears once during that period. An example will be described. Further, in an actual product, feedback control (correction) is performed many times during one addition period. However, here, for simplification of description, a case where only three times are performed will be described as an example. Note that the period indicated by C in FIG. 2 This is a storage period, and a period indicated by D indicates a period in which feedback control is performed. Here, the period during which the feedback control is performed is, specifically, during the addition period and when O 2 This corresponds to a period after the end of the storage period.
[0099]
When the addition condition is derived, it is determined whether or not it is during the addition period (S200). Since the addition period (A0 in FIG. 2) is selected here, the addition control operation is performed (S300). In the addition control, first, it is determined whether or not the addition flag is ON (S301). Here, fuel addition has not been performed yet, and the addition flag is OFF. Therefore, the addition flag is turned ON and the addition of fuel is started (S302). Then, the NOx catalyst 2 Due to the storage effect, the exhaust air-fuel ratio is O 2 The storage state is established (the period indicated by C in FIG. 3).
[0100]
O 2 When the storage is completed (S303), it is determined whether or not the exhaust air-fuel ratio detected by the air-fuel ratio sensor 74 is within the range of the target air-fuel ratio (S304). Here, the determination is performed at the timing of D1 shown in FIG. 3, and the detected exhaust air-fuel ratio is lower than the target air-fuel ratio region (the oxygen concentration is low). (S306, S308), the addition control ends. In the case of the process using the correction B, since the correction amount is large as described above, control is performed to relatively rapidly increase the exhaust air-fuel ratio as shown in FIG.
[0101]
Thereafter, it is determined again whether or not it is the addition period (S200). In this case, since the addition period is still in progress, the addition control is performed again (S300). When the addition control is started, it is determined whether or not the addition flag is ON (S301). Since the addition flag is already ON this time, the process jumps to S304 and is detected by the air-fuel ratio sensor 74. It is determined whether the exhaust air-fuel ratio is within the range of the target air-fuel ratio. Here, the determination is performed at the timing of D2 shown in FIG. 3, and the detected exhaust air-fuel ratio is higher than the target air-fuel ratio region (the oxygen concentration is high). (S306, S307), the addition control ends. In the case of the process using the correction A, since the correction amount is small as described above, control is performed to relatively slowly lower the exhaust air-fuel ratio as shown in FIG.
[0102]
Thereafter, it is determined again whether or not it is the addition period (S200). Also in this case, since the addition period is still in progress, the addition control is performed again (S300). When the addition control is started, it is determined whether or not the addition flag is ON (S301). Since the addition flag is already ON this time, the process jumps to S304 and is detected by the air-fuel ratio sensor 74. It is determined whether the exhaust air-fuel ratio is within the range of the target air-fuel ratio. Here, the determination is performed at the timing of D3 shown in FIG. 3, and the detected exhaust air-fuel ratio is in the target air-fuel ratio range, so that the correction process is not performed (S305), and the addition control ends. Therefore, as shown in FIG. 3, the exhaust air-fuel ratio does not change much thereafter.
[0103]
Thereafter, it is determined again whether or not it is the addition period (S200). This time is the timing of E shown in FIG. 3 and the addition period has passed, so the addition of fuel is stopped (S400), and the operation shifts to the stop period (the period indicated by B1 in FIG. 2). Then, it is monitored whether or not it is a suspension period (S500), and after the suspension period, it is determined whether or not it is a SOx poisoning recovery control period (S600). In this case, since it is the period indicated by A1 shown in FIG. 2 and is still within the control period, it is determined again whether or not it is the addition period (S200). Here, since it is the addition period (A1), the addition control (S300) is started.
[0104]
Then, feedback control is performed in the same manner as in the case of the addition period indicated by A0, and after the A1 period ends, fuel addition is stopped (S400). After the suspension period ends, the SOx poisoning recovery control period starts. It is determined whether or not there is (S600). Here, since the SOx poisoning recovery control period has passed, the SOx poisoning recovery control ends.
[0105]
As described above, in the present embodiment, it is possible to suppress the exhaust air-fuel ratio from becoming excessively lower than the target exhaust air-fuel ratio, and to suppress the discharge of the excessive unburned fuel component. The generation of white smoke and the generation of odor can be suppressed.
[0106]
(Second embodiment)
6 to 9 show a second embodiment. In this embodiment, an embodiment in which the specific execution procedure of the SOx poisoning recovery control is different from that of the first embodiment will be described. The other configuration and operation, such as the configuration of the internal combustion engine and the outline of the SOx poisoning recovery control, are the same as those of the first embodiment, and thus the description thereof is omitted.
[0107]
[Specific execution procedure of SOx poisoning recovery control]
FIG. 6 is a flowchart showing a schematic procedure of the SOx poisoning recovery control. FIG. 7 is a flowchart showing a schematic procedure of the addition control in FIG. FIG. 8 is a flowchart showing a schematic procedure of the stoichiometric control in FIG. FIG. 9 is a flowchart showing a schematic procedure of the target control in FIG.
[0108]
Also in the present embodiment, similarly to the case of the first embodiment, a control (rich spike control) for intermittently setting the exhaust air-fuel ratio to a rich air-fuel ratio is performed. Also in the present embodiment, as in the case of the first embodiment, the fuel addition command signal in the addition period is transmitted as a pulse signal. The details thereof are as described above, and the description thereof will be omitted.
[0109]
The procedure of the SOx poisoning recovery control will be described with reference to the flowchart of FIG. When the conditions for performing the SOx poisoning recovery control are satisfied, the SOx poisoning recovery control is performed according to the flowchart shown in FIG. The conditions for performing the SOx poisoning recovery control are as described above, and thus the description thereof is omitted. When the SOx poisoning recovery control is started, first, conditions for adding a fuel as a reducing agent are derived (S150). The conditions for addition are the same as those described in the first embodiment, and a description thereof will be omitted.
[0110]
Next, it is determined whether or not it is the current addition period according to the derived condition (S250). If during the addition period, addition control is performed (S350). Then, the fuel addition is stopped during the addition period or after the addition control ends (S450). Then, according to the derived condition, it is determined whether or not the current period is the suspension period (S550). If it is a suspension period, it is monitored whether or not the suspension period is present until the suspension period ends (S550).
[0111]
If it is determined in S550 that the current period is not the suspension period, it is determined whether or not the current period is the SOx poisoning recovery control period according to the derived condition (S650). If it is determined that the period is not the SOx poisoning recovery control period, the SOx poisoning recovery control ends. On the other hand, if it is determined in S650 that the period is the SOx poisoning recovery control period, the process returns to S250 and repeats the same procedure. However, if it is determined in S650 that the period is the SOx poisoning recovery control period, the process may return to S150 and repeat the derivation of the new addition condition.
[0112]
As described above, based on the derived addition conditions, the addition period in which the addition control is sequentially performed and the suspension period in which the addition is stopped are repeated until the SOx poisoning recovery control period ends. Thus, the intermittent rich control based on the derived addition condition is performed.
[0113]
Next, the procedure of the addition control (S350) will be described with reference to the flowchart shown in FIG.
[0114]
When the addition control starts, the addition flag is turned ON (S360). That is, the fuel addition command signal is turned on (transmitted) to start the fuel addition. After starting the fuel addition, O 2 Monitoring is performed until the storage is completed (S370). Where O 2 The determination as to whether or not the storage has been completed has already been described in the first embodiment. 2 Since the stoichiometric control is performed after the storage is completed (S380), if the determination using the air-fuel ratio sensor 74 is performed, 2 It is difficult to determine whether the storage is due to stoichiometric control. Therefore, in the present embodiment, O 2 Whether storage is completed or not is determined by a certain time after the start of addition. 2 It is preferable to determine that the storage has been completed. This fixed time is appropriately set according to various configurations such as the characteristics of the NOx catalyst.
[0115]
O 2 When the storage is completed, stoichiometric control is performed as described above (S380). This stoichiometric control 2 Unlike storage, it actively controls for stoichiometry. Here, feedback control for stoichiometric aim is performed until the stoichiometric state becomes stable. Thereafter, control is performed so that the exhaust air-fuel ratio becomes a target air-fuel ratio lower than the stoichiometric ratio (higher reducing component concentration) (S390), and the addition control ends.
[0116]
Next, the procedure of the stoichiometric control (S380) will be described with reference to the flowchart shown in FIG. Here, O 2 It is sufficient that the exhaust air-fuel ratio stabilizes in the stoichiometric state after the storage ends, and the flowchart shown in FIG. 8 is merely an example of control for stabilizing the exhaust air-fuel ratio to the stoichiometric state.
[0117]
When the stoichiometric control starts, it is determined whether or not the exhaust air-fuel ratio detected by the air-fuel ratio sensor 74 is within a target stoichiometric range (for example, 14.6 to 14.8) (S381). If it is not within the target stoichiometric range, the addition amount is corrected, that is, feedback control is performed to make the target stoichiometric range (S382). When the exhaust air-fuel ratio detected in S381 is within the target stoichiometric range, one is added to the counter value of a counter (not shown) (provided in the ECU 90) (S383). Then, it is determined whether or not the total of the counter values is larger than the threshold (S384). If it is not larger than the threshold, the process returns to S381, and the same procedure is repeated again. If it is determined in step S384 that the value is larger than the threshold value, the stoichiometric control ends.
[0118]
In the stoichiometric control, as described above, after the O2 storage is completed, control for actively aiming for stoichiometry is performed, and control is performed to stabilize the stoichiometric state. Therefore, after the end of the O2 storage, it is necessary to perform feedback control targeting stoichiometry until it is determined that the stoichiometric state is stabilized. That is, during the period until the stoichiometric state is determined to be stable (stoichiometric stability determination period), it is necessary to perform feedback control targeting stoichiometric conditions. In the present embodiment, the determination as to whether or not the stoichiometric state is stabilized utilizes the value of the exhaust air-fuel ratio detected by the air-fuel ratio sensor 74. In other words, it is considered that the stoichiometric state is stable if the state in which the detected air-fuel ratio is within the target stoichiometric range continues for a certain period or more.
[0119]
Therefore, in the present embodiment, if the exhaust air-fuel ratio detected by the air-fuel ratio sensor 74 is within the target stoichiometric range, the counter is added, and if the added value exceeds the threshold, the state of being within the stoichiometric range is constant. It is considered that this has continued for more than the period, and such a determination method was used. However, as for the threshold value, an appropriate value differs depending on the feedback timing and other characteristics of the configuration, and may be set individually. Further, the threshold value may be a fixed value or a variation value that varies according to the environment or the like.
[0120]
Here, as described above, since the air-fuel ratio sensor 74 has high detection accuracy near the stoichiometric state, the exhaust air-fuel ratio is accurately detected while the stoichiometric state is stable.
[0121]
Next, the procedure of the target control (S390) performed after the stoichiometric control (S380) ends will be described with reference to the flowchart shown in FIG. When the target control is started, the fuel supply amount increase correction amount Qα required to change the current stoichiometric (14.7) to the target exhaust air-fuel ratio (for example, 14.2 or 14.1-14.3) is obtained. Derivation is performed (S391). Here, the target air-fuel ratio in the present embodiment is determined by an air-fuel ratio that can effectively eliminate SOx poisoning, does not discharge excessive unburned fuel, and does not generate white smoke. Further, the increase correction amount Qα can be derived based on the intake air amount or the like. The derivation process can be performed using a map or an arithmetic expression. Then, when the increase correction amount Qα is derived, a process of adding the increase correction amount Qα to the current addition amount Qad to approach the target exhaust air-fuel ratio is performed. That is, a command signal is transmitted to add fuel at the supply amount obtained by adding the correction amount. Thereafter, it is monitored whether or not the addition period is in progress (S393), and when the addition period ends, the target control is ended. During the addition period, the addition of the fuel is continued at the supply amount obtained by adding the correction amount. However, also in this case, it is more effective to perform feedback control for repeating the correction.
[0122]
As described above, in the present embodiment, control is performed such that the target exhaust air-fuel ratio is changed from a stoichiometrically stable state. Therefore, the amount of fuel supplied is controlled so as to reach the target exhaust air-fuel ratio from the state where the exhaust air-fuel ratio is accurately detected by the air-fuel ratio sensor 74, and the target exhaust air-fuel ratio is accurately achieved. Is done. That is, as described above, although the air-fuel ratio sensor 74 has a high detection accuracy near the stoichiometry, the air-fuel ratio sensor 74 has a characteristic that the detection accuracy decreases as the air-fuel ratio sensor moves away from the stoichiometry. Therefore, as is generally done in the past, when control is performed to aim at the target exhaust air-fuel ratio from a state where the air-fuel ratio is higher than stoichiometric, control is performed to aim at the target exhaust air-fuel ratio from a state where the detection accuracy is low. , The accuracy of the target exhaust air-fuel ratio deteriorates.
[0123]
On the other hand, in the present embodiment, since the control for aiming at the target exhaust air-fuel ratio is performed from the state of high detection accuracy, the accuracy of the target exhaust air-fuel ratio increases. Therefore, it is possible to prevent the exhaust air-fuel ratio from becoming excessively lower than the target exhaust air-fuel ratio, and to suppress the release of excessive fuel.
[0124]
(Third embodiment)
FIG. 10 shows a third embodiment. The present embodiment is different from the above-described second embodiment only in that the correction amount at the time of performing the stoichiometric control is stored as a learning value, and this is reflected in the target control. The other parts are the same as those in the second embodiment, and the description thereof is omitted.
[0125]
[Specific execution procedure of SOx poisoning recovery control]
FIG. 10 is a flowchart showing a schematic procedure of the addition control (corresponding to the addition control S350 in FIG. 6) according to the third embodiment of the present invention. The procedures shown in the flowcharts of FIGS. 6 and 8 described in the second embodiment are the same in the present embodiment, and thus description thereof will be omitted. Also, there is not much difference in the procedure shown in the flowchart of FIG.
[0126]
In the present embodiment, the addition control S350 in the flowchart shown in FIG. 6 is different from that of the second embodiment. Therefore, in the present embodiment, the addition control will be described as addition control S350A with reference to FIG. When the addition control starts, the addition flag is turned ON (S360), and 2 A series of operations from the end of storage (S370) to the execution of stoichiometric control (S380) are the same as in the second embodiment (see FIG. 7).
[0127]
In the present embodiment, the correction value of the addition amount (see S381 and S382 in FIG. 8) at the time of performing the feedback control so that the exhaust air-fuel ratio becomes stoichiometric in the stoichiometric control (S380) is set as the learning value. It is stored (S700). After that, target control is performed (S390A), and the addition control ends. Here, in the present embodiment, when performing the target control (S390A), the stored learning value is reflected when deriving the increase correction.
[0128]
In other words, feedback control (correction) is required when performing stoichiometric control because, even if fuel is added at a supply amount considered to be necessary for stoichiometric control, in reality, dimensional errors and environmental This is because an error is generated based on aging and the like, and it is necessary to correct this error. Since such an error is considered to occur based on the same phenomenon even when the control for achieving the target air-fuel ratio is performed thereafter, the correction value used for the feedback control for performing the stoichiometric control should be reflected. Thus, such an error can be reduced in advance. Therefore, in the present embodiment, such a method is adopted.
[0129]
One specific example will be briefly described. If the stoichiometric supply amount is assumed to be Q, and if it is necessary to increase the supply amount to Q + q in order to actually achieve stoichiometry, the correction amount is q. In this case, if the supply amount for the target exhaust air-fuel ratio is derived as Qα (see S391 in FIG. 9), the increase correction amount is set to Qα × ((Q + q) / Q), and this is added to the current addition amount Qad. What is necessary is just to make it increase correction. In addition, when feedback control for stoichiometric aim is performed, it is generally considered that correction is performed many times. In this case, as for the correction amount stored as the learning value, the correction amount can be updated each time the correction is performed, or the average value of a plurality of correction amounts (for example, the correction amount for the latest 10 times) can be calculated. It may be stored as a correction amount.
[0130]
As described above, in the present embodiment, when performing the control aimed at the target exhaust air-fuel ratio, the correction value used immediately before the feedback control for the stoichiometric aim is reflected as the learning value. As compared with the second embodiment, the accuracy of the target exhaust air-fuel ratio is further improved. Therefore, it is possible to prevent the exhaust air-fuel ratio from becoming excessively lower than the target exhaust air-fuel ratio, and to suppress the release of excessive fuel.
[0131]
(Fourth embodiment)
FIG. 11 shows a fourth embodiment. In the present embodiment, the concept of the feedback control described in the first embodiment is adopted when performing the target control in the second embodiment. The other parts are the same as those in the second embodiment, and the description thereof is omitted.
[0132]
FIG. 11 is a flowchart showing a schematic procedure of target control according to the fourth embodiment of the present invention. The procedure shown in the flowcharts of FIGS. 6 to 8 described in the second embodiment is the same in the present embodiment, and therefore the description thereof is omitted here. In the present embodiment, the target control S390 in the flowchart shown in FIG. 7 is different from that of the second embodiment. Therefore, in the present embodiment, target control will be described as addition control S390A with reference to FIG.
[0133]
When the target control is started, an increase correction amount Qα up to the target exhaust air-fuel ratio is derived (S391), and a series of operations from increasing the Qα to the current addition amount Qad (S392) is described in the second operation. This is the same as the embodiment (see FIG. 9). However, in deriving the increase correction, as described in the third embodiment, it is more effective to reflect the correction value used in the stoichiometric control as the learning value.
[0134]
Then, in the present embodiment, after the increase correction amount Qα up to the target exhaust air-fuel ratio is increased and corrected, the exhaust air-fuel ratio detected by the air-fuel ratio sensor 74 falls within a target range (for example, the air-fuel ratio 14.1 to 14.1). It is determined whether or not 14.3) is present (S393A). If it is determined that the exhaust air-fuel ratio detected by the air-fuel ratio sensor 74 is within the target range, the correction of the fuel addition amount is not performed (S395A). On the other hand, if it is determined in S393A that the exhaust air-fuel ratio detected by the air-fuel ratio sensor 74 is not within the target range, the detected value is determined to be higher than the target range in the oxygen concentration side. Is determined (S394A). When it is determined that the oxygen concentration is on the high side (lean side), the processing of the correction A is performed (S396A), and when it is determined that the oxygen concentration is on the low side (rich side), the correction B is performed. (S397A).
[0135]
Thereafter, it is determined whether or not it is the current addition period (S398A). If it is determined that the current period is the addition period, the process returns to S393A and the same processing is repeated, and it is determined that the current period is not the addition period in S398A. If so, the target control ends. The correction processing (feedback control) for setting the exhaust air-fuel ratio to the target air-fuel ratio in steps S393A to S398A is the same as that described in the first embodiment, and a description thereof will be omitted. I do.
[0136]
As described above, in the present embodiment, similarly to the above-described second embodiment, control is performed after the stoichiometric control to aim at the target exhaust air-fuel ratio. Therefore, the accuracy of the target exhaust air-fuel ratio is increased. Further, in the present embodiment, as in the case of the first embodiment, when the exhaust air-fuel ratio is lower than the target exhaust air-fuel ratio and when the exhaust air-fuel ratio is higher than the target exhaust air-fuel ratio, the former has a larger correction amount. Control is performed. This makes it possible to quickly exit from a situation where the exhaust air-fuel ratio is lower than the target exhaust air-fuel ratio. Therefore, in the present embodiment, it is possible to synergistically suppress the exhaust air-fuel ratio from becoming excessively lower than the target exhaust air-fuel ratio. Therefore, the discharge of the excess unburned fuel component can be further suppressed, and the generation of white smoke and the generation of odor can be suppressed.
[0137]
(Other)
In the embodiments described above, only the case where the intermittent rich system is employed when performing the SOx poisoning recovery control has been described. However, the control concept in each embodiment is also applied to the continuous rich system. It is also possible. That is, as described in the first embodiment, the correction A and the correction B can be used when the feedback control is performed to achieve the target exhaust air-fuel ratio in the continuous rich method as described in the first embodiment. Further, as described in the second embodiment, in the method of continuously enriching, it is also possible to perform control aiming at stoichiometry before setting the target rich exhaust air-fuel ratio. Further, the learning values described in the third embodiment can be used, and the control concepts of the first and second embodiments can be combined as described in the fourth embodiment. .
[0138]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the amount of unburned fuel component emissions can be reduced. This can also suppress the generation of white smoke.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an exhaust gas purification device for an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a state of a change in an exhaust air-fuel ratio with respect to an elapsed time when performing SOx poisoning recovery control according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a partially enlarged view of FIG. 2;
FIG. 4 is a flowchart illustrating a schematic procedure of SOx poisoning recovery control according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a flowchart showing a schematic procedure of addition control in FIG.
FIG. 6 is a flowchart illustrating a schematic procedure of SOx poisoning recovery control according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a flowchart showing a schematic procedure of addition control in FIG.
FIG. 8 is a flowchart showing a schematic procedure of stoichiometric control in FIG. 7;
FIG. 9 is a flowchart showing a schematic procedure of target control in FIG. 7;
FIG. 10 is a flowchart illustrating a schematic procedure of addition control according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a flowchart illustrating a schematic procedure of target control according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 12 shows a state of an air-fuel ratio detected by an air-fuel ratio sensor with respect to an actual exhaust air-fuel ratio.
[Explanation of symbols]
1 engine
10 Fuel supply system
11 Supply pump
12 common rail
13 Fuel injection valve
14 Shut-off valve
16 Metering valve
17 Reducing agent addition valve
20 Combustion chamber
30 Intake system
31 Intercooler
32 Throttle valve
40 Exhaust system
42 Catalyst casing
50 Turbocharger
51 shaft
52 Turbine wheel
53 Compressor wheel
60 EGR passage
61 EGR valve
62 Cooler
70 Rail pressure sensor
71 Fuel pressure sensor
72 air flow meter
73 Exhaust gas temperature sensor
74 air-fuel ratio sensor
75 NOx sensor
76 Accelerator position sensor
77 Crank angle sensor
90 ECU
91 CPU
92 ROM
93 RAM
94 Backup RAM
95 Timer counter
96 External input circuit
97 External output circuit
98 Bidirectional bus

Claims (7)

排気通路内にある排気浄化部の酸化性成分濃度が高い場合には排気中に含まれる酸化性の排気物質を吸収し、前記排気浄化部の酸化性成分濃度が低くかつ還元雰囲気の場合には吸収していた酸化性の排気物質を放出しつつ還元することで、酸化性の排気物質の浄化を行う浄化手段と、
前記排気浄化部に還元剤を供給する供給手段と、
前記排気浄化部よりも下流側で排気空燃比を検出する検出手段と、
前記検出手段により検出された値と目標とする排気空燃比との差から、供給する還元剤の補正量を導出し、該補正量に基づいて供給される還元剤の供給量を制御するフィードバック制御手段と、を備える内燃機関の排気浄化装置であって、
前記浄化手段から排気物質を放出還元する際に、前記差がXの場合に、前記検出手段による検出結果が目標とする排気空燃比よりも高い場合の前記補正量をY1とし、該排気空燃比よりも低い場合の前記補正量をY2とすると、前記Xの値にかかわらずY2>Y1の関係を満たしていることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
When the oxidizing component concentration of the exhaust purification section in the exhaust passage is high, the oxidizing exhaust substance contained in the exhaust gas is absorbed, and when the oxidizing component concentration of the exhaust purification section is low and the reducing atmosphere is used, Purifying means for purifying the oxidizing exhaust material by reducing while releasing the absorbed oxidizing exhaust material,
Supply means for supplying a reducing agent to the exhaust gas purification unit,
Detecting means for detecting the exhaust air-fuel ratio downstream of the exhaust purification section;
Feedback control for deriving a correction amount of the supplied reducing agent from a difference between the value detected by the detection unit and a target exhaust air-fuel ratio, and controlling a supply amount of the reducing agent supplied based on the correction amount. And an exhaust purification device for an internal combustion engine comprising:
When exhaust gas is discharged and reduced from the purifying means, when the difference is X, the correction amount when the detection result by the detecting means is higher than a target exhaust air-fuel ratio is Y1, and the exhaust air-fuel ratio is If the correction amount is lower than Y2, the relationship of Y2> Y1 is satisfied regardless of the value of X.
排気通路内にある排気浄化部の酸化性成分濃度が高い場合には排気中に含まれる酸化性の排気物質を吸収し、前記排気浄化部の酸化性成分濃度が低くかつ還元雰囲気の場合には吸収していた酸化性の排気物質を放出しつつ還元することで、酸化性の排気物質の浄化を行う浄化手段と、
前記排気浄化部に還元剤を供給する供給手段と、
前記排気浄化部よりも下流側で排気空燃比を検出する検出手段と、
前記検出手段により検出された値と目標とする排気空燃比との差から、供給する還元剤の補正量を導出し、該補正量に基づいて供給される還元剤の供給量を制御するフィードバック制御手段と、を備える内燃機関の排気浄化装置であって、
前記浄化手段から排気物質を放出還元する場合には、
前記フィードバック制御手段は、排気空燃比がストイキとなる制御を行った後に、排気空燃比がストイキよりも還元性成分濃度の高い目標空燃比となる制御を行うことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
When the oxidizing component concentration of the exhaust purification section in the exhaust passage is high, the oxidizing exhaust substance contained in the exhaust gas is absorbed, and when the oxidizing component concentration of the exhaust purification section is low and the reducing atmosphere is used, Purifying means for purifying the oxidizing exhaust material by reducing while releasing the absorbed oxidizing exhaust material,
Supply means for supplying a reducing agent to the exhaust gas purification unit,
Detecting means for detecting the exhaust air-fuel ratio downstream of the exhaust purification section;
Feedback control for deriving a correction amount of the supplied reducing agent from a difference between the value detected by the detection unit and a target exhaust air-fuel ratio, and controlling a supply amount of the reducing agent supplied based on the correction amount. And an exhaust purification device for an internal combustion engine comprising:
When the exhaust gas is released and reduced from the purifying means,
The exhaust gas purification of an internal combustion engine according to claim 1, wherein the feedback control means performs control such that the exhaust air-fuel ratio becomes a target air-fuel ratio having a higher reducing component concentration than the stoichiometric ratio after performing the control such that the exhaust air-fuel ratio becomes stoichiometric. apparatus.
排気通路内にある排気浄化部の酸化性成分濃度が高い場合には排気中に含まれる酸化性の排気物質を吸収し、前記排気浄化部の酸化性成分濃度が低くかつ還元雰囲気の場合には吸収していた酸化性の排気物質を放出しつつ還元することで、酸化性の排気物質の浄化を行う浄化手段と、
前記排気浄化部に還元剤を供給する供給手段と、
前記排気浄化部よりも下流側で排気空燃比を検出する検出手段と、
前記検出手段により検出された値と目標とする排気空燃比との差から、供給する還元剤の補正量を導出し、該補正量に基づいて供給される還元剤の供給量を制御するフィードバック制御手段と、を備える内燃機関の排気浄化装置であって、
前記浄化手段から排気物質を放出還元する場合には、
前記フィードバック制御手段は、排気空燃比がストイキとなる制御を行った後に、排気空燃比がストイキよりも還元性成分濃度の高い目標空燃比となる制御を行うと共に、
該目標空燃比となる制御を行う場合には、前記差がXの場合に、前記検出手段による検出結果が目標とする排気空燃比よりも高い場合の前記補正量をY1とし、該排気空燃比よりも低い場合の前記補正量をY2とすると、前記Xの値にかかわらずY2>Y1の関係を満たしていることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
When the oxidizing component concentration of the exhaust purification section in the exhaust passage is high, the oxidizing exhaust substance contained in the exhaust gas is absorbed, and when the oxidizing component concentration of the exhaust purification section is low and the reducing atmosphere is used, Purifying means for purifying the oxidizing exhaust material by reducing while releasing the absorbed oxidizing exhaust material,
Supply means for supplying a reducing agent to the exhaust gas purification unit,
Detecting means for detecting the exhaust air-fuel ratio downstream of the exhaust purification section;
Feedback control for deriving a correction amount of the supplied reducing agent from a difference between the value detected by the detection unit and a target exhaust air-fuel ratio, and controlling a supply amount of the reducing agent supplied based on the correction amount. And an exhaust purification device for an internal combustion engine comprising:
When the exhaust gas is released and reduced from the purifying means,
The feedback control means, after performing the control that the exhaust air-fuel ratio is stoichiometric, while performing control such that the exhaust air-fuel ratio becomes a target air-fuel ratio having a higher reducing component concentration than the stoichiometric,
When performing the control to achieve the target air-fuel ratio, when the difference is X, the correction amount when the detection result by the detecting means is higher than the target exhaust air-fuel ratio is Y1, and the exhaust air-fuel ratio If the correction amount is lower than Y2, the relationship of Y2> Y1 is satisfied regardless of the value of X.
前記フィードバック制御手段は、排気空燃比がストイキとなる制御を行った後、ストイキ安定判定期間経過後に、排気空燃比がストイキよりも還元性成分濃度の高い目標空燃比となる制御を行うことを特徴とする請求項2または3に記載の内燃機関の排気浄化装置。The feedback control means performs control such that the exhaust air-fuel ratio becomes a stoichiometric control, and then, after the stoichiometric stability determination period elapses, performs control such that the exhaust air-fuel ratio becomes a target air-fuel ratio having a higher reducing component concentration than the stoichiometric. The exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to claim 2 or 3. 前記フィードバック制御手段は、排気空燃比がストイキとなる制御を行った後に、排気空燃比がストイキよりも還元性成分濃度の高い目標空燃比となる制御を行う際に、ストイキ制御を行った際の補正量を、目標空燃比となる制御を行う場合における補正量の導出の際に反映させることを特徴とする請求項2,3または4に記載の内燃機関の排気浄化装置。The feedback control means, after performing the control that the exhaust air-fuel ratio becomes stoichiometric, when performing the control that the exhaust air-fuel ratio becomes the target air-fuel ratio having a higher reducing component concentration than the stoichiometric, when performing the stoichiometric control 5. The exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to claim 2, wherein the correction amount is reflected at the time of deriving the correction amount when performing control to achieve the target air-fuel ratio. 周囲の雰囲気に応じて酸化性の排気物質を吸収あるいは放出還元する浄化手段によって排気が浄化される排気浄化部よりも下流側で、検出手段により検出された排気空燃比データの信号を受信する受信手段と、
該受信手段によって受信した排気空燃比データと目標とする排気空燃比との差から、前記排気浄化部に還元剤を供給する供給手段により供給される還元剤の供給量の補正量を導出する導出手段と、
該導出手段によって導出された補正量によって補正された供給量で供給するように、前記供給手段に対して指示する信号を発信する発信手段と、を備え、
前記供給手段による還元剤の供給量のフィードバック制御を行う制御装置であって、
前記浄化手段から排気物質を放出還元する際に、前記差がXの場合に、前記検出手段による検出結果が目標とする排気空燃比よりも高い場合の前記補正量をY1とし、該排気空燃比よりも低い場合の前記補正量をY2とすると、前記Xの値にかかわらずY2>Y1の関係を満たしていることを特徴とする制御装置。
Receives a signal of exhaust air-fuel ratio data detected by the detection means downstream of the exhaust purification section where the exhaust is purified by the purification means for absorbing or releasing and reducing the oxidizing exhaust substance according to the surrounding atmosphere. Means,
Derivation of deriving a correction amount of a supply amount of a reducing agent supplied by a supply unit that supplies a reducing agent to the exhaust gas purification unit from a difference between the exhaust air-fuel ratio data received by the receiving unit and a target exhaust air-fuel ratio. Means,
Transmitting means for transmitting a signal instructing the supply means, so as to supply at a supply amount corrected by the correction amount derived by the derivation means,
A control device for performing feedback control of the supply amount of the reducing agent by the supply unit,
When exhaust gas is discharged and reduced from the purifying means, when the difference is X, the correction amount when the detection result by the detecting means is higher than a target exhaust air-fuel ratio is Y1, and the exhaust air-fuel ratio is If the correction amount is lower than Y2, the relationship of Y2> Y1 is satisfied regardless of the value of X.
周囲の雰囲気に応じて酸化性の排気物質を吸収あるいは放出還元する浄化手段によって排気が浄化される排気浄化部よりも下流側で、検出手段により検出された排気空燃比データの信号を受信する受信手段と、
該受信手段によって受信した排気空燃比データと目標とする排気空燃比との差から、前記排気浄化部に還元剤を供給する供給手段により供給される還元剤の供給量の補正量を導出する導出手段と、
該導出手段によって導出された補正量によって補正された供給量で供給するように、前記供給手段に対して指示する信号を発信する発信手段と、を備え、
前記供給手段による還元剤の供給量のフィードバック制御を行う制御装置であって、
前記浄化手段から排気物質を放出還元する場合には、
排気空燃比がストイキとなる制御を行った後に、排気空燃比がストイキよりも還元性成分濃度の高い目標空燃比となる制御を行うことを特徴とする制御装置。
Receives a signal of exhaust air-fuel ratio data detected by the detection means downstream of the exhaust purification section where the exhaust is purified by the purification means for absorbing or releasing and reducing the oxidizing exhaust substance according to the surrounding atmosphere. Means,
Derivation of deriving a correction amount of a supply amount of a reducing agent supplied by a supply unit that supplies a reducing agent to the exhaust gas purification unit from a difference between the exhaust air-fuel ratio data received by the receiving unit and a target exhaust air-fuel ratio. Means,
Transmitting means for transmitting a signal instructing the supply means, so as to supply at a supply amount corrected by the correction amount derived by the derivation means,
A control device for performing feedback control of the supply amount of the reducing agent by the supply unit,
When the exhaust gas is released and reduced from the purifying means,
A control device, wherein after performing control to make the exhaust air-fuel ratio stoichiometric, control is performed so that the exhaust air-fuel ratio becomes a target air-fuel ratio having a higher concentration of reducing components than stoichiometric.
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