JP2005030272A - Exhaust emission control device for internal combustion engine - Google Patents

Exhaust emission control device for internal combustion engine Download PDF

Info

Publication number
JP2005030272A
JP2005030272A JP2003194929A JP2003194929A JP2005030272A JP 2005030272 A JP2005030272 A JP 2005030272A JP 2003194929 A JP2003194929 A JP 2003194929A JP 2003194929 A JP2003194929 A JP 2003194929A JP 2005030272 A JP2005030272 A JP 2005030272A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
catalyst
amount
fuel
droplet
nox
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2003194929A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Akira Kenjo
晃 見上
Shinya Hirota
信也 広田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2003194929A priority Critical patent/JP2005030272A/en
Publication of JP2005030272A publication Critical patent/JP2005030272A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an exhaust emission control device for an internal combustion engine enabling an NOx catalyst temperature to rise to a target floor temperature without the occurrence of HC poisoning. <P>SOLUTION: An exhaust emission control device comprises a catalyst, having oxidation ability, situated in the exhaust passage of an internal combustion engine; a fuel feeding means to feed fuel to the catalyst from the upstream of the catalyst in the exhaust passage; an arrival droplet calculating means to calculate an arrival driplet amount, being a fuel amount arriving in a driplet state at the catalyst, of fuel fed from the fuel feeding means; a droplet limit amount calculating means to calculate a driplet limit amount being a maximum amount of fuel being oxidized, even if fuel arrivals in a droplet state at a catalyst, based on the temperature of the catalyst; and a feed fuel amount deciding means to decide a fuel amount fed to the catalyst from the fuel feed means such that an arrival droplet amount does not exceed the droplet limit amount. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車等に搭載される内燃機関から排出される排気を触媒にて浄化する排気浄化装置に係り、特に触媒を昇温させるためあるいは触媒に保持されたNOxを除去するために供給する燃料が付着して触媒が被毒を受けるのを防止する技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
内燃機関から排出される窒素酸化物(以下、「NOx」という。)を大気中に放出する前に浄化する手段として、排気系に吸蔵還元型NOx触媒(以下単に「NOx触媒」という場合もある。)を配置して、リーンな空燃比での運転時に排気ガス中のNOxを当該NOx触媒上に一時的に保持する技術が知られている。このようなNOx触媒は、排気ガス中のNOxとともに硫黄酸化物(以下、「SOx」という場合もある。)も保持してしまうため、SOxの保持量が増加した場合には排気ガス中のNOxを保持しきれなくなる、いわゆるSOx被毒を生じる。
【0003】
これに対して、NOx触媒を例えば約600℃の高温とし、NOx触媒へ還元剤たる燃料を供給することによりNOx触媒に流入する排気の空燃比をリッチな空燃比にして、NOx触媒を高温かつ還元雰囲気とすることによりNOx触媒に保持されたSOxを還元除去し、以ってNOx触媒のSOx被毒を解消させてNOx触媒を再生する技術が知られている(例えば、特許文献1参照。)。
【0004】
そして、NOx触媒の温度を約600℃の高温まで上昇させるための手段として、排気行程中もしくは膨張行程中に気筒内に燃料を副次的に噴射するポスト噴射又は吸気行程もしくは排気行程の上死点近傍で気筒内に燃料を噴射するビゴム噴射等の副噴射を実行すること、又は触媒に流入する排気中に例えば燃料等の還元剤を添加することにより、NOx触媒に流入する排気の空燃比をリッチ空燃比とし、未燃の燃料がNOx触媒で酸化する反応熱を利用している。
【0005】
また、NOx触媒においては、内燃機関の希薄燃焼運転が長期間継続されると、NOx保持能力が飽和し、排気中のNOxがNOx触媒で浄化されずに大気中へ放出されてしまう。従って、NOx触媒のNOx保持能力が飽和する前に、NOx触媒に保持されたNOxを放出及び還元させる必要がある。
【0006】
そのために、NOx触媒に流入する排気中の酸素濃度を低下させるとともに還元剤の濃度を高め、NOx触媒に流入する排気の空燃比を比較的に短い周期でスパイク的(短時間)にリッチ空燃比とする、リッチスパイク制御を実行することが知られている(例えば、特許文献2参照。)。そして、かかる場合、上述した副噴射あるいは還元剤添加を実行することにより、NOx触媒全体に保持されたNOxを還元できるように、NOx触媒の排気方向最後端においてもリッチ空燃比となるように、未燃の燃料を供給している。
【0007】
【特許文献1】
特開2001−82137号公報
【特許文献2】
特開平11−210524号公報
【特許文献3】
特開平11−62559号公報
【特許文献4】
特開2002−38939号公報
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述したSOx被毒を解消させる際あるいはNOxを還元する際に排気の空燃比をリッチ空燃比とする場合に、NOx触媒に流入する排気中の未燃の燃料の割合、排気温度、NOx触媒の温度等によっては、未燃の燃料が蒸発せずに液滴のまま触媒前端部分に付着するおそれがある。
【0009】
そして、NOx触媒の温度が低い場合に未燃の燃料が液滴のまま多量に付着すると、反応性が悪いため、その燃料が付着したままとなり、元の状態まで回復せずにNOx浄化性能が著しく低下する、HC被毒が生じてしまうおそれがある。特に、通常のディーゼル機関の運転条件では、ガソリン機関と比較して排気温度が低いために、NOx触媒に付着した燃料が脱離し難いので、HC被毒が生じ易い。
【0010】
本発明は、上記した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、HC被毒を生じさせることなく、NOx触媒を目標の床温まで上昇させることができる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。また、HC被毒を生じさせることなく、NOx触媒からNOxを還元させることができる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置にあっては、内燃機関の排気通路に配置された酸化能を有する触媒と、前記排気通路の前記触媒の上流から当該触媒に燃料を供給する燃料供給手段と、前記燃料供給手段から供給される燃料の内、前記触媒に液滴状態で到達する燃料量である到達液滴量を算出する到達液滴量算出手段と、前記触媒の温度を検知する触媒温度検知手段と、当該触媒温度検知手段にて検知した前記触媒の温度に基づいて、当該触媒に液滴状態で到達しても酸化される燃料の最大量である液滴限界量を算出する液滴限界量算出手段と、前記到達液滴量算出手段にて算出した前記到達液滴量が前記液滴限界量算出手段にて算出した前記液滴限界量を超えないように前記燃料供給手段から前記触媒に供給する燃料量を決定する供給燃料量決定手段と、を備えることを特徴とする。
【0012】
なお、前記触媒温度検知手段としては、触媒の温度を直に検出する温度センサあるいは触媒の下流の排気通路に備えられた温度センサに基づいて触媒の温度を推定するもの等を例示することができる。
【0013】
酸化能を有する触媒の温度を上昇させるためあるいは当該触媒に保持されているNOxやSOxを除去するために当該触媒の上流から燃料が供給された場合、供給された燃料が気化できずに液滴状態で触媒に到達し付着する場合がある。そして、液滴状態の燃料は気化した燃料と比較すると反応性が悪いため、触媒の温度によっては、反応しきれずに(酸化されずに)付着したままとなり、触媒にHC被毒を生じさせるおそれがある。
【0014】
そこで、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、燃料供給手段から供給される燃料の内、触媒に液滴状態で到達する燃料量である到達液滴量を算出する到達液滴量算出手段と、触媒の温度に基づいて、触媒に液滴状態で到達しても酸化される燃料の最大量である液滴限界量を算出する液滴限界量算出手段と、前記到達液滴量が前記液滴限界量を超えないように前記燃料供給手段から前記触媒に供給する燃料量を決定する供給燃料量決定手段と、を備えることを特徴とする。
【0015】
かかる構成とすることにより、供給燃料量決定手段が決定した燃料量を、燃料供給手段が触媒に供給することで、触媒にHC被毒を生じさせないようにすることができる。
【0016】
また、前記触媒に流入する排気の量を検知する触媒入りガス量検知手段と、前記触媒に流入する排気の温度を検知する触媒入りガス温検知手段と、を更に備え、前記到達液滴量算出手段は、前記触媒入りガス量検知手段にて検知した前記触媒に流入する排気の量と前記触媒入りガス温検知手段にて検知した前記触媒に流入する排気の温度とに基づいて、前記到達液滴量を算出することが好適である。
【0017】
ここで、触媒入りガス量検知手段としては、内燃機関の吸気通路に備えられ吸入空気量を検出するエアフローメータの検出値を基に気筒内から排出される排気の量を推定し触媒に流入する排気の量を推定するもの、機関回転数を基に気筒内から排出される排気の量を推定し触媒に流入する排気の量を推定するもの、あるいは触媒の上流の排気通路を流通する排気の量を直に検出するセンサ等を例示することができる。また、触媒入りガス温検知手段としては、内燃機関の機関回転数及び気筒内に供給された燃料量とに基づいて排気の温度を推定するものあるいは触媒の上流の排気の温度を直に検出する温度センサ等を例示することができる。
【0018】
また、前記液滴限界量算出手段は、前記触媒の劣化度合いにも基づいて、前記液滴限界量を算出することが好適である。触媒はSOx被毒を受けたり熱劣化したりする等して劣化する場合があるが、その劣化度合いが大きくなると触媒での燃料の反応性が悪くなるという性質を有する。そのため、かかる触媒の劣化度合いをも考慮して前記液滴限界量を算出すると、より精度良く前記液滴限界量を算出することができる。
【0019】
また、触媒の温度が上昇すると活性化が進み、触媒での燃料の反応性も良くなるので、前記液滴限界量算出手段は、前記触媒の温度が上昇するのに応じて、前記液滴限界量を増量するように算出し、前記供給燃料量決定手段は、前記液滴限界量が増量するのに応じて前記燃料供給手段から供給する燃料量を増量するように決定することが好適である。
【0020】
そして、前記触媒は吸蔵還元型NOx触媒であり、前記供給燃料量決定手段は、前記触媒に保持されたNOxを還元すべきときに前記燃料供給手段が当該NOxの還元剤として供給する燃料量を、前記到達液滴量が前記液滴限界量を超えないように決定することが好適である。かかる構成とすることで、触媒にHC被毒を生じさせることを防止しつつ、触媒に保持されたNOxを還元することができる。
【0021】
【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。
【0022】
図1は、本発明の実施の形態に係る排気環流装置を備えた内燃機関の概略構成を示す図である。図1に示す内燃機関1は、4つの気筒2を有する水冷式の4気筒ディーゼルエンジンである。
【0023】
内燃機関1は、各気筒2の燃焼室に直接燃料を噴射する燃料噴射弁3を備えている。各燃料噴射弁3は、蓄圧室(コモンレール)4と接続され、このコモンレール4は、燃料供給管5を介して燃料ポンプ6と連通している。
【0024】
内燃機関1には、吸気通路7が接続されており、この吸気通路7は、エアクリーナボックス8に接続されている。そして、エアクリーナボックス8より下流の吸気通路7には、当該吸気通路7内を流通する吸気の質量に対応した電気信号を出力するエアフローメータ9が取り付けられている。
【0025】
また、吸気通路7の途中には、過給機(ターボチャージャー)10のコンプレッサハウジング10aが設けられている。コンプレッサハウジング10aより下流の吸気通路7にはインタークーラ11が取り付けられている。更にインタークーラ11より下流の吸気通路7には、当該吸気通路7内を流通する吸気の流量を調節する吸気絞り弁12が設けられている。この吸気絞り弁12には、当該吸気絞り弁12を開閉駆動する吸気絞り用アクチュエータ13が取り付けられている。
【0026】
そして、コンプレッサハウジング10aに流入し、当該コンプレッサハウジング10a内で圧縮されて高温となった吸気は、インタークーラ11にて冷却された後、必要に応じて吸気絞り弁12によって流量を調節されて吸気通路7を介して各気筒2の燃焼室へ分配され、各気筒2の燃料噴射弁3から噴射された燃料を着火源として燃焼される。
【0027】
また、内燃機関1には排気通路14が接続され、この排気通路14は下流にて図示しないマフラーと接続されている。
【0028】
また、排気通路14の途中には、前記過給機10のタービンハウジング10bが配置されており、排気通路14のタービンハウジング10bより下流の部位には、排気浄化装置15が備えられている。なお、特に断らない限り本実施の形態に係る排気浄化装置15は、吸蔵還元型NOx触媒(以下、特に断らない限り「NOx触媒」という。)のことを示す。
【0029】
NOx触媒15の上流の排気通路14には排気通路14内を流通する排気の空燃比に対応した電気信号を出力する空燃比センサ16と、当該排気通路14内を流通する排気の温度に対応した電気信号を出力する排気温度センサ17が取り付けられている。そして、タービンハウジング10bから排出された排気は、排気通路14を介してNOx触媒15へ流入し、排気中の物質が浄化される。
【0030】
また、NOx触媒15より上流の排気通路14を流通する排気中に還元剤たる燃料(軽油)を添加する還元剤供給手段を備えている。この還元剤供給手段は、図1に示されるようにその噴孔が排気通路14内に臨むよう内燃機関1のシリンダヘッドに取り付けられ、所定の開弁圧以上の燃料が印加されたときに開弁して燃料を噴射する還元剤添加弁18と、前述した燃料ポンプ6から吐出された燃料を前記還元剤添加弁18へ導く還元剤供給路19とを備えている。
【0031】
このように構成された還元剤供給手段において、還元剤添加弁18から排気通路14内へ添加された還元剤は、排気通路14の上流から流れてきた排気とともにタービンハウジング10bへ流入する。タービンハウジング10b内に流入した排気と還元剤とは、タービンホイールの回転によって撹拌されて均質に混合された排気を形成する。
【0032】
以上述べたように構成された内燃機関1には、当該内燃機関1を制御するための電子制御ユニット(ECU:Electronic Control Unit)20が併設されている。このECU20は、CPU、ROM、RAM、バックアップRAM等からなる算術論理演算回路である。
【0033】
ECU20には、前述したエアフローメータ9、空燃比センサ16、排気温度センサ17に加え、内燃機関1に取り付けられたクランクポジションセンサ21及び水温センサ22等の各種センサが電気配線を介して接続され、上記した各種センサの出力信号がECU20に入力されるようになっている。
【0034】
一方、ECU20には、燃料噴射弁3、吸気絞り用アクチュエータ13、還元剤添加弁18等が電気配線を介して接続され、ECU20が、燃料噴射弁3、吸気絞り用アクチュエータ13及び還元剤添加弁18等を制御することが可能になっている。
【0035】
例えば、ECU20は、一定時間毎に実行すべき基本ルーチンにおいて、各種センサの出力信号の入力、機関回転数の演算、燃料噴射量の演算、燃料噴射時期の演算等を実行する。基本ルーチンにおいてECU20が入力した各種信号やECU20が演算して得られた各種制御値は、当該ECU20のRAMに一時的に記憶される。
【0036】
次に、本実施の形態に係る吸蔵還元型NOx触媒15について説明する。
NOx触媒15は、当該触媒に流入する排気の空燃比がリーン空燃比(理論空燃比以上)であるときには、排気中のNOxを保持して大気中に放出しないようにし、当該触媒に流入する排気の空燃比が理論空燃比あるいはリッチ空燃比(理論空燃比以下)となったときには、保持していたNOxを放出及び還元して除去するものである。
【0037】
このため、内燃機関1が希薄燃焼運転されている場合は、内燃機関1から排出される排気の空燃比がリーン雰囲気となり排気の酸素濃度が高くなるため、排気中に含まれるNOxがNOx触媒15に保持されることになるが、内燃機関1の希薄燃焼運転が長期間継続されると、NOx触媒15のNOx保持能力が飽和し、排気中のNOxがNOx触媒15にて浄化されずに大気中へ放出されてしまう。
【0038】
特に、内燃機関1のようなディーゼル機関では、大部分の運転領域においてリーン空燃比の混合気が燃焼され、それに応じて大部分の運転領域において排気の空燃比がリーン空燃比となるため、NOx触媒15のNOx保持能力が飽和し易い。
【0039】
また、NOx触媒15は、NOxの場合と同様のメカニズムによって排気中のSOxを保持するため、SOxの保持量が増加すると、それに応じてNOx触媒15のNOx保持能力が低減する、いわゆるSOx被毒が発生する。
【0040】
そして、このようにNOx触媒15にSOx被毒が生じると、NOx保持能力が飽和し、排気中のNOxがNOx触媒15にて浄化されずに大気中へ放出されてしまう。したがって、本実施の形態においては、NOx触媒15が被毒を受けているSOxを放出及び還元させる、SOx被毒解消制御を実行することとしている。
【0041】
このSOx被毒解消制御では、ECU20が、NOx触媒15に流入する排気の熱履歴等によりSOx被毒量が所定量以上であると判断した場合は、先ずNOx触媒15の床温を約600℃に高めるために以下に説明するような触媒昇温制御を実行する。そして、触媒昇温制御によりNOx触媒15の床温が約600℃まで上昇したら、NOx触媒15に流入する排気の空燃比をリッチ空燃比とすべく還元剤添加弁18から還元剤たる燃料を添加させる還元剤添加制御を実行する。
【0042】
[触媒昇温制御の第1の実施例]
以下、具体的に本実施の形態に係る触媒昇温制御の第1の実施例について説明する。
【0043】
本実施の形態の触媒昇温制御では、NOx触媒15の温度を早期に上昇させるために、内燃機関1の圧縮行程での通常の主燃料噴射に加えて、排気行程中もしくは膨張行程中に気筒内に燃料を副次的に噴射するポスト噴射又は吸気行程もしくは排気行程の上死点近傍で気筒内に燃料を噴射するビゴム噴射等の副噴射を行う。
【0044】
ポスト噴射においては、排気行程中又は膨張行程中に噴射された燃料が未燃燃料としてNOx触媒15に流入し、当該触媒との反応熱により当該触媒の温度が上昇する。一方、ビゴム噴射においては、吸気行程又は排気行程の上死点近傍で噴射された燃料がその後の行程で蒸発して着火し易いものとなり燃焼を安定させるので、主燃料噴射時期を遅延させることによりピストン運動に消費されるエネルギ量が減少し、それに伴い温度上昇した排気がNOx触媒15に到達することにより当該触媒の温度が上昇する。更に噴射された燃料の未燃分がNOx触媒15に供給され、それが当該触媒上で酸化反応を起こし、当該触媒の温度が上昇する。なお、ポスト噴射及びビゴム噴射等の副噴射は、主燃料噴射との間に必ずしもインターバルを設ける必要はない。
【0045】
また、上述の副噴射の代わりにあるいは副噴射とともに、還元剤添加弁18から排気中へ還元剤たる燃料を添加させることにより、それらの未燃燃料をNOx触媒15において酸化させ、酸化の際に発生する熱によってNOx触媒15の床温を高めるようにしてもよい。
【0046】
但し、NOx触媒15に流入する排気中のHC濃度、触媒に流入する排気の温度及び量、NOx触媒の床温等によっては、上述した副噴射あるいは還元剤添加弁18の添加によりNOx触媒15に供給された燃料全てが蒸発しきれずに液状のまま触媒前端部分に到達して付着するおそれがある。そして、NOx触媒15の温度が低い場合に未燃の燃料が液滴のまま多量に付着すると、反応性が悪いため、その燃料が付着したままとなり、元の状態まで回復せずにNOx浄化性能が著しく低下する、HC被毒を生じさせてしまうおそれがある。
【0047】
このようにしてNOx触媒15にHC被毒が生じても、触媒に流入する排気の温度が上昇することにより当該触媒の温度が上昇すると、付着した燃料は酸化して脱離し、HC被毒は解消するが、通常のディーゼル機関の運転条件では、ガソリン機関と比較して排気温度が低いために、NOx触媒15に付着した燃料が脱離し難く、HC被毒は解消し難い。
【0048】
そこで、本実施例においては、NOx触媒15に流入する排気の温度及び量、NOx触媒15の床温等を考慮してHC被毒を生じさせないように、以下のようにしてNOx触媒15に供給する燃料量を決定するようにする。
【0049】
副噴射あるいは還元剤添加弁18による添加により供給される燃料は液体であるが、その後高温のガスに晒されると、その一部は蒸発して気化する。そして、蒸発しきれなかった燃料が液滴のままNOx触媒15に到達する。つまり、「供給燃料量−燃料蒸発量=到達液滴量」という関係が成り立つ。
【0050】
一方、燃料が液滴のままNOx触媒15に到達すると触媒に付着するが、NOx触媒15の温度によっては、付着した燃料が触媒に付着したままとならずに当該触媒で反応(酸化)して脱離する。そして、NOx触媒15に液滴のまま到達しても当該触媒に付着したままとならない(酸化される)最大の燃料量を「液滴限界量」として、NOx触媒15の床温との関係を示したのが図2である。本図に示すように、NOx触媒15の温度が高くなるにつれて液滴限界量も増加する。
【0051】
そして、触媒昇温制御を実行するために、供給する燃料量を決定するにあたっては、供給した燃料の内、液滴のままNOx触媒15に到達する燃料量がその時点のNOx触媒15の床温における液滴限界量を超えないようにする。つまり、「到達液滴量≦液滴限界量」となるようにする。一方、早期に昇温させるにはより多くの燃料を供給する方が好ましいので、到達液滴量をできるだけ液滴限界量に近づけるようにする。
【0052】
以上のことにより、供給する燃料量を、燃料蒸発量に液滴限界量を加算した量、つまり、「供給燃料量=燃料蒸発量+液滴限界量」となるように決定する。
【0053】
次に、燃料蒸発量について説明する。この燃料蒸発量は、NOx触媒15に流入する排気の量である触媒入りガス量と当該触媒に流入する排気の温度である触媒入りガス温度との間で3次元的な相関関係が成り立つ。そして、エアフローメータ9の検出値を基に気筒内に吸入される空気の量である吸入空気量を検出し、気筒内から排出される排気の量を推定し、これを触媒入りガス量とした場合、吸入空気量、触媒入りガス温度及び燃料蒸発量の間には図3に示すような3次元的な相関関係が成り立つ。
【0054】
そして、燃料蒸発量と吸入空気量との相関関係、燃料蒸発量と触媒入りガス温度との相関関係を2次元で表したのが図4である。このように、同じ燃料量を供給したとしても、気筒内に吸入された空気量が多いほど蒸発する燃料量は多くなり、触媒に流入する排気の温度が高いほど蒸発する燃料量は多くなる。
【0055】
上述した点に鑑み、本実施例に係る触媒昇温制御においては、図5のフローチャート図に示した制御ルーチンにしたがって供給燃料量を決定し、決定した燃料量だけを燃料を供給するようにする。
【0056】
この制御ルーチンは、予めECU20のROMに記憶されているルーチンであり、一定時間の経過、あるいはクランクポジションセンサ21からのパルス信号の入力などをトリガとした割り込み処理としてECU20が実行するルーチンである。
【0057】
本ルーチンでは、ECU20は、先ず、S100においてNOx触媒15の触媒床温を把握する。これは、触媒の温度に対応した電気信号を出力する触媒床温センサ(図示省略)の検出値を基に把握するものである。なお、触媒床温センサにて直に触媒の温度を検出しない場合は、触媒の下流に備えられた排気温度センサ17の検出値を基に把握してもよい。
【0058】
その後、ステップ101へ進み、液滴限界量を算出する。これは、上述したように、触媒床温と液滴限界量とは図2に示すような相関関係があるので、この関係を予め経験則に基づいてマップ化してROMに記憶しておき、ステップ100にて把握された触媒床温をこのマップに代入して液滴限界量を算出するものである。
【0059】
その後、ステップ102へ進み、吸入空気量を把握する。これは、エアフローメータ9の検出値を基に把握するものである。その後、ステップ103へ進み、触媒入りガス温度を推定する。これは、主噴射燃料量と機関回転数とに基づきマップから導き出して推定するものである。あるいは、NOx触媒15上流の排気通路に温度センサを設けて検出してもよい。
【0060】
その後ステップ104へ進み、燃料蒸発量を算出する。これは、上述したように、燃料蒸発量、吸入空気量及び触媒入りガス温度の間には図3に示したような相関関係があるので、この関係を予め経験則に基づいてマップ化してROMに記憶しておき、ステップ102にて把握された吸入空気量及びステップ103にて推定された触媒入りガス温度をこのマップに代入して燃料蒸発量を算出するものである。
【0061】
但し、排気の空燃比を所望の値にするために副噴射にて燃料を供給する場合、ポスト噴射とビゴム噴射では、噴射するタイミングが異なることから供給する燃料量が同じであっても蒸発する燃料量が異なる。そのため、上記マップもポスト噴射用のマップとビゴム噴射用のマップを別々にしておくことが好ましい。また、同様に、気筒内に燃料を供給する副噴射と気筒から排出された排気中に還元剤添加弁18から燃料を供給するのとでは、燃料を供給するタイミングのみならず供給する場所も異なることから、供給する燃料量が同じであっても蒸発する燃料量が異なる。そのため、還元剤添加弁18からの供給用独自のマップを用いることが好ましい。
【0062】
その後ステップ105へ進み、供給燃料量を算出する。上述したように、供給燃料量は、「供給燃料量=燃料蒸発量+液滴限界量」という式に基づいて決定される量であり、ステップ101で算出した液滴限界量とステップ104で算出した燃料蒸発量とを加算して供給燃料量を算出する。
【0063】
そして、ステップ106へ進み、燃料供給を実行する。つまり、本ステップにて、ステップ105で算出した供給燃料量を実際に供給するものであるが、その時点の燃料の圧力(コモンレール4内の圧力)を考慮して燃料噴射弁3あるいは還元剤添加弁18の開弁期間でその量を制御するものである。
【0064】
そして、ステップ107へ進み、NOx触媒15の触媒床温が目標の温度に到達したか否かを判別する。ステップ100で説明したようにして触媒床温を把握し、目標触媒床温(例えば約600℃)と比較するものである。
【0065】
そして、目標触媒床温に到達していると判別された場合は、本ルーチンの実行を終了する。一方、目標触媒床温に到達していないと判別された場合は、触媒床温が目標の温度に到達するまで、ステップ100以降の処理を実行する。
【0066】
このようにすることで、触媒昇温制御の際、触媒床温等に応じてHC被毒が生じないような燃料量が決定されて供給される。その後、触媒床温が上昇するに応じて、供給燃料量を増加して液滴のまま触媒に到達する燃料量が増加してもHC被毒しない許容度が上がるので、供給燃料量が増加される。そのため、最初に供給した場合と比較して単位時間あたりの供給燃料量が増えるので、触媒床温も最初に供給した場合と比較してより上昇する。このようなことを繰り返すことにより触媒がHC被毒を生じさせることなく目標の触媒床温まで早期に上昇させることができる。
【0067】
[触媒昇温制御の第2の実施例]
本実施例においては、供給燃料量を決定するにあたって、NOx触媒15の劣化度合いをも考慮する。触媒の劣化度合いが大きいと未燃燃料が触媒で反応し難くなり、触媒に供給された燃料が液滴のまま触媒に付着し、そのまま反応しきれずに触媒に付着したままとなる割合が増加するため、触媒の劣化度合いをも考慮して供給燃料量を決定するものである。
【0068】
この触媒劣化度合いは、SOx被毒量及び触媒の熱劣化との間に3次元的な関係があり、これらの関係を2次元的に表したのが図6である。本図に示すように、SOx被毒量が多くなるにつれて触媒劣化度合いは大きくなり、また、触媒が熱劣化するほど触媒劣化度合いが大きくなる。
【0069】
そして、第1の実施例においては、液滴限界量を、NOx触媒15の劣化を考慮せずに触媒床温のみに基づいて決定し、当該触媒に到達する液滴量が、当該液滴限界量を超えないように供給燃料量を決定していたが、本実施例においては、触媒劣化を考慮して液滴限界量を決定する。
【0070】
その決定手法は、まず、第1の実施例における液滴限界量、つまり触媒劣化を考慮しない場合のNOx触媒に燃料が液滴のまま到達しても触媒に付着したままとならない最大の液滴量を本実施例では「液滴最大量」とする。
【0071】
そして、液滴限界量を決定するにあたって、触媒劣化度合い及び触媒床温と3次元的な関係を有する触媒劣化係数を用い、この触媒劣化係数に上述した液滴最大量を積算した量を液滴限界量とする。つまり、「液滴限界量=液滴最大量×触媒劣化係数」とする。この触媒劣化係数と触媒劣化度合いとの2次元的な関係及び触媒劣化係数と触媒床温との2次元的な関係を示したのが図7であり、本図に示すように、触媒劣化度合いが大きくなるにつれて触媒劣化係数は小さくなり、触媒床温が高くなるにつれて触媒劣化係数が大きくなるというような関係がある。つまり、触媒劣化度合いが大きいほど触媒劣化係数は小さくなり、液滴限界量も少なくなる。また、触媒床温が高いほど触媒劣化係数は大きくなり、液滴限界量も多くなる。
【0072】
また、供給燃料量は、第1の実施例と同様に「供給燃料量=燃料蒸発量+液滴限界量」という式を用いて決定する。
【0073】
上述した点に鑑み、本実施例に係る触媒昇温制御においては、図8のフローチャート図に示した制御ルーチンにしたがって供給燃料量を決定し、決定した燃料量だけ燃料を供給するようにする。
【0074】
この制御ルーチンは、予めECU20のROMに記憶されているルーチンであり、一定時間の経過、あるいはクランクポジションセンサ21からのパルス信号の入力などをトリガとした割り込み処理としてECU20が実行するルーチンである。
【0075】
本ルーチンでは、ECU20は、先ず、S200においてNOx触媒15の劣化度合いを算出する。これは、上述したように、触媒劣化度合い、SOx被毒量及び触媒の熱劣化度合いの間には相関関係があるので、この関係を予め経験則に基づいてマップ化してROMに記憶しておき、SOx被毒解消処理を実行するにあたってすでに導き出されているSOx被毒量及び内燃機関から排出され触媒に流入した排気の熱履歴に基づいて導き出される触媒の熱劣化の度合いを、当該マップに代入して触媒劣化度合いを算出するものである。
【0076】
その後ステップ201へ進み、NOx触媒15の触媒床温を把握する。これは、第1の実施例のステップ100と同一であるので、その説明は省略する。その後ステップ202へ進み、液滴最大量を算出する。これは、第1の実施例における触媒劣化を考慮しない液滴限界量と同一であり、算出手法も上述したのと同様であるのでその説明は省略する。
【0077】
その後ステップ203へ進み、NOx触媒15の触媒劣化係数を算出する。上述したように、触媒劣化係数、触媒劣化度合い及び触媒床温の間には相関関係があるので、この関係を予め経験則に基づいてマップ化してROMに記憶しておき、ステップ200で算出した触媒劣化度合い及びステップ201で把握した触媒床温を、当該マップに代入して触媒劣化係数を算出するものである。
【0078】
その後ステップ204へ進み、液滴限界量を算出する。これは、上述したように、ステップ202で算出した液滴最大量にステップ203で算出した触媒劣化係数を積算するものである。
【0079】
その後、ステップ205へ進み、吸入空気量を把握し、ステップ206へ進み、触媒入りガス温度を推定し、ステップ207へ進み、燃料蒸発量を算出する。これらは第1の実施例のステップ102からステップ104と同じであるのでその説明は省略する。
【0080】
その後ステップ208へ進み、供給燃料量を算出する。上述したように、供給燃料量は燃料蒸発量に液滴限界量を加算したものであるので、ステップ207で算出した燃料蒸発量にステップ204で算出した液滴限界量を加算して供給燃料量を算出する。
【0081】
その後ステップ209へ進み、燃料供給を実行し、ステップ210にて触媒床温が目標の触媒床温に到達したかどうかを判別する。これらは、第1の実施例のステップ106、107と同じであるのでその説明は省略する。そして、ステップ210にて触媒床温が目標触媒床温に到達したと判別された場合は本ルーチンの実行を終了する。一方、目標触媒床温に到達していないと判別された場合は再度ステップ201以降の処理を実行する。
【0082】
このように本実施例においては、触媒劣化度合いをも考慮して供給燃料量を決定するので、より精度良くNOx触媒15にHC被毒が生じるのを防止することができるとともに、早期に触媒床温を目標の床温まで上昇させることができる。
【0083】
なお、本実施例において、触媒劣化の要因としてはSOx被毒量及び触媒の熱劣化を例示したが、その他に、以下の場合も触媒劣化の要因として考えられる。すなわち、内燃機関からの排気中に含まれるSOFにより触媒が被毒を受けるおそれがある。また、本実施例あるいは触媒昇温制御の第1の実施例を用いて触媒昇温制御を実施したとしても、燃料噴射弁3あるいは還元剤添加弁18が適正に開弁せず、燃料が所望量供給されない等の理由により、触媒がHC被毒を受けるおそれがある。そして、このようなSOF被毒あるいはHC被毒の被毒量が多い場合には、触媒に供給された燃料が液滴のまま触媒に付着し、そのまま反応しきれずに触媒に付着したままとなる割合が増加する。したがって、本実施例においては、SOx被毒量及び触媒の熱劣化との間の相関関係に基づいて触媒劣化度合いを算出しているが、更に、SOF被毒量及びHC被毒量をも含めて触媒劣化度合いを算出し、かかる触媒劣化度合いに基づいて供給燃料量を決定することが好ましい。
【0084】
以上は、排気浄化装置15をNOx触媒とし、そのSOx被毒を解消させるためのSOx被毒解消制御の際の触媒昇温制御について述べたが、上述した触媒昇温制御の第1及び第2の実施例は、暖機時に触媒の床温を上昇させる際にも適用することができる。
【0085】
また、内燃機関からの排気中の煤等の微粒子(PM:Particulate Matter、以下、「PM」という。)を低減するために、排気浄化装置15として、パティキュレートフィルタ(以下、「フィルタ」という。)あるいは酸化触媒、吸蔵還元型NOx触媒、三元触媒等が担持されたフィルタを備える場合、フィルタがPMを過度に捕集してフィルタが目詰まりを起こすことを防止するために、フィルタに捕集されたPMを除去して、フィルタを再生することが必要である。そして、フィルタを再生する方法としては、PMが酸化可能な温度域(約500℃〜700℃)までフィルタを昇温させつつフィルタ内を酸化雰囲気(すなわち、酸素過剰な雰囲気)とすることが一般的である。
【0086】
そして、PMが酸化可能な温度域までフィルタの温度を上昇させる際にも、上述した触媒昇温制御の第1及び第2の実施例で説明したようにすると、フィルタに担持された触媒あるいはフィルタ近傍に備えられた触媒にHC被毒が生じるのを防止することができるとともに、早期に触媒床温を目標の床温まで上昇させることができる。
【0087】
[NOx還元処理制御の第1の実施例]
上述したように、内燃機関1の希薄燃焼運転が長期間継続されると、NOx触媒15のNOx保持能力が飽和し、排気中のNOxがNOx触媒15にて浄化されずに大気中へ放出されてしまう。
【0088】
従って、内燃機関1が希薄燃焼運転されている場合は、NOx触媒15のNOx保持能力が飽和する前にNOx触媒15に流入する排気中の酸素濃度を低下させるとともに還元剤の濃度を高め、NOx触媒15に保持されたNOxを放出及び還元させる、いわゆるNOx還元処理を実行する必要がある。そこで、本実施の形態においては、NOx還元処理として、ECU20が、NOx触媒15に流入する排気の空燃比を比較的に短い周期でスパイク的(短時間)にリッチ空燃比とする、リッチスパイク制御を実行する。
【0089】
このリッチスパイク制御では、ECU20は、NOx触媒に保持されたNOxを還元すべきタイミングであるときに、リッチスパイク制御実行条件が成立しているか否かを判別する。このリッチスパイク制御実行条件としては、例えば、NOx触媒15が活性状態にあるか、排気温度センサ17の出力信号値(排気温度)が所定の上限値以下であるか、後述するSOx被毒解消制御が実行されていないか等の条件を例示することができる。
【0090】
上記したようなリッチスパイク制御実行条件が成立していると判別された場合は、ECU20は、還元剤添加弁18からスパイク的に還元剤たる燃料を添加させることにより、NOx触媒15に流入する排気の空燃比を一時的にリッチ空燃比とする。そして、このようにして形成されたリッチ空燃比の排気は、その後NOx触媒15に流入し、当該触媒に保持されていたNOxを放出及び還元することになる。
【0091】
このようにして、NOx触媒15に流入する排気の空燃比は、比較的に短い周期で「リーン」と「スパイク的なリッチ空燃比」とを交互に繰り返すことにより、NOx触媒15がNOxの保持と放出・還元とを交互に短周期的に繰り返すことができることになる。
【0092】
そして、還元剤添加弁18が添加する還元剤たる燃料の量を決定するにあたっては、還元剤添加弁18にて添加された燃料によりNOx触媒15がHC被毒を受けないように、上述の触媒昇温制御の第1及び第2の実施例で説明した手法で決定するようにする。
【0093】
具体的には、第1の実施例の場合は、触媒床温に基づいて液滴限界量を算出し、吸入空気量及び触媒入りガス温度に基づいて燃料蒸発量を算出する。そして、当該燃料蒸発量に前記液滴限界量を加算して供給燃料量を決定する。
【0094】
また、第2の実施例の場合は、触媒のSOx被毒量及び熱劣化の度合いに基づいて触媒劣化度合いを算出し、触媒床温と触媒劣化度合いに基づいて触媒劣化係数を算出する。そして、触媒床温に基づいて液滴最大量を算出し、当該液滴最大量に前記触媒劣化係数を積算して液滴限界量を算出する。一方で、吸入空気量及び触媒流入ガス温度に基づいて燃料蒸発量を算出する。そして、当該燃料蒸発量に前記液滴限界量を加算して供給燃料量を決定する。
【0095】
このように、上述のようにして決定された燃料量だけ添加することにより、NOx触媒がHC被毒を受けないようにしつつ、NOxを放出及び還元することができる。
【0096】
しかしながら、上述したように触媒昇温制御の第1の実施例あるいは第2の実施例を用いて触媒昇温制御を実施したとしても、燃料噴射弁3あるいは還元剤添加弁18が適正に開弁せず、燃料が所望量供給されないこと、あるいは、内燃機関が運転停止している間に排気通路等に付着していた燃料が内燃機関の始動時等にNOx触媒15に付着すること等により、NOx還元処理を実行する際には既にNOx触媒前端部にHC被毒が生じている可能性がある。かかる場合、上述したようにしてNOx触媒にHC被毒を生じさせないような燃料量を供給したとしても、NOxが効率よく還元されずに却ってHC被毒を悪化させてしまうおそれがある。
【0097】
そこで、本実施例に係るNOx還元処理制御にあたっては、まずNOx触媒15前端部のHC被毒を解消した後に、上述したリッチスパイク制御を実行するようにする。以下、具体的に本実施例に係るNOx還元処理制御の制御ルーチンについて、図9のフローチャート図に沿って説明する。
【0098】
この制御ルーチンは、予めECU20のROMに記憶されているルーチンであり、一定時間の経過、あるいはクランクポジションセンサ21からのパルス信号の入力などをトリガとした割り込み処理としてECU20が実行するルーチンである。
【0099】
まず、ステップ300において、NOx触媒15に保持されたNOxを還元すべきタイミングであるか否かを判別する。この判別は、NOx触媒15のNOx保持量が所定量を上回っているかどうかを判別するものであるが、NOx触媒15によるNOx保持量がその限界値にある程度まで近づいたことを意味する。この保持量は、前回のNOx還元処理からの経過時間や運転履歴等に基づいて推定する、あるいはNOx触媒15の前後差圧を基に推定するものである。そして、NOxを還元すべきタイミングであると判別された場合はステップ301へ進み、そうでない場合は本ルーチンの実行を終了する。
【0100】
ステップ301においては、NOx触媒15にHC被毒が生じているか否かを判別する。これは、これまでの内燃機関の運転履歴、温度履歴等により判別するものであるが、例えば、先のNOx還元処理あるいはSOx被毒解消処理のために排気中に燃料を添加している時に内燃機関が停止させられ、添加した燃料が排気通路に液体のまま付着し、その次の始動時に触媒にHCが付着したかどうか等に基づいて判別するものである。そして、触媒にHC被毒が生じていると判別された場合は、ステップ302へ進み、被毒が生じていないと判別された場合はステップ304へ進む。
【0101】
ステップ302においては、HC被毒回復処理制御を実行する。このHC被毒回復処理制御は、従来のNOx還元処理時には触媒の最後端部の空燃比がリッチ空燃比である約13.5になるように燃料を添加するのに対して、図10に示すように触媒の前端部の空燃比が18になるように燃料を添加するものである。その結果、未燃の燃料がNOx触媒15上で酸素と反応し、その反応熱により触媒前端部の温度が上昇する。そして、NOx触媒15の温度がある所定値以上になると触媒に付着しているHCが酸化し除去されることとなる。なお、還元剤添加弁18による燃料添加の代わりに、NOx触媒15の前端部の空燃比が18となるようにポスト噴射を行ってもよい。また、ビゴム噴射を実行することにより触媒に流入するガスの温度を上昇させて触媒の温度を直接上昇させることにより、触媒に付着しているHCを酸化除去してもよい。
【0102】
その後、ステップ303へ進み、HC被毒が回復できたか否かを判別する。これは、被毒回復の判断であるマップに基づいて、ステップ300で把握できる今回の被毒の度合いに応じて、HC被毒回復処理の温度と時間の履歴により判別するものである。そして、HC被毒を回復できたと判別された場合は、ステップ304へ進み、上述したリッチスパイク制御を実行開始する。一方、HC被毒が回復していないと判別された場合はステップ302以降の処理を再度実行する。なお、ステップ303にてHC被毒が回復できたか否かを判別しなくても、ステップ302のHC被毒回復処理実行開始から所定時間経過後にステップ304へ進むようにしてもよい。
【0103】
このように本実施例に係るNOx還元処理においては、触媒前端部のHC被毒を回復してからリッチスパイク制御を実行するので、HC被毒が生じたままリッチスパイク制御を実行する場合と比較してNOx還元効率を上昇させることができる。また、触媒前端部のHC被毒回復処理により触媒前端部の触媒活性が上昇するので、その後のリッチスパイク制御におけるNOx還元効率も上昇する。
【0104】
なお、リッチスパイク制御の実行にあたっては、上述したようにして決定して、還元剤添加弁18にて添加された燃料によりNOx触媒にHC被毒が生じないような燃料量を供給することが好ましいが、触媒最後端の排気空燃比が13.5になるような燃料量を供給してもよい。これは、触媒前端部のHC被毒回復処理により触媒前端部の触媒床温が上昇しているため、触媒が再被毒する可能性が低いからである。
【0105】
[NOx還元処理制御の第2の実施例]
第1の実施例においては触媒昇温制御の第1及び第2の実施例と同様な手法により供給する燃料量を決定してリッチスパイク制御を実行していたが、本実施例においては、触媒前端部のNOxを還元した後に、触媒後端部のNOxを還元できるような燃料量を供給する。
【0106】
以下、具体的に本実施例に係るNOx還元処理制御の制御ルーチンについて、図11のフローチャート図に沿って説明する。
【0107】
この制御ルーチンは、予めECU20のROMに記憶されているルーチンであり、一定時間の経過、あるいはクランクポジションセンサ21からのパルス信号の入力などをトリガとした割り込み処理としてECU20が実行するルーチンである。
【0108】
まず、ステップ400において、NOx触媒15に保持されたNOxを還元すべきタイミングであるか否かを判別する。これは、NOx還元処理制御の第1の実施例のステップ300と同一であるので、その説明は省略する。そして、NOxを還元すべきタイミングであると判別された場合はステップ401へ進み、そうでない場合は本ルーチンの実行を終了する。
【0109】
ステップ401においては、NOx触媒15の前端部のみリッチスパイク制御を実行する。これは、図12に示すように、触媒の中心部の空燃比を、NOxを還元可能な空燃比である約13.5になるように燃料を供給するものである。この場合、触媒前端部に保持されたNOxは触媒に流入する未燃燃料により還元されるが、触媒の後端部に流入する排気の空燃比が理論空燃比より高い部分では、保持されているNOxは還元されない。
【0110】
ゆえに、従来、触媒の最後端部の空燃比が13.5になるように燃料量を供給していたのと比較すると、燃料供給量が減少するため、触媒前端部がHC被毒することを低減することができる。また、触媒後端部の空燃比はリーンのため、NOx還元初期時に生じるNOx吐き出しにより生じたNOxを触媒後端部で保持することができる。
【0111】
その後、ステップ402へ進み、触媒前端部のNOx還元が終了したか否かを判別する。これは、触媒中心部に設けられた空燃比センサの検出値とマップに基づいて判別するものである。なお、触媒中心部に空燃比センサを設けずに触媒の下流の排気通路にのみ空燃比センサを設けている場合は、当該触媒下流の空燃比センサの検出値とマップに基づいて判別してもよい。また、触媒前端部NOx還元処理を実行してからの経過時間が所定時間以上であれば触媒前端部のNOx還元が終了したものとして判別してもよい。
【0112】
そして、NOx還元が終了したと判別した場合はステップ403へ進み、終了していないと判別した場合は、ステップ401以降の処理を再度実行する。これにより、触媒前端部のNOx還元が終了したと判別されるまで、リッチスパイク制御が実行されることとなる。
【0113】
ステップ403においては、触媒後端部のリッチスパイク制御を実行する。これは、図12に示すように、触媒の最後端部の空燃比が約13.5になるように燃料を供給するものであるが、触媒に供給する燃料の内前端部で浄化される分があるので、その分を考慮してステップ401にて実行する前端部リッチスパイク制御のための供給燃料量よりも増量し、未燃燃料が最後端部まで達するようにするものである。これにより、触媒の後端部に保持されているNOxが還元されることとなる。また、すでに触媒前端部のNOxが還元する際の反応熱により触媒前端部の温度が上昇しているため、後端部のNOx還元用に燃料が供給されたとしても触媒前端部にHC被毒が生じ難くなる。
【0114】
その後、ステップ404へ進み、触媒後端部のNOx還元が終了したか否かを判別する。これは、触媒の下流に設けられた空燃比センサの検出値とマップに基づいて判別するものである。また、触媒後端部NOx還元処理を実行してからの経過時間が所定時間以上であれば触媒後端部のNOx還元が終了したものとして判別してもよい。そして、触媒後端部のNOx還元が終了したと判別した場合は本ルーチンの実行を終了する。一方、終了していないと判別した場合は、ステップ403以降の処理を再度実行する。これにより、触媒後端部のNOx還元が終了したと判別されるまで、NOx還元処理が実行されることとなる。
【0115】
このように、触媒前端部のNOxを還元した後に、触媒後端部のNOxを還元するようにすることで、従来、触媒の最後端部の空燃比が13.5になるように燃料量を供給していたのと比較すると、燃料供給量が減少するため、触媒前端部にHC被毒が生じることを低減することができる。また、触媒後端部のNOxをリッチスパイク制御にて還元する際には、すでに、触媒前端部の温度が上昇しているため、HC被毒が生じ難くなる。
【0116】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、HC被毒を生じさせることなく、NOx触媒を目標の床温まで上昇させることができる。また、HC被毒を生じさせることなく、NOx触媒からNOxを還元させることができる。
【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概略構成を示す図である。
【図2】触媒床温と液滴限界量の相関関係を示す図である。
【図3】触媒入りガス温度、吸入空気量及び燃料蒸発量の相関関係を示す図である。
【図4】(a)は、吸入空気量と燃料蒸発量の相関関係、(b)は、触媒入りガス温度と燃料蒸発量の相関関係を示す図である。
【図5】触媒昇温制御の第1の実施例に係る制御ルーチンを示すフローチャート図である。
【図6】(a)は、SOx被毒量と触媒劣化度合いの相関関係、(b)は、触媒の熱劣化と触媒劣化度合いの相関関係を示す図である。
【図7】(a)は、触媒劣化度合いと触媒劣化係数の相関関係、(b)は、触媒床温と触媒劣化係数の相関関係を示す図である。
【図8】触媒昇温制御の第2の実施例に係る制御ルーチンを示すフローチャート図である。
【図9】NOx還元処理制御の第1の実施例に係る制御ルーチンを示すフローチャート図である。
【図10】NOx還元処理制御の第1の実施例に係る処理方法を模式的に示した図である。
【図11】NOx還元処理制御の第2の実施例に係る制御ルーチンを示すフローチャート図である。
【図12】NOx還元処理制御の第2の実施例に係る処理方法を模式的に示した図である。
【符号の説明】
1 内燃機関
2 気筒
3 燃料噴射弁
4 コモンレール
5 燃料供給管
6 燃料ポンプ
7 吸気通路
8 エアクリーナボックス
9 エアフローメータ
10 過給機
11 インタークーラ
12 吸気絞り弁
13 吸気絞り用アクチュエータ
14 排気通路
15 排気浄化装置
16 空燃比センサ
17 排気温度センサ
18 還元剤添加弁
19 還元剤供給路
20 ECU
21 クランクポジションセンサ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust gas purification device that purifies exhaust gas discharged from an internal combustion engine mounted on an automobile or the like with a catalyst, and in particular, supplies the catalyst to raise the temperature of the catalyst or to remove NOx held by the catalyst. The present invention relates to a technique for preventing fuel from adhering to poisoning of a catalyst.
[0002]
[Prior art]
As a means for purifying nitrogen oxides (hereinafter referred to as “NOx”) discharged from an internal combustion engine before being released into the atmosphere, an NOx storage reduction catalyst (hereinafter simply referred to as “NOx catalyst”) may be provided in the exhaust system. )) And temporarily holding NOx in the exhaust gas on the NOx catalyst during operation at a lean air-fuel ratio is known. Such a NOx catalyst retains sulfur oxide (hereinafter sometimes referred to as “SOx”) together with NOx in the exhaust gas. Therefore, when the amount of retained SOx increases, the NOx in the exhaust gas is increased. This causes so-called SOx poisoning.
[0003]
On the other hand, the NOx catalyst is set to a high temperature of, for example, about 600 ° C., and the fuel as a reducing agent is supplied to the NOx catalyst, so that the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx catalyst is made rich. A technology is known in which SOx retained in the NOx catalyst is reduced and removed by using a reducing atmosphere, thereby eliminating SOx poisoning of the NOx catalyst and regenerating the NOx catalyst (see, for example, Patent Document 1). ).
[0004]
As a means for raising the temperature of the NOx catalyst to a high temperature of about 600 ° C., post-injection in which fuel is sub-injected into the cylinder during the exhaust stroke or the expansion stroke, or top dead of the intake stroke or the exhaust stroke. The air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx catalyst by performing sub-injection such as big rubber injection for injecting fuel into the cylinder near the point, or by adding a reducing agent such as fuel into the exhaust gas flowing into the catalyst Is used as the rich air-fuel ratio, and the reaction heat that unburned fuel is oxidized by the NOx catalyst is utilized.
[0005]
In addition, in the NOx catalyst, when the lean combustion operation of the internal combustion engine is continued for a long period of time, the NOx retention ability is saturated, and NOx in the exhaust gas is released into the atmosphere without being purified by the NOx catalyst. Therefore, it is necessary to release and reduce the NOx held in the NOx catalyst before the NOx holding ability of the NOx catalyst is saturated.
[0006]
Therefore, the oxygen concentration in the exhaust gas flowing into the NOx catalyst is decreased and the concentration of the reducing agent is increased, and the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx catalyst is spiked (short time) in a relatively short cycle. It is known that rich spike control is executed (see, for example, Patent Document 2). In such a case, by executing the above-described sub-injection or reducing agent addition, the rich air-fuel ratio can be achieved even at the end of the NOx catalyst in the exhaust direction so that NOx retained in the entire NOx catalyst can be reduced. Unburned fuel is supplied.
[0007]
[Patent Document 1]
JP 2001-82137 A
[Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 11-210524
[Patent Document 3]
JP-A-11-62559
[Patent Document 4]
JP 2002-38939 A
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, the ratio of unburned fuel in the exhaust flowing into the NOx catalyst, the exhaust temperature, NOx when the SOx poisoning described above is eliminated or the exhaust air-fuel ratio is made rich when reducing NOx. Depending on the temperature of the catalyst and the like, unburned fuel may not be evaporated and may remain in droplets on the front end of the catalyst.
[0009]
And when the temperature of the NOx catalyst is low, if a large amount of unburned fuel adheres in the form of droplets, the reactivity is poor, so the fuel remains attached, and the NOx purification performance is improved without recovering to the original state. There is a risk of HC poisoning, which is significantly reduced. In particular, under normal diesel engine operating conditions, since the exhaust temperature is lower than that of a gasoline engine, the fuel adhering to the NOx catalyst is difficult to desorb and HC poisoning is likely to occur.
[0010]
The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to exhaust an internal combustion engine that can raise the NOx catalyst to a target bed temperature without causing HC poisoning. It is to provide a purification device. Another object of the present invention is to provide an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine that can reduce NOx from a NOx catalyst without causing HC poisoning.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, in the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, a catalyst having oxidizing ability disposed in the exhaust passage of the internal combustion engine, and the catalyst from upstream of the catalyst in the exhaust passage A fuel supply means for supplying fuel to the fuel, and a liquid droplet amount calculating means for calculating an amount of liquid droplets that reaches the catalyst in a liquid droplet state among the fuel supplied from the fuel supply means; Based on the catalyst temperature detecting means for detecting the temperature of the catalyst and the temperature of the catalyst detected by the catalyst temperature detecting means, the maximum amount of fuel that is oxidized even if the catalyst reaches the catalyst in a droplet state. A droplet limit amount calculating means for calculating a droplet limit amount; and the reached droplet amount calculated by the reached droplet amount calculating means exceeds the droplet limit amount calculated by the droplet limit amount calculating means. So that the fuel supply means supplies the catalyst to the catalyst. A supply fuel amount determining means for determining an amount of fuel, characterized in that it comprises a.
[0012]
Examples of the catalyst temperature detecting means include a temperature sensor that directly detects the temperature of the catalyst, or a device that estimates the temperature of the catalyst based on a temperature sensor provided in an exhaust passage downstream of the catalyst. .
[0013]
When fuel is supplied from upstream of the catalyst in order to increase the temperature of the catalyst having oxidation ability or to remove NOx and SOx held in the catalyst, the supplied fuel cannot be vaporized and drops. In some cases, the catalyst may reach and adhere to the catalyst. In addition, since the fuel in the droplet state is less reactive than the vaporized fuel, depending on the temperature of the catalyst, it may remain unreacted (not oxidized) and remain attached, which may cause HC poisoning to the catalyst. There is.
[0014]
Accordingly, the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention includes an arrival droplet amount calculation means for calculating an arrival droplet amount that is the amount of fuel that reaches the catalyst in a droplet state out of the fuel supplied from the fuel supply means. A droplet limit amount calculating means for calculating a droplet limit amount, which is the maximum amount of fuel that is oxidized even when reaching the catalyst in a droplet state, based on the temperature of the catalyst; and Supply fuel amount determining means for determining the amount of fuel supplied from the fuel supply means to the catalyst so as not to exceed a droplet limit amount.
[0015]
With this configuration, the fuel amount determined by the supply fuel amount determination unit is supplied to the catalyst by the fuel supply unit, so that HC poisoning can be prevented from occurring in the catalyst.
[0016]
In addition, the method further comprises: a catalyst-containing gas amount detection means for detecting the amount of exhaust gas flowing into the catalyst; and a catalyst-containing gas temperature detection means for detecting the temperature of the exhaust gas flowing into the catalyst; The means is based on the amount of exhaust gas flowing into the catalyst detected by the catalyst-containing gas amount detection means and the temperature of exhaust gas flowing into the catalyst detected by the catalyst-containing gas temperature detection means. It is preferable to calculate the drop amount.
[0017]
Here, as the catalyst-containing gas amount detection means, the amount of exhaust exhausted from the cylinder is estimated based on the detected value of the air flow meter provided in the intake passage of the internal combustion engine to detect the intake air amount and flows into the catalyst. Estimating the amount of exhaust, estimating the amount of exhaust discharged from the cylinder based on the engine speed, and estimating the amount of exhaust flowing into the catalyst, or exhaust flowing through the exhaust passage upstream of the catalyst Examples include a sensor that directly detects the amount. As the gas temperature detecting means with the catalyst, the temperature of the exhaust is estimated based on the engine speed of the internal combustion engine and the amount of fuel supplied into the cylinder, or the temperature of the exhaust upstream of the catalyst is directly detected. A temperature sensor etc. can be illustrated.
[0018]
Further, it is preferable that the droplet limit amount calculating means calculates the droplet limit amount based on the degree of deterioration of the catalyst. The catalyst may be deteriorated due to SOx poisoning or thermal deterioration. However, when the degree of deterioration increases, the reactivity of the fuel in the catalyst deteriorates. Therefore, when the droplet limit amount is calculated in consideration of the degree of deterioration of the catalyst, the droplet limit amount can be calculated with higher accuracy.
[0019]
Further, activation increases as the temperature of the catalyst rises, and the reactivity of the fuel in the catalyst also improves, so that the droplet limit amount calculating means increases the droplet limit as the temperature of the catalyst increases. Preferably, the amount of fuel to be supplied is calculated, and the supply fuel amount determination means determines to increase the amount of fuel supplied from the fuel supply means as the droplet limit amount increases. .
[0020]
The catalyst is a NOx storage reduction catalyst, and the supply fuel amount determining means determines the amount of fuel supplied by the fuel supply means as a reducing agent for the NOx when the NOx held in the catalyst is to be reduced. It is preferable that the reaching droplet amount is determined so as not to exceed the droplet limit amount. With this configuration, it is possible to reduce NOx retained in the catalyst while preventing the catalyst from causing HC poisoning.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Exemplary embodiments of the present invention will be 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 only to those unless otherwise specified. Absent.
[0022]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an internal combustion engine provided with an exhaust gas recirculation device according to an embodiment of the present invention. An internal combustion engine 1 shown in FIG. 1 is a water-cooled four-cylinder diesel engine having four cylinders 2.
[0023]
The internal combustion engine 1 includes a fuel injection valve 3 that injects fuel directly into the combustion chamber of each cylinder 2. Each fuel injection valve 3 is connected to a pressure accumulating chamber (common rail) 4, and the common rail 4 communicates with a fuel pump 6 through a fuel supply pipe 5.
[0024]
An intake passage 7 is connected to the internal combustion engine 1, and the intake passage 7 is connected to an air cleaner box 8. An air flow meter 9 that outputs an electrical signal corresponding to the mass of the intake air flowing through the intake passage 7 is attached to the intake passage 7 downstream of the air cleaner box 8.
[0025]
A compressor housing 10 a of a supercharger (turbocharger) 10 is provided in the middle of the intake passage 7. An intercooler 11 is attached to the intake passage 7 downstream of the compressor housing 10a. Further, an intake throttle valve 12 for adjusting the flow rate of intake air flowing through the intake passage 7 is provided in the intake passage 7 downstream of the intercooler 11. An intake throttle actuator 13 that opens and closes the intake throttle valve 12 is attached to the intake throttle valve 12.
[0026]
The intake air that flows into the compressor housing 10a and is compressed in the compressor housing 10a to a high temperature is cooled by the intercooler 11, and then the flow rate is adjusted by the intake throttle valve 12 as necessary. The fuel is distributed to the combustion chambers of the respective cylinders 2 through the passages 7 and burned by using the fuel injected from the fuel injection valves 3 of the respective cylinders 2 as an ignition source.
[0027]
Further, an exhaust passage 14 is connected to the internal combustion engine 1, and this exhaust passage 14 is connected downstream with a muffler (not shown).
[0028]
A turbine housing 10b of the supercharger 10 is disposed in the middle of the exhaust passage 14, and an exhaust purification device 15 is provided in a portion of the exhaust passage 14 downstream from the turbine housing 10b. Unless otherwise specified, the exhaust purification device 15 according to the present embodiment indicates an NOx storage reduction catalyst (hereinafter referred to as “NOx catalyst” unless otherwise specified).
[0029]
The exhaust passage 14 upstream of the NOx catalyst 15 outputs an electric signal corresponding to the air-fuel ratio of the exhaust flowing through the exhaust passage 14 and the temperature of the exhaust flowing through the exhaust passage 14. An exhaust temperature sensor 17 for outputting an electric signal is attached. The exhaust discharged from the turbine housing 10b flows into the NOx catalyst 15 through the exhaust passage 14, and the substance in the exhaust is purified.
[0030]
Further, there is provided a reducing agent supply means for adding fuel (light oil) as a reducing agent into the exhaust gas flowing through the exhaust passage 14 upstream from the NOx catalyst 15. As shown in FIG. 1, this reducing agent supply means is attached to the cylinder head of the internal combustion engine 1 so that its nozzle hole faces the exhaust passage 14, and opens when fuel of a predetermined valve opening pressure or higher is applied. There are provided a reducing agent addition valve 18 for injecting fuel by means of a valve, and a reducing agent supply path 19 for guiding the fuel discharged from the fuel pump 6 to the reducing agent addition valve 18.
[0031]
In the reducing agent supply means configured as described above, the reducing agent added from the reducing agent addition valve 18 into the exhaust passage 14 flows into the turbine housing 10 b together with the exhaust gas flowing from the upstream side of the exhaust passage 14. The exhaust gas flowing into the turbine housing 10b and the reducing agent are agitated by the rotation of the turbine wheel to form a homogeneously mixed exhaust gas.
[0032]
The internal combustion engine 1 configured as described above is provided with an electronic control unit (ECU) 20 for controlling the internal combustion engine 1. The ECU 20 is an arithmetic logic operation circuit including a CPU, a ROM, a RAM, a backup RAM, and the like.
[0033]
Various sensors such as a crank position sensor 21 and a water temperature sensor 22 attached to the internal combustion engine 1 are connected to the ECU 20 through electric wiring in addition to the air flow meter 9, the air-fuel ratio sensor 16, and the exhaust gas temperature sensor 17 described above. Output signals from the various sensors described above are input to the ECU 20.
[0034]
On the other hand, the fuel injection valve 3, the intake throttle actuator 13, the reducing agent addition valve 18 and the like are connected to the ECU 20 via electric wiring, and the ECU 20 is connected to the fuel injection valve 3, the intake throttle actuator 13 and the reducing agent addition valve. 18 etc. can be controlled.
[0035]
For example, the ECU 20 executes input of output signals of various sensors, calculation of engine speed, calculation of fuel injection amount, calculation of fuel injection timing, and the like in a basic routine to be executed at regular intervals. Various signals input by the ECU 20 and various control values obtained by the ECU 20 in the basic routine are temporarily stored in the RAM of the ECU 20.
[0036]
Next, the NOx storage reduction catalyst 15 according to the present embodiment will be described.
When the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst is a lean air-fuel ratio (greater than the theoretical air-fuel ratio), the NOx catalyst 15 retains NOx in the exhaust gas so as not to be released into the atmosphere, and the exhaust gas flowing into the catalyst When the air-fuel ratio becomes the stoichiometric air-fuel ratio or the rich air-fuel ratio (below the stoichiometric air-fuel ratio), the retained NOx is released and reduced.
[0037]
For this reason, when the internal combustion engine 1 is operated in lean combustion, the air-fuel ratio of the exhaust exhausted from the internal combustion engine 1 becomes a lean atmosphere, and the oxygen concentration of the exhaust becomes high, so that NOx contained in the exhaust becomes NOx catalyst 15. However, if the lean combustion operation of the internal combustion engine 1 is continued for a long period of time, the NOx retention capacity of the NOx catalyst 15 is saturated, and the NOx in the exhaust gas is not purified by the NOx catalyst 15 and is not purified. It will be released inside.
[0038]
In particular, in a diesel engine such as the internal combustion engine 1, the lean air-fuel ratio mixture is combusted in the most operating region, and the exhaust air-fuel ratio becomes the lean air-fuel ratio in the most operating region accordingly. The NOx retention capacity of the catalyst 15 is easily saturated.
[0039]
Further, since the NOx catalyst 15 holds SOx in the exhaust gas by the same mechanism as in the case of NOx, when the amount of SOx held increases, the NOx holding capacity of the NOx catalyst 15 decreases accordingly, so-called SOx poisoning. Will occur.
[0040]
When SOx poisoning occurs in the NOx catalyst 15 in this way, the NOx retention capacity is saturated, and NOx in the exhaust gas is released into the atmosphere without being purified by the NOx catalyst 15. Therefore, in the present embodiment, the SOx poisoning elimination control is executed to release and reduce the SOx poisoned by the NOx catalyst 15.
[0041]
In this SOx poisoning elimination control, when the ECU 20 determines that the SOx poisoning amount is a predetermined amount or more based on the heat history of the exhaust gas flowing into the NOx catalyst 15, first, the bed temperature of the NOx catalyst 15 is set to about 600 ° C. In order to increase the temperature, the catalyst temperature raising control as described below is executed. When the bed temperature of the NOx catalyst 15 rises to about 600 ° C. by the catalyst temperature increase control, the fuel as the reducing agent is added from the reducing agent addition valve 18 so that the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx catalyst 15 becomes a rich air-fuel ratio. The reducing agent addition control is executed.
[0042]
[First embodiment of catalyst temperature rise control]
Hereinafter, a first example of catalyst temperature increase control according to the present embodiment will be specifically described.
[0043]
In the catalyst temperature increase control according to the present embodiment, in order to increase the temperature of the NOx catalyst 15 at an early stage, in addition to the normal main fuel injection in the compression stroke of the internal combustion engine 1, the cylinder during the exhaust stroke or the expansion stroke Sub-injection such as post-injection in which fuel is injected into the cylinder or injection into the cylinder in the vicinity of the top dead center of the intake or exhaust stroke is performed.
[0044]
In the post-injection, fuel injected during the exhaust stroke or the expansion stroke flows into the NOx catalyst 15 as unburned fuel, and the temperature of the catalyst rises due to heat of reaction with the catalyst. On the other hand, in the rubber injection, the fuel injected near the top dead center of the intake stroke or the exhaust stroke evaporates in the subsequent stroke and easily ignites and stabilizes the combustion. The amount of energy consumed for the piston motion decreases, and the exhaust gas whose temperature has increased accordingly reaches the NOx catalyst 15, whereby the temperature of the catalyst increases. Further, the unburned portion of the injected fuel is supplied to the NOx catalyst 15, which causes an oxidation reaction on the catalyst, and the temperature of the catalyst rises. In addition, it is not always necessary to provide an interval between the main fuel injection and the secondary injection such as post injection and big rubber injection.
[0045]
Further, by adding fuel as a reducing agent into the exhaust gas from the reducing agent addition valve 18 in place of or in addition to the above-described auxiliary injection, the unburned fuel is oxidized in the NOx catalyst 15 and is oxidized. The bed temperature of the NOx catalyst 15 may be increased by the generated heat.
[0046]
However, depending on the HC concentration in the exhaust gas flowing into the NOx catalyst 15, the temperature and amount of exhaust gas flowing into the catalyst, the bed temperature of the NOx catalyst, etc., the sub-injection or the addition of the reducing agent addition valve 18 described above causes the NOx catalyst 15 to There is a possibility that all of the supplied fuel does not evaporate and reaches the front end portion of the catalyst in a liquid state and adheres. And when the temperature of the NOx catalyst 15 is low, if a large amount of unburned fuel adheres in the form of droplets, the reactivity is poor, so the fuel remains attached and the NOx purification performance is not restored to its original state. May cause HC poisoning.
[0047]
Even if HC poisoning occurs in the NOx catalyst 15 in this way, when the temperature of the exhaust gas flowing into the catalyst rises and the temperature of the catalyst rises, the attached fuel is oxidized and desorbed, and the HC poisoning is However, under normal operating conditions of a diesel engine, the exhaust temperature is lower than that of a gasoline engine, so that the fuel adhering to the NOx catalyst 15 is difficult to desorb and HC poisoning is difficult to eliminate.
[0048]
Therefore, in the present embodiment, in consideration of the temperature and amount of exhaust gas flowing into the NOx catalyst 15, the bed temperature of the NOx catalyst 15, and the like, supply to the NOx catalyst 15 as follows so as not to cause HC poisoning. Decide how much fuel to use.
[0049]
The fuel supplied by the sub-injection or the addition by the reducing agent addition valve 18 is liquid, but when it is exposed to a high-temperature gas thereafter, a part of the fuel is evaporated and vaporized. Then, the fuel that could not be evaporated reaches the NOx catalyst 15 as droplets. That is, a relationship of “amount of supplied fuel−amount of fuel evaporated = amount of droplets reached” is established.
[0050]
On the other hand, when the fuel reaches the NOx catalyst 15 as droplets, it adheres to the catalyst. However, depending on the temperature of the NOx catalyst 15, the attached fuel does not remain attached to the catalyst but reacts (oxidizes) with the catalyst. Detach. The maximum amount of fuel that does not remain attached to the catalyst (oxidized) even if it reaches the NOx catalyst 15 as a droplet is defined as a “droplet limit amount”, and the relationship with the bed temperature of the NOx catalyst 15 is expressed as follows. This is shown in FIG. As shown in the figure, the droplet limit amount increases as the temperature of the NOx catalyst 15 increases.
[0051]
In determining the amount of fuel to be supplied in order to execute the catalyst temperature increase control, the amount of fuel that reaches the NOx catalyst 15 in the form of droplets among the supplied fuel is the bed temperature of the NOx catalyst 15 at that time. Do not exceed the droplet limit. In other words, “amount of reached droplets ≦ the limit amount of droplets” is set. On the other hand, since it is preferable to supply more fuel in order to raise the temperature early, the reached droplet amount is made as close to the droplet limit amount as possible.
[0052]
Based on the above, the amount of fuel to be supplied is determined to be an amount obtained by adding the droplet evaporation amount to the fuel evaporation amount, that is, “supply fuel amount = fuel evaporation amount + droplet limit amount”.
[0053]
Next, the fuel evaporation amount will be described. This fuel evaporation amount has a three-dimensional correlation between the amount of exhaust gas flowing into the NOx catalyst 15 and the temperature of exhaust gas flowing into the catalyst. Then, the intake air amount that is the amount of air sucked into the cylinder is detected based on the detection value of the air flow meter 9, the amount of exhaust exhausted from the cylinder is estimated, and this is set as the amount of gas containing the catalyst. In this case, a three-dimensional correlation as shown in FIG. 3 is established among the intake air amount, the catalyst-containing gas temperature, and the fuel evaporation amount.
[0054]
FIG. 4 is a two-dimensional representation of the correlation between the fuel evaporation amount and the intake air amount, and the correlation between the fuel evaporation amount and the catalyst-containing gas temperature. Thus, even if the same amount of fuel is supplied, the amount of fuel that evaporates increases as the amount of air drawn into the cylinder increases, and the amount of fuel that evaporates increases as the temperature of the exhaust gas flowing into the catalyst increases.
[0055]
In view of the above points, in the catalyst temperature raising control according to the present embodiment, the amount of fuel to be supplied is determined according to the control routine shown in the flowchart of FIG. 5, and the fuel is supplied only for the determined amount of fuel. .
[0056]
This control routine is a routine that is stored in advance in the ROM of the ECU 20 and is a routine that is executed by the ECU 20 as an interrupt process triggered by elapse of a fixed time or input of a pulse signal from the crank position sensor 21.
[0057]
In this routine, the ECU 20 first grasps the catalyst bed temperature of the NOx catalyst 15 in S100. This is based on the detection value of a catalyst bed temperature sensor (not shown) that outputs an electrical signal corresponding to the temperature of the catalyst. If the catalyst temperature is not detected directly by the catalyst bed temperature sensor, it may be grasped based on the detection value of the exhaust temperature sensor 17 provided downstream of the catalyst.
[0058]
Thereafter, the process proceeds to step 101, and the droplet limit amount is calculated. As described above, since the catalyst bed temperature and the droplet limit amount have a correlation as shown in FIG. 2, this relationship is previously mapped based on an empirical rule and stored in the ROM. The catalyst bed temperature ascertained at 100 is substituted into this map to calculate the droplet limit amount.
[0059]
Then, it progresses to step 102 and grasps | ascertains the amount of intake air. This is grasped based on the detected value of the air flow meter 9. Then, it progresses to step 103 and estimates the gas temperature containing a catalyst. This is derived from the map and estimated based on the main injection fuel amount and the engine speed. Alternatively, a temperature sensor may be provided in the exhaust passage upstream of the NOx catalyst 15 for detection.
[0060]
Thereafter, the routine proceeds to step 104 where the fuel evaporation amount is calculated. As described above, there is a correlation as shown in FIG. 3 between the fuel evaporation amount, the intake air amount, and the catalyst-containing gas temperature. Then, the amount of intake air obtained in step 102 and the gas temperature with catalyst estimated in step 103 are substituted into this map to calculate the fuel evaporation amount.
[0061]
However, when fuel is supplied by sub-injection in order to set the air-fuel ratio of the exhaust gas to a desired value, the post-injection and big rubber injection evaporate even if the supplied fuel amount is the same because the injection timing is different. The amount of fuel is different. For this reason, it is preferable that the map for post injection and the map for rubber injection are separately provided. Similarly, the sub-injection for supplying fuel into the cylinder and the supply of fuel from the reducing agent addition valve 18 into the exhaust exhausted from the cylinder differ not only in the timing for supplying the fuel but also in the supply location. Therefore, even if the supplied fuel amount is the same, the amount of fuel to be evaporated is different. Therefore, it is preferable to use a unique map for supply from the reducing agent addition valve 18.
[0062]
Thereafter, the process proceeds to step 105, and the amount of supplied fuel is calculated. As described above, the supplied fuel amount is an amount determined based on the expression “supply fuel amount = fuel evaporation amount + droplet limit amount”, and is calculated in step 104 and the droplet limit amount calculated in step 101. The supplied fuel amount is calculated by adding the evaporated fuel amount.
[0063]
And it progresses to step 106 and performs fuel supply. That is, in this step, the supplied fuel amount calculated in step 105 is actually supplied, but the fuel injection valve 3 or the reducing agent is added in consideration of the fuel pressure at that time (pressure in the common rail 4). The amount is controlled in the valve opening period of the valve 18.
[0064]
Then, the process proceeds to Step 107, where it is determined whether or not the catalyst bed temperature of the NOx catalyst 15 has reached the target temperature. As described in Step 100, the catalyst bed temperature is grasped and compared with a target catalyst bed temperature (for example, about 600 ° C.).
[0065]
If it is determined that the target catalyst bed temperature has been reached, the execution of this routine is terminated. On the other hand, if it is determined that the target catalyst bed temperature has not been reached, the processing from step 100 is executed until the catalyst bed temperature reaches the target temperature.
[0066]
By doing in this way, at the time of catalyst temperature increase control, the amount of fuel that does not cause HC poisoning is determined and supplied according to the catalyst bed temperature or the like. Thereafter, as the catalyst bed temperature rises, even if the amount of fuel supplied increases and the amount of fuel that reaches the catalyst as droplets increases, the tolerance for non-HC poisoning increases, so the amount of fuel supplied increases. The For this reason, the amount of fuel supplied per unit time increases as compared to the case where the catalyst is supplied first, so that the catalyst bed temperature also increases as compared with the case where the catalyst is supplied first. By repeating such a process, the catalyst can be quickly raised to the target catalyst bed temperature without causing HC poisoning.
[0067]
[Second Example of Catalyst Temperature Raising Control]
In the present embodiment, the degree of deterioration of the NOx catalyst 15 is also taken into consideration when determining the amount of fuel to be supplied. If the degree of deterioration of the catalyst is large, it becomes difficult for unburned fuel to react with the catalyst, and the fuel supplied to the catalyst adheres to the catalyst as droplets, and the rate at which the catalyst remains unreacted and remains attached to the catalyst increases. Therefore, the amount of fuel to be supplied is determined in consideration of the degree of deterioration of the catalyst.
[0068]
The degree of catalyst deterioration has a three-dimensional relationship between the SOx poisoning amount and the thermal deterioration of the catalyst, and FIG. 6 shows these relationships two-dimensionally. As shown in the figure, the degree of catalyst deterioration increases as the SOx poisoning amount increases, and the degree of catalyst deterioration increases as the catalyst thermally deteriorates.
[0069]
In the first embodiment, the droplet limit amount is determined based on only the catalyst bed temperature without considering the deterioration of the NOx catalyst 15, and the droplet amount reaching the catalyst is determined as the droplet limit amount. Although the amount of supplied fuel is determined so as not to exceed the amount, in this embodiment, the droplet limit amount is determined in consideration of catalyst deterioration.
[0070]
The determination method is as follows. First, the maximum droplet that does not remain attached to the catalyst even if the fuel reaches the NOx catalyst without considering the catalyst degradation, that is, the NOx catalyst when the catalyst deterioration is not considered. In this embodiment, the amount is “maximum droplet amount”.
[0071]
In determining the droplet limit amount, a catalyst deterioration coefficient having a three-dimensional relationship with the degree of catalyst deterioration and the catalyst bed temperature is used. Limit amount. That is, “droplet limit amount = maximum droplet amount × catalyst deterioration coefficient”. FIG. 7 shows the two-dimensional relationship between the catalyst deterioration coefficient and the catalyst deterioration degree and the two-dimensional relationship between the catalyst deterioration coefficient and the catalyst bed temperature. As shown in FIG. There is a relationship such that the catalyst deterioration coefficient decreases as the value increases, and the catalyst deterioration coefficient increases as the catalyst bed temperature increases. That is, the greater the degree of catalyst deterioration, the smaller the catalyst deterioration coefficient and the smaller the droplet limit amount. Further, the higher the catalyst bed temperature, the larger the catalyst deterioration coefficient and the larger the droplet limit amount.
[0072]
Further, the amount of fuel to be supplied is determined by using the formula “supply fuel amount = fuel evaporation amount + droplet limit amount” as in the first embodiment.
[0073]
In view of the above points, in the catalyst temperature increase control according to this embodiment, the amount of fuel to be supplied is determined according to the control routine shown in the flowchart of FIG. 8, and the fuel is supplied by the determined amount of fuel.
[0074]
This control routine is a routine that is stored in advance in the ROM of the ECU 20 and is a routine that is executed by the ECU 20 as an interrupt process triggered by elapse of a fixed time or input of a pulse signal from the crank position sensor 21.
[0075]
In this routine, the ECU 20 first calculates the degree of deterioration of the NOx catalyst 15 in S200. As described above, since there is a correlation among the degree of catalyst deterioration, the amount of SOx poisoning, and the degree of thermal deterioration of the catalyst, this relation is previously mapped based on empirical rules and stored in the ROM. The degree of thermal deterioration of the catalyst derived based on the SOx poisoning amount already derived in executing the SOx poisoning elimination process and the heat history of the exhaust gas discharged from the internal combustion engine and flowing into the catalyst is substituted into the map. Thus, the degree of catalyst deterioration is calculated.
[0076]
Thereafter, the routine proceeds to step 201 where the catalyst bed temperature of the NOx catalyst 15 is grasped. Since this is the same as step 100 of the first embodiment, a description thereof will be omitted. Thereafter, the process proceeds to step 202, and the maximum droplet amount is calculated. This is the same as the droplet limit amount not considering the catalyst deterioration in the first embodiment, and the calculation method is the same as that described above, so that the description thereof is omitted.
[0077]
Thereafter, the routine proceeds to step 203, where the catalyst deterioration coefficient of the NOx catalyst 15 is calculated. As described above, since there is a correlation between the catalyst deterioration coefficient, the catalyst deterioration degree, and the catalyst bed temperature, this relationship is previously mapped based on an empirical rule and stored in the ROM, and is calculated in step 200. The catalyst deterioration coefficient is calculated by substituting the degree of catalyst deterioration and the catalyst bed temperature grasped in step 201 into the map.
[0078]
Thereafter, the process proceeds to step 204, and the droplet limit amount is calculated. As described above, this is to add the catalyst deterioration coefficient calculated in step 203 to the maximum droplet amount calculated in step 202.
[0079]
Thereafter, the process proceeds to step 205, the intake air amount is grasped, the process proceeds to step 206, the gas temperature with catalyst is estimated, the process proceeds to step 207, and the fuel evaporation amount is calculated. Since these are the same as steps 102 to 104 in the first embodiment, the description thereof will be omitted.
[0080]
Thereafter, the process proceeds to step 208, and the amount of supplied fuel is calculated. As described above, the supplied fuel amount is obtained by adding the droplet evaporation amount to the fuel evaporation amount. Therefore, the supply fuel amount is obtained by adding the droplet evaporation amount calculated in step 204 to the fuel evaporation amount calculated in step 207. Is calculated.
[0081]
Thereafter, the process proceeds to step 209, where fuel supply is executed. In step 210, it is determined whether or not the catalyst bed temperature has reached the target catalyst bed temperature. Since these are the same as steps 106 and 107 in the first embodiment, the description thereof is omitted. If it is determined in step 210 that the catalyst bed temperature has reached the target catalyst bed temperature, the execution of this routine is terminated. On the other hand, if it is determined that the target catalyst bed temperature has not been reached, the processing from step 201 is executed again.
[0082]
As described above, in this embodiment, the amount of fuel to be supplied is determined in consideration of the degree of catalyst deterioration, so that it is possible to prevent HC poisoning from occurring in the NOx catalyst 15 with higher accuracy, and to early the catalyst bed. The temperature can be raised to the target floor temperature.
[0083]
In this embodiment, the SOx poisoning amount and the thermal deterioration of the catalyst are exemplified as the factors of catalyst deterioration. However, the following cases are also considered as factors of catalyst deterioration. That is, the catalyst may be poisoned by SOF contained in the exhaust gas from the internal combustion engine. Even if the catalyst temperature increase control is performed using this embodiment or the first embodiment of the catalyst temperature increase control, the fuel injection valve 3 or the reducing agent addition valve 18 does not open properly, and the fuel is desired. There is a possibility that the catalyst may be subjected to HC poisoning because the amount is not supplied. When the amount of poisoning of such SOF poisoning or HC poisoning is large, the fuel supplied to the catalyst adheres to the catalyst as droplets, and remains attached to the catalyst without reacting as it is. The rate increases. Therefore, in this embodiment, the degree of catalyst deterioration is calculated based on the correlation between the SOx poisoning amount and the thermal deterioration of the catalyst, but further includes the SOF poisoning amount and the HC poisoning amount. It is preferable to calculate the degree of catalyst deterioration and determine the amount of fuel to be supplied based on the degree of catalyst deterioration.
[0084]
The above has described the catalyst temperature increase control in the SOx poisoning elimination control for eliminating the SOx poisoning using the NOx catalyst as the exhaust purification device 15, but the first and second of the catalyst temperature increase control described above. This embodiment can also be applied when raising the bed temperature of the catalyst during warm-up.
[0085]
Further, in order to reduce particulates such as soot in the exhaust from the internal combustion engine (PM: Particulate Matter, hereinafter referred to as “PM”), the exhaust purification device 15 is referred to as a particulate filter (hereinafter referred to as “filter”). ) Or a filter carrying an oxidation catalyst, a NOx storage reduction catalyst, a three-way catalyst, etc., in order to prevent the filter from trapping PM excessively and causing the filter to become clogged. It is necessary to remove the collected PM and regenerate the filter. As a method for regenerating the filter, it is common to raise the temperature of the filter to a temperature range where PM can be oxidized (about 500 ° C. to 700 ° C.) while making the inside of the filter an oxidizing atmosphere (ie, an oxygen-excess atmosphere) Is.
[0086]
Even when the temperature of the filter is raised to a temperature range where PM can be oxidized, as described in the first and second embodiments of the catalyst temperature increase control described above, the catalyst carried on the filter or the filter It is possible to prevent HC poisoning from occurring in the catalyst provided in the vicinity, and to raise the catalyst bed temperature to the target bed temperature at an early stage.
[0087]
[First Example of NOx Reduction Processing Control]
As described above, when the lean combustion operation of the internal combustion engine 1 is continued for a long period of time, the NOx retention capacity of the NOx catalyst 15 is saturated, and NOx in the exhaust is released into the atmosphere without being purified by the NOx catalyst 15. End up.
[0088]
Therefore, when the internal combustion engine 1 is operating in lean burn, before the NOx retention capacity of the NOx catalyst 15 is saturated, the oxygen concentration in the exhaust gas flowing into the NOx catalyst 15 is reduced and the concentration of the reducing agent is increased. It is necessary to perform a so-called NOx reduction process for releasing and reducing the NOx held in the catalyst 15. Therefore, in the present embodiment, as the NOx reduction processing, the rich spike control in which the ECU 20 changes the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx catalyst 15 to a rich air-fuel ratio in a spike manner (short time) in a relatively short cycle. Execute.
[0089]
In the rich spike control, the ECU 20 determines whether or not the rich spike control execution condition is satisfied when it is time to reduce NOx held in the NOx catalyst. As the rich spike control execution condition, for example, whether the NOx catalyst 15 is in an active state, the output signal value (exhaust temperature) of the exhaust temperature sensor 17 is equal to or lower than a predetermined upper limit value, or SOx poisoning elimination control described later. The condition such as whether or not is executed can be exemplified.
[0090]
When it is determined that the rich spike control execution condition as described above is satisfied, the ECU 20 adds the fuel as the reducing agent in a spike manner from the reducing agent addition valve 18 so that the exhaust gas flowing into the NOx catalyst 15 is added. Is temporarily set to a rich air-fuel ratio. Then, the rich air-fuel ratio exhaust gas thus formed flows into the NOx catalyst 15 and releases and reduces the NOx held in the catalyst.
[0091]
In this way, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx catalyst 15 alternately repeats “lean” and “spike-like rich air-fuel ratio” in a relatively short cycle, so that the NOx catalyst 15 holds NOx. And release / reduction can be alternately repeated in a short cycle.
[0092]
In determining the amount of fuel as the reducing agent added by the reducing agent addition valve 18, the above catalyst is used so that the NOx catalyst 15 is not subjected to HC poisoning by the fuel added by the reducing agent addition valve 18. The determination is made by the method described in the first and second embodiments of the temperature rise control.
[0093]
Specifically, in the case of the first embodiment, the droplet limit amount is calculated based on the catalyst bed temperature, and the fuel evaporation amount is calculated based on the intake air amount and the catalyst-containing gas temperature. Then, the supply fuel amount is determined by adding the droplet limit amount to the fuel evaporation amount.
[0094]
In the case of the second embodiment, the degree of catalyst deterioration is calculated based on the SOx poisoning amount of the catalyst and the degree of thermal deterioration, and the catalyst deterioration coefficient is calculated based on the catalyst bed temperature and the degree of catalyst deterioration. Then, the droplet maximum amount is calculated based on the catalyst bed temperature, and the droplet limit amount is calculated by adding the catalyst deterioration coefficient to the droplet maximum amount. On the other hand, the fuel evaporation amount is calculated based on the intake air amount and the catalyst inflow gas temperature. Then, the supply fuel amount is determined by adding the droplet limit amount to the fuel evaporation amount.
[0095]
Thus, by adding only the fuel amount determined as described above, NOx can be released and reduced while the NOx catalyst is not subject to HC poisoning.
[0096]
However, as described above, even if the catalyst temperature increase control is performed using the first embodiment or the second embodiment of the catalyst temperature increase control, the fuel injection valve 3 or the reducing agent addition valve 18 is properly opened. Without the desired amount of fuel being supplied, or the fuel adhering to the exhaust passage or the like while the internal combustion engine is stopped operating adheres to the NOx catalyst 15 when the internal combustion engine is started, etc. When performing the NOx reduction process, there is a possibility that HC poisoning has already occurred in the front end portion of the NOx catalyst. In such a case, even if a fuel amount that does not cause HC poisoning to the NOx catalyst is supplied as described above, there is a possibility that NOx is not efficiently reduced and the HC poisoning is worsened.
[0097]
Therefore, in the NOx reduction process control according to the present embodiment, first, the rich spike control described above is executed after the HC poisoning of the front end portion of the NOx catalyst 15 is eliminated. Hereinafter, the control routine of the NOx reduction process control according to the present embodiment will be specifically described with reference to the flowchart of FIG.
[0098]
This control routine is a routine that is stored in advance in the ROM of the ECU 20 and is a routine that is executed by the ECU 20 as an interrupt process triggered by elapse of a fixed time or input of a pulse signal from the crank position sensor 21.
[0099]
First, in step 300, it is determined whether or not it is time to reduce NOx held in the NOx catalyst 15. This determination is to determine whether or not the NOx retention amount of the NOx catalyst 15 exceeds a predetermined amount, but means that the NOx retention amount by the NOx catalyst 15 has approached its limit value to some extent. This holding amount is estimated based on the elapsed time from the previous NOx reduction process, the operation history, or the like, or estimated based on the differential pressure across the NOx catalyst 15. If it is determined that it is time to reduce NOx, the process proceeds to step 301. If not, the execution of this routine is terminated.
[0100]
In step 301, it is determined whether HC poisoning has occurred in the NOx catalyst 15 or not. This is determined based on the operation history, temperature history, etc. of the internal combustion engine so far. For example, when the fuel is added to the exhaust for the NOx reduction process or the SOx poisoning elimination process, the internal combustion engine is used. The engine is stopped, and the added fuel adheres to the exhaust passage as a liquid, and determination is made based on whether or not HC has adhered to the catalyst at the next start-up. If it is determined that HC poisoning has occurred in the catalyst, the process proceeds to step 302. If it is determined that poisoning has not occurred, the process proceeds to step 304.
[0101]
In step 302, HC poisoning recovery process control is executed. In this HC poisoning recovery process control, fuel is added so that the air-fuel ratio at the end of the catalyst is about 13.5 which is a rich air-fuel ratio in the conventional NOx reduction process, whereas FIG. 10 shows Thus, the fuel is added so that the air-fuel ratio at the front end of the catalyst becomes 18. As a result, unburned fuel reacts with oxygen on the NOx catalyst 15, and the temperature of the front end of the catalyst rises due to the reaction heat. When the temperature of the NOx catalyst 15 exceeds a predetermined value, the HC adhering to the catalyst is oxidized and removed. Instead of fuel addition by the reducing agent addition valve 18, post injection may be performed so that the air-fuel ratio at the front end portion of the NOx catalyst 15 becomes 18. Further, the HC adhering to the catalyst may be removed by oxidation by directly increasing the temperature of the catalyst by increasing the temperature of the gas flowing into the catalyst by executing the big rubber injection.
[0102]
Thereafter, the process proceeds to step 303 to determine whether or not HC poisoning has been recovered. This is determined based on the history of the temperature and time of the HC poisoning recovery process according to the current degree of poisoning that can be grasped in step 300 based on the map that is the judgment of poisoning recovery. If it is determined that the HC poisoning has been recovered, the process proceeds to step 304 to start executing the rich spike control described above. On the other hand, if it is determined that the HC poisoning has not recovered, the processing from step 302 is executed again. Even if it is not determined whether or not the HC poisoning has been recovered in step 303, the process may proceed to step 304 after a predetermined time has elapsed from the start of the execution of the HC poisoning recovery process in step 302.
[0103]
As described above, in the NOx reduction processing according to the present embodiment, the rich spike control is executed after the HC poisoning at the front end of the catalyst is recovered. Therefore, compared with the case where the rich spike control is executed with the HC poisoning occurring. Thus, the NOx reduction efficiency can be increased. In addition, since the catalytic activity at the front end of the catalyst is increased by the HC poisoning recovery process at the front end of the catalyst, the NOx reduction efficiency in the subsequent rich spike control is also increased.
[0104]
In executing the rich spike control, it is preferable to supply the amount of fuel determined as described above so that the fuel added by the reducing agent addition valve 18 does not cause HC poisoning in the NOx catalyst. However, the amount of fuel may be supplied so that the exhaust air-fuel ratio at the end of the catalyst is 13.5. This is because the catalyst bed temperature at the front end of the catalyst has risen due to the HC poisoning recovery process at the front end of the catalyst, so that the possibility of re-poisoning of the catalyst is low.
[0105]
[Second Example of NOx Reduction Processing Control]
In the first embodiment, the rich spike control is executed by determining the amount of fuel to be supplied by the same method as in the first and second embodiments of the catalyst temperature increase control. After reducing the NOx at the front end, a fuel amount is supplied so that the NOx at the catalyst rear end can be reduced.
[0106]
Hereinafter, the control routine of the NOx reduction process control according to the present embodiment will be specifically described with reference to the flowchart of FIG.
[0107]
This control routine is a routine that is stored in advance in the ROM of the ECU 20 and is a routine that is executed by the ECU 20 as an interrupt process triggered by elapse of a fixed time or input of a pulse signal from the crank position sensor 21.
[0108]
First, in step 400, it is determined whether or not it is time to reduce NOx held in the NOx catalyst 15. Since this is the same as step 300 in the first embodiment of the NOx reduction process control, its description is omitted. If it is determined that it is time to reduce NOx, the process proceeds to step 401; otherwise, the execution of this routine is terminated.
[0109]
In step 401, rich spike control is executed only at the front end portion of the NOx catalyst 15. As shown in FIG. 12, the fuel is supplied so that the air-fuel ratio at the center of the catalyst becomes about 13.5, which is the air-fuel ratio capable of reducing NOx. In this case, NOx held at the front end of the catalyst is reduced by unburned fuel flowing into the catalyst, but is held at a portion where the air-fuel ratio of the exhaust flowing into the rear end of the catalyst is higher than the stoichiometric air-fuel ratio. NOx is not reduced.
[0110]
Therefore, compared with the conventional case where the amount of fuel is supplied so that the air-fuel ratio at the rearmost end of the catalyst becomes 13.5, the amount of fuel supply decreases, so that the front end of the catalyst is poisoned with HC. Can be reduced. Further, since the air-fuel ratio at the catalyst rear end is lean, NOx generated by NOx discharge generated at the initial stage of NOx reduction can be held at the catalyst rear end.
[0111]
Thereafter, the process proceeds to step 402, where it is determined whether or not the NOx reduction at the front end of the catalyst has been completed. This is determined based on the detection value and map of the air-fuel ratio sensor provided in the center of the catalyst. If the air-fuel ratio sensor is provided only in the exhaust passage downstream of the catalyst without providing the air-fuel ratio sensor in the center of the catalyst, the determination may be made based on the detected value and map of the air-fuel ratio sensor downstream of the catalyst. Good. Further, it may be determined that the NOx reduction at the catalyst front end is completed if the elapsed time from the execution of the catalyst front end NOx reduction processing is a predetermined time or more.
[0112]
If it is determined that the NOx reduction has been completed, the process proceeds to step 403. If it is determined that the NOx reduction has not been completed, the processes after step 401 are executed again. As a result, the rich spike control is executed until it is determined that the NOx reduction at the front end of the catalyst is completed.
[0113]
In step 403, rich spike control at the rear end of the catalyst is executed. As shown in FIG. 12, the fuel is supplied so that the air-fuel ratio at the rearmost end of the catalyst is about 13.5, but the amount of fuel purified at the inner front end of the fuel supplied to the catalyst. Therefore, the amount of fuel supplied for the front end rich spike control executed in step 401 is increased in consideration of that amount, so that the unburned fuel reaches the last end. As a result, NOx held at the rear end of the catalyst is reduced. In addition, since the temperature of the front end of the catalyst has already risen due to the heat of reaction when NOx at the front end of the catalyst is reduced, even if fuel is supplied for NOx reduction at the rear end, HC poisoning occurs at the front end of the catalyst. Is less likely to occur.
[0114]
Thereafter, the routine proceeds to step 404, where it is determined whether or not the NOx reduction at the rear end of the catalyst has ended. This is determined based on the detection value and map of the air-fuel ratio sensor provided downstream of the catalyst. Further, if the elapsed time from the execution of the catalyst rear end NOx reduction process is a predetermined time or more, it may be determined that the NOx reduction at the catalyst rear end is completed. When it is determined that the NOx reduction at the catalyst rear end is completed, the execution of this routine is terminated. On the other hand, if it is determined that the processing has not ended, the processing from step 403 is executed again. Thus, the NOx reduction process is executed until it is determined that the NOx reduction at the catalyst rear end is completed.
[0115]
Thus, after reducing NOx at the front end of the catalyst and then reducing NOx at the rear end of the catalyst, conventionally, the amount of fuel is reduced so that the air-fuel ratio at the rearmost end of the catalyst becomes 13.5. Since the amount of fuel supply is reduced as compared with the case where it is supplied, it is possible to reduce the occurrence of HC poisoning at the front end of the catalyst. Further, when NOx at the rear end of the catalyst is reduced by rich spike control, the temperature at the front end of the catalyst has already risen, so that HC poisoning is less likely to occur.
[0116]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the NOx catalyst can be raised to the target bed temperature without causing HC poisoning. Further, NOx can be reduced from the NOx catalyst without causing HC poisoning.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a correlation between a catalyst bed temperature and a droplet limit amount.
FIG. 3 is a diagram showing a correlation among catalyst-containing gas temperature, intake air amount, and fuel evaporation amount.
4A is a diagram showing a correlation between an intake air amount and a fuel evaporation amount, and FIG. 4B is a diagram showing a correlation between a catalyst-containing gas temperature and a fuel evaporation amount.
FIG. 5 is a flowchart showing a control routine according to a first embodiment of catalyst temperature raising control.
6A is a diagram showing the correlation between the SOx poisoning amount and the degree of catalyst deterioration, and FIG. 6B is a diagram showing the correlation between the thermal deterioration of the catalyst and the degree of catalyst deterioration.
7A is a diagram showing the correlation between the degree of catalyst deterioration and the catalyst deterioration coefficient, and FIG. 7B is a diagram showing the correlation between the catalyst bed temperature and the catalyst deterioration coefficient.
FIG. 8 is a flowchart showing a control routine according to a second embodiment of catalyst temperature increase control.
FIG. 9 is a flowchart showing a control routine according to a first embodiment of NOx reduction process control;
FIG. 10 is a diagram schematically showing a processing method according to a first example of NOx reduction processing control.
FIG. 11 is a flowchart showing a control routine according to a second embodiment of NOx reduction process control;
FIG. 12 is a diagram schematically showing a processing method according to a second example of NOx reduction processing control;
[Explanation of symbols]
1 Internal combustion engine
2-cylinder
3 Fuel injection valve
4 Common rail
5 Fuel supply pipe
6 Fuel pump
7 Intake passage
8 Air cleaner box
9 Air flow meter
10 Turbocharger
11 Intercooler
12 Inlet throttle valve
13 Inlet throttle actuator
14 Exhaust passage
15 Exhaust purification device
16 Air-fuel ratio sensor
17 Exhaust temperature sensor
18 Reducing agent addition valve
19 Reducing agent supply path
20 ECU
21 Crank position sensor

Claims (5)

内燃機関の排気通路に配置された酸化能を有する触媒と、
前記排気通路の前記触媒の上流から当該触媒に燃料を供給する燃料供給手段と、
前記燃料供給手段から供給される燃料の内、前記触媒に液滴状態で到達する燃料量である到達液滴量を算出する到達液滴量算出手段と、
前記触媒の温度を検知する触媒温度検知手段と、
当該触媒温度検知手段にて検知した前記触媒の温度に基づいて、当該触媒に液滴状態で到達しても酸化される燃料の最大量である液滴限界量を算出する液滴限界量算出手段と、
前記到達液滴量算出手段にて算出した前記到達液滴量が前記液滴限界量算出手段にて算出した前記液滴限界量を超えないように前記燃料供給手段から前記触媒に供給する燃料量を決定する供給燃料量決定手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
A catalyst having oxidation ability disposed in the exhaust passage of the internal combustion engine;
Fuel supply means for supplying fuel to the catalyst from upstream of the catalyst in the exhaust passage;
An reached droplet amount calculating means for calculating an reached droplet amount that is a fuel amount that reaches the catalyst in a droplet state among the fuel supplied from the fuel supply means;
Catalyst temperature detection means for detecting the temperature of the catalyst;
Based on the temperature of the catalyst detected by the catalyst temperature detecting means, a droplet limit amount calculating means for calculating a droplet limit amount that is the maximum amount of fuel that is oxidized even if the catalyst reaches the catalyst in a droplet state. When,
The amount of fuel supplied from the fuel supply unit to the catalyst so that the reached droplet amount calculated by the reached droplet amount calculation unit does not exceed the droplet limit amount calculated by the droplet limit amount calculation unit Fuel supply amount determining means for determining
An exhaust emission control device for an internal combustion engine, comprising:
前記触媒に流入する排気の量を検知する触媒入りガス量検知手段と、
前記触媒に流入する排気の温度を検知する触媒入りガス温検知手段と、を更に備え、
前記到達液滴量算出手段は、前記触媒入りガス量検知手段にて検知した前記触媒に流入する排気の量と前記触媒入りガス温検知手段にて検知した前記触媒に流入する排気の温度とに基づいて、前記到達液滴量を算出することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。
Catalyst-containing gas amount detection means for detecting the amount of exhaust gas flowing into the catalyst;
A catalyst-containing gas temperature detecting means for detecting the temperature of the exhaust gas flowing into the catalyst,
The reaching droplet amount calculating means is configured to adjust the amount of exhaust flowing into the catalyst detected by the catalyst-containing gas amount detecting means and the temperature of exhaust flowing into the catalyst detected by the catalyst-containing gas temperature detecting means. 2. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the amount of liquid droplets reached is calculated on the basis of the amount.
前記液滴限界量算出手段は、前記触媒の劣化度合いにも基づいて、前記液滴限界量を算出することを特徴とする請求項1又は2に記載の内燃機関の排気浄化装置。3. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the droplet limit amount calculating means calculates the droplet limit amount based on a degree of deterioration of the catalyst. 前記液滴限界量算出手段は、前記触媒の温度が上昇するのに応じて、前記液滴限界量を増量するように算出し、
前記供給燃料量決定手段は、前記液滴限界量が増量するのに応じて前記燃料供給手段から供給する燃料量を増量するように決定することを特徴とする請求項1、2又は3に記載の内燃機関の排気浄化装置。
The droplet limit amount calculating means calculates so as to increase the droplet limit amount as the temperature of the catalyst rises,
The said supply fuel amount determination means determines so that the amount of fuel supplied from the said fuel supply means may be increased according to the said droplet limit amount increasing. Exhaust gas purification device for internal combustion engine.
前記触媒は吸蔵還元型NOx触媒であり、
前記供給燃料量決定手段は、前記触媒に保持されたNOxを還元すべきときに前記燃料供給手段が当該NOxの還元剤として供給する燃料量を、前記到達液滴量が前記液滴限界量を超えないように決定することを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
The catalyst is a NOx storage reduction catalyst,
The fuel supply amount determining means determines the amount of fuel that the fuel supply means supplies as a reducing agent for the NOx when the NOx held in the catalyst is to be reduced, and the amount of liquid reached reaches the droplet limit amount. The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 4, wherein it is determined so as not to exceed.
JP2003194929A 2003-07-10 2003-07-10 Exhaust emission control device for internal combustion engine Withdrawn JP2005030272A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003194929A JP2005030272A (en) 2003-07-10 2003-07-10 Exhaust emission control device for internal combustion engine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003194929A JP2005030272A (en) 2003-07-10 2003-07-10 Exhaust emission control device for internal combustion engine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2005030272A true JP2005030272A (en) 2005-02-03

Family

ID=34205926

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2003194929A Withdrawn JP2005030272A (en) 2003-07-10 2003-07-10 Exhaust emission control device for internal combustion engine

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2005030272A (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007004747A1 (en) * 2005-07-06 2007-01-11 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Exhaust gas purification system in internal combustion engine
WO2007145336A1 (en) 2006-06-15 2007-12-21 Sony Corporation Optical recording medium having write once metal reflection film
WO2016103627A1 (en) 2014-12-24 2016-06-30 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Exhaust gas purification system for an internal combustion engine
DE102016217126A1 (en) 2015-09-11 2017-03-16 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Emission control system for internal combustion engine

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007004747A1 (en) * 2005-07-06 2007-01-11 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Exhaust gas purification system in internal combustion engine
WO2007145336A1 (en) 2006-06-15 2007-12-21 Sony Corporation Optical recording medium having write once metal reflection film
WO2016103627A1 (en) 2014-12-24 2016-06-30 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Exhaust gas purification system for an internal combustion engine
US10337376B2 (en) 2014-12-24 2019-07-02 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Exhaust gas purification system for an internal combustion engine
DE102016217126A1 (en) 2015-09-11 2017-03-16 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Emission control system for internal combustion engine
DE102016217126B4 (en) 2015-09-11 2022-08-04 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Emission control system for internal combustion engine

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8104271B2 (en) Exhaust purification device and exhaust purification method of internal combustion engine
JP5644164B2 (en) Exhaust gas purification device
JP2004176663A (en) Exhaust emission control device for internal combustion engine
JP3800016B2 (en) Exhaust gas purification device for internal combustion engine
JP2008223483A (en) Control device for internal combustion engine
EP3133258B1 (en) Control system for internal combustion engine and control method
JP3770148B2 (en) Apparatus and method for exhaust gas purification of internal combustion engine
JP2005048715A (en) Exhaust emission control device for internal combustion engine
JP2009185659A (en) Exhaust emission control device for internal combustion engine
US7484359B2 (en) Exhaust purifying apparatus for internal combustion engine
JP4375311B2 (en) Exhaust gas purification system for internal combustion engine
EP1536120B1 (en) Exhaust gas control apparatus for internal combustion engine and control method thereof
JP2010196551A (en) Exhaust emission control device of internal combustion engine
JP2002030927A (en) Exhaust emission control device of internal combustion engine
JP4012037B2 (en) Exhaust purification equipment
EP1510679A2 (en) Excessive sulfur poisoning recovery control method and apparatus for exhaust gas control catalyst
JP4311169B2 (en) Exhaust gas purification device for internal combustion engine
JP4357918B2 (en) Exhaust gas purification device for internal combustion engine
JP2004285947A (en) Exhaust emission control device for internal combustion engine
JP2001193440A (en) Exhaust emission control device of diesel engine
JP2005030272A (en) Exhaust emission control device for internal combustion engine
JP4357917B2 (en) Exhaust gas purification device for internal combustion engine
JP4729990B2 (en) Exhaust gas purification device for internal combustion engine
JP4069043B2 (en) Exhaust gas purification device for internal combustion engine
JP4263642B2 (en) Exhaust gas purification device for internal combustion engine

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Withdrawal of application because of no request for examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20061003