JP2005061367A - Emission control system of internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関から排出される排気を浄化する排気浄化システムに関する。 The present invention relates to an exhaust purification system that purifies exhaust discharged from an internal combustion engine.
内燃機関から排出される排気に含まれるNOx、HC等を除去し、排気を浄化する目的で、内燃機関の排気通路に排気浄化触媒が設けられる。この排気浄化触媒として、排気中のNOxを還元雰囲気において選択的に還元することで排気を浄化する選択還元型NOx浄化触媒や、排気中のNOxを吸蔵、還元することで排気を浄化する吸蔵還元型NOx浄化触媒の他に、三元触媒等が挙げられる。また吸蔵還元型NOx触媒が担持されたフィルタ等によって、排気中の粒子状物質を捕集し、大気への粒子状物質の放出を抑制する。 An exhaust purification catalyst is provided in the exhaust passage of the internal combustion engine for the purpose of removing NOx, HC, etc. contained in the exhaust discharged from the internal combustion engine and purifying the exhaust. As this exhaust purification catalyst, a selective reduction type NOx purification catalyst that purifies exhaust by selectively reducing NOx in exhaust in a reducing atmosphere, or an occlusion reduction that purifies exhaust by storing and reducing NOx in exhaust. In addition to the type NOx purification catalyst, a three-way catalyst or the like can be used. Further, particulate matter in the exhaust gas is collected by a filter or the like on which the NOx storage reduction catalyst is supported, and release of the particulate matter to the atmosphere is suppressed.
ここで、これらの排気浄化触媒はその排気浄化のための触媒機能を十分に発揮するためには、排気浄化触媒の温度が所定の温度(以下、「活性温度」という)以上となることが必要とされる。そこで、排気浄化触媒の温度を活性温度以上とするために、排気中の酸素濃度に応じた燃料を排気行程において燃焼室に噴射し、下流の排気浄化触媒に供給する技術(例えば、特許文献1を参照)や、排気浄化触媒の上流側と下流側の排気のNOx濃度差に基づいて排気浄化触媒に供給する燃料の量を決定する技術(例えば、特許文献2を参照)が公開されている。排気浄化触媒に燃料が供給されると、該燃料が排気浄化触媒の酸化能に応じて酸化され、そこで生じるその酸化熱によって排気浄化触媒の温度が上昇する。 Here, in order for these exhaust purification catalysts to fully perform the catalytic function for exhaust purification, the temperature of the exhaust purification catalyst needs to be equal to or higher than a predetermined temperature (hereinafter referred to as “active temperature”). It is said. Therefore, in order to make the temperature of the exhaust purification catalyst equal to or higher than the activation temperature, a technique for injecting fuel corresponding to the oxygen concentration in the exhaust into the combustion chamber in the exhaust stroke and supplying it to the downstream exhaust purification catalyst (for example, Patent Document 1). And a technology for determining the amount of fuel to be supplied to the exhaust purification catalyst based on the NOx concentration difference between the upstream side and the downstream side of the exhaust purification catalyst (see, for example, Patent Document 2). . When fuel is supplied to the exhaust purification catalyst, the fuel is oxidized according to the oxidizing ability of the exhaust purification catalyst, and the temperature of the exhaust purification catalyst rises due to the oxidation heat generated there.
また、吸蔵還元型NOx触媒が担持されたフィルタにおいて、捕集された粒子状物質を酸化除去するために、該吸蔵還元型NOx触媒およびフィルタに燃料を供給し、そこで発生する酸化熱によってフィルタの温度を上昇させる技術が知られている(例えば、特許文献3を参照。)。 In addition, in the filter carrying the NOx storage reduction catalyst, in order to oxidize and remove the collected particulate matter, fuel is supplied to the NOx storage reduction catalyst and the filter, and the heat of oxidation generated in the filter causes A technique for increasing the temperature is known (see, for example, Patent Document 3).
このように、排気浄化触媒の酸化能を利用することで、排気浄化触媒に供給された燃料の酸化反応における酸化熱で排気浄化触媒の温度、もしくは排気浄化触媒が担持されたフィルタの温度を上昇させることが可能である。
ここで、排気浄化触媒の温度を、目的とする温度、例えば先述した活性温度へ上昇させるためには、排気浄化触媒の酸化能に応じて、適切な時期に適切な量の燃料を排気浄化触媒に供給する必要がある。 Here, in order to raise the temperature of the exhaust purification catalyst to a target temperature, for example, the activation temperature described above, an appropriate amount of fuel is supplied at an appropriate time according to the oxidation ability of the exhaust purification catalyst. Need to supply.
しかし、排気浄化触媒の酸化能を正確に推定することが困難であるため、排気浄化触媒
への燃料供給が適切な時期に行われなければ、燃料が酸化されず大気へ放出される。また、排気浄化触媒に供給する燃料が少量である場合には、排気浄化触媒の温度を目的とする温度まで確実に上昇させることが困難となり、一方で排気浄化触媒に供給する燃料が多量である場合には、供給された燃料が排気浄化触媒において酸化されずに大気へ放出される虞がある。
However, since it is difficult to accurately estimate the oxidizing ability of the exhaust purification catalyst, the fuel is not oxidized and released to the atmosphere unless fuel is supplied to the exhaust purification catalyst at an appropriate time. In addition, when the amount of fuel supplied to the exhaust purification catalyst is small, it becomes difficult to reliably raise the temperature of the exhaust purification catalyst to the target temperature, while on the other hand, the amount of fuel supplied to the exhaust purification catalyst is large. In some cases, the supplied fuel may be released to the atmosphere without being oxidized in the exhaust purification catalyst.
本発明では、上記した問題に鑑み、排気浄化触媒の有する酸化能をより確実に推定することで、排気浄化触媒の温度を目的とする温度により確実に到達せしめるとともに、供給される燃料の大気への放出を抑制する内燃機関の排気浄化システムを提供することを目的とする。 In the present invention, in view of the above-described problems, by more reliably estimating the oxidation ability of the exhaust purification catalyst, the temperature of the exhaust purification catalyst can be reliably reached by the target temperature, and the supplied fuel can be returned to the atmosphere. It is an object of the present invention to provide an exhaust gas purification system for an internal combustion engine that suppresses the release of gas.
本発明は、上記した課題を解決するために、排気浄化触媒に流入する排気の酸素濃度に着目した。排気浄化触媒に流入する排気の酸素濃度、即ち排気浄化触媒を構成する物質の置かれる雰囲気の酸素濃度によって、排気浄化触媒の酸化能が大きく変動する特性を排気浄化触媒が有するからである。さらには、排気浄化触媒を構成する物質によって、排気浄化触媒に流入する排気の酸素濃度に対する該排気浄化触媒の酸化能が、異なった特性を示すからである。 In order to solve the above-described problems, the present invention focuses on the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst. This is because the exhaust purification catalyst has a characteristic that the oxidizing ability of the exhaust purification catalyst varies greatly depending on the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst, that is, the oxygen concentration of the atmosphere in which the substance constituting the exhaust purification catalyst is placed. Furthermore, the oxidizing power of the exhaust purification catalyst with respect to the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst shows different characteristics depending on the substances constituting the exhaust purification catalyst.
ここで、排気浄化触媒に流入する排気の酸素濃度に対する該排気浄化触媒の有する酸化能は、該排気の酸素濃度が高くなるに従い、低下する特性を示す場合と、該排気の酸素濃度が高くなるに従い、上昇する特性を示す場合と、が挙げられる。 Here, the oxidation ability of the exhaust purification catalyst with respect to the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst shows a characteristic that decreases as the oxygen concentration of the exhaust gas increases, and the oxygen concentration of the exhaust gas increases. And exhibiting an increasing characteristic.
そこで、先ず、前者の特性を示す排気浄化触媒を備えた内燃機関の排気浄化システムにおいて、即ち、内燃機関の排気通路に設けられて該排気通路を流れる排気に含まれる物質を酸化する酸化能を有する触媒であって、該排気の酸素濃度が高くなるに従い該触媒の酸化能が低下する特性を示す排気浄化触媒を有する内燃機関の排気浄化システムにおいて、前記排気浄化触媒に流入する排気の酸素濃度を検出または推定する酸素濃度取得手段と、前記排気浄化触媒に燃料を供給する燃料供給手段と、前記酸素濃度取得手段によって検出または推定される排気の酸素濃度に基づいて前記排気浄化触媒の酸化能を推定し、該推定された酸化能に基づいて前記燃料供給手段による該排気浄化触媒への燃料の供給を制御する燃料供給制御手段と、を備える。 Therefore, first, in the exhaust gas purification system of the internal combustion engine provided with the exhaust gas purification catalyst exhibiting the former characteristic, that is, the oxidation ability that is provided in the exhaust passage of the internal combustion engine and oxidizes the substance contained in the exhaust gas flowing through the exhaust passage. In an exhaust gas purification system for an internal combustion engine having an exhaust purification catalyst having a characteristic that the oxidation ability of the catalyst decreases as the oxygen concentration of the exhaust gas increases, the oxygen concentration of exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst Oxygen concentration acquisition means for detecting or estimating the amount of fuel, fuel supply means for supplying fuel to the exhaust purification catalyst, and the oxidizing ability of the exhaust purification catalyst based on the oxygen concentration of the exhaust detected or estimated by the oxygen concentration acquisition means And fuel supply control means for controlling the supply of fuel to the exhaust purification catalyst by the fuel supply means based on the estimated oxidation ability .
排気浄化触媒が、内燃機関の排気通路に設けられて該排気通路を流れる排気に含まれる物質を酸化する酸化能を有する触媒であって、該排気の酸素濃度が高くなるに従い該触媒の酸化能は低下する特性を示す要因として、酸化能を示す白金などの貴金属と、NOxを吸蔵する特性等を示すアルカリ金属とを該排気浄化触媒の構成成分としていることが想定される。 An exhaust purification catalyst is a catalyst that is provided in an exhaust passage of an internal combustion engine and has an oxidizing ability to oxidize substances contained in exhaust flowing through the exhaust passage, and the oxidizing ability of the catalyst increases as the oxygen concentration of the exhaust increases. It is assumed that noble metal such as platinum that exhibits oxidizing ability and alkali metal that exhibits NOx storage characteristics and the like are constituents of the exhaust purification catalyst as factors that indicate the characteristics of the exhaust purification.
即ち、排気浄化触媒においてアルカリ金属をその構成成分として備えている場合、排気中の酸素がNOxと同様にアルカリ金属に引きつけられることで、該アルカリ金属の近傍に存在する貴金属表面に酸素が吸着する、即ち酸素被毒が生じることで、貴金属の表面が酸素によって覆われ、貴金属の触媒作用である酸化能の効率が低下すると考え得る。尚、アルカリ金属を含む排気浄化触媒としては、先述したNOxを吸蔵、還元する吸蔵還元型NOx触媒や、アルカリ金属を含む三元触媒等が挙げられる。 That is, when the exhaust purification catalyst includes an alkali metal as a constituent component, oxygen in the exhaust is attracted to the alkali metal in the same manner as NOx, so that oxygen is adsorbed on the surface of the noble metal near the alkali metal. That is, it can be considered that the oxygen poisoning causes the surface of the noble metal to be covered with oxygen, and the efficiency of oxidation ability, which is the catalytic action of the noble metal, is reduced. Examples of the exhaust purification catalyst containing an alkali metal include the NOx storage reduction type NOx catalyst for storing and reducing NOx described above, and a three-way catalyst containing an alkali metal.
このような特性を示す排気浄化触媒においては、排気の酸素濃度が排気浄化触媒の酸化能を決定する大きな要素である。従って、排気浄化触媒に流入する排気の酸素濃度に基づいて、排気浄化触媒の酸化能をより正確に推定することが可能となる。そして、その推定された排気浄化触媒の酸化能に対応した適正な量の燃料を適正な時期に排気浄化触媒に供
給することで、排気浄化触媒の温度をより確実に目的の温度に上昇するとともに、燃料の大気への放出を抑制することが可能となる。尚、排気の酸素濃度は、該排気が流れる排気通路に備えられた酸素濃度センサによって検出する他、内燃機関の機関負荷や機関回転速度等の運転状態から推定することが可能である。
In an exhaust purification catalyst exhibiting such characteristics, the oxygen concentration of the exhaust is a major factor that determines the oxidation ability of the exhaust purification catalyst. Accordingly, it is possible to more accurately estimate the oxidizing ability of the exhaust purification catalyst based on the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst. Then, by supplying an appropriate amount of fuel corresponding to the estimated oxidation ability of the exhaust purification catalyst to the exhaust purification catalyst at an appropriate time, the temperature of the exhaust purification catalyst is more reliably increased to the target temperature. It is possible to suppress the release of fuel into the atmosphere. The oxygen concentration of the exhaust gas can be estimated from the operating state such as the engine load and engine speed of the internal combustion engine, in addition to being detected by an oxygen concentration sensor provided in the exhaust passage through which the exhaust gas flows.
ここで、前記燃料供給制御手段による排気浄化触媒への燃料供給の制御として、前記酸素濃度取得手段によって検出または推定される排気の酸素濃度が高くなる程、前記燃料供給手段による前記排気浄化触媒への燃料の供給量を減量し、逆に前記酸素濃度取得手段によって検出または推定される排気の酸素濃度が低くなる程、前記燃料供給手段による前記排気浄化触媒への燃料の供給量を増量する制御が挙げられる。 Here, as control of fuel supply to the exhaust purification catalyst by the fuel supply control means, the higher the exhaust gas oxygen concentration detected or estimated by the oxygen concentration acquisition means, the higher the exhaust gas concentration to the exhaust purification catalyst by the fuel supply means. The fuel supply amount is decreased, and conversely, the fuel supply amount to the exhaust purification catalyst is increased by the fuel supply unit as the exhaust oxygen concentration detected or estimated by the oxygen concentration acquisition unit decreases. Is mentioned.
即ち、排気浄化触媒の有する排気の酸素濃度に対する酸化能の推移に即した量の燃料を、燃料供給手段から該排気浄化触媒に供給することで、供給された燃料が排気浄化触媒の酸化能によって効率的に酸化され、排気浄化触媒の温度がより確実に目的の温度に上昇されるとともに、燃料の大気への放出を抑制することが可能となる。 That is, by supplying an amount of fuel in accordance with the transition of the oxidizing ability with respect to the oxygen concentration of the exhaust gas possessed by the exhaust purification catalyst to the exhaust purification catalyst from the fuel supply means, the supplied fuel is made to depend on the oxidizing ability of the exhaust purification catalyst. It is efficiently oxidized, and the temperature of the exhaust purification catalyst is more reliably raised to the target temperature, and the release of fuel into the atmosphere can be suppressed.
尚、上述の酸化能の特性を示す排気浄化触媒においては、該排気浄化触媒に流入する排気の酸素濃度によっては該排気浄化触媒の有する酸化能が著しく低下する場合がある。そのような場合においてまで、該排気浄化触媒の温度を上昇させるために該排気浄化触媒への燃料供給を行うと、大気への燃料の放出を回避することが困難となる。 Note that, in the exhaust purification catalyst exhibiting the above-described oxidation ability characteristics, the oxidation ability of the exhaust purification catalyst may be significantly reduced depending on the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst. Even in such a case, if fuel is supplied to the exhaust purification catalyst in order to increase the temperature of the exhaust purification catalyst, it becomes difficult to avoid the release of fuel to the atmosphere.
そこで、前記内燃機関の排気浄化システムにおいて、前記酸素濃度取得手段によって検出または推定される排気の酸素濃度が所定の酸素濃度を超えるとき、前記排気浄化触媒への燃料の供給を禁止するようにする。ここで、所定の酸素濃度とは、該排気浄化触媒の酸化能が著しく低下し、大気への燃料放出の抑制が困難となる排気の酸素濃度であり、該排気浄化触媒の触媒特性や容量等によって決定され得る。 Therefore, in the exhaust gas purification system of the internal combustion engine, when the oxygen concentration of the exhaust detected or estimated by the oxygen concentration acquisition means exceeds a predetermined oxygen concentration, the supply of fuel to the exhaust purification catalyst is prohibited. . Here, the predetermined oxygen concentration is the oxygen concentration of exhaust gas in which the oxidizing ability of the exhaust purification catalyst is remarkably lowered and it becomes difficult to suppress the release of fuel to the atmosphere. Can be determined by
このように、排気浄化触媒に流入する排気の酸素濃度が所定の酸素濃度を超える場合には、該排気浄化触媒への燃料供給による該排気浄化触媒の温度上昇は行われない。このような場合には、燃料の噴射時期の遅角側への移行等によって該排気浄化触媒に流入する排気の温度自体を昇温させることで、排気浄化触媒の温度上昇を図る。 Thus, when the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst exceeds a predetermined oxygen concentration, the temperature of the exhaust purification catalyst is not increased by the fuel supply to the exhaust purification catalyst. In such a case, the temperature of the exhaust gas purification catalyst is raised by raising the temperature of the exhaust gas flowing into the exhaust gas purification catalyst by shifting the fuel injection timing to the retard side or the like.
ここで、排気浄化触媒の酸化能を決定する要因として、排気浄化触媒に流入する排気の酸素濃度が挙げられることは先述の通りであるが、排気浄化触媒の酸化能を決定する別の要因として排気浄化触媒の温度がある。即ち、排気浄化触媒の温度が上昇するに従い、排気浄化触媒の有する酸化能も上昇し、また排気浄化触媒の温度が活性温度とならないと、排気浄化触媒による酸化が効率的に行われない。そして、排気浄化触媒に流入する排気の酸素濃度と排気浄化触媒の温度は、相互に関連しあって排気浄化触媒の酸化能に反映される。 Here, as described above, the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst can be cited as a factor that determines the oxidation ability of the exhaust purification catalyst. However, as another factor that determines the oxidation ability of the exhaust purification catalyst. There is a temperature of the exhaust purification catalyst. That is, as the temperature of the exhaust purification catalyst rises, the oxidizing ability of the exhaust purification catalyst also increases, and unless the temperature of the exhaust purification catalyst reaches the activation temperature, the oxidation by the exhaust purification catalyst is not performed efficiently. The oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst and the temperature of the exhaust purification catalyst are correlated with each other and reflected in the oxidizing ability of the exhaust purification catalyst.
そこで、前記燃料供給制御手段は、前記排気浄化触媒の温度に基づいて該排気浄化触媒への燃料供給を制御し、前記酸素濃度取得手段によって検出または推定される排気の酸素濃度に基づいて前記燃料供給手段による該排気浄化触媒への燃料供給を開始する前記排気浄化触媒の温度を決定する。 Therefore, the fuel supply control means controls the fuel supply to the exhaust purification catalyst based on the temperature of the exhaust purification catalyst, and the fuel supply control means based on the oxygen concentration of the exhaust detected or estimated by the oxygen concentration acquisition means. The temperature of the exhaust purification catalyst at which fuel supply to the exhaust purification catalyst by the supply means is started is determined.
即ち、排気浄化触媒への燃料供給を開始するためには、排気浄化触媒の温度がその酸化能が効率的に発揮される温度である活性温度以上の温度となる必要がある。しかし、上述までの排気の酸素濃度に対する酸化能の特性を示す排気浄化触媒においては、該排気浄化触媒に流入する排気の酸素濃度によって、排気浄化触媒の酸化能が効率的に発揮される温度の範囲、つまり活性温度の範囲が変動する。 That is, in order to start the fuel supply to the exhaust purification catalyst, it is necessary that the temperature of the exhaust purification catalyst be equal to or higher than the activation temperature at which the oxidation ability is efficiently exhibited. However, in the exhaust purification catalyst showing the characteristics of the oxidizing ability with respect to the oxygen concentration of the exhaust gas up to the above, the temperature at which the oxidizing ability of the exhaust purification catalyst is efficiently exhibited by the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst. The range, that is, the range of the activation temperature varies.
排気の酸素濃度が高くなるに従い排気浄化触媒の酸化能が低下するため、排気浄化触媒に流入する排気の酸素濃度が高くなると、活性温度の範囲が高温側に移行する。従って、そのような場合には、該排気浄化触媒への燃料の供給を開始する該排気浄化触媒の温度を、高温側に移行する必要がある。このようにすることで、該排気浄化触媒に供給された燃料が、より効率的に酸化され、燃料の大気への放出をより確実に抑制することが可能となる。 As the oxygen concentration of the exhaust gas increases, the oxidizing ability of the exhaust gas purification catalyst decreases. Therefore, when the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the exhaust gas purification catalyst increases, the activation temperature range shifts to the high temperature side. Therefore, in such a case, it is necessary to shift the temperature of the exhaust purification catalyst that starts the supply of fuel to the exhaust purification catalyst to the high temperature side. By doing so, the fuel supplied to the exhaust purification catalyst is oxidized more efficiently, and the release of the fuel into the atmosphere can be more reliably suppressed.
また、上述した排気の酸素濃度に対する酸化能の特性を示す排気浄化触媒において、該排気浄化触媒に燃料を供給することで、発生する酸化熱によって該排気浄化触媒の温度を上昇させる場合、供給される燃料の分子量によっても該排気浄化触媒による酸化効率が変動する。例えば、排気浄化触媒によっては、供給される燃料の分子量が大きくなるに従い、該排気浄化触媒による酸化効率が低下する場合がある。これは、酸素被毒状態にある貴金属においてはその表面積が狭められているため、燃料の分子量が大きくなると燃料と貴金属との接触が困難となり、その結果、燃料の酸化が困難となるからと考えられる。そのため、供給される燃料の分子量が大きい場合に、分子量が小さい燃料と同量の燃料を排気浄化触媒に供給すると、排気浄化触媒による酸化効率の低下に伴い、供給された燃料が大気へ放出される虞がある。 Further, in the exhaust purification catalyst showing the characteristics of the oxidizing ability with respect to the oxygen concentration of the exhaust gas described above, the fuel is supplied to the exhaust purification catalyst when the temperature of the exhaust purification catalyst is raised by the generated oxidation heat. The oxidation efficiency of the exhaust purification catalyst also varies depending on the molecular weight of the fuel. For example, depending on the exhaust purification catalyst, the oxidation efficiency of the exhaust purification catalyst may decrease as the molecular weight of the supplied fuel increases. This is because the surface area of noble metals in an oxygen-poisoned state is narrowed, so that the contact between the fuel and the noble metal becomes difficult as the molecular weight of the fuel increases, and as a result, the oxidation of the fuel becomes difficult. It is done. Therefore, when the supplied fuel has a large molecular weight, if the same amount of fuel as the low molecular weight fuel is supplied to the exhaust purification catalyst, the supplied fuel is released to the atmosphere as the oxidation efficiency of the exhaust purification catalyst decreases. There is a risk.
ここで、排気浄化触媒に燃料を供給する手段として、内燃機関における燃料噴射時期、燃料噴射量、点火時期等の燃焼条件を調整することで、排気中に未燃成分の燃料を残存させる手段と、排気通路を流れる排気に直接燃料を添加する手段が例示できる。前者によって排気浄化触媒に供給される燃料は、燃焼室内の高温雰囲気に曝されるため、その分子量が比較的小さく、一方で、後者によって排気浄化触媒に供給される燃料の分子量は、前者に比べ大きくなる。そのため、排気浄化触媒の温度を上昇させるためには、前者による燃料供給が好ましいが、該燃料供給は、内燃機関の出力に何らかの影響を及ぼすため、常時の供給や多量の燃料供給が困難である。従って、排気浄化触媒の速やかな昇温には、後者による燃料供給が必要となる。 Here, as means for supplying fuel to the exhaust purification catalyst, means for leaving unburned component fuel in the exhaust gas by adjusting combustion conditions such as fuel injection timing, fuel injection amount, ignition timing, etc. in the internal combustion engine; A means for directly adding fuel to the exhaust gas flowing through the exhaust passage can be exemplified. The fuel supplied to the exhaust purification catalyst by the former is exposed to a high-temperature atmosphere in the combustion chamber, so that the molecular weight thereof is relatively small. On the other hand, the molecular weight of the fuel supplied to the exhaust purification catalyst by the latter is smaller than that of the former. growing. Therefore, in order to raise the temperature of the exhaust purification catalyst, the former fuel supply is preferable. However, since the fuel supply has some influence on the output of the internal combustion engine, it is difficult to always supply or supply a large amount of fuel. . Therefore, in order to quickly raise the temperature of the exhaust purification catalyst, the latter fuel supply is required.
そこで、前記内燃機関の排気浄化システムにおいて、前記燃料供給手段が、前記排気浄化触媒に流入する排気へ燃料を添加する燃料添加手段を有しているとき、前記燃料供給制御手段は、前記酸素濃度取得手段によって検出または推定される排気の酸素濃度に基づいて前記燃料添加手段による排気への燃料添加開始時期を決定する。 Therefore, in the exhaust gas purification system of the internal combustion engine, when the fuel supply means has a fuel addition means for adding fuel to the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst, the fuel supply control means includes the oxygen concentration Based on the oxygen concentration of the exhaust detected or estimated by the acquiring means, the fuel addition start timing to the exhaust by the fuel adding means is determined.
燃料の分子量が比較的大きくなる燃料添加手段によって供給された燃料においては、排気浄化触媒による酸化効率が比較的低い。そこで、排気浄化触媒に流入する排気の酸素濃度に基づいて燃料添加手段による排気への燃料添加により適切な時期、即ち、添加された燃料が効率的に酸化される時期を決定する。例えば、排気浄化触媒の酸化能がより高く保たれる排気の酸素濃度である時期に燃料を添加することで、分子量の大きい燃料の酸化効率を上昇させる。このようにすることで、該排気浄化触媒に供給された燃料が、より効率的に酸化され、燃料の大気への放出をより確実に抑制することが可能となる。 In the fuel supplied by the fuel addition means in which the molecular weight of the fuel is relatively large, the oxidation efficiency by the exhaust purification catalyst is relatively low. Therefore, an appropriate time, that is, a time when the added fuel is efficiently oxidized is determined based on the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst. For example, the oxidation efficiency of the fuel having a large molecular weight is increased by adding the fuel at a time when the oxygen concentration of the exhaust gas is maintained at a higher oxidizing ability of the exhaust purification catalyst. By doing so, the fuel supplied to the exhaust purification catalyst is oxidized more efficiently, and the release of the fuel into the atmosphere can be more reliably suppressed.
そこで、前記燃料供給制御手段によって決定された燃料添加開始時期以前の時期においては、前記内燃機関の燃焼条件を調整することで前記排気浄化触媒に燃料を供給し、前記燃料供給制御手段によって決定された燃料添加開始時期より後の時期においては、前記燃料添加手段による排気への燃料添加を開始することで前記排気浄化触媒に燃料を供給する。 Therefore, at a time before the fuel addition start time determined by the fuel supply control means, fuel is supplied to the exhaust purification catalyst by adjusting the combustion conditions of the internal combustion engine, and is determined by the fuel supply control means. At a time later than the fuel addition start time, fuel is supplied to the exhaust purification catalyst by starting fuel addition to the exhaust by the fuel addition means.
この結果、燃料添加開始時期より前の時期においては、分子量が比較的小さい燃料の排気浄化触媒への供給が行われ、燃料添加開始時期より後の時期においては、分子量の比較
的大きい燃料が排気浄化触媒に供給されるため、排気浄化触媒の温度をより速やかに目的の温度まで上昇させるとともに、燃料の大気への放出も抑制され得る。
As a result, the fuel having a relatively low molecular weight is supplied to the exhaust purification catalyst before the fuel addition start time, and the fuel with a relatively high molecular weight is exhausted after the fuel addition start time. Since it is supplied to the purification catalyst, the temperature of the exhaust purification catalyst can be raised more quickly to the target temperature, and the release of fuel into the atmosphere can be suppressed.
また、先述したとおり、排気浄化触媒の酸化能を決定する要因として、該排気浄化触媒に流入する排気の酸素濃度の他に、該排気浄化触媒の温度が挙げられる。そして、排気浄化触媒に供給される燃料の分子量が大きくなるに従い、該排気浄化触媒による酸化効率が低下する。そこで、前記内燃機関の排気浄化システムにおいて、前記燃料供給制御手段は、前記酸素濃度取得手段によって検出または推定される排気の酸素濃度に基づいて前記燃料添加手段による排気への燃料添加を開始する前記排気浄化触媒の温度を算出し、前記排気浄化触媒の温度が前記燃料供給制御手段によって算出された温度を超えることをもって、前記燃料添加手段による排気への燃料添加開始時期とする。 Further, as described above, as a factor that determines the oxidation ability of the exhaust purification catalyst, in addition to the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst, the temperature of the exhaust purification catalyst can be cited. As the molecular weight of the fuel supplied to the exhaust purification catalyst increases, the oxidation efficiency of the exhaust purification catalyst decreases. Therefore, in the exhaust gas purification system of the internal combustion engine, the fuel supply control means starts the fuel addition to the exhaust gas by the fuel addition means based on the oxygen concentration of the exhaust detected or estimated by the oxygen concentration acquisition means The temperature of the exhaust purification catalyst is calculated, and when the temperature of the exhaust purification catalyst exceeds the temperature calculated by the fuel supply control means, the fuel addition start timing to the exhaust gas by the fuel addition means is set.
これにより、排気浄化触媒の温度が活性温度に至っている場合であっても、比較的低い温度であれば、分子量の小さい燃料に対する酸化効率は高いものの、分子量の大きな燃料に対する酸化効率は低い。従って、このようなときに、分子量の大きい燃料の供給である排気への燃料添加を行うのは好ましくない。そこで、分子量の大きな燃料に対する酸化効率がある程度の高さに維持される排気浄化触媒の酸化能が発揮される排気浄化触媒の温度を、排気の酸素濃度から算出し、排気浄化触媒の温度がその算出された温度を超えたときに、排気への燃料添加が行われる。排気の酸素濃度が高くなるに従い、排気浄化触媒の酸化能は低下するため、排気への燃料添加を開始するための排気浄化触媒の温度は高温側に移行する。この結果、より適正な時期に燃料の供給が行われ、供給された燃料が大気へ放出されるのをより確実に抑制することが可能となる。 As a result, even if the temperature of the exhaust purification catalyst reaches the activation temperature, if the temperature is relatively low, the oxidation efficiency for the low molecular weight fuel is high, but the oxidation efficiency for the high molecular weight fuel is low. Therefore, in such a case, it is not preferable to add fuel to the exhaust, which is a supply of fuel having a high molecular weight. Therefore, the temperature of the exhaust purification catalyst that exhibits the oxidation performance of the exhaust purification catalyst that maintains the oxidation efficiency for fuel with a large molecular weight is maintained to a certain level, is calculated from the oxygen concentration of the exhaust, and the temperature of the exhaust purification catalyst is When the calculated temperature is exceeded, fuel is added to the exhaust. As the oxygen concentration in the exhaust gas becomes higher, the oxidizing ability of the exhaust gas purification catalyst decreases, so that the temperature of the exhaust gas purification catalyst for starting the addition of fuel to the exhaust gas shifts to the high temperature side. As a result, fuel can be supplied at a more appropriate time, and the supplied fuel can be more reliably suppressed from being released into the atmosphere.
先述までの内燃機関の排気浄化システムにおいては、排気浄化触媒に流入する排気の酸素濃度に基づいて、該排気浄化触媒に供給する燃料の量を制御するものであるが、次に、該排気浄化触媒に燃料を供給する際の、該排気浄化触媒に流入する排気の酸素濃度の制御を有する内燃機関の排気浄化システムを示す。 In the exhaust gas purification system for an internal combustion engine described above, the amount of fuel supplied to the exhaust gas purification catalyst is controlled based on the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the exhaust gas purification catalyst. 1 shows an exhaust purification system of an internal combustion engine having control of the oxygen concentration of exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst when fuel is supplied to the catalyst.
そこで、内燃機関の排気通路に設けられて該排気通路を流れる排気に含まれる物質を酸化する酸化能を有する触媒であって、該排気の酸素濃度が高くなるに従い該触媒の酸化能が低下する特性を示す排気浄化触媒を備える内燃機関の排気浄化システムにおいて、前記排気浄化触媒に燃料を供給する燃料供給手段と、前記燃料供給手段によって前記排気浄化触媒へ燃料を供給するとき、該排気浄化触媒に流入する排気の酸素濃度を低下させる酸素濃度制御手段と、を備える。 Therefore, the catalyst is provided in the exhaust passage of the internal combustion engine and has an oxidizing ability to oxidize substances contained in the exhaust flowing through the exhaust passage, and the oxidizing ability of the catalyst decreases as the oxygen concentration of the exhaust increases. In an exhaust purification system of an internal combustion engine having an exhaust purification catalyst exhibiting characteristics, a fuel supply means for supplying fuel to the exhaust purification catalyst, and when the fuel is supplied to the exhaust purification catalyst by the fuel supply means, the exhaust purification catalyst Oxygen concentration control means for reducing the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the exhaust gas.
排気浄化触媒の有する、排気の酸素濃度に対する酸化能については先述の通りである。よって、この特性を示す排気浄化触媒を備える内燃機関の排気浄化システムにおいて、排気の酸素濃度が高くなるに従って、排気浄化触媒の酸化能は低下する。そこで、排気浄化触媒に供給される燃料の量に代えて、排気浄化触媒に流入する排気の酸素濃度自身を、排気浄化触媒の酸化能が効率的に発揮し得る酸素濃度にすべく制御する。即ち、供給された燃料を効率的に酸化させるために、排気の酸素濃度を低下させる。これにより、排気浄化触媒に供給される燃料の酸化熱により、排気浄化触媒の温度をより確実に目的の温度まで上昇させるとともに、該燃料が大気へ放出されるのを抑制することが可能となる。 The oxidation ability of the exhaust purification catalyst with respect to the oxygen concentration of the exhaust is as described above. Therefore, in an exhaust gas purification system for an internal combustion engine having an exhaust gas purification catalyst exhibiting this characteristic, the oxidizing ability of the exhaust gas purification catalyst decreases as the oxygen concentration of the exhaust gas increases. Therefore, instead of the amount of fuel supplied to the exhaust purification catalyst, the oxygen concentration itself of the exhaust flowing into the exhaust purification catalyst is controlled so as to be an oxygen concentration at which the oxidation ability of the exhaust purification catalyst can be efficiently exhibited. That is, in order to oxidize the supplied fuel efficiently, the oxygen concentration in the exhaust gas is reduced. As a result, the oxidation heat of the fuel supplied to the exhaust purification catalyst makes it possible to raise the temperature of the exhaust purification catalyst to the target temperature more reliably and to suppress the release of the fuel to the atmosphere. .
ここで、排気の酸素濃度を制御するために、燃焼室における燃焼条件、例えば吸気量やEGR量を制御すると、内燃機関の機関出力が変動したり、燃焼室における燃焼の安定性が阻害されたりする虞がある。そこで、前記内燃機関の排気浄化システムにおいて、前記排気浄化触媒に流入する排気の酸素濃度を検出または推定する酸素濃度取得手段を、更に備え、前記酸素濃度制御手段は、前記酸素濃度取得手段によって検出または推定される排気の酸素濃度が所定の濃度を超えるときに、前記排気浄化触媒に流入する排気の酸素濃度
を低下させる。これにより、排気の酸素濃度が低下されるのは、所定の条件が成立しているときに限られるため、内燃機関の機関出力が変動したり燃焼室における燃焼の安定性が阻害されたりする虞が少なくなる。また、吸気量やEGR量を変更することで内燃機関の出力変動等の虞が少ない内燃機関の運転領域においてのみ、吸気量やEGR量を制御するようにしてもよい。
Here, in order to control the oxygen concentration of the exhaust, if the combustion conditions in the combustion chamber, for example, the intake air amount or the EGR amount are controlled, the engine output of the internal combustion engine fluctuates or the stability of combustion in the combustion chamber is hindered. There is a risk of doing. Therefore, the exhaust gas purification system of the internal combustion engine further includes oxygen concentration acquisition means for detecting or estimating the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst, and the oxygen concentration control means is detected by the oxygen concentration acquisition means. Alternatively, when the estimated oxygen concentration of the exhaust gas exceeds a predetermined concentration, the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst is reduced. As a result, the oxygen concentration in the exhaust gas is reduced only when a predetermined condition is satisfied. Therefore, the engine output of the internal combustion engine may fluctuate or the stability of combustion in the combustion chamber may be hindered. Less. Further, the intake air amount and the EGR amount may be controlled only in the operation region of the internal combustion engine where there is little possibility of fluctuations in the output of the internal combustion engine by changing the intake air amount and the EGR amount.
また、排気の酸素濃度を低下させるにあたって、排気の空燃比を制御してもよい。即ち、排気の酸素濃度を低下させるためには、排気の空燃比をリッチ側に移行するようにしてもよい。このようにすることで、排気浄化触媒に供給する燃料の量と、該排気の酸素濃度を同時に制御することが可能となる。この際、先述した排気の酸素濃度に対する酸化能の特性を示す排気浄化触媒においては、概ねストイキ状態の空燃比とすると、排気浄化触媒の酸化能がより効率的に発揮される。 Further, the air-fuel ratio of the exhaust may be controlled when reducing the oxygen concentration of the exhaust. That is, to reduce the oxygen concentration of the exhaust, the air-fuel ratio of the exhaust may be shifted to the rich side. By doing so, it becomes possible to simultaneously control the amount of fuel supplied to the exhaust purification catalyst and the oxygen concentration of the exhaust. At this time, in the exhaust purification catalyst showing the characteristics of the oxidation ability with respect to the oxygen concentration of the exhaust gas described above, the oxidation ability of the exhaust purification catalyst is more efficiently exhibited when the air-fuel ratio is almost stoichiometric.
また、排気の空燃比をストイキ状態よりリッチ側の状態としても、排気浄化触媒の酸化能は高いレベルに維持されるが、排気浄化触媒に供給される燃料の量が多量であるため、燃料が大気へ放出される虞が大きくなる。そこで、排気の空燃比がリッチ状態である場合には、排気の空燃比を概ねストイキ状態となるまで移行させるようにしてもよい。 Further, even if the exhaust air-fuel ratio is in a richer state than the stoichiometric state, the exhaust purification catalyst is maintained at a high level of oxidation ability, but since the amount of fuel supplied to the exhaust purification catalyst is large, The risk of being released into the atmosphere increases. Therefore, when the air-fuel ratio of the exhaust gas is in a rich state, the air-fuel ratio of the exhaust gas may be shifted until it becomes almost stoichiometric.
ここで、排気浄化触媒における、排気の酸素濃度に対する酸化能の特性は、先述したように排気浄化触媒の酸素被毒によるものと考えられる。そこで、排気浄化触媒に燃料を供給するに際して、上述のように排気浄化触媒に流入する排気の空燃比を概ねストイキ状態とする場合、前記燃料供給手段によって前記排気浄化触媒への燃料供給を開始した後の所定期間において、前記排気浄化触媒に流入する排気の空燃比を前記略ストイキ状態の空燃比よりリッチ状態の空燃比とする。 Here, in the exhaust purification catalyst, the characteristic of the oxidizing ability with respect to the oxygen concentration of the exhaust is considered to be due to oxygen poisoning of the exhaust purification catalyst as described above. Therefore, when supplying the fuel to the exhaust purification catalyst, when the air-fuel ratio of the exhaust flowing into the exhaust purification catalyst is substantially stoichiometric as described above, fuel supply to the exhaust purification catalyst is started by the fuel supply means. In a later predetermined period, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst is made richer than the substantially stoichiometric air-fuel ratio.
これにより、排気浄化触媒に燃料を供給して、該排気浄化触媒の温度を目的の温度まで上昇させる場合に、所定期間において、排気の空燃比がリッチ状態となるため、排気浄化触媒の表面に吸着している酸素を排気浄化触媒から離脱させることが可能となる。これにより、排気浄化触媒の酸素被毒が解消されるため、酸化能が上昇し、供給された燃料によってより効率的に排気浄化触媒の温度が上昇する。ここで、前記所定期間とは、排気浄化触媒の酸素被毒の解消のために十分な、排気の空燃比をリッチ状態の空燃比とする期間である。 As a result, when the fuel is supplied to the exhaust purification catalyst and the temperature of the exhaust purification catalyst is raised to the target temperature, the air-fuel ratio of the exhaust becomes rich for a predetermined period. The adsorbed oxygen can be separated from the exhaust purification catalyst. As a result, oxygen poisoning of the exhaust purification catalyst is eliminated, so that the oxidation ability increases, and the temperature of the exhaust purification catalyst rises more efficiently by the supplied fuel. Here, the predetermined period is a period during which the air-fuel ratio of the exhaust gas is set to a rich air-fuel ratio sufficient for eliminating oxygen poisoning of the exhaust purification catalyst.
尚、排気の空燃比をリッチ状態とするのは、排気浄化触媒への燃料供給を開始した後の何れかの時期でよいが、より酸化能が高い状態において排気浄化触媒による燃料の酸化を行うために、排気浄化触媒への燃料の供給を開始した直後において、即ち、排気の空燃比を概ねストイキ状態とする前に、排気の空燃比を所定期間リッチ状態とし、その後に概ねストイキ状態とするのが好ましい。これにより、先ず排気浄化触媒の酸素被毒を除去し、排気浄化触媒の酸化能を回復させて、効率的な排気浄化触媒の昇温を行うことが可能となる。 The exhaust air-fuel ratio may be made rich at any time after the fuel supply to the exhaust purification catalyst is started, but the fuel is oxidized by the exhaust purification catalyst in a state where oxidation performance is higher. Therefore, immediately after the fuel supply to the exhaust gas purification catalyst is started, that is, before the air-fuel ratio of the exhaust gas is substantially stoichiometric, the air-fuel ratio of the exhaust gas is made rich for a predetermined period, and then is substantially stoichiometric. Is preferred. Thus, it is possible to remove the oxygen poisoning of the exhaust purification catalyst first, recover the oxidation ability of the exhaust purification catalyst, and efficiently raise the temperature of the exhaust purification catalyst.
ここで、排気に含まれる燃料の分子量によって、排気浄化触媒による酸化効率が変動するのは先述の通りである。内燃機関の運転状態によっては、排気に含まれる燃料の分子量が変動し、また排気へ直接燃料を添加することで排気浄化触媒に燃料を供給すると、排気中の分子量の大きい燃料の占める割合が上昇し、結果的に排気浄化触媒による酸化効率が低下し、供給された燃料が大気へ放出される虞がある。 Here, as described above, the oxidation efficiency of the exhaust purification catalyst varies depending on the molecular weight of the fuel contained in the exhaust. Depending on the operating state of the internal combustion engine, the molecular weight of the fuel contained in the exhaust gas will fluctuate, and if fuel is supplied to the exhaust purification catalyst by adding fuel directly to the exhaust gas, the proportion of high molecular weight fuel in the exhaust gas will increase. As a result, the oxidation efficiency of the exhaust purification catalyst decreases, and the supplied fuel may be released to the atmosphere.
そこで、前記内燃機関の排気浄化システムにおいて、前記排気浄化触媒に流入する排気に含まれる燃料の分子量状態を推定する分子量状態推定手段を、更に備える。そして、前記酸素濃度制御手段は、前記分子量状態推定手段によって、前記排気浄化触媒に流入する
排気に分子量の大きい燃料が多く含まれると推定される程、前記排気浄化触媒に流入する排気の酸素濃度をより低下させる。
Therefore, the exhaust gas purification system for the internal combustion engine further includes molecular weight state estimation means for estimating the molecular weight state of the fuel contained in the exhaust gas flowing into the exhaust gas purification catalyst. The oxygen concentration control means is such that the molecular weight state estimating means estimates that the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst contains a large amount of fuel having a large molecular weight, so that the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst To lower.
即ち、内燃機関の運転状態や排気へ直接添加された燃料の量等から排気浄化触媒に流入する排気に含まれる燃料の分子量がどのような状態となっているか、即ち、分子量の大きい燃料がどの程度含まれ、また分子量の小さい燃料がどの程度含まれているかを推定する。そして、分子量の大きい燃料が多く含まれるほど排気浄化触媒による酸化効率が低下するため、排気浄化触媒による酸化効率を可及的に上昇するべく、排気浄化触媒に流入する排気の酸素濃度を低下させる。尚、排気に含まれる燃料の平均的な分子量がどの程度になるかを推定してもよい。その場合、平均的な分子量が大きいほど、排気浄化触媒に流入する排気の酸素濃度を低下させるようにすればよい。これにより、排気浄化触媒の温度を目的の温度までより確実に上昇させるとともに、供給された燃料が効率的に酸化されることで、燃料の外気への放出が抑制され得る。 That is, what is the molecular weight of the fuel contained in the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst from the operating state of the internal combustion engine, the amount of fuel directly added to the exhaust gas, etc., that is, which fuel has a high molecular weight It is estimated how much fuel with low molecular weight is included. Since the oxidation efficiency of the exhaust purification catalyst decreases as the amount of fuel having a large molecular weight increases, the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst is reduced in order to increase the oxidation efficiency of the exhaust purification catalyst as much as possible. . Note that the average molecular weight of the fuel contained in the exhaust gas may be estimated. In that case, the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst may be lowered as the average molecular weight increases. As a result, the temperature of the exhaust purification catalyst can be more reliably increased to the target temperature, and the supplied fuel can be efficiently oxidized, whereby the release of the fuel into the outside air can be suppressed.
ここで、先述した排気の酸素濃度に対する酸化能の特性を示す排気浄化触媒の具体的な構成には、少なくとも貴金属とアルカリ金属を含む触媒であればよい。そして、このような構成の排気浄化触媒を備える内燃機関の排気浄化システムにおいて、該排気浄化触媒の上流側の排気通路に、同様に少なくともと貴金属とアルカリ金属から構成される上段排気浄化触媒を設ける。即ち、排気浄化触媒と同様の、排気の酸素濃度に対する酸化能の特性を示す触媒を、排気浄化触媒の上流側に設ける。 Here, the specific structure of the exhaust purification catalyst showing the characteristics of the oxidation ability with respect to the oxygen concentration of the exhaust gas described above may be a catalyst containing at least a noble metal and an alkali metal. In the exhaust gas purification system for an internal combustion engine provided with the exhaust gas purification catalyst having such a configuration, an upper exhaust gas purification catalyst composed of at least a noble metal and an alkali metal is provided in the exhaust passage upstream of the exhaust gas purification catalyst. . That is, the same catalyst as that of the exhaust purification catalyst and exhibiting the characteristic of oxidizing ability with respect to the oxygen concentration of the exhaust is provided on the upstream side of the exhaust purification catalyst.
これにより、排気中に酸素を多く含む場合であっても、上流側に設けられた上段排気浄化触媒によって酸素が吸着されるため、下流側に位置する排気浄化触媒には酸素濃度のより低い排気が到達する。その結果、排気浄化触媒の酸化能を高く維持することが可能となる。また、排気に含まれる燃料は、酸素が吸着し酸化能が低下している上段排気浄化触媒においては酸化されず、酸化能が高く維持されている排気浄化触媒によって酸化され、以て、排気浄化触媒の温度が上昇する。 As a result, even if the exhaust gas contains a large amount of oxygen, oxygen is adsorbed by the upper exhaust purification catalyst provided on the upstream side, so that the exhaust purification catalyst located on the downstream side has a lower oxygen concentration. Reach. As a result, it becomes possible to maintain the oxidation ability of the exhaust purification catalyst high. Further, the fuel contained in the exhaust gas is not oxidized in the upper exhaust purification catalyst in which the oxygen is adsorbed and the oxidation ability is reduced, but is oxidized by the exhaust purification catalyst that maintains the high oxidation ability. The temperature of the catalyst rises.
上述までの排気浄化触媒は、排気の酸素濃度が高くなるに従い該排気浄化触媒の酸化能が低下する特性を示す触媒であったが、次に、該排気の酸素濃度が高くなるに従い該排気浄化触媒の酸化能が上昇する特性を示す触媒における、該触媒の昇温制御について示す。 The exhaust purification catalyst up to the above has been a catalyst exhibiting the characteristic that the oxidizing ability of the exhaust purification catalyst decreases as the oxygen concentration of the exhaust increases. Next, the exhaust purification catalyst increases as the oxygen concentration of the exhaust increases. In the catalyst showing the characteristic that the oxidation ability of the catalyst increases, the temperature rise control of the catalyst will be described.
そこで、内燃機関の排気通路に設けられて該排気通路を流れる排気に含まれる物質を酸化する酸化能を有する触媒であって、該排気の酸素濃度が高くなるに従い該触媒の酸化能が増大する特性を示す排気浄化触媒を有する内燃機関の排気浄化システムであって、前記排気浄化触媒に流入する排気の酸素濃度を検出または推定する酸素濃度取得手段と、前記酸素濃度取得手段によって検出または推定される排気の酸素濃度に基づいて前記排気浄化触媒の酸化能を推定する酸化能推定手段と、前記酸化能推定手段によって推定される前記排気浄化触媒の酸化能が低くなる程、前記排気浄化触媒に流入する排気への燃料の供給を減量する燃料供給制御手段と、を備える。 Therefore, a catalyst that is provided in the exhaust passage of the internal combustion engine and has an oxidizing ability to oxidize substances contained in the exhaust flowing through the exhaust passage, and the oxidizing ability of the catalyst increases as the oxygen concentration of the exhaust increases. An exhaust purification system for an internal combustion engine having an exhaust purification catalyst exhibiting characteristics, wherein the oxygen concentration acquisition means detects or estimates the oxygen concentration of exhaust flowing into the exhaust purification catalyst, and is detected or estimated by the oxygen concentration acquisition means The oxidation capacity estimation means for estimating the oxidation capacity of the exhaust purification catalyst based on the oxygen concentration of the exhaust gas, and the oxidation capacity of the exhaust purification catalyst estimated by the oxidation capacity estimation means decreases as the exhaust purification catalyst is reduced. Fuel supply control means for reducing the amount of fuel supplied to the inflowing exhaust gas.
排気浄化触媒において、上述の排気の酸素濃度に対する酸化能の特性を示すその要因は排気浄化触媒の構成成分において、酸素を引きつける特性を示すアルカリ金属が含まれていないことと想定される。従って、酸化能を示す貴金属を構成成分とはするがアルカリ金属をその構成成分に含まない排気浄化触媒は、排気の酸素濃度が高くなるに従い、酸化反応に供される酸素の量が増加するため、該排気浄化触媒の酸化能は上昇する特性を示す。 In the exhaust purification catalyst, it is assumed that the cause of the characteristics of the oxidizing ability with respect to the oxygen concentration of the exhaust gas described above is that the constituent components of the exhaust purification catalyst do not contain an alkali metal showing the characteristic of attracting oxygen. Therefore, an exhaust purification catalyst that uses a noble metal that exhibits oxidation ability as a constituent component but does not contain an alkali metal as its constituent component increases the amount of oxygen supplied to the oxidation reaction as the oxygen concentration in the exhaust gas increases. In addition, the oxidation ability of the exhaust purification catalyst exhibits a characteristic of increasing.
そこで、このような特性を示す排気浄化触媒を備える内燃機関の排気浄化システムにおいて、排気の酸素濃度が高くなるに従い、排気浄化触媒の酸化能が上昇すると推定し、一方で排気の酸素濃度が低くなるに従い、排気浄化触媒の酸化能が低下すると推定し、その
推定された排気浄化触媒の酸化能に応じた適正な量の燃料を排気浄化触媒に供給することで、排気浄化触媒の温度を目的の温度までより確実に上昇させるとともに、供給された燃料が効率的に酸化されることで、燃料の外気への放出が抑制され得る。
Therefore, in an exhaust gas purification system for an internal combustion engine having an exhaust gas purification catalyst exhibiting such characteristics, it is estimated that as the oxygen concentration of the exhaust gas becomes higher, the oxidation ability of the exhaust gas purification catalyst increases, while the oxygen concentration of the exhaust gas becomes lower. As a result, it is estimated that the oxidation capacity of the exhaust purification catalyst will decrease, and an appropriate amount of fuel corresponding to the estimated oxidation capacity of the exhaust purification catalyst will be supplied to the exhaust purification catalyst. The temperature of the fuel can be more reliably raised to the temperature, and the supplied fuel can be efficiently oxidized, so that the release of the fuel to the outside air can be suppressed.
また、上述の排気の酸素濃度に対する酸化能の特性を示す排気浄化触媒は、排気浄化触媒に供給される燃料の分子量が大きくなるに従い、該排気浄化触媒による酸化効率が上昇し、一方で排気浄化触媒に供給される燃料の分子量が小さくなるに従い、該排気浄化触媒による酸化効率が低下する特性も示す。 In addition, the exhaust purification catalyst that exhibits the above-described characteristics of the oxidizing ability with respect to the oxygen concentration of the exhaust gas increases the oxidation efficiency of the exhaust purification catalyst as the molecular weight of the fuel supplied to the exhaust purification catalyst increases. It also shows the characteristic that the oxidation efficiency of the exhaust purification catalyst decreases as the molecular weight of the fuel supplied to the catalyst decreases.
そこで、内燃機関の排気通路に設けられて該排気通路を流れる排気に含まれる物質を酸化する酸化能を有する触媒であって、該排気の酸素濃度が高くなるに従い該触媒の酸化能が増大する特性を示す排気浄化触媒を有する内燃機関の排気浄化システムであって、前記排気浄化触媒に流入する排気に含まれる燃料の分子量状態を推定する分子量状態推定手段と、前記分子量状態推定手段によって、前記排気浄化触媒に流入する排気に分子量の小さい燃料が多く含まれると推定される程、前記排気浄化触媒に流入する排気の酸素濃度を増加させる酸素濃度制御手段と、を備える。 Therefore, a catalyst that is provided in the exhaust passage of the internal combustion engine and has an oxidizing ability to oxidize substances contained in the exhaust flowing through the exhaust passage, and the oxidizing ability of the catalyst increases as the oxygen concentration of the exhaust increases. An exhaust purification system for an internal combustion engine having an exhaust purification catalyst exhibiting characteristics, wherein the molecular weight state estimation means for estimating the molecular weight state of fuel contained in the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst, and the molecular weight state estimation means, And oxygen concentration control means for increasing the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the exhaust gas purification catalyst so that it is estimated that the exhaust gas flowing into the exhaust gas purification catalyst contains a larger amount of fuel having a small molecular weight.
即ち、内燃機関の運転状態や排気へ直接添加された燃料の量等から排気浄化触媒に流入する排気に含まれる燃料の分子量がどのような状態となっているか、すなわち分子量の小さい燃料がどの程度含まれ、また分子量の大きい燃料がどの程度含まれているかを推定する。そして、分子量の小さい燃料が多く含まれるほど排気浄化触媒による酸化効率が低下するため、排気浄化触媒による酸化効率を可及的に上昇するべく、排気浄化触媒に流入する排気の酸素濃度を上昇させる。尚、排気に含まれる燃料の平均的な分子量がどの程度になるかを推定してもよい。その場合、平均的な分子量が小さいほど、排気浄化触媒に流入する排気の酸素濃度を上昇させるようにすればよい。これにより、排気浄化触媒の温度を目的の温度までより確実に上昇させるとともに、供給された燃料が効率的に酸化されることで、燃料の外気への放出が抑制され得る。 That is, the state of the molecular weight of the fuel contained in the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst from the operating state of the internal combustion engine, the amount of fuel directly added to the exhaust gas, etc., that is, how much the low molecular weight fuel is Estimate how much fuel with high molecular weight is included. Since the oxidation efficiency of the exhaust purification catalyst decreases as the amount of fuel having a low molecular weight increases, the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst is increased in order to increase the oxidation efficiency of the exhaust purification catalyst as much as possible. . Note that the average molecular weight of the fuel contained in the exhaust gas may be estimated. In that case, the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst may be increased as the average molecular weight is smaller. As a result, the temperature of the exhaust purification catalyst can be more reliably increased to the target temperature, and the supplied fuel can be efficiently oxidized, whereby the release of the fuel into the outside air can be suppressed.
排気の酸素濃度より、排気浄化触媒の有する酸化能をより確実に推定することで、排気浄化触媒の温度を目的とする温度により確実に到達せしめるとともに、供給される燃料の大気への放出を抑制することが可能となる。 By more reliably estimating the oxidation ability of the exhaust purification catalyst from the oxygen concentration in the exhaust, the exhaust purification catalyst temperature can be reliably reached at the target temperature, and the release of supplied fuel to the atmosphere is suppressed. It becomes possible to do.
ここで、本発明に係る内燃機関の排気浄化システムの実施の形態について図面に基づいて説明する。 Here, an embodiment of an exhaust gas purification system for an internal combustion engine according to the present invention will be described based on the drawings.
図1は、本発明が適用される内燃機関1の排気浄化システムの概略構成を示す図である。内燃機関1は、少なくとも1つの気筒2を有する圧縮着火内燃機関である。また、気筒2の燃焼室3内に直接、燃料を噴射する燃料噴射弁4を備えている。
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an exhaust purification system of an
次に、内燃機関1には吸気枝管5が接続されており、吸気枝管5の各枝管は、吸気ポート6を介して燃焼室3と接続されている。ここで、燃焼室3と吸気ポート6との連通は、吸気弁7の開閉によって行われる。また、吸気枝管5は吸気管8に接続されている。吸気管8には、該吸気管8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。また、前記吸気管8における吸気枝管5の直上流に位置する部位には、該吸気管8内を流れる吸気の流量を調節する吸気絞り弁10が設けられている。この吸気絞り弁10には、ステップモータ等で構成されて該吸気絞り弁10を開閉駆動する吸気絞り用アクチュエータ11が取り付けられている。
Next, an
一方、内燃機関1には排気枝管13が接続され、排気枝管13の各枝管が排気ポート14を介して燃焼室3と接続されている。ここで、燃焼室3と排気ポート14との連通は、排気弁15の開閉によって行われる。前記排気枝管13は更に排気管16と接続され、排気管16の途中には、内燃機関から排出される排気を浄化する排気浄化触媒17が設けられている。尚、排気浄化触媒17の特性については、後述する。また、排気枝管13から吸気枝管5に燃焼室3から排出された排気の一部を再循環させて燃焼室3に導入する再循環通路18が連通している。再循環通路18の途中には、再循環される排気(以下、「EGRガス」という)の冷却を行うEGRクーラ19と、EGRガスの流量を調整するEGR弁20が設けられている。更に、排気管16に、該排気管を流れる排気に燃料を添加する燃料添加弁12が設けられている。
On the other hand, an
ここで、燃料噴射弁4、燃料添加弁12、吸気絞り弁10およびEGR弁20は、電子制御ユニット(以下、ECU:Electronic Control Unitと称する)30からの制御信号によって開閉動作を行う。即ち、ECU30からの指令によって、燃料噴射弁4からの燃料の噴射時期および噴射量が制御され、以て内燃機関1の機関出力が制御される。同様に、燃料添加弁12から排気へ添加される燃料の量、添加時期、燃焼室3へ流入する吸気量、燃焼室3に導入されるEGRガス量等が制御される。
Here, the fuel injection valve 4, the
更に、アクセル開度センサ31がECU30と電気的に接続されており、ECU30はアクセル開度に応じた信号を受け取り、それより内燃機関1の機関負荷等を算出する。また、クランクポジションセンサ32がECU30と電気的に接続されており、ECU30は内燃機関1の出力軸の回転角に応じた信号を受け取り、内燃機関1の機関回転速度等を算出する。また、排気浄化触媒17の上流側の排気管16に、排気浄化触媒17に流入する排気の温度を検出する上流側排気温度センサ33が備えられ、ECU30と電気的に接続されている。そして、排気浄化触媒17の下流側の排気管16には、排気浄化触媒17から流出する排気の温度と空燃比を検出する下流側排気温度センサ34と排気空燃比センサ35が設けられ、それぞれECU30と電気的に接続されている。
Further, an
ここで、上述の排気浄化触媒17は、少なくとも貴金属とアルカリ金属を構成成分とする触媒であって、該触媒がフィルタに担持されている。よって、排気浄化触媒17は、排気の空燃比がリーン状態である場合には排気中のNOxを吸蔵し、排気の空燃比がリッチ状態となると吸蔵されているNOxを還元し、放出することで、排気中のNOxの浄化が行われる。更に、排気浄化触媒17の構成成分である貴金属によって排気中の燃料や一酸化炭素等の酸化が行われる。また排気浄化触媒17が担持されたフィルタによって、排気中の粒子状物質が捕集されることで、粒子状物質の大気への放出が抑制される。
Here, the above-described
このような排気浄化触媒17の排気浄化機能が発揮されるためには、排気浄化触媒17の温度が活性温度以上となる必要がある。排気浄化触媒17の温度が活性温度より低い温度である場合、排気中のNOxを効率的に浄化するのが困難となる。従って、排気を効率的に浄化するためには、排気浄化触媒17の温度を速やかに活性温度まで上昇させるとともに、活性温度に維持することが必要となる。また、排気浄化触媒17が担持されたフィルタに粒子状物質が捕集されるに従い排気管16内の圧力が増加し、燃焼室3における燃料の燃焼に影響を及ぼす。従って、所定期間ごとに排気浄化触媒17の温度を上昇させて、捕集された粒子状物質を酸化除去する必要がある。
In order to exhibit such an exhaust purification function of the
そこで、排気浄化触媒17の有する酸化能を利用して、即ち、排気浄化触媒17に燃料を供給し、該酸化能によって燃料を酸化させることで発生する酸化熱によって、排気浄化触媒17の温度の上昇または維持を図る。
Accordingly, the temperature of the
ここで、排気浄化触媒17の有する酸化能の特性について、図2および図3に基づいて説明する。図2は、排気浄化触媒17に流入する排気の酸素濃度に対する排気浄化触媒17の有する酸化能の推移を示すグラフである。グラフの横軸は、排気浄化触媒17に流入する排気の酸素濃度を示し、横軸において点Sで表される酸素濃度は、排気浄化触媒17に流入する排気の空燃比がストイキ状態である場合の酸素濃度である。また、グラフの縦軸は、排気浄化触媒17の酸化能を表すHC酸化率を示す。HC酸化率とは、排気浄化触媒17に供給された燃料(HC)の量に対する排気浄化触媒17によって酸化された燃料の量で表される。尚、図2においては、排気浄化触媒17の温度は、活性温度に達している一定の温度である。
Here, the characteristics of the oxidizing ability of the
図2において、線L1は、排気浄化触媒17に供給される燃料の分子量が比較的高い場合のHC酸化率の推移であり、本実施の形態では、該燃料はC10H22で表される。また、線L2は、排気浄化触媒17に供給される燃料の分子量が比較的低い場合のHC酸化率の推移であり、本実施の形態では、該燃料はC3H6で表される。従って、排気浄化触媒17に流入する排気の酸素濃度が上昇するに従い、排気浄化触媒17のHC酸化率は低下する。また、同一の排気の酸素濃度であっても、排気浄化触媒17に供給される燃料の分子量が大きくなる程、排気浄化触媒17のHC酸化率は低下する。
In FIG. 2, line L1 represents the transition of the HC oxidation rate when the molecular weight of the fuel supplied to the
排気浄化触媒17を構成するアルカリ金属には、排気中のNOxを吸蔵する、即ちNOxを引きつける作用がある一方で、排気中の酸素も引きつける作用がある。そこで、アルカリ金属によって引きつけられた酸素が、該アルカリ金属の近傍に存在する貴金属の表面に吸着し貴金属の表面積を減少させて、貴金属による酸化効果を低下させることが、即ち、排気浄化触媒17が酸素被毒状態となることが、排気浄化触媒17の酸化能であるHC酸化率を低下させる要因の一つと考え得る。また、排気の酸素濃度が同一であっても、供給される燃料の分子量によって排気浄化触媒17のHC酸化率が異なるのは、燃料の分子量が大きくなるに従い、表面積が減少した貴金属に対しては効率的に接触することが困難となることが要因と考えられる。そのため、酸素被毒状態にある排気浄化触媒17に供給される燃料の分子量が大きくなるほど、燃料の酸化効率が低下する。
The alkali metal constituting the
また、図3は、排気浄化触媒17の温度に対する排気浄化触媒17の有する酸化能の推移を示すグラフである。グラフの横軸は、排気浄化触媒17の温度を示し、グラフの縦軸は、排気浄化触媒17の酸化能を表すHC酸化率を示す。HC酸化率は、図2に示すHC酸化率と同義である。尚、図3においては、排気浄化触媒17に供給される燃料の分子量は同一とする。
FIG. 3 is a graph showing the transition of the oxidizing ability of the
図3において、線L3は、排気浄化触媒17に流入する排気の酸素濃度が高い場合、例えば該排気の空燃比が若干リーン状態の空燃比である場合の、排気浄化触媒17の酸化能の推移である。また、線L4は、排気浄化触媒17に流入する排気の酸素濃度が低い場合、例えば該排気の空燃比がストイキ状態の空燃比である場合の、排気浄化触媒17の酸化能の推移である。図3に示すように、排気浄化触媒17の温度が上昇するに従い、排気浄化触媒17の酸化能は上昇するが、排気浄化触媒17に流入する排気の酸素濃度によって、その酸化能の上昇の程度は異なる。即ち、排気浄化触媒17に流入する排気の酸素濃度が高くなるに従い、排気浄化触媒17の温度上昇にともなう酸化能の上昇率が小さくなる。
In FIG. 3, the line L3 indicates the transition of the oxidizing ability of the
その結果、排気浄化触媒17が活性状態であると判断するための排気浄化触媒17の温度が、排気浄化触媒17に流入する排気の酸素濃度によって変動することになる。例えば、排気浄化触媒17の活性状態を排気浄化触媒17のHC酸化率がX(%)以上の酸化能が得られる状態と仮定すると、線L3における酸素濃度の排気が排気浄化触媒17に流入するときは、排気浄化触媒17の温度がTst1まで昇温する必要がある。また、線L4
における酸素濃度の排気が排気浄化触媒17に流入するときは、排気浄化触媒17の温度がTst0(<Tst1)まで昇温すればよいこととなる。
As a result, the temperature of the
When the exhaust gas having the oxygen concentration in the gas flows into the
従って、図2および図3に示すように、排気浄化触媒17の酸化能は、排気浄化触媒17に流入する排気の酸素濃度によって変動するため、排気の酸素濃度によっては、供給された燃料が効率的に酸化されるとは限らない。そして、排気の酸素濃度によって、排気浄化触媒17の温度上昇の程度も異なる。よって、排気浄化触媒17の温度を目的の温度まで上昇させることが困難となったり、または供給された燃料が酸化されずに、大気へ放出されたりする虞がある。そこで、上述した排気浄化触媒17の酸化能の特性を踏まえ、排気浄化触媒17に燃料を供給することで排気浄化触媒の温度を上昇させる場合に、排気浄化触媒17の温度を目的の温度まで上昇させるとともに、大気への燃料の放出をより確実に回避するための燃料供給制御について、以下に説明する。
Therefore, as shown in FIGS. 2 and 3, the oxidizing ability of the
図4は、排気浄化触媒17の温度を目的の温度まで上昇させるとともに、大気への燃料の放出をより確実に回避するための排気浄化触媒17への燃料供給制御(排気浄化触媒昇温制御)のフローチャートである。尚、該制御は、ECU30によって実行される。
FIG. 4 shows the fuel supply control to the exhaust purification catalyst 17 (exhaust purification catalyst temperature rise control) for increasing the temperature of the
先ず、S101では、排気浄化触媒17に流入する排気の酸素濃度Deを、内燃機関1の運転状態から推定する。例えば、吸気絞り弁10の開度やEGR弁20の開度および燃料噴射弁4からの燃料噴射量から求められる、燃焼室3内の燃焼に供された空気量と燃料量の割合等から、排出される排気の酸素濃度Deを推定する。その際、吸気絞り弁10の開度等をパラメータとし、出力を排気の酸素濃度DeとするマップをECU30内のメモリに格納しておき、該メモリにアクセスすることで排気の酸素濃度Deを推定する。S101の処理が終了すると、S102へ進む。
First, in S101, the oxygen concentration De of exhaust flowing into the
S102では、S101で推定した排気の酸素濃度Deに基づいて、排気浄化触媒17への燃料供給を開始する排気浄化触媒17の温度Tstを算出する。図3に示したように、排気浄化触媒17の温度上昇に伴う酸化能の上昇の程度は、排気浄化触媒17に流入する排気の酸素濃度によって変動する。そこで、排気浄化触媒17の酸化能が、供給される燃料を効率的に酸化し得る程度に上昇している時期に、排気浄化触媒17に燃料供給を開始する基準となる排気浄化触媒17の温度Tstを算出する。
In S102, the temperature Tst of the
尚、ここで、排気浄化触媒17への燃料供給は、先ず内燃機関1の燃焼条件を調整することで行われる(後述するS110において行われる)。具体的には、内燃機関1の機関出力に大きく寄与する燃料噴射弁4から圧縮行程上死点近傍における燃料噴射の後の膨張行程もしくは排気行程において、燃料噴射弁4から燃焼室3内に燃料を噴射する(以下、該燃料噴射を「後噴射」という)。後噴射によって噴射された燃料は、燃焼室3内の高温の燃焼ガスに曝されるため、分子量が比較的小さい燃料が排気浄化触媒17に供給される。従って、例えば、排気の酸素濃度に基づいて、図3におけるTst0もしくはTst1をTstとして算出する。S102の処理が終了すると、S103へ進む。
Here, the fuel supply to the
S103では、上流側排気温度センサ33から検出される排気浄化触媒17に流入する排気温度より、排気浄化触媒17の温度を推定し、該推定された排気浄化触媒17の温度がS102で算出されたTstより大きいか否かが判定される。即ち、排気浄化触媒17への燃料供給を開始することで排気浄化触媒17の昇温を行うことが可能か否かを判断する。S103において、該排気温度がTstより大きいと判断されると、排気浄化触媒17の温度は、供給される燃料を効率的に酸化し得る程度に上昇していることを意味し、S105へ進み、以降、排気浄化触媒17への燃料供給が開始される。また、S103において、該排気温度がTst以下であると判断されると、排気浄化触媒17の温度は、供給される燃料を効率的に酸化し得る程度に上昇していないことを意味し、排気浄化触媒17
への燃料供給は行われず、S104へ進む。
In S103, the temperature of the
The fuel supply is not performed, and the process proceeds to S104.
S103よりS104へ進む場合、S104では、排気浄化触媒17に流入する排気自体の温度を上昇させることで、排気浄化触媒17の温度上昇を図る。例えば、燃料噴射弁4からの圧縮上死点近傍の時期での燃料噴射を遅角することで、排気温度を上昇させる。S104の処理が終了すると、再びS101以降の処理が行われる。
When the process proceeds from S103 to S104, the temperature of the
S103よりS105へ進む場合、S105では、先述したS101と同様に、排気浄化触媒17に流入する排気の酸素濃度Deを、内燃機関1の運転状態から推定する。S105の処理が終了すると、S106へ進む。
When the process proceeds from S103 to S105, the oxygen concentration De of the exhaust gas flowing into the
S106では、S105で推定した排気の酸素濃度Deに基づいて、排気浄化触媒17への燃料供給において、分子量の大きい燃料の供給となる燃料添加弁12からの燃料添加を開始する排気浄化触媒17の温度Tastを算出する。S102の処理において説明したように、排気浄化触媒17の温度上昇に伴う酸化能の上昇の程度は、排気浄化触媒17に流入する排気の酸素濃度によって変動する。そして、更に、供給される燃料の分子量が大きくなるに従い、排気浄化触媒17による酸化効率は低下する。そこで、燃料添加弁12による排気への添加を行うためには、排気浄化触媒17の温度を、排気浄化触媒17の酸化能が分子量の大きい燃料を効率的に酸化し得る酸化能となる温度とする必要がある。従って、排気浄化触媒17による酸化効率が十分なものとなるために、排気の酸素濃度Deが高くなるに従い、Tastの値は大きくなる。尚、S101において推定された排気の酸素濃度Deと、S105において推定された排気の酸素濃度Deが同一の値であれば、Tst<Tastという関係となる。S106の処理が終了すると、S107へ進む。
In S106, based on the oxygen concentration De of the exhaust estimated in S105, in the fuel supply to the
S107では、上流側排気温度センサ33から検出される排気浄化触媒17に流入する排気温度より、排気浄化触媒17の温度を推定し、該推定された排気浄化触媒17の温度がS106で算出されたTastより大きいか否かが判定される。即ち、燃料添加弁12からの排気への燃料添加を行うことが可能か否かを判断する。S107において、該排気温度がTastより大きいと判断されると、排気浄化触媒17の温度は、分子量の大きい燃料を効率的に酸化し得る程度に上昇していることを意味し、S111へ進み、以降、燃料添加弁12からの排気への燃料添加が行われる。また、S107において、該排気温度がTast以下であると判断されると、排気浄化触媒17の温度は、分子量の大きい燃料を効率的に酸化し得る程度に上昇していないことを意味し、燃料添加弁12からの排気への燃料添加は行われず、分子量の小さい燃料の供給を行うべく、S108へ進む。
In S107, the temperature of the
S107からS108以降へ進む場合、S108からS110において、排気浄化触媒17への、分子量の小さい燃料の供給が行われる。S108では、先述したS101と同様に、排気浄化触媒17に流入する排気の酸素濃度Deを、内燃機関1の運転状態から推定する。S108の処理が終了すると、S109へ進む。
When the process proceeds from S107 to S108 and thereafter, in S108 to S110, the fuel having a low molecular weight is supplied to the
S109では、S108で推定した排気の酸素濃度Deに基づいて、排気浄化触媒17の酸化能を推定する。即ち、図2中の線L2で示される排気の酸素濃度に対する酸化能の特性と、排気の酸素濃度Deに基づいて、現時点における排気浄化触媒17の酸化能を推定する。S109の処理が終了すると、S110へ進む。
In S109, the oxidation ability of the
S110では、S109で推定した排気浄化触媒17の酸化能に応じた量の燃料を排気浄化触媒17に供給すべく、内燃機関1の燃焼条件を調整する。即ち、排気浄化触媒17の酸化能が高いほど、多量の燃料を酸化することが可能であるため、排気浄化触媒17へ供給される燃料の量が増量される。また、排気浄化触媒17への燃料供給は、例えば、先述した後噴射によって行われる。S110の処理が終了すると、再びS107以降の処理
が行われる。
In S110, the combustion conditions of the
次に、S107からS111以降へ進む場合、S111からS113において、排気浄化触媒17への、分子量の大きい燃料の供給が行われる。S111では、先述したS101と同様に、排気浄化触媒17に流入する排気の酸素濃度Deを、内燃機関1の運転状態から推定する。S111の処理が終了すると、S112へ進む。
Next, when the process proceeds from S107 to S111 and thereafter, in S111 to S113, the fuel having a high molecular weight is supplied to the
S112では、S111で推定した排気の酸素濃度Deに基づいて、排気浄化触媒17の酸化能を推定する。即ち、図2中の線L1で示される排気の酸素濃度に対する酸化能の特性と、排気の酸素濃度Deに基づいて、現時点における排気浄化触媒17の酸化能を推定する。S112の処理が終了すると、S113へ進む。
In S112, the oxidizing ability of the
S113では、S112で推定した排気浄化触媒17の酸化能に応じた量の燃料を排気浄化触媒17に供給すべく、燃料添加弁12が制御される。即ち、排気浄化触媒17の酸化能が高いほど、多量の燃料を酸化することが可能であるため、燃料添加弁12より排気へ添加される燃料の量が増量される。S113の処理が終了すると、S114へ進む。
In S113, the
S114では、上流側排気温度センサ33から検出される排気浄化触媒17に流入する排気温度より、排気浄化触媒17の温度を推定し、該推定された排気浄化触媒17の温度が目的の温度より大きいか否かが判定される。S114において、該排気温度が目的の温度より大きいと判断されると、本制御を終了する。また、S114において、該排気温度が目的の温度以下であると判断されると、再びS111以降の処理が行われる。
In S114, the temperature of the
本制御によると、排気浄化触媒17の温度を上昇するために燃料を排気浄化触媒17に供給するに際して、その燃料供給開始時期が排気浄化触媒17に流入する排気の酸素濃度に基づいて決定される。更に、供給される燃料の分子量に応じてそれぞれの燃料の供給開始時期が該排気の酸素濃度に基づいて決定される。そして、燃料の供給時においても、該排気の酸素濃度に基づいて、排気浄化触媒17の有する酸化能に対応した量の燃料が排気浄化触媒17に供給される。これにより、排気浄化触媒17の温度をより確実に目的の温度に上昇せしめるとともに、排気浄化触媒17の酸化能に応じて適切な量の燃料が供給されることで、供給された燃料が効率的に酸化され、以て、燃料が大気へ放出されるのをより確実に抑制することが可能となる。
According to this control, when fuel is supplied to the
尚、本制御においては、排気浄化触媒17に供給される燃料の量を、排気浄化触媒17に流入する排気の酸素濃度に基づいて推定された、排気浄化触媒17の有する酸化能に応じて増減させるが、該排気の酸素濃度が所定の酸素濃度以上となったときは、排気浄化触媒17への燃料の供給自体を中断するようにしてもよい。特に、燃料添加弁12による排気への燃料添加が行われている場合は燃料の分子量が比較的大きいため、該排気の酸素濃度が上昇すると、図2中の線L1で示されるように排気浄化触媒17の酸化能は著しく低下する。そこで、大気への燃料の放出をより確実に抑制するために、燃料の供給自体を中断するようにしてもよい。尚、燃料供給の中断の基準となる所定の酸素濃度は、排気浄化触媒17の排気の酸素濃度に対する酸化能の特性に基づいて、決定すればよい。
In this control, the amount of fuel supplied to the
また、図1に示す内燃機関1の排気浄化システムにおいては、排気浄化を行う触媒は、排気管16に一つの排気浄化触媒17が置かれている。そこで、更に、排気浄化触媒17の上流側の排気管16に、排気浄化触媒17に対して直列となるように、排気浄化触媒17と同様の排気の酸素濃度に対する酸化能の特性を示す、少なくとも貴金属とアルカリ金属を構成成分とする触媒である上段排気浄化触媒を設ける。
In the exhaust purification system of the
これにより、排気中に酸素を多く含む場合であっても、上流側に設けられた上段排気浄
化触媒によって酸素が吸着されるため、下流側に位置する排気浄化触媒には酸素濃度の比較的低い排気が到達する。その結果、下流側の排気浄化触媒17の酸化能を高く維持することが可能となる。また、排気に含まれる燃料は、酸素が吸着し酸化能が低下している上段排気浄化触媒においては酸化されず、酸化能が高く維持されている排気浄化触媒17によって酸化される。以て排気浄化触媒17の温度が効率的に上昇するとともに、燃料が大気へ放出されるのが抑制され得る。
As a result, even when the exhaust gas contains a large amount of oxygen, oxygen is adsorbed by the upper exhaust purification catalyst provided on the upstream side, so that the exhaust purification catalyst located on the downstream side has a relatively low oxygen concentration. Exhaust reaches. As a result, it becomes possible to maintain the oxidizing ability of the downstream side
次に、図1に示す内燃機関1および内燃機関1の排気浄化システムにおける、排気浄化触媒17の昇温制御の第二の実施の形態を、図5に基づいて説明する。図5は、排気浄化触媒昇温制御のフローチャートである。尚、該制御は、ECU30によって実行される。
Next, a second embodiment of the temperature rise control of the
先ず、S201では、排気浄化触媒17への燃料の供給を開始する。図4中のS110に示すように内燃機関1の燃焼条件を調整することで、または同図中のS113に示すように燃料添加弁12より排気に燃料を添加することで、更にはこれらを同時に行うことで、排気浄化触媒17への燃料供給が行われる。S201の処理が終了すると、S202へ進む。
First, in S201, supply of fuel to the
S202では、先述した図4中のS101と同様に、排気浄化触媒17に流入する排気の酸素濃度Deを、内燃機関1の運転状態から推定する。S202の処理が終了すると、S203へ進む。
In S202, the oxygen concentration De of the exhaust gas flowing into the
S203では、S202で推定した排気の酸素濃度Deが、所定の酸素濃度De0より大きいか否かを判断する。ここで、所定の酸素濃度De0とは、排気浄化触媒17の酸化能の低下の程度を判断するための閾値である。即ち、排気の酸素濃度DeがDe0より大きい場合は、排気浄化触媒17の酸化能が低下し、供給された燃料を効率的に酸化することが困難であることを意味する。所定の酸素濃度De0は、S201で供給された燃料の量に応じて変動させてもよく、また、図2中の濃度Sで表すような、排気浄化触媒17の酸化能が効率的である値に固定してもよい。S203において、排気の酸素濃度Deが所定の酸素濃度De0より大きいと判断されると、S204へ進む。一方で、S203において、排気の酸素濃度Deが所定の酸素濃度De0以下であると判断されると、S206へ進む。
In S203, it is determined whether or not the exhaust oxygen concentration De estimated in S202 is greater than a predetermined oxygen concentration De0. Here, the predetermined oxygen concentration De0 is a threshold value for determining the degree of reduction in the oxidation ability of the
S204では、排気浄化触媒17に流入する排気に含まれる燃料の分子量の状態が推定される。例えば、S201において供給された燃料において、燃料添加弁12によって排気へ添加される分子量の大きい燃料の量と、内燃機関1の燃焼条件を調整することで供給される分子量の小さい燃料の量の割合を、内燃機関1の運転状態や燃料添加弁12からの燃料添加量から推定する。S204の処理が終了すると、S205へ進む。
In S204, the state of the molecular weight of the fuel contained in the exhaust flowing into the
S205では、S204において推定された排気中の燃料の分子量状態に基づいて、排気浄化触媒17に流入する排気の酸素濃度を、供給された燃料の酸化に必要な排気浄化触媒17の酸化能が発揮される酸素濃度とすべく、EGR弁20の開度が調整される。即ち、燃料の供給量が多くなるほど、排気浄化触媒17の酸化能が必要とされるため、排気の酸素濃度を低減すべくEGR弁20の開度を大きくする。更に、図2に示すように、供給される燃料の分子量によって排気浄化触媒17の酸化能は変動する。従って、S204において、排気中に分子量の大きい燃料が多く含まれる場合には、排気中に分子量の小さい燃料が多く含まれる場合に比べて、排気の酸素濃度をより低減するために、EGR弁20の開度を大きくする。好ましくは、排気の酸素濃度を、排気の空燃比がストイキ状態のときと同程度の酸素濃度(図2中の濃度S)とすると、排気浄化触媒17の酸化能を高く維持することが可能となる。S205の処理が終了すると、S206へ進む。
In S205, based on the molecular weight state of the fuel in the exhaust gas estimated in S204, the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the exhaust
S206では、上流側排気温度センサ33から検出される排気浄化触媒17に流入する排気温度より、排気浄化触媒17の温度を推定し、該推定された排気浄化触媒17の温度が目的の温度より大きいか否かが判定される。S206において、該排気温度が目的の温度より大きいと判断されると、本制御を終了する。また、S206において、該排気温度が目的の温度以下であると判断されると、再びS202以降の処理が行われる。
In S206, the temperature of the
本制御によると、排気浄化触媒17の温度を上昇するために燃料を排気浄化触媒17に供給するに際して、供給された燃料の酸化に必要な酸化能を排気浄化触媒17が発揮すべく、該排気の酸素濃度が調整される。これにより、排気浄化触媒17の温度をより確実に目的の温度に上昇するとともに、供給された燃料が効率的に酸化され、以て、燃料が大気へ放出されるのをより確実に抑制することが可能となる。
According to this control, when the fuel is supplied to the
尚、EGR弁20の開度調整を行うと燃焼室3内の燃料の燃焼条件が変動するため、内燃機関1の運転状態によっては、機関出力が変動したり、燃料の燃焼が不安定となったりする虞がある。しかし、本制御においては、S203において、排気の酸素濃度Deが所定の酸素濃度De0以下である場合には、EGR弁20の開度調整は行われないため、内燃機関1の機関出力や燃焼の安定性が変動するのを可及的に回避することが可能となる。更には、EGR弁20の開度を調整することで、内燃機関1の機関出力や燃焼の安定性に変動が生じる場合には、本制御は行わないようにしてもよい。
When the opening degree of the
また、本制御のS205においては、EGR弁20の開度を調整することで排気浄化触媒17へ流入する排気の酸化濃度を調整するが、EGR弁20に代えて吸気絞り弁10の開度を調整することで排気の酸素濃度を調整するようにしてもよい。
In S205 of this control, the oxidation concentration of the exhaust gas flowing into the
次に、図1に示す内燃機関1および内燃機関1の排気浄化システムにおける、排気浄化触媒17の昇温制御の第三の実施の形態を、図6に基づいて説明する。図6は、排気浄化触媒昇温制御のフローチャートである。尚、該制御は、ECU30によって実行される。
Next, a third embodiment of the temperature rise control of the
先ず、S301では、タイマTrが始動される。S301の処理が終了すると、S302へ進む。 First, in S301, the timer Tr is started. When the process of S301 ends, the process proceeds to S302.
S302では、排気浄化触媒17に流入する排気の空燃比をリッチ状態の空燃比とする。排気の空燃比の制御については、排気空燃比センサ35から得られる空燃比信号に基づいて、燃料添加弁12からの排気への燃料の添加量を制御することで行われる。S302の処理が終了すると、S303へ進む。
In S302, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the
S303では、タイマTrの値が所定の時間T0より大きいか否かが判断される。タイマTrの値が所定の時間T0より大きいと判断されるとS304へ進み、タイマTrの値が所定の時間T0以下であると判断されるとS302以降の処理が再度行われる。 In S303, it is determined whether or not the value of the timer Tr is greater than a predetermined time T0. When it is determined that the value of the timer Tr is greater than the predetermined time T0, the process proceeds to S304, and when it is determined that the value of the timer Tr is equal to or less than the predetermined time T0, the processes after S302 are performed again.
S304では、排気浄化触媒17に流入する排気の空燃比をストイキ近傍の空燃比とする。S305の処理が終了すると、S305へ進む。
In S304, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the
S305では、上流側排気温度センサ33から検出される排気浄化触媒17に流入する排気温度より、排気浄化触媒17の温度を推定し、該推定された排気浄化触媒17の温度が目的の温度より大きいか否かが判定される。S305において、該排気温度が目的の温度より大きいと判断されると、本制御を終了する。また、S305において、該排気温度が目的の温度以下であると判断されると、再びS304以降の処理が行われる。
In S305, the temperature of the
ここで、図7に、本制御によって調整される排気の空燃比の推移を示す。図7の横軸は時間を示し、縦軸は排気浄化触媒17に流入する排気の空燃比を示す。尚、本制御が実行されるときの排気の空燃比をA1とし、A1は図7に示すようにリーン状態の空燃比である。そして、本制御が実行されることで、排気の空燃比がリーン状態の空燃比A1からリッチ状態の空燃比A2に変動し、排気の空燃比がA2の状態が時間T0維持される。その後、排気の空燃比がストイキA0近傍の空燃比とされる。
Here, FIG. 7 shows the transition of the air-fuel ratio of the exhaust gas adjusted by this control. The horizontal axis in FIG. 7 indicates time, and the vertical axis indicates the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the
これによって、先ず排気浄化触媒17の昇温制御において、先ず排気浄化触媒17に流入する排気の空燃比がリッチ状態となることで、排気浄化触媒17の酸素被毒が解消される。これによって、排気浄化触媒17の酸化能が上昇し、供給される燃料の酸化がより効率的に行われる。従って、時間T0は、排気浄化触媒17の酸素被毒を解消するために十分な時間であることが好ましい。尚、排気浄化触媒17の酸素被毒をより効率的に解消するために、同時に、還元剤としての水素や一酸化炭素を排気浄化触媒17に供給するようにしてもよい。そして、その後、排気の空燃比がストイキ近傍の空燃比になることで、排気浄化触媒17の酸化能が高い状態において燃料の供給がされることで、排気浄化触媒17の温度が目的の温度まで上昇し、更に過剰な燃料供給による燃料の大気への放出の抑制および燃費の悪化を抑制することが可能となる。
As a result, first, in the temperature raising control of the
次に、図1に示す内燃機関1および内燃機関1の排気浄化システムにおける、排気浄化触媒17の昇温制御の第四の実施の形態について説明する。先述までの実施の形態においては、排気浄化触媒17の酸化能に基づいて、排気浄化触媒17への燃料供給や排気浄化触媒17に流入する排気の酸素濃度が制御される。
Next, a fourth embodiment of the temperature rise control of the
そこで、本実施の形態においては、更に、排気浄化触媒17の触媒劣化を考慮して、排気浄化触媒17への燃料供給や排気の酸素濃度が制御される。先ず、上流側排気温度センサ33および下流側排気温度センサ34によって検出される排気温度より排気浄化触媒17の触媒劣化の程度を推定する。例えば、燃料添加弁12より排気への燃料添加量がQのとき、本来、排気浄化触媒17によって排気の温度がΔT1上昇する場合に、上流側排気温度センサ33および下流側排気温度センサ34によって検出される排気温度差がΔT2(ΔT2<ΔT1)とすると、排気浄化触媒17の触媒機能は、ΔT1−ΔT2に相当する分だけ劣化していると考えられる。排気浄化触媒17の触媒機能が劣化すると、その酸化能は低下する。
Therefore, in the present embodiment, the supply of fuel to the
そこで、排気浄化触媒17の温度上昇の低下分ΔT1−ΔT2に基づいて、先述までの実施の形態における、排気浄化触媒17の酸化能または該酸化能に関連したパラメータを補正する。例えば、排気浄化触媒17が触媒劣化している場合には、その酸化能が低下しているため、酸化能に応じた燃料の供給量を減量する補正を行う。即ち、排気浄化触媒17の温度上昇の低下分ΔT2−ΔT1が大きくなるに従い、排気浄化触媒17の酸化能に応じた燃料の供給量をより減量させる。
Therefore, based on the decrease ΔT1-ΔT2 in the temperature increase of the
また、排気浄化触媒17が触媒劣化している場合には、排気浄化触媒17への燃料供給を開始する排気浄化触媒17の温度である燃料供給開始温度Tstや、燃料添加弁12より排気への燃料添加を開始する排気浄化触媒17の温度である燃料添加開始温度Tastの値を、その触媒劣化の程度が大きくなるに従い、高くするようにしてもよい。更に、排気浄化触媒17に流入する排気の酸素濃度を調整することで、排気浄化触媒17の酸化能を制御する場合には、排気浄化触媒17の触媒劣化の程度が大きくなるに従い、より排気の酸素濃度を低下させるべく、EGR弁20の開度をより大きくしたり、吸気絞り弁10の開度をより小さくしたりしてもよい。
When the
このような、排気浄化触媒17の酸化能の補正を行うことで、より適正な排気浄化触媒17への燃料供給や排気の酸素濃度制御が可能となり、以て、排気浄化触媒17の温度をより確実に目的の温度に上昇するとともに、燃料が大気へ放出されるのをより確実に抑制することが可能となる。
By correcting the oxidizing ability of the
上述までの実施の形態においては、図1に示す内燃機関1の排気浄化システムには、排気を浄化するための排気浄化触媒17は、少なくとも貴金属とアルカリ金属を構成成分とすることで、先述した排気浄化触媒17に流入する排気の酸素濃度が高くなるに従い該触媒の酸化能が低下する特性を示す。ここで、本実施の形態においては、該特性を示す排気浄化触媒17に代わって、貴金属を構成成分とするとともに、アルカリ金属をその構成成分としない触媒である排気浄化触媒21を用いる内燃機関1の排気浄化システムを示す。
In the above-described embodiment, in the exhaust purification system of the
排気浄化触媒21は、その構成成分にアルカリ金属を含まないため、排気浄化触媒17に比べ、構成成分である貴金属が酸素被毒を生じる虞が少ない。従って、排気浄化触媒21の酸化能の特性は、排気浄化触媒17の場合と異なり、排気浄化触媒21に流入する排気の酸素濃度が高くなるに従い該触媒の酸化能が増大する特性を示す。これは、構成成分である貴金属が酸素被毒状態となりにくいため、排気中に酸素が多く存在するほど、排気浄化触媒18に供給される燃料の酸化が、より活発に行われるのが要因と考えられる。
Since the exhaust purification catalyst 21 does not contain an alkali metal as a constituent component, the precious metal as a constituent component is less likely to cause oxygen poisoning than the
そこで、排気浄化触媒21において燃料を供給することでその温度上昇を行う場合、排気浄化触媒21の示す酸化能の特性を考慮する。図8に、排気浄化触媒21に流入する排気の酸素濃度に対する排気浄化触媒21の有する酸化能の推移のグラフを示す。グラフの横軸は、排気浄化触媒21に流入する排気の酸素濃度を示し、横軸において点Sで表される酸素濃度は、排気浄化触媒21に流入する排気の空燃比がストイキ状態である場合の酸素濃度である。また、グラフの縦軸は、排気浄化触媒21の酸化能を表すHC酸化率を示す。ここで、HC酸化率は、図2中のHC酸化率と同義である。尚、図8においては、排気浄化触媒21の温度は、活性温度に達している一定の温度である。 Therefore, when the temperature of the exhaust purification catalyst 21 is increased by supplying fuel, the characteristics of the oxidizing ability exhibited by the exhaust purification catalyst 21 are taken into consideration. FIG. 8 shows a graph of the transition of the oxidizing ability of the exhaust purification catalyst 21 with respect to the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst 21. The horizontal axis of the graph indicates the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst 21, and the oxygen concentration represented by the point S on the horizontal axis indicates that the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst 21 is in a stoichiometric state. Of oxygen concentration. Further, the vertical axis of the graph indicates the HC oxidation rate representing the oxidation ability of the exhaust purification catalyst 21. Here, the HC oxidation rate is synonymous with the HC oxidation rate in FIG. In FIG. 8, the temperature of the exhaust purification catalyst 21 is a constant temperature that reaches the activation temperature.
図8において、線L5は、排気浄化触媒21に供給される燃料の分子量が比較的大きい場合のHC酸化率の推移であり、本実施の形態では、該燃料はC10H22で表される。また、線L6は、排気浄化触媒21に供給される燃料の分子量が比較的低い場合のHC酸化率の推移であり、本実施の形態では、該燃料はC3H6で表される。従って、排気浄化触媒21に流入する排気の酸素濃度が上昇するに従い、排気浄化触媒21のHC酸化率は増大する。また、同一の排気の酸素濃度であっても、排気浄化触媒21に供給される燃料の分子量が大きくなる程、排気浄化触媒21のHC酸化率は大きくなる。 In FIG. 8, a line L5 is a transition of the HC oxidation rate when the molecular weight of the fuel supplied to the exhaust purification catalyst 21 is relatively large. In the present embodiment, the fuel is represented by C 10 H 22. . The line L6 is the transition of the HC oxidation rate when the molecular weight of the fuel supplied to the exhaust purification catalyst 21 is relatively low. In the present embodiment, the fuel is represented by C 3 H 6 . Accordingly, as the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst 21 increases, the HC oxidation rate of the exhaust purification catalyst 21 increases. Even if the oxygen concentration of the exhaust gas is the same, the HC oxidation rate of the exhaust purification catalyst 21 increases as the molecular weight of the fuel supplied to the exhaust purification catalyst 21 increases.
そこで、排気浄化触媒21に燃料を供給することで、その酸化能を利用し、排気浄化触媒21の温度を上昇させる場合、図8に示す特性を考慮する。例えば、図4中のS101と同様に、内燃機関1の運転状態から排気浄化触媒21に流入する排気の酸素濃度を推定する。次に、その推定された排気の酸素濃度と、図8に示す排気浄化触媒21の酸化能の推移とに基づいて、燃料を供給する時点での排気浄化触媒21が示す酸化能を推定する。そして、推定された排気浄化触媒21の酸化能に対応した量の燃料を排気浄化触媒21に供給する。即ち、排気の酸素濃度が高いときは、排気浄化触媒21の酸化能は高くなるため、それに応じて排気浄化触媒21に供給する燃料の量を増量し、排気の酸素濃度が低くなるほど、排気浄化触媒21の酸化能は低くなるため、それに応じて排気浄化触媒21に供給する燃料の量を減量する。排気浄化触媒21にこのような燃料供給を行うことで、排気浄化触媒21の温度をより確実に目的の温度まで上昇させるとともに、供給された燃料が排気浄化触媒21によって酸化されずに大気へ放出されるのを抑制することが可能とな
る。
Therefore, when the fuel is supplied to the exhaust purification catalyst 21 to increase the temperature of the exhaust purification catalyst 21 by utilizing its oxidizing ability, the characteristics shown in FIG. 8 are considered. For example, similarly to S101 in FIG. 4, the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst 21 from the operating state of the
尚、図8に示すように排気浄化触媒21に供給される燃料の分子量によっても、排気浄化触媒21による燃料の酸化効率が異なる。そこで、排気の酸素濃度が同一であるときは、排気浄化触媒21に供給される燃料の分子量が大きい場合、例えば、燃料添加弁12によって排気へ燃料を添加することで排気浄化触媒21に燃料を供給する場合は、燃料の分子量が小さい場合、例えば、内燃機関1の燃焼条件を調整することで排気浄化触媒21に燃料を供給する場合と比べて、供給される燃料の量を増量するようにしてもよい。
As shown in FIG. 8, the oxidation efficiency of the fuel by the exhaust purification catalyst 21 also varies depending on the molecular weight of the fuel supplied to the exhaust purification catalyst 21. Therefore, when the oxygen concentration of the exhaust gas is the same, if the molecular weight of the fuel supplied to the exhaust gas purification catalyst 21 is large, for example, the fuel is added to the exhaust gas by the
また、排気浄化触媒21の酸化能は、流入する排気の酸素濃度によっても変動する。そこで、排気浄化触媒21に供給される燃料に応じて、排気の酸素濃度を調整してもよい。そこで、排気浄化触媒21に流入する排気における燃料の分子量状態を推定し、その推定された排気中の燃料の分子量状態に基づいて、排気浄化触媒21に流入する排気の酸素濃度を、供給された燃料の酸化に必要な排気浄化触媒21の酸化能が発揮される酸素濃度とすべく、EGR弁20の開度や吸気絞り弁10の開度を調整する。
Further, the oxidizing ability of the exhaust purification catalyst 21 also varies depending on the oxygen concentration of the inflowing exhaust gas. Therefore, the oxygen concentration of the exhaust may be adjusted according to the fuel supplied to the exhaust purification catalyst 21. Therefore, the molecular weight state of the fuel in the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst 21 is estimated, and the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst 21 is supplied based on the estimated molecular weight state of the fuel in the exhaust gas. The opening degree of the
即ち、燃料の供給量が多くなるほど、排気浄化触媒21の酸化能が必要とされるため、排気の酸素濃度を増加する。更に、図8に示すように、供給される燃料の分子量によって排気浄化触媒21の酸化能は変動する。従って、推定された排気中の燃料の分子量状態が、排気中に分子量の小さい燃料が多く含まれる状態である場合には、排気中に分子量の大きい燃料が多く含まれる状態である場合に比べて、排気の酸素濃度をより増加するために、EGR弁20の開度を小さく、または吸気絞り弁10の開度を大きくする。
That is, as the amount of fuel supplied increases, the oxidizing ability of the exhaust purification catalyst 21 is required, so the oxygen concentration of the exhaust increases. Further, as shown in FIG. 8, the oxidizing ability of the exhaust purification catalyst 21 varies depending on the molecular weight of the supplied fuel. Therefore, when the estimated molecular weight state of the fuel in the exhaust gas is a state in which a lot of fuel having a low molecular weight is contained in the exhaust gas, compared to a case in which the exhaust gas contains a large amount of fuel having a high molecular weight. In order to further increase the oxygen concentration of the exhaust gas, the opening degree of the
その結果、排気浄化触媒21の温度を上昇するために燃料を排気浄化触媒21に供給するに際して、供給された燃料の酸化に必要な酸化能を排気浄化触媒21が発揮すべく、該排気の酸素濃度が調整される。これにより、排気浄化触媒21の温度をより確実に目的の温度に上昇するとともに、供給された燃料が効率的に酸化され、以て、燃料が大気へ放出されるのをより確実に抑制することが可能となる。 As a result, when the fuel is supplied to the exhaust purification catalyst 21 in order to increase the temperature of the exhaust purification catalyst 21, the exhaust purification catalyst 21 exerts the oxidizing ability necessary for the oxidation of the supplied fuel so that the oxygen of the exhaust The density is adjusted. As a result, the temperature of the exhaust purification catalyst 21 is more reliably increased to the target temperature, and the supplied fuel is efficiently oxidized, thereby more reliably suppressing the fuel from being released into the atmosphere. Is possible.
1・・・・内燃機関
3・・・・燃焼室
4・・・・燃料噴射弁
10・・・・吸気絞り弁
12・・・・燃料添加弁
17・・・・排気浄化触媒
20・・・・EGR弁
21・・・・排気浄化触媒
30・・・・ECU
31・・・・アクセル開度センサ
32・・・・クランクポジションセンサ
33・・・・上流側排気温度センサ
34・・・・下流側排気温度センサ
35・・・・排気空燃比センサ
DESCRIPTION OF
31 ...
Claims (17)
前記排気浄化触媒に流入する排気の酸素濃度を検出または推定する酸素濃度取得手段と、
前記排気浄化触媒に燃料を供給する燃料供給手段と、
前記酸素濃度取得手段によって検出または推定される排気の酸素濃度に基づいて前記排気浄化触媒の酸化能を推定し、該推定された酸化能に基づいて前記燃料供給手段による該排気浄化触媒への燃料の供給を制御する燃料供給制御手段と、を備える内燃機関の排気浄化システム。 A catalyst that is provided in an exhaust passage of an internal combustion engine and has an oxidizing ability to oxidize substances contained in exhaust flowing through the exhaust passage, and has a characteristic that the oxidizing ability of the catalyst decreases as the oxygen concentration of the exhaust increases. An exhaust purification catalyst shown,
Oxygen concentration acquisition means for detecting or estimating the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst;
Fuel supply means for supplying fuel to the exhaust purification catalyst;
The oxidation ability of the exhaust purification catalyst is estimated based on the oxygen concentration of the exhaust detected or estimated by the oxygen concentration acquisition means, and the fuel to the exhaust purification catalyst by the fuel supply means is based on the estimated oxidation ability An exhaust purification system for an internal combustion engine, comprising: a fuel supply control means for controlling the supply of the internal combustion engine.
前記燃料供給制御手段は、前記酸素濃度取得手段によって検出または推定される排気の酸素濃度に基づいて前記燃料添加手段による排気への燃料添加開始時期を決定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システム。 The fuel supply means has fuel addition means for adding fuel to the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst,
The fuel supply control means determines the fuel addition start time to the exhaust gas by the fuel addition means based on the oxygen concentration of the exhaust gas detected or estimated by the oxygen concentration acquisition means. Exhaust gas purification system for internal combustion engines.
前記燃料供給制御手段によって決定された燃料添加開始時期より後の時期においては、前記燃料添加手段による排気への燃料添加を開始することで前記排気浄化触媒に燃料を供給することを特徴とする請求項5に記載の内燃機関の排気浄化システム。 In the time before the fuel addition start time determined by the fuel supply control means, fuel is supplied to the exhaust purification catalyst by adjusting the combustion conditions of the internal combustion engine,
The fuel is supplied to the exhaust purification catalyst by starting the fuel addition to the exhaust gas by the fuel addition means at a time after the fuel addition start time determined by the fuel supply control means. Item 6. An exhaust gas purification system for an internal combustion engine according to Item 5.
前記排気浄化触媒の温度が前記燃料供給制御手段によって算出された温度を超えることをもって、前記燃料添加手段による排気への燃料添加開始時期とすることを特徴とする請求項5又は請求項6に記載の内燃機関の排気浄化システム。 The fuel supply control means calculates the temperature of the exhaust purification catalyst that starts adding fuel to the exhaust gas by the fuel addition means based on the oxygen concentration of the exhaust detected or estimated by the oxygen concentration acquisition means;
7. The fuel addition start time to the exhaust gas by the fuel addition unit is set when the temperature of the exhaust purification catalyst exceeds the temperature calculated by the fuel supply control unit. Exhaust gas purification system for internal combustion engines.
前記排気浄化触媒に燃料を供給する燃料供給手段と、
前記燃料供給手段によって前記排気浄化触媒へ燃料を供給するとき、該排気浄化触媒に流入する排気の酸素濃度を低下させる酸素濃度制御手段と、を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。 A catalyst that is provided in an exhaust passage of an internal combustion engine and has an oxidizing ability to oxidize substances contained in exhaust flowing through the exhaust passage, and has a characteristic that the oxidizing ability of the catalyst decreases as the oxygen concentration of the exhaust increases. An exhaust purification catalyst shown,
Fuel supply means for supplying fuel to the exhaust purification catalyst;
An exhaust gas purification system for an internal combustion engine, comprising: oxygen concentration control means for reducing the oxygen concentration of exhaust gas flowing into the exhaust gas purification catalyst when fuel is supplied to the exhaust gas purification catalyst by the fuel supply means.
前記酸素濃度制御手段は、前記酸素濃度取得手段によって検出または推定される排気の酸素濃度が所定の濃度を超えるときに、前記排気浄化触媒に流入する排気の酸素濃度を低下させることを特徴とする請求項8に記載の内燃機関の排気浄化システム。 Oxygen concentration acquisition means for detecting or estimating the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst,
The oxygen concentration control means reduces the oxygen concentration of exhaust flowing into the exhaust purification catalyst when the oxygen concentration of exhaust detected or estimated by the oxygen concentration acquisition means exceeds a predetermined concentration. The exhaust gas purification system for an internal combustion engine according to claim 8.
前記酸素濃度制御手段は、前記分子量状態推定手段によって、前記排気浄化触媒に流入する排気に分子量の大きい燃料が多く含まれると推定される程、前記排気浄化触媒に流入する排気の酸素濃度をより低下させることを特徴とする請求項8に記載の内燃機関の排気浄化システム。 A molecular weight state estimating means for estimating a molecular weight state of fuel contained in the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst;
The oxygen concentration control means increases the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst as the molecular weight state estimation means estimates that the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst contains a larger amount of fuel having a higher molecular weight. 9. The exhaust gas purification system for an internal combustion engine according to claim 8, wherein the exhaust gas purification system is reduced.
前記排気浄化触媒の上流側の排気通路に設けられ、且つ少なくとも貴金属とアルカリ金属から構成される上段排気浄化触媒を、更に備えることを特徴とする請求項1から請求項12の何れかに記載の内燃機関の排気浄化システム。 The exhaust purification catalyst is a catalyst composed of at least a noble metal and an alkali metal,
The exhaust gas purification catalyst according to any one of claims 1 to 12, further comprising an upper exhaust gas purification catalyst that is provided in an exhaust passage upstream of the exhaust gas purification catalyst and includes at least a noble metal and an alkali metal. An exhaust purification system for an internal combustion engine.
前記排気浄化触媒に流入する排気の酸素濃度を検出または推定する酸素濃度取得手段と、
前記酸素濃度取得手段によって検出または推定される排気の酸素濃度に基づいて前記排気浄化触媒の酸化能を推定する酸化能推定手段と、
前記酸化能推定手段によって推定される前記排気浄化触媒の酸化能が低くなる程、前記排気浄化触媒に流入する排気への燃料の供給を減量する燃料供給制御手段と、を備える内燃機関の排気浄化システム。 A catalyst which is provided in an exhaust passage of an internal combustion engine and has an oxidizing ability to oxidize substances contained in exhaust flowing through the exhaust passage, and has a characteristic that the oxidizing ability of the catalyst increases as the oxygen concentration of the exhaust increases. An exhaust purification catalyst shown,
Oxygen concentration acquisition means for detecting or estimating the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst;
Oxidizing capacity estimating means for estimating the oxidizing capacity of the exhaust purification catalyst based on the oxygen concentration of the exhaust detected or estimated by the oxygen concentration acquiring means;
Exhaust gas purification of an internal combustion engine, comprising: fuel supply control means for reducing the amount of fuel supplied to the exhaust gas flowing into the exhaust gas purification catalyst as the oxidation capacity of the exhaust gas purification catalyst estimated by the oxidation capacity estimation means decreases system.
前記排気浄化触媒に流入する排気に含まれる燃料の分子量状態を推定する分子量状態推定手段と、
前記分子量状態推定手段によって、前記排気浄化触媒に流入する排気に分子量の小さい燃料が多く含まれると推定される程、前記排気浄化触媒に流入する排気の酸素濃度を増加させる酸素濃度制御手段と、を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。 A catalyst which is provided in an exhaust passage of an internal combustion engine and has an oxidizing ability to oxidize substances contained in exhaust flowing through the exhaust passage, and has a characteristic that the oxidizing ability of the catalyst increases as the oxygen concentration of the exhaust increases. An exhaust purification catalyst shown,
A molecular weight state estimating means for estimating a molecular weight state of fuel contained in the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst;
Oxygen concentration control means for increasing the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst so that the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst is estimated to contain a large amount of low molecular weight fuel by the molecular weight state estimation means; An exhaust gas purification system for an internal combustion engine, comprising:
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008255841A (en) * | 2007-04-03 | 2008-10-23 | Toyota Motor Corp | Exhaust emission control system for internal combustion engine and method for estimating level of remaining oxygen |
JP2014109227A (en) * | 2012-12-03 | 2014-06-12 | Volvo Lastvagnar Aktiebolag | Abnormality diagnosis device |
JPWO2015181922A1 (en) * | 2014-05-28 | 2017-04-20 | 本田技研工業株式会社 | Exhaust gas purification system for internal combustion engine |
-
2003
- 2003-08-19 JP JP2003295484A patent/JP4003717B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008255841A (en) * | 2007-04-03 | 2008-10-23 | Toyota Motor Corp | Exhaust emission control system for internal combustion engine and method for estimating level of remaining oxygen |
JP2014109227A (en) * | 2012-12-03 | 2014-06-12 | Volvo Lastvagnar Aktiebolag | Abnormality diagnosis device |
WO2014087820A1 (en) * | 2012-12-03 | 2014-06-12 | ボルボ ラストバグナー アクチエボラグ | Fault diagnosing device |
US9957872B2 (en) | 2012-12-03 | 2018-05-01 | Volvo Truck Corporation | Abnormality diagnosing apparatus |
JPWO2015181922A1 (en) * | 2014-05-28 | 2017-04-20 | 本田技研工業株式会社 | Exhaust gas purification system for internal combustion engine |
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