JP2007198191A - Exhaust emission control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エンジンの排気を浄化する装置に関し、特にNOx(窒素酸化物)吸収剤を備えるとともに、そのNOx吸収剤に流入する排気ガスの温度を意図的に上昇させる手段を有するものに関する。 The present invention relates to an apparatus for purifying engine exhaust, and more particularly to an apparatus having a NOx (nitrogen oxide) absorbent and having means for intentionally increasing the temperature of exhaust gas flowing into the NOx absorbent.
従来、排気通路内にNOx吸収剤を備えたエンジンが知られている。NOx吸収剤は、排気ガスの空燃比がリーンのときにNOxを吸収し、理論空燃比またはリッチのときにNOxを放出する。なお当明細書では、単にリッチ又はリーンという場合は、理論空燃比に対してリッチ又はリーンであることをいうものとする。また、通常の空燃比(混合気の空燃比)に対し、排気ガス中の酸素(空気)と炭素(燃料)との比に基く空燃比を排気ガスの空燃比といい、排気ガス中の炭素成分に対して、酸素過剰の状態をリーン、酸素不足の状態をリッチ、酸素の過不足がない状態を理論空燃比というものとする。 Conventionally, an engine having a NOx absorbent in an exhaust passage is known. The NOx absorbent absorbs NOx when the air-fuel ratio of the exhaust gas is lean, and releases NOx when the stoichiometric air-fuel ratio or rich. Note that in this specification, simply rich or lean means rich or lean with respect to the theoretical air-fuel ratio. The air-fuel ratio based on the ratio of oxygen (air) and carbon (fuel) in the exhaust gas to the normal air-fuel ratio (air-fuel ratio of the air-fuel mixture) is called the air-fuel ratio of the exhaust gas, and the carbon in the exhaust gas Let the oxygen excess state be lean with respect to the components, the oxygen insufficiency state is rich, and the oxygen free state is the stoichiometric air-fuel ratio.
NOx吸収剤を用いると、混合気の空燃比をリーンにして燃費良くエンジンを運転させるとともに、その際に生じるNOxを排気ガスから効果的に除去することができる。 When the NOx absorbent is used, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture can be made lean to operate the engine with good fuel efficiency, and NOx generated at that time can be effectively removed from the exhaust gas.
このNOx吸収剤に流入する排気ガスの温度を意図的に上昇させたいという要求のある場合がある。例えば以下に述べるように、NOx吸収剤に吸収されたSOx(硫黄酸化物)を放出させる場合である。 There is a case where there is a demand to intentionally increase the temperature of the exhaust gas flowing into the NOx absorbent. For example, as described below, this is a case where SOx (sulfur oxide) absorbed by the NOx absorbent is released.
エンジンの燃料や潤滑油内にはS(硫黄)が含まれているので、排気ガス中にはSOxが含まれている。NOx吸収剤は排気ガス中のNOxのみならず、このSOxをも吸収する。SOxの吸収量(累積値)が増大すると、その分NOxの吸収可能量(飽和量)が低減するので、ある程度SOxを吸収する毎にこれを放出させ、NOxの飽和量を充分確保する必要がある。 Since S (sulfur) is contained in engine fuel and lubricating oil, SOx is contained in the exhaust gas. The NOx absorbent absorbs not only NOx in the exhaust gas but also this SOx. When the amount of SOx absorption (cumulative value) increases, the amount of NOx that can be absorbed (saturation amount) decreases accordingly, so it is necessary to release this every time SOx is absorbed to a certain extent and to ensure a sufficient amount of NOx saturation. is there.
NOx吸収剤に吸収されたSOxを放出させるためには、NOx吸収剤に流入する排気ガスの空燃比をリッチとし、かつ約600℃以上の高温にする必要がある。従って、比較的排気ガス温度が低い場合(例えば自動車に搭載されたエンジンであればその自動車の車速が低い場合)にSOxの放出を行わせるためには意図的に排気ガス温度を上昇させる必要があるのである。 In order to release SOx absorbed by the NOx absorbent, it is necessary to make the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx absorbent rich and to be a high temperature of about 600 ° C or higher. Therefore, it is necessary to intentionally increase the exhaust gas temperature in order to release SOx when the exhaust gas temperature is relatively low (for example, if the engine mounted on the vehicle has a low vehicle speed). There is.
このような従来技術として、例えば特許文献1には、排気管周りに電気ヒータを配設することによって排気ガス温度を上昇させるものが示されている。また特許文献2には、点火時期をリタード(遅角)することによって排気ガス温度を上昇させるものが示されている。
しかしながら特許文献1に示される方法では、排気通路を取り巻くような専用の電気ヒータを配設する必要があり、装置の複雑化、重量増およびコストアップ等を招き易い。
However, in the method disclosed in
また特許文献2に示される点火時期リタードを用いる方法の場合、比較的排気ガス温度が低い運転状態(例えば低負荷低回転速度領域)では燃焼による発熱量が少ないため、点火時期リタードを行っても大きな温度上昇作用を望めない。つまり、比較的排気ガス温度が低いときほど強い温度上昇作用が必要であるにもかかわらず、逆に弱い温度上昇作用しか得られないという問題がある。
Further, in the case of the method using the ignition timing retard shown in
本発明は、かかる事情に鑑み、専用の電気ヒータを用いることなく、比較的排気ガス温度が低い運転状態であっても、その温度上昇要求度合に応じて効果的に排気ガス温度を上昇させることができる排気浄化装置を提供することを目的とする。 In view of such circumstances, the present invention can effectively increase the exhaust gas temperature according to the degree of request for temperature increase even in an operation state where the exhaust gas temperature is relatively low without using a dedicated electric heater. An object of the present invention is to provide an exhaust emission control device that can perform the above-described process.
上記課題を解決するための請求項1に係る発明は、複数の気筒を有するエンジンの排気通路に設けられ、排気ガスの空燃比がリーンのときにNOxを吸収し、理論空燃比またはリッチのときにNOxを放出するNOx吸収剤を備えた排気浄化装置であって、上記排気通路の、上記NOx吸収剤よりも上流に設けられる三元触媒と、エンジンの各気筒別に混合気の空燃比を制御する空燃比制御手段と、排気ガス温度に関連するパラメータ値を検出するパラメータ値検出手段とを備え、上記空燃比制御手段は、排気ガス温度を上昇させる要求のあるときに成立する所定条件が成立すると、上記各気筒の混合気の平均空燃比をリーンとするとともに、該各気筒別には点火時期順にリーンとリッチとを交互に繰り返えさせて排気ガス温度を上昇させる第1空燃比制御を実行し、かつ上記パラメータ値に基づいて上記排気ガス温度が比較的低いと判定される場合には比較的高いと判定される場合に比べて上記第1空燃比制御におけるリッチ度合とリーン度合の振れ幅を大きくすることを特徴とする。
The invention according to
請求項2に係る発明は、請求項1記載の排気浄化装置において、上記NOx吸収剤に吸収されているSOx量を推定するSOx量推定手段と、上記NOx吸収剤に流入する排気ガスの温度を検出する排気ガス温度検出手段とを備え、上記空燃比制御手段は、上記SOx量推定手段によって推定されるSOx量が所定値を超えたときに上記所定条件が成立したとして上記第1空燃比制御を実行し、該第1空燃比制御の実行中に上記排気ガス温度が所定値を超えると、上記各気筒の混合気の平均空燃比をリッチとするとともに、該各気筒別には点火時期順にリーンとリッチとを交互に繰り返えさせる第2空燃比制御を実行することを特徴とする。
The invention according to
請求項3に係る発明は、請求項1または2記載の排気浄化装置において、燃焼室内で火花を発生させる点火プラグと、上記点火プラグの点火時期を制御する点火時期制御手段とを備え、上記第1空燃比制御と上記第2空燃比制御の少なくとも一方が実行されている間、上記点火時期制御手段は混合気の空燃比がリッチな気筒の点火時期を遅らせることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, there is provided the exhaust purification apparatus according to the first or second aspect, further comprising: an ignition plug that generates a spark in a combustion chamber; and an ignition timing control unit that controls an ignition timing of the ignition plug. While at least one of the first air-fuel ratio control and the second air-fuel ratio control is being executed, the ignition timing control means delays the ignition timing of the cylinder in which the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is rich.
請求項4に係る発明は、請求項1乃至3の何れか1項に記載の排気浄化装置において、上記エンジンは自動車に搭載されており、上記パラメータ値は上記自動車の車速であるとともに上記パラメータ値検出手段は上記自動車の車速を検知する車速検知手段であり、上記車速が高いほど上記パラメータ値に基づく排気ガス温度が高いと判定されることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the exhaust emission control device according to any one of the first to third aspects, the engine is mounted on a vehicle, and the parameter value is a vehicle speed of the vehicle and the parameter value. The detection means is a vehicle speed detection means for detecting the vehicle speed of the automobile, and it is determined that the exhaust gas temperature based on the parameter value is higher as the vehicle speed is higher.
請求項1の発明によると、以下に述べるように、専用の電気ヒータを用いることなく、比較的排気ガス温度が低い運転状態であっても、その温度上昇要求度合に応じて効果的に排気ガス温度を上昇させることができる。 According to the first aspect of the present invention, as described below, the exhaust gas can be effectively exhausted in accordance with the degree of request for temperature rise even in an operation state where the exhaust gas temperature is relatively low without using a dedicated electric heater. The temperature can be raised.
本発明の構成によると、排気ガス温度を上昇させる要求のあるときに成立する所定条件が成立したときに第1空燃比制御が実行される。この第1空燃比制御は、各気筒の混合気の平均空燃比をリーンとするとともに、パータベーション(各気筒別に、点火時期順にリーン空燃比燃焼とリッチ空燃比燃焼とを交互に繰り返えさせること)を行わせるものである。 According to the configuration of the present invention, the first air-fuel ratio control is executed when a predetermined condition that is satisfied when there is a request to raise the exhaust gas temperature is satisfied. In the first air-fuel ratio control, the average air-fuel ratio of the air-fuel mixture in each cylinder is made lean, and perturbation (lean air-fuel ratio combustion and rich air-fuel ratio combustion are alternately repeated in order of ignition timing for each cylinder). )).
このような第1空燃比制御を行うと、パータベーションによって三元触媒における酸素の吸着・離脱が活性化するので、その下流の排気ガス、つまりNOx吸収剤に流入する排気ガスの温度が上昇する。このため、専用の電気ヒータを用いなくても排気ガス温度を意図的に上昇させることができる。 When such first air-fuel ratio control is performed, the adsorption and desorption of oxygen in the three-way catalyst is activated by perturbation, so that the temperature of the exhaust gas downstream thereof, that is, the exhaust gas flowing into the NOx absorbent increases. . For this reason, the exhaust gas temperature can be intentionally increased without using a dedicated electric heater.
また、第1空燃比制御による排気ガス温度上昇作用は、パータベーションにおけるリッチ度合とリーン度合の振れ幅が大であるほど大きい。本発明では、排気ガス温度が比較的低い場合には比較的高い場合に比べてその振れ幅を大きくしている。従って、排気ガス温度が低い場合には相対的に強い温度上昇作用を得、排気ガス温度が高い場合には相対的に弱い温度上昇作用を得ることとなる。つまり比較的排気ガス温度が低い運転状態であっても、その温度上昇要求度合に応じて効果的に排気ガス温度を上昇させることができる。 Further, the exhaust gas temperature increasing action by the first air-fuel ratio control is larger as the fluctuation range of the rich degree and the lean degree in the perturbation is larger. In the present invention, when the exhaust gas temperature is relatively low, the fluctuation width is made larger than when the exhaust gas temperature is relatively high. Accordingly, when the exhaust gas temperature is low, a relatively strong temperature increasing action is obtained, and when the exhaust gas temperature is high, a relatively weak temperature increasing action is obtained. That is, even in an operation state where the exhaust gas temperature is relatively low, the exhaust gas temperature can be effectively increased according to the degree of temperature increase request.
請求項2の発明によると、NOx吸収剤に吸収されたSOx量が所定値を超えたときに「所定条件」が成立したとされ、第1空燃比制御が実行される。これによって排気ガス温度の意図的な上昇を、効果的なSOxの放出に利用することができる。
According to the invention of
上述したように、NOx吸収剤に吸収されたSOxを放出させるには排気ガス温度が約600℃以上の高温でなければならない。本発明によれば、NOx吸収剤に吸収されたSOx量が所定値を超えてSOxの放出に好適な時期となったとき、たとえ排気ガス温度が低温であっても、それを意図的に上昇させ、SOxの放出を行わせることができる。 As described above, the exhaust gas temperature must be a high temperature of about 600 ° C. or higher in order to release SOx absorbed by the NOx absorbent. According to the present invention, when the amount of SOx absorbed by the NOx absorbent exceeds a predetermined value and the time is suitable for releasing SOx, even if the exhaust gas temperature is low, it is intentionally increased. And SOx can be released.
SOxの放出は、第2空燃比制御を実行することによってなされる。この第2空燃比制御は、各気筒の混合気の平均空燃比をリッチとするとともに、パータベーションを行わせるものである。このような第2空燃比制御を行うと、所定値(約600℃以上、好ましくは例えば650℃程度)を超える高温のリッチ空燃比の排気ガスがNOx吸収剤に流入することにより、NOx吸収剤に吸収されたSOxが放出される。 The SOx is released by executing the second air-fuel ratio control. In the second air-fuel ratio control, the average air-fuel ratio of the air-fuel mixture of each cylinder is made rich and perturbation is performed. When such second air-fuel ratio control is performed, high-temperature rich air-fuel ratio exhaust gas exceeding a predetermined value (about 600 ° C. or more, preferably about 650 ° C., for example) flows into the NOx absorbent, so that the NOx absorbent SOx absorbed in the gas is released.
なお、単にSOxを放出させるだけであれば必ずしもパータベーションを行う必要はなく、混合気の空燃比を固定的にリッチにしておけば足りる。しかし固定的にリッチ空燃比での燃焼を行わせると、HC(炭化水素)が生成されることにより排気ガス温度が次第に低下するのでSOxの放出に支障をきたす虞がある。そこで本発明のように排気ガス温度を高めるパータベーションを行うと、その排気ガス温度上昇作用によって、平均空燃比をリッチとしながらも排気ガス温度の低下を抑制し、SOxの放出を効果的に継続させることができる。 In addition, it is not always necessary to perform perturbation if only SOx is released, and it is sufficient to make the air-fuel ratio of the air-fuel mixture fixedly rich. However, if combustion is performed at a rich air-fuel ratio in a fixed manner, the exhaust gas temperature gradually decreases due to the generation of HC (hydrocarbon), which may hinder the release of SOx. Therefore, when perturbation is performed to increase the exhaust gas temperature as in the present invention, the exhaust gas temperature rise action suppresses a decrease in the exhaust gas temperature while keeping the average air-fuel ratio rich, and continues to release SOx effectively. Can be made.
請求項3の発明によると、パータベーションを行う際にリッチ空燃比燃焼を行う気筒の点火時期リタードを行うことにより、その気筒での発生トルクが低減され、リーン空燃比燃焼を行う気筒の発生トルクに近づく。つまり、パータベーションにおける気筒間のトルク変動を抑制することができる。
According to the invention of
請求項4の発明によると、NOx吸収剤を備え、リーン空燃比の混合気を燃焼させるエンジンを搭載した燃費の良い自動車を得ることができる。その自動車において排気ガス温度を上昇させる必要が生じたときに、車速が低く、比較的排気ガス温度が低い走行状態であっても、その温度上昇要求度合に応じて効果的に排気ガス温度を上昇させることができる。
According to the invention of
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は本発明の一実施形態に係る排気浄化装置を含む構造の構成図であって、これらは自動車に搭載されている。エンジン本体1は4気筒エンジンであって、シリンダブロック11内に一直線上に並ぶ4つの気筒(端から順に第1気筒7a、第2気筒7b、第3気筒7c、第4気筒7d)が設けられている。各気筒7a〜7d内に、それぞれピストン13が摺動自在に嵌挿されている。各ピストン13はコンロッド9を介して出力軸であるクランク軸8に連結されている。クランク軸8は図外のトランスミッション等を介して図外の駆動輪に接続されている。シリンダブロック11の上方にはシリンダヘッド12が設けられ、ピストン13とシリンダヘッド12との間の空間に燃焼室14が形成されている。
FIG. 1 is a configuration diagram of a structure including an exhaust purification device according to an embodiment of the present invention, and these are mounted on an automobile. The engine
シリンダヘッド12には、各燃焼室14の上部周縁に先端が臨み、燃焼室14内に燃料を噴射する燃料噴射弁16と、各燃焼室14の上部中央に先端が臨み、電気火花を発生させることによって燃焼室14内の混合気を燃焼させる点火プラグ15とが設けられている。
The
またエンジン本体1には、吸気弁19を介して各燃焼室14と連通する吸気通路21と、排気弁20を介して各燃焼室14と連通する排気通路22とが接続されている。吸気弁19より上流の吸気通路21には吸気流量を調節するスロットル弁23が設けられ、さらにその上流には吸気中の異物を除去するエアクリーナ29が設けられている。
Further, an intake passage 21 that communicates with each
一方、排気弁20より下流の排気通路22には、排気ガスを浄化する三元触媒41が設けられ、さらにその下流にはNOx吸収剤42が設けられている。排気ガスはNOx吸収剤42より下流の図外の排気口から排出される。また、排気通路22と吸気通路21とを連通するEGR通路27と、このEGR通路27を開閉するEGR弁28が設けられている。
On the other hand, a three-
エンジン本体1、吸気通路21および排気通路22には各種センサが設けられている。エンジン本体1には、クランク軸8の回転角度を検出するクランク角センサ30と、冷却水の温度を検出する水温センサ33とが設けられている。また吸気通路21のエアクリーナ29とスロットル弁23との間には、吸気流量を検知するエアフローメータ25と、吸気温度を検出する吸気温センサ26とが設けられている。吸気通路21のスロットル弁23より下流には、吸気圧を検出する吸気圧センサ24が設けられている。また、排気通路22の三元触媒41より上流には、三元触媒41に流入する排気ガス中の酸素濃度を検出するO2センサ35と、その排気ガスの温度を検出する排気温センサ36とが設けられている。そして、三元触媒41とNOx吸収剤42との間には、NOx吸収剤42に流入する排気ガスの酸素濃度を検出するO2センサ37と、その排気ガス温度Tを検出する排気温センサ38とが設けられている。
Various sensors are provided in the
さらに、車両の適所、例えば車軸付近に、その車軸の回転速度に基づいて車両の速度を検出する車速センサ39が設けられている。
Further, a
上記各センサからの出力信号は、エンジンコントロールユニット2(以下ECU2と略称する)に入力される。ECU2は、CPU(マイクロプロセッサ)、ROM(リードオンリーメモリ)、RAM(ランダムアクセスメモリ)等からなり、エンジンの燃焼制御を行う。またECU2からは、スロットル弁23に対してその開度情報信号が、燃料噴射弁16に対して燃料噴射時期と噴射量の情報信号が、点火プラグ15に対してその点火情報信号が、EGR弁28に対してその開閉情報が、それぞれ送信される。
Output signals from the sensors are input to an engine control unit 2 (hereinafter abbreviated as ECU 2). The
ECU2は、機能的に空燃比制御部3、点火制御部4およびSOx放出制御部5を含む。さらに空燃比制御部3は吸気流量制御部3aと燃料噴射制御部3bとを含む。吸気流量制御部3aは、車速センサ39からの車速情報や図外のアクセルペダルの開度情報等から必要なスロットル弁23の開度を設定し、その開度情報信号をスロットル弁23に送信する。燃料噴射制御部3bは、エアフローメータ25、吸気温センサ26および吸気圧センサ24からの信号に基づいて空気量を演算し、所定の空燃比となる燃料の量を演算する。そしてその情報を、噴射時期の情報とともに燃料噴射弁16に送信する。
The
また詳細は後述するが、空燃比制御部3は、NOx吸収剤42からSOxを適時に効果的に放出させるための第1空燃比制御および第2空燃比制御を行う。
Although details will be described later, the air-fuel
点火制御部4は、所定時期、通常は圧縮行程の上死点付近に各燃焼室14内で火花が飛ぶように各点火プラグ15に点火情報信号を送信する。また必要に応じて点火時期を遅角させる点火リタードを行う。
The
SOx放出制御部5は、NOx吸収剤42からSOxを適時に効果的に放出させるための制御部であって、SOx量推定部5aおよび空燃比変動幅設定部5bを含む。これらの詳細については後述する。
The SOx
三元触媒41は、例えばケーシング内に設けられたアルミナを担体とし、この担体に例えばPt(白金)、Pd(パラジウム)、Rh(ロジウム)等の触媒成分を担持させたものである。三元触媒41は、理論空燃比の排気ガス中のHC(炭化水素)およびCO(一酸化炭素)の酸化とNOxの還元とを同時に行って、これらを無害化する。また、リーン空燃比の排気ガスが流入した場合にはO2(酸素)を吸着し、リッチ空燃比の排気ガスが流入した場合には吸着したO2を離脱する。
The three-
NOx吸収剤42は、例えばケーシング内に設けられたアルミナを担体とし、この担体に例えばK(カリウム)、Na(ナトリウム)、Li(リチウム)、Cs(セシウム)のようなアルカリ金属、Ba(バリウム),Ca(カルシウム)、のようなアルカリ土類、La(ランタン)、Y(イットリウム)のような希土類から選ばれた少なくとも一つと、Ptのような貴金属とが担持されたものである。NOx吸収剤42は、比較的酸素濃度の濃いリーン空燃比の排気ガスが流入した場合にはNOxを吸収し、比較的酸素濃度の薄いリーン空燃比または理論空燃比またはリッチ空燃比の排気ガスが流入した場合には吸収したNOxを放出する。
The NOx absorbent 42 uses, for example, alumina provided in a casing as a carrier, and this carrier contains, for example, an alkali metal such as K (potassium), Na (sodium), Li (lithium), Cs (cesium), Ba (barium). ), Ca (calcium), an alkaline earth such as La (lanthanum), Y (yttrium) and at least one selected from rare earths, and a noble metal such as Pt are supported. The
また排気ガス中にはSOxが含まれているが、吸収剤42はそのSOxの吸収・放出作用をも有する。図2は、NOx吸収剤42がSOxの吸収を行うのか放出を行うのかを場合分けして示した図である。横軸にNOx吸収剤42に流入する排気ガス温度T(排気温センサ38によって検知される)、縦軸にNOx吸収剤42に流入する排気ガスの平均空燃比X0(O2センサ37によって検知される)を示す。SOx吸収・放出作用のメカニズムについては後に詳述するが、結果的に図2に(A)で示す領域ではSOxの吸収が行われ、(B)に示す領域では吸収したSOxの放出が行われる。すなわち、排気ガス温度T≧TA(TA≒600℃)かつ平均空燃比X0が理論空燃比XAよりもリッチであるときにSOxの放出が行われ、それ以外のときはSOxの吸収が行われる。
Further, although SOx is contained in the exhaust gas, the absorbent 42 has an action of absorbing and releasing SOx. FIG. 2 is a diagram showing, in each case, whether the
次に、このエンジンの動作について説明する。通常の運転状態において、吸気流量制御部3aが走行状態に応じて適正なスロットル弁23の開度を設定し、スロットル弁23の開度調節を行う。そして各気筒の吸気行程では吸気弁19が開くとともにピストン13が
下死点側に移動する。それに伴い、エアクリーナ29を介して吸気通路21内に空気が導かれる。その空気はスロットル弁23および吸気弁19を通って燃焼室14内に吸入される。その際、空燃比制御部3は、エアフローメータ25によって検出される吸気流量、吸気温センサ26によって検出される吸気温度および吸気圧センサ24によって検出される吸気圧に基づいて燃焼室14に流入する空気量を演算する。その空気量に基づき、燃料噴射制御部3bは、所定の空燃比、例えば低負荷低回転速度領域においてはリーン空燃比となり、高負荷または高回転速度領域においては理論空燃比ないしはリッチ空燃比となるように燃料噴射量を設定する。そして燃料噴射弁16に燃料を噴射させる。
Next, the operation of this engine will be described. In a normal operation state, the intake air flow rate control unit 3a sets an appropriate opening degree of the
次の圧縮行程では、吸気弁19が閉じられてピストン13が上死点側に移動する。従って燃焼室14内の混合気が圧縮されるとともにその温度が上昇する。そして上死点付近で、点火制御部4からの信号に基づき、点火プラグ15が燃焼室14内に火花を飛ばす。その火花の周りに火炎核が形成されて混合気が燃焼を始める。
In the next compression stroke, the
次の膨張行程では、燃焼室14の燃焼圧によってピストン13が下死点側に押し下げられる。その押圧力がクランク軸8に伝達され、エンジンの出力となる。またこの出力が図外の駆動輪に伝達されて車両の駆動力となる。
In the next expansion stroke, the
次の排気行程では、排気弁20が開き、ピストン13が上死点側に移動する。それに伴って既燃ガス(排気ガス)が排気通路22に排出される。排気通路22に排出された排気ガスは、まず三元触媒41に流入し、無害化される。例えば排気ガスの平均空燃比X0(三元触媒41に流入する排気ガスの平均空燃比X0は各気筒の平均空燃比X0と同じである)が理論空燃比XAの場合、HC、CO及びNOxが同時に無害化される。そして排気ガスの平均空燃比X0がリーンの場合は主にHCおよびCOが、リッチの場合は主にNOxが、それぞれ無害化される。
In the next exhaust stroke, the
なお三元触媒41の上流に設けられているO2センサ35によって排気ガス中の酸素の過不足状況が検知される。特に各気筒で理論空燃比XAでの燃焼を行わせるように制御しているとき、燃料噴射制御部3bは、排気の空燃比Xが理論空燃比XAとなるように燃料噴射量設定値をフィードバック制御する。
It should be noted that an excess / deficiency state of oxygen in the exhaust gas is detected by an O 2 sensor 35 provided upstream of the three-
また三元触媒41の上流に設けられている排気温センサ36によって、三元触媒41に流入する排気ガス温度が充分高く、三元触媒41が活性状態にあることの確認が行われる。
The exhaust temperature sensor 36 provided upstream of the three-
三元触媒41から排出された排気ガスはNOx吸収剤42に流入する。NOx吸収剤42は、排気ガスの平均空燃比X0がリーンのとき、その排気ガス中のNOxを吸収する。従って、混合気の平均空燃比X0がリーンのとき、三元触媒41で無害化されなかったNOxを、このNOx吸収剤42で吸収し、排気口から排出される排気ガスをより清浄化することができる。
Exhaust gas discharged from the three-
また、NOx吸収剤42に流入する排気ガス温度TがT<TA(TA≒600℃)または排気ガスの平均空燃比X0がリーンであるとき、つまり図2の領域(A)に相当するとき、NOx吸収剤42は排気ガス中のSOxを吸収し、排気ガスを一層清浄化する。
Further, when the exhaust gas temperature T flowing into the
またECU2は、必要に応じてEGR(排気再循環)を行う。例えばEGRは、燃焼時のNOxの生成抑制やノッキングの防止等の目的で燃焼温度を低減するのに効果的である。ECU2においてEGRを行う旨の判断がなされると、EGR弁28に開弁信号が送られ、EGR弁28が開弁される。するとEGR通路27を介して排気通路22の排気ガスが吸気通路21に還流される。還流された排気ガスは吸気行程において再度燃焼室14内に吸入される。このようなEGRを行うと、同じ空燃比でも混合気の不活性成分の割合が増大するので、単位発熱量あたりのガス量が増加し、燃焼温度が低下する。
The
以上のように、各気筒7a〜7dにおいて吸気、圧縮、膨張および排気の各行程が、それぞれ180°CA(クランク角)区切りで行われる。そしてこれらの行程は、各気筒7a〜7d間で180°CAずつずらして行われる。その点火順序は、第1気筒7a→第3気筒7c→第4気筒7d→第2気筒7bとなっている(以下#1→#3→#4→#2とも記す)。このように、時間的には180°CA毎に分割して、空間的には#1→#3→#4→#2と軸方向に分散して燃焼が行われるので、出力トルク変動が少なく、振動や騒音の小さな運転が行われる。
As described above, the intake, compression, expansion, and exhaust strokes are performed at 180 ° CA (crank angle) intervals in the
次に、NOx吸収剤42によるNOxの吸収・放出作用について詳述する。この作用のメカニズムは次のようであると考えられている。一例として担体上にPtおよびBaを担持させたものについて説明する(上記他の貴金属、アルカリ金属等を用いた場合も同様である)。
Next, the NOx absorption / release action by the
まず、NOx吸収剤42に流入する排気ガスの平均空燃比X0がリーンであって、NOx吸収剤42がNOxを吸収する場合について説明する。排気ガスの平均空燃比X0がリーンになると、余剰のO2がO2 −またはO2−の形でPtの表面に付着する。そのO2 −またはO2−と排気ガス中のNOとがPt上で反応し、NO2が生成される(2NO+O2→2NO2)。次いで、生成されたNO2の一部がPt上で酸化されつつ吸収剤内に吸収されてBaO(酸化バリウム)と結合しながら硝酸イオンNO3 −の形で吸収剤内に拡散する。このようにしてNOxがNOx吸収剤42内に吸収される。
First, the average air-fuel ratio X 0 of the exhaust gas flowing into the
次に、NOx吸収剤42に流入する排気ガスの平均空燃比X0がリーンではあるが、そのリーン度合が小さい(酸素濃度が薄い)場合について説明する。酸素濃度が低下すると、NO2の生成量が減少する。すると反応が逆方向(NO3 −→NO2)に進み、吸収剤からNO2が放出される。従って、この場合NOx吸収剤42からNOxが放出される。
Then, the average air-fuel ratio X 0 of the exhaust gas flowing into the
次に、NOx吸収剤42に流入する排気ガスの平均空燃比X0がリッチであって、NOx吸収剤42がNOxを放出する場合について説明する。排気ガスの平均空燃比X0がリッチの場合、まずこれに含まれるHCおよびCOが、Pt上のO2 −またはO2−と反応し、酸化される。Pt上のO2 −またはO2−が消費されると、次いで吸収剤からNOxが放出され、HCおよびCOを酸化させる。換言すると放出されたNOxがHCおよびCOによって還元される。このようにしてNOx吸収剤42からNOxが還元され、無害化された状態で放出される。
Then, the average air-fuel ratio X 0 of the exhaust gas flowing into the
なお、NOx吸収剤42は還元触媒の機能を有しているので、排気ガスの平均空燃比X0が理論空燃比XAの場合でもSOxを放出・還元する。但しその作用は弱いので、リッチの場合よりも放出速度が低下する。
Incidentally,
次に、NOx吸収剤42に対してなされるNOx放出制御について説明する。上述のように排気ガスの平均空燃比X0がリーンのとき、NOx吸収剤42はNOxを吸収するが、その量には限度があり、飽和量より多くは吸収されない。そこでNOx吸収剤42にある程度のNOxが吸収されたときにNOxの放出を行わせるNOx放出制御が実行される。NOx放出制御は、第1段階としてNOx吸収剤42に吸収されているNOx量の累積値を推定し、第2段階として実際にNOxの放出を行わせる。第2段階は、第1段階の推定量が飽和量に近い所定の値(NX5)となったときに実行される。
Next, NOx release control performed on the
まず第1段階のNOx量推定方法について説明する。NOx量は、単位時間毎に累積して行くことによって推定される。すなわちNOx量の推定値NXは次の(式1)で求められる。 First, the NOx amount estimation method in the first stage will be described. The amount of NOx is estimated by accumulating every unit time. That is, the estimated value NX of the NOx amount is obtained by the following (Equation 1).
NX=NX1+NX2−NX3 ・・・(式1)
NX1:前回の推定値(前回のNX)
NX2:新たに吸収されたNOx量
NX3:新たに放出されたNOx量
新たに吸収されたNOx量NX2について:各気筒でリーン空燃比での燃焼が行われているとき、エンジン負荷が大きいほど、またエンジン回転速度が高いほど単位時間当たりのNOxの発生量が多くなる。すなわちNOx吸収剤42に吸収されるNOx量が多くなる。ここで、エンジン負荷は吸気通路21に設けられた吸気圧センサ24によって検出される吸気圧によって代表される。またエンジン回転速度は、クランク角センサ30によって検出されるクランク角に基づいて算出される。このようにして、新たに吸収されたNOx量NX2は、エンジン回転速度と吸気圧との関数として求めることができる。この関数を、予め実験等によって求めて2次元マップ化し、ECU2に記憶させておくことによって、新たに吸収されたNOx量NX2を求めることができる。
NX = NX1 + NX2-NX3 (Formula 1)
NX1: Previous estimate (previous NX)
NX2: NOx amount newly absorbed
NX3: Newly released NOx amount Newly absorbed NOx amount NX2: When combustion at a lean air-fuel ratio is performed in each cylinder, the unit time increases as the engine load increases and the engine speed increases. The amount of NOx generated per hit increases. That is, the amount of NOx absorbed by the
新たに放出されたNOx量NX3について:新たに放出されたNOx量NX3は、次の(式2)で求められる。 Regarding the newly released NOx amount NX3: The newly released NOx amount NX3 is obtained by the following (Equation 2).
NX3=Kf・NX4 ・・・(式2)
Kf:放出率
NX4:基準放出量
ここで基準放出量NX4は、排気ガス温度がある基準温度のときの単位時間当たりのNOx放出量である。NOx吸収剤42に流入する排気ガスの平均空燃比X0が理論空燃比XAまたはリッチになるとNOx吸収剤42からNOxが放出される。基準放出量NX4は排気ガス量と排気ガスの平均空燃比X0との関数となる。ここで排気ガス量、すなわち吸入空気量は吸気圧が高いほど、またエンジン回転速度が高いほど多くなる。すなわち(吸気圧)×(エンジン回転速度)が大きいほど多くなる。また排気ガスの平均空燃比X0はO2センサ37によって検出されるが、この平均空燃比X0が小さいほど、つまりリッチ度合が大きいほど基準放出量NX4は多くなる。このようにして基準放出量NX4は、基準温度における(吸気圧)×(エンジン回転速度)と排気ガスの平均空燃比X0との関数として求めることができる。この関数を、予め実験等によって求めて2次元マップ化し、ECU2に記憶させておくことによって、基準放出量NX4を求めることができる。
NX3 = Kf · NX4 (Formula 2)
Kf: Release rate
NX4: Reference release amount Here, the reference release amount NX4 is the NOx release amount per unit time when the exhaust gas temperature is a certain reference temperature. The average air-fuel ratio X 0 of the exhaust gas flowing into the
また(式2)の放出率Kfは、排気ガス温度を変数とする関数となっている。すなわち、他の条件が同じであれば排気ガス温度Tが高くなるほど放出量NX3が増大するので、その増大割合を放出率Kfとして基準放出量NX4に乗じるのである。NOx吸収剤42に流入する排気ガス温度Tは排気温センサ38によって検出される。排気ガス温度Tと放出率Kfとの関係を予め実験等によって求め、ECU2に記憶させておくことによって、放出率Kfを求めることができる。
Further, the release rate Kf in (Equation 2) is a function with the exhaust gas temperature as a variable. That is, if the other conditions are the same, the emission amount NX3 increases as the exhaust gas temperature T becomes higher. Therefore, the increase rate is multiplied by the reference release amount NX4 as the release rate Kf. The exhaust gas temperature T flowing into the
次に、NOx放出制御の第2段階について説明する。この第2段階は、上記第1段階で求められたNOx吸収量の推定値NXが、飽和量に近い所定の値(NX5)となったときに実行される。具体的には、各気筒7a〜7dの混合気の平均空燃比X0をリッチにすることによってNOx吸収剤42にリッチ空燃比の排気ガスを流入させる。このNOx放出制御の第2段階を行うと、NOx吸収剤42から短時間に多量のNOxが放出される。つまり新たに放出されたNOx量NX3が急速に増大するので、NOx吸収剤42内のNOx吸収量が急速に減少する。NOx量推定値NXが所定値まで減少したらNOx放出制御を終了する。
Next, the second stage of NOx release control will be described. The second stage is executed when the estimated value NX of the NOx absorption amount obtained in the first stage becomes a predetermined value (NX5) close to the saturation amount. Specifically, flowing the exhaust gas of a rich air-fuel ratio in the
ところで、NOx吸収剤42は排気ガス中のSOxに対しても吸収・放出作用を有している。次に、そのメカニズムについて説明する。ここでも、上記NOxの場合と同様に、一例として担体上にPtおよびBaを担持させたものについて説明する(上記他の貴金属、アルカリ金属等を用いた場合も同様である)。
By the way, the
まず、NOx吸収剤42に流入する排気ガスの平均空燃比X0がリーンであって、NOx吸収剤42がSOxを吸収する場合について説明する。排気ガスの平均空燃比X0がリーンになると、余剰のO2がO2 −またはO2−の形でPtの表面に付着する。そのO2 −またはO2−と排気ガス中のSO2とがPt上で反応し、SO3が生成される。次いで、生成されたSO3の一部がPt上で酸化されつつ吸収剤内に吸収されてBaOと結合しながら硫酸イオンSO4 2−の形で吸収剤内に拡散する。次いでこの硫酸イオンSO4 2−はバリウムイオンBa2+と結合して硫酸塩BaSO4を生成し、NOx吸収剤42内に留まる。このようにしてSOxがNOx吸収剤42内に吸収される。
First, the average air-fuel ratio X 0 of the exhaust gas flowing into the
次に、NOx吸収剤42に流入する排気ガスの平均空燃比X0がリッチかつ排気ガス温度T≧TA(図2参照。TA≒600℃)であって、NOx吸収剤42がSOxを放出する場合について説明する。このような場合、硫酸塩BaSO4が分解し、硫酸イオンSO4 2−がSO3の形で吸収剤から放出される。このようにしてNOx吸収剤42からSOxが放出される。但しこの硫酸塩BaSO4の分解は低温では起こり難い。従って、たとえNOx吸収剤42に流入する排気ガスの平均空燃比X0がリッチであっても、排気ガス温度T<TAの場合にはNOx吸収剤42からSOxは放出されない。
Next, the average air-fuel ratio X 0 of the exhaust gas flowing into the
以上のように、NOxは排気ガスの平均空燃比X0がリッチでありさえすれば放出されるのに対し、SOxは、さらに排気ガス温度Tが高温でなければ放出されない。従って、単に上記NOx放出制御を繰り返しているだけでは次第にSOxの吸収量のみが増大して行く虞がある。SOxの吸収量が増大すると、NOxの吸収可能量、つまり飽和限界が低下する。従って、これを回避するために、SOx放出制御が実行される。 As described above, while NOx is the average air-fuel ratio X 0 of the exhaust gas is discharged as long a rich, SOx is not released unless a high temperature is further exhaust gas temperature T. Therefore, simply repeating the NOx release control may cause only the SOx absorption amount to gradually increase. When the amount of SOx absorbed increases, the amount of NOx that can be absorbed, that is, the saturation limit decreases. Therefore, in order to avoid this, SOx release control is executed.
次にこのSOx放出制御について説明する。SOx放出制御は、第1段階としてNOx吸収剤42に吸収されているSOx量の累積値を推定し、第2段階として必要に応じて排気ガス温度Tを充分上昇させ(第1空燃比制御)、第3段階として実際にSOxの放出を行わせる(第2空燃比制御)。第1段階から第2段階(または第3段階)への移行は、第1段階におけるSOx量推定値SXが所定値αを超えたときに実行される。
Next, this SOx release control will be described. In the SOx release control, the cumulative value of the amount of SOx absorbed in the
まず第1段階のSOx量推定方法について説明する。このSOx量の推定は、ECU2のSOx量推定部5aにおいてなされ、SOx量を単位時間毎に累積して行くことによって推定される。すなわちSOx量の推定値SXは次の(式3)で求められる。
First, the first stage SOx amount estimation method will be described. The SOx amount is estimated by the SOx
SX=SX1+SX2−SX3 ・・・(式3)
SX1:前回の推定値(前回のSX)
SX2:新たに吸収されたSOx量
SX3:新たに放出されたSOx量
新たに吸収されたSOx量SX2について:運転状態が図2に示す領域(A)にあるとき、すなわち排気ガス温度T<TAであるか、または排気ガスの平均空燃比X0が理論空燃比XA乃至リーンであるとき、NOx吸収剤42にSOxが吸収される。このとき、燃料噴射量が多いほど、またエンジン回転速度が高いほど単位時間当たりのSOxの発生量が多くなる。すなわちNOx吸収剤42に吸収されるSOx量が多くなる。燃料噴射制御部3bで設定される燃料噴射量は燃料噴射時間TAUの関数なので、新たに吸収されたSOxの量SX2は、(エンジン回転速度)×(燃料噴射時間TAU)が大きくなるほど増大する。この関係を予め実験等によって求め、ECU2に記憶させておくことによって、新たに吸収されたSOx量SX2を求めることができる。
SX = SX1 + SX2-SX3 (Formula 3)
SX1: Previous estimated value (previous SX)
SX2: newly absorbed SOx amount
SX3: newly released SOx amount newly absorbed for SOx amount SX2: operating condition when in the area (A) shown in FIG. 2, i.e. whether the exhaust gas temperature T <T A, or the exhaust gas when the average air-fuel ratio X 0 is the stoichiometric air-fuel ratio X a to lean, SOx is absorbed in the
新たに放出されたSOx量SX3について:新たに放出されたSOx量SX3は、次の(式4)で求められる。 Regarding the newly released SOx amount SX3: The newly released SOx amount SX3 is obtained by the following (Equation 4).
SX3=Kg・SX4 ・・・(式4)
Kg:放出率
SX4:基準放出量
ここで基準放出量SX4は、排気ガス温度T=TAのときの単位時間当たりのSOx放出量である。運転状態が図2に示す領域(B)にあるとき、すなわち排気ガス温度T≧TAであり、かつ排気ガスの平均空燃比X0がリッチであるとき、NOx吸収剤42からSOxが放出される。基準放出量SX4は排気ガス量と排気ガスの平均空燃比X0との関数となる。ここで排気ガス量、すなわち吸入空気量は吸気圧が高いほど、またエンジン回転速度が高いほど多くなる。すなわち(吸気圧)×(エンジン回転速度)が大きいほど多くなる。また基準放出量SX4は、排気ガスの平均空燃比X0が小さいほど、つまりリッチ度合が大きいほど多くなる。このようにして基準放出量SX4は、排気ガス温度T=TAのときの(吸気圧)×(エンジン回転速度)と排気ガスの平均空燃比X0との関数として求めることができる。この関数を、予め実験等によって求めて2次元マップ化し、ECU2に記憶させておくことによって、基準放出量SX4を求めることができる。
SX3 = Kg · SX4 (Formula 4)
Kg: Release rate
SX4: reference emission amount Here, the reference emission amount SX4 is a SOx discharge amount per unit time when the exhaust gas temperature T = T A. When the operation state is in region (B) shown in FIG. 2, that is, the exhaust gas temperature T ≧ T A, and when the average air-fuel ratio X 0 of the exhaust gas is rich, SOx is released from the
また(式4)の放出率Kgは、排気ガス温度を変数とする関数となっている。すなわち、他の条件が同じであっても排気ガス温度Tが高くなると放出量SX3が増大するので、その増大割合を放出率Kgとして基準放出量NX4に乗じるのである。排気ガス温度Tと放出率Kgとの関係を予め実験等によって求め、ECU2に記憶させておくことによって、放出率Kgを求めることができる。
Further, the discharge rate Kg in (Expression 4) is a function with the exhaust gas temperature as a variable. That is, even if the other conditions are the same, the emission amount SX3 increases as the exhaust gas temperature T increases. Therefore, the increase rate is multiplied by the reference emission amount NX4 as the emission rate Kg. The relationship between the exhaust gas temperature T and the release rate Kg is obtained in advance by experiments or the like, and stored in the
次に、SOx放出制御の第2段階について説明する。この第2段階は、上記第1段階で求められたSOx吸収量の推定値NXが、所定値αを超えたときに実行される第1空燃比制御である。 Next, the second stage of SOx release control will be described. The second stage is a first air-fuel ratio control that is executed when the estimated value NX of the SOx absorption amount obtained in the first stage exceeds a predetermined value α.
図3は、第1空燃比制御における気筒別の空燃比Xの設定に関する説明図である。横軸に各気筒7a〜7dにおいて所定の順序(#1→#3→#4→#2)で訪れる点火時期を示し、縦軸に、その点火時期の点火によって燃焼する気筒の空燃比Xを示す。図3に示すように、第1気筒7aおよび第4気筒7dでは常に理論空燃比XAよりリッチなリッチ空燃比、第2気筒7bおよび第3気筒7cでは常に理論空燃比XAよりリーンなリーン空燃比で燃焼が行われる。その結果、全体としてはリッチ空燃比の燃焼とリーン空燃比の燃焼が交互になされるパータベーションが実行されることとなる。
FIG. 3 is an explanatory diagram regarding the setting of the air-fuel ratio X for each cylinder in the first air-fuel ratio control. The horizontal axis indicates the ignition timing that arrives in a predetermined order (# 1 → # 3 → # 4 → # 2) in each of the
各気筒の空燃比Xは、ECU2の空燃比制御部3で設定される。第1気筒7aおよび第4気筒7dでは(平均空燃比X0)−(空燃比変動幅X1)、第2気筒7bおよび第3気筒7cでは(平均空燃比X0)+(空燃比変動幅X1)とされる。平均空燃比X0は、理論空燃比XAよりもリーンな値、例えば平均空燃比X0=15とされる。
The air-fuel ratio X of each cylinder is set by the air-fuel
空燃比変動幅X1はECU2の空燃比変動幅設定部5bによって設定される。空燃比変動幅設定部5bは、排気ガス温度Tに関するパラメータ値に基づいて空燃比変動幅X1を設定する。当実施形態ではこのパラメータ値として、車速センサ39によって検知される車速Vを用いる。
Air-fuel ratio fluctuation width X 1 is set by the air-fuel ratio fluctuation
図4は、空燃比変動幅設定部5bによって設定される、車速Vと空燃比変動幅X1との関係を示す図である。空燃比変動幅設定部5bには予め図4に示す特性が記憶されており、車速Vに応じて適宜空燃比変動幅X1が設定される。空燃比変動幅X1は、例えば2.5≦X1≦3の範囲で設定され、車速Vが低いほど大きな値が設定される。
Figure 4 is set by the air-fuel ratio fluctuation
この第2段階の第1空燃比制御が実行されると、パータベーションによって三元触媒41における酸素の吸着・離脱が活性化するので、その下流のNOx吸収剤42に流入する排気ガス温度Tが上昇する。このため、従来技術に見られるような専用の電気ヒータを用いなくても排気ガス温度Tを意図的に上昇させることができる。
When the second air-fuel ratio control in the second stage is executed, the adsorption / desorption of oxygen in the three-
また、第1空燃比制御による排気ガス温度上昇作用は、空燃比変動幅X1が大きいほど、つまりパータベーションにおけるリッチ度合とリーン度合の振れ幅が大であるほど大きい。当実施形態では排気ガス温度Tが比較的低い低車速の場合に空燃比変動幅X1を大きくして速やかに排気ガス温度Tを上昇させ、また排気ガス温度Tが比較的高い高車速の場合に空燃比変動幅X1を小さくして排気ガス温度Tが必要以上に速く上昇し過ぎないようにしている。排気ガス温度Tの上昇速度が速すぎると、オーバーシュートによって狙いの温度よりも高くなり過ぎ、触媒の劣化を早める等の弊害を招く虞があるからである。 The exhaust gas temperature increasing effect of the first air-fuel ratio control, the larger the air-fuel ratio fluctuation width X 1, that is large enough amplitude of the rich degree and lean degree of perturbation is large. In those embodiments is raised rapidly exhaust gas temperature T by increasing the air-fuel ratio fluctuation width X 1 in the case of the exhaust gas temperature T is relatively low low vehicle speed, and if the exhaust gas temperature T is relatively high high speed air-fuel ratio fluctuation width X 1 of the smaller to the exhaust gas temperature T is not over rise faster than necessary. This is because if the rising speed of the exhaust gas temperature T is too high, the temperature becomes too high due to overshoot, which may lead to adverse effects such as rapid deterioration of the catalyst.
なお、パータベーションによって、リッチ空燃比の気筒7a,7dでは比較的高トルクが発生し、リーン空燃比の気筒7b,7cでは比較的低トルクが発生する。そこでパータベーションを行うこの第2段階と次に説明する第3段階では、点火制御部4はリッチ空燃比の気筒7a,7dにおいて点火時期リタードを行う。こうすることで、リッチ空燃比の気筒7a,7dでの発生トルクがリーン空燃比の気筒7b,7cでの発生トルクに近づき、気筒間のトルク変動を抑制することができる。
By the perturbation, a relatively high torque is generated in the rich air-
こうして、排気ガス温度Tが適正な上昇速度で上昇し、所定温度T1(例えばT1=650℃)を越えた時点で第2段階を完了する。 Thus, the second stage is completed when the exhaust gas temperature T rises at an appropriate rate of rise and exceeds a predetermined temperature T 1 (eg, T 1 = 650 ° C.).
次に、SOx放出制御の第3段階について説明する。この第3段階は、上記第2段階に引き続いて行われる第2空燃比制御である。第2空燃比制御は、パータベーションを行うことは第1空燃比制御と共通であるが、平均空燃比X0は理論空燃比XAよりもリッチな値、例えば平均空燃比X0=14.3とされる。また空燃比変動幅X1は固定値、例えば空燃比変動幅X1=2とされる。この第2空燃比制御を行うと、NOx吸収剤42がSOxを放出する条件が整うので、NOx吸収剤42のSOxが放出される。
Next, the third stage of SOx release control will be described. This third stage is a second air-fuel ratio control performed following the second stage. In the second air-fuel ratio control, perturbation is common to the first air-fuel ratio control, but the average air-fuel ratio X 0 is a richer value than the theoretical air-fuel ratio X A , for example, the average air-fuel ratio X 0 = 14. 3. The air-fuel ratio fluctuation width X 1 is a fixed value, for example, the air-fuel ratio
なお、この第2空燃比制御を行うと、平均空燃比X0がリッチであることから、HCの影響によって排気ガス温度Tが低下傾向となる。しかし、温度上昇作用を有するパータベーションを継続することによってその温度低下が抑制される。また若干排気ガス温度Tが低下しても、第3段階の開始条件を排気ガス温度T>T1(≒TA+50℃)とし、SOxの放出が可能となる温度TAよりも約50℃の余裕が設けてあるので、SOxの放出を安定的に継続することができる。 Incidentally, when the second air-fuel ratio control, since the average air-fuel ratio X 0 is rich, the exhaust gas temperature T becomes decline due to the effect of HC. However, the temperature reduction is suppressed by continuing the perturbation having a temperature increasing action. Also decreased slightly exhaust gas temperature T, the start condition of the third stage and exhaust gas temperature T> T 1 (≒ T A + 50 ℃), about 50 ° C. than the temperature T A release of SOx is possible Therefore, the release of SOx can be stably continued.
上記(式3)に示すように、SOxの放出量SX3が増大すると、NOx吸収剤42内のSOx量が減少する。SOx量推定値SXが所定値β(βは上記αよりも充分小さな値)以下となった時点で第3段階を完了し、これを以ってSOx放出制御を完了して通常の燃焼制御に戻る。
As shown in the above (formula 3), when the SOx release amount SX3 increases, the SOx amount in the
図5は、上記SOx放出制御の概略フローチャートである。このフローがスタートすると、各種センサによる検出信号の読み取りが行われ(ステップS2)、第1段階としてNOx吸収剤42に吸収されたSOx量の推定が行われる(ステップS4)。そして推定されたSOx量SXが所定値αより大であるか否かが判定される(ステップS6)。ステップS6でYESと判定されると、SOxの放出が必要な状態となっている。次のステップS20では、フラグFに1が入力される。フラグFは、第2段階または第3段階にあるときに1とされるフラグである。フラグFが0→1とされた場合には第1段階が完了し、第2段階または第3段階に移行することを示す(第1段階が完了した時点で排気ガス温度Tが充分高い場合には第2段階をスキップして直接第3段階に移行することもあり得る)。またフラグFが1→1とされた場合には、第2段階または第3段階が継続中であることを示す。
FIG. 5 is a schematic flowchart of the SOx release control. When this flow starts, detection signals are read by various sensors (step S2), and the amount of SOx absorbed in the
続いて、排気ガス温度Tが所定値T1(T1=650℃)以下であるか否かが判定される(ステップS22)。ステップS22でYESと判定されると、第2段階で排気ガス温度Tを上昇させる必要があることを示し、第2段階への移行または第2段階の継続がなされる。すなわち第1空燃比制御が実行される。具体的には平均空燃比X0=15(リーン)とされ(ステップS24)、図4に示す特性に基づいて車速Vに応じた空燃比変動幅X1(2.5≦X1≦3)が設定される(ステップS26)。 Subsequently, it is determined whether or not the exhaust gas temperature T is equal to or lower than a predetermined value T 1 (T 1 = 650 ° C.) (step S22). If YES is determined in step S22, it indicates that the exhaust gas temperature T needs to be raised in the second stage, and the transition to the second stage or the second stage is continued. That is, the first air-fuel ratio control is executed. Specifically, the average air-fuel ratio X 0 = 15 (lean) is set (step S24), and the air-fuel ratio fluctuation width X 1 (2.5 ≦ X 1 ≦ 3) corresponding to the vehicle speed V based on the characteristics shown in FIG. Is set (step S26).
そして次のステップS32で各気筒7a〜7dにおいてパータベーションが実行される。すなわち第1気筒7a、第4気筒7dにおいてはリッチ空燃比(X0−X1)、第2気筒7b、第3気筒7cにおいてはリーン空燃比(X0+X1)での燃焼が行われる。このパータベーションによって排気ガス温度Tが上昇する。次のステップS34において、リッチ空燃比の気筒(第1気筒7a、第4気筒7d)で点火時期のリタードが行われる。これによって、パータベーションによるトルク変動が抑制される。
Then, in the next step S32, perturbation is executed in each of the
遡ってステップS22でNO、すなわち排気ガス温度T>T1であると判定された場合は、第3段階を実行するに充分な排気ガス温度Tとなっている。従って、第2段階(または第1段階)から第3段階への移行または第3段階の継続がなされる。すなわち第2空燃比制御が実行される。具体的には平均空燃比X0=14.3(リッチ)とされ(ステップS28)、固定の空燃比変動幅X1(X1=2)が設定される(ステップS30)。 Retroactively NO in step S22, i.e., if it is determined that the exhaust gas temperature T> T 1, has a sufficient exhaust gas temperature T to perform the third stage. Accordingly, the transition from the second stage (or the first stage) to the third stage or the continuation of the third stage is performed. That is, the second air-fuel ratio control is executed. Specifically, the average air-fuel ratio X 0 = 14.3 (rich) is set (step S28), and a fixed air-fuel ratio fluctuation width X 1 (X 1 = 2) is set (step S30).
続いて上記第2段階の第1空燃比制御と同様、ステップS32でパータベーションを行うが、当該第2空燃比制御では平均空燃比X0がリッチ(X0=14.3)であることが第1空燃比制御と異なっている。こうしてNOx吸収剤42に流入する排気ガス温度Tを高温としつつ平均空燃比X0をリッチとすることにより、NOx吸収剤42からSOxが放出される。また同時にパータベーションを行うことにより、排気ガス温度Tの低下が抑制される。
Then similarly to the first air-fuel ratio control of the second step, performs the perturbation in step S32, in the second air-fuel ratio control that the average air-fuel ratio X 0 is rich (X 0 = 14.3) This is different from the first air-fuel ratio control. Thus by the rich average air-fuel ratio X 0 while the exhaust gas temperature T flowing into the
遡ってステップS6でNOと判定されたときには、さらにSOx量が所定値β以下であるか否かが判定される(ステップS8)。ステップS8でYESと判定された場合、SOx量は充分少ないことを意味する。つまり第1段階にあるときには未だNOx吸収剤42に殆どSOx量が吸収されていないことを示し、第3段階(または第2段階)にあるときには、SOxの放出が充分行われたことを示す。従って、第1段階にあるときにはそれを継続し、第2、第3段階にあるときにはそれを完了させて第1段階に戻る。いずれの場合も、フラグFに0を入力し(ステップS12)、通常の燃焼制御を実行する(ステップS14)。
When it is determined NO in step S6, it is further determined whether or not the SOx amount is equal to or less than a predetermined value β (step S8). If it is determined as YES in step S8, it means that the SOx amount is sufficiently small. That is, when it is in the first stage, it indicates that the amount of SOx is still not absorbed by the
またステップS8でNOと判定された場合、β<SOx量≦αであることを示す。この場合はさらにフラグF=1であるか否かの判定がなされる(ステップS10)。ステップS10でNOの場合、第1段階であって、NOx吸収剤42にはある程度のSOxが吸収されているものの、未だ放出が必要な状態に至っていないことを示す。従って第1段階を継続し、通常の燃焼制御を実行する(ステップS14)。
If NO is determined in step S8, it indicates that β <SOx amount ≦ α. In this case, it is further determined whether or not the flag F = 1 (step S10). In the case of NO in step S10, this is the first stage, which indicates that the
そしてステップS10でYESの場合、第3段階(または第2段階)であって、NOx吸収剤42からのSOxの放出が開始しているものの、まだその放出量が充分ではないことを示している。従ってステップS22に移行し、第3段階(または第2段階)を継続する。
In the case of YES in step S10, it is the third stage (or the second stage), indicating that although the release of SOx from the
以上、本発明の各実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で種々の変形が可能である。例えば、当実施形態の第1空燃比制御は、NOx吸収剤42に吸収されたSOxを適時に放出させるために排気ガス温度Tを意図的に上昇させる目的で用いられているが、必ずしもその目的のために用いる必要はなく、例えばNOx吸収剤42を早期に活性化させるために排気ガス温度Tを意図的に上昇させる等の目的で第1空燃比制御を用いても良い。
The embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the invention described in the claims. For example, the first air-fuel ratio control of the present embodiment is used for the purpose of intentionally raising the exhaust gas temperature T in order to release SOx absorbed in the
当実施形態では、排気ガス温度に関連するパラメータ値として車速Vを用い、この車速Vの値に応じて第1空燃比制御の空燃比変動幅X1を変動させるようにしているが、必ずしも上記パラメータ値として車速Vを用いる必要はない。例えばエンジン回転速度やエンジン冷却水温度など、排気ガス温度に関連するものであれば如何なる部分の検出値またはその検出値に基づいて演算される値も上記パラメータ値として採用して良い。 In those embodiments, a vehicle speed V used as a parameter value relating to the exhaust gas temperature, so that to vary the air-fuel ratio fluctuation width X 1 of the first air-fuel ratio control in accordance with the value of the vehicle speed V, always the It is not necessary to use the vehicle speed V as a parameter value. For example, any part of the detected value or a value calculated based on the detected value may be adopted as the parameter value as long as it relates to the exhaust gas temperature, such as the engine rotational speed and the engine coolant temperature.
上記第1空燃比制御における平均空燃比X0は、必ずしもX0=15でなくても良く、理論空燃比XAよりもリーンであれば良い。またその空燃比変動幅X1は、必ずしも2.5≦X1≦3でなくても良く、その範囲を適宜拡縮しても良い。 The average air-fuel ratio X 0 in the first air-fuel ratio control does not necessarily have to be X 0 = 15, as long as it is leaner than the theoretical air-fuel ratio X A. Further, the air-fuel ratio fluctuation width X 1 does not necessarily need to satisfy 2.5 ≦ X 1 ≦ 3, and the range may be appropriately expanded or reduced.
上記第2空燃比制御における平均空燃比X0は、必ずしも平均空燃比X0=14.3でなくても良く、理論空燃比XAよりもリッチであれば良い。またその空燃比変動幅X1は、必ずしもX1=2でなくても良く、適宜増減しても良い。またその値を固定値とせず、適宜範囲で変動する値としても良い。 The average air-fuel ratio X 0 in the second air-fuel ratio control is not necessarily limited to the average air-fuel ratio X 0 = 14.3, and may be richer than the theoretical air-fuel ratio X A. The air-fuel ratio fluctuation width X 1 does not necessarily have to be X 1 = 2 and may be increased or decreased as appropriate. Moreover, the value may not be a fixed value but may be a value that varies within a suitable range.
上記第2段階から第3段階に移行する条件となる排気ガス温度T1は、必ずしも650℃である必要はなく、適宜増減しても良い。但し、この温度が低すぎるとSOx放出制御中の温度低下に対する余裕代が少なくなり、また高すぎると触媒の劣化等が促進され易くなる虞がある。 Exhaust gas temperature T 1 of which is a condition for transition to the third stage from the second stage is not necessarily 650 ° C., it may be appropriately increased or decreased. However, if this temperature is too low, there is less margin for a temperature drop during SOx release control, and if it is too high, deterioration of the catalyst may be facilitated.
当実施形態では4気筒エンジンの点火順序を#1→#3→#4→#2としたが、必ずしもそのようにする必要はない。またパータベーションを行うにあたり、何れの気筒をリッチ空燃比とし、何れの気筒をリーン空燃比とするかは点火順序に応じて適宜設定して良い。 In this embodiment, the ignition order of the four-cylinder engine is # 1 → # 3 → # 4 → # 2, but it is not always necessary to do so. In performing perturbation, which cylinder is set to be a rich air-fuel ratio and which cylinder is set to be a lean air-fuel ratio may be appropriately set according to the ignition sequence.
当実施形態のエンジンは4気筒エンジンであるが、必ずしも4気筒である必要はなく、パータベーションを行い得る2気筒以上であれば何気筒であっても良い。その際のパータベーションにおいて、何れの気筒をリッチ空燃比とし、何れの気筒をリーン空燃比とするかは適宜設定して良い。 Although the engine of this embodiment is a four-cylinder engine, it is not always necessary to have four cylinders, and any number of cylinders may be used as long as two or more cylinders can perform perturbation. In the perturbation at that time, it may be set as appropriate which cylinder has a rich air-fuel ratio and which cylinder has a lean air-fuel ratio.
1 エンジン本体
3 空燃比制御部(空燃比制御手段)
4 点火制御部(点火時期制御手段)
5a SOx量推定部(SOx量推定手段)
7a,7b,7c,7d (第1〜第4)気筒
15 点火プラグ
22 排気通路
39 車速センサ(パラメータ値検出手段、車速検知手段)
41 三元触媒
42 NOx吸収剤
T 排気ガス温度
X 空燃比
X0 平均空燃比
X1 空燃比変動幅(リッチ度合とリーン度合の振れ幅)
1
4 Ignition control unit (ignition timing control means)
5a SOx amount estimating section (SOx amount estimating means)
7a, 7b, 7c, 7d (first to fourth)
41 Three-
Claims (4)
上記排気通路の、上記NOx吸収剤よりも上流に設けられる三元触媒と、
エンジンの各気筒別に混合気の空燃比を制御する空燃比制御手段と、
排気ガス温度に関連するパラメータ値を検出するパラメータ値検出手段とを備え、
上記空燃比制御手段は、排気ガス温度を上昇させる要求のあるときに成立する所定条件が成立すると、上記各気筒の混合気の平均空燃比をリーンとするとともに、該各気筒別には点火時期順にリーンとリッチとを交互に繰り返えさせて排気ガス温度を上昇させる第1空燃比制御を実行し、かつ上記パラメータ値に基づいて上記排気ガス温度が比較的低いと判定される場合には比較的高いと判定される場合に比べて上記第1空燃比制御におけるリッチ度合とリーン度合の振れ幅を大きくすることを特徴とする排気浄化装置。 An exhaust purification device provided with an NOx absorbent provided in an exhaust passage of an engine having a plurality of cylinders, which absorbs NOx when the air-fuel ratio of exhaust gas is lean and releases NOx when the air-fuel ratio is rich or rich. There,
A three-way catalyst provided upstream of the NOx absorbent in the exhaust passage;
Air-fuel ratio control means for controlling the air-fuel ratio of the air-fuel mixture for each cylinder of the engine;
Parameter value detecting means for detecting a parameter value related to the exhaust gas temperature,
The air-fuel ratio control means makes the average air-fuel ratio of the air-fuel mixture of each cylinder lean when a predetermined condition is established when there is a request to raise the exhaust gas temperature, and for each cylinder, in order of ignition timing. When the first air-fuel ratio control for increasing the exhaust gas temperature by alternately repeating lean and rich is executed and it is determined that the exhaust gas temperature is relatively low based on the parameter value, the comparison is made An exhaust emission control device characterized in that the fluctuation range of the rich degree and the lean degree in the first air-fuel ratio control is increased as compared with the case where it is determined that the target is high.
上記NOx吸収剤に流入する排気ガスの温度を検出する排気ガス温度検出手段とを備え、
上記空燃比制御手段は、上記SOx量推定手段によって推定されるSOx量が所定値を超えたときに上記所定条件が成立したとして上記第1空燃比制御を実行し、該第1空燃比制御の実行中に上記排気ガス温度が所定値を超えると、上記各気筒の混合気の平均空燃比をリッチとするとともに、該各気筒別には点火時期順にリーンとリッチとを交互に繰り返えさせる第2空燃比制御を実行することを特徴とする請求項1記載の排気浄化装置。 SOx amount estimating means for estimating the amount of SOx absorbed in the NOx absorbent,
Exhaust gas temperature detecting means for detecting the temperature of the exhaust gas flowing into the NOx absorbent,
The air-fuel ratio control means executes the first air-fuel ratio control on the assumption that the predetermined condition is satisfied when the SOx amount estimated by the SOx amount estimation means exceeds a predetermined value. When the exhaust gas temperature exceeds a predetermined value during execution, the average air-fuel ratio of the air-fuel mixture of each cylinder is made rich, and lean and rich are alternately repeated in order of ignition timing for each cylinder. 2. The exhaust gas purification apparatus according to claim 1, wherein two air-fuel ratio control is executed.
上記点火プラグの点火時期を制御する点火時期制御手段とを備え、
上記第1空燃比制御と上記第2空燃比制御の少なくとも一方が実行されている間、上記点火時期制御手段は混合気の空燃比がリッチな気筒の点火時期を遅らせることを特徴とする請求項1または2記載の排気浄化装置。 A spark plug that generates sparks in the combustion chamber;
Ignition timing control means for controlling the ignition timing of the spark plug,
The ignition timing control means delays the ignition timing of a cylinder rich in the air-fuel ratio of the air-fuel mixture while at least one of the first air-fuel ratio control and the second air-fuel ratio control is being executed. The exhaust gas purification apparatus according to 1 or 2.
上記パラメータ値は上記自動車の車速であるとともに上記パラメータ値検出手段は上記自動車の車速を検知する車速検知手段であり、
上記車速が高いほど上記パラメータ値に基づく排気ガス温度が高いと判定されることを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載の排気浄化装置。 The engine is installed in the car,
The parameter value is the vehicle speed of the automobile and the parameter value detection means is a vehicle speed detection means for detecting the vehicle speed of the automobile,
The exhaust emission control device according to any one of claims 1 to 3, wherein the exhaust gas temperature based on the parameter value is determined to be higher as the vehicle speed is higher.
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