JP2007309204A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】上流側のNOxセンサにより検出されたNOx還元触媒へのNOxの流入量と、下流側のNOxセンサにより検出されたNOx還元触媒からのNOxの流出量とからNOx浄化率Rpを演算し(S14)、排気の空燃比をリーンにするリーン空燃比運転の開始からNOx浄化率Rpが所定値以下となるまでの期間をリーン空燃比運転の実施期間Tpとして設定し(S16)、当該リーン空燃比運転の実施期間Tpに基づきリーン空燃比運転を行うようにして該リーン空燃比運転とリッチ空燃比運転とを繰り返す(S20,S30)。
【選択図】図2
Description
これにより、NOxの蓄積を抑制し、NOx吸蔵触媒における排気の浄化性能を維持可能である。
これは、リッチ空燃比運転の前後のリーン空燃比運転における排気中の酸素により、リッチ空燃比運転での排気中のHC、COが消費(酸化)してしまい、実際にパージ処理に使用されるHC、COが不足してしまうためと考えられる。
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、パージ処理による燃費低下を抑制しつつ、NOx吸蔵触媒の排気浄化性能を十分に維持できる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
また、請求項3の内燃機関の排気浄化装置によれば、窒素酸化物吸蔵触媒での窒素酸化物の浄化率に基づき設定されたリーン空燃比運転の期間に拘わらず、リーン空燃比運転の連続運転時間が所定時間経過したときには、リーン空燃比運転からリッチ空燃比運転に切り換えるので、所定時間を適宜設定することにより、窒素酸化物の浄化率が所定値以下にならない場合において窒素酸化物吸蔵触媒における窒素酸化物の浄化率を確実に高く維持しつつNOxのパージ処理を実施することができ、窒素酸化物吸蔵触媒の排気浄化性能をより一層十分に維持することができる。
図1は、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の構成図である。
図1に示すように、内燃機関であるエンジン本体(以下、エンジンという)1としては、例えば、燃料噴射モードを切り換えることで吸気行程での燃料噴射(吸気行程噴射モード)とともに圧縮行程での燃料噴射(圧縮行程噴射モード)を実施可能な筒内噴射型リーンバーンエンジンが採用される。詳しくは、このエンジン1は、吸気行程噴射モードでは、主として理論空燃比(ストイキオ)での運転モードの他、リッチ空燃比での運転モード(以下、リッチ運転モード)を選択可能であり、圧縮行程噴射モードでは、主としてリーン空燃比での運転モード(以下、リーン運転モード)を選択可能である。
点火プラグ4には高電圧を出力する点火コイル8が接続されている。また、燃料噴射弁6には、燃料パイプ7を介して燃料タンクを擁した燃料供給装置(図示せず)が接続されている。より詳しくは、燃料供給装置には、低圧燃料ポンプと高圧燃料ポンプとが設けられており、これにより、燃料タンク内の燃料を燃料噴射弁6に対し低燃圧或いは高燃圧で供給し、この燃料を燃料噴射弁6から燃焼室内に向けて所望の燃圧で噴射可能である。
排気マニホールド20の他端には、排気管22が接続されており、この排気管22には、排気マニホールド20の近傍に位置して三元触媒24が介装されている。三元触媒24は、担体に活性貴金属として白金(Pt)、ロジウム(Rh)、パラジウム(Pd),銅(Cu)、コバルト(Co)、銀(Ag)のいずれかを有し、活性状態でHC、CO及びNOxを除去する。
また、NOx吸蔵触媒30には、触媒温度Tcatを検出する触媒温度センサ36が設けられ、NOx吸蔵触媒30の上流及び下流には、NOxセンサ38、40が夫々設けられている。上流側のNOxセンサ38は、NOx吸蔵触媒30へ流入するNOxの流入量Qiを検出する一方、下流側のNOxセンサ40は、NOx吸蔵触媒30から流出するNOxの流出量Qoを検出する。
ECU60の入力側には、上述したTPS16、空燃比センサ32、触媒温度センサ36、NOxセンサ38、40等の各種センサ類が接続されており、これらセンサ類からの検出情報が入力される。
図2は、上記パージ処理を実行するためのECU60における制御手順を示すフローチャートであり、以下同フローチャートに沿い本発明に係るNOxのパージ処理について説明する。
ステップS12では、NOxセンサ40からNOxの流出量Qoを入力し、ステップS14に進む。
ステップS16では、リーン継続設定時間Tpを設定する。詳しくは、リーン継続設定時間Tpは、ステップS14において演算されたNOx浄化率Rpに基づいて設定される。具体的には、リーン運転が開始されてからNOx浄化率Rpが所定値以下になるまでのエンジン1の運転時間をタイマカウンタで計測しておき、当該運転時間をリーン継続設定時間Tpとして設定する。そして、ステップS18に進む。
ステップS22では、リーン継続時間Tcが所定時間T1以上であるか否かを判別する。リーン継続時間Tcが所定時間T1未満と判定された場合は、ステップS10に戻る一方、所定時間T1以上と判定された場合は、上記同様ステップS24に進む。
ステップS26では、NOx吸蔵触媒30におけるNOxの蓄積量Qtを演算する(窒素酸化物捕捉量検出手段)。蓄積量Qtは、ステップS10において入力されたNOxの流入量QiとステップS14において演算されたNOx浄化率Rpから演算され、更に、ステップS24において入力された触媒温度Tcatにより補正されて求められる。具体的には、例えば、NOxの流入量QiにNOx浄化率Rpを乗算した値をリーン継続時間Tcに亘り積算し、当該積算値に触媒温度Tcatに応じて設定された補正係数を乗算して求める。そして、ステップS28に進む。
ステップS32では、計測したリーン継続時間Tcを0にリセットする。そして、リーン運転モードである限り本ルーチンを繰り返し実行する。これにより、リッチ運転とリーン運転とが交互に繰り返し実効される。
このようにリーン運転時間とリッチ運転時間とを比較的長い時間に設定できると、リーン運転とリッチ運転との切り換えの頻度が少なくなり、同図に示すように、リッチ運転とリーン運転とが切り換わった直前または直後のリッチ運転時間帯TnではNOx吸蔵触媒30の上流側の排気通路22においてリッチ運転とリーン運転との切換時の前後の排気が混ざり合い、リッチ運転時間Tnの直前または直後のリーン運転時における排気中の酸素によりリッチ運転によって供給されるHCやCOが無駄に消費されてしまうのであるが、このようなリーン運転時の排気中の酸素によるリッチ運転時のHC、COの無駄な消費の機会が低減される。
これより、図4を参照すると、上記各設定条件におけるNOx浄化率Rpの推移が比較して示されているが、同図に示すように、設定条件Aによるパージ処理を行った場合には、多くのHC、COが排気中の酸素によって無駄に消費されてNOx浄化率Rpは徐々に低下してしまうのに対し、本発明に係る設定条件Bによるパージ処理を行った場合には、NOx浄化率は十分に高く維持される。
また、リーン継続設定時間Tpが所定時間T1以下であるような場合には、NOx浄化率Rpに拘わらずリーン継続時間Tcが所定時間T1以上になったときにNOxのパージ処理を行うようにしているので、NOx浄化率Rpが所定値まで低下しないような場合において高いNOx浄化率Rpを維持しつつNOxのパージ処理を実施することができ、NOx吸蔵触媒30の排気浄化性能をより一層十分に維持することができる。
また、本実施形態では、エンジン1として筒内噴射型ガソリンエンジンを用いるようにしたが、これに限られず、ディーゼルエンジンのように排気空燃比がリーンになる内燃機関に本発明を適用することもできる。
6 燃料噴射弁
30 NOx吸蔵触媒
38 NOxセンサ
40 NOxセンサ
60 電子コントロールユニット(ECU)
Claims (3)
- 内燃機関の排気通路に設けられ、リーン空燃比雰囲気下で排気中の窒素酸化物を捕捉し、この捕捉した窒素酸化物をリッチ空燃比雰囲下で還元除去する窒素酸化物吸蔵触媒と、
前記内燃機関の排気の空燃比を調整する空燃比調整手段と、
前記窒素酸化物吸蔵触媒での排気中の窒素酸化物の浄化率を検出する浄化率検出手段と、
前記空燃比をリーンにするリーン空燃比運転の開始から前記浄化率検出手段により検出された前記浄化率が所定値以下になるまでの期間を前記リーン空燃比運転の実施期間として設定し、該リーン空燃比運転の実施期間に基づいて前記リーン空燃比運転を実施しつつ、該リーン空燃比運転と前記空燃比をリッチにするリッチ空燃比運転とを繰り返すよう前記空燃比調整手段を制御する制御手段と、
を含んで構成されることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 - 前記リーン空燃比運転の実施期間に前記窒素酸化物吸蔵触媒の捕捉された窒素酸化物の量を検出する窒素酸化物捕捉量検出手段をさらに有し、
前記制御手段は、さらに、該窒素酸化物捕捉量検出手段により検出された量の窒素酸化物を還元除去するよう前記リッチ空燃比運転の実施条件を設定し、該リッチ空燃比運転の実施条件に基づいて前記リッチ空燃比運転を実施しつつ、前記リーン空燃比運転と該リッチ空燃比運転とを繰り返すよう前記空燃比調整手段を制御することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。 - 前記制御手段は、前記リーン空燃比運転の連続運転時間が所定時間経過したときには、前記リーン空燃比運転の実施期間に拘わらず前記リッチ空燃比運転に切り換えることを特徴とする請求項1または2に記載の内燃機関の排気浄化装置。
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