JP2008202409A - Exhaust emission control device of internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。 The present invention relates to an exhaust emission control device for an internal combustion engine.
ディーゼル機関において、排気からPMを捕捉するために排気通路にフィルタが配置される。このフィルタに対して、いわゆるPM再生制御が行われる。 In a diesel engine, a filter is disposed in the exhaust passage to capture PM from the exhaust. So-called PM regeneration control is performed on this filter.
PM再生制御は、フィルタに捕集されたPMの量が増大して、フィルタを通過する排気の流路抵抗が増大し、内燃機関の排気抵抗が上昇して機関出力の低下や燃費の悪化を生じることを防止するために行われる。具体的には、排気に燃料を供給してPMが着火燃焼する温度までフィルタを昇温し、フィルタに捕集されたPMを燃焼させてフィルタを再生する。 PM regeneration control increases the amount of PM trapped in the filter, increases the flow resistance of the exhaust gas that passes through the filter, increases the exhaust resistance of the internal combustion engine, and reduces engine output and fuel consumption. This is done to prevent it from happening. Specifically, the temperature of the filter is raised to a temperature at which PM is ignited and burned by supplying fuel to the exhaust, and the PM collected by the filter is burned to regenerate the filter.
そして、フィルタの昇温を容易に行うために、フィルタよりも下流の排気通路に設けられた排気絞り弁を閉じ側に制御し、背圧を高める技術が開示されている(例えば、特許文献1参照)。
ところで、吸蔵還元型NOx触媒(以下、NOx触媒という)を排気通路に直列に2つ並べる場合がある。このような場合には、下流側である後段のNOx触媒は昇温し易いものの、上流側である前段のNOx触媒は排気が下流へ流れるために昇温し難かった。このため、前段のNOx触媒に対してS被毒回復制御により吸蔵された硫黄成分を放出させることが困難であった。ここで、S被毒回復制御は、排気中に燃料を添加し、NOx触媒を例えば600〜700℃に昇温させると共に排気の空燃比を理論空燃比あるいはリッチとし、NOx触媒からSOxを放出させる制御である。 Incidentally, there are cases where two NOx storage reduction catalysts (hereinafter referred to as NOx catalysts) are arranged in series in the exhaust passage. In such a case, although the downstream NOx catalyst on the downstream side is likely to increase in temperature, the upstream NOx catalyst on the upstream side is difficult to increase in temperature because the exhaust gas flows downstream. For this reason, it is difficult to release the sulfur component occluded by the S poison recovery control with respect to the preceding NOx catalyst. Here, in the S poison recovery control, fuel is added to the exhaust, the temperature of the NOx catalyst is raised to, for example, 600 to 700 ° C., the air-fuel ratio of the exhaust is made the stoichiometric air-fuel ratio or rich, and SOx is released from the NOx catalyst. Control.
本発明の目的は、内燃機関の排気浄化装置において、2つのNOx触媒が直列に並ぶ場合に、前段のNOx触媒の昇温を容易に行い、前段のNOx触媒に対するS被毒回復制御を容易に実施する技術を提供することにある。 An object of the present invention is to easily raise the temperature of a preceding NOx catalyst and easily perform S poison recovery control on the preceding NOx catalyst when two NOx catalysts are arranged in series in an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine. It is to provide technology to be implemented.
本発明にあっては、以下の構成を採用する。すなわち、
内燃機関の排気通路に直列に配置された2つの吸蔵還元型NOx触媒と、
前記2つの吸蔵還元型NOx触媒の間の排気通路に設けられ、排気流量を調節する排気絞り弁と、
排気中に還元剤を供給して前記吸蔵還元型NOx触媒を昇温させると共に排気の空燃比を低下させ前記吸蔵還元型NOx触媒に吸蔵された硫黄成分を放出させるS被毒回復制御手段と、
を備え、
前記2つの吸蔵還元型NOx触媒のうち上流側である前段の吸蔵還元型NOx触媒に対して前記S被毒回復制御手段を用いて吸蔵された硫黄成分を放出させる際に、前記排気絞り弁を閉じ側に制御することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置である。
In the present invention, the following configuration is adopted. That is,
Two NOx storage reduction catalysts arranged in series in the exhaust passage of the internal combustion engine;
An exhaust throttle valve that is provided in an exhaust passage between the two NOx storage reduction catalysts and adjusts an exhaust flow rate;
S poison recovery control means for supplying a reducing agent into the exhaust to raise the temperature of the NOx storage reduction catalyst and lowering the air-fuel ratio of the exhaust to release the sulfur component stored in the NOx storage reduction catalyst;
With
When releasing the sulfur component stored using the S poison recovery control means to the upstream NOx catalyst upstream of the two NOx storage reduction catalysts, the exhaust throttle valve is An exhaust emission control device for an internal combustion engine, which is controlled to a closed side.
吸蔵還元型NOx触媒を排気通路に直列に2つ並べる場合がある。このような場合には、後段の吸蔵還元型NOx触媒は昇温し易いものの、前段の吸蔵還元型NOx触媒は排気が下流へ流れるために昇温し難かった。 In some cases, two NOx storage reduction catalysts are arranged in series in the exhaust passage. In such a case, although the latter storage-and-reduction NOx catalyst is likely to increase in temperature, the upstream storage-and-reduction NOx catalyst is difficult to increase in temperature because the exhaust gas flows downstream.
そこで、本発明では、前段の吸蔵還元型NOx触媒に対してS被毒回復制御手段を用いて吸蔵された硫黄成分を放出させる際に、排気絞り弁を閉じ側に制御するようにした。 Therefore, in the present invention, the exhaust throttle valve is controlled to the closed side when the stored sulfur component is released to the upstream NOx catalyst by using the S poison recovery control means.
これによると、排気絞り弁を閉じ側に制御することにより、排気絞り弁よりも上流側に排気を留め、前段の吸蔵還元型NOx触媒が昇温し易くなる。このため、前段の吸蔵還元型NOx触媒に対してS被毒回復制御手段を用いて吸蔵された硫黄成分を放出させることが容易にできる。 According to this, by controlling the exhaust throttle valve to the closed side, the exhaust is stopped upstream of the exhaust throttle valve, and the temperature of the NOx storage reduction catalyst in the previous stage is easily increased. For this reason, it is possible to easily release the sulfur component stored by using the S poison recovery control means with respect to the NOx storage reduction catalyst in the previous stage.
前記2つの吸蔵還元型NOx触媒の間の排気通路において排気に前記排気絞り弁をバイパスさせるバイパス通路を有し、前記バイパス通路を通常時は閉弁状態とすると共に前記バイパス通路が所定圧力を超えると開弁するバイパス弁を備えるとよい。 The exhaust passage between the two NOx storage reduction catalysts has a bypass passage that bypasses the exhaust throttle valve for exhaust, and the bypass passage is normally closed and the bypass passage exceeds a predetermined pressure. And a bypass valve that opens.
これによると、排気絞り弁を閉じ側に制御して排気絞り弁よりも上流側で排気の圧力が所定圧力を超える場合に、バイパス弁から排気を逃がすことができ、排気抵抗が上昇することによる機関出力の低下を抑制できる。なお、所定圧力とは、機関出力の低下を引き起こすほど排気の圧力が高圧となる閾値の圧力をいう。 According to this, when the exhaust throttle valve is controlled to the closed side and the exhaust pressure exceeds the predetermined pressure upstream from the exhaust throttle valve, the exhaust can be released from the bypass valve, and the exhaust resistance increases. Reduction of engine output can be suppressed. The predetermined pressure refers to a threshold pressure at which the exhaust pressure becomes high enough to cause a decrease in engine output.
本発明によると、内燃機関の排気浄化装置において、2つのNOx触媒が直列に並ぶ場合に、前段のNOx触媒の昇温を容易に行い、前段のNOx触媒に対するS被毒回復制御を容易に実施できる。 According to the present invention, in an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, when two NOx catalysts are arranged in series, the temperature of the preceding NOx catalyst is easily raised, and the S poison recovery control for the preceding NOx catalyst is easily performed. it can.
以下に本発明の具体的な実施例を説明する。 Specific examples of the present invention will be described below.
<実施例1>
図1は、本実施例に係る内燃機関の排気浄化装置を適用する内燃機関とその排気系の概略構成を示す図である。
<Example 1>
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an internal combustion engine to which the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to this embodiment is applied and its exhaust system.
図1に示す内燃機関1は、4つの気筒を有する水冷式のディーゼル機関であり、各気筒の燃焼室に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備えている。 An internal combustion engine 1 shown in FIG. 1 is a water-cooled diesel engine having four cylinders, and includes a fuel injection valve that directly injects fuel into a combustion chamber of each cylinder.
内燃機関1からは排気通路2が延びている。排気通路2の途中には、内燃機関1の気筒から排出される排気を浄化するために、吸蔵還元型NOx触媒(以下、NOx触媒という)3,4が2つ排気通路2の上下流に直列に並んで配置されている。 An exhaust passage 2 extends from the internal combustion engine 1. In the middle of the exhaust passage 2, two NOx storage reduction type NOx catalysts (hereinafter referred to as NOx catalysts) 3, 4 are connected in series upstream and downstream of the exhaust passage 2 in order to purify the exhaust discharged from the cylinders of the internal combustion engine 1. Are arranged side by side.
ここで、NOx触媒3,4は、NOx触媒3,4に流入する排気の空燃比がリーン(理論空燃比以上)であるときには、排気中のNOxを吸蔵して大気中に放出しないようにし、NOx触媒3,4に流入する排気の空燃比が理論空燃比あるいはそれ以下のリッチであるときには、吸蔵されていたNOxを放出する。そして、排気の空燃比が理論空燃比あるいはリッチである際に、排気中に炭化水素(HC)や一酸化炭素(CO)等の還元成分が存在していれば、NOx触媒3,4から放出された窒素酸化物(NOx)をN2に還元して除去するものである。
Here, when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the
一方、NOx触媒3より上流側の排気通路2には、排気通路2内を流通する排気中に還元剤たる燃料を供給する燃料添加弁5が取り付けられている。
On the other hand, a
また、NOx触媒3,4の間の排気通路2には、排気通路2を流れる排気流量を調節する排気絞り弁6が配置されている。
An exhaust throttle valve 6 that adjusts the flow rate of exhaust gas flowing through the exhaust passage 2 is disposed in the exhaust passage 2 between the
さらに、排気通路2の排気に排気絞り弁6をバイパスさせる位置にバイパス弁7が配置されている。バイパス弁7は、NOx触媒3,4の間の排気通路2において排気に排気絞り弁6をバイパスさせるバイパス通路8を有し、バイパス通路8を通常時は閉弁状態とすると共にバイパス通路8が所定圧力を超えると開弁する機械式の弁になっている。なお、バイパス弁7が開弁する所定圧力は、機関出力の低下を引き起こすほど排気の圧力が高圧となる閾値の圧力である。
Further, a bypass valve 7 is disposed at a position where the exhaust throttle valve 6 is bypassed to the exhaust gas in the exhaust passage 2. The bypass valve 7 has a bypass passage 8 for bypassing the exhaust throttle valve 6 to the exhaust gas in the exhaust passage 2 between the
以上の構成の内燃機関1には、内燃機関1を制御するための電子制御ユニットであるECU9が併設されている。このECU9は、内燃機関1の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関1の運転状態を制御するユニットである。ECU9には、燃料添加弁5が電気的に接続されており、ECU9が燃料添加弁5の燃料供給や燃料供給停止を制御可能になっている。また、ECU9には、排気絞り弁6が電気的に接続されており、ECU9が排気絞り弁6の開閉を制御可能になっている。
The internal combustion engine 1 having the above configuration is provided with an ECU 9 that is an electronic control unit for controlling the internal combustion engine 1. The ECU 9 is a unit that controls the operation state of the internal combustion engine 1 in accordance with the operation conditions of the internal combustion engine 1 and the request of the driver. The
そして、ECU9は、NOx触媒3,4に対して、排気を浄化する通常運転制御、S被毒回復制御、NOx還元制御等の制御を行う。
Then, the ECU 9 performs control such as normal operation control for purifying exhaust gas, S poison recovery control, and NOx reduction control for the
ここで、S被毒回復制御は、燃料添加弁5から燃料を継続して繰り返して添加し、NOx触媒3,4を例えば600〜700℃に昇温させると共に排気の空燃比を理論空燃比あるいはリッチとし、NOx触媒3,4からSOxを放出させる制御である。このS被毒回復制御が本発明のS被毒回復制御手段に相当する。
Here, in the S poison recovery control, the fuel is continuously and repeatedly added from the
NOx還元制御は、燃料添加弁5から燃料を比較的時間を空けて間欠的に添加し、排気の空燃比を理論空燃比あるいはリッチとし、NOx触媒3,4からNOxを放出及び還元させる制御である。なお、NOx還元制御は、比較的短時間のうちに繰り返し実行される制御である。
The NOx reduction control is a control in which fuel is intermittently added from the
ところで、排気通路2の上流側にある前段のNOx触媒3に対しては、下流側にある後段のNOx触媒4よりもS被毒回復制御の実施が困難であった。これは、後段のNOx触媒4は昇温し易いものの、前段のNOx触媒3は排気が下流へ流れるために昇温し難いためである。
By the way, it is more difficult to perform the S poison recovery control on the
そこで、本実施例では、前段のNOx触媒3に対してS被毒回復制御を実施させる際に、排気絞り弁6を閉じ側に制御するようにした。
Therefore, in this embodiment, the exhaust throttle valve 6 is controlled to the closed side when the S poison recovery control is performed on the
これによると、排気絞り弁6を閉じ側に制御することにより、排気絞り弁6よりも上流側に排気を留め、前段のNOx触媒3が昇温し易くなる。このため、前段のNOx触媒3に対してS被毒回復制御を実施させることが容易にできる。
According to this, by controlling the exhaust throttle valve 6 to the closed side, the exhaust is stopped upstream of the exhaust throttle valve 6 and the temperature of the
ここで、排気絞り弁6を閉じ側に制御して排気絞り弁6よりも上流側で排気の圧力が所定圧力を超えると、排気の流れが滞り、内燃機関1の機関出力の低下を引き起こす。しかし、本実施例では、排気絞り弁6を閉じ側に制御して排気絞り弁6よりも上流側で排気の圧力が所定圧力を超える場合に、バイパス弁7から排気を逃がすことができ、排気抵抗が上昇することによる機関出力の低下を抑制できる。 Here, when the exhaust throttle valve 6 is controlled to the closed side and the exhaust pressure exceeds a predetermined pressure upstream of the exhaust throttle valve 6, the flow of the exhaust gas stagnates, causing a decrease in the engine output of the internal combustion engine 1. However, in the present embodiment, when the exhaust throttle valve 6 is controlled to the closed side and the exhaust pressure exceeds the predetermined pressure upstream of the exhaust throttle valve 6, the exhaust can be released from the bypass valve 7. A decrease in engine output due to an increase in resistance can be suppressed.
ここで、本実施例の前段のNOx触媒3に対してS被毒回復制御を実施させるための制
御を行う制御ルーチンについて、図2に示すフローチャートに基づいて説明する。なお、本ルーチンは、ECU9に予め記憶されており、周期的に実行されるルーチンである。
Here, a control routine for performing control for causing the S poison recovery control to be performed on the
本ルーチンの処理が開始されると、ECU9は、S101において、現在の運転状態において前段のNOx触媒3に対してS被毒回復制御の実施が必要か否かを判別する。
When the processing of this routine is started, the ECU 9 determines in S101 whether or not it is necessary to perform S poisoning recovery control on the preceding
具体的には、ECU9は、排気通路2においてNOx触媒3の下流に配置された不図示のNOxセンサの検出値を読み取り、当該検出値から前段のNOx触媒3のNOx吸蔵量が過剰に低下したと読み取れる場合に前段のNOx触媒3に対してS被毒回復制御が必要になったと判断する。
Specifically, the ECU 9 reads a detected value of a NOx sensor (not shown) disposed downstream of the
なお、上記の他に、ECU9は、前段のNOx触媒3に対する前回のS被毒回復制御の実施後の内燃機関1での燃料噴射量の積算量もしくは内燃機関1を搭載した車両の走行距離に基づいて算出されるSOx吸蔵量から、NOx触媒3におけるSOx吸蔵量が所定吸蔵量Qse以上となった場合にS被毒回復制御が必要になったと判断してもよい。ここで、所定吸蔵量Qseは、前段のNOx触媒3のNOx吸蔵量が過剰に低下するおそれがあると判断できる閾値となる値である。
In addition to the above, the ECU 9 determines the accumulated amount of fuel injection in the internal combustion engine 1 or the travel distance of the vehicle on which the internal combustion engine 1 is mounted after the previous S poison recovery control for the
そして、ECU9は、前段のNOx触媒3に対してS被毒回復制御が必要と判定した場合には、S102へ移行する。また、前段のNOx触媒3に対してS被毒回復制御が必要ないと判定した場合には、本ルーチンの処理を一旦終了する。
If the ECU 9 determines that the S poison recovery control is necessary for the preceding
ECU9は、S102において、排気絞り弁6を閉じ側に制御する。具体的には、図3に示すように、内燃機関1の機関回転数と内燃機関1での燃料噴射量と排気絞り弁6の開度との相関を示すマップから、排気絞り弁6の開度を決定する。ここで、図3においては、内燃機関1の機関回転数及び内燃機関1での燃料噴射量が小さいときは排気絞り弁6の開度は閉じ側への閉じ量が少なく開度は大きく、内燃機関1の機関回転数及び内燃機関1での燃料噴射量が大きくなる程、排気絞り弁6の開度は閉じ側への閉じ量が大きくなり開度は小さくされる。図3のマップは予め実験などから求められており、ECU9に記憶させておくものである。 In S102, the ECU 9 controls the exhaust throttle valve 6 to the closed side. Specifically, as shown in FIG. 3, the exhaust throttle valve 6 is opened from a map showing the correlation between the engine speed of the internal combustion engine 1, the fuel injection amount in the internal combustion engine 1 and the opening of the exhaust throttle valve 6. Determine the degree. Here, in FIG. 3, when the engine speed of the internal combustion engine 1 and the fuel injection amount in the internal combustion engine 1 are small, the opening degree of the exhaust throttle valve 6 is small and the opening degree is large. As the engine speed of the engine 1 and the fuel injection amount in the internal combustion engine 1 are increased, the opening amount of the exhaust throttle valve 6 is increased and the opening amount is decreased. The map shown in FIG. 3 is obtained in advance from experiments and the like, and is stored in the ECU 9.
ECU9は、S103において、前段のNOx触媒3に対してS被毒回復制御を実施する。すなわち、燃料添加弁5から燃料を継続して繰り返して添加し、前段のNOx触媒3を例えば600〜700℃に昇温させると共に排気の空燃比を理論空燃比あるいはリッチとし、前段のNOx触媒3からSOxを放出させる。
In S103, the ECU 9 performs S poisoning recovery control for the
これにより、前段のNOx触媒3に対するS被毒回復制御を実施している最中には、排気絞り弁6の開度を閉じ側に制御しているため、排気絞り弁6よりも上流側に排気を留め、排気を下流へ流さないようにして、前段のNOx触媒3を昇温し易くする。このため、本実施例では、前段のNOx触媒3を例えば600〜700℃に昇温させることが容易に行えるので、前段のNOx触媒3に対してS被毒回復制御を実施させることが容易にできる。
As a result, while the S poison recovery control for the
また、前段のNOx触媒3に対するS被毒回復制御を実施している最中には、排気絞り弁6を閉じ側に制御して排気絞り弁6よりも上流側で排気の圧力が所定圧力を超える場合があるが、その場合には、バイパス弁7から排気を逃がし、排気抵抗が上昇することによる機関出力の低下を抑制している。
Further, during the S poison recovery control for the
そして、本ステップの終了後、本ルーチンの処理を一旦終了する。 Then, after the end of this step, the processing of this routine is temporarily ended.
以上のように前段のNOx触媒3に対するS被毒回復制御を行うことで、2つのNOx触媒3,4が直列に並ぶ場合に、前段のNOx触媒3の昇温を容易に行い、前段のNOx触媒3に対するS被毒回復制御を容易に実施できる。
As described above, by performing the S poison recovery control for the preceding
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を加えてもよい。 The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications may be made without departing from the gist of the present invention.
1 内燃機関
2 排気通路
3 前段の吸蔵還元型NOx触媒
4 後段の吸蔵還元型NOx触媒
5 燃料添加弁
6 排気絞り弁
7 バイパス弁
8 バイパス通路
9 ECU
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Internal combustion engine 2
Claims (2)
前記2つの吸蔵還元型NOx触媒の間の排気通路に設けられ、排気流量を調節する排気絞り弁と、
排気中に還元剤を供給して前記吸蔵還元型NOx触媒を昇温させると共に排気の空燃比を低下させ前記吸蔵還元型NOx触媒に吸蔵された硫黄成分を放出させるS被毒回復制御手段と、
を備え、
前記2つの吸蔵還元型NOx触媒のうち上流側である前段の吸蔵還元型NOx触媒に対して前記S被毒回復制御手段を用いて吸蔵された硫黄成分を放出させる際に、前記排気絞り弁を閉じ側に制御することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 Two NOx storage reduction catalysts arranged in series in the exhaust passage of the internal combustion engine;
An exhaust throttle valve that is provided in an exhaust passage between the two NOx storage reduction catalysts and adjusts an exhaust flow rate;
S poison recovery control means for supplying a reducing agent into the exhaust to raise the temperature of the NOx storage reduction catalyst and lowering the air-fuel ratio of the exhaust to release the sulfur component stored in the NOx storage reduction catalyst;
With
When releasing the sulfur component stored using the S poison recovery control means to the upstream NOx catalyst upstream of the two NOx storage reduction catalysts, the exhaust throttle valve is An exhaust purification device for an internal combustion engine, wherein the exhaust purification device is controlled to the closed side.
The exhaust passage between the two NOx storage reduction catalysts has a bypass passage that bypasses the exhaust throttle valve for exhaust, and the bypass passage is normally closed and the bypass passage exceeds a predetermined pressure. An exhaust purification device for an internal combustion engine according to claim 1, further comprising a bypass valve that opens.
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