JP2008202414A - Exhaust emission control device of engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エンジンの排気浄化装置に関する。 The present invention relates to an exhaust emission control device for an engine.
燃費性能の向上を図るリーンバーンエンジンではいわゆるNOx触媒が排気通路に備えられる。このNOx触媒はバリウムを主材とするNOx吸収剤を有し、空燃比がリーン(酸素過剰状態)のときに排ガス中のNOxを吸収し、空燃比がリッチ(酸素不足状態)になれば吸蔵していたNOxを還元・放出してNOxの浄化を行なう。 In a lean burn engine for improving fuel efficiency, a so-called NOx catalyst is provided in the exhaust passage. This NOx catalyst has a NOx absorbent mainly composed of barium, absorbs NOx in exhaust gas when the air-fuel ratio is lean (oxygen-excess state), and occludes when the air-fuel ratio becomes rich (oxygen-deficient state). NOx is reduced and released to purify NOx.
ところで、このNOx触媒には硫黄(S)被毒の問題がある。つまり燃料中のS成分等に基づきリーン空燃比排気中に硫黄酸化物(SOx)が含まれると、その排気中のSOxは、NOxと全く同様なメカニズムでNOx触媒に吸蔵、蓄積され、その吸蔵されたSOxに基づきNOxの吸蔵が阻害されることになっている。このため、この対策技術の一つとして、特許文献1に示すように、SOxをNOx触媒から放出できるようにすべく、NOx触媒を触媒前段部と触媒後段部とに分け、触媒前段部のS被毒回復処理時には、リーン空燃比排気とリッチ空燃比排気とを比較的短い周期で交互に供給し、触媒後段部のS被毒回復処理時には、前記周期よりも長い周期でリーン空燃比排気とリッチ空燃比排気とを交互に供給するものが提案されている。これによれば、NOx触媒にリーン空燃比排気とリッチ空燃比排気とを比較的短い切換え周期で供給することにより、主に触媒前段部を加熱、昇温することができ、NOx触媒にリーン空燃比排気とリッチ空燃比排気とを前記周期よりも長い切換え周期で供給することにより、主に触媒後段部を加熱、昇温することができることになり、触媒前段部及び触媒後段部のS被毒回復処理時の温度条件を好ましいものにできる。 By the way, this NOx catalyst has a problem of sulfur (S) poisoning. In other words, if sulfur oxide (SOx) is contained in the lean air-fuel ratio exhaust gas based on the S component in the fuel, the SOx in the exhaust gas is stored and accumulated in the NOx catalyst by the same mechanism as NOx. NOx occlusion is to be inhibited based on the SOx that has been made. For this reason, as one of the countermeasure techniques, as shown in Patent Document 1, the NOx catalyst is divided into a catalyst front part and a catalyst rear part so that SOx can be released from the NOx catalyst. During the poisoning recovery process, the lean air-fuel ratio exhaust gas and the rich air-fuel ratio exhaust gas are alternately supplied with a relatively short cycle. During the S poisoning recovery process at the rear stage of the catalyst, the lean air-fuel ratio exhaust gas is supplied at a cycle longer than the cycle. One that alternately supplies rich air-fuel ratio exhaust has been proposed. According to this, by supplying the lean air-fuel ratio exhaust gas and the rich air-fuel ratio exhaust gas to the NOx catalyst with a relatively short switching cycle, it is possible to mainly heat and raise the temperature of the front stage of the catalyst, and the NOx catalyst has the lean air fuel ratio. By supplying the fuel ratio exhaust gas and the rich air fuel ratio exhaust gas at a switching cycle longer than the above cycle, it is possible to mainly heat and raise the temperature of the catalyst rear stage, and the S poisoning of the catalyst front stage and the catalyst rear stage. The temperature conditions during the recovery process can be made preferable.
しかし、上記排気浄化装置にあっては、リーン空燃比排気とリッチ空燃比排気との切換えは、S被毒回復処理時の温度条件の視点から行われているにすぎず、NOx触媒に対するS被毒回復処理として、未だ十分とは言えない。 However, in the above exhaust purification device, the switching between the lean air-fuel ratio exhaust and the rich air-fuel ratio exhaust is only performed from the viewpoint of the temperature condition at the time of the S poison recovery process, and the S coverage for the NOx catalyst. It is still not enough as a poison recovery process.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その技術的課題は、硫黄被毒回復性能を高めることができるエンジンの排気浄化装置を提供することにある。 This invention is made | formed in view of the said situation, The technical subject is to provide the exhaust gas purification apparatus of the engine which can improve sulfur poisoning recovery performance.
前記技術的課題を達成するために本発明にあっては、
三元触媒と、該三元触媒の下流側に配置され空燃比がリーンのときNOxを吸蔵し空燃比がリッチのとき吸蔵されていたNOxを還元放出するNOx触媒と、該NOx触媒に付着した硫黄分を除去する際、空燃比を気筒毎に変更することによりリッチ空燃比排気とリーン空燃比排気とを交互に前記三元触媒側に向けて供給して排気空燃比を周期的に変動させる空燃比変動手段と、を備えたエンジンの排気浄化装置において、
前記空燃比変動手段が、前記NOx触媒における上流側の領域を占める前段部と、該前段部よりも下流側における後段部とに対する各硫黄分除去に際して、前記排気空燃比の変動の周期として、前記三元触媒の酸素吸蔵能力を超えて前記NOx触媒に酸素を供給することになる第1周期と、該第1周期よりも短くされて該三元触媒の酸素吸蔵能力に基づき前記NOx触媒に酸素を供給しないことになる第2周期とを切り換えて用いるように設定されている構成としてある。
In order to achieve the technical problem, the present invention provides:
A three-way catalyst, a NOx catalyst that is disposed downstream of the three-way catalyst, stores NOx when the air-fuel ratio is lean, and reduces and releases NOx stored when the air-fuel ratio is rich, and attached to the NOx catalyst When removing the sulfur content, by changing the air-fuel ratio for each cylinder, the rich air-fuel ratio exhaust gas and the lean air-fuel ratio exhaust gas are alternately supplied to the three-way catalyst side to periodically vary the exhaust air-fuel ratio. In an engine exhaust purification device comprising an air-fuel ratio fluctuation means,
When the air-fuel ratio fluctuation means removes sulfur from the front stage portion that occupies the upstream region of the NOx catalyst and the rear stage portion downstream of the front stage portion, A first period in which oxygen is supplied to the NOx catalyst beyond the oxygen storage capacity of the three-way catalyst, and an oxygen is supplied to the NOx catalyst based on the oxygen storage capacity of the three-way catalyst that is shorter than the first period. Is set so as to be used by switching between the second cycle in which no power is supplied.
上述の構成により、NOx触媒における前段部と後段部とに対する各硫黄分除去に際して、排気の変動の周期として、第1周期と第2周期とを切り換えて用いられることから、そのNOx触媒における前段部、後段部のいずれの硫黄分除去においても、排気空燃比の変動の周期を第1周期とすることに基づき酸化反応(HC等の可燃成分と酸素との酸化反応)を促進してNOx触媒の温度を所望の温度に高めることができ、さらには、第2周期により、NOx触媒中を積極的に還元雰囲気にして、その積極的に作られた還元雰囲気に基づき硫黄分(SOx)をNOx触媒から除去できる。 With the above-described configuration, when the sulfur content is removed from the front stage and the rear stage in the NOx catalyst, the first cycle and the second cycle are used as the cycle of the fluctuation of the exhaust gas. In any removal of the sulfur component in the rear stage, the oxidation reaction (oxidation reaction between flammable components such as HC and oxygen) is promoted based on the first cycle of the fluctuation of the exhaust air-fuel ratio, and the NOx catalyst The temperature can be increased to a desired temperature. Further, in the second period, the NOx catalyst is actively made a reducing atmosphere, and the sulfur content (SOx) is reduced based on the actively created reducing atmosphere. Can be removed.
請求項1の好ましい態様として、前記空燃比変動手段が、前記NOx触媒の前段部に対する硫黄分除去に際して、前記排気空燃比を前記第1周期と前記第2周期とをもって変動させると共に、該第1周期を該第2周期よりも先に実行させるように設定されている構成を採ることができる(請求項2対応)。この構成により、NOx触媒の前段部に対する硫黄分除去に際して、その前段部の温度を高めた上でその前段部を還元雰囲気にすることができ、NOx触媒の前段部から硫黄分を効果的に除去できる。
また、NOx触媒の前段部が排気通路上流側に位置されて、もともとその温度が後段部の温度よりも高くなる傾向にあることを利用して、NOx触媒の前段部の温度を高めるための第1周期を最初の1回だけにすることができ、排気空燃比の変動周期の切り換えを第1周期から第2周期への1回だけですませることができる。このため、切り換え制御を簡単化できる。
According to a preferred aspect of the present invention, the air-fuel ratio varying means varies the exhaust air-fuel ratio between the first period and the second period when removing sulfur from the front stage of the NOx catalyst. It is possible to adopt a configuration in which the cycle is set to be executed before the second cycle (corresponding to claim 2). With this configuration, when removing the sulfur content from the front part of the NOx catalyst, the temperature of the front part can be raised and the front part can be made into a reducing atmosphere, and the sulfur content can be effectively removed from the front part of the NOx catalyst. it can.
Further, the first stage of the NOx catalyst is positioned upstream of the exhaust passage, and the fact that the temperature tends to be higher than the temperature of the rear stage is used to increase the temperature of the front stage of the NOx catalyst. One cycle can be made only once, and the fluctuation cycle of the exhaust air-fuel ratio can be switched only once from the first cycle to the second cycle. For this reason, switching control can be simplified.
請求項1の好ましい態様として、前記空燃比変動手段が、前記NOx触媒の後段部に対する硫黄分除去に際して、前記排気空燃比を前記第1周期と前記第2周期との繰り返しをもって変動させるように設定されている構成を採ることができる(請求項3対応)。この構成により、排気空燃比を第1周期と第2周期との繰り返しをもって変動させることにより、NOx触媒の後段部の温度を所望の高温状態に維持できると共にそこにおいて還元雰囲気を作り出すことができ、NOx触媒の後段部から硫黄分を効果的に除去できる。 As a preferred aspect of claim 1, the air-fuel ratio changing means is set so as to change the exhaust air-fuel ratio by repeating the first period and the second period when removing sulfur from the rear stage of the NOx catalyst. It is possible to adopt the configuration described above (corresponding to claim 3). With this configuration, by changing the exhaust air-fuel ratio by repeating the first cycle and the second cycle, the temperature of the rear stage of the NOx catalyst can be maintained at a desired high temperature state, and a reducing atmosphere can be created there. Sulfur can be effectively removed from the rear stage of the NOx catalyst.
請求項1の好ましい態様として、前記空燃比変動手段が、前記NOx触媒の後段部に対する硫黄分除去に際して実行される前記排気空燃比の第1周期を前記NOx触媒の前段部に対する硫黄分除去に際して実行される前記排気空燃比の第1周期よりも長くするように設定されている構成を採ることができる(請求項4対応)。この構成により、HC等の可燃成分と酸素との混合を遅らせてそれらの酸化反応をNOx触媒の後段部において行わせるように調整することができ、NOx触媒の後段部から硫黄分を効果的に除去すべく、そのNOx触媒後段部における温度を高めることができる。 According to a preferred aspect of the present invention, the air-fuel ratio changing means executes the first period of the exhaust air-fuel ratio that is executed when the sulfur content is removed from the rear stage portion of the NOx catalyst when the sulfur content is removed from the front stage portion of the NOx catalyst. It is possible to adopt a configuration in which the exhaust air-fuel ratio is set to be longer than the first cycle. With this configuration, mixing of combustible components such as HC and oxygen can be delayed so that their oxidation reaction can be performed in the latter part of the NOx catalyst, and the sulfur content can be effectively removed from the latter part of the NOx catalyst. In order to remove, the temperature in the latter stage part of the NOx catalyst can be increased.
請求項1の好ましい態様として、前記空燃比変動手段が、前記NOx触媒の後段部から硫黄分を除去するに際して実行する第1周期のリーン期間を、該第1周期のリッチ期間よりも長くするように設定されている構成を採ることができる(請求項5対応)。この構成により、CO等の低減を図ると共にNOx触媒の酸素吸蔵能力を考慮した十分な酸素量を供給することができ、NOx触媒の後段部から硫黄分を効果的に除去すべく、そのNOx触媒後段部における温度を所望の温度まで高めることができる。 As a preferred aspect of claim 1, the lean period of the first cycle executed when the air-fuel ratio changing means removes the sulfur content from the rear stage of the NOx catalyst is made longer than the rich period of the first cycle. It is possible to adopt a configuration set to (corresponding to claim 5). With this configuration, it is possible to supply a sufficient amount of oxygen in consideration of the oxygen storage capacity of the NOx catalyst while reducing CO and the like. In order to effectively remove sulfur from the rear stage of the NOx catalyst, the NOx catalyst The temperature in the rear stage can be increased to a desired temperature.
請求項1の好ましい態様として、前記NOx触媒の触媒温度の上昇を抑制する温度抑制手段が備えられ、前記温度抑制手段が、少なくとも、前記空燃比変動手段が変動周期を第2周期から第1周期に変更することを条件として作動するように設定されている構成を採ることができる(請求項6対応)。この構成により、空燃比変動手段が変動周期を第2周期から第1周期に変更する際に、酸化雰囲気となってNOx触媒が急激に温度上昇することを抑制でき、NOx触媒の耐熱性が悪化することを抑制できる。 According to a preferred aspect of the present invention, a temperature suppression unit that suppresses an increase in the catalyst temperature of the NOx catalyst is provided, and the temperature suppression unit includes at least the air-fuel ratio fluctuation unit that changes the fluctuation cycle from the second cycle to the first cycle. It is possible to adopt a configuration that is set to operate on the condition that it is changed to (corresponding to claim 6). With this configuration, when the air-fuel ratio changing means changes the change period from the second period to the first period, it is possible to suppress the NOx catalyst from rapidly rising in temperature in an oxidizing atmosphere, and the heat resistance of the NOx catalyst is deteriorated. Can be suppressed.
請求項1の好ましい態様として、前記温度抑制手段が、前記排気空燃比の変動の振幅を減少する方向に変更するものである構成を採ることができる(請求項7対応)。この構成により、温度抑制手段を具体的に提供できる。 As a preferred aspect of claim 1, it is possible to adopt a configuration in which the temperature suppressing means changes in a direction to reduce the amplitude of fluctuation of the exhaust air-fuel ratio (corresponding to claim 7). With this configuration, temperature suppression means can be specifically provided.
請求項1の好ましい態様として、前記温度抑制手段が、前記第1周期を短縮する方向に変更するものである構成を採ることができる(請求項8対応)。この構成により、温度抑制手段を具体的に提供できる。 As a preferred aspect of claim 1, a configuration in which the temperature suppression means is changed in a direction to shorten the first period (corresponding to claim 8). With this configuration, temperature suppression means can be specifically provided.
請求項1の好ましい態様として、前記NOx触媒に硫黄分が付着する個所を推定する推定手段が備えられ、前記空燃比変動手段が、前記推定手段が推定する個所に応じて排気空燃比の変動の周期を変更するように設定されている構成を採ることができる(請求項9対応)。この構成により、NOx触媒における硫黄分付着個所に応じた周期を的確に設定でき、硫黄分除去を短期間で行うことができる。 According to a preferred aspect of the present invention, there is provided an estimation means for estimating a location where sulfur content adheres to the NOx catalyst, and the air-fuel ratio fluctuation means is configured to change the exhaust air-fuel ratio according to the location estimated by the estimation means. It is possible to adopt a configuration in which the cycle is changed (corresponding to claim 9). With this configuration, it is possible to accurately set the period according to the sulfur content adhesion location in the NOx catalyst, and to perform sulfur content removal in a short period of time.
本発明(請求項1に係る発明)によれば、S被毒回復性能を高めることができるエンジンの排気浄化装置を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention (invention which concerns on Claim 1), the exhaust purification apparatus of the engine which can improve S poison recovery performance can be provided.
以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。
[システム構成]
図1に示すように、本実施形態に係るエンジン(オットーサイクルエンジン)1は、本体2に、複数のピストン3…3(そのうちの一つのみ図示)、各ピストン3によって画成された燃焼室4(多気筒)、各燃焼室4の上部中央に配設された点火プラグ5、各燃焼室4の側部に配置されて燃焼室4に燃料を直接噴射するインジェクタ6等を有する。燃焼室4には吸気弁7を介して吸気通路9が接続され、その吸気通路9には、上流側から下流側に向けてエアクリーナ11、エアフローセンサ12、スロットルバルブ13、サージタンク14等が、順次配設されている。サージタンク14の下流通路は各気筒ごとに分岐し、各分岐通路9aの下流部が2つの通路9b,9cに分割されている。一方の通路9cに備えられたスワール生成弁15を閉じると他方の9bから導入される吸気によって燃焼室4内にスワールが生成する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[System configuration]
As shown in FIG. 1, an engine (Otto cycle engine) 1 according to this embodiment includes a
燃焼室4には排気弁8を介して排気通路10が接続され、その排気通路10には、上流側から下流側に向けて、三元触媒16とNOx触媒17とが直列に配置されている。三元触媒16は、理論空燃比(A/F=14.7)近傍で排気ガス中のCO,HC,NOxを同時に除去する機能を有している。NOx触媒17は、バリウムを主成分とし、カリウム、マグネシウム、ストロンチウム、ランタン等のアルカリ金属、アルカリ土類金属、あるいは希土類と、白金等の化学反応触媒作用を有する貴金属とが担持されたNOx吸蔵材を内装しており、それは、本実施形態においては、上流側から下流側に向けて、前段部17aと、その前段部17aの下流側に配置される後段部17bとに分けられている。このNOx触媒17は、空燃比がリーンのときは三元触媒16で浄化されずに流れ込んでくるNOxを吸蔵して外部への排出を抑制し、空燃比がリッチのときは吸蔵していたNOxを排気ガス中のCO,HCと反応させて浄化する機能を有している。
An
図1において、符号20は、エンジン1のコントロールユニット(ECU)である。このECU20には、サージタンク14内の吸気負圧を検出するブーストセンサ23からの信号、インジェクタ6に供給される燃料の圧力を検出する燃圧センサ24からの信号、三元触媒16の上流側に設けられ、燃焼室4から排出される排ガス中の残存酸素濃度から燃焼室4に供給されている混合気の空燃比が理論空燃比よりリッチかリーンかを検出するO2センサでなる第1空燃比センサ26からの信号、NOx触媒17の前段部17aと後段部17bとの間に配置されて前段部17aの温度を検出する排気温センサ41からの信号、NOx触媒17の後段部17bの下流側に配置されて後段部17bの温度を検出する排気温センサ42からの信号、NOx触媒17の下流側に設けられNOx触媒17を通過した排気ガス中の残存酸素濃度を検出するO2センサでなる第2空燃比センサ28からの信号、エンジン1の回転数を検出するエンジン回転センサ29からの信号、アクセルペダル(図示せず)の踏み込み量を検出するアクセル開度センサ30からの信号等が入力される。その一方、ECU20は、インジェクタ6に制御信号を出力することにより、燃料噴射量制御、燃料噴射時期制御のほか、NOx触媒17から吸蔵中のNOxを放出させる処理(NOxパージ処理)や、NOx触媒17のイオウ被毒回復処理等を総合的に行う。この場合、ECU20は、ブーストセンサ23が検出した吸気負圧と、回転数センサ29が検出したエンジン回転数とに基づいて吸入空気量を算出し、その吸入空気量に基づき理論空燃比運転時又はリッチ空燃比運転時の燃料噴射量を制御し、アクセル開度センサ30が検出したアクセル開度と、回転数センサ29が検出したエンジン回転数とに基づいてリーン空燃比運転時の燃料噴射量を制御する。
In FIG. 1,
次に、NOxパージ処理、S被毒回復処理に関するECU20による制御内容の概略について説明する。
[NOxパージ処理]
リーン運転の継続に伴いNOx触媒17に吸収されるNOx量が増加していく。これをそのまま放置するとそのうち飽和状態となり、NOx触媒17の浄化能力が低下する。そこで、所定のタイミングで空燃比をリッチ化し、これにより、吸蔵したNOxを酸素と窒素とに分解放出させて触媒17の吸収能力を回復させる。なお、このNOxパージ処理の頻度はイオウ被毒回復処理の頻度に比べて一般に大きい。
Next, the outline of the control contents by the
[NOx purge process]
As the lean operation continues, the amount of NOx absorbed by the
[イオウ被毒回復処理]
NOx触媒17に対するS被毒回復処理としては、NOx触媒17内を所望の高温状態に維持しつつ還元雰囲気にすることが好ましい。このため、ECU20は、基本的に、NOx触媒17における前段部17aと後段部17bとに対する各硫黄分除去に際して、図2に示すように、リッチ空燃比排気とリーン空燃比排気とを交互に排気通路10に供給して排気(排気空燃比)を周期的に変動させると共に、その排気空燃比の変動の周期として、図3に示すように、第1周期W1と第2周期W2とを切り換えて用いている。
この場合、上記排気空燃比の変動は、リッチ空燃比運転に基づくリッチ空燃比排気と、リーン空燃比運転に基づくリーン空燃比排気とを交互に排出することにより得られ、その周期は、多気筒のうちの一部の気筒でリッチ空燃比運転、他の気筒でリーン空燃比運転を行ったり、全気筒において一定期間毎にリッチ空燃比運転とリーン空燃比運転とを順番に行ったりする等して、適宜調整される。第1周期W1,第2周期W2は、このような調整により設定されており、第1周期W1は、三元触媒16の酸素吸蔵能力を超えて(三元触媒16を通過して)NOx触媒17に酸素を供給することになる周期のものに設定され、第2周期W2は、第1周期W1よりも短く、三元触媒16の酸素吸蔵能力に基づきNOx触媒17に酸素を供給できないことになる周期のものに設定されている。
したがって、排気空燃比の変動の周期を第1周期W1とすることに基づき酸化反応(HC等の可燃成分と酸素との酸化反応)を促進してNOx触媒17の温度を所望の温度に高めることができ、第2周期W2を用いることにより、NOx触媒17中を還元雰囲気として、NOx触媒を所望の温度に高めた状態の下で、そのNOx触媒から硫黄分(SOx)を除去できる。
[Sulfur poisoning recovery process]
As the sulfur poisoning recovery process for the
In this case, the variation in the exhaust air-fuel ratio is obtained by alternately discharging the rich air-fuel ratio exhaust based on the rich air-fuel ratio operation and the lean air-fuel ratio exhaust based on the lean air-fuel ratio operation, and the cycle thereof is Of these cylinders, rich air-fuel ratio operation is performed in some cylinders, lean air-fuel ratio operation is performed in other cylinders, rich air-fuel ratio operation and lean air-fuel ratio operation are performed in order for every fixed period in all cylinders, etc. And adjusted as appropriate. The first cycle W1 and the second cycle W2 are set by such adjustment, and the first cycle W1 exceeds the oxygen storage capacity of the three-way catalyst 16 (passes through the three-way catalyst 16) and the NOx catalyst. The second cycle W2 is shorter than the first cycle W1 and oxygen cannot be supplied to the
Therefore, the oxidation reaction (oxidation reaction of flammable components such as HC and oxygen) is promoted based on the change cycle of the exhaust air-fuel ratio being the first cycle W1, and the temperature of the
本実施形態においては、上記内容がより好ましい態様に設定されている。
NOx触媒17の前段部17aに対する硫黄分除去に際しては、図3に示すように、排気空燃比を第1周期W1と第2周期W2とをもって変動させると共に、その第1周期W1を第2周期W2よりも先に実行させている。NOx触媒前段部17aに対する硫黄分除去に際して、その前段部17aの温度を所望の温度に高めた上でその前段部17aを還元雰囲気にすることが、硫黄分を効果的に除去する観点から、好ましいからである。このとき、NOx触媒17の前段部17aが後段部17bよりも上流側に位置されて、その温度がもともと後段部17bの温度よりも高くなる傾向にあることを利用して、そのNOx触媒前段部17aの温度を高めるための第1周期W1を繰り返すことなく最初の1回だけとされている。これにより、排気空燃比の変動周期の切り換えを第1周期W1から第2周期W2への1回だけですませることができ、第1周期W1、第2周期W2の切り換え制御を簡単化することができる。
In the present embodiment, the above content is set in a more preferable aspect.
When the sulfur content is removed from the
一方、NOx触媒後段部17bに対する硫黄分除去に際しては、図3に示すように、排気空燃比を第1周期W1と第2周期W2との繰り返しをもって変動させている。これは、NOx触媒17前段部17aの温度が一般的に高くなる傾向があるのに対して、後段部17bにおいてはそのことを利用できないため、排気空燃比を第1周期W1と第2周期W2との繰り返しをもって変動させることにより、NOx触媒後段部17bの温度を所望の高温状態に維持すると共に還元雰囲気を作り出すこととしているのである。
しかもこのとき、このNOx触媒後段部17bに対する硫黄分除去に際して実行される第1周期W1−2(W1)には、図2に示すように、前記NOx触媒の前段部17aに対する硫黄分除去に際して実行される第1周期W1−1(W1)よりも長いものが用いられることになっている。三元触媒16を素通りするHC等の可燃成分と酸素との混合を遅らせて、それらの酸化反応をNOx触媒の後段部17bにおいて的確に行わせるためである。これにより、前段部17aの温度を過剰に高めることなく(熱劣化の防止を図りつつ)、NOx触媒後段部17bの温度を所望の温度まで高めることができる。尚、第1周期W1−2(W1)は、図2に示すように、NOx触媒17容量が多い場合とNOx触媒17容量が少ない場合に応じて、適宜使い分けられる。
On the other hand, when the sulfur content is removed from the NOx catalyst
In addition, at this time, in the first period W1-2 (W1) executed when the sulfur content is removed from the NOx catalyst
この場合、このNOx触媒後段部17bから硫黄分を除去するに際して実行する第1周期W1−2のリーン期間L2は、図4に示すように、その第1周期W1−2のリッチ期間L1よりも長くすることが好ましい。CO等の低減を図ると共にNOx触媒17の酸素吸蔵能力を考慮した十分な酸素量をNOx触媒後段部17bに供給でき、NOx触媒17の後段部17bから硫黄分を効果的に除去すべく、そのNOx触媒後段部17bにおける温度を所望の温度に高めることができるからである。
In this case, as shown in FIG. 4, the lean period L2 of the first cycle W1-2 executed when removing the sulfur content from the NOx catalyst
また、本実施形態においては、NOx触媒17の触媒温度の上昇を抑制する温度抑制手段が備えられ、その温度抑制手段は、少なくとも、変動周期を第2周期W2から第1周期W1に変更されることを条件として作動するように設定されている。排気空燃比の変動周期が第2周期W2から第1周期W1に変更する際に、酸化雰囲気となってNOx触媒17が急激に温度上昇することを抑制するためである。この温度抑制手段としては、排気空燃比変動の振幅を減少する方向に変更するもの、第1周期W1を短縮する方向に変更するものを用いることができる。
Further, in the present embodiment, a temperature suppression unit that suppresses an increase in the catalyst temperature of the
さらに、本実施形態においては、NOx触媒17に硫黄が付着する個所を推定する推定手段が備えられ、その推定手段が推定する個所に応じて排気空燃比の変動の周期を変更するように設定されている。NOx触媒17における硫黄付着個所に応じた周期を的確に設定して、硫黄分除去を短期間で行うようにするためである。この推定手段として、具体的には、リーン運転の積算時間を用いることができる。排気中のSOxは、NOx触媒17の前端側(流入端側)から後端側に向けて徐々に吸蔵されることになるからである。
Further, in the present embodiment, an estimation means for estimating the location where sulfur adheres to the
次に、S被毒回復処理の制御例を図5、図6に示すフローチャートに基づき具体的に説明する。
先ず、Q1〜Q3において、S被毒回復処理を開始するか否かが判別される。具体的には、リーン運転時におけるNOx触媒17のS被毒が燃料に含まれる硫黄分が主な原因であることから、Q1においてリーン運転時間の燃料量が求められ、その燃料量に基づき、Q2においてS被毒量が算出される。そして次のQ3において、Q2のS被毒量がNOx触媒前段部17aのS被毒相当量FS0(設定値)よりも多いか否かが判別され、Q3がNOのときには、S被毒回復処理の必要はないと判断されてQ1に戻される一方、Q3がYESのときには、S被毒回復処理を開始する必要があるとして、次のQ4に進む。
Next, a control example of the S poisoning recovery process will be specifically described based on the flowcharts shown in FIGS.
First, in Q1 to Q3, it is determined whether or not to start the S poison recovery process. Specifically, the sulfur poisoning of the
Q4においては、S被毒回復処理時間tがt=0にセットされ、続いて、Q5において、各気筒に対する空燃比のリッチ、リーン調整により、排気通路にリッチ空燃比の排気とリーン空燃比の排気とが交互に第1周期W1−1の状態をもって供給される。NOx触媒前段部17aでのS被毒回復処理を促進すべく、酸化反応に基づきその前段部17aの温度を所望の温度まで高めるためである。このため、この第1周期W1−1をもって変動する排気は、前述の如く、三元触媒16を通過する際、その酸素吸蔵能力に基づき酸素が吸蔵されても、未だ酸素をNOx触媒に供給できるよう設定されていると共に、その第1周期W1−1に基づきHC等の可燃成分と酸素とが前段部17aにおいて的確に混合されるように設定されている。
In Q4, the S poisoning recovery processing time t is set to t = 0. Subsequently, in Q5, the rich air-fuel ratio and lean air-fuel ratio for each cylinder are adjusted in the exhaust passage by rich-lean adjustment of the air-fuel ratio. The exhaust gas is supplied alternately with the state of the first cycle W1-1. This is to increase the temperature of the
次のQ6においては、NOx触媒前段部17aの温度Tf(排気温センサ41検出)が設定温度T1(例えば700℃〜750℃(好ましくは700℃))以上になったか否かが判別される。この判別は、NOx触媒前段部17aの温度Tfが所望の温度まで上昇したか否かを判断するもので、この判別がNOのときには、この第1周期W1−1の下での排気の変動が続行されて、NOx触媒前段部17aに対して加熱が続けられる一方、Q6がYESのときには、S被毒回復処理を促進できる温度に至ったとして、次のQ7において、排気の変動周期が前記第1周期W1−1よりも短い第2周期W2に変更される。S被毒回復処理を促進できる温度の下で、NOx触媒前段部17aを還元雰囲気にし、その還元雰囲気に基づきSOxを放出するためである。このため、排気の第2周期W2は、排気が三元触媒16を通過する際、その酸素吸蔵能力に基づき酸素が吸蔵されてNOx触媒17に酸素が供給されないように設定されている。
In the next Q6, it is determined whether or not the temperature Tf (detected by the exhaust temperature sensor 41) of the NOx catalyst
次に、Q8において、S被毒量がS被毒相当量BS0(設定値)よりも多いか否かが判別される。これは、S被毒量がNOx触媒17における前段部17aを超えて後段部17bにも及んでいるか否かを判断するものであり、このため、S被毒相当量BS0は、前述のS被毒相当量FS0よりも大きくされている。このQ8の判別がYESのときには、S被毒量がNOx触媒17における前段部17aを超えて後段部17bにも及んでいるとして、先ずはQ9において、NOx触媒前段部17aにおけるS被毒回復処理時間を確実に確保すべく、S被毒回復処理開始からの経過時間(S被毒回復処理時間)tが設定時間t1以上になったか否かが判別される。このQ9の判別がNOのときには、第2周期W2をもって変動する排気がNOx触媒17に供給され続ける一方、Q9の判別がYESのときには、Q10に進む。
Next, in Q8, it is determined whether or not the S poisoning amount is larger than the S poisoning equivalent amount BS0 (set value). This is to determine whether or not the S poison amount exceeds the
Q10においては、NOx触媒後段部17bの温度Tb(排気温センサ検出)が設定温度T2(例えば600℃)以下になったか否かが判別される。NOx触媒後段部17bにおけるS被毒回復処理を行うために、NOx触媒後段部17bにおける温度が低下しすぎていないかを判断するためである。Q10がNOのときには、第2周期W2の変動周期をもって排気がNOx触媒17に供給し続けられる一方、Q10がYESのときには、排気の変動周期が第2周期W2よりも長い第1周期W1−2に変更される。NOx触媒後段部17bの温度をS被毒回復処理を促進できる所望の温度にすべく、そのNOx触媒後段部17bにおいて酸化作用を促進して、その後段部17bにおける温度を所望の温度まで高めるためである。この場合、このQ11の第1周期W1−2は、前記Q5の第1周期W1−1よりも長くなっている(図2参照)。これは、NOx触媒17の後段部17bが前段部17aに対して流れ方向において離れていることを考慮し、HC等の可燃成分と酸素との混合を遅らせてそれらの酸化反応をNOx触媒の後段部17bにおいて的確に行わせるためである。特にこのときには、供給すべき酸素量を増大させる観点から、第1周期W1−2のリーン期間L2をその第1周期W1−2のリッチ期間L1よりも長くすることが好ましい(図4参照)。
In Q10, it is determined whether or not the temperature Tb (exhaust temperature sensor detection) of the NOx catalyst
この排気の変動周期を第2周期W2から第1周期W1−2に変更するに際して(Q11)、Q12において、NOx触媒後段部17bの温度Tbが設定温度T3(例えば680℃)以上になったか否かが判別される。この判別は、排気の変動周期を第2周期W2から第1周期W1に変更する際に、酸化雰囲気となってNOx触媒後段部17bが急激に温度上昇するか否かを判断するためのものであり、このため、Q12がYESのときには、NOx触媒後段部17bが急激に温度上昇しているとして、Q13において、そのNOx触媒後段部17bの温度抑制処理(第1周期W1−2の振幅を減少する方向に変更、第1周期W1−2を短縮する方向に変更等)が実行され、それが実行された後、次のQ13に進む。一方、Q12がNOのときには、上記Q13を迂回してQ14に進む。
When changing the fluctuation cycle of the exhaust gas from the second cycle W2 to the first cycle W1-2 (Q11), in Q12, whether or not the temperature Tb of the NOx catalyst
Q14においては、NOx触媒後段部17bの温度Tbが前記Q6の設定温度T1と同じ設定温度T1以上になったか否かが判別される。NOx触媒後段部17bがS被毒回復処理にとって所望の温度になったか否かを判断するためである。このQ14の判別がNOのときには、第1周期W1−2の下で排気が変動され続ける一方、Q14の判別がYESのときには、NOx触媒後段部17b内に還元雰囲気を作るべく、Q15において、排気の変動周期が第2周期W2に変更される。これにより、NOx触媒後段部17bにおいては、所望の温度の下で還元雰囲気が作り出され、その後段部17bにおいて、的確にS被毒回復処理が行われる。
In Q14, it is determined whether or not the temperature Tb of the NOx catalyst
次に、Q16において、NOx触媒後段部17bにおけるS被毒回復処理時間を確実に確保すべく、S被毒回復処理開始からの経過時間tが設定時間t2(t2>t1)以上になったか否かが判別される。Q16の判別がNOのときには、前記Q10に戻されて、これまでの処理が繰り返される一方(図3参照)、このQ15の判別がYESのときには、S被毒回復処理が終了される(Q17)。このように、NOx触媒後段部17bにおけるS被毒回復処理においては、S被毒回復処理時間t2までの間、排気は、第1周期W1−2と第2周期W2との繰り返しをもって変動される。
Next, in Q16, whether or not the elapsed time t from the start of the S poison recovery process is equal to or longer than the set time t2 (t2> t1) in order to ensure the S poison recovery process time in the NOx catalyst
一方、前記Q8がNOのときには、S被毒がNOx触媒前段部17aにとどまっているとして、Q18において、S被毒回復処理開始からの経過時間tが設定時間t1以上になったか否かが判別される。NOx触媒前段部17aにおけるS被毒回復処理時間を確実に確保するためである。このQ18の判別がNOのときには、第2周期W2をもって変動する排気がNOx触媒17に供給され続けて還元雰囲気が作りされる(S被毒回復処理)一方、Q18の判別がYESのときには、NOx触媒前段部17aに対して必要なS被毒回復処理時間だけ、S被毒回復処理が行われたとして、S被毒回復処理を終了する(Q17)。
On the other hand, when Q8 is NO, it is determined whether or not the elapsed time t from the start of the S poison recovery process is equal to or longer than the set time t1 in Q18, assuming that the S poison remains in the NOx catalyst
1 エンジン
4 燃焼室(気筒)
6 インジェクタ(空燃比変動手段)
16 三元触媒
17 NOx触媒
17a 前段部
17b 後段部
20 コントロールユニット(空燃比変動手段)
W1−1 第1周期
W1−2 第1周期
W2 第2周期
1
6 Injector (Air-fuel ratio fluctuation means)
16 Three-
W1-1 1st period W1-2 1st period W2 2nd period
Claims (9)
前記空燃比変動手段が、前記NOx触媒における上流側の領域を占める前段部と、該前段部よりも下流側における後段部とに対する各硫黄分除去に際して、前記排気空燃比の変動の周期として、前記三元触媒の酸素吸蔵能力を超えて前記NOx触媒に酸素を供給することになる第1周期と、該第1周期よりも短くされて該三元触媒の酸素吸蔵能力に基づき前記NOx触媒に酸素を供給しないことになる第2周期とを切り換えて用いるように設定されている、
ことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。 A three-way catalyst, a NOx catalyst that is disposed downstream of the three-way catalyst, stores NOx when the air-fuel ratio is lean, and reduces and releases NOx stored when the air-fuel ratio is rich, and attached to the NOx catalyst When removing the sulfur content, by changing the air-fuel ratio for each cylinder, the rich air-fuel ratio exhaust gas and the lean air-fuel ratio exhaust gas are alternately supplied to the three-way catalyst side to periodically vary the exhaust air-fuel ratio. In an engine exhaust purification device comprising an air-fuel ratio fluctuation means,
When the air-fuel ratio fluctuation means removes sulfur from the front stage portion that occupies the upstream region of the NOx catalyst and the rear stage portion downstream of the front stage portion, A first period in which oxygen is supplied to the NOx catalyst beyond the oxygen storage capacity of the three-way catalyst, and an oxygen is supplied to the NOx catalyst based on the oxygen storage capacity of the three-way catalyst that is shorter than the first period. Is set to be used by switching to the second cycle that will not supply
An exhaust emission control device for an engine.
前記空燃比変動手段が、前記NOx触媒の前段部に対する硫黄分除去に際して、前記排気空燃比を前記第1周期と前記第2周期とをもって変動させると共に、該第1周期を該第2周期よりも先に実行させるように設定されている、
ことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。 In claim 1,
The air-fuel ratio changing means changes the exhaust air-fuel ratio between the first period and the second period and removes the first period from the second period when removing sulfur from the front stage of the NOx catalyst. Set to run first,
An exhaust emission control device for an engine.
前記空燃比変動手段が、前記NOx触媒の後段部に対する硫黄分除去に際して、前記排気空燃比を前記第1周期と前記第2周期との繰り返しをもって変動させるように設定されている、
ことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。 In claim 1,
The air-fuel ratio changing means is set so as to change the exhaust air-fuel ratio by repeating the first cycle and the second cycle when removing sulfur from the subsequent stage of the NOx catalyst.
An exhaust emission control device for an engine.
前記空燃比変動手段が、前記NOx触媒の後段部に対する硫黄分除去に際して実行される前記排気空燃比の第1周期を前記NOx触媒の前段部に対する硫黄分除去に際して実行される前記排気空燃比の第1周期よりも長くするように設定されている、
ことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。 In claim 1,
The first period of the exhaust air-fuel ratio, which is executed when the sulfur content is removed from the rear stage portion of the NOx catalyst, is changed by the air-fuel ratio changing means. Set to be longer than one cycle,
An exhaust emission control device for an engine.
前記空燃比変動手段が、前記NOx触媒の後段部から硫黄分を除去するに際して実行する第1周期のリーン期間を、該第1周期のリッチ期間よりも長くするように設定されている、
ことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。 In claim 3,
The air-fuel ratio changing means is set to make the lean period of the first cycle executed when removing the sulfur content from the rear stage portion of the NOx catalyst longer than the rich period of the first cycle.
An exhaust emission control device for an engine.
前記NOx触媒の触媒温度の上昇を抑制する温度抑制手段が備えられ、
前記温度抑制手段が、少なくとも、前記空燃比変動手段が変動周期を第2周期から第1周期に変更することを条件として作動するように設定されている、
ことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。 In claim 1,
Temperature suppression means for suppressing an increase in the catalyst temperature of the NOx catalyst is provided,
The temperature suppression means is set to operate on condition that at least the air-fuel ratio changing means changes the changing period from the second period to the first period;
An exhaust emission control device for an engine.
前記温度抑制手段が、前記排気空燃比の変動の振幅を減少する方向に変更するものである、
ことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。 In claim 6,
The temperature suppression means changes in a direction to decrease the amplitude of fluctuation of the exhaust air-fuel ratio.
An exhaust emission control device for an engine.
前記温度抑制手段が、前記第1周期を短縮する方向に変更するものである、
ことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。 In claim 6,
The temperature suppression means changes in a direction to shorten the first period.
An exhaust emission control device for an engine.
前記NOx触媒に硫黄分が付着する個所を推定する推定手段が備えられ、
前記空燃比変動手段が、前記推定手段が推定する個所に応じて排気空燃比の変動の周期を変更するように設定されている、
ことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
In claim 1,
Estimating means for estimating the location where sulfur content adheres to the NOx catalyst is provided,
The air-fuel ratio changing means is set to change the cycle of fluctuation of the exhaust air-fuel ratio according to the location estimated by the estimating means;
An exhaust emission control device for an engine.
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