JP2009041453A - Exhaust emission purifier for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、排気通路に燃料を噴射する燃料添加弁と、燃料添加弁より下流の排気通路と吸気通路とを接続するEGR通路とを備えた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 that includes a fuel addition valve that injects fuel into an exhaust passage, and an EGR passage that connects an exhaust passage downstream of the fuel addition valve and an intake passage.
ターボチャージャのタービンの下流に吸蔵還元型NOx触媒を担持したフィルタが設けられ、そのフィルタの下流から排気を取り出してターボチャージャのコンプレッサの上流に導入するEGR通路を備えた内燃機関が知られている(特許文献1参照)。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献2が存在する。
There is known an internal combustion engine provided with a filter carrying an NOx storage reduction catalyst downstream of a turbine of a turbocharger, and having an EGR passage that takes out exhaust gas from the downstream of the filter and introduces it upstream of a compressor of the turbocharger. (See Patent Document 1). In addition, there is
周知のように吸蔵還元型NOx触媒は、排気の空燃比が理論空燃比よりもリーンのときに窒素酸化物(NOx)を吸蔵し、排気の空燃比を理論空燃比又は理論空燃比よりリッチにすると吸蔵したNOxを還元剤としての燃料の存在下で還元して浄化することが知られている。特許文献1の内燃機関のように吸蔵還元型NOx触媒の下流から排気を取り出して吸気通路に還流させるものにおいては、この排気の還流を行いつつ吸蔵還元型NOx触媒に吸蔵されているNOxを還元させるべく排気に燃料を添加して排気の空燃比を理論空燃比よりもリッチにするリッチスパイクを実行した場合、空燃比が理論空燃比よりリッチな排気が吸気通路に還流された際に吸気の酸素濃度が低下する。そして、この酸素濃度の低下した吸気が気筒内に吸い込まれると着火遅れが大きくなり、内燃機関のトルクが低下するおそれがある。 As is well known, the NOx storage reduction catalyst stores nitrogen oxides (NOx) when the exhaust air-fuel ratio is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio, and makes the exhaust air-fuel ratio richer than the stoichiometric or stoichiometric air-fuel ratio. Then, it is known that the stored NOx is reduced and purified in the presence of fuel as a reducing agent. In the case where the exhaust gas is taken out from the downstream side of the NOx storage reduction catalyst and recirculated to the intake passage as in the internal combustion engine of Patent Document 1, the NOx stored in the NOx storage reduction catalyst is reduced while the exhaust gas is recirculated. When a rich spike is executed to add fuel to the exhaust to make the exhaust air-fuel ratio richer than the stoichiometric air-fuel ratio, when the exhaust whose air-fuel ratio is richer than the stoichiometric air-fuel ratio is recirculated to the intake passage, Oxygen concentration decreases. When the intake air with the reduced oxygen concentration is sucked into the cylinder, the ignition delay is increased, and the torque of the internal combustion engine may be reduced.
そこで、本発明は、リッチスパイク時に吸気通路へのEGRガスの導入が行われていても内燃機関のトルク低下を抑制することが可能な内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide an exhaust purification device for an internal combustion engine that can suppress a decrease in torque of the internal combustion engine even when EGR gas is introduced into the intake passage during a rich spike.
本発明の内燃機関の排気浄化装置は、排気通路に設けられ、排気の空燃比を一時的に理論空燃比よりリッチ側に設定するリッチスパイクにより機能が再生される排気浄化手段と、前記排気浄化手段より上流の排気通路に燃料を噴射する燃料添加手段と、前記排気浄化手段より下流の排気通路から吸気通路に排気の一部をEGRガスとして導くEGR通路と、所定の再生条件が成立した場合に前記排気浄化手段に対して前記リッチスパイクが実行されるように前記燃料添加手段から燃料を噴射させるリッチスパイク実行手段と、を備えた内燃機関の排気浄化装置において、前記リッチスパイク実行手段は、前記所定の再生条件が成立し、かつ前記EGR通路を介してEGRガスが前記吸気通路に導かれている場合に、前記リッチスパイクの実行時に前記燃料添加手段から噴射された燃料の一部が前記内燃機関の気筒内に逆流する排気とともに前記気筒内に導かれるように前記燃料添加手段から燃料を噴射させるトルク低下抑制手段を備えていることにより、上述した課題を解決する(請求項1)。 An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention is provided in an exhaust passage, and an exhaust gas purification means whose function is regenerated by a rich spike that temporarily sets the air-fuel ratio of exhaust gas to a richer side than the stoichiometric air-fuel ratio, and the exhaust gas purification device A fuel addition means for injecting fuel into an exhaust passage upstream of the means, an EGR passage for leading part of the exhaust gas from the exhaust passage downstream of the exhaust purification means to the intake passage as EGR gas, and a predetermined regeneration condition is satisfied In addition, the rich spike execution means for injecting fuel from the fuel addition means so that the rich spike is executed to the exhaust purification means, the rich spike execution means, Execution of the rich spike when the predetermined regeneration condition is satisfied and EGR gas is guided to the intake passage through the EGR passage And a torque drop suppression means for injecting fuel from the fuel addition means so that a part of the fuel injected from the fuel addition means is guided into the cylinder together with exhaust gas flowing back into the cylinder of the internal combustion engine. Thus, the above-described problem is solved (claim 1).
本発明の排気浄化装置によれば、燃料添加手段から噴射された燃料の一部を気筒内に導くので、この燃料によって内燃機関のトルクを増加させることができる。そのため、酸素濃度の低い吸気が気筒内に流入して着火遅れが大きくなっても、内燃機関のトルク低下を抑制することができる。気筒内に導かれた燃料は、気筒から排出される排気の空燃比をリッチ側に変化させるので、本来の目的である排気浄化手段の機能再生にも利用される。そのため、無駄に燃料を消費することなく内燃機関のトルク低下を抑制することができる。 According to the exhaust emission control device of the present invention, a part of the fuel injected from the fuel addition means is introduced into the cylinder, so that the torque of the internal combustion engine can be increased by this fuel. Therefore, even if the intake air with a low oxygen concentration flows into the cylinder and the ignition delay increases, the torque reduction of the internal combustion engine can be suppressed. The fuel introduced into the cylinder changes the air-fuel ratio of the exhaust discharged from the cylinder to the rich side, so that it is also used for the regeneration of the function of the exhaust purification means, which is the original purpose. Therefore, it is possible to suppress a decrease in torque of the internal combustion engine without consuming fuel wastefully.
本発明の排気浄化装置の一形態において、前記燃料添加手段は、排気マニホールドに設けられていてもよい(請求項2)。また、前記燃料添加手段は、前記気筒の排気ポートの出口の周囲に設けられていてもよい(請求項3)。このような位置に燃料添加手段を設けることにより、燃料添加手段から噴射された燃料の一部を排気とともに気筒内に導くことができる。 In one form of the exhaust emission control device of the present invention, the fuel addition means may be provided in an exhaust manifold. The fuel addition means may be provided around the outlet of the exhaust port of the cylinder. By providing the fuel addition means at such a position, a part of the fuel injected from the fuel addition means can be guided into the cylinder together with the exhaust gas.
本発明の排気浄化装置の一形態においては、リッチスパイクの実行により空燃比が理論空燃比よりリッチ側に設定された排気が前記EGR通路及び前記吸気通路を経由して前記気筒内に戻る回帰時期を特定する回帰時期特定手段をさらに備え、前記トルク低下抑制手段は、前記所定の再生条件が成立し、かつ前記EGR通路を介してEGRガスが前記吸気通路に導かれている場合、リッチスパイクの実行時期をこのリッチスパイクにおいて前記燃料添加手段から噴射される燃料の一部が排気とともに前記気筒内に導かれる時期とこのリッチスパイクよりも前に実行されたリッチスパイクの前記回帰時期とが同期するように調整してもよい(請求項4)。吸気の酸素濃度は、以前に実行したリッチスパイクによって空燃比が理論空燃比よりリッチ側に設定された排気が気筒内に戻ってきた回帰時期に低下する。そのため、このように気筒内に排気とともに燃料を導く時期と以前に実行したリッチスパイクの回帰時期とを同期させることにより、内燃機関のトルク低下をより適切に抑制することができる。 In one form of the exhaust emission control device of the present invention, the return timing when the exhaust gas whose air-fuel ratio is set to the richer side than the stoichiometric air-fuel ratio by execution of rich spike returns to the cylinder via the EGR passage and the intake passage. The torque reduction suppression means further includes a rich-spike when the predetermined regeneration condition is satisfied and EGR gas is guided to the intake passage via the EGR passage. In this rich spike, the timing at which a part of the fuel injected from the fuel addition means is introduced into the cylinder together with the exhaust gas is synchronized with the return timing of the rich spike executed before the rich spike. (Claim 4). The oxygen concentration of the intake air decreases at the return time when the exhaust gas whose air-fuel ratio is set to be richer than the stoichiometric air-fuel ratio returns to the cylinder due to the rich spike executed previously. Therefore, by synchronizing the time when the fuel is introduced into the cylinder together with the exhaust gas and the previously executed rich spike return time, the torque reduction of the internal combustion engine can be more appropriately suppressed.
本発明の排気浄化装置の一形態においては、前記気筒の排気弁の閉弁時期を変更可能な可変動弁機構をさらに備え、前記トルク低下抑制手段は、前記所定の再生条件が成立し、かつ前記EGR通路を介してEGRガスが前記吸気通路に導かれている場合、前記可変動弁機構を制御して前記気筒内に排気が逆流するように前記排気弁の閉弁時期を遅角させてもよい(請求項5)。このように排気弁の閉弁時期を遅角させることにより確実に気筒内に排気を逆流させることができるので、燃料添加手段から噴射された燃料の一部をより確実に気筒内に導くことができる。 In one form of the exhaust emission control device of the present invention, the exhaust purification device further includes a variable valve mechanism capable of changing a closing timing of the exhaust valve of the cylinder, wherein the torque reduction suppressing means satisfies the predetermined regeneration condition, and When EGR gas is guided to the intake passage through the EGR passage, the variable valve mechanism is controlled to retard the closing timing of the exhaust valve so that the exhaust gas flows back into the cylinder. (Claim 5). Thus, by retarding the valve closing timing of the exhaust valve, the exhaust gas can surely flow back into the cylinder, so that a part of the fuel injected from the fuel addition means can be more reliably guided into the cylinder. it can.
この形態において、前記可変動弁機構は、前記気筒の吸気弁の閉弁時期を変更可能であり、前記トルク低下抑制手段は、前記所定の再生条件が成立し、かつ前記EGR通路を介してEGRガスが前記吸気通路に導かれている場合、前記可変動弁機構を制御して前記気筒内への排気の逆流が促進されるように前記吸気弁の閉弁時期を変更してもよい(請求項6)。この場合、燃料添加手段から噴射された燃料の一部をさらに確実に気筒内に導くことができる。なお、排気の逆流を促進させるには、例えばピストンが上死点から下死点に移動しているときは吸気弁を閉弁させるともに排気弁を開弁させればよい。この場合、吸気通路から気筒内への吸気の流入が遮断されるため、排気通路から気筒内への排気の逆流を促進させることができる。 In this embodiment, the variable valve mechanism can change the closing timing of the intake valve of the cylinder, and the torque reduction suppressing means satisfies the predetermined regeneration condition and the EGR passage through the EGR passage. When the gas is guided to the intake passage, the valve closing timing of the intake valve may be changed so as to promote the back flow of the exhaust gas into the cylinder by controlling the variable valve mechanism. Item 6). In this case, a part of the fuel injected from the fuel addition means can be more reliably guided into the cylinder. In order to promote the backflow of the exhaust, for example, when the piston is moving from the top dead center to the bottom dead center, the intake valve may be closed and the exhaust valve may be opened. In this case, since the inflow of the intake air from the intake passage into the cylinder is blocked, the back flow of the exhaust from the exhaust passage into the cylinder can be promoted.
可変動弁機構を備えた本発明の排気浄化装置の一形態においては、前記気筒に吸入される吸気においてEGRガスが占める割合であるEGR率を取得するEGR率取得手段をさらに備え、前記トルク低下抑制手段は、前記EGR率取得手段によって取得されたEGR率に応じて排気とともに前記気筒内に導かれる燃料量が調整されるように前記燃料添加手段から燃料を噴射させる噴射期間及び前記排気弁の閉弁時期の少なくともいずれか一方を変更してもよい(請求項7)。周知のように吸気の酸素濃度はEGR率に応じて変化するため、内燃機関のトルクもEGR率に応じて変化する。この形態では、EGR率に応じて排気とともに気筒内に導かれる燃料量を調整するので、内燃機関のトルクの変化に対して適切な量の燃料を気筒内に導くことができる。そのため、内燃機関のトルク低下を適切に抑制できる。 In one form of the exhaust emission control device of the present invention having a variable valve mechanism, the present invention further comprises an EGR rate acquisition means for acquiring an EGR rate that is a ratio of EGR gas in the intake air sucked into the cylinder, and the torque reduction The suppression means includes an injection period for injecting fuel from the fuel addition means so that the amount of fuel introduced into the cylinder together with exhaust gas is adjusted according to the EGR rate acquired by the EGR rate acquisition means, and the exhaust valve At least one of the valve closing timings may be changed (Claim 7). As is well known, since the oxygen concentration of the intake air changes according to the EGR rate, the torque of the internal combustion engine also changes according to the EGR rate. In this embodiment, since the amount of fuel introduced into the cylinder together with the exhaust gas is adjusted according to the EGR rate, an appropriate amount of fuel can be introduced into the cylinder with respect to a change in the torque of the internal combustion engine. Therefore, the torque reduction of the internal combustion engine can be appropriately suppressed.
この形態において、前記トルク低下抑制手段は、前記EGR率取得手段によって取得されたEGR率が高いほど前記気筒内に逆流する排気によって前記気筒内に導かれる燃料量が増加するように前記燃料添加手段から燃料を噴射させる噴射期間及び前記排気弁の閉弁時期の少なくともいずれか一方を変更してもよい(請求項8)。EGR率が高いほど吸気の酸素濃度が低下するため、内燃機関のトルクがより低くなる。そこで、このようにEGR率が高いほど気筒内に排気とともに導かれる燃料量を増加させることにより、内燃機関のトルク低下を適切に抑制できる。 In this embodiment, the torque reduction suppressing means is configured to increase the amount of fuel introduced into the cylinder by exhaust gas flowing back into the cylinder as the EGR rate acquired by the EGR rate acquiring means increases. At least one of the injection period during which fuel is injected from the exhaust valve and the closing timing of the exhaust valve may be changed (Claim 8). The higher the EGR rate, the lower the oxygen concentration in the intake air, and the lower the torque of the internal combustion engine. Thus, by increasing the amount of fuel introduced into the cylinder together with the exhaust gas as the EGR rate is higher in this way, it is possible to appropriately suppress the torque reduction of the internal combustion engine.
また、前記トルク低下抑制手段は、前記EGR率取得手段によって取得されたEGR率が高いほど前記排気弁の閉弁時期が遅くなるように前記可変動弁機構を制御してもよい(請求項9)。排気弁の閉弁時期を遅くすることにより気筒内に排気が逆流する時間を長くできるので、燃料添加手段から噴射された燃料をより多く気筒内に導くことができる。そのため、このようにEGR率が高いほど排気の閉弁時期を遅くすることにより、内燃機関のトルク低下を適切に抑制できる。 Further, the torque reduction suppressing means may control the variable valve mechanism so that the closing timing of the exhaust valve is delayed as the EGR rate acquired by the EGR rate acquiring means is higher. ). By delaying the closing timing of the exhaust valve, it is possible to lengthen the time for the exhaust to flow back into the cylinder, so that more fuel injected from the fuel addition means can be introduced into the cylinder. Therefore, the lowering of the exhaust valve closing timing is delayed as the EGR rate is higher in this manner, whereby the torque reduction of the internal combustion engine can be appropriately suppressed.
以上に説明したように、本発明の排気浄化装置によれば、所定の再生条件が成立し、かつEGR通路を介してEGRガスが吸気通路に導かれている場合は、燃料添加手段から噴射された燃料の一部を気筒内に導くので、この燃料によって内燃機関のトルク低下を抑制することができる。 As described above, according to the exhaust gas purification apparatus of the present invention, when the predetermined regeneration condition is satisfied and the EGR gas is led to the intake passage through the EGR passage, it is injected from the fuel addition means. Since a part of the fuel is introduced into the cylinder, a reduction in torque of the internal combustion engine can be suppressed by this fuel.
図1は本発明の一形態に係る排気浄化装置が組み込まれた内燃機関の一例を示している。図1の内燃機関(以下、エンジンと称することがある。)1は、車両に走行用動力源として搭載されるディーゼルエンジンであり、複数(図1では4つ)の気筒2が設けられる機関本体3と、各気筒2にそれぞれ接続される吸気通路4及び排気通路5とを備えている。図1に示したように各気筒2には、それらの並び方向一端から他端側に向かって#1〜#4の気筒番号を付して区別する。吸気通路4には、吸気濾過用のエアフィルタ6、吸入空気量に対応した信号を出力するエアフローメータ7、吸入空気量を調整するための第1スロットル弁8、ターボチャージャ9のコンプレッサ9a、吸気を冷却するためのインタークーラ10、及び吸入空気量を調整するための第2スロットル弁11が設けられている。排気通路5には、排気通路5内に燃料を噴射する燃料添加手段としての燃料添加弁12、ターボチャージャ9のタービン9b、排気を浄化するための第1排気浄化装置13、排気通路5の流路断面積を変更可能な排気絞り弁14、排気絞り弁14を迂回させて排気を下流に導くバイパス通路15、及び排気を浄化するための第2排気浄化装置16が設けられている。
FIG. 1 shows an example of an internal combustion engine in which an exhaust emission control device according to one embodiment of the present invention is incorporated. An internal combustion engine (hereinafter also referred to as an engine) 1 in FIG. 1 is a diesel engine mounted as a driving power source in a vehicle, and an engine body provided with a plurality (four in FIG. 1) of
図1に示したように燃料添加弁12は、排気通路5の一部を形成する排気マニホールド5aに設けられる。また、図2に示したように燃料添加弁12は、#1の気筒2の排気ポート25の出口の周囲に設けられる。このような位置に燃料添加弁12を設けることにより、#1の気筒2内に排気が逆流しているときに燃料添加弁12から燃料を噴射させることによってその燃料の一部を排気とともに#1の気筒2内に流入させることができる。バイパス通路15には、第1排気浄化装置13と排気絞り弁14との間の排気通路内の圧力が所定圧以上になると開弁する圧力調整弁17が設けられている。また、図1に示したように各気筒2には、気筒2内に燃料を噴射するためのインジェクタ18がそれぞれ設けられている。各インジェクタ18は、インジェクタ18に供給される高圧の燃料が蓄えられるコモンレール19に接続されている。
As shown in FIG. 1, the
図2は、#1の気筒2の拡大図である。なお、図示を省略したが#2〜#4の気筒2も同じである。図2に示したように気筒2内には不図示のクランク軸にコンロッド21を介して連結されたピストン20が往復運動可能な状態で挿入され、気筒2には燃焼室22が形成される。燃焼室22に開口し、吸気通路4の一部を形成する吸気ポート23は吸気弁24にて開閉され、排気通路5の一部を形成する排気ポート25は排気弁26にて開閉される。吸気弁24及び排気弁26の各開閉駆動は、吸気弁24及び排気弁26の各閉弁時期を変更可能な可変動弁機構27にて行われる。このような可変動弁機構27としては例えば電磁コイルで排気弁を開閉駆動する電磁駆動機構が設けられる。
FIG. 2 is an enlarged view of the
図1に戻って説明を続ける。排気通路5と吸気通路4とは、高圧EGR通路30及び低圧EGR通路31にて接続されている。図1に示したように高圧EGR通路30は、#4の気筒2の排気マニホールド5aと第2スロットル弁11より下流の吸気通路4とを接続している。すなわち、高圧EGR通路30は、各排気浄化装置13、16及び燃料添加弁12より排気流れの上流側の排気通路5と吸気通路4とを接続している。一方、低圧EGR通路31は、第1排気浄化装置13より下流の排気通路5とコンプレッサ9aより上流の吸気通路4とを接続している。そのため、低圧EGR通路31が本発明のEGR通路に相当する。高圧EGR通路30には、高圧EGR通路30を介して吸気通路4に還流されるEGRガス(以下、高圧EGRガスと称することがある。)の流量を調整する高圧EGR弁32が設けられている。低圧EGR通路31には、EGRガスを冷却するためのEGRクーラ33、及び低圧EGR通路31を介して吸気通路4に還流されるEGRガス(以下、低圧EGRガスと称することがある。)の流量を調整する低圧EGR弁34が設けられている。
Returning to FIG. 1, the description will be continued. The
第1排気浄化装置13には三元触媒40及びフィルタ41が設けられ、第2排気浄化装置16には酸化触媒42が設けられている。フィルタ41は排気中のパティキュレートを捕集可能な不図示の基材を有し、その基材には吸蔵還元型のNOx触媒物質(以下、NOx触媒と略称することがある。)が担持されている。フィルタ41に担持されたNOx触媒は、排気空燃比が理論空燃比よりもリーンのときはNOxを吸蔵し、排気空燃比が理論空燃比又は理論空燃比よりもリッチのときは吸蔵していたNOxを放出し、還元剤としての燃料の存在下で窒素(N2)に還元して浄化する。NOx触媒に吸蔵可能なNOx量には上限があるため、吸蔵されているNOx量がこの上限に達しないようにNOx触媒からNOxを放出させてN2に還元させるNOx還元を所定の間隔で行い、NOx触媒の排気浄化性能を高い状態に維持する。このNOx還元は、燃料添加弁12から所定量の燃料を排気通路5に供給して排気の空燃比を一時的に理論空燃比よりもリッチ側に設定するリッチスパイクを実行することにより行われる。そのため、フィルタ41が本発明の排気浄化手段に相当する。なお、NOx触媒はNOxを触媒にて保持できるものであればよく、吸収又は吸着いずれの態様でNOxが保持されるかは吸蔵の用語によって制限されない。また、NOxの放出についてもその態様を問わない。
The first
リッチスパイクの制御、すなわち燃料添加弁12の動作の制御は、エンジンコントロールユニット(ECU)50によって行われる。ECU50は、マイクロプロセッサ及びその動作に必要なROM、RAM等の周辺機器を含んだコンピュータとして構成され、エンジン1に設けられている各種センサからの出力信号を参照して各スロットル弁8、11、インジェクタ18、及び可変動弁機構27などを制御し、これによりエンジン1の運転状態を制御する周知のコンピュータユニットである。ECU50は、例えばエンジン1の運転状態に基づいて各気筒2に供給すべき燃料量を算出し、その算出した燃料量の燃料が各気筒2に供給されるように各インジェクタ18の動作を制御する。また、ECU50は、エンジン1の運転状態に基づいて各EGR通路30、31を介して吸気通路4に導入すべきEGRガスの量を算出し、算出した量のEGRガスが吸気通路4に導入されるように各EGR弁32、34の開度を制御する。ECU30には、各種センサとしてエンジン1の機関回転速度(回転数)に対応する信号を出力するクランク角センサ51、及び排気の空燃比に対応する信号を出力するA/Fセンサ52などが接続されている。また、エアフローメータ7もECU30に接続されている。
The rich spike control, that is, the operation of the
図1に示したようにエンジン1においては、低圧EGR通路21の排気取出し口が燃料添加弁12よりも下流の排気通路5に設けられているため、低圧EGRガスを吸気通路4に導入しているときにリッチスパイクを実行すると、空燃比が理論空燃比よりリッチな排気が低圧EGRガスとして吸気通路4に導入される。この場合、気筒2に吸入される吸気の酸素濃度が低下して気筒2内の混合気の空燃比がリッチ側に変化し、着火遅れが大きくなる。そのため、エンジン1のトルクが低下する。そこで、ECU50は、空燃比が理論空燃比よりリッチな低圧EGRガスが気筒2に吸入されて吸気の酸素濃度が低下するときに、排気弁26の閉弁時期を遅角させて排気を気筒2内に逆流させるとともに燃料添加弁12から燃料を噴射させてその燃料の一部を気筒2内に逆流する排気にて気筒2内に導入する。これにより気筒2内にて燃焼する燃料量を増加させ、エンジン1のトルク低下を抑制する。以降、この制御をトルク低下抑制制御と称することがある。一方、低圧EGRガスが吸気通路4に導入されていない場合は、吸気の酸素濃度が大きく変動しないため、このように燃料添加弁12から噴射した燃料の一部を気筒2内に導入する必要がない。そのため、このような場合は、各気筒2の排気弁26の閉弁後に燃料添加弁12から燃料を噴射させてリッチスパイクを行う。以降、この制御を通常添加制御と称することがある。
As shown in FIG. 1, in the engine 1, the exhaust outlet of the low
図3は、ECU50がリッチスパイクを制御するためにエンジン1の運転中に所定の間隔で繰り返し実行する燃料添加制御ルーチンを示している。この制御ルーチンを実行することにより、ECU50が本発明のリッチスパイク実行手段として機能する。図3の制御ルーチンにおいてECU50は、まずステップS11でエンジン1の運転状態を取得する。エンジン1の運転状態としては、例えばエンジン1の回転数、吸入空気量、及び各気筒2に噴射された燃料量などが取得される。
FIG. 3 shows a fuel addition control routine that the
次のステップS12においてECU30は、NOx還元を実行する所定の再生条件が成立したか否か判断する。所定の再生条件は、例えば前回NOx還元を実行してからNOx触媒に吸蔵されたNOx量を推定し、その推定したNOx量が予め設定した判定値以上の場合に成立したと判断される。NOx触媒に吸蔵されているNOx量の推定は周知の推定方法で行えばよいため、説明を省略する。判定値は、NOx還元の実行の要否を判断するものであり、例えばNOx触媒に吸蔵可能なNOx量の上限値よりも低い値が設定される。所定の再生条件が不成立と判断された場合は、今回の制御ルーチンを終了する。
In the next step S12, the
一方、所定の再生条件が成立したと判断した場合はステップS13に進み、ECU50は低圧EGRガスが吸気通路4に導入されているか否か判断する。この判断は低圧EGR弁34の開度に基づいて行われ、低圧EGR弁34が開弁中は低圧EGRガスが導入中と判断される。低圧EGRガスが導入されていないと判断した場合はステップS14に進み、ECU50は通常添加制御にてリッチスパイクを実行する。その後、今回の制御ルーチンを終了する。
On the other hand, if it is determined that the predetermined regeneration condition is satisfied, the process proceeds to step S13, where the
一方、低圧EGRガスが吸気通路4に導入されていると判断した場合はステップS15に進み、ECU50はリッチスパイクにより空燃比が理論空燃比よりもリッチ側に設定された排気が気筒2内に戻るまでの時間である回帰時期を特定する。なお、ここでは、リッチスパイクの実行時からそのリッチスパイクにより空燃比が理論空燃比よりもリッチ側に設定された排気が排気通路5、低圧EGR通路31、及び吸気通路4を1回経由して気筒2に戻るまでの時間が回帰時期として特定される。燃料添加弁12から低圧EGR通路31の排気取出し口までの排気の移動時間は、例えば吸入空気量、各気筒2に噴射された燃料量、エンジン1の回転数、及び排気通路5を形成する配管の流路断面積などに基づいて推定できる。また、低圧EGR通路31を排気が通過する時間は、低圧EGRガスの流量、低圧EGR弁34の開度、低圧EGR通路31を形成する配管の流路断面積などに基づいて推定できる。そして、低圧EGR通路31の排気導入口から気筒2までの排気の移動時間は、吸入空気量、低圧EGRガスの流量などに基づいて推定できる。そこで、回帰時期は、これら燃料添加弁12から低圧EGR通路31の排気取出し口までの排気の移動時間、低圧EGR通路31を排気が通過する時間、及び低圧EGR通路31の排気導入口から気筒2までの排気の移動時間を合計した時間に基づいて特定する。なお、回帰時期の特定方法はこの方法に限定されない。例えば、空燃比が理論空燃比よりもリッチな排気が気筒2に吸入されるとエンジン1のトルクが低下するので、燃料添加弁12から燃料を添加してからエンジン1のトルクが低下するまでの時間を計測し、この計測した時間に基づいて回帰時期を特定してもよい。この処理を実行することにより、ECU50が本発明の回帰時期特定手段として機能する。
On the other hand, if it is determined that the low pressure EGR gas has been introduced into the
次のステップS16においてECU50は、特定した回帰時期に燃料添加弁12から噴射された燃料の一部が#1の気筒2内に導入されるように排気弁26の閉弁時期を遅角させるとともに燃料添加弁12から燃料を噴射させてトルク低下抑制制御を実行する。このように燃料添加弁12から燃料を噴射させることにより、回帰時期とリッチスパイクの実行時期とを同期させることができる。その後、今回の制御ルーチンを終了する。なお、この処理を実行することにより、ECU50が本発明のトルク低下抑制手段として機能する。
In the next step S16, the
このように低圧EGRガスを吸気通路4に導入しているときにリッチスパイクを実行する場合はトルク回復制御を実行し、燃料添加弁12から噴射した燃料の一部を気筒2内に導入するので、エンジン1のトルク低下を抑制することができる。気筒2内に導入された燃料は、気筒2内から排出される排気の空燃比をリッチ側に変化させるので、本来の目的であるリッチスパイクにも利用される。そのため、無駄に燃料を消費することなくエンジン1のトルク低下を抑制できる。
As described above, when the rich spike is executed when the low pressure EGR gas is being introduced into the
トルク低下抑制制御においては、気筒2内への排気の逆流が促進されるように吸気弁24の閉弁時期を変更してもよい。例えば、ピストン20が上死点から下死点に移動しているときに吸気弁24を閉弁させることにより、吸気通路4から気筒2内への吸気の流入を遮断して排気通路5から気筒2内への排気の逆流を促進させることができる。
In the torque reduction suppression control, the valve closing timing of the
また、トルク低下抑制制御においては、気筒2に吸入される吸気においてEGRガスが占める割合であるEGR率に基づいて気筒2内に排気とともに流入する燃料の量が調整されるように排気弁26の閉弁時期を変更してもよい。気筒2内の酸素濃度O2は、以下の式(1)によって表すことができる。なお、式(1)の定数φは、等量比である。
O2=0.21×(1−EGR率×φ) ・・・(1)
リッチスパイクによって空燃比が理論空燃比よりリッチな排気が吸気に導入される場合は等量比φが1になるため、気筒2内の酸素濃度はEGR率に応じて決まる。この場合、EGR率が高くなるほど気筒2内の酸素濃度が低下するので、エンジン1のトルクがさらに低下する。そのため、EGR率が高いほどより多くの燃料を排気とともに気筒2内に導入する必要がある。排気とともに気筒2内に流入する燃料量は、例えば排気弁26の閉弁時期にて調整することができる。排気弁26の閉弁時期を遅くするほど気筒2内に排気が逆流している時間が長くなるので、より多くの燃料を排気とともに気筒2内に導入することができる。そこで、ECU50は、例えば高圧EGR弁32の開度、低圧EGR弁34の開度、及び吸入空気量に基づいてEGR率を推定し、推定したEGR率に応じてトルク低下抑制制御時の排気弁26の閉弁時期を設定する。このようにEGR率を推定することにより、ECU50が本発明のEGR率取得手段として機能する。排気弁26の閉弁時期は、例えば図4に一例を示したEGR率と排気弁26の閉弁時期との関係を参照して設定すればよい。なお、図4に示した関係は、予め実験などにより求めて、ECU50のROMにマップとして記憶させておく。
In the torque reduction suppression control, the
O2 = 0.21 × (1-EGR rate × φ) (1)
When the exhaust gas having an air-fuel ratio richer than the stoichiometric air-fuel ratio is introduced into the intake air due to the rich spike, the equivalence ratio φ is 1, so the oxygen concentration in the
このようにEGR率に応じて排気弁26の閉弁時期を変更することにより、エンジン1のトルク低下を適切に抑制し、エンジン1のトルクの変動幅を小さくすることができる。
Thus, by changing the valve closing timing of the
なお、排気とともに気筒2内に流入させる燃料量を調整するパラメータは、排気弁26の閉弁時期に限定されない。例えば、燃料添加弁12から燃料を噴射させる噴射期間の開始時期及び終了時期を変更して排気とともに気筒2内に流入させる燃料量を調整してもよい。例えば、EGR率が高いほど噴射期間の開始時期を早めることにより、気筒2内に排気とともに燃料が流入し始める時期を早めることができる。そのため、より多くの燃料を排気とともに気筒2内に流入させることができる。また、EGR率が高いほど噴射期間の終了時期を遅くしてもよい。この場合、排気弁が開弁している開弁期間と噴射期間とが重なる時間を長くできるので、より多くの燃料を排気とともに気筒2内に流入させることができる。さらに、EGR率に応じて排気弁26の閉弁時期と、噴射期間の開始時期及び終了時期との両方を変更してもよい。
The parameter for adjusting the amount of fuel that flows into the
本発明は上述した形態に限定されることなく、種々の形態にて実施することができる。例えば、本発明が適用される内燃機関はディーゼルエンジンに限定されず、ガソリンその他の燃料を利用する各種の内燃機関に適用してよい。排気浄化装置には、吸蔵還元型のNOx触媒物質を担持させたフィルタの代わりに担体に吸蔵還元型のNOx触媒を担持させた排気浄化触媒を設けてもよい。その他、排気浄化装置には、排気の空燃比を一時的に理論空燃比よりリッチ側に設定するリッチスパイクにより機能が再生される種々の排気浄化手段を設けてよい。本発明が適用される内燃機関の可変動弁機構は、電磁駆動機構に限定されない。少なくとも各気筒の排気弁の閉弁時期を変更可能な動弁機構であればよく、例えば排気弁を開閉駆動するためのカムを電動モータで駆動する動弁機構でもよい。 This invention is not limited to the form mentioned above, It can implement with a various form. For example, the internal combustion engine to which the present invention is applied is not limited to a diesel engine, and may be applied to various internal combustion engines using gasoline or other fuels. The exhaust purification device may be provided with an exhaust purification catalyst in which a NOx storage reduction catalyst is supported on a carrier instead of a filter in which an NOx storage reduction catalyst material is supported. In addition, the exhaust purification device may be provided with various exhaust purification means whose function is regenerated by a rich spike that temporarily sets the air-fuel ratio of the exhaust to be richer than the stoichiometric air-fuel ratio. The variable valve mechanism of the internal combustion engine to which the present invention is applied is not limited to an electromagnetic drive mechanism. Any valve-operating mechanism that can change the closing timing of the exhaust valve of each cylinder may be used. For example, a valve-operating mechanism that drives a cam for opening / closing the exhaust valve with an electric motor may be used.
燃料添加弁が設けられる位置は上述した形態の位置に限定されない。燃料添加弁から噴射された燃料の一部が気筒内に逆流する排気とともに気筒内に流入する種々の位置に排気添加弁を設けてもよい。また、#1の気筒の排気ポート出口の周囲に限定されず、他の気筒の排気ポート出口の周囲に燃料添加弁を設けてもよい。ただし、この場合、燃料添加弁から噴射した燃料が高圧EGR通路を介して吸気通路に導入されることを防止すべく高圧EGR通路の排気取出し口とは離れた位置に燃料添加弁を設ける。さらに、燃料添加弁は、2つの気筒の排気ポートの出口の間、例えば#1の気筒の排気ポート出口と#2の気筒の排気ポート出口との間に設けてもよい。この場合、燃料添加弁から噴射した燃料を2つの気筒に導入することができる。そのため、これら2つの気筒におけるトルクの低下をそれぞれ抑制することができる。 The position where the fuel addition valve is provided is not limited to the above-described form. An exhaust addition valve may be provided at various positions where a part of the fuel injected from the fuel addition valve flows into the cylinder together with the exhaust that flows back into the cylinder. Further, the fuel addition valve may be provided around the exhaust port outlet of other cylinders without being limited to the periphery of the exhaust port outlet of the # 1 cylinder. However, in this case, a fuel addition valve is provided at a position away from the exhaust outlet of the high pressure EGR passage to prevent fuel injected from the fuel addition valve from being introduced into the intake passage via the high pressure EGR passage. Further, the fuel addition valve may be provided between the exhaust port outlets of the two cylinders, for example, between the exhaust port outlet of the # 1 cylinder and the exhaust port outlet of the # 2 cylinder. In this case, the fuel injected from the fuel addition valve can be introduced into the two cylinders. Therefore, it is possible to suppress a decrease in torque in these two cylinders.
上述した形態では、今回のリッチスパイクの実行時期と前回のリッチスパイクによる回帰時期とが同期するようにリッチスパイクの実行時期を制御しているが、今回のリッチスパイクの実行時期を前回よりも前に実行されたリッチスパイクに対応する回帰時期に同期させてもよい。また、上述した各形態では、排気通路、低圧EGR通路、及び吸気通路を1回経由して気筒に戻る時期を回帰時期としているが、これらを2回以上経由して気筒に戻る時期を回帰時期として本発明を実施してもよい。 In the above-described form, the execution time of the rich spike is controlled so that the execution time of this rich spike and the return time of the previous rich spike are synchronized. It is also possible to synchronize with the return time corresponding to the rich spike executed at the same time. In each of the above-described embodiments, the return time is defined as the return time to the cylinder via the exhaust passage, the low pressure EGR passage, and the intake passage once. The return time is defined as the return time to the cylinder via these two or more times. The present invention may be implemented as
1 内燃機関
2 気筒
4 吸気通路
5 排気通路
5a 排気マニホールド
12 燃料添加弁(燃料添加手段)
24 吸気弁
25 排気ポート
26 排気弁
27 可変動弁機構
31 低圧EGR通路(EGR通路)
41 フィルタ(排気浄化手段)
50 エンジンコントロールユニット(リッチスパイク実行手段、トルク低下抑制手段、回帰時期特定手段、EGR率取得手段)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
24
41 Filter (exhaust gas purification means)
50 engine control unit (rich spike execution means, torque drop suppression means, return timing identification means, EGR rate acquisition means)
Claims (9)
前記リッチスパイク実行手段は、前記所定の再生条件が成立し、かつ前記EGR通路を介してEGRガスが前記吸気通路に導かれている場合に、前記リッチスパイクの実行時に前記燃料添加手段から噴射された燃料の一部が前記内燃機関の気筒内に逆流する排気とともに前記気筒内に導かれるように前記燃料添加手段から燃料を噴射させるトルク低下抑制手段を備えていることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 Exhaust purification means provided in the exhaust passage, whose function is regenerated by a rich spike that temporarily sets the air-fuel ratio of the exhaust to be richer than the stoichiometric air-fuel ratio, and fuel is injected into the exhaust passage upstream of the exhaust purification means A fuel addition means, an EGR passage for leading part of the exhaust gas from the exhaust passage downstream of the exhaust purification means to the intake passage as EGR gas, and the rich spike with respect to the exhaust purification means when a predetermined regeneration condition is satisfied. An exhaust purification device for an internal combustion engine, comprising: rich spike execution means for injecting fuel from the fuel addition means so that
The rich spike execution means is injected from the fuel addition means during execution of the rich spike when the predetermined regeneration condition is satisfied and EGR gas is guided to the intake passage through the EGR passage. An internal combustion engine comprising: a torque reduction suppressing means for injecting fuel from the fuel adding means so that a part of the fuel is introduced into the cylinder together with exhaust gas flowing back into the cylinder of the internal combustion engine. Exhaust purification device.
前記トルク低下抑制手段は、前記所定の再生条件が成立し、かつ前記EGR通路を介してEGRガスが前記吸気通路に導かれている場合、リッチスパイクの実行時期をこのリッチスパイクにおいて前記燃料添加手段から噴射される燃料の一部が排気とともに前記気筒内に導かれる時期とこのリッチスパイクよりも前に実行されたリッチスパイクの前記回帰時期とが同期するように調整することを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。 Regression timing specifying means for specifying the return timing when the exhaust gas whose air-fuel ratio is set to be richer than the stoichiometric air-fuel ratio by execution of rich spike returns to the cylinder via the EGR passage and the intake passage is further provided,
When the predetermined regeneration condition is satisfied and the EGR gas is guided to the intake passage through the EGR passage, the torque reduction suppressing means determines the execution time of the rich spike in the fuel addition means in the rich spike. The time when a part of the fuel injected from the fuel is introduced into the cylinder together with the exhaust gas and the return time of the rich spike executed before the rich spike are adjusted to be synchronized with each other. The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3.
前記トルク低下抑制手段は、前記所定の再生条件が成立し、かつ前記EGR通路を介してEGRガスが前記吸気通路に導かれている場合、前記可変動弁機構を制御して前記気筒内に排気が逆流するように前記排気弁の閉弁時期を遅角させることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。 A variable valve mechanism capable of changing the closing timing of the exhaust valve of the cylinder;
When the predetermined regeneration condition is satisfied and the EGR gas is guided to the intake passage via the EGR passage, the torque reduction suppressing means controls the variable valve mechanism to exhaust the exhaust gas into the cylinder. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 4, wherein the valve closing timing of the exhaust valve is retarded so that a reverse flow of the exhaust gas occurs.
前記トルク低下抑制手段は、前記所定の再生条件が成立し、かつ前記EGR通路を介してEGRガスが前記吸気通路に導かれている場合、前記可変動弁機構を制御して前記気筒内への排気の逆流が促進されるように前記吸気弁の閉弁時期を変更することを特徴とする請求項5に記載の内燃機関の排気浄化装置。 The variable valve mechanism can change the closing timing of the intake valve of the cylinder,
When the predetermined regeneration condition is satisfied and the EGR gas is guided to the intake passage through the EGR passage, the torque reduction suppressing means controls the variable valve mechanism to enter the cylinder. 6. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 5, wherein the closing timing of the intake valve is changed so that the backflow of the exhaust gas is promoted.
前記トルク低下抑制手段は、前記EGR率取得手段によって取得されたEGR率に応じて排気とともに前記気筒内に導かれる燃料量が調整されるように前記燃料添加手段から燃料を噴射させる噴射期間及び前記排気弁の閉弁時期の少なくともいずれか一方を変更することを特徴とする請求項5又は6に記載の内燃機関の排気浄化装置。 EGR rate acquisition means for acquiring an EGR rate that is a ratio of EGR gas in the intake air sucked into the cylinder;
The torque reduction suppressing means includes an injection period for injecting fuel from the fuel adding means so that an amount of fuel introduced into the cylinder together with exhaust gas is adjusted according to the EGR rate acquired by the EGR rate acquiring means, and The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to claim 5 or 6, wherein at least one of the closing timings of the exhaust valves is changed.
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JP2011241746A (en) * | 2010-05-18 | 2011-12-01 | Hino Motors Ltd | Exhaust emission control device |
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- 2007-08-09 JP JP2007207444A patent/JP2009041453A/en active Pending
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