JP2009174443A - Exhaust emission control device for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
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.
流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中に含まれるNOxを吸蔵し、流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチになると吸蔵したNOxを還元浄化するNOx吸蔵還元触媒を機関排気通路内に配置した内燃機関が公知である。この内燃機関ではリーン空燃比の下で燃焼が行われているときに発生するNOxがNOx吸蔵還元触媒に吸蔵される。一方、NOx吸蔵還元触媒のNOx吸蔵能力が飽和に近づくと排気ガスの空燃比が一時的にリッチにされ、それによってNOx吸蔵還元触媒からNOxが還元浄化される。 An NOx storage reduction catalyst that stores NOx contained in the exhaust gas when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lean and reduces and purifies the stored NOx when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas becomes the stoichiometric air-fuel ratio or rich An internal combustion engine arranged in an exhaust passage is known. In this internal combustion engine, NOx generated when combustion is performed under a lean air-fuel ratio is stored in the NOx storage reduction catalyst. On the other hand, when the NOx occlusion capacity of the NOx occlusion reduction catalyst approaches saturation, the air-fuel ratio of the exhaust gas is temporarily made rich, whereby NOx is reduced and purified from the NOx occlusion reduction catalyst.
ところで燃料及び潤滑油内には硫黄が含まれており、従って排気ガス中には硫黄化合物(例えば、SOxやH2S等)が含まれている。この硫黄化合物はNOxと共にNOx吸蔵還元触媒に吸蔵される。ところがこの硫黄化合物は排気ガスの空燃比を単にリッチにしただけではNOx吸蔵還元触媒から放出されず、従ってNOx吸蔵還元触媒に吸蔵されている硫黄化合物の量が次第に増大していく(以下、「硫黄被毒」という)。その結果としてNOx吸蔵還元触媒に吸蔵しうるNOx量が次第に減少してしまう。 By the way, sulfur is contained in the fuel and the lubricating oil. Therefore, the exhaust gas contains sulfur compounds (for example, SOx, H 2 S, etc.). This sulfur compound is stored in the NOx storage reduction catalyst together with NOx. However, this sulfur compound is not released from the NOx occlusion reduction catalyst simply by making the air-fuel ratio of the exhaust gas rich, and therefore the amount of the sulfur compound occluded in the NOx occlusion reduction catalyst gradually increases (hereinafter, “ Called sulfur poisoning). As a result, the amount of NOx that can be stored in the NOx storage reduction catalyst gradually decreases.
NOx吸蔵還元触媒から硫黄化合物を放出させる(即ち、硫黄被毒から回復させる)ために、NOx吸蔵還元触媒の触媒温度を硫黄化合物が放出される温度、即ち、硫黄化合物放出温度(例えば、600℃)にまで昇温させると共に、NOx吸蔵還元触媒に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比又はリッチ空燃比にする硫黄被毒回復制御を行う必要がある。 In order to release the sulfur compound from the NOx occlusion reduction catalyst (that is, recover from sulfur poisoning), the catalyst temperature of the NOx occlusion reduction catalyst is set to the temperature at which the sulfur compound is released, that is, the sulfur compound emission temperature (for example, 600 ° C. And the sulfur poisoning recovery control to make the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx storage reduction catalyst the stoichiometric air-fuel ratio or rich air-fuel ratio.
そこで、NOx吸蔵還元触媒の触媒温度を硫黄化合物放出温度まで昇温させると共にNOx吸蔵還元触媒に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比にする内燃機関の排気浄化装置が公知である(特許文献1)。 Therefore, an exhaust purification device for an internal combustion engine is known in which the catalyst temperature of the NOx storage reduction catalyst is raised to the sulfur compound release temperature and the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx storage reduction catalyst is made the stoichiometric air-fuel ratio (Patent Document). 1).
特許文献1に開示されている内燃機関は、複数の気筒を備え、これら気筒を2つの気筒群に分け、各気筒群にそれぞれ排気管(以下「排気枝管」という)を接続すると共にこれら排気枝管を下流側で合流させて共通の1つの排気管(以下「共通排気管」という)に接続し、共通排気管内にNOx吸蔵還元触媒を配置している。この構成において、NOx吸蔵還元触媒の硫黄被毒回復をすべきときに、一方の気筒群からはリッチ空燃比の排気ガス(以下「リッチ排気ガス」という)を排出させると共に他方の気筒群からはリーン空燃比の排気ガス(以下「リーン排気ガス」という)を排出させる。そして、リッチ排気ガスとリーン排気ガスが、NOx吸蔵還元触媒上流で混合したときに排気ガスのトータルの空燃比が理論空燃比となるように、リッチ排気ガスのリッチ度合及びリーン排気ガスのリーン度合が調整される。更にこのとき、リッチ排気ガスとリーン排気ガスとが混合することで、NOx吸蔵還元触媒においてリッチ排気ガス中の燃料とリーン排気ガス中の酸素とが反応し、その反応熱によってNOx吸蔵還元触媒の触媒温度が昇温する。
The internal combustion engine disclosed in
こうして、特許文献1に開示されている内燃機関では、NOx吸蔵還元触媒の触媒温度を硫黄化合物放出温度にまで昇温させると共にNOx吸蔵還元触媒に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比又はリッチ空燃比にし、NOx吸蔵還元触媒から硫黄化合物を放出させている。
Thus, in the internal combustion engine disclosed in
ところで、上述の特許文献1に開示された硫黄被毒回復制御によると、NOx吸蔵還元触媒における反応熱は、その上流共通排気管内で混合するリッチ排気ガスとリーン排気ガスとの空燃比差に依存する。即ち、NOx吸蔵還元触媒上流で混合したときの排気ガスのトータルの空燃比は理論空燃比に制御されるので、リッチ排気ガスとリーン排気ガスとの空燃比差が大きい方が、反応可能な燃料量と酸素量が多くなる。そのため、大きな反応熱を得ることができる。従って、硫黄被毒回復制御の中で、目標とする硫黄化合物放出温度と現在のNOx吸蔵還元触媒の触媒温度との差に応じて、リッチ排気ガスとリーン排気ガスとの空燃比差、即ち、トータルの燃料量と酸素量が調整される。
By the way, according to the sulfur poisoning recovery control disclosed in
しかし、燃料噴射弁の製造誤差や経年による変形等に起因する燃料噴射量のばらつきや誤差等によって、リッチ排気ガス中の燃料量が目標より少なく、また、リーン排気ガス中の燃料量が目標より多くなってしまうことがある。この場合、目標とする空燃比差を得ることができず、NOx吸蔵還元触媒の触媒温度を硫黄化合物放出温度まで昇温させることができない、又は昇温させるのに時間がかかるという問題がある。 However, the fuel amount in the rich exhaust gas is less than the target due to the manufacturing error of the fuel injection valve or the variation or error in the fuel injection amount due to deformation due to aging, etc. The fuel amount in the lean exhaust gas is less than the target It may increase. In this case, there is a problem that the target air-fuel ratio difference cannot be obtained, and the catalyst temperature of the NOx storage reduction catalyst cannot be raised to the sulfur compound release temperature, or it takes time to raise the temperature.
そこで本発明は上記問題に鑑み、硫黄被毒回復制御を実行したときに、NOx吸蔵還元触媒の触媒温度を硫黄化合物放出温度までより確実に昇温させることができる内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。 Accordingly, in view of the above problems, the present invention provides an exhaust purification device for an internal combustion engine that can reliably raise the catalyst temperature of the NOx storage reduction catalyst to the sulfur compound release temperature when the sulfur poisoning recovery control is executed. The purpose is to do.
前記課題を解決するために請求項1に記載の発明によれば、複数の気筒を備え、これら気筒を2つの気筒群に分け、各気筒群にそれぞれ排気枝管を接続すると共にこれら排気枝管を下流側で合流させて共通の1つの排気管に接続した内燃機関の排気浄化装置であって、前記共通の1つの排気管内にNOx吸蔵還元触媒を配置し、該NOx吸蔵還元触媒の硫黄被毒回復をすべきときに、第1の気筒群からはリッチ空燃比の排気ガスを排出させると共に第2の気筒群からはリーン空燃比の排気ガスを排出させ、リッチ空燃比の排気ガスとリーン空燃比の排気ガスとが前記共通の1つの排気管内で混合した後NOx吸蔵還元触媒において反応し、これら排気ガスの空燃比差に応じて得られる反応熱によってNOx吸蔵還元触媒から硫黄化合物が放出される硫黄化合物放出温度まで昇温させる昇温制御を行う排気浄化装置において、予め定められた時間内にNOx吸蔵還元触媒が硫黄化合物放出温度まで昇温しないと判断されたとき、前記空燃比差を増加させる空燃比差増加制御を行う内燃機関の排気浄化装置が提供される。ここで、本発明において、硫黄化合物には、例えば、SOxやH2S等が含まれる。 In order to solve the above-mentioned problem, according to the first aspect of the present invention, a plurality of cylinders are provided, the cylinders are divided into two cylinder groups, and exhaust branch pipes are connected to the respective cylinder groups, and the exhaust branch pipes are connected. Are exhaust gas purification apparatuses for an internal combustion engine in which the NOx occlusion reduction catalyst is disposed in the common exhaust pipe, and the sulfur coverage of the NOx occlusion reduction catalyst is When poison recovery is to be performed, exhaust gas having a rich air-fuel ratio is exhausted from the first cylinder group, and exhaust gas having a lean air-fuel ratio is exhausted from the second cylinder group. After mixing with the air-fuel ratio exhaust gas in the common exhaust pipe, it reacts in the NOx occlusion reduction catalyst, and the sulfur compound is released from the NOx occlusion reduction catalyst by the reaction heat obtained according to the air-fuel ratio difference of these exhaust gases. In the exhaust purification device that controls the temperature rise to raise the sulfur compound release temperature, when the NOx storage reduction catalyst is determined not to raise the temperature to the sulfur compound release temperature within a predetermined time, the air-fuel ratio difference is increased. An exhaust emission control device for an internal combustion engine that performs an increase control to increase an air-fuel ratio difference is provided. Here, in the present invention, the sulfur compound includes, for example, SOx and H 2 S.
また、請求項2に記載の発明によれば請求項1に記載の発明において、前記昇温制御が、空燃比のリッチ側の下限値を制限するリッチ側のガード値を含み、前記空燃比差増加制御が、前記リッチ側のガード値をよりリッチに変更し、第1の気筒群から排出される排気ガスの空燃比をよりリッチにする制御である内燃機関の排気浄化装置が提供される。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the temperature increase control includes a rich-side guard value that limits a rich-side lower limit value of the air-fuel ratio, and the air-fuel ratio difference An exhaust purification device for an internal combustion engine is provided in which the increase control is a control for changing the rich-side guard value to be richer and making the air-fuel ratio of exhaust gas discharged from the first cylinder group richer.
また、請求項3に記載の発明によれば請求項1又は2に記載の発明において、前記昇温制御が、空燃比のリーン側の上限値を制限するリーン側のガード値を含み、前記空燃比差増加制御が、前記リーン側のガード値をよりリーンに変更し、第2の気筒群から排出される排気ガスの空燃比をよりリーンにする制御である内燃機関の排気浄化装置が提供される。 According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, the temperature increase control includes a lean-side guard value that limits a lean-side upper limit value of the air-fuel ratio, and There is provided an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine in which the fuel ratio difference increasing control is a control for changing the lean side guard value to be leaner and making the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the second cylinder group leaner. The
また、請求項4に記載の発明によれば請求項1に記載の発明において、前記昇温制御が、空燃比のリッチ側の下限値を制限するリッチ側のガード値及びリーン側の上限値を制限するリーン側のガード値を含み、前記空燃比差増加制御が、これらガード値を変更することなく、第1の気筒群からは当該空燃比差増加制御を行わないときに第2の気筒群から排出される排気ガスよりもリーン空燃比の排気ガスを排出させ、第2の気筒群からは当該空燃比差増加制御を行わないときに第1の気筒群から排出される排気ガスよりもリッチ空燃比の排気ガスを排出させる制御である内燃機関の排気浄化装置が提供される。 According to a fourth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the temperature increase control includes a rich-side guard value and a lean-side upper limit value that limit the rich-side lower limit value of the air-fuel ratio. A lean side guard value to be limited, and when the air-fuel ratio difference increase control does not change the guard value and does not perform the air-fuel ratio difference increase control from the first cylinder group, the second cylinder group The exhaust gas having a leaner air-fuel ratio than the exhaust gas discharged from the exhaust gas is discharged, and the second cylinder group is richer than the exhaust gas discharged from the first cylinder group when the air-fuel ratio difference increase control is not performed. An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, which is control for exhausting air-fuel ratio exhaust gas, is provided.
また、請求項5に記載の発明によれば請求項1から4のいずれか1つに記載の発明において、前記空燃比差から推定される推定触媒温度と硫黄化合物放出温度との差が予め定められた値よりも小さい状態が予め定められた時間以上継続したとき、前記予め定められた時間内に前記NOx吸蔵還元触媒が硫黄化合物放出温度まで昇温しないと判断する内燃機関の排気浄化装置が提供される。
Further, according to the invention described in claim 5, in the invention described in any one of
各請求項に記載の発明によれば、硫黄被毒回復制御を実行したときに、NOx吸蔵還元触媒の触媒温度を硫黄化合物放出温度までより確実に昇温させることができるという共通の効果を奏する。 According to the invention described in each claim, when the sulfur poisoning recovery control is executed, there is a common effect that the catalyst temperature of the NOx occlusion reduction catalyst can be more reliably raised to the sulfur compound release temperature. .
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図1は、本発明の排気浄化装置を備えた内燃機関を示している。図1において、1は内燃機関の本体を示し、♯1から♯4はそれぞれ第1気筒、第2気筒、第3気筒、第4気筒を示している。各気筒には、それぞれ対応して、燃料噴射弁21,22,23,24が設けられている。また、各気筒には、それぞれ対応する吸気枝管3を介して吸気管4が接続されている。また、第1気筒及び第4気筒には、第1の排気枝管5が接続されており、第2気筒及び第3気筒には、第2の排気枝管6が接続されている。即ち、第1気筒と第4気筒とをまとめて第1の気筒群と称し、第2気筒と第3気筒とをまとめて第2の気筒群と称したとき、第1の気筒群には、第1の排気枝管5が接続されており、第2の気筒群には、第2の排気枝管6が接続されている。そして、これら排気枝管5,6は、下流側において合流し、共通の1つの排気管である共通排気管7に接続されている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows an internal combustion engine equipped with the exhaust emission control device of the present invention. In FIG. 1, 1 indicates a main body of an internal combustion engine, and # 1 to # 4 indicate a first cylinder, a second cylinder, a third cylinder, and a fourth cylinder, respectively. Each cylinder is provided with
なお、第1の排気枝管5は、下流側では1つの排気枝管であるが、上流側では2つに分岐しており、これら2つに分岐した排気枝管がそれぞれ第1気筒及び第4気筒に接続されている。同様に、第2の排気枝管6も、下流側では1つの排気枝管であるが、上流側では2つに分岐しており、これら2つに分岐した排気枝管がそれぞれ第2気筒及び第3気筒に接続されている。
The first exhaust branch pipe 5 is one exhaust branch pipe on the downstream side, but is branched into two on the upstream side, and the exhaust branch pipes branched into these two are the first cylinder and the first cylinder, respectively. It is connected to 4 cylinders. Similarly, the second
各排気枝管5,6の集合部分には、それぞれ、三元触媒8,9が配置されており、排気管7には、NOx吸蔵還元触媒10が配置されている。また、各三元触媒5,6上流の排気枝管5,6の集合部分には、それぞれ、酸素センサ11,12が配置されている。また、NOx吸蔵還元触媒10上流及び下流の排気管には、それぞれ、空燃比センサ13,酸素センサ14が配置されている。更に、NOx吸蔵還元触媒10には、その触媒温度を検出するための温度センサ15が取り付けられている。吸気管4上流には、吸入空気流量を検出するためのエアフローメータ16とスロットル弁17とが配置される。
Three-
電子制御ユニット(ECU)30はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス31によって互いに接続されたROM(リードオンリメモリ)32、RAM(ランダムアクセスメモリ)33、CPU(マイクロプロセッサ)34、入力ポート35及び出力ポート36を具備する。空燃比センサ13は、図2に示したように、排気枝管又は共通排気管内を通過する排気ガス中の酸素濃度に基づいて、排気ガスの空燃比に略比例した出力電圧を発生する。一方、酸素センサ11,12,14は、図3に示したように、NOx吸蔵還元触媒10下流の排気管内を通過する排気ガス、即ちNOx吸蔵還元触媒10を通過した後の排気ガス中の酸素濃度に基づいて、排気ガスの空燃比が理論空燃比(約14.7)よりもリッチであるかリーンであるかによって大きく異なる出力電圧を発生する。これら出力電圧は対応するAD変換器37を介して入力ポート35に入力される。また、温度センサ15及びエアフローメータ16の出力信号はそれぞれ対応するAD変換器37を介して入力ポート35に入力される。
The electronic control unit (ECU) 30 is a digital computer and includes a ROM (Read Only Memory) 32, a RAM (Random Access Memory) 33, a CPU (Microprocessor) 34, an
アクセルペダル39にはアクセルペダル39の踏込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ40が接続され、負荷センサ40の出力電圧は対応するAD変換器37を介して入力ポート35に入力される。更に入力ポート35にはクランクシャフトが例えば15°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ41が接続される。一方、出力ポート36は対応する駆動回路38を介して燃料噴射弁21,22,23,24、及びスロットル弁17駆動用ステップモータ(図示せず)に接続される。
A
三元触媒8,9は、その温度が或る温度(いわゆる、活性温度)以上であって、且つ、そこに流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比近傍にあるときに、排気ガス中の窒素酸化物(NOx)、一酸化炭素(CO)、及び、炭化水素(HC)を同時に高い浄化率にて浄化する。一方、三元触媒は、そこに流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンであるときには、排気ガス中の酸素を吸収し、そこに流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチであるときには、吸収した酸素を放出する酸素吸放出能力を有する。この酸素吸放出能力が正常に機能する限り流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンであってもリッチであっても、三元触媒内の雰囲気の空燃比が略理論空燃比近傍に維持されるので、排気ガス中のNOx、CO、HCが同時に高い浄化率で浄化される。
The three-
NOx吸蔵還元触媒10は、その温度が或る温度(いわゆる、活性温度)以上であって、且つ、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中に含まれるNOxを吸蔵し流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチになると吸蔵したNOxを還元浄化する。
The NOx
ところで、上述したように、NOx吸蔵還元触媒10にNOxが保持される条件において、排気ガス中に硫黄化合物(例えば、SOxやH2S等)が含まれていると、この硫黄化合物もNOx吸蔵還元触媒10に吸蔵されてしまう。NOx吸蔵還元触媒10に硫黄化合物が吸蔵されると、その分、NOx吸蔵還元触媒10が吸蔵することができるNOxの量が少なくなってしまう。このため、NOx吸蔵還元触媒10のNOx吸蔵能力をできるだけ高く維持しておくためには、NOx吸蔵還元触媒10から硫黄化合物を放出させる必要がある。ここで、NOx吸蔵還元触媒10の温度を、NOx吸蔵還元触媒10から硫黄化合物を放出させるのに最低限必要な温度、即ち、硫黄化合物放出温度にした状態で、NOx吸蔵還元触媒10に理論空燃比又はリッチ(好ましくは、理論空燃比に極めて近いリッチ)の排気ガスを供給すれば、NOx吸蔵還元触媒10から硫黄化合物を放出させることができる。
By the way, as described above, if the exhaust gas contains a sulfur compound (for example, SOx, H 2 S, etc.) under the condition in which NOx is retained in the NOx
そこで、NOx吸蔵還元触媒10から硫黄化合物を放出すべきときには、本実施形態では、以下に説明する硫黄被毒回復制御を実行することによって、NOx吸蔵還元触媒10の触媒温度を硫黄化合物放出温度にすると共にNOx吸蔵還元触媒10に理論空燃比又はリッチ空燃比の排気ガスを供給する。ここで、NOx吸蔵還元触媒10から硫黄化合物を放出すべきときとは、NOx吸蔵還元触媒10に吸蔵された推定硫黄化合物量ΣSが予め定められた値MAXを超えたときをいう。
Therefore, when the sulfur compound is to be released from the NOx
燃料中には或る割合で硫黄が含まれており、従って排気ガス中に含まれる硫黄化合物量、即ちNOx吸蔵還元触媒10に吸蔵される硫黄化合物量は燃料噴射量に比例する。燃料噴射量は要求トルク及び機関回転数の関数であり、従ってNOx吸蔵還元触媒10に吸蔵される硫黄化合物量も要求トルク及び機関回転数の関数となる。従って、単位時間当りにNOx吸蔵還元触媒10に吸蔵される硫黄化合物量を要求トルク及び機関回転数の関数として予め実験等によって求め、マップ又は計算式としてROM32に保存する。このマップ又は計算式に基づいて算出された単位時間当たりの硫黄化合物量を積算することによって、NOx吸蔵還元触媒10に吸蔵された推定硫黄化合物量ΣSを算出することができる。
Sulfur is contained in the fuel at a certain ratio. Therefore, the amount of sulfur compound contained in the exhaust gas, that is, the amount of sulfur compound stored in the NOx
本実施形態による硫黄被毒回復制御の実行中、第1気筒#1及び第4気筒#4(即ち、第1の気筒群)からリッチ空燃比の排気ガス(以下「リッチ排気ガス」という)が排出されると共に第2気筒#2及び第3気筒#3(即ち、第2の気筒群)からリーン空燃比の排気ガス(以下「リーン排気ガス」という)が排出されるように、各気筒に充填される混合気の空燃比を制御する。
During execution of the sulfur poisoning recovery control according to the present embodiment, rich air-fuel ratio exhaust gas (hereinafter referred to as “rich exhaust gas”) from the
即ち、硫黄被毒回復制御実行中、第1の気筒群においては排出される排気ガスの空燃比がリッチ空燃比とされ、第2の気筒群においては排出される排気ガスのがリーン空燃比とされる(以下「硫黄被毒回復空燃比制御」という)。このとき、第1の気筒群からのリッチ排気ガスのリッチ度合、及び、第2の気筒群からのリーン排気ガスのリーン度合は、各気筒から排出されたリッチ排気ガスとリーン排気ガスとがNOx吸蔵還元触媒10上流で混合してNOx吸蔵還元触媒10に流入するときに、トータルの排気ガスの空燃比が理論空燃比又は所望のリッチ空燃比となるように、空燃比センサ13の出力に基づいて制御される。これにより、NOx吸蔵還元触媒10に理論空燃比又はリッチ空燃比の排気ガスが供給されることになる。
That is, during execution of the sulfur poisoning recovery control, the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged in the first cylinder group is set to the rich air-fuel ratio, and the exhaust gas discharged in the second cylinder group is set to the lean air-fuel ratio. (Hereinafter referred to as “sulfur poisoning recovery air-fuel ratio control”). At this time, the rich degree of the rich exhaust gas from the first cylinder group and the lean degree of the lean exhaust gas from the second cylinder group are determined based on whether the rich exhaust gas and the lean exhaust gas discharged from each cylinder are NOx. Based on the output of the air-
リッチ排気ガスとリーン排気ガスとが混合すると、NOx吸蔵還元触媒10においてリッチ排気ガス中の燃料とリーン排気ガス中の酸素とが反応し、反応熱が発生する。この反応熱は、上述のように、リッチ排気ガスとリーン排気ガスとの空燃比差に依存する。即ち、NOx吸蔵還元触媒10上流で混合したときの排気ガスのトータルの空燃比を理論空燃比に制御すると、リッチ排気ガスとリーン排気ガスとの空燃比差が大きい方が、反応可能な燃料量と酸素量が多くなる。そのため、大きな反応熱を得ることができる。上記トータルの空燃比を理論空燃比に制御されたときに、各気筒群から排出されるリッチ排気ガスとリーン排気ガスとの空燃比差を、以下、単に「空燃比差」という。
When the rich exhaust gas and the lean exhaust gas are mixed, the fuel in the rich exhaust gas reacts with the oxygen in the lean exhaust gas in the NOx
従って、硫黄被毒回復制御の中で、目標とする硫黄化合物放出温度に応じて空燃比差、即ち、反応可能な燃料量と酸素量が調整される。具体的には、空燃比差とNOx吸蔵還元触媒10の触媒温度との関係を予め実験又は計算によってマップ又は計算式として求め、それをROM32に保存する。そのマップ又は計算式に基づいて、NOx吸蔵還元触媒10の触媒温度が硫黄化合物放出温度となるように空燃比差の大きさが制御される。NOx吸蔵還元触媒10の温度が硫黄化合物放出温度となり、且つ、NOx吸蔵還元触媒10に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチ空燃比となったとき、NOx吸蔵還元触媒10から硫黄化合物が放出されることになる。
Therefore, in the sulfur poisoning recovery control, the air-fuel ratio difference, that is, the reactable fuel amount and oxygen amount is adjusted according to the target sulfur compound release temperature. Specifically, the relationship between the air-fuel ratio difference and the catalyst temperature of the NOx
なお、硫黄被毒回復制御を実行していないときは、通常空燃比制御によって各気筒群から排出される排気ガスの空燃比ががそれぞれ理論空燃比となるように制御される。従って、共通排気管で混合しNOx吸蔵還元触媒10に流入する排気ガス中には反応可能な燃料と酸素がほとんどなく、NOx吸蔵還元触媒10において反応熱が発生することはない。従ってNOx吸蔵還元触媒10の触媒温度が硫黄化合物放出温度にまで昇温することがないため、硫黄化合物が放出することもない。
When the sulfur poisoning recovery control is not executed, the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from each cylinder group is controlled by the normal air-fuel ratio control such that the air-fuel ratio becomes the stoichiometric air-fuel ratio. Accordingly, the exhaust gas mixed in the common exhaust pipe and flowing into the NOx
まず、本実施形態の通常空燃比制御についてより具体的に説明する。本実施形態では、後述する硫黄被毒回復制御の実行時以外の通常運転時は、各気筒群から排出される排気ガスの空燃比が理論空燃比となるように制御される。排気ガスの空燃比を理論空燃比とするのに基準となる燃料噴射弁の開弁時間(以下「基準開弁時間」という)が式(1)によって決定される。ここで、αは定数、Gaは吸入空気量(気筒に吸入される空気の量)、Neは機関回転数である。即ち、本実施形態によれば、基準開弁時間は、単位機関回転数当たりの吸入空気量が多いほど長くなる。
TAUB=α×Ga/Ne …(1)
First, the normal air-fuel ratio control of this embodiment will be described more specifically. In the present embodiment, during normal operation other than during execution of sulfur poisoning recovery control described later, control is performed so that the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from each cylinder group becomes the stoichiometric air-fuel ratio. The reference valve opening time (hereinafter referred to as “reference valve opening time”) for determining the air-fuel ratio of the exhaust gas as the stoichiometric air-fuel ratio is determined by equation (1). Here, α is a constant, Ga is the intake air amount (the amount of air taken into the cylinder), and Ne is the engine speed. That is, according to the present embodiment, the reference valve opening time becomes longer as the intake air amount per unit engine speed is larger.
TAUB = α × Ga / Ne (1)
そして、燃料噴射弁の実際の開弁時間(以下「実開弁時間」という)TAUが式(2)に従って算出される。βは機関運転状態に応じて決まる定数である。
TAU=TAUB×β …(2)
Then, the actual valve opening time (hereinafter referred to as “actual valve opening time”) TAU of the fuel injection valve is calculated according to the equation (2). β is a constant determined according to the engine operating state.
TAU = TAUB × β (2)
こうして、本実施形態によれば、通常運転時は各気筒群から排出される排気ガスの空燃比は理論空燃比に維持される。 Thus, according to the present embodiment, during normal operation, the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from each cylinder group is maintained at the stoichiometric air-fuel ratio.
次に、本実施形態の硫黄被毒回復制御実行中に、一方の気筒群から排出される排気ガスの空燃比をリッチ空燃比とし、他方の気筒群から排出される排気ガスの空燃比をリーン空燃比とする硫黄被毒回復空燃比制御についてより具体的に説明する。本実施形態では、基準開弁時間が式(3)によって決定される。この式(3)は上述の式(1)と同じであり、αは定数、Gaは吸入空気量、Neは機関回転数である。
TAUB=α×Ga/Ne …(3)
Next, during execution of the sulfur poisoning recovery control of the present embodiment, the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from one cylinder group is set to the rich air-fuel ratio, and the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the other cylinder group is set to the lean air-fuel ratio. The sulfur poisoning recovery air-fuel ratio control for making the air-fuel ratio will be described more specifically. In the present embodiment, the reference valve opening time is determined by equation (3). This equation (3) is the same as the above equation (1), α is a constant, Ga is the intake air amount, and Ne is the engine speed.
TAUB = α × Ga / Ne (3)
そして、リーン排気ガスを排出するように燃焼させる気筒における実開弁時間(以下「リーン実開弁時間」という)TAULが式(4)に従って算出され、リッチ排気ガスを排出するように燃焼させる気筒における実開弁時間(以下「リッチ実開弁時間」という)TAURが式(5)に従って算出される。
TAUR=TAUB×β×KR …(4)
TAUL=TAUB×β×KL …(5)
Then, the actual valve opening time (hereinafter referred to as “lean actual valve opening time”) TAUL in the cylinder that burns so as to discharge lean exhaust gas is calculated according to the equation (4), and the cylinder that burns so as to discharge rich exhaust gas The actual valve opening time (hereinafter referred to as “rich actual valve opening time”) TAUR is calculated according to the equation (5).
TAUR = TAUB × β × KR (4)
TAUL = TAUB × β × KL (5)
ここで、KRは燃料噴射量が多くなるように基準開弁時間を長くするためのリッチ補正係数(KR≧1)であり、KLは燃料噴射量が少なくなるように基準開弁時間を短くするためのリーン補正係数(0<KL≦1)である。リッチ補正係数KRとリーン補正係数KLは、トータルの排気ガスの空燃比を理論空燃比とするように制御されることとから、変数sを用いて式(6)及び式(7)となる。βは機関運転状態に応じて決まる定数である。
KR=1+s …(6)
KL=1−s …(7)
Here, KR is a rich correction coefficient (KR ≧ 1) for extending the reference valve opening time so that the fuel injection amount increases, and KL shortens the reference valve opening time so that the fuel injection amount decreases. Therefore, the lean correction coefficient (0 <KL ≦ 1). Since the rich correction coefficient KR and the lean correction coefficient KL are controlled so that the total air-fuel ratio of the exhaust gas becomes the stoichiometric air-fuel ratio, Expressions (6) and (7) are obtained using the variable s. β is a constant determined according to the engine operating state.
KR = 1 + s (6)
KL = 1-s (7)
ここで、式(4)及び式(5)は、式(2)に示す各気筒群から排出される排気ガスの空燃比を理論空燃比にするための実開弁時間TAUにリッチ補正係数KR又はリーン補正係数KLを掛けたものである。従って、リッチ排気ガスの空燃比AFR及びリーン排気ガスの空燃比AFLは、理論空燃比AF0を用いて式(8)及び式(9)に従って算出される。従って、式(8)及び式(9)より、空燃比差ΔAFは式(10)に従って算出される。
AFR=AF0/KR …(8)
AFL=AF0/KL …(9)
ΔAF=AF0×(1/KL−1/KR) …(10)
Here, the expressions (4) and (5) are expressed by the rich correction coefficient KR in the actual valve opening time TAU for setting the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from each cylinder group shown in the expression (2) to the stoichiometric air-fuel ratio. Or it is multiplied by the lean correction coefficient KL. Accordingly, the air-fuel ratio AFR of the rich exhaust gas and the air-fuel ratio AFL of the lean exhaust gas are calculated according to the equations (8) and (9) using the theoretical air-fuel ratio AF0. Therefore, the air-fuel ratio difference ΔAF is calculated according to the equation (10) from the equations (8) and (9).
AFR = AF0 / KR (8)
AFL = AF0 / KL (9)
ΔAF = AF0 × (1 /
従って、上述の空燃比差ΔAFとNOx吸蔵還元触媒10の触媒温度との関係を示すマップ又は計算式は、リッチ補正係数KR及びリーン補正係数KLの関数として表すことができる。即ち、目標触媒温度に基づいて、マップ又は計算式からそれに相当する空燃比差ΔAFが算出され、式(6)、式(7)及び式(10)からリッチ補正係数KR及びリーン補正係数KLを算出することが可能となる。それによって、リッチ実開弁時間TAUR及びリーン実開弁時間TAULが式(4)及び式(5)によって決定される。
Therefore, the map or calculation formula showing the relationship between the air-fuel ratio difference ΔAF and the catalyst temperature of the NOx
上述の説明をまとめると、NOx吸蔵還元触媒10の目標触媒温度(例えば、硫黄化合物放出温度)が決まれば、それに応じた空燃比差が算出され、空燃比差に基づいて最終的に制御すべき実開弁時間を算出することができる。
In summary, when the target catalyst temperature (for example, the sulfur compound release temperature) of the NOx
ところで、上述したように、燃料噴射弁の製造誤差や経年による変形等に起因する燃料噴射量のばらつきや誤差等によって、リッチ排気ガス中の燃料量が目標より少なく、また、リーン排気ガス中の燃料量が目標より多くなってしまうことがある。この場合、目標とする空燃比差を得ることができず、NOx吸蔵還元触媒10の触媒温度を硫黄化合物放出温度まで昇温させることができない、又は昇温させるのに時間がかかるという問題がある。
By the way, as described above, the fuel amount in the rich exhaust gas is less than the target due to the variation or error in the fuel injection amount due to the manufacturing error of the fuel injection valve or the deformation due to aging, etc. The amount of fuel may be higher than the target. In this case, there is a problem that the target air-fuel ratio difference cannot be obtained, and the catalyst temperature of the NOx
これに関し、図1に示されるような本発明による内燃機関の構成では、実際の空燃比差や実際の各気筒群から排出される排気ガスの空燃比は直接測定することはできない。即ち、三元触媒8,9の上流には酸素センサ11,12が配置されているが、酸素センサは、図3に示される出力特性から明らかなように、理論空燃比よりもリッチであるかリーンであるかは正確に判別するだけであり、リッチ度合又はリーン度合について詳細に測定することは困難である。従って、図1に示される本発明による内燃機関の構成において、燃料噴射量にばらつきや誤差等のある気筒群の空燃比を酸素センサ11,12の出力から判断し、燃料噴射量の補正等を行うことは困難である。
In this regard, in the configuration of the internal combustion engine according to the present invention as shown in FIG. 1, the actual air-fuel ratio difference and the actual air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from each cylinder group cannot be directly measured. That is, the
また、図2に示される特性を有する空燃比センサ13を用いれば、空燃比が正確に測定できる。しかし、空燃比センサ13で測定されるのは、各気筒群からの排気ガスが混合した後であるため、各気筒群からの排気ガスのそれぞれの空燃比まで判別することはできない。仮に、三元触媒8,9の上流側に酸素センサ11,12の代わりに図2に示される出力特性を有する空燃比センサを配置したとしても、それらが故障した場合においてはやはり正確な空燃比を測定することができない。
Further, if the air-
そこで本発明においては、温度センサ15によって検出された実際の触媒温度に基づいて、マップ又は計算式から実際の空燃比差を推定している。
Therefore, in the present invention, the actual air-fuel ratio difference is estimated from the map or the calculation formula based on the actual catalyst temperature detected by the
これに関し、図4を参照しながら詳述する。図4は、空燃比A/FとNOx吸蔵還元触媒10の触媒温度Tと第1の気筒群の開弁時間(以下「第1気筒群開弁時間」という)TAU1及び第2の気筒群の開弁時間(以下「第2気筒群開弁時間」という)TAU2との関係を示す硫黄被毒回復制御操作のタイムチャートを示す。硫黄被毒回復制御は時間t0から時間t1までの間で実行されている。空燃比A/Fについて、実線に示されるのは第1の気筒群から排出される排気ガスの空燃比AF1を表し、破線に示されるのは第2の気筒群から排出される排気ガスの空燃比AF2を表す。なお、空燃比AF1及びAF2は前述のように実際は測定することはできない。
This will be described in detail with reference to FIG. FIG. 4 shows the air-fuel ratio A / F, the catalyst temperature T of the NOx
リーン側においてGLで示される破線は、失火を防止するためにそれ以上リーンとならないように空燃比の目標値の設定を制限するためのリーン側ガード値を示し、リッチ側においてGRで示される破線は、排気エミッションの悪化又は失火を防止するためにそれ以上リッチとならないようにリッチ側の目標値の設定を制限するためのリッチ側ガード値を示している。従って、これらを超えて目標値を設定することができない。即ち、これらガード値を超える空燃比となると想定されるようなリッチ実開弁時間TAUR及びリーン実開弁時間TAULを設定できないようになっている。 A broken line indicated by GL on the lean side indicates a lean side guard value for restricting the setting of the target value of the air-fuel ratio so as not to further lean to prevent misfire, and a broken line indicated by GR on the rich side Indicates a rich-side guard value for limiting the setting of the rich-side target value so as not to become rich any more in order to prevent exhaust emission from deteriorating or misfire. Therefore, the target value cannot be set beyond these. That is, it is impossible to set the rich actual valve opening time TAUR and the lean actual valve opening time TAUL that are assumed to be the air-fuel ratio exceeding the guard value.
まず、硫黄化合物を放出させるための硫黄化合物放出温度を目標触媒温度TGTとすると、目標触媒温度TGTからマップ又は計算式によって目標空燃比差ΔAFTが算出される。そして、上述のように、目標空燃比差ΔAFTに基づいてリッチ補正係数KR及びリーン補正係数KLが算出され、制御すべきリッチ実開弁時間TAUR及びリーン実開弁時間TAULが算出される。本実施形態において、第1気筒群開弁時間TAU1にはリッチ実開弁時間TAURがセットされ、第2気筒群開弁時間TAU2にはリーン実開弁時間TAULがセットされる。 First, assuming that the sulfur compound release temperature for releasing the sulfur compound is the target catalyst temperature TGT, the target air-fuel ratio difference ΔAFT is calculated from the target catalyst temperature TGT by a map or a calculation formula. As described above, the rich correction coefficient KR and the lean correction coefficient KL are calculated based on the target air-fuel ratio difference ΔAFT, and the rich actual valve opening time TAUR and the lean actual valve opening time TAUL to be controlled are calculated. In the present embodiment, the rich actual valve opening time TAU1 is set as the first cylinder group valve opening time TAU1, and the lean actual valve opening time TAUL is set as the second cylinder group valve opening time TAU2.
以上より、第1気筒群開弁時間TAU1のリッチ実開弁時間TAURと、第2気筒群開弁時間TAU2のリーン実開弁時間TAULとに基づき、予め定められた通りの燃料量が正確に噴射された場合、即ち、空燃比差ΔAFが目標空燃比差ΔAFTに正確に制御された場合、空燃比差ΔAFからマップ又は計算式によって推定される触媒温度Tの推定触媒温度TMTは目標触媒温度TGTとなる。 As described above, the fuel amount exactly as determined in advance is accurately determined based on the rich actual valve opening time TAUR of the first cylinder group valve opening time TAU1 and the lean actual valve opening time TAUL of the second cylinder group valve opening time TAU2. In the case of injection, that is, when the air-fuel ratio difference ΔAF is accurately controlled to the target air-fuel ratio difference ΔAFT, the estimated catalyst temperature TMT of the catalyst temperature T estimated from the air-fuel ratio difference ΔAF by a map or a calculation formula is the target catalyst temperature. It becomes TGT.
しかし、燃料噴射弁の燃料噴射量のばらつきや誤差等によって、リッチ排気ガス中の燃料量が目標より少なく、また、リーン排気ガス中の燃料量が目標より多くなってしまうと、図4に示すように実際の空燃比差(以下「実空燃比差」という)ΔAFRは目標空燃比差ΔAFTより小さくなる。これは、リッチ排気ガスを排出する第1の気筒群の燃料噴射弁から噴射される燃料量が足りないか、又は、リーン排気ガスを排出する第2の気筒群の燃料噴射弁から排出される燃料量が多いかのいずれか又はその両方が考えられる。そうなると、図4において実線で示すように実際の触媒温度(以下「実触媒温度」という)TMRは目標温度TGTまで昇温せず、従って、硫黄化合物を放出させることができない。 However, if the fuel amount in the rich exhaust gas is less than the target due to variations or errors in the fuel injection amount of the fuel injection valve, and the fuel amount in the lean exhaust gas becomes larger than the target, FIG. 4 shows. Thus, the actual air-fuel ratio difference (hereinafter referred to as “actual air-fuel ratio difference”) ΔAFR is smaller than the target air-fuel ratio difference ΔAFT. This is because the amount of fuel injected from the fuel injection valve of the first cylinder group that discharges the rich exhaust gas is insufficient, or is discharged from the fuel injection valve of the second cylinder group that discharges the lean exhaust gas. Either the fuel amount is high or both are conceivable. Then, as shown by a solid line in FIG. 4, the actual catalyst temperature (hereinafter referred to as “actual catalyst temperature”) TMR does not rise to the target temperature TGT, and therefore, the sulfur compound cannot be released.
ここで、燃料噴射量にばらつき等のある気筒群が分からないのであれば、第1の気筒群から排出される排気ガスをよりリッチ空燃比にすると共に第2の気筒群から排出される排気ガスをよりリーン空燃比にし、目標空燃比差ΔAFT自体が大きくなるように制御することが考えられる。しかし、リッチ側ガード値GR及びリーン側ガード値GLがあることによって、目標空燃比差ΔAFTを大きくなるようにリッチ実開弁時間TAUR及びリーン実開弁時間TAULを変更することができない場合もある。 Here, if the cylinder group with variations in the fuel injection amount is not known, the exhaust gas discharged from the first cylinder group is made richer and the exhaust gas discharged from the second cylinder group. It is conceivable to perform control so that the air-fuel ratio becomes a leaner air-fuel ratio and the target air-fuel ratio difference ΔAFT itself becomes larger. However, due to the rich side guard value GR and the lean side guard value GL, the rich actual valve opening time TAUR and the lean actual valve opening time TAUL may not be changed so as to increase the target air-fuel ratio difference ΔAFT. .
また、燃料噴射弁からの燃料噴射量のばらつきや誤差等は、常に同じ傾向を示すと考えられる。即ち、燃料を目標よりも多めに噴射する傾向がある燃料噴射弁は、常に目標よりも多めに燃料を噴射し、燃料を目標よりも少なめに噴射する傾向がある燃料噴射弁は、常に目標よりも少なめに燃料を噴射すると考えられる。 In addition, it is considered that variations and errors in the fuel injection amount from the fuel injection valve always show the same tendency. That is, a fuel injector that tends to inject more fuel than the target always injects more fuel than the target, and a fuel injector that tends to inject fuel less than the target always However, it is thought that fuel will be injected to a lesser extent.
そこで本発明による1番目の実施形態によれば、硫黄被毒回復制御を実行しても、触媒温度Tを硫黄化合物放出温度にまで昇温させることができない場合には、ガード値を変更し、目標空燃比差ΔAFTを更に大きくするためにリッチ実開弁時間TAUR及びリーン実開弁時間TAULを変更することができるようにしている。 Therefore, according to the first embodiment of the present invention, if the catalyst temperature T cannot be raised to the sulfur compound release temperature even after performing the sulfur poisoning recovery control, the guard value is changed, In order to further increase the target air-fuel ratio difference ΔAFT, the rich actual valve opening time TAUR and the lean actual valve opening time TAUL can be changed.
ガード値の変更について図5を参照しながら説明する。図5は、図4と同様に、空燃比A/FとNOx吸蔵還元触媒10の触媒温度Tと第1気筒群開弁時間TAU1及び第2気筒群開弁時間TAU2との関係を示す硫黄被毒回復制御操作のタイムチャートを示す。
The change of the guard value will be described with reference to FIG. FIG. 5, like FIG. 4, shows the relationship between the air-fuel ratio A / F, the catalyst temperature T of the NOx
本実施形態によれば、まずリッチ側ガード値GRをよりリッチ側に、リーン側ガード値GLをよりリーン側に変更する。そうすることによって、リッチ実開弁時間TAURをより長くしてよりリッチ空燃比となるように、またリーン実開弁時間TAULをより短くしてよりリーン空燃比となるように変更することが可能となり、空燃比差ΔAFをより大きくすることが可能となる。 According to the present embodiment, first, the rich side guard value GR is changed to the rich side, and the lean side guard value GL is changed to the lean side. By doing so, it is possible to change the rich actual valve opening time TAUR to be longer and become a richer air-fuel ratio, and the lean actual valve-opening time TAUL to be shorter and become a leaner air-fuel ratio. Thus, the air-fuel ratio difference ΔAF can be further increased.
より具体的に説明すると、現在、空燃比差ΔAFが目標空燃比差ΔAFTとなるように制御しているにもかかわらず、燃料噴射弁のばらつき等によって、目標空燃比差ΔAFTに達しておらず、そのため実触媒温度TMRが目標触媒温度TGTに達していない。従って、目標空燃比ΔAFTをより大きな値に変更する必要があり、更にそのためには、リッチ側ガード値GR及びリーン側ガード値GLを変更する必要がある。 More specifically, although the air-fuel ratio difference ΔAF is currently controlled to become the target air-fuel ratio difference ΔAFT, the target air-fuel ratio difference ΔAFT has not been reached due to variations in fuel injection valves and the like. Therefore, the actual catalyst temperature TMR does not reach the target catalyst temperature TGT. Therefore, it is necessary to change the target air-fuel ratio ΔAFT to a larger value, and for that purpose, it is necessary to change the rich side guard value GR and the lean side guard value GL.
ここで、変更前のリッチ側ガード値GR及びリーン側ガード値GLは変数gを用いてそれぞれ式(11)及び式(12)で表される。そして、例えば、上述の空燃比差と触媒温度との関係がマップ又は計算式において比例関係の場合、変更後の目標空燃比ΔAFT、リッチ側ガード値GRR及びリーン側ガード値GLLは、目標触媒温度TGTと実触媒温度TMRとの比を係数とした式(13)〜式(15)に従って算出される。
GR=AF0×(1−g) …(11)
GL=AF0×(1+g) …(12)
ΔAFT=TMT/TMR×ΔAFT …(13)
GRR=AF0×(1−TMT/TMR×g) …(14)
GLL=AF0×(1+TMT/TMR×g) …(15)
Here, the rich-side guard value GR and the lean-side guard value GL before the change are expressed by Expression (11) and Expression (12), respectively, using the variable g. For example, when the relationship between the above-described air-fuel ratio difference and the catalyst temperature is a proportional relationship in the map or calculation formula, the changed target air-fuel ratio ΔAFT, rich-side guard value GRR, and lean-side guard value GLL are the target catalyst temperature. The calculation is performed according to the equations (13) to (15) with the ratio of the TGT and the actual catalyst temperature TMR as a coefficient.
GR = AF0 × (1-g) (11)
GL = AF0 × (1 + g) (12)
ΔAFT = TMT / TMR × ΔAFT (13)
GRR = AF0 × (1-TMT / TMR × g) (14)
GLL = AF0 × (1 + TMT / TMR × g) (15)
そして、変更後のリッチ実開弁時間TAURR及びリーン実開弁時間TAULLは、上記式(6)、式(7)、式(10)及び式(13)に基づいてリッチ補正係数KR又はリーン補正係数KLを求めた後、式(4)及び式(5)に従って算出される。 The rich actual valve opening time TAURR and the lean actual valve opening time TAULL after the change are based on the rich correction coefficient KR or the lean correction based on the above formulas (6), (7), (10), and (13). After obtaining the coefficient KL, the coefficient KL is calculated according to the equations (4) and (5).
なお、目標空燃比差ΔAFTを現在のガード値の制限内で最大に設定して触媒温度Tを硫黄化合物放出温度にまで昇温させることができるのであれば、本実施形態によるガード値の変更は行う必要はない。また、変更後のガード値等の算出に共通の係数TMT/TMRを用いたが、各値について共通の又は個別の予め定められた定数を掛けることによって算出するようにしてもよく、また、別の計算式に基づいて算出するようにしてもよい。 If the target air-fuel ratio difference ΔAFT is set to the maximum within the limit of the current guard value and the catalyst temperature T can be raised to the sulfur compound release temperature, the change of the guard value according to the present embodiment is as follows. There is no need to do it. Further, although the common coefficient TMT / TMR is used for calculation of the guard value after the change, it may be calculated by multiplying each value by a common or individual predetermined constant. It may be calculated based on the following formula.
図6は、1番目の実施形態によるNOx吸蔵還元触媒10から硫黄化合物を放出させ、硫黄被毒回復を行うための硫黄被毒回復制御操作のフローチャートである。この操作は、電子制御ユニット(ECU)30によって予め定められた設定時間毎の割り込みによって実行されるルーチンとして行われる。
FIG. 6 is a flowchart of a sulfur poisoning recovery control operation for releasing sulfur compounds from the NOx
図6を参照すると、まずステップ101において、NOx吸蔵還元触媒10に吸蔵された推定硫黄化合物量ΣSが許容量MAX以上であるか否かが判定される。ここで、推定硫黄化合物量ΣSが許容量MAX未満である場合には、まだ硫黄化合物量が許容範囲内であるとして、硫黄被毒回復を行うことなくルーチンを終了する。ステップ101において、推定硫黄化合物量ΣSが許容量MAX以上である場合には、硫黄被毒回復を行うべく、ステップ102へと進む。
Referring to FIG. 6, first, at
次いでステップ102では、硫黄被毒回復のために触媒温度Tを昇温させるべく、目標触媒温度TGTに応じてマップ又は計算式より求められる目標空燃比差ΔAFT、式(4)及び式(5)に基づいて、第1気筒群開弁時間TAU1にリッチ実開弁時間TAURが、第2気筒群開弁時間TAU2にリッチ実開弁時間TAULがセットされる。その後ステップ103へと進む。
Next, at
次いでステップ103では、推定触媒温度TMTをマップ又は計算式より算出し、ステップ104へと進む。次いでステップ104では、目標触媒温度TGTとステップ103で算出した推定触媒温度TMTとの差である温度差Δtを算出し、ステップ105へと進む。
Next, at
次いでステップ105では、ステップ104で算出した温度差Δtが予め定められた許容温度tsh未満であるか否かが判定される。即ち、ステップ105において、温度差Δtが許容温度tsh以上である場合には、触媒温度Tが目標触媒温度TGTに略到達したか又は間もなく到達すると考えられる。この場合にはステップ110へと進んで、硫黄化合物を放出させる硫黄化合物放出処理が行われる。一方、温度差Δtが許容温度tsh未満である場合には、温度差Δtが許容温度tsh以上になるか又は次のステップ106で説明するように所定時間が経過するまで、ステップ102でセットされた実開弁時間に基づいて昇温が行われる。従ってステップ106へと進む。
Next, at
ステップ106において、時間カウンタCNTが許容値CNTsh以上であるか否かが判定される。ここで、ステップ106が許容値CNTsh未満である場合には、温度差Δtが許容温度tsh未満である状態でまだ所定時間経過していないとして、現状を維持すべくステップ107へと進む。次いで、ステップ107では、時間カウンタがインクリメントされステップ103へと進む。その後、温度差Δtが許容温度tsh以上になるか又はステップ106で所定時間が経過するまで上記の処理が繰り返される。
In
一方、ステップ106において、時間カウンタCNTが許容値CNTsh以上である場合には、温度差Δtが許容温度tsh未満である状態で、所定時間経過したことになり、燃料噴射弁の燃料噴射量のばらつき等によって触媒温度Tを目標触媒温度TGTまで昇温させることができないということが推定される。従ってこの場合には、ステップ108へと進む。
On the other hand, if the time counter CNT is greater than or equal to the allowable value CNTsh in
次いでステップ108では、例えば上述の式(14)及び式(15)等を用いて又はその他の方法によって変更後のリッチ側ガード値GRR及びリーン側ガード値GLLを算出する。そして、リッチ側ガード値GRに変更後のリッチ側ガード値GRRをセットすると共にリーン側ガード値GLに変更後のリーン側ガード値GLLをセットし、ステップ109へと進む。これによってガード値に制限されることなく目標空燃比差ΔAFTをより広く設定することが可能になる。
Next, at
次いでステップ109では、例えば式(13)又はその他の方法によって算出された変更後の目標空燃比差ΔAFTに基づいて変更後のリッチ実開弁時間TAURR及びリーン実開弁時間TAULLが算出される。そして、第1気筒群開弁時間TAU1に変更後のリッチ実開弁時間TAURRをセットし、第2気筒群開弁時間TAU2に変更後のリッチ実開弁時間TAULLをセットし、ステップ110へと進む。これによって触媒温度Tを確実に目標触媒温度TGTに昇温させることが可能となる。
Next, at
次いでステップ110では、ステップ109における処理によって触媒温度Tが目標触媒温度TGT、即ち、硫黄化合物放出温度まで昇温されることから、吸蔵された推定硫黄化合物量ΣSがゼロとなると推定される時間、硫黄化合物放出処理が実行され、その後ステップ111へと進む。
Next, in
次いでステップ111では、推定硫黄化合物量ΣS及び時間カウンタCNTがゼロにリセットされると共に、ガード値が元に戻され、空燃比制御を通常空燃比制御へと戻すリセット処理が行われ、ルーチンを終了する。
Next, at
なお、本実施形態において、リッチ側ガード値GRR及びリーン側ガード値GLLの両方の変更を行ったが、リッチ排気ガスを排出する第1の気筒群の燃料噴射弁から噴射される燃料量が足りないか、又は、リーン排気ガスを排出する第2の気筒群の燃料噴射弁から排出される燃料量が多いかが分かっている場合には、リッチ側ガード値GRR又はリーン側ガード値GLLの一方のみを変更するようにしてもよい。 In the present embodiment, both the rich side guard value GRR and the lean side guard value GLL are changed, but the amount of fuel injected from the fuel injection valve of the first cylinder group that discharges the rich exhaust gas is sufficient. If it is known that the amount of fuel discharged from the fuel injection valve of the second cylinder group that discharges the lean exhaust gas is large, only one of the rich side guard value GRR or the lean side guard value GLL May be changed.
本発明による2番目の実施形態によれば、硫黄被毒回復制御を実行しても、触媒温度Tを硫黄化合物放出温度にまで昇温させることができない場合には、各気筒群から排出される排気ガスの空燃比を入れ替えるような制御を行う。即ち、現在、第1の気筒群からはリッチ排気ガスを排出し、第2の気筒群からはリーン排気ガスを排出するように制御しているが、それを逆にして、第1の気筒群からリーン排気ガスを排出するように、第2の気筒群からはリッチ排気ガスを排出するように制御する。 According to the second embodiment of the present invention, even if the sulfur poisoning recovery control is executed, if the catalyst temperature T cannot be raised to the sulfur compound release temperature, it is discharged from each cylinder group. Control is performed to change the air-fuel ratio of the exhaust gas. That is, at present, the control is performed so that the rich exhaust gas is discharged from the first cylinder group and the lean exhaust gas is discharged from the second cylinder group. From the second cylinder group, control is performed so as to discharge the rich exhaust gas so that the lean exhaust gas is discharged from the second cylinder group.
上述したように、硫黄化合物放出温度にまで昇温させることができない、即ち、目標空燃比差ΔAFTが得られないということは、リッチ排気ガス中の燃料量が目標より少なく、また、リーン排気ガス中の燃料量が目標より多くなってしまっている。その原因となる燃料噴射弁からの燃料噴射量のばらつきや誤差等は、常に同じ傾向を示すと考えられるため、各気筒群から排出される排気ガスの空燃比を入れ替えることによって、燃料噴射量のばらつきや誤差等の影響を消すことができる。 As described above, the temperature cannot be raised to the sulfur compound release temperature, that is, the target air-fuel ratio difference ΔAFT cannot be obtained, the amount of fuel in the rich exhaust gas is less than the target, and the lean exhaust gas The amount of fuel inside has exceeded the target. The variations and errors in the fuel injection amount from the fuel injection valve that cause it are considered to always show the same tendency. Therefore, by changing the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from each cylinder group, the fuel injection amount The influence of variations and errors can be eliminated.
即ち、現在、リッチ排気ガスを排出する第1の気筒群の燃料噴射弁が、目標よりも少ない燃料量を噴射する傾向にばらつき等があり、また、リーン排気ガスを排出する第2の気筒群の燃料噴射弁が、目標よりも多い燃料量を噴射する傾向にばらつき等があるから問題となる。従って、空燃比を入れ替えることによって、第1の気筒群からはリーン排気ガスを排出するようにすれば、その傾向から目標よりも少ない燃料量を噴射することとなり、第2の気筒群からはリッチ排気ガスを排出するようにすれば、その傾向から目標よりも多い燃料量を噴射することとなる。これにより、全体として、空燃比差ΔAFが大きくなるため、硫黄化合物放出温度に昇温させるという目的は達せられる。 That is, the fuel injection valve of the first cylinder group that discharges the rich exhaust gas currently has a tendency to inject a fuel amount smaller than the target, and the second cylinder group that discharges the lean exhaust gas. This is a problem because there is a variation in the tendency of the fuel injection valves to inject a fuel amount larger than the target. Therefore, if the lean exhaust gas is discharged from the first cylinder group by switching the air-fuel ratio, the fuel amount smaller than the target is injected from the tendency, and the rich amount is discharged from the second cylinder group. If the exhaust gas is discharged, a fuel amount larger than the target is injected from the tendency. As a result, since the air-fuel ratio difference ΔAF becomes large as a whole, the purpose of raising the temperature to the sulfur compound release temperature is achieved.
図7は、図4と同様に、空燃比A/FとNOx吸蔵還元触媒10の触媒温度Tと第1気筒群開弁時間TAU1及び第2気筒群開弁時間TAU2との関係を示す硫黄被毒回復制御操作のタイムチャートを示す。図7によると、図4と比較して第1気筒群開弁時間TAU1及び第2気筒群開弁時間TAU2の傾向が逆になっており、従って、空燃比A/Fに関しても、第1の気筒群からリーン排気ガスが排出され、第2の気筒群からリッチ排気ガスが排出されている。このように、排出される排気ガスの空燃比を逆にすることによって、触媒温度Tが目標触媒温度TGTにまで昇温している。
FIG. 7, like FIG. 4, shows the relationship between the air-fuel ratio A / F, the catalyst temperature T of the NOx
図8は、2番目の実施形態によるNOx吸蔵還元触媒10から硫黄化合物を放出させ、硫黄被毒回復を行うための硫黄被毒回復制御操作のフローチャートである。この操作は、電子制御ユニット(ECU)30によって予め定められた設定時間毎の割り込みによって実行されるルーチンとして行われる。
FIG. 8 is a flowchart of a sulfur poisoning recovery control operation for releasing sulfur compounds from the NOx
図8を参照すると、ステップ201からステップ207は、図6において対応するステップ101からステップ107と同様である。従って説明は省略し、ステップ208以降の処理について説明する。
Referring to FIG. 8,
ステップ206からステップ208に進む場合とは、即ち、ステップ205で温度差Δtが予め定められた許容温度tsh未満であり、且つ、ステップ206で時間カウンタCNTが許容値CNTsh以上であるとして、所定時間経過したとみなされた場合である。ステップ208では、ステップ202においてセットされた実開弁時間とは逆に、第1気筒群開弁時間TAU1にリーン実開弁時間TAULが、第2気筒群開弁時間TAU2にリッチ実開弁時間TAURがセットされ、ステップ209へと進む。これによって、上述のように燃料噴射弁のばらつき等の影響が消され、目標空燃比差ΔAFTが得られ、触媒温度Tを目標触媒温度TGTに昇温させることが可能となる。
The case of proceeding from
次いでステップ209では、ステップ208における処理によって触媒温度Tが目標触媒温度TGT、即ち、硫黄化合物放出温度まで昇温されることから、吸蔵された推定硫黄化合物量ΣSがゼロとなると推定される時間、硫黄化合物放出処理が実行され、その後ステップ210へと進む。
Next, at
次いでステップ210では、推定硫黄化合物量ΣS及び時間カウンタCNTがゼロにリセットされると共に、更に空燃比制御を通常空燃比制御へと戻すリセット処理が行われ、ルーチンを終了する。
Next, at
なお、上述の実施形態においては、目標触媒温度TGTと推定触媒温度TMTとの差である温度差Δtを用いて、触媒温度Tが目標触媒温度TGTに略到達したか又は間もなく到達するかどうかを判定したが、温度差Δtの代わりに例えば、昇温速度等によって判定することも可能である。 In the above-described embodiment, whether or not the catalyst temperature T has substantially reached the target catalyst temperature TGT or soon will be determined using the temperature difference Δt that is the difference between the target catalyst temperature TGT and the estimated catalyst temperature TMT. Although it has been determined, it is also possible to make a determination based on, for example, the rate of temperature rise instead of the temperature difference Δt.
1 機関本体
4 吸気管
5,6 排気枝管
8,9 三元触媒
10 NOx吸蔵還元触媒
21〜24 燃料噴射弁
#1〜#4 気筒
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