JP2010255528A - Exhaust emission control device for engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、排気通路にNOx吸蔵還元型触媒を配設して排気中のNOxを浄化するエンジンの排気浄化装置に関する。 The present invention relates to an engine exhaust gas purification apparatus that purifies NOx in exhaust gas by disposing a NOx storage reduction catalyst in an exhaust passage.
一般に、エンジンの排ガス後処理システムにおいては、窒素酸化物(NOx)に対する触媒として、NOx吸蔵還元型触媒が知られている。このNOx吸蔵還元型触媒は、触媒内でNOxが吸蔵されて飽和状態になる以前に、NOxの還元剤となるリッチガス(HC,CO)を供給し、NOxの再生・還元を行う必要がある。 In general, in an exhaust gas aftertreatment system for an engine, a NOx occlusion reduction type catalyst is known as a catalyst for nitrogen oxides (NOx). This NOx occlusion reduction type catalyst needs to supply rich gas (HC, CO) serving as a NOx reducing agent to perform NOx regeneration / reduction before NOx is occluded in the catalyst and becomes saturated.
このため、特許文献1には、触媒にトラップされたNOxの再生・還元を行うための空燃比のリッチ化に関する先行技術が提案されている。この先行技術では、触媒温度が高いときには、EGR弁の開度を制御して空燃比をリッチ化し、一方、触媒温度が低いときには、EGRを中止してスロットル弁で吸気を絞ることにより、空燃比をリッチ化するようにしている。
For this reason,
しかしながら、NOx吸蔵還元型触媒にリッチガスを供給する初期の段階では、再生するNOx量が多いことから、EGRや吸気絞りでは空燃比を速やかにリッチ化することができず、NOxを十分に還元することはできない。 However, at the initial stage of supplying rich gas to the NOx storage reduction catalyst, the amount of NOx to be regenerated is large, so the air-fuel ratio cannot be quickly enriched with EGR or intake throttle, and NOx is sufficiently reduced. It is not possible.
このため、燃焼に寄与しないタイミングでの燃料噴射(ポスト噴射)を追加して空燃比をリッチ化する技術が知られているが、ポスト噴射では、燃料によるオイルダイリューション、燃費悪化といった問題が生じる。 For this reason, a technique for enriching the air-fuel ratio by adding fuel injection (post injection) at a timing that does not contribute to combustion is known. However, in post injection, there are problems such as oil dilution due to fuel and fuel consumption deterioration. Arise.
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、燃料増量によるオイルダイリューションや燃費悪化を抑制しつつ迅速に空燃比をリッチ化し、NOxの再生・還元を効果的に行うことのできるエンジンの排気浄化装置を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and is an engine that can quickly enrich an air-fuel ratio while effectively suppressing oil dilution and fuel consumption deterioration due to fuel increase, and effectively perform regeneration and reduction of NOx. An object of the present invention is to provide an exhaust purification device.
上記目的を達成するため、本発明によるエンジンの排気浄化装置は、エンジンの排気通路に、排気の空燃比がリーンのときに排気中のNOxを吸蔵し、吸蔵したNOxを排気の空燃比がリッチのときに放出するNOx吸蔵還元型触媒を有するエンジンの排気浄化装置において、エンジンの空気量を制御して排気の空燃比をリッチ化する第1のリッチ化制御部と、エンジンの燃料量を制御して排気の空燃比をリッチ化する第2のリッチ化制御部とを備え、上記NOx吸蔵還元型触媒が吸蔵したNOxを放出させて還元浄化する際に、上記第1のリッチ化制御部によるリッチ化制御と上記第2のリッチ化制御部によるリッチ化制御とを同時に開始させ、リッチ化制御開始後所定期間内における排気中の酸素濃度を、上記第2のリッチ化制御部によるリッチ化制御で低下させることを特徴とする。 In order to achieve the above object, an exhaust emission control device for an engine according to the present invention stores NOx in exhaust when the air-fuel ratio of the exhaust is lean, and stores the stored NOx rich in the air-fuel ratio of the exhaust. In the exhaust purification system for an engine having the NOx occlusion reduction catalyst that is released at the time, the first enrichment control unit that enriches the air-fuel ratio of the exhaust by controlling the air amount of the engine, and the fuel amount of the engine And a second enrichment control unit that enriches the air-fuel ratio of the exhaust, and when the NOx occlusion reduction catalyst releases the NOx occluded by the NOx occlusion reduction catalyst, the first enrichment control unit The enrichment control and the enrichment control by the second enrichment control unit are simultaneously started, and the oxygen concentration in the exhaust gas within a predetermined period after the start of the enrichment control is determined by the second enrichment control unit. And wherein the reducing in rich control.
本発明によれば、燃料増量によるオイルダイリューションや燃費悪化を抑制しつつ、迅速に空燃比をリッチ化することができ、NOxの再生・還元を効果的に行うことができる。 According to the present invention, it is possible to rapidly enrich the air-fuel ratio while suppressing oil dilution and fuel consumption deterioration due to fuel increase, and NOx regeneration / reduction can be performed effectively.
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において、符号1はエンジンであり、本実施の形態においては、ディーゼルエンジン(以下、単に「エンジン」と記載する)である。このエンジン1の燃焼室2に、吸気弁3,排気弁4を介して吸気通路5,排気通路6が連通されている。吸気通路5の上流側には吸気チャンバ40が形成され、この吸気チャンバ40の上流に、スロットル弁10が介装されている。吸気チャンバ40には、スロットル弁10下流の空気圧を絶対圧で検出する吸気圧センサ37、が臨まされている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
In FIG. 1,
スロットル弁10は、電子制御装置(ECU50)からの制御信号によってスロットル弁10の開度を調整し、吸気量(新気量)を制御する吸気アクチュエータ11に連設されている。また、スロットル弁10の上流側には、インタークーラ12が介装され、このインタークーラ12の上流側に、ターボ過給機13のコンプレッサ13aが介装されている。更に、ターボ過給機13のコンプレッサ13a上流側には、エアクリーナ14が介装され、このエアクリーナ14の下流側に、吸気温を検出する吸気温センサ15を内蔵する吸入空気量センサ16が介装されている。
The
一方、エンジン1の排気通路6には、ターボ過給機13のタービン13bが介装され、タービン13b上流側の排気通路6が排気ガス還流(EGR)通路17を介してスロットル弁10下流側の吸気通路5にバイパス接続されている。EGR通路17には、ECU50からの制御信号によってEGR量を制御するEGR弁18と、EGRガスを冷却するEGRクーラ19とが介装されている。
On the other hand, the
ターボ過給機13は、本実施の形態においては、周知の可変ノズル式ターボ過給機(Variable Geometory Turbosupercharger:VGT)であり、タービン13bの周囲に設けられた可変ノズルのベーンがリンク機構(図示せず)を介して負圧作動式のアクチュエータ20に連設されている。アクチュエータ20の圧力導入管には、ECU50によって制御される負圧制御電磁弁21が接続されており、図示しない負圧源からの負圧が負圧制御電磁弁21で調圧されてアクチュエータ20に導入される。
In the present embodiment, the
これにより、ターボ過給機13の可変ノズルのベーン開度が可変されてタービン13bに吹き付けられる排気ガスの流速が調整され、タービン回転数が可変されて過給圧が制御される。すなわち、アクチュエータ20の動作により、可変ノズルのベーン開度が閉方向へ変化すると、排気ガス流速が速くなり、過給圧が上昇する。逆にベーン開度が開方向へ変化すると、排気ガス流速が遅くなり、過給圧が低下する。
Thereby, the vane opening degree of the variable nozzle of the
タービン13b下流側の排気通路6は、主として排気ガス中の炭化水素(HC)と一酸化炭素(CO)を触媒反応により酸化させるディーゼル用酸化触媒(Diesel Oxidation Catalyst;DOC)22に連通されている。DOC22は、例えばコーディエライトハニカム構造体等よりなるセラミック製担体の表面に、白金、パラジウム等の貴金属やアルミナ等の金属酸化物を担持して形成されている。
The exhaust passage 6 on the downstream side of the
また、DOC22の下流側には、排気ガス中の窒素酸化物(NOx)を吸蔵し、還元浄化するNOx吸蔵還元型触媒(Lean NOx Trap catalyst;LNT)23が配設されている。LNT23は、例えば、アルカリ金属、アルカリ土類、希土類等のNOx吸蔵物質と白金等の貴金属とをアルミナ等の担体上に担持させてなり、NOx及びO2のストレージ機能により、排気ガスの酸素濃度が高いとき、HC,COを酸化還元すると共にNOxを吸蔵する。そして、排気ガス中の酸素濃度が低下すると、吸蔵したNOxを放出し、酸化還元されずに余剰となったHC,COでNOxを還元浄化する。
Further, a NOx storage reduction catalyst (Lean NOx Trap catalyst; LNT) 23 for storing nitrogen oxide (NOx) in exhaust gas and reducing and purifying it is disposed downstream of the
更に、LNT23の下流側に、排気ガス中の煤やカーボンスート(Soot),可溶性有機成分(Soluble Organic Fraction;SOF),サルフェート(sulfate;SO4)等の粒子状物質(Particulate Matter;PM)を捕集するディーゼルパティキュレートフィルタ(Diesel Particulate Filter;DPF)24が配設されている。DPF24は、例えば、コーディエライト等の耐熱性セラミックスをハニカム構造に成形して、ガス流路となる多数のセルを入口側又は出口側が互い違いとなるように目封じして形成されている。
Further, particulate matter (PM) such as soot, carbon soot, soluble organic components (SOF), sulfate (SO4), etc. in the exhaust gas is captured downstream of the LNT23. A diesel particulate filter (Diesel Particulate Filter; DPF) 24 is arranged. The
タービン13bを通過した排気は、DOC22,LNT23を通過する際に所定に浄化され、更に、DPF24の多孔性の隔壁を通過しながら下流側へ流れ、その間、排気ガス中のPMが捕集・堆積され、浄化された排気ガスが排気マフラ(図示せず)を経て排出される。
Exhaust gas that has passed through the
このようなDOC22,LNT23,DPF24には、排気ガスの状態を検出するためのセンサ類が配設されている。すなわち、DOC22の上流側に、DOC22に流入する排気ガスの温度を検出する温度センサ41が臨まされ、DOC22とLNT23との間に、排気ガスの空燃比を検出するリニア空燃比センサ42が臨まされている。また、LNT23とDPF24の間に、排気ガスの温度を検出する温度センサ43と、排気ガス中のNOx濃度を検出するNOxセンサ44とが臨まされ、更に、DPF24の上下流に、DPF24の入口圧力と出口圧力との差圧を検出する差圧センサ45が配設されている。
Such DOC22, LNT23, and DPF24 are provided with sensors for detecting the state of the exhaust gas. That is, a
次に、エンジン1の燃料噴射系について説明する。このエンジン1は、周知のコモンレール式燃料噴射システムを採用しており、燃焼室2に、ECU50によって制御されるインジェクタ25が臨まされている。また、燃焼室2のインジェクタ25の噴射ノズル近傍には、グローコントローラ27によって通電が制御されるグロープラグ26が臨まされている。
Next, the fuel injection system of the
インジェクタ25は、各気筒に分岐配管される燃料配管28を介してコモンレール29に接続されており、コモンレール29には、図示しない燃料タンクから燃料を吸い上げて加圧するサプライポンプ30が接続されている。そして、サプライポンプ30によって高圧に昇圧された燃料がコモンレール29に蓄圧され、各気筒への燃料配管28を介して各気筒のインジェクタ25に高圧燃料が供給される。
The
サプライポンプ30は、例えばインナカム式の圧送系と電磁弁による吸入量の調量方式を備えるものであり、吸入量を調整する吸入調量電磁弁31、燃料温度を検出する燃料温度センサ32が本体内に組込まれている。サプライポンプ30の燃料温度センサ32からの信号は、コモンレール29内の燃料圧力(レール圧)を検出する燃料圧力センサ33からの信号と共にECU50に入力され、他のセンサ類からの信号と共に処理される。そして、ECU50により、サプライポンプ30の吐出圧すなわちコモンレール29の燃料圧力が、例えばエンジン回転数と負荷とに応じた最適値に、吸入調量電磁弁31を介してフィードバック制御される。
The
次に、ECU50を中心とする電子制御系について説明する。ECU50は、CPU,ROM,RAM,I/Oインターフェイス等からなるマイクロコンピュータを中心として、その他、A/D変換器、タイマ、カウンタ、各種ロジック回路等の周辺回路を含んで構成されている。
Next, an electronic control system centering on the
ECU50には、吸気温センサ15、吸入空気量センサ16、燃料温度センサ32、燃料圧力センサ33、エンジン1の冷却水通路に臨まされて冷却水温を検出する水温センサ34、クランク軸1aの回転位置を検出するクランク角センサ35、アクセルペダルの踏込み量を検出するアクセルペダルセンサ36、吸気チャンバ40に臨まされている吸気圧センサ37、大気圧を検出する大気圧センサ38、排気系に介装された各センサ(温度センサ41,43、リニア空燃比センサ42、NOxセンサ44、差圧センサ45)、その他、図示しない各種センサ類やスイッチ類からの信号が入力される。
The
尚、ECU50は、更に、例えばCAN(Controller Area Network)等の通信プロトコルに基づく車内ネットワーク(図示せず)に接続されている。この車内ネットワークには、ECU50の他、変速機を制御するトランスミッションECU、ブレーキを制御するブレーキECU等の複数のECUが接続されており、互いにデータを送受信して各種情報を共有する。
The
ECU50は、エンジン運転状態を検出する上述の各種センサ類からの信号、車内ネットワークを介して入力される各種制御情報に基づいて、燃料圧力制御、燃料噴射制御、吸気制御、過給圧制御、EGR制御等の各種エンジン制御を実行し、エンジン1の運転状態を最適状態に維持する。
The
このエンジン制御においては、通常走行時、クランク角センサ35からの信号に基づくエンジン回転数とアクセルペダルセンサ36からの信号に基づくアクセル開度とに応じて、マップ参照等により燃料噴射量や噴射時期を決定し、ピストン上死点前後の多段噴射のパターン(例えば、パイロット噴射→プレ噴射→メイン噴射→アフター噴射のパターン)でインジェクタ25から高圧燃料を噴射させ、燃焼安定化及び排気エミッションの低減を図っている。
In this engine control, during normal running, the fuel injection amount and the injection timing are determined by referring to a map or the like according to the engine speed based on the signal from the
また、ECU50は、通常のエンジン制御に対して、所定のタイミングで排気空燃比を意図的にリッチ化してLNT23にリッチガスを供給し、LNT23でのNOx,SOxの再生・還元が効果的に行えるよう制御する。リッチガスの供給は、基本的には、通常の噴射パターンにおけるアフター噴射の後の追加的なポスト噴射を主とするが、ポスト噴射はリッチガスを供給する初期の段階のみに限定し、以降はEGR弁18、スロットル弁10、可変ノズル式ターボ過給機13のベーン開度の制御によって筒内酸素量をコントロールすることで、ポスト噴射に依存することなくリッチガスを供給可能とする。
Further, the
このため、ECU50は、リッチ化制御に係る機能として、図2に示すように、リッチ化制御の実行/停止を判定するリッチ化判定部51、空気量制限に基づくリッチ化制御を行う第1リッチ化制御部52、燃料増量に基づくリッチ化制御を行う第2リッチ化制御部53を主として備えている。
Therefore, as shown in FIG. 2, the
リッチ化判定部51は、LNT23にリッチガスを供給するリッチ化制御の実行/停止を判定し、第1リッチ化制御部52,第2リッチ化制御部53にリッチ化制御の実行を指示する。本実施の形態においては、リッチ化制御の実行/停止は、リアルタイム制御におけるイベントの発生として扱い、リッチガスを供給するイベントの発生条件が成立したとき、リッチガス供給イベントを発令して通常制御からリッチ化制御に移行させ、リッチガス供給を停止するイベントの発生条件が成立したとき、リッチガス停止イベントを発令してリッチ化制御から通常制御に移行(復帰)させる。
The
リッチガス生成イベントは、以下の(A)に示す条件が成立したとき発令される。
(A)NOx吸蔵量>設定閾値(上限側)
この場合、NOx吸蔵量NOXabsorbは、NOx排出量NOXexh、トラップ率NOXtrap、NOx再生量NOXregenを用いて、以下の(1)式によって求めることができる。尚、以下の式において、添字(n)は、今回の演算サイクルでの値、(n-1)は、前回の演算サイクルでの値を示す。
NOXabsorb(n)=NOXabsorb(n-1) + (NOXexh × NOXtrap − NOXregen) …(1)
The rich gas generation event is issued when a condition shown in the following (A) is satisfied.
(A) NOx occlusion amount> set threshold (upper limit side)
In this case, the NOx occlusion amount NOXabsorb can be obtained by the following equation (1) using the NOx emission amount NOXexh, the trap rate NOXtrap, and the NOx regeneration amount NOXregen. In the following expression, the subscript (n) indicates the value in the current calculation cycle, and (n-1) indicates the value in the previous calculation cycle.
NOXabsorb (n) = NOXabsorb (n-1) + (NOXexh × NOXtrap−NOXregen) (1)
但し、NOx排出量、トラップ率、NOx再生量は、それぞれ、以下のパラメータに依存するマップ値として算出される。
・NOx排出量:エンジン回転数、燃料噴射量、吸気圧、吸入空気量、EGR量、吸気温度、水温の何れかをパラメータとするマップ値
・トラップ率:前回のNOx吸蔵量NOXabsorb(n-1)、SOx吸蔵量SOXabsorb(n-1)、空燃比、触媒温度、触媒劣化指標の何れかをパラメータとするマップ値
・NOx再生量:触媒温度、空燃比の何れかをパラメータとするマップ値
However, the NOx emission amount, the trap rate, and the NOx regeneration amount are calculated as map values depending on the following parameters, respectively.
・ NOx emission amount: Map value with parameters of engine speed, fuel injection amount, intake pressure, intake air amount, EGR amount, intake air temperature, water temperature ・ Trap rate: previous NOx occlusion amount NOXabsorb (n-1 ), SOx occlusion amount SOXabsorb (n-1), air-fuel ratio, catalyst temperature, map value using any one of catalyst deterioration indicators as parameters ・ NOx regeneration amount: map value using either catalyst temperature or air-fuel ratio as parameters
ここで、触媒劣化指標は、走行距離、触媒温度履歴、総燃料噴射量の何れかに基づいて算出することができる。また、SOx吸蔵量SOXabsorb(n)は、SOx排出量SOXexh(燃料噴射量に基づく値)、トラップ率SOXtrap(前回のNOx吸蔵量NOXabsorb(n-1)、SOx吸蔵量SOXabsorb(n-1)、空燃比、触媒温度、触媒劣化指標の何れかをパラメータとするマップ値)、SOx再生量SOXregen(触媒温度、空燃比の何れかをパラメータとするマップ値)を用いて、以下の(2)式により算出することができる。
SOXabsorb(n)=SOXabsorb(n-1) + (SOXexh × SOXtrap − SOXregen) …(2)
Here, the catalyst deterioration index can be calculated based on any of travel distance, catalyst temperature history, and total fuel injection amount. The SOx occlusion amount SOXabsorb (n) is the SOx emission amount SOXexh (value based on the fuel injection amount), trap rate SOXtrap (previous NOx occlusion amount NOXabsorb (n-1), SOx occlusion amount SOXabsorb (n-1), Using the air-fuel ratio, catalyst temperature, or catalyst deterioration index as a parameter) and SOx regeneration amount SOXregen (map value using either the catalyst temperature or air-fuel ratio as a parameter), the following equation (2) Can be calculated.
SOXabsorb (n) = SOXabsorb (n-1) + (SOXexh * SOXtrap-SOXregen) (2)
一方、リッチガス停止イベントは、以下の(B1)〜(B3)に示す条件の何れかが成立したとき、発令される。
(B1)リッチイベント発令後経過時間>設定閾値
(B2)NOx吸蔵量<設定閾値(下限側)
(B3)(エンジン回転数>設定閾値)且つ(燃料噴射量>設定閾値)
On the other hand, the rich gas stop event is issued when any of the following conditions (B1) to (B3) is satisfied.
(B1) Elapsed time after issuing a rich event> set threshold (B2) NOx occlusion amount <set threshold (lower limit side)
(B3) (engine speed> setting threshold) and (fuel injection amount> setting threshold)
第1リッチ化制御部52は、図3に示すように、リッチ化判定部51からリッチガス供給イベントの発生を通知されたとき、空気系制御デバイスであるスロットル弁10、EGR弁18、可変ノズル式ターボ過給機13のベーン開度の何れかを制御して筒内酸素量を低下させ、LNT23にリッチガスを供給するよう制御する。
As shown in FIG. 3, the first
具体的には、アクセル開度を参照して算出されるドライバー要求トルクとエンジン回転数を軸とする各マップを用いて、スロットル開度、EGR弁開度、ベーン開度の目標値を設定し、これらの目標値に収束するよう各制御デバイスを制御する。これら目標値は、排気空燃比リッチ化時にドライバー要求トルクを発生するに必要な筒内酸素量となるように設定されている。 Specifically, target values for throttle opening, EGR valve opening, and vane opening are set using each map centered on driver demand torque and engine speed calculated with reference to accelerator opening. Each control device is controlled to converge to these target values. These target values are set so as to be the in-cylinder oxygen amount necessary for generating the driver required torque when the exhaust air-fuel ratio is enriched.
また、第1リッチ化制御部52は、リッチ化判定部51からリッチガス停止イベントの発生を通知されたときには、空気系の各制御デバイスに対する制御目標値を、通常制御時の目標値に再設定する。そして、この通常制御時の目標値に収束するよう各制御デバイスを制御し、筒内酸素量を通常制御時の値に戻す。
Further, when the rich
上記の目標値に収束させる制御は、目標値(目標スロットル開度、目標EGR弁開度、目標ベーン開度)と実値(実スロットル開度、実EGR弁開度、実ベーン開度)との偏差に基づいて設定される徐変量を用いたオープン制御であり、この徐変量によって目標値に徐々に収束していくよう制御する。 The control for converging to the above target value includes a target value (target throttle opening, target EGR valve opening, target vane opening) and an actual value (actual throttle opening, actual EGR valve opening, actual vane opening) Open control using a gradual change amount set based on the deviation, and control is performed so that the target value is gradually converged by this gradual change amount.
一方、第2リッチ化制御部53は、リッチ化判定部51からリッチガス供給イベントの発生を通知されたとき、パイロット(pilot)噴射→プレ(pre)噴射→メイン(main)噴射→アフター(after)噴射の通常制御の噴射パターンに対して、トルクに寄与しないポスト(post)噴射を追加して燃料を直ちに増量させ、迅速にリッチガスを生成する。尚、以下の説明では便宜上、パイロット及びプレ噴射をパイロット噴射で代表して記載する。
On the other hand, the second
すなわち、LNT23にリッチガスを供給する初期の段階では、再生するNOx量が多く、第1リッチ化制御部52による空気量の制限によって空燃比がリッチ化するまでには応答遅れがある。このため、第2リッチ化制御部53は、図3に示すように、リッチガス供給イベントの発生と同時にポスト噴射を追加することでリッチガスを迅速にLNT23に供給し、リーン←→リッチの切り換えによるトルクショックの発生を回避しつつ、LNT23から放出されるNOxが十分に還元浄化されるように制御する。
That is, at the initial stage of supplying rich gas to the
ポスト噴射の噴射量は、ドライバー要求トルクとエンジン回転数とのマップから算出される基本量に、目標空燃比λ(リッチ化制御中)へのPID制御のための補正量を加算した値に設定される。リッチ化制御中の目標空燃比λは、ドライバー要求トルクとエンジン回転数とのマップから算出される。また、このとき、リッチ化制御における目標噴射パターン(パイロット噴射、メイン噴射、アフター噴射の噴射量及び噴射時期)もドライバー要求トルクとエンジン回転数とのマップから算出される。 The post-injection injection amount is set to a value obtained by adding a correction amount for PID control to the target air-fuel ratio λ (during rich control) to a basic amount calculated from a map of driver required torque and engine speed. Is done. The target air-fuel ratio λ during the enrichment control is calculated from a map of driver request torque and engine speed. At this time, the target injection pattern (injection amount and injection timing of pilot injection, main injection, and after injection) in the enrichment control is also calculated from the map of the driver required torque and the engine speed.
第2リッチ化制御部53は、リッチガス供給イベントの発生により、基本量及び補正量からなるポスト噴射を追加した後、図3に示すように、ポスト噴射の噴射時期・基本量を、目標アフター噴射の噴射時期・噴射量に収束するように徐々に変化させる。また、パイロット、メイン噴射の噴射時期・噴射量も目標噴射パターンに収束するように徐々に変化させる。この目標噴射パターンの噴射時期及び噴射量に収束させることで、目標空燃比λ及びドライバー要求トルクとなるように設定されている。
The second
目標噴射パターンへ収束させるための噴射時期・噴射量の徐変量は、上述のスロットル開度、EGR弁開度、ベーン開度のオープン制御による筒内酸素量低減の時間遅れ、及び目標噴射時期・目標噴射量と実噴射時期・実噴射量との偏差を参照して算出する。この目標噴射パターンへの収束により、当初の基本量及び補正量からなるポスト噴射は、その基本量分がアフター噴射のタイミング及び噴射量にシフトされて補正量分のみとなる。このときのポスト噴射の噴射量は、目標空燃比λへのフィードバックをPID制御によって補正するための僅かな燃料分である。従って、以後は、第1リッチ化制御部52による空気系の制御デバイスを介した筒内酸素量の制御と、これに対応した目標噴射パターンでの燃料量によって排気空燃比のリッチ化が維持される。
The gradual change amount of the injection timing / injection amount for converging to the target injection pattern includes the above-described throttle opening, EGR valve opening, time delay of in-cylinder oxygen amount reduction by open control of the vane opening, and target injection timing / Calculation is made with reference to the deviation between the target injection amount and the actual injection timing / actual injection amount. Due to the convergence to the target injection pattern, the post-injection composed of the initial basic amount and the correction amount is shifted to the after-injection timing and the injection amount, and becomes only the correction amount. The amount of post-injection at this time is a small amount of fuel for correcting feedback to the target air-fuel ratio λ by PID control. Therefore, thereafter, the enrichment of the exhaust air-fuel ratio is maintained by the control of the in-cylinder oxygen amount via the air system control device by the first
また、第2リッチ化制御部53は、以上のリッチ化制御に対して、リッチガス停止イベントの発生が通知されると、リッチ化制御から通常制御への移行制御を実施する。この移行制御では、先ず、リッチガス停止イベントの発生と同時に、ポスト噴射をゼロにリセットし、続いて、パイロット,メイン,アフター噴射の各噴射時期及び噴射量を、通常制御時の目標噴射時期及び目標噴射量に収束するよう徐々に変化させる。このときの徐変量は、スロットル開度、EGR弁開度、及びベーン開度の徐変による筒内酸素応答遅れ、及び通常制御時の目標噴射時期・目標噴射量と実噴射時期・実噴射量との偏差を参照して算出する。
In addition, when the occurrence of the rich gas stop event is notified to the above enrichment control, the second
次に、ECU50によるリッチ化制御に係るプログラム処理について、図4〜図6のフローチャートを用いて説明する。
Next, program processing related to enrichment control by the
先ず、図4のフローチャートに示すリッチ化制御のメインルーチンについて説明する。このメインルーチンでは、最初のステップS1でイニシャル処理を実行し、リッチガスの供給を指示するリッチガス供給フラグF1、リッチガスの供給を停止して通常制御への移行を指示する通常制御移行過渡フラグF2を、それぞれ0に初期化する。次いで、ステップS2へ進み、イベント発生条件が成立するか否かを調べ、条件成立の場合、リッチガス生成イベント或いはリッチガス停止イベントを発令する。 First, the main routine of the enrichment control shown in the flowchart of FIG. 4 will be described. In this main routine, initial processing is executed in the first step S1, a rich gas supply flag F1 for instructing supply of rich gas, a normal control transition transition flag F2 for stopping the supply of rich gas and instructing transition to normal control, Each is initialized to 0. Next, the process proceeds to step S2, and it is checked whether or not an event generation condition is satisfied. If the condition is satisfied, a rich gas generation event or a rich gas stop event is issued.
続くステップS3では、リッチガス生成イベントが発生しているか否かを判定する。判定結果が真(T)の場合、ステップS4へ進んでリッチガス供給フラグF1に1をセットし、ステップS5へ進む。一方、判定結果が偽(F)の場合には、ステップS3からステップS5へジャンプする。 In a succeeding step S3, it is determined whether or not a rich gas generation event has occurred. If the determination result is true (T), the process proceeds to step S4, 1 is set to the rich gas supply flag F1, and the process proceeds to step S5. On the other hand, if the determination result is false (F), the process jumps from step S3 to step S5.
ステップS5は、リッチガス停止イベントの発生を判定するステップであり、判定結果が真(T)の場合、ステップS6へ進んでリッチガス供給フラグF1を0にクリアすると共に、通常制御移行過渡フラグF2に1をセットし、ステップS7へ進む。一方、判定結果が偽(F)の場合には、ステップS5からステップS7へジャンプする。 Step S5 is a step for determining the occurrence of a rich gas stop event. If the determination result is true (T), the process proceeds to step S6, the rich gas supply flag F1 is cleared to 0, and the normal control transition transition flag F2 is set to 1. Is set, and the process proceeds to step S7. On the other hand, if the determination result is false (F), the process jumps from step S5 to step S7.
ステップS7では、リッチガス供給フラグF1を参照し、F1=1か否かを判定する。その結果、F1=1の場合、すなわち、リッチガス生成イベントが発生し、未だリッチガス停止イベントが発生していない場合には、ステップS7からステップS7_1へ進んで後述する図5のリッチガス生成制御サブルーチンを実行する。そして、ステップS2へ戻り、次のイベント発令に備える。 In step S7, it is determined with reference to the rich gas supply flag F1 whether F1 = 1. As a result, if F1 = 1, that is, if a rich gas generation event has occurred and a rich gas stop event has not yet occurred, the process proceeds from step S7 to step S7_1 to execute the rich gas generation control subroutine of FIG. To do. And it returns to step S2 and prepares for the next event announcement.
一方、ステップS7においてF1=0の場合、すなわち、リッチガス停止イベントが発生している場合には、ステップS7からステップS8へ進んで通常制御移行過渡フラグF2がF2=1であるか否かを判定する。これは、リッチガス停止イベントの発生によってリッチガスの供給を停止してから、通常制御への移行が完了しているか否かを判定するためである。 On the other hand, if F1 = 0 in step S7, that is, if a rich gas stop event has occurred, the process proceeds from step S7 to step S8 to determine whether the normal control transition transition flag F2 is F2 = 1. To do. This is to determine whether or not the shift to the normal control is completed after the supply of the rich gas is stopped by the occurrence of the rich gas stop event.
その結果、通常制御移行過渡フラグF2がF2=0であり、ステップS8の判定結果が偽(F)の場合、すなわち、既にリッチガス生成制御から通常制御への移行が完了している場合には、ステップS8からステップS9ヘ進む。ステップS9では、通常制御を実行し、ステップS2で次のイベント発令に備える。 As a result, when the normal control transition transition flag F2 is F2 = 0 and the determination result in step S8 is false (F), that is, when the transition from the rich gas generation control to the normal control has already been completed, The process proceeds from step S8 to step S9. In step S9, normal control is executed, and in step S2, the next event is issued.
一方、通常制御移行過渡フラグF2がF2=1であり、ステップS8の判定結果が真(T)の場合には、ステップS8からステップS8_1へ進み、後述する図6の通常制御移行過渡制御サブルーチンを実行する。通常制御移行過渡制御の実行後は、ステップS8−2において、通常制御移行過渡制御の終了条件が成立するか否かを判定する。 On the other hand, if the normal control transition transition flag F2 is F2 = 1 and the determination result in step S8 is true (T), the process proceeds from step S8 to step S8_1, and the normal control transition transient control subroutine of FIG. Execute. After the execution of the normal control transition transient control, it is determined in step S8-2 whether or not the termination condition for the normal control transition transient control is satisfied.
通常制御移行過渡制御の終了判定は、通常制御移行過渡制御における各パラメータの実値と目標値との差分を所定の閾値と比較し、各差分が閾値以下に収束した場合、通常制御移行過渡制御の終了と判定する。そして、ステップS8_2で終了判定の結果、偽(F)の場合には、ステップS2での次のイベント発令に備え、真(T)の場合、ステップS8_3で通常制御移行過渡フラグF2を0にクリアしてステップS2へ戻る。 Completion of normal control transition transient control is determined by comparing the difference between the actual value and target value of each parameter in the normal control transition transient control with a predetermined threshold, and when each difference converges below the threshold, normal control transition transient control It is determined that the end. If the result of the end determination in step S8_2 is false (F), the next event is issued in step S2. If true (T), the normal control transition transition flag F2 is cleared to 0 in step S8_3. Then, the process returns to step S2.
次に、以上のリッチ化制御のメインルーチンのステップS7−1におけるリッチガス生成制御について、図5のフローチャートを用いて説明する。 Next, the rich gas generation control in step S7-1 of the above-described rich control main routine will be described with reference to the flowchart of FIG.
リッチガス生成制御サブルーチンは、最初のステップS101、102において、アクセル開度を参照して算出されるドライバー要求トルクとエンジン回転数から燃料噴射量、燃料噴射時期、空気系制御量の目標値と、これら目標値への徐変量を算出する。燃料噴射に関しては、通常制御の噴射パターンにポスト噴射を追加し、このポスト噴射の噴射時期・噴射量の目標値及び徐変量も算出する。次に、ステップS103へ進み、先に算出した徐変量で徐変させた制御値を算出する。 In the first steps S101 and S102, the rich gas generation control subroutine includes a fuel injection amount, a fuel injection timing, and a target value of the air system control amount based on the driver requested torque calculated with reference to the accelerator opening and the engine speed. The amount of gradual change to the target value is calculated. As for fuel injection, post injection is added to the normal control injection pattern, and the target value and gradual change amount of the post injection are calculated. Next, it progresses to step S103 and the control value gradually changed by the gradual change amount calculated previously is calculated.
その結果、空気系の制御デバイスによる制御(スロットル開度、EGR弁開度、及びベーン開度の目標値へのオープン制御)を開始すると共に、ドライバー要求トルクとエンジン回転数とのマップから算出される基本量に、目標空燃比λへのPID制御のための補正量を加算したポスト噴射を実行し、速やかにリッチガスを生成する。ポスト噴射を実行した後は、図3に示すように、筒内酸素低減速度に同期してポスト噴射の噴射時期・基本量を、目標アフター噴射の噴射時期・噴射量に収束するように徐々に変化させ、また、パイロット、メイン噴射の噴射時期・噴射量も目標噴射パターンに収束するように徐々に変化させる。 As a result, control by the air system control device (throttle opening, EGR valve opening, and vane opening to the target values) is started, and calculated from a map of driver required torque and engine speed. The post-injection is executed by adding the correction amount for PID control to the target air-fuel ratio λ to the basic amount to quickly generate rich gas. After the post-injection is executed, as shown in FIG. 3, the post-injection injection timing / basic amount is gradually converged to the target after-injection injection timing / injection amount in synchronization with the in-cylinder oxygen reduction speed. Further, the injection timing and injection amount of the pilot and main injections are gradually changed so as to converge to the target injection pattern.
その後、ステップS104へ進み、リッチガス生成運転の収束判定を行う。この収束判定は、メイン噴射の噴射量・噴射時期が目標の噴射時期・噴射量に対して設定範囲内に入ったとき収束と判定し、ポスト噴射の徐変を停止して補正量による目標空燃比λへの制御を行う。 Then, it progresses to step S104 and the convergence determination of a rich gas production | generation driving | operation is performed. This convergence determination is determined as convergence when the injection amount / injection timing of the main injection falls within the set range with respect to the target injection timing / injection amount. Control to the fuel ratio λ is performed.
以上のリッチガス生成制御は、リッチガス停止イベントの発生により、通常制御に移行する。次に、リッチ化制御のメインルーチンのステップS8_1における通常制御移行過渡制御について、図6のフローチャートを用いて説明する。 The rich gas generation control described above shifts to normal control when a rich gas stop event occurs. Next, the normal control transition transient control in step S8_1 of the main routine of the enrichment control will be described using the flowchart of FIG.
通常制御移行過渡制御サブルーチンは、最初のステップS201において、ポスト噴射を停止し、ステップS202、203で、燃料噴射量、燃料噴射時期、空気系制御量の目標値と、これら目標値への徐変量を算出する。次に、ステップS204で、先に算出した徐変量で徐変させた制御値を算出する。 The normal control transition transient control subroutine stops the post-injection in the first step S201, and in steps S202 and 203, the target value of the fuel injection amount, the fuel injection timing, the air system control amount, and the gradual change amount to these target values. Is calculated. Next, in step S204, a control value gradually changed by the previously calculated gradual change amount is calculated.
その結果、リッチ化制御時の空気系の制御デバイスに対する制御量(スロットル開度、EGR弁開度、ベーン開度)を、通常制御時の目標値に収束するよう、先に算出した徐変量で徐々に変化させると共に、リッチ化制御時の噴射パターン(噴射時期・噴射量)を、通常制御時の目標噴射パターンに収束するように、先に算出した徐変量で徐々に変化させる。このときの噴射パターンは、空気系の応答遅れを考慮して徐変され、図3に示すように、筒内酸素増加速度と同期する。 As a result, the control amount (throttle opening, EGR valve opening, vane opening) for the control device of the air system during the enrichment control is the gradual amount calculated previously so as to converge to the target value during the normal control. While gradually changing, the injection pattern (injection timing / injection amount) at the time of enrichment control is gradually changed by the previously calculated gradual change amount so as to converge to the target injection pattern at the time of normal control. The injection pattern at this time is gradually changed in consideration of the response delay of the air system, and synchronizes with the in-cylinder oxygen increase rate as shown in FIG.
以上のように本実施の形態においては、LNT23に吸蔵されたNOxを放出させて還元浄化する際、スロットル開度、EGR弁開度、ベーン開度の空気系の制御によるリッチ化制御と、燃焼に寄与しない追加的なポスト噴射によるリッチ化制御とを同時に開始させ、初期の段階でポスト噴射により迅速にリッチガスを供給し、以後は、空気系の制御を主として筒内酸素量をコントロールする。
As described above, in the present embodiment, when the NOx occluded in the
これにより、再生するNOx量が多い初期の段階で、効果的にNOxの再生・還元を行うことができ、また、リーン空燃比で運転されている通常のエンジン運転状態とリッチ空燃比での運転状態との切り換えに伴うトルクショックを回避しつつ、リッチガスの供給によるオイルダイリューションの発発生及び燃費悪化を最小限に抑制することができる。 As a result, NOx can be effectively regenerated / reduced at an initial stage where the amount of NOx to be regenerated is large, and the engine is operated at a lean air-fuel ratio and is operated at a rich air-fuel ratio. It is possible to minimize the occurrence of oil dilution due to the supply of rich gas and the deterioration of fuel consumption while avoiding torque shocks associated with switching to the state.
1 エンジン
23 NOx吸蔵還元型触媒
50 電子制御装置
51 リッチ化判定部
52 第1リッチ化制御部
53 第2リッチ化制御部
DESCRIPTION OF
Claims (7)
エンジンの空気量を制御して排気の空燃比をリッチ化する第1のリッチ化制御部と、
エンジンの燃料量を制御して排気の空燃比をリッチ化する第2のリッチ化制御部と
を備え、
上記NOx吸蔵還元型触媒が吸蔵したNOxを放出させて還元浄化する際に、
上記第1のリッチ化制御部によるリッチ化制御と上記第2のリッチ化制御部によるリッチ化制御とを同時に開始させ、リッチ化制御開始後所定期間内における排気中の酸素濃度を、上記第2のリッチ化制御部によるリッチ化制御で低下させる
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 An engine exhaust purification apparatus having a NOx occlusion reduction type catalyst that stores NOx in exhaust when the air-fuel ratio of the exhaust is lean and releases the stored NOx when the air-fuel ratio of the exhaust is rich in the exhaust passage of the engine In
A first enrichment control unit that enriches the air-fuel ratio of the exhaust by controlling the air amount of the engine;
A second enrichment control unit for controlling the fuel amount of the engine to enrich the air-fuel ratio of the exhaust,
When NOx occluded by the NOx occlusion reduction catalyst is released to reduce and purify,
The enrichment control by the first enrichment control unit and the enrichment control by the second enrichment control unit are started simultaneously, and the oxygen concentration in the exhaust gas within a predetermined period after the start of the enrichment control is set to the second An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, characterized by being reduced by enrichment control by an enrichment control unit.
ことを特徴とする請求項1記載のエンジンの排気浄化装置。 After the oxygen concentration in the exhaust gas is reduced by the enrichment control by the second enrichment control unit, the enrichment control by the first enrichment control unit mainly converges the oxygen concentration in the exhaust gas to a target value. The engine exhaust gas purification apparatus according to claim 1.
上記第2のリッチ化制御部は、燃焼に寄与しないタイミングでの無効燃料の噴射によるリッチ化制御を実行する
ことを特徴とする請求項1又は2記載のエンジンの排気浄化装置。 The first enrichment control unit executes enrichment control for reducing the in-cylinder oxygen amount by controlling any one of the throttle opening, the exhaust gas recirculation amount, and the vane opening of the variable nozzle turbocharger. ,
3. The engine exhaust gas purification apparatus according to claim 1, wherein the second enrichment control unit performs enrichment control by injection of invalid fuel at a timing that does not contribute to combustion.
給機のベーン開度を、リッチ化制御時の目標値となるように制御することを特徴とする請求項3記載のエンジンの排気浄化装置。 The first enrichment control unit controls the throttle opening, the exhaust gas recirculation amount, and the vane opening of the variable nozzle turbocharger so as to become target values at the time of enrichment control. The exhaust emission control device for an engine according to claim 3.
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