JP2013221442A - Exhaust emission control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関(以下、エンジンともいう)の排気浄化装置に関し、特に排気浄化触媒の浄化性能を回復させるための回復制御を行うようにしたものに係る。 The present invention relates to an exhaust emission control device for an internal combustion engine (hereinafter also referred to as an engine), and particularly relates to an apparatus for performing recovery control for recovering the purification performance of an exhaust purification catalyst.
従来より、例えば自動車等に搭載されるディーゼルエンジン(以下、単にエンジンという場合もある)の排気浄化装置として、酸素濃度の高い排気中においても窒素酸化物(NOx)を浄化可能なリーンNOx触媒と、排気中の粒子状物質(Particulate Matter:PM)を捕集するPMフィルタと、を備えたものが知られている(例えば下記の特許文献1を参照)。
2. Description of the Related Art Conventionally, a lean NOx catalyst capable of purifying nitrogen oxides (NOx) even in exhaust gas with a high oxygen concentration, as an exhaust gas purification device for a diesel engine (hereinafter, also simply referred to as an engine) mounted on an automobile or the like, for example A PM filter that collects particulate matter (PM) in exhaust gas is known (see, for example,
リーンNOx触媒の中でもNOx吸蔵還元型の触媒(NOx Storage Reduction:NSR触媒)は、排気中の酸素濃度が高い状態、言い換えると排気の空燃比(A/F)がリーンの状態でNOxを吸蔵するNOx吸蔵材を有している。そして、酸素濃度の低下、即ち空燃比のリッチ化に伴ってNOx吸蔵材から放出されるNOxを、排気中の水素(H2)や一酸化炭素(CO)、炭化水素(HC)等の還元剤成分と反応させて、無害化する。 Among lean NOx catalysts, NOx storage reduction (NSR catalyst) stores NOx in a state where the oxygen concentration in the exhaust is high, in other words, in a state where the air-fuel ratio (A / F) of the exhaust is lean. It has NOx storage material. The NOx released from the NOx occlusion material as the oxygen concentration decreases, that is, the air-fuel ratio becomes richer, is reduced to hydrogen (H 2 ), carbon monoxide (CO), hydrocarbons (HC), etc. in the exhaust gas. It is made harmless by reacting with agent components.
このようなNSR触媒では、NOx吸蔵量の増大に連れて排気中のNOxを吸蔵する能力が低下するので、吸蔵量が所定の閾値に達すれば意図的に排気の空燃比をリッチ側へ切り替えて、吸蔵されているNOxを放出させかつ還元するためのNOx還元制御が行われる。具体的には、排気系に燃料添加弁を設けて燃料を供給したり、燃焼室内への主燃料噴射の後に少量の燃料を噴射(ポスト噴射)することで、排気の空燃比をリッチ化させてNSR触媒を還元雰囲気にすることができる。 In such an NSR catalyst, the ability to store NOx in the exhaust gas decreases as the NOx storage amount increases. Therefore, when the storage amount reaches a predetermined threshold, the exhaust air-fuel ratio is intentionally switched to the rich side. Then, NOx reduction control for releasing and reducing the stored NOx is performed. Specifically, a fuel addition valve is provided in the exhaust system to supply fuel, or a small amount of fuel is injected (post-injection) after the main fuel injection into the combustion chamber, thereby enriching the air-fuel ratio of the exhaust. Thus, the NSR catalyst can be brought into a reducing atmosphere.
また、一般にディーゼルエンジンにおいてはその燃焼に伴い、燃料(軽油)や潤滑油に含まれる硫黄成分の酸化物(SOx)も生成される。このSOxは硫酸塩などの化学的に安定な物質としてNOx吸蔵材に蓄積されるので、その蓄積量の増大に連れて徐々にNOx吸蔵能力が低下することになる(いわゆる硫黄被毒と呼ばれるもので、以下、S被毒ともいう)。 In general, in a diesel engine, accompanying combustion, an oxide (SOx) of a sulfur component contained in fuel (light oil) or lubricating oil is also generated. Since this SOx accumulates in the NOx occlusion material as a chemically stable substance such as sulfate, the NOx occlusion capacity gradually decreases as the accumulation amount increases (so-called sulfur poisoning) Hereinafter, it is also referred to as S poison).
そこで、NOx吸蔵材のSOx蓄積量が所定の閾値に達すれば意図的に排気の空燃比をリッチ化させて、蓄積されているSOxを放出させることにより、NOx吸蔵能力を回復させる制御(以下、S被毒回復制御ともいう)が行われる。これは、まず空燃比のリーンな状態で前記排気系への燃料の供給やポスト噴射によって触媒床温を効果的に上昇させた上で、空燃比をリッチ化させてNSR触媒を還元雰囲気にすることで、NOx吸蔵材からSOxを放出させて還元浄化するものである。 Therefore, if the SOx accumulation amount of the NOx occlusion material reaches a predetermined threshold value, the control is performed to recover the NOx occlusion capability by intentionally enriching the air-fuel ratio of the exhaust gas and releasing the accumulated SOx (hereinafter referred to as “NOx occlusion capacity”). S poisoning recovery control) is performed. This is because the catalyst bed temperature is effectively increased by supplying fuel to the exhaust system or post-injection in a lean state of the air-fuel ratio, and then the air-fuel ratio is enriched to bring the NSR catalyst into a reducing atmosphere. In this way, SOx is released from the NOx occlusion material and reduced and purified.
一方、前記のPMフィルタとしては、通過する排気の流れから効率よくPMを漉し取る(捕集する)ために種々の構造が提案されており、例えばDPF(Diesel Particulate Filter)やDPNR(Diesel Particulate-NOx Reduction)として知られている。こうしてPMを捕集するフィルタでは、PMの捕集量が多くなるに連れてフィルタの通気抵抗が大きくなり、やがては目詰まりを生じることになる。 On the other hand, as the PM filter, various structures have been proposed for efficiently scavenging (collecting) PM from the flow of exhaust gas passing therethrough, such as DPF (Diesel Particulate Filter) and DPNR (Diesel Particulate-). This is known as NOx Reduction. Thus, in the filter that collects PM, as the amount of collected PM increases, the ventilation resistance of the filter increases and eventually clogging occurs.
そこで、フィルタにおけるPMの捕集量が所定の閾値に達すれば、前記のNOx還元制御やS被毒回復制御と同様に排気系への燃料供給やポスト噴射などを行い、こうして排気中に供給された燃料の燃焼によってフィルタ温度を所定以上に高めることで、捕集されているPMを酸化(燃焼)させて除去するフィルタ再生制御が行われる。 Therefore, if the amount of PM trapped in the filter reaches a predetermined threshold, fuel supply to the exhaust system, post-injection, etc. are performed in the same manner as in the NOx reduction control and S poison recovery control, and thus the exhaust gas is supplied into the exhaust. Filter regeneration control is performed in which the collected PM is oxidized (burned) and removed by raising the filter temperature to a predetermined level or higher by burning the fuel.
ところで、前記のように排気中に含まれているPMが、PMフィルタだけでなくNSR触媒のセルに付着、堆積して目詰まりを起こさせることがある。特に、前記したNOx還元制御やS被毒回復制御を行うと、リッチな排気中に存在する炭化水素(HC)が触媒担体の前端面(排気の上流側の端面)に付着し、PMの堆積を助長するバインダとして機能することになる。 By the way, as described above, PM contained in the exhaust gas may be clogged by adhering to and accumulating not only in the PM filter but also in the cell of the NSR catalyst. In particular, when the above-described NOx reduction control or S poison recovery control is performed, hydrocarbons (HC) present in the rich exhaust gas adhere to the front end surface (the upstream end surface of the exhaust gas) of the catalyst carrier, and PM is deposited. It will function as a binder that promotes.
そうして付着、堆積したPMによってNSR触媒が目詰まりすると、排気圧力損失の増大によってエンジンの出力および燃費が悪化するとともに、堆積したPMが急激に燃焼した場合には触媒床温が過度に上昇するおそれがある、という信頼性の問題も生じる。 If the NSR catalyst is clogged by the PM deposited and deposited in this way, the engine output and fuel consumption deteriorate due to an increase in exhaust pressure loss, and the catalyst bed temperature rises excessively when the accumulated PM burns rapidly. There is also a problem of reliability that there is a risk of failure.
この点について前記特許文献1には、PMによる目詰まりを判定すれば、NSR触媒の温度を上昇させてHCの気化を促すとともに、電動の過給機を動作させて排気の流量を強制的に増量し、触媒担体の前端面に堆積しているPMを吹き飛ばす、という技術が開示されている。
With regard to this point, in
しかしながら、そのようにPMを吹き飛ばすためには、排気の流量を自由に増量できる電動の過給機が必要であり、触媒担体の前端面からPMを吹き飛ばすと、このPMがセルの通路下流側の壁面に再付着することも考えられるから、前記したようにバインダとなるHCの濃度が高い排気中において、PMを吹き飛ばすという手法は必ずしも効率的とは言い難い。 However, in order to blow off PM in such a manner, an electric supercharger that can freely increase the flow rate of exhaust gas is required. When PM is blown off from the front end face of the catalyst carrier, this PM is disposed downstream of the cell passage. Since it may be reattached to the wall surface, the method of blowing off PM in the exhaust gas having a high concentration of HC as a binder as described above is not necessarily efficient.
本発明は斯かる点に鑑みてなされたもので、その目的は、NSR触媒のような排気浄化触媒の性能を回復させるための制御を行うようにした排気浄化装置において、PMによる目詰まりを効率良く解消し、排気圧力損失の増大や信頼性の低下を防止することにある。 The present invention has been made in view of such a point, and an object of the present invention is to efficiently prevent clogging by PM in an exhaust purification apparatus that performs control for recovering the performance of an exhaust purification catalyst such as an NSR catalyst. It is to eliminate well and prevent an increase in exhaust pressure loss and a decrease in reliability.
前記目的を達成するために本発明では、排気浄化触媒の回復制御の際に空燃比のリーン化とポスト噴射とによって、触媒床温が上昇することに着目し、そのポスト噴射による燃料の少なくとも一部を気筒内で燃焼させることで、触媒に流入する排気の温度を所定以上に高くし、前端面に堆積したPMを酸化させて除去するようにした。 In order to achieve the above object, the present invention focuses on the fact that the catalyst bed temperature rises due to the leaning of the air-fuel ratio and post-injection during the recovery control of the exhaust purification catalyst, and at least one of the fuel produced by the post-injection. By burning the part in the cylinder, the temperature of the exhaust gas flowing into the catalyst was raised to a predetermined level or more, and PM deposited on the front end face was oxidized and removed.
−解決手段−
具体的に本発明は、気筒内に臨んで燃料噴射弁が設けられている内燃機関の排気浄化装置を対象として、その内燃機関の排気系に配設された排気浄化触媒と、この排気浄化触媒の浄化性能を回復させるために、少なくとも前記燃料噴射弁を制御して空燃比をリッチ側、リーン側に切り替える回復制御を行う制御手段とを備えている。そして、前記回復制御において空燃比をリーン側に切り替えた際は、気筒の膨張行程後半のポスト噴射によって前記排気浄化触媒に未燃状態の燃料を供給するものとし、前記制御手段は、前記排気浄化触媒におけるPMの堆積量が所定量以上になったと判定すれば、前記ポスト噴射を燃料の少なくとも一部が気筒内で燃焼するように進角させて、前記排気浄化触媒に流入する排気の温度を上昇させる構成とした。
-Solution-
Specifically, the present invention is directed to an exhaust purification device for an internal combustion engine in which a fuel injection valve is provided facing a cylinder, an exhaust purification catalyst disposed in an exhaust system of the internal combustion engine, and the exhaust purification catalyst In order to recover the purification performance, there is provided control means for performing recovery control for controlling at least the fuel injection valve and switching the air-fuel ratio from the rich side to the lean side. When the air-fuel ratio is switched to the lean side in the recovery control, unburned fuel is supplied to the exhaust purification catalyst by post injection in the latter half of the expansion stroke of the cylinder, and the control means If it is determined that the amount of PM deposited on the catalyst has reached a predetermined amount or more, the post injection is advanced so that at least a part of the fuel burns in the cylinder, and the temperature of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst is increased. It was set as the structure raised.
かかる構成の排気浄化装置では、排気浄化触媒の浄化性能の回復制御において空燃比をリーン側に切り替えた際に、排気浄化触媒におけるPMの堆積量が所定量以上になっていれば、通常は気筒の膨張行程の後半で行われるポスト噴射を進角させて、燃料の少なくとも一部を気筒内で燃焼させる。こうすると、排気浄化触媒に流入する排気の温度が所定以上に(例えば600℃以上に)高くなり、前端面に付着しているPMが酸化されて除去される。 In the exhaust purification device having such a configuration, when the air-fuel ratio is switched to the lean side in the recovery control of the purification performance of the exhaust purification catalyst, if the PM accumulation amount in the exhaust purification catalyst is equal to or greater than a predetermined amount, the cylinder is usually The post-injection performed in the latter half of the expansion stroke is advanced to burn at least part of the fuel in the cylinder. As a result, the temperature of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst becomes higher than a predetermined value (for example, 600 ° C. or higher), and the PM adhering to the front end surface is oxidized and removed.
すなわち、回復制御の際に排気浄化触媒が昇温することを利用して、空燃比をリーン側に切り替えた際のポスト噴射のタイミングを少し変えるだけで、触媒前端面のPMを除去することができるので、排気浄化触媒のPMによる目詰まりを効率良く解消し、排気圧力損失の増大や信頼性の低下を防止することができる。しかも、PMの酸化熱によって触媒の上流側の部分を効率良く昇温させることができ、この部分の浄化性能の回復に有利になる。 That is, by utilizing the temperature rise of the exhaust purification catalyst during the recovery control, the PM on the catalyst front end face can be removed by slightly changing the post injection timing when the air-fuel ratio is switched to the lean side. Therefore, clogging due to PM of the exhaust purification catalyst can be efficiently eliminated, and an increase in exhaust pressure loss and a decrease in reliability can be prevented. In addition, the temperature upstream of the catalyst can be efficiently raised by the oxidation heat of PM, which is advantageous for recovery of the purification performance of this portion.
更に、そのように空燃比をリーン側に切り替えた際に効率良くPMを除去できることから、空燃比をリッチ側に切り替えた際にPMの生成が助長されることを従来以上に許容できるようになる。よって、PMの生成量が多くなることを懸念して従来は回復制御を実行できなかった運転領域においても、排気浄化触媒の回復制御を実行可能になる。 Further, since the PM can be efficiently removed when the air-fuel ratio is switched to the lean side, it is possible to allow the generation of PM to be promoted more than before when the air-fuel ratio is switched to the rich side. . Therefore, the recovery control of the exhaust purification catalyst can be executed even in the operation region where the recovery control could not be executed conventionally because of concern that the amount of PM generated will increase.
更にまた、前記のようにPMの生成を従来以上に許容できるのであれば、空燃比は従来以上にリッチ化することも可能になる。そこで、回復制御として例えばS被毒回復制御(排気浄化触媒に蓄積された硫黄成分を放出させるための制御)を行うのであれば、空燃比をリッチ側に制御する際は理論空燃比よりもリッチにすることが好ましい。こうすれば、燃焼に伴い生成されるH2、CO、HCなど還元剤成分が多くなり、SOxの放出を効果的に促進できる。 Furthermore, if the generation of PM can be allowed more than before as described above, the air-fuel ratio can be made richer than before. Therefore, if, for example, S poisoning recovery control (control for releasing the sulfur component accumulated in the exhaust purification catalyst) is performed as recovery control, when the air-fuel ratio is controlled to the rich side, it is richer than the stoichiometric air-fuel ratio. It is preferable to make it. By doing so, reducing agent components such as H 2 , CO, and HC generated with combustion increase, and the release of SOx can be effectively promoted.
また、そうして回復制御の際にポスト噴射を進角させて、燃料の少なくとも一部が気筒内で燃焼するようにした場合、これにより機関トルクが増大するので、このトルクの増大を相殺するように、気筒の圧縮上死点近傍で行うメイン噴射の燃料噴射量を減量することが好ましい。 Further, when the post-injection is advanced during the recovery control so that at least a part of the fuel is burned in the cylinder, the engine torque increases thereby canceling the increase in the torque. Thus, it is preferable to reduce the fuel injection amount of the main injection performed near the compression top dead center of the cylinder.
ここで、前記のように排気浄化触媒におけるPMの堆積量が所定量以上になったことは、当該排気浄化触媒よりも排気の上流側の圧力によって判定することができる。すなわち、一例として触媒上流側の排気通路に排気圧センサを配設し、その出力信号から触媒の目詰まりを正確に判定することができる。なお、PMの堆積量が所定量以上になったことは内燃機関の運転履歴等から判定するようにしてもよいし、前記排気圧センサの出力信号および内燃機関の運転履歴等を併用して判定するようにしてもよい。 Here, it can be determined by the pressure upstream of the exhaust gas from the exhaust purification catalyst that the amount of PM accumulated in the exhaust purification catalyst has reached a predetermined amount or more as described above. That is, as an example, an exhaust pressure sensor is disposed in the exhaust passage on the upstream side of the catalyst, and the clogging of the catalyst can be accurately determined from the output signal. Note that it may be determined from the operation history of the internal combustion engine that the accumulated amount of PM is equal to or greater than a predetermined amount, or may be determined using both the output signal of the exhaust pressure sensor and the operation history of the internal combustion engine. You may make it do.
ところで、例えば前記S被毒回復制御のような回復制御において空燃比をリッチ化すると、PMの生成が助長されることになるので、排気浄化触媒よりも排気の下流側にPMフィルタが配設されている場合は、このPMフィルタのPM捕集量の増大が早まり、通気抵抗の増大することが懸念される。 By the way, for example, when the air-fuel ratio is enriched in the recovery control such as the S poison recovery control, the generation of PM is promoted. Therefore, a PM filter is disposed downstream of the exhaust purification catalyst. If this is the case, there is a concern that the increase in the amount of PM collected by this PM filter will be accelerated and the ventilation resistance will increase.
この点、S被毒回復制御では、空燃比をリーン側に切り替えた際にポスト噴射によって排気系に供給された未燃燃料が燃焼することで、触媒床温だけでなくPMフィルタの温度も上昇するので、上述したフィルタ再生制御と同様にPMフィルタのPMが酸化されて除去される可能性がある。 In this regard, in the S poison recovery control, when the air-fuel ratio is switched to the lean side, the unburned fuel supplied to the exhaust system by post-injection burns, so that not only the catalyst bed temperature but also the temperature of the PM filter increases. Therefore, the PM of the PM filter may be oxidized and removed as in the filter regeneration control described above.
そこで、前記PMフィルタにおけるPMの捕集量が所定量以上になっていれば、前記回復制御におけるポスト噴射の進角を行わないようにしてもよい。すなわち、例えば排気浄化触媒におけるPMの堆積量が所定の判定値以上になったとき、PMフィルタのPM捕集量が所定量未満であればポスト噴射を進角させる一方、所定量以上であればポスト噴射の進角は行わないようにする。 Therefore, if the amount of PM collected in the PM filter is equal to or greater than a predetermined amount, the advance angle of post injection in the recovery control may not be performed. That is, for example, when the amount of PM accumulated in the exhaust purification catalyst becomes equal to or greater than a predetermined determination value, if the amount of PM collected by the PM filter is less than a predetermined amount, the post-injection is advanced. Do not advance the post-injection.
また、例えば排気浄化触媒におけるPMの堆積量が所定の上限値に達してしまい、その前端面の目詰まりする可能性が高くなれば、PMフィルタのPM捕集量は考慮せず、前記回復制御におけるポスト噴射の進角を行うようにしてもよい。なお、PMフィルタのPM捕集量については、公知の如くPMフィルタの上流側および下流側の差圧に基づいて判定すればよい。 Further, for example, if the PM accumulation amount in the exhaust purification catalyst reaches a predetermined upper limit value, and the possibility of clogging the front end surface becomes high, the recovery control is performed without considering the PM collection amount of the PM filter. You may make it perform the advance angle of the post injection in. In addition, what is necessary is just to determine about PM collection amount of PM filter based on the differential pressure | voltage of the upstream of a PM filter, and downstream as well-known.
更に、そうしてPMフィルタのPM捕集量を考慮するのであれば、前記回復制御において空燃比のリッチ側への切り替えを、PMフィルタのPM捕集量が所定量未満になるまで行わないようにしてもよい。こうすれば、回復制御において空燃比がリーンとされ、通常のポスト噴射が行われる状態が継続し、排気系が効果的に昇温される結果として、PMフィルタからのPMの除去が図られる。 Further, if the PM collection amount of the PM filter is taken into consideration, the recovery control is not performed to switch the air-fuel ratio to the rich side until the PM collection amount of the PM filter becomes less than a predetermined amount. It may be. By so doing, the air-fuel ratio is made lean in the recovery control, the state in which normal post injection is performed continues, and as a result of effectively raising the temperature of the exhaust system, PM is removed from the PM filter.
このことから、前記排気浄化触媒におけるPMの堆積量にかかわらず、すなわち、PMの堆積量が所定量未満であって前記の回復制御におけるポスト噴射の進角を行わない場合についても、PMフィルタにおけるPMの捕集量が所定量以上であれば、回復制御における空燃比のリッチ側への切り替えを行わないようにしてもよい。 Therefore, regardless of the amount of PM deposited on the exhaust purification catalyst, that is, the case where the amount of PM accumulated is less than a predetermined amount and the advance of the post injection in the recovery control is not performed, If the amount of collected PM is equal to or greater than a predetermined amount, the air-fuel ratio may not be switched to the rich side in the recovery control.
本発明に係る排気浄化装置によると、排気浄化触媒の浄化性能を回復させるための回復制御において、当該触媒の床温度を上昇させるべく空燃比をリーンにしてポスト噴射を行う場合に、その触媒におけるPMの堆積量が多くなればポスト噴射を進角させて、触媒に流入する排気の温度を上昇させることにより、触媒前端面に堆積したPMを効率良く酸化除去することができる。よって、排気浄化触媒の目詰まりを効率良く解消し、排気圧力損失の増大や信頼性の低下を防止することができる。 According to the exhaust emission control device according to the present invention, in the recovery control for recovering the purification performance of the exhaust purification catalyst, when post injection is performed with the air-fuel ratio lean to increase the bed temperature of the catalyst, If the amount of accumulated PM increases, the post-injection is advanced to raise the temperature of the exhaust gas flowing into the catalyst, whereby the PM accumulated on the front end face of the catalyst can be efficiently oxidized and removed. Therefore, clogging of the exhaust purification catalyst can be efficiently eliminated, and an increase in exhaust pressure loss and a decrease in reliability can be prevented.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は、自動車に搭載されたコモンレール式筒内直噴型多気筒(例えば直列4気筒)ディーゼルエンジン(内燃機関)に本発明を適用した場合について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the present embodiment, a case where the present invention is applied to a common rail in-cylinder direct injection multi-cylinder (for example, in-line 4-cylinder) diesel engine (internal combustion engine) mounted on an automobile will be described.
−エンジンの構成−
まず、本実施形態に係るディーゼルエンジンの概略構成を、図1を参照して説明すると、このディーゼルエンジン1(以下、単にエンジン1ともいう)においては各気筒1a内の燃焼室にそれぞれ噴孔を臨ませてインジェクタ2が配置されている。これら各気筒1a毎のインジェクタ2は全ての気筒1aに共通のコモンレール11に接続されており、このコモンレール11を介して上流側のサプライポンプ10から送られてくる燃料の供給を受ける。
-Engine configuration-
First, a schematic configuration of a diesel engine according to the present embodiment will be described with reference to FIG. 1. In this diesel engine 1 (hereinafter, also simply referred to as an engine 1), injection holes are respectively provided in combustion chambers in the
サプライポンプ10は、燃料タンクから汲み上げられた燃料を加圧した後に燃料通路10aを介してコモンレール11に供給する。コモンレール11は、サプライポンプ10から吐出される燃料の変動を緩和して燃圧を所定値に維持(蓄圧)する蓄圧室としての機能を有し、この蓄圧した燃料を各インジェクタ2に分配する。インジェクタ2は、所定電圧が印加されたときに開弁して、気筒1a内に燃料を噴射供給する電磁駆動式の開閉弁である。このインジェクタ2の開閉制御、即ち燃料の噴射量および噴射時期の制御は、制御手段としてのECU(Electronic Control Unit)100によって行われる。
The
エンジン1には吸気通路3および排気通路4が接続されている。吸気通路3には、上流部(吸入空気流れ方向の上流部)から下流側に向けて順に、エアクリーナ9、エアフローメータ33、ターボチャージャ6のコンプレッサ63、インタークーラ8、および、スロットルバルブ5が配置されている。スロットルバルブ5はスロットルモータ51によって開度が調整される。このスロットル開度はスロットル開度センサ41によって検出される。なお、吸気通路3は、スロットルバルブ5の下流側に配置された吸気マニホールド3aにおいて各気筒1aに対応して分岐している。
An
一方、排気通路4は、エンジン1の各気筒1aに繋がる排気マニホールド4aによって、複数の気筒1aからの排気の流れを1つに集合させる。この排気マニホールド4aよりも下流側の排気通路4には、排気の空燃比(A/F)がリーンな(排気中の酸素濃度が高い)状態でもNOxを浄化可能なNOx吸蔵還元型触媒(NOx Storage Reduction:以下、NSR触媒21という)と、排気中に含まれる粒子状物質(Particulate Matter:PM)を捕集するPMフィルタ(Diesel Particulate Filter:DPF)22とが順に配置されている。
On the other hand, the exhaust passage 4 collects exhaust flows from the plurality of
NSR触媒21は一例として、一般的な三元触媒にNOx吸蔵材としてアルカリ類、アルカリ土類、希土類酸化物を担持したものである。すなわち、コージェライト等の多孔質セラミックス構造体からなる担体には、その長手方向、即ち排気の流れ方向に延びる多数の細長いセル通路を有し、これらセル通路の壁面に前記のようなNOx吸蔵材の層を形成した上で、白金のような貴金属を担持させてなる。
As an example, the
そして、NSR触媒21は、排気の空燃比(A/F)がリーンな状態で排気中のNOxをNOx吸蔵材により吸蔵する一方、排気の空燃比がリッチ化すると、NOx吸蔵材から放出されるNOxを排気中の水素(H2)、一酸化炭素(CO)、炭化水素(HC)等の還元剤成分と反応させる。すなわち、NOxは還元されて無害な窒素N2になり、H2、CO、HCは酸化されて無害な水(H2O)や二酸化炭素(CO2)になる。本実施形態では、このような排気の空燃比の調整を、後述するようにインジェクタ2の制御(後述するポスト噴射)などによって行う。
The
一方、DPF22は、前記NSR触媒21と同様の多孔質セラミックス構造体において、多数のセルのうち隣り合うものの前端部と後端部とを交互に目封じした構造である。排気は、DPF22の排気上流側の端部が開放したセルに流入し、隣のセルとの間の多孔質の壁を通過するようになっており、このときに排気中のPMが捕集される。また、本実施形態のDPF22には白金等の貴金属が担持されており、後述するDPF再生制御の際には、堆積したPMの酸化反応を促進する酸化触媒として機能する。
On the other hand, the
そして、NSR触媒21の上流側(排気流れの上流側)および下流側の排気通路4にはそれぞれA/Fセンサ36a,36bが配置されており、排気中の酸素濃度に応じて連続的に変化する信号を出力する。また、NSR触媒21の上流側および下流側の排気通路4にはそれぞれ排気温度センサ37a,37bも配置されており、排気温度に応じて連続的に変化する信号を出力する。これらのA/Fセンサ36a,36b、排気温度センサ37a,37bによってNSR触媒21やDPF22に流入する排気の空燃比や温度を検出することができる。
A /
NSR触媒21の上流側の排気通路4には排気圧センサ38が配設されており、NSR触媒21の上流側における排気通路4の圧力に応じて連続的に変化する信号を出力する。このNSR触媒21の上流側の圧力は、後述するように、NSR触媒21の前端面(排気の流れの上流側の端面)におけるPMの堆積量に相関がある。すなわち、NSR触媒21の前端面におけるPM堆積量の増加に伴う通気抵抗の増大によってNSR触媒21の上流側の圧力も上昇するため、このNSR触媒21の上流側の圧力からPM堆積量を推定することができる。
An
また、DPF22の上流側圧力と下流側圧力との差圧を検出する差圧センサ39(差圧トランスデューサ)も設けられており、DPF22の上流側圧力と下流側圧力との圧力差に応じて連続的に変化する信号を出力する。この差圧信号に基づいてDPF22におけるPM捕集量を推定することができる。なお、前記A/Fセンサ36a,36bや排気温度センサ37a,37bなどの配置は一例に過ぎず、それらはNSR触媒21の上流側のみであってもよいし、下流側のみであってもよい。
In addition, a differential pressure sensor 39 (differential pressure transducer) that detects a differential pressure between the upstream pressure and the downstream pressure of the
更に本実施形態のエンジン1にはターボチャージャ6が装備されている。ターボチャージャ6は、排気通路4のタービン62と吸気通路3のコンプレッサ63とをロータシャフト61を介して連結してなり、タービン62が受ける排気流(排気圧)を利用して、コンプレッサ63を回転させることにより吸気を過給するものである。なお、ターボチャージャ6によって過給された吸気は、吸気通路3に配設されたインタークーラ8によって冷却される。
Furthermore, the
また、本実施形態のエンジン1にはEGR装置7が装備されている。EGR装置7は、排気通路4から排気の一部を吸気通路3に還流させて、各気筒1aの燃焼室へ再循環させるものである。このEGR装置7は、吸気マニホールド3aと排気マニホールド4aとを接続するEGR通路71と、吸気側へ還流される排気(以下、EGRガスともいう)を冷却するためのEGRクーラ73と、その排気の還流量を調整するEGRバルブ72と、を備えている。EGRバルブ72の開度は、以下に述べるECU100からの制御指令に応じて調整される
−ECU−
ECU100は、図2に示すように、CPU101、ROM102、RAM103およびバックアップRAM104などを備えている。ROM102には、各種制御プログラムや、それら制御プログラムを実行する際に参照されるマップ等が記憶されている。CPU101は、ROM102に記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて演算処理を実行する。また、RAM103はCPU101での演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリであり、バックアップRAM104はエンジン1の停止時にその保存すべきデータ等を記憶する不揮発性のメモリである。
Further, the
As shown in FIG. 2, the
これらCPU101、ROM102、RAM103、および、バックアップRAM104はバス107を介して互いに接続されるとともに、入力インターフェース105および出力インターフェース106と接続されている。
The
入力インターフェース105には、エンジン1の出力軸であるクランクシャフトの回転数を検出するエンジン回転数センサ31、エンジン水温(冷却水温)を検出する水温センサ32、吸気の流量を検出するエアフローメータ33、吸気マニホールド3aに配置された吸気温センサ34、吸気マニホールド3aに配置された吸気圧センサ35、前記A/Fセンサ36a,36b、排気温センサ37a,37b、排気圧センサ38、差圧センサ39、コモンレール11内の高圧燃料の圧力を検出するレール圧センサ40、スロットル開度センサ41、アクセル開度センサ42、および、車速センサ43などが接続されており、これらの各センサからの信号がECU100に入力される。
The
一方、出力インターフェース106には、インジェクタ2、サプライポンプ10、スロットルバルブ5のスロットルモータ51、EGRバルブ72のアクチュエータなどが接続されている。そして、ECU100は、前記した各種センサの出力信号に基づいて、エンジン1のスロットルバルブ5の開度制御、インジェクタ2による燃料噴射制御(噴射量・噴射時期の制御)、および、EGRガス量の制御などを含むエンジン1の各種制御を実行する。
On the other hand, the
一例としてECU100は、インジェクタ2による燃料噴射制御として、図3に模式的に示すようにパイロット噴射やメイン噴射(主としてエンジン1のトルク生成に寄与する燃料噴射)、およびポスト噴射を実行する。公知のようにパイロット噴射は、メイン噴射に先立って噴射した少量の燃料を燃焼させることにより、引き続いてメイン噴射される燃料の着火遅れを抑制して、安定した拡散燃焼に導くためのものである。
As an example, the
また、メイン噴射は一般的にエンジン1のトルク発生のための噴射動作であり、その噴射量は基本的には、エンジン回転数、アクセル操作量、冷却水温度、吸気温度等の運転状態に応じ、要求トルクが得られるように決定される。例えばエンジン回転数が高いほど、また、アクセル開度が大きいほどエンジン1への要求トルクは高くなり、それに応じてメイン噴射量が多く設定される。
The main injection is generally an injection operation for generating torque of the
更にポスト噴射は、メイン噴射の後に噴射した燃料が気筒1a内で燃焼しないよう、通常は膨張行程の後半で行われる。ポスト噴射は、以下に説明するようにNOx還元制御、DPF再生制御およびS被毒回復制御において、エンジン1のトルク変動を招くことなく排気の空燃比(排気A/F)を調整したり、NSR触媒21やDPF22の温度を上昇させたりするのに利用される。
Further, the post injection is normally performed in the latter half of the expansion stroke so that the fuel injected after the main injection does not burn in the
また、ECU100は、エンジン1の運転状態に応じてEGRバルブ72の開度を制御し、気筒1a内に充填される吸気中のEGRガスの割合を調整する。すなわち、ECU100は、予め実験やシミュレーション等によって作成されてROMに記憶されているEGRマップに基づいて、EGRバルブ72の開度を制御する。EGRマップは、エンジン回転数およびエンジン負荷(燃料噴射量でもよい)をパラメータとして好適なEGR量(EGR率)を決定するためのマップであり、一例としてエンジン回転数およびエンジン負荷の高いときほどEGRバルブ72の開度を小さくするように設定されている。
Further, the
なお、以下に説明するようにS被毒回復制御において排気の空燃比(排気A/F)をリッチ、リーンに切り替えるときに、リッチにする場合はスロットルバルブ5の開度を小さくするとともにEGRを行って、吸入空気量を減少させる一方、リーンにする場合はスロットルバルブ5の開度を大きくし、EGRは行わない。
As will be described below, when the exhaust air-fuel ratio (exhaust A / F) is switched to rich and lean in the S poison recovery control, the
−排気浄化装置の制御動作−
以下に、本実施形態の排気浄化装置によるNOx還元制御、S被毒回復制御およびDPF再生制御についてそれぞれ説明する。まず周知のNOx還元制御およびDPF再生制御について説明した後に、本実施形態の特徴とするS被毒回復制御について説明する。
-Control operation of exhaust gas purification device-
Hereinafter, the NOx reduction control, the S poison recovery control, and the DPF regeneration control by the exhaust gas purification apparatus of the present embodiment will be described. First, the well-known NOx reduction control and DPF regeneration control will be described, and then the S poison recovery control, which is a feature of this embodiment, will be described.
(NOx還元制御)
一般的にディーゼルエンジン1においては、大部分の運転領域で排気の空燃比はリーン空燃比となり、通常の運転状態ではNSR触媒21の周囲雰囲気は酸素濃度の高い状態になって、排気中のNOxがNSR触媒21に吸蔵される。そして、NSR触媒21の周囲雰囲気が低酸素濃度となる状況は非常に少ないため、NOxの吸蔵量は徐々に増大し、これに連れてNSR触媒21のNOx吸蔵能力が低下してゆく。
(NOx reduction control)
In general, in the
そこで、エンジン運転状態などに基づいて推定されるNOx吸蔵量が所定の閾値((NSR触媒21のNOx吸蔵能力が飽和する前の適値))に達した場合に、インジェクタ2からのポスト噴射によって排気中に燃料を供給することにより、その空燃比(A/F)を一時的にリッチ化させて、還元剤成分(HC等)の量を増大させる。これにより、NSR触媒21の周囲が還元雰囲気になって吸蔵されているNOxが放出され、還元浄化されることで、NSR触媒21のNOx吸蔵能が回復する。
Therefore, when the NOx occlusion amount estimated based on the engine operating state or the like reaches a predetermined threshold ((appropriate value before the NOx occlusion capacity of the
なお、前記NOx吸蔵量の推定手法としては、エンジン回転数とインジェクタ2からの燃料噴射量とに応じたNOx吸蔵量を予め実験等により求めてマップ化しておき、このマップにより求められるNOx吸蔵量を積算するという方法が挙げられる。
As a method for estimating the NOx occlusion amount, the NOx occlusion amount corresponding to the engine speed and the fuel injection amount from the
(DPF再生制御)
一般的にディーゼルエンジン1においては、排気中に含まれるPMをDPF22によって捕集するが、こうして捕集されたPMはセルの壁面に堆積して排気の流れの妨げとなり、徐々に通気抵抗が大きくなってゆく。これに伴ってDPF22の上流側の排気圧力と下流側の排気圧力との差圧が大きくなるので、差圧からDPF22のPM捕集量を推定することができる。
(DPF regeneration control)
In general, in the
そこで、ECU100は、差圧センサ39の出力信号(差圧)に基づいてマップを参照し、DPF22におけるPMの捕集量を推定する。なお、このPM捕集量の推定に用いるマップは、DPF22前後の差圧とPM捕集量との相関関係を考慮して、実験・計算等によって適合した値をマップ化したものであって、ECU100のROM102内に記憶されている。
Therefore, the
ECU100は、推定したPMの捕集量が所定の閾値に達すれば、インジェクタ2からのポスト噴射によって排気中に燃料を供給することにより、DPF22に堆積したPMを燃焼除去するDPF再生制御を実行する。すなわち、ポスト噴射された燃料は排気とともにNSR触媒21に達して酸化され、この酸化反応に伴う発熱で排気温度が上昇し、DPF22の温度が上昇する。
When the estimated amount of collected PM reaches a predetermined threshold value,
DPF22の温度がPMの燃焼するような温度(例えば600°以上)まで昇温すれば、DPF22に堆積したPMが燃焼を始め、この燃焼に伴う発熱でDPF22の温度は更に上昇する。このような状態を所定の時間、維持することができれば堆積したPMは除去され、DPF22のPM捕集能力が回復する。
If the temperature of the
(S被毒回復制御)
次に、本実施形態の特徴とするS被毒回復制御について説明する。前記したNOx還元制御ではNSR触媒21に流入する排気の空燃比を瞬間的にリッチ化することで、吸蔵されているNOxを放出させることはできるが、NSR触媒21では、NOxを吸蔵するのと同様のメカニズムで硫黄成分(SOx)の吸着が生じている。一旦、吸着されたSOxはNOxよりも離脱し難いので、前記のNOx還元制御が行われてもSOxは離脱せずに、次第にNSR触媒21内に蓄積されていく。
(S poison recovery control)
Next, the S poison recovery control characteristic of this embodiment will be described. In the NOx reduction control described above, the NOx stored can be released by instantaneously enriching the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the
より詳しくは、S被毒のメカニズムはおよそ以下のとおりである。まず、エンジン1の気筒1a内で燃料や潤滑油が燃焼すると、二酸化硫黄(SO2)や三酸化硫黄(SO3)などのSOxが生成される。そして、NSR触媒21に流入する排気の酸素濃度が高いときには、流入排気中のSO2やSO3等のSOxが白金(Pt)の表面上で酸化され、例えば硫酸イオン)の形態でNSR触媒21に吸着される。
More specifically, the mechanism of S poisoning is as follows. First, when fuel or lubricating oil burns in the
こうしてNSR触媒21に吸着された硫酸イオンは、酸化バリウム(BaO)と結合して硫酸塩(BaSO4)を形成するが、これは硝酸バリウム(Ba(NO3)2)に比して安定していて分解され難い。このため、前記NOx還元制御などによってNSR触媒21に流入する排気の酸素濃度が低くなっても、硫酸塩は分解されずにNSR触媒21内に残留し、時間とともに蓄積されてゆく。
The sulfate ions thus adsorbed on the
そうしてNSR触媒21における硫酸塩(BaSO4)の蓄積量が増加するほど、NOxの吸蔵に関与することができる酸化バリウム(BaO)の量が減少することになるので、NSR触媒21のNOx吸蔵能力が低下して、NOx浄化率を低下させる原因となる(S被毒)。なお、NSR触媒21内におけるSOxの蓄積量の計測は、前回のS被毒回復制御の終了時点からのインジェクタ2の総燃料噴射量と燃料中における硫黄濃度とに基づいて行われる。
Thus, as the amount of sulfate (BaSO 4 ) accumulated in the
前記のようなS被毒を解消する方法として、NSR触媒21の雰囲気温度をおよそ600〜700℃の高温域まで昇温させるとともに、NSR触媒21に流入する排気の酸素濃度を低くする(排気空燃比をリッチにする)ことにより、NSR触媒21に吸着されている硫酸バリウム(BaSO4)を熱分解して、排気中の水素(H2)や一酸化炭素(CO)、炭化水素(HC)と反応させ、気体状のSO2に還元する方法が挙げられる。
As a method for eliminating S poisoning as described above, the ambient temperature of the
本実施形態では、上述したポスト噴射とスロットルバルブ5およびEGRバルブ72の開度の制御とによって、排気の空燃比をリッチ、リーンに切り替えるとともに、そのリーン状態でポスト噴射を行うことで、S被毒の解消を図るようにしている。具体的には、ポスト噴射した燃料をNSR触媒21において酸化させ、発生する熱によってNSR触媒21の床温を上昇させた後に、空燃比をリッチ化させてNSR触媒21に還元剤成分を供給する。
In this embodiment, the post-injection and the control of the opening degree of the
以下、前記した図3の他に図4も参照して、S被毒回復制御の基本動作について詳細に説明する。ここでは理解の容易のために、NSR触媒21の前端面におけるPM堆積量が少なくて、目詰まりの心配がない場合に行われる基本動作について説明する。なお、NSR触媒21の前端面の目詰まりが懸念されるときに、堆積しているPMを除去するために実施する動作(前端面回復処理)については後述する。
Hereinafter, the basic operation of the S poison recovery control will be described in detail with reference to FIG. 4 in addition to FIG. 3 described above. Here, for easy understanding, a basic operation performed when the amount of PM deposited on the front end face of the
図4は、S被毒回復制御実行時における排気空燃比、触媒床温、NSR触媒21からのSOx放出率(クランクシャフトの単位回転角度当たりのSOx放出量)、NSR触媒21のSOx残量それぞれの変化の一例を示すタイミングチャート図である。
FIG. 4 shows the exhaust air-fuel ratio, the catalyst bed temperature, the SOx release rate from the NSR catalyst 21 (SOx release amount per unit rotation angle of the crankshaft), and the SOx remaining amount of the
S被毒回復制御では、排気空燃比をリーンに設定するリーン期間(排気空燃比をリーンに制御する期間)と、排気空燃比をリッチに設定するリッチ期間(排気空燃比をリッチに制御する期間)とが交互に表れ、そのリーン期間においてNSR触媒21の床温を、SOxの離脱が可能になる温度(硫酸バリウム(BaSO4)を熱分解できる温度)まで上昇させる。一方、リッチ期間では、排気空燃比をリッチにすることで、NSR触媒21からSOxを離脱させ、排気中の水素(H2)や一酸化炭素(CO)、炭化水素(HC)と反応させて還元浄化する。
In the S poison recovery control, a lean period for setting the exhaust air-fuel ratio to lean (a period for controlling the exhaust air-fuel ratio to lean) and a rich period for setting the exhaust air-fuel ratio to rich (a period for controlling the exhaust air-fuel ratio to rich) ) Appear alternately, and during the lean period, the bed temperature of the
一例として、前記リーン期間からリッチ期間への切り替えタイミングは、NSR触媒21の床温が、SOxを離脱させるのに十分な温度(例えば680℃)に達した時点としている。一方、リッチ期間からリーン期間への切り替えタイミングは、NSR触媒21の床温が所定温度(例えば630℃)まで低下した時点としている。このようにリーン期間とリッチ期間とが切り替えられて、交互に繰り返されることにより、NSR触媒21からSOxが離脱されていく。
As an example, the timing for switching from the lean period to the rich period is a time point when the bed temperature of the
より具体的には前記図3も参照すると、S被毒量(SOxの蓄積量)が所定値に達してS被毒回復制御が開始された場合、まず、空燃比のリーン期間において図3(a)に実線で示すように、メイン噴射の実行後、気筒1aの膨張行程の後半(例えばATDC100°CA)でポスト噴射が実行され、触媒床温が上昇する。すなわち、通常のポスト噴射では燃料が気筒1a内で燃焼せずに(図3(b)の実線の波形のように熱発生しない)排気通路4に流れ、NSR触媒21を通過しながら酸化されることで、触媒床温を効果的に上昇させる。
More specifically, referring also to FIG. 3, when the S poisoning amount (SOx accumulation amount) reaches a predetermined value and the S poisoning recovery control is started, first, in the lean period of the air-fuel ratio, FIG. As indicated by the solid line in a), after the main injection is performed, the post-injection is performed in the second half of the expansion stroke of the
こうしてNSR触媒21の床温度が上昇して所定温度(例えば680℃)に達すると、リーン期間からリッチ期間に切り替えられる(図4におけるタイミングT1)。このリッチ期間では、メイン噴射の噴射量を増量したり、メイン噴射後に燃料の燃焼するようなタイミングで副噴射したりする一方で、スロットルバルブ5の開度は所定開度まで小さくしEGRも実行して、気筒1a内に吸入される空気(新気)の量を減少させる。これにより気筒1a内の空燃比は理論空燃比よりもリッチ(例えばA/Fで14以下)になり、排気の空燃比もリッチになる。
Thus, when the bed temperature of the
この結果、リッチ期間では、NSR触媒21の床温度が十分に上昇(SOxの離脱を可能にする温度まで上昇)されている状態で排気空燃比がリッチになるため、NSR触媒21からSOxが離脱されることになる。すなわち、図4のSOx放出率のグラフに示すようにNSR触媒21からSOxが放出され、NSR触媒21におけるSOx残量は次第に減少していく。同時にリッチ期間においてはNSR触媒21の床温度が次第に低下していき、その床温度が所定温度(例えば630℃)に達すると、リッチ期間からリーン期間に切り替えられる(タイミングT2)。
As a result, in the rich period, the exhaust air-fuel ratio becomes rich while the bed temperature of the
このようにして、NSR触媒21の床温度が600〜700℃の高温域に維持されたまま、その床温度の変化に応じて排気の空燃比がリッチ、リーンに切り替えられることで、NSR触媒21からSOxが次第に放出されていき、このNSR触媒21におけるSOxの蓄積量(SOx残量)が減少していく。そして、SOx蓄積量が所定量未満になると、S被毒回復制御は終了する。
In this way, the air-fuel ratio of the exhaust gas is switched to rich and lean according to the change in the bed temperature while the bed temperature of the
なお、NSR触媒21からのSOx放出量の計測は、NSR触媒21の床温度と前記リッチ期間とに基づいて行われる。つまり、NSR触媒21の床温度が高いほど、また、前記リッチ期間が長いほどSOx放出量は多くなっていくので、これらNSR触媒21の床温度とリッチ期間とを計測していくことにより、SOx放出量が求められることになる。そして、このSOx放出量が、S被毒回復制御開始時におけるSOx吸着量(インジェクタ23の総燃料噴射量と燃料中における硫黄濃度とに基づいて計測されたSOxの吸着量)に一致すると、NSR触媒21内のSOxの略全量が放出されたとしてS被毒回復制御が終了することになる。
Note that the SOx release amount from the
以上が、S被毒回復制御の基本動作である。 The above is the basic operation of the S poison recovery control.
ところで、前記のようにS被毒回復制御のリッチ期間では、気筒1a内の空燃比が理論空燃比よりもリッチになるので、燃焼に伴い生成されるPMの量がかなり多くなる。しかも、リッチな排気中に含まれるHCがNSR触媒21の前端面に付着してバインダとして機能するため、排気中のPMがNSR触媒21の前端面に付着、堆積しやすい。
By the way, since the air-fuel ratio in the
こうして付着、堆積するPMが多くなるに連れてNSR触媒21の通気抵抗が増大し、排気圧力損失の増大によってエンジン1の出力および燃費が悪化することになる。また、堆積しているPMが急激に燃焼すると、NSR触媒21の床温度が過度に上昇するおそれもある。
Thus, as the amount of PM deposited and deposited increases, the ventilation resistance of the
そこで、本実施形態では、NSR触媒21の前端面に堆積しているPMの量(以下、触媒前端面PM堆積量という)が所定量以上になったことを判定して、前記のようなS被毒回復制御のリーン期間におけるポスト噴射のタイミングを、気筒1aの膨張行程の前半(例えばATDC30〜60°くらい)に進角させる。こうすると、ポスト噴射された燃料の少なくとも一部が気筒1a内で燃焼するようになり、NSR触媒21へ流入する排気の温度が所定以上に上昇することによって、堆積しているPMを酸化し除去することができる(以下、前端面回復処理という)。
Therefore, in the present embodiment, it is determined that the amount of PM deposited on the front end face of the NSR catalyst 21 (hereinafter referred to as catalyst front end face PM deposition amount) is equal to or greater than a predetermined amount, and the above S The post injection timing in the lean period of the poisoning recovery control is advanced to the first half of the expansion stroke of the
−具体的な制御手順−
以下、本実施形態のS被毒回復制御の具体的な動作手順について図5および図6のフローチャートに沿って説明する。図5は、前記したS被毒回復制御の基本的な手順を示しており、図6は前端面回復処理の手順を示している。これらのフローチャートはエンジン1の始動後、所定期間毎(例えば数msec毎、または、クランクシャフトの所定回転角度毎)に実行される。
-Specific control procedure-
Hereinafter, a specific operation procedure of the S poison recovery control of the present embodiment will be described with reference to the flowcharts of FIGS. 5 and 6. FIG. 5 shows a basic procedure of the above-described S poisoning recovery control, and FIG. 6 shows a procedure of front end face recovery processing. These flowcharts are executed every predetermined period (for example, every several msec or every predetermined rotation angle of the crankshaft) after the
(S被毒回復制御の基本動作)
まず、図5のステップST1において、予めECU100に記憶されているS被毒回復制御実行フラグがONとなっているか否かを判定する。このS被毒回復制御実行フラグは、S被毒回復制御の開始に伴ってONされ、このS被毒回復制御が終了すると(NSR触媒21内のSOxの略全量が放出されたとしてS被毒回復制御が終了すると)OFFされる。車両の走行開始時や、前回のS被毒回復制御が終了した直後である場合には、NSR触媒21における硫黄成分の蓄積量(S被毒量)が少ないため、S被毒回復制御は開始されておらず、S被毒回復制御実行フラグはOFFとなっている。
(Basic operation of S poison recovery control)
First, in step ST1 of FIG. 5, it is determined whether or not the S poison recovery control execution flag stored in advance in the
S被毒回復制御実行フラグがOFFであり、ステップST1でNO判定された場合には、ステップST2に進み、S被毒量が回復制御開始量以上となっているか否か判定する。この回復制御開始量は、前記S被毒量がこの回復制御開始量に達した場合にS被毒回復制御が必要となる値として、予め実験やシミュレーションなどに基づいて設定されている。車両の走行開始時や、前回のS被毒回復制御が終了した直後である場合には、このS被毒量が回復制御開始量以上となっていないため、ステップST2ではNOと判定し、そのままリターンする。 If the S poison recovery control execution flag is OFF and NO is determined in step ST1, the process proceeds to step ST2 to determine whether or not the S poison amount is equal to or greater than the recovery control start amount. This recovery control start amount is set based on experiments and simulations in advance as a value that requires S poison recovery control when the S poison amount reaches the recovery control start amount. When the vehicle starts running or immediately after the previous S poison recovery control is completed, this S poison amount is not equal to or greater than the recovery control start amount. Return.
そして、エンジン1の運転が継続されるとNSR触媒21のS被毒量が多くなっていき、回復制御開始量以上となった場合には、ステップST2でYES判定してステップST3に進む。このステップST3では、上述したS被毒回復制御を開始するとともに、S被毒回復制御実行フラグをOFFからONに切り替える。そして、ステップST4に進んで、上述したようにNSR触媒21の床温度に応じて空燃比をリッチ、リーンに交互に切り替える排気空燃比切替動作を実行する。
When the operation of the
こうしてS被毒回復のための排気空燃比の切り替え動作が始まった後、ステップST5において、NSR触媒21からのS排出量(離脱量)が所定量に達したか否かを判定する。この所定量は、S被毒回復制御を終了させるためのS排出量であって、例えば、S被毒回復制御の開始時におけるSOx吸着量に相当する値、または、このS被毒回復制御の開始時におけるSOxの蓄積量よりも僅かに小さい値に設定されている。なお、このNSR触媒21からのS排出量は、上述したようにその床温度と排気空燃比とから求められる。
After the exhaust air / fuel ratio switching operation for recovering the S poison starts in this way, it is determined in step ST5 whether or not the S emission amount (departure amount) from the
そして、NSR触媒21からのS排出量が所定量に達していない場合は、ステップST5でNOと判定しリターンする。この場合、次回のルーチンではステップST1でYES判定され、ステップST1、ST4、ST5の動作が繰り返されて、NSR触媒21からのS排出量が所定量に達するまでS被毒回復制御が継続されることになる。
If the S discharge amount from the
その結果、NSR触媒21からのS排出量が所定量に達し、ステップST5でYES判定された場合には、ステップST6に進んでS被毒回復制御の終了処理を行う。すなわち、空燃比のリッチ、リーンの切り替えおよびポスト噴射を停止するとともに、S被毒回復制御実行フラグをOFFにする。これによりS被毒回復制御は終了し、NSR触媒21のNOx吸蔵能力が回復された状態で、通常のエンジン制御に移行する。
As a result, when the amount of S discharged from the
(前端面回復処理)
次に、図6のフローチャートに沿って前端面回復処理の具体的な動作手順を説明する。まず、ステップST11では、前記のS被毒回復制御の実行中か否かを、S被毒回復制御実行フラグによって判定する。S被毒回復制御実行フラグがOFFであり、NOと判定された場合には、そのままリターンする。一方、S被毒回復制御実行フラグがONであり、YESと判定された場合はステップST12に進んで、触媒前端面PM堆積量の推定を行う。
(Front end face recovery process)
Next, a specific operation procedure of the front end face recovery process will be described with reference to the flowchart of FIG. First, in step ST11, it is determined by the S poison recovery control execution flag whether or not the S poison recovery control is being executed. If the S poisoning recovery control execution flag is OFF and it is determined NO, the process directly returns. On the other hand, if the S poisoning recovery control execution flag is ON and it is determined YES, the process proceeds to step ST12 to estimate the catalyst front end face PM accumulation amount.
この推定は一例として、NSR触媒21の上流側に配設された排気圧センサ38によって検出されるNSR触媒21の上流側の排気圧力(以下、触媒前圧力という)に基づいて行われる。具体的には、エンジン1の運転状態と触媒前圧力と触媒前端面PM堆積量との関係を予め規定したPM堆積量マップが前記ECU100のROMに記憶されており、このPM堆積量マップに検出した触媒前圧力を当てはめて、触媒前端面PM堆積量を推定する。なお、PMが堆積されるNSR触媒21の前端面というのは、幾何学的な触媒担体の端面を指すのではなく、端面の近傍の所定範囲を含む意味であることはいうまでもない。
As an example, this estimation is performed based on the exhaust pressure upstream of the NSR catalyst 21 (hereinafter referred to as pre-catalyst pressure) detected by an
図7は、前記PM堆積量マップの一例を示している。このPM堆積量マップでは、触媒前圧力が図中のPAである場合には、触媒前端面PM堆積量(質量)は図中のAとして求められ、触媒前圧力が図中のPBである場合には、触媒前端面PM堆積量は図中のBとして求められ、触媒前圧力が図中のPCである場合には、触媒前端面PM堆積量は図中のCとして求められる。このCは、NSR触媒21の前端面の目詰まりする可能性が高く、速やかにPMを除去する必要のある上限値であり、Bは、前端面回復処理を開始するか否か判定するために予め設定した開始判定値(判定値)である。
FIG. 7 shows an example of the PM accumulation amount map. In this PM accumulation amount map, when the pre-catalyst pressure is PA in the figure, the catalyst front end face PM accumulation quantity (mass) is obtained as A in the figure, and the catalyst pre-pressure is PB in the figure. The catalyst front end face PM accumulation amount is obtained as B in the figure, and when the catalyst front pressure is PC in the figure, the catalyst front end face PM accumulation amount is obtained as C in the figure. This C is an upper limit value that is likely to clog the front end face of the
なお、触媒前端面PM堆積量の推定手法としては、NSR触媒21の前後の差圧(上流側と下流側との差圧)に基づいて推定するようにしてもよい。すなわち、NSR触媒21の上流側と下流側との圧力差を検出する図示しない差圧センサ(差圧トランスデューサ)を設けて、この差圧センサからの出力信号に基づいて触媒前端面PM堆積量を求めることができる。差圧が大きいほど触媒前端面PM堆積量は多いと判断される。
As a method for estimating the catalyst front end face PM accumulation amount, the catalyst front end face PM accumulation amount may be estimated based on the differential pressure before and after the NSR catalyst 21 (differential pressure between the upstream side and the downstream side). That is, a differential pressure sensor (differential pressure transducer) (not shown) that detects a pressure difference between the upstream side and the downstream side of the
前記ステップST12で触媒前端面PM堆積量を推定した後、ステップST13に進み、現在の触媒前端面PM堆積量が所定量以上になったか否か判定する。一例として本実施形態では、触媒前圧力が所定圧(図7において触媒前端面PM堆積量の開始判定値Bに対応する圧力PB)以上であれば、YESと判定してステップST14に進み、前端面回復処理を実行する。すなわち、S被毒回復制御の排気空燃比切替動作(ステップST4)においてリーン期間のポスト噴射のタイミングを進角させる。 After estimating the catalyst front end face PM deposition amount in step ST12, the process proceeds to step ST13, where it is determined whether or not the current catalyst front end face PM deposition amount is equal to or greater than a predetermined amount. As an example, in this embodiment, if the pre-catalyst pressure is equal to or greater than a predetermined pressure (pressure PB corresponding to the start determination value B of the catalyst front end face PM accumulation amount in FIG. 7), the determination is YES and the process proceeds to step ST14. Execute surface recovery processing. That is, the post injection timing in the lean period is advanced in the exhaust air / fuel ratio switching operation (step ST4) of the S poison recovery control.
具体的には前記図3(a)に破線で示すようにメイン噴射の実行後、気筒1aの温度状態が高い膨張行程の前半においてポスト噴射が実行され、噴射された燃料の一部が気筒1a内で燃焼するようになる。これにより、図3(b)の破線の波形のようにメイン燃焼に続いて燃焼熱が発生し(進角ポスト燃焼)、その後の排気通路4における燃焼と併せて、NSR触媒21へ流入する排気の温度が所定以上(例えば600℃以上)に高くなって、触媒前端面に堆積しているPMが酸化、除去される。
Specifically, as shown by the broken line in FIG. 3A, after the main injection is performed, the post-injection is performed in the first half of the expansion stroke where the temperature state of the
つまり、NSR触媒21を高温域に維持してSOxを放出させるS被毒回復制御において、そのリーン期間のポスト噴射のタイミングを少し変更することにより、触媒前端面に堆積したPMを酸化させて除去することができる。
That is, in the S poison recovery control in which the
なお、前記のようにポスト噴射された燃料の一部が気筒1a内で燃焼し、熱が発生することから、これによるエンジン1のトルクアップを相殺するようにメイン噴射量は減量補正する(図3(a)(b)に破線で示す)。この減量補正量は、エンジン1の運転状態毎にポスト噴射のタイミングおよび噴射量からトルクアップ分を予め実験等により求めて、これを打ち消すようなメイン噴射の減量分を計算して適合したマップを作成しておき、このマップによって求めればよい。
Since part of the post-injected fuel burns in the
一方、前記ステップST13において触媒前圧力が所定圧PB未満で(NO)、現在の触媒前端面PM堆積量が開始判定値B未満であると判定すれば、前記のポスト噴射の進角は実行しない(ステップST15:前端面回復処理を実施しない)。この場合は通常のタイミングでポスト噴射が行われ、排気通路4へ未燃状態で供給される燃料の燃焼によってNSR触媒21が昇温される。
On the other hand, if it is determined in step ST13 that the pre-catalyst pressure is less than the predetermined pressure PB (NO) and the current catalyst front end face PM accumulation amount is less than the start determination value B, the advance angle of the post injection is not executed. (Step ST15: The front end face recovery process is not performed). In this case, post-injection is performed at normal timing, and the temperature of the
続いてステップST16に進んで、DPF22におけるPMの捕集量が所定量以上になっているか否か判定する。この判定も前記の触媒前圧力と触媒前端面PM堆積量との関係と同じく、DPF22の前後の差圧とPM捕集量との関係を予め規定したPM捕集量マップがECU100のROMに記憶されており、差圧センサ39によって検出されるDPF22の前後の差圧を前記のPM捕集量マップに当てはめて、DPF22のPM捕集量が所定量以上か否か判定する。
Then, it progresses to step ST16 and it is determined whether PM collection amount in DPF22 is more than predetermined amount. In this determination as well as the relationship between the catalyst front pressure and the catalyst front end face PM accumulation amount, a PM collection amount map in which the relationship between the differential pressure before and after the
そして、DPF22の前後の差圧が所定値未満でNO、即ちPM捕集量が所定量未満であると判定すればリターンする(通常のS被毒回復制御を行う)一方、前後の差圧が所定値以上でYES、即ちPM捕集量が所定量以上になっていると判定すれば、ステップST17に進んで、S被毒回復制御におけるリッチ期間への切り替えを禁止する。これにより、前記したS被毒回復制御においてはリーン期間が継続することとなって、ポスト噴射によりNSR触媒21およびDPF22が昇温される結果、このDPF22に堆積したPMは徐々に減少するようになる。
When the differential pressure before and after the
図8は、S被毒回復制御の際に必要に応じて前端面回復処理を行った場合のA/F制御(空燃比リッチ、リーンの切り替え)および排気空燃比の変化と、触媒前圧力、即ち触媒前端面PM堆積量の変化とを、前端面回復処理を行わない場合と対比して示したタイミングチャート図である。 FIG. 8 shows A / F control (air / fuel ratio rich / lean switching), exhaust air / fuel ratio change, catalyst pre-pressure, and the like when front end face recovery processing is performed as necessary during S poison recovery control. That is, it is a timing chart showing the change in the catalyst front end face PM deposition amount in comparison with the case where the front end face recovery process is not performed.
まず、S被毒回復制御のリーン期間においては、空燃比がリーンになるようスロットルバルブ5が比較的大きく開かれ、EGRバルブ72は閉じられるので、気筒1a内に吸入される空気(新気)量が多くなり、要求トルクに応じて燃料噴射量を決定しても排気の空燃比はリーンになる(図の例ではA/F=20〜25の間で変化している)。
First, during the lean period of the S poison recovery control, the
また、リーン期間においては気筒1aの膨張行程の後半でポスト噴射が行われ、排気系での未燃燃料の燃焼によってNSR触媒21が全体としては効果的に昇温されるものの、その前端面の温度はあまり高くはならない。このため、NSR触媒21の前端面に堆積しているPMは除去されず、触媒前端面PM堆積量に対応する触媒前圧力は、図示のように殆ど変化しない。
Further, during the lean period, post injection is performed in the latter half of the expansion stroke of the
一方、リッチ期間においては、理論空燃比よりもリッチな目標空燃比が設定され(図に破線で示す)、スロットル開度が相対的に小さくされるとともにEGRも行われるので、燃焼に伴うPMの生成量がかなり多くなり、リッチな排気中のHCがバインダとして機能することも相俟って、触媒前端面PM堆積量が増大する。 On the other hand, in the rich period, a target air-fuel ratio richer than the stoichiometric air-fuel ratio is set (indicated by a broken line in the figure), and the throttle opening is relatively reduced and EGR is also performed. The amount of generated PM is considerably increased, and the amount of HC in the rich exhaust functions as a binder, so that the amount of PM deposited on the catalyst front end surface increases.
よって、S被毒回復制御の際に前端面回復処理を行わないと、排気空燃比切替動作のリッチ期間において増大した触媒前端面PM堆積量がリーン期間において減少しないため、時間の経過に連れてPMの堆積量は増大し、やがては上限値Cを超えてしまう(図に仮想線で示すように触媒前圧力がPCを越えてしまう)。 Therefore, if the front end face recovery process is not performed during the S poison recovery control, the catalyst front end face PM accumulation amount increased in the rich period of the exhaust air-fuel ratio switching operation does not decrease in the lean period. The amount of PM deposited increases and eventually exceeds the upper limit C (the pre-catalyst pressure exceeds PC as indicated by the phantom line in the figure).
これに対し本実施形態では、リッチ期間において増大する触媒前端面PM堆積量が開始判定値Bに達して(図ではタイミングT1)、触媒前圧力が所定圧PB以上になると、前端面回復処理の実行フラグがONになる。このため、その後のリーン期間において前端面回復処理が開始され、ポスト噴射の進角によってNSR触媒21へ流入する排気の温度が所定以上に高くなり、NSR21の前端面に堆積しているPMが酸化されて除去される。
On the other hand, in this embodiment, when the catalyst front end face PM accumulation amount that increases in the rich period reaches the start determination value B (timing T1 in the figure) and the catalyst front pressure becomes equal to or higher than the predetermined pressure PB, the front end face recovery process is performed. The execution flag is turned ON. For this reason, the front end face recovery process is started in the subsequent lean period, the temperature of the exhaust gas flowing into the
これにより触媒前端面PM堆積量は急速に減少し、これが終了判定値未満になると(タイミングT2)前端面回復処理は終了して(前端面回復処理の実行フラグがOFF)、その後は再びリッチ期間およびリーン期間の繰り返しによって徐々に触媒前端面PM堆積量が増大するようになる。なお、触媒前端面PM堆積量の終了判定値としては、一例として図7のAとすればよく、この場合は触媒前圧力が図中のPAにまで低下すれば、前端面回復処理が終了する。 As a result, the catalyst front end face PM accumulation amount rapidly decreases, and when this becomes less than the end determination value (timing T2), the front end face recovery process ends (the execution flag of the front end face recovery process is OFF), and then the rich period again. Further, the catalyst front end face PM deposition amount gradually increases as the lean period is repeated. Note that the end determination value of the catalyst front end face PM accumulation amount may be, for example, A in FIG. 7. In this case, the front end face recovery process ends when the catalyst front pressure decreases to PA in the figure. .
したがって、本実施形態の排気浄化装置によると、NSR触媒21を高温域に維持してSOxを放出させるS被毒回復制御の際に、触媒前端面のPM堆積量が多くなれば、触媒床温を上昇させる空燃比リーン期間のポスト噴射を進角させることにより、NSR触媒21に流入する排気の温度を上昇させて、その前端面に堆積したPMを酸化させて除去することができる。よって、NSR触媒21の目詰まりを効率良く解消し、エンジン1の排気圧力損失の増大や信頼性の低下を防止することができる。
Therefore, according to the exhaust gas purification apparatus of the present embodiment, if the amount of PM deposited on the front end surface of the catalyst increases during the S poison recovery control in which the
しかも、前記のようにリーン期間のポスト噴射を進角させて、NSR触媒21の前端面に堆積しているPMを酸化させると、その反応熱によってNSR触媒21の排気上流側の部分の温度が上昇し、この部分からのSOxの放出が効果的に行えるようになる。つまり、S被毒回復制御の際にNSR触媒21の前端面回復処理を行うことで、従来までは困難であった触媒上流側の部分におけるS被毒からの回復が狙い通り行える、という相乗的な効果が得られる。
Moreover, when the post injection in the lean period is advanced as described above to oxidize PM accumulated on the front end surface of the
すなわち、従来までS被毒回復制御においては、リーン期間のポスト噴射によってNSR触媒21の床温度を全体としては効果的に上昇させることができるものの、仔細に見れば未燃燃料を含んだ排気が触媒担体のセル通路を流れながら酸化される結果として、その下流側の部分では狙い通り温度が上昇する一方、上流側の部分では温度が上昇し難い傾向があった。この結果、NSR触媒21の排気上流側の部分からは蓄積されたSOxを十分に放出できていないのが実情であった。
That is, until now, in the S poison recovery control, although the bed temperature of the
この点について本実施形態のようにリーン期間で前端面回復処理を行い、NSR触媒21の前端面に堆積したPMを酸化させると、その反応熱によってNSR触媒21の上流側の部分を効果的に昇温させることができ、この部分からのSOxの放出(S被毒からの回復)が十分に行えるのである。
In this regard, when the front end face recovery process is performed in a lean period as in the present embodiment and the PM deposited on the front end face of the
更に、そうしてリーン期間での前端面回復処理によって堆積したPMを除去できることから、本実施形態では、リッチ期間においてNSR触媒21へのPMの堆積が助長されるおそれがあっても、S被毒回復制御をより高頻度で、言い換えるとより広いエンジン1の運転領域において実行することができる。また、リッチ期間においては空燃比を理論空燃比よりもリッチにして、排気中のH2、CO、HCなど還元剤成分を十分に増量することができ、このこともSOxの放出促進に有利に働く。
Furthermore, since PM deposited by the front end face recovery process in the lean period can be removed in this way, in this embodiment, even if there is a risk that PM deposition on the
(変形例1)
次に、変形例1について説明する。この変形例1は前端面回復処理の変形例であって、その他の構成及び動作は上述した実施形態のものと同じなので、ここでは前端面回復処理についてのみ説明する。
(Modification 1)
Next,
この変形例1では、前端面回復処理を開始するか否かの判定を、NSR触媒21の前端面のPM堆積量だけでなく、DPF22のPM捕集量も考慮して行うようにしている。一例として図9のフローチャートに示すように、ステップST21,ST22ではそれぞれステップST11,ST12(図6を参照、以下同様)と同じくS被毒回復制御の実行中であることを判定し、NSR触媒21の触媒前端面PM堆積量を推定した後に、ステップST23では、現在の触媒前端面PM堆積量が上限値C以上になったか否か判定する。
In the first modification, whether or not to start the front end face recovery process is determined in consideration of not only the amount of PM deposited on the front end face of the
すなわち、ステップST13と同様に配気圧センサ38からの信号により、触媒前圧力が所定圧(図7のPC)以上になったYESと判定すればステップST24に進み、ステップST14と同様に前端面回復処理を実行する。一方、触媒前圧力が前記所定圧未満であれば触媒前端面PM堆積量は上限値C未満なので、ステップST25に進んで今度は触媒前端面PM堆積量が判定値B以上になったか(触媒前圧力が所定圧(図7のPB)以上になったか)否か判定する。
That is, if it is determined that the pre-catalyst pressure is equal to or higher than the predetermined pressure (PC in FIG. 7) based on the signal from the
この判定がYESであればステップST26に進み、ステップST16と同様にしてDPF22のPM捕集量が所定量以上か否か判定する。すなわち、DPF22の前後の差圧が所定値未満でNO、即ちPM捕集量が所定量未満であると判定すれば、前記ステップST24に進んで前端面回復処理を実行する。一方、前後の差圧が所定値以上でYES、即ちPM捕集量が所定量以上であると判定すれば、前端面回復処理は実行せずに(ステップST27)ステップST28に進んで、ステップST17と同様にS被毒回復制御におけるリッチ期間への切り替えを禁止する。
If this judgment is YES, it will progress to step ST26 and will judge whether the amount of PM collection of DPF22 is more than predetermined amount like step ST16. That is, if it is determined that the differential pressure before and after the
つまり、触媒前端面PM堆積量が判定値B以上になっていても、DPF22のPM捕集量が多い場合には前端面回復処理は実行せず、また、DPF22のPM捕集量が更に増えることを予防するために、空燃比のリッチ化を禁止するのである。
That is, even if the catalyst front end face PM accumulation amount is equal to or greater than the determination value B, the front end face recovery process is not executed when the
また、前記ステップST25において触媒前端面PM堆積量が判定値B未満であると判定した場合も前端面回復処理は実行せずに(ステップST29)ステップST30に進んで、前記ステップST26と同じくDPF22のPM捕集量が所定量以上か否か判定する。そして、この判定がNOであればリターンする一方、判定がYESでPM捕集量が所定量以上に多くなっていれば、前記ステップST28に進んでS被毒回復制御におけるリッチ期間への切り替えを禁止する。 Even when it is determined in step ST25 that the catalyst front end face PM accumulation amount is less than the determination value B, the front end face recovery process is not executed (step ST29), and the process proceeds to step ST30. It is determined whether the amount of PM trapped is a predetermined amount or more. If this determination is NO, the process returns. On the other hand, if the determination is YES and the amount of PM trapped is greater than a predetermined amount, the process proceeds to step ST28 to switch to the rich period in the S poison recovery control. Ban.
その他の動作は上述した実施形態と同様であるが、この変形例1によると、触媒前端面PM堆積量だけでなく、DPF22のPM捕集量も考慮して前端面回復処理の開始を判定し、必要に応じてS被毒回復制御におけるリッチ期間への切り替えを行わないようにしているので、NSR触媒21の前端面だけでなくDPF22についても、PMの増大による通気抵抗の増大を抑止しながら好適なS被毒回復制御が行える。
Other operations are the same as those in the above-described embodiment. However, according to the first modification, the start of the front end surface recovery process is determined in consideration of not only the catalyst front end surface PM accumulation amount but also the PM collection amount of the
(変形例2)
次に、変形例2について説明する。この変形例2は触媒前端面PM堆積量の推定動作の変形例であって、その他の構成及び動作は上述した実施形態のものと同様なので、ここでは触媒前端面PM堆積量の推定動作についてのみ説明する。この変形例2では、NSR触媒21の上流側に配設されたA/Fセンサ36aの応答時間に基づいて触媒前端面PM堆積量を推定するようにしている。
(Modification 2)
Next,
すなわち、NSR触媒21の端面にPMが堆積する状況にあっては、その上流側に配設されているA/Fセンサ36aの表面にもPMが堆積していると想定される。そして、このA/Fセンサ36aの応答時間(排気通路4の排気空燃比が変化してから、A/Fセンサ36aの出力信号が、その変化後の排気空燃比に応じた信号として出力されるまでの時間)は、PM堆積量が多いほど長くなる。つまり、この応答時間と触媒前端面PM堆積量とは相関があると考えられる。
That is, when PM is deposited on the end face of the
具体的に、A/Fセンサ36aは、ステンレス鋼等の耐熱性金属によって形成されたカバーで覆われており、このカバーには、センシング部に排気ガスを流入させるための通気孔が形成されている。そして、この通気孔の周囲にPMが堆積する状況では、そのPM堆積量が多くなるほどA/Fセンサ36aの応答時間は長くなる。このことを利用して変形例2では、A/Fセンサ36aの応答時間が長いほど触媒前端面PM堆積量は多いと推定する。
Specifically, the A /
図10は、この変形例におけるアクセル開度およびA/Fセンサ36aの出力の変化を示す図である。アクセル開度が比較的大きく、排気空燃比がリッチである状態から、アクセル開度が小さくなり、排気空燃比がリーンになった時点(図中におけるアクセルOFFのタイミング)から、実際にA/Fセンサ36aの出力信号が、排気空燃比がリーンである場合に対応した値(図中の閾値)として出力されるまでの期間として、比較的短い場合(図中に実線で示す出力変化の場合;応答時間が図中のTAの場合)には、A/Fセンサ36aへのPM堆積量は少なく、触媒前端面PM堆積量も少ないと推定される。
FIG. 10 is a diagram showing changes in the accelerator opening and the output of the A /
同様に、前記の排気空燃比がリーンになった時点から、実際にA/Fセンサ36aの出力信号が出力されるまでの期間の長さに応じて、例えば図中に一点鎖線で示す出力変化の場合、図中のTBの応答時間に対応して、A/Fセンサ36aへのPM堆積量が多くなっており、触媒前端面PM堆積量も多くなっていると推定される。また、例えば図中に二点鎖線で示す出力変化の場合、図中のTCの応答時間に対応して、A/Fセンサ36aへのPM堆積量が更に多くなっており、触媒前端面PM堆積量も更に多いと推定される。
Similarly, depending on the length of the period from when the exhaust air-fuel ratio becomes lean to when the output signal of the A /
図11には、前記の空燃比センサ応答時間TA,TB,TCから触媒前端面PM堆積量を求めるためのPM堆積量マップの一例を示す。このPM堆積量マップでは、空燃比センサ応答時間が図中のTAである場合には、触媒前端面PM堆積量(質量)が図中のAとして求められ、空燃比センサ応答時間が図中のTBである場合には、触媒前端面PM堆積量が図中のBとして求められ、空燃比センサ応答時間が図中のTCである場合には、触媒前端面PM堆積量が図中のCとして求められる。 FIG. 11 shows an example of a PM accumulation amount map for obtaining the catalyst front end face PM accumulation amount from the air-fuel ratio sensor response times TA, TB, and TC. In this PM accumulation amount map, when the air-fuel ratio sensor response time is TA in the figure, the catalyst front end face PM accumulation amount (mass) is obtained as A in the figure, and the air-fuel ratio sensor response time in the figure In the case of TB, the catalyst front end face PM accumulation amount is obtained as B in the figure, and in the case where the air-fuel ratio sensor response time is TC in the figure, the catalyst front end face PM accumulation amount is indicated as C in the figure. Desired.
その他の動作は上述した実施形態と同様であるが、この変形例2によると、既存のA/Fセンサ36aを利用して触媒前端面PM堆積量を推定することが可能になるから、排気圧センサ38が不要になって、システム構成の簡素化、低コスト化が図られる。
Other operations are the same as those in the above-described embodiment. However, according to the second modification, it is possible to estimate the catalyst front end face PM accumulation amount by using the existing A /
−他の実施形態−
以上、説明した実施形態および変形例では、自動車に搭載されたコモンレール式の筒内直噴型多気筒ディーゼルエンジン1に本発明を適用した場合について説明したが、本発明は、自動車用に限らず、その他の用途に使用されるエンジンにも適用可能である。また、気筒数やエンジン形式(直列型エンジン、V型エンジン、水平対向型エンジン等の別)についても特に限定されるものではなく、燃焼に伴いPMの生成されるおそれがある筒内噴射式のガソリンエンジンに対して適用することも可能である。
-Other embodiments-
In the above-described embodiments and modifications, the case where the present invention is applied to the common rail in-cylinder direct injection
また、前記実施形態および変形例では、NSR触媒21の触媒前端面PM堆積量を触媒前圧力やA/Fセンサ36aの応答時間によって推定し、この触媒前端面PM堆積量が所定量以上になったときに前端面回復処理を開始するようにしているが、これにも限定されない。
In the embodiment and the modification, the catalyst front end face PM accumulation amount of the
例えば図12に示すように、S被毒回復制御の実行時に(ステップST31でYES)、ステップST16やST26,ST30と同じくDPF22の前後の差圧に基づいて、PMの捕集量が所定量以上になっているか否か判定し(ステップST32)、この判定がYESならばステップST17やST28と同じくリッチ期間への切り替えを禁止する(ステップST33)。一方、ステップST32の判定がNOでPMの捕集量が少なければ、定期的な前端面回復処理を行う(ステップST34)ようにしてもよい。
For example, as shown in FIG. 12, when the S poison recovery control is executed (YES in step ST31), the amount of PM trapped is a predetermined amount or more based on the differential pressure before and after the
ここで定期的な前端面回復処理というのは、この処理をS被毒回復制御の所定実行回数毎に一回、実行するとか、前回の前端面回復処理の終了時点から所定の運転時間が経過したか、或いは自動車が所定距離走行したときに前端面回復処理を実行する、ということである。こうすれば、触媒前圧力などに基づくPM堆積量の推定が不要になるとともに、推定精度に左右されず前端面回復処理が実行されるので、NSR触媒21の目詰まりをより確実に防止できる。
Here, the periodic front end face recovery process means that this process is executed once every predetermined number of executions of the S poison recovery control, or a predetermined operation time has elapsed since the end of the previous front end face recovery process. Or the front end face recovery process is executed when the vehicle has traveled a predetermined distance. This eliminates the need for estimating the PM accumulation amount based on the pre-catalyst pressure and the like, and the front end face recovery process is executed regardless of the estimation accuracy, so that the
本発明は、排気浄化触媒に堆積したPMを効率良く除去し、その目詰まりを解消して、エンジンの排気圧力損失の増大や信頼性の低下を防止することができるので、特に自動車に搭載されるディーゼルエンジンに適用して極めて有益である。 The present invention can efficiently remove PM accumulated on an exhaust purification catalyst, eliminate clogging thereof, and prevent an increase in exhaust pressure loss and a decrease in reliability of an engine. This is extremely useful when applied to diesel engines.
1 ディーゼルエンジン(内燃機関)
1a 気筒
2 インジェクタ(燃料噴射弁)
4 排気通路(排気系)
21 NSR(排気浄化触媒)
22 DPF(PMフィルタ)
38 排気圧センサ
39 差圧センサ
100 ECU(制御手段)
1 Diesel engine (internal combustion engine)
4 Exhaust passage (exhaust system)
21 NSR (Exhaust gas purification catalyst)
22 DPF (PM filter)
38
Claims (7)
前記内燃機関の排気系に配設された排気浄化触媒と、
前記排気浄化触媒の浄化性能を回復させるために、少なくとも前記燃料噴射弁を制御して空燃比をリッチ側、リーン側に切り替える回復制御を行う制御手段とを備え、
前記回復制御において空燃比をリーン側に切り替えた際は、気筒の膨張行程後半のポスト噴射によって前記排気浄化触媒に未燃状態の燃料を供給するものであり、
前記制御手段は、前記排気浄化触媒におけるPMの堆積量が所定量以上になったと判定すれば、前記ポスト噴射を燃料の少なくとも一部が気筒内で燃焼するように進角させて、前記排気浄化触媒に流入する排気の温度を上昇させる構成としたことを特徴とする排気浄化装置。 An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine provided with a fuel injection valve facing a cylinder,
An exhaust purification catalyst disposed in the exhaust system of the internal combustion engine;
In order to recover the purification performance of the exhaust purification catalyst, it comprises control means for performing recovery control to control at least the fuel injection valve to switch the air-fuel ratio to the rich side and the lean side,
When the air-fuel ratio is switched to the lean side in the recovery control, unburned fuel is supplied to the exhaust purification catalyst by post injection in the latter half of the expansion stroke of the cylinder.
If the control means determines that the amount of PM deposited on the exhaust purification catalyst has reached a predetermined amount or more, the control means advances the post injection so that at least a part of the fuel burns in the cylinder, and the exhaust purification catalyst. An exhaust emission control device characterized in that the temperature of the exhaust gas flowing into the catalyst is increased.
前記回復制御は、前記排気浄化触媒に蓄積された硫黄成分を放出させるためのものであって、空燃比をリッチ側に制御する際は理論空燃比よりもリッチにするものである、排気浄化装置。 The exhaust emission control device according to claim 1,
The recovery control is for releasing the sulfur component accumulated in the exhaust purification catalyst, and is for making the air-fuel ratio richer than the stoichiometric air-fuel ratio when controlling the air-fuel ratio to the rich side. .
前記制御手段は、前記回復制御においてポスト噴射を進角させるとき、これによる機関トルクの増大を相殺するように、気筒の圧縮上死点近傍で行うメイン噴射の燃料噴射量を減量する構成である、排気浄化装置。 The exhaust emission control device according to claim 1 or 2,
When the post injection is advanced in the recovery control, the control means is configured to reduce the fuel injection amount of the main injection performed in the vicinity of the compression top dead center of the cylinder so as to offset the increase in engine torque caused thereby. , Exhaust purification device.
前記制御手段は、前記排気浄化触媒よりも排気の上流側の圧力が所定圧以上になった場合に、当該排気浄化触媒におけるPMの堆積量が所定量以上になったと判定する構成である、排気浄化装置。 The exhaust emission control device according to any one of claims 1 to 3,
The control means is configured to determine that when the pressure upstream of the exhaust gas from the exhaust purification catalyst becomes equal to or higher than a predetermined pressure, the amount of PM deposited on the exhaust purification catalyst becomes equal to or higher than a predetermined amount. Purification equipment.
前記排気浄化触媒よりも排気の下流側の排気系には、排気中のPMを捕集するためのPMフィルタが配設され、
前記制御手段は、前記PMフィルタにおけるPMの捕集量が所定量以上であれば、前記回復制御におけるポスト噴射の進角を行わない構成である、排気浄化装置。 The exhaust emission control device according to any one of claims 1 to 4,
The exhaust system downstream of the exhaust purification catalyst is provided with a PM filter for collecting PM in the exhaust,
The exhaust gas purification apparatus is configured such that the control means does not advance the post-injection in the recovery control if the amount of PM collected in the PM filter is equal to or greater than a predetermined amount.
前記制御手段は、前記PMフィルタにおけるPMの捕集量が所定量未満になるまで、前記回復制御における空燃比のリッチ側への切り替えを行わない構成である、排気浄化装置。 The exhaust emission control device according to claim 5,
The exhaust gas purification apparatus is configured such that the control means does not perform switching to the rich side of the air-fuel ratio in the recovery control until the collected amount of PM in the PM filter becomes less than a predetermined amount.
前記排気浄化触媒よりも排気の下流側の排気系には、排気中のPMを捕集するためのPMフィルタが配設され、
前記制御手段は、前記PMフィルタにおけるPMの捕集量が所定量以上であれば、前記回復制御における空燃比のリッチ側への切り替えを行わない構成である、排気浄化装置。 The exhaust emission control device according to any one of claims 1 to 6,
The exhaust system downstream of the exhaust purification catalyst is provided with a PM filter for collecting PM in the exhaust,
If the amount of PM trapped in the PM filter is greater than or equal to a predetermined amount, the control means does not switch the air-fuel ratio to the rich side in the recovery control.
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