JP2013253578A - Exhaust gas emission control device for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は内燃機関の排気浄化装置に係り、特に、排気装置に備えた吸蔵触媒に有害物質を一時的に吸着させ、吸蔵触媒が飽和状態となった場合に再生処理して有害物質を除去させる内燃機関の排気浄化装置に関する。 The present invention relates to an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, and more particularly, a harmful substance is temporarily adsorbed on a storage catalyst provided in the exhaust apparatus, and when the storage catalyst becomes saturated, the regeneration process is performed to remove the harmful substance. The present invention relates to an exhaust emission control device for an internal combustion engine.
内燃機関の排気浄化装置には、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジンなどの排気中の有蓋成分であるNOxやパティキュレート(炭素などの粒子状物質)を吸着し、浄化する吸蔵触媒を備えているものがある。
例えば、排気浄化装置としては、排気装置に有害物質であるNOxを吸着する吸蔵触媒を備え、内燃機関がリーン燃焼状態であるときに排気中のNOxを吸蔵触媒に吸着し、その後燃焼状態がリッチとなると排気中に含まれるCO及びHCと、吸蔵触媒に吸蔵したNOxとを反応(還元)させて浄化し、吸蔵触媒を再生するものが知られている。(例えば、特許文献1)
この特許文献1の排気浄化装置においては、吸蔵触媒にNOxが過剰に吸着されると飽和状態となり、その後はNOxが吸蔵触媒に吸着されずに排気装置から排出される。このため、上記の排気浄化装置は、吸蔵触媒にNOxがどの程度吸着されているかを推定するため、内燃機関の回転数と負荷(サージタンクの吸気圧)に基づいて、単位時間当たりのNOx吸着量を求めている。(明細書の段落[0027])
また、排気装置に有害物質であるパティキュレートを吸着して捕集する吸蔵触媒を備えた排気浄化装置には、内燃機関がリーン燃焼状態であるときに排気中のパティキュレートを吸蔵触媒に吸着し、吸蔵触媒に堆積したパティキュレートを燃焼させて浄化し、吸蔵触媒を再生するものがある。(例えば、特許文献2)
この特許文献2の排気浄化装置においては、車両の走行状況を勘案し、排気温度が十分に高温となってパティキュレートの自然燃焼による除去を確実に行う道路に車両を案内することで、パティキュレートの浄化処理を促進している。(明細書の段落[0008])
2. Description of the Related Art Some exhaust gas purification apparatuses for internal combustion engines include a storage catalyst that adsorbs and purifies NOx and particulates (particulate matter such as carbon) that are covered components in exhaust such as gasoline engines and diesel engines. .
For example, as an exhaust purification device, the exhaust device is equipped with a storage catalyst that adsorbs NOx, which is a harmful substance, and when the internal combustion engine is in a lean combustion state, NOx in the exhaust is adsorbed on the storage catalyst, and then the combustion state is rich. Then, CO and HC contained in the exhaust gas and NOx occluded in the occlusion catalyst are reacted (reduced) to purify and regenerate the occlusion catalyst. (For example, Patent Document 1)
In the exhaust purification device of this Patent Document 1, when NOx is excessively adsorbed by the storage catalyst, it becomes saturated, and thereafter NOx is not adsorbed by the storage catalyst and is discharged from the exhaust device. For this reason, in order to estimate how much NOx is adsorbed by the storage catalyst, the exhaust purification device described above adsorbs NOx per unit time based on the rotational speed and load of the internal combustion engine (intake pressure of the surge tank). Seeking the amount. (Paragraph [0027] of description)
In addition, an exhaust purification device equipped with an occlusion catalyst that adsorbs and collects particulates that are harmful substances to the exhaust device, adsorbs particulates in the exhaust gas to the occlusion catalyst when the internal combustion engine is in a lean combustion state. Some of them regenerate the storage catalyst by burning and purifying the particulates deposited on the storage catalyst. (For example, Patent Document 2)
In the exhaust emission control device of
ところで、上述特許文献1のような排気浄化装置において、リーン状態で有害物質のNOxを吸着し、リッチ状態で還元により浄化する吸蔵触媒は、低温である場合に非活性状態となり、浄化能力が低下する特性がある。このため、排気浄化装置は、吸蔵触媒が低温状態では吸着したNOxが排気装置から排出されないよう、燃焼状態をリーン燃焼状態に維持して吸着するように制御していた。
しかしながら、近年、所謂アイドリングストップ機能を備えた車両においては、内燃機関が停止する機会が多くなり、内燃機関の暖気が完了する前に吸蔵触媒のNOx吸着量が飽和状態となり、NOxが吸蔵触媒に吸着されずに排気装置から排出されるおそれがあった。
また、上述特許文献2のような排気浄化装置においても、同様に、所謂アイドリングストップ機能を備えた車両においては、内燃機関が停止する機会が多くなることから、内燃機関の暖気が完了する前に吸蔵触媒のパティキュレート堆積量が飽和状態となり、パティキュレートが吸蔵触媒に吸着されずに排気装置から排出されるおそれがあった。
By the way, in the exhaust gas purification apparatus as in the above-mentioned Patent Document 1, the storage catalyst that adsorbs NOx as a harmful substance in a lean state and purifies by reduction in a rich state becomes inactive when the temperature is low, and the purification capacity is reduced. There is a characteristic to do. For this reason, the exhaust purification device is controlled so that the adsorbed NOx is not exhausted from the exhaust device when the storage catalyst is in a low temperature state, and is adsorbed while maintaining the lean combustion state.
However, in recent years, in vehicles equipped with a so-called idling stop function, there are many opportunities for the internal combustion engine to stop, and the NOx adsorption amount of the storage catalyst becomes saturated before warming up of the internal combustion engine is completed, so that NOx becomes a storage catalyst. There was a risk of exhaustion from the exhaust system without being adsorbed.
Similarly, in the exhaust gas purification apparatus as described in
そこで、この発明は、上記の問題に鑑みて成されたものであり、吸蔵触媒が長期間低温で非活性状態にあっても、有害物質の排出を防止できる内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and provides an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine that can prevent discharge of harmful substances even when the storage catalyst is in an inactive state at a low temperature for a long period of time. For the purpose.
この発明は、内燃機関の排気装置に設けられ有害物質を吸着する吸蔵触媒と、前記吸蔵触媒に吸着された有害物質の量を推定する吸着量推定手段と、前記吸着量推定手段により推定された有害物質の吸着量に基づき前記吸蔵触媒から有害物質を除去させる再生制御を実行する再生制御手段とを備えた内燃機関の排気浄化装置において、前記排気浄化装置は、前記吸蔵触媒の活性状態を検出する活性状態検出手段と、前記活性状態検出手段により前記吸蔵触媒の非活性状態が検出され、前記吸着量推定手段により推定された有害物質の吸着量に基づき前記吸蔵触媒が飽和状態であると判定したとき、前記再生制御を実行する強制再生手段とを備えたことを特徴とする。 The present invention is estimated by an occlusion catalyst that is provided in an exhaust device of an internal combustion engine and adsorbs harmful substances, an adsorption amount estimation means that estimates the amount of harmful substances adsorbed on the occlusion catalyst, and the adsorption amount estimation means. An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine having a regeneration control means for executing regeneration control for removing harmful substances from the storage catalyst based on an adsorption amount of the harmful substances, wherein the exhaust purification device detects an active state of the storage catalyst The inactive state of the storage catalyst is detected by the active state detection means and the active state detection means, and the storage catalyst is determined to be saturated based on the amount of adsorption of the harmful substance estimated by the adsorption amount estimation means. And a forced regeneration means for executing the regeneration control.
この発明は、吸蔵触媒が長期間非活性状態にあっても、吸蔵触媒に吸着された有害物質の量が飽和状態となった場合に、吸蔵触媒を強制的に再生処理するため、非活性時に吸蔵触媒の吸着量が飽和状態となり、有害物質が吸着されずに排出されることを防止できる。なお、吸蔵触媒が低温状態で再生処理を実行した場合、有害物質は排出されるが、飽和状態により排出される量と比較すれば軽微であるため、有害物質の排出量を抑制することができる。 Even if the storage catalyst is in an inactive state for a long period of time, the storage catalyst is forcibly regenerated when the amount of harmful substances adsorbed on the storage catalyst becomes saturated. The adsorption amount of the storage catalyst becomes saturated, and it can be prevented that harmful substances are discharged without being adsorbed. In addition, when the storage catalyst is regenerated in a low temperature state, harmful substances are discharged, but since the amount is slight compared with the amount discharged in a saturated state, the amount of harmful substances discharged can be suppressed. .
以下、図面に基づいて、この発明の実施例を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1〜図8は、この発明の実施例1を示すものである。図1において、1は内燃機関、2は燃焼室、3は吸気装置、4は排気装置である。車両に搭載された内燃機関1は、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジンであり、吸気装置3として、燃焼室2に連通する吸気通路5を設け、吸気通路5にスロットルバルブ6を設けている。また、内燃機関1は、排気装置4として、燃焼室2に連通する排気通路7を設けている。内燃機関1は、燃料を噴射供給する燃料噴射装置8を備えている。燃料噴射装置8は、内燃機関1に燃料を供給する燃料噴射弁9を設けている。
前記燃料噴射装置8は、制御装置10の燃料噴射量算出手段11によって燃料噴射弁9の燃料噴射量を制御される。燃料噴射量算出手段11は、外気温度センサ12が検出する外気温度、大気圧センサ13が検出する大気圧、吸気量センサ14が検出する吸気量(又は、吸気圧センサが検出する吸気圧)、クランク角センサ15が検出する内燃機関1の機関回転数を参照し、外気温度、大気圧を考慮しつつ機関回転数と負荷を示す吸気量(又は吸気圧)とに基づき燃料噴射量を算出する。
前記燃料噴射量は、クランク角センサ15が検出する機関回転数と吸気量センサ14が検出する吸気量とに応じて決定される。このとき、外気温度が低いと、吸気中に含まれる酸素量が多くなるため、この酸素量に応じて燃料噴射量を減少させるように制御される。また、大気圧が低いと、吸気中の酸素量が少なくなるため、燃料噴射量が増加される。即ち、燃料噴射量は、外気温度と大気圧の変化に応じて、適切な出力が得られるよう増量又は減量される。
燃料噴射装置8は、燃料噴射量算出手段11の算出した燃料噴射量となるように燃料噴射弁9を作動して、燃料を吸気通路5に噴射供給する。内燃機関1は、吸気通路5により供給された空気と燃料噴射弁9により供給された燃料との混合気を燃焼室2において燃焼させ、駆動力を発生する。燃焼後の排気は、排気通路7により外部に排出される。
1 to 8 show Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 1, 1 is an internal combustion engine, 2 is a combustion chamber, 3 is an intake device, and 4 is an exhaust device. An internal combustion engine 1 mounted on a vehicle is a gasoline engine or a diesel engine. As an
In the
The fuel injection amount is determined according to the engine speed detected by the crank angle sensor 15 and the intake air amount detected by the intake air sensor 14. At this time, if the outside air temperature is low, the amount of oxygen contained in the intake air increases, so that the fuel injection amount is controlled to decrease according to the amount of oxygen. Further, when the atmospheric pressure is low, the amount of oxygen in the intake air decreases, so the fuel injection amount increases. That is, the fuel injection amount is increased or decreased according to changes in the outside air temperature and the atmospheric pressure so as to obtain an appropriate output.
The
前記内燃機関1は、排気を浄化する排気浄化装置16を設けている。排気浄化装置16は、排気通路7に排気中の有害物質であるNOxを吸着し、吸蔵したNOxを浄化する吸蔵触媒17を備えている。排気浄化装置16は、吸蔵触媒17に吸着されて吸蔵したNOxの量(NOx吸着量)を推定する吸着量推定手段18と、吸着量推定手段18により推定されたNOx吸着量に基づき吸蔵触媒17からNOxを除去させる再生制御を実行する再生制御手段19とを、前記制御装置10に備えている。
前記排気浄化装置16は、内燃機関1がリーン燃焼状態であるときに、図2に示すように、式(R1)に示すNOx吸蔵化学反応式に従い、排気中のNOxを吸蔵触媒17に吸着する。その後、排気浄化装置16は、再生制御手段19によって、吸着量推定手段18により推定された吸蔵触媒17のNOx吸着量に基づき、吸蔵触媒17のNOx吸着量が飽和状態であるか否かを判断する。再生制御手段19は、吸蔵触媒17のNOx吸着量が飽和状態であると判定したとき、吸蔵触媒17からNOxを除去させる再生制御を実行する。
再生制御においては、燃料噴射弁9の燃料噴射量を増加(若しくは、燃焼行程後に燃料噴射)させて内燃機関1をリッチ燃焼状態とし、図3に示すように、式(R2)に示すNOx酸化反応式、式(R3)に示すNOx還元反応式に従い、排気中に含まれるCO及びHCと、吸蔵触媒17に吸蔵したNOxとを反応(還元)させて浄化し、吸蔵触媒17を再生処理する。
The internal combustion engine 1 is provided with an
When the internal combustion engine 1 is in a lean combustion state, the
In the regeneration control, the fuel injection amount of the fuel injection valve 9 is increased (or the fuel is injected after the combustion stroke) to bring the internal combustion engine 1 into a rich combustion state, and as shown in FIG. 3, the NOx oxidation shown in the equation (R2) In accordance with the NOx reduction reaction equation shown in the reaction equation, equation (R3), CO and HC contained in the exhaust gas and NOx occluded in the
この内燃機関1の排気浄化装置16は、吸蔵触媒17の活性状態を検出する活性状態検出手段として、吸蔵触媒17の触媒温度を検出する触媒温度センサ20を制御装置10に備えている。制御装置10には、触媒温度センサ20の検出する触媒温度に基づき吸蔵触媒17の再生制御を実行する強制再生手段21を備えている。強制再生手段21は、触媒温度センサ20の検出する吸蔵触媒17の触媒温度が活性温度未満の低温状態で、吸蔵触媒17の非活性状態が検出され、吸着量推定手段18により推定された吸蔵触媒17のNOx吸着量に基づき吸蔵触媒17が飽和状態と判定されたとき、強制的に再生制御を実行する。再生制御においては、前述のように、内燃機関1をリッチ燃焼状態とし、排気中に含まれるCO及びHCと、吸蔵触媒17に吸蔵したNOxとを反応(還元)させて浄化し、吸蔵触媒17を再生処理する。
また、排気浄化装置16は、計時手段22を備えている。計時手段22は、内燃機関1の始動時からの経過時間(以下「機関始動後経過時間Te」と記す。)を計測する機関始動タイマ23と、前記再生制御を停止した時からの経過時間(以下「再生停止後経過時間Tr」と記す。)を計測する再生停止タイマ24とを備えている。前記強制再生手段21は、機関始動タイマ23が計測する機関始動後経過時間Teが設定値以上となったとき、又は再生停止タイマ24が計測する再生停止後経過時間Trが設定値以上となったとき、吸蔵触媒17が飽和状態であると判定する。
前記機関始動後経過時間Te及び再生停止後経過時間Trを判定する設定値は、飽和吸蔵時間算出手段25により算出される。飽和吸蔵時間算出手段25は、図8に示すように、飽和吸蔵時間マップに基づき吸蔵触媒17に入る前のNOx濃度(実線)に応じて、吸蔵触媒17のNOx吸着量が飽和状態となる閾値(破線)に達するまでの時間を、飽和吸蔵時間Tsとして算出する。強制再生手段21は、飽和吸蔵時間算出手段25が算出した飽和吸蔵時間Tsを設定値とし、機関始動後経過時間Teが設定値である飽和吸蔵時間Ts以上となったとき、又は再生停止後経過時間Trが設定値である飽和吸蔵時間Ts以上となったとき、吸蔵触媒17が飽和状態であると判定する。
さらに、排気浄化装置16は、記憶手段26を制御装置10に備えている。記憶手段26には、燃料噴射量と機関回転数とから吸蔵触媒17に入る前のNOx濃度を求めるためのNOx濃度マップ(図6)、NOx濃度マップで求めたNOx濃度と内燃機関1の機関始動後経過時間TeとからNOx積算レート(NOx濃度と時間との比率)を求めるためのNOx積算レートマップ(図7)、NOx濃度マップで求めたNOx濃度の値に応じて吸蔵触媒17のNOx吸着量が飽和状態となる閾値に達するまでの飽和吸蔵時間Tsを求めるための飽和吸蔵時間マップ(図8)を記憶している。排気浄化装置16は、NOx濃度マップ(図6)、NOx積算レートマップ(図7)、飽和吸蔵時間マップ(図8)から、判定のための各種設定値を算出する。
The
Further, the
The set values for determining the elapsed time Te after the engine start and the elapsed time Tr after the regeneration stop are calculated by the saturated storage time calculating means 25. As shown in FIG. 8, the saturated storage time calculating means 25 is a threshold at which the NOx adsorption amount of the
Further, the
次に作用を説明する。
内燃機関1の排気浄化装置16は、図5に示すように、制御装置10による制御がスタートし(A01)、イグニッションスイッチのONにより内燃機関1が始動されると(A02)、機関始動タイマ23により機関始動後経過時間Teの計測が開始され(A03)、燃料噴射量算出手段11が算出する燃料噴射量とクランク角センサ15が検出する機関回転数とを取得する(A04)。
NOx濃度マップ(図6参照)に基づき前記取得した燃料噴射量と機関回転数との値に応じたNOx濃度を求め(A05)、NOx積算レートマップ(図7参照)に基づき前記NOx濃度マップで求めたNOx濃度のレート曲線と前記始動タイマ23が計測した機関始動後経過時間Teとの値に応じたNOx積算レートを求める。(A06)
前記NOx濃度マップで求めたNOx濃度と前記NOx積算レートマップで求めたNOx積算レートとを乗算して、吸蔵触媒17に吸着されたNOx吸着量を算出(NOx吸着量=NOx濃度×NOx積算レート)する(A07)。そして、飽和吸蔵時間マップ(図8参照)に基づき、前記NOx濃度マップで求めたNOx濃度の値に応じたNOx濃度直線とNOx吸着量の閾値とより飽和吸蔵時間Tsを求める(A08)。NOx吸着量は、前記吸着量推定手段21により求められる。飽和吸蔵時間Tsは、前記飽和吸蔵時間算出手段25により求められる。
Next, the operation will be described.
As shown in FIG. 5, the
Based on the NOx concentration map (see FIG. 6), the NOx concentration corresponding to the obtained fuel injection amount and engine speed is obtained (A05), and based on the NOx integrated rate map (see FIG. 7), the NOx concentration map is used. A NOx integrated rate corresponding to the value of the obtained NOx concentration rate curve and the elapsed time Te after engine start measured by the
The NOx concentration obtained by the NOx concentration map is multiplied by the NOx integrated rate obtained by the NOx integrated rate map to calculate the NOx adsorbed amount adsorbed by the storage catalyst 17 (NOx adsorbed amount = NOx concentration × NOx integrated rate). (A07). Then, based on the saturated storage time map (see FIG. 8), the saturated storage time Ts is obtained from the NOx concentration straight line corresponding to the value of the NOx concentration obtained from the NOx concentration map and the threshold value of the NOx adsorption amount (A08). The NOx adsorption amount is obtained by the adsorption amount estimating means 21. The saturated storage time Ts is obtained by the saturated storage time calculation means 25.
前記NOx吸着量の算出(A07)及び飽和吸蔵時間Tsの算出(A08)の後に、触媒温度センサ20が検出する触媒温度により吸蔵触媒17が活性状態であるかを判断する(A09)。なお、吸蔵触媒17の活性状態を判定するための触媒温度センサ20は、ラジエータの水温を測定する温度センサで代用することもできる。
前記吸蔵触媒17が活性状態であるかの判断(A09)がYESの場合は、吸蔵触媒17に吸着されたNOx吸着量が飽和状態となる閾値以上(NOx吸着量≧閾値)であるかを判断する(A10)。NOx吸着量は、図8に示すように、NOx濃度直線に応じて飽和状態の閾値に達するまでの飽和吸蔵時間Tsが相違し、NOx濃度が高いほど閾値に達するまでの飽和吸蔵時間Tsが短くなる。
この判断(A10)がNOの場合は、燃料噴射量と機関回転数との取得(A04)に戻る。この判断(A10)がYESの場合は、再生制御手段19により吸蔵触媒17からNOxを除去させる再生制御を実行し(A11)、再生制御の実行時間が所定時間を経過したかを判断する(A12)。
この判断(A12)がNOの場合は、再生制御(A11)を継続する。この判断(A12)がYESの場合は、再生制御を停止し(A13)、再生停止タイマ24により再生停止後経過時間Trの計測を開始し(A14)、機関回転数と燃料噴射量との取得(A04)に戻る。
一方、前記吸蔵触媒17が活性状態であるかの判断(A09)がNOの場合は、機関始動後経過時間Teが飽和吸蔵時間Ts以上であるか(Te≧Ts)、又は、再生制御の再生停止後経過時間Trが飽和吸蔵時間Ts以上であるか(Tr≧Ts)を判断する(A15)。
この判断(A15)がNOの場合は、燃料噴射量と機関回転数との取得(A04)に戻る。この判断(A15)がYESの場合は、強制再生手段21により吸蔵触媒17からNOxを除去させる再生制御の実行(A11)に移行し、前述判断(A12)〜処理(A14)を行い、機関回転数と燃料噴射量との取得(A04)に戻る。
即ち、排気浄化装置16は、吸蔵触媒17が活性化するまでの間(A09:NO)は、内燃機関1の機関始動後経過時間Te、又は再生制御の再生停止後経過時間Trにより吸蔵触媒17が飽和状態であるか否かを判定し、吸蔵触媒17が飽和状態であれば再生制御を実行する。これに対して、排気浄化装置16は、吸蔵触媒17の活性後(A09:YES)には、吸蔵触媒17の経年劣化を考慮したNOx吸着量により吸蔵触媒17が飽和状態であるか否かを判断(A10)する。
これより、排気浄化装置16は、図4に示すように、NOx吸着量が飽和状態である閾値以上となった場合、あるいは機関始動後経過時間Te、又は再生停止後経過時間Trが飽和吸着時間Ts以上となった場合に、吸蔵触媒17に吸蔵したNOxを浄化して吸蔵触媒17を再生する再生制御を実行する。
After calculating the NOx adsorption amount (A07) and calculating the saturated storage time Ts (A08), it is determined whether the
If the determination whether the
If this determination (A10) is NO, the process returns to obtaining the fuel injection amount and the engine speed (A04). If this determination (A10) is YES, regeneration control for removing NOx from the
If this determination (A12) is NO, the regeneration control (A11) is continued. When this determination (A12) is YES, the regeneration control is stopped (A13), the
On the other hand, if the determination as to whether the
When this determination (A15) is NO, the process returns to obtaining the fuel injection amount and the engine speed (A04). If this determination (A15) is YES, the process proceeds to execution of regeneration control (A11) in which NOx is removed from the
In other words, the
Accordingly, as shown in FIG. 4, the
このように、内燃機関1の排気浄化装置16は、強制再生手段21によって、触媒温度センサ20により吸蔵触媒17の非活性状態が検出され、吸着量推定手段21により推定されたNOxの吸着量に基づき吸蔵触媒17のNOx吸着量が飽和状態であると判定したとき、再生制御を実行する。
これにより、排気浄化装置16は、吸蔵触媒17が長期間低温で非活性状態にあっても、吸蔵触媒17に吸着されたNOxの量が飽和状態となった場合に、吸蔵触媒17を強制的に再生処理するため、非活性時に吸蔵触媒17が飽和状態となり、NOxが吸着されずに排出されることを防止できる。なお、吸蔵触媒17が低温状態で再生処理を実行した場合、NOxは排出されるが、吸蔵触媒17の飽和状態により排出される量と比較すれば軽微であるため、排出量を抑制することができる。
また、短期間に複数回内燃機関1を停止するような車両(いわゆるアイドリングストップ車両)にあっては、内燃機関1の機関負荷や機関回転数の変動が大きく、これらの数値に基づいて吸蔵触媒17のNOx吸着量を推定すると、NOx吸着量の推定に誤差が生じ易くなる。
そこで、この排気浄化装置16は、強制再生手段19によって、内燃機関1の機関始動後経過時間Te、又は再生制御の再生停止後経過時間TrによりNOx吸着量を推定し吸蔵触媒17の飽和状態を判断するため、NOx吸着量の推定に誤差が生じる事が無くなり、吸蔵触媒17の飽和状態を的確に判定することができ、確実に再生制御を実行することができる。
Thus, in the exhaust
As a result, the
Further, in a vehicle that stops the internal combustion engine 1 a plurality of times in a short period of time (so-called idling stop vehicle), fluctuations in the engine load and engine speed of the internal combustion engine 1 are large, and the storage catalyst is based on these values. If the NOx adsorption amount of 17 is estimated, an error is likely to occur in the estimation of the NOx adsorption amount.
Therefore, the
図9〜図14は、この発明の実施例2を示すものである。図9において、101は内燃機関、102は燃焼室、103は吸気装置、104は排気装置である。車両に搭載された内燃機関101は、ディーゼルエンジンであり、吸気装置103として、燃焼室102に連通する吸気通路105を設け、吸気通路105にスロットルバルブ106を設けている。また、内燃機関101は、排気装置104として、燃焼室102に連通する排気通路107を設けている。内燃機関101は、燃料を噴射供給する燃料噴射装置108を備えている。燃料噴射装置108は、内燃機関101に燃料を供給する燃料噴射弁109を設けている。
前記燃料噴射装置108は、制御装置110の燃料噴射量算出手段111によって燃料噴射弁109の燃料噴射量を制御される。燃料噴射量算出手段111は、外気温度センサ112が検出する外気温度、大気圧センサ113が検出する大気圧、吸気量センサ114が検出する吸気量(又は、吸気圧センサが検出する吸気圧)、クランク角センサ115が検出する内燃機関1の機関回転数を参照し、外気温度、大気圧を考慮しつつ機関回転数と負荷を示す吸気量(又は吸気圧)とに基づき燃料噴射量を算出する。
前記燃料噴射量は、クランク角センサ115が検出する機関回転数と吸気量センサ114が検出する吸気量とに応じて決定される。このとき、外気温度が低いと、吸気中に含まれる酸素量が多くなるため、この酸素量に応じて燃料噴射量を減少させるように制御される。また、大気圧が低いと、吸気中の酸素量が少なくなるため、燃料噴射量が増加される。即ち、燃料噴射量は、外気温度と大気圧の変化に応じて、適切な出力が得られるよう増量又は減量される。
燃料噴射装置108は、燃料噴射量算出手段111の算出した燃料噴射量となるように燃料噴射弁109を作動して、燃料を吸気通路105に噴射供給する。内燃機関101は、吸気通路105により供給された空気と燃料噴射弁109により供給された燃料との混合気を燃焼室102において燃焼させ、駆動力を発生する。燃焼後の排気は、排気通路107により外部に排出される。
9 to 14
In the
The fuel injection amount is determined according to the engine speed detected by the crank angle sensor 115 and the intake air amount detected by the intake air sensor 114. At this time, if the outside air temperature is low, the amount of oxygen contained in the intake air increases, so that the fuel injection amount is controlled to decrease according to the amount of oxygen. Further, when the atmospheric pressure is low, the amount of oxygen in the intake air decreases, so the fuel injection amount increases. That is, the fuel injection amount is increased or decreased according to changes in the outside air temperature and the atmospheric pressure so as to obtain an appropriate output.
The
前記内燃機関101は、排気を浄化する排気浄化装置116を設けている。排気浄化装置116は、排気通路107に排気中の有害物質であるパティキュレートを吸着し、吸蔵したパティキュレートを浄化する吸蔵触媒(DPF:Diesel Particurate Filter)117を備えている。排気浄化装置116は、吸蔵触媒117に吸着されて堆積したパティキュレートの量(パティキュレート堆積量)を推定する堆積量推定手段118と、堆積量推定手段118により推定されたパティキュレート堆積量に基づき吸蔵触媒117からパティキュレートを除去させる再生制御を実行する再生制御手段119とを、前記制御装置110に備えている。
前記排気浄化装置116は、内燃機関101がリーン燃焼状態であるときに排気中のパティキュレートを吸蔵触媒117に吸着する。その後、排気浄化装置116は、再生制御手段119によって、堆積量推定手段118により推定された吸蔵触媒117のパティキュレート堆積量に基づき、吸蔵触媒117のパティキュレート堆積量が飽和状態であるか否かを判断する。再生制御手段119は、吸蔵触媒117のパティキュレート堆積量が飽和状態であると判定したとき、吸蔵触媒117からパティキュレートを除去させる再生制御を実行する。
再生制御においては、図10に示すように、燃料噴射弁109の燃料噴射量を増加(若しくは、燃焼行程後に燃料噴射)させて内燃機関101をリッチ燃焼状態とし、排気中に含まれる燃料により吸蔵触媒117に吸蔵したパティキュレートを燃焼させて浄化し、吸蔵触媒117を再生処理する。なお、再生制御には、図10に示すように、吸蔵触媒117にヒータ117Hを設け、このヒータ117Hにより吸蔵触媒117に吸蔵したパティキュレートを燃焼させて浄化し、吸蔵触媒117を再生処理する方法もある。
The
The
In the regeneration control, as shown in FIG. 10, the fuel injection amount of the
この内燃機関101の排気浄化装置116は、吸蔵触媒117の活性状態を検出する活性状態検出手段として、吸蔵触媒117の触媒温度を検出する触媒温度センサ120を制御装置110に備えている。制御装置110には、触媒温度センサ120の検出する触媒温度に基づき吸蔵触媒117の再生制御を実行する強制再生手段121を備えている。強制再生手段121は、触媒温度センサ120の検出する吸蔵触媒117の触媒温度が活性温度未満の低温状態で、吸蔵触媒117の非活性状態が検出され、堆積量推定手段118により推定された吸蔵触媒117のパティキュレート堆積量に基づき吸蔵触媒117が飽和状態と判定されたとき、強制的に再生制御を実行する。再生制御においては、前述のように、内燃機関101をリッチ燃焼状態とし、排気中に含まれる燃料により吸蔵触媒117に吸蔵したパティキュレートを燃焼させて浄化し、あるいは、ヒータ117Hによりパティキュレートを燃焼させて浄化し、吸蔵触媒117を再生処理する。
また、排気浄化装置116は、計時手段122を備えている。計時手段122は、内燃機関101の始動時からの経過時間(以下「機関始動後経過時間Te」と記す。)を計測する機関始動タイマ123と、前記再生制御を停止した時からの経過時間(以下「再生停止後経過時間Tr」と記す。)を計測する再生停止タイマ124とを備えている。前記強制再生手段121は、機関始動タイマ123が計測する機関始動後経過時間Teが設定値以上となったとき、又は再生停止タイマ124が計測する再生停止後経過時間Trが設定値以上となったとき、吸蔵触媒117が飽和状態であると判定する。
前記機関始動後経過時間Te及び再生停止後経過時間Trを判定する設定値は、飽和堆積時間算出手段125により算出される。飽和堆積時間算出手段125は、図14に示すように、飽和堆積時間マップに基づき吸蔵触媒117でのパティキュレートの堆積速度(実線)に応じて、吸蔵触媒117のパティキュレートの堆積量が飽和状態となる閾値(破線)に達するまでの時間を、飽和堆積時間Tsとして算出する。強制再生手段121は、飽和堆積時間算出手段125が算出した飽和堆積時間Tsを設定値とし、機関始動後経過時間Teが設定値である飽和堆積時間Ts以上となったとき、又は再生停止後経過時間Trが設定値である飽和堆積時間Ts以上となったとき、吸蔵触媒117が飽和状態であると判定する。
さらに、排気浄化装置116は、記憶手段126を制御装置110に備えている。記憶手段126には、燃料噴射量と機関回転数とから吸蔵触媒117でのパティキュレートの堆積速度を求めるための堆積速度マップ(図12)、堆積速度マップで求めたパティキュレートの堆積速度と内燃機関1の機関始動後経過時間Teとから堆積積算レート(パティキュレートの堆積速度と時間との比率)を求めるための堆積積算レートマップ(図13)、堆積速度マップで求めたパティキュレートの堆積速度の値に応じて吸蔵触媒117のパティキュレートの堆積量が飽和状態となる閾値に達するまでの飽和堆積時間Tsを求めるための飽和堆積時間マップ(図14)を記憶している。排気浄化装置116は、堆積速度マップ(図12)、堆積積算レートマップ(図13)、飽和堆積時間マップ(図14)から、判定のための各種設定値を算出する。
The exhaust
Further, the
The set values for determining the elapsed time Te after the engine start and the elapsed time Tr after the regeneration stop are calculated by the saturation deposition time calculation means 125. As shown in FIG. 14, the saturation deposition time calculation unit 125 saturates the particulate deposition amount of the
Further, the
次に作用を説明する。
内燃機関101の排気浄化装置116は、図11に示すように、制御装置110による制御がスタートし(B01)、イグニッションスイッチのONにより内燃機関101が始動されると(B02)、機関始動タイマ123により機関始動後経過時間Teの計測が開始され(B03)、燃料噴射量算出手段111が算出する燃料噴射量とクランク角センサ115が検出する機関回転数とを取得する(B04)。
堆積速度マップ(図12参照)に基づき前記取得した燃料噴射量と機関回転数との値に応じたパティキュレートの堆積速度を求め(B05)、堆積積算レートマップ(図13参照)に基づき前記堆積速度マップで求めた堆積速度のレート曲線と前記始動タイマ123が計測した機関始動後経過時間Teとの値に応じた堆積積算レートを求める。(B06)
前記堆積速度マップで求めたパティキュレートの堆積速度と前記堆積積算レートマップで求めたパティキュレートの堆積積算レートとを乗算して、吸蔵触媒117に吸着されて堆積したパティキュレートの堆積量を算出(パティキュレートの堆積量=堆積速度×堆積積算レート)する(B07)。そして、飽和堆積時間マップ(図14参照)に基づき、前記堆積速度マップで求めた堆積速度の値に応じた堆積速度直線と堆積量の閾値とより飽和堆積時間Tsを求める(B08)。パティキュレートの堆積量は、前記堆積量推定手段121により求められる。飽和堆積時間Tsは、前記飽和堆積時間算出手段125により求められる。
Next, the operation will be described.
As shown in FIG. 11, the
Based on the deposition rate map (see FIG. 12), the particulate deposition rate corresponding to the acquired fuel injection amount and engine speed is obtained (B05), and the deposition is based on the accumulated deposition rate map (see FIG. 13). A cumulative accumulation rate corresponding to the value of the rate curve of the deposition rate obtained from the speed map and the elapsed time Te after the engine start measured by the
Multiplying the particulate deposition rate obtained by the deposition rate map by the particulate accumulation rate obtained by the deposition cumulative rate map, the amount of particulates adsorbed and deposited by the
前記パティキュレートの堆積量の算出(B07)及び飽和堆積時間Tsの算出(B08)の後に、触媒温度センサ120が検出する触媒温度により吸蔵触媒117が活性状態であるかを判断する(B09)。なお、吸蔵触媒117の活性状態を判定するための触媒温度センサ120は、ラジエータの水温を測定する温度センサで代用することもできる。
前記吸蔵触媒117が活性状態であるかの判断(B09)がYESの場合は、吸蔵触媒117に吸着されたパティキュレートの堆積量が飽和状態となる閾値以上(堆積量≧閾値)であるかを判断する(B10)。パティキュレートの堆積量は、図14に示すように、堆積速度直線に応じて飽和状態の閾値に達するまでの飽和堆積時間Tsが相違し、堆積速度が高いほど閾値に達するまでの飽和堆積時間Tsが短くなる。
この判断(B10)がNOの場合は、燃料噴射量と機関回転数との取得(B04)に戻る。この判断(B10)がYESの場合は、再生制御手段119により吸蔵触媒117からパティキュレートを除去させる再生制御を実行し(B11)、再生制御の実行時間が所定時間を経過したかを判断する(B12)。
この判断(B12)がNOの場合は、再生制御(B11)を継続する。この判断(B12)がYESの場合は、再生制御を停止し(B13)、再生停止タイマ124により再生停止後経過時間Trの計測を開始し(B14)、機関回転数と燃料噴射量との取得(B04)に戻る。
一方、前記吸蔵触媒117が活性状態であるかの判断(B09)がNOの場合は、機関始動後経過時間Teが飽和吸蔵時間Ts以上であるか(Te≧Ts)、又は、再生制御の再生停止後経過時間Trが飽和吸蔵時間Ts以上であるか(Tr≧Ts)を判断する(B15)。
この判断(B15)がNOの場合は、燃料噴射量と機関回転数との取得(B04)に戻る。この判断(B15)がYESの場合は、強制再生手段121により吸蔵触媒117からパティキュレートを除去させる再生制御の実行(B11)に移行し、前述判断(B12)〜処理(B14)を行い、機関回転数と燃料噴射量との取得(B04)に戻る。
即ち、排気浄化装置116は、吸蔵触媒117が活性化するまでの間(B09:NO)は、内燃機関101の機関始動後経過時間Te、又は再生制御の再生停止後経過時間Trにより吸蔵触媒117が飽和状態であるか否かを判定し、吸蔵触媒117が飽和状態であれば再生制御を実行する。これに対して、排気浄化装置116は、吸蔵触媒117の活性後(B09:YES)には、吸蔵触媒117の経年劣化を考慮したパティキュレート堆積量により吸蔵触媒117が飽和状態であるか否かを判断(B110)する。
これより、排気浄化装置116は、パティキュレートの堆積量が飽和状態である閾値以上となった場合、あるいは機関始動後経過時間Te、又は再生停止後経過時間Trが飽和堆積時間Ts以上となった場合に、吸蔵触媒117に吸蔵したパティキュレートを浄化して吸蔵触媒117を再生する再生制御を実行する。
After the calculation of the particulate deposition amount (B07) and the saturation deposition time Ts (B08), it is determined whether the
If the determination of whether the
If this determination (B10) is NO, the process returns to obtaining the fuel injection amount and the engine speed (B04). When this determination (B10) is YES, regeneration control for removing particulates from the
If this determination (B12) is NO, the regeneration control (B11) is continued. If this determination (B12) is YES, the regeneration control is stopped (B13), the
On the other hand, if the determination as to whether the
If this determination (B15) is NO, the process returns to obtaining the fuel injection amount and the engine speed (B04). When this determination (B15) is YES, the forced regeneration means 121 shifts to regeneration control execution (B11) in which the particulates are removed from the
In other words, the
Thus, in the
このように、内燃機関101の排気浄化装置116は、強制再生手段121によって、触媒温度センサ120により吸蔵触媒117の非活性状態が検出され、堆積量推定手段121により推定されたパティキュレートの堆積量に基づき吸蔵触媒117のパティキュレート堆積量が飽和状態であると判定したとき、再生制御を実行する。
これにより、排気浄化装置116は、吸蔵触媒117が長期間低温で非活性状態にあっても、吸蔵触媒117に吸着されたパティキュレートの量が飽和状態となった場合に、吸蔵触媒117を強制的に再生処理するため、非活性時に吸蔵触媒117が飽和状態となり、パティキュレートが吸着されずに排出されることを防止できる。なお、吸蔵触媒117が低温状態で再生処理を実行した場合、パティキュレートは排出されるが、吸蔵触媒117の飽和状態により排出される量と比較すれば軽微であるため、排出量を抑制することができる。
また、短期間に複数回内燃機関101を停止するような車両(いわゆるアイドリングストップ車両)にあっては、内燃機関101の機関負荷や機関回転数の変動が大きく、これらの数値に基づいて吸蔵触媒117のパティキュレート堆積量を推定すると、パティキュレート堆積量の推定に誤差が生じ易くなる。
そこで、この排気浄化装置116は、強制再生手段119によって、内燃機関101の機関始動後経過時間Te、又は再生制御の再生停止後経過時間Trによりパティキュレートの堆積量を推定し吸蔵触媒117の飽和状態を判断するため、パティキュレートの堆積量の推定に誤差が生じる事が無くなり、吸蔵触媒117の飽和状態を的確に判定することができ、確実に再生制御を実行することができる。
In this way, in the
As a result, the
Further, in a vehicle that stops the internal combustion engine 101 a plurality of times in a short period of time (so-called idling stop vehicle), fluctuations in the engine load and engine speed of the
Therefore, the
この発明は、吸蔵触媒が長期間低温で非活性状態にあっても、有害物質の排出を防止できるものであり、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの内燃機関だけでなく、ボイラーや焼却炉などの燃焼装置の排気処理にも応用が可能である。 This invention is capable of preventing emission of harmful substances even when the storage catalyst is in an inactive state at low temperatures for a long period of time, and not only internal combustion engines such as gasoline engines and diesel engines, but also combustion such as boilers and incinerators. It can also be applied to the exhaust treatment of equipment.
1 内燃機関
2 燃焼室
3 吸気装置
4 排気装置
8 燃料噴射装置
9 燃料噴射弁
10 制御装置
11 燃料噴射量算出手段
12 外気温度センサ
13 大気圧センサ
14 吸気量センサ
15 クランク角センサ
16 排気浄化装置
17 吸蔵触媒
18 吸着量推定手段
19 再生制御手段
20 触媒温度センサ
21 強制再生手段
22 計時手段
23 機関始動タイマ
24 再生停止タイマ
25 飽和吸着時間算出手段
26 記憶手段
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