JP2014118915A - Exhaust post-treatment device of diesel engine - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a device which can suppress the deterioration of a NOx purification rate even if a load is varied immediately after the start of rich spike treatment.SOLUTION: The exhaust post-treatment device of a diesel engine comprises: means (21) for setting an air excess rate of exhaust in initial treatment to a rich-side first fundamental air excess rate when a regeneration time of a NOx trap catalyst (15) comes; means (21) for setting an air excess rate of exhaust in post-treatment to a second fundamental air excess rate in the vicinity of 1.0 when the air excess rate of the exhaust is set to the first fundamental air excess rate; means (21) for predicting a remaining oxygen amount of the NOx trap catalyst by using a change speed of the second air excess rate when the second air excess rate detected by second air excess rate detection means crosses the vicinity of 1.0 from a lean side while the air excess rate of the exhaust is set to the first fundamental air excess rate; and means (21) for controlling a supply amount of a reducer in the post-treatment on the basis of the remaining oxygen amount which is predicted by the remaining oxygen amount prediction means.

Description

この発明はディーゼルエンジンの排気後処理装置に関する。   The present invention relates to an exhaust aftertreatment device for a diesel engine.

酸化触媒、NOxトラップ触媒を排気通路に備え、リッチスパイク処理を初期処理と後期処理に分割するものがある(特許文献1参照)。このものでは、初期処理でフロントラムダをリッチ側の第1基本空気過剰率にし、リアラムダがリッチに反転したときに酸化触媒及びNOxトラップ触媒にストレージされている酸素が全て無くなったと判定する。そして後期処理ではフロントラムダを1.0近傍の第2基本空気過剰率に制御している。ここで、フロントラムダは酸化触媒上流を流れる排気の空気過剰率、リアラムダはNOxトラップ触媒の下流を流れる排気の空気過剰率である。   An oxidation catalyst and a NOx trap catalyst are provided in the exhaust passage, and the rich spike process is divided into an initial process and a late process (see Patent Document 1). In this case, the front lambda is set to the first basic excess air ratio on the rich side in the initial processing, and it is determined that all of the oxygen stored in the oxidation catalyst and the NOx trap catalyst has disappeared when the rear lambda is reversed to rich. In the latter stage process, the front lambda is controlled to the second basic excess air ratio in the vicinity of 1.0. Here, the front lambda is the excess air ratio of exhaust flowing upstream of the oxidation catalyst, and the rear lambda is the excess air ratio of exhaust flowing downstream of the NOx trap catalyst.

特開2009−197708号公報JP 2009-197708 A

ところで、リッチスパイク処理開始直後の負荷変動などによりフロントラムダが初期処理におけるリッチ側の第1基本空気過剰率まで到達できないことがある。このときには、酸化触媒及びNOxトラップ触媒にストレージされている酸素を初期処理の期間で全て消費することができず、排気の空気過剰率を1.0近傍の第2基本空気過剰率に制御する後期処理に移行しても、酸化触媒及びNOxトラップ触媒に酸素が残存する。このため、後期処理で供給する還元剤が酸化触媒及びNOxトラップ触媒に残存する酸素によって消費され、NOxトラップ触媒に堆積しているNOxの還元に用いられることがないので、NOx浄化率が悪化する。   By the way, the front lambda may not be able to reach the first basic excess air ratio on the rich side in the initial process due to a load change immediately after the start of the rich spike process. At this time, the oxygen stored in the oxidation catalyst and the NOx trap catalyst cannot be completely consumed in the initial treatment period, and the latter period in which the excess air ratio of the exhaust gas is controlled to the second basic excess air ratio in the vicinity of 1.0. Even after shifting to the treatment, oxygen remains in the oxidation catalyst and the NOx trap catalyst. For this reason, since the reducing agent supplied in the latter stage treatment is consumed by the oxygen remaining in the oxidation catalyst and the NOx trap catalyst and is not used for the reduction of NOx deposited on the NOx trap catalyst, the NOx purification rate deteriorates. .

そこで本発明は、リッチスパイク処理開始直後に負荷変動などがあっても、NOx浄化率の悪化を抑制し得る装置を提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide an apparatus that can suppress the deterioration of the NOx purification rate even if there is a load fluctuation immediately after the start of the rich spike processing.

本発明のディーゼルエンジンの排気後処理装置は、酸素雰囲気で排気中のNOxをトラップし、還元雰囲気ではトラップしていたNOxを脱離し、排気中のHCを還元剤として用いて還元・浄化するNOxトラップ触媒と、前記NOxトラップ触媒上流の排気の空気過剰率である第1空気過剰率を検出する第1空気過剰率検出手段と、前記NOxトラップ触媒下流の排気の空気過剰率である第2空気過剰率を検出する第2空気過剰率検出手段と、前記NOxトラップ触媒の再生時期になったとき、初期処理中の排気の空気過剰率をリッチ側の第1基本空気過剰率にする初期処理手段と、前記排気の空気過剰率を前記第1基本空気過剰率にした後に後期処理中の排気の空気過剰率を1.0近傍の第2基本空気過剰率にする後期処理手段とを備えている。本発明のディーゼルエンジンの排気後処理装置は、さらに前記排気の空気過剰率を前記第1基本空気過剰率λ0にしている間に前記第2空気過剰率検出手段により検出される第2空気過剰率がリーン側より1.0近傍を横切るときの第2空気過剰率の変化速度によって、前記NOxトラップ触媒の残存酸素量を予測する残存酸素量予測手段と、前記残存酸素量予測手段により予測される残存酸素量に基づいて前記後期処理中の還元剤の供給量を制御する還元剤供給量制御手段とを備えるものである。   The exhaust aftertreatment device for a diesel engine of the present invention traps NOx in exhaust in an oxygen atmosphere, desorbs the trapped NOx in a reducing atmosphere, and reduces and purifies using HC in the exhaust as a reducing agent. A trap catalyst, a first air excess ratio detecting means for detecting a first excess air ratio that is an excess air ratio of the exhaust upstream of the NOx trap catalyst, and a second air that is an excess air ratio of the exhaust downstream of the NOx trap catalyst. A second excess air ratio detecting means for detecting an excess ratio; and an initial processing means for setting the excess air ratio of the exhaust during the initial processing to a rich first basic excess air ratio when the regeneration timing of the NOx trap catalyst comes. And late processing means for setting the excess air ratio of the exhaust during the later processing to the second basic excess air ratio in the vicinity of 1.0 after the excess air ratio of the exhaust gas is set to the first basic excess air ratio. There. In the exhaust aftertreatment device for a diesel engine according to the present invention, the second excess air ratio detected by the second excess air ratio detecting means while the excess air ratio of the exhaust gas is set to the first basic excess air ratio λ0. Is predicted by the residual oxygen amount predicting means for predicting the residual oxygen amount of the NOx trap catalyst and the residual oxygen amount predicting means based on the rate of change of the second excess air ratio when crossing the vicinity of 1.0 from the lean side. Reducing agent supply amount control means for controlling the supply amount of the reducing agent during the latter stage treatment based on the residual oxygen amount.

本発明によれば、負荷変動により第1空気過剰率が第1基本空気過剰率まで到達できないことからそのままではNOxトラップ触媒に酸素が残存することになってしまう場合であっても、後期処理中の還元剤の供給量の制御によってNOxトラップ触媒の残存酸素を消費することが可能となり、NOx浄化率の悪化を抑制することができる。   According to the present invention, since the first excess air ratio cannot reach the first basic excess air ratio due to load fluctuation, even if oxygen remains in the NOx trap catalyst as it is, By controlling the supply amount of the reducing agent, it is possible to consume the residual oxygen of the NOx trap catalyst, and the deterioration of the NOx purification rate can be suppressed.

本発明の第1実施形態のディーゼルエンジンの排気後処理装置の概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of an exhaust aftertreatment device for a diesel engine according to a first embodiment of the present invention. 負荷変動がないときの従来装置のリッチスパイク処理時のフロントラムダ、リアラムダの変化を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the change of the front lambda and the rear lambda at the time of rich spike processing of the conventional device when there is no load fluctuation. 負荷変動があるときの従来装置のリッチスパイク処理時のフロントラムダ、リアラムダの変化を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the change of the front lambda and the rear lambda at the time of rich spike processing of the conventional device when there is load change. 第1実施形態のリッチスパイク処理時の排気の目標空過剰率及び排気の実空過剰率の変化を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the change of the target excess air ratio of exhaust at the time of rich spike processing of a 1st embodiment, and the actual excess air ratio of exhaust. リーン側より1.0を横切るときのリアラムダの傾きに対する酸化触媒及びNOxトラップ触媒の残存酸素量の特性図である。It is a characteristic view of the residual oxygen amount of the oxidation catalyst and the NOx trap catalyst with respect to the inclination of the rear lambda when crossing 1.0 from the lean side. 第1実施形態のリッチスパイク処理時の排気の目標空気過剰率の算出を説明するためフローチャートである。It is a flowchart in order to demonstrate calculation of the target excess air ratio of exhaust at the time of rich spike processing of a 1st embodiment. 第1実施形態のリーン側より1.0を横切るときのリアラムダの傾きに対する目標空気過剰率の制御周期当たり増分の特性図である。It is a characteristic figure of the increment per control cycle of the target excess air ratio with respect to the inclination of a rear lambda when crossing 1.0 from the lean side of a 1st embodiment. 第2実施形態のリッチスパイク処理時の目標空過剰率及び排気の実空過剰率の変化を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the change of the target excess air ratio at the time of rich spike processing of a 2nd embodiment, and the actual excess air excess ratio. 第2実施形態のリッチスパイク処理時の排気の目標空気過剰率の算出を説明するためフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating calculation of the target excess air ratio of the exhaust_gas | exhaustion at the time of the rich spike process of 2nd Embodiment. 第2実施形態のリーン側より1.0を横切るときのリアラムダの傾きに対する空気過剰率補正量の特性図である。It is a characteristic view of the air excess ratio correction amount with respect to the inclination of the rear lambda when crossing 1.0 from the lean side of 2nd Embodiment. 第3実施形態のリッチスパイク処理時の目標空過剰率及び排気の実空過剰率の変化を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the change of the target excess air ratio and the exhaust actual exhaust air excess ratio at the time of rich spike processing of a 3rd embodiment. 第3実施形態のリッチスパイク処理時の排気の目標空気過剰率及び目標初期処理時間の算出を説明するためフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating calculation of the target excess air ratio of exhaust at the time of the rich spike process of 3rd Embodiment, and target initial process time. 第3実施形態の差分に対するしきい値の特性図である。It is a characteristic view of the threshold with respect to the difference of 3rd Embodiment.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

(第1実施形態)
図1は本発明の第1実施形態のディーゼルエンジンの排気後処理装置を示す概略構成図である。図1において、ディーゼルエンジン1の吸気通路2には可変ノズル型のターボチャージャ3の吸気コンプレッサを備える。吸入空気は吸気コンプレッサによって過給され、インタークーラ4で冷却され、常開のスロットル弁5を通過した後、コレクタ6を経て、各気筒のシリンダ内へ流入する。燃料は、コモンレール式燃料噴射装置により、すなわち、高圧燃料ポンプ7により高圧化されてコモンレール8に送られ、各気筒の燃料噴射弁9からシリンダ内へ直接噴射される。シリンダ内に流入した空気と噴射された燃料はここで圧縮着火により燃焼し、排気は排気通路10へ流出する。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an exhaust aftertreatment device for a diesel engine according to a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, an intake passage 2 of a diesel engine 1 is provided with an intake compressor of a variable nozzle type turbocharger 3. The intake air is supercharged by the intake compressor, cooled by the intercooler 4, passes through the normally open throttle valve 5, and then flows into the cylinder of each cylinder through the collector 6. The fuel is increased in pressure by the common rail type fuel injection device, that is, by the high pressure fuel pump 7, sent to the common rail 8, and directly injected from the fuel injection valve 9 of each cylinder into the cylinder. The air flowing into the cylinder and the injected fuel are combusted by compression ignition here, and the exhaust gas flows out to the exhaust passage 10.

排気通路10に流出した排気の一部は、EGRガスとして、EGR通路11によりEGR弁12を介して吸気側に還流される。排気の残りは、可変ノズル型のターボチャージャ3の排気タービンを通り、排気タービンを駆動する。   Part of the exhaust gas flowing into the exhaust passage 10 is recirculated to the intake side via the EGR valve 12 through the EGR passage 11 as EGR gas. The remainder of the exhaust passes through the exhaust turbine of the variable nozzle type turbocharger 3 and drives the exhaust turbine.

EGR通路11にはEGRクーラ31を備える。EGRクーラ31はEGRガスを冷却水や冷却風を用いて冷却するものである。また、EGRクーラ31をバイパスするバイパス通路32と、このバイパス通路32の分岐部にあってEGRガスの流路を切換え得る流路切換弁33と備える。流路切換弁33は、例えば非通電時にバイパス通路32を遮断してEGRガスをEGRクーラ31に流し、通電時にはEGRクーラ31のある通路を遮断し、EGRガスをバイパス通路32に流すものである。これらバイパス通路32及び流路切換弁33を設けている理由は低温時のHC対策である。   The EGR passage 11 is provided with an EGR cooler 31. The EGR cooler 31 cools the EGR gas using cooling water or cooling air. Further, a bypass passage 32 that bypasses the EGR cooler 31 and a flow path switching valve 33 that is located at a branch portion of the bypass passage 32 and that can switch the flow path of the EGR gas are provided. For example, the flow path switching valve 33 shuts off the bypass passage 32 when not energized to flow EGR gas to the EGR cooler 31, and shuts off the passage where the EGR cooler 31 is present when energized to flow EGR gas to the bypass passage 32. . The reason why the bypass passage 32 and the flow path switching valve 33 are provided is an HC countermeasure at a low temperature.

エンジンコントローラ21には、アクセルセンサ22からのアクセル開度(アクセルペダルの踏込量のこと)ACC、クランク角センサ23からのエンジン回転速度Neの各信号が入力されている。そしてエンジンコントローラ21では、エンジン負荷(アクセル開度など)及びエンジン回転速度Neに基づいて、メイン噴射の燃料噴射時期及び燃料噴射量を算出し、これらに対応する開弁指令信号を燃料噴射弁9に出力する。また、エンジンコントローラ21では、目標EGR率と目標吸入空気量とが得られるようにEGR制御と過給圧制御を協調して行う。なお、エンジンコントローラ21は中央演算装置(CPU)、読み出し専用メモリ(ROM)、ランダムアクセスメモリ(RAM)及び入出力インタフェース(I/Oインタフェース)を備えたマイクロコンピュータで構成されている。   The engine controller 21 receives signals of an accelerator opening degree (accelerator pedal depression amount) ACC from the accelerator sensor 22 and an engine rotational speed Ne from the crank angle sensor 23. Then, the engine controller 21 calculates the fuel injection timing and the fuel injection amount of the main injection based on the engine load (accelerator opening degree and the like) and the engine speed Ne, and sends a valve opening command signal corresponding to them to the fuel injection valve 9. Output to. Further, the engine controller 21 performs EGR control and supercharging pressure control in a coordinated manner so that the target EGR rate and the target intake air amount can be obtained. The engine controller 21 is constituted by a microcomputer having a central processing unit (CPU), a read only memory (ROM), a random access memory (RAM), and an input / output interface (I / O interface).

排気通路10の排気タービン下流には、排気中のパティキュレートを捕集するフィルタ(Diesel Particulate Filter)13を配置してある。フィルタ13のパティキュレート堆積量が所定値(閾値)に達すると、エンジンコントローラ21ではフィルタ13の再生処理を行う。例えばメイン噴射直後の膨張行程あるいは排気行程でポスト噴射を行うことにより排気をパティキュレートの燃焼する温度にまで上昇させてフィルタ13の再生処理を行い、フィルタ13に堆積しているパティキュレートを燃焼除去し、フィルタ13を再生する。目標となる再生温度が得られるようにエンジンの負荷及び回転速度(運転条件)に応じてポスト噴射量とポスト噴射時期とを予め定めておき、そのときのエンジンの負荷及び回転速度に応じたポスト噴射量とポスト噴射時期とが得られるようにポスト噴射を行う。   A filter (Diesel Particulate Filter) 13 that collects particulates in the exhaust is disposed downstream of the exhaust turbine in the exhaust passage 10. When the particulate accumulation amount of the filter 13 reaches a predetermined value (threshold value), the engine controller 21 performs the regeneration process of the filter 13. For example, by performing post-injection in the expansion stroke or exhaust stroke immediately after the main injection, the exhaust is raised to the temperature at which the particulates burn, the filter 13 is regenerated, and the particulates deposited on the filter 13 are removed by combustion. Then, the filter 13 is regenerated. The post injection amount and the post injection timing are determined in advance according to the engine load and rotation speed (operating conditions) so as to obtain the target regeneration temperature, and the post according to the engine load and rotation speed at that time. Post injection is performed so that the injection amount and the post injection timing can be obtained.

フィルタ13に堆積しているパティキュレートの全てが燃焼除去される完全再生を行わせるには再生処理時にフィルタ13の許容温度を超えない範囲で少しでもパティキュレートの燃焼温度を高めてやることが必要となる。このため本実施形態ではフィルタ13の上流に酸化触媒(貴金属)14を配置してある。この酸化触媒14によりフィルタ13の再生処理のためのポスト噴射によって流入する排気成分(HC、CO)を燃焼させて排気の温度を高めフィルタ13内のパティキュレートの燃焼を促進させる。なお、フィルタ13を構成する担体に酸化触媒をコーティングしてもよい。このときには、パティキュレートが燃焼する際の酸化反応を促進してその分フィルタ13のベッド温度を実質的に上昇させ、フィルタ13内のパティキュレートの燃焼を促進させることができる。   In order to perform complete regeneration in which all of the particulates accumulated on the filter 13 are burned and removed, it is necessary to raise the particulate combustion temperature as much as possible within a range not exceeding the allowable temperature of the filter 13 during regeneration processing. It becomes. For this reason, in this embodiment, an oxidation catalyst (noble metal) 14 is disposed upstream of the filter 13. The oxidation catalyst 14 burns exhaust components (HC, CO) flowing in by post-injection for regeneration processing of the filter 13 to raise the temperature of the exhaust gas and promote the combustion of particulates in the filter 13. The carrier constituting the filter 13 may be coated with an oxidation catalyst. At this time, the oxidation reaction at the time of burning the particulates can be promoted, the bed temperature of the filter 13 can be substantially increased, and the burning of the particulates in the filter 13 can be promoted.

なお、触媒は酸化触媒14に限られない。酸化機能を備える触媒であれば、酸化触媒に代えることができる。図1は酸化触媒14として三元触媒(TWC)を採用する場合である。   The catalyst is not limited to the oxidation catalyst 14. Any catalyst having an oxidation function can be replaced with an oxidation catalyst. FIG. 1 shows a case where a three-way catalyst (TWC) is employed as the oxidation catalyst 14.

酸化触媒14とフィルタ13との間には、酸素雰囲気で排気中のNOx(窒素酸化物)をトラップ(例えば吸着)し、還元雰囲気ではトラップしていたNOxを脱離し、排気中のHCを還元剤として用いて還元・浄化するNOxトラップ触媒(LNT)15を備える。酸素雰囲気は排気の空気過剰率が1.0(理論空燃比相当の値)より大きいときに得られる。一方、還元雰囲気は排気の空気過剰率が1.0以下のときに得られる。   Between the oxidation catalyst 14 and the filter 13, NOx (nitrogen oxide) in the exhaust is trapped (for example, adsorbed) in an oxygen atmosphere, and NOx trapped in the reducing atmosphere is desorbed to reduce HC in the exhaust. A NOx trap catalyst (LNT) 15 used for reducing and purifying as an agent is provided. The oxygen atmosphere is obtained when the exhaust air excess ratio is larger than 1.0 (a value corresponding to the theoretical air-fuel ratio). On the other hand, the reducing atmosphere is obtained when the exhaust air excess ratio is 1.0 or less.

このため、NOxトラップ触媒15のNOx堆積量が所定値(閾値)に到達したときにはNOxトラップ触媒15を流れる排気を酸素雰囲気から還元雰囲気へと切換えるためリッチスパイク処理を行う必要がある。ここでのリッチスパイク処理は、メイン噴射直後の膨張行程あるいは排気行程でポスト噴射を行って、排気通路10に排出される未燃のHC量を増やし、このHCを還元剤としてNOxトラップ触媒15に供給することである。   For this reason, when the NOx accumulation amount of the NOx trap catalyst 15 reaches a predetermined value (threshold), it is necessary to perform rich spike processing in order to switch the exhaust gas flowing through the NOx trap catalyst 15 from the oxygen atmosphere to the reducing atmosphere. In this rich spike processing, post-injection is performed in the expansion stroke or exhaust stroke immediately after the main injection, the amount of unburned HC discharged to the exhaust passage 10 is increased, and this HC is used as a reducing agent to the NOx trap catalyst 15. Is to supply.

ディーゼルエンジン1では、通常運転時に1.0(理論空燃比相当の値)よりも大きな値の空気過剰率(理論空燃比よりもリーン側の空燃比)で運転するので、ポスト噴射の追加だけでは排気の空気過剰率を1.0へと切換えることができない。このため、通常運転時に全開位置にあるスロットル弁5をリッチスパイク処理時に閉じてやることでシリンダに流入する吸入空気量(シリンダ吸入空気量)Qacを減らし、これによって、排気の空気過剰率を1.0以下へと切換える。つまり、メイン噴射量とポスト噴射量の合計の燃料噴射量Qfuelと、シリンダ吸入空気量Qacとで定まる空気過剰率が1.0以下となるように、ポスト噴射量とスロットル弁開度(吸入空気量)とを定めるのである。ここで、リッチスパイク処理時のスロットル弁開度を定めてやれば、ポスト噴射量が一義的に定まる。   Since the diesel engine 1 is operated at an excess air ratio (air-fuel ratio leaner than the theoretical air-fuel ratio) larger than 1.0 (value corresponding to the theoretical air-fuel ratio) during normal operation, the addition of post-injection alone The excess air ratio of the exhaust cannot be switched to 1.0. For this reason, the throttle valve 5 in the fully open position during normal operation is closed during the rich spike process to reduce the intake air amount (cylinder intake air amount) Qac flowing into the cylinder, thereby reducing the excess air ratio of the exhaust gas to 1. Switch to 0 or less. That is, the post injection amount and the throttle valve opening (intake air) so that the excess air ratio determined by the total fuel injection amount Qfuel of the main injection amount and the post injection amount and the cylinder intake air amount Qac is 1.0 or less. Quantity). Here, if the throttle valve opening during the rich spike process is determined, the post injection amount is uniquely determined.

また、所定の時間毎(一定の周期)にNOxトラップ触媒15にトラップされる所定時間当たりのNOx量を算出し、この所定時間当たりのNOx量を加算(積算)してNOxトラップ触媒15に堆積するNOx堆積量を算出する。このNOx堆積量と、予め定めてある閾値とを比較し、NOx堆積量が閾値以上となったとき(NOxトラップ触媒15の再生時期となったとき)、ポスト噴射(リッチスパイク処理)を実行する。   Further, the NOx amount per predetermined time trapped by the NOx trap catalyst 15 is calculated every predetermined time (fixed period), and the NOx amount per predetermined time is added (integrated) to be accumulated on the NOx trap catalyst 15. The amount of NOx deposited is calculated. This NOx accumulation amount is compared with a predetermined threshold value, and when the NOx accumulation amount becomes equal to or greater than the threshold value (when the regeneration timing of the NOx trap catalyst 15 is reached), post injection (rich spike processing) is executed. .

このようにして、通常運転時にNOx堆積量が閾値以上となったとき、スロットル弁開度を全開状態から所定のスロットル弁開度へと切換える(スロットル絞りを行う)と共に、ポスト噴射を開始する。そして、一定期間を経過したときポスト噴射を終了しスロットル弁5を全開位置へと戻す。   In this way, when the NOx accumulation amount becomes equal to or greater than the threshold during normal operation, the throttle valve opening is switched from the fully open state to the predetermined throttle valve opening (throttle throttling is performed) and post injection is started. Then, when a certain period has elapsed, the post injection is terminated and the throttle valve 5 is returned to the fully open position.

ところで、酸素雰囲気から還元雰囲気へと切換えた直後には、酸化触媒14及びNOxトラップ触媒15に酸素雰囲気中にストレージされた酸素が残存する。このため、酸素雰囲気から還元雰囲気への切換直後には、NOx還元剤としてのHC、COを供給しても、NOxトラップ触媒15にストレージされている酸素が、NOxよりも先に脱離してきてこれらの還元剤を酸化(消費)する。同様に、NOxトラップ触媒15上流の酸化触媒にストレージされている酸素によっても、NOx還元剤としてのHC、COが酸化(消費)される。つまり、酸化触媒14及びNOxトラップ触媒15にストレージされている酸素を全て消費した後でないと、NOxトラップ触媒15に堆積しているNOxを還元することができないのである。   By the way, immediately after switching from the oxygen atmosphere to the reducing atmosphere, oxygen stored in the oxygen atmosphere remains in the oxidation catalyst 14 and the NOx trap catalyst 15. Therefore, immediately after switching from the oxygen atmosphere to the reducing atmosphere, even if HC and CO as NOx reducing agents are supplied, the oxygen stored in the NOx trap catalyst 15 is desorbed before NOx. These reducing agents are oxidized (consumed). Similarly, HC and CO as NOx reducing agents are oxidized (consumed) by oxygen stored in the oxidation catalyst upstream of the NOx trap catalyst 15. That is, the NOx deposited on the NOx trap catalyst 15 cannot be reduced unless all the oxygen stored in the oxidation catalyst 14 and the NOx trap catalyst 15 is consumed.

このため、リッチスパイク処理を初期処理と後期処理の2段に分離する従来装置がある。これを図2を参照して説明すると、図2はリッチスパイク処理時にフロントラムダ(第1空気過剰率)、リアラムダ(第2空気過剰率)がどのように変化するのかを示している。ここで、フロントラムダとは酸化触媒14上流を流れる排気の空気過剰率のことである。リアラムダとはNOxトラップ触媒15の下流を流れる排気の空気過剰率のことである。   For this reason, there is a conventional apparatus that separates the rich spike processing into two stages of initial processing and late processing. This will be described with reference to FIG. 2. FIG. 2 shows how the front lambda (first excess air ratio) and the rear lambda (second excess air ratio) change during the rich spike process. Here, the front lambda is the excess air ratio of the exhaust gas flowing upstream of the oxidation catalyst 14. The rear lambda is an excess air ratio of exhaust flowing downstream of the NOx trap catalyst 15.

図2に示したように、従来装置では、t1のタイミングからの初期処理でフロントラムダを1.0(理論空燃比)より小さいほぼ0.9(リッチ)の第1基本空気過剰率λ0とし、酸化触媒14及びNOxトラップ触媒15にストレージされている酸素を消費させる。この状態でリアラムダが1.0になるのを待ち、リアラムダが1.0になったt2のタイミングで酸化触媒14及びNOxトラップ触媒15にストレージされている酸素が全て無くなったと判定し、初期処理を終了する。   As shown in FIG. 2, in the conventional apparatus, the front lambda is set to a first basic excess air ratio λ0 of about 0.9 (rich) smaller than 1.0 (theoretical air-fuel ratio) in the initial processing from the timing t1, Oxygen stored in the oxidation catalyst 14 and the NOx trap catalyst 15 is consumed. In this state, it waits for the rear lambda to reach 1.0, and at the timing t2 when the rear lambda becomes 1.0, it is determined that all of the oxygen stored in the oxidation catalyst 14 and the NOx trap catalyst 15 has disappeared, and the initial processing is performed. finish.

そして、t2のタイミングからの後期処理ではフロントラムダを1.0近傍の第2基本空気過剰率λ1に制御することで還元剤をNOxトラップ触媒15に供給し、NOxトラップ触媒15に堆積しているNOxを還元浄化する。   In the latter process from the timing t2, the reducing agent is supplied to the NOx trap catalyst 15 by depositing the NOx trap catalyst 15 by controlling the front lambda to the second basic excess air ratio λ1 near 1.0. NOx is reduced and purified.

t1のタイミングから一定時間が経過するt3のタイミングでNOxトラップ触媒15に堆積しているNOxを全て還元浄化したと判断し、後期処理を、従ってリッチスパイク処理を終了する。   It is determined that all the NOx accumulated in the NOx trap catalyst 15 has been reduced and purified at a timing t3 when a predetermined time elapses from the timing t1, and the latter process and therefore the rich spike process are terminated.

しかしながら、従来装置には改善の余地があることが判明している。これについて図3を参照して説明すると、図3もリッチスパイク処理時にフロントラムダ、リアラムダがどのように変化するのかを示している。ただし、図2と相違して、負荷変動により初期処理でフロントラムダが0.9にまで到達しなかった場合である。このようにフロントラムダが第1基本空気過剰率λ0である0.9に到達できなかった原因はリッチスパイク処理開始直後の負荷変動である。例えば、アクセルペダルを踏み込んで車両を加速したとき、上記のようにNOx堆積量が閾値以上となっていれば、第1基本空気過剰率λ0を0.9とするリッチスパイク処理が開始される。この場合に、初期処理を開始した直後にアクセルペダルが戻されることがある。このときには、燃料噴射量(上記のポスト噴射量)がアクセルペダルが戻されない場合よりも減少し、初期処理中のフロントラムダを0.9にまで到達させることができずに終わる。リッチスパイク処理を開始した直後のエンジン負荷の急激な減少を「リッチスパイク処理開始直後の負荷変動」で定義すれば、当該負荷変動によって、図3に示したように初期処理中のフロントラムダを0.9へと到達させることができなくなるのである。リッチスパイク処理開始直後の負荷変動を、以下単に「負荷変動」という。   However, it has been found that there is room for improvement in the conventional apparatus. This will be described with reference to FIG. 3. FIG. 3 also shows how the front lambda and the rear lambda change during the rich spike processing. However, unlike FIG. 2, this is the case where the front lambda did not reach 0.9 in the initial process due to load fluctuations. The reason why the front lambda cannot reach 0.9, which is the first basic excess air ratio λ0, is the load fluctuation immediately after the start of the rich spike process. For example, when the accelerator pedal is depressed and the vehicle is accelerated, if the NOx accumulation amount is equal to or greater than the threshold value as described above, the rich spike processing is started with the first basic excess air ratio λ0 being 0.9. In this case, the accelerator pedal may be returned immediately after starting the initial process. At this time, the fuel injection amount (the above-mentioned post injection amount) is reduced as compared with the case where the accelerator pedal is not returned, and the front lambda during the initial process cannot be reached to 0.9 and ends. If the rapid decrease of the engine load immediately after the start of the rich spike process is defined as “load fluctuation immediately after the start of the rich spike process”, the front lambda during the initial process is reduced to 0 by the load fluctuation as shown in FIG. .9 cannot be reached. The load fluctuation immediately after the start of the rich spike process is hereinafter simply referred to as “load fluctuation”.

初期処理中のフロントラムダが0.9まで至らないと、酸化触媒14及びNOxトラップ触媒15にストレージされている酸素を全て消費できず、酸化触媒14及びNOxトラップ触媒15に消費できなかった酸素が残存する。これによって、リアラムダが1.0を横切るのが図2の場合より遅れる。図3では、t11のタイミングでリアラムダが1.0になり、後期処理に移っているが、リアラムダはt11以降もリーン側に居続け、後期処理を終了するt13の手前のt12のタイミングで再び1.0を横切っている。これは、t11からt12までの期間でNOx浄化のために供給する還元剤が酸化触媒14及びNOxトラップ触媒15に残存する酸素の消費に使われることを意味する。残存酸素の消費に還元剤が使われるのであるから、触媒15に堆積しているNOxの全てを還元することができず、NOx浄化率が悪くなる。   If the front lambda during the initial processing does not reach 0.9, all of the oxygen stored in the oxidation catalyst 14 and the NOx trap catalyst 15 cannot be consumed, and the oxygen that could not be consumed in the oxidation catalyst 14 and the NOx trap catalyst 15 Remains. As a result, the rear lambda crosses 1.0 later than in the case of FIG. In FIG. 3, the rear lambda becomes 1.0 at the timing of t11 and the process is shifted to the later process. However, the rear lambda continues to be on the lean side after t11, and again at the timing of t12 before t13 when the latter process is finished. Crosses zero. This means that the reducing agent supplied for NOx purification in the period from t11 to t12 is used for consumption of oxygen remaining in the oxidation catalyst 14 and the NOx trap catalyst 15. Since the reducing agent is used for the consumption of residual oxygen, all of the NOx deposited on the catalyst 15 cannot be reduced, and the NOx purification rate becomes worse.

そこで本発明の第1実施形態では、リアラムダがリーン側より1.0を横切るときの傾き(変化速度)より酸化触媒14及びNOxトラップ触媒15の残存酸素量を予測する。そして、予測した残存酸素量に基づいて第1基本空気過剰率λ0より第2基本空気過剰率λ1への移行速度を制御する。   Therefore, in the first embodiment of the present invention, the residual oxygen amounts of the oxidation catalyst 14 and the NOx trap catalyst 15 are predicted from the inclination (change rate) when the rear lambda crosses 1.0 from the lean side. Then, the transition speed from the first basic excess air ratio λ0 to the second basic excess air ratio λ1 is controlled based on the predicted residual oxygen amount.

具体的に図4を参照して説明すると、図4はリッチスパイク処理時に排気の目標空気過剰率、排気の実空気過剰率であるフロントラムダ及びリアラムダがどのように変化するのかを表したモデル図である。ここで、図4第1段目には負荷変動がないときの目標空気過剰率の変化を実線で、負荷変動があるときの目標空気過剰率の変化を破線で重ねて示している。図4第2段目には、負荷変動がないときのフロントラムダとリアラムダの変化を実線で、負荷変動があるときのリアラムダの変化を破線で重ねて示している。横軸のt1、t2、t3のタイミングは図3の場合に合わせている。   Specifically, referring to FIG. 4, FIG. 4 is a model diagram showing how the front lambda and the rear lambda, which are the exhaust target air excess ratio and the exhaust actual air excess ratio, change during the rich spike processing. It is. Here, in the first stage of FIG. 4, the change in the target excess air ratio when there is no load fluctuation is indicated by a solid line, and the change in the target excess air ratio when there is a load fluctuation is superimposed by a broken line. In the second row of FIG. 4, the change of the front lambda and the rear lambda when there is no load change is shown by a solid line, and the change of the rear lambda when there is a load change is shown by a broken line. The timings of t1, t2, and t3 on the horizontal axis are matched to those in FIG.

図4において、初期処理を開始するt1のタイミングで第1基本空気過剰率λ0を0.9としたとき、負荷変動がなければ初期処理中のフロントラムダ(実際値)は、リーン側の値から0.9へと大きく低下し、やがて0.9へと落ち着く。   In FIG. 4, when the first basic excess air ratio λ0 is set to 0.9 at the timing of t1 when the initial process is started, the front lambda (actual value) during the initial process is determined from the lean value if there is no load fluctuation. It drops significantly to 0.9 and then settles to 0.9.

第1基本空気過剰率λ0をリッチ側の0.9とすることによって、酸化触媒14及びNOxトラップ触媒15に残存する酸素が消費され、やがて全ての酸素が消費されたt2のタイミングでリアラムダがリーン側より1.0を横切る。リアラムダがリーン側より1.0を横切るt2のタイミングで初期処理を終了し、後期処理に移行する。   By setting the first basic air excess ratio λ0 to 0.9 on the rich side, the oxygen remaining in the oxidation catalyst 14 and the NOx trap catalyst 15 is consumed, and the rear lambda becomes lean at the timing t2 when all the oxygen is consumed. Cross 1.0 from the side. The initial process is terminated at the timing t2 when the rear lambda crosses 1.0 from the lean side, and the process shifts to the latter process.

ここで、本発明の第1実施形態は、リアラムダがリーン側より1.0を横切ってリッチ側に反転する場合に限定されるものでない。リアラムダと比較するための1.0はしきい値である。しきい値は1.0に限られるものでなく、1.05〜0.95の範囲で任意に取り得る。例えば、リアラムダがリーン側よりしきい値としての1.05を横切ったときにリッチ側に反転したと判定するものや、リアラムダがリーン側よりしきい値としての0.95を横切ったときにリッチ側に反転したと判定するものがある。これらの場合にも本発明の適用があるので、これらの場合をも含ませる場合には「リアラムダがリーン側より1.0近傍を横切る」という表現を用いる。なお、上記のようにしきい値を1.0よりリーン側の1.05や1.0よりリッチ側の0.95へとシフトさせる理由は排気対策である。以下、第1実施形態では、しきい値が1.0である場合で説明する。   Here, the first embodiment of the present invention is not limited to the case where the rear lambda crosses 1.0 from the lean side and reverses to the rich side. 1.0 for comparison with rear lambda is a threshold value. The threshold value is not limited to 1.0 and can be arbitrarily set within the range of 1.05 to 0.95. For example, when the rear lambda crosses the threshold value of 1.05 from the lean side, it is judged that the rear lambda has reversed to the rich side, or when the rear lambda crosses the threshold value of 0.95 from the lean side, it is rich. Some of them are judged to be reversed. Since the present invention is also applied to these cases, the expression “the rear lambda crosses the vicinity of 1.0 from the lean side” is used to include these cases. The reason for shifting the threshold value from 1.0 to 1.05 on the lean side and 0.95 on the rich side from 1.0 as described above is an exhaust countermeasure. Hereinafter, in the first embodiment, a case where the threshold value is 1.0 will be described.

次に、第2基本空気過剰率λ1を1.0近傍に設定する。これによって、NOxトラップ触媒15に還元剤が供給されることになり、NOxトラップ触媒15に堆積しているNOxが還元浄化されてゆく。後期処理をどのくらいの期間、継続すればNOxトラップ触媒15に堆積しているNOxの全てを還元できるかは予め分かっている。従って、その期間が経過するt3のタイミング、つまりt1より所定時間Δt2が経過したt3のタイミングで後期処理を終了し、通常運転に戻る。   Next, the second basic excess air ratio λ1 is set in the vicinity of 1.0. As a result, the reducing agent is supplied to the NOx trap catalyst 15, and the NOx deposited on the NOx trap catalyst 15 is reduced and purified. It is known in advance how long the late treatment can be continued to reduce all the NOx deposited on the NOx trap catalyst 15. Accordingly, the late process is terminated at the timing t3 when the period elapses, that is, the timing t3 when the predetermined time Δt2 has elapsed from t1, and the normal operation is resumed.

なお、第2基本空気過剰率λ1を1.0よりも少しだけ小さい値(リッチ側の値)に設定している。これは、次の理由による。すなわち、ディーゼルエンジンでは、酸素の利用率が悪く、常に酸素を余らせた状態で燃焼が行われる。このため、第2基本空気過剰率λ1を1.0より少し小さい値としても、実質的には排気中に酸素が存在する。1.0近傍で発生するHC、COをこの排気中に存在する酸素で酸化させるため、第2基本空気過剰率λ1を1.0よりも少しだけ小さい値に設定しているのである。   The second basic excess air ratio λ1 is set to a value slightly smaller than 1.0 (a value on the rich side). This is due to the following reason. That is, in a diesel engine, the utilization rate of oxygen is poor, and combustion is always performed with excess oxygen. For this reason, even if the second basic excess air ratio λ1 is set to a value slightly smaller than 1.0, oxygen is substantially present in the exhaust gas. In order to oxidize HC and CO generated in the vicinity of 1.0 with oxygen present in the exhaust gas, the second basic excess air ratio λ1 is set to a value slightly smaller than 1.0.

さて、初期処理の終期にリーン側より1.0を横切るときのリアラムダの傾きdλ/dt(第2空気過剰率の変化速度)は酸化触媒14及びNOxトラップ触媒15の残存酸素量を予測する値となる。例えば図2に示したように負荷変動がないときにはリーン側より1.0を横切るときのリアラムダの傾きdλ/dtは相対的に大きく、図3に示したように負荷変動があるときにはリーン側より1.0を横切るときのリアラムダの傾きdλ/dtは相対的に小さい。これをモデルで表したのが図4第2段目である。図4第2段目に実線で示す負荷変動がないときのリアラムダによれば、リーン側より1.0を横切るときのリアラムダの傾きdλ/dtが相対的に大きい。一方、図4第2段目に破線で示す負荷変動があるときのリアラムダによれば、リーン側より1.0を横切るときのリアラムダの傾きdλ/dtが相対的に小さくなっている。ここで、リーン側より1.0を横切るときのリアラムダの傾きdλ/dtはマイナスとなり扱いにくいので、絶対値で扱う。   The slope of the rear lambda dλ / dt (change rate of the second excess air ratio) when crossing 1.0 from the lean side at the end of the initial process is a value for predicting the residual oxygen amount of the oxidation catalyst 14 and the NOx trap catalyst 15. It becomes. For example, as shown in FIG. 2, when there is no load variation, the rear lambda inclination dλ / dt when crossing 1.0 from the lean side is relatively large, and when there is a load variation as shown in FIG. The inclination of the rear lambda dλ / dt when crossing 1.0 is relatively small. This is represented by a model in the second row of FIG. According to the rear lambda when there is no load fluctuation indicated by the solid line in the second row in FIG. 4, the slope dλ / dt of the rear lambda when crossing 1.0 from the lean side is relatively large. On the other hand, according to the rear lambda when there is a load fluctuation indicated by a broken line in the second stage of FIG. 4, the inclination dλ / dt of the rear lambda when crossing 1.0 from the lean side is relatively small. Here, since the slope dλ / dt of the rear lambda when crossing 1.0 from the lean side is negative and difficult to handle, it is handled as an absolute value.

これら図2、図3、図4の特性からリーン側より1.0を横切るときのリアラムダの傾きdλ/dtと酸化触媒14及びNOxトラップ触媒15の残存酸素量との関係にまとめたのが図5である。すなわち、図5に示したようにリーン側より1.0を横切るときのリアラムダの傾きdλ/dtが相対的に大きいときには酸化触媒14及びNOxトラップ触媒15の残存酸素量が相対的に少ないと予測できる。また、リーン側より1.0を横切るときのリアラムダの傾きdλ/dtが相対的に小さいときには酸化触媒14及びNOxトラップ触媒15の残存酸素量は相対的に多いと予測できる。   FIG. 2, FIG. 3, and FIG. 4 summarize the relationship between the slope dλ / dt of the rear lambda when crossing 1.0 from the lean side and the residual oxygen amounts of the oxidation catalyst 14 and the NOx trap catalyst 15. 5. That is, as shown in FIG. 5, when the rear lambda inclination dλ / dt when crossing 1.0 from the lean side is relatively large, it is predicted that the residual oxygen amounts of the oxidation catalyst 14 and the NOx trap catalyst 15 are relatively small. it can. Further, when the rear lambda inclination dλ / dt crossing 1.0 from the lean side is relatively small, it can be predicted that the residual oxygen amounts of the oxidation catalyst 14 and the NOx trap catalyst 15 are relatively large.

ここで、リーン側より1.0を横切るときのリアラムダの傾きdλ/dtはリアラムダのデータを所定周期でサンプリングし、そのサンプリング値より算出することができる。   Here, the slope of the rear lambda dλ / dt when crossing 1.0 from the lean side can be calculated from the data of the rear lambda sampled at a predetermined period and the sampling value.

このように、dλ/dtによって酸化触媒14及びNOxトラップ触媒15の残存酸素量を予測する場合に、dλ/dtが相対的に小さいときに、dλ/dtが相対的に大きいときより酸化触媒14及びNOxトラップ触媒15の残存酸素量が多いことを表す。従って、負荷変動がある(dλ/dtが相対的に小さい)ときには、負荷変動がない(dλ/dtが相対的に大きい)ときより第1基本空気過剰率λ0より第2基本空気過剰率λ2への移行速度が遅くなるように制御してやればよい。   As described above, when the residual oxygen amounts of the oxidation catalyst 14 and the NOx trap catalyst 15 are predicted by dλ / dt, the oxidation catalyst 14 is larger when dλ / dt is relatively smaller than when dλ / dt is relatively large. And the amount of residual oxygen in the NOx trap catalyst 15 is large. Therefore, when there is a load fluctuation (dλ / dt is relatively small), the first basic excess air ratio λ0 changes to the second basic excess air ratio λ2 than when there is no load fluctuation (dλ / dt is relatively large). What is necessary is just to control so that the transition speed of may become slow.

例えば、図4第1段目に実線で示したように、負荷変動がない(dλ/dtが相対的に大きい)とき、第1基本空気過剰率λ0より第2基本空気過剰率λ1への移行速度を相対的に速く設定している。一方、図4第1段目に破線で重ねて示したように、負荷変動がある(dλ/dtが相対的に小さい)とき、第1基本空気過剰率λ0より第2基本空気過剰率λ1への移行速度を相対的に遅く設定している。これによって、負荷変動があるときの目標空気過剰率と負荷変動がないときの目標空気過剰率との間に、ハッチングで示した面積差が生じる(図4第1段目参照)。つまり、負荷変動があるときには、負荷変動がないときより当該面積差だけ多い分の還元剤の供給を後期処理中に行うことができる。後期処理中に還元剤の供給量が増えることによって、酸化触媒及びNOxトラップ触媒の残存酸素を消費することができるのである。   For example, as shown by the solid line in the first stage of FIG. 4, when there is no load variation (dλ / dt is relatively large), the transition from the first basic excess air ratio λ0 to the second basic excess air ratio λ1. The speed is set relatively fast. On the other hand, when the load fluctuates (dλ / dt is relatively small) as shown by the dashed line in the first row in FIG. 4, the first basic excess air ratio λ0 changes to the second basic excess air ratio λ1. The transition speed is set to be relatively slow. As a result, an area difference indicated by hatching is generated between the target excess air ratio when there is a load fluctuation and the excess air ratio when there is no load fluctuation (see the first row in FIG. 4). In other words, when there is a load change, it is possible to supply the reducing agent by the amount corresponding to the area difference during the latter process, compared to when there is no load change. By increasing the supply amount of the reducing agent during the latter stage treatment, the residual oxygen of the oxidation catalyst and the NOx trap catalyst can be consumed.

なお、図4第3段目〜第6段目には、後述する図6のフローチャートで導入している初期処理フラグ、後期処理フラグの動きを示している。ここで、第3段目と第4段目は負荷変動がないときの初期処理フラグ、後期処理フラグの、第5段目と第6段目は負荷変動があるときの初期処理フラグ、後期処理フラグの各動きである。   The third to sixth stages in FIG. 4 show the movements of the initial process flag and the late process flag introduced in the flowchart of FIG. 6 to be described later. Here, the third stage and the fourth stage are the initial processing flag and the latter stage processing flag when there is no load fluctuation, and the fifth stage and the sixth stage are the initial processing flag and the latter stage processing when there is a load fluctuation. Each movement of the flag.

上記のフロントラムダは酸化触媒14の上流に設けたフロント広域空燃比センサ24(図1参照)により、上記のリアラムダはNOxトラップ触媒15の下流に設けたリア広域空燃比センサ25(図1参照)により検出する。広域空燃比センサは、排気の空燃比をリニアに検出するものである。   The front lambda is a front wide air-fuel ratio sensor 24 (see FIG. 1) provided upstream of the oxidation catalyst 14, and the rear lambda is a rear wide air-fuel ratio sensor 25 (see FIG. 1) provided downstream of the NOx trap catalyst 15. To detect. The wide area air-fuel ratio sensor detects the air-fuel ratio of exhaust gas linearly.

なお、第1実施形態は酸化触媒14を備えるため、NOxトラップ触媒15に残存する酸素だけでなく、酸化触媒14に残存する酸素をも考慮する必要があるのであるが、酸化触媒14を備えない場合にも本発明の適用がある。この場合には、NOxトラップ触媒15に残存する酸素だけを考慮すればよい。   Since the first embodiment includes the oxidation catalyst 14, it is necessary to consider not only the oxygen remaining in the NOx trap catalyst 15 but also the oxygen remaining in the oxidation catalyst 14, but the oxidation catalyst 14 is not included. In some cases, the present invention also has application. In this case, only oxygen remaining in the NOx trap catalyst 15 needs to be considered.

エンジンコントローラ21で行われる本実施形態のリッチスパイク処理を図6のフローチャートを参照して詳述する。   The rich spike processing of the present embodiment performed by the engine controller 21 will be described in detail with reference to the flowchart of FIG.

図6のフローはリッチスパイク処理時の排気の目標空気過剰率mλを算出するためのもので、一定時間毎(例えば10ms毎)に実行する。   The flow in FIG. 6 is for calculating the target excess air ratio mλ of exhaust during the rich spike process, and is executed at regular intervals (for example, every 10 ms).

ステップ1では、NOxトラップ触媒15の再生時期になったか否かをみる。これは、例えばNOx堆積量が閾値以上となったとき、再生許可フラグをゼロから1に切換えるようにしておく。そして、この再生許可フラグをみて再生許可フラグ=0であればNOxトラップ触媒15の再生時期になっていないと、再生許可フラグ=1であればNOxトラップ触媒15の再生時期になったと判定させればよい。再生許可フラグ=0よりNOxトラップ触媒15の再生時期になっていないときにはそのまま今回の処理を終了する。   In step 1, it is determined whether or not it is time to regenerate the NOx trap catalyst 15. For example, the regeneration permission flag is switched from zero to 1 when the NOx accumulation amount becomes equal to or greater than a threshold value. If the regeneration permission flag = 0, the regeneration permission flag = 0, the regeneration timing of the NOx trap catalyst 15 is not reached. If the regeneration permission flag = 1, the regeneration timing of the NOx trap catalyst 15 is determined. That's fine. If the regeneration permission flag = 0 and the regeneration timing of the NOx trap catalyst 15 is not reached, the current process is terminated.

ステップ1で再生許可フラグ=1よりNOxトラップ触媒15の再生時期になったときにはステップ2に進み、後期処理フ→ラグ(エンジンの始動時にゼロに初期設定)をみる。ここでは、後期処理フラグ=0であるとしてステップ3に進む。ステップ3では、初期処理フラグ(エンジンの始動時にゼロに初期設定)をみる。ここでは、初期処理フラグ=0であるとしてステップ4、5に進む。   When the regeneration timing of the NOx trap catalyst 15 is reached in step 1 from the regeneration permission flag = 1, the process proceeds to step 2 where a late processing flag → lag (initially set to zero when the engine is started) is observed. Here, it is assumed that the late process flag = 0, and the process proceeds to step 3. In step 3, an initial processing flag (initially set to zero when the engine is started) is checked. Here, it is assumed that the initial processing flag = 0, and the process proceeds to steps 4 and 5.

ステップ4では第1基本空気過剰率λ0を算出し、これをステップ5で排気の目標空気過剰率mλに入れる。第1基本空気過剰率λ0は、負荷変動がないとした場合に酸化触媒14及びNOxトラップ触媒15にストレージされている酸素を全て消費するための値である。第1基本空気過剰率λ0は、たとえば運転条件(エンジン負荷と回転速度)に応じたマップ値で与えておけばよい。酸化触媒及びNOxトラップ触媒の残存酸素を消費するため第1基本空気過剰率λ0は1.0より小さい値とする。簡単には一定値(例えば0.9)でかまわない。ステップ6では初期処理フラグ=1として今回の処理を終了する。   In step 4, the first basic excess air ratio λ0 is calculated, and in step 5, this is entered into the exhaust target air excess ratio mλ. The first basic excess air ratio λ0 is a value for consuming all the oxygen stored in the oxidation catalyst 14 and the NOx trap catalyst 15 when there is no load fluctuation. The first basic excess air ratio λ0 may be given as a map value corresponding to, for example, operating conditions (engine load and rotation speed). In order to consume the residual oxygen of the oxidation catalyst and the NOx trap catalyst, the first basic air excess ratio λ0 is set to a value smaller than 1.0. For simplicity, a constant value (for example, 0.9) may be used. In step 6, the initial processing flag = 1 is set and the current processing is terminated.

ステップ6で初期処理フラグ=1としたことより、次回にはステップ2よりステップ7以降へと進む。ステップ7では、リアラムダとしきい値としての1.0を比較する。リアラムダが1.0より大きいときにはリアラムダがリーン側よりリッチ側に反転していないと判断してステップ8に進む。ステップ8では、前回の排気の目標空気過剰率である「mλ(前回)」の値をそのまま今回の排気の目標空気過剰率mλに移すことによって、ステップ4で算出された第1基本空気過剰率λ0を維持する。   Since the initial process flag is set to 1 in step 6, the process proceeds from step 2 to step 7 and subsequent steps next time. In step 7, the rear lambda is compared with 1.0 as a threshold value. When the rear lambda is larger than 1.0, it is determined that the rear lambda is not reversed from the lean side to the rich side, and the process proceeds to step 8. In step 8, the value of “mλ (previous)”, which is the target excess air ratio of the previous exhaust, is directly transferred to the target excess air ratio mλ of the current exhaust, thereby calculating the first basic air excess ratio calculated in step 4. Maintain λ0.

ステップ7でリアラムダが1.0以下になったときにはリアラムダがリーン側よりリッチ側に反転したと判断し、後期処理に進ませるためステップ9、10に進む。ステップ9、10では初期処理フラグ=0、後期処理フラグ=1とする。   When the rear lambda becomes 1.0 or less in step 7, it is determined that the rear lambda has reversed from the lean side to the rich side, and the process proceeds to steps 9 and 10 to proceed to the later stage processing. In steps 9 and 10, the initial process flag = 0 and the late process flag = 1.

ステップ11では、ステップ8と同じに前回の排気の目標空気過剰率である「mλ(前回)」の値をそのまま今回の排気の目標空気過剰率mλに移すことによって、ステップ4で算出された第1基本空気過剰率λ0を維持する。   In step 11, as in step 8, the value of “mλ (previous)” that is the target excess air ratio of the previous exhaust is transferred to the target air excess ratio mλ of the current exhaust as it is. 1 Maintain the basic excess air ratio λ0.

ステップ12では、mλの前回値である「mλ(前回)」に第1基本空気過剰率λ0を入れる。   In step 12, the first basic excess air ratio λ0 is added to “mλ (previous)” which is the previous value of mλ.

ステップ9、10で初期処理フラグ=0、後期処理フラグ=1としたことより、次回にはステップ2よりステップ13以降へと進む。   Since the initial process flag = 0 and the late process flag = 1 in steps 9 and 10, the process proceeds from step 2 to step 13 onward next time.

ステップ13ではリッチスパイク処理の開始から所定時間Δt2が経過したか否かをみる。リッチスパイク処理の開始から所定時間Δt2が経過していなければステップ14に進み、広域空燃比センサ25により検出されるリアラムダのデータに基づいて、リーン側より1.0を横切ったときのリアラムダの傾きdλ/dtを算出する。リーン側より1.0を横切ったときのリアラムダの傾きdλ/dtは負の値で算出されるので、絶対値を採ってプラスの値に変換する。プラスの値に変換したリアラムダの傾きdλ/dtは、この値が相対的に小さいときのほうが、この値が相対的に大きいときより酸化触媒14及びNOxトラップ触媒15の残存酸素量が多いことを表す。   In step 13, it is checked whether or not a predetermined time Δt2 has elapsed since the start of the rich spike process. If the predetermined time Δt2 has not elapsed since the start of the rich spike process, the process proceeds to step 14, and based on the data of the rear lambda detected by the wide area air-fuel ratio sensor 25, the slope of the rear lambda when crossing 1.0 from the lean side dλ / dt is calculated. Since the slope of the rear lambda dλ / dt when crossing 1.0 from the lean side is calculated as a negative value, the absolute value is taken and converted to a positive value. The rear lambda slope dλ / dt converted to a positive value indicates that the amount of residual oxygen in the oxidation catalyst 14 and the NOx trap catalyst 15 is greater when this value is relatively small than when this value is relatively large. Represent.

ステップ15では、このようにして算出したリーン側より1.0を横切ったときのリアラムダの傾きdλ/dt(絶対値)から図7を内容とするテーブルを検索することにより、目標空気過剰率の制御周期当たり増分Δλを算出する。図7に示したようにΔλはリーン側より1.0を横切ったときのリアラムダの傾きdλ/dt(絶対値)が相対的に小さいときのほうが、リーン側より1.0を横切ったときのリアラムダの傾きdλ/dt(絶対値)が相対的に大きいときより小さくなる値である。   In step 15, the table of FIG. 7 is searched for from the slope dλ / dt (absolute value) of the rear lambda when crossing 1.0 from the lean side calculated in this way, thereby determining the target excess air ratio. An increment Δλ per control cycle is calculated. As shown in FIG. 7, when Δλ crosses 1.0 from the lean side, the slope dλ / dt (absolute value) of the rear lambda is relatively small when 1.0 is crossed from the lean side. The rear lambda inclination dλ / dt (absolute value) is a value that is smaller than when it is relatively large.

ステップ16では、この目標空気過剰率の制御周期当たり増分Δλを用いて次式により、後期処理中の目標空気過剰率mλを算出する。   In step 16, the target excess air ratio mλ during the later stage process is calculated by the following equation using the increment Δλ per control cycle of the target excess air ratio.

mλ=mλ(前回)+Δλ …(1)
ただし、mλ(前回):mλの前回値、
mλの前回値である「mλ(前回)」には初期値として第1基本空気過剰率λ0が入っている(ステップ12参照)。(1)式は、mλの前回値である「mλ(前回)」に制御周期当たり増分Δλを加算した値を今回のmλとするものである。つまり、(1)式の算出を一定周期で繰り返すことにより、後期処理中の目標空気過剰率mλは増分Δλずつ大きくなっていく。
mλ = mλ (previous) + Δλ (1)
Where mλ (previous): previous value of mλ,
“mλ (previous)”, which is the previous value of mλ, includes the first basic excess air ratio λ0 as an initial value (see step 12). In the equation (1), a value obtained by adding an increment Δλ per control period to “mλ (previous)” that is the previous value of mλ is the current mλ. That is, by repeating the calculation of equation (1) at a constant cycle, the target excess air ratio mλ during the latter process increases by an increment Δλ.

ここで、負荷変動がない(dλ/dtが相対的に大きい)ときには、負荷変動がある(dλ/dtが相対的に小さい)ときより上記の増分Δλが大きいことから、目標空気過剰率mλはλ0より素早くλ1へと近づいてゆく(図4第1段目の実線参照)。つまり、第1基本空気過剰率λ0より第2基本空気過剰率λ1への移行速度が相対的に速くなる。一方、負荷変動がある(dλ/dtが相対的に小さい)ときには、負荷変動がない(dλ/dtが相対的に大きい)ときより上記の増分Δλが小さいことから、目標空気過剰率mλはλ0よりゆっくりとλ1へと近づいてゆく(図4第1段目の破線参照)。つまり、第1基本空気過剰率λ0より第2基本空気過剰率λ1への移行速度は相対的に遅くなる。このように、負荷変動の有無(dλ/dt)によって第1基本空気過剰率λ0より第2基本空気過剰率λ1への移行速度を制御する。   Here, when there is no load fluctuation (dλ / dt is relatively large), the above increase Δλ is larger than when there is load fluctuation (dλ / dt is relatively small), so the target excess air ratio mλ is It approaches λ1 more quickly than λ0 (see the solid line in the first row in FIG. 4). That is, the transition speed from the first basic excess air ratio λ0 to the second basic excess air ratio λ1 becomes relatively high. On the other hand, when there is load fluctuation (dλ / dt is relatively small), the above increase Δλ is smaller than when there is no load fluctuation (dλ / dt is relatively large), so the target excess air ratio mλ is λ0. It approaches λ1 more slowly (see the broken line in the first row in FIG. 4). That is, the transition speed from the first basic excess air ratio λ0 to the second basic excess air ratio λ1 is relatively slow. Thus, the transition speed from the first basic excess air ratio λ0 to the second basic excess air ratio λ1 is controlled by the presence or absence of load fluctuation (dλ / dt).

ステップ17では、このようにして算出される後期処理中の目標空気過剰率mλと第2基本空気過剰率λ1を比較する。第2基本空気過剰率λ1は、負荷変動がないとした場合にNOxトラップ触媒15に堆積しているNOxを全て還元浄化するための値である。第2基本空気過剰率λ1としては1.0近傍の値を設定している。実際には1.0でなく1.0より小さい値を設定する。これは、1.0近傍で発生するHC、COを排気中に存在する酸素で酸化させるためである。後期処理中の目標空気過剰率mλがλ1未満であるときには後期処理中の目標空気過剰率mλがまだ第2基本空気過剰率λ1に到達していないと判断し、そのまま今回の処理を終了する。   In step 17, the target excess air ratio mλ during the later process calculated in this way is compared with the second basic excess air ratio λ1. The second basic excess air ratio λ1 is a value for reducing and purifying all NOx accumulated in the NOx trap catalyst 15 when there is no load fluctuation. A value in the vicinity of 1.0 is set as the second basic excess air ratio λ1. Actually, a value smaller than 1.0 is set instead of 1.0. This is because HC and CO generated near 1.0 are oxidized with oxygen present in the exhaust. When the target excess air ratio mλ during the latter process is less than λ1, it is determined that the target excess air ratio mλ during the latter process has not yet reached the second basic excess air ratio λ1, and the current process is terminated.

やがてステップ17で後期処理中の目標空気過剰率mλが第2基本空気過剰率λ1に到達したときにはステップ18に進み、第2基本空気過剰率λ1を後期処理中の目標空気過剰率mλに入れる。このようにして、後期処理中の目標空気過剰率mλは第1基本空気過剰率λ0より制御周期当たり増分Δλずつ大きくなり、第2基本空気過剰率λ1に到達した後は第2基本空気過剰率λ1を維持する。   Eventually, when the target excess air ratio mλ in the later stage processing reaches the second basic excess air ratio λ1 in Step 17, the process proceeds to Step 18 and the second fundamental excess air ratio λ1 is set to the target excess air ratio mλ in the later stage processing. In this manner, the target excess air ratio mλ during the latter process is larger than the first basic excess air ratio λ0 by an increment Δλ per control cycle, and after reaching the second basic excess air ratio λ1, the second basic excess air ratio is reached. Maintain λ1.

後期処理中の目標空気過剰率mλが第2基本空気過剰率λ1を維持している状態で、やがてリッチスパイク処理の開始から所定時間Δt2が経過する。このときにはリッチスパイク処理を終了するためステップ13よりステップ19、20、21に進む。ステップ19では排気の目標空気過剰率に1.0より大きな値(リーン)を入れる。これはエンジンをリーン運転するときの目標空気過剰率である。   In a state where the target excess air ratio mλ during the second stage process maintains the second basic excess air ratio λ1, the predetermined time Δt2 eventually elapses from the start of the rich spike process. At this time, the process proceeds from step 13 to steps 19, 20, and 21 to end the rich spike processing. In step 19, a value (lean) greater than 1.0 is entered in the target excess air ratio of the exhaust. This is the target excess air ratio when the engine is operated lean.

ステップ20、21では後期処理フラグ=0、再生許可フラグ=0とする。ステップ21で再生許可フラグ=0としたことより、次回にはステップ1よりステップ2以降へと進むことができない。   In steps 20 and 21, the late process flag = 0 and the regeneration permission flag = 0. Since the reproduction permission flag is set to 0 in step 21, it is not possible to proceed from step 1 to step 2 onward next time.

図示しないフローでは、図6のフローにより算出された目標空気過剰率mλが得られるようにスロットル弁開度とポスト噴射量とが制御される。   In a flow not shown, the throttle valve opening and the post injection amount are controlled so that the target excess air ratio mλ calculated by the flow of FIG. 6 is obtained.

ここで、本実施形態の作用効果を説明する。   Here, the effect of this embodiment is demonstrated.

本実施形態では、NOxトラップ触媒15と、フロントラムダ(NOxトラップ触媒15上流の排気の空気過剰率である第1空気過剰率)を検出するフロント広域空燃比センサ24(第1空気過剰率検出手段)と、リアラムダ(NOxトラップ触媒15下流の排気の空気過剰率である第2空気過剰率)を検出するリア広域空燃比センサ25(第2空気過剰率検出手段)と、NOxトラップ触媒15の再生時期になったとき、初期処理中の排気の空気過剰率をリッチ側の第1基本空気過剰率λ0にする初期処理手段(図6のステップ1〜6、ステップ1〜3、7、8参照)と、排気の空気過剰率を第1基本空気過剰率λ0にした後に後期処理中の排気の空気過剰率を1.0近傍の第2基本空気過剰率λ1にする後期処理手段(図6のステップ2、3、7、9〜12、ステップ2、13、14〜18参照)と、排気の空気過剰率を第1基本空気過剰率λ0にしている間にリアラムダがリーン側より1.0を横切るときのリアラムダの傾き(第2空気過剰率の変化速度)によって、NOxトラップ触媒15の残存酸素量を予測する残存酸素量予測手段(図6のステップ2、13、14参照)と、残存酸素量予測手段により予測される残存酸素量に基づいて後期処理中の還元剤の供給量を制御する還元剤供給量制御手段(図6のステップ2、13、14、15〜18参照)とを備えている。本実施形態によれば、負荷変動によりフロントラムダが第1基本空気過剰率λ0まで到達できないことからそのままでは後期処理時にNOxトラップ触媒15に酸素が残存することになってしまう場合であっても、後期処理中の還元剤の供給量の制御によって後期処理中の還元剤の供給量を増やし、この増やした還元剤でNOxトラップ触媒15の残存酸素を消費することが可能となり、NOx浄化率の悪化を抑制することができる。   In this embodiment, the front wide air-fuel ratio sensor 24 (first excess air ratio detection means) that detects the NOx trap catalyst 15 and the front lambda (first excess air ratio that is the excess air ratio of the exhaust gas upstream of the NOx trap catalyst 15). ), Rear lambda (second excess air ratio that is the excess air ratio of the exhaust downstream of the NOx trap catalyst 15), a rear wide air-fuel ratio sensor 25 (second excess air ratio detection means), and regeneration of the NOx trap catalyst 15 When the time comes, initial processing means for setting the exhaust excess air ratio during the initial processing to the first basic excess air ratio λ0 on the rich side (see steps 1 to 6, steps 1 to 3, 7, and 8 in FIG. 6). Then, after the exhaust air excess ratio is changed to the first basic air excess ratio λ0, the exhaust air excess ratio during the latter processing is changed to the second basic air excess ratio λ1 in the vicinity of 1.0 (step of FIG. 6). 2, , 7, 9-12, steps 2, 13, 14-18) and the rear lambda when the rear lambda crosses 1.0 from the lean side while the exhaust air excess ratio is set to the first basic excess air ratio λ0. By the residual oxygen amount predicting means (see steps 2, 13, and 14 in FIG. 6) and the residual oxygen amount predicting means for predicting the residual oxygen amount of the NOx trap catalyst 15 based on the slope of (the change rate of the second excess air ratio). Reducing agent supply amount control means (see Steps 2, 13, 14, and 15 to 18 in FIG. 6) for controlling the supply amount of the reducing agent during the later stage treatment based on the predicted residual oxygen amount. According to the present embodiment, since the front lambda cannot reach the first basic excess air ratio λ0 due to load fluctuations, even if oxygen remains in the NOx trap catalyst 15 during the latter stage treatment, By controlling the supply amount of the reducing agent during the later stage treatment, it becomes possible to increase the supply amount of the reducing agent during the later stage treatment, and to consume the residual oxygen of the NOx trap catalyst 15 with this increased reducing agent, thereby deteriorating the NOx purification rate. Can be suppressed.

本実施形態によれば、前記還元剤供給量制御手段は、リーン側より1.0を横切るときのリアラムダの傾きdλ/dt(残存酸素量予測手段により予測される残存酸素量)に基づいて第1基本空気過剰率λ0より第2基本空気過剰率λ1への移行速度を制御する移行速度制御手段(図6のステップ2、13、14、15〜18参照)であるので、第1基本空気過剰率λ0より第2基本空気過剰率λ1への移行速度の制御によって後期処理中の還元剤の供給量を増やして、NOxトラップ触媒15の残存酸素を消費することが可能となり、NOx浄化率の悪化を抑制することができる。   According to this embodiment, the reducing agent supply amount control means is based on the rear lambda inclination dλ / dt (the residual oxygen amount predicted by the residual oxygen amount prediction means) when crossing 1.0 from the lean side. Since the transition speed control means controls the transition speed from the first basic excess air ratio λ0 to the second basic excess air ratio λ1 (see steps 2, 13, 14, 15-18 in FIG. 6), the first basic air excess By controlling the transition speed from the rate λ0 to the second basic excess air rate λ1, it is possible to increase the supply amount of the reducing agent during the latter stage treatment and consume the residual oxygen of the NOx trap catalyst 15, thereby deteriorating the NOx purification rate. Can be suppressed.

本実施形態によれば、前記残存酸素量予測手段は、リーン側より1.0を横切るときのリアラムダ(第2空気過剰率)の傾きdλ/dt(第2空気過剰率の変化速度)が相対的に小さいときにはリーン側より1.0を横切るときのリアラムダの傾きdλ/dt(第2空気過剰率の変化速度)が相対的に大きいときよりNOxトラップ触媒15の残存酸素量が多いと予測するので(図7参照)、NOxトラップ触媒15の残存酸素量を簡易に予測できる。   According to this embodiment, the residual oxygen amount predicting means has a relative dram / dt (second air excess rate) gradient dλ / dt (change rate of the second air excess rate) relative to 1.0 from the lean side. Therefore, it is predicted that the amount of residual oxygen in the NOx trap catalyst 15 is larger than when the slope of the rear lambda dλ / dt (change rate of the second excess air ratio) when crossing 1.0 from the lean side is relatively large. Therefore (see FIG. 7), the residual oxygen amount of the NOx trap catalyst 15 can be easily predicted.

本実施形態によれば、前記移行速度制御手段は、リーン側より1.0近傍を横切るときのリアラムダ(第2空気過剰率)の傾きdλ/dtが相対的に小さいときにはリーン側より1.0近傍を横切るときのリアラムダの傾きdλ/dtが相対的に大きいときより移行速度を遅くするので(図6のステップ14、15、16、図7参照)、負荷変動があり、初期処理中にNOxトラップ触媒15に酸素が残存することになってしまう場合であっても、移行速度の遅延により後期処理中の還元剤の供給量が増量されることから、NOxトラップ触媒15の残存酸素を消費して、NOx浄化に必要な還元雰囲気にすることができる。   According to this embodiment, the transition speed control means is 1.0 from the lean side when the slope dλ / dt of the rear lambda (second excess air ratio) when crossing the vicinity of 1.0 from the lean side is relatively small. Since the transition speed is slower than when the slope dλ / dt of the rear lambda when crossing the neighborhood is relatively large (see steps 14, 15, 16, and FIG. 7 in FIG. 6), there is a load fluctuation, and NOx during the initial processing Even in the case where oxygen remains in the trap catalyst 15, the supply amount of the reducing agent during the latter stage treatment is increased due to the delay of the transition speed, so that the residual oxygen in the NOx trap catalyst 15 is consumed. Thus, a reducing atmosphere necessary for NOx purification can be obtained.

(第2実施形態)
図8はリッチスパイク処理時に排気の目標空気過剰率、排気の実空気過剰率であるフロントラムダ及びリアラムダがどのように変化するのかを表した第2実施形態のモデル図で、第1実施形態の図4と置き換わるものである。第1実施形態の図4と同じ部分には同じに記載している。ここで、図8第1段目には負荷変動がないときの目標空気過剰率の変化を実線で、負荷変動があるときの目標空気過剰率の変化を一点鎖線で重ねて示している。図8第2段目には、負荷変動がないときのフロントラムダとリアラムダの変化を実線で、負荷変動があるときのリアラムダの変化を破線で重ねて示している。
(Second Embodiment)
FIG. 8 is a model diagram of the second embodiment showing how the front lambda and the rear lambda, which are the exhaust target air excess ratio and the actual exhaust air excess ratio, change during the rich spike processing. It replaces FIG. The same parts as those in FIG. 4 of the first embodiment are described in the same manner. Here, in the first stage of FIG. 8, the change in the target excess air ratio when there is no load fluctuation is indicated by a solid line, and the change in the target excess air ratio when there is a load fluctuation is indicated by an alternate long and short dash line. In the second row of FIG. 8, the change in the front lambda and the rear lambda when there is no load change is shown by a solid line, and the change in the rear lambda when there is a load change is shown by a broken line.

第1実施形態では、リアラムダがリーン側より1.0を横切るときのリアラムダの傾きdλ/dtに基づいて第1基本空気過剰率λ0より第2基本空気過剰率λ1への移行速度を制御した。一方、第2実施形態は、リアラムダがリーン側より1.0を横切るときのリアラムダの傾きdλ/dtに基づいて後期処理中の排気の目標空気過剰率を制御するものである。   In the first embodiment, the transition speed from the first basic excess air ratio λ0 to the second basic excess air ratio λ1 is controlled based on the rear lambda inclination dλ / dt when the rear lambda crosses 1.0 from the lean side. On the other hand, in the second embodiment, the target excess air ratio of the exhaust gas during the latter-stage process is controlled based on the slope dλ / dt of the rear lambda when the rear lambda crosses 1.0 from the lean side.

詳述すると、図8第1段目に実線で示したように、負荷変動がない(dλ/dtが相対的に大きい)とき、後期処理中の排気の目標空気過剰率mλとして第2基本空気過剰率λ1を設定する。一方、図8第1段目に一点鎖線で重ねて示したように、負荷変動がある(dλ/dtが相対的に小さい)とき、第2基本空気過剰率λ1を小さくなる側(リッチ側)に補正した値を後期処理中の排気の目標空気過剰率mλとする。これによって、負荷変動があるときの目標空気過剰率と負荷変動がないときの目標空気過剰率との間に、ハッチングで示した面積差が生じる(図8第1段目参照)。つまり、負荷変動があるときには、負荷変動がないときより当該面積差だけ多い分の還元剤の供給を行うことができる。還元剤の供給量が増えることによって、酸化触媒14及びNOxトラップ触媒15の残存酸素を消費することができるのである。   More specifically, as indicated by the solid line in the first stage of FIG. 8, when there is no load fluctuation (dλ / dt is relatively large), the second basic air is set as the target excess air ratio mλ of the exhaust during the latter process. An excess rate λ1 is set. On the other hand, when the load fluctuates (dλ / dt is relatively small) as shown by the one-dot chain line in the first row in FIG. 8, the second basic excess air ratio λ1 becomes smaller (rich side). The value corrected to is set as the target excess air ratio mλ of the exhaust gas during the latter process. As a result, an area difference indicated by hatching occurs between the target excess air ratio when there is load fluctuation and the target excess air ratio when there is no load fluctuation (see the first row in FIG. 8). That is, when there is a load change, it is possible to supply the reducing agent by an amount corresponding to the area difference more than when there is no load change. By increasing the supply amount of the reducing agent, the residual oxygen of the oxidation catalyst 14 and the NOx trap catalyst 15 can be consumed.

図9のフローは第2実施形態のリッチスパイク処理時の排気の目標空気過剰率mλを算出するためのもので、一定時間毎(例えば10ms毎)に実行する。第1実施形態の図6と同一部分には同一のステップ番号を付している。   The flow of FIG. 9 is for calculating the target excess air ratio mλ of exhaust during the rich spike processing of the second embodiment, and is executed at regular intervals (for example, every 10 ms). The same step number is attached | subjected to the part same as FIG. 6 of 1st Embodiment.

第1実施形態の図6と相違する部分は、ステップ14の位置とステップ31〜33である。第1実施形態と相違する部分を主に説明すると、図9においてステップ7でリアラムダが1.0以下になったときにはリアラムダがリーン側より1.0を横切ってリッチ側に反転したと判断し、後期処理に進ませるためステップ14、31、32、9、10に進む。   The difference from FIG. 6 of the first embodiment is the position of step 14 and steps 31 to 33. The difference from the first embodiment will be mainly described. When the rear lambda becomes 1.0 or less in step 7 in FIG. 9, it is determined that the rear lambda has crossed 1.0 from the lean side to the rich side, Proceed to steps 14, 31, 32, 9, and 10 to proceed to later processing.

ステップ14では広域空燃比センサ25により検出されるリアラムダのデータに基づいて、リアラムダがリーン側より1.0を横切ったときのリアラムダの傾きdλ/dtを算出する。リーン側より1.0を横切ったときのリアラムダの傾きdλ/dtは負の値で算出されるので、絶対値を採ってプラスの値に変換する。プラスの値に変換した傾きdλ/dtは、この値が相対的に小さいときのほうが、この値が相対的に大きいときより酸化触媒14及びNOxトラップ触媒15の残存酸素量が多いことを表す。   In step 14, the rear lambda inclination dλ / dt when the rear lambda crosses 1.0 from the lean side is calculated based on the rear lambda data detected by the wide area air-fuel ratio sensor 25. Since the slope of the rear lambda dλ / dt when crossing 1.0 from the lean side is calculated as a negative value, the absolute value is taken and converted to a positive value. The slope dλ / dt converted to a positive value indicates that the residual oxygen amount of the oxidation catalyst 14 and the NOx trap catalyst 15 is larger when the value is relatively small than when the value is relatively large.

ステップ31では、このようにして算出したリーン側より1.0を横切ったときのリアラムダの傾きdλ/dt(絶対値)から図10を内容とするテーブルを検索することにより、空気過剰率補正量λHOSを算出する。図10に示したように空気過剰率補正量λHOSはdλ/dt(絶対値)が相対的に小さいときのほうが、dλ/dt(絶対値)が相対的に大きいときより大きくなる値である。   In step 31, the air excess rate correction amount is obtained by searching a table having the contents shown in FIG. 10 from the slope dλ / dt (absolute value) of the rear lambda when crossing 1.0 from the lean side thus calculated. λHOS is calculated. As shown in FIG. 10, the excess air ratio correction amount λHOS is larger when dλ / dt (absolute value) is relatively smaller than when dλ / dt (absolute value) is relatively large.

ステップ32では、この空気過剰率補正量λHOSを用いて次式により、後期処理中の目標空気過剰率mλを算出する。   In step 32, the target excess air ratio mλ during the latter process is calculated by the following equation using the excess air ratio correction amount λHOS.

mλ=λ1−λHOS …(2)
(2)式は、第2基本空気過剰率λ1から空気過剰率補正量λHOSだけ小さい値(リッチ側の値)を後期処理中の排気の目標空気過剰率mλとするものである。
mλ = λ1-λHOS (2)
In the equation (2), a value (rich side value) smaller than the second basic excess air ratio λ1 by the excess air ratio correction amount λHOS is set as the target excess air ratio mλ of the exhaust gas in the later stage processing.

負荷変動がない(dλ/dtが相対的に大きい)ときには、負荷変動がある(dλ/dtが相対的に小さい)ときより上記の空気過剰率補正量λHOSが小さくてほぼゼロである。このとき、後期処理中の目標空気過剰率mλはλ1に近い値をとる(図8第1段目の実線参照)。一方、負荷変動がある(dλ/dtが相対的に小さい)ときには、負荷変動がない(dλ/dtが相対的に大きい)ときより上記の空気過剰率補正量λHOSが大きい。このとき、後期処理中の目標空気過剰率mλはλ1よりも小さな値をとる(図8第1段目の一点鎖線参照)。このように、負荷変動の有無(dλ/dt)によって後期処理中の目標空気過剰率を制御する。   When there is no load fluctuation (dλ / dt is relatively large), the above-described excess air ratio correction amount λHOS is smaller and almost zero than when there is load fluctuation (dλ / dt is relatively small). At this time, the target excess air ratio mλ during the latter process is a value close to λ1 (see the solid line in the first stage in FIG. 8). On the other hand, when there is a load fluctuation (dλ / dt is relatively small), the excess air ratio correction amount λHOS is larger than when there is no load fluctuation (dλ / dt is relatively large). At this time, the target excess air ratio mλ during the latter process takes a value smaller than λ1 (see the one-dot chain line in the first row in FIG. 8). In this manner, the target excess air ratio during the later stage processing is controlled by the presence or absence of load fluctuation (dλ / dt).

ステップ9、10では後期処理に進ませるため初期処理フラグ=0、後期処理フラグ=1とする。   In Steps 9 and 10, since the process is advanced to the later process, the initial process flag = 0 and the later process flag = 1.

ステップ9、10で初期処理フラグ=0、後期処理フラグ=1としたことより、次回にはステップ2よりステップ13以降へと進む。ステップ13ではリッチスパイク処理の開始から所定時間Δt2が経過したか否かをみる。リッチスパイク処理の開始から所定時間Δt2が経過していなければステップ33に進む。ステップ33では、ステップ8と同じに前回の排気の目標空気過剰率である「mλ(前回)」の値をそのまま今回の排気の目標空気過剰率mλに移すことによって、ステップ32で算出された排気の目標空気過剰率mλを維持する。   Since the initial process flag = 0 and the late process flag = 1 in steps 9 and 10, the process proceeds from step 2 to step 13 onward next time. In step 13, it is checked whether or not a predetermined time Δt2 has elapsed since the start of the rich spike process. If the predetermined time Δt2 has not elapsed since the start of the rich spike processing, the routine proceeds to step 33. In step 33, as in step 8, the value of “mλ (previous)”, which is the target excess air ratio of the previous exhaust, is directly transferred to the target air excess ratio mλ of the current exhaust, thereby calculating the exhaust calculated in step 32. The target excess air ratio mλ is maintained.

ステップ13でリッチスパイク処理の開始から所定時間Δt2が経過したときにはリッチスパイク処理を終了するためステップ19、20、21に進み、第1実施形態と同じにこれらの操作を実行する。   When a predetermined time Δt2 has elapsed from the start of the rich spike process in step 13, the process proceeds to steps 19, 20, and 21 to end the rich spike process, and these operations are executed as in the first embodiment.

このように、第2実施形態によっても、第1実施形態と同様の作用効果を奏する。さらに、第2実施形態によれば、還元剤供給量制御手段は、リーン側より1.0を横切るときのリアラムダの傾きdλ/dt(残存酸素量予測手段により予測される残存酸素量)に基づいて後期処理中の排気の空気過剰率を制御する空気過剰率制御手段であるので(図9のステップ2、7、14、31、32参照)、後期処理中の排気の空気過剰率の制御によって後期処理中の還元剤の供給量を増やして、NOxトラップ触媒15の残存酸素を消費することが可能となり、NOx浄化率の悪化を抑制することができる。   Thus, also by 2nd Embodiment, there exists an effect similar to 1st Embodiment. Furthermore, according to the second embodiment, the reducing agent supply amount control means is based on the rear lambda slope dλ / dt (the residual oxygen amount predicted by the residual oxygen amount prediction means) when crossing 1.0 from the lean side. Therefore, the excess air ratio control means for controlling the excess air ratio of the exhaust gas during the late process (see Steps 2, 7, 14, 31, 32 in FIG. 9). It is possible to increase the supply amount of the reducing agent during the latter stage processing and consume the residual oxygen of the NOx trap catalyst 15, and to suppress the deterioration of the NOx purification rate.

第2実施形態によれば、空気過剰率制御手段は、リーン側より1.0を横切るときのリアラムダ(第2空気過剰率)の傾きdλ/dt(第2空気過剰率の変化速度)が相対的に小さいときには、リーン側より1.0を横切るときのリアラムダの傾きdλ/dt(第2空気過剰率の変化速度)が相対的に大きいときより後期処理中の排気の空気過剰率mλを小さくなる側(リッチ側)にするので(図9のステップ14、31、32、図10参照)、負荷変動があり、初期処理中にNOxトラップ触媒15に酸素が残存することになってしまう場合であっても、後期処理中の空気過剰率のリッチ化により後期処理中の還元剤の供給量が増量されることから、NOxトラップ触媒15の残存酸素を消費して、NOx浄化に必要な還元雰囲気にすることができる。   According to the second embodiment, the excess air ratio control means has a relative dram / dt (second air excess ratio change rate) slope of rear lambda (second excess air ratio) when crossing 1.0 from the lean side. When it is small, the rear air lambda inclination dλ / dt (the rate of change of the second excess air ratio) crossing 1.0 from the lean side is relatively smaller than when the exhaust air excess ratio mλ during the latter-stage treatment is smaller than when the rear lambda gradient dλ / dt is relatively large. (Refer to steps 14, 31, 32, and FIG. 10 in FIG. 9), the load fluctuates, and oxygen remains in the NOx trap catalyst 15 during the initial processing. Even in this case, since the supply amount of the reducing agent during the later stage treatment is increased by the enrichment of the excess air ratio during the later stage treatment, the remaining oxygen in the NOx trap catalyst 15 is consumed and the reducing atmosphere necessary for NOx purification is consumed. To do It can be.

(第3実施形態)
図11はリッチスパイク処理時に排気の目標空気過剰率、排気の実空気過剰率であるフロントラムダ及びリアラムダがどのように変化するのかを表した第3実施形態のモデル図で、第1実施形態の図4と置き換わるものである。第1実施形態の図4と同じ部分には同じに記載している。ここで、図11第1段目には負荷変動がないときの目標空気過剰率の変化を実線で、負荷変動があるときの目標空気過剰率の変化を二点鎖線で重ねて示している。図11第2段目には、触媒新品時でかつ負荷変動がないときのフロントラムダとリアラムダの変化を実線で、触媒新品時でかつ負荷変動があるときのリアラムダの変化を破線で重ねて示している。
(Third embodiment)
FIG. 11 is a model diagram of the third embodiment showing how the front lambda and the rear lambda, which are the exhaust target air excess ratio and the actual exhaust air excess ratio, change during the rich spike processing. It replaces FIG. The same parts as those in FIG. 4 of the first embodiment are described in the same manner. Here, in the first stage of FIG. 11, the change in the target excess air ratio when there is no load fluctuation is indicated by a solid line, and the change in the target excess air ratio when there is a load fluctuation is indicated by a two-dot chain line. The second row of FIG. 11 shows the change of the front lambda and the rear lambda when the catalyst is new and there is no load fluctuation as a solid line, and the change of the rear lambda when the catalyst is new and there is a load fluctuation is shown by a broken line. ing.

第1実施形態では、リアラムダがリーン側より1.0を横切るときのリアラムダの傾きdλ/dtに基づいて酸化触媒14及びNOxトラップ触媒15の残存酸素量を予測した。一方、第3実施形態は、初期処理中にリアラムダの傾きdλ/dtを算出し、このリアラムダの傾きdλ/dtに基づいて酸化触媒14及びNOxトラップ触媒15の残存酸素量を予測する。そして、予測した残存酸素量に基づいてリアラムダと比較するためのしきい値を制御するものである。   In the first embodiment, the residual oxygen amounts of the oxidation catalyst 14 and the NOx trap catalyst 15 are predicted based on the inclination of the rear lambda dλ / dt when the rear lambda crosses 1.0 from the lean side. On the other hand, in the third embodiment, the slope dλ / dt of the rear lambda is calculated during the initial process, and the residual oxygen amounts of the oxidation catalyst 14 and the NOx trap catalyst 15 are predicted based on the slope of the rear lambda dλ / dt. Then, the threshold value for comparison with the rear lambda is controlled based on the predicted residual oxygen amount.

詳述すると、図11第2段目に一点鎖線で示したように、負荷変動がない(初期処理中のdλ/dtが相対的に大きい)とき、リアラムダと比較するためのしきい値を例えば1.05に設定する。このとき、リアラムダは1.05と比較されるため、リアラムダがリーン側より1.05を横切るt31のタイミングでリーン側よりリッチ側に反転したと判断される。そして、図11第1段目に実線で示したように、リアラムダがリーン側より1.05を横切るt31のタイミングで目標空気過剰率mλが第1基本空気過剰率λ0から第2基本空気過剰率λ1へと切換えられる。   More specifically, as shown by the one-dot chain line in the second row of FIG. 11, when there is no load fluctuation (dλ / dt during the initial processing is relatively large), the threshold value for comparison with the rear lambda is, for example, Set to 1.05. At this time, since the rear lambda is compared with 1.05, it is determined that the rear lambda has reversed from the lean side to the rich side at the timing of t31 crossing 1.05 from the lean side. Then, as indicated by the solid line in the first stage of FIG. 11, the target excess air ratio mλ is changed from the first basic excess air ratio λ0 to the second basic excess air ratio at the timing t31 when the rear lambda crosses 1.05 from the lean side. It is switched to λ1.

一方、図11第2段目に二点鎖線で重ねて示したように、負荷変動がある(初期処理中のdλ/dtが相対的に小さい)とき、リアラムダと比較するためのしきい値を負荷変動がないときより小さくなる側(リッチ側)に補正した例えば1.0とする。このとき、リアラムダは1.0と比較されるため、リアラムダがリーン側より1.0を横切るt32のタイミングでリーン側よりリッチ側に反転したと判断される。ここで、t32はt31のタイミングより遅れたタイミングとなる。そして、図11第1段目に二点鎖線で重ねて示したように、リアラムダがリーン側より1.0を横切るt32のタイミングで目標空気過剰率mλが第1基本空気過剰率λ0から第2基本空気過剰率λ1へと切換えられる。これによって、負荷変動があるときの目標空気過剰率と負荷変動がないときの目標空気過剰率との間に、ハッチングで示した面積差が生じる(図11第1段目参照)。つまり、負荷変動があるときには、負荷変動がないときより当該面積差だけ多い分の還元剤の供給を行うことができる。還元剤の供給量が増えることによって、酸化触媒14及びNOxトラップ触媒15の残存酸素を消費することができるのである。   On the other hand, when there is a load variation (dλ / dt during the initial processing is relatively small) as indicated by the two-dot chain line in the second row in FIG. 11, the threshold value for comparison with the rear lambda is set. For example, 1.0 is corrected to a smaller side (rich side) than when there is no load fluctuation. At this time, since the rear lambda is compared with 1.0, it is determined that the rear lambda has reversed from the lean side to the rich side at the timing of t32 when crossing 1.0 from the lean side. Here, t32 is a timing delayed from the timing of t31. Then, as indicated by the two-dot chain line in the first row in FIG. 11, the target excess air ratio mλ is changed from the first basic excess air ratio λ0 to the second at the timing t32 when the rear lambda crosses 1.0 from the lean side. It is switched to the basic excess air ratio λ1. As a result, an area difference indicated by hatching is generated between the target excess air ratio when there is a load fluctuation and the excess air ratio when there is no load fluctuation (see the first row in FIG. 11). That is, when there is a load change, it is possible to supply the reducing agent by an amount corresponding to the area difference more than when there is no load change. By increasing the supply amount of the reducing agent, the residual oxygen of the oxidation catalyst 14 and the NOx trap catalyst 15 can be consumed.

図11ではしきい値を1.05(リーン側の値)から1.0(理論空燃比)へと切換える場合で説明したが、この場合に限られるものでない。例えば、1.0から0.95(リッチ側の値)へとしきい値を切換える場合や1.05(リーン側の値)から0.95(リッチ側の値)へとしきい値を切換える場合であってもかまわない。要は、負荷変動があるときには負荷変動がないときよりしきい値を小さくなる側(リッチ側)に切換えればよい。   In FIG. 11, the case where the threshold value is switched from 1.05 (lean side value) to 1.0 (theoretical air-fuel ratio) has been described. However, the present invention is not limited to this case. For example, when the threshold is switched from 1.0 to 0.95 (value on the rich side) or when the threshold is switched from 1.05 (value on the lean side) to 0.95 (value on the rich side) It does not matter. In short, when there is a load change, the threshold value may be switched to a smaller side (rich side) than when there is no load change.

なお、図11第3段目〜第8段目には、後述する図12のフローチャートで導入している初期処理フラグ、後期処理フラグの動きを示している。ここで、第3段目と第4段目と第5段目は負荷変動がないときの初期処理フラグ、後期処理フラグの、第6段目と第7段目と第8段目は負荷変動があるときの初期処理フラグ、後期処理フラグの各動きである。   The third to eighth stages in FIG. 11 show the movement of the initial process flag and the late process flag introduced in the flowchart of FIG. 12 to be described later. Here, the third stage, the fourth stage, and the fifth stage are the initial process flag and the late stage process flag when there is no load fluctuation, and the sixth stage, the seventh stage, and the eighth stage are the load fluctuation. These are the movements of the initial processing flag and the late processing flag when there is.

図12のフローは第3実施形態のリッチスパイク処理時の排気の目標空気過剰率mλを算出するためのもので、一定時間毎(例えば10ms毎)に実行する。第2実施形態の図9と同一部分には同一のステップ番号を付している。   The flow of FIG. 12 is for calculating the target excess air ratio mλ of exhaust during the rich spike processing of the third embodiment, and is executed at regular intervals (for example, every 10 ms). The same step number is attached | subjected to the part same as FIG. 9 of 2nd Embodiment.

第2実施形態の図9と相違する部分は図12のステップ41〜44である。第2実施形態と相違する部分を主に説明すると、図12においてステップ3で初期フラグ=1であるときにはステップ41に進み、広域空燃比センサ25により検出されるリアラムダのデータに基づいて、リアラムダの傾きdλ/dtを算出する。リアラムダの傾きdλ/dtは負の値で算出されるので、絶対値を採ってプラスの値に変換する。プラスの値に変換した傾きdλ/dtは、この値が相対的に小さいときのほうが、この値が相対的に大きいときより酸化触媒14及びNOxトラップ触媒15の残存酸素量が多いことを表す。   The difference from FIG. 9 of the second embodiment is steps 41 to 44 in FIG. The difference from the second embodiment will be mainly described. In FIG. 12, when the initial flag = 1 in step 3, the process proceeds to step 41, and the rear lambda data is detected based on the data of the rear lambda detected by the wide area air-fuel ratio sensor 25. The slope dλ / dt is calculated. Since the rear lambda slope dλ / dt is calculated as a negative value, the absolute value is taken and converted to a positive value. The slope dλ / dt converted to a positive value indicates that the residual oxygen amount of the oxidation catalyst 14 and the NOx trap catalyst 15 is larger when the value is relatively small than when the value is relatively large.

ステップ41では、リアラムダの傾きdλ/dtから図13を内容とするテーブルを検索することにより、リアラムダと比較するためのしきい値を算出する。図13に示したように、しきい値はリアラムダの傾きdλ/dtが相対的に小さいときのほうがリアラムダの傾きdλ/dtが相対的に大きいときより小さくなる側(リッチ側)に向かう特性である。   In step 41, a threshold value for comparison with the rear lambda is calculated by searching a table having the contents shown in FIG. 13 from the slope of the rear lambda dλ / dt. As shown in FIG. 13, the threshold value is a characteristic toward the smaller side (rich side) when the rear lambda inclination dλ / dt is relatively small than when the rear lambda inclination dλ / dt is relatively large. is there.

負荷変動がない(dλ/dtが相対的に大きい)ときには、負荷変動がある(dλ/dtが相対的に小さい)ときより上記のしきい値が大きいため、リアラムダがリーン側よりしきい値を横切るタイミングが相対的に早くなる(図11第2段目の一点鎖線参照)。負荷変動がある(dλ/dtが相対的に小さい)ときには、負荷変動がない(dλ/dtが相対的に大きい)ときより上記のしきい値が小さいため、リアラムダがリーン側よりしきい値を横切るタイミングが相対的に遅くなる(図11第2段目の二点鎖線参照)。このように、負荷変動の有無(初期処理中のdλ/dt)によってしきい値を制御する。   When there is no load fluctuation (dλ / dt is relatively large), the above threshold is larger than when there is load fluctuation (dλ / dt is relatively small), so the rear lambda sets the threshold from the lean side. The timing of crossing is relatively early (see the one-dot chain line in the second row in FIG. 11). When there is a load fluctuation (dλ / dt is relatively small), the threshold value is smaller than when there is no load fluctuation (dλ / dt is relatively large), so the rear lambda sets the threshold value from the lean side. The timing of crossing is relatively late (see the two-dot chain line in the second row in FIG. 11). In this way, the threshold value is controlled by the presence or absence of load fluctuation (dλ / dt during the initial process).

ステップ43ではリア広域空燃比センサ25により検出されるリアラムダと、しきい値を比較する。リアラムダがしきい値を超えているときにはステップ8に進み、前回の排気の目標空気過剰率である「mλ(前回)」の値をそのまま今回の排気の目標空気過剰率mλに移すことによって、第1基本空気過剰率λ0を維持する。   In step 43, the rear lambda detected by the rear wide area air-fuel ratio sensor 25 is compared with the threshold value. When the rear lambda exceeds the threshold value, the routine proceeds to step 8, where the value of “mλ (previous)” that is the target excess air ratio of the previous exhaust is transferred to the target air excess ratio mλ of the current exhaust as it is. 1 Maintain the basic excess air ratio λ0.

やがて、ステップ43でリアラムダがしきい値以下となるとリアラムダがリーン側よりリッチ側に反転したと判断し、初期処理より後期処理に移行させるためステップ9、10、44に進み、初期フラグ=0、後期処理フラグ=1とする。   Eventually, when the rear lambda falls below the threshold value in step 43, it is determined that the rear lambda has reversed from the lean side to the rich side, and the process proceeds to the later stage process from the initial process to proceed to steps 9, 10, 44, where the initial flag = 0, Late processing flag = 1.

ステップ44では、排気の目標空気過剰率mλに第2基本空気過剰率λ1を設定する。第2基本空気過剰率λ1は、酸化触媒14及びNOxトラップ触媒15が新品時でかつ負荷変動がないとした場合にNOxトラップ触媒15に堆積しているNOxを全て還元浄化するための値である。λ1としては1.0近傍の値である。詳しくは1.0でなく1.0より小さい値をλ1として設定する。これは、1.0近傍で発生するHC、COを排気中に存在する酸素で酸化させるためである。   In step 44, the second basic excess air ratio λ1 is set to the target excess air ratio mλ of exhaust. The second basic excess air ratio λ1 is a value for reducing and purifying all NOx accumulated in the NOx trap catalyst 15 when the oxidation catalyst 14 and the NOx trap catalyst 15 are new and there is no load fluctuation. . λ1 is a value in the vicinity of 1.0. Specifically, a value smaller than 1.0 is set as λ1 instead of 1.0. This is because HC and CO generated near 1.0 are oxidized with oxygen present in the exhaust.

ステップ9、10で初期フラグ=0、後期処理フラグ=1としたことより、次回にはステップ2よりステップ13以降に進む。ステップ13ではリッチスパイク処理の開始から所定時間Δt2が経過したか否かをみる。リッチスパイク処理の開始から所定時間Δt2が経過していなければステップ33に進み、前回の排気の目標空気過剰率である「mλ(前回)」の値をそのまま今回の排気の目標空気過剰率mλに移すことによって、第2基本空気過剰率λ1を維持する。   Since the initial flag = 0 and the late process flag = 1 in steps 9 and 10, the process proceeds from step 2 to step 13 onward next time. In step 13, it is checked whether or not a predetermined time Δt2 has elapsed since the start of the rich spike process. If the predetermined time Δt2 has not elapsed since the start of the rich spike process, the process proceeds to step 33, and the value of “mλ (previous)”, which is the target excess air ratio of the previous exhaust, is directly used as the target air excess ratio mλ of the current exhaust. By moving, the second basic excess air ratio λ1 is maintained.

やがて、ステップ13でリッチスパイク処理の開始から所定時間Δt2が経過したときにはリッチスパイク処理を終了するためステップ19、20、21に進み、第2実施形態と同じにステップ19〜21の操作を実行する。   Eventually, when a predetermined time Δt2 has elapsed since the start of the rich spike process in step 13, the process proceeds to steps 19, 20, and 21 to end the rich spike process, and the operations of steps 19 to 21 are executed as in the second embodiment. .

このように、第3実施形態によっても、第1実施形態と同様の作用効果を奏する。さらに、第3実施形態によれば、還元剤供給量制御手段は、初期処理中(排気の空気過剰率を第1基本空気過剰率にしている間)のリアラムダ(第2空気過剰率検出手段により検出される第2空気過剰率)の変化速度により、NOxトラップ触媒15の残存酸素量を予測する第2の残存酸素量予測手段(図12のステップ2、3、41参照)を備え、リアラムダ(第2空気過剰率検出手段により検出される第2空気過剰率)がリーン側よりしきい値を横切ってリッチ側に反転したとき排気の空気過剰率を第1基本空気過剰率λ0より第2基本空気過剰率λ1に切換える場合における前記しきい値を、リアラムダの変化速度dλ/dt(第2の残存酸素量予測手段により予測される残存酸素量)に基づいて制御するしきい値制御手段であるので(図12のステップ2、3、41、42、43参照)、しきい値の制御によって後期処理中の還元剤の供給量を増やして、NOxトラップ触媒15の残存酸素を消費することが可能となり、NOx浄化率の悪化を抑制することができる。   Thus, also by 3rd Embodiment, there exists an effect similar to 1st Embodiment. Further, according to the third embodiment, the reducing agent supply amount control means is configured to perform rear lambda (during the second excess air ratio detection means) during the initial processing (while the excess air ratio of the exhaust is set to the first basic excess air ratio). A second residual oxygen amount predicting means (see steps 2, 3, and 41 in FIG. 12) for predicting the residual oxygen amount of the NOx trap catalyst 15 based on the change rate of the detected second excess air ratio) is provided. When the second excess air ratio detected by the second excess air ratio detecting means is reversed to the rich side across the threshold value from the lean side, the excess air ratio of the exhaust is changed from the first basic excess air ratio λ0 to the second basic value. Threshold control means for controlling the threshold value when switching to the excess air ratio λ1 based on the rear lambda change speed dλ / dt (the residual oxygen amount predicted by the second residual oxygen amount prediction means). So ( 12 step 2, 3, 41, 42, 43), it becomes possible to increase the supply amount of the reducing agent during the later stage treatment by controlling the threshold value, and to consume the residual oxygen of the NOx trap catalyst 15, NOx The deterioration of the purification rate can be suppressed.

第3実施形態によれば、しきい値制御手段は、初期処理中(排気の空気過剰率を第1基本空気過剰率にしている間)のリアラムダ(第2空気過剰率検出手段により検出される第2空気過剰率)の変化速度dλ/dtが相対的に小さいときには初期処理中のリアラムダの変化速度でdλ/dtが相対的に大きいときよりしきい値を小さくなる側に(リッチに)するので(図12のステップ41、42、図13参照)、負荷変動があり、初期処理中にNOxトラップ触媒15に酸素が残存することになってしまう場合であっても、しきい値の低下により後期処理中の還元剤の供給量が増量されることから、NOxトラップ触媒15の残存酸素を消費して、NOx浄化に必要な還元雰囲気にすることができる。   According to the third embodiment, the threshold control means is detected by the rear lambda (the second air excess ratio detection means) during the initial process (while the exhaust air excess ratio is set to the first basic air excess ratio). When the change rate dλ / dt of the second excess air ratio is relatively small, the threshold value is made smaller (rich) than when the change rate of the rear lambda during the initial processing is relatively large. Therefore (see steps 41 and 42 in FIG. 12, and FIG. 13), even if there is a load fluctuation and oxygen remains in the NOx trap catalyst 15 during the initial processing, Since the supply amount of the reducing agent during the latter stage treatment is increased, the residual oxygen in the NOx trap catalyst 15 can be consumed to make a reducing atmosphere necessary for NOx purification.

実施形態では、酸化触媒とNOxトラップ触媒が別体である場合で説明したが、NOxトラップ触媒に酸化触媒を含ませたものであってもかまわない。   In the embodiment, the case where the oxidation catalyst and the NOx trap catalyst are separate members has been described. However, an oxidation catalyst may be included in the NOx trap catalyst.

実施形態では、コモンレール式燃料噴射装置のみを備える場合で説明したが、酸化触媒上流の排気通路に燃料を供給する燃料添加装置を備えるものにも適用がある。   In the embodiment, the case where only the common rail type fuel injection device is provided has been described. However, the present invention may be applied to a device including a fuel addition device that supplies fuel to the exhaust passage upstream of the oxidation catalyst.

1 エンジン
5 スロットル弁
9 燃料噴射弁
15 NOxトラップ触媒
21 エンジンコントローラ
24 フロント広域空燃比センサ(第1空気過剰率検出手段)
25 リア広域空燃比センサ(第2空気過剰率検出手段)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Engine 5 Throttle valve 9 Fuel injection valve 15 NOx trap catalyst 21 Engine controller 24 Front wide area air-fuel ratio sensor (1st excess air ratio detection means)
25 Rear wide area air-fuel ratio sensor (second excess air ratio detection means)

Claims (6)

酸素雰囲気で排気中のNOxをトラップし、還元雰囲気ではトラップしていたNOxを脱離し、排気中のHCを還元剤として用いて還元・浄化するNOxトラップ触媒と、
前記NOxトラップ触媒上流の排気の空気過剰率である第1空気過剰率を検出する第1空気過剰率検出手段と、
前記NOxトラップ触媒下流の排気の空気過剰率である第2空気過剰率を検出する第2空気過剰率検出手段と、
前記NOxトラップ触媒の再生時期になったとき、初期処理中の排気の空気過剰率をリッチ側の第1基本空気過剰率にする初期処理手段と、
前記排気の空気過剰率を前記第1基本空気過剰率にした後に後期処理中の排気の空気過剰率を1.0近傍の第2基本空気過剰率にする後期処理手段と、
前記排気の空気過剰率を前記第1基本空気過剰率にしている間に前記第2空気過剰率検出手段により検出される第2空気過剰率がリーン側より1.0近傍を横切るときの第2空気過剰率の変化速度によって、前記NOxトラップ触媒の残存酸素量を予測する残存酸素量予測手段と、
前記残存酸素量予測手段により予測される残存酸素量に基づいて前記後期処理中の還元剤の供給量を制御する還元剤供給量制御手段と
を備えることを特徴とするディーゼルエンジンの排気後処理装置。
A NOx trap catalyst that traps NOx in exhaust in an oxygen atmosphere, desorbs NOx trapped in a reducing atmosphere, and reduces and purifies using HC in exhaust as a reducing agent;
First excess air ratio detecting means for detecting a first excess air ratio that is an excess air ratio of the exhaust upstream of the NOx trap catalyst;
A second excess air ratio detecting means for detecting a second excess air ratio that is an excess air ratio of exhaust downstream of the NOx trap catalyst;
Initial processing means for setting the exhaust excess air ratio during the initial processing to the first basic excess air ratio on the rich side when the regeneration timing of the NOx trap catalyst is reached;
Late processing means for setting the excess air ratio of the exhaust during the later processing after the exhaust air excess ratio to the first basic excess air ratio to a second basic air excess ratio in the vicinity of 1.0;
A second time when the second excess air ratio detected by the second excess air ratio detection means crosses the vicinity of 1.0 from the lean side while the excess air ratio of the exhaust gas is set to the first excess air ratio. A residual oxygen amount predicting means for predicting a residual oxygen amount of the NOx trap catalyst according to a change rate of the excess air ratio;
An exhaust aftertreatment device for a diesel engine, comprising: a reducing agent supply amount control means for controlling a supply amount of the reducing agent during the latter process based on the residual oxygen amount predicted by the residual oxygen amount prediction means. .
前記還元剤供給量制御手段は、
前記残存酸素量予測手段により予測される残存酸素量に基づいて前記第1基本空気過剰率より前記第2基本空気過剰率への移行速度を制御する移行速度制御手段、
前記残存酸素量予測手段により予測される残存酸素量に基づいて前記後期処理中の排気の空気過剰率を制御する空気過剰率制御手段、
前記排気の空気過剰率を前記第1基本空気過剰率にしている間の前記第2空気過剰率検出手段により検出される第2空気過剰率の変化速度により、前記NOxトラップ触媒の残存酸素量を予測する第2の残存酸素量予測手段を備え、前記第2空気過剰率検出手段により検出される第2空気過剰率がリーン側よりしきい値を横切ってリッチ側に反転したとき、排気の空気過剰率を前記第1基本空気過剰率より前記第2基本空気過剰率に切換える場合における前記しきい値を、前記第2の残存酸素量予測手段により予測される残存酸素量に基づいて制御するしきい値制御手段
のいずれか一つであることを特徴とする請求項1に記載のディーゼルエンジンの排気後処理装置。
The reducing agent supply amount control means includes:
A transition speed control means for controlling a transition speed from the first basic excess air ratio to the second basic excess air ratio based on the residual oxygen quantity predicted by the residual oxygen quantity prediction means;
An excess air ratio control means for controlling an excess air ratio of the exhaust gas during the latter process based on the remaining oxygen amount predicted by the remaining oxygen amount prediction means;
The residual oxygen amount of the NOx trap catalyst is determined by the change rate of the second excess air ratio detected by the second excess air ratio detecting means while the excess air ratio of the exhaust gas is set to the first basic excess air ratio. A second residual oxygen amount predicting means for predicting, and when the second excess air ratio detected by the second excess air ratio detecting means is reversed from the lean side to the rich side across the threshold value, the exhaust air The threshold value when the excess rate is switched from the first basic excess air rate to the second basic excess air rate is controlled based on the residual oxygen amount predicted by the second residual oxygen amount predicting means. The exhaust aftertreatment device for a diesel engine according to claim 1, wherein the exhaust aftertreatment device is a diesel engine.
前記残存酸素量予測手段は、前記リーン側より1.0近傍を横切るときの第2空気過剰率の変化速度が相対的に小さいときには前記リーン側より1.0近傍を横切るときの第2空過剰率の変化速度が相対的に大きいときより前記NOxトラップ触媒の残存酸素量が多いと予測することを特徴とする請求項1または2に記載のディーゼルエンジンの排気後処理装置。   The residual oxygen amount predicting means is configured to provide a second excess of air when the rate of change of the second excess air rate when crossing the vicinity of 1.0 from the lean side is relatively small when the rate of change of the second excess air rate is near 1.0 from the lean side. 3. The exhaust aftertreatment device for a diesel engine according to claim 1, wherein the remaining oxygen amount of the NOx trap catalyst is predicted to be larger than when the rate of change of the rate is relatively large. 前記移行速度制御手段は、前記リーン側より1.0近傍を横切るときの第2空気過剰率(リアラムダ)の変化速度が相対的に小さいときには前記リーン側より1.0近傍を横切るときの第2空過剰率の変化速度が相対的に大きいときより前記移行速度を遅くすることを特徴とする請求項2に記載のディーゼルエンジンの排気後処理装置。 The transition speed control means is configured to change the second excess air ratio (rear lambda) when crossing the vicinity of 1.0 from the lean side when the change speed of the second excess air ratio (rear lambda) is relatively small. The exhaust aftertreatment device for a diesel engine according to claim 2, wherein the transition speed is made slower than when the rate of change of the excess air ratio is relatively large. 前記空気過剰率制御手段は、前記リーン側より1.0近傍を横切るときの第2空気過剰率の変化速度が相対的に小さいときには前記リーン側より1.0近傍を横切るときの第2空過剰率の変化速度が相対的に大きいときより前記後期処理中の排気の空気過剰率を小さくなる側にすることを特徴とする請求項2に記載のディーゼルエンジンの排気後処理装置。   The excess air ratio control means is configured to provide a second excess air amount when the second excess air ratio is crossed near 1.0 from the lean side when a change rate of the second excess air ratio is relatively small when crossing near 1.0 from the lean side. 3. The exhaust aftertreatment device for a diesel engine according to claim 2, wherein the excess air ratio of the exhaust during the latter process is made smaller than when the rate of change of the rate is relatively large. 前記しきい値制御手段は、前記排気の空気過剰率を前記第1基本空気過剰率にしている間の前記第2空気過剰率検出手段により検出される第2空気過剰率の変化速度が相対的に小さいときには前記排気の空気過剰率を前記第1基本空気過剰率にしている間の前記第2空気過剰率検出手段により検出される第2空気過剰率の変化速度が相対的に大きいときより前記しきい値を小さくなる側にすることを特徴とする請求項2に記載のディーゼルエンジンの排気後処理装置。   The threshold control means is configured so that the change rate of the second excess air ratio detected by the second excess air ratio detection means while the excess air ratio of the exhaust gas is set to the first basic excess air ratio is relative. Is smaller than when the change rate of the second excess air ratio detected by the second excess air ratio detecting means is relatively large while the excess air ratio of the exhaust gas is set to the first basic excess air ratio. The exhaust aftertreatment device for a diesel engine according to claim 2, wherein the threshold value is set to a smaller side.
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