JP2014125975A - Exhaust post-treatment device of diesel engine - Google Patents
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Abstract
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、リアラムダがリーン側よりリッチ側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). With this, 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 is lost when the rear lambda is reversed from the lean side to the rich side. To do. 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.
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化する初期処理手段と、前記排気の空気過剰率をリッチ化した後に後期処理中の排気の目標空気過剰率を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リッチ化している間における前記第2空気過剰率検出手段により検出される第2空気過剰率と前記第1空気過剰率検出手段により検出される第1空気過剰率の相対値により、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初期処理中のリッチ化の程度または前記初期処理中のリッチ化の期間を制御するリッチ化程度・リッチ化期間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; an initial processing means for enriching an excess air ratio of exhaust during initial processing when the NOx trap catalyst regeneration timing is reached; and an excess air ratio of the exhaust And late processing means for setting the target excess air ratio of the exhaust during the later processing to the second basic air excess ratio in the vicinity of 1.0. 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 detection means and the first excess air ratio while the excess air ratio of the exhaust gas is further enriched. Based on the residual oxygen amount prediction means for predicting the residual oxygen amount of the NOx trap catalyst based on the relative value of the first excess air ratio detected by the detection means, and the residual oxygen amount predicted by the residual oxygen amount prediction means. And a rich degree / rich period control means for controlling the degree of enrichment during the initial process or the period of enrichment during the initial process.
本発明によれば、負荷変動により第1空気過剰率が初期処理におけるリッチ側の目標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、初期処理中のリッチ化の程度の制御によってNOxトラップ触媒の残存酸素を初期処理中に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, even if oxygen remains in the NOx trap catalyst as it is because the first excess air ratio cannot reach the target excess air ratio on the rich side in the initial process due to load fluctuations. The remaining oxygen of the NOx trap catalyst can be consumed during the initial process by controlling the degree of enrichment during the initial process, and the deterioration of the NOx purification rate can be suppressed.
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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の第1基本空気過剰率λ0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が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の第1基本空気過剰率λ0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 a case where the front lambda does not reach the first basic excess air ratio λ0 of 0.9 in the initial process due to the load fluctuation. Thus, the reason why the front lambda cannot reach the first basic excess air ratio λ0 of 0.9 is the load fluctuation immediately after the start of the rich spike processing. 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 processing can reach the first basic excess air ratio λ0 of 0.9. It ends without. 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、リアラムダがリーン側より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リーン側より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
そこで本発明の第1実施形態では、初期処理中のリアラムダとフロントラムダの相対値により、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。初期処理開始時には第1基本空気過剰率λ0を算出するので、予測した残存酸素量に基づいてこの第1基本空気過剰率λ0の補正量(初期処理中のリッチ化の程度)を制御する。ここで、リアラムダとフロントラムダの相対値とは、リアラムダとフロントラムダの差分またはリアラムダとフロントラムダの比のことである。以下では、リアラムダとフロントラムダの差分の場合で説明する。
Therefore, in the first embodiment of the present invention, the residual oxygen amounts of the
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、リーン側の値より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 t1 when the initial process is started, the front lambda (actual value) during the initial process is less than the lean side 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
後期処理では排気の目標空気過剰率を1.0近傍の第2基本空気過剰率λ1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。
In the latter process, the target excess air ratio of exhaust is set to the second basic excess air ratio λ1 in the vicinity of 1.0. As a result, the reducing agent is supplied to the
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、後期処理中の排気の目標空気過剰率を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 target excess air ratio of the exhaust gas during the later processing is set to a value slightly smaller than 1.0. .
さて、初期処理時のリアラムダとフロントラムダの差分Δλ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差分Δλ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差分Δλは相対的に小さい。つまり、差分Δλ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小さいと、差分Δλ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大きいと予測できる。
Now, the difference Δλ between the rear lambda and the front lambda at the time of the initial processing is a value for predicting the residual oxygen amount of the
ここで、初期処理の開始直後には第1基本空気過剰率λ0を追いかけて実際値としてのリアラムダ、フロントラムダが大きく変化するので、その各変化がある程度落ち着いたt21のタイミング、つまりt1より一定時間Δt1が経過したタイミングでの差分Δλを採用する。t21のタイミングは適合により定める。 Here, immediately after the start of the initial processing, the rear lambda and the front lambda as the actual values change significantly following the first basic excess air ratio λ0. Therefore, the timing of t21 when each change has settled to some extent, that is, a fixed time from t1. The difference Δλ at the timing when Δt1 has passed is adopted. The timing of t21 is determined by conformance.
このように、差分Δλによって残存酸素量を予測するとすれば、差分Δλが相対的に小さい場合に、差分Δλが相対的に大きい場合より酸化触媒14及びNOxトラップ触媒15の残存酸素量が大きいことを表す。従って、負荷変動がある(差分Δλが相対的に小さい)と判定したタイミングで、初期処理の開始時に算出した第1基本空気過剰率λ0を空気過剰率補正量を用いてリッチ側に制御してやればよい。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(差分Δλが相対的に大きい)とき、初期処理中の排気の目標空気過剰率を第1基本空気過剰率λ0に設定している。一方、図4第1段目に破線で重ねて示したように、t21で負荷変動がある(差分Δλが相対的に小さい)ことが分かったとき、第1基本空気過剰率λ0より空気過剰率補正量だけ小さい値を目標空気過剰率mλとしている。これによって、負荷変動があるときの初期処理中の目標空気過剰率と負荷変動がないときの初期処理中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初期処理中に行うことができる。初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。
Thus, if the residual oxygen amount is predicted by the difference Δλ, the residual oxygen amount of the
なお、図4第3段目〜第5段目には、後述する図5A、図5Bのフローチャートで導入している初期処理フラグ、補正フラグ、後期処理フラグの動きを示している。ここで、第3段目〜第5段目は負荷変動がないときの初期処理フラグ、補正フラグ、後期処理フラグの動きである。 The third to fifth stages in FIG. 4 show the movement of the initial process flag, correction flag, and late process flag introduced in the flowcharts of FIGS. 5A and 5B described later. Here, the third to fifth stages are movements of the initial process flag, the correction flag, and the late process flag when there is no load fluctuation.
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。各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
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
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5A、図5B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
図5A、図5B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 FIGS. 5A and 5B 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
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に進み、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
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。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。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。残存酸素を消費するため基本空気過剰率λ0は1.0より小さい値で、簡単には一定値(例えば0.9)でかまわない。ステップ6は初期処理フラグ=1として今回の処理を終了する。
In
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3よりステップ7以降へと進む。ステップ7では補正フラグ(エンジンの始動時にゼロに初期設定)をみる。ここでは、補正フラグ=0であるとしてステップ8に進み、初期処理開始タイミングからの経過時間と一定時間Δt1を比較する。ここで、一定時間Δt1は、初期処理の開始後に差分Δλを算出するタイミングを定める値で、予め定めておく。初期処理開始タイミングからの経過時間が一定時間Δt1に満たないときにはステップ9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、初期処理の開始時に算出した排気の基本空気過剰率λ0を維持する。
Since the initial processing flag is set to 1 in
初期処理開始タイミングからの経過時間が一定時間Δt1に満たない間はステップ8よりステップ9に進み、ステップ9の操作を繰り返す。やがて、初期処理開始タイミングからの経過時間が一定時間Δt1に到達したときには、初期処理開始後に差分Δλを算出するタイミングになったと判断する。このときにはステップ8よりステップ10以降に進む。
While the elapsed time from the initial process start timing is less than the predetermined time Δt1, the process proceeds from
ステップ10〜16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し、初期処理開始時に算出した第1基本目標空気過剰率λ0を、予測した残存酸素量に応じた補正量を用いて小さくなる側(リッチ側)に制御する部分である。ここでは、目標空気過剰率mλを次式により算出する。
mλ=λ0−λHOS …(1)
ただし、λ0:第1基本空気過剰率、
λHOS:空気過剰率補正量、
すなわち、第1基本空気過剰率λ0から空気過剰率補正量λHOSを差し引くことによって第1基本空気過剰率λ0を小さくなる側(リッチ側)に補正した値を排気の目標空気過剰率mλとする。
mλ = λ0−λHOS (1)
Where λ0 is the first basic excess air ratio,
λHOS: excess air ratio correction amount,
That is, a value obtained by subtracting the air excess ratio correction amount λHOS from the first basic air excess ratio λ0 to reduce the first basic air excess ratio λ0 to the smaller side (rich side) is set as the target exhaust air excess ratio mλ.
上記(1)式右辺の空気過剰率補正量λHOSを次式により算出する。 The excess air ratio correction amount λHOS on the right side of the above equation (1) is calculated by the following equation.
λHOS=λHOS0+IntHOS+TlntHOS+SVHOS
…(2)
ただし、λHOS0:空気過剰率補正量基本値、
IntHOS:インターバル補正量、
TlntHOS:触媒温度補正量、
SVHOS:空間速度補正量、
以下、各補正量を具体的に説明する。まず、ステップ10ではフロント広域空燃比センサ24により検出されるフロントラムダ、リア広域空燃比センサ25により検出されるリアラムダの差分Δλを算出する。このときのフロントラムダ、リアラムダの値は、初期処理開始タイミングから一定時間Δt1が経過したときのものである。ここでは、リアラムダの値のほうがフロントラムダの値より大きいので、リアラムダからフロントラムダを差し引いた値を差分Δλとする。差分Δλ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である。この差分Δλが相対的に小さいときには、差分Δλ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と予測する。
λHOS = λHOS0 + IntHOS + TlnntHOS + SVHOS
... (2)
However, λHOS0: air excess rate correction amount basic value,
IntHOS: interval correction amount,
TlntHOS: catalyst temperature correction amount,
SVHOS: Space velocity correction amount,
Hereinafter, each correction amount will be specifically described. First, in
ステップ11では差分Δλから図6を内容とするテーブルを検索することにより、空気過剰率補正量基本値λHOS0を算出する。図6に示したように、空気過剰率補正量基本値λHOS0は、差分Δλが所定値Δλ0を超える領域でゼロとなり、差分Δλが所定値Δλ0以下の領域では差分Δλが小さくなるほど大きくなる値である。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である差分Δλは、差分Δλが所定値Δλ0以下の領域で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残存酸素が相対的に多いことを表す。負荷変動がある(Δλが相対的に小さい)ときに負荷変動がない(Δλが相対的に大きい)ときよりλHOS0を大きくしているのは、次の理由による。すなわち、負荷変動がある(Δλが相対的に小さい)ときには、負荷変動がない(Δλが相対的に大きい)ときより触媒14、15の残存酸素が多く、残存酸素が多いほうが小さくなる側(リッチ側)への補正量を大きくする必要があるためである。
In
また、横軸の所定値Δλ0は、負荷変動がないとしたときの差分Δλで、予め適合により求めておく。そのときの差分Δλが所定値Δλ0以上であるときには、所定値Δλ0未満である(負荷変動がある)ときと異なり残存酸素が余分に生じることがなく、従って第1基本空気過剰率λ0を小さくなる側(リッチ側)に補正する必要がない。そこで、差分Δλが所定値Δλ0以上の領域では空気過剰率補正量基本値λHOS0をゼロとしている。 Further, the predetermined value Δλ0 on the horizontal axis is a difference Δλ when there is no load fluctuation and is obtained in advance by adaptation. When the difference Δλ at that time is equal to or greater than the predetermined value Δλ0, unlike the case where the difference Δλ0 is less than the predetermined value Δλ0 (there is load fluctuation), no residual oxygen is generated, and therefore the first basic excess air ratio λ0 is reduced. There is no need to correct to the side (rich side). Therefore, in the region where the difference Δλ is equal to or larger than the predetermined value Δλ0, the excess air ratio correction amount basic value λHOS0 is set to zero.
ステップ12ではリッチスパイク処理のインターバルIntから図7を内容とするテーブルを検索することによりインターバル補正量IntHOSを算出する。ここで、「リッチスパイク処理のインターバル」とは、1回のリッチスパイク処理の終了から次のリッチスパイク処理の開始までの期間のことである。また、横軸の所定値Int0は図6の空気過剰率補正量基本値λHOS0を適合したときのインターバルIntである。図7に示したように、インターバル補正量IntHOSは、インターバルIntが所定値Int0より大きい領域でプラスの値となり、インターバルIntが所定値Int0より小さい領域でマイナスの値となる。これはリッチスパイク処理のインターバルIntが所定値Int0より大きい領域で残存酸素が適合時より多く、インターバルIntが所定値Int0より小さい領域で残存酸素が適合時より少ないと考えられるためである。
In
ステップ13ではNOxトラップ触媒15の触媒温度Tlntから図8を内容とするテーブルを検索することにより触媒温度補正量TlntHOSを算出する。触媒温度Tlntは触媒温度センサ26(図1参照)により検出する。横軸の所定値Tlnt0は図6の空気過剰率補正量基本値λHOS0を適合したときの触媒温度である。図8に示したように、触媒温度補正量TlntHOSは、触媒温度Tlntが所定値Tlnt0より小さい領域でプラスの値となり、触媒温度Tlntが所定値Tlnt0より大きい領域でマイナスの値となる。これは触媒温度Tlntが所定値Tlnt0より大きい領域で残存酸素が適合時より多く脱離してくるし、所定値Tlnt0より小さい領域で残存酸素が適合時より少なく脱離してくると考えられるためである。
In
ステップ14では排気の空間速度SVから図9を内容とするテーブルを検索することにより空間速度補正量SVHOSを算出する。ここで、排気の空間速度SV[1/hour]は排気の体積流量Qexh[l/hour]をNOxトラップ触媒15の触媒容積[l]で除算することにより算出する。排気の体積流量Qexhの算出方法は公知である。図9に示したように、空間速度補正量SVHOSは、排気の空間速度SVが所定値SV0より大きい領域でプラスの値となり、排気の空間速度SVが所定値SV0より小さい領域でマイナスの値となる。これは排気の空間速度SVがSV0より大きい領域で残存酸素が適合時より多く、排気の空間速度SVが所定値SV0より小さい領域で残存酸素が適合時より少ないと考えられるためである。排気の空間速度SVが所定値SV0より小さい領域で残存酸素が適合時より少ないのは、排気の空間速度SVが小さいほうが酸素の消費が速くなるためである。
In
ステップ15では、このようにして算出した空気過剰率補正量基本値λHOS0、インターバル補正量IntHOS、触媒温度補正量TlntHOS、空間速度補正量SVHOSから次式により空気過剰率補正量λHOSを算出する。
In
λHOS=λHOS0+IntHOS+TlntHOS+SVHOS
…(3)
(3)式は上記(2)式と同じである。
λHOS = λHOS0 + IntHOS + TlnntHOS + SVHOS
... (3)
Equation (3) is the same as equation (2) above.
ステップ16では、この空気過剰率補正量λHOSと第1基本空気過剰率λ0から次式により排気の目標空気過剰率mλを算出する。
In
mλ=λ0−λHOS …(4)
(4)式は上記(1)式と同じである。ステップ17では補正フラグ=1として今回の処理を終了する。
mλ = λ0−λHOS (4)
Equation (4) is the same as equation (1) above. In
ステップ17で補正フラグ=1としたことより、次回にはステップ7より図5Bのステップ18以降へと進む。
Since the correction flag is set to 1 in
図5Bにおいてステップ18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がリーン側より1.0(理論空燃比)を横切ってリッチ側に反転したか否かをみる。リアラムダがリーン側より1.0を横切る前にはステップ19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、ステップ15で算出された排気の目標空気過剰率mλを維持する。
In FIG. 5B, in step 18, it is checked whether or not the rear lambda detected by the rear wide area air-
やがて、ステップ18で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きには初期処理より後期処理に移行させるためステップ20に進み、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、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。
Eventually, when the rear lambda crosses 1.0 from the lean side and reverses to the rich side in step 18, the process proceeds to step 20 in order to shift from the initial process to the later process, and the second basic air excess ratio is set to the target exhaust air excess ratio mλ. Set λ1. The second basic excess air ratio λ1 is a value for reducing and purifying all NOx accumulated in the
ステップ21では初期処理を終了するため初期処理フラグ=0とする。ステップ22では後期処理フラグ=1として、今回の処理を終了する。
In
ステップ21、22で初期処理フラグ=0、後期処理フラグ=1としたことより、次回には図5Aのステップ2より図5Bのステップ23以降へと進む。
Since the initial process flag = 0 and the late process flag = 1 in
図5Bにおいてステップ23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24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、ステップ20で設定した第2基本空気過剰率λ1を維持する。
In FIG. 5B, in
やがて、ステップ23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25、26、27、28に進む。ステップ25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。
Eventually, when a predetermined time Δt2 has elapsed from the start of the rich spike process in
ステップ26、27、28では補正フラグ=0、後期処理フラグ=0、再生許可フラグ=0とする。 In steps 26, 27, and 28, the correction flag = 0, the late process flag = 0, and the regeneration permission flag = 0.
図5Bのステップ28で再生許可フラグ=0としたことより、次回には図5Aのステップ1よりステップ2以降へと進むことができない。
Since the reproduction permission flag = 0 is set at step 28 in FIG. 5B, it is not possible to proceed to step 2 and subsequent steps from
図示しないフローでは、図5A、図5B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 the 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 in FIGS. 5A and 5B 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化する初期処理手段(図5Aのステップ1〜6、ステップ1〜3、7〜9参照)と、排気の空気過剰率をリッチ化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(図5Bのステップ18、20〜22、ステップ23、24参照)と、排気の空気過剰率をリッチ化している間におけるリアラムダとフロントラムダの相対値により、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5Aのステップ3、7、8、10参照)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空気過剰率補正量基本値λHOS0(初期処理中のリッチ化の程度)を制御するリッチ化程度制御手段(図5Aのステップ3、7、8、10、11、15、16、17、図5Bのステップ18、19参照)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初期処理の開始時に算出する第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、空気過剰率補正量基本値λHOS0(初期処理中のリッチ化の程度)の制御によってNOxトラップ触媒15の残存酸素を初期処理中の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
本実施形態によれば、リアラムダ(検出される第2空気過剰率)とフロントラムダ(検出される第1空気過剰率)の相対値は両者の差分Δλであり、この差分Δλに従い、差分Δλが小さいほどNOxトラップ触媒15の残存酸素量が多いと予測するので、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 the present embodiment, the relative value of the rear lambda (the detected second excess air ratio) and the front lambda (the detected first excess air ratio) is the difference Δλ between them, and the difference Δλ is in accordance with the difference Δλ. Since it is predicted that the smaller the smaller the amount of remaining oxygen in the
本実施形態によれば、リッチ化程度制御手段は、差分Δλが小さいほど空気過剰率補正量基本値λHOS0(初期処理中のリッチ化の程度)を大きくするので(図6参照)、NOxトラップ触媒15の残存酸素量の多少に拘わらず、NOxトラップ触媒15の残存酸素を消費できる。
According to the present embodiment, the enrichment degree control means increases the excess air ratio correction amount basic value λHOS0 (the degree of enrichment during the initial process) as the difference Δλ is smaller (see FIG. 6), so the NOx trap catalyst. Regardless of the amount of residual oxygen of 15, the residual oxygen of the
本実施形態によれば、空気過剰率補正量基本値λHOS0(初期処理中のリッチ化の程度)を、リッチスパイク処理のインターバルInt、NOx触媒15の触媒温度Tlnt、排気の空間速度SVの少なくとも一つによって補正するので(図5Aのステップ12〜15参照)、リッチスパイク処理のインターバルInt、NOxトラップ触媒15の触媒温度Tlnt、排気の空間速度SVが、空気過剰率補正量基本値λHOS0を適合したときのリッチスパイク処理のインターバルInt、NOxトラップ触媒15の触媒温度Tlnt、排気の空間速度SVから相違しても、空気過剰率補正量λHOS(初期処理中のリッチ化の程度)を最適に与えることができる。
According to the present embodiment, the excess air ratio correction amount basic value λHOS0 (the degree of enrichment during the initial process) is set to at least one of the interval Int of the rich spike process, the catalyst temperature Tlnt of the
(第2実施形態)
図10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10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10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. 10 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 exhaust 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. 10, 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. 10, 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.
第1実施形態では、初期処理時のリアラムダがリーン側よりリッチ側に反転するt2のタイミングで酸化触媒14及びNOxトラップ触媒15から全ての酸素が消失したと判断し、後期処理へと移行させた。実際には、リアラムダセンサ25はNOxトラップ触媒15下流の排気の酸素濃度を検出しているだけで、酸化触媒14及びNOxトラップ触媒15の残存酸素量を計測しているわけでない。そこで第2実施形態では、初期処理時にリアラムダとフロントラムダの差分Δλを積分し、その積分値がしきい値を超えたときに、酸化触媒14及びNOxトラップ触媒15から全ての酸素が消失したと判定し、後期処理へと切換える。
In the first embodiment, it is determined that all the oxygen has disappeared from the
詳述すると、図10において、初期処理時におけるリアラムダとフロントラムダの間の面積は酸化触媒14及びNOxトラップ触媒15が消失する残存酸素量を表す。ただし、初期処理開始直後でフロントラムダが急激に低下している途中にリアラムダとフロントラムダの間の面積の算出を開始するのでは、リアラムダとフロントラムダの間の面積の算出値が安定しない。このため、フロントラムダがリーン側より1.0を横後って低下し、フロントラムダがある程度安定した値となったタイミングよりリアラムダとフロントラムダの間の面積の算出を開始することで、面積の算出値を安定させることができる。
More specifically, in FIG. 10, the area between the rear lambda and the front lambda at the time of the initial processing represents the residual oxygen amount at which the
ここで、初期処理の開始後にフロントラムダが安定した値になったか否かはフロントラムダの微分値に基づいて判定する。つまり、フロント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かつフロントラムダの微分値(絶対値で扱う)がしきい値(正の値で扱う)以下となるタイミングでフロントラムダの値が安定したと判断する。フロントラムダの微分値と比較するためのしきい値は、例えば図10第2段目に示したように、フロントラムダへの接線である。このとき、フロントラムダの微分値(絶対値で扱う)がこのしきい値(正の値で扱う)以下となるタイミングはt31である。t31のタイミングも最終的には適合により定める。 Here, whether or not the front lambda has become a stable value after the start of the initial process is determined based on the differential value of the front lambda. In other words, the front lambda crosses 1.0 from the lean side and reverses to the rich side, and the front lambda differential value (handled as an absolute value) is equal to or less than the threshold value (handled as a positive value). Judge that the value is stable. The threshold value for comparison with the differential value of the front lambda is, for example, a tangent to the front lambda as shown in the second row of FIG. At this time, the timing at which the differential value of the front lambda (handled as an absolute value) is less than or equal to this threshold value (handled as a positive value) is t31. The timing of t31 is finally determined by conformity.
また、t31のタイミングを起点として、酸化触媒14及びNOxトラップ触媒15から全ての酸素が消失するときの、リアラムダとフロントラムダの間の面積は実験やシミュレーションにより予め知り知り得る。このため、t31のタイミングを起点として、酸化触媒14及びNOxトラップ触媒15から全ての酸素が消失するときの、リアラムダとフロントラムダの間の面積をしきい値として予め定めておく。一方、t31のタイミングよりリアラムダとフロントラムダの差分Δλを一定周期で積算すれば、その積算値SMΔλはリアラムダとフロントラムダの間の面積に相当する。従って、面積相当値である差分Δλの積算値SMΔλと予め定めてあるしきい値を比較し、差分Δλの積算値SMΔλがしきい値に到達するt32のタイミングで、酸化触媒14及びNOxトラップ触媒15から全ての酸素が消失したと判定できることとなる。
Further, starting from the timing of t31, the area between the rear lambda and the front lambda when all the oxygen disappears from the
図11A、図11B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5A、図5B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 FIGS. 11A and 11B 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 numbers are attached to the same parts as those in FIGS. 5A and 5B of the first embodiment.
第1実施形態の図5A、図5Bと相違する部分は図11Bのステップ31〜36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11Bにおいてステップ31、32はリアラムダとフロントラムダの間の面積を算出するタイミングになったか否かを判定する部分である。
5A and 5B of the first embodiment are
ステップ31ではフロントラムダと1.0を比較し、ステップ32ではフロントラムダの微分値Dλfとしきい値を比較する。ここで、フロントラムダは図10に示したように初期処理の開始とともに小さくなる値であるので、初期処理時のフロントラムダの微分値Dλfはマイナスの値となる。しかしながら、マイナスの値は扱いにくいので、絶対値で扱う。また、フロントラムダの微分値Dλfと比較するしきい値にも正の値を採用する。フロントラムダが1.0以下でないか、またはフロントラムダが1.0以下となってもフロントラムダの微分値Dλfがしきい値以下となっていないときには、まだリアラムダとフロントラムダの間の面積を算出するタイミングになっていないと判断する。このときにはステップ19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、図11Aのステップ15で算出された排気の目標空気過剰率を維持する。
In
一方、ステップ31、32でフロントラムダが1.0以下となりかつフロントラムダの微分値Dλfがしきい値以下となったときには、フロントラムダの値が安定した、従ってリアラムダとフロントラムダの間の面積を算出するタイミングになったと判断する。このときにはステップ33に進み、図11Aのステップ9と同様にしてフロント広域空燃比センサ24により検出されるフロントラムダ、リア広域空燃比センサ25により検出されるリアラムダの差分Δλを算出する。ここでも、リアラムダの値のほうがフロントラムダの値より大きいので、リアラムダからフロントラムダを差し引いた値を差分Δλとする。
On the other hand, when the front lambda is 1.0 or less and the front lambda differential value Dλf is less than or equal to the threshold value in
ステップ34では差分Δλの積算値SMΔλを次式により算出する。 In step 34, an integrated value SMΔλ of the difference Δλ is calculated by the following equation.
SMΔλ=SMΔλ(前回)+Δλ …(5)
ただし、SMΔλ(前回):SMΔλの前回値、
(5)式右辺の積算値の前回値であるSMΔλ(前回)の初期値にはゼロを入れておく。
SMΔλ = SMΔλ (previous) + Δλ (5)
Where SMΔλ (previous): previous value of SMΔλ,
(5) Zero is put in the initial value of SMΔλ (previous) which is the previous value of the integrated value on the right side of the equation.
ステップ35では差分Δλの積算値SMΔλとしきい値を比較する。ここで、しきい値は、リアラムダとフロントラムダの間の面積を算出するタイミングを起点として、酸化触媒14及びNOxトラップ触媒15から全ての酸素が消失するときの、リアラムダとフロントラムダの間の面積で、予め定めておく。差分Δλの積算値SMΔλがしきい値以下であるときには、酸化触媒14及びNOxトラップ触媒15から全ての酸素がまだ消失していないと判断し、ステップ19に進む。ステップ19では、前回の排気の目標空気過剰率であるλ(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、図11Aのステップ15で算出された排気の目標空気過剰率を維持する。
In step 35, the integrated value SMΔλ of the difference Δλ is compared with the threshold value. Here, the threshold value is the area between the rear lambda and the front lambda when all the oxygen disappears from the
その後もステップ33、34での差分Δλの積算を続けることで差分Δλの積算値SMΔλが増加してゆく(図10第3段目参照)。やがて差分Δλの積算値SMΔλがしきい値を超えたときには、酸化触媒14及びNOxトラップ触媒15から全ての酸素が消失したと判断し、ステップ20以降の後期処理に進む。
Thereafter, the integration value SMΔλ of the difference Δλ increases by continuing the integration of the difference Δλ in
ステップ23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第1実施形態と同じにステップ25、26、27、28の操作を実行した後、ステップ36で差分Δλの積算値SMΔλ=0とする。
When the predetermined time Δt2 has elapsed from the start of the rich spike process in
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、後期処理手段は、リアラムダ(検出される第2空気過剰率)とフロントラムダ(検出される第1空気過剰率)との差分Δλを積算(積分)し、その差分Δλの積算値SMΔλ(積分値)がしきい値を超えたときに排気の目標空気過剰率を第2基本空気過剰率λ1にするので(図11Bのステップ33、34、35、20〜22参照)、NOxトラップ触媒15の残存酸素量を正しく算出することができることから、NOxトラップ触媒15の残存酸素が全て消失したか否かの判定精度がよくなる。
Thus, also by 2nd Embodiment, there exists an effect similar to 1st Embodiment. Furthermore, according to the second embodiment, the late processing means integrates (integrates) the difference Δλ between the rear lambda (the detected second excess air ratio) and the front lambda (the detected first excess air ratio), When the integrated value SMΔλ (integrated value) of the difference Δλ exceeds the threshold value, the exhaust target air excess ratio is set to the second basic excess air ratio λ1 (steps 33, 34, 35, 20 to 20 in FIG. 11B). 22), the amount of residual oxygen in the
排気中の酸素がなくなると、リア広域空燃比センサ25により検出されるリアラムダは反転する。しかしながら、NOxトラップ触媒15に酸素が残存し、NOxトラップ触媒15から酸素がじわじわ脱離しているような事態は、リア広域空燃比センサ25によっては検出することができない。こうした事態は差分Δλを積算(積分)することで初めて評価できるのである。
When the oxygen in the exhaust is exhausted, the rear lambda detected by the rear wide area air-
第2実施形態によれば、差分Δλの積算(積分)は、フロントラムダ(検出される第1空気過剰率)が1.0以下となり、かつフロントラムダ(検出される第1空気過剰率)の微分値Dλfが予め定めたしきい値以下となってから開始するので(図11Bのステップ31、32参照)、安定した値の積算値SMΔλ(積分値)が求まることになり、NOxトラップ触媒15の残存酸素が全て消失したか否かの判定精度が向上する。
According to the second embodiment, the integration (integration) of the difference Δλ is such that the front lambda (the detected first excess air ratio) is 1.0 or less and the front lambda (the detected first excess air ratio). Since the differential value Dλf starts after it becomes equal to or less than a predetermined threshold (see
(第3実施形態)
図12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12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12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。
(Third embodiment)
FIG. 12 is a model diagram of the third embodiment showing how the front lambda and the rear lambda, which are the target exhaust excess air 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. 12, 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 dashed line. In the second row of FIG. 12, 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、負荷変動があるとき初期処理の開始時に算出した第1基本空気過剰率λ0を空気過剰率補正量を用いて小さくなる側(リッチ側)に補正することによって、酸化触媒14及びNOxトラップ触媒15の残存酸素量を全て消失させた。しかしながら、運転条件によっては、空気過剰率補正量を用いて第1基本空気過剰率λ0を小さくなる側(リッチ側)に補正することができないことがある。
In the first embodiment, the
負荷変動があるとき、第1実施形態で第1基本空気過剰率λ0を空気過剰率補正量を用いて小さくなる側に補正したのは、初期処理中におけるリアラムダとフロントラムダの間の面積を増やして、触媒14、15から全ての酸素を消失させるためであった。この場合、初期処理の開始時に算出した第1基本空気過剰率λ0はそのままで、初期処理期間を長くすることによっても、初期処理中におけるリアラムダとフロントラムダの間の面積を増やすことができる。
When the load fluctuates, the first basic excess air ratio λ0 is corrected to be smaller using the excess air ratio correction amount in the first embodiment because the area between the rear lambda and the front lambda during the initial process is increased. In order to eliminate all oxygen from the
そこで第3実施形態では、初期処理開始時には第1基本空気過剰率λ0を算出するとともに基本初期処理時間τ0を算出し、予測した残存酸素量に基づいてこの基本初期処理時間τ0の補正量(初期処理中のリッチ化の期間)を制御する。例えば、図12第1段目に実線で示したように、負荷変動がない(差分Δλが相対的に大きい)とき、初期処理中の排気の目標空気過剰率を第1基本空気過剰率λ0に、初期処理時間を基本初期処理時間τ0に設定している。一方、図12第1段目に一点鎖線で重ねて示したように、t21で負荷変動がある(差分Δλが相対的に小さい)ことが分かったとき、基本初期処理時間τ0より初期処理時間補正量だけ長い値を目標初期処理時間mτとしている。これによって、負荷変動があるときの初期処理中の目標空気過剰率と負荷変動がないときの初期処理中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12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。
Therefore, in the third embodiment, at the start of the initial process, the first basic excess air ratio λ0 is calculated and the basic initial process time τ0 is calculated, and the correction amount (initial value) of the basic initial process time τ0 is calculated based on the predicted residual oxygen amount. The period of enrichment during processing). For example, as shown by the solid line in the first stage of FIG. 12, when there is no load fluctuation (the difference Δλ is relatively large), the target excess air ratio of the exhaust during the initial process is changed to the first basic excess air ratio λ0. The initial processing time is set to the basic initial processing time τ0. On the other hand, when it is found that there is a load fluctuation (difference Δλ is relatively small) at t21 as indicated by the one-dot chain line in the first row in FIG. 12, the initial processing time is corrected from the basic initial processing time τ0. A value that is longer by the amount is set as the target initial processing time mτ. As a result, an area difference indicated by hatching is generated between the target excess air ratio during initial processing when there is a load fluctuation and the target excess air ratio during initial processing when there is no load fluctuation (FIG. 12 first). (See the steps). 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
図13A、図13B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及び目標初期処理時間mτ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5A、図5B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 FIGS. 13A and 13B is for calculating the target excess air ratio mλ and the target initial processing time mτ during the rich spike processing of the third embodiment, and is executed at regular intervals (for example, every 10 ms). . The same step numbers are attached to the same parts as those in FIGS. 5A and 5B of the first embodiment.
第1実施形態の図5A、図5Bと相違する部分は図13Aのステップ41〜46である。ただし、第3実施形態では、初期処理の開始時に算出した基本空気過剰率λ0を補正することはしないので、ステップ8と9の位置を入れ換えている。
Parts different from FIGS. 5A and 5B of the first embodiment are
第1実施形態と相違する部分を主に説明すると、図13Aにおいてステップ41〜46は、初期処理開始時に算出した基本初期処理時間τ0を、予測した残存酸素量に応じた初期処理時間補正量を用いて長くなる側に補正する部分である。ここでは、目標初期処理時間mτを次式により算出する。 The difference from the first embodiment will be mainly described. In FIG. 13A, steps 41 to 46 are performed by setting the basic initial processing time τ0 calculated at the start of the initial processing to the initial processing time correction amount according to the predicted residual oxygen amount. This is the part that is corrected to the longer side. Here, the target initial processing time mτ is calculated by the following equation.
mτ=τ0+τHOS …(6)
ただし、τ0:基本初期処理時間、
τHOS:初期処理時間補正量、
すなわち、基本初期処理時間τ0に初期処理時間補正量τHOSを加算することによって基本初期処理時間τ0を長くなる側に補正した値を目標初期処理時間mτとする。
mτ = τ0 + τHOS (6)
Where τ0: basic initial processing time,
τHOS: initial processing time correction amount,
That is, a value obtained by correcting the basic initial processing time τ0 to be longer by adding the initial processing time correction amount τHOS to the basic initial processing time τ0 is set as the target initial processing time mτ.
上記(6)式右辺の初期処理時間補正量τHOSを次式により算出する。 The initial processing time correction amount τHOS on the right side of the equation (6) is calculated by the following equation.
τHOS=τHOS0+IntHOS2+TlntHOS2+SVHOS2
…(7)
ただし、τHOS0:初期処理時間補正量基本値、
IntHOS2:インターバル補正量、
TlntHOS2:触媒温度補正量、
SVHOS2:空間速度補正量、
以下、各補正量を具体的に説明する。まず、ステップ9ではフロント広域空燃比センサ24により検出されるフロントラムダ、リア広域空燃比センサ25により検出されるリアラムダの差分Δλを算出する。このときのフロントラムダ、リアラムダの値は、初期処理開始タイミングから一定時間Δt1が経過したときのものである。ここでは、リアラムダの値のほうがフロントラムダの値より大きいので、リアラムダからフロントラムダを差し引いた値を差分Δλとする。差分Δλ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である。この差分Δλが相対的に小さいときには、差分Δλ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と予測する。
τHOS = τHOS0 + IntHOS2 + TlntHOS2 + SVHOS2
... (7)
However, τHOS0: Initial processing time correction amount basic value,
IntHOS2: interval correction amount,
T1ntHOS2: catalyst temperature correction amount,
SVHOS2: Space velocity correction amount,
Hereinafter, each correction amount will be specifically described. First, in
ステップ41では差分Δλから図14を内容とするテーブルを検索することにより、初期処理時間補正量基本値τHOS0を算出する。図14に示したように、初期処理時間補正量基本値τHOS0は、差分Δλが所定値Δλ0を超える領域でゼロとなり、差分Δλが所定値Δλ0以下の領域では差分Δλが小さくなるほど大きくなる値である。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である差分Δλは、差分Δλが所定値Δλ0以下の領域で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残存酸素が相対的に多いことを表す。負荷変動がある(Δλが相対的に小さい)ときに負荷変動がない(Δλが相対的に大きい)ときよりτHOS0を大きくしているのは、次の理由による。すなわち、負荷変動がある(Δλが相対的に大きい)ときには、負荷変動がない(Δλが相対的に大きい)ときより触媒14、15の残存酸素が多く、残存酸素が多いほうが長くする側への補正量を大きくする必要があるためである。
In
また、横軸の所定値Δλ0は、負荷変動がないとしたときの差分Δλで予め適合により求めておく。そのときの差分Δλが所定値Δλ以上であるであるときには、残存酸素が生じることがなく、従って基本初期処理時間τ0を長くする側に補正する必要がないので、差分Δλが所定値Δλ0以上の領域では初期処理時間補正量基本値τHOS0をゼロとしている。 Further, the predetermined value Δλ0 on the horizontal axis is obtained in advance by adaptation as a difference Δλ when there is no load fluctuation. When the difference Δλ at that time is equal to or larger than the predetermined value Δλ, no residual oxygen is generated, and therefore there is no need to correct the basic initial processing time τ0 to be longer, so the difference Δλ is equal to or larger than the predetermined value Δλ0. In the region, the initial processing time correction amount basic value τHOS0 is set to zero.
ステップ42ではリッチスパイク処理のインターバルIntから図15を内容とするテーブルを検索することによりインターバル補正量IntHOS2を算出する。ここで、「リッチスパイク処理のインターバル」とは、前述したように1のリッチスパイク処理の終了から次のリッチスパイク処理の開始までの期間のことである。また、横軸の所定値Int0は図14の初期処理時間補正量基本値τHOS0を適合したときのインターバルIntである。図15に示したように、インターバル補正量IntHOS2は、インターバルIntが所定値Int0より大きい領域でプラスの値となり、インターバルIntが所定値Int0より小さい領域でマイナスの値となる。これはリッチスパイク処理のインターバルIntが所定値Int0より大きい領域で残存酸素が適合時より多く、インターバルIntが所定値Int0より小さい領域で残存酸素が適合時より少ないと考えられるためである。
In
ステップ43ではNOxトラップ触媒15の触媒温度Tlntから図16を内容とするテーブルを検索することにより触媒温度補正量TlntHOS2を算出する。触媒温度Tlntは前述したように触媒温度センサ26により検出する。横軸の所定値Tlnt0は図14の初期処理時間補正量基本値τHOS0を適合したときの触媒温度である。図16に示したように、触媒温度補正量TlntHOS2は、触媒温度Tlntが所定値Tlnt0より小さい領域でプラスの値となり、触媒温度Tlntが所定値Tlnt0より大きい領域でマイナスの値となる。これは触媒温度Tlntが所定値Tlnt0より大きい領域で残存酸素が適合時より多く脱離してくるし、所定値Tlnt0より小さい領域で残存酸素が適合時より少なく脱離してくると考えられるためである。
In
ステップ44では排気の空間速度SVから図17を内容とするテーブルを検索することにより空間速度補正量SVHOS2を算出する。ここで、排気の空間速度SV[1/hour]は前述したように排気の体積流量Qexh[l/hour]をNOxトラップ触媒15の触媒容積[l]で除算することにより算出する。排気の体積流量Qexhの算出方法は公知である。図17に示したように、空間速度補正量SVHOS2は、排気の空間速度SVが所定値SV0より大きい領域でプラスの値となり、排気の空間速度SVが所定値SV0より小さい領域でマイナスの値となる。これは排気の空間速度SVが所定値SV0より大きい領域で残存酸素が適合時より多く、排気の空間速度SVが所定値SVより小さい領域で残存酸素が適合時より少ないと考えられるためである。排気の空間速度SVが所定値SV0より小さい領域で残存酸素が適合時より少ないのは、排気の空間速度SVが小さいほうが酸素の消費が速くなるためである。
In
ステップ45では、このようにして算出した初期処理時間補正量基本値τHOS0、インターバル補正量IntHOS2、触媒温度補正量TlntHOS2、空間速度補正量SVHOS2から次式により初期処理時間補正量τHOSを算出する。
In
τλHOS=τλHOS0+IntHOS2+TlntHOS2+SVHOS2
…(8)
(8)式は上記(7)式と同じである。
τλHOS = τλHOS0 + IntHOS2 + TlnntHOS2 + SVHOS2
... (8)
Expression (8) is the same as the above expression (7).
ステップ46では、この初期処理時間補正量τHOSと基本初期処理時間τ0から次式により目標初期処理時間mτを算出する。
In
mτ=τ0−τHOS …(9)
(9)式は上記(6)式と同じである。ステップ17では補正フラグ=1として今回の処理を終了する。
mτ = τ0−τHOS (9)
Expression (9) is the same as the above expression (6). In
ステップ17で補正フラグ=1としたことより、次回にはステップ7より図13Bのステップ18以降へと進む。
Since the correction flag is set to 1 in
このように第3実施形態でも、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、排気の空気過剰率をリッチ化する初期処理手段(図13Aのステップ1〜6、ステップ1〜3、7、9参照)と、前記排気の空気過剰率をリッチ化した後に排気の空気過剰率を1.0近傍にする後期処理手段(図13Bのステップ18、20〜22、ステップ23、24参照)と、排気の空気過剰率をリッチ化している間におけるリアラムダとフロントラムダの相対値により、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13Aのステップ3、7、8、10参照)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初期処理時間補正量基本値τHOS0(初期処理中のリッチ化の期間)を制御するリッチ化期間制御手段(図13Aのステップ3、7、8、10、41、45、46、17、図13Bのステップ18、19参照)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初期処理の開始時に算出する排気の基本空気過剰率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、初期処理時間補正量基本値τHOS0(初期処理中のリッチ化の期間)の制御によって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。
As described above, the third embodiment also has the same effects as the first embodiment. Furthermore, in the third embodiment, the front wide air-fuel ratio sensor 24 (first excess air) that detects the
第3実施形態によれば、リッチ化期間制御手段は、差分Δλが小さいほど初期処理時間補正量基本値τHOS0(初期処理中のリッチ化の期間)を長くするので(図14参照)、NOxトラップ触媒15の残存酸素量の多少に拘わらず、NOxトラップ触媒15の残存酸素を消費できる。
According to the third embodiment, the enrichment period control means lengthens the initial processing time correction amount basic value τHOS0 (the enrichment period during the initial process) as the difference Δλ is smaller (see FIG. 14), so the NOx trap. Regardless of the amount of residual oxygen in the
第3実施形態によれば、初期処理時間補正量基本値τHOS0(リッチ化の期間)を、リッチスパイク処理のインターバルInt、NOx触媒15の触媒温度Tlnt、排気の空間速度SVの少なくとも一つによって補正するので(図13Aのステップ42〜45参照)、リッチスパイク処理のインターバルInt、NOxトラップ触媒15の触媒温度Tlnt、排気の空間速度SVが、初期処理時間補正量基本値τHOS0を適合した時のリッチスパイク処理のインターバルInt、NOxトラップ触媒15の触媒温度Tlnt、排気の空間速度SVから相違しても、初期処理時間補正量τHOS(初期処理中のリッチ化の程度)を最適に与えることができる。
According to the third embodiment, the initial processing time correction amount basic value τHOS0 (the enrichment period) is corrected by at least one of the rich spike process interval Int, the catalyst temperature Tlnt of the
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.
第1実施形態では、リアラムダが1.0を横切ってリッチ側に反転したときに初期処理より後期処理に移行させ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、リアラムダが1.05を横切ってリッチ側に反転したときに初期処理より後期処理に移行させたり、リアラムダが0.95を横切ってリッチ側に反転したときに初期処理より後期処理に移行させたりする場合にも適用がある。このように、切換えるタイミングを1.05や0.95へとシフトさせる理由は、そうしたい要求があるためである。 In the first embodiment, the case has been described where the rear lambda crosses 1.0 and reverses to the rich side to shift from the initial process to the later process. However, the present invention is not limited to this case. For example, when the rear lambda crosses 1.05 and reverses to the rich side, the process shifts to the later process from the initial process, or when the rear lambda crosses 0.95 to the rich side, shifts to the later process from the initial process. This also applies to Thus, the reason for shifting the switching timing to 1.05 or 0.95 is that there is a request to do so.
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
25 Rear wide area air-fuel ratio sensor (second excess air ratio detection means)
Claims (6)
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化する初期処理手段と、
前記排気の空気過剰率をリッチ化した後に後期処理中の排気の目標空気過剰率を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リッチ化している間における前記第2空気過剰率検出手段により検出される第2空気過剰率と前記第1空気過剰率検出手段により検出される第1空気過剰率の相対値により、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初期処理中のリッチ化の程度または前記初期処理中のリッチ化の期間を制御するリッチ化程度・リッチ化期間制御手段と
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 enriching the excess air ratio of exhaust during initial processing when the NOx trap catalyst regeneration time comes,
Late processing means for setting the target excess air ratio of exhaust during the later processing after enriching the excess air ratio of the exhaust gas to a second basic excess air ratio in the vicinity of 1.0;
The relative ratio between the second excess air ratio detected by the second excess air ratio detection means and the first excess air ratio detected by the first excess air ratio detection means while enriching the excess air ratio of the exhaust gas. A residual oxygen amount predicting means for predicting a residual oxygen amount of the NOx trap catalyst according to a value;
Enrichment degree / riching period control means for controlling the degree of enrichment during the initial process or the period of enrichment during the initial process based on the residual oxygen quantity predicted by the residual oxygen quantity predicting means. An exhaust aftertreatment device for a diesel engine.
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