JP2017025861A - Exhaust emission control device for internal combustion engine - Google Patents

Exhaust emission control device for internal combustion engine Download PDF

Info

Publication number
JP2017025861A
JP2017025861A JP2015147741A JP2015147741A JP2017025861A JP 2017025861 A JP2017025861 A JP 2017025861A JP 2015147741 A JP2015147741 A JP 2015147741A JP 2015147741 A JP2015147741 A JP 2015147741A JP 2017025861 A JP2017025861 A JP 2017025861A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
nox
exhaust
nox catalyst
flow path
catalyst
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2015147741A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP6133940B2 (en
Inventor
祐一郎 村田
Yuichiro Murata
祐一郎 村田
和田 勝治
Katsuji Wada
勝治 和田
智子 津山
Tomoko Tsuyama
智子 津山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Honda Motor Co Ltd
Original Assignee
Honda Motor Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Honda Motor Co Ltd filed Critical Honda Motor Co Ltd
Priority to JP2015147741A priority Critical patent/JP6133940B2/en
Publication of JP2017025861A publication Critical patent/JP2017025861A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6133940B2 publication Critical patent/JP6133940B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40Engine management systems

Landscapes

  • Catalysts (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an exhaust emission control device for an internal combustion engine that can suppress a decline in exhaust emission control performance of a three-way catalyst by using a method other than reduction treatment.SOLUTION: An exhaust emission control device 2 includes: an upstream catalytic converter (three-way catalyst) 31 provided in an exhaust pipe 11 of an engine 1; an intermediate catalytic converter (NOx catalyst) 32 that is provided in the exhaust pipe 11 and has a carrier comprising zeolite and Pd supported on the carrier; an exhaust flow passage switching mechanism 34 for switching an exhaust passage between a first flow passage passing through the upstream catalytic converter 31 and bypassing the intermediate catalytic converter 32 and a second flow passage passing through both of the upstream catalytic converter 31 and the intermediate catalytic converter 32; and an ECU 6 for switching the exhaust flow passage switching mechanism 34 between the first flow passage side and the second flow passage side in accordance with a predetermined condition.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。   The present invention relates to an exhaust emission control device for an internal combustion engine.

内燃機関の排気通路には、排気中の炭化水素(HC)、一酸化炭素(CO)、及び窒素酸化物(NOx)を浄化するために三元触媒が設けられる場合がある。三元触媒は、排気中のHC及びCOを還元剤としてNOxを還元する。また三元触媒は、排気中の酸素を貯蔵する酸素貯蔵機能を有するものが用いられる。このため、減速時に内燃機関における燃料噴射を一時的に停止する燃料カットを行うと、三元触媒の酸素貯蔵量が最大となってしまい、燃料カット復帰直後の三元触媒におけるNOx浄化性能が低下する。   A three-way catalyst may be provided in the exhaust passage of the internal combustion engine in order to purify hydrocarbon (HC), carbon monoxide (CO), and nitrogen oxide (NOx) in the exhaust gas. The three-way catalyst reduces NOx using HC and CO in the exhaust as reducing agents. As the three-way catalyst, one having an oxygen storage function for storing oxygen in the exhaust gas is used. For this reason, if a fuel cut that temporarily stops fuel injection in the internal combustion engine during deceleration is performed, the oxygen storage amount of the three-way catalyst becomes the maximum, and the NOx purification performance of the three-way catalyst immediately after the fuel cut is restored is reduced. To do.

特許文献1の発明では、燃料カット復帰直後には一時的に空燃比をリッチ化し、三元触媒に貯蔵された酸素を短時間で還元処理することにより、燃料カット復帰直後における三元触媒のNOx浄化性能の低下を抑制する。   In the invention of Patent Document 1, the NOx of the three-way catalyst immediately after the fuel cut return is obtained by temporarily enriching the air-fuel ratio immediately after the fuel cut return and reducing the oxygen stored in the three-way catalyst in a short time. Reduces purification performance.

特許第5331931号公報Japanese Patent No. 5331931

しかしながら特許文献1の発明のように、リッチ化によって三元触媒の還元処理を行う場合、リッチ化におけるシフト量が過剰であるとHCやCOの排出量が増えてしまったり燃費が悪化したりするおそれがある。またシフト量が過少であるとNOxの排出を十分に抑制できない。   However, when the reduction process of the three-way catalyst is performed by enrichment as in the invention of Patent Document 1, if the shift amount in enrichment is excessive, the amount of HC and CO emissions increases or the fuel consumption deteriorates. There is a fear. If the shift amount is too small, NOx emission cannot be sufficiently suppressed.

本発明は、三元触媒における排気浄化性能の低下を還元処理以外の方法で補うことができる内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine that can compensate for a decrease in exhaust gas purification performance of a three-way catalyst by a method other than a reduction process.

(1)本発明の内燃機関(例えば、後述のエンジン1)の排気浄化装置(例えば、後述の排気浄化装置2)は、内燃機関の排気通路(例えば、後述の排気管11)に設けられた三元触媒(例えば、後述の上流触媒コンバータ31)と、前記排気通路に設けられかつゼオライトからなる担体及び当該担体に担持されたPdを有するNOx触媒(例えば、後述の中間触媒コンバータ32)と、前記内燃機関の排気流路を、前記三元触媒を通過し前記NOx触媒を迂回する第1流路と、前記三元触媒及び前記NOx触媒の両方を通過する第2流路と、で切り替える切替機構(例えば、後述の排気流路切替機構34)と、所定の条件に応じて前記切替機構を前記第1流路(例えば、後述の第1流路F1)側又は前記第2流路(例えば、後述の第2流路F2)側で切り替える排気流路制御手段(例えば、後述のECU6及び図9の処理の実行に係る手段等)と、を備えることを特徴とする。   (1) An exhaust purification device (for example, an exhaust purification device 2 to be described later) of an internal combustion engine (for example, an engine 1 to be described later) of the present invention is provided in an exhaust passage (for example, an exhaust pipe 11 to be described later) of the internal combustion engine. A three-way catalyst (for example, an upstream catalytic converter 31 described later), a NOx catalyst (for example, an intermediate catalytic converter 32 described later) provided in the exhaust passage and having a support made of zeolite and Pd supported on the support; Switching to switch the exhaust flow path of the internal combustion engine between a first flow path that passes through the three-way catalyst and bypasses the NOx catalyst, and a second flow path that passes through both the three-way catalyst and the NOx catalyst A mechanism (for example, an exhaust flow path switching mechanism 34 described later) and the switching mechanism according to a predetermined condition are arranged on the first flow path (for example, first flow path F1 described later) side or the second flow path (for example, The second flow path described later Exhaust flow path control means to switch 2) side (for example, characterized in that it comprises, means, etc.) related to execution of the processing of ECU6 and 9 below.

(2)この場合、前記排気浄化装置は、前記NOx触媒の温度を取得する触媒温度取得手段(例えば、後述の排気温度センサ36及びECU6等)と、前記NOx触媒におけるNOx吸着量を取得する吸着量取得手段(例えば、後述のECU6及び図11の処理の実行に係る手段等)と、を備え、前記排気流路制御手段は、前記取得したNOx触媒の温度及びNOx吸着量の両方又は何れかに基づいて前記切替機構を切り替えることが好ましい。   (2) In this case, the exhaust purification device has catalyst temperature acquisition means (for example, exhaust temperature sensor 36 and ECU 6 described later) for acquiring the temperature of the NOx catalyst, and adsorption for acquiring the NOx adsorption amount in the NOx catalyst. Amount acquisition means (e.g., ECU 6 described later and means for executing the processing of FIG. 11), and the exhaust flow path control means is either or both of the acquired NOx catalyst temperature and NOx adsorption amount. It is preferable to switch the switching mechanism based on the above.

(3)この場合、前記排気流路制御手段は、前記内燃機関の始動開始直後の所定期間(例えば、後述の図15中の時刻t1〜t4)には前記切替機構を前記第2流路側に設定することが好ましい。   (3) In this case, the exhaust flow path control means moves the switching mechanism to the second flow path side for a predetermined period (for example, time t1 to t4 in FIG. 15 described later) immediately after the start of the internal combustion engine. It is preferable to set.

(4)この場合、前記排気流路制御手段は、前記内燃機関における燃料噴射が一時的に停止される燃料カット期間中(例えば、後述の図16中の時刻t0〜t1)は前記切替機構を前記第1流路側に設定することが好ましい。   (4) In this case, the exhaust flow path control means activates the switching mechanism during a fuel cut period in which fuel injection in the internal combustion engine is temporarily stopped (for example, at times t0 to t1 in FIG. 16 described later). It is preferable to set on the first flow path side.

(5)この場合、前記排気流路制御手段は、前記燃料カット期間が経過した後(例えば、後述の図16中の時刻t1以降)には前記切替機構を前記第1流路側から前記第2流路側に切り替えることが好ましい。   (5) In this case, after the fuel cut period has elapsed (for example, after time t1 in FIG. 16 described later), the exhaust flow path control means moves the switching mechanism from the first flow path side to the second flow path. It is preferable to switch to the channel side.

(6)この場合、前記排気浄化装置は、前記NOx触媒の温度を所定の脱離温度より高くしかつ当該NOx触媒に流入する排気の空燃比をストイキ又はリッチにするNOx触媒再生処理を実行し、前記NOx触媒に吸着されたNOxを還元浄化する再生制御手段(例えば、後述のECU6)と、前記NOx触媒におけるNOx吸着量が所定の上限閾値を超えた場合には前記再生制御手段に前記NOx触媒再生処理の実行要求を発生する再生要求発生手段(例えば、後述のECU6及び図8の処理の実行に係る手段等)と、を備え、前記排気流路制御手段は、前記NOx触媒再生処理の実行が要求されている間は前記切替機構を前記第2流路側に設定することが好ましい。   (6) In this case, the exhaust purification device executes a NOx catalyst regeneration process for making the temperature of the NOx catalyst higher than a predetermined desorption temperature and making the air-fuel ratio of the exhaust flowing into the NOx catalyst stoichiometric or rich. A regeneration control means (for example, ECU 6 to be described later) for reducing and purifying NOx adsorbed on the NOx catalyst, and when the NOx adsorption amount in the NOx catalyst exceeds a predetermined upper limit threshold, the regeneration control means sends the NOx to the regeneration control means. Regeneration request generating means for generating a request for executing the catalyst regeneration process (for example, an ECU 6 described later and a means for executing the process of FIG. 8), and the exhaust flow path control means is configured to perform the NOx catalyst regeneration process. While the execution is requested, it is preferable to set the switching mechanism on the second flow path side.

(7)この場合、前記排気浄化装置は、前記三元触媒に流入する排気の空燃比を所定の基準よりもリッチ側へシフトさせる還元処理を実行し、前記三元触媒に貯蔵された酸素を還元する還元制御手段(例えば、後述のECU6)を備え、前記排気流路制御手段は、前記還元処理を行っている間は、前記NOx触媒の温度が所定の脱離温度よりも低い場合に前記切替機構を前記第2流路側に設定することが好ましい。   (7) In this case, the exhaust purification device executes a reduction process for shifting the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the three-way catalyst to a richer side than a predetermined reference, and the oxygen stored in the three-way catalyst is A reduction control means (for example, ECU 6 described later) for reduction is provided, and the exhaust flow path control means is configured to perform the reduction when the temperature of the NOx catalyst is lower than a predetermined desorption temperature during the reduction process. It is preferable to set the switching mechanism on the second flow path side.

(8)この場合、前記排気浄化装置は、前記NOx触媒の温度を所定の脱離温度より高くしかつ当該NOx触媒に流入する排気の空燃比をストイキ又はリッチにするNOx触媒再生処理を実行し、前記NOx触媒に吸着されたNOxを還元浄化する再生制御手段(例えば、後述のECU6)と、前記三元触媒に流入する排気の空燃比を所定の基準よりもリッチ側へシフトさせる還元処理を実行し、前記三元触媒に貯蔵された酸素を還元する還元制御手段(例えば、後述のECU6)と、を備え、前記排気流路制御手段は、前記還元処理を行っている間は、前記NOx触媒の温度が所定の脱離温度よりも低い場合又は前記NOx触媒再生処理を行っている場合に前記切替機構を前記第2流路側に設定することが好ましい。   (8) In this case, the exhaust purification device executes a NOx catalyst regeneration process for making the temperature of the NOx catalyst higher than a predetermined desorption temperature and making the air-fuel ratio of the exhaust flowing into the NOx catalyst stoichiometric or rich. A regeneration control means (for example, ECU 6 described later) for reducing and purifying NOx adsorbed on the NOx catalyst, and a reduction process for shifting the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the three-way catalyst to a richer side than a predetermined reference. Reduction control means (for example, ECU 6 to be described later) that executes and reduces oxygen stored in the three-way catalyst, and the exhaust flow path control means performs the NOx during the reduction process. It is preferable that the switching mechanism is set on the second flow path side when the temperature of the catalyst is lower than a predetermined desorption temperature or when the NOx catalyst regeneration process is performed.

(9)この場合、前記還元制御手段は、前記切替機構が前記第2流路側に設定されている場合には、前記第1流路側に設定されている場合よりも前記還元処理の実行時における排気の空燃比のリッチ側へのシフト量を小さくすることが好ましい。   (9) In this case, when the switching mechanism is set on the second flow path side, the reduction control means is more effective at the time of execution of the reduction process than when set on the first flow path side. It is preferable to reduce the shift amount of the exhaust air-fuel ratio to the rich side.

(1)本発明では、内燃機関の排気が通流し得る排気通路に、三元触媒と、ゼオライトからなる担体及びこの担体に担持されたPdを有するNOx触媒との2種の触媒を設ける。このNOx触媒は、低温時にNOxを吸着し、吸着したNOxを高温時に脱離する特性を有する。また本発明では、切替機構を用いることによって、三元触媒を通過しNOx触媒を迂回する第1流路と、三元触媒及びNOx触媒の両方を通過する第2流路との2つの排気流路を設定し、所定の条件に応じて第1流路と第2流路とを切り替える。これにより、例えば三元触媒で十分なNOx浄化性能を発揮できるような場合には切替機構を第1流路側に設定することにより、三元触媒のNOx浄化性能を十分に生かしながら、NOx触媒の劣化を抑制することができる。また、例えば上述のような燃料カット復帰直後であって三元触媒のNOx浄化性能が不十分であるような場合には、切替機構を第2流路側に設定することにより、三元触媒で浄化できなかったNOxをNOx触媒に吸着させておくことができるので、排気浄化装置全体でのNOx浄化性能の低下を抑制できる。   (1) In the present invention, two types of catalysts, a three-way catalyst, a support made of zeolite, and a NOx catalyst having Pd supported on the support, are provided in an exhaust passage through which the exhaust gas of the internal combustion engine can flow. This NOx catalyst has a characteristic of adsorbing NOx at a low temperature and desorbing the adsorbed NOx at a high temperature. Further, in the present invention, by using the switching mechanism, two exhaust flows of the first flow path that passes through the three-way catalyst and bypasses the NOx catalyst, and the second flow path that passes through both the three-way catalyst and the NOx catalyst. A path is set and the first flow path and the second flow path are switched according to a predetermined condition. Thus, for example, when a three-way catalyst can exhibit a sufficient NOx purification performance, the switching mechanism is set to the first flow path side, so that the NOx catalyst is fully utilized while making full use of the NOx purification performance of the three-way catalyst. Deterioration can be suppressed. Further, for example, when the NOx purification performance of the three-way catalyst is insufficient immediately after the fuel cut recovery as described above, the switching mechanism is set to the second flow path side to purify with the three-way catalyst. Since the NOx that could not be made can be adsorbed to the NOx catalyst, it is possible to suppress a decrease in the NOx purification performance of the entire exhaust purification device.

なお、上述のように2つの排気流路を設定した場合、NOx触媒は間欠的に排気に晒されることとなるため、その温度は三元触媒よりも低くなる傾向がある。このため、排気流路を第1流路から第2流路へ切り替えた直後には、NOx触媒が低温であることに起因して排気浄化装置全体でのNOx浄化性能が一時的に低下することが懸念される。しかしながら上述のようなNOx触媒は、エンジンの始動直後のような三元触媒が活性化する前の低温環境でもNOxを吸着する機能を発揮する。このため、排気流路を第1流路から第2流路に切り替えた直後から、三元触媒で浄化できなかったNOxをNOx触媒で吸着できるので、このNOxが排気浄化装置の外へ排出されるのを防止できる。   Note that when two exhaust passages are set as described above, the NOx catalyst is intermittently exposed to the exhaust gas, and therefore the temperature tends to be lower than that of the three-way catalyst. For this reason, immediately after switching the exhaust flow path from the first flow path to the second flow path, the NOx purification performance of the entire exhaust purification device temporarily decreases due to the low temperature of the NOx catalyst. Is concerned. However, the NOx catalyst as described above exhibits a function of adsorbing NOx even in a low-temperature environment before the three-way catalyst is activated, such as immediately after the engine is started. Therefore, immediately after switching the exhaust flow path from the first flow path to the second flow path, NOx that could not be purified by the three-way catalyst can be adsorbed by the NOx catalyst, so this NOx is discharged out of the exhaust purification device. Can be prevented.

(2)NOx触媒のNOx浄化性能は、その温度やNOx吸着量によって変化する。本発明では、NOx触媒の温度やNOx吸着量を取得し、これらの両方又は何れかに基づいて切替機構を切り替えることにより、NOx触媒の性能が生かされるような適切なタイミングで排気流路を切り替えることができる。   (2) The NOx purification performance of the NOx catalyst varies depending on the temperature and the NOx adsorption amount. In the present invention, the temperature of the NOx catalyst and the NOx adsorption amount are acquired, and the switching mechanism is switched based on either or both of them to switch the exhaust flow path at an appropriate timing so that the performance of the NOx catalyst is utilized. be able to.

(3)上述のようにNOx触媒は三元触媒が活性に達する前の低温でNOxを吸着する機能を発揮する。本発明では、内燃機関の始動開始直後の所定期間には、切替機構を第2流路側に設定し、三元触媒及びNOx触媒の両方に排気を通流させることにより、活性に達する前の三元触媒から排出されるNOxをNOx触媒で吸着しておくことができる。   (3) As described above, the NOx catalyst exhibits a function of adsorbing NOx at a low temperature before the three-way catalyst reaches its activity. In the present invention, in a predetermined period immediately after the start of the internal combustion engine, the switching mechanism is set on the second flow path side, and exhaust is passed through both the three-way catalyst and the NOx catalyst, so that the three before the activation is reached. NOx discharged from the original catalyst can be adsorbed by the NOx catalyst.

(4)本発明では、燃料カット期間中は切替機構を第1流路側に設定し、排気流路を流れる高温の空気がNOx触媒に流入しないようにする。これによりNOx触媒の温度をNOxの吸着が可能な低温域に維持することができるので、燃料カット期間中にNOx触媒からNOxが脱離してしまうのを防止できる。またNOx触媒への熱負荷を低減できるので、その劣化も抑制できる。   (4) In the present invention, the switching mechanism is set to the first flow path side during the fuel cut period so that the high-temperature air flowing through the exhaust flow path does not flow into the NOx catalyst. As a result, the temperature of the NOx catalyst can be maintained in a low temperature range where NOx can be adsorbed, so that NOx can be prevented from being desorbed from the NOx catalyst during the fuel cut period. In addition, since the heat load on the NOx catalyst can be reduced, deterioration thereof can also be suppressed.

(5)本発明では、燃料カット期間が経過した後には、切替機構を第1流路側から第2流路側に切り替え、三元触媒とNOx触媒との両方に排気を通流させる。上述のように燃料カット期間中は三元触媒を空気が流れるため、燃料カット期間が経過した直後は酸素貯蔵量が最大となっており、そのNOx浄化性能が低下している。本発明では、燃料カット期間が経過した後は三元触媒とNOx触媒との両方に排気を通流させることにより、三元触媒で還元しきれなかったNOxをNOx触媒で吸着させることができる。なお、上述のように燃料カット期間中はNOx触媒に高温の空気を通流させないようにしていることから、NOx触媒の温度は低温に維持されているため、燃料カット期間の終了直後からNOx吸着機能を発揮できる。   (5) In the present invention, after the fuel cut period has elapsed, the switching mechanism is switched from the first flow path side to the second flow path side, and the exhaust gas is allowed to flow through both the three-way catalyst and the NOx catalyst. Since the air flows through the three-way catalyst during the fuel cut period as described above, the oxygen storage amount becomes maximum immediately after the fuel cut period elapses, and the NOx purification performance is degraded. In the present invention, after the fuel cut period has elapsed, exhaust gas is allowed to flow through both the three-way catalyst and the NOx catalyst, so that NOx that could not be reduced by the three-way catalyst can be adsorbed by the NOx catalyst. Since the high temperature air is not allowed to flow through the NOx catalyst during the fuel cut period as described above, the temperature of the NOx catalyst is maintained at a low temperature. Therefore, the NOx adsorption is performed immediately after the end of the fuel cut period. The function can be demonstrated.

(6)NOx触媒は、NOx吸着量が増加するほどそのNOx吸着機能が低下する。そこで本発明では、NOx触媒におけるNOx吸着量が所定の上限閾値を超えた場合には、NOx触媒再生処理の実行を要求する。また本発明では、NOx触媒再生処理の実行が要求されている間は、切替機構を第2流路側に設定する。NOx触媒再生処理とは、NOx触媒の温度を脱離温度よりも高くしかつ空燃比をストイキ又はリッチにすることにより、NOx触媒に吸着されていたNOxを脱離させるとともに、これを還元浄化する処理である。これにより、NOx触媒のNOx浄化性能を高く維持することができる。   (6) The NOx adsorption function of the NOx catalyst decreases as the NOx adsorption amount increases. Therefore, in the present invention, when the NOx adsorption amount in the NOx catalyst exceeds a predetermined upper limit threshold, execution of the NOx catalyst regeneration process is requested. In the present invention, while the execution of the NOx catalyst regeneration process is requested, the switching mechanism is set on the second flow path side. The NOx catalyst regeneration process is to remove NOx adsorbed on the NOx catalyst and reduce and purify it by making the temperature of the NOx catalyst higher than the desorption temperature and making the air-fuel ratio stoichiometric or rich. It is processing. Thereby, the NOx purification performance of the NOx catalyst can be maintained high.

(7)三元触媒は、酸素貯蔵量が増加するほどそのNOx浄化性能が低下する。このため、空燃比を所定の基準よりもリッチ側へシフトさせる還元処理を適宜行うことにより、三元触媒に貯蔵された酸素を還元する。上述のようにこのような還元処理を行っている間は、三元触媒で浄化しきれなかったNOxが排出されるため、切替機構を第2流路側にし、この未浄化のNOxをNOx触媒で吸着させることが好ましい。しかしながら、NOx触媒の温度が所定の脱離温度よりも高い状態で、このNOx触媒に排気を通流させると、NOx触媒からは多くのNOxが脱離してしまい、排気浄化装置全体でのNOx浄化性能が低下してしまう場合がある。そこで本発明では、還元処理を行っている間は、NOx触媒の温度が脱離温度よりも低い場合に切替機構を第2流路側に設定することにより、三元触媒の還元処理を行っている間における排気浄化装置全体でのNOx浄化性能の低下を抑制することができる。   (7) The NOx purification performance of the three-way catalyst decreases as the oxygen storage amount increases. For this reason, oxygen stored in the three-way catalyst is reduced by appropriately performing a reduction process for shifting the air-fuel ratio to a richer side than a predetermined reference. During the reduction process as described above, NOx that could not be purified by the three-way catalyst is discharged, so the switching mechanism is set to the second flow path side, and this unpurified NOx is converted by the NOx catalyst. Adsorption is preferred. However, if exhaust gas is passed through the NOx catalyst in a state where the temperature of the NOx catalyst is higher than the predetermined desorption temperature, a large amount of NOx is desorbed from the NOx catalyst, and NOx purification in the entire exhaust purification device Performance may be degraded. Therefore, in the present invention, during the reduction process, when the temperature of the NOx catalyst is lower than the desorption temperature, the three-way catalyst is reduced by setting the switching mechanism to the second flow path side. It is possible to suppress a decrease in the NOx purification performance of the entire exhaust gas purification apparatus.

(8)本発明では、三元触媒の還元処理を行っている間は、NOx触媒の温度が脱離温度よりも低い場合又は還元処理と並行してNOx触媒再生処理を行っている場合に切替機構を第2流路側に設定する。これにより、三元触媒の還元処理を行っている間における排気浄化装置全体でのNOx浄化性能の低下を抑制できる。また、三元触媒の還元処理と、NOx触媒のNOx触媒再生処理とを同時に行うことができる。   (8) In the present invention, during the reduction process of the three-way catalyst, switching is performed when the temperature of the NOx catalyst is lower than the desorption temperature or when the NOx catalyst regeneration process is performed in parallel with the reduction process. The mechanism is set on the second flow path side. Thereby, it is possible to suppress a decrease in the NOx purification performance of the entire exhaust gas purification apparatus during the reduction process of the three-way catalyst. Further, the reduction process of the three-way catalyst and the NOx catalyst regeneration process of the NOx catalyst can be performed simultaneously.

(9)本発明では、切替機構が第2流路側に設定されている場合には、第1流路側に設定されている場合よりも還元処理の実行時における排気の空燃比のリッチ側へのシフト量を小さくする。切替機構が第2流路側に設定されている場合、排気は三元触媒とNOx触媒との両方を通流するため、三元触媒のNOx浄化性能の低下はNOx触媒で補われる。このため、急いで三元触媒のNOx浄化性能を回復させるべく、リッチ側へのシフト量を多くする必要がない。本発明では、切替機構が第2流路側に設定されている場合には、第1流路側に設定されている場合よりもリッチ側へのシフト量を小さくすることにより、排気浄化装置全体でのNOx浄化性能の低下を抑制しつつ、HCやCOの排出を防止しかつ不必要な燃料の消費を抑制できる。   (9) In the present invention, when the switching mechanism is set on the second flow path side, the exhaust air-fuel ratio to the rich side at the time of execution of the reduction process is more than when the switching mechanism is set on the first flow path side. Reduce the shift amount. When the switching mechanism is set on the second flow path side, the exhaust flows through both the three-way catalyst and the NOx catalyst, so that the decrease in the NOx purification performance of the three-way catalyst is compensated by the NOx catalyst. For this reason, it is not necessary to increase the amount of shift to the rich side in order to quickly recover the NOx purification performance of the three-way catalyst. In the present invention, when the switching mechanism is set on the second flow path side, the shift amount to the rich side is made smaller than in the case where the switching mechanism is set on the first flow path side. While suppressing a decrease in NOx purification performance, it is possible to prevent HC and CO emissions and suppress unnecessary fuel consumption.

本発明の一実施形態に係るエンジン及びその排気浄化装置の構成を示す図である。1 is a diagram illustrating a configuration of an engine and an exhaust purification device thereof according to an embodiment of the present invention. NOx触媒におけるNOxの吸着、脱離挙動を示す図である。It is a figure which shows the adsorption | suction and desorption behavior of NOx in a NOx catalyst. NOx触媒におけるNOxの吸着量と脱離量とを比較する図である。It is a figure which compares the adsorption amount and desorption amount of NOx in a NOx catalyst. NOx触媒におけるNOxの吸着量と熱劣化との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the adsorption amount of NOx in a NOx catalyst, and thermal degradation. NOx触媒におけるNOxの吸着量と温度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the adsorption amount of NOx in a NOx catalyst, and temperature. NOx触媒におけるNOxの吸着量と酸素濃度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the adsorption amount of NOx in a NOx catalyst, and oxygen concentration. NOx触媒の下流側におけるNOx濃度とNOx触媒の温度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between NOx density | concentration in the downstream of a NOx catalyst, and the temperature of a NOx catalyst. NOx触媒の再生要求を発生するタイミングを決定する手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure which determines the timing which generate | occur | produces the regeneration request | requirement of a NOx catalyst. 排気流路を設定する手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure which sets an exhaust flow path. 最大貯蔵量の推定値を用いて弱リッチ時補正係数の値を決定するマップの一例である。It is an example of the map which determines the value of the correction coefficient at the time of weak rich using the estimated value of the maximum storage amount. NOx触媒におけるNOx吸着量の推定値を算出する手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure which calculates the estimated value of the NOx adsorption amount in a NOx catalyst. NOx吸着率を算出するマップの一例である。It is an example of the map which calculates NOx adsorption rate. NOx吸着率の補正係数を算出するマップの一例である。It is an example of the map which calculates the correction coefficient of NOx adsorption rate. 脱離量を算出するマップの一例である。It is an example of the map which calculates desorption amount. 上記実施形態に係る排気浄化装置のエンジンの始動直後の動作例を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows the operation example immediately after starting of the engine of the exhaust gas purification apparatus which concerns on the said embodiment. 上記実施形態に係る排気浄化装置の燃料カット直後の動作例を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows the operation example immediately after the fuel cut of the exhaust gas purification apparatus which concerns on the said embodiment.

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。
図1は、本実施形態に係る内燃機関(以下、「エンジン」という)1及びその排気を浄化する排気浄化装置2の構成を示す図である。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an internal combustion engine (hereinafter referred to as “engine”) 1 and an exhaust purification device 2 for purifying exhaust thereof according to the present embodiment.

エンジン1は、燃焼空燃比をストイキよりもリーンとする所謂リーン燃焼を基本としたもの、より具体的にはディーゼルエンジンやリーンバーンガソリンエンジンなどである。エンジン1には、各シリンダに燃料を噴射する燃料噴射弁17が設けられている。この燃料噴射弁17を駆動するアクチュエータは、ECU6に電磁的に接続されている。ECU6は、後に説明する燃料噴射制御の下で燃料噴射弁17からの燃料噴射量や燃料噴射時期を決定し、これが実現されるように燃料噴射弁17を駆動する。   The engine 1 is based on so-called lean combustion in which the combustion air-fuel ratio is leaner than stoichiometric, more specifically, a diesel engine, a lean burn gasoline engine, or the like. The engine 1 is provided with a fuel injection valve 17 that injects fuel into each cylinder. The actuator that drives the fuel injection valve 17 is electromagnetically connected to the ECU 6. The ECU 6 determines the fuel injection amount and fuel injection timing from the fuel injection valve 17 under fuel injection control described later, and drives the fuel injection valve 17 so as to realize this.

排気浄化装置3は、それぞれ排気管11に設けられた上流触媒コンバータ31、中間触媒コンバータ32、下流触媒コンバータ33、排気流路切替機構34、空燃比センサ35及び排気温度センサ36を含んで構成される。   The exhaust purification device 3 includes an upstream catalytic converter 31, an intermediate catalytic converter 32, a downstream catalytic converter 33, an exhaust flow path switching mechanism 34, an air-fuel ratio sensor 35, and an exhaust temperature sensor 36, which are provided in the exhaust pipe 11, respectively. The

上流触媒コンバータ31及び下流触媒コンバータ33は、それぞれ、フロースルー型のハニカム構造体を基材として、この基材に三元触媒を担持して構成される。三元触媒では、ストイキ空燃比の排気の下においては、三元浄化反応、すなわちHC及びCOの酸化反応とNOxの還元反応とが同時に進行する。また三元触媒では、リーン空燃比の排気の下においては、HC及びCOの酸化反応が進行する。   The upstream catalytic converter 31 and the downstream catalytic converter 33 are each configured by supporting a three-way catalyst on a base material of a flow-through type honeycomb structure. In a three-way catalyst, under a stoichiometric exhaust ratio, a three-way purification reaction, that is, an oxidation reaction of HC and CO and a reduction reaction of NOx proceed simultaneously. In the three-way catalyst, the oxidation reaction of HC and CO proceeds under a lean air-fuel ratio exhaust.

中間触媒コンバータ32は、排気管11のうち上流触媒コンバータ31と下流触媒コンバータ33との間に設けられる。中間触媒コンバータ32は、フロースルー型のハニカム構造体を基材として、この基材にNOx触媒を担持して構成される。NOx触媒は、ゼオライトからなる担体と、この担体に担持されたPdと、を含んで構成される。このNOx触媒は、例えばエンジン1の始動直後の比較的低温の条件下(より具体的には、例えば上流触媒コンバータ31の三元触媒が活性温度に達する前)において、三元触媒で浄化しきれなかったNOxを吸着し、還元浄化する機能を有する。   The intermediate catalytic converter 32 is provided between the upstream catalytic converter 31 and the downstream catalytic converter 33 in the exhaust pipe 11. The intermediate catalytic converter 32 has a flow-through honeycomb structure as a base material, and a NOx catalyst is supported on the base material. The NOx catalyst includes a support made of zeolite and Pd supported on the support. This NOx catalyst can be completely purified by the three-way catalyst, for example, under relatively low temperature conditions immediately after the engine 1 is started (more specifically, for example, before the three-way catalyst of the upstream catalytic converter 31 reaches the activation temperature). It has the function of adsorbing and reducing and purifying NOx that was not present.

上記NOx触媒のゼオライトは、ストイキ又はリッチ空燃比の排気の下において、排気中に含まれるHCを低温条件下でその骨格中の細孔内に取り込んで吸着し、吸着したHCを高温条件下で脱離する特性を有する。HCの脱離が開始されるHC脱離温度は、後述するPdからNOxが脱離し始めるNOx脱離温度とほぼ等しい。   The zeolite of the NOx catalyst, under stoichiometric or rich air-fuel ratio exhaust, takes and adsorbs HC contained in the exhaust into the pores in the skeleton under low temperature conditions, and adsorbs the adsorbed HC under high temperature conditions. Has the property of desorption. The HC desorption temperature at which HC desorption starts is substantially equal to the NOx desorption temperature at which NOx begins to desorb from Pd described later.

ゼオライトとしては、ZSM−5、フェリエライト、モルデナイト、Y型ゼオライト、ベータ型ゼオライト、CHA型ゼオライトが挙げられる。本実施形態では、これらのうち何れかを単独で用いてもよいし、複数を併用してもよい。このようなゼオライトにPdを担持させることにより、優れたNOx吸着性能が発現する。   Zeolite includes ZSM-5, ferrierite, mordenite, Y-type zeolite, beta-type zeolite, and CHA-type zeolite. In the present embodiment, any of these may be used alone, or a plurality of them may be used in combination. By supporting Pd on such a zeolite, excellent NOx adsorption performance is exhibited.

ここで、通常、ゼオライトは、NOとして供給されたNOxをその細孔内に吸着する特性を有する。そのため、主として排気中のNOxを構成するNOをNOに変換するためには、排気をリーンにし、高酸素濃度かつ高温雰囲気下にし、さらにPt等の活性種が必要となる。これに対して、本実施形態のNOx触媒は、担体のゼオライトにPdを担持させることで、低温条件下で排気の空燃比がストイキ又はリッチのときにおいても優れたNOx吸着性能を発揮する。その理由は次の通りである。 Here, usually, zeolite has a characteristic of adsorbing NOx supplied as NO 2 in its pores. Therefore, in order to convert NO, which mainly constitutes NOx in the exhaust gas, to NO 2 , the exhaust gas is made lean, has a high oxygen concentration and a high temperature atmosphere, and further requires active species such as Pt. On the other hand, the NOx catalyst of this embodiment exhibits excellent NOx adsorption performance even when the air-fuel ratio of the exhaust is stoichiometric or rich under low temperature conditions by supporting Pd on the support zeolite. The reason is as follows.

すなわち、NOx触媒では、Pdは、ゼオライトを構成するAl、Si及びOのうち、酸点であるAlの近傍に配置される。そのため、Pdは、Alとの相互作用によって電子状態が変化し、2価のPd2+として存在する。この2価のPd2+は、従来のゼオライトのNOx吸着とは異なり、NOを酸化してNOとするまでもなくNOをそのまま吸着する特性を有する。これにより、NOx触媒は、低温条件下で排気の空燃比がストイキ又はリッチのときにおいても、優れたNOx吸着性能が得られるようになっている。 That is, in the NOx catalyst, Pd is arranged in the vicinity of Al which is an acid point among Al, Si and O constituting the zeolite. Therefore, Pd is present as divalent Pd 2+ because its electronic state is changed by the interaction with Al. Unlike the conventional NOx adsorption of zeolite, this divalent Pd 2+ has a characteristic of adsorbing NO as it is without oxidizing NO to NO 2 . As a result, the NOx catalyst can obtain excellent NOx adsorption performance even when the air-fuel ratio of the exhaust is stoichiometric or rich under low temperature conditions.

NOx触媒全体に対するPdの含有量は、0.01〜10質量%であることが好ましい。Pdの含有量がこの範囲内であれば、優れたNOx吸着性能が得られる。より好ましい含有量は、0.1〜3質量%である。   The content of Pd with respect to the entire NOx catalyst is preferably 0.01 to 10% by mass. If the content of Pd is within this range, excellent NOx adsorption performance can be obtained. A more preferable content is 0.1 to 3% by mass.

またNOx触媒としては、上述のようにゼオライトからなる担体にPdを担持したものに限らない。上記Pdに加えて、Fe、Ce、Pr、Sr、Ba、La、Ga、In及びMnからなる群より選択される少なくとも1種の添加元素をゼオライトに共担持させてもよい。すなわち、Pdの間に、Ce、Pr、Sr、Ba、La、Ga、In及びMnからなる群より選択される少なくとも1種の添加元素が介在することで、2価のPd2+が0価のPdに還元されるのが抑制されるとともに、Pdの移動及び凝集が抑制されるため、Pdの分散性の悪化が抑制される。したがって、このようなNOx触媒によれば、優れたNOx吸着性能が維持され、低酸素濃度雰囲気における耐熱性が向上する。 Further, the NOx catalyst is not limited to a catalyst in which Pd is supported on a support made of zeolite as described above. In addition to the above Pd, at least one additive element selected from the group consisting of Fe, Ce, Pr, Sr, Ba, La, Ga, In and Mn may be co-supported on the zeolite. That is, at least one additive element selected from the group consisting of Ce, Pr, Sr, Ba, La, Ga, In, and Mn is interposed between Pd, so that divalent Pd 2+ is zero-valent. Reduction to Pd 0 is suppressed, and movement and aggregation of Pd are suppressed, so that deterioration of dispersibility of Pd is suppressed. Therefore, according to such a NOx catalyst, excellent NOx adsorption performance is maintained, and heat resistance in a low oxygen concentration atmosphere is improved.

図2は、上記NOx触媒におけるNOxの吸着、脱離挙動を示す図である。この図2は、下記に示すような組成のモデルガスをNOx触媒に供給し、NOx触媒を酸素過剰雰囲気(酸素過剰率λ=2)に維持しながら、NOx触媒に流入するガスのNOx濃度及びNOx触媒の温度を変化させた場合における、NOx触媒から流出するガスのNOx濃度を示す。図2中、横軸は時間(秒)であり、右縦軸はNOx触媒の温度[℃]であり、左縦軸はNOx濃度[ppm]である。   FIG. 2 is a diagram showing NOx adsorption and desorption behavior in the NOx catalyst. This FIG. 2 shows that the model gas having the composition shown below is supplied to the NOx catalyst, and the NOx concentration of the gas flowing into the NOx catalyst and the NOx catalyst are maintained in an oxygen-excess atmosphere (oxygen excess ratio λ = 2). The NOx concentration of the gas flowing out from the NOx catalyst when the temperature of the NOx catalyst is changed is shown. In FIG. 2, the horizontal axis represents time (seconds), the right vertical axis represents the temperature of the NOx catalyst [° C.], and the left vertical axis represents the NOx concentration [ppm].

モデルガスは、COを1000ppmで一定とし、Oを0.1%で一定とし、NOを所定の態様で変化させるとともに、Nをバランスガスとすることで全体の酸素過剰率λ=2とした。ここで、NOx触媒に流入するモデルガスのNOx濃度は、図2において破線で示すように、モデルガスの供給開始から約200秒を経過するまでの間では0より大きな所定値とし、これ以降は0とした。またNOx触媒の温度は、図2において一点鎖線で示すようにモデルガスの供給開始から約1200秒を経過するまでの間では約50℃で一定とし、約1200秒を経過した後は約500℃に達するまで徐々に上昇させた。なお約400〜1000秒までの間ではNOx濃度やNOx触媒の温度等にほとんど変化がないため、図2ではこれらの間の図示を省略する。 In the model gas, CO is constant at 1000 ppm, O 2 is constant at 0.1%, NO is changed in a predetermined manner, and N 2 is used as a balance gas, so that the total oxygen excess ratio λ = 2. did. Here, the NOx concentration of the model gas flowing into the NOx catalyst is set to a predetermined value larger than 0 until about 200 seconds have elapsed from the start of supply of the model gas, as indicated by a broken line in FIG. 0. Further, the temperature of the NOx catalyst is constant at about 50 ° C. until about 1200 seconds from the start of supply of the model gas, as shown by a one-dot chain line in FIG. 2, and about 500 ° C. after about 1200 seconds. Gradually increased until it reached. In addition, since there is almost no change in the NOx concentration, the temperature of the NOx catalyst, etc. between about 400 and 1000 seconds, the illustration between these is omitted in FIG.

図2に示すように、NOx触媒が50℃の低温の状態でかつNOxを含むモデルガスをNOx触媒に供給し始めてから約200秒経過するまでの間では、NOx触媒から流出するガスのNOx濃度(実線)はNOx触媒に流入するガスのNOx濃度(破線)よりも低い。特に、モデルガスの供給を開始した直後(0〜100秒程度)においては、NOx触媒から流出する排気中のNOx濃度はほぼ0ppmである。これは、NOx触媒に流入するガス中に含まれるNOx(NO)のほぼ全てがNOx触媒に吸着されていることを意味する。この結果から、中間触媒コンバータのNOx触媒は、上流触媒コンバータの三元触媒が活性に達する前の50℃の低温条件下においてNOx(NO)を効率良く吸着可能であることが分かる。   As shown in FIG. 2, the NOx concentration of the gas flowing out from the NOx catalyst is about 200 seconds after the NOx catalyst is in a low temperature state of 50 ° C. and the model gas containing NOx starts to be supplied to the NOx catalyst. (Solid line) is lower than the NOx concentration (broken line) of the gas flowing into the NOx catalyst. In particular, immediately after the supply of the model gas is started (about 0 to 100 seconds), the NOx concentration in the exhaust gas flowing out from the NOx catalyst is approximately 0 ppm. This means that almost all NOx (NO) contained in the gas flowing into the NOx catalyst is adsorbed by the NOx catalyst. This result shows that the NOx catalyst of the intermediate catalytic converter can efficiently adsorb NOx (NO) under the low temperature condition of 50 ° C. before the three-way catalyst of the upstream catalytic converter reaches the activity.

モデルガスの供給を開始してから約200秒が経過するまでの間において、NOx触媒から流出するガス中のNOx濃度は徐々に上昇し、NOx触媒に流入するガスのNOx濃度とほぼ同等になる(図2中の200秒付近を参照)。これは、NOx触媒で吸着できるNOxの量には限界があり、またNOx触媒に吸着されているNOx量がこの限界量に近付くにつれてNOxが吸着しにくくなる(NOx吸着率の低下)ことを意味する。すなわち、約200秒が経過した時点では、NOx触媒にはほぼ限界量に近い量のNOxが吸着されている。また、図2中の領域Tadの面積は、NOx触媒が吸着したNOxの総量(すなわち、NOx吸着量)を表している。   The NOx concentration in the gas flowing out from the NOx catalyst gradually increases until approximately 200 seconds elapse after the supply of the model gas starts, and becomes substantially equal to the NOx concentration of the gas flowing into the NOx catalyst. (See around 200 seconds in FIG. 2). This means that there is a limit to the amount of NOx that can be adsorbed by the NOx catalyst, and as the amount of NOx adsorbed to the NOx catalyst approaches this limit amount, NOx becomes difficult to adsorb (decrease in the NOx adsorption rate). To do. That is, when about 200 seconds have elapsed, the NOx catalyst has adsorbed an amount of NOx that is almost close to the limit amount. Further, the area of the region Tad in FIG. 2 represents the total amount of NOx adsorbed by the NOx catalyst (that is, the NOx adsorption amount).

約200秒が経過した時点でモデルガスのNOx濃度を0ppmまで低下させると、これに応じてNOx触媒から流出するガスのNOx濃度も直ちに0ppmまで低下する。またこれ以降、図2に示すように、NOx触媒から流出するガスのNOx濃度は、ほぼ0ppmである。すなわちNOx触媒は、0〜200秒の間にNOx触媒に吸着したNOxを、酸素過剰雰囲気下において保持し続ける機能を有する。   When the NOx concentration of the model gas is reduced to 0 ppm when about 200 seconds have elapsed, the NOx concentration of the gas flowing out from the NOx catalyst is immediately reduced to 0 ppm accordingly. Thereafter, as shown in FIG. 2, the NOx concentration of the gas flowing out from the NOx catalyst is approximately 0 ppm. That is, the NOx catalyst has a function of continuously holding NOx adsorbed on the NOx catalyst in 0 to 200 seconds in an oxygen-excess atmosphere.

またNOx濃度を0ppmまで低下させた後、約1200〜2500秒までの間でほぼ一定の速度でNOx触媒の温度を上昇させる。この際、NOx触媒から流出するガスのNOx濃度は、図2に示すように約1800秒において0ppmから増加し始め、約2300秒において再び0ppmに戻る。なお、NOx触媒の温度は、約1800秒においては約250℃であり、約2300秒においては約450℃である。これは、NOx触媒に吸着されていたNOxは、NOx触媒の温度が約250℃を超えてから450℃を超えるまでの間に脱離したことを意味する。以下では、このようにNOx触媒に吸着されていたNOxの脱離が開始する温度(図2の例では、約250℃)をNOxの脱離温度という。なおこの際、NOx触媒から脱離するNOxは、ほぼ全てNOであり、NOやNOはほとんど観測されなかった。また図2中の領域Tdesの面積は、NOx触媒から脱離したNOxの総量(すなわち、NOx脱離量)を表している。 Further, after the NOx concentration is reduced to 0 ppm, the temperature of the NOx catalyst is increased at a substantially constant rate between about 1200 and 2500 seconds. At this time, the NOx concentration of the gas flowing out from the NOx catalyst starts to increase from 0 ppm in about 1800 seconds as shown in FIG. 2, and returns to 0 ppm again in about 2300 seconds. Note that the temperature of the NOx catalyst is about 250 ° C. for about 1800 seconds and about 450 ° C. for about 2300 seconds. This means that the NOx adsorbed on the NOx catalyst was desorbed between the time when the temperature of the NOx catalyst exceeded about 250 ° C. and the time when it exceeded 450 ° C. Hereinafter, the temperature at which the desorption of NOx adsorbed on the NOx catalyst starts (about 250 ° C. in the example of FIG. 2) is referred to as the NOx desorption temperature. At this time, almost all NOx desorbed from the NOx catalyst was NO, and almost no NO 2 or N 2 O was observed. The area of the region Tdes in FIG. 2 represents the total amount of NOx desorbed from the NOx catalyst (that is, the NOx desorption amount).

図3は、NOx触媒におけるNOxの吸着量と脱離量とを比較する図である。図3において、NOx吸着量及びNOx脱離量はそれぞれ所定の空気過剰率のモデルガスを用いて図2と同様の手順に従ってNOx濃度及び温度を変化させる試験を行うことによって取得した。図3の左側は酸素過剰率λ=2のガスを用いて取得した結果であり、図3の右側は酸素過剰率λ=0.9のガスを用いて取得した結果である。   FIG. 3 is a diagram comparing the NOx adsorption amount and desorption amount in the NOx catalyst. In FIG. 3, the NOx adsorption amount and the NOx desorption amount were obtained by performing tests for changing the NOx concentration and temperature in accordance with the same procedure as in FIG. 2 using a model gas having a predetermined excess air ratio. The left side of FIG. 3 is a result obtained using a gas having an oxygen excess ratio λ = 2, and the right side of FIG. 3 is a result obtained using a gas having an oxygen excess ratio λ = 0.9.

図3の左側に示すように、酸素過剰雰囲気(λ=2)のモデルガスの下では、NOx脱離量はNOx吸着量とほぼ等しい。すなわち酸素過剰雰囲気では、低温時にNOx触媒に吸着されたNOxは、約500℃まで昇温するとほぼ全てがそのまま脱離する。   As shown on the left side of FIG. 3, under the model gas in an oxygen-excess atmosphere (λ = 2), the NOx desorption amount is almost equal to the NOx adsorption amount. That is, in an oxygen-excess atmosphere, almost all NOx adsorbed on the NOx catalyst at a low temperature is desorbed as it is when the temperature is raised to about 500 ° C.

一方、図3の右側に示すように、λ=0.9のモデルガスの下では、NOx吸着量はλ=2の場合とほぼ同じであるにもかかわらず、NOx脱離量はこのNOx吸着量よりも大幅に減少する。すなわち還元雰囲気では、低温時にNOx触媒に吸着されたNOxは、約500℃まで昇温する過程でほぼ全てが脱離するとともにNに還元浄化する。これはすなわち、NOx触媒は、λが1以下の適正な空燃比の排気の下では、排気中に含まれるHC及びCOや、上述のようにゼオライトに吸着されていたHCを還元剤として、脱離したNOxを還元浄化する機能があることを意味する。 On the other hand, as shown on the right side of FIG. 3, under the model gas of λ = 0.9, the NOx adsorption amount is almost the same as that of λ = 2, but the NOx desorption amount is the NOx adsorption amount. Significantly less than the amount. That is, in the reducing atmosphere, almost all of the NOx adsorbed on the NOx catalyst at a low temperature is desorbed and reduced to N 2 while being heated to about 500 ° C. In other words, the NOx catalyst desorbs HC and CO contained in the exhaust and HC adsorbed on the zeolite as described above as a reducing agent under an appropriate air-fuel ratio exhaust with λ of 1 or less. It means that there is a function to reduce and purify the separated NOx.

図4は、NOx触媒におけるNOxの吸着量[g/L]と、NOx触媒の熱劣化との関係を示す図である。図4において左側は新品のNOx触媒で吸着できるNOxの量を示し、右側は所定量の熱負荷をかけた後のNOx触媒で吸着できるNOxの量を示す。この図4に示すように、NOx触媒で吸着できるNOxの量は、熱負荷が増加するほど少なくなる。   FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the NOx adsorption amount [g / L] in the NOx catalyst and the thermal deterioration of the NOx catalyst. In FIG. 4, the left side shows the amount of NOx that can be adsorbed by a new NOx catalyst, and the right side shows the amount of NOx that can be adsorbed by the NOx catalyst after applying a predetermined amount of heat load. As shown in FIG. 4, the amount of NOx that can be adsorbed by the NOx catalyst decreases as the thermal load increases.

図5は、NOx触媒におけるNOxの吸着量[g/L]と、NOx触媒の温度との関係を示す図である。図5に示すように、NOx触媒は、約250℃の脱離温度以下、より具体的には約50〜200℃の間では、排気中のNOxを吸着する機能を発揮する。また、NOx触媒で吸着できるNOxの量は、その温度が高くなるほど少なくなる。   FIG. 5 is a graph showing the relationship between the NOx adsorption amount [g / L] in the NOx catalyst and the temperature of the NOx catalyst. As shown in FIG. 5, the NOx catalyst exhibits a function of adsorbing NOx in the exhaust gas at a desorption temperature of about 250 ° C. or lower, more specifically between about 50 and 200 ° C. Further, the amount of NOx that can be adsorbed by the NOx catalyst decreases as the temperature increases.

図6は、NOx触媒におけるNOx吸着量[g/L]と、NOx触媒に流入する排気の酸素濃度との関係を示す図である。より具体的には、図6は、NOx触媒を50℃に保ちながら2%(左側)又は0%(右側)の酸素濃度の排気の下でNOxを吸着させたときにおけるNOx吸着量を示す。図5を参照して説明したように、NOx触媒は温度が高くなるほど吸着できるNOxの量が少なくなる特性がある。しかしながら図6に示すように、NOx触媒のNOx吸着機能は、これに流入する排気の酸素濃度には依存しない。   FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the NOx adsorption amount [g / L] in the NOx catalyst and the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the NOx catalyst. More specifically, FIG. 6 shows the NOx adsorption amount when NOx is adsorbed under an exhaust gas having an oxygen concentration of 2% (left side) or 0% (right side) while keeping the NOx catalyst at 50 ° C. As described with reference to FIG. 5, the NOx catalyst has a characteristic that the amount of NOx that can be adsorbed decreases as the temperature increases. However, as shown in FIG. 6, the NOx adsorption function of the NOx catalyst does not depend on the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the NOx catalyst.

図7は、NOx触媒の下流側におけるNOx濃度と、NOx触媒の温度との関係を示す図である。より具体的には、NOxが吸着されたNOx触媒の温度を上昇させたときにおけるNOx触媒の下流側のNOx濃度の変化を示す図である。図7には、NOx触媒に流入する排気の酸素濃度を3段階(0.1%、0.05%、0.045%)に分けて変化させた場合を示す。この図に示すように、NOx触媒の温度をその脱離温度より高い温度まで上昇させると、それまでに吸着していたNOxが脱離し始める。この際、空燃比がリーンである場合には、NOx触媒から脱離したNOxは還元されることなくそのまま下流側へ排出される。このため、NOx触媒の温度を上昇させると、NOx触媒の下流側のNOx濃度が高くなる。これに対し、空燃比をストイキ又はリッチにすると、NOx触媒から脱離したNOxはNOx触媒上で還元浄化される。このため、NOx触媒の下流側のNOx濃度はほとんど変化しない。   FIG. 7 is a graph showing the relationship between the NOx concentration on the downstream side of the NOx catalyst and the temperature of the NOx catalyst. More specifically, it is a diagram showing a change in the NOx concentration on the downstream side of the NOx catalyst when the temperature of the NOx catalyst on which NOx is adsorbed is increased. FIG. 7 shows a case where the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the NOx catalyst is changed in three stages (0.1%, 0.05%, 0.045%). As shown in this figure, when the temperature of the NOx catalyst is raised to a temperature higher than its desorption temperature, the NOx that has been adsorbed until then begins to desorb. At this time, if the air-fuel ratio is lean, NOx desorbed from the NOx catalyst is discharged directly downstream without being reduced. For this reason, when the temperature of the NOx catalyst is raised, the NOx concentration on the downstream side of the NOx catalyst increases. In contrast, when the air-fuel ratio is stoichiometric or rich, NOx desorbed from the NOx catalyst is reduced and purified on the NOx catalyst. For this reason, the NOx concentration on the downstream side of the NOx catalyst hardly changes.

図1に戻り、排気管11は、上流触媒コンバータ31及び下流触媒コンバータ33が設けられる主排気管111と、上流触媒コンバータ31と下流触媒コンバータ33の間において主排気管111から分岐したバイパス管112と、を備える。中間触媒コンバータ33はバイパス管112に設けられる。   Returning to FIG. 1, the exhaust pipe 11 includes a main exhaust pipe 111 provided with the upstream catalytic converter 31 and the downstream catalytic converter 33, and a bypass pipe 112 branched from the main exhaust pipe 111 between the upstream catalytic converter 31 and the downstream catalytic converter 33. And comprising. The intermediate catalytic converter 33 is provided in the bypass pipe 112.

排気流路切替機構34は、排気管11内において開閉可能に設けられた流路切替弁341と、ECU6からの指令に応じて流路切替弁341を開閉するアクチュエータ342と、を備える。流路切替弁341は、エンジン1から排出された排気の流路の一部を構成するものであり、閉じた状態及び開いた状態でそれぞれ異なる排気流路F1,F2を形成する。   The exhaust flow path switching mechanism 34 includes a flow path switching valve 341 that can be opened and closed in the exhaust pipe 11 and an actuator 342 that opens and closes the flow path switching valve 341 in response to a command from the ECU 6. The flow path switching valve 341 constitutes a part of the flow path of the exhaust discharged from the engine 1, and forms different exhaust flow paths F1 and F2 in a closed state and an open state, respectively.

流路切替弁341を閉じた状態にすると、バイパス管112が遮断されるので、主排気管111に設けられた上流触媒コンバータ31及び下流触媒コンバータ33を通過し、バイパス管112に設けられた中間触媒コンバータ32を迂回する排気の流路(以下、「第1流路」という)F1が形成される。流路切替弁341を開いた状態にすると、主排気管111とバイパス管112とが接続されるので、上流触媒コンバータ31、中間触媒コンバータ32、及び下流触媒コンバータ33を通過する排気の流路(以下、「第2流路」という)が形成される。   When the flow path switching valve 341 is closed, the bypass pipe 112 is shut off, so that it passes through the upstream catalytic converter 31 and the downstream catalytic converter 33 provided in the main exhaust pipe 111 and is intermediate in the bypass pipe 112. An exhaust passage (hereinafter referred to as a “first passage”) F1 that bypasses the catalytic converter 32 is formed. When the flow path switching valve 341 is opened, the main exhaust pipe 111 and the bypass pipe 112 are connected, so that the exhaust flow path (through the upstream catalytic converter 31, the intermediate catalytic converter 32, and the downstream catalytic converter 33 ( Hereinafter, this is referred to as a “second flow path”.

ECU6は、後述の図9の処理によって更新される後述の流路フラグF_PZの値を参照して流路切替弁341を開閉する。より具体的には、ECU6は、フラグF_PZが“0”である場合には流路切替弁341を閉じた状態にし、第1流路F1を排気流路とし、フラグF_PZが“1”である場合には流路切替弁341を開いた状態にし、第2流路F2を排気流路とする。   The ECU 6 opens and closes the flow path switching valve 341 with reference to the value of a flow path flag F_PZ, which will be described later, updated by the process of FIG. 9, which will be described later. More specifically, when the flag F_PZ is “0”, the ECU 6 closes the flow path switching valve 341, sets the first flow path F1 as the exhaust flow path, and the flag F_PZ is “1”. In this case, the flow path switching valve 341 is opened, and the second flow path F2 is used as the exhaust flow path.

空燃比センサ35は、主排気管11のうち上流触媒コンバータ31の上流側に設けられる。空燃比センサ35は、上流触媒コンバータ35に流入する排気の空燃比(排気中の酸素に対する燃料成分(HC,CO等)の比)を検出し、検出値に略比例した信号をECU6に送信する。なおこの空燃比センサ35としては、例えば、リッチな領域からリーンな領域までの間でリニアな出力特性を有するものが用いられる。   The air-fuel ratio sensor 35 is provided on the upstream side of the upstream catalytic converter 31 in the main exhaust pipe 11. The air-fuel ratio sensor 35 detects the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the upstream catalytic converter 35 (ratio of fuel components (HC, CO, etc.) to oxygen in the exhaust gas), and transmits a signal substantially proportional to the detected value to the ECU 6. . As the air-fuel ratio sensor 35, for example, a sensor having a linear output characteristic from a rich region to a lean region is used.

排気温度センサ36は、バイパス管112のうち中間触媒コンバータ32の下流側に設けられる。この排気温度センサ36は、中間触媒コンバータ32から流出する排気の温度を検出し、検出値に略比例した信号をECU6に送信する。中間触媒コンバータ32のNOx触媒の温度は、例えばこの排気温度センサ36の出力に基づいて、ECU6における演算によって推定される。   The exhaust temperature sensor 36 is provided on the downstream side of the intermediate catalytic converter 32 in the bypass pipe 112. The exhaust temperature sensor 36 detects the temperature of the exhaust gas flowing out from the intermediate catalytic converter 32 and transmits a signal substantially proportional to the detected value to the ECU 6. The temperature of the NOx catalyst of the intermediate catalytic converter 32 is estimated by calculation in the ECU 6 based on the output of the exhaust temperature sensor 36, for example.

ECU6は、センサの検出信号をA/D変換するI/Oインターフェース、以下で説明する燃料噴射制御や後述の図8〜図14等に示すフローチャートに沿った処理を実行するCPU、この処理の下で決定した態様で各種デバイスを駆動する駆動回路、及び各種データを記憶するRAMやROM等で構成されるマイクロコンピュータである。   The ECU 6 includes an I / O interface that performs A / D conversion on the detection signal of the sensor, a CPU that executes fuel injection control described below, and processes according to flowcharts shown in FIGS. The microcomputer includes a drive circuit that drives various devices in the mode determined in (1), and a RAM, a ROM, and the like that store various data.

ECU6における燃料噴射制御では、リーン運転モードと、ストイキ運転モードと、弱リッチ運転モードと、再生運転モードと、の主に4種の運転モードが定義されており、選択された運転モードの下で燃料噴射弁17からの燃料噴射量等を決定する。   In the fuel injection control in the ECU 6, four types of operation modes are defined: a lean operation mode, a stoichiometric operation mode, a weak rich operation mode, and a regeneration operation mode. Under the selected operation mode, A fuel injection amount from the fuel injection valve 17 is determined.

リーン運転モードとは、空燃比をストイキよりリーンにする運転モードであり、最も基本的な運転モードとなっている。リーン運転モードが選択されている場合には、ECU6は、図示しないマップを検索することによって算出された基本噴射量Gfuel_bsを燃料噴射量Gfuelとして決定する(下記式(1)参照)。
Gfuel=Gfuel_bs (1)
The lean operation mode is an operation mode in which the air-fuel ratio is made leaner than stoichiometry, and is the most basic operation mode. When the lean operation mode is selected, the ECU 6 determines the basic injection amount Gfuel_bs calculated by searching a map (not shown) as the fuel injection amount Gfuel (see the following formula (1)).
Gfuel = Gfuel_bs (1)

ストイキ運転モードとは、空燃比センサ35の出力を用いたフィードバック制御によって空燃比をストイキにする運転モードであり、所定の条件が満たされたことに応じて選択される。ストイキ運転モードが選択されている場合には、ECU6は、下記式(2)に示すように、基本噴射量Gfuel_bsに、所定のフィードバック補正係数KAFを乗算したものを燃料噴射量Gfuelとして決定する。下記式(2)において、補正係数KAFは、空燃比センサ35の出力がストイキになるように既知のフィードバック制御則に従って算出される。
Gfuel=Gfuel_bs×KAF (2)
The stoichiometric operation mode is an operation mode in which the air-fuel ratio is stoichiometric by feedback control using the output of the air-fuel ratio sensor 35, and is selected when a predetermined condition is satisfied. When the stoichiometric operation mode is selected, the ECU 6 determines the fuel injection amount Gfuel by multiplying the basic injection amount Gfuel_bs by a predetermined feedback correction coefficient KAF as shown in the following equation (2). In the following equation (2), the correction coefficient KAF is calculated according to a known feedback control law so that the output of the air-fuel ratio sensor 35 becomes stoichiometric.
Gfuel = Gfuel_bs × KAF (2)

弱リッチ運転モードとは、空燃比をストイキよりややリッチ(所謂、弱リッチ)にする運転モードであり、後述の還元要求フラグF_CRDが“1”である場合に選択される。上流触媒コンバータ31に設けられる三元触媒は、排気中の酸素を貯蔵する機能を有する。したがって、減速に伴って燃料噴射を一時的に停止する燃料カット復帰直後や、リーン運転モードからストイキ運転モードへの移行直後等には、三元触媒の酸素貯蔵量が最大となっており、NOx浄化性能が一時的に低下した状態となっている。   The weak rich operation mode is an operation mode in which the air-fuel ratio is slightly richer than stoichiometric (so-called weak rich), and is selected when a reduction request flag F_CRD described later is “1”. The three-way catalyst provided in the upstream catalytic converter 31 has a function of storing oxygen in the exhaust. Therefore, the oxygen storage amount of the three-way catalyst is maximum immediately after the fuel cut is temporarily stopped due to deceleration, or immediately after the transition from the lean operation mode to the stoichiometric operation mode. The purification performance is temporarily reduced.

弱リッチ運転モードでは、三元触媒に流入する排気の空燃比を弱リッチにする還元処理を行うことにより、三元触媒に貯蔵された酸素を還元する。この弱リッチ運転モードが選択されている場合には、ECU6は、下記式(3)に示すように、基本噴射量Gfuel_bsに、空燃比センサ35の出力が弱リッチになるように既知のフィードバック制御則に従って算出されたフィードバック補正係数KAFと、所定の弱リッチ時補正係数KCRDを乗算したものを燃料噴射量Gfuelとして決定する。この補正係数KCRDは、リッチシフト量を微調整するために導入される1以下の正の実数であり、後述の図9に示す手順に従って算出される。
Gfuel=Gfuel_bs×KAF×KCRD (3)
In the weak rich operation mode, the oxygen stored in the three-way catalyst is reduced by performing a reduction process that weakens the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the three-way catalyst. When the weak rich operation mode is selected, the ECU 6 performs known feedback control so that the output of the air-fuel ratio sensor 35 becomes weakly rich with respect to the basic injection amount Gfuel_bs as shown in the following equation (3). A fuel injection amount Gfuel is determined by multiplying the feedback correction coefficient KAF calculated according to the law and a predetermined weak rich correction coefficient KCRD. This correction coefficient KCRD is a positive real number of 1 or less introduced to finely adjust the rich shift amount, and is calculated according to the procedure shown in FIG.
Gfuel = Gfuel_bs × KAF × KCRD (3)

再生運転モードとは、空燃比をストイキ又はストイキよりリッチにしながら昇温制御を実行する運転モードであり、後述の再生要求フラグF_rgnが“1”である場合に選択される。中間触媒コンバータ32に設けられるNOx触媒は、図2〜図7を参照して説明したように低温時にNOxを吸着し、高温時に吸着したNOxを脱離する特性がある。しかしながら、NOx触媒におけるNOxの吸着量が増加するとその吸着性能も低下してしまうため、NOx吸着量がある程度増加したら、NOx触媒の温度を昇温し、NOxを強制的に脱離することが好ましい。   The regeneration operation mode is an operation mode in which the temperature rise control is executed while making the air-fuel ratio stoichiometric or richer than the stoichiometry, and is selected when a regeneration request flag F_rgn described later is “1”. The NOx catalyst provided in the intermediate catalytic converter 32 has a characteristic of adsorbing NOx at a low temperature and desorbing the adsorbed NOx at a high temperature as described with reference to FIGS. However, if the NOx adsorption amount in the NOx catalyst increases, the adsorption performance also decreases. Therefore, if the NOx adsorption amount increases to some extent, it is preferable to raise the temperature of the NOx catalyst and forcibly desorb NOx. .

再生運転モードでは、NOx触媒の温度を脱離温度より高くしかつNOx触媒に流入する排気の空燃比をストイキ又はリッチにする再生処理を行うことにより、NOxに吸着されていたNOxを還元浄化する。この再生運転モードが選択されている場合には、ECU6は、下記式(4)に示すように、基本噴射量Gfuel_bsに、空燃比センサ35の出力がストイキ又はストイキよりリッチになるように既知のフィードバック制御則に従って算出されたフィードバック補正係数KAFを乗算したものを燃料噴射量Gfuelとして決定する。また排気の昇温制御は、例えば、通常の運転状態におけるエンジンの燃焼パラメータに対して、ポスト噴射、アフター噴射、及びメイン噴射等の噴射タイミングを遅角化することによって実現される。
Gfuel=Gfuel_bs×KAF (4)
In the regeneration operation mode, NOx adsorbed on NOx is reduced and purified by performing a regeneration process in which the temperature of the NOx catalyst is made higher than the desorption temperature and the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx catalyst is stoichiometric or rich. . When this regeneration operation mode is selected, the ECU 6 is known so that the output of the air-fuel ratio sensor 35 becomes richer than the stoichiometric value or the basic injection amount Gfuel_bs as shown in the following equation (4). A fuel injection amount Gfuel is determined by multiplying the feedback correction coefficient KAF calculated according to the feedback control law. Further, the temperature raising control of the exhaust gas is realized, for example, by retarding the injection timing of post injection, after injection, main injection, and the like with respect to the combustion parameters of the engine in a normal operation state.
Gfuel = Gfuel_bs × KAF (4)

以上のように、還元要求フラグF_CRDが“1”になると弱リッチ運転モードが選択され、再生要求フラグF_rgnが“1”になると再生運転モードが選択されるが、両フラグが同時に“1”になる場合もある。すなわち、三元触媒の還元要求とNOx触媒の再生要求とが同時に発生する場合もあるが、このような場合には、三元触媒の還元処理とNOx触媒の再生処理とが同時に行われるように、燃料噴射量については上記式(3)に従って決定しつつ同時に昇温制御を実行することが好ましい。   As described above, when the reduction request flag F_CRD becomes “1”, the weak rich operation mode is selected, and when the regeneration request flag F_rgn becomes “1”, the regeneration operation mode is selected, but both flags are simultaneously set to “1”. Sometimes it becomes. That is, there is a case where the reduction request for the three-way catalyst and the regeneration request for the NOx catalyst occur at the same time. In such a case, the reduction process for the three-way catalyst and the regeneration process for the NOx catalyst are performed simultaneously. The fuel injection amount is preferably determined according to the above equation (3) and simultaneously the temperature raising control is executed.

図8は、NOx触媒の再生要求を発生するタイミングを決定する手順を示すフローチャートである。図8の処理は、エンジンを始動するイグニッションスイッチ(図示せず)がオンにされたことに応じて、ECUにおいて所定の制御周期の下で繰り返し実行される。   FIG. 8 is a flowchart showing a procedure for determining the timing for generating a regeneration request for the NOx catalyst. The process of FIG. 8 is repeatedly executed in the ECU under a predetermined control cycle in response to an ignition switch (not shown) for starting the engine being turned on.

以下で説明するように、図8の処理では、所定の条件に応じて再生要求フラグF_rgnを“1”又は“0”の何れかにセットする。このフラグF_rgnは、NOx触媒の再生処理の実行が要求された状態であることを明示するフラグであり、エンジンのクランキング時には“0”にリセットされる。すなわち、図8の処理においてフラグF_rgnが“1”にセットされると、上述のようにNOx触媒の再生処理が実行される。   As described below, in the process of FIG. 8, the reproduction request flag F_rgn is set to either “1” or “0” according to a predetermined condition. This flag F_rgn is a flag that clearly indicates that the execution of the regeneration process of the NOx catalyst is requested, and is reset to “0” when the engine is cranked. That is, when the flag F_rgn is set to “1” in the process of FIG. 8, the NOx catalyst regeneration process is executed as described above.

S1では、ECUは、スタートフラグF_STMODが“1”であるか否かを判定する。このフラグF_STMODは、エンジンの始動開始直後であることを明示するフラグであり、エンジンのクランキング時に“1”にセットされ、後述のS3において“0”にリセットされる。また、フラグF_STMODは、後述のS3においてリセットされた後は、再度エンジンのクランキング時に“1”にセットされるまで“0”に維持される。   In S1, the ECU determines whether or not the start flag F_STMOD is “1”. This flag F_STMOD is a flag that clearly indicates that the engine has just started, is set to “1” when the engine is cranked, and is reset to “0” in S3 described later. The flag F_STMOD is maintained at “0” after being reset at S3 to be described later until it is set to “1” again during engine cranking.

S1の判定がYESである場合、すなわちエンジンの始動開始直後である場合には、ECUは、再生要求フラグF_rgnを“1”にセットし(S2参照)、スタートフラグF_STMODを“0”にリセットし(S3参照)、この処理を終了する。すなわち、図8の処理では、エンジンの始動開始直後には、強制的にフラグF_rgnを“1”にし、NOx触媒の再生処理を開始させる。S1の判定がNOである場合には、ECUは、再生要求フラグF_rgnが“1”であるか否かを判定する(S4参照)。   If the determination in S1 is YES, that is, immediately after starting the engine, the ECU sets the regeneration request flag F_rgn to “1” (see S2), and resets the start flag F_STMOD to “0”. This process ends (see S3). That is, in the process of FIG. 8, immediately after the start of the engine, the flag F_rgn is forcibly set to “1” to start the regeneration process of the NOx catalyst. When the determination in S1 is NO, the ECU determines whether or not the regeneration request flag F_rgn is “1” (see S4).

S4の判定がYESである場合、すなわちNOx触媒の再生要求が生じている場合には、ECUは、現在のNOx触媒のNOx吸着量の推定値ΣNOxを取得し、この推定値ΣNOxを用いて再生処理を終了させる時期に達したか否かを判定する。より具体的には、推定値ΣNOxが所定の下限閾値Lim_Lより小さいか否かを判定する(S5参照)。なお現在のNOx触媒のNOx吸着量の推定値ΣNOxは、後述の図11の処理において所定の制御周期毎に更新される。NOx触媒の再生処理が実行されると、NOx触媒の温度が上昇し、それまでに吸着されていたNOxは脱離し、還元浄化される。したがって、フラグF_rgnが“1”にセットされている間は、NOx触媒のNOx吸着量は徐々に減少する。ECUは、S5の判定がNOである場合には、NOx触媒に吸着されていたNOxは未だ十分に還元浄化されていないと判断し、フラグF_rgnを“1”に維持したままこの処理を終了する。ECUは、S5の判定がYESである場合には、NOxは十分に還元浄化されたと判断し、再生処理を終了すべくフラグF_rgnを“0”にリセットし(S6参照)、この処理を終了する。   If the determination in S4 is YES, that is, if a regeneration request for the NOx catalyst is generated, the ECU obtains an estimated value ΣNOx of the current NOx adsorption amount of the NOx catalyst, and regenerates using this estimated value ΣNOx. It is determined whether or not it is time to end the process. More specifically, it is determined whether or not the estimated value ΣNOx is smaller than a predetermined lower limit threshold Lim_L (see S5). Note that the estimated value ΣNOx of the current NOx adsorption amount of the NOx catalyst is updated every predetermined control cycle in the process of FIG. 11 described later. When the regeneration process of the NOx catalyst is executed, the temperature of the NOx catalyst rises, and the NOx that has been adsorbed so far is desorbed and reduced and purified. Therefore, while the flag F_rgn is set to “1”, the NOx adsorption amount of the NOx catalyst gradually decreases. If the determination in S5 is NO, the ECU determines that the NOx adsorbed on the NOx catalyst has not been sufficiently reduced and purified, and ends this process while maintaining the flag F_rgn at "1". . If the determination in S5 is YES, the ECU determines that NOx has been sufficiently reduced and purified, resets the flag F_rgn to “0” to end the regeneration process (see S6), and ends this process. .

S4の判定がNOである場合、すなわちNOx触媒の再生要求が生じていない場合には、ECUは、NOx吸着量の推定値ΣNOxを取得し、この推定値ΣNOxを用いて再生処理を開始させる時期に達したか否かを判定する。より具体的には、推定値ΣNOxが上記下限閾値Lim_Lよりも大きな値に設定された上限閾値Lim_Hより小さいか否かを判定する(S7参照)。ECUは、S7の判定がYESである場合には、まだ再生処理を開始する必要は無いと判断し、フラグF_rgnを“0”に維持したままこの処理を終了する。ECUは、S7の判定がNOである場合には、NOx触媒のNOx吸着機能を回復させる必要があると判断し、再生処理を開始すべくフラグF_rgnを“1”にセットし(S8参照)、この処理を終了する。またここでフラグF_rgnを“1”にセットされたことに応じて、排気流路は第2流路に設定される(後述の図9のS15又はS18参照)。   When the determination in S4 is NO, that is, when the regeneration request for the NOx catalyst has not occurred, the ECU acquires the estimated value ΣNOx of the NOx adsorption amount and starts the regeneration process using this estimated value ΣNOx. It is determined whether or not it has been reached. More specifically, it is determined whether or not the estimated value ΣNOx is smaller than the upper limit threshold Lim_H set to a value larger than the lower limit threshold Lim_L (see S7). If the determination in S7 is YES, the ECU determines that it is not necessary to start the regeneration process yet, and ends this process while maintaining the flag F_rgn at “0”. If the determination in S7 is NO, the ECU determines that the NOx adsorption function of the NOx catalyst needs to be restored, sets the flag F_rgn to “1” to start the regeneration process (see S8), This process ends. Further, here, in response to the flag F_rgn being set to “1”, the exhaust passage is set to the second passage (see S15 or S18 in FIG. 9 described later).

図9は、排気流路を設定する手順を示すフローチャートである。図9の処理は、図8の処理と同様に、エンジンを始動するイグニッションスイッチ(図示せず)がオンにされたことに応じて、ECUにおいて所定の制御周期の下で繰り返し実行される。   FIG. 9 is a flowchart showing a procedure for setting the exhaust passage. Similar to the process of FIG. 8, the process of FIG. 9 is repeatedly executed in the ECU under a predetermined control cycle in response to an ignition switch (not shown) for starting the engine being turned on.

以下で説明するように、図9の処理では、所定の条件に応じて流路フラグF_PZを“1”又は“0”の何れかにセットする。このフラグF_PZは、NOx触媒に排気を通流させることが要求された状態であることを明示するフラグである。すなわち排気流路としてNOx触媒を経由する第2流路が選択されている場合には、フラグF_PZは“1”に設定される。また排気流路としてNOx触媒を迂回する第1流路が選択されている場合には、フラグF_PZは“0”に設定される。   As described below, in the process of FIG. 9, the flow path flag F_PZ is set to either “1” or “0” according to a predetermined condition. This flag F_PZ is a flag that clearly indicates that the NOx catalyst is required to flow exhaust gas. That is, when the second flow path via the NOx catalyst is selected as the exhaust flow path, the flag F_PZ is set to “1”. When the first flow path that bypasses the NOx catalyst is selected as the exhaust flow path, the flag F_PZ is set to “0”.

S11では、ECUは、燃料カットフラグF_FCが“1”であるか否かを判定する。この燃料カットフラグF_FCは、減速時に燃料噴射を一時的に停止する燃料カットを実行している最中であることを示すフラグであり、車両の走行状態に応じて図示しない処理によって更新される。S11の判定がYESである場合、すなわち現在燃料カット期間中である場合には、フラグF_PZを“0”にセットし(S12参照)、この処理を終了する。したがって、燃料カット期間中である場合には、NOx触媒がどのような状態であっても、排気流路はNOx触媒を迂回する第1流路に設定される。これにより、燃料カット期間中におけるNOx触媒の熱負荷を軽減するとともに、燃料カット復帰後に備えてNOx触媒の温度上昇を抑制することができる。   In S11, the ECU determines whether or not a fuel cut flag F_FC is “1”. This fuel cut flag F_FC is a flag indicating that fuel cut is being executed to temporarily stop fuel injection during deceleration, and is updated by a process (not shown) according to the running state of the vehicle. If the determination in S11 is YES, that is, if the fuel cut period is currently in progress, the flag F_PZ is set to “0” (see S12), and this process ends. Therefore, during the fuel cut period, the exhaust flow path is set to the first flow path that bypasses the NOx catalyst regardless of the state of the NOx catalyst. As a result, the thermal load on the NOx catalyst during the fuel cut period can be reduced, and the temperature rise of the NOx catalyst can be suppressed in preparation for returning from the fuel cut.

S11の判定がNOである場合、ECUは、還元要求フラグF_CRDが“1”であるか否かを判定する(S13参照)。この還元要求フラグF_CRDは、上流側の三元触媒の還元処理の実行が要求された状態であることを明示するフラグであり、エンジンのクランキング時には“0”にリセットされる。また、このフラグF_CRDは、燃料カットが終了したことに応じて(すなわち、図示しない処理によりフラグF_FCが“1”から“0”にリセットされたことに応じて)、“0”から“1”にセットされる。また、フラグF_CRDは、“1”にセットされた後は、所定時間が経過したことに応じて“0”にリセットされる。   When the determination in S11 is NO, the ECU determines whether or not a reduction request flag F_CRD is “1” (see S13). The reduction request flag F_CRD is a flag that clearly indicates that the upstream three-way catalyst reduction process is requested, and is reset to “0” when the engine is cranked. The flag F_CRD is changed from “0” to “1” in response to the end of the fuel cut (that is, in response to the flag F_FC being reset from “1” to “0” by a process not shown). Set to Further, after the flag F_CRD is set to “1”, the flag F_CRD is reset to “0” when a predetermined time has elapsed.

S13の判定がNOである場合、ECUは、再生要求フラグF_rgnが“1”であるか否かを判定する(S14参照)。ECUは、S14の判定がYESである場合、すなわち、NOx触媒の再生処理が要求されている場合には、フラグF_PZを“1”にセットし(S15参照)、この処理を終了する。これにより、再生処理が実行されている間は、排気流路はNOx触媒を経由する第2流路に設定される。ECUは、S14の判定がNOである場合には、フラグF_PZを“0”にセットし(S16参照)、この処理を終了する。   When the determination in S13 is NO, the ECU determines whether or not the regeneration request flag F_rgn is “1” (see S14). If the determination in S14 is YES, that is, if the regeneration process of the NOx catalyst is requested, the ECU sets the flag F_PZ to “1” (see S15) and ends this process. Thereby, while the regeneration process is being performed, the exhaust passage is set to the second passage through the NOx catalyst. If the determination in S14 is NO, the ECU sets the flag F_PZ to “0” (see S16) and ends this process.

S13の判定がYESである場合、ECUは、再生要求フラグF_rgnが“1”であるか否かを判定する(S17参照)。ECUは、S17の判定がYESである場合、すなわち三元触媒の還元処理及びNOx触媒の再生処理の両方が要求されている場合には、フラグF_PZを“1”にセットし(S18参照)、後述のS30に移る。S17の判定がNOである場合、すなわち還元処理の実行のみが要求されている場合には、ECUは、NOx触媒の温度を取得し、触媒温度がNOx脱離温度よりも低いか否かを判定する(S19参照)。ECUは、S19の判定がYESである場合にはフラグF_PZを“0”にセットし(S20参照)、後述のS30に移り、S19の判定がNOである場合にはフラグF_PZを“1”にセットし(S21参照)、後述のS31に移る。従って、以上のS17〜S21の処理をまとめると、三元触媒の還元処理を行っている間は、NOx触媒の温度が脱離温度よりも低くNOx触媒でNOxを吸着できる場合、又はNOx触媒の再生処理を行っている場合のみ、排気流路は第2流路に設定される。   When the determination in S13 is YES, the ECU determines whether or not the regeneration request flag F_rgn is “1” (see S17). When the determination in S17 is YES, that is, when both the reduction process of the three-way catalyst and the regeneration process of the NOx catalyst are requested, the ECU sets the flag F_PZ to “1” (see S18). The process proceeds to S30 described later. When the determination in S17 is NO, that is, when only the execution of the reduction process is requested, the ECU acquires the temperature of the NOx catalyst and determines whether or not the catalyst temperature is lower than the NOx desorption temperature. (See S19). If the determination in S19 is YES, the ECU sets the flag F_PZ to “0” (see S20), and proceeds to S30 described later. If the determination in S19 is NO, the ECU sets the flag F_PZ to “1”. The setting is performed (see S21), and the process proceeds to S31 described later. Therefore, when the above-described processes of S17 to S21 are summarized, the NOx catalyst temperature is lower than the desorption temperature and the NOx catalyst can adsorb NOx while the reduction process of the three-way catalyst is performed, or the NOx catalyst Only when the regeneration process is performed, the exhaust passage is set to the second passage.

S30又はS31の処理では、ECUは、弱リッチ時補正係数KCRDの値を0から1の間で決定する。この補正係数KCRDは、還元処理の実行時に空燃比を弱リッチにする際にストイキからのリッチシフト量を微調整するために上述のように基本噴射量に乗算して用いられる。すなわち、補正係数KCRDの値が小さくなるほど、リッチシフト量は小さくなる。   In the process of S30 or S31, the ECU determines the value of the weak rich correction coefficient KCRD between 0 and 1. The correction coefficient KCRD is used by multiplying the basic injection amount as described above in order to finely adjust the rich shift amount from the stoichiometry when the air-fuel ratio is made slightly rich during the reduction process. That is, the smaller the value of the correction coefficient KCRD, the smaller the rich shift amount.

ECUは、S17の判定がYESである場合又はS19の判定がNOである場合、すなわちNOx触媒の再生処理が行われているか又はNOx触媒の温度が脱離温度より高いためにNOx触媒がNOx吸着機能を発揮できない状態である場合には、三元触媒のNOx浄化性能を速やかに回復させるため、補正係数KCRDの値を最大値である1に設定し(S30参照)、この処理を終了する。   When the determination of S17 is YES or when the determination of S19 is NO, that is, the ECU is performing NOx catalyst regeneration processing or the temperature of the NOx catalyst is higher than the desorption temperature, the NOx catalyst is adsorbed by NOx. When the function cannot be exhibited, the correction coefficient KCRD is set to 1 which is the maximum value in order to quickly recover the NOx purification performance of the three-way catalyst (see S30), and this process is terminated.

またECUは、S17の判定がNOでありかつS19の判定がYESである場合、すなわち三元触媒のNOx浄化性能の低下をNOx触媒で補うことができる状態である場合には、リッチシフト量を微調整すべくS31に移る。S31では、ECUは、三元触媒における酸素の最大貯蔵量の推定値又はこれと相関のある劣化パラメータの推定値を既知の方法によって取得し、この推定値を用いて補正係数KCRDの値を1より小さな値で設定し(S31参照)、この処理を終了する。   Further, when the determination of S17 is NO and the determination of S19 is YES, that is, when the NOx catalyst can compensate for the decrease in the NOx purification performance of the three-way catalyst, the ECU sets the rich shift amount. The process proceeds to S31 for fine adjustment. In S31, the ECU obtains an estimated value of the maximum oxygen storage amount in the three-way catalyst or an estimated value of the degradation parameter correlated therewith by a known method, and uses this estimated value to set the value of the correction coefficient KCRD to 1. A smaller value is set (see S31), and this process ends.

図10は、最大貯蔵量の推定値を用いて補正係数KCRDの値を決定するマップの一例である。図10に示すように、補正係数KCRDの値は、1より小さな範囲内において、最大貯蔵量が小さくなるほど小さくなるように設定される。   FIG. 10 is an example of a map for determining the value of the correction coefficient KCRD using the estimated maximum storage amount. As shown in FIG. 10, the value of the correction coefficient KCRD is set to be smaller as the maximum storage amount is smaller within a range smaller than 1.

以上のS30〜S31の処理によれば、還元処理の実行時におけるリッチシフト量は、排気流路が第2流路側に設定されておりかつNOx触媒の再生処理が行われていない場合には、排気流路が第1流路側に設定されている場合よりも小さく設定される。   According to the processing of S30 to S31 described above, the rich shift amount at the time of execution of the reduction processing is as follows when the exhaust passage is set on the second passage side and the regeneration processing of the NOx catalyst is not performed. The exhaust flow path is set smaller than when the first flow path is set.

図11は、NOx触媒におけるNOx吸着量の推定値ΣNOxを算出する手順を示すフローチャートである。図11の処理は、図8及び図9の処理と同様に、エンジンを始動するイグニッションスイッチ(図示せず)がオンにされたことに応じて、ECUにおいて所定の制御周期の下で繰り返し実行される。   FIG. 11 is a flowchart showing a procedure for calculating the estimated value ΣNOx of the NOx adsorption amount in the NOx catalyst. The process of FIG. 11 is repeatedly executed in the ECU under a predetermined control cycle in response to the ignition switch (not shown) for starting the engine being turned on, similarly to the processes of FIGS. 8 and 9. The

S51では、ECUは、流路フラグF_PZが“1”であるか否かを判定する。ECUは、S51の判定がNOである場合、すなわち排気流路が第1流路に設定されている場合には、NOx吸着量は変化しないと判断し、推定値ΣNOxを前回値に維持したままこの処理を終了する。   In S51, the ECU determines whether or not the flow path flag F_PZ is “1”. If the determination in S51 is NO, that is, if the exhaust flow path is set to the first flow path, the ECU determines that the NOx adsorption amount does not change and maintains the estimated value ΣNOx at the previous value. This process ends.

S51の判定がYESである場合には、ECUは、現在のNOx触媒の温度を取得し、これが脱離温度より低いか否かを判定する(S52参照)。ECUは、S52の判定がYESである場合、すなわちNOx触媒にNOxが吸着し得る状態である場合には、以下のS53〜S54の処理を行うことによって推定値ΣNOxを増加側へ更新する。またECUは、S52の判定がNOである場合、すなわちNOx触媒からNOxが脱離し得る状態である場合には、以下のS55〜S56の処理を行うことによって推定値ΣNOxを減少側へ更新する。   If the determination in S51 is YES, the ECU acquires the current temperature of the NOx catalyst and determines whether this is lower than the desorption temperature (see S52). When the determination in S52 is YES, that is, in a state where NOx can be adsorbed to the NOx catalyst, the ECU updates the estimated value ΣNOx to the increasing side by performing the following processes of S53 to S54. Further, when the determination of S52 is NO, that is, when the NOx can be desorbed from the NOx catalyst, the ECU updates the estimated value ΣNOx to the decreasing side by performing the following processes of S55 to S56.

S53では、ECUは、NOx触媒における新規吸着量adnoxを算出し、S54に移る。この新規吸着量adnoxは、前回から今回までの制御周期の間にNOx触媒に新たに吸着したNOxの量に相当する。この新規吸着量adnoxは、例えば下記式に示すように、NOx流入量innoxに、NOx吸着率ηnox及び吸着率補正係数kηnoxを乗算することによって算出される。S54では、ECUは、推定値ΣNOxの前回値に新規吸着量adnoxを加算することによって、推定値ΣNOxを更新し、この処理を終了する。
adnox=innox×ηnox×kηnox
In S53, the ECU calculates a new adsorption amount adnox in the NOx catalyst, and proceeds to S54. The new adsorption amount adnox corresponds to the amount of NOx newly adsorbed on the NOx catalyst during the control cycle from the previous time to the current time. The new adsorption amount adnox is calculated by multiplying the NOx inflow amount innox by the NOx adsorption rate ηnox and the adsorption rate correction coefficient kηnox, for example, as shown in the following equation. In S54, the ECU updates the estimated value ΣNOx by adding the new adsorption amount adnox to the previous value of the estimated value ΣNOx, and ends this process.
adnox = innox × ηnox × kηnox

ここで、NOx流入量innoxとは、具体的には前回から今回までの制御周期の間にNOx触媒に流入したNOxの量に相当する。この流入量innoxは、例えばエンジンの回転数及び負荷等に基づいて予め定められたマップ(図示せず)を検索することによって算出される。また吸着率ηnoxは、NOx触媒の温度を用いて図12に示すような予め定められたマップを検索することによって算出される。また、NOx触媒におけるNOx吸着率は、そのNOx吸着量が増加するほど低下する。上記補正係数kηnoxは、このNOx吸着量に応じたNOx吸着率の変化を考慮するために導入された係数である。この補正係数kηnoxの具体的な値は、NOx吸着量の推定値ΣNOxを用いて図13に示すようなマップを検索することによって算出される。補正係数kηnoxは、例えば推定値ΣNOxが0であるときに最大値である1になるように設定される(図13参照)。   Here, the NOx inflow amount innox specifically corresponds to the amount of NOx that flows into the NOx catalyst during the control cycle from the previous time to the current time. This inflow amount innox is calculated by searching a predetermined map (not shown) based on, for example, the engine speed and load. Further, the adsorption rate ηnox is calculated by searching a predetermined map as shown in FIG. 12 using the temperature of the NOx catalyst. Further, the NOx adsorption rate in the NOx catalyst decreases as the NOx adsorption amount increases. The correction coefficient kηnox is a coefficient introduced in order to consider a change in the NOx adsorption rate according to the NOx adsorption amount. A specific value of the correction coefficient kηnox is calculated by searching a map as shown in FIG. 13 using the estimated NOx adsorption amount ΣNOx. For example, the correction coefficient kηnox is set to 1 which is the maximum value when the estimated value ΣNOx is 0 (see FIG. 13).

S55では、ECUは、NOx触媒における新規脱離量denoxを算出し、S56に移る。この新規脱離量denoxは、前回から今回までの制御周期の間にNOx触媒から新たに脱離したNOxの量に相当する。この脱離量denoxは、NOx触媒の温度を用いて図14に示すような予め定められたマップを検索することによって算出される。図14に示すように、NOx触媒から脱離するNOxの量はNOx触媒の温度が高くなるほど多くなる。S56では、ECUは、推定値ΣNOxの前回値から新規脱離量denoxを減算することによって、推定値ΣNOxを更新し、この処理を終了する。   In S55, the ECU calculates a new desorption amount denox in the NOx catalyst, and proceeds to S56. This new desorption amount denox corresponds to the amount of NOx newly desorbed from the NOx catalyst during the control cycle from the previous time to this time. This desorption amount denox is calculated by searching a predetermined map as shown in FIG. 14 using the temperature of the NOx catalyst. As shown in FIG. 14, the amount of NOx desorbed from the NOx catalyst increases as the temperature of the NOx catalyst increases. In S56, the ECU updates the estimated value ΣNOx by subtracting the new desorption amount denox from the previous value of the estimated value ΣNOx, and ends this process.

次に、以上のような排気浄化装置の具体的な動作例について、タイムチャートを参照しながら説明する。   Next, a specific operation example of the exhaust purification apparatus as described above will be described with reference to a time chart.

図15は、エンジンの始動直後における排気浄化装置の動作例を示すタイムチャートである。図15には、上段から順に、本実施形態の排気浄化装置における各種フラグ(F_STMOD,F_rgn,F_PZ)、NOx吸着量の推定値ΣNOx、NOx触媒の温度、及びテールパイプから排出されるNOx量を示す。また図15には、三元触媒のみを用いた従来の排気浄化装置におけるNOx量を、比較のため破線で示す。   FIG. 15 is a time chart showing an operation example of the exhaust emission control device immediately after the engine is started. FIG. 15 shows, in order from the top, various flags (F_STMOD, F_rgn, F_PZ), the estimated NOx adsorption amount ΣNOx, the temperature of the NOx catalyst, and the NOx amount exhausted from the tailpipe in the exhaust purification system of this embodiment. Show. Further, in FIG. 15, the NOx amount in the conventional exhaust purification apparatus using only the three-way catalyst is shown by a broken line for comparison.

始めに、時刻t0においてイグニッションスイッチを操作してエンジンを始動した時点では、スタートフラグF_STMODは“1”に設定される。これにより、時刻t1では再生要求フラグF_rgnは“1”に設定され(図8のS1→S2参照)、流路フラグF_PZも“1”に設定される(図9のS11→S13→S14→S15参照)。   First, when the engine is started by operating the ignition switch at time t0, the start flag F_STMOD is set to “1”. Thus, at time t1, the regeneration request flag F_rgn is set to “1” (see S1 → S2 in FIG. 8), and the flow path flag F_PZ is also set to “1” (S11 → S13 → S14 → S15 in FIG. 9). reference).

従来の排気浄化装置では、三元触媒が活性温度に達する時刻t3までの間、三元触媒で浄化できなかったNOxがテールパイプから排出される場合がある(図15の破線参照)。これに対し本実施形態の排気浄化装置では、以上のようにフラグが設定されたことに応じて、時刻t1からフラグF_rgnが“0”にリセットされる時刻t4まで、排気流路はNOx触媒を経由する第2流路に設定されるとともに空燃比をストイキにしさらに昇温制御を行う再生処理が実行される。このため、三元触媒で浄化できなかったNOxは、NOx触媒によって吸着されるので、テールパイプからの排出を抑制できる。   In the conventional exhaust gas purification apparatus, NOx that could not be purified by the three-way catalyst until time t3 when the three-way catalyst reaches the activation temperature may be discharged from the tail pipe (see the broken line in FIG. 15). On the other hand, in the exhaust gas purification apparatus of the present embodiment, the exhaust flow path displays the NOx catalyst from time t1 to time t4 when the flag F_rgn is reset to “0” in response to the flag being set as described above. A regeneration process is performed in which the second flow path is set and the air-fuel ratio is stoichiometric and temperature rise control is performed. For this reason, NOx that could not be purified by the three-way catalyst is adsorbed by the NOx catalyst, so that the discharge from the tail pipe can be suppressed.

図15に示すようにNOx触媒の温度は、昇温制御を実行することによって時刻t2において脱離温度を超える。このため時刻t2では、NOx触媒におけるNOx吸着量は減少に転じる。なおこの際、NOx触媒に流入する排気の空燃比をストイキとすることにより、NOx触媒から脱離したNOxが還元されずにテールパイプから排出することもない。   As shown in FIG. 15, the temperature of the NOx catalyst exceeds the desorption temperature at time t2 by executing the temperature rise control. Therefore, at time t2, the NOx adsorption amount in the NOx catalyst starts to decrease. At this time, by making the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx catalyst stoichiometric, NOx desorbed from the NOx catalyst is not reduced and is not discharged from the tail pipe.

その後時刻t4では、吸着量の推定値ΣNOxが下限閾値Lim_Lを下回ったことに応じて、再生要求フラグF_rgnが“1”から“0”にリセットされ、これにより再生処理が終了する(図8のS1→S4→S5→S6参照)。またフラグF_rgnが“0”にリセットされたことに応じて、流路フラグF_PZも“0”にセットされる(図9のS11→S13→S14→S16参照)。これ以降は、エンジンから排出されるNOxは、活性に達した三元触媒によって還元される。また、エンジンの始動直後は、NOx触媒の再生処理が完了した後は、排気流路を第1流路に切り替えることにより、NOx触媒にかかる熱負荷を低減できる。   Thereafter, at time t4, the regeneration request flag F_rgn is reset from “1” to “0” in response to the estimated adsorption amount ΣNOx being lower than the lower limit threshold Lim_L, thereby completing the regeneration process (FIG. 8). (See S1-> S4-> S5-> S6). Further, in response to the reset of the flag F_rgn to “0”, the flow path flag F_PZ is also set to “0” (see S11 → S13 → S14 → S16 in FIG. 9). Thereafter, NOx exhausted from the engine is reduced by the three-way catalyst that has reached activity. Further, immediately after the engine is started, after the regeneration process of the NOx catalyst is completed, the heat load on the NOx catalyst can be reduced by switching the exhaust passage to the first passage.

図16は、燃料カット直後における排気浄化装置の動作例を示すタイムチャートである。図16には、上段から順に、本実施形態の排気浄化装置における各種フラグ(F_FC,F_CRD,F_PZ)、テールパイプから排出されるNOx量、及び燃料噴射量を示す。また図15には、三元触媒のみを用いた従来の排気浄化装置におけるNOx量及び燃料噴射量を比較のため破線で示す。   FIG. 16 is a time chart showing an operation example of the exhaust purification apparatus immediately after the fuel cut. FIG. 16 shows, in order from the top, various flags (F_FC, F_CRD, F_PZ), the amount of NOx discharged from the tail pipe, and the fuel injection amount in the exhaust purification system of this embodiment. Further, in FIG. 15, the NOx amount and the fuel injection amount in a conventional exhaust purification device using only a three-way catalyst are shown by broken lines for comparison.

始めに、時刻t0において燃料カットフラグF_FCが“1”にセットされ、燃料カットが開始すると、本実施形態の排気浄化装置では、流路フラグF_PZを“0”にし、排気流路を強制的に第1流路に設定する。この間、NOx触媒には高温の排気が流入することが無いので、NOx触媒にかかる熱負荷を軽減できる。   First, when the fuel cut flag F_FC is set to “1” at time t0 and the fuel cut is started, the exhaust gas purification apparatus of the present embodiment sets the flow path flag F_PZ to “0” and forcibly sets the exhaust flow path. Set to the first flow path. During this time, high-temperature exhaust does not flow into the NOx catalyst, so that the thermal load on the NOx catalyst can be reduced.

次に、時刻t1において燃料カットフラグF_FCが“1”から“0”にリセットされ、燃料カット期間が経過すると、上述のように三元触媒の還元処理を開始すべく還元要求フラグF_CRDが“0”から“1”に設定される。還元要求が発生すると、本実施形態の排気浄化装置では、NOx触媒の再生処理中でないか否か(図9のS17参照)、及びNOx触媒がNOxを吸着できる状態であるか否か(図9のS19参照)を判定し、これらの判定結果が何れも肯定的であった場合には、流路フラグF_PZを“1”に設定し(図9のS21参照)、排気流路を第2流路に切り替える。   Next, at time t1, the fuel cut flag F_FC is reset from “1” to “0”, and when the fuel cut period elapses, the reduction request flag F_CRD is set to “0” to start the reduction process of the three-way catalyst as described above. "1" is set to "1". When a reduction request is generated, in the exhaust purification apparatus of this embodiment, whether or not the NOx catalyst is being regenerated (see S17 in FIG. 9), and whether or not the NOx catalyst can adsorb NOx (see FIG. 9). If all of these determination results are affirmative, the flow path flag F_PZ is set to “1” (see S21 in FIG. 9), and the exhaust flow path is set to the second flow. Switch to the road.

図16において破線で示すように、従来の排気浄化装置では還元処理中の三元触媒において十分に還元浄化できなかったNOxは、そのままテールパイプから排出してしまう場合がある。これに対し本実施形態の排気浄化装置では、燃料カット期間が経過した後には排気流路をNOx触媒を通過する第2流路に切り替えることにより、三元触媒で浄化できなかったNOxをNOx触媒に吸着させることができるので、テールパイプから排出されるNOxの量を従来よりも抑制できる。   As indicated by a broken line in FIG. 16, NOx that cannot be sufficiently reduced and purified by the three-way catalyst during the reduction process in the conventional exhaust purification device may be discharged from the tail pipe as it is. On the other hand, in the exhaust purification apparatus of the present embodiment, after the fuel cut period has elapsed, the NOx catalyst that could not be purified by the three-way catalyst is switched by switching the exhaust passage to the second passage that passes through the NOx catalyst. Therefore, the amount of NOx discharged from the tailpipe can be suppressed more than before.

また本実施形態の排気浄化装置では、三元触媒に貯蔵された酸素を還元するために空燃比を弱リッチにしている間に、排気流路を第2流路に設定する場合、弱リッチ時補正係数KCRDの値を最大値である1よりも小さな値に設定し、リッチシフト量を小さくする(図9のS31参照)。これにより、図16に示すように、三元触媒の還元処理にかかる燃料噴射量を従来よりも抑制できる。   Further, in the exhaust purification device of the present embodiment, when the exhaust flow path is set to the second flow path while the air-fuel ratio is weakly rich in order to reduce the oxygen stored in the three-way catalyst, when the exhaust gas is weakly rich, The value of the correction coefficient KCRD is set to a value smaller than 1, which is the maximum value, and the rich shift amount is reduced (see S31 in FIG. 9). Thereby, as shown in FIG. 16, the fuel injection amount concerning the reduction process of a three-way catalyst can be suppressed compared with the past.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限らない。本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜変更してもよい。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not restricted to this. Within the scope of the gist of the present invention, the detailed configuration may be changed as appropriate.

1…エンジン(内燃機関)
11…排気管(排気通路)
2…排気浄化装置
31…上流触媒コンバータ(三元触媒)
32…中間触媒コンバータ(NOx触媒)
34…排気流路切替機構(切替機構)
36…排気温度センサ(触媒温度取得手段)
6…ECU(排気流路制御手段、触媒温度取得手段、吸着量取得手段、再生制御手段、再生要求発生手段、還元制御手段)
1. Engine (internal combustion engine)
11 ... Exhaust pipe (exhaust passage)
2 ... Exhaust gas purification device 31 ... Upstream catalytic converter (three-way catalyst)
32 ... Intermediate catalytic converter (NOx catalyst)
34 ... Exhaust flow path switching mechanism (switching mechanism)
36 ... Exhaust temperature sensor (catalyst temperature acquisition means)
6 ... ECU (exhaust flow path control means, catalyst temperature acquisition means, adsorption amount acquisition means, regeneration control means, regeneration request generation means, reduction control means)

Claims (9)

内燃機関の排気通路に設けられた三元触媒と、
前記排気通路に設けられかつゼオライトからなる担体及び当該担体に担持されたPdを有するNOx触媒と、を備える内燃機関の排気浄化装置であって、
前記内燃機関の排気流路を、前記三元触媒を通過し前記NOx触媒を迂回する第1流路と、前記三元触媒及び前記NOx触媒の両方を通過する第2流路と、で切り替える切替機構と、
所定の条件に応じて前記切替機構を前記第1流路側又は前記第2流路側で切り替える排気流路制御手段と、を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
A three-way catalyst provided in the exhaust passage of the internal combustion engine;
An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, comprising: a support made of zeolite provided in the exhaust passage and a NOx catalyst having Pd supported on the support,
Switching to switch the exhaust flow path of the internal combustion engine between a first flow path that passes through the three-way catalyst and bypasses the NOx catalyst, and a second flow path that passes through both the three-way catalyst and the NOx catalyst Mechanism,
An exhaust emission control device for an internal combustion engine, comprising: an exhaust passage control means for switching the switching mechanism on the first passage side or the second passage side according to a predetermined condition.
前記NOx触媒の温度を取得する触媒温度取得手段と、
前記NOx触媒におけるNOx吸着量を取得する吸着量取得手段と、を備え、
前記排気流路制御手段は、前記取得したNOx触媒の温度及びNOx吸着量の両方又は何れかに基づいて前記切替機構を切り替えることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。
Catalyst temperature acquisition means for acquiring the temperature of the NOx catalyst;
An adsorption amount obtaining means for obtaining an NOx adsorption amount in the NOx catalyst,
2. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the exhaust flow path control unit switches the switching mechanism based on or both of the acquired temperature of the NOx catalyst and NOx adsorption amount.
前記排気流路制御手段は、前記内燃機関の始動開始直後の所定期間には前記切替機構を前記第2流路側に設定することを特徴とする請求項1又は2に記載の内燃機関の排気浄化装置。   3. The exhaust gas purification of an internal combustion engine according to claim 1, wherein the exhaust flow path control unit sets the switching mechanism to the second flow path side in a predetermined period immediately after the start of the internal combustion engine. apparatus. 前記排気流路制御手段は、前記内燃機関における燃料噴射が一時的に停止される燃料カット期間中は前記切替機構を前記第1流路側に設定することを特徴とする請求項1から3の何れかに記載の内燃機関の排気浄化装置。   The exhaust gas flow path control means sets the switching mechanism to the first flow path side during a fuel cut period in which fuel injection in the internal combustion engine is temporarily stopped. An exhaust purification device for an internal combustion engine according to claim 1. 前記排気流路制御手段は、前記燃料カット期間が経過した後には前記切替機構を前記第1流路側から前記第2流路側に切り替えることを特徴とする請求項4に記載の内燃機関の排気浄化装置。   The exhaust purification of an internal combustion engine according to claim 4, wherein the exhaust flow path control means switches the switching mechanism from the first flow path side to the second flow path side after the fuel cut period has elapsed. apparatus. 前記NOx触媒の温度を所定の脱離温度より高くしかつ当該NOx触媒に流入する排気の空燃比をストイキ又はリッチにするNOx触媒再生処理を実行し、前記NOx触媒に吸着されたNOxを還元浄化する再生制御手段と、
前記NOx触媒におけるNOx吸着量が所定の上限閾値を超えた場合には前記再生制御手段に前記NOx触媒再生処理の実行要求を発生する再生要求発生手段と、を備え、
前記排気流路制御手段は、前記NOx触媒再生処理の実行が要求されている間は前記切替機構を前記第2流路側に設定することを特徴とする請求項1から5の何れかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
A NOx catalyst regeneration process is performed to increase the temperature of the NOx catalyst above a predetermined desorption temperature and to make the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx catalyst stoichiometric or rich, and the NOx adsorbed on the NOx catalyst is reduced and purified Playback control means to
A regeneration request generating means for generating an execution request for the NOx catalyst regeneration process in the regeneration control means when the NOx adsorption amount in the NOx catalyst exceeds a predetermined upper limit threshold;
6. The exhaust gas flow path control means sets the switching mechanism to the second flow path side while the execution of the NOx catalyst regeneration process is required. 6. An exhaust purification device for an internal combustion engine.
前記三元触媒に流入する排気の空燃比を所定の基準よりもリッチ側へシフトさせる還元処理を実行し、前記三元触媒に貯蔵された酸素を還元する還元制御手段を備え、
前記排気流路制御手段は、前記還元処理を行っている間は、前記NOx触媒の温度が所定の脱離温度よりも低い場合に前記切替機構を前記第2流路側に設定することを特徴とする請求項1から5の何れかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
A reduction process for reducing the oxygen stored in the three-way catalyst by performing a reduction process for shifting the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the three-way catalyst to a richer side than a predetermined reference;
The exhaust flow path control means sets the switching mechanism to the second flow path side when the temperature of the NOx catalyst is lower than a predetermined desorption temperature during the reduction process. An exhaust emission control device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 5.
前記NOx触媒の温度を所定の脱離温度より高くしかつ当該NOx触媒に流入する排気の空燃比をストイキ又はリッチにするNOx触媒再生処理を実行し、前記NOx触媒に吸着されたNOxを還元浄化する再生制御手段と、
前記三元触媒に流入する排気の空燃比を所定の基準よりもリッチ側へシフトさせる還元処理を実行し、前記三元触媒に貯蔵された酸素を還元する還元制御手段と、を備え、
前記排気流路制御手段は、前記還元処理を行っている間は、前記NOx触媒の温度が所定の脱離温度よりも低い場合又は前記NOx触媒再生処理を行っている場合に前記切替機構を前記第2流路側に設定することを特徴とする請求項1から5の何れかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
A NOx catalyst regeneration process is performed to increase the temperature of the NOx catalyst above a predetermined desorption temperature and to make the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx catalyst stoichiometric or rich, and the NOx adsorbed on the NOx catalyst is reduced and purified Playback control means to
Reduction control means for performing a reduction process for shifting the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the three-way catalyst to a richer side than a predetermined reference, and for reducing oxygen stored in the three-way catalyst,
The exhaust flow path control means sets the switching mechanism when the temperature of the NOx catalyst is lower than a predetermined desorption temperature or when the NOx catalyst regeneration process is being performed during the reduction process. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 5, wherein the exhaust gas purification apparatus is set on the second flow path side.
前記還元制御手段は、前記切替機構が前記第2流路側に設定されている場合には、前記第1流路側に設定されている場合よりも前記還元処理の実行時における排気の空燃比のリッチ側へのシフト量を小さくすることを特徴とする請求項7又は8に記載の内燃機関の排気浄化装置。   When the switching mechanism is set on the second flow path side, the reduction control means is more rich in the air-fuel ratio of the exhaust when the reduction process is performed than when the switching mechanism is set on the first flow path side. The exhaust purification device for an internal combustion engine according to claim 7 or 8, wherein the shift amount to the side is reduced.
JP2015147741A 2015-07-27 2015-07-27 Exhaust gas purification device for internal combustion engine Expired - Fee Related JP6133940B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015147741A JP6133940B2 (en) 2015-07-27 2015-07-27 Exhaust gas purification device for internal combustion engine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015147741A JP6133940B2 (en) 2015-07-27 2015-07-27 Exhaust gas purification device for internal combustion engine

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2017025861A true JP2017025861A (en) 2017-02-02
JP6133940B2 JP6133940B2 (en) 2017-05-24

Family

ID=57945668

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015147741A Expired - Fee Related JP6133940B2 (en) 2015-07-27 2015-07-27 Exhaust gas purification device for internal combustion engine

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6133940B2 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08196868A (en) * 1995-01-23 1996-08-06 Hitachi Ltd System for removing hydrocarbon in exhaust gas of internal combustion engine and control of the same
JP2001003732A (en) * 1999-06-18 2001-01-09 Toyota Motor Corp Exhaust emission control device for internal combustion engine
JP2002097941A (en) * 2000-09-21 2002-04-05 Nissan Motor Co Ltd Exhaust emission control device of internal combustion engine
JP2009270535A (en) * 2008-05-09 2009-11-19 Toyota Motor Corp Exhaust emission control device for internal combustion engine
JP2011106383A (en) * 2009-11-19 2011-06-02 Honda Motor Co Ltd Exhaust emission control device for internal combustion engine

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08196868A (en) * 1995-01-23 1996-08-06 Hitachi Ltd System for removing hydrocarbon in exhaust gas of internal combustion engine and control of the same
JP2001003732A (en) * 1999-06-18 2001-01-09 Toyota Motor Corp Exhaust emission control device for internal combustion engine
JP2002097941A (en) * 2000-09-21 2002-04-05 Nissan Motor Co Ltd Exhaust emission control device of internal combustion engine
JP2009270535A (en) * 2008-05-09 2009-11-19 Toyota Motor Corp Exhaust emission control device for internal combustion engine
JP2011106383A (en) * 2009-11-19 2011-06-02 Honda Motor Co Ltd Exhaust emission control device for internal combustion engine

Also Published As

Publication number Publication date
JP6133940B2 (en) 2017-05-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5037283B2 (en) Exhaust gas purification device for internal combustion engine
WO2011042956A1 (en) Exhaust gas purification system for internal combustion engine
JP2006242188A (en) DEVICE AND METHOD FOR DESULFURIZING NOx OCCLUDING AND CONVERTING CATALYST DEVICE
KR20010015118A (en) Exhaust purge apparatus of internal combustion engine
JP5625872B2 (en) Exhaust gas purification device for internal combustion engine
AU2011376494B2 (en) Exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine
JP2007100578A (en) Exhaust emission control device of internal combustion engine
JP2012057571A (en) Exhaust emission control apparatus of internal combustion engine
JPH1181992A (en) Exhaust gas purifying device in internal combustion engine
JP2001295708A (en) Fuel vapor processor and exhaust emission control device
JP2018053882A (en) Exhaust emission control system for internal combustion engine
JP2010203320A (en) Exhaust emission control device
JP6207554B2 (en) Vehicle exhaust purification system
JP6133940B2 (en) Exhaust gas purification device for internal combustion engine
JP6165200B2 (en) Exhaust gas purification device for internal combustion engine
JP5488493B2 (en) Exhaust gas purification device for internal combustion engine
JP3922408B2 (en) Exhaust gas purification device for internal combustion engine
JP4259275B2 (en) Method for poisoning regeneration of reforming catalyst and poisoning regeneration device
JP2004092584A (en) Exhaust emission control device for internal combustion engine
JP2017025758A (en) Exhaust emission control device of internal combustion engine
JP6482935B2 (en) Exhaust gas purification device for internal combustion engine
JP2016211484A (en) Exhaust gas purification device for internal combustion engine
JP2016205146A (en) Exhaust emission control device for internal combustion engine
JP6158871B2 (en) Exhaust gas purification device for internal combustion engine
JP2004251188A (en) Exhaust emission control system for internal combustion engine

Legal Events

Date Code Title Description
A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20170110

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20170313

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20170404

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20170420

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6133940

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees