JP2022114661A - Temperature controller of exhaust emission control catalyst - Google Patents

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憲治 古井
Kenji Furui
洋一 門田
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Abstract

To provide a temperature controller of an exhaust emission control catalyst capable of suppressing poisoning of the exhaust emission control catalyst to improve purification performance for exhaust gas.SOLUTION: A CPU 34 of an electronic control unit 30 comprises: a catalyst temperature acquisition unit 34a that acquires a catalyst temperature of an exhaust emission control catalyst 17a into which exhaust gas having passed through an exhaust emission control catalyst 16a provided in an exhaust passage of an internal combustion engine flows; and a catalyst temperature control unit 34d that on the basis of a predetermined temperature range of the exhaust emission control catalyst 17a in which an amount of poisoning of the exhaust emission control catalyst 17a is greater than that on a low temperature side and a high temperature side of the temperature range, increases or decreases the catalyst temperature so that the catalyst temperature is out of the predetermined temperature range when the catalyst temperature is within the predetermined temperature range.SELECTED DRAWING: Figure 7

Description

本発明は、排気浄化触媒の温度制御装置に関する。 The present invention relates to a temperature control device for an exhaust purification catalyst.

従来、触媒が被毒したと判定されたときに、空燃比をリーンに補正することで被毒を再生させることが公知である(例えば、特許文献1を参照)。 Conventionally, when it is determined that the catalyst has been poisoned, it is known to regenerate the poisoning by correcting the air-fuel ratio to be lean (see, for example, Patent Document 1).

特開2002-4920号公報JP-A-2002-4920

しかし、上記特許文献1に記載された技術は、触媒が被毒した後に被毒した触媒を再生させる技術に関するものであり、触媒が被毒して浄化性能が低下する現象を回避することは想定していない。このため、被毒現象そのものを回避するという観点からは改善の余地がある。 However, the technique described in Patent Document 1 relates to a technique for regenerating the poisoned catalyst after the catalyst has been poisoned, and it is assumed that the phenomenon that the catalyst is poisoned and the purification performance is lowered is avoided. not. Therefore, there is room for improvement from the viewpoint of avoiding the poisoning phenomenon itself.

また、内燃機関の排気通路には、排気通路の上流側に設けられた前段の排気浄化触媒と、前段の排気浄化触媒よりも排気通路の下流側に設けられた後段の排気浄化触媒とが設けられる場合があるが、上記特許文献に記載された技術は、前段の排気浄化触媒と後段の排気浄化触媒の被毒特性の相違を考慮したものではない。 Further, the exhaust passage of the internal combustion engine is provided with a front-stage exhaust purification catalyst provided on the upstream side of the exhaust passage, and a rear-stage exhaust purification catalyst provided on the downstream side of the exhaust passage from the front-stage exhaust purification catalyst. However, the technique described in the above patent document does not consider the difference in poisoning characteristics between the front-stage exhaust purification catalyst and the rear-stage exhaust purification catalyst.

上段の排気浄化触媒では、流入する排気ガスの空燃比が、燃料リッチと燃料リーンが交互に繰り返されるように制御されると、排気浄化触媒に吸着されたHCまたはCは燃料リーンな排気ガスが流れたときに酸化される。このため、上段の排気浄化触媒は、被毒が比較的発生しにくい環境下にある。 In the upper exhaust purification catalyst, when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is controlled so that fuel-rich and fuel-lean alternately, HC or C adsorbed to the exhaust purification catalyst becomes fuel-lean exhaust gas. Oxidized when flowing. Therefore, the upper-stage exhaust purification catalyst is in an environment in which poisoning is relatively difficult to occur.

一方、後段の排気浄化触媒には、上段の排気浄化触媒を通過した排気ガスが流入するため、燃料リーンな排気ガスが排気通路を流れたときに排気ガス中に含まれる酸素の殆どは上段の排気浄化触媒で消費されてしまう。したがって、後段の排気浄化触媒では、燃料リーンな排気ガスが流入した場合であっても被毒が回復しない傾向があり、被毒が蓄積されてしまう問題がある。したがって、特に後段の排気浄化触媒について、被毒を抑制して排気ガスの浄化性能を向上することが望ましい。 On the other hand, since the exhaust gas that has passed through the upper-stage exhaust purification catalyst flows into the latter-stage exhaust purification catalyst, most of the oxygen contained in the exhaust gas when the fuel-lean exhaust gas flows through the exhaust passage is in the upper-stage exhaust purification catalyst. It will be consumed by the exhaust purification catalyst. Therefore, even when fuel-lean exhaust gas flows into the latter exhaust purification catalyst, there is a tendency that the poisoning does not recover and the poisoning accumulates. Therefore, it is desirable to suppress the poisoning and improve the purification performance of the exhaust gas, particularly for the latter exhaust purification catalyst.

そこで、本発明は、排気浄化触媒の被毒を抑制することで排気ガスの浄化性能を向上することが可能な排気浄化触媒の温度制御装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a temperature control device for an exhaust purification catalyst capable of improving exhaust gas purification performance by suppressing poisoning of the exhaust purification catalyst.

本開示の要旨は以下のとおりである。 The gist of the present disclosure is as follows.

(1) 内燃機関の排気通路に設けられた第1排気浄化触媒を通過した排気ガスが流入する第2排気浄化触媒の触媒温度を取得する触媒温度取得部と、
予め定められた前記第2排気浄化触媒の温度域であって該温度域の低温側および高温側よりも前記第2排気浄化触媒の被毒量が増加する所定温度域に基づき、前記触媒温度が前記所定温度域にあるとき、前記触媒温度が前記所定温度域外となるように前記触媒温度を昇温または降温させる触媒温度制御部と、
を備える、排気浄化触媒の温度制御装置。
(1) a catalyst temperature acquisition unit that acquires the catalyst temperature of a second exhaust purification catalyst into which exhaust gas that has passed through a first exhaust purification catalyst provided in an exhaust passage of an internal combustion engine flows;
The catalyst temperature is adjusted based on a predetermined temperature range of the second exhaust purification catalyst in which the amount of poisoning of the second exhaust purification catalyst is greater than that on the low temperature side and the high temperature side of the temperature range. a catalyst temperature control unit that raises or lowers the temperature of the catalyst so that the temperature of the catalyst is outside the predetermined temperature range when the temperature is within the predetermined temperature range;
A temperature control device for an exhaust purification catalyst, comprising:

本発明によれば、排気浄化触媒の被毒を抑制することで排気ガスの浄化性能を向上することが可能な排気浄化触媒の温度制御装置を提供することが可能になるという効果を奏する。 Advantageous Effects of Invention According to the present invention, it is possible to provide an exhaust purification catalyst temperature control device capable of improving exhaust gas purification performance by suppressing poisoning of the exhaust purification catalyst.

内燃機関の構成を示す模式図である。1 is a schematic diagram showing the configuration of an internal combustion engine; FIG. 上流側の触媒コンバータについて、排気浄化触媒の触媒温度と触媒コンバータから排出された排気ガス中のTHC濃度との関係を示す特性図である。FIG. 4 is a characteristic diagram showing the relationship between the catalyst temperature of an exhaust purification catalyst and the THC concentration in the exhaust gas discharged from the catalytic converter, with respect to the upstream catalytic converter. 下流側の触媒コンバータについて、排気浄化触媒の触媒温度と触媒コンバータから排出された排気ガス中のTHC濃度との関係を示す特性図である。FIG. 4 is a characteristic diagram showing the relationship between the catalyst temperature of an exhaust gas purification catalyst and the THC concentration in the exhaust gas discharged from the catalytic converter, with respect to the downstream side catalytic converter. 排気ガス中のスチームカーボン比と触媒のC被毒量との関係を示す特性図である。FIG. 3 is a characteristic diagram showing the relationship between the steam carbon ratio in the exhaust gas and the amount of carbon poisoning of the catalyst; 下流側の触媒コンバータの排気浄化触媒に堆積したC量と、触媒コンバータによる排気ガスの浄化率との関係を示す模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram showing the relationship between the amount of C deposited on an exhaust purification catalyst of a downstream catalytic converter and the exhaust gas purification rate of the catalytic converter; 上流側の触媒コンバータおよび下流側の触媒コンバータの周辺の構成を詳細に示す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing in detail the configuration around the upstream catalytic converter and the downstream catalytic converter; 電子制御ユニットのCPUの機能ブロックを示す模式図である。4 is a schematic diagram showing functional blocks of a CPU of the electronic control unit; FIG. 式(1)における堆積C量、流入C量、酸化C量、脱離C量が温度に応じて変化する様子を示す特性図である。FIG. 3 is a characteristic diagram showing how the amount of deposited C, the amount of inflow, the amount of oxidized C, and the amount of desorbed C in formula (1) change according to temperature; 下流側の触媒コンバータの上流に設けられた空燃比センサが検出した空燃比が時間の経過に伴って変化する様子を示す特性図である。FIG. 5 is a characteristic diagram showing how an air-fuel ratio detected by an air-fuel ratio sensor provided upstream of a downstream catalytic converter changes over time; 排気浄化触媒の触媒温度と堆積C量に基づいて、排気浄化触媒の昇温または降温制御と、被毒再生制御のいずれを行うかを決定するためのマップを示す模式図である。FIG. 5 is a schematic diagram showing a map for determining which of temperature increase/decrease control and poisoning regeneration control of the exhaust purification catalyst is to be performed based on the catalyst temperature and the amount of deposited C of the exhaust purification catalyst. 排気浄化触媒の触媒温度と時系列の温度勾配に基づいて、昇温制御と降温制御のいずれを行うかを決定するためのマップを示す模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram showing a map for determining which of temperature increase control and temperature decrease control is to be performed based on the catalyst temperature of the exhaust purification catalyst and the time-series temperature gradient. 第1の実施形態において、電子制御ユニットのCPUが所定の制御周期毎に行う処理を示すフローチャートである。4 is a flow chart showing processing performed by a CPU of the electronic control unit in each predetermined control cycle in the first embodiment; 第1の実施形態に係る処理を行った場合に、排気浄化触媒の触媒温度、昇温/降温係数、および排気浄化触媒の堆積C量が変化する様子を示すタイミングチャートである。5 is a timing chart showing how the catalyst temperature of the exhaust purification catalyst, the temperature increase/temperature decrease coefficient, and the deposited C amount of the exhaust purification catalyst change when the process according to the first embodiment is performed. 第1の実施形態に係る処理を行わない場合に、排気浄化触媒の触媒温度、および排気浄化触媒の堆積C量が変化する様子を示すタイミングチャートである。4 is a timing chart showing how the catalyst temperature of the exhaust purification catalyst and the amount of deposited C on the exhaust purification catalyst change when the process according to the first embodiment is not performed; 上から順に、排気ガスの空燃比の指示値、排気ガスの空燃比の実測値、上流側の触媒コンバータから排出された排気ガスの空燃比、下流側の触媒コンバータの排気浄化触媒の触媒温度、上流側の触媒コンバータから排出された排気ガスの空燃比、下流側の触媒コンバータから排出されたTHCの濃度、下流側の触媒コンバータから排出されたCOの濃度、下流側の触媒コンバータから排出されたNOxの濃度、が時系列に変化する様子を示すタイミングチャートである。From the top, the indicated value of the air-fuel ratio of the exhaust gas, the measured value of the air-fuel ratio of the exhaust gas, the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the upstream catalytic converter, the catalyst temperature of the exhaust purification catalyst of the downstream catalytic converter, The air-fuel ratio of the exhaust gas emitted from the upstream catalytic converter, the concentration of THC emitted from the downstream catalytic converter, the concentration of CO emitted from the downstream catalytic converter, and the concentration of CO emitted from the downstream catalytic converter 4 is a timing chart showing how the concentration of NOx changes in time series. 第2の実施形態において、電子制御ユニットのCPUが所定の制御周期毎に行う処理を示すフローチャートである。9 is a flowchart showing processing performed by the CPU of the electronic control unit in each predetermined control cycle in the second embodiment; 本実施形態に係る処理を行った場合に、排気浄化触媒の触媒温度、および昇温/降温係数が変化する様子を示すタイミングチャートである。4 is a timing chart showing how the catalyst temperature of the exhaust purification catalyst and the temperature increase/temperature decrease coefficient change when the process according to the present embodiment is performed. 第3の実施形態において、電子制御ユニットのCPUが所定の制御周期毎に行う処理を示すフローチャートである。10 is a flowchart showing processing performed by the CPU of the electronic control unit in each predetermined control cycle in the third embodiment; 第4の実施形態において、電子制御ユニットのCPUが所定の制御周期毎に行う処理を示すフローチャートである。FIG. 10 is a flowchart showing processing performed by a CPU of an electronic control unit in each predetermined control cycle in the fourth embodiment; FIG. 第5の実施形態において、電子制御ユニットのCPUが所定の制御周期毎に行う処理を示すフローチャートである。10 is a flow chart showing processing performed by the CPU of the electronic control unit in each predetermined control cycle in the fifth embodiment. 図20のステップS14bにおいて、触媒が劣化している場合に適用されるマップを示す模式図である。FIG. 21 is a schematic diagram showing a map applied when the catalyst is degraded in step S14b of FIG. 20;

以下、本発明に係る幾つかの実施形態について図を参照しながら説明する。しかしながら、これらの説明は、本発明の好ましい実施形態の単なる例示を意図するものであって、本発明をこのような特定の実施形態に限定することを意図するものではない。 Several embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings. These descriptions, however, are intended as illustrations of preferred embodiments of the invention only, and are not intended to limit the invention to such specific embodiments.

(第1の実施形態)
図1に内燃機関の全体図を示す。図1を参照すると、1は機関本体、2は各気筒の燃焼室、3は各気筒の燃焼室2内に配置された点火栓、4は各気筒に燃料、例えば、ガソリンを供給するための燃料噴射弁、5はサージタンク、6は吸気枝管、7は排気マニホルドを夫々示す。サージタンク5は吸気ダクト8を介して排気ターボチャージャ9のコンプレッサ9aの出口に連結され、コンプレッサ9aの入口は吸入空気量検出器10を介してエアクリーナ11に連結される。吸気ダクト8内にはアクチュエータ13により駆動されるスロットル弁12が配置され、また、吸気ダクト8周りには吸気ダクト8内を流れる吸入空気を冷却するためのインタクーラ14が配置される。
(First embodiment)
FIG. 1 shows an overall view of an internal combustion engine. Referring to FIG. 1, 1 is an engine main body, 2 is a combustion chamber of each cylinder, 3 is a spark plug arranged in the combustion chamber 2 of each cylinder, and 4 is a fuel for supplying fuel, for example, gasoline to each cylinder. A fuel injection valve, 5 is a surge tank, 6 is an intake branch pipe, and 7 is an exhaust manifold. The surge tank 5 is connected through an intake duct 8 to the outlet of a compressor 9a of an exhaust turbocharger 9, and the inlet of the compressor 9a is connected through an intake air amount detector 10 to an air cleaner 11. A throttle valve 12 driven by an actuator 13 is arranged in the air intake duct 8 , and an intercooler 14 is arranged around the air intake duct 8 for cooling intake air flowing through the air intake duct 8 .

一方、排気マニホルド7は排気ターボチャージャ9の排気タービン9bの入口に連結され、排気タービン9bの出口は排気管15aを介して、排気浄化触媒16aを内蔵した触媒コンバータ16に連結される。触媒コンバータ16の出口は排気管15bを介して、排気浄化触媒17aを内蔵した触媒コンバータ17に連結される。本実施形態では、排気浄化触媒16aは内燃機関の排気通路に設けられた第1排気浄化触媒の一態様であり、排気浄化触媒17aは第1排気浄化触媒を通過した排気ガスが流入する第2排気浄化触媒の一態様であり、ともに三元触媒からなる。排気マニホルド7とサージタンク5とは排気ガス再循環(以下、EGRと称す)通路18を介して互いに連結され、EGR通路18内にはEGR制御弁19が配置される。各燃料噴射弁4は燃料分配管20に連結され、この燃料分配管20は燃料ポンプ21を介して燃料タンク22に連結される。図1に示されるようにサージタンク5には、夫々サージタンク5内の圧力および温度を検出するための圧力センサ23および温度センサ24が配置される。また、排気管15a内には、触媒コンバータ16へ流入する排気ガスの空燃比を検出するための空燃比センサ25と、排気ガス中のHC濃度を検出するためのHC濃度センサ26又は排気ガス中のCO濃度を検出するためのCO濃度センサ26が配置されている。また、排気管15b内には、触媒コンバータ17へ流入する排気ガスの空燃比を検出するための空燃比センサ28が配置されている。更に、排気浄化触媒16aには排気浄化触媒16aの温度を検出するための温度センサ27aが配置されており、排気浄化触媒17aには排気浄化触媒17aの温度を検出するための温度センサ27bが配置されている。なお、図1では、内燃機関が排気ターボチャージャ9を備える構成例を示したが、内燃機関は排気ターボチャージャ9を備えていなくてもよい。 On the other hand, the exhaust manifold 7 is connected to the inlet of an exhaust turbine 9b of the exhaust turbocharger 9, and the outlet of the exhaust turbine 9b is connected via an exhaust pipe 15a to a catalytic converter 16 containing an exhaust purification catalyst 16a. The outlet of the catalytic converter 16 is connected via an exhaust pipe 15b to a catalytic converter 17 containing an exhaust purification catalyst 17a. In this embodiment, the exhaust purification catalyst 16a is one aspect of the first exhaust purification catalyst provided in the exhaust passage of the internal combustion engine, and the exhaust purification catalyst 17a is the second catalyst into which the exhaust gas that has passed through the first exhaust purification catalyst flows. It is one aspect of an exhaust purification catalyst, and both consist of a three-way catalyst. The exhaust manifold 7 and the surge tank 5 are connected to each other through an exhaust gas recirculation (hereinafter referred to as EGR) passage 18, in which an EGR control valve 19 is arranged. Each fuel injection valve 4 is connected to a fuel distribution pipe 20 , which is connected to a fuel tank 22 via a fuel pump 21 . As shown in FIG. 1, the surge tank 5 is provided with a pressure sensor 23 and a temperature sensor 24 for detecting the pressure and temperature in the surge tank 5, respectively. Further, in the exhaust pipe 15a, an air-fuel ratio sensor 25 for detecting the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalytic converter 16, and an HC concentration sensor 26 for detecting the HC concentration in the exhaust gas or A CO concentration sensor 26 is arranged for detecting the CO concentration of the . An air-fuel ratio sensor 28 for detecting the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalytic converter 17 is arranged in the exhaust pipe 15b. Furthermore, a temperature sensor 27a for detecting the temperature of the exhaust purification catalyst 16a is arranged on the exhaust purification catalyst 16a, and a temperature sensor 27b for detecting the temperature of the exhaust purification catalyst 17a is arranged on the exhaust purification catalyst 17a. It is Although FIG. 1 shows a configuration example in which the internal combustion engine includes the exhaust turbocharger 9 , the internal combustion engine does not have to include the exhaust turbocharger 9 .

電子制御ユニット30はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス31によって互いに接続されたROM(リードオンリメモリ)32、RAM(ランダムアクセスメモリ)33、CPU(マイクロプロセッサ)34、入力ポート35および出力ポート36を具備する。入力ポート35には、吸入空気量検出器10、圧力センサ23、温度センサ24、空燃比センサ25,28、HC濃度センサ26又はCO濃度センサ26、および温度センサ27a,27bの出力信号が、対応するAD変換器37を介して入力される。アクセルペダル40にはアクセルペダル40の踏込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ41が接続され、負荷センサ41の出力電圧は対応するAD変換器37を介して入力ポート35に入力される。更に入力ポート35にはクランクシャフトが例えば30°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ42が接続される。CPU34内ではクランク角センサ42の出力信号に基づいて機関回転数が算出される。一方、出力ポート36は対応する駆動回路38を介して点火栓3、燃料噴射弁4、スロットル弁駆動用アクチュエータ13、EGR制御弁19および燃料ポンプ21に接続される。また、出力ポート36は、後述する昇温装置50、および降温装置52に接続される。 The electronic control unit 30 comprises a digital computer, ROM (read only memory) 32, RAM (random access memory) 33, CPU (microprocessor) 34, input port 35 and output port 36 connected together by a bi-directional bus 31. Equipped with Input port 35 receives output signals from intake air amount detector 10, pressure sensor 23, temperature sensor 24, air-fuel ratio sensors 25 and 28, HC concentration sensor 26 or CO concentration sensor 26, and temperature sensors 27a and 27b. input through the AD converter 37. A load sensor 41 is connected to the accelerator pedal 40 to generate an output voltage proportional to the amount of depression of the accelerator pedal 40 . Furthermore, the input port 35 is connected to a crank angle sensor 42 which generates an output pulse each time the crankshaft rotates, for example, by 30°. The engine speed is calculated in the CPU 34 based on the output signal of the crank angle sensor 42 . On the other hand, the output port 36 is connected to the spark plug 3 , the fuel injection valve 4 , the throttle valve drive actuator 13 , the EGR control valve 19 and the fuel pump 21 through the corresponding drive circuit 38 . In addition, the output port 36 is connected to a temperature raising device 50 and a temperature lowering device 52, which will be described later.

三元触媒からなる排気浄化触媒16aおよび排気浄化触媒17bは、HCを酸化させて水と二酸化炭素に、COを酸化させて二酸化炭素に、そしてNOxを還元して窒素と酸素に、それぞれ変換する。このため、排気浄化触媒16aおよび排気浄化触媒17bは、触媒成分としてPt(白金)、Pd(パラジウム)、Rh(ロジウム)などの貴金属を有している。以下では、これらの貴金属をPGM(Platinum Group Metal)として総称する。 The exhaust purification catalysts 16a and 17b, which are three-way catalysts, oxidize HC to water and carbon dioxide, oxidize CO to carbon dioxide, and reduce NOx to nitrogen and oxygen, respectively. . Therefore, the exhaust purification catalyst 16a and the exhaust purification catalyst 17b have noble metals such as Pt (platinum), Pd (palladium), and Rh (rhodium) as catalyst components. Hereinafter, these noble metals are collectively referred to as PGM (Platinum Group Metal).

図2は、上流側の触媒コンバータ16について、排気浄化触媒16aの触媒温度(横軸)と触媒コンバータ16から排出された排気ガス中のTHC(total hydrocarbon)濃度(縦軸)との関係を示す特性図である。また、図3は、下流側の触媒コンバータ17について、排気浄化触媒17aの触媒温度(横軸)と触媒コンバータ17から排出された排気ガス中のTHC濃度(縦軸)との関係を示す特性図である。 FIG. 2 shows the relationship between the catalyst temperature (horizontal axis) of the exhaust purification catalyst 16a and the THC (total hydrocarbon) concentration (vertical axis) in the exhaust gas discharged from the catalytic converter 16 on the upstream side of the catalytic converter 16. It is a characteristic diagram. FIG. 3 is a characteristic diagram showing the relationship between the catalyst temperature (horizontal axis) of the exhaust purification catalyst 17a and the THC concentration (vertical axis) in the exhaust gas discharged from the catalytic converter 17 on the downstream side of the catalytic converter 17. is.

図2及び図3において、□印は排気ガスの流量(Ga)が10[g/s]の場合を示しており、白抜きの□印はEGR有りの場合を、塗りつぶした□印はEGR無しの場合を示している。なお、EGR有りの場合は、EGR制御弁19を開いてEGR通路18に排気ガスを再循環させた場合に相当し、EGR無しの場合はEGR制御弁19を閉じてEGR通路18に排気ガスを再循環させない場合に相当する。また、◇印は排気ガスの流量(Ga)が20[g/s]の場合を示しており、白抜きの◇印はEGR有りの場合を、塗りつぶした◇印はEGR無しの場合を示している。また、〇印は排気ガスの流量(Ga)が30[g/s]の場合を示しており、白抜きの〇印はEGR有りの場合を、塗りつぶした〇印はEGR無しの場合を示している。 In FIGS. 2 and 3, the □ mark indicates the case where the flow rate (Ga) of the exhaust gas is 10 [g/s], the white □ mark indicates the case with EGR, and the solid □ mark indicates the case without EGR. is shown for the case of When EGR is present, the EGR control valve 19 is opened to recirculate the exhaust gas through the EGR passage 18. When EGR is not present, the EGR control valve 19 is closed to allow the exhaust gas to pass through the EGR passage 18. This corresponds to the case without recirculation. In addition, the ◇ mark indicates the case where the flow rate (Ga) of the exhaust gas is 20 [g/s], the white ◇ mark indicates the case with EGR, and the solid ◇ mark indicates the case without EGR. there is In addition, the ◯ mark indicates the case where the flow rate (Ga) of the exhaust gas is 30 [g/s], the white ◯ mark indicates the case with EGR, and the solid ◯ mark indicates the case without EGR. there is

図2に示すように、上流側の触媒コンバータ16については、触媒温度が上昇すると反応速度が上がるため、排気ガス中のTHC濃度が低下し、THCの排出が抑制される。一方、図3に示すように、下流側の触媒コンバータ17については、触媒温度が上昇すると排気ガス中のTHC濃度が増加し、触媒温度が更に上昇するとTHC濃度が減少する傾向があり、特定の温度域でTHC濃度が増加して浄化率が低下することが本発明者らによって新規知見として得られた。図3に示すように、特に500~600℃の温度域でTHC濃度が増加する傾向にあることが判る。 As shown in FIG. 2, with respect to the upstream catalytic converter 16, the higher the catalyst temperature, the higher the reaction rate, so the THC concentration in the exhaust gas is reduced and THC emissions are suppressed. On the other hand, as shown in FIG. 3, in the downstream catalytic converter 17, the THC concentration in the exhaust gas tends to increase as the catalyst temperature rises, and the THC concentration tends to decrease as the catalyst temperature further rises. The inventors of the present invention have obtained new findings that the THC concentration increases and the purification rate decreases in the temperature range. As shown in FIG. 3, it can be seen that the THC concentration tends to increase particularly in the temperature range of 500 to 600°C.

このように、上流側の触媒コンバータ16と下流側の触媒コンバータ17では、触媒温度に対するTHC濃度の特性が異なる。下流側の触媒コンバータ17において、500~600℃の温度域で排気浄化性能が低下するのは、下流側の触媒コンバータ17の排気浄化触媒17aが排気ガス中のHCまたはCによって被覆されることで発生するC被毒が要因と考えられるので、以下に詳細に説明する。なお、図2及び図3では、THCの浄化性能の温度依存性が示されているが、C被毒に起因するNOxの浄化性能の温度依存性も図2及び図3と同様の特性を示す。 Thus, the characteristics of the THC concentration with respect to the catalyst temperature differ between the upstream catalytic converter 16 and the downstream catalytic converter 17 . In the downstream side catalytic converter 17, the exhaust purification performance is lowered in the temperature range of 500 to 600° C. because the exhaust purification catalyst 17a of the downstream side catalytic converter 17 is coated with HC or C in the exhaust gas. The C poisoning that occurs is considered to be the cause, and will be described in detail below. Although FIGS. 2 and 3 show the temperature dependence of the THC purification performance, the temperature dependence of the NOx purification performance caused by C poisoning also exhibits the same characteristics as in FIGS. .

排気ガス中に含まれるHCは、触媒上での水蒸気改質により水(HO)とCOに変換され、無害化される。C被毒は、水蒸気改質の過程で水が不十分になり、C(炭素)のみが取り残されてPGM上に析出し、PGM上をCが被覆して堆積することで発生する。C被毒は、機関本体1から排出される排気ガスが燃料リッチになるほど、排気中の未燃成分が多くなるため、発生し易くなる。図4は、排気ガス中のスチームカーボン比(横軸)と触媒のC被毒量(触媒への堆積C量、縦軸)との関係を示す特性図である。横軸のスチームカーボン比は排気ガス中のカーボン(炭素)に対するスチーム(水蒸気)の比である。図4に示すように、水(スチーム)の量が少ないほど、またカーボンの量が多いほど、C被毒量が増加し、被毒の影響が大きくなることが判る。そして、C被毒が発生すると、酸化ガスと還元ガスのPGMに対する衝突頻度が低下するため、触媒の活性状態が低下し、排気浄化性能が低下する。 HC contained in the exhaust gas is converted to water (H 2 O) and CO 2 by steam reforming on the catalyst and rendered harmless. C poisoning occurs when water becomes insufficient in the process of steam reforming, and only C (carbon) is left behind and precipitates on the PGM, and the PGM is covered with C and deposited. C poisoning is more likely to occur as the exhaust gas discharged from the engine body 1 becomes richer in fuel, because the amount of unburned components in the exhaust gas increases. FIG. 4 is a characteristic diagram showing the relationship between the steam carbon ratio in the exhaust gas (horizontal axis) and the amount of C poisoning of the catalyst (amount of C deposited on the catalyst, vertical axis). The steam carbon ratio on the horizontal axis is the ratio of steam (water vapor) to carbon (carbon) in the exhaust gas. As shown in FIG. 4, the smaller the amount of water (steam) and the larger the amount of carbon, the greater the amount of C poisoning and the greater the poisoning effect. When C poisoning occurs, the frequency of collision between the oxidizing gas and the reducing gas against the PGM is reduced, so the activation state of the catalyst is lowered, and the exhaust purification performance is lowered.

本実施形態において、上流側の触媒コンバータ16に流入する排気ガスの空燃比は、燃料リッチと燃料リーンが交互に繰り返されるように制御される。このため、上流側の触媒コンバータ16の排気浄化触媒16aに吸着されたHCまたはCは燃料リーンな排気ガスが流れたときに酸化され、水およびCOとなって排出される。したがって、燃料リッチな排気ガスと燃料リーンな排気ガスが交互に流入する上流側の触媒コンバータ16は、C被毒が比較的発生しにくい環境下にあり、下流側へのTHCの排出を抑制できる。 In this embodiment, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the upstream catalytic converter 16 is controlled so that the fuel-rich and fuel-lean states are alternately repeated. Therefore, HC or C adsorbed on the exhaust purification catalyst 16a of the upstream catalytic converter 16 is oxidized when the fuel-lean exhaust gas flows, and is discharged as water and CO2 . Therefore, the upstream catalytic converter 16, into which fuel-rich exhaust gas and fuel-lean exhaust gas alternately flow, is in an environment in which carbon poisoning is relatively difficult to occur, and THC emissions to the downstream side can be suppressed. .

一方、下流側の触媒コンバータ17には、上流側の触媒コンバータ16を通過した排気ガスが流入する。上流側の触媒コンバータ16に燃料リーンな排気ガスが流入すると、上流側の触媒コンバータ16の酸素吸蔵能力と酸素の反応性の高さに起因して、流入した酸素の殆どは上流側の触媒コンバータ16で吸蔵されてしまうため、下流側の触媒コンバータ17にはNOxしか流入しない。したがって、燃料リーンな排気ガスが流入した場合であっても、燃料リーンな排気ガスに含まれるNOxではC被毒が回復しないため、被毒が蓄積されてしまう。このように、酸素が殆ど流入しない下流側の触媒コンバータ17は、C被毒が発生し易い環境下にある。 On the other hand, exhaust gas that has passed through the upstream catalytic converter 16 flows into the downstream catalytic converter 17 . When fuel-lean exhaust gas flows into the upstream catalytic converter 16, most of the inflowing oxygen flows into the upstream catalytic converter 16 due to the oxygen storage capacity of the upstream catalytic converter 16 and the high reactivity of oxygen. 16, only NOx flows into the catalytic converter 17 on the downstream side. Therefore, even when fuel-lean exhaust gas flows in, NOx contained in the fuel-lean exhaust gas does not recover from the carbon poisoning, so the poisoning is accumulated. In this way, the downstream catalytic converter 17, into which almost no oxygen flows, is in an environment where carbon poisoning is likely to occur.

C被毒は水蒸気改質反応が起点であるため、C被毒が促進するためには、水蒸気改質が発生する程度に高い温度が必要である。図3によれば、触媒温度が500℃以上になるとTHC濃度が急激に増加しているため、500℃程度の高温で水蒸気改質が発生し、C被毒が促進されることによって排気浄化性能が低下していると考えられる。 Since the C poisoning starts from the steam reforming reaction, a temperature high enough to cause the steam reforming is required to accelerate the C poisoning. According to FIG. 3, when the catalyst temperature reaches 500 ° C. or higher, the THC concentration increases rapidly, so steam reforming occurs at a high temperature of about 500 ° C., and carbon poisoning is promoted, resulting in exhaust gas purification performance. is considered to be declining.

また、一般的に、高温になるほど反応速度は向上するため、高温ほどC被毒を含めた全ての吸着現象は起こりにくくなる。換言すれば、高温ほど触媒への吸着物質は酸化され易くなり、触媒から脱離し易くなる。このため、ある温度以上になると触媒に堆積したCの脱離が支配的となり、C被毒は回復する。図3によれば、触媒床温が650℃程度以上でTHC濃度が急激に減少しており、脱離が支配的になることが判る。 In general, the higher the temperature, the higher the reaction rate. Therefore, the higher the temperature, the less likely all adsorption phenomena, including carbon poisoning, will occur. In other words, the higher the temperature, the easier the substances adsorbed on the catalyst are oxidized and the easier they are to desorb from the catalyst. Therefore, when the temperature rises above a certain level, desorption of C deposited on the catalyst becomes dominant, and C poisoning is recovered. According to FIG. 3, when the catalyst bed temperature is about 650° C. or higher, the THC concentration sharply decreases, indicating that desorption becomes dominant.

なお、上流側の触媒コンバータ16に流入する排気ガスの空燃比がストイキになるように制御したとしても、実際の空燃比は燃料リッチ側または燃料リーン側にシフトするため、上記と同様に被毒が発生する。したがって、本実施形態は、上流側の触媒コンバータ16に流入する排気ガスの空燃比が、燃料リッチと燃料リーンが交互に繰り返されるように制御されるものに限定されるものではない。 Even if the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the upstream catalytic converter 16 is controlled to be stoichiometric, the actual air-fuel ratio shifts to the fuel-rich side or the fuel-lean side. occurs. Therefore, the present embodiment is not limited to controlling the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the upstream catalytic converter 16 alternately between rich and lean.

図5は、下流側の触媒コンバータ17の排気浄化触媒17aに堆積したC量(横軸)と、触媒コンバータ17による排気ガスの浄化率(縦軸)との関係を示す模式図である。図5に示すように、触媒コンバータ17による排気ガスの浄化率は、触媒コンバータ17に堆積したC量が多いほど低下し、堆積C量が閾値THを超えると0になる。なお、図5の横軸をPGMへのC被覆率に置き換えても同様の特性が得られる。 FIG. 5 is a schematic diagram showing the relationship between the amount of C deposited on the exhaust purification catalyst 17a of the catalytic converter 17 on the downstream side (horizontal axis) and the exhaust gas purification rate of the catalytic converter 17 (vertical axis). As shown in FIG. 5, the exhaust gas purification rate of the catalytic converter 17 decreases as the amount of C accumulated in the catalytic converter 17 increases, and becomes 0 when the amount of accumulated C exceeds the threshold TH. Similar characteristics can be obtained by replacing the horizontal axis of FIG. 5 with the C coverage of PGM.

以上のように、下流側の触媒コンバータ17の触媒温度が500~650℃の被毒温度域であり、排気浄化触媒17aが被毒しやすい状態(燃料リッチ、または酸化剤がNOxのみの低濃度リーン)が継続すると、排気浄化触媒17aへの堆積C量が増加して浄化率低下が生じる。触媒における浄化反応(吸着反応)はPGM上で起こるため、燃料カット(Fuel Cut)または十分に深い燃料リーン制御などの被毒再生制御を実施しないと浄化率は回復しない。 As described above, the catalyst temperature of the catalytic converter 17 on the downstream side is in the poisoning temperature range of 500 to 650° C., and the exhaust purification catalyst 17a is easily poisoned (fuel-rich, or low-concentration oxidant containing only NOx). If the exhaust gas (lean) continues, the amount of C deposited on the exhaust purification catalyst 17a increases, resulting in a decrease in the purification rate. Since the purification reaction (adsorption reaction) in the catalyst occurs on the PGM, the purification rate will not recover unless poisoning regeneration control such as fuel cut or sufficiently deep fuel lean control is executed.

一方、被毒再生制御により下流側の触媒コンバータ17に酸素を供給すると、下流側の触媒コンバータ17からNOxが排出されてしまう場合がある。したがって、被毒再生制御は可能な限り行わないことが好ましく、被毒再生制御を行うことなく浄化性能の低下を抑えるためには、排気浄化触媒17aの触媒温度を500℃以下とし、または650℃以上とすることで、触媒温度が被毒温度域となることを避けることが好ましい。 On the other hand, if oxygen is supplied to the catalytic converter 17 on the downstream side by poisoning regeneration control, NOx may be discharged from the catalytic converter 17 on the downstream side. Therefore, it is preferable not to perform poisoning regeneration control as much as possible. By doing so, it is preferable to avoid the catalyst temperature from entering the poisoning temperature range.

このため、第1の実施形態では、下流側の触媒コンバータ17の触媒温度が被毒温度域である500~650℃とならないように制御される。また、下流側の触媒コンバータ17のC被毒量を推定し、C被毒量が所定値を超えると被毒回復制御が実施される。 Therefore, in the first embodiment, the catalyst temperature of the downstream catalytic converter 17 is controlled so as not to reach the poisoning temperature range of 500 to 650.degree. Further, the amount of carbon poisoning of the catalytic converter 17 on the downstream side is estimated, and poisoning recovery control is performed when the amount of carbon poisoning exceeds a predetermined value.

図6は、上流側の触媒コンバータ16および下流側の触媒コンバータ17の周辺の構成を詳細に示す模式図である。図6に示すように、上流側の触媒コンバータ16よりも上流側の排気管15aには、排気ガスの温度を昇温させる昇温装置50が配置されている。昇温装置50は、例えば電気ヒータ(Electric Heater)から構成され、車両のバッテリ等から供給された電力により排気管15aを通過する排気ガスを加熱し、排気ガスの温度を昇温させる。 FIG. 6 is a schematic diagram showing in detail the configuration around the catalytic converter 16 on the upstream side and the catalytic converter 17 on the downstream side. As shown in FIG. 6, a temperature raising device 50 for raising the temperature of the exhaust gas is arranged in the exhaust pipe 15a on the upstream side of the catalytic converter 16 on the upstream side. The temperature raising device 50 is composed of, for example, an electric heater, and heats the exhaust gas passing through the exhaust pipe 15a with electric power supplied from a vehicle battery or the like to raise the temperature of the exhaust gas.

また、上流側の触媒コンバータ16と下流側の触媒コンバータ17の間の排気管15bには、排気ガスの温度を降温させる降温装置52が配置されている。一例として、降温装置52は、排気管15bから分岐したバイパス流路52aと、バイパス流路52aに設けられた熱交換器52bと、排気管15bからバイパス流路52aが分岐する部位に設けられ、バイパス流路52aに流れる排気ガスの流量を制御する流量制御弁52cとから構成される。降温装置52は、排気管15bを流れる排気ガスの一部または全部をバイパス流路52aに流し、熱交換器52bで排気ガスと外気との間で熱交換させることで、排気ガスの温度を降温させる。なお、流量制御弁52cの代わりに、排気管15bに流れる排気ガスの流量とバイパス流路52aに流れる排気ガスの流量の双方を制御する弁(例えば、三方弁)が設けられていてもよい。また、降温装置52は、熱交換器52bの代わりに、排気ガスの熱を蓄熱する蓄熱部を備えていてもよい。 A temperature lowering device 52 for lowering the temperature of the exhaust gas is arranged in the exhaust pipe 15b between the catalytic converter 16 on the upstream side and the catalytic converter 17 on the downstream side. As an example, the temperature lowering device 52 includes a bypass flow path 52a branched from the exhaust pipe 15b, a heat exchanger 52b provided in the bypass flow path 52a, and a portion where the bypass flow path 52a branches from the exhaust pipe 15b, and a flow control valve 52c for controlling the flow rate of the exhaust gas flowing through the bypass passage 52a. The temperature lowering device 52 causes part or all of the exhaust gas flowing through the exhaust pipe 15b to flow through the bypass flow path 52a, and the heat exchanger 52b exchanges heat between the exhaust gas and the outside air, thereby lowering the temperature of the exhaust gas. Let Instead of the flow control valve 52c, a valve (for example, a three-way valve) that controls both the flow rate of the exhaust gas flowing through the exhaust pipe 15b and the flow rate of the exhaust gas flowing through the bypass passage 52a may be provided. Also, the temperature lowering device 52 may include a heat storage unit that stores the heat of the exhaust gas instead of the heat exchanger 52b.

これらの昇温装置50と降温装置52により、下流側の触媒コンバータ17の排気浄化触媒17aの温度が被毒温度域である500~650℃とならないように制御される。 The temperature raising device 50 and the temperature lowering device 52 control the temperature of the exhaust purification catalyst 17a of the catalytic converter 17 on the downstream side so as not to reach the poisoning temperature range of 500 to 650.degree.

なお、触媒温度の昇温は、燃料噴射弁4による燃料の噴射タイミングを遅角側に制御して燃料を触媒側で燃焼させること、または燃料噴射量を増量することによっても行われる。更に、触媒温度はEGR率を変化させることによっても制御可能である。 The catalyst temperature can also be raised by retarding the fuel injection timing of the fuel injection valve 4 so that the fuel is burned on the catalyst side, or by increasing the fuel injection amount. Additionally, catalyst temperature can be controlled by varying the EGR rate.

図7は、以上のような処理を実現するための電子制御ユニット30のCPU34の機能ブロックを示す模式図である。CPU34は、排気浄化触媒の温度制御装置の一態様であり、触媒温度取得部34aと、触媒温度判定部34bと、堆積C量推定部34cと、触媒温度制御部34dと、被毒再生制御部34eと、触媒劣化度判定部34fと、を有している。CPU34が有するこれらの各部は、例えば、CPU34上で動作するコンピュータプログラムにより実現される機能モジュールである。つまり、CPU34の機能ブロックは、CPU34とこれを機能させるためのプログラム(ソフトウェア)から構成される。また、そのプログラムは、電子制御ユニット30が備えるROM32または外部から接続される記録媒体に記録されていてもよい。あるいは、CPU34が有するこれらの各部は、CPU34に設けられる専用の演算回路であってもよい。 FIG. 7 is a schematic diagram showing functional blocks of the CPU 34 of the electronic control unit 30 for realizing the above processing. The CPU 34 is one aspect of a temperature control device for an exhaust purification catalyst, and includes a catalyst temperature acquisition unit 34a, a catalyst temperature determination unit 34b, a deposited C amount estimation unit 34c, a catalyst temperature control unit 34d, and a poisoning regeneration control unit. 34e and a catalyst deterioration degree determination unit 34f. Each of these units of the CPU 34 is, for example, a functional module implemented by a computer program that runs on the CPU 34 . In other words, the functional block of the CPU 34 is composed of the CPU 34 and a program (software) for causing it to function. Moreover, the program may be recorded in the ROM 32 provided in the electronic control unit 30 or in a recording medium connected from the outside. Alternatively, each of these units included in the CPU 34 may be a dedicated arithmetic circuit provided in the CPU 34 .

CPU34の触媒温度取得部34aは、下流側の触媒コンバータ17の排気浄化触媒17aの触媒温度(触媒床温)を取得する。触媒温度取得部34aは、温度センサ27bの検出値から触媒温度を取得する。また、触媒温度取得部34aは、内燃機関の運転状態に応じた熱収支から触媒温度を推定することで触媒温度を取得してもよい。 The catalyst temperature acquisition unit 34a of the CPU 34 acquires the catalyst temperature (catalyst bed temperature) of the exhaust purification catalyst 17a of the catalytic converter 17 on the downstream side. The catalyst temperature acquisition unit 34a acquires the catalyst temperature from the detection value of the temperature sensor 27b. Further, the catalyst temperature acquisition unit 34a may acquire the catalyst temperature by estimating the catalyst temperature from the heat balance according to the operating state of the internal combustion engine.

CPU34の触媒温度判定部34bは、触媒温度取得部34aにより取得された下流側の触媒コンバータ17の排気浄化触媒17aの触媒温度が、被毒温度域に属しているか否かを判定する。 The catalyst temperature determination unit 34b of the CPU 34 determines whether or not the catalyst temperature of the exhaust purification catalyst 17a of the downstream catalytic converter 17 acquired by the catalyst temperature acquisition unit 34a belongs to the poisoning temperature range.

CPU34の堆積C量推定部34cは、下流側の触媒コンバータ17の排気浄化触媒17aに堆積したC量、すなわちC被毒量を推定する。より詳細には、堆積C量推定部34cは、以下の式(1)に基づいて堆積C量を算出する。
堆積C量=流入C量-酸化C量-脱離C量 ・・・(1)
The deposited C amount estimating section 34c of the CPU 34 estimates the amount of C deposited on the exhaust purification catalyst 17a of the catalytic converter 17 on the downstream side, that is, the amount of C poisoning. More specifically, the deposited C amount estimator 34c calculates the deposited C amount based on the following equation (1).
Deposited C amount = Inflow C amount - Oxidized C amount - Desorbed C amount (1)

式(1)において、流入C量は、水蒸気改質によって発生するC量であり、上流側の触媒コンバータ16から排出されるHCの濃度、排気ガスの流量、および反応率を乗算することによって求まる。また、酸化C量は、水蒸気改質によって発生したC量のうち酸素またはNOxと反応して酸化されるC量であり、下流側の触媒コンバータ17へ流入する酸化剤の量、排気ガスの流量、および反応率を乗算することによって求まる。流入C量、酸化C量における反応率は、アレニウス型の反応を表す以下の式(2)から求まる。なお、式(2)において、Aは衝突頻度因子、Eは活性化エネルギー、Tは温度である。温度Tとして、触媒温度取得部34aが取得した値を用いることができる。
反応率∝A・exp(-E/T) ・・・(2)
In equation (1), the inflow C amount is the amount of C generated by steam reforming, and is obtained by multiplying the concentration of HC discharged from the upstream catalytic converter 16, the flow rate of the exhaust gas, and the reaction rate. . Further, the amount of oxidized C is the amount of C that is oxidized by reacting with oxygen or NOx among the amount of C generated by steam reforming. , and the reaction rate. The reaction rate for the amount of inflow C and the amount of oxidized C can be obtained from the following equation (2) representing an Arrhenius type reaction. In equation (2), A is a collision frequency factor, E is activation energy, and T is temperature. As the temperature T, the value acquired by the catalyst temperature acquiring section 34a can be used.
Reaction rate ∝A・exp(-E/T) (2)

また、式(1)において、脱離C量は、排気浄化触媒17aに吸着されたCが脱離する量であり、以下の式(3)で表されるラングミュア吸着等温式から求まる。式(3)において、Vは被毒量(堆積C量)、Vmaxは被毒キャパシティ、Kは吸着脱離並行定数、pは被毒物質の分圧である。また、吸着脱離平行定数Kは、温度の関数であり、アレニウス型の反応を表す式(2)から求まる。
V=(Vmax・p・K)/(1+p・K) ・・・(3)
In equation (1), the amount of desorbed C is the amount of desorbed carbon adsorbed on the exhaust purification catalyst 17a, and is obtained from the Langmuir adsorption isotherm represented by the following equation (3). In equation (3), V is the poisoning amount (accumulated C amount), Vmax is the poisoning capacity, K is the adsorption-desorption parallel constant, and p is the partial pressure of the poisoning substance. Also, the adsorption-desorption parallel constant K is a function of temperature and can be obtained from equation (2) representing an Arrhenius-type reaction.
V=(Vmaxp・K)/(1+p・K) (3)

式(3)において、被毒物質の分圧pを脱離C量とみなして変形すると、以下の式(4)が得られる。
脱離C量=(1/K)・V/(Vmax-V) ・・・(4)
By considering the partial pressure p of the poisoning substance as the amount of desorbed C and modifying the equation (3), the following equation (4) is obtained.
Amount of desorbed C = (1/K) V/(V max -V) (4)

図8は、式(1)における堆積C量、流入C量、酸化C量、脱離C量が温度に応じて変化する様子を示す特性図である。図8において、太い実線で示す特性C1は堆積C量、破線で示す特性C2は流入C量、一点鎖線で示す特性C3は酸化C量と脱離C量を合計した流出C量、をそれぞれ示している。流入C量(特性C2)は、水蒸気改質に起因するものであるため、水蒸気改質の反応の立ち上がりに応じて500℃程度から増加し始め、温度の上昇に応じて増加する。流出C量(特性C3)は、燃料リッチ環境下では、酸化C量が0になり脱離C量のみとなるため、流入Cよりも遅れて立ち上がる傾向がある。図8の特性C2,C3から式(1)に従って堆積C量の温度依存性を求めると、図8の特性C1に示すように、堆積C量は温度上昇に応じた単純増加ではなく、温度500℃と温度650℃の間で堆積C量が極大値を持つことが判る。したがって、被毒温度域では堆積C量が多くなる。 FIG. 8 is a characteristic diagram showing how the amount of deposited C, the amount of inflow, the amount of oxidized C, and the amount of desorbed C in equation (1) change according to temperature. In FIG. 8, the characteristic C1 indicated by the thick solid line indicates the amount of deposited C, the characteristic C2 indicated by the dashed line indicates the amount of inflow C, and the characteristic C3 indicated by the one-dot chain line indicates the amount of outflow C, which is the sum of the amount of oxidized C and the amount of desorbed C. ing. Since the inflow C amount (characteristic C2) is caused by steam reforming, it starts to increase from about 500° C. as the reaction of steam reforming starts, and then increases as the temperature rises. The outflow C amount (characteristic C3) tends to rise later than the inflow C because the oxidized C amount becomes 0 and only the desorbed C amount is present in a fuel-rich environment. When the temperature dependence of the amount of deposited C is obtained from the characteristics C2 and C3 of FIG. C. and a temperature of 650.degree. Therefore, the amount of deposited C increases in the poisoning temperature range.

以上をまとめると、時刻tにおける瞬時のC被毒量の変化量、すなわち堆積C量の微小変化量をVとすると、Vの推定式は以下の式(5)で表すことができる。なお、式(5)において、α,β,γは単位換算係数または反応速度定数であり、Gaは排気ガスの流量[g/s]である。また、Aは流入C量に関する衝突頻度因子、Eは流入C量に関する活性化エネルギーであり、Aは酸化C量に関する衝突頻度因子、Eは酸化C量に関する活性化エネルギーである。また、[THC]は上流側の触媒コンバータ16から排出されるHCの濃度であり、[酸化剤]は下流側の触媒コンバータ17へ流入する酸化剤の濃度である。排気ガスの流量Gaとしては、吸入空気量検出器10の検出値を用いることができる。[THC]、[酸化剤]は、内燃機関の運転状態とこれら濃度との関係を規定したマップから求めるか、または排気ガスの空燃比から推定する。α,β,γ,A,A,E,E,Vmax,K等の値は、例えば式(5)に基づく堆積C量の推定値と実測値との差分が最小となるように適合することで求まる。吸着脱離平行定数Kに関する衝突頻度因子A、活性化エネルギーEについても同様である。なお、適合は、右辺の3つの項ごとに個別に行ってもよい。
=α・Ga・(β・[THC]・A・exp(-E/T)-γ・[酸化剤]・A・exp(-E/T))-(1/K)・(Vt-1/Vmax-Vt-1
・・・(5)
触媒温度判定部34bは、式(5)で表される堆積C量の微小変化量を積算することで、排気浄化触媒17aにおける堆積C量を算出する。
In summary, if Vt is the amount of instantaneous change in the poisoning amount of C at time t , that is, the amount of minute change in the amount of deposited C, the estimation formula for Vt can be expressed by the following formula (5). In equation (5), α, β, and γ are unit conversion factors or reaction rate constants, and Ga is the exhaust gas flow rate [g/s]. Further, A1 is a collision frequency factor related to the amount of C inflow, E1 is the activation energy related to the amount of C inflow, A2 is the collision frequency factor related to the amount of C oxide, and E2 is the activation energy related to the amount of C oxide. [THC] is the concentration of HC discharged from the catalytic converter 16 on the upstream side, and [oxidant] is the concentration of the oxidant flowing into the catalytic converter 17 on the downstream side. A value detected by the intake air amount detector 10 can be used as the flow rate Ga of the exhaust gas. [THC] and [oxidant] are obtained from a map that defines the relationship between the operating state of the internal combustion engine and their concentrations, or are estimated from the air-fuel ratio of the exhaust gas. The values of α, β, γ, A 1 , A 2 , E 1 , E 2 , V max , K, etc. are such that the difference between the estimated value of the deposited C amount based on, for example, formula (5) and the measured value is the minimum. It is found by fitting The same applies to the collision frequency factor A and the activation energy E regarding the adsorption-desorption parallel constant K. Note that the fitting may be done separately for each of the three terms on the right hand side.
V t =α·Ga·(β·[THC]·A 1 ·exp (−E 1 /T)−γ·[oxidizing agent]·A 2 ·exp (−E 2 /T))−(1/K )・(V t−1 /V max −V t−1 )
... (5)
The catalyst temperature determining unit 34b calculates the amount of deposited C in the exhaust purification catalyst 17a by integrating the amount of minute change in the amount of deposited C expressed by the formula (5).

また、堆積C量推定部34cは、簡易的には、下流側の触媒コンバータ17へ流入する排気ガスの空燃比に基づき、被毒量と被毒回復量の差分から堆積C量を推定する。ここで、被毒量と被毒回復量は以下の式(6)、式(7)で表すことができる。また、排気浄化触媒のトータルの堆積C量、すなわちC被毒量は、式(6)の被毒量と式(7)の被毒量の差分であり、以下の式(8)から算出される。 The accumulated C amount estimator 34c simply estimates the accumulated C amount from the difference between the poisoning amount and the poisoning recovery amount based on the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalytic converter 17 on the downstream side. Here, the poisoning amount and the poisoning recovery amount can be expressed by the following equations (6) and (7). Further, the total accumulated amount of C in the exhaust purification catalyst, that is, the amount of C poisoning, is the difference between the amount of poisoning in Equation (6) and the amount of poisoning in Equation (7), and is calculated from Equation (8) below. be.

被毒量=Σ((AFstoici-AFRr)/AFtrg)・Ga・0.23
・・・(6)
被毒回復量=Σ((AFRr-AFstoici)/AFtrg)・Ga・0.23
・・・(7)
堆積C量=Σ(被毒量-被毒回復量) ・・・(8)
Poisoning amount = Σ ((AF stoici −AF Rr )/AF trg )·Ga·0.23
... (6)
Amount of recovery from poisoning=Σ((AF Rr −AF stoici )/AF trg )·Ga·0.23
... (7)
Accumulated C amount = Σ (poisoning amount - poisoning recovery amount) (8)

式(6)、式(7)において、AFRrは下流側の触媒コンバータ17の上流に設けられた空燃比センサ28による空燃比の検出値、AFstoiciは理論空燃比、AFtrgは目標空燃比、Gaは下流側の触媒コンバータ17へ流入する排気ガスの流量である。また、式(6)、式(7)において、0.23は空気中の酸素重量比率を表す。 In equations (6) and (7), AF Rr is the air-fuel ratio detected by the air-fuel ratio sensor 28 provided upstream of the downstream catalytic converter 17, AF stoici is the theoretical air-fuel ratio, and AF trg is the target air-fuel ratio. , Ga is the flow rate of the exhaust gas flowing into the catalytic converter 17 on the downstream side. Also, in equations (6) and (7), 0.23 represents the weight ratio of oxygen in the air.

図9は、下流側の触媒コンバータ17の上流に設けられた空燃比センサ28が検出した空燃比が時間の経過に伴って変化する様子を示す特性図である。図9に示すように、空燃比センサの検出値の特性C4は理論空燃比(AFstoici)を中心として上下に変動する。図9において、式(6)の被毒量は、理論空燃比AFstoiciよりも燃料リッチ側で特性C4と理論空燃比AFstoiciの間で囲まれた領域の面積A1に相当する。また、図9において、式(7)の被毒回復量は、理論空燃比AFstoiciよりも燃料リーン側で特性C4と理論空燃比AFstoiciの間で囲まれた領域の面積A2に相当する。 FIG. 9 is a characteristic diagram showing how the air-fuel ratio detected by the air-fuel ratio sensor 28 provided upstream of the catalytic converter 17 on the downstream side changes over time. As shown in FIG. 9, the characteristic C4 of the detected value of the air-fuel ratio sensor fluctuates up and down around the stoichiometric air-fuel ratio (AF stoici ). In FIG. 9, the poisoning amount in Equation (6) corresponds to the area A1 of the region surrounded between the characteristic C4 and the stoichiometric air-fuel ratio AF stoici on the fuel-rich side of the stoichiometric air-fuel ratio AF stoici . In FIG. 9, the poisoning recovery amount in equation (7) corresponds to the area A2 of the region surrounded between the characteristic C4 and the stoichiometric air-fuel ratio AF stoici on the fuel-lean side of the stoichiometric air-fuel ratio AF stoici .

図9に示す例では、時刻t1とt2の間において、面積A1の方が面積A2よりも大きく、排気ガスの空燃比が燃料リッチ側となっている。このため、時刻t1とt2の間では、燃料リッチな排気ガスにより被毒が進行し、堆積C量が増加する。以上のようにして、堆積C量推定部34cは、式(8)から簡易的に堆積C量を算出することができる。 In the example shown in FIG. 9, between times t1 and t2, the area A1 is larger than the area A2, and the air-fuel ratio of the exhaust gas is on the fuel-rich side. Therefore, between times t1 and t2, poisoning progresses due to fuel-rich exhaust gas, and the amount of deposited C increases. As described above, the deposited C amount estimator 34c can easily calculate the deposited C amount from the equation (8).

CPU34の触媒温度制御部34dは、予め定められた排気浄化触媒17aの温度域であって該温度域の低温側および高温側よりも排気浄化触媒17aの被毒量が増加する所定温度域(被毒温度域)に基づき、排気浄化触媒17aの触媒温度が所定温度域にあるとき、触媒温度が所定温度域外となるように触媒温度を昇温または降温させる。この際、昇温装置50または降温装置52を制御することで、排気浄化触媒17aの触媒温度を制御する。触媒温度制御部34dは、昇温装置50を制御することで触媒温度を昇温し、降温装置52を制御することで触媒温度を降温する。触媒温度制御部34dは、触媒温度を昇温する場合は、昇温装置50により排気ガスを加熱することで、排気浄化触媒17aの触媒温度を上昇させる。また、触媒温度制御部34dは、触媒温度を降温する場合は、降温装置52の流量制御弁52cを開き、排気ガスをバイパス流路52aに流すことで、熱交換器52bにて排気ガスの熱を外気などに放熱し、温度が低下した排気ガスを触媒コンバータ17に送ることで、排気浄化触媒17aの触媒温度を低下させる。 The catalyst temperature control unit 34d of the CPU 34 controls the temperature range of the exhaust purification catalyst 17a, which is a predetermined temperature range of the exhaust purification catalyst 17a and in which the amount of poisoning of the exhaust purification catalyst 17a increases more than the low temperature side and the high temperature side of the temperature range. poison temperature range), when the catalyst temperature of the exhaust purification catalyst 17a is within a predetermined temperature range, the catalyst temperature is increased or decreased so that the catalyst temperature is outside the predetermined temperature range. At this time, by controlling the temperature raising device 50 or the temperature lowering device 52, the catalyst temperature of the exhaust purification catalyst 17a is controlled. The catalyst temperature control unit 34d controls the temperature raising device 50 to raise the catalyst temperature, and controls the temperature lowering device 52 to lower the catalyst temperature. When the temperature of the catalyst is to be increased, the catalyst temperature control section 34d heats the exhaust gas with the temperature raising device 50, thereby increasing the catalyst temperature of the exhaust purification catalyst 17a. Further, when the catalyst temperature is lowered, the catalyst temperature control unit 34d opens the flow rate control valve 52c of the temperature lowering device 52 and causes the exhaust gas to flow through the bypass flow path 52a, thereby reducing the heat of the exhaust gas in the heat exchanger 52b. radiates heat to the outside air or the like, and the temperature-lowered exhaust gas is sent to the catalytic converter 17, thereby lowering the catalyst temperature of the exhaust purification catalyst 17a.

また、触媒温度制御部34dは、燃料噴射弁4による燃料の噴射タイミングを遅角側に制御して燃料を触媒側で燃焼させることで、触媒温度を昇温してもよい。また、触媒温度制御部34dは、EGR率を制御することにより、触媒温度を変化させてもよい。 Further, the catalyst temperature control unit 34d may increase the temperature of the catalyst by controlling the fuel injection timing of the fuel injection valve 4 to the retarded side so that the fuel is burned on the catalyst side. Further, the catalyst temperature control section 34d may change the catalyst temperature by controlling the EGR rate.

CPU34の被毒再生制御部34eは、排気浄化触媒17aの堆積C量が所定値を超えると、被毒再生制御を行う。被毒再生制御部34eは、燃料カットまたは十分に深い燃料リーン制御などを行うことで、排気浄化触媒17aを被毒から再生する制御を行う。なお、燃料カットを行った場合は、下流側の触媒コンバータ17の排気浄化触媒17aに酸素が供給されるため、確実に被毒再生を行うことができる。被毒再生のために十分に深い燃料リーン制御を行う場合は、例えば排気ガスの空燃比が15~16程度に制御され、上流側の触媒コンバータ16の排気浄化触媒16aに吸着されたHC,Cが酸化された後も燃料リーンな排気ガスが下流側の触媒コンバータ17に供給される。 The poisoning regeneration control unit 34e of the CPU 34 performs poisoning regeneration control when the accumulated amount of C on the exhaust purification catalyst 17a exceeds a predetermined value. The poisoning regeneration control unit 34e performs control to regenerate the exhaust purification catalyst 17a from poisoning by performing fuel cut or sufficiently deep fuel lean control. When the fuel cut is performed, oxygen is supplied to the exhaust purification catalyst 17a of the catalytic converter 17 on the downstream side, so the poisoning regeneration can be reliably performed. When sufficiently deep fuel lean control is performed for poisoning regeneration, the air-fuel ratio of the exhaust gas is controlled to, for example, about 15 to 16, and HC and C adsorbed on the exhaust purification catalyst 16a of the catalytic converter 16 on the upstream side. The exhaust gas, which is fuel-lean even after the is oxidized, is supplied to the catalytic converter 17 on the downstream side.

また、被毒再生制御部34eは、下流側の触媒コンバータ17の排気浄化触媒17aの被毒が増加する空燃比(燃料リッチ)が所定時間以上継続された場合に被毒再生制御を行ってもよい。 Further, the poisoning regeneration control unit 34e performs the poisoning regeneration control when the air-fuel ratio (fuel rich) at which the poisoning of the exhaust purification catalyst 17a of the downstream catalytic converter 17 increases continues for a predetermined time or longer. good.

CPU34の触媒劣化度判定部34fは、上流側の触媒コンバータ16の排気浄化触媒16aの劣化度を判定する。なお、触媒劣化度判定部34fは後述する第5の実施形態に関連する構成要素であるため、触媒劣化度判定部34fが行う処理については、第5の実施形態で説明する。 A catalyst deterioration degree determination unit 34f of the CPU 34 determines the degree of deterioration of the exhaust purification catalyst 16a of the catalytic converter 16 on the upstream side. Note that the catalyst deterioration degree determination unit 34f is a component related to a fifth embodiment, which will be described later, so the processing performed by the catalyst deterioration degree determination unit 34f will be described in the fifth embodiment.

図10は、排気浄化触媒17aの触媒温度と堆積C量に基づいて、排気浄化触媒17aの昇温または降温制御と、被毒再生制御のいずれを行うかを決定するためのマップを示す模式図である。図10に示すように、排気浄化触媒17aの温度が被毒温度域であり、且つ堆積C量が閾値TH1以下では、触媒温度制御部34dにより排気浄化触媒17aの昇温制御または降温制御が行われる。また、排気浄化触媒17aの温度が被毒温度域であり、且つ堆積C量が閾値TH1を超える場合は、昇温制御または降温制御を行うことなく、被毒再生制御部34eにより排気浄化触媒17aの被毒再生制御が行われる。排気浄化触媒17aの温度が被毒温度域でない場合は、昇温制御、降温制御、および被毒再生制御のいずれも行われない。 FIG. 10 is a schematic diagram showing a map for determining which of the temperature increase/decrease control and the poisoning regeneration control of the exhaust purification catalyst 17a should be performed based on the catalyst temperature and the deposited C amount of the exhaust purification catalyst 17a. is. As shown in FIG. 10, when the temperature of the exhaust purification catalyst 17a is within the poisoning temperature range and the amount of accumulated C is equal to or less than the threshold TH1, the temperature of the exhaust purification catalyst 17a is controlled to increase or decrease by the catalyst temperature control unit 34d. will be Further, when the temperature of the exhaust purification catalyst 17a is within the poisoning temperature range and the amount of deposited C exceeds the threshold TH1, the poisoning regeneration control unit 34e controls the exhaust purification catalyst 17a without performing temperature increase control or temperature decrease control. poisoning regeneration control is performed. When the temperature of the exhaust purification catalyst 17a is not within the poisoning temperature range, none of the temperature increase control, temperature decrease control, and poisoning regeneration control is performed.

排気浄化触媒17aの温度が被毒温度域であり、且つ堆積C量が閾値TH1以下の場合に、昇温制御と降温制御のいずれを行うかは、排気浄化触媒17aの触媒温度と排気浄化触媒17aの時系列の温度勾配によって決定される。図11は、排気浄化触媒17aの触媒温度と排気浄化触媒17aの時系列の温度勾配に基づいて、昇温制御と降温制御のいずれを行うかを決定するためのマップを示す模式図である。図11に示すマップでは、昇温領域(1)と降温領域(2)とが境界線L1を境に分けられており、排気浄化触媒17aの触媒温度と排気浄化触媒17aの時系列の温度勾配によって定まる点が昇温領域(1)に属する場合、触媒温度制御部34dにより排気浄化触媒17aの昇温制御が行われる。また、排気浄化触媒17aの触媒温度と排気浄化触媒17aの時系列の温度勾配によって定まる点が降温領域(2)に属する場合、触媒温度制御部34dにより排気浄化触媒17aの降温制御が行われる。 When the temperature of the exhaust purification catalyst 17a is in the poisoning temperature range and the amount of deposited C is equal to or less than the threshold TH1, whether temperature increase control or temperature decrease control is performed depends on the catalyst temperature of the exhaust purification catalyst 17a and the exhaust purification catalyst 17a. determined by the time-series temperature gradient of 17a. FIG. 11 is a schematic diagram showing a map for determining whether to perform temperature increase control or temperature decrease control based on the catalyst temperature of the exhaust purification catalyst 17a and the time-series temperature gradient of the exhaust purification catalyst 17a. In the map shown in FIG. 11, the temperature rising region (1) and the temperature falling region (2) are divided by the boundary line L1, and the catalyst temperature of the exhaust purification catalyst 17a and the temperature gradient of the exhaust purification catalyst 17a in time series. belongs to the temperature increase region (1), the temperature increase control of the exhaust purification catalyst 17a is performed by the catalyst temperature control section 34d. When the point determined by the catalyst temperature of the exhaust purification catalyst 17a and the time-series temperature gradient of the exhaust purification catalyst 17a belongs to the temperature drop region (2), the catalyst temperature control unit 34d performs temperature drop control of the exhaust purification catalyst 17a.

図11のマップによれば、基本的には、被毒温度域の中間の温度である575℃を境に、触媒温度が575℃より高い場合は昇温制御が行われ、触媒温度が575℃以下の場合は昇温制御が行われるが、触媒温度が575℃の近傍では、温度勾配が0よりも大きい場合(触媒温度が増加傾向の場合)は触媒温度が575℃以下であっても昇温制御が行われ、温度勾配が0よりも小さい場合(触媒温度が減少傾向の場合)は触媒温度が575℃より高くても降温制御が行われる。例えば、触媒温度が575℃以下であっても温度勾配が0よりも大きい場合は触媒温度が増加傾向であり、降温制御を行うよりも昇温制御を行った方がより容易に触媒温度を被毒温度域に制御できる場合がある。同様に、触媒温度が575℃より高い場合であっても温度勾配が0よりも小さい場合は触媒温度が減少傾向であり、昇温制御を行うよりも降温制御を行った方がより容易に触媒温度を被毒温度域に制御できる場合がある。このような制御により、触媒温度と排気浄化触媒17aの時系列の温度勾配に応じて、昇温制御と降温制御のうち触媒温度を被毒温度域外に制御するのに効率のよい方が選択されるので、触媒温度を被毒温度域外に迅速に制御することができる。 According to the map of FIG. 11, basically, when the catalyst temperature is higher than 575°C with the boundary of 575°C, which is the temperature in the middle of the poisoning temperature range, temperature increase control is performed, and the catalyst temperature reaches 575°C. Temperature increase control is performed in the following cases, but when the catalyst temperature is near 575°C, if the temperature gradient is greater than 0 (when the catalyst temperature tends to increase), even if the catalyst temperature is 575°C or less, Temperature control is performed, and when the temperature gradient is less than 0 (when the catalyst temperature tends to decrease), temperature drop control is performed even if the catalyst temperature is higher than 575°C. For example, even if the catalyst temperature is 575° C. or less, if the temperature gradient is greater than 0, the catalyst temperature tends to increase, and it is easier to increase the catalyst temperature by temperature increase control than by temperature decrease control. In some cases, it can be controlled within the poison temperature range. Similarly, even when the catalyst temperature is higher than 575° C., when the temperature gradient is smaller than 0, the catalyst temperature tends to decrease, and it is easier to control the catalyst temperature by controlling the temperature decrease than by increasing the temperature. In some cases, the temperature can be controlled within the poisoning temperature range. Through such control, either temperature increase control or temperature decrease control, which is more efficient for controlling the catalyst temperature outside the poisoning temperature range, is selected in accordance with the time-series temperature gradient of the catalyst temperature and the exhaust purification catalyst 17a. Therefore, the catalyst temperature can be quickly controlled outside the poisoning temperature range.

なお、図11のマップにおける昇温領域(1)と降温領域(2)の設定は一例であり、昇温領域(1)と降温領域(2)とは、図11中に破線で示す境界線L2またはL3によって分けられていてもよい。 The setting of the temperature rising region (1) and the temperature falling region (2) in the map of FIG. 11 is an example. It may be separated by L2 or L3.

また、昇温装置50が電気ヒータから構成される場合、下流側の触媒コンバータ17の排気浄化触媒17aの温度を650℃以上とするためには、電力消費が多くなる可能性がある。一方、降温装置52による降温では電力を消費しないため、降温制御の方がエネルギー的にリーズナブルである。したがって、エネルギー消費の観点からは、昇温制御よりも降温制御を積極的に活用することが好ましい場合がある。なお、昇温制御よりも降温制御を積極的に活用する場合は、図11のマップにおいて、昇温領域(1)よりも降温領域(2)を広くすればよい。 Further, when the temperature raising device 50 is composed of an electric heater, power consumption may increase in order to raise the temperature of the exhaust purification catalyst 17a of the downstream catalytic converter 17 to 650° C. or higher. On the other hand, temperature lowering by the temperature lowering device 52 does not consume electric power, so temperature lowering control is more reasonable in terms of energy. Therefore, from the viewpoint of energy consumption, there are cases where it is preferable to positively utilize temperature decrease control rather than temperature increase control. Note that if the temperature decrease control is more actively used than the temperature increase control, the temperature decrease area (2) should be wider than the temperature increase area (1) in the map of FIG.

図12は、第1の実施形態において、電子制御ユニット30のCPU34が所定の制御周期毎に行う処理を示すフローチャートである。先ず、触媒温度判定部34bが、触媒温度取得部34aが取得した排気浄化触媒17aの温度Tが500℃<T<650℃であるか否かを判定する(ステップS10)。500℃<T<650℃の場合は、堆積C量推定部34cが推定した堆積C量が所定値以下であるか否かが判定される(ステップS12)。一方、500℃<T<650℃でない場合は、本制御周期における処理が終了する(End)。 FIG. 12 is a flow chart showing processing performed by the CPU 34 of the electronic control unit 30 in each predetermined control cycle in the first embodiment. First, the catalyst temperature determination unit 34b determines whether or not the temperature T of the exhaust purification catalyst 17a acquired by the catalyst temperature acquisition unit 34a satisfies 500° C.<T<650° C. (step S10). If 500° C.<T<650° C., it is determined whether or not the amount of deposited C estimated by the deposited C amount estimation unit 34c is equal to or less than a predetermined value (step S12). On the other hand, if not 500° C.<T<650° C., the processing in this control cycle ends (End).

ステップS12で堆積C量が所定値以下である場合は、触媒温度制御部34dが、図11のマップに基づいて、昇温/降温係数を決定する(ステップS14)。触媒温度制御部34dは、排気浄化触媒17aの温度と排気浄化触媒17aの時系列の温度勾配によって定まる点が図11のマップ中の昇温領域(1)に属する場合、昇温/降温係数を“1”に決定し、排気浄化触媒17aの温度と排気浄化触媒17aの時系列の温度勾配によって定まる点が降温領域(2)に属する場合、昇温/降温係数を“2”に決定する。 If the deposited C amount is equal to or less than the predetermined value in step S12, the catalyst temperature control unit 34d determines the temperature increase/temperature decrease coefficient based on the map of FIG. 11 (step S14). When the point determined by the temperature of the exhaust purification catalyst 17a and the time-series temperature gradient of the exhaust purification catalyst 17a belongs to the temperature increase region (1) in the map of FIG. When "1" is determined and the point determined by the temperature of the exhaust purification catalyst 17a and the time-series temperature gradient of the exhaust purification catalyst 17a belongs to the temperature decrease region (2), the temperature increase/temperature decrease coefficient is determined to be "2".

次に、昇温/降温係数が“1”であるか否かが判定され(ステップS16)、昇温/降温係数が“1”の場合は、触媒温度制御部34dが昇温制御を行うことで排気浄化触媒17aを昇温させる(ステップS18)。 Next, it is determined whether or not the temperature increase/temperature decrease coefficient is "1" (step S16). to raise the temperature of the exhaust purification catalyst 17a (step S18).

また、ステップS16で昇温/降温係数が“1”でない場合、昇温/降温係数が“2”であるか否かが判定され(ステップS20)、昇温/降温係数が“2”の場合は、触媒温度制御部34dが降温制御を行うことで排気浄化触媒17aを降温させる(ステップS22)。 If the temperature rise/drop coefficient is not "1" in step S16, it is determined whether or not the temperature rise/drop coefficient is "2" (step S20). , the temperature of the exhaust purification catalyst 17a is lowered by the catalyst temperature control unit 34d performing temperature lowering control (step S22).

ステップS18,S22の後、本制御周期における処理は終了する。また、ステップS20で昇温/降温係数が“2”でない場合は、排気浄化触媒17aの温度と排気浄化触媒17aの時系列の温度勾配によって定まる点が図11のマップ中の昇温領域(1)と降温領域(2)のいずれにも属していないため、昇温制御と降温制御のいずれも行うことなく、本制御周期における処理は終了する。 After steps S18 and S22, the processing in this control cycle ends. Further, when the temperature increase/temperature decrease coefficient is not "2" in step S20, the point determined by the temperature of the exhaust purification catalyst 17a and the time-series temperature gradient of the exhaust purification catalyst 17a is the temperature increase region (1 ) and the temperature decrease region (2), the process in this control cycle ends without performing temperature increase control or temperature decrease control.

また、ステップS12で堆積C量が所定値以下でない場合は、被毒再生制御部34eが排気浄化触媒17aの被毒再生制御を行う(ステップS24)。ステップS24の後、本制御周期における処理は終了する。 Further, when the deposited C amount is not equal to or less than the predetermined value in step S12, the poisoning regeneration control unit 34e performs poisoning regeneration control of the exhaust purification catalyst 17a (step S24). After step S24, the processing in this control cycle ends.

図13は、本実施形態に係る処理を行った場合に、排気浄化触媒17aの触媒温度、昇温/降温係数、および排気浄化触媒17aの堆積C量が変化する様子を示すタイミングチャートである。図13に示すように、時刻t0から触媒温度が上昇し、時刻t11で触媒温度が500℃を超えると、触媒温度と温度勾配とに基づいて、図11のマップから昇温/降温係数が“1”に設定される。これにより、昇温制御が行われるので、触媒温度は時刻12で650℃を超える。したがって、触媒温度が被毒温度域である500~650℃から外れるため、堆積C量の増加が抑えられる。 FIG. 13 is a timing chart showing how the catalyst temperature of the exhaust purification catalyst 17a, the temperature increase/decrease coefficient, and the deposited C amount of the exhaust purification catalyst 17a change when the process according to the present embodiment is performed. As shown in FIG. 13, when the catalyst temperature rises from time t0 and exceeds 500° C. at time t11, the temperature increase/temperature decrease coefficient " 1”. As a result, temperature increase control is performed, so the catalyst temperature exceeds 650° C. at time 12 . Therefore, since the catalyst temperature is out of the poisoning temperature range of 500 to 650° C., an increase in the deposited C amount is suppressed.

その後、触媒温度が低下して時刻t13で650℃よりも小さくなると、触媒温度と温度勾配とに基づいて、図11のマップから昇温/降温係数が“1”に設定される。これにより、再び昇温制御が行われるので、触媒温度は時刻14で650℃を超える。したがって、触媒温度が被毒温度域である500~650℃から外れるため、堆積C量の増加が抑えられる。 Thereafter, when the catalyst temperature drops below 650° C. at time t13, the temperature rise/fall coefficient is set to "1" from the map of FIG. 11 based on the catalyst temperature and the temperature gradient. As a result, temperature increase control is performed again, so the catalyst temperature exceeds 650° C. at time 14 . Therefore, since the catalyst temperature is out of the poisoning temperature range of 500 to 650° C., an increase in the deposited C amount is suppressed.

そして、図13に示すように、堆積C量の増加が抑えられることにより、堆積C量が被毒再生制御を行うための回復閾値(図12のステップS12の所定値)に到達するまでの間隔(インターバル)が長くなる。 Then, as shown in FIG. 13, by suppressing an increase in the amount of deposited C, the interval until the amount of deposited C reaches the recovery threshold value (predetermined value in step S12 in FIG. 12) for performing poisoning regeneration control. (interval) becomes longer.

以上のように、本実施形態によれば、触媒温度が被毒温度帯である500~650℃になることを避けることができるため、堆積C量の増加を抑制することができる。したがって、被毒再生制御を行うまでのインターバルが長くなり、被毒再生制御の頻度が低下する。更に、被毒再生制御を行うまでのインターバルが長くなることにより、そのインターバルの間に燃料カットや加速による急激な触媒の昇温など外的要因が入る確率も上昇するため、被毒再生制御の回数がより減少する。被毒再生制御により下流側の触媒コンバータ17に酸素を供給すると、下流側の触媒コンバータ17からNOxが排出される場合があるが、被毒再生制御の回数が減少することにより下流側の触媒コンバータ17からのNOxの排出が抑制される。 As described above, according to the present embodiment, it is possible to prevent the catalyst temperature from reaching the poisoning temperature range of 500 to 650° C., thereby suppressing an increase in the deposited C amount. Therefore, the interval until poisoning regeneration control is performed becomes longer, and the frequency of poisoning regeneration control decreases. Furthermore, the longer the interval until poisoning regeneration control is performed, the higher the probability that external factors such as a fuel cut or a sudden temperature rise in the catalyst due to acceleration will occur during that interval. less frequent. When oxygen is supplied to the downstream catalytic converter 17 by poisoning regeneration control, NOx may be discharged from the downstream catalytic converter 17, but as the number of times of poisoning regeneration control decreases, the downstream catalytic converter NOx emissions from 17 are suppressed.

なお、図13では、時刻t11で触媒温度が500℃を超えた時点で昇温/降温係数が“1”に設定されるため、図11のマップの昇温領域(1)と降温領域(2)の境界線がL2またはL3の場合に相当する。 In FIG. 13, the temperature increase/temperature decrease coefficient is set to "1" when the catalyst temperature exceeds 500° C. at time t11. ) is L2 or L3.

また、図13では、図11のマップから昇温/降温係数が“1”に設定される場合が示されており、触媒温度が被毒温度域よりも昇温される場合が例示されているが、図11のマップから昇温/降温係数が“2”に設定される場合、触媒温度は被毒温度域よりも降温される。例えば、時刻13において、触媒温度が低下して時刻t13で650℃よりも小さくなった場合に、温度の減少傾向が大きい場合は、降温制御が行われる。 Further, FIG. 13 shows a case where the temperature increase/temperature decrease coefficient is set to "1" from the map of FIG. 11, exemplifying a case where the catalyst temperature rises above the poisoning temperature range. However, when the temperature increase/temperature decrease coefficient is set to "2" from the map of FIG. 11, the catalyst temperature is decreased below the poisoning temperature range. For example, when the catalyst temperature decreases at time t13 and becomes lower than 650° C. at time t13, temperature decrease control is performed if the temperature tends to decrease significantly.

一方、図14は、本実施形態に係る処理を行わない場合に、排気浄化触媒17aの触媒温度、および排気浄化触媒17aの堆積C量が変化する様子を示すタイミングチャートである。図14に示すように、時刻t0から触媒温度が上昇し、時刻t21で触媒温度が500℃を超えても、本実施形態に係る処理を行わない場合は、昇温制御または降温制御が行われない。したがって、触媒温度が被毒温度帯である500~650℃になる時間が長くなり、堆積C量が増加する。このため、燃料カットや加速による急激な触媒の昇温などの外的要因が無い限り、堆積C量が蓄積され、図13よりも早く堆積C量が被毒再生制御を行うための回復閾値に到達し、被毒再生制御が行われる。これにより、被毒再生制御を行うまでのインターバルが短くなり、被毒再生制御の頻度が増加する。 On the other hand, FIG. 14 is a timing chart showing how the catalyst temperature of the exhaust purification catalyst 17a and the deposited C amount of the exhaust purification catalyst 17a change when the process according to the present embodiment is not performed. As shown in FIG. 14, even if the catalyst temperature rises from time t0 and exceeds 500° C. at time t21, if the process according to the present embodiment is not performed, temperature increase control or temperature decrease control is performed. do not have. Therefore, the time for the catalyst temperature to reach the poisoning temperature range of 500 to 650° C. becomes longer, and the amount of deposited C increases. Therefore, unless there is an external factor such as a sudden temperature rise of the catalyst due to fuel cut or acceleration, the amount of accumulated C accumulates, and the amount of accumulated C reaches the recovery threshold for performing poisoning regeneration control earlier than in FIG. Arrives and poison regeneration control is performed. As a result, the interval until poisoning regeneration control is performed is shortened, and the frequency of poisoning regeneration control is increased.

図15は、上から順に、機関本体1から排出される排気ガスの空燃比(A/F)の指示値、機関本体1から排出された排気ガスの空燃比の実測値、上流側の触媒コンバータ16から排出された排気ガスの空燃比、下流側の触媒コンバータ17の排気浄化触媒17aの触媒温度、上流側の触媒コンバータ16から排出されたTHCの濃度、下流側の触媒コンバータ17から排出されたTHCの濃度、下流側の触媒コンバータ17から排出されたCOの濃度、下流側の触媒コンバータ17から排出されたNOxの濃度、が時系列に変化する様子を示すタイミングチャートである。下流側の触媒コンバータ17の排気浄化触媒17aの触媒温度、下流側の触媒コンバータ17から排出されたTHCの濃度、下流側の触媒コンバータ17から排出されたCOの濃度、下流側の触媒コンバータ17から排出されたNOxの濃度のそれぞれにおいて、特性C5は下流側の触媒コンバータ17の排気浄化触媒17aが被毒していない状態(初期状態)での特性を示しており、特性C6は排気浄化触媒17aが被毒している状態での特性を示しており、特性C7は排気浄化触媒17aの被毒を燃料カットで解除した状態での特性を示している。同様に、上流側の触媒コンバータ16から排出された排気ガスの空燃比、上流側の触媒コンバータ16から排出されたTHCの濃度のそれぞれにおいて、特性C5は上流側の触媒コンバータ16の排気浄化触媒16aが被毒していない状態(初期状態)での特性を示しており、特性C6は排気浄化触媒16aが被毒している状態での特性を示しており、特性C7は排気浄化触媒16aの被毒を燃料カットで解除した状態での特性を示している。 FIG. 15 shows, from top to bottom, the indicated value of the air-fuel ratio (A/F) of the exhaust gas discharged from the engine body 1, the measured value of the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the engine body 1, and the upstream catalytic converter. The air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from 16, the catalyst temperature of the exhaust purification catalyst 17a of the downstream catalytic converter 17, the concentration of THC discharged from the upstream catalytic converter 16, the concentration of THC discharged from the downstream catalytic converter 17 4 is a timing chart showing how the concentration of THC, the concentration of CO emitted from a catalytic converter 17 on the downstream side, and the concentration of NOx emitted from a catalytic converter 17 on the downstream side change in time series. The catalyst temperature of the exhaust purification catalyst 17a of the downstream side catalytic converter 17, the concentration of THC discharged from the downstream side catalytic converter 17, the concentration of CO discharged from the downstream side catalytic converter 17, and the concentration of CO discharged from the downstream side catalytic converter 17 For each concentration of exhausted NOx, the characteristic C5 indicates the characteristic when the exhaust purification catalyst 17a of the downstream catalytic converter 17 is not poisoned (initial state), and the characteristic C6 indicates the characteristic when the exhaust purification catalyst 17a is not poisoned. shows the characteristics in a poisoned state, and the characteristic C7 shows the characteristics in a state where the poisoning of the exhaust purification catalyst 17a is released by fuel cut. Similarly, for each of the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the upstream catalytic converter 16 and the concentration of THC discharged from the upstream catalytic converter 16, the characteristic C5 is the exhaust purification catalyst 16a of the upstream catalytic converter 16. shows the characteristics in a non-poisoned state (initial state), the characteristic C6 shows the characteristics in the state where the exhaust purification catalyst 16a is poisoned, and the characteristic C7 shows the characteristics when the exhaust purification catalyst 16a is poisoned. Shows the characteristics when the poison is released by fuel cut.

図15において、時刻t3以前には、機関本体1から排出される排気ガスの空燃比が燃料リッチと燃料リーンが交互に繰り返されるように制御されている。また、時刻t3以降では、機関本体1から排出される排気ガスの空燃比が燃料リッチに制御されている。下流側の触媒コンバータ17から排出されたTHCの濃度の特性C5~C6によれば、空燃比が燃料リッチに制御されている状態が継続すると、被毒が進行し、THCの濃度が増大することが判る。特に、特性C6によれば、排気浄化触媒17aが被毒している状態では、空燃比を燃料リッチにした直後からTHCの濃度が増大することが判る。また、特性C5によれば、排気浄化触媒17aが被毒していない状態であっても、空燃比を燃料リッチにするとTHC濃度が徐々に増加することが判る。同様に、下流側の触媒コンバータ17から排出されたCOの濃度、およびNOxの濃度の特性においても、被毒している状態での特性C6では、空燃比を燃料リッチにするとCO,NOxの排出量が増大していることが判る。一方、上流側の触媒コンバータ16から排出されたTHCの濃度の特性C5~C6によれば、時刻t3以降に燃料リッチになるとTHCの濃度は増加するものの、被毒状態に応じたTHCの濃度の相違は下流側の排気浄化触媒17aに比較して相対的に小さい。したがって、排気ガスの浄化性能を高めるためには、下流側の排気浄化触媒17aの被毒を抑制することが効果的であることが判る。 In FIG. 15, before time t3, the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the engine body 1 is controlled so that the fuel rich and the fuel lean are alternately repeated. After time t3, the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the engine body 1 is controlled to be rich in fuel. According to the characteristics C5 and C6 of the concentration of THC discharged from the downstream catalytic converter 17, poisoning progresses and the concentration of THC increases if the air-fuel ratio is controlled to be rich in fuel. I know. In particular, according to the characteristic C6, when the exhaust purification catalyst 17a is poisoned, the THC concentration increases immediately after the air-fuel ratio is made rich. Further, according to the characteristic C5, it can be seen that even when the exhaust purification catalyst 17a is not poisoned, the THC concentration gradually increases when the air-fuel ratio is made fuel-rich. Similarly, regarding the characteristics of the concentrations of CO and NOx discharged from the catalytic converter 17 on the downstream side, in the characteristic C6 in the poisoned state, when the air-fuel ratio is made fuel rich, CO and NOx are emitted. It can be seen that the amount is increasing. On the other hand, according to the THC concentration characteristics C5 and C6 discharged from the upstream catalytic converter 16, when the fuel becomes rich after time t3, the THC concentration increases, but the THC concentration changes according to the poisoning state. The difference is relatively small compared to the exhaust purification catalyst 17a on the downstream side. Therefore, it can be seen that it is effective to suppress the poisoning of the exhaust purification catalyst 17a on the downstream side in order to improve the exhaust gas purification performance.

また、下流側の触媒コンバータ17から排出されたTHC,CO,NOxの濃度において、特性C7は、被毒再生制御として排気浄化触媒17aの触媒温度を600℃程度まで上げて燃料カットを行った後の特性を示している。このような被毒再生制御により、初期状態の特性C5と同等のレベルまで排気浄化性能が回復することが判る。 Further, with respect to the concentrations of THC, CO, and NOx discharged from the downstream catalytic converter 17, the characteristic C7 is obtained after the catalyst temperature of the exhaust purification catalyst 17a is raised to about 600° C. as the poisoning regeneration control and the fuel is cut. It shows the characteristics of It can be seen that such poisoning regeneration control restores the exhaust purification performance to a level equivalent to the characteristic C5 in the initial state.

以上説明したように第1の実施形態によれば、下流側の触媒コンバータ17の堆積C量を推定し、堆積C量が所定値以下であり、下流側の触媒コンバータ17の触媒温度が被毒温度域である場合は、触媒温度が被毒温度域から外れるように昇温制御または降温制御が行われる。これにより、下流側の触媒コンバータ17の排気浄化触媒17aの堆積C量が抑制される。また、被毒再生制御を行うまでのインターバルが長くなるため、被毒再生制御を行う頻度を低下させることが可能となる。また、C被毒量が所定値を超えると被毒再生制御が実施されるため、下流側の触媒コンバータ17の排気浄化性能を回復させることができる。 As described above, according to the first embodiment, the amount of deposited C in the downstream catalytic converter 17 is estimated, and the amount of deposited C is equal to or less than a predetermined value, and the catalyst temperature of the downstream catalytic converter 17 is poisoned. If it is within the temperature range, temperature increase control or temperature decrease control is performed so that the catalyst temperature is out of the poisoning temperature range. As a result, the amount of accumulated C on the exhaust purification catalyst 17a of the catalytic converter 17 on the downstream side is suppressed. Moreover, since the interval until the poisoning regeneration control is performed becomes longer, the frequency of performing the poisoning regeneration control can be reduced. Further, when the amount of C poisoning exceeds a predetermined value, the poisoning regeneration control is executed, so the exhaust purification performance of the catalytic converter 17 on the downstream side can be recovered.

(第2の実施形態)
第2の実施形態は、第1の実施形態の処理をより簡素にしたものであり、下流側の触媒コンバータ17の排気浄化触媒17aの触媒温度Tが500℃<T<650℃の場合は、触媒温度Tが500℃<T<650℃とならないように排気浄化触媒17aを昇温する。第2の実施形態では、触媒温度が被毒温度域の場合は昇温制御のみが行われ、降温制御は行われない。このため、第2の実施形態では、図6に示した降温装置52は設けられていなくてよい。
(Second embodiment)
The second embodiment simplifies the processing of the first embodiment. The temperature of the exhaust purification catalyst 17a is increased so that the catalyst temperature T does not become 500°C<T<650°C. In the second embodiment, when the catalyst temperature is within the poisoning temperature range, only temperature increase control is performed, and temperature decrease control is not performed. Therefore, in the second embodiment, the cooling device 52 shown in FIG. 6 may not be provided.

図16は、第2の実施形態において、電子制御ユニット30のCPU34が所定の制御周期毎に行う処理を示すフローチャートである。先ず、触媒温度判定部34bが、排気浄化触媒17aの触媒温度Tが、T>650℃であるか否かを判定する(ステップS30)。T>650℃の場合は、排気浄化触媒17aの触媒温度Tが被毒温度域よりも高いため、本制御周期における処理が終了する(End)。 FIG. 16 is a flow chart showing processing performed by the CPU 34 of the electronic control unit 30 in each predetermined control cycle in the second embodiment. First, the catalyst temperature determination unit 34b determines whether or not the catalyst temperature T of the exhaust purification catalyst 17a is T>650° C. (step S30). If T>650° C., the catalyst temperature T of the exhaust purification catalyst 17a is higher than the poisoning temperature range, so the process in this control cycle ends (End).

ステップS30において、T≦650℃の場合、触媒温度判定部34bが、T<500℃であるか否かを判定する(ステップS32)。T<500℃の場合は、排気浄化触媒17aの触媒温度Tが被毒温度域よりも低いため、本制御周期における処理が終了する。 If T≦650° C. in step S30, the catalyst temperature determination unit 34b determines whether T<500° C. (step S32). If T<500° C., the catalyst temperature T of the exhaust purification catalyst 17a is lower than the poisoning temperature range, so the process in this control cycle ends.

ステップS32において、T≧500℃の場合、昇温係数が“1”に設定され、触媒温度制御部34dが昇温制御を行うことで排気浄化触媒17aを昇温させる(ステップS34)。ステップS34の後、本制御周期における処理が終了する。なお、第2の実施形態では降温制御は行われないため、降温係数は設定されない。 In step S32, if T≧500° C., the temperature increase coefficient is set to “1”, and the catalyst temperature control unit 34d performs temperature increase control to increase the temperature of the exhaust purification catalyst 17a (step S34). After step S34, the processing in this control cycle ends. In the second embodiment, since temperature drop control is not performed, no temperature drop coefficient is set.

図17は、本実施形態に係る処理を行った場合に、排気浄化触媒17aの触媒温度、および昇温/降温係数が変化する様子を示すタイミングチャートである。図17に示すように、時刻t0から触媒温度が上昇し、時刻t31で触媒温度が500℃を超えると、昇温係数が“1”に設定される。これにより、昇温制御が行われるので、触媒温度は時刻t32で650℃を超える。したがって、触媒温度が被毒温度域である500~650℃から外れるため、堆積C量の増加が抑えられる。 FIG. 17 is a timing chart showing how the catalyst temperature of the exhaust purification catalyst 17a and the temperature increase/temperature decrease coefficient change when the process according to the present embodiment is performed. As shown in FIG. 17, when the catalyst temperature rises from time t0 and exceeds 500° C. at time t31, the temperature increase coefficient is set to "1". As a result, temperature increase control is performed, so the catalyst temperature exceeds 650° C. at time t32. Therefore, since the catalyst temperature is out of the poisoning temperature range of 500 to 650° C., an increase in the deposited C amount is suppressed.

その後、触媒温度が低下して時刻t33で650℃よりも小さくなると、昇温係数が“1”に設定される。これにより、昇温制御が行われるので、触媒温度は時刻34で650℃を超える。したがって、触媒温度が被毒温度域である500~650℃から外れるため、堆積C量の増加が抑えられる。 After that, when the catalyst temperature drops below 650° C. at time t33, the temperature increase coefficient is set to "1". As a result, temperature increase control is performed, and the catalyst temperature exceeds 650° C. at time 34 . Therefore, since the catalyst temperature is out of the poisoning temperature range of 500 to 650° C., an increase in the deposited C amount is suppressed.

以上説明したように第2の実施形態によれば、下流側の触媒コンバータ17の触媒温度が被毒温度域である場合は、触媒温度が被毒温度域よりも高くなるように昇温制御が行われる。これにより、下流側の触媒コンバータ17の排気浄化触媒17aの堆積C量を抑制することができる。 As described above, according to the second embodiment, when the catalyst temperature of the catalytic converter 17 on the downstream side is in the poisoning temperature range, the temperature increase control is performed so that the catalyst temperature becomes higher than the poisoning temperature range. done. As a result, the amount of deposited C on the exhaust purification catalyst 17a of the catalytic converter 17 on the downstream side can be suppressed.

(第3の実施形態)
第3の実施形態は、第1の実施形態に対して、堆積C量を考慮することなく、昇温制御または降温制御を行うものである。
(Third embodiment)
3rd Embodiment performs temperature-increase control or temperature-decrease control, without considering the amount of deposition C with respect to 1st Embodiment.

図18は、第3の実施形態において、電子制御ユニット30のCPU34が所定の制御周期毎に行う処理を示すフローチャートである。図18に示すフローチャートは、第1の実施形態で説明した図12のフローチャートからステップS12とステップS24が除かれている点で図12のフローチャートと相違する。このため、以下の説明では、第1の実施形態と異なる点を中心に説明する。 FIG. 18 is a flow chart showing processing performed by the CPU 34 of the electronic control unit 30 in each predetermined control cycle in the third embodiment. The flowchart shown in FIG. 18 differs from the flowchart of FIG. 12 in that steps S12 and S24 are removed from the flowchart of FIG. 12 described in the first embodiment. Therefore, in the following description, the points different from the first embodiment will be mainly described.

図18の処理では、ステップS10において、500℃<T<650℃の場合は、触媒温度制御部34dが、図11のマップに基づいて、昇温/降温係数を決定する(ステップS14)。ステップS14以降の処理は図12と同様である。500℃<T<650℃でない場合は、本制御周期における処理が終了する(End)。 In the process of FIG. 18, if 500° C.<T<650° C. in step S10, the catalyst temperature control unit 34d determines the temperature increase/decrease coefficient based on the map of FIG. 11 (step S14). The processing after step S14 is the same as in FIG. If not 500° C.<T<650° C., the process in this control cycle ends (End).

第3の実施形態においても、下流側の触媒コンバータ17の触媒温度が被毒温度域である場合は、触媒温度が被毒温度域から外れるように昇温制御または降温制御が行われる。これにより、下流側の触媒コンバータ17の排気浄化触媒17aの堆積C量を抑制することができる。 In the third embodiment as well, when the catalyst temperature of the downstream catalytic converter 17 is within the poisoning temperature range, temperature increase control or temperature decrease control is performed so that the catalyst temperature is out of the poisoning temperature range. As a result, the amount of deposited C on the exhaust purification catalyst 17a of the catalytic converter 17 on the downstream side can be suppressed.

(第4の実施形態)
第1の実施形態で説明したように、触媒の被毒はスチームカーボン比が小さいほど進行する。第4の実施形態では、被毒温度域では、被毒が進行しないようEGRを増量し、CO濃度の低減と水分増加によりスチームカーボン比が大きくなる方向に改善することで、下流側の触媒コンバータ17の排気浄化触媒17aの堆積C量を抑制する。
(Fourth embodiment)
As described in the first embodiment, catalyst poisoning progresses as the steam carbon ratio decreases. In the fourth embodiment, in the poisoning temperature range, the amount of EGR is increased so that the poisoning does not progress, and the steam carbon ratio is improved by reducing the CO concentration and increasing the water content, so that the downstream side catalytic converter 17, the amount of accumulated C on the exhaust purification catalyst 17a is suppressed.

図19は、第4の実施形態において、電子制御ユニット30のCPU34が所定の制御周期毎に行う処理を示すフローチャートである。図19に示すフローチャートは、第3の実施形態で説明した図18のフローチャートに対して、EGRを増量する処理(ステップS40)が追加されている点で図18のフローチャートと相違する。このため、以下の説明では、第3の実施形態と異なる点を中心に説明する。 FIG. 19 is a flow chart showing processing performed by the CPU 34 of the electronic control unit 30 in each predetermined control cycle in the fourth embodiment. The flowchart shown in FIG. 19 differs from the flowchart of FIG. 18 in that a process for increasing EGR (step S40) is added to the flowchart of FIG. 18 described in the third embodiment. Therefore, in the following description, the points different from the third embodiment will be mainly described.

図19の処理では、ステップS10において、500℃<T<650℃の場合は、EGRを増量する処理が行われる(ステップS40)。EGRを増量すると、排気ガス中の未燃成分が機関本体1にて燃焼するため、排気ガス中のHC濃度、CO濃度は低下する。また、HCが燃焼することで、排気ガス中の水分(HO)が増加する。このように、EGRを増量して再燃焼させることで、排気ガス中のCOが減り、水分が増加するため、水蒸気改質が促進される。なお、EGRの増量は、排気ガス再循環通路18を流れる排気ガスを増量すること、または、内部EGRを増量することによって実現される。EGRの増量によりスチームカーボン比が大きくなる方向に改善されることで、堆積C量が抑制されるため、浄化率の低下が抑制される。 In the process of FIG. 19, if 500° C.<T<650° C. in step S10, the EGR is increased (step S40). When the amount of EGR is increased, the unburned components in the exhaust gas are burned in the engine body 1, so the HC concentration and the CO concentration in the exhaust gas decrease. In addition, combustion of HC increases moisture (H 2 O) in the exhaust gas. In this way, by increasing the amount of EGR and re-burning, the amount of CO in the exhaust gas is reduced and the water content is increased, thereby promoting steam reforming. The increase in EGR is realized by increasing the amount of exhaust gas flowing through the exhaust gas recirculation passage 18 or by increasing the amount of internal EGR. Since the steam carbon ratio is improved by increasing the amount of EGR, the amount of accumulated C is suppressed, so that the reduction of the purification rate is suppressed.

以上のように第4の実施形態によれば、下流側の触媒コンバータ17の触媒温度が被毒温度域である場合は、EGRが増量されるため、スチームカーボン比が増加し、堆積C量が抑制されるため、浄化率の低下が抑えられる。 As described above, according to the fourth embodiment, when the catalyst temperature of the catalytic converter 17 on the downstream side is in the poisoning temperature range, the EGR is increased, so the steam carbon ratio increases, and the deposited C amount increases. Since it is suppressed, the reduction in purification rate is suppressed.

(第5の実施形態)
第5の実施形態は、下流側の触媒コンバータ17の排気浄化触媒17aの劣化度を考慮して排気浄化触媒17aの昇温制御、降温制御を行う。
(Fifth embodiment)
In the fifth embodiment, temperature increase control and temperature decrease control of the exhaust purification catalyst 17a are performed in consideration of the degree of deterioration of the exhaust purification catalyst 17a of the catalytic converter 17 on the downstream side.

触媒が劣化すると、低温側での浄化率が下がる傾向にある。このため、排気浄化触媒17aが劣化した状態で排気浄化触媒17aの触媒温度を被毒温度域より低温側に制御すると浄化率が低下する可能性がある。このため、第5の実施形態では、排気浄化触媒17aの劣化した場合は、降温制御よりも昇温制御を積極的に活用する。 When the catalyst deteriorates, the purification rate tends to decrease on the low temperature side. Therefore, if the catalyst temperature of the exhaust purification catalyst 17a is controlled to be lower than the poisoning temperature range while the exhaust purification catalyst 17a is degraded, the purification rate may decrease. Therefore, in the fifth embodiment, when the exhaust purification catalyst 17a is deteriorated, the temperature increase control is more actively utilized than the temperature decrease control.

図20は、第5の実施形態において、電子制御ユニット30のCPU34が所定の制御周期毎に行う処理を示すフローチャートである。図20に示すフローチャートは、第3の実施形態で説明した図18のフローチャートに対して、上流側の触媒コンバータ16の排気浄化触媒16aの劣化度を判定する処理(ステップS42)が追加されており、昇温・降温係数を決定するステップS14が、排気浄化触媒17aの劣化度に応じて昇温・降温係数を決定するステップS14aとステップS14bに分割されている。 FIG. 20 is a flow chart showing processing performed by the CPU 34 of the electronic control unit 30 in each predetermined control cycle in the fifth embodiment. The flowchart shown in FIG. 20 is different from the flowchart of FIG. 18 described in the third embodiment, with the addition of processing for determining the degree of deterioration of the exhaust purification catalyst 16a of the upstream catalytic converter 16 (step S42). , Step S14 for determining the temperature increase/decrease coefficient is divided into Step S14a and Step S14b for determining the temperature increase/temperature decrease coefficient according to the degree of deterioration of the exhaust purification catalyst 17a.

ステップS42では、触媒劣化度判定部34fが、上流側の触媒コンバータ16の排気浄化触媒16aの劣化度を判定する。触媒劣化度判定部34fは、上流側の触媒コンバータ16の上流と下流に設けられた空燃比センサ25および空燃比センサ28の検出値に基づいて、上流側の触媒コンバータ16の排気浄化触媒16aの酸素吸蔵容量(Cmax)を計測し、その計測結果から排気浄化触媒16aの劣化度を判定する。具体的には、触媒劣化度判定部34fは、排気浄化触媒16aのCmaxが所定値を超えているか否かを判定し、Cmaxが所定値以下の場合は排気浄化触媒16aが劣化していると判定する。 In step S42, the catalyst deterioration degree determination section 34f determines the degree of deterioration of the exhaust purification catalyst 16a of the catalytic converter 16 on the upstream side. The catalyst deterioration degree determination unit 34f determines the degree of exhaust purification catalyst 16a of the upstream catalytic converter 16 based on the detection values of the air-fuel ratio sensor 25 and the air-fuel ratio sensor 28 provided upstream and downstream of the upstream catalytic converter 16. The oxygen storage capacity (Cmax) is measured, and the degree of deterioration of the exhaust purification catalyst 16a is determined from the measurement result. Specifically, the catalyst deterioration degree determination unit 34f determines whether or not Cmax of the exhaust purification catalyst 16a exceeds a predetermined value. judge.

Cmaxの計測方法については公知であるため、ここでは概要を説明する。Cmaxを計測する際には、目標空燃比をストイキを中心に振動させることで、排気浄化触媒16aに流入する排気ガスの空燃比を燃料リーン側と燃料リッチ側との間で交互に変化させる。このとき、触媒上流の空燃比が燃料リーンに変化してから、触媒下流の空燃比が燃料リーンに変化するまでの間、下式によって計算される触媒の酸素吸蔵量の積算が行われる。また、触媒上流の空燃比が燃料リッチに変化してから、触媒下流の空燃比が燃料リッチに変化するまでの間、下式によって計算される触媒の酸素脱離量の積算が行われる。
酸素吸蔵量or酸素脱離量=係数×(現在の空燃比-ストイキ)×燃料量噴射量
触媒劣化度判定部34fは、酸素吸蔵量と酸素脱離量とをそれぞれ複数回計算し、それらの平均をとったものをCmaxとして算出する。
Since the method for measuring Cmax is publicly known, an overview will be given here. When measuring Cmax, by oscillating the target air-fuel ratio around stoichiometric, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst 16a is alternately changed between the fuel-lean side and the fuel-rich side. At this time, the oxygen storage amount of the catalyst calculated by the following equation is integrated during the period from when the air-fuel ratio upstream of the catalyst changes to fuel-lean until the air-fuel ratio downstream of the catalyst changes to fuel-lean. Further, the oxygen desorption amount of the catalyst calculated by the following equation is integrated during the period from when the air-fuel ratio upstream of the catalyst changes to fuel-rich until the air-fuel ratio downstream of the catalyst changes to fuel-rich.
Oxygen storage amount or oxygen desorption amount = coefficient x (current air-fuel ratio - stoichiometric) x fuel injection amount
The catalyst deterioration degree determination unit 34f calculates the oxygen storage amount and the oxygen desorption amount a plurality of times, and calculates the average of these values as Cmax.

なお、触媒劣化度判定部34fが上流側の触媒コンバータ16の排気浄化触媒16aの劣化度を判定するのは、一般的に上流側の排気浄化触媒16aの方が下流側の排気浄化触媒17aよりも劣化が進行するため、上流側の排気浄化触媒16aが劣化していると判定される場合は、下流側の排気浄化触媒17aが上流側よりも低いレベルで劣化していると推定できるためである。なお、下流側の排気浄化触媒17aの劣化を直接判定できる場合は、上流側の排気浄化触媒16aの劣化を判定しなくてもよい。 The reason why the catalyst deterioration degree determination unit 34f determines the degree of deterioration of the exhaust purification catalyst 16a of the upstream catalytic converter 16 is generally that the upstream exhaust purification catalyst 16a is higher than the downstream exhaust purification catalyst 17a. If it is determined that the exhaust purification catalyst 16a on the upstream side has deteriorated, it can be estimated that the exhaust purification catalyst 17a on the downstream side has deteriorated at a level lower than that on the upstream side. be. If the deterioration of the downstream side exhaust purification catalyst 17a can be determined directly, it is not necessary to determine the deterioration of the upstream side exhaust purification catalyst 16a.

ステップS42において、Cmaxが所定値を超えている場合、触媒が劣化していないため、触媒温度制御部34dは、触媒が劣化していない場合に適用されるマップに基づいて、昇温/降温係数を決定する(ステップS14a)。なお、触媒が劣化していない場合に適用されるマップは、図11に示したマップとする。 In step S42, if Cmax exceeds the predetermined value, the catalyst is not degraded, so the catalyst temperature control unit 34d sets the temperature increase/decrease coefficient is determined (step S14a). The map shown in FIG. 11 is applied when the catalyst has not deteriorated.

一方、ステップS42において、Cmaxが所定値以下の場合、触媒が劣化しているため、触媒温度制御部34dは、触媒が劣化している場合に適用されるマップに基づいて、昇温/降温係数を決定する(ステップS14b)。 On the other hand, if Cmax is equal to or less than the predetermined value in step S42, the catalyst is degraded. is determined (step S14b).

図21は、図20のステップS14bにおいて、触媒が劣化している場合に適用されるマップを示す模式図である。図21に示すマップは、図11に示すマップと比較すると、昇温領域(1)と降温領域(2)との境界を示す境界線L1が低温側にシフトしており、昇温領域(1)の方が降温領域(2)よりも広くなっている。これにより、排気浄化触媒17aの温度と排気浄化触媒17aの時系列の温度勾配によって定まる点は、降温領域(2)よりも昇温領域(1)に属し易くなるため、降温制御よりも昇温制御が行われる頻度が高くなる。 FIG. 21 is a schematic diagram showing a map applied when the catalyst is degraded in step S14b of FIG. In the map shown in FIG. 21, as compared with the map shown in FIG. ) is wider than the temperature drop region (2). As a result, the point determined by the temperature of the exhaust purification catalyst 17a and the time-series temperature gradient of the exhaust purification catalyst 17a is more likely to belong to the temperature increase region (1) than to the temperature decrease region (2). More frequent control.

なお、図20のフローチャートでは、ステップS42において、所定値に基づいて触媒が劣化しているか否かを判定し、触媒が劣化している場合のマップと触媒が劣化していない場合のマップを切り換えるようにしているが、触媒の劣化度(Cmax値)に応じてマップを多段階に切り換えるようにしてもよい。 In the flowchart of FIG. 20, in step S42, it is determined whether or not the catalyst has deteriorated based on a predetermined value, and the map for the case where the catalyst has deteriorated and the map for the case where the catalyst has not deteriorated are switched. However, the map may be switched in multiple stages according to the deterioration degree (Cmax value) of the catalyst.

触媒が劣化していると、降温制御を行って触媒温度を500℃以下の低温側にした場合に、触媒劣化に起因して排気ガスの浄化性能が低下する傾向がある。一方、触媒が劣化している場合に、触媒温度が650℃以上の高温側では、低温側よりも浄化性能の低下は生じない。 If the catalyst is deteriorated, when the catalyst temperature is set to the low temperature side of 500° C. or less by performing temperature drop control, there is a tendency that the purification performance of the exhaust gas is lowered due to the deterioration of the catalyst. On the other hand, when the catalyst is degraded, on the high temperature side where the catalyst temperature is 650° C. or higher, the purification performance does not decrease as much as on the low temperature side.

第5の実施形態によれば、触媒が劣化している場合は、降温制御よりも昇温制御が行われる頻度が高くなり、昇温制御が主体的に行われるので、排気ガスの浄化性能の低下が抑制される。 According to the fifth embodiment, when the catalyst is degraded, the temperature increase control is performed more frequently than the temperature decrease control, and the temperature increase control is mainly performed. Decrease is suppressed.

34 CPU
34a 触媒温度取得部
34b 触媒温度判定部
34c 堆積C量推定部
34d 触媒温度制御部
34e 被毒再生制御部
34f 触媒劣化度判定部
34 CPUs
34a Catalyst temperature acquisition unit 34b Catalyst temperature determination unit 34c Deposited C amount estimation unit 34d Catalyst temperature control unit 34e Poisoning regeneration control unit 34f Catalyst deterioration degree determination unit

Claims (1)

内燃機関の排気通路に設けられた第1排気浄化触媒を通過した排気ガスが流入する第2排気浄化触媒の触媒温度を取得する触媒温度取得部と、
予め定められた前記第2排気浄化触媒の温度域であって該温度域の低温側および高温側よりも前記第2排気浄化触媒の被毒量が増加する所定温度域に基づき、前記触媒温度が前記所定温度域にあるとき、前記触媒温度が前記所定温度域外となるように前記触媒温度を昇温または降温させる触媒温度制御部と、
を備える、排気浄化触媒の温度制御装置。
a catalyst temperature acquisition unit that acquires the catalyst temperature of a second exhaust purification catalyst into which exhaust gas that has passed through a first exhaust purification catalyst provided in an exhaust passage of an internal combustion engine flows;
The catalyst temperature is adjusted based on a predetermined temperature range of the second exhaust purification catalyst in which the amount of poisoning of the second exhaust purification catalyst is greater than that on the low temperature side and the high temperature side of the temperature range. a catalyst temperature control unit that raises or lowers the temperature of the catalyst so that the temperature of the catalyst is outside the predetermined temperature range when the temperature is within the predetermined temperature range;
A temperature control device for an exhaust purification catalyst, comprising:
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