JP3651382B2 - Exhaust gas purification device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車等に搭載される内燃機関の排気浄化装置に関し、特に、排気浄化触媒へ還元剤を供給することにより排気中に含まれる有害ガス成分を浄化する技術に関する。
【0001】
【従来の技術】
近年、自動車等に搭載される内燃機関、特に酸素過剰状態の混合気(所謂、リーン空燃比の混合気)を燃焼可能とするディーゼル機関や希薄燃焼式のガソリン機関では、該内燃機関の排気中に含まれる窒素酸化物(NOx)を効率的に浄化する技術が望まれている。
【0002】
このような要求に対し、内燃機関の排気系にリーンNOx触媒を配置する技術が提案されている。リーンNOx触媒の一つとして、流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中の窒素酸化物(NOx)を吸収し、流入する排気の酸素濃度が低下し且つ還元剤が存在するときは吸収していた窒素酸化物(NOx)を放出しつつ窒素(N2)に還元する吸蔵還元型NOx触媒が知られている。
【0003】
吸蔵還元型NOx触媒が内燃機関の排気系に配置されると、内燃機関が希薄燃焼運転されて排気の空燃比が高くなるときは排気中の窒素酸化物(NOx)が吸蔵還元型NOx触媒に吸収され、吸蔵還元型NOx触媒に流入する排気の空燃比が低くなったときは吸蔵還元型NOx触媒に吸収されていた窒素酸化物(NOx)が放出されつつ窒素(N2)に還元される。
【0004】
ところで、吸蔵還元型NOx触媒のNOx吸収能力には限りがあるため、内燃機関が長期にわたって希薄燃焼運転されると、吸蔵還元型NOx触媒のNOx吸収能力が飽和し、排気中の窒素酸化物(NOx)が吸蔵還元型NOx触媒によって除去されることなく大気中に放出されることになる。
【0005】
従って、吸蔵還元型NOx触媒を希薄燃焼式内燃機関に適用する場合は、吸蔵還元型NOx触媒のNOx吸収能力が飽和する前に該吸蔵還元型NOx触媒に流入する排気の空燃比を低下させる、所謂リッチスパイク制御を実行し、吸蔵還元型NOx触媒に吸収されている窒素酸化物(NOx)を放出及び還元させる必要がある。
【0006】
リッチスパイク制御の具体的な方法としては、特許第2845056号公報に記載されているように、吸蔵還元型NOx触媒より上流の排気通路へ還元剤を供給する還元剤供給装置を設け、吸蔵還元型NOx触媒のNOx吸収能力が飽和する前の所定の時期に、還元剤供給装置から排気通路へ還元剤を供給し、吸蔵還元型NOx触媒に流入する排気の酸素濃度を低下させつつ還元剤の濃度を高める方法が提案されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、吸蔵還元型NOx触媒のような排気浄化触媒は、一様にして所定温度以上で活性して排気中の有害ガス成分を浄化可能となるため、内燃機関が冷間始動された場合のように排気浄化触媒の温度が所定温度未満となる場合は未活性状態となり、排気中の有害ガス成分を十分に浄化することができない。
【0008】
吸蔵還元型NOx触媒が未活性状態にあるときに、前述したようなリッチスパイク制御が実行されると、排気中の窒素酸化物(NOx)を還元及び浄化することができないばかりか、還元剤がそのまま大気中に放出され、或いは低温の吸蔵還元型NOx触媒内で還元剤が液化して吸蔵還元型NOx触媒に付着し、その還元剤が吸蔵還元型NOx触媒の活性後に燃焼して煤の発生や吸蔵還元型NOx触媒の過熱などを誘発する虞がある。
【0009】
これに対し、吸蔵還元型NOx触媒の床温を直接検出して吸蔵還元型NOx触媒が活性状態にあるか否かを判定する方法も考えられるが、吸蔵還元型NOx触媒に新たに専用の温度センサを取り付ける必要が生じる。
【0010】
本発明は、上記したような種々の事情に鑑みてなされたものであり、排気浄化触媒へ還元剤を供給することにより排気中の有害ガス成分を浄化する内燃機関の排気浄化装置において、排気浄化触媒の活性状態を判定することができる技術を提供し、排気エミッションの悪化や排気浄化触媒の過熱等を防止することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記した課題を解決するために以下のような手段を採用した。すなわち、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気通路に設けられ排気中に含まれる所定成分を還元及び浄化する排気浄化触媒と、前記排気浄化触媒へ還元剤を供給する還元剤供給手段と、前記排気浄化触媒から流出した排気の空燃比を検出する排気状態検出手段と、前記還元剤供給手段が前記排気浄化触媒へ還元剤を供給したときに前記排気状態検出手段により検出される排気の空燃比が変化すると、前記排気浄化触媒が活性していると判定する触媒活性状態判定手段と、を備えることを特徴としている。
【0012】
このように構成された内燃機関の排気浄化装置では、触媒活性状態判定手段は、還元剤供給手段により排気浄化触媒へ還元剤が供給されたときに、排気状態検出手段により検出された排気の空燃比に基づいて、排気浄化触媒が活性しているか否かを判別することになる。
【0013】
ここで、排気浄化触媒が未活性状態にあるときに還元剤供給手段から排気浄化触媒へ還元剤が供給されると、排気浄化触媒において還元剤と所定成分とが反応せず、更に還元剤が低温の排気浄化触媒内で液化して排気浄化触媒に付着するため、排気浄化触媒から流出した排気の空燃比は、還元剤の供給が行われる前後に比して殆ど変化しないことになる。一方、排気浄化触媒が活性状態にあるときに還元剤供給手段から排気浄化触媒へ還元剤が供給されると、排気浄化触媒内の雰囲気温度がある程度高温となっているため、排気浄化触媒において還元剤が液化して排気浄化触媒に付着することがなくなるとともに還元剤と所定成分とが反応することになるため、排気浄化触媒から流出した排気の空燃比は、還元剤の供給が行われる前後に比して変化することになる。
【0014】
従って、触媒活性状態判定手段は、還元剤供給手段により排気浄化触媒へ還元剤が供給されたときに排気状態検出手段が検出する排気の空燃比に基づいて、排気浄化触媒が活性しているか否かを判別することが可能となる。すなわち、触媒活性状態判定手段は、排気状態検出手段により検出される排気の空燃比が還元剤の供給によって変化すれば排気浄化触媒が活性しており、排気状態検出手段により検出される排気の空燃比が還元の供給によって変化しなければ排気浄化触媒が活性していないと判定することが可能となる。
【0015】
尚、排気浄化触媒が未活性状態にあるときに、排気浄化触媒の活性判定を目的とした排気浄化触媒に対する還元剤の供給が不用意に行われると、排気エミッションの悪化や排気浄化触媒の過熱等の不具合が誘発されることが予想されるため、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の運転状態に基づいて排気浄化触媒の温度を推定する触媒温度推定手段を更に備え、触媒活性判定手段は、触媒温度推定手段による推定値が所定温度以上であることを条件に、還元剤供給手段から排気浄化触媒へ還元剤供給させて排気浄化触媒の活性判定を行うようにしてもよい。
【0016】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置において、排気状態検出手段が検出するパラメータとしては、排気の空燃比の代わりに、排気中に含まれる所定成分の濃度、排気の温度等を用いても良い。
【0017】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置において、触媒活性判定手段による判定処理は、内燃機関の始動時から排気浄化触媒が活性するまでの期間にのみ実行されるようにしてもよく、あるいは排気浄化触媒が活性した後も内燃機関が運転状態にある限り所定の周期で実行されるようにしてもよい。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。
【0019】
<実施の形態1>
先ず、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の第1の実施の形態について図1〜図6に基づいて説明する。
【0020】
図1は、本発明に係る排気浄化装置を適用する内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図である。図1に示す内燃機関1は、4つの気筒2を有する水冷式の4ストローク・サイクル・ディーゼル機関である。
【0021】
内燃機関1は、各気筒2の燃焼室に直接燃料を噴射する燃料噴射弁3を備えている。各燃料噴射弁3は、燃料を所定圧まで蓄圧する蓄圧室(コモンレール)4と接続されている。コモンレール4には、該コモンレール4内の燃料の圧力に対応した電気信号を出力するコモンレール圧センサ4aが取り付けられている。
【0022】
前記コモンレール4は、燃料供給管5を介して燃料ポンプ6と連通している。燃料ポンプ6は、内燃機関1の出力軸(クランクシャフト)の回転トルクを駆動源として作動するポンプであり、該燃料ポンプ6の入力軸に取り付けられたポンププーリ6が内燃機関1の出力軸(クランクシャフト)に取り付けられたクランクプーリ1aとベルト7を介して連結されている。
【0023】
このように構成された燃料噴射系では、クランクシャフトの回転トルクが燃料ポンプ6の入力軸へ伝達されると、燃料ポンプ6は、クランクシャフトから該燃料ポンプ6の入力軸へ伝達された回転トルクに応じた圧力で燃料を吐出する。
前記燃料ポンプ6から吐出された燃料は、燃料供給管5を介してコモンレール4へ供給され、コモンレール4にて所定圧まで蓄圧されて各気筒2の燃料噴射弁3へ分配される。そして、燃料噴射弁3に駆動電流が印加されると、燃料噴射弁3が開弁し、その結果、燃料噴射弁3から各気筒2の燃焼室へ燃料が噴射される。
【0024】
次に、内燃機関1には、吸気枝管8が接続されており、吸気枝管8の各枝管は、各気筒2の燃焼室と図示しない吸気ポートを介して連通している。
【0025】
前記吸気枝管8は、吸気管9に接続され、この吸気管9は、エアクリーナボックス10に接続されている。前記エアクリーナボックス10より下流の吸気管9には、該吸気管9内を流れる吸気の質量に対応した電気信号を出力するエアフローメータ11と、該吸気管9内を流れる吸気の温度に対応した電気信号を出力する吸気温度センサ12とが取り付けられている。
【0026】
前記吸気管9における吸気枝管8の直上流に位置する部位には、該吸気管9内を流れる吸気の流量を調節する吸気絞り弁13が設けられている。吸気絞り弁13には、ステッパモータ等で構成されて該吸気絞り弁13を開閉駆動する吸気絞り用アクチュエータ14が取り付けられている。
【0027】
前記エアフローメータ11と前記吸気絞り弁13との間に位置する吸気管9には、排気の熱エネルギを駆動源として作動する遠心過給機(ターボチャージャ)15のコンプレッサハウジング15aが設けられ、コンプレッサハウジング15aより下流の吸気管9には、前記コンプレッサハウジング15a内で圧縮されて高温となった吸気を冷却するためのインタークーラ16が設けられている。
【0028】
このように構成された吸気系では、エアクリーナボックス10に流入した吸気は、該エアクリーナボックス10内の図示しないエアクリーナによって吸気中の塵や埃等が除去された後、吸気管9を介してコンプレッサハウジング15aに流入する。
コンプレッサハウジング15aに流入した吸気は、該コンプレッサハウジング15aに内装されたコンプレッサホイールの回転によって圧縮される。前記コンプレッサハウジング15a内で圧縮されて高温となった吸気は、インタークーラ16にて冷却された後、必要に応じて吸気絞り弁13によって流量を調節されて吸気枝管8に流入する。吸気枝管8に流入した吸気は、各枝管を介して各気筒2の燃焼室へ分配され、各気筒2の燃料噴射弁3から噴射された燃料を着火源として燃焼される。
【0029】
一方、内燃機関1には、排気枝管18が接続され、排気枝管18の各枝管が図示しない排気ポートを介して各気筒2の燃焼室と連通している。
【0030】
前記排気枝管18は、前記遠心過給機15のタービンハウジング15bと接続されている。前記タービンハウジング15bは、排気管19と接続され、この排気管19は、下流にて図示しないマフラーに接続されている。
【0031】
前記排気管19の途中には、排気中の有害ガス成分を浄化するための排気浄化触媒20が配置されている。排気浄化触媒20より下流の排気管19には、該排気管19内を流れる排気の空燃比に対応した電気信号を出力する空燃比センサ23が取り付けられている。空燃比センサ23は、本発明に係る排気状態検出手段の一実施態様である。
【0032】
前記した空燃比センサ23より下流の排気管19には、該排気管19内を流れる排気の流量を調節する排気絞り弁21が設けられている。排気絞り弁21には、ステッパモータ等で構成されて該排気絞り弁21を開閉駆動する排気絞り用アクチュエータ22が取り付けられている。
【0033】
このように構成された排気系では、内燃機関1の各気筒2で燃焼された混合気(既燃ガス)が排気ポートを介して排気枝管18へ排出され、次いで排気枝管18から遠心過給機15のタービンハウジング15bへ流入する。タービンハウジング15bに流入した排気は、該排気が持つ熱エネルギを利用してタービンハウジング15b内に回転自在に支持されたタービンホイールを回転させる。その際、タービンホイールの回転トルクは、前述したコンプレッサハウジング15aのコンプレッサホイールへ伝達されることになる。
前記タービンハウジング15bから排出された排気は、排気管19を介して排気浄化触媒20へ流入し、排気中の有害ガス成分が除去又は浄化される。排気浄化触媒20にて有害ガス成分を除去又は浄化された排気は、必要に応じて排気絞り弁21によって流量を調節された後にマフラーを介して大気中に放出される。
【0034】
また、前記した排気枝管18と吸気枝管8とは、排気枝管18内を流れる排気の一部を吸気枝管8へ再循環させる排気再循環通路(EGR通路)25を介して連通されている。EGR通路25の途中には、電磁弁などで構成され、印加電力の大きさに応じて前記EGR通路25内を流れる排気(以下、EGRガスと称する)の流量を変更する流量調整弁(EGR弁)26が設けられている。
【0035】
前記EGR通路25においてEGR弁26より上流の部位には、該EGR通路25内を流れるEGRガスを冷却するEGRクーラ27が設けられている。
【0036】
このように構成された排気再循環機構では、EGR弁26が開弁されると、EGR通路25が導通状態となり、排気枝管18内を流れる排気の一部が前記EGR通路25へ流入し、EGRクーラ27を経て吸気枝管8へ導かれる。
その際、EGRクーラ27では、EGR通路25内を流れるEGRガスと所定の冷媒との間で熱交換が行われ、EGRガスが冷却されることになる。
EGR通路25を介して排気枝管18から吸気枝管8へ還流されたEGRガスは、吸気枝管8の上流から流れてきた新気と混ざり合いつつ各気筒2の燃焼室へ導かれ、燃料噴射弁3から噴射される燃料を着火源として燃焼される。
【0037】
ここで、EGRガスには、水(H2O)や二酸化炭素(CO2)などのように、自らが燃焼することがなく、且つ、吸熱性を有する不活性ガス成分が含まれているため、EGRガスが混合気中に含有されると、混合気の燃焼温度が低められ、以て窒素酸化物(NOx)の発生量が抑制される。
更に、EGRクーラ27においてEGRガスが冷却されると、EGRガス自体の温度が低下するとともにEGRガスの体積が縮小されるため、EGRガスが燃焼室内に供給されたときに該燃焼室内の雰囲気温度が不要に上昇することがなくなるとともに、燃焼室内に供給される新気の量(新気の体積)が不要に減少することもない。
【0038】
次に、本実施の形態に係る排気浄化触媒20について具体的に説明する。
排気浄化触媒20は、還元剤の存在下で排気中の窒素酸化物(NOx)を浄化するNOx触媒である。このようなNOx触媒としては、選択還元型NOx触媒や吸蔵還元型NOx触媒等を例示することができるが、ここでは吸蔵還元型NOx触媒を例に挙げて説明する。以下、排気浄化触媒20を吸蔵還元型NOx触媒20と称するものとする。
【0039】
吸蔵還元型NOx触媒20は、例えば、アルミナを担体とし、その担体上に、カリウム(K)、ナトリウム(Na)、リチウム(Li)、もしくはセシウム(Cs)等のアルカリ金属と、バリウム(Ba)もしくはカルシウム(Ca)等のアルカリ土類と、ランタン(La)もしくはイットリウム(Y)等の希土類とから選択された少なくとも1つと、白金(Pt)等の貴金属とを担持して構成されている。尚、本実施の形態では、アルミナからなる担体上にバリウム(Ba)と白金(Pt)とを担持して構成される吸蔵還元型NOx触媒を例に挙げて説明する。
【0040】
このように構成された吸蔵還元型NOx触媒20は、該吸蔵還元型NOx触媒20に流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中の窒素酸化物(NOx)を吸収する。
一方、吸蔵還元型NOx触媒20は、該吸蔵還元型NOx触媒20に流入する排気の酸素濃度が低下したときは吸収していた窒素酸化物(NOx)を放出する。その際、排気中に炭化水素(HC)や一酸化炭素(CO)等の還元成分が存在していれば、吸蔵還元型NOx触媒20は、該吸蔵還元型NOx触媒20から放出された窒素酸化物(NOx)を窒素(N2)に還元せしめることができる。
【0041】
尚、吸蔵還元型NOx触媒20のNOx吸放出作用については明らかにされていない部分もあるが、おおよそ以下のようなメカニズムによって行われていると考えられる。
【0042】
先ず、吸蔵還元型NOx触媒20では、該吸蔵還元型NOx触媒20に流入する排気の空燃比がリーン空燃比となって排気中の酸素濃度が高まると、図2(A)に示されるように、排気中の酸素(O2)がO2 -またはO2-の形で白金(Pt)の表面上に付着する。排気中の一酸化窒素(NO)は、白金(Pt)の表面上でO2 -またはO2-と反応して二酸化窒素(NO2)を形成する(2NO+O2→2NO2)。二酸化窒素(NO2)は、白金(Pt)の表面上で更に酸化され、硝酸イオン(NO3 -)の形で吸蔵還元型NOx触媒20に吸収される。尚、吸蔵還元型NOx触媒20に吸収された硝酸イオン(NO3 -)は、酸化バリウム(BaO)と結合して硝酸バリウム(Ba(NO3)2)を形成する。
このように吸蔵還元型NOx触媒20に流入する排気の空燃比がリーン空燃比であるときは、排気中の窒素酸化物(NOx)が硝酸イオン(NO3 -)として吸蔵還元型NOx触媒20に吸収される。
上記したようなNOx吸収作用は、流入排気の空燃比がリーン空燃比であり、且つ吸蔵還元型NOx触媒20のNOx吸収能力が飽和しない限り継続される。従って、吸蔵還元型NOx触媒20に流入する排気の空燃比がリーン空燃比であるときは、吸蔵還元型NOx触媒20のNOx吸収能力が飽和しない限り、排気中の窒素酸化物(NOx)が吸蔵還元型NOx触媒20に吸収され、排気中から窒素酸化物(NOx)が除去されることになる。
【0043】
これに対して、吸蔵還元型NOx触媒20では、該吸蔵還元型NOx触媒20に流入する排気の酸素濃度が低下すると、白金(Pt)の表面上において二酸化窒素(NO2)の生成量が減少するため、酸化バリウム(BaO)と結合していた硝酸イオン(NO3 -)が逆に二酸化窒素(NO2)や一酸化窒素(NO)となって吸蔵還元型NOx触媒20から離脱する。
その際、排気中に炭化水素(HC)や一酸化炭素(CO)等の還元成分が存在していれば、それらの還元成分が白金(Pt)上の酸素(O2 -またはO2-)と部分的に反応して活性種を形成する。この活性種は、吸蔵還元型NOx触媒20から放出された二酸化窒素(NO2)や一酸化窒素(NO)を窒素(N2)に還元せしめることになる。
従って、吸蔵還元型NOx触媒20に流入する排気の空燃比が理論空燃比又はリッチ空燃比となって排気中の酸素濃度が低下するとともに還元剤の濃度が高まると、吸蔵還元型NOx触媒20に吸収されていた窒素酸化物(NOx)が放出及び還元され、以て吸蔵還元型NOx触媒20のNOx吸収能力が再生されることになる。
【0044】
ところで、内燃機関1が希薄燃焼運転されている場合は、内燃機関1から排出される排気の空燃比がリーン雰囲気となり排気の酸素濃度が高くなるため、排気中に含まれる窒素酸化物(NOx)が吸蔵還元型NOx触媒20に吸収されることになるが、内燃機関1の希薄燃焼運転が長期間継続されると、吸蔵還元型NOx触媒20のNOx吸収能力が飽和し、排気中の窒素酸化物(NOx)が吸蔵還元型NOx触媒20にて除去されずに大気中へ放出されてしまう。
特に、内燃機関1のようなディーゼル機関では、大部分の運転領域においてリーン空燃比の混合気が燃焼され、それに応じて大部分の運転領域において排気の空燃比がリーン空燃比となるため、吸蔵還元型NOx触媒20のNOx吸収能力が飽和し易い。
従って、内燃機関1が希薄燃焼運転されている場合は、吸蔵還元型NOx触媒20のNOx吸収能力が飽和する前に吸蔵還元型NOx触媒20に流入する排気の酸素濃度を低下させるとともに還元剤の濃度を高め、吸蔵還元型NOx触媒20に吸収された窒素酸化物(NOx)を放出及び還元させる必要がある。
【0045】
これに対し、本実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置は、吸蔵還元型NOx触媒20より上流の排気通路を流れる排気中に還元剤たる燃料(軽油)を添加する還元剤供給機構を備え、この還元剤供給機構から排気中へ燃料を添加することにより、吸蔵還元型NOx触媒20に流入する排気の酸素濃度を低下させるとともに還元剤の濃度を高めるようにした。
【0046】
還元剤供給機構は、図1に示されるように、その噴孔が排気枝管18内に臨むよう内燃機関1のシリンダヘッドに取り付けられ、所定の開弁圧以上の燃料が印加されたときに開弁して燃料を噴射する還元剤噴射弁28と、前述した燃料ポンプ6から吐出された燃料を前記還元剤噴射弁28へ導く還元剤供給路29と、この還元剤供給路29の途中に設けられ該還元剤供給通路29内を流れる燃料の流量を調整する流量調整弁30と、この流量調整弁30より上流の還元剤供給路29に設けられて該還元剤供給路29内の燃料の流れを遮断する遮断弁31と、前記流量調整弁30より上流の還元剤供給路29に取り付けられ該還元剤供給路29内の圧力に対応した電気信号を出力する還元剤圧力センサ32と、を備えている。
【0047】
尚、還元剤噴射弁28は、該還元剤噴射弁28の噴孔が排気枝管18におけるEGR通路25との接続部位より下流であって、排気枝管18における4つの枝管の集合部に最も近い気筒2の排気ポートに突出するとともに、排気枝管18の集合部へ向くようシリンダヘッドに取り付けられることが好ましい。
これは、還元剤噴射弁28から噴射された還元剤(未燃の燃料成分)がEGR通路25へ流入するのを防止するとともに、還元剤が排気枝管18内に滞ることなく遠心過給機のタービンハウジング15bへ到達するようにするためである。
【0048】
尚、図1に示す例では、内燃機関1の4つの気筒2のうち1番(#1)気筒2が排気枝管18の集合部と最も近い位置にあるため、1番(#1)気筒2の排気ポートに還元剤噴射弁28が取り付けられているが、1番(#1)気筒2以外の気筒2が排気枝管18の集合部と最も近い位置にあるときは、その気筒2の排気ポートに還元剤噴射弁28が取り付けられるようにする。
【0049】
また、前記還元剤噴射弁28は、シリンダヘッドに形成された図示しないウォータージャケットを貫通、あるいはウォータージャケットに近接して取り付けられるようにし、前記ウォータージャケットを流れる冷却水によって還元剤噴射弁28が冷却されるようにしてもよい。
【0050】
このような還元剤供給機構では、流量調整弁30が開弁されると、燃料ポンプ6から吐出された高圧の燃料が還元剤供給路29を介して還元剤噴射弁28へ印加される。そして、還元剤噴射弁28に印加される燃料の圧力が開弁圧以上に達すると、該還元剤噴射弁28が開弁して排気枝管18内へ還元剤としての燃料が噴射される。
還元剤噴射弁28から排気枝管18内へ噴射された還元剤は、排気枝管18の上流から流れてきた排気ととともにタービンハウジング15bへ流入する。タービンハウジング15b内に流入した排気と還元剤とは、タービンホイールの回転によって撹拌されて均質に混合され、リッチ空燃比の排気を形成する。
このようにして形成されたリッチ空燃比の排気は、タービンハウジング15bから排気管19を介して吸蔵還元型NOx触媒20に流入し、吸蔵還元型NOx触媒20に吸収されていた窒素酸化物(NOx)を放出させつつ窒素(N2)に還元せしめることになる。
【0051】
その後、流量調整弁30が閉弁されて燃料ポンプ6から還元剤噴射弁28への還元剤の供給が遮断されると、還元剤噴射弁28に印加される燃料の圧力が前記開弁圧未満となり、その結果、還元剤噴射弁28が閉弁し、排気枝管18内への還元剤の添加が停止される。
【0052】
以上述べたように構成された内燃機関1には、該内燃機関1を制御するための電子制御ユニット(ECU:Electronic Control Unit)35が併設されている。ECU35は、内燃機関1の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関1の運転状態を制御するユニットである。
【0053】
ECU35には、コモンレール圧センサ4a、エアフローメータ11、吸気温度センサ12、吸気管圧力センサ17、空燃比センサ23、還元剤圧力センサ32、クランクポジションセンサ33、水温センサ34、アクセル開度センサ36等の各種センサが電気配線を介して接続され、上記した各種センサの出力信号がECU35に入力されるようになっている。
一方、ECU35には、燃料噴射弁3、吸気絞り用アクチュエータ14、排気絞り用アクチュエータ22、EGR弁26、流量調整弁30、遮断弁31等が電気配線を介して接続され、ECU35が上記した各部を制御することが可能となっている。
【0054】
ここで、ECU35は、図3に示すように、双方向性バス350によって相互に接続された、CPU351と、ROM352と、RAM353と、バックアップRAM354と、入力ポート356と、出力ポート357とを備えるとともに、前記入力ポート356に接続されたA/Dコンバータ(A/D)355を備えている。
【0055】
前記入力ポート356は、クランクポジションセンサ33のようにデジタル信号形式の信号を出力するセンサの出力信号を入力し、それらの出力信号をCPU351やRAM353へ送信する。
前記入力ポート356は、コモンレール圧センサ4a、エアフローメータ11、吸気温度センサ12、吸気管圧力センサ17、空燃比センサ23、還元剤圧力センサ32、水温センサ34、アクセル開度センサ36、等のように、アナログ信号形式の信号を出力するセンサの出力信号をA/D355を介して入力し、それらの出力信号をCPU351やRAM353へ送信する。
【0056】
前記出力ポート357は、燃料噴射弁3、吸気絞り用アクチュエータ14、排気絞り用アクチュエータ22、EGR弁26、流量調整弁30、遮断弁31等と電気配線を介して接続され、CPU351から出力される制御信号を、前記した燃料噴射弁3、吸気絞り用アクチュエータ14、排気絞り用アクチュエータ22、EGR弁26、流量調整弁30、あるいは遮断弁31へ送信する。
【0057】
前記ROM352は、燃料噴射弁3を制御するための燃料噴射制御ルーチン、吸気絞り弁13を制御するための吸気絞り制御ルーチン、排気絞り弁21を制御するための排気絞り制御ルーチン、EGR弁26を制御するためのEGR制御ルーチン、吸蔵還元型NOx触媒20に吸収された窒素酸化物(NOx)を浄化するためのNOx浄化制御ルーチン等のアプリケーションプログラムに加え、吸蔵還元型NOx触媒20の活性状態を判定するための触媒活性判定制御ルーチンを記憶している。
前記ROM352は、上記したアプリケーションプログラムに加え、各種の制御マップを記憶している。前記制御マップは、例えば、内燃機関1の運転状態と基本燃料噴射量(基本燃料噴射時間)との関係を示す燃料噴射量制御マップ、内燃機関1の運転状態と基本燃料噴射時期との関係を示す燃料噴射時期制御マップ、内燃機関1の運転状態と吸気絞り弁13の目標開度との関係を示す吸気絞り弁開度制御マップ、内燃機関1の運転状態と排気絞り弁21の目標開度との関係を示す排気絞り弁開度制御マップ、内燃機関1の運転状態とEGR弁26の目標開度との関係を示すEGR弁開度制御マップ、内燃機関1の運転状態と還元剤の目標添加量(もしくは、排気の目標空燃比)との関係を示す還元剤添加量制御マップ、還元剤の目標添加量と流量調整弁30の開弁時間との関係を示す流量調整弁制御マップ等である。
【0058】
前記RAM353は、各センサからの出力信号やCPU351の演算結果等を格納する。前記演算結果は、例えば、クランクポジションセンサ33がパルス信号を出力する時間的な間隔に基づいて算出される機関回転数である。これらのデータは、クランクポジションセンサ33がパルス信号を出力する都度、最新のデータに書き換えられる。
【0059】
前記バックアップRAM354は、内燃機関1の運転停止後もデータを記憶可能な不揮発性のメモリである。
【0060】
前記CPU351は、前記ROM352に記憶されたアプリケーションプログラムに従って動作して、燃料噴射弁制御、吸気絞り制御、排気絞り制御、EGR制御、NOx浄化制御、触媒判定制御を実行する。
【0061】
例えば、燃料噴射弁制御では、CPU351は、先ず、燃料噴射弁3から噴射される燃料量を決定し、次いで燃料噴射弁3から燃料を噴射する時期を決定する。
【0062】
燃料噴射量を決定する場合は、CPU351は、RAM353に記憶されている機関回転数とアクセル開度センサ36の出力信号(アクセル開度)とを読み出す。CPU351は、燃料噴射量制御マップへアクセスし、前記機関回転数及び前記アクセル開度に対応した基本燃料噴射量(基本燃料噴射時間)を算出する。CPU351は、エアフローメータ11、吸気温度センサ12、水温センサ34等の出力信号値等に基づいて前記基本燃料噴射時間を補正し、最終的な燃料噴射時間を決定する。
【0063】
燃料噴射時期を決定する場合は、CPU351は、燃料噴射時期制御マップへアクセスし、前記機関回転数及び前記アクセル開度に対応した基本燃料噴射時期を算出する。CPU351は、エアフローメータ11、吸気温度センサ12、水温センサ34等の出力信号値をパラメータとして前記基本燃料噴射時期を補正し、最終的な燃料噴射時期を決定する。
【0064】
燃料噴射時間と燃料噴射時期とが決定されると、CPU351は、前記燃料噴射時期とクランクポジションセンサ33の出力信号とを比較し、前記クランクポジションセンサ33の出力信号が前記燃料噴射時期と一致した時点で燃料噴射弁3に対する駆動電力の印加を開始する。CPU351は、燃料噴射弁3に対する駆動電力の印加を開始した時点からの経過時間が前記燃料噴射時間に達した時点で燃料噴射弁3に対する駆動電力の印加を停止する。
【0065】
また、吸気絞り制御では、CPU351は、例えば、RAM353に記憶されている機関回転数とアクセル開度とを読み出す。CPU351は、吸気絞り弁開度制御マップへアクセスし、機関回転数及びアクセル開度に対応した目標吸気絞り弁開度を算出する。CPU351は、前記目標吸気絞り弁開度に対応した駆動電力を吸気絞り用アクチュエータ14に印加する。その際、CPU351は、吸気絞り弁13の実際の開度を検出して、実際の吸気絞り弁13の開度と目標吸気絞り弁開度との差分に基づいて前記吸気絞り用アクチュエータ14をフィードバック制御するようにしてもよい。
【0066】
また、排気絞り制御では、CPU351は、例えば、内燃機関1が冷間始動後の暖機運転状態にある場合や、車室内用ヒータが作動状態にある場合などに排気絞り弁21を閉弁方向へ駆動すべく排気絞り用アクチュエータ22を制御する。この場合、内燃機関1の負荷が増大し、それに対応して燃料噴射量が増量されることなる。その結果、内燃機関1の発熱量が増加し、内燃機関1の暖機が促進されるとともに、車室内用ヒータの熱源が確保される。
【0067】
また、EGR制御では、CPU351は、RAM353に記憶されている機関回転数、水温センサ34の出力信号(冷却水温度)、アクセル開度センサ36の出力信号(アクセル開度)等を読み出し、EGR制御の実行条件が成立しているか否かを判別する。
上記したEGR制御実行条件としては、冷却水温度が所定温度以上である、内燃機関1が始動時から所定時間以上連続して運転されている、アクセル開度の変化量が正値である等の条件を例示することができる。
上記したようなEGR制御実行条件が成立していると判定した場合は、CPU351は、機関回転数とアクセル開度とをパラメータとしてEGR弁開度制御マップへアクセスし、前記機関回転数及び前記アクセル開度に対応した目標EGR弁開度を算出する。CPU351は、前記目標EGR弁開度に対応した駆動電力をEGR弁26に印加する。一方、上記したようなEGR制御実行条件が成立していないと判定した場合は、CPU351は、EGR弁26を全閉状態に保持すべく制御する。
【0068】
更に、EGR制御では、CPU351は、内燃機関1の吸入空気量をパラメータとしてEGR弁26の開度をフィードバック制御する、いわゆるEGR弁フィードバック制御を行うようにしてもよい。
【0069】
EGR弁フィードバック制御では、例えば、CPU351は、アクセル開度や機関回転数等をパラメータとして内燃機関1の目標吸入空気量を決定する。その際、アクセル開度と機関回転数と目標吸入空気量との関係を予めマップ化しておき、そのマップとアクセル開度と機関回転数とから目標吸入空気量が算出されるようにしてもよい。
上記した手順により目標吸入空気量が決定されると、CPU351は、RAM353に記憶されたエアフローメータ11の出力信号値(実際の吸入空気量)を読み出し、実際の吸入空気量と目標吸入空気量とを比較する。
前記した実際の吸入空気量が前記目標吸入空気量より少ない場合には、CPU351は、EGR弁26を所定量閉弁させる。この場合、EGR通路25から吸気枝管8へ流入するEGRガス量が減少し、それに応じて内燃機関1の気筒2内に吸入されるEGRガス量が減少することになる。その結果、内燃機関1の気筒2内に吸入される新気の量は、EGRガスが減少した分だけ増加する。
一方、実際の吸入空気量が目標吸入空気量より多い場合には、CPU351は、EGR弁26を所定量開弁させる。この場合、EGR通路25から吸気枝管8へ流入するEGRガス量が増加し、それに応じて内燃機関1の気筒2内に吸入されるEGRガス量が増加する。この結果、内燃機関1の気筒2内に吸入される新気の量は、EGRガスが増加した分だけ減少することになる。
【0070】
次に、NOx浄化制御では、CPU351は、吸蔵還元型NOx触媒20に流入する排気の空燃比を比較的に短い周期でスパイク的(短時間)にリッチ空燃比とする、所謂リッチスパイク制御を実行する。
【0071】
リッチスパイク制御では、CPU351は、所定の周期毎にリッチスパイク制御実行条件が成立しているか否かを判別する。このリッチスパイク制御実行条件としては、例えば、吸蔵還元型NOx触媒20が活性状態にある、被毒解消制御が実行されていない、等の条件を例示することができる。
上記したようなリッチスパイク制御実行条件が成立していると判定された場合は、CPU351は、還元剤噴射弁28からスパイク的に還元剤たる燃料を噴射させるべく流量調整弁30を制御することにより、吸蔵還元型NOx触媒20に流入する排気の空燃比を一時的に所定の目標リッチ空燃比とする。
【0072】
具体的には、CPU351は、RAM353に記憶されている機関回転数、アクセル開度センサ36の出力信号(アクセル開度)、エアフローメータ11の出力信号値(吸入空気量)、燃料噴射量等を読み出す。CPU351は、前記した機関回転数とアクセル開度と吸入空気量と燃料噴射量とをパラメータとしてROM352の還元剤添加量制御マップへアクセスし、排気の空燃比を予め設定された目標リッチ空燃比とする上で必要となる還元剤の添加量(目標添加量)を算出する。
続いて、CPU351は、前記目標添加量をパラメータとしてROM352の流量調整弁制御マップへアクセスし、還元剤噴射弁28から目標添加量の還元剤を噴射させる上で必要となる流量調整弁30の開弁時間(目標開弁時間)を算出する。
流量調整弁30の目標開弁時間が算出されると、CPU351は、流量調整弁30を開弁させる。この場合、燃料ポンプ6から吐出された高圧の燃料が還元剤供給路29を介して還元剤噴射弁28へ供給されるため、還元剤噴射弁28に印加される燃料の圧力が開弁圧以上に達し、還元剤噴射弁28が開弁する。
CPU351は、流量調整弁30を開弁させた時点から前記目標開弁時間が経過すると、流量調整弁30を閉弁させる。この場合、燃料ポンプ6から還元剤噴射弁28に対する還元剤の供給が遮断されるため、還元剤噴射弁28に印加される燃料の圧力が開弁圧未満となり、還元剤噴射弁28が閉弁する。
【0073】
このように流量調整弁30が目標開弁時間だけ開弁されると、目標添加量の燃料が還元剤噴射弁28から排気枝管18内へ噴射されることになる。そして、還元剤噴射弁28から噴射された還元剤は、排気枝管18の上流から流れてきた排気と混ざり合って目標リッチ空燃比の混合気を形成して吸蔵還元型NOx触媒20に流入する。
この結果、吸蔵還元型NOx触媒20に流入する排気の空燃比は、比較的に短い周期で「リーン」と「スパイク的な目標リッチ空燃比」とを交互に繰り返すことになり、以て、吸蔵還元型NOx触媒20が窒素酸化物(NOx)の吸収と放出・還元とを交互に短周期的に繰り返すことになる。
【0074】
次に、触媒活性判定制御では、CPU351は、内燃機関1の始動完了後の所定の時期に、吸蔵還元型NOx触媒20に流入する排気の空燃比を一時的に低下させるべく流量調整弁30を制御し、その際の空燃比センサ23の出力信号を監視する。
【0075】
ここで、吸蔵還元型NOx触媒20の床温が活性温度未満であるときは、吸蔵還元型NOx触媒20の酸化・還元作用が働かずそれに応じて排気中の酸素が消費されない上、排気中の還元剤が低温の吸蔵還元型NOx触媒20内で液化して吸蔵還元型NOx触媒20内に付着するため、吸蔵還元型NOx触媒20へ還元剤が供給されたときの空燃比センサ23の出力信号は、図4に示されるように、吸蔵還元型NOx触媒20へ還元剤が供給される前後に比して殆ど変化しない。
これに対し、吸蔵還元型NOx触媒20の床温が活性温度以上であるときは、吸蔵還元型NOx触媒20の酸化・還元作用が働きそれに応じて排気中の酸素が消費される上、排気中の還元剤が吸蔵還元型NOx触媒20内で液化して付着することがないため、吸蔵還元型NOx触媒20へ還元剤が供給されたときの空燃比センサ23の出力信号は、図5に示されるように、吸蔵還元型NOx触媒20へ還元剤が供給される前後に比して低下することになる。
従って、CPU351は、還元剤噴射弁28から吸蔵還元型NOx触媒20へ還元剤が供給されたときに、空燃比センサ23の出力信号が還元剤の供給に対応して変化すれば吸蔵還元型NOx触媒20が活性していると判定し、空燃比センサ23の出力信号が変化しなければ吸蔵還元型NOx触媒20が未活性状態にあると判定することができる。
【0076】
尚、吸蔵還元型NOx触媒20の活性判定を目的とした吸蔵還元型NOx触媒20に対する還元剤の供給が不用意に繰り返されると、吸蔵還元型NOx触媒20に付着する還元剤の量が増加し、以下のような不具合が生じる虞がある。
【0077】
吸蔵還元型NOx触媒20に付着した還元剤は、吸蔵還元型NOx触媒20の昇温に伴って気化することが想定されるため、吸蔵還元型NOx触媒20に付着する還元剤の量が増加すると、吸蔵還元型NOx触媒20の昇温過程において比較的多量の熱が還元剤の気化によって奪われ、吸蔵還元型NOx触媒20の床温低下が誘発される場合がある。
また、吸蔵還元型NOx触媒20に付着した還元剤の一部は、吸蔵還元型NOx触媒20の活性後に燃焼することも想定されるため、吸蔵還元型NOx触媒20に付着する還元剤の量が増加すると、吸蔵還元型NOx触媒20の活性後に比較的多量の還元剤が一斉に燃焼し、吸蔵還元型NOx触媒20の過熱が誘発される場合がある。
更に、吸蔵還元型NOx触媒20に付着した還元剤の一部は、吸蔵還元型NOx触媒20の昇温過程において吸蔵還元型NOx触媒20から離脱して大気中に放出されることも想定されるため、吸蔵還元型NOx触媒20に付着する還元剤の量が増加すると、吸蔵還元型NOx触媒20の昇温過程において比較的多量の還元剤が大気中に放出され、排気エミッションが悪化する場合がある。
【0078】
そこで、本実施の形態に係る触媒活性判定制御では、CPU351は、内燃機関1の運転状態をパラメータとして吸蔵還元型NOx触媒20のおおよその床温を推定し、その推定値が活性温度以上であることを条件に、吸蔵還元型NOx触媒20へ還元剤を供給して吸蔵還元型NOx触媒20が実際に活性状態にあるか否かを判別するようにした。
【0079】
以下、本実施の形態に係る触媒活性判定制御について図6のフローチャートに沿って具体的に説明する。
【0080】
図6に示すフローチャートは、触媒活性判定制御ルーチンを示すフローチャートである。触媒活性判定ルーチンは、ROM352に予め記憶されているルーチンであり、所定時間毎(例えば、クランクポジションセンサ33がパルス信号を出力する度)にCPU351によって実行されるルーチンである。
【0081】
触媒活性判定制御ルーチンでは、CPU351は、先ずS601においてRAM353に予め設定されている触媒活性フラグ記憶領域へアクセスし、その触媒活性フラグ記憶領域に“1”が記憶されていないか否かを判別する。
前記触媒活性フラグ記憶領域は、吸蔵還元型NOx触媒20が活性状態にあると判定されたときに“1”がセットされ、内燃機関1の運転停止時又は始動時に“0”がリセットされる領域である。尚、別途のリッチスパイク制御では、前記した触媒活性フラグ記憶領域に記憶されている値に基づいてリッチスパイク制御実行条件の成立/不成立が判別されることになる。つまり、触媒活性フラグ記憶領域に“1”が記憶されているときはリッチスパイク制御の実行が許可され、触媒活性フラグ記憶領域に“0”が記憶されているときはリッチスパイク制御の実行が禁止されることになる。
【0082】
前記S601において触媒活性フラグ記憶領域に“1”が記憶されていると判定された場合は、CPU351は、吸蔵還元型NOx触媒20の活性状態が既に判定済みであるとみなし、本ルーチンの実行を一旦終了する。
【0083】
一方、前記S601において触媒活性フラグ記憶領域に“1”が記憶されていないと判定された場合、言い換えれば触媒活性フラグ記憶領域に“0”が記憶されていると判定された場合は、CPU351は、吸蔵還元型NOx触媒20の活性状態が未だ判定されていないとみなし、S602へ進む。
S602では、CPU351は、RAM353から機関回転数、エアフローメータ11の出力信号値(吸入空気量)、アクセル開度センサ36の出力信号値(アクセル開度)、燃料噴射時間等を読み出す。
【0084】
S603では、CPU351は、前記S602で読み出された機関回転数、吸入空気量、アクセル開度、燃料噴射時間をパラメータとして、吸蔵還元型NOx触媒20の床温:TCを推定する。その際、機関回転数と吸入空気量とアクセル開度と燃料噴射時間と吸蔵還元型NOx触媒20の床温との関係を予め実験的に求め、それらの関係をマップ化してROM352に記憶しておくようにするとよい。
【0085】
S604では、CPU351は、バックアップRAM354から吸蔵還元型NOx触媒20の活性温度:Tを読み出し、前記S603で推定された吸蔵還元型NOx触媒20の床温:TCが活性温度:T以上であるか否かを判別する。
【0086】
前記S604において前記床温:TCが活性温度:T未満であると判定された場合は、CPU351は、S609へ進み、RAM353の触媒活性フラグ記憶領域の値を“0”に維持し、本ルーチンの実行を一旦終了する。
【0087】
一方、前記S604において前記床温:TCが活性温度:T以上であると判定された場合は、CPU351は、S605へ進み、還元剤噴射弁28から排気枝管18内へ還元剤を噴射させるべく流量調整弁30を制御する。
【0088】
S606では、CPU351は、空燃比センサ23の出力信号値(吸蔵還元型NOx触媒20から流出した排気の空燃比)を所定期間入力する。前記所定期間は、還元剤噴射弁28から排気枝管18内へ噴射された還元剤が空燃比センサ23の位置に到達するまでに要する時間、いわゆる応答遅れ時間を考慮して決定された期間である。
【0089】
S607では、CPU351は、前記S606で入力された排気空燃比が還元剤の添加に対応してリッチ側へ変化しているか否かを判別する。
【0090】
前記S607において前記排気空燃比が変化していないと判定された場合は、CPU351は、吸蔵還元型NOx触媒20が未だ活性していないとみなし、S610へ進む。
S610では、CPU351は、バックアップRAM354に記憶されている吸蔵還元型NOx触媒20の活性温度:Tに所定温度:αを加算し、それにより得られた値を活性温度:TとしてバックアップRAM354に記憶する。
【0091】
S611では、CPU351は、前記S610で更新された新たな活性温度:Tが所定の上限値:TMAXより高いか否かを判別する。
【0092】
前記S611において前記活性温度:Tが前記上限値:TMAX以下であると判定された場合は、CPU351は、S609へ進み、RAM353の触媒活性フラグ記憶領域の値を“0”に維持して本ルーチンの実行を一旦終了する。
【0093】
前記S611において前記活性温度:Tが前記上限値:TMAXより高いと判定された場合は、CPU351は、S612へ進み、吸蔵還元型NOx触媒20が劣化していると判定し、本ルーチンの実行を終了する。この場合、CPU351は、リッチスパイク制御の実行を禁止するようにしてもよく、あるいは車室内に設けられた警告灯を点灯させて、吸蔵還元型NOx触媒20の劣化を運転者に通知するようにしてもよい。
【0094】
また、前記S607において前記排気空燃比が還元剤の添加に対応してリッチ側へ変化していると判定された場合は、CPU351は、吸蔵還元型NOx触媒20が活性しているとみなしてS608へ進み、RAM353の触媒活性フラグ記憶領域の値を“0”から“1”へ書き換え、本ルーチンの実行を終了する。
【0095】
このようにCPU351が触媒活性判定制御ルーチンを実行することにより、本発明に係る触媒温度推定手段と触媒活性状態判定手段とが実現されることになる。
【0096】
従って、本実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置によれば、還元剤噴射弁28から吸蔵還元型NOx触媒20へ還元剤が供給されたときの空燃比センサ23の出力信号に基づいて吸蔵還元型NOx触媒20の活性/未活性を判定することが可能となる。この結果、吸蔵還元型NOx触媒20が未活性状態にあるときに不用意にリッチスパイク制御が実行されることがなくなり、吸蔵還元型NOx触媒20の昇温が妨げられることがなくなるとともに、排気エミッションの悪化や吸蔵還元型NOx触媒20の過熱等が防止される。
【0097】
更に、本実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関1の運転状態をパラメータとして吸蔵還元型NOx触媒20のおおよその床温を推定し、その推定値が活性温度以上であることを条件に、吸蔵還元型NOx触媒20へ還元剤を供給して吸蔵還元型NOx触媒20が実際に活性状態にあるか否かを判別するため、吸蔵還元型NOx触媒20の活性判定制御に係る還元剤の添加が不用意に実行されることもない。
【0098】
<実施の形態2>
次に、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の第2の実施の形態について図7に基づいて説明する。ここでは、前述の第1の実施の形態と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略するものとする。
【0099】
前述の第1の実施の形態では、内燃機関1が始動されてから吸蔵還元型NOx触媒20が活性するまでの期間にのみ活性判定制御が実行され、吸蔵還元型NOx触媒20が一旦活性した後は活性判定制御が実行されない例について述べたが、本実施の形態では、吸蔵還元型NOx触媒20が活性した後もリッチスパイク制御が実行される度に活性判定制御が実行される例について述べる。
これは、吸蔵還元型NOx触媒20の活性後に内燃機関1の減速運転状態が長期間継続され、或いはアイドル運転が長期間継続されると、低温の排気によって吸蔵還元型NOx触媒20が冷却され、吸蔵還元型NOx触媒20の床温が活性温度未満まで低下する可能性があるからである。
【0100】
本実施の形態に係る触媒活性判定制御では、CPU351は、図7に示すような触媒活性判定制御ルーチンを実行することになる。図7に示す触媒活性判定制御ルーチンは、予めROM352に記憶されているルーチンであり、CPU351によって所定時間毎に繰り返し実行されるルーチンである。
【0101】
触媒活性判定制御ルーチンでは、CPU351は、先ずS701において、リッチスパイク制御の実行時期か否かを判別する。リッチスパイク制御の実行時期を判定する方法としては、前回のリッチスパイク制御実行時期からの経過時間がリッチスパイク制御の実行周期に達したか否かを判別する方法を例示することができる。
【0102】
前記S701においてリッチスパイク制御の実行時期ではないと判定された場合は、CPU351は、S711へ進み、リッチスパイク制御の実行を禁止して本ルーチンの実行を一旦終了する。
【0103】
一方、前記S701においてリッチスパイク制御の実行時期であると判定された場合は、CPU351は、S702へ進み、RAM353から機関回転数、エアフローメータ11の出力信号値(吸入空気量)、アクセル開度センサ36の出力信号値(アクセル開度)、燃料噴射時間等を読み出す。
【0104】
S703では、CPU351は、前記S702で読み出された機関回転数、吸入空気量、アクセル開度、燃料噴射時間をパラメータとして、吸蔵還元型NOx触媒20の床温:TCを推定する。
【0105】
S704では、CPU351は、バックアップRAM354から吸蔵還元型NOx触媒20の活性温度:Tを読み出し、前記S703で推定された吸蔵還元型NOx触媒20の床温:TCが活性温度:T以上であるか否かを判別する。
【0106】
前記S704において前記床温:TCが活性温度:T未満であると判定された場合は、CPU351は、S711へ進み、リッチスパイク制御の実行を禁止して本ルーチンの実行を一旦終了する。
【0107】
一方、前記S704において前記床温:TCが活性温度:T以上であると判定された場合は、CPU351は、S705へ進み、リッチスパイク制御の実行を許可する。この場合、CPU351は、別途のNOx浄化制御ルーチンに従ってリッチスパイク制御を実行することになる。
【0108】
S706では、CPU351は、空燃比センサ23の出力信号値(吸蔵還元型NOx触媒20から流出した排気の空燃比)を所定期間入力する。
【0109】
S707では、CPU351は、前記S706で入力された排気空燃比が還元剤の添加に対応してリッチ側へ変化しているか否かを判別する。
【0110】
前記S707において前記排気空燃比が変化していないと判定された場合は、CPU351は、吸蔵還元型NOx触媒20が未だ活性していないとみなし、S708へ進む。
【0111】
S708では、CPU351は、バックアップRAM354に記憶されている吸蔵還元型NOx触媒20の活性温度:Tに所定温度:αを加算し、それにより得られた値を活性温度:TとしてバックアップRAM354に記憶する。
【0112】
S709では、CPU351は、前記S708で更新された新たな活性温度:Tが所定の上限値:TMAXより高いか否かを判別する。
【0113】
CPU351は、前記S709において前記活性温度:Tが前記上限値:TMAX以下であると判定した場合は、S711においてリッチスパイク制御の実行を禁止して本ルーチンの実行を一旦終了する。
【0114】
一方、前記S709において前記活性温度:Tが前記上限値:TMAXより高いと判定された場合は、CPU351は、S710へ進み、吸蔵還元型NOx触媒20が劣化していると判定し、次いでS711においてリッチスパイク制御の実行を禁止して本ルーチンの実行を終了する。その際、CPU351は、車室内に設けられた警告灯を点灯させて、吸蔵還元型NOx触媒20の劣化を運転者に通知するようにしてもよい。
【0115】
また、前記S707において前記排気空燃比が還元剤の添加に対応してリッチ側へ変化していると判定された場合は、CPU351は、吸蔵還元型NOx触媒20が活性しているとみなして本ルーチンの実行を一旦終了する。
【0116】
このような触媒活性判定制御ルーチンによれば、リッチスパイク制御が実行される度に吸蔵還元型NOx触媒20の活性/未活性が判別されることになるため、吸蔵還元型NOx触媒20が一旦活性した後に未活性状態となった場合には、不要なリッチスパイク制御が実行されないことになる。
【0117】
尚、前述した第1及び第2の実施の形態では、本発明に係る排気状態検出手段として空燃比センサ23を例に挙げたが、これに限られるものではなく、空燃比センサ23の代わりにNOxセンサを用いてもよい。
【0118】
【発明の効果】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置において、排気浄化触媒、還元剤供給手段、排気状態検出手段、及び触媒活性状態判定手段が備えられている場合は、排気浄化触媒へ還元剤が供給されたときに排気浄化触媒から流出する排気の状態に基づいて、排気浄化触媒が活性しているか否かを判別することが可能となり、排気浄化触媒に専用の温度センサを設ける必要がない。
【0119】
また、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置において、排気浄化触媒、還元剤供給手段、排気状態検出手段、及び触媒活性状態判定手段に加え、内燃機関の運転状態より排気浄化触媒の温度を推定する触媒温度推定手段が備えられている場合は、触媒温度推定手段による推定値が所定温度以上であることを条件に排気浄化触媒の活性判定が行われるため、排気浄化触媒が未活性状態にあるときに該排気浄化触媒に対して不用意に還元剤が供給されることがなく、還元剤の供給に起因した排気エミッションの悪化や排気浄化触媒の過熱等の不具合の発生が防止される。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る内燃機関の排気浄化装置を適用する内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図
【図2】 (A)吸蔵還元型NOx触媒のNOx吸収メカニズムを説明する図
(B)吸蔵還元型NOx触媒のNOx放出メカニズムを説明する図
【図3】 ECUの内部構成を示すブロック図
【図4】 吸蔵還元型NOx触媒が未活性状態にあるときの排気空燃比の態様を示す図
【図5】 吸蔵還元型NOx触媒が活性状態にあるときの排気空燃比の態様を示す図
【図6】 実施の形態1に係る触媒活性判定制御ルーチンを示すフローチャート図
【図7】 実施の形態2に係る触媒活性判定制御ルーチンを示すフローチャート図
【符号の説明】
1・・・・内燃機関
2・・・・気筒
3・・・・燃料噴射弁
4・・・・コモンレール
5・・・・燃料供給管
6・・・・燃料ポンプ
18・・・排気枝管
19・・・排気管
20・・・吸蔵還元型NOx触媒
21・・・排気絞り弁
23・・・空燃比センサ
25・・・EGR通路
26・・・EGR弁
27・・・EGRクーラ
28・・・還元剤噴射弁
29・・・還元剤供給路
30・・・流量調整弁
31・・・遮断弁
32・・・還元剤圧力センサ
33・・・クランクポジションセンサ
34・・・水温センサ
35・・・ECU
351・・CPU
352・・ROM
353・・RAM
354・・バックアップRAMBACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust gas purification device for an internal combustion engine mounted on an automobile or the like, and more particularly to a technique for purifying harmful gas components contained in exhaust gas by supplying a reducing agent to an exhaust gas purification catalyst.
[0001]
[Prior art]
In recent years, an internal combustion engine mounted on an automobile or the like, particularly a diesel engine or a lean-burn gasoline engine that can burn an oxygen-rich mixture (so-called lean air-fuel mixture), A technique for efficiently purifying nitrogen oxides (NOx) contained in the gas is desired.
[0002]
In response to such demands, a technique for arranging a lean NOx catalyst in the exhaust system of an internal combustion engine has been proposed. As one of the lean NOx catalysts, it absorbs nitrogen oxides (NOx) in the exhaust when the oxygen concentration in the inflowing exhaust is high, and absorbs when the oxygen concentration in the inflowing exhaust is low and a reducing agent is present. While releasing nitrogen oxide (NOx), nitrogen (N2The NOx storage reduction catalyst is known to reduce to (3).
[0003]
When the NOx storage reduction catalyst is arranged in the exhaust system of the internal combustion engine, when the internal combustion engine is operated in lean combustion and the air-fuel ratio of the exhaust gas becomes high, nitrogen oxide (NOx) in the exhaust gas becomes the NOx storage reduction catalyst. When the air-fuel ratio of the exhaust gas that has been absorbed and flows into the NOx storage reduction catalyst becomes low, nitrogen oxide (NOx) that has been absorbed by the NOx storage reduction catalyst is released while nitrogen (N2).
[0004]
By the way, since the NOx absorption capacity of the NOx storage reduction catalyst is limited, when the internal combustion engine is operated for lean combustion over a long period of time, the NOx absorption capacity of the NOx storage reduction catalyst is saturated, and the nitrogen oxide ( NOx) is released into the atmosphere without being removed by the NOx storage reduction catalyst.
[0005]
Therefore, when the NOx storage reduction catalyst is applied to a lean combustion internal combustion engine, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx storage reduction catalyst is reduced before the NOx absorption capacity of the NOx storage reduction catalyst is saturated. It is necessary to execute so-called rich spike control to release and reduce nitrogen oxide (NOx) absorbed in the NOx storage reduction catalyst.
[0006]
As a specific method of the rich spike control, as described in Japanese Patent No. 2845056, a reducing agent supply device that supplies a reducing agent to the exhaust passage upstream of the NOx storage reduction catalyst is provided, and the storage reduction type Reducing agent concentration while reducing the oxygen concentration of exhaust gas flowing into the NOx storage reduction catalyst by supplying the reducing agent from the reducing agent supply device to the exhaust passage at a predetermined time before the NOx absorption capacity of the NOx catalyst is saturated. A method has been proposed for enhancing the above.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, an exhaust purification catalyst such as a NOx storage reduction catalyst is uniformly activated at a predetermined temperature or more to be able to purify harmful gas components in the exhaust, so that the internal combustion engine is cold-started. In addition, when the temperature of the exhaust purification catalyst is lower than the predetermined temperature, it becomes inactive, and the harmful gas component in the exhaust cannot be sufficiently purified.
[0008]
When the rich spike control as described above is executed when the NOx storage reduction catalyst is in an inactive state, not only the nitrogen oxide (NOx) in the exhaust gas can be reduced and purified, but also the reducing agent It is released into the atmosphere as it is, or the reducing agent liquefies in the low-temperature storage-reduction NOx catalyst and adheres to the storage-reduction NOx catalyst, and the reducing agent burns after the activation of the storage-reduction NOx catalyst to generate soot And overheating of the NOx storage reduction catalyst may occur.
[0009]
On the other hand, a method of directly detecting the bed temperature of the NOx storage reduction catalyst and determining whether the NOx storage reduction catalyst is in an active state is also conceivable. However, a new dedicated temperature is added to the NOx storage reduction catalyst. A sensor needs to be installed.
[0010]
The present invention has been made in view of the various circumstances as described above, and is an exhaust purification device for an internal combustion engine that purifies harmful gas components in exhaust gas by supplying a reducing agent to an exhaust purification catalyst. An object of the present invention is to provide a technique capable of determining the active state of a catalyst, and to prevent deterioration of exhaust emission, overheating of an exhaust purification catalyst, and the like.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The present invention employs the following means in order to solve the above-described problems. That is, an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention includes an exhaust gas purification catalyst that is provided in an exhaust passage of the internal combustion engine to reduce and purify a predetermined component contained in exhaust gas, and a reduction agent that supplies a reducing agent to the exhaust gas purification catalyst. Agent supply means and exhaust gas flowing out from the exhaust purification catalystCheck the air-fuel ratio ofWhen the exhaust state detection means to be discharged and the reducing agent supply means supply the reducing agent to the exhaust purification catalystWhen the air-fuel ratio of the exhaust gas detected by the exhaust gas state detecting means changes, the catalyst for determining that the exhaust gas purification catalyst is active.Medium active state determination means.
[0012]
In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine configured as described above, the catalyst activation state determining means includes the exhaust gas detected by the exhaust gas state detecting means when the reducing agent is supplied to the exhaust gas purification catalyst by the reducing agent supply means.Air / fuel ratioBased on this, it is determined whether or not the exhaust purification catalyst is active.
[0013]
Here, when the reducing agent is supplied from the reducing agent supply means to the exhaust purification catalyst when the exhaust purification catalyst is in the inactive state, the reducing agent does not react with the predetermined component in the exhaust purification catalyst, and the reducing agent further Exhaust gas flowing out from the exhaust purification catalyst because it liquefies in the low temperature exhaust purification catalyst and adheres to the exhaust purification catalystThe air-fuel ratio ofAs compared with before and after the supply of the reducing agent, it hardly changes. On the other hand, if the reducing agent is supplied from the reducing agent supply means to the exhaust purification catalyst when the exhaust purification catalyst is in the active state, the atmosphere temperature in the exhaust purification catalyst becomes somewhat high, so that the reduction is performed in the exhaust purification catalyst. Since the agent no longer liquefies and adheres to the exhaust purification catalyst, the reducing agent and the predetermined component react with each other.The air-fuel ratio ofIt will change compared to before and after the supply of the reducing agent.
[0014]
Therefore, the catalyst activation state determination means detects the exhaust state detection means when the reducing agent is supplied to the exhaust purification catalyst by the reducing agent supply means.The air-fuel ratio of the exhaustBased on this, it becomes possible to determine whether or not the exhaust purification catalyst is active.. In other words, the catalyst activation state determination means indicates that the exhaust purification catalyst is active when the exhaust air-fuel ratio detected by the exhaust state detection means changes due to the supply of the reducing agent, and the exhaust air condition detected by the exhaust state detection means. If the fuel ratio does not change due to the supply of reduction, it can be determined that the exhaust purification catalyst is not active.
[0015]
In addition, when the exhaust purification catalyst is in an inactive state, if the reducing agent is inadvertently supplied to the exhaust purification catalyst for the purpose of determining the activity of the exhaust purification catalyst, deterioration of exhaust emission or overheating of the exhaust purification catalyst will occur. Therefore, the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention further comprises catalyst temperature estimation means for estimating the temperature of the exhaust gas purification catalyst based on the operating state of the internal combustion engine, The catalyst activity determining means may determine the activity of the exhaust purification catalyst by supplying the reducing agent from the reducing agent supply means to the exhaust purification catalyst on the condition that the estimated value by the catalyst temperature estimating means is equal to or higher than a predetermined temperature. Good.
[0016]
In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, the parameter detected by the exhaust state detection means.As an example, instead of the air-fuel ratio of the exhaust,Concentration of predetermined components contained in exhaust, exhaust temperature, etc.May be used.
[0017]
In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, the determination process by the catalyst activity determination means may be executed only during a period from the start of the internal combustion engine to the activation of the exhaust gas purification catalyst, or the exhaust gas purification device. As long as the internal combustion engine is in an operating state even after the catalyst is activated, it may be executed at a predetermined cycle.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, specific embodiments of an exhaust emission control device for an internal combustion engine according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[0019]
<Embodiment 1>
First, a first embodiment of an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention will be described with reference to FIGS.
[0020]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an internal combustion engine to which an exhaust gas purification apparatus according to the present invention is applied and its intake and exhaust system. An internal combustion engine 1 shown in FIG. 1 is a water-cooled four-stroke cycle diesel engine having four cylinders 2.
[0021]
The internal combustion engine 1 includes a
[0022]
The common rail 4 communicates with a fuel pump 6 through a fuel supply pipe 5. The fuel pump 6 is a pump that operates using the rotational torque of the output shaft (crankshaft) of the internal combustion engine 1 as a drive source. A pump pulley 6 attached to the input shaft of the fuel pump 6 is connected to the output shaft (crank) of the internal combustion engine 1. It is connected to a crank pulley 1a attached to a shaft) via a belt 7.
[0023]
In the fuel injection system configured as described above, when the rotational torque of the crankshaft is transmitted to the input shaft of the fuel pump 6, the fuel pump 6 transmits the rotational torque transmitted from the crankshaft to the input shaft of the fuel pump 6. The fuel is discharged at a pressure according to the pressure.
The fuel discharged from the fuel pump 6 is supplied to the common rail 4 via the fuel supply pipe 5, accumulated in the common rail 4 up to a predetermined pressure, and distributed to the
[0024]
Next, an intake branch pipe 8 is connected to the internal combustion engine 1, and each branch pipe of the intake branch pipe 8 communicates with a combustion chamber of each cylinder 2 via an intake port (not shown).
[0025]
The intake branch pipe 8 is connected to an
[0026]
An
[0027]
The
[0028]
In the intake system configured as described above, the intake air that has flowed into the
The intake air flowing into the
[0029]
On the other hand, an
[0030]
The
[0031]
An exhaust
[0032]
The
[0033]
In the exhaust system configured as described above, the air-fuel mixture (burned gas) combusted in each cylinder 2 of the internal combustion engine 1 is discharged to the
The exhaust discharged from the
[0034]
The
[0035]
An
[0036]
In the exhaust gas recirculation mechanism configured as described above, when the
At that time, in the
The EGR gas recirculated from the
[0037]
Here, the EGR gas contains water (H2O) and carbon dioxide (CO2) And the like, and an inert gas component having endothermic properties is contained in the mixture, so if EGR gas is contained in the mixture, the combustion temperature of the mixture is lowered. Therefore, the amount of nitrogen oxide (NOx) generated is suppressed.
Further, when the EGR gas is cooled in the
[0038]
Next, the
The
[0039]
The NOx
[0040]
The NOx
On the other hand, the NOx
[0041]
In addition, although there is a part which is not clarified about the NOx absorption / release action of the NOx
[0042]
First, in the NOx
As described above, when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx
The above-described NOx absorption action is continued as long as the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is a lean air-fuel ratio and the NOx absorption capacity of the NOx
[0043]
On the other hand, in the NOx
At that time, if reducing components such as hydrocarbon (HC) and carbon monoxide (CO) are present in the exhaust, these reducing components are converted into oxygen (O) on platinum (Pt).2 -Or O2-) To form an active species. This active species is nitrogen dioxide (NO) released from the NOx
Therefore, when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx
[0044]
By the way, when the internal combustion engine 1 is in a lean combustion operation, the air-fuel ratio of the exhaust discharged from the internal combustion engine 1 becomes a lean atmosphere, and the oxygen concentration of the exhaust becomes high. Therefore, nitrogen oxides (NOx) contained in the exhaust Is absorbed by the NOx
In particular, in a diesel engine such as the internal combustion engine 1, the lean air-fuel ratio mixture is combusted in most of the operating region, and the exhaust air-fuel ratio becomes the lean air-fuel ratio in most of the operating region accordingly. The NOx absorption capacity of the reduced
Therefore, when the internal combustion engine 1 is operated in lean combustion, before the NOx absorption capacity of the NOx
[0045]
In contrast, the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present embodiment includes a reducing agent supply mechanism that adds fuel (light oil) as a reducing agent to the exhaust gas flowing through the exhaust passage upstream of the NOx
[0046]
As shown in FIG. 1, the reducing agent supply mechanism is attached to the cylinder head of the internal combustion engine 1 so that its nozzle hole faces the
[0047]
The reducing
This prevents the reducing agent (unburned fuel component) injected from the reducing
[0048]
In the example shown in FIG. 1, the first (# 1) cylinder 2 of the four cylinders 2 of the internal combustion engine 1 is located closest to the collecting portion of the
[0049]
The reducing
[0050]
In such a reducing agent supply mechanism, when the flow
The reducing agent injected from the reducing
The rich air-fuel ratio exhaust gas thus formed flows into the NOx
[0051]
Thereafter, when the flow
[0052]
The internal combustion engine 1 configured as described above is provided with an electronic control unit (ECU) 35 for controlling the internal combustion engine 1. The
[0053]
The
On the other hand, the
[0054]
Here, as shown in FIG. 3, the
[0055]
The
The
[0056]
The
[0057]
The
The
[0058]
The
[0059]
The
[0060]
The
[0061]
For example, in the fuel injection valve control, the
[0062]
When determining the fuel injection amount, the
[0063]
When determining the fuel injection timing, the
[0064]
When the fuel injection time and the fuel injection timing are determined, the
[0065]
In the intake throttle control, for example, the
[0066]
In the exhaust throttle control, the
[0067]
In the EGR control, the
As the EGR control execution condition described above, the coolant temperature is equal to or higher than a predetermined temperature, the internal combustion engine 1 is continuously operated for a predetermined time or longer from the start, the amount of change in the accelerator opening is a positive value, etc. Conditions can be exemplified.
When it is determined that the EGR control execution condition as described above is satisfied, the
[0068]
Further, in the EGR control, the
[0069]
In the EGR valve feedback control, for example, the
When the target intake air amount is determined by the above-described procedure, the
When the actual intake air amount is smaller than the target intake air amount, the
On the other hand, when the actual intake air amount is larger than the target intake air amount, the
[0070]
Next, in the NOx purification control, the
[0071]
In the rich spike control, the
When it is determined that the rich spike control execution condition as described above is satisfied, the
[0072]
Specifically, the
Subsequently, the
When the target valve opening time of the flow
The
[0073]
Thus, when the flow
As a result, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx
[0074]
Next, in the catalyst activity determination control, the
[0075]
Here, when the bed temperature of the NOx
On the other hand, when the bed temperature of the NOx
Therefore, when the reducing agent is supplied from the reducing
[0076]
If the supply of the reducing agent to the NOx
[0077]
Since the reducing agent attached to the NOx
In addition, since a part of the reducing agent attached to the NOx
Further, it is assumed that a part of the reducing agent adhering to the NOx
[0078]
Therefore, in the catalyst activity determination control according to the present embodiment, the
[0079]
Hereinafter, the catalyst activity determination control according to the present embodiment will be specifically described along the flowchart of FIG.
[0080]
The flowchart shown in FIG. 6 is a flowchart showing a catalyst activity determination control routine. The catalyst activity determination routine is a routine stored in advance in the
[0081]
In the catalyst activation determination control routine, the
The catalyst activation flag storage area is set to “1” when it is determined that the NOx
[0082]
If it is determined in S601 that “1” is stored in the catalyst activation flag storage area, the
[0083]
On the other hand, if it is determined in S601 that "1" is not stored in the catalyst activation flag storage area, in other words, if it is determined that "0" is stored in the catalyst activation flag storage area, the
In S602, the
[0084]
In S603, the
[0085]
In S604, the
[0086]
If it is determined in S604 that the bed temperature: TC is lower than the activation temperature: T, the
[0087]
On the other hand, if it is determined in S604 that the bed temperature: TC is equal to or higher than the activation temperature: T, the
[0088]
In S606, the
[0089]
In S607, the
[0090]
If it is determined in S607 that the exhaust air-fuel ratio has not changed, the
In S610, the
[0091]
In S611, the
[0092]
If it is determined in S611 that the activation temperature T is equal to or lower than the upper limit value TMAX, the
[0093]
If it is determined in S611 that the activation temperature: T is higher than the upper limit value: TMAX, the
[0094]
On the other hand, if it is determined in S607 that the exhaust air-fuel ratio has changed to the rich side in response to the addition of the reducing agent, the
[0095]
Thus, when the
[0096]
Therefore, according to the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present embodiment, the occlusion is performed based on the output signal of the air-
[0097]
Furthermore, the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present embodiment estimates the approximate bed temperature of the NOx
[0098]
<Embodiment 2>
Next, a second embodiment of the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention will be described with reference to FIG. Here, a configuration different from that of the first embodiment will be described, and description of the same configuration will be omitted.
[0099]
In the first embodiment described above, the activation determination control is executed only during the period from when the internal combustion engine 1 is started until the storage reduction
This is because if the internal combustion engine 1 is decelerated for a long time after the activation of the NOx
[0100]
In the catalyst activity determination control according to the present embodiment, the
[0101]
In the catalyst activity determination control routine, the
[0102]
If it is determined in S701 that it is not time to execute the rich spike control, the
[0103]
On the other hand, if it is determined in S701 that it is time to execute the rich spike control, the
[0104]
In S703, the
[0105]
In S704, the
[0106]
If it is determined in S704 that the bed temperature: TC is lower than the activation temperature: T, the
[0107]
On the other hand, if it is determined in S704 that the bed temperature: TC is equal to or higher than the activation temperature: T, the
[0108]
In S706, the
[0109]
In S707, the
[0110]
If it is determined in S707 that the exhaust air-fuel ratio has not changed, the
[0111]
In S708, the
[0112]
In S709, the
[0113]
If the
[0114]
On the other hand, if it is determined in S709 that the activation temperature: T is higher than the upper limit value: TMAX, the
[0115]
On the other hand, if it is determined in S707 that the exhaust air-fuel ratio has changed to the rich side in response to the addition of the reducing agent, the
[0116]
According to such a catalyst activity determination control routine, the active / inactive state of the NOx
[0117]
In the first and second embodiments described above, the air-
[0118]
【The invention's effect】
In the exhaust purification device for an internal combustion engine according to the present invention, when the exhaust purification catalyst, the reducing agent supply means, the exhaust state detection means, and the catalyst activation state determination means are provided, the reducing agent is supplied to the exhaust purification catalyst. Sometimes it is possible to determine whether or not the exhaust purification catalyst is active based on the state of the exhaust gas flowing out from the exhaust purification catalyst, and it is not necessary to provide a dedicated temperature sensor for the exhaust purification catalyst.
[0119]
In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, the temperature of the exhaust gas purification catalyst is estimated from the operating state of the internal combustion engine in addition to the exhaust gas purification catalyst, the reducing agent supply means, the exhaust gas state detection means, and the catalyst activation state determination means. When the catalyst temperature estimating means is provided, the activity determination of the exhaust purification catalyst is performed on the condition that the estimated value by the catalyst temperature estimating means is equal to or higher than a predetermined temperature, so the exhaust purification catalyst is in an inactive state. Sometimes the reducing agent is not inadvertently supplied to the exhaust purification catalyst, and the occurrence of problems such as deterioration of exhaust emission and overheating of the exhaust purification catalyst due to the supply of the reducing agent is prevented.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an internal combustion engine to which an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention is applied and its intake and exhaust system
FIG. 2A is a view for explaining the NOx absorption mechanism of the NOx storage reduction catalyst.
(B) A diagram illustrating the NOx release mechanism of the NOx storage reduction catalyst
FIG. 3 is a block diagram showing the internal configuration of the ECU
FIG. 4 is a diagram showing an aspect of the exhaust air-fuel ratio when the NOx storage reduction catalyst is in an inactive state.
FIG. 5 is a diagram showing an aspect of the exhaust air / fuel ratio when the NOx storage reduction catalyst is in an active state.
FIG. 6 is a flowchart showing a catalyst activity determination control routine according to the first embodiment.
FIG. 7 is a flowchart showing a catalyst activity determination control routine according to the second embodiment.
[Explanation of symbols]
1 ... Internal combustion engine
2. Cylinder
3. Fuel injection valve
4 ... Common rail
5. Fuel supply pipe
6. Fuel pump
18 ... Exhaust branch pipe
19 ... Exhaust pipe
20 ... NOx storage reduction catalyst
21 ... Exhaust throttle valve
23 ... Air-fuel ratio sensor
25 ... EGR passage
26 ... EGR valve
27 ... EGR cooler
28 ... Reducing agent injection valve
29 ... Reducing agent supply path
30 ... Flow control valve
31 ... Shut-off valve
32 ... Reducing agent pressure sensor
33 ... Crank position sensor
34 ... Water temperature sensor
35 ... ECU
351 ... CPU
352 ... ROM
353 ... RAM
354 ... Backup RAM
Claims (2)
前記排気浄化触媒へ還元剤を供給する還元剤供給手段と、
前記排気浄化触媒から流出した排気の空燃比を検出する排気状態検出手段と、
前記還元剤供給手段が前記排気浄化触媒へ還元剤を供給したときに前記排気状態検出手段により検出される排気の空燃比が変化すると、前記排気浄化触媒が活性していると判定する触媒活性状態判定手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。An exhaust purification catalyst provided in an exhaust passage of the internal combustion engine for reducing and purifying a predetermined component contained in the exhaust;
Reducing agent supply means for supplying a reducing agent to the exhaust purification catalyst;
An exhaust condition detecting means for detect the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing out from the exhaust purification catalyst,
Wherein the reducing agent when the supply means the air-fuel ratio of the exhaust gas detected by the exhaust state detecting means when supplying reducing agent to the exhaust gas purifying catalyst changes, the touch exhaust purification catalyst is determined to be active medium activity State determination means;
An exhaust emission control device for an internal combustion engine, comprising:
前記触媒活性判定手段は、前記触媒温度推定手段による推定値が所定温度以上であるときに、前記還元剤供給手段から前記排気浄化触媒へ還元剤供給させ、その際に前記排気状態検出手段が検出した排気の状態に基づいて前記排気浄化触媒が活性しているか否かを判別することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【0001】A catalyst temperature estimating means for estimating the temperature of the exhaust purification catalyst from the operating state of the internal combustion engine;
The catalyst activity determination means causes the reducing agent supply means to supply the reducing agent to the exhaust purification catalyst when the estimated value by the catalyst temperature estimation means is equal to or higher than a predetermined temperature, and at that time, the exhaust state detection means detects 2. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein it is determined whether or not the exhaust gas purification catalyst is active based on the state of the exhaust gas.
[0001]
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