JP3788315B2 - Exhaust gas purification device for internal combustion engine - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
内燃機関の排気中に含まれる窒素酸化物(NOx)を浄化する技術として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、例えば、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)を吸蔵(吸収、吸着)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蔵していた窒素酸化物(NOx)を窒素(N2)に還元する吸蔵還元型NOx触媒が知られている。
【0003】
この吸蔵還元型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触媒に吸蔵され、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触媒に吸蔵されていた窒素酸化物(NOx)が窒素(N2)に還元される。
【0004】
ところで、吸蔵還元型NOx触媒のNOx吸蔵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吸蔵能力が飽和し、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吸蔵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短期間低下させ、吸蔵還元型NOx触媒に吸蔵されている窒素酸化物(NOx)を還元させる必要がある。
【0006】
このように排気の空燃比を低下させる方法としては、吸蔵還元型NOx触媒より上流を流れる排気中に還元剤たる燃料を添加する方法を例示することができる。
【0007】
また、このような還元剤の添加の際には、吸蔵還元型NOx触媒に吸蔵されている窒素酸化物(NOx)に応じて還元剤の添加量を正確に制御することも重要である。
【0008】
これは、吸蔵還元型NOx触媒に吸蔵されている窒素酸化物(NOx)に対して還元剤の添加量が過剰に多いと、余剰の還元剤が大気中に放出されることになり、一方、吸蔵還元型NOx触媒に吸蔵されている窒素酸化物(NOx)に対して還元剤の添加量が不足すると、吸蔵還元型NOx触媒のNOx吸蔵能力が飽和してしまい排気中の窒素酸化物(NOx)が浄化されずに大気中に放出されることになるからである。
【0009】
このような問題に対し、特許第2845056号公報に記載された内燃機関の排気浄化装置では、内燃機関に吸入された空気量と空燃比センサで検出された酸素濃度とを考慮して還元剤の添加量を決定することにより、還元剤の過剰供給や供給不足を防止し、以て還元剤や窒素酸化物(NOx)の大気中への放出による排気エミッションの悪化を抑制しようとするものである。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記公報記載の発明では、燃料を供給する燃料噴射弁、該燃料噴射弁に高圧の燃料を送るための燃料ポンプ、内燃機関に吸入された空気量を測定するエアフローメータ等の劣化や個体差による燃料噴射量のばらつきが考慮されていなかった。このような燃料噴射量のばらつきがあると必要となる還元剤の添加量を得られなくなり、従ってNOx還元等に必要とされる空燃比が得られなくなる虞がある。このような場合、燃料の過不足により空燃比の適正化が図れず排気エミッションが悪化する虞がある。
【0011】
本発明は、上記したような問題に鑑みてなされたものであり、内燃機関の排気浄化装置において、NOx吸蔵剤に吸蔵されたNOxを還元するときに必要とされる還元剤の量と実際に供給される還元剤の量との差異を解消する技術を提供し、以てNOx還元時の空燃比を精度良く制御することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために本発明の内燃機関の排気浄化装置は、以下の手段を採用した。即ち、第1の発明は、
流入する排気の空燃比がリーンのときには排気中のNOxを吸蔵し流入する排気の空燃比が理論空燃比又はリッチになると吸蔵したNOxを還元するNOx吸蔵剤と、
内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
前記運転状態検出手段が検出した運転状態基づいて前記NOx吸蔵剤の昇温量を決定する目標昇温量決定手段と、
前記NOx吸蔵剤に還元剤を供給して該NOx吸蔵剤に吸蔵されたNOxを還元させる還元剤供給手段と、
前記目標昇温量決定手段が決定した目標昇温量に応じた還元剤を前記NOx吸蔵剤に供給して該NOx吸蔵剤の温度を上昇させる昇温手段と、
前記NOx吸蔵剤の実際の昇温量を推定する昇温量推定手段と、
前記目標昇温量決定手段が決定した昇温量と前記昇温量推定手段が推定した昇温量との割合を算出する補正係数算出手段と、
前記NOx吸蔵剤に吸蔵されたNOxを還元させるときに前記補正係数算出手段が算出した値に基づいて前記還元剤供給手段が供給する還元剤の量を補正する還元剤供給量補正手段と、
を備えたことを特徴とする。
【0013】
本発明の最大の特徴は、内燃機関の排気浄化装置において、目標昇温量と実際の昇温量との割合を補正係数として求め、該補正係数を乗じた還元剤の供給量を補正後の還元剤の供給量としてNOx吸蔵剤へ供給することにより還元剤の過不足を解消しNOx吸蔵剤からNOxを還元させることにある。
【0014】
このように構成された内燃機関の排気浄化装置では、NOx吸蔵剤に吸蔵されたNOxを還元させる必要が生じたときに還元剤供給手段が該NOx吸蔵剤へ還元剤を供給する。尚、該還元剤供給手段としては、還元剤噴射弁により排気中に燃料を噴射して燃料添加する方法があるが、他にも、エンジンの膨張行程や排気行程等に燃料噴射弁から燃料を噴射して燃料添加する方法等が例示できる。一方、NOx吸蔵剤を昇温する必要が生じたときに、目標昇温量決定手段は目標昇温量を決定する。ここで、NO x 吸蔵剤の昇温量と単位吸入空気量あたりの必要燃料量とは相関関係がある。従って、目標昇温量から単位吸入空気量あたりの必要燃料量を求め、更に、該単位吸入空気量あたりの必要燃料量に、例えば、エアフローメータの出力信号である吸入空気量を乗じることにより、供給する還元剤量を算出することが可能である。この目標昇温量に基づいて昇温手段はNOx吸蔵剤へ還元剤を供給して該NOx吸蔵剤の温度を上昇させる。しかしながら、還元剤の供給量は、還元剤供給手段の劣化、個体差等により変動することがある。このように還元剤の供給量が変動すると、還元剤供給手段が供給しようとした還元剤の量と実際に触媒へ供給された還元剤の量とに差異を生じ、NOx還元時に必要とされる空燃比を得られなくなる虞が生じる。
【0015】
そこで、補正係数算出手段は、触媒の目標温度と還元剤供給前の温度との偏差である目標昇温量及び触媒昇温前後の触媒温度の偏差である昇温量を求め、更に目標昇温量と実際の昇温量との割合を算出する。還元剤の供給量と触媒の昇温量とには相関関係があるため、目標昇温量と実際の昇温量との割合は、目標温度まで触媒を昇温させるために必要となる還元剤量と実際に供給された還元剤量との割合に等しくなる。また、この割合は、NOx還元時に必要となる還元剤量と実際に供給された還元剤量との割合に等しくなる。
【0016】
これにより、還元剤供給量補正手段は、NOx吸蔵剤に還元剤を供給して該NOx吸蔵剤からNOxを還元させるときに、補正係数算出手段が算出した割合に基づいて補正後の還元剤量を算出する。
【0017】
このようにして還元剤供給手段が供給しようとした還元剤の量と実際に触媒へ供給する還元剤の量との差異を解消することが可能となる。
【0018】
尚、本発明において、吸蔵とは、吸収及び吸着をも含むものである。
【0019】
上記課題を達成するために本発明の内燃機関の排気浄化装置は、以下の手段を採用した。即ち、第2の発明は、
流入する排気の空燃比がリーンのときには排気中のNOxを吸蔵し流入する排気の空燃比が理論空燃比又はリッチになると吸蔵したNOxを還元するNOx吸蔵剤と、
内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
前記運転状態検出手段が検出した運転状態基づいて前記NOx吸蔵剤の目標昇温量を決定する目標昇温量決定手段と、
前記NOx吸蔵剤に還元剤を供給して該NOx吸蔵剤に吸蔵されたNOxを還元させる還元剤供給手段と、
前記目標昇温量決定手段が決定した目標昇温量に応じた還元剤を前記NOx吸蔵剤に供給して該NOx吸蔵剤の温度を上昇させる昇温手段と、
所定期間における前記NOx吸蔵剤の実際の昇温量を推定する所定期間内昇温量推定手段と、
前記所定期間における前記NOx吸蔵剤の目標昇温量を求める所定期間内目標昇温量算出手段と、
前記所定期間における前記所定期間内目標昇温量算出手段が算出したNOx吸蔵剤の目標昇温量と実際の昇温量との割合を算出する補正係数算出手段と、
前記NOx吸蔵剤に吸蔵されたNOxを還元させるときに前記補正係数算出手段が算出した値に基づいて前記還元剤供給手段が供給する還元剤の量を補正する還元剤供給量補正手段と、
を備えたことを特徴とする。
【0020】
本発明の最大の特徴は、内燃機関の排気浄化装置において、所定期間内における目標昇温量と実際の昇温量との割合を補正係数として求め、該補正係数を乗じた還元剤の供給量を補正後の還元剤の供給量としてNOx吸蔵剤へ供給することにより還元剤の過不足を解消しNOx吸蔵剤からNOxを還元することにある。
【0021】
このように構成された内燃機関の排気浄化装置では、NOx吸蔵剤に吸蔵されたNOxを還元させる必要が生じたときに還元剤供給手段が該NOx吸蔵剤へ還元剤を供給する。尚、該還元剤供給手段としては、還元剤噴射弁により排気中に燃料を噴射して燃料添加する方法があるが、他にも、エンジンの膨張行程や排気行程等に燃料噴射弁から燃料を噴射して燃料添加する方法等が例示できる。一方、NOx吸蔵剤を昇温する必要が生じたときに、目標昇温量決定手段は目標昇温量を決定する。ここで、NO x 吸蔵剤の昇温量と単位吸入空気量あたりの必要燃料量とは相関関係がある。従って、目標昇温量から単位吸入空気量あたりの必要燃料量を求め、更に、該単位吸入空気量あたりの必要燃料量に、例えば、エアフローメータの出力信号である吸入空気量を乗じることにより、供給する還元剤量を算出することが可能である。この目標昇温量に基づいて昇温手段はNOx吸蔵剤へ還元剤を供給して該NOx吸蔵剤の温度を上昇させる。しかしながら、還元剤の供給量は、還元剤供給手段の劣化、個体差等により変動することがある。このように還元剤の供給量が変動すると、還元剤供給手段が供給しようとした還元剤の量と実際に触媒へ供給された還元剤の量とに差異を生じ、NOx還元時に必要とされる空燃比を得られなくなる虞が生じる。このことは、触媒を昇温中の所定期間内においても該当する。
【0022】
そこで、補正係数算出手段は、所定期間内の触媒の目標温度と還元剤供給前の温度との偏差である目標昇温量及び触媒昇温前後の触媒温度の偏差である昇温量を求め、更に所定期間内の目標昇温量と実際の昇温量との割合を算出する。還元剤の供給量と触媒の昇温量とには相関関係があるため、目標昇温量と実際の昇温量との割合は、目標温度まで触媒を昇温させるために必要となる還元剤量と実際に供給された還元剤量との割合に等しくなる。また、この割合は、NOx還元時に必要となる還元剤量と実際に供給された還元剤量との割合にも等しくなる。
【0023】
これにより、還元剤供給量補正手段は、NOx吸蔵剤に還元剤を供給して該NOx吸蔵剤からNOxを還元させるときに、補正係数算出手段が算出した割合に基づいて補正後の還元剤量を算出する。
【0024】
このようにして還元剤供給手段が供給しようとした還元剤の量と実際に触媒へ供給する還元剤の量との差異を解消することが可能となる。
【0025】
尚、本発明において、吸蔵とは、吸収及び吸着をも含むものである。
【0026】
第1及び第2の発明においては、前記還元剤供給手段は、前記NOx吸蔵剤に還元剤を供給して該NOx吸蔵剤に吸蔵されたSOxを放出させ、還元剤供給量補正手段は、前記NOx吸蔵剤に吸蔵されたSOxを放出させるときに、前記還元剤供給手段が供給する還元剤の量に、前記補正係数算出手段が算出した割合を乗じて該還元剤の供給量を補正することができる。
【0027】
このように構成された内燃機関の排気浄化装置では、NOx吸蔵剤に吸蔵されたSOxを放出させる必要が生じたときに、NOx吸蔵剤を昇温した後還元剤供給手段が還元剤を供給してSOxを放出させる。しかしながら、NOx放出時と同様の理由から還元剤の供給量が変動し、還元剤供給手段が供給しようとした還元剤の量と実際に触媒へ供給された還元剤の量とに差異を生じ、SOx放出時に必要とされる空燃比を得られなくなる虞が生じる。このようなSOx放出時の還元剤量の変動はNOx還元時の還元剤量の補正方法と同様に補正することが可能である。
【0028】
第1及び第2の発明においては、前記還元剤供給手段は排気中へ還元剤を噴射する還元剤噴射弁を備え、運転状態に応じた量の還元剤を噴射するために必要となる開弁時間を算出し、前記還元剤供給量補正手段は、還元剤供給手段が算出した還元剤噴射弁の開弁時間に補正係数算出手段が算出した割合を乗じ、更に、補正係数算出手段が算出した割合が1以上である場合には、その割合に応じて大きくなる補正係数を乗じた量の還元剤を前記NOx吸蔵剤へ供給することができる。
【0029】
還元剤噴射弁の開弁時間に対して、噴射される還元剤の量が減少している場合には、開弁時間を延長したとしても延長した分の還元剤の量も減少するため、その減少分を見込んだ補正を行うと還元剤供給量の精度を更に向上させることができる。そこで、還元剤噴射弁の開弁時間を延長した場合には、その延長時間中であって還元剤噴射量の減少により不足する還元剤量に相当する開弁時間を更に付加する。このようにして、還元剤噴射弁の噴射量が減少している場合であってもNOx還元等に必要となる還元剤量を供給することが可能となる。
【0030】
第1及び第2の発明においては、前記昇温手段は、内燃機関に吸入される吸気量及び目標昇温量に基づいて還元剤の供給を行うことができる。
【0031】
【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態様について図面に基づいて説明する。ここでは、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置を車両駆動用のディーゼル機関に適用した場合を例に挙げて説明する。
<第1の実施の形態>
図1は、本実施の形態に係る排気浄化装置を適用するエンジン1とその吸排気系の概略構成を示す図である。
【0032】
図1に示すエンジン1は、4つの気筒2を有する水冷式の4サイクル・ディーゼル機関である。
【0033】
エンジン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。このコモンレール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。
【0034】
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。この燃料ポンプ6は、エンジン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6aがエンジン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。
【0035】
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。
【0036】
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から気筒2内へ燃料が噴射される。
【0037】
次に、エンジン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の燃焼室と吸気ポート(図示省略)を介して連通している。
【0038】
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内を流通す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が取り付けられている。
【0039】
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内を流通す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。この吸気絞り弁13には、ステップ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。
【0040】
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。
【0041】
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内のエアクリーナ(図示省略)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。
【0042】
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。
【0043】
一方、エンジン1には、排気枝管18が接続され、排気枝管18の各枝管が排気ポート(図示省略)を介して各気筒2の燃焼室と連通している。
【0044】
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、下流にてマフラー(図示省略)に接続されている。
【0045】
前記排気管19の途中には、吸蔵還元型NOx触媒を担持したパティキュレートフィルタ(以下、単にフィルタという。)20が設けられている。フィルタ20より上流の排気管19には、該排気管19内を流通する排気の温度に対応した電気信号を出力する排気温度センサ24が取り付けられている。
【0046】
前記したフィルタ20より下流の排気管19には、該排気管19内を流通す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。この排気絞り弁21には、ステップ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。
【0047】
このように構成された排気系では、エンジン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。
【0048】
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を介してフィルタ20へ流入し、排気中のパティキュレートマター(以下、単にPMという。)が捕集され且つ有害ガス成分が除去又は浄化される。フィルタ20にてPMを捕集され且つ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。
【0049】
また、排気枝管18と吸気枝管8とは、排気枝管18内を流通す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(以下、EGR通路とする。)25を介して連通されている。この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内を流通する排気(以下、EGRガスとする。)の流量を変更する流量調整弁(以下、EGR弁とする。)26が設けられている。
【0050】
前記EGR通路25の途中でEGR弁26より上流には、該EGR通路25内を流通するEGRガスを冷却するEGRクーラ27が設けられている。前記EGRクーラ27には、冷却水通路(図示省略)が設けられエンジン1を冷却するための冷却水の一部が循環する。
【0051】
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内を流通す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。
【0052】
その際、EGRクーラ27では、EGR通路25内を流通するEGRガスとエンジン1の冷却水との間で熱交換が行われ、EGRガスが冷却される。
【0053】
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の燃焼室へ導かれる。
【0054】
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、熱容量が高い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。
【0055】
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。
【0056】
次に、本実施の形態に係るフィルタ20について説明する。
【0057】
図2は、フィルタ20の断面図である。図2(A)は、フィルタ20の横方向断面を示す図である。図2(B)は、フィルタ20の縦方向断面を示す図である。
【0058】
図2(A)及び(B)に示されるようにフィルタ20は、互いに平行をなして延びる複数個の排気流通路50、51を具備するいわゆるウォールフロー型である。これら排気流通路は下流端が栓52により閉塞された排気流入通路50と、上流端が栓53により閉塞された排気流出通路51とにより構成される。なお、図2(A)においてハッチングを付した部分は栓53を示している。従って、排気流入通路50および排気流出通路51は薄肉の隔壁54を介して交互に配置される。換言すると排気流入通路50および排気流出通路51は各排気流入通路50が4つの排気流出通路51によって包囲され、各排気流出通路51が4つの排気流入通路50によって包囲されるように配置される。
【0059】
フィルタ20は例えばコージェライトのような多孔質材料から形成されており、従って排気流入通路50内に流入した排気は図2(B)において矢印で示されるように周囲の隔壁54内を通って隣接する排気流出通路51内に流出する。
【0060】
本発明による実施例では各排気流入通路50および各排気流出通路51の周壁面、即ち各隔壁54の両側表面上および隔壁54内の細孔内壁面上には例えばアルミナからなる担体の層が形成されており、この担体上にNOx吸蔵剤としての吸蔵還元型NOx触媒が坦持されている。
【0061】
次に、本実施の形態に係るフィルタ20に担持された吸蔵還元型NOx触媒の働きについて説明する。
【0062】
フィルタ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、更にO2ストレージ能力のあるセリア(Ce23)を添加して構成される吸蔵還元型NOx触媒を採用した。
【0063】
このように構成されたNOx触媒は、該NOx触媒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)を吸蔵(吸収、吸着)する。
【0064】
一方、NOx触媒は、該NOx触媒に流入する排気の酸素濃度が低下したときは吸蔵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、NOx触媒は、該NOx触媒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。
【0065】
ところで、エンジン1が希薄燃焼運転されている場合は、エンジン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NOx触媒に吸蔵されることになるが、エンジン1の希薄燃焼運転が長期間継続されると、NOx触媒のNOx吸蔵能力が飽和し、排気中の窒素酸化物(NOx)がNOx触媒にて除去されずに大気中へ放出されてしまう。
【0066】
特に、エンジン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、NOx触媒のNOx吸蔵能力が飽和し易い。尚、ここでリーン空燃比とは、ディーゼル機関にあっては例えば20乃至50で、三元触媒ではNOxを浄化できない領域を意味する。
【0067】
従って、エンジン1が希薄燃焼運転されている場合は、NOx触媒のNOx吸蔵能力が飽和する前にNOx触媒に流入する排気中の酸素濃度を低下させるとともに還元剤の濃度を高め、NOx触媒に吸蔵された窒素酸化物(NOx)を還元させる必要がある。
【0068】
このように酸素濃度を低下させる方法としては、排気中の燃料添加や、再循環するEGRガス量を増大させて煤の発生量が増加して最大となった後に、更にEGRガス量を増大させる低温燃焼(特許第3116876号)、気筒2内への膨張行程中の燃料噴射等の方法が考えられる。本実施の形態では、フィルタ20より上流の排気管19を流通す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、フィルタ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。
【0069】
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内に臨むように取り付けられ、ECU35からの信号により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、還元剤供給路29に設けられて該還元剤供給路29内の燃料の流通を遮断する遮断弁31と、を備えている。
【0070】
このような還元剤供給機構では、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、ECU35からの信号により該還元剤噴射弁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。
【0071】
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の酸素濃度を低下させる。
【0072】
このようにして形成された酸素濃度の低い排気はフィルタ20に流入し、フィルタ20に吸蔵されていた窒素酸化物(NOx)を放出させつつ窒素(N2)に還元することになる。
【0073】
その後、ECU35からの信号により還元剤噴射弁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ことになる。
【0074】
尚、本実施の形態では、排気中に燃料を噴射して燃料添加を行っているが、これに代えて、低温燃焼を行っても良く、また、エンジン1の膨張行程や排気行程等に燃料噴射弁3から燃料を噴射させても良い。
【0075】
以上述べたように構成されたエンジン1には、該エンジン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。このECU35は、エンジン1の運転条件や運転者の要求に応じてエンジン1の運転状態を制御するユニットである。
【0076】
ECU35には、コモンレール圧センサ4a、エアフローメータ11、排気温度センサ24、クランクポジションセンサ33、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。
【0077】
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、還元剤噴射弁28、EGR弁26、遮断弁31等が電気配線を介して接続され、上記した各部をECU35が制御することが可能になっている。
【0078】
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。
【0079】
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。
【0080】
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、排気温度センサ24、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。
【0081】
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、還元剤噴射弁28、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、還元剤噴射弁28、あるいは遮断弁31へ送信する。
【0082】
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、フィルタ20に還元剤を添加して吸蔵されたNOxを還元させるNOx浄化制御ルーチン、フィルタ20のSOx被毒を回復する被毒回復制御ルーチン、フィルタ20に捕集されたPMを燃焼除去するためのPM燃焼制御ルーチン等のアプリケーションプログラムを記憶している。
【0083】
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、エンジン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、エンジン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、エンジン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、エンジン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、エンジン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、エンジン1の運転状態と還元剤の目標添加量(若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還元剤噴射弁28の開弁時間との関係を示す還元剤噴射弁制御マップ等である。
【0084】
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。
【0085】
前記バックアップRAM354は、エンジン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。
【0086】
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、被毒回復制御、PM燃焼制御等を実行する。
【0087】
例えば、NOx浄化制御では、CPU351は、フィルタ20に流入する排気中の酸素濃度を比較的に短い周期でスパイク的(短時間)に低くする、所謂リッチスパイク制御を実行する。
【0088】
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、フィルタ20が活性状態にある、排気温度センサ24の出力信号値(排気温度)が所定の上限値以下である、被毒回復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。
【0089】
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当該還元剤噴射弁28を制御することにより、フィルタ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。
【0090】
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)、空燃比センサの出力信号、燃料噴射量等を読み出す。
【0091】
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。
【0092】
続いて、CPU351は、前記目標添加量をパラメータとしてROM352の還元剤噴射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還元剤噴射弁28の開弁時間(目標開弁時間)を算出する。
【0093】
還元剤噴射弁28の目標開弁時間が算出されると、CPU351は、還元剤噴射弁28を開弁させる。
【0094】
CPU351は、還元剤噴射弁28を開弁させた時点から前記目標開弁時間が経過すると、還元剤噴射弁28を閉弁させる。
【0095】
このように還元剤噴射弁28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空燃比の混合気を形成してフィルタ20に流入する。
【0096】
この結果、フィルタ20に流入する排気の空燃比は、比較的に短い周期で酸素濃度が変化することになり、以て、フィルタ20が窒素酸化物(NOx)の吸蔵と還元とを交互に短周期的に繰り返すことになる。
【0097】
次に、被毒回復制御では、CPU351は、フィルタ20の酸化物による被毒を回復すべく被毒回復処理を行うことになる。
【0098】
ここで、エンジン1の燃料には硫黄(S)が含まれている場合があり、そのような燃料がエンジン1で燃焼されると、二酸化硫黄(SO2)や三酸化硫黄(SO3)などの硫黄酸化物(SOx)が生成される。
【0099】
硫黄酸化物(SOx)は、排気とともにフィルタ20に流入し、窒素酸化物(NOx)と同様のメカニズムによってフィルタ20に吸蔵される。
【0100】
具体的には、フィルタ20に流入する排気の酸素濃度が高いときには、流入排気ガス中の二酸化硫黄(SO2)や三酸化硫黄(SO3)等の硫黄酸化物(SOx)が白金(Pt)の表面上で酸化され、硫酸イオン(SO4 2-)の形でフィルタ20に吸蔵される。更に、フィルタ20に吸蔵された硫酸イオン(SO4 2-)は、酸化バリウム(BaO)と結合して硫酸塩(BaSO4)を形成する。
【0101】
ところで、硫酸塩(BaSO4)は、硝酸バリウム(Ba(NO32)に比して安定していて分解し難く、フィルタ20に流入する排気の酸素濃度が低くなっても分解されずにフィルタ20内に残留してしまう。
【0102】
フィルタ20における硫酸塩(BaSO4)の量が増加すると、それに応じて窒素酸化物(NOx)の吸蔵に関与することができる酸化バリウム(BaO)の量が減少するため、フィルタ20のNOx吸蔵能力が低下する、いわゆるSOx被毒が発生する。
【0103】
フィルタ20のSOx被毒を回復する方法としては、フィルタ20の雰囲気温度をおよそ600乃至650℃の高温域まで昇温させるとともに、フィルタ20に流入する排気の酸素濃度を低くすることにより、フィルタ20に吸蔵されている硫酸バリウム(BaSO4)をSO3 -やSO4 -に熱分解し、次いでSO3 -やSO4 -を排気中の炭化水素(HC)や一酸化炭素(CO)と反応させて気体状のSO2 -に還元する方法を例示することができる。
【0104】
そこで、本実施の形態に係る被毒回復処理では、CPU351は、先ずフィルタ20の床温を高める触媒昇温制御を実行した上で、フィルタ20に流入する排気の酸素濃度を低くするようにした。
【0105】
触媒昇温制御では、CPU351は、還元剤噴射弁28から燃料を噴射させることにより、フィルタ20においてその燃料を酸化させ、その際に発生する熱によってフィルタ20の昇温を高める。このときに還元剤噴射弁28から噴射される燃料は、NOxの還元時に行われる燃料噴射よりも噴射間隔が短く、且つそのときの空燃比は高くなるように噴射量が設定される。
【0106】
但し、フィルタ20が過剰に昇温すると、フィルタ20の熱劣化が誘発される虞があるため、排気温度センサ24の出力信号値に基づいて添加燃料量がフィードバック制御されるようにすることが好ましい。
【0107】
上記したような触媒昇温処理によりフィルタ20の床温が例えば630℃の高温域まで上昇すると、CPU351は、フィルタ20に流入する排気の酸素濃度を低下させるべく還元剤噴射弁28から燃料を噴射させる。
【0108】
尚、還元剤噴射弁28から過剰な燃料が噴射されると、それらの燃料がフィルタ20で急激に燃焼してフィルタ20が過熱し、或いは還元剤噴射弁28から噴射された過剰な燃料によってフィルタ20が不要に冷却される虞があるため、CPU351は、空燃比センサ(図示省略)の出力信号に基づいて還元剤噴射弁28からの燃料噴射量をフィードバック制御するようにすることが好ましい。
【0109】
このように被毒回復処理が実行されると、フィルタ20の床温が高い状況下で、フィルタ20に流入する排気の酸素濃度が低くなるため、フィルタ20に吸蔵されている硫酸バリウム(BaSO4)がSO3 -やSO4 -に熱分解され、それらSO3 -やSO4 -が排気中の炭化水素(HC)や一酸化炭素(CO)と反応して還元され、以てフィルタ20のSOx被毒が回復されることになる。
【0110】
ところで、フィルタ20に捕集されたPMは、エンジン1が高回転高負荷の領域で運転されたときに排出される高温の排気により燃焼され除去されるが、PMの燃焼にはある程度の時間を要するためPMが完全に燃焼して除去される前にエンジンの運転領域が高回転高負荷領域から外れてしまうとPMが燃え残ってしまう場合がある。このようなPMの燃焼に適したエンジンの運転状態を長期間維持することができない場合もあり、燃え残ったPMが次第にフィルタに堆積し、フィルタの目詰まりを発生させる虞がある。
【0111】
このように燃え残ったPMを効果的に除去する方法の一つとしても前記排気中への燃料添加が有効である。
【0112】
排気中へ燃料添加を行うと、フィルタ20に流入した燃料により活性酸素が放出されることによってPMが酸化されやすいものに変質し、単位時間あたりの酸化除去可能量が向上する。また、燃料添加により、触媒の酸素被毒が除去され、触媒の活性が上がるため活性酸素を放出し易くなる。そして、活性酸素によりPMは酸化燃焼され除去される。
【0113】
ところで、NOx還元時及びSOx被毒回復時であって還元剤噴射弁から噴射される燃料量は、還元剤噴射弁の劣化、個体差等が要因となって変動することがあり、このような場合にはNOx還元時及びSOx被毒回復時に必要とされる空燃比が得られなく虞がある。また、エアフローメータ11及び燃料ポンプ6に劣化、個体差等があっても同様に目標となる空燃比が得られなくなる虞がある。すると、NOx還元、SOx被毒回復及びPM再生等を行ったとしても十分な効果が得られなくなり、排気エミッションが悪化する虞がある。
【0114】
そこで、本実施の形態では、燃料添加時のフィルタ20の温度上昇量に注目し、目標となるフィルタ20の昇温量と実際のフィルタ20の昇温量との割合に基づいて燃料添加量を補正し上記問題を解決する。
【0115】
次に、本実施の形態による還元剤添加量の補正方法について説明する。
【0116】
ここで、図4は、フィルタ20に必要とされる昇温量と単位吸入空気量あたりの必要燃料量との関係を示した図である。このマップは、予めROM352に記憶されている。ここで、フィルタ20に必要とされる昇温量(以下、目標昇温量とする)とは、SOx被毒に必要となる温度(例えば600乃至650℃)やPM再生に必要となる温度(例えば600乃至650℃)と昇温前のフィルタ20の温度との偏差である。ここで、昇温前のフィルタ20の温度とは、燃料添加を行っていないときの回転数と負荷とフィルタ20の温度と関係を予め求めてマップ化したものに現在の回転数(クランクポジションセンサ33の出力信号)と負荷(アクセル開度センサ36の出力信号又は燃料噴射量)とを代入して求められたフィルタ20の温度(以下、ベース温度とする)である。
【0117】
先ず、CPU351は、目標昇温量を図4に代入して単位吸入空気量あたりの必要燃料量を求める。次に、CPU351は、エアフローメータ11の出力信号と単位吸入空気量あたりの必要燃料量とから、目標昇温量を得ることができる燃料添加量を算出する。このように算出された燃料添加量に基づいてCPU351は還元剤噴射弁28より燃料を添加させる。このときに、還元剤噴射弁28、燃料ポンプ6、エアフローメータ11等の劣化及び個体差等により、実際にはフィルタ20が必要とする燃料を添加されてないことがある。このような添加燃料の過不足は、フィルタ20の温度上昇に影響を及ぼす。
【0118】
ここで、図5は、フィルタ20の目標温度、実際の温度、ベース温度の関係の時間推移を示したタイムチャート図である。この図より、フィルタ20の目標温度、実際の温度、ベース温度の関係は一定の割合で推移することが分かる。また、燃料添加量とフィルタ20の昇温量とは図4に示されるように相関関係がある。従って、フィルタ20の目標温度と実際の温度とベース温度との関係を求めることにより、フィルタ20を目標温度まで昇温するために必要となる燃料添加量を現在の燃料添加量から算出することが可能となる。
【0119】
以上により、燃料添加量を補正するための、補正係数は次式により求めることができる。
【0120】

Figure 0003788315
ところで、還元剤噴射弁28は、フィルタ20の昇温時だけではなく、フィルタ20に担持された吸蔵還元型NOx触媒からNOxを還元させるときにも燃料の噴射を行う。このときの燃料添加量も、フィルタ20の昇温時と同様の理由により、目標添加量と実際の添加量との間に差異を生じる。フィルタ20の昇温時とNOx還元時とでは、燃料添加量は異なるが還元剤噴射弁28の開弁時間に比例した量の燃料が噴射される点では同一である。従って、フィルタ20昇温時に算出された補正係数により、還元剤噴射弁28から噴射される還元剤の量を補正することが可能となり、NOx還元等に必要となる還元剤の量を算出することが可能となる。以上より、この補正係数を用いてNOx還元用の燃料添加量を補正した値は、次式により求めることができる。
【0121】
NOx還元用添加量=基本噴射量指令値×補正係数×反映係数a
ここで、基本噴射量指令値は、前記したリッチスパイク制御で算出される燃料添加量である。また、反映係数aは運転状態等からマップにより算出される値である。
【0122】
ここで、図6は、補正係数と反映係数との関係を示した図である。補正係数が1よりも大きいとき、即ち、目標温度よりも実際の温度が低い場合は、実際に添加される燃料量が目標添加量に達していない場合である。このような場合には、単位時間あたりの燃料添加量が減少しているので、還元剤噴射弁28の開弁時間を延長することにより燃料添加量を増加することができる。しかし、基本噴射量指令値に単に補正係数を乗じた値では、新たに追加される還元剤の量は還元剤噴射弁28の噴射量が減少している分だけ不足してしまう。この不足分を補うために反映係数aが用いられる。ここで、図6に示されるマップを予めROM352に記憶させておき、該マップへ補正係数を代入することにより反映係数aが算出される。また、補正係数及び反映係数aは、バックアップRAM354に記憶され、次回からの燃料添加の際にCPU351がこの値を用いて燃料添加を行う。
【0123】
このようにして求められたNOx還元用添加量に基づいて、還元剤噴射弁28から燃料が噴射されるが、実際に還元剤噴射弁28から噴射される燃料量は基本噴射量と略等しい量となる。このようにしてNOx還元等に必要となる空燃比を得ることができる。
【0124】
尚、このような燃料添加量の補正は、燃料添加後例えば1分30秒乃至2分程度の期間が経過した後に行うと、フィルタ20の温度が安定した状態で補正係数を算出することができ、NOx還元時の燃料添加量の精度を向上させることができる。
【0125】
以上述べたように、本実施の形態による内燃機関の排気浄化装置によれば、目標昇温量と実際の昇温量とに基づいてフィルタ20からNOxを還元させるため等の燃料添加量を補正することができ、フィルタ20に目標空燃比の排気を供給することが可能となる。
【0126】
尚、本実施の形態では、吸蔵還元型NOx触媒からのNOx還元時の燃料添加量の補正方法について述べたが、吸蔵還元型NOx触媒昇温後のSOx被毒回復制御における燃料添加量についても同様に補正することが可能である。
<第2の実施の形態>
本実施の形態は、第1の実施の形態と比較して以下の点で相違する。
【0127】
即ち、第1の実施の形態では、燃料添加後フィルタ20の温度の上昇が完了した後に燃料添加量の補正係数を算出するが、本実施の形態では、昇温途中の任意の期間中にフィルタ20が温度上昇したときの昇温量に着目し、燃料添加量の補正係数を算出する。即ち、第1の実施の形態の図5の状態に到達する前のフィルタ20の温度に基づいて燃料添加量を補正する。
【0128】
尚、本実施の形態においては、第1の実施の形態と比較して、燃料添加量の補正時期がフィルタ20の昇温途中であるという点で異なるものの、対用対象となるエンジン1やその他ハードウェアの基本構成については、第1の実施の形態と共通なので説明を割愛する。
【0129】
ここで、図7は、燃料添加開始からのフィルタ20の温度推移を示したタイムチャート図である。
【0130】
本実施の形態では、燃料添加開始からフィルタ20の温度が目標温度に到達するまでの期間(以下、目標期間とする)であって、例えば燃料添加開始からの所定の期間(以下、対象期間とする)のフィルタ20の昇温量に着目する。
【0131】
先ず、CPU351は、対象期間中の目標昇温量を算出する。対象期間中の目標昇温量は、目標期間に対する対象期間の割合を最終的な目標となるフィルタ20の昇温量に乗じて求められる。
【0132】
次に、対象期間中にフィルタ20が実際に温度上昇した昇温量を求める。ここで、CPU351は、排気温度センサ24の出力信号を読み込み、フィルタ20の温度を推定する。また、フィルタ20の温度は、吸入空気量(エアフローメータ11の出力信号)、回転数、負荷、燃料噴射量等から推定することもできる。更に、予め実験により求めた値をマップ化してフィルタ20の温度を求めても良く、フィルタ20に温度センサを設けて直接該フィルタ20の温度を測定するようにしても良い。
【0133】
このようにして求めた対象期間中の目標昇温量を実際の昇温量で除することにより求められる値は、第1の実施の形態において算出される燃料添加量の補正係数と略同一となる。従って、第1の実施の形態と同様にして以後の燃料添加量を補正することが可能である。
【0134】
このように、本実施の形態では、フィルタ20の昇温途中であっても燃料添加量の補正係数を算出することが可能となる。
【0135】
尚、図8は、対象期間をフィルタ20の昇温途中であって図7とは異なる期間に対象期間を設定した図である。図8に示すように燃料添加量の補正係数を算出するための対象期間は、目標期間内であれば、任意の期間を設定することができ、対象期間の長さも任意に設定可能である。
【0136】
また、本実施の形態では、吸蔵還元型NOx触媒からのNOx還元時の燃料添加量の補正方法について述べたが、吸蔵還元型NOx触媒昇温後のSOx被毒回復制御における燃料添加量についても同様に補正することが可能である。
【0137】
【発明の効果】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置では、触媒の実際の温度と目標温度とに基づいて触媒昇温時の還元剤添加量を補正することができる。従って、NOx還元、SOx被毒回復等を行うときに目標となる還元剤の量と実際に供給される還元剤の量との差異を小さくすることが可能となり、空燃比を精度良く制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置を適用するエンジンとその吸排気系とを併せ示す概略構成図である。
【図2】 (A)は、パティキュレートフィルタの横方向断面を示す図である。(B)は、パティキュレートフィルタの縦方向断面を示す図である。
【図3】 ECUの内部構成を示すブロック図である。
【図4】 フィルタの昇温量と単位吸入空気量あたりの燃料添加量との関係を示す図である。
【図5】 フィルタの目標温度、実際の温度、及びベース温度の時間推移を示すタイムチャート図である。
【図6】 補正係数と反映係数との関係を示した図である。
【図7】 第2の実施の形態による目標昇温量と実際の昇温量との関係を示した図である。
【図8】 第2の実施の形態による目標昇温量と実際の昇温量との関係を示した図である。
【符号の説明】
1・・・・エンジン
1a・・・クランクプーリ
2・・・・気筒
3・・・・燃料噴射弁
4・・・・コモンレール
4a・・・コモンレール圧センサ
5・・・・燃料供給管
6・・・・燃料ポンプ
6a・・・ポンププーリ
8・・・・吸気枝管
9・・・・吸気管
18・・・排気枝管
19・・・排気管
20・・・パティキュレートフィルタ
21・・・排気絞り弁
24・・・排気温度センサ
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
31・・・遮断弁
33・・・クランクポジションセンサ
35・・・ECU
36・・・アクセル開度センサ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust emission control device for an internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
As a technique for purifying nitrogen oxide (NOx) contained in the exhaust gas of an internal combustion engine, a technique for arranging a lean NOx catalyst in an exhaust system of the internal combustion engine has been proposed. As one of the lean NOx catalysts, for example, when the oxygen concentration of the inflowing exhaust gas is high, nitrogen oxide (NOx) in the exhaust gas is occluded (absorbed and adsorbed), and the oxygen concentration of the inflowing exhaust gas decreases and the reducing agent Nitrogen oxide (NOx) that has been occluded when nitrogen is present2The NOx storage reduction catalyst is known to reduce to (3).
[0003]
When this storage reduction type NOx catalyst is arranged in the exhaust system of the internal combustion engine, when the internal combustion engine is operated with lean combustion and the air-fuel ratio of the exhaust gas becomes high, nitrogen oxides (NOx) in the exhaust gas are stored in the NOx storage reduction catalyst. When the air-fuel ratio of the exhaust gas that has been occluded and flows into the occlusion reduction type NOx catalyst becomes low, the nitrogen oxide (NOx) occluded in the occlusion reduction type NOx catalyst becomes nitrogen (N2).
[0004]
By the way, since the NOx storage 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 storage capacity of the NOx storage reduction catalyst is saturated and nitrogen oxides in the exhaust ( 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 for a short period before the NOx storage capacity of the NOx storage reduction catalyst is saturated. Therefore, it is necessary to reduce nitrogen oxide (NOx) stored in the NOx storage reduction catalyst.
[0006]
As a method for lowering the air-fuel ratio of the exhaust in this way, a method of adding fuel as a reducing agent to the exhaust flowing upstream from the NOx storage reduction catalyst can be exemplified.
[0007]
In addition, when such a reducing agent is added, it is also important to accurately control the amount of reducing agent added according to the nitrogen oxide (NOx) stored in the NOx storage reduction catalyst.
[0008]
This is because if the amount of reducing agent added is excessive with respect to nitrogen oxide (NOx) stored in the NOx storage reduction catalyst, excess reducing agent will be released into the atmosphere, If the amount of addition of the reducing agent is insufficient with respect to the nitrogen oxide (NOx) stored in the NOx storage reduction catalyst, the NOx storage capacity of the NOx storage reduction catalyst is saturated and the nitrogen oxide (NOx) in the exhaust gas is exhausted. ) Will be released into the atmosphere without being purified.
[0009]
With respect to such a problem, the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine described in Japanese Patent No. 2845056 considers the amount of air sucked into the internal combustion engine and the oxygen concentration detected by the air-fuel ratio sensor, and reduces the amount of reducing agent. By determining the addition amount, it is intended to prevent excessive supply and supply shortage of the reducing agent, and thereby suppress the deterioration of exhaust emission due to the release of the reducing agent and nitrogen oxide (NOx) into the atmosphere. .
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the invention described in the above publication, a fuel injection valve for supplying fuel, a fuel pump for sending high-pressure fuel to the fuel injection valve, an air flow meter for measuring the amount of air taken into the internal combustion engine, etc. Variation in fuel injection amount due to the difference was not taken into account. If there is such a variation in the fuel injection amount, the required amount of reducing agent added cannot be obtained, and therefore the air-fuel ratio required for NOx reduction or the like may not be obtained. In such a case, the air-fuel ratio cannot be optimized due to excess or shortage of fuel, and exhaust emission may deteriorate.
[0011]
The present invention has been made in view of the above-described problems, and in an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, the amount of reducing agent required when NOx occluded in the NOx occlusion agent is reduced and actually is reduced. An object of the present invention is to provide a technique for eliminating the difference from the amount of reducing agent supplied, and to accurately control the air-fuel ratio during NOx reduction.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine of the present invention employs the following means. That is, the first invention is
NOx occlusion agent that occludes NOx in the exhaust when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust is lean, and reduces the stored NOx when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust becomes the stoichiometric air-fuel ratio or rich,
An operating state detecting means for detecting an operating state of the internal combustion engine;
Target temperature rise determination means for determining a temperature rise amount of the NOx storage agent based on the operation state detected by the operation state detection means;
Reducing agent supply means for supplying a reducing agent to the NOx storage agent to reduce NOx stored in the NOx storage agent;
A temperature raising means for supplying a reducing agent corresponding to the target temperature raising amount determined by the target temperature raising amount determining means to the NOx storage agent to increase the temperature of the NOx storage agent;
A temperature rise estimation means for estimating the actual temperature rise of the NOx storage agent;
Correction coefficient calculating means for calculating a ratio between the temperature rise determined by the target temperature rise determining means and the temperature rise estimated by the temperature rise estimation means;
Reducing agent supply amount correction means for correcting the amount of reducing agent supplied by the reducing agent supply means based on the value calculated by the correction coefficient calculation means when reducing NOx stored in the NOx storage agent;
It is provided with.
[0013]
The most significant feature of the present invention is that, in an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, a ratio between a target temperature increase amount and an actual temperature increase amount is obtained as a correction coefficient, and the supply amount of the reducing agent multiplied by the correction coefficient is corrected. By supplying to the NOx storage agent as the supply amount of the reducing agent, excess or deficiency of the reducing agent is eliminated and NOx is reduced from the NOx storage agent.
[0014]
  In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine configured as described above, when the NOx stored in the NOx storage agent needs to be reduced, the reducing agent supply means supplies the reducing agent to the NOx storage agent.As the reducing agent supply means, there is a method of injecting fuel into exhaust gas by a reducing agent injection valve and adding fuel, but in addition, the fuel is supplied from the fuel injection valve to the expansion stroke or exhaust stroke of the engine. Examples include a method of adding fuel by injection.On the other hand, when it is necessary to raise the temperature of the NOx storage agent, the target temperature rise amount determining means determines the target temperature rise amount.Where NO x There is a correlation between the temperature rise of the occluding agent and the required fuel amount per unit intake air amount. Therefore, by obtaining the required fuel amount per unit intake air amount from the target temperature rise, and further multiplying the required fuel amount per unit intake air amount by, for example, the intake air amount that is an output signal of the air flow meter, It is possible to calculate the amount of reducing agent to be supplied.Based on the target temperature increase amount, the temperature raising means supplies a reducing agent to the NOx storage agent to increase the temperature of the NOx storage agent. However, the supply amount of the reducing agent may vary due to deterioration of the reducing agent supply means, individual differences, and the like. When the supply amount of the reducing agent fluctuates in this way, there is a difference between the amount of reducing agent that the reducing agent supply means tried to supply and the amount of reducing agent that was actually supplied to the catalyst, which is required during NOx reduction. There is a risk that the air-fuel ratio cannot be obtained.
[0015]
Therefore, the correction coefficient calculation means obtains the target temperature rise that is the deviation between the target temperature of the catalyst and the temperature before the supply of the reducing agent and the temperature rise that is the deviation of the catalyst temperature before and after the catalyst temperature rise. The ratio between the amount and the actual temperature rise is calculated. Since there is a correlation between the supply amount of the reducing agent and the temperature increase amount of the catalyst, the ratio between the target temperature increase amount and the actual temperature increase amount is the reducing agent required to raise the catalyst temperature to the target temperature. It is equal to the ratio between the amount and the amount of reducing agent actually supplied. This ratio is equal to the ratio between the amount of reducing agent required during NOx reduction and the amount of reducing agent actually supplied.
[0016]
Thus, when the reducing agent supply amount correcting means supplies the reducing agent to the NOx storage agent and reduces NOx from the NOx storage agent, the reducing agent amount after correction is based on the ratio calculated by the correction coefficient calculating means. Is calculated.
[0017]
In this way, it is possible to eliminate the difference between the amount of the reducing agent to be supplied by the reducing agent supply means and the amount of the reducing agent that is actually supplied to the catalyst.
[0018]
In the present invention, occlusion includes absorption and adsorption.
[0019]
In order to achieve the above object, the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine of the present invention employs the following means. That is, the second invention is
NOx occlusion agent that occludes NOx in the exhaust when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust is lean, and reduces the stored NOx when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust becomes the stoichiometric air-fuel ratio or rich,
An operating state detecting means for detecting an operating state of the internal combustion engine;
Target temperature rise determination means for determining a target temperature rise of the NOx storage agent based on the operation state detected by the operation state detection means;
Reducing agent supply means for supplying a reducing agent to the NOx storage agent to reduce NOx stored in the NOx storage agent;
A temperature raising means for supplying a reducing agent corresponding to the target temperature raising amount determined by the target temperature raising amount determining means to the NOx storage agent to increase the temperature of the NOx storage agent;
A temperature rise amount estimation means within a predetermined period for estimating an actual temperature rise amount of the NOx storage agent in a predetermined period;
A target temperature increase amount calculating means for calculating a target temperature increase amount of the NOx storage agent in the predetermined period;
Correction coefficient calculating means for calculating a ratio between the target temperature increase amount of the NOx storage agent calculated by the target temperature increase amount calculation means within the predetermined period and the actual temperature increase amount in the predetermined period;
Reducing agent supply amount correction means for correcting the amount of reducing agent supplied by the reducing agent supply means based on the value calculated by the correction coefficient calculation means when reducing NOx stored in the NOx storage agent;
It is provided with.
[0020]
The most significant feature of the present invention is that, in an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, a ratio between a target temperature increase amount and an actual temperature increase amount within a predetermined period is obtained as a correction coefficient, and the supply amount of the reducing agent multiplied by the correction coefficient Is supplied to the NOx storage agent as the supply amount of the reducing agent after correction, thereby eliminating excess and deficiency of the reducing agent and reducing NOx from the NOx storage agent.
[0021]
  In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine configured as described above, when the NOx stored in the NOx storage agent needs to be reduced, the reducing agent supply means supplies the reducing agent to the NOx storage agent.As the reducing agent supply means, there is a method of injecting fuel into exhaust gas by a reducing agent injection valve and adding fuel, but in addition, the fuel is supplied from the fuel injection valve to the expansion stroke or exhaust stroke of the engine. Examples include a method of adding fuel by injection.On the other hand, when it is necessary to raise the temperature of the NOx storage agent, the target temperature rise amount determining means determines the target temperature rise amount.Where NO x There is a correlation between the temperature rise of the occluding agent and the required fuel amount per unit intake air amount. Therefore, by obtaining the required fuel amount per unit intake air amount from the target temperature rise, and further multiplying the required fuel amount per unit intake air amount by, for example, the intake air amount that is an output signal of the air flow meter, It is possible to calculate the amount of reducing agent to be supplied.Based on the target temperature increase amount, the temperature raising means supplies a reducing agent to the NOx storage agent to increase the temperature of the NOx storage agent. However, the supply amount of the reducing agent may vary due to deterioration of the reducing agent supply means, individual differences, and the like. When the supply amount of the reducing agent fluctuates in this way, a difference occurs between the amount of the reducing agent that the reducing agent supply means tries to supply and the amount of the reducing agent that is actually supplied to the catalyst, which is required for NOx reduction. There is a risk that the air-fuel ratio cannot be obtained. This applies even within a predetermined period during which the temperature of the catalyst is raised.
[0022]
Accordingly, the correction coefficient calculation means obtains a target temperature increase amount that is a deviation between the target temperature of the catalyst within a predetermined period and a temperature before the supply of the reducing agent, and a temperature increase amount that is a deviation of the catalyst temperature before and after the catalyst temperature increase, Further, the ratio between the target temperature increase amount and the actual temperature increase amount within a predetermined period is calculated. Since there is a correlation between the supply amount of the reducing agent and the temperature increase amount of the catalyst, the ratio between the target temperature increase amount and the actual temperature increase amount is the reducing agent required to raise the catalyst temperature to the target temperature. It is equal to the ratio between the amount and the amount of reducing agent actually supplied. This ratio is also equal to the ratio between the amount of reducing agent required during NOx reduction and the amount of reducing agent actually supplied.
[0023]
Thus, when the reducing agent supply amount correcting means supplies the reducing agent to the NOx storage agent and reduces NOx from the NOx storage agent, the reducing agent amount after correction is based on the ratio calculated by the correction coefficient calculating means. Is calculated.
[0024]
In this way, it is possible to eliminate the difference between the amount of the reducing agent to be supplied by the reducing agent supply means and the amount of the reducing agent that is actually supplied to the catalyst.
[0025]
In the present invention, occlusion includes absorption and adsorption.
[0026]
  In the first and second aspects of the invention, the reducing agent supply means supplies the reducing agent to the NOx storage agent to release SOx stored in the NOx storage agent, and the reducing agent supply amount correction means includes the When releasing the SOx stored in the NOx storage agent,The amount of reducing agent supplied by the reducing agent supply means can be multiplied by the ratio calculated by the correction coefficient calculating means to correct the amount of reducing agent supplied.
[0027]
In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine thus configured, when it becomes necessary to release the SOx stored in the NOx storage agent, the reducing agent supply means supplies the reducing agent after the temperature of the NOx storage agent is raised. To release SOx. However, the supply amount of the reducing agent fluctuates for the same reason as when NOx is released, resulting in a difference between the amount of the reducing agent that the reducing agent supply means tried to supply and the amount of the reducing agent that was actually supplied to the catalyst, There is a risk that the air-fuel ratio required when releasing SOx cannot be obtained. Such fluctuations in the amount of reducing agent during SOx release can be corrected in the same manner as the method for correcting the amount of reducing agent during NOx reduction.
[0028]
In the first and second aspects of the invention, the reducing agent supply means includes a reducing agent injection valve that injects the reducing agent into the exhaust gas, and is required to inject an amount of the reducing agent according to the operating state. The time is calculated, and the reducing agent supply amount correcting means multiplies the opening time of the reducing agent injection valve calculated by the reducing agent supplying means by the ratio calculated by the correction coefficient calculating means, and further calculated by the correction coefficient calculating means. When the ratio is 1 or more, an amount of reducing agent multiplied by a correction coefficient that increases in accordance with the ratio can be supplied to the NOx storage agent.
[0029]
If the amount of reducing agent injected is reduced with respect to the opening time of the reducing agent injection valve, even if the opening time is extended, the extended amount of reducing agent also decreases. If correction is performed in anticipation of the decrease, the accuracy of the reducing agent supply amount can be further improved. Therefore, when the opening time of the reducing agent injection valve is extended, a valve opening time corresponding to the amount of reducing agent that is insufficient due to the reduction of the reducing agent injection amount during the extended time is further added. In this way, it is possible to supply the reducing agent amount necessary for NOx reduction or the like even when the injection amount of the reducing agent injection valve is reduced.
[0030]
In the first and second aspects of the invention, the temperature raising means can supply the reducing agent based on the intake air amount taken into the internal combustion engine and the target temperature raising amount.
[0031]
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. Here, the case where the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention is applied to a diesel engine for driving a vehicle will be described as an example.
<First Embodiment>
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an engine 1 and an intake / exhaust system to which the exhaust purification apparatus according to the present embodiment is applied.
[0032]
An engine 1 shown in FIG. 1 is a water-cooled four-cycle diesel engine having four cylinders 2.
[0033]
The engine 1 includes a fuel injection valve 3 that injects fuel directly into the combustion chamber of each cylinder 2. Each fuel injection valve 3 is connected to a pressure accumulation chamber (common rail) 4 that accumulates fuel to a predetermined pressure. A common rail pressure sensor 4 a that outputs an electrical signal corresponding to the fuel pressure in the common rail 4 is attached to the common rail 4.
[0034]
The common rail 4 communicates with a fuel pump 6 through a fuel supply pipe 5. This fuel pump 6 is a pump that operates using the rotational torque of the output shaft (crankshaft) of the engine 1 as a drive source, and a pump pulley 6 a attached to the input shaft of the fuel pump 6 is connected to the output shaft (crankshaft) of the engine 1. ) And the belt pulley 7 are connected to each other.
[0035]
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.
[0036]
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 fuel injection valves 3 of each cylinder 2. When a drive current is applied to the fuel injection valve 3, the fuel injection valve 3 opens, and as a result, fuel is injected from the fuel injection valve 3 into the cylinder 2.
[0037]
Next, an intake branch pipe 8 is connected to the 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).
[0038]
The intake branch pipe 8 is connected to an intake pipe 9, and the intake pipe 9 is connected to an air cleaner box 10. An air flow meter 11 that outputs an electrical signal corresponding to the mass of the intake air flowing through the intake pipe 9 is attached to the intake pipe 9 downstream of the air cleaner box 10.
[0039]
An intake throttle valve 13 for adjusting the flow rate of the intake air flowing through the intake pipe 9 is provided at a portion of the intake pipe 9 located immediately upstream of the intake branch pipe 8. The intake throttle valve 13 is provided with an intake throttle actuator 14 that is configured by a step motor or the like and that drives the intake throttle valve 13 to open and close.
[0040]
The intake pipe 9 positioned between the air flow meter 11 and the intake throttle valve 13 is provided with a compressor housing 15a of a centrifugal supercharger (turbocharger) 15 that operates using the thermal energy of exhaust as a drive source. The intake pipe 9 downstream of the housing 15a is provided with an intercooler 16 for cooling the intake air that has been compressed in the compressor housing 15a and has reached a high temperature.
[0041]
In the intake system configured as described above, the intake air that has flowed into the air cleaner box 10 is removed through the intake pipe 9 after dust or dust in the intake air is removed by an air cleaner (not shown) in the air cleaner box 10. It flows into the compressor housing 15a.
[0042]
The intake air flowing into the compressor housing 15a is compressed by the rotation of the compressor wheel built in the compressor housing 15a. The intake air that has been compressed in the compressor housing 15a and has reached a high temperature is cooled by the intercooler 16, and then the flow rate is adjusted by the intake throttle valve 13 as necessary to flow into the intake branch pipe 8. The intake air that has flowed into the intake branch pipe 8 is distributed to the combustion chambers of the respective cylinders 2 through the respective branch pipes, and is burned using the fuel injected from the fuel injection valves 3 of the respective cylinders 2 as an ignition source.
[0043]
On the other hand, an exhaust branch pipe 18 is connected to the engine 1, and each branch pipe of the exhaust branch pipe 18 communicates with a combustion chamber of each cylinder 2 via an exhaust port (not shown).
[0044]
The exhaust branch pipe 18 is connected to the turbine housing 15 b of the centrifugal supercharger 15. The turbine housing 15b is connected to an exhaust pipe 19, and the exhaust pipe 19 is connected to a muffler (not shown) downstream.
[0045]
In the middle of the exhaust pipe 19, a particulate filter (hereinafter simply referred to as a filter) 20 carrying an NOx storage reduction catalyst is provided. An exhaust gas temperature sensor 24 that outputs an electrical signal corresponding to the temperature of the exhaust gas flowing through the exhaust pipe 19 is attached to the exhaust pipe 19 upstream of the filter 20.
[0046]
The exhaust pipe 19 downstream of the filter 20 is provided with an exhaust throttle valve 21 that adjusts the flow rate of the exhaust gas flowing through the exhaust pipe 19. The exhaust throttle valve 21 is provided with an exhaust throttle actuator 22 that is configured by a step motor or the like and that drives the exhaust throttle valve 21 to open and close.
[0047]
In the exhaust system configured as described above, the air-fuel mixture (burned gas) combusted in each cylinder 2 of the engine 1 is discharged to the exhaust branch pipe 18 through the exhaust port, and then centrifugally supercharged from the exhaust branch pipe 18. Flows into the turbine housing 15b of the machine 15. The exhaust gas flowing into the turbine housing 15b rotates a turbine wheel that is rotatably supported in the turbine housing 15b using the thermal energy of the exhaust gas. At that time, the rotational torque of the turbine wheel is transmitted to the compressor wheel of the compressor housing 15a described above.
[0048]
Exhaust gas discharged from the turbine housing 15b flows into the filter 20 through the exhaust pipe 19, and particulate matter (hereinafter simply referred to as PM) in the exhaust gas is collected and harmful gas components are removed or purified. The Exhaust gas from which PM has been collected by the filter 20 and from which harmful gas components have been removed or purified is adjusted in flow rate by the exhaust throttle valve 21 as necessary, and then released into the atmosphere via the muffler.
[0049]
Further, the exhaust branch pipe 18 and the intake branch pipe 8 have an exhaust recirculation passage (hereinafter referred to as an EGR passage) 25 for recirculating a part of the exhaust gas flowing through the exhaust branch pipe 18 to the intake branch pipe 8. It is communicated through. In the middle of the EGR passage 25, a flow rate adjusting valve is configured with an electromagnetic valve or the like, and changes the flow rate of exhaust gas (hereinafter referred to as EGR gas) flowing through the EGR passage 25 in accordance with the magnitude of applied power. (Hereinafter referred to as an EGR valve) 26 is provided.
[0050]
An EGR cooler 27 that cools the EGR gas flowing in the EGR passage 25 is provided in the middle of the EGR passage 25 and upstream of the EGR valve 26. The EGR cooler 27 is provided with a cooling water passage (not shown), and a part of the cooling water for cooling the engine 1 circulates.
[0051]
In the exhaust gas recirculation mechanism configured as described above, when the EGR valve 26 is opened, the EGR passage 25 becomes conductive, and a part of the exhaust gas flowing through the exhaust branch pipe 18 flows into the EGR passage 25. Then, it is guided to the intake branch pipe 8 through the EGR cooler 27.
[0052]
At that time, in the EGR cooler 27, heat exchange is performed between the EGR gas flowing in the EGR passage 25 and the cooling water of the engine 1 to cool the EGR gas.
[0053]
The EGR gas recirculated from the exhaust branch pipe 18 to the intake branch pipe 8 through the EGR passage 25 is guided to the combustion chamber of each cylinder 2 while being mixed with fresh air flowing from the upstream side of the intake branch pipe 8.
[0054]
Here, the EGR gas contains water (H2O) and carbon dioxide (CO2) And the like, and since an inert gas component having a high heat capacity is not included, if the EGR gas is contained in the air-fuel mixture, the combustion temperature of the air-fuel mixture is lowered. Therefore, the amount of nitrogen oxide (NOx) generated is suppressed.
[0055]
Further, when the EGR gas is cooled in the EGR cooler 27, the temperature of the EGR gas itself is reduced and the volume of the EGR gas is reduced. Therefore, when the EGR gas is supplied into the combustion chamber, the atmospheric temperature in the combustion chamber is reduced. Is not increased unnecessarily, and the amount of fresh air (volume of fresh air) supplied into the combustion chamber is not unnecessarily reduced.
[0056]
Next, the filter 20 according to the present embodiment will be described.
[0057]
FIG. 2 is a cross-sectional view of the filter 20. FIG. 2A is a diagram illustrating a cross-section in the horizontal direction of the filter 20. FIG. 2B is a view showing a longitudinal section of the filter 20.
[0058]
As shown in FIGS. 2A and 2B, the filter 20 is a so-called wall flow type having a plurality of exhaust flow passages 50 and 51 extending in parallel with each other. These exhaust flow passages include an exhaust inflow passage 50 whose downstream end is closed by a plug 52 and an exhaust outflow passage 51 whose upstream end is closed by a plug 53. In FIG. 2A, hatched portions indicate plugs 53. Therefore, the exhaust inflow passages 50 and the exhaust outflow passages 51 are alternately arranged via the thin partition walls 54. In other words, the exhaust inflow passage 50 and the exhaust outflow passage 51 are arranged such that each exhaust inflow passage 50 is surrounded by four exhaust outflow passages 51 and each exhaust outflow passage 51 is surrounded by four exhaust inflow passages 50.
[0059]
The filter 20 is made of a porous material such as cordierite, so that the exhaust gas flowing into the exhaust inflow passage 50 is adjacent to the surrounding partition wall 54 as shown by an arrow in FIG. To the exhaust outlet passage 51.
[0060]
In the embodiment according to the present invention, a carrier layer made of alumina, for example, is formed on the peripheral wall surfaces of each exhaust inflow passage 50 and each exhaust outflow passage 51, that is, on both side surfaces of each partition wall 54 and on the pore inner wall surface in each partition wall 54. A NOx storage reduction catalyst as a NOx storage agent is supported on the carrier.
[0061]
Next, the function of the NOx storage reduction catalyst carried by the filter 20 according to the present embodiment will be described.
[0062]
The filter 20 uses, for example, alumina as a carrier, and an alkali metal such as potassium (K), sodium (Na), lithium (Li), or cesium (Cs), and barium (Ba) or calcium (Ca). ), An alkaline earth such as lanthanum (La) or yttrium (Y), and a noble metal such as platinum (Pt). In this embodiment, barium (Ba) and platinum (Pt) are supported on a support made of alumina, and O 2 is further supported.2Ceria with storage capability (Ce2OThreeThe NOx storage reduction catalyst is added.
[0063]
The NOx catalyst configured in this way occludes (absorbs and adsorbs) nitrogen oxides (NOx) in the exhaust when the oxygen concentration of the exhaust flowing into the NOx catalyst is high.
[0064]
On the other hand, the NOx catalyst releases the stored nitrogen oxide (NOx) when the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the NOx catalyst decreases. At that time, if a reducing component such as hydrocarbon (HC) or carbon monoxide (CO) is present in the exhaust, the NOx catalyst converts nitrogen oxide (NOx) released from the NOx catalyst to nitrogen (N2).
[0065]
By the way, when the engine 1 is operated with lean combustion, the air-fuel ratio of the exhaust discharged from the engine 1 becomes a lean atmosphere, and the oxygen concentration of the exhaust becomes high, so that nitrogen oxide (NOx) contained in the exhaust is NOx. When the lean combustion operation of the engine 1 is continued for a long period of time, the NOx storage capacity of the NOx catalyst is saturated, and nitrogen oxides (NOx) in the exhaust gas are removed by the NOx catalyst. Without being released into the atmosphere.
[0066]
In particular, in a diesel engine such as the engine 1, a lean air-fuel ratio mixture is combusted in most operating regions, and the exhaust air-fuel ratio becomes lean air-fuel ratio in most operating regions accordingly. The NOx occlusion capacity is easily saturated. Here, the lean air-fuel ratio means, for example, 20 to 50 in a diesel engine, and a region in which NOx cannot be purified by a three-way catalyst.
[0067]
Therefore, when the engine 1 is in lean burn operation, before the NOx occlusion capacity of the NOx catalyst is saturated, the oxygen concentration in the exhaust gas flowing into the NOx catalyst is lowered and the concentration of the reducing agent is increased and occluded in the NOx catalyst. It is necessary to reduce the formed nitrogen oxides (NOx).
[0068]
As a method for reducing the oxygen concentration in this way, after adding fuel in the exhaust gas or increasing the amount of recirculated EGR gas to increase the amount of soot generation to a maximum, the amount of EGR gas is further increased. Methods such as low-temperature combustion (Japanese Patent No. 3116876) and fuel injection during the expansion stroke into the cylinder 2 are conceivable. In the present embodiment, a reducing agent supply mechanism for adding fuel (light oil) as a reducing agent to the exhaust gas flowing through the exhaust pipe 19 upstream from the filter 20 is provided, and the fuel is added from the reducing agent supply mechanism into the exhaust gas. As a result, the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the filter 20 is decreased and the concentration of the reducing agent is increased.
[0069]
As shown in FIG. 1, the reducing agent supply mechanism is attached so that its injection hole faces the exhaust branch pipe 18, and is opened by a signal from the ECU 35 to inject fuel and a reducing agent injection valve 28. A reducing agent supply path 29 that guides the fuel discharged from the fuel pump 6 to the reducing agent injection valve 28, and a shutoff that is provided in the reducing agent supply path 29 and blocks the flow of fuel in the reducing agent supply path 29. And a valve 31.
[0070]
In such a reducing agent supply mechanism, high-pressure fuel discharged from the fuel pump 6 is applied to the reducing agent injection valve 28 via the reducing agent supply path 29. Then, the reducing agent injection valve 28 is opened by a signal from the ECU 35 and fuel as a reducing agent is injected into the exhaust branch pipe 18.
[0071]
The reducing agent injected into the exhaust branch pipe 18 from the reducing agent injection valve 28 reduces the oxygen concentration of the exhaust gas flowing from the upstream side of the exhaust branch pipe 18.
[0072]
The exhaust gas having a low oxygen concentration thus formed flows into the filter 20 and releases nitrogen oxide (NOx) stored in the filter 20 while nitrogen (N2).
[0073]
Thereafter, the reducing agent injection valve 28 is closed by a signal from the ECU 35, and the addition of the reducing agent into the exhaust branch pipe 18 is stopped.
[0074]
In the present embodiment, fuel is injected into the exhaust gas to add the fuel. Alternatively, low-temperature combustion may be performed, and the fuel is used for the expansion stroke or exhaust stroke of the engine 1. Fuel may be injected from the injection valve 3.
[0075]
The engine 1 configured as described above is provided with an electronic control unit (ECU) 35 for controlling the engine 1. The ECU 35 is a unit that controls the operating state of the engine 1 in accordance with the operating conditions of the engine 1 and the driver's request.
[0076]
Various sensors such as the common rail pressure sensor 4a, the air flow meter 11, the exhaust temperature sensor 24, the crank position sensor 33, the accelerator opening sensor 36, and the like are connected to the ECU 35 through electric wiring, and output signals of the various sensors described above are transmitted to the ECU 35. To be input.
[0077]
On the other hand, the ECU 35 is connected to the fuel injection valve 3, the intake throttle actuator 14, the exhaust throttle actuator 22, the reducing agent injection valve 28, the EGR valve 26, the shutoff valve 31 and the like via electrical wiring, The ECU 35 can be controlled.
[0078]
Here, as shown in FIG. 3, the ECU 35 includes a CPU 351, a ROM 352, a RAM 353, a backup RAM 354, an input port 356, and an output port 357, which are connected to each other by a bidirectional bus 350. , An A / D converter (A / D) 355 connected to the input port 356 is provided.
[0079]
The input port 356 receives an output signal from a sensor that outputs a digital signal format signal, such as the crank position sensor 33, and transmits the output signal to the CPU 351 and the RAM 353.
[0080]
The input port 356 is input via an A / D 355 of a sensor that outputs an analog signal format signal such as the common rail pressure sensor 4a, the air flow meter 11, the exhaust gas temperature sensor 24, the accelerator opening sensor 36, and the like. Are output to the CPU 351 and the RAM 353.
[0081]
The output port 357 is connected to the fuel injection valve 3, the intake throttle actuator 14, the exhaust throttle actuator 22, the EGR valve 26, the reducing agent injection valve 28, the shutoff valve 31, etc. via electrical wiring, and is output from the CPU 351. The control signal is transmitted to the fuel injection valve 3, the intake throttle actuator 14, the exhaust throttle actuator 22, the EGR valve 26, the reducing agent injection valve 28, or the shutoff valve 31.
[0082]
The ROM 352 controls a fuel injection control routine for controlling the fuel injection valve 3, an intake throttle control routine for controlling the intake throttle valve 13, an exhaust throttle control routine for controlling the exhaust throttle valve 21, and an EGR valve 26. EGR control routine, NOx purification control routine for reducing the stored NOx by adding a reducing agent to the filter 20, poisoning recovery control routine for recovering SOx poisoning of the filter 20, trapped by the filter 20 An application program such as a PM combustion control routine for burning and removing PM is stored.
[0083]
The ROM 352 stores various control maps in addition to the application programs described above. The control map is, for example, a fuel injection amount control map indicating the relationship between the operating state of the engine 1 and the basic fuel injection amount (basic fuel injection time), and the fuel indicating the relationship between the operating state of the engine 1 and the basic fuel injection timing. The injection timing control map, the intake throttle valve opening control map showing the relationship between the operating state of the engine 1 and the target opening of the intake throttle valve 13, the relationship between the operating state of the engine 1 and the target opening of the exhaust throttle valve 21 Exhaust throttle valve opening control map, EGR valve opening control map showing the relationship between the operating state of the engine 1 and the target opening of the EGR valve 26, the operating state of the engine 1 and the target addition amount of reducing agent (or the exhaust gas A reducing agent addition amount control map showing the relationship with the target air-fuel ratio), a reducing agent injection valve control map showing the relationship between the target addition amount of the reducing agent and the opening time of the reducing agent injection valve 28, and the like.
[0084]
The RAM 353 stores output signals from the sensors, calculation results of the CPU 351, and the like. The calculation result is, for example, the engine speed calculated based on the time interval at which the crank position sensor 33 outputs a pulse signal. These data are rewritten to the latest data every time the crank position sensor 33 outputs a pulse signal.
[0085]
The backup RAM 354 is a non-volatile memory capable of storing data even after the engine 1 is stopped.
[0086]
The CPU 351 operates in accordance with an application program stored in the ROM 352, and executes fuel injection valve control, intake throttle control, exhaust throttle control, EGR control, NOx purification control, poisoning recovery control, PM combustion control, and the like.
[0087]
For example, in the NOx purification control, the CPU 351 executes so-called rich spike control in which the oxygen concentration in the exhaust gas flowing into the filter 20 is reduced in a spike manner (short time) in a relatively short cycle.
[0088]
In the rich spike control, the CPU 351 determines whether or not the rich spike control execution condition is satisfied every predetermined cycle. As this rich spike control execution condition, for example, the filter 20 is in an active state, the output signal value (exhaust temperature) of the exhaust temperature sensor 24 is equal to or lower than a predetermined upper limit value, poisoning recovery control is not executed, Etc. can be exemplified.
[0089]
When it is determined that the rich spike control execution condition as described above is satisfied, the CPU 351 controls the reducing agent injection valve 28 to inject fuel as a reducing agent from the reducing agent injection valve 28 in a spike manner. As a result, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the filter 20 is temporarily set to a predetermined target rich air-fuel ratio.
[0090]
Specifically, the CPU 351 stores the engine speed stored in the RAM 353, the output signal of the accelerator opening sensor 36 (accelerator opening), the output signal value of the air flow meter 11 (intake air amount), and the output of the air-fuel ratio sensor. Read signal, fuel injection amount, etc.
[0091]
The CPU 351 accesses the reducing agent addition amount control map in the ROM 352 using the engine speed, the accelerator opening, the intake air amount, and the fuel injection amount as parameters, and sets the air-fuel ratio of the exhaust to a preset target air-fuel ratio. The amount of addition of the reducing agent (target addition amount) required above is calculated.
[0092]
Subsequently, the CPU 351 accesses the reducing agent injection valve control map of the ROM 352 using the target addition amount as a parameter, and the reducing agent injection valve 28 necessary for injecting the reducing agent with the target addition amount from the reducing agent injection valve 28. The valve opening time (target valve opening time) is calculated.
[0093]
When the target valve opening time of the reducing agent injection valve 28 is calculated, the CPU 351 opens the reducing agent injection valve 28.
[0094]
When the target valve opening time has elapsed from the time when the reducing agent injection valve 28 is opened, the CPU 351 closes the reducing agent injection valve 28.
[0095]
Thus, when the reducing agent injection valve 28 is opened for the target valve opening time, a target addition amount of fuel is injected into the exhaust branch pipe 18 from the reducing agent injection valve 28. The reducing agent injected from the reducing agent injection valve 28 mixes with the exhaust gas flowing from the upstream side of the exhaust branch pipe 18 to form an air-fuel mixture having a target air-fuel ratio and flows into the filter 20.
[0096]
As a result, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the filter 20 changes its oxygen concentration in a relatively short cycle, and thus the filter 20 alternately shortens the storage and reduction of nitrogen oxides (NOx). It will repeat periodically.
[0097]
Next, in the poisoning recovery control, the CPU 351 performs a poisoning recovery process to recover the poisoning due to the oxide of the filter 20.
[0098]
Here, the fuel of the engine 1 may contain sulfur (S), and when such fuel is burned in the engine 1, sulfur dioxide (SO2) And sulfur trioxide (SOThree) And other sulfur oxides (SOx).
[0099]
Sulfur oxide (SOx) flows into the filter 20 together with the exhaust gas, and is stored in the filter 20 by the same mechanism as nitrogen oxide (NOx).
[0100]
Specifically, when the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the filter 20 is high, sulfur dioxide (SO2) And sulfur trioxide (SOThree) And other sulfur oxides (SOx) are oxidized on the surface of platinum (Pt), and sulfate ions (SOFour 2-) Is stored in the filter 20. Further, sulfate ions (SOFour 2-) Combines with barium oxide (BaO) to form sulfate (BaSO).Four).
[0101]
By the way, sulfate (BaSOFour) Is barium nitrate (Ba (NOThree)2) And is difficult to decompose, and even if the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the filter 20 is lowered, it remains in the filter 20 without being decomposed.
[0102]
Sulfate (BaSOFour) Increases accordingly, the amount of barium oxide (BaO) that can participate in the storage of nitrogen oxides (NOx) decreases accordingly, so that the NOx storage capacity of the filter 20 decreases, so-called SOx poisoning. Occurs.
[0103]
As a method for recovering the SOx poisoning of the filter 20, the atmospheric temperature of the filter 20 is raised to a high temperature range of approximately 600 to 650 ° C., and the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the filter 20 is lowered to reduce the filter 20 Barium sulfate (BaSOFour) SOThree -And SOFour -Pyrolyzed, and then SOThree -And SOFour -Reacts with hydrocarbons (HC) and carbon monoxide (CO) in the exhaust to produce gaseous SO2 -An example of the method for reduction is shown.
[0104]
Therefore, in the poisoning recovery process according to the present embodiment, the CPU 351 first performs the catalyst temperature increase control for increasing the bed temperature of the filter 20 and then reduces the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the filter 20. .
[0105]
In the catalyst temperature increase control, the CPU 351 oxidizes the fuel in the filter 20 by injecting the fuel from the reducing agent injection valve 28, and increases the temperature increase of the filter 20 by the heat generated at that time. At this time, the injection amount of the fuel injected from the reducing agent injection valve 28 is set so that the injection interval is shorter than the fuel injection performed at the time of NOx reduction, and the air-fuel ratio at that time is higher.
[0106]
However, if the temperature of the filter 20 is excessively increased, thermal deterioration of the filter 20 may be induced. Therefore, it is preferable that the amount of added fuel is feedback controlled based on the output signal value of the exhaust temperature sensor 24. .
[0107]
When the bed temperature of the filter 20 rises to a high temperature range of, for example, 630 ° C. by the catalyst temperature raising process as described above, the CPU 351 injects fuel from the reducing agent injection valve 28 to reduce the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the filter 20. Let
[0108]
When excessive fuel is injected from the reducing agent injection valve 28, the fuel is burnt rapidly in the filter 20 and the filter 20 is overheated, or the excess fuel injected from the reducing agent injection valve 28 filters the fuel. Therefore, it is preferable that the CPU 351 feedback-controls the fuel injection amount from the reducing agent injection valve 28 based on an output signal of an air-fuel ratio sensor (not shown).
[0109]
When the poisoning recovery process is performed in this manner, the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the filter 20 becomes low under the condition where the bed temperature of the filter 20 is high, so that barium sulfate (BaSO) stored in the filter 20 is stored.Four) Is SOThree -And SOFour -They are pyrolyzed into SOThree -And SOFour -Reacts with hydrocarbons (HC) and carbon monoxide (CO) in the exhaust gas and is reduced, so that SOx poisoning of the filter 20 is recovered.
[0110]
By the way, the PM collected by the filter 20 is burned and removed by the high-temperature exhaust discharged when the engine 1 is operated in a high-rotation and high-load region, but some time is required for PM combustion. Therefore, if the engine operating region deviates from the high rotation / high load region before PM is completely burned and removed, the PM may remain unburned. In some cases, the engine operating state suitable for PM combustion cannot be maintained for a long time, and unburned PM gradually accumulates on the filter, which may cause clogging of the filter.
[0111]
The addition of fuel into the exhaust is also effective as one method for effectively removing unburned PM.
[0112]
When fuel is added into the exhaust gas, the active oxygen is released by the fuel that has flowed into the filter 20, so that the PM is easily oxidized and the amount that can be removed by oxidation per unit time is improved. Further, the addition of fuel removes oxygen poisoning of the catalyst and increases the activity of the catalyst, so that active oxygen is easily released. Then, PM is oxidized and burned by active oxygen and removed.
[0113]
By the way, the amount of fuel injected from the reducing agent injection valve during NOx reduction and SOx poisoning recovery may vary due to deterioration of the reducing agent injection valve, individual differences, and the like. In this case, the air-fuel ratio required for NOx reduction and SOx poisoning recovery may not be obtained. Further, even if the air flow meter 11 and the fuel pump 6 are deteriorated or have individual differences, the target air-fuel ratio may not be obtained. Then, even if NOx reduction, SOx poisoning recovery, PM regeneration, and the like are performed, sufficient effects cannot be obtained, and exhaust emission may be deteriorated.
[0114]
Therefore, in this embodiment, paying attention to the temperature increase amount of the filter 20 at the time of fuel addition, the fuel addition amount is determined based on the ratio of the target temperature increase amount of the filter 20 and the actual temperature increase amount of the filter 20. Correct and solve the above problem.
[0115]
Next, a method for correcting the reducing agent addition amount according to the present embodiment will be described.
[0116]
Here, FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the temperature increase required for the filter 20 and the required fuel amount per unit intake air amount. This map is stored in the ROM 352 in advance. Here, the temperature increase required for the filter 20 (hereinafter referred to as a target temperature increase) is a temperature required for SOx poisoning (for example, 600 to 650 ° C.) or a temperature required for PM regeneration (for example, 600 to 650 ° C.). For example, it is a deviation between the temperature of the filter 20 and the temperature before the temperature rise. Here, the temperature of the filter 20 before the temperature rise is obtained by mapping the rotation speed when the fuel is not added, the load and the temperature of the filter 20 in advance, and mapping the current rotation speed (crank position sensor). 33) and the load (the output signal of the accelerator opening sensor 36 or the fuel injection amount) and the temperature of the filter 20 (hereinafter referred to as the base temperature) obtained by substituting it.
[0117]
First, the CPU 351 determines the required fuel amount per unit intake air amount by substituting the target temperature increase amount into FIG. Next, the CPU 351 calculates the fuel addition amount that can obtain the target temperature increase amount from the output signal of the air flow meter 11 and the required fuel amount per unit intake air amount. Based on the fuel addition amount calculated in this way, the CPU 351 causes the reducing agent injection valve 28 to add fuel. At this time, the fuel required by the filter 20 may not actually be added due to deterioration and individual differences of the reducing agent injection valve 28, the fuel pump 6, the air flow meter 11, and the like. Such excess or deficiency of the added fuel affects the temperature increase of the filter 20.
[0118]
Here, FIG. 5 is a time chart showing the time transition of the relationship between the target temperature, the actual temperature, and the base temperature of the filter 20. From this figure, it can be seen that the relationship between the target temperature, the actual temperature, and the base temperature of the filter 20 changes at a constant rate. Further, the fuel addition amount and the temperature increase amount of the filter 20 have a correlation as shown in FIG. Therefore, by calculating the relationship between the target temperature of the filter 20, the actual temperature, and the base temperature, the fuel addition amount required to raise the filter 20 to the target temperature can be calculated from the current fuel addition amount. It becomes possible.
[0119]
As described above, the correction coefficient for correcting the fuel addition amount can be obtained by the following equation.
[0120]
Figure 0003788315
Incidentally, the reducing agent injection valve 28 injects fuel not only when the temperature of the filter 20 is raised but also when NOx is reduced from the NOx storage reduction catalyst carried on the filter 20. The fuel addition amount at this time also differs between the target addition amount and the actual addition amount for the same reason as when the filter 20 is heated. The amount of fuel added is different between the temperature rise of the filter 20 and NOx reduction, but the fuel is injected in an amount proportional to the opening time of the reducing agent injection valve 28. Therefore, the amount of reducing agent injected from the reducing agent injection valve 28 can be corrected by the correction coefficient calculated when the filter 20 is heated, and the amount of reducing agent required for NOx reduction or the like is calculated. Is possible. As described above, a value obtained by correcting the fuel addition amount for NOx reduction using this correction coefficient can be obtained by the following equation.
[0121]
NOx reduction addition amount = basic injection amount command value × correction coefficient × reflection coefficient a
Here, the basic injection amount command value is the fuel addition amount calculated by the rich spike control described above. The reflection coefficient a is a value calculated from a map based on the driving state.
[0122]
Here, FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the correction coefficient and the reflection coefficient. When the correction coefficient is larger than 1, that is, when the actual temperature is lower than the target temperature, the amount of fuel actually added does not reach the target addition amount. In such a case, since the fuel addition amount per unit time is decreasing, the fuel addition amount can be increased by extending the opening time of the reducing agent injection valve 28. However, if the basic injection amount command value is simply multiplied by the correction coefficient, the amount of newly added reducing agent will be insufficient as the injection amount of the reducing agent injection valve 28 is reduced. The reflection coefficient a is used to compensate for this shortage. Here, the map shown in FIG. 6 is stored in the ROM 352 in advance, and the reflection coefficient a is calculated by substituting the correction coefficient into the map. The correction coefficient and the reflection coefficient a are stored in the backup RAM 354, and the CPU 351 uses this value to add fuel at the next fuel addition.
[0123]
Based on the NOx reduction addition amount thus determined, fuel is injected from the reducing agent injection valve 28. The amount of fuel actually injected from the reducing agent injection valve 28 is an amount substantially equal to the basic injection amount. It becomes. In this way, the air-fuel ratio required for NOx reduction or the like can be obtained.
[0124]
If the fuel addition amount is corrected after, for example, a period of about 1 minute 30 seconds to 2 minutes after the fuel addition, the correction coefficient can be calculated while the temperature of the filter 20 is stable. In addition, the accuracy of the amount of fuel added during NOx reduction can be improved.
[0125]
As described above, according to the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present embodiment, the amount of fuel addition for reducing NOx from the filter 20 is corrected based on the target temperature increase amount and the actual temperature increase amount. This makes it possible to supply exhaust gas having a target air-fuel ratio to the filter 20.
[0126]
In this embodiment, the correction method of the fuel addition amount during NOx reduction from the NOx storage reduction catalyst has been described. However, the fuel addition amount in the SOx poisoning recovery control after the temperature increase of the NOx storage reduction catalyst is also described. It is possible to correct similarly.
<Second Embodiment>
This embodiment is different from the first embodiment in the following points.
[0127]
That is, in the first embodiment, the correction coefficient for the fuel addition amount is calculated after the temperature increase of the post-fuel addition filter 20 is completed. In this embodiment, the filter is added during an arbitrary period during the temperature increase. Paying attention to the temperature rise when the temperature rises, the fuel addition amount correction coefficient is calculated. That is, the fuel addition amount is corrected based on the temperature of the filter 20 before reaching the state of FIG. 5 of the first embodiment.
[0128]
In the present embodiment, compared with the first embodiment, the correction timing of the fuel addition amount is different in that the temperature of the filter 20 is being raised. Since the basic configuration of the hardware is the same as that of the first embodiment, a description thereof will be omitted.
[0129]
Here, FIG. 7 is a time chart showing the temperature transition of the filter 20 from the start of fuel addition.
[0130]
In the present embodiment, the period from the start of fuel addition until the temperature of the filter 20 reaches the target temperature (hereinafter referred to as the target period), for example, a predetermined period from the start of fuel addition (hereinafter referred to as the target period). Pay attention to the temperature rise amount of the filter 20.
[0131]
First, the CPU 351 calculates a target temperature increase amount during the target period. The target temperature increase amount during the target period is obtained by multiplying the ratio of the target period to the target period by the temperature increase amount of the filter 20 that is the final target.
[0132]
Next, the amount of temperature rise by which the filter 20 has actually increased during the target period is obtained. Here, the CPU 351 reads the output signal of the exhaust temperature sensor 24 and estimates the temperature of the filter 20. The temperature of the filter 20 can also be estimated from the intake air amount (output signal of the air flow meter 11), the rotation speed, the load, the fuel injection amount, and the like. Furthermore, the temperature of the filter 20 may be obtained by mapping a value obtained in advance by experiment, or the temperature of the filter 20 may be directly measured by providing a temperature sensor in the filter 20.
[0133]
The value obtained by dividing the target temperature increase amount during the target period obtained in this way by the actual temperature increase amount is substantially the same as the fuel addition amount correction coefficient calculated in the first embodiment. Become. Accordingly, it is possible to correct the subsequent fuel addition amount in the same manner as in the first embodiment.
[0134]
As described above, in the present embodiment, it is possible to calculate the correction coefficient of the fuel addition amount even during the temperature increase of the filter 20.
[0135]
FIG. 8 is a diagram in which the target period is set to a period different from that of FIG. 7 during the temperature increase of the filter 20. As shown in FIG. 8, the target period for calculating the correction coefficient of the fuel addition amount can be set as long as it is within the target period, and the length of the target period can also be set arbitrarily.
[0136]
Further, in this embodiment, the correction method of the fuel addition amount at the time of NOx reduction from the NOx storage reduction catalyst has been described, but the fuel addition amount in the SOx poisoning recovery control after the temperature increase of the NOx storage reduction catalyst is also described. It is possible to correct similarly.
[0137]
【The invention's effect】
In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, it is possible to correct the amount of reducing agent added when the catalyst is heated based on the actual temperature of the catalyst and the target temperature. Accordingly, it is possible to reduce the difference between the target amount of reducing agent and the amount of reducing agent actually supplied when performing NOx reduction, SOx poisoning recovery, and the like, and accurately control the air-fuel ratio. Can do.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating an engine to which an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention is applied and an intake / exhaust system thereof.
FIG. 2A is a diagram showing a transverse cross section of a particulate filter. (B) is a figure which shows the longitudinal direction cross section of a particulate filter.
FIG. 3 is a block diagram showing an internal configuration of an ECU.
FIG. 4 is a diagram showing a relationship between a temperature increase amount of a filter and a fuel addition amount per unit intake air amount.
FIG. 5 is a time chart showing a time transition of a target temperature, an actual temperature, and a base temperature of the filter.
FIG. 6 is a diagram showing a relationship between a correction coefficient and a reflection coefficient.
FIG. 7 is a diagram showing a relationship between a target temperature increase amount and an actual temperature increase amount according to the second embodiment.
FIG. 8 is a diagram showing a relationship between a target temperature increase amount and an actual temperature increase amount according to the second embodiment.
[Explanation of symbols]
1 ... Engine
1a ... Crank pulley
2. Cylinder
3. Fuel injection valve
4 ... Common rail
4a ... Common rail pressure sensor
5. Fuel supply pipe
6. Fuel pump
6a ... Pump pulley
8 ... Intake branch pipe
9. Intake pipe
18 ... Exhaust branch pipe
19 ... Exhaust pipe
20 ... Particulate filter
21 ... Exhaust throttle valve
24 ... Exhaust temperature sensor
25 ... EGR passage
26 ... EGR valve
27 ... EGR cooler
28 ... Reducing agent injection valve
29 ... Reducing agent supply path
31 ... Shut-off valve
33 ... Crank position sensor
35 ... ECU
36 Accelerator opening sensor

Claims (5)

流入する排気の空燃比がリーンのときには排気中のNOxを吸蔵し流入する排気の空燃比が理論空燃比又はリッチになると吸蔵したNOxを還元するNOx吸蔵剤と、
内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
前記運転状態検出手段が検出した運転状態基づいて前記NOx吸蔵剤の昇温量を決定する目標昇温量決定手段と、
前記NO x 触媒よりも上流の排気管内に還元剤を噴射する還元剤噴射弁を備え、前記NOx吸蔵剤に還元剤を供給して該NOx吸蔵剤に吸蔵されたNOxを還元させる還元剤供給手段と、
前記目標昇温量決定手段が決定した目標昇温量から単位吸入空気量あたりの必要燃料量を求め、更に、該単位吸入空気量あたりの必要燃料量に内燃機関に吸入される吸入空気量を乗じて算出された量の還元剤を前記NOx吸蔵剤に供給して該NOx吸蔵剤の温度を上昇させる昇温手段と、
前記NOx吸蔵剤の実際の昇温量を推定する昇温量推定手段と、
前記目標昇温量決定手段が決定した昇温量と前記昇温量推定手段が推定した昇温量との割合を算出する補正係数算出手段と、
前記NOx吸蔵剤に吸蔵されたNOxを還元させるときに前記還元剤供給手段が供給する還元剤の量に前記補正係数算出手段が算出した割合を乗じて該還元剤の供給量を補正する還元剤供給量補正手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
NOx occlusion agent that occludes NOx in the exhaust when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust is lean, and reduces the stored NOx when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust becomes the stoichiometric air-fuel ratio or rich,
An operating state detecting means for detecting an operating state of the internal combustion engine;
Target temperature rise determination means for determining a temperature rise amount of the NOx storage agent based on the operation state detected by the operation state detection means;
The NO than x catalyst comprising a reducing agent injection valve for injecting a reducing agent into the exhaust pipe upstream, reducing agent supply means for reducing the NOx occluded in the NOx occluding agent by supplying the reducing agent to the NOx occluding agent When,
The required fuel amount per unit intake air amount is obtained from the target temperature increase amount determined by the target temperature increase amount determining means, and the intake air amount sucked into the internal combustion engine is further calculated as the required fuel amount per unit intake air amount. A temperature raising means for supplying the NOx storage agent with an amount of the reducing agent calculated by multiplication to increase the temperature of the NOx storage agent;
A temperature rise estimation means for estimating the actual temperature rise of the NOx storage agent;
Correction coefficient calculation means for calculating a ratio between the temperature rise amount determined by the target temperature rise amount determination means and the temperature rise amount estimated by the temperature rise amount estimation means;
A reducing agent that corrects the supply amount of the reducing agent by multiplying the amount of the reducing agent supplied by the reducing agent supply means when the NOx stored in the NOx storage agent is reduced by the ratio calculated by the correction coefficient calculating means. Supply amount correction means;
An exhaust emission control device for an internal combustion engine, comprising:
流入する排気の空燃比がリーンのときには排気中のNOxを吸蔵し流入する排気の空燃比が理論空燃比又はリッチになると吸蔵したNOxを還元するNOx吸蔵剤と、
内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
前記運転状態検出手段が検出した運転状態基づいて前記NOx吸蔵剤の目標昇温量を決定する目標昇温量決定手段と、
前記NO x 触媒よりも上流の排気管内に還元剤を噴射する還元剤噴射弁を備え、前記NOx吸蔵剤に還元剤を供給して該NOx吸蔵剤に吸蔵されたNOxを還元させる還元剤供給手段と、
前記目標昇温量決定手段が決定した目標昇温量から単位吸入空気量あたりの必要燃料量を求め、更に、該単位吸入空気量あたりの必要燃料量に内燃機関に吸入される吸入空気量を乗じて算出された量の還元剤を前記NOx吸蔵剤に供給して該NOx吸蔵剤の温度を上昇させる昇温手段と、
所定期間における前記NOx吸蔵剤の実際の昇温量を推定する所定期間内昇温量推定手段と、
前記所定期間における前記NOx吸蔵剤の目標昇温量を求める所定期間内目標昇温量算出手段と、
前記所定期間における前記所定期間内目標昇温量算出手段が算出したNOx吸蔵剤の目標昇温量と実際の昇温量との割合を算出する補正係数算出手段と、
前記NOx吸蔵剤に吸蔵されたNOxを還元させるときに前記還元剤供給手段が供給する還元剤の量に前記補正係数算出手段が算出した割合を乗じて該還元剤の供給量を補正する還元剤供給量補正手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
NOx occlusion agent that occludes NOx in the exhaust when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust is lean, and reduces the stored NOx when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust becomes the stoichiometric air-fuel ratio or rich,
An operating state detecting means for detecting an operating state of the internal combustion engine;
Target temperature rise determination means for determining a target temperature rise of the NOx storage agent based on the operation state detected by the operation state detection means;
The NO than x catalyst comprising a reducing agent injection valve for injecting a reducing agent into the exhaust pipe upstream, reducing agent supply means for reducing the NOx occluded in the NOx occluding agent by supplying the reducing agent to the NOx occluding agent When,
The required fuel amount per unit intake air amount is obtained from the target temperature increase amount determined by the target temperature increase amount determining means, and the intake air amount sucked into the internal combustion engine is further calculated as the required fuel amount per unit intake air amount. A temperature raising means for supplying the NOx storage agent with an amount of the reducing agent calculated by multiplication to increase the temperature of the NOx storage agent;
A temperature rise amount estimation means within a predetermined period for estimating an actual temperature rise amount of the NOx storage agent in a predetermined period;
A target temperature increase amount calculating means for calculating a target temperature increase amount of the NOx storage agent in the predetermined period;
Correction coefficient calculating means for calculating a ratio between the target temperature increase amount of the NOx storage agent calculated by the target temperature increase amount calculation means within the predetermined period and the actual temperature increase amount in the predetermined period;
A reducing agent that corrects the supply amount of the reducing agent by multiplying the amount of the reducing agent supplied by the reducing agent supply means when the NOx stored in the NOx storage agent is reduced by the ratio calculated by the correction coefficient calculating means. Supply amount correction means;
An exhaust emission control device for an internal combustion engine, comprising:
流入する排気の空燃比がリーンのときには排気中のNOxを吸蔵し流入する排気の空燃比が理論空燃比又はリッチになると吸蔵したNOxを還元するNOx吸蔵剤と、
内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
前記運転状態検出手段が検出した運転状態基づいて前記NOx吸蔵剤の昇温量を決定する目標昇温量決定手段と、
前記NOx吸蔵剤に還元剤を供給して該NOx吸蔵剤に吸蔵されたNOxを還元させる還元剤供給手段と、
前記目標昇温量決定手段が決定した目標昇温量に応じた還元剤を前記NOx吸蔵剤に供給して該NOx吸蔵剤の温度を上昇させる昇温手段と、
前記NOx吸蔵剤の実際の昇温量を推定する昇温量推定手段と、
前記目標昇温量決定手段が決定した昇温量と前記昇温量推定手段が推定した昇温量との割合を算出する補正係数算出手段と、
前記NOx吸蔵剤に吸蔵されたNOxを還元させるときに前記補正係数算出手段が算出した値に基づいて前記還元剤供給手段が供給する還元剤の量を補正する還元剤供給量補正手段と、
を備え、
前記還元剤供給手段は排気中へ還元剤を噴射する還元剤噴射弁を備え、運転状態に応じた量の還元剤を噴射するために必要となる開弁時間を算出し、前記還元剤供給量補正手段は、還元剤供給手段が算出した還元剤噴射弁の開弁時間に補正係数算出手段が算出した割合を乗じ、更に、補正係数算出手段が算出した割合が1以上である場合には、その割合に応じて大きくなる補正係数を乗じた量の還元剤を前記NO x 吸蔵剤へ供給することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
NOx occlusion agent that occludes NOx in the exhaust when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust is lean, and reduces the stored NOx when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust becomes the stoichiometric air-fuel ratio or rich,
An operating state detecting means for detecting an operating state of the internal combustion engine;
Target temperature rise determination means for determining a temperature rise amount of the NOx storage agent based on the operation state detected by the operation state detection means;
Reducing agent supply means for supplying a reducing agent to the NOx storage agent to reduce NOx stored in the NOx storage agent;
A temperature raising means for supplying a reducing agent corresponding to the target temperature raising amount determined by the target temperature raising amount determining means to the NOx storage agent to increase the temperature of the NOx storage agent;
A temperature rise estimation means for estimating the actual temperature rise of the NOx storage agent;
Correction coefficient calculation means for calculating a ratio between the temperature rise amount determined by the target temperature rise amount determination means and the temperature rise amount estimated by the temperature rise amount estimation means;
Reducing agent supply amount correction means for correcting the amount of reducing agent supplied by the reducing agent supply means based on the value calculated by the correction coefficient calculation means when reducing NOx stored in the NOx storage agent;
With
The reducing agent supply means includes a reducing agent injection valve that injects the reducing agent into the exhaust gas, calculates a valve opening time required to inject an amount of reducing agent according to an operating state, and supplies the reducing agent supply amount. The correcting means multiplies the opening time of the reducing agent injection valve calculated by the reducing agent supply means by the ratio calculated by the correction coefficient calculating means, and when the ratio calculated by the correction coefficient calculating means is 1 or more, An exhaust emission control device for an internal combustion engine, characterized in that an amount of reducing agent multiplied by a correction coefficient that increases in proportion to the ratio is supplied to the NO x storage agent .
流入する排気の空燃比がリーンのときには排気中のNOxを吸蔵し流入する排気の空燃比が理論空燃比又はリッチになると吸蔵したNOxを還元するNOx吸蔵剤と、
内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
前記運転状態検出手段が検出した運転状態基づいて前記NOx吸蔵剤の目標昇温量を決定する目標昇温量決定手段と、
前記NOx吸蔵剤に還元剤を供給して該NOx吸蔵剤に吸蔵されたNOxを還元させる還元剤供給手段と、
前記目標昇温量決定手段が決定した目標昇温量に応じた還元剤を前記NOx吸蔵剤に供給して該NOx吸蔵剤の温度を上昇させる昇温手段と、
所定期間における前記NOx吸蔵剤の実際の昇温量を推定する所定期間内昇温量推定手段と、
前記所定期間における前記NOx吸蔵剤の目標昇温量を求める所定期間内目標昇温量算出手段と、
前記所定期間における前記所定期間内目標昇温量算出手段が算出したNOx吸蔵剤の目標昇温量と実際の昇温量との割合を算出する補正係数算出手段と、
前記NOx吸蔵剤に吸蔵されたNOxを還元させるときに前記補正係数算出手段が算出した値に基づいて前記還元剤供給手段が供給する還元剤の量を補正する還元剤供給量補正手段と、
を備え、
前記還元剤供給手段は排気中へ還元剤を噴射する還元剤噴射弁を備え、運転状態に応じた量の還元剤を噴射するために必要となる開弁時間を算出し、前記還元剤供給量補正手段は、還元剤供給手段が算出した還元剤噴射弁の開弁時間に補正係数算出手段が算出した割合を乗じ、更に、補正係数算出手段が算出した割合が1以上である場合には、その割合に応じて大きくなる補正係数を乗じた量の還元剤を前記NO x 吸蔵剤へ供給することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
NOx occlusion agent that occludes NOx in the exhaust when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust is lean, and reduces the stored NOx when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust becomes the stoichiometric air-fuel ratio or rich,
An operating state detecting means for detecting an operating state of the internal combustion engine;
Target temperature rise determination means for determining a target temperature rise of the NOx storage agent based on the operation state detected by the operation state detection means;
Reducing agent supply means for supplying a reducing agent to the NOx storage agent to reduce NOx stored in the NOx storage agent;
A temperature raising means for supplying a reducing agent corresponding to the target temperature raising amount determined by the target temperature raising amount determining means to the NOx storage agent to increase the temperature of the NOx storage agent;
A temperature rise amount estimation means within a predetermined period for estimating an actual temperature rise amount of the NOx storage agent in a predetermined period;
A target temperature increase amount calculating means for calculating a target temperature increase amount of the NOx storage agent in the predetermined period;
Correction coefficient calculating means for calculating a ratio between the target temperature increase amount of the NOx storage agent calculated by the target temperature increase amount calculation means within the predetermined period and the actual temperature increase amount in the predetermined period;
Reducing agent supply amount correction means for correcting the amount of reducing agent supplied by the reducing agent supply means based on the value calculated by the correction coefficient calculation means when reducing NOx stored in the NOx storage agent;
With
The reducing agent supply means includes a reducing agent injection valve that injects the reducing agent into the exhaust gas, calculates a valve opening time required to inject an amount of reducing agent according to an operating state, and supplies the reducing agent supply amount. The correcting means multiplies the opening time of the reducing agent injection valve calculated by the reducing agent supply means by the ratio calculated by the correction coefficient calculating means, and when the ratio calculated by the correction coefficient calculating means is 1 or more, An exhaust emission control device for an internal combustion engine, characterized in that an amount of reducing agent multiplied by a correction coefficient that increases in proportion to the ratio is supplied to the NO x storage agent .
前記還元剤供給手段は、前記NOx吸蔵剤に還元剤を供給して該NOx吸蔵剤に吸蔵されたSOxを放出させ、還元剤供給量補正手段は、前記NOx吸蔵剤に吸蔵されたSOxを放出させるときに前記還元剤供給手段が供給する還元剤の量に前記補正係数算出手段が算出した割合を乗じて該還元剤の供給量を補正することを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。The reducing agent supply means supplies the reducing agent to the NOx storage agent to release SOx stored in the NOx storage agent, and the reducing agent supply amount correction means releases the SOx stored in the NOx storage agent. 5. The supply amount of the reducing agent is corrected by multiplying the amount of the reducing agent supplied by the reducing agent supply unit when the ratio is calculated by the correction coefficient calculating unit . 2. An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to 1.
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