JP3788331B2 - 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】
近年、希薄燃焼式内燃機関の排気エミッション向上を目的として、希薄燃焼式内燃機関の排気系にNOx触媒を配置する技術が提案されている。
【0003】
このような技術としては、例えば、特開2000−54824号公報に記載されているような「内燃機関の排気浄化装置」が知られている。上記の公報に記載された内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気通路に設けられた吸蔵還元型NOx触媒と、その吸蔵還元型NOx触媒より上流の排気通路に設けられ酸素貯蔵能力を有する排気浄化触媒とを備えた内燃機関の排気浄化装置において、吸蔵還元型NOx触媒に吸蔵されるNOx量と吸蔵還元型NOx触媒から放出されるNOx量との収支を積算することによって吸蔵還元型NOx触媒のNOx吸蔵量を推定演算するとともに、排気浄化触媒が酸素の吸放出を行っている間はNOx吸蔵量の推定演算を禁止するよう構成されている。
【0004】
更に、上記公報に記載された内燃機関の排気浄化装置は、上記の推定演算によって得られたNOx吸蔵量が所定量に達した際には、内燃機関から排出される排気の空燃比を一時的にリッチ空燃比とするリッチスパイク制御を行うとともにNOx吸蔵量の推定演算を継続し、その推定演算により得られたNOx吸蔵量が所定量未満となった時点でリッチスパイク制御の実行を終了するよう構成されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記した従来の技術では、吸蔵還元型NOx触媒に吸蔵されるNOx量及び吸蔵還元型NOx触媒から放出されるNOx量は、内燃機関の運転状態をパラメータとして推定されており、吸蔵還元型NOx触媒の実際の状態が反映されていないため、吸蔵還元型NOx触媒の実際のNOx吸蔵量と推定量との間に誤差を生じる場合がある。
【0006】
吸蔵還元型NOx触媒の実際のNOx吸蔵量と推定量との間に誤差が生じると、リッチスパイク制御の実行時において実際のNOx吸蔵量に対して推定量が過少或いは過多となり、その結果、リッチスパイク制御の実行が吸蔵還元型NOx触媒のNOx放出完了前に終了され、あるいは吸蔵還元型NOx触媒のNOx放出完了より過剰に遅れて終了される虞がある。
【0007】
本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、吸蔵還元型NOx触媒を備えた内燃機関の排気浄化装置において、リッチスパイク制御を好適に行える技術を提供することを目的とする。
【0008】
【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、希薄燃焼可能な内燃機関の排気通路に設けられ、流入する排気の空燃比がリーンのときにはNOxを吸蔵し流入する排気の空燃比がリッチのときに吸蔵したNOxをN2に還元する吸蔵還元型NOx触媒と、前記吸蔵還元型NOx触媒下流の排気の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段と、前記吸蔵還元型NOx触媒に還元剤を供給する還元剤供給手段と、前記吸蔵還元型NOx触媒からNOxを放出させるNOx還元処理を実行する時期か否かを判定する還元剤処理実行時期判定手段と、前記還元剤処理実行時期判定手段により実行時期であると判定されたときに前記吸蔵還元型NOx触媒を昇温させると共に該吸蔵還元型NOx触媒に吸蔵されているNOxを放出させるように前記還元剤供給手段から供給される還元剤量を目標還元剤量に制御する還元剤量制御手段と、前記還元剤供給手段から前記吸蔵還元型NO x 触媒への前記目標還元剤量の還元剤の供給が終了した時点で、前記酸素濃度検出手段により検出された検出値がリッチのときは前記還元剤供給手段から供給される次回の還元剤量を減量し、前記酸素濃度検出手段により検出された検出値がストイキのときは前記還元剤供給手段から供給される次回の還元剤量を増量する還元剤量補正手段と、を備えたことを特徴とする。
【0009】
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、吸蔵還元型NOx触媒に吸蔵されたNOxが還元されているときには該吸蔵還元型NOx触媒下流の排気の空燃比がストイキとなることに鑑み、還元剤供給時の吸蔵還元型NOx触媒下流の酸素濃度により還元剤供給量の過不足を把握し、還元剤供給量を補正することにある。
【0010】
このように構成された内燃機関の排気浄化装置では、吸蔵還元型NOx触媒に吸蔵された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吸蔵還元型NOx触媒へ還元剤を供給する。ここで、還元剤が吸蔵還元型NOx触媒に供給され、吸蔵還元型NOx触媒に吸蔵されているNOxが還元されているときの吸蔵還元型NOx触媒下流の排気の空燃比はストイキとなる。一方、目標還元剤量が必要量に対して過剰であり、吸蔵還元型NOx触媒に吸蔵されたNOxの還元が完了した後に更に還元剤が供給されると、吸蔵還元型NOx触媒下流の排気の空燃比はリッチ空燃比に変化する。また、目標還元剤量が必要量に対して不足していると、還元剤供給終了時の吸蔵還元型NOx触媒下流の排気の空燃比はストイキとなる。
【0011】
そこで、還元剤量補正手段は、目標還元剤量の還元剤の供給が終了した時の吸蔵還元型NOx触媒下流の排気の空燃比に基づいて還元剤の過不足を判断し、還元剤供給量の補正を行うことが可能となる。即ち、目標還元剤量の還元剤の供給が終了した時の吸蔵還元型NOx触媒下流の排気の空燃比が、リッチのときは前記還元剤供給手段から供給される次回の還元剤量を減量し、該空燃比がストイキのときは前記還元剤供給手段から供給される次回の還元剤量を増量する。
【0014】
本発明においては、前記還元剤供給手段から前記吸蔵還元型NO x 触媒への前記目標還元剤量の還元剤の供給が終了した時点で、前記酸素濃度検出手段により検出された検出値がリッチの場合、前記還元剤量補正手段は、前記酸素濃度検出手段により検出されたストイキ後のリッチの継続時間が長い程、次回の還元剤供給量を減量することができる。
【0015】
このように構成された内燃機関の排気浄化装置では、ストイキではNOxの還元が行われているが、NOxの還元が完了した後に供給される還元剤に起因して空燃比がリッチとなる。従って、リッチの継続時間が長い程還元剤が過剰に供給されていることになるので、ストイキ後のリッチ継続時間が長い程次回還元剤供給時に還元剤を減量させて過剰供給を抑制することが可能となる。
【0016】
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、
希薄燃焼可能な内燃機関の排気通路に設けられ、流入する排気の空燃比がリーンのときにはNOxを吸蔵し流入する排気の空燃比がリッチのときに吸蔵したNOxをN2に還元する吸蔵還元型NOx触媒と、
前記吸蔵還元型NOx触媒下流の排気の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段と、
前記吸蔵還元型NOx触媒に還元剤を供給する還元剤供給手段と、
前記吸蔵還元型NOx触媒からNOxを放出させるNOx還元処理を実行する時期か否かを判定する還元剤処理実行時期判定手段と、
前記還元剤処理実行時期判定手段により実行時期であると判定されたときに前記吸蔵還元型NOx触媒を昇温させると共に該吸蔵還元型NOx触媒に吸蔵されているNOxを放出させるように、前記還元剤供給手段から供給される還元剤量を制御する還元剤量制御手段と、
前記還元剤量制御手段により供給された還元剤量に対する前記酸素濃度検出手段により検出された検出値がストイキからリッチに変化した時点を還元剤供給終了時期と判断する還元剤終了時期判断手段と、
を備えたことを特徴とする。
【0017】
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、吸蔵還元型NOx触媒に吸蔵されたNOxが還元されているときには該吸蔵還元型NOx触媒下流の排気の空燃比がストイキとなることに鑑み、ストイキからリッチ空燃比に変化した時点でNOxの還元が完了したとして、このときを還元剤供給終了時期と判断することにある。
【0018】
このように構成された内燃機関の排気浄化装置では、吸蔵還元型NOx触媒に吸蔵された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吸蔵還元型NOx触媒へ還元剤を供給する。ここで、還元剤が吸蔵還元型NOx触媒に供給され、吸蔵還元型NOx触媒に吸蔵されているNOxが還元されているときの吸蔵還元型NOx触媒下流の排気の空燃比はストイキとなる。一方、吸蔵還元型NOx触媒に吸蔵されたNOxの還元が完了した後に更に還元剤が供給されると還元剤の過多となり、吸蔵還元型NOx触媒下流の排気の空燃比はリッチ空燃比に変化する。また、還元剤の供給量が必要量に対して不足していると、還元剤供給終了時の吸蔵還元型NOx触媒下流の排気の空燃比はストイキとなる。
【0019】
そこで、還元剤終了時期判断手段は、還元剤供給時の吸蔵還元型NOx触媒下流の排気の空燃比がストイキからリッチに変化したときにはNOxの還元が完了したとして還元剤供給の終了時期を判断することが可能となる。
【0020】
尚、空燃比がストイキからリッチに変化した時点に対応する還元剤量を次回の還元剤供給量の基準と設定することもできる。
【0021】
【発明の実施の形態】
<第1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。
【0022】
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。
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
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。
【0030】
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。
【0031】
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、排気が持つ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。
【0032】
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。
【0033】
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。
【0034】
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。
【0035】
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。
【0036】
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。一方、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空燃比に対応した電気信号を出力する空燃比センサ37が取り付けられている。
【0037】
前記した空燃比センサ37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。
【0038】
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。
【0039】
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。
【0040】
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。
【0041】
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。
【0042】
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。
【0043】
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。
【0044】
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。
【0045】
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。
【0046】
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。
【0047】
次に、本実施の形態に係るフィルタ20について説明する。
【0048】
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。
【0049】
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。
【0050】
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。
【0051】
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、この担体上に吸蔵還元型NOx触媒が坦持されている。
【0052】
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。
【0053】
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。
【0054】
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。
【0055】
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。
【0056】
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。
【0057】
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。
【0058】
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。
【0059】
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。
【0060】
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。
【0061】
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。
【0062】
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。
【0063】
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。
【0064】
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。
【0065】
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。
【0066】
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、空燃比センサ37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。
【0067】
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。
【0068】
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。
【0069】
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。
【0070】
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、空燃比センサ37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。
【0071】
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。
【0072】
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浄化制御ルーチン等のアプリケーションプログラムを記憶している。
【0073】
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。
【0074】
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。
【0075】
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。
【0076】
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浄化制御等を実行する。
【0077】
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。
【0078】
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。
【0079】
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。
【0080】
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。
【0081】
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。
【0082】
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。
【0083】
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。
【0084】
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。
【0085】
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。
【0086】
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。
【0087】
このように、フィルタ20に流入する排気の空燃比をスパイク的に目標リッチ空燃比とし、吸蔵還元型NOx触媒に吸収された窒素酸化物(NOx)を還元することが可能となる。
【0088】
ところで、リッチスパイク制御により吸蔵還元型NOx触媒に吸蔵されたNOxが還元中には、該吸蔵還元型NOx触媒から放出されたNOx及び酸素O2に起因して、フィルタ20から流出する排気の空燃比はストイキとなる。つまり、還元剤添加中であって、NOxの還元が完了するまではフィルタ20下流の排気の空燃比はストイキとなる。従って、ストイキが継続した期間だけNOxの還元が行われていることになる。一方、NOxの還元が完了したにもかかわらず還元剤が更に添加されると、還元剤は吸蔵還元型NOx触媒で反応せずにフィルタ20を通過するのでフィルタ20下流の排気の空燃比はリッチ空燃比となる。
【0089】
ここで、従来の内燃機関の排気浄化装置では、リッチスパイク制御に係る目標リッチ空燃比は、還元剤供給機構やフィルタ20がある代表的な状態にあることを想定して決定された固定値であるため、使用時間の経過や環境の変化等によって、吸蔵還元型NOx触媒の性能、還元剤供給機構の特性、燃料噴射弁3の特性等が変化すると、吸蔵還元型NOx触媒に吸収されている窒素酸化物(NOx)量に対して還元剤の添加量に過不足が生じる虞がある。
【0090】
また、従来の内燃機関の排気浄化装置では、リッチスパイク制御時に添加する還元剤の量をそれまでの機関運転状態により算出していた。このような制御は、オープンループで行われ、余裕を持った量の還元剤が添加されていた。従って、還元剤の過不足が生じる虞があり、過剰添加の場合には酸化されない還元剤を大気中へ放出してしまい、一方、添加量過少の場合には吸蔵還元型NOx触媒が飽和して大気中へNOxを放出してしまう虞がある。更に、還元剤の過剰添加により燃費が悪化する虞がある。
【0091】
そこで、本実施の形態では、吸蔵還元型NOx触媒に吸蔵されたNOxが還元される際に該吸蔵還元型NOx触媒下流の排気の空燃比がストイキとなることに着目し、フィルタ20下流の排気の空燃比を計測することで還元剤添加量の過不足を推定する。これに従って次回の還元剤添加量の補正を行い還元剤添加量の過不足を抑制する。
【0092】
ここで、図4は、還元剤添加前後のフィルタ20下流の排気の空燃比の推移を示したタイムチャート図である。
【0093】
領域▲1▼は、還元剤が添加されておらず、通常のリーン空燃比での運転がなされている状態である。このような状態では、排気中のNOxが吸蔵還元型NOx触媒に吸蔵される。
【0094】
領域▲1▼と領域▲2▼との境界で還元剤の添加が開始されている。
【0095】
領域▲2▼は、還元剤の添加により、吸蔵還元型NOx触媒に吸蔵されていた窒素酸化物(NOx)が放出され、放出された窒素酸化物(NOx)は窒素(N2)に還元されている状態である。還元剤の添加量とNOxの還元量との均衡が保たれている間、空燃比センサ37はストイキを出力する。
【0096】
領域▲2▼と領域▲3▼との境界で吸蔵還元型NOx触媒に吸蔵されたNOxの還元が完了している。このときに還元剤の添加を終了させることが望ましい。
【0097】
領域▲3▼は、吸蔵還元型NOx触媒にNOxが吸蔵されていないにもかかわらず還元剤が添加されている状態である。このように過剰に添加された還元剤は吸蔵還元型NOx触媒でNOxと反応せずに、フィルタ20をすり抜け、空燃比センサ37の出力がリッチ空燃比となる。
【0098】
領域▲3▼と領域▲4▼との境界で還元剤の添加が終了されている。従って、図4は、領域▲3▼に相当する還元剤の量が過剰に添加されたときの空燃比センサ37の出力信号を表している。
【0099】
領域▲4▼以降は、吸蔵還元型NOx触媒にNOxが吸蔵される。
【0100】
以上のように還元剤添加時にフィルタ20下流の排気の空燃比が変動する。ここで、領域▲2▼と領域▲3▼との境界で吸蔵還元型NOx触媒に吸蔵されていたNOxの還元が終了しているので、この時点で還元剤の添加を終了させると過不足の無い還元剤の添加が可能となる。これ以前に還元剤の添加を終了すると、吸蔵還元型NOx触媒にNOxが残存してNOx吸蔵能力が低下してしまう。一方、これ以後に還元剤の添加を終了すると、大気中へ還元剤を放出する虞が生じる。
【0101】
本実施の形態では、空燃比センサ37の出力信号に基づいて、還元剤添加終了時の排気の空燃比がストイキのときは、必要量に対し還元剤が不足しているとして増量補正を行う。一方、還元剤添加終了時の排気の空燃比がリッチのときは、必要量に対し還元剤が過剰であるとして減量補正を行う。このように、吸蔵還元型NOx触媒に吸蔵されたNOxを還元するために必要となる還元剤が添加されたか否か判定しつつ還元剤量(還元剤添加時間としても良い。)をフィードバック制御する。
【0102】
ここで、図5は、還元剤添加時間と空燃比との関係を示したタイムチャート図である。上段は還元剤の添加時間が不足している場合を表し、中段は還元剤の添加時間が適当である場合を表し、下段は還元剤の添加時間が過剰に長い場合を表している。
【0103】
上段の還元剤添加時間が短い場合には、必要添加時間までの還元剤不足分を求め、この還元剤不足分を補正値としている。一方、下段の還元剤添加時間が長すぎる場合には、還元剤過多分を求め、この値を補正値としている。
【0104】
次に、本実施の形態による還元剤添加量(還元剤添加時間としても良い)の算出方法について説明する。
【0105】
図6は、還元剤添加量を算出するためのフローを示したフローチャート図である。
【0106】
ステップS101では、還元剤添加量τをマップより算出してこの算出値に基づいたリッチスパイク制御を行う。
【0107】
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目標還元剤添加量τmapを算出し添加する。算出された目標還元剤添加量τmapはバックアップRAM354に還元剤添加量τとして記憶される。
【0108】
尚、吸蔵還元型NOx触媒に吸蔵されたNOx量をカウントするNOxカウンタにより、実際のNOx吸蔵量を求め、NOx吸蔵量に対応した還元剤を供給するようにしても良い。
【0109】
ステップS102では、還元剤添加後の排気の空燃比がリッチであるか否か判定する。本実施の形態では、還元剤添加後の空燃比がストイキの場合には還元剤を増量し、一方、還元剤添加後の空燃比がリッチ空燃比の場合には還元剤を減量する。
【0110】
ステップS102で肯定判定がなされた場合にはステップS104へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップS103へ進む。
【0111】
ステップS103では、還元剤の増量補正が行われる。CPU351は、バックアップRAM354に記憶されている現在指令の還元剤添加量τを読み込み、この値に所定値1を加算する。ここで、所定値1は還元剤添加量τと比較すると小さい値である。このようにして、還元剤添加量τに所定値1を加えた量の還元剤でリッチスパイク制御が行われる。また、現在指令の還元剤添加量τに所定値1を加算した値を新たに現在指令の還元剤添加量τとして記憶させる。
【0112】
ステップS104では、還元剤の減量補正が行われる。CPU351は、バックアップRAM354に記憶されている現在指令の還元剤添加量τを読み込み、この値から所定値1を減算する。ここで、所定値1は還元剤添加量τと比較すると小さい値である。このようにして、還元剤添加量τから所定値1を減じた量の還元剤でリッチスパイク制御が行われる。また、現在指令の還元剤添加量τから所定値1を減算した値を新たに現在指令の還元剤添加量τとして記憶させる。その後、ステップS102へ戻る。
【0113】
ステップS105では、還元剤添加後の排気の空燃比がストイキであるか否か判定する。
【0114】
ステップS105で肯定判定がなされた場合にはステップS106へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップS107へ進む。
【0115】
ステップS106では、還元剤の減量補正が行われる。CPU351は、バックアップRAM354に記憶されている現在指令の還元剤添加量τを読み込み、この値から所定値2を減算する。ここで、所定値2は所定値1と比較すると小さい値である。このようにして、還元剤添加量τから所定値2を減じた量の還元剤でリッチスパイク制御が行われる。また、現在指令の還元剤添加量τから所定値2を減算した値を新たに現在指令の還元剤添加量τとして記憶させる。その後、ステップS105へ戻る。
【0116】
ステップS107では、補正回数を示すカウンターの値が所定値N以上となったか否か判定される。還元剤添加量τの補正が所定回数行われた場合には、還元剤添加量τが収束したものとして扱う。
【0117】
ステップS107で肯定判定がなされた場合には本ルーチンを終了し、一方、否定判定がなされた場合にはステップS108へ進む。
【0118】
ステップS108では、還元剤の増量補正が行われる。CPU351は、バックアップRAM354に記憶されている現在指令の還元剤添加量τを読み込み、この値に所定値2を加算する。ここで、所定値2は所定値1と比較すると小さい値である。このようにして、還元剤添加量τに所定値2を加えた量の還元剤でリッチスパイク制御が行われる。また、現在指令の還元剤添加量τに所定値2を加算した値を新たに現在指令の還元剤添加量τとして記憶させる。その後、ステップS105へ戻る。
【0119】
このようにして、還元剤添加量τを収束させることができ、空燃比センサ37の出力信号に基づいて還元剤添加量を補正することが可能となる。
【0120】
ここで、従来の内燃機関の排気浄化装置では、NOx吸蔵量から求まる還元剤量をマップにより算出して添加するオープンループ制御を行っていた。このような制御では、還元剤噴射弁、吸蔵還元型NOx触媒、エアフローメータ等の経年変化により、還元剤の添加量に過不足が生じる虞があった。
【0121】
その点、本実施の形態による内燃機関の排気浄化装置では、吸蔵還元型NOx触媒に吸蔵されたNOxが還元される際に該吸蔵還元型NOx触媒下流の排気の空燃比がストイキとなることに着目し、フィルタ20下流の排気の空燃比を計測することで還元剤添加量の過不足を推定する。即ち、還元剤供給終了時の吸蔵還元型NOx触媒下流の排気の空燃比がストイキであるかリッチであるかにより、還元剤の過不足量を求めることができ、還元剤添加量をフィードバック制御することが可能である。
【0122】
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、フィルタ20下流の空燃比センサ37の出力信号に基づいてフィルタ20からNOxを還元させるための還元剤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。
<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。
【0123】
即ち、第1の実施の形態では、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目標還元剤添加量τmapを算出し添加する。その後のフィードバック制御により還元剤の補正量を算出する。
【0124】
一方、本実施の形態では、初期の還元剤添加量は求めずに還元剤の添加を開始する。そして、空燃比がストイキからリッチとなったときの還元剤添加量(還元剤添加時間)に基づいてフィードバック制御を行う。
【0125】
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、初期の還元剤添加量の算出方法が異なるが、適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。
【0126】
本実施の形態では、フィルタ20に還元剤の添加が必要となった場合に燃料添加が開始される。そのときの空燃比センサ37の出力信号をCPU351がモニターし、空燃比がストイキからリッチに変化した場合にはフィルタ20に吸蔵されたNOxの還元が完了したとして燃料添加を終了させる。このときに、添加された燃料の添加量(添加時間)を第1の実施の形態による図6のステップS101の還元剤添加量τとし、図6のステップS102以下と同様にしてフィードバック制御を行う。
【0127】
このように、本実施の形態によれば、フィルタ20下流の排気の空燃比に基づいて、還元剤供給中に排気の空燃比がリッチに変化したときを還元剤の添加終了時期として求めることができる。
【0128】
また、本実施の形態によれば、還元剤添加量を予め記憶させておく必要が無く、装置の簡略化を図ることができる。
【0129】
【発明の効果】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置では、吸蔵還元型NOx触媒下流の排気の空燃比がストイキか否かにより吸蔵されたNOxの還元完了時期を求めることができる。このようにして求めたNOx還元の完了時期に基づいて還元剤添加量を補正することができる。従って、NOx還元を行うときに必要となる還元剤の量を供給することが可能となり、リッチスパイク制御を精度良く行うことができる。
【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】 還元剤供給前後のフィルタ20下流の排気の空燃比の推移を示したタイムチャート図である。
【図5】 還元剤添加時間と空燃比との関係を示したタイムチャート図である。
【図6】 還元剤添加量を算出するためのフローを示したフローチャート図である。
【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
24・・・排気温度センサ
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
37・・・空燃比センサ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust emission control device for an internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
In recent years, a technique for arranging a NOx catalyst in an exhaust system of a lean combustion internal combustion engine has been proposed for the purpose of improving exhaust emission of the lean combustion internal combustion engine.
[0003]
As such a technique, for example, an “exhaust gas purification device for an internal combustion engine” as described in JP 2000-54824 A is known. The exhaust purification device for an internal combustion engine described in the above publication has a storage reduction type NOx catalyst provided in the exhaust passage of the internal combustion engine and an oxygen storage capacity provided in the exhaust passage upstream of the storage reduction type NOx catalyst. In an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine equipped with an exhaust purification catalyst, the NOx storage reduction type NOx is integrated by integrating the balance between the NOx amount stored in the NOx storage reduction catalyst and the NOx release amount released from the NOx storage reduction catalyst. The NOx occlusion amount of the catalyst is estimated and calculated, and the NOx occlusion amount estimation calculation is prohibited while the exhaust purification catalyst is performing oxygen absorption and release.
[0004]
Further, the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine described in the above publication temporarily changes the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the internal combustion engine when the NOx occlusion amount obtained by the above estimation calculation reaches a predetermined amount. The rich spike control with the rich air-fuel ratio is performed and the NOx occlusion amount estimation calculation is continued. When the NOx occlusion amount obtained by the estimation calculation becomes less than the predetermined amount, the execution of the rich spike control is terminated. It is configured.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the conventional technology described above, the NOx amount stored in the NOx storage reduction catalyst and the NOx amount released from the NOx storage reduction catalyst are estimated using the operating state of the internal combustion engine as a parameter. Since the actual state of the NOx catalyst is not reflected, an error may occur between the actual NOx storage amount and the estimated amount of the NOx storage reduction catalyst.
[0006]
If an error occurs between the actual NOx storage amount and the estimated amount of the NOx storage reduction catalyst, the estimated amount becomes too small or too large relative to the actual NOx storage amount when the rich spike control is executed. There is a possibility that the execution of the spike control is ended before the NOx release of the storage reduction type NOx catalyst is completed, or is ended after an excessive delay from the completion of the NOx release of the storage reduction type NOx catalyst.
[0007]
The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a technique capable of suitably performing rich spike control in an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine equipped with an NOx storage reduction catalyst. To do.
[0008]
[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 provided in the exhaust passage of a lean burnable internal combustion engine, and stores NOx when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust is lean and stores NOx when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust is rich. A NOx storage reduction catalyst that reduces to N 2; an oxygen concentration detection means that detects an oxygen concentration in the exhaust gas downstream of the NOx storage reduction catalyst; a reducing agent supply means that supplies a reducing agent to the NOx storage reduction catalyst; The reducing agent processing execution time determining means for determining whether or not it is time to execute NOx reduction processing for releasing NOx from the NOx storage reduction catalyst and the reducing agent processing execution time determining means are determined to be the execution time. the NOx storage reduction catalyst target reducing the amount of reducing agent supplied from the reducing agent supply means so as to release the NOx stored in the NOx storage reduction catalyst causes the temperature of the when the A reducing agent amount control means for controlling the agent amount, at the time when the reducing agent supplied from the supply means of the target amount of reducing agent reducing agent to the occlusion reduction type the NO x catalyst is completed, detected by the oxygen concentration detection means When the detected value is rich, the amount of the next reducing agent supplied from the reducing agent supply means is reduced, and when the detected value detected by the oxygen concentration detection means is stoichiometric, it is supplied from the reducing agent supply means. And a reducing agent amount correcting means for increasing the amount of the next reducing agent .
[0009]
The most significant feature of the present invention is that, in the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, when the NOx stored in the NOx storage reduction catalyst is being reduced, the air-fuel ratio of the exhaust downstream of the NOx storage reduction catalyst becomes stoichiometric. In view of this, the present invention has been made to grasp the excess or deficiency of the reducing agent supply amount based on the oxygen concentration downstream of the NOx storage reduction catalyst when the reducing agent is supplied, and to correct the reducing agent supply amount.
[0010]
In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine thus configured, when it is necessary to reduce the NOx stored in the NOx storage reduction catalyst, the reducing agent supply means supplies the reducing agent to the NOx storage reduction catalyst. . Here, when the reducing agent is supplied to the NOx storage reduction catalyst and the NOx stored in the NOx storage reduction catalyst is being reduced, the air-fuel ratio of the exhaust gas downstream of the NOx storage reduction catalyst becomes stoichiometric. On the other hand, an excess relative to the target amount of reducing agent necessary amount, further reducing agent is supplied after the reduction of the NOx occluded in the NOx storage reduction catalyst is completed, occlusion reduction type NOx catalyst downstream of the exhaust The air-fuel ratio changes to a rich air-fuel ratio. Further, if the target reducing agent amount is insufficient with respect to the required amount, the air-fuel ratio of the exhaust gas downstream of the NOx storage reduction catalyst at the end of the reducing agent supply becomes stoichiometric.
[0011]
Therefore, the reducing agent amount correction means determines the excess or deficiency of the reducing agent based on the air-fuel ratio of the exhaust downstream of the NOx storage reduction catalyst when the supply of the reducing agent of the target reducing agent amount is completed , and the reducing agent supply amount Can be corrected. That is, when the air-fuel ratio of the exhaust downstream of the NOx storage reduction catalyst when the supply of the reducing agent of the target reducing agent amount is complete, the next reducing agent amount supplied from the reducing agent supply means is reduced. When the air-fuel ratio is stoichiometric, the next reducing agent amount supplied from the reducing agent supply means is increased.
[0014]
In the present invention, when the reducing agent supplied from the supply means of the target amount of reducing agent reducing agent to the occlusion reduction type the NO x catalyst is completed, the detection value detected by the oxygen concentration detection means is rich If the reducing agent amount correcting means, before Symbol longer the rich duration after detected stoichiometric to the oxygen concentration detection means, can be reduced for the next reducing agent supply amount.
[0015]
In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine configured as described above, NOx is reduced by stoichiometry, but the air-fuel ratio becomes rich due to the reducing agent supplied after the reduction of NOx is completed. Therefore, the longer the rich duration time, the more the reducing agent is supplied. Therefore, the longer the rich duration time after stoichiometry, the more the reducing agent is reduced during the next reducing agent supply, thereby suppressing the excessive supply. It becomes possible.
[0016]
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
An occlusion reduction type that is provided in an exhaust passage of an internal combustion engine capable of lean combustion, stores NOx when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lean, and reduces NOx occluded when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is rich to N 2 NOx catalyst,
Oxygen concentration detection means for detecting the oxygen concentration of the exhaust downstream of the NOx storage reduction catalyst;
Reducing agent supply means for supplying a reducing agent to the NOx storage reduction catalyst;
Reducing agent treatment execution timing determination means for determining whether or not it is time to execute NOx reduction processing for releasing NOx from the NOx storage reduction catalyst;
When the reducing agent treatment execution time determination means determines that it is an execution time, the reduction is performed so that the NOx storage reduction catalyst is heated and the NOx stored in the NOx storage reduction catalyst is released. Reducing agent amount control means for controlling the amount of reducing agent supplied from the agent supply means;
Reducing agent end timing determining means for determining a time when the detection value detected by the oxygen concentration detecting means with respect to the reducing agent amount supplied by the reducing agent amount control means has changed from stoichiometric to rich as a reducing agent supply end timing;
It is provided with.
[0017]
The most significant feature of the present invention is that, in the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, when the NOx stored in the NOx storage reduction catalyst is being reduced, the air-fuel ratio of the exhaust downstream of the NOx storage reduction catalyst becomes stoichiometric. In view of this, it is determined that the NOx reduction is completed when the stoichiometric condition is changed to the rich air-fuel ratio, and this time is determined as the reducing agent supply end timing.
[0018]
In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine thus configured, when it is necessary to reduce the NOx stored in the NOx storage reduction catalyst, the reducing agent supply means supplies the reducing agent to the NOx storage reduction catalyst. . Here, when the reducing agent is supplied to the NOx storage reduction catalyst and the NOx stored in the NOx storage reduction catalyst is being reduced, the air-fuel ratio of the exhaust gas downstream of the NOx storage reduction catalyst becomes stoichiometric. On the other hand, if the reducing agent is further supplied after the reduction of NOx stored in the NOx storage reduction catalyst is completed, the reducing agent becomes excessive, and the air-fuel ratio of the exhaust downstream of the NOx storage reduction catalyst changes to a rich air-fuel ratio. . If the supply amount of the reducing agent is insufficient with respect to the required amount, the air-fuel ratio of the exhaust gas downstream of the NOx storage reduction catalyst at the end of the supply of the reducing agent becomes stoichiometric.
[0019]
Therefore, the reducing agent end timing determination means determines the end timing of the reducing agent supply, assuming that the reduction of NOx is completed when the air-fuel ratio of the exhaust downstream of the NOx storage reduction catalyst changes from stoichiometric to rich. It becomes possible.
[0020]
Note that the amount of reducing agent corresponding to the time when the air-fuel ratio changes from stoichiometric to rich can be set as a reference for the next reducing agent supply amount.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
<First Embodiment>
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.
[0022]
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.
[0023]
An engine 1 shown in FIG. 1 is a water-cooled four-cycle diesel engine having four cylinders 2.
[0024]
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.
[0025]
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.
[0026]
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.
[0027]
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.
[0028]
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).
[0029]
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 electric 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.
[0030]
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.
[0031]
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 energy of the 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.
[0032]
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.
[0033]
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.
[0034]
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).
[0035]
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.
[0036]
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. On the other hand, an air-fuel ratio sensor 37 that outputs an electrical signal corresponding to the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing through the exhaust pipe 19 is attached to the exhaust pipe 19 downstream of the filter 20.
[0037]
The exhaust pipe 19 downstream of the air-fuel ratio sensor 37 is provided with an exhaust throttle valve 21 for adjusting 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.
[0038]
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 the turbine wheel rotatably supported in the turbine housing 15b using the 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.
[0039]
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.
[0040]
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 that recirculates 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.
[0041]
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.
[0042]
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.
[0043]
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.
[0044]
The EGR gas recirculated from the exhaust branch pipe 18 to the intake branch pipe 8 via 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.
[0045]
Here, the EGR gas contains an inert gas component that does not burn itself and has a high heat capacity, such as water (H 2 O) and carbon dioxide (CO 2 ). When the EGR gas is contained in the air-fuel mixture, the combustion temperature of the air-fuel mixture is lowered, and the amount of nitrogen oxide (NOx) generated is suppressed.
[0046]
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.
[0047]
Next, the filter 20 according to the present embodiment will be described.
[0048]
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.
[0049]
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.
[0050]
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.
[0051]
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. The NOx storage reduction catalyst is supported on the carrier.
[0052]
Next, the function of the NOx storage reduction catalyst carried by the filter 20 according to the present embodiment will be described.
[0053]
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 the present embodiment, occlusion configured by supporting barium (Ba) and platinum (Pt) on a support made of alumina and further adding ceria (Ce 2 O 3 ) having O 2 storage capability. A reduced NOx catalyst was employed.
[0054]
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.
[0055]
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 (N 2 ) can be reduced.
[0056]
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.
[0057]
In particular, in a diesel engine such as the engine 1, the lean air-fuel ratio mixture is combusted in most of the operating region, and the exhaust air-fuel ratio becomes the lean air-fuel ratio in most of the operating region accordingly. The NOx 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.
[0058]
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).
[0059]
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.
[0060]
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.
[0061]
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.
[0062]
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.
[0063]
The exhaust gas having a low oxygen concentration thus formed flows into the filter 20 and is reduced to nitrogen (N 2 ) while releasing nitrogen oxides (NOx) stored in the filter 20.
[0064]
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.
[0065]
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.
[0066]
Various sensors such as a common rail pressure sensor 4a, an air flow meter 11, an exhaust temperature sensor 24, a crank position sensor 33, an accelerator opening sensor 36, an air-fuel ratio sensor 37, and the like are connected to the ECU 35 through electric wiring. The output signal is input to the ECU 35.
[0067]
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.
[0068]
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.
[0069]
The input port 356 receives an output signal of a sensor that outputs a digital signal format signal like the crank position sensor 33 and transmits the output signal to the CPU 351 and the RAM 353.
[0070]
The input port 356 is connected via an A / D 355 of a sensor that outputs a signal in the form of an analog 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 air / fuel ratio sensor 37. And output those output signals to the CPU 351 and RAM 353.
[0071]
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.
[0072]
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. Application programs such as an EGR control routine for performing the above and a NOx purification control routine for adding the reducing agent to the filter 20 to reduce the stored NOx are stored.
[0073]
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.
[0074]
The RAM 353 stores output signals from the sensors, calculation results of the CPU 351, and the like. The calculation result is, for example, an engine speed calculated based on a 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.
[0075]
The backup RAM 354 is a non-volatile memory capable of storing data even after the engine 1 is stopped.
[0076]
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, and the like.
[0077]
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.
[0078]
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.
[0079]
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.
[0080]
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.
[0081]
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.
[0082]
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.
[0083]
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.
[0084]
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.
[0085]
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.
[0086]
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.
[0087]
As described above, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the filter 20 is spiked to the target rich air-fuel ratio, and the nitrogen oxide (NOx) absorbed by the NOx storage reduction catalyst can be reduced.
[0088]
By the way, during the reduction of the NOx stored in the NOx storage reduction catalyst by the rich spike control, the exhaust of the exhaust gas flowing out from the filter 20 due to the NOx and oxygen O 2 released from the NOx storage reduction catalyst is reduced. The fuel ratio becomes stoichiometric. That is, the air-fuel ratio of the exhaust gas downstream of the filter 20 becomes stoichiometric while the reducing agent is being added and until the reduction of NOx is completed. Therefore, NOx is reduced only during the period during which the stoichiometry continues. On the other hand, when the reducing agent is further added even though the reduction of NOx is completed, the reducing agent passes through the filter 20 without reacting with the NOx storage reduction catalyst, so the air-fuel ratio of the exhaust gas downstream of the filter 20 is rich. It becomes an air fuel ratio.
[0089]
Here, in the exhaust gas purification apparatus of the conventional internal combustion engine, the target rich air-fuel ratio related to the rich spike control is a fixed value determined on the assumption that the reducing agent supply mechanism and the filter 20 are in a typical state. Therefore, if the performance of the storage reduction type NOx catalyst, the characteristics of the reducing agent supply mechanism, the characteristics of the fuel injection valve 3 and the like change due to the passage of time of use or environmental changes, the absorption reduction type NOx catalyst absorbs them. There is a risk that the amount of the reducing agent added will be excessive or insufficient with respect to the amount of nitrogen oxide (NOx).
[0090]
Further, in a conventional internal combustion engine exhaust gas purification apparatus, the amount of reducing agent added during rich spike control is calculated based on the engine operating state up to that point. Such control was performed in an open loop, and a sufficient amount of reducing agent was added. Therefore, there is a risk of excess or deficiency of the reducing agent, and when it is excessively added, the reducing agent that is not oxidized is released into the atmosphere. On the other hand, when the addition amount is too low, the NOx storage reduction catalyst is saturated. There is a risk of NOx being released into the atmosphere. Furthermore, there is a possibility that fuel consumption may deteriorate due to excessive addition of a reducing agent.
[0091]
Accordingly, in the present embodiment, focusing on the fact that the air-fuel ratio of the exhaust downstream of the NOx storage reduction catalyst becomes stoichiometric when NOx stored in the NOx storage reduction catalyst is reduced, the exhaust gas downstream of the filter 20 is noticed. The excess / deficiency of the reducing agent addition amount is estimated by measuring the air-fuel ratio. In accordance with this, the next reducing agent addition amount is corrected to suppress excessive or insufficient reducing agent addition amount.
[0092]
Here, FIG. 4 is a time chart showing the transition of the air-fuel ratio of the exhaust downstream of the filter 20 before and after the addition of the reducing agent.
[0093]
Region {circle around (1)} is a state in which no reducing agent is added and operation is performed at a normal lean air-fuel ratio. In such a state, NOx in the exhaust is stored in the NOx storage reduction catalyst.
[0094]
Addition of the reducing agent is started at the boundary between the region (1) and the region (2).
[0095]
In region (2), the addition of a reducing agent releases nitrogen oxides (NOx) stored in the NOx storage reduction catalyst, and the released nitrogen oxides (NOx) are reduced to nitrogen (N 2 ). It is in a state. While the balance between the reducing agent addition amount and the NOx reduction amount is maintained, the air-fuel ratio sensor 37 outputs stoichiometry.
[0096]
Reduction of NOx stored in the NOx storage reduction catalyst is completed at the boundary between region (2) and region (3). At this time, it is desirable to end the addition of the reducing agent.
[0097]
Region (3) is a state in which a reducing agent is added even though NOx is not stored in the NOx storage reduction catalyst. The excessively added reducing agent does not react with NOx in the NOx storage reduction catalyst, passes through the filter 20, and the output of the air-fuel ratio sensor 37 becomes a rich air-fuel ratio.
[0098]
The addition of the reducing agent is completed at the boundary between the region (3) and the region (4). Therefore, FIG. 4 shows the output signal of the air-fuel ratio sensor 37 when the amount of the reducing agent corresponding to the region (3) is excessively added.
[0099]
After the region (4), NOx is occluded in the NOx storage reduction catalyst.
[0100]
As described above, the air-fuel ratio of the exhaust downstream of the filter 20 varies when the reducing agent is added. Here, since the reduction of the NOx stored in the NOx storage reduction catalyst is completed at the boundary between the region (2) and the region (3), if the addition of the reducing agent is terminated at this point, excessive or insufficient It is possible to add a reducing agent that does not exist. If the addition of the reducing agent is completed before this time, NOx remains in the NOx storage reduction catalyst, and the NOx storage capacity decreases. On the other hand, when the addition of the reducing agent is finished thereafter, there is a risk that the reducing agent is released into the atmosphere.
[0101]
In the present embodiment, based on the output signal of the air-fuel ratio sensor 37, when the air-fuel ratio of the exhaust gas at the end of addition of the reducing agent is stoichiometric , increase correction is performed assuming that the reducing agent is insufficient with respect to the required amount. On the other hand, when the air-fuel ratio of the exhaust gas at the end of addition of the reducing agent is rich, the amount of reducing agent is excessive with respect to the required amount, and the amount of reduction is corrected. As described above, the amount of reducing agent (which may be the reducing agent addition time) is feedback controlled while determining whether or not the reducing agent necessary for reducing NOx stored in the NOx storage reduction catalyst is added. .
[0102]
Here, FIG. 5 is a time chart showing the relationship between the reducing agent addition time and the air-fuel ratio. The upper part shows the case where the addition time of the reducing agent is insufficient, the middle part shows the case where the addition time of the reducing agent is appropriate, and the lower part shows the case where the addition time of the reducing agent is excessively long.
[0103]
When the upper reducing agent addition time is short, the reducing agent shortage up to the required addition time is obtained, and this reducing agent shortage is used as a correction value. On the other hand, when the lower-stage reducing agent addition time is too long, the excess reducing agent is obtained and this value is used as the correction value.
[0104]
Next, the calculation method of the reducing agent addition amount (it is good also as reducing agent addition time) by this Embodiment is demonstrated.
[0105]
FIG. 6 is a flowchart showing a flow for calculating the reducing agent addition amount.
[0106]
In step S101, the reducing agent addition amount τ is calculated from the map, and rich spike control based on the calculated value is performed.
[0107]
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 target reducing agent addition amount τmap required above is calculated and added. The calculated target reducing agent addition amount τmap is stored in the backup RAM 354 as the reducing agent addition amount τ.
[0108]
The actual NOx occlusion amount may be obtained by a NOx counter that counts the NOx amount occluded in the NOx storage reduction catalyst, and a reducing agent corresponding to the NOx occlusion amount may be supplied.
[0109]
In step S102, it is determined whether the air-fuel ratio of the exhaust after addition of the reducing agent is rich. In the present embodiment, when the air-fuel ratio after addition of the reducing agent is stoichiometric, the reducing agent is increased, while when the air-fuel ratio after addition of the reducing agent is a rich air-fuel ratio, the reducing agent is reduced.
[0110]
If an affirmative determination is made in step S102, the process proceeds to step S104. On the other hand, if a negative determination is made, the process proceeds to step S103.
[0111]
In step S103, the reducing agent increase correction is performed. The CPU 351 reads the current command reducing agent addition amount τ stored in the backup RAM 354 and adds a predetermined value 1 to this value. Here, the predetermined value 1 is smaller than the reducing agent addition amount τ. In this way, rich spike control is performed with a reducing agent in an amount obtained by adding the predetermined value 1 to the reducing agent addition amount τ. Also, a value obtained by adding the predetermined value 1 to the current command reducing agent addition amount τ is newly stored as the current command reducing agent addition amount τ.
[0112]
In step S104, reduction of the reducing agent is corrected. The CPU 351 reads the current command reducing agent addition amount τ stored in the backup RAM 354 and subtracts the predetermined value 1 from this value. Here, the predetermined value 1 is smaller than the reducing agent addition amount τ. In this way, rich spike control is performed with an amount of reducing agent obtained by subtracting the predetermined value 1 from the reducing agent addition amount τ. Further, a value obtained by subtracting the predetermined value 1 from the current command reducing agent addition amount τ is newly stored as the current command reducing agent addition amount τ. Then, it returns to step S102.
[0113]
In step S105, it is determined whether or not the air-fuel ratio of the exhaust after addition of the reducing agent is stoichiometric.
[0114]
If an affirmative determination is made in step S105, the process proceeds to step S106, whereas if a negative determination is made, the process proceeds to step S107.
[0115]
In step S106, reduction of the reducing agent is corrected. The CPU 351 reads the current command reducing agent addition amount τ stored in the backup RAM 354 and subtracts the predetermined value 2 from this value. Here, the predetermined value 2 is smaller than the predetermined value 1. In this way, rich spike control is performed with an amount of reducing agent obtained by subtracting the predetermined value 2 from the reducing agent addition amount τ. Further, a value obtained by subtracting the predetermined value 2 from the current command reducing agent addition amount τ is newly stored as the current command reducing agent addition amount τ. Thereafter, the process returns to step S105.
[0116]
In step S107, it is determined whether or not the counter value indicating the number of corrections is equal to or greater than a predetermined value N. When the correction of the reducing agent addition amount τ is performed a predetermined number of times, it is treated that the reducing agent addition amount τ has converged.
[0117]
If an affirmative determination is made in step S107, this routine is terminated. On the other hand, if a negative determination is made, the process proceeds to step S108.
[0118]
In step S108, the reducing agent increase correction is performed. The CPU 351 reads the current command reducing agent addition amount τ stored in the backup RAM 354 and adds a predetermined value 2 to this value. Here, the predetermined value 2 is smaller than the predetermined value 1. In this way, rich spike control is performed with a reducing agent in an amount obtained by adding the predetermined value 2 to the reducing agent addition amount τ. Further, a value obtained by adding the predetermined value 2 to the current command reducing agent addition amount τ is newly stored as the current command reducing agent addition amount τ. Thereafter, the process returns to step S105.
[0119]
In this way, the reducing agent addition amount τ can be converged, and the reducing agent addition amount can be corrected based on the output signal of the air-fuel ratio sensor 37.
[0120]
Here, in the conventional exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, open loop control is performed in which the amount of reducing agent obtained from the NOx occlusion amount is calculated using a map and added. In such control, there is a possibility that the amount of addition of the reducing agent may be excessive or insufficient due to aging of the reducing agent injection valve, the NOx storage reduction catalyst, the air flow meter, and the like.
[0121]
In that regard, in the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present embodiment, when the NOx stored in the NOx storage reduction catalyst is reduced, the air-fuel ratio of the exhaust gas downstream of the NOx storage reduction catalyst becomes stoichiometric. Paying attention, the excess / deficiency of the reducing agent addition amount is estimated by measuring the air-fuel ratio of the exhaust downstream of the filter 20. That is, the excess / deficiency amount of the reducing agent can be determined depending on whether the air-fuel ratio of the exhaust downstream of the NOx storage reduction catalyst at the end of the supply of the reducing agent is stoichiometric or rich, and the reducing agent addition amount is feedback controlled. It is possible.
[0122]
As described above, according to the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present embodiment, the reducing agent addition amount for reducing NOx from the filter 20 is corrected based on the output signal of the air-fuel ratio sensor 37 downstream of the filter 20. This makes it possible to supply exhaust gas having a target air-fuel ratio to the filter 20.
<Second Embodiment>
This embodiment is different from the first embodiment in the following points.
[0123]
That is, in the first embodiment, the reducing agent addition amount control map in the ROM 352 is accessed using the engine speed, accelerator opening, intake air amount, and fuel injection amount as parameters, and the air-fuel ratio of the exhaust gas is set in advance. A target reducing agent addition amount τmap necessary for setting the target air-fuel ratio is calculated and added. The correction amount of the reducing agent is calculated by subsequent feedback control.
[0124]
On the other hand, in the present embodiment, the addition of the reducing agent is started without obtaining the initial reducing agent addition amount. Then, feedback control is performed based on the reducing agent addition amount (reducing agent addition time) when the air-fuel ratio becomes rich from stoichiometric.
[0125]
In the present embodiment, the method of calculating the initial reducing agent addition amount is different from that in the first embodiment, but the basic configuration of the engine 1 and other hardware to be applied is described in the first embodiment. Since it is common to the first embodiment, the description is omitted.
[0126]
In the present embodiment, fuel addition is started when it is necessary to add a reducing agent to the filter 20. The CPU 351 monitors the output signal of the air-fuel ratio sensor 37 at that time, and if the air-fuel ratio changes from stoichiometric to rich, the fuel addition is terminated assuming that the reduction of NOx occluded in the filter 20 is completed. At this time, the addition amount (addition time) of the added fuel is set as the reducing agent addition amount τ in step S101 of FIG. 6 according to the first embodiment, and feedback control is performed in the same manner as in step S102 and subsequent steps of FIG. .
[0127]
Thus, according to the present embodiment, when the air-fuel ratio of the exhaust gas changes richly during the supply of the reducing agent, the time when the addition of the reducing agent ends can be obtained based on the air-fuel ratio of the exhaust gas downstream of the filter 20. it can.
[0128]
Moreover, according to this Embodiment, it is not necessary to memorize | store the reducing agent addition amount previously, and simplification of an apparatus can be achieved.
[0129]
【The invention's effect】
In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, it is possible to obtain the reduction completion timing of the stored NOx depending on whether the air-fuel ratio of the exhaust downstream of the NOx storage reduction catalyst is stoichiometric. The reducing agent addition amount can be corrected based on the NOx reduction completion timing thus obtained. Therefore, it is possible to supply the amount of reducing agent required when performing NOx reduction, and rich spike control can be performed with high accuracy.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing 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 time chart showing the transition of the air-fuel ratio of the exhaust downstream of the filter 20 before and after the supply of reducing agent.
FIG. 5 is a time chart showing the relationship between the reducing agent addition time and the air-fuel ratio.
FIG. 6 is a flowchart showing a flow for calculating a reducing agent addition amount.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION 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 24 ... Exhaust temperature sensor 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 37 Air-fuel ratio sensor

Claims (2)

希薄燃焼可能な内燃機関の排気通路に設けられ、流入する排気の空燃比がリーンのときにはNOxを吸蔵し流入する排気の空燃比がリッチのときに吸蔵したNOxをN2に還元する吸蔵還元型NOx触媒と、
前記吸蔵還元型NOx触媒下流の排気の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段と、
前記吸蔵還元型NOx触媒に還元剤を供給する還元剤供給手段と、
前記吸蔵還元型NOx触媒からNOxを放出させるNOx還元処理を実行する時期か否かを判定する還元剤処理実行時期判定手段と、
前記還元剤処理実行時期判定手段により実行時期であると判定されたときに前記吸蔵還元型NOx触媒を昇温させると共に該吸蔵還元型NOx触媒に吸蔵されているNOxを放出させるように前記還元剤供給手段から供給される還元剤量を目標還元剤量に制御する還元剤量制御手段と、
前記還元剤供給手段から前記吸蔵還元型NO x 触媒への前記目標還元剤量の還元剤の供給が終了した時点で、前記酸素濃度検出手段により検出された検出値がリッチのときは前記還元剤供給手段から供給される次回の還元剤量を減量し、前記酸素濃度検出手段により検出された検出値がストイキのときは前記還元剤供給手段から供給される次回の還元剤量を増量する還元剤量補正手段と、を備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
An occlusion reduction type that is provided in an exhaust passage of a lean burnable internal combustion engine and stores NOx when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust is lean and reduces NOx stored when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust is rich to N 2 NOx catalyst,
Oxygen concentration detection means for detecting the oxygen concentration of the exhaust downstream of the NOx storage reduction catalyst;
Reducing agent supply means for supplying a reducing agent to the NOx storage reduction catalyst;
Reducing agent treatment execution timing determination means for determining whether or not it is time to execute NOx reduction processing for releasing NOx from the NOx storage reduction catalyst;
When the reducing agent treatment execution time determination means determines that it is the execution time, the reducing agent is configured to raise the temperature of the NOx storage reduction catalyst and to release NOx stored in the NOx storage reduction catalyst. Reducing agent amount control means for controlling the amount of reducing agent supplied from the supply means to a target reducing agent amount ;
The reducing agent at the time the feed was finished the target reducing agent amount of the reducing agent from the supply means to the storage reduction the NO x catalyst, the when the detected value detected by the oxygen concentration detection means is rich the reducing agent A reducing agent that reduces the amount of the next reducing agent supplied from the supplying unit and increases the amount of the next reducing agent supplied from the reducing agent supplying unit when the detected value detected by the oxygen concentration detecting unit is stoichiometric. An exhaust emission control device for an internal combustion engine, comprising: an amount correction means.
前記還元剤供給手段から前記吸蔵還元型NO x 触媒への前記目標還元剤量の還元剤の供給が終了した時点で、前記酸素濃度検出手段により検出された検出値がリッチの場合、前記還元剤量補正手段は、前記酸素濃度検出手段により検出されたストイキ後のリッチの継続時間が長い程、次回の還元剤供給量を減量することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。 Wherein when the supply is finished for the target amount of reducing agent reducing agent from the reducing agent supply means to the storage reduction the NO x catalyst, when the detected value detected by the oxygen concentration detection means is rich, the reducing agent the amount correction means, the longer the rich duration after detected stoichiometric to the previous SL oxygen concentration-detecting means, the exhaust gas of the internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the reduction of the next reducing agent supply amount Purification equipment.
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