JP3791312B2 - 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、内燃機関の排気を浄化する技術に関し、特に、排気中の窒素酸化物を浄化する排気浄化装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、自動車等に搭載される内燃機関、特に酸素過剰状態の混合気(所謂、リーン空燃比の混合気)を燃焼可能とするディーゼル機関やリーンバーン・ガソリン機関では、該内燃機関の排気中に含まれる窒素酸化物(NOx)を浄化する技術が望まれている。
【0003】
このような要求に対し、内燃機関の排気系にリーンNOx触媒を配置する技術が提案されている。リーンNOx触媒の一つとして、流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中の窒素酸化物(NOx)を吸収し、流入する排気の酸素濃度が低下し且つ還元剤が存在するときは吸収していた窒素酸化物(NOx)を放出しつつ窒素(N2)に還元する吸蔵還元型NOx触媒が知られている。
【0004】
吸蔵還元型NOx触媒が内燃機関の排気系に配置されると、内燃機関が希薄燃焼運転されて排気の空燃比が高くなるときは排気中の窒素酸化物(NOx)が吸蔵還元型NOx触媒に吸収され、吸蔵還元型NOx触媒に流入する排気の空燃比が低くなったときは吸蔵還元型NOx触媒に吸収されていた窒素酸化物(NOx)が放出されつつ窒素(N2)に還元される。
【0005】
ところで、吸蔵還元型NOx触媒のNOx吸収能力には限りがあるため、内燃機関が長期にわたって希薄燃焼運転されると、吸蔵還元型NOx触媒のNOx吸収能力が飽和し、排気中の窒素酸化物(NOx)が吸蔵還元型NOx触媒によって除去されることなく大気中に放出されることになる。
【0006】
従って、吸蔵還元型NOx触媒を希薄燃焼式内燃機関に適用する場合は、吸蔵還元型NOx触媒のNOx吸収能力が飽和する前に該吸蔵還元型NOx触媒に流入する排気の空燃比を低下させる、所謂リッチスパイク制御を実行することにより、吸蔵還元型NOx触媒に吸収されている窒素酸化物(NOx)を放出及び還元させる必要がある。
【0007】
リッチスパイク制御の具体的な方法としては、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。
【0008】
尚、吸蔵還元型NOx触媒より上流の排気中に還元剤を添加する場合は、吸蔵還元型NOx触媒に吸収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。
【0009】
これは、吸蔵還元型NOx触媒に吸収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くされると余剰の還元剤が大気中に放出されることになり、吸蔵還元型NOx触媒に吸収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吸収能力が飽和し、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。
【0010】
このような問題に対し、従来では、特許第2845056号公報に記載されたような内燃機関の排気浄化装置が提案されている。この公報に記載された内燃機関の排気浄化装置は、吸蔵還元型NOx触媒において排気中の酸素と反応して消費される還元剤の量と吸蔵還元型NOx触媒に吸収されている窒素酸化物(NOx)を還元するために必要となる還元剤の量とを考慮して、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、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。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来の排気浄化装置は、吸蔵還元型NOx触媒において排気中の酸素と反応して消費される還元剤の量及び吸蔵還元型NOx触媒に吸収されている窒素酸化物(NOx)を還元するために必要となる還元剤の量を求める際に、排気中の酸素量と吸蔵還元型NOx触媒のNOx吸収量とが必要とされている。
【0012】
排気中の酸素量を求める方法として、吸蔵還元型NOx触媒より下流の排気通路に酸素センサや空燃比センサを設け、リッチスパイク制御の実行時に酸素センサ又は空燃比センサの出力信号値(実際の排気空燃比)に基づいて還元剤の添加量をフィードバック制御する方法が考えられる。
【0013】
しかし、この酸素センサ又は空燃比センサの出力信号は経年変化や劣化等によりずれを生じることがある。センサから出力された酸素量又は還元剤量と実際の酸素量又は還元剤量との間にずれが発生すると、還元剤の添加量を正確に制御することが困難となり、還元剤の過剰供給や供給不足に起因した排気エミッションの悪化が誘発される場合がある。
【0014】
本発明は、上記したような種々の問題に鑑みてなされたものであり、リーンNOx触媒とリッチスパイク制御とを組み合わせて排気中の窒素酸化物(NOx)を浄化する内燃機関の排気浄化装置において、排気通路に設けた空燃比センサの出力値の補正ができる技術を提供することにより、適正な空燃比のフィードバック制御を可能とし、排気エミッションの悪化を防止することを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記した課題を解決するために以下のような手段を採用した。
【0016】
すなわち、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、酸素過剰状態の混合気を燃焼可能とする希薄燃焼式の内燃機関と、前記内燃機関の排気通路に設けられ、排気の空燃比が高いときは排気中の窒素酸化物を吸収し、排気の空燃比が低いときは吸収していた窒素酸化物を放出しつつ還元するNOx触媒と、前記NOx触媒に吸収された窒素酸化物を放出及び還元すべくNOx浄化処理を実行するNOx浄化制御手段と、前記NOx触媒の酸化物による被毒を解消すべく、少なくとも、前記NOx触媒に流入する排気の空燃比をリッチ空燃比とすることで被毒解消処理を実行する被毒解消制御手段と、前記NOx触媒より下流側の前記排気通路に設けられ、排気の空燃比を計測する空燃比計測手段と、前記被毒解消処理実行初期であって前記NOx触媒から流出する排気の空燃比が理論空燃比近辺の空燃比となるときに、前記空燃比計測手段の出力信号と所定値とを比較し、出力信号にずれが発生している場合には、このずれの値に基づいてその後の空燃比計測手段の出力信号を補正する空燃比補正手段と、を具備することを特徴とする。
【0017】
このように構成された内燃機関の排気浄化装置では、内燃機関が希薄燃焼運転されているときは、排気の空燃比が高くなるため、排気中に含まれる窒素酸化物がNOx触媒に吸収される。そして、NOx触媒に吸収された窒素酸化物を放出及び還元させる必要が生じると、NOx浄化制御手段は、NOx浄化処理を実行して前記NOx触媒に吸収されている窒素酸化物を放出及び還元させる。
【0018】
また、被毒解消制御手段は、NOx触媒の酸化物による被毒を解消する必要が生じると、NOx触媒の被毒解消処理を実行する。NOx触媒の酸化物被毒を解消する場合は、NOx触媒内を還元雰囲気にする必要があるため、被毒解消処理では、被毒解消制御手段は、NO x 触媒に流入する排気の空燃比をリッチ空燃比まで低下させることになる。
【0019】
この被毒解消処理初期時にNOx触媒から窒素酸化物が放出されると、NOx触媒から流出した排気の空燃比は、理論空燃比近辺の所定空燃比へ変化することになる。
【0020】
即ち、被毒解消処理の初期の空燃比計測手段の出力値が、所定空燃比にないときは、空燃比制御手段の劣化等が考えられる。
【0021】
更に、被毒解消処理は、NOx浄化処理に比して長期間実行されるため、NOx触媒から放出された窒素酸化物に起因する排気空燃比の変化が明確に表れやすい。
【0022】
そして、被毒解消処理初期における空燃比計測手段の出力値と所定値(空燃比計測手段新品時の出力値)とを比較し、この二つにずれが発生している場合は、算出されたずれの値に基づいて空燃比計測手段の出力値を補正することができるようになる。
【0023】
この結果、正確な空燃比を計測することができ、この計測値に基づいてNOx触媒への還元剤添加制御や内燃機関への燃料噴射量制御を行うことができる。
【0024】
【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。
【0025】
図1は、本発明に係る排気浄化装置を適用する内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図である。
【0026】
図1に示す内燃機関1は、4つの気筒2を有する水冷式の4ストローク・サイクル・ディーゼル機関である。
【0027】
内燃機関1は、各気筒2の燃焼室に直接燃料を噴射する燃料噴射弁3を備えている。各燃料噴射弁3は、燃料を所定圧まで蓄圧する蓄圧室(コモンレール)4と接続されている。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。
【0028】
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、内燃機関1の出力軸(クランクシャフト)の回転トルクを駆動源として作動するポンプであり、該燃料ポンプ6の入力軸に取り付けられたポンププーリ6が内燃機関1の出力軸(クランクシャフト)に取り付けられたクランクプーリ1aとベルト7を介して連結されている。
【0029】
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。
【0030】
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。
【0031】
次に、内燃機関1には、吸気枝管8が接続されており、吸気枝管8の各枝管は、各気筒2の燃焼室と図示しない吸気ポートを介して連通している。
【0032】
前記吸気枝管8は、吸気管9に接続され、この吸気管9は、エアクリーナボックス10に接続されている。前記エアクリーナボックス10より下流の吸気管9には、該吸気管9内を流れる吸気の質量に対応した電気信号を出力するエアフローメータ11と、該吸気管9内を流れる吸気の温度に対応した電気信号を出力する吸気温度センサ12とが取り付けられている。
【0033】
前記吸気管9における吸気枝管8の直上流に位置する部位には、該吸気管9内を流れる吸気の流量を調節する吸気絞り弁13が設けられている。この吸気絞り弁13には、ステッパモータ等で構成されて該吸気絞り弁13を開閉駆動する吸気絞り用アクチュエータ14が取り付けられている。
【0034】
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。
【0035】
このように構成された吸気系では、エアクリーナボックス10に流入した吸気は、該エアクリーナボックス10内の図示しないエアクリーナによって吸気中の塵や埃等が除去された後、吸気管9を介してコンプレッサハウジング15aに流入する。
【0036】
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。
【0037】
一方、内燃機関1には、排気枝管18が接続され、排気枝管18の各枝管が図示しない排気ポートを介して各気筒2の燃焼室と連通している。
【0038】
前記排気枝管18は、前記遠心過給機15のタービンハウジング15bと接続されている。前記タービンハウジング15bは、排気管19と接続され、この排気管19は、下流にて図示しないマフラーに接続されている。
【0039】
前記排気管19の途中には、排気中の有害ガス成分を浄化するための排気浄化触媒20が配置されている。排気浄化触媒20より下流の排気管19には、該排気管19内を流れる排気の空燃比に対応した電気信号を出力する空燃比センサ23と、該排気管19内を流れ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とが取り付けられている。
【0040】
前記した空燃比センサ23及び排気温度センサ24より下流の排気管19には、該排気管19内を流れる排気の流量を調節する排気絞り弁21が設けられている。この排気絞り弁21には、ステッパモータ等で構成されて該排気絞り弁21を開閉駆動する排気絞り用アクチュエータ22が取り付けられている。
【0041】
このように構成された排気系では、内燃機関1の各気筒2で燃焼された混合気(既燃ガス)が排気ポートを介して排気枝管18へ排出され、次いで排気枝管18から遠心過給機15のタービンハウジング15bへ流入する。タービンハウジング15bに流入した排気は、該排気が持つ熱エネルギを利用してタービンハウジング15b内に回転自在に支持されたタービンホイールを回転させる。その際、タービンホイールの回転トルクは、前述したコンプレッサハウジング15aのコンプレッサホイールへ伝達される。
【0042】
前記タービンハウジング15bから排出された排気は、排気管19を介して排気浄化触媒20へ流入し、排気中の有害ガス成分が除去又は浄化される。排気浄化触媒20にて有害ガス成分を除去又は浄化された排気は、必要に応じて排気絞り弁21によって流量を調節された後にマフラーを介して大気中に放出される。
【0043】
また、排気枝管18と吸気枝管8とは、排気枝管18内を流れる排気の一部を吸気枝管8へ再循環させる排気再循環通路(EGR通路)25を介して連通されている。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内を流れる排気(以下、EGRガスと称する)の流量を変更する流量調整弁(EGR弁)26が設けられている。
【0044】
前記EGR通路25においてEGR弁26より上流の部位には、該EGR通路25内を流れるEGRガスを冷却するEGRクーラ27が設けられている。
【0045】
このように構成された排気再循環機構では、EGR弁26が開弁されると、EGR通路25が導通状態となり、排気枝管18内を流れる排気の一部が前記EGR通路25へ流入し、EGRクーラ27を経て吸気枝管8へ導かれる。
【0046】
その際、EGRクーラ27では、EGR通路25内を流れるEGRガスと所定の冷媒との間で熱交換が行われ、EGRガスが冷却されることになる。
【0047】
EGR通路25を介して排気枝管18から吸気枝管8へ還流されたEGRガスは、吸気枝管8の上流から流れてきた新気と混ざり合いつつ各気筒2の燃焼室へ導かれ、燃料噴射弁3から噴射される燃料を着火源として燃焼される。
【0048】
ここで、EGRガスには、水(H2O)や二酸化炭素(CO2)などのように、自らが燃焼することがなく、且つ、吸熱性を有する不活性ガス成分が含まれているため、EGRガスが混合気中に含有されると、混合気の燃焼温度が低められ、以て窒素酸化物(NOx)の発生量が抑制される。
【0049】
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。
【0050】
次に、本実施の形態に係る排気浄化触媒20について具体的に説明する。
【0051】
排気浄化触媒20は、還元剤の存在下で排気中の窒素酸化物(NOx)を浄化するNOx触媒である。このようなNOx触媒としては、選択還元型NOx触媒や吸蔵還元型NOx触媒等を例示することができるが、ここでは吸蔵還元型NOx触媒を例に挙げて説明する。以下、排気浄化触媒20を吸蔵還元型NOx触媒20と称するものとする。
【0052】
吸蔵還元型NOx触媒20は、例えば、アルミナを担体とし、その担体上に、カリウム(K)、ナトリウム(Na)、リチウム(Li)、もしくはセシウム(Cs)等のアルカリ金属と、バリウム(Ba)もしくはカルシウム(Ca)等のアルカリ土類と、ランタン(La)もしくはイットリウム(Y)等の希土類とから選択された少なくとも1つと、白金(Pt)等の貴金属とを担持して構成されている。尚、本実施の形態では、アルミナからなる担体上にバリウム(Ba)と白金(Pt)とを担持して構成される吸蔵還元型NOx触媒を例に挙げて説明する。
【0053】
このように構成された吸蔵還元型NOx触媒20は、該吸蔵還元型NOx触媒20に流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中の窒素酸化物(NOx)を吸収する。
【0054】
一方、吸蔵還元型NOx触媒20は、該吸蔵還元型NOx触媒20に流入する排気の酸素濃度が低下したときは吸収していた窒素酸化物(NOx)を放出する。その際、排気中に炭化水素(HC)や一酸化炭素(CO)等の還元成分が存在していれば、吸蔵還元型NOx触媒20は、該吸蔵還元型NOx触媒20から放出された窒素酸化物(NOx)を窒素(N2)に還元せしめることができる。
【0055】
尚、吸蔵還元型NOx触媒20のNOx吸放出作用については明らかにされていない部分もあるが、おおよそ以下のようなメカニズムによって行われていると考えられる。
【0056】
先ず、吸蔵還元型NOx触媒20では、該吸蔵還元型NOx触媒20に流入する排気の空燃比がリーン空燃比となって排気中の酸素濃度が高まると、図2(A)に示されるように、排気中の酸素(O2)がO2 -またはO2-の形で白金(Pt)の表面上に付着する。排気中の一酸化窒素(NO)は、白金(Pt)の表面上でO2 -またはO2-と反応して二酸化窒素(NO2)を形成する(2NO+O2→2NO2)。二酸化窒素(NO2)は、白金(Pt)の表面上で更に酸化され、硝酸イオン(NO3-)の形で吸蔵還元型NOx触媒20に吸収される。尚、吸蔵還元型NOx触媒20に吸収された硝酸イオン(NO3-)は、酸化バリウム(BaO)と結合して硝酸バリウム(Ba(NO3)2)を形成する。
【0057】
このように吸蔵還元型NOx触媒20に流入する排気の空燃比がリーン空燃比であるときは、排気中の窒素酸化物(NOx)が硝酸イオン(NO3-)として吸蔵還元型NOx触媒20に吸収される。
【0058】
上記したようなNOx吸収作用は、流入排気の空燃比がリーン空燃比であり、且つ吸蔵還元型NOx触媒20のNOx吸収能力が飽和しない限り継続される。従って、吸蔵還元型NOx触媒20に流入する排気の空燃比がリーン空燃比であるときは、吸蔵還元型NOx触媒20のNOx吸収能力が飽和しない限り、排気中の窒素酸化物(NOx)が吸蔵還元型NOx触媒20に吸収され、排気中から窒素酸化物(NOx)が除去されることになる。
【0059】
これに対して、吸蔵還元型NOx触媒20では、該吸蔵還元型NOx触媒20に流入する排気の酸素濃度が低下すると、白金(Pt)の表面上において二酸化窒素(NO2)の生成量が減少するため、酸化バリウム(BaO)と結合していた硝酸イオン(NO3-)が逆に二酸化窒素(NO2)や一酸化窒素(NO)となって吸蔵還元型NOx触媒20から離脱する。
【0060】
その際、排気中に炭化水素(HC)や一酸化炭素(CO)等の還元成分が存在していれば、それらの還元成分が白金(Pt)上の酸素(O2-またはO2-)と部分的に反応して活性種を形成する。この活性種は、吸蔵還元型NOx触媒20から放出された二酸化窒素(NO2)や一酸化窒素(NO)を窒素(N2)に還元せしめることになる。
【0061】
従って、吸蔵還元型NOx触媒20に流入する排気の空燃比が理論空燃比又はリッチ空燃比となって排気中の酸素濃度が低下するとともに還元剤の濃度が高まると、吸蔵還元型NOx触媒20に吸収されていた窒素酸化物(NOx)が放出及び還元され、以て吸蔵還元型NOx触媒20のNOx吸収能力が再生されることになる。
【0062】
ところで、内燃機関1が希薄燃焼運転されている場合は、内燃機関1から排出される排気の空燃比がリーン雰囲気となり排気の酸素濃度が高くなるため、排気中に含まれる窒素酸化物(NOx)が吸蔵還元型NOx触媒20に吸収されることになるが、内燃機関1の希薄燃焼運転が長期間継続されると、吸蔵還元型NOx触媒20のNOx吸収能力が飽和し、排気中の窒素酸化物(NOx)が吸蔵還元型NOx触媒20にて除去されずに大気中へ放出されてしまう。
【0063】
特に、内燃機関1のようなディーゼル機関では、大部分の運転領域においてリーン空燃比の混合気が燃焼され、それに応じて大部分の運転領域において排気の空燃比がリーン空燃比となるため、吸蔵還元型NOx触媒20のNOx吸収能力が飽和し易い。
【0064】
従って、内燃機関1が希薄燃焼運転されている場合は、吸蔵還元型NOx触媒20のNOx吸収能力が飽和する前に吸蔵還元型NOx触媒20に流入する排気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、吸蔵還元型NOx触媒20に吸収された窒素酸化物(NOx)を放出及び還元させる必要がある。
【0065】
これに対し、本実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置は、吸蔵還元型NOx触媒20より上流の排気通路を流れる排気中に還元剤たる燃料(軽油)を添加する還元剤供給機構を備え、この還元剤供給機構から排気中へ燃料を添加することにより、吸蔵還元型NOx触媒20に流入する排気の酸素濃度を低下させるとともに還元剤の濃度を高めるようにした。
【0066】
還元剤供給機構は、図1に示されるように、その噴孔が排気枝管18内に臨むよう内燃機関1のシリンダヘッドに取り付けられ、所定の開弁圧以上の燃料が印加されたときに開弁して燃料を噴射する還元剤噴射弁28と、前述した燃料ポンプ6から吐出された燃料を前記還元剤噴射弁28へ導く還元剤供給路29と、この還元剤供給路29の途中に設けられ該還元剤供給通路29内を流れる燃料の流量を調整する流量調整弁30と、この流量調整弁30より上流の還元剤供給路29に設けられて該還元剤供給路29内の燃料の流れを遮断する遮断弁31と、前記流量調整弁30より上流の還元剤供給路29に取り付けられ該還元剤供給路29内の圧力に対応した電気信号を出力する還元剤圧力センサ32と、を備えている。
【0067】
尚、還元剤噴射弁28は、該還元剤噴射弁28の噴孔が排気枝管18におけるEGR通路25との接続部位より下流であって、排気枝管18における4つの枝管の集合部に最も近い気筒2の排気ポートに突出するとともに、排気枝管18の集合部へ向くようシリンダヘッドに取り付けられることが好ましい。
【0068】
これは、還元剤噴射弁28から噴射された還元剤(未燃の燃料成分)がEGR通路25へ流入するのを防止するとともに、還元剤が排気枝管18内に滞ることなく遠心過給機のタービンハウジング15bへ到達するようにするためである。
【0069】
尚、図1に示す例では、内燃機関1の4つの気筒2のうち1番(#1)気筒2が排気枝管18の集合部と最も近い位置にあるため、1番(#1)気筒2の排気ポートに還元剤噴射弁28が取り付けられているが、1番(#1)気筒2以外の気筒2が排気枝管18の集合部と最も近い位置にあるときは、その気筒2の排気ポートに還元剤噴射弁28が取り付けられるようにする。
【0070】
また、前記還元剤噴射弁28は、シリンダヘッドに形成された図示しないウォータージャケットを貫通、あるいはウォータージャケットに近接して取り付けられるようにし、前記ウォータージャケットを流れる冷却水を利用して還元剤噴射弁28を冷却するようにしてもよい。
【0071】
このような還元剤供給機構では、流量調整弁30が開弁されると、燃料ポンプ6から吐出された高圧の燃料が還元剤供給路29を介して還元剤噴射弁28へ印加される。そして、還元剤噴射弁28に印加される燃料の圧力が開弁圧以上に達すると、該還元剤噴射弁28が開弁して排気枝管18内へ還元剤としての燃料が噴射される。
【0072】
還元剤噴射弁28から排気枝管18内へ噴射された還元剤は、排気枝管18の上流から流れてきた排気とともにタービンハウジング15bへ流入する。タービンハウジング15b内に流入した排気と還元剤とは、タービンホイールの回転によって撹拌されて均質に混合され、リッチ空燃比の排気を形成する。
【0073】
このようにして形成されたリッチ空燃比の排気は、タービンハウジング15bから排気管19を介して吸蔵還元型NOx触媒20に流入し、吸蔵還元型NOx触媒20に吸収されていた窒素酸化物(NOx)を放出させつつ窒素(N2)に還元することになる。
【0074】
その後、流量調整弁30が閉弁されて燃料ポンプ6から還元剤噴射弁28への還元剤の供給が遮断されると、還元剤噴射弁28に印加される燃料の圧力が前記開弁圧未満となり、その結果、還元剤噴射弁28が閉弁し、排気枝管18内への還元剤の添加が停止されることになる。
【0075】
以上述べたように構成された内燃機関1には、該内燃機関1を制御するための電子制御ユニット(ECU:Electronic Control Unit)35が併設されている。このECU35は、内燃機関1の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関1の運転状態を制御するユニットである。
【0076】
ECU35には、コモンレール圧センサ4a、エアフローメータ11、吸気温度センサ12、吸気管圧力センサ17、空燃比センサ23、排気温度センサ24、還元剤圧力センサ32、クランクポジションセンサ33、水温センサ34、アクセル開度センサ36等の各種センサが電気配線を介して接続され、上記した各種センサの出力信号がECU35に入力されるようになっている。
【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、EGR弁26、流量調整弁30、遮断弁31等が電気配線を介して接続され、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、吸気温度センサ12、吸気管圧力センサ17、空燃比センサ23、排気温度センサ24、還元剤圧力センサ32、水温センサ34、アクセル開度センサ36、等のように、アナログ信号形式の信号を出力するセンサの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、流量調整弁30、遮断弁31等と電気配線を介して接続され、CPU351から出力される制御信号を、前記した燃料噴射弁3、吸気絞り用アクチュエータ14、排気絞り用アクチュエータ22、EGR弁26、流量調整弁30、あるいは遮断弁31へ送信する。
【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、吸蔵還元型NOx触媒20に吸収された窒素酸化物(NOx)を浄化するためのNOx浄化制御ルーチン、吸蔵還元型NOx触媒20の酸化物による被毒を解消するための被毒解消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、内燃機関1の運転状態と基本燃料噴射量(基本燃料噴射時間)との関係を示す燃料噴射量制御マップ、内燃機関1の運転状態と基本燃料噴射時期との関係を示す燃料噴射時期制御マップ、内燃機関1の運転状態と吸気絞り弁13の目標開度との関係を示す吸気絞り弁開度制御マップ、内燃機関1の運転状態と排気絞り弁21の目標開度との関係を示す排気絞り弁開度制御マップ、内燃機関1の運転状態とEGR弁26の目標開度との関係を示すEGR弁開度制御マップ、内燃機関1の運転状態と還元剤の目標添加量(もしくは、排気の目標空燃比)との関係を示す還元剤添加量制御マップ、還元剤の目標添加量と流量調整弁30の開弁時間との関係を示す流量調整弁制御マップ等である。
【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、内燃機関1の運転停止後もデータを記憶可能な不揮発性のメモリである。
【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、被毒解消制御を実行する。
【0087】
例えば、燃料噴射弁制御では、CPU351は、先ず、燃料噴射弁3から噴射される燃料量を決定し、次いで燃料噴射弁3から燃料を噴射する時期を決定する。
【0088】
燃料噴射量を決定する場合は、CPU351は、RAM353に記憶されている機関回転数とアクセル開度センサ36の出力信号(アクセル開度)とを読み出す。CPU351は、燃料噴射量制御マップへアクセスし、前記機関回転数及び前記アクセル開度に対応した基本燃料燃料噴射量(基本燃料噴射時間)を算出する。CPU351は、エアフローメータ11、吸気温度センサ12、水温センサ34等の出力信号値等に基づいて前記基本燃料噴射時間を補正し、最終的な燃料噴射時間を決定する。
【0089】
燃料噴射時期を決定する場合は、CPU351は、燃料噴射開始時期制御マップへアクセスし、前記機関回転数及び前記アクセル開度に対応した基本燃料噴射時期を算出する。CPU351は、エアフローメータ11、吸気温度センサ12、水温センサ34、空燃比センサ23等の出力信号値をパラメータとして前記基本燃料噴射時期を補正し、最終的な燃料噴射時期を決定する。
【0090】
燃料噴射時間と燃料噴射時期とが決定されると、CPU351は、前記燃料噴射時期とクランクポジションセンサ33の出力信号とを比較し、前記クランクポジションセンサ33の出力信号が前記燃料噴射開始時期と一致した時点で燃料噴射弁3に対する駆動電力の印加を開始する。CPU351は、燃料噴射弁3に対する駆動電力の印加を開始した時点からの経過時間が前記燃料噴射時間に達した時点で燃料噴射弁3に対する駆動電力の印加を停止する。
【0091】
尚、燃料噴射制御において内燃機関1の運転状態がアイドル運転状態にある場合は、CPU351は、水温センサ34の出力信号値や、車室内用空調装置のコンプレッサのようにクランクシャフトの回転力を利用して作動する補機類の作動状態等をパラメータとして内燃機関1の目標アイドル回転数を算出する。そして、CPU351は、実際のアイドル回転数が目標アイドル回転数と一致するよう燃料噴射量をフィードバック制御する。
【0092】
また、吸気絞り制御では、CPU351は、例えば、RAM353に記憶されている機関回転数とアクセル開度とを読み出す。CPU351は、吸気絞り弁開度制御マップへアクセスし、機関回転数及びアクセル開度に対応した目標吸気絞り弁開度を算出する。CPU351は、前記目標吸気絞り弁開度に対応した駆動電力を吸気絞り用アクチュエータ14に印加する。その際、CPU351は、吸気絞り弁13の実際の開度を検出して、実際の吸気絞り弁13の開度と目標吸気絞り弁開度との差分に基づいて前記吸気絞り用アクチュエータ14をフィードバック制御するようにしてもよい。
【0093】
また、排気絞り制御では、CPU351は、例えば、内燃機関1が冷間始動後の暖機運転状態にある場合や、車室内用ヒータが作動状態にある場合などに排気絞り弁21を閉弁方向へ駆動すべく排気絞り用アクチュエータ22を制御する。
【0094】
この場合、内燃機関1の負荷が増大し、それに対応して燃料噴射量が増量されることなる。その結果、内燃機関1の発熱量が増加し、内燃機関1の暖機が促進されるとともに、車室内用ヒータの熱源が確保される。
【0095】
また、EGR制御では、CPU351は、RAM353に記憶されている機関回転数、水温センサ34の出力信号(冷却水温度)、アクセル開度センサ36の出力信号(アクセル開度)等を読み出し、EGR制御の実行条件が成立しているか否かを判別する。
【0096】
上記したEGR制御実行条件としては、冷却水温度が所定温度以上にある、内燃機関1が始動時から所定時間以上連続して運転されている、アクセル開度の変化量が正値である等の条件を例示することができる。
【0097】
上記したようなEGR制御実行条件が成立していると判定した場合は、CPU351は、機関回転数とアクセル開度とをパラメータとしてEGR弁開度制御マップへアクセスし、前記機関回転数及び前記アクセル開度に対応した目標EGR弁開度を算出する。CPU351は、前記目標EGR弁開度に対応した駆動電力をEGR弁26に印加する。一方、上記したようなEGR制御実行条件が成立していないと判定した場合は、CPU351は、EGR弁26を全閉状態に保持すべく制御する。
【0098】
更に、EGR制御では、CPU351は、内燃機関1の吸入空気量をパラメータとしてEGR弁26の開度をフィードバック制御する、いわゆるEGR弁フィードバック制御を行うようにしてもよい。
【0099】
EGR弁フィードバック制御では、例えば、CPU351は、アクセル開度や機関回転数等をパラメータとして内燃機関1の目標吸入空気量を決定する。その際、アクセル開度と機関回転数と目標吸入空気量との関係を予めマップ化しておき、そのマップとアクセル開度と機関回転数とから目標吸入空気量が算出されるようにしてもよい。
【0100】
上記した手順により目標吸入空気量が決定されると、CPU351は、RAM353に記憶されたエアフローメータ11の出力信号値(実際の吸入空気量)を読み出し、実際の吸入空気量と目標吸入空気量とを比較する。
【0101】
前記した実際の吸入空気量が前記目標吸入空気量より少ない場合には、CPU351は、EGR弁26を所定量閉弁させる。この場合、EGR通路25から吸気枝管8へ流入するEGRガス量が減少し、それに応じて内燃機関1の気筒2内に吸入されるEGRガス量が減少することになる。その結果、内燃機関1の気筒2内に吸入される新気の量は、EGRガスが減少した分だけ増加する。
【0102】
一方、実際の吸入空気量が目標吸入空気量より多い場合には、CPU351は、EGR弁26を所定量開弁させる。この場合、EGR通路25から吸気枝管8へ流入するEGRガス量が増加し、それに応じて内燃機関1の気筒2内に吸入されるEGRガス量が増加する。この結果、内燃機関1の気筒2内に吸入される新気の量は、EGRガスが増加した分だけ減少することになる。
【0103】
次に、NOx浄化制御では、CPU351は、吸蔵還元型NOx触媒20に流入する排気の空燃比を比較的に短い周期でスパイク的(短時間)にリッチ空燃比とする、所謂リッチスパイク制御を実行する。
【0104】
リッチスパイク制御では、CPU351は、所定の周期毎にリッチスパイク制御実行条件が成立しているか否かを判別する。このリッチスパイク制御実行条件としては、例えば、吸蔵還元型NOx触媒20が活性状態にある、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、被毒解消制御が実行されていない、等の条件を例示することができる。
【0105】
上記したようなリッチスパイク制御実行条件が成立していると判定された場合は、CPU351は、還元剤噴射弁28からスパイク的に還元剤たる燃料を噴射させるべく流量調整弁30を制御することにより、吸蔵還元型NOx触媒20に流入する排気の空燃比を一時的に所定の目標リッチ空燃比とする。
【0106】
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23の出力信号、燃料噴射量等を読み出す。CPU351は、前記した機関回転数とアクセル開度と吸入空気量と燃料噴射量とをパラメータとしてROM352の還元剤添加量制御マップへアクセスし、排気の空燃比を予め設定された目標リッチ空燃比とする上で必要となる還元剤の添加量(目標添加量)を算出する。
【0107】
続いて、CPU351は、前記目標添加量をパラメータとしてROM352の流量調整弁制御マップへアクセスし、還元剤噴射弁28から目標添加量の還元剤を噴射させる上で必要となる流量調整弁30の開弁時間(目標開弁時間)を算出する。
【0108】
流量調整弁30の目標開弁時間が算出されると、CPU351は、流量調整弁30を開弁させる。この場合、燃料ポンプ6から吐出された高圧の燃料が還元剤供給路29を介して還元剤噴射弁28へ供給されるため、還元剤噴射弁28に印加される燃料の圧力が開弁圧以上に達し、還元剤噴射弁28が開弁する。
【0109】
CPU351は、流量調整弁30を開弁させた時点から前記目標開弁時間が経過すると、流量調整弁30を閉弁させる。この場合、燃料ポンプ6から還元剤噴射弁28への還元剤の供給が遮断されるため、還元剤噴射弁28に印加される燃料の圧力が開弁圧未満となり、還元剤噴射弁28が閉弁する。
【0110】
このように流量調整弁30が目標開弁時間だけ開弁されると、目標添加量の燃料が還元剤噴射弁28から排気枝管18内へ噴射されることになる。そして、還元剤噴射弁28から噴射された還元剤は、排気枝管18の上流から流れてきた排気と混ざり合って目標リッチ空燃比の混合気を形成して吸蔵還元型NOx触媒20に流入する。
【0111】
この結果、吸蔵還元型NOx触媒20に流入する排気の空燃比は、比較的に短い周期で「リーン」と「スパイク的な目標リッチ空燃比」とを交互に繰り返すことになり、以て、吸蔵還元型NOx触媒20が窒素酸化物(NOx)の吸収と放出・還元とを交互に短周期的に繰り返すことになる。
【0112】
次に、被毒解消制御では、CPU351は、吸蔵還元型NOx触媒20の酸化物による被毒を解消すべく被毒解消処理を行うことになる。
【0113】
ここで、内燃機関1の燃料には硫黄(S)が含まれている場合があり、そのような燃料が内燃機関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。
【0114】
硫黄酸化物(SOx)は、排気とともに吸蔵還元型NOx触媒20に流入し、窒素酸化物(NOx)と同様のメカニズムによって吸蔵還元型NOx触媒20に吸収される。
【0115】
具体的には、吸蔵還元型NOx触媒20に流入する排気の空燃比がリーン空燃比であるときには、前述したNOx吸収メカニズムの説明で述べたように、酸素(O2)がO2 -又はO2-の形で白金(Pt)の表面に付着しているため、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O2 -又はO2-と反応してSO3-やSO4-となる。
【0116】
SO3-やSO4-は、白金(Pt)の表面上で更に酸化され、硫酸イオン(SO4 2-)の形で吸蔵還元型NOx触媒20に吸収される。尚、吸蔵還元型NOx触媒20に吸収された硫酸イオン(SO4 2-)は、酸化バリウム(BaO)と結合して硫酸塩(BaSO4)を形成する。
【0117】
このように吸蔵還元型NOx触媒20に流入する排気の空燃比がリーン空燃比であるときは、排気中の硫黄酸化物(SOx)が硫酸イオン(SO4 2-)として吸蔵還元型NOx触媒20に吸収される。
【0118】
ところで、硫酸塩(BaSO4)は、硝酸バリウム(Ba(NO3)2)に比して安定していて分解し難く、吸蔵還元型NOx触媒20に流入する排気の空燃比が理論空燃比又はリッチ空燃比となっても分解されずに吸蔵還元型NOx触媒20内に残留してしまう。
【0119】
吸蔵還元型NOx触媒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)の吸収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、吸蔵還元型NOx触媒20のNOx吸収能力が低下する、いわゆるSOx被毒が発生する。
【0120】
吸蔵還元型NOx触媒20のSOx被毒を解消する方法としては、吸蔵還元型NOx触媒20の雰囲気温度をおよそ500℃〜700℃の高温域まで昇温させるとともに、吸蔵還元型NOx触媒20に流入する排気の空燃比をリッチ空燃比とすることにより、吸蔵還元型NOx触媒20に吸収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。
【0121】
そこで、本実施の形態に係る被毒解消処理では、CPU351は、先ず吸蔵還元型NOx触媒20の床温を高める触媒昇温処理を実行した上で、吸蔵還元型NOx触媒20に流入する排気の空燃比をリッチ空燃比とするようにした。
【0122】
触媒昇温処理では、CPU351は、例えば、各気筒2の膨張行程時に燃料噴射弁3から副次的に燃料をポスト噴射させるとともに還元剤噴射弁28から排気中へ燃料を添加させることにより、それらの未燃燃料成分を吸蔵還元型NOx触媒20において酸化させ、酸化の際に発生する熱によって吸蔵還元型NOx触媒20の床温を高めるようにしてもよい。
【0123】
但し、吸蔵還元型NOx触媒20が過剰に昇温すると、吸蔵還元型NOx触媒20の熱劣化が誘発される可能性があるため、排気温度センサ24の出力信号値に基づいてポスト噴射燃料量及び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。
【0124】
上記したような触媒昇温処理により吸蔵還元型NOx触媒20の床温が500℃〜700℃程度の高温域まで上昇すると、CPU351は、吸蔵還元型NOx触媒20に流入する排気の空燃比をリッチ空燃比とすべく還元剤噴射弁28から燃料を噴射させる。
【0125】
尚、還元剤噴射弁28から過剰な燃料が噴射されると、それらの燃料が吸蔵還元型NOx触媒20で急激に燃焼して吸蔵還元型NOx触媒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吸蔵還元型NOx触媒20が不要に冷却される虞があるため、CPU351は、空燃比センサ23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。
【0126】
このように被毒解消処理が実行されると、吸蔵還元型NOx触媒20の床温が高い状況下で、吸蔵還元型NOx触媒20に流入する排気の空燃比がリッチ空燃比となるため、吸蔵還元型NOx触媒20に吸収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)と反応して気体状のSO2-に還元されになり、以て吸蔵還元型NOx触媒20のSOx被毒が解消されることになる。
【0127】
また、前述したNOx浄化制御では、CPU351が所定の周期でリッチスパイク制御を実行することにより、吸蔵還元型NOx触媒20に流入する排気の空燃比をスパイク的に目標リッチ空燃比とし、吸蔵還元型NOx触媒20に吸収された窒素酸化物(NOx)を放出及び還元している。
【0128】
ところで、リッチスパイク制御に係る目標リッチ空燃比は、還元剤供給機構や吸蔵還元型NOx触媒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20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20に吸収されている窒素酸化物(NOx)量に対して還元剤の供給量が過多となったり、又は吸蔵還元型NOx触媒20に吸収されている窒素酸化物(NOx)量に対して還元剤の供給量が不足する可能性がある。
【0129】
このような問題に対し、リッチスパイク制御の実行中に空燃比センサ23の出力信号に基づいて吸蔵還元型NOx触媒20から放出される窒素酸化物(NOx)量を検出し、検出された窒素酸化物(NOx)量に応じて目標リッチ空燃比(言い換えれば、還元剤の添加量)をフィードバック制御することが考えられる。
【0130】
また、空燃比は空燃比センサ23が新品状態の出力信号により算出されるため、経年変化や劣化等によって出力特性が変化すると、空燃比の誤認が発生し、正確なフィードバック制御を行うことが困難になる。
【0131】
そこで、本実施の形態では、CPU351は、吸蔵還元型NOx触媒20に流入する排気の空燃比が比較的長い期間リッチ空燃比とされる被毒解消処理の実行時に、空燃比センサ23の出力信号から算出した空燃比と所定値(空燃比センサ23が新品のときの被毒解消処理初期の空燃比)とを比較し、その偏差に基づいて空燃比センサ23の出力信号を補正するようにした。
【0132】
すなわち、被毒解消処理では、吸蔵還元型NOx触媒20に流入する排気の空燃比がリッチ空燃比とされるため、該被毒解消処理の実行初期には吸蔵還元型NOx触媒20に吸収されていた窒素酸化物(NOx)が放出されることになる。吸蔵還元型NOx触媒20から窒素酸化物(NOx)が放出されると、図4に示すように吸蔵還元型NOx触媒20より下流の排気空燃比(以下、下流側排気空燃比と称する)は、放出された窒素酸化物(NOx)に含まれる酸素や吸蔵していた酸素(いわゆるO2ストレージ)に起因して理論空燃比近辺の所定空燃比となる。
【0133】
従って、被毒解消処理の実行初期時に下流側排気空燃比が所定空燃比からどれだけずれているかを算出することにより、空燃比センサ23のずれ量つまり補正すべき値を算出することができる。
【0134】
このようにして空燃比センサ23の出力値が補正されると、CPU351は、その補正値をRAM353又はバックアップRAM354の所定領域に記憶させる。
【0135】
被毒解消制御の実行終了後にNOx浄化制御が実行されるときは、CPU351は、RAM353又はバックアップRAM354に記憶された空燃比センサ23の補正値に基づきリッチスパイク制御を実行する。
【0136】
この場合、リッチスパイク制御において還元剤噴射弁28から噴射される還元剤の量は、吸蔵還元型NOx触媒20から実際に放出される排気の空燃比が反映された量となるため、経年変化や劣化等に起因して空燃比センサ23の出力特性が変化した場合であっても、還元剤の添加量を最適な量とすることが可能となる。
【0137】
この結果、被毒解消やNOx浄化処理時のリッチスパイク制御において還元剤の過剰供給や供給不足が生じることがなく、還元剤の過剰供給や供給不足に起因した排気エミッションの悪化が防止される。
【0138】
また、リッチスパイク制御を行っていない場合でも、内燃機関に供給する燃料量を排気の空燃比からフィードバック制御することができ、同様に排気エミッションの悪化を防止することができる。
【0139】
以下、本実施の形態に係る被毒解消制御について図5のフローチャートに沿って具体的に説明する。
【0140】
図5に示すフローチャートは、被毒解消制御ルーチンを示すフローチャートである。この被毒解消制御ルーチンは、CPU351によって所定時間毎(例えば、クランクポジションセンサ33がパルス信号を出力する度)に繰り返し実行されるルーチンであり、予めROM352に記憶されている。
【0141】
被毒解消制御ルーチンでは、CPU351は、先ずS501において、被毒解消処理の実行条件が成立しているか否かを判別する。前記した被毒解消処理の実行条件としては、例えば、吸蔵還元型NOx触媒20が活性状態にある、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、NOx浄化制御が非実行状態にある、吸蔵還元型NOx触媒20のSOx被毒度合いが許容範囲を越えている、等の条件を例示することができる。
【0142】
前記S501において被毒解消処理の実行条件が不成立であると判定された場合は、CPU351は、本ルーチンの実行を一旦終了する。
【0143】
前記S501において被毒解消処理の実行条件が成立していると判定された場合は、CPU351は、S502へ進み、RAM353から機関回転数、アクセル開度センサ36の出力信号値(アクセル開度)、空燃比センサ23からの出力信号を読み出し、それら機関回転数、アクセル開度、空燃比をパラメータとして、吸蔵還元型NOx触媒20に流入する排気の空燃比を所定の基準リッチ空燃比とする上で必要となる還元剤(燃料)の添加量を算出する。
【0144】
その際、機関回転数とアクセル開度と還元剤の添加量との関係を予め実験的に求め、それらの関係をマップ化してROM352等に記憶しておくようにしてもよい。
【0145】
S503では、CPU351は、前記S502で決定された還元剤添加量に従って流量調整弁30を制御し、還元剤噴射弁28から排気中への還元剤の添加を開始する。
【0146】
S504では、CPU351は、空燃比センサ23の出力信号(下流側排気空燃比)をRAM353に記憶させる。
【0147】
S505では、CPU351は、被毒解消処理の実行終了条件が成立したか否かを判別する。被毒解消処理の実行終了条件としては、例えば、被毒解消処理の実行時間が所定時間以上に達したという条件を例示することができる。
【0148】
前記S505において被毒解消処理の実行終了条件が不成立であると判定された場合は、CPU351は、前述したS504以降の処理を繰り返し実行する。
【0149】
前記505において被毒解消処理の実行終了条件が成立していると判定された場合は、CPU351は、S506へ進み、還元剤の添加を終了させるべく流量調整弁30を制御する。
【0150】
S507では、被毒解消制御初期の下流側排気空燃比が所定空燃比と等しいか否か判定する。
【0151】
前記S507において下流側排気空燃比が所定空燃比と等しいと判定されたときは、本ルーチンの実行を一旦終了する。
【0152】
前記S507において下流側排気空燃比が所定空燃比と異なると判定されたときは、S508へ進む。
【0153】
S508では、S504でRAM353に記憶された被毒解消制御中の下流側排気空燃比と所定空燃比との偏差を算出し、算出した値を補正値としてバックアップRAM354の所定領域へ記憶させ、本ルーチンの実行を一旦終了する。
【0154】
上記したような被毒解消制御ルーチンが実行された後のNOx浄化制御では、CPU351は、空燃比センサ23の出力信号から求めた空燃比にバックアップRAM354の所定領域に記憶された補正値を加えたものを実際の下流側排気空燃比とみなしてリッチスパイク制御を実行することになる。
【0155】
このようにCPU351が被毒解消制御ルーチンを実行することにより、本発明に係る被毒解消制御手段とNOx量検出手段とNOx浄化処理変更手段とが実現されることになる。
【0156】
従って、本実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置によれば、リッチスパイク制御において還元剤噴射弁28から噴射される還元剤の量は、吸蔵還元型NOx触媒20から実際に放出される排気の空燃比が反映された量となるため、経年変化や劣化等に起因して空燃比センサ23の出力信号の特性等が変化した場合であっても、還元剤の添加量を最適な量とすることが可能となる。
【0157】
この結果、リッチスパイク制御において還元剤の過剰供給や供給不足が生じることがなく、還元剤の過剰供給や供給不足に起因した排気エミッションの悪化を防止することが可能となる。
【0158】
【発明の効果】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、NOx触媒の被毒解消処理が実行されているときに排気の空燃比を計測し、計測された空燃比と所定値との偏差に基づいて空燃比計測手段の出力値を補正する。
【0159】
この結果、正確な空燃比の計測が可能となり、空燃比計測手段の経年変化や劣化等により出力信号にずれが発生した場合であっても最適なNOx浄化処理を行うことが可能となる。
【0160】
特に、NOx浄化処理においてNOx触媒に流入する排気の空燃比を所定の目標排気空燃比とすべく排気中に還元剤を添加するよう構成された排気浄化装置では、空燃比の誤認による還元剤の過剰供給や供給不足などに起因した排気エミッションの悪化が防止されることになる。
【0161】
また、NOx浄化処理以外の内燃機関への燃料噴射量を決定する場合においても正確な空燃比フィードバック制御を行うことができ、排気エミッションの悪化が防止されることになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る内燃機関の排気浄化装置を適用する内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図
【図2】 (A)吸蔵還元型NOx触媒のNOx吸収メカニズムを説明する図
(B)吸蔵還元型NOx触媒のNOx放出メカニズムを説明する図
【図3】 ECUの内部構成を示すブロック図
【図4】 被毒解消処理における下流側排気空燃比の所定値と実測値の一例を示す図
【図5】 被毒解消制御ルーチンを示すフローチャート図
【符号の説明】
1・・・・内燃機関
2・・・・気筒
3・・・・燃料噴射弁
4・・・・コモンレール
5・・・・燃料供給管
6・・・・燃料ポンプ
18・・・排気枝管
19・・・排気管
20・・・吸蔵還元型NOx触媒
21・・・排気絞り弁
23・・・空燃比センサ
25・・・EGR通路
26・・・EGR弁
27・・・EGRクーラ
28・・・還元剤噴射弁
29・・・還元剤供給路
30・・・流量調整弁
31・・・遮断弁
32・・・還元剤圧力センサ
33・・・クランクポジションセンサ
34・・・水温センサ
35・・・ECU
351・・CPU
352・・ROM
353・・RAM
354・・バックアップRAM[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a technology for purifying exhaust gas from an internal combustion engine, and more particularly to an exhaust gas purification device that purifies nitrogen oxides in the exhaust gas.
[0002]
[Prior art]
In recent years, in an internal combustion engine mounted on an automobile or the like, particularly a diesel engine or lean burn gasoline engine that can burn an oxygen-rich mixture (so-called lean air-fuel mixture), the exhaust gas from the internal combustion engine A technique for purifying contained nitrogen oxide (NOx) is desired.
[0003]
In response to such demands, a technique for arranging a lean NOx catalyst in the exhaust system of an internal combustion engine has been proposed. As one of the lean NOx catalysts, it absorbs nitrogen oxides (NOx) in the exhaust when the oxygen concentration in the inflowing exhaust is high, and absorbs when the oxygen concentration in the inflowing exhaust is low and a reducing agent is present. Nitrogen (Nx) while releasing nitrogen oxides (NOx)2The NOx storage reduction catalyst is known to reduce to (3).
[0004]
When the NOx storage reduction catalyst is arranged in the exhaust system of the internal combustion engine, when the internal combustion engine is operated in lean combustion and the air-fuel ratio of the exhaust gas becomes high, nitrogen oxide (NOx) in the exhaust gas becomes the NOx storage reduction catalyst. When the air-fuel ratio of the exhaust gas that has been absorbed and flows into the NOx storage reduction catalyst becomes low, nitrogen oxide (NOx) that has been absorbed by the NOx storage reduction catalyst is released while nitrogen (N2).
[0005]
By the way, since the NOx absorption capacity of the NOx storage reduction catalyst is limited, when the internal combustion engine is operated for lean combustion over a long period of time, the NOx absorption capacity of the NOx storage reduction catalyst is saturated, and the nitrogen oxide ( NOx) is released into the atmosphere without being removed by the NOx storage reduction catalyst.
[0006]
Therefore, when the NOx storage reduction catalyst is applied to a lean combustion internal combustion engine, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx storage reduction catalyst is reduced before the NOx absorption capacity of the NOx storage reduction catalyst is saturated. It is necessary to release and reduce nitrogen oxide (NOx) absorbed in the NOx storage reduction catalyst by performing so-called rich spike control.
[0007]
As a specific method of the rich spike control, a method of adding fuel as a reducing agent into the exhaust gas flowing upstream from the NOx storage reduction catalyst can be exemplified.
[0008]
When a reducing agent is added to the exhaust gas upstream of the NOx storage reduction catalyst, the amount of reducing agent added is accurately controlled according to the nitrogen oxide (NOx) absorbed in the NOx storage reduction catalyst. It is also important.
[0009]
This is because if the amount of reducing agent added is excessively increased relative to nitrogen oxide (NOx) absorbed in the NOx storage reduction catalyst, excess reducing agent will be released into the atmosphere. If the amount of reducing agent added is insufficient with respect to nitrogen oxide (NOx) absorbed in the reduced NOx catalyst, the NOx absorption capacity of the NOx storage reduction catalyst will be saturated, and the nitrogen oxide (NOx) in the exhaust will be purified. This is because they are released into the atmosphere without being used.
[0010]
Conventionally, an exhaust emission control device for an internal combustion engine as described in Japanese Patent No. 2845056 has been proposed for such a problem. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine described in this publication includes an amount of reducing agent consumed by reacting with oxygen in exhaust gas in the NOx storage reduction catalyst and nitrogen oxides absorbed in the NOx storage reduction catalyst ( In consideration of the amount of reducing agent required to reduce (NOx), the amount of reducing agent added is determined to prevent excessive supply or supply shortage of the reducing agent. It is intended to suppress the deterioration of exhaust emission due to the release of (NOx) into the atmosphere.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
The conventional exhaust purification apparatus described above reduces the amount of reducing agent consumed by reacting with oxygen in the exhaust in the NOx storage reduction catalyst and nitrogen oxides (NOx) absorbed in the NOx storage reduction catalyst. Therefore, when determining the amount of reducing agent required for this purpose, the amount of oxygen in the exhaust and the amount of NOx absorbed by the NOx storage reduction catalyst are required.
[0012]
As a method for obtaining the amount of oxygen in the exhaust, an oxygen sensor or an air-fuel ratio sensor is provided in the exhaust passage downstream of the NOx storage reduction catalyst, and the output signal value of the oxygen sensor or air-fuel ratio sensor (actual exhaust gas when the rich spike control is executed) A method of feedback control of the amount of reducing agent added based on the air / fuel ratio) is conceivable.
[0013]
However, the output signal of the oxygen sensor or air-fuel ratio sensor may be shifted due to aging or deterioration. If a deviation occurs between the amount of oxygen or reducing agent output from the sensor and the actual amount of oxygen or reducing agent, it becomes difficult to accurately control the amount of reducing agent added. Deterioration of exhaust emissions due to supply shortage may be induced.
[0014]
The present invention has been made in view of the various problems described above, and is an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine that purifies nitrogen oxides (NOx) in exhaust gas by combining a lean NOx catalyst and rich spike control. An object of the present invention is to provide a technique capable of correcting an output value of an air-fuel ratio sensor provided in an exhaust passage, thereby enabling feedback control of an appropriate air-fuel ratio and preventing deterioration of exhaust emission.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
The present invention employs the following means in order to solve the above-described problems.
[0016]
That is, the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention is provided in a lean combustion type internal combustion engine capable of combusting an air-fuel mixture in an oxygen-excess state, and an exhaust passage of the internal combustion engine when the air-fuel ratio of the exhaust gas is high. NOx catalyst that absorbs nitrogen oxides in the exhaust and reduces the exhausted nitrogen oxides when the air-fuel ratio of the exhaust is low, and releases and reduces the nitrogen oxides absorbed by the NOx catalyst NOx purification control means for performing NOx purification processing as much as possible, and poisoning by at least making the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx catalyst a rich air-fuel ratio in order to eliminate poisoning due to oxides of the NOx catalyst Poisoning elimination control means for executing elimination processing, air-fuel ratio measuring means provided in the exhaust passage downstream of the NOx catalyst, for measuring the air-fuel ratio of the exhaust,When the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing out from the NOx catalyst at the initial stage of execution of the poisoning elimination processing becomes an air-fuel ratio in the vicinity of the theoretical air-fuel ratio,The output signal of the air-fuel ratio measuring means is compared with a predetermined value, and if there is a deviation in the output signal, the air-fuel ratio for correcting the output signal of the subsequent air-fuel ratio measuring means based on the deviation value And a correcting means.
[0017]
In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine configured as described above, when the internal combustion engine is in a lean combustion operation, the air-fuel ratio of the exhaust gas becomes high, so that nitrogen oxides contained in the exhaust gas are absorbed by the NOx catalyst. . When it is necessary to release and reduce the nitrogen oxides absorbed by the NOx catalyst, the NOx purification control means executes a NOx purification process to release and reduce the nitrogen oxides absorbed by the NOx catalyst. .
[0018]
Further, when it becomes necessary to eliminate the poisoning due to the oxide of the NOx catalyst, the poisoning elimination control means executes a NOx catalyst poisoning elimination process. In order to eliminate the NOx catalyst oxide poisoning, it is necessary to make the inside of the NOx catalyst a reducing atmosphere.NO x The air / fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst will be reduced to the rich air / fuel ratio..
[0019]
When nitrogen oxides are released from the NOx catalyst at the initial stage of the poisoning elimination process, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing out from the NOx catalyst changes to a predetermined air-fuel ratio in the vicinity of the theoretical air-fuel ratio.
[0020]
That is, when the output value of the air-fuel ratio measuring means at the initial stage of the poisoning elimination process is not at the predetermined air-fuel ratio, the air-fuel ratio control means may be deteriorated.
[0021]
Furthermore, since the poisoning elimination process is performed for a longer period of time than the NOx purification process, a change in the exhaust air-fuel ratio due to the nitrogen oxides released from the NOx catalyst tends to appear clearly.
[0022]
Then, the output value of the air-fuel ratio measuring means at the initial stage of the poisoning elimination process is compared with a predetermined value (the output value when the air-fuel ratio measuring means is new), and if there is a difference between the two, the calculated value is calculated. Based on the deviation value, the output value of the air-fuel ratio measuring means can be corrected.
[0023]
As a result, an accurate air-fuel ratio can be measured, and the reducing agent addition control to the NOx catalyst and the fuel injection amount control to the internal combustion engine can be performed based on the measured value.
[0024]
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 emission control device according to the present invention is applied to a diesel engine for driving a vehicle will be described as an example.
[0025]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an internal combustion engine to which an exhaust gas purification apparatus according to the present invention is applied and its intake and exhaust system.
[0026]
An
[0027]
The
[0028]
The
[0029]
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.
[0030]
The fuel discharged from the fuel pump 6 is supplied to the
[0031]
Next, an intake branch pipe 8 is connected to the
[0032]
The intake branch pipe 8 is connected to an intake pipe 9, and the intake pipe 9 is connected to an air
[0033]
An intake throttle valve 13 for adjusting the flow rate of the intake air flowing through the intake pipe 9 is provided in 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
[0034]
The intake pipe 9 positioned between the air flow meter 11 and the intake throttle valve 13 is provided with a
[0035]
In the intake system configured as described above, the intake air that has flowed into the
[0036]
The intake air flowing into the
[0037]
On the other hand, an
[0038]
The
[0039]
An exhaust
[0040]
The
[0041]
In the exhaust system configured as described above, the air-fuel mixture (burned gas) combusted in each
[0042]
The exhaust discharged from the
[0043]
Further, the
[0044]
An EGR cooler 27 that cools the EGR gas flowing in the
[0045]
In the exhaust gas recirculation mechanism configured as described above, when the
[0046]
At that time, in the EGR cooler 27, heat exchange is performed between the EGR gas flowing in the
[0047]
The EGR gas recirculated from the
[0048]
Here, the EGR gas contains water (H2O) and carbon dioxide (CO2) And the like, and an inert gas component having endothermic properties is contained in the mixture, so if EGR gas is contained in the mixture, the combustion temperature of the mixture is lowered. Therefore, the amount of nitrogen oxide (NOx) generated is suppressed.
[0049]
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.
[0050]
Next, the
[0051]
The
[0052]
The NOx
[0053]
The NOx
[0054]
On the other hand, the NOx
[0055]
In addition, although there is a part which is not clarified about the NOx absorption / release action of the NOx
[0056]
First, in the NOx
[0057]
Thus, when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx
[0058]
The above-described NOx absorption action is continued unless the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is a lean air-fuel ratio and the NOx absorption capacity of the NOx
[0059]
On the other hand, in the NOx
[0060]
At that time, if reducing components such as hydrocarbon (HC) and carbon monoxide (CO) are present in the exhaust, these reducing components are converted into oxygen (O) on platinum (Pt).2-Or O2-) To form an active species. This active species is nitrogen dioxide (NO) released from the NOx
[0061]
Therefore, when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx
[0062]
By the way, when the
[0063]
In particular, in a diesel engine such as the
[0064]
Therefore, when the
[0065]
In contrast, the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present embodiment includes a reducing agent supply mechanism that adds fuel (light oil) as a reducing agent to the exhaust gas flowing through the exhaust passage upstream of the NOx
[0066]
As shown in FIG. 1, the reducing agent supply mechanism is attached to the cylinder head of the
[0067]
The reducing
[0068]
This prevents the reducing agent (unburned fuel component) injected from the reducing
[0069]
In the example shown in FIG. 1, the first (# 1)
[0070]
The reducing
[0071]
In such a reducing agent supply mechanism, when the flow
[0072]
The reducing agent injected from the reducing
[0073]
The rich air-fuel ratio exhaust gas thus formed flows into the NOx
[0074]
Thereafter, when the flow
[0075]
The
[0076]
The
[0077]
On the other hand, the
[0078]
Here, as shown in FIG. 3, the
[0079]
The
[0080]
The
[0081]
The
[0082]
The
[0083]
The
[0084]
The
[0085]
The
[0086]
The
[0087]
For example, in the fuel injection valve control, the
[0088]
When determining the fuel injection amount, the
[0089]
When determining the fuel injection timing, the
[0090]
When the fuel injection time and the fuel injection timing are determined, the
[0091]
In the fuel injection control, when the operation state of the
[0092]
In the intake throttle control, for example, the
[0093]
In the exhaust throttle control, the
[0094]
In this case, the load on the
[0095]
In the EGR control, the
[0096]
As the EGR control execution condition described above, the cooling water temperature is equal to or higher than a predetermined temperature, the
[0097]
If it is determined that the EGR control execution condition as described above is satisfied, the
[0098]
Further, in the EGR control, the
[0099]
In the EGR valve feedback control, for example, the
[0100]
When the target intake air amount is determined by the above-described procedure, the
[0101]
When the actual intake air amount is smaller than the target intake air amount, the
[0102]
On the other hand, when the actual intake air amount is larger than the target intake air amount, the
[0103]
Next, in the NOx purification control, the
[0104]
In the rich spike control, the
[0105]
When it is determined that the rich spike control execution condition as described above is satisfied, the
[0106]
Specifically, the
[0107]
Subsequently, the
[0108]
When the target valve opening time of the flow
[0109]
The
[0110]
Thus, when the flow
[0111]
As a result, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx
[0112]
Next, in the poisoning elimination control, the
[0113]
Here, the fuel of the
[0114]
Sulfur oxide (SOx) flows into the NOx
[0115]
Specifically, when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx
[0116]
SO3-And SOFour-Is further oxidized on the surface of platinum (Pt), and sulfate ions (SOFour 2-) Is absorbed by the NOx
[0117]
Thus, when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx
[0118]
By the way, sulfate (BaSOFour) Is barium nitrate (Ba (NOThree)2) Is stable and difficult to decompose, and even if the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx
[0119]
Sulfate (BaSO) in the NOx storage reduction catalyst 20Four) Increases, the amount of barium oxide (BaO) that can participate in the absorption of nitrogen oxides (NOx) decreases accordingly, so the NOx absorption capacity of the NOx
[0120]
As a method for eliminating SOx poisoning of the NOx
[0121]
Therefore, in the poisoning elimination process according to the present embodiment, the
[0122]
In the catalyst temperature raising process, the
[0123]
However, if the storage reduction
[0124]
When the bed temperature of the NOx
[0125]
When excessive fuel is injected from the reducing
[0126]
When the poisoning elimination process is executed in this way, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx
[0127]
In the above-described NOx purification control, the
[0128]
By the way, 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 NOx
[0129]
To solve this problem, the amount of nitrogen oxide (NOx) released from the NOx
[0130]
Further, since the air-fuel ratio is calculated from the output signal of the air-
[0131]
Therefore, in the present embodiment, the
[0132]
That is, in the poisoning elimination process, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx
[0133]
Therefore, by calculating how much the downstream exhaust air-fuel ratio deviates from the predetermined air-fuel ratio at the initial stage of execution of the poisoning elimination process, it is possible to calculate the deviation amount of the air-
[0134]
When the output value of the air-
[0135]
When the NOx purification control is executed after the execution of the poisoning elimination control, the
[0136]
In this case, the amount of the reducing agent injected from the reducing
[0137]
As a result, there is no excessive supply or supply shortage of the reducing agent in the rich spike control during the elimination of poisoning or the NOx purification process, and the exhaust emission caused by the excessive supply or supply of the reducing agent is prevented.
[0138]
Further, even when the rich spike control is not performed, the amount of fuel supplied to the internal combustion engine can be feedback controlled from the air-fuel ratio of the exhaust, and similarly, the exhaust emission can be prevented from deteriorating.
[0139]
Hereinafter, the poisoning elimination control according to the present embodiment will be specifically described along the flowchart of FIG.
[0140]
The flowchart shown in FIG. 5 is a flowchart showing a poisoning elimination control routine. This poisoning elimination control routine is a routine that is repeatedly executed by the
[0141]
In the poisoning elimination control routine, first, in S501, the
[0142]
If it is determined in S501 that the execution condition of the poisoning elimination process is not satisfied, the
[0143]
If it is determined in S501 that the condition for executing the poisoning elimination process is satisfied, the
[0144]
At this time, the relationship among the engine speed, the accelerator opening, and the amount of reducing agent added may be experimentally obtained in advance, and the relationship may be mapped and stored in the
[0145]
In S503, the
[0146]
In S504, the
[0147]
In S505, the
[0148]
If it is determined in S505 that the condition for ending the poisoning elimination process is not satisfied, the
[0149]
If it is determined in
[0150]
In S507, it is determined whether or not the downstream exhaust air-fuel ratio in the initial poisoning elimination control is equal to the predetermined air-fuel ratio.
[0151]
When it is determined in S507 that the downstream exhaust air-fuel ratio is equal to the predetermined air-fuel ratio, the execution of this routine is temporarily terminated.
[0152]
If it is determined in S507 that the downstream exhaust air-fuel ratio is different from the predetermined air-fuel ratio, the process proceeds to S508.
[0153]
In S508, the deviation between the downstream exhaust air-fuel ratio during the poisoning elimination control stored in the
[0154]
In the NOx purification control after the poisoning elimination control routine as described above is executed, the
[0155]
Thus, when the
[0156]
Therefore, according to the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present embodiment, the amount of reducing agent injected from the reducing
[0157]
As a result, excessive supply or supply shortage of the reducing agent does not occur in the rich spike control, and it becomes possible to prevent the exhaust emission from being deteriorated due to excessive supply or supply of the reducing agent.
[0158]
【The invention's effect】
An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention measures the air-fuel ratio of exhaust gas when NOx catalyst poisoning elimination processing is being executed, and based on the deviation between the measured air-fuel ratio and a predetermined value The output value of the measuring means is corrected.
[0159]
As a result, it is possible to accurately measure the air-fuel ratio, and it is possible to perform the optimum NOx purification process even when the output signal is deviated due to aging or deterioration of the air-fuel ratio measuring means.
[0160]
In particular, in an exhaust gas purification apparatus configured to add a reducing agent to the exhaust gas so that the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx catalyst in the NOx purification process becomes a predetermined target exhaust air-fuel ratio, the reducing agent due to a misidentification of the air-fuel ratio. Exhaust emissions caused by excessive supply or supply shortage are prevented from deteriorating.
[0161]
In addition, when determining the fuel injection amount to the internal combustion engine other than the NOx purification process, accurate air-fuel ratio feedback control can be performed, and deterioration of exhaust emission is prevented.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an internal combustion engine to which an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention is applied and its intake and exhaust system.
FIG. 2A is a view for explaining the NOx absorption mechanism of the NOx storage reduction catalyst.
(B) A diagram illustrating the NOx release mechanism of the NOx storage reduction catalyst
FIG. 3 is a block diagram showing the internal configuration of the ECU
FIG. 4 is a diagram showing an example of a predetermined value and an actual measurement value of a downstream exhaust air-fuel ratio in poisoning elimination processing
FIG. 5 is a flowchart showing a poisoning elimination control routine.
[Explanation of symbols]
1 ... Internal combustion engine
2. Cylinder
3. Fuel injection valve
4 ... Common rail
5. Fuel supply pipe
6. Fuel pump
18 ... Exhaust branch pipe
19 ... Exhaust pipe
20 ... NOx storage reduction catalyst
21 ... Exhaust throttle valve
23 ... Air-fuel ratio sensor
25 ... EGR passage
26 ... EGR valve
27 ... EGR cooler
28 ... Reducing agent injection valve
29 ... Reducing agent supply path
30 ... Flow control valve
31 ... Shut-off valve
32 ... Reducing agent pressure sensor
33 ... Crank position sensor
34 ... Water temperature sensor
35 ... ECU
351 ... CPU
352 ... ROM
353 ... RAM
354 ... Backup RAM
Claims (2)
前記内燃機関の排気通路に設けられ、排気の空燃比が高いときは排気中の窒素酸化物を吸収し、排気の空燃比が低いときは吸収していた窒素酸化物を放出しつつ還元するNOx触媒と、
前記NOx触媒に吸収された窒素酸化物を放出及び還元すべくNOx浄化処理を実行するNOx浄化制御手段と、
前記NOx触媒の酸化物による被毒を解消すべく、少なくとも、前記NOx触媒に流入する排気の空燃比をリッチ空燃比とすることで被毒解消処理を実行する被毒解消制御手段と、
前記NOx触媒より下流側の前記排気通路に設けられ、排気の空燃比を計測する空燃比計測手段と、
前記被毒解消処理実行初期であって前記NOx触媒から流出する排気の空燃比が理論空燃比近辺の空燃比となるときに、前記空燃比計測手段の出力信号と所定値とを比較し、出力信号にずれが発生している場合には、このずれの値に基づいてその後の空燃比計測手段の出力信号を補正する空燃比補正手段と、
を具備することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。A lean combustion internal combustion engine capable of combusting an oxygen-rich mixture.
NOx that is provided in the exhaust passage of the internal combustion engine and absorbs nitrogen oxide in the exhaust when the air-fuel ratio of the exhaust is high, and reduces while releasing the nitrogen oxide that was absorbed when the air-fuel ratio of the exhaust is low A catalyst,
NOx purification control means for performing NOx purification processing to release and reduce nitrogen oxides absorbed by the NOx catalyst;
Poisoning elimination control means for performing poisoning elimination processing by setting the air-fuel ratio of exhaust flowing into the NOx catalyst to a rich air-fuel ratio in order to eliminate poisoning due to oxides of the NOx catalyst;
An air-fuel ratio measuring means that is provided in the exhaust passage downstream of the NOx catalyst and measures the air-fuel ratio of the exhaust;
When the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing out from the NOx catalyst at the initial stage of execution of the poisoning elimination process becomes an air-fuel ratio in the vicinity of the theoretical air-fuel ratio, the output signal of the air-fuel ratio measuring means is compared with a predetermined value and output When a deviation occurs in the signal, air-fuel ratio correction means for correcting the output signal of the subsequent air-fuel ratio measurement means based on the value of the deviation;
An exhaust emission control device for an internal combustion engine, comprising:
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