JP3798623B2 - 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、特に排気浄化触媒へ還元剤を供給することにより排気中の有害ガス成分を浄化する技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年では、希薄燃焼可能な内燃機関の排気に含まれる窒素酸化物(NOx)を低減する手段の一つとして、選択還元型NOx触媒や吸蔵還元型NOx触媒などのリーンNOx触媒が知られている。
【0003】
選択還元型NOx触媒は、酸素過剰の雰囲気で炭化水素(HC)等の還元剤が存在するときに窒素酸化物(NOx)を還元または分解する触媒であり、このような触媒としては、ゼオライトにCu等の遷移金属をイオン交換して坦持してなる触媒、ゼオライトまたはアルミナからなる担体に貴金属を坦持してなる触媒、等が含まれる。
【0004】
この選択還元型NOx触媒を利用して窒素酸化物(NOx)を浄化するには適量のHC成分(還元剤)が必要となるが、内燃機関が希薄燃焼運転されているときは排気中のHC成分量が極めて少なくなるため、希薄燃焼運転時に排気中のNOxを浄化するためには、選択還元型NOx触媒にHC成分を別途供給する必要がある。
【0005】
一方、吸蔵還元型NOx触媒は、流入排気が酸素過剰状態にあるときには排気中の窒素酸化物(NOx)を吸収し、流入排気の酸素濃度が低下し且つ炭化水素(HC)等の還元剤が存在するときには吸収していた窒素酸化物(NOx)を放出しつつ還元する触媒である。
【0006】
この吸蔵還元型NOx触媒が希薄燃焼式内燃機関に適用された場合、該内燃機関の希薄燃焼運転時は排気の空燃比がリーンとなるため、排気中の窒素酸化物(NOx)が吸蔵還元型NOx触媒に吸収されることとなる。しかしながら、リーン空燃比の排気が長期間にわたって吸蔵還元型NOx触媒に供給され続けると、吸蔵還元型NOx触媒のNOx吸収能力が飽和し、窒素酸化物(NOx)が吸蔵還元型NOx触媒に吸収されずにリークされることとなる。そこで、吸蔵還元型NOx触媒を利用して窒素酸化物(NOx)を浄化する場合は、吸蔵還元型NOx触媒のNOx吸収能力が飽和する前に所定のタイミングで流入排気の酸素濃度を低下さるとともに排気中のHC成分量を増加させ、吸蔵還元型NOx触媒に吸収されていた窒素酸化物(NOx)を放出しつつ窒素(N2)に還元し、以て吸蔵還元型NOx触媒のNOx吸収能力を回復させる必要がある。
【0007】
このように選択還元型NOx触媒や吸蔵還元型NOx触媒などのリーンNOx触媒は、一様にして還元剤の存在下で排気中の窒素酸化物(NOx)を浄化可能となるため、リーンNOx触媒を利用して排気中の窒素酸化物(NOx)を浄化する場合には、リーンNOx触媒に対して適量の還元剤を供給する必要がある。
【0008】
このような要求に対し、従来では、特開平11−93641号公報に記載されたような「内燃機関の排気浄化装置」が知られている。
【0009】
特開平11−93641号公報に記載された「内燃機関の排気浄化装置」では、内燃機関の排気管が途中で第1排気管と第2排気管に分岐され、第1排気管には吸蔵還元型NOx触媒を収容した第1触媒コンバータが設けられるとともに、第2排気管には選択還元型NOx触媒を収容した第2触媒コンバータが設けられている。更に第1排気管と第2排気管との分岐部には切換弁が設置されている。
【0010】
上記した内燃機関の排気浄化装置は、排気が高温から低温に変化しているときには、切換弁により排気を第2排気通路に流すことにより、排気中の窒素酸化物(NOx)を選択還元型NOx触媒で還元させる。また、上記した内燃機関の排気浄化装置は、排気が高温から低温に変化している以外の時には、切換弁により排気を第1排気通路に流すことにより、排気中の窒素酸化物(NOx)を吸蔵還元型NOx触媒に吸収させるとともに、還元剤添加手段から吸蔵還元型NOx触媒へ適宜還元剤を供給することにより、吸蔵還元型NOx触媒に吸収された窒素酸化物(NOx)を放出・還元させる。すなわち、上記した内燃機関の排気浄化装置は、選択還元型NOx触媒と吸蔵還元型NOx触媒とをそれぞれの特性に応じて使い分け、以て窒素酸化物(NOx)の浄化率を向上させようとするものである。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した特開平11−93641号公報に記載されたような従来の技術では、還元剤供給機構における還元剤の漏出を検出することも重要である。
【0012】
例えば、還元剤供給機構から還元剤が漏出すると、リーンNOx触媒に対して所望量の還元剤を供給することが困難になり、排気エミッションの悪化を招く上、還元剤が不要に消費される虞がある。
【0013】
本発明は、上述したような種々の事情に鑑みてなされたものであり、内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化触媒へ還元剤を供給することにより排気中の有害ガス成分を浄化する内燃機関の排気浄化装置において、還元剤を供給する機構における還元剤の漏出を検出し、以て還元剤の不要な消費を防止することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記課題を解決するために、以下の手段を採用した。即ち、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、還元剤の存在下で排気中の有害ガス成分を浄化する排気浄化触媒と、
還元剤を所定の圧力で吐出する還元剤吐出手段と、
前記排気浄化触媒より上流の排気通路に設けられ、所定の開弁圧以上の還元剤が印加されたときに開弁して前記排気通路内へ還元剤を添加する還元剤添加ノズルと、
前記還元剤吐出手段から吐出された還元剤を前記還元剤添加ノズルへ導く還元剤供給通路と、
前記還元剤供給通路の途中に設けられ、前記還元剤吐出手段から前記還元剤添加ノズルへ供給される還元剤の量を調整する還元剤調量弁と、
前記還元剤供給通路における前記還元剤調量弁より上流に設けられ、該還元剤供給通路を遮断する遮断弁と、
前記還元剤供給通路における前記遮断弁と前記還元剤調量弁の間に設けられ、該還元剤供給通路内における還元剤の圧力を検出する還元剤圧力検出手段と、
前記遮断弁が開弁又は閉弁状態にあり且つ前記還元剤調量弁が閉弁状態にあるときに前記還元剤圧力検出手段が検出した還元剤の圧力に基づいて還元剤が漏出しているか否かを判定する漏出判定手段と、
を備えることを特徴とする。
【0015】
このように構成された内燃機関の排気浄化装置では、排気浄化触媒へ還元剤を供給する必要が生じると、遮断弁が開弁している状況下で還元剤調量弁が開弁し、還元剤吐出手段から吐出された還元剤が還元剤添加ノズルに印加される。そして、還元剤添加ノズルに印加される還元剤の圧力が還元剤添加ノズルの開弁圧以上に達すると、還元剤添加ノズルが開弁し、排気浄化触媒より上流の排気通路へ還元剤が添加される。
【0016】
排気通路に供給された還元剤は、排気通路の上流から流れてくる排気とともに排気浄化触媒へ流入する。この場合、排気浄化触媒は、還元剤を利用して排気中の有害ガス成分を還元及び浄化することになる。
【0017】
一方、漏出発生判定手段は、遮断弁が開弁し且つ還元剤調量弁が開弁しているときに還元剤圧力検出手段が検出した還元剤の圧力に基づいて還元剤の漏出が発生しているか否かを判別する。
【0018】
その際、還元剤の漏出が発生していると、還元剤圧力検出手段によって検出される圧力は、還元剤の漏出が発生していないときの圧力よりも低い値となる。
【0019】
例えば、還元剤吐出手段が作動状態にあるとき又は還元剤吐出手段が作動停止する直前に遮断弁が閉弁され且つ還元剤調量弁が閉弁されると、還元剤圧力検出手段によって検出される圧力は還元剤吐出手段の吐出圧力に略近似した圧力となるはずであるが、還元剤の漏出が発生している場合は、還元剤圧力検出手段によって検出される圧力が還元剤吐出手段の吐出圧力よりも低い圧力となる。
【0020】
従って、漏出判定手段は、還元剤圧力検出手段によって検出された圧力に基づいて還元剤供給機構の漏出異常を判定することが可能となる。
【0021】
尚、漏出判定手段が還元剤の漏出判定を行う時期としては、還元剤吐出手段が作動状態にあるとき、あるいは還元剤吐出手段が作動を停止した直後などを例示することができる。但し、還元剤吐出手段の吐出能力が高い場合には、単位時間当たりに漏出する還元剤量に対して還元剤吐出手段から吐出される還元剤量が非常に多くなり、還元剤の漏出を検出することが困難となることが想定されるため、還元剤吐出手段の作動が停止した直後に還元剤の漏出判定が行われるようにすることが好ましい。
【0022】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置において、漏出判定手段は、還元剤の漏出が発生していると判定した場合に、還元剤調量弁を閉弁状態に保持しつつ遮断弁を閉弁させ、遮断弁の閉弁後に還元剤圧力検出手段が検出した還元剤の圧力に基づいて還元剤の漏出部位を特定するようにしてもよい。
【0023】
この場合、遮断弁から還元剤調量弁に至る還元剤供給通路内が閉鎖空間となるため、前記閉鎖空間から還元剤の漏出がなければ、閉鎖空間内の還元剤は、前記遮断弁を閉弁したときの圧力を維持したまま貯蔵されることになる。
【0024】
一方、前記閉鎖空間から還元剤の漏出が発生している場合には、閉鎖空間内の還元剤が閉鎖空間の外部へ漏出するため、前記閉鎖空間内の還元剤の圧力が低下していくことになる。
【0025】
従って、遮断弁が閉弁された後に前記閉鎖空間における還元剤の圧力が所定の圧力に維持されていれば遮断弁から還元剤調量弁に至る還元剤供給通路において還元剤の漏出が発生しておらず且つ遮断弁より上流において還元剤が漏出していることになり、遮断弁が閉弁された後に前記閉鎖空間における還元剤の圧力が所定の圧力より低下していれば遮断弁から還元剤調量弁に至る還元剤供給通路において還元剤の漏出が発生していることになる。
【0026】
この結果、漏出判定手段は、遮断弁が開弁し且つ還元剤調量弁が閉弁している状況下で還元剤の漏出が発生していると判定した場合は、還元剤調量弁に加えて遮断弁も閉弁させ、その後に還元剤圧力検出手段が検出した還元剤の圧力に基づいて還元剤の漏出発生部位を判定することができる。
【0027】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置においては、前記異常判定手段は、還元剤の漏出が発生していると判定した後は、遮断弁を閉弁保持するようにしてもよい。
【0028】
これは、還元剤の漏出が発生している場合は、所望量の還元剤を排気中に添加することが困難になる場合や、遮断弁より下流にて還元剤の漏出が発生している場合等に、還元剤の不要な消費を抑制するためである。
【0029】
本発明において、希薄燃焼可能な内燃機関としては、筒内直接噴射式のリーンバーンガソリンエンジンやディーゼルエンジンを例示することができる。
【0030】
本発明において、リーンNOx触媒としては、吸蔵還元型NOx触媒あるいは選択還元型NOx触媒を例示することができる。
【0031】
本発明において、還元剤としては、軽油、ガソリンなどのように炭化水素(HC)を含むものが好適である。
【0032】
【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。
【0033】
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。
【0034】
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サイクル・ディーゼル機関である。
【0035】
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。
【0036】
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6a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。
【0037】
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。
【0038】
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。
【0039】
一方、気筒2内へ噴射される燃料量は、燃料ポンプ6から吐出される燃料量よりも少ないため、燃料供給管内には燃料が過剰に供給されるため燃料の圧力は上昇する。そして、燃料供給管5内の燃料が所定圧力以上となると、所定圧力以上で開弁する図示しないリリーフ弁が開弁し、燃料は図示しないリターンパイプを介して燃料ポンプ6の上流へと排出される。このようにして、燃料の圧力が所定圧力以上には上昇しないようにしている。
【0040】
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。
【0041】
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と、該吸気管9内を流通す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。
【0042】
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。
【0043】
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。
【0044】
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。
【0045】
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。
【0046】
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。
【0047】
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。
【0048】
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23と、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とが取り付けられている。
【0049】
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。
【0050】
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。
【0051】
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。
【0052】
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(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内を流通する排気(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。
【0053】
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内を流通するEGRガスを冷却するEGRクーラ27が設けられている。
【0054】
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。
【0055】
その際、EGRクーラ27では、EGR通路25内を流通する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。
【0056】
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。
【0057】
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。
【0058】
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。
【0059】
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。
【0060】
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。
【0061】
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。
【0062】
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。
【0063】
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。
【0064】
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。
【0065】
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(NO32)を形成する。
【0066】
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。
【0067】
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。
【0068】
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。
【0069】
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。
【0070】
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。
【0071】
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。
【0072】
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。
【0073】
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。
【0074】
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、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。
【0075】
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路29内を流通す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内の燃料の流通を遮断する遮断弁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。
【0076】
前記した還元剤噴射弁28は本発明に係る還元剤添加ノズルに相当し、還元剤供給路29は本発明に係る還元剤供給通路に相当し、流量調整弁30は本発明に係る還元剤調量弁に相当し、更に、還元剤圧力センサ32は本発明に係る還元剤圧力検出手段に相当するものである。
【0077】
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。
【0078】
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。
【0079】
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。
【0080】
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通する冷却水を利用して還元剤噴射弁28が冷却されるようにしてもよい。
【0081】
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。
【0082】
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。
【0083】
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。
【0084】
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。
【0085】
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。
【0086】
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。
【0087】
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。
【0088】
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。
【0089】
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。
【0090】
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。
【0091】
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。
【0092】
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、還元剤の漏出異常を判定する漏出異常判定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。
【0093】
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。
【0094】
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。
【0095】
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。
【0096】
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、被毒解消制御等に加え、本発明の要旨となる漏出異常判定制御を実行する。
【0097】
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。
【0098】
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。
【0099】
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。
【0100】
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。
【0101】
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。
【0102】
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。
【0103】
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。
【0104】
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。
【0105】
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。
【0106】
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。
【0107】
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。
【0108】
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。
【0109】
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。
【0110】
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。
【0111】
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。
【0112】
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。
【0113】
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、リッチスパイク制御を実行する。
【0114】
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。
【0115】
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。
【0116】
具体的には、CPU351は、RAM353に記憶されている機関回転数、アクセル開度センサ36の出力信号(アクセル開度)、エアフローメータ11の出力信号値(吸入空気量)、燃料噴射量等を読み出す。CPU351は、前記した機関回転数とアクセル開度と吸入空気量と燃料噴射量とをパラメータとしてROM352の還元剤添加量制御マップへアクセスし、排気の空燃比を予め設定された目標リッチ空燃比とする上で必要となる還元剤の添加量(目標添加量)を算出する。
【0117】
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。
【0118】
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。
【0119】
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。
【0120】
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。
【0121】
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。
【0122】
次に、本実施の形態における漏出異常判定制御について説明する。
【0123】
漏出異常判定制御では、CPU351は、燃料ポンプ6が作動状態にあり、流量調整弁30が閉弁状態にあり、更に遮断弁31が開弁状態にあることを条件に、還元剤圧力センサ32の出力信号値を入力し、入力された還元剤圧力に基づいて還元剤供給機構に還元剤(燃料)の漏出が発生しているか否かを判別する。
【0124】
ここで、還元剤供給機構に燃料の漏出が発生していなければ、燃料ポンプ6が作動状態にあり、流量調整弁30が閉弁状態にあり、更に遮断弁31が開弁状態にあるときは、流量調整弁30より上流の還元剤供給路29における燃料の圧力は、燃料ポンプ6の吐出圧力(以下、「フィード圧力」という)に略一致する。
【0125】
これに対し、還元剤供給機構に燃料の漏出が発生していると、燃料ポンプ6が作動状態にあり、流量調整弁30が閉弁状態にあり、更に遮断弁31が開弁状態にあるときは、流量調整弁30より上流の還元剤供給路29における燃料の圧力は、前記したフィード圧力よりも低くなる。
【0126】
従って、本実施の形態に係る漏出異常判定制御では、CPU351は、燃料ポンプ6が作動状態にあり、流量調整弁30が閉弁状態にあり、更に遮断弁31が開弁状態にあることを条件に還元剤圧力センサ32の出力信号値(燃料圧力)を入力し、入力された燃料圧力と燃料ポンプ6のフィード圧とを比較することにより、燃料の漏出が発生しているか否かを判別することが可能となる。
【0127】
このようにして還元剤供給機構における燃料漏出が判定されると、CPU351は、流量調整弁30を閉弁状態に保持しつつ遮断弁31を閉弁する。続いて、CPU351は、遮断弁31が閉弁された時点から還元剤圧力センサ32の出力信号値を監視する。
【0128】
ここで、流量調整弁30及び遮断弁31が閉弁状態にあるときは、遮断弁31から流量調整弁30に至る還元剤供給路29が閉鎖された空間となるため、遮断弁31から流量調整弁30に至る還元剤供給路29に燃料漏出が発生していなければ遮断弁31が閉弁された時点からの還元剤圧力センサ32の出力信号値は略一定の値を維持することになる。
【0129】
一方、還元剤供給機構における遮断弁31より下流の部位に燃料漏出が発生している場合は、遮断弁31から流量調整弁30に至る還元剤供給路29が閉鎖された空間とならないため、遮断弁31が閉弁された時点からの還元剤圧力センサ32の出力信号値は時間の経過とともに低下していくことになる。
【0130】
従って、CPU351は、遮断弁31が閉弁された時点からの還元剤圧力センサ32の出力信号値が略一定の値を維持した場合は、還元剤供給機構における遮断弁31より下流の部位に燃料漏出が発生しておらず、遮断弁31より上流の部位に燃料漏出が発生しているとみなすことが可能になるとともに、遮断弁31が閉弁された時点からの還元剤圧力センサ32の出力信号値が時間の経過とともに低下した場合は、還元剤供給機構における遮断弁31より下流の部位に燃料漏出が発生しているとみなすことが可能となる。
【0131】
上記したような漏出異常判定制御の実行により還元剤供給機構に燃料の漏出が発生していると判定された後は、CPU351は、遮断弁31を閉弁状態に保持してリッチスパイク制御の実行を禁止することが好ましい。
【0132】
更に、CPU351は、燃料漏出が発生していると判定した場合には、車室内に設けられた図示しない警告灯等を点灯させることにより、車両の運転者へに対して漏出異常を知らせるようにしてもよい。
【0133】
以上述べた実施の形態によれば、CPU351が漏出異常判定制御を実行することにより、本発明に係る漏出判定手段が実現されることになる。この結果、本実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置によれば、還元剤供給路29における遮断弁31と流量調整弁30との間に配置された還元剤圧力センサ32を利用して還元剤供給機構の燃料漏出を検出することが可能となるとともに燃料漏出の発生箇所をある程度特定することが可能となる。更に、本実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置によれば、還元剤供給機構の燃料漏出が検出された場合に遮断弁31を閉弁させてリッチスパイク制御の実行を禁止することにより、燃料の不要な添加又は漏出を抑制することも可能となる。
【0134】
<第2の実施の形態>
次に、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の第2の実施の形態について説明する。ここでは、前述の第1の実施の形態と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略するものとする。
【0135】
前述の第1の実施の形態では、燃料ポンプ6の作動中、言い換えれば内燃機関1の運転中に還元剤の漏出異常判定制御を実行する例について述べたが、本実施の形態では、燃料ポンプ6の作動が停止した直後、言い換えれば、内燃機関1の運転が停止された直後に、還元剤の漏出異常判定制御を実行する例について述べる。
【0136】
還元剤供給機構では、還元剤噴射弁28から燃料が噴射されていないときには流量調整弁30が閉弁状態となり、流量調整弁30よりも上流の還元剤供給路29内には、燃料ポンプ6のフィード圧力が印加されている。
【0137】
燃料ポンプ6が作動状態にあり且つ燃料ポンプ6のフィード圧が比較的高い場合は、還元剤供給機構にて微量の燃料漏出が発生していても、該還元剤供給機構から単位時間当たりに漏出する燃料量が燃料ポンプ6から単位時間当たりに吐出される燃料量に比較して非常に少なくなるため、燃料ポンプ6の作動中、言い換えれば内燃機関1の運転中に微量の燃料漏出を検出することが困難となることが想定される。
【0138】
そこで、本実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置においては、燃料ポンプ6が作動を停止した直後に還元剤の漏出異常判定制御を行い、燃料ポンプ6のフィード圧には左右されずに正確な漏出異常判定を行えるようにした。
【0139】
詳述すると、還元剤供給機構において燃料漏出が発生していない場合は、燃料ポンプ6が作動を停止する直前に流量調整弁30が閉弁し、且つ、遮断弁31が閉弁すると、流量調整弁30よりも上流の還元剤供給路29内の燃料の圧力は、燃料ポンプ6が作動停止する直前のフィード圧力と略一致することになる。これに対し、燃料ポンプ6から流量調整弁30までの間に燃料の漏出が発生していると、還元剤供給路29内の燃料の圧力がフィード圧力よりも低くなる。
【0140】
よって、燃料ポンプ6が作動を停止した直後であって、調整弁30が閉弁し且つ遮断弁31が閉弁しているときに還元剤圧力センサ32が検出した還元剤供給路29内の燃料の圧力に基づいて、燃料ポンプ6から流量調整弁30までの間の燃料漏出の有無を判定することができる。
【0141】
燃料漏出が発生している場合には、そのまま放置すると更に燃料が漏出する虞れがある。そこで、燃料漏出が発生していると判定された場合には、燃料が遮断弁31から下流側で漏出している可能性も考慮し、遮断弁31を閉弁して以後の燃料の漏出を防止するとともに、漏出発生個所が遮断弁31より上流側か又は下流側かを判別する。漏出箇所の判別方法は、前述の第1の実施の形態と同様である。
【0142】
このように本実施の形態によれば、燃料ポンプ6が作動を停止した直後に還元剤の漏出異常判定制御を実行するため、燃料ポンプ6からのフィード圧に影響されることなく漏出異常判定を行うことが可能となり、微量な燃料漏出であっても正確に検出することが可能となる。
【0143】
【発明の効果】
本願発明によれば、内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化触媒へ還元剤を供給することにより排気中の有害ガス成分を浄化する内燃機関の排気浄化装置において、還元剤を供給する機構からの還元剤の漏出を検出することが可能となる。
【0144】
この結果、還元剤の空費防止に寄与することができる。
【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)は、吸蔵還元型NOx触媒のNOx吸収メカニズムを説明する図。(B)は、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
【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 a technology for purifying harmful gas components in exhaust gas by supplying a reducing agent to an exhaust gas purification catalyst.
[0002]
[Prior art]
In recent years, lean NOx catalysts such as a selective reduction type NOx catalyst and an occlusion reduction type NOx catalyst have been known as one means for reducing nitrogen oxide (NOx) contained in exhaust gas of an internal combustion engine capable of lean combustion. .
[0003]
The selective reduction type NOx catalyst is a catalyst that reduces or decomposes nitrogen oxides (NOx) when a reducing agent such as hydrocarbon (HC) is present in an oxygen-excess atmosphere. Examples include a catalyst formed by supporting a transition metal such as Cu by ion exchange, a catalyst formed by supporting a noble metal on a support made of zeolite or alumina, and the like.
[0004]
In order to purify nitrogen oxide (NOx) using this selective reduction type NOx catalyst, an appropriate amount of HC component (reducing agent) is required. However, when the internal combustion engine is in a lean burn operation, the HC in the exhaust gas is exhausted. Since the amount of the component becomes extremely small, it is necessary to separately supply an HC component to the selective reduction type NOx catalyst in order to purify NOx in the exhaust during the lean combustion operation.
[0005]
On the other hand, the NOx storage reduction catalyst absorbs nitrogen oxides (NOx) in the exhaust when the inflowing exhaust is in an oxygen excess state, the oxygen concentration in the inflowing exhaust is reduced, and a reducing agent such as hydrocarbon (HC) is added. When present, it is a catalyst that reduces nitrogen oxides (NOx) while absorbing them.
[0006]
When this NOx storage reduction catalyst is applied to a lean combustion internal combustion engine, the exhaust gas air-fuel ratio becomes lean during the lean combustion operation of the internal combustion engine, so that nitrogen oxides (NOx) in the exhaust are stored and reduced. It will be absorbed by the NOx catalyst. However, if the lean air-fuel ratio exhaust gas continues to be supplied to the NOx storage reduction catalyst over a long period of time, the NOx absorption capacity of the NOx storage reduction catalyst becomes saturated, and nitrogen oxides (NOx) are absorbed by the NOx storage reduction catalyst. Without leaking. Therefore, when purifying nitrogen oxide (NOx) using a NOx storage reduction catalyst, the oxygen concentration of the inflowing exhaust gas is reduced at a predetermined timing before the NOx absorption capacity of the NOx storage reduction catalyst is saturated. While increasing the amount of HC component in the exhaust gas, releasing nitrogen oxide (NOx) absorbed by the NOx storage reduction catalyst, nitrogen (N2Therefore, it is necessary to restore the NOx absorption capacity of the NOx storage reduction catalyst.
[0007]
As described above, the lean NOx catalyst such as the selective reduction type NOx catalyst or the occlusion reduction type NOx catalyst can uniformly purify the nitrogen oxide (NOx) in the exhaust gas in the presence of the reducing agent. When purifying nitrogen oxides (NOx) in the exhaust gas using an exhaust gas, it is necessary to supply an appropriate amount of reducing agent to the lean NOx catalyst.
[0008]
In response to such a demand, conventionally, an “exhaust gas purification device for an internal combustion engine” as described in JP-A-11-93641 is known.
[0009]
In the “exhaust gas purification device for an internal combustion engine” described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-93641, the exhaust pipe of the internal combustion engine is branched into a first exhaust pipe and a second exhaust pipe, and the first exhaust pipe has an occlusion reduction A first catalytic converter containing a type NOx catalyst is provided, and a second catalytic converter containing a selective reduction type NOx catalyst is provided in the second exhaust pipe. Further, a switching valve is installed at a branch portion between the first exhaust pipe and the second exhaust pipe.
[0010]
In the above-described exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, when the exhaust gas is changing from a high temperature to a low temperature, the exhaust gas is caused to flow through the second exhaust passage by the switching valve, thereby selectively reducing nitrogen oxide (NOx) in the exhaust gas. Reduction with catalyst. Further, the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine described above allows nitrogen oxide (NOx) in the exhaust gas to flow by flowing the exhaust gas through the first exhaust passage by the switching valve when the exhaust gas is not changing from high temperature to low temperature. The NOx storage reduction catalyst absorbs the nitrogen oxide (NOx) absorbed by the NOx storage reduction catalyst by appropriately supplying a reducing agent from the reducing agent addition means to the NOx storage reduction catalyst. . That is, the above-described exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine uses a selective reduction type NOx catalyst and an occlusion reduction type NOx catalyst in accordance with the respective characteristics, thereby improving the nitrogen oxide (NOx) purification rate. Is.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the conventional technique described in the above-mentioned JP-A-11-93641, it is also important to detect leakage of the reducing agent in the reducing agent supply mechanism.
[0012]
For example, if the reducing agent leaks from the reducing agent supply mechanism, it becomes difficult to supply a desired amount of the reducing agent to the lean NOx catalyst, leading to deterioration of exhaust emission and the possibility of unnecessary consumption of the reducing agent. There is.
[0013]
The present invention has been made in view of various circumstances as described above, and an internal combustion engine that purifies harmful gas components in exhaust gas by supplying a reducing agent to an exhaust gas purification catalyst provided in an exhaust passage of the internal combustion engine. An object of the present invention is to detect leakage of a reducing agent in a mechanism for supplying a reducing agent in an exhaust emission control device of an engine, thereby preventing unnecessary consumption of the reducing agent.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
The present invention employs the following means in order to solve the above problems. That is, an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention is a lean combustion type internal combustion engine capable of combusting an air-fuel mixture in an oxygen excess state,
An exhaust purification catalyst that is provided in an exhaust passage of the internal combustion engine and purifies harmful gas components in the exhaust in the presence of a reducing agent;
Reducing agent discharge means for discharging the reducing agent at a predetermined pressure;
A reducing agent addition nozzle that is provided in an exhaust passage upstream from the exhaust purification catalyst and opens when a reducing agent having a predetermined valve opening pressure or higher is applied, and adds the reducing agent into the exhaust passage;
A reducing agent supply passage for guiding the reducing agent discharged from the reducing agent discharge means to the reducing agent addition nozzle;
A reducing agent metering valve which is provided in the middle of the reducing agent supply passage and adjusts the amount of reducing agent supplied from the reducing agent discharge means to the reducing agent addition nozzle;
A shutoff valve that is provided upstream of the reducing agent metering valve in the reducing agent supply passage and shuts off the reducing agent supply passage;
A reducing agent pressure detecting means provided between the shutoff valve and the reducing agent metering valve in the reducing agent supply passage for detecting the pressure of the reducing agent in the reducing agent supply passage;
Whether the reducing agent has leaked based on the pressure of the reducing agent detected by the reducing agent pressure detecting means when the shut-off valve is open or closed and the reducing agent metering valve is in the closed state Leakage determination means for determining whether or not,
It is characterized by providing.
[0015]
In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine configured as described above, when the reducing agent needs to be supplied to the exhaust gas purification catalyst, the reducing agent metering valve is opened under the condition that the shutoff valve is opened, and the reduction is performed. The reducing agent discharged from the agent discharging means is applied to the reducing agent addition nozzle. When the reducing agent pressure applied to the reducing agent addition nozzle reaches or exceeds the opening pressure of the reducing agent addition nozzle, the reducing agent addition nozzle opens and the reducing agent is added to the exhaust passage upstream of the exhaust purification catalyst. Is done.
[0016]
The reducing agent supplied to the exhaust passage flows into the exhaust purification catalyst together with the exhaust flowing from the upstream of the exhaust passage. In this case, the exhaust purification catalyst uses a reducing agent to reduce and purify harmful gas components in the exhaust.
[0017]
On the other hand, the leakage occurrence determining means detects that the reducing agent leaks based on the reducing agent pressure detected by the reducing agent pressure detecting means when the shut-off valve is opened and the reducing agent metering valve is opened. It is determined whether or not.
[0018]
At that time, if leakage of the reducing agent has occurred, the pressure detected by the reducing agent pressure detecting means is lower than the pressure when no leakage of the reducing agent has occurred.
[0019]
For example, if the shutoff valve is closed and the reducing agent metering valve is closed when the reducing agent discharge means is in an operating state or immediately before the reducing agent discharge means stops operating, it is detected by the reducing agent pressure detection means. The pressure that should be approximately approximate to the discharge pressure of the reducing agent discharge means should be approximately the same as the discharge pressure of the reducing agent discharge means. The pressure is lower than the discharge pressure.
[0020]
Therefore, the leakage determination means can determine the leakage abnormality of the reducing agent supply mechanism based on the pressure detected by the reducing agent pressure detection means.
[0021]
Examples of the timing at which the leakage determining unit determines whether or not the reducing agent has leaked include when the reducing agent discharging unit is in an operating state or immediately after the reducing agent discharging unit stops operating. However, when the discharge capacity of the reducing agent discharge means is high, the amount of reducing agent discharged from the reducing agent discharge means is very large compared to the amount of reducing agent leaking per unit time, and leakage of the reducing agent is detected. Therefore, it is preferable that the reducing agent leakage determination be performed immediately after the operation of the reducing agent discharge unit is stopped.
[0022]
In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, the leakage determining means closes the shutoff valve while holding the reducing agent metering valve in a closed state when it is determined that leakage of the reducing agent has occurred. The leakage site of the reducing agent may be specified based on the reducing agent pressure detected by the reducing agent pressure detecting means after the shut-off valve is closed.
[0023]
In this case, since the inside of the reducing agent supply passage from the shutoff valve to the reducing agent metering valve becomes a closed space, if there is no leakage of the reducing agent from the closed space, the reducing agent in the closed space closes the shutoff valve. It will be stored while maintaining the pressure when it was valved.
[0024]
On the other hand, when the reducing agent leaks from the closed space, the reducing agent in the closed space leaks out of the closed space, so the pressure of the reducing agent in the closed space decreases. become.
[0025]
Accordingly, if the reducing agent pressure in the closed space is maintained at a predetermined pressure after the shut-off valve is closed, the reducing agent leaks in the reducing agent supply passage from the shut-off valve to the reducing agent metering valve. If the reducing agent leaks upstream from the shut-off valve, and the pressure of the reducing agent in the closed space is lower than the predetermined pressure after the shut-off valve is closed, the reducing agent is reduced from the shut-off valve. Leakage of the reducing agent has occurred in the reducing agent supply passage leading to the agent metering valve.
[0026]
As a result, when the leakage determination means determines that leakage of the reducing agent has occurred under the condition that the shutoff valve is open and the reducing agent metering valve is closed, In addition, the shut-off valve is also closed, and thereafter, the reducing agent leakage occurrence site can be determined based on the reducing agent pressure detected by the reducing agent pressure detecting means.
[0027]
In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, the abnormality determining means may hold the shutoff valve closed after determining that leakage of the reducing agent has occurred.
[0028]
This is because when reducing agent leakage occurs, it becomes difficult to add a desired amount of reducing agent into the exhaust, or when reducing agent leakage occurs downstream from the shutoff valve. For example, unnecessary consumption of the reducing agent is suppressed.
[0029]
In the present invention, the lean burn internal combustion engine can be exemplified by an in-cylinder direct injection type lean burn gasoline engine or a diesel engine.
[0030]
In the present invention, as the lean NOx catalyst, an NOx storage reduction catalyst or a selective reduction NOx catalyst can be exemplified.
[0031]
In the present invention, as the reducing agent, those containing hydrocarbon (HC) such as light oil and gasoline are suitable.
[0032]
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 emission control device according to the present invention is applied to a diesel engine for driving a vehicle will be described as an example.
[0033]
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.
[0034]
An internal combustion engine 1 shown in FIG. 1 is a water-cooled four-cycle diesel engine having four cylinders 2.
[0035]
The internal combustion 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.
[0036]
The common rail 4 communicates with a fuel pump 6 through a fuel supply pipe 5. The fuel pump 6 is a pump that operates using the rotational torque of the output shaft (crankshaft) of the internal combustion engine 1 as a drive source. A pump pulley 6 a attached to the input shaft of the fuel pump 6 is connected to the output shaft of the internal combustion engine 1 ( And a crank pulley 1a attached to the crankshaft) via a belt 7.
[0037]
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.
[0038]
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.
[0039]
On the other hand, since the amount of fuel injected into the cylinder 2 is smaller than the amount of fuel discharged from the fuel pump 6, the fuel pressure rises because the fuel is supplied excessively into the fuel supply pipe. When the fuel in the fuel supply pipe 5 reaches a predetermined pressure or higher, a relief valve (not shown) that opens at a predetermined pressure or higher opens, and the fuel is discharged upstream of the fuel pump 6 via a return pipe (not shown). The In this way, the fuel pressure is prevented from rising above a predetermined pressure.
[0040]
Next, an intake branch pipe 8 is connected to the internal combustion engine 1, and each branch pipe of the intake branch pipe 8 communicates with a combustion chamber of each cylinder 2 via an intake port (not shown).
[0041]
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. The intake pipe 9 downstream of the air cleaner box 10 has an air flow meter 11 for outputting an electric signal corresponding to the mass of the intake air flowing through the intake pipe 9, and corresponds to the temperature of the intake air flowing through the intake pipe 9. An intake air temperature sensor 12 for outputting the electrical signal is attached.
[0042]
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 stepper motor or the like and that drives the intake throttle valve 13 to open and close.
[0043]
The intake pipe 9 positioned between the air flow meter 11 and the intake throttle valve 13 is provided with a compressor housing 15a of a centrifugal supercharger (turbocharger) 15 that operates using the thermal energy of exhaust as a drive source. The intake pipe 9 downstream of the housing 15a is provided with an intercooler 16 for cooling the intake air that has been compressed in the compressor housing 15a and has reached a high temperature.
[0044]
In the intake system configured as described above, the intake air that has flowed into the air cleaner box 10 is removed from dust, dust, and the like in the intake air by an air cleaner (not shown) in the air cleaner box 10, and then is connected to the compressor housing via the intake pipe 9. Flows into 15a.
[0045]
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.
[0046]
On the other hand, an exhaust branch pipe 18 is connected to the internal combustion engine 1, and each branch pipe of the exhaust branch pipe 18 communicates with the combustion chamber of each cylinder 2 via an exhaust port (not shown).
[0047]
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 this exhaust pipe 19 is connected downstream to a muffler (not shown).
[0048]
An exhaust purification catalyst 20 for purifying harmful gas components in the exhaust is disposed in the middle of the exhaust pipe 19. In the exhaust pipe 19 downstream of the exhaust purification catalyst 20, an air-fuel ratio sensor 23 that outputs an electrical signal corresponding to the air-fuel ratio of the exhaust gas that flows through the exhaust pipe 19, and the temperature of the exhaust gas that flows through the exhaust pipe 19 And an exhaust gas temperature sensor 24 for outputting an electrical signal corresponding to the above.
[0049]
The exhaust pipe 19 downstream of the air-fuel ratio sensor 23 and the exhaust temperature sensor 24 is provided with an exhaust throttle valve 21 that adjusts the flow rate of the exhaust gas flowing through the exhaust pipe 19. The exhaust throttle valve 21 is provided with an exhaust throttle actuator 22 that is configured by a stepper motor or the like and that drives the exhaust throttle valve 21 to open and close.
[0050]
In the exhaust system configured as described above, the air-fuel mixture (burned gas) combusted in each cylinder 2 of the internal combustion engine 1 is discharged to the exhaust branch pipe 18 through the exhaust port, and then is centrifuged from the exhaust branch pipe 18. It flows into the turbine housing 15b of the feeder 15. The exhaust gas flowing into the turbine housing 15b rotates a turbine wheel that is rotatably supported in the turbine housing 15b using the thermal energy of the exhaust gas. At that time, the rotational torque of the turbine wheel is transmitted to the compressor wheel of the compressor housing 15a described above.
[0051]
The exhaust discharged from the turbine housing 15b flows into the exhaust purification catalyst 20 through the exhaust pipe 19, and harmful gas components in the exhaust are removed or purified. The exhaust gas from which harmful gas components have been removed or purified by the exhaust purification catalyst 20 is discharged into the atmosphere through the muffler after the flow rate is adjusted by the exhaust throttle valve 21 as necessary.
[0052]
The exhaust branch pipe 18 and the intake branch pipe 8 are communicated with each other via an exhaust gas recirculation passage (EGR passage) 25 that recirculates a part of the exhaust gas flowing through the exhaust branch pipe 18 to the intake branch pipe 8. Yes. A flow rate adjusting valve (hereinafter referred to as EGR gas) that is configured by an electromagnetic valve or the like in the middle of the EGR passage 25 and changes the flow rate of exhaust gas (hereinafter referred to as EGR gas) that flows through the EGR passage 25 according to the magnitude of applied power. EGR valve) 26 is provided.
[0053]
An EGR cooler 27 that cools the EGR gas flowing through the EGR passage 25 is provided at a location upstream of the EGR valve 26 in the EGR passage 25.
[0054]
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.
[0055]
At that time, in the EGR cooler 27, heat exchange is performed between the EGR gas flowing in the EGR passage 25 and a predetermined refrigerant, and the EGR gas is cooled.
[0056]
The EGR gas recirculated from the exhaust branch pipe 18 to the intake branch pipe 8 through the EGR passage 25 is guided to the combustion chamber of each cylinder 2 while being mixed with fresh air flowing from the upstream side of the intake branch pipe 8. The fuel injected from the injection valve 3 is burned using an ignition source.
[0057]
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.
[0058]
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.
[0059]
Next, the exhaust purification catalyst 20 according to the present embodiment will be specifically described.
[0060]
The exhaust purification catalyst 20 is a NOx catalyst that purifies nitrogen oxides (NOx) in the exhaust in the presence of a reducing agent. Examples of such a NOx catalyst include a selective reduction type NOx catalyst, a storage reduction type NOx catalyst, and the like. Here, the storage reduction type NOx catalyst will be described as an example. Hereinafter, the exhaust purification catalyst 20 is referred to as a storage reduction type NOx catalyst 20.
[0061]
The NOx storage reduction catalyst 20 uses, for example, alumina as a carrier, and an alkali metal such as potassium (K), sodium (Na), lithium (Li), or cesium (Cs) on the carrier, and barium (Ba). Or at least 1 selected from alkaline earths, such as calcium (Ca), rare earths, such as lanthanum (La) or yttrium (Y), and noble metals, such as platinum (Pt), are carry | supported and comprised. In this embodiment, an occlusion reduction type NOx catalyst constituted by supporting barium (Ba) and platinum (Pt) on a support made of alumina will be described as an example.
[0062]
The NOx storage reduction catalyst 20 configured as described above absorbs nitrogen oxide (NOx) in the exhaust gas when the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the NOx storage reduction catalyst 20 is high.
[0063]
On the other hand, the NOx storage reduction catalyst 20 releases the absorbed nitrogen oxides (NOx) when the oxygen concentration in the exhaust gas flowing into the NOx storage reduction catalyst 20 decreases. At that time, if a reducing component such as hydrocarbon (HC) or carbon monoxide (CO) is present in the exhaust, the NOx storage reduction catalyst 20 oxidizes the nitrogen released from the NOx storage reduction catalyst 20. Things (NOx) to nitrogen (N2).
[0064]
In addition, although there is a part which is not clarified about the NOx absorption / release action of the NOx storage reduction catalyst 20, it is considered that it is performed by the following mechanism.
[0065]
First, in the NOx storage reduction catalyst 20, when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx storage reduction catalyst 20 becomes a lean air-fuel ratio and the oxygen concentration in the exhaust gas increases, as shown in FIG. , Oxygen in the exhaust (O2) Is O2 -Or O2-It adheres on the surface of platinum (Pt) in the form of Nitric oxide (NO) in the exhaust is O on the surface of platinum (Pt).2 -Or O2-Reacts with nitrogen dioxide (NO2) (2NO + O)2→ 2NO2). Nitrogen dioxide (NO2) Is further oxidized on the surface of platinum (Pt), and nitrate ions (NO)Three -) Is absorbed by the NOx storage reduction catalyst 20. The nitrate ions (NO) absorbed in the NOx storage reduction catalyst 20Three -) Combines with barium oxide (BaO) to form barium nitrate (Ba (NOThree)2).
[0066]
Thus, when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx storage reduction catalyst 20 is a lean air-fuel ratio, nitrogen oxides (NOx) in the exhaust gas are nitrate ions (NOThree -) Is absorbed by the NOx storage reduction catalyst 20.
[0067]
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 storage reduction catalyst 20 is saturated. Therefore, when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx storage reduction catalyst 20 is a lean air-fuel ratio, nitrogen oxides (NOx) in the exhaust gas are stored unless the NOx absorption capacity of the NOx storage reduction catalyst 20 is saturated. It is absorbed by the reduced NOx catalyst 20 and nitrogen oxide (NOx) is removed from the exhaust.
[0068]
On the other hand, in the NOx storage reduction catalyst 20, when the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the NOx storage reduction catalyst 20 decreases, nitrogen dioxide (NO) on the surface of platinum (Pt).2Nitrate ions (NO) bound to barium oxide (BaO).Three -) On the contrary, nitrogen dioxide (NO2) And nitrogen monoxide (NO), and desorbs from the NOx storage reduction catalyst 20.
[0069]
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 storage reduction catalyst 20.2) Or nitric oxide (NO) to nitrogen (N2).
[0070]
Therefore, when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx storage reduction catalyst 20 becomes the stoichiometric air-fuel ratio or rich air-fuel ratio, the oxygen concentration in the exhaust gas decreases and the concentration of the reducing agent increases, the NOx storage reduction catalyst 20 The absorbed nitrogen oxide (NOx) is released and reduced, so that the NOx absorption capacity of the NOx storage reduction catalyst 20 is regenerated.
[0071]
By the way, when the internal combustion engine 1 is in a lean combustion operation, the air-fuel ratio of the exhaust discharged from the internal combustion engine 1 becomes a lean atmosphere, and the oxygen concentration of the exhaust becomes high. Therefore, nitrogen oxides (NOx) contained in the exhaust Will be absorbed by the NOx storage reduction catalyst 20, but if the lean combustion operation of the internal combustion engine 1 is continued for a long period of time, the NOx absorption capacity of the NOx storage reduction catalyst 20 will be saturated, and the nitrogen oxidation in the exhaust will occur. Things (NOx) are not removed by the NOx storage reduction catalyst 20 but are released into the atmosphere.
[0072]
In particular, in a diesel engine such as the internal combustion engine 1, the lean air-fuel ratio mixture is combusted in most of the operating region, and the exhaust air-fuel ratio becomes the lean air-fuel ratio in most of the operating region accordingly. The NOx absorption capacity of the reduced NOx catalyst 20 is easily saturated.
[0073]
Therefore, when the internal combustion engine 1 is operated in lean combustion, the oxygen concentration in the exhaust gas flowing into the NOx storage reduction catalyst 20 is reduced and the reducing agent before the NOx absorption capacity of the NOx storage reduction catalyst 20 is saturated. Therefore, it is necessary to release and reduce nitrogen oxides (NOx) absorbed by the NOx storage reduction catalyst 20.
[0074]
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 into the exhaust gas that flows through the exhaust passage upstream of the NOx storage reduction catalyst 20. In addition, by adding fuel into the exhaust gas from the reducing agent supply mechanism, the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the NOx storage reduction catalyst 20 is lowered and the concentration of the reducing agent is increased.
[0075]
As shown in FIG. 1, the reducing agent supply mechanism is attached to the cylinder head of the internal combustion engine 1 so that its nozzle hole faces the exhaust branch pipe 18, and when a fuel having a predetermined valve opening pressure or higher is applied. A reducing agent injection valve 28 that opens and injects fuel, a reducing agent supply passage 29 that guides the fuel discharged from the fuel pump 6 to the reducing agent injection valve 28, and in the middle of the reducing agent supply passage 29. A flow rate adjusting valve 30 that adjusts the flow rate of the fuel that is provided and flows through the reducing agent supply passage 29, and a fuel in the reducing agent supply passage 29 that is provided in the reducing agent supply passage 29 upstream of the flow rate adjusting valve 30. A shut-off valve 31 that shuts off the flow of the reductant, a reducing agent pressure sensor 32 that is attached to the reducing agent supply path 29 upstream of the flow rate adjusting valve 30 and outputs an electrical signal corresponding to the pressure in the reducing agent supply path 29, It has.
[0076]
The reducing agent injection valve 28 described above corresponds to the reducing agent addition nozzle according to the present invention, the reducing agent supply passage 29 corresponds to the reducing agent supply passage according to the present invention, and the flow rate adjusting valve 30 corresponds to the reducing agent adjustment according to the present invention. It corresponds to a quantity valve, and the reducing agent pressure sensor 32 corresponds to a reducing agent pressure detecting means according to the present invention.
[0077]
The reducing agent injection valve 28 has an injection hole downstream of the connection portion of the exhaust branch pipe 18 with the EGR passage 25 and is formed at a collection portion of the four branch pipes in the exhaust branch pipe 18. The cylinder head is preferably attached to the cylinder head so as to project to the exhaust port of the nearest cylinder 2 and to face the collecting portion of the exhaust branch pipe 18.
[0078]
This prevents the reducing agent (unburned fuel component) injected from the reducing agent injection valve 28 from flowing into the EGR passage 25, and the centrifugal supercharger without the reducing agent remaining in the exhaust branch pipe 18. This is to reach the turbine housing 15b.
[0079]
In the example shown in FIG. 1, the first (# 1) cylinder 2 of the four cylinders 2 of the internal combustion engine 1 is located closest to the collecting portion of the exhaust branch pipe 18, so that the first (# 1) cylinder Although the reducing agent injection valve 28 is attached to the exhaust port of No. 2, when the cylinders 2 other than the first (# 1) cylinder 2 are located closest to the aggregate portion of the exhaust branch pipe 18, the cylinder 2 The reducing agent injection valve 28 is attached to the exhaust port.
[0080]
The reducing agent injection valve 28 is attached to a water jacket (not shown) formed in the cylinder head so as to penetrate or close to the water jacket, and the reducing agent injection is performed using the cooling water flowing through the water jacket. The valve 28 may be cooled.
[0081]
In such a reducing agent supply mechanism, when the flow rate adjustment valve 30 is opened, 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. When the pressure of the fuel applied to the reducing agent injection valve 28 reaches a valve opening pressure or higher, the reducing agent injection valve 28 opens and fuel as a reducing agent is injected into the exhaust branch pipe 18.
[0082]
The reducing agent injected from the reducing agent injection valve 28 into the exhaust branch pipe 18 flows into the turbine housing 15 b together with the exhaust gas flowing from the upstream side of the exhaust branch pipe 18. The exhaust gas flowing into the turbine housing 15b and the reducing agent are agitated and uniformly mixed by the rotation of the turbine wheel to form a rich air-fuel ratio exhaust gas.
[0083]
The rich air-fuel ratio exhaust gas thus formed flows into the NOx storage reduction catalyst 20 from the turbine housing 15b through the exhaust pipe 19, and is absorbed by the NOx storage reduction catalyst 20 (NOx). ) While releasing nitrogen (N2).
[0084]
Thereafter, when the flow rate adjustment valve 30 is closed and the supply of the reducing agent from the fuel pump 6 to the reducing agent injection valve 28 is shut off, the pressure of the fuel applied to the reducing agent injection valve 28 is less than the valve opening pressure. As a result, the reducing agent injection valve 28 is closed, and the addition of the reducing agent into the exhaust branch pipe 18 is stopped.
[0085]
The internal combustion engine 1 configured as described above is provided with an electronic control unit (ECU) 35 for controlling the internal combustion engine 1. The ECU 35 is a unit that controls the operation state of the internal combustion engine 1 in accordance with the operation conditions of the internal combustion engine 1 and the request of the driver.
[0086]
The ECU 35 includes a common rail pressure sensor 4a, an air flow meter 11, an intake air temperature sensor 12, an intake pipe pressure sensor 17, an air-fuel ratio sensor 23, an exhaust gas temperature sensor 24, a reducing agent pressure sensor 32, a crank position sensor 33, a water temperature sensor 34, an accelerator. Various sensors such as the opening sensor 36 are connected via electric wiring, and output signals of the various sensors described above are input to the ECU 35.
[0087]
On the other hand, the fuel injection valve 3, the intake throttle actuator 14, the exhaust throttle actuator 22, the EGR valve 26, the flow rate adjustment valve 30, the shut-off valve 31, and the like are connected to the ECU 35 via electric wiring. Can be controlled.
[0088]
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.
[0089]
The input port 356 receives an output signal from a sensor that outputs a digital signal format signal, such as the crank position sensor 33, and transmits the output signal to the CPU 351 and the RAM 353.
[0090]
The input port 356 includes a common rail pressure sensor 4a, an air flow meter 11, an intake air temperature sensor 12, an intake pipe pressure sensor 17, an air-fuel ratio sensor 23, an exhaust gas temperature sensor 24, a reducing agent pressure sensor 32, a water temperature sensor 34, an accelerator opening sensor. 36, etc., are input via the A / D 355 of the sensor that outputs signals in the analog signal format, and these output signals are transmitted to the CPU 351 and the RAM 353.
[0091]
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 flow rate adjustment valve 30, 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 flow rate adjustment valve 30, or the cutoff valve 31.
[0092]
The ROM 352 includes a fuel injection control routine for controlling the fuel injection valve 3, an intake throttle control routine for controlling the intake throttle valve 13, an exhaust throttle control routine for controlling the exhaust throttle valve 21, and an EGR valve 26. EGR control routine for controlling, NOx purification control routine for purifying nitrogen oxides (NOx) absorbed by the NOx storage reduction catalyst 20, and elimination of poisoning of the NOx storage reduction catalyst 20 due to oxides Application programs such as a poisoning elimination control routine and a leakage abnormality determination control routine for determining a leakage abnormality of the reducing agent are stored.
[0093]
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 showing the relationship between the operating state of the internal combustion engine 1 and the basic fuel injection amount (basic fuel injection time), and the relationship between the operating state of the internal combustion engine 1 and the basic fuel injection timing. The fuel injection timing control map shown, the intake throttle valve opening control map showing the relationship between the operating state of the internal combustion engine 1 and the target opening of the intake throttle valve 13, the operating state of the internal combustion engine 1 and the target opening of the exhaust throttle valve 21 Exhaust throttle valve opening control map showing the relationship between the EGR valve opening control map showing the relationship between the operating state of the internal combustion engine 1 and the target opening of the EGR valve 26, the operating state of the internal combustion engine 1 and the reducing agent target A reducing agent addition amount control map showing the relationship with the addition amount (or the target air-fuel ratio of the exhaust), a flow rate adjustment valve control map showing the relationship between the target addition amount of the reducing agent and the valve opening time of the flow rate adjustment valve 30, etc. is there.
[0094]
The RAM 353 stores output signals from the sensors, calculation results of the CPU 351, and the like. The calculation result is, for example, the engine speed calculated based on the time interval at which the crank position sensor 33 outputs a pulse signal. These data are rewritten to the latest data every time the crank position sensor 33 outputs a pulse signal.
[0095]
The backup RAM 354 is a nonvolatile memory capable of storing data even after the internal combustion engine 1 is stopped.
[0096]
The CPU 351 operates according to the application program stored in the ROM 352, and in addition to the fuel injection valve control, the intake throttle control, the exhaust throttle control, the EGR control, the NOx purification control, the poison elimination control, etc. The leakage abnormality determination control is executed.
[0097]
For example, in the fuel injection valve control, the CPU 351 first determines the amount of fuel injected from the fuel injection valve 3 and then determines the timing for injecting fuel from the fuel injection valve 3.
[0098]
When determining the fuel injection amount, the CPU 351 reads the engine speed and the output signal (accelerator opening) of the accelerator opening sensor 36 stored in the RAM 353. The CPU 351 accesses the fuel injection amount control map and calculates a basic fuel fuel injection amount (basic fuel injection time) corresponding to the engine speed and the accelerator opening. The CPU 351 corrects the basic fuel injection time based on the output signal values of the air flow meter 11, the intake air temperature sensor 12, the water temperature sensor 34, etc., and determines the final fuel injection time.
[0099]
When determining the fuel injection timing, the CPU 351 accesses the fuel injection start timing control map, and calculates the basic fuel injection timing corresponding to the engine speed and the accelerator opening. The CPU 351 corrects the basic fuel injection timing using output signal values of the air flow meter 11, the intake air temperature sensor 12, the water temperature sensor 34, etc. as parameters, and determines the final fuel injection timing.
[0100]
When the fuel injection time and the fuel injection timing are determined, the CPU 351 compares the fuel injection timing with the output signal of the crank position sensor 33, and the output signal of the crank position sensor 33 coincides with the fuel injection start timing. At that time, application of drive power to the fuel injection valve 3 is started. The CPU 351 stops applying the driving power to the fuel injection valve 3 when the elapsed time from the time when the application of the driving power to the fuel injection valve 3 is started reaches the fuel injection time.
[0101]
In the fuel injection control, when the operation state of the internal combustion engine 1 is an idle operation state, the CPU 351 uses the output signal value of the water temperature sensor 34 or the rotational force of the crankshaft as in the compressor of the air conditioner for the passenger compartment. Then, the target idle speed of the internal combustion engine 1 is calculated using the operating state of the auxiliary machinery operating as a parameter. Then, the CPU 351 feedback-controls the fuel injection amount so that the actual idle speed matches the target idle speed.
[0102]
In the intake throttle control, for example, the CPU 351 reads out the engine speed and the accelerator opening stored in the RAM 353. The CPU 351 accesses the intake throttle valve opening control map and calculates a target intake throttle valve opening corresponding to the engine speed and the accelerator opening. The CPU 351 applies drive power corresponding to the target intake throttle valve opening to the intake throttle actuator 14. At that time, the CPU 351 detects the actual opening of the intake throttle valve 13 and feeds back the intake throttle actuator 14 based on the difference between the actual opening of the intake throttle valve 13 and the target intake throttle valve opening. You may make it control.
[0103]
In the exhaust throttle control, the CPU 351 closes the exhaust throttle valve 21 in the valve closing direction, for example, when the internal combustion engine 1 is in a warm-up operation state after a cold start or when the vehicle interior heater is in an operating state. The exhaust throttle actuator 22 is controlled so as to be driven to the position.
[0104]
In this case, the load on the internal combustion engine 1 increases, and the fuel injection amount is increased correspondingly. As a result, the amount of heat generated by the internal combustion engine 1 increases, warming up of the internal combustion engine 1 is promoted, and a heat source for the vehicle interior heater is secured.
[0105]
In the EGR control, the CPU 351 reads out the engine speed, the output signal from the water temperature sensor 34 (cooling water temperature), the output signal from the accelerator opening sensor 36 (accelerator opening), etc. stored in the RAM 353, and the EGR control. It is determined whether or not the execution condition is satisfied.
[0106]
As the EGR control execution condition described above, the cooling water temperature is equal to or higher than a predetermined temperature, the internal combustion engine 1 is continuously operated for a predetermined time or more from the start, the amount of change in the accelerator opening is a positive value, etc. Conditions can be exemplified.
[0107]
When it is determined that the EGR control execution condition as described above is satisfied, the CPU 351 accesses the EGR valve opening control map using the engine speed and the accelerator opening as parameters, and the engine speed and the accelerator. A target EGR valve opening corresponding to the opening is calculated. The CPU 351 applies drive power corresponding to the target EGR valve opening to the EGR valve 26. On the other hand, when it is determined that the EGR control execution condition as described above is not satisfied, the CPU 351 controls to keep the EGR valve 26 in a fully closed state.
[0108]
Further, in the EGR control, the CPU 351 may perform so-called EGR valve feedback control in which the opening degree of the EGR valve 26 is feedback-controlled using the intake air amount of the internal combustion engine 1 as a parameter.
[0109]
In the EGR valve feedback control, for example, the CPU 351 determines the target intake air amount of the internal combustion engine 1 using the accelerator opening, the engine speed, and the like as parameters. At that time, the relationship between the accelerator opening, the engine speed, and the target intake air amount may be mapped in advance, and the target intake air amount may be calculated from the map, the accelerator opening, and the engine speed. .
[0110]
When the target intake air amount is determined by the above-described procedure, the CPU 351 reads the output signal value (actual intake air amount) of the air flow meter 11 stored in the RAM 353, and determines the actual intake air amount and the target intake air amount. Compare
[0111]
When the actual intake air amount is smaller than the target intake air amount, the CPU 351 closes the EGR valve 26 by a predetermined amount. In this case, the amount of EGR gas flowing into the intake branch pipe 8 from the EGR passage 25 decreases, and the amount of EGR gas sucked into the cylinder 2 of the internal combustion engine 1 decreases accordingly. As a result, the amount of fresh air sucked into the cylinder 2 of the internal combustion engine 1 increases by the amount that the EGR gas has decreased.
[0112]
On the other hand, when the actual intake air amount is larger than the target intake air amount, the CPU 351 opens the EGR valve 26 by a predetermined amount. In this case, the amount of EGR gas flowing into the intake branch pipe 8 from the EGR passage 25 increases, and the amount of EGR gas sucked into the cylinder 2 of the internal combustion engine 1 increases accordingly. As a result, the amount of fresh air drawn into the cylinder 2 of the internal combustion engine 1 decreases by the amount of EGR gas that has increased.
[0113]
Next, in the NOx purification control, the CPU 351 executes rich spike control in which the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx storage reduction catalyst 20 is changed to a rich air-fuel ratio in a spike manner (short time) in a relatively short cycle. .
[0114]
In the rich spike control, the CPU 351 determines whether or not the rich spike control execution condition is satisfied every predetermined cycle. As the rich spike control execution condition, for example, poisoning elimination control in which the NOx storage reduction catalyst 20 is in an active state and the output signal value (exhaust temperature) of the exhaust temperature sensor 24 is equal to or lower than a predetermined upper limit value is executed. The conditions such as not being performed can be exemplified.
[0115]
When it is determined that the rich spike control execution condition as described above is established, the CPU 351 controls the flow rate adjustment valve 30 to inject fuel as a reducing agent from the reducing agent injection valve 28 in a spike manner. The air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx storage reduction catalyst 20 is temporarily set to a predetermined target rich air-fuel ratio.
[0116]
Specifically, the CPU 351 displays the engine speed, the output signal of the accelerator opening sensor 36 (accelerator opening), the output signal value of the air flow meter 11 (intake air amount), the fuel injection amount, etc. stored in the RAM 353. read out. The CPU 351 accesses the reducing agent addition amount control map in the ROM 352 using the engine speed, accelerator opening, intake air amount, and fuel injection amount as parameters, and sets the exhaust air / fuel ratio to a preset target rich air / fuel ratio. The amount of addition of the reducing agent (target addition amount) necessary for the calculation is calculated.
[0117]
Subsequently, the CPU 351 accesses the flow rate adjustment valve control map of the ROM 352 using the target addition amount as a parameter, and opens the flow rate adjustment valve 30 required for injecting the target addition amount of reducing agent from the reducing agent injection valve 28. Calculate the valve time (target valve opening time).
[0118]
When the target valve opening time of the flow rate adjustment valve 30 is calculated, the CPU 351 opens the flow rate adjustment valve 30. In this case, since the high-pressure fuel discharged from the fuel pump 6 is supplied to the reducing agent injection valve 28 via the reducing agent supply path 29, the pressure of the fuel applied to the reducing agent injection valve 28 is equal to or higher than the valve opening pressure. And the reducing agent injection valve 28 is opened.
[0119]
The CPU 351 closes the flow rate adjusting valve 30 when the target valve opening time has elapsed since the flow rate adjusting valve 30 was opened. In this case, since the supply of the reducing agent from the fuel pump 6 to the reducing agent injection valve 28 is interrupted, the fuel pressure applied to the reducing agent injection valve 28 becomes less than the valve opening pressure, and the reducing agent injection valve 28 is closed. I speak.
[0120]
Thus, when the flow rate adjusting valve 30 is opened for the target valve opening time, the 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 a target rich air-fuel ratio mixture and flows into the NOx storage reduction catalyst 20. .
[0121]
As a result, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx storage reduction catalyst 20 repeats “lean” and “spike target rich air-fuel ratio” alternately in a relatively short cycle, and thus the storage The reduced NOx catalyst 20 repeats absorption and release / reduction of nitrogen oxides (NOx) alternately in a short cycle.
[0122]
Next, the leakage abnormality determination control in the present embodiment will be described.
[0123]
In the leakage abnormality determination control, the CPU 351 sets the reducing agent pressure sensor 32 on the condition that the fuel pump 6 is in an operating state, the flow rate adjustment valve 30 is in a closed state, and the shutoff valve 31 is in an open state. An output signal value is input, and it is determined whether or not leakage of reducing agent (fuel) has occurred in the reducing agent supply mechanism based on the input reducing agent pressure.
[0124]
Here, if no fuel leakage occurs in the reducing agent supply mechanism, the fuel pump 6 is in an operating state, the flow rate adjusting valve 30 is in a closed state, and the shutoff valve 31 is in an open state. The pressure of the fuel in the reducing agent supply passage 29 upstream from the flow rate adjusting valve 30 substantially matches the discharge pressure of the fuel pump 6 (hereinafter referred to as “feed pressure”).
[0125]
On the other hand, when fuel leakage occurs in the reducing agent supply mechanism, the fuel pump 6 is in an operating state, the flow rate adjusting valve 30 is in a closed state, and the shutoff valve 31 is in an open state. The fuel pressure in the reducing agent supply passage 29 upstream from the flow rate adjustment valve 30 is lower than the feed pressure described above.
[0126]
Therefore, in the leakage abnormality determination control according to the present embodiment, the CPU 351 requires that the fuel pump 6 is in an operating state, the flow rate adjustment valve 30 is in a closed state, and the shutoff valve 31 is in an open state. Then, the output signal value (fuel pressure) of the reducing agent pressure sensor 32 is input to the fuel, and the input fuel pressure and the feed pressure of the fuel pump 6 are compared to determine whether or not fuel leakage has occurred. It becomes possible.
[0127]
When the fuel leakage in the reducing agent supply mechanism is determined in this way, the CPU 351 closes the shutoff valve 31 while holding the flow rate adjustment valve 30 in the closed state. Subsequently, the CPU 351 monitors the output signal value of the reducing agent pressure sensor 32 from the time when the shutoff valve 31 is closed.
[0128]
Here, when the flow rate adjusting valve 30 and the shutoff valve 31 are in the closed state, the reducing agent supply passage 29 from the shutoff valve 31 to the flow rate regulating valve 30 becomes a closed space. If no fuel leakage occurs in the reducing agent supply path 29 leading to the valve 30, the output signal value of the reducing agent pressure sensor 32 from the time when the shutoff valve 31 is closed maintains a substantially constant value.
[0129]
On the other hand, when fuel leakage occurs at a site downstream of the shutoff valve 31 in the reducing agent supply mechanism, the reducing agent supply path 29 from the shutoff valve 31 to the flow rate adjustment valve 30 does not become a closed space. The output signal value of the reducing agent pressure sensor 32 from the time when the valve 31 is closed decreases with time.
[0130]
Therefore, when the output signal value of the reducing agent pressure sensor 32 from the time when the shutoff valve 31 is closed maintains a substantially constant value, the CPU 351 causes fuel to flow to a site downstream of the shutoff valve 31 in the reducing agent supply mechanism. No leakage has occurred, and it can be considered that fuel has leaked in a region upstream of the shut-off valve 31, and the output of the reducing agent pressure sensor 32 from the time when the shut-off valve 31 is closed. When the signal value decreases with the passage of time, it can be considered that fuel leakage has occurred in a portion downstream of the shutoff valve 31 in the reducing agent supply mechanism.
[0131]
After determining that the leakage of fuel has occurred in the reducing agent supply mechanism by executing the leakage abnormality determination control as described above, the CPU 351 holds the shut-off valve 31 in the closed state and executes rich spike control. Is preferably prohibited.
[0132]
Further, when the CPU 351 determines that a fuel leak has occurred, it turns on a warning light (not shown) provided in the passenger compartment to notify the vehicle driver of the leak abnormality. May be.
[0133]
According to the embodiment described above, the leakage determination means according to the present invention is realized by the CPU 351 executing the leakage abnormality determination control. As a result, according to the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present embodiment, the reduction is performed using the reducing agent pressure sensor 32 disposed between the shutoff valve 31 and the flow rate adjustment valve 30 in the reducing agent supply path 29. It becomes possible to detect the fuel leakage of the agent supply mechanism and to specify the occurrence location of the fuel leakage to some extent. Furthermore, according to the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present embodiment, when the fuel leakage of the reducing agent supply mechanism is detected, the shutoff valve 31 is closed to prohibit the execution of the rich spike control. It is also possible to suppress unnecessary addition or leakage of fuel.
[0134]
<Second Embodiment>
Next, a second embodiment of the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention will be described. Here, a configuration different from that of the first embodiment will be described, and description of the same configuration will be omitted.
[0135]
In the above-described first embodiment, the example in which the reducing agent leakage abnormality determination control is executed while the fuel pump 6 is operating, in other words, during the operation of the internal combustion engine 1 has been described. An example in which the reducing agent leakage abnormality determination control is executed immediately after the operation of 6 is stopped, in other words, immediately after the operation of the internal combustion engine 1 is stopped will be described.
[0136]
In the reducing agent supply mechanism, when the fuel is not injected from the reducing agent injection valve 28, the flow rate adjusting valve 30 is closed, and the reducing agent supply path 29 upstream of the flow rate adjusting valve 30 has the fuel pump 6 in the reducing agent supply path 29. Feed pressure is applied.
[0137]
When the fuel pump 6 is in an operating state and the feed pressure of the fuel pump 6 is relatively high, even if a small amount of fuel leakage occurs in the reducing agent supply mechanism, leakage occurs from the reducing agent supply mechanism per unit time. Since the amount of fuel to be discharged is much smaller than the amount of fuel discharged from the fuel pump 6 per unit time, a small amount of fuel leakage is detected during operation of the fuel pump 6, in other words, during operation of the internal combustion engine 1. It is assumed that it will be difficult.
[0138]
Therefore, in the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present embodiment, the reducing agent leakage abnormality determination control is performed immediately after the operation of the fuel pump 6 is stopped, and it is accurate regardless of the feed pressure of the fuel pump 6. It was made possible to make a proper leakage abnormality determination.
[0139]
More specifically, when there is no fuel leakage in the reducing agent supply mechanism, the flow rate adjustment valve 30 is closed immediately before the fuel pump 6 stops operating, and the shutoff valve 31 is closed. The pressure of the fuel in the reducing agent supply passage 29 upstream from the valve 30 substantially matches the feed pressure immediately before the fuel pump 6 stops operating. On the other hand, if fuel leaks from the fuel pump 6 to the flow rate adjusting valve 30, the fuel pressure in the reducing agent supply path 29 becomes lower than the feed pressure.
[0140]
Therefore, the fuel in the reducing agent supply passage 29 detected by the reducing agent pressure sensor 32 when the adjustment valve 30 is closed and the shutoff valve 31 is closed immediately after the operation of the fuel pump 6 is stopped. The presence or absence of fuel leakage from the fuel pump 6 to the flow rate adjustment valve 30 can be determined based on the pressure of
[0141]
If fuel leakage has occurred, there is a risk of further fuel leakage if left as it is. Therefore, if it is determined that a fuel leak has occurred, considering the possibility of fuel leaking downstream from the shut-off valve 31, the shut-off valve 31 is closed to prevent subsequent fuel leaks. While preventing, it is discriminate | determined whether the leak generation | occurrence | production location is an upstream or the downstream from the cutoff valve 31. FIG. The method for determining the leakage location is the same as in the first embodiment described above.
[0142]
As described above, according to the present embodiment, since the reducing agent leakage abnormality determination control is executed immediately after the fuel pump 6 stops operating, the leakage abnormality determination is performed without being affected by the feed pressure from the fuel pump 6. It is possible to accurately detect even a small amount of fuel leakage.
[0143]
【The invention's effect】
According to the present invention, in the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine that purifies harmful gas components in the exhaust gas by supplying the reducing agent to the exhaust gas purification catalyst provided in the exhaust passage of the internal combustion engine, from the mechanism for supplying the reducing agent. It becomes possible to detect leakage of the reducing agent.
[0144]
As a result, it is possible to contribute to the prevention of the waste of the reducing agent.
[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 an intake / exhaust system thereof.
FIG. 2A is a diagram for explaining a NOx absorption mechanism of a NOx storage reduction catalyst. (B) is a diagram for explaining the NOx release mechanism of the NOx storage reduction catalyst.
FIG. 3 is a block diagram showing the internal configuration of the ECU
[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)

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、還元剤の存在下で排気中の有害ガス成分を浄化する排気浄化触媒と、
還元剤を所定の圧力で吐出する還元剤吐出手段と、
前記排気浄化触媒より上流の排気通路に設けられ、所定の開弁圧以上の還元剤が印加されたときに開弁して前記排気通路内へ還元剤を添加する還元剤添加ノズルと、
前記還元剤吐出手段から吐出された還元剤を前記還元剤添加ノズルへ導く還元剤供給通路と、
前記還元剤供給通路の途中に設けられ、前記還元剤吐出手段から前記還元剤添加ノズルへ供給される還元剤の量を調整する還元剤調量弁と、
前記還元剤供給通路における前記還元剤調量弁より上流に設けられ、該還元剤供給通路を遮断する遮断弁と、
前記還元剤供給通路における前記遮断弁と前記還元剤調量弁の間に設けられ、該還元剤供給通路内における還元剤の圧力を検出する還元剤圧力検出手段と、
前記遮断弁が開弁状態にあり且つ前記還元剤調量弁が閉弁状態にあるときに前記還元剤圧力検出手段が検出した還元剤の圧力に基づいて還元剤が漏出しているか否かを判定する漏出判定手段と、
を備え
前記漏出判定手段は、前記還元剤の漏出を判定した場合は、前記遮断弁を閉弁させ、前記遮断弁の閉弁後に前記還元剤圧力検出手段が検出した還元剤の圧力に基づいて還元剤の漏出部位を特定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
An exhaust purification catalyst that is provided in an exhaust passage of the internal combustion engine and purifies harmful gas components in the exhaust in the presence of a reducing agent;
Reducing agent discharge means for discharging the reducing agent at a predetermined pressure;
A reducing agent addition nozzle that is provided in an exhaust passage upstream from the exhaust purification catalyst and opens when a reducing agent having a predetermined valve opening pressure or higher is applied, and adds the reducing agent into the exhaust passage;
A reducing agent supply passage for guiding the reducing agent discharged from the reducing agent discharge means to the reducing agent addition nozzle;
A reducing agent metering valve which is provided in the middle of the reducing agent supply passage and adjusts the amount of reducing agent supplied from the reducing agent discharge means to the reducing agent addition nozzle;
A shutoff valve that is provided upstream of the reducing agent metering valve in the reducing agent supply passage and shuts off the reducing agent supply passage;
A reducing agent pressure detecting means provided between the shutoff valve and the reducing agent metering valve in the reducing agent supply passage for detecting the pressure of the reducing agent in the reducing agent supply passage;
Whether the reducing agent has leaked based on the pressure of the reducing agent detected by the reducing agent pressure detecting means when the shut-off valve is in the open state and the reducing agent metering valve is in the closed state. Leakage determining means for determining;
Equipped with a,
The leakage determining means closes the shut-off valve when the leakage of the reducing agent is determined, and based on the pressure of the reducing agent detected by the reducing agent pressure detecting means after the shut-off valve is closed. exhaust purification system of an internal combustion engine, characterized that you identify the leakage site.
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、  A lean combustion internal combustion engine capable of combusting an oxygen-rich mixture.
前記内燃機関の排気通路に設けられ、還元剤の存在下で排気中の有害ガス成分を浄化する排気浄化触媒と、  An exhaust purification catalyst that is provided in an exhaust passage of the internal combustion engine and purifies harmful gas components in the exhaust in the presence of a reducing agent;
還元剤を所定の圧力で吐出する還元剤吐出手段と、  Reducing agent discharge means for discharging the reducing agent at a predetermined pressure;
前記排気浄化触媒より上流の排気通路に設けられ、所定の開弁圧以上の還元剤が印加されたときに開弁して前記排気通路内へ還元剤を添加する還元剤添加ノズルと、  A reducing agent addition nozzle that is provided in an exhaust passage upstream from the exhaust purification catalyst and opens when a reducing agent having a predetermined valve opening pressure or higher is applied, and adds the reducing agent into the exhaust passage;
前記還元剤吐出手段から吐出された還元剤を前記還元剤添加ノズルへ導く還元剤供給通路と、  A reducing agent supply passage for guiding the reducing agent discharged from the reducing agent discharge means to the reducing agent addition nozzle;
前記還元剤供給通路の途中に設けられ、前記還元剤吐出手段から前記還元剤添加ノズルへ供給される還元剤の量を調整する還元剤調量弁と、  A reducing agent metering valve which is provided in the middle of the reducing agent supply passage and adjusts the amount of reducing agent supplied from the reducing agent discharge means to the reducing agent addition nozzle;
前記還元剤供給通路における前記還元剤調量弁より上流に設けられ、該還元剤供給通路を遮断する遮断弁と、  A shutoff valve that is provided upstream of the reducing agent metering valve in the reducing agent supply passage and shuts off the reducing agent supply passage;
前記還元剤供給通路における前記遮断弁と前記還元剤調量弁の間に設けられ、該還元剤供給通路内における還元剤の圧力を検出する還元剤圧力検出手段と、  A reducing agent pressure detecting means provided between the shutoff valve and the reducing agent metering valve in the reducing agent supply passage for detecting the pressure of the reducing agent in the reducing agent supply passage;
前記遮断弁が開弁状態にあり且つ前記還元剤調量弁が閉弁状態にあるときに前記還元剤圧力検出手段が検出した還元剤の圧力に基づいて還元剤が漏出しているか否かを判定する漏出判定手段と、  Whether the reducing agent has leaked based on the pressure of the reducing agent detected by the reducing agent pressure detecting means when the shut-off valve is in the open state and the reducing agent metering valve is in the closed state. Leakage determining means for determining;
を備え、With
前記漏出判定手段は、前記還元剤吐出手段の作動が停止する直前に、前記遮断弁を閉弁させ且つ前記還元剤調量弁を閉弁させて還元剤の漏出判定を行うことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。  The leakage determining means closes the shut-off valve and closes the reducing agent metering valve immediately before the operation of the reducing agent discharge means stops, and performs leakage determination of the reducing agent. An exhaust purification device for an internal combustion engine.
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JP5093691B2 (en) * 2009-06-12 2012-12-12 トヨタ自動車株式会社 Abnormality diagnosis device for reducing agent supply system
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