JP3800065B2 - Exhaust gas purification device for internal combustion engine - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、自動車等に搭載される内燃機関、特に酸素過剰状態の混合気(所謂、リーン空燃比の混合気)を燃焼可能とするディーゼル機関やリーンバーン・ガソリン機関では、該内燃機関の排気系にNOx触媒を配置する技術が提案されている。このNOx触媒の一つとして、流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中の窒素酸化物(NOx)を吸蔵し、流入する排気の酸素濃度が低下し且つ還元剤が存在するときは吸蔵していた窒素酸化物(NOx)を放出しつつ窒素(N2)に還元する吸蔵還元型NOx触媒が知られている。
【0003】
吸蔵還元型NOx触媒が内燃機関の排気系に配置されると、内燃機関が希薄燃焼運転されて排気の空燃比が高くなるときは排気中の窒素酸化物(NOx)が吸蔵還元型NOx触媒に吸蔵され、吸蔵還元型NOx触媒に流入する排気の空燃比が低くなったときは吸蔵還元型NOx触媒に吸蔵されていた窒素酸化物(NOx)が放出されつつ窒素(N2)に還元される。
【0004】
ところで、吸蔵還元型NOx触媒には燃料に含まれる硫黄分が燃焼して生成される硫黄酸化物(SOx)もNOxと同じメカニズムで吸蔵される。このように吸蔵されたSOxはNOxよりも放出されにくく、NOx触媒内に蓄積される。これを硫黄被毒(SOx被毒)といい、NOx浄化率が低下するため、適宜の時期にSOx被毒から回復させる被毒回復処理を施す必要がある。この被毒回復処理は、NOx触媒を高温(例えば600乃至650℃程度)にしつつ酸素濃度を低下させた排気をNOx触媒に流通させることにより行われている。
【0005】
ところが希薄燃焼運転時の排気の温度は低いため、SOx被毒の回復に必要とされる温度まで触媒を昇温させることは困難である。このようなときに、排気中へ還元剤(燃料)の供給を行うことにより触媒の温度を上昇させつつ排気の酸素濃度を低下させることができる。
【0006】
例えば、特開平11−343836号公報に記載された内燃機関の排気浄化装置では、吸蔵還元型NOx触媒の被毒回復が必要となった場合には、該吸蔵還元型NOx触媒に流入する排気の空燃比を理論空燃比近傍に維持しつつ、間欠的に空燃比を理論空燃比よりも小さくしている。これにより、被毒回復中の大部分の時間は理論空燃比近傍の空燃比に維持されるため、排気中の炭化水素(HC)及び一酸化炭素(CO)の発生を抑制することが可能となる。また、間欠的に空燃比を理論空燃比よりも小さくすることにより、被毒回復中の平均空燃比は理論空燃比よりもリッチ側になる。このため、比較的短時間で吸蔵還元型NOx触媒の硫黄被毒を回復させることが可能となっている。尚、前記公報によれば、被毒回復制御は、吸蔵還元型NOx触媒の温度が例えば300℃以上であって、且つ、吸蔵された硫黄酸化物が所定量以上のときに実行される。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記したように硫黄被毒回復は排気中の空燃比を低下させて行われるが、内燃機関が高負荷運転を行っているときに空燃比を低下させると、吸蔵還元型NOx触媒の温度が過剰に上昇してしまい、該吸蔵還元型NOx触媒の熱劣化を誘発する虞がある。
【0008】
ここで、前記公報では、吸蔵還元型NOx触媒の温度及び硫黄酸化物の吸蔵量が被毒回復制御の開始条件を満たしていれば、吸蔵還元型NOx触媒の昇温制御が行われていた。しかし、その後に軽負荷領域の運転がなされないと長期間触媒を高温状態に維持することになり、燃費の悪化を誘発することになる。
【0009】
また、硫黄被毒回復は通常軽負荷領域で行われるが、軽負荷領域に移行してから昇温制御を開始したのでは、必要な温度まで吸蔵還元型NOx触媒を昇温させるのに時間がかかり、その間に内燃機関の運転状態が高負荷領域に移行してしまうと硫黄被毒回復の機会を失うことになる。
【0010】
本発明は以上の問題を解決するためになされたものであり、本発明が解決しようとする課題は、内燃機関の排気浄化装置において、燃費の悪化を抑制しつつ硫黄被毒回復に必要となる条件が成立したときに、早期にNOx触媒の温度を硫黄被毒回復可能な温度まで上昇させることができる技術を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために本発明の内燃機関の排気浄化装置は、以下の手段を採用した。即ち、本発明の内燃機関の排気浄化装置は、
流入する排気の空燃比がリーンのときには排気中のNOxを吸蔵し流入する排気の空燃比が理論空燃比又はリッチになると吸蔵したNOxを還元するNOx触媒と、
前記NOx触媒に吸蔵された硫黄酸化物を除去する必要が生じたときに該NOx触媒の昇温制御を行う昇温手段と、
内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
を備え、
前記昇温手段は、内燃機関が低負荷状態のときにはNO x 触媒の目標温度を硫黄酸化物の除去に必要となる温度とし、内燃機関が中負荷状態のときには低負荷に近づくほどNO x 触媒の目標温度を高くし、若しくは、内燃機関が高負荷状態であってNOx触媒の昇温を行うのに適さない運転状態であるときにはNOx触媒の昇温を行わないことを特徴とする。
【0012】
本発明の最大の特徴は、内燃機関の排気浄化装置において、NOx触媒から硫黄酸化物を除去する必要が生じたときに内燃機関の運転状態に応じたNOx触媒の目標温度を定めて該NOx触媒の昇温を行い、一方、高負荷領域であって硫黄被毒回復を行うことができないときはNOx触媒の昇温を行わないようにして燃費の悪化を抑制しつつ硫黄被毒回復可能な運転状態となったときには早期に硫黄被毒の回復に必要となる温度までNOx触媒を昇温させることを可能とすることにある。
【0013】
このように構成された内燃機関の排気浄化装置では、内燃機関の運転状態が硫黄被毒の回復を行うことができない例えば高負荷運転領域にある場合には、NOx触媒の昇温は行われない。高負荷運転状態では、硫黄被毒の回復を行うとNOx触媒の温度が過剰に上昇してしまい該NOx触媒の熱劣化を誘発する虞がある。従って、高負荷領域においては、NOx触媒の温度を上昇させてもその後硫黄被毒の回復を行うことができないことがある。また、高負荷領域では排気の熱によりNOx触媒の温度がある程度上昇するため、硫黄被毒回復に必要となる温度までNOx触媒を短期間で昇温させることが可能である。更に、高負荷領域が継続するのは、例えば高速道路上を走行している場合等であることが多く、このような場合に、NOx触媒の昇温を行っても、硫黄被毒回復に必要となる運転状態に移行するまでにかなりの時間がかかることがある。このため、本発明においては、高負荷運転領域では、NOx触媒の昇温を行わないこととした。これにより、燃料の消費が抑制され燃費の悪化を抑制することが可能となる。
【0014】
一方、例えば中負荷領域では、硫黄被毒回復を行うことができる運転状態に移行する可能性が高くなる。また、このときの排気の温度では、NOx触媒の昇温が十分になされないので、硫黄被毒回復時にはNOx触媒の昇温が必要となる。ここで、低負荷領域に近づくほど排気の温度によるNOx触媒の昇温が見込めず、また、低負荷領域に近づくほど硫黄被毒回復を行うことができる運転状態に移行する可能性が高くなるので、NOx触媒を温度上昇させる必要が大きくなる。従って、中負荷領域では、低負荷領域に近づくほどNOx触媒が高温になるように該NOx触媒の設定温度を定めておけば、硫黄被毒回復を行うことが可能な運転領域となったときに短期間でNOx触媒の温度を硫黄被毒回復に必要な温度まで上昇させることができ、且つ硫黄被毒回復が行われるまでの燃料の消費量を低減することが可能となる。
【0015】
また、例えば低負荷領域では、NOx触媒の温度が硫黄被毒回復に適した温度であれば直ちに硫黄被毒の回復を行うことができる。従って、NOx触媒の温度を硫黄被毒の回復に必要とされる温度まで上昇させることにより、直ちに硫黄被毒の回復を行うことが可能となる。
【0016】
このように、内燃機関の運転領域に基づいてNOx触媒の目標温度を変更することにより、燃費の悪化を抑制しつつ硫黄被毒回復可能な運転状態となったときには早期にNOx触媒を必要温度まで昇温させることが可能となる。
【0017】
本発明においては、前記昇温手段が前記NOx触媒の昇温を行っているときに、硫黄酸化物の除去を行うことができない運転状態が所定時間以上継続した場合には、前記昇温手段はNOx触媒の昇温を中止することができる。
【0018】
このような運転状態が継続し、硫黄被毒回復が行われないと、NOx触媒が高温状態のまま維持され続けるので燃費の悪化を誘発する。従って、このような運転状態では、NOx触媒の昇温を中止すると燃費の悪化を抑制することが可能となる。
【0019】
本発明においては、前記昇温手段は、前記NOx触媒に吸蔵された硫黄酸化物を除去する必要が生じたときに、硫黄被毒の回復に必要とされる温度まで一旦NOx触媒の温度を上昇させ、その後所定期間硫黄被毒回復が行われなかった場合には、内燃機関が低負荷状態のときにはNO x 触媒の目標温度を硫黄酸化物の除去に必要となる温度とし、内燃機関が中負荷状態のときには低負荷に近づくほどNO x 触媒の目標温度を高くし、若しくは、内燃機関が高負荷状態であってNOx触媒の昇温を行うのに適さない運転状態であるときにはNOx触媒の昇温を行わないことができる。
【0020】
このように構成された内燃機関の排気浄化装置では、NOx触媒の硫黄被毒を回復する必要が生じたときに、硫黄被毒回復に必要とされる温度までNOx触媒が昇温される。この後、内燃機関の運転状態が軽負荷領域に移行すると硫黄被毒の回復が行われるが、このような運転領域に移行しないまま運転が継続されると、NOx触媒の温度を維持するために燃料が消費される。従って、所定期間硫黄被毒の回復が行われなかった場合には、運転領域に応じたNOx触媒の昇温制御を行うことで、燃費の悪化を抑制することが可能となる。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。ここでは、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置を車両駆動用のディーゼル機関に適用した場合を例に挙げて説明する。
<第1の実施の形態>
図1は、本実施の形態に係る排気浄化装置を適用するエンジン1とその吸排気系の概略構成を示す図である。
【0022】
図1に示すエンジン1は、4つの気筒2を有する水冷式の4サイクル・ディーゼル機関である。
【0023】
エンジン1は、各気筒2の燃焼室に直接燃料を噴射する燃料噴射弁3を備えている。各燃料噴射弁3は、燃料を所定圧まで蓄圧する蓄圧室(コモンレール)4と接続されている。このコモンレール4には、該コモンレール4内の燃料の圧力に対応した電気信号を出力するコモンレール圧センサ4aが取り付けられている。
【0024】
前記コモンレール4は、燃料供給管5を介して燃料ポンプ6と連通している。この燃料ポンプ6は、エンジン1の出力軸(クランクシャフト)の回転トルクを駆動源として作動するポンプであり、該燃料ポンプ6の入力軸に取り付けられたポンププーリ6aがエンジン1の出力軸(クランクシャフト)に取り付けられたクランクプーリ1aとベルト7を介して連結されている。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
次に、エンジン1には、吸気枝管8が接続されており、吸気枝管8の各枝管は、各気筒2の燃焼室と吸気ポート(図示省略)を介して連通している。
【0028】
前記吸気枝管8は、吸気管9に接続され、この吸気管9は、エアクリーナボックス10に接続されている。前記エアクリーナボックス10より下流の吸気管9には、該吸気管9内を流通する吸気の質量に対応した電気信号を出力するエアフローメータ11が取り付けられている。
【0029】
前記吸気管9における吸気枝管8の直上流に位置する部位には、該吸気管9内を流通する吸気の流量を調節する吸気絞り弁13が設けられている。この吸気絞り弁13には、ステップモータ等で構成されて該吸気絞り弁13を開閉駆動する吸気絞り用アクチュエータ14が取り付けられている。
【0030】
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。
【0031】
このように構成された吸気系では、エアクリーナボックス10に流入した吸気は、該エアクリーナボックス10内のエアクリーナ(図示省略)によって吸気中の塵や埃等が除去された後、吸気管9を介してコンプレッサハウジング15aに流入する。
【0032】
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。
【0033】
一方、エンジン1には、排気枝管18が接続され、排気枝管18の各枝管が排気ポート(図示省略)を介して各気筒2の燃焼室と連通している。
【0034】
前記排気枝管18は、前記遠心過給機15のタービンハウジング15bと接続されている。前記タービンハウジング15bは、排気管19と接続され、この排気管19は、下流にてマフラー(図示省略)に接続されている。
【0035】
前記排気管19の途中には、NOx触媒を担持したパティキュレートフィルタ(以下、単にフィルタという。)20が設けられている。フィルタ20より上流の排気管19には、該排気管19内を流通する排気の温度に対応した電気信号を出力する排気温度センサ24が取り付けられている。
【0036】
尚、本実施の形態においては、排気の空燃比がリーンのときに流入する排気中のNOxを吸蔵し、流入する排気の空燃比がリッチになると吸蔵しているNOxを放出し還元する、所謂、吸蔵還元型NOx触媒を担持したパティキュレートフィルタを例にとって説明する。
【0037】
ここで、空燃比がリーンとは、通常運転時における排気の空燃比が、ディーゼル機関の場合には例えば20乃至50で、三元触媒ではNOxを還元できない領域を意味する。
【0038】
前記したフィルタ20より下流の排気管19には、該排気管19内を流通する排気の流量を調節する排気絞り弁21が設けられている。この排気絞り弁21には、ステップモータ等で構成されて該排気絞り弁21を開閉駆動する排気絞り用アクチュエータ22が取り付けられている。
【0039】
このように構成された排気系では、エンジン1の各気筒2で燃焼された混合気(既燃ガス)が排気ポートを介して排気枝管18へ排出され、次いで排気枝管18から遠心過給機15のタービンハウジング15bへ流入する。タービンハウジング15bに流入した排気は、該排気が持つ熱エネルギを利用してタービンハウジング15b内に回転自在に支持されたタービンホイールを回転させる。その際、タービンホイールの回転トルクは、前述したコンプレッサハウジング15aのコンプレッサホイールへ伝達される。
【0040】
前記タービンハウジング15bから排出された排気は、排気管19を介してフィルタ20へ流入し、排気微粒子(以下、PMという。)が捕集され且つ有害ガス成分が除去又は浄化される。フィルタ20にてPMを捕集され且つ有害ガス成分が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。
【0041】
また、排気枝管18と吸気枝管8とは、排気枝管18内を流通する排気の一部を吸気枝管8へ再循環させる排気再循環通路(以下、EGR通路とする。)25を介して連通されている。このEGR通路25の途中には、電磁弁などで構成され、印加電力の大きさに応じて前記EGR通路25内を流通する排気(以下、EGRガスとする。)の流量を変更する流量調整弁(以下、EGR弁とする。)26が設けられている。
【0042】
前記EGR通路25の途中でEGR弁26より上流には、該EGR通路25内を流通するEGRガスを冷却するEGRクーラ27が設けられている。前記EGRクーラ27には、冷却水通路(図示省略)が設けられエンジン1を冷却するための冷却水の一部が循環する。
【0043】
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。
【0044】
その際、EGRクーラ27では、EGR通路25内を流通するEGRガスとエンジン1の冷却水との間で熱交換が行われ、EGRガスが冷却される。
【0045】
EGR通路25を介して排気枝管18から吸気枝管8へ還流されたEGRガスは、吸気枝管8の上流から流れてきた新気と混ざり合いつつ各気筒2の燃焼室へ導かれる。
【0046】
ここで、EGRガスには、水(H2O)や二酸化炭素(CO2)などのように、自らが燃焼することがなく、且つ、熱容量が高い不活性ガス成分が含まれているため、EGRガスが混合気中に含有されると、混合気の燃焼温度が低められ、以て窒素酸化物(NOx)の発生量が抑制される。
【0047】
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。
【0048】
次に、本実施の形態に係るフィルタ20について説明する。
【0049】
図2は、フィルタ20の断面図である。図2(A)は、フィルタ20の横方向断面を示す図である。図2(B)は、フィルタ20の縦方向断面を示す図である。
【0050】
図2(A)及び(B)に示されるようにフィルタ20は、互いに平行をなして延びる複数個の排気流通路50、51を具備するいわゆるウォールフロー型である。これら排気流通路は下流端が栓52により閉塞された排気流入通路50と、上流端が栓53により閉塞された排気流出通路51とにより構成される。なお、図2(A)においてハッチングを付した部分は栓53を示している。従って、排気流入通路50および排気流出通路51は薄肉の隔壁54を介して交互に配置される。換言すると排気流入通路50および排気流出通路51は各排気流入通路50が4つの排気流出通路51によって包囲され、各排気流出通路51が4つの排気流入通路50によって包囲されるように配置される。
【0051】
フィルタ20は例えばコージェライトのような多孔質材料から形成されており、従って排気流入通路50内に流入した排気は図2(B)において矢印で示されるように周囲の隔壁54内を通って隣接する排気流出通路51内に流出する。
【0052】
本発明による実施例では各排気流入通路50および各排気流出通路51の周壁面、即ち各隔壁54の両側表面上および隔壁54内の細孔内壁面上には例えばアルミナからなる担体の層が形成されており、この担体上に吸蔵還元型NOx触媒が坦持されている。
【0053】
次に、本実施の形態に係るフィルタ20に担持された吸蔵還元型NOx触媒の働きについて説明する。
【0054】
フィルタ20は、例えば、アルミナを担体とし、その担体上に、カリウム(K)、ナトリウム(Na)、リチウム(Li)、もしくはセシウム(Cs)等のアルカリ金属と、バリウム(Ba)もしくはカルシウム(Ca)等のアルカリ土類と、ランタン(La)もしくはイットリウム(Y)等の希土類とから選択された少なくとも1つと、白金(Pt)等の貴金属とを担持して構成されている。尚、本実施の形態では、アルミナからなる担体上にバリウム(Ba)と白金(Pt)とを担持し、更にO2ストレージ能力のあるセリア(Ce23)を添加して構成される吸蔵還元型NOx触媒を採用した。
【0055】
このように構成されたNOx触媒は、該NOx触媒に流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中の窒素酸化物(NOx)を吸蔵する。
【0056】
一方、NOx触媒は、該NOx触媒に流入する排気の酸素濃度が低下したときは吸蔵していた窒素酸化物(NOx)を放出する。その際、排気中に炭化水素(HC)や一酸化炭素(CO)等の還元成分が存在していれば、NOx触媒は、該NOx触媒から放出された窒素酸化物(NOx)を窒素(N2)に還元せしめることができる。
【0057】
ところで、エンジン1が希薄燃焼運転されている場合は、エンジン1から排出される排気の空燃比がリーン雰囲気となり排気の酸素濃度が高くなるため、排気中に含まれる窒素酸化物(NOx)がNOx触媒に吸蔵されることになるが、エンジン1の希薄燃焼運転が長期間継続されると、NOx触媒のNOx吸蔵能力が飽和し、排気中の窒素酸化物(NOx)がNOx触媒にて除去されずに大気中へ放出されてしまう。
【0058】
特に、エンジン1のようなディーゼル機関では、大部分の運転領域においてリーン空燃比の混合気が燃焼され、それに応じて大部分の運転領域において排気の空燃比がリーン空燃比となるため、NOx触媒のNOx吸蔵能力が飽和し易い。
【0059】
従って、エンジン1が希薄燃焼運転されている場合は、NOx触媒のNOx吸蔵能力が飽和する前にNOx触媒に流入する排気中の酸素濃度を低下させるとともに還元剤の濃度を高め、NOx触媒に吸蔵された窒素酸化物(NOx)を放出及び還元させる必要がある。
【0060】
このように酸素濃度を低下させる方法としては、排気中の燃料添加や、前記した低温燃焼、気筒2内への膨張行程中の燃料噴射等の方法が考えられるが、本実施の形態では、フィルタ20より上流の排気管19を流通する排気中に還元剤たる燃料(軽油)を添加する還元剤供給機構を備え、この還元剤供給機構から排気中へ燃料を添加することにより、フィルタ20に流入する排気の酸素濃度を低下させるとともに還元剤の濃度を高めるようにした。
【0061】
還元剤供給機構は、図1に示されるように、その噴孔が排気枝管18内に臨むように取り付けられ、ECU35からの信号により開弁して燃料を噴射する還元剤噴射弁28と、前述した燃料ポンプ6から吐出された燃料を前記還元剤噴射弁28へ導く還元剤供給路29と、還元剤供給路29に設けられて該還元剤供給路29内の燃料の流通を遮断する遮断弁31と、を備えている。
【0062】
このような還元剤供給機構では、燃料ポンプ6から吐出された高圧の燃料が還元剤供給路29を介して還元剤噴射弁28へ印加される。そして、ECU35からの信号により該還元剤噴射弁28が開弁して排気枝管18内へ還元剤としての燃料が噴射される。
【0063】
還元剤噴射弁28から排気枝管18内へ噴射された還元剤は、排気枝管18の上流から流れてきた排気の酸素濃度を低下させる。
【0064】
このようにして形成された酸素濃度の低い排気はフィルタ20に流入し、フィルタ20に吸蔵されていた窒素酸化物(NOx)を放出させつつ窒素(N2)に還元することになる。
【0065】
その後、ECU35からの信号により還元剤噴射弁28が閉弁し、排気枝管18内への還元剤の添加が停止されることになる。
【0066】
尚、本実施の形態では、排気中に燃料を噴射して燃料添加を行っているが、これに代えて、再循環するEGRガス量を増大させて煤の発生量が増加して最大となった後に、更にEGRガス量を増大させる低温燃焼を行っても良く、また、エンジン1の膨張行程や排気行程等に燃料噴射弁3から燃料を噴射させても良い。
【0067】
以上述べたように構成されたエンジン1には、該エンジン1を制御するための電子制御ユニット(ECU:Electronic Control Unit)35が併設されている。このECU35は、エンジン1の運転条件や運転者の要求に応じてエンジン1の運転状態を制御するユニットである。
【0068】
ECU35には、コモンレール圧センサ4a、エアフローメータ11、排気温度センサ24、クランクポジションセンサ33、アクセル開度センサ36等の各種センサが電気配線を介して接続され、上記した各種センサの出力信号がECU35に入力されるようになっている。
【0069】
一方、ECU35には、燃料噴射弁3、吸気絞り用アクチュエータ14、排気絞り用アクチュエータ22、還元剤噴射弁28、EGR弁26、遮断弁31等が電気配線を介して接続され、上記した各部をECU35が制御することが可能になっている。
【0070】
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。
【0071】
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。
【0072】
前記入力ポート356は、コモンレール圧センサ4a、エアフローメータ11、排気温度センサ24、アクセル開度センサ36等のように、アナログ信号形式の信号を出力するセンサのA/D355を介して入力し、それらの出力信号をCPU351やRAM353へ送信する。
【0073】
前記出力ポート357は、燃料噴射弁3、吸気絞り用アクチュエータ14、排気絞り用アクチュエータ22、EGR弁26、還元剤噴射弁28、遮断弁31等と電気配線を介して接続され、CPU351から出力される制御信号を、前記した燃料噴射弁3、吸気絞り用アクチュエータ14、排気絞り用アクチュエータ22、EGR弁26、還元剤噴射弁28、あるいは遮断弁31へ送信する。
【0074】
前記ROM352は燃料噴射弁3を制御するための燃料噴射制御ルーチン、吸気絞り弁13を制御するための吸気絞り制御ルーチン、排気絞り弁21を制御するための排気絞り制御ルーチン、EGR弁26を制御するためのEGR制御ルーチン、フィルタ20に還元剤を添加して吸蔵されたNOxを放出させるNOx浄化制御ルーチン、フィルタ20のSOx被毒を回復する被毒回復制御ルーチン、フィルタ20に捕集されたPMを燃焼除去するためのPM燃焼制御ルーチン等のアプリケーションプログラムを記憶している。
【0075】
前記ROM352は、上記したアプリケーションプログラムに加え、各種の制御マップを記憶している。前記制御マップは、例えば、エンジン1の運転状態と基本燃料噴射量(基本燃料噴射時間)との関係を示す燃料噴射量制御マップ、エンジン1の運転状態と基本燃料噴射時期との関係を示す燃料噴射時期制御マップ、エンジン1の運転状態と吸気絞り弁13の目標開度との関係を示す吸気絞り弁開度制御マップ、エンジン1の運転状態と排気絞り弁21の目標開度との関係を示す排気絞り弁開度制御マップ、エンジン1の運転状態とEGR弁26の目標開度との関係を示すEGR弁開度制御マップ、エンジン1の運転状態と還元剤の目標添加量(若しくは排気の目標空燃比)との関係を示す還元剤添加量制御マップ、還元剤の目標添加量と還元剤噴射弁28の開弁時間との関係を示す還元剤噴射弁制御マップ等である。
【0076】
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。
【0077】
前記バックアップRAM354は、エンジン1の運転停止後もデータを記憶可能な不揮発性のメモリである。
【0078】
前記CPU351は、前記ROM352に記憶されたアプリケーションプログラムに従って動作して、燃料噴射弁制御、吸気絞り制御、排気絞り制御、EGR制御、NOx浄化制御、被毒回復制御、PM燃焼制御等を実行する。
【0079】
例えば、NOx浄化制御では、CPU351は、フィルタ20に流入する排気中の酸素濃度を比較的に短い周期でスパイク的(短時間)に低くする、所謂リッチスパイク制御を実行する。
【0080】
リッチスパイク制御では、CPU351は、所定の周期毎にリッチスパイク制御実行条件が成立しているか否かを判別する。このリッチスパイク制御実行条件としては、例えば、フィルタ20が活性状態にある、排気温度センサ24の出力信号値(排気温度)が所定の上限値以下である、被毒回復制御が実行されていない、等の条件を例示することができる。
【0081】
上記したようなリッチスパイク制御実行条件が成立していると判定された場合は、CPU351は、還元剤噴射弁28からスパイク的に還元剤たる燃料を噴射させるべく当該還元剤噴射弁28を制御することにより、フィルタ20に流入する排気の空燃比を一時的に所定の目標リッチ空燃比とする。
【0082】
具体的には、CPU351は、RAM353に記憶されている機関回転数、アクセル開度センサ36の出力信号(アクセル開度)、エアフローメータ11の出力信号値(吸入空気量)、空燃比センサの出力信号、燃料噴射量等を読み出す。
【0083】
CPU351は、前記した機関回転数とアクセル開度と吸入空気量と燃料噴射量とをパラメータとしてROM352の還元剤添加量制御マップへアクセスし、排気の空燃比を予め設定された目標空燃比とする上で必要となる還元剤の添加量(目標添加量)を算出する。
【0084】
続いて、CPU351は、前記目標添加量をパラメータとしてROM352の還元剤噴射弁制御マップへアクセスし、還元剤噴射弁28から目標添加量の還元剤を噴射させる上で必要となる還元剤噴射弁28の開弁時間(目標開弁時間)を算出する。
【0085】
還元剤噴射弁28の目標開弁時間が算出されると、CPU351は、還元剤噴射弁28を開弁させる。
【0086】
CPU351は、還元剤噴射弁28を開弁させた時点から前記目標開弁時間が経過すると、還元剤噴射弁28を閉弁させる。
【0087】
このように還元剤噴射弁28が目標開弁時間だけ開弁されると、目標添加量の燃料が還元剤噴射弁28から排気枝管18内へ噴射されることになる。そして、還元剤噴射弁28から噴射された還元剤は、排気枝管18の上流から流れてきた排気と混ざり合って目標空燃比の混合気を形成してフィルタ20に流入する。
【0088】
この結果、フィルタ20に流入する排気の空燃比は、比較的に短い周期で酸素濃度が変化することになり、以て、フィルタ20が窒素酸化物(NOx)の吸蔵と放出・還元とを交互に短周期的に繰り返すことになる。
【0089】
次に、被毒回復制御では、CPU351は、フィルタ20の酸化物による被毒を回復すべく被毒回復処理を行うことになる。
【0090】
ここで、エンジン1の燃料には硫黄(S)が含まれている場合があり、そのような燃料がエンジン1で燃焼されると、二酸化硫黄(SO2)や三酸化硫黄(SO3)などの硫黄酸化物(SOx)が生成される。
【0091】
硫黄酸化物(SOx)は、排気とともにフィルタ20に流入し、窒素酸化物(NOx)と同様のメカニズムによってフィルタ20に吸蔵される。
【0092】
具体的には、フィルタ20に流入する排気の酸素濃度が高いときには、流入排気ガス中の二酸化硫黄(SO2)や三酸化硫黄(SO3)等の硫黄酸化物(SOx)が白金(Pt)の表面上で酸化され、硫酸イオン(SO4 2-)の形でフィルタ20に吸蔵される。更に、フィルタ20に吸蔵された硫酸イオン(SO4 2-)は、酸化バリウム(BaO)と結合して硫酸塩(BaSO4)を形成する。
【0093】
ところで、硫酸塩(BaSO4)は、硝酸バリウム(Ba(NO32)に比して安定していて分解し難く、フィルタ20に流入する排気の酸素濃度が低くなっても分解されずにフィルタ20内に残留してしまう。
【0094】
フィルタ20における硫酸塩(BaSO4)の量が増加すると、それに応じて窒素酸化物(NOx)の吸蔵に関与することができる酸化バリウム(BaO)の量が減少するため、フィルタ20のNOx吸蔵能力が低下する、いわゆるSOx被毒が発生する。
【0095】
フィルタ20のSOx被毒を回復する方法としては、フィルタ20の雰囲気温度をおよそ600乃至650℃の高温域まで昇温させるとともに、フィルタ20に流入する排気の酸素濃度を低くすることにより、フィルタ20に吸蔵されている硫酸バリウム(BaSO4)をSO3 -やSO4 -に熱分解し、次いでSO3 -やSO4 -を排気中の炭化水素(HC)や一酸化炭素(CO)と反応させて気体状のSO2 -に還元する方法を例示することができる。
【0096】
そこで、本実施の形態に係る被毒回復処理では、CPU351は、先ずフィルタ20の床温を高める触媒昇温制御を実行した上で、フィルタ20に流入する排気の酸素濃度を低くするようにした。
【0097】
触媒昇温制御では、CPU351は、還元剤噴射弁28から燃料を噴射させることにより、フィルタ20においてその燃料を酸化させ、その際に発生する熱によってフィルタ20の昇温を高める。このときに還元剤噴射弁28から噴射される燃料は、NOxの放出・還元時に行われる燃料噴射よりも噴射間隔が短く、且つそのときの空燃比は高くなるように噴射量が設定される。
【0098】
また、触媒昇温制御では、CPU351は、例えば、各気筒2の膨張行程時に燃料噴射弁3から副次的に燃料を噴射させるとともに還元剤噴射弁28から排気中へ燃料を添加させることにより、それらの未燃燃料成分をフィルタ20において酸化させ、酸化の際に発生する熱によってフィルタ20の床温を高めるようにしてもよい。
【0099】
但し、フィルタ20が過剰に昇温すると、フィルタ20の熱劣化が誘発される虞があるため、排気温度センサ24の出力信号値に基づいて副次的な噴射燃料量及び添加燃料量がフィードバック制御されるようにすることが好ましい。
【0100】
上記したような触媒昇温処理によりフィルタ20の床温が例えば630℃の高温域まで上昇すると、CPU351は、フィルタ20に流入する排気の酸素濃度を低下させるべく還元剤噴射弁28から燃料を噴射させる。
【0101】
尚、還元剤噴射弁28から過剰な燃料が噴射されると、それらの燃料がフィルタ20で急激に燃焼してフィルタ20が過熱し、或いは還元剤噴射弁28から噴射された過剰な燃料によってフィルタ20が不要に冷却される虞があるため、CPU351は、空燃比センサ(図示省略)の出力信号に基づいて還元剤噴射弁28からの燃料噴射量をフィードバック制御するようにすることが好ましい。
【0102】
このように被毒回復処理が実行されると、フィルタ20の床温が高い状況下で、フィルタ20に流入する排気の酸素濃度が低くなるため、フィルタ20に含まれている硫酸バリウム(BaSO4)がSO3 -やSO4 -に熱分解され、それらSO3 -やSO4 -が排気中の炭化水素(HC)や一酸化炭素(CO)と反応して還元され、以てフィルタ20のSOx被毒が回復されることになる。
【0103】
ところで、中高負荷領域でSOx被毒の回復を行うために燃料の添加を行うと、フィルタ20の温度が過度に上昇してしまい熱劣化を発生させる虞があるため、前記昇温制御を行ってもその後にエンジン1が軽負荷領域で運転されなければSOx被毒回復のための燃料添加が行われない。このような状態が継続すると、フィルタ20の温度は低下してしまい、SOx被毒回復を行うには再度の昇温制御が必要となるため、燃料を多量に消費し燃費が悪化する要因となる。
【0104】
しかし、燃費の悪化を抑制するためにフィルタ20に燃料を添加しないようにすると、今度はフィルタ20の温度が低下してしまい、軽負荷領域に移行したときに即座にSOx被毒回復を行うことができなくなり、SOx被毒回復の機会を失う虞がある。
【0105】
そこで、本実施の形態では、運転状態に応じてフィルタ20の温度を維持することにより、フィルタ20の温度維持と燃費悪化の抑制とを両立させた。
【0106】
ここで、図4は、回転数と負荷とフィルタ20の目標温度との関係を示した図である。このマップは、予めROM352に記憶されている。図のハッチングを施した領域は、例えば630℃の領域で、この領域から、遠ざかるに従い目標温度は徐々に低下していく。図4では、目標温度が500℃となる運転領域を代表的に示してある。
【0107】
高負荷領域では排気の温度が高く、排気の流量も多いため、燃料の添加を行わなくともフィルタ20は例えば550℃の高温状態となる。このような状態から軽負荷領域に移行した場合には、SOx被毒回復に必要となる例えば630℃まで短期間でフィルタ20を温度上昇させることが可能であるため、他の運転領域に移行するまで燃料の添加を行わずに燃費の悪化を抑制する。
【0108】
一方、中乃至高負荷領域では、回転数及び負荷に応じて目標温度を定め、添加する燃料量をフィードバックして燃料添加を行う。
【0109】
ここで、CPU351は、クランクポジションセンサ33の出力信号(回転数)とアクセル開度センサ36の出力信号(負荷)とを読み込み、図4のマップにこの値を代入してフィルタ20の目標温度を算出する。次に、CPU351は、排気温度センサ24の出力信号を読み込み、フィルタ20の温度を推定する。フィルタ20の温度は、吸入空気量(エアフローメータ11の出力信号)、回転数、負荷、燃料噴射量等から推定される。また、予め実験により求めた値をマップ化してフィルタ20の温度を求めても良い。更に、フィルタ20に温度センサを設けて直接該フィルタ20の温度を測定するようにしても良い。このようにして、求められた実際の温度と目標温度とが比較される。そして、実際のフィルタ20温度が目標温度よりも高い場合には、燃料の添加量が減少され、一方、実際のフィルタ20温度が目標温度よりも低い場合には、燃料の添加量が増加される。燃料の増減の方法としては、燃料噴射間隔の調整、1回の燃料噴射時における還元剤噴射弁28の開弁時間の調整等を挙げることができる。
【0110】
また、低負荷領域では、直ちにSOx被毒回復が開始できるようにフィルタ20の温度はSOx被毒回復に必要となる例えば630℃に維持される。このような運転領域では、SOx被毒回復の機会を逃さないようにSOx被毒回復が直ちに開始することが可能な温度に維持される。
【0111】
このようにして、高負荷領域では、燃料の添加量を減少させて燃費の悪化を抑制し、一方、低負荷領域では、フィルタ20の温度を高温に維持してSOx被毒回復の機会を逃さないようにして排気エミッションの悪化を抑制することが可能となる。
【0112】
尚、本実施の形態では、便宜上、低負荷領域、中負荷領域、高負荷領域なる言葉を用いて運転領域の説明を行ったが、実際には図4に示される回転数と負荷とに従って分類されている。
【0113】
一方、本実施の形態では、SOx被毒回復を行うことができない運転領域が所定時間(例えば3分)継続した場合には、燃料の添加を中止する。
【0114】
前記したように、SOx被毒回復制御は軽負荷時に行われる。従って、郊外や高速道路等の走行中には、SOx被毒回復制御はほとんど行われることがない。このような運転状態のときに燃料の添加を行ってフィルタ20の温度を高温に維持しても、SOx被毒回復制御が行われるまでにかなりの時間がかかるため、燃料の消費量が多くなる。そこで、このような運転状態が所定時間(例えば3分)継続した場合には、燃料の添加を中止して、燃費の悪化を抑制する。尚、このときの運転状態により、燃料添加中止までの所定時間を定めるようにしても良い。
【0115】
ここで、従来の昇温制御は、所定量以上のSOxがNOx触媒に吸蔵されたときに実行されていた。しかし、その後に軽負荷運転がなされないとSOx被毒回復制御が行われず、再度の昇温が必要となり燃料の消費量が増大していた。
【0116】
その点、本実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置では、SOx被毒回復が行われる可能性が高い運転領域であるほどフィルタ20の目標温度を高温に設定することにより、燃料の消費量を減少させ、且つSOx被毒回復の機会を有効に活用することが可能となる。
【0117】
以上説明したように、本実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置では、SOx被毒回復が行われる可能性が高いほどフィルタ20の温度を高温に維持してSOx被毒回復の機会を逃さないようにしつつ、SOx被毒回復が行われる可能性が低いほどフィルタ20の目標温度を低下させて燃費を向上させ、また、吸蔵還元型NOx触媒のSOx被毒による排気エミッション悪化を抑制することができる。
<第2の実施の形態>
本実施の形態は、第1の実施の形態と比較して以下の点で相違する。
【0118】
即ち、第1の実施の形態では、SOx被毒回復が必要となった直後からエンジン1の運転状態を考慮してフィルタ20の温度設定を行うが、本実施の形態では、SOx被毒回復が必要となった場合に、先ず、フィルタ20をSOx被毒回復に必要とされる温度(例えば630℃)まで昇温し、その後所定時間(例えば3分)以上SOx被毒回復が行われなかった場合に第1の実施の形態と同様にエンジン1の運転状態に応じたフィルタ20の昇温制御を行う。
【0119】
尚、本実施の形態においては、第1の実施の形態と比較して、フィルタ20を最初に所定の温度まで上昇させるという点で異なるものの、適用対象となるエンジン1やその他ハードウェアの基本構成については、第1の実施の形態と共通なので説明を割愛する。
【0120】
ここで、一般にエンジン1の運転領域が何時軽負荷領域に移行するか予測することは困難であるため、第1の実施の形態による内燃機関の排気浄化装置では、軽負荷領域に移行した後に短期間でフィルタ20の昇温が可能なようにエンジン1の運転領域に応じたフィルタ20の目標温度を設定した。
【0121】
しかし、高負荷運転であっても、高速道路走行中等で高負荷運転がその後も継続してなされることもあれば、市街地走行中等で直ぐに低負荷運転に移行することもあり得る。
【0122】
そこで、本実施の形態では、SOx被毒回復が必要となった場合には、先ず、フィルタ20の温度をSOx被毒回復に必要となる温度(例えば630℃)まで上昇させることにした。その後、所定期間(例えば3分)SOx被毒回復を行うことが可能な運転領域に移行しない場合には、燃費の悪化を抑制するために第1の実施の形態と同様に運転領域に応じてフィルタ20の温度を制御する。
【0123】
このようにして、SOx被毒回復が必要となった場合に、直ちにSOx被毒回復を行うことができるようにフィルタ20の温度を上昇させて、SOx被毒回復を行うことができる運転状態になったときに即座にSOx被毒の回復を行うことが可能となり、一方、SOx被毒回復を行うことができない運転状態が継続したときには運転状態に応じたフィルタ20の温度制御を行って、燃費の悪化を抑制しつつ、軽負荷領域に移行したときには早期にフィルタ20を温度上昇させることが可能となる。
【0124】
【発明の効果】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置では、運転状態に応じてNOx触媒の目標温度を設定することにより燃費の悪化を抑制しつつ硫黄被毒回復が可能な状態となったときに早期にNOx触媒を昇温させてSOx被毒回復の機会を多く得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置を適用するエンジンとその吸排気系とを併せ示す概略構成図である。
【図2】 (A)は、パティキュレートフィルタの横方向断面を示す図である。(B)は、パティキュレートフィルタの縦方向断面を示す図である。
【図3】 ECUの内部構成を示すブロック図である。
【図4】 第1の実施の形態によるフィルタ設定温度を示す図である。
【符号の説明】
1・・・・エンジン
1a・・・クランクプーリ
2・・・・気筒
3・・・・燃料噴射弁
4・・・・コモンレール
4a・・・コモンレール圧センサ
5・・・・燃料供給管
6・・・・燃料ポンプ
6a・・・ポンププーリ
8・・・・吸気枝管
9・・・・吸気管
18・・・排気枝管
19・・・排気管
20・・・パティキュレートフィルタ
21・・・排気絞り弁
24・・・排気温度センサ
25・・・EGR通路
26・・・EGR弁
27・・・EGRクーラ
28・・・還元剤噴射弁
29・・・還元剤供給路
31・・・遮断弁
33・・・クランクポジションセンサ
35・・・ECU
36・・・アクセル開度センサ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust emission control device for an internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
In recent years, an internal combustion engine mounted on an automobile or the like, particularly a diesel engine or a lean burn gasoline engine capable of combusting an oxygen-rich mixture (so-called lean air-fuel mixture) is used in the exhaust system of the internal combustion engine. Techniques for arranging NOx catalysts have been proposed. As one of the NOx catalysts, nitrogen oxide (NOx) in the exhaust gas is occluded when the oxygen concentration of the inflowing exhaust gas is high, and occluded when the oxygen concentration of the inflowing exhaust gas is reduced and a reducing agent is present. An NOx storage reduction catalyst that reduces nitrogen oxide (NOx) to nitrogen (N 2 ) while releasing the nitrogen oxide is known.
[0003]
When the NOx storage reduction catalyst is arranged in the exhaust system of the internal combustion engine, when the internal combustion engine is operated in lean combustion and the air-fuel ratio of the exhaust gas becomes high, nitrogen oxide (NOx) in the exhaust gas becomes the NOx storage reduction catalyst. When the air-fuel ratio of the exhaust gas that has been occluded and flows into the occlusion reduction type NOx catalyst becomes low, the nitrogen oxide (NOx) occluded in the occlusion reduction type NOx catalyst is released and reduced to nitrogen (N 2 ). .
[0004]
By the way, in the NOx storage reduction catalyst, sulfur oxide (SOx) generated by combustion of sulfur contained in the fuel is also stored by the same mechanism as NOx. The stored SOx is less likely to be released than NOx and accumulates in the NOx catalyst. This is called sulfur poisoning (SOx poisoning), and the NOx purification rate decreases. Therefore, it is necessary to perform poisoning recovery processing for recovering from SOx poisoning at an appropriate time. This poisoning recovery process is performed by circulating exhaust gas having a reduced oxygen concentration while the NOx catalyst is at a high temperature (for example, about 600 to 650 ° C.) to the NOx catalyst.
[0005]
However, since the temperature of the exhaust gas during the lean combustion operation is low, it is difficult to raise the temperature of the catalyst to the temperature required for recovery from SOx poisoning. In such a case, by supplying a reducing agent (fuel) into the exhaust, it is possible to reduce the oxygen concentration of the exhaust while increasing the temperature of the catalyst.
[0006]
For example, in the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-343836, when it is necessary to recover the poisoning of the NOx storage reduction catalyst, the exhaust gas flowing into the NOx storage reduction catalyst is required. While maintaining the air-fuel ratio in the vicinity of the stoichiometric air-fuel ratio, the air-fuel ratio is intermittently made smaller than the stoichiometric air-fuel ratio. As a result, most of the time during the recovery from poisoning is maintained at an air-fuel ratio in the vicinity of the theoretical air-fuel ratio, so that generation of hydrocarbons (HC) and carbon monoxide (CO) in the exhaust can be suppressed. Become. Further, by intermittently making the air-fuel ratio smaller than the stoichiometric air-fuel ratio, the average air-fuel ratio during poisoning recovery becomes richer than the stoichiometric air-fuel ratio. For this reason, it is possible to recover the sulfur poisoning of the NOx storage reduction catalyst in a relatively short time. According to the publication, the poisoning recovery control is executed when the temperature of the NOx storage reduction catalyst is, for example, 300 ° C. or more and the stored sulfur oxide is a predetermined amount or more.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, as described above, the sulfur poisoning recovery is performed by lowering the air-fuel ratio in the exhaust gas. However, if the air-fuel ratio is lowered while the internal combustion engine is operating at a high load, the temperature of the NOx storage reduction catalyst is reduced. May rise excessively and induce thermal degradation of the NOx storage reduction catalyst.
[0008]
Here, in the above publication, if the temperature of the NOx storage reduction catalyst and the storage amount of the sulfur oxide satisfy the start conditions for the poisoning recovery control, the temperature increase control of the NOx storage reduction catalyst is performed. However, if the operation in the light load region is not performed thereafter, the catalyst is maintained in a high temperature state for a long period of time, which leads to deterioration of fuel consumption.
[0009]
In addition, although sulfur poisoning recovery is usually performed in the light load region, if the temperature increase control is started after shifting to the light load region, it takes time to raise the temperature of the NOx storage reduction catalyst to the required temperature. In the meantime, if the operating state of the internal combustion engine shifts to a high load region, the opportunity for recovery from sulfur poisoning is lost.
[0010]
The present invention has been made to solve the above problems, and the problem to be solved by the present invention is required for recovery of sulfur poisoning while suppressing deterioration of fuel consumption in an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine. An object of the present invention is to provide a technique capable of increasing the temperature of the NOx catalyst to a temperature at which sulfur poisoning can be recovered at an early stage when the conditions are satisfied.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine of the present invention employs the following means. That is, the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine of the present invention is
A NOx catalyst that stores NOx in the exhaust when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust is lean, and reduces the stored NOx when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust becomes the stoichiometric air-fuel ratio or rich;
A temperature raising means for performing temperature rise control of the NOx catalyst when it is necessary to remove the sulfur oxide stored in the NOx catalyst;
An operating state detecting means for detecting an operating state of the internal combustion engine;
With
Said heating means, when the internal combustion engine is in a low load state to a temperature required target temperature of the NO x catalyst for the removal of sulfur oxides, when the internal combustion engine is in an intermediate load state of the NO x catalyst closer to low load the target temperature is increased, or, characterized in that it does not perform the temperature increase of N Ox catalyst when the internal combustion engine is in the operating state which is not suitable to perform the heating of a to the NOx catalyst in a high load state.
[0012]
The most important feature of the present invention is that, in an exhaust purification system for an internal combustion engine, when it is necessary to remove sulfur oxide from the NOx catalyst, a target temperature of the NOx catalyst is determined according to the operating state of the internal combustion engine, and the NOx catalyst On the other hand, when the sulfur poisoning recovery cannot be performed in the high load range, the NOx catalyst is not heated so that the deterioration of fuel consumption is suppressed and the sulfur poisoning recovery can be performed. It is to make it possible to raise the temperature of the NOx catalyst to a temperature necessary for recovery of sulfur poisoning at an early stage when the state is reached.
[0013]
In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine configured as described above, the temperature of the NOx catalyst is not increased when the operation state of the internal combustion engine cannot recover sulfur poisoning, for example, in a high load operation region. . In a high-load operation state, if the sulfur poisoning is recovered, the temperature of the NOx catalyst excessively increases, and there is a risk of inducing thermal deterioration of the NOx catalyst. Therefore, in a high load region, even if the temperature of the NOx catalyst is raised, it may not be possible to recover sulfur poisoning thereafter. Further, in the high load region, the temperature of the NOx catalyst rises to some extent due to the heat of the exhaust. Therefore, it is possible to raise the temperature of the NOx catalyst in a short period of time to a temperature required for sulfur poisoning recovery. Furthermore, the high-load region continues often when, for example, the vehicle is traveling on a highway. In such a case, it is necessary to recover sulfur poisoning even if the temperature of the NOx catalyst is increased. It may take a considerable amount of time to shift to the operating state. For this reason, in the present invention, the temperature of the NOx catalyst is not increased in the high load operation region. Thereby, consumption of fuel is suppressed and it becomes possible to suppress deterioration of fuel consumption.
[0014]
On the other hand, for example, in an intermediate load region, there is a high possibility of shifting to an operating state in which sulfur poisoning recovery can be performed. Further, since the temperature of the NOx catalyst is not sufficiently raised at the exhaust temperature at this time, the temperature of the NOx catalyst needs to be raised when the sulfur poisoning is recovered. Here, the closer to the low load region, the higher the temperature of the NOx catalyst cannot be expected, and the closer to the low load region, the higher the possibility of shifting to an operating state in which sulfur poisoning recovery can be performed. Therefore, it is necessary to increase the temperature of the NOx catalyst. Therefore, in the medium load region, if the set temperature of the NOx catalyst is determined so that the NOx catalyst becomes higher as it approaches the low load region, the operation region can be recovered from sulfur poisoning. It is possible to raise the temperature of the NOx catalyst to a temperature necessary for recovery from sulfur poisoning in a short period of time, and to reduce the amount of fuel consumed until recovery from sulfur poisoning is performed.
[0015]
Further, for example, in a low load region, the sulfur poisoning can be immediately recovered if the temperature of the NOx catalyst is a temperature suitable for the sulfur poisoning recovery. Therefore, it is possible to immediately recover the sulfur poisoning by raising the temperature of the NOx catalyst to a temperature required for the sulfur poisoning recovery.
[0016]
In this way, by changing the target temperature of the NOx catalyst based on the operating region of the internal combustion engine, the NOx catalyst can be brought to the required temperature at an early stage when the sulfur poisoning recovery can be achieved while suppressing the deterioration of fuel consumption. It is possible to raise the temperature.
[0017]
In the present invention, when the temperature raising means is raising the temperature of the NOx catalyst and the operation state in which the sulfur oxide cannot be removed continues for a predetermined time or longer, the temperature raising means The temperature increase of the NOx catalyst can be stopped.
[0018]
If such an operating state continues and sulfur poisoning recovery is not performed, the NOx catalyst is maintained in a high temperature state, so that fuel consumption is deteriorated. Therefore, in such an operating state, it is possible to suppress the deterioration of fuel consumption by stopping the temperature increase of the NOx catalyst.
[0019]
In the present invention, the temperature raising means once raises the temperature of the NOx catalyst to a temperature required for recovery of sulfur poisoning when it becomes necessary to remove the sulfur oxide stored in the NOx catalyst. If the sulfur poisoning recovery is not performed for a predetermined period after that, when the internal combustion engine is in a low load state, the target temperature of the NO x catalyst is set to a temperature necessary for removing sulfur oxides, and the internal combustion engine when the state to increase the target temperature of the nO x catalyst closer to low load, or, N Ox catalyst when the internal combustion engine is in the operating state which is not suitable to perform the heating of a to the NOx catalyst in a high load state It is not possible to raise the temperature.
[0020]
In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine configured as described above, when it becomes necessary to recover the sulfur poisoning of the NOx catalyst, the temperature of the NOx catalyst is raised to a temperature required for the sulfur poisoning recovery. Thereafter, when the operating state of the internal combustion engine shifts to the light load region, the sulfur poisoning is recovered. However, if the operation is continued without shifting to such an operating region, the temperature of the NOx catalyst is maintained. Fuel is consumed. Therefore, when recovery from sulfur poisoning is not performed for a predetermined period, it is possible to suppress deterioration in fuel consumption by performing temperature increase control of the NOx catalyst in accordance with the operation region.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, specific embodiments of an exhaust emission control device for an internal combustion engine according to the present invention will be described with reference to the drawings. Here, the case where the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention is applied to a diesel engine for driving a vehicle will be described as an example.
<First Embodiment>
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an engine 1 and an intake / exhaust system to which the exhaust purification apparatus according to the present embodiment is applied.
[0022]
An engine 1 shown in FIG. 1 is a water-cooled four-cycle diesel engine having four cylinders 2.
[0023]
The engine 1 includes a fuel injection valve 3 that injects fuel directly into the combustion chamber of each cylinder 2. Each fuel injection valve 3 is connected to a pressure accumulation chamber (common rail) 4 that accumulates fuel to a predetermined pressure. A common rail pressure sensor 4 a that outputs an electrical signal corresponding to the fuel pressure in the common rail 4 is attached to the common rail 4.
[0024]
The common rail 4 communicates with a fuel pump 6 through a fuel supply pipe 5. This fuel pump 6 is a pump that operates using the rotational torque of the output shaft (crankshaft) of the engine 1 as a drive source, and a pump pulley 6 a attached to the input shaft of the fuel pump 6 is connected to the output shaft (crankshaft) of the engine 1. ) And the belt pulley 7 are connected to each other.
[0025]
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.
[0026]
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.
[0027]
Next, an intake branch pipe 8 is connected to the engine 1, and each branch pipe of the intake branch pipe 8 communicates with a combustion chamber of each cylinder 2 via an intake port (not shown).
[0028]
The intake branch pipe 8 is connected to an intake pipe 9, and the intake pipe 9 is connected to an air cleaner box 10. An air flow meter 11 that outputs an electric signal corresponding to the mass of the intake air flowing through the intake pipe 9 is attached to the intake pipe 9 downstream of the air cleaner box 10.
[0029]
An intake throttle valve 13 for adjusting the flow rate of the intake air flowing through the intake pipe 9 is provided at a portion of the intake pipe 9 located immediately upstream of the intake branch pipe 8. The intake throttle valve 13 is provided with an intake throttle actuator 14 that is configured by a step motor or the like and that drives the intake throttle valve 13 to open and close.
[0030]
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.
[0031]
In the intake system configured as described above, the intake air that has flowed into the air cleaner box 10 is removed through the intake pipe 9 after dust or dust in the intake air is removed by an air cleaner (not shown) in the air cleaner box 10. It flows into the compressor housing 15a.
[0032]
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.
[0033]
On the other hand, an exhaust branch pipe 18 is connected to the engine 1, and each branch pipe of the exhaust branch pipe 18 communicates with a combustion chamber of each cylinder 2 via an exhaust port (not shown).
[0034]
The exhaust branch pipe 18 is connected to the turbine housing 15 b of the centrifugal supercharger 15. The turbine housing 15b is connected to an exhaust pipe 19, and the exhaust pipe 19 is connected to a muffler (not shown) downstream.
[0035]
In the middle of the exhaust pipe 19, a particulate filter (hereinafter simply referred to as a filter) 20 carrying a NOx catalyst is provided. An exhaust gas temperature sensor 24 that outputs an electrical signal corresponding to the temperature of the exhaust gas flowing through the exhaust pipe 19 is attached to the exhaust pipe 19 upstream of the filter 20.
[0036]
In the present embodiment, NOx in the exhaust flowing in when the air-fuel ratio of the exhaust is lean is occluded, and when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust becomes rich, the stored NOx is released and reduced. An example of a particulate filter carrying a NOx storage reduction catalyst will be described.
[0037]
Here, the lean air-fuel ratio means an area where the exhaust air-fuel ratio during normal operation is, for example, 20 to 50 in the case of a diesel engine, and NOx cannot be reduced by a three-way catalyst.
[0038]
The exhaust pipe 19 downstream of the filter 20 is provided with an exhaust throttle valve 21 for adjusting the flow rate of the exhaust gas flowing through the exhaust pipe 19. The exhaust throttle valve 21 is provided with an exhaust throttle actuator 22 that is configured by a step motor or the like and that drives the exhaust throttle valve 21 to open and close.
[0039]
In the exhaust system configured as described above, the air-fuel mixture (burned gas) combusted in each cylinder 2 of the engine 1 is discharged to the exhaust branch pipe 18 through the exhaust port, and then centrifugally supercharged from the exhaust branch pipe 18. Flows into the turbine housing 15b of the machine 15. The exhaust gas flowing into the turbine housing 15b rotates a turbine wheel that is rotatably supported in the turbine housing 15b using the thermal energy of the exhaust gas. At that time, the rotational torque of the turbine wheel is transmitted to the compressor wheel of the compressor housing 15a described above.
[0040]
Exhaust gas discharged from the turbine housing 15b flows into the filter 20 via the exhaust pipe 19, and exhaust particulates (hereinafter referred to as PM) are collected and harmful gas components are removed or purified. The exhaust gas from which PM is collected by the filter 20 and from which harmful gas components are removed or purified is discharged to the atmosphere through the muffler after the flow rate is adjusted by the exhaust throttle valve 21 as necessary.
[0041]
Further, the exhaust branch pipe 18 and the intake branch pipe 8 have an exhaust recirculation passage (hereinafter referred to as an EGR passage) 25 that recirculates a part of the exhaust gas flowing through the exhaust branch pipe 18 to the intake branch pipe 8. It is communicated through. In the middle of the EGR passage 25, a flow rate adjusting valve is configured with an electromagnetic valve or the like, and changes the flow rate of exhaust gas (hereinafter referred to as EGR gas) flowing through the EGR passage 25 in accordance with the magnitude of applied power. (Hereinafter referred to as an EGR valve) 26 is provided.
[0042]
An EGR cooler 27 that cools the EGR gas flowing in the EGR passage 25 is provided in the middle of the EGR passage 25 and upstream of the EGR valve 26. The EGR cooler 27 is provided with a cooling water passage (not shown), and a part of the cooling water for cooling the engine 1 circulates.
[0043]
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.
[0044]
At that time, in the EGR cooler 27, heat exchange is performed between the EGR gas flowing in the EGR passage 25 and the cooling water of the engine 1 to cool the EGR gas.
[0045]
The EGR gas recirculated from the exhaust branch pipe 18 to the intake branch pipe 8 via the EGR passage 25 is guided to the combustion chamber of each cylinder 2 while being mixed with fresh air flowing from the upstream side of the intake branch pipe 8.
[0046]
Here, the EGR gas contains an inert gas component that does not burn itself and has a high heat capacity, such as water (H 2 O) and carbon dioxide (CO 2 ). When the EGR gas is contained in the air-fuel mixture, the combustion temperature of the air-fuel mixture is lowered, and the amount of nitrogen oxide (NOx) generated is suppressed.
[0047]
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.
[0048]
Next, the filter 20 according to the present embodiment will be described.
[0049]
FIG. 2 is a cross-sectional view of the filter 20. FIG. 2A is a diagram illustrating a cross-section in the horizontal direction of the filter 20. FIG. 2B is a view showing a longitudinal section of the filter 20.
[0050]
As shown in FIGS. 2A and 2B, the filter 20 is a so-called wall flow type having a plurality of exhaust flow passages 50 and 51 extending in parallel with each other. These exhaust flow passages include an exhaust inflow passage 50 whose downstream end is closed by a plug 52 and an exhaust outflow passage 51 whose upstream end is closed by a plug 53. In FIG. 2A, hatched portions indicate plugs 53. Therefore, the exhaust inflow passages 50 and the exhaust outflow passages 51 are alternately arranged via the thin partition walls 54. In other words, the exhaust inflow passage 50 and the exhaust outflow passage 51 are arranged such that each exhaust inflow passage 50 is surrounded by four exhaust outflow passages 51 and each exhaust outflow passage 51 is surrounded by four exhaust inflow passages 50.
[0051]
The filter 20 is made of a porous material such as cordierite, so that the exhaust gas flowing into the exhaust inflow passage 50 is adjacent to the surrounding partition wall 54 as shown by an arrow in FIG. To the exhaust outlet passage 51.
[0052]
In the embodiment according to the present invention, a carrier layer made of alumina, for example, is formed on the peripheral wall surfaces of each exhaust inflow passage 50 and each exhaust outflow passage 51, that is, on both side surfaces of each partition wall 54 and on the pore inner wall surface in each partition wall 54. The NOx storage reduction catalyst is supported on the carrier.
[0053]
Next, the function of the NOx storage reduction catalyst carried by the filter 20 according to the present embodiment will be described.
[0054]
The filter 20 uses, for example, alumina as a carrier, and an alkali metal such as potassium (K), sodium (Na), lithium (Li), or cesium (Cs), and barium (Ba) or calcium (Ca). ), An alkaline earth such as lanthanum (La) or yttrium (Y), and a noble metal such as platinum (Pt). In the present embodiment, occlusion configured by supporting barium (Ba) and platinum (Pt) on a support made of alumina and further adding ceria (Ce 2 O 3 ) having O 2 storage capability. A reduced NOx catalyst was employed.
[0055]
The thus configured NOx catalyst occludes nitrogen oxide (NOx) in the exhaust when the oxygen concentration of the exhaust flowing into the NOx catalyst is high.
[0056]
On the other hand, the NOx catalyst releases the stored nitrogen oxide (NOx) when the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the NOx catalyst decreases. At that time, if a reducing component such as hydrocarbon (HC) or carbon monoxide (CO) is present in the exhaust, the NOx catalyst converts nitrogen oxide (NOx) released from the NOx catalyst to nitrogen (N 2 ) can be reduced.
[0057]
By the way, when the engine 1 is operated with lean combustion, the air-fuel ratio of the exhaust discharged from the engine 1 becomes a lean atmosphere, and the oxygen concentration of the exhaust becomes high, so that nitrogen oxide (NOx) contained in the exhaust is NOx. When the lean combustion operation of the engine 1 is continued for a long period of time, the NOx storage capacity of the NOx catalyst is saturated, and nitrogen oxides (NOx) in the exhaust gas are removed by the NOx catalyst. Without being released into the atmosphere.
[0058]
In particular, in a diesel engine such as the engine 1, the lean air-fuel ratio mixture is combusted in most of the operating region, and the exhaust air-fuel ratio becomes the lean air-fuel ratio in most of the operating region accordingly. The NOx occlusion capacity is easily saturated.
[0059]
Therefore, when the engine 1 is in lean burn operation, before the NOx occlusion capacity of the NOx catalyst is saturated, the oxygen concentration in the exhaust gas flowing into the NOx catalyst is lowered and the concentration of the reducing agent is increased and occluded in the NOx catalyst. The released nitrogen oxide (NOx) needs to be released and reduced.
[0060]
As a method for reducing the oxygen concentration in this way, methods such as fuel addition in exhaust, low-temperature combustion, and fuel injection during the expansion stroke into the cylinder 2 can be considered. In this embodiment, a filter is used. 20 is provided with a reducing agent supply mechanism for adding fuel (diesel oil) as a reducing agent to the exhaust gas flowing through the exhaust pipe 19 upstream from the exhaust gas 20, and flows into the filter 20 by adding fuel from the reducing agent supply mechanism into the exhaust gas. The exhaust gas oxygen concentration was lowered and the reducing agent concentration was increased.
[0061]
As shown in FIG. 1, the reducing agent supply mechanism is attached so that its injection hole faces the exhaust branch pipe 18, and is opened by a signal from the ECU 35 to inject fuel and a reducing agent injection valve 28. A reducing agent supply path 29 that guides the fuel discharged from the fuel pump 6 to the reducing agent injection valve 28, and a shutoff that is provided in the reducing agent supply path 29 and blocks the flow of fuel in the reducing agent supply path 29. And a valve 31.
[0062]
In such a reducing agent supply mechanism, high-pressure fuel discharged from the fuel pump 6 is applied to the reducing agent injection valve 28 via the reducing agent supply path 29. Then, the reducing agent injection valve 28 is opened by a signal from the ECU 35 and fuel as a reducing agent is injected into the exhaust branch pipe 18.
[0063]
The reducing agent injected into the exhaust branch pipe 18 from the reducing agent injection valve 28 reduces the oxygen concentration of the exhaust gas flowing from the upstream side of the exhaust branch pipe 18.
[0064]
The exhaust gas having a low oxygen concentration thus formed flows into the filter 20 and is reduced to nitrogen (N 2 ) while releasing nitrogen oxides (NOx) stored in the filter 20.
[0065]
Thereafter, the reducing agent injection valve 28 is closed by a signal from the ECU 35, and the addition of the reducing agent into the exhaust branch pipe 18 is stopped.
[0066]
In this embodiment, the fuel is added by injecting the fuel into the exhaust gas. Instead, the amount of soot is increased by increasing the amount of recirculated EGR gas and becomes the maximum. After that, low-temperature combustion for further increasing the EGR gas amount may be performed, or fuel may be injected from the fuel injection valve 3 during the expansion stroke or exhaust stroke of the engine 1.
[0067]
The engine 1 configured as described above is provided with an electronic control unit (ECU) 35 for controlling the engine 1. The ECU 35 is a unit that controls the operating state of the engine 1 in accordance with the operating conditions of the engine 1 and the driver's request.
[0068]
Various sensors such as the common rail pressure sensor 4a, the air flow meter 11, the exhaust temperature sensor 24, the crank position sensor 33, the accelerator opening sensor 36, and the like are connected to the ECU 35 through electric wiring, and output signals from the various sensors described above are transmitted to the ECU 35. To be input.
[0069]
On the other hand, the ECU 35 is connected to the fuel injection valve 3, the intake throttle actuator 14, the exhaust throttle actuator 22, the reducing agent injection valve 28, the EGR valve 26, the shutoff valve 31 and the like via electrical wiring, The ECU 35 can be controlled.
[0070]
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.
[0071]
The input port 356 receives an output signal of a sensor that outputs a digital signal format signal like the crank position sensor 33 and transmits the output signal to the CPU 351 and the RAM 353.
[0072]
The input port 356 is input via an A / D 355 of a sensor that outputs an analog signal format signal such as the common rail pressure sensor 4a, the air flow meter 11, the exhaust gas temperature sensor 24, the accelerator opening sensor 36, and the like. Are output to the CPU 351 and the RAM 353.
[0073]
The output port 357 is connected to the fuel injection valve 3, the intake throttle actuator 14, the exhaust throttle actuator 22, the EGR valve 26, the reducing agent injection valve 28, the shutoff valve 31, etc. via electrical wiring, and is output from the CPU 351. The control signal is transmitted to the fuel injection valve 3, the intake throttle actuator 14, the exhaust throttle actuator 22, the EGR valve 26, the reducing agent injection valve 28, or the shutoff valve 31.
[0074]
The ROM 352 controls a fuel injection control routine for controlling the fuel injection valve 3, an intake throttle control routine for controlling the intake throttle valve 13, an exhaust throttle control routine for controlling the exhaust throttle valve 21, and an EGR valve 26. Trapped in the filter 20, a NOx purification control routine for releasing the stored NOx by adding a reducing agent to the filter 20, a poisoning recovery control routine for recovering SOx poisoning of the filter 20, An application program such as a PM combustion control routine for burning and removing PM is stored.
[0075]
The ROM 352 stores various control maps in addition to the application programs described above. The control map is, for example, a fuel injection amount control map indicating the relationship between the operating state of the engine 1 and the basic fuel injection amount (basic fuel injection time), and the fuel indicating the relationship between the operating state of the engine 1 and the basic fuel injection timing. The injection timing control map, the intake throttle valve opening control map showing the relationship between the operating state of the engine 1 and the target opening of the intake throttle valve 13, the relationship between the operating state of the engine 1 and the target opening of the exhaust throttle valve 21 Exhaust throttle valve opening control map, EGR valve opening control map showing the relationship between the operating state of the engine 1 and the target opening of the EGR valve 26, the operating state of the engine 1 and the target addition amount of reducing agent (or the exhaust gas A reducing agent addition amount control map showing the relationship with the target air-fuel ratio), a reducing agent injection valve control map showing the relationship between the target addition amount of the reducing agent and the opening time of the reducing agent injection valve 28, and the like.
[0076]
The RAM 353 stores output signals from the sensors, calculation results of the CPU 351, and the like. The calculation result is, for example, an engine speed calculated based on a time interval at which the crank position sensor 33 outputs a pulse signal. These data are rewritten to the latest data every time the crank position sensor 33 outputs a pulse signal.
[0077]
The backup RAM 354 is a non-volatile memory capable of storing data even after the engine 1 is stopped.
[0078]
The CPU 351 operates in accordance with an application program stored in the ROM 352, and executes fuel injection valve control, intake throttle control, exhaust throttle control, EGR control, NOx purification control, poisoning recovery control, PM combustion control, and the like.
[0079]
For example, in the NOx purification control, the CPU 351 executes so-called rich spike control in which the oxygen concentration in the exhaust gas flowing into the filter 20 is reduced in a spike manner (short time) in a relatively short cycle.
[0080]
In the rich spike control, the CPU 351 determines whether or not the rich spike control execution condition is satisfied every predetermined cycle. As this rich spike control execution condition, for example, the filter 20 is in an active state, the output signal value (exhaust temperature) of the exhaust temperature sensor 24 is equal to or lower than a predetermined upper limit value, poisoning recovery control is not executed, Etc. can be exemplified.
[0081]
When it is determined that the rich spike control execution condition as described above is satisfied, the CPU 351 controls the reducing agent injection valve 28 to inject fuel as a reducing agent from the reducing agent injection valve 28 in a spike manner. As a result, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the filter 20 is temporarily set to a predetermined target rich air-fuel ratio.
[0082]
Specifically, the CPU 351 stores the engine speed stored in the RAM 353, the output signal of the accelerator opening sensor 36 (accelerator opening), the output signal value of the air flow meter 11 (intake air amount), and the output of the air-fuel ratio sensor. Read signal, fuel injection amount, etc.
[0083]
The CPU 351 accesses the reducing agent addition amount control map in the ROM 352 using the engine speed, the accelerator opening, the intake air amount, and the fuel injection amount as parameters, and sets the air-fuel ratio of the exhaust to a preset target air-fuel ratio. The amount of addition of the reducing agent (target addition amount) required above is calculated.
[0084]
Subsequently, the CPU 351 accesses the reducing agent injection valve control map of the ROM 352 using the target addition amount as a parameter, and the reducing agent injection valve 28 necessary for injecting the reducing agent with the target addition amount from the reducing agent injection valve 28. The valve opening time (target valve opening time) is calculated.
[0085]
When the target valve opening time of the reducing agent injection valve 28 is calculated, the CPU 351 opens the reducing agent injection valve 28.
[0086]
When the target valve opening time has elapsed from the time when the reducing agent injection valve 28 is opened, the CPU 351 closes the reducing agent injection valve 28.
[0087]
Thus, when the reducing agent injection valve 28 is opened for the target valve opening time, a target addition amount of fuel is injected into the exhaust branch pipe 18 from the reducing agent injection valve 28. The reducing agent injected from the reducing agent injection valve 28 mixes with the exhaust gas flowing from the upstream side of the exhaust branch pipe 18 to form an air-fuel mixture having a target air-fuel ratio and flows into the filter 20.
[0088]
As a result, the oxygen concentration of the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the filter 20 changes in a relatively short cycle, so that the filter 20 alternates between storing and releasing / reducing nitrogen oxide (NOx). Will be repeated in a short period.
[0089]
Next, in the poisoning recovery control, the CPU 351 performs a poisoning recovery process to recover the poisoning due to the oxide of the filter 20.
[0090]
Here, the fuel of the engine 1 may contain sulfur (S). When such fuel is burned in the engine 1, sulfur dioxide (SO 2 ), sulfur trioxide (SO 3 ), etc. Of sulfur oxide (SOx).
[0091]
Sulfur oxide (SOx) flows into the filter 20 together with the exhaust gas, and is stored in the filter 20 by the same mechanism as nitrogen oxide (NOx).
[0092]
Specifically, when the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the filter 20 is high, sulfur oxides (SOx) such as sulfur dioxide (SO 2 ) and sulfur trioxide (SO 3 ) in the inflowing exhaust gas are platinum (Pt). Then, it is oxidized on the surface of the water and stored in the filter 20 in the form of sulfate ions (SO 4 2− ). Further, the sulfate ions (SO 4 2− ) occluded in the filter 20 are combined with barium oxide (BaO) to form sulfate (BaSO 4 ).
[0093]
By the way, sulfate (BaSO 4 ) is more stable and difficult to decompose than barium nitrate (Ba (NO 3 ) 2 ), and is not decomposed even if the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the filter 20 is lowered. It remains in the filter 20.
[0094]
As the amount of sulfate (BaSO 4 ) in the filter 20 increases, the amount of barium oxide (BaO) that can participate in the storage of nitrogen oxides (NOx) decreases accordingly. So-called SOx poisoning occurs.
[0095]
As a method for recovering SOx poisoning of the filter 20, the temperature of the atmosphere of the filter 20 is raised to a high temperature range of approximately 600 to 650 ° C., and the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the filter 20 is lowered to reduce the filter 20. barium sulfate which is occluded (BaSO 4) SO 3 in - and SO 4 - in pyrolyzing, then SO 3 - and SO 4 - hydrocarbons (HC) and carbon monoxide in the exhaust gas (CO) and reaction The method of reducing to gaseous SO 2 can be exemplified.
[0096]
Therefore, in the poisoning recovery process according to the present embodiment, the CPU 351 first performs the catalyst temperature increase control for increasing the bed temperature of the filter 20 and then reduces the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the filter 20. .
[0097]
In the catalyst temperature increase control, the CPU 351 injects fuel from the reducing agent injection valve 28 to oxidize the fuel in the filter 20 and increase the temperature increase of the filter 20 by heat generated at that time. At this time, the injection amount of the fuel injected from the reducing agent injection valve 28 is set so that the injection interval is shorter than the fuel injection performed at the time of NOx release / reduction and the air-fuel ratio at that time is higher.
[0098]
Further, in the catalyst temperature increase control, the CPU 351, for example, injects fuel from the fuel injection valve 3 at the time of the expansion stroke of each cylinder 2 and adds fuel from the reducing agent injection valve 28 into the exhaust. These unburned fuel components may be oxidized in the filter 20 and the bed temperature of the filter 20 may be increased by the heat generated during the oxidation.
[0099]
However, if the temperature of the filter 20 is excessively increased, thermal degradation of the filter 20 may be induced. Therefore, the secondary injected fuel amount and the added fuel amount are feedback controlled based on the output signal value of the exhaust temperature sensor 24. It is preferable to do so.
[0100]
When the bed temperature of the filter 20 rises to a high temperature range of, for example, 630 ° C. by the catalyst temperature raising process as described above, the CPU 351 injects fuel from the reducing agent injection valve 28 to reduce the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the filter 20. Let
[0101]
When excessive fuel is injected from the reducing agent injection valve 28, the fuel is burnt rapidly in the filter 20 and the filter 20 is overheated, or the excess fuel injected from the reducing agent injection valve 28 filters the fuel. Therefore, it is preferable that the CPU 351 feedback-controls the fuel injection amount from the reducing agent injection valve 28 based on an output signal of an air-fuel ratio sensor (not shown).
[0102]
When the poisoning recovery process is performed in this way, the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the filter 20 becomes low under the condition where the bed temperature of the filter 20 is high, so that barium sulfate (BaSO 4 ) contained in the filter 20 is reduced. ) is SO 3 - and SO 4 - are thermally decomposed, they SO 3 - and SO 4 - are reduced by reaction with hydrocarbons (HC) and carbon monoxide in the exhaust gas (CO), than Te filter 20 SOx poisoning will be restored.
[0103]
By the way, if fuel is added in order to recover SOx poisoning in the middle and high load region, the temperature of the filter 20 may rise excessively and may cause thermal degradation. However, if the engine 1 is not subsequently operated in the light load region, fuel addition for SOx poisoning recovery is not performed. If such a state continues, the temperature of the filter 20 will decrease, and it will be necessary to carry out temperature rise control again in order to recover SOx poisoning. .
[0104]
However, if fuel is not added to the filter 20 in order to suppress the deterioration of fuel consumption, the temperature of the filter 20 will be lowered this time, and SOx poisoning recovery will be performed immediately when shifting to a light load region. May not be possible, and there is a risk of losing the opportunity for SOx poisoning recovery.
[0105]
Therefore, in the present embodiment, the temperature of the filter 20 is maintained according to the operating state, so that both the temperature maintenance of the filter 20 and the suppression of deterioration of fuel consumption are achieved.
[0106]
Here, FIG. 4 is a diagram showing the relationship among the rotational speed, the load, and the target temperature of the filter 20. This map is stored in the ROM 352 in advance. The hatched region in the figure is, for example, a region of 630 ° C., and the target temperature gradually decreases as the distance from this region increases. In FIG. 4, an operation region in which the target temperature is 500 ° C. is representatively shown.
[0107]
Since the exhaust gas temperature is high and the exhaust gas flow rate is high in the high load region, the filter 20 is at a high temperature of, for example, 550 ° C. without adding fuel. When shifting from such a state to the light load region, it is possible to raise the temperature of the filter 20 in a short period of time, for example, to 630 ° C., which is necessary for SOx poisoning recovery. Until the fuel is added, fuel consumption is prevented from deteriorating.
[0108]
On the other hand, in the middle to high load region, the target temperature is determined according to the rotation speed and load, and the fuel addition is performed by feeding back the amount of fuel to be added.
[0109]
Here, the CPU 351 reads the output signal (rotation speed) of the crank position sensor 33 and the output signal (load) of the accelerator opening sensor 36, and substitutes this value in the map of FIG. calculate. Next, the CPU 351 reads the output signal of the exhaust temperature sensor 24 and estimates the temperature of the filter 20. The temperature of the filter 20 is estimated from the intake air amount (output signal of the air flow meter 11), the rotation speed, the load, the fuel injection amount, and the like. Alternatively, the temperature of the filter 20 may be obtained by mapping values obtained by experiments in advance. Further, a temperature sensor may be provided in the filter 20 to directly measure the temperature of the filter 20. In this way, the obtained actual temperature is compared with the target temperature. When the actual filter 20 temperature is higher than the target temperature, the fuel addition amount is decreased. On the other hand, when the actual filter 20 temperature is lower than the target temperature, the fuel addition amount is increased. . Examples of the method for increasing or decreasing the fuel include adjustment of the fuel injection interval, adjustment of the opening time of the reducing agent injection valve 28 at the time of one fuel injection, and the like.
[0110]
In the low load region, the temperature of the filter 20 is maintained at, for example, 630 ° C. necessary for SOx poisoning recovery so that SOx poisoning recovery can be started immediately. In such an operating region, the temperature is maintained at a temperature at which SOx poisoning recovery can be started immediately so as not to miss the opportunity for SOx poisoning recovery.
[0111]
In this way, in the high load region, the amount of fuel added is reduced to suppress the deterioration of fuel consumption. On the other hand, in the low load region, the temperature of the filter 20 is maintained at a high temperature to miss the opportunity for SOx poisoning recovery. In this way, it is possible to suppress the deterioration of exhaust emission.
[0112]
In the present embodiment, for the sake of convenience, the operation region has been described using the terms low load region, medium load region, and high load region. However, in actuality, the operation region is classified according to the rotation speed and load shown in FIG. Has been.
[0113]
On the other hand, in the present embodiment, when the operation region in which SOx poisoning recovery cannot be performed continues for a predetermined time (for example, 3 minutes), the fuel addition is stopped.
[0114]
As described above, the SOx poisoning recovery control is performed at a light load. Therefore, SOx poisoning recovery control is hardly performed during traveling on a suburb or highway. Even if the fuel is added and the temperature of the filter 20 is maintained at a high temperature in such an operation state, it takes a considerable time until the SOx poisoning recovery control is performed, so that the amount of fuel consumption increases. . Therefore, when such an operating state continues for a predetermined time (for example, 3 minutes), the fuel addition is stopped to suppress the deterioration of fuel consumption. Note that a predetermined time until the fuel addition is stopped may be determined depending on the operation state at this time.
[0115]
Here, the conventional temperature increase control is executed when a predetermined amount or more of SOx is occluded in the NOx catalyst. However, if the light load operation is not performed thereafter, the SOx poisoning recovery control is not performed, so that the temperature must be raised again, and the amount of fuel consumption increases.
[0116]
In that regard, in the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present embodiment, the fuel consumption is increased by setting the target temperature of the filter 20 to a higher temperature in the operation region where the possibility of SOx poisoning recovery is higher. And the opportunity for recovery from SOx poisoning can be effectively utilized.
[0117]
As described above, in the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present embodiment, the higher the possibility that SOx poisoning recovery is performed, the higher the temperature of the filter 20 is maintained and the opportunity for SOx poisoning recovery is missed. The target temperature of the filter 20 is lowered and the fuel consumption is improved as the possibility that the SOx poisoning recovery is performed is low, and the exhaust emission deterioration due to the SOx poisoning of the NOx storage reduction catalyst is suppressed. Can do.
<Second Embodiment>
This embodiment is different from the first embodiment in the following points.
[0118]
That is, in the first embodiment, the temperature of the filter 20 is set in consideration of the operating state of the engine 1 immediately after the SOx poisoning recovery is necessary. In this embodiment, the SOx poisoning recovery is performed. When necessary, first, the temperature of the filter 20 was raised to a temperature required for SOx poisoning recovery (for example, 630 ° C.), and then SOx poisoning recovery was not performed for a predetermined time (for example, 3 minutes). In this case, similarly to the first embodiment, the temperature rise control of the filter 20 according to the operating state of the engine 1 is performed.
[0119]
The present embodiment differs from the first embodiment in that the filter 20 is first raised to a predetermined temperature, but the basic configuration of the engine 1 and other hardware to be applied is different. Since this is common to the first embodiment, the description thereof is omitted.
[0120]
Here, since it is generally difficult to predict when the operating region of the engine 1 will shift to the light load region, in the exhaust gas purification apparatus for the internal combustion engine according to the first embodiment, a short period of time after shifting to the light load region. The target temperature of the filter 20 was set in accordance with the operating region of the engine 1 so that the temperature of the filter 20 could be increased.
[0121]
However, even during high-load driving, high-load driving may continue during highway driving or the like, or may immediately shift to low-load driving during urban driving.
[0122]
Therefore, in the present embodiment, when SOx poisoning recovery is required, first, the temperature of the filter 20 is increased to a temperature required for SOx poisoning recovery (for example, 630 ° C.). After that, in the case where it does not shift to an operation region in which SOx poisoning recovery can be performed for a predetermined period (for example, 3 minutes), in order to suppress the deterioration of fuel consumption, according to the operation region as in the first embodiment. The temperature of the filter 20 is controlled.
[0123]
In this way, when SOx poisoning recovery is required, the temperature of the filter 20 is raised so that SOx poisoning recovery can be performed immediately, so that the SOx poisoning recovery can be performed. In this case, the SOx poisoning can be recovered immediately, and when the operating state where the SOx poisoning cannot be recovered continues, the temperature of the filter 20 is controlled in accordance with the operating state, thereby reducing the fuel consumption. It is possible to raise the temperature of the filter 20 at an early stage when shifting to the light load region while suppressing the deterioration of.
[0124]
【The invention's effect】
In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, when the target temperature of the NOx catalyst is set according to the operation state, the NOx is quickly recovered when the sulfur poisoning recovery is possible while suppressing the deterioration of fuel consumption. The catalyst can be heated to obtain many opportunities for SOx poisoning recovery.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an engine to which an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention is applied and an intake / exhaust system thereof.
FIG. 2A is a diagram showing a transverse cross section of a particulate filter. (B) is a figure which shows the longitudinal direction cross section of a particulate filter.
FIG. 3 is a block diagram showing an internal configuration of an ECU.
FIG. 4 is a diagram showing filter set temperatures according to the first embodiment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Engine 1a ... Crank pulley 2 ... Cylinder 3 ... Fuel injection valve 4 ... Common rail 4a ... Common rail pressure sensor 5 ... Fuel supply pipe 6 ... .... Fuel pump 6a ... Pump pulley 8 ... Intake branch pipe 9 ... Intake pipe 18 ... Exhaust branch pipe 19 ... Exhaust pipe 20 ... Particulate filter 21 ... Exhaust throttle Valve 24 ... Exhaust temperature sensor 25 ... EGR passage 26 ... EGR valve 27 ... EGR cooler 28 ... Reducing agent injection valve 29 ... Reducing agent supply path 31 ... Shut-off valve 33 ..Crank position sensor 35 ECU
36 Accelerator opening sensor

Claims (3)

流入する排気の空燃比がリーンのときには排気中のNOxを吸蔵し流入する排気の空燃比が理論空燃比又はリッチになると吸蔵したNOxを還元するNOx触媒と、
前記NOx触媒に吸蔵された硫黄酸化物を除去する必要が生じたときに該NOx触媒の昇温制御を行う昇温手段と、
内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
を備え、
前記昇温手段は、内燃機関が低負荷状態のときにはNO x 触媒の目標温度を硫黄酸化物の除去に必要となる温度とし、内燃機関が中負荷状態のときには低負荷に近づくほどNO x 触媒の目標温度を高くし、若しくは、内燃機関が高負荷状態であってNOx触媒の昇温を行うのに適さない運転状態であるときにはNOx触媒の昇温を行わないことを特徴とする
内燃機関の排気浄化装置。
A NOx catalyst that stores NOx in the exhaust when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust is lean, and reduces the stored NOx when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust becomes the stoichiometric air-fuel ratio or rich;
A temperature raising means for performing temperature rise control of the NOx catalyst when it is necessary to remove the sulfur oxide stored in the NOx catalyst;
An operating state detecting means for detecting an operating state of the internal combustion engine;
With
Said heating means, when the internal combustion engine is in a low load state to a temperature required target temperature of the NO x catalyst for the removal of sulfur oxides, when the internal combustion engine is in an intermediate load state of the NO x catalyst closer to low load the target temperature is increased, or, characterized in that it does not perform the temperature increase of N Ox catalyst when the internal combustion engine is in the operating state which is not suitable to perform the heating of a to the NOx catalyst in a high load state internal combustion Engine exhaust purification system.
前記昇温手段が前記NOx触媒の昇温を行っているときに、硫黄酸化物の除去を行うことができない運転状態が所定時間以上継続した場合には、前記昇温手段はNOx触媒の昇温を中止することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。  When the temperature raising means is raising the temperature of the NOx catalyst and the operation state in which the sulfur oxide cannot be removed continues for a predetermined time or longer, the temperature raising means 2. The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein 前記昇温手段は、前記NOx触媒に吸蔵された硫黄酸化物を除去する必要が生じたときに、硫黄被毒の回復に必要とされる温度まで一旦NOx触媒の温度を上昇させ、その後所定期間硫黄被毒回復が行われなかった場合には、内燃機関が低負荷状態のときにはNO x 触媒の目標温度を硫黄酸化物の除去に必要となる温度とし、内燃機関が中負荷状態のときには低負荷に近づくほどNO x 触媒の目標温度を高くし、若しくは、内燃機関が高負荷状態であってNOx触媒の昇温を行うのに適さない運転状態であるときにはNOx触媒の昇温を行わないことを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。The temperature raising means once raises the temperature of the NOx catalyst to a temperature required for recovery of sulfur poisoning when it becomes necessary to remove the sulfur oxides stored in the NOx catalyst, and then for a predetermined period of time. sulfur when poisoning recovery has not been performed, when the internal combustion engine is in the low load condition to a temperature required target temperature of the NO x catalyst for the removal of sulfur oxides, a low load when the internal combustion engine is in a middle load condition The target temperature of the NOx catalyst is increased as the value approaches N , or the temperature of the NOx catalyst is increased when the internal combustion engine is in a high load state and is not suitable for increasing the temperature of the NOx catalyst. The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein there is no exhaust gas.
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4267414B2 (en) * 2003-09-12 2009-05-27 トヨタ自動車株式会社 Catalyst control device for internal combustion engine
FR2894286B1 (en) * 2005-12-01 2010-10-29 Peugeot Citroen Automobiles Sa SYSTEM FOR DETERMINING SULFUR POISONING LEVEL OF INTEGRATED EMISSION MEANS IN AN EXHAUST LINE OF A MOTOR VEHICLE ENGINE.
GB2495750A (en) * 2011-10-20 2013-04-24 Gm Global Tech Operations Inc A Method for Operating a Lean NOx Trap of an Internal Combustion Engine
JP5338993B1 (en) * 2012-01-19 2013-11-13 トヨタ自動車株式会社 Exhaust gas purification device for internal combustion engine

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5657625A (en) * 1994-06-17 1997-08-19 Mitsubishi Jidosha Kogyo Kabushiki Kaisha Apparatus and method for internal combustion engine control
JP3440654B2 (en) * 1994-11-25 2003-08-25 トヨタ自動車株式会社 Exhaust gas purification device
DE19636790A1 (en) * 1996-09-11 1998-03-12 Volkswagen Ag NOx emission control process
US5746049A (en) * 1996-12-13 1998-05-05 Ford Global Technologies, Inc. Method and apparatus for estimating and controlling no x trap temperature
JP4346118B2 (en) * 1997-10-08 2009-10-21 株式会社デンソー Catalyst temperature control device for internal combustion engine
US6205773B1 (en) * 1998-07-07 2001-03-27 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Exhaust gas purification device for an internal combustion engine
JP2000130223A (en) * 1998-10-29 2000-05-09 Toyota Motor Corp Exhaust emission control system of multi-cylinder internal combustion engine
JP3518398B2 (en) * 1999-03-11 2004-04-12 トヨタ自動車株式会社 Exhaust gas purification device for internal combustion engine
EP1065351B1 (en) * 1999-07-02 2004-03-03 Mitsubishi Jidosha Kogyo Kabushiki Kaisha Exhaust gas purifying apparatus of internal combustion engine
JP2001050086A (en) * 1999-08-09 2001-02-23 Denso Corp Air-fuel ratio control unit for internal combustion engine

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