JP3840738B2

JP3840738B2 - Exhaust purification device

Info

Publication number: JP3840738B2
Application number: JP12789797A
Authority: JP
Inventors: 靖久北原
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1997-05-01
Filing date: 1997-05-01
Publication date: 2006-11-01
Anticipated expiration: 2017-05-01
Also published as: JPH10305215A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関から排出される排気（排ガス）を浄化する排気浄化装置に関し、特に、燃焼状態に応じて排気通路から吸気通路へ排気を還流させる形式の内燃機関に適用される排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼル機関等の内燃機関から排出される排気には、窒素酸化物（ＮＯｘ）などの物質が含まれているため、排気浄化装置によりこれを浄化した後に、大気中に放出するようにしている。
【０００３】
内燃機関に適用される従来の排気浄化装置としては、例えば、特開平８−２２９３５６号公報に開示されているようなものが知られている。これを図９を参照して簡単に説明する。
【０００４】
同図において、３１はエンジンであり、エンジン３１の排気通路３２の下流には触媒ケース３３に収容された金属酸化物等の触媒３４が設けられている。排気通路３２の触媒３４よりも上流側の部分には、還元剤としての炭化水素（ＨＣ）を排気通路３２中に供給する還元剤供給インジェクタ３５が設けられている。
【０００５】
３６はエンジン・コントロール・ユニット（ＥＣＵ）であり、エンジン・コントロール・ユニット３６には、各種センサ３７によるエンジン回転数、アクセル開度等に関する信号が入力される。エンジン・コントロール・ユニット３６は、これらの信号に基づき、燃料噴射弁３８による燃料噴射量等を制御する。
【０００６】
排気通路３２の触媒３４よりも上流側の部分には、排気通路３２を流通される排気の温度を検出する温度センサ３９が設けられており、この温度センサ３９による検出温度はエンジン・コントロール・ユニット３６に送られる。
【０００７】
エンジン・コントロール・ユニット３６は、温度センサ３９による検出温度に基づき、触媒３４が活性温度領域にあるか否かを判断し、活性温度領域にあると判断した場合には還元剤を供給し、活性温度領域にないと判断した場合には還元剤の供給を停止するよう還元剤供給インジェクタ３５の作動を制御する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような従来技術によると、排気通路から吸気通路へ排気を還流させない形式の内燃機関においては、それなりの浄化性能を実現することはできるが、燃焼状態（希薄燃焼、理論空燃費燃焼等）に応じて排気通路から吸気通路へ排気をその還流量を調整しつつ還流させる形式の内燃機関においては、以下のような問題が生じた。
【０００９】
ここで、図１０の触媒入口排気温度とＮＯｘ（窒素酸化物）転化率との関係を示す図を参照する。同図中、符号Ａを付した曲線は、排気還流量が０％の場合（ＥＧＲ無し）を示しており、符号Ｂを付した曲線は、排気還流量が大きい場合（ＥＧＲ大）を示している。同図から明らかなように、排気の還流を大量に行った場合、ＮＯｘ転化率のピークが高温側に温度Ｔ１だけシフトしている。これは排気還流量を多くすると、排気中の酸素濃度が低下することによるものである。
【００１０】
従って、排気の温度のみによって還元剤の供給を制御するようにした従来技術を、燃焼状態に応じて排気通路から吸気通路へ排気を選択的に還流させる形式の内燃機関に適用すると、実際に触媒が活性温度領域にないのに還元剤を供給し、あるいは実際に触媒が活性温度領域にあるのに還元剤を供給しないという場合が生じ、十分な浄化性能を得ることができないという問題があった。
【００１１】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、排気を還流させる形式の内燃機関において、優れた浄化性能を実現することができる排気浄化装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の本発明の排気浄化装置は、内燃機関の排気通路に設けられた触媒手段と、該排気通路の該触媒手段よりも上流の部分に還元剤を供給する還元剤供給手段と、該排気通路から該内燃機関の吸気通路に排気を還流させる排気還流手段とを備えた排気浄化装置において、前記排気通路を流通される排気の触媒入口温度を検出する排気温度検出手段と、前記排気通路を流通される排気の触媒入口酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段と、前記排気温度検出手段により検出された排気温度と前記酸素濃度検出手段により検出された酸素濃度に対応する活性シフト量に基づき、前記触媒手段が活性温度領域にあるか否かを判断し、該触媒手段が活性温度領域にある場合に還元剤を供給するよう前記還元剤供給手段を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
請求項１記載の本発明の排気浄化装置では、触媒手段が活性温度領域にあるか否かを排気の温度だけでなく酸素濃度をも加味して判断するようにしている。排気環流量が多くなるほど排気の酸素濃度が低くなって触媒手段の活性温度領域が高温側にシフトすることが判明しており、排気の酸素濃度から触媒手段の活性温度領域のシフト量を認識することができるから、触媒手段が活性温度領域にあることをより正確に判断することができる。
【００１４】
請求項２記載の本発明の内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気通路に設けられた触媒手段と、該排気通路の該触媒手段よりも上流の部分に還元剤を供給する還元剤供給手段と、該排気通路から該内燃機関の吸気通路に排気を還流させる排気還流手段とを備えた排気浄化装置において、前記排気通路を流通される排気の触媒入口温度を検出する排気温度検出手段と、前記排気還流手段による排気の還流率を検出する排気還流率検出手段と、前記排気温度検出手段により検出された排気温度と前記排気還流率検出手段により検出された排気還流率に対応する活性シフト量に基づき、前記触媒手段が活性温度領域にあるか否かを判断し、該触媒手段が活性温度領域にある場合に還元剤を供給するよう前記還元剤供給手段を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１５】
請求項２記載の本発明の排気浄化装置では、触媒手段が活性温度領域にあるか否かを排気の温度だけでなく排気環流率をも加味して判断するようにしている。排気環流率が大きくなるほど排気の酸素濃度が低くなって触媒手段の活性温度領域が高温側にシフトすることが判明しており、排気環流率から触媒手段の活性温度領域のシフト量を認識することができるから、触媒手段が活性温度領域にあることをより正確に判断することができる。
【００１６】
【発明の効果】
請求項１記載の本発明の排気浄化装置によれば、排気の温度だけでなく排気の酸素濃度をも加味して触媒手段が活性温度領域にあるか否かを判断するようにしたから、排気の環流を行う形式の内燃機関に適用した場合に、排気環流量の大小に応じて変化する触媒手段の実際の活性温度領域に、より適合的に対応することができ、従って、優れた浄化性能を実現することができるという効果がある。
【００１７】
請求項２記載の本発明の排気浄化装置によれば、排気の温度だけでなく排気環流率をも加味して触媒手段が活性温度領域にあるか否かを判断するようにしたから、排気の環流を行う形式の内燃機関に適用した場合に、排気環流率の大小に応じて変化する触媒手段の実際の活性温度領域に、より適合的に対応することができ、従って、優れた浄化性能を実現することができるという効果がある。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の排気浄化装置の第１実施形態の概略構成を示す図である。
【００１９】
同図において、１１はエンジンであり、エンジン１１の排気通路１２の下流には触媒ケース１３に収容された金属酸化物等の触媒１４が設けられている。排気通路１２の触媒１４よりも上流側の部分には、還元剤としての炭化水素（ＨＣ）を排気通路１２中に供給する還元剤供給インジェクタ１５が設けられている。
【００２０】
１６はエンジン・コントロール・ユニット（ＥＣＵ）であり、エンジン・コントロール・ユニット１６には、各種のセンサ１７によるアクセル開度、エンジン回転数、吸入空気量等に関する信号が入力される。エンジン・コントロール・ユニット１６は、これらの信号に基づき、燃料噴射弁１８による燃料噴射量等を制御する。
【００２１】
排気通路１２の触媒１４よりも上流側の部分には、触媒１４の入口部分における排気通路１２を流通される排気の温度（触媒入口排温）を検出する温度センサ１９が設けられており、この温度センサ１９による検出温度はエンジン・コントロール・ユニット１６に送られる。また、排気通路１２の触媒１４よりも上流側の部分には、触媒１４の入口部分における排気通路１２を流通される排気の酸素濃度（触媒入口酸素濃度）を検出する酸素濃度センサ２０が設けられており、この酸素濃度センサ２０による検出酸素濃度はエンジン・コントロール・ユニット１６に送られる。
【００２２】
排気通路１２の触媒１４よりも上流側の部分には排気環流通路２１の一端が連通接続されており、排気環流通路２１の他端は吸気通路（図示せず）に連通接続されている。排気環流通路２１の中間部分には排気環流量を調整する排気環流制御弁（ＥＧＲバルブ）２２が設けられている。排気環流制御弁２２はエンジン・コントロール・ユニット１６によりその開度が制御される。
【００２３】
エンジン・コントロール・ユニット１６は、エンジン１１等の制御に必要な各種のデータをその記憶手段に記憶しているが、還元剤の供給に関しては、以下のようなデータを予め記憶保持している。
【００２４】
即ち、エンジン・コントロール・ユニット１６は、排気環流を実施しない場合における触媒の活性温度領域（以下、基準活性温度領域という）の下限温度Ｔ２及び上限温度Ｔ３をデータとして有している。このデータは、図１０における排気環流を実施しない場合（ＥＧＲ無し）の触媒入口排気温度とＮＯｘ転化率との関係に基づき予め求められている。
【００２５】
これに加えて、エンジン・コントロール・ユニット１６は、図２に示されているように、排気環流量が０％の場合（ＥＧＲ＝０％時）の運転条件（エンジン回転数Ｎｅ、燃料噴射量Ｑ）と酸素濃度との関係をデータとして有している。また、エンジン・コントロール・ユニット１６は、図３に示されているように、酸素濃度差（排気環流を実施した場合の酸素濃度Ｏ１と排気環流率が０％の場合の酸素濃度Ｏ２との差）ΔＯと活性シフト量Ｔ１との関係をデータとして有している。
【００２６】
ここで、活性シフト量とは、排気環流を実施しない場合における触媒のＮＯｘ転化率が最大となる温度と排気環流を実施した場合における触媒のＮＯｘ転化率が最大となる温度との差をいう。
【００２７】
図４はエンジン・コントロール・ユニット１６による還元剤供給制御を示すフローチャートである。エンジン・コントロール・ユニット１６は、まず、温度センサ１９による現在の排気の温度（触媒入口排温）Ｔ０を読み込み（Ｓ１）、酸素濃度センサ２０による現在の排気の酸素濃度（触媒入口酸素濃度）Ｏ１を読み込む（Ｓ２）。
【００２８】
次いで、活性シフト量Ｔ１を以下のようにして求める（Ｓ３）。即ち、排気の温度Ｔ０及び酸素濃度Ｏ１を検出した現在における運転条件（エンジン回転数、燃料噴射量）を検出し、図２に示したデータに従って、現在の運転条件と同一の運転条件における排気環流量が０％の場合の酸素濃度Ｏ２を求め、Ｏ１とＯ２との差ΔＯを算出する。次いで、図３に示すデータに従って、酸素濃度差ΔＯに対応する活性シフト量Ｔ１を求める。
【００２９】
活性シフト量Ｔ１を求めたならば、Ｔ０−Ｔ１が基準活性温度領域（排気環流を実施しない場合における触媒の活性温度領域の下限温度Ｔ２と上限温度Ｔ３の間）に入っているか否かを判断し（Ｓ４）、基準活性温度領域に入っている場合には、還元剤供給インジェクタ１５による還元剤の供給を実施してＨＣ／ＮＯｘ比を改善し（Ｓ５）、基準活性温度領域に入っていない場合には還元剤供給インジェクタ１５による還元剤の供給を停止してＨＣ／ＮＯｘ比の改善を停止する（Ｓ６）。
【００３０】
上述した第１実施形態によると、排気環流を選択的に実施する形式のエンジンにおいて、排気環流を実施した場合には排気の酸素濃度が変化し、排気の温度が同じであっても排気の酸素濃度の変化により触媒の実際の活性温度領域が基準活性温度領域と比較してシフトすることに着目し、排気の酸素濃度を検出することにより、活性シフト量Ｔ１を求め、検出した排気温度Ｔ０をこの活性シフト量Ｔ１で補正して、この補正された温度に基づき基準活性温度領域にあるか否かを判断して、基準活性温度領域にある場合に還元剤供給インジェクタ１５により還元剤を供給するようにしている。
【００３１】
従って、排気環流の有無及び排気環流量の大小にかかわらず、触媒１４が実際の活性温度領域にあるときに還元剤を供給することとなり、触媒１４による窒素酸化物の浄化性能を向上することができる。
【００３２】
なお、上述した第１実施形態では、排気の酸素濃度Ｏ１を検出する酸素濃度検出手段として、酸素濃度センサ２０を採用しているが、本発明はこれに限定されず、このような酸素濃度センサ２０は廃止して、酸素濃度検出手段として、吸入空気量、アクセル開度、エンジン回転数及び排気環流制御弁開度からそのときの酸素濃度Ｏ１を計算により求める手段を採用することができる。
【００３３】
図５は本発明の排気浄化装置の第２実施形態の概略構成を示す図である。なお、図１に示した第１実施形態と実質的に同一の構成部分については、同一の番号が付してある。
【００３４】
同図において、１１はエンジンであり、エンジン１１の排気通路１２の下流には触媒ケース１３に収容された金属酸化物等の触媒１４が設けられている。排気通路１２の触媒１４よりも上流側の部分には、還元剤としての炭化水素（ＨＣ）を排気通路１２中に供給する還元剤供給インジェクタ１５が設けられている。
【００３５】
１６はエンジン・コントロール・ユニット（ＥＣＵ）であり、エンジン・コントロール・ユニット１６には、各種のセンサ１７によるアクセル開度、エンジン回転数、吸入空気量等に関する信号が入力される。エンジン・コントロール・ユニット１６は、これらの信号に基づき、燃料噴射弁１８による燃料噴射量等を制御する。
【００３６】
排気通路１２の触媒１４よりも上流側の部分には、触媒１４の入口部分における排気通路１２を流通される排気の温度（触媒入口排温）を検出する温度センサ１９が設けられており、この温度センサ１９による検出温度はエンジン・コントロール・ユニット１６に送られる。
【００３７】
排気通路１２の触媒１４よりも上流側の部分には排気環流通路２１の一端が連通接続されており、排気環流通路２１の他端は吸気通路（図示せず）に連通接続されている。排気環流通路２１の中間部分には排気環流量を調整する排気環流制御弁（ＥＧＲバルブ）２２が設けられている。排気環流制御弁２２はエンジン・コントロール・ユニット１６によりその開度が制御される。
【００３８】
エンジン・コントロール・ユニット１６は、エンジン１１等の制御に必要な各種のデータをその記憶手段に記憶しているが、還元剤の供給に関しては、以下のようなデータを予め記憶保持している。
【００３９】
即ち、エンジン・コントロール・ユニット１６は、排気環流を実施しない場合における触媒の活性温度領域（以下、基準活性温度領域という）の下限温度Ｔ２及び上限温度Ｔ３をデータとして有している。このデータは、図１０における排気環流を実施しない場合（ＥＧＲ無し）の触媒入口排気温度とＮＯｘ転化率との関係に基づき予め求められている。
【００４０】
これに加えて、エンジン・コントロール・ユニット１６は、図６に示されているように、排気環流率（ＥＧＲ率：吸入空気量に対する排気環流量の割合）と活性シフト量Ｔ１との関係をデータとして有している。
【００４１】
ここで、活性シフト量とは、排気環流を実施しない場合における触媒のＮＯｘ転化率が最大となる温度と排気環流を実施した場合における触媒のＮＯｘ転化率が最大となる温度との差をいう。
【００４２】
図７はエンジン・コントロール・ユニット１６による還元剤供給制御を示すフローチャートである。エンジン・コントロール・ユニット１６は、まず、現在の運転条件（エンジン回転数、アクセル開度、吸入空気量及び排気環流制御弁開度）を検出し（Ｓ１）、温度センサ１９による現在の排気の温度（触媒入口排温）Ｔ０を読み込む（Ｓ２）。
【００４３】
次いで、検出した運転条件に基づきＥＧＲ率を算出し、このＥＧＲ率に対応する活性シフト量Ｔ１を、図６に示すデータに従って求める。活性シフト量Ｔ１を求めたならば、Ｔ０−Ｔ１が基準活性温度領域（排気環流を実施しない場合における触媒の活性温度領域の下限温度Ｔ２と上限温度Ｔ３の間）に入っているか否かを判断し（Ｓ４）、基準活性温度領域に入っている場合には、還元剤供給インジェクタ１５による還元剤の供給を実施してＨＣ／ＮＯｘ比を改善し（Ｓ５）、基準活性温度領域に入っていない場合には還元剤供給インジェクタ１５による還元剤の供給を停止してＨＣ／ＮＯｘ比の改善を停止する（Ｓ６）。
【００４４】
上述した第２実施形態によると、排気環流を選択的に実施する形式のエンジンにおいて、排気環流を実施した場合には排気の酸素濃度が変化し、排気の温度が同じであっても排気の酸素濃度の変化により触媒の実際の活性温度領域が基準活性温度領域と比較してシフトすることに着目し、運転条件から排気環流率を算出することにより、活性シフト量Ｔ１を求め、検出した排気温度Ｔ０をこの活性シフト量Ｔ１で補正して、この補正された温度に基づき基準活性温度領域にあるか否かを判断して、基準活性温度領域にある場合に還元剤供給インジェクタ１５により還元剤を供給するようにしている。
【００４５】
従って、排気環流の有無及び排気環流量の大小にかかわらず、触媒１４が実際の活性温度領域にあるときに還元剤を供給することとなり、触媒１４による窒素酸化物の浄化性能を向上することができる。
【００４６】
図８は本発明の排気浄化装置の第３実施形態の概略構成を示す図である。なお、図５に示した第２実施形態と実質的に同一の構成部分については、同一の番号を付してその説明は省略する。
【００４７】
この第３実施形態では、還元剤供給手段としての還元剤供給インジェクタ１５を独立して設けることはせず、その代わりに燃料噴射弁１８を還元剤供給手段として兼用するようにしている。即ち、エンジン・コントロール・ユニット１６は、エンジン１１の掃気時（排気行程）において、還元剤としての燃料を噴射する。
【００４８】
燃料噴射弁１８によるエンジン１１の掃気時における燃料の噴射は、触媒１４が活性温度領域にある場合に行うものとし、活性温度領域にあるか否かの判断は、上述した第２実施形態における還元剤供給制御と同様の処理により行うものとし、その説明は省略する。この第３実施形態によると、上述した第２実施形態よりも構成が簡略となる。
【００４９】
なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。従って、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の構成を示す図である。
【図２】本発明の第１実施形態の排気環流量が０％の場合における運転条件と酸素濃度との関係を示す図である。
【図３】本発明の第１実施形態の酸素濃度差と活性シフト量との関係を示す図である。
【図４】本発明の第１実施形態のエンジン・コントロール・ユニットによる還元剤供給制御処理を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第２実施形態の構成を示す図である。
【図６】本発明の第２実施形態の排気環流率と活性シフト量との関係を示す図である。
【図７】本発明の第２実施形態のエンジン・コントロール・ユニットによる還元剤供給制御処理を示すフローチャートである。
【図８】本発明の第３実施形態の構成を示す図である。
【図９】従来技術の構成を示す図である。
【図１０】排気環流を実施した場合と実施しない場合における触媒入口排気温度とＮＯｘ転化率の関係を示す図である。
【符号の説明】
１１ …エンジン
１２ …排気通路
１４ …触媒
１５ …還元剤供給インジェクタ
１６ …エンジン・コントロール・ユニット
１８ …燃料噴射弁
１９ …温度センサ
２０ …酸素濃度センサ
２１ …排気環流通路
２２ …排気還流制御弁[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust gas purification device that purifies exhaust gas (exhaust gas) discharged from an internal combustion engine, and more particularly, to an exhaust gas purification device that is applied to an internal combustion engine of a type that recirculates exhaust gas from an exhaust passage to an intake passage according to a combustion state. About.
[0002]
[Prior art]
Since exhaust gas discharged from an internal combustion engine such as a diesel engine contains substances such as nitrogen oxide (NOx), the exhaust gas is purified by an exhaust gas purification device and then released into the atmosphere.
[0003]
As a conventional exhaust purification device applied to an internal combustion engine, for example, a device disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 8-229356 is known. This will be briefly described with reference to FIG.
[0004]
In the figure, reference numeral 31 denotes an engine, and a catalyst 34 such as a metal oxide accommodated in a catalyst case 33 is provided downstream of an exhaust passage 32 of the engine 31. A reducing agent supply injector 35 that supplies hydrocarbon (HC) as a reducing agent into the exhaust passage 32 is provided at a portion upstream of the catalyst 34 in the exhaust passage 32.
[0005]
Reference numeral 36 denotes an engine control unit (ECU). Signals relating to the engine speed, the accelerator opening, and the like by various sensors 37 are input to the engine control unit 36. The engine control unit 36 controls the fuel injection amount by the fuel injection valve 38 based on these signals.
[0006]
A temperature sensor 39 for detecting the temperature of the exhaust gas flowing through the exhaust passage 32 is provided at a portion upstream of the catalyst 34 in the exhaust passage 32. The temperature detected by the temperature sensor 39 is the engine control unit. 36.
[0007]
The engine control unit 36 determines whether or not the catalyst 34 is in the active temperature region based on the temperature detected by the temperature sensor 39. If it is determined that the catalyst 34 is in the active temperature region, the engine control unit 36 supplies a reducing agent to activate the catalyst 34. When it is determined that the temperature is not within the temperature range, the operation of the reducing agent supply injector 35 is controlled so as to stop the supply of the reducing agent.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, according to the conventional technology as described above, in an internal combustion engine of a type that does not recirculate exhaust gas from the exhaust passage to the intake passage, it is possible to achieve appropriate purification performance, but the combustion state (lean combustion, stoichiometric fuel consumption combustion) Etc.), the following problems occur in the internal combustion engine that recirculates exhaust gas from the exhaust passage to the intake passage while adjusting the recirculation amount.
[0009]
Here, reference is made to the graph showing the relationship between the catalyst inlet exhaust temperature and the NOx (nitrogen oxide) conversion rate in FIG. In the figure, the curve with the symbol A shows the case where the exhaust gas recirculation amount is 0% (no EGR), and the curve with the symbol B shows the case where the exhaust gas recirculation amount is large (large EGR). Yes. As can be seen from the figure, when a large amount of exhaust gas is recirculated, the peak of the NOx conversion rate is shifted to the high temperature side by the temperature T1. This is because when the exhaust gas recirculation amount is increased, the oxygen concentration in the exhaust gas decreases.
[0010]
Therefore, when the conventional technique in which the supply of the reducing agent is controlled only by the temperature of the exhaust is applied to an internal combustion engine that selectively recirculates the exhaust from the exhaust passage to the intake passage according to the combustion state, the catalyst is actually used. However, there is a case where a reducing agent is supplied even though the catalyst is not in the active temperature region, or a case in which the reducing agent is not supplied even though the catalyst is actually in the active temperature region, and there is a problem that sufficient purification performance cannot be obtained. .
[0011]
The present invention has been made in view of the above problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide an exhaust purification device capable of realizing excellent purification performance in an internal combustion engine that recirculates exhaust gas. And
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an exhaust emission control device according to the present invention comprises a catalyst means provided in an exhaust passage of an internal combustion engine, and a reducing agent in a portion upstream of the catalyst means in the exhaust passage. In an exhaust gas purification apparatus comprising a reducing agent supply means for supplying and an exhaust gas recirculation means for recirculating exhaust gas from the exhaust passage to the intake passage of the internal combustion engine, a catalyst inlet temperature of exhaust gas flowing through the exhaust passage is detected. Exhaust temperature detection means, oxygen concentration detection means for detecting the catalyst inlet oxygen concentration of exhaust gas flowing through the exhaust passage, exhaust temperature detected by the exhaust temperature detection means, and oxygen detected by the oxygen concentration detection means based on the activity shift amount corresponding to the concentration, the catalyst device is determined whether there are any active temperature region, the reducing agent supply hand to supply the reducing agent when the catalyst means is in the active temperature region Characterized in that a control means for controlling.
[0013]
In the exhaust emission control device according to the first aspect of the present invention, it is determined whether or not the catalyst means is in the activation temperature range in consideration of not only the exhaust temperature but also the oxygen concentration. It has been found that as the exhaust ring flow rate increases, the oxygen concentration of the exhaust gas decreases and the activation temperature region of the catalyst means shifts to the high temperature side, and the shift amount of the activation temperature region of the catalyst device is recognized from the oxygen concentration of the exhaust gas. Therefore, it can be more accurately determined that the catalyst means is in the active temperature range.
[0014]
The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to claim 2 is a catalyst means provided in an exhaust passage of the internal combustion engine, and a reducing agent supply for supplying a reducing agent to a portion of the exhaust passage upstream of the catalyst means. And an exhaust gas recirculation device that recirculates exhaust gas from the exhaust passage to the intake passage of the internal combustion engine, and an exhaust gas temperature detection means for detecting a catalyst inlet temperature of the exhaust gas flowing through the exhaust passage; An exhaust gas recirculation rate detection means for detecting the exhaust gas recirculation rate by the exhaust gas recirculation means; an exhaust gas temperature detected by the exhaust gas temperature detection means; and an activity shift corresponding to the exhaust gas recirculation rate detected by the exhaust gas recirculation rate detection means based on the amount, the catalyst device is determined whether there are any active temperature region, and a control means for said catalyst means controls the reducing agent supply means to supply the reducing agent when in the active temperature region Characterized by comprising.
[0015]
In the exhaust emission control device according to the second aspect of the present invention, it is determined whether or not the catalyst means is in the active temperature range by taking into consideration not only the exhaust temperature but also the exhaust gas recirculation rate. It has been found that as the exhaust gas recirculation rate increases, the oxygen concentration in the exhaust gas decreases and the active temperature region of the catalyst means shifts to the high temperature side, and the shift amount of the active temperature region of the catalyst device is recognized from the exhaust gas recirculation rate. Therefore, it can be more accurately determined that the catalyst means is in the active temperature range.
[0016]
【The invention's effect】
According to the exhaust emission control device of the present invention, the exhaust gas concentration as well as the exhaust gas oxygen concentration is taken into account to determine whether or not the catalyst means is in the active temperature range. When applied to an internal combustion engine of the type that performs the recirculation of the exhaust gas, it is possible to more appropriately cope with the actual activation temperature range of the catalyst means that changes according to the size of the exhaust gas recirculation flow. There is an effect that can be realized.
[0017]
According to the exhaust emission control device of the present invention, it is determined whether or not the catalyst means is in the active temperature range by considering not only the exhaust temperature but also the exhaust gas recirculation rate. When applied to a recirculation type internal combustion engine, it is possible to more appropriately cope with the actual activation temperature range of the catalyst means that changes according to the exhaust recirculation rate, and therefore, excellent purification performance can be achieved. There is an effect that it can be realized.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a first embodiment of an exhaust purification apparatus of the present invention.
[0019]
In the figure, 11 is an engine, and a catalyst 14 such as a metal oxide accommodated in a catalyst case 13 is provided downstream of the exhaust passage 12 of the engine 11. A reducing agent supply injector 15 for supplying hydrocarbon (HC) as a reducing agent into the exhaust passage 12 is provided at a portion upstream of the catalyst 14 in the exhaust passage 12.
[0020]
Reference numeral 16 denotes an engine control unit (ECU). Signals relating to the accelerator opening, the engine speed, the intake air amount, and the like by various sensors 17 are input to the engine control unit 16. The engine control unit 16 controls the fuel injection amount by the fuel injection valve 18 based on these signals.
[0021]
A temperature sensor 19 for detecting the temperature of exhaust gas flowing through the exhaust passage 12 in the inlet portion of the catalyst 14 (catalyst inlet exhaust temperature) is provided at a portion upstream of the catalyst 14 in the exhaust passage 12. The temperature detected by the temperature sensor 19 is sent to the engine control unit 16. Further, an oxygen concentration sensor 20 for detecting the oxygen concentration (catalyst inlet oxygen concentration) of the exhaust gas flowing through the exhaust passage 12 at the inlet portion of the catalyst 14 is provided at a portion upstream of the catalyst 14 in the exhaust passage 12. The oxygen concentration detected by the oxygen concentration sensor 20 is sent to the engine control unit 16.
[0022]
One end of the exhaust gas recirculation passage 21 is connected to a portion of the exhaust passage 12 upstream of the catalyst 14, and the other end of the exhaust gas recirculation passage 21 is connected to an intake passage (not shown). An exhaust gas recirculation control valve (EGR valve) 22 that adjusts the exhaust gas flow rate is provided in an intermediate portion of the exhaust gas recirculation passage 21. The opening degree of the exhaust gas recirculation control valve 22 is controlled by the engine control unit 16.
[0023]
The engine control unit 16 stores various data necessary for the control of the engine 11 and the like in its storage means, but stores and holds the following data in advance for the supply of the reducing agent.
[0024]
That is, the engine control unit 16 has the lower limit temperature T2 and the upper limit temperature T3 of the catalyst active temperature region (hereinafter referred to as the reference active temperature region) when the exhaust gas recirculation is not performed as data. This data is obtained in advance based on the relationship between the catalyst inlet exhaust temperature and the NOx conversion rate when the exhaust gas recirculation in FIG. 10 is not performed (no EGR).
[0025]
In addition to this, as shown in FIG. 2, the engine control unit 16 operates the operating conditions (engine speed Ne, fuel injection amount) when the exhaust gas flow rate is 0% (when EGR = 0%). The relationship between Q) and oxygen concentration is included as data. Further, as shown in FIG. 3, the engine control unit 16 has an oxygen concentration difference (the difference between the oxygen concentration O1 when the exhaust gas recirculation is performed and the oxygen concentration O2 when the exhaust gas recirculation rate is 0%. ) The relationship between ΔO and the activity shift amount T1 is included as data.
[0026]
Here, the activity shift amount refers to the difference between the temperature at which the NOx conversion rate of the catalyst is maximized when exhaust gas recirculation is not performed and the temperature at which the NOx conversion rate of the catalyst is maximized when exhaust gas recirculation is performed.
[0027]
FIG. 4 is a flowchart showing reducing agent supply control by the engine control unit 16. The engine control unit 16 first reads the current exhaust gas temperature (catalyst inlet exhaust temperature) T0 from the temperature sensor 19 (S1), and the oxygen concentration sensor 20 present oxygen concentration (catalyst inlet oxygen concentration) O1. Is read (S2).
[0028]
Next, the active shift amount T1 is obtained as follows (S3). That is, the current operating conditions (engine speed and fuel injection amount) at which the exhaust gas temperature T0 and the oxygen concentration O1 are detected are detected, and the exhaust ring under the same operating conditions as the current operating conditions is detected according to the data shown in FIG. The oxygen concentration O2 when the flow rate is 0% is obtained, and the difference ΔO between O1 and O2 is calculated. Next, an activity shift amount T1 corresponding to the oxygen concentration difference ΔO is obtained according to the data shown in FIG.
[0029]
If the activity shift amount T1 is obtained, it is determined whether T0-T1 is in the reference activation temperature region (between the lower limit temperature T2 and the upper limit temperature T3 of the catalyst activation temperature region when exhaust gas recirculation is not performed). However, if it is within the reference active temperature range (S4), the reducing agent supply injector 15 supplies the reducing agent to improve the HC / NOx ratio (S5) and does not enter the reference active temperature range. In this case, the supply of the reducing agent by the reducing agent supply injector 15 is stopped and the improvement of the HC / NOx ratio is stopped (S6).
[0030]
According to the first embodiment described above, in an engine of a type that selectively performs exhaust gas recirculation, when exhaust gas recirculation is performed, the oxygen concentration of the exhaust gas changes, and even if the exhaust gas temperature is the same, the oxygen content of the exhaust gas Focusing on the fact that the actual activation temperature region of the catalyst shifts compared to the reference activation temperature region due to the change in concentration, by detecting the oxygen concentration of the exhaust gas, the activity shift amount T1 is obtained, and the detected exhaust gas temperature T0 is determined. It is corrected with this activity shift amount T1, and it is determined whether or not it is in the reference active temperature region based on this corrected temperature, and when it is in the reference active temperature region, the reducing agent is supplied by the reducing agent supply injector 15. I am doing so.
[0031]
Therefore, regardless of the presence or absence of the exhaust gas recirculation and the magnitude of the exhaust gas flow rate, the reducing agent is supplied when the catalyst 14 is in the actual activation temperature range, and the nitrogen oxide purification performance by the catalyst 14 can be improved. it can.
[0032]
In the first embodiment described above, the oxygen concentration sensor 20 is employed as the oxygen concentration detection means for detecting the oxygen concentration O1 of the exhaust gas. However, the present invention is not limited to this, and such an oxygen concentration sensor. No. 20 can be abolished, and a means for calculating the oxygen concentration O1 at that time from the intake air amount, the accelerator opening, the engine speed, and the exhaust gas recirculation control valve opening can be employed as the oxygen concentration detecting means.
[0033]
FIG. 5 is a diagram showing a schematic configuration of the second embodiment of the exhaust emission control device of the present invention. In addition, the same number is attached | subjected about the component substantially the same as 1st Embodiment shown in FIG.
[0034]
In the figure, 11 is an engine, and a catalyst 14 such as a metal oxide accommodated in a catalyst case 13 is provided downstream of the exhaust passage 12 of the engine 11. A reducing agent supply injector 15 for supplying hydrocarbon (HC) as a reducing agent into the exhaust passage 12 is provided at a portion upstream of the catalyst 14 in the exhaust passage 12.
[0035]
Reference numeral 16 denotes an engine control unit (ECU). Signals relating to the accelerator opening, the engine speed, the intake air amount, and the like by various sensors 17 are input to the engine control unit 16. The engine control unit 16 controls the fuel injection amount by the fuel injection valve 18 based on these signals.
[0036]
A temperature sensor 19 for detecting the temperature of exhaust gas flowing through the exhaust passage 12 in the inlet portion of the catalyst 14 (catalyst inlet exhaust temperature) is provided at a portion upstream of the catalyst 14 in the exhaust passage 12. The temperature detected by the temperature sensor 19 is sent to the engine control unit 16.
[0037]
One end of the exhaust gas recirculation passage 21 is connected to a portion of the exhaust passage 12 upstream of the catalyst 14, and the other end of the exhaust gas recirculation passage 21 is connected to an intake passage (not shown). An exhaust gas recirculation control valve (EGR valve) 22 that adjusts the exhaust gas flow rate is provided in an intermediate portion of the exhaust gas recirculation passage 21. The opening degree of the exhaust gas recirculation control valve 22 is controlled by the engine control unit 16.
[0038]
The engine control unit 16 stores various data necessary for the control of the engine 11 and the like in its storage means, but stores and holds the following data in advance for the supply of the reducing agent.
[0039]
That is, the engine control unit 16 has the lower limit temperature T2 and the upper limit temperature T3 of the catalyst active temperature region (hereinafter referred to as the reference active temperature region) when the exhaust gas recirculation is not performed as data. This data is obtained in advance based on the relationship between the catalyst inlet exhaust temperature and the NOx conversion rate when the exhaust gas recirculation in FIG. 10 is not performed (no EGR).
[0040]
In addition to this, as shown in FIG. 6, the engine control unit 16 provides data on the relationship between the exhaust gas recirculation rate (EGR rate: the ratio of the exhaust gas flow rate to the intake air amount) and the activity shift amount T1. Have as.
[0041]
Here, the activity shift amount refers to the difference between the temperature at which the NOx conversion rate of the catalyst is maximized when exhaust gas recirculation is not performed and the temperature at which the NOx conversion rate of the catalyst is maximized when exhaust gas recirculation is performed.
[0042]
FIG. 7 is a flowchart showing the reducing agent supply control by the engine control unit 16. The engine control unit 16 first detects the current operating conditions (engine speed, accelerator opening, intake air amount and exhaust gas recirculation control valve opening) (S1), and the temperature of the current exhaust by the temperature sensor 19 is detected. (Catalyst inlet exhaust temperature) T0 is read (S2).
[0043]
Next, an EGR rate is calculated based on the detected operating condition, and an activity shift amount T1 corresponding to the EGR rate is obtained according to the data shown in FIG. If the activity shift amount T1 is obtained, it is determined whether T0-T1 is in the reference activation temperature region (between the lower limit temperature T2 and the upper limit temperature T3 of the catalyst activation temperature region when exhaust gas recirculation is not performed). However, if it is within the reference active temperature range (S4), the reducing agent supply injector 15 supplies the reducing agent to improve the HC / NOx ratio (S5) and does not enter the reference active temperature range. In this case, the supply of the reducing agent by the reducing agent supply injector 15 is stopped and the improvement of the HC / NOx ratio is stopped (S6).
[0044]
According to the second embodiment described above, in an engine of a type that selectively performs exhaust gas recirculation, when exhaust gas recirculation is performed, the oxygen concentration of the exhaust gas changes, and even if the exhaust gas temperature is the same, the oxygen content of the exhaust gas Focusing on the fact that the actual activation temperature range of the catalyst shifts compared to the reference activation temperature range due to the change in concentration, the activity shift amount T1 is obtained by calculating the exhaust gas recirculation rate from the operating conditions, and the detected exhaust gas temperature. T0 is corrected by this activity shift amount T1, and it is determined whether or not it is in the reference active temperature region based on this corrected temperature, and when it is in the reference active temperature region, the reducing agent is supplied by the reducing agent supply injector 15. I am trying to supply.
[0045]
Therefore, regardless of the presence or absence of the exhaust gas recirculation and the magnitude of the exhaust gas flow rate, the reducing agent is supplied when the catalyst 14 is in the actual activation temperature range, and the nitrogen oxide purification performance by the catalyst 14 can be improved. it can.
[0046]
FIG. 8 is a diagram showing a schematic configuration of a third embodiment of the exhaust emission control device of the present invention. In addition, about the component substantially the same as 2nd Embodiment shown in FIG. 5, the same number is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted.
[0047]
In the third embodiment, the reducing agent supply injector 15 as the reducing agent supply means is not provided independently, but instead, the fuel injection valve 18 is also used as the reducing agent supply means. That is, the engine control unit 16 injects fuel as a reducing agent when the engine 11 is scavenged (exhaust stroke).
[0048]
The fuel injection by the fuel injection valve 18 during the scavenging of the engine 11 is performed when the catalyst 14 is in the activation temperature region, and the determination as to whether or not the catalyst 14 is in the activation temperature region is the reduction in the second embodiment described above. The processing is the same as the agent supply control, and the description thereof is omitted. According to this 3rd Embodiment, a structure becomes simpler than 2nd Embodiment mentioned above.
[0049]
The embodiment described above is described for facilitating the understanding of the present invention, and is not described for limiting the present invention. Therefore, each element disclosed in the above embodiment includes all design changes and equivalents belonging to the technical scope of the present invention.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a first exemplary embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing the relationship between operating conditions and oxygen concentration when the exhaust ring flow rate is 0% according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a relationship between an oxygen concentration difference and an activity shift amount according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a flowchart showing a reducing agent supply control process by the engine control unit according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a second exemplary embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the exhaust gas recirculation rate and the activity shift amount according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a flowchart showing a reducing agent supply control process by an engine control unit according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing a configuration of a third exemplary embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a diagram showing a configuration of a conventional technique.
FIG. 10 is a graph showing a relationship between catalyst inlet exhaust temperature and NOx conversion rate when exhaust gas recirculation is performed and when exhaust gas recirculation is not performed.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Engine 12 ... Exhaust passage 14 ... Catalyst 15 ... Reducing agent supply injector 16 ... Engine control unit 18 ... Fuel injection valve 19 ... Temperature sensor 20 ... Oxygen concentration sensor 21 ... Exhaust recirculation passage 22 ... Exhaust recirculation control valve

Claims

Catalyst means provided in an exhaust passage of the internal combustion engine, reducing agent supply means for supplying a reducing agent to a portion of the exhaust passage upstream of the catalyst means, and exhaust gas from the exhaust passage to the intake passage of the internal combustion engine In an exhaust gas purification apparatus comprising exhaust gas recirculation means for recirculation,
Exhaust temperature detection means for detecting the catalyst inlet temperature of the exhaust gas flowing through the exhaust passage;
Oxygen concentration detection means for detecting the catalyst inlet oxygen concentration of the exhaust gas flowing through the exhaust passage;
Based on the exhaust gas temperature detected by the exhaust gas temperature detecting means and the activity shift amount corresponding to the oxygen concentration detected by the oxygen concentration detecting means, it is determined whether the catalyst means is in the active temperature region, and the catalyst An exhaust emission control device comprising: control means for controlling the reducing agent supply means so as to supply the reducing agent when the means is in an active temperature range.

Catalyst means provided in an exhaust passage of the internal combustion engine, reducing agent supply means for supplying a reducing agent to a portion of the exhaust passage upstream of the catalyst means, and exhaust gas from the exhaust passage to the intake passage of the internal combustion engine In an exhaust gas purification apparatus comprising exhaust gas recirculation means for recirculation,
Exhaust temperature detection means for detecting the catalyst inlet temperature of the exhaust gas flowing through the exhaust passage;
An exhaust gas recirculation rate detection means for detecting the exhaust gas recirculation rate by the exhaust gas recirculation means;
Based on the exhaust gas temperature detected by the exhaust gas temperature detection means and the activity shift amount corresponding to the exhaust gas recirculation rate detected by the exhaust gas recirculation rate detection means, it is determined whether or not the catalyst means is in the active temperature region, An exhaust emission control device comprising: control means for controlling the reducing agent supply means so as to supply the reducing agent when the catalyst means is in an active temperature range.