JP3966082B2 - Exhaust gas purification device for internal combustion engine - Google Patents

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  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はNOx吸蔵還元型触媒を内燃機関の排気通路に備えてリッチスパイク処理によりNOxの還元を実行する内燃機関の排気浄化装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
内燃機関の排気浄化システムとして、NOx吸蔵還元型触媒を用いたシステムが知られている(特開2000−161105)。NOx吸蔵還元型触媒は、成層燃焼あるいはリーン燃焼といった理論空燃比よりも低燃料濃度の燃焼中は、排気空燃比はリーン状態であるので、HC(炭化水素)やCOの酸化は可能であるがNOxの還元ができないため排気中のNOxを吸蔵して外部に排出しないようにしている。そして理論空燃比よりも高燃料濃度の燃焼により排気空燃比がリッチ状態となるとNOxの還元が可能となることから、吸蔵しているNOxを放出して白金系触媒によりNOxを排気中のHCやCOにて還元浄化している。
【0003】
このようなNOx吸蔵還元型触媒を用いた排気浄化システムでは、上述したごとく成層燃焼あるいはリーン燃焼により排気空燃比をリーンとしている際に、NOx吸蔵還元型触媒におけるNOx吸蔵量が増加して所定量に到達すると、リッチスパイク処理を実行して高濃度の燃料を内燃機関に供給している。このリッチスパイク処理により、排気中には大量のHCやCO等の未燃ガスが排出され、これらの未燃ガスが還元剤としてNOx吸蔵還元型触媒に作用することにより、前述したごとく吸蔵されているNOxが迅速に還元されて消滅する。したがって再度NOx吸蔵還元型触媒はNOxを吸蔵することが可能となる。
【0004】
そして、上述した開示技術では、空燃比を高燃料濃度にするリッチスパイク処理時には、空燃比の大きな変化を抑制することで失火を防止し、アイドル時のような低回転低負荷時においても安定した機関運転ができるようにしている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしアイドル時のような低回転低負荷時での成層燃焼あるいはリーン燃焼においては、排気中に大量のHCが含まれる状態が生じ、このことによりNOx吸蔵還元型触媒がHCにより被毒されることがある。
【0006】
すなわち、白金系触媒の表面に高濃度のHCが接触することでHC層が形成し始めると、排気中の酸素によりHCを酸化する触媒反応速度が低下して更にHCの蓄積を生じてHC層が厚くなるという悪循環が発生すると考えられる。そして、このことにより理論空燃比よりも低燃料濃度の燃焼によって排気中に大量に酸素が存在していても、一旦厚いHC層が形成されると酸化によるHCの除去が進まず、厚いHC層が維持されると考えられる。
【0007】
このように白金系触媒の表面がHC層により厚く覆われた状態では、リッチスパイク処理を実行しても、リッチ雰囲気により放出されたNOxが、厚いHC層により白金系触媒に接触するのが阻止されて、十分に還元浄化できない事態を招く。このことにより、排気エミッションを悪化させるおそれがあり、リッチスパイクのための燃料も浪費することになる。
【0008】
本発明はHCによるNOx吸蔵還元型触媒の触媒反応阻害に起因する内燃機関の排気エミッションの悪化を抑制し燃料浪費を防止することを目的とするものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置は、排気空燃比がリーンの時に排気中のNOxを吸蔵するとともに排気空燃比がリッチの時に吸蔵されていたNOxを還元するNOx吸蔵還元型触媒を内燃機関の排気通路に備え、排気空燃比を一時的にリッチにするリッチスパイク処理により前記NOxの還元を実行する内燃機関の排気浄化装置であって、排気空燃比がリーンの時に前記NOx吸蔵還元型触媒が炭化水素による被毒のおそれがあるか否かを判定する被毒判定手段と、前記リッチスパイク処理の実行開始時に前記被毒判定手段にて被毒のおそれがあると判定されている場合には、予め排気空燃比を一時的に理論空燃比とした後に前記リッチスパイク処理を実行する空燃比制御手段とを備えたことを特徴とする。
【0010】
空燃比制御手段は、被毒判定手段にて炭化水素被毒のおそれがあると判定されている場合には、リッチスパイク処理の実行に先立って排気空燃比を一時的に理論空燃比とする。このように内燃機関にて理論空燃比での燃焼をさせることにより、混合気の燃焼が良好となり排気中の炭化水素量が減少し、NOx吸蔵還元型触媒へは炭化水素、CO、NOx及び未反応酸素がバランス良く供給される。そして排気は理論空燃比状態であるため、NOx吸蔵還元型触媒においては三元触媒としての機能が十分に作用し、酸化還元反応が促進される状態となる。
【0011】
このような状態ではNOx吸蔵還元型触媒の表面を覆っている厚い炭化水素層は酸化が進み次第に消失して行く。したがってNOxを還元剤にて還元するための触媒活性を回復させることができる。
【0012】
このように空燃比制御手段は、NOxを還元する触媒活性を回復させた後にリッチスパイク処理を実行するので、リッチ雰囲気によりNOx吸蔵還元型触媒から放出されるNOxは還元剤としての炭化水素やCOにより確実に還元浄化される。このため、還元剤としての炭化水素やCO、更にリッチ雰囲気によりNOx吸蔵還元型触媒から放出されるNOxが大量にNOx吸蔵還元型触媒下流に放出されることはない。
【0013】
尚、排気空燃比を理論空燃比状態とする期間の存在によりリッチスパイク処理が遅れることになるが、この期間は排気空燃比が理論空燃比状態であり、リーン状態を継続しているわけではないのでNOx排出は悪化することはない。
【0014】
このようにして炭化水素によるNOx吸蔵還元型触媒の触媒反応阻害に起因する排気エミッションの悪化を抑制でき燃料浪費を防止することができる。
請求項2に記載の内燃機関の排気浄化装置では、請求項1において、前記被毒判定手段は、前記NOx吸蔵還元型触媒に流入する排気の炭化水素濃度を求めて、排気空燃比がリーンの時に前記炭化水素濃度が高濃度判定値以上の場合に、前記NOx吸蔵還元型触媒が炭化水素による被毒のおそれがあると判定することを特徴とする。
【0015】
排気空燃比がリーンの時にNOx吸蔵還元型触媒に流入する排気の炭化水素濃度が高濃度判定値以上の場合には、NOx吸蔵還元型触媒において酸化できない炭化水素がNOx吸蔵還元型触媒を覆って被毒するおそれがあると判定できる。このような状況を被毒判定手段が判定すると、前述したごとく空燃比制御手段が予め排気空燃比を一時的に理論空燃比とした後にリッチスパイク処理を実行するようにしている。このことにより炭化水素によるNOx吸蔵還元型触媒の触媒反応阻害に起因する排気エミッションの悪化を確実に抑制でき燃料浪費を確実に防止することができる。
【0016】
請求項3に記載の内燃機関の排気浄化装置では、請求項2において、前記被毒判定手段にて高濃度判定値以上の炭化水素濃度であると判定されている場合に、前記空燃比制御手段は、前記リッチスパイク処理におけるリッチ度合を低くすることを特徴とする。
【0017】
このように被毒判定手段にて高濃度判定値以上の炭化水素濃度であると判定されている状況では、リッチスパイク処理のために必要な燃料増量を実行していても実際には排気中における炭化水素濃度が必要以上に高まる。このことにより還元剤としての炭化水素やCOの一部はNOx吸蔵還元型触媒から放出されるNOxの還元浄化に用いられず、浄化されることなくNOx吸蔵還元型触媒下流に放出され、排気エミッションの悪化をもたらすおそれがある。
【0018】
このため被毒判定手段にて前記高濃度判定値以上の炭化水素濃度であると判定されている場合には、リッチスパイク処理のリッチ度合を低くすることにより、還元剤としての炭化水素やCOを確実にNOxの酸素と反応させて排気を浄化できるようにしている。このことによりリッチスパイク処理時の排気エミッションの悪化を効果的に抑制でき燃料浪費を効果的に防止することができる。
【0019】
請求項4に記載の内燃機関の排気浄化装置では、請求項3において、前記空燃比制御手段は、前記リッチスパイク処理におけるリッチ度合の低下は、内燃機関の運転状態に応じて設定することを特徴とする。
【0020】
尚、内燃機関の運転状態に応じて排気中の炭化水素濃度が変化するので、リッチスパイク処理におけるリッチ度合の低下を、内燃機関の運転状態に応じて設定することにより、より適切にリッチスパイク処理時の排気エミッションの悪化を抑制でき燃料浪費を一層効果的に防止することができる。
【0021】
請求項5に記載の内燃機関の排気浄化装置では、請求項1〜4のいずれかにおいて、前記空燃比制御手段は、予め行う排気空燃比を理論空燃比とする期間の終了を、排気のガス量に応じて判断することを特徴とする。
【0022】
排気を理論空燃比とすることによりNOx吸蔵還元型触媒の表面を覆っている炭化水素を酸化して消失する期間は、排気により供給される未反応酸素量に主に依存する。このためリッチスパイク処理に先立って行われる排気空燃比を理論空燃比とする期間の終了は、排気のガス量に応じて適切に判断することができる。このことにより確実にNOx吸蔵還元型触媒の表面を覆っている炭化水素を消失させることができるので、リッチスパイク処理時の排気エミッションの悪化を効果的に抑制し、燃料浪費を効果的に防止することができる。
【0023】
請求項6に記載の内燃機関の排気浄化装置では、請求項1〜4のいずれかにおいて、前記空燃比制御手段は、予め行う排気空燃比を理論空燃比とする期間は、内燃機関の運転状態に応じて設定することを特徴とする。
【0024】
排気を理論空燃比とすることによりNOx吸蔵還元型触媒の表面を覆っている炭化水素を酸化して消失する期間は、排気により供給される未反応酸素量に依存する。この未反応酸素量は内燃機関の運転状態により異なるため、排気空燃比を理論空燃比とする期間は、内燃機関の運転状態に応じて適切に設定することができる。このことにより確実にNOx吸蔵還元型触媒の表面を覆っている炭化水素を消失させることができるので、リッチスパイク処理時の排気エミッションの悪化を効果的に抑制し、燃料浪費を効果的に防止することができる。
【0025】
請求項7に記載の内燃機関の排気浄化装置では、請求項1〜6のいずれかにおいて、前記排気通路において前記NOx吸蔵還元型触媒の上流側には三元触媒を備えるとともに、前記被毒判定手段は、前記三元触媒の炭化水素浄化率に関する情報に基づいて、排気空燃比がリーンの時に前記NOx吸蔵還元型触媒が炭化水素による被毒のおそれがあるか否かを判定することを特徴とする。
【0026】
尚、NOx吸蔵還元型触媒の上流側に三元触媒が存在する場合には、NOx吸蔵還元型触媒へ流れ込む炭化水素量は三元触媒による炭化水素の浄化程度に影響される。
【0027】
したがって被毒判定手段は、三元触媒の炭化水素浄化率に関する情報に基づくことで、NOx吸蔵還元型触媒が炭化水素による被毒のおそれがあるか否かを正確に判定することができる。このため排気空燃比を理論空燃比にするか否かが適切に判断できるので、炭化水素によるNOx吸蔵還元型触媒の触媒反応阻害に起因する排気エミッションの悪化を確実に抑制し、燃料浪費を確実に防止することができる。
【0028】
請求項8に記載の内燃機関の排気浄化装置では、請求項7において、前記三元触媒の炭化水素浄化率に関する情報とは、前記三元触媒に流入する排気の空燃比であることを特徴とする。
【0029】
三元触媒に流入する排気の空燃比により三元触媒での炭化水素の浄化状態が変化し、三元触媒からNOx吸蔵還元型触媒へ供給される排気中の炭化水素量も変化する。このため、三元触媒に流入する排気の空燃比に基づくことでNOx吸蔵還元型触媒の炭化水素被毒のおそれを判定できる。したがって排気空燃比を理論空燃比にするか否かが適切に判断できるので、炭化水素によるNOx吸蔵還元型触媒の触媒反応阻害に起因する排気エミッションの悪化を確実に抑制し、燃料浪費を確実に防止することができる。
【0030】
請求項9に記載の内燃機関の排気浄化装置では、請求項7において、前記三元触媒の炭化水素浄化率に関する情報とは、前記三元触媒の床温であることを特徴とする。
【0031】
三元触媒の炭化水素浄化能力は床温により変化するので、三元触媒の床温により三元触媒からNOx吸蔵還元型触媒へ供給される排気中の炭化水素量も変化する。このため三元触媒の床温に基づくことでNOx吸蔵還元型触媒の炭化水素被毒のおそれを判定できる。したがって排気空燃比を理論空燃比にするか否かが適切に判断できるので、炭化水素によるNOx吸蔵還元型触媒の触媒反応阻害に起因する排気エミッションの悪化を確実に抑制し、燃料浪費を確実に防止することができる。
【0032】
【発明の実施の形態】
[実施の形態1]
図1は、車両に搭載された筒内噴射型ガソリンエンジン(以下「エンジン」と略す)2及びその電子制御ユニット(以下、「ECU」と称す)4の概略構成を示している。エンジン2の各気筒には燃焼室内に燃料を直接噴射する燃料噴射バルブ6と、この噴射された燃料に点火する点火プラグ8とがそれぞれ設けられている。燃焼室に吸気バルブ(図示略)を介して接続された吸気経路10の途中にはモータによって開度が調節されるスロットルバルブ12が設けられている。このスロットルバルブ12の開度(スロットル開度TA)により各気筒へ供給される吸入空気量GA(mg/sec)が調整される。スロットル開度TAはスロットル開度センサ14により検出され、吸入空気量GAは吸入空気量センサ16により検出されて、ECU4に読み込まれている。
【0033】
燃焼室に排気バルブ(図示略)を介して接続された排気経路18の途中には上流側に三元触媒としてのスタートキャタリスト20が、下流側にNOx吸蔵還元型触媒22が設けられている。
【0034】
スタートキャタリスト20の上流側には排気成分から空燃比を検出する空燃比センサ24が設けられている。そしてスタートキャタリスト20とNOx吸蔵還元型触媒22との間には排気成分中の酸素を検出する第1酸素センサ26が、NOx吸蔵還元型触媒22の下流には排気成分中の酸素を検出する第2酸素センサ28が設けられている。
【0035】
ECU4はデジタルコンピュータを中心として構成されているエンジン制御回路である。このECU4は、スロットル開度センサ14、吸入空気量センサ16、空燃比センサ24、2つの酸素センサ26,28以外に、アクセルペダル30の踏み込み量(アクセル開度ACCP)を検出するアクセル開度センサ32から信号を入力している。また、クランク軸(図示略)の回転からエンジン回転数NEを検出するエンジン回転数センサ34、エンジン2の冷却水温THWを検出する冷却水温センサ36などからもそれぞれ信号を入力している。尚、このようなセンサ以外にも、図示省略しているが、車速センサなどのエンジン制御に必要なセンサが設けられている。
【0036】
ECU4は、上述した各種センサからの検出内容に基づいて、エンジン2の燃料噴射時期、燃料噴射量、点火時期及びスロットル開度TA等を適宜制御する。このことにより、例えば燃焼形態については運転状態に応じて成層燃焼と均質燃焼との間で切り替えがなされている。本実施の形態1では、冷間時などの状態を除いた通常運転時においては、エンジン回転数NEと負荷率eklqとのマップに基づいて、前記燃焼形態が決定されている。具体的にはアイドル運転領域を含む低エンジン回転数NEでかつ低負荷率eklqの領域にて成層燃焼が選択され、これ以外では均質燃焼が選択される。ここで負荷率eklqは、最大機関負荷に対する現在の負荷の割合を示すものとして、例えばアクセル開度ACCPとエンジン回転数NEとをパラメータとするマップから求められる値である。
【0037】
均質燃焼が選択された場合には、吸入空気量GAに対応して理論空燃比となる燃料量(一時的には理論空燃比よりも燃料が濃いリッチとすることもある)が吸気行程にて噴射されて、燃焼室では理論空燃比(場合によりリッチ)での均質燃焼がなされる。この場合には排気空燃比は理論空燃比(場合によりリッチ)となる。
【0038】
成層燃焼が選択された場合には、スロットルバルブ12が開き気味となり負荷率eklqに応じて理論空燃比よりも少ない燃料量が圧縮行程にて噴射され、燃焼室ではリーンでの成層燃焼がなされる。この場合には排気空燃比はリーンとなる。
【0039】
次に本実施の形態において、ECU4により実行されるNOx吸蔵還元型触媒22に対する処理の内、リッチスパイク設定処理について説明する。図2にリッチスパイク設定処理を示す。本処理は一定時間周期で繰り返し実行される処理である。
【0040】
本処理が開始されると、まずエンジン運転状態が前述した成層燃焼領域に該当することにより成層燃焼要求がなされている時か否かが判定される(S100)。ここで成層燃焼要求時でなければ(S100で「NO」)、すなわち前記均質燃焼要求時であれば、このまま一旦本処理を終了する。
【0041】
一方、成層燃焼要求時で有れば(S100で「YES」)、次にリッチスパイク実行フラグFrsが「OFF」か否かが判定される(S102)。リッチスパイク実行フラグFrsはリッチスパイク開始を要求するフラグであり、ECU4の電源オン時の初期設定ではFrs=「OFF」に設定されている。ここでFrs=「OFF」であれば(S102で「YES」)、次にNOx吸蔵還元型触媒22のNOx吸蔵量eqnoxcntが所定値N(リッチスパイクを実行する基準量)以上か否かが判定される(S104)。このNOx吸蔵量eqnoxcntは、図示していない別個の処理にて、エンジン2の運転状態に応じてNOx吸蔵還元型触媒22に流入する排気中に含まれるNOx量と還元剤量とを繰り返し求めて、NOx量を積算するとともに還元剤により還元されるNOx量を差し引くことにより継続的に算出されている。
【0042】
eqnoxcnt<Nであれば(S104で「NO」)、リッチスパイクにて還元するタイミングではないことから、このまま一旦本処理を終了する。
特に成層燃焼が継続することでNOx吸蔵還元型触媒22にNOxが継続的に供給されることでeqnoxcnt≧Nとなると(S104で「YES」)、リッチスパイク実行フラグFrsは「ON」に設定される(S106)。そして次にNOx吸蔵還元型触媒22への流入HC濃度thcclが高濃度判定値Dhc以上か否かが判定される(S108)。
【0043】
流入HC濃度thcclはNOx吸蔵還元型触媒22へ流入するHCの濃度を表し、後述するごとく推定される値である。又、高濃度判定値Dhcは、次のようにして設定されている。すなわち図3のグラフに示すごとくNOx吸蔵還元型触媒22への流入HC濃度thcclが5000ppm以下の場合には、リッチ時のNOx還元率は100%でNOxは完全に浄化される。しかし流入HC濃度thcclが5000ppmを越えるとHCがNOx吸蔵還元型触媒22を覆い始めることでNOx還元率は低下し、約6000ppmにてNOx還元率は0%となる。そして更に流入HC濃度thcclが上昇すると吸蔵されいていたNOxの放出量が加わってNOx吸蔵還元型触媒22から下流に排出されるNOx量が増加してしまう。したがって本実施の形態ではHCがNOx吸蔵還元型触媒22を覆い始めるタイミングを判定するために高濃度判定値Dhcは5000ppmに設定する。
【0044】
上述したごとく、thccl≧Dhcである場合は(S108で「YES」)、NOx吸蔵還元型触媒22がHCにより覆われているあるいは覆われ始めていると推測されることから、理論空燃比燃焼実行フラグFstに「ON」が設定される(S110)。次にHC消費トータルガス量Gstに初期値が設定される(S112)。この初期値はNOx吸蔵還元型触媒22を覆っているHCを消費するために必要な理論空燃比での排気のガス量であり、予め実験で求められてECU4のROM内に記憶されている値である。尚、初期値は一定値であっても良いが、直前のステップS108にて判定した流入HC濃度thcclの値に基づいて、流入HC濃度thcclの値が大きいほど前記初期値を大きく設定しても良い。
【0045】
次にリッチスパイク補正フラグFkrsが「ON」に設定される(S114)。こうして一旦、リッチスパイク設定処理を終了する。
次の制御周期では、リッチスパイク実行フラグFrsが「ON」に設定されているので(S102で「NO」)、リッチスパイク設定処理では実質的な処理はなされない。
【0046】
一方、thccl<Dhcでは(S108で「NO」)、NOx吸蔵還元型触媒22がHCにより覆われていないと推測されることから、理論空燃比燃焼実行フラグFstに「OFF」が設定される(S116)。次にリッチスパイク補正フラグFkrsが「OFF」に設定される(S118)。こうして一旦、リッチスパイク設定処理を終了する。
【0047】
ここで流入HC濃度thcclの算出処理を図4に基づいて説明する。本処理は一定時間周期で繰り返し実行される。本処理が開始されると、まずマップMthcinにより、負荷率eklq及びエンジン回転数NEに基づいてスタートキャタリスト20の流入側HC濃度thcinを求める(S210)。このマップMthcinは、予め実験により負荷率eklq及びエンジン回転数NEをパラメータとしてエンジン2の燃焼室から排出される排気中のHC濃度を求めて設定したものである。次にスタートキャタリスト20の流入側の空燃比AFscを、空燃比センサ24の出力から検出する(S212)。
【0048】
そしてスタートキャタリスト20の床温esctempaveを検出する(S214)。このスタートキャタリスト20の床温esctempaveは、ECU4にて別途行われる床温推定処理によりエンジン回転数NEと吸入空気量GAとから推定されている。この床温推定処理としては、例えばエンジン2の安定運転時のエンジン回転数NEと吸入空気量GAとから求められる排気温として触媒床温を推定できる。そしてエンジン2の過渡時においては吸入空気量GAによる時定数に基づいて排気温に追随するように触媒床温を繰り替えし算出することで、床温esctempaveを求める。尚、このように推定する代わりにスタートキャタリスト20内に温度センサを設けて、直接、床温を測定しても良い。
【0049】
次にスタートキャタリスト20のHC浄化率redhc(%)が、マップMredhcから、スタートキャタリスト20の流入側の空燃比AFsc及びスタートキャタリスト20の床温esctempaveに基づいて求められる(S216)。このマップMredhcは、予め実験により空燃比AFsc及び床温esctempaveをパラメータとしてスタートキャタリスト20におけるHCの酸化による浄化状態を測定して設定したものである。
【0050】
次に次式1に示すごとく、NOx吸蔵還元型触媒22の流入側のHC濃度thcclが算出される(S218)。
【0051】
【数1】
thccl ← thcin × redhc/100 … [式1]
こうしてNOx吸蔵還元型触媒22に対する流入HC濃度thcclが推定されて、一旦本処理を終了する。
【0052】
次にリッチスパイク設定処理(図2)にて設定されたリッチスパイク実行フラグFrs、理論空燃比燃焼実行フラグFst、HC消費トータルガス量Gst及びリッチスパイク補正フラグFkrsを用いてなされる燃料噴射制御処理(図5)及びHC除去完了判定処理(図6)について説明する。
【0053】
燃料噴射制御処理(図5)は一定クランク角(4気筒エンジンでは180°、6気筒エンジンでは120°)毎に実行される処理である。本処理が開始されると、まず成層燃焼要求時か否かが判定される(S300)。この判定は前記リッチスパイク設定処理(図2)のステップS100にて説明したごとくである。
【0054】
成層燃焼要求時でなければ(S300で「NO」)、均質燃焼が設定される(S302)。この設定により、吸気行程にて、吸入空気量GAに対応して理論空燃比(場合によりリッチ)となる燃料量が燃焼室に噴射される。このことにより理論空燃比(場合によりリッチ)での均質燃焼がなされる。
【0055】
成層燃焼要求時であれば(S300で「YES」)、リッチスパイク実行フラグFrsが「ON」か否かが判定される(S304)。Frs=「OFF」であれば(S304で「NO」)、リッチスパイクは実行しないので、成層燃焼が設定される(S306)。この設定により、圧縮行程にて、負荷率eklqに応じた理論空燃比よりも少ない燃料量が燃焼室に噴射される。このことでリーンでの成層燃焼がなされる。
【0056】
一方、Frs=「ON」であれば(S304で「YES」)、次に理論空燃比燃焼実行フラグFstが「ON」か否かが判定される(S308)。ここでリッチスパイク設定処理(図2)のステップS108にて流入HC濃度thccl≧Dhcと判定されることで、Fst=「ON」に設定されていれば(S308で「YES」)、目標空燃比AFtに理論空燃比が設定される(S310)。そして目標空燃比AFtが達成されるように、吸入空気量センサ16により検出されている吸入空気量GAと、空燃比センサ24による空燃比フィードバック制御による補正値とに基づいて燃料量Qを算出し、この燃料量Qを吸気行程にて燃焼室内に噴射するように設定する(S312)。このことにより理論空燃比での均質燃焼が実行される。
【0057】
この理論空燃比での均質燃焼は、理論空燃比燃焼実行フラグFstが、HC除去完了判定処理(図6)により「OFF」に設定されるまで継続する。
HC除去完了判定処理(図6)について説明する。本処理は燃料噴射制御処理(図5)と同じサイクルで繰り返し実行される。本処理が開始されると、まずFst=「ON」か否かが判定される(S400)。リッチスパイク設定処理(図2)のステップS110が実行されていることによりFst=「ON」であれば(S400で「YES」)、次にエンジン2の運転状態に基づいて、制御周期毎にNOx吸蔵還元型触媒22に流入するガス量dgasを算出する(S402)。すなわち理論空燃比で均質燃焼された排気のガス量dgasが、エンジン回転数NEと負荷率eklqとに基づいて設定される。
【0058】
次にこのガス量dgasをトータルガス量Tgasに積算する(S404)。このことによりトータルガス量TgasはFst=「ON」が継続している時に、NOx吸蔵還元型触媒22を通過した排気のガス量を表す。
【0059】
そしてトータルガス量Tgasがリッチスパイク設定処理(図2)のステップS112にて設定したHC消費トータルガス量Gst以上か否かが判定される(S406)。Tgas<Gstであれば(S406で「NO」)、まだNOx吸蔵還元型触媒22を覆っているHCは完全に除去されていないと推定されるので、このまま一旦HC除去完了判定処理(図6)を終了する。
【0060】
トータルガス量Tgasが次第に増加してTgas≧Gstとなれば(S406で「YES」)、NOx吸蔵還元型触媒22を覆っているHCは、理論空燃比の雰囲気下で酸化されて完全に除去されたと推定できる。このため理論空燃比燃焼実行フラグFstに「OFF」を設定する(S408)。こうしてHC除去完了判定処理(図6)を一旦終了する。
【0061】
次の制御周期では、Fst=「OFF」であるので(S400で「NO」)、トータルガス量Tgasには「0」が設定されて(S410)、一旦終了する。以後、Fst=「OFF」である限り(S400で「NO」)、この状態が継続する。
【0062】
そして燃料噴射制御処理(図5)の説明に戻り、HC除去完了判定処理(図6)にてFst=「OFF」とされたことにより(S308で「NO」)、次にNOx吸蔵還元型触媒22の出口側に設けられている第2酸素センサ28の出力がリーン状態であるか否かが判定される(S314)。まだ実際にはリッチスパイク処理は開始していないので、第2酸素センサ28の出力はリーン状態を示している(S314で「YES」)。したがってエンジン2の運転状態に応じてリッチスパイク用空燃比AFrsが設定される(S316)。
【0063】
次にリッチスパイク補正フラグFkrsが「ON」か否かが判定される(S318)。すなわち今回のリッチスパイク処理を開始する際に、thccl≧Dhc(図2:S108で「YES」)であったか否かが判定される。ここでFkrs=「ON」であれば(S318で「YES」)、次にエンジン2の運転状態に応じてリッチスパイク補正係数Krs(>1.0)の設定がなされる(S320)。ここではエンジン回転数NEが低いほどリッチスパイク補正係数Krsを大きくし、負荷率eklqが低いほどリッチスパイク補正係数Krsを大きくする。
【0064】
そして次式2のごとく目標空燃比AFtが設定される(S322)。
【0065】
【数2】
AFt ← AFrs × Krs … [式2]
すなわち、低エンジン回転数であるほど、あるいは低負荷率eklqであるほど、目標空燃比AFtはリッチスパイク用空燃比AFrsよりもリーン側へ補正されて、空燃比のリッチ度合が小さくされる。これは、thccl≧Dhcと判定された運転状態では、リッチスパイク時においても排気中のHC濃度が高まり還元剤としての能力が高まるため、これを考慮してリッチスパイク時の燃料濃度を抑制するためである。
【0066】
このように設定された目標空燃比AFtが達成されるように前述したごとく燃料量Qを算出し、この燃料量を吸気行程にて燃焼室内に噴射するように設定する(S312)。このことによりリッチスパイク処理が実行される。
【0067】
リッチスパイク処理によりNOx吸蔵還元型触媒22における実際のNOx吸蔵量が「0」となると第2酸素センサ28の出力がリーンからリッチ側への変化を始める(S314で「NO」)。このためリッチスパイク実行フラグFrsに「OFF」を設定し(S324)、リッチスパイク補正フラグFkrsに「OFF」を設定し(S326)、成層燃焼が設定されて(S306)、本処理を一旦終了する。尚、この時の第2酸素センサ28がリッチ側に出力変化が生じたタイミングで、前述したNOx吸蔵量eqnoxcntの計算処理においては、eqnoxcnt=「0」に設定する。
【0068】
次の制御周期では、ステップS300で「YES」と判定された後、Frs=「OFF」であるので(S304で「NO」)、成層燃焼が設定される(S306)。
【0069】
尚、今回のリッチスパイク処理を開始する際に、thccl<Dhc(図2:S108で「NO」)であった場合には、Fst=「OFF」(図2:S116)であるため、最初からステップS308で「NO」と判定されるので、リッチスパイク処理直前の理論空燃比での均質燃焼(S310)は実行されない。更に、Fkrs=「OFF」(図2:S118)であるのでステップS318にて「NO」と判定されて、通常のリッチスパイク用の空燃比AFrsでリッチスパイク処理が実行され(S328)、リッチスパイク時の燃料濃度が低減されることはない。
【0070】
本実施の形態による処理の一例を図7に示す。図7(A)はリッチスパイク開始時(t0)においてthccl≧Dhcであった場合を示している。この場合には、リッチスパイク処理(t1〜t2)の直前に、理論空燃比での均質燃焼が実行される(t0〜t1)。そしてリッチスパイク処理(t1〜t2)では、通常のリッチスパイク用空燃比AFrsよりも空燃比が大きくされる。
【0071】
図7(B)はリッチスパイク開始時(t10)においてthccl<Dhcであった場合を示している。この場合には、リッチスパイク処理(t10〜t11)の直前に理論空燃比での均質燃焼はなされず、リッチスパイク処理(t10〜t11)は直ちに通常のリッチスパイク用空燃比AFrsにて実行される。
【0072】
上述した構成において、リッチスパイク設定処理(図2)のステップS108及びNOx吸蔵還元型触媒の流入HC濃度thccl算出処理(図4)が被毒判定手段としての処理に相当する。リッチスパイク設定処理(図2)のステップS110〜S114、HC除去完了判定処理(図6)及び燃料噴射制御処理(図5)のステップS308,S310,S316〜S322が空燃比制御手段としての処理に相当する。
【0073】
以上説明した本実施の形態1によれば、以下の効果が得られる。
(イ).NOx吸蔵還元型触媒の流入HC濃度thccl≧高濃度判定値Dhcであることにより、HC被毒のおそれがあると判定されている場合には(図2:S108で「YES」)、リッチスパイク処理(図5:S316〜S322)の実行に先立って排気空燃比を理論空燃比(図5:S310)とする。このようにしてリッチスパイク処理前に理論空燃比での燃焼がなされるので、混合気の燃焼が良好となり排気中のHC量が減少し、NOx吸蔵還元型触媒22へはHC、CO、NOx及び未反応酸素がバランス良く供給される。そして排気は理論空燃比状態であるため、NOx吸蔵還元型触媒22においては三元触媒としての機能が十分に作用し、酸化還元反応が促進される状態となる。
【0074】
このような排気状態ではNOx吸蔵還元型触媒22の表面を覆っている厚いHC層は酸化が進み次第に消失して行く。したがってNOxを還元剤にて還元するための触媒活性を回復させることができるので、この後に、リッチスパイク処理を実行すると、リッチ雰囲気によりNOx吸蔵還元型触媒22から放出されるNOxは還元剤としてのHCやCOにより確実に還元浄化される。このため、還元剤としてのHCやCO、更にリッチ雰囲気によりNOx吸蔵還元型触媒22から放出されるNOxが大量にNOx吸蔵還元型触媒下流に放出されることはない。
【0075】
尚、排気空燃比を理論空燃比状態とする期間の存在によりリッチスパイク処理が遅れることになるが、この期間は排気空燃比が理論空燃比状態であり、リーン状態を継続しているわけではないのでNOx排出は悪化することはない。
【0076】
このようにしてHCによるNOx吸蔵還元型触媒22の触媒反応阻害に起因する排気エミッションの悪化を抑制でき燃料浪費を防止することができる。
(ロ).thccl≧Dhcであると判定されている状況では、リッチスパイク処理のために必要な燃料増量を実行していても、実際には排気中におけるHC濃度が必要以上に高くなる。このことにより還元剤としての炭化水素やCOの一部はNOx吸蔵還元型触媒22から放出されるNOxの還元浄化に用いられず、浄化されることなくNOx吸蔵還元型触媒22の下流に放出され、排気エミッションの悪化をもたらすおそれがある。このため、thccl≧Dhcであると判定されている場合には(図5:S318で「YES」)、リッチスパイク処理のリッチ度合をエンジン運転状態に応じて低くしている(図5:S320,S322)。このことにより還元剤としてのHCやCOを確実にNOxの酸素と反応させて排気を浄化できるようになり、リッチスパイク処理時の排気エミッションの悪化を効果的に抑制でき燃料浪費を効果的に防止することができる。
【0077】
(ハ).排気を理論空燃比とすることによりNOx吸蔵還元型触媒22の表面を覆っているHCを酸化して消失する期間は、排気により供給される未反応酸素量に主に依存する。このためHC除去完了判定処理(図6)では、排気空燃比を理論空燃比とする期間の終了は、排気のガス量に応じて判断している。このことにより確実にNOx吸蔵還元型触媒22の表面を覆っているHCを消失させることができるので、リッチスパイク処理時の排気エミッションの悪化を効果的に抑制し、燃料浪費を効果的に防止することができる。
【0078】
(ニ).本実施の形態ではNOx吸蔵還元型触媒22の上流側に三元触媒からなるスタートキャタリスト20が存在する。このためNOx吸蔵還元型触媒22へ流れ込むHC量はスタートキャタリスト20によるHCの浄化程度に影響される。したがってNOx吸蔵還元型触媒22の流入HC濃度thccl算出処理(図4)にて、スタートキャタリスト20のHC浄化率redhcに基づいて流入HC濃度thcclを算出することで、NOx吸蔵還元型触媒22がHCによる被毒のおそれがあるか否かを正確に判断できるようになる。尚、このHC浄化率redhcにはスタートキャタリストに流入する排気の空燃比AFscとスタートキャタリスト20の床温esctempaveとが反映されている。
【0079】
このため排気空燃比を理論空燃比にするか否かが適切に判断できるので、HCによるNOx吸蔵還元型触媒22の触媒反応阻害に起因する排気エミッションの悪化を確実に抑制し、燃料浪費を確実に防止することができる。
【0080】
[実施の形態2]
本実施の形態では、前記図2のステップS112の代わりに図8に示すごとくのステップS113の処理がなされ、前記図6の代わりに、図9に示すHC除去完了判定処理が実行される。他の構成は前記実施の形態1と同じである。
【0081】
ステップS113では、理論空燃比での均質燃焼時間Tstが、エンジン2の運転状態に基づいて設定される。この均質燃焼時間Tstは、NOx吸蔵還元型触媒22を覆っているHCが、理論空燃比の排気により完全に除去されるまでの時間を表している。この均質燃焼時間Tstはエンジン回転数NEが低くなれば長くなり、負荷率eklqが低くなれば長くなるように形成されたマップにより設定される。
【0082】
HC除去完了判定処理(図9)について説明する。本処理は一定時間周期で繰り返し実行される。本処理が開始されると、まずFst=「ON」か否かが判定される(S500)。Fst=「OFF」の状態で有れば(S500で「NO」)、タイマーカウンタTcに「0」を設定して(S502)、このまま本処理を一旦終了する。
【0083】
一方、リッチスパイク設定処理(図2)のステップS110の実行によりFst=「ON」とされると(S500で「YES」)、次にタイマーカウンタTcが前記ステップS113にて算出した均質燃焼時間Tstより小さい値であるか否かが判定される(S504)。初期においてはTc<Tstであるので(S504で「YES」)、タイマーカウンタTcをインクリメントして(S506)、本処理を一旦終了する。以後、Tc<Tstである限りは(S504で「YES」)、タイマーカウンタTcのインクリメント(S506)が繰り返されるのみであり、Fst=「ON」のままである。このため、燃料噴射制御処理(図5)ではステップS308にて「YES」と判定される状態が継続し、理論空燃比での均質燃焼状態が継続する(S310,S312)。
【0084】
タイマーカウンタTcのインクリメント(S506)により、Tc≧Tstとなると(S504で「NO」)、Fst=「OFF」に設定される(S508)。こうして一旦本処理を終了する。次の制御周期ではステップS500にて「NO」と判定されるので、タイマーカウンタTcに「0」を設定することになる(S502)。
【0085】
このようにしてステップS113にて設定された均質燃焼時間Tstが経過した後に、理論空燃比燃焼実行フラグFstが「ON」から「OFF」に切り替わるので、燃料噴射制御処理(図5)ではステップS308にて「NO」と判定されて理論空燃比での均質燃焼が終了する。そして前述したごとくのリッチスパイク処理(S316〜322)が実行されることになる。
【0086】
上述した構成において、リッチスパイク設定処理(図2)のステップS110,S113,S114、HC除去完了判定処理(図9)及び燃料噴射制御処理(図5)のステップS308,S310,S316〜S322が空燃比制御手段としての処理に相当する。
【0087】
以上説明した本実施の形態2によれば、以下の効果が得られる。
(イ).前記実施の形態1の(イ)、(ロ)、(ニ)の効果を生じる。
(ロ).排気を理論空燃比とすることによりNOx吸蔵還元型触媒22の表面を覆っているHCを酸化して消失する期間は、排気により供給される未反応酸素量に依存するが、この未反応酸素量はエンジン2の運転状態により異なる。このため理論空燃比での均質燃焼時間Tstをエンジン2の運転状態に応じて設定することにより確実にNOx吸蔵還元型触媒22の表面を覆っているHCを消失させることができる。このためリッチスパイク処理時の排気エミッションの悪化を効果的に抑制し、燃料浪費を効果的に防止することができる。
【0088】
[その他の実施の形態]
(a).図1において、排気経路18にスタートキャタリスト20と第1酸素センサ26とを設けない構成を採用しても良い。この場合には、NOx吸蔵還元型触媒の流入HC濃度thccl算出処理(図4)では、ステップS210にてスタートキャタリスト流入側HC濃度thcinを算出したと同じマップMthcinにより、負荷率eklq及びエンジン回転数NEに基づいて流入HC濃度thcclを算出する。ステップS212〜S218は実行しない。
【0089】
このことによっても同様な効果により、リッチスパイク処理時の排気エミッションの悪化を効果的に抑制し、燃料浪費を効果的に防止することができる。
(b).燃料噴射制御処理(図5)のステップS314では、第2酸素センサ28の出力変化によりリッチスパイク処理の終了を判定した。これ以外に常にNOx吸蔵量eqnoxcntを排気の成分状態から計算しておき、リッチスパイク処理によりeqnoxcnt=0に戻ったタイミングで、ステップS314にて「NO」と判定してリッチスパイク処理を終了しても良い。
【0090】
又、リッチスパイク処理の開始時に、エンジン2の運転状態とリッチスパイク時の空燃比とにより、NOx吸蔵量eqnoxcnt分を還元するに必要な時間を算出して、この時間が経過した時点で、ステップS314にて「NO」と判定してリッチスパイク処理を終了しても良い。
【0091】
(c).前記実施の形態1,2においてはNOx吸蔵還元型触媒22へ流入するHCの濃度thcclを求めて高濃度判定値Dhcと比較し、リッチスパイク処理前に理論空燃比での燃焼を実行するか否かを判断した。この代わりに、NOx吸蔵還元型触媒22へ流入するHCの流量を求めて判定値と比較して、リッチスパイク処理前に理論空燃比での燃焼を実行するか否かを判断しても良い。
【0092】
(d).前記各実施の形態においては、筒内噴射型エンジンの成層燃焼時の例であったが、吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射型エンジンにて成層燃焼の代わりにリーンでの均質燃焼を実行するシステムにも適用できる。又、筒内噴射型エンジンにおいてもリーンでの均質燃焼を実行する場合にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施の形態1としてのエンジン及びECUの概略構成図。
【図2】実施の形態1のECUが実行するリッチスパイク設定処理のフローチャート。
【図3】NOx吸蔵還元型触媒におけるリッチ時NOx還元率と流入HC濃度との関係を示すグラフ。
【図4】実施の形態1のECUが実行するNOx吸蔵還元型触媒の流入HC濃度thccl算出処理のフローチャート。
【図5】同じく燃料噴射制御処理のフローチャート。
【図6】同じくHC除去完了判定処理のフローチャート。
【図7】実施の形態1の処理の一例を示すタイミングチャート。
【図8】実施の形態2のリッチスパイク設定処理の一部のフローチャート。
【図9】同じくHC除去完了判定処理のフローチャート。
【符号の説明】
2…エンジン、4…ECU、6…燃料噴射バルブ、8…点火プラグ、10…吸気経路、12…スロットルバルブ、14…スロットル開度センサ、16…吸入空気量センサ、18…排気経路、20…スタートキャタリスト、22…NOx吸蔵還元型触媒、24…空燃比センサ、26…第1酸素センサ、28…第2酸素センサ、30…アクセルペダル、32…アクセル開度センサ、34…エンジン回転数センサ、36…冷却水温センサ。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine that includes a NOx storage reduction catalyst in an exhaust passage of the internal combustion engine and performs NOx reduction by rich spike processing.
[0002]
[Prior art]
As an exhaust gas purification system for an internal combustion engine, a system using a NOx occlusion reduction type catalyst is known (Japanese Patent Laid-Open No. 2000-161105). The NOx occlusion reduction type catalyst can oxidize HC (hydrocarbon) and CO because the exhaust air-fuel ratio is lean during combustion at a fuel concentration lower than the stoichiometric air-fuel ratio such as stratified combustion or lean combustion. Since NOx cannot be reduced, NOx in the exhaust gas is occluded and is not discharged outside. When the exhaust air-fuel ratio becomes rich due to combustion at a fuel concentration higher than the stoichiometric air-fuel ratio, NOx can be reduced. Therefore, the stored NOx is released and NOx is removed from the exhaust gas by the platinum catalyst. Reduced and purified with CO.
[0003]
In such an exhaust purification system using a NOx storage reduction catalyst, when the exhaust air-fuel ratio is made lean by stratified combustion or lean combustion as described above, the NOx storage amount in the NOx storage reduction catalyst increases to a predetermined amount. Is reached, rich spike processing is executed to supply high-concentration fuel to the internal combustion engine. By this rich spike treatment, a large amount of unburned gas such as HC and CO is discharged into the exhaust gas, and these unburned gases act as a reducing agent on the NOx occlusion reduction type catalyst and are stored as described above. NOx that is present is quickly reduced and disappears. Therefore, the NOx occlusion reduction type catalyst can again occlude NOx.
[0004]
In the disclosed technology described above, during the rich spike processing in which the air-fuel ratio is set to a high fuel concentration, a large change in the air-fuel ratio is suppressed to prevent misfire and stable even at low rotation and low load such as during idling. The engine can be operated.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in stratified combustion or lean combustion at low rotation and low load such as when idling, a state where a large amount of HC is contained in the exhaust occurs, and this causes the NOx storage reduction catalyst to be poisoned by HC. There is.
[0006]
That is, when a high concentration of HC comes into contact with the surface of the platinum-based catalyst, an HC layer starts to form, and the catalytic reaction rate for oxidizing HC by oxygen in the exhaust gas is reduced to cause further accumulation of HC. It is thought that a vicious circle occurs in which the thickness of the film increases. Thus, even if a large amount of oxygen is present in the exhaust due to combustion at a fuel concentration lower than the stoichiometric air-fuel ratio, once the thick HC layer is formed, the removal of HC by oxidation does not proceed and the thick HC layer Will be maintained.
[0007]
In this way, in the state where the surface of the platinum-based catalyst is thickly covered with the HC layer, even if the rich spike process is executed, NOx released by the rich atmosphere is prevented from contacting the platinum-based catalyst by the thick HC layer. This leads to a situation where it cannot be sufficiently reduced and purified. As a result, exhaust emission may be deteriorated, and fuel for the rich spike is wasted.
[0008]
An object of the present invention is to suppress deterioration of exhaust emission of an internal combustion engine due to inhibition of catalytic reaction of a NOx occlusion reduction type catalyst by HC and prevent waste of fuel.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In the following, means for achieving the above object and its effects are described.
The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 1 stores a NOx occlusion reduction type catalyst that occludes NOx in exhaust gas when the exhaust air-fuel ratio is lean and reduces NOx occluded when the exhaust air-fuel ratio is rich. An exhaust purification device for an internal combustion engine, which is provided in an exhaust passage of an internal combustion engine and performs reduction of the NOx by a rich spike process for temporarily enriching the exhaust air / fuel ratio, wherein the NOx occlusion reduction is performed when the exhaust air / fuel ratio is lean It is determined that there is a risk of poisoning by the poisoning determination means for determining whether the type catalyst is likely to be poisoned by hydrocarbons and at the start of execution of the rich spike process. In this case, the air-fuel ratio control means for executing the rich spike processing after temporarily setting the exhaust air-fuel ratio to the stoichiometric air-fuel ratio in advance is provided.
[0010]
The air-fuel ratio control means temporarily sets the exhaust air-fuel ratio to the stoichiometric air-fuel ratio prior to execution of the rich spike process when it is determined by the poisoning determination means that there is a possibility of hydrocarbon poisoning. In this way, by combustion at the stoichiometric air-fuel ratio in the internal combustion engine, the combustion of the air-fuel mixture becomes good and the amount of hydrocarbons in the exhaust gas is reduced. Reactive oxygen is supplied in a well-balanced manner. Since the exhaust gas is in a stoichiometric air-fuel ratio state, the NOx occlusion reduction catalyst functions sufficiently as a three-way catalyst, and the oxidation-reduction reaction is promoted.
[0011]
In such a state, the thick hydrocarbon layer covering the surface of the NOx storage reduction catalyst gradually disappears as the oxidation proceeds. Therefore, the catalytic activity for reducing NOx with the reducing agent can be recovered.
[0012]
As described above, the air-fuel ratio control means executes the rich spike process after recovering the catalytic activity for reducing NOx. Therefore, NOx released from the NOx occlusion reduction type catalyst in the rich atmosphere is reduced by hydrocarbons and CO as reducing agents. Thus, reduction and purification can be ensured. For this reason, hydrocarbons and CO as a reducing agent, and NOx released from the NOx storage reduction catalyst due to a rich atmosphere are not released in large quantities downstream of the NOx storage reduction catalyst.
[0013]
Note that the rich spike processing is delayed due to the existence of the period in which the exhaust air-fuel ratio is in the stoichiometric air-fuel ratio state, but during this period, the exhaust air-fuel ratio is in the stoichiometric air-fuel ratio state and the lean state is not continued. So NOx emissions will not deteriorate.
[0014]
In this way, it is possible to suppress the deterioration of exhaust emission caused by the inhibition of the catalytic reaction of the NOx occlusion reduction catalyst by hydrocarbons, and to prevent fuel waste.
The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 2, wherein the poisoning determination means obtains a hydrocarbon concentration of exhaust gas flowing into the NOx occlusion reduction type catalyst, and the exhaust air-fuel ratio is lean. Sometimes, when the hydrocarbon concentration is equal to or higher than the high concentration determination value, it is determined that the NOx occlusion reduction type catalyst may be poisoned by hydrocarbons.
[0015]
When the hydrocarbon concentration of the exhaust gas flowing into the NOx storage reduction catalyst when the exhaust air-fuel ratio is lean is equal to or higher than the high concentration determination value, hydrocarbons that cannot be oxidized in the NOx storage reduction catalyst cover the NOx storage reduction catalyst. It can be determined that there is a risk of poisoning. When the poisoning determination means determines such a situation, as described above, the air-fuel ratio control means executes the rich spike process after temporarily setting the exhaust air-fuel ratio to the stoichiometric air-fuel ratio in advance. As a result, it is possible to reliably suppress the deterioration of exhaust emission caused by the inhibition of the catalytic reaction of the NOx occlusion reduction catalyst by hydrocarbons, and to prevent waste of fuel.
[0016]
According to a third aspect of the present invention, there is provided an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, wherein, in the second aspect, the air-fuel ratio control means when the poisoning judgment means judges that the hydrocarbon concentration is not less than a high concentration judgment value. Is characterized by lowering the richness in the rich spike processing.
[0017]
Thus, in the situation where the poisoning determination means determines that the hydrocarbon concentration is equal to or higher than the high concentration determination value, even if the fuel increase necessary for the rich spike process is being executed, The hydrocarbon concentration increases more than necessary. As a result, part of the hydrocarbons and CO as the reducing agent is not used for the reduction purification of NOx released from the NOx storage reduction catalyst, but is released downstream of the NOx storage reduction catalyst without being purified. May cause deterioration.
[0018]
For this reason, when it is determined by the poisoning determination means that the hydrocarbon concentration is equal to or higher than the high concentration determination value, by reducing the richness of the rich spike process, hydrocarbons and CO as a reducing agent are reduced. The exhaust gas can be purified by reliably reacting with NOx oxygen. As a result, the deterioration of exhaust emission during the rich spike process can be effectively suppressed, and fuel waste can be effectively prevented.
[0019]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the third aspect, wherein the air-fuel ratio control means sets the reduction of the rich degree in the rich spike processing in accordance with the operating state of the internal combustion engine. And
[0020]
In addition, since the hydrocarbon concentration in the exhaust gas changes according to the operating state of the internal combustion engine, the rich spike processing can be performed more appropriately by setting the reduction of the rich degree in the rich spike processing according to the operating state of the internal combustion engine. It is possible to suppress deterioration of exhaust emission at the time, and to prevent fuel waste more effectively.
[0021]
6. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 5, wherein the air-fuel ratio control means determines the end of the period in which the exhaust air-fuel ratio is set to the stoichiometric air-fuel ratio in advance. Judgment is made according to the quantity.
[0022]
The period in which the hydrocarbon covering the surface of the NOx storage reduction catalyst is oxidized and disappeared by setting the exhaust gas to the stoichiometric air-fuel ratio mainly depends on the amount of unreacted oxygen supplied by the exhaust gas. Therefore, the end of the period in which the exhaust air-fuel ratio is set to the stoichiometric air-fuel ratio performed prior to the rich spike process can be appropriately determined according to the amount of exhaust gas. As a result, hydrocarbons covering the surface of the NOx occlusion reduction catalyst can be surely lost, so that deterioration of exhaust emission during the rich spike process is effectively suppressed, and fuel waste is effectively prevented. be able to.
[0023]
The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 6, wherein the air-fuel ratio control means is configured to operate the internal combustion engine during a period in which the exhaust air-fuel ratio is set to the stoichiometric air-fuel ratio in advance. It is set according to the above.
[0024]
The period during which the hydrocarbon covering the surface of the NOx storage reduction catalyst is oxidized and disappeared by setting the exhaust gas to the stoichiometric air-fuel ratio depends on the amount of unreacted oxygen supplied by the exhaust gas. Since the amount of unreacted oxygen varies depending on the operating state of the internal combustion engine, the period during which the exhaust air-fuel ratio is the stoichiometric air-fuel ratio can be appropriately set according to the operating state of the internal combustion engine. As a result, hydrocarbons covering the surface of the NOx occlusion reduction catalyst can be surely lost, so that deterioration of exhaust emission during the rich spike process is effectively suppressed, and fuel waste is effectively prevented. be able to.
[0025]
The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 7, wherein a three-way catalyst is provided upstream of the NOx storage reduction catalyst in the exhaust passage in any one of claims 1 to 6, and the poisoning determination is performed. The means determines whether the NOx occlusion reduction type catalyst is likely to be poisoned by hydrocarbons when the exhaust air-fuel ratio is lean, based on information on the hydrocarbon purification rate of the three-way catalyst. And
[0026]
When a three-way catalyst is present upstream of the NOx storage reduction catalyst, the amount of hydrocarbons flowing into the NOx storage reduction catalyst is affected by the degree of hydrocarbon purification by the three-way catalyst.
[0027]
Therefore, the poisoning determination means can accurately determine whether or not the NOx occlusion reduction type catalyst is likely to be poisoned by hydrocarbons based on the information on the hydrocarbon purification rate of the three-way catalyst. For this reason, it is possible to appropriately determine whether or not the exhaust air-fuel ratio is the stoichiometric air-fuel ratio. Therefore, it is possible to reliably suppress the deterioration of exhaust emissions caused by the inhibition of the catalytic reaction of the NOx occlusion reduction catalyst by hydrocarbons and to ensure fuel waste. Can be prevented.
[0028]
The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 8, wherein the information on the hydrocarbon purification rate of the three-way catalyst is the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the three-way catalyst. To do.
[0029]
The hydrocarbon purification state of the three-way catalyst changes depending on the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the three-way catalyst, and the amount of hydrocarbons in the exhaust gas supplied from the three-way catalyst to the NOx storage reduction type catalyst also changes. For this reason, the risk of hydrocarbon poisoning of the NOx storage reduction catalyst can be determined based on the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the three-way catalyst. Therefore, it is possible to appropriately determine whether or not the exhaust air-fuel ratio is the stoichiometric air-fuel ratio. Therefore, it is possible to reliably suppress the deterioration of exhaust emission caused by the inhibition of the catalytic reaction of the NOx occlusion reduction catalyst by hydrocarbons and to ensure fuel waste. Can be prevented.
[0030]
The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 9 is characterized in that, in claim 7, the information relating to the hydrocarbon purification rate of the three-way catalyst is a bed temperature of the three-way catalyst.
[0031]
Since the hydrocarbon purification capacity of the three-way catalyst changes depending on the bed temperature, the amount of hydrocarbons in the exhaust gas supplied from the three-way catalyst to the NOx occlusion reduction type catalyst also changes depending on the bed temperature of the three-way catalyst. For this reason, the risk of hydrocarbon poisoning of the NOx storage reduction catalyst can be determined based on the bed temperature of the three-way catalyst. Therefore, it is possible to appropriately determine whether or not the exhaust air-fuel ratio is the stoichiometric air-fuel ratio. Therefore, it is possible to reliably suppress the deterioration of exhaust emission caused by the inhibition of the catalytic reaction of the NOx occlusion reduction catalyst by hydrocarbons and to ensure fuel waste. Can be prevented.
[0032]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[Embodiment 1]
FIG. 1 shows a schematic configuration of a direct injection gasoline engine (hereinafter abbreviated as “engine”) 2 and an electronic control unit (hereinafter referred to as “ECU”) 4 mounted on a vehicle. Each cylinder of the engine 2 is provided with a fuel injection valve 6 for directly injecting fuel into the combustion chamber, and an ignition plug 8 for igniting the injected fuel. A throttle valve 12 whose opening degree is adjusted by a motor is provided in the middle of an intake passage 10 connected to the combustion chamber via an intake valve (not shown). The intake air amount GA (mg / sec) supplied to each cylinder is adjusted by the opening of the throttle valve 12 (throttle opening TA). The throttle opening degree TA is detected by the throttle opening degree sensor 14, and the intake air amount GA is detected by the intake air amount sensor 16 and read into the ECU 4.
[0033]
In the middle of an exhaust path 18 connected to the combustion chamber via an exhaust valve (not shown), a start catalyst 20 as a three-way catalyst is provided on the upstream side, and a NOx occlusion reduction type catalyst 22 is provided on the downstream side. .
[0034]
An air-fuel ratio sensor 24 that detects the air-fuel ratio from the exhaust component is provided on the upstream side of the start catalyst 20. A first oxygen sensor 26 that detects oxygen in the exhaust component is detected between the start catalyst 20 and the NOx storage reduction catalyst 22, and oxygen in the exhaust component is detected downstream of the NOx storage reduction catalyst 22. A second oxygen sensor 28 is provided.
[0035]
The ECU 4 is an engine control circuit configured mainly with a digital computer. The ECU 4 detects an amount of depression of the accelerator pedal 30 (accelerator opening ACCP) in addition to the throttle opening sensor 14, the intake air amount sensor 16, the air-fuel ratio sensor 24, and the two oxygen sensors 26 and 28. The signal is input from 32. Signals are also input from an engine speed sensor 34 that detects the engine speed NE from the rotation of the crankshaft (not shown), a coolant temperature sensor 36 that detects the coolant temperature THW of the engine 2, and the like. In addition to such sensors, sensors necessary for engine control such as a vehicle speed sensor are provided, although not shown.
[0036]
The ECU 4 appropriately controls the fuel injection timing, the fuel injection amount, the ignition timing, the throttle opening degree TA, and the like of the engine 2 based on the detection contents from the various sensors described above. Thus, for example, the combustion mode is switched between stratified combustion and homogeneous combustion in accordance with the operating state. In the first embodiment, during the normal operation excluding the cold state, the combustion mode is determined based on the map of the engine speed NE and the load factor eklq. Specifically, stratified combustion is selected in the region of the low engine speed NE including the idle operation region and the low load factor eklq, and in other cases, homogeneous combustion is selected. Here, the load factor eklq is a value obtained from a map using, for example, the accelerator opening ACCP and the engine speed NE as parameters, indicating the ratio of the current load to the maximum engine load.
[0037]
When homogeneous combustion is selected, the amount of fuel that becomes the stoichiometric air-fuel ratio corresponding to the intake air amount GA (temporarily richer than the stoichiometric air-fuel ratio may be rich) is taken in the intake stroke. The fuel is injected and homogeneous combustion is performed in the combustion chamber at the stoichiometric air-fuel ratio (rich in some cases). In this case, the exhaust air-fuel ratio becomes the stoichiometric air-fuel ratio (rich in some cases).
[0038]
When stratified combustion is selected, the throttle valve 12 opens and the amount of fuel smaller than the stoichiometric air-fuel ratio is injected in the compression stroke according to the load factor eklq, and lean stratified combustion is performed in the combustion chamber. . In this case, the exhaust air-fuel ratio becomes lean.
[0039]
Next, in the present embodiment, a rich spike setting process among the processes for the NOx storage reduction catalyst 22 executed by the ECU 4 will be described. FIG. 2 shows the rich spike setting process. This process is a process that is repeatedly executed at regular time intervals.
[0040]
When this process is started, it is first determined whether or not a stratified combustion request is made because the engine operating state corresponds to the stratified combustion region described above (S100). If the stratified combustion request is not requested (“NO” in S100), that is, if the homogeneous combustion request is requested, the present process is temporarily terminated as it is.
[0041]
On the other hand, if it is at the time of the stratified combustion request (“YES” in S100), it is next determined whether or not the rich spike execution flag Frs is “OFF” (S102). The rich spike execution flag Frs is a flag for requesting the start of the rich spike, and Frs = “OFF” is set in the initial setting when the ECU 4 is turned on. If Frs = “OFF” (“YES” in S102), it is next determined whether or not the NOx occlusion amount eqnoxcnt of the NOx occlusion reduction type catalyst 22 is equal to or greater than a predetermined value N (reference amount for executing rich spike). (S104). This NOx occlusion amount eqnoxcnt is obtained by repeatedly obtaining the NOx amount and the reducing agent amount contained in the exhaust gas flowing into the NOx occlusion reduction type catalyst 22 according to the operating state of the engine 2 in a separate process (not shown). , The NOx amount is integrated and continuously calculated by subtracting the NOx amount reduced by the reducing agent.
[0042]
If eqnoxcnt <N (“NO” in S104), it is not the timing to reduce with a rich spike, so this process is temporarily terminated as it is.
In particular, when eqnoxcnt ≧ N is satisfied when NOx is continuously supplied to the NOx occlusion reduction type catalyst 22 by continuing the stratified combustion (“YES” in S104), the rich spike execution flag Frs is set to “ON”. (S106). Next, it is determined whether or not the inflow HC concentration thccl to the NOx storage reduction type catalyst 22 is equal to or higher than the high concentration determination value Dhc (S108).
[0043]
The inflow HC concentration thccl represents the concentration of HC flowing into the NOx storage reduction catalyst 22, and is a value estimated as described later. The high density determination value Dhc is set as follows. That is, as shown in the graph of FIG. 3, when the inflow HC concentration thccl to the NOx occlusion reduction type catalyst 22 is 5000 ppm or less, the NOx reduction rate at the time of rich is 100% and NOx is completely purified. However, when the inflow HC concentration thccl exceeds 5000 ppm, HC begins to cover the NOx occlusion reduction type catalyst 22, so that the NOx reduction rate decreases, and at about 6000 ppm, the NOx reduction rate becomes 0%. Further, when the inflow HC concentration thccl further increases, the stored NOx release amount is added, and the NOx amount discharged downstream from the NOx storage reduction catalyst 22 increases. Therefore, in the present embodiment, the high concentration determination value Dhc is set to 5000 ppm in order to determine the timing at which HC begins to cover the NOx storage reduction catalyst 22.
[0044]
As described above, when thcc1 ≧ Dhc (“YES” in S108), it is estimated that the NOx storage reduction catalyst 22 is covered or started to be covered with HC. “ON” is set in Fst (S110). Next, an initial value is set to the HC consumption total gas amount Gst (S112). This initial value is the amount of exhaust gas at the stoichiometric air-fuel ratio necessary for consuming the HC covering the NOx storage reduction catalyst 22, and is a value obtained in advance by experiments and stored in the ROM of the ECU 4. It is. The initial value may be a constant value, but based on the value of the inflow HC concentration thccl determined in the immediately preceding step S108, the larger the inflow HC concentration thccl, the larger the initial value may be set. good.
[0045]
Next, the rich spike correction flag Fkrs is set to “ON” (S114). Thus, the rich spike setting process is temporarily terminated.
In the next control cycle, since the rich spike execution flag Frs is set to “ON” (“NO” in S102), no substantial processing is performed in the rich spike setting processing.
[0046]
On the other hand, when thcc1 <Dhc (“NO” in S108), it is presumed that the NOx occlusion reduction type catalyst 22 is not covered with HC, and therefore, the theoretical air-fuel ratio combustion execution flag Fst is set to “OFF” ( S116). Next, the rich spike correction flag Fkrs is set to “OFF” (S118). Thus, the rich spike setting process is temporarily terminated.
[0047]
Here, the calculation process of the inflow HC concentration thccl will be described with reference to FIG. This process is repeatedly executed at regular time intervals. When this processing is started, first, the inflow-side HC concentration thcin of the start catalyst 20 is obtained from the map Mthcin based on the load factor eklq and the engine speed NE (S210). This map Mthcin is set in advance by experimentally obtaining the HC concentration in exhaust discharged from the combustion chamber of the engine 2 using the load factor eklq and the engine speed NE as parameters. Next, the air-fuel ratio AFsc on the inflow side of the start catalyst 20 is detected from the output of the air-fuel ratio sensor 24 (S212).
[0048]
Then, the bed temperature esctempave of the start catalyst 20 is detected (S214). The bed temperature esctempave of the start catalyst 20 is estimated from the engine speed NE and the intake air amount GA by a bed temperature estimation process separately performed by the ECU 4. As the bed temperature estimation process, for example, the catalyst bed temperature can be estimated as the exhaust temperature obtained from the engine speed NE and the intake air amount GA during stable operation of the engine 2. When the engine 2 is in transition, the catalyst bed temperature is repeated and calculated so as to follow the exhaust temperature based on the time constant based on the intake air amount GA, thereby obtaining the bed temperature esctempave. Instead of estimating in this way, a temperature sensor may be provided in the start catalyst 20 to directly measure the bed temperature.
[0049]
Next, the HC purification rate redhc (%) of the start catalyst 20 is obtained from the map Mredhc based on the air-fuel ratio AFsc on the inflow side of the start catalyst 20 and the bed temperature esctempave of the start catalyst 20 (S216). This map Mredhc is previously set by experimentally measuring the purification state by oxidation of HC in the start catalyst 20 using the air-fuel ratio AFsc and the bed temperature esctempave as parameters.
[0050]
Next, as shown in the following equation 1, the HC concentration thccl on the inflow side of the NOx storage reduction type catalyst 22 is calculated (S218).
[0051]
[Expression 1]
thccl ← thcin × redhc / 100 [Equation 1]
In this way, the inflow HC concentration thccl with respect to the NOx occlusion reduction type catalyst 22 is estimated, and this process is temporarily terminated.
[0052]
Next, a fuel injection control process performed using the rich spike execution flag Frs, the stoichiometric air-fuel ratio combustion execution flag Fst, the HC consumption total gas amount Gst, and the rich spike correction flag Fkrs set in the rich spike setting process (FIG. 2). (FIG. 5) and the HC removal completion determination process (FIG. 6) will be described.
[0053]
The fuel injection control process (FIG. 5) is a process that is executed at every fixed crank angle (180 ° for a 4-cylinder engine and 120 ° for a 6-cylinder engine). When this process is started, it is first determined whether or not stratified combustion is requested (S300). This determination is as described in step S100 of the rich spike setting process (FIG. 2).
[0054]
If not at the time of stratified combustion request (“NO” in S300), homogeneous combustion is set (S302). With this setting, in the intake stroke, a fuel amount that becomes the stoichiometric air-fuel ratio (sometimes rich) corresponding to the intake air amount GA is injected into the combustion chamber. As a result, homogeneous combustion at the stoichiometric air fuel ratio (rich in some cases) is performed.
[0055]
If the stratified charge combustion is requested (“YES” in S300), it is determined whether the rich spike execution flag Frs is “ON” (S304). If Frs = “OFF” (“NO” in S304), the rich spike is not executed, so stratified combustion is set (S306). With this setting, in the compression stroke, a fuel amount smaller than the stoichiometric air-fuel ratio corresponding to the load factor eklq is injected into the combustion chamber. This makes stratified combustion in lean.
[0056]
On the other hand, if Frs = “ON” (“YES” in S304), it is next determined whether or not the theoretical air-fuel ratio combustion execution flag Fst is “ON” (S308). If the inflow HC concentration thcc1 ≧ Dhc is determined in step S108 of the rich spike setting process (FIG. 2) and Fst = “ON” is set (“YES” in S308), the target air-fuel ratio is set. The theoretical air-fuel ratio is set to AFt (S310). Then, the fuel amount Q is calculated based on the intake air amount GA detected by the intake air amount sensor 16 and the correction value by the air-fuel ratio feedback control by the air-fuel ratio sensor 24 so that the target air-fuel ratio AFt is achieved. The fuel amount Q is set so as to be injected into the combustion chamber in the intake stroke (S312). As a result, homogeneous combustion at the stoichiometric air-fuel ratio is performed.
[0057]
This homogeneous combustion at the stoichiometric air-fuel ratio continues until the stoichiometric air-fuel ratio combustion execution flag Fst is set to “OFF” by the HC removal completion determination process (FIG. 6).
The HC removal completion determination process (FIG. 6) will be described. This process is repeatedly executed in the same cycle as the fuel injection control process (FIG. 5). When this process is started, it is first determined whether or not Fst = "ON" (S400). If Fst = “ON” by executing step S110 of the rich spike setting process (FIG. 2) (“YES” in S400), then NOx for each control cycle based on the operating state of the engine 2 A gas amount dgas flowing into the storage reduction catalyst 22 is calculated (S402). That is, the gas amount dgas of the exhaust gas homogeneously burned at the stoichiometric air-fuel ratio is set based on the engine speed NE and the load factor eklq.
[0058]
Next, this gas amount dgas is added to the total gas amount Tgas (S404). As a result, the total gas amount Tgas represents the amount of exhaust gas that has passed through the NOx storage reduction catalyst 22 when Fst = “ON” continues.
[0059]
Then, it is determined whether or not the total gas amount Tgas is greater than or equal to the HC consumption total gas amount Gst set in step S112 of the rich spike setting process (FIG. 2) (S406). If Tgas <Gst (“NO” in S406), it is presumed that the HC covering the NOx storage reduction catalyst 22 has not been completely removed, so the HC removal completion determination process is temporarily performed as it is (FIG. 6). Exit.
[0060]
If the total gas amount Tgas gradually increases and Tgas ≧ Gst (“YES” in S406), the HC covering the NOx storage reduction catalyst 22 is oxidized and completely removed under the atmosphere of the theoretical air-fuel ratio. Can be estimated. For this reason, the theoretical air-fuel ratio combustion execution flag Fst is set to “OFF” (S408). Thus, the HC removal completion determination process (FIG. 6) is temporarily terminated.
[0061]
In the next control cycle, since Fst = “OFF” (“NO” in S400), “0” is set to the total gas amount Tgas (S410), and the process is temporarily ended. Thereafter, as long as Fst = “OFF” (“NO” in S400), this state continues.
[0062]
Returning to the description of the fuel injection control process (FIG. 5), when Fst = “OFF” is set in the HC removal completion determination process (FIG. 6) (“NO” in S308), the NOx occlusion reduction type catalyst is then displayed. It is determined whether or not the output of the second oxygen sensor 28 provided on the outlet side of 22 is in a lean state (S314). Since the rich spike process has not actually started yet, the output of the second oxygen sensor 28 indicates a lean state (“YES” in S314). Therefore, the rich spike air-fuel ratio AFrs is set according to the operating state of the engine 2 (S316).
[0063]
Next, it is determined whether or not the rich spike correction flag Fkrs is “ON” (S318). That is, when starting this rich spike process, it is determined whether or not thcc1 ≧ Dhc (FIG. 2: “YES” in S108). If Fkrs = “ON” (“YES” in S318), then the rich spike correction coefficient Krs (> 1.0) is set according to the operating state of the engine 2 (S320). Here, the rich spike correction coefficient Krs is increased as the engine speed NE is lower, and the rich spike correction coefficient Krs is increased as the load factor eklq is lower.
[0064]
Then, the target air-fuel ratio AFt is set as in the following expression 2 (S322).
[0065]
[Expression 2]
AFt ← AFrs x Krs ... [Formula 2]
That is, the lower the engine speed or the lower the load factor eklq, the more the target air-fuel ratio AFt is corrected to the lean side than the rich spike air-fuel ratio AFrs, thereby reducing the richness of the air-fuel ratio. This is because, in the operating state determined as thcc1 ≧ Dhc, the HC concentration in the exhaust gas is increased and the ability as a reducing agent is increased even during the rich spike, so that the fuel concentration during the rich spike is suppressed in consideration of this. It is.
[0066]
The fuel amount Q is calculated as described above so that the target air-fuel ratio AFt set in this way is achieved, and the fuel amount is set to be injected into the combustion chamber in the intake stroke (S312). As a result, rich spike processing is executed.
[0067]
When the actual NOx occlusion amount in the NOx occlusion reduction type catalyst 22 becomes “0” by the rich spike process, the output of the second oxygen sensor 28 starts to change from lean to rich (“NO” in S314). For this reason, the rich spike execution flag Frs is set to “OFF” (S324), the rich spike correction flag Fkrs is set to “OFF” (S326), stratified combustion is set (S306), and the process is temporarily terminated. . Note that eqnoxcnt = “0” is set in the above-described calculation process of the NOx occlusion amount eqnoxcnt at the timing when the output change of the second oxygen sensor 28 occurs on the rich side at this time.
[0068]
In the next control cycle, after “YES” is determined in step S300, since Frs = “OFF” (“NO” in S304), stratified combustion is set (S306).
[0069]
When thcc1 <Dhc (FIG. 2: “NO” in S108) when starting the rich spike processing this time, Fst = “OFF” (FIG. 2: S116), so from the beginning. Since “NO” is determined in the step S308, the homogeneous combustion (S310) at the stoichiometric air-fuel ratio immediately before the rich spike process is not executed. Further, since Fkrs = “OFF” (FIG. 2: S118), it is determined as “NO” in step S318, and rich spike processing is executed with the normal rich spike air-fuel ratio AFrs (S328). The fuel concentration at the time is not reduced.
[0070]
An example of processing according to the present embodiment is shown in FIG. FIG. 7A shows a case where thcc1 ≧ Dhc at the start of rich spike (t0). In this case, immediately before the rich spike processing (t1 to t2), homogeneous combustion at the stoichiometric air-fuel ratio is executed (t0 to t1). In the rich spike processing (t1 to t2), the air-fuel ratio is made larger than the normal rich spike air-fuel ratio AFrs.
[0071]
FIG. 7B shows a case where thcc1 <Dhc at the start of rich spike (t10). In this case, the homogeneous combustion at the stoichiometric air-fuel ratio is not performed immediately before the rich spike processing (t10 to t11), and the rich spike processing (t10 to t11) is immediately executed at the normal rich spike air-fuel ratio AFrs. .
[0072]
In the above-described configuration, step S108 of the rich spike setting process (FIG. 2) and the inflow HC concentration thcc1 calculation process (FIG. 4) of the NOx storage reduction catalyst correspond to the process as the poisoning determination means. Steps S110 to S114 of the rich spike setting process (FIG. 2), the HC removal completion determination process (FIG. 6), and the steps S308, S310, and S316 to S322 of the fuel injection control process (FIG. 5) serve as the air-fuel ratio control means. Equivalent to.
[0073]
According to the first embodiment described above, the following effects can be obtained.
(I). If it is determined that there is a possibility of HC poisoning by the inflow HC concentration thcc1 ≧ high concentration determination value Dhc of the NOx occlusion reduction type catalyst (FIG. 2: “YES” in S108), rich spike processing Prior to the execution of (FIG. 5: S316 to S322), the exhaust air-fuel ratio is made the stoichiometric air-fuel ratio (FIG. 5: S310). In this way, combustion at the stoichiometric air-fuel ratio is performed before the rich spike processing, so that the combustion of the air-fuel mixture is good and the amount of HC in the exhaust gas is reduced, and HC, CO, NOx and Unreacted oxygen is supplied in a well-balanced manner. Since the exhaust gas is in the stoichiometric air-fuel ratio state, the NOx occlusion reduction catalyst 22 sufficiently functions as a three-way catalyst, and the oxidation-reduction reaction is promoted.
[0074]
In such an exhaust state, the thick HC layer covering the surface of the NOx storage reduction type catalyst 22 gradually disappears as the oxidation proceeds. Therefore, since the catalytic activity for reducing NOx with the reducing agent can be recovered, when the rich spike process is performed thereafter, NOx released from the NOx storage reduction type catalyst 22 by the rich atmosphere is used as the reducing agent. Reduced and purified reliably by HC and CO. For this reason, HC and CO as the reducing agent and NOx released from the NOx storage reduction catalyst 22 by a rich atmosphere are not released in large quantities downstream of the NOx storage reduction catalyst.
[0075]
Note that the rich spike processing is delayed due to the existence of the period in which the exhaust air-fuel ratio is in the stoichiometric air-fuel ratio state, but during this period, the exhaust air-fuel ratio is in the stoichiometric air-fuel ratio state and the lean state is not continued. So NOx emissions will not deteriorate.
[0076]
In this way, it is possible to suppress the deterioration of exhaust emission due to the inhibition of the catalytic reaction of the NOx occlusion reduction type catalyst 22 by HC, and it is possible to prevent fuel waste.
(B). In a situation where it is determined that thcc1 ≧ Dhc, even if the fuel increase necessary for the rich spike process is executed, the HC concentration in the exhaust actually becomes higher than necessary. As a result, part of the hydrocarbons and CO as the reducing agent is not used for the reduction purification of NOx released from the NOx storage reduction catalyst 22, but is released downstream of the NOx storage reduction catalyst 22 without being purified. , Exhaust emissions may be deteriorated. Therefore, when it is determined that thcc1 ≧ Dhc (FIG. 5: “YES” in S318), the richness of the rich spike processing is lowered according to the engine operating state (FIG. 5: S320, S322). This makes it possible to clean the exhaust by reliably reacting HC or CO as the reducing agent with NOx oxygen, effectively suppressing the deterioration of exhaust emissions during the rich spike process, and effectively preventing fuel waste. can do.
[0077]
(C). The period during which the HC covering the surface of the NOx storage reduction catalyst 22 is oxidized and disappeared by setting the exhaust gas to the stoichiometric air-fuel ratio mainly depends on the amount of unreacted oxygen supplied by the exhaust gas. Therefore, in the HC removal completion determination process (FIG. 6), the end of the period in which the exhaust air-fuel ratio is the stoichiometric air-fuel ratio is determined according to the amount of exhaust gas. As a result, the HC covering the surface of the NOx occlusion reduction catalyst 22 can be surely eliminated, so that deterioration of exhaust emission during the rich spike process is effectively suppressed and fuel waste is effectively prevented. be able to.
[0078]
(D). In the present embodiment, the start catalyst 20 composed of a three-way catalyst exists on the upstream side of the NOx storage reduction catalyst 22. For this reason, the amount of HC flowing into the NOx storage reduction type catalyst 22 is influenced by the degree of purification of HC by the start catalyst 20. Accordingly, the inflow HC concentration thccl is calculated based on the HC purification rate redhc of the start catalyst 20 in the inflow HC concentration thccl calculation processing (FIG. 4) of the NOx occlusion reduction type catalyst 22, whereby the NOx storage reduction catalyst 22 It becomes possible to accurately determine whether there is a risk of poisoning by HC. The HC purification rate redhc reflects the air-fuel ratio AFsc of the exhaust gas flowing into the start catalyst and the bed temperature esctempave of the start catalyst 20.
[0079]
Therefore, it is possible to appropriately determine whether or not the exhaust air-fuel ratio is the stoichiometric air-fuel ratio. Therefore, it is possible to reliably suppress the deterioration of exhaust emission caused by the inhibition of the catalytic reaction of the NOx occlusion reduction type catalyst 22 by HC and to ensure fuel waste. Can be prevented.
[0080]
[Embodiment 2]
In the present embodiment, the process of step S113 as shown in FIG. 8 is performed instead of step S112 of FIG. 2, and the HC removal completion determination process shown in FIG. 9 is executed instead of FIG. Other configurations are the same as those of the first embodiment.
[0081]
In step S113, the homogeneous combustion time Tst at the stoichiometric air-fuel ratio is set based on the operating state of the engine 2. This homogeneous combustion time Tst represents the time until the HC covering the NOx storage reduction catalyst 22 is completely removed by the exhaust of the stoichiometric air-fuel ratio. This homogeneous combustion time Tst is set by a map formed so as to increase as the engine speed NE decreases and to increase as the load factor eklq decreases.
[0082]
The HC removal completion determination process (FIG. 9) will be described. This process is repeatedly executed at regular time intervals. When this process is started, it is first determined whether or not Fst = “ON” (S500). If it is in the state of Fst = “OFF” (“NO” in S500), “0” is set to the timer counter Tc (S502), and this process is temporarily terminated as it is.
[0083]
On the other hand, when Fst = “ON” is set by execution of step S110 of the rich spike setting process (FIG. 2) (“YES” in S500), the homogeneous combustion time Tst calculated by the timer counter Tc in step S113 next. It is determined whether or not the value is smaller (S504). Since Tc <Tst in the initial stage (“YES” in S504), the timer counter Tc is incremented (S506), and this process is temporarily terminated. Thereafter, as long as Tc <Tst (“YES” in S504), the increment of the timer counter Tc (S506) is only repeated, and Fst = “ON” remains. Therefore, in the fuel injection control process (FIG. 5), the state determined as “YES” in step S308 continues, and the homogeneous combustion state at the stoichiometric air-fuel ratio continues (S310, S312).
[0084]
When Tc ≧ Tst is satisfied by the increment of the timer counter Tc (S506) (“NO” in S504), Fst = “OFF” is set (S508). In this way, this process is once completed. In the next control cycle, “NO” is determined in step S500, and therefore “0” is set to the timer counter Tc (S502).
[0085]
Since the stoichiometric air-fuel ratio combustion execution flag Fst is switched from “ON” to “OFF” after the homogeneous combustion time Tst set in step S113 has elapsed in this way, in the fuel injection control process (FIG. 5), step S308 is performed. Is judged as “NO”, and the homogeneous combustion at the stoichiometric air-fuel ratio is completed. Then, the rich spike processing (S316 to 322) as described above is executed.
[0086]
In the above-described configuration, steps S110, S113, and S114 of the rich spike setting process (FIG. 2), the HC removal completion determination process (FIG. 9), and the steps S308, S310, and S316 to S322 of the fuel injection control process (FIG. 5) are empty. This corresponds to processing as a fuel ratio control means.
[0087]
According to the second embodiment described above, the following effects can be obtained.
(I). The effects (a), (b) and (d) of the first embodiment are produced.
(B). The period during which the HC covering the surface of the NOx storage reduction catalyst 22 is oxidized and disappeared by setting the exhaust gas to the stoichiometric air-fuel ratio depends on the amount of unreacted oxygen supplied by the exhaust gas. Depends on the operating state of the engine 2. For this reason, by setting the homogeneous combustion time Tst at the stoichiometric air-fuel ratio according to the operating state of the engine 2, the HC covering the surface of the NOx storage reduction catalyst 22 can be surely lost. For this reason, it is possible to effectively suppress the deterioration of exhaust emission during the rich spike processing and to effectively prevent fuel waste.
[0088]
[Other embodiments]
(A). In FIG. 1, a configuration in which the start catalyst 20 and the first oxygen sensor 26 are not provided in the exhaust path 18 may be employed. In this case, in the inflow HC concentration thcc1 calculation process (FIG. 4) of the NOx occlusion reduction type catalyst (FIG. 4), the load ratio eklq and the engine speed are calculated using the same map Mthcin as the start catalyst inflow HC concentration thcin is calculated in step S210. The inflow HC concentration thccl is calculated based on the number NE. Steps S212 to S218 are not executed.
[0089]
By this, the same effect can effectively suppress the deterioration of exhaust emission during the rich spike process, and can effectively prevent fuel waste.
(B). In step S314 of the fuel injection control process (FIG. 5), the end of the rich spike process is determined based on the output change of the second oxygen sensor. In addition to this, the NOx occlusion amount eqnoxcnt is always calculated from the component state of the exhaust, and at the timing when eqnoxcnt = 0 is returned by the rich spike process, it is determined as “NO” in step S314, and the rich spike process is terminated. Also good.
[0090]
At the start of the rich spike process, the time required to reduce the NOx occlusion amount eqnoxcnt is calculated based on the operating state of the engine 2 and the air-fuel ratio at the time of the rich spike. The rich spike process may be terminated by determining “NO” in S314.
[0091]
(C). In the first and second embodiments, the concentration thcc of the HC flowing into the NOx storage reduction catalyst 22 is obtained and compared with the high concentration determination value Dhc, and whether or not combustion at the stoichiometric air-fuel ratio is executed before the rich spike processing. Judged. Instead of this, the flow rate of HC flowing into the NOx storage reduction catalyst 22 may be obtained and compared with a determination value to determine whether or not to perform combustion at the stoichiometric air-fuel ratio before the rich spike process.
[0092]
(D). In each of the above-described embodiments, an example of stratified combustion of an in-cylinder injection engine has been described. However, lean homogeneous combustion is executed instead of stratified combustion in a port injection engine that injects fuel into an intake port. It can also be applied to the system. Further, the present invention can also be applied to a case where a lean homogeneous combustion is performed in a cylinder injection type engine.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an engine and an ECU as a first embodiment.
FIG. 2 is a flowchart of rich spike setting processing executed by the ECU according to the first embodiment;
FIG. 3 is a graph showing a relationship between a rich NOx reduction rate and an inflow HC concentration in a NOx occlusion reduction type catalyst.
FIG. 4 is a flowchart of a process for calculating an inflow HC concentration thccl of the NOx storage reduction catalyst executed by the ECU according to the first embodiment.
FIG. 5 is a flowchart of the same fuel injection control process.
FIG. 6 is a flowchart of HC removal completion determination processing.
7 is a timing chart illustrating an example of processing according to Embodiment 1. FIG.
FIG. 8 is a partial flowchart of rich spike setting processing according to the second embodiment;
FIG. 9 is a flowchart of HC removal completion determination processing.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 2 ... Engine, 4 ... ECU, 6 ... Fuel injection valve, 8 ... Spark plug, 10 ... Intake path, 12 ... Throttle valve, 14 ... Throttle opening sensor, 16 ... Intake air amount sensor, 18 ... Exhaust path, 20 ... Start catalyst, 22 ... NOx occlusion reduction type catalyst, 24 ... Air-fuel ratio sensor, 26 ... First oxygen sensor, 28 ... Second oxygen sensor, 30 ... Accelerator pedal, 32 ... Accelerator opening sensor, 34 ... Engine speed sensor 36: Cooling water temperature sensor.

Claims (9)

排気空燃比がリーンの時に排気中のNOxを吸蔵するとともに排気空燃比がリッチの時に吸蔵されていたNOxを還元するNOx吸蔵還元型触媒を内燃機関の排気通路に備え、排気空燃比を一時的にリッチにするリッチスパイク処理により前記NOxの還元を実行する内燃機関の排気浄化装置であって、排気空燃比がリーンの時に前記NOx吸蔵還元型触媒が炭化水素による被毒のおそれがあるか否かを判定する被毒判定手段と、
前記リッチスパイク処理の実行開始時に前記被毒判定手段にて被毒のおそれがあると判定されている場合には、予め排気空燃比を一時的に理論空燃比とした後に前記リッチスパイク処理を実行する空燃比制御手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
The exhaust passage of the internal combustion engine is provided with a NOx occlusion reduction type catalyst that stores NOx in the exhaust when the exhaust air-fuel ratio is lean and reduces NOx that is stored when the exhaust air-fuel ratio is rich. An exhaust purification device for an internal combustion engine that performs NOx reduction by rich spike processing that makes the exhaust gas rich, and whether or not the NOx storage reduction catalyst may be poisoned by hydrocarbons when the exhaust air-fuel ratio is lean Poison determination means for determining whether or not
If it is determined at the start of execution of the rich spike process that there is a possibility of poisoning, the rich spike process is executed after temporarily setting the exhaust air / fuel ratio to the theoretical air / fuel ratio temporarily. Air-fuel ratio control means for
An exhaust emission control device for an internal combustion engine, comprising:
請求項1において、前記被毒判定手段は、前記NOx吸蔵還元型触媒に流入する排気の炭化水素濃度を求めて、排気空燃比がリーンの時に前記炭化水素濃度が高濃度判定値以上の場合に、前記NOx吸蔵還元型触媒が炭化水素による被毒のおそれがあると判定することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。2. The poison determination unit according to claim 1, wherein the poisoning determination means obtains the hydrocarbon concentration of the exhaust gas flowing into the NOx occlusion reduction type catalyst, and the hydrocarbon concentration is equal to or higher than a high concentration determination value when the exhaust air-fuel ratio is lean. An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, wherein the NOx occlusion reduction type catalyst is determined to be poisoned by hydrocarbons. 請求項2において、前記被毒判定手段にて高濃度判定値以上の炭化水素濃度であると判定されている場合に、前記空燃比制御手段は、前記リッチスパイク処理におけるリッチ度合を低くすることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。3. The air-fuel ratio control unit according to claim 2, wherein when the poisoning determination unit determines that the hydrocarbon concentration is equal to or higher than the high concentration determination value, the air-fuel ratio control unit reduces the rich degree in the rich spike processing. An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine characterized by the above. 請求項3において、前記空燃比制御手段は、前記リッチスパイク処理におけるリッチ度合の低下は、内燃機関の運転状態に応じて設定することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。4. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 3, wherein the air-fuel ratio control means sets the decrease in the rich degree in the rich spike processing according to the operating state of the internal combustion engine. 請求項1〜4のいずれかにおいて、前記空燃比制御手段は、予め行う排気空燃比を理論空燃比とする期間の終了を、排気のガス量に応じて判断することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。5. The internal combustion engine according to claim 1, wherein the air-fuel ratio control unit determines the end of a period in which the exhaust air-fuel ratio to be performed in advance is the stoichiometric air-fuel ratio according to the amount of exhaust gas. Exhaust purification device. 請求項1〜4のいずれかにおいて、前記空燃比制御手段は、予め行う排気空燃比を理論空燃比とする期間は、内燃機関の運転状態に応じて設定することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。5. The exhaust gas of an internal combustion engine according to claim 1, wherein the air-fuel ratio control means sets a period in which the exhaust air-fuel ratio to be performed in advance is a stoichiometric air-fuel ratio in accordance with an operating state of the internal combustion engine. Purification equipment. 請求項1〜6のいずれかにおいて、前記排気通路において前記NOx吸蔵還元型触媒の上流側には三元触媒を備えるとともに、前記被毒判定手段は、前記三元触媒の炭化水素浄化率に関する情報に基づいて、排気空燃比がリーンの時に前記NOx吸蔵還元型触媒が炭化水素による被毒のおそれがあるか否かを判定することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。7. The information on the hydrocarbon purification rate of the three-way catalyst according to claim 1, wherein a three-way catalyst is provided on the upstream side of the NOx storage reduction catalyst in the exhaust passage, and the poisoning determination means is the hydrocarbon purification rate of the three-way catalyst. And determining whether the NOx occlusion reduction catalyst is likely to be poisoned by hydrocarbons when the exhaust air-fuel ratio is lean. 請求項7において、前記三元触媒の炭化水素浄化率に関する情報とは、前記三元触媒に流入する排気の空燃比であることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。8. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 7, wherein the information regarding the hydrocarbon purification rate of the three-way catalyst is an air-fuel ratio of exhaust gas flowing into the three-way catalyst. 請求項7において、前記三元触媒の炭化水素浄化率に関する情報とは、前記三元触媒の床温であることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。8. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 7, wherein the information relating to the hydrocarbon purification rate of the three-way catalyst is a bed temperature of the three-way catalyst.
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