JP4032760B2 - Exhaust gas purification device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、自動車等に搭載される内燃機関、特に酸素過剰状態の混合気(所謂、リーン空燃比の混合気)を燃焼可能とするディーゼル機関やリーンバーン・ガソリン機関では、この内燃機関の排気系にNOx吸蔵剤を配置する技術が提案されている。このNOx吸蔵剤の一つとして、流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中の窒素酸化物(NOx)を吸蔵し、流入する排気の酸素濃度が低下し且つ還元剤が存在するときは吸蔵していた窒素酸化物(NOx)を放出しつつ窒素(N2)に還元する吸蔵還元型NOx触媒が知られている。
【0003】
吸蔵還元型NOx触媒が内燃機関の排気系に配置されると、内燃機関が希薄燃焼運転されて排気の空燃比が高くなるときは排気中の窒素酸化物(NOx)が吸蔵還元型NOx触媒に吸蔵され、吸蔵還元型NOx触媒に流入する排気の空燃比が低くなったときは吸蔵還元型NOx触媒に吸蔵されていた窒素酸化物(NOx)が放出されつつ窒素(N2)に還元される。
【0004】
ところで、吸蔵還元型NOx触媒には燃料に含まれる硫黄分が燃焼して生成される硫黄酸化物(SOx)もNOxと同じメカニズムで吸蔵される。このように吸蔵されたSOxはNOxよりも放出されにくく、NOx触媒内に蓄積される。これを硫黄被毒(SOx被毒)といい、NOx浄化率が低下するため、適宜の時期にSOx被毒から回復させる被毒回復処理を施す必要がある。この被毒回復処理は、NOx触媒を高温(例えば600乃至650℃程度)にしつつ酸素濃度を低下させた排気をNOx触媒に流通させて行われている。
【0005】
ところが希薄燃焼運転時の排気の温度は低いため、SOx被毒の回復に必要とされる温度まで触媒を昇温させることは困難である。このようなときに、排気中へ燃料の供給を行うことにより触媒の温度を上昇させつつ排気の酸素濃度を低下させることができる。
【0006】
例えば、特開平11−343836号公報に記載された内燃機関の排気浄化装置では、吸蔵還元型NOx触媒の被毒回復が必要となった場合には、この吸蔵還元型NOx触媒に流入する排気の空燃比を理論空燃比近傍に維持しつつ、間欠的に空燃比を理論空燃比よりも小さくしている。これにより、被毒回復中の大部分の時間は理論空燃比近傍の空燃比に維持されるため、排気中の炭化水素(HC)及び一酸化炭素(CO)の発生を抑制することが可能となる。
【0007】
また、間欠的に空燃比を理論空燃比よりも小さくすることにより、被毒回復中の平均空燃比は理論空燃比よりもリーンになるが、NOx触媒の硫黄被毒を回復させることが可能となっている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
前記公報に記載の排気浄化装置では、吸蔵還元型NOx触媒の温度及び硫黄酸化物の吸蔵量が被毒回復制御の開始条件を満たしているとき、吸蔵還元型NOx触媒の昇温制御が行われる。
【0009】
しかし、いわゆる低圧縮比エンジン(ε<16.5)では、圧縮端温度が低くなるため、低温軽負荷の条件下で、通常の方法によってNOx触媒に流入する排気温度を昇温させようとすると、失火してしまう場合がある。
【0010】
すなわち、排気温度の昇温のために吸気を減らし、かつ排気系の排気の一部を吸気系へ再循環させる排気再循装置(以下、EGR装置とする。)による再循環する排気量を増大させて吸気温度及び排気温度の低下を抑制し、さらに燃料の噴射時期の遅角によって排気中に未燃燃料成分を増大させる。そしてNOx吸蔵剤においてこれを酸化反応させてNOx吸蔵剤の温度を昇温させる制御(以下、昇温制御という)を実行する場合、内燃機関の燃焼がきわめて不安定になり、失火を生じる虞がある。
【0011】
換言すれば、低圧縮比エンジンのような場合は、失火によってNOx触媒に対する上述した昇温制御が実行できなくなる領域が存在する。
【0012】
本発明は以上の問題を解決するためになされたものであり、低圧縮比エンジンであっても低温で軽負荷の条件下において失火することなく、燃料噴射を遅角させて未燃焼でNOx触媒に到達する燃料を増大させることによってNOx触媒を昇温させる昇温制御が可能である技術を提供することを技術的課題とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために本発明の内燃機関の排気浄化装置は、以下のような手段を採用した。即ち、本発明の内燃機関の排気浄化装置は、流入する排気の空燃比がリーンのときには排気中のNOxを吸蔵し流入する排気の空燃比が理論空燃比又はリッチになると吸蔵したNOxを放出還元するNOx吸蔵剤と、燃料噴射を遅角させて未燃焼で前記NOx吸蔵剤に到達する燃料を増大させることによって前記NOx吸蔵剤を昇温させる昇温制御を行う昇温手段と、内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、吸気系に気化した燃料を供給するための燃焼式ヒータと、を備え、前記昇温手段が、前記運転状態検出手段により検出した内燃機関の運転状態に基づいて前記NOx吸蔵剤を所定温度まで前記昇温制御により昇温する際に、前記燃焼式ヒータによって加熱されて気化した燃料を吸気系に供給することを特徴とする。
【0014】
本発明の最大の特徴は、低圧縮比の内燃機関の排気浄化装置において、昇温制御を実行した場合に失火しそうな条件においてNOx吸蔵剤に対する昇温の必要が生じたとき、燃焼式ヒータを用いて吸気系に気化させた燃料を供給することで、如何なる低温軽負荷条件でも、昇温制御を実行して失火することなく必要とする温度までNOx吸蔵剤の昇温を可能にすることである。
【0015】
このように構成された内燃機関の排気浄化装置では、昇温制御実行時に吸気系に気化した燃料が供給される。これによって、NOx吸蔵剤を昇温させる手段として、燃料噴射を遅角させて、未燃焼でNOx吸蔵剤に到達する燃料を増大させるような制御を行っても、失火が発生することが有効に抑制される。
【0016】
前記燃焼式ヒータは電子着火手段を備え、この電子着火手段への供給電気エネルギを抑制して燃料が着火せずに気化のみする程度の温度に加熱されることが望ましい。ここでの燃焼式ヒータの使用は、着火装置であるグロー等に供給する電気エネルギを燃料が燃焼する程度にまで供給せずに、燃料が気化するのみである程度の温度、好ましくは600℃程度に加熱する程度とする。
【0017】
これにより、供給された燃料は、気化及び低沸点側の成分に分解、改質されて燃焼室に供給されるので、主燃焼が安定し、失火する噴射時期遅角量は増大する。したがって、排気温度をより高温まで昇温可能となる。
【0018】
前記NOx吸蔵剤は排気中の微粒子を一時捕獲するパティキュレートフィルタに担持されたものとすることができる。
【0019】
また、周囲に過剰酸素が存在するときは酸素を吸蔵して酸素を保持し、周囲の酸素濃度が低下したときは保持している酸素を活性酸素として放出する活性酸素放出剤をフィルタ上に担持し、放出された活性酸素によってフィルタ上に堆積した微粒子を酸化させるものとすることが可能である。
【0020】
前記活性酸素放出剤は、アルカリ金属、アルカリ土金属、希土類または遷移金属から選択されたものが使用できる。
【0021】
このように構成された内燃機関の排気浄化装置では、例えば、NOx吸蔵剤の被毒(炭化水素、硫黄酸化物による触媒被毒)を回復する必要が生じたときに、主燃焼を安定した状態に保持しつつ、排気中に供給された燃料の酸化反応熱によって被毒回復に必要とされる温度までNOx吸蔵剤が昇温される。この後、内燃機関の運転状態が軽負荷領域に移行すると被毒の回復が行われる。
【0022】
また、NOx吸蔵剤が排気中の微粒子を一時捕獲するパテキュレートフィルタ(以下、フィルタという)に担持されているときは、フィルタに捕獲された微粒子を酸化、除去するためにフィルタ温度を上昇させる昇温制御を実行する。
【0023】
このように本発明では、種々の目的でNOx吸蔵剤の昇温が必要となったとき、主燃焼を安定させて失火を生じさせることなく昇温制御を実行できる。
【0024】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。ここでは、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置を車両駆動用のディーゼル機関に適用した場合を例に挙げて説明する。
【0025】
図1は、本実施の形態に係る排気浄化装置を適用する内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図、図2は燃焼式ヒータの詳細を示す図である。
【0026】
図1に示す内燃機関1は、4気筒の水冷式の4サイクル・ディーゼル機関である。内燃機関1には、図示しない吸気枝管が接続されており、吸気枝管の各枝管は、各気筒の燃焼室と吸気ポートを介して連通している。吸気枝管は、吸気管9に接続され、この吸気管9は、エアクリーナボックス10に接続されている。前記エアクリーナボックス10より下流の吸気管9には、この吸気管9内を流通する吸気の質量に対応した電気信号を出力するエアフローメータ11が取り付けられている。
【0027】
この内燃機関1には、燃焼式マルチパーパスヒータ(以下、燃焼式ヒータという)60が併設されているので、これについて説明する。
【0028】
この燃焼式ヒータ60は、図2に示すように、外筒140と、この外筒140に内装される中間筒141と、中間筒141に内装され、内燃機関1とは独立して内燃機関1用の燃料を燃焼させる燃焼筒142とを備えている。
【0029】
前記燃焼筒142は、燃料を気化するための気化グロープラグ(図示せず)と、前記気化グロープラグによって気化された燃料に着火するための点火グロープラグ(図示せず)とを具備している。なお、気化グロープラグと点火グロープラグとは、単一のグロープラグで兼用されるようにしてもよい。
【0030】
前記中間筒141と燃焼筒142との間には、前記燃焼筒142で発生した燃焼ガスを流すための燃焼ガス通路201が形成されている。前記中間筒141の適当な部位には、前記燃焼ガス通路201と前記外筒140の外部とを連通する燃焼ガス排出ポート145が形成されている。
【0031】
次に、燃焼筒142には、燃料導入管27が接続されている。この燃料導入管27は、図1に示すように、燃料ポンプ26に接続され、前記燃料ポンプ26から吐出された燃料が前記燃料導入管27を介して前記燃焼筒142へ供給されるようになっている。
【0032】
一方、前記外筒140には、前記燃焼筒142へ燃焼用の空気を送り込むための送風ファン149と、この送風ファン149を回転駆動するモータ150とを内装したハウジング148が取り付けられている。
【0033】
前記ハウジング148には、このハウジング148内に燃焼用空気を取り込むための吸気ポート151が形成されている。前記吸気ポート151には、図2に示すように、吸気導入通路18が接続され、この吸気導入通路18は、前記エアクリーナ10の下流の吸気管9に接続されている。
【0034】
前記吸気導入通路18の途中には、この吸気導入通路18内を吸気の流通を開閉する開閉弁29が設けられている。この開閉弁29には、ステップモータ等で構成されてこの開閉弁29を開閉駆動するアクチュエータ(図示せず)が取り付けられている。この開閉弁29の開閉により、必要時に吸気が燃焼式ヒータ60に送られ、これに気化した燃料が混合される。また、通常運転時は開閉弁29は閉じられており、吸気は燃焼式ヒータ60を経由せずに内燃機関1に到達する。
【0035】
他方、燃焼ガス通路201の一端には排気ポート145が設けられ、この排気ポート145にはヒータ排気通路31の一端が接続されている。一方、このヒータ排気通路31の他端は、前記吸気導入通路18の下流の吸気管9に接続されている。
【0036】
また、前記外筒140と前記中間筒141との間には、内燃機関1の冷却水を流すためのヒータ内冷却水路200が形成されている。前記外筒140には、前記ヒータ内冷却水路200内に冷却水を取り入れるための冷却水導入ポート143と、前記ヒータ内冷却水路200内の冷却水を排出するための冷却水排出ポート144とが形成されている。
【0037】
前記冷却水導入ポート143は、図2に示すように、内燃機関1の図示しないウォータジャケットと冷却水導入管22を介して連通し、また前記冷却水排出ポート144は、前記ウォータジャケットと冷却水排出管23を介して連通している。
【0038】
前記冷却水導入管22の途中には、電動式のウォータポンプ24が設けられ、内燃機関1のウォータジャケット内を流れる冷却水が前記冷却水導入ポート143へ強制的に送り込まれるようになっている。
【0039】
前記冷却水排出管23の途中には、室内用暖房装置のヒータコア30が配置され、前記冷却水排出管23を流れる冷却水が持つ熱が暖房用空気へ伝達される。
【0040】
また、ヒータ内冷却水路200を流れる冷却水により、燃焼式ヒータ60から排出される気化した燃料が混合された排気が冷却され、これが所定の温度になるように調整可能となっている。
【0041】
このように構成された燃焼式ヒータ60は、気化した燃料を内燃機関1の燃焼室に供給する他、内燃機関1本体の予熱や暖機促進、室内用暖房装置の性能向上等を図る必要が生じた場合に作動される。
【0042】
具体的には、燃焼式ヒータ60では、モータ150が送風ファン149を作動させて吸気管3内を流れる吸気の一部を燃焼式ヒータ60の燃焼筒142へ供給し、燃料ポンプ26が、図示しない燃料タンク内の燃料を吸い上げて燃焼式ヒータ60の燃焼筒142へ供給する。そして、燃焼筒142のグロープラグが通電されて、前記送風ファン149によって送られた吸気と前記燃料ポンプ26によって供給された燃料との混合機は、グロープラグにより加熱されて気化する。
【0043】
ここでは、内燃機関1に気化燃料を供給する場合、すなわち、後述するパテキュレートフィルタ20の昇温制御を実施する場合は、グロープラグに供給する電気エネルギを抑制し、燃料が着火せずに気化だけするような600℃前後の温度に加熱する。気化用と点火用のグロープラグが別個に設けられている場合は、気化用のグロープラグのみに通電することで、燃料を気化させ、着火させない。これにより、供給された燃料である軽油は、気化及び低沸点側の成分に分解、改質され、燃焼室に供給されるので、主燃焼が安定する。
【0044】
前記燃焼筒145内で気化した燃料は、送風ファン149によって送り出される吸気の圧力によって燃焼筒145内から燃焼ガス通路201へ押し出され、次いで燃焼ガス通路201から燃焼ガス排出ポート145へ排出される。排出ポート145に排出された燃焼ガスは、ヒータ排気通路31および吸気管9を経て内燃機関1の燃焼室に送られる。
【0045】
上記の気化燃料の供給時以外、すなわち内燃機関1の始動時の暖気やヒータコア30への冷却水の循環等が必要な場合は、グロープラグの温度を1,000℃近くまで加熱して、燃料を気化、着火させて空気を供給しながらこれを連続燃焼させる。この場合は、供給した燃料は完全燃焼し、燃料が有している燃焼エネルギはほとんどが供給される空気温度の上昇に使用される。しがたって、ウォータポンプ24が作動して内燃機関1のウォータジャケット内の冷却水を燃焼式ヒータ60の冷却水導入ポート143へ圧送することで、冷却水が加熱される。
【0046】
ウォータポンプ24によって燃焼式ヒータ60の冷却水導入ポート143へ圧送された冷却水は、前記冷却水導入ポート143からヒータ内冷却水路200へ導かれ、ヒータ内冷却水路200を通った後に冷却水排出ポート144へ排出される。
【0047】
その際、燃焼ガス通路201を流れる燃焼ガスの熱が中間筒144の壁面を介してヒータ内冷却水路200内を流れる冷却水に伝達され、冷却水の温度が上昇する。このように、ヒータ内冷却水路200と燃焼ガス通路201は、熱交換部を実現する。
【0048】
このようにして昇温された冷却水は、冷却水排出ポート144から冷却水排出管23へ排出され、ヒータコア30を経て内燃機関1のウォータジャケット内へ戻され、ウォータジャケット内を循環する。ヒータコア30では、冷却水が持つ熱の一部が暖房用空気に伝達され、暖房用空気を昇温させる。
【0049】
さらに図1では、燃焼式ヒータ60の下流の吸気管9には、排気の熱エネルギを駆動源として作動する遠心過給機(ターボチャージャ)15のコンプレッサハウジング15aが設けられ、コンプレッサハウジング15aより下流の吸気管9には、前記コンプレッサハウジング15a内で圧縮されて高温となった吸気を冷却するためのインタークーラ16が設けられている。
【0050】
このように構成された吸気系では、エアクリーナボックス10に流入した吸気は、このエアクリーナボックス10内のエアフィルタ(図示省略)によって吸気中の塵や埃等が除去された後、吸気管9を介して燃焼式ヒータ60を経由し、あるいは経由しないで、コンプレッサハウジング15aに流入する。
【0051】
コンプレッサハウジング15aに流入した吸気は、このコンプレッサハウジング15aに内装されたコンプレッサホイールの回転によって圧縮される。前記コンプレッサハウジング15a内で圧縮されて高温となった吸気は、インタークーラ16にて冷却された後、必要に応じて吸気絞り弁13によって流量を調節されて吸気枝管に流入する。このように、コンプレッサハウジング15aの下流に位置する部位には、この吸気管9内を流通する吸気の流量を調節する吸気絞り弁13が設けられている。この吸気絞り弁13には、ステップモータ等で構成されてこの吸気絞り弁13を開閉駆動する吸気絞り用アクチュエータ14が取り付けられている。
【0052】
吸気枝管に流入された吸気は、各気筒2の燃焼室へ分配される。そして各気筒2の燃料噴射弁から噴射された燃料を着火源として燃焼される。燃焼式ヒータ60において供給された気化燃料と吸気との混合気が燃焼室に供給される場合は、その気化燃料と燃焼室で噴射される燃料との合計が、燃料室にて供給されるべき燃料の総量となる。
【0053】
一方、内燃機関1には、排気枝管が接続され、排気枝管の各枝管が排気ポート(図示省略)を介して各気筒の燃焼室と連通している。
【0054】
前記排気枝管は、前記遠心過給機15のタービンハウジング15bと接続されている。前記タービンハウジング15bは、排気管19と接続され、この排気管19は、下流にてマフラー(図示省略)に接続されている。
【0055】
前記排気管19の途中には、吸蔵還元型NOx触媒を担持したパティキュレートフィルタ(以下、単にフィルタという。)20が設けられている。フィルタ20より上流の排気管19には、この排気管19内を流通する排気の温度に対応した電気信号を出力する排気温度センサ24が取り付けられている。
【0056】
このように構成された排気系では、内燃機関1の各気筒2で燃焼された混合気(既燃ガス)が排気ポートを介して排気枝管へ排出され、次いで排気枝管から遠心過給機15のタービンハウジング15bへ流入する。タービンハウジング15bに流入した排気は、この排気が持つ熱エネルギを利用してタービンハウジング15b内に回転自在に支持されたタービンホイールを回転させる。その際、タービンホイールの回転トルクは、前述したコンプレッサハウジング15aのコンプレッサホイールへ伝達される。
【0057】
前記タービンハウジング15bから排出された排気は、排気管19を介してフィルタ20へ流入し、排気中のパティキュレート(PM)が捕集され且つ有害ガス成分が除去又は浄化される。フィルタ20にてPMを捕集され且つ有害ガス成分を除去又は浄化された排気は、マフラーを介して大気中に放出される。
【0058】
また、排気枝管と吸気枝管とは、排気枝管内を流通する排気の一部を吸気枝管へ再循環させる排気再循環通路(以下、EGR通路とする)25を介して連通されている。このEGR通路25の途中には、電磁弁などで構成され、印加電力の大きさに応じて前記EGR通路25内を流通する排気(以下、EGRガスとする。)の流量を変更する流量調整弁(以下、EGR弁とする。)26が設けられている。
【0059】
このように構成された排気再循環機構では、EGR弁26が開弁されると、EGR通路25が導通状態となり、排気枝管内を流通する排気の一部が前記EGR通路25へ流入し、吸気枝管へ導かれる。
【0060】
EGR通路25を介して排気枝管から吸気枝管へ還流されたEGRガスは、吸気枝管の上流から流れてきた新気と混ざり合いつつ各気筒の燃焼室へ導かれる。
【0061】
ここで、EGRガスには、水(H2O)や二酸化炭素(CO2)などのように、自らが燃焼することがなく、且つ、熱容量が高い不活性ガス成分が含まれているため、EGRガスが混合気中に含有されると、混合気の燃焼温度が低められ、以て窒素酸化物(NOx)の発生量が抑制される。
【0062】
次に、本実施の形態に係るフィルタ20について説明する。
【0063】
図3は、フィルタ20の断面図である。図3(A)は、フィルタ20の横方向断面を示す図である。図3(B)は、フィルタ20の縦方向断面を示す図である。
【0064】
図3(A)及び(B)に示されるようにフィルタ20は、互いに平行をなして延びる複数個の排気流通路50、51を具備するいわゆるウォールフロー型である。これら排気流通路は下流端が栓52により閉塞された排気流入通路50と、上流端が栓53により閉塞された排気流出通路51とにより構成される。なお、図3(A)においてハッチングを付した部分は栓53を示している。従って、排気流入通路50および排気流出通路51は薄肉の隔壁54を介して交互に配置される。換言すると排気流入通路50および排気流出通路51は各排気流入通路50が4つの排気流出通路51によって包囲され、各排気流出通路51が4つの排気流入通路50によって包囲されるように配置される。
【0065】
フィルタ20は例えばコージェライトのような多孔質材料から形成されており、従って排気流入通路50内に流入した排気は図3(B)において矢印で示されるように周囲の隔壁54内を通って隣接する排気流出通路51内に流出する。
【0066】
本発明では、各排気流入通路50および各排気流出通路51の周壁面、即ち各隔壁54の両側表面上および隔壁54内の細孔内壁面上には例えばアルミナからなる担体の層が形成されており、この担体上に吸蔵還元型NOx触媒が坦持されている。
【0067】
次に、本実施の形態に係るフィルタ20に担持された吸蔵還元型NOx触媒の働きについて説明する。
【0068】
フィルタ20は、例えば、アルミナを担体とし、その担体上に、カリウム(K)、ナトリウム(Na)、リチウム(Li)、もしくはセシウム(Cs)等のアルカリ金属と、バリウム(Ba)もしくはカルシウム(Ca)等のアルカリ土類と、ランタン(La)もしくはイットリウム(Y)等の希土類とから選択された少なくとも1つと、白金(Pt)等の貴金属とを担持して構成されている。尚、本実施の形態では、アルミナからなる担体上にバリウム(Ba)と白金(Pt)とを担持し、更にO2ストレージ能力のあるセリア(Ce2O3)を添加して構成される吸蔵還元型NOx触媒を採用した。
【0069】
このように構成されたNOx触媒は、このNOx触媒に流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中の窒素酸化物(NOx)を吸蔵する。
【0070】
一方、NOx触媒は、このNOx触媒に流入する排気の酸素濃度が低下したときは吸蔵していた窒素酸化物(NOx)を放出する。その際、排気中に炭化水素(HC)や一酸化炭素(CO)等の還元成分が存在していれば、NOx触媒は、このNOx触媒から放出された窒素酸化物(NOx)を窒素(N2)に還元せしめることができる。
【0071】
ところで、内燃機関1が希薄燃焼運転されている場合は、内燃機関1から排出される排気の空燃比がリーン雰囲気となり排気の酸素濃度が高くなるため、排気中に含まれる窒素酸化物(NOx)がNOx触媒に吸蔵されることになるが、内燃機関1の希薄燃焼運転が長期間継続されると、NOx触媒のNOx吸蔵能力が飽和し、排気中の窒素酸化物(NOx)がNOx触媒にて除去されずに大気中へ放出されてしまう。
【0072】
特に、内燃機関1のようなディーゼル機関では、大部分の運転領域においてリーン空燃比の混合気が燃焼され、それに応じて大部分の運転領域において排気の空燃比がリーン空燃比となるため、NOx触媒のNOx吸蔵能力が飽和し易い。
【0073】
従って、内燃機関1が希薄燃焼運転されている場合は、NOx触媒のNOx吸蔵能力が飽和する前にNOx触媒に流入する排気中の酸素濃度を低下させるとともに還元剤の濃度を高め、NOx触媒に吸蔵された窒素酸化物(NOx)を放出及び還元させる必要がある。
【0074】
このように酸素濃度を低下させる方法としては、排気中の燃料添加や、前記した低温燃焼、気筒2内への膨張行程中の燃料噴射等の方法が考えられる。
【0075】
本実施の形態では、気筒2内における燃料の主噴射とは別に、主噴射から時期を遅らせて副噴射をすることで、未燃燃料を排気中に供給することができる。これによりフィルタ20より上流の排気管19を流通する排気中に還元剤たる燃料(軽油)が添加され、フィルタ20に流入する排気の酸素濃度を低下させるとともに還元剤の濃度を高めるようにした。
【0076】
上記のようにして形成された酸素濃度の低い排気はフィルタ20に流入し、フィルタ20に吸蔵されていた窒素酸化物(NOx)を放出させつつ窒素(N2)に還元することになる。
【0077】
以上述べたように構成された内燃機関1には、この内燃機関1を制御するための電子制御ユニット(ECU:Electronic Control Unit)35が併設されている。このECU35は、内燃機関1の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関1の運転状態を制御するユニットである。
【0078】
ECU35には、エアフローメータ11、排気温度センサ24等の各種センサが電気配線を介して接続され、上記した各種センサの出力信号がECU35に入力されるようになっている。
【0079】
一方、ECU35には、燃料噴射弁、吸気絞り用アクチュエータ14、EGR弁26、等が電気配線を介して接続され、上記した各部をECU35が制御することが可能になっている。
【0080】
ここで、ECU35は、図4に示すように、双方向性バス350によって相互に接続された、CPU351と、ROM352と、RAM353と、バックアップRAM354と、入力ポート356と、出力ポート357とを備えるとともに、前記入力ポート356に接続されたA/Dコンバータ(A/D)355を備えている。
【0081】
前記入力ポート356は、クランクポジションセンサ33のようにデジタル信号形式の信号を出力するセンサの出力信号を入力し、それらの出力信号をCPU351やRAM353へ送信する。
【0082】
また、前記入力ポート356は、エアフローメータ11、排気温度センサ24、アクセル開度センサ36、等のように、アナログ信号形式の信号を出力するセンサのA/D355を介して入力し、それらの出力信号をCPU351やRAM353へ送信する。
【0083】
前記出力ポート357は、燃料噴射弁、吸気絞り用アクチュエータ14、EGR弁26、水冷排気クーラ28、開閉弁29、等と電気配線を介して接続され、CPU351から出力される制御信号を、前記した燃料噴射弁、吸気絞り用アクチュエータ14、EGR弁26等へ送信する。
【0084】
前記ROM352は燃料噴射弁を制御するための燃料噴射制御ルーチン、吸気絞り弁13を制御するための吸気絞り制御ルーチン、EGR弁26を制御するためのEGR制御ルーチン、フィルタ20に還元剤を添加して吸蔵されたNOxを放出させるNOx浄化制御ルーチン、フィルタ20のSOx被毒を回復する被毒回復制御ルーチン、フィルタ20に捕集された微粒子を燃焼除去するための微粒子燃焼制御ルーチン等のアプリケーションプログラムを記憶している。
【0085】
前記ROM352は、上記したアプリケーションプログラムに加え、各種の制御マップを記憶している。前記制御マップは、例えば、内燃機関1の運転状態と基本燃料噴射量(基本燃料噴射時間)との関係を示す燃料噴射量制御マップ、内燃機関1の運転状態と基本燃料噴射時期との関係を示す燃料噴射時期制御マップ、内燃機関1の運転状態と吸気絞り弁13の目標開度との関係を示す吸気絞り弁開度制御マップ、内燃機関1の運転状態とEGR弁26の目標開度との関係を示すEGR弁開度制御マップ、内燃機関1の運転状態と還元剤の目標添加量(若しくは排気の目標空燃比)との関係を示す還元剤添加量制御マップ、等である。
【0086】
前記RAM353は、各センサからの出力信号やCPU351の演算結果等を格納する。前記演算結果は、例えば、図示しないクランクポジションセンサがパルス信号を出力する時間的な間隔に基づいて算出される機関回転数である。これらのデータは、クランクポジションセンサがパルス信号を出力する都度、最新のデータに書き換えられる。
【0087】
前記バックアップRAM354は、内燃機関1の運転停止後もデータを記憶可能な不揮発性のメモリである。
【0088】
前記CPU351は、前記ROM352に記憶されたアプリケーションプログラムに従って動作して、燃料−噴射弁制御、吸気絞り制御、EGR制御、NOx浄化制御、被毒回復制御、微粒子燃焼制御等を実行する。
【0089】
前記被毒回復制御では、CPU351は、フィルタ20の酸化物による被毒を回復すべく被毒回復処理を行うことになる。
【0090】
ここで、内燃機関1の燃料には硫黄(S)が含まれている場合があり、そのような燃料が内燃機関1で燃焼すると、二酸化硫黄(SO2)や三酸化硫黄(SO3)などの硫黄酸化物(SOx)が生成される。
【0091】
硫黄酸化物(SOx)は、排気とともにフィルタ20に流入し、窒素酸化物(NOx)と同様のメカニズムによってフィルタ20に吸蔵される。
【0092】
具体的には、フィルタ20に流入する排気の酸素濃度が高いときには、流入排気ガス中の二酸化硫黄(SO2)や三酸化硫黄(SO3)等の硫黄酸化物(SOx)が白金(Pt)の表面上で酸化され、硫酸イオン(SO4 2-)の形でフィルタ20に吸蔵される。更に、フィルタ20に吸蔵された硫酸イオン(SO4 2-)は、酸化バリウム(BaO)と結合して硫酸塩(BaSO4)を形成する。
【0093】
ところで、硫酸塩(BaSO4)は、硝酸バリウム(Ba(NO3)2)に比して安定していて分解し難く、フィルタ20に流入する排気の酸素濃度が低くなっても分解されずにフィルタ20内に残留してしまう。
【0094】
フィルタ20における硫酸塩(BaSO4)の量が増加すると、それに応じて窒素酸化物(NOx)の吸蔵に関与することができる酸化バリウム(BaO)の量が減少するため、フィルタ20のNOx吸蔵能力が低下する、いわゆるSOx被毒が発生する。
【0095】
フィルタ20のSOx被毒を回復する方法としては、フィルタ20の雰囲気温度をおよそ600乃至650℃の高温域まで昇温させるとともに、フィルタ20に流入する排気の酸素濃度を低くすることにより、フィルタ20に吸蔵されている硫酸バリウム(BaSO4)をSO3 -やSO4 -に熱分解し、次いでSO3 -やSO4 -を排気中の炭化水素(HC)や一酸化炭素(CO)と反応させて気体状のSO2 -に還元する方法を例示することができる。
【0096】
そこで、本実施の形態に係る被毒回復処理では、CPU351は、先ずフィルタ20の床温を高める触媒昇温制御を実行した上で、フィルタ20に流入する排気の酸素濃度を低くする。
【0097】
触媒昇温制御では、CPU351は、最初に、硫黄被毒回復をすべき状況にある場合、すなわち、これらの制御を実行すべきとするフラグが設定されている場合に本制御をスタートする。
【0098】
スタートする条件としては、硫黄被毒再生の場合は、燃料の消費積算量やNOxセンサ(図示省略)からの出力信号、車両走行距離等により判定する。ここで、燃料中の硫黄成分によりフィルタ20に担持された吸蔵還元型NOx触媒が被毒するので、燃料の消費積算量をRAM353に記憶させ、この燃料の添加量が所定量に達したときを硫黄被毒回復制御の開始条件としても良い。また、硫黄被毒が進行すると吸蔵還元型NOx触媒のNOxの吸収量が減少し、フィルタ20下流に流通するNOxの量が増大する。従って、フィルタ20の下流にNOxセンサ(図示省略)を設け、この出力信号を監視し、NOxの流通量が所定量以上になったときを硫黄被毒回復制御の開始条件としてもよい。更に、車両走行距離が所定値以上になった場合には、硫黄被毒の回復が必要であるとしてこのときを硫黄被毒回復制御のフラグをセットする。
【0099】
このフラグのセットがされたら、CPU351は、先ずアクセル開度センサ36及びクランクポジションセンサ33からの情報に基づいて、内燃機関1の運転状態を把握する。内燃機関1が運転状態が軽負荷であれば、燃焼式ヒータ60を作動させて、開閉弁29を開き、気化した燃料(軽油)を吸気管9に送り、これを燃焼室に供給する。また同時に、各気筒における燃料噴射の時期を遅角させる。このように燃料噴射時期を遅らせることにより、気筒内で燃焼せずに未燃成分として排気中に供給される燃料を増加させることができる。
【0100】
図5は、気化した燃料(可燃ガス)を燃焼式ヒータ60によって燃焼室に供給した場合と、これを供給しない場合との比較を示す図である。ここでは気化した燃料を供給しないときは、排気温度は400℃以下であるが、これを供給することで排気温度を約600℃まで上昇させられることがわかる。
【0101】
また、燃焼式ヒータ60を経由した気化した燃料と吸気との混合気の温度が所定温度以上の場合は、ヒータ内冷却水路200を流れる冷却水の量の調整によって制御、冷却する。
【0102】
上記のように排気温度が上昇する理由は、燃料噴射時期を遅角させた場合の失火限界が上死点から離れる側に拡大されるためであり、高温の未燃燃料成分が排気中に多く存在するようになるからである。それらの未燃燃料成分をフィルタ20において酸化させ、酸化の際に発生する熱によってフィルタ20の床温を高めるようにする。
【0103】
また、この触媒昇温制御では上記の方法に加え、CPU351は、図示しない還元剤噴射弁を排気通路19に設けて、この還元剤噴射弁から燃料を噴射させることにより、フィルタ20においてその燃料を酸化させ、その際に発生する熱によってフィルタ20の昇温を高めるようにしてもよい。このときに還元剤噴射弁から噴射される燃料は、NOxの放出・還元時に行われる燃料噴射よりも噴射間隔が短く、且つそのときの空燃比は高くなるように噴射量が設定される。
【0104】
但し、フィルタ20が過剰に昇温すると、フィルタ20の熱劣化が誘発される虞があるため、排気温度センサ24の出力信号値に基づいて副次的な噴射燃料量及び添加燃料量がフィードバック制御されるようにすることが好ましい。
【0105】
上記したような触媒昇温方法によりフィルタ20の床温が、例えば630℃の高温域まで上昇すると、CPU351は、フィルタ20に流入する排気の酸素濃度を低下させるべく排気中に燃料を供給する。
【0106】
なお、過剰な燃料が供給されると、それらの燃料がフィルタ20で急激に燃焼してフィルタ20が過熱し、或いは過剰な燃料によってフィルタ20が不要に冷却される虞があるため、CPU351は、空燃比センサ(図示省略)の出力信号に基づいて燃料供給量をフィードバック制御するようにすることが好ましい。
【0107】
このように被毒回復処理が実行されると、フィルタ20の床温が高い状況下で、フィルタ20に流入する排気の酸素濃度が低くなるため、フィルタ20に吸蔵されている硫酸バリウム(BaSO4)がSO3 -やSO4 -に熱分解され、それらSO3 -やSO4 -が排気中の炭化水素(HC)や一酸化炭素(CO)と反応して還元され、フィルタ20のSOx被毒が回復されることになる。
【0108】
次に、CPU351は、排気温度センサ24の出力信号を読み込み、フィルタ20の温度を推定する。フィルタ20の温度は、吸入空気量(エアフローメータ11の出力信号)、回転数、負荷、燃料噴射量等から推定される。また、予め実験により求めた値をマップ化してフィルタ20の温度を求めても良い。更に、フィルタ20に温度センサを設けて直接このフィルタ20の温度を測定するようにしても良い。
【0109】
このようにして、求められた実際の温度と、フィルタ20の目標温度(SOx被毒回復では、例えば630℃)とが比較される。そして、実際のフィルタ20温度が目標温度よりも高い場合には、燃料の添加量が減少され、一方、実際のフィルタ20温度が目標温度よりも低い場合には、燃料の添加量が増加される。
【0110】
また、低負荷領域では、直ちにSOx被毒回復が開始できるようにフィルタ20の温度はSOx被毒回復に必要となる例えば630℃に維持される。
【0111】
このようにしてフィルタ20の温度が所定温度に昇温させたら、上記のように酸素濃度を低下させてSOx被毒回復を実施する。
<その他の実施の形態>
上記の実施の形態では、昇温制御の例として、フィルタ20に担持したNOx吸蔵剤のSOx被毒回復の場合について説明したが、昇温制御によってフィルタ20を昇温させる必要があるのは、これに限られず、フィルタ20が捕獲した排気中の微粒子をフィルタ20から除去する場合もある。
【0112】
前記フィルタ20は、排気に接する面に触媒が担持されており、触媒作用により微粒子の着火温度を低くし、比較的低温で微粒子を燃焼させて除去することができる。このようなフィルタとしては、例えば、白金属金属及びアルカリ土類金属酸化物の混合物を担持させたものが公知である。このフィルタでは、ほぼ350℃から400℃程度の比較的低温で微粒子に着火させることができ、これを連続的に燃焼させることができる。
【0113】
しかしながら、フィルタ20に次から次に微粒子が堆積するとフィルタの詰まりを生じる場合がある。この場合は、堆積した微粒子の急激な燃焼による温度上昇によってフィルタに損傷が及ぶことがないように、微粒子堆積量が比較的少ない適切な時期にこれを燃焼させて除去する必要がある。その場合は、フィルタ20を約600℃程度に昇温させて微粒子を燃焼、除去するフィルタ再生制御を実行する。
【0114】
このフィルタ再生制御では、CPU351が、微粒子の酸化除去(以下、フィルタ再生という)が必要か否かを判断する。この場合は、例えば、図示しない差圧センサが検出するフィルタ20の前後の排気管19内の差圧が所定値以上となったときは、フィルタ20に一定量以上の微粒子が堆積したものと推定することができる。このように一定量以上の微粒子が堆積すればフィルタ再生制御のフラグをセットする。
【0115】
このフラグがセットされていれば、CPU351が微粒子が燃焼し得る温度域までフィルタ床温を高めるべく昇温制御を実行する。この具体的方法は、先の実施の形態において述べた方法と同様である。このようにして、フィルタ20の床温を所定温度まで上昇させる。
【0116】
このようなフィルタ再生制御が実行されると、フィルタ20に堆積していた微粒子が燃焼し、これがフィルタ20から除去されてフィルタ20の微粒子の捕集能力が再生される。
【0117】
以上説明したように、本実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置では、フィルタ20に対する昇温制御の実行時には、燃焼式ヒータ60によって気化させた燃料を内燃機関1の燃焼室内に送ることができるので、昇温制御時において吸気絞りを行い、燃焼室における燃料噴射を遅角させた場合であっても、燃焼が不安定にならずに失火を生じることが抑制される。
【0118】
【発明の効果】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置では、低圧縮比エンジンについて低温で軽負荷の条件下において吸気絞り及び燃料噴射を遅角させた場合でも、失火が抑制されるので、排気浄化装置に対する所定の昇温制御が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置を適用する内燃機関とその吸排気系とを併せ示す概略構成図である。
【図2】燃焼式ヒータの概略構成図である。
【図3】(A)は、パティキュレートフィルタの横方向断面を示す図である。(B)は、パティキュレートフィルタの縦方向断面を示す図である。
【図4】ECUの内部構成を示すブロック図である。
【図5】排気温度と失火限界との関係を示す図である。
【符号の説明】
1・・・・内燃機関
9・・・・吸気管
18・・・排気導入通路
19・・・排気管
20・・・パティキュレートフィルタ
24・・・排気温度センサ
25・・・EGR通路
26・・・EGR弁
30・・・ヒータコア
31・・・ヒータ排気通路
35・・・ECU
60・・・燃焼式ヒータ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust emission control device for an internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
In recent years, an internal combustion engine mounted on an automobile or the like, particularly a diesel engine or a lean burn gasoline engine that can burn an oxygen-rich mixture (so-called lean air-fuel mixture) is used as an exhaust system of the internal combustion engine. Techniques for arranging NOx storage agents have been proposed. As one of the NOx storage agents, nitrogen oxide (NOx) in the exhaust gas is stored when the oxygen concentration of the inflowing exhaust gas is high, and when the oxygen concentration of the inflowing exhaust gas is reduced and the reducing agent is present, the storage is performed. Nitrogen (Nx) while releasing nitrogen oxide (NOx)2The NOx storage reduction catalyst is known to reduce to (3).
[0003]
When the NOx storage reduction catalyst is arranged in the exhaust system of the internal combustion engine, when the internal combustion engine is operated in lean combustion and the air-fuel ratio of the exhaust gas becomes high, nitrogen oxide (NOx) in the exhaust gas becomes the NOx storage reduction catalyst. When the air-fuel ratio of the exhaust gas stored and flowing into the NOx storage reduction catalyst becomes low, nitrogen oxide (NOx) stored in the NOx storage reduction catalyst is released while nitrogen (N2).
[0004]
By the way, in the NOx storage reduction catalyst, sulfur oxide (SOx) generated by combustion of sulfur contained in the fuel is also stored by the same mechanism as NOx. The stored SOx is less likely to be released than NOx and accumulates in the NOx catalyst. This is called sulfur poisoning (SOx poisoning), and the NOx purification rate decreases. Therefore, it is necessary to perform poisoning recovery processing for recovering from SOx poisoning at an appropriate time. This poisoning recovery process is performed by circulating the exhaust gas having a reduced oxygen concentration while keeping the NOx catalyst at a high temperature (for example, about 600 to 650 ° C.) through the NOx catalyst.
[0005]
However, since the temperature of the exhaust gas during the lean combustion operation is low, it is difficult to raise the temperature of the catalyst to the temperature required for recovery from SOx poisoning. In such a case, the oxygen concentration of the exhaust gas can be lowered while raising the temperature of the catalyst by supplying the fuel into the exhaust gas.
[0006]
For example, in the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-343836, when it is necessary to recover poisoning of the NOx storage reduction catalyst, the exhaust gas flowing into the NOx storage reduction catalyst is required. While maintaining the air-fuel ratio in the vicinity of the stoichiometric air-fuel ratio, the air-fuel ratio is intermittently made smaller than the stoichiometric air-fuel ratio. As a result, most of the time during the recovery from poisoning is maintained at an air-fuel ratio in the vicinity of the theoretical air-fuel ratio, so that generation of hydrocarbons (HC) and carbon monoxide (CO) in the exhaust can be suppressed. Become.
[0007]
In addition, by intermittently reducing the air-fuel ratio below the stoichiometric air-fuel ratio, the average air-fuel ratio during recovery from poisoning becomes leaner than the stoichiometric air-fuel ratio, but it is possible to recover the sulfur poisoning of the NOx catalyst. It has become.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
In the exhaust purification device described in the above publication, when the temperature of the NOx storage reduction catalyst and the storage amount of the sulfur oxide satisfy the start conditions for the poisoning recovery control, the temperature increase control of the NOx storage reduction catalyst is performed. .
[0009]
However, in a so-called low compression ratio engine (ε <16.5), the compression end temperature becomes low, so when trying to raise the temperature of the exhaust gas flowing into the NOx catalyst by a normal method under conditions of low temperature and light load. , You may misfire.
[0010]
That is, the amount of recirculated exhaust gas is increased by an exhaust gas recirculation device (hereinafter referred to as an EGR device) that reduces the intake air to raise the exhaust gas temperature and recirculates a part of the exhaust gas to the intake air system. Thus, the decrease in intake air temperature and exhaust gas temperature is suppressed, and the unburned fuel component is increased in the exhaust gas by retarding the fuel injection timing. When the NOx storage agent is subjected to an oxidation reaction to increase the temperature of the NOx storage agent (hereinafter referred to as temperature increase control), combustion of the internal combustion engine becomes extremely unstable and may cause misfire. is there.
[0011]
In other words, in the case of a low compression ratio engine, there is a region where the above-described temperature increase control for the NOx catalyst cannot be performed due to misfire.
[0012]
The present invention has been made to solve the above problems, and even in a low compression ratio engine, without misfiring under low temperature and light load conditions,The temperature of the NOx catalyst is raised by retarding fuel injection and increasing the amount of fuel that reaches the NOx catalyst unburned.It is a technical problem to provide a technique capable of controlling the temperature rise.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine of the present invention employs the following means. That is, the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine of the present invention stores NOx in the exhaust when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust is lean, and releases and reduces the stored NOx when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust becomes the stoichiometric air-fuel ratio or rich. NOx storage agent toBy retarding fuel injection and increasing the fuel that reaches the NOx storage agent unburnedNOx storage agentRaise the temperatureA temperature raising means for performing temperature rise control, an operating state detecting means for detecting an operating state of the internal combustion engine, and a combustion heater for supplying vaporized fuel to the intake system, the temperature raising means, Based on the operating state of the internal combustion engine detected by the operating state detecting means, the NOx storage agent is brought to a predetermined temperature.By the temperature rise controlWhen the temperature is raised, the fuel heated and vaporized by the combustion heater is supplied to the intake system.
[0014]
The greatest feature of the present invention is an exhaust purification device for an internal combustion engine with a low compression ratio.When temperature rise control is executedWhen it is necessary to raise the temperature of the NOx storage agent under conditions that are likely to misfire, by supplying vaporized fuel to the intake system using a combustion heater, under any low temperature light load condition,Execute temperature rise controlIt is possible to raise the temperature of the NOx storage agent to the required temperature without misfire.
[0015]
In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine configured as described above, the vaporized fuel is supplied to the intake system when the temperature increase control is executed. As a result, as a means for raising the temperature of the NOx storage agent, it is effective that a misfire occurs even if control is performed to retard the fuel injection and increase the fuel that reaches the NOx storage agent unburned. It is suppressed.
[0016]
The combustion heater preferably includes an electronic ignition means, and is heated to a temperature at which the fuel is only vaporized without suppressing the electric energy supplied to the electronic ignition means. The use of the combustion heater here means that the electric energy supplied to the glow or the like as an ignition device is not supplied to the extent that the fuel is combusted, but only to vaporize the fuel, to a certain temperature, preferably about 600 ° C. Let it be heated.
[0017]
As a result, the supplied fuel is vaporized and decomposed into components having a low boiling point, reformed and supplied to the combustion chamber, so that the main combustion is stabilized and the injection timing retardation amount causing misfire increases. Therefore, the exhaust temperature can be raised to a higher temperature.
[0018]
The NOx storage agent may be carried on a particulate filter that temporarily captures particulates in the exhaust.
[0019]
In addition, when excess oxygen is present in the surroundings, an active oxygen release agent that absorbs oxygen and retains oxygen when the surrounding oxygen concentration decreases and releases the retained oxygen as active oxygen is supported on the filter. The fine particles deposited on the filter can be oxidized by the released active oxygen.
[0020]
The active oxygen release agent may be selected from alkali metals, alkaline earth metals, rare earths, or transition metals.
[0021]
In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine configured as described above, for example, when it becomes necessary to recover NOx storage agent poisoning (catalyst poisoning by hydrocarbons or sulfur oxides), the main combustion is in a stable state. The NOx storage agent is heated to a temperature required for poisoning recovery by the oxidation reaction heat of the fuel supplied into the exhaust gas. Thereafter, when the operating state of the internal combustion engine shifts to the light load region, the poisoning is recovered.
[0022]
In addition, when the NOx occlusion agent is carried on a particulate filter that temporarily captures particulates in the exhaust (hereinafter referred to as a filter), the temperature rises to raise the filter temperature in order to oxidize and remove the particulates captured by the filter. Perform temperature control.
[0023]
As described above, in the present invention, when it is necessary to increase the temperature of the NOx storage agent for various purposes, it is possible to perform temperature increase control without stabilizing the main combustion and causing misfire.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, specific embodiments of an exhaust emission control device for an internal combustion engine according to the present invention will be described with reference to the drawings. Here, the case where the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention is applied to a diesel engine for driving a vehicle will be described as an example.
[0025]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an internal combustion engine to which the exhaust purification apparatus according to the present embodiment is applied and its intake and exhaust system, and FIG. 2 is a diagram showing details of a combustion heater.
[0026]
The
[0027]
The
[0028]
As shown in FIG. 2, the
[0029]
The
[0030]
Between the
[0031]
Next, the
[0032]
On the other hand, a
[0033]
The
[0034]
In the middle of the intake
[0035]
On the other hand, an
[0036]
Further, an in-heater
[0037]
As shown in FIG. 2, the cooling
[0038]
An
[0039]
In the middle of the cooling
[0040]
Further, the exhaust water mixed with the vaporized fuel discharged from the
[0041]
The
[0042]
Specifically, in the
[0043]
Here, when vaporized fuel is supplied to the
[0044]
The fuel vaporized in the
[0045]
When the vaporized fuel is not supplied, that is, when warm air at the start of the
[0046]
The cooling water pumped by the
[0047]
At that time, the heat of the combustion gas flowing through the
[0048]
The cooling water heated in this way is discharged from the cooling
[0049]
Further, in FIG. 1, the
[0050]
In the intake system configured in this way, the intake air that has flowed into the
[0051]
The intake air flowing into the
[0052]
The intake air that has flowed into the intake branch pipe is distributed to the combustion chamber of each
[0053]
On the other hand, an exhaust branch pipe is connected to the
[0054]
The exhaust branch pipe is connected to the
[0055]
In the middle of the
[0056]
In the exhaust system configured in this way, the air-fuel mixture (burned gas) combusted in each
[0057]
Exhaust gas discharged from the
[0058]
The exhaust branch pipe and the intake branch pipe communicate with each other via an exhaust gas recirculation passage (hereinafter referred to as an EGR passage) 25 that recirculates a part of the exhaust gas flowing through the exhaust branch pipe to the intake branch pipe. . In the middle of the
[0059]
In the exhaust gas recirculation mechanism configured as described above, when the
[0060]
The EGR gas recirculated from the exhaust branch pipe to the intake branch pipe via the
[0061]
Here, the EGR gas contains water (H2O) and carbon dioxide (CO2) And the like, and since an inert gas component having a high heat capacity is not included, if the EGR gas is contained in the mixture, the combustion temperature of the mixture is lowered. Therefore, the amount of nitrogen oxide (NOx) generated is suppressed.
[0062]
Next, the
[0063]
FIG. 3 is a cross-sectional view of the
[0064]
As shown in FIGS. 3A and 3B, the
[0065]
The
[0066]
In the present invention, a carrier layer made of alumina, for example, is formed on the peripheral wall surfaces of each
[0067]
Next, the function of the NOx storage reduction catalyst carried by the
[0068]
The
[0069]
The NOx catalyst configured in this manner occludes nitrogen oxide (NOx) in the exhaust when the oxygen concentration of the exhaust flowing into the NOx catalyst is high.
[0070]
On the other hand, the NOx catalyst releases the stored nitrogen oxides (NOx) when the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the NOx catalyst decreases. At that time, if a reducing component such as hydrocarbon (HC) or carbon monoxide (CO) is present in the exhaust, the NOx catalyst converts nitrogen oxide (NOx) released from the NOx catalyst to nitrogen (N2).
[0071]
By the way, when the
[0072]
In particular, in a diesel engine such as the
[0073]
Therefore, when the
[0074]
As methods for reducing the oxygen concentration in this way, methods such as fuel addition in exhaust, low temperature combustion, and fuel injection during the expansion stroke into the
[0075]
In the present embodiment, unburned fuel can be supplied into the exhaust gas by performing sub-injection with a timing delayed from the main injection separately from the main injection of fuel in the
[0076]
The exhaust gas having a low oxygen concentration formed as described above flows into the
[0077]
The
[0078]
Various sensors such as the air flow meter 11 and the
[0079]
On the other hand, a fuel injection valve, an
[0080]
Here, as shown in FIG. 4, the
[0081]
The
[0082]
The
[0083]
The output port 357 is connected to the fuel injection valve, the
[0084]
The
[0085]
The
[0086]
The
[0087]
The
[0088]
The
[0089]
In the poisoning recovery control, the
[0090]
Here, the fuel of the
[0091]
Sulfur oxide (SOx) flows into the
[0092]
Specifically, when the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the
[0093]
By the way, sulfate (BaSOFour) Is barium nitrate (Ba (NOThree)2) And is difficult to decompose, and even if the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the
[0094]
Sulfate (BaSOFour) Increases, the amount of barium oxide (BaO) that can participate in the storage of nitrogen oxides (NOx) decreases accordingly, so that the NOx storage capacity of the
[0095]
As a method for recovering SOx poisoning of the
[0096]
Therefore, in the poisoning recovery process according to the present embodiment, the
[0097]
In the catalyst temperature increase control, the
[0098]
As a starting condition, in the case of sulfur poisoning regeneration, determination is made based on an accumulated fuel consumption, an output signal from a NOx sensor (not shown), a vehicle travel distance, and the like. Here, since the NOx storage reduction catalyst carried on the
[0099]
When this flag is set, the
[0100]
FIG. 5 is a diagram showing a comparison between when vaporized fuel (combustible gas) is supplied to the combustion chamber by the
[0101]
When the temperature of the mixture of vaporized fuel and intake air that has passed through the
[0102]
The reason why the exhaust temperature rises as described above is that the misfire limit when the fuel injection timing is retarded is expanded to the side away from the top dead center, and there are many high-temperature unburned fuel components in the exhaust. Because it comes to exist. These unburned fuel components are oxidized in the
[0103]
In this catalyst temperature increase control, in addition to the above method, the
[0104]
However, if the temperature of the
[0105]
When the bed temperature of the
[0106]
If excessive fuel is supplied, the fuel burns rapidly in the
[0107]
When the poisoning recovery process is performed in this manner, the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the
[0108]
Next, the
[0109]
In this way, the obtained actual temperature is compared with the target temperature of the filter 20 (for example, 630 ° C. in SOx poisoning recovery). When the
[0110]
In the low load region, the temperature of the
[0111]
When the temperature of the
<Other embodiments>
In the above embodiment, as an example of the temperature increase control, the case of SOx poisoning recovery of the NOx storage agent carried on the
[0112]
The
[0113]
However, the
[0114]
In this filter regeneration control, the
[0115]
If this flag is set, the
[0116]
When such filter regeneration control is executed, the particulates that have accumulated on the
[0117]
As described above, in the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present embodiment, the fuel vaporized by the
[0118]
【The invention's effect】
In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, misfire is suppressed even when the intake throttle and fuel injection are retarded under low temperature and light load conditions for a low compression ratio engine. Temperature rise control is possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an internal combustion engine to which an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention is applied and an intake / exhaust system thereof.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a combustion heater.
FIG. 3A is a diagram showing a transverse cross section of a particulate filter. (B) is a figure which shows the longitudinal direction cross section of a particulate filter.
FIG. 4 is a block diagram showing an internal configuration of an ECU.
FIG. 5 is a graph showing the relationship between exhaust temperature and misfire limit.
[Explanation of symbols]
1 ... Internal combustion engine
9. Intake pipe
18 ... Exhaust introduction passage
19 ... Exhaust pipe
20 ... Particulate filter
24 ... Exhaust temperature sensor
25 ... EGR passage
26 ... EGR valve
30 ... Heater core
31 ... Heater exhaust passage
35 ... ECU
60 ... Combustion heater
Claims (5)
燃料噴射を遅角させて未燃焼で前記NOx吸蔵剤に到達する燃料を増大させることによって前記NOx吸蔵剤を昇温させる昇温制御を行う昇温手段と、
内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
吸気系に気化した燃料を供給するための燃焼式ヒータと、を備え、
前記昇温手段が、前記運転状態検出手段により検出した内燃機関の運転状態に基づいて前記NOx吸蔵剤を所定温度まで前記昇温制御により昇温する際に、前記燃焼式ヒータによって加熱されて気化した燃料を吸気系に供給することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。NOx occlusion agent that occludes NOx in the exhaust when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust is lean, and releases and reduces the stored NOx when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust becomes the stoichiometric air-fuel ratio or rich,
A temperature increasing means for performing temperature increase control for increasing the temperature of the NOx storage agent by retarding fuel injection and increasing the amount of fuel that reaches the NOx storage agent unburned ;
An operating state detecting means for detecting an operating state of the internal combustion engine;
A combustion heater for supplying vaporized fuel to the intake system,
When the temperature raising means raises the NOx storage agent to a predetermined temperature by the temperature raising control based on the operating state of the internal combustion engine detected by the operating state detecting means, it is heated and vaporized by the combustion heater. An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, characterized in that the supplied fuel is supplied to an intake system.
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