JP4061817B2

JP4061817B2 - Exhaust gas purification device for internal combustion engine

Info

Publication number: JP4061817B2
Application number: JP2000128852A
Authority: JP
Inventors: 公二郎岡田; 保樹田村; 隆堂ヶ原
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2000-04-28
Filing date: 2000-04-28
Publication date: 2008-03-19
Anticipated expiration: 2020-04-28
Also published as: JP2001304020A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気通路に排気中のイオウ成分を吸蔵すると共に高温で且つ排気空燃比がリッチのときに吸蔵されたイオウ成分を放出する特性を持つ触媒を有する内燃機関の排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、内燃機関をリーン空燃比で運転して燃費の向上を図るようにした希薄燃焼内燃機関が実用化されている。この希薄燃焼内燃機関では、リーン空燃比で運転すると、三元触媒がその浄化特性から排気ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物）を充分に浄化できないという問題があり、最近では、リーン空燃比で運転中に排気ガス中のＮＯｘを吸蔵し、ストイキオまたはリッチ空燃比で運転中に吸蔵されたＮＯｘを放出還元する吸蔵型ＮＯｘ触媒が採用されてきている。
【０００３】
この吸蔵型ＮＯｘ触媒は、内燃機関の酸素の過剰状態で排気ガス中のＮＯｘを硝酸塩（Ｘ−ＮＯ₃）として吸蔵し、吸蔵したＮＯｘを一酸化炭素（ＣＯ）の過剰状態で放出して窒素（Ｎ₂）に還元させる特性（同時に炭酸塩Ｘ−ＣＯ₃が生成される）を有した触媒である。ところが、燃料中にはイオウ（Ｓ）成分が含まれており、このＳ成分は酸素と反応して硫黄酸化物（ＳＯｘ）となり、このＳＯｘがＮＯｘの代わりに硫酸塩として硝酸塩の代わりに吸蔵型ＮＯｘ触媒に吸蔵されてしまい、触媒の浄化効率が低下してしまうという問題がある。しかしながら、触媒に吸蔵されたＳＯｘは、空燃比をリッチ状態にして触媒を高温状態にすることで、ＳＯ₂として放出（Ｓパージ）されることがわかっている。例えば、特開平７−２１７４７４号公報に開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＳＯ₂が放出されると、排気ガスが高温で且つ一酸化炭素や炭化水素等が多く存在する還元雰囲気のもとでは、例えば、下記各化学反応式に従って硫化水素（Ｈ₂Ｓ）が発生する。
ＳＯ₂＋３Ｈ₂→Ｈ₂Ｓ＋２Ｈ₂Ｏ
ＳＯ₂＋２ＣＯ＋Ｈ₂→Ｈ₂Ｓ＋ＣＯ₂
３ＳＯ₂＋Ｃ₃Ｈ₆→３Ｈ₂Ｓ＋３ＣＯ₂
このＨ₂Ｓは、一般に知られるように強い臭気を発するために極力発生しないようにすることが望ましい。
【０００５】
しかしながら、前述した公報に開示された技術では、吸蔵されたＳＯｘがＳＯ₂として瞬時に多量に放出されることになるため、この放出されたＳＯ₂と触媒周辺のＨ₂、ＣＯ、ＨＣ等との化学反応が急速に進行することになり、Ｈ₂Ｓが急激に大量に生成されてしまうことになる。このようにＨ₂Ｓが急激に大量に生成されると、Ｈ₂Ｓ濃度が局所的に高まることになり、大気中に排出された排気ガスが極めて強い臭気を放ち好ましいことではない。
【０００６】
なお、特開平１１−１０７８０９号公報に開示された「エンジンの制御装置」には、ＮＯｘ触媒の再生制御に関して、Ｈ₂Ｓは排気ガス温度が高いときに発生するために、排気空燃比のリッチ化の度合をストイキ程度に小さくする技術が開示されている。ところが、前述したように、触媒に吸蔵されたＳＯｘは、空燃比をリッチ状態にして触媒を高温状態にすることで効率よく放出されるものであり、温度を基準にリッチ化の程度をストイキにするだけでは、Ｈ₂Ｓの大量生成は抑制できても、触媒の再生時間が極端に長くなってしまうという問題がある。また、触媒からのＨ₂Ｓの生成特性は、温度以外の触媒状態によっても変化するがこの公報にはこのような点は何ら考慮されておらず、改良の余地が十分にある。
【０００７】
このような点について、本発明者らは研究を進めた結果、触媒からのイオウ成分の放出時におけるＨ₂Ｓの生成は、触媒がイオウ成分を放出する状態になった頻度に相関があるとの知見が得られた。従って、本発明は上述した問題を解決するために、イオウ成分を放出可能な状態になった頻度に応じて排気空燃比のリッチ化の度合または変化速度を制御することで、触媒からのＳＯｘの放出に伴って生成されるＨ₂Ｓの濃度を低く抑えて排気ガスの異臭を防止する一方で、触媒の再生時間の長時間化を抑制して安定した触媒装置の再生を可能とした内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するための本発明の内燃機関の排気浄化装置では、内燃機関の排気通路に排気中のイオウ成分を吸蔵すると共に高温で且つ排気空燃比がリッチのときに吸蔵されたイオウ成分を放出する特性を有する触媒を設け、頻度算定手段がこの触媒に吸蔵されたイオウ成分が放出される状態になった頻度を算定し、再生制御手段がこの触媒に吸蔵されたイオウ成分を放出可能な高温状態で排気空燃比をリッチ化してイオウ成分を放出させると共に頻度算定手段が算定する頻度に応じて排気空燃比のリッチ化の度合または変化速度を制御するようにしている。
【０００９】
触媒がイオウ成分を放出する状態になった頻度は、触媒からＨ₂Ｓが生成される特性と相関があり、この頻度に応じて排気空燃比のリッチ化の度合または変化速度を制御することで、触媒からＨ₂Ｓが一度に大量発生するのを防止して放出濃度を低く抑え、排気ガスの異臭を防止する一方で、触媒の再生時間の長時間化を抑制して安定した触媒装置の再生が可能となる。
【００１０】
この場合、再生制御手段は、頻度算定手段により算定したイオウ成分の放出頻度が予め設定された所定頻度より少ない場合に、触媒を高温状態で排気空燃比をリッチ化してイオウ成分を放出させるようにすることが燃費悪化の抑制及び安定した触媒再生の面で好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１２】
図１に本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成、図２に本実施形態の排気浄化装置によるＳパージ制御のフローチャート、図３にＳパージ制御のタイムチャート、図４にＳ再生頻度とＮＯｘ排出量との関係を表すグラフ、図５にＳ再生頻度に対する昇温設定温度を表すグラフ、図６に触媒温度推定値に対する反映係数を表すグラフ、図７にＳパージ制御における目標Ａ／Ｆの時間変化に対するＨ₂Ｓ発生量の時間変化を表すタイムチャート、図８に本発明の他の実施形態に係るＳ再生頻度に応じた目標Ａ／ＦとＳパージ時間及びＮＯｘパージ時間の設定マップ、図９にＳパージ制御における目標Ａ／Ｆの時間変化に対するＨ₂Ｓ発生量の時間変化を表すタイムチャート、図１０に一般走行において本実施形態を使用したときと使用しなかったときの触媒温度の時間頻度を表すグラフを示す。
【００１３】
本実施形態の内燃機関（以下、エンジンと称する。）は、例えば、燃料噴射モード（運転モード）を切換えることで、吸気行程での燃料噴射（吸気行程噴射モード）または圧縮行程での燃料噴射（圧縮行程噴射モード）を実施可能な筒内噴射型火花点火式直列４気筒ガソリンエンジンである。そして、この筒内噴射型のエンジン１１は、容易にして理論空燃比（ストイキ）での運転やリッチ空燃比での運転（リッチ空燃比運転）の他、リーン空燃比での運転（リーン空燃比運転）が実現可能となっており、特に圧縮行程噴射モードでは、超リーン空燃比での運転が可能となっている。
【００１４】
本実施形態において、図１に示すように、エンジン１１のシリンダヘッド１２には、各気筒毎に点火プラグ１３と共に電磁式の燃料噴射弁１４が取付けられており、この燃料噴射弁１４によって燃焼室１５内に燃料を直接噴射可能となっている。この燃料噴射弁１４には、図示しない燃料パイプを介して燃料タンクを擁した燃料供給装置（燃料ポンプ）が接続されており、燃料タンク内の燃料が高燃圧で供給され、この燃料を燃料噴射弁１４から燃焼室１５内に向けて所望の燃圧で噴射する。この際、燃料噴射量は燃料ポンプの燃料吐出圧と燃料噴射弁１４の開弁時間（燃料噴射時間）とから決定される。
【００１５】
シリンダヘッド１２には、各気筒毎に略直立方向に吸気ポートが形成されており、各吸気ポートと連通するようにして吸気マニホールド１６の一端がそれぞれ接続されている。そして、吸気マニホールド１６の他端にはドライブバイワイヤ（ＤＢＷ）方式の電動スロットル弁１７が接続されており、このスロットル弁１７にはスロットル開度θthを検出するスロットルセンサ１８が設けられている。また、シリンダヘッド１２には、各気筒毎に略水平方向に排気ポートが形成されており、各排気ポートと連通するようにして排気マニホールド１９の一端がそれぞれ接続されている。
【００１６】
そして、エンジン１１には、クランク角を検出するクランク角センサ２０が設けられており、このクランク角センサ２０はエンジン回転速度Ｎｅを検出可能となっている。なお、上述した筒内噴射型エンジン１１は既に公知のものであり、その構成の詳細についてはここでは説明を省略する。
【００１７】
また、エンジン１１の排気マニホールド１９には排気管（排気通路）２１が接続されており、この排気管２１にはエンジン１１に近接した小型の三元触媒２２及び排気浄化触媒装置２３を介して図示しないマフラーが接続されている。そして、この排気管２１における三元触媒２２と排気浄化触媒装置２３との間の部分には、排気浄化触媒装置２３の直上流、即ち、後述する吸蔵型ＮＯｘ触媒２５のに直上流に位置して排気温度を検出する高温センサ２４が設けられている。
【００１８】
この排気浄化触媒装置２３は、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５と三元触媒２６との２つの触媒を有して構成されており、三元触媒２６の方が吸蔵型ＮＯｘ触媒２５よりも下流側に配設されている。なお、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５が三元触媒の機能を十分に有している場合には、この吸蔵型ＮＯｘ触媒２５だけであってもよい。この吸蔵型ＮＯｘ触媒２５は、酸化雰囲気においてＮＯｘを一旦吸蔵させ、主としてＣＯの存在する還元雰囲気中においてＮＯｘを放出してＮ₂（窒素）等に還元させる機能を持つものである。詳しくは、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５は、貴金属として白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）等を有した触媒として構成されており、吸蔵剤としてはバリウム（Ｂａ）等のアルカリ金属、アルカリ土類金属が採用されている。そして、排気浄化触媒装置２３の下流にはＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサ２７が設けられている。
【００１９】
更に、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタ等を有するＥＣＵ（電子コントロールユニット）２８が設けられており、このＥＣＵ２８によりエンジン１１を含めた本実施形態の排気浄化装置の総合的な制御が行われる。即ち、ＥＣＵ２８の入力側には、上述した高温センサ２４やＮＯｘセンサ２７等の各種センサ類が接続されており、これらセンサ類からの検出情報が入力する。一方、ＥＣＵ２８の出力側には、点火コイルを介して上述した点火プラグ１３や燃料噴射弁１４等が接続されており、これら点火コイル、燃料噴射弁１４等には、各種センサ類からの検出情報に基づき演算された燃料噴射量や点火時期等の最適値がそれぞれ出力される。これにより、燃料噴射弁１４から適正量の燃料が適正なタイミングで噴射され、点火プラグ１３によって適正なタイミングで点火が実施される。
【００２０】
実際に、ＥＣＵ２８では、図示しないアクセル開度センサからのアクセル開度情報とクランク角センサ２０からのエンジン回転速度情報Ｎｅとに基づいてエンジン負荷に対応する目標筒内圧、即ち目標平均有効圧Ｐｅを求めるようにされており、更に、この目標平均有効圧Ｐｅとエンジン回転速度情報Ｎｅとに応じてマップ（図示せず）より燃料噴射モードを設定するようにされている。例えば、目標平均有効圧Ｐｅとエンジン回転速度Ｎｅとが共に小さいときには、燃料噴射モードは圧縮行程噴射モードとされて燃料が圧縮行程で噴射され、一方、目標平均有効圧Ｐｅが大きくなり、あるいはエンジン回転速度Ｎｅが大きくなると燃料噴射モードは吸気行程噴射モードとされ、燃料が吸気行程で噴射される。
【００２１】
そして、目標平均有効圧Ｐｅとエンジン回転速度Ｎｅとから制御目標となる目標空燃比（目標Ａ／Ｆ）が設定され、適正量の燃料噴射量がこの目標Ａ／Ｆに基づいて決定される。また、高温センサ２４により検出された排気温度情報からは触媒温度Ｔcat が推定される。詳しくは、高温センサ２４と吸蔵型ＮＯｘ触媒２５とが多少なりとも離れて配置されていることに起因する誤差を補正するために、目標平均有効圧Ｐｅとエンジン回転速度情報Ｎｅとに応じて温度差マップが予め実験等により設定されており、触媒温度Ｔcat は、目標平均有効圧Ｐｅとエンジン回転速度情報Ｎｅとが決まると一義に推定されるようにされている。
【００２２】
以下、このように構成された本実施形態の内燃機関の排気浄化装置の作用について説明する。
【００２３】
排気浄化触媒装置２３の吸蔵型ＮＯｘ触媒２５では、リーンモードにおける超リーン燃焼運転時のような酸素濃度過剰雰囲気で、排気中のＮＯｘから硝酸塩が生成され、これによりＮＯｘが吸蔵されて排気の浄化が行われる。一方、三元触媒２６では、酸素濃度が低下した雰囲気で、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５に吸蔵した硝酸塩と排気中のＣＯとが反応して炭酸塩が生成されると共にＮＯｘが放出される。従って、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５へのＮＯｘの吸蔵が進むと、空燃比のリッチ化あるいは追加の燃料噴射を行うなどして酸素濃度を低下させてＣＯを排気中に供給し、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５からＮＯｘを放出させて機能を維持する。
【００２４】
ところで、燃料や潤滑油内に含まれるイオウ成分（ＳＯｘ）も排気中に存在し、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５は、酸素濃度過剰雰囲気で、ＮＯｘの吸蔵とともにＳＯｘも吸蔵する。つまり、イオウ成分は酸化されてＳＯｘになり、このＳＯｘの一部は吸蔵型ＮＯｘ触媒２５上でさらに元来ＮＯｘ吸蔵用である吸蔵剤と反応して硫酸塩となってＮＯｘに代わって吸蔵型ＮＯｘ触媒２５に吸蔵される。
【００２５】
また、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５は、酸素濃度が低下すると吸蔵されたＳＯｘを放出する傾向を有している。つまり、酸素濃度が低下してＣＯが過剰となった雰囲気では、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５に吸蔵した硫酸塩の一部と排気中のＣＯとが反応して炭酸塩が生成され易くなると共にＳＯｘが脱離され易くなる。しかし、硫酸塩は硝酸塩よりも塩としての安定度が高く、酸素濃度が低下した雰囲気になっただけではその一部しか分解されないため、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５に残留する硫酸塩の量は時間とともに増加する。これにより、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の吸蔵能力が時間と共に低下し、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５としての性能が悪化することになる（Ｓ被毒）。
【００２６】
ＮＯｘ吸蔵能力を再生するためには吸蔵型ＮＯｘ触媒２５に吸蔵されたＳＯｘ量を推定してＳ被毒状況を推定し、Ｓ被毒がある程度以上進行すると、触媒を昇温させ、且つ、空燃比をリッチ化してＳＯｘを放出するようにする方法もあるが、本実施形態では、触媒温度Ｔcat がＳ再生頻度に相関する触媒昇温設定温度以上となった場合に、再生制御手段が触媒を昇温させ且つ空燃比をリッチ化して吸蔵したＳＯｘを放出し、ＮＯｘ吸蔵能力を回復するようにしている。
【００２７】
この再生制御手段は、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５からＳＯｘを放出する再生度合が所定範囲に保たれるように制御する。即ち、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の温度が活性温度（例えば、２５０〜３５０℃）より高く、且つ、吸蔵されたＳＯｘを脱離するのに適した温度（例えば、６５０〜８００℃）あるいはそれより低く設定された設定温度（例えば、６００℃）以上となった場合に、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５を昇温させると共に空燃比をリッチ化してＳＯｘを放出するようにしている。つまり、ある程度もともとの触媒温度が高いときにアシスト的に僅かに昇温手段を作動させることによりＳ再生速度を速く触媒温度域に到達させ、少ない昇温度合（少ない燃費悪化度合）で効率よくＳＯｘを放出させるものである。
【００２８】
また、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５に吸蔵されたＳＯｘに対して、この吸蔵型ＮＯｘ触媒２５を昇温させると共に空燃比をリッチ化にしてＳＯｘを放出するとき、ＳＯｘはＳＯ₂として放出されることから排気ガスが高温で且つ水素や一酸化炭素や炭化水素等が多く存在する還元雰囲気のもとでは、硫化水素（Ｈ₂Ｓ）が発生して臭気を放ってしまう。そして、リッチ度合が大きいほど水素等の還元剤も多くＳＯ₂からＨ₂Ｓが急激に多量に生成される。このため、本実施形態では、再生制御手段がＳ再生頻度に応じて排気空燃比のリッチ化の度合または変化速度を制御するようにしている。
【００２９】
ここで、Ｓパージ制御について、図２に示すフローチャート及び図３に示すタイムチャートに基づいて詳細に説明する。図２に示すように、まず、ステップＳ１では、高温センサ２４により検出された排気温度情報から吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の触媒温度Ｔcat を推定する。この場合、前述したように、目標平均有効圧Ｐｅとエンジン回転速度情報Ｎｅとに応じて設定された温度差マップに基づいて、高温センサ２４と実際の触媒温度との誤差が補正される。
【００３０】
次に、ステップＳ２にて、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５のＳ被毒からの再生（Ｓ再生）度合を表すＳ再生頻度を算出（頻度算定手段）するが、以下にその算出方法について説明する。このＳ再生頻度は下記式（１）に基づいて算出する。
Ｓ再生頻度（ｓ／km）＝７００℃換算Ｓ再生時間／走行距離・・（１）
ここで、７００℃換算Ｓ再生時間とは、推定された触媒温度Ｔcat におけるＳ再生時間を吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の触媒温度Ｔcat が７００℃のときのＳ再生時間に換算した時間の合計であり、この７００℃換算Ｓ再生時間を走行距離で除算することで、走行距離１kmあたりのＳ再生時間、つまり、Ｓ再生頻度を求めることができ、このＳ再生頻度が大きくなるとＳＯｘが良く放出（パージ）され、Ｓ被毒から良く再生されているということである。
【００３１】
この７００℃換算Ｓ再生時間の具体的な算出方法としては、下記式（２）に基づいて算出する。
７００℃換算Ｓ再生時間_(n)＝７００℃換算Ｓ再生時間_(n-1)＋Ｓ再生速度係数×計算周期×Ａ／Ｆ係数・・（２）
ここで、Ｓ再生速度係数は、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の温度によりＳ再生速度が異なることを補正するためのもので、各触媒温度でのＳ再生時間を７００℃相当のＳ再生時間に換算するためのものである。Ｓ再生速度は吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の温度が高くなるにつれて指数関数的に増加するので、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の触媒温度Ｔcat が５８０℃以下の低温時では０とし、それよりも高温時では、指数関数により近似した下式（３）をもって算出する。
Ｓ再生速度係数＝exp ｛−ｋｋ×（１／Ｔ₁）−（１／Ｔ₀）｝・・（３）
ここで、ｋｋは、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５のＳ再生反応に応じて設定される所定の係数、Ｔ₁は、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の触媒温度Ｔcat （Ｋ）、Ｔ₀は、９７３（７００＋２７３）（Ｋ）である。
なお、本実施形態では、ＥＣＵ２８内では指数関数による計算は行わずに予め計算した値を記憶した触媒温度に対するＳ再生速度係数マップから求めるようにしている。また、前述したＡ／Ｆ係数は、Ａ／ＦによるＳ再生度合を示すもので、空燃比がリーンモードまたは燃料カット時では０とし、それ以外のモードでは１とする。なお、よく細かく分類して、Ａ／Ｆ係数を空燃比がリーンモードまたは燃料カット時では１／４とし、ストイキＦ／Ｂモードでは２／３とし、リッチ（Ｏ／Ｌ）モードでは１としてよい。
【００３２】
なお、Ｓ再生頻度は、所定値Ｄ（例えば、１．５ｓ／km）以上でリセットされ、７００℃換算Ｓ再生時間を０ｓ、走行距離を０kmとする。つまり、Ｓ再生頻度が所定値Ｄ以上であれば、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５は十分にパージされているとして再生を停止する。Ｓ再生頻度をリセットする際のしきい値Ｄの設定方法としては、次のようにすればよい。即ち、図４に示すように、Ｓ再生頻度が高いほどＮＯｘ排出値は小さくなることがわかっており、ＮＯｘの排出規制値以下となるようにＳ再生頻度を設定すればよい。このしきい値Ｄは、触媒特性やＮＯｘ排出規制値にも影響されるが、一般的に概ね１．５ｓ／km以上に設定すればよいことがわかっている。
【００３３】
このようにＳ再生頻度が求められたら、ステップＳ３にて、昇温設定温度ＺＳＴＥＭＰ（℃）を算出する。この場合、図５に示すように、Ｓ再生頻度に対するＺＳＴＥＭＰのマップが予め設定されている。このマップによれば、Ｓ再生頻度が低いときには、ＺＳＴＥＭＰは６００℃に設定され、Ｓ再生頻度の上昇に伴ってＺＳＴＥＭＰが上昇し、所定値Ｄで８００℃としている。即ち、昇温設定温度ＺＳＴＥＭＰはＳ再生頻度に基づいて変更されるようになっている。
【００３４】
そして、ステップＳ４において、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の触媒温度Ｔcat がＺＳＴＥＭＰ以上であるかどうかを判定し、触媒温度Ｔcat がＺＳＴＥＭＰ以上であれば、Ｓ再生頻度がある程度低いと同時に吸蔵型ＮＯｘ触媒２５がある程度昇温されており、Ｓパージしやすい状態にあると推定されるため、ステップＳ５に移行し、制御モードをＳパージモードに切り換える。これにより吸蔵型ＮＯｘ触媒２５に吸蔵されたＳＯｘの除去（Ｓパージ制御）が開始される。
【００３５】
即ち、ステップＳ６では、点火時期を制御、つまり、リタード（遅角）させることで吸蔵型ＮＯｘ触媒２５を昇温する。つまり、点火時期リタードにより吸蔵型ＮＯｘ触媒２５に流入する排気を十分に昇温させることにより、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５はＳパージ制御に適した温度（例えば、６５０℃〜８００℃）まで迅速に昇温されることになる。この場合、点火時期は下記式（４）によりリタードするように設定される。
点火時期＝ベース点火時期−ＺＳＳＡ×反映係数・・（４）
ここで、ＺＳＳＡは、目標平均有効圧Ｐｅとエンジン回転速度情報Ｎｅとに応じて設定されたリタードマップに基づいて設定されるものであり、燃焼限界となるリタード量に余裕量を考慮した量として設定される。また、反映係数は、図６に示すように、触媒温度推定値、つまり、触媒温度Ｔcat に対応したマップに基づいて設定される。なお、この反映係数は燃料のカット時やスロットル開度が所定値以上のときは０としている。
【００３６】
続いて、ステップＳ７では、空燃比が所定のリッチＡ／Ｆとなるように制御する。この場合、目標Ａ／Ｆを所定のリッチＡ／Ｆに向けて徐々に変化させる処理が行われ、目標Ａ／Ｆの変化速度はＳ再生度合い（Ｓ再生頻度）に応じてＳ再生頻度が低いほどリッチ化の速度が遅くなるように設定される。
【００３７】
Ｓパージ制御によって放出されるＳＯ₂は、上述したように、還元雰囲気のもとで反応してＨ₂Ｓを発生するのであるが、このようにＳ再生度合い（Ｓ再生頻度）に応じてＳ再生時の目標空燃比を徐々にリッチ化すると、このＳＯ₂の放出量が一気に増加してＨ₂Ｓが多量に発生し易いＳパージ制御の開始時において、ＣＯやＨＣの供給量を制限するようにでき、ＳＯ₂の放出量を抑制してＨ₂Ｓの発生濃度を低く抑えることができる。
【００３８】
つまり、図７に、ステップＳ１からステップＳ４の実施結果、ステップＳ５以降でのＳパージ制御の実施時における目標Ａ／Ｆの時間変化（ａ）とＨ₂Ｓの発生濃度の時間変化（ｂ）とがタイムチャートとして示してある。この場合、従来のように目標Ａ／ＦをＳパージ制御の開始から直ぐ（もしくは徐々に変化させている場合においても、数サイクル程度の速い変化）に所定のリッチ空燃比ＡＦ₁（例えば、値１２）とした場合を破線で示し、本実施形態のようにＳ再生頻度に応じて目標Ａ／Ｆを最初はストイキオ近傍のリッチ化度合の小さな値とし、徐々に所定のリッチ空燃比ＡＦ₁に向けて移行させた場合を実線で示してある。このタイムチャートからわかるように、従来の制御（破線）では、Ｓパージ制御の開始直後に一時的に大量のＨ₂Ｓが発生していたが、本実施形態の制御（実線）では、Ｓパージ制御の開始直後に大量のＨ₂Ｓの発生現象はなく、Ｓパージ開始直後のＨ₂Ｓの発生濃度を低くすると共にこのまま保持することができ、Ｈ₂Ｓ濃度を低く抑えて排気ガスが異臭を放つことを確実に防止することができる。
【００３９】
また、特に、目標Ａ／Ｆを徐々に所定のリッチ空燃比ＡＦ₁に向けて移行させることにより、Ｈ₂Ｓの発生濃度を低く値のまま保持してＳＯ₂の放出を効率よく促進することができ、目標Ａ／Ｆを所定のリッチ空燃比ＡＦ₁に早期に到達させることが可能となる。これにより、Ｓパージ制御の長期化を極力防止し、燃費の悪化を好適に防止しながら、Ｈ₂Ｓ濃度を低く抑えることができる。
【００４０】
そして、図２に戻り、ステップＳ８では、触媒温度Ｔcat が所定値Ｋ（例えば、６５０℃）よりも低い状態が所定の設定時間Ｃ（例えば、４５sec ）経過したら、ステップＳ９にて、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の昇温をやめると共に空燃比をリーン化してこのルーチンを抜ける。つまり、Ｓパージモードにしても触媒温度Ｔcat がイオウ成分の脱離に最適な温度（例えば、６５０℃以上）へなかなか近づかない場合に、燃費悪化を抑制するためにＳパージモードを停止させるようにしている。一方、触媒温度Ｔcat が所定時間Ｃが経過するまでに所定値Ｋ以上になれば、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の昇温及び空燃比のリッチ化を継続する。
【００４１】
このようにしてＳパージモードでは、Ｓパージ制御のルーチンを繰り返すが、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５に吸蔵されたＳＯｘが放出されると、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５のＳ再生頻度が大きくなり、図５のマップに基づいてＺＳＴＥＭＰも上昇する。そして、ＺＳＴＥＭＰが触媒温度Ｔcat を越えると、ステップＳ４において、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の触媒温度Ｔcat がＺＳＴＥＭＰより低くなって制御のルーチンを抜けてステップＳ９に進み、Ｓパージ制御を停止する。
【００４２】
なお、上述したように、三元触媒２６は内部に酸素を貯留する機能を有しているため、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５において発生したＨ₂Ｓは、この三元触媒２６の内部の酸素によって良好に酸化処理される。これによっても排気ガスが異臭を放つことが確実に防止される。
【００４３】
ところで、上述した実施形態では、Ｓパージ制御時において、目標Ａ／ＦをＳ再生頻度に応じて徐々に所定のリッチ空燃比ＡＦ₁に向けて移行させるようにしたが、これに限られるものではない。つまり、他の実施形態として、例えば、上記ステップＳ７において、Ｓパージ制御が開始された時点で、図８に示すマップからまずＳパージ制御の目標Ａ／Ｆを固定値として求め（図８にて右側のグラフ）、この目標Ａ／Ｆに応じてＳパージ制御時間ｔ_sを一義に設定するようにしてもよい（図８にて左側のグラフ）。
【００４４】
つまり、図９に実線で示すように、Ｓパージ制御が開始された時点で目標Ａ／ＦをＳ再生頻度に応じてＳ再生頻度が低いほど所定のリッチ空燃比ＡＦ₁よりもリッチ化度合の小さな値に設定し、この目標Ａ／Ｆを一定に保持したまま、Ｓパージ制御時間ｔ_sにわたってＳパージ制御を実施するようにしてもよい。
【００４５】
このようにしても、図９に実線で示すように、ＳＯ₂の放出時間は長くなるものの、従来、Ｓパージ制御の開始直後にＨ₂Ｓが一時的に大量に発生していたのを抑えてＨ₂Ｓの発生濃度（破線）を十分に低くするようにでき、Ｈ₂Ｓ濃度を低く抑えて排ガスが異臭を放つことを確実に防止することができる。
【００４６】
なお、上述した実施形態では、Ｓパージ制御時にＳ再生頻度に応じて目標Ａ／Ｆを所定のリッチ空燃比ＡＦ₁に向けて連続して滑らかに移行させたが、複数に分けて段階的（段階状）にリッチ空燃比ＡＦ₁に移行させてもよい。また、Ｓ再生頻度に応じてリッチ化の度合と変化速度の両方を制御するようにしてもよい。更に、空燃比をリッチ化させる手法は目標Ａ／Ｆ変更する方式に限られるものではなく、例えば、Ｏ₂センサを利用したストイキフィードバック制御において、フィードバック制御用の積分ゲイン（係数）をリッチ側に大きくリーン側に小さく変更する方法を用いてもよい。そして、この場合は積分ゲインや比例ゲインの速度をＳ再生頻度に応じて設定することで平均空燃比をＳ再生頻度に応じて徐々にリッチ化させたり、ゲイン値そのものをＳ再生頻度に応じて設定することで平均空燃比自体がＳ再生頻度に応じてリッチ空燃比になるように制御すればよい。
【００４７】
ここで、上述したＳパージモードへの切換制御を図３のタイムチャートに基づいて具体的に説明する。図３に示すように、ＳパージモードがＯＦＦで、Ｓ再生頻度が低いとき、昇温設定温度ＺＳＴＥＭＰは６００℃に設定されている。そして、ドライバの運転状態、例えば、加速時あるいは高速道路や山岳道路などを走行して触媒温度Ｔcat が上昇し、この触媒温度Ｔcat がＺＳＴＥＭＰを越えると、ＳパージモードがＯＮ（ステップＳ４でＹｅｓ）なる。すると、点火時期をリタードして吸蔵型ＮＯｘ触媒２５を昇温すると共に空燃比をリッチ化するため、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５に吸蔵されたＳＯｘが放出される。そして、Ｓパージモードが継続するとＳ再生が進み、７００℃換算Ｓ再生時間が増加してＳ再生頻度が大きくなり、このＳ再生頻度が大きくなると、図４のマップに基づいてＺＳＴＥＭＰが上昇し、触媒温度Ｔcat を越える。
【００４８】
すると、ＳパージモードがＯＦＦ（ステップＳ４でＮｏ）となり、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の昇温をやめるため、触媒温度Ｔcat が低下する。その後、触媒温度Ｔcat が低い状態で走行距離が延びると、Ｓ再生頻度が小さくなると共に、ＺＳＴＥＭＰが低下して６００℃に戻る。
【００４９】
また、ドライバの運転状態により触媒温度Ｔcat が再び上昇し、触媒温度Ｔcat がＺＳＴＥＭＰを越えるとＳパージモードがＯＮ（ステップＳ４でＹｅｓ）される。このとき、ドライバが市街地のような場所で加減速を繰り返す運転状態を行っていると、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５はＳＯｘを放出するのに必要な高温状態になりにくい。即ち、この場合、触媒温度Ｔcat は最初ＺＳＴＥＭＰ（６００℃）を越えたものの６５０℃よりも低い状態が継続することとなり、この温度域ではＳ再生はされるもののＳ再生効率が低い。そのため、この状態の継続時間が設定時間Ｃを経過したら、ＳパージモードをＯＦＦ（ステップＳ４でＮｏ）とすることで、点火時期リタード及びリッチ化を中止しＳ再生効率が低い温度域では燃費の悪化を抑制できる。
【００５０】
なお、Ｓパージモードにて、空燃比をリッチ空燃比モードとしてリーン空燃比モードへの移行を禁止しているが、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５が高温であるときには、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の熱劣化対策のために既にリーン空燃比モードは禁止となっている場合もある。
【００５１】
また、Ｓパージを行うときに点火時期リタードに応じてスロットル弁１７を作動してベーススロットル開度に対してスロットル開度θthを調整し、吸入空気量を操作しており、これによって点火時期リタードによるトルク低下分を補いトルクがほぼ一定となるように制御している。この場合、スロットル開度は下記式（５）により設定される。
スロットル開度＝ベーススロットル開度−ＺＳＥＴＶ×反映係数・・（５）ここで、ＺＳＥＴＶは、目標平均有効圧Ｐｅとエンジン回転速度情報Ｎｅとに応じて設定されたスロットル開度補正マップに基づいて設定されるものであり、また、反映係数は、前述したように、図６に示すマップに基づいて設定される。なお、この場合、補正された点火時期（リタード後の点火時期）に対するスロットル開度θthのマップにより設定してもよい。
【００５２】
このように本実施形態では、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５からＳＯｘを放出する再生度合が所定範囲に保たれるように制御、つまり、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の触媒温度Ｔcat が活性温度（例えば、２５０〜３５０℃）より高く、且つ、吸蔵されたＳＯｘを脱離するのに適した温度（例えば、６５０℃〜８００℃）あるいはそれより低く設定された昇温設定温度ＺＳＴＥＭＰ以上となった場合に、点火時期をリタードして吸蔵型ＮＯｘ触媒２５を昇温させると共に空燃比をリッチ化してＳＯｘを放出する。
【００５３】
そして、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５がＳパージ制御やＮＯｘパージ制御（ＮＯｘパージのためにリッチ化したときに触媒も高温になっていてイオウ成分が放出される場合）、自然Ｓパージ（運転者の加速等の自然な運転により触媒が高温傘リッチとなってイオウ成分が放出される場合））等にてイオウ成分を放出する状態になった頻度は、この吸蔵型ＮＯｘ触媒２５からＨ₂Ｓが生成される特性と相関があることを発見し、このイオウ成分を放出する状態になった頻度（Ｓ再生頻度）に応じて排気空燃比のリッチ化の度合または変化速度を制御している。つまり、図７の例では、Ｓ再生頻度に応じて目標Ａ／Ｆを最初はストイキオ近傍のリッチ化度合の小さな値とし、徐々に所定のリッチ空燃比ＡＦ₁に向けて移行させるようにしているし、図８の例では、Ｓ再生頻度が低いリッチ化の度合を低くするようにしている。これらの場合、Ｓ再生頻度が低くなるに伴って触媒再生時間は多少長くなるものの大きく長くなるものではない。
【００５４】
従って、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５がある程度高温状態にあるときに、アシスト的に吸蔵型ＮＯｘ触媒２５を昇温してＳＯｘ放出に適した触媒温度域においてＳＯｘを放出して再生している。そのため、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５が低温状態でＳＯｘの放出に最適な温度まで昇温するのに長時間を要するような場合に無理にＳ再生を実施するものではない。これによって長時間のリッチ化及び点火時期リタード、及び低温から大きく昇温しなければならないための大幅なリタードを行う必要がなく、燃費の悪化を抑制できる。
【００５５】
そして、このＳ再生時に、目標Ａ／Ｆの変更直後に大量のＨ₂Ｓの発生現象はなく、このときのＨ₂Ｓの発生濃度を低くすると共にＨ₂Ｓを低い濃度のまま保持することができ、Ｈ₂Ｓ濃度を低く抑えて排気ガスが異臭を放つことを確実に防止する一方で、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の再生時間の長時間化を抑制して安定した触媒の再生が可能となる。
【００５６】
なお、図１０に一般的な走行時において本実施形態によるアシスト的な昇温によるＳ再生制御を使用したときと、使用しなかったときの吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の触媒ベット温度の時間頻度の比較を示す。本制御を使用することにより、Ｓ再生速度が速くＳ再生に適した６５０℃以上の時間頻度が大きく増加し、よりＳ再生速度の速い７００℃以上の時間頻度も増加しており、効率よくＳ再生できていることがわかる。
【００５７】
また、Ｓパージモードで触媒温度Ｔcat がイオウ成分の脱離に最適な温度（例えば、６５０℃以上）へ近づかない場合、設定時間Ｃを経過した後にＳパージモードを停止させるようにしている。従って、例えば、車両が市街地のような場所で加減速を繰り返す運転状態のときは、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５がＳＯｘを放出するのに最適な高温状態になりにくいため、設定時間Ｃの経過を待ってＳパージモードを中止させており、これによってＳ再生効率が良くない温度帯ではリッチ化及び昇温の継続に制限を設けることにより燃費の悪化を抑制できる。
【００５８】
なお、本実施形態では、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の温度が活性温度を２５０℃〜３５０℃とし、吸蔵されたＳＯｘを脱離するのに適した温度を６５０℃から８００℃（より好ましくは７００℃以上）、昇温設定温度ＺＳＴＥＭＰを６００℃から開始してＳ再生頻度により変化させるようにしたが、各温度は吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の特性、あるいはエンジン形態や排気温度などにより適宜設定すればよいものである。
【００５９】
また、本発明は、Ｓ再生時に、再生制御手段は推定頻度に基づいて排気空燃比のリッチ化の度合または変化速度を制御することが特徴であるため、本実施形態のように、Ｓパージ制御を開始する条件としてＳ再生頻度を用いなくてもよい。例えば、ＮＯｘ吸蔵能力を再生するために吸蔵型ＮＯｘ触媒２５に吸蔵されたＳＯｘ量（Ｓ被毒量）が所定量以上になったことを条件としてＳパージ制御を開始するようにしてもよい。また、本発明の触媒昇温も、上述した実施形態に何ら限定されるものではなく、例えば、膨張行程に追加燃料噴射を行う２段噴射や吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の上流の排気管２１内に直接燃料を噴射するようなものであってもよく、更に、電気加熱触媒等の加熱手段を用いてもよい。また、リッチ化手段としても前述の２段噴射あるいは排気管２１内への直接燃料噴射を用いてもよい。また、運転状態によっては、すでに触媒が高温となっている場合には昇温手段をあらためて作動させなくてもよい場合もある。
【００６０】
また、触媒温度の求め方としては、上述の実施形態のように、高温センサ２４から求める方法の他に、目標平均有効圧Ｐｅ（エンジン負荷）とエンジン回転速度Ｎｅのマップとして予め実験的に触媒温度をＥＣＵ２８にメモリさせた値から求めてもよい。また、より簡略化して車速に対するマップとして予め実験的に触媒温度をＥＣＵ２８にメモリさせた値から求めてもよい。この場合、精度は多少低下するが、高温センサ２４を用いる必要がないためにコストが低減されるメリットがある。
【００６１】
更に、上述の実施形態では、エンジン１１を筒内噴射型ガソリンエンジンとしたが、これに限られず、吸気管噴射型ガソリンエンジンであってもよく、また、上記実施形態では、三元触媒２２を設けて排気ガスの浄化効率を向上させているが、必ずしも三元触媒２２を設けなくてもよく、三元触媒２０がなくても本発明を好適に実現可能である。また、イオウ成分を吸蔵して放出する触媒としては吸蔵型ＮＯｘ触媒２５を上述の実施形態において取り上げたが、触媒としてはその他のものであってもよく、吸着したＮＯｘを直接接触還元する吸着片ＮＯｘ触媒やイオウ成分を吸蔵しやすいタイプの三元触媒であってもよい。更には、エンジンとしては、ディーゼルエンジンに適用することも可能である。
【００６２】
【発明の効果】
以上、実施形態において詳細に説明したように本発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、触媒に吸蔵されたイオウ成分が放出される状態になった頻度に応じて排気空燃比のリッチ化の度合または変化速度を制御するようにしたので、触媒からＨ₂Ｓが一度に大量に発生するのを防止して放出濃度を低く抑え、排気ガスの異臭を防止する一方で、触媒の再生時間の長時間化を抑制して安定した触媒装置の再生を可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成図である。
【図２】本実施形態の排気浄化装置によるＳパージ制御のフローチャートである。
【図３】Ｓパージ制御のタイムチャートである。
【図４】Ｓ再生頻度とＮＯｘ排出量との関係を表すグラフである。
【図５】Ｓ再生頻度に対する昇温設定温度を表すグラフである。
【図６】触媒温度推定値に対する反映係数を表すグラフである。
【図７】Ｓパージ制御における目標Ａ／Ｆの時間変化に対するＨ₂Ｓ発生量の時間変化を表すタイムチャートである。
【図８】本発明の他の実施形態に係るＳ再生頻度に応じた目標Ａ／ＦとＳパージ時間及びＮＯｘパージ時間の設定マップである。
【図９】Ｓパージ制御あいはＮＯｘパージ制御における目標Ａ／Ｆの時間変化に対するＨ₂Ｓ発生量の時間変化を表すタイムチャートである。
【図１０】一般走行において本実施形態を使用したときと使用しなかったときの触媒温度の時間頻度を表すグラフである。
【符号の説明】
１１エンジン（内燃機関）
２１排気管（排気通路）
２２三元触媒
２３排気浄化触媒装置（触媒）
２４高温センサ
２５吸蔵型ＮＯｘ触媒
２６三元触媒
２７ＮＯｘセンサ
２８電子コントロールユニット，ＥＣＵ（頻度算定、手段再生制御手段）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust emission control device for an internal combustion engine having a catalyst that has a characteristic of storing a sulfur component in exhaust gas in an exhaust passage and releasing the stored sulfur component when the exhaust air-fuel ratio is rich at a high temperature.
[0002]
[Prior art]
In recent years, lean combustion internal combustion engines in which an internal combustion engine is operated at a lean air-fuel ratio to improve fuel efficiency have been put into practical use. In this lean combustion internal combustion engine, when operating at a lean air-fuel ratio, there is a problem that the three-way catalyst cannot sufficiently purify NOx (nitrogen oxide) in the exhaust gas due to its purification characteristics. Recently, it has been operated at a lean air-fuel ratio. Storage type NOx catalysts that store NOx in exhaust gas and release and reduce NOx stored during operation at stoichiometric or rich air-fuel ratio have been adopted.
[0003]
This storage-type NOx catalyst converts NOx in exhaust gas to nitrate (X-NO) in an excess state of oxygen in the internal combustion engine._Three), And the stored NOx is released in an excess of carbon monoxide (CO) to form nitrogen (N₂) To reduce (at the same time carbonate X-CO_ThreeIs produced). However, sulfur (S) component is contained in the fuel, and this S component reacts with oxygen to become sulfur oxide (SOx), and this SOx is stored as a sulfate instead of nitrate as a sulfate instead of NOx. There is a problem that the NOx catalyst is occluded and the purification efficiency of the catalyst is lowered. However, the SOx occluded in the catalyst is reduced by making the air-fuel ratio rich and bringing the catalyst to a high temperature state.₂Is released (S purge). For example, it is disclosed by Unexamined-Japanese-Patent No. 7-217474.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, SO₂Is released under a reducing atmosphere in which the exhaust gas is at a high temperature and a large amount of carbon monoxide, hydrocarbons, etc. are present, for example, hydrogen sulfide (H₂S) occurs.
SO₂+ 3H₂→ H₂S + 2H₂O
SO₂+ 2CO + H₂→ H₂S + CO₂
3SO₂+ C_ThreeH₆→ 3H₂S + 3CO₂
This H₂It is desirable that S is not generated as much as possible in order to emit a strong odor as is generally known.
[0005]
However, in the technique disclosed in the above-mentioned publication, the stored SOx is SO4.₂As a result, the released SO₂And H around the catalyst₂Chemical reaction with CO, HC, etc. will proceed rapidly, and H₂S will be generated in large quantities abruptly. H like this₂When S is rapidly generated in large quantities,₂The S concentration is locally increased, and the exhaust gas discharged into the atmosphere emits a very strong odor, which is not preferable.
[0006]
In addition, the “engine control device” disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-107809 relates to NOx catalyst regeneration control.₂Since S occurs when the exhaust gas temperature is high, a technique for reducing the degree of exhaust air-fuel ratio enrichment to the extent of stoichiometry is disclosed. However, as described above, the SOx occluded in the catalyst is efficiently released by setting the air-fuel ratio to a rich state and the catalyst to a high temperature state, and the degree of enrichment is stoichiometric based on the temperature. Just do H₂Even if mass production of S can be suppressed, there is a problem that the regeneration time of the catalyst becomes extremely long. In addition, H from the catalyst₂Although the production characteristics of S vary depending on the catalyst state other than the temperature, this publication does not consider this point at all, and there is sufficient room for improvement.
[0007]
As a result of studying the above point, the present inventors have found that H at the time of release of the sulfur component from the catalyst.₂It was found that the production of S has a correlation with the frequency with which the catalyst enters a state in which the sulfur component is released. Therefore, in order to solve the above-described problems, the present invention controls the degree of exhaust air-fuel ratio enrichment or the rate of change according to the frequency at which the sulfur component can be released. H generated with release₂To provide an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine that can suppress regeneration of the exhaust gas by suppressing the length of the regeneration time of the catalyst while suppressing the odor of exhaust gas by suppressing the concentration of S to be low, and enabling stable regeneration of the catalyst device. Objective.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine of the present invention for achieving the above-mentioned object, the sulfur component stored in the exhaust passage of the internal combustion engine is stored in the exhaust passage when the exhaust air temperature ratio is high and the exhaust temperature is rich. The frequency calculation means calculates the frequency at which the sulfur component occluded in this catalyst is released, and the regeneration control means can release the sulfur component occluded in this catalyst. The exhaust air / fuel ratio is enriched in a high temperature state to release sulfur components, and the degree or rate of change of the exhaust air / fuel ratio is controlled according to the frequency calculated by the frequency calculating means.
[0009]
The frequency at which the catalyst releases the sulfur component is₂There is a correlation with the characteristic that S is generated, and by controlling the degree of richness or change rate of the exhaust air-fuel ratio in accordance with this frequency,₂While preventing the generation of a large amount of S at a time, the emission concentration is kept low, and the odor of exhaust gas is prevented, while the regeneration time of the catalyst is suppressed and the stable regeneration of the catalyst device becomes possible. .
[0010]
In this case, the regeneration control means is configured to release the sulfur component by enriching the exhaust air / fuel ratio in a high temperature state when the release frequency of the sulfur component calculated by the frequency calculation means is less than a predetermined frequency set in advance. It is preferable in terms of suppressing fuel consumption deterioration and stable catalyst regeneration.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0012]
FIG. 1 is a schematic configuration of an exhaust purification device for an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a flowchart of S purge control by the exhaust purification device of this embodiment, FIG. 3 is a time chart of S purge control, and FIG. FIG. 5 is a graph showing the relationship between the S regeneration frequency and the NOx emission amount, FIG. 5 is a graph showing the temperature rise setting temperature with respect to the S regeneration frequency, FIG. 6 is a graph showing the reflection coefficient for the estimated catalyst temperature value, and FIG. H against time change of target A / F₂FIG. 8 is a time chart showing the time change of the S generation amount, FIG. 8 is a setting map of the target A / F and the S purge time and NOx purge time according to the S regeneration frequency according to another embodiment of the present invention, and FIG. H against time change of target A / F in control₂FIG. 10 is a time chart showing the time variation of the S generation amount, and FIG. 10 is a graph showing the time frequency of the catalyst temperature when the present embodiment is used and not used in general travel.
[0013]
The internal combustion engine (hereinafter referred to as an engine) according to the present embodiment switches, for example, a fuel injection mode (operation mode), thereby fuel injection in an intake stroke (intake stroke injection mode) or fuel injection in a compression stroke ( This is an in-cylinder injection type spark ignition type in-line four-cylinder gasoline engine capable of performing a compression stroke injection mode). The in-cylinder injection type engine 11 can be easily operated at a stoichiometric air fuel ratio (stoichiometric) or at a rich air fuel ratio (rich air fuel ratio operation), or at a lean air fuel ratio (lean air fuel ratio). In particular, in the compression stroke injection mode, it is possible to operate at an ultra lean air-fuel ratio.
[0014]
In the present embodiment, as shown in FIG. 1, an electromagnetic fuel injection valve 14 is attached to the cylinder head 12 of the engine 11 together with a spark plug 13 for each cylinder. The fuel can be directly injected into 15. A fuel supply device (fuel pump) having a fuel tank is connected to the fuel injection valve 14 via a fuel pipe (not shown). The fuel in the fuel tank is supplied at a high fuel pressure, and this fuel is injected into the fuel. The fuel is injected from the valve 14 into the combustion chamber 15 at a desired fuel pressure. At this time, the fuel injection amount is determined from the fuel discharge pressure of the fuel pump and the valve opening time (fuel injection time) of the fuel injection valve 14.
[0015]
An intake port is formed in the cylinder head 12 in a substantially upright direction for each cylinder, and one end of an intake manifold 16 is connected so as to communicate with each intake port. A drive-by-wire (DBW) type electric throttle valve 17 is connected to the other end of the intake manifold 16, and the throttle valve 17 is provided with a throttle sensor 18 for detecting a throttle opening θth. Further, an exhaust port is formed in the cylinder head 12 in a substantially horizontal direction for each cylinder, and one end of an exhaust manifold 19 is connected to communicate with each exhaust port.
[0016]
The engine 11 is provided with a crank angle sensor 20 that detects a crank angle. The crank angle sensor 20 can detect the engine rotational speed Ne. Note that the above-described in-cylinder injection engine 11 is already known, and a detailed description thereof will be omitted here.
[0017]
An exhaust pipe (exhaust passage) 21 is connected to the exhaust manifold 19 of the engine 11, and the exhaust pipe 21 is illustrated via a small three-way catalyst 22 and an exhaust purification catalyst device 23 close to the engine 11. No muffler is connected. A portion of the exhaust pipe 21 between the three-way catalyst 22 and the exhaust purification catalyst device 23 is located immediately upstream of the exhaust purification catalyst device 23, that is, immediately upstream of the storage type NOx catalyst 25 described later. A high temperature sensor 24 for detecting the exhaust temperature is provided.
[0018]
The exhaust purification catalyst device 23 includes two catalysts, a storage type NOx catalyst 25 and a three-way catalyst 26, and the three-way catalyst 26 is arranged downstream of the storage type NOx catalyst 25. It is installed. Note that if the storage-type NOx catalyst 25 has a sufficient function as a three-way catalyst, only this storage-type NOx catalyst 25 may be used. This NOx storage catalyst 25 temporarily stores NOx in an oxidizing atmosphere, releases NOx in a reducing atmosphere mainly containing CO, and N₂It has a function of reducing to (nitrogen) or the like. Specifically, the storage NOx catalyst 25 is configured as a catalyst having platinum (Pt), rhodium (Rh) or the like as a noble metal, and an alkali metal such as barium (Ba) or an alkaline earth metal is used as the storage agent. It has been adopted. A NOx sensor 27 that detects the NOx concentration is provided downstream of the exhaust purification catalyst device 23.
[0019]
Further, an ECU (electronic control unit) 28 having an input / output device, a storage device (ROM, RAM, nonvolatile RAM, etc.), a central processing unit (CPU), a timer counter, etc. is provided. Inclusive control of the exhaust emission control device of the present embodiment is included. That is, various sensors such as the high temperature sensor 24 and the NOx sensor 27 described above are connected to the input side of the ECU 28, and detection information from these sensors is input. On the other hand, the ignition plug 13 and the fuel injection valve 14 described above are connected to the output side of the ECU 28 via an ignition coil. The ignition coil, the fuel injection valve 14 and the like are detected information from various sensors. The optimum values such as the fuel injection amount and ignition timing calculated based on the above are output. Accordingly, an appropriate amount of fuel is injected from the fuel injection valve 14 at an appropriate timing, and ignition is performed at an appropriate timing by the spark plug 13.
[0020]
Actually, the ECU 28 determines the target in-cylinder pressure corresponding to the engine load, that is, the target average effective pressure Pe, based on accelerator opening information from an accelerator opening sensor (not shown) and engine rotational speed information Ne from the crank angle sensor 20. Further, the fuel injection mode is set from a map (not shown) according to the target average effective pressure Pe and the engine rotational speed information Ne. For example, when both the target average effective pressure Pe and the engine rotational speed Ne are small, the fuel injection mode is set to the compression stroke injection mode, and fuel is injected in the compression stroke, while the target average effective pressure Pe increases, or the engine When the rotational speed Ne increases, the fuel injection mode is changed to the intake stroke injection mode, and fuel is injected in the intake stroke.
[0021]
Then, a target air-fuel ratio (target A / F) as a control target is set from the target average effective pressure Pe and the engine speed Ne, and an appropriate amount of fuel injection is determined based on the target A / F. Further, the catalyst temperature Tcat is estimated from the exhaust gas temperature information detected by the high temperature sensor 24. Specifically, in order to correct an error caused by the high temperature sensor 24 and the storage-type NOx catalyst 25 being somewhat apart from each other, the temperature is determined according to the target average effective pressure Pe and the engine rotational speed information Ne. The difference map is set in advance by experiments or the like, and the catalyst temperature Tcat is uniquely estimated when the target average effective pressure Pe and the engine rotational speed information Ne are determined.
[0022]
Hereinafter, the operation of the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine of the present embodiment configured as described above will be described.
[0023]
In the storage type NOx catalyst 25 of the exhaust purification catalyst device 23, nitrate is generated from NOx in the exhaust gas in an oxygen concentration excess atmosphere as in the super lean combustion operation in the lean mode, whereby NOx is stored and the exhaust gas is purified. Is done. On the other hand, in the three-way catalyst 26, the nitrate stored in the storage-type NOx catalyst 25 reacts with CO in the exhaust in an atmosphere where the oxygen concentration is reduced, whereby carbonate is generated and NOx is released. Accordingly, when NOx occlusion progresses in the occlusion-type NOx catalyst 25, the oxygen concentration is lowered by enriching the air-fuel ratio or performing additional fuel injection, etc., and CO is supplied into the exhaust gas. NOx is released from the gas to maintain the function.
[0024]
By the way, the sulfur component (SOx) contained in the fuel and the lubricating oil is also present in the exhaust gas, and the occlusion-type NOx catalyst 25 occludes SOx together with NOx occlusion in an oxygen concentration excess atmosphere. In other words, the sulfur component is oxidized to SOx, and a part of this SOx reacts with the storage agent that is originally used for NOx storage on the storage type NOx catalyst 25 to become a sulfate, and is stored in place of NOx. The NOx catalyst 25 is occluded.
[0025]
Further, the storage type NOx catalyst 25 tends to release the stored SOx when the oxygen concentration decreases. In other words, in an atmosphere where the oxygen concentration is reduced and CO is excessive, a portion of the sulfate stored in the storage-type NOx catalyst 25 reacts with CO in the exhaust, so that carbonate is easily generated and SOx is generated. Easily detached. However, since sulfate is more stable as nitrate than nitrate, and only a part of it is decomposed only in an atmosphere having a reduced oxygen concentration, the amount of sulfate remaining in the storage-type NOx catalyst 25 increases with time. To increase. Thereby, the storage capability of the storage-type NOx catalyst 25 decreases with time, and the performance as the storage-type NOx catalyst 25 deteriorates (S poisoning).
[0026]
In order to regenerate the NOx storage capacity, the amount of SOx stored in the storage-type NOx catalyst 25 is estimated to estimate the S poisoning situation. Although there is a method of releasing SOx by enriching the fuel ratio, in this embodiment, when the catalyst temperature Tcat becomes equal to or higher than the catalyst temperature increase set temperature correlated with the S regeneration frequency, the regeneration control means removes the catalyst. The temperature is raised and the air-fuel ratio is enriched to release the stored SOx so as to recover the NOx storage capacity.
[0027]
This regeneration control means controls so that the regeneration degree at which SOx is released from the storage-type NOx catalyst 25 is maintained within a predetermined range. That is, the temperature of the storage-type NOx catalyst 25 is higher than the activation temperature (for example, 250 to 350 ° C.) and is suitable for desorbing the stored SOx (for example, 650 to 800 ° C.) or lower. When the temperature reaches a set temperature (for example, 600 ° C.) or higher, the storage-type NOx catalyst 25 is heated and the air-fuel ratio is enriched to release SOx. In other words, when the original catalyst temperature is high to some extent, the S regeneration speed is quickly reached by assisting slightly raising the temperature raising means, so that the SOx can be efficiently reached with a small temperature increase (low degree of fuel consumption deterioration). Is to be released.
[0028]
Further, when SOx stored in the NOx storage catalyst 25 is raised in temperature and the air-fuel ratio is made rich to release SOx, SOx is released as SOx.₂In a reducing atmosphere where the exhaust gas is at a high temperature and a large amount of hydrogen, carbon monoxide, hydrocarbons, etc. are present, hydrogen sulfide (H₂S) occurs and gives off odor. And as the richness is larger, there are more reducing agents such as hydrogen and SO.₂To H₂S is rapidly generated in large quantities. For this reason, in the present embodiment, the regeneration control means controls the degree of richness or change rate of the exhaust air-fuel ratio in accordance with the S regeneration frequency.
[0029]
Here, the S purge control will be described in detail based on the flowchart shown in FIG. 2 and the time chart shown in FIG. As shown in FIG. 2, first, in step S1, the catalyst temperature Tcat of the storage NOx catalyst 25 is estimated from the exhaust gas temperature information detected by the high temperature sensor 24. In this case, as described above, the error between the high temperature sensor 24 and the actual catalyst temperature is corrected based on the temperature difference map set according to the target average effective pressure Pe and the engine rotational speed information Ne.
[0030]
Next, in step S2, the S regeneration frequency indicating the degree of regeneration (S regeneration) from the S poison of the storage NOx catalyst 25 is calculated (frequency calculation means). The calculation method will be described below. This S regeneration frequency is calculated based on the following equation (1).
S regeneration frequency (s / km) = 700 ° C conversion S regeneration time / travel distance (1)
Here, the 700 ° C. converted S regeneration time is the sum of the times obtained by converting the S regeneration time at the estimated catalyst temperature Tcat into the S regeneration time when the catalyst temperature Tcat of the storage NOx catalyst 25 is 700 ° C. By dividing the 700 ° C. converted S regeneration time by the travel distance, the S regeneration time per 1 km of travel distance, that is, the S regeneration frequency can be obtained. When this S regeneration frequency increases, SOx is well released (purged). And is well regenerated from S poison.
[0031]
As a specific method of calculating the 700 ° C. converted S regeneration time, the S regeneration time is calculated based on the following formula (2).
700 ° C conversion S regeneration time_(n)= 700 ° C equivalent S regeneration time_(n-1)+ S regeneration speed coefficient x calculation period x A / F coefficient (2)
Here, the S regeneration rate coefficient is for correcting that the S regeneration rate varies depending on the temperature of the occlusion-type NOx catalyst 25, and the S regeneration time at each catalyst temperature is converted into an S regeneration time equivalent to 700 ° C. Is for. Since the S regeneration rate increases exponentially as the temperature of the storage NOx catalyst 25 increases, it is set to 0 when the catalyst temperature Tcat of the storage NOx catalyst 25 is 580 ° C. or less, and at a temperature higher than that, It calculates with the following Formula (3) approximated by the exponential function.
S reproduction speed coefficient = exp {−kk × (1 / T₁)-(1 / T₀)} (3)
Here, kk is a predetermined coefficient set according to the S regeneration reaction of the storage-type NOx catalyst 25, T₁Is the catalyst temperature Tcat (K), T of the NOx storage catalyst 25₀Is 973 (700 + 273) (K).
In the present embodiment, calculation by an exponential function is not performed in the ECU 28, and a value calculated in advance is obtained from an S regeneration rate coefficient map for the stored catalyst temperature. The A / F coefficient described above indicates the degree of S regeneration by A / F, and is 0 when the air-fuel ratio is in the lean mode or when the fuel is cut, and 1 in other modes. Note that the A / F coefficient may be set to ¼ when the air-fuel ratio is lean mode or when the fuel is cut, 2/3 in the stoichiometric F / B mode, and 1 in the rich (O / L) mode. .
[0032]
The S regeneration frequency is reset at a predetermined value D (for example, 1.5 s / km) or more, and the 700 ° C. converted S regeneration time is 0 s and the travel distance is 0 km. That is, if the S regeneration frequency is equal to or higher than the predetermined value D, the storage type NOx catalyst 25 is sufficiently purged and the regeneration is stopped. A method for setting the threshold value D when resetting the S reproduction frequency may be as follows. That is, as shown in FIG. 4, it is known that the NOx emission value decreases as the S regeneration frequency increases, and the S regeneration frequency may be set to be equal to or less than the NOx emission regulation value. Although this threshold value D is influenced by the catalyst characteristics and the NOx emission regulation value, it is generally known that the threshold value D may be set to approximately 1.5 s / km or more.
[0033]
When the S regeneration frequency is obtained in this way, the temperature rise set temperature ZSTTEMP (° C.) is calculated in step S3. In this case, as shown in FIG. 5, a map of ZSTEMP with respect to the S reproduction frequency is set in advance. According to this map, when the S regeneration frequency is low, ZSTEMP is set to 600 ° C., and ZSTEMP increases as the S regeneration frequency increases, and the predetermined value D is set to 800 ° C. In other words, the temperature rise setting temperature ZSTTEMP is changed based on the S regeneration frequency.
[0034]
In step S4, it is determined whether or not the catalyst temperature Tcat of the storage type NOx catalyst 25 is equal to or higher than ZSTTEMP. If the catalyst temperature Tcat is equal to or higher than ZSTTEMP, the S regeneration frequency is somewhat low and the storage type NOx catalyst 25 is Since it is estimated that the temperature has risen to some extent and is easily purged with S, the process proceeds to step S5, and the control mode is switched to the S purge mode. As a result, removal of SOx stored in the storage-type NOx catalyst 25 (S purge control) is started.
[0035]
That is, in step S6, the storage timing NOx catalyst 25 is heated by controlling the ignition timing, that is, retarding. That is, by sufficiently raising the temperature of the exhaust gas flowing into the storage type NOx catalyst 25 by the ignition timing retard, the storage type NOx catalyst 25 quickly rises to a temperature suitable for S purge control (for example, 650 ° C. to 800 ° C.). It will be warmed. In this case, the ignition timing is set to retard according to the following equation (4).
Ignition timing = Base ignition timing-ZSSA x Reflection coefficient (4)
Here, ZSSA is set based on the retard map set in accordance with the target average effective pressure Pe and the engine rotational speed information Ne, and is an amount that takes into account the allowance amount to the retard amount that becomes the combustion limit. Is set. Further, as shown in FIG. 6, the reflection coefficient is set based on a catalyst temperature estimated value, that is, a map corresponding to the catalyst temperature Tcat. This reflection coefficient is set to 0 when the fuel is cut or when the throttle opening is a predetermined value or more.
[0036]
Subsequently, in step S7, control is performed so that the air-fuel ratio becomes a predetermined rich A / F. In this case, a process of gradually changing the target A / F toward a predetermined rich A / F is performed, and the change rate of the target A / F is low in S reproduction frequency according to the S reproduction degree (S reproduction frequency). It is set so that the speed of enrichment becomes slower.
[0037]
SO released by S purge control₂Reacts in a reducing atmosphere as described above.₂S is generated, but when the target air-fuel ratio at the time of S regeneration is gradually enriched according to the degree of S regeneration (S regeneration frequency) in this way, this SO₂Release amount increases at a stretch and H₂At the start of S purge control in which a large amount of S is likely to be generated, the supply amount of CO or HC can be limited, and SO₂Suppressing the release amount of H₂The generation concentration of S can be kept low.
[0038]
That is, FIG. 7 shows the results of execution of steps S1 to S4, the time variation (a) of the target A / F during the execution of the S purge control after step S5, and H₂The time variation (b) of the generated concentration of S is shown as a time chart. In this case, the predetermined rich air-fuel ratio AF immediately before the start of the S purge control (or a rapid change of about several cycles even when it is gradually changed) as in the prior art.₁(For example, a value of 12) is indicated by a broken line, and the target A / F is initially set to a small value of the degree of richness in the vicinity of stoichio according to the S regeneration frequency as in the present embodiment, and gradually increases to a predetermined rich sky. Fuel ratio AF₁The solid line shows the case of transition to As can be seen from this time chart, in the conventional control (broken line), a large amount of H is temporarily stored immediately after the start of the S purge control.₂S was generated, but in the control (solid line) of this embodiment, a large amount of H immediately after the start of S purge control.₂There is no occurrence of S, H immediately after the start of S purge₂The generation concentration of S can be lowered and maintained as it is.₂It is possible to reliably prevent the exhaust gas from giving off an odor by keeping the S concentration low.
[0039]
In particular, the target A / F is gradually set to a predetermined rich air-fuel ratio AF.₁By moving towards₂Keep the generated concentration of S as low as possible₂The target A / F can be set to a predetermined rich air-fuel ratio AF.₁Can be reached early. As a result, the S purge control is prevented from being prolonged as much as possible and the fuel consumption is preferably prevented from deteriorating.₂The S concentration can be kept low.
[0040]
Returning to FIG. 2, when the catalyst temperature Tcat is lower than the predetermined value K (for example, 650 ° C.) after the predetermined set time C (for example, 45 seconds) has elapsed in Step S8, the storage type NOx is determined in Step S9. The temperature of the catalyst 25 is stopped and the air-fuel ratio is made lean to exit this routine. That is, when the catalyst temperature Tcat is not close to the optimum temperature for desorption of sulfur components (for example, 650 ° C. or higher) even in the S purge mode, the S purge mode is stopped in order to suppress fuel consumption deterioration. ing. On the other hand, if the catalyst temperature Tcat becomes equal to or higher than the predetermined value K before the predetermined time C elapses, the temperature rise of the storage NOx catalyst 25 and the enrichment of the air-fuel ratio are continued.
[0041]
In this way, in the S purge mode, the routine of the S purge control is repeated. However, when the SOx stored in the storage NOx catalyst 25 is released, the S regeneration frequency of the storage NOx catalyst 25 increases, and FIG. Based on the map, ZSTEMP also increases. When ZSTEMP exceeds the catalyst temperature Tcat, the catalyst temperature Tcat of the storage type NOx catalyst 25 becomes lower than ZSTTEMP in step S4, the control routine is exited, and the process proceeds to step S9 to stop the S purge control.
[0042]
Note that, as described above, the three-way catalyst 26 has a function of storing oxygen therein, so that the H generated in the NOx storage catalyst 25 is₂S is satisfactorily oxidized by oxygen inside the three-way catalyst 26. This also reliably prevents the exhaust gas from giving off an odor.
[0043]
Incidentally, in the above-described embodiment, during the S purge control, the target A / F is gradually set to a predetermined rich air-fuel ratio AF according to the S regeneration frequency.₁However, this is not a limitation. That is, as another embodiment, for example, when S purge control is started in step S7, first, the target A / F of S purge control is obtained as a fixed value from the map shown in FIG. 8 (in FIG. 8). (Right graph), S purge control time t according to this target A / F_sMay be set unambiguously (left graph in FIG. 8).
[0044]
In other words, as indicated by the solid line in FIG. 9, the target A / F is set to a predetermined rich air-fuel ratio AF as the S regeneration frequency decreases according to the S regeneration frequency when the S purge control is started.₁Is set to a value with a smaller degree of enrichment, and the S purge control time t is maintained while keeping the target A / F constant._sThe S purge control may be performed over the entire range.
[0045]
Even in this case, as shown by the solid line in FIG.₂Conventionally, the discharge time of H is increased immediately after the start of S purge control.₂S to suppress the temporarily large amount of S, H₂The generation concentration of S (broken line) can be made sufficiently low,₂It is possible to reliably prevent the exhaust gas from giving off an odor by keeping the S concentration low.
[0046]
In the above-described embodiment, the target A / F is set to the predetermined rich air-fuel ratio AF according to the S regeneration frequency during the S purge control.₁The air-fuel ratio AF is continuously and smoothly shifted toward₁You may move to. Further, both the degree of enrichment and the change speed may be controlled according to the S reproduction frequency. Furthermore, the method of enriching the air-fuel ratio is not limited to the method of changing the target A / F.₂In stoichiometric feedback control using a sensor, a method may be used in which an integral gain (coefficient) for feedback control is changed to a large value on the rich side and a small value on the lean side. In this case, the average air-fuel ratio is gradually enriched according to the S regeneration frequency by setting the speed of the integral gain or proportional gain according to the S regeneration frequency, or the gain value itself is varied according to the S regeneration frequency. By setting, the average air-fuel ratio itself may be controlled to become a rich air-fuel ratio according to the S regeneration frequency.
[0047]
Here, the switching control to the above-described S purge mode will be specifically described based on the time chart of FIG. As shown in FIG. 3, when the S purge mode is OFF and the S regeneration frequency is low, the temperature rise set temperature ZSTEMP is set to 600 ° C. Then, when the driving temperature of the driver, for example, when accelerating or traveling on a highway or a mountain road, the catalyst temperature Tcat rises and this catalyst temperature Tcat exceeds ZSTEMP, the S purge mode is turned on (Yes in step S4). Become. Then, in order to retard the ignition timing to raise the temperature of the storage type NOx catalyst 25 and to enrich the air-fuel ratio, SOx stored in the storage type NOx catalyst 25 is released. When the S purge mode continues, S regeneration proceeds, the 700 ° C. converted S regeneration time increases, and the S regeneration frequency increases. When this S regeneration frequency increases, ZSTEMP increases based on the map of FIG. Exceeds catalyst temperature Tcat.
[0048]
Then, the S purge mode is turned off (No in step S4), and the temperature of the storage NOx catalyst 25 is stopped, so that the catalyst temperature Tcat is lowered. Thereafter, when the travel distance is extended while the catalyst temperature Tcat is low, the S regeneration frequency is reduced, and ZSTEMP is lowered to 600 ° C.
[0049]
Further, when the catalyst temperature Tcat rises again due to the operating state of the driver and the catalyst temperature Tcat exceeds ZSTTEMP, the S purge mode is turned ON (Yes in step S4). At this time, if the driver is performing an operation state in which acceleration / deceleration is repeated in a place such as an urban area, the storage NOx catalyst 25 is unlikely to reach a high temperature state necessary for releasing SOx. That is, in this case, the catalyst temperature Tcat initially exceeds ZSTTEMP (600 ° C.), but continues to be lower than 650 ° C. In this temperature range, S regeneration is performed but S regeneration efficiency is low. For this reason, when the set time C has elapsed in this state, the S purge mode is turned OFF (No in step S4), so that the ignition timing retard and enrichment are stopped, and the fuel efficiency is reduced in the temperature range where the S regeneration efficiency is low. Deterioration can be suppressed.
[0050]
In the S purge mode, the air-fuel ratio is set to the rich air-fuel ratio mode and the transition to the lean air-fuel ratio mode is prohibited. However, when the storage NOx catalyst 25 is at a high temperature, measures against thermal deterioration of the storage NOx catalyst 25 are performed. Therefore, the lean air-fuel ratio mode may already be prohibited.
[0051]
Further, when the S purge is performed, the throttle valve 17 is operated in accordance with the ignition timing retard to adjust the throttle opening θth with respect to the base throttle opening, and the intake air amount is manipulated. The torque is reduced so that the torque is compensated for and the torque is controlled to be substantially constant. In this case, the throttle opening is set by the following equation (5).
Throttle opening = base throttle opening−ZSETV × reflection coefficient (5) where ZSETV is based on a throttle opening correction map set in accordance with the target average effective pressure Pe and the engine speed information Ne. As described above, the reflection coefficient is set based on the map shown in FIG. In this case, the throttle opening θth may be set with respect to the corrected ignition timing (ignition timing after retarding).
[0052]
Thus, in the present embodiment, control is performed so that the regeneration degree for releasing SOx from the storage-type NOx catalyst 25 is maintained within a predetermined range, that is, the catalyst temperature Tcat of the storage-type NOx catalyst 25 is set to the activation temperature (for example, 250 to When the temperature is higher than 350 ° C.) and suitable for desorbing the stored SOx (for example, 650 ° C. to 800 ° C.) or lower than the temperature setting temperature ZSTEP set lower than that, ignition is performed The timing is retarded to raise the temperature of the storage NOx catalyst 25, and the air-fuel ratio is enriched to release SOx.
[0053]
Then, the storage type NOx catalyst 25 is subjected to S purge control or NOx purge control (when the catalyst is also hot and sulfur components are released when it is enriched for NOx purge), natural S purge (acceleration of the driver) When the catalyst becomes rich in high-temperature umbrella due to natural operation such as, and the sulfur component is released))), the frequency at which the sulfur component is released is₂It has been found that there is a correlation with the characteristics of S, and the degree of exhaust air-fuel ratio enrichment or the rate of change is controlled according to the frequency at which this sulfur component is released (S regeneration frequency). . That is, in the example of FIG. 7, the target A / F is initially set to a small value of the degree of richness in the vicinity of stoichiometric according to the S regeneration frequency, and gradually becomes a predetermined rich air-fuel ratio AF.₁In the example of FIG. 8, the degree of enrichment with a low S reproduction frequency is made low. In these cases, the catalyst regeneration time becomes somewhat longer as the S regeneration frequency becomes lower, but it does not become longer.
[0054]
Therefore, when the storage NOx catalyst 25 is in a high temperature state to some extent, the storage NOx catalyst 25 is assisted to raise the temperature and release SOx in a catalyst temperature range suitable for SOx release. For this reason, the S regeneration is not forcedly performed when it takes a long time for the storage-type NOx catalyst 25 to rise to a temperature optimum for SOx release in a low temperature state. As a result, it is not necessary to perform rich enrichment and ignition timing retard for a long period of time and a large retard for having to be greatly raised from a low temperature, thereby suppressing deterioration in fuel consumption.
[0055]
And during this S regeneration, a large amount of H immediately after the change of the target A / F₂There is no occurrence of S, H at this time₂Lower the generation concentration of S and H₂S can be kept at a low concentration, and H₂While the S concentration is kept low to reliably prevent the exhaust gas from giving off a strange odor, it is possible to stably regenerate the catalyst by suppressing the regeneration time of the storage NOx catalyst 25 from being prolonged.
[0056]
FIG. 10 shows a comparison of the time frequency of the catalyst bed temperature of the NOx storage catalyst 25 when the S regeneration control by the assist temperature increase according to the present embodiment is used and when it is not used in general driving. Indicates. By using this control, the time frequency of 650 ° C. or more suitable for S regeneration is fast and the time frequency of 650 ° C. or more suitable for S regeneration is greatly increased, and the time frequency of 700 ° C. or more, which is faster S regeneration speed, is also increased. You can see that it is playing.
[0057]
Further, when the catalyst temperature Tcat does not approach the optimum temperature for desorption of sulfur components (for example, 650 ° C. or more) in the S purge mode, the S purge mode is stopped after the set time C has elapsed. Therefore, for example, when the vehicle is in an operation state where acceleration / deceleration is repeated in a place such as an urban area, the storage-type NOx catalyst 25 is unlikely to reach a high temperature state that is optimal for releasing SOx, so that the set time C has elapsed. Thus, the S purge mode is stopped, and in this manner, in a temperature range where the S regeneration efficiency is not good, it is possible to suppress deterioration of fuel consumption by limiting the enrichment and continuation of the temperature rise.
[0058]
In the present embodiment, the temperature of the storage NOx catalyst 25 is set to an activation temperature of 250 ° C. to 350 ° C., and a temperature suitable for desorbing the stored SOx is 650 ° C. to 800 ° C. (more preferably 700 ° C. As described above, the temperature rise set temperature ZSTTEMP is changed from the S regeneration frequency starting from 600 ° C., but each temperature may be appropriately set depending on the characteristics of the storage NOx catalyst 25, the engine configuration, the exhaust temperature, or the like. Is.
[0059]
In addition, the present invention is characterized in that, during the S regeneration, the regeneration control means controls the degree of richness or change rate of the exhaust air-fuel ratio based on the estimated frequency. Therefore, as in the present embodiment, the S purge control is performed. The S regeneration frequency may not be used as a condition for starting the operation. For example, the S purge control may be started on the condition that the SOx amount (S poisoning amount) occluded in the occlusion-type NOx catalyst 25 in order to regenerate the NOx occlusion capacity becomes a predetermined amount or more. Further, the temperature rise of the catalyst of the present invention is not limited to the above-described embodiment. For example, in the exhaust pipe 21 upstream of the two-stage injection or the occlusion-type NOx catalyst 25 that performs additional fuel injection in the expansion stroke. The fuel may be directly injected, or a heating means such as an electric heating catalyst may be used. Further, as the enrichment means, the above-described two-stage injection or direct fuel injection into the exhaust pipe 21 may be used. Further, depending on the operation state, when the catalyst is already at a high temperature, the temperature raising means may not be operated again.
[0060]
Further, as a method of obtaining the catalyst temperature, in addition to the method of obtaining from the high temperature sensor 24 as in the above-described embodiment, the catalyst temperature is experimentally determined beforehand as a map of the target average effective pressure Pe (engine load) and the engine rotational speed Ne. The temperature may be obtained from a value stored in the ECU 28. Alternatively, the catalyst temperature may be obtained from a value obtained by experimentally storing the catalyst temperature in advance in the ECU 28 as a map for the vehicle speed. In this case, although the accuracy is somewhat lowered, there is an advantage that the cost is reduced because the high temperature sensor 24 is not necessary.
[0061]
Furthermore, in the above-described embodiment, the engine 11 is a cylinder injection type gasoline engine, but is not limited thereto, and may be an intake pipe injection type gasoline engine. Although the exhaust gas purification efficiency is improved by providing the three-way catalyst 22, the three-way catalyst 22 is not necessarily provided, and the present invention can be suitably realized without the three-way catalyst 20. Further, although the storage-type NOx catalyst 25 is taken up as the catalyst for storing and releasing the sulfur component in the above-described embodiment, other catalysts may be used, and the adsorbing piece that directly reduces the adsorbed NOx by contact. It may be a NOx catalyst or a three-way catalyst that easily stores sulfur components. Furthermore, as an engine, it is also possible to apply to a diesel engine.
[0062]
【The invention's effect】
As described above in detail in the embodiment, according to the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine of the present invention, the exhaust air-fuel ratio is enriched according to the frequency at which the sulfur component stored in the catalyst is released. Since the degree or rate of change was controlled, H₂Prevents the generation of a large amount of S at a time to keep the emission concentration low and prevents the exhaust gas odor, while reducing the catalyst regeneration time and enabling stable regeneration of the catalyst device. can do.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart of S purge control by the exhaust gas purification apparatus of the present embodiment.
FIG. 3 is a time chart of S purge control.
FIG. 4 is a graph showing a relationship between S regeneration frequency and NOx emission amount.
FIG. 5 is a graph showing a temperature rise setting temperature with respect to S regeneration frequency.
FIG. 6 is a graph showing a reflection coefficient with respect to an estimated catalyst temperature value.
FIG. 7 shows H with respect to time change of target A / F in S purge control.₂It is a time chart showing the time change of S generation amount.
FIG. 8 is a setting map of target A / F, S purge time and NOx purge time according to S regeneration frequency according to another embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a graph showing H against the time change of the target A / F in the S purge control or NOx purge control.₂It is a time chart showing the time change of S generation amount.
FIG. 10 is a graph showing the time frequency of the catalyst temperature when the present embodiment is used and when not used in general traveling.
[Explanation of symbols]
11 Engine (Internal combustion engine)
21 Exhaust pipe (exhaust passage)
22 Three-way catalyst
23 Exhaust gas purification catalyst device (catalyst)
24 High temperature sensor
25 NOx storage type catalyst
26 Three-way catalyst
27 NOx sensor
28 Electronic control unit, ECU (frequency calculation, means regeneration control means)

Claims

A catalyst provided in an exhaust passage of an internal combustion engine for storing sulfur components in exhaust gas and having a characteristic of releasing the stored sulfur components at a high temperature and when the exhaust air-fuel ratio is rich, and sulfur stored in the catalyst A frequency calculating means for calculating a frequency at which a component is released; and a frequency calculating means for releasing the sulfur component by enriching the exhaust air-fuel ratio in a high temperature state capable of releasing the sulfur component occluded in the catalyst. An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, characterized by comprising regeneration control means for controlling the degree of richness or change rate of the exhaust air-fuel ratio in accordance with the frequency calculated by.