JP4134398B2 - Internal combustion engine - Google Patents

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  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、NOx 触媒をそなえた内燃機関に関し、特に、かかるNOx 触媒に吸蔵されたNOx を放出又は還元することができる、内燃機関に関する。
【0002】
【従来の技術】
現在、排ガス中の酸素が過剰になる酸素過剰雰囲気でもNOx が浄化できるNOx 触媒が開発されており、希薄燃焼可能な内燃機関においては、このNOx 触媒を設けることで希薄燃焼時のNOx を浄化するようにしている。
このNOx 触媒の一つとして、NOx を触媒上に吸蔵させることにより排ガス中のNOx を浄化する吸蔵型NOx 触媒(以下、単にNOx 触媒という)が開発されている。このNOx 触媒は、酸素過剰雰囲気では、排ガス中のNOx を酸化させて硝酸塩を生成し、これによりNOx を吸蔵する一方、酸素濃度低下雰囲気では、NOx 触媒に吸蔵した硝酸塩と排ガス中のCOとを反応させて炭酸塩を生成し、これによりNOx を放出,分解する機能を有する。もちろん、NOx 触媒のNOx 吸蔵量には限度がある。そこで、NOx 吸蔵量が限度を越える前に、排気空燃比をリッチにすることでNOx 触媒の周囲雰囲気を酸素濃度低下雰囲気にし、触媒上に吸蔵したNOx を放出することが行なわれている。
【0003】
このような技術として、特開平7−166851号公報に開示されたものがある。この技術では、NOx 触媒の下流にNOx センサを設け、酸素過剰雰囲気でのNOx センサの出力に基づいてNOx 触媒の浄化効率の低下を検出するようになっている。そして、NOx 触媒の浄化効率が低下したときには、所定時間だけ酸素濃度低下雰囲気にすることでNOx 触媒に吸蔵されたNOx を放出し、再びNOx 触媒によるNOx 吸蔵性能を確保して、希薄燃焼運転時における排ガス中のNOx の浄化機能を維持するようになっている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、NOx 触媒のNOx の放出特性は、A/F(空燃比),排気温度,S/V(燃焼室全表面積と燃焼室容積との比)等の運転条件の変化や、触媒自体の劣化等により変化するものである。したがって、上述の従来技術のように、酸素濃度低下雰囲気にする時間を予め設定した時間に固定している場合は、NOx の放出特性の変化に対応することができないという課題がある。
【0005】
つまり、酸素濃度低下雰囲気にする時間がNOx 触媒のNOx 放出特性と対応せず不十分であった場合には、NOx が完全に放出されないためNOx 触媒の浄化効率が低下し、大気中へのNOx 排出量が増大してしまうことになる。逆に、酸素濃度低下雰囲気にする時間が過剰であった場合には、無駄な燃料噴射を実行することになり燃費悪化を招くことになってしまうのである。
【0006】
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、NOx 触媒のNOx 放出特性の変化に関わらず、燃費悪化を招くことなく確実にNOx 触媒に吸蔵されたNOx を放出還元できるようにした、内燃機関を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明の内燃機関では、排気空燃比を酸素濃度低下雰囲気とすることにより、内燃機関の排気通路内に設けたNOx触媒に吸蔵されたNOxの放出又は還元を行なうが、NOx触媒の下流に設けられた状態検出手段により検出されるNOx放出状態(NOx濃度β)を、予め記憶されたNOx放出量がほぼ0となる運転状態のときのNOx濃度β によって減算補正した補正済NOx濃度γ(=β−β 、判定濃度γ とを比較した結果にもとづいて、雰囲気変更手段により排気空燃比を酸素濃度低下雰囲気から酸素過剰雰囲気に変更する。
また、もう一つの本発明の内燃機関では、排気空燃比を酸素濃度低下雰囲気とすることにより、内燃機関の排気通路内に設けたNOx触媒に吸蔵されたNOxの放出又は還元を行なうが、NOx触媒の下流に設けられた状態検出手段により検出されるNOx放出状態(NOx濃度β)を、予め記憶されたNOx放出量がほぼ0となる運転状態のときのNOx濃度β と、該NOx触媒に流入する分のNOx濃度β とによって減算補正した補正済NOx濃度γ(=β−β −β )と、判定濃度γ とを比較した結果にもとづいて、雰囲気変更手段により排気空燃比を酸素濃度低下雰囲気から酸素過剰雰囲気に変更する。
また、前記のNOx放出量がほぼ0となる運転状態のときのNOx濃度β は、追加燃料噴射制御直後にストイキオフィードバックモードとなって低負荷低回転状態であるという設定条件が整う度に更新されることが好ましい。
【0008】
これにより、NOx 触媒のNOx 放出特性の変化に応じ過不足なくNOx 放出操作を行なうことができ、燃費悪化を招くことなく確実にNOx 触媒に吸蔵されたNOx を放出又は還元することが可能となる。
【0009】
【発明の実施形態】
以下、図面により、本発明の実施の形態について説明する。
まず、本発明の一実施形態にかかる内燃機関の構成の概要について説明すると、本内燃機関は、図2(a)に示すように、4サイクルエンジンであって、火花点火式で、且つ、燃焼室内に燃料を直接噴射する筒内噴射型内燃機関(筒内噴射エンジン)として構成される。
【0010】
燃焼室1には、吸気通路2および排気通路3が連通しうるように接続されており、吸気通路2と燃焼室1とは吸気弁4によって連通制御されるとともに、排気通路3と燃焼室1とは排気弁5によって連通制御されるようになっている。
また、吸気通路2には、図示しないエアクリーナ及びスロットル弁が設けられており、排気通路3には、排気浄化装置6および図示しないマフラ (消音器)が設けられている。なお、9は高温センサであり、10はNOx センサである。
【0011】
また、燃焼室1の上部中央には点火プラグ7が設けられ、燃焼室1の上部側縁にはインジェクタ8が設けられている。このインジェクタ(燃料噴射弁)8は、その開口を燃焼室1に臨ませるように配置されている。
このような構成により、図示しないスロットル弁の開度に応じて吸入された空気は、吸気弁4の開放により燃焼室1内に吸入され、電子制御ユニット(ECU)20からの信号に基づいてインジェクタ8から直接噴射された燃料と混合される。そして、点火プラグ7の適宜のタイミングでの点火により燃焼せしめられて、エンジントルクを発生させたのち、燃焼室1内から排ガスとして排気通路3へ排出され、排気浄化装置6で排ガス中のCO,HC,NOx の3つの有害成分を浄化されてから、マフラで消音されて大気側へ脱離されるようになっている。
【0012】
排気浄化装置6は、吸蔵型NOx 触媒(以下、単にNOx 触媒という)6Aと2つの三元触媒6B,6Cとから構成されている。つまり、空燃比がリーンの場合は、排ガス中にはCO,HCはほとんど含まれない一方でNOx 濃度は急増するものの酸素過剰雰囲気の場合は三元触媒ではNOx を浄化できないため、このNOx については、酸素過剰雰囲気で機能するNOx 触媒6Aにより吸蔵し、理論空燃比下では三元触媒6B,6Cの三元機能により排ガス中のCO,HC,NOx を浄化するようになっているのである。
【0013】
また、一方の三元触媒6Cは、NOx 触媒6Aよりも上流側に配置され、フロント触媒として機能するようになっている。このフロント触媒は、エンジンの冷態始動時に、より高温の排ガスを受けていち早く活性して、HCをはじめとする排ガス成分を浄化する。なお、三元触媒6Cの配置は、図2(a)に示すように、NOx 触媒6A,三元触媒6Bとは別個にエンジン本体に近接して配置してもよく、図2(b)に示すように、NOx 触媒6A,三元触媒6Bと一体に並べて配置してもよい。
【0014】
また、三元触媒6BはNOx 触媒6Aと一体化したものでもよい。すなわち、NOx 触媒6Aに三元機能も持たせるようにしてもよい。なお、この場合はNOx センサ10は該一体化された触媒の下流に配置される。
ところで、NOx 触媒6Aは、NOx を吸蔵し続けているとやがて飽和状態に達し、吸蔵しきれなくなったNOx は大気中に放出されてしまうことになる。そこで、NOx 触媒6Aが飽和状態に達したときは、吸蔵されたNOx を一度放出してやる必要があるが、このNOx の放出は、NOx 触媒6Aの周囲雰囲気を酸素濃度低下雰囲気(還元雰囲気)とすることで吸蔵されているNOx をNO2 として脱離させ、さらに、HC,CO(還元剤)の供給によりNO2 を還元してN2 として排出することにより行なうようになっている。
【0015】
ここで、本内燃機関におけるNOx 触媒6AからのNOx の放出について、さらに詳しく説明する。
本内燃機関のような筒内噴射エンジンでは、燃料噴射の態様として、上述の層状超リーン燃焼によるリーン運転を実現し燃費を向上させるために圧縮行程中で燃料噴射を行なう後期噴射モード(圧縮リーンモード)と、予混合燃焼によるリーン運転を実現し、緩加速による出力を得るために吸気行程中に燃料噴射を行なう前期噴射モード(吸気リーンモード)と、予混合燃焼によるストイキオ運転を実現し、前期噴射モードよりも出力を向上させるために吸気行程中に燃料噴射を行なうストイキオモードと、予混合燃焼によるリッチ運転を実現し、ストイキオ運転モードよりも出力を向上させるエンリッチモードとが設けられており、エンジンの運転状態に応じて切り換えられるようになっている。
【0016】
そして、前述のような各リーン運転のもとでは、NOx 触媒6Aの周囲は酸素過剰雰囲気になっているので、NOx 触媒6Aには希薄燃焼により生じたNOx が吸蔵されていくが、こうして吸蔵されたNOx は酸素濃度低下雰囲気下で放出,還元されるので、NOx 触媒6Aに吸蔵されたNOx を放出するために、排気通路を酸素濃度低下雰囲気にする雰囲気変更手段23がそなえられている。この雰囲気変更手段23は、燃料噴射制御を利用して酸素濃度低下雰囲気をつくるようになっている。
【0017】
つまり、本内燃機関のECU20には、図1の機能ブロック図に示すように、モード選択手段24と燃料噴射制御手段25とが設けられている。
モード選択手段24では、エンジン回転数Ne及び平均有効圧力Peに応じて上述のような各モードの中から一つを選択するようになっている。
また、燃料噴射制御手段25には、エンジン出力を得るための通常の燃焼を行なうべく燃料を噴射する通常燃料噴射制御手段26と、酸素濃度低下雰囲気をつくるための追加燃料噴射制御手段27とがそなえられている。
【0018】
通常燃料噴射制御手段26は、モード選択手段24で設定されたモードに応じた燃料噴射制御マップを選択して、この選択した燃料噴射制御マップを用いて、エンジン回転数Ne及び平均有効圧力Peに応じて、通常の燃焼を行なうための燃料噴射量及び噴射時期(すなわち、燃料噴射終了時期及び燃料噴射開始時期)を設定する。
【0019】
なお、エンジン回転数Neにはエンジン回転数センサ13の検出情報(又は、演算情報)が用いられ、平均有効圧力Peは、有効圧力演算手段28の演算情報が用いられる。この有効圧力演算手段28では、エンジン回転数Ne及びアクセルポジションセンサ(APS)14で検出されたアクセル開度θ(スロットル開度がアクセル開度と常に対応する場合は、アクセル開度に代えてスロットル開度でもよい)の各情報から平均有効圧力Peを算出する。
【0020】
追加燃料噴射制御手段27は、NOx触媒6AからのNOxの放出還元のために行なう追加の燃料噴射(リッチスパイク)を制御するものである。この追加燃料噴射は、排ガス中のHC,COの確保やエンジンの出力トルクへの影響を考慮して各気筒の膨張行程内(できれば膨張行程でも末期に近いタイミングが好ましい)に追加燃料噴射を行なうようにしている。これによって通常の燃料噴射(主噴射)と追加燃料噴射とを合わせた合計の空燃比(トータルA/F)がリッチとなるようにする。また、NOx触媒6Aの周囲雰囲気を酸素濃度低下雰囲気にする方法としては、追加燃料噴射は用いずに、通常燃料噴射のみにおいて空燃比をリッチ化するという方法でもよいが、この場合、リッチ化によりエンジン出力が変動してしまうので、点火時期制御,吸入空気量制御などにより、エンジン出力の変動を抑制するような処理が必要である。
【0021】
雰囲気変更手段23は、このような追加燃料噴射によりNOx触媒6Aの周囲を酸素濃度低下雰囲気(還元雰囲気)とする機能を有しており、追加燃料噴射制御手段27と、この追加燃料噴射制御手段27の制御により図示しないインジェクタドライバを通じて駆動され追加燃料噴射を行なうインジェクタ(燃料噴射弁)8とから構成されている。
【0022】
そして、この追加燃料噴射は判定手段21の判定に基づいて行なわれるようになっており、判定手段21は、追加燃料噴射制御の開始時期と終了時期とを判定するようになっている。
まず、開始時期の判定は、NOx触媒6Aの下流側に設けられた状態検出手段に相当するNOxセンサ10で検出されるNOx濃度β、すなわち、NOx触媒6AからのNOx放出状態を評価することにより行なうようになっている。つまり、吸気リーンモードや圧縮リーンモード等のリーンモードでの運転が行なわれると、NOx 触媒6Aの近傍は酸素過剰雰囲気となってNOx 触媒6AにNOx が吸蔵されていき、NOx 触媒6AによるNOx 浄化効率は徐々に低下していくことになる。その結果、NOx触媒6Aに吸蔵されることなく下流へ排出されるNOxは次第に増加していき、NOxセンサ10で検出されるNOx濃度βは高くなっていくことになる。したがって、NOx濃度βを評価することによりNOx触媒6Aの浄化効率の低下を判定することができるのである。
【0023】
NOx 濃度βの評価にあたっては、まず、NOx 濃度βの補正を行なうようになっている。つまり、NOX センサ10は、その個体バラツキにより又は経時変化により検出精度に少なからず誤差が生じることがあり、NOX センサ10が検出するNOX 濃度βにも、その検出誤差分のNOX 濃度β0 を含んでいる。そこで、この検出誤差分のNOX 濃度β0 をあらかじめ把握して補正する必要があるが、ここでは、NOX 放出量がほぼ0となるような運転状態のときにNOX 濃度β0 を求めている。例えば、NOX 放出のための追加燃料噴射制御直後において、モードがストイキオフィードバック運転になっており、かつアイドル時の低負荷低回転運転状態において検出したNOX 濃度を、検出誤差分のNOX 濃度(NOX センサ補正量)β0 とし、判定手段21内の記憶手段に記憶するようになっている。
【0024】
つまり、低負荷低回転でのストイキオフィードバック運転時においてNOX 触媒6Aが完全に機能している場合は、NOX 濃度は実質的にゼロとなるので、NOX センサ10が正常であれば(出力値に誤差がなければ)、NOX センサ10が検出するNOX 濃度もゼロとなるはずである。したがって、このときNOX センサ10が一定のNOX 濃度β0 を検出していれば、これが検出誤差分のNOX 濃度、すなわち、NOX センサ補正量β0 となるのである。そして、このNOX センサ補正量β0 の設定は、設定条件(すなわち、追加燃料噴射制御直後,ストイキオフィードバックモード,低負荷低回転状態)が整う度に行なわれ、判定手段21内の記憶手段における記憶が更新されるようになっている。
【0025】
こうして、NOX センサ補正量β0 によってNOX センサ10が検出するNOX 濃度βを補正することにより、NOX センサ10の個体バラツキが補償され、さらに、NOX センサ補正量β0 の設定は設定条件が整う度に行なわれるので、検出したNOX 濃度βから経時変化の影響も排除されるようになるのである。
このようにして設定されたNOX センサ補正量β0 により、検出されたNOX 濃度βを補正(減算)することにより、真のNOX 濃度(補正済NOX 濃度)γ(γ=β−β0 )を算出するようになっているのである。
【0026】
そして、この補正済NOX 濃度(以下、単にNOX 濃度という)γは、吸気リーンモードや圧縮リーンモード等のリーン運転時においてNOX 触媒6Aの下流で検出されるNOX 濃度であり、NOX 触媒6Aの浄化効率が低下するに従い、すなわち、NOX 吸蔵量が飽和状態に近づくに従い増大していく。そこで、このNOX 濃度γをNOX 触媒6Aの浄化効率が許容レベルを下回った時のNOX 濃度に対応する所定の開始判定濃度γ1 と比較して、γ1 ≦γならばNOX 触媒6Aの浄化効率が許容レベルを下回ったと判定することができる。
【0027】
そして、判定手段21は、NOX 触媒6Aの浄化効率が許容レベルを下回ったと判定された場合、NOx触媒6AからNOxを放出還元するための追加の燃料噴射を行なう必要があると判定し、追加燃料噴射の開始信号を追加燃料噴射制御手段27に出力するようになっている。追加燃料噴射制御手段27では、開始信号の入力により図示しないインジェクタドライバを通じてインジェクタ8を駆動し、空燃比が理論空燃比よりもやや小さく(例えば約13)なるように追加燃料噴射を行なうようになっている。
【0028】
一方、追加燃料噴射制御の終了時期の判定は、NOx センサ10の出力と、エンジン回転数センサ13,有効圧力演算手段28からの情報とに基づいて、追加燃料噴射を行なっている期間に得られるNOx 濃度βを評価することにより行なうようになっている。
つまり、図3に示すように、判定手段21では、追加燃料噴射制御手段27に追加燃料噴射の開始信号を出力すると同時に、タイマ12のカウントを開始し(時点t0 )、所定時間tt01経過した時点(時点t1 )から、NOx センサ10から入力されるNOx 濃度βの評価を行なう。ただし、開始時期の判定時と同様に、NOX 濃度βをNOX センサ補正量β0 によって補正し、NOX センサ10の個体バラツキや経時変化の影響を排除して真のNOX 濃度γ(γ=β−β0 )を算出するようになっている。
【0029】
ここで得られるNOX 濃度γは、NOX 放出のための追加燃料噴射制御時においてNOX 触媒6Aの下流で検出されるNOX 濃度であり、このNOX 濃度はNOX 触媒6AからのNOX 放出状態を示している。すなわち、NOX 触媒6AからのNOX の放出が進むにつれNOX 触媒6Aに吸蔵されていたNOX が少なくなり、NOX 触媒6Aの下流で検出されるNOX 濃度は次第に減少していく。そこで、このNOX 濃度γをNOX 放出完了時のNOX 濃度に対応する終了判定濃度(所定状態)γ2 (γ2 ≦γ1 )と比較して、γ≦γ2 ならばNOX 触媒6AからのNOX 放出が完了したと判定することができる。
【0030】
終了判定濃度γ2 は、排ガス速度,触媒反応速度,センサ応答遅れ等の影響による応答遅れを考慮して決定する。すなわち、これらの応答遅れによるタイムラグにより、NOx センサ10でNOx 放出完了を判定して追加燃料噴射を終了しても、しばらくはNOx 触媒6AはNOx 放出が完了しているにもかかわらず、リッチ雰囲気状態が続くことになり、余分な燃料噴射により燃費悪化につながるとともに、CO,HCが排出され排ガス悪化につながる。そこで、終了判定濃度γ2 は、応答遅れの分早めに追加燃料噴射を終えるよう真の終了判定濃度よりやや高めに設定するのである。
【0031】
また、NOX 濃度γには、NOX 触媒6Aに吸蔵されていたNOX の他、追加燃料噴射制御中にNOX 触媒6Aに流入するNOX の影響も含まれているため、その影響も考慮して終了判定濃度γ2 を決定する。すなわち、流入NOX の分だけ終了判定濃度γ2 を真の終了判定濃度よりやや高めに設定するのである。また、上記の各影響を個々に考慮するのではなく、有効圧力演算手段28から入力される有効圧力(負荷情報)Peと、回転数センサ13から入力されるエンジン回転数Neとで定まるマップに基づいて終了判定濃度γ2 を設定するようにしてもよい。
【0032】
なお、上述の時間tt01は、NOX 濃度βの振動に起因する追加燃料噴射制御開始直後の誤判定を防止するための余裕時間である。つまり、前述した排ガス速度,触媒反応速度,センサ応答遅れ等の影響による応答遅れのためECUからの信号により追加燃料噴射を開始しても、NOX センサ10により検出されるNOX 濃度はすぐには変化せず、また、NOX センサ10により検出されるNOX 濃度βは滑らかに変化するのではなく多少の振動を伴っており、また、終了判定濃度γ2 と開始判定濃度γ1 との差は運転領域によっては小さい場合もあるため、追加燃料噴射制御開始直後にはNOX 濃度γ(γ=β−β0 )が終了判定濃度γ2 以下となってしまう場合もあるからである。
【0033】
したがって、時間tt01としては、誤判定が防止できる程度にNOX 濃度βが上昇するまでの時間を確保する必要があり、排ガス速度,触媒反応速度,センサ応答遅れ等による応答遅れを考慮して決定する。また、有効圧力演算手段28から入力される有効圧力(負荷情報)Peと、回転数センサ13から入力されるエンジン回転数Neとで定まるマップに基づいて決定してもよい。
【0034】
このように、追加燃料噴射制御の開始から所定時間(時間tt01)経過後のNOX 濃度βを適宜評価することにより、NOX 触媒6AからのNOX 放出が完了したか否か判定することができる。そして、NOX 触媒6AからのNOX 放出が完了したと判定したとき、すなわち、補正したNOX 触媒γが終了判定濃度γ2 以下となったとき、判定手段21は、追加燃料噴射制御手段27に追加燃料噴射の終了信号を出力するようになっている。追加燃料噴射制御手段27では、終了信号の入力によりインジェクタ8の駆動を停止するようになっている。
【0035】
これにより、エンジンの運転状態は通常の吸気リーンモード或いは圧縮リーンモード等のリーンモードとなり、排気空燃比は再び酸素過剰雰囲気へと変更され、NOX 触媒6AでのNOX の吸蔵が再開されるようになっている。
本発明の一実施形態にかかる内燃機関は、上述のように構成されているので、例えば図4のフローチャートに示すようにしてNOx 触媒6Aに吸蔵されたNOx 放出のための追加燃料噴射制御が行なわれる。
【0036】
まず、判定手段21では、NOX センサ10で検出されるNOx 触媒6A下流のNOX 濃度βを検出し、NOX センサ補正量β0 により補正した補正済みNOX 濃度γと所定の開始判定濃度γ1 とを比較する(ステップS10)。
そして、NOX 濃度γが開始判定濃度γ1 以上となったとき、NOX 触媒6Aの浄化効率が許容レベルを下回ったと判断し、NOx 触媒6AからNOx の放出が必要と判定する。追加燃料噴射制御手段27では、この判定に基づきNOx 触媒6AからNOx を放出させるための追加燃料噴射制御を行ない、トータルの空燃比が理論空燃比よりもやや小さく(例えば約13)なるように追加燃料を噴射し、NOx 触媒6Aの周囲雰囲気が酸素濃度低下雰囲気となるようにする。これにより、NOx 触媒6Aでは、吸蔵したNOx の放出を開始する(ステップS20)。
【0037】
追加燃料噴射の開始から所定時間tt01経過後(ステップS30)、判定手段21では、次に、補正済みNOX 濃度γと終了判定濃度γ2 とを比較する。ただし、終了判定濃度γ2 は、排ガス速度,触媒反応速度,センサ応答遅れ等の影響による応答遅れ及び追加燃料噴射制御中にNOX 触媒6Aに流入するNOX の影響を考慮して決定する(ステップS40)。
【0038】
そして、NOX 濃度γが終了判定濃度γ2 以下となったとき、判定手段21は、NOX 触媒6AからのNOX 放出が完了したと判定する。追加燃料噴射制御手段27では、この判定に基づき追加燃料噴射制御を終了し、エンジンの運転状態が圧縮リーンモードまたは吸気リーンモードである場合には、NOX 触媒6Aの周囲雰囲気を再び酸素過剰雰囲気へと変更する。これにより、NOx 触媒6Aでは、再びNOx の吸蔵を開始する(ステップS50)。
【0039】
このように、本内燃機関によれば、追加燃料噴射の終了時期の判定をNOx センサ10が検出するNOx 濃度βに基づき行なうようになっているので、NOx 触媒6AからのNOx 放出が完了したか否かを正確に判定することができ、これにより、NOx 触媒6AのNOx 放出特性の変化に関わらず、無駄な追加燃料噴射による燃費悪化を招くことなく確実にNOx 触媒6Aに吸蔵されたNOx を放出還元することが可能となる。
【0040】
また、本実施例では、追加燃料の噴射開始時期の判定もNOx センサ10が検出するNOx 濃度βに基づき行なうようにしているが、この場合は、NOx 触媒の浄化効率の低下状態を正確に判定することができ、さらなるNOx 放出量の低減と燃費の悪化防止とが可能となる。
そして、このように追加燃料噴射期間を必要最小限に設定することにより、過剰な追加の燃料噴射が回避され、燃費の向上が可能となる。また、NOx を確実に放出還元することができるので、常に正確にNOx 排出量を低減でき、その結果としてリーン運転領域を拡大できるので、さらなる燃費の向上が可能となる。
【0041】
なお、本実施形態では、追加燃料噴射の終了時期の判定において、NOX 濃度β中に含まれるNOX 触媒6Aに流入するNOX 濃度を考慮して終了判定濃度γ2 を決定するようになっているが、NOX 濃度βを補正する際にこの流入分のNOX 濃度を考慮するようにしてもよい。すなわち、NOX センサ10で検出されたNOX 濃度βから、個体差や経時変化に対する補正量β0 と流入NOX に対する補正量β1 とを減算し、真のNOX 濃度γ(γ=β−β0 −β1 )を算出するようにするのである。
【0042】
この流入NOX に対する補正量β1 は、例えば、有効圧力演算手段28から入力される有効圧力(負荷情報)Peと、回転数センサ13から入力されるエンジン回転数Neとで定まるマップに基づいて決定してもよい。もちろん、NOX 触媒6Aの直上流側にもNOX センサを設置し、この上流側のNOX センサによりNOX 触媒6Aに流入するNOX 濃度を検出して決定するようにしてもよく、この場合はより正確な判定が可能となる。
【0043】
また、本実施形態では、NOx センサ10により排ガス中のNOx 濃度を検出し、検出したNOx 濃度に基づき追加燃料噴射制御の終了判定、すなわち、NOx 触媒6AからのNOx 放出の完了判定を行なっているが、触媒によっては酸素濃度低下雰囲気でNOx 触媒から放出されたNOx の一部が触媒上での反応によりNH3 となる場合がある。このNH3 は元来NOx 触媒に吸蔵されていたNOx が変化したものであるので、NH3 濃度も検出してNOx 放出完了判定に利用することもできる。
【0044】
その場合、一般にNOx センサの多くのものはNOx 濃度に加えNH3 濃度も検出することができるので、このようなNOx センサの場合は、両者の合計として出力されるNOx センサ出力値をもとにNOx 放出完了判定を行なうようにしてもよい。逆に、NOx センサがNOx 濃度のみを検出するものである場合は、新たにNH3 センサを設けて排ガス中のNH3 濃度を検出し、NOx センサ出力値とNH3 センサ出力値との双方により判定を行なうようにしてもよい。また、NH3 センサのみにより判定を行なうようにしてもよい。
【0045】
また、本実施形態では、リーン運転が連続した場合にNOx の吸蔵によりNOx 触媒のNOx 浄化効率が低下したらリッチ化(すなわち、酸素濃度低下雰囲気にすること)を行ない、NOx の放出が完了したら再びリーン運転状態に戻す場合について説明しているが、ドライバのアクセル操作等による加速等でリーン運転からストイキオ運転に切り換わるときに一時的にリッチ化を行なってNOx を放出する場合にも、本手法を用いてNOx 放出完了を判定し、それによってリッチ化を終了しストイキオ運転に戻すようにしてもよい。
【0046】
そして、本実施形態では、希薄燃焼内燃機関のひとつである筒内噴射エンジンの場合について説明してきたが、本発明の内燃機関はこの筒内噴射エンジンに限られるものではなく、希薄燃焼可能な内燃機関であれば広く適用しうるものである。
【0047】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の内燃機関によれば、NOx 触媒のNOx 放出特性の変化に関わらず、無駄な燃料噴射による燃費悪化を招くことなく確実にNOx 触媒に吸蔵されたNOx を放出又は還元することが可能となる。そして、酸素濃度低下雰囲気期間を必要最小限にすることにより、リーン運転領域の拡大によるさらなる燃費の向上が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態にかかる内燃機関の追加燃料噴射制御の制御系の要部構成を模式的に示すブロック図である。
【図2】本発明の一実施形態にかかる内燃機関の構成を示す模式図であり、(a)は全体の構成図、(b)は(a)の触媒の設置位置の変形例を示す要部模式図である。
【図3】NOx 触媒からのNOx 放出のための追加燃料の噴射開始及び終了のタイミングを説明するための図である。
【図4】本発明の一実施形態にかかる内燃機関の追加燃料噴射制御の流れを示すフローチャートである。
【符号の説明】
3 排気通路
6 排気浄化装置
6A NOx 触媒
6B 三元触媒
6C 三元触媒(フロント触媒)
8 インジェクション(燃料噴射弁)
10 NOx センサ(状態検出手段)
20 ECU
21 判定手段
23 雰囲気変更手段
25 燃料噴射制御手段
27 追加燃料噴射制御手段
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an internal combustion engine provided with a NOx catalyst, and more particularly, to an internal combustion engine capable of releasing or reducing NOx stored in the NOx catalyst.
[0002]
[Prior art]
Currently, NOx catalysts that can purify NOx even in an oxygen-excess atmosphere in which oxygen in the exhaust gas becomes excessive have been developed. In an internal combustion engine capable of lean combustion, this NOx catalyst is provided to purify NOx during lean combustion. I am doing so.
As one of the NOx catalysts, a storage-type NOx catalyst (hereinafter simply referred to as NOx catalyst) that purifies NOx in exhaust gas by storing NOx on the catalyst has been developed. The NOx catalyst oxidizes NOx in the exhaust gas to generate nitrate in an oxygen-excess atmosphere, and stores NOx in this manner, while the NOx catalyst stores NOx in the exhaust gas and CO in the exhaust gas. It reacts to produce carbonate, thereby releasing and decomposing NOx. Of course, the NOx storage amount of the NOx catalyst has a limit. Therefore, before the NOx occlusion amount exceeds the limit, the exhaust air-fuel ratio is made rich so that the atmosphere surrounding the NOx catalyst is reduced to an oxygen concentration-reducing atmosphere, and NOx occluded on the catalyst is released.
[0003]
As such a technique, there is one disclosed in JP-A-7-166851. In this technique, a NOx sensor is provided downstream of the NOx catalyst, and a decrease in the purification efficiency of the NOx catalyst is detected based on the output of the NOx sensor in an oxygen-excess atmosphere. When the purification efficiency of the NOx catalyst is reduced, the NOx occluded in the NOx catalyst is released by setting the atmosphere in which the oxygen concentration is lowered for a predetermined time, and the NOx occlusion performance by the NOx catalyst is ensured again during lean combustion operation. The function of purifying NOx in exhaust gas is maintained.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the NOx release characteristics of the NOx catalyst include changes in operating conditions such as A / F (air-fuel ratio), exhaust temperature, S / V (ratio of combustion chamber total surface area to combustion chamber volume), and deterioration of the catalyst itself. It changes by etc. Therefore, as in the above-described prior art, there is a problem that it is impossible to cope with the change in the NOx release characteristics when the time for the oxygen concentration lowering atmosphere is fixed at a preset time.
[0005]
In other words, if the time for the oxygen concentration lowering atmosphere does not correspond to the NOx release characteristics of the NOx catalyst and is insufficient, the NOx catalyst is not completely released, so the purification efficiency of the NOx catalyst is reduced and NOx into the atmosphere is reduced. The amount of emissions will increase. On the other hand, if the time for setting the atmosphere for reducing the oxygen concentration is excessive, useless fuel injection is performed, resulting in deterioration of fuel consumption.
[0006]
The present invention was devised in view of such a problem, and it was made possible to release and reduce NOx occluded in the NOx catalyst without causing deterioration in fuel consumption, regardless of changes in the NOx release characteristics of the NOx catalyst. An object of the present invention is to provide an internal combustion engine.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
  For this reason, in the internal combustion engine of the present invention, NOx occluded in the NOx catalyst provided in the exhaust passage of the internal combustion engine is released or reduced by setting the exhaust air-fuel ratio to an atmosphere with reduced oxygen concentration. NOx release state detected by state detection means provided downstream(NOx concentration β) is the NOx concentration β in the operating state in which the NOx release amount stored in advance is substantially zero. 0 Corrected NOx concentration γ (= β−β) 0 )When, Judgment concentration γ 2 Based on the comparison result, the exhaust air / fuel ratio is changed from the oxygen concentration lowering atmosphere to the oxygen excess atmosphere by the atmosphere changing means.
In another internal combustion engine according to the present invention, the NOx occluded in the NOx catalyst provided in the exhaust passage of the internal combustion engine is released or reduced by setting the exhaust air-fuel ratio to an atmosphere with a reduced oxygen concentration. The NOx release state (NOx concentration β) detected by the state detection means provided downstream of the catalyst is replaced with the NOx concentration β in the operation state in which the NOx release amount stored in advance is substantially zero. 0 And the NOx concentration β that flows into the NOx catalyst 1 Corrected NOx concentration γ (= β−β 0 1 ) And determination density γ 2 Based on the comparison result, the exhaust air / fuel ratio is changed from the oxygen concentration lowering atmosphere to the oxygen excess atmosphere by the atmosphere changing means.
Further, the NOx concentration β in the operation state where the NOx release amount is almost zero. 0 Is preferably updated every time the set condition that the stoichiometric feedback mode is entered and the low load and low rotation state is established immediately after the additional fuel injection control is satisfied.
[0008]
As a result, the NOx release operation can be performed without excess or deficiency in accordance with the change in the NOx release characteristics of the NOx catalyst, and the NOx stored in the NOx catalyst can be reliably released or reduced without causing deterioration in fuel consumption. .
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
First, the outline of the configuration of an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention will be described. As shown in FIG. 2A, the internal combustion engine is a four-cycle engine, is a spark ignition type, and burns. This is configured as a cylinder injection type internal combustion engine (cylinder injection engine) that directly injects fuel into the room.
[0010]
An intake passage 2 and an exhaust passage 3 are connected to the combustion chamber 1 so as to communicate with each other. The intake passage 2 and the combustion chamber 1 are controlled to communicate with each other by an intake valve 4, and the exhaust passage 3 and the combustion chamber 1 are connected. The communication is controlled by the exhaust valve 5.
The intake passage 2 is provided with an air cleaner and a throttle valve (not shown), and the exhaust passage 3 is provided with an exhaust purification device 6 and a muffler (silencer) not shown. In addition, 9 is a high temperature sensor and 10 is a NOx sensor.
[0011]
An ignition plug 7 is provided at the upper center of the combustion chamber 1, and an injector 8 is provided at the upper side edge of the combustion chamber 1. This injector (fuel injection valve) 8 is arranged so that its opening faces the combustion chamber 1.
With such a configuration, air sucked in according to the opening of a throttle valve (not shown) is sucked into the combustion chamber 1 by opening the intake valve 4 and is injected based on a signal from an electronic control unit (ECU) 20. 8 is mixed with the fuel directly injected. Then, it is burned by ignition at an appropriate timing of the spark plug 7 to generate engine torque, and then exhausted from the combustion chamber 1 to the exhaust passage 3 as exhaust gas, and the exhaust purification device 6 emits CO, HC, NOxAfter these three harmful components are purified, they are silenced by a muffler and desorbed to the atmosphere side.
[0012]
The exhaust purification device 6 is a storage type NO.xCatalyst (hereinafter simply NOx6A) and two three-way catalysts 6B and 6C. That is, when the air-fuel ratio is lean, the exhaust gas contains almost no CO or HC, while NO.xIn the case of an oxygen-excess atmosphere, the concentration increases rapidly, but NO with a three-way catalystxBecause this cannot be purified, this NOxFor NO functioning in an oxygen-rich atmospherexIt is occluded by the catalyst 6A, and under the stoichiometric air-fuel ratio, the three-way functions of the three-way catalysts 6B and 6C make CO, HC, NO in exhaust gasxIt is to purify.
[0013]
One of the three-way catalysts 6C is NOxIt arrange | positions upstream from the catalyst 6A and functions as a front catalyst. The front catalyst receives a higher temperature exhaust gas when the engine starts cold, and is activated early to purify exhaust gas components such as HC. Note that the arrangement of the three-way catalyst 6C is NO, as shown in FIG.xThe catalyst 6A and the three-way catalyst 6B may be arranged close to the engine main body, and as shown in FIG.xThe catalyst 6A and the three-way catalyst 6B may be arranged side by side.
[0014]
The three-way catalyst 6B is NOxIt may be integrated with the catalyst 6A. That is, NOxThe catalyst 6A may have a three-way function. In this case, NOxThe sensor 10 is disposed downstream of the integrated catalyst.
By the way, NOxCatalyst 6A is NOxNO will no longer be occluded until it reaches saturation and continues to occludexWill be released into the atmosphere. So NOxWhen the catalyst 6A reaches saturation, the stored NOxNeeds to be released once, but this NOxRelease of NOxNO stored by making the ambient atmosphere of the catalyst 6A into an oxygen concentration decreasing atmosphere (reducing atmosphere)xNO2Further, NO is supplied by supplying HC and CO (reducing agent).2Reduced to N2It is supposed to be done by discharging as.
[0015]
Here, NO in this internal combustion enginexNO from catalyst 6AxThis will be described in more detail.
In a cylinder injection engine such as the present internal combustion engine, as a mode of fuel injection, a late injection mode (compression lean) in which fuel injection is performed during a compression stroke in order to realize the lean operation by the above-described stratified super lean combustion and improve fuel efficiency. Mode) and lean operation by premixed combustion, to achieve fuel injection during the intake stroke in order to obtain a slow acceleration output (intake lean mode) and stoichiometric operation by premixed combustion, A stoichiometric mode that injects fuel during the intake stroke to improve the output compared to the previous injection mode and an enrichment mode that realizes rich operation by premixed combustion and improves output over the stoichiometric operation mode are provided. And can be switched according to the operating state of the engine.
[0016]
And under each lean operation as mentioned above, NOxSince the atmosphere around the catalyst 6A is in an oxygen-excess atmosphere, NOxThe catalyst 6A has NO generated by lean combustion.xNOx occluded in this way is released and reduced in an atmosphere with a reduced oxygen concentration.xIn order to release NOx occluded in the catalyst 6A, an atmosphere changing means 23 for making the exhaust passage an atmosphere having a reduced oxygen concentration is provided. The atmosphere changing means 23 is configured to create an oxygen concentration lowering atmosphere using fuel injection control.
[0017]
That is, the ECU 20 of the internal combustion engine is provided with mode selection means 24 and fuel injection control means 25 as shown in the functional block diagram of FIG.
The mode selection means 24 selects one of the above modes according to the engine speed Ne and the average effective pressure Pe.
Further, the fuel injection control means 25 includes a normal fuel injection control means 26 for injecting fuel to perform normal combustion for obtaining engine output, and an additional fuel injection control means 27 for creating an atmosphere with a reduced oxygen concentration. It is provided.
[0018]
The normal fuel injection control means 26 selects a fuel injection control map corresponding to the mode set by the mode selection means 24, and uses the selected fuel injection control map to set the engine speed Ne and the average effective pressure Pe. Accordingly, a fuel injection amount and injection timing for performing normal combustion (that is, fuel injection end timing and fuel injection start timing) are set.
[0019]
Note that detection information (or calculation information) of the engine speed sensor 13 is used for the engine speed Ne, and calculation information of the effective pressure calculation means 28 is used for the average effective pressure Pe. In this effective pressure calculation means 28, the engine speed Ne and the accelerator opening θ detected by the accelerator position sensor (APS) 14 (if the throttle opening always corresponds to the accelerator opening, the throttle opening instead of the accelerator opening is used. The average effective pressure Pe is calculated from each information of the opening degree).
[0020]
The additional fuel injection control means 27 controls additional fuel injection (rich spike) performed for NOx release reduction from the NOx catalyst 6A. This additional fuel injection is performed within the expansion stroke of each cylinder (preferably the timing close to the end of the expansion stroke is preferable) in consideration of securing HC and CO in the exhaust gas and the influence on the engine output torque. I am doing so. As a result, the total air-fuel ratio (total A / F) of the normal fuel injection (main injection) and the additional fuel injection is made rich. Further, as a method of making the atmosphere around the NOx catalyst 6A the oxygen concentration lowering atmosphere, a method of enriching the air-fuel ratio only by normal fuel injection without using additional fuel injection may be used. Since the engine output fluctuates, it is necessary to perform processing that suppresses fluctuations in the engine output by ignition timing control, intake air amount control, and the like.
[0021]
The atmosphere changing means 23 has a function of making the surroundings of the NOx catalyst 6A into an oxygen concentration reducing atmosphere (reducing atmosphere) by such additional fuel injection. The additional fuel injection control means 27 and the additional fuel injection control means 27, an injector (fuel injection valve) 8 that is driven through an injector driver (not shown) to perform additional fuel injection.
[0022]
And this additional fuel injection is performed based on the determination of the determination means 21, and the determination means 21 determines the start time and end time of additional fuel injection control.
First, the determination of the start time is performed by evaluating the NOx concentration β detected by the NOx sensor 10 corresponding to the state detecting means provided on the downstream side of the NOx catalyst 6A, that is, the NOx release state from the NOx catalyst 6A. To do. That is, when an operation in the lean mode such as the intake lean mode or the compression lean mode is performed, the NOx catalyst 6A becomes an oxygen-excess atmosphere in the vicinity of the NOx catalyst 6A, and NOx is occluded in the NOx catalyst 6A. Efficiency will gradually decline. As a result, the NOx discharged downstream without being stored in the NOx catalyst 6A gradually increases, and the NOx concentration β detected by the NOx sensor 10 becomes higher. Therefore, a decrease in the purification efficiency of the NOx catalyst 6A can be determined by evaluating the NOx concentration β.
[0023]
In evaluating the NOx concentration β, first, the NOx concentration β is corrected. In other words, NOXThe sensor 10 may have an error in detection accuracy due to individual variations or changes over time.XNO detected by sensor 10XThe concentration β also includes NO corresponding to the detection error.XConcentration β0Is included. Therefore, NO for this detection errorXConcentration β0Needs to be determined and corrected in advance.XNO when operating with almost zero releaseXConcentration β0Seeking. For example, NOXImmediately after the additional fuel injection control for releasing, the mode is the stoichiometric feedback operation, and the NO detected in the low load low rotation operation state during idlingXConcentration is detected as NOXConcentration (NOXSensor correction amount) β0And stored in the storage means in the determination means 21.
[0024]
In other words, during stoichiometric feedback operation at low load and low rotation, NOXIf the catalyst 6A is fully functional, NOXSince the concentration is essentially zero, NOXIf the sensor 10 is normal (if there is no error in the output value), NOXNO detected by sensor 10XThe concentration should also be zero. Therefore, at this time NOXSensor 10 is constant NOXConcentration β0If this is detected, this is NO for the detection error.XConcentration, ie NOXSensor correction amount β0It becomes. And this NOXSensor correction amount β0Is set every time the setting condition (that is, immediately after the additional fuel injection control, stoichiometric feedback mode, low load and low rotation state) is established, and the storage in the storage means in the determination means 21 is updated. Yes.
[0025]
Thus, NOXSensor correction amount β0By NOXNO detected by sensor 10XBy correcting the concentration β, NOXIndividual variation of the sensor 10 is compensated, and further NOXSensor correction amount β0Is set every time the setting conditions are met, so the detected NOXThe influence of the change with time is also eliminated from the concentration β.
NO set in this wayXSensor correction amount β0Detected NOXTrue NO by correcting (subtracting) the concentration βXConcentration (corrected NOXConcentration) γ (γ = β-β0) Is calculated.
[0026]
And this corrected NOXConcentration (hereinafter simply NOXΓ) is the NO during lean operation such as intake lean mode and compression lean mode.XNO detected downstream of catalyst 6AXConcentration, NOXAs the purification efficiency of the catalyst 6A decreases, that is, NO.XThe amount of occlusion increases as it approaches saturation. So this NOXConcentration γ is NOXNO when the purification efficiency of the catalyst 6A falls below the allowable levelXPredetermined start determination concentration γ corresponding to the concentration1Compared to γ1≦ γ if NOXIt can be determined that the purification efficiency of the catalyst 6A has fallen below the allowable level.
[0027]
And the determination means 21 is NOXWhen it is determined that the purification efficiency of the catalyst 6A has fallen below the allowable level, it is determined that it is necessary to perform additional fuel injection for releasing and reducing NOx from the NOx catalyst 6A, and an additional fuel injection start signal is transmitted. It outputs to the control means 27. The additional fuel injection control means 27 drives the injector 8 through an injector driver (not shown) in response to the input of the start signal, and performs additional fuel injection so that the air-fuel ratio is slightly smaller than the theoretical air-fuel ratio (for example, about 13). ing.
[0028]
On the other hand, the determination of the end time of the additional fuel injection control is obtained during the period during which the additional fuel injection is performed based on the output from the NOx sensor 10 and the information from the engine speed sensor 13 and the effective pressure calculation means 28. This is done by evaluating the NOx concentration β.
That is, as shown in FIG. 3, the determination means 21 outputs a start signal for additional fuel injection to the additional fuel injection control means 27 and simultaneously starts counting of the timer 12 (time t0), Predetermined time tt01Elapsed time (time t1), The NOx concentration β input from the NOx sensor 10 is evaluated. However, as with the start time determination, NOXConcentration β is NOXSensor correction amount β0Corrected by NOXTrue NO by eliminating the effect of individual variations in sensor 10 and changes over timeXConcentration γ (γ = β-β0) Is calculated.
[0029]
NO obtained hereXThe concentration γ is NOXNO during additional fuel injection control for releaseXNO detected downstream of catalyst 6AXConcentration, this NOXConcentration is NOXNO from catalyst 6AXThe release state is shown. That is, NOXNO from catalyst 6AXNO as the release of NO progressesXNO stored in catalyst 6AXNO, NOXNO detected downstream of catalyst 6AXConcentration gradually decreases. So this NOXConcentration γ is NOXNO at completion of dischargeXEnd determination concentration corresponding to concentration (predetermined state) γ22≦ γ1) ≦ γ2Then NOXNO from catalyst 6AXIt can be determined that the release is complete.
[0030]
End determination concentration γ2Is determined in consideration of the response delay due to the influence of exhaust gas speed, catalyst reaction speed, sensor response delay, and the like. In other words, due to the time lag due to these response delays, even if the NOx sensor 10 determines the completion of NOx release and terminates the additional fuel injection, the NOx catalyst 6A will have a rich atmosphere despite the NOx release being completed for a while. The state continues, and excessive fuel injection leads to deterioration of fuel consumption, and CO and HC are discharged, leading to deterioration of exhaust gas. Therefore, the end determination concentration γ2Is set slightly higher than the true end determination concentration so as to finish the additional fuel injection earlier than the response delay.
[0031]
NOXFor concentration γ, NOXNO stored in catalyst 6AXIn addition, NO during additional fuel injection controlXNO flowing into the catalyst 6AXThe end determination concentration γ2To decide. That is, inflow NOXEnd determination concentration γ2Is set slightly higher than the true end determination density. Further, instead of considering each of the above effects individually, the map is determined by the effective pressure (load information) Pe input from the effective pressure calculating means 28 and the engine speed Ne input from the rotation speed sensor 13. End determination concentration γ based on2May be set.
[0032]
The above time tt01Is NOXThis is a margin time for preventing erroneous determination immediately after the start of additional fuel injection control due to the vibration of the concentration β. That is, even if additional fuel injection is started by a signal from the ECU because of a response delay due to the influence of the exhaust gas speed, catalyst reaction speed, sensor response delay, etc. described above, NOXNO detected by sensor 10XConcentration does not change immediately and NOXNO detected by sensor 10XThe density β does not change smoothly but involves some vibration, and the end determination density γ2And start determination concentration γ1Since the difference between the two may be small depending on the operation region, NO immediately after the start of additional fuel injection controlXConcentration γ (γ = β-β0) Is the end determination concentration γ2It is because it may become below.
[0033]
Therefore, time tt01As NO to such an extent that erroneous determination can be prevented.XIt is necessary to secure the time until the concentration β increases, and it is determined in consideration of response delay due to exhaust gas speed, catalyst reaction speed, sensor response delay, and the like. Alternatively, it may be determined based on a map determined by the effective pressure (load information) Pe input from the effective pressure calculation means 28 and the engine speed Ne input from the rotation speed sensor 13.
[0034]
Thus, a predetermined time (time tt from the start of additional fuel injection control)01) NO after elapseXBy appropriately evaluating the concentration β, NOXNO from catalyst 6AXIt can be determined whether the release is complete. And NOXNO from catalyst 6AXWhen it is determined that the release is complete, that is, the corrected NOXCatalyst γ is the end determination concentration γ2When it becomes below, the determination means 21 outputs the completion | finish signal of additional fuel injection to the additional fuel injection control means 27. FIG. The additional fuel injection control means 27 stops driving the injector 8 when an end signal is input.
[0035]
As a result, the operating state of the engine becomes a lean mode such as a normal intake lean mode or a compression lean mode, and the exhaust air-fuel ratio is changed again to an oxygen-excess atmosphere, and NOXNO at catalyst 6AXOcclusion is resumed.
Since the internal combustion engine according to one embodiment of the present invention is configured as described above, additional fuel injection control for releasing NOx stored in the NOx catalyst 6A is performed, for example, as shown in the flowchart of FIG. It is.
[0036]
First, in the determination means 21, NOXNOx detected by the sensor 10 NO downstream of the catalyst 6AXDetect concentration β, NOXSensor correction amount β0Corrected NO corrected byXConcentration γ and predetermined start determination concentration γ1Are compared (step S10).
And NOXConcentration γ is start determination concentration γ1NOXIt is determined that the purification efficiency of the catalyst 6A has fallen below an allowable level, and it is determined that NOx must be released from the NOx catalyst 6A. The additional fuel injection control means 27 performs additional fuel injection control for releasing NOx from the NOx catalyst 6A based on this determination, and is added so that the total air-fuel ratio is slightly smaller (for example, about 13) than the stoichiometric air-fuel ratio. The fuel is injected so that the ambient atmosphere of the NOx catalyst 6A becomes an oxygen concentration decreasing atmosphere. As a result, the NOx catalyst 6A starts releasing the stored NOx (step S20).
[0037]
Predetermined time tt from the start of additional fuel injection01After the elapse (step S30), the determination means 21 next corrects NO.XConcentration γ and end determination concentration γ2And compare. However, end determination concentration γ2The response delay due to the effects of exhaust gas speed, catalyst reaction speed, sensor response delay, etc. and NO during additional fuel injection controlXNO flowing into the catalyst 6AXThis is determined in consideration of the influence of (step S40).
[0038]
And NOXConcentration γ is the end determination concentration γ2When it becomes below, judgment means 21 is NOXNO from catalyst 6AXDetermine that release is complete. The additional fuel injection control means 27 ends the additional fuel injection control based on this determination, and if the engine operating state is the compression lean mode or the intake lean mode, NOXThe ambient atmosphere around the catalyst 6A is changed again to an oxygen-excess atmosphere. Thereby, the NOx catalyst 6A starts storing NOx again (step S50).
[0039]
Thus, according to the present internal combustion engine, the end timing of the additional fuel injection is determined based on the NOx concentration β detected by the NOx sensor 10, so that the NOx release from the NOx catalyst 6A is completed. Therefore, it is possible to accurately determine NOx stored in the NOx catalyst 6A without causing deterioration in fuel consumption due to wasteful additional fuel injection, regardless of changes in the NOx release characteristics of the NOx catalyst 6A. Release reduction is possible.
[0040]
In this embodiment, the injection start timing of the additional fuel is also determined based on the NOx concentration β detected by the NOx sensor 10, but in this case, the state of reduction in the purification efficiency of the NOx catalyst is accurately determined. Therefore, it is possible to further reduce the amount of released NOx and prevent deterioration of fuel consumption.
In this way, by setting the additional fuel injection period to the minimum necessary, excessive additional fuel injection is avoided, and fuel efficiency can be improved. In addition, since NOx can be reliably released and reduced, the amount of NOx emission can always be accurately reduced, and as a result, the lean operation range can be expanded, thereby further improving fuel consumption.
[0041]
In the present embodiment, NO is determined in the determination of the end timing of the additional fuel injection.XNO contained in concentration βXNO flowing into the catalyst 6AXEnd determination density γ considering density2Is determined, but NOXWhen correcting the concentration β, this inflowXYou may make it consider a density | concentration. That is, NOXNO detected by sensor 10XCorrection amount β for individual differences and changes over time from concentration β0And inflow NOXCorrection amount for1And subtract true NOXConcentration γ (γ = β-β01) Is calculated.
[0042]
This inflow NOXCorrection amount for1May be determined based on, for example, a map determined by the effective pressure (load information) Pe input from the effective pressure calculating means 28 and the engine speed Ne input from the rotation speed sensor 13. Of course NOXNO on the upstream side of the catalyst 6AXA sensor is installed and this upstream NOXNO by sensorXNO flowing into the catalyst 6AXThe concentration may be detected and determined. In this case, more accurate determination is possible.
[0043]
In this embodiment, the NOx concentration in the exhaust gas is detected by the NOx sensor 10, and the end determination of the additional fuel injection control, that is, the completion determination of NOx release from the NOx catalyst 6A is performed based on the detected NOx concentration. However, depending on the catalyst, a part of the NOx released from the NOx catalyst in an atmosphere with a reduced oxygen concentration may be converted into NH by reaction on the catalyst.ThreeIt may become. This NHThreeIs a change in the NOx originally stored in the NOx catalyst.ThreeThe concentration can also be detected and used to determine NOx release completion.
[0044]
In that case, in general, many of the NOx sensors are NH in addition to the NOx concentration.ThreeSince the concentration can also be detected, in the case of such a NOx sensor, the NOx release completion determination may be performed based on the NOx sensor output value output as the sum of both. Conversely, if the NOx sensor detects only the NOx concentration, a new NHThreeNH in exhaust gas by providing a sensorThreeConcentration is detected, NOx sensor output value and NHThreeThe determination may be made based on both the sensor output value. NHThreeThe determination may be made only by the sensor.
[0045]
In the present embodiment, when the lean operation is continued, the NOx purification efficiency of the NOx catalyst is reduced due to NOx occlusion, so that enrichment is performed (that is, the atmosphere is reduced in oxygen concentration), and again when NOx release is completed. The case of returning to the lean operation state is explained, but this method is also used when NOx is released by temporarily enriching when switching from lean operation to stoichiometric operation due to acceleration by the driver's accelerator operation etc. May be used to determine the completion of NOx release, thereby end the enrichment and return to the stoichiometric operation.
[0046]
In this embodiment, the case of a cylinder injection engine which is one of the lean combustion internal combustion engines has been described. However, the internal combustion engine of the present invention is not limited to this cylinder injection engine, and an internal combustion engine capable of lean combustion. It can be widely applied to any institution.
[0047]
【The invention's effect】
As described in detail above, according to the internal combustion engine of the present invention, NOx occluded in the NOx catalyst is surely released without causing deterioration of fuel consumption due to wasteful fuel injection, regardless of changes in the NOx release characteristics of the NOx catalyst. Alternatively, it can be reduced. Further, by minimizing the oxygen concentration lowering atmosphere period, it is possible to further improve fuel efficiency by expanding the lean operation region.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram schematically showing a main configuration of a control system for additional fuel injection control of an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention.
2A and 2B are schematic views showing the configuration of an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention, where FIG. 2A is an overall configuration diagram, and FIG. 2B is a diagram showing a modification of the installation position of the catalyst in FIG. FIG.
FIG. 3 is a diagram for explaining the timing of starting and ending injection of additional fuel for releasing NOx from a NOx catalyst.
FIG. 4 is a flowchart showing a flow of additional fuel injection control of the internal combustion engine according to the embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
3 Exhaust passage
6 Exhaust gas purification device
6A NOx catalyst
6B Three-way catalyst
6C Three-way catalyst (front catalyst)
8 Injection (fuel injection valve)
10 NOx sensor (state detection means)
20 ECU
21 judgment means
23 Atmosphere change means
25 Fuel injection control means
27 Additional fuel injection control means

Claims (3)

内燃機関の排気通路内に設けられ、酸素過剰雰囲気にて排ガス中のNOxを吸蔵し、酸素濃度低下雰囲気にて吸蔵されたNOxを放出又は還元するNOx触媒と、
該NOx触媒の下流に設けられ該NOx触媒から放出されるNOx放出状態を示すNOx濃度βを検出する状態検出手段と、
該NOx触媒からNOxを放出する場合、排気空燃比を酸素濃度低下雰囲気とし、その後、該状態検出手段から出力されたNOx濃度βを、予め記憶されたNOx放出量がほぼ0となる運転状態のときのNOx濃度β によって減算補正した補正済NOx濃度γ(=β−β )が、判定濃度γ 以下になったら、該排気空燃比を酸素過剰雰囲気に変更する雰囲気変更手段と
をそなえたことを特徴とする、内燃機関。
A NOx catalyst provided in an exhaust passage of the internal combustion engine, storing NOx in exhaust gas in an oxygen-excess atmosphere, and releasing or reducing NOx stored in an oxygen concentration-reduced atmosphere;
State detecting means provided downstream of the NOx catalyst and detecting a NOx concentration β indicating a NOx release state released from the NOx catalyst;
When NOx is released from the NOx catalyst, the exhaust air-fuel ratio is set to an atmosphere with a reduced oxygen concentration, and then the NOx concentration β output from the state detecting means is changed to an operating state in which the NOx release amount stored in advance is substantially zero. And an atmosphere changing means for changing the exhaust air / fuel ratio to an oxygen-excess atmosphere when the corrected NOx concentration γ (= β−β 0 ) subtracted and corrected by the NOx concentration β 0 at the time becomes equal to or less than the determination concentration γ 2. An internal combustion engine characterized by that.
内燃機関の排気通路内に設けられ、酸素過剰雰囲気にて排ガス中のNOxを吸蔵し、酸素濃度低下雰囲気にて吸蔵されたNOxを放出又は還元するNOx触媒と、
該NOx触媒の下流に設けられ該NOx触媒から放出されるNOx放出状態を示すNOx濃度βを検出する状態検出手段と、
該NOx触媒からNOxを放出する場合、排気空燃比を酸素濃度低下雰囲気とし、その後、該状態検出手段から出力されたNOx濃度βを、予め記憶されたNOx放出量がほぼ0となる運転状態のときのNOx濃度β と、該NOx触媒に流入する分のNOx濃度β とによって減算補正した補正済NOx濃度γ(=β−β −β )が、判定濃度γ 以下になったら、該排気空燃比を酸素過剰雰囲気に変更する雰囲気変更手段と
をそなえたことを特徴とする、内燃機関。
A NOx catalyst provided in an exhaust passage of the internal combustion engine, storing NOx in exhaust gas in an oxygen-excess atmosphere, and releasing or reducing NOx stored in an oxygen concentration-reduced atmosphere;
State detecting means provided downstream of the NOx catalyst and detecting a NOx concentration β indicating a NOx release state released from the NOx catalyst;
When NOx is released from the NOx catalyst, the exhaust air-fuel ratio is set to an atmosphere with a reduced oxygen concentration, and then the NOx concentration β output from the state detecting means is changed to an operating state in which the NOx release amount stored in advance is substantially zero. the NOx concentration beta 0 when, the NOx catalyst corrected NOx concentration obtained by subtracting corrected by the amount of NOx concentration beta 1 flowing into γ (= β-β 0 -β 1) is, when determining the concentration gamma 2 or less since An internal combustion engine comprising: atmosphere changing means for changing the exhaust air-fuel ratio to an oxygen-excess atmosphere.
前記のNOx放出量がほぼ0となる運転状態のときのNOx濃度βThe NOx concentration β in the operating state where the NOx release amount is almost zero. 0 は、追加燃料噴射制御直後にストイキオフィードバックモードとなって低負荷低回転状態であるという設定条件が整う度に更新されるIs updated every time the setting condition that the stoichiometric feedback mode is entered and the low load and low rotation state is established immediately after the additional fuel injection control is established.
ことを特徴とする、請求項1又は2記載の内燃機関。The internal combustion engine according to claim 1 or 2, characterized by the above.
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