JP4158459B2 - Exhaust gas purification device for internal combustion engine - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、NOx吸蔵還元触媒を排気系に備えた内燃機関において、NOx吸蔵量が限界に近づくとリッチスパイク制御を実行する内燃機関の排気浄化装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
内燃機関の排気浄化システムとして成層燃焼あるいはリーン燃焼の実行中に排気中のNOxを吸蔵し理論空燃比あるいは更に高燃料濃度(リッチ)の燃焼が開始されて排気中の酸素濃度が低下すると吸蔵したNOxを放出し還元浄化するNOx吸蔵還元触媒を用いた技術が知られている(特開平7−166851)。このシステムでは、NOx吸蔵還元触媒下流のNOx濃度が増加したことをNOx濃度センサが検出すると、リッチスパイク制御により排気空燃比を一時的にリッチにしてNOx吸蔵還元触媒に吸蔵されたNOxを還元してNOx吸蔵還元触媒を再生している。
【0003】
しかし、このようなシステムでは、NOx吸蔵還元触媒から排出される排気中のNOx濃度が上昇してからリッチスパイク制御を実行してNOx吸蔵還元触媒を再生しているため、リッチスパイク制御の開始が遅く、NOx排出量を抑制するシステムとしては未だ不十分なものである。
【0004】
そこで内燃機関の運転状態に基づいて内燃機関が排出するNOx量を推定し、この推定されたNOx量を積算してNOx吸蔵還元触媒のNOx吸蔵量を推定するシステムが提案されている(特開2001−271697)。このシステムでは前記推定NOx吸蔵量の値が所定値以上となった時にリッチスパイク制御によりNOx吸蔵還元触媒を再生している。このことによりNOx吸蔵還元触媒下流のNOx濃度が上昇する前にNOx吸蔵還元触媒を再生することができる。
【0005】
この所定値は、NOx吸蔵還元触媒下流のNOx濃度が増加し始めるまでのNOx吸蔵量を予め実験等により求め、これに対して一定量の余裕を見込んで決定されている値である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしNOx吸蔵還元触媒は使用により劣化する。例えば熱や硫黄被毒などにより劣化してNOx吸蔵還元触媒のNOx吸蔵能力は低下する。このような劣化が生じると予め設定されている前記所定値では、リッチスパイク制御の開始タイミングが遅れて、NOx排出量を増加させるおそれがある。
【0007】
前記特開2001−271697では、NOx吸蔵還元触媒の下流側に備えたNOxセンサによりNOx吸蔵還元触媒の劣化を判定している。すなわち、リッチスパイク制御を禁止した状態で内燃機関の運転を継続し、NOxセンサにより検出されたNOx濃度が増加判定値以上となると、この時に推定されているNOx吸蔵量のレベルに基づいて劣化有無を判定している。
【0008】
しかしこの開示技術では、劣化が判定された場合には、警報や劣化診断情報をメモリに記憶するのみであり、リッチスパイク制御に対して何らかの対策を実行するものではない。このためでリッチスパイク制御の開始タイミングが適切でなくなったことが判明したとしても、そのままの状態で放置されれば、NOx排出量の増加のおそれがある。
【0009】
又、NOx吸蔵還元触媒は劣化のみでなく、例えば硫黄被毒により劣化していた場合には内燃機関の運転状態によっては劣化状態から回復してNOx吸蔵能力が戻る場合がある。このようにNOx吸蔵能力が増加した場合についても前記特開2001−271697では何らの対策もなされていない。
【0010】
本発明は、NOx吸蔵還元触媒を一時的に通過した排気中のNOxを検出し、この検出結果をリッチスパイク制御に反映させることにより、NOx吸蔵還元触媒からのNOx排出量を増加させることなく長期にわたってNOx吸蔵還元触媒を継続的に使用可能とすることを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
(1)請求項1に記載の発明は、排気に含まれるNOxの吸蔵と吸蔵したNOxの還元とを行うNOx吸蔵還元触媒と、このNOx吸蔵還元触媒を通過した排気中のNOx濃度を検出するNOx検出手段とを備えるとともに、前記NOx吸蔵還元触媒のNOx吸蔵量の推定値がリッチスパイク実行判定値以上である旨判定したことに基づいて、排気中の燃料成分を一時的に増大させて前記NOx吸蔵還元触媒のNOxを還元するリッチスパイク制御を行う内燃機関の排気浄化装置において、前記NOx検出手段の検出結果に基づいて排気中のNOxが前記NOx吸蔵還元触媒を通過しはじめた旨判定したときに、この時点での機関運転履歴に基づいて前記リッチスパイク実行判定値を更新するものであって、前記リッチスパイク制御の実行が可能であることを含む増加更新条件が成立している旨及び、前記NOx検出手段の検出結果に基づいて排気中のNOxが前記NOx吸蔵還元触媒を通過しはじめる状態には至っていない旨判定している期間において、前記リッチスパイク実行判定値を漸増させる態様で更新する実行判定値更新手段を備えることを要旨としている。
【0012】
NOx吸蔵還元触媒に内燃機関からNOxが流れ込むとNOx吸蔵還元触媒のNOx吸蔵量が上昇する。そしてNOx吸蔵量が限界に近づいて、流れ込むNOxをNOx吸蔵還元触媒が十分に吸蔵しきれなくなった時に、NOx吸蔵還元触媒が排出する排気中のNOx濃度は増加し始める。したがってNOx濃度の増加状態がNOx検出手段にて検出されたタイミングは、NOx吸蔵還元触媒が吸蔵能力を越えた状態となった直後であることから、NOx検出手段にてNOx濃度の増加が検出された時点での内燃機関運転の履歴には、NOx吸蔵還元触媒の吸蔵能力が反映されていることになる。
【0013】
このため前記内燃機関運転の履歴に基づいて、リッチスパイク実行判定値更新手段は、リッチスパイク実行判定値を更新する。このことによりNOx吸蔵還元触媒の吸蔵能力が劣化などにより変化していても、NOx吸蔵還元触媒の実際の吸蔵能力に適合したリッチスパイク実行判定値に更新することができる。こうしてリッチスパイク制御の開始タイミングが適切なものとなり、前述したNOx吸蔵還元触媒が排出するNOx濃度増加は一時的なものとなる。したがってNOx吸蔵還元触媒を継続して使用してもNOx排出量を増加させることがなく、長期にわたってNOx吸蔵還元触媒を継続的に使用することができる。
【0014】
一方、リッチスパイク制御とリッチスパイク制御との間にてNOx検出手段にてNOx濃度の増加が検出されない状態は、リッチスパイク実行判定値が適切な場合もあれば、リッチスパイク実行判定値が適切な範囲よりも小さい場合がある。リッチスパイク実行判定値が小さすぎるとリッチスパイク制御の実行頻度が全体的に高まり燃費が悪化するおそれがある。
【0015】
このため、リッチスパイク実行判定値更新手段は、前記増加更新条件下おいて、NOx検出手段にてNOx濃度の増加が検出されなかった場合には、リッチスパイク実行判定値を増加するよう更新する。そしてこのリッチスパイク実行判定値の増加により、リッチスパイク実行判定値が適切な値を超えて大きくなった場合には、リッチスパイク制御を繰り返し実行しているにもかかわらず、リッチスパイク制御とリッチスパイク制御との間でNOx検出手段にてNOx濃度の増加が検出されることになる。このようにNOx濃度の増加が検出されると、リッチスパイク実行判定値更新手段は、前述した内燃機関運転の履歴に基づいてリッチスパイク実行判定値を適切に更新することになる。
【0016】
このことにより適切な範囲にリッチスパイク実行判定値を維持することができるのでNOx吸蔵還元触媒が排出する排気中のNOx濃度は一時的なものとなると共に、リッチスパイク制御実行をより好適な頻度にすることができる。このためNOx吸蔵還元触媒を継続的に使用しても、NOx排出量の増加を確実に防止できるとともに、燃費の増加も抑制できる。
【0017】
(2)請求項2に記載の発明は、排気に含まれるNOxの吸蔵と吸蔵したNOxの還元とを行うNOx吸蔵還元触媒と、このNOx吸蔵還元触媒を通過した排気中のNOx濃度を検出するNOx検出手段とを備えるとともに、前記NOx吸蔵還元触媒のNOx吸蔵量の推定値がリッチスパイク実行判定値以上である旨判定したことに基づいて、排気中の燃料成分を一時的に増大させて前記NOx吸蔵還元触媒のNOxを還元するリッチスパイク制御を行う内燃機関の排気浄化装置において、前記リッチスパイク実行判定値の更新を行うものであって、その態様として、前記NOx検出手段の検出結果に基づいて排気中のNOxが前記NOx吸蔵還元触媒を通過しはじめた旨判定したときに、この時点での機関運転履歴に基づいて前記リッチスパイク実行判定値を更新し、少なくとも次に排気中のNOxが前記NOx吸蔵還元触媒を通過しはじめた旨判定するまでは前記リッチスパイク実行判定値を更新した後の値に維持する第1の態様と、この態様にて更新した後の前記リッチスパイク実行判定値がそのときに前記NOx吸蔵還元触媒が有するNOx吸蔵量の限界値よりも小さいとき、更新した後の前記リッチスパイク実行判定値を漸増させる態様で同実行判定値の更新を継続し、これを通じて前記リッチスパイク実行判定値を前記NOx吸蔵量の限界値よりも大きい値とすることにより前記NOx吸蔵還元触媒の実際のNOx吸蔵量が前記NOx吸蔵量の限界値に達しても前記リッチスパイク制御が実行されない状態を生じさせ、その後に前記NOx検出手段の検出結果に基づいて排気中のNOxが前記NOx吸蔵還元触媒を通過しはじめた旨判定したとき、この時点での機関運転履歴に基づいて前記リッチスパイク実行判定値を更新する第2の態様とを有する実行判定値更新手段を備えることを要旨としている。
【0018】
(3)請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記実行判定値更新手段は、前記リッチスパイク制御の実行が可能であることを含む増加更新条件が成立している旨及び、前記NOx検出手段の検出結果に基づいて排気中のNOxが前記NOx吸蔵還元触媒を通過しはじめる状態には至っていない旨判定していることを条件に、前記漸増させる態様での前記リッチスパイク実行判定値の更新を行うことを要旨としている。
【0019】
(4)請求項4に記載の発明は、請求項1〜3のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記リッチスパイク実行判定値更新手段は、前記NOx検出手段の検出結果であるNOx濃度が濃度増加判定値未満にある状態からこれを上回る状態へ移行したことをもって排気中のNOxが前記NOx吸蔵還元触媒を通過していない状態からこれを通過する状態に至った旨判定するものであることを要旨としている。
【0020】
(5)請求項5に記載の発明は、請求項4に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記リッチスパイク実行判定値更新手段は、前記濃度増加判定値として、排気中のNOxが前記NOx吸蔵還元触媒を通過しはじめたタイミングを前記NOx検出手段により確実に検出することのできる値であって「0」よりも大きく且つ「0」付近の値として予め設定されたものを用いることを要旨としている。
【0021】
(6)請求項6に記載の発明は、請求項1〜5のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記実行判定値更新手段は、前記増加更新条件に機関運転状態がアイドル運転状態にあることを含むことを要旨としている。
【0022】
このことにより内燃機関のアイドル時にリッチスパイク実行判定値を増加することから、内燃機関の排気流量が少ない状態でNOx濃度の検出を実行することになる。このためNOx検出手段にてNOx濃度増加を検出するために、一時的にNOx吸蔵還元触媒からNOxを排出しても、その絶対的な排出量自体も少なくて済むので、環境に対する影響はより少なくなる。
【0023】
(7)請求項7に記載の発明は、排気に含まれるNOxの吸蔵と吸蔵したNOxの還元とを行うNOx吸蔵還元触媒と、このNOx吸蔵還元触媒を通過した排気中のNOx濃度を検出するNOx検出手段とを備えるとともに、前記NOx吸蔵還元触媒のNOx吸蔵量の推定値がリッチスパイク実行判定値以上である旨判定したことに基づいて、排気中の燃料成分を一時的に増大させて前記NOx吸蔵還元触媒のNOxを還元するリッチスパイク制御を行う内燃機関の排気浄化装置において、前記NOx検出手段の検出結果に基づいて排気中のNOxが前記NOx吸蔵還元触媒を通過しはじめた旨判定したときに、この時点での機関運転履歴に基づいて前記リッチスパイク実行判定値を更新するものであって、この更新に際して前記NOx吸蔵還元触媒の吸蔵能力とこれよりも小さい側においてこの吸蔵能力と前記リッチスパイク実行判定値と差である余裕代の大きさを設定し、前記NOx吸蔵還元触媒に対する排気の空間速度が低い側の前記余裕代を前記NOx吸蔵還元触媒に対する排気の空間速度が高い側の前記余裕代よりも大きく設定し、これにより前記排気の空間速度が低い側の前記リッチスパイク実行判定値を前記排気の空間速度が高い側の前記リッチスパイク実行判定値よりも小さい値とする実行判定値更新手段を備えることを要旨としている。
【0024】
リッチスパイク実行判定値更新手段は、内燃機関運転の履歴に基づいてリッチスパイク実行判定値を更新する。このことによりNOx吸蔵還元触媒の吸蔵能力が劣化などにより変化していても、NOx吸蔵還元触媒の実際の吸蔵能力に適合したリッチスパイク実行判定値に更新することができる。こうしてリッチスパイク制御の開始タイミングが適切なものとなり、前述したNOx吸蔵還元触媒が排出するNOx濃度増加は一時的なものとなる。したがってNOx吸蔵還元触媒を継続して使用してもNOx排出量を増加させることがなく、長期にわたってNOx吸蔵還元触媒を継続的に使用することができる。
ここで、空間速度とは単位触媒表面積当たりに供給される排気体積を単位時間当たりで表わしたものである。例えば内燃機関の負荷が高くなればあるいは機関回転数が高くなれば、内燃機関からの排気流量は多くなるので空間速度は高くなり、内燃機関の負荷が低くなればあるいは機関回転数が低くなれば、排気流量は少なくなるので空間速度は低くなる。
【0025】
リッチスパイク実行判定値更新手段は、NOx吸蔵還元触媒の吸蔵能力に対する余裕代を、空間速度が高い側では小さくし、空間速度が低い側では大きくしている。このため排気流量が少ない側ではリッチスパイク実行判定値は小さくされるので、排気流量が多い側よりも高頻度にリッチスパイク制御が実行されることになる。すなわちリッチスパイク制御の実行頻度は排気流量が多い側よりも少ない側に偏ることになる。
空間速度が高い側ではリッチスパイク制御により供給される未燃ガスとしての還元剤がNOx吸蔵還元触媒内にて十分にNOx還元に用いられないまま一部が通過してしまうおそれがあり、燃費損失が大きくなる。しかし、上述のごとくリッチスパイク制御の実行頻度を、空間速度が高い側よりも低い側に偏らせることにより、燃費が悪化し易い側よりも燃費が悪化しにくい側でリッチスパイク制御を実行できる確率が高まるので、燃費悪化を抑制することができる。
【0026】
(8)請求項8に記載の発明は、請求項7に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記実行判定値更新手段は、リッチスパイク禁止実行条件の成立に基づいて前記リッチスパイク制御の実行を禁止し、前記リッチスパイク実行判定値を更新したことに基づいて前記実行の禁止を解除することを要旨としている。
【0027】
リッチスパイク禁止実行条件が満足されるとリッチスパイク制御の実行を禁止することでNOx吸蔵還元触媒の再生が強制的に禁止される。このため、確実にNOx吸蔵還元触媒のNOx吸蔵量を限界に近づけて、NOx吸蔵還元触媒下流のNOx濃度を上昇させることができる。このため確実にNOx検出手段にてNOx濃度の増加が検出されるようになるので、リッチスパイク実行判定値を適切な値に更新する頻度を高めることができる。
そしてリッチスパイク実行判定値が更新されるとリッチスパイク制御の実行を許可するので、以後、リッチスパイク制御の開始タイミングが好適なものとなり、NOx吸蔵還元触媒が排出するNOx濃度増加は一時的なものとなる。したがってNOx吸蔵還元触媒を継続的に使用してもNOx排出量の増加を確実に防止できる。
【0028】
(9)請求項9に記載の発明は、請求項8に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記実行判定値更新手段は、前記リッチスパイク禁止実行条件に機関運転状態がアイドル運転状態にあることを含むことを要旨としている。
【0029】
このことにより内燃機関のアイドル時にリッチスパイク制御実行を禁止することになることから、内燃機関の排気流量が少ない状態でNOx濃度の検出を実行することになる。このためNOx検出手段にてNOx濃度増加を検出するために、一時的にNOx吸蔵還元触媒からNOxを排出しても、その絶対的な排出量自体も少なくて済むので、環境に対する影響はより少なくなる。
【0030】
(10)請求項10に記載の発明は、請求項1〜9のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記実行判定値更新手段は、排気中のNOxが前記NOx吸蔵還元触媒を通過しはじめた旨判定した時点での前記機関運転履歴に基づいて、そのときの前記NOx吸蔵還元触媒によるNOx吸蔵量の推定値を算出し、この算出した推定値に基づいて前記リッチスパイク実行判定値を更新することを要旨としている。
【0031】
NOx吸蔵還元触媒から排出される排気中のNOx濃度が増加し始めた時点でのNOx吸蔵量は、NOx吸蔵還元触媒の実際の吸蔵能力を直接的に反映したNOx吸蔵量である。したがってリッチスパイク実行判定値更新手段は、NOx検出手段にてNOx濃度の増加が検出された時点での内燃機関運転の履歴に基づいて、NOx吸蔵還元触媒から排出される排気中のNOx濃度が増加し始めた時点でのNOx吸蔵量を推定している。そしてこの推定されたNOx吸蔵量に基づいてリッチスパイク実行判定値を更新している。
このことによりNOx吸蔵還元触媒の実際の吸蔵能力に適合したリッチスパイク実行判定値に更新することができるので、リッチスパイク制御の開始タイミングが適切なものとなり、NOx吸蔵還元触媒が排出するNOx濃度増加は一時的なものとなる。このためNOx吸蔵還元触媒を継続して使用してもNOx排出量を増加させることがなく、長期にわたってNOx吸蔵還元触媒を継続的に使用することができる。
【0032】
(11)請求項11に記載の発明は、請求項1〜10のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記実行判定値更新手段は、排気中のNOx流量の変動が少ない機関運転状態のもと、前記リッチスパイク制御が完了した時点から排気中のNOxが前記NOx吸蔵還元触媒を通過しはじめた旨判定した時点までの経過時間を計測し、この計測した経過時間を排気中のNOxが前記NOx吸蔵還元触媒を通過しはじめた旨判定した時点での前記機関運転履歴として用いることを要旨としている。
【0033】
内燃機関の排気中のNOx流量の変動が少ない内燃機関運転状態、例えばアイドル時などやその他の安定した内燃機関運転状態においては、内燃機関運転の履歴としてNOx量を直接的に求めなくても、この運転状態での継続時間がNOx量を反映したものとなる。したがってリッチスパイク実行判定値更新手段は、リッチスパイク制御の完了時点からNOx検出手段にてNOx濃度の増加が検出された時点までの経過時間を計測する。そしてこの経過時間をNOx検出手段にてNOx濃度の増加が検出された時点での内燃機関運転の履歴とし、この経過時間に基づいてリッチスパイク実行判定値を適切に更新することができる。
【0034】
このため経過時間の測定という比較的簡易な処理にて、リッチスパイク制御の開始タイミングを適切なものにすることができるので、排気浄化装置に対する負荷を軽減させることができる。
【0035】
(12)請求項12に記載の発明は、請求項11に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記実行判定値更新手段は、前記計測した経過時間から検出遅延時間を減算し、これにより得られるNOx吸蔵限界時間に基づいて前記リッチスパイク実行判定値を更新することを要旨としている。
【0036】
特にリッチスパイク制御の完了時点からNOx検出手段にてNOx濃度の増加が検出された時点までの経過時間は、実際にNOx吸蔵還元触媒がNOxを吸蔵しきれなくなる時点とは一致しているとは限らない。このためリッチスパイク実行判定値更新手段は、実際にNOx吸蔵還元触媒がNOxを吸蔵しきれなくなる時点における経過時間を得るために、計測された経過時間から検出遅延時間を減算する。このことにより得られたNOx吸蔵限界時間を用いることにより、比較的簡易な処理にて、リッチスパイク制御の開始タイミングがより適切なものとなるので、排気浄化装置に対する負荷を軽減させることができる。
【0037】
(13)請求項13に記載の発明は、請求項12に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記実行判定値更新手段は、機関運転状態に基づいて前記検出遅延時間を設定することを要旨としている。
【0038】
内燃機関の運転状態により、内燃機関から排出されるNOx流量は異なるので、前記検出遅延時間も内燃機関の運転状態に応じて異なる。したがって内燃機関の運転状態に応じて検出遅延時間を設定することにより、内燃機関の運転状態に対応した適切なNOx吸蔵限界時間が得られる。
【0039】
(14)請求項14に記載の発明は、請求項12または13に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記実行判定値更新手段は、前記NOx吸蔵限界時間と排気中のNOx流量とに基づいて前記NOx吸蔵限界時間内において前記NOx吸蔵還元触媒に吸蔵されたNOxの量を算出し、この算出したNOxの量に基づいて前記リッチスパイク実行判定値を更新することを要旨としている。
【0040】
NOx流量は時間当たりのNOx量であることから、NOx吸蔵限界時間と内燃機関の排気中のNOx流量とに基づくことにより、NOx吸蔵限界時間内でのNOx吸蔵量を高精度に求めることができる。そしてこのNOx吸蔵量に基づいてリッチスパイク実行判定値を適切に更新することができる。
【0041】
(15)請求項15に記載の発明は、請求項10に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記実行判定値更新手段は、前記リッチスパイク制御が完了した時点から排気中のNOxが前記NOx吸蔵還元触媒を通過しはじめた旨判定した時点までの排気中のNOx流量状態について、これを排気中のNOxが前記NOx吸蔵還元触媒を通過しはじめた旨判定した時点での前記機関運転履歴として用いることを要旨としている。
【0042】
内燃機関の排気中のNOx流量の変動が大きい内燃機関運転状態であっても、リッチスパイク制御の完了時点からNOx検出手段にてNOx濃度の増加が検出された時点までの内燃機関の排気中のNOx流量状態を履歴とすることにより、該当する期間で内燃機関が排出した総NOx量を得ることができる。したがってリッチスパイク実行判定値更新手段は、このような総NOx量が判明するNOx流量状態を履歴とすることにより、リッチスパイク実行判定値を適切に更新できる機会が増加し、早期にリッチスパイク実行判定値を適切な状態に更新することができる。
【0043】
(16)請求項16に記載の発明は、請求項15に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記実行判定値更新手段は、前記リッチスパイク制御が完了した時点から排気中のNOxが前記NOx吸蔵還元触媒を通過しはじめた旨判定した時点までの排気中のNOx流量状態に基づいて、前記完了した時点から前記判定した時点までの期間における内燃機関からのNOxの総排出量を算出し、この算出した総排出量を前記NOx吸蔵量の推定値として用いて前記リッチスパイク実行判定値の更新を行うことを要旨としている。
【0044】
リッチスパイク制御の完了時点からNOx吸蔵還元触媒から排出される排気中のNOx濃度が増加し始めた時点までの総NOx量は、NOx吸蔵還元触媒の吸蔵能力に対応している。このため、この総NOx量を前記NOx流量状態に基づいて求めてNOx吸蔵量とすることで、このNOx吸蔵量に基づいてリッチスパイク実行判定値を適切に更新することができる。
【0045】
【発明の実施の形態】
[実施の形態1]
図1は、車両に搭載された筒内噴射型ガソリンエンジン(以下「エンジン」と略す)2及びその電子制御ユニット(以下、「ECU」と称す)4の概略構成を示している。エンジン2には各気筒の燃焼室内に燃料を直接噴射する燃料噴射バルブ6と、この噴射された燃料に点火する点火プラグ8とがそれぞれ設けられている。燃焼室に吸気バルブ(図示略)を介して接続された吸気経路10の途中にはモータによって開度が調節されるスロットルバルブ12が設けられている。このスロットルバルブ12の開度(スロットル開度TA)により各気筒へ供給される吸入空気量GA(mg/sec)が調整される。スロットル開度TAはスロットル開度センサ14により検出され、吸入空気量GAは吸入空気量センサ16により検出されて、ECU4に読み込まれている。
【0046】
燃焼室に排気バルブ(図示略)を介して接続された排気経路18の途中において上流側にエンジン始動時に多量に放出されるHCやCO成分を除去するための酸素貯蔵機能を有する三元触媒であるスタートキャタリスト20が設けられ、下流にはNOx吸蔵還元触媒22が設けられている。スタートキャタリスト20の上流側には排気成分から空燃比AFを検出する空燃比センサ24及び下流側には排気成分中の酸素を検出するO2センサ26が設けられている。そしてNOx吸蔵還元触媒22の下流側には排気中のNOx濃度Dnoxを検出するNOxセンサ28が設けられている。
【0047】
ECU4はデジタルコンピュータを中心として構成されているエンジン制御回路である。このECU4は、スロットル開度センサ14、吸入空気量センサ16、空燃比センサ24、O2センサ26及びNOxセンサ28以外にも、次のセンサから信号が入力している。すなわち、ECU4は、アクセルペダル30の踏み込み量(アクセル開度ACCP)を検出するアクセル開度センサ32、クランク軸(図示略)の回転からエンジン回転数NEを検出するエンジン回転数センサ34からそれぞれ信号を入力している。またECU4は、エンジン2の冷却水温THWを検出する冷却水温センサ36などからも信号を入力している。尚、このようなセンサ以外にも図示省略しているが、車速センサなどのエンジン制御に必要なセンサが設けられている。
【0048】
ECU4は、上述した各種センサからの検出内容に基づいて、エンジン2の燃料噴射時期、燃料噴射量、点火時期及びスロットル開度TAを適宜制御する。このことにより、例えば燃焼形態については成層燃焼と均質燃焼との間で切り替えがなされている。本実施の形態1では、冷間時などの状態を除いた通常運転時においては、エンジン回転数NEと負荷率eklqとのマップに基づいて、前記燃焼形態が決定されている。ここで負荷率eklqは、最大機関負荷に対する現在の負荷の割合を示すものとして、例えばアクセル開度ACCPとエンジン回転数NEとをパラメータとするマップから求められる値である。
【0049】
次に本実施の形態において、ECU4により実行される制御の内、NOx吸蔵還元触媒22に対する排気浄化に関係する処理について説明する。
図2,3はリッチスパイク設定処理であり、一定時間周期で繰り返し実行される。本処理が開始されると、まず、現在、リッチスパイク制御中でないか否かが判定される(S102)。リッチスパイク制御中であれば(S102で「NO」)、このまま本処理を一旦終了して実質的な処理は行われない。
【0050】
リッチスパイク制御を実行していない状態であれば(S102で「YES」)、次にリッチスパイク制御からの復帰直後であるか否かが判定される(S104)。リッチスパイク制御からの復帰直後であれば(S104で「YES」)、NOx吸蔵還元触媒22においては吸蔵されていたNOxは全て還元されているので、NOx吸蔵量enoxcnt(mg)に「0」を設定する(S106)。
【0051】
一方、リッチスパイク制御からの復帰直後でなければ(S104で「NO」)、前記ステップS106の処理はなされない。
ステップS106の後、又はステップS104で「NO」と判定されると、次に、エンジン2からの単位時間当たりNOx排出量enoxextrate(mg/sec)が、負荷率eklqとエンジン回転数NEとに基づいてマップMenoxextrate(eklq,NE)から算出される(S108)。
【0052】
ここでマップMenoxextrate(eklq,NE)は、負荷率eklq及びエンジン回転数NEをパラメータとして予め実験にて求められている単位時間当たりのNOx排出量(mg/sec)を示すマップである。尚、このマップMenoxextrate(eklq,NE)は成層燃焼と均質燃焼とで切り替える。尚、均質燃焼が、理論空燃比又は理論空燃比よりも高燃料濃度である場合にはNOx排出量はほとんどないので、マップを用いずに常にNOx排出量enoxextrate=0(mg/sec)としても良い。
【0053】
そしてこの単位時間当たりNOx排出量enoxextrateと本処理の制御周期(sec)との積により今回の制御周期において排出されるNOx排出量enoxext(mg)が算出される(S110)。すなわち今回の制御周期にNOx吸蔵還元触媒22に吸蔵されるNOx量が算出される。
【0054】
次にNOx吸蔵還元触媒22における単位時間当たりNOx還元量enoxredrate(mg/sec)が読み込まれる(S112)。この単位時間当たりNOx還元量enoxredrateは、別途実行されている単位時間当たりNOx還元量検出処理にて求められている値である。この単位時間当たりNOx還元量検出処理は、基本的には、空燃比AF及び吸入空気量GAから単位時間当たりNOx還元量enoxredrateを求める。更に、NOx吸蔵還元触媒22の温度や劣化度合等により求めた還元剤の触媒透過率に基づいて、空燃比AF及び吸入空気量GAから求めた前記NOx還元量を補正して、NOx還元量enoxredrateを求めても良い。
【0055】
そしてこの単位時間当たりNOx還元量enoxredrateと本処理の制御周期との積により今回の制御周期におけるNOx還元量enoxredが(mg)算出される(S114)。すなわちNOx吸蔵還元触媒22内に吸蔵されているNOxの還元浄化量が算出される。
【0056】
次に次式1によりNOx吸蔵量enoxcnt(mg)が更新される(S116)。
【0057】
【数1】
enoxcnt ←
enoxcnt + enoxext − enoxred … [式1]
ここで右辺のenoxcntは前回の制御周期時でのNOx吸蔵量であり、左辺のenoxcntが更新されたNOx吸蔵量である。
【0058】
次にNOx吸蔵容量noxmax(mg)が算出される(S118)。このNOx吸蔵容量noxmaxは、ここでは図4に示す触媒温度とNOx吸蔵容量との関係を示すマップMnoxmax(△印のマップ)から触媒温度etempaveに基づいて算出される。
【0059】
ここでNOx吸蔵容量noxmaxとは現在のNOx吸蔵還元触媒22が最大限吸蔵できるNOx量を表すものであり、現在のNOx吸蔵還元触媒22のNOx吸蔵能力を表している。尚、NOx吸蔵還元触媒22が未使用(未劣化)であった時にNOx吸蔵還元触媒22が最大限吸蔵できるNOx量noxmaxinitを○印にて表す。このように図示したマップMnoxmaxは、NOx吸蔵還元触媒22の使用によって生じた劣化により吸蔵能力が未使用時より低くなっている状態を示している。尚、このマップMnoxmaxはNOx吸蔵能力の劣化度合を適切に反映するように後述する吸蔵容量更新処理(図5,6)により繰り返し更新されている。
【0060】
NOx吸蔵還元触媒22においては触媒温度etempaveに応じてNOx吸蔵容量noxmaxが異なる。このため、マップMnoxmaxでは、触媒温度etempaveを複数の領域、図4では7つの温度領域tmp(1)〜tmp(7)に分割して、各温度領域毎に設けられた代表温度(△印にて示す位置での温度)に対してNOx吸蔵容量noxmaxを保持している。
【0061】
したがってステップS118では触媒温度etempaveを決定し、この触媒温度etempaveの位置により、例えば図4に示したごとく2つの温度領域tmp(3),tmp(4)のNOx吸蔵容量(△印)を用いて補間計算して、本処理にて用いるNOx吸蔵容量noxmaxを求める。
【0062】
尚、触媒温度etempaveは、ECU4にて別途行われる温度推定処理によりエンジン回転数NEと吸入空気量GAとから推定されている。この温度推定処理としては、例えば、エンジン2の安定運転時のエンジン回転数NEと吸入空気量GAとから求められる排気温として触媒温度を推定できる。そしてエンジン2の過渡時においては吸入空気量GAによる時定数に基づいて排気温に追随するように触媒温度を繰り替えし算出することで、触媒温度etempaveを求める。尚、このように推定する代わりにNOx吸蔵還元触媒22内に温度センサを設けて、直接、触媒温度を測定して用いても良い。
【0063】
次に前述のごとく算出されたNOx吸蔵容量noxmaxと余裕代形成係数deltaとに基づいて次式2に示すごとくリッチスパイク実行判定値rspnoxmaxが算出される(S120)。
【0064】
【数2】
rspnoxmax ← noxmax × delta … [式2]
ここで余裕代形成係数deltaは、NOx吸蔵還元触媒22の現時点でのNOx吸蔵能力を表すNOx吸蔵容量noxmaxよりも、リッチスパイク実行判定値rspnoxmaxを小さく設定するための係数である。したがって、余裕代形成係数deltaは、0<delta<1.0の範囲に設定されている。この余裕代形成係数deltaの値はここでは一定値として設定されている。このことにより、NOx吸蔵容量noxmaxに対するリッチスパイク実行判定値rspnoxmaxの余裕代を設定し、排気中のNOxを確実にNOx吸蔵還元触媒22に吸蔵させることができる。
【0065】
次に前記式1にて求められたNOx吸蔵量enoxcntが前記式2にて求められたリッチスパイク実行判定値rspnoxmax以上か否かが判定される(S122)。
【0066】
ここでenoxcnt<rspnoxmaxである場合には(S122で「NO」)、次にNOx吸蔵量enoxcntが「0」以上か否かが判定される(S124)。enoxcnt≧0であれば(S124で「YES」)、このまま一旦本処理を終了する。
【0067】
又、enoxcnt<0であれば(S124で「NO」)、NOx吸蔵量enoxcntに「0」を設定して(S126)、本処理を一旦終了する。
一方、enoxcnt≧rspnoxmaxである場合には(S122で「YES」)、後述するリッチスパイク制御禁止が解除状態にあるか否かが判定される(S128)。解除されていない場合、すなわちリッチスパイク制御禁止状態では(S128で「NO」)、このまま一旦本処理を終了する。すなわちリッチスパイク制御は実行されることはない。
【0068】
リッチスパイク制御禁止が解除されていれば(S128で「YES」)、次にリッチスパイク制御を実行するためにリッチスパイク用パラメータを設定する(S130)。このリッチスパイク用パラメータとは、例えばリッチスパイク用空燃比AFr及びリッチスパイク期間Rsptが、NOx吸蔵容量noxmaxの値などに応じて設定される。こうして一旦本処理を終了する。
【0069】
このようにリッチスパイク用パラメータが設定されたことにより、ECU4による燃料噴射量制御にてリッチスパイクが開始されて、燃焼室内の混合気の燃料濃度は一時的に理論空燃比よりも十分に高い状態とされ、エンジン2から排気経路18にはHCやCOなどの大量の未燃ガスが排出される。このことによりNOx吸蔵還元触媒22内では吸蔵されているNOxが還元され、最終的に吸蔵されている全てのNOxが浄化される。
【0070】
図5,6に、吸蔵容量更新処理を示す。本処理は前記リッチスパイク設定処理(図2,3)と同周期で、リッチスパイク設定処理(図2,3)の直後に実行される処理である。本処理が開始されると、まず、アイドル時か否かが判定される(S202)。現在、アイドル時でなければ(S202で「NO」)、リッチスパイク制御禁止を解除する(S222)。このリッチスパイク制御禁止の解除は後述するリッチスパイク制御禁止設定(S210)がなされていた場合に解除してリッチスパイク制御の実行を可能とするものである。既に解除状態にあれば、この解除状態を維持することになる。そして、このまま本処理を一旦終了する。
【0071】
現在、アイドル時であれば(S202で「YES」)、成層燃焼時か否かが判定される(S204)。この判定は、エンジン2がリーン燃焼を実行するものである場合には、リーン燃焼か否かを判定しても良い。いずれにしても、排気空燃比がリーンとなる燃焼状態か否かを判定する。
【0072】
ここで成層燃焼時でなければ(S204で「NO」)、前述のごとくリッチスパイク制御禁止を解除状態とし(S222)、このまま本処理を一旦終了する。成層燃焼時であれば(S204で「YES」)、次に今回のトリップ(エンジンが継続して運転されている期間)にて現在の触媒温度etempaveが属する温度領域において未だNOx吸蔵容量noxmaxの更新がなされていないか否かが判定される(S206)。これは1トリップ内で、既に図4に示したマップMnoxmaxにおいて更新がなされている温度領域であれば、同一温度領域ではリッチスパイク制御禁止を繰り返させないために判断される。
【0073】
同一温度領域にて既に更新を完了している場合には(S206で「NO」)、前述のごとくリッチスパイク制御禁止を解除して(S222)、このまま本処理を一旦終了する。
【0074】
同一温度領域にて未だ更新を実行していない場合には(S206で「YES」)、次に今回の運転状態(ここでは同一温度領域でのアイドル時成層燃焼状態)においてリッチスパイク制御を実行したか否かが判定される(S207)。未だリッチスパイク制御が実行されていなければ(S207で「NO」)、前述のごとくリッチスパイク制御禁止を解除して(S222)、このまま本処理を一旦終了する。
【0075】
そしてリッチスパイク設定処理(図2,3)にてステップS122及びステップS128にて「YES」と判定されて、ステップS130が実行されることで、リッチスパイク制御が実行されると(S207で「YES」)、次にリッチスパイク制御からの復帰直後か否かが判定される(S208)。最初はリッチスパイク制御からの復帰直後であるので(S208で「YES」)、リッチスパイク制御禁止設定がなされる(S210)。このことにより前記リッチスパイク設定処理(図2,3)のステップS128にて「NO」と判定されるようになり、NOx吸蔵量enoxcntがリッチスパイク実行判定値rspnoxmax以上となってもリッチスパイク制御は実行されることはない。
【0076】
そしてタイマのカウントが開始される(S212)。このタイマは本処理と同一周期でカウントアップされるタイマであり、リッチスパイク制御完了から成層燃焼での経過時間を測定するためにカウント値が「0」から開始される。
【0077】
そしてこのステップS212の後に、NOxセンサ28が検出しているNOx濃度DnoxがNOx濃度増加判定値D2以上となったか否かが判定される(S214)。このNOx濃度増加判定値D2は、主にNOxセンサ28の検出精度上、確実にNOx濃度が上昇したことを判定できる濃度値に設定されている。したがってNOxセンサ28にて検出されているNOx濃度DnoxがNOx濃度増加判定値D2以上となれば、NOx吸蔵還元触媒22がNOxを吸蔵しきれなくなり、NOx吸蔵還元触媒22から下流にNOxが排出し始めた以降のタイミングであることを確実に検出できる。
【0078】
ここでリッチスパイク制御実行を禁止した状態で、NOx吸蔵還元触媒22の上流から成層燃焼により生じたNOxが供給されていても、初期においてはNOx吸蔵還元触媒22が十分にNOxを吸蔵できることから、Dnox<D2である(S214で「NO」)。したがってこのまま一旦本処理を終了する。
【0079】
次の制御周期では、同一運転状態が継続しているとすると、ステップS202,S204,S206,S207で共に「YES」と判定され、ステップS208ではリッチスパイク制御からの復帰直後ではないので(S208で「NO」)、Dnox≧D2か否かが判定される(S214)。そしてDnox<D2である限りは(S214で「NO」)、このままの状態が継続する。この間に、成層燃焼によりNOxがNOx吸蔵還元触媒22に供給されて、NOx吸蔵還元触媒22の実際のNOx吸蔵量が増加してゆく。
【0080】
そして、実際のNOx吸蔵量がNOx吸蔵還元触媒22の吸蔵容量を越えた場合には、NOx吸蔵還元触媒22の下流側でNOx濃度が上昇し始める。この上昇によりNOxセンサ28が高精度に検出できるNOx濃度となって、Dnox≧D2と判定されると(S214で「YES」)、このようにDnox≧D2となったタイミングでのタイマのカウント値TがNOx増加期間Tnoxに設定される(S216)。
【0081】
そして次式3に示すごとく、NOx吸蔵容量noxmaxが算出される(S218)。
【0082】
【数3】
noxmax ← enoxext ×(Tnox − Ta) … [式3]
ここでNOx排出量enoxextは、前述したリッチスパイク設定処理(図2,3)のステップS110にて求められている値である。検出遅延時間Taはアイドル時においてNOx吸蔵還元触媒22のNOx吸蔵量が吸蔵容量と一致したタイミング(NOx吸蔵還元触媒22からNOxが排出し始めるタイミング)から、Dnox≧D2(S214で「YES」)となるまで時間間隔を表すタイマカウント値である。この検出遅延時間Taは、予め実験等にて求めておいた値である。
【0083】
リッチスパイク制御が完了した時点からのNOx吸蔵還元触媒22の下流のNOx濃度が増加するまでの経過の一例を図7のタイミングチャートに示す。ここでエンジン2はアイドル時であるので単位時間当たりNOx排出量enoxextrateはほぼ一定であり、NOx排出量enoxextもほぼ一定である。
【0084】
このためリッチスパイク制御完了時からの経過時間を表しているタイマカウント値Tに比例して図示ハッチングにて示すごとくNOx吸蔵量enoxcntが増加する。そしてNOx吸蔵量enoxcntがNOx吸蔵還元触媒22の吸蔵容量に到達した時点tsの直前あるいはほぼ同時に、NOx吸蔵還元触媒22から排出されるNOx流量が増加し始める。
【0085】
そして時点tnoxにてNOxセンサ28にてDnox≧D2であると検出される。この時点tnoxよりも検出遅延時間Ta前にNOx吸蔵量enoxcntがNOx吸蔵還元触媒22の吸蔵容量に到達した時点tsが存在している。このため、前記式3においては「Tnox − Ta」の計算により、リッチスパイク制御完了から時点tsまでのNOx吸蔵限界時間Tsが得られる。そしてこのNOx吸蔵限界時間TsとNOx排出量enoxextとの積により図示ハッチングで示されている全面積に相当するNOx量、すなわち実際のNOx吸蔵還元触媒22のNOx吸蔵容量noxmaxが求められる。
【0086】
次にこのようにして求められたNOx吸蔵容量noxmaxにより、図4に示したマップMnoxmaxの更新がなされる(S220)。具体的には、図8の例で示すごとく、現在の触媒温度etempaveに応じて更新前のNOx吸蔵容量noxmaxold(○印)を補間計算により求める。そして、この値とステップS218にて求められているNOx吸蔵容量noxmax(◎印)との差Δnoxmax(=noxmaxold−noxmax)を算出する。そしてこの差Δnoxmaxを、触媒温度etempaveが属する温度領域tmp(4)の代表温度におけるNOx吸蔵容量(上側の△印の温度)から減算することにより、温度領域tmp(4)の代表温度における新たなNOx吸蔵容量(下側の△印の温度)として設定する。このことによりマップMnoxmaxが更新されることになる。
【0087】
こうしてマップMnoxmaxの更新が完了すると、次にリッチスパイク制御禁止が解除され(S222)、本処理を一旦終了する。
このようにマップMnoxmaxが更新されたことにより、リッチスパイク設定処理(図2,3)のステップS118にて算出されるNOx吸蔵容量noxmaxも対応して変更され、ステップS120の前記式2にて算出されるリッチスパイク実行判定値rspnoxmaxも更新される。
【0088】
そしてリッチスパイク制御禁止が解除されたので、リッチスパイク設定処理(図2,3)ではステップS122とステップS128とで共に「YES」と判定されるようになり、ステップS130が実行される。このため直ちにリッチスパイク制御が実行されて、NOx吸蔵還元触媒22に吸蔵されているNOxが浄化される。このため図7に示したごとく、上昇を始めたNOx吸蔵還元触媒22の下流側のNOx濃度は急速に低下して「0」となる。
【0089】
吸蔵容量更新処理(図5,6)の次の制御周期では、アイドル時でかつ成層燃焼が継続していることによりステップS202,S204にて「YES」と判定されるが、同じ温度領域であればNOx吸蔵容量noxmaxの更新が同一トリップ内において完了したので、ステップS206にて「NO」と判定される。このことによりステップS222のリッチスパイク制御禁止解除が継続するので、以後、同一温度領域でのリッチスパイク制御は実行可能となる。
【0090】
同一トリップ内において、触媒温度etempaveが他の温度領域に移行すれば、ステップS206では再度「YES」と判定されるようになり、該当する温度領域のNOx吸蔵容量noxmaxの更新が、前述したごとく実行される。
【0091】
このようにしてマップMnoxmax(図4)の更新が繰り返されるので、前記リッチスパイク設定処理のステップS122にて用いられるリッチスパイク実行判定値rspnoxmaxも適切な値に更新され、高精度なタイミングでリッチスパイク制御を実行することができる。
【0092】
上述した構成において、NOxセンサ28がNOx検出手段に、吸蔵容量更新処理(図5,6)と図3のステップS118,S120の処理がリッチスパイク実行判定値更新手段としての処理に相当する。又、ステップS202〜S208がリッチスパイク禁止実行条件に相当する。
【0093】
以上説明した本実施の形態1によれば以下の効果が得られる。
(イ).NOx吸蔵還元触媒22が、エンジン2からの排気中のNOxを十分に吸蔵しきれなくなった時には、NOx吸蔵還元触媒22の下流のNOx濃度は上昇し始める。このことから、NOxセンサ28にてNOx濃度の増加が検出された時点までのエンジン運転履歴、本実施の形態ではリッチスパイク制御完了時からNOxセンサ28にてNOx濃度増加が検出された時点までの経過時間(NOx増加期間Tnox)には、NOx吸蔵還元触媒22の吸蔵能力が反映されている。
【0094】
そしてアイドル時にNOx増加期間Tnoxを計測しているので、エンジン排気中のNOx流量の変動が少なく、NOx流量自体の履歴を求めなくてもNOx吸蔵容量noxmaxを求めることができる。すなわち、NOx増加期間Tnoxに対して、アイドル時のNOx排出量enoxextと実験等により設定されているアイドル時の検出遅延時間Taとを用いて、前記式3の計算を行う。このことによりNOx吸蔵還元触媒22下流のNOx濃度が実際に増加し始めた時点でのNOx吸蔵容量noxmaxを推定することができ、このNOx吸蔵容量noxmaxの値によりNOx吸蔵還元触媒22の吸蔵能力を表すマップMnoxmaxを適切に更新することができる。
【0095】
そしてこのように更新されたマップMnoxmaxを用いてリッチスパイク実行判定値rspnoxmaxを設定することにより、NOx吸蔵還元触媒22の吸蔵能力が劣化などにより変化していても、実際の吸蔵能力に適合したリッチスパイク実行判定値rspnoxmaxに適切に更新することができる。
【0096】
こうしてリッチスパイク制御の開始タイミングが適切なものとなり、NOx吸蔵還元触媒22から排出されるNOx濃度の増加は一時的なものとなる。このためNOx吸蔵還元触媒22を継続的に使用してもNOx吸蔵還元触媒22からのNOx排出量を増加させることがなく、長期にわたってNOx吸蔵還元触媒22を継続使用することができる。
【0097】
しかもリッチスパイク制御完了時からNOxセンサ28にてNOx濃度の増加が検出された時点までの経過時間の測定という比較的簡易な処理にて、リッチスパイク制御の開始タイミングが適切なものにできるので、ECU4に対する負荷を軽減させることができる。
【0098】
(ロ).NOx増加期間Tnoxの計測は、予めリッチスパイク制御の実行を禁止してNOx吸蔵還元触媒22の再生を行わない状態で実行している。このため、確実にNOx吸蔵還元触媒22のNOx吸蔵量を限界に近づけて、NOx吸蔵還元触媒22下流のNOx濃度を一時的に上昇させることができる。したがって確実にNOxセンサ28にてNOx濃度の増加が検出できるので、リッチスパイク実行判定値rspnoxmaxを更新する頻度を高めることができる。
【0099】
そしてリッチスパイク実行判定値rspnoxmaxが更新されるとリッチスパイク制御の実行は許可される(S222)ので、以後、リッチスパイク制御の開始タイミングが好適なものとなり、NOx吸蔵還元触媒22から排出されるNOx濃度の増加は一時的なものとなる。したがってNOx吸蔵還元触媒22を継続して使用してもNOx吸蔵還元触媒22からのNOx排出量の増加を確実に防止できる。
【0100】
(ハ).リッチスパイク禁止実行条件にはアイドル状態(S202)が含まれていることによりアイドル時にリッチスパイク処理を禁止することになる。このためエンジン2の排気流量が少ない状態でNOx濃度の検出を実行することになるので、一時的にNOx吸蔵還元触媒22からNOxを排出する状態となっても、その絶対的な排出量自体が少なくて済む。したがって環境に対する影響はより少なくなる。
【0101】
[実施の形態2]
本実施の形態においては、前記実施の形態1のリッチスパイク設定処理(図2,3)のステップS120において、リッチスパイク実行判定値rspnoxmaxの算出のために用いられる余裕代形成係数deltaの設定が図9のマップMdeltaに示すごとく設定される。これ以外の構成については前記実施の形態1と同じである。
【0102】
マップMdeltaは負荷率eklqとエンジン回転数NEとをパラメータとするマップであり、実線で示すごとくの範囲に設定されており、この範囲は成層燃焼が実行される領域に対応している。すなわち高負荷率側と高回転数側との限られた領域を除いて余裕代形成係数deltaが設定されている。そして図示破線の等高線にて示すごとく負荷率eklqが高くなるほどあるいはエンジン回転数NEが高くなるほど、余裕代形成係数deltaが大きくなるように設定され、負荷率eklqが低くなるほどあるいはエンジン回転数NEが低くなるほど、余裕代形成係数deltaが小さくなるように設定されている。ただし、余裕代形成係数deltaは、0<delta<1.0の範囲(例えば、最小で0.5、最大で0.9)に限定されている。
【0103】
このためリッチスパイク実行判定値rspnoxmaxは、負荷率eklqが高くなるほどあるいはエンジン回転数NEが高くなるほど、すなわち前述したごとく空間速度が高いほどNOx吸蔵容量noxmaxに対する余裕代は小さくされる。そして、負荷率eklqが低くなるほどあるいはエンジン回転数NEが低くなるほど、すなわち空間速度が低いほどNOx吸蔵容量noxmaxに対する余裕代は大きくされることになる。
【0104】
以上説明した本実施の形態2によれば、以下の効果が得られる。
(イ).前記実施の形態1の(イ)〜(ハ)の効果が得られる。
(ロ).上述のごとくマップMdelta(図9)により、余裕代形成係数deltaは、空間速度が高い側では大きくされ、空間速度が低い側では小さくされている。このため空間速度が低い側ではリッチスパイク実行判定値rspnoxmaxは、NOx吸蔵容量noxmaxとの差が大きくされる。したがって空間速度が低い側では高い側よりも高頻度にリッチスパイク制御が実行されることになり、リッチスパイク制御の実行頻度は空間速度が高い側よりも低い側に偏ることになる。
【0105】
空間速度が高い側ではリッチスパイク制御により供給される未燃ガスとしての還元剤がNOx吸蔵還元触媒22内にて十分にNOx還元に用いられないまま一部が通過してしまうおそれがあり、燃費損失が大きくなる。
【0106】
しかし、上述のごとくリッチスパイク制御の実行頻度を、空間速度が高い側よりも低い側に偏らせることにより、燃費が悪化し易い側よりも燃費が悪化しにくい側でリッチスパイク制御を実行できる確率が高まるので、燃費悪化を抑制することができる。
【0107】
[実施の形態3]
本実施の形態においては、吸蔵容量更新処理(図5,6)の代わりに、図10,11に示す吸蔵容量更新処理が実行される点が前記実施の形態1とは異なる。他の構成は前記実施の形態1と同じである。尚、前記実施の形態2のごとく余裕代形成係数deltaの設定は図9のマップMdeltaに従っても良い。
【0108】
吸蔵容量更新処理(図10,11)について説明する。本処理は前記実施の形態1の吸蔵容量更新処理(図5,6)と同じ周期にて実行される。尚、本実施の形態の制御の一例を図12のタイミングチャートに示す。
【0109】
本処理が開始されると、まず現在、成層燃焼時か否かが判定される(S302)。この判定については前記図5のステップS204にて説明したごとくであり、エンジン2がリーン燃焼を実行するものである場合にはリーン燃焼か否かを判定しても良い。
【0110】
ここで成層燃焼時でなければ(S302で「NO」)、リッチスパイク制御禁止を解除する(S332)。このリッチスパイク制御禁止の解除は前記図5のステップS222にて説明したごとくである。そして、このまま本処理を一旦終了する。
【0111】
成層燃焼時であれば(S302で「YES」)、次に今回のトリップにて現在の触媒温度etempaveが属する温度領域において未だNOx吸蔵容量noxmaxの更新がなされていないか否かが判定される(S304)。この判定処理については前記図5のステップS206にて述べたごとくである。
【0112】
同一温度領域にて既に更新を実行している場合には(S304で「NO」)、前述のごとくリッチスパイク制御禁止を解除し(S332)、このまま本処理を一旦終了する。
【0113】
同一温度領域にて未だ更新を実行していない場合には(S304で「YES」)、次に今回の運転状態(ここでは同一温度領域での成層燃焼状態)においてリッチスパイク制御を実行したか否かが判定される(S306)。未だリッチスパイク制御が実行されていなければ(S306で「NO」)、前述のごとくリッチスパイク制御禁止を解除し(S332)、このまま本処理を一旦終了する。
【0114】
その後、リッチスパイク制御が実行されると(S306で「YES」)、次にリッチスパイク制御からの復帰直後か否かが判定される(S308)。最初はリッチスパイク制御からの復帰直後であるので(S308で「YES」)、後述する積算NOx量Anoxの値として「0(g)」を設定する(S310)。そしてリッチスパイク制御禁止設定がなされる(S312)。このことにより前記リッチスパイク設定処理(図2,3)のステップS128にて「NO」と判定されるようになり、リッチスパイク制御が禁止されることになる。
【0115】
そしてタイマのカウントが開始される(S314)。このタイマは前記図5のステップS212にて説明したごとくである。
次に検出遅延時間Tbを検出遅延時間マップMTbから負荷率eklq及びエンジン回転数NEに基づいて求める(S316)。検出遅延時間Tbは、NOx吸蔵還元触媒22のNOx吸蔵量が、NOx吸蔵還元触媒22の吸蔵容量と一致したタイミング(NOx吸蔵還元触媒22からNOxが排出し始めるタイミング)から、ステップS326にてDnox≧D2(「YES」)と判定されるまでの時間間隔を表すタイマカウント値である。この検出遅延時間マップMTbは予め実験等にて求めてられている。前記実施の形態1の検出遅延時間Taはアイドル時の成層燃焼時に限られていたため一定値であったが、本実施の形態ではアイドル時に限らないので、検出遅延時間Tbはエンジン2の運転状態により変化する。
【0116】
次に前記リッチスパイク設定処理(図2,3)にて求められているNOx排出量enoxextが、蓄積メモリenoxext(Tr〜T)に蓄積される(S318)。ここで蓄積メモリenoxext(Tr〜T)は、過去のタイマカウント値Trから現在のタイマカウント値Tまでの、各タイマカウント値毎のNOx排出量enoxextを記憶するメモリであり、ECU4のRAM中に設定されている。蓄積メモリenoxext(Tr〜T)の容量は、検出遅延時間マップMTb(eklq,NE)に設定されている検出遅延時間Tbの最大値に該当する数のNOx排出量enoxextが記憶可能な大きさに設定されている。したがって蓄積メモリenoxext(Tr〜T)には検出遅延時間Tbの間に、前記リッチスパイク設定処理(図2,3)にて求められるNOx排出量enoxextが全て記憶可能である。
【0117】
尚、蓄積メモリenoxext(Tr〜T)は、最も過去の値に対して最新の値が書き込まれることでサイクリックに更新されているので、最新のNOx排出量enoxextが常に蓄積メモリenoxext(Tr〜T)に蓄積されている。
【0118】
次に現在のタイマカウント値TがステップS316にて求めた検出遅延時間Tbを越えたか否かが判定される(S320)。T≦Tbである間は(S320で「NO」)、検出遅延時間Tbを前回検出遅延時間Txに設定する(S324)。そして、NOxセンサ28が検出しているNOx濃度DnoxがNOx濃度増加判定値D2以上となったか否かが判定される(S326)。この判定については前記図6のステップS214にて説明したごとくである。
【0119】
ここでリッチスパイク制御を禁止した状態で、NOx吸蔵還元触媒22の上流から成層燃焼により生じたNOxが供給されていても、初期においては、NOx吸蔵還元触媒22がNOxを十分に吸蔵できることから、Dnox<D2である(S326で「NO」)。したがってこのまま一旦本処理を終了する。
【0120】
次の制御周期においては、リッチスパイク制御からの復帰直後ではないので(S308で「NO」)、直ちに新しい検出遅延時間Tbが算出され(S316)、蓄積メモリenoxext(Tr〜T)に新たなNOx排出量enoxextが蓄積される(S318)。
【0121】
そしてT≦Tbである限りは(S320で「NO」)、前回検出遅延時間Txに今回ステップS316にて算出された検出遅延時間Tbが設定される(S324)。そしてDnox<D2であれば(S326で「NO」)、一旦本処理を終了する。
【0122】
そしてT>Tbとなると(S320で「YES」、図12の時刻t0)、次式4に示すごとく積算NOx量Anoxを算出する(S322)。
【0123】
【数4】
Anox ← Anox
+ Σenoxext(T−Tx 〜 T−Tb) … [式4]
ここで「T−Tx」は現在の制御周期に相当するタイマカウント値Tから前回検出遅延時間Txだけ遡った時点を表し、「T−Tb」は現在の制御周期に相当するタイマカウント値Tから検出遅延時間Tbだけ遡った時点を表す。したがって「Σenoxext(T−Tx 〜 T−Tb)」は、時点「T−Tx」の制御周期から時点「T−Tb」の制御周期までの各制御周期にて、前記図2のステップS110にて求められているNOx排出量enoxextを積算することを表している。
【0124】
したがって検出遅延時間Tbが変化していない時には、「T−Tx=T−Tb」であるので、「Σenoxext(T−Tx 〜 T−Tb)」=「enoxext(T−Tb)」となる。すなわち検出遅延時間Tbが変化していない時には、次式5に示す計算と同じである。
【0125】
【数5】
Anox ← Anox + enoxext(T−Tb) … [式5]
この式5は、積算NOx量Anoxに、検出遅延時間Tb前のNOx排出量enoxextが順次、蓄積されることを示している。
【0126】
又、前回の制御周期よりも運転状態が変化して検出遅延時間Tbが長くなった場合、「T−Tx>T−Tb」となるので、「Σenoxext(T−Tx 〜T−Tb)」=「0」とされる。すなわち検出遅延時間Tbが前回の制御周期よりも長くなる方へ変化した時には、積算NOx量Anoxの値は維持される。
【0127】
又、前回の制御周期よりも運転状態が変化して検出遅延時間Tbが短くなった場合、「T−Tx<T−Tb」となるので、「Σenoxext(T−Tx 〜T−Tb)」=「enoxext(T−Tx)+…+enoxext(T−Tb)」となる。すなわち検出遅延時間Tbが前回の制御周期よりも短くなる方へ変化した時には、積算NOx量Anoxの値は、短くなった分、現在のタイマカウント値Tから検出遅延時間Tbだけ遡った時点「T−Tb」が時間的に後に移動するので、その分のNOx排出量enoxextが蓄積されることになる。
【0128】
尚、実際には本実施の形態の制御周期は十分に短いので、検出遅延時間Tbの1周期毎の変化は「±1」以内に収まっている。
前記式4の計算が繰り返されることにより、積算NOx量Anoxには、リッチスパイク制御完了時から、現時点よりも検出遅延時間Tb前までのNOx排出量enoxextが積算されることになる。この状態が、Dnox<D2である(S326で「NO」)限り継続する。
【0129】
そしてDnox≧D2となると(S326で「YES」、図12:t1)、この制御周期時にて求められている積算NOx量AnoxがNOx吸蔵容量noxmaxに設定される(S328)。
【0130】
次にこのようにして求められたNOx吸蔵容量noxmaxにより、前記マップMnoxmax(図4)の更新がなされる(S330)。この更新は前記図6のステップS220にて説明したごとくである。
【0131】
すなわち、リッチスパイク制御完了以後、図12に示した時刻t1よりも検出遅延時間Tb前の時刻tbまでにNOx吸蔵還元触媒22に吸蔵されたNOx吸蔵量(ハッチング部分)が積算NOx量Anoxとして求められる。そしてこの積算NOx量Anoxが現在のNOx吸蔵還元触媒22の吸蔵能力を表すものとして、前記マップMnoxmax(図4)が更新される。
【0132】
このようにマップMnoxmaxが更新されたことにより、リッチスパイク設定処理(図2,3)のステップS118にて算出されるNOx吸蔵容量noxmaxも対応して変更され、ステップS120の前記式2にて算出されるリッチスパイク実行判定値rspnoxmaxも更新される。
【0133】
こうしてマップMnoxmaxの更新が完了すると、次にリッチスパイク制御禁止が解除され(S332)、本処理を一旦終了する。
そしてリッチスパイク制御禁止が解除されたので、リッチスパイク設定処理(図2,3)ではステップS122とステップS128とで共に「YES」と判定されるようになり、ステップS130が実行される。このため直ちにリッチスパイク制御が実行されて、NOx吸蔵還元触媒22に吸蔵されているNOxが浄化される。このため図12に示したごとく、上昇を始めたNOx吸蔵還元触媒22の下流側のNOx濃度は急速に低下して「0」となる。
【0134】
吸蔵容量更新処理(図10,11)の次の制御周期では、成層燃焼が継続していることによりステップS302にて「YES」と判定されても、同じ温度領域であればNOx吸蔵容量noxmaxの更新が同一トリップ内において既に完了しているので、ステップS304にて「NO」と判定される。このことによりステップS332のリッチスパイク制御禁止解除が継続するので、同一温度領域でのリッチスパイク制御は以後実行可能となる。
【0135】
同一トリップ内において、触媒温度etempaveが他の温度領域に移行すれば、ステップS304では再度「YES」と判定されるようになるため、ステップS306にて、変化した運転状態で未だリッチスパイク制御を実行していなければ「YES」と判定される。したがって該当する温度領域のNOx吸蔵容量noxmaxの更新が、前述したごとく実行される。
【0136】
このようにしてマップMnoxmax(図4)の更新が繰り返されるので、前記リッチスパイク設定処理のステップS122にて用いられるリッチスパイク実行判定値rspnoxmaxも適切に更新されて、高精度なタイミングでリッチスパイク制御を実行することができる。
【0137】
上述した構成において、NOxセンサ28がNOx検出手段に、吸蔵容量更新処理(図10,11)と図3のステップS118,S120の処理がリッチスパイク実行判定値更新手段としての処理に相当する。又、ステップS302〜S308がリッチスパイク禁止実行条件に相当する。
【0138】
以上説明した本実施の形態3によれば、以下の効果が得られる。
(イ).NOx吸蔵還元触媒22が、エンジン2の排気中のNOxを十分に吸蔵しきれなくなった時には、NOx吸蔵還元触媒22が排出する排気中のNOx濃度は上昇し始める。このことからNOxセンサ28にてNOx濃度の増加が検出された時(図12:t1)までのエンジン運転履歴、ここではリッチスパイク制御完了時からNOxセンサ28にてNOx濃度の増加が検出された時までのNOx排出量enoxextの状態には、NOx吸蔵還元触媒22の吸蔵能力が反映されている。
【0139】
すなわち、NOx排出量enoxextを、リッチスパイク制御完了後から、現在時点よりも検出遅延時間Tb前までのNOx排出量enoxextを積算することで、NOx吸蔵還元触媒22下流のNOx濃度が実際に増加し始めた時点でのNOx吸蔵容量noxmaxを求める。このことによりNOx吸蔵還元触媒22の吸蔵能力を表すマップMnoxmaxを適切に更新することができる。
【0140】
そして、このように更新されたマップMnoxmaxを用いてリッチスパイク実行判定値rspnoxmaxを設定することにより、NOx吸蔵還元触媒22の吸蔵能力が劣化などにより変化していても、実際の吸蔵能力に適合したリッチスパイク実行判定値rspnoxmaxに適切に更新することができる。
【0141】
こうしてリッチスパイク制御の開始タイミングが適切なものとなり、NOx吸蔵還元触媒22から排出されるNOx濃度の増加は一時的なものとなる。このためNOx吸蔵還元触媒22を継続して使用してもNOx吸蔵還元触媒22からのNOx排出量を増加させることがなく、長期にわたってNOx吸蔵還元触媒22を継続使用することができる。
【0142】
しかもエンジン2の運転状態が大きく変化するような状況であっても、リッチスパイク実行判定値rspnoxmaxを適切に更新することができることから、更新できる機会が増加し、早期にリッチスパイク実行判定値rspnoxmaxを適切な状態に更新することができる。
【0143】
(ロ).前記実施の形態1の(ロ)の効果を生じる。
(ハ).マップMdelta(図9)を用いて余裕代形成係数deltaを設定した場合には、前記実施の形態2の(ロ)の効果を生じる。
【0144】
[実施の形態4]
本実施の形態においては、リッチスパイク設定処理(図2,3)の内、図3に示す処理の代わりに図13に示す処理が実行される。そして吸蔵容量更新処理(図5,6)の代わりに、図14,15に示す吸蔵容量更新処理が実行される点が前記実施の形態1とは異なる。他の構成は前記実施の形態1と同じである。尚、前記実施の形態2のごとく余裕代形成係数deltaの設定は図9のマップMdeltaに従っても良い。
【0145】
リッチスパイク設定処理(図2,13)について説明する。図2の処理については前記実施の形態1にて説明したごとくであるので詳細な説明は省略する。又、図13については、図3と同一の処理は同一のステップ番号が付されている。
【0146】
ステップS116(図2)にてNOx吸蔵量enoxcntが算出された後に、リッチスパイク実行判定値rspnoxmaxの増加処理を許可するための判定値増加フラグFrsincが「OFF」否かが判定される(S117a)。ここでFrsinc=「OFF」であれば(S117aで「YES」)、次にNOx吸蔵容量noxmaxが算出される(S118)。そしてリッチスパイク実行判定値rspnoxmaxが前記式2のごとく算出される(S120)。
【0147】
一方、Frsinc=「ON」であれば(S117aで「NO」)、次式6に示すごとく、リッチスパイク実行判定値rspnoxmaxを漸増する(S117b)。
【0148】
【数6】
rspnoxmax ← rspnoxmax + dx … [式6]
上記ステップS120又は上記ステップS117bの次に、enoxcnt≧rspnoxmaxか否かが判定される(S122)。enoxcnt<rspnoxmaxであれば(S122で「NO」)、enoxcnt≧0か否かが判定される(S124)。enoxcnt≧0であれば(S124で「YES」)、このまま一旦本処理を終了する。又、enoxcnt<0であれば(S124で「NO」)、NOx吸蔵量enoxcntに「0」を設定する。
【0149】
一方、enoxcnt≧rspnoxmaxであれば(S122で「YES」)、前記図3の場合と異なり、直ちにリッチスパイク用のパラメータが設定される(S130)。このことによりリッチスパイク制御が実行されることになる。
【0150】
吸蔵容量更新処理(図14,15)について説明する。本処理は前記実施の形態1の吸蔵容量更新処理(図5,6)と同じに周期的に実行される。尚、本実施の形態の制御の一例を図16のタイミングチャートに示す。
【0151】
本処理が開始されると、まず、アイドル時か否かが判定される(S402)。現在、アイドル時でなければ(S402で「NO」)、判定値増加フラグFrsincに「OFF」を設定し(S422)、本処理を一旦終了する。
【0152】
このことにより前記図13のステップS117aにては「YES」と判定されて、ステップS118,S120が実行される。したがって前記図4に示したマップMnoxmaxからNOx吸蔵容量noxmaxを算出し、このNOx吸蔵容量noxmaxに基づいて前記式2からリッチスパイク実行判定値rspnoxmaxが算出される。そしてこのリッチスパイク実行判定値rspnoxmaxに基づいてステップS122にてリッチスパイク制御の実行有無が判断されることになる。
【0153】
現在、アイドル時であれば(S402で「YES」)、成層燃焼時か否かが判定される(S404)。この判定は前記図5のステップS204に述べたごとくエンジン2がリーン燃焼を実行するものである場合にはリーン燃焼か否かを判定しても良い。ここで成層燃焼時でなければ(S404で「NO」)、前述のごとく判定値増加フラグFrsincに「OFF」を設定し(S422)、本処理を一旦終了する。
【0154】
成層燃焼時であれば(S404で「YES」)、次に基準回数の今回以前のトリップにおいて、現在の触媒温度etempaveが属する温度領域において未だNOx吸蔵容量noxmaxの更新がなされていないか否かが判定される(S406)。これは基準回数のトリップ内で一度でも、マップMnoxmax(図4)において更新がなされている温度領域であれば、同一温度領域ではリッチスパイク実行判定値rspnoxmaxの漸増によるNOx排出を繰り返させないために判断される。基準回数は、例えば1〜数回に設定されている。
【0155】
基準回数のトリップ内で同一温度領域にて既に更新を実行している場合には(S406で「NO」)、前述のごとく判定値増加フラグFrsincに「OFF」を設定し(S422)、本処理を一旦終了する。
【0156】
基準回数のトリップ内で同一温度領域にて未だ更新を実行していない場合には(S406で「YES」)、次に今回の運転状態(ここでは同一温度領域でのアイドル時成層燃焼状態)においてリッチスパイク制御を実行したか否かが判定される(S407)。未だリッチスパイク制御が実行されていなければ(S407で「NO」)、前述のごとく判定値増加フラグFrsincに「OFF」を設定し(S422)、本処理を一旦終了する。
【0157】
そしてリッチスパイク制御が実行されると(S407で「YES」)、次にリッチスパイク制御からの復帰直後か否かが判定される(S408)。最初はリッチスパイク制御からの復帰直後であるので(S408で「YES」)、判定値増加フラグFrsincに「ON」が設定される(S410)。このことにより前記図13のステップS117aにて「NO」と判定されるようになり、前述したステップS117bが実行される。このことによりリッチスパイク実行判定値rspnoxmaxの漸増が実行されるようになる。
【0158】
そしてタイマのカウントが開始される(S412)。この処理は前記図5のステップS212にて説明したごとくである。
そしてこのステップS412の後に、NOxセンサ28が検出しているNOx濃度DnoxがNOx濃度増加判定値D2以上となったか否かが判定される(S414)。この判定は前記図6のステップS214にて説明したごとくである。
【0159】
ここでリッチスパイク実行判定値rspnoxmaxが、NOx吸蔵還元触媒22の実際のNOx吸蔵容量に対して小さければ、NOx吸蔵還元触媒22からNOxが排出される前に、enoxcnt≧rspnoxmax(図13:S122で「YES」)と判定される。このことによりNOxがNOx吸蔵還元触媒22から排出される前にリッチスパイク制御が実行されるので、ステップS414にてDnox≧D2と判定されることはなく(S414で「NO」)、このまま一旦本処理を終了する。したがってステップS416〜S420によるマップMnoxmaxの更新はなされない。
【0160】
制御周期毎に図13のステップS117bが繰り返されることにより、リッチスパイク実行判定値rspnoxmaxは漸増する。このことによりenoxcnt≧rspnoxmaxとなる前に、NOx吸蔵還元触媒22からNOxが排出されるようになり、Dnox≧D2と判定されるようになる(S414で「YES」)。
【0161】
このためDnox≧D2となったタイミングでのタイマカウント値TがNOx増加期間Tnoxとして設定される(S416)。そして前記式3に示すごとく、NOx吸蔵容量noxmaxが算出される(S418)。このNOx吸蔵容量noxmaxによりマップMnoxmax(図4)が更新される(S420)。
【0162】
そして判定値増加フラグFrsinc=「OFF」に設定して(S422)、一旦本処理を終了する。
ここで、図16のタイミングチャートに、ステップS402〜S406が満足された後の最初のリッチスパイク制御(時刻t10〜t11)からの経過の一例を示す。ここではアイドル時であるので、リッチスパイク制御(時刻t10〜t11)が完了すると、ほぼ一定のNOx排出量enoxextでNOxがNOx吸蔵還元触媒22の上流から流入する。このためタイマカウント値Tに比例してNOx吸蔵量enoxcntが実線で示すごとく増加する(t11〜)。又、リッチスパイク制御の完了以降(t11〜)、判定値増加フラグFrsinc=「ON」となるので(S117aで「NO」)、ステップS117bの処理により一点鎖線で示すごとく次第にリッチスパイク実行判定値rspnoxmaxが増加する。
【0163】
そしてNOx吸蔵還元触媒22のNOx吸蔵量enoxcntがリッチスパイク実行判定値rspnoxmax以上となると(S122で「YES」、t12)、リッチスパイク制御(時刻t12〜t13)が実行される。そして、その後、リッチスパイク実行判定値rspnoxmax(一点鎖線)はNOx吸蔵還元触媒22の実際のNOx吸蔵容量(破線)を越える。このためenoxcnt≧rspnoxmaxとなる前にNOx吸蔵還元触媒22は下流にNOxを排出し始める(t14)。その後、NOx濃度DnoxがNOx濃度増加判定値D2以上となる(t15)。このためステップS414にて「YES」と判定されて、ステップS416〜S420が実行されて、マップMnoxmax(図4)が更新される。そして判定値増加フラグFrsinc=「OFF」に戻される(S422)。
【0164】
Frsinc=「OFF」となると、図13のステップS117aでは「YES」と判定されるようになり、ステップS118,S120にてマップMnoxmax(図4)に基づいてリッチスパイク実行判定値rspnoxmaxが適切な値に更新される。そしてステップS122にて「YES」と判定されて、ステップS130が実行されることにより、直ちにリッチスパイク制御(t15〜t16)に入る。
【0165】
そして吸蔵容量更新処理(図14,15)の次の制御周期では、同じ温度領域ではNOx吸蔵容量が更新されたため、ステップS406にて「NO」と判定されるようになり、Frsinc=「OFF」が維持される(S422)。このため以後(t16〜)は、図13のステップS117aでは「YES」と判定されて、更新されたマップMnoxmax(図4)に基づいてリッチスパイク実行判定値rspnoxmaxが設定される(S118,S120)。そして、enoxcnt≧rspnoxmaxとなれば(S122で「YES」)、ステップS130の設定によりリッチスパイク制御(t17〜t18)が実行されるようになる。
【0166】
触媒温度etempaveが、基準回数内のトリップにおいてマップMnoxmax(図4)の更新がなされていない他の温度領域に移行すれば、ステップS406では「YES」と判定されるようになる。このためリッチスパイク実行判定値rspnoxmaxが漸増され、該当する温度領域のNOx吸蔵容量noxmaxの更新が、前述したごとく実行される。
【0167】
このようにしてマップMnoxmax(図4)の更新が繰り返されるので、前記リッチスパイク設定処理のステップS122にて用いられるリッチスパイク実行判定値rspnoxmaxも適切な値に更新され、高精度なタイミングでリッチスパイク制御を実行することができる。
【0168】
上述した構成において、NOxセンサ28がNOx検出手段に、吸蔵容量更新処理(図14,15)と図13のステップS117a,S117b,S118,S120の処理がリッチスパイク実行判定値更新手段としての処理に相当する。又、ステップS402〜S408が増加更新条件に相当する。
【0169】
以上説明した本実施の形態4によれば、以下の効果が得られる。
(イ).前記実施の形態1の(イ)の効果を生じる。
(ロ).マップMdelta(図9)を用いて余裕代形成係数deltaを設定した場合には、前記実施の形態2の(ロ)の効果を生じる。
【0170】
(ハ).NOx増加期間Tnoxの計測は、予めリッチスパイク制御の実行を禁止せずに、NOx吸蔵還元触媒22の還元を繰り返しつつ、リッチスパイク実行判定値rspnoxmaxを漸増することで実行している。
【0171】
このようにリッチスパイク制御が可能な運転状態でも、リッチスパイク制御の開始タイミングが適切な値に更新できるので、NOx吸蔵還元触媒22から排出されるNOx濃度の増加は一時的なものとなり、NOx排出量を増加させることなく長期にわたってNOx吸蔵還元触媒22を継続使用することができる。
【0172】
(ニ).リッチスパイク実行判定値rspnoxmaxの増加更新条件にはアイドル状態が含まれている。このことによりエンジンの排気流量が少ない状態でNOx濃度の検出を実行することになる。このためNOxセンサ28にてNOx濃度増加を検出するために一時的にNOx吸蔵還元触媒22からNOxを排出する状態となっても、その絶対的な排出量自体は少なくて済むので、環境に対する影響はより少なくなる。
【0173】
[実施の形態5]
本実施の形態においては、リッチスパイク設定処理(図2,3)の内、図3に示す処理の代わりに図17に示す処理が実行される。そして吸蔵容量更新処理(図5,6)の代わりに、図18,19に示す吸蔵容量更新処理が実行される点が前記実施の形態1とは異なる。他の構成は前記実施の形態1と同じである。尚、前記実施の形態2のごとく余裕代形成係数deltaの設定は図9のマップMdeltaに従っても良い。
【0174】
リッチスパイク設定処理(図2,17)について説明する。図2の処理については前記実施の形態1にて説明したごとくであるので詳細な説明は省略する。又、図17については前記図3に存在するリッチスパイク制御禁止解除か否かの判定(S128)が存在しない。したがってNOx吸蔵量enoxcnt≧リッチスパイク実行判定値rspnoxmaxとなれば、必ずリッチスパイク制御が実行される(S130)。これ以外の図17における処理は図3と同じであり、図3と同一の処理は同一のステップ番号が付されている。
【0175】
吸蔵容量更新処理(図18,19)については吸蔵容量更新処理(図5,6)の未更新条件の判定(図5:S206)、リッチスパイク制御の禁止(図5:S210)及びリッチスパイク制御の禁止解除(図6:S222)が存在しないのみで他の構成は前記吸蔵容量更新処理(図5,6)と同じである。図5,6と同一の処理は同一のステップ番号が付されている。
【0176】
この構成による制御の一例を図20のタイミングチャートに示す。本タイミングチャートは、NOx吸蔵還元触媒22の実際のNOx吸蔵容量に対してリッチスパイク実行判定値rspnoxmaxが適切な値に設定されている状態(〜t21)から、実際のNOx吸蔵容量が劣化等により次第に低下した例を示している。ここでは時刻t23までは実際のNOx吸蔵容量はリッチスパイク実行判定値rspnoxmaxを下回っていない。したがってNOx吸蔵量enoxcnt≧rspnoxmax(図17のステップS122で「YES」)となることでリッチスパイク制御が実行されている(S130:t20〜t21、t22〜t23)。
【0177】
しかし、時刻t23以後に実際のNOx吸蔵容量はリッチスパイク実行判定値rspnoxmaxよりも小さくなる。このためNOx吸蔵量enoxcnt≧rspnoxmaxとなる前にNOx吸蔵還元触媒22はNOxを排出し始める(t24)。その後、NOx濃度Dnox≧D2となることにより(S214で「YES」)、ステップS216〜S220が実行されて、マップMnoxmax(図4)が更新される(t25)。このことによりリッチスパイク実行判定値rspnoxmaxが実際のNOx吸蔵容量に対して適切な値となる(図17:S118,S120)。そしてenoxcnt≧rspnoxmaxと判定されて(S122で「YES」)、直ちにリッチスパイク制御が実行される(S130)。
【0178】
上述した構成において、NOxセンサ28がNOx検出手段に、吸蔵容量更新処理(図18,19)と図17のステップS118,S120の処理がリッチスパイク実行判定値更新手段としての処理に相当する。
【0179】
以上説明した本実施の形態5によれば、以下の効果が得られる。
(イ).前記実施の形態1の(イ)の効果を生じる。
(ロ).本実施の形態のごとく通常通りにリッチスパイク制御を実行していても、NOx吸蔵還元触媒22の劣化度合に対してマップMnoxmax(図4)を更新でき、リッチスパイク実行判定値rspnoxmaxを適切な値に更新することができる。
【0180】
(ハ).マップMdelta(図9)を用いて余裕代形成係数deltaを設定した場合には、前記実施の形態2の(ロ)の効果を生じる。
[実施の形態6]
本実施の形態においては、前記実施の形態5の吸蔵容量更新処理(図18,19)の代わりに図21,22に示す吸蔵容量更新処理が実行される点が前記実施の形態5とは異なる。他の構成は前記実施の形態5と同じである。尚、前記実施の形態2のごとく余裕代形成係数deltaの設定は図9のマップMdeltaに従っても良い。
【0181】
吸蔵容量更新処理(図21,22)については前記実施の形態3の吸蔵容量更新処理(図10,11)の未更新条件の判定(S304)、リッチスパイク制御の禁止(S312)及びリッチスパイク制御の禁止解除(S332)が存在しないのみで他の構成は前記吸蔵容量更新処理(図10,11)と同じである。図10,11と同一の処理は同一のステップ番号が付されている。
【0182】
この構成による制御の一例を図23のタイミングチャートに示す。本タイミングチャートは、NOx吸蔵還元触媒22の実際のNOx吸蔵容量に対してリッチスパイク実行判定値rspnoxmaxが適切な値に設定されている状態(〜t31)から、実際のNOx吸蔵容量が次第に低下した例を示している。ここでは時刻t33までは実際のNOx吸蔵容量(破線)はリッチスパイク実行判定値rspnoxmax(一点鎖線)を下回っていない。したがってNOx吸蔵量enoxcnt≧rspnoxmax(図17のステップS122で「YES」)となることでリッチスパイク制御が実行されている(S130:t30〜t31、t32〜t33)。
【0183】
しかし時刻t33以後に実際のNOx吸蔵容量はリッチスパイク実行判定値rspnoxmaxよりも小さくなる。このためNOx吸蔵量enoxcnt≧rspnoxmaxとなる前にNOx吸蔵還元触媒22はNOxを排出し始める(t34)。その後、NOx濃度Dnox≧D2となることにより(S326で「YES」)、ステップS328,S330が実行されて、マップMnoxmax(図4)が更新される(t35)。このことによりリッチスパイク実行判定値rspnoxmaxが実際のNOx吸蔵容量に対して適切な値となる(図17:S118,S120)。そしてenoxcnt≧rspnoxmaxと判定されて(S122で「YES」)、直ちにリッチスパイク制御が実行される(S130)。
【0184】
上述した構成において、NOxセンサ28がNOx検出手段に、吸蔵容量更新処理(図21,22)と図17のステップS118,S120の処理がリッチスパイク実行判定値更新手段としての処理に相当する。
【0185】
以上説明した本実施の形態6によれば、以下の効果が得られる。
(イ).前記実施の形態3の(イ)、(ハ)の効果、前記実施の形態5の(ロ)の効果を生じる。
【0186】
[その他の実施の形態]
(a).前記各実施の形態において、新たに求めたNOx吸蔵容量noxmaxによるマップMnoxmax(図4)の更新は、図8にて説明したごとく該当する温度領域の代表温度におけるNOx吸蔵容量を更新することにより行われていた。これ以外に、図24に示すごとく触媒温度etempaveの高温側と低温側とに隣接する2つの代表温度におけるNOx吸蔵容量をΔnoxmax分、共に更新しても良い。すなわち、触媒温度etempaveに応じて補間計算により更新前のNOx吸蔵容量noxmaxold(○印)を求めて、この値とステップS218,S328,S418にて求められているNOx吸蔵容量noxmax(◎印)との差Δnoxmax(=noxmaxold−noxmax)を算出する。そしてこの差Δnoxmaxを、2つの温度領域tmp(3),tmp(4)の代表温度におけるNOx吸蔵容量(上側の△印の温度)から減算することにより温度領域tmp(3),tmp(4)の代表温度における新たなNOx吸蔵容量(下側の△印の温度)を求める。
【0187】
尚、2つの温度領域tmp(3),tmp(4)の代表温度におけるNOx吸蔵容量を同じ様に変更させるのではなく、触媒温度etempaveの位置に応じて、近い方の重み付けを重くし遠い方の重み付けを軽くして各代表温度におけるNOx吸蔵容量を変更させても良い。
【0188】
(b).前記実施の形態1,2,3においてはリッチスパイク制御の禁止時にNOx吸蔵還元触媒22下流のNOx濃度DnoxをNOxセンサ28により監視した。これに加えてリッチスパイク制御が禁止されていない時においても前記実施の形態5,6と同じ処理を実行してNOx濃度Dnoxを監視し、Dnox≧D2となった場合にマップMnoxmax(図4)を更新しても良い。
【0189】
又、前記実施の形態4においてはリッチスパイク実行判定値rspnoxmaxの漸増時に排気中のNOx濃度DnoxをNOxセンサ28により監視していた。これに加えてマップMnoxmax(図4)に基づいてリッチスパイク実行判定値rspnoxmaxを設定している時においても前記実施の形態5と同じ処理を実行してNOx濃度Dnoxを監視し、Dnox≧D2となった場合にマップMnoxmax(図4)を更新しても良い。
【0190】
(c).前記各実施の形態において、NOxセンサ28は精度上、NOx吸蔵還元触媒22からNOxが排出され始めたタイミングでは、正確にNOx濃度上昇を測定できないため、前述した検出遅延時間Ta,Tbを設けていた。しかし、NOxセンサ28に高精度のセンサを用いてNOx吸蔵還元触媒22からNOxが排出され始めたタイミングにてNOx濃度上昇が判定できれば、検出遅延時間Ta,Tbを用いてなくても良い。例えば、前記図6のステップS218にて説明した前記式3の代わりに、次式7のごとくより簡単に算出することができる。
【0191】
【数7】
noxmax ← enoxext × Tnox … [式7]
又、前記図11にて示したステップS316〜S324は、次式8のごとく積算NOx量AnoxへのNOx排出量enoxextの蓄積処理に簡略化される。
【0192】
【数8】
Anox ← Anox + enoxext … [式8]
(d).前記実施の形態2にて説明した図9のマップMdeltaは、NOx吸蔵還元触媒22の劣化度合に関係なく一定のものを用いた。この代わりに、NOx吸蔵還元触媒22が劣化するほど、すなわちマップMnoxmax(図4)のNOx吸蔵容量noxmaxの値が低くなるほど、余裕代形成係数deltaの全体の値を下げると共に、余裕代形成係数deltaの最大値と最小値との差を大きくするようにしても良い。すなわちNOx吸蔵還元触媒22が劣化すると、空間速度の全域で未燃ガスの触媒透過率が高まるとともに、特に高空間速度側で未燃ガスの触媒透過率が高まるためである。
【0193】
(e).前記各実施の形態1〜3では、リッチスパイク禁止実行条件としてリッチスパイク制御実行の条件(図5:S207,図10:S306)が含まれていることにより、リッチスパイク制御が実行されるのを待機していた。この代わりに、ステップS202〜S206(図5)又はステップS302,S304(図10)が満足された時点で、強制的にリッチスパイク制御を実行して、ステップS208(図5)又はステップS308(図10)以下の処理を実行するようにしても良い。この場合には早期にNOx吸蔵還元触媒22下流のNOx濃度が上昇する状態に移行できるので、迅速にマップMnoxmax(図4)を更新して、早期に適切なリッチスパイク実行判定値rspnoxmaxにてリッチスパイク制御を実行できるようになる。
【0194】
(f).前記各実施の形態においては、筒内噴射型エンジンを使用したが吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射型エンジンにも適用できる。この構成の場合には成層燃焼の代わりにリーン燃焼が行われ、このリーン燃焼時にNOx吸蔵還元触媒に対してNOxが吸蔵される。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施の形態1のエンジン及びECUの概略構成説明図。
【図2】同じくリッチスパイク設定処理のフローチャート。
【図3】同じくリッチスパイク設定処理のフローチャート。
【図4】同じく触媒温度とNOx吸蔵容量との関係を示すマップMnoxmaxの構成説明図。
【図5】同じく吸蔵容量更新処理のフローチャート。
【図6】同じく吸蔵容量更新処理のフローチャート。
【図7】同じく制御の一例を示すタイミングチャート。
【図8】同じくマップMnoxmaxの更新の一例を示すグラフ。
【図9】実施の形態2のマップMdeltaの構成説明図。
【図10】実施の形態3の吸蔵容量更新処理のフローチャート。
【図11】同じく吸蔵容量更新処理のフローチャート。
【図12】同じく制御の一例を示すタイミングチャート。
【図13】実施の形態4のリッチスパイク設定処理のフローチャート。
【図14】同じく吸蔵容量更新処理のフローチャート。
【図15】同じく吸蔵容量更新処理のフローチャート。
【図16】同じく制御の一例を示すタイミングチャート。
【図17】実施の形態5のリッチスパイク設定処理のフローチャート。
【図18】同じく吸蔵容量更新処理のフローチャート。
【図19】同じく吸蔵容量更新処理のフローチャート。
【図20】同じく制御の一例を示すタイミングチャート。
【図21】実施の形態6の吸蔵容量更新処理のフローチャート。
【図22】同じく吸蔵容量更新処理のフローチャート。
【図23】同じく制御の一例を示すタイミングチャート。
【図24】マップMnoxmaxの更新の他の例を示すグラフ。
【符号の説明】
2…エンジン、4…ECU、6…燃料噴射バルブ、8…点火プラグ、10…吸気経路、12…スロットルバルブ、14…スロットル開度センサ、16…吸入空気量センサ、18…排気経路、20…スタートキャタリスト、22…NOx吸蔵還元触媒、24…空燃比センサ、26…O2センサ、28…NOxセンサ、30…アクセルペダル、32…アクセル開度センサ、34…エンジン回転数センサ、36…冷却水温センサ。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine that performs rich spike control when the NOx storage amount approaches a limit in an internal combustion engine equipped with an NOx storage reduction catalyst in an exhaust system.
[0002]
[Prior art]
As an exhaust gas purification system for an internal combustion engine, NOx in the exhaust gas is occluded during the execution of stratified combustion or lean combustion, and when the stoichiometric air-fuel ratio or higher fuel concentration (rich) combustion is started and the oxygen concentration in the exhaust gas is reduced, occlusion is performed. A technique using a NOx occlusion reduction catalyst that releases and reduces NOx is known (Japanese Patent Laid-Open No. 7-166851). In this system, when the NOx concentration sensor detects that the NOx concentration downstream of the NOx storage reduction catalyst has increased, the exhaust air-fuel ratio is temporarily made rich by rich spike control to reduce the NOx stored in the NOx storage reduction catalyst. The NOx occlusion reduction catalyst is regenerated.
[0003]
However, in such a system, since the NOx storage reduction catalyst is regenerated by executing the rich spike control after the NOx concentration in the exhaust gas exhausted from the NOx storage reduction catalyst increases, the start of the rich spike control is not performed. Slow, it is still insufficient as a system for suppressing NOx emissions.
[0004]
Therefore, a system has been proposed in which the amount of NOx discharged from the internal combustion engine is estimated based on the operating state of the internal combustion engine, and the NOx storage amount of the NOx storage reduction catalyst is estimated by adding up the estimated NOx amount (Japanese Patent Application Laid-Open (JP-A)). 2001-271697). In this system, the NOx occlusion reduction catalyst is regenerated by rich spike control when the estimated NOx occlusion amount exceeds a predetermined value. As a result, the NOx storage reduction catalyst can be regenerated before the NOx concentration downstream of the NOx storage reduction catalyst increases.
[0005]
This predetermined value is a value that is determined in advance by experiment or the like to obtain the NOx occlusion amount until the NOx concentration downstream of the NOx occlusion reduction catalyst begins to increase, and with a certain amount of margin.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, the NOx storage reduction catalyst deteriorates with use. For example, the NOx occlusion capacity of the NOx occlusion reduction catalyst decreases due to deterioration due to heat or sulfur poisoning. If such deterioration occurs, the predetermined value set in advance may delay the start timing of the rich spike control and increase the NOx emission amount.
[0007]
In JP-A-2001-271697, the deterioration of the NOx storage reduction catalyst is determined by a NOx sensor provided on the downstream side of the NOx storage reduction catalyst. That is, when the operation of the internal combustion engine is continued in a state where the rich spike control is prohibited and the NOx concentration detected by the NOx sensor exceeds the increase determination value, the presence or absence of deterioration is determined based on the NOx occlusion amount level estimated at this time Is judged.
[0008]
However, in this disclosed technique, when deterioration is determined, only alarms and deterioration diagnosis information are stored in the memory, and no countermeasure is taken against the rich spike control. For this reason, even if it becomes clear that the start timing of the rich spike control is not appropriate, if it is left as it is, there is a possibility that the NOx emission amount increases.
[0009]
Further, the NOx occlusion reduction catalyst is not only deteriorated, but, for example, when it has deteriorated due to sulfur poisoning, the NOx occlusion ability may be restored by recovering from the deteriorated state depending on the operating state of the internal combustion engine. Even when the NOx occlusion capacity increases in this way, the Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-271697 does not take any measures.
[0010]
The present invention detects NOx in exhaust gas that has temporarily passed through the NOx storage reduction catalyst, and reflects this detection result in rich spike control, thereby increasing the amount of NOx emitted from the NOx storage reduction catalyst for a long period of time. It is an object of the present invention to enable continuous use of the NOx storage reduction catalyst.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
  In the following, means for achieving the above object and its effects are described.
  (1) The invention described in claim 1 detects a NOx occlusion reduction catalyst that performs occlusion of NOx contained in exhaust gas and reduction of the occluded NOx, and detects NOx concentration in the exhaust gas that has passed through the NOx occlusion reduction catalyst. NOx detection means, and based on the determination that the estimated value of the NOx occlusion amount of the NOx occlusion reduction catalyst is greater than or equal to the rich spike execution judgment value, the fuel component in the exhaust gas is temporarily increased to In an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine that performs rich spike control for reducing NOx of a NOx occlusion reduction catalyst, it is determined that NOx in the exhaust begins to pass through the NOx occlusion reduction catalyst based on a detection result of the NOx detection means. Sometimes, the rich spike execution determination value is updated based on the engine operation history at this time, and the execution of the rich spike control is performed. It is determined that the increase update condition including that of the engine is satisfied and that the state in which NOx in the exhaust begins to pass through the NOx storage reduction catalyst has not been reached based on the detection result of the NOx detection means. The gist of the present invention is that it includes an execution determination value updating means for updating the rich spike execution determination value in a manner that gradually increases during a certain period.
[0012]
When NOx flows into the NOx storage reduction catalyst from the internal combustion engine, the NOx storage amount of the NOx storage reduction catalyst increases. When the NOx occlusion amount approaches the limit and the NOx occlusion reduction catalyst cannot fully occlude flowing NOx, the NOx concentration in the exhaust gas exhausted by the NOx occlusion reduction catalyst begins to increase. Therefore, the timing at which the NOx concentration increasing state is detected by the NOx detecting means is immediately after the NOx storage reduction catalyst has exceeded the storage capacity, and therefore the NOx detecting means detects the increase in NOx concentration. The history of operation of the internal combustion engine at that time reflects the storage capacity of the NOx storage reduction catalyst.
[0013]
For this reason, the rich spike execution determination value update means updates the rich spike execution determination value based on the history of operation of the internal combustion engine. As a result, even if the storage capacity of the NOx storage reduction catalyst is changed due to deterioration or the like, it can be updated to the rich spike execution determination value suitable for the actual storage capacity of the NOx storage reduction catalyst. Thus, the start timing of the rich spike control becomes appropriate, and the increase in the NOx concentration discharged from the NOx storage reduction catalyst described above becomes temporary. Therefore, even if the NOx storage reduction catalyst is continuously used, the NOx emission amount is not increased, and the NOx storage reduction catalyst can be continuously used over a long period of time.
[0014]
  On the other hand, when the increase in NOx concentration is not detected by the NOx detection means between rich spike control and rich spike control, the rich spike execution determination value may be appropriate or the rich spike execution determination value is appropriate. May be smaller than range. If the rich spike execution determination value is too small, the execution frequency of the rich spike control may increase as a whole and the fuel consumption may deteriorate.
[0015]
  For this reason, the rich spike execution determination value updating means updates the rich spike execution determination value to increase when the NOx concentration increase is not detected by the NOx detection means under the increase update condition. If the rich spike execution determination value increases beyond the appropriate value due to the increase in the rich spike execution determination value, the rich spike control and the rich spike control are executed despite the rich spike control being repeatedly executed. The increase in the NOx concentration is detected by the NOx detecting means during the control. When the increase in the NOx concentration is detected in this way, the rich spike execution determination value update means appropriately updates the rich spike execution determination value based on the aforementioned history of internal combustion engine operation.
[0016]
  This makes it possible to maintain the rich spike execution determination value within an appropriate range, so that the NOx concentration in the exhaust gas discharged from the NOx storage reduction catalyst becomes temporary and the rich spike control execution is performed at a more suitable frequency. can do. For this reason, even if the NOx storage reduction catalyst is continuously used, it is possible to reliably prevent an increase in the NOx emission amount and to suppress an increase in fuel consumption.
[0017]
  (2) The invention according to claim 2 detects a NOx occlusion reduction catalyst that performs occlusion of NOx contained in exhaust gas and reduction of the occluded NOx, and detects NOx concentration in the exhaust gas that has passed through the NOx occlusion reduction catalyst. NOx detection means, and based on the determination that the estimated value of the NOx occlusion amount of the NOx occlusion reduction catalyst is greater than or equal to the rich spike execution judgment value, the fuel component in the exhaust gas is temporarily increased to In an exhaust purification device for an internal combustion engine that performs rich spike control for reducing NOx of a NOx storage reduction catalyst, the rich spike execution determination value is updated, and as an aspect thereof, based on a detection result of the NOx detection means When it is determined that NOx in the exhaust gas has started to pass through the NOx storage reduction catalyst, the rich gas is determined based on the engine operation history at this time. A first mode in which the Iku execution determination value is updated and the rich spike execution determination value is maintained at the updated value until it is determined that at least next NOx in the exhaust gas has started to pass through the NOx storage reduction catalyst. When the rich spike execution determination value after updating in this mode is smaller than the limit value of the NOx storage amount of the NOx storage reduction catalyst at that time, the updated rich spike execution determination value is gradually increased. The execution determination value is continuously updated in such a manner that the rich spike execution determination value is set to a value larger than the limit value of the NOx storage amount through this, whereby the actual NOx storage amount of the NOx storage reduction catalyst becomes the value. Even if the limit value of the NOx occlusion amount is reached, a state in which the rich spike control is not executed is generated, and thereafter, based on the detection result of the NOx detecting means. When it is determined that NOx in the exhaust gas has started to pass through the NOx occlusion reduction catalyst, the execution determination value update has a second mode in which the rich spike execution determination value is updated based on the engine operation history at this time. The gist is to provide means.
[0018]
  (3) The invention according to claim 3 is the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 2, wherein the execution determination value update means includes an execution update value condition that the rich spike control can be executed. Is gradually increased on the condition that it is determined that NOx in the exhaust gas has not started to pass through the NOx storage reduction catalyst based on the detection result of the NOx detection means. The gist is to update the rich spike execution determination value in the aspect.
[0019]
  (4) The invention according to claim 4 is the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3, wherein the rich spike execution determination value update means is a detection result of the NOx detection means. The determination that the NOx concentration in the exhaust gas has passed from the state in which the NOx in the exhaust gas has not passed through the NOx occlusion reduction catalyst has shifted from the state in which the NOx concentration is less than the concentration increase determination value to the state in which it has exceeded this The gist is to do.
[0020]
  (5) The invention according to claim 5 is the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 4, wherein the rich spike execution determination value update means uses the NOx in the exhaust as the NOx as the concentration increase determination value. The use of a value that can be reliably detected by the NOx detection means and that is set in advance as a value larger than “0” and in the vicinity of “0” using the NOx detection means. It is said.
[0021]
  (6) The invention according to claim 6 is the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 5, wherein the execution determination value update means is configured so that an engine operation state is set under the increase update condition. The gist is to include being in an idling state.
[0022]
  As a result, the rich spike execution determination value is increased when the internal combustion engine is idle, so that the detection of the NOx concentration is executed in a state where the exhaust flow rate of the internal combustion engine is small. For this reason, in order to detect the NOx concentration increase by the NOx detection means, even if NOx is temporarily discharged from the NOx occlusion reduction catalyst, the absolute emission amount itself can be reduced, so the influence on the environment is less. Become.
[0023]
  (7) The invention according to claim 7 detects a NOx occlusion / reduction catalyst that performs occlusion of NOx contained in exhaust gas and reduction of the occluded NOx, and detects NOx concentration in the exhaust gas that has passed through the NOx occlusion reduction catalyst. NOx detection means, and based on the determination that the estimated value of the NOx occlusion amount of the NOx occlusion reduction catalyst is greater than or equal to the rich spike execution judgment value, the fuel component in the exhaust gas is temporarily increased to In an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine that performs rich spike control for reducing NOx of a NOx occlusion reduction catalyst, it is determined that NOx in the exhaust begins to pass through the NOx occlusion reduction catalyst based on a detection result of the NOx detection means. Sometimes, the rich spike execution determination value is updated based on the engine operation history at this time, and the NOx occlusion is performed during the update. On the side smaller than the storage capacity of the original catalyst, a margin is set which is the difference between the storage capacity and the rich spike execution determination value, and the exhaust space velocity with respect to the NOx storage reduction catalyst is lower. A margin is set to be larger than the margin on the side where the exhaust space velocity with respect to the NOx storage reduction catalyst is high, whereby the rich spike execution determination value on the side where the exhaust space velocity is low is set as the exhaust space velocity. The gist of the invention is that it includes an execution determination value updating means for setting a value smaller than the rich spike execution determination value on the higher side.
[0024]
  The rich spike execution determination value updating means updates the rich spike execution determination value based on the history of operation of the internal combustion engine. As a result, even if the storage capacity of the NOx storage reduction catalyst is changed due to deterioration or the like, it can be updated to the rich spike execution determination value suitable for the actual storage capacity of the NOx storage reduction catalyst. Thus, the start timing of the rich spike control becomes appropriate, and the increase in the NOx concentration discharged from the NOx storage reduction catalyst described above becomes temporary. Therefore, even if the NOx storage reduction catalyst is continuously used, the NOx emission amount is not increased, and the NOx storage reduction catalyst can be continuously used over a long period of time.
Here, the space velocity represents the exhaust volume supplied per unit catalyst surface area per unit time. For example, if the load on the internal combustion engine increases or the engine speed increases, the exhaust flow rate from the internal combustion engine increases, so the space velocity increases, and if the load on the internal combustion engine decreases or the engine speed decreases. Since the exhaust flow rate is reduced, the space velocity is lowered.
[0025]
  The rich spike execution determination value updating means decreases the margin for the storage capacity of the NOx storage reduction catalyst on the side where the space velocity is high and increases on the side where the space velocity is low. For this reason, since the rich spike execution determination value is reduced on the side where the exhaust flow rate is low, rich spike control is executed more frequently than on the side where the exhaust flow rate is high. That is, the execution frequency of the rich spike control is biased toward a side where the exhaust flow rate is high rather than a side where the exhaust flow rate is high.
On the high space velocity side, there is a possibility that a part of the reducing agent as unburned gas supplied by the rich spike control may pass through the NOx storage reduction catalyst without being sufficiently used for NOx reduction, resulting in fuel consumption loss. Becomes larger. However, the probability that the rich spike control can be executed on the side where the fuel consumption is less likely to deteriorate than the side where the fuel consumption tends to deteriorate by biasing the execution frequency of the rich spike control to the lower side than the side where the space velocity is high as described above. As a result, fuel consumption can be prevented from deteriorating.
[0026]
  (8) According to an eighth aspect of the present invention, in the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the seventh aspect, the execution determination value update means executes the rich spike control based on establishment of a rich spike prohibition execution condition. The gist is to cancel the prohibition of execution based on updating the rich spike execution determination value.
[0027]
  When the rich spike prohibition execution condition is satisfied, the regeneration of the NOx storage reduction catalyst is forcibly prohibited by prohibiting the execution of the rich spike control. For this reason, the NOx occlusion amount of the NOx occlusion reduction catalyst can be reliably brought close to the limit, and the NOx concentration downstream of the NOx occlusion reduction catalyst can be increased. For this reason, since an increase in the NOx concentration is reliably detected by the NOx detection means, the frequency of updating the rich spike execution determination value to an appropriate value can be increased.
When the rich spike execution determination value is updated, the execution of the rich spike control is permitted, and thereafter, the start timing of the rich spike control becomes suitable, and the NOx concentration increase discharged from the NOx storage reduction catalyst is temporary. It becomes. Therefore, even if the NOx storage reduction catalyst is continuously used, an increase in the NOx emission amount can be reliably prevented.
[0028]
  (9) The invention according to claim 9 is the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 8, wherein the execution determination value update means has an engine operation state in an idle operation state in the rich spike prohibition execution condition. The gist is to include.
[0029]
  As a result, execution of rich spike control is prohibited when the internal combustion engine is idle, so that the detection of the NOx concentration is executed in a state where the exhaust flow rate of the internal combustion engine is small. For this reason, in order to detect the NOx concentration increase by the NOx detection means, even if NOx is temporarily discharged from the NOx occlusion reduction catalyst, the absolute emission amount itself can be reduced, so the influence on the environment is less. Become.
[0030]
  (10) The invention according to claim 10 is the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 9, wherein the execution determination value updating means is configured such that NOx in the exhaust gas is reduced to NOx in the exhaust gas. Based on the engine operation history at the time when it is determined that it has started to pass through the catalyst, an estimated value of the NOx occlusion amount by the NOx occlusion reduction catalyst at that time is calculated, and the rich spike is calculated based on the calculated estimated value. The gist is to update the execution determination value.
[0031]
  The NOx occlusion amount at the time when the NOx concentration in the exhaust gas discharged from the NOx occlusion reduction catalyst begins to increase is a NOx occlusion amount that directly reflects the actual storage capacity of the NOx occlusion reduction catalyst. Therefore, the rich spike execution determination value updating means increases the NOx concentration in the exhaust discharged from the NOx storage reduction catalyst based on the history of operation of the internal combustion engine at the time when the increase in NOx concentration is detected by the NOx detection means. The NOx occlusion amount at the time of starting to do is estimated. The rich spike execution determination value is updated based on the estimated NOx occlusion amount.
This makes it possible to update the rich spike execution determination value suitable for the actual storage capacity of the NOx storage reduction catalyst, so that the start timing of the rich spike control becomes appropriate, and the NOx concentration increase that the NOx storage reduction catalyst exhausts increases. Will be temporary. For this reason, even if the NOx occlusion reduction catalyst is continuously used, the NOx emission amount is not increased, and the NOx occlusion reduction catalyst can be continuously used over a long period of time.
[0032]
  (11) According to an eleventh aspect of the present invention, in the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to any one of the first to tenth aspects, the execution determination value update means has a small fluctuation in the NOx flow rate in the exhaust gas. Under the engine operating state, the elapsed time from the time when the rich spike control is completed to the time when it is determined that NOx in the exhaust begins to pass through the NOx occlusion reduction catalyst is measured, and this measured elapsed time is measured as the exhaust. The gist is that it is used as the engine operation history at the time when it is determined that the NOx therein has started to pass through the NOx occlusion reduction catalyst.
[0033]
  In an internal combustion engine operation state in which the fluctuation of the NOx flow rate in the exhaust gas of the internal combustion engine is small, for example, at an idle time or other stable internal combustion engine operation state, it is not necessary to directly obtain the NOx amount as an internal combustion engine operation history. The duration in this operating state reflects the amount of NOx. Therefore, the rich spike execution determination value update means measures the elapsed time from the completion time of rich spike control to the time point when the increase in NOx concentration is detected by the NOx detection means. The elapsed time is used as a history of the operation of the internal combustion engine at the time when the increase in the NOx concentration is detected by the NOx detecting means, and the rich spike execution determination value can be appropriately updated based on the elapsed time.
[0034]
  For this reason, since the start timing of the rich spike control can be made appropriate by a relatively simple process of measuring the elapsed time, the load on the exhaust purification device can be reduced.
[0035]
  (12) The invention according to claim 12 is the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 11, wherein the execution determination value update means subtracts a detection delay time from the measured elapsed time, and is obtained thereby. The gist of the invention is to update the rich spike execution determination value based on the NOx occlusion limit time.
[0036]
  In particular, the elapsed time from when the rich spike control is completed to when the increase in the NOx concentration is detected by the NOx detection means coincides with the time when the NOx occlusion / reduction catalyst cannot actually occlude NOx. Not exclusively. For this reason, the rich spike execution determination value updating means subtracts the detection delay time from the measured elapsed time in order to obtain the elapsed time at which the NOx storage reduction catalyst cannot actually store NOx. By using the NOx occlusion limit time obtained in this way, the start timing of the rich spike control becomes more appropriate with a relatively simple process, so the load on the exhaust purification device can be reduced.
[0037]
  (13) The invention according to claim 13 is the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 12, wherein the execution determination value update means sets the detection delay time based on an engine operating state. It is said.
[0038]
  Since the NOx flow rate discharged from the internal combustion engine varies depending on the operating state of the internal combustion engine, the detection delay time also varies depending on the operating state of the internal combustion engine. Therefore, by setting the detection delay time according to the operating state of the internal combustion engine, an appropriate NOx storage limit time corresponding to the operating state of the internal combustion engine can be obtained.
[0039]
  (14) The invention according to claim 14 is the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 12 or 13, wherein the execution determination value update means is based on the NOx occlusion limit time and the NOx flow rate in the exhaust gas. The gist is to calculate the amount of NOx stored in the NOx storage reduction catalyst within the NOx storage limit time and update the rich spike execution determination value based on the calculated amount of NOx.
[0040]
  Since the NOx flow rate is the NOx amount per hour, the NOx occlusion amount within the NOx occlusion limit time can be obtained with high accuracy based on the NOx occlusion limit time and the NOx flow rate in the exhaust gas of the internal combustion engine. . The rich spike execution determination value can be appropriately updated based on this NOx occlusion amount.
[0041]
  (15) The invention according to claim 15 is the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 10, wherein the execution determination value updating means determines that the NOx in the exhaust gas is NOx from the time when the rich spike control is completed. Regarding the NOx flow rate state in the exhaust gas up to the time when it is determined that it has started to pass through the storage reduction catalyst, this is the engine operation history at the time when it is determined that NOx in the exhaust gas has started to pass through the NOx storage reduction catalyst. The gist is to use.
[0042]
  Even in an internal combustion engine operation state in which the fluctuation of the NOx flow rate in the exhaust gas of the internal combustion engine is large, the exhaust gas in the internal combustion engine from the time point when the rich spike control is completed to the time point when the increase in NOx concentration is detected by the NOx detection means By making the NOx flow rate state a history, the total amount of NOx discharged by the internal combustion engine in the corresponding period can be obtained. Therefore, the rich spike execution determination value updating means uses the NOx flow rate state in which the total NOx amount is known as a history to increase the chances of appropriately updating the rich spike execution determination value, so that the rich spike execution determination can be performed early. The value can be updated to an appropriate state.
[0043]
  (16) The invention according to claim 16 is the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 15, wherein the execution determination value update means determines that the NOx in the exhaust gas is NOx from the time when the rich spike control is completed. Based on the NOx flow rate state in the exhaust gas until it is determined that it has started to pass through the storage reduction catalyst, the total exhaust amount of NOx from the internal combustion engine in the period from the completed time to the determined time is calculated, The gist is to update the rich spike execution determination value using the calculated total emission amount as an estimated value of the NOx occlusion amount.
[0044]
  The total amount of NOx from the time when the rich spike control is completed to the time when the NOx concentration in the exhaust gas discharged from the NOx storage and reduction catalyst starts to increase corresponds to the storage capacity of the NOx storage and reduction catalyst. Therefore, by determining the total NOx amount based on the NOx flow rate state and setting it as the NOx occlusion amount, the rich spike execution determination value can be appropriately updated based on the NOx occlusion amount.
[0045]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[Embodiment 1]
FIG. 1 shows a schematic configuration of a direct injection gasoline engine (hereinafter abbreviated as “engine”) 2 and an electronic control unit (hereinafter referred to as “ECU”) 4 mounted on a vehicle. The engine 2 is provided with a fuel injection valve 6 that directly injects fuel into the combustion chamber of each cylinder, and an ignition plug 8 that ignites the injected fuel. A throttle valve 12 whose opening degree is adjusted by a motor is provided in the middle of an intake passage 10 connected to the combustion chamber via an intake valve (not shown). The intake air amount GA (mg / sec) supplied to each cylinder is adjusted by the opening of the throttle valve 12 (throttle opening TA). The throttle opening degree TA is detected by the throttle opening degree sensor 14, and the intake air amount GA is detected by the intake air amount sensor 16 and read into the ECU 4.
[0046]
A three-way catalyst having an oxygen storage function for removing HC and CO components that are released in large quantities at the upstream side in the middle of an exhaust passage 18 connected to a combustion chamber via an exhaust valve (not shown). A certain start catalyst 20 is provided, and a NOx occlusion reduction catalyst 22 is provided downstream. An air-fuel ratio sensor 24 that detects the air-fuel ratio AF from the exhaust component is provided upstream of the start catalyst 20, and an O2 sensor 26 that detects oxygen in the exhaust component is provided downstream. A NOx sensor 28 that detects the NOx concentration Dnox in the exhaust gas is provided on the downstream side of the NOx storage reduction catalyst 22.
[0047]
The ECU 4 is an engine control circuit configured mainly with a digital computer. In addition to the throttle opening sensor 14, the intake air amount sensor 16, the air-fuel ratio sensor 24, the O2 sensor 26, and the NOx sensor 28, the ECU 4 receives signals from the following sensors. That is, the ECU 4 receives signals from an accelerator opening sensor 32 that detects the amount of depression of the accelerator pedal 30 (accelerator opening ACCP) and an engine speed sensor 34 that detects the engine speed NE from the rotation of the crankshaft (not shown). Is entered. The ECU 4 also receives a signal from a coolant temperature sensor 36 that detects the coolant temperature THW of the engine 2. Although not shown in the figure, sensors necessary for engine control such as a vehicle speed sensor are provided.
[0048]
The ECU 4 appropriately controls the fuel injection timing, the fuel injection amount, the ignition timing, and the throttle opening TA of the engine 2 based on the detection contents from the various sensors described above. Thus, for example, the combustion mode is switched between stratified combustion and homogeneous combustion. In the first embodiment, during the normal operation excluding the cold state, the combustion mode is determined based on the map of the engine speed NE and the load factor eklq. Here, the load factor eklq is a value obtained from a map using, for example, the accelerator opening ACCP and the engine speed NE as parameters, indicating the ratio of the current load to the maximum engine load.
[0049]
Next, in the present embodiment, a process related to exhaust purification for the NOx storage reduction catalyst 22 in the control executed by the ECU 4 will be described.
2 and 3 show rich spike setting processing, which is repeatedly executed at regular time intervals. When this process is started, it is first determined whether or not rich spike control is currently being performed (S102). If the rich spike control is being performed (“NO” in S102), this process is temporarily terminated and no substantial process is performed.
[0050]
If the rich spike control is not being executed (“YES” in S102), it is next determined whether or not it is immediately after the return from the rich spike control (S104). If it is immediately after the return from the rich spike control (“YES” in S104), NOx occluded in the NOx occlusion reduction catalyst 22 is all reduced, so the NOx occlusion amount enoxcnt (mg) is set to “0”. It sets (S106).
[0051]
On the other hand, if not immediately after the return from the rich spike control (“NO” in S104), the process of step S106 is not performed.
If “NO” is determined after step S106 or in step S104, the NOx emission amount enoxextrate (mg / sec) per unit time from the engine 2 is based on the load factor eklq and the engine speed NE. Is calculated from the map Menoxextrate (eklq, NE) (S108).
[0052]
Here, the map Menoxextrate (eklq, NE) is a map showing the NOx emission amount per unit time (mg / sec) obtained in advance by experiments using the load factor eklq and the engine speed NE as parameters. The map Menoxextrate (eklq, NE) is switched between stratified combustion and homogeneous combustion. Note that when the homogeneous combustion has a stoichiometric air fuel ratio or a fuel concentration higher than the stoichiometric air fuel ratio, there is almost no NOx emission amount. Therefore, NOx emission amount enoxextrate = 0 (mg / sec) is always used without using a map. good.
[0053]
The NOx emission amount enoxex (mg) discharged in the current control cycle is calculated by the product of the NOx emission amount enoxrate per unit time and the control cycle (sec) of this processing (S110). That is, the amount of NOx stored in the NOx storage reduction catalyst 22 in the current control cycle is calculated.
[0054]
Next, the NOx reduction amount enoxredrate (mg / sec) per unit time in the NOx storage reduction catalyst 22 is read (S112). The NOx reduction amount enoxredrate per unit time is a value obtained in the NOx reduction amount detection processing per unit time that is separately executed. This NOx reduction amount detection processing per unit time basically obtains the NOx reduction amount enoxredate per unit time from the air-fuel ratio AF and the intake air amount GA. Further, the NOx reduction amount obtained from the air-fuel ratio AF and the intake air amount GA is corrected based on the catalyst permeability of the reducing agent obtained from the temperature, the degree of deterioration, etc. of the NOx storage reduction catalyst 22, and the NOx reduction amount enoxredrate. You may ask for.
[0055]
Then, the NOx reduction amount enoxred in the current control cycle is calculated (mg) by the product of the NOx reduction amount enoxredrate per unit time and the control cycle of this process (S114). That is, the reduction purification amount of NOx stored in the NOx storage reduction catalyst 22 is calculated.
[0056]
Next, the NOx occlusion amount enoxcnt (mg) is updated by the following equation 1 (S116).
[0057]
[Expression 1]
enoxcnt ←
enoxcnt + enoxext-enoxred ... [Formula 1]
Here, enoxcnt on the right side is the NOx occlusion amount in the previous control cycle, and enoxcnt on the left side is the updated NOx occlusion amount.
[0058]
Next, the NOx storage capacity noxmax (mg) is calculated (S118). This NOx storage capacity noxmax is calculated based on the catalyst temperature etempave from a map Mnoxmax (map of Δ mark) showing the relationship between the catalyst temperature and the NOx storage capacity shown in FIG.
[0059]
Here, the NOx storage capacity noxmax represents the amount of NOx that can be stored to the maximum extent by the current NOx storage reduction catalyst 22, and represents the current NOx storage capacity of the NOx storage reduction catalyst 22. The NOx amount noxmaxinit that can be stored to the maximum extent by the NOx storage reduction catalyst 22 when the NOx storage reduction catalyst 22 is unused (undegraded) is indicated by a circle. Thus, the illustrated map Mnoxmax shows a state in which the storage capacity is lower than when not in use due to deterioration caused by the use of the NOx storage reduction catalyst 22. The map Mnoxmax is repeatedly updated by the storage capacity update process (FIGS. 5 and 6) described later so as to appropriately reflect the degree of deterioration of the NOx storage capacity.
[0060]
In the NOx occlusion reduction catalyst 22, the NOx occlusion capacity noxmax varies depending on the catalyst temperature etempave. For this reason, in the map Mnoxmax, the catalyst temperature etempave is divided into a plurality of regions, in FIG. 4, seven temperature regions tmp (1) to tmp (7), and the representative temperatures (indicated by Δ marks) provided for each temperature region are divided. The NOx occlusion capacity noxmax is maintained with respect to the temperature at the position shown in FIG.
[0061]
Therefore, in step S118, the catalyst temperature emptive is determined, and the NOx storage capacity (Δ mark) of the two temperature regions tmp (3) and tmp (4) is used, for example, as shown in FIG. 4 depending on the position of the catalyst temperature emptive. Interpolation calculation is performed to obtain the NOx storage capacity noxmax used in this process.
[0062]
The catalyst temperature etempave is estimated from the engine speed NE and the intake air amount GA by a temperature estimation process separately performed by the ECU 4. As this temperature estimation process, for example, the catalyst temperature can be estimated as the exhaust temperature obtained from the engine speed NE and the intake air amount GA during stable operation of the engine 2. Then, when the engine 2 is in transition, the catalyst temperature etempave is obtained by repeatedly calculating the catalyst temperature so as to follow the exhaust temperature based on the time constant based on the intake air amount GA. Instead of this estimation, a temperature sensor may be provided in the NOx occlusion reduction catalyst 22 and the catalyst temperature may be directly measured and used.
[0063]
Next, a rich spike execution determination value rspnoxmax is calculated based on the NOx storage capacity noxmax and margin allowance formation coefficient delta calculated as described above (S120).
[0064]
[Expression 2]
rspnoxmax <-noxmax x delta ... [Formula 2]
Here, the margin allowance formation coefficient delta is a coefficient for setting the rich spike execution determination value rspnoxmax to be smaller than the NOx storage capacity noxmax representing the current NOx storage capacity of the NOx storage reduction catalyst 22. Therefore, the margin allowance forming coefficient delta is set in a range of 0 <delta <1.0. The value of the margin allowance formation coefficient delta is set as a constant value here. As a result, a margin for the rich spike execution determination value rspnoxmax with respect to the NOx storage capacity noxmax can be set, and the NOx in the exhaust can be stored in the NOx storage reduction catalyst 22 with certainty.
[0065]
Next, it is determined whether or not the NOx occlusion amount enoxcnt determined by the equation 1 is equal to or greater than the rich spike execution determination value rspnoxmax determined by the equation 2 (S122).
[0066]
If enoxcnt <rspnoxmax (“NO” in S122), it is then determined whether or not the NOx occlusion amount enoxcnt is “0” or more (S124). If enoxcnt ≧ 0 (“YES” in S124), this process is temporarily terminated as it is.
[0067]
If enoxcnt <0 (“NO” in S124), “0” is set to the NOx occlusion amount enoxcnt (S126), and this process is temporarily terminated.
On the other hand, if enoxcnt ≧ rspnoxmax (“YES” in S122), it is determined whether rich spike control prohibition, which will be described later, is in a released state (S128). If it is not released, that is, in the rich spike control prohibited state (“NO” in S128), this processing is temporarily terminated as it is. That is, rich spike control is not executed.
[0068]
If the prohibition of rich spike control is cancelled (“YES” in S128), then the rich spike parameter is set to execute the rich spike control (S130). For example, the rich spike air-fuel ratio AFr and the rich spike period Rspt are set according to the value of the NOx storage capacity noxmax. In this way, this process is once completed.
[0069]
When the rich spike parameter is set in this way, the rich spike is started by the fuel injection amount control by the ECU 4, and the fuel concentration of the air-fuel mixture in the combustion chamber is temporarily sufficiently higher than the stoichiometric air-fuel ratio. A large amount of unburned gas such as HC and CO is discharged from the engine 2 to the exhaust path 18. As a result, the NOx occluded in the NOx occlusion reduction catalyst 22 is reduced, and finally all the NOx occluded is purified.
[0070]
5 and 6 show the storage capacity update process. This process is executed immediately after the rich spike setting process (FIGS. 2 and 3) at the same cycle as the rich spike setting process (FIGS. 2 and 3). When this process is started, it is first determined whether or not the engine is idling (S202). If it is not currently idle ("NO" in S202), the rich spike control prohibition is canceled (S222). The release of the rich spike control prohibition is canceled when a rich spike control prohibition setting (S210), which will be described later, has been made to enable execution of the rich spike control. If it is already in the release state, this release state is maintained. And this process is once complete | finished as it is.
[0071]
If it is currently idling (“YES” in S202), it is determined whether or not stratified combustion is in progress (S204). This determination may determine whether or not lean combustion is performed when the engine 2 performs lean combustion. In any case, it is determined whether or not the combustion state is such that the exhaust air-fuel ratio becomes lean.
[0072]
If stratified charge combustion is not being performed (“NO” in S204), the rich spike control inhibition is canceled as described above (S222), and the present process is temporarily terminated as it is. If it is during stratified combustion (“YES” in S204), the NOx storage capacity noxmax is still updated in the temperature range to which the current catalyst temperature etempave belongs in the next trip (period in which the engine is continuously operated). It is determined whether or not the process has been performed (S206). This is determined so that the rich spike control prohibition is not repeated in the same temperature region if the temperature region is already updated in the map Mnoxmax shown in FIG. 4 within one trip.
[0073]
If the update has already been completed in the same temperature range (“NO” in S206), the prohibition of rich spike control is canceled as described above (S222), and this process is temporarily terminated as it is.
[0074]
If the update has not yet been executed in the same temperature region (“YES” in S206), then the rich spike control was executed in the current operating state (here, the idle stratified combustion state in the same temperature region). It is determined whether or not (S207). If rich spike control has not yet been executed ("NO" in S207), the prohibition of rich spike control is canceled as described above (S222), and this process is temporarily terminated as it is.
[0075]
Then, in the rich spike setting process (FIGS. 2 and 3), “YES” is determined in step S122 and step S128, and step S130 is executed to execute rich spike control (“YES” in S207). Next, it is determined whether or not it is immediately after the return from the rich spike control (S208). Since it is immediately after the return from the rich spike control (“YES” in S208), the rich spike control prohibition setting is made (S210). As a result, “NO” is determined in step S128 of the rich spike setting process (FIGS. 2 and 3), and the rich spike control is not performed even if the NOx occlusion amount enoxcnt exceeds the rich spike execution determination value rspnoxmax. Never executed.
[0076]
Then, the timer count is started (S212). This timer is counted up at the same cycle as this processing, and the count value is started from “0” in order to measure the elapsed time in the stratified combustion from the completion of the rich spike control.
[0077]
Then, after this step S212, it is determined whether or not the NOx concentration Dnox detected by the NOx sensor 28 is equal to or greater than the NOx concentration increase determination value D2 (S214). The NOx concentration increase determination value D2 is set to a concentration value that can reliably determine that the NOx concentration has increased, mainly due to the detection accuracy of the NOx sensor 28. Therefore, if the NOx concentration Dnox detected by the NOx sensor 28 is equal to or higher than the NOx concentration increase determination value D2, the NOx storage reduction catalyst 22 cannot store NOx, and NOx is discharged downstream from the NOx storage reduction catalyst 22. It can be reliably detected that the timing is after the start.
[0078]
Here, even if NOx produced by stratified combustion is supplied from upstream of the NOx storage reduction catalyst 22 in a state where the execution of rich spike control is prohibited, the NOx storage reduction catalyst 22 can sufficiently store NOx in the initial stage. Dnox <D2 (“NO” in S214). Therefore, this process is temporarily terminated as it is.
[0079]
In the next control cycle, if the same operation state continues, it is determined as “YES” in steps S202, S204, S206, and S207, and in step S208, it is not immediately after the return from the rich spike control (in S208). “NO”), it is determined whether Dnox ≧ D2 (S214). As long as Dnox <D2 (“NO” in S214), this state continues. During this time, NOx is supplied to the NOx occlusion reduction catalyst 22 by stratified combustion, and the actual NOx occlusion amount of the NOx occlusion reduction catalyst 22 increases.
[0080]
When the actual NOx storage amount exceeds the storage capacity of the NOx storage reduction catalyst 22, the NOx concentration starts to increase on the downstream side of the NOx storage reduction catalyst 22. If the NOx concentration that can be detected with high accuracy by the NOx sensor 28 is determined by this increase and it is determined that Dnox ≧ D2 (“YES” in S214), the count value of the timer at the timing when Dnox ≧ D2 is thus obtained. T is set to the NOx increase period Tnox (S216).
[0081]
Then, as shown in the following expression 3, the NOx storage capacity noxmax is calculated (S218).
[0082]
[Equation 3]
noxmax ← enox × (Tnox−Ta) [Equation 3]
Here, the NOx emission amount enoxext is the value obtained in step S110 of the rich spike setting process (FIGS. 2 and 3) described above. The detection delay time Ta is Dnox ≧ D2 (“YES” in S214) from the timing when the NOx occlusion amount of the NOx occlusion reduction catalyst 22 coincides with the occlusion capacity (timing at which NOx begins to be exhausted from the NOx occlusion reduction catalyst 22) during idling. This is a timer count value indicating a time interval until. This detection delay time Ta is a value obtained in advance through experiments or the like.
[0083]
An example of a process from when the rich spike control is completed until the NOx concentration downstream of the NOx storage reduction catalyst 22 increases is shown in the timing chart of FIG. Here, since the engine 2 is idling, the NOx emission amount enoxrate per unit time is substantially constant, and the NOx emission amount enoxext is also substantially constant.
[0084]
For this reason, the NOx occlusion amount enoxcnt increases in proportion to the timer count value T representing the elapsed time from the completion of the rich spike control as shown by hatching in the figure. The NOx flow rate discharged from the NOx storage reduction catalyst 22 begins to increase immediately before or almost at the time ts when the NOx storage amount enoxcnt reaches the storage capacity of the NOx storage reduction catalyst 22.
[0085]
At time tnox, the NOx sensor 28 detects that Dnox ≧ D2. There is a time ts when the NOx occlusion amount enoxcnt reaches the occlusion capacity of the NOx occlusion reduction catalyst 22 before the detection delay time Ta before this time tnox. Therefore, in Equation 3, the NOx occlusion limit time Ts from the completion of the rich spike control to the time point ts is obtained by calculating “Tnox−Ta”. Then, the product of the NOx storage limit time Ts and the NOx emission amount enoxext determines the NOx amount corresponding to the entire area shown by hatching, that is, the actual NOx storage capacity noxmax of the NOx storage reduction catalyst 22.
[0086]
Next, the map Mnoxmax shown in FIG. 4 is updated based on the NOx storage capacity noxmax thus obtained (S220). Specifically, as shown in the example of FIG. 8, the NOx storage capacity noxmaxold (◯ mark) before the update is obtained by interpolation calculation according to the current catalyst temperature etempave. Then, a difference Δnoxmax (= noxmaxold−noxmax) between this value and the NOx storage capacity noxmax (max mark) obtained in step S218 is calculated. Then, by subtracting this difference Δnoxmax from the NOx storage capacity (the temperature of the upper Δ mark) at the representative temperature in the temperature region tmp (4) to which the catalyst temperature etempave belongs, a new value at the representative temperature in the temperature region tmp (4) is obtained. It is set as the NOx storage capacity (the temperature of the Δ mark on the lower side). As a result, the map Mnoxmax is updated.
[0087]
When the update of the map Mnoxmax is completed in this way, the prohibition of rich spike control is then released (S222), and this process is temporarily terminated.
As the map Mnoxmax is updated in this way, the NOx storage capacity noxmax calculated in step S118 of the rich spike setting process (FIGS. 2 and 3) is also changed correspondingly, and is calculated by the equation 2 in step S120. The rich spike execution determination value rspnoxmax is also updated.
[0088]
Since the prohibition of rich spike control has been canceled, in the rich spike setting process (FIGS. 2 and 3), it is determined as “YES” in both step S122 and step S128, and step S130 is executed. Therefore, the rich spike control is immediately executed to purify the NOx stored in the NOx storage reduction catalyst 22. For this reason, as shown in FIG. 7, the NOx concentration on the downstream side of the NOx storage reduction catalyst 22 that has started to rise rapidly decreases to “0”.
[0089]
In the next control cycle of the storage capacity update process (FIGS. 5 and 6), it is determined as “YES” in steps S202 and S204 when idling and stratified combustion continues. For example, since the update of the NOx storage capacity noxmax is completed within the same trip, it is determined as “NO” in step S206. As a result, the rich spike control prohibition cancellation in step S222 is continued, and thereafter, the rich spike control in the same temperature region can be executed.
[0090]
If the catalyst temperature etempave shifts to another temperature range within the same trip, it is determined again as “YES” in step S206, and the NOx storage capacity noxmax in the corresponding temperature range is updated as described above. Is done.
[0091]
Since the update of the map Mnoxmax (FIG. 4) is repeated in this way, the rich spike execution determination value rspnoxmax used in step S122 of the rich spike setting process is also updated to an appropriate value, and the rich spike is performed at a highly accurate timing. Control can be performed.
[0092]
In the configuration described above, the NOx sensor 28 corresponds to the NOx detection means, and the storage capacity update process (FIGS. 5 and 6) and the processes in steps S118 and S120 in FIG. 3 correspond to the process as the rich spike execution determination value update means. Steps S202 to S208 correspond to rich spike prohibition execution conditions.
[0093]
According to the first embodiment described above, the following effects can be obtained.
(I). When the NOx occlusion reduction catalyst 22 cannot fully occlude NOx in the exhaust from the engine 2, the NOx concentration downstream of the NOx occlusion reduction catalyst 22 starts to increase. From this, the engine operation history up to the time point when the increase in NOx concentration is detected by the NOx sensor 28, in this embodiment, from the time when the rich spike control is completed until the time point when the increase in NOx concentration is detected by the NOx sensor 28. The elapsed time (NOx increase period Tnox) reflects the storage capacity of the NOx storage reduction catalyst 22.
[0094]
Since the NOx increase period Tnox is measured during idling, there is little fluctuation in the NOx flow rate in the engine exhaust, and the NOx storage capacity noxmax can be obtained without obtaining the history of the NOx flow rate itself. That is, with respect to the NOx increase period Tnox, the calculation of Equation 3 is performed using the NOx emission amount enoxext during idling and the detection delay time Ta during idling set by experiment or the like. This makes it possible to estimate the NOx storage capacity noxmax when the NOx concentration downstream of the NOx storage reduction catalyst 22 actually starts to increase, and the storage capacity of the NOx storage reduction catalyst 22 is determined by the value of the NOx storage capacity noxmax. The represented map Mnoxmax can be updated appropriately.
[0095]
Then, by setting the rich spike execution determination value rspnoxmax using the map Mnoxmax updated in this way, even if the storage capacity of the NOx storage reduction catalyst 22 is changed due to deterioration or the like, the rich that matches the actual storage capacity The spike execution determination value rspnoxmax can be appropriately updated.
[0096]
Thus, the start timing of the rich spike control becomes appropriate, and the increase in the concentration of NOx discharged from the NOx storage reduction catalyst 22 is temporary. Therefore, even if the NOx occlusion reduction catalyst 22 is continuously used, the NOx occlusion reduction amount from the NOx occlusion reduction catalyst 22 is not increased, and the NOx occlusion reduction catalyst 22 can be continuously used over a long period of time.
[0097]
Moreover, the start timing of the rich spike control can be made appropriate by a relatively simple process of measuring the elapsed time from when the rich spike control is completed to when the increase in the NOx concentration is detected by the NOx sensor 28. The load on the ECU 4 can be reduced.
[0098]
(B). The measurement of the NOx increase period Tnox is performed in a state where the execution of the rich spike control is prohibited in advance and the regeneration of the NOx storage reduction catalyst 22 is not performed. For this reason, the NOx occlusion amount of the NOx occlusion reduction catalyst 22 can be reliably brought close to the limit, and the NOx concentration downstream of the NOx occlusion reduction catalyst 22 can be temporarily increased. Therefore, since the increase in the NOx concentration can be reliably detected by the NOx sensor 28, the frequency of updating the rich spike execution determination value rspnoxmax can be increased.
[0099]
When the rich spike execution determination value rspnoxmax is updated, the execution of the rich spike control is permitted (S222). Henceforth, the start timing of the rich spike control becomes suitable, and the NOx discharged from the NOx storage reduction catalyst 22 is improved. The increase in concentration is temporary. Therefore, even if the NOx storage reduction catalyst 22 is continuously used, an increase in the NOx emission amount from the NOx storage reduction catalyst 22 can be reliably prevented.
[0100]
(C). Since the rich spike prohibition execution condition includes the idle state (S202), the rich spike processing is prohibited during idling. For this reason, since the NOx concentration is detected with the exhaust flow rate of the engine 2 being small, even if the NOx storage / reduction catalyst 22 is temporarily exhausted, the absolute exhaust amount itself remains. Less is enough. The impact on the environment is therefore less.
[0101]
[Embodiment 2]
In the present embodiment, the setting of the margin allowance formation coefficient delta used for calculating the rich spike execution determination value rspnoxmax is performed in step S120 of the rich spike setting process (FIGS. 2 and 3) of the first embodiment. It is set as shown in 9 map Mdelta. Other configurations are the same as those in the first embodiment.
[0102]
The map Mdelta is a map using the load factor eklq and the engine speed NE as parameters, and is set in a range as indicated by a solid line, and this range corresponds to a region where stratified combustion is executed. That is, the margin allowance formation coefficient delta is set except for the limited regions on the high load factor side and the high rotation speed side. Then, as shown by the contour lines of the broken lines in the figure, the higher the load factor eklq or the higher the engine speed NE, the larger the margin allowance formation coefficient delta, and the lower the load factor eklq or the lower the engine speed NE. The margin allowance formation coefficient delta is set to be smaller. However, the margin allowance formation coefficient delta is limited to a range of 0 <delta <1.0 (for example, 0.5 at the minimum and 0.9 at the maximum).
[0103]
For this reason, the rich spike execution determination value rspnoxmax decreases as the load factor eklq increases or the engine speed NE increases, that is, as the space velocity increases as described above, the margin for the NOx storage capacity noxmax is reduced. As the load factor eklq decreases or the engine speed NE decreases, that is, the space velocity decreases, the allowance for the NOx storage capacity noxmax increases.
[0104]
According to the second embodiment described above, the following effects can be obtained.
(I). The effects (a) to (c) of the first embodiment can be obtained.
(B). As described above, according to the map Mdelta (FIG. 9), the margin allowance formation coefficient delta is increased on the high space velocity side and decreased on the low space velocity side. Therefore, the difference between the rich spike execution determination value rspnoxmax and the NOx storage capacity noxmax is increased on the side where the space velocity is low. Therefore, rich spike control is executed more frequently on the low space velocity side than on the high side, and the execution frequency of the rich spike control is biased to the lower side than the high space velocity side.
[0105]
On the high space velocity side, there is a possibility that a part of the reducing agent supplied as the unburned gas supplied by the rich spike control may pass through the NOx storage reduction catalyst 22 without being sufficiently used for NOx reduction. Loss increases.
[0106]
However, the probability that the rich spike control can be executed on the side where the fuel consumption is less likely to deteriorate than the side where the fuel consumption tends to deteriorate by biasing the execution frequency of the rich spike control to the lower side than the side where the space velocity is high as described above. As a result, fuel consumption can be prevented from deteriorating.
[0107]
[Embodiment 3]
The present embodiment is different from the first embodiment in that the storage capacity update process shown in FIGS. 10 and 11 is executed instead of the storage capacity update process (FIGS. 5 and 6). Other configurations are the same as those of the first embodiment. As in the second embodiment, the margin allowance formation coefficient delta may be set according to the map Mdelta shown in FIG.
[0108]
The storage capacity update process (FIGS. 10 and 11) will be described. This process is executed at the same cycle as the storage capacity update process (FIGS. 5 and 6) of the first embodiment. An example of the control of the present embodiment is shown in the timing chart of FIG.
[0109]
When this process is started, it is first determined whether or not stratified combustion is currently being performed (S302). This determination is as described in step S204 of FIG. 5. If the engine 2 performs lean combustion, it may be determined whether or not lean combustion is performed.
[0110]
Here, if it is not stratified combustion (“NO” in S302), the rich spike control prohibition is canceled (S332). The cancellation of the rich spike control prohibition is as described in step S222 of FIG. And this process is once complete | finished as it is.
[0111]
If it is during stratified combustion (“YES” in S302), it is next determined whether or not the NOx occlusion capacity noxmax has not yet been updated in the temperature range to which the current catalyst temperature etempave belongs in the current trip (S302). S304). This determination process is as described in step S206 of FIG.
[0112]
If the update has already been executed in the same temperature range (“NO” in S304), the rich spike control prohibition is canceled as described above (S332), and this process is temporarily terminated as it is.
[0113]
If the update has not yet been executed in the same temperature range (“YES” in S304), then whether or not the rich spike control has been executed in the current operating state (here, the stratified combustion state in the same temperature range) Is determined (S306). If rich spike control has not yet been executed (“NO” in S306), the prohibition of rich spike control is canceled as described above (S332), and this process is temporarily terminated as it is.
[0114]
Thereafter, when rich spike control is executed (“YES” in S306), it is next determined whether or not it is immediately after returning from rich spike control (S308). Since it is immediately after the return from the rich spike control (“YES” in S308), “0 (g)” is set as a value of an accumulated NOx amount Anox described later (S310). Then, rich spike control prohibition setting is made (S312). As a result, “NO” is determined in step S128 of the rich spike setting process (FIGS. 2 and 3), and rich spike control is prohibited.
[0115]
Then, the timer starts counting (S314). This timer is as described in step S212 in FIG.
Next, the detection delay time Tb is obtained from the detection delay time map MTb based on the load factor eklq and the engine speed NE (S316). The detection delay time Tb is Dnox in step S326 from the timing when the NOx occlusion amount of the NOx occlusion reduction catalyst 22 coincides with the occlusion capacity of the NOx occlusion reduction catalyst 22 (timing at which NOx begins to be discharged from the NOx occlusion reduction catalyst 22). It is a timer count value representing a time interval until it is determined that ≧ D2 (“YES”). This detection delay time map MTb is obtained in advance through experiments or the like. The detection delay time Ta in the first embodiment is a constant value because it is limited during stratified combustion during idling, but in this embodiment it is not limited to idling, so the detection delay time Tb depends on the operating state of the engine 2. Change.
[0116]
Next, the NOx emission amount enoxex determined in the rich spike setting process (FIGS. 2 and 3) is accumulated in the accumulation memory enoxext (Tr to T) (S318). Here, the storage memory enext (Tr to T) is a memory for storing the NOx emission amount enextend for each timer count value from the past timer count value Tr to the current timer count value T, and is stored in the RAM of the ECU 4. Is set. The capacity of the storage memory enext (Tr to T) is large enough to store the number of NOx emission amounts enext corresponding to the maximum value of the detection delay time Tb set in the detection delay time map MTb (eklq, NE). Is set. Accordingly, the NOx emission amount enextent obtained in the rich spike setting process (FIGS. 2 and 3) can be stored in the storage memory enextex (Tr to T) during the detection delay time Tb.
[0117]
Since the storage memory enext (Tr to T) is cyclically updated by writing the latest value with respect to the past value, the latest NOx emission amount enoxext is always stored in the storage memory enext (Tr to T). T).
[0118]
Next, it is determined whether or not the current timer count value T has exceeded the detection delay time Tb obtained in step S316 (S320). While T ≦ Tb (“NO” in S320), the detection delay time Tb is set to the previous detection delay time Tx (S324). Then, it is determined whether or not the NOx concentration Dnox detected by the NOx sensor 28 is equal to or greater than the NOx concentration increase determination value D2 (S326). This determination is as described in step S214 in FIG.
[0119]
Here, even if NOx generated by stratified combustion is supplied from upstream of the NOx storage reduction catalyst 22 in a state where the rich spike control is prohibited, in the initial stage, the NOx storage reduction catalyst 22 can sufficiently store NOx. Dnox <D2 (“NO” in S326). Therefore, this process is temporarily terminated as it is.
[0120]
In the next control cycle, since it is not immediately after the return from the rich spike control (“NO” in S308), a new detection delay time Tb is immediately calculated (S316), and a new NOx is stored in the storage memory enext (Tr to T). The discharge amount enoxext is accumulated (S318).
[0121]
As long as T ≦ Tb (“NO” in S320), the detection delay time Tb calculated in step S316 this time is set as the previous detection delay time Tx (S324). If Dnox <D2 (“NO” in S326), the process is temporarily terminated.
[0122]
When T> Tb is satisfied (“YES” in S320, time t0 in FIG. 12), an integrated NOx amount Anox is calculated as shown in the following equation 4 (S322).
[0123]
[Expression 4]
Anox ← Anox
+ Σenoxext (T−Tx˜T−Tb) [Formula 4]
Here, “T-Tx” represents a point in time that is back by the previous detection delay time Tx from the timer count value T corresponding to the current control cycle, and “T-Tb” is from the timer count value T corresponding to the current control cycle. This represents a point in time that is back by the detection delay time Tb. Accordingly, “Σenext (T−Tx to T−Tb)” is determined in each control cycle from the control cycle at the time “T-Tx” to the control cycle at the time “T-Tb” in step S110 of FIG. It represents that the calculated NOx emission amount enoxext is integrated.
[0124]
Therefore, when the detection delay time Tb is not changed, since “T−Tx = T−Tb”, “Σenext (T−Tx to T−Tb)” = “enoxext (T−Tb)”. That is, when the detection delay time Tb does not change, the calculation is the same as the calculation shown in the following equation 5.
[0125]
[Equation 5]
Anox <-Anox + enoxext (T-Tb) ... [Formula 5]
Equation 5 indicates that the NOx emission amount enoxext before the detection delay time Tb is sequentially accumulated in the integrated NOx amount Anox.
[0126]
Further, when the operation state changes from the previous control cycle and the detection delay time Tb becomes longer, “T−Tx> T−Tb” is satisfied, so “Σenext (T−Tx to T−Tb)” = It is set to “0”. That is, when the detection delay time Tb changes to become longer than the previous control cycle, the value of the integrated NOx amount Anox is maintained.
[0127]
Further, when the operating state changes from the previous control cycle and the detection delay time Tb becomes shorter, “T−Tx <T−Tb”, and therefore “Σenext (T−Tx to T−Tb)” = “Enoxext (T−Tx) +... + Enoxext (T−Tb)”. That is, when the detection delay time Tb is changed to be shorter than the previous control cycle, the value of the integrated NOx amount Anox is shortened by the detection delay time Tb from the current timer count value T by “T”. Since “−Tb” moves later in time, the corresponding NOx emission amount enoxext is accumulated.
[0128]
Actually, since the control cycle of the present embodiment is sufficiently short, the change of the detection delay time Tb for each cycle is within “± 1”.
By repeating the calculation of Equation 4, the accumulated NOx amount Anox is accumulated with the NOx emission amount enoxext from the time when the rich spike control is completed until the detection delay time Tb before the present time. This state continues as long as Dnox <D2 (“NO” in S326).
[0129]
When Dnox ≧ D2 is satisfied (“YES” in S326, FIG. 12: t1), the integrated NOx amount Anox obtained during this control cycle is set to the NOx occlusion capacity noxmax (S328).
[0130]
Next, the map Mnoxmax (FIG. 4) is updated based on the NOx storage capacity noxmax thus determined (S330). This update is as described in step S220 of FIG.
[0131]
That is, after the rich spike control is completed, the NOx occlusion amount (hatched portion) occluded in the NOx occlusion reduction catalyst 22 by time tb before detection delay time Tb from time t1 shown in FIG. 12 is obtained as the integrated NOx amount Anox. It is done. Then, the map Mnoxmax (FIG. 4) is updated on the assumption that the accumulated NOx amount Anox represents the current storage capacity of the NOx storage reduction catalyst 22.
[0132]
As the map Mnoxmax is updated in this way, the NOx storage capacity noxmax calculated in step S118 of the rich spike setting process (FIGS. 2 and 3) is also changed correspondingly, and is calculated by the equation 2 in step S120. The rich spike execution determination value rspnoxmax is also updated.
[0133]
When the update of the map Mnoxmax is completed in this way, the rich spike control prohibition is then released (S332), and this process is temporarily terminated.
Since the prohibition of rich spike control has been canceled, in the rich spike setting process (FIGS. 2 and 3), it is determined as “YES” in both step S122 and step S128, and step S130 is executed. Therefore, the rich spike control is immediately executed to purify the NOx stored in the NOx storage reduction catalyst 22. Therefore, as shown in FIG. 12, the NOx concentration on the downstream side of the NOx occlusion reduction catalyst 22 that has started to rise rapidly decreases to “0”.
[0134]
In the next control cycle of the storage capacity update process (FIGS. 10 and 11), even if it is determined “YES” in step S302 because stratified combustion continues, the NOx storage capacity noxmax is maintained in the same temperature range. Since the update has already been completed within the same trip, “NO” is determined in step S304. As a result, the rich spike control prohibition cancellation in step S332 continues, so that the rich spike control in the same temperature region can be executed thereafter.
[0135]
If the catalyst temperature etempave shifts to another temperature range within the same trip, it is determined again as “YES” in step S304, so that the rich spike control is still executed in the changed operating state in step S306. If not, “YES” is determined. Therefore, the NOx storage capacity noxmax in the corresponding temperature region is updated as described above.
[0136]
Since the update of the map Mnoxmax (FIG. 4) is repeated in this way, the rich spike execution determination value rspnoxmax used in step S122 of the rich spike setting process is also appropriately updated, and rich spike control is performed at a highly accurate timing. Can be executed.
[0137]
In the configuration described above, the NOx sensor 28 corresponds to the NOx detection means, and the storage capacity update processing (FIGS. 10 and 11) and the processing in steps S118 and S120 in FIG. 3 correspond to processing as the rich spike execution determination value update means. Steps S302 to S308 correspond to rich spike prohibition execution conditions.
[0138]
According to the third embodiment described above, the following effects can be obtained.
(I). When the NOx occlusion reduction catalyst 22 cannot fully occlude NOx in the exhaust of the engine 2, the NOx concentration in the exhaust exhausted by the NOx occlusion reduction catalyst 22 starts to increase. From this, the engine operation history until the NOx concentration increase is detected by the NOx sensor 28 (FIG. 12: t1), here, the NOx concentration increase is detected by the NOx sensor 28 after the rich spike control is completed. The state of the NOx emission amount enoxext until time reflects the storage capacity of the NOx storage reduction catalyst 22.
[0139]
That is, the NOx emission amount enoxext is integrated with the NOx emission amount enoxext from the completion of the rich spike control until the detection delay time Tb before the current time point, so that the NOx concentration downstream of the NOx storage reduction catalyst 22 actually increases. The NOx storage capacity noxmax at the time of starting is obtained. As a result, the map Mnoxmax representing the storage capacity of the NOx storage reduction catalyst 22 can be updated appropriately.
[0140]
Then, by setting the rich spike execution determination value rspnoxmax using the map Mnoxmax updated in this way, even if the storage capacity of the NOx storage reduction catalyst 22 is changed due to deterioration or the like, it is adapted to the actual storage capacity. The rich spike execution determination value rspnoxmax can be appropriately updated.
[0141]
Thus, the start timing of the rich spike control becomes appropriate, and the increase in the concentration of NOx discharged from the NOx storage reduction catalyst 22 is temporary. Therefore, even if the NOx occlusion reduction catalyst 22 is continuously used, the NOx occlusion reduction amount from the NOx occlusion reduction catalyst 22 is not increased, and the NOx occlusion reduction catalyst 22 can be continuously used over a long period of time.
[0142]
Moreover, even if the operating state of the engine 2 changes greatly, the rich spike execution determination value rspnoxmax can be appropriately updated. Therefore, the opportunity for updating is increased, and the rich spike execution determination value rspnoxmax is set early. It can be updated to an appropriate state.
[0143]
(B). The effect (b) of the first embodiment is produced.
(C). When the margin allowance formation coefficient delta is set using the map Mdelta (FIG. 9), the effect (b) of the second embodiment is produced.
[0144]
[Embodiment 4]
In the present embodiment, in the rich spike setting process (FIGS. 2 and 3), the process shown in FIG. 13 is executed instead of the process shown in FIG. Then, the storage capacity update process shown in FIGS. 14 and 15 is executed instead of the storage capacity update process (FIGS. 5 and 6), which is different from the first embodiment. Other configurations are the same as those of the first embodiment. As in the second embodiment, the margin allowance formation coefficient delta may be set according to the map Mdelta shown in FIG.
[0145]
The rich spike setting process (FIGS. 2 and 13) will be described. Since the processing of FIG. 2 is as described in the first embodiment, detailed description thereof is omitted. In FIG. 13, the same processing as that in FIG. 3 is assigned the same step number.
[0146]
After the NOx occlusion amount enoxcnt is calculated in step S116 (FIG. 2), it is determined whether or not the determination value increase flag Frinc for permitting the increase processing of the rich spike execution determination value rspnoxmax is “OFF” (S117a). . If Frsinc = “OFF” (“YES” in S117a), then the NOx storage capacity noxmax is calculated (S118). Then, the rich spike execution determination value rspnoxmax is calculated as shown in Equation 2 (S120).
[0147]
On the other hand, if Frsinc = “ON” (“NO” in S117a), the rich spike execution determination value rspnoxmax is gradually increased as shown in the following equation 6 (S117b).
[0148]
[Formula 6]
rspnoxmax <-rspnoxmax + dx ... [Formula 6]
Next to step S120 or step S117b, it is determined whether or not enoxcnt ≧ rspnoxmax (S122). If enoxcnt <rspnoxmax (“NO” in S122), it is determined whether or not enoxcnt ≧ 0 (S124). If enoxcnt ≧ 0 (“YES” in S124), this process is temporarily terminated as it is. If enoxcnt <0 (“NO” in S124), “0” is set to the NOx occlusion amount enoxcnt.
[0149]
On the other hand, if enoxcnt ≧ rspnoxmax (“YES” in S122), unlike the case of FIG. 3, the parameter for rich spike is immediately set (S130). As a result, rich spike control is executed.
[0150]
The storage capacity update process (FIGS. 14 and 15) will be described. This process is periodically executed in the same manner as the storage capacity update process (FIGS. 5 and 6) of the first embodiment. An example of the control of the present embodiment is shown in the timing chart of FIG.
[0151]
When this process is started, it is first determined whether or not the engine is idling (S402). If it is not currently idling (“NO” in S402), “OFF” is set to the determination value increase flag Frsinc (S422), and this process is temporarily terminated.
[0152]
Thus, “YES” is determined in step S117a of FIG. 13, and steps S118 and S120 are executed. Therefore, the NOx storage capacity noxmax is calculated from the map Mnoxmax shown in FIG. 4, and the rich spike execution determination value rspnoxmax is calculated from the equation 2 based on the NOx storage capacity noxmax. Based on the rich spike execution determination value rspnoxmax, it is determined in step S122 whether or not rich spike control is to be executed.
[0153]
If it is currently idling (“YES” in S402), it is determined whether or not stratified combustion is in progress (S404). This determination may be made as to whether or not lean combustion is performed when the engine 2 performs lean combustion as described in step S204 of FIG. If it is not stratified combustion (“NO” in S404), “OFF” is set to the determination value increase flag Frsinc as described above (S422), and this process is temporarily terminated.
[0154]
If it is during stratified combustion (“YES” in S404), whether or not the NOx occlusion capacity noxmax has not yet been updated in the temperature range to which the current catalyst temperature etempave belongs in the previous trip of the reference number. It is determined (S406). This is because the NOx discharge due to the gradual increase of the rich spike execution determination value rspnoxmax is not repeated in the same temperature region even if it is once updated in the map Mnoxmax (FIG. 4) within the reference number of trips. To be judged. The reference number is set to 1 to several times, for example.
[0155]
If the update has already been executed in the same temperature range within the reference number of trips (“NO” in S406), as described above, the determination value increase flag Frsinc is set to “OFF” (S422), and this processing is performed. Is temporarily terminated.
[0156]
If the update has not yet been executed in the same temperature range within the reference number of trips (“YES” in S406), then in the current operation state (here, the idle time stratified combustion state in the same temperature range) It is determined whether or not rich spike control has been executed (S407). If rich spike control has not yet been executed (“NO” in S407), the determination value increase flag Frsinc is set to “OFF” as described above (S422), and this process is temporarily terminated.
[0157]
When the rich spike control is executed (“YES” in S407), it is next determined whether or not it is immediately after the return from the rich spike control (S408). Since it is immediately after the return from the rich spike control (“YES” in S408), “ON” is set to the determination value increase flag Frsinc (S410). As a result, “NO” is determined in step S117a of FIG. 13, and step S117b described above is executed. As a result, the gradual increase of the rich spike execution determination value rspnoxmax is executed.
[0158]
Then, the timer starts counting (S412). This processing is as described in step S212 in FIG.
After step S412, it is determined whether or not the NOx concentration Dnox detected by the NOx sensor 28 is equal to or greater than the NOx concentration increase determination value D2 (S414). This determination is as described in step S214 in FIG.
[0159]
Here, if the rich spike execution determination value rspnoxmax is smaller than the actual NOx storage capacity of the NOx storage reduction catalyst 22, before NOx is discharged from the NOx storage reduction catalyst 22, enoxcnt ≧ rspnoxmax (FIG. 13: in S122) “YES”). As a result, rich spike control is executed before NOx is discharged from the NOx occlusion reduction catalyst 22, so that Dnox ≧ D2 is not determined in step S414 (“NO” in S414). The process ends. Therefore, the map Mnoxmax is not updated in steps S416 to S420.
[0160]
By repeating step S117b of FIG. 13 for each control cycle, the rich spike execution determination value rspnoxmax gradually increases. As a result, NOx is discharged from the NOx occlusion reduction catalyst 22 before enoxcnt ≧ rspnoxmax, and it is determined that Dnox ≧ D2 (“YES” in S414).
[0161]
For this reason, the timer count value T at the timing when Dnox ≧ D2 is set as the NOx increase period Tnox (S416). Then, as shown in the equation 3, the NOx storage capacity noxmax is calculated (S418). The map Mnoxmax (FIG. 4) is updated with the NOx storage capacity noxmax (S420).
[0162]
Then, the determination value increase flag Frsinc = “OFF” is set (S422), and this process is temporarily terminated.
Here, the timing chart of FIG. 16 shows an example of a course from the first rich spike control (time t10 to t11) after steps S402 to S406 are satisfied. Here, since it is idling, when rich spike control (time t10 to t11) is completed, NOx flows from the upstream side of the NOx occlusion reduction catalyst 22 at a substantially constant NOx emission amount enoxext. Therefore, the NOx occlusion amount enoxcnt increases in proportion to the timer count value T as shown by the solid line (t11 to t). Since the determination value increase flag Frsinc = “ON” (“NO” in S117a) after the completion of the rich spike control (t11-), the rich spike execution determination value rspnoxmax is gradually increased as indicated by the one-dot chain line in the process of step S117b. Will increase.
[0163]
When the NOx occlusion amount enoxcnt of the NOx occlusion reduction catalyst 22 becomes equal to or larger than the rich spike execution determination value rspnoxmax (“YES” in S122, t12), rich spike control (time t12 to t13) is executed. Thereafter, the rich spike execution determination value rspnoxmax (one-dot chain line) exceeds the actual NOx storage capacity (broken line) of the NOx storage reduction catalyst 22. For this reason, the NOx occlusion reduction catalyst 22 starts to discharge NOx downstream before enoxcnt ≧ rspnoxmax (t14). Thereafter, the NOx concentration Dnox becomes equal to or higher than the NOx concentration increase determination value D2 (t15). For this reason, it determines with "YES" in step S414, step S416-S420 is performed and map Mnoxmax (FIG. 4) is updated. Then, the determination value increase flag Frsinc = “OFF” is returned (S422).
[0164]
When Frsinc = “OFF”, “YES” is determined in step S117a of FIG. 13, and the rich spike execution determination value rspnoxmax is an appropriate value based on the map Mnoxmax (FIG. 4) in steps S118 and S120. Updated to Then, it is determined as “YES” in Step S122, and Step S130 is executed, whereby the rich spike control (t15 to t16) is immediately started.
[0165]
In the next control cycle of the storage capacity update process (FIGS. 14 and 15), the NOx storage capacity is updated in the same temperature range, so that “NO” is determined in step S406, and Frsinc = “OFF”. Is maintained (S422). Therefore, after that (t16-), it is determined as “YES” in step S117a of FIG. 13, and the rich spike execution determination value rspnoxmax is set based on the updated map Mnoxmax (FIG. 4) (S118, S120). . If enoxcnt ≧ rspnoxmax (“YES” in S122), rich spike control (t17 to t18) is executed according to the setting in step S130.
[0166]
If the catalyst temperature etempave shifts to another temperature region where the map Mnoxmax (FIG. 4) has not been updated in the trip within the reference number of times, “YES” is determined in step S406. Therefore, the rich spike execution determination value rspnoxmax is gradually increased, and the NOx storage capacity noxmax in the corresponding temperature region is updated as described above.
[0167]
Since the update of the map Mnoxmax (FIG. 4) is repeated in this way, the rich spike execution determination value rspnoxmax used in step S122 of the rich spike setting process is also updated to an appropriate value, and the rich spike is performed at a highly accurate timing. Control can be performed.
[0168]
In the configuration described above, the NOx sensor 28 serves as the NOx detection means, the storage capacity update process (FIGS. 14 and 15) and the processes of steps S117a, S117b, S118, and S120 of FIG. Equivalent to. Steps S402 to S408 correspond to an increase update condition.
[0169]
According to the fourth embodiment described above, the following effects can be obtained.
(I). The effect (a) of the first embodiment is produced.
(B). When the margin allowance formation coefficient delta is set using the map Mdelta (FIG. 9), the effect (b) of the second embodiment is produced.
[0170]
(C). The measurement of the NOx increase period Tnox is performed by gradually increasing the rich spike execution determination value rspnoxmax while repeating the reduction of the NOx storage reduction catalyst 22 without prohibiting the execution of the rich spike control in advance.
[0171]
Even in such an operation state in which rich spike control is possible, the start timing of rich spike control can be updated to an appropriate value. Therefore, the increase in the NOx concentration discharged from the NOx storage reduction catalyst 22 becomes temporary, and NOx emission The NOx storage reduction catalyst 22 can be continuously used over a long period of time without increasing the amount.
[0172]
(D). The increase update condition of the rich spike execution determination value rspnoxmax includes an idle state. As a result, the NOx concentration is detected in a state where the exhaust flow rate of the engine is small. Therefore, even if the NOx sensor 28 temporarily discharges NOx from the NOx occlusion reduction catalyst 22 in order to detect an increase in the NOx concentration, the absolute emission amount itself can be reduced, so that it has an impact on the environment. Will be less.
[0173]
[Embodiment 5]
In the present embodiment, in the rich spike setting process (FIGS. 2 and 3), the process shown in FIG. 17 is executed instead of the process shown in FIG. The storage capacity update process shown in FIGS. 18 and 19 is executed instead of the storage capacity update process (FIGS. 5 and 6), which is different from the first embodiment. Other configurations are the same as those of the first embodiment. As in the second embodiment, the margin allowance formation coefficient delta may be set according to the map Mdelta shown in FIG.
[0174]
The rich spike setting process (FIGS. 2 and 17) will be described. Since the processing of FIG. 2 is as described in the first embodiment, detailed description thereof is omitted. In FIG. 17, there is no determination (S128) of whether or not the rich spike control prohibition cancellation exists in FIG. Therefore, if NOx occlusion amount enoxcnt ≧ rich spike execution determination value rspnoxmax, rich spike control is always executed (S130). The other processes in FIG. 17 are the same as those in FIG. 3, and the same processes as those in FIG. 3 are given the same step numbers.
[0175]
Regarding the storage capacity update process (FIGS. 18 and 19), the determination of the non-update condition of the storage capacity update process (FIGS. 5 and 6) (FIG. 5: S206), the prohibition of rich spike control (FIG. 5: S210), and the rich spike control The other configuration is the same as the storage capacity updating process (FIGS. 5 and 6) except that the prohibition cancellation (FIG. 6: S222) does not exist. The same processes as those in FIGS. 5 and 6 are given the same step numbers.
[0176]
An example of control by this configuration is shown in the timing chart of FIG. This timing chart shows that the actual NOx storage capacity has deteriorated from the state in which the rich spike execution determination value rspnoxmax is set to an appropriate value with respect to the actual NOx storage capacity of the NOx storage reduction catalyst 22 (˜t21). An example of a gradual decrease is shown. Here, until the time t23, the actual NOx storage capacity does not fall below the rich spike execution determination value rspnoxmax. Therefore, the rich spike control is executed when NOx occlusion amount enoxcnt ≧ rspnoxmax (“YES” in step S122 of FIG. 17) (S130: t20 to t21, t22 to t23).
[0177]
However, after time t23, the actual NOx storage capacity becomes smaller than the rich spike execution determination value rspnoxmax. Therefore, the NOx occlusion reduction catalyst 22 starts to discharge NOx before the NOx occlusion amount enoxcnt ≧ rspnoxmax is satisfied (t24). Thereafter, when NOx concentration Dnox ≧ D2 (“YES” in S214), steps S216 to S220 are executed, and the map Mnoxmax (FIG. 4) is updated (t25). As a result, the rich spike execution determination value rspnoxmax becomes an appropriate value for the actual NOx storage capacity (FIG. 17: S118, S120). Then, it is determined that enoxcnt ≧ rspnoxmax (“YES” in S122), and rich spike control is immediately executed (S130).
[0178]
In the configuration described above, the NOx sensor 28 corresponds to the NOx detection means, and the storage capacity update process (FIGS. 18 and 19) and the processes of steps S118 and S120 of FIG. 17 correspond to the process as the rich spike execution determination value update means.
[0179]
According to the fifth embodiment described above, the following effects can be obtained.
(I). The effect (a) of the first embodiment is produced.
(B). Even if the rich spike control is executed as usual as in the present embodiment, the map Mnoxmax (FIG. 4) can be updated with respect to the deterioration degree of the NOx storage reduction catalyst 22, and the rich spike execution determination value rspnoxmax is an appropriate value. Can be updated.
[0180]
(C). When the margin allowance formation coefficient delta is set using the map Mdelta (FIG. 9), the effect (b) of the second embodiment is produced.
[Embodiment 6]
The present embodiment is different from the fifth embodiment in that the storage capacity update process shown in FIGS. 21 and 22 is executed instead of the storage capacity update process (FIGS. 18 and 19) of the fifth embodiment. . Other configurations are the same as those of the fifth embodiment. As in the second embodiment, the margin allowance formation coefficient delta may be set according to the map Mdelta shown in FIG.
[0181]
Regarding the storage capacity update process (FIGS. 21 and 22), the determination of the non-update condition of the storage capacity update process (FIGS. 10 and 11) of the third embodiment (S304), the prohibition of rich spike control (S312), and the rich spike control The other configuration is the same as the storage capacity update process (FIGS. 10 and 11) except that there is no prohibition cancellation (S332). The same processes as those in FIGS. 10 and 11 are given the same step numbers.
[0182]
An example of control by this configuration is shown in the timing chart of FIG. This timing chart shows that the actual NOx storage capacity gradually decreased from the state (˜t31) where the rich spike execution determination value rspnoxmax is set to an appropriate value with respect to the actual NOx storage capacity of the NOx storage reduction catalyst 22. An example is shown. Here, until the time t33, the actual NOx storage capacity (broken line) does not fall below the rich spike execution determination value rspnoxmax (dashed line). Therefore, the rich spike control is executed when NOx occlusion amount enoxcnt ≧ rspnoxmax (“YES” in step S122 of FIG. 17) (S130: t30 to t31, t32 to t33).
[0183]
However, after time t33, the actual NOx storage capacity becomes smaller than the rich spike execution determination value rspnoxmax. Therefore, the NOx occlusion reduction catalyst 22 starts to discharge NOx before the NOx occlusion amount enoxcnt ≧ rspnoxmax (t34). Thereafter, when NOx concentration Dnox ≧ D2 (“YES” in S326), steps S328 and S330 are executed, and the map Mnoxmax (FIG. 4) is updated (t35). As a result, the rich spike execution determination value rspnoxmax becomes an appropriate value for the actual NOx storage capacity (FIG. 17: S118, S120). Then, it is determined that enoxcnt ≧ rspnoxmax (“YES” in S122), and rich spike control is immediately executed (S130).
[0184]
In the configuration described above, the NOx sensor 28 corresponds to the NOx detection means, and the storage capacity update processing (FIGS. 21 and 22) and the processing in steps S118 and S120 in FIG. 17 correspond to processing as the rich spike execution determination value update means.
[0185]
According to the sixth embodiment described above, the following effects can be obtained.
(I). The effects (a) and (c) of the third embodiment and the effect (b) of the fifth embodiment are produced.
[0186]
[Other embodiments]
(A). In each of the embodiments described above, the map Mnoxmax (FIG. 4) is updated by the newly obtained NOx storage capacity noxmax by updating the NOx storage capacity at the representative temperature in the corresponding temperature region as described with reference to FIG. It was broken. In addition to this, the NOx storage capacities at two representative temperatures adjacent to the high temperature side and the low temperature side of the catalyst temperature etempave may be updated by Δnoxmax as shown in FIG. That is, the NOx storage capacity noxmaxold (◯ mark) before the update is obtained by interpolation calculation according to the catalyst temperature etempave, and this value and the NOx storage capacity noxmax (◎ mark) obtained in steps S218, S328, and S418. The difference Δnoxmax (= noxmaxold−noxmax) is calculated. Then, by subtracting this difference Δnoxmax from the NOx occlusion capacity (the temperature of the upper Δ mark) at the representative temperatures of the two temperature regions tmp (3), tmp (4), the temperature regions tmp (3), tmp (4) The new NOx storage capacity at the representative temperature (the temperature of the Δ mark on the lower side) is obtained.
[0187]
It should be noted that the NOx occlusion capacity at the representative temperatures in the two temperature regions tmp (3) and tmp (4) is not changed in the same way, but the nearer one is weighted according to the position of the catalyst temperature etempave. The NOx occlusion capacity at each representative temperature may be changed by reducing the weight.
[0188]
(B). In the first, second, and third embodiments, the NOx concentration Dnox downstream of the NOx storage reduction catalyst 22 is monitored by the NOx sensor 28 when the rich spike control is prohibited. In addition to this, even when the rich spike control is not prohibited, the same processing as in the fifth and sixth embodiments is executed to monitor the NOx concentration Dnox, and when Dnox ≧ D2, the map Mnoxmax (FIG. 4) May be updated.
[0189]
In the fourth embodiment, the NOx concentration Dnox in the exhaust gas is monitored by the NOx sensor 28 when the rich spike execution determination value rspnoxmax is gradually increased. In addition to this, even when the rich spike execution determination value rspnoxmax is set based on the map Mnoxmax (FIG. 4), the same processing as in the fifth embodiment is executed to monitor the NOx concentration Dnox, and Dnox ≧ D2. In this case, the map Mnoxmax (FIG. 4) may be updated.
[0190]
(C). In each of the above embodiments, the NOx sensor 28 is provided with the detection delay times Ta and Tb described above because the NOx concentration rise cannot be measured accurately at the timing when NOx starts to be discharged from the NOx storage reduction catalyst 22 with accuracy. It was. However, the detection delay times Ta and Tb may not be used as long as the NOx concentration increase can be determined at the timing when NOx starts to be discharged from the NOx storage reduction catalyst 22 using a highly accurate sensor for the NOx sensor 28. For example, instead of the equation 3 described in step S218 of FIG. 6, it can be calculated more simply as the following equation 7.
[0191]
[Expression 7]
noxmax <-enext x Tnox [Formula 7]
Further, steps S316 to S324 shown in FIG. 11 are simplified to the accumulation process of the NOx emission amount enoxex to the integrated NOx amount Anox as shown in the following equation 8.
[0192]
[Equation 8]
Anox ← Anox + enoxext [Formula 8]
(D). The map Mdelta illustrated in FIG. 9 described in the second embodiment is constant regardless of the degree of deterioration of the NOx storage reduction catalyst 22. Instead, as the NOx occlusion reduction catalyst 22 deteriorates, that is, as the value of the NOx occlusion capacity noxmax in the map Mnoxmax (FIG. 4) becomes lower, the overall value of the margin allowance formation coefficient delta is lowered and the margin allowance formation coefficient delta is reduced. The difference between the maximum value and the minimum value may be increased. That is, when the NOx occlusion reduction catalyst 22 deteriorates, the catalyst permeability of the unburned gas increases in the entire space velocity, and the catalyst permeability of the unburned gas particularly increases on the high space velocity side.
[0193]
(E). In each of the first to third embodiments, the rich spike control execution condition (FIG. 5: S207, FIG. 10: S306) is included as the rich spike prohibition execution condition, so that the rich spike control is executed. I was waiting. Instead, when step S202 to S206 (FIG. 5) or steps S302 and S304 (FIG. 10) are satisfied, rich spike control is forcibly executed, and step S208 (FIG. 5) or step S308 (FIG. 5) is executed. 10) The following processing may be executed. In this case, since it is possible to shift to a state where the NOx concentration downstream of the NOx storage reduction catalyst 22 increases early, the map Mnoxmax (FIG. 4) is quickly updated, and the rich spike execution determination value rspnoxmax is rich at an early stage. Spike control can be executed.
[0194]
(F). In each of the above embodiments, a cylinder injection engine is used, but the present invention can also be applied to a port injection engine that injects fuel into an intake port. In this configuration, lean combustion is performed instead of stratified combustion, and NOx is stored in the NOx storage reduction catalyst during the lean combustion.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration explanatory diagram of an engine and an ECU according to a first embodiment.
FIG. 2 is a flowchart of a rich spike setting process.
FIG. 3 is a flowchart of a rich spike setting process.
FIG. 4 is a configuration explanatory view of a map Mnoxmax that similarly shows the relationship between the catalyst temperature and the NOx storage capacity.
FIG. 5 is a flowchart of storage capacity update processing in the same manner.
FIG. 6 is a flowchart of storage capacity update processing in the same manner.
FIG. 7 is a timing chart that similarly shows an example of control.
FIG. 8 is a graph showing an example of updating the map Mnoxmax.
FIG. 9 is a configuration explanatory diagram of a map Mdelta according to the second embodiment.
10 is a flowchart of storage capacity update processing according to Embodiment 3. FIG.
FIG. 11 is a flowchart of storage capacity update processing in the same manner.
FIG. 12 is a timing chart that similarly shows an example of control.
FIG. 13 is a flowchart of rich spike setting processing according to the fourth embodiment;
FIG. 14 is a flowchart of the storage capacity update process.
FIG. 15 is a flowchart of storage capacity update processing in the same manner.
FIG. 16 is a timing chart that similarly shows an example of control.
FIG. 17 is a flowchart of rich spike setting processing according to the fifth embodiment;
FIG. 18 is a flowchart of storage capacity update processing in the same manner.
FIG. 19 is a flowchart of storage capacity update processing in the same manner.
FIG. 20 is a timing chart that similarly shows an example of control.
FIG. 21 is a flowchart of storage capacity update processing according to the sixth embodiment;
FIG. 22 is a flowchart of storage capacity update processing in the same manner.
FIG. 23 is a timing chart that similarly shows an example of control.
FIG. 24 is a graph showing another example of updating the map Mnoxmax.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 2 ... Engine, 4 ... ECU, 6 ... Fuel injection valve, 8 ... Spark plug, 10 ... Intake path, 12 ... Throttle valve, 14 ... Throttle opening sensor, 16 ... Intake air amount sensor, 18 ... Exhaust path, 20 ... Start catalyst, 22 ... NOx occlusion reduction catalyst, 24 ... Air-fuel ratio sensor, 26 ... O2 sensor, 28 ... NOx sensor, 30 ... Accelerator pedal, 32 ... Accelerator opening sensor, 34 ... Engine speed sensor, 36 ... Cooling water temperature Sensor.

Claims (16)

排気に含まれるNOxの吸蔵と吸蔵したNOxの還元とを行うNOx吸蔵還元触媒と、このNOx吸蔵還元触媒を通過した排気中のNOx濃度を検出するNOx検出手段とを備えるとともに、前記NOx吸蔵還元触媒のNOx吸蔵量の推定値がリッチスパイク実行判定値以上である旨判定したことに基づいて、排気中の燃料成分を一時的に増大させて前記NOx吸蔵還元触媒のNOxを還元するリッチスパイク制御を行う内燃機関の排気浄化装置において、A NOx occlusion reduction catalyst that occludes NOx contained in the exhaust gas and reduces the occluded NOx; and NOx detection means that detects NOx concentration in the exhaust gas that has passed through the NOx occlusion reduction catalyst. Rich spike control for reducing the NOx of the NOx occlusion reduction catalyst by temporarily increasing the fuel component in the exhaust based on determining that the estimated value of the NOx occlusion amount of the catalyst is equal to or greater than the rich spike execution determination value In an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine that performs
前記NOx検出手段の検出結果に基づいて排気中のNOxが前記NOx吸蔵還元触媒を通過しはじめた旨判定したときに、この時点での機関運転履歴に基づいて前記リッチスパイク実行判定値を更新するものであって、前記リッチスパイク制御の実行が可能であることを含む増加更新条件が成立している旨及び、前記NOx検出手段の検出結果に基づいて排気中のNOxが前記NOx吸蔵還元触媒を通過しはじめる状態には至っていない旨判定している期間において、前記リッチスパイク実行判定値を漸増させる態様で更新するリッチスパイク実行判定値更新手段を備える  When it is determined that NOx in the exhaust gas has started to pass through the NOx storage reduction catalyst based on the detection result of the NOx detection means, the rich spike execution determination value is updated based on the engine operation history at this time. NOx in the exhaust gas causes the NOx occlusion reduction catalyst based on the fact that the increase update condition including the execution of the rich spike control is satisfied and the detection result of the NOx detection means. Rich spike execution determination value updating means for updating the rich spike execution determination value in a manner that gradually increases the rich spike execution determination value in a period in which it is determined that the state has not started passing.
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。  An exhaust emission control device for an internal combustion engine.
排気に含まれるNOxの吸蔵と吸蔵したNOxの還元とを行うNOx吸蔵還元触媒と、このNOx吸蔵還元触媒を通過した排気中のNOx濃度を検出するNOx検出手段とを備えるとともに、前記NOx吸蔵還元触媒のNOx吸蔵量の推定値がリッチスパイク実行判定値以上である旨判定したことに基づいて、排気中の燃料成分を一時的に増大させて前記NOx吸蔵還元触媒のNOxを還元するリッチスパイク制御を行う内燃機関の排気浄化装置において、A NOx occlusion reduction catalyst that occludes NOx contained in the exhaust gas and reduces the occluded NOx; and NOx detection means that detects NOx concentration in the exhaust gas that has passed through the NOx occlusion reduction catalyst. Rich spike control for reducing the NOx of the NOx occlusion reduction catalyst by temporarily increasing the fuel component in the exhaust based on determining that the estimated value of the NOx occlusion amount of the catalyst is equal to or greater than the rich spike execution determination value In an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine that performs
前記リッチスパイク実行判定値の更新を行うものであって、その態様として、前記NOx検出手段の検出結果に基づいて排気中のNOxが前記NOx吸蔵還元触媒を通過しはじめた旨判定したときに、この時点での機関運転履歴に基づいて前記リッチスパイク実行判定値を更新し、少なくとも次に排気中のNOxが前記NOx吸蔵還元触媒を通過しはじめた旨判定するまでは前記リッチスパイク実行判定値を更新した後の値に維持する第1の態様と、この態様にて更新した後の前記リッチスパイク実行判定値がそのときに前記NOx吸蔵還元触媒が有するNOx吸蔵量の限界値よりも小さいとき、更新した後の前記リッチスパイク実行判定値を漸増させる態様で同実行判定値の更新を継続し、これを通じて前記リッチスパイク実行判定値を前記NOx吸蔵量の限界値よりも大きい値とすることにより前記NOx吸蔵還元触媒の実際のNOx吸蔵量が前記NOx吸蔵量の限界値に達しても前記リッチスパイク制御が実行されない状態を生じさせ、その後に前記NOx検出手段の検出結果に基づいて排気中のNOxが前記NOx吸蔵還元触媒を通過しはじめた旨判定したとき、この時点での機関運転履歴に基づいて前記リッチスパイク実行判定値を更新する第2の態様とを有するリッチスパイク実行判定値更新手段を備える  The rich spike execution determination value is updated, and as a mode thereof, when it is determined based on the detection result of the NOx detection means that NOx in the exhaust gas has started to pass through the NOx storage reduction catalyst, The rich spike execution determination value is updated based on the engine operation history at this time, and the rich spike execution determination value is determined at least until it is determined that NOx in the exhaust gas next passes through the NOx storage reduction catalyst. When the rich spike execution determination value after being updated in this mode and the updated value in this mode is smaller than the limit value of the NOx occlusion amount of the NOx occlusion reduction catalyst at that time, The rich spike execution determination value is continuously updated in such a manner that the rich spike execution determination value after the update is gradually increased. By making the value larger than the limit value of the NOx occlusion amount, even if the actual NOx occlusion amount of the NOx occlusion reduction catalyst reaches the limit value of the NOx occlusion amount, the rich spike control is not executed, and thereafter When it is determined that the NOx in the exhaust gas has started to pass through the NOx occlusion reduction catalyst based on the detection result of the NOx detection means, the rich spike execution determination value is updated based on the engine operation history at this time. Rich spike execution determination value updating means having the second aspect
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。  An exhaust emission control device for an internal combustion engine.
請求項2に記載の内燃機関の排気浄化装置において、The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 2,
前記リッチスパイク実行判定値更新手段は、前記リッチスパイク制御の実行が可能であることを含む増加更新条件が成立している旨及び、前記NOx検出手段の検出結果に基づいて排気中のNOxが前記NOx吸蔵還元触媒を通過しはじめる状態には至っていない旨判定していることを条件に、前記漸増させる態様での前記リッチスパイク実行判定値の更新を行う  The rich spike execution determination value update means determines that an increase update condition including that the rich spike control can be executed is satisfied, and that NOx in the exhaust is based on the detection result of the NOx detection means. The rich spike execution determination value is updated in the mode of gradually increasing on the condition that it is determined that the state of starting to pass through the NOx storage reduction catalyst has not been reached.
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。  An exhaust emission control device for an internal combustion engine.
請求項1〜3のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置において、The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3,
前記リッチスパイク実行判定値更新手段は、前記NOx検出手段の検出結果であるNOx濃度が濃度増加判定値未満にある状態からこれを上回る状態へ移行したことをもって排気中のNOxが前記NOx吸蔵還元触媒を通過していない状態からこれを通過する状態に至った旨判定するものである  The rich spike execution determination value updating means is configured to change the NOx concentration in the exhaust gas from the state in which the NOx concentration, which is the detection result of the NOx detection means, is less than the concentration increase determination value and to the state in which the NOx concentration is higher than this. It is judged that it has reached the state that passes this from the state that has not passed
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。  An exhaust emission control device for an internal combustion engine.
請求項4に記載の内燃機関の排気浄化装置において、The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 4,
前記リッチスパイク実行判定値更新手段は、前記濃度増加判定値として、排気中のNOxが前記NOx吸蔵還元触媒を通過しはじめたタイミングを前記NOx検出手段により確実に検出することのできる値であって「0」よりも大きく且つ「0」付近の値として予め設定されたものを用いる  The rich spike execution determination value update means is a value that can reliably detect, as the concentration increase determination value, the timing at which NOx in the exhaust gas begins to pass through the NOx storage reduction catalyst by the NOx detection means. Use a value larger than “0” and set in advance as a value near “0”
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。  An exhaust emission control device for an internal combustion engine.
請求項1〜5のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置において、The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 5,
前記リッチスパイク実行判定値更新手段は、前記増加更新条件に機関運転状態がアイドル運転状態にあることを含む  The rich spike execution determination value update means includes that the engine update state is in an idle operation state in the increase update condition.
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。  An exhaust emission control device for an internal combustion engine.
排気に含まれるNOxの吸蔵と吸蔵したNOxの還元とを行うNOx吸蔵還元触媒と、このNOx吸蔵還元触媒を通過した排気中のNOx濃度を検出するNOx検出手段とを備えるとともに、前記NOx吸蔵還元触媒のNOx吸蔵量の推定値がリッチスパイク実行判定値以上である旨判定したことに基づいて、排気中の燃料成分を一時的に増大させて前記NOx吸蔵還元触媒のNOxを還元するリッチスパイク制御を行う内燃機関の排気浄化装置において、A NOx occlusion reduction catalyst that occludes NOx contained in the exhaust gas and reduces the occluded NOx; and NOx detection means that detects NOx concentration in the exhaust gas that has passed through the NOx occlusion reduction catalyst. Rich spike control for reducing the NOx of the NOx occlusion reduction catalyst by temporarily increasing the fuel component in the exhaust based on the determination that the estimated value of the NOx occlusion amount of the catalyst is greater than or equal to the rich spike execution determination value In an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine that performs
前記NOx検出手段の検出結果に基づいて排気中のNOxが前記NOx吸蔵還元触媒を通過しはじめた旨判定したときに、この時点での機関運転履歴に基づいて前記リッチスパイク実行判定値を更新するものであって、この更新に際して前記NOx吸蔵還元触媒の吸蔵能力とこれよりも小さい側においてこの吸蔵能力と前記リッチスパイク実行判定値と差である余裕代の大きさを設定し、前記NOx吸蔵還元触媒に対する排気の空間速度が低い側の前記余裕代を前記NOx吸蔵還元触媒に対する排気の空間速度が高い側の前記余裕代よりも大きく設定し、これにより前記排気の空間速度が低い側の前記リッチスパイク実行判定値を前記排気の空間速度が高い側の前記リッチスパイク実行判定値よりも小さい値とするリッチスパイク実行判定値更新手段を備える  When it is determined that NOx in the exhaust gas has started to pass through the NOx storage reduction catalyst based on the detection result of the NOx detection means, the rich spike execution determination value is updated based on the engine operation history at this time. In this renewal, the storage capacity of the NOx storage reduction catalyst is set on the side smaller than this, and a margin margin that is the difference between the storage capacity and the rich spike execution determination value is set, and the NOx storage reduction The margin on the side where the space velocity of the exhaust with respect to the catalyst is low is set larger than the margin on the side where the space velocity of the exhaust with respect to the NOx storage reduction catalyst is high, thereby the rich on the side where the space velocity of the exhaust is low. A rich spike execution determination value that sets a spike execution determination value smaller than the rich spike execution determination value on the higher exhaust space velocity side. Equipped with a new means
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。  An exhaust emission control device for an internal combustion engine.
請求項7に記載の内燃機関の排気浄化装置において、The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 7,
前記リッチスパイク実行判定値更新手段は、リッチスパイク禁止実行条件の成立に基づいて前記リッチスパイク制御の実行を禁止し、前記リッチスパイク実行判定値を更新したことに基づいて前記実行の禁止を解除する  The rich spike execution determination value updating means prohibits the execution of the rich spike control based on establishment of a rich spike prohibition execution condition, and cancels the execution prohibition based on updating the rich spike execution determination value.
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。  An exhaust emission control device for an internal combustion engine.
請求項8に記載の内燃機関の排気浄化装置において、The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to claim 8,
前記リッチスパイク実行判定値更新手段は、前記リッチスパイク禁止実行条件に機関運転状態がアイドル運転状態にあることを含む  The rich spike execution determination value update means includes an engine operation state in an idle operation state in the rich spike prohibition execution condition.
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。  An exhaust emission control device for an internal combustion engine.
請求項1〜9のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置において、The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 9,
前記リッチスパイク実行判定値更新手段は、排気中のNOxが前記NOx吸蔵還元触媒を通過しはじめた旨判定した時点での前記機関運転履歴に基づいて、そのときの前記NOx吸蔵還元触媒によるNOx吸蔵量の推定値を算出し、この算出した推定値に基づいて前記リッチスパイク実行判定値を更新する  The rich spike execution determination value update means is configured to store NOx by the NOx storage reduction catalyst at that time based on the engine operation history at the time when it is determined that NOx in the exhaust gas has started to pass through the NOx storage reduction catalyst. An estimated value of the amount is calculated, and the rich spike execution determination value is updated based on the calculated estimated value.
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。  An exhaust emission control device for an internal combustion engine.
請求項1〜10のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置において、The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 10,
前記リッチスパイク実行判定値更新手段は、排気中のNOx流量の変動が少ない機関運転状態のもと、前記リッチスパイク制御が完了した時点から排気中のNOxが前記NOx吸蔵還元触媒を通過しはじめた旨判定した時点までの経過時間を計測し、この計測した経過時間を排気中のNOxが前記NOx吸蔵還元触媒を通過しはじめた旨判定した時点での前記機関運転履歴として用いる  The rich spike execution determination value update means starts to pass NOx in the exhaust through the NOx occlusion reduction catalyst from the time when the rich spike control is completed under an engine operation state in which the fluctuation of the NOx flow rate in the exhaust is small. The elapsed time up to the time when the determination is made is measured, and this measured elapsed time is used as the engine operation history at the time when it is determined that NOx in the exhaust gas has started to pass through the NOx storage reduction catalyst.
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。  An exhaust emission control device for an internal combustion engine.
請求項11に記載の内燃機関の排気浄化装置において、The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 11,
前記リッチスパイク実行判定値更新手段は、前記計測した経過時間から検出遅延時間を減算し、これにより得られるNOx吸蔵限界時間に基づいて前記リッチスパイク実行判定値を更新する  The rich spike execution determination value updating means subtracts a detection delay time from the measured elapsed time, and updates the rich spike execution determination value based on the NOx storage limit time obtained thereby.
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。  An exhaust emission control device for an internal combustion engine.
請求項12に記載の内燃機関の排気浄化装置において、The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 12,
前記リッチスパイク実行判定値更新手段は、機関運転状態に基づいて前記検出遅延時間を設定する  The rich spike execution determination value updating means sets the detection delay time based on the engine operating state.
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。  An exhaust emission control device for an internal combustion engine.
請求項12または13に記載の内燃機関の排気浄化装置において、The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 12 or 13,
前記リッチスパイク実行判定値更新手段は、前記NOx吸蔵限界時間と排気中のNOx流量とに基づいて前記NOx吸蔵限界時間内において前記NOx吸蔵還元触媒に吸蔵されたNOxの量を算出し、この算出したNOxの量に基づいて前記リッチスパイク実行判定値を更新する  The rich spike execution determination value updating means calculates the amount of NOx occluded in the NOx occlusion reduction catalyst within the NOx occlusion limit time based on the NOx occlusion limit time and the NOx flow rate in the exhaust gas, and this calculation The rich spike execution determination value is updated based on the amount of NOx that has been made
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。  An exhaust emission control device for an internal combustion engine.
請求項10に記載の内燃機関の排気浄化装置において、The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 10,
前記リッチスパイク実行判定値更新手段は、前記リッチスパイク制御が完了した時点から排気中のNOxが前記NOx吸蔵還元触媒を通過しはじめた旨判定した時点までの排気中のNOx流量状態について、これを排気中のNOxが前記NOx吸蔵還元触媒を通過しはじめた旨判定した時点での前記機関運転履歴として用いる  The rich spike execution determination value updating means updates the NOx flow rate state in the exhaust gas from when the rich spike control is completed until it is determined that NOx in the exhaust gas has started to pass through the NOx storage reduction catalyst. Used as the engine operation history when it is determined that NOx in the exhaust gas has started to pass through the NOx storage reduction catalyst.
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。  An exhaust emission control device for an internal combustion engine.
請求項15に記載の内燃機関の排気浄化装置において、The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to claim 15,
前記リッチスパイク実行判定値更新手段は、前記リッチスパイク制御が完了した時点から排気中のNOxが前記NOx吸蔵還元触媒を通過しはじめた旨判定した時点までの排気中のNOx流量状態に基づいて、前記完了した時点から前記判定した時点までの期間における内燃機関からのNOxの総排出量を算出し、この算出した総排出量を前記NOx吸蔵量の推定値として用いて前記リッチスパイク実行判定値の更新を行う  The rich spike execution determination value update means is based on the NOx flow rate state in the exhaust gas from when the rich spike control is completed until it is determined that NOx in the exhaust gas has started to pass through the NOx storage reduction catalyst. The total exhaust amount of NOx from the internal combustion engine in the period from the completion time point to the determined time point is calculated, and the calculated total exhaust amount is used as the estimated value of the NOx occlusion amount to determine the rich spike execution determination value. Update
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。  An exhaust emission control device for an internal combustion engine.
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