JP4161720B2 - Exhaust gas purification device for internal combustion engine - Google Patents

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  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は内燃機関の排気浄化装置、とくにNOx吸着触媒の硫黄被毒を的確に判定することのできる装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
内燃機関の排気浄化装置として、リーン運転時に排出されるNOxを吸着し、これをリッチもしくはストイキ運転時に還元処理するNOx吸着触媒が知られている。このNOx吸着触媒が燃料中に含まれる硫黄成分により被毒すると、NOx吸着性能が劣化する。良好なNOx処理効果を維持するには、NOx吸着触媒の被毒解除を行う必要があり、このために一時的に排気温度が高温となるように燃料供給量を制御する。
【0003】
NOx吸着触媒の被毒解除のためには被毒状態を正確に知る必要があり、内燃機関の走行距離、回転数、温度、リーン運転時間などに加えて、シリンダ内の混合気の状態、内部排気還流量などを考慮して、被毒状態を判定するものがある(特許文献1参照)。
【0004】
【特許文献1】
特開平11−107810号公報
【0005】
【発明の解決すべき課題】
しかし、このように内燃機関の運転状況からNOx吸着触媒の被毒状態を判定するものでは、燃料中に含まれる硫黄成分が仕向地も含めてさまざまに異なることから限界があり、また、センサ等により硫黄の被毒量を直接的に検出するのは非常に困難であることから、正確に被毒状態を判定することができなかった。
【0006】
NOx吸着触媒の被毒状態が正確に判定できなければ、NOxの浄化性能が低下したり、また被毒状態を正しく把握しないで被毒処理を行えば、不必要な被毒処理を繰り返すことによる燃費の悪化を招くこともある。
【0007】
本発明は、NOx吸着触媒の被毒状態を正確に判定することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明の内燃機関の排気浄化装置は、空燃比のリーン運転時に排気中のNOxを吸着し、リッチ運転時に吸着したNOxを脱離、還元するNOx吸着触媒を備える。前記NOx吸着触媒の上流側と下流側排気の空気過剰率を検出する手段と、前記リッチ運転時の前記上流側と下流側排気の空気過剰率のそれぞれの平均値を算出し、これら平均値の差から前記NOx吸着触媒の被毒状態を判定する被毒判定手段とを備える。
【0009】
【作用・効果】
NOx吸着触媒が被毒するとNOxの吸着機能が低下し、リッチ運転時に還元されるNOxが減少し、この状態ではリッチ排気ガスは、そのほとんどがNOxの還元に使用されずに触媒を通過するようになり、この場合には触媒上流側と同じように、下流側排気の空気過剰率も小さく(リッチ)となる。したがって、運転時の触媒上流と下流の排気の空気過剰率(排気空燃比)を検出し、その差を判断することにより触媒の被毒状態を正確に判定することが可能となる。
【0010】
【実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
【0011】
まず、第1の実施形態を図1〜図3に示す。
【0012】
図1において、1はエンジン、9は吸気通路、10は排気通路であり、排気通路10には、空燃比のリーン運転時に排気中のNOxをトラップ(吸着)し、リッチ運転時にNOxを脱離、還元する、NOxトラップ触媒(NOx吸着触媒)16が設置される。
【0013】
前記吸気通路9には吸入空気量を測定するエアフローメータ3、また吸入空気量を調整する吸気絞り弁15が介装される。
【0014】
エンジン1に各気筒毎にインジェクタ5が設置され、コモンレール6によって加圧された燃料を各気筒に噴射供給する。
【0015】
前記排気通路10と吸気通路9とを接続し、排気の一部を吸気中に還流するためのEGR通路11が設けられ、EGR通路11には排気還流量を運転状態に応じて制御するEGR弁12が設けられる。
【0016】
8はコントローラであり、前記燃料噴射時期、噴射圧、噴射量、排気還流量などを運転状態に応じて制御する。このため、運転状態を代表する信号として、クランク角度(エンジン回転数)を検出するクランク角センサ4、アクセルペダルの開度を検出するアクセル開度センサ13、エンジン冷却水温度を検出する冷却水温センサ2、燃料温度を検出する燃温センサ14、さらには前記エアフローメータ3からの信号などがコントローラ8に入力する。
【0017】
コントローラ8はエンジン部分負荷時などリーン運転を行い、このときに排出されるNOxについてはNOxトラップ触媒16で吸着し、この吸着量が所定値に達したときには、一時的に空燃比を濃くする、リッチスパイクを行い、吸着したNOxを脱離、還元処理する。
【0018】
また、コントローラ8はNOxトラップ触媒16の燃料中に含まれる硫黄分による被毒状態を判断し、被毒量が所定値を越えたら、一時的にリッチ運転を行い、被毒解除を実行する。
【0019】
このため、本発明ではNOxトラップ触媒16の上流と下流には空燃比センサ(A/Fセンサ)17aと17bが設けられ、前記リッチスパイクを行ったときに、これらが検出した触媒上流と下流の空燃比(空気過剰率λ)に基づいて、NOxトラップ触媒16の被毒状態を判定している。
【0020】
NOxトラップ触媒16が被毒すると、NOxの吸着機能が低下し、リッチスパイク時に還元されるNOxが減少し、このためリッチスパイクにより排出されるリッチ排気ガスは、そのほとんどがNOxの還元に使用されず、そのまま触媒を通過するようになり、この場合には、触媒上流側と同じように、下流側の空燃比もリッチとなる。したがって、リッチスパイク時の触媒上流と下流の排気の空燃比(空気過剰率)の差から、触媒の被毒状態が判定できる。
【0021】
コントローラ8で実行されるNOxトラップ触媒16の被毒状態の判定について、図4〜図10のフローチャートを参照して説明する。
【0022】
図4は被毒判定のためのメインルーチンであるが、これは時系列的に制御動作の内容を表したものであり、これに対して図5〜図10のフローチャートは所定の短時間毎に周期的に実行される。
【0023】
まず、図4において、ステップS101では、リッチスパイクがあったかどうかの判断を行い、リッチスパイク中であれば、ステップS102に進み、そうでないときはフローを終了する。なお、リッチスパイクはNOxトラップ触媒16にトラップされたNOx量が所定値に達すると実行されるが、エンジンの加速時などにリッチ運転が行われたときにも、同じように機能する。
【0024】
ステップS102ではエンジン回転数Ne、燃料噴射量Qf、リッチスパイク中の目標空気過剰率、リッチスパイク時点でのNOxトラップ触媒16でのNOxトラップ量NOxtrap、さらには触媒の被毒判定値である#DEFを読み込む。
【0025】
なお、空気過剰率は制御空燃比の理論空燃比に対する比率をいい、理論空燃比のときに1となり、リーン空燃比では1よりも大きな値、リッチ空燃比では1よりも小さな値となる。NOxのトラップ量は後で図10を参照して詳しく述べるように、リーン運転の積算時間等に基づいて演算される。また、被毒判定値#DEFは図11〜図13を参照して後で説明する。
【0026】
ステップS103では、リッチスパイク時のNOxトラップ触媒16の上流側の平均空気過剰率と、下流側での平均空気過剰率、AveλfとAveλrを演算する。ただし、この演算については図5を参照して後で詳しく述べる。
【0027】
ステップS104では、ステップS103で求めた平均空気過剰率のAveλfとAveλrの差Defλが判定値#DEFを下回った場合にはステップS105に進み、そうでないときはフローを終了する。
【0028】
後で詳しく述べるように、NOxトラップ触媒16が硫黄による被毒状態にあると、NOxのトラップ機能が低下し、NOxの脱離、還元処理のためのリッチスパイクを行っても、排気中のHC、COはNOxの還元に寄与せずにそのまま触媒を通過し、この状態では触媒上流側の排気空燃比と下流側の排気空燃比の差が少なくなる。NOxトラップ触媒16が正常に機能していれば、リッチスパイク時に排気中に含まれるHC、COはNOxの脱離、還元に利用され、触媒下流側の空燃比はリッチでなくて理論空燃比となる。このため、上流側と下流側の空燃比の差が大きくなる。したがって、触媒上流側と下流側の平均空気過剰率の差Defλを、判定値#DEFと比較することにより、NOxトラップ触媒16の硫黄被毒状態を知ることができる。
【0029】
上記判定値#DEFは、例えば図11のテーブルに示すように、リッチ時の目標空気過剰率に応じて、空気過剰率が小さいときほど大きく、空気過剰率が大きくなる(空燃比が理論空燃比に近づく)ほど、小さくなるように設定される。
【0030】
あるいは、図12のテーブルに示すように、リッチスパイク時間が長くなるほど、判定値#DEFが大きくなるような特性に設定される。さらには、図13のテーブルに示すように、NOxトラップ量が小さいときほど判定値#DEFが大きく、トラップ量が多くなるのに伴い減少するような特性に設定される。
【0031】
このようにして触媒上流と下流の排気の平均空気過剰率の差Defλが判定値#DEFよりも小さいときは、NOxトラップ触媒16が被毒状態にあるとして、まずステップS105において、NOxトラップ触媒16のリッチあるいはリーン被毒解除運転を行う。
【0032】
これについては図7を参照して後で詳しく述べるが、NOxトラップ触媒の被毒には、硫黄による被毒と、リッチまたはリーン運転に伴う被毒があり、被毒解除時にはいずれも排気ガスを通常よりも高温しての被毒解除運転が必要となるが、リッチ、リーン運転による被毒の解除は、硫黄被毒の解除時よりも相対的に低温側で行える。そこで、空燃比を理論空燃比として所定の時間だけ解除運転を行う。予めこのようなリッチ、リーン被毒の解除を行っておくことで、この後に実行されるNOxトラップ触媒16の被毒判定では、硫黄による被毒のみが正確に判定できる。
【0033】
次にステップS106で、次のリッチスパイクが行われるのを待つ。再びリッチスパイクが実行されたら、ステップS107に進む。
【0034】
ステップS107では、ステップS103と同じようにして、再びNOxトラップ触媒16の上流と下流の排気の平均空気過剰率AveλfとAveλrを算出する。
【0035】
そして、ステップS108ではステップS104と同じようにして、平均空気過剰率の差Defλが所定値#DEFを下回ったかどうか判断し、下回ったときは、すなわち触媒上流と下流の平均空気過剰率の差が小さいときには、ステップS109に進み、硫黄による被毒状態にあると判定し、そうでない場合はフローを終了する。
【0036】
次に図5を参照して平均空気過剰率の演算ルーチンを説明する。
【0037】
ステップS201でエンジン回転速度Ne、燃料噴射量Qfを読み込む。ステップS202では、図6を参照しながら後で詳しく述べる、NOxトラップ触媒16のNOx還元処理のためのリッチスパイク時期判定(フラグ)Frichを演算する。
【0038】
ステップS203では演算したリッチスパイク判定フラグFrichがTrueかどうかの判定を行い、TrueならばステップS204に進み、Falseの場合にはステップS205に進む。
【0039】
ステップS204ではリッチスパイクへの移行後、所定の遅れ時間#DELAY以上を経過しているかどうか判断し、経過している場合にはステップS206に進み、経過していない場合はステップS208に進む。
【0040】
この遅れ時間#DELAYは、リッチスパイクに入ってから排気ガスがNOxトラップ触媒16に到達するまでの時間に相当し、そのときの排気流量Qexhに応じて、図14に示すようなテーブルから算出する。
【0041】
遅れ時間#DELAYは排気流量Qexhが小さいときほど長く、大きくなるにしたがって短くなる。なお、排気流量Qexhは、エンジン回転数Ne、燃料噴射量Qf(mg/st)、吸入空気量Qac(mg/st)に基づいて、
Qexh=(Qf+Qac)×Ne/60/2×CYLNUMBER
として算出できる。ただし、CYLNUMBERはエンジン気筒数をである。
【0042】
これに対して、ステップS205ではリッチスパイクの終了後、#DELAY以上経過している場合には、ステップS208に進み、経過していないときはステップS206に進む。
【0043】
ステップS206ではリッチスパイク中にカウントされるカウント値を、RICHTIME=RICHTIME(n−1)+1として演算する。
【0044】
ステップS207では、NOxトラップ触媒16の上流と下流の空気過剰率の積算値を、触媒上流と下流の空燃比センサ17aと17bのそれぞれの出力を空気過剰率λに換算した上で、次のように積算により算出する。
【0045】
すなわち、
上流積算値Sλf=λf(n)+Sλf(n−1)
下流積算値Sλr=λr(n)+Sλr(n−1)
として算出する。
【0046】
なお、この上流と下流の空気過剰率の積算は、リッチスパイクに移行し、かつ上記遅れ時間が経過したときから開始され、リッチスパイクが終了し、かつ上記遅れ時間が経過したときに終了する、すなわち、NOxトラップ触媒16において実際にリッチスパイクにより空気過剰率が変化している区間に相当する時間だけ、実行される。
【0047】
一方、ステップS208ではこのようにして算出した、リッチスパイク中の空気過剰率の積算値と、リッチスパイク時間のカウント値とから、触媒上流と下流の平均空気過剰率をそれぞれ次のようにして算出する。
【0048】
すなわち、
上流平均空気過剰率Aveλf=Sλf/RICHTIME
下流平均空気過剰率Aveλr=Sλr/RICHTIME
として算出する。
【0049】
図6のフローチャートを参照してリッチスパイク時期判定の演算を説明する。
【0050】
ステップS301でエンジン回転数Ne、燃料噴射量Qf、前回のリッチスパイクカウンタ値Count(n−1)、前回のリッチ判定Frich(n−1)を読み込む。
【0051】
ステップS302では前回のリッチ判定フラグFrich(n−1)がTrueかどうかの判定を行い、もしTrueならばリッチスパイク中としてステップS303に進み、Falseの場合はステップS307に進む。
【0052】
ステップS303ではリッチカウンタのしきい値SCountを、予め設定した値SCOUNTLとする。
【0053】
ステップS304では、リッチスパイク中であるので、上記リッチカウンタ値の減算を実施する。ここでは、Count(n−1)から予め設定した減算量#DCOUNTを100msec毎に減算していく。
【0054】
そして、ステップS305では演算したリッチカウンタ値Countが、予め設定したしきい値SCountよりも小さくなったかどうか判断し、もし小さくなったときには、リッチスパイクを終了するものとして、ステップS306に進んで、リッチ判定フラグFrichをFrich=Falseとしてフローを終了する。
【0055】
これに対して、リッチスパイク中でないときは、ステップS307において、リッチカウンタ値SCountを予め設定したしきい値#SCOUNTHにセットする。ステップS308では、例えば、図15に示すように、エンジン回転数Neと燃料噴射量Qfとから決定されるカウンタ増分を演算し、これをICountとする。
【0056】
ステップS309ではリッチスパイク中ではないため、リッチカウンタ値にステップS308で演算したリッチカウンタ増分ICounを100msec毎に積算していく。
【0057】
そして、ステップS310でこのリッチカウンタ値Countを、ステップS307で設定したカウンタしきい値#SCOUNTHと比較し、Countがしきい値よりも大きくなったときは、リッチスパイク時期に達したとして、ステップS311に進んで、リッチ判定フラグFrich=Trueにしてフローを終了する。
【0058】
これに対して、ステップS310でリッチカウンタ値がしきい値よりも小さい場合には、ステップS306に進んでリッチ判定フラグをFrich=Falseとしておく。
【0059】
次に図7のフローチャートを参照してリッチ、リーン被毒解除運転について説明する。
【0060】
ステップS401でリッチ、リーン被毒解除時の目標空気過剰率tLambdaを、tLambda=1に設定する。これは理論空燃比に相当する。
【0061】
ステップS402でこの被毒解除時の吸気絞り弁開度の目標値を演算する。これについては後で詳しく説明する(図8参照)。
【0062】
ステップS403で同じくEGR弁開度目標値を演算する(図9参照)。
【0063】
図8により吸気絞り弁開度の目標値の演算を説明する。
【0064】
ステップS501でエンジン回転数Ne、燃料噴射量Qf、目標空気過剰率tLambdaを読み込む。
【0065】
ステップS502で燃料噴射量Qfと目標空気過剰率tLambdaとから、目標吸入空気量tQacを算出する。
【0066】
すなわち、
tQac=tLambda×14.6×Qf
ただし、14.6は理論空燃比
として算出する。
【0067】
ステップS503ではステップS502で算出した目標吸入空気量tQacと、1気筒あたりのエンジン排気量VCE#、空気密度ROU#とから、目標作動ガス割合tQh0を求める。
【0068】
すなわち、
tQh0=tQac/(VCE#×ROU#)
として算出する。
【0069】
ステップS504ではこのように算出した目標作動ガス割合tQh0に基づいて、例えば図16に示すようなテーブルから、目標絞り弁係数tADNVを算出する。係数tADNVは、目標作動ガス割合が大きな領域で急激に増加する特性に設定してある。
【0070】
ステップS505では、吸気絞り弁の目標開口面積tAtvobを、tADNVと、エンジン回転数Ne、エンジン総排気量VOL#とから算出する。
【0071】
すなわち、
tAtvob=tADNV×Ne×VOL#
として算出する。
【0072】
ステップS506では、このステップS505で演算した吸気絞り弁の目標開口面積から、例えば図17に示すようなテーブルにて、吸気絞り弁開度TVOを演算してフローを終了する。なお、吸気絞り弁開度は目標開口面積に概略比例して増大する。
【0073】
EGR弁の開度目標値の演算ルーチンを図9を参照して説明する。
【0074】
ステップS601でエンジン回転数Ne、燃料噴射量Qf、目標吸入空気量tQacを読み込む。
【0075】
ステップS602で例えば、18図に示すようなマップから、エンジン回転数Neと燃料噴射量Qfとにより、目標とするEGR率MEGRを算出する。
【0076】
なお、EGR率MEGRは、エンジン回転数と燃料噴射量が小さい領域で大きく、回転数、噴射量が大きい領域で小さくなるように設定される。
【0077】
ステップS603では目標EGR量MQECを、目標吸入空気量tQacと目標EGR率MEGRとから、
MQEC=tQac×MEGR/100
として算出する。
【0078】
そして、ステップS604において、EGR弁開度を、例えば図19に示すようなテーブルにより、目標EGR量MQECを算出してフローを終了する。
【0079】
次に、図10のフローチャートを参照してNOxトラップ触媒に対するNOxトラップ量の推定演算について説明する。
【0080】
ステップS701ではエンジン回転数Ne、燃料噴射量Qf、吸入空気量Qac、エンジン冷却水温Twを読み込む。
【0081】
ステップS702では例えば、図20に示すようなテーブルから、吸入空気量Qacに基づいてエンジンの単位出力時間あたりのNOx量、すなわちNOxgkw20msを算出する。このNOx量の単位は、g/kW/20ms(20msec.jobの場合)である。なお、NOx量は吸入空気量に概略比例して増加する。
【0082】
ステップS703では、このように演算したNOxgkw20msと、そのときのエンジン出力Peとの積に基づいて、単位時間あたりのNOx量NOxg20msを、
NOxg20ms=NOxgkw20ms×Pe
として算出する。なお、エンジン出力Peは、Pe=Ne×Qfとして算出することができる。
【0083】
ステップS704では、単位時間あたりのNOx排出量による補正係数kNOxeoeを、例えば図21に示すようなテーブルに基づいて算出する。
【0084】
このkNOxeoeは単位時間あたりのNOx排出量が小さいときはほぼ1となり、大きくなるにしたがって0に向けて小さくなる特性に設定してある。
【0085】
ただし、この補正係数は、例えば、図22に示すようなテーブルにより、エンジン排気流量が大きくなるほど小さくなるような特性に設定したり、あるいは、図23に示すように、エンジン回転数Neと燃料噴射Qfとにより設定したマップから、エンジン回転数と燃料噴射量が共に大きくなるほど補正係数が小さくなるように設定することもできる。
【0086】
ステップS705ではNOxトラップ触媒16のNOxトラップ量が触媒の担体温度に依存して変動することを考慮して、触媒担体温度Tbedによる補正係数kNOxtbedを、例えば図24に示すようなテーブルに基づいて算出する。この補正係数は、触媒担体温度が低いときには0で、高くなるほど1に近づくような特性に設定される。
【0087】
ただし、この触媒担体温度Tbedは、図25にも示すように、エンジン冷却水温Twと相関があり、したがって、図26に示すようなテーブルにより、冷却水温Twとの関係に基づいて設定することもできる。この場合、冷却水温Twが高くなるにしたがって、補正係数kNOxeoeは1に近づくような特性に設定されている。
【0088】
ステップS706では、NOxトラップ触媒16にトラップされるNOxトラップ量が、それまでにトラップされているNOx量との関係に基づいて変動することを考慮して、図27に示すようなテーブルによって、トラップ量による補正係数kNOxtrapを算出する。
【0089】
この補正係数kNOxtrapは、NOxトラップ量NOxtrapがゼロのときに1になり、NOxトラップ量が多くなるほど0に向けて小さくなる特性に設定される。
【0090】
次にステップS707では、最終補正係数kNOxを、いままで算出してきた各補正係数の積として次のように演算する。
【0091】
すなわち、
kNOx=kNOxeoe×kNOxtbed×kNOxtrap
として算出する。
【0092】
そして、ステップS708でNOxのトラップ量NOxtrapを、前回までに算出したNOxの総トラップ量NOxtrap(n−1)に、今回の計算値である単位時間あたりのNOx量NOxg20msと補正係数kNOxの積を加算して求める。
【0093】
すなわち、
NOxtrap=NOxtrap(n−1)+NOxg20ms×kNOx
として算出し、このフローを終了する。
【0094】
次に全体的な作用について図2、図3を参照しながら説明する。
【0095】
リーン運転が続くと、NOxトラップ触媒16には排気中のNOxがトラップされていき、その量が次第に増加する。コントローラ8はNOxのトラップ量が所定値に達したことを推定すると、空燃比を一時的に濃くする、リッチスパイクを行うことにより、NOxトラップ触媒16に吸着保持されていたNOxの離脱還元を行う。
【0096】
リッチスパイクは、NOxトラップ触媒16にトラップされているNOxの量に応じて、リッチスパイク時の空燃比、リッチスパイク時間が決まり、これによりトラップされているNOxが、排気中のHC、COにより、触媒から離脱し、還元される。
【0097】
このときのNOxトラップ触媒16の上流と下流の排気空燃比、つまり空気過剰率の様子を示すのが、図2、図3である。
【0098】
いま図2において、NOxトラップ触媒16が硫黄による被毒が無く、正常に機能している間は、リッチスパイク時にトラップしているNOxが離脱し、還元されるため、リッチスパイク中、触媒上流の排気空燃比はリッチであっても、下流側の空燃比はストイキ、つまり空気過剰率λが、λ=1の状態を維持する。つまり、リッチ排気中に含まれるHC、COが触媒でのNOxの還元作用に利用されるため、下流側の空燃比はストイキに維持されるのである。
【0099】
しかし、NOxトラップ触媒16が硫黄により被毒し、機能が低下すると、NOxのトラップ量が減り、リッチスパイクしても還元されるNOxが少ないために、そのほとんどが還元には利用されず、そのまま触媒を通過して下流側に放出される。このために、排気空燃比は触媒下流側においても、上流側と同じようなリッチ状態になる。
【0100】
図3は、図2に比べてリッチスパイクの時間が長い場合である。NOxトラップ触媒16が正常のときでも、リッチスパイク時間が長くなり、触媒にトラップされているNOxの全量を還元しても継続すれば、還元後は触媒下流の空燃比は上流と同じリッチ空燃比となる。
【0101】
NOxトラップ触媒16が硫黄被毒していると、NOxのトラップ量が少なくなるので、この場合には、すぐに下流の空燃比がリッチとなる。
【0102】
そこで、コントローラ8では、リッチスパイク中におけるNOxトラップ触媒16の上流側と下流側の空燃比、すなわち上流と下流の空気過剰率の差が、所定値よりも小さいときには、触媒が正常に機能していないと判断する。
【0103】
ただし、実際には図3にもあるように、そのときのリッチスパイク時間や空燃比によって、下流側の空燃比特性も変動するので、リッチスパイク中の上流側と下流側の空気過剰率の平均値をとり、この平均空気過剰率を被毒判定値と比較することで、NOxトラップ触媒16の被毒状態の判定が正確に行われるようにしている。
【0104】
NOxトラップ触媒16の被毒は、硫黄被毒の他に、触媒がリッチあるいはリーン排気ガス雰囲気に長時間さらされることによる被毒がある。どちらの被毒でもNOxの浄化効率の低下を招くことには変わりはないが、硫黄被毒したときの被毒解除には、触媒の温度が例えば600℃以上とする被毒解除運転が必要となるが、リッチあるいはリーン被毒に対する解除は、例えば400℃程度の温度に維持することにより可能である。
【0105】
そこで、本発明では、NOxトラップ触媒16の被毒判定を行うときには、まず、リッチあるいはリーン被毒を想定し、この被毒解除のために、予め定めた時間だけ空燃比をストイキとして触媒温度が400℃程度となるような、被毒解除運転を行っている。もし、リッチ、リーン被毒があれば、この間に触媒からはリッチ、リーン被毒が解除される。これにより、NOxトラップ触媒16の被毒判定は、リッチ、リーン被毒の無い、硫黄被毒にのみ依拠した被毒状態を正しく判定することができる。
【0106】
なお、リッチあるいはリーン被毒の解除を行わずに直接的に硫黄による被毒判定を行い、この結果により被毒解除運転を行えば、すべてが高温の硫黄被毒解除運転となってしまい、燃費もそれだけ悪化する。
【0107】
ここで本実施形態の効果を列記すると次のようになる。
【0108】
NOxトラップ触媒16の上流側と下流側排気の空気過剰率を検出する排気センサ17a17bを設け、リッチスパイク時の前記上流側と下流側排気の空気過剰率の差からNOxトラップ触媒16の被毒を判定するようにしたので、触媒の被毒状態を正確に判断することができる。
【0109】
また、NOxトラップ触媒16の被毒判定を、触媒上流側と下流側の排気の空気過剰率のそれぞれの平均値に基づいて判断するので、判定精度が向上し、正確な判定が行える。
【0110】
また、被毒判定値を、リッチスパイク時の空燃比、リッチスパイク時間に応じて設定することにより、これらによって変動する空気過剰率の影響を無くし、正確な判定を可能とする。
【0111】
さらに、被毒判定値を、リッチスパイクに移行時のNOxトラップ量に応じて設定することで、同じく精度のよい被毒判定を行える。
【0112】
リッチスパイクに移行してから所定の遅れ時間を経過してから空気過剰率の平均値の演算を開始し、また、リッチ運転の終了から所定の遅れ時間を経過したときに前記平均値の演算を終了することにより、リッチスパイクが行われてから排気がNOxトラップ触媒16に到達するまでの遅れを考慮でき、空気過剰率の平均値の演算精度が高まる。
【0113】
また、NOxトラップ触媒16の被毒判定後に、理論空燃比で所定の時間運転することで、リッチあるいはリーン被毒を解除し、その後に再度被毒判定を実施することで、硫黄被毒によるものを正確に判定でき、無駄な硫黄被毒の解除運転を少なくし、燃費の改善が図れる。
【0114】
本発明は上記した実施形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載した技術的思想の範囲内で、当業者がなしうるさまざまな変更、改良が含まれることは明白である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態の構成図である。
【図2】リッチスパイク時の触媒の上流と下流の空気過剰率の変化を示すタイムチャートである。
【図3】リッチスパイク時の触媒の上流と下流の空気過剰率の変化を示すタイムチャートである。
【図4】本発明の制御動作を示すフローチャートである。
【図5】平均空気過剰率の演算動作を示すフローチャートである。
【図6】リッチスパイク時期判定の演算動作を示すフローチャートである。
【図7】リッチ、リーン被毒解除動作を示すフローチャートである。
【図8】吸気絞り弁開度目標値の演算動作を示すフローチャートである。
【図9】EGR弁開度目標値の演算動作を示すフローチャートである。
【図10】NOxトラップ量の推定演算動作を示すフローチャートである。
【図11】硫黄被毒判定値を空気過剰率との関係で示す図である。
【図12】硫黄被毒判定値を空気過剰率のとの関係で示す図である。
【図13】硫黄被毒判定値をリッチスパイク時間との関係で示す図である。
【図14】遅れ時間を排気流量との関係で示す図である。
【図15】リッチカウンタの増分をエンジン回転数と燃料噴射量に基づいて示す図である。
【図16】吸気絞り弁開度の補正係数の特性を示す図である。
【図17】吸気絞り弁の開度特性を示す図である。
【図18】目標EGR率の特性を示す図である。
【図19】EGR弁の開度特性を示す図である。
【図20】吸入空気量とNOx排出量の関係を示す図である。
【図21】NOx排出量に基づく補正係数を示す図である。
【図22】エンジン排気量に基づく補正係数を示す示す図である。
【図23】エンジン回転数と燃料噴射量とに基づく補正係数を示す図である。
【図24】触媒担体温度に基づく補正係数を示す図である。
【図25】触媒担体温度と冷却水温の関係を示す図である。
【図26】冷却水温に基づく補正係数を示す図である。
【図27】NOxトラップ量に基づく補正係数を示す図である。
【符号の説明】
1 エンジン
8 コントローラ
9 吸気通路
10 排気通路
16 NOxトラップ触媒
17a,17b 排気空燃比センサ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, and more particularly to an apparatus capable of accurately determining sulfur poisoning of a NOx adsorption catalyst.
[0002]
[Prior art]
As an exhaust gas purification device for an internal combustion engine, a NOx adsorption catalyst that adsorbs NOx discharged during lean operation and performs reduction treatment during rich or stoichiometric operation is known. When this NOx adsorption catalyst is poisoned by the sulfur component contained in the fuel, the NOx adsorption performance deteriorates. In order to maintain a good NOx treatment effect, it is necessary to detoxify the NOx adsorption catalyst. For this reason, the fuel supply amount is controlled so that the exhaust temperature temporarily becomes high.
[0003]
In order to release NOx adsorption catalyst poisoning, it is necessary to know the poisoning state accurately. In addition to the travel distance, rotation speed, temperature, lean operation time, etc. of the internal combustion engine, the state of the air-fuel mixture in the cylinder, the internal There is one that determines the poisoning state in consideration of the exhaust gas recirculation amount (see Patent Document 1).
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-11-107810
[0005]
Problems to be Solved by the Invention
However, the determination of the poisoning state of the NOx adsorption catalyst based on the operating state of the internal combustion engine as described above has a limit because the sulfur component contained in the fuel is variously different including the destination. Therefore, since it is very difficult to directly detect the amount of sulfur poisoning, the poisoning state cannot be accurately determined.
[0006]
If the poisoning state of the NOx adsorption catalyst cannot be accurately determined, the NOx purification performance decreases, or if the poisoning process is performed without correctly grasping the poisoning state, unnecessary poisoning processes are repeated. It may lead to deterioration of fuel consumption.
[0007]
An object of this invention is to determine correctly the poisoning state of a NOx adsorption catalyst.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention includes a NOx adsorption catalyst that adsorbs NOx in exhaust during lean operation at an air-fuel ratio and desorbs and reduces NOx adsorbed during rich operation. Means for detecting the excess air ratio of the upstream and downstream exhausts of the NOx adsorption catalyst, and the excess air ratio of the upstream and downstream exhausts during the rich operation And calculate the average value of each of these average values. Poisoning judging means for judging the poisoning state of the NOx adsorption catalyst from the difference.
[0009]
[Action / Effect]
When the NOx adsorption catalyst is poisoned, the NOx adsorption function is reduced and the NOx reduced during the rich operation is reduced. In this state, most of the rich exhaust gas passes through the catalyst without being used for NOx reduction. In this case, similarly to the upstream side of the catalyst, the excess air ratio of the downstream side exhaust also becomes small (rich). Therefore, it is possible to accurately determine the poisoning state of the catalyst by detecting the excess air ratio (exhaust air / fuel ratio) of the exhaust upstream and downstream of the catalyst during operation and judging the difference between them.
[0010]
Embodiment
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0011]
First, a first embodiment is shown in FIGS.
[0012]
In FIG. 1, 1 is an engine, 9 is an intake passage, and 10 is an exhaust passage. The exhaust passage 10 traps (adsorbs) NOx in exhaust during an air-fuel ratio lean operation and desorbs NOx during a rich operation. A NOx trap catalyst (NOx adsorption catalyst) 16 for reduction is installed.
[0013]
An air flow meter 3 for measuring the intake air amount and an intake throttle valve 15 for adjusting the intake air amount are interposed in the intake passage 9.
[0014]
An injector 5 is installed in the engine 1 for each cylinder, and fuel pressurized by the common rail 6 is injected and supplied to each cylinder.
[0015]
The exhaust passage 10 and the intake passage 9 are connected to each other, and an EGR passage 11 for returning a part of the exhaust gas into the intake air is provided. The EGR passage 11 controls an exhaust gas recirculation amount in accordance with an operating state. 12 is provided.
[0016]
A controller 8 controls the fuel injection timing, the injection pressure, the injection amount, the exhaust gas recirculation amount, and the like according to the operating state. For this reason, the crank angle sensor 4 for detecting the crank angle (engine speed), the accelerator opening sensor 13 for detecting the opening degree of the accelerator pedal, and the cooling water temperature sensor for detecting the engine cooling water temperature as signals representative of the driving state. 2. A fuel temperature sensor 14 for detecting the fuel temperature and a signal from the air flow meter 3 are input to the controller 8.
[0017]
The controller 8 performs a lean operation such as when the engine is partially loaded, and NOx discharged at this time is adsorbed by the NOx trap catalyst 16, and when the adsorbed amount reaches a predetermined value, the air-fuel ratio is temporarily increased. Rich spike is performed to desorb and reduce adsorbed NOx.
[0018]
Further, the controller 8 determines the poisoning state due to the sulfur content contained in the fuel of the NOx trap catalyst 16, and when the poisoning amount exceeds a predetermined value, the rich operation is temporarily performed and the poisoning release is executed.
[0019]
For this reason, in the present invention, air-fuel ratio sensors (A / F sensors) 17a and 17b are provided upstream and downstream of the NOx trap catalyst 16, and when the rich spike is performed, these are detected upstream and downstream of the catalyst. Based on the air-fuel ratio (excess air ratio λ), the poisoning state of the NOx trap catalyst 16 is determined.
[0020]
When the NOx trap catalyst 16 is poisoned, the NOx adsorption function is reduced, and the NOx reduced during the rich spike is reduced. Therefore, most of the rich exhaust gas discharged by the rich spike is used for NOx reduction. Instead, the catalyst passes through the catalyst as it is, and in this case, the air-fuel ratio on the downstream side becomes rich as well as the upstream side of the catalyst. Therefore, the poisoning state of the catalyst can be determined from the difference in the air-fuel ratio (excess air ratio) between the exhaust gas upstream and downstream of the catalyst during the rich spike.
[0021]
The determination of the poisoning state of the NOx trap catalyst 16 executed by the controller 8 will be described with reference to the flowcharts of FIGS.
[0022]
FIG. 4 shows the main routine for the poisoning determination, which shows the contents of the control operation in time series. On the other hand, the flowcharts of FIGS. It is executed periodically.
[0023]
First, in FIG. 4, in step S101, it is determined whether or not a rich spike has occurred. If rich spike is in progress, the process proceeds to step S102, and if not, the flow ends. The rich spike is executed when the amount of NOx trapped in the NOx trap catalyst 16 reaches a predetermined value, but functions in the same way when a rich operation is performed during engine acceleration or the like.
[0024]
In step S102, the engine speed Ne, the fuel injection amount Qf, the target excess air ratio during the rich spike, the NOx trap amount NOxtrap at the NOx trap catalyst 16 at the rich spike time, and #DEF which is the catalyst poisoning judgment value Is read.
[0025]
The excess air ratio is the ratio of the control air-fuel ratio to the stoichiometric air-fuel ratio, and is 1 when the stoichiometric air-fuel ratio is reached. The lean air-fuel ratio is a value larger than 1, and the rich air-fuel ratio is smaller than 1. The NOx trap amount is calculated based on the lean operation integration time and the like, as will be described in detail later with reference to FIG. The poisoning determination value #DEF will be described later with reference to FIGS.
[0026]
In step S103, the average excess air ratio on the upstream side of the NOx trap catalyst 16 during the rich spike and the average excess air ratio on the downstream side, Aveλf and Aveλr, are calculated. However, this calculation will be described in detail later with reference to FIG.
[0027]
In step S104, if the difference Defλ between the average air excess ratios Aveλf and Aveλr obtained in step S103 is less than the determination value #DEF, the process proceeds to step S105. If not, the flow ends.
[0028]
As will be described in detail later, if the NOx trap catalyst 16 is poisoned by sulfur, the NOx trap function is lowered, and even if a rich spike for NOx desorption and reduction treatment is performed, the HC in the exhaust gas is exhausted. , CO passes through the catalyst as it is without contributing to the reduction of NOx, and in this state, the difference between the exhaust air-fuel ratio upstream of the catalyst and the exhaust air-fuel ratio downstream is reduced. If the NOx trap catalyst 16 is functioning normally, HC and CO contained in the exhaust during rich spike are used for NOx desorption and reduction, and the air-fuel ratio downstream of the catalyst is not rich and Become. For this reason, the difference in the air-fuel ratio between the upstream side and the downstream side becomes large. Therefore, the sulfur poisoning state of the NOx trap catalyst 16 can be known by comparing the difference Defλ of the average excess air ratio between the upstream side and the downstream side of the catalyst with the determination value #DEF.
[0029]
For example, as shown in the table of FIG. 11, the determination value #DEF is larger as the excess air ratio is smaller, and the excess air ratio becomes larger (the air-fuel ratio is the stoichiometric air-fuel ratio). It is set to be smaller as it gets closer to ().
[0030]
Alternatively, as shown in the table of FIG. 12, the characteristic is set such that the determination value #DEF increases as the rich spike time increases. Further, as shown in the table of FIG. 13, the determination value #DEF is larger as the NOx trap amount is smaller, and is set to a characteristic that decreases as the trap amount increases.
[0031]
Thus, when the difference Defλ between the average excess air ratios of the exhaust upstream and downstream of the catalyst is smaller than the determination value #DEF, it is assumed that the NOx trap catalyst 16 is in a poisoned state. First, in step S105, the NOx trap catalyst 16 Perform a rich or lean poison removal operation.
[0032]
This will be described in detail later with reference to FIG. 7. As for poisoning of the NOx trap catalyst, there are poisoning due to sulfur and poisoning due to rich or lean operation. Although it is necessary to perform the poisoning release operation at a higher temperature than usual, the removal of the poisoning by the rich and lean operation can be performed at a relatively low temperature side compared to the time of releasing the sulfur poisoning. Therefore, the release operation is performed for a predetermined time with the air-fuel ratio as the theoretical air-fuel ratio. By canceling such rich and lean poisoning in advance, only the poisoning due to sulfur can be accurately determined in the poisoning determination of the NOx trap catalyst 16 performed thereafter.
[0033]
Next, in step S106, the process waits for the next rich spike to be performed. If the rich spike is executed again, the process proceeds to step S107.
[0034]
In step S107, similarly to step S103, the average excess air ratios Aveλf and Aveλr of the exhaust upstream and downstream of the NOx trap catalyst 16 are calculated again.
[0035]
Then, in step S108, in the same manner as in step S104, it is determined whether or not the difference Defλ of the average excess air ratio is less than a predetermined value #DEF. If it is smaller, the process proceeds to step S109, where it is determined that the poisoning state is caused by sulfur, and if not, the flow ends.
[0036]
Next, the routine for calculating the average excess air ratio will be described with reference to FIG.
[0037]
In step S201, the engine speed Ne and the fuel injection amount Qf are read. In step S202, a rich spike timing determination (flag) Frich for NOx reduction processing of the NOx trap catalyst 16, which will be described in detail later with reference to FIG. 6, is calculated.
[0038]
In Step S203, it is determined whether or not the calculated rich spike determination flag Frich is True. If True, the process proceeds to Step S204. If False, the process proceeds to Step S205.
[0039]
In step S204, it is determined whether or not a predetermined delay time #DELAY or more has elapsed after shifting to the rich spike. If it has elapsed, the process proceeds to step S206, and if not, the process proceeds to step S208.
[0040]
This delay time #DELAY corresponds to the time from when the rich spike is entered until the exhaust gas reaches the NOx trap catalyst 16, and is calculated from a table as shown in FIG. 14 according to the exhaust flow rate Qexh at that time. .
[0041]
The delay time #DELAY is longer as the exhaust flow rate Qexh is smaller, and becomes shorter as it becomes larger. The exhaust flow rate Qexh is based on the engine speed Ne, the fuel injection amount Qf (mg / st), and the intake air amount Qac (mg / st).
Qexh = (Qf + Qac) × Ne / 60/2 × CYLNUMBER
Can be calculated as However, CYLNUMBER is the number of engine cylinders.
[0042]
On the other hand, in step S205, if #DELAY or more has elapsed after the end of the rich spike, the process proceeds to step S208, and if not, the process proceeds to step S206.
[0043]
In step S206, the count value counted during the rich spike is calculated as RICHTIME = RICHTIME (n−1) +1.
[0044]
In step S207, the integrated values of the upstream and downstream excess air ratios of the NOx trap catalyst 16 are converted into the excess air ratio λ after the outputs of the upstream and downstream air-fuel ratio sensors 17a and 17b are converted into the following. Calculate by integration.
[0045]
That is,
Upstream integrated value Sλf = λf (n) + Sλf (n−1)
Downstream integrated value Sλr = λr (n) + Sλr (n−1)
Calculate as
[0046]
In addition, the integration of the excess air ratio of the upstream and downstream starts when the transition to the rich spike and the delay time elapses, and ends when the rich spike ends and the delay time elapses. That is, the NOx trap catalyst 16 is executed for a time corresponding to a section where the excess air ratio is actually changing due to a rich spike.
[0047]
On the other hand, in step S208, the average excess air ratio upstream and downstream of the catalyst is calculated as follows from the integrated value of the excess air ratio during the rich spike and the count value of the rich spike time calculated as described above. To do.
[0048]
That is,
Upstream average excess air ratio Aveλf = Sλf / RICHTIME
Downstream average excess air ratio Aveλr = Sλr / RICHTIME
Calculate as
[0049]
The calculation of rich spike time determination will be described with reference to the flowchart of FIG.
[0050]
In step S301, the engine speed Ne, the fuel injection amount Qf, the previous rich spike counter value Count (n-1), and the previous rich determination Frich (n-1) are read.
[0051]
In step S302, it is determined whether or not the previous rich determination flag Frich (n-1) is True. If True, the process proceeds to step S303 as a rich spike, and if false, the process proceeds to step S307.
[0052]
In step S303, the rich counter threshold value SCount is set to a preset value SCOUNTL.
[0053]
In step S304, since rich spike is being performed, the rich counter value is subtracted. Here, a preset subtraction amount #DCOUNT is subtracted every 100 msec from Count (n−1).
[0054]
In step S305, it is determined whether or not the calculated rich counter value Count is smaller than a preset threshold value SCount. If it is smaller, the rich spike is terminated, and the process proceeds to step S306, where the rich counter value Count is counted. The determination flag Frich is set to Frich = False, and the flow ends.
[0055]
In contrast, when the rich spike is not being performed, the rich counter value SCount is set to a preset threshold value #SCOUNTH in step S307. In step S308, for example, as shown in FIG. 15, a counter increment determined from the engine speed Ne and the fuel injection amount Qf is calculated, and this is set as ICount.
[0056]
In step S309, since the rich spike is not being performed, the rich counter increment ICount calculated in step S308 is added to the rich counter value every 100 msec.
[0057]
Then, in step S310, the rich counter value Count is compared with the counter threshold value #SCOUNTH set in step S307, and when the count becomes larger than the threshold value, it is determined that the rich spike time has been reached. Then, the rich determination flag Frich = True is set and the flow ends.
[0058]
On the other hand, if the rich counter value is smaller than the threshold value in step S310, the process proceeds to step S306 and the rich determination flag is set to Frich = False.
[0059]
Next, the rich and lean poisoning release operation will be described with reference to the flowchart of FIG.
[0060]
In step S401, the target excess air ratio tLambda at the time of releasing rich and lean poisoning is set to tLambda = 1. This corresponds to the theoretical air fuel ratio.
[0061]
In step S402, a target value of the intake throttle valve opening at the time of releasing the poisoning is calculated. This will be described in detail later (see FIG. 8).
[0062]
In step S403, the EGR valve opening target value is similarly calculated (see FIG. 9).
[0063]
The calculation of the target value of the intake throttle valve opening will be described with reference to FIG.
[0064]
In step S501, the engine speed Ne, the fuel injection amount Qf, and the target excess air ratio tLambda are read.
[0065]
In step S502, the target intake air amount tQac is calculated from the fuel injection amount Qf and the target excess air ratio tLambda.
[0066]
That is,
tQac = tLambda × 14.6 × Qf
However, 14.6 is the theoretical air-fuel ratio
Calculate as
[0067]
In step S503, a target working gas ratio tQh0 is obtained from the target intake air amount tQac calculated in step S502, the engine exhaust amount VCE # per cylinder, and the air density ROU #.
[0068]
That is,
tQh0 = tQac / (VCE # × ROU #)
Calculate as
[0069]
In step S504, based on the target working gas ratio tQh0 calculated in this way, for example, a target throttle valve coefficient tADNV is calculated from a table as shown in FIG. The coefficient tADNV is set to a characteristic that increases rapidly in a region where the target working gas ratio is large.
[0070]
In step S505, the target opening area tAtvob of the intake throttle valve is calculated from tADDNV, the engine speed Ne, and the total engine displacement VOL #.
[0071]
That is,
tAtvob = tADNV × Ne × VOL #
Calculate as
[0072]
In step S506, the intake throttle valve opening TVO is calculated from the target opening area of the intake throttle valve calculated in step S505, for example, using a table as shown in FIG. 17, and the flow is terminated. Note that the intake throttle valve opening increases in proportion to the target opening area.
[0073]
The routine for calculating the target opening value of the EGR valve will be described with reference to FIG.
[0074]
In step S601, the engine speed Ne, the fuel injection amount Qf, and the target intake air amount tQac are read.
[0075]
In step S602, for example, a target EGR rate MEGR is calculated from the map as shown in FIG. 18 based on the engine speed Ne and the fuel injection amount Qf.
[0076]
The EGR rate MEGR is set so as to be large in a region where the engine speed and the fuel injection amount are small and small in a region where the engine speed and the injection amount are large.
[0077]
In step S603, the target EGR amount MQEC is calculated from the target intake air amount tQac and the target EGR rate MEGR.
MQEC = tQac × MEGR / 100
Calculate as
[0078]
In step S604, the EGR valve opening degree is calculated based on, for example, a table as shown in FIG. 19, and the flow ends.
[0079]
Next, the NOx trap amount estimation calculation for the NOx trap catalyst will be described with reference to the flowchart of FIG.
[0080]
In step S701, the engine speed Ne, the fuel injection amount Qf, the intake air amount Qac, and the engine coolant temperature Tw are read.
[0081]
In step S702, for example, the NOx amount per unit output time of the engine, that is, NOxgkw 20 ms is calculated from a table as shown in FIG. 20 based on the intake air amount Qac. The unit of this NOx amount is g / kW / 20 ms (in the case of 20 msec. Job). Note that the NOx amount increases approximately in proportion to the intake air amount.
[0082]
In step S703, the NOx amount NOxg20ms per unit time is calculated based on the product of the NOxgkw20ms calculated in this way and the engine output Pe at that time.
NOxg20ms = NOxgkw20ms x Pe
Calculate as The engine output Pe can be calculated as Pe = Ne × Qf.
[0083]
In step S704, the correction coefficient kNOxeoe based on the NOx emission amount per unit time is calculated based on, for example, a table as shown in FIG.
[0084]
This kNOxeoe is set to approximately 1 when the amount of NOx emission per unit time is small, and is set to a characteristic that decreases toward 0 as it increases.
[0085]
However, this correction coefficient is set to a characteristic that becomes smaller as the engine exhaust flow rate becomes larger, for example, using a table as shown in FIG. 22, or, as shown in FIG. 23, the engine speed Ne and fuel injection. From the map set by Qf, the correction coefficient can be set to be smaller as both the engine speed and the fuel injection amount are larger.
[0086]
In step S705, considering that the NOx trap amount of the NOx trap catalyst 16 varies depending on the support temperature of the catalyst, a correction coefficient kNOxtbed based on the catalyst support temperature Tbed is calculated based on, for example, a table as shown in FIG. To do. This correction coefficient is set to 0 when the catalyst carrier temperature is low and close to 1 as the catalyst carrier temperature increases.
[0087]
However, as shown in FIG. 25, the catalyst carrier temperature Tbed has a correlation with the engine coolant temperature Tw. Therefore, the catalyst carrier temperature Tbed may be set based on the relationship with the coolant temperature Tw by a table as shown in FIG. it can. In this case, the correction coefficient kNOxeoe is set to a characteristic that approaches 1 as the coolant temperature Tw increases.
[0088]
In step S706, taking into account that the amount of NOx trapped by the NOx trap catalyst 16 varies based on the relationship with the amount of NOx trapped so far, the trap as shown in FIG. A correction coefficient kNOxtrap according to the quantity is calculated.
[0089]
This correction coefficient kNOxtrap is set to 1 when the NOx trap amount NOxtrap is zero, and is set to a characteristic that decreases toward 0 as the NOx trap amount increases.
[0090]
In step S707, the final correction coefficient kNOx is calculated as a product of the correction coefficients calculated so far.
[0091]
That is,
kNOx = kNOxeoe × kNOxtbed × kNOxtrap
Calculate as
[0092]
In step S708, the NOx trap amount NOxtrap is calculated by multiplying the total NOx trap amount NOxtrap (n-1) calculated up to the previous time by the product of the NOx amount NOxg 20 ms per unit time, which is the current calculated value, and the correction coefficient kNOx. Add to find.
[0093]
That is,
NOxtrap = NOxtrap (n−1) + NOxg 20 ms × kNOx
And this flow is finished.
[0094]
Next, the overall operation will be described with reference to FIGS.
[0095]
As the lean operation continues, NOx in the exhaust gas is trapped in the NOx trap catalyst 16, and the amount gradually increases. When the controller 8 estimates that the NOx trap amount has reached a predetermined value, it performs a rich spike that temporarily increases the air-fuel ratio, thereby performing separation reduction of the NOx adsorbed and held by the NOx trap catalyst 16. .
[0096]
The rich spike is determined according to the amount of NOx trapped in the NOx trap catalyst 16, and the air-fuel ratio and rich spike time at the time of the rich spike are determined, and the trapped NOx is caused by HC and CO in the exhaust, It leaves the catalyst and is reduced.
[0097]
FIGS. 2 and 3 show the exhaust air-fuel ratio upstream and downstream of the NOx trap catalyst 16 at this time, that is, the state of the excess air ratio.
[0098]
In FIG. 2, while the NOx trap catalyst 16 is not poisoned by sulfur and is functioning normally, the NOx trapped during the rich spike is released and reduced. Even if the exhaust air-fuel ratio is rich, the downstream air-fuel ratio is stoichiometric, that is, the excess air ratio λ is maintained at λ = 1. That is, since HC and CO contained in the rich exhaust are used for the NOx reduction action in the catalyst, the downstream air-fuel ratio is maintained at stoichiometry.
[0099]
However, if the NOx trap catalyst 16 is poisoned by sulfur and its function is reduced, the amount of trapped NOx is reduced, and the amount of NOx that is reduced even after a rich spike is reduced. It passes through the catalyst and is discharged downstream. For this reason, the exhaust air-fuel ratio becomes a rich state on the downstream side of the catalyst as well as on the upstream side.
[0100]
FIG. 3 shows a case where the rich spike time is longer than that in FIG. Even when the NOx trap catalyst 16 is normal, if the rich spike time becomes long and continues even if the total amount of NOx trapped in the catalyst is reduced, the air-fuel ratio downstream of the catalyst is the same rich air-fuel ratio as upstream after reduction. It becomes.
[0101]
If the NOx trap catalyst 16 is poisoned with sulfur, the amount of trapped NOx is reduced. In this case, the downstream air-fuel ratio immediately becomes rich.
[0102]
Therefore, in the controller 8, when the difference between the upstream and downstream air-fuel ratios of the NOx trap catalyst 16 during the rich spike, that is, the difference in excess air ratio between the upstream and downstream is smaller than a predetermined value, the catalyst is functioning normally. Judge that there is no.
[0103]
However, as shown in FIG. 3, the air-fuel ratio characteristics on the downstream side also vary depending on the rich spike time and the air-fuel ratio at that time, so the average of the excess air ratio on the upstream and downstream sides during the rich spike is averaged. By taking a value and comparing the average excess air ratio with the poisoning judgment value, the judgment of the poisoning state of the NOx trap catalyst 16 is performed accurately.
[0104]
In addition to sulfur poisoning, the NOx trap catalyst 16 is poisoned by being exposed to a rich or lean exhaust gas atmosphere for a long time. Either poisoning will cause a decrease in NOx purification efficiency, but in order to remove poisoning when sulfur poisoning is performed, a poisoning removal operation in which the temperature of the catalyst is 600 ° C. or higher is required. However, it is possible to cancel the rich or lean poisoning by maintaining the temperature at about 400 ° C., for example.
[0105]
Therefore, in the present invention, when the poisoning determination of the NOx trap catalyst 16 is performed, first, it is assumed that the poisoning is rich or lean. The poisoning release operation is performed to reach about 400 ° C. If rich and lean poisoning is present, the rich and lean poisoning is released from the catalyst during this period. Thereby, the poisoning determination of the NOx trap catalyst 16 can correctly determine the poisoning state which is based on only the sulfur poisoning without rich and lean poisoning.
[0106]
In addition, if the poisoning determination by sulfur is performed directly without releasing the rich or lean poisoning, and the poisoning removal operation is performed based on the result, all of them become the high temperature sulfur poisoning removal operation, and the fuel consumption is reduced. Even worse.
[0107]
Here, the effects of this embodiment are listed as follows.
[0108]
An exhaust sensor 17a17b for detecting the excess air ratio between the upstream and downstream exhausts of the NOx trap catalyst 16 is provided, and the NOx trap catalyst 16 is poisoned from the difference in the excess air ratio between the upstream and downstream exhausts during a rich spike. Since the determination is made, the poisoning state of the catalyst can be accurately determined.
[0109]
Further, since the poisoning determination of the NOx trap catalyst 16 is determined based on the average values of the excess air ratios of the exhaust on the upstream side and the downstream side of the catalyst, the determination accuracy is improved and accurate determination can be performed.
[0110]
Further, by setting the poisoning determination value according to the air-fuel ratio at the time of rich spike and the rich spike time, the influence of the excess air ratio that fluctuates due to these is eliminated, and accurate determination is possible.
[0111]
Furthermore, by setting the poisoning determination value according to the NOx trap amount at the time of shifting to the rich spike, the same highly accurate poisoning determination can be performed.
[0112]
The calculation of the average value of the excess air ratio starts after a predetermined delay time has elapsed since the transition to the rich spike, and the average value is calculated when the predetermined delay time has elapsed since the end of the rich operation. By ending, the delay from when the rich spike is performed until the exhaust reaches the NOx trap catalyst 16 can be taken into account, and the calculation accuracy of the average value of the excess air ratio is increased.
[0113]
In addition, after the NOx trap catalyst 16 is determined to be poisoned, the rich or lean poisoning is canceled by operating for a predetermined time at the stoichiometric air-fuel ratio, and then the poisoning determination is performed again. Therefore, it is possible to reduce the wasteful sulfur poisoning release operation and improve the fuel consumption.
[0114]
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and it is obvious that various modifications and improvements that can be made by those skilled in the art are included within the scope of the technical idea described in the claims.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a time chart showing changes in the excess air ratio between the upstream and downstream of the catalyst during a rich spike.
FIG. 3 is a time chart showing changes in the excess air ratio between the upstream and downstream sides of the catalyst during a rich spike.
FIG. 4 is a flowchart showing a control operation of the present invention.
FIG. 5 is a flowchart showing an operation of calculating an average excess air ratio.
FIG. 6 is a flowchart showing a calculation operation of rich spike timing determination.
FIG. 7 is a flowchart showing a rich / lean poisoning release operation;
FIG. 8 is a flowchart showing a calculation operation of an intake throttle valve opening target value.
FIG. 9 is a flowchart showing an operation of calculating an EGR valve opening target value.
FIG. 10 is a flowchart showing an NOx trap amount estimation calculation operation;
FIG. 11 is a diagram showing a sulfur poisoning determination value in relation to an excess air ratio.
FIG. 12 is a diagram showing a sulfur poisoning determination value in relation to an excess air ratio.
FIG. 13 is a diagram showing a sulfur poisoning determination value in relation to a rich spike time.
FIG. 14 is a diagram showing a delay time in relation to an exhaust flow rate.
FIG. 15 is a diagram showing the increment of the rich counter based on the engine speed and the fuel injection amount.
FIG. 16 is a diagram illustrating characteristics of a correction coefficient for an intake throttle valve opening degree.
FIG. 17 is a view showing the opening characteristic of the intake throttle valve.
FIG. 18 is a diagram showing characteristics of a target EGR rate.
FIG. 19 is a view showing an opening characteristic of an EGR valve.
FIG. 20 is a diagram showing the relationship between the intake air amount and the NOx emission amount.
FIG. 21 is a diagram showing a correction coefficient based on the NOx emission amount.
FIG. 22 is a diagram showing a correction coefficient based on the engine displacement.
FIG. 23 is a diagram showing a correction coefficient based on the engine speed and the fuel injection amount.
FIG. 24 is a diagram showing a correction coefficient based on the catalyst carrier temperature.
FIG. 25 is a graph showing the relationship between catalyst carrier temperature and cooling water temperature.
FIG. 26 is a diagram showing a correction coefficient based on the cooling water temperature.
FIG. 27 is a diagram illustrating a correction coefficient based on the NOx trap amount.
[Explanation of symbols]
1 engine
8 Controller
9 Air intake passage
10 Exhaust passage
16 NOx trap catalyst
17a, 17b Exhaust air / fuel ratio sensor

Claims (5)

空燃比のリーン運転時に排気中のNOxを吸着し、リッチ運転時に吸着したNOxを脱離、還元するNOx吸着触媒を備えた内燃機関において、
前記NOx吸着触媒の上流側と下流側排気の空気過剰率を検出する手段と、
前記リッチ運転時の前記上流側と下流側排気の空気過剰率のそれぞれの平均値を算出し、これら平均値の差から前記NOx吸着触媒の被毒状態を判定する被毒判定手段と、を備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
In an internal combustion engine equipped with a NOx adsorption catalyst that adsorbs NOx in exhaust during lean operation at an air-fuel ratio and desorbs and reduces NOx adsorbed during rich operation.
Means for detecting the excess air ratio of the upstream and downstream exhaust of the NOx adsorption catalyst;
Poisoning determination means for calculating an average value of the excess air ratios of the upstream side and downstream side exhaust during the rich operation and determining the poisoning state of the NOx adsorption catalyst from the difference between the average values. An exhaust emission control device for an internal combustion engine characterized by the above.
前記被毒判定手段は、前記上流側と下流側排気の空気過剰率のそれぞれの平均値の差を被毒判定値と比較し、被毒判定値よりも小さくなったらNOx吸着触媒が硫黄被毒したと判定する請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。The poisoning determination means compares the difference between the average values of the excess air ratios of the upstream and downstream exhausts with the poisoning determination value. The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the exhaust gas purification device is determined to have been. 前記被毒判定手段は、前記リッチ運転に移行してから所定の遅れ時間を経過してから空気過剰率の平均値の演算を開始し、リッチ運転の終了から所定の遅れ時間を経過したときに前記平均値の演算を終了する請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。The poisoning determination means starts calculating the average value of the excess air ratio after a predetermined delay time has elapsed since the shift to the rich operation, and when the predetermined delay time has elapsed since the end of the rich operation The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the calculation of the average value is terminated. 前記所定の遅れ時間は排気流量が少ないほど長く設定する請求項3に記載の内燃機関の排気浄化装置。4. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 3, wherein the predetermined delay time is set longer as the exhaust flow rate is smaller. 前記被毒判定手段は、前記NOx吸着触媒の被毒状態が判定されたら、所定の時間、空気過剰率が理論空燃比となるように制御し、その後の最初のリッチ運転時に前記NOx吸着触媒の上流側と下流側排気の空気過剰率の差から触媒の硫黄被毒状態を判定する請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。When the poisoning state of the NOx adsorption catalyst is determined, the poisoning determination means controls the excess air ratio to be the stoichiometric air-fuel ratio for a predetermined time, and after that, during the first rich operation, the NOx adsorption catalyst The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the sulfur poisoning state of the catalyst is determined from a difference in excess air ratio between the upstream side and the downstream side exhaust.
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