JP4211401B2 - Exhaust gas purification device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関するものであり、特に排気中の硫黄酸化物を保持し、定期的に、保持した硫黄酸化物の除去処理を行う内燃機関の排気浄化装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
内燃機関の排気浄化技術として、内燃機関(特に希薄燃焼エンジン、ディーゼルエンジン)の排気系に吸蔵還元型NOx触媒(以下単に「NOx触媒」という。)を配置して、リーンな空燃比での運転時に排気中の窒素酸化物(以下単に「NOx」という場合もある。)を大気中に放出する前に該NOx触媒上に一時的に保持する技術が知られているが、このようなNOx触媒は、排気中のNOxとともに硫黄酸化物(以下単に「SOx」という場合もある。)も保持してしまうため、SOxの保持量が増加した場合には排気中のNOxを保持しきれなくなる、いわゆるSOx被毒を生じる。
【0003】
これに対して、SOxを保持したSOx保持材としてのNOx触媒を例えば約600℃の高温とし、NOx触媒へ還元剤たる燃料を供給することによりNOx触媒に流入する排気の空燃比をリッチな空燃比にして、NOx触媒を高温かつ還元雰囲気とすることによりNOx触媒に保持されたSOxを還元除去し、以ってNOx触媒のSOx被毒を解消させている(例えば、特許文献1参照)。
【0004】
【特許文献1】
特開2001−82137号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、SOx被毒を解消するために排気の空燃比をリッチな空燃比にする際に、目標のリッチ空燃比よりもリッチ側にずれた場合、すなわち排気中に還元剤が多目に存在する場合、多目に存在する還元剤と排気中の酸素がNOx触媒上で反応しNOx触媒の温度が過剰に上昇するおそれがある。一方、目標のリッチ空燃比よりもリーン側にずれた場合、すなわち排気中に還元剤が少な目に存在する場合、NOx触媒に保持されたSOxを還元すべき還元剤が不足するため、特にSOx被毒解消するための処理を所定期間内で実施する場合は、十分にSOx被毒を解消できなくなるおそれがある。
【0006】
そのため、通常運転時のリーン空燃比からSOx被毒解消処理のために一度リッチ空燃比とした後は、リッチ期間中に還元剤添加後の空燃比を目標リッチ空燃比となるようにフィードバック制御している。これは、例えば、NOx触媒の上流またはおよび下流に備えられた空燃比センサで排気の空燃比を検出し、この検出値と目標の空燃比との間に差がある場合は、これを補正するように内燃機関内に噴射する燃料あるいは還元剤添加量とを決定するものである。
【0007】
しかし、リーン空燃比から還元剤を供給して目標のリッチ空燃比にする際に、内燃機関の空燃比がずれていると、たとえ還元剤添加量が適正であっても還元剤添加後の空燃比が目標のリッチな空燃比とずれてしまう。特に、通常運転時のリーンな空燃比からSOx被毒解消処理のためにリッチ空燃比にする際の最初の還元剤添加時のズレ量が大きいと、その後、リッチ空燃比にしてSOx被毒解消処理を実施する期間中にNOx触媒に流入する排気の空燃比をフィードバック制御したとしても、最初に還元剤を添加した時点のNOx触媒に流入する排気の空燃比が目標空燃比とずれてしまうことから、上述のようにNOx触媒の温度が過剰に昇温したり、十分にSOx被毒を解消できなかったりしてしまう。また、NOx触媒が過剰に昇温した場合はNOx触媒の熱劣化を生じさせてしまうおそれがある。
【0008】
本発明は、上記した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、NOx触媒等のSOx保持材の熱劣化を防止しつつSOx保持材からSOxを精度よく除去できる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明に係る内燃機関の排気浄化装置にあっては、還元剤を添加してSOx保持材に流入する排気の空燃比を理論空燃比あるいはリッチな空燃比とすることによりSOx保持材に保持されたSOxを除去する際に、内燃機関内の実際の空燃比と目標空燃比との差分を考慮して還元剤添加量を決定することを特徴とする。
【0010】
そして、具体的な手段としては、内燃機関の排気通路に設けられ、排気中の硫黄酸化物を保持するとともに高温且つ還元雰囲気で保持した硫黄酸化物が除去されるSOx保持材と、前記SOx保持材の上流で排気に還元剤を添加する還元剤添加手段と、前記SOx保持材へ流入する排気または前記SOx保持材から流出する排気の少なくとも一方の空燃比を検出する空燃比検出手段と、前記空燃比検出手段の検出値に基づいて内燃機関燃焼室内の実際の空燃比と目標空燃比との差分を算出する算出手段と、前記SOx保持材から硫黄酸化物を除去させるべく、前記算出手段にて算出した差分を考慮して決定した還元剤添加量を前記還元剤添加手段から添加させる還元剤添加制御手段と、を備えることを特徴とする。
【0011】
ここで、SOx保持材としては、吸蔵還元型NOx触媒のように該触媒に流入する排気の空燃比がリーン(理論空燃比以上)であるときには、排気中のNOxを保持して大気中に放出しないようにし、該触媒に流入する排気の空燃比が理論空燃比あるいはリッチ(理論空燃比以下)となったときには、保持していたNOxを放出及び還元して除去するもの、又は、パティキュレートフィルタに該吸蔵還元型NOx触媒を担持したもの等を例示することができる。
【0012】
また、空燃比検出手段としては、排気通路であって、SOx保持材より上流およびまたはSOx保持材より下流に配置される空燃比センサや酸素濃度センサ等を例示することができる。
【0013】
そして、SOx保持材に保持された硫黄酸化物を除去する場合には、SOx保持材に流入する排気の温度を高めた上でSOx保持材に流入する排気の空燃比を理論空燃比以下にする必要があるが、排気の空燃比を理論空燃比以下にするためにSOx保持材の上流で還元剤添加手段にて還元剤を添加する。その還元剤添加量は、基本的には、リーンな空燃比で運転している内燃機関燃焼室から排出された直後の排気の空燃比を目標のリッチな空燃比とするのに相当する添加量であるが、リーンな空燃比で運転している内燃機関燃焼室から排出された直後の排気の空燃比は内燃機関内の空燃比が目標の空燃比であることを前提として定められるものである。
【0014】
しかし、例えば、燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射弁に目詰まり等が生じている場合は、燃焼室内の空燃比が目標の空燃比とずれるおそれがあり、かかる場合は、SOx保持材に流入する排気の空燃比も目標のリッチな空燃比からずれるおそれがある。そこで、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、空燃比検出手段の検出値に基づいて燃焼室内の実際の空燃比と目標空燃比との差分を算出する算出手段と、SOx保持材から硫黄酸化物を除去させるべく、算出手段にて算出した差分を考慮して決定した還元剤添加量を還元剤添加手段から添加させる還元剤添加制御手段とを備え、SOx保持材から硫黄酸化物を除去するために、SOx保持材の上流で排気に還元剤添加手段から還元剤を添加する際、還元剤添加制御手段は内燃機関燃焼室内の空燃比のずれを考慮して還元剤添加量を決定して還元剤添加手段から添加させることとしている。
【0015】
このようにすることで、SOx保持材から硫黄酸化物を除去させるべく、最初に還元剤を添加してSOx保持材に流入する排気の空燃比を所望の空燃比する際に、精度よく目標の空燃比にすることができるので、還元剤が目標より多めに存在することに起因するSOx保持材の過剰な昇温を招いたり、還元剤が目標より少なめに存在することに起因して所望量の硫黄酸化物を還元・除去することができなかったりすることを防止することができる。
【0016】
また、算出手段は、前記還元剤添加手段から還元剤を添加していない時の空燃比検出手段の検出値に基づいて内燃機関燃焼室内の実際の空燃比と目標空燃比との差分を算出するものであることが好適である。
【0017】
還元剤添加手段から還元剤を添加している時の空燃比検出手段の検出値と内燃機関燃焼室内の目標空燃比との差分を算出する場合、特に空燃比検出手段が還元剤添加手段の下流に備えられているときは、還元剤添加量を考慮して実際の内燃機関内の空燃比と目標空燃比との差分を算出すること必要となる。そのため、例えば還元剤添加手段に不具合が生じており還元剤添加量が適正量でないこと等に起因して差が生じている場合も、内燃機関燃焼室内の空燃比のずれと認識して内燃機関内の実際の空燃比と目標空燃比との差分を算出してしまうおそれがある。そして、かかる場合は、還元剤を適正量添加することができなくなり、SOx保持材に流入する排気の空燃比が目標の空燃比からずれるおそれがあるので、還元剤添加手段から還元剤を添加していないときの空燃比検出手段の検出値に基づいて内燃機関燃焼室内の実際の空燃比と目標空燃比との差分を算出することが好適である。
【0018】
また、前記還元剤添加制御手段は、前記還元剤添加手段から間欠的に還元剤を添加して前記SOx保持材に流入する排気の空燃比を理論空燃比あるいはリッチな空燃比とする間欠リッチ制御を実行するものであり、前記算出手段は、前記間欠リッチ制御実行中であって、前記還元剤添加手段から還元剤を添加していない時の前記差分を算出するものであるが好適である。
【0019】
排気内に添加された還元剤は、高温条件下においてSOx保持材に保持されたSOxを還元する機能を有する一方、SOxと反応することによりSOx保持材の温度をさらに上昇させる特性を有する。そのため、還元剤が添加され続けると、SOx保持材の温度が上昇し続け、SOx保持材の温度が過剰に高くなるおそれがある。そのため、還元剤添加手段から間欠的に還元剤を添加してSOx保持材に流入する排気の空燃比を理論空燃比あるいはリッチな空燃比とする間欠リッチ制御を実行することにより、還元剤が添加され続けることに起因するSOx保持材の過剰昇温を防止することができる。
【0020】
そして、この間欠リッチ制御実行中においても、算出手段は、還元剤添加手段から還元剤を添加していない時の空燃比検出手段の検出値に基づいて内燃機関燃焼室内の実際の空燃比と目標空燃比との差分を算出するものであることが好適であるのは前述と同様である。
【0021】
そして、還元剤添加量を算出する手段としては、リーンな空燃比で運転している内燃機関燃焼室からの排気の空燃比を前記還元剤添加手段から還元剤を添加して目標のリッチな空燃比とするのに相当するベース還元剤量と前記差分をゼロにするのに相当する差分還元剤量とに基づいて算出することを例示することができる。
【0022】
また、前記還元剤添加量は、前記ベース還元剤量に前記差分還元剤量を加算して得た還元剤量と所定の還元剤量とを比較して定められることが好適である。上記のように還元剤添加量を決定する場合、例えば、内燃機関燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射弁に目詰まり等が生じていることに起因して、燃焼室内の空燃比がリーン側に大幅にずれる場合、還元剤添加量を増量させてSOx保持材に流入する排気の空燃比を所望のリッチにするため、その増量した還元剤がSOx保持材に保持されたSOxと反応してSOx保持材の温度を過剰に上昇させるおそれがある。
【0023】
そこで、例えば、SOx保持材の容量等に応じて添加する還元剤量の上限となる所定の還元剤量を予め定めておき、前記ベース還元剤量に前記差分還元剤量を加算して得た還元剤量がこの所定の還元剤量以下である場合は、ベース還元剤量に差分還元剤量を加算して得た還元剤量を還元剤添加量として決定し、ベース還元剤量に差分還元剤量を加算して得た還元剤量が所定の還元剤量より多い場合は、所定の還元剤量を還元剤添加量として決定し、還元剤添加手段から添加するようにする。このようにすることで、SOx保持材の温度が過剰に昇温することを防止することができる。
【0024】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【0025】
<第1の実施の形態>
図1は、本発明に係る排気環流装置を備えた内燃機関の概略構成を示す図である。図1に示す内燃機関1は、4つの気筒2を有する水冷式の4気筒ディーゼルエンジンである。
【0026】
内燃機関1は、各気筒2の燃焼室に直接燃料を噴射する燃料噴射弁3を備えている。各燃料噴射弁3は、蓄圧室(コモンレール)4と接続され、このコモンレール4は、燃料供給管5を介して燃料ポンプ6と連通している。
【0027】
内燃機関1には、吸気通路7が接続されており、この吸気通路7は、エアクリーナボックス8に接続されている。そして、エアクリーナボックス8より下流の吸気通路7には、該吸気通路7内を流通する吸気の質量に対応した電気信号を出力するエアフローメータ9が取り付けられている。
【0028】
また、吸気通路7の途中には、過給機(ターボチャージャー)10のコンプレッサハウジング10aが設けられている。コンプレッサハウジング10aより下流の吸気通路7にはインタークーラ11が取り付けられている。更にインタークーラ11より下流の吸気通路7には、該吸気通路7内を流通する吸気の流量を調節する吸気絞り弁12が設けられている。この吸気絞り弁12には、該吸気絞り弁12を開閉駆動する吸気絞り用アクチュエータ13が取り付けられている。
【0029】
そして、コンプレッサハウジング10aに流入し、該コンプレッサハウジング10a内で圧縮されて高温となった吸気は、インタークーラ11にて冷却された後、必要に応じて吸気絞り弁12によって流量を調節されて吸気通路7を介して各気筒2の燃焼室へ分配され、各気筒2の燃料噴射弁3から噴射された燃料を着火源として燃焼される。
【0030】
また、内燃機関1には排気通路14が接続され、この排気通路14は下流にて図示しないマフラーと接続されている。
【0031】
また、排気通路14の途中には、前記過給機10のタービンハウジング10bが配置されており、排気通路14のタービンハウジング10bより下流の部位には、吸蔵還元型NOx触媒(以下、特に断らない限り「NOx触媒」という。)15が備えられている。そして、NOx触媒15の上流の排気通路14には排気通路14内を流通する排気の空燃比に対応した電気信号を出力する空燃比センサ16が取り付けられている。
【0032】
そして、タービンハウジング10bから排出された排気は、排気通路14を介してNOx触媒15へ流入し、排気中の物質が浄化される。
【0033】
また、前記吸気通路7における吸気絞り弁12より下流の部位と、前記排気通路14におけるタービンハウジング10bより上流の部位とは、排気の一部を吸気通路7へ再循環させるEGR通路18を介して連通されている。このEGR通路18の途中には、電磁弁などで構成され、印加電力の大きさに応じて前記EGR通路18内を流通する排気(以下、「EGRガス」という。)の流量を変更するEGR弁19が設けられている。
【0034】
そして、EGR通路18を介して排気通路14から吸気通路7へ再循環されたEGRガスは、吸気通路7の上流から流れてきた新気と混ざり合いつつ各気筒2の燃焼室へ導かれ、燃料噴射弁3から噴射される燃料を着火源として燃焼される。
【0035】
ここで、EGRガスには、水(H2O)や二酸化炭素(CO2)などのように、自らが燃焼することがなく、且つ、吸熱性を有する不活性ガス成分が含まれているため、EGRガスが混合気中に含有されると、混合気の燃焼温度が低められ、以てNOxの発生量が抑制される。
【0036】
また、NOx触媒15より上流の排気通路14を流通する排気中に還元剤たる燃料(軽油)を添加する還元剤供給手段を備えている。この還元剤供給手段は、図1に示されるようにその噴孔が排気通路14内に臨むよう内燃機関1のシリンダヘッドに取り付けられ、所定の開弁圧以上の燃料が印加されたときに開弁して燃料を噴射する還元剤添加弁21と、前述した燃料ポンプ6から吐出された燃料を前記還元剤添加弁21へ導く還元剤供給路22とを備えている。
【0037】
尚、還元剤添加弁21は、該還元剤添加弁21の噴孔が排気通路14におけるEGR通路18との接続部位より下流であって、排気通路14における4つの通路の集合部に最も近い気筒2の排気ポートに突出するとともに、排気通路14の集合部へ向くようシリンダヘッドに取り付けられることが好ましい。
【0038】
これは、還元剤添加弁21から噴射された還元剤(未燃の燃料成分)がEGR通路18へ流入するのを防止するとともに、還元剤が排気通路14内に滞ることなく過給機10のタービンハウジング10bへ到達するようにするためである。
【0039】
尚、図1に示す例では、内燃機関1の4つの気筒2のうち1番(#1)気筒2が排気通路14の集合部と最も近い位置にあるため、1番(#1)気筒2の排気ポートに還元剤添加弁21が取り付けられているが、1番(#1)気筒2以外の気筒2が排気通路14の集合部と最も近い位置にあるときは、その気筒2の排気ポートに還元剤添加弁21が取り付けられるようにする。
【0040】
このように構成された還元剤供給手段において、還元剤添加弁21から排気通路14内へ噴射された還元剤は、排気通路14の上流から流れてきた排気とともにタービンハウジング10bへ流入する。タービンハウジング10b内に流入した排気と還元剤とは、タービンホイールの回転によって撹拌されて均質に混合された排気を形成する。
【0041】
以上述べたように構成された内燃機関1には、該内燃機関1を制御するための電子制御ユニット(ECU:Electronic Control Unit)25が併設されている。このECU25は、CPU、ROM、RAM、バックアップRAM等からなる算術論理演算回路である。
【0042】
ECU25には、前述したエアフローメータ9、空燃比センサ16、排気温度センサ17に加え、内燃機関1に取り付けられたクランクポジションセンサ23及び水温センサ24等の各種センサが電気配線を介して接続され、上記した各種センサの出力信号がECU25に入力されるようになっている。
【0043】
一方、ECU25には、燃料噴射弁3、吸気絞り用アクチュエータ13、EGR弁19、還元剤添加弁21等が電気配線を介して接続され、ECU25が、燃料噴射弁3、吸気絞り用アクチュエータ13、EGR弁19及び還元剤添加弁21等を制御することが可能になっている。
【0044】
例えば、ECU25は、一定時間毎に実行すべき基本ルーチンにおいて、各種センサの出力信号の入力、機関回転数の演算、燃料噴射量の演算、燃料噴射時期の演算等を実行する。基本ルーチンにおいてECU25が入力した各種信号やECU25が演算して得られた各種制御値は、該ECU25のRAMに一時的に記憶される。
【0045】
例えば、EGR制御では、先ず機関回転数、水温センサ24の出力信号(冷却水温度)、アクセル開度等を読み出し、EGR制御の実行条件が成立しているか否かを判別する。このEGR制御実行条件としては、冷却水温度が所定温度以上にある、内燃機関1が始動時から所定時間以上連続して運転されている、アクセル開度の変化量が正値である等の条件を例示することができる。
【0046】
そして、上記したようなEGR制御実行条件が成立していると判定した場合は、ECU25は、機関回転数とアクセル開度とをパラメータとしてEGR弁開度制御マップへアクセスし、前記機関回転数及び前記アクセル開度に対応した目標EGR弁開度を算出し、該目標EGR弁開度に対応した駆動電力をEGR弁19に印加する。一方、上記したようなEGR制御実行条件が成立していないと判定した場合は、ECU25は、EGR弁19を全閉状態に保持すべく制御する。
【0047】
次に、本実施の形態に係る吸蔵還元型NOx触媒15について説明する。
NOx触媒15は、該触媒に流入する排気の空燃比がリーン空燃比(理論空燃比以上)であるときには、排気中のNOxを保持して大気中に放出しないようにし、該触媒に流入する排気の空燃比が理論空燃比あるいはリッチ空燃比(理論空燃比以下)となったときには、保持していたNOxを放出及び還元して除去するものである。
【0048】
このため、内燃機関1が希薄燃焼運転されている場合は、内燃機関1から排出される排気の空燃比がリーン雰囲気となり排気の酸素濃度が高くなるため、排気中に含まれるNOxがNOx触媒15に保持されることになるが、内燃機関1の希薄燃焼運転が長期間継続されると、NOx触媒15のNOx保持能力が飽和し、排気中のNOxがNOx触媒15にて浄化されずに大気中へ放出されてしまう。
【0049】
特に、内燃機関1のようなディーゼル機関では、大部分の運転領域においてリーン空燃比の混合気が燃焼され、それに応じて大部分の運転領域において排気の空燃比がリーン空燃比となるため、NOx触媒15のNOx保持能力が飽和し易い。
【0050】
従って、内燃機関1が希薄燃焼運転されている場合は、NOx触媒15のNOx保持能力が飽和する前にNOx触媒15に流入する排気中の酸素濃度を低下させるとともに還元剤の濃度を高め、NOx触媒15に吸収されたNOxを放出及び還元させる必要がある。そこで、本実施の形態においては、ECU25が、NOx触媒15に流入する排気の空燃比を比較的に短い周期でスパイク的(短時間)にリッチ空燃比とする、リッチスパイク制御を実行する。
【0051】
このリッチスパイク制御では、ECU25は、所定の周期毎にリッチスパイク制御実行条件が成立しているか否かを判別する。このリッチスパイク制御実行条件としては、例えば、NOx触媒15が活性状態にあるか、排気温度センサ17の出力信号値(排気温度)が所定の上限値以下であるか、後述するSOx被毒解消制御が実行されていないか等の条件を例示することができる。
【0052】
上記したようなリッチスパイク制御実行条件が成立していると判定された場合は、ECU25は、還元剤添加弁21からスパイク的に還元剤たる燃料を添加させることにより、NOx触媒15に流入する排気の空燃比を一時的に所定の目標リッチ空燃比とする。そして、このようにして形成されたリッチ空燃比の排気は、その後NOx触媒15に流入し、該触媒に保持されていたNOxを放出及び還元することになる。
【0053】
このようにして、NOx触媒15に流入する排気の空燃比は、比較的に短い周期で「リーン」と「スパイク的な目標リッチ空燃比」とを交互に繰り返すことにより、NOx触媒がNOxの保持と放出・還元とを交互に短周期的に繰り返すことができることになる。
【0054】
また、NOx触媒15は、NOxと同様のメカニズムによって排気中のSOxを保持するため、SOxの保持量が増加すると、それに応じてNOx触媒15のNOx保持能力が低減する、いわゆるSOx被毒が発生する。
【0055】
そして、このようにNOx触媒15にSOx被毒が生じると、NOx保持能力が飽和し、排気中のNOxがNOx触媒15にて浄化されずに大気中へ放出されてしまう。したがって、本実施の形態においては、NOx触媒15に吸収されたSOxを放出及び還元させる、SOx被毒解消制御を実行することとしている。
【0056】
このSOx被毒解消制御では、ECU25は、先ずNOx触媒15の床温を約600℃に高める触媒昇温処理を実行した上で、NOx触媒15に流入する排気の空燃比をリッチ空燃比とするようにする。
【0057】
具体的に、本実施の形態の触媒昇温処理では、NOx触媒15の温度を早期に上昇させる手段として、内燃機関1の圧縮行程での通常の主燃料噴射に加えて、排気行程中又は膨張行程中に気筒内に燃料を副次的に噴射するポスト噴射又は吸気行程もしくは排気行程の上死点近傍で気筒内に燃料を噴射するビゴム噴射等の副噴射を行うことが有効である。ポスト噴射においては、排気行程中又は膨張行程中に噴射された燃料が未燃燃料としてNOx触媒に流入し、該触媒との反応熱により該触媒の温度が上昇する。一方、ビゴム噴射においては、吸気行程又は排気行程の上死点近傍で噴射された燃料がその後の行程で蒸発して着火し易いものとなり燃焼を安定させるので、主燃料噴射時期を遅延させることによりピストン運動に消費されるエネルギ量が減少し、それに伴い温度上昇した排気がNOx触媒15に到達することにより該触媒の温度が上昇する。更に噴射された燃料の未燃分がNOx触媒15に供給され、それが該触媒上で酸化反応を起こし、以って該触媒の温度が上昇する。なお、ポスト噴射及びビゴム噴射等の副噴射は、主燃料噴射との間に必ずしもインターバルを設ける必要はない。
【0058】
副噴射の量及び噴射時期は、アクセル開度と機関回転数と副噴射量又は副噴射時期との関係を予め経験則に基づいてマップ化しておきROMに記憶させておけば、そのマップとアクセル開度と機関回転数とから算出することができる。
【0059】
また、上述の副噴射の代わりにあるいは副噴射とともに、還元剤添加弁21から排気中へ還元剤たる燃料を添加させることにより、それらの未燃燃料成分をNOx触媒15において酸化させ、酸化の際に発生する熱によってNOx触媒の床温を高めるようにしてもよい。
【0060】
但し、NOx触媒15が過剰に昇温すると、NOx触媒15の熱劣化を生じさせるおそれがあるため、排気温度センサ17の出力信号値に基づいて副噴射量及び還元剤添加量をフィードバック制御するようにし、約600℃に維持することが好ましい。
【0061】
そして、上記したような触媒昇温処理によりNOx触媒15の床温が約600℃まで上昇したら、ECU25は、NOx触媒に流入する排気の空燃比をリッチ空燃比とすべく還元剤添加弁21から還元剤たる燃料を添加させる還元剤添加制御を実行する。
【0062】
ただし、排気内に添加された還元剤は、高温条件下においてNOx触媒15に保持され蓄積したSOxを還元する機能を有する一方、NOx触媒15の温度をさらに上昇させる特性を有する。そのため、NOx触媒15の温度が約600℃になった状態から還元剤が添加され続けると、NOx触媒15の温度が上昇し続け、NOx触媒15の温度が過剰に高くなることに起因する熱劣化を生じさせてしまう。そのため、還元剤添加制御中の還元剤添加量を適正な量とする必要がある。
【0063】
そのため、本実施の形態の還元剤添加制御実行中においては、NOx触媒に流入する排気の空燃比をリッチ空燃比とすべく還元剤添加弁21を通じて還元剤を間欠的に添加し、所定のタイミングで還元剤の添加を停止し、これを繰り返すことにより、NOx触媒に保持され蓄積したSOxを放出・還元させつつNOx触媒の過熱を防止するようする、間欠リッチ制御を実行する。
【0064】
図2は、本実施の形態におけるS被毒解消制御の実施中であって、特に「NOx触媒の床温が600℃以上に保持されている」といった条件が成立した後に実行される還元剤添加制御時のNOx触媒15に流入する排気の空燃比の推移を示す図である。
【0065】
図2に示すように、本実施の形態の還元剤添加制御は、NOx触媒に保持され蓄積したSOxを放出すべきとの要求があり、且つ、NOx触媒の床温が600℃以上に保持されているといった条件が満たされた場合に、ECU25は還元剤添加弁21を開弁させるための指令信号(以下、「開弁指令信号」という。)を、所定期間(以下、「供給期間」という。)Δt1の間中、出力することで、還元剤添加弁21から霧状の還元剤たる燃料を添加し、NOx触媒15に流入する排気の空燃比を所定のリッチ空燃比になるようにする(図2参照)。その後ECU25は、NOx触媒15の過熱を抑制すべく開弁指令信号の出力を、所定時間(以下、「休止期間」という。)Δt2の間休止し、所定のリーン空燃比になるようにする(図2参照)。その後Δt2を経た後、還元剤の添加を再開して、再度所定のリッチ空燃比になるようにする(図2参照)。そして、再度Δt1間還元剤を添加した後、Δt2間還元剤添加を休止し、再度所定のリーン空燃比になるようにする(図2参照)。このように、還元剤添加制御が開始されると、基本的にはNOx触媒15に保持され蓄積したSOxが放出されて当該触媒15の機能が十分に回復するまで、間欠的にNOx触媒15に流入する排気の空燃比をリッチ空燃比とするように還元剤の添加及び休止が繰り返される。そして、このように還元剤添加制御として、間欠的に還元剤を添加して間欠的にNOx触媒15に流入する排気の空燃比をリッチにすることを間欠リッチ制御という。
【0066】
そして、このように、還元剤添加弁21を通じた還元剤添加の開始に伴ってNOx触媒15に流入する排気の空燃比を低くし、所定のリッチ空燃比にするのに伴って、NOx触媒から放出されるSOxの量が増大する。また同様に、還元剤添加弁21による還元剤たる燃料の供給の休止に伴ってNOx触媒15に流入する排気の空燃比を所定のリーン空燃比とするに伴って、NOx触媒15から放出されるSOxの量は低下する。このように、NOx触媒15に流入する排気の空燃比やNOx触媒からのSOx放出量は、還元剤添加弁21の開閉弁動作に概ね同期して変動する。そして、NOx触媒15の床温は、還元剤添加弁21を通じた還元剤の供給が開始されることに起因して上昇し、同弁21による還元剤の供給が休止されることに起因して下降する。
【0067】
しかし、還元剤添加弁21から還元剤を添加して、目標のリッチ空燃比とする際、還元剤添加弁21の開弁指令信号が適正であったとしても還元剤添加弁21に目詰まり等が生じている場合には、適正量の還元剤を添加することができずにNOx触媒15に流入する排気の空燃比が目標のリッチ空燃比からずれてしまう。また、還元剤の添加量が適正な量であったとしても、燃料噴射弁3に目詰まり等が生じていて燃焼室内の空燃比がずれている場合は、その分、NOx触媒15に流入する排気の空燃比が目標のリッチ空燃比からずれることとなる。
【0068】
これに対して、燃焼室内の空燃比は目標の空燃比である場合であって還元剤添加弁21に目詰まり等が生じていることのみに起因してNOx触媒15に流入する排気の空燃比が目標のリッチ空燃比からずれてしまう場合は、上述のΔt1期間内に、NOx触媒15に流入する排気の空燃比の目標のリッチ空燃比と空燃比センサ16の検出値のずれを開弁指令信号による目標の添加量と実際の添加量のずれであるとして学習し、還元剤を添加するようにフィードバック制御をすればNOx触媒15に流入する排気の空燃比を目標のリッチ空燃比となるようにすることができる。
【0069】
また、還元剤添加弁21からの還元剤添加量は適正である場合であって燃料噴射弁3に目詰まり等が生じていることに起因して燃焼室内の空燃比がずれてNOx触媒15に流入する排気の空燃比が目標のリッチ空燃比からずれてしまう場合は、上述のΔt1期間内に、NOx触媒15に流入する排気の空燃比の目標のリッチ空燃比と空燃比センサ16の検出値のずれを燃料噴射弁3に対する噴射量の指令信号による目標の噴射量と実際の噴射量のずれであるとして学習し、還元剤添加量で補正するようにフィードバック制御すればNOx触媒15に流入する排気の空燃比を目標のリッチ空燃比となるようにすることができる。
【0070】
また、還元剤添加弁21に目詰まり等が生じ、かつ、燃料噴射弁3に目詰まり等が生じていることに起因してNOx触媒15に流入する排気の空燃比が目標のリッチ空燃比からずれている場合も同様に、上述のΔt1期間内に、NOx触媒15に流入する排気の空燃比の目標のリッチ空燃比と空燃比センサ16の検出値のずれを学習し、還元剤添加量で補正するようにフィードバック制御すればNOx触媒15に流入する排気の空燃比を目標のリッチ空燃比となるようにすることができる。
【0071】
しかし、上述のようにΔt1期間内にフィードバック制御してNOx触媒15に流入する排気の空燃比を目標リッチ空燃比となるようにすることができるとしても、各Δt1の開始時、つまり還元剤添加弁21から還元剤を添加して最初に目標のリッチ空燃比とする時のずれ量が多い場合は、NOx触媒の過剰な昇温を招いたり、所望量のSOxを放出・還元することができなかったりするおそれがある。
【0072】
つまり、通常のリーン運転時から最初に還元剤添加弁21から還元剤を添加して目標のリッチ空燃比にする際に、目標のリッチ空燃比よりもリッチ側にずれた場合、すなわち排気中に還元剤が多目に存在する場合、多目に存在する還元剤と排気中の酸素がNOx触媒15上で反応しNOx触媒15の温度が過剰に上昇するおそれがある。一方、目標のリッチ空燃比よりもリーン側にずれた場合、すなわち排気中に還元剤が少な目に存在する場合、NOx触媒15に蓄積されたSOxを還元すべき還元剤が不足するため、その後Δt1期間内でフィードバック制御によりNOx触媒15に流入する排気の空燃比を目標リッチ空燃比に合わせることができるとしても所定期間内で所望量のSOxを放出・還元させることができないおそれがある。特にΔt1が短時間である場合は十分にSOx被毒を解消できないおそれがある。
【0073】
そこで、本実施の形態においては、還元剤添加制御を実行する場合、リーン運転時から還元剤添加弁21から還元剤を添加して最初に目標のリッチ空燃比とする際には、還元剤を添加してリッチ空燃比とする直前のリーン運転時、つまり還元剤を添加していない時の燃焼室内の空燃比のずれを学習して還元剤の添加量を決定するようにした。つまり、燃料噴射弁3に目詰まり等が生じていることに起因して燃焼室内の空燃比が目標リーン空燃比からリーン側にずれている場合は、還元剤添加弁21から添加する還元剤量を通常より多目にするようにし、コモンレール圧が下がること等に起因して燃料噴射弁3が司令値の開弁期間より長めに開弁して燃焼室内の空燃比が目標リーン空燃比からリッチ側にずれている場合は、還元剤添加弁21から添加する還元剤量を通常より少な目にするようにする。このように、還元剤添加弁21から還元剤を添加して最初に目標のリッチ空燃比とする際に、還元剤を添加せずにリーンの空燃比で運転している時点の燃焼室内の空燃比のずれを学習して、目標のリッチ空燃比になるように還元剤を添加するようにすれば、最初から精度よく目標のリッチ空燃比にすることができるので、NOx触媒の過剰な昇温を招いたり、所望量のSOxを放出・還元することができなかったりすることを防止することができる。
【0074】
なお、還元剤添加制御を実行する際、還元剤を添加してリッチ空燃比とする直前のリーン運転時とは、還元剤添加制御実行期間中に最初(1度目)に還元剤を添加して目標のリッチ空燃比にする場合は、還元剤添加制御を開始する直前の通常のリーン運転時であり、その後Δt1の期間が終了したら還元剤添加をΔt2の期間休止し、その後再度(2度目)還元剤を添加して目標のリッチ空燃比にする場合は、その直前、つまり1度目のΔt2の期間のリーン運転時のことをいう。その後、還元剤添加制御期間中にリッチ空燃比とリーン空燃比が繰り返される場合は、そのリッチ空燃比の期間(Δt1)の直前のΔt2間のリーン運転時のことをいう。
【0075】
次に、具体的に、図3、図4に示すフローチャートを用いてSOx被毒解消制御について説明する。
【0076】
図3は、定期的に実行されるルーチンであり、まず、ステップ100にて通常のリーン運転領域であるか否かが判定される。ここで、通常のリーン運転領域とは、上述のリッチスパイク制御、SOx被毒解消制御あるいはPM再生処理等が実行されていない状態で、内燃機関の燃焼室内の空燃比がリーンで運転される領域のことをいう。そして、ステップ100にて通常のリーン運転領域であると判定されるとステップ101に進み、空燃比センサ16の検出値と目標リーン空燃比との差をX値としてECU25のRAMに記憶して終了する。一方、通常のリーン運転領域ではないと判定するとステップ101をスキップして終了する。
【0077】
次に、図4に示すフローチャートを用いてSOx被毒解消制御のルーチンについて説明する。
【0078】
本制御は定期的に実行されるものであり、まず、ステップ200にてSOx被毒解消制御実行条件が成立しているか否かが判定される。この条件としては、SOx被毒が解消されていない期間が所定期間に達しているか、あるいはSOx被毒が解消されていない間に車輌が走行した距離が所定距離に達しているか、あるいは排気温度センサ17の出力信号値(排気温度)が所定の上限値以下であるか等の条件を例示することができる。そして、SOx被毒解消制御実行条件が成立していると判定される場合はステップ201に進み、上述の触媒昇温処理が実行される。一方、SOx被毒解消制御実行条件が成立していない場合は本制御を終了する。
【0079】
ステップ201では、触媒昇温処理が実行されるが、これは上述したようにNOx触媒15の温度を約600℃に上昇させるために、排気行程中又は膨張行程中に気筒内に燃料を副次的に噴射するポスト噴射若しくは吸気行程もしくは排気行程の上死点近傍で気筒内に燃料を噴射するビゴム噴射等の副噴射を行うか又は還元剤添加弁21から排気中へ還元剤たる燃料を添加するものである。
【0080】
次に、ステップ202では、還元剤添加制御実行条件が成立しているか否かが判定され、成立している場合はステップ203に進み、成立していない場合は本制御を終了する。ここで、還元剤添加制御実行条件としては、例えば、NOx触媒15が所定温度(例えば600℃)に達しているかを例示することができる。そして、ステップ203では、上述した図3のステップ101にて記憶したX値を読込み、ステップ204に進む。
【0081】
次に、ステップ204では、還元剤添加休止期間中(Δt2期間中)か否かが判定される。そして、休止期間中でないと判定された場合は、ステップ206に進み、内燃機関内の目標リーン空燃比とNOx触媒15に流入する排気の空燃比の目標リッチ空燃比とから定められるベース還元剤添加量に、ステップ203にて読込んだX値をゼロにするのに必要な還元剤量を加算して、実際に排気に添加する還元剤添加量を算出する。そして、ステップ207に進み、ステップ206で算出した還元剤添加量の還元剤を添加し、ステップ208に進む。一方、ステップ204で、還元剤添加休止期間中(Δt2期間中)であると判定された場合は、ステップ205に進み、空燃比センサ16の検出値と目標リーン空燃比との差をX値として、すでにステップ203で読込む等して記憶してあるX値を新たに更新する。そして、再度ステップ203へ進む。
【0082】
ステップ208においては、SOx被毒解消制御終了条件が成立しているか否かが判定される。このSOx被毒解消制御終了条件としては、例えば還元剤添加制御実行開始から所定時間経過したことを例示することができる。そして、SOx被毒解消制御終了条件が成立している場合はステップ209にてSOx被毒解消制御を終了し本制御を終了する。一方、SOx被毒解消制御終了条件が成立していない場合は、再度ステップ203へ戻り、その後上述したのと同様な処理が繰り返されることとなる。
【0083】
このようにしてSOx被毒解消制御が実行されると、NOx触媒15の床温が高い状況下で、NOx触媒15に流入する排気の空燃比がリッチ空燃比となるため、NOx触媒15に保持され蓄積された硫黄酸化物(SOx)が還元されてNOx触媒15のSOx被毒が解消されることになる。
【0084】
なお、吸蔵還元型NOx触媒15はディーゼルパティキュレートフィルタに担持されたものでもよい。かかる場合は、フィルタの各排気流入通路および各排気流出通路の周壁面、即ち各隔壁の両側表面上および隔壁内の細孔内壁面上に、例えばアルミナからなる担体の層を形成し、この担体上に吸蔵還元型NOx触媒が坦持されることとなる。
【0085】
また、還元剤添加弁21から還元剤を添加して触媒昇温処理を実行する場合は、還元剤添加制御実行時の還元剤添加と触媒昇温処理実行時の還元剤添加との間に必ずしもインターバルを設ける必要はない。
【0086】
<第2の実施の形態>
本実施の形態は、第1の実施の形態に対してSOx被毒解消制御の一部のみ異なるものであり、その他は第1の実施の形態と同一なので、異なる部分のみ説明するものとし、その他の説明は省略する。
【0087】
第1の実施の形態においては、還元剤添加制御実行中において、リーン運転時から還元剤添加弁21から還元剤を添加して最初に目標のリッチ空燃比とする際には、還元剤を添加してリッチ空燃比とする直前のリーン運転時、つまり還元剤を添加していない時の燃焼室内の空燃比のずれを学習して還元剤の添加量を算出し、その算出した添加量如何にかかわらず還元剤添加量として決定し、添加するものであるが、本実施の形態では、燃焼室内の空燃比のずれを学習して還元剤の添加量(例えばα)を算出した後、該算出した添加量(α)に応じて最終的な還元剤添加量を決定するものである。具体的には、算出した添加量(α)が所定の還元剤添加量(α1)よりも多い場合は、α1を最終的な還元剤添加量として決定する。一方、算出した添加量(α)が所定の還元剤添加量(α1)以下である場合は、αを最終的な還元剤添加量として決定する。
【0088】
排気内に添加された還元剤は、高温条件下においてNOx触媒15に保持され蓄積したSOxを還元する機能を有する一方、NOx触媒15の温度をさらに上昇させる特性を有するため、添加される還元剤の量が多いとNOx触媒15が過剰に上昇し、NOx触媒15の熱劣化を生じさせてしまう。そのため、予め、NOx触媒15の容量等の特性から一度に添加してもNOx触媒を過剰昇温させない最大限の添加量α1を設定しておき、燃焼室内の空燃比のずれを学習して算出した還元剤の添加量αが、α1よりも多い場合は、算出した添加量αをそのまま添加するのではなく、α1を添加量として決定し、NOx触媒15が過剰に昇温するのを未然に防止するようにする。
【0089】
次に、図5のフローチャートを用いて本実施の形態に係るSOx被毒解消制御について説明する。
【0090】
ステップ300からステップ306は図4に示す第1の実施の形態に係るフローチャートと同一であるのでその説明は省略する。ステップ307では、ステップ306で算出した還元剤添加量αが所定の値α1以下である場合は、還元剤添加量をαと決定しαを添加する。一方、ステップ308では、ステップ306で算出した還元剤添加量αが所定の値α1より多い場合は、還元剤添加量をα1と決定しα1だけ添加する。それ以降のステップも第1の実施の形態に係るフローチャートと同一であるのでその説明は省略する。
【0091】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関内の実際の空燃比と目標空燃比との差分を算出する算出手段と、該算出手段にて算出した差分に基づいて決定した還元剤添加量を、SOx保持材から硫黄酸化物を除去させるべく、還元剤添加手段から添加させる還元剤添加制御手段とを備えるので、SOx保持材の熱劣化を防止しつつSOx保持材からSOxを精度よく除去できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置を適用する内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図である。
【図2】第1の実施の形態に係る還元剤添加制御時のNOx触媒15に流入する排気の空燃比の変化を示す図である。
【図3】第1の実施の形態に係るSOx解消処理に用いる空燃比センサの検出値と目標のリーン空燃比との差分を記憶するためのフローチャートである。
【図4】第1の実施の形態に係るSOx被毒解消処理制御のフローチャート図である。
【図5】第2の実施の形態に係るSOx被毒解消処理制御のフローチャート図である。
【符号の説明】
1 内燃機関
2 気筒
3 燃料噴射弁
4 コモンレール
5 燃料供給管
6 燃料ポンプ
7 吸気通路
8 エアクリーナボックス
9 エアフローメータ
10 過給機
11 インタークーラ
12 吸気絞り弁
13 吸気絞り用アクチュエータ
14 排気通路
15 排気浄化装置
16 空燃比センサ
17 排気温度センサ
18 EGR通路
19 EGR弁
20 排気ポート
21 還元剤添加弁
22 還元剤供給路
23 クランクポジションセンサ
24 水温センサ
25 ECU[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust gas purification device for an internal combustion engine, and more particularly to an exhaust gas purification device for an internal combustion engine that retains sulfur oxide in exhaust gas and periodically removes the retained sulfur oxide. .
[0002]
[Prior art]
As an exhaust gas purification technique for an internal combustion engine, an NOx storage reduction catalyst (hereinafter simply referred to as “NOx catalyst”) is disposed in the exhaust system of an internal combustion engine (particularly a lean combustion engine or a diesel engine) to operate at a lean air-fuel ratio. A technique for temporarily holding nitrogen oxide (hereinafter sometimes simply referred to as “NOx”) in exhaust gas temporarily on the NOx catalyst before releasing it into the atmosphere is known. Retains sulfur oxide (hereinafter also referred to simply as “SOx”) together with NOx in the exhaust gas, so when the amount of SOx retained increases, the NOx in the exhaust gas cannot be retained. Causes SOx poisoning.
[0003]
On the other hand, the NOx catalyst as the SOx holding material holding SOx is set at a high temperature of about 600 ° C., for example, and the fuel as the reducing agent is supplied to the NOx catalyst, so that the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx catalyst is reduced to a rich air. The SOx is reduced and removed by setting the fuel ratio to a high temperature and reducing atmosphere of the NOx catalyst, thereby eliminating SOx poisoning of the NOx catalyst (see, for example, Patent Document 1).
[0004]
[Patent Document 1]
JP 2001-82137 A
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the air-fuel ratio of the exhaust gas is changed to a rich air-fuel ratio in order to eliminate SOx poisoning, if there is a shift to the rich side from the target rich air-fuel ratio, that is, there are many reducing agents in the exhaust gas. In this case, there is a possibility that the reducing agent present in large numbers and the oxygen in the exhaust gas react on the NOx catalyst and the temperature of the NOx catalyst rises excessively. On the other hand, when there is a deviation from the target rich air-fuel ratio to the lean side, that is, when there is a small amount of reducing agent in the exhaust gas, there is a shortage of reducing agent to reduce the SOx held in the NOx catalyst, so that the SOx coverage is particularly low. When the process for eliminating the poison is performed within a predetermined period, there is a possibility that the SOx poisoning cannot be sufficiently eliminated.
[0006]
Therefore, after the lean air-fuel ratio during normal operation is once made rich for SOx poisoning elimination processing, feedback control is performed so that the air-fuel ratio after addition of the reducing agent becomes the target rich air-fuel ratio during the rich period. ing. For example, the air-fuel ratio of the exhaust gas is detected by an air-fuel ratio sensor provided upstream or downstream of the NOx catalyst, and if there is a difference between the detected value and the target air-fuel ratio, this is corrected. Thus, the amount of fuel or reducing agent added to be injected into the internal combustion engine is determined.
[0007]
However, when the reducing agent is supplied from the lean air-fuel ratio to reach the target rich air-fuel ratio, if the air-fuel ratio of the internal combustion engine is deviated, even if the reducing agent addition amount is appropriate, the air after the reducing agent is added The fuel ratio deviates from the target rich air-fuel ratio. In particular, if the amount of misalignment at the time of the first reducing agent addition when the lean air-fuel ratio is changed from the lean air-fuel ratio during normal operation to the rich air-fuel ratio for the SOx poisoning elimination processing is increased, then the rich air-fuel ratio is changed to the SOx poisoning elimination. Even if feedback control is performed on the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx catalyst during the processing period, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx catalyst at the time when the reducing agent is first added deviates from the target air-fuel ratio. Therefore, as described above, the temperature of the NOx catalyst excessively increases, or the SOx poisoning cannot be sufficiently eliminated. Further, when the temperature of the NOx catalyst is excessively increased, there is a risk of causing thermal degradation of the NOx catalyst.
[0008]
The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is an internal combustion engine capable of accurately removing SOx from a SOx holding material while preventing thermal deterioration of the SOx holding material such as a NOx catalyst. An object of the present invention is to provide an exhaust purification device.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, in the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the SOx holding material by adding a reducing agent is the stoichiometric air-fuel ratio or rich air-fuel ratio. When the SOx held by the SOx holding material is removed by the above, the reducing agent addition amount is determined in consideration of the difference between the actual air-fuel ratio in the internal combustion engine and the target air-fuel ratio.
[0010]
As specific means, an SOx holding material that is provided in an exhaust passage of the internal combustion engine and holds sulfur oxide in the exhaust gas and removes sulfur oxide held in a high temperature and reducing atmosphere, and the SOx holding Reducing agent addition means for adding a reducing agent to exhaust gas upstream of the material, air-fuel ratio detection means for detecting an air-fuel ratio of at least one of exhaust gas flowing into the SOx holding material or exhaust gas flowing out from the SOx holding material, Calculation means for calculating the difference between the actual air-fuel ratio in the combustion chamber of the internal combustion engine and the target air-fuel ratio based on the detection value of the air-fuel ratio detection means; and the calculation means for removing sulfur oxide from the SOx holding material. And a reducing agent addition control means for adding the reducing agent addition amount determined in consideration of the difference calculated in this manner from the reducing agent addition means.
[0011]
Here, as the SOx holding material, when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst is lean (greater than the theoretical air-fuel ratio) like the NOx storage reduction catalyst, the NOx in the exhaust gas is held and released into the atmosphere. When the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst becomes the stoichiometric air-fuel ratio or rich (below the stoichiometric air-fuel ratio), the retained NOx is released and reduced, or the particulate filter Examples of the catalyst that support the NOx storage reduction catalyst are shown below.
[0012]
Further, examples of the air-fuel ratio detection means include an air-fuel ratio sensor and an oxygen concentration sensor that are disposed in the exhaust passage upstream of the SOx holding material and / or downstream of the SOx holding material.
[0013]
When removing the sulfur oxide held in the SOx holding material, the temperature of the exhaust gas flowing into the SOx holding material is raised and the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the SOx holding material is made lower than the stoichiometric air-fuel ratio. Although necessary, a reducing agent is added by a reducing agent addition means upstream of the SOx holding material in order to make the air-fuel ratio of the exhaust gas equal to or lower than the stoichiometric air-fuel ratio. The reducing agent addition amount is basically an addition amount corresponding to setting the air-fuel ratio of the exhaust immediately after being discharged from the combustion chamber of the internal combustion engine operating at a lean air-fuel ratio to the target rich air-fuel ratio. However, the air / fuel ratio of the exhaust gas immediately after being discharged from the combustion chamber of the internal combustion engine operating at a lean air / fuel ratio is determined on the assumption that the air / fuel ratio in the internal combustion engine is the target air / fuel ratio. .
[0014]
However, for example, if the fuel injection valve that injects fuel into the combustion chamber is clogged, the air-fuel ratio in the combustion chamber may shift from the target air-fuel ratio. In such a case, the fuel flows into the SOx holding material. The air-fuel ratio of the exhaust gas that is exhausted may also deviate from the target rich air-fuel ratio. Therefore, an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention includes a calculating means for calculating a difference between an actual air-fuel ratio in the combustion chamber and a target air-fuel ratio based on a detection value of the air-fuel ratio detecting means, and a sulfur from the SOx holding material. In order to remove the oxide, the reducing agent addition control means for adding the reducing agent addition amount determined in consideration of the difference calculated by the calculating means from the reducing agent addition means is provided, and the sulfur oxide is removed from the SOx holding material. Therefore, when the reducing agent is added from the reducing agent addition means to the exhaust gas upstream of the SOx holding material, the reducing agent addition control means determines the reducing agent addition amount in consideration of the deviation of the air-fuel ratio in the combustion chamber of the internal combustion engine. Therefore, it is added from the reducing agent addition means.
[0015]
In this way, in order to remove the sulfur oxide from the SOx holding material, when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the SOx holding material is first added by adding a reducing agent, the target air-fuel ratio is accurately adjusted. Since the air-fuel ratio can be set, the SOx holding material is excessively heated due to the presence of the reducing agent in a larger amount than the target, or the desired amount due to the presence of the reducing agent in a smaller amount than the target. It is possible to prevent the sulfur oxides from being reduced or removed.
[0016]
The calculating means calculates the difference between the actual air-fuel ratio in the combustion chamber of the internal combustion engine and the target air-fuel ratio based on the detected value of the air-fuel ratio detecting means when no reducing agent is added from the reducing agent adding means. It is suitable.
[0017]
When calculating the difference between the detected value of the air-fuel ratio detection means when the reducing agent is added from the reducing agent addition means and the target air-fuel ratio in the combustion chamber of the internal combustion engine, the air-fuel ratio detection means is particularly downstream of the reducing agent addition means. If it is provided, the difference between the actual air-fuel ratio in the internal combustion engine and the target air-fuel ratio needs to be calculated in consideration of the reducing agent addition amount. For this reason, for example, even when there is a difference in the reducing agent addition means and the difference in the amount of addition of the reducing agent is not an appropriate amount, the internal combustion engine is recognized as a deviation of the air-fuel ratio in the combustion chamber of the internal combustion engine. The difference between the actual air-fuel ratio and the target air-fuel ratio may be calculated. In such a case, an appropriate amount of reducing agent cannot be added, and the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the SOx holding material may shift from the target air-fuel ratio. It is preferable to calculate the difference between the actual air-fuel ratio in the combustion chamber of the internal combustion engine and the target air-fuel ratio based on the detected value of the air-fuel ratio detecting means when not.
[0018]
Further, the reducing agent addition control means is an intermittent rich control in which the reducing agent is intermittently added from the reducing agent addition means so that the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the SOx holding material is the stoichiometric air-fuel ratio or a rich air-fuel ratio. Preferably, the calculation means calculates the difference when the intermittent rich control is being executed and no reducing agent is added from the reducing agent addition means.
[0019]
The reducing agent added in the exhaust has a function of reducing SOx held in the SOx holding material under a high temperature condition, and has a characteristic of further increasing the temperature of the SOx holding material by reacting with SOx. Therefore, if the reducing agent is continuously added, the temperature of the SOx holding material continues to rise, and the temperature of the SOx holding material may become excessively high. Therefore, the reducing agent is added by executing intermittent rich control in which the reducing agent is intermittently added from the reducing agent addition means and the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the SOx holding material is made the stoichiometric air-fuel ratio or rich air-fuel ratio. It is possible to prevent an excessive increase in temperature of the SOx holding material due to continuing to be performed.
[0020]
Even during the execution of the intermittent rich control, the calculation means calculates the actual air-fuel ratio in the combustion chamber of the internal combustion engine and the target based on the detection value of the air-fuel ratio detection means when no reducing agent is added from the reducing agent addition means. It is preferable to calculate the difference from the air / fuel ratio as described above.
[0021]
As a means for calculating the reducing agent addition amount, the air-fuel ratio of the exhaust gas from the combustion chamber operating at a lean air-fuel ratio is added to the target rich air by adding the reducing agent from the reducing agent addition means. The calculation can be exemplified based on the base reducing agent amount corresponding to the fuel ratio and the differential reducing agent amount corresponding to setting the difference to zero.
[0022]
The reducing agent addition amount is preferably determined by comparing a reducing agent amount obtained by adding the differential reducing agent amount to the base reducing agent amount with a predetermined reducing agent amount. When the reducing agent addition amount is determined as described above, for example, the fuel injection valve that injects fuel into the combustion chamber of the internal combustion engine is clogged or the like, so that the air-fuel ratio in the combustion chamber becomes leaner. In the case of a significant deviation, in order to increase the reducing agent addition amount and to make the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the SOx holding material rich as desired, the increased reducing agent reacts with the SOx held in the SOx holding material and SOx There is a risk of excessively raising the temperature of the holding material.
[0023]
Therefore, for example, a predetermined reducing agent amount that is the upper limit of the amount of reducing agent added according to the capacity of the SOx holding material, etc. is determined in advance, and obtained by adding the differential reducing agent amount to the base reducing agent amount. If the amount of reducing agent is less than or equal to this predetermined amount of reducing agent, the amount of reducing agent obtained by adding the amount of differential reducing agent to the amount of base reducing agent is determined as the amount of reducing agent added, and the amount of reducing agent is reduced to the amount of base reducing agent. When the amount of reducing agent obtained by adding the amount of the agent is larger than the predetermined amount of reducing agent, the predetermined amount of reducing agent is determined as the amount of reducing agent added and added from the reducing agent addition means. By doing so, it is possible to prevent the temperature of the SOx holding material from rising excessively.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Exemplary embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components described in this embodiment are not intended to limit the scope of the present invention only to those unless otherwise specified. Absent.
[0025]
<First Embodiment>
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an internal combustion engine provided with an exhaust gas recirculation device according to the present invention. An internal combustion engine 1 shown in FIG. 1 is a water-cooled four-cylinder diesel engine having four
[0026]
The internal combustion engine 1 includes a
[0027]
An intake passage 7 is connected to the internal combustion engine 1, and the intake passage 7 is connected to an air cleaner box 8. An air flow meter 9 that outputs an electric signal corresponding to the mass of the intake air flowing through the intake passage 7 is attached to the intake passage 7 downstream of the air cleaner box 8.
[0028]
A
[0029]
The intake air that flows into the
[0030]
Further, an
[0031]
Further, a
[0032]
The exhaust discharged from the
[0033]
A portion of the intake passage 7 downstream of the intake throttle valve 12 and a portion of the
[0034]
Then, the EGR gas recirculated from the
[0035]
Here, the EGR gas contains water (H 2 O) and carbon dioxide (CO 2 ) And the like, and an inert gas component having endothermic properties is contained in the mixture, so if EGR gas is contained in the mixture, the combustion temperature of the mixture is lowered. Therefore, the amount of NOx generated is suppressed.
[0036]
Further, there is provided a reducing agent supply means for adding fuel (light oil) as a reducing agent into the exhaust gas flowing through the
[0037]
Note that the reducing agent addition valve 21 is a cylinder in which the nozzle hole of the reducing agent addition valve 21 is downstream of the connection portion of the
[0038]
This prevents the reducing agent (unburned fuel component) injected from the reducing agent addition valve 21 from flowing into the
[0039]
In the example shown in FIG. 1, the first (# 1)
[0040]
In the reducing agent supply means configured as described above, the reducing agent injected from the reducing agent addition valve 21 into the
[0041]
The internal combustion engine 1 configured as described above is provided with an electronic control unit (ECU: Electronic Control Unit) 25 for controlling the internal combustion engine 1. The ECU 25 is an arithmetic logic circuit including a CPU, ROM, RAM, backup RAM, and the like.
[0042]
Various sensors such as a crank
[0043]
On the other hand, the
[0044]
For example, the ECU 25 executes input of output signals from various sensors, calculation of engine speed, calculation of fuel injection amount, calculation of fuel injection timing, and the like in a basic routine to be executed at regular intervals. Various signals input by the ECU 25 and various control values obtained by the ECU 25 in the basic routine are temporarily stored in the RAM of the ECU 25.
[0045]
For example, in the EGR control, first, the engine speed, the output signal (cooling water temperature) of the
[0046]
If it is determined that the EGR control execution condition as described above is satisfied, the ECU 25 accesses the EGR valve opening degree control map using the engine speed and the accelerator opening as parameters, and the engine speed and A target EGR valve opening corresponding to the accelerator opening is calculated, and driving power corresponding to the target EGR valve opening is applied to the EGR valve 19. On the other hand, when it is determined that the EGR control execution condition as described above is not satisfied, the ECU 25 performs control so as to keep the EGR valve 19 in the fully closed state.
[0047]
Next, the NOx
When the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst is a lean air-fuel ratio (greater than the stoichiometric air-fuel ratio), the
[0048]
For this reason, when the internal combustion engine 1 is operated in lean combustion, the air-fuel ratio of the exhaust exhausted from the internal combustion engine 1 becomes a lean atmosphere, and the oxygen concentration of the exhaust becomes high, so that NOx contained in the exhaust becomes
[0049]
In particular, in a diesel engine such as the internal combustion engine 1, the lean air-fuel ratio mixture is combusted in the most operating region, and the exhaust air-fuel ratio becomes the lean air-fuel ratio in the most operating region accordingly. The NOx retention capacity of the
[0050]
Therefore, when the internal combustion engine 1 is operating in lean burn, before the NOx retention capacity of the
[0051]
In this rich spike control, the ECU 25 determines whether or not a rich spike control execution condition is satisfied every predetermined cycle. As the rich spike control execution condition, for example, whether the
[0052]
When it is determined that the rich spike control execution condition as described above is satisfied, the ECU 25 adds the fuel that is the reducing agent in a spike manner from the reducing agent addition valve 21, thereby causing the exhaust gas flowing into the
[0053]
In this way, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the
[0054]
Further, since the
[0055]
When SOx poisoning occurs in the
[0056]
In this SOx poisoning elimination control, the ECU 25 first executes a catalyst temperature raising process for raising the bed temperature of the
[0057]
Specifically, in the catalyst temperature increasing process of the present embodiment, as means for increasing the temperature of the
[0058]
The amount and timing of the sub-injection can be determined by mapping the relationship between the accelerator opening, the engine speed, the sub-injection amount or the sub-injection timing in advance based on an empirical rule and storing it in the ROM. It can be calculated from the opening degree and the engine speed.
[0059]
Further, by adding fuel as a reducing agent into the exhaust gas from the reducing agent addition valve 21 in place of or in addition to the above-described auxiliary injection, these unburned fuel components are oxidized in the
[0060]
However, if the temperature of the
[0061]
When the bed temperature of the
[0062]
However, the reducing agent added in the exhaust has a function of reducing the accumulated SOx held in the
[0063]
Therefore, during the execution of the reducing agent addition control of the present embodiment, the reducing agent is intermittently added through the reducing agent addition valve 21 so that the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx catalyst becomes a rich air-fuel ratio, and the predetermined timing is reached. Then, the addition of the reducing agent is stopped, and by repeating this, intermittent rich control is performed to prevent the NOx catalyst from being overheated while releasing and reducing the SOx retained and accumulated in the NOx catalyst.
[0064]
FIG. 2 shows that the S-poisoning elimination control according to the present embodiment is being implemented, and in particular, the reducing agent addition that is executed after the condition that “the bed temperature of the NOx catalyst is maintained at 600 ° C. or higher” is satisfied. It is a figure which shows transition of the air fuel ratio of the exhaust_gas | exhaustion which flows in into the
[0065]
As shown in FIG. 2, the reducing agent addition control of the present embodiment requires that the SOx retained and accumulated in the NOx catalyst should be released, and the bed temperature of the NOx catalyst is maintained at 600 ° C. or higher. When the condition is satisfied, the ECU 25 sends a command signal for opening the reducing agent addition valve 21 (hereinafter referred to as “valve opening command signal”) for a predetermined period (hereinafter referred to as “supply period”). .) By outputting during Δt1, fuel as a mist reducing agent is added from the reducing agent addition valve 21 so that the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the
[0066]
As described above, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the
[0067]
However, when the reducing agent is added from the reducing agent addition valve 21 to achieve the target rich air-fuel ratio, the reducing agent addition valve 21 is clogged even if the opening command signal of the reducing agent addition valve 21 is appropriate. If this occurs, an appropriate amount of reducing agent cannot be added, and the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the
[0068]
On the other hand, the air-fuel ratio in the combustion chamber is the target air-fuel ratio, and the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the
[0069]
Further, when the amount of reducing agent added from the reducing agent addition valve 21 is appropriate and the
[0070]
Further, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the
[0071]
However, even if the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the
[0072]
That is, when the reducing agent is first added from the reducing agent addition valve 21 to the target rich air-fuel ratio from the normal lean operation, when the target rich air-fuel ratio is shifted to the rich side, that is, during exhaust. If there are many reducing agents, there is a risk that the reducing agents present in the multiples and the oxygen in the exhaust will react on the
[0073]
Therefore, in the present embodiment, when the reducing agent addition control is executed, when the reducing agent is added from the reducing agent addition valve 21 from the lean operation to obtain the target rich air-fuel ratio for the first time, the reducing agent is used. The amount of reducing agent added is determined by learning the deviation of the air-fuel ratio in the combustion chamber at the time of lean operation immediately before the rich air-fuel ratio is added, that is, when no reducing agent is added. That is, when the air-fuel ratio in the combustion chamber deviates from the target lean air-fuel ratio to the lean side due to clogging or the like in the
[0074]
When performing the reducing agent addition control, the lean operation immediately before adding the reducing agent to the rich air-fuel ratio means that the reducing agent is added first (first time) during the reducing agent addition control execution period. The target rich air-fuel ratio is a normal lean operation immediately before starting the reducing agent addition control. After the period of Δt1, the reducing agent addition is stopped for the period of Δt2, and then again (second time). When the reducing agent is added to achieve the target rich air-fuel ratio, it means the lean operation immediately before that, that is, during the first Δt2. Thereafter, when the rich air-fuel ratio and the lean air-fuel ratio are repeated during the reducing agent addition control period, it means the lean operation during Δt2 immediately before the rich air-fuel ratio period (Δt1).
[0075]
Next, the SOx poisoning elimination control will be specifically described with reference to the flowcharts shown in FIGS.
[0076]
FIG. 3 is a routine that is periodically executed. First, at step 100, it is determined whether or not the vehicle is in a normal lean operation region. Here, the normal lean operation region is a region in which the air-fuel ratio in the combustion chamber of the internal combustion engine is operated lean while the above-described rich spike control, SOx poisoning elimination control, PM regeneration processing, or the like is not executed. I mean. If it is determined in step 100 that the vehicle is in the normal lean operation region, the process proceeds to step 101, where the difference between the detected value of the air-
[0077]
Next, a routine for SOx poisoning elimination control will be described using the flowchart shown in FIG.
[0078]
This control is executed periodically. First, at step 200, it is determined whether or not the SOx poisoning elimination control execution condition is satisfied. This condition may be that the period during which SOx poisoning has not been eliminated has reached a predetermined period, or that the distance traveled by the vehicle while SOx poisoning has not been eliminated has reached a prescribed distance, or an exhaust temperature sensor A condition such as whether the output signal value (exhaust temperature) of 17 is equal to or lower than a predetermined upper limit value can be exemplified. And when it determines with SOx poisoning elimination control execution conditions being satisfied, it progresses to step 201 and the above-mentioned catalyst temperature rising process is performed. On the other hand, when the SOx poisoning elimination control execution condition is not satisfied, this control is terminated.
[0079]
In
[0080]
Next, in step 202, it is determined whether or not the reducing agent addition control execution condition is satisfied. If satisfied, the process proceeds to step 203. If not satisfied, the present control is terminated. Here, as the reducing agent addition control execution condition, for example, it can be exemplified whether the
[0081]
Next, in step 204, it is determined whether or not it is during the reducing agent addition suspension period (during the period Δt2). If it is determined that the engine is not in the stop period, the routine proceeds to step 206 where the base reducing agent addition determined from the target lean air-fuel ratio in the internal combustion engine and the target rich air-fuel ratio of the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the
[0082]
In
[0083]
When the SOx poisoning elimination control is executed in this way, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the
[0084]
The NOx
[0085]
Further, when the catalyst temperature raising process is executed by adding the reducing agent from the reducing agent addition valve 21, it is not always between the reducing agent addition at the time of executing the reducing agent addition control and the reducing agent addition at the time of executing the catalyst temperature raising process. There is no need to provide an interval.
[0086]
<Second Embodiment>
This embodiment is different from the first embodiment only in part of the SOx poisoning elimination control, and the others are the same as the first embodiment, so only the different parts will be described. Description of is omitted.
[0087]
In the first embodiment, during the execution of the reducing agent addition control, the reducing agent is added when the reducing agent is added from the reducing agent addition valve 21 to the target rich air-fuel ratio for the first time during the lean operation. Learn the air / fuel ratio deviation in the combustion chamber during lean operation just before the rich air / fuel ratio, that is, when no reducing agent is added, and calculate the amount of reducing agent added. Regardless of this, it is determined and added as the reducing agent addition amount. In this embodiment, after calculating the reducing agent addition amount (for example, α) by learning the deviation of the air-fuel ratio in the combustion chamber, the calculation is performed. The final reducing agent addition amount is determined according to the added amount (α). Specifically, when the calculated addition amount (α) is larger than the predetermined reducing agent addition amount (α1), α1 is determined as the final reducing agent addition amount. On the other hand, when the calculated addition amount (α) is equal to or less than the predetermined reducing agent addition amount (α1), α is determined as the final reducing agent addition amount.
[0088]
The reducing agent added to the exhaust has a function of reducing the SOx retained and accumulated in the
[0089]
Next, SOx poisoning elimination control according to the present embodiment will be described using the flowchart of FIG.
[0090]
[0091]
【The invention's effect】
As described above, the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention is based on the calculation means for calculating the difference between the actual air-fuel ratio in the internal combustion engine and the target air-fuel ratio, and the difference calculated by the calculation means. In order to remove the sulfur oxide from the SOx holding material, the reducing agent addition control means is added from the reducing agent addition means, so that the SOx holding material can be held while preventing thermal deterioration of the SOx holding material. SOx can be accurately removed from the material.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an internal combustion engine to which an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to a first embodiment is applied and an intake / exhaust system thereof.
FIG. 2 is a view showing a change in the air-fuel ratio of exhaust gas flowing into the
FIG. 3 is a flowchart for storing a difference between a detected value of an air-fuel ratio sensor used for SOx elimination processing according to the first embodiment and a target lean air-fuel ratio.
FIG. 4 is a flowchart of SOx poisoning elimination process control according to the first embodiment.
FIG. 5 is a flowchart of SOx poisoning elimination process control according to the second embodiment.
[Explanation of symbols]
1 Internal combustion engine
2-cylinder
3 Fuel injection valve
4 Common rail
5 Fuel supply pipe
6 Fuel pump
7 Intake passage
8 Air cleaner box
9 Air flow meter
10 Turbocharger
11 Intercooler
12 Inlet throttle valve
13 Inlet throttle actuator
14 Exhaust passage
15 Exhaust purification device
16 Air-fuel ratio sensor
17 Exhaust temperature sensor
18 EGR passage
19 EGR valve
20 Exhaust port
21 Reducing agent addition valve
22 Reducing agent supply path
23 Crank position sensor
24 Water temperature sensor
25 ECU
Claims (5)
前記SOx保持材の上流で排気に還元剤を添加する還元剤添加手段と、
前記SOx保持材へ流入する排気または前記SOx保持材から流出する排気の少なくとも一方の空燃比を検出する空燃比検出手段と、
前記空燃比検出手段の検出値に基づいて内燃機関燃焼室内の実際の空燃比と目標空燃比との差分を算出する算出手段と、
前記SOx保持材から硫黄酸化物を除去させるべく、前記算出手段にて算出した差分を考慮して決定した還元剤添加量を前記還元剤添加手段から添加させる還元剤添加制御手段と、を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。An SOx holding material that is provided in an exhaust passage of the internal combustion engine, holds sulfur oxide in the exhaust, and removes sulfur oxide held in a reducing atmosphere at a high temperature;
Reducing agent addition means for adding a reducing agent to the exhaust gas upstream of the SOx holding material;
Air-fuel ratio detecting means for detecting an air-fuel ratio of at least one of exhaust flowing into the SOx holding material or exhaust flowing out from the SOx holding material;
Calculation means for calculating a difference between an actual air-fuel ratio in the combustion chamber of the internal combustion engine and a target air-fuel ratio based on a detection value of the air-fuel ratio detection means;
Reducing agent addition control means for adding a reducing agent addition amount determined in consideration of the difference calculated by the calculating means from the reducing agent addition means to remove sulfur oxide from the SOx holding material. An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine characterized by the above.
前記算出手段は、前記間欠リッチ制御実行中であって、前記還元剤添加手段から還元剤を添加していない時の前記差分を算出するものであることを特徴とする請求項1または2に記載の内燃機関の排気浄化装置。The reducing agent addition control means executes intermittent rich control in which the reducing agent is intermittently added from the reducing agent addition means so that the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the SOx holding material is the stoichiometric or rich air-fuel ratio. Is what
3. The calculation unit according to claim 1, wherein the calculation unit calculates the difference when the intermittent rich control is being executed and no reducing agent is added from the reducing agent addition unit. Exhaust gas purification device for internal combustion engine.
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