JP4244562B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、NOxトラップ触媒を備える内燃機関の排気浄化装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
機関の排気通路中に、排気空燃比がリーンのとき流入する排気中のNOxをトラップし、排気空燃比がリッチのときトラップしたNOxを脱離浄化するNOxトラップ触媒を備え、所定の再生時期に排気空燃比をリーンからリッチに切換えて前記NOxトラップ触媒を再生する内燃機関の排気浄化装置として、特願2001−362935号がある。
【0003】
この先行技術は、所定の再生時期に、図8に示したように、吸入空気量を低減すると共に燃料噴射量を増量することで、排気空燃比をリーンからリッチに切換えるものであり、これによって、トルクを一定に保ちつつNOxトラップ触媒を再生することを可能としている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、排気空燃比をリッチにすると排気中のHC、COの量が増加するため、NOxトラップ触媒の再生に要する時間は極力短くすることが望ましい。
しかしながら、上記先行技術では、排気空燃比の切換直後には、図8に示したように、排気空燃比の実際値が目標値に対して遅れを伴い、このように排気空燃比に遅れが生じる間は目標の排気空燃比が実現されずNOxトラップ触媒の再生が行われないため、その分NOxトラップ触媒の再生に要する時間が長くなり、HC、COの排出量が増加するといった問題があった。
【0005】
本発明は、NOxトラップ触媒の再生に際し、トルク変動を伴うことなく、目標の排気空燃比を速やかに実現可能とすることで、再生に要する時間を極力短くして、HC、COの排出量の増加を抑制可能とすることを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項1の発明では、機関の排気通路中に配置され、排気空燃比がリーンのとき流入する排気中のNOxをトラップし、排気空燃比がリッチのときトラップしたNOxを脱離浄化するNOxトラップ触媒と、前記NOxトラップ触媒の所定の再生時期に、吸入空気量を低減することで排気空燃比をリーンからリッチにして前記NOxトラップ触媒を再生する再生制御手段と、を備えた内燃機関の排気浄化装置において、機関の筒内に燃料を直接噴射し、主噴射の後に少量の後噴射を行うことを可能とする燃料噴射手段を備え、前記再生制御手段は、前記所定の再生時期に、吸入空気量の目標値に対する実際値の遅れに応じて前記後噴射の後噴射量を設定し、吸入空気量の目標値に対する実際値の遅れに応じて後噴射を行うことを特徴とする。
【0007】
請求項2の発明では、前記再生制御手段は、吸入空気量の目標値に対する実際値の遅れが大きいほど前記後噴射量を大きく設定することを特徴とする。請求項3の発明では、前記再生制御手段は、吸入空気量の目標値に対する実際値の遅れに応じて前記後噴射の後噴射時期を設定することを特徴とし、更に請求項4の発明では、前記遅れが大きいほど前記後噴射時期を遅角することを特徴とする。
【0008】
請求項5の発明では、機関の排気通路中に配置され、排気空燃比がリーンのとき流入する排気中のNOxをトラップし、排気空燃比がリッチのときトラップしたNOxを脱離浄化するNOxトラップ触媒と、前記NOxトラップ触媒の所定の再生時期に、吸入空気量を低減することで排気空燃比をリーンからリッチにして前記NOxトラップ触媒を再生する再生制御手段と、を備えた内燃機関の排気浄化装置において、機関の筒内に燃料を直接噴射し、主噴射の後に少量の後噴射を行うことを可能とする燃料噴射手段を備え、前記再生制御手段は、前記所定の再生時期に、吸入空気量の目標値に対する実際値の遅れに応じて前記主噴射の主噴射量を設定し、吸入空気量の目標値に対する実際値の遅れに応じて後噴射を行うことを特徴とする。更に請求項6の発明では、前記遅れが大きいほど前記主噴射量を小さく設定することを特徴とする。請求項7の発明では、機関の排気通路中に配置され、排気空燃比がリーンのとき流入する排気中のNOxをトラップし、排気空燃比がリッチのときトラップしたNOxを脱離浄化するNOxトラップ触媒と、前記NOxトラップ触媒の所定の再生時期に、吸入空気量を低減することで排気空燃比をリーンからリッチにして前記NOxトラップ触媒を再生する再生制御手段と、を備えた内燃機関の排気浄化装置において、機関の筒内に燃料を直接噴射し、主噴射の後に少量の後噴射を行うことを可能とする燃料噴射手段を備え、前記再生制御手段は、前記所定の再生時期に、吸入空気量の実際値を目標値で除した値が大きいほど吸入空気量の目標値に対する実際値の遅れが大きいとみなし、吸入空気量の目標値に対する実際値の遅れに応じて後噴射を行うことを特徴とする。
【0009】
【発明の効果】
排気空燃比を制御するパラメータは吸入空気量と燃料噴射量との2つに大別できる。よって、排気空燃比の遅れを防止するためには、これら2つのパラメータをうまく制御すれば良いことになる。しかしながら、リーン→リッチ切換時の吸入空気量低減は最も早く変化するよう設定されており、それでも遅れを生じるものであるため、吸入空気量で防止することは望めない。また、トルク変動を伴うことなく再生を行うためには、先行技術のように、燃料噴射量(主噴射量)については図8に示したように吸入空気量の低下に合わせて増加するように設定することが必須であるため、燃料噴射量を単純に増加させれば良いという訳にもいかない。
【0010】
そこで、請求項1の発明のように、再生時期に、吸入空気量の目標値に対する実際値の遅れに応じて後噴射を行うようにして、トルクに影響しない後噴射によって燃料噴射量を増量することで、トルク変動を伴うことなく排気空燃比の遅れを防止できるようになる。すなわち、排気空燃比をリーンからリッチに切換える際のトルク段差の改善と目標の排気空燃比への追従性との両立を図ることができるという効果が得られる。尚、後噴射はHCの悪化の一要因となるが、後噴射によってNOxトラップ触媒の再生時間が長くなることを防止してHCの悪化を抑制しているので、再生期間全体ではHCが悪化することはない。また、吸入空気量の目標値に対する実際値の遅れに応じて後噴射の後噴射量を適切に設定することで、吸入空気量が変化する過程で精度良く目標の排気空燃比に追従させることが可能となる。
【0011】
請求項2の発明によれば、吸入空気量の目標値に対する実際値の遅れが大きいほど後噴射量を大きく設定することで、吸入空気量が変化する過程で精度良く目標の排気空燃比に追従させることが可能となる。
【0012】
請求項3、更には請求項4の発明によれば、次のような効果が得られる。後噴射は膨張行程にて燃焼するため、後噴射時期が遅いと、噴射期間の末期に噴射された燃料は失火しやすく未燃排気成分(HC等)の悪化を招く恐れがある。この未燃排気成分は、後噴射された燃料が燃焼する際の空気量が少ないほど悪化し、また、後噴射量が多いほど、後噴射期間が長くなって悪化する。よって、最適な後噴射時期はその時の空気量、後噴射量に基づき設定することが望ましい。後噴射量は空気量にて決定するものとすると、後噴射時期はその時の空気量を考慮しさえすればよいということになる。
【0013】
従って、請求項3、4の発明によれば、吸入空気量の目標値に対する実際値の遅れに応じて後噴射の後噴射時期を適切に設定することで、HCの悪化抑制とトルク段差の発生防止とを図ることができる。請求項5、更に請求項6の発明によれば、次のような効果が得られる。リーン時の定常トルクとリッチ時の定常トルクとを比較した場合、燃費が悪化する分主噴射量を一定にしたままに保つと、リッチ時の定常トルクが低下することとなる。よって、主噴射量は燃費悪化分を考慮し、十分時間が経ったリッチ時には増量し、トルクをリーン時とあわせる必要がある。
【0014】
従って、請求項5、6の発明によれば、吸入空気量の目標値に対する実際値の遅れに応じて主噴射の主噴射量を適切に設定して、燃費悪化分を考慮することで、リーン時とリッチ時の定常トルクを一致させることが可能となる。請求項7の発明によれば、吸入空気量の実際値を目標値で除した値をパラメータとして用いて、吸入空気量の目標値に対する実際値の遅れを適切に捉えることができる。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1は本発明の一実施形態を示す内燃機関(ここではディーゼルエンジン)のシステム図である。
ディーゼルエンジン1の吸気通路2には、エアフローメータ3、過給機4、吸気絞り弁5が設けられており、これらを通過した吸入空気は、マニホールド部6を経て、各気筒の燃焼室内へ流入する。燃料は、高圧燃料ポンプ(図示せず)により高圧化されてコモンレール7に送られ、各気筒の燃料噴射弁8から燃焼室内へ直接噴射される。燃焼室内に流入した空気と噴射された燃料はここで圧縮着火により燃焼する。尚、上記のようなコモンレール式の燃料噴射手段を用いることで、主噴射(メイン噴射)の後に少量の後噴射(ポスト噴射)を行うことが可能である。
【0016】
エンジン1からの排気はマニホールド部9を経て排気通路10へ流出する。ここで排気の一部は、EGRガスとして、EGR通路11によりEGR弁12を介して吸気側へ還流される。
排気通路10には、過給機4より下流側に、排気浄化のため、NOxトラップ触媒13を配置してある。
【0017】
NOxトラップ触媒13は、排気空燃比がリーンのときに流入する排気中のNOxをトラップし、排気空燃比がリッチのときにトラップしたNOxを脱離して還元浄化するものである。
更に、NOxトラップ触媒13の下流には、排気中のHC、COを浄化可能な酸化触媒14を配置してある。
【0018】
コントロールユニット20には、エンジン1の制御のため、吸入空気量Qac検出用のエアフローメータ3の他、エンジン回転数Ne検出用の回転数センサ21、アクセル開度APO検出用のアクセル開度センサ22、エンジン冷却水温Tw検出用の水温センサ23などから、信号が入力されている。
コントロールユニット20は、これらの入力信号に基づいて、燃料噴射弁8への燃料噴射量及び噴射時期制御のための燃料噴射指令信号、吸気絞り弁5への開度指令信号、EGR弁12への開度指令信号等を出力する。
【0019】
ところで、排気通路10にNOxトラップ触媒13を備える場合、このNOxトラップ触媒13は、排気空燃比がリーンである通常運転中に流入する排気中のNOxをトラップするので、所定の再生時期に排気空燃比をリーンからリッチに切換えることで、トラップしたNOxを脱離浄化させて、再生する必要がある。
かかるNOxトラップ触媒13の再生のための制御について説明する。
【0020】
図2は再生時期判断のフローチャートである。
S1では、NOxトラップ触媒13のNOxトラップ量(堆積量)を次のように推定する。
エンジン1から排出されるNOxは、その略全量がNOxトラップ触媒13にトラップされる。そして、エンジン1から排出されるNOx量(NOx排出量)は、エンジンの運転状態(エンジン回転数Ne、燃料噴射量Qf)に依存しており、Ne、Qfが大きくなるほど大きくなる。よって、NOxトラップ触媒13にトラップされるNOx量は、Ne、Qfが大きくなるほど大きくなる。従って、NOxトラップ量はNe、Qfに基づく所定時間(演算間隔時間)当たりのNOx排出量を積算することで推定することが可能である。
【0021】
S2では、推定されたNOxトラップ量を所定値と比較することで、再生時期か否かを判定する。
すなわち、NOxトラップ量が所定値を超えている場合に、再生時期と判断し、S3へ進んで、再生フラグFLG=1とする。
図3は再生処理制御のフローチャートである。
【0022】
S11では、再生フラグFLG=1(すなわち再生時期)か否かを判定し、再生時期の場合に再生処理を行うためS12以降へ進み、再生時期でない場合は本フローを終了する。
S12では、排気空燃比リッチ化のため、次式により、リッチ時の目標空気量tQacを演算する。
【0023】
tQac=tLambda×Qfm×14.6
tLambdaはリッチ時の目標空気過剰率、Qfmは現時点での主噴射量である。すなわち、現在の主噴射量Qfmに理論空燃比14.6を乗じて、理論空燃比のときの目標空気量(Qfm×14.6)を求め、これにリッチ時の目標空気過剰率tLambda(<1)を乗じることにより、リッチ時の目標空気量tQacを求める。
【0024】
S13では、S12で演算した目標空気量tQacとエアフローメータ3より検出される実際の空気量rQacとの比を取り、空気量比rateQac=rQac/tQacを演算する。
この空気量比rateQacは、吸入空気量の実際値(rQac)を目標値(tQac)で除した値であり、これが大きいほど吸入空気量の目標値に対する実際値の遅れが大きいとみなすことができる。
【0025】
S14では、図4に示すようなテーブルを参照し、空気量比rateQacから、後噴射量Qfpostを演算する。すなわち、空気量比rateQacが大きく、吸入空気量の目標値に対する実際値の遅れが大きいほど、後噴射量Qfpostを大きく設定する。
S15では、図5に示すようなテーブルを参照し、空気量比rateQacから、後噴射時期ITpostを演算する。すなわち、空気量比rateQacが大きく、吸入空気量の目標値に対する実際値の遅れが大きいほど、後噴射時期ITpostを遅角側に設定する。
【0026】
S16では、図6に示すようなテーブルを参照して、吸入空気量比rateQacから、主噴射量Qfmを演算する。すなわち、空気量比rateQacが大きく、吸入空気量の目標値に対する実際値の遅れが大きいほど、主噴射量Qfmを小さく設定する。
S17では、再生時間T(初期値は0)が所定の再生時間Trichを経過したか否かを判定し、経過していなければ、S18へ進んで、再生時間Tを本フローの演算間隔時間ΔTの分インクリメントする(T=T+ΔT)。
【0027】
再生時間Tが所定の再生時間Trichを経過した場合は、再生終了とみなして、S17からS19へ進む。
S19では、目標空気量tQacを通常運転時の目標値に戻し、また後噴射及び主噴射量の増量を終了して、再生処理を終了する。
更にS20で再生フラグFLG=0とし、また、S21で再生時間T=0として、本フローを終了する。
【0028】
本実施形態によれば、再生のためのリーン→リッチの切換時に、図7に示すような特性が得られ、トルク変動を伴うことなく、目標の排気空燃比を速やかに達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施形態を示すエンジンのシステム図
【図2】 再生時期判断のフローチャート
【図3】 再生処理制御のフローチャート
【図4】 後噴射量の演算テーブルを示す図
【図5】 後噴射時期の演算テーブルを示す図
【図6】 主噴射量の演算テーブルを示す図
【図7】 本発明の効果を示す図
【図8】 従来例の問題点を示す図
【符号の説明】
1 ディーゼルエンジン
2 吸気通路
4 過給機
5 吸気絞り弁
7 コモンレール
8 燃料噴射弁
10 排気通路
12 EGR弁
13 NOxトラップ触媒
14 酸化触媒
20 コントロールユニット
Claims (7)
- 機関の排気通路中に配置され、排気空燃比がリーンのとき流入する排気中のNOxをトラップし、排気空燃比がリッチのときトラップしたNOxを脱離浄化するNOxトラップ触媒と、
前記NOxトラップ触媒の所定の再生時期に、吸入空気量を低減することで排気空燃比をリーンからリッチにして前記NOxトラップ触媒を再生する再生制御手段と、
を備えた内燃機関の排気浄化装置において、
機関の筒内に燃料を直接噴射し、主噴射の後に少量の後噴射を行うことを可能とする燃料噴射手段を備え、
前記再生制御手段は、前記所定の再生時期に、吸入空気量の目標値に対する実際値の遅れに応じて前記後噴射の後噴射量を設定し、吸入空気量の目標値に対する実際値の遅れに応じて後噴射を行うことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 - 前記再生制御手段は、吸入空気量の目標値に対する実際値の遅れが大きいほど前記後噴射量を大きく設定することを特徴とする請求項1記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記再生制御手段は、吸入空気量の目標値に対する実際値の遅れに応じて前記後噴射の後噴射時期を設定することを特徴とする請求項1又は請求項2記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記再生制御手段は、吸入空気量の目標値に対する実際値の遅れが大きいほど前記後噴射時期を遅角することを特徴とする請求項3記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 機関の排気通路中に配置され、排気空燃比がリーンのとき流入する排気中のNOxをトラップし、排気空燃比がリッチのときトラップしたNOxを脱離浄化するNOxトラップ触媒と、
前記NOxトラップ触媒の所定の再生時期に、吸入空気量を低減することで排気空燃比をリーンからリッチにして前記NOxトラップ触媒を再生する再生制御手段と、
を備えた内燃機関の排気浄化装置において、
機関の筒内に燃料を直接噴射し、主噴射の後に少量の後噴射を行うことを可能とする燃料噴射手段を備え、
前記再生制御手段は、前記所定の再生時期に、吸入空気量の目標値に対する実際値の遅れに応じて前記主噴射の主噴射量を設定し、吸入空気量の目標値に対する実際値の遅れに応じて後噴射を行うことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 - 前記再生制御手段は、吸入空気量の目標値に対する実際値の遅れが大きいほど前記主噴射量を小さく設定することを特徴とする請求項5記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 機関の排気通路中に配置され、排気空燃比がリーンのとき流入する排気中のNOxをトラップし、排気空燃比がリッチのときトラップしたNOxを脱離浄化するNOxトラップ触媒と、
前記NOxトラップ触媒の所定の再生時期に、吸入空気量を低減することで排気空燃比をリーンからリッチにして前記NOxトラップ触媒を再生する再生制御手段と、
を備えた内燃機関の排気浄化装置において、
機関の筒内に燃料を直接噴射し、主噴射の後に少量の後噴射を行うことを可能とする燃料噴射手段を備え、
前記再生制御手段は、前記所定の再生時期に、吸入空気量の実際値を目標値で除した値が大きいほど吸入空気量の目標値に対する実際値の遅れが大きいとみなし、吸入空気量の目標値に対する実際値の遅れに応じて後噴射を行うことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
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