JP4297762B2 - Exhaust gas purification device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。 The present invention relates to an exhaust emission control device for an internal combustion engine.
従来より、リーン空燃比のもとでの燃焼が行われる内燃機関の排気通路内に、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに流入する排気ガス中のNOXを蓄え、流入する排気ガスの空燃比が低下したときに排気ガス中に還元剤が含まれていると蓄えているNOXを還元して蓄えているNOXの量を減少させるNOX吸収剤を配置し、NOX吸収剤内に蓄えられているイオウの量を減少させるべきときにはNOX吸収剤の温度をイオウ量減少要求温度例えば約600℃に保持しつつNOX吸収剤内に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比又はリッチにするイオウ量減少制御を行うようにした内燃機関が知られている。この場合、NOX吸収剤内に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比又はリッチにするために、例えばNOX吸収剤上流の排気通路内に燃料を二次的に供給することができる。 Conventionally, NO X in the exhaust gas flowing in when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lean is stored in the exhaust passage of the internal combustion engine in which combustion is performed under a lean air-fuel ratio, and the inflowing exhaust gas air-fuel ratio is arranged the NO X absorbent to reduce the amount of the NO X are stored by reducing NO X are stored as containing a reducing agent in the exhaust gas when lowered, NO X absorption of stoichiometric air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the the NO X absorbent while maintaining the temperature of the NO X absorbent to sulfur loss required temperature such as about 600 ° C. the time to reduce the amount of sulfur that is stored in the agent There is known an internal combustion engine in which sulfur amount reduction control is performed to make the air-fuel ratio or rich. In this case, in order to make the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NO X absorbent to be the stoichiometric air-fuel ratio or rich, for example, fuel can be secondarily supplied into the exhaust passage upstream of the NO X absorbent.
ところが、機関負荷が高いときにはNOX吸収剤内には多量の酸素が流入するので、このときNOX吸収剤内に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比又はリッチにするためには多量の燃料を必要とする。また、この多量の燃料がNOX吸収剤内で酸化されるとNOX吸収剤の温度が過度に高くなり、NOX吸収剤が溶損するおそれもある。 However, since a large amount of oxygen flows into the NO X absorbent when the engine load is high, a large amount of oxygen is required to make the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NO X absorbent at this time the stoichiometric air-fuel ratio or rich. Requires fuel. The temperature of this large amount of fuel is oxidized in the NO X absorbent the NO X absorbent becomes excessively high, the NO X absorbent may also be melting.
そこで、イオウ量減少制御が行われているときに機関負荷が予め定められた上限負荷よりも高くなったときには通常運転に戻し、次いで機関負荷が上限負荷よりも低くなるとイオウ量減少制御を再開するようにした内燃機関が知られている。 Accordingly, when the engine load becomes higher than a predetermined upper limit load when the sulfur amount reduction control is being performed, the normal operation is resumed, and when the engine load becomes lower than the upper limit load, the sulfur amount reduction control is resumed. Such an internal combustion engine is known.
しかしながら、ひとたび通常運転が行われるとNOX吸収剤の温度が低下し、次いでイオウ量減少制御を再開するためにはNOX吸収剤の温度をイオウ量減少要求温度まで上昇させる必要があり、即ちイオウ量減少制御をただちに再開することができない。 However, once the normal operation is performed, the temperature of the NO X absorbent decreases, and then the temperature of the NO X absorbent needs to be increased to the required sulfur content reduction temperature in order to resume the sulfur reduction control. The sulfur reduction control cannot be resumed immediately.
この問題を解決するために、イオウ量減少制御が行われているときに機関負荷が上限負荷よりも高くなったときには、NOX吸収剤の温度を通常運転時におけるよりも高い待機温度に保持しつつNOX吸収剤内に流入する排気ガスの空燃比をリーンにする待機制御を行うと共に、待機制御が行われているときに機関負荷が上限負荷よりも低くなるとイオウ量減少制御を再開するようにした内燃機関が知られている。このようにすると、機関負荷が上限負荷よりも低くなったときに速やかにイオウ量減少制御を開始することができる。 In order to solve this problem, when the engine load becomes higher than the upper limit load when the sulfur amount reduction control is being performed, the temperature of the NO X absorbent is maintained at a standby temperature higher than that during normal operation. While the standby control is performed to make the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NO X absorbent lean, the sulfur amount reduction control is resumed when the engine load becomes lower than the upper limit load during the standby control. An internal combustion engine is known. In this way, when the engine load becomes lower than the upper limit load, the sulfur amount reduction control can be started promptly.
ところが、車両が例えば高速道路を走行することにより機関負荷が上限負荷よりも高くなった場合には、長時間にわたって機関負荷が上限負荷よりも高く維持されるおそれがあり、即ち機関負荷が上限負荷よりも低くなるまでに長時間を要する場合もある。従って、機関負荷が上限負荷よりも高いということで待機制御を継続すると、待機制御が長時間にわたって行われることになり、エネルギを有効に利用することができない。 However, when the engine load becomes higher than the upper limit load due to the vehicle traveling on an expressway, for example, the engine load may be maintained higher than the upper limit load for a long time. In some cases, it may take a long time to be lower. Therefore, if the standby control is continued because the engine load is higher than the upper limit load, the standby control is performed for a long time, and energy cannot be used effectively.
そこで、待機制御が一定時間だけ継続されたときには待機制御を停止して通常運転に戻すようにした内燃機関が公知である(特許文献1参照)。即ち、この内燃機関では、待機制御が一定時間だけ継続されるとイオウ量減少制御が中止される。 Therefore, an internal combustion engine is known in which standby control is stopped and returned to normal operation when standby control is continued for a certain time (see Patent Document 1). That is, in this internal combustion engine, when the standby control is continued for a certain time, the sulfur amount reduction control is stopped.
しかしながら、特許文献1に記載の内燃機関では、NOX吸収剤内に蓄えられているイオウの量が多くてもイオウ量減少制御が中止されることになり、従ってNOX吸収剤内に蓄えられているイオウの量をわずかな量例えばゼロまで減少させることができない。その結果、NOX吸収剤内に蓄えられているイオウの量が短時間のうちに多くなり、イオウ量減少制御を頻繁に行わなければならなくなるおそれがある。このことはエネルギ消費量の点から好ましくない。
However, in the internal combustion engine described in
そこで本発明は、エネルギ消費量を低減しつつ、NOX吸収剤内に蓄えられているイオウの量を確実に低減することができる内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine that can reduce the amount of sulfur stored in the NO X absorbent while reducing the energy consumption.
前記課題を解決するために1番目の発明によれば、リーン空燃比のもとでの燃焼が行われる内燃機関の排気通路内に、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに流入する排気ガス中のNOXを蓄え、流入する排気ガスの空燃比が低下したときに排気ガス中に還元剤が含まれていると蓄えているNOXを還元して蓄えているNOXの量を減少させるNOX吸収剤を配置し、NOX吸収剤内に蓄えられているイオウの量を減少させるべきときにはNOX吸収剤の温度をイオウ量減少要求温度に保持しつつNOX吸収剤内に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比又はリッチにするイオウ量減少制御を行うようにした内燃機関において、イオウ量減少制御が行われているときに機関負荷が予め定められた上限負荷よりも高くなったときには、NOX吸収剤の温度を通常運転時におけるよりも高い待機温度に保持しつつNOX吸収剤内に流入する排気ガスの空燃比をリーンにする待機制御を行い、待機制御が予め定められた設定時間だけ継続されたときにはこのときNOX吸収剤内に蓄えられているイオウの量を求め、該求められたイオウの量が予め定められた設定量よりも多いときには待機制御を継続して行い次いで機関負荷が上限負荷よりも低くなったときにイオウ量減少制御を再開し、該求められたイオウの量が該設定量よりも少ないときには待機制御を停止して通常運転に戻すようにしている。 In order to solve the above-described problem, according to the first invention, the exhaust gas flowing into the exhaust passage of the internal combustion engine in which the combustion is performed under the lean air-fuel ratio flows when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing in is lean. store up NO X in the gas, decreasing the amount of the NO X when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is stored by reducing NO X are stored as containing a reducing agent in the exhaust gas when the reduced place make the NO X absorbent, it flows into the NO X absorbent while maintaining the temperature of the NO X absorbent to sulfur loss required temperature when to reduce the amount of sulfur that is accumulated in the NO X absorbent In the internal combustion engine in which the sulfur amount reduction control is performed to make the air-fuel ratio of the exhaust gas to be the stoichiometric air-fuel ratio or rich, when the sulfur amount reduction control is being performed, the engine load is higher than a predetermined upper limit load When Performs standby control for the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the temperature of the NO X absorbent to normal within the NO X absorbent while maintaining a high standby temperature than during operation in a lean, setting the standby control is predetermined When the amount of sulfur stored in the NO X absorbent is determined at this time when the amount of sulfur is larger than a predetermined set amount, the standby control is continued. When the engine load becomes lower than the upper limit load, the sulfur amount reduction control is resumed. When the calculated sulfur amount is smaller than the set amount, the standby control is stopped and the normal operation is resumed.
また、2番目の発明によれば1番目の発明において、待機制御が行われているときにNOX吸収剤の温度を待機温度に保持するために、NOX吸収剤上流の排気通路内に燃料を二次的に供給するようにしている。 Further, according to the second invention, in the first invention, in order to maintain the temperature of the NO X absorbent at the standby temperature when the standby control is performed, the fuel is placed in the exhaust passage upstream of the NO X absorbent. Is supplied secondarily.
また、3番目の発明によれば1番目の発明において、排気ガス中の微粒子を捕集するためのパティキュレートフィルタ上に前記NOX吸収剤が担持されており、パティキュレートフィルタ上に堆積した微粒子を酸化除去するためにパティキュレートフィルタ内に流入する排気ガスの空燃比をリーンに保持しながらパティキュレートフィルタの温度を上昇させる微粒子除去制御が行われるようになっており、微粒子酸化制御が完了したときにNOX吸収剤内に蓄えられているイオウの量を求め、該求められたイオウの量が予め定められた許容量よりも多いときにはNOX吸収剤内に蓄えられているイオウの量を減少させるべきであると判断し、該求められたイオウの量が該許容量よりも少ないときにはNOX吸収剤内に蓄えられているイオウの量を減少させるべきであると判断しないようにしている。 Further, in the first aspect according to the third aspect, the the NO X absorbent on the particulate filter for trapping particulate in the exhaust gas and is carried and deposited on the particulate filter particles Particulate removal control is performed to raise the temperature of the particulate filter while keeping the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the particulate filter lean so that the particulate oxidation control is completed. Sometimes the amount of sulfur stored in the NO X absorbent is determined, and when the calculated amount of sulfur is greater than a predetermined allowable amount, the amount of sulfur stored in the NO X absorbent is determined. When it is determined that the amount of sulfur to be reduced is less than the allowable amount, the sulfur stored in the NO X absorbent is reduced. We try not to judge that the amount of should be reduced.
なお、本明細書では排気通路の或る位置よりも上流の排気通路、燃焼室、及び吸気通路内に供給された空気と炭化水素HC及び一酸化炭素COのような還元剤との比をその位置における排気ガスの空燃比と称している。 In this specification, the ratio of the air supplied into the exhaust passage upstream of a certain position of the exhaust passage, the combustion chamber, and the intake passage and the reducing agent such as hydrocarbon HC and carbon monoxide CO This is called the air-fuel ratio of the exhaust gas at the position.
エネルギ消費量を低減しつつ、NOX吸収剤内に蓄えられているイオウの量を確実に低減することができる。 While reducing energy consumption, the amount of sulfur that is accumulated in the NO X absorbent can be reliably reduced.
図1は本発明を圧縮着火式内燃機関に適用した場合を示している。しかしながら、火花点火式内燃機関に本発明を適用することもできる。 FIG. 1 shows a case where the present invention is applied to a compression ignition type internal combustion engine. However, the present invention can also be applied to a spark ignition type internal combustion engine.
図1を参照すると、機関本体1は例えば4つの気筒1aを有する。各気筒1aはそれぞれ対応する吸気枝管2を介して共通のサージタンク3に連結され、サージタンク3は吸気ダクト4を介して可変ノズル式排気ターボチャージャ5のコンプレッサ6に連結される。吸気ダクト4内には電気制御式又は負圧制御式のアクチュエータ7により駆動されるスロットル弁8が配置され、更に吸気ダクト4周りには吸気ダクト4内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置9が配置される。また、コンプレッサ6の出口には吸気管4aが連結される。
Referring to FIG. 1, the
また、各気筒1aは排気マニホルド10及び排気管11を介して排気ターボチャージャ5の排気タービン12に連結され、排気タービン12の出口は排気管13を介してマフラ14に連結される。排気管13内には電気制御式又は負圧制御式のアクチュエータ15により駆動される排気絞り弁16が配置される。この排気絞り弁16は通常は全開に保持されている。
Each
マフラ14内には触媒コンバータ14aが収容されており、この触媒コンバータ14aは互いに離間されつつ直列配置された第1のNOX吸収剤17、第2のNOX吸収剤18を担持したパティキュレートフィルタ19、及び酸化触媒20から構成されている。更に、マフラ14の出口には排気管21が連結される。
A catalytic converter 14a is accommodated in the muffler 14, and the catalytic converter 14a carries a first NO X absorbent 17 and a second NO X absorbent 18 that are arranged in series while being separated from each other. 19 and an
各気筒1aの筒内には燃料噴射弁22が配置され、これら燃料噴射弁22は共通のコモンレール23を介して電気制御式の吐出量可変な燃料ポンプ24に連結される。コモンレール3にはコモンレール3内の燃料圧を検出するための燃料圧センサ(図示しない)が取付けられ、燃料圧センサの出力信号に基づいてコモンレール3内の燃料圧が目標燃料圧となるように燃料ポンプ24の吐出量が制御される。更に、排気管13内には排気管13内に燃料例えば軽油を二次的に供給するための燃料供給弁25が取り付けられ、この燃料供給弁25にも燃料ポンプ24から燃料が供給される。
更に図1を参照すると、排気マニホルド10とサージタンク3とは再循環排気ガス(以下、EGRと称す)通路26を介して互いに連結され、EGR通路26内には電気制御式EGR制御弁27が配置される。また、EGR通路26周りにはEGR通路26内を流れるEGRガスを冷却するための冷却装置28が配置され、冷却装置28上流のEGR通路内には酸化触媒29が配置される。
Still referring to FIG. 1, the
電子制御ユニット30はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス31によって互いに接続されたROM(リードオンリメモリ)32、RAM(ランダムアクセスメモリ)33、CPU(マイクロプロセッサ)34、バックアップRAM(B−RAM)35、入力ポート36及び出力ポート37を具備する。吸気管4aには吸入空気量Gaを検出するためのエアフローメータ40が取り付けられる。また、燃料供給弁25上流の排気管13及び排気管21には、機関から排出された排気ガスの空燃比及び触媒コンバータ14aから流出した排気ガスの空燃比をそれぞれ検出するための空燃比センサ41,42がそれぞれ取り付けられる。更に、第1のNOX吸収剤17とパティキュレートフィルタ19間のマフラ14及び排気管21にはそれぞれの位置を流通する排気ガスの温度を検出するための温度センサ43,44がそれぞれ取り付けられる。なお、これら排気ガスの温度は触媒コンバータ14aの温度を表している。更に、排気管13と排気管21間の差圧ないし圧損を検出するための差圧センサ45が設けられる。アクセルペダル(図示しない)にはアクセルペダルの踏み込み量に比例した出力電圧を発生する踏み込み量センサ46が接続される。これらセンサ40,41,42,43,44,45,46の出力電圧は対応するAD変換器38を介して入力ポート36にそれぞれ入力される。更に、入力ポート36にはクランクシャフトが例えば10°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ47が接続される。CPU34ではこの出力パルスに基づいて機関回転数が算出される。一方、出力ポート37は対応する駆動回路39を介してアクチュエータ7,15、燃料噴射弁22、燃料ポンプ24、燃料供給弁25、及びEGR制御弁27にそれぞれ接続される。
The
パティキュレートフィルタ19はコージェライトのような多孔質材からなるハニカム構造をなしており、互いに平行をなして延びる複数個の排気ガス通路を具備する。これら排気ガス通路は一端が開放されかつ他端がシール材により閉塞されている第1の排気ガス通路と、他端が開放されかつ一端がシール材により閉塞されている第2の排気ガス通路とにより構成され、これら排気ガス通路は薄肉の隔壁を介して交互に配置される。上述した第2のNOX吸収剤18はパティキュレートフィルタ19の隔壁上即ち例えば隔壁の両側面及び細孔内壁面上に担持されている。一方、第1のNOX吸収剤17は多孔質材からなりかつハニカム構造をなす基材上に担持されている。
The
NOX吸収剤17,18は例えばアルミナを担体とし、この担体上に例えばカリウムK、ナトリウムNa、リチウムLi、セシウムCsのようなアルカリ金属、バリウムBa、カルシウムCaのようなアルカリ土類、ランタンLa、イットリウムYのような希土類から選ばれた少なくとも一つと、白金Pt、パラジウムPd、ロジウムRh、イリジウムIrのような貴金属とが担持されている。 The NO X absorbents 17 and 18 use, for example, alumina as a carrier, and on this carrier, for example, alkaline metals such as potassium K, sodium Na, lithium Li and cesium Cs, alkaline earths such as barium Ba and calcium Ca, lanthanum La , At least one selected from rare earths such as yttrium Y, and a noble metal such as platinum Pt, palladium Pd, rhodium Rh, and iridium Ir are supported.
NOX吸収剤は流入する排気ガスの平均空燃比がリーンのときには排気ガス中のNOXを蓄え、流入する排気ガスの空燃比が低下したときに排気ガス中に還元剤が含まれていると蓄えているNOXを還元して蓄えているNOXの量を減少させるNOX蓄積還元作用を行う。 The NO X absorbent stores NO X in the exhaust gas when the average air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lean, and contains a reducing agent in the exhaust gas when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas decreases. The stored NO X is reduced to reduce the amount of stored NO X , and the NO X accumulation and reduction action is performed.
NOX吸収剤のNOX蓄積還元作用の詳細なメカニズムについては完全には明らかにされていない。しかしながら、現在考えられているメカニズムを、担体上に白金Pt及びバリウムBaを担持させた場合を例にとって簡単に説明すると次のようになる。 The detailed mechanism of the NO X accumulation and reduction action of the NO X absorbent has not been fully clarified. However, the mechanism currently considered can be briefly described as follows, taking as an example the case where platinum Pt and barium Ba are supported on a support.
即ち、NOX吸収剤に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもかなりリーンになると流入する排気ガス中の酸素濃度が大巾に増大し、酸素O2がO2 −又はO2−の形で白金Ptの表面に付着する。一方、流入する排気ガス中のNOは白金Ptの表面に付着し白金Ptの表面上でO2 −又はO2−と反応し、NO2となる(NO+O2→NO2+O*、ここでO*は活性酸素)。次いで生成されたNO2の一部は白金Pt上でさらに酸化されつつNOX吸収剤内に吸収されて酸化バリウムBaOと結合しながら、硝酸イオンNO3 −の形でNOX吸収剤内に拡散する。このようにしてNOXがNOX吸収剤内に蓄えられる。 That is, when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NO X absorbent becomes considerably leaner than the stoichiometric air-fuel ratio, the oxygen concentration in the flowing exhaust gas greatly increases, and oxygen O 2 becomes O 2 − or O 2−. It adheres to the surface of platinum Pt. On the other hand, NO in the inflowing exhaust gas adheres to the surface of platinum Pt and reacts with O 2 − or O 2− on the surface of platinum Pt to become NO 2 (NO + O 2 → NO 2 + O * , where O * Indicates active oxygen). Next, a part of the generated NO 2 is further oxidized on platinum Pt while being absorbed into the NO X absorbent and combined with barium oxide BaO, and diffuses into the NO X absorbent in the form of nitrate ions NO 3 −. To do. In this way, NO X is stored in the NO X absorbent.
これに対し、NOX吸収剤に流入する排気ガスの空燃比がリッチ又は理論空燃比になると、排気ガス中の酸素濃度が低下してNO2の生成量が低下し、反応が逆方向(NO3 −→NO+2O*)に進み、斯くしてNOX吸収剤内の硝酸イオンNO3 −がNOの形でNOX吸収剤から放出される。この放出されたNOXは排気ガス中に還元剤即ちHC,COが含まれているとこれらHC,COと反応して還元せしめられる。このようにして白金Ptの表面上にNOXが存在しなくなるとNOX吸収剤から次から次へとNOXが放出されて還元され、NOX吸収剤内に蓄えられているNOXの量が次第に減少する。 On the other hand, when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NO X absorbent becomes rich or the stoichiometric air-fuel ratio, the oxygen concentration in the exhaust gas decreases, the amount of NO 2 generated decreases, and the reaction proceeds in the reverse direction (NO 3 - → NO + 2O *) advances to, thus to the NO X absorbent in the nitrate ions NO 3 - are released from the NO X absorbent in the form of NO. When the exhaust gas contains a reducing agent, that is, HC and CO, the released NO X reacts with these HC and CO and is reduced. When NO X no longer exists on the surface of platinum Pt in this way, NO X is released from the NO X absorbent to the next and reduced, and the amount of NO X stored in the NO X absorbent is reduced. Gradually decreases.
なお、硝酸塩を形成することなくNOXを蓄え、NOXを放出することなくNOXを還元することも可能であると考えられている。また、活性酸素O*に着目すれば、NOX吸収剤はNOXの蓄積及び放出に伴って活性酸素O*を生成する活性酸素生成触媒と見ることもできる。 Incidentally, stored without any NO X to form a nitrate, it believed it is possible to reduce without NO X to release NO X. Further, when attention is focused on the active oxygen O * , the NO X absorbent can also be regarded as an active oxygen generating catalyst that generates active oxygen O * as NO X is accumulated and released.
一方、酸化触媒20も多孔質材からなりかつハニカム構造をなす基材上に担持されている。この酸化触媒20は例えばアルミナを担体とし、この担体上にアルカリ金属、アルカリ土類、及び希土類を担持することなく白金Pt、パラジウムPd、ロジウムRh、イリジウムIrのような貴金属が担持されている。
On the other hand, the
さて、本発明による実施例では、これから順次説明するNOX量減少制御、微粒子除去制御、SOX量減少制御、及び待機制御が実行される。これらの制御が実行されない通常運転時には、例えばアクセルペダルの踏み込み量に応じてスロットル弁8の開度が制御され、エアフローメータ40により検出される新気量が機関運転状態例えば燃料噴射量及び機関回転数に応じて定まる目標新気量に一致するようにEGR制御弁27の開度が制御される。ここで、燃料噴射量は例えばアクセルペダルの踏み込み量及び機関回転数に応じて定められる。更に、通常運転時には、図2(A)に示されるように例えば圧縮上死点(TDC)周りで主燃料噴射FMのみが行われ、又は図2(B)に示されるように主燃料噴射FMと共にパイロット噴射FPが行われる。パイロット噴射FPは燃焼を安定させるために、主燃料噴射FMが行われる前の例えば圧縮上死点前10から40度クランク角程度に行われる。
In the embodiment according to the present invention, the NO X amount reduction control, the particulate removal control, the SO X amount reduction control, and the standby control, which will be sequentially described, are executed. During normal operation in which these controls are not executed, the opening degree of the
ところで、図1に示される内燃機関はリーン空燃比のもとでの燃焼が継続して行われており、従ってNOX吸収剤17,18内に流入する排気ガスの空燃比はリーンに維持されている。その結果、排気ガス中のNOXはNOX吸収剤17,18内に蓄えられる。 Incidentally, the internal combustion engine shown in FIG. 1 are continuously performed combustion under a lean air-fuel ratio, therefore the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the the NO X absorbent 17 is maintained lean ing. As a result, NO X in the exhaust gas is stored in the NO X absorbents 17 and 18.
時間の経過と共にNOX吸収剤17,18内の蓄積NOX量は次第に増大する。そこで本発明による実施例では、NOX吸収剤17,18内に蓄えられているNOXを還元しNOX吸収剤17,18内の蓄積NOX量を減少させるために、NOX吸収剤17,18内に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリッチに切り替えるNOX量減少制御を行うようにしている。 The accumulated NO X amount in the NO X absorbents 17 and 18 gradually increases with time. In the embodiment according to the present invention, therefore, to reduce the accumulated amount of NO X in the NO X absorbent 17 and reducing the NO X that is stored in the NO X absorbent 17, the NO X absorbent 17 , and to perform the temporary amount of NO X reduction control for switching to the rich air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the 18.
具体的に説明すると、本発明による実施例では、NOX吸収剤17,18内に流入する排気ガスの空燃比がリッチになるように燃料供給弁25から燃料即ち還元剤が一時的に供給される。この場合、NOX吸収剤17,18内の蓄積NOX量が下限量例えばほぼゼロになるのに必要な量だけ燃料供給弁25から燃料が噴射される。このようなNOX量減少制御が通常運転時において予め定められた設定時間間隔でもって繰り返し行われる。この設定時間間隔は機関運転状態例えば燃料噴射量及び機関回転数に応じて設定される。なお、NOX吸収剤17,18内の蓄積NOX量を求め、NOX吸収剤17,18内の蓄積NOX量が上限NOX量を越えたときにNOX量減少制御を行うようにすることもできる。 Specifically, in an embodiment according to the present invention, a fuel i.e. reducing agent from the fuel supply valve 25 so that the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the the NO X absorbent 17 becomes rich is temporarily supplied The In this case, fuel is injected from the fuel feed valve 25 by an amount necessary to accumulate the amount of NO X in the NO X absorbent 17 becomes lower amount for example approximately zero. Such NO X amount reduction control is repeatedly performed at predetermined time intervals during normal operation. This set time interval is set according to the engine operating state, for example, the fuel injection amount and the engine speed. Incidentally, obtains the accumulated amount of NO X in the NO X absorbent 17, 18, to perform the amount of NO X reduction control when the accumulated amount of NO X in the NO X absorbent 17, 18 exceeds the upper limit amount of NO X You can also
一方、排気ガス中に含まれる主に炭素の固体からなる微粒子はパティキュレートフィルタ19上に捕集される。上述したように図1に示される内燃機関はリーン空燃比のもとでの燃焼が継続して行われており、また、NOX吸収剤17,18は酸化能を有しているので、パティキュレートフィルタ19の温度が微粒子を酸化しうる温度以上に維持されていればパティキュレートフィルタ19上で微粒子が酸化せしめられ除去される。
On the other hand, fine particles mainly composed of carbon contained in the exhaust gas are collected on the
この場合、上述したNOX吸収剤のNOX蓄積還元メカニズムによれば、NOX吸収剤内にNOXが蓄えられるときにもNOXが放出されるときにも活性酸素O*が生成される。この活性酸素O*は酸素O2よりも活性が高く、従ってパティキュレートフィルタ19上に堆積している微粒子を速やかに酸化する。即ち、パティキュレートフィルタ19上にNOX吸収剤18を担持させると、パティキュレートフィルタ19内に流入する排気ガスの空燃比がリーンであろうとリッチであろうとパティキュレートフィルタ19上に堆積している微粒子が酸化される。このようにして微粒子が連続的に酸化される。
In this case, according to the NO X accumulation and reduction mechanism of the NO X absorbent described above, active oxygen O * is generated both when NO X is stored in the NO X absorbent and when NO X is released. . This active oxygen O * has a higher activity than oxygen O 2 , and therefore oxidizes fine particles deposited on the
ところが、パティキュレートフィルタ19の温度が微粒子を酸化しうる温度に維持されなくなるか又は単位時間当たりにパティキュレートフィルタ19内に流入する微粒子の量がかなり多くなると、パティキュレートフィルタ19上に堆積する微粒子の量が次第に増大し、パティキュレートフィルタ19の圧損が増大する。
However, if the temperature of the
そこで本発明による実施例では、パティキュレートフィルタ19上の堆積微粒子量を求め、堆積微粒子量が上限微粒子量を越えたときには、EGRガスの供給を停止してパティキュレートフィルタ19内に流入する排気ガスの空燃比をリーンに維持しつつ、パティキュレートフィルタ19の温度を微粒子除去要求温度例えば600℃まで上昇し保持する微粒子除去制御を行うようにしている。
Therefore, in the embodiment according to the present invention, the amount of accumulated particulates on the
具体的に説明すると、本発明による実施例では、単位時間当たりパティキュレートフィルタ19内に流入する微粒子の量を逐次積算することにより堆積微粒子量が算出される。この単位時間当たりの流入微粒子量は単位時間当たりに燃焼室から排出される微粒子の量に一致し、この排出微粒子量は機関運転状態例えば燃料噴射量及び機関回転数に応じて算出することができる。次いで、堆積微粒子量が上限微粒子量を越えると微粒子除去制御が開始される。温度センサ43により検出されるパティキュレートフィルタ19の温度が微粒子除去要求温度になるまでは、まず、図2(C)に示されるように主燃料噴射FMと共にパイロット噴射FP及びアフター噴射FAが行われる。アフター噴射FAは燃焼室から排出される排気ガスの温度を上昇させるために、例えば圧縮上死点後20から30度クランク角程度に行われる。また、このとき主燃料噴射FM及びパイロット噴射FPの噴射時期は通常運転時(図2(B)参照)に比べて遅角される。次いで、パティキュレートフィルタ19の温度が微粒子除去要求温度まで上昇されると、図2(D)に示されるように、主燃料噴射FMと共にパイロット噴射FP及びアフター噴射FAが行われ、更に例えば圧縮上死点後90から120度程度にポスト噴射FPOが行われる。この場合、パティキュレートフィルタ19の温度が微粒子除去要求温度に維持されるように、ポスト噴射FPOの噴射量が制御される。なお、ポスト噴射FPOは機関出力に寄与しない点でアフター噴射FAと性質を異にしている。
More specifically, in the embodiment according to the present invention, the amount of deposited fine particles is calculated by sequentially integrating the amount of fine particles flowing into the
更に、微粒子除去制御が行われているときにアイドル運転が行われると、排気絞り弁16の開度が小さくされる。なお、図1に示される内燃機関ではアイドル運転時に機関回転数が目標となる回転数に維持されるように燃料噴射量が制御される。この目標となる回転数は通常運転時には例えば650rpmであり、微粒子除去制御が行われているときには例えば950rpmまで高められる。 Furthermore, when the idle operation is performed while the particulate removal control is being performed, the opening degree of the exhaust throttle valve 16 is reduced. In the internal combustion engine shown in FIG. 1, the fuel injection amount is controlled so that the engine speed is maintained at the target speed during idling. The target rotational speed is, for example, 650 rpm during normal operation, and is increased to, for example, 950 rpm when particulate removal control is performed.
微粒子除去制御が開始されると、パティキュレートフィルタ19上に堆積した微粒子が着火燃焼せしめられ除去される。この場合、単位時間当たりに除去される微粒子の量は例えばパティキュレートフィルタ19の温度に応じて算出することができる。本発明による実施例では、単位時間当たりに除去される微粒子の量を堆積微粒子量から逐次減算し、堆積微粒子量がわずかばかりの下限値QPMLになると微粒子除去制御が完了される。即ち、通常運転に戻される。
When the particulate removal control is started, the particulates deposited on the
ところで、排気ガス中にはイオウ分がSOXの形で含まれており、NOX吸収剤17,18内にはNOXばかりでなくSOXも蓄えられる。このSOXのNOX吸収剤17,18内への蓄積メカニズムはNOXの蓄積メカニズムと同じであると考えられる。即ち、担体上に白金Pt及びバリウムBaを担持させた場合を例にとって簡単に説明すると、NOX吸収剤に流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには上述したように酸素O2がO2 −又はO2−の形で白金Ptの表面に付着しており、流入する排気ガス中のSO2は白金Ptの表面に付着し白金Ptの表面上でO2 −又はO2−と反応し、SO3となる。次いで生成されたSO3は白金Pt上でさらに酸化されつつNOX吸収剤に吸収されて酸化バリウムBaOと結合しながら、硫酸イオンSO4 −の形でNOX吸収剤内に拡散する。この硫酸イオンSO4 −は次いでバリウムイオンBa+と結合して硫酸塩BaSO4を生成する。 By the way, sulfur is contained in the exhaust gas in the form of SO X , and not only NO X but also SO X is stored in the NO X absorbents 17 and 18. It is considered that the storage mechanism of SO X in the NO X absorbents 17 and 18 is the same as the storage mechanism of NO X. That is, when briefly described as an example the case of carrying platinum Pt and barium Ba on the carrier, the oxygen O 2 as the air-fuel ratio of the exhaust gas is described above when the lean flowing into the NO X absorbent is O 2 - Or, it is attached to the surface of platinum Pt in the form of O 2− , and SO 2 in the inflowing exhaust gas adheres to the surface of platinum Pt and reacts with O 2 − or O 2− on the surface of platinum Pt, the SO 3. Next, the generated SO 3 is further oxidized on the platinum Pt and absorbed by the NO X absorbent and combined with barium oxide BaO, and diffuses into the NO X absorbent in the form of sulfate ions SO 4 − . This sulfate ion SO 4 − is then combined with barium ion Ba + to produce sulfate BaSO 4 .
この硫酸塩BaSO4は分解しにくく、NOX吸収剤17,18内に流入する排気ガスの空燃比をただ単にリッチにしてもNOX吸収剤17,18内の硫酸塩BaSO4の量は減少しない。このため、時間が経過するにつれてNOX吸収剤17,18内の硫酸塩BaSO4の量が増大し、その結果NOX吸収剤17,18が蓄えうるNOXの量が減少することになる。 This sulfate BaSO 4 is difficult to decompose, and even if the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NO X absorbents 17 and 18 is simply made rich, the amount of sulfate BaSO 4 in the NO X absorbents 17 and 18 decreases. do not do. Therefore, increasing the amount of sulfate BaSO 4 in the NO X absorbent 17, 18 over time, the amount of resulting the NO X absorbent 17 can stored NO X is decreased.
ところが、NOX吸収剤17,18の温度を例えば600℃以上に維持しつつNOX吸収剤17,18に流入する排気ガスの平均空燃比を理論空燃比又はリッチにすると、NOX吸収剤17,18内の硫酸塩BaSO4が分解してSO3の形でNOX吸収剤17,18から放出される。この放出されたSO3は排気ガス中に還元剤即ちHC,COが含まれているとこれらHC,COと反応してSO2に還元せしめられる。このようにしてNOX吸収剤17,18内に硫酸塩BaSO4の形で蓄えられているSOXの量が次第に減少し、このときNOX吸収剤17,18からSOXがSO3の形で流出することがない。 However, if the average air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NO X absorbent 17, 18 is made the stoichiometric air-fuel ratio or rich while maintaining the temperature of the NO X absorbent 17, 18 at, for example, 600 ° C. or higher, the NO X absorbent 17 , sulfate BaSO 4 in 18 is released from the NO X absorbent 17 in the form of SO 3 is decomposed. The released SO 3 reacts with HC and CO and is reduced to SO 2 when a reducing agent, that is, HC and CO is contained in the exhaust gas. Thus gradually decreases the amount of SO X, which is stored in the form of sulfate BaSO 4 in the NO X absorbent 17 and 18, form from the time the NO X absorbent 17, 18 SO X is SO 3 It will not leak out.
そこで本発明による実施例では、NOX吸収剤17,18内の蓄積SOX量を求め、この蓄積SOX量が予め定められた上限SOX量を越えたときには、NOX吸収剤17,18内の蓄積SOX量を減少させるために、NOX吸収剤17,18の温度をSOX量減少要求温度例えば600から650℃程度に維持しながら、NOX吸収剤17,18に流入する排気ガスの平均空燃比をわずかばかりリッチに切り替えるSOX量減少制御を行うようにしている。 Therefore, in the embodiment according to the present invention, the amount of accumulated SO X in the NO X absorbents 17 and 18 is obtained, and when this accumulated SO X amount exceeds the predetermined upper limit SO X amount, the NO X absorbents 17 and 18 are obtained. In order to reduce the amount of accumulated SO X in the exhaust gas, the exhaust gas flowing into the NO X absorbent 17, 18 is maintained while maintaining the temperature of the NO X absorbent 17, 18 at the required SO X amount reduction temperature, for example, about 600 to 650 ° C. The SO X amount reduction control is performed to switch the gas average air-fuel ratio to slightly rich.
具体的に説明すると、本発明による実施例では、単位時間当たりNOX吸収剤17,18内に流入するSOXの量を逐次積算することにより蓄積SOX量が算出される。NOXや微粒子の場合と同様に、この単位時間当たりの流入SOX量は単位時間当たりに燃焼室から排出されるSOXの量に一致し、この排出SOX量は機関運転状態例えば燃料噴射量及び燃料中のイオウ濃度に応じて算出することができる。次いで、蓄積SOX量が上限SOX量を越えると、まず上述した微粒子除去制御が開始される。即ち、パティキュレートフィルタ19上に多量の微粒子が堆積しているときに、NOX吸収剤17,18の温度従ってパティキュレートフィルタ19の温度を高く維持しつつパティキュレートフィルタ19内に多量の還元剤が供給されると、この多量の微粒子が異常燃焼を起こし、パティキュレートフィルタ19が溶損するおそれがある。そこで本発明による実施例では、SOX量減少制御を行うべきときにはまず微粒子除去制御が行われる。
More specifically, in the embodiment according to the present invention, the amount of accumulated SO X is calculated by sequentially integrating the amount of SO X flowing into the NO X absorbents 17 and 18 per unit time. As in the case of NO X and fine particles, the inflow SO X amount per unit time corresponds to the amount of SO X discharged from the combustion chamber per unit time, and this exhaust SO X amount corresponds to the engine operating state, for example, fuel injection. It can be calculated according to the amount and the sulfur concentration in the fuel. Next, when the accumulated SO X amount exceeds the upper limit SO X amount, the above-described particulate removal control is started first. That is, when a large amount of fine particles are deposited on the
次いで微粒子除去制御が完了すると、直ちにSOX量減少制御が開始される。微粒子除去制御が行われるとパティキュレートフィルタ19従ってNOX吸収剤17,18の温度が上昇されているので、このようにするとSOX量減少制御のためにNOX吸収剤17,18の温度をSOX量減少要求温度まで上昇させる必要がなくなり、従ってエネルギを有効に利用することができる。
Next, when the particulate removal control is completed, the SO X amount reduction control is started immediately. Since the temperature of the particulate removal control is performed
SOX量減少制御は次のようにして行われる。即ち、機関負荷を表す例えば燃料噴射量が予め定められたしきい量よりも少ない低負荷運転時には低温燃焼が行われ、燃料噴射量がしきい量よりも多い高負荷運転時には高EGR燃焼が行われる。これら低温燃焼及び高EGR燃焼について図3を参照しながら簡単に説明しておく。 The SO X amount reduction control is performed as follows. That is, for example, low-temperature combustion is performed during low-load operation in which the fuel injection amount representing the engine load is less than a predetermined threshold amount, and high-EGR combustion is performed during high-load operation in which the fuel injection amount is greater than the threshold amount. Is called. These low temperature combustion and high EGR combustion will be briefly described with reference to FIG.
図3は機関回転数及び燃料噴射量を一定に維持したときのEGR率(=EGRガス量/(EGRガス量+吸入空気量))と、スモークの排出量との関係を示すシミュレーション結果の一例を表している。図3からわかるように、噴射時期を一定に維持しながらEGR率を増大していくとスモークの排出量が増大を開始する。次いで、噴射時期を一定にしながら更にEGR率を高め混合気の空燃比を小さくするとスモークの発生量が急激に増大してピークに達する。次いで噴射時期を一定にしながら更にEGR率を高め混合気の空燃比を小さくすると今度はスモークが急激に低下し、噴射時期を一定にしながらEGR率を更に増大するとスモークがほぼ零となる。即ち、煤がほとんど発生しなくなる。 FIG. 3 shows an example of simulation results showing the relationship between the EGR rate (= EGR gas amount / (EGR gas amount + intake air amount)) and the smoke discharge amount when the engine speed and the fuel injection amount are kept constant. Represents. As can be seen from FIG. 3, when the EGR rate is increased while maintaining the injection timing constant, the smoke discharge amount starts to increase. Next, when the EGR rate is further increased and the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is decreased while making the injection timing constant, the amount of smoke generated increases rapidly and reaches a peak. Next, if the EGR rate is further increased while the injection timing is made constant and the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is reduced, then the smoke is rapidly lowered. If the EGR rate is further increased while making the injection timing constant, the smoke becomes almost zero. That is, almost no wrinkles occur.
そうすると、図1に示される内燃機関を、噴射時期を一定に維持しながら燃焼室内に供給されるEGRガス量を増大していくと煤の発生量が次第に増大してピークに達し、噴射時期を一定に維持しながら燃焼室内に供給されるEGRガス量を更に増大していくと燃焼室内における燃焼時の燃料及びその周囲のガス温が煤の生成温度よりも低くなって煤がほとんど発生しなくなる内燃機関から構成していると見ることもできる。 Then, when the internal combustion engine shown in FIG. 1 increases the amount of EGR gas supplied into the combustion chamber while maintaining the injection timing constant, the generation amount of soot gradually increases and reaches a peak, and the injection timing is reduced. If the amount of EGR gas supplied into the combustion chamber is further increased while maintaining a constant level, the temperature of the fuel and the surrounding gas during combustion in the combustion chamber will be lower than the soot generation temperature, and soot will hardly be generated. It can also be seen that it consists of an internal combustion engine.
図3にIで示されるように、煤の発生量がピークとなるEGR率よりもEGR率が高くかつ煤がほとんど生成しないEGR率でもって行われる燃焼が低温燃焼である。これに対し、高EGR燃焼は図3にIIで示されるように、煤の発生量がピークとなるEGR率よりもEGR率が低いEGR率のうち比較的高いEGR率でもって行われる燃焼のことである。この場合、燃焼室で燃焼される混合気の空燃比は低温燃焼では例えば18から20程度にされており、高EGR燃焼では22から25程度にされている。なお、通常運転時の空燃比は25から70程度にされている。一方、低温燃焼では圧縮上死点前20度クランク角程度に主燃料噴射のみが行われ、高EGR燃焼では圧縮上死点周りに主燃料噴射のみが行われる。なお、上述したしきい値にヒステリシスを設けることもできる。 As indicated by I in FIG. 3, combustion performed at an EGR rate that is higher than the EGR rate at which the amount of soot generation reaches a peak and hardly generates soot is low-temperature combustion. On the other hand, as shown by II in FIG. 3, high EGR combustion is combustion performed at a relatively high EGR rate among EGR rates having a lower EGR rate than the EGR rate at which soot generation peaks. It is. In this case, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture burned in the combustion chamber is set to, for example, about 18 to 20 in the low temperature combustion, and is set to about 22 to 25 in the high EGR combustion. Note that the air-fuel ratio during normal operation is about 25 to 70. On the other hand, in low-temperature combustion, only main fuel injection is performed at a crank angle of about 20 degrees before compression top dead center, and in high EGR combustion, only main fuel injection is performed around compression top dead center. Note that hysteresis can be provided for the above-described threshold value.
いずれの燃焼が行われるにしても、EGR制御弁27の開度は機関運転状態例えば燃料噴射量及び機関回転数に応じて定まる目標開度に一致される。一方、スロットル弁8の開度は機関から排出された排気ガスの空燃比が機関運転状態例えば燃料噴射量及び機関回転数に応じて定まる目標空燃比に一致するように、空燃比センサ41の出力に基づいて制御される。
Regardless of which combustion is performed, the opening degree of the
その上で、燃料供給弁25から燃料が例えば間欠的に供給される。この場合、NOX吸収剤17,18内に流入する排気ガスの平均空燃比がリッチになるように、燃料供給弁25から供給される燃料の量が空燃比センサ42の出力に基づいて制御される。なお、SOX量減少制御が行われているときには、アイドル運転時の目標回転数は例えば1200rpmまで高められる。
Then, fuel is supplied from the fuel supply valve 25, for example, intermittently. In this case, the amount of fuel supplied from the fuel supply valve 25 is controlled based on the output of the air-
イオウ量減少制御が開始されると、NOX吸収剤17,18内の蓄積SOX量が次第に減少する。単位時間当たりに減少する蓄積SOX量は例えばNOX吸収剤17,18の温度に応じて算出することができる。本発明による実施例では、単位時間当たりに減少する蓄積SOX量を蓄積SOX量から逐次減算し、蓄積SOX量が下限値例えばゼロになるとSOX量減少制御が完了される。即ち、通常運転に戻される。 When the sulfur amount reduction control is started, the amount of accumulated SO X in the NO X absorbents 17 and 18 gradually decreases. The amount of accumulated SO X that decreases per unit time can be calculated according to the temperature of the NO X absorbents 17 and 18, for example. In the embodiment according to the present invention, successively subtracts the accumulated SO X amount which decreases per unit time from the accumulation SO X amount, SO X amount reduction control is completed when the amount of stored SO X becomes the lower limit value for example zero. That is, the normal operation is restored.
ところで、上述したように、微粒子除去制御に引き続いてSOX量減少制御を行うようにすると、エネルギを有効に利用することができる。そこで本発明による実施例では、パティキュレートフィルタ19上の堆積微粒子量が上限微粒子量よりも大きくなり次いで微粒子除去制御が行われたときには、このときの蓄積SOX量が上限SOX量よりも少なくても、微粒子除去制御に引き続いてSOX量減少制御を行うようにしている。
Incidentally, as described above, when to perform the SO X amount reduction control following the particle removal control, it is possible to effectively utilize the energy. Therefore, in the embodiment according to the present invention, when the amount of fine particles deposited on the
しかしながら、微粒子除去制御が完了した時点での蓄積SOX量がかなり少ないときには、むしろSOX量減少制御を行わないほうがエネルギの有効利用の点で好ましい。そこで本発明による実施例では、上限SOX量よりも少ない許容SOX量を予め設定し、微粒子除去制御が完了したときの蓄積SOX量が許容SOX量よりも少ないときにはSOX量減少制御を行わないようにしている。この許容SOX量は上限SOX量の例えば1/2程度に設定することができる。 However, when the accumulated SO X amount at the time when the particulate removal control is completed is rather small, it is preferable not to perform the SO X amount reduction control in terms of effective use of energy. Therefore, in the embodiment according to the present invention, an allowable SO X amount smaller than the upper limit SO X amount is set in advance, and when the accumulated SO X amount is smaller than the allowable SO X amount when the particulate removal control is completed, the SO X amount decrease control is performed. Do not do. This allowable SO X amount can be set to about ½ of the upper limit SO X amount, for example.
ところで、冒頭で述べたように、機関負荷が高いときにSOX量減少制御を行うと、多量の燃料が消費され又はパティキュレートフィルタ19の温度が過度に高くなるおそれがある。
By the way, as described at the beginning, if the SO X amount reduction control is performed when the engine load is high, a large amount of fuel may be consumed or the temperature of the
そこで本発明による実施例では、SOX量減少制御が行われているときに機関負荷を表す燃料噴射量QFが予め定められた上限噴射量QFHよりも多くなったときにはSOX量減少制御を停止し、次いで機関噴射量が上限噴射量よりも少なくなるとSOX量減少制御を再開するようにしている。 In the embodiment according to the present invention, therefore, it stops the SO X amount reduction control when the fuel injection amount QF representing the engine load becomes greater than the upper-limit injection amount QFH predetermined when SO X amount reduction control is being carried out Then, when the engine injection amount becomes smaller than the upper limit injection amount, the SO X amount reduction control is resumed.
図4は上限噴射量QFHの一例を示している。この上限噴射量QFHは機関回転数Nの関数として図4に示されるマップの形で予めROM32内に記憶されている。なお、図4において一点鎖線は全負荷に対応する最大噴射量を表している。また、上限噴射量QFHにヒステリシスを設けることもできる。
FIG. 4 shows an example of the upper limit injection amount QFH. This upper limit injection amount QFH is stored in advance in the
本発明による実施例では、燃料噴射量QFが上限噴射量QFHよりも多くなってSOX量減少制御を停止すべきときには、NOX吸収剤17,18の温度を通常運転時におけるよりも高い待機温度に保持しつつNOX吸収剤17,18内に流入する排気ガスの空燃比をリーンに戻す待機制御を行うと共に、待機制御が行われているときに燃料噴射量QFが上限噴射量QFHよりも少なくなるとSOX量減少制御を再開するようにしている。このようにすると、燃料噴射量QFが上限噴射量QFHよりも少なくなったときに速やかにSOX量減少制御を開始することができる。 In the embodiment according to the present invention, when the fuel injection amount QF is larger than the upper limit injection amount QFH and the SO X amount reduction control is to be stopped, the temperature of the NO X absorbents 17 and 18 is set higher than that in the normal operation. the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the the NO X absorbent 17 and 18 while maintaining the temperature performs standby control back to lean, the fuel injection amount QF is an upper limit injection amount QFH when standby control is being performed If the amount is less, the SO X amount reduction control is resumed. In this way, when the fuel injection amount QF becomes smaller than the upper limit injection amount QFH, the SO X amount reduction control can be started promptly.
待機制御では、通常運転と同様に、例えばアクセルペダルの踏み込み量に応じてスロットル弁8の開度が制御され、エアフローメータ40により検出される新気量が機関運転状態例えば燃料噴射量及び機関回転数に応じて定まる目標新気量に一致するようにEGR制御弁27の開度が制御される。また、主燃料噴射FMのみ又は主燃料噴射FMと共にパイロット噴射FPが行われる。その上で、温度センサ43により検出されるNOX吸収剤17,18の温度が待機温度に一致するように、燃料供給弁25から燃料が二次的に供給される。
In the standby control, as in the normal operation, for example, the opening degree of the
待機温度は通常運転時におけるNOX吸収剤17,18の温度よりも高い限りどのように定めてもよい。しかしながら、本発明による実施例では待機温度はSOX量減少要求温度即ち600から630℃程度に設定される。 The standby temperature may be determined in any way as long as it is higher than the temperature of the NO X absorbents 17 and 18 during normal operation. However, in the embodiment according to the present invention, the standby temperature is set to the SO X amount reduction required temperature, that is, about 600 to 630 ° C.
ところが、機関負荷が上限負荷よりも高いということで待機制御を長時間にわたって継続するのは好ましくない。即ち、待機制御が一定時間だけ継続されたときには待機制御を停止して通常運転に戻すのが好ましい。 However, it is not preferable to continue the standby control for a long time because the engine load is higher than the upper limit load. That is, when the standby control is continued for a certain time, it is preferable to stop the standby control and return to the normal operation.
しかしながら、NOX吸収剤17,18内の蓄積SOX量をできるだけゼロまで減少させるのが好ましいことを考えると、待機制御はできるだけ継続すべきである。 However, considering that it is preferable to reduce the amount of accumulated SO X in the NO X absorbents 17 and 18 to zero as much as possible, the standby control should be continued as much as possible.
そこで本発明による実施例では、待機制御が予め定められた設定時間だけ継続されたときにはこのときのNOX吸収剤17,18内の蓄積SOX量を求め、蓄積SOX量が予め定められた設定SOX量よりも多いときには待機制御を継続して行い、蓄積SOX量が設定SOX量よりも少ないときには待機制御を停止して通常運転に戻すようにしている。 Therefore, in the embodiment according to the present invention, when the standby control is continued for a predetermined set time, the accumulated SO X amount in the NO X absorbents 17 and 18 at this time is obtained, and the accumulated SO X amount is determined in advance. When the amount of SO X is larger than the set SO X amount, the standby control is continued, and when the amount of stored SO X is smaller than the set SO X amount, the standby control is stopped to return to the normal operation.
即ち、図5に矢印Xで示されるように燃料噴射量QFが上限噴射量QFHよりも多くなると、SOX量減少制御が停止され、待機制御が開始される。即ち、NOX吸収剤17,18の温度TCATを待機温度即ちSOX量減少要求温度TSに維持しつつNOX吸収剤17,18内に流入する排気ガスの平均空燃比AFがリーンに戻される。次いで、図5に矢印Yで示されるように待機制御が設定時間tCだけ継続されたときに、蓄積SOX量QSが設定SOX量QS1よりも多いときには、待機制御が継続される。次いで、図5に矢印Zで示されるように燃料噴射量QFが上限噴射量QFHよりも少なくなるとSOX量減少制御が再開される。 That is, as shown by the arrow X in FIG. 5, when the fuel injection amount QF becomes larger than the upper limit injection amount QFH, the SO X amount reduction control is stopped and standby control is started. That is, the average air-fuel ratio AF of the exhaust gas flowing into the NO X absorbents 17 and 18 is returned to lean while maintaining the temperature TCAT of the NO X absorbents 17 and 18 at the standby temperature, that is, the SO X amount reduction required temperature TS. . Next, when the standby control is continued for the set time tC as indicated by the arrow Y in FIG. 5, the standby control is continued when the accumulated SO X amount QS is larger than the set SO X amount QS1. Next, as shown by an arrow Z in FIG. 5, when the fuel injection amount QF becomes smaller than the upper limit injection amount QFH, the SO X amount reduction control is resumed.
これに対し、図6に矢印Y’で示されるように待機制御が設定時間tCだけ継続されたときに、蓄積SOX量QSが設定SOX量QS1よりも少ないときには、待機制御及びSOX量減少制御が中止され、通常運転に戻される。 In contrast, when the standby control is continued for the set time tC as indicated by the arrow Y ′ in FIG. 6, when the stored SO X amount QS is smaller than the set SO X amount QS1, the standby control and the SO X amount are Decrease control is stopped and normal operation is resumed.
このようにすると、エネルギ消費量を低減しつつ蓄積SOX量を確実に低減することができる。 In this way, it is possible to reliably reduce the accumulation SO X amount while reducing energy consumption.
従って、一般的に言うと、イオウ量減少制御が行われているときに機関負荷が予め定められた上限負荷よりも高くなったときには、NOX吸収剤の温度を通常運転時におけるよりも高い待機温度に保持しつつNOX吸収剤内に流入する排気ガスの空燃比をリーンにする待機制御を行い、待機制御が予め定められた設定時間だけ継続されたときにはこのときNOX吸収剤内に蓄えられているイオウの量を求め、求められたイオウの量が予め定められた設定量よりも多いときには待機制御を継続して行い次いで機関負荷が上限負荷よりも低くなったときにイオウ量減少制御を再開し、求められたイオウの量が設定量よりも少ないときには待機制御を停止して通常運転に戻すようにしているということになる。 Therefore, generally speaking, when the engine load becomes higher than a predetermined upper limit load when the sulfur amount reduction control is being performed, the temperature of the NO X absorbent is set higher than that during normal operation. While maintaining the temperature, standby control is performed to make the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NO X absorbent lean, and when the standby control is continued for a preset time, it is stored in the NO X absorbent at this time. When the amount of sulfur that has been obtained is greater than a predetermined set amount, standby control is continued, and then when the engine load becomes lower than the upper limit load, sulfur amount reduction control is performed. Is resumed, and when the obtained amount of sulfur is smaller than the set amount, the standby control is stopped and the normal operation is resumed.
図7から図9は上述した本発明による実施例の排気浄化ルーチンを示している。このルーチンは予め定められた設定時間毎の割り込みによって実行される。 7 to 9 show the exhaust gas purification routine of the embodiment according to the present invention described above. This routine is executed by interruption every predetermined time.
図7から図9を参照すると、まずステップ100ではSOX量減少フラグXSがセットされているか否かが判別される。このSOX量減少フラグXSはSOX量減少制御を実行すべきときにセットされ(XS=1)、それ以外はリセットされる(XS=0)ものである。SOX量減少フラグXSがリセットされているときには次いでステップ101に進み、微粒子除去フラグXPMがセットされているか否かが判別される。この微粒子除去フラグXPMは微粒子除去制御を実行すべきときにセットされ(XPM=1)、それ以外はリセットされる(XPM=0)ものである。微粒子除去フラグXPMがリセットされているときには次いでステップ102に進み、パティキュレートフィルタ19上の堆積微粒子量QPMが上限微粒子量QPMHよりも多いか否かが判別される。QPM≦QPMHのときには次いでステップ103に進み、NOX吸収剤17,18内の蓄積SOX量QSが上限SOX量QSHよりも多いか否かが判別される。QS≦QSHのときには次いでステップ104に進み、NOX量減少制御の実行条件が成立しているか否かが判別される。本発明による実施例では、先のNOX量減少制御から上述した設定時間間隔が経過しかつNOX吸収剤17,18の温度が設定温度例えば190℃よりも高いときにNOX量減少制御の実行条件が成立していると判別され、それ以外はNOX量減少制御の実行条件が成立していないと判別される。NOX量減少制御の実行条件が成立していないと判別されたときには処理サイクルを終了し、即ち通常運転が行われる。これに対し、NOX量減少制御の実行条件が成立していると判別されたときには次いでステップ105に進み、NOX量減少制御が行われる。
7 to 9, first, at
一方、ステップ102においてQPM>QPMHのとき又はステップ103においてQS>QSHのときには次いでステップ106に進み、微粒子除去フラグXPMがセットされる。
On the other hand, when QPM> QPMH at
微粒子除去フラグXPMがセットされたときにはステップ101からステップ107に進み、微粒子除去制御が実行される。続くステップ108ではパティキュレートフィルタ19上の堆積微粒子量QPMが下限量QPMLよりも少なくなったか否かが判別される。QPM≧QPMLのときには処理サイクルを終了する。これに対しQPM<QPMLのときには次いでステップ109に進み、微粒子除去フラグXPMがリセットされる(XPM=0)。続くステップ110ではSOX量減少フラグXSがセットされる(XS=1)。続くステップ111ではNOX吸収剤17,18内の蓄積SOX量QSが許容SOX量QSAよりも少ないか否かが判別される。QS≧QSAのときにはSOX量減少フラグXSをセットしたまま(XS=1)処理サイクルを終了する。これに対し、QS<QSAのときには次いでステップ112に進んでSOX量減少フラグXSをリセットした後に(XS=0)処理サイクルを終了する。
When the particulate removal flag XPM is set, the routine proceeds from
SOX量減少フラグXSがセットされたときにはステップ100からステップ113に進み、図4のマップから上限噴射量QFHが算出される。続くステップ114では燃料噴射量QFが上限噴射量QFHよりも少ないか否かが判別される。QF<QFHのときには次いでステップ115に進み、後述するカウンタCがクリアされる。続くステップ116ではSOX量減少制御が実行される。続くステップ117ではNOX吸収剤17,18内の蓄積SOX量QSがゼロになったか否かが判別される。QS>0のときには処理サイクルを終了し、QS=0のときには次いでステップ118に進んでSOX量減少フラグXSがリセットされる(XS=0)。即ち、SOX量減少制御が完了される。
When the SO X amount decrease flag XS is set, the routine proceeds from
ステップ114においてQF≧QFHのときには次いでステップ119に進み、待機制御が実行される。続くステップ120では待機制御が継続して行われている時間を表すカウンタCが1だけインクリメントされる。続くステップ121ではカウンタCが上述した設定時間tCを表す設定値C1よりも大きいか否かが判別される。C≦C1のときには処理サイクルを終了し、C>C1のときには次いでステップ122に進み、このときのNOX吸収剤17,18内の蓄積SOX量QSが設定SOX量QS1よりも多いか否かが判別される。QS>QS1のときには処理サイクルを終了し、即ち待機制御及びSOX量減少制御が継続される。これに対し、QS≦QS1のときには次いでステップ118に進んでSOX量減少フラグXSがリセットされる(XS=0)。即ち、待機制御及びSOX量減少制御が中止される。
When QF ≧ QFH at
1…機関本体
17,18…NOX吸収剤
19…パティキュレートフィルタ
25…燃料供給弁
43…温度センサ
1 ...
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