JP4331972B2 - 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】
この発明は、NOx浄化触媒のS被毒回復処理を行う際に還元剤の供給がなされる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】
近年、一部の内燃機関の排気通路には、排気中のNOx(窒素酸化物)を浄化するNOx浄化触媒が備えられるようになってきている。
【0003】
このNOx浄化触媒は、排気の空燃比がリーンであるときには、排気中のNOxを吸蔵(吸収)して排気中のNOx濃度を低下させる。また、排気の空燃比がリッチになる、すなわち還元雰囲気下に置かれると吸蔵したNOxを還元・放出する。
【0004】
一方、このNOx浄化触媒はNOxだけではなく、燃料等に含まれる硫黄やその化合物も吸収してしまう(以下、これを「S被毒」と称する)。そのため、NOx浄化触媒においてこれらの堆積量(以下、これを「S堆積量」と称する)が増大すると吸蔵可能なNOx量が減少しNOx浄化機能が低下する、といったいわゆるS被毒によるNOx浄化触媒の機能低下現象が生じる。
【0005】
ここで、NOx浄化触媒が600℃近い温度であって、かつ同触媒の周りの酸素濃度が低い還元雰囲気下では、NOx浄化触媒に堆積した硫黄分がNOx浄化触媒から還元された状態で放出されることが知られている。
【0006】
このようないわゆるS被毒回復を行うために、特許文献1に記載の装置では、排気通路を介して還元剤をNOx浄化触媒に供給するようにしている。このようにNOx浄化触媒に還元剤が供給されると、同還元剤は硫黄分の還元反応に寄与する。また、この還元剤はNOx浄化触媒において燃焼され、その熱より同触媒の温度は高められる。しかも還元剤の燃焼によってNOx浄化触媒の周りの酸素が消費され、同触媒の周りの酸素濃度も低くなるため、高温及び還元雰囲気といった条件が満たされてS被毒回復が行われる。
【0007】
【特許文献1】
特開平11−13456号公報
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した還元剤供給では、排気通路を介してNOx浄化触媒に還元剤を供給するようにしている。そのため、供給された還元剤のうち、蒸発していない還元剤や微粒化されていない還元剤は、NOx浄化触媒に到達する前に排気通路の壁面に付着してしまうおそれがある。
【0009】
このように排気通路の壁面に還元剤が付着すると、この付着した還元剤は例えば車両の急発進や急加速といった排気流量や排気流速の増大時における排気の流勢によって霧化され、未燃状態の白煙として大気に排出されてしまうといった不具合が生じるおそれがある。
【0010】
ちなみに、機関冷間状態からの機関始動時などではNOx浄化触媒の温度は低くなっている。このような状態で排気通路の壁面に還元剤が付着していると、排気によって還元剤が触媒に到達しても同触媒上で還元剤の消費(酸化)が行われないため、上記白煙はさらに発生しやすくなる。
【0011】
この発明はこうした事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、S被毒回復のための還元剤供給を行う内燃機関にあって、排気通路の壁面への還元剤付着を抑制することのできる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための手段及びその作用効果について以下に記載する。
請求項1に記載の発明は、排気通路に配設されたNOx浄化触媒と、同NOx浄化触媒にS被毒回復用の還元剤を供給する還元剤供給手段とを備える内燃機関の排気浄化装置において、前記排気通路の壁温が所定温度T1以下であるときに前記還元剤供給手段による還元剤の供給を制限する制限処理を実行する制限手段を備えるとともに、前記内燃機関は排気圧によって駆動される過給機をその排気通路に備え、前記制限手段はこの過給機にあって前記排気通路を区画する部材の温度を前記排気通路の壁温として参照することをその要旨とする。
【0013】
排気通路の壁面の温度が還元剤の気化を促す温度である場合には、上記還元剤供給手段による還元剤供給が行われても、同壁面への還元剤付着は生じにくい。換言すれば、排気通路の壁面の温度がある温度以下の場合には還元剤供給を制限することにより、上記壁面への還元剤付着を抑制することができる。そこで、上記構成では、排気通路の壁温が所定温度T1以下であるときに上記還元剤供給手段による還元剤の供給を制限するようにしている。そのため、還元剤供給に際して、上記壁面への還元剤付着を抑えることができるようになり、ひいては上記白煙の発生も好適に抑えることができる。
過給機を通過する排気は、過給機を駆動させることで熱エネルギーが消費され、また過給機の構成部材に熱量を奪われて、その温度が低下する。そのため、場合によっては、排気通路の一部を構成する過給機の壁面の温度が排気通路を構成する排気管の壁温よりも低くなることがあり、この場合には過給機内の上記壁面に還元剤や燃焼用燃料が付着しやすくなる。また、過給機内で排気の流れ方向を大きく変更させる壁面には還元剤や燃焼用燃料が付着しやすい傾向にある。このように還元剤や燃焼用燃料が付着しやすい過給機にあって上記排気通路を区画する部材の温度を上記排気通路の壁温として参照する請求項1に記載の構成によれば、排気通路の壁面への還元剤付着や燃焼用燃料の付着をより好適に抑制することができるようになる。
【0014】
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記還元剤供給手段による還元剤の供給に先だって、燃焼用燃料を前記NOx浄化触媒に供給してこれを昇温する昇温手段を更に備えることをその要旨とする。
【0015】
S被毒回復用の還元剤供給によってNOx浄化触媒は昇温されるものの、還元剤供給がなされてからNOx浄化触媒が実際に昇温されるまでにはある程度の時間がかかる。そのため、還元剤の供給直後にあってはS被毒回復が行われないおそれがある。この点、上記構成ではS被毒回復用の還元剤供給に先立って、NOx浄化触媒に昇温用の燃焼用燃料が供給される。そのため、NOx浄化触媒の温度が十分に高められた状態でS被毒回復処理を行うことができ、同S被毒回復処理の実行直後から確実にS被毒回復を行うことができるようになる。また、このように予めNOx浄化触媒が昇温された状態からS被毒回復が開始されるため、S被毒回復処理の実行に際して、NOx浄化触媒の昇温に必要な還元剤供給量を減少させることができ、これにより排気通路の壁面に付着する還元剤の量を減量させることができるようになる。
【0016】
請求項3に記載の発明は、請求項2記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記制限手段は前記排気通路の壁温が所定温度T2以下であるときに前記昇温手段による燃焼用燃料の供給を制限する処理を前記制限処理として含むことをその要旨とする。
【0017】
同構成によれば、上記制限処理として排気通路の壁温が所定温度T2以下であるときに上記昇温手段による燃焼用燃料の供給が制限される。そのため昇温手段による燃焼用燃料の供給に起因する、上記壁面への燃焼用燃料の付着を抑制することができるようになる。
【0018】
請求項4に記載の発明は、請求項2または3に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記昇温手段は前記NOx浄化触媒の温度が所定期間継続して所定温度T3以上に維持されるまで前記昇温の処理を実行することをその要旨とする。
【0019】
同構成によれば、NOx浄化触媒全体の温度を確実に昇温させることができるようになる。そのため、S被毒回復を確実に行うことができるようになり、ひいてはS被毒回復中の還元剤供給量についてもその量を確実に減少させることができ、請求項2に記載の作用効果を確実に得ることができるようになる。
【0020】
請求項5に記載の発明は、請求項〜4のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記制限手段は前記還元剤供給手段による還元剤の供給及び前記昇温手段による燃焼用燃料の供給の少なくとも一方についてその実行を禁止する処理を前記制限処理として実行することをその要旨とする。
【0021】
同構成によれば、上記制限処理として還元剤の供給及び燃焼用燃料の供給の少なくとも一方が行われなくなるため、壁面への還元剤付着または燃焼用燃料の付着を確実に抑えることができるようになる。
【0022】
請求項6に記載の発明は、請求項〜5のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記制限手段は前記壁温が所定温度T4以上であるときに前記還元剤供給手段の還元剤供給及び前記昇温手段の燃焼用燃料供給の少なくとも一方の処理についてその開始を許可する一方、前記壁温が所定温度T5未満に低下したときに前記開始を許可された一方の処理を中断することをその要旨とする。
【0023】
上記壁温が還元剤や燃焼用燃料の気化を促す温度である場合には、上記壁面への還元剤や燃焼用燃料の付着は抑制される。そこで、上記構成では、壁温が所定温度T4以上であるときに還元剤供給及び燃焼用燃料供給の少なくとも一方の処理についてその開始を許可するようにしている。そのため、排気通路の壁面への還元剤付着や燃焼用燃料の付着を抑制することができるようになる。また、開始が許可された上記供給処理について、壁温が所定温度T5未満に低下したときにはその処理を中断させるようにしている。そのため、同供給処理の実行中に壁温が低下した場合においても、還元剤や燃焼用燃料が排気通路の壁面に付着することを確実に抑制することができるようになる。
【0024】
ここで、還元剤供給手段による還元剤の供給処理が中断される場合には、NOx浄化触媒に硫黄分が残留してしまう。そこで請求項7に記載の発明によるように、還元剤供給手段は前記NOx浄化触媒のS堆積量を機関運転状態に基づき推定してその推定されるS堆積量が所定量以上であることを条件に前記還元剤の供給を実行するものであり、且つ、前記一方の処理として同還元剤供給手段による還元剤の供給処理が中断される際には、同供給処理の実行時間に基づいて前記S堆積量についてその残存量を算出するとともに、これを同供給処理の中断後に前記NOx浄化触媒に堆積したと推定されるS堆積量に加算する、といった構成を採用することでNOx浄化触媒のS堆積量を正確に算出することができる。そのため、S堆積量に基づくS被毒回復処理の実行要否の判定に際して、その判定精度を向上させることができる。
【0025】
請求項8に記載の発明は、請求項1〜7のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記壁温は機関運転状態に基づいて推定されることをその要旨とする。
【0026】
上記壁温は排気通路に温度センサ等を設けることにより検出することはできるものの、一般に内燃機関の排気通路にはこのようなセンサは設けられていない。そのため、新たにセンサを設ける必要があり、取付工程の増加や部品コストの上昇等を招いてしまう。ここで、排気通路の壁温は排気温度と相関関係にあり、この排気温度は機関運転状態に基づいて推定することができる。従って、上記構成によれば、内燃機関の排気通路に新たなセンサ等を設けることなく、上記壁温を把握することができるようになる。
【0029】
【発明の実施の形態】
以下、この発明にかかる内燃機関の排気浄化装置を自動車に搭載されたコモンレール式4気筒ディーゼルエンジンに具体化した一実施形態について図1〜図7に基づいて詳細に説明する。
【0030】
図1は、本実施形態にかかる内燃機関の排気浄化装置、これが適用されるエンジン1、並びにそれらの周辺構成を示す概略構成図である。
エンジン1には複数の気筒#1〜#4が設けられている。シリンダヘッド2には前記各気筒毎に燃料噴射弁4a〜4dが取り付けられている。これら燃料噴射弁4a〜4dは各気筒#1〜#4の気筒内に燃料を噴射する。また、シリンダヘッド2には、外気を気筒内に導入するための吸気ポートと燃焼ガスを気筒外へ排出するための排気ポート6a〜6dとが各気筒#1〜#4に対応して設けられている。
【0031】
燃料噴射弁4a〜4dは、高圧燃料を蓄圧するコモンレール9に接続されている。コモンレール9はサプライポンプ10に接続されている。サプライポンプ10は燃料タンク(図示略)内の燃料を吸入するとともにコモンレール9に高圧燃料を供給する。コモンレール9に供給された高圧燃料は、各燃料噴射弁4a〜4dの開弁時に同燃料噴射弁4a〜4dから気筒内に噴射される。
【0032】
吸気ポートにはインテークマニホールド7が接続されている。インテークマニホールド7は吸気通路3に接続されている。この吸気通路3内には吸入空気量を調整するためのスロットル弁16が設けられている。
【0033】
排気ポート6a〜6dにはエキゾーストマニホールド8が接続されている。このエキゾーストマニホールド8の排気下流側は後述するターボチャージャ11が接続されており、このターボチャージャ11の排気下流側には排気管26が接続されている。排気管26の途中には、排気中のNOxを浄化するためのNOx浄化触媒12が設置されている。このNOx浄化触媒12は、NOx吸蔵還元型触媒が担持された担体であり、排気の空燃比がリーンの場合には排気中のNOxを吸蔵し、同空燃比がリッチの場合には吸蔵したNOxを還元・放出する。
【0034】
この他、エンジン1にはEGR装置28が備えられている。このEGR装置28は、吸入空気に排気の一部を導入することで気筒内の燃焼温度を低下させてNOxの発生量を低減させる装置である。このEGR装置28は吸気通路3とエキゾーストマニホールド8とを連通するEGR通路13、同EGR通路13に設けられたEGR弁15、EGRクーラ14により構成されている。EGR弁15は制御装置25によりその開度が調整され、その結果、エキゾーストマニホールド8から吸気通路3に導入される排気の量(EGR量)が調整される。EGRクーラ14はEGR通路13内を流れる排気の温度を低下させる。
【0035】
また、エンジン1には、排気圧を利用して気筒に導入される吸入空気を過給するターボチャージャ(過給機)11が備えられている。このターボチャージャ11は、センタハウジング40、タービンハウジング42、コンプレッサハウジング41を備えている。タービンハウジング42の外周部に設けられる開口部には、エキゾーストマニホールド8が接続され、同タービンハウジング42の中心部に設けられる開口部には、排気管26が接続される。また、コンプレッサハウジング41の中心部に設けられる開口部には、エアクリーナ側の吸気通路3が接続され、同コンプレッサハウジング41の外周部に設けられる開口部には、燃焼室側の吸気通路3が接続されている。
【0036】
タービンハウジング42内には、エキゾーストマニホールド8から送り込まれる排気によって回転するタービンホイールが備えられている。また、コンプレッサハウジング41内には、吸気通路3内の空気を強制的に燃焼室へ送り込むコンプレッサホイールが備えられている。これらタービンホイールとコンプレッサホイールとは、ロータシャフトを介して一体回転可能に連結されている。そして、タービンホイールに排気が吹き付けられて同タービンホイールが回転するとコンプレッサホイールも回転し、吸気通路3内の空気が強制的に燃焼室に送り込まれる。
【0037】
また、コンプレッサハウジング41とスロットル弁16との間の吸気通路3には、このターボチャージャ11の過給により温度が上昇する吸入空気の温度を低下させるため、インタークーラ18が備えられている。
【0038】
エンジン1には、機関運転状態を検出するための各種センサが取り付けられている。例えば、エアフロメータ19は吸気通路3内の吸入空気量GAを検出する。スロットル開度センサ20はスロットル弁16の開度、すなわちスロットル開度TAを検出する。空燃比センサ21は排気の空燃比λを検出する。機関回転速度センサ22はクランクシャフトの回転速度、すなわち機関回転速度NEを検出する。アクセル開度センサ24はアクセルペダルの踏み込み量、すなわちアクセル開度ACCPを検出する。NOx浄化触媒12の排気下流側に設けられた排気温度センサ29は、NOx浄化触媒12の排気下流側の排気温度ETを検出する。
【0039】
これら各種センサの出力は制御装置25に入力される。この制御装置25は、中央処理制御装置(CPU)、各種プログラムやマップ等を予め記憶した読出専用メモリ(ROM)、CPUの演算結果等を一時記憶するランダムアクセスメモリ(RAM)、入力インターフェース、出力インターフェース等を備えたマイクロコンピュータを中心として構成されている。そして、この制御装置25により、例えば、燃料噴射弁4a〜4dの燃料噴射量制御や燃料噴射時期制御、サプライポンプ10の吐出圧力制御、スロットル弁16を開閉するアクチュエータ17の駆動量制御、EGR弁15の開度制御等、エンジン1の各種制御が行われる。
【0040】
他方、上記エキゾーストマニホールド8には、燃料をNOx浄化触媒12に供給するための噴射ノズル5が取り付けられている。この噴射ノズル5とサプライポンプ10とは燃料供給管27によって接続されており、燃料である軽油が供給されるようになっている。また、噴射ノズル5は燃料噴射弁4a〜4dと同様な構造を有しており、制御装置25によってその噴射量及び噴射時期は制御される。また、噴射ノズル5は、ターボチャージャ11よりも上流側に設けられており、高温の排気に燃料を添加することができるようになっている。このため、同噴射ノズル5から排気系に供給される燃料の温度を十分に上昇させることができ、ひいては後述するS被毒回復制御におけるNOx浄化触媒12の昇温についても十分に行うことができるようになっている。
【0041】
さて、上記NOx浄化触媒12はNOxだけではなく、燃料等に含まれる硫黄やその化合物も吸収してしまうことが知られている。そのため、NOx浄化触媒のS堆積量が増大すると吸蔵可能なNOx量が減少しNOx浄化機能が低下する、といったいわゆるS被毒によるNOx浄化触媒の機能低下現象が生じる。
【0042】
ここで、NOx浄化触媒12が600℃近い温度であって、かつ同触媒の周りの酸素濃度が低い還元雰囲気下では、NOx浄化触媒に堆積した硫黄分は還元された状態で放出される。すなわち上記条件下では、NOx浄化触媒12のS堆積量を減少させることができる。
【0043】
そこで本実施形態では、このようないわゆるS被毒回復を行うために、NOx浄化触媒12に還元剤、すなわちエンジン1の燃料を供給するようにしている。この燃料供給は、上述した噴射ノズル5からの燃料供給によって行われる。このように燃料がNOx浄化触媒12に供給されると、この燃料は硫黄分の還元反応に寄与する。また同燃料はNOx浄化触媒において燃焼され、その熱より同NOx浄化触媒12の温度は高められる。しかも燃料の燃焼によってNOx浄化触媒12の周りの酸素が消費され、NOx浄化触媒12の周りの酸素濃度も低くなるため、高温及び還元雰囲気といった条件が満たされてS被毒回復が行われる。
【0044】
ところで、上述したS被毒回復用の燃料供給処理の実行時には、エキゾーストマニホールド8、ターボチャージャ11、及び排気管26といった排気通路を介してNOx浄化触媒12に燃料が供給される。そのため、供給された燃料のうち、蒸発していない燃料や微粒化されていない燃料は、NOx浄化触媒12に到達する前に上記排気通路の壁面に付着してしまうおそれがある。
【0045】
特に、上記ターボチャージャ11のタービンハウジング42の壁面には燃料が付着しやすい。これは次の理由による。
すなわち、ターボチャージャ11を通過する排気は、同ターボチャージャ11を駆動させることで熱エネルギーが消費され、またターボチャージャ11の構成部材に熱量を奪われて、その温度が低下する。そのため、タービンハウジング42等の壁面に燃料が付着しやすくなる。また、ターボチャージャ11の内部、例えばタービンハウジング42内では排気の流れ方向が大きく変更されるため、このタービンハウジング42の壁面には燃料が付着しやすい傾向にある。
【0046】
このように排気系の壁面に燃料が付着すると、この付着した燃料は例えば車両の急発進や急加速といった排気流量や排気流速の増大時における排気の流勢によって霧化され、未燃状態の白煙として大気に排出されてしまうといった不具合が生じるおそれがある。ちなみに、機関冷間状態からの機関始動時などではNOx浄化触媒12の温度は低くなっている。このような状態で排気系の壁面に燃料が付着していると、排気によって燃料がNOx浄化触媒12に到達しても同NOx浄化触媒12上で燃料の消費(酸化)が行われないため、上記白煙はさらに発生しやすくなる。
【0047】
そこで本実施形態ではS被毒回復処理の実行に際し、排気通路の壁温に基づいてNOx浄化触媒12への燃料供給を制限する制限手段を備えるようにしている。より具体的には、排気通路の壁面、特に排気通路の一部であり、同排気通路を区画する部材であるタービンハウジング42の内壁(以下ターボ壁面という)の温度(以下ターボ壁温という)が所定温度以下の場合には、NOx浄化触媒12への燃料供給を禁止するようにしている。
【0048】
ここで、ターボ壁温はタービンハウジング42に温度センサ等を設けることにより検出することはできるものの、一般に内燃機関のターボチャージャ11にはこのようなセンサは設けられていない。そこで、本実施形態ではターボ壁温を機関運転状態から推定するようにしている。
【0049】
以下、本実施形態にかかる内燃機関の排気浄化装置によって実行されるS被毒回復制御について、図2〜図4を併せ参照し説明する。
図2、図3は、制御装置25によって実行されるS被毒回復制御の処理手順を示している。
【0050】
本処理が開始されると、まず、次式(1)に基づいてNOx浄化触媒12に堆積したS堆積量Sが算出される(S100)。
S堆積量S=S吸収量NS+S残存量RS … (1)
なお、S吸収量NSは、吸入空気量GA及び機関回転速度NE等から求められる排気流量、前回のS被毒回復が行われてからの経過時間、車両の走行距離、あるいはエンジン1の運転時間等に基づいて推定される値である。すなわち、前回のS被毒回復が行われてからNOx浄化触媒12に吸収された硫黄分の量のことである。また、S残存量RSは、後述するS230の処理で算出される値であって、前回のS被毒回復処理が終了された時点でNOx浄化触媒12に残留した硫黄分の量のことである。
【0051】
次に、ターボ壁温Tの推定を開始するか否かが判定される(S110)。ここでは、S堆積量Sが予めの実験等により求められている限界堆積量Smax以上である場合には肯定判定される。そしてS堆積量Sが限界堆積量Smaxよりも少なく、NOxをまだ十分に吸蔵できる場合には(S110でNO)、ターボ壁温Tの推定が開始されることなく、再びS堆積量Sの算出が行われる。
【0052】
一方、S堆積量Sが限界堆積量Smax以上である場合には(S110でYES)、NOx浄化触媒12がS被毒によってNOxを十分に吸蔵できないおそれがあり、S被毒回復処理を実行する必要がある。そこで、S被毒回復処理の実行に先立って、まず、NOx浄化触媒12への燃料供給を禁止するか否かの判断をするためのターボ壁温Tについて推定が開始される(S120)。なお、このターボ壁温Tの推定は本処理とは別の処理で行われ、その詳細については後述する。
【0053】
次に、別途実行されるターボ壁温Tの推定処理で推定されたターボ壁温Tが読み込まれ(S130)、S被毒回復処理を実行するか否か、すなわち燃料供給を禁止するか否かの判断がなされる(S140)。ここでは、S堆積量Sが上記限界堆積量Smax未満である、または推定されたターボ壁温Tが所定温度T2以下の場合に燃料供給の実行を禁止する旨の判定がなされる。
【0054】
ここで、本実施形態にかかるエンジン1において、噴射ノズル5からの燃料添加が実行されている期間のターボ壁温の最小値及び白煙の発生状況を図4に示す。なお、ここでは噴射ノズル5からの燃料添加が開始されたときのターボ入ガス温(ターボチャージャ11に流入する排気温度)、機関回転速度、機関負荷、及び燃料添加時間を種々変更している。この図4に示される白煙の発生状況から本発明者は、本実施形態におけるエンジン1の場合、ターボ壁温が120℃以上あれば白煙が発生しないことを確認した。すなわち、ターボ壁温が120℃以上あれば燃料の気化が促され、同壁面への燃料付着が抑えられることを見出した。そこで本実施形態では、燃料供給処理を制限するか否かの判断をするための上記所定温度T2を120℃に設定している。なお、この所定温度T2はターボ壁面への燃料付着を抑制することのできる温度を設定すればよく、何らこの値(120℃)に限定されるものではない。
【0055】
そして、ターボ壁温Tが所定温度T2以下である場合には(S140でNO)、燃料供給による壁面への燃料付着が起こるおそれがあるため、再びS100〜S140の処理が繰り返し実行され、S被毒回復処理の実行が保留される。すなわち実質的には、燃焼用燃料の供給を制限する制限処理が行われる。
【0056】
一方、ターボ壁温Tが所定温度T2よりも高い場合には(S140でYES)、燃料供給を行っても壁面への燃料付着が起きにくいため、S被毒回復処理の実行が許可される。
【0057】
ここで、S被毒回復処理における燃料供給によってNOx浄化触媒12が昇温されるとはいえ、燃料供給が行われてから実際にNOx浄化触媒12が昇温されるまでにはある程度の時間がかかる。そのため、燃料の供給直後にあってはS被毒回復が行われないおそれがある。そこで本実施形態ではS被毒回復用の燃料供給に先立って、NOx浄化触媒12を昇温させるための燃焼用燃料を同NOx浄化触媒12に供給するようにしている。この燃焼用燃料の供給処理により、S被毒回復に先立ってNOx浄化触媒12は昇温され、S被毒回復処理の実行後速やかにS被毒回復が行われるようになる。また、このようにNOx浄化触媒が予め昇温された状態からS被毒回復を開始するようにしているため、S被毒回復処理の実行に際して、NOx浄化触媒12の昇温に必要な燃料、すなわち還元剤の供給量を減少させることができ、これによりターボ壁面に付着する還元剤の量を減量させることができる。
【0058】
そこで、先のS140で肯定判定された場合、すなわちターボ壁温Tが所定温度T2よりも高い場合には(S140でYES)、この昇温処理が実行される(S150)。この昇温処理では、噴射ノズル5から燃料が噴射され、この噴射された燃料はNOx浄化触媒12上で燃焼されることにより、同NOx浄化触媒12は昇温される。この昇温処理における燃焼用燃料の供給処理は上記昇温手段を構成する。
【0059】
なお、この昇温処理では、燃焼用燃料の供給によってNOx浄化触媒12を昇温させるようにしているが、この処理が行われるときには、先のS140での判定でターボ壁温Tは所定温度T2よりも高いことが確認されている。そのため、昇温処理での燃焼用燃料供給による壁面への燃料付着は抑制される。
【0060】
次に昇温処理が終了したか否かが判定される(S160)。この判定は、NOx浄化触媒12の温度が所定期間継続して所定温度T3以上に維持されたか否かに基づいて行われる。なお、NOx浄化触媒12の温度は排気温度ETから推定している。また所定温度T3としては、この後実行されるS被毒回復を速やかに行うことのできる温度が設定されており、所定期間としてはNOx浄化触媒12全体の温度を所定温度T3にすることのできる時間が設定されている。
【0061】
そして、昇温処理がまだ終了していない場合には(S160でNO)、昇温処理の終了判定がなされるまで、S150及びS160の処理が繰り返し実行される。
【0062】
一方、昇温処理が終了した場合には(S160でYES)、十分にNOx浄化触媒12が昇温されており、速やかにS被毒回復を行うことができるため、S被毒回復処理が実行される(図3のS170)。このS被毒回復処理が実行されると、噴射ノズル5から燃料が噴射され、NOx浄化触媒12に還元剤である燃料が供給される。このようにNOx浄化触媒12に還元剤が供給されると、上述したようにNOx浄化触媒12に堆積した硫黄分は還元された状態で放出される。また、S被毒回復処理の実行時には、スロットル弁16が閉じ側に制御される。これにより排気中の酸素濃度を低下させ、硫黄分の還元・放出をより促進させるようにしている。なお、このS被毒回復処理における還元剤の供給処理は上記還元剤供給手段を構成する。
【0063】
次に、ターボ壁温Tが読み込まれ(図3のS180)、ターボ壁温Tが所定温度T1以下であるか否かが判定される(図3のS190)。なお、この所定温度T1は上記所定温度T2と同一の値が設定されている。そして、ターボ壁温Tが所定温度T1以下である旨の判定がなされると(図3のS190でYES)、ターボ壁面に燃料が付着するおそれがあるため、噴射ノズル5からの燃料供給が禁止される。換言すれば、S被毒回復処理が中断され(図3のS200)、還元剤の供給を制限する制限処理が行われる。
【0064】
ここで、S被毒回復用の燃料供給処理が中断されると、NOx浄化触媒12に堆積した硫黄分が十分に還元・放出される前に燃料供給が禁止されてしまう。そこで、次にNOx浄化触媒12に残存している硫黄分の量であるS残存量RSが算出され(図3のS210)、この算出結果は制御装置25内のRAMに記憶される。なお、このS残存量RSはS被毒回復処理の実行時間(噴射ノズル5による還元剤供給の実行時間)が長くなるほど少なくなるため、同実行時間に基づいて推定することができる。そして、別途実行されているターボ壁温Tの推定処理を終了させて(図3のS240)、本処理は終了される。
【0065】
他方、先のS190において、ターボ壁温Tが所定温度T1よりも高い旨の判定がなされた場合には(S190でNO)、S被毒回復処理が終了したか否かが判定される(図3のS220)。ここでは、S被毒回復が十分なされたと推定できる時間以上、噴射ノズル5からの燃料噴射が実行され、同噴射ノズル5からの燃料噴射が終了されているときに肯定判定される。そして、S被毒回復処理が終了されていない場合には(S220でNO)、S被毒回復処理の終了判定がなされるまで、S170〜S190及びS220の処理が繰り返し実行される。
【0066】
一方、S被毒回復処理が終了されている場合には(S220でYES)、S残存量RSが「0」にリセットされ(図3のS230)、別途実行されているターボ壁温Tの推定処理を終了させて(図3のS240)、本処理は終了される。
【0067】
次に上記ターボ壁温Tの推定について、図5〜図7を併せ参照して説明する。本実施形態では、ターボ壁温Tを機関運転状態、より具体的には燃料噴射量と機関回転速度とに基づいて推定するようにしている。これは、燃料噴射量が増大するほど排気温度が上昇し、ターボ壁温も高くなるといった傾向があるためである。また、機関回転速度が増大すると排気流量が増大し、排気からターボ壁面に移動する熱量も増大するため、ターボ壁温は高くなるといった傾向があるためである。こうした理由により、機関運転の定常状態がある時間以上継続されていれば、排気からターボ壁面への熱伝達が十分に行われているため、そのときの機関運転状態に基づいてターボ壁温Tを推定することができる。
【0068】
ここで図5に示すように、機関運転状態が定常状態Aから別の定常状態Bに変化した場合には(時刻tα)、定常状態Aでの機関運転状態に基づいて推定されるターボ壁温aは、定常状態Bでの機関運転状態に基づいて推定されるターボ壁温b(一点鎖線)に直ちに変更される。一方、排気からターボ壁面への熱伝達にはある程度の時間を要する。そのため、実際のターボ壁温Tは、実線で示されるようにターボ壁温aからターボ壁温bに向けて徐々に変化していく。すなわち機関運転状態の変化に対してターボ壁温の変化は遅れてしまう。そのため、機関運転状態が変化してからしばらくの間は、燃料噴射量と機関回転速度とに基づいてターボ壁温を推定してもその推定精度は低下してしまう。そこで、本実施形態では、機関運転状態が変化した場合のターボ壁温を精度よく推定するために、後述する一次遅れモデル式を用いてターボ壁温Tを算出するようにしている。
【0069】
図6はターボ壁温Tの推定にかかる処理手順を示しており、先の図2におけるS110で肯定判定されると、制御装置25によって所定時間毎に繰り返し実行される。
【0070】
本処理が開始されると、まず、燃料噴射量Qと機関回転速度NEとが読み込まれる(S300)。なお、燃料噴射量Qはアクセル開度ACCP及び機関回転速度NE等に基づいて別途算出されている。
【0071】
次に、燃料噴射量Q及び機関回転速度NEに基づき図7に示すターボ壁温推定マップを参照して、定常運転時のターボ壁温TMが推定される(S310)。このターボ壁温推定マップは、燃料噴射量Qが増大するほど、あるいは機関回転速度NEが増大するほど算出されるターボ壁温TMも大きくなるように設定されている。
【0072】
次に、次式(2)に基づいてターボ壁温Tが算出される(S320)。
T=(TMn−1−TM)×e^(−t/τ)+TM … (2)
なお、ターボ壁温TMn−1はターボ壁温推定マップに基づいて前回推定されたターボ壁温であり、ターボ壁温TMは同マップに基づいて今回推定されたターボ壁温である。また経過時間tは、機関運転状態が変化してから現在までの経過時間を示しており、先の図5においては時刻tαからの経過時間tを示す。そして、時定数τは、機関運転状態の変化によって排気温度や排気流量が変化してからターボ壁温が変化するまでの応答遅れが反映された値であり、予めの実験等により最適な値が設定されている。また、「e」は自然対数の底であり、その値は「e=2.7182…」となる無理数である。すなわち、この式(2)は、機関運転状態がある定常状態から別の定常状態に変化した場合のターボ壁温の推移を推定する一次遅れモデル式になっている。なお、この式(2)から分かるように経過時間tが長くなるほど、「(TMn−1−TM)×e^(−t/τ)」の値は小さくなる。すなわち、先の図5に示すように、時刻tαで機関運転状態が変化してからの経過時間tが長くなるほど、ターボ壁温Tは前回推定されたターボ壁温TMn−1から今回推定されたターボ壁温TMに近づいていく。
【0073】
こうしてターボ壁温Tの算出が行われると本処理は終了される。そして、所定時間毎に上記一連の推定処理が行われ、ターボ壁温Tは更新される。このターボ壁温推定処理により、先の図5に示した実際のターボ壁温(実線)を近似した値が算出され、機関運転状態が変化した後のターボ壁温Tを精度よく推定することができる。
【0074】
以上説明したように、本実施形態によれば次のような効果が得られるようになる。
(1)S被毒回復用の還元剤供給に際し、排気通路を区画する部材であって、特に燃料付着が生じやすいタービンハウジング42の壁面について、その温度(ターボ壁温T)が所定温度T1以下のときには還元剤の供給を制限するようにしている。そのため、還元剤供給に際して、ターボ壁面への還元剤付着を抑えることができるようになり、ひいては上記白煙の発生も好適に抑えることができるようになる。
【0075】
(2)S被毒回復処理の実行中にターボ壁温Tが所定温度T1以下になったときに、還元剤供給を中断するようにしている。すなわち、S被毒回復処理の実行中にターボ壁温Tを監視するようにしているため、還元剤供給処理の実行中にターボ壁温Tが低下し、ターボ壁面に燃料が付着してしまうような状態になった場合でも、ターボ壁面への燃料付着を確実に抑制することができるようになる。
【0076】
(3)このように還元剤供給処理の実行が中断される場合には、NOx浄化触媒12に硫黄分が残留してしまう。そこで上記実施形態では、S被毒回復用の還元剤供給が中断される場合には、NOx浄化触媒12に残存する硫黄分の量を算出し、この算出されたS残存量を、NOx浄化触媒12に堆積したS堆積量の算出に際して加算するようにしている。そのため、S被毒回復処理が中断された場合でもS堆積量Sを正確に算出することができ、もってS被毒回復処理の実行要求にかかる判定精度を向上させることができるようになる。
【0077】
(4)S被毒回復用の還元剤供給に先立って、NOx浄化触媒12に昇温用の燃焼用燃料を供給するようにしている。そのため、NOx浄化触媒12の温度が十分に高められた状態でS被毒回復処理を行うことができ、同S被毒回復処理の実行直後から確実にS被毒回復を行うことができるようになる。また、このように予めNOx浄化触媒12が昇温された状態からS被毒回復が開始されるため、S被毒回復中の還元剤供給量についてもその量を減少させることができ、これによりターボ壁面に付着する還元剤の量を減量させることができるようになる。
【0078】
(5)また上記昇温処理を、NOx浄化触媒12の温度が所定期間継続して所定温度T3以上に維持されるまで実行するようにしている。従ってNOx浄化触媒12全体の温度を確実に昇温させることができる。そのため、S被毒回復を確実に行うことができるようになり、ひいてはS被毒回復中の還元剤供給量についてもその量を確実に減少させることができ、上記(3)に記載の効果を確実に得ることができるようになる。
【0079】
(6)更に、上記昇温処理の実行に際して、ターボ壁温が所定温度T2以下のときには燃焼用燃料の供給を制限するようにしている。そのため燃焼用燃料の供給に起因する、ターボ壁面への燃焼用燃料の付着を抑えることができるようになる。
【0080】
(7)上記制限処理による制限態様として、燃焼用燃料の供給や還元剤供給を禁止するようにしている。そのためターボ壁面への還元剤付着や燃焼用燃料の付着を確実に抑えることができるようになる。
【0081】
(8)燃料噴射量Q及び機関回転速度NEといった機関運転状態に基づいてターボ壁温Tを推定するようにしている。また、上記一次遅れモデル式を用いて機関運転状態が変化した後のターボ壁温Tも精度よく推定するようにしている。そのため、ターボ壁面に新たなセンサ等を設けることなく、ターボ壁温Tを把握することができるようになる。
【0082】
なお、上記実施形態は以下のように変更して実施することもできる。
・上記昇温処理における所定温度T2とS被毒回復処理における所定温度T1とを互いに異ならせてもよい。例えば実験等により各所定温度T1、T2をそれぞれ異なる好適な値に設定してもよい。
【0083】
・上記実施形態では、還元剤の供給を制限する制限処理をS被毒回復処理の実行中、すなわち還元剤の供給が行われているときに実行するようにしたが、S堆積量Sが限界堆積量Smax以上である旨の判定がなされた後であれば、いつ実行してもよい。例えば、先の図3におけるS170の処理に先立って、図8に示すS400、及びS410の処理を追加するようにしてもよい。すなわち、S被毒回復処理の実行に先立って、ターボ壁温Tを読み込み(S400)、ターボ壁温Tが所定温度T1以下であるか否かを判定する(S410)。そして、ターボ壁温Tが所定温度T1以下である場合には(S410でYES)、図3に示したS200以降の処理を実行する。一方、ターボ壁温Tが所定温度T1よりも高い場合には(S410でNO)、図3に示したS170以降の処理を実行する。この場合にも上記実施形態と同様な効果を得ることができる。なお、この場合にはS被毒回復処理の実行中に行われる制限処理を省略してもよい。
【0084】
・また、ターボ壁温Tが所定温度T4以上であるときに還元剤供給の処理についてその開始を許可する一方、ターボ壁温Tが所定温度T5未満に低下したときに還元剤供給の処理を中断するようにしてもよい。なお、このときの所定温度T4及び所定温度T5は上記所定温度T1と同一の値でもよく、また、例えば実験等により各所定温度T4、T5をそれぞれ異なる好適な値に設定してもよい。この場合にも、ターボ壁温Tが所定温度T4以上であるときに還元剤供給の処理についてその開始が許可されるため、ターボ壁面への還元剤付着を抑制することができるようになる。また、開始が許可された還元剤供給処理について、ターボ壁温Tが所定温度T5未満に低下したときにはその処理が中断されるため、同供給処理の実行中にターボ壁温Tが低下した場合においても、還元剤がターボ壁面に付着することを確実に抑制することができるようになる。
【0085】
・上記実施形態では、燃焼用燃料の供給を制限する制限処理を昇温処理の実行前に行うようにしたが、昇温処理の実行中、すなわち燃焼用燃料の供給が行われているときに同制限処理を実行するようにしてもよい。この場合には、昇温処理の実行中にあって、ターボ壁温Tが低下したときでも、ターボ壁面への燃焼用燃料の付着を抑制することができる。なお、この場合には昇温処理の実行前に行われる制限処理を省略してもよい。
【0086】
・また、ターボ壁温Tが所定温度T4以上であるときに燃焼用燃料の供給処理についてその開始を許可する一方、ターボ壁温Tが所定温度T5未満に低下したときに燃焼用燃料の供給処理を中断するようにしてもよい。なお、このときの所定温度T4及び所定温度T5は上記所定温度T2と同一の値でもよく、また、例えば実験等により各所定温度T4、T5をそれぞれ異なる好適な値に設定してもよい。この場合にも、ターボ壁温Tが所定温度T4以上であるときに燃焼用燃料の供給処理についてその開始が許可されるため、ターボ壁面への燃焼用燃料の付着を抑制することができるようになる。また、開始が許可された燃焼用燃料の供給処理について、ターボ壁温Tが所定温度T5未満に低下したときにはその処理が中断されるため、同供給処理の実行中にターボ壁温Tが低下した場合においても、燃焼用燃料がターボ壁面に付着することを確実に抑制することができるようになる。
【0087】
・上記制限処理として燃焼用燃料の供給及び還元剤の供給を禁止するようにしたが、少なくともいずれか一方の供給についてその実行を禁止するようにしてもよい。この場合にも上記実施形態に準ずる作用効果を得ることができる。
【0088】
・上記制限処理における制限態様として、燃焼用燃料の供給量や還元剤の供給量を減量するようにしてもよい。この場合にも上記実施形態に準ずる作用効果を得ることができる。
【0089】
・S被毒回復処理で実行される還元剤供給によって、NOx浄化触媒12を速やかに昇温させることができる場合には、上記昇温処理(S150及びS160の処理)を省略してもよい。
【0090】
・上記実施形態ではターボ壁温Tを推定するようにしたが、上記ターボ壁面に温度センサなどの温度検出素子を取り付けて、実際のターボ壁温を検出するようにしてもよい。また、タービンハウジング42の内壁の温度とその外壁の温度とは相関関係にあるため、タービンハウジング42の外壁の温度を推定する、或いは検出し、それらの値を排気通路の壁温として参照するようにしてもよい。
【0091】
・上記実施形態ではターボ壁面の温度を推定するようにしたが、排気通路にあって壁温を推定する部分は任意に選択することができる。なお、燃料付着が生じやすい部分の壁温を推定するようにすれば、上記白煙の発生を好適に抑えることができる。
【0092】
・上記実施形態では、燃料噴射量Qと機関回転速度NEとに基づいてターボ壁温Tを推定するようにした。ここで、機関負荷が増大すると排気温度は高くなる傾向にあるため、機関負荷と相関関係にある他のパラメータ、例えばアクセル開度ACCP等を用いてターボ壁温Tを推定するようにしてもよい。
【0093】
・上記実施形態におけるNOx浄化触媒は、NOx吸蔵還元型触媒であった。この他にも、還元剤が供給されるNOx浄化触媒、例えばNOx選択還元型触媒等のNOx浄化触媒であっても、本発明は同様に適用することができる。
【0094】
・上記実施形態において、噴射ノズル5から噴射される還元剤は内燃機関用の燃料であったが、S被毒回復に寄与する還元剤であればどのようなものでもよい。この場合にも、上記実施形態と同等の効果を得ることができる。
【0095】
・上記実施形態における内燃機関はディーゼルエンジンであった。しかし、NOx浄化触媒が担持された担体を備え、同担体に対して燃料等の還元剤を供給する機関であれば上記実施形態は適用可能であり、この場合にも上記実施形態と同等な効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施形態にかかる排気浄化装置が適用される内燃機関、並びにその周辺構成を示す概略構成図。
【図2】同実施形態によるS被毒回復制御の処理手順を示すフローチャート。
【図3】同実施形態によるS被毒回復制御の処理手順を示すフローチャート。
【図4】種々の条件におけるターボ壁温の最小値及び白煙の発生状況を示す説明図。
【図5】機関運転状態が変化したときのターボ壁温の推移を例示するタイミングチャート。
【図6】上記実施形態によるターボ壁温推定処理の手順を示すフローチャート。
【図7】同実施形態において、ターボ壁温を算出するためのマップ構造を示す図。
【図8】上記実施形態の変形例におけるS被毒回復制御の処理手順を示すフローチャート。
【符号の説明】
1…エンジン、2…シリンダヘッド、3…吸気通路、4a〜4d…燃料噴射弁、5…噴射ノズル、6a〜6d…排気ポート、7…インテークマニホールド、8…エキゾーストマニホールド、9…コモンレール、10…サプライポンプ、11…ターボチャージャ、12…NOx浄化触媒、13…EGR通路、14…EGRクーラ、15…EGR弁、16…スロットル弁、17…アクチュエータ、18…インタークーラ、19…エアフロメータ、20…スロットル開度センサ、21…空燃比センサ、22…機関回転速度センサ、24…アクセル開度センサ、25…制御装置、26…排気管、27…燃料供給管、28…EGR装置、29…排気温度センサ、40…センタハウジング、41…コンプレッサハウジング、42…タービンハウジング、#1…第1気筒、#2…第2気筒、#3…第3気筒、#4…第4気筒。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine to which a reducing agent is supplied when performing an S poison recovery process of a NOx purification catalyst.
[0002]
[Prior art]
In recent years, NOx purification catalysts that purify NOx (nitrogen oxides) in exhaust gas have been provided in the exhaust passages of some internal combustion engines.
[0003]
When the air-fuel ratio of the exhaust gas is lean, this NOx purification catalyst occludes (absorbs) NOx in the exhaust gas and reduces the NOx concentration in the exhaust gas. Further, when the air-fuel ratio of the exhaust gas becomes rich, that is, when placed in a reducing atmosphere, the stored NOx is reduced and released.
[0004]
On the other hand, this NOx purification catalyst absorbs not only NOx but also sulfur and its compounds contained in fuel and the like (hereinafter referred to as “S poisoning”). Therefore, the NOx purification catalyst by so-called S poisoning in which the amount of storable NOx decreases and the NOx purification function decreases when the amount of accumulation (hereinafter referred to as “S accumulation amount”) increases in the NOx purification catalyst. The functional deterioration phenomenon occurs.
[0005]
Here, in a reducing atmosphere in which the NOx purification catalyst is at a temperature close to 600 ° C. and the oxygen concentration around the catalyst is low, sulfur accumulated in the NOx purification catalyst is released in a reduced state from the NOx purification catalyst. It is known that
[0006]
In order to perform such so-called S poison recovery, the apparatus described in Patent Document 1 supplies a reducing agent to the NOx purification catalyst via the exhaust passage. When the reducing agent is thus supplied to the NOx purification catalyst, the reducing agent contributes to the reduction reaction of the sulfur content. The reducing agent is burned in the NOx purification catalyst, and the temperature of the catalyst is increased by the heat. Moreover, since the oxygen around the NOx purification catalyst is consumed by the combustion of the reducing agent and the oxygen concentration around the catalyst is also reduced, conditions such as a high temperature and a reducing atmosphere are satisfied, and S poisoning recovery is performed.
[0007]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 11-13456
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the reducing agent supply described above, the reducing agent is supplied to the NOx purification catalyst via the exhaust passage. For this reason, among the supplied reducing agents, reducing agents that have not evaporated or are not atomized may adhere to the wall surface of the exhaust passage before reaching the NOx purification catalyst.
[0009]
When the reducing agent adheres to the wall surface of the exhaust passage in this way, the attached reducing agent is atomized by the flow of the exhaust gas when the exhaust flow rate or the exhaust flow rate increases, for example, sudden start or acceleration of the vehicle, and the unburned state There is a risk that such white smoke may be discharged into the atmosphere.
[0010]
Incidentally, the temperature of the NOx purification catalyst is low when the engine is started from a cold engine state. If the reducing agent adheres to the wall of the exhaust passage in such a state, even if the reducing agent reaches the catalyst by exhaust, consumption (oxidation) of the reducing agent is not performed on the catalyst. Is more likely to occur.
[0011]
The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is an internal combustion engine that supplies a reducing agent for recovery of S poisoning, and suppresses the attachment of the reducing agent to the wall surface of the exhaust passage. An object of the present invention is to provide an exhaust gas purification device for an internal combustion engine that can perform the above-described operation.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
  The means for achieving the above object and the effects thereof will be described below.
  An invention according to claim 1 is an internal combustion engine exhaust gas purification apparatus comprising a NOx purification catalyst disposed in an exhaust passage and a reducing agent supply means for supplying a reducing agent for S poison recovery to the NOx purification catalyst. And a restricting means for restricting supply of the reducing agent by the reducing agent supply means when the wall temperature of the exhaust passage is equal to or lower than a predetermined temperature T1.In addition, the internal combustion engine is provided with a supercharger driven by exhaust pressure in its exhaust passage, and the limiting means is a temperature of a member defining the exhaust passage in the supercharger as a wall temperature of the exhaust passage. referThis is the gist.
[0013]
  When the temperature of the wall surface of the exhaust passage is a temperature that promotes vaporization of the reducing agent, even if the reducing agent is supplied by the reducing agent supply means, the reducing agent does not easily adhere to the wall surface. In other words, when the temperature of the wall surface of the exhaust passage is equal to or lower than a certain temperature, the supply of the reducing agent can be restricted to prevent the reducing agent from attaching to the wall surface. Therefore, in the above configuration, when the wall temperature of the exhaust passage is equal to or lower than the predetermined temperature T1, the supply of the reducing agent by the reducing agent supply means is limited. For this reason, when the reducing agent is supplied, it is possible to suppress the attachment of the reducing agent to the wall surface, and thus the generation of the white smoke can also be suitably suppressed.
The exhaust gas that passes through the supercharger consumes thermal energy by driving the supercharger, and the temperature of the exhaust gas is deprived by the components of the supercharger. Therefore, in some cases, the temperature of the wall surface of the supercharger that constitutes a part of the exhaust passage may be lower than the wall temperature of the exhaust pipe that constitutes the exhaust passage. In this case, the wall surface in the supercharger It is easy for the reducing agent and combustion fuel to adhere to the surface. Further, reducing agents and combustion fuel tend to adhere to the wall surface that greatly changes the flow direction of the exhaust gas in the supercharger. In the turbocharger to which the reducing agent and the combustion fuel are likely to adhere as described above, the temperature of the member defining the exhaust passage is referred to as the wall temperature of the exhaust passage. It is possible to more suitably suppress the adhesion of the reducing agent and the combustion fuel to the wall surface of the passage.
[0014]
According to a second aspect of the present invention, in the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the first aspect, prior to the supply of the reducing agent by the reducing agent supply means, combustion fuel is supplied to the NOx purification catalyst. The gist is to further include a temperature raising means for raising the temperature.
[0015]
Although the temperature of the NOx purification catalyst is raised by the supply of the reducing agent for S poison recovery, it takes some time until the temperature of the NOx purification catalyst is actually raised after the supply of the reducing agent. Therefore, S poison recovery may not be performed immediately after supplying the reducing agent. In this regard, in the above configuration, the temperature increasing combustion fuel is supplied to the NOx purification catalyst prior to the supply of the reducing agent for S poison recovery. Therefore, the S poison recovery process can be performed in a state where the temperature of the NOx purification catalyst is sufficiently increased, and the S poison recovery can be surely performed immediately after the execution of the S poison recovery process. . In addition, since the S poison recovery starts from the state in which the NOx purification catalyst has been preliminarily raised in this way, when the S poison recovery process is executed, the amount of reducing agent supplied necessary for raising the temperature of the NOx purification catalyst is reduced. This makes it possible to reduce the amount of reducing agent adhering to the wall surface of the exhaust passage.
[0016]
According to a third aspect of the present invention, in the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the second aspect, the restricting means supplies the combustion fuel by the temperature raising means when the wall temperature of the exhaust passage is equal to or lower than a predetermined temperature T2. The gist of the present invention is to include processing for limiting supply as the limiting processing.
[0017]
According to this configuration, as the restriction process, the supply of combustion fuel by the temperature raising means is restricted when the wall temperature of the exhaust passage is equal to or lower than the predetermined temperature T2. Therefore, it becomes possible to suppress the adhesion of the combustion fuel to the wall surface due to the supply of the combustion fuel by the temperature raising means.
[0018]
According to a fourth aspect of the present invention, in the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the second or third aspect, the temperature raising means maintains the temperature of the NOx purification catalyst at a predetermined temperature T3 or higher continuously for a predetermined period. The gist is to execute the temperature raising process.
[0019]
According to this configuration, the temperature of the entire NOx purification catalyst can be reliably raised. Therefore, it becomes possible to reliably recover S poisoning, and as a result, the amount of reducing agent supplied during recovery from S poisoning can be reliably reduced, and the effect according to claim 2 can be achieved. You will be able to get it reliably.
[0020]
  The invention according to claim 5 is the claim.25. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 4, wherein the limiting means prohibits execution of at least one of a reducing agent supply by the reducing agent supply means and a combustion fuel supply by the temperature raising means. The gist is to execute the process as the restriction process.
[0021]
According to this configuration, since at least one of the supply of the reducing agent and the supply of the combustion fuel is not performed as the restriction process, the attachment of the reducing agent or the combustion fuel to the wall surface can be reliably suppressed. Become.
[0022]
  The invention according to claim 6 is the26. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 5, wherein the limiting means includes a reducing agent supply of the reducing agent supply means and a combustion fuel for the temperature raising means when the wall temperature is equal to or higher than a predetermined temperature T4. While permitting the start of at least one of the treatments of the supply, when the wall temperature falls below a predetermined temperature T5,Authorized to startThe gist of this is to interrupt one process.
[0023]
When the wall temperature is a temperature that promotes vaporization of the reducing agent and the combustion fuel, adhesion of the reducing agent and the combustion fuel to the wall surface is suppressed. Therefore, in the above configuration, when the wall temperature is equal to or higher than the predetermined temperature T4, the start of at least one of the reducing agent supply and the combustion fuel supply is permitted. Therefore, it is possible to suppress the attachment of the reducing agent and the combustion fuel to the wall surface of the exhaust passage. In addition, the supply process that is permitted to start is interrupted when the wall temperature falls below a predetermined temperature T5. Therefore, even when the wall temperature decreases during the execution of the supply process, it is possible to reliably prevent the reducing agent and the combustion fuel from adhering to the wall surface of the exhaust passage.
[0024]
Here, when the reducing agent supply process by the reducing agent supply means is interrupted, the sulfur content remains in the NOx purification catalyst. Therefore, according to the invention as set forth in claim 7, the reducing agent supply means estimates the S accumulation amount of the NOx purification catalyst based on the engine operation state, and the estimated S accumulation amount is not less than a predetermined amount. When the reducing agent supply process by the reducing agent supply means is interrupted as the one process, the S is performed based on the execution time of the supply process. The remaining amount of the accumulated amount is calculated, and this is added to the estimated accumulated amount of S deposited on the NOx purification catalyst after interruption of the supply process, thereby adopting the S deposition of the NOx purification catalyst. The amount can be calculated accurately. Therefore, when determining whether or not to execute the S poison recovery process based on the S accumulation amount, it is possible to improve the determination accuracy.
[0025]
The gist of an eighth aspect of the invention is the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to any one of the first to seventh aspects, wherein the wall temperature is estimated based on an engine operating state.
[0026]
Although the wall temperature can be detected by providing a temperature sensor or the like in the exhaust passage, generally such a sensor is not provided in the exhaust passage of the internal combustion engine. Therefore, it is necessary to provide a new sensor, which causes an increase in the mounting process and an increase in component costs. Here, the wall temperature of the exhaust passage has a correlation with the exhaust temperature, and this exhaust temperature can be estimated based on the engine operating state. Therefore, according to the above configuration, the wall temperature can be grasped without providing a new sensor or the like in the exhaust passage of the internal combustion engine.
[0029]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment in which an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention is embodied in a common rail type four-cylinder diesel engine mounted on an automobile will be described in detail with reference to FIGS.
[0030]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an exhaust purification device for an internal combustion engine according to the present embodiment, an engine 1 to which the exhaust purification device is applied, and the peripheral configuration thereof.
The engine 1 is provided with a plurality of cylinders # 1 to # 4. Fuel injection valves 4 a to 4 d are attached to the cylinder head 2 for each cylinder. These fuel injection valves 4a to 4d inject fuel into the cylinders of the cylinders # 1 to # 4. Further, the cylinder head 2 is provided with intake ports for introducing outside air into the cylinders and exhaust ports 6a to 6d for discharging combustion gas outside the cylinders corresponding to the respective cylinders # 1 to # 4. ing.
[0031]
The fuel injection valves 4a to 4d are connected to a common rail 9 that accumulates high-pressure fuel. The common rail 9 is connected to the supply pump 10. The supply pump 10 sucks fuel in a fuel tank (not shown) and supplies high-pressure fuel to the common rail 9. The high-pressure fuel supplied to the common rail 9 is injected into the cylinder from the fuel injection valves 4a to 4d when the fuel injection valves 4a to 4d are opened.
[0032]
An intake manifold 7 is connected to the intake port. The intake manifold 7 is connected to the intake passage 3. A throttle valve 16 for adjusting the intake air amount is provided in the intake passage 3.
[0033]
An exhaust manifold 8 is connected to the exhaust ports 6a to 6d. A turbocharger 11 to be described later is connected to an exhaust downstream side of the exhaust manifold 8, and an exhaust pipe 26 is connected to the exhaust downstream side of the turbocharger 11. A NOx purification catalyst 12 for purifying NOx in the exhaust is installed in the middle of the exhaust pipe 26. The NOx purification catalyst 12 is a carrier on which a NOx occlusion reduction type catalyst is supported. When the air-fuel ratio of the exhaust is lean, the NOx purification catalyst 12 occludes NOx in the exhaust, and when the air-fuel ratio is rich, the occluded NOx. Is reduced and released.
[0034]
In addition, the engine 1 is provided with an EGR device 28. The EGR device 28 is a device that reduces the amount of NOx generated by lowering the combustion temperature in the cylinder by introducing part of the exhaust gas into the intake air. The EGR device 28 includes an EGR passage 13 that connects the intake passage 3 and the exhaust manifold 8, an EGR valve 15 that is provided in the EGR passage 13, and an EGR cooler 14. The opening degree of the EGR valve 15 is adjusted by the control device 25. As a result, the amount of exhaust gas (EGR amount) introduced from the exhaust manifold 8 into the intake passage 3 is adjusted. The EGR cooler 14 reduces the temperature of the exhaust gas flowing in the EGR passage 13.
[0035]
Further, the engine 1 is provided with a turbocharger (supercharger) 11 that supercharges intake air introduced into the cylinder using exhaust pressure. The turbocharger 11 includes a center housing 40, a turbine housing 42, and a compressor housing 41. The exhaust manifold 8 is connected to the opening provided in the outer peripheral portion of the turbine housing 42, and the exhaust pipe 26 is connected to the opening provided in the central portion of the turbine housing 42. An air cleaner-side intake passage 3 is connected to an opening provided in the center of the compressor housing 41, and a combustion chamber-side intake passage 3 is connected to an opening provided in the outer peripheral portion of the compressor housing 41. Has been.
[0036]
In the turbine housing 42, a turbine wheel that rotates by exhaust gas fed from the exhaust manifold 8 is provided. The compressor housing 41 is provided with a compressor wheel that forcibly sends the air in the intake passage 3 to the combustion chamber. The turbine wheel and the compressor wheel are connected via a rotor shaft so as to be integrally rotatable. Then, when exhaust is blown onto the turbine wheel and the turbine wheel rotates, the compressor wheel also rotates, and the air in the intake passage 3 is forcibly sent into the combustion chamber.
[0037]
Further, an intercooler 18 is provided in the intake passage 3 between the compressor housing 41 and the throttle valve 16 in order to reduce the temperature of the intake air whose temperature rises due to supercharging of the turbocharger 11.
[0038]
Various sensors for detecting the engine operation state are attached to the engine 1. For example, the air flow meter 19 detects the intake air amount GA in the intake passage 3. The throttle opening sensor 20 detects the opening of the throttle valve 16, that is, the throttle opening TA. The air-fuel ratio sensor 21 detects the air-fuel ratio λ of the exhaust. The engine rotational speed sensor 22 detects the rotational speed of the crankshaft, that is, the engine rotational speed NE. The accelerator opening sensor 24 detects an accelerator pedal depression amount, that is, an accelerator opening ACCP. An exhaust temperature sensor 29 provided on the exhaust downstream side of the NOx purification catalyst 12 detects an exhaust temperature ET on the exhaust downstream side of the NOx purification catalyst 12.
[0039]
The outputs of these various sensors are input to the control device 25. The control device 25 includes a central processing control device (CPU), a read only memory (ROM) that stores various programs and maps in advance, a random access memory (RAM) that temporarily stores CPU calculation results, an input interface, and an output. It is mainly composed of a microcomputer equipped with an interface. The control device 25 controls, for example, the fuel injection amount control and fuel injection timing control of the fuel injection valves 4a to 4d, the discharge pressure control of the supply pump 10, the drive amount control of the actuator 17 that opens and closes the throttle valve 16, and the EGR valve. Various controls of the engine 1 such as opening degree control of 15 are performed.
[0040]
On the other hand, an injection nozzle 5 for supplying fuel to the NOx purification catalyst 12 is attached to the exhaust manifold 8. The injection nozzle 5 and the supply pump 10 are connected by a fuel supply pipe 27 so that light oil as fuel is supplied. The injection nozzle 5 has the same structure as the fuel injection valves 4a to 4d, and the injection amount and injection timing are controlled by the control device 25. The injection nozzle 5 is provided upstream of the turbocharger 11 so that fuel can be added to high-temperature exhaust. For this reason, the temperature of the fuel supplied from the injection nozzle 5 to the exhaust system can be sufficiently raised, and as a result, the temperature of the NOx purification catalyst 12 can be sufficiently raised in the S poison recovery control described later. It is like that.
[0041]
Now, it is known that the NOx purification catalyst 12 absorbs not only NOx but also sulfur and its compounds contained in fuel and the like. Therefore, when the S accumulation amount of the NOx purification catalyst increases, the NOx purification catalyst function deterioration phenomenon due to so-called S poisoning occurs in which the storable NOx amount decreases and the NOx purification function deteriorates.
[0042]
Here, in a reducing atmosphere in which the NOx purification catalyst 12 is at a temperature close to 600 ° C. and the oxygen concentration around the catalyst is low, the sulfur content deposited on the NOx purification catalyst is released in a reduced state. That is, under the above conditions, the S accumulation amount of the NOx purification catalyst 12 can be reduced.
[0043]
Therefore, in this embodiment, in order to perform such so-called S poison recovery, a reducing agent, that is, fuel for the engine 1 is supplied to the NOx purification catalyst 12. This fuel supply is performed by supplying fuel from the injection nozzle 5 described above. When fuel is thus supplied to the NOx purification catalyst 12, this fuel contributes to the reduction reaction of the sulfur content. The fuel is combusted in the NOx purification catalyst, and the temperature of the NOx purification catalyst 12 is increased by the heat. In addition, the oxygen around the NOx purification catalyst 12 is consumed by the combustion of the fuel, and the oxygen concentration around the NOx purification catalyst 12 is also lowered, so that conditions such as high temperature and a reducing atmosphere are satisfied, and S poisoning recovery is performed.
[0044]
By the way, when the above-described fuel supply process for S poison recovery is executed, the fuel is supplied to the NOx purification catalyst 12 through the exhaust passages such as the exhaust manifold 8, the turbocharger 11, and the exhaust pipe 26. Therefore, of the supplied fuel, fuel that has not evaporated and fuel that has not been atomized may adhere to the wall surface of the exhaust passage before reaching the NOx purification catalyst 12.
[0045]
In particular, fuel tends to adhere to the wall surface of the turbine housing 42 of the turbocharger 11. This is due to the following reason.
That is, the exhaust gas passing through the turbocharger 11 consumes heat energy by driving the turbocharger 11, and the temperature of the exhaust gas is deprived by the constituent members of the turbocharger 11. Therefore, the fuel is likely to adhere to the wall surface of the turbine housing 42 and the like. Further, since the flow direction of the exhaust gas is greatly changed inside the turbocharger 11, for example, in the turbine housing 42, fuel tends to adhere to the wall surface of the turbine housing 42.
[0046]
When fuel adheres to the wall surface of the exhaust system in this way, the adhering fuel is atomized by the flow of exhaust gas when the exhaust flow rate or exhaust flow rate increases, for example, sudden start or acceleration of the vehicle, and the unburned white There is a risk of inconveniences such as being discharged into the atmosphere as smoke. Incidentally, the temperature of the NOx purification catalyst 12 is low when the engine is started from a cold engine state. If fuel adheres to the wall surface of the exhaust system in such a state, fuel consumption (oxidation) is not performed on the NOx purification catalyst 12 even if the fuel reaches the NOx purification catalyst 12 by exhaust. The white smoke is more likely to be generated.
[0047]
Therefore, in the present embodiment, when executing the S poisoning recovery process, a limiting means for limiting the fuel supply to the NOx purification catalyst 12 based on the wall temperature of the exhaust passage is provided. More specifically, the temperature (hereinafter referred to as the turbo wall temperature) of the inner wall (hereinafter referred to as the turbo wall surface) of the turbine housing 42, which is a part of the exhaust passage, in particular a part of the exhaust passage and is a member defining the exhaust passage, is defined. When the temperature is lower than the predetermined temperature, the fuel supply to the NOx purification catalyst 12 is prohibited.
[0048]
Here, although the turbo wall temperature can be detected by providing a temperature sensor or the like in the turbine housing 42, such a sensor is generally not provided in the turbocharger 11 of the internal combustion engine. Therefore, in this embodiment, the turbo wall temperature is estimated from the engine operating state.
[0049]
Hereinafter, the S poison recovery control executed by the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
2 and 3 show a processing procedure of S poison recovery control executed by the control device 25. FIG.
[0050]
When this processing is started, first, the S accumulation amount S accumulated on the NOx purification catalyst 12 is calculated based on the following equation (1) (S100).
S deposition amount S = S absorption amount NS + S residual amount RS (1)
Note that the S absorption amount NS is the exhaust flow rate obtained from the intake air amount GA, the engine rotational speed NE, etc., the elapsed time since the last S poisoning recovery, the travel distance of the vehicle, or the operating time of the engine 1 It is a value estimated based on the above. That is, this is the amount of sulfur absorbed in the NOx purification catalyst 12 since the previous S poison recovery. The S residual amount RS is a value calculated in the processing of S230 described later, and is the amount of sulfur remaining in the NOx purification catalyst 12 when the previous S poisoning recovery processing is completed. .
[0051]
Next, it is determined whether or not the estimation of the turbo wall temperature T is started (S110). Here, an affirmative determination is made when the S accumulation amount S is equal to or greater than the limit accumulation amount Smax obtained by a prior experiment or the like. If the S accumulation amount S is smaller than the limit accumulation amount Smax and NOx can still be sufficiently stored (NO in S110), the estimation of the turbo wall temperature T is not started and the S accumulation amount S is calculated again. Is done.
[0052]
On the other hand, when the S accumulation amount S is equal to or greater than the limit accumulation amount Smax (YES in S110), the NOx purification catalyst 12 may not be able to store NOx sufficiently due to S poisoning, and the S poisoning recovery process is executed. There is a need. Therefore, prior to the execution of the S poison recovery process, first, estimation of the turbo wall temperature T for determining whether or not to prohibit the fuel supply to the NOx purification catalyst 12 is started (S120). The estimation of the turbo wall temperature T is performed by a process different from the present process, and details thereof will be described later.
[0053]
Next, the turbo wall temperature T estimated in the separately executed turbo wall temperature T estimation process is read (S130), and whether or not the S poison recovery process is executed, that is, whether or not the fuel supply is prohibited. Is made (S140). Here, it is determined that the fuel supply is prohibited when the S accumulation amount S is less than the limit accumulation amount Smax or the estimated turbo wall temperature T is equal to or lower than the predetermined temperature T2.
[0054]
Here, in the engine 1 according to the present embodiment, FIG. 4 shows the minimum value of the turbo wall temperature and the generation state of white smoke during the period when the fuel addition from the injection nozzle 5 is executed. Here, the turbo inlet gas temperature (exhaust temperature flowing into the turbocharger 11), the engine rotational speed, the engine load, and the fuel addition time when fuel addition from the injection nozzle 5 is started are variously changed. From the state of generation of white smoke shown in FIG. 4, the present inventor confirmed that in the case of the engine 1 in this embodiment, white smoke is not generated if the turbo wall temperature is 120 ° C. or higher. That is, it has been found that if the turbo wall temperature is 120 ° C. or higher, the vaporization of fuel is promoted, and the fuel adhesion to the wall surface is suppressed. Therefore, in the present embodiment, the predetermined temperature T2 for determining whether or not to limit the fuel supply process is set to 120 ° C. The predetermined temperature T2 is not limited to this value (120 ° C.) as long as the temperature can suppress the fuel adhesion to the turbo wall.
[0055]
If the turbo wall temperature T is equal to or lower than the predetermined temperature T2 (NO in S140), fuel may adhere to the wall surface due to fuel supply. Therefore, the processes of S100 to S140 are repeated and the S coverage is increased. Execution of poison recovery processing is put on hold. That is, a restriction process for restricting the supply of combustion fuel is substantially performed.
[0056]
On the other hand, if the turbo wall temperature T is higher than the predetermined temperature T2 (YES in S140), the fuel poisoning hardly occurs even if the fuel is supplied, so that the execution of the S poisoning recovery process is permitted.
[0057]
Here, although the temperature of the NOx purification catalyst 12 is raised by the fuel supply in the S poison recovery process, a certain amount of time is required from when the fuel is supplied until the temperature of the NOx purification catalyst 12 is actually raised. Take it. Therefore, S poison recovery may not be performed immediately after the fuel supply. Therefore, in this embodiment, prior to supplying fuel for S poison recovery, combustion fuel for raising the temperature of the NOx purification catalyst 12 is supplied to the NOx purification catalyst 12. With this combustion fuel supply process, the temperature of the NOx purification catalyst 12 is raised prior to the recovery of the S poison, and the S poison recovery is performed immediately after the execution of the S poison recovery process. In addition, since the S poison recovery is started from the state where the NOx purification catalyst has been heated in advance as described above, the fuel necessary for raising the temperature of the NOx purification catalyst 12 when executing the S poison recovery process, That is, the supply amount of the reducing agent can be reduced, whereby the amount of the reducing agent adhering to the turbo wall surface can be reduced.
[0058]
Therefore, if an affirmative determination is made in S140, that is, if the turbo wall temperature T is higher than the predetermined temperature T2 (YES in S140), this temperature increase process is executed (S150). In this temperature raising process, fuel is injected from the injection nozzle 5 and the injected fuel is burned on the NOx purification catalyst 12, whereby the NOx purification catalyst 12 is heated. The combustion fuel supply process in the temperature increasing process constitutes the temperature increasing means.
[0059]
In this temperature raising process, the temperature of the NOx purification catalyst 12 is raised by supplying combustion fuel. However, when this process is performed, the turbo wall temperature T is set to the predetermined temperature T2 according to the determination in S140. Higher than that. Therefore, the fuel adhesion to the wall surface due to the fuel supply for combustion in the temperature raising process is suppressed.
[0060]
Next, it is determined whether or not the temperature raising process has been completed (S160). This determination is made based on whether or not the temperature of the NOx purification catalyst 12 is continuously maintained at a predetermined temperature T3 or higher for a predetermined period. The temperature of the NOx purification catalyst 12 is estimated from the exhaust temperature ET. Further, as the predetermined temperature T3, a temperature at which the S poisoning recovery performed thereafter can be quickly performed is set, and the temperature of the entire NOx purification catalyst 12 can be set to the predetermined temperature T3 as the predetermined period. The time is set.
[0061]
If the temperature raising process has not ended yet (NO in S160), the processes of S150 and S160 are repeatedly executed until it is determined that the temperature raising process has ended.
[0062]
On the other hand, when the temperature raising process is completed (YES in S160), the NOx purification catalyst 12 is sufficiently heated, and the S poisoning recovery process can be performed quickly. (S170 in FIG. 3). When this S poisoning recovery process is executed, fuel is injected from the injection nozzle 5 and fuel that is a reducing agent is supplied to the NOx purification catalyst 12. When the reducing agent is thus supplied to the NOx purification catalyst 12, the sulfur component deposited on the NOx purification catalyst 12 is released in a reduced state as described above. Further, when the S poisoning recovery process is executed, the throttle valve 16 is controlled to the closed side. As a result, the oxygen concentration in the exhaust gas is lowered, and the reduction / release of the sulfur content is further promoted. Note that the reducing agent supply process in the S poisoning recovery process constitutes the reducing agent supply means.
[0063]
Next, the turbo wall temperature T is read (S180 in FIG. 3), and it is determined whether the turbo wall temperature T is equal to or lower than a predetermined temperature T1 (S190 in FIG. 3). The predetermined temperature T1 is set to the same value as the predetermined temperature T2. If it is determined that the turbo wall temperature T is equal to or lower than the predetermined temperature T1 (YES in S190 of FIG. 3), fuel may adhere to the turbo wall surface, and therefore fuel supply from the injection nozzle 5 is prohibited. Is done. In other words, the S poisoning recovery process is interrupted (S200 in FIG. 3), and a limiting process for limiting the supply of the reducing agent is performed.
[0064]
Here, when the fuel supply process for S poison recovery is interrupted, the fuel supply is prohibited before the sulfur content accumulated on the NOx purification catalyst 12 is sufficiently reduced and released. Therefore, the S residual amount RS, which is the amount of sulfur remaining in the NOx purification catalyst 12, is calculated (S210 in FIG. 3), and the calculation result is stored in the RAM in the control device 25. Since the S residual amount RS decreases as the execution time of the S poisoning recovery process (the execution time of supplying the reducing agent by the injection nozzle 5) becomes longer, it can be estimated based on the execution time. And the estimation process of the turbo wall temperature T currently performed separately is complete | finished (S240 of FIG. 3), and this process is complete | finished.
[0065]
On the other hand, when it is determined in the previous S190 that the turbo wall temperature T is higher than the predetermined temperature T1 (NO in S190), it is determined whether or not the S poison recovery process is completed (FIG. 5). 3 S220). Here, an affirmative determination is made when the fuel injection from the injection nozzle 5 has been executed for a time that can be estimated that the S poison recovery has been sufficiently performed and the fuel injection from the injection nozzle 5 has been completed. If the S poison recovery process has not been completed (NO in S220), the processes of S170 to S190 and S220 are repeatedly executed until the end of the S poison recovery process is determined.
[0066]
On the other hand, when the S poisoning recovery process has been completed (YES in S220), the S remaining amount RS is reset to “0” (S230 in FIG. 3), and the turbo wall temperature T that is separately executed is estimated. The process is terminated (S240 in FIG. 3), and the present process is terminated.
[0067]
Next, estimation of the turbo wall temperature T will be described with reference to FIGS. In the present embodiment, the turbo wall temperature T is estimated based on the engine operating state, more specifically, based on the fuel injection amount and the engine speed. This is because the exhaust temperature tends to rise and the turbo wall temperature tends to increase as the fuel injection amount increases. Further, when the engine rotation speed increases, the exhaust flow rate increases, and the amount of heat that moves from the exhaust to the turbo wall surface also increases, so the turbo wall temperature tends to increase. For these reasons, if the steady state of the engine operation continues for a certain period of time, heat transfer from the exhaust to the turbo wall surface is sufficiently performed, so the turbo wall temperature T is set based on the engine operation state at that time. Can be estimated.
[0068]
Here, as shown in FIG. 5, when the engine operating state changes from the steady state A to another steady state B (time tα), the turbo wall temperature estimated based on the engine operating state in the steady state A a is immediately changed to the turbo wall temperature b (one-dot chain line) estimated based on the engine operating state in the steady state B. On the other hand, heat transfer from the exhaust to the turbo wall requires a certain amount of time. Therefore, the actual turbo wall temperature T gradually changes from the turbo wall temperature a toward the turbo wall temperature b as indicated by the solid line. That is, the change in the turbo wall temperature is delayed with respect to the change in the engine operating state. For this reason, even if the turbo wall temperature is estimated based on the fuel injection amount and the engine rotation speed for a while after the engine operating state changes, the estimation accuracy is lowered. Therefore, in the present embodiment, in order to accurately estimate the turbo wall temperature when the engine operating state changes, the turbo wall temperature T is calculated using a first-order lag model equation described later.
[0069]
FIG. 6 shows a processing procedure for estimating the turbo wall temperature T. When an affirmative determination is made in S110 in FIG. 2, the control device 25 repeatedly executes the processing every predetermined time.
[0070]
When this process is started, first, the fuel injection amount Q and the engine speed NE are read (S300). The fuel injection amount Q is separately calculated based on the accelerator opening ACCP, the engine speed NE, and the like.
[0071]
Next, the turbo wall temperature TM during steady operation is estimated with reference to the turbo wall temperature estimation map shown in FIG. 7 based on the fuel injection amount Q and the engine speed NE (S310). This turbo wall temperature estimation map is set so that the calculated turbo wall temperature TM increases as the fuel injection amount Q increases or as the engine speed NE increases.
[0072]
Next, the turbo wall temperature T is calculated based on the following equation (2) (S320).
T = (TMn-1−TM) × e ^ (− t / τ) + TM (2)
Turbo wall temperature TMn-1Is the turbo wall temperature estimated last time based on the turbo wall temperature estimation map, and the turbo wall temperature TM is the turbo wall temperature estimated this time based on the map. The elapsed time t indicates the elapsed time from when the engine operating state changes to the present, and in FIG. 5 indicates the elapsed time t from time tα. The time constant τ is a value reflecting a response delay until the turbo wall temperature changes after the exhaust temperature or the exhaust flow rate changes due to a change in the engine operating state. Is set. “E” is the base of the natural logarithm, and its value is an irrational number such that “e = 2.182. That is, this equation (2) is a first-order lag model equation for estimating the transition of the turbo wall temperature when the engine operating state changes from one steady state to another steady state. As can be seen from this equation (2), the longer the elapsed time t, the more “(TMn-1The value of “−TM) × e ^ (− t / τ)” becomes smaller. That is, as shown in FIG. 5, the turbo wall temperature T becomes the turbo wall temperature TM estimated last time as the elapsed time t after the engine operating state changes at time tα becomes longer.n-1To approach the estimated turbo wall temperature TM.
[0073]
When the turbo wall temperature T is calculated in this way, this process is terminated. Then, the above-described series of estimation processes is performed every predetermined time, and the turbo wall temperature T is updated. By this turbo wall temperature estimation process, a value approximating the actual turbo wall temperature (solid line) shown in FIG. 5 is calculated, and the turbo wall temperature T after the engine operating state changes can be accurately estimated. it can.
[0074]
As described above, according to the present embodiment, the following effects can be obtained.
(1) When supplying the reducing agent for S poison recovery, the temperature (turbo wall temperature T) of the wall of the turbine housing 42, which is a member that divides the exhaust passage and is particularly susceptible to fuel adhesion, is equal to or lower than a predetermined temperature T1. In this case, the supply of the reducing agent is restricted. For this reason, when the reducing agent is supplied, it becomes possible to suppress the attachment of the reducing agent to the turbo wall surface, and thus it is possible to suitably suppress the generation of the white smoke.
[0075]
(2) When the turbo wall temperature T becomes equal to or lower than the predetermined temperature T1 during the execution of the S poisoning recovery process, the supply of the reducing agent is interrupted. That is, since the turbo wall temperature T is monitored during the execution of the S poisoning recovery process, the turbo wall temperature T decreases during the execution of the reducing agent supply process so that fuel adheres to the turbo wall surface. Even in such a situation, it is possible to reliably suppress fuel adhesion to the turbo wall surface.
[0076]
(3) When the execution of the reducing agent supply process is interrupted in this way, the sulfur content remains in the NOx purification catalyst 12. Therefore, in the above embodiment, when the supply of the reducing agent for S poison recovery is interrupted, the amount of sulfur remaining in the NOx purification catalyst 12 is calculated, and this calculated S residual amount is used as the NOx purification catalyst. 12 is added to the calculation of the amount of S accumulated on the surface. For this reason, even when the S poisoning recovery process is interrupted, the S accumulation amount S can be calculated accurately, and the determination accuracy related to the execution request for the S poisoning recovery process can be improved.
[0077]
(4) Prior to the supply of the reducing agent for S poison recovery, the combustion fuel for raising the temperature is supplied to the NOx purification catalyst 12. Therefore, the S poison recovery process can be performed in a state in which the temperature of the NOx purification catalyst 12 is sufficiently increased, and the S poison recovery can be surely performed immediately after the execution of the S poison recovery process. Become. Further, since the S poison recovery starts from the state in which the NOx purification catalyst 12 has been heated in advance in this way, the amount of the reducing agent supply during the S poison recovery can also be reduced. The amount of reducing agent adhering to the turbo wall surface can be reduced.
[0078]
(5) Further, the temperature raising process is executed until the temperature of the NOx purification catalyst 12 is maintained at a predetermined temperature T3 or higher continuously for a predetermined period. Therefore, the temperature of the entire NOx purification catalyst 12 can be reliably raised. Therefore, it becomes possible to reliably perform S poison recovery, and as a result, the amount of reducing agent supplied during S poison recovery can be reliably reduced, and the effect described in (3) above can be achieved. You will be able to get it reliably.
[0079]
(6) Further, when the temperature raising process is executed, the supply of combustion fuel is restricted when the turbo wall temperature is equal to or lower than a predetermined temperature T2. Therefore, it is possible to suppress the adhesion of the combustion fuel to the turbo wall surface due to the supply of the combustion fuel.
[0080]
(7) As a restriction mode by the restriction process, supply of combustion fuel and supply of reducing agent are prohibited. Therefore, it is possible to reliably suppress the attachment of the reducing agent and the combustion fuel to the turbo wall surface.
[0081]
(8) The turbo wall temperature T is estimated based on the engine operating state such as the fuel injection amount Q and the engine rotational speed NE. Further, the turbo wall temperature T after the engine operating state is changed is accurately estimated using the first-order lag model formula. Therefore, the turbo wall temperature T can be grasped without providing a new sensor or the like on the turbo wall surface.
[0082]
In addition, the said embodiment can also be changed and implemented as follows.
The predetermined temperature T2 in the temperature raising process and the predetermined temperature T1 in the S poisoning recovery process may be different from each other. For example, the predetermined temperatures T1 and T2 may be set to different and appropriate values by experiments or the like.
[0083]
In the above embodiment, the limiting process for limiting the supply of the reducing agent is performed during the S poison recovery process, that is, when the reducing agent is being supplied. It may be executed any time after the determination that the accumulation amount is Smax or more is made. For example, the processes of S400 and S410 shown in FIG. 8 may be added prior to the process of S170 in FIG. That is, prior to the execution of the S poison recovery process, the turbo wall temperature T is read (S400), and it is determined whether the turbo wall temperature T is equal to or lower than the predetermined temperature T1 (S410). If the turbo wall temperature T is equal to or lower than the predetermined temperature T1 (YES in S410), the processes after S200 shown in FIG. 3 are executed. On the other hand, when the turbo wall temperature T is higher than the predetermined temperature T1 (NO in S410), the processes after S170 shown in FIG. 3 are executed. In this case, the same effect as that of the above embodiment can be obtained. In this case, the restriction process performed during the execution of the S poison recovery process may be omitted.
[0084]
In addition, when the turbo wall temperature T is equal to or higher than the predetermined temperature T4, the start of the reducing agent supply process is permitted, while the reducing agent supply process is interrupted when the turbo wall temperature T falls below the predetermined temperature T5. You may make it do. Note that the predetermined temperature T4 and the predetermined temperature T5 at this time may be the same values as the predetermined temperature T1, and the predetermined temperatures T4 and T5 may be set to different and appropriate values by experiments, for example. Also in this case, since the start of the reducing agent supply process is permitted when the turbo wall temperature T is equal to or higher than the predetermined temperature T4, it is possible to suppress the attachment of the reducing agent to the turbo wall surface. In addition, for the reducing agent supply process that is permitted to start, the process is interrupted when the turbo wall temperature T falls below a predetermined temperature T5. Therefore, when the turbo wall temperature T falls during the execution of the supply process. However, it is possible to reliably suppress the reducing agent from adhering to the turbo wall surface.
[0085]
In the above embodiment, the restriction process for restricting the supply of the combustion fuel is performed before the temperature raising process, but during the temperature raising process, that is, when the combustion fuel is being supplied. The restriction process may be executed. In this case, even when the temperature increase process is being performed and the turbo wall temperature T is lowered, the adhesion of the combustion fuel to the turbo wall surface can be suppressed. In this case, the limiting process performed before the temperature raising process may be omitted.
[0086]
In addition, when the turbo wall temperature T is equal to or higher than the predetermined temperature T4, the start of the combustion fuel supply process is permitted, while when the turbo wall temperature T falls below the predetermined temperature T5, the combustion fuel supply process is started. May be interrupted. Note that the predetermined temperature T4 and the predetermined temperature T5 at this time may be the same values as the predetermined temperature T2, and the predetermined temperatures T4 and T5 may be set to different and appropriate values by experiments, for example. Also in this case, since the start of the combustion fuel supply process is permitted when the turbo wall temperature T is equal to or higher than the predetermined temperature T4, the adhesion of the combustion fuel to the turbo wall surface can be suppressed. Become. In addition, for the combustion fuel supply process that is permitted to start, the process is interrupted when the turbo wall temperature T falls below a predetermined temperature T5, so the turbo wall temperature T decreases during execution of the supply process. Even in this case, it is possible to reliably suppress the combustion fuel from adhering to the turbo wall surface.
[0087]
-Although the supply of the fuel for combustion and the supply of the reducing agent are prohibited as the limiting process, the execution of at least one of the supply may be prohibited. Also in this case, it is possible to obtain an operational effect similar to the above embodiment.
[0088]
-As a restriction | limiting aspect in the said restriction | limiting process, you may make it reduce the supply amount of a fuel for combustion, and the supply amount of a reducing agent. Also in this case, it is possible to obtain an operational effect similar to the above embodiment.
[0089]
When the NOx purification catalyst 12 can be quickly heated by supply of the reducing agent executed in the S poison recovery process, the above temperature increase process (the processes of S150 and S160) may be omitted.
[0090]
In the above embodiment, the turbo wall temperature T is estimated, but a temperature detection element such as a temperature sensor may be attached to the turbo wall surface to detect the actual turbo wall temperature. Further, since the temperature of the inner wall of the turbine housing 42 and the temperature of the outer wall thereof are correlated, the temperature of the outer wall of the turbine housing 42 is estimated or detected, and these values are referred to as the wall temperature of the exhaust passage. It may be.
[0091]
In the above embodiment, the temperature of the turbo wall surface is estimated. However, the portion in the exhaust passage where the wall temperature is estimated can be arbitrarily selected. Note that the generation of the white smoke can be suitably suppressed by estimating the wall temperature of the portion where the fuel adhesion is likely to occur.
[0092]
In the above embodiment, the turbo wall temperature T is estimated based on the fuel injection amount Q and the engine rotational speed NE. Here, since the exhaust temperature tends to increase as the engine load increases, the turbo wall temperature T may be estimated using another parameter correlated with the engine load, such as the accelerator opening ACCP. .
[0093]
-The NOx purification catalyst in the said embodiment was a NOx storage reduction type catalyst. In addition, the present invention can be similarly applied to a NOx purification catalyst to which a reducing agent is supplied, for example, a NOx purification catalyst such as a NOx selective reduction catalyst.
[0094]
In the above embodiment, the reducing agent injected from the injection nozzle 5 is a fuel for an internal combustion engine, but any reducing agent that contributes to S poison recovery can be used. In this case, the same effect as that of the above embodiment can be obtained.
[0095]
-The internal combustion engine in the said embodiment was a diesel engine. However, the above embodiment can be applied to any engine that includes a carrier carrying a NOx purification catalyst and supplies a reducing agent such as fuel to the carrier. In this case as well, the same effect as the above embodiment can be applied. Can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an internal combustion engine to which an exhaust emission control device according to an embodiment is applied, and a peripheral configuration thereof.
FIG. 2 is a flowchart showing a processing procedure for S poison recovery control according to the embodiment;
FIG. 3 is a flowchart showing a processing procedure of S poison recovery control according to the embodiment;
FIG. 4 is an explanatory diagram showing the minimum value of the turbo wall temperature and the generation state of white smoke under various conditions.
FIG. 5 is a timing chart illustrating the transition of turbo wall temperature when the engine operating state changes.
FIG. 6 is a flowchart showing a procedure of turbo wall temperature estimation processing according to the embodiment.
FIG. 7 is a view showing a map structure for calculating a turbo wall temperature in the embodiment.
FIG. 8 is a flowchart showing a processing procedure of S poison recovery control in a modification of the embodiment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Engine, 2 ... Cylinder head, 3 ... Intake passage, 4a-4d ... Fuel injection valve, 5 ... Injection nozzle, 6a-6d ... Exhaust port, 7 ... Intake manifold, 8 ... Exhaust manifold, 9 ... Common rail, 10 ... Supply pump, 11 ... turbocharger, 12 ... NOx purification catalyst, 13 ... EGR passage, 14 ... EGR cooler, 15 ... EGR valve, 16 ... throttle valve, 17 ... actuator, 18 ... intercooler, 19 ... air flow meter, 20 ... Throttle opening sensor, 21 ... Air-fuel ratio sensor, 22 ... Engine speed sensor, 24 ... Accelerator opening sensor, 25 ... Control device, 26 ... Exhaust pipe, 27 ... Fuel supply pipe, 28 ... EGR device, 29 ... Exhaust temperature Sensor, 40 ... center housing, 41 ... compressor housing, 42 ... turbine housing, # ... first cylinder, # 2 ... second cylinder, # 3 ... third cylinder, # 4 ... fourth cylinder.

Claims (8)

排気通路に配設されたNOx浄化触媒と、同NOx浄化触媒にS被毒回復用の還元剤を供給する還元剤供給手段とを備える内燃機関の排気浄化装置において、
前記排気通路の壁温が所定温度T1以下であるときに前記還元剤供給手段による還元剤の供給を制限する制限処理を実行する制限手段を備えるとともに、
前記内燃機関は排気圧によって駆動される過給機をその排気通路に備え、
前記制限手段はこの過給機にあって前記排気通路を区画する部材の温度を前記排気通路の壁温として参照する
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
In an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, comprising: a NOx purification catalyst disposed in an exhaust passage; and a reducing agent supply means for supplying a reducing agent for S poison recovery to the NOx purification catalyst.
A limiting unit that executes a limiting process of limiting the supply of the reducing agent by the reducing agent supply unit when the wall temperature of the exhaust passage is equal to or lower than a predetermined temperature T1 ,
The internal combustion engine includes a supercharger driven by exhaust pressure in its exhaust passage,
The exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine, wherein the limiting means refers to a temperature of a member defining the exhaust passage in the supercharger as a wall temperature of the exhaust passage .
前記還元剤供給手段による還元剤の供給に先だって、燃焼用燃料を前記NOx浄化触媒に供給してこれを昇温する昇温手段を更に備える
請求項1記載の内燃機関の排気浄化装置。
The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to claim 1, further comprising a temperature raising means for supplying combustion fuel to the NOx purification catalyst and raising the temperature thereof prior to the supply of the reducing agent by the reducing agent supply means.
前記制限手段は前記排気通路の壁温が所定温度T2以下であるときに前記昇温手段による燃焼用燃料の供給を制限する処理を前記制限処理として含む
請求項2記載の内燃機関の排気浄化装置。
The exhaust purification device for an internal combustion engine according to claim 2, wherein the restriction means includes, as the restriction process, a process of restricting the supply of combustion fuel by the temperature raising means when the wall temperature of the exhaust passage is equal to or lower than a predetermined temperature T2. .
前記昇温手段は前記NOx浄化触媒の温度が所定期間継続して所定温度T3以上に維持されるまで前記昇温の処理を実行する
請求項2または3に記載の内燃機関の排気浄化装置。
The exhaust gas purification device for an internal combustion engine according to claim 2 or 3, wherein the temperature raising means performs the temperature raising process until the temperature of the NOx purification catalyst is continuously maintained for a predetermined period of time at a predetermined temperature T3 or higher.
前記制限手段は前記還元剤供給手段による還元剤の供給及び前記昇温手段による燃焼用燃料の供給の少なくとも一方についてその実行を禁止する処理を前記制限処理として実行する
請求項〜4のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
Any said limiting means according to claim 2-4 which executes processing for prohibiting the execution for at least one of the supply of combustion fuel by the supply and the Atsushi Nobori means of the reducing agent by the reducing agent supplying means as said restriction processing 2. An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to 1.
前記制限手段は前記壁温が所定温度T4以上であるときに前記還元剤供給手段の還元剤供給及び前記昇温手段の燃焼用燃料供給の少なくとも一方の処理についてその開始を許可する一方、前記壁温が所定温度T5未満に低下したときに前記開始を許可された一方の処理を中断する
請求項〜5のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
The limiting means permits the start of at least one of the reducing agent supply of the reducing agent supply means and the combustion fuel supply of the temperature raising means when the wall temperature is equal to or higher than a predetermined temperature T4, while the wall The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to any one of claims 2 to 5, wherein when the temperature falls below a predetermined temperature T5 , one of the processes permitted to start is interrupted.
還元剤供給手段は前記NOx浄化触媒のS堆積量を機関運転状態に基づき推定してその推定されるS堆積量が所定量以上であることを条件に前記還元剤の供給を実行するものであり、且つ、前記一方の処理として同還元剤供給手段による還元剤の供給処理が中断される際には、同供給処理の実行時間に基づいて前記S堆積量についてその残存量を算出するとともに、これを同供給処理の中断後に前記NOx浄化触媒に堆積したと推定されるS堆積量に加算する
請求項6に記載の内燃機関の排気浄化装置。
The reducing agent supply means estimates the S accumulation amount of the NOx purification catalyst based on the engine operating state, and executes the supply of the reducing agent on the condition that the estimated S accumulation amount is a predetermined amount or more. In addition, when the reducing agent supply process by the reducing agent supply means is interrupted as the one process, the remaining amount is calculated for the S accumulation amount based on the execution time of the supply process. The exhaust purification device for an internal combustion engine according to claim 6, wherein is added to an S accumulation amount estimated to have accumulated on the NOx purification catalyst after interruption of the supply process.
前記壁温は機関運転状態に基づいて推定される
請求項1〜7のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 7, wherein the wall temperature is estimated based on an engine operating state.
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