JP4367011B2 - Exhaust gas purification system for internal combustion engine - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関のNOx浄化を行う排気浄化システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
内燃機関、特に希薄燃焼を行う内燃機関から排出される排気中のNOxを浄化すべく、NOxを吸蔵し、還元剤の存在下で吸蔵されたNOxを還元する吸蔵還元型NOx触媒(以下、「NOx触媒」という)が利用されている。しかし、NOx触媒は、該NOx触媒に吸蔵されるNOx量(以下、「NOx吸蔵量」という)が増加するに従って、そのNOx浄化能力が低下する。そこで、NOx触媒に吸蔵されたNOxを還元してNOx吸蔵量を低減させてNOx浄化能力を回復させるために、NOx触媒が設けられている排気管を排気熱で温め、還元剤の気化を促進させる技術が公開されている(例えば、特許文献1を参照。)。
【0003】
また、内燃機関の機関始動後、最初にリーン空燃比運転が行われるまでの間に、前回の機関停止時にNOx触媒に吸蔵されていたNOxの全量を還元するために、NOx触媒に流入する排気に添加する還元剤としての燃料の添加量を増量させる技術が公開されている(例えば、特許文献2を参照。)。同様に、内燃機関の機関始動時に、NOx触媒に流入する排気の空燃比を僅かばかりリッチ空燃比とする技術が公開されている(例えば、特許文献3を参照。)。
【0004】
そして、NOx触媒による浄化効率の程度が悪化している場合には、NOx触媒に流入する排気の空燃比をリッチ空燃比としてNOx浄化能力の回復を図るともに、NOx触媒の温度が一定の温度より低い場合には、該排気をリッチとするのを禁止する技術が公開されている(例えば、特許文献4を参照。)。
【0005】
更に、NOx触媒に吸蔵されているNOx吸蔵量が多くなるに従い、NOx触媒に流入する排気の空燃比をよりリッチ空燃比とすることで、吸蔵されているNOxをより確実に還元する技術が公開されている(例えば、特許文献5を参照、)。
【0006】
【特許文献1】
特開平6−272539号公報
【特許文献2】
国際公開WO98/51919号公報
【特許文献3】
特開2002−89249号公報
【特許文献4】
特開平11−107811号公報
【特許文献5】
特開平6−272540号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、NOx触媒においては、該NOx触媒におけるNOx吸蔵量が多くなるに従い、該NOx触媒のNOx浄化能力が低下する。そこで、従来の技術においては、還元剤としての燃料をNOx触媒に流入する排気に添加することで吸蔵されたNOxを還元しても、燃料を直接排気に添加しているために、燃料の分子量が比較的大きく、吸蔵されたNOxを効率的に還元することが困難である。そのため、NOx触媒のNOx浄化能力の回復に時間を要し、NOx浄化能力が平均的に低下した状態が続く。更に、その結果、NOx浄化能力の回復までに使用する燃料が増大し、燃費が悪化する虞がある。
【0008】
また、排気に燃料を添加することで吸蔵されたNOxを還元させるためには、NOx触媒の状態や内燃機関の運転状態が、該還元反応が効率的に行われる状態にある必要がある。そのような状態にないときに排気に燃料を添加すると、添加した燃料の一部がNOx触媒での還元反応に供されずに、その結果、燃費が悪化する虞がある。
【0009】
本発明は、上記したような問題に鑑みてなされたものであり、内燃機関からの排気に含まれるNOxを吸蔵、還元するNOx触媒を備え、NOx触媒に流入する排気に燃料を添加することでNOx触媒に吸蔵されたNOxを還元して排気の浄化を行う排気浄化システムであって、NOx触媒に吸蔵されたNOxを速やかに還元してNOx触媒のNOx浄化能力を平均的に高い状態に維持するとともに、燃費の悪化を抑制する内燃機関の排気浄化システムを提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記した課題を解決するために、NOx浄化能力のために排気に添加される燃料の単位時間あたりの燃料添加量および燃料添加のタイミングに着目した。これは、NOx触媒のNOx浄化能力回復の進行具合および該NOx浄化能力に要する燃料量、即ち燃費が、添加される燃料の単位時間あたりの燃料添加量および燃料添加のタイミングに依存することに依る。
【0011】
そこで、内燃機関の排気浄化システムにおいて、内燃機関からの排気中に含まれるNOxを吸蔵、還元するNOx触媒と、前記NOx触媒に流入する排気に燃料添加を行う燃料添加手段と、前記燃料添加手段によって前記NOx触媒へ燃料を供給する条件が成立しているか否かを判定する燃料添加可否判定手段と、前記燃料添加可否判定手段によって前記NOx触媒へ燃料を供給する条件が成立していると判断されるときに、前記燃料添加手段によって燃料を排気へ添加して前記NOx触媒に流入する排気の空燃比をリッチ空燃比とすることで該NOx触媒へ燃料を供給し、該NOx触媒のNOx吸蔵量を低減させる通常還元制御手段と、前記燃料添加可否判定手段によって前記NOx触媒へ燃料を供給する条件が成立していないと判定される状態から、前記燃料添加可否判定手段によって前記NOx触媒へ燃料を供給する条件が成立していると判定される状態へ移行したときに、所定期間前記通常還元手段を介して行われる排気への燃料の添加に比べて単位時間あたりの添加量が多い燃料添加を前記燃料添加手段によって行い、前記NOx触媒に流入する排気の空燃比をよりリッチ側の強リッチ空燃比とすることで該NOx触媒へ燃料を供給し、該NOx触媒のNOx吸蔵量を低減させる集中還元制御手段と、前記NOx触媒から流出する排気に含まれるNOxの濃度を検出する排気NOxセンサと、を備え、前記集中還元制御手段によって前記NOx触媒のNOx吸蔵量を低減させている時に、前記排気NOxセンサによって検出されるNOxの濃度が所定の閾値より低いと判定された場合に、前記集中還元制御手段による前記NOx触媒のNOx吸蔵量の低減を中止するとともに、前記通常還元制御手段による前記NOx触媒のNOx吸蔵量の低減を開始する。
【0012】
NOx触媒は、NOxを吸蔵するとともに、該NOx触媒の雰囲気の酸素濃度を低下させ還元剤としての燃料を供給することによって、吸蔵されたNOxを還元するNOx浄化能力を備える。このNOx浄化能力は、NOx触媒のNOx吸蔵量が増加するに従って低下する。従って、NOx吸蔵量が多いと、NOx触媒に流入する排気に含まれるNOx濃度に対するNOx触媒から流出する排気に含まれるNOx濃度の比率(以下、「NOx浄化率」という)が低下することになる。そこで、NOx浄化率を高レベルな状態に維持するためには、NOx触媒のNOx吸蔵量を、可及的に少ない状態とすることが好ましい。
【0013】
そこで、燃料添加手段によってNOx触媒に流入する排気に燃料を添加することで、NOx触媒に還元剤としての燃料を供給する。そして、NOx触媒におけるNOxの還元反応によってNOx吸蔵量を低減させて、以てNOx浄化率を高レベルな状態に維持する。
【0014】
しかし、該燃料添加手段による燃料添加は、常に実行可能ではなく、NOx触媒におけるNOxの還元反応が効率的に行われ得る条件下においてのみ可能である。該条件下ではない条件で燃料添加が行われると、NOxの還元反応が効率的に行われないために燃料添加に要する燃料量が増大して燃費が悪化し、又は燃料がNOx触媒やNOx触媒が設けられている内燃機関の排気系等への付着量が増大する虞がある。そこで、燃料添加可否判定手段は、燃料添加手段による燃料添加を実行してNOx触媒へ燃料を供給し得る条件が成立しているか否かを判定し、該条件が成立していると判定されるときに、燃料添加手段による排気への燃料添加が行われる。
【0015】
ここで、前記内燃機関の排気浄化システムにおいては、NOx触媒のNOx吸蔵量を低減させる燃料添加手段として、前記通常還元制御手段と、前記集中還元制御手段が備えられている。両手段において、燃料添加が行われるのは燃料添加可否判定手段によって、NOx触媒への燃料供給の条件が成立したと判定されたときである。ここで、各手段による燃料添加についての相違点は、排気に対する燃料の単位時間あたりの添加量と、排気への燃料添加を行うタイミングである。
【0016】
即ち、集中還元制御手段は、通常還元制御手段に比べて排気に対する燃料の単位時間あたりの添加量が高い集中的な燃料添加を行う。その結果、集中還元制御手段による燃料添加行われているときのNOx触媒に流入する排気の空燃比は、通常還元制御手段による燃料添加が行われているときのNOx触媒に流入する排気の空燃比より、よりリッチ側の空燃比である強リッチ空燃比となる。従って、NOx触媒における還元反応が促進され、NOx触媒のNOx吸蔵量が、より速やかに低減される。以て、NOx触媒のNOx浄化能力を示すNOx浄化率が、より速やかに高レベルな状態に回復する。一方で、集中還元制御手段による燃料添加では、還元反応に供される燃料量が増大するため、燃費が悪化する。
【0017】
そこで、集中還元制御手段による燃料添加は、一定のタイミングに限られる。即ち、燃料添加可否判定手段によって、燃料添加手段によるNOx触媒への燃料供給が可能でない状態から可能である状態に移行したときにおいてのみ、所定期間において、集中還元制御手段による燃料添加が行われる。そして、集中還元制御手段による燃料添加が所定期間行われた後は、燃料添加可否判定手段によって燃料添加手段によるNOx触媒への燃料供給の条件が成立していると判断される限りは、通常還元制御手段による燃料添加が行われる。ここで、集中還元制御手段が行われる所定期間とは、NOx触媒のNOx浄化能力が十分に高レベルな状態に回復したと判断されまでの期間である。例えば、NOx触媒のNOx浄化率が十分に高レベルな程度に回復するまでに、もしくはNOx触媒から流出する排気のNOx濃度が十分に低減されるまでに、NOx触媒のNOx吸蔵量が低減されるのに要する期間をいう。このように、集中還元制御手段による燃料添加のタイミングを限定することで、燃費の悪化を抑制することが可能となる。
【0018】
このような燃料添加による還元制御が行われることで、NOx触媒への燃料供給を行うことができずにNOx触媒にNOxが吸蔵されていく状態が続いた後、NOx触媒への燃料供給を行うことが可能と判断されると、先ず集中還元制御手段による燃料添加が行われる。その結果、NOx触媒に吸蔵されたNOxが集中的に還元され、NOx触媒によるNOx浄化率が速やかに回復する。そして、その後、通常還元制御手段による燃料添加を行うことで、燃料添加可否判定手段によって燃料添加手段によるNOx触媒への燃料供給の条件が成立していると判断される限りは、NOx触媒に吸蔵されているNOx量が常に低い状態に維持される。以て、NOx触媒のNOx浄化能力を示すNOx浄化率が、高レベルな状態に維持され得る。
【0019】
尚、更に、燃料添加可否判定手段によって燃料添加手段によるNOx触媒への燃料供給が可能ではないと判断されると、通常還元制御手段による燃料添加は行われなくなるが、再び、燃料添加可否判定手段によって燃料添加手段によるNOx触媒への燃料供給が可能と判断されると、集中還元制御手段による燃料添加が行われる。
【0020】
ここで、燃料添加手段によるNOx触媒への燃料供給の条件が成立しているか否かを判定する燃料添加可否判定手段は、NOx触媒の温度に基づいて、該判定を行うことが可能である。即ち、前記燃料添加可否判定手段は、前記NOx触媒の温度が第一所定温度より高い温度であることをもって前記燃料添加手段によって前記NOx触媒へ燃料を供給する条件が成立していると判定し、一方、前記NOx触媒の温度が第一所定温度以下であることをもっては、前記燃料添加手段によって前記NOx触媒へ燃料を供給する条件が成立していないと判定する。
【0021】
これは、NOx触媒がNOxの還元反応に効率的に寄与するためには、NOx触媒の活性温度である前記第一所定温度以上になる必要があることに依る。そこで、NOx触媒の温度が活性温度に到達していないときは、NOx触媒への燃料供給による吸蔵NOxの還元反応は効率的に起こらないため、NOx触媒へ燃料を供給する条件が成立していないと判定するものである。
【0022】
また、NOx触媒の温度が過度に上昇した場合には、NOx触媒の組成が変化することによって、NOx触媒によるNOxの還元反応の効率が低下する。そこで、前記燃料添加可否判定手段は、前記NOx触媒の温度が前記第一所定温度と比べ高い第二所定温度より低い温度であることをもって前記燃料添加手段によって前記NOx触媒へ燃料を供給する条件が成立していると判定し、一方、前記NOx触媒の温度が第二所定温度以上であることをもっては、前記燃料添加手段によって前記NOx触媒へ燃料を供給する条件が成立していないと判定する。
【0023】
ここで、前記第二所定温度とは、NOx触媒の温度が過度に昇温することで、NOx触媒によるNOxの還元反応の効率が低下すると判断する閾値である。従って、NOx触媒の温度が過度に昇温しているときは、NOx触媒への燃料供給による吸蔵NOxの還元反応は効率的に起こらないため、NOx触媒へ燃料を供給する条件が成立していないと判定するものである。
【0024】
次に、燃料添加手段によるNOx触媒への燃料供給の条件が成立しているか否かを判定する燃料添加可否判定手段は、内燃機関の機関負荷に基づいて、該判定を行うことが可能である。即ち、前記内燃機関の機関負荷が高負荷領域より負荷の低い負荷領域に属していることをもって、前記燃料添加手段によって前記NOx触媒へ燃料を供給する条件が成立していると判定し、一方、前記内燃機関の機関負荷が高負荷領域に属していることをもって、前記燃料添加手段によって前記NOx触媒へ燃料を供給する条件が成立していないと判定する。
【0025】
これは、内燃機関の機関負荷が高負荷領域に属するときは、NOx触媒に流入する排気量が多くなり、NOx触媒において添加された燃料が効率的にNOxの還元反応に供されずにNOx触媒を通過してしまい、結果として燃費が悪化することに依る。そこで、内燃機関の機関負荷が高負荷領域に属しているときは、NOx触媒への燃料供給による吸蔵NOxの還元反応は効率的に起こらないため、NOx触媒へ燃料を供給する条件が成立していないと判定するものである。
【0026】
ここで、前記燃料添加手段として、内燃機関の排気系であって前記NOx触媒の上流側の排気系に設けられた燃料添加弁が考えられる。この場合、前記集中還元制御手段による集中的な燃料添加は、前記通常還元制御手段による燃料添加と比べて、前記燃料添加弁による排気への燃料の添加間隔を短くすること、又は前記燃料添加弁の一回あたりの開弁時間を長くすることの少なくともいずれかによって行う。
【0027】
このような燃料添加弁による燃料添加を行うことで、集中還元制御手段による燃料添加は、通常還元制御手段による燃料添加と比べて、単位時間あたりの燃料の添加量が多くなり、NOx触媒に流入する排気の空燃比を強リッチ空燃比とすることが可能となる。
【0028】
【発明の実施の形態】
<第1の実施の形態>
ここで、本発明に係る内燃機関の排気浄化システムの実施の形態について図面に基づいて説明する。図1は、本発明が適用される排気浄化システム、該排気浄化システムを含む内燃機関1およびその制御系統の概略構成を表すブロック図である。
【0029】
内燃機関1は、4つの気筒2を有する内燃機関である。また、気筒2の燃焼室に直接燃料を噴射する燃料噴射弁3を備えている。燃料噴射弁3は、燃料を所定圧に蓄圧する蓄圧室4と接続されている。蓄圧室4は、燃料供給管5を介して燃料ポンプ6と連通している。
【0030】
次に、内燃機関1には吸気枝管7が接続されており、吸気枝管7の各枝管は、気筒2の燃焼室と吸気ポートを介して連通している。ここで、気筒2の燃焼室と吸気ポートとの連通は、吸気弁の開閉によって行われる。また、吸気枝管7は吸気管8に接続されている。
【0031】
一方、内燃機関1には排気枝管9が接続され、排気枝管9の各枝管が排気ポートを介して気筒2の燃焼室と連通している。ここで、気筒2の燃焼室と排気ポートとの連通は、排気弁の開閉によって行われる。また、排気枝管9には、排気枝管9を流れる排気に対して燃料を添加する燃料添加弁21が設けられている。
【0032】
また、前記排気枝管9は、排気管10と接続され、この排気管10は、下流にてマフラー(図示略)に接続されている。更に、排気管10の途中には、内燃機関から排出される排気中のNOxを吸蔵、還元して排気中のNOx浄化を行うNOx触媒11が設けられている。そこで、先述した燃料添加弁21によって燃料を添加された排気は、NOx触媒11に流入する。
【0033】
ここで、燃料噴射弁3および燃料添加弁21は、電子制御ユニット(以下、ECU:Electronic Control Unitと称する)20からの制御信号によって開閉動作を行う。即ち、ECU20からの指令によって、燃料噴射弁3および燃料添加弁21における燃料の噴射時期および噴射量が弁毎に制御される。
【0034】
更に、アクセル開度センサ25がECU20と電気的に接続されており、ECU20はアクセル開度に応じた信号を受け取り、それより内燃機関1に要求される機関トルク等を算出する。また、クランクポジションセンサ24がECU20と電気的に接続されており、ECU20は内燃機関1の出力軸の回転角に応じた信号を受け取り、内燃機関1の機関回転速度等を算出する。そして、ECU20は、アクセル開度センサ25およびクランクポジションセンサ24から検出される要求機関トルクや機関回転速度等から内燃機関1の置かれている負荷領域を判断する。
【0035】
また、NOx触媒11の上流側の排気管10にはNOx触媒11に流入する排気の温度を検出する排気温度センサ22が設けられ、ECU20と電気的に接続されている。これによって、ECU20は、NOx触媒11に流入する排気温度を検出し、該排気温度よりNOx触媒11の温度を推定する。更に、NOx触媒11の下流側の排気管10にはNOx触媒11から流出する排気に含まれるNOxの濃度(以下、「排気NOx濃度」という)を検出する排気NOxセンサ23が設けられ、ECU20と電気的に接続されている。
【0036】
これらのセンサとNOx触媒11、燃料添加弁21等で構成される排気浄化システムによって、内燃機関1から排出される排気に含まれるNOxの浄化が行われる。ここで、NOx触媒11のNOx浄化能力について図2に基づいて説明する。
【0037】
図2は、NOx触媒11の異なるNOx吸蔵量時の、燃料添加弁21の燃料添加によるNOx浄化能力の推移を示すグラフである。該グラフの横軸は経過時間を示し、該グラフの縦軸はNOx濃度を示す。図2中の線L3はNOx触媒11に流入する排気のNOx濃度を表している。ここで、図2中の線L1および線L2は、それぞれNOx触媒11のNOx吸蔵量が相対的に高い場合と低い場合において、線L3に示すNOx濃度の排気がNOx触媒11に流入しているときに燃料添加弁21より排気に一定間隔で、且つ単位時間あたりの添加量が等しい燃料添加を行っているときの、NOx触媒11から排出された排気におけるNOx濃度の推移を表している。従って、線L1および線L2で表されるNOx濃度の推移の差は、NOx触媒11のNOx浄化能力がNOx吸蔵量に大きく影響されることを示す。
【0038】
NOx触媒11のNOx吸蔵量が多いと(図2中の線L1で表されるときに相当)、燃料添加弁21によって燃料を排気へ添加しても、NOx触媒11に吸蔵されているNOxの還元反応が効率よく行われないため、NOx浄化能力の回復が緩やかとなる。その結果、NOx触媒11による平均的なNOx浄化率が低下し、NOx触媒11から流出する排気のNOx濃度の平均値が高くなる。一方で、NOx触媒11のNOx吸蔵量が少ないと(図2中の線L2で表されるときに相当)、NOx浄化能力の回復は速やかに行われ、NOx触媒11によるNOx浄化率の平均値が上昇し、NOx触媒11から流出する排気のNOx濃度の平均値が高くなるのを抑制することが可能となる。
【0039】
従って、NOx触媒11のNOx吸蔵量を可及的に低い状態に維持することで、NOx触媒11のNOx浄化能力を保ち、NOx触媒11によるNOx浄化率を高レベルな状態に保持することが可能となる。しかし、NOx触媒11によるNOx浄化のための、燃料添加弁21による排気への燃料添加は、NOx触媒11の温度や内燃機関の機関負荷によって、実行され得ない場合があり、そのような場合には、NOx触媒11のNOx吸蔵量は増大し、NOx触媒11によるNOx浄化率は次第に低下していく。
【0040】
そこで、NOx触媒11のNOx浄化能力を保ち、NOx触媒11によるNOx浄化率を高レベルな状態に保持するための制御について、図3および図4に基づいて説明する。図3はNOx触媒11によるNOx浄化が行われる際のNOx還元制御のフローチャートである。尚、該制御は、ECU20によって実行される。
【0041】
そして、内燃機関1の機関始動時において、図3に示すNOx還元制御がECU20によって実行されているときの、NOx触媒11によるNOx浄化率の推移等の一実施例を図4のグラフに示す。該グラフの横軸は経過時間を示し、該グラフの縦軸はNOx触媒11によるNOx浄化率および内燃機関1を備える車両の車速を示す。ここで、図4中の線L4は本NOx還元制御が行われたときのNOx触媒11によるNOx浄化率の推移を表す。また、図4中の線L5は、後述する通常燃料添加のみによるNOx還元が行われたときの、NOx触媒11によるNOx浄化率の推移を表す。また、線L6は該車両の車速の推移を示す。以下、図4に示すNOx触媒11によるNOx浄化率の推移と併せて、図3における本NOx還元制御の説明を行う。
【0042】
先ず、S101では、燃料添加弁21によって排気へ燃料を添加しNOx触媒11に燃料を供給することで、NOx触媒11でのNOx還元反応によってNOx浄化を行う条件が成立しているか否かを判定する。具体的には、NOx触媒11の温度と内燃機関1の機関負荷とに基づいて該判定を行う。
【0043】
NOx触媒11の温度に基づくS101における判定について、図5に基づいて説明する。図5は、NOx触媒11の温度に対するNOx触媒11によるNOx浄化率の推移を示すグラフである。該グラフの横軸は、NOx触媒11の温度を示し、該グラフの縦軸は、NOx触媒11によるNOx浄化率を示す。図5中の線L7は、該NOx浄化率の推移を示す。
【0044】
ここで、NOx触媒11の温度が活性温度TN1以下である場合には、NOx触媒11においてNOxの還元反応が効率的に行われない。従って、この場合には、S101においては、燃料添加弁21によって排気へ燃料を添加しNOx触媒11に燃料を供給することで、NOx触媒11でのNOx還元反応によってNOx浄化を行う条件が成立していないと判定する。一方で、NOx触媒11の温度が上限温度TN2以上である場合には、NOx触媒11の組成が変化することによって、NOx触媒11によるNOxの還元反応の効率が低下する。従って、この場合には、S101においては、燃料添加弁21によって排気へ燃料を添加しNOx触媒11に燃料を供給することで、NOx触媒11でのNOx還元反応によってNOx浄化を行う条件が成立していないと判定する。
【0045】
次に、内燃機関1の機関負荷に基づくS101における判定について、図6に基づいて説明する。図6は、内燃機関1の機関負荷領域を示すグラフである。該グラフの横軸は、内燃機関1の機関回転速度を示し、該グラフの縦軸は、内燃機関1による機関トルクを示す。図6中の線L8は、内燃機関1の機関回転速度に対する最高機関トルクの推移を示す。ここで、図6中の線L9で定義される領域R0は、内燃機関1の機関負荷が低負荷領域もしくは中負荷領域となる領域である。また、図中の線L9と線L8との間の領域R1は、内燃機関1の機関負荷が高負荷領域となる領域である。
【0046】
ここで、内燃機関1の機関負荷が高負荷領域R1に属している場合には、NOx触媒11に流入する排気の流量が過多となるため、燃料添加弁21によって燃料を排気へ添加してもNOxの還元反応が効率的に行われない。従って、この場合には、S101においては、燃料添加弁21によって排気へ燃料を添加しNOx触媒11に燃料を供給することで、NOx触媒11でのNOx還元反応によってNOx浄化を行う条件が成立していないと判定する。
【0047】
S101において、燃料添加弁21によって排気へ燃料を添加しNOx触媒11に燃料を供給することで、NOx触媒11でのNOx還元反応によってNOx浄化を行う条件が成立していると判定されると、S102に進む。一方で、S101において、該条件が成立していないと判定されると、S108に進む。
【0048】
S102では、添加フラグが0であるか否かを判定する。ここで、添加フラグとは、燃料噴射弁21による燃料を添加する際に、該燃料添加が可能でない状態から該燃料添加が可能である状態に移行したか否かを判定するフラグである。従って、S102において添加フラグが0と判断されるときは、該燃料添加が可能でない状態から該燃料添加が可能である状態に移行したことを意味する。また、S102において添加フラグが1のときは、既に該燃料添加が可能である状態であることを意味する。
【0049】
ここで、燃料添加が可能でない状態から燃料添加が可能である状態に移行したときとは、NOx触媒11の温度が活性温度TN1より高くなったとき、もしくはNOx触媒11の温度が上限温度TN2より低くなったとき、且つ内燃機関1の機関負荷が領域R1に属している状態から領域R0に属している状態に移行したときである。即ち、NOx触媒11または内燃機関1の状態が、図5中および図6中に矢印で表されるように変化したときが、燃料添加が可能でない状態から燃料添加が可能である状態に移行したときと判定される。
【0050】
S102で添加フラグが0と判定されると、燃料添加が可能でない状態から可能である状態に移行したときであって、該時点まで燃料添加が行えずにNOx触媒11のNOx吸蔵量が増大していることを意味する。そこで、増大したNOx吸蔵量を速やかに低減すべく、S103へ進む。一方で、S102で添加フラグが0ではないと判定されると、燃料添加が可能である状態が引き続いている状態であって、該時点までは後述するS106における通常燃料添加によるNOx還元が行われているため、NOx触媒11のNOx吸蔵量は低い状態を維持していることを意味する。従って、NOx吸蔵量を低い状態を維持すべく、S107へ進み、更に通常燃料添加によるNOx還元を継続する。
【0051】
S103では、燃料添加弁21による集中燃料添加を開始することで、吸蔵NOxの還元を行う。ここで集中燃料添加とS107において行われる通常燃料添加と、について説明する。両燃料添加とも燃料添加弁21によって行われる排気への燃料添加であるが、集中燃料添加は通常燃料添加に比べて、単位時間あたりの燃料の添加量が多くなる。具体的には、燃料添加弁21による燃料の添加間隔を短くすることで、又は燃料添加弁21の一回あたりの開弁時間を長くすることで、単位時間あたりの燃料の添加量を多くする。従って、集燃料添加が行われるときの、NOx触媒11に流入する排気の空燃比は、通常燃料添加が行われるときの、NOx触媒11に流入する排気の空燃比に比べて、更にリッチ側の空燃比となる。以て、NOx触媒11に吸蔵されているNOxの還元反応がより促進される一方で、燃料添加に要する燃料量が増大する。S103の処理が終了すると、S104へ進む。
【0052】
S104では、排気NOxセンサ23によって、NOx触媒11から流出する排気のNOx濃度Dnを検出する。S104の処理が終了すると、S105へ進む。
【0053】
S105では、S104で検出した排気NOx濃度Dnが、所定の排気NOx濃度D0より低いか否か判定する。ここで、所定の排気NOx濃度D0は、NOx触媒11にNOx浄化能力が十分に回復したと判定するために、即ちNOx触媒11のNOx吸蔵量が低減しNOx触媒11によるNOx浄化率が高レベルな状態に至ったと判定するための閾値である。従って、S105において排気NOx濃度Dnが所定の排気NOx濃度D0以上であると判定されると、NOx触媒11のNOx浄化能力が十分には回復していないことを意味し、集中燃料添加によるNOx還元が継続される。S105において排気NOx濃度Dnが所定の排気NOx濃度D0より小さいと判定されると、S106に進む。
【0054】
S106では、添加フラグの値を0から1とする。S106の処理が終了すると、S107へ進む。
【0055】
S107では、S106からS107へ進むときは、S103において開始した集中燃料添加による吸蔵NOxの還元を中止し、代わって通常燃料添加による吸蔵NOxの還元を開始する。一方で、S102からS107へ進むときは、現時点において行われている通常燃料添加による吸蔵NOxの還元を継続する。S107の処理が終了すると、再びS101以降の処理が繰り返される。
【0056】
また、S101からS107へ進むとき、S108では、S101において燃料添加弁21による排気への燃料添加が可能ではないと判定されたことにより、燃料添加弁21による燃料添加を中止する。S108の処理が終了すると、S109へ進む。S109では、添加フラグを0の値とする。S109の処理が終了すると、再びS101以降の処理が繰り返される。
【0057】
ここで、上述のNOx還元制御が行われるときにおいて、図4における期間T1は、燃料添加弁21による排気への燃料添加が可能でない状態であり、本制御の処理S101、S108およびS109が、繰り返し行われていることになる。従って、内燃機関1の機関始動に伴い、NOx触媒11の温度が上昇し活性温度に近づくことで、NOx触媒11によるNOx浄化率が上昇する。しかし、徐々にNOx触媒11にNOxが吸蔵され続けることで次第にNOx浄化率が低下する。
【0058】
次に、期間T2においては、NOx触媒11の温度が活性温度TN1に達したことにより、本制御のS102以降の処理が行われる。これにより、燃料添加弁21によって集中燃料添加が行われ、NOx触媒11のNOx浄化能力が速やかに回復し、NOx触媒11によるNOx浄化率が速やかに上昇する。そして、NOx触媒11のNOx浄化能力の回復に伴い、NOx触媒11から流出する排気のNOx濃度がD0より小さくなると、今度は集中燃料添加に代わって通常燃料添加が行われる。この時点において、本制御におけるS105の処理からS106の処理へ移る。そしてこの時点以降、期間T3となる。期間T3以降は、燃料添加弁21による排気への燃料添加が可能と判断される限りは、通常燃料添加が行われる。
【0059】
本制御によるNOx触媒11のNOx浄化能力の回復について、図7に示すグラフに基づいて説明する。該グラフの横軸は経過時間を示し、該グラフの縦軸はNOx触媒11から流出する排気のNOx濃度を示す。そして、図7中の線L10は、本制御が行われたときの排気のNOx濃度の推移を、図7中の線L11は、NOx触媒11の温度が活性温度TN1に達したときに、通常燃料添加のみによる排気への燃料添加が行われたときの排気のNOx濃度の推移を示している。更に、図7中の線L12はNOx触媒11に流入する排気の空燃比を示している。また、図7中の期間T2および期間T3は、図4中の期間T2および期間T3に対応する。
【0060】
このように、本制御によると、通常燃料添加のみによる排気への燃料添加を行う場合と比べて、速やかにNOx吸蔵量が十分に低減され、NOx触媒11によるNOx浄化率が高レベルな状態となる。その後は、集中燃料添加から通常燃料添加となって、NOx触媒11によるNOx浄化率は高レベルな程度に維持される。更に、集中燃料添加を一定の条件下に限って行い、集中燃料添加後では通常燃料添加に切り替えることにより、燃料添加による燃費の悪化を抑制することが可能となる。
【0061】
【発明の効果】
本発明は、内燃機関からの排気に含まれるNOxを吸蔵、還元するNOx触媒を備え、NOx触媒に流入する排気に燃料を添加することでNOx触媒に吸蔵されたNOxを還元して排気の浄化を行う排気浄化システムにおいて、排気へ燃料を添加しNOx触媒に燃料を供給してNOx触媒の吸蔵NOxを還元する条件が成立していない状態から該条件が成立している状態に移行したときのみにおいて、単位時間あたりの排気への燃料添加を増大させて、NOx触媒のNOx浄化能力を速やかに高レベルな状態に至らせた後は、単位時間あたりの排気への燃料添加を減少させることで、NOx触媒のNOx浄化能力を平均的に高レベルな状態に維持するとともに、燃費の悪化を抑制する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係る排気浄化システムおよび該排気浄化システムを含む内燃機関およびその制御系統の概略構成を表すブロック図である。
【図2】NOx触媒の異なるNOx吸蔵量時の、燃料添加によるNOx浄化能力の推移を示すグラフである。
【図3】本発明の実施の形態に係る排気浄化システムにおいて行われるNOx還元制御を示すフローチャートである。
【図4】図3に示すNOx還元制御が実行されているときの、NOx触媒によるNOx浄化率の推移等の一実施例を示すグラフである。
【図5】NOx触媒の温度に対するNOx触媒によるNOx浄化率の推移を示すグラフである。
【図6】内燃機関1の機関負荷領域を示すグラフである。
【図7】図3に示すNOx還元制御が実行されているときの、Ox触媒のNOx浄化能力の推移を示すグラフである。
【符号の説明】
1・・・・内燃機関
3・・・・燃料噴射弁
11・・・・NOx触媒
20・・・・ECU
21・・・・燃料添加弁
22・・・・排気温度センサ
23・・・・排気NOxセンサ
24・・・・クランクポジションセンサ
25・・・・アクセル開度センサ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust purification system that performs NOx purification of an internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
An NOx storage reduction catalyst (hereinafter referred to as “NOx”) that stores NOx and reduces the stored NOx in the presence of a reducing agent in order to purify NOx in exhaust gas discharged from an internal combustion engine, particularly an internal combustion engine that performs lean combustion. NOx catalyst ") is used. However, the NOx purification capacity of the NOx catalyst decreases as the amount of NOx stored in the NOx catalyst (hereinafter referred to as “NOx storage amount”) increases. Therefore, in order to reduce the NOx occluded in the NOx catalyst to reduce the NOx occlusion amount and restore the NOx purification capacity, the exhaust pipe provided with the NOx catalyst is warmed with exhaust heat to promote the vaporization of the reducing agent. The technique of making it public is disclosed (for example, refer patent document 1).
[0003]
Further, the exhaust gas flowing into the NOx catalyst is reduced in order to reduce the total amount of NOx stored in the NOx catalyst during the previous engine stop after the internal combustion engine is started until the first lean air-fuel ratio operation is performed. A technique for increasing the amount of fuel added as a reducing agent to be added is disclosed (for example, see Patent Document 2). Similarly, a technology has been disclosed in which the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx catalyst is slightly rich when the internal combustion engine is started (see, for example, Patent Document 3).
[0004]
When the degree of purification efficiency by the NOx catalyst is deteriorated, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx catalyst is set to a rich air-fuel ratio to recover the NOx purification capacity, and the temperature of the NOx catalyst is higher than a certain temperature. When it is low, a technique for prohibiting the exhaust from being rich is disclosed (for example, see Patent Document 4).
[0005]
Furthermore, as the amount of NOx occluded in the NOx catalyst increases, the technology for reducing the NOx occluded more reliably by making the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx catalyst a richer air-fuel ratio is disclosed. (For example, see Patent Document 5).
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-6-272539
[Patent Document 2]
International Publication WO98 / 51919
[Patent Document 3]
JP 2002-89249 A
[Patent Document 4]
JP 11-107811 A
[Patent Document 5]
JP-A-6-272540
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the NOx catalyst, as the NOx occlusion amount in the NOx catalyst increases, the NOx purification capacity of the NOx catalyst decreases. Therefore, in the prior art, even if the stored NOx is reduced by adding fuel as a reducing agent to the exhaust flowing into the NOx catalyst, the fuel is added directly to the exhaust, so the molecular weight of the fuel Is relatively large, and it is difficult to efficiently reduce the stored NOx. Therefore, it takes time to recover the NOx purification capability of the NOx catalyst, and the state in which the NOx purification capability is reduced on average continues. Furthermore, as a result, the amount of fuel used before the recovery of the NOx purification capacity increases, and the fuel efficiency may deteriorate.
[0008]
Further, in order to reduce the stored NOx by adding fuel to the exhaust, the state of the NOx catalyst and the operating state of the internal combustion engine must be in a state in which the reduction reaction is performed efficiently. If the fuel is added to the exhaust gas when it is not in such a state, a part of the added fuel is not subjected to the reduction reaction with the NOx catalyst, and as a result, the fuel consumption may be deteriorated.
[0009]
The present invention has been made in view of the above problems, and includes a NOx catalyst that occludes and reduces NOx contained in exhaust from an internal combustion engine, and adds fuel to the exhaust flowing into the NOx catalyst. An exhaust purification system that purifies exhaust gas by reducing NOx stored in the NOx catalyst, and quickly reduces NOx stored in the NOx catalyst to maintain the NOx catalyst's NOx purification capacity on average high. In addition, an object of the present invention is to provide an exhaust purification system for an internal combustion engine that suppresses deterioration of fuel consumption.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, the present invention focuses on the amount of fuel added per unit time of fuel added to exhaust gas for NOx purification capability and the timing of fuel addition. This depends on the progress of recovery of the NOx purification capacity of the NOx catalyst and the amount of fuel required for the NOx purification capacity, that is, the fuel consumption, depends on the fuel addition amount per unit time of the added fuel and the timing of fuel addition. .
[0011]
Therefore, in an exhaust gas purification system for an internal combustion engine, a NOx catalyst for storing and reducing NOx contained in the exhaust gas from the internal combustion engine, a fuel addition means for adding fuel to the exhaust gas flowing into the NOx catalyst, and the fuel addition means Determines whether or not a condition for supplying fuel to the NOx catalyst is satisfied, and determines whether or not a condition for supplying fuel to the NOx catalyst is satisfied by the fuel addition determination means. When the fuel is added, the fuel is added to the exhaust gas by the fuel addition means to make the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx catalyst a rich air-fuel ratio, thereby supplying the fuel to the NOx catalyst, and storing the NOx in the NOx catalyst. It is determined that the condition for supplying fuel to the NOx catalyst is not established by the normal reduction control means for reducing the amount and the fuel addition availability determination means. When the state shifts from a state to a state in which it is determined that the condition for supplying fuel to the NOx catalyst is established by the fuel addition availability determination unit, the fuel to the exhaust gas that is performed through the normal reduction unit for a predetermined period of time Is added to the NOx catalyst by changing the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx catalyst to a rich rich air-fuel ratio on the rich side. Centralized reduction control means for supplying fuel and reducing the NOx occlusion amount of the NOx catalyst; An exhaust NOx sensor for detecting the concentration of NOx contained in the exhaust gas flowing out from the NOx catalyst; With When the NOx occlusion amount of the NOx catalyst is reduced by the concentrated reduction control means, if it is determined that the concentration of NOx detected by the exhaust NOx sensor is lower than a predetermined threshold value, the concentrated reduction control means The reduction of the NOx occlusion amount of the NOx catalyst due to is stopped and the reduction of the NOx occlusion amount of the NOx catalyst by the normal reduction control means is started. The
[0012]
The NOx catalyst has a NOx purification capability for reducing the stored NOx by storing NOx and reducing the oxygen concentration in the atmosphere of the NOx catalyst and supplying fuel as a reducing agent. This NOx purification capacity decreases as the NOx storage amount of the NOx catalyst increases. Therefore, if the NOx occlusion amount is large, the ratio of the NOx concentration contained in the exhaust gas flowing out from the NOx catalyst to the NOx concentration contained in the exhaust gas flowing into the NOx catalyst (hereinafter referred to as “NOx purification rate”) will decrease. . Therefore, in order to maintain the NOx purification rate at a high level, it is preferable to make the NOx occlusion amount of the NOx catalyst as small as possible.
[0013]
Therefore, fuel as a reducing agent is supplied to the NOx catalyst by adding fuel to the exhaust gas flowing into the NOx catalyst by the fuel addition means. Then, the NOx occlusion amount is reduced by the NOx reduction reaction in the NOx catalyst, so that the NOx purification rate is maintained at a high level.
[0014]
However, the fuel addition by the fuel addition means is not always feasible, and can be performed only under conditions where the NOx reduction reaction in the NOx catalyst can be performed efficiently. If fuel addition is performed under conditions other than the above conditions, the NOx reduction reaction is not efficiently performed, so the amount of fuel required for fuel addition increases and fuel consumption deteriorates, or the fuel is a NOx catalyst or NOx catalyst. There is a risk that the amount of adhesion to an exhaust system or the like of an internal combustion engine provided with an increase. Accordingly, the fuel addition propriety determination means determines whether or not a condition for performing fuel addition by the fuel addition means to supply fuel to the NOx catalyst is satisfied, and determines that the condition is satisfied. Sometimes, fuel is added to the exhaust by the fuel addition means.
[0015]
Here, the exhaust gas purification system for the internal combustion engine includes the normal reduction control means and the concentrated reduction control means as fuel addition means for reducing the NOx occlusion amount of the NOx catalyst. In both means, the fuel addition is performed when it is determined by the fuel addition possibility determination means that the condition for supplying the fuel to the NOx catalyst is satisfied. Here, the difference in fuel addition by each means is the amount of fuel added to exhaust gas per unit time and the timing of fuel addition to exhaust gas.
[0016]
That is, the concentrated reduction control means performs intensive fuel addition in which the amount of fuel added to the exhaust gas per unit time is higher than that of the normal reduction control means. As a result, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx catalyst when the fuel addition by the concentrated reduction control unit is performed is the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx catalyst when the fuel addition by the normal reduction control unit is performed. As a result, the rich air-fuel ratio, which is the richer air-fuel ratio, is obtained. Therefore, the reduction reaction in the NOx catalyst is promoted, and the NOx occlusion amount of the NOx catalyst is reduced more rapidly. As a result, the NOx purification rate indicating the NOx purification capacity of the NOx catalyst is restored to a high level more quickly. On the other hand, in the fuel addition by the centralized reduction control means, the amount of fuel provided for the reduction reaction is increased, so that the fuel consumption is deteriorated.
[0017]
Therefore, fuel addition by the centralized reduction control means is limited to a certain timing. That is, the fuel addition by the centralized reduction control means is performed for a predetermined period only when the fuel addition possibility determination means shifts from a state in which fuel supply to the NOx catalyst by the fuel addition means is not possible to a possible state. After the fuel addition by the centralized reduction control unit is performed for a predetermined period, the normal reduction is performed as long as it is determined by the fuel addition possibility determination unit that the condition for supplying the fuel to the NOx catalyst by the fuel addition unit is satisfied. The fuel is added by the control means. Here, the predetermined period during which the concentrated reduction control means is performed is a period until it is determined that the NOx purification capacity of the NOx catalyst has recovered to a sufficiently high level. For example, the NOx occlusion amount of the NOx catalyst is reduced until the NOx purification rate of the NOx catalyst is recovered to a sufficiently high level or until the NOx concentration of the exhaust gas flowing out from the NOx catalyst is sufficiently reduced. The period required for Thus, by limiting the timing of fuel addition by the centralized reduction control means, it becomes possible to suppress deterioration of fuel consumption.
[0018]
By performing such reduction control by addition of fuel, fuel cannot be supplied to the NOx catalyst, and after NOx is stored in the NOx catalyst, the fuel is supplied to the NOx catalyst. If it is determined that the fuel can be discharged, the fuel is first added by the concentrated reduction control means. As a result, NOx stored in the NOx catalyst is intensively reduced, and the NOx purification rate by the NOx catalyst is quickly recovered. After that, by adding fuel by the normal reduction control means, the NOx catalyst occludes as long as it is determined by the fuel addition availability determination means that the conditions for fuel supply to the NOx catalyst by the fuel addition means are satisfied. The amount of NOx being maintained is always kept low. Accordingly, the NOx purification rate indicating the NOx purification ability of the NOx catalyst can be maintained at a high level.
[0019]
Furthermore, when it is determined by the fuel addition possibility determination means that fuel supply to the NOx catalyst by the fuel addition means is not possible, the fuel addition by the normal reduction control means is not performed, but again the fuel addition possibility determination means When it is determined that fuel can be supplied to the NOx catalyst by the fuel addition means, the fuel is added by the centralized reduction control means.
[0020]
Here, the fuel addition propriety judging means for judging whether or not the condition for supplying the fuel to the NOx catalyst by the fuel adding means is satisfied can make the judgment based on the temperature of the NOx catalyst. That is, the fuel addition propriety determining means determines that a condition for supplying fuel to the NOx catalyst by the fuel adding means is satisfied when the temperature of the NOx catalyst is higher than a first predetermined temperature, On the other hand, when the temperature of the NOx catalyst is equal to or lower than the first predetermined temperature, it is determined that the condition for supplying fuel to the NOx catalyst by the fuel addition means is not satisfied.
[0021]
This is because the NOx catalyst needs to be equal to or higher than the first predetermined temperature, which is the activation temperature of the NOx catalyst, in order to efficiently contribute to the NOx reduction reaction. Therefore, when the temperature of the NOx catalyst does not reach the activation temperature, the reduction reaction of the stored NOx due to the fuel supply to the NOx catalyst does not occur efficiently, so the conditions for supplying fuel to the NOx catalyst are not satisfied. It is determined.
[0022]
Further, when the temperature of the NOx catalyst rises excessively, the composition of the NOx catalyst changes, thereby reducing the efficiency of the NOx reduction reaction by the NOx catalyst. Therefore, the fuel addition propriety determination means has a condition for supplying fuel to the NOx catalyst by the fuel addition means when the temperature of the NOx catalyst is lower than a second predetermined temperature which is higher than the first predetermined temperature. On the other hand, if the temperature of the NOx catalyst is equal to or higher than the second predetermined temperature, it is determined that the condition for supplying fuel to the NOx catalyst by the fuel addition means is not satisfied.
[0023]
Here, the second predetermined temperature is a threshold value for determining that the efficiency of the NOx reduction reaction by the NOx catalyst is reduced by excessively increasing the temperature of the NOx catalyst. Therefore, when the temperature of the NOx catalyst is excessively raised, the reduction reaction of the stored NOx due to the fuel supply to the NOx catalyst does not occur efficiently, so the conditions for supplying fuel to the NOx catalyst are not satisfied. It is determined.
[0024]
Next, the fuel addition enable / disable determining unit that determines whether or not the condition for supplying the fuel to the NOx catalyst by the fuel adding unit is satisfied can make the determination based on the engine load of the internal combustion engine. . That is, it is determined that the condition for supplying fuel to the NOx catalyst by the fuel addition means is satisfied when the engine load of the internal combustion engine belongs to a load region where the load is lower than a high load region, When the engine load of the internal combustion engine belongs to the high load region, it is determined that the condition for supplying fuel to the NOx catalyst by the fuel addition means is not satisfied.
[0025]
This is because when the engine load of the internal combustion engine belongs to the high load region, the amount of exhaust gas flowing into the NOx catalyst increases, and the fuel added in the NOx catalyst is not efficiently used for the NOx reduction reaction, and the NOx catalyst. , And as a result, fuel consumption deteriorates. Therefore, when the engine load of the internal combustion engine belongs to the high load region, the reduction reaction of the stored NOx due to the fuel supply to the NOx catalyst does not occur efficiently, so the condition for supplying the fuel to the NOx catalyst is satisfied. It is determined that there is no.
[0026]
Here, as the fuel addition means, a fuel addition valve provided in the exhaust system of the internal combustion engine and upstream of the NOx catalyst can be considered. In this case, the concentrated fuel addition by the concentrated reduction control means shortens the fuel addition interval to the exhaust gas by the fuel addition valve or the fuel addition valve compared to the fuel addition by the normal reduction control means. This is performed by at least one of increasing the valve opening time per time.
[0027]
By adding fuel with such a fuel addition valve, the fuel addition by the centralized reduction control means increases the amount of fuel added per unit time compared to the fuel addition by the normal reduction control means, and flows into the NOx catalyst. It becomes possible to make the air-fuel ratio of the exhaust gas to be a strong rich air-fuel ratio.
[0028]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
<First Embodiment>
Here, an embodiment of an exhaust gas purification system for an internal combustion engine according to the present invention will be described based on the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of an exhaust purification system to which the present invention is applied, an
[0029]
The
[0030]
Next, an
[0031]
On the other hand, an exhaust branch pipe 9 is connected to the
[0032]
Further, the exhaust branch pipe 9 is connected to an
[0033]
Here, the
[0034]
Further, an
[0035]
The
[0036]
The exhaust gas purification system including these sensors, the
[0037]
FIG. 2 is a graph showing the transition of the NOx purification capacity by the fuel addition of the
[0038]
If the NOx storage amount of the
[0039]
Therefore, by maintaining the NOx occlusion amount of the
[0040]
Therefore, control for maintaining the NOx purification capacity of the
[0041]
FIG. 4 is a graph showing an example of the transition of the NOx purification rate by the
[0042]
First, in S101, it is determined whether or not a condition for performing NOx purification by the NOx reduction reaction in the
[0043]
The determination in S101 based on the temperature of the
[0044]
Here, when the temperature of the
[0045]
Next, the determination in S101 based on the engine load of the
[0046]
Here, when the engine load of the
[0047]
In S101, when it is determined that the condition for performing NOx purification by the NOx reduction reaction in the
[0048]
In S102, it is determined whether or not the addition flag is 0. Here, the addition flag is a flag for determining whether or not the fuel addition is possible from the state where the fuel addition is not possible when the fuel is added by the
[0049]
Here, the transition from the state in which fuel addition is not possible to the state in which fuel addition is possible means that the temperature of the
[0050]
If it is determined in S102 that the addition flag is 0, the transition from the state in which fuel addition is not possible to the state in which fuel addition is possible, fuel addition cannot be performed until that time, and the NOx occlusion amount of the
[0051]
In S103, the stored NOx is reduced by starting concentrated fuel addition by the
[0052]
In S104, the
[0053]
In S105, it is determined whether or not the exhaust NOx concentration Dn detected in S104 is lower than a predetermined exhaust NOx concentration D0. Here, the predetermined exhaust NOx concentration D0 is determined in order to determine that the
[0054]
In S106, the value of the addition flag is changed from 0 to 1. When the process of S106 ends, the process proceeds to S107.
[0055]
In S107, when proceeding from S106 to S107, the reduction of the stored NOx by the concentrated fuel addition started in S103 is stopped, and the reduction of the stored NOx by the normal fuel addition is started instead. On the other hand, when the process proceeds from S102 to S107, the reduction of the stored NOx by the normal fuel addition that is currently performed is continued. When the process of S107 ends, the processes after S101 are repeated again.
[0056]
Further, when the process proceeds from S101 to S107, in S108, the fuel addition by the
[0057]
Here, when the above-described NOx reduction control is performed, the period T1 in FIG. 4 is a state in which fuel addition to the exhaust by the
[0058]
Next, in the period T2, since the temperature of the
[0059]
The recovery of the NOx purification capacity of the
[0060]
As described above, according to this control, the NOx occlusion amount is sufficiently reduced quickly and the NOx purification rate by the
[0061]
【The invention's effect】
The present invention includes a NOx catalyst that occludes and reduces NOx contained in exhaust from an internal combustion engine, and purifies exhaust by reducing NOx occluded in the NOx catalyst by adding fuel to the exhaust flowing into the NOx catalyst. In the exhaust purification system that performs the above, only when the condition for adding the fuel to the exhaust gas and supplying the fuel to the NOx catalyst to reduce the NOx occlusion of the NOx catalyst is not established, the state is satisfied. After increasing the fuel addition to the exhaust per unit time and quickly reaching a high level of the NOx purification capacity of the NOx catalyst, the fuel addition to the exhaust per unit time is decreased. In addition, the NOx purification ability of the NOx catalyst is maintained at a high level on average, and deterioration of fuel consumption is suppressed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of an exhaust purification system according to an embodiment of the present invention, an internal combustion engine including the exhaust purification system, and a control system thereof.
FIG. 2 is a graph showing the transition of NOx purification ability by adding fuel when the NOx storage amount of the NOx catalyst is different.
FIG. 3 is a flowchart showing NOx reduction control performed in the exhaust purification system according to the embodiment of the present invention.
4 is a graph showing an example of the transition of the NOx purification rate by the NOx catalyst when the NOx reduction control shown in FIG. 3 is executed. FIG.
FIG. 5 is a graph showing the transition of the NOx purification rate by the NOx catalyst with respect to the temperature of the NOx catalyst.
6 is a graph showing an engine load region of the
7 is a graph showing the transition of the NOx purification ability of the Ox catalyst when the NOx reduction control shown in FIG. 3 is executed.
[Explanation of symbols]
1 ... Internal combustion engine
3. Fuel injection valve
11 .... NOx catalyst
20 .... ECU
21... Fuel addition valve
22 ... Exhaust temperature sensor
23 ... Exhaust NOx sensor
24 ... Crank position sensor
25 .... Accelerator opening sensor
Claims (5)
前記NOx触媒に流入する排気に燃料添加を行う燃料添加手段と、
前記燃料添加手段によって前記NOx触媒へ燃料を供給する条件が成立しているか否かを判定する燃料添加可否判定手段と、
前記燃料添加可否判定手段によって前記NOx触媒へ燃料を供給する条件が成立していると判断されるときに、前記燃料添加手段によって燃料を排気へ添加して前記NOx触媒に流入する排気の空燃比をリッチ空燃比とすることで該NOx触媒へ燃料を供給し、該NOx触媒のNOx吸蔵量を低減させる通常還元制御手段と、
前記燃料添加可否判定手段によって前記NOx触媒へ燃料を供給する条件が成立していないと判定される状態から、前記燃料添加可否判定手段によって前記NOx触媒へ燃料を供給する条件が成立していると判定される状態へ移行したときに、所定期間前記通常還元手段を介して行われる排気への燃料の添加に比べて単位時間あたりの添加量が多い燃料添加を前記燃料添加手段によって行い、前記NOx触媒に流入する排気の空燃比をよりリッチ側の強リッチ空燃比とすることで該NOx触媒へ燃料を供給し、該NOx触媒のNOx吸蔵量を低減させる集中還元制御手段と、
前記NOx触媒から流出する排気に含まれるNOxの濃度を検出する排気NOxセンサと、
を備え、
前記集中還元制御手段によって前記NOx触媒のNOx吸蔵量を低減させている時に、前記排気NOxセンサによって検出されるNOxの濃度が所定の閾値より低いと判定された場合に、前記集中還元制御手段による前記NOx触媒のNOx吸蔵量の低減を中止するとともに、前記通常還元制御手段による前記NOx触媒のNOx吸蔵量の低減を開始することを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。A NOx catalyst for storing and reducing NOx contained in the exhaust gas from the internal combustion engine;
Fuel addition means for adding fuel to the exhaust gas flowing into the NOx catalyst;
Fuel addition availability determination means for determining whether or not a condition for supplying fuel to the NOx catalyst is satisfied by the fuel addition means;
The air-fuel ratio of the exhaust gas that is added to the exhaust gas by the fuel addition unit and flows into the NOx catalyst when the condition for supplying the fuel to the NOx catalyst is determined by the fuel addition determination unit. Normal reduction control means for reducing the NOx occlusion amount of the NOx catalyst by supplying fuel to the NOx catalyst by setting the rich air-fuel ratio to
When a condition for supplying fuel to the NOx catalyst is satisfied by the fuel addition determination unit from a state where it is determined that the condition for supplying fuel to the NOx catalyst is not satisfied by the fuel addition determination unit. When shifting to the state to be determined, the fuel addition means performs the addition of a fuel having a larger addition amount per unit time than the addition of fuel to the exhaust gas performed through the normal reduction means for a predetermined period, and the NOx Centralized reduction control means for reducing the NOx occlusion amount of the NOx catalyst by supplying fuel to the NOx catalyst by setting the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst to a rich rich air-fuel ratio on the rich side;
An exhaust NOx sensor for detecting the concentration of NOx contained in the exhaust gas flowing out from the NOx catalyst;
Equipped with a,
When it is determined that the concentration of NOx detected by the exhaust NOx sensor is lower than a predetermined threshold when the NOx occlusion amount of the NOx catalyst is reduced by the concentrated reduction control unit, the concentrated reduction control unit wherein with stops the reduction of the NOx occlusion amount of the NOx catalyst, the normal exhaust gas purification system for an internal combustion engine, characterized that you initiate reduction of the NOx occlusion amount of the NOx catalyst by the reduction control means.
前記集中還元制御手段は、前記燃料添加弁による排気への燃料の添加間隔を短くすること、又は前記燃料添加弁の一回あたりの開弁時間を長くすることの少なくともいずれかによって、前記燃料添加弁による燃料添加を行うことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化システム。The fuel addition means is a fuel addition valve provided in an exhaust system of the internal combustion engine and upstream of the NOx catalyst,
The centralized reduction control means is configured to add the fuel by at least one of shortening an addition interval of the fuel to the exhaust by the fuel addition valve or increasing a valve opening time per one time of the fuel addition valve. The exhaust gas purification system for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 4, wherein fuel is added by a valve.
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