JP4510651B2 - Exhaust gas purification device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関から排出された排ガス中のNOxを一時的に捕捉するとともに、捕捉されたNOxを還元することによって、排ガスを浄化する内燃機関の排ガス浄化装置に関する。 The present invention relates to an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine that temporarily captures NOx in exhaust gas discharged from the internal combustion engine and purifies the exhaust gas by reducing the captured NOx.
この種の排ガス浄化装置では、内燃機関の排気系にNOx捕捉材が設けられており、内燃機関から排出されたNOxがNOx捕捉材に捕捉される。また、捕捉されたNOxの量が大きくなったときに、燃料の増量などにより排ガスを還元状態に制御することによって、捕捉されたNOxが還元される。これにより、NOxを浄化した後に排ガスを大気中に排出するとともに、NOx捕捉材の捕捉能力を回復させるようにしており、そのような排ガス浄化装置として、例えば特許文献1に開示されたものが知られている。
In this type of exhaust gas purification device, an NOx trapping material is provided in the exhaust system of the internal combustion engine, and NOx discharged from the internal combustion engine is trapped by the NOx trapping material. Further, when the amount of trapped NOx increases, the trapped NOx is reduced by controlling the exhaust gas to a reduced state by increasing the amount of fuel or the like. Thereby, after purifying NOx, exhaust gas is discharged into the atmosphere, and the trapping ability of the NOx trapping material is recovered. As such an exhaust gas purifier, for example, one disclosed in
この排ガス浄化装置は、ガソリンエンジンに設けられており、その吸気ポートの手前のサージタンクには圧力センサが設けられていて、この圧力センサはサージタンク内の絶対圧PMを検出する。また、排気管には、排ガス温度Tを検出する温度センサが設けられている。また、排気管の途中には、NOx吸収剤(NOx捕捉材)が設けられている。この排ガス浄化装置では、排ガス中のNOxをNOx吸収剤で吸収(捕捉)するとともに、以下のようにNOx還元制御を実行する。 This exhaust gas purification device is provided in a gasoline engine, and a surge sensor in front of the intake port is provided with a pressure sensor, and this pressure sensor detects an absolute pressure PM in the surge tank. The exhaust pipe is provided with a temperature sensor for detecting the exhaust gas temperature T. A NOx absorbent (NOx trapping material) is provided in the middle of the exhaust pipe. In this exhaust gas purification device, NOx in the exhaust gas is absorbed (captured) by the NOx absorbent, and NOx reduction control is executed as follows.
このNOx還元制御では、絶対圧PMおよびエンジンの回転数Nに基づいて、エンジンから排気管に排出される単位時間当りのNOx量Nijを算出し、このNOx量NijにNOx還元制御の実行間隔Δtを乗算するとともに、乗算した値を前回までにNOx吸収剤に吸収されたNOx量の推定値ΣNOxに加算することにより、今回までに吸収されたNOx量の推定値ΣNOxを算出する。次に、排ガス温度Tに基づいて、NOx吸収剤が吸収可能なNOxの吸収容量NOxCAPを算出し、この吸収容量NOxCAPと推定値ΣNOxを比較する。その結果、ΣNOx>NOxCAPのときには、NOx吸収剤の吸収能力が限界に達したと判定し、燃焼室に供給される混合気の空燃比を、理論空燃比よりもリッチ側に制御することによって、排ガス中に未燃成分が含まれるようにする。それにより、NOx吸収剤に供給された排ガス中の未燃成分により、吸収されたNOxが還元される。 In this NOx reduction control, the NOx amount Nij per unit time discharged from the engine to the exhaust pipe is calculated based on the absolute pressure PM and the engine speed N, and the NOx reduction control execution interval Δt is calculated as the NOx amount Nij. And the added value is added to the estimated value ΣNOx of the NOx amount absorbed by the NOx absorbent until the previous time, thereby calculating the estimated value ΣNOx of the NOx amount absorbed so far. Next, based on the exhaust gas temperature T, the NOx absorption capacity NOxCAP that can be absorbed by the NOx absorbent is calculated, and the absorption capacity NOxCAP is compared with the estimated value ΣNOx. As a result, when ΣNOx> NOxCAP, it is determined that the absorption capacity of the NOx absorbent has reached its limit, and the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the combustion chamber is controlled to be richer than the stoichiometric air-fuel ratio. Ensure that unburned components are included in the exhaust gas. Thereby, the absorbed NOx is reduced by the unburned components in the exhaust gas supplied to the NOx absorbent.
しかし、最近の研究によれば、上記のようなNOx還元の実行中に、実際には、NOx吸収剤に吸収されたNOxの一部が、還元されることなくNOx吸収剤から脱離するという現象(以下、このような現象を「NOxスリップ」という)が生じることが判明しており、NOxスリップが発生すると、脱離した一部のNOxがそのまま大気中に排出されてしまい、排ガス特性の悪化を招く。また、NOxスリップ量は、NOx吸収材に吸収されたNOxの量が大きいほど、またはNOx吸収剤の温度が低いほど、増加する傾向がある。 However, according to recent research, during the execution of NOx reduction as described above, a part of NOx absorbed in the NOx absorbent is actually desorbed from the NOx absorbent without being reduced. It has been found that a phenomenon (hereinafter referred to as “NOx slip”) occurs, and when the NOx slip occurs, a part of the desorbed NOx is discharged into the atmosphere as it is, and the exhaust gas characteristic Deteriorating. Further, the NOx slip amount tends to increase as the amount of NOx absorbed by the NOx absorbent increases or as the temperature of the NOx absorbent decreases.
これに対し、従来の排ガス浄化装置では、上述したように算出されたNOx量と、NOx吸収材の吸収容量とを単純に比較することによって、NOx還元の実行のタイミングを決定しているに過ぎないため、NOxスリップ量を抑制することができない。 On the other hand, in the conventional exhaust gas purification device, the NOx amount calculated as described above is simply compared with the absorption capacity of the NOx absorbent, and the timing for executing NOx reduction is determined. Therefore, the NOx slip amount cannot be suppressed.
本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、NOx還元動作時のNOxスリップ量を十分に抑制することができる内燃機関の排ガス浄化装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine that can sufficiently suppress the NOx slip amount during the NOx reduction operation. .
上記の目的を達成するため、請求項1に係る発明は、内燃機関(実施形態における(以下、本項において同じ)エンジン3)から排気系(排気管5)に排出された排ガスを浄化する内燃機関の排ガス浄化装置1であって、排気系に設けられ、排ガス中のNOxを捕捉するNOx捕捉材(NOx触媒17)と、NOx捕捉材に捕捉されたNOx量を、NOx捕捉量(NOx排出量積算値S_QNOx)として算出するNOx捕捉量算出手段(ECU2,図3のステップ2,3)と、NOx捕捉材に捕捉されたNOxを還元するNOx還元動作を実行するNOx還元手段(インジェクタ6,スロットル弁12)と、NOx還元手段によってNOx還元動作が実行されたときにNOx捕捉材から還元されることなく排出されると推定されるNOx量を表すスリップ値(スリップ係数KSLIP)を算出するスリップ値算出手段(ECU2、ステップ20〜23)と、算出されたスリップ値(スリップ係数KSLIP)に応じて、判定値S_QNOxREFを設定する判定値設定手段(ECU2、ステップ24)と、算出されたNOx捕捉量(NOx排出量積算値S_QNOx)が設定された判定値S_QNOxREFに達したときに、NOx還元動作を実行するようにNOx還元手段を制御するNOx還元制御手段(ECU2,ステップ5,6,30〜34,40,42)と、を備えていることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the invention according to
この内燃機関の排ガス浄化装置によれば、内燃機関から排気系に排出された排ガス中のNOxが、排気系に設けられたNOx捕捉材に捕捉されることにより、大気中へのNOxの排出が抑制される。また、NOx捕捉量算出手段により、NOx捕捉材に捕捉されたNOx量が算出され、NOx還元手段により、NOx捕捉材に捕捉されたNOxを還元するNOx還元動作が実行される。これにより、捕捉されたNOxが還元され、NOx捕捉材によるNOxの捕捉性能が回復する。また、NOx還元動作が実行されたときにNOx捕捉材から還元されることなく排出されると推定されるNOx量を表すスリップ値が算出され、算出されたスリップ値に応じて、判定値が設定される。そして、算出されたNOx捕捉量が設定された判定値に達したときに、NOx還元動作を実行するように、NOx還元手段が制御される。 According to the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, NOx in the exhaust gas discharged from the internal combustion engine to the exhaust system is trapped by the NOx trapping material provided in the exhaust system, so that NOx is discharged into the atmosphere. It is suppressed. Further, the NOx trapping amount calculating means, NOx amount trapped in the NOx trapping material is calculated by N Ox reduction means, NOx reduction operation is executed for reducing the NOx trapped in the NOx trapping material. Thereby, the trapped NOx is reduced and the NOx trapping performance of the NOx trapping material is recovered. Further, when the NOx reduction operation is executed, a slip value indicating the NOx amount estimated to be discharged without being reduced from the NOx trapping material is calculated, and a determination value is set according to the calculated slip value. Is done. Then, when the calculated NOx trapping amount reaches the set determination value, the NOx reduction means is controlled so as to execute the NOx reduction operation.
上述したように、NOx捕捉材に捕捉されたNOxは、NOx還元手段によるNOx還元動作が実行されることにより還元された後、大気中に排出される。また、本発明では、NOx還元の実行時に生じ得る前述したNOxスリップを考慮し、NOx還元動作が実行されたときにNOx捕捉材から還元されることなく排出されると推定されるNOx量を表すスリップ値を算出するとともに、算出されたスリップ値に応じて判定値が設定される。そして、算出されたNOx捕捉量が設定された判定値に達したときに、NOx還元動作を実行するように、NOx還元手段が制御される。それにより、スリップ値すなわちNOxスリップの発生状態に応じて、NOx還元動作を適切に制御することができ、したがって、NOxスリップ量を十分に抑制することができる。 As described above, the NOx trapped by the NOx trapping material is reduced by performing the NOx reduction operation by the NOx reduction means and then discharged into the atmosphere. Further, in the present invention, the NOx amount that is estimated to be discharged without being reduced from the NOx trapping material when the NOx reduction operation is executed is considered in consideration of the NOx slip that may occur when the NOx reduction is executed. A slip value is calculated, and a determination value is set according to the calculated slip value. Then, when the calculated NOx trapping amount reaches the set determination value, the NOx reduction means is controlled so as to execute the NOx reduction operation . Thus , the NOx reduction operation can be appropriately controlled according to the slip value, that is, the state of occurrence of NOx slip, and therefore the NOx slip amount can be sufficiently suppressed.
以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態による排ガス浄化装置について説明する。図1は、本発明を適用した排ガス浄化装置1を、内燃機関3とともに示している。この内燃機関(以下「エンジン」という)3は、車両(図示せず)に搭載された、例えば4気筒(1つのみ図示)のディーゼルエンジンである。
Hereinafter, an exhaust gas purification apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows an exhaust
エンジン3のピストン3aとシリンダヘッド3bの間には、燃焼室3cが形成されている。シリンダヘッド3bには、吸気管4および排気管5(排気系)がそれぞれ接続されるとともに、燃料噴射弁(以下「インジェクタ」という)6(NOx還元手段)が、燃焼室3cに臨むように取り付けられている。
A
インジェクタ6は、燃焼室3cの天壁中央部に配置されており、コモンレールを介して、高圧ポンプおよび燃料タンク(いずれも図示せず)に順に接続されている。インジェクタ6の開弁時間である燃料噴射量TOUTおよび噴射タイミングは、ECU2からの駆動信号によって制御される(図2参照)。
The
また、エンジン3のクランクシャフト3dには、マグネットロータ30aが取り付けられており、このマグネットロータ30aとMREピックアップ30bによって、クランク角センサ30が構成されている。クランク角センサ30は、クランクシャフト3dの回転に伴い、パルス信号であるCRK信号およびTDC信号をECU2に出力する。
A
CRK信号は、所定のクランク角(例えば30゜)ごとに出力される。ECU2は、このCRK信号に基づき、エンジン3の回転数(以下「エンジン回転数」という)NEを求める。TDC信号は、各気筒のピストン3aが吸気行程開始時のTDC(上死点)付近の所定クランク角度位置にあることを表す信号であり、4気筒タイプの本例では、クランク角180゜ごとに出力される。
The CRK signal is output every predetermined crank angle (for example, 30 °). The ECU 2 obtains the rotational speed NE (hereinafter referred to as “engine rotational speed”) NE of the
吸気管4には、過給装置7が設けられており、過給装置7は、ターボチャージャで構成された過給機8と、これに連結されたアクチュエータ9と、ベーン開度制御弁10を備えている。
The
過給機8は、吸気管4に設けられた回転自在のコンプレッサブレード8aと、排気管5に設けられた回転自在のタービンブレード8bおよび複数の回動自在の可変ベーン8c(2つのみ図示)と、これらのブレード8a,8bを一体に連結するシャフト8dとを有している。過給機8は、排気管5内の排ガスによりタービンブレード8bが回転駆動されるのに伴い、これと一体のコンプレッサブレード8aが回転駆動されることによって、吸気管4内の吸入空気を加圧する過給動作を行う。
The
アクチュエータ9は、負圧によって作動するダイアフラム式のものであり、各可変ベーン8cに機械的に連結されている。アクチュエータ9には、負圧ポンプから負圧供給通路(いずれも図示せず)を介して負圧が供給され、この負圧供給通路の途中にベーン開度制御弁10が設けられている。ベーン開度制御弁10は、電磁弁で構成されており、その開度がECU2からの駆動信号で制御されることにより、アクチュエータ9への供給負圧が変化し、それに伴い、可変ベーン8cの開度が変化することによって、過給圧が制御される。
The
吸気管4の過給機8よりも下流側には、上流側から順に、水冷式のインタークーラ11およびスロットル弁12(NOx還元手段)が設けられている。インタークーラ11は、過給装置7の過給動作により吸入空気の温度が上昇したときなどに、吸入空気を冷却するものである。スロットル弁12には、例えば直流モータで構成されたアクチュエータ12aが接続されている。スロットル弁12の開度(以下「スロットル弁開度」という)THは、アクチュエータ12aに供給される電流のデューティ比をECU2で制御することによって、制御される。
A water-cooled
また、吸気管4には、過給機8よりも上流側にエアフローセンサ31が、インタークーラ11とスロットル弁12の間に過給圧センサ32が、それぞれ設けられている。第1エアフローセンサ31は吸入空気量QAを検出し、過給圧センサ32は吸気管4内の過給圧PACTを検出し、それらの検出信号はECU2に出力される。
The
さらに、吸気管4の吸気マニホールド4aは、その集合部から分岐部にわたって、スワール通路4bとバイパス通路4cに仕切られており、これらの通路4b,4cはそれぞれ、吸気ポートを介して各燃焼室3cに連通している。
Further, the
バイパス通路4cには、燃焼室3c内にスワールを発生させるためのスワール装置13が設けられている。スワール装置13は、スワール弁13aと、これを開閉するアクチュエータ13bと、スワール制御弁13cを備えている。アクチュエータ13bおよびスワール制御弁13cはそれぞれ、過給装置7のアクチュエータ9およびベーン開度制御弁10と同様に構成されており、スワール制御弁13cは、前記負圧ポンプに接続されている。以上の構成により、スワール制御弁13cの開度がECU2からの駆動信号で制御されることにより、アクチュエータ13bに供給される負圧が変化し、スワール弁13aの開度が変化することによって、スワールの強さが制御される。
A
また、エンジン3には、EGR管14aおよびEGR制御弁14bを有するEGR装置14が設けられている。EGR管14aは、吸気管4と排気管5の間に、具体的には、吸気マニホールド4aの集合部のスワール通路4bと排気管5の過給機8よりも上流側とをつなぐように接続されている。このEGR管14aを介して、エンジン3の排ガスの一部が吸気管4にEGRガスとして還流し、それにより、燃焼室3c内の燃焼温度が低下することによって、排ガス中のNOxが低減される。
The
EGR制御弁14bは、EGR管14aに取り付けられたリニア電磁弁で構成されており、そのバルブリフト量VLACTが、ECU2からのデューティ制御された駆動信号によってリニアに制御されることによって、EGRガス量が制御される。
The
また、EGR装置14にはEGRガスを冷却するためのEGR冷却装置15が設けられており、EGR冷却装置15は、バイパス通路15a、EGR通路切替弁15bおよびEGRクーラ15cを有している。バイパス通路15aは、EGR管14aのEGR制御弁14bよりも下流側に、EGR管14aをバイパスするように設けられており、EGR通路切替弁15bはバイパス通路15aの分岐部に取り付けられ、EGRクーラ15cはバイパス通路15aの途中に設けられている。EGR通路切替弁15bは、ECU2による制御によって、EGR管14aのEGR通路切替弁15bよりも下流側の部分を、EGR管14a側とバイパス通路15a側に選択的に切り替える。
The
以上により、EGR通路切替弁15bがバイパス通路15a側に切り替えられた場合には、EGRガスは、バイパス通路15aに通され、EGRクーラ15cで冷却された後、吸気管4に還流する。一方、逆側に切り替えられた場合には、EGRガスは、EGR管14aのみを介して、冷却されることなく吸気管4に還流する。
As described above, when the EGR
また、排気管5の過給機8よりも下流側には、上流側から順に、三元触媒16およびNOx触媒17(NOx捕捉材)が設けられている。三元触媒16は、ストイキ雰囲気下において、排ガス中のHCおよびCOを酸化するとともに、NOxを還元することによって、排ガスを浄化する。NOx触媒17は、酸素濃度が高い場合において、排ガス中のNOxを捕捉(吸収)するとともに、排ガス中の還元剤により、捕捉したNOxを還元することによって、排ガスを浄化する。NOx触媒17には、その温度(以下「NOx触媒温度」という)TLNCを検出するNOx触媒温度センサ36が設けられており、その検出信号はECU2に出力される。
Further, a three-
さらに、排気管5の三元触媒16のすぐ上流側および下流側には、第1LAFセンサ33および第2のLAFセンサ34がそれぞれ設けられている。第1および第2のLAFセンサ33,34はそれぞれ、リッチ領域からリーン領域までの広範囲な空燃比の領域において排ガス中の酸素濃度VLAF1,VLAF2をリニアに検出する。ECU2は、第1LAFセンサ33で検出された酸素濃度VLAF1に基づいて、燃焼室3cで燃焼した実際のガスの空燃比を表す実空燃比A/FACTを算出する。ECU2にはさらに、アクセル開度センサ35から、アクセルペダル(図示せず)の操作量(以下「アクセル開度」という)APを表す検出信号が出力される。
Further, a
ECU2は、本実施形態において、NOx捕捉量算出手段、スリップ値算出手段、判定値設定手段およびNOx還元制御手段を構成するものであり、I/Oインターフェース、CPU、RAMおよびROMなどからなるマイクロコンピュータで構成されている(いずれも図示せず)。前述した各種センサ30〜36からの検出信号はそれぞれ、I/OインターフェースでA/D変換や整形がなされた後、CPUに入力される。
In this embodiment, the
CPUは、これらの入力信号に応じ、ROMに記憶された制御プログラムなどに従って、エンジン3の運転状態を判別するとともに、判別した運転状態に応じて、燃料噴射量制御および吸入空気量制御を含むエンジン3の制御を実行する。また、NOx触媒17に捕捉されたNOxを還元するための還元動作として、リッチスパイクを実行すべきか否かを判定し、その判定結果に応じてリッチスパイクを実行する。なお、このリッチスパイクは、後述するように、燃料噴射量TOUTを増大させるとともに吸入空気量QAを減少させることによって、実空燃比A/FACTをリッチ化することにより行われる。
In accordance with these input signals, the CPU determines the operating state of the
図3は、このリッチスパイク制御処理を示している。本処理は、所定の時間ごとに実行される。まず、ステップ1(「S1」と図示。以下同じ)では、リッチスパイクフラグF_RICHが「1」であるか否かを判別する。このリッチスパイクフラグF_RICHは、後述するように、リッチスパイクの実行条件が成立しているときに「1」にセットされるものである。 FIG. 3 shows this rich spike control process. This process is executed every predetermined time. First, in step 1 (illustrated as “S1”, the same applies hereinafter), it is determined whether or not the rich spike flag F_RICH is “1”. The rich spike flag F_RICH is set to “1” when the rich spike execution condition is satisfied, as will be described later.
このステップ1の答がNOで、リッチスパイクの実行中でないときには、ステップ2において、エンジン回転数NEおよび要求トルクPMCMDに応じ、マップ(図示せず)を検索することによって、NOx排出量QNOxを求める。このNOx排出量QNOxは、燃焼室3cから排気管5に排出される排ガス中のNOxの量を示すものであり、すなわち、NOx触媒17に捕捉されるNOx量に相当する。なお、要求トルクPMCMDは、エンジン回転数NEおよびアクセル開度APに応じ、マップ(図示せず)を検索することによって求められる。
If the answer to step 1 is NO and the rich spike is not being executed, then in
次いで、ステップ3において、前回までのNOx排出量積算値S_QNOxに前記ステップ2で求めたNOx排出量QNOxを加算することによって、今回までのNOx排出量積算値S_QNOxを求める。すなわち、NOx排出量積算値S_QNOxは、NOx触媒17に捕捉されているNOx量(NOx捕捉量)に相当する。
Next, in
次に、ステップ4において、S_QNOxREF決定処理を実行し、判定値S_QNOxREFを決定する。このS_QNOxREF決定処理については後述する。
Next, in
次いで、ステップ5において、NOx排出量積算値S_QNOxが、判定値S_QNOxREF以上であるか否かを判定する。この答がNOのときには、NOx触媒17に捕捉されたNOx捕捉量が少ないため、その還元動作をまだ実行すべきでないとして、そのまま本処理を終了する。一方、ステップ5の答がYESで、S_QNOx≧S_QNOxREFのときには、NOxの還元動作を実行すべきとして、リッチスパイクフラグF_RICHを「1」にセットし(ステップ6)、リッチスパイクを開始する。
Next, in
次に、ステップ7において、還元剤量QDAを算出する。この還元剤量QDAは、理論空燃比を表す14.7から実空燃比A/FACTを減算した値に、排ガスの空間速度SVを乗算することにより求められ、リッチスパイクの実行時にNOxの還元に用いられる燃料量に相当する。なお、空間速度SVに代えて、吸入空気量QAを用いてもよい。
Next, in
次いで、ステップ8において、前回までの還元剤量積算値S_QDAに上記ステップ7で求めた還元剤量QDAを加算することによって、今回までの還元剤量積算値S_QDAを算出する。
Next, in
次に、ステップ9において、NOx触媒温度TLNCに応じ、A/FCMDテーブルを検索することによって、目標空燃比A/FCMDを求め、本処理を終了する。図9に示すように、このA/FCMDテーブルでは、NOx触媒温度TLNCが、第1所定温度T1(例えば200℃)以下のとき、および第1所定温度T1よりも大きな第2所定温度T2(例えば400℃)以上のときには、目標空燃比A/FCMDは、値14.7よりも小さな第1空燃比A/F1(例えば13.8)に設定されている。また、NOx触媒温度TLNCが第1および第2所定温度T1,T2の間にあるときには、目標空燃比A/FCMDは、第1空燃比A/F1よりも大きく且つ値14.7よりも小さな第2空燃比A/F2(例えば14.2)に設定されている。
Next, in
以上のように、リッチスパイクの実行時には、目標空燃比A/FCMDが理論空燃比よりもリッチな上記の第1空燃比A/F1または第2空燃比A/F2に設定される。これにより、排ガス中に未燃成分が含まれるようになり、この未燃成分により、通常時にNOx触媒17に捕捉されたNOxが還元される。また、NOx触媒温度TLNCが第1および第2所定温度T1,T2の間にあるときの第2空燃比A/F2が、それ以外のときの第1空燃比A/F1よりも大きな値に、すなわち弱リッチに設定されているのは、以下の理由による。すなわち、リッチスパイクによるNOxの還元能力は、NOx触媒温度TLNCが第1および第2所定温度T1,T2の間にあるときには、他の範囲にあるときよりも高いためである。したがって、第1および第2所定温度T1,T2の間では、目標空燃比A/FCMDをより理論空燃比に近い値に設定し、リッチ化の度合いを弱めることによって、その分、リッチスパイクに用いられる燃料量を低減し、燃費を向上させることができる。
As described above, when the rich spike is executed, the target air-fuel ratio A / FCMD is set to the first air-fuel ratio A / F1 or the second air-fuel ratio A / F2 that is richer than the stoichiometric air-fuel ratio. Thereby, an unburned component is contained in the exhaust gas, and NOx trapped by the
一方、前記ステップ1の答がYESで、リッチスパイクの実行中のときには、還元剤量積算値S_QDAが、還元剤量判定値S_QDAREFよりも大きいか否かを判定する(ステップ10)。還元剤量判定値S_QDAREFは、捕捉されたNOxを還元するのに必要な還元剤量に相当するものであり、前記ステップ4において決定された判定値S_QNOxREFに応じて設定される。
On the other hand, if the answer to step 1 is YES and the rich spike is being executed, it is determined whether or not the reducing agent amount integrated value S_QDA is larger than the reducing agent amount determination value S_QDAREF (step 10). The reducing agent amount determination value S_QDAREF corresponds to the reducing agent amount necessary for reducing the trapped NOx, and is set according to the determination value S_QNOxREF determined in
この答がNOで、S_QDA≦S_QDAREFのときには、リッチスパイクの開始後、NOx触媒17に供給された還元剤量がまだ不十分で、NOxの還元が終了していないとして、前記ステップ7以降を実行し、リッチスパイクを継続するとともに還元剤量積算値S_QDAを算出し、本処理を終了する。
When this answer is NO and S_QDA ≦ S_QDAREF, the amount of reducing agent supplied to the
一方、ステップ10の答がYESで、S_QDA>S_QDAREFのときには、NOx触媒17に十分な還元剤量が供給され、NOxの還元が終了したとして、リッチスパイクフラグF_RICHを「0」にセットする(ステップ11)ことによって、リッチスパイクを終了する。次いで、ステップ12およびステップ13において、NOx排出量積算値S_QNOxおよび還元剤量積算値S_QDAを、それぞれ値0にリセットし、本処理を終了する。
On the other hand, if the answer to step 10 is YES and S_QDA> S_QDAREF, a sufficient reducing agent amount is supplied to the
図4は、図3のステップ4で実行されるS_QNOxREF決定処理を示している。本処理では、NOxスリップ量に影響を及ぼすパラメータとその特性を加味して、判定値S_QNOxREFが決定される。
FIG. 4 shows the S_QNOxREF determination process executed in
まず、ステップ20において、NOx排出量積算値S_QNOxに応じて、K1テーブルを検索することにより、第1係数K1を求める。このK1テーブルでは、第1係数K1は、NOx排出量積算値S_QNOxに応じたNOxスリップ量の特性に基づいて、図5に示すように設定されている。具体的には、第1係数K1は、NOx排出量積算値S_QNOxが大きいほど、すなわちNOx触媒17に捕捉されたNOx量が大きいほど、より大きな値に設定されている。また、その傾きは、NOx排出量積算値S_QNOxが大きくなるに従って大きくなっている。
First, in step 20, the first coefficient K1 is obtained by searching the K1 table according to the NOx emission integrated value S_QNOx. In the K1 table, the first coefficient K1 is set as shown in FIG. 5 based on the characteristics of the NOx slip amount corresponding to the NOx emission amount integrated value S_QNOx. Specifically, the first coefficient K1 is set to a larger value as the NOx emission amount integrated value S_QNOx is larger, that is, as the NOx amount trapped by the
次いで、ステップ21において、NOx触媒温度TLNCに応じて、K2テーブルを検索することにより、第2係数K2を求める。このK2テーブルでは、第2係数K2は、NOx触媒温度TLNCに応じたNOxスリップ量の特性に基づいて、図6に示すように設定されている。具体的には、第2係数K2は、NOx触媒温度TLNCが、所定温度T0(例えば200℃)以下のときには値1.0に、所定温度T0以上では、NOx触媒温度TLNCが高いほどより小さな値に設定されている。また、その傾きは、NOx触媒温度TLNCが高くなるに従って小さくなっている。 Next, in step 21, the second coefficient K2 is obtained by searching the K2 table according to the NOx catalyst temperature TLNC. In the K2 table, the second coefficient K2 is set as shown in FIG. 6 based on the characteristics of the NOx slip amount corresponding to the NOx catalyst temperature TLNC. Specifically, the second coefficient K2 is a value of 1.0 when the NOx catalyst temperature TLNC is equal to or lower than a predetermined temperature T0 (eg, 200 ° C.), and a smaller value when the NOx catalyst temperature TLNC is higher than the predetermined temperature T0. Is set to Further, the inclination becomes smaller as the NOx catalyst temperature TLNC becomes higher.
次に、ステップ22において、排ガスの空間速度SVに応じて、K3テーブルを検索することにより、第3係数K3を求める。このK3デーブルでは、第3係数K3は、空間速度SVに応じたNOxスリップ量の特性に基づいて、図7に示すように設定されている。具体的には、第3係数K3は、空間速度SVが第1所定量SV1(例えば12500/h)以下のときには値1.0よりも小さな所定値K3o(例えば0.8)に、第2所定量SV2(例えば50000/h)以上のときには、所定値K3oよりも大きな値1.0に、それぞれ設定されている。また、空間速度SVが第1および第2所定量SV1,SV2の間にあるときには、第3係数K3は、所定値K3oと値1.0の間でリニアに変化するように設定されている。
Next, in
次いで、ステップ23において、前記ステップ20〜22で求めた第1〜第3係数K1〜K3を互いに乗算することにより、スリップ係数KSLIPを算出する。続くステップ24において、スリップ係数KSLIPに応じて、S_QNOxREFテーブルを検索することにより、判定値S_QNOxREFを求め、本処理を終了する。図8に示すように、このS_QNOxREFテーブルでは、判定値S_QNOxREFは、スリップ係数KSLIPが、第1所定値KS1(例えば0.8)以下のときには第1判定値SQ1(例えば0.3g)に、第2所定値KS2(例えば0.4)以上のときには第1判定値SQ1よりも小さな第2判定値SQ2(例えば0.1g)に、それぞれ設定されている。また、スリップ係数KSLIPが第1および第2所定値KS1,KS2の間にあるときには、判定値S_QNOxREFは、第1および第2判定値Q1,Q2の間でリニアに変化するように設定されている。 Next, in step 23, a slip coefficient KSLIP is calculated by multiplying the first to third coefficients K1 to K3 obtained in steps 20 to 22 with each other. In the following step 24, the S_QNOxREF table is searched according to the slip coefficient KSLIP to obtain the determination value S_QNOxREF, and this process is terminated. As shown in FIG. 8, in this S_QNOxREF table, the determination value S_QNOxREF is equal to the first determination value SQ1 (eg, 0.3 g) when the slip coefficient KSLIP is equal to or less than the first predetermined value KS1 (eg, 0.8). 2 When the value is equal to or greater than the predetermined value KS2 (for example, 0.4), the second determination value SQ2 (for example, 0.1 g) smaller than the first determination value SQ1 is set. Further, when the slip coefficient KSLIP is between the first and second predetermined values KS1, KS2, the determination value S_QNOxREF is set so as to change linearly between the first and second determination values Q1, Q2. .
以上のように、このS_QNOxREF決定処理では、判定値S_QNOxREFは、基本的に、スリップ係数KSLIPが大きいほど、すなわち、推定されたNOxスリップ量が大きいほど、小さな値に設定される。そして、そのように設定した判定値S_QNOxREFが、図3のステップ5において、NOx排出量積算値S_QNOxと比較される結果、リッチスパイクの実行タイミングが、予測されるNOxスリップ量が大きいほど早められる。
As described above, in the S_QNOxREF determination process, the determination value S_QNOxREF is basically set to a smaller value as the slip coefficient KSLIP is larger, that is, as the estimated NOx slip amount is larger. The determination value S_QNOxREF thus set is compared with the NOx emission amount integrated value S_QNOx in
図10は、燃料噴射量の制御処理を示している。本処理では、図3の処理で判定されたリッチスパイクの実行条件の成否に応じて、インジェクタ6の燃料噴射量TOUTを制御する。まず、ステップ30において、リッチスパイクフラグF_RICHが「1」であるか否かを判別する。
FIG. 10 shows the fuel injection amount control process. In this process, the fuel injection amount TOUT of the
この答がNOで、リッチスパイクの実行条件が成立していないときには、エンジン回転数NEおよび要求トルクPMCMDに応じて、マップ(図示せず)を検索することにより、通常時用の燃料噴射量TOUTNを求め(ステップ31)、続くステップ32において、ステップ31で求めた通常時用の燃料噴射量TOUTNを、燃料噴射量TOUTとして設定し、本処理を終了する。
If the answer to this question is no and the rich spike execution condition is not satisfied, a normal fuel injection amount TOUTN is obtained by searching a map (not shown) according to the engine speed NE and the required torque PMCMD. (Step 31), and in the
一方、前記ステップ30の答がYESで、リッチスパイクの実行条件が成立しているときには、エンジン回転数NEおよび要求トルクPMCMDに応じて、マップ(図示せず)を検索することにより、リッチスパイク時用の燃料噴射量TOUTRICHを求める(ステップ33)。このリッチスパイク時用の燃料噴射量TOUTRICHは、通常時用の燃料噴射量TOUTNよりも大きな値に設定されている。 On the other hand, if the answer to step 30 is YES and the rich spike execution condition is satisfied, a map (not shown) is searched according to the engine speed NE and the required torque PMCMD, so The fuel injection amount TOUTRICH for use is obtained (step 33). The fuel injection amount TOUTRICH for the rich spike is set to a value larger than the fuel injection amount TOUTN for the normal time.
次に、ステップ34において、ステップ33で求めたリッチスパイク時用の燃料噴射量TOUTRICHを、燃料噴射量TOUTとして設定し、本処理を終了する。
Next, in
図11は、吸入空気量の制御処理を示している。本処理では、リッチスパイクの実行条件の成否に応じて、スロットル弁開度THを制御することによって、吸入空気量QAを制御する。まず、ステップ40において、リッチスパイクフラグF_RICHが「1」であるか否かを判別する。
FIG. 11 shows an intake air amount control process. In this process, the intake air amount QA is controlled by controlling the throttle valve opening TH in accordance with the success or failure of the rich spike execution condition. First, in
この答がNOで、リッチスパイクの実行条件が成立していないときには、目標スロットル弁開度THCMDを全開開度THWOTに設定し(ステップ41)、本処理を終了する。 If the answer to this question is no and the rich spike execution condition is not satisfied, the target throttle valve opening THCMD is set to the fully open opening THWOT (step 41), and this process is terminated.
一方、前記ステップ40の答がYESで、リッチスパイクの実行条件が成立しているときには、前述したリッチスパイク制御処理のステップ9で求めた目標空燃比A/FCMDと実空燃比A/FACTとの偏差に応じて、リッチスパイク時用のスロットル弁開度THを決定し(ステップ42)、本処理を終了する。
On the other hand, if the answer to step 40 is YES and the rich spike execution condition is satisfied, the target air-fuel ratio A / FCMD and the actual air-fuel ratio A / FACT obtained in
以上のように、リッチスパイクは、燃料噴射量制御処理および吸入空気量制御処理において、通常時よりも、燃料噴射量TOUTを増大させるとともに、スロットル弁12の制御により吸入空気量QAを減少させることによって行われる。なお、吸入空気量QAの制御を、上記のようなスロットル弁12の制御に代えて、または、それとともに過給装置7、スワール装置12やEGR装置14を制御することによって行ってもよい。
As described above, the rich spike increases the fuel injection amount TOUT and decreases the intake air amount QA by controlling the
以上のように、本実施形態の排ガス浄化装置1によれば、NOx触媒17に捕捉されたNOx量がNOx排出量積算値S_QNOxとして算出され(ステップ3)、算出されたNOx排出量積算値S_QNOxが判定値S_QNOxREFに達したとき(ステップ5:YES)に、リッチスパイクが実行される。また、この判定値S_QNOxREFは、前述したように、NOxスリップ量に影響を及ぼすNOx排出量積算値S_QNOx、NOx触媒温度TLNCおよび空間速度SVに応じて推定されるNOxスリップ量が大きいほど、より小さな値に設定される(ステップ24)。したがって、NOxスリップ量に応じて、リッチスパイクを、最適なタイミングで実行することができ、それにより、リッチスパイク時のNOxスリップ量を十分に抑制することができる。その結果、大気中に排出される排ガス中のNOx量が減少し、排ガス特性を向上させることができる。
As described above, according to the exhaust
なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、実施形態では、NOx排出量積算値S_QNOx、NOx触媒温度TLNCおよび空間速度SVに応じてスリップ係数KSLIPを算出することにより、NOxスリップ量を推定しているが、今後、NOxスリップ量に影響を及ぼす他のパラメータが判明したときは、それを加味して推定するようにしてもよい。 In addition, this invention can be implemented in various aspects, without being limited to the described embodiment. For example, in the embodiment, the NOx slip amount is estimated by calculating the slip coefficient KSLIP according to the NOx emission amount integrated value S_QNOx, the NOx catalyst temperature TLNC, and the space velocity SV, but this will affect the NOx slip amount in the future. When other parameters that affect are found, it may be estimated by taking them into account.
さらに、本発明は、車両に搭載されたディーゼルエンジンに限らず、リーンバーンエンジンなどのガソリンエンジンにも適用することができる。また、本発明は、クランク軸が鉛直方向に配置された船外機などのような船舶推進機用エンジンを含む、様々な産業用の内燃機関に適用できることはもちろんである。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。 Further, the present invention can be applied not only to a diesel engine mounted on a vehicle but also to a gasoline engine such as a lean burn engine. In addition, the present invention can be applied to various industrial internal combustion engines including a marine vessel propulsion engine such as an outboard motor having a crankshaft arranged in a vertical direction. In addition, it is possible to appropriately change the detailed configuration within the scope of the present invention.
1 排ガス浄化装置
2 ECU(NOx捕捉量算出手段、スリップ値算出手段、判定値設定手段、
NOx還元制御手段)
3 エンジン(内燃機関)
5 排気管(排気系)
6 インジェクタ(NOx還元手段)
12 スロットル弁(NOx還元手段)
17 NOx触媒(NOx捕捉材)
S_QNOx NOx排出量積算値(NOx捕捉量)
KSLIP スリップ係数(スリップ値)
S_QNOxREF 判定値
DESCRIPTION OF
NOx reduction control means)
3 Engine (Internal combustion engine)
5 Exhaust pipe (exhaust system)
6 Injector (NOx reduction means)
12 Throttle valve (NOx reduction means)
17 NOx catalyst (NOx trapping material)
S_QNOx NOx emission amount integrated value (NOx trapping amount)
KSLIP slip coefficient (slip value)
S_QNOxREF judgment value
Claims (1)
前記排気系に設けられ、排ガス中のNOxを捕捉するNOx捕捉材と、
当該NOx捕捉材に捕捉されたNOx量を、NOx捕捉量として算出するNOx捕捉量算出手段と、
前記NOx捕捉材に捕捉されたNOxを還元するNOx還元動作を実行するNOx還元手段と、
当該NOx還元手段によって前記NOx還元動作が実行されたときに前記NOx捕捉材から還元されることなく排出されると推定されるNOx量を表すスリップ値を算出するスリップ値算出手段と、
当該算出されたスリップ値に応じて、判定値を設定する判定値設定手段と、
前記算出されたNOx捕捉量が前記設定された判定値に達したときに、前記NOx還元動作を実行するように前記NOx還元手段を制御するNOx還元制御手段と、
を備えていることを特徴とする内燃機関の排ガス浄化装置。 An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine that purifies exhaust gas discharged from an internal combustion engine into an exhaust system,
A NOx trap that is provided in the exhaust system and traps NOx in the exhaust gas;
NOx trapping amount calculating means for calculating the NOx trapped by the NOx trapping material as the NOx trapping amount;
A NOx reduction means for executing the NOx reduction operation to reduce the trapped NOx in the NOx trap material,
Slip value calculating means for calculating a slip value representing a NOx amount estimated to be discharged without being reduced from the NOx trapping material when the NOx reducing operation is executed by the NOx reducing means;
A determination value setting means for setting a determination value according to the calculated slip value;
NOx reduction control means for controlling the NOx reduction means to execute the NOx reduction operation when the calculated NOx trapping amount reaches the set determination value ;
An exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine, comprising:
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