JP4569050B2 - Engine exhaust purification system - Google Patents

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  • Electrical Control Of Ignition Timing (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はエンジンの排気浄化装置、特にNOx吸収剤を排気通路に備えたエンジンの排気浄化装置の技術分野に属する。
【0002】
【従来の技術】
燃費性能の向上を図るリーンバーンエンジンではいわゆるNOx触媒が排気通路に備えられる。このNOx触媒はバリウムを主材とするNOx吸収剤を有する。NOx吸収剤は空燃比がリーン(酸素過剰雰囲気)のときに排ガス中のNOxを吸収し、空燃比がリッチ(酸素不足雰囲気)になれば吸収していたNOxを還元・浄化して放出する。よく知られた一般的なNOx放出制御では、リーン運転時にNOx吸収材へのNOx吸収量をエンジン回転数やエンジン負荷等に基いて推定し、該推定量が、NOx触媒のNOx浄化率が所定の規制値以下まで低下するような量以上となったときに空燃比をリッチ化してNOx吸収材からNOxを放出させる。
【0003】
一方、NOx吸収剤にはイオウ被毒の問題がある。つまり燃料に含まれるSOx等のイオウ成分がNOx吸収剤に付着して該吸収剤のNOx吸収を妨害し、NOx浄化率を低下させるのである。そこで特開平9−317447号公報に開示されるようにイオウの放出制御が行われる。NOx放出制御と同様、よく知られた一般的なイオウ放出制御では、NOx吸収剤へのイオウ付着量を燃料流量や排ガス温度等に基いて推定し、該推定量が所定量以上となったときに空燃比をリッチ化し、且つ触媒を昇温させるために排ガスを昇温してNOx吸収剤からイオウを放出させる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上記イオウ放出のために行なう空燃比のリッチ化は、燃費性能低下の問題をはらみ、燃費性能の向上を図るリーンバーンエンジンの特徴を減損する。また同じくイオウ放出のために行なう排ガスの昇温は、例えばヒータの作動や点火時期の遅角等によって実現され、やはりエネルギの大量使用やトルク低下の問題をはらんでいる。よって、NOx吸収剤からのイオウ放出を行なうにしても、できるだけ空燃比のリッチ化や排ガスの昇温の程度や度合いを抑制することが望ましい。
【0005】
そこで、本発明は、イオウ放出のために行なう空燃比のリッチ化や排ガスの昇温の程度や度合いを抑制し、もって燃費性能低下やエネルギ大量使用あるいはトルク低下の問題を抑制することを課題とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
すなわち、上記課題を解決するため、本願の請求項1に記載の発明は、酸素過剰雰囲気で排ガス中のNOxを吸収し、酸素濃度の低下により該NOxを放出するNOx吸収剤を排気通路に備え、該NOx吸収剤へのNOx吸収量を推定するNOx吸収量推定手段と、該推定手段で推定されたNOx吸収量が所定量以上となったときに空燃比をリッチ化して該吸収剤からNOxを放出させるNOx放出手段と、上記NOx吸収剤へのイオウ付着量を推定するイオウ付着量推定手段と、該推定手段で推定されたイオウ付着量が所定量以上になったときに空燃比をリッチ化し且つ排ガスを昇温して該吸収剤からイオウを放出させるイオウ放出手段とを有するエンジンの排気浄化装置であって、上記NOx吸収剤に付着したイオウの脱離性を判定するイオウ脱離性判定手段と、該判定手段の判定結果に応じて、上記イオウ放出手段がイオウ放出のために行なう空燃比のリッチ化又は排ガスの昇温の少なくともいずれか一方を調整するイオウ放出動作調整手段とを備え、該放出動作調整手段は、イオウ放出を行う際にイオウ脱離性が高いほどイオウ放出動作の抑制を強くすることを特徴とする。
【0007】
この発明によれば、NOx吸収剤に付着したイオウの脱離性を判定し、その結果に応じて、イオウ放出のために行なう(NOx吸収剤のNOx浄化機能回復のために行なう)空燃比のリッチ化もしくは排ガスの昇温又はその両方を調整する。よって、例えばイオウの離脱性が高ければ、該イオウをNOx吸収剤から放出し易いのであるから、上記のイオウ放出動作の程度・度合いを抑制してよく、その分、燃費性能低下やエネルギ大量使用あるいはトルク低下の問題を抑制できる。
【0008】
従来は、NOx吸収剤に付着したイオウの脱離性を判定するようなことはせず、常に同じ内容のイオウ放出動作でイオウ放出制御を行なっていたのである。その結果、必要以上に空燃比をリッチ化したり排ガスを昇温していたのである。しかも、付着したと推定されたイオウの総量がゼロになるまで、換言すれば脱離不能なイオウの分も含めてイオウ放出制御を行なっていたから、なおさら無駄な空燃比のリッチ化等をしていたのである。これに対し、本発明では、イオウの脱離性判定の結果、例えば脱離不能なイオウが検出されれば、その分を放出対象から除外して、イオウ放出動作をなお一層合理的に縮小することも可能である。
【0009】
次に、請求項2に記載の発明は、上記請求項1に記載の発明において、イオウ脱離性判定手段はイオウ放出手段による前回のイオウ放出からの経過時間が短いほど脱離性が高いと判定し、そのときイオウ放出動作調整手段はイオウ放出動作を抑制することを特徴とする。
【0010】
また、請求項3に記載の発明は、上記請求項1に記載の発明において、イオウ脱離性判定手段はNOx吸収剤へのイオウ付着時の排ガス温度が低いほど脱離性が高いと判定し、そのときイオウ放出動作調整手段はイオウ放出動作を抑制することを特徴とする。
【0011】
さらに、請求項4に記載の発明は、上記請求項1に記載の発明において、イオウ脱離性判定手段はNOx吸収剤へのイオウ付着時の排ガス量が少ないほど脱離性が高いと判定し、そのときイオウ放出動作調整手段はイオウ放出動作を抑制することを特徴とする。
【0012】
これらの発明によれば、イオウ脱離性の判定とイオウ放出動作の調整とのいくつかの具体的態様が示される。請求項2では、イオウ放出制御が長く行われていないと、イオウとNOx吸収剤組織との結合反応が進行してイオウが取れ難くなることに着目したものである。請求項3では、イオウ付着時の温度が高いと、イオウとNOx吸収剤組織との反応速度が大きくなってイオウが強固に結合することに着目したものである。請求項4では、同様に、イオウ付着時の圧力が高いと、イオウとNOx吸収剤組織との結合反応が促進されてイオウが強固に結合することに着目したものである。また、圧力が高いとイオウがNOx吸収剤組織の内部に奥深く入り込むから、これによってもイオウが取れ難くなることに着目したものである。なお、請求項3および4においては、単にイオウ付着時の温度や圧力だけでなく、付着したイオウがそれ以降にさらされる熱履歴や圧力履歴をさらに考慮してもよい。
【0013】
次に、請求項5に記載の発明は、上記請求項1に記載の発明において、イオウ放出手段は、点火時期の遅角により排ガスを昇温することを特徴とする。
【0014】
この発明によれば、NOx吸収剤を昇温させるための排ガスの昇温をヒータの作動ではなく点火時期の遅角によって行なうから、特にトルク低下の問題が可及的に抑制される。以下、発明の実施の形態を通して、本発明をさらに詳しく説明する。
【0015】
【発明の実施の形態】
[システム構成]
図1に示すように、本実施の形態に係るエンジン1は、本体2に、複数のピストン3…3(そのうちの一つのみ図示)、各ピストン3によって画成された燃焼室4、各燃焼室4の上部中央に配設された点火プラグ5、各燃焼室4の側部に配置され、燃焼室4に燃料を直接噴射するインジェクタ6等を有する。燃焼室4に吸気弁7を介して接続された吸気通路9に上流側からエアクリーナ11、エアフローセンサ12、スロットルバルブ13、サージタンク14等が配置されている。サージタンク14の下流通路9aは各気筒ごとに分岐し、各分岐通路9aの下流部が2つの通路9b,9cに分かれている。一方の通路9cに備えられたスワール生成弁15を閉じると他方の通路9bから導入される吸気によって燃焼室4内にスワールが生成する。
【0016】
燃焼室4に排気弁8を介して接続された排気通路10に三元触媒16とNOx触媒17とが直列に配置されている。三元触媒16は理論空燃比(A/F=14.7)近傍で排ガス中のCO,HC,NOxを同時に除去する。NOx触媒17はバリウムを主成分とし、カリウム、マグネシウム、ストロンチウム、ランタン等のアルカリ金属、アルカリ土類金属、あるいは希土類と、白金等の化学反応触媒作用を有する貴金属とが担持されたNOx吸収剤を内装する。NOx触媒17は空燃比がリーンのときは三元触媒16で浄化されずに流れ込んでくるNOxを吸収して大気への排出を抑制し、空燃比がリッチのときは吸収していたNOxを排ガス中のCO,HCと反応させて還元・浄化・放出する。
【0017】
なお、排気通路10の三元触媒16の上流側と吸気通路9のサージタンク14の上流側との間に、排ガスの一部を吸気通路9に還流する排気還流通路18が設けられている。排気還流通路18には排ガスの還流量を調節する排気還流量調節弁19が備えられている。
【0018】
このエンジン1のコントロールユニット20は、吸入空気量を検出するエアフローセンサ12からの信号、スロットルバルブ13の開度を検出するスロットル開度センサ21からの信号、排気還流量調節弁19の開度を検出する還流量センサ22からの信号、サージタンク14内の吸気負圧を検出するブーストセンサ23からの信号、インジェクタ6に供給される燃料の圧力を検出する燃圧センサ24からの信号、エンジン本体2内の冷却水の温度を検出する水温センサ25からの信号、三元触媒16の上流側に設けられ、燃焼室4から排出される排ガス中の残存酸素濃度から燃焼室4に供給されている混合気の空燃比が理論空燃比よりリッチかリーンかを検出するOセンサでなる第1空燃比センサ26からの信号、三元触媒16とNOx触媒17との間に設けられ、NOx触媒17に流入する直前の排ガス温度を検出する排気温センサ27からの信号、NOx触媒17の下流側に設けられ、NOx触媒17を通過した排ガス中の残存酸素濃度を検出するOセンサでなる第2空燃比センサ28からの信号、エンジン1の回転数を検出するエンジン回転センサ29からの信号、アクセルペダル(図示せず)の踏み込み量を検出するアクセル開度センサ30からの信号、吸気の温度を検出する吸気温センサ31からの信号、大気圧を検出する大気圧センサ32からの信号等を入力する。
【0019】
そして、コントロールユニット20は、上記信号が示すエンジン1の運転状態等に応じて、スロットルバルブ13を駆動するアクチュエータ33、排気還流量調節弁19、インジェクタ6、スワール生成弁15を駆動するアクチュエータ34、点火プラグ5を点火させる点火回路35等に制御信号を出力することにより、スロットル開度制御、排ガス還流制御、燃料噴射量制御、燃料噴射時期制御、スワール生成制御、点火時期制御等を行なう。さらに、コントロールユニット20は、NOx触媒17のNOx吸収剤から吸収したNOxを放出させるNOx放出制御(NOxパージ制御)、同じくNOx触媒17のNOx吸収剤から付着したイオウを放出させるイオウ放出制御(イオウ被毒解消制御)を行なう。
【0020】
[空燃比マップ]
図2はこのエンジン1の空燃比マップである。このマップでは、エンジン回転数とエンジン負荷(スロットル開度や吸入空気量等で代表される)とをパラメータとするエンジンの運転領域が、リーン運転領域Aと、リッチ運転領域B1と、理論空燃比運転領域B2と、燃料カット領域Cとに分割されている。
【0021】
リーン運転領域Aは、最も運転頻度の高い低中回転・低中負荷領域に設定されている。この領域Aでは空燃比が理論空燃比より大きくされる(λ>1)。リーン運転時は、燃料を圧縮行程中に噴射し(後期噴射)、燃料を点火プラグ5の近傍に偏在させて成層燃焼させる。リーン運転時は、排ガス中のNOxがNOx触媒17に吸収されて燃費性能と排気性能とが共に向上する。
【0022】
リッチ運転領域B1は、高速運転時や加速時等の運転領域である高回転・高負荷領域に設定されている。この領域B1では空燃比が理論空燃比より小さくされる(λ<1)。リッチ運転時は、燃料を吸気行程中に噴射し(前期噴射)、燃料を燃焼室4内で充分に気化霧化させる。リッチ運転時は、NOx触媒17に吸収されていたNOxと排ガス中のCO,HCとが酸化還元反応をして良好なトルクが得られると共に排気性能が向上する。
【0023】
理論空燃比運転領域B2は、リーン運転領域Aとリッチ運転領域B1との間の領域に設定されている。この領域B2では空燃比が理論空燃比とされる(λ=1)。理論空燃比運転時は、リッチ運転時と同様に燃料を吸気行程中に噴射し(前記噴射)、燃料を燃焼室4内で充分に気化霧化させる。理論空燃比運転時は、排ガス中のCO,HC,NOxが三元触媒16によって同時に浄化される。
【0024】
燃料カット領域Cは、中高回転・低負荷領域に設定されている。この領域Cでは燃焼室4内への燃料噴射が停止される。
【0025】
リーン運転領域Aは、例えばNOx吸収剤へのイオウの付着が進行して該吸収剤によるNOxの吸収が期待できない状態になれば、鎖線A′で示すように低回転・低負荷側に縮小される。その結果、リッチ領域B(リッチ運転領域B1と理論空燃比運転領域B2とを合せていう。以下同じ)が拡大する。これにより、NOx発生量の多いリーン運転そのものが制限されて、NOx吸収剤のNOx吸収能力が低下しているときにおける大気へのNOxの放出の抑制が図られる。
【0026】
ただし、その場合に、点線Dで示すように、低回転・低負荷領域に設定されているNOx吸収剤の選択還元浄化領域Dについては、リーン運転の制限の対象から除外する。つまり、NOx吸収剤は、排ガス温度の低い低回転・低負荷領域Dにおいては選択還元浄化作用が期待できる。この選択還元浄化作用は、リーン運転時においてある程度の量のNOxを選択的に還元浄化する作用であり、前述したNOxを吸収・還元・放出する機能とはまた別の機能として働く。したがって、たとえNOx吸収剤へのイオウの付着が進行して該吸収剤によるNOxの吸収が期待できない状態になっても、それとは無関係に選択還元浄化領域Dにおける選択還元浄化作用は残っているから、リーン運転を制限する場合においても、この選択還元浄化領域Dに関してはリーン運転を許容し、NOx吸収剤にNOxの選択還元浄化作用を発揮させるようにしたのである。これにより、大気へのNOxの放出を抑制しながら、リーン運転領域Aの縮小による燃費性能低下の不具合を低減できる。つまり、リーン運転制限時におけるリーン運転領域は図中斜線を施した部分である。
【0027】
[NOx放出制御]
NOx放出制御は、図3に示すように、リーン運転領域Aでのリーン運転の継続に伴ってNOx吸収剤17aのNOx吸収量が所定量以上に増加したときに、排ガスの空燃比を少なくともリーン運転時の空燃比よりもリッチ化する(例えば理論空燃比とするかそれ以上にリッチとする)ことによって、吸収したNOxを酸素と窒素とに分解放出させてNOx触媒17のNOx吸収能力を回復させるものである。ただし、空燃比のリッチ化によって燃費性能が低下し、燃費性能の向上を図るリーンバーンエンジンの特徴が減損されるから、たとえNOx吸収剤17aからのNOx放出のためであっても、できるだけリッチ化の程度・度合いを抑制することが望まれる。
【0028】
〈NOx吸収量の推定に用いる各種パラメータ〉
図4に示すように、リーン運転時は、時間の経過に伴って、NOx触媒17が単位時間当たりに吸蔵することのできるNOx吸収可能量(瞬時値)Qncが減少し、その一方で吸収できずに通過させてしまうNOx通過量Qnxが増加する。燃焼室4…4から最初に排気通路10に排出される排ガス中のNOx量をNOx初期排出量Qna、NOx触媒17の選択還元浄化率をχ、同浄化量をQχとすると、NOx触媒17に吸収する対象として供給されるNOx供給量Qnbは、NOx初期排出量QnaからNOx選択還元浄化量Qχを差し引いた値となる(Qnb=Qna−Qχ)。そして、そのNOx供給量QnbからNOx吸収可能量Qncを差し引いた残りの値がNOx通過量Qnxとなる。
【0029】
図4に符号a,bで示す曲線はNOx通過量Qnxの時間変化を表わす。そのうち実線aは排ガス温度(したがってNOx触媒17の温度)が低いとき、点線bは高いときを表わす。NOx吸収量(積算値)Qnは、その時点までの曲線a又はbと、NOx供給量Qnbとで挟まれた部分の面積で表わされる。図4では排ガス温度が低いときaを例にとり斜線を施してある。排ガス温度が低いときaのほうが、高いときbに比べて、瞬時値であるNOx吸収可能量Qncが長期に亘って多く、且つ積算値であるNOx吸収量Qnが早期に大きくなる。つまりNOx触媒17の浄化能力が高水準に維持される。
【0030】
図5に示すように、NOx吸収可能量QncはNOx吸収量Qnが大きくなるほど小さくなる。すなわち、NOx吸収量Qnは、それ自身の値が大きくなるほど、時間当たりの増加量が小さくなる。ただし、NOx吸収量Qnは、NOx吸収量瞬時値dQnの積算値であるが、NOx吸収可能量Qncが常にNOx吸収量瞬時値dQnとして採用されるわけではない。符号アで示すように、NOx供給量QnbがNOx吸収可能量Qncより小さいときは、NOx触媒17にはNOx供給量Qnbが全量吸収されるから、NOx吸収量瞬時値dQnとしてNOx供給量Qnbが採用される。これとは逆に、符号イで示すように、NOx吸収可能量QncがNOx供給量Qnbより小さいときは、NOx触媒17にはNOx供給量Qnbが全量吸収されず、一部を通過させてしまうから、NOx吸収量瞬時値dQnとしてNOx吸収可能量Qncが採用される。
【0031】
したがって、NOx供給量QnbとNOx吸収可能量Qncとを比較して、小さいほうの値をNOx吸収量瞬時値dQnとする。そして、NOx吸収可能量QncがNOx吸収量瞬時値dQnに採用されたときには、前述したように、NOx吸収量Qnが大きくなるほどNOx吸収量瞬時値dQnが小さくなることになる。また、NOx吸収可能量Qncは、排ガス温度(NOx触媒17の温度)や、NOx供給量Qnb等によっても補正される。これらの傾向を考慮に入れてNOx吸収量Qnを推定することにより、その推定精度が向上する。
【0032】
〈制御動作例〉
NOx放出制御の具体的動作の一例を図6、図7にフローチャートで示した。
このプログラムはエンジン1のリーン運転中、つまりNOx吸収剤にNOxが吸収される環境にある間、継続して所定周期で繰り返し実行される。リッチ運転期間中あるいは理論空燃比運転期間中は、NOxは自ずとNOx吸収剤から放出されるから、特に、このNOx放出制御で行われるNOx吸収量Qnの推定動作は中止され、代わりにNOx放出量に基くNOx残存量の推定が別途行われる。また、後述するイオウ放出制御の結果行われるイオウ放出動作(空燃比のリッチ化且つ排ガスの昇温)によってもNOxは放出されるから、該イオウ放出動作中は、同じくNOx吸収量Qnの推定に代えてNOx残存量の推定が行われる。
【0033】
まずステップS1でNOx吸収剤へのNOx吸収量Qnを推定する。すなわち、ステップS11でエンジン回転数及びエンジン負荷からNOx初期排出量Qnaを算出する。NOx初期排出量Qnaはエンジン回転数が高いほど、またエンジン負荷が大きいほど大きい値に算出される。次いでステップS12で排ガス温度及びNOx初期排出濃度から選択還元浄化率χを算出する。選択還元浄化率χは排ガス温度が低いほど、またNOx初期排出濃度が高いほど大きい値に算出される。
【0034】
次いでステップS13でNOx初期排出量Qna及び選択還元浄化率χからNOx供給量Qnbを算出する。NOx供給量QnbはNOx初期排出量Qnaから選択還元浄化量(Qχ=Qna×χ)を減算することにより算出される(Qnb=Qna×(1−χ))。次いでステップS14でNOx吸収量Qn(NOx吸収量の前回値、つまり既にNOx吸収剤に吸収されているNOxの積算値)、排ガス温度及びNOx供給量QnbからNOx吸収可能量Qncを算出する。NOx吸収可能量QncはNOx吸収量Qnが多いほど、排ガス温度が高いほど、NOx供給量Qnbが少ないほど小さい値に算出される。
【0035】
次いでステップS15でNOx供給量QnbとNOx吸収可能量Qncとのうち小さいほうの値をNOx吸収量瞬時値dQnとする。そしてステップS16でこのNOx吸収量瞬時値dQnを上記NOx吸収量Qn、つまり前回値に加算することによりNOx吸収量Qnを推定する。
【0036】
次いでステップS2でNOx吸収量Qnが予め設定した所定量(NOx放出実行判定値)Qnxより大きいか否かを判定する。その結果、所定量Qnxより大きいときはステップS3に進み、大きくないときは大きくなるまでステップS1を繰り返す。ここで、上記NOx放出実行判定値Qnxは、NOx触媒17によるNOx浄化率が所定の規制値(限界値)以上に保たれることを妨害するような量である。
【0037】
ステップS3では、後述するイオウ放出制御で推定されるNOx吸収剤へのイオウ付着量(総量)Qsが予め設定した所定量(NOx放出実行有効判定値)X1(図14参照)より小さいか否かを判定する。この判定の意義及びステップS9については後述する。その結果、イオウ付着量Qsが所定量X1より小さいときに限りステップS4に進む。
【0038】
ステップS4ではNOx放出動作を実行する。すなわち空燃比をリッチ化してNOx吸収剤から吸収したNOxを浄化・放出させるのである。次いでステップS5で排ガス温度、排ガス流量、空燃比及びNOx残存量(NOx残存量の前回値、つまり既にNOx吸収剤から放出されたNOxを除いたNOxの残存量)QnzからNOx放出量瞬時値dQnzを算出する。NOx放出量瞬時値dQnzは排ガス温度が高いほど、排ガス流量が多いほど、空燃比がリッチなほど、NOx残存量Qnzが多いほど大きい値に算出される。そしてステップS6でこのNOx放出量瞬時値dQnzを上記NOx残存量Qnz、つまり前回値から減算することによりNOx残存量Qnzを推定する。
【0039】
次いでステップS7でこのNOx残存量Qnzがゼロか否かを判定する。その結果、ゼロのときはステップS8でNOx放出動作を終了する。すなわち空燃比のリッチ化を終了し、リーン運転に戻す。一方、NOx残存量QnzがゼロでないときはゼロになるまでステップS4に戻ってNOx放出動作を続行する。
【0040】
〈他の制御動作例〉
なお、以上においては、NOx吸収量Qnが所定量Qnx以上となったとき(ステップS2)にNOx放出動作を開始するようにしたが、これに代えて、あるいはこれと共に、NOx吸収可能量Qncが所定量以下に少なくなったとき(NOx通過量Qnxが所定量以上に多くなったとき)にもNOx放出動作を開始するようにしてもよい。
【0041】
つまり、前述したように、例えば排ガス温度が低いときaは、高いときbよりも、NOx触媒17の浄化能力が高水準に維持される結果、NOx吸収可能量Qncが長期に亘って大きく、且つNOx吸収量Qnが早期に大きくなる。したがって、NOx吸収量QnだけでNOx放出動作の開始を判定すると、まだ浄化能力の高い触媒17(NOx吸収可能量Qncの大きい触媒17)に対しては早々とNOx放出動作が開始される一方で、すでに浄化能力の低くなった触媒17(NOx吸収可能量Qncの小さくなった触媒17)に対してはなかなかNOx放出動作が開始されないことになって不合理である。そこで、NOx吸収量Qnが所定量Qnx以上となったときだけでなく、そのような判定条件とは無関係に、NOx吸収可能量Qncが所定量以下に少なくなり、NOx通過量Qnxが所定量以上に多くなったときにもNOx放出動作を開始することが好ましい。これにより、NOx触媒17を通過して大気に放出されるNOx量の増加を確実にくいとめることができる。
【0042】
[イオウ放出制御]
イオウ放出制御も、NOx放出制御と同様、図8に示すように、NOx吸収剤17aのイオウ付着量が所定量以上に増加したときに、排ガスの空燃比をリッチ化し且つ排ガス(NOx触媒17)を昇温することによって、付着したイオウを放出させてNOx触媒17のNOx吸収能力を回復させるものである。ただし、このイオウ放出制御の結果行われるイオウ放出動作の間隔はNOx放出制御の結果行われるNOx放出動作の間隔よりもずっと長い。ここで、排ガスの昇温は点火時期の遅角により行われる。その場合に、NOx放出制御と同様、空燃比のリッチ化によって燃費性能が低下し、燃費性能の向上を図るリーンバーンエンジンの特徴が減損されるから、たとえNOx吸収剤17aからのイオウ放出のためであっても、できるだけリッチ化の程度・度合いを抑制することが望まれる。また、排ガスの昇温のために行なう点火時期の遅角によってトルク低下の弊害が出るから、やはりたとえNOx吸収剤17aからのイオウ放出のためであっても、できるだけ遅角の程度・度合いを抑制することが望まれる。
【0043】
〈制御動作例〉
イオウ放出制御の具体的動作の一例を図9〜図12にフローチャートで示した。このプログラムはNOx吸収剤にイオウが付着する環境にある間継続して所定周期で繰り返し実行される。リッチ運転期間中あるいは理論空燃比運転期間中で、且つ排ガス温度が高いときは、イオウは自ずとNOx吸収剤から放出されるから、特に、このイオウ放出制御で行われるイオウ付着量Qsの推定動作は中止され、代わりにイオウ放出量に基くイオウ残存量の推定が別途行なわれる。ただし、前述したNOx放出制御の結果行われるNOx放出動作は空燃比をリッチ化するのみであり排ガスの昇温を行なわないから、該NOx放出動作のみによってはイオウは放出されず、よって該NOx放出動作中は、イオウ付着量Qsの推定は続けられる。
【0044】
(イオウ付着量の推定)
まずステップS21でNOx吸収剤へのイオウ付着量Qsを推定する。すなわち、ステップS41でイオウの発生源である燃料の流量からイオウ付着量瞬時値dQsの基本値dQsoを算出する。この基本値dQsoは燃料流量が多いほど大きい値に算出される。次いでステップS42〜S44でリーン継続時間、排ガス温度及びイオウ付着量Qs(イオウ付着量の前回値、つまり既にNOx吸収剤に付着しているイオウの積算値)から第1〜第3補正係数K1〜K3を算出する。
【0045】
第1補正係数K1は所定のリーン継続時間で最大値をとり、そこからリーン継続時間が短くなるほど、また長くなるほど小さい値に算出される。第2補正係数K2は所定の排ガス温度で最大値をとり、そこから排ガス温度が低くなるほど、また高くなるほど小さい値に算出される。第3補正係数K3はイオウ付着量Qsが所定の付着量より多いほど小さい値に算出される。
【0046】
次いでステップS45で上記基本値dQsoをこれらの補正係数K1〜K3で補正することによりイオウ付着量瞬時値dQsを算出する。そしてステップS46でこのイオウ付着量瞬時値dQsを上記イオウ付着量Qs、つまり前回値に加算することによりイオウ付着量Qsを推定する。
【0047】
(イオウ脱離性の判定)
以上により推定された量QsはNOx触媒17に付着したイオウの総量である。しかし、NOx吸収剤に付着したイオウは、周囲の環境により、NOx吸収剤からの脱離性がまちまちであり、脱離し易いもの、脱離し難いもの、脱離できないもの等が混在している。またその比率・割合も一定ではない。そこで、本実施の形態では、ステップS47でイオウの脱離性を分析・判定し、その結果に応じてイオウ放出動作を調整することにより、無駄なイオウ放出動作の抑制を図っている。
【0048】
すなわち、ステップS51〜S53でイオウ付着経過時間(前回のイオウ放出動作が終了してからの経過時間)tim、排ガス温度tmp及び排ガス量vlmに基いてイオウの脱離性を判定する。つまり、NOx触媒17に付着したイオウの総量Qsのうち、脱離容易なイオウの割合α1〜α3、脱離困難(しかし脱離は可能)なイオウの割合β1〜β3、脱離不能なイオウの割合γ1〜γ3を算出するのである。
【0049】
図13に示すように、イオウ付着経過時間tim、排ガス温度tmp及び排ガス量vlmが増加するほど、脱離容易なイオウの割合αが減少し、脱離困難なイオウの割合β及び脱離不能なイオウの割合γが増加する。つまり、脱離容易イオウの領域Raが減少し、脱離困難イオウの領域Rb及び脱離不能イオウの領域Rcが増加する。
【0050】
イオウ放出動作が終了してから時間tim1が経過するまでに次のイオウ放出動作が行われたときは、すべてのイオウは容易に脱離する(脱離容易割合α1=100%)。一方、イオウ放出動作が終了してから時間tim1〜tim2の間に次のイオウ放出動作が行われたときは、何割かのイオウは脱離が困難になる(脱離困難割合β1>0%)。さらに、時間tim2の経過後に次のイオウ放出動作が行われたときは、何割かのイオウは脱離が不能になる(脱離不能割合γ1>0%)。このような傾向は、時間が経てば経つほどイオウとNOx吸収剤組織との結合反応が進行してイオウが取れ難くなることに由来する。
【0051】
これに準じ、排ガス温度がtmp1以下の条件下で付着したイオウはすべて容易に脱離する(脱離容易割合α2=100%)。しかし、排ガス温度がtmp1〜tmp2の条件下で付着したイオウの何割かは脱離が困難になる(脱離困難割合β2>0%)。そして、排ガス温度がtmp2以上の条件下で付着したイオウの何割かは脱離が不能になる(脱離不能割合γ2>0%)。このような傾向は、イオウ付着時の反応温度が高いほど、イオウとNOx吸収剤組織との結合反応速度が促進されてイオウが強固に結合することに由来する。なお、イオウ付着時の排ガス温度に代えて、あるいはこれと共に、次のイオウ放出動作が行なわれるまでの間に、付着したイオウが受けた熱履歴を考慮するようにしてもよい。
【0052】
またこれに準じ、排ガス量がvlm1以下の条件下で付着したイオウはすべて容易に脱離する(脱離容易割合α3=100%)。しかし、排ガス量がvlm1〜vlm2の条件下で付着したイオウの何割かは脱離が困難になる(脱離困難割合β3>0%)。そして、排ガス量がvlm2以上の条件下で付着したイオウの何割かは脱離が不能になる(脱離不能割合γ3>0%)。このような傾向は、イオウ付着時の排ガス量が多く、したがって反応圧力が高いほど、イオウとNOx吸収剤組織との結合反応速度が促進されてイオウが強固に結合することに由来する。また、イオウ付着時の反応圧力が高いほど、イオウがNOx吸収剤組織の内部に奥深く入り込み、それによってもイオウが取れ難くなることにも由来する。
なお、イオウ付着時の排ガス量(反応圧力)に代えて、あるいはこれと共に、次のイオウ放出動作が行なわれるまでの間に、付着したイオウが受けた圧力履歴を考慮するようにしてもよい。
【0053】
そして、ステップS54でこれらの各割合α1〜α3、β1〜β3、γ1〜γ3を用いて、NOx触媒17に付着したイオウ総量Qsを、脱離容易なイオウ量Qsaと、脱離困難なイオウ量Qsbと、脱離不能なイオウ量Qscとに分析する。なお、図12のステップS54では、各割合α1〜α3、β1〜β3、γ1〜γ3の相加平均をとっているが、これに限らず、例えば各割合α1〜α3、β1〜β3、γ1〜γ3間に重みづけ等をしてもよい。
【0054】
以上のイオウ脱離性の分析・判定をしたうえで、ステップS22でイオウ付着総量Qsが予め設定した所定量(イオウ放出実行判定値)Qsx(図14参照)より大きいか否かを判定する。その結果、所定量Qsxより大きいときはステップS23に進み、大きくないときは大きくなるまでステップS21を繰り返す。
ここで、上記イオウ放出実行判定値Qsxは、NOx触媒17によるNOx浄化率が所定の規制値(限界値)以上に保たれることを妨害するような量である。
【0055】
(イオウ放出動作の規制)
次のステップS23及びS25の判定はイオウ放出動作を許容するか規制するかの判定である。すなわち、ステップS23では、イオウ総量Qsのうち、脱離容易イオウ量Qsaと脱離困難イオウ量Qsbとの和、つまり脱離可能イオウ量が、予め設定した所定量(イオウ放出実行有効判定値)X2(図14参照)より大きいか否かを判定する。つまり、脱離不能イオウ量Qscが少量であり、イオウ放出動作は効果があり、イオウ放出動作を行なっても無駄にならないことを未然に判定するのである。
【0056】
その結果、脱離可能イオウ量(Qsa+Qsb)が所定量X2より大きいときに限り、ステップS24に進んで、脱離可能イオウ(Qsa+Qsb)を放出対象とするイオウ放出フラグFをオンにする。これに対し、脱離不能イオウ量Qscが多いときは、そのままリターンする。つまりイオウ放出動作を延期(規制)する。これにより、放出させることが不可能なイオウQscを相手に放出動作を行なうことがなく、無駄な空燃比のリッチ化及び排ガスの昇温が回避され、燃費性能低下の問題、及び点火時期の遅角によるトルク低下の問題が抑制される。
【0057】
なお、脱離不能イオウQscが脱離可能イオウQsa又はQsbに変化する可能性は少ないから、本実施形態では、一度ステップS23でNOと判定されたときは、将来的にステップS24以下に進むことはなく、イオウ放出動作が長く実行されないことになる。
【0058】
ステップS25では、車速Vがイオウ放出実行車速Vxより大きいか否かを判定する。つまり、車速が低く、したがってそもそも排ガス温度が低くて、排ガスの昇温のためにいくら点火時期の遅角を試みても、排ガス温度がイオウ放出有効温度(例えば550〜600℃)まで昇温しないような事態を未然に判定するのである。
【0059】
その結果、車速Vがイオウ放出実行車速Vxより大きいときに限り、ステップS26以下に進んでイオウ放出動作を実行する。これに対し、排ガス温度が低いときは、そのままリターンする。つまりイオウ放出動作を延期(規制)する。これにより、やはり無駄な空燃比のリッチ化及び排ガスの昇温が回避され、燃費性能低下の問題、及び点火時期の遅角によるトルク低下の問題が抑制される。
【0060】
すなわち、本実施形態では、低車速運転をする傾向が強いときは、将来的にステップS26以下に進むことはなく、やはりイオウ放出動作が長く実行されないことになる。
【0061】
(イオウ放出動作)
イオウ放出動作を開始する前に、ステップS26で、脱離困難イオウ量Qsbが予め設定した所定量(イオウ放出動作調整判定値)X3(図14参照)より大きいか否かを判定する。その結果、大きいときはステップS27に進んで強条件でイオウ放出動作を実行し、小さいときはステップS28に進んで抑制条件でイオウ放出動作を実行する。
【0062】
すなわち、いずれの場合も空燃比をリッチ化し且つ排ガスを昇温してNOx吸収剤から付着したイオウを放出させるのであるが、放出対象である脱離可能イオウ(Qsa+Qsb)のうち脱離困難イオウQsbの割合が多いときは、空燃比をよりリッチにし(例えばリッチ運転領域B1の空燃比)、排ガス温度をより高くする(例えば600℃)。一方、脱離困難イオウQsbの割合が少ないときは、空燃比のリッチ化の程度・度合いを抑制し(例えば理論空燃比運転領域B2の空燃比)、排ガスの昇温の程度・度合いも抑制する(例えば550℃)。これにより、過度な空燃比のリッチ化及び排ガスの昇温が回避され、燃費性能低下の問題、及び点火時期の遅角によるトルク低下の問題が抑制される。
【0063】
(イオウ放出動作の終了)
イオウ放出動作の実行中は、ステップS29で、イオウ残存量、より詳しくは、放出対象である脱離容易イオウの残存量Qsaz及び脱離困難イオウの残存量Qsbzを推定する。この残存量の推定は、例えばイオウ放出動作の条件・内容(空燃比及び排ガス温度)やイオウ放出動作の実行時間等に基いて行われる。
【0064】
次いでステップS30で、この放出対象イオウの残存量(Qsaz+Qsbz)がゼロか否かを判定する。その結果、ゼロのときはステップS31でイオウ放出動作を終了すると共にイオウ放出フラグFをオフにする。すなわち空燃比のリッチ化を終了し、リーン運転に戻す。また、点火時期の遅角を終了し、排ガスの昇温を停止する。
【0065】
一方、放出対象イオウ残存量(Qsaz+Qsbz)がゼロでないときはゼロになるまでステップS27又はS28に戻ってイオウ放出動作を続行するのであるが、その都度、ステップS32で、車速Vがイオウ放出中断車速Vyより低くないことを確認する。つまり、車速が高く、排ガス温度をイオウ放出有効温度まで昇温できる状態であることを確認するのである。
【0066】
車速Vがイオウ放出中断車速Vyより低くなった場合でも、ステップS33で、放出対象イオウ残存量(Qsaz+Qsbz)が予め設定した所定量(イオウ放出フラグ解除判定値)X4(図14参照)より小さいと判定されたときは、ステップS34に進んで、ステップS31と同様、イオウ放出動作を終了すると共にイオウ放出フラグFをオフにする。
【0067】
ただし、車速Vがイオウ放出中断車速Vyより低く、且つ放出対象イオウ(Qsaz+Qsbz)がまだ相当量残存している場合は、イオウ放出動作は一時中断(規制)される。そして、ステップS25で、車速Vがイオウ放出実行車速Vx以上に回復したと判定されたときにイオウ放出動作は再開される。
【0068】
ここで、イオウの量に関する上記各判定値は、例えば図14に示すような大小関係に設定される。
【0069】
[上記制御の特徴]
(1)イオウ放出制御のステップS23及びS25(一時中断の場合を含む)でNOと判定されたときは、前述したように、いずれもイオウ放出動作が延期・規制される。その結果、図15に示すように、NOx吸収剤17aへのイオウの付着が進行し、該吸収剤17aへのNOxの吸収がほとんど期待できなくなる。
NO放出制御のステップS3の判定は、NOx吸収剤17aがこのような状態になっているかどうかを見極めるものである。
【0070】
すなわち、該ステップS3で、イオウの総付着量QsがNOx放出実行有効判定値X1より大きいと判定されたときは(図14に示したように同判定値X1はかなり大きな値に設定される)、NOx吸収剤17aのNOx吸収能力が著しく低下しており、NOx吸収剤17aには、図16の符号カで示すように、実際に、放出対象となるNOxがほとんど吸収されていないと判断する。したがって、たとえ、その前のステップS2で、NOx吸収量QnがNOx放出実行判定値Qnxより大きいと推定されていても、ステップS4には進まない。つまりNOx放出動作を実行しないのである。
【0071】
もしこのような状態で空燃比をリッチ化しても、空燃比のリッチ化だけではイオウは放出されないのであるから、NOx吸収剤17aは、図16の符号キで示すように、わずかな量のNOxが放出されるのみである。NOx吸収剤17aは、そののちも満足なNOx吸収が期待できず、無駄なリッチ化である。よって、上記ステップS3の判定により、無駄な空燃比のリッチ化が回避され、燃費性能低下の問題が抑制される。
【0072】
(2)ステップS3でイオウの総付着量QsがNOx放出実行有効判定値X1より大きいと判定されたときは、代わりに、ステップS9に進んで、前述したように、リーン運転領域Aを低回転・低負荷側の領域A′まで縮小する。これにより、NOx発生量の多いリーン運転そのものが制限されて、NOx吸収剤17aのNOx吸収能力低下時における大気へのNOx放出が根本から抑制される。
【0073】
ただし、その場合に、選択還元浄化領域Dについてはリーン運転を許容するから、大気へのNOxの放出を抑制しながら、リーン運転領域Aの縮小による燃費性能低下の不具合が低減される。
【0074】
なお、このようなリーン運転の制限は、ステップS3でYESと判定されたときに終了する。つまり、将来、イオウ放出動作の規制が解除されて、イオウ放出動作が実行され、その結果、イオウ付着量Qsが減少して、NOx吸収剤17aにNOx吸収能力が回復したときに終了する。ただし、本実施形態では、イオウ放出動作は、脱離不能イオウ量Qscが多いとき(ステップS23)、又は車速Vが低いときに規制される。このうち、車速Vは将来的に高くなることもあるが、イオウの脱離性は時間が経てば経つほど低くなり、脱離不能イオウが脱離可能イオウに変化することはない。すなわち、将来的にイオウ放出規制が解除される可能性はほとんどない。よって、本実施形態では、ステップS23でNOと判定されたときは、イオウ放出規制が長く続き、将来的にステップS3でYESと判定される可能性が少なくなり、その結果、NOx放出動作の実行の可能性も少なくなることになる。
【0075】
(3)イオウ放出制御のステップS47でイオウの脱離性を判定し、その判定結果(ステップS26等)に応じて、イオウ放出のための空燃比のリッチ化及び排ガスの昇温の程度を増減・調整したから(ステップS27,S28)、過度なイオウ放出動作が回避され、無駄のないイオウ放出動作が実現して、燃費性能低下の問題、及びトルク低下の問題が抑制される。しかも、図16の符号クで示すように、脱離不能イオウQscは放出対象から除外するから(ステップS30等)、イオウ放出動作がなお一層合理的に縮小できる。
【0076】
なお、本実施形態では、イオウ放出動作の調整に当たり、空燃比と排ガス温度との両方を調整の対象したが、いずれか一方のみ調整するようにしてもよく、それらの組み合わせパターンの豊富化により、イオウの脱離性の程度にいろいろに呼応した緻密なイオウ放出制御が可能になる。
【0077】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、イオウの脱離性に応じてイオウ放出動作を調整するので、合理的で無駄のないイオウ放出制御が実現する。本発明は、NOx吸収還元型触媒を備えるリーンバーンエンジンに広く好ましく適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態に係るエンジンの制御システム構成図である。
【図2】 同エンジンの空燃比マップである。
【図3】 NOx放出制御によりNOxが放出されるNOx吸収剤の概念図である。
【図4】 NOx通過量のタイムチャートである。
【図5】 NOx吸収量に対する吸収可能量の特性図である。
【図6】 NOx放出制御の具体的動作の一例を示すフローチャートである。
【図7】 NOx吸収量の推定動作の一例を示すフローチャートである。
【図8】 イオウ放出制御によりイオウが放出されるNOx吸収剤の概念図である。
【図9】 イオウ放出制御の具体的動作の一例を示すフローチャートである。
【図10】 同フローチャートである。
【図11】 イオウ付着量の推定動作の一例を示すフローチャートである。
【図12】 イオウ脱離性の判定動作の一例を示すフローチャートである。
【図13】 各種パラメータに対するイオウ脱離性係数α,β,γの変化の特性図である。
【図14】 上記NOx放出制御及びイオウ放出制御で用いる各種判定値の相関図である。
【図15】 イオウ放出規制によりイオウの付着が進行したNOx吸収剤の概念図である。
【図16】 イオウの付着が進行したNOx吸収剤からNOxを放出した場合とイオウを放出した場合との比較を示す概念図である。
【符号の説明】
1 エンジン
10 排気通路
16 三元触媒
17a NOx吸収剤
20 コントロールユニット
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention belongs to the technical field of an engine exhaust gas purification device, particularly an engine exhaust gas purification device provided with an NOx absorbent in an exhaust passage.
[0002]
[Prior art]
In a lean burn engine for improving fuel efficiency, a so-called NOx catalyst is provided in the exhaust passage. This NOx catalyst has a NOx absorbent mainly composed of barium. The NOx absorbent absorbs NOx in exhaust gas when the air-fuel ratio is lean (oxygen-excess atmosphere), and reduces and purifies the absorbed NOx when the air-fuel ratio becomes rich (oxygen-deficient atmosphere). In the well-known general NOx release control, the NOx absorption amount to the NOx absorbent is estimated based on the engine speed, the engine load, etc. during lean operation, and the estimated amount is determined based on the NOx purification rate of the NOx catalyst. When the amount falls below the regulation value, the air-fuel ratio is enriched to release NOx from the NOx absorbent.
[0003]
On the other hand, NOx absorbents have a problem of sulfur poisoning. That is, sulfur components such as SOx contained in the fuel adhere to the NOx absorbent and interfere with the NOx absorption of the absorbent, thereby reducing the NOx purification rate. Therefore, sulfur release control is performed as disclosed in JP-A-9-317447. Similar to NOx release control, the well-known general sulfur release control estimates the amount of sulfur adhering to the NOx absorbent based on the fuel flow rate, exhaust gas temperature, etc., and the estimated amount exceeds a predetermined amount. In order to enrich the air-fuel ratio and raise the temperature of the catalyst, the exhaust gas is heated to release sulfur from the NOx absorbent.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
The enrichment of the air-fuel ratio that is performed for sulfur release causes a problem of a decrease in fuel efficiency and deteriorates the characteristics of a lean burn engine that improves the fuel efficiency. Similarly, the temperature rise of the exhaust gas for sulfur release is realized by, for example, the operation of the heater or the retard of the ignition timing, which also involves problems of large energy use and torque reduction. Therefore, even if sulfur is released from the NOx absorbent, it is desirable to suppress the degree and degree of enrichment of the air-fuel ratio and the temperature rise of the exhaust gas as much as possible.
[0005]
Therefore, the present invention has an object to suppress the problem of fuel efficiency deterioration, large energy use, or torque reduction by suppressing the degree and degree of air-fuel ratio enrichment and exhaust gas temperature increase for sulfur release. To do.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
That is, in order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 1 of the present application includes a NOx absorbent in the exhaust passage that absorbs NOx in the exhaust gas in an oxygen-excess atmosphere and releases the NOx when the oxygen concentration decreases. NOx absorption amount estimation means for estimating the NOx absorption amount to the NOx absorbent, and when the NOx absorption amount estimated by the estimation means exceeds a predetermined amount, the air-fuel ratio is enriched to reduce NOx from the absorbent NOx releasing means for releasing NOx, sulfur adhering amount estimating means for estimating the amount of sulfur adhering to the NOx absorbent, and rich air-fuel ratio when the sulfur adhering amount estimated by the estimating means exceeds a predetermined amount An exhaust purification device for an engine having a sulfur release means for releasing the sulfur from the absorbent by increasing the temperature of the exhaust gas and determining the detachability of the sulfur adhering to the NOx absorbent Sulfur releasing operation for adjusting at least one of enrichment of air-fuel ratio and temperature rise of exhaust gas performed by the sulfur release unit for sulfur release according to the determination result of the determination unit Adjustment means The release operation adjusting means strengthens the suppression of the sulfur release operation as the sulfur release property increases when performing the sulfur release. It is characterized by that.
[0007]
According to the present invention, the detachability of sulfur adhering to the NOx absorbent is determined, and in accordance with the result, the sulfur release is performed (to recover the NOx purification function of the NOx absorbent). Adjust enrichment and / or temperature rise of exhaust gas. Therefore, for example, if the sulfur release property is high, it is easy to release the sulfur from the NOx absorbent. Therefore, the degree and degree of the above-described sulfur release operation may be suppressed. Or the problem of a torque fall can be suppressed.
[0008]
Conventionally, the sulfur release control is always performed by the sulfur release operation having the same content without determining the detachability of the sulfur adhering to the NOx absorbent. As a result, the air-fuel ratio was enriched more than necessary or the exhaust gas was heated. In addition, until the total amount of sulfur estimated to have adhered became zero, in other words, sulfur release control was performed including the amount of sulfur that could not be desorbed. It is. On the other hand, in the present invention, if, for example, sulfur that cannot be desorbed is detected as a result of the determination of sulfur desorption, the amount is excluded from the release target, and the sulfur release operation is further rationally reduced. It is also possible.
[0009]
Next, the invention according to claim 2 is that, in the invention according to claim 1, the sulfur detachment determining means has a higher detachability as the elapsed time from the previous sulfur release by the sulfur release means is shorter. In this case, the sulfur release operation adjusting means suppresses the sulfur release operation.
[0010]
In the invention described in claim 3, in the invention described in claim 1, the sulfur desorption determination means determines that the lower the exhaust gas temperature at the time of sulfur adhesion to the NOx absorbent, the higher the desorption property. In this case, the sulfur release operation adjusting means suppresses the sulfur release operation.
[0011]
Further, in the invention described in claim 4, in the invention described in claim 1, the sulfur desorption determination unit determines that the smaller the amount of exhaust gas at the time of sulfur adhesion to the NOx absorbent, the higher the desorption. In this case, the sulfur release operation adjusting means suppresses the sulfur release operation.
[0012]
According to these inventions, several specific modes of determination of sulfur detachability and adjustment of sulfur release operation are shown. The second aspect focuses on the fact that if the sulfur release control is not performed for a long time, the binding reaction between the sulfur and the NOx absorbent structure proceeds and it is difficult to remove sulfur. The third aspect focuses on the fact that when the temperature at the time of sulfur adhesion is high, the reaction rate between the sulfur and the NOx absorbent structure is increased and the sulfur is strongly bonded. In the fourth aspect, similarly, when the pressure at the time of sulfur adhesion is high, the binding reaction between the sulfur and the NOx absorbent structure is promoted and the sulfur is strongly bonded. In addition, when the pressure is high, the sulfur penetrates deeply into the NOx absorbent structure, so that it is difficult to remove the sulfur. In claims 3 and 4, not only the temperature and pressure at the time of sulfur deposition but also the thermal history and pressure history to which the deposited sulfur is exposed thereafter may be further taken into consideration.
[0013]
Next, the invention described in claim 5 is characterized in that, in the invention described in claim 1, the sulfur releasing means raises the temperature of the exhaust gas by retarding the ignition timing.
[0014]
According to the present invention, since the temperature of the exhaust gas for raising the temperature of the NOx absorbent is increased not by the operation of the heater but by the retard of the ignition timing, particularly the problem of torque reduction is suppressed as much as possible. Hereinafter, the present invention will be described in more detail through embodiments of the invention.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[System configuration]
As shown in FIG. 1, an engine 1 according to the present embodiment includes a main body 2 having a plurality of pistons 3... 3 (only one of which is shown), a combustion chamber 4 defined by each piston 3, and each combustion. An ignition plug 5 disposed in the upper center of the chamber 4, an injector 6 disposed on the side of each combustion chamber 4, and directly injecting fuel into the combustion chamber 4. An air cleaner 11, an air flow sensor 12, a throttle valve 13, a surge tank 14, and the like are arranged in the intake passage 9 connected to the combustion chamber 4 via the intake valve 7 from the upstream side. The downstream passage 9a of the surge tank 14 branches for each cylinder, and the downstream portion of each branch passage 9a is divided into two passages 9b and 9c. When the swirl generating valve 15 provided in one passage 9c is closed, swirl is generated in the combustion chamber 4 by the intake air introduced from the other passage 9b.
[0016]
A three-way catalyst 16 and a NOx catalyst 17 are arranged in series in an exhaust passage 10 connected to the combustion chamber 4 via an exhaust valve 8. The three-way catalyst 16 simultaneously removes CO, HC and NOx in the exhaust gas near the theoretical air-fuel ratio (A / F = 14.7). The NOx catalyst 17 is composed of a barium-based NOx absorbent in which an alkali metal such as potassium, magnesium, strontium, or lanthanum, an alkaline earth metal, or a rare earth, and a noble metal having a chemical reaction catalytic action such as platinum is supported. Decorate. When the air-fuel ratio is lean, the NOx catalyst 17 absorbs NOx flowing in without being purified by the three-way catalyst 16 to suppress discharge to the atmosphere, and when the air-fuel ratio is rich, the absorbed NOx is exhausted. Reducing, purifying, and releasing by reacting with CO and HC inside.
[0017]
An exhaust gas recirculation passage 18 is provided between the upstream side of the three-way catalyst 16 in the exhaust passage 10 and the upstream side of the surge tank 14 in the intake passage 9 to return a part of the exhaust gas to the intake passage 9. The exhaust gas recirculation passage 18 is provided with an exhaust gas recirculation amount adjusting valve 19 for adjusting the recirculation amount of the exhaust gas.
[0018]
The control unit 20 of the engine 1 determines the signal from the air flow sensor 12 that detects the intake air amount, the signal from the throttle opening sensor 21 that detects the opening of the throttle valve 13, and the opening of the exhaust gas recirculation control valve 19. A signal from the recirculation amount sensor 22 to detect, a signal from the boost sensor 23 to detect the negative intake pressure in the surge tank 14, a signal from the fuel pressure sensor 24 to detect the pressure of the fuel supplied to the injector 6, the engine body 2 A signal supplied from the water temperature sensor 25 for detecting the temperature of the cooling water in the interior, provided upstream of the three-way catalyst 16, and supplied to the combustion chamber 4 from the residual oxygen concentration in the exhaust gas discharged from the combustion chamber 4 O to detect whether the air-fuel ratio of the gas is richer or leaner than the stoichiometric air-fuel ratio 2 A signal from a first air-fuel ratio sensor 26 comprising a sensor, a signal from an exhaust temperature sensor 27 provided between the three-way catalyst 16 and the NOx catalyst 17 and detecting the exhaust gas temperature immediately before flowing into the NOx catalyst 17, NOx An O is provided downstream of the catalyst 17 and detects the residual oxygen concentration in the exhaust gas that has passed through the NOx catalyst 17. 2 A signal from the second air-fuel ratio sensor 28, which is a sensor, a signal from the engine rotation sensor 29 that detects the number of revolutions of the engine 1, and a signal from the accelerator opening sensor 30 that detects the amount of depression of an accelerator pedal (not shown). A signal from the intake air temperature sensor 31 that detects the temperature of the intake air, a signal from the atmospheric pressure sensor 32 that detects the atmospheric pressure, and the like are input.
[0019]
The control unit 20 includes an actuator 33 that drives the throttle valve 13, an exhaust gas recirculation amount adjustment valve 19, an injector 6, and an actuator 34 that drives the swirl generation valve 15, according to the operating state of the engine 1 indicated by the signal. By outputting a control signal to the ignition circuit 35 for igniting the spark plug 5, throttle opening control, exhaust gas recirculation control, fuel injection amount control, fuel injection timing control, swirl generation control, ignition timing control, and the like are performed. Further, the control unit 20 controls NOx release (NOx purge control) to release NOx absorbed from the NOx absorbent of the NOx catalyst 17 and sulfur release control (sulfur release) to release sulfur adhering from the NOx absorbent of the NOx catalyst 17. Perform poisoning elimination control).
[0020]
[Air-fuel ratio map]
FIG. 2 is an air-fuel ratio map of the engine 1. In this map, the engine operating range whose parameters are engine speed and engine load (represented by throttle opening, intake air amount, etc.) are a lean operating range A, a rich operating range B1, and a stoichiometric air-fuel ratio. It is divided into an operation area B2 and a fuel cut area C.
[0021]
The lean operation region A is set to a low / medium rotation / low / medium load region with the highest operation frequency. In this region A, the air-fuel ratio is made larger than the theoretical air-fuel ratio (λ> 1). During the lean operation, fuel is injected during the compression stroke (late injection), and the fuel is unevenly distributed in the vicinity of the spark plug 5 for stratified combustion. During lean operation, NOx in the exhaust gas is absorbed by the NOx catalyst 17, and both fuel efficiency and exhaust performance are improved.
[0022]
The rich operation region B1 is set to a high rotation / high load region that is an operation region during high speed operation or acceleration. In this region B1, the air-fuel ratio is made smaller than the stoichiometric air-fuel ratio (λ <1). During the rich operation, fuel is injected during the intake stroke (pre-injection), and the fuel is sufficiently vaporized and atomized in the combustion chamber 4. During the rich operation, the NOx absorbed in the NOx catalyst 17 and the CO and HC in the exhaust gas undergo an oxidation-reduction reaction to obtain a good torque and improve the exhaust performance.
[0023]
The stoichiometric air-fuel ratio operation region B2 is set to a region between the lean operation region A and the rich operation region B1. In this region B2, the air-fuel ratio is made the stoichiometric air-fuel ratio (λ = 1). During the stoichiometric air-fuel ratio operation, fuel is injected during the intake stroke (the injection) as in the rich operation, and the fuel is sufficiently vaporized and atomized in the combustion chamber 4. During the theoretical air-fuel ratio operation, CO, HC and NOx in the exhaust gas are simultaneously purified by the three-way catalyst 16.
[0024]
The fuel cut region C is set to a medium / high rotation / low load region. In this region C, fuel injection into the combustion chamber 4 is stopped.
[0025]
The lean operation region A is reduced to a low rotation / low load side as indicated by a chain line A ′ when, for example, sulfur adheres to the NOx absorbent and NOx absorption by the absorbent cannot be expected. The As a result, the rich region B (the rich operation region B1 and the theoretical air-fuel ratio operation region B2 are collectively referred to below) is expanded. Thereby, the lean operation itself with a large amount of NOx generated is restricted, and the NOx release to the atmosphere can be suppressed when the NOx absorbing ability of the NOx absorbent is reduced.
[0026]
However, in this case, as indicated by the dotted line D, the NOx absorbent selective reduction purification region D set in the low rotation / low load region is excluded from the target of the lean operation restriction. That is, the NOx absorbent can be expected to have a selective reduction purification action in the low rotation / low load region D where the exhaust gas temperature is low. This selective reduction and purification action is an action of selectively reducing and purifying a certain amount of NOx during lean operation, and functions as a function different from the above-described function of absorbing, reducing and releasing NOx. Therefore, even if sulfur adheres to the NOx absorbent and the absorption of NOx by the absorbent cannot be expected, the selective reduction and purification action in the selective reduction and purification region D remains regardless. Even when the lean operation is limited, the lean operation is allowed for the selective reduction purification region D so that the NOx absorbent exhibits the selective reduction purification action of NOx. Thereby, the malfunction of the fuel consumption performance fall by reduction of the lean driving | operation area | region A can be reduced, suppressing discharge | release of NOx to air | atmosphere. That is, the lean operation region at the time of lean operation restriction is a hatched portion in the figure.
[0027]
[NOx release control]
As shown in FIG. 3, when the NOx absorption amount of the NOx absorbent 17a increases to a predetermined amount or more as the lean operation continues in the lean operation region A, the NOx release control at least reduces the air-fuel ratio of the exhaust gas. By making it richer than the air-fuel ratio at the time of operation (for example, making it the stoichiometric air-fuel ratio or richer), the NOx absorbed by the NOx catalyst 17 is recovered by decomposing and releasing the absorbed NOx into oxygen and nitrogen. It is something to be made. However, since the fuel efficiency decreases due to the enrichment of the air-fuel ratio and the characteristics of the lean burn engine that improves the fuel efficiency are impaired, the enrichment is made as rich as possible even for NOx release from the NOx absorbent 17a. It is desirable to suppress the degree and degree of the above.
[0028]
<Various parameters used for NOx absorption estimation>
As shown in FIG. 4, during the lean operation, the NOx absorbable amount (instantaneous value) Qnc that can be stored per unit time by the NOx catalyst 17 decreases with the passage of time, and on the other hand, it can be absorbed. NOx passage amount Qnx that is allowed to pass through increases. When the NOx amount in the exhaust gas first discharged from the combustion chambers 4... 4 into the exhaust passage 10 is NOx initial emission amount Qna, the selective reduction purification rate of the NOx catalyst 17 is χ, and the purification amount is Qχ, the NOx catalyst 17 The NOx supply amount Qnb supplied as an absorption target is a value obtained by subtracting the NOx selective reduction purification amount Qχ from the NOx initial discharge amount Qna (Qnb = Qna−Qχ). The remaining value obtained by subtracting the NOx absorbable amount Qnc from the NOx supply amount Qnb is the NOx passage amount Qnx.
[0029]
Curves indicated by reference symbols a and b in FIG. 4 represent time variations of the NOx passage amount Qnx. Of these lines, the solid line a represents the low exhaust gas temperature (and therefore the temperature of the NOx catalyst 17), and the dotted line b represents the high temperature. The NOx absorption amount (integrated value) Qn is represented by the area of the portion sandwiched between the curve a or b up to that point and the NOx supply amount Qnb. In FIG. 4, when the exhaust gas temperature is low, a is taken as an example and hatched. Compared with b when the exhaust gas temperature is low, the NOx absorbable amount Qnc, which is an instantaneous value, is large over a long period of time, and the NOx absorption amount Qn, which is an integrated value, increases early. That is, the purification capacity of the NOx catalyst 17 is maintained at a high level.
[0030]
As shown in FIG. 5, the NOx absorbable amount Qnc decreases as the NOx absorbable amount Qn increases. That is, the NOx absorption amount Qn decreases as the value of itself increases. However, although the NOx absorption amount Qn is an integrated value of the NOx absorption amount instantaneous value dQn, the NOx absorption possible amount Qnc is not always adopted as the NOx absorption amount instantaneous value dQn. As indicated by the symbol a, when the NOx supply amount Qnb is smaller than the NOx absorbable amount Qnc, the NOx supply amount Qnb is completely absorbed by the NOx catalyst 17, and therefore the NOx supply amount Qnb is obtained as the NOx absorption amount instantaneous value dQn. Adopted. On the other hand, as indicated by symbol (a), when the NOx absorbable amount Qnc is smaller than the NOx supply amount Qnb, the NOx supply amount Qnb is not completely absorbed by the NOx catalyst 17 and a part thereof passes. Therefore, the NOx absorbable amount Qnc is adopted as the NOx absorbed amount instantaneous value dQn.
[0031]
Therefore, the NOx supply amount Qnb and the NOx absorbable amount Qnc are compared, and the smaller value is set as the NOx absorption amount instantaneous value dQn. When the NOx absorbable amount Qnc is adopted as the NOx absorption amount instantaneous value dQn, as described above, the NOx absorption amount instantaneous value dQn decreases as the NOx absorption amount Qn increases. The NOx absorbable amount Qnc is also corrected by the exhaust gas temperature (the temperature of the NOx catalyst 17), the NOx supply amount Qnb, and the like. The estimation accuracy is improved by estimating the NOx absorption amount Qn taking these tendencies into consideration.
[0032]
<Control operation example>
An example of a specific operation of NOx release control is shown in the flowcharts of FIGS.
This program is repeatedly executed in a predetermined cycle while the engine 1 is in a lean operation, that is, in an environment where NOx is absorbed by the NOx absorbent. During the rich operation period or the theoretical air-fuel ratio operation period, NOx is naturally released from the NOx absorbent. In particular, the NOx absorption amount Qn estimation operation performed in this NOx release control is stopped, and instead the NOx release amount. The remaining amount of NOx is estimated separately based on the above. In addition, since NOx is also released by the sulfur release operation (the enrichment of the air-fuel ratio and the temperature rise of the exhaust gas) performed as a result of the sulfur release control described later, the NOx absorption amount Qn is also estimated during the sulfur release operation. Instead, the NOx remaining amount is estimated.
[0033]
First, in step S1, the NOx absorption amount Qn to the NOx absorbent is estimated. That is, in step S11, the NOx initial emission amount Qna is calculated from the engine speed and the engine load. The NOx initial emission amount Qna is calculated to be larger as the engine speed is higher and the engine load is larger. Next, in step S12, the selective reduction purification rate χ is calculated from the exhaust gas temperature and the NOx initial exhaust concentration. The selective reduction purification rate χ is calculated as a larger value as the exhaust gas temperature is lower and as the NOx initial exhaust concentration is higher.
[0034]
Next, in step S13, the NOx supply amount Qnb is calculated from the NOx initial discharge amount Qna and the selective reduction purification rate χ. The NOx supply amount Qnb is calculated by subtracting the selective reduction purification amount (Qχ = Qna × χ) from the NOx initial discharge amount Qna (Qnb = Qna × (1-χ)). Next, in step S14, the NOx absorption amount Qnc is calculated from the NOx absorption amount Qn (the previous value of the NOx absorption amount, that is, the integrated value of NOx already absorbed by the NOx absorbent), the exhaust gas temperature, and the NOx supply amount Qnb. The NOx absorbable amount Qnc is calculated as a smaller value as the NOx absorbed amount Qn is larger, the exhaust gas temperature is higher, and the NOx supply amount Qnb is smaller.
[0035]
Next, in step S15, the smaller value of the NOx supply amount Qnb and the NOx absorbable amount Qnc is set as the NOx absorption amount instantaneous value dQn. In step S16, the NOx absorption amount Qn is estimated by adding the instantaneous NOx absorption amount dQn to the NOx absorption amount Qn, that is, the previous value.
[0036]
Next, in step S2, it is determined whether or not the NOx absorption amount Qn is larger than a predetermined amount (NOx release execution determination value) Qnx set in advance. As a result, when it is larger than the predetermined amount Qnx, the process proceeds to step S3, and when not larger, step S1 is repeated until it becomes larger. Here, the NOx release execution determination value Qnx is an amount that prevents the NOx purification rate of the NOx catalyst 17 from being kept above a predetermined regulation value (limit value).
[0037]
In step S3, whether or not the amount of sulfur adhering to the NOx absorbent (total amount) Qs estimated by sulfur release control described later is smaller than a predetermined amount (NOx release execution valid judgment value) X1 (see FIG. 14). Determine. The significance of this determination and step S9 will be described later. As a result, the process proceeds to step S4 only when the sulfur adhesion amount Qs is smaller than the predetermined amount X1.
[0038]
In step S4, a NOx releasing operation is executed. That is, the air-fuel ratio is enriched to purify and release NOx absorbed from the NOx absorbent. Next, in step S5, the exhaust gas temperature, the exhaust gas flow rate, the air-fuel ratio, and the NOx remaining amount (the previous value of the NOx remaining amount, that is, the NOx remaining amount excluding NOx already released from the NOx absorbent) Qnz to the NOx released amount instantaneous value dQnz. Is calculated. The instantaneous NOx emission amount dQnz is calculated as a larger value as the exhaust gas temperature is higher, the exhaust gas flow rate is larger, the air-fuel ratio is richer, and the NOx remaining amount Qnz is larger. In step S6, the NOx remaining amount Qnz is estimated by subtracting the NOx released amount instantaneous value dQnz from the NOx remaining amount Qnz, that is, the previous value.
[0039]
Next, in step S7, it is determined whether or not the NOx remaining amount Qnz is zero. As a result, when it is zero, the NOx releasing operation is terminated in step S8. That is, the enrichment of the air-fuel ratio is finished, and the lean operation is restored. On the other hand, when the NOx remaining amount Qnz is not zero, the process returns to step S4 until the NOx remaining amount Qnz becomes zero, and the NOx releasing operation is continued.
[0040]
<Other control operation examples>
In the above description, the NOx releasing operation is started when the NOx absorption amount Qn is equal to or larger than the predetermined amount Qnx (step S2), but instead of this, or together with this, the NOx absorption possible amount Qnc is The NOx releasing operation may be started also when it becomes less than a predetermined amount (when the NOx passage amount Qnx becomes larger than a predetermined amount).
[0041]
In other words, as described above, for example, when the exhaust gas temperature is low, a is higher than b when the exhaust gas temperature is high. As a result, the NOx absorbable amount Qnc is large over a long period of time. The NOx absorption amount Qn increases early. Therefore, if the start of the NOx release operation is determined only by the NOx absorption amount Qn, the NOx release operation is started immediately for the catalyst 17 having a high purification ability (the catalyst 17 having a large NOx absorption amount Qnc). It is unreasonable that the NOx releasing operation is not easily started for the catalyst 17 whose purification capacity has already been lowered (the catalyst 17 whose NOx absorbable amount Qnc is reduced). Therefore, not only when the NOx absorption amount Qn becomes equal to or greater than the predetermined amount Qnx, but regardless of such a determination condition, the NOx absorbable amount Qnc decreases below the predetermined amount, and the NOx passage amount Qnx exceeds the predetermined amount. It is preferable to start the NOx releasing operation even when the amount increases. Thereby, it is difficult to reliably increase the amount of NOx that passes through the NOx catalyst 17 and is released to the atmosphere.
[0042]
[Sulfur release control]
Similarly to the NOx release control, the sulfur release control enriches the air-fuel ratio of the exhaust gas and exhaust gas (NOx catalyst 17) when the sulfur adhesion amount of the NOx absorbent 17a increases to a predetermined amount or more as shown in FIG. By raising the temperature, the adhering sulfur is released, and the NOx absorption capacity of the NOx catalyst 17 is recovered. However, the interval of the sulfur release operation performed as a result of this sulfur release control is much longer than the interval of the NOx release operation performed as a result of NOx release control. Here, the temperature of the exhaust gas is increased by retarding the ignition timing. In this case, as with the NOx release control, the fuel efficiency decreases due to the enrichment of the air-fuel ratio, and the characteristics of the lean burn engine that improves the fuel efficiency are impaired. For this reason, the sulfur is released from the NOx absorbent 17a. Even so, it is desirable to suppress the degree and degree of enrichment as much as possible. In addition, since the adverse effect of torque reduction is caused by the retard of the ignition timing for raising the temperature of the exhaust gas, the degree and degree of the retard are suppressed as much as possible even for the release of sulfur from the NOx absorbent 17a. It is desirable to do.
[0043]
<Control operation example>
An example of the specific operation of sulfur release control is shown in the flowcharts of FIGS. This program is continuously executed at a predetermined cycle while the sulfur is attached to the NOx absorbent. When the exhaust gas temperature is high during the rich operation period or the stoichiometric air-fuel ratio operation period, sulfur is naturally released from the NOx absorbent. In particular, the estimation operation of the sulfur adhesion amount Qs performed by this sulfur release control is as follows. Instead, the remaining amount of sulfur is estimated separately based on the amount of released sulfur. However, since the NOx releasing operation performed as a result of the above-described NOx releasing control only enriches the air-fuel ratio and does not raise the temperature of the exhaust gas, sulfur is not released only by the NOx releasing operation, and thus the NOx releasing operation. During operation, the estimation of the sulfur adhesion amount Qs is continued.
[0044]
(Estimation of sulfur adhesion)
First, in step S21, the sulfur adhesion amount Qs to the NOx absorbent is estimated. That is, in step S41, the basic value dQso of the sulfur deposition amount instantaneous value dQs is calculated from the flow rate of the fuel that is the source of sulfur. This basic value dQso is calculated as a larger value as the fuel flow rate increases. Next, in steps S42 to S44, the first to third correction factors K1 to K1 are calculated from the lean duration, the exhaust gas temperature, and the sulfur adhesion amount Qs (the previous value of the sulfur adhesion amount, that is, the integrated value of sulfur already adhered to the NOx absorbent). K3 is calculated.
[0045]
The first correction coefficient K1 takes a maximum value for a predetermined lean continuation time, and is calculated as a smaller value as the lean continuation time becomes shorter or longer. The second correction coefficient K2 takes a maximum value at a predetermined exhaust gas temperature, and is calculated to be a smaller value as the exhaust gas temperature becomes lower and higher. The third correction coefficient K3 is calculated to be smaller as the sulfur adhesion amount Qs is larger than the predetermined adhesion amount.
[0046]
Next, in step S45, the basic value dQso is corrected with these correction coefficients K1 to K3, thereby calculating the instantaneous sulfur adhesion amount dQs. In step S46, the sulfur deposition amount Qs is estimated by adding the sulfur deposition amount instantaneous value dQs to the sulfur deposition amount Qs, that is, the previous value.
[0047]
(Determination of sulfur desorption)
The amount Qs estimated as described above is the total amount of sulfur adhering to the NOx catalyst 17. However, sulfur adhering to the NOx absorbent has various detachability from the NOx absorbent depending on the surrounding environment, and those that are easily desorbed, those that are difficult to desorb, and those that cannot be desorbed are mixed. The ratio and ratio are not constant. Therefore, in the present embodiment, sulfur desorption is analyzed and determined in step S47, and the sulfur release operation is adjusted according to the result, thereby suppressing useless sulfur release operation.
[0048]
That is, in steps S51 to S53, sulfur desorption is determined based on the sulfur adhesion elapsed time (elapsed time since the previous sulfur release operation was completed) tim, the exhaust gas temperature tmp, and the exhaust gas amount vlm. That is, among the total amount Qs of sulfur adhering to the NOx catalyst 17, the sulfur ratios α1 to α3 that are easily desorbed, the sulfur ratios β1 to β3 that are difficult to desorb (but can be desorbed), and the sulfur that cannot be desorbed The ratios γ1 to γ3 are calculated.
[0049]
As shown in FIG. 13, as the sulfur adhesion elapsed time tim, the exhaust gas temperature tmp, and the exhaust gas amount vlm increase, the sulfur ratio α that is easily desorbed decreases, the sulfur ratio β that is difficult to desorb and the desorption is impossible. The sulfur ratio γ increases. That is, the easily desorbable sulfur region Ra is decreased, and the difficultly desorbed sulfur region Rb and the non-detachable sulfur region Rc are increased.
[0050]
When the next sulfur releasing operation is performed from the end of the sulfur releasing operation until the time tim1 elapses, all sulfur is easily desorbed (easy desorption ratio α1 = 100%). On the other hand, when the next sulfur releasing operation is performed during the time tim1 to tim2 after the sulfur releasing operation is completed, it is difficult to desorb some percent (desorption difficulty ratio β1> 0%). . Furthermore, when the next sulfur release operation is performed after the elapse of time tim2, a certain percentage of the sulfur cannot be desorbed (desorption impossible ratio γ1> 0%). Such a tendency is derived from the fact that as time passes, the binding reaction between sulfur and the NOx absorbent structure proceeds and it becomes difficult to remove sulfur.
[0051]
In accordance with this, all of the sulfur adhering under the condition of the exhaust gas temperature of tmp1 or less is easily desorbed (easy desorption ratio α2 = 100%). However, some of the sulfur adhering under the conditions where the exhaust gas temperature is tmp1 to tmp2 becomes difficult to be desorbed (desorption difficulty ratio β2> 0%). Then, some of the sulfur adhering under the condition where the exhaust gas temperature is tmp2 or more cannot be desorbed (desorption impossible ratio γ2> 0%). Such a tendency is derived from the fact that the higher the reaction temperature at the time of sulfur deposition, the faster the binding reaction rate between sulfur and the NOx absorbent structure, and the stronger the sulfur is bound. Instead of or at the same time as the exhaust gas temperature at the time of sulfur adhesion, the thermal history received by the adhered sulfur may be taken into consideration until the next sulfur release operation is performed.
[0052]
In accordance with this, all of the sulfur adhering under the condition that the amount of exhaust gas is vlm1 or less is easily desorbed (easy desorption ratio α3 = 100%). However, some of the sulfur adhering under the conditions where the amount of exhaust gas is vlm1 to vlm2 is difficult to desorb (desorption difficulty ratio β3> 0%). And some 10% of the sulfur adhering under the condition that the amount of exhaust gas is vlm2 or more cannot be desorbed (desorption impossible ratio γ3> 0%). Such a tendency is derived from the fact that the amount of exhaust gas at the time of sulfur adhesion is large, and thus the higher the reaction pressure, the more the sulfur and NOx absorbent structure are promoted, and the sulfur is strongly bonded. In addition, the higher the reaction pressure at the time of sulfur deposition, the deeper the sulfur penetrates into the NOx absorbent structure, which also makes it difficult to remove sulfur.
Instead of or in addition to the amount of exhaust gas (reaction pressure) at the time of sulfur adhesion, the pressure history received by the adhering sulfur during the next sulfur release operation may be taken into consideration.
[0053]
In step S54, using these ratios α1 to α3, β1 to β3, and γ1 to γ3, the total sulfur amount Qs adhering to the NOx catalyst 17 is converted into the sulfur amount Qsa that is easily desorbed and the sulfur amount that is difficult to desorb. Analysis is made into Qsb and a non-desorbable sulfur amount Qsc. In addition, in step S54 of FIG. 12, although the arithmetic mean of each ratio (alpha) 1- (alpha) 3, (beta) 1- (beta) 3, (gamma) 1- (gamma) 3 is taken, not only this but each ratio (alpha) 1- (alpha) 3, (beta) 1- (beta) 3, (gamma) 1- Weighting or the like may be performed between γ3.
[0054]
After the above sulfur desorption analysis / determination, it is determined in step S22 whether or not the total sulfur adhesion amount Qs is larger than a predetermined amount (sulfur release execution determination value) Qsx (see FIG. 14). As a result, when it is larger than the predetermined amount Qsx, the process proceeds to step S23, and when it is not larger, step S21 is repeated until it becomes larger.
Here, the sulfur release execution determination value Qsx is an amount that prevents the NOx purification rate of the NOx catalyst 17 from being kept above a predetermined regulation value (limit value).
[0055]
(Regulation of sulfur release operation)
The next determination in steps S23 and S25 is a determination of whether to allow or restrict the sulfur release operation. That is, in step S23, among the total sulfur amount Qs, the sum of the easily desorbable sulfur amount Qsa and the difficultly desorbable sulfur amount Qsb, that is, the desorbable sulfur amount is a predetermined amount (a sulfur release execution valid determination value). It is determined whether it is larger than X2 (see FIG. 14). That is, it is determined in advance that the non-desorbable sulfur amount Qsc is small, the sulfur release operation is effective, and the sulfur release operation is not wasted.
[0056]
As a result, only when the desorbable sulfur amount (Qsa + Qsb) is larger than the predetermined amount X2, the process proceeds to step S24, and the sulfur release flag F for releasing desorbable sulfur (Qsa + Qsb) is turned on. On the other hand, when the non-desorbable sulfur amount Qsc is large, the process returns as it is. In other words, the sulfur release operation is postponed (regulated). As a result, the sulfur Qsc, which cannot be released, is not released, the wasteful air-fuel ratio enrichment and the exhaust gas temperature increase are avoided, the fuel consumption performance is lowered, and the ignition timing is delayed. The problem of torque reduction due to corners is suppressed.
[0057]
Since it is unlikely that the non-desorbable sulfur Qsc changes to desorbable sulfur Qsa or Qsb, in the present embodiment, once it is determined NO in step S23, the process proceeds to step S24 and thereafter in the future. No, the sulfur release operation will not be performed for a long time.
[0058]
In step S25, it is determined whether or not the vehicle speed V is higher than the sulfur release execution vehicle speed Vx. In other words, the vehicle speed is low, and therefore the exhaust gas temperature is low in the first place, and no matter how many attempts are made to retard the ignition timing in order to raise the exhaust gas temperature, the exhaust gas temperature does not rise to the sulfur release effective temperature (for example, 550 to 600 ° C.). Such a situation is judged in advance.
[0059]
As a result, only when the vehicle speed V is higher than the sulfur release execution vehicle speed Vx, the routine proceeds to step S26 and the subsequent steps, and the sulfur release operation is executed. On the other hand, when the exhaust gas temperature is low, the process returns as it is. In other words, the sulfur release operation is postponed (regulated). This also avoids wasteful enrichment of the air-fuel ratio and temperature rise of the exhaust gas, and suppresses the problem of fuel efficiency degradation and the problem of torque reduction due to the retard of the ignition timing.
[0060]
That is, in this embodiment, when there is a strong tendency to drive at a low vehicle speed, the process does not proceed to step S26 and subsequent steps in the future, and the sulfur release operation is not executed for a long time.
[0061]
(Sulfur release operation)
Before starting the sulfur release operation, in step S26, it is determined whether or not the difficulty desorption sulfur amount Qsb is larger than a predetermined amount (sulfur release operation adjustment determination value) X3 (see FIG. 14). As a result, when the value is large, the process proceeds to step S27 and the sulfur release operation is executed under strong conditions. When the value is small, the process proceeds to step S28 and the sulfur release operation is executed under suppression conditions.
[0062]
That is, in any case, the air-fuel ratio is enriched and the exhaust gas is heated to release sulfur adhering from the NOx absorbent, but among the desorbable sulfur (Qsa + Qsb) to be released, difficult desorption sulfur Qsb When the ratio is large, the air-fuel ratio is made richer (for example, the air-fuel ratio in the rich operation region B1), and the exhaust gas temperature is made higher (for example, 600 ° C.). On the other hand, when the proportion of sulfur Qsb that is difficult to desorb is small, the degree / degree of enrichment of the air / fuel ratio is suppressed (for example, the air / fuel ratio in the theoretical air / fuel ratio operation region B2), and the degree / degree of exhaust gas temperature rise is also suppressed. (For example, 550 ° C.). As a result, excessive enrichment of the air-fuel ratio and temperature rise of the exhaust gas are avoided, and problems of fuel consumption performance degradation and torque reduction due to ignition timing retardation are suppressed.
[0063]
(End of sulfur release operation)
During the execution of the sulfur release operation, in step S29, the remaining amount of sulfur, more specifically, the remaining amount Qsaz of easy desorption sulfur to be released and the remaining amount Qsbz of difficult desorption sulfur are estimated. The estimation of the remaining amount is performed based on, for example, the conditions / contents of the sulfur release operation (air-fuel ratio and exhaust gas temperature), the execution time of the sulfur release operation, and the like.
[0064]
Next, in step S30, it is determined whether or not the residual amount of sulfur to be released (Qsaz + Qsbz) is zero. As a result, when the result is zero, the sulfur release operation is terminated in step S31 and the sulfur release flag F is turned off. That is, the enrichment of the air-fuel ratio is finished, and the lean operation is restored. Further, the ignition timing retardation is terminated, and the temperature rise of the exhaust gas is stopped.
[0065]
On the other hand, when the amount of remaining sulfur to be released (Qsaz + Qsbz) is not zero, the process returns to step S27 or S28 until the zero is reached, and the sulfur releasing operation is continued. Confirm that it is not lower than Vy. That is, it is confirmed that the vehicle speed is high and the exhaust gas temperature can be raised to the sulfur release effective temperature.
[0066]
Even when the vehicle speed V is lower than the sulfur release interruption vehicle speed Vy, if the target sulfur remaining amount (Qsaz + Qsbz) is smaller than the predetermined amount (sulfur release flag release determination value) X4 (see FIG. 14) in step S33. When it is determined, the process proceeds to step S34, and the sulfur release operation is ended and the sulfur release flag F is turned off as in step S31.
[0067]
However, when the vehicle speed V is lower than the sulfur release interruption vehicle speed Vy and a considerable amount of target sulfur (Qsaz + Qsbz) still remains, the sulfur release operation is temporarily suspended (restricted). When it is determined in step S25 that the vehicle speed V has recovered to the sulfur release execution vehicle speed Vx or higher, the sulfur release operation is resumed.
[0068]
Here, the above determination values relating to the amount of sulfur are set to a magnitude relationship as shown in FIG. 14, for example.
[0069]
[Features of the above control]
(1) When it is determined NO in steps S23 and S25 (including the case of temporary interruption) of sulfur release control, as described above, the sulfur release operation is postponed and restricted in both cases. As a result, as shown in FIG. 15, adhesion of sulfur to the NOx absorbent 17a proceeds, and almost no absorption of NOx to the absorbent 17a can be expected.
The determination in step S3 of NO release control is to determine whether or not the NOx absorbent 17a is in such a state.
[0070]
That is, when it is determined in step S3 that the total sulfur adhesion amount Qs is larger than the NOx release execution validity judgment value X1 (as shown in FIG. 14, the judgment value X1 is set to a considerably large value). The NOx absorption capacity of the NOx absorbent 17a is remarkably reduced, and it is judged that the NOx to be released is actually hardly absorbed in the NOx absorbent 17a, as shown by the symbol F in FIG. . Therefore, even if it is estimated that the NOx absorption amount Qn is larger than the NOx release execution determination value Qnx in the previous step S2, the process does not proceed to step S4. That is, the NOx releasing operation is not executed.
[0071]
Even if the air-fuel ratio is enriched in such a state, since the sulfur is not released only by enriching the air-fuel ratio, the NOx absorbent 17a has a slight amount of NOx as shown by the symbol in FIG. Is only released. After that, the NOx absorbent 17a cannot be expected to satisfy satisfactory NOx absorption, and is a wasteful enrichment. Thus, the determination in step S3 avoids wasteful enrichment of the air-fuel ratio and suppresses the problem of deterioration in fuel efficiency.
[0072]
(2) When it is determined in step S3 that the total sulfur adhesion amount Qs is larger than the NOx release execution validity determination value X1, the process proceeds to step S9 instead, and as described above, the lean operation region A is rotated at a low speed. -Reduce to the area A 'on the low load side. Thereby, the lean operation itself with a large amount of NOx generated is restricted, and NOx release to the atmosphere when the NOx absorbent capacity of the NOx absorbent 17a is reduced is fundamentally suppressed.
[0073]
However, in this case, since the lean operation is allowed for the selective reduction purification region D, the problem of reduction in fuel efficiency due to the reduction of the lean operation region A is reduced while suppressing the release of NOx to the atmosphere.
[0074]
Such lean operation restriction ends when it is determined YES in step S3. That is, in the future, the restriction of the sulfur release operation is released, and the sulfur release operation is executed. As a result, the sulfur adhesion amount Qs decreases, and the process ends when the NOx absorbent capacity is restored to the NOx absorbent 17a. However, in the present embodiment, the sulfur release operation is restricted when the non-desorbable sulfur amount Qsc is large (step S23) or when the vehicle speed V is low. Of these, the vehicle speed V may increase in the future, but the desorbability of sulfur decreases with time, and the non-desorbable sulfur does not change to desorbable sulfur. That is, there is almost no possibility that the sulfur emission restriction will be lifted in the future. Therefore, in the present embodiment, when NO is determined in step S23, the sulfur emission restriction continues for a long time, and the possibility of determining YES in step S3 in the future is reduced. As a result, the execution of the NOx releasing operation is performed. The possibility of is reduced.
[0075]
(3) Sulfur release is determined in step S47 of sulfur release control, and the degree of enrichment of the air-fuel ratio for sulfur release and the temperature increase of the exhaust gas is increased or decreased according to the determination result (step S26, etc.) -Since it adjusted (step S27, S28), excessive sulfur discharge | release operation | movement is avoided and the sulfur discharge | release operation | movement without waste is implement | achieved, and the problem of a fuel consumption performance fall and the problem of a torque fall are suppressed. In addition, as indicated by the reference symbol in FIG. 16, the non-desorbable sulfur Qsc is excluded from the release target (step S30, etc.), so that the sulfur release operation can be further rationally reduced.
[0076]
In the present embodiment, in adjusting the sulfur release operation, both the air-fuel ratio and the exhaust gas temperature are subject to adjustment, but only one of them may be adjusted, and by enriching their combination pattern, It becomes possible to control sulfur release precisely according to the degree of sulfur desorption.
[0077]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, since the sulfur release operation is adjusted according to the detachability of sulfur, a reasonable and wasteful sulfur release control is realized. The present invention is widely applicable to a lean burn engine including a NOx absorption reduction catalyst.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of an engine control system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an air-fuel ratio map of the engine.
FIG. 3 is a conceptual diagram of a NOx absorbent in which NOx is released by NOx release control.
FIG. 4 is a time chart of NOx passage amount.
FIG. 5 is a characteristic diagram of the absorbable amount with respect to the NOx absorbed amount.
FIG. 6 is a flowchart showing an example of a specific operation of NOx release control.
FIG. 7 is a flowchart showing an example of an NOx absorption amount estimating operation.
FIG. 8 is a conceptual diagram of a NOx absorbent in which sulfur is released by sulfur release control.
FIG. 9 is a flowchart showing an example of a specific operation of sulfur release control.
FIG. 10 is a flowchart of the same.
FIG. 11 is a flowchart showing an example of an operation for estimating the amount of sulfur adhesion.
FIG. 12 is a flowchart showing an example of a determination operation of sulfur desorption.
FIG. 13 is a characteristic diagram of changes in sulfur desorption coefficients α, β, and γ with respect to various parameters.
FIG. 14 is a correlation diagram of various determination values used in the NOx release control and sulfur release control.
FIG. 15 is a conceptual diagram of a NOx absorbent in which adhesion of sulfur has progressed due to sulfur release regulation.
FIG. 16 is a conceptual diagram showing a comparison between a case where NOx is released from a NOx absorbent in which sulfur adhesion has progressed and a case where sulfur is released.
[Explanation of symbols]
1 engine
10 Exhaust passage
16 Three-way catalyst
17a NOx absorbent
20 Control unit

Claims (5)

酸素過剰雰囲気で排ガス中のNOxを吸収し、酸素濃度の低下により該NOxを放出するNOx吸収剤を排気通路に備え、該NOx吸収剤へのNOx吸収量を推定するNOx吸収量推定手段と、該推定手段で推定されたNOx吸収量が所定量以上となったときに空燃比をリッチ化して該吸収剤からNOxを放出させるNOx放出手段と、上記NOx吸収剤へのイオウ付着量を推定するイオウ付着量推定手段と、該推定手段で推定されたイオウ付着量が所定量以上になったときに空燃比をリッチ化し且つ排ガスを昇温して該吸収剤からイオウを放出させるイオウ放出手段とを有するエンジンの排気浄化装置であって、上記NOx吸収剤に付着したイオウの脱離性を判定するイオウ脱離性判定手段と、該判定手段の判定結果に応じて、上記イオウ放出手段がイオウ放出のために行なう空燃比のリッチ化又は排ガスの昇温の少なくともいずれか一方を調整するイオウ放出動作調整手段とを備え、該放出動作調整手段は、イオウ放出を行う際にイオウ脱離性が高いほどイオウ放出動作の抑制を強くすることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。NOx absorption amount estimating means for absorbing NOx in exhaust gas in an oxygen-excess atmosphere and providing the exhaust passage with a NOx absorbent that releases the NOx due to a decrease in oxygen concentration, and estimating the NOx absorption amount to the NOx absorbent; NOx releasing means for releasing the NOx from the absorbent by enriching the air-fuel ratio when the NOx absorption amount estimated by the estimating means exceeds a predetermined amount, and estimating the amount of sulfur adhering to the NOx absorbent. Sulfur adhering amount estimating means, and sulfur releasing means for enriching the air-fuel ratio and raising the temperature of the exhaust gas to release sulfur from the absorbent when the sulfur adhering amount estimated by the estimating means exceeds a predetermined amount; An exhaust purification device for an engine having a sulfur desorption determination unit for determining the desorption of sulfur adhering to the NOx absorbent, and the sulfur desorption determination unit according to a determination result of the determination unit Detecting means is a sulfur releasing adjusting means for adjusting at least one of enrichment or exhaust gas Atsushi Nobori of the air-fuel ratio performed for sulfur emission, said discharging operation adjustment means, sulfur when performing the sulfur release An exhaust emission control device for an engine, wherein the higher the detachability, the stronger the suppression of sulfur release operation . イオウ脱離性判定手段はイオウ放出手段による前回のイオウ放出からの経過時間が短いほど脱離性が高いと判定し、そのときイオウ放出動作調整手段はイオウ放出動作を抑制することを特徴とする請求項1に記載のエンジンの排気浄化装置。The sulfur detachability determining means determines that the detachability is higher as the elapsed time from the previous sulfur release by the sulfur release means is shorter, and the sulfur release operation adjusting means suppresses the sulfur release operation at that time. The exhaust emission control device for an engine according to claim 1. イオウ脱離性判定手段はNOx吸収剤へのイオウ付着時の排ガス温度が低いほど脱離性が高いと判定し、そのときイオウ放出動作調整手段はイオウ放出動作を抑制することを特徴とする請求項1に記載のエンジンの排気浄化装置。The sulfur desorption determining means determines that the desorption is higher as the exhaust gas temperature at the time of sulfur adhesion to the NOx absorbent is lower, and the sulfur release operation adjusting means suppresses the sulfur release operation at that time. Item 2. An exhaust emission control device for an engine according to Item 1. イオウ脱離性判定手段はNOx吸収剤へのイオウ付着時の排ガス量が少ないほど脱離性が高いと判定し、そのときイオウ放出動作調整手段はイオウ放出動作を抑制することを特徴とする請求項1に記載のエンジンの排気浄化装置。The sulfur desorption determining means determines that the desorption is higher as the amount of exhaust gas at the time of sulfur adhering to the NOx absorbent is smaller, and at that time, the sulfur release operation adjusting means suppresses the sulfur release operation. Item 2. An exhaust emission control device for an engine according to Item 1. イオウ放出手段は、点火時期の遅角により排ガスを昇温することを特徴とする請求項1に記載のエンジンの排気浄化装置。The engine exhaust gas purification apparatus according to claim 1, wherein the sulfur release means raises the temperature of the exhaust gas by retarding the ignition timing.
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