JP4682829B2 - Exhaust gas purification device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。 The present invention relates to an exhaust emission control device for an internal combustion engine.
吸蔵還元型NOx触媒に吸蔵されているNOxを還元するときには、該吸蔵還元型NOx
触媒に流入する排気の空燃比を比較的に短い周期でスパイク的(短時間)にリッチとする、所謂リッチスパイク制御が実行される。このリッチスパイク制御時に排気中に添加される還元剤量が多すぎると、吸蔵還元型NOx触媒へのHC付着量が多くなり所謂HC被毒
が起こる。また、排気中に添加される還元剤量が少なすぎると、吸蔵還元型NOx触媒に
吸蔵されているNOxの還元が十分に行われなくなる。さらに、吸蔵還元型NOx触媒に吸蔵されているNOxの還元反応が完了するまでにはある程度の時間が必要となるため、リ
ッチ状態を継続する時間(以下、リッチ継続時間という。)が短すぎると、吸蔵還元型NOx触媒に吸蔵されているNOxの還元が十分に行われない。一方、リッチ継続時間が長すぎると、過剰となったHCが吸蔵還元型NOx触媒に付着してHC被毒が起こったり、H
Cが吸蔵還元型NOx触媒をすり抜けてしまったりする。
When NOx stored in the NOx storage reduction catalyst is reduced, the NOx storage reduction
So-called rich spike control is executed in which the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst is made rich in a spike manner (short time) in a relatively short cycle. If the amount of reducing agent added to the exhaust gas during the rich spike control is too large, the amount of HC adhering to the NOx storage reduction catalyst increases and so-called HC poisoning occurs. Further, if the amount of the reducing agent added to the exhaust gas is too small, NOx stored in the NOx storage reduction catalyst is not sufficiently reduced. Furthermore, since a certain amount of time is required until the reduction reaction of NOx stored in the NOx storage reduction catalyst is completed, if the time during which the rich state is continued (hereinafter referred to as rich duration time) is too short. Further, NOx stored in the NOx storage reduction catalyst is not sufficiently reduced. On the other hand, if the rich duration is too long, excess HC adheres to the NOx storage reduction catalyst, causing HC poisoning,
C may pass through the NOx storage reduction catalyst.
これに対し、吸蔵還元型NOx触媒に吸蔵されているNOxの還元時に、1回のリッチスパイク中に複数回の還元剤添加を行い、且つ各還元剤添加の開始時期をクランクアングルに同期させる技術が知られている。(例えば、特許文献1参照。)。この技術によれば、還元剤を排気の流れに乗せることができるので、還元剤が吸蔵還元型NOx触媒へ速やか
に到達し得る。
しかし、クランクアングルに基づいて還元剤の添加を行っているため、還元剤添加量が多くなるほど次の還元剤添加までの添加インターバルが短くなる。これでは、還元剤添加量が多いとHC被毒を回復することができないおそれがあり、NOx浄化率が低下するお
それがある。
However, since the reducing agent is added based on the crank angle, the addition interval until the next reducing agent addition becomes shorter as the reducing agent addition amount increases. In this case, if the amount of addition of the reducing agent is large, HC poisoning may not be recovered, and the NOx purification rate may be reduced.
本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、内燃機関の排気浄化装置において、1回のリッチスパイク中に複数回の還元剤添加を行う場合に、より適正な添加インターバルを設定することができる技術を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and in an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, a more appropriate addition interval when adding a reducing agent a plurality of times during one rich spike. It is an object to provide a technique capable of setting the above.
上記課題を達成するために本発明による内燃機関の排気浄化装置は、以下の手段を採用した。すなわち、本発明による内燃機関の排気浄化装置は、
内燃機関から排出される排気中へ還元剤を添加する還元剤添加手段と、
NOxを吸蔵し且つ吸蔵していたNOxが前記還元剤添加手段により添加される還元剤により還元される吸蔵還元型NOx触媒と、
を備え、
前記吸蔵還元型NOx触媒に吸蔵されているNOxを還元するために排気の空燃比を目標空燃比とする場合に、目標空燃比とする期間中に還元剤の添加を行う期間である添加期間を複数設け、各添加期間の終了から次の添加期間の開始までの間の添加インターバルを、直前の添加期間における還元剤添加量に応じて決定することを特徴とする。
In order to achieve the above object, an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention employs the following means. That is, the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention is
Reducing agent addition means for adding a reducing agent into the exhaust gas discharged from the internal combustion engine;
A NOx storage reduction catalyst in which NOx is stored and NOx stored is reduced by the reducing agent added by the reducing agent adding means;
With
When reducing the NOx occluded in the NOx storage reduction catalyst to the target air-fuel ratio for reducing the exhaust air-fuel ratio, an addition period that is a period during which the reducing agent is added during the target air-fuel ratio is set. A plurality is provided, and an addition interval between the end of each addition period and the start of the next addition period is determined in accordance with the amount of reducing agent added in the immediately preceding addition period.
ここで、排気中に含まれるNOxを吸蔵還元型NOx触媒に吸蔵させ、その後還元剤添加手段により排気中に還元剤を添加して排気の空燃比を目標空燃比とすることでNOxを還
元することができる。「目標空燃比」は、吸蔵還元型NOx触媒に吸蔵されているNOxを還元するために必要となる排気の空燃比であり、たとえばストイキ近傍またはストイキ以下としてもよい。この目標空燃比を維持することにより、吸蔵還元型NOx触媒に吸蔵さ
れているNOxが還元される。
Here, NOx contained in the exhaust gas is stored in the NOx storage reduction catalyst, and then the reducing agent is added to the exhaust gas by the reducing agent adding means to reduce the NOx by setting the air fuel ratio of the exhaust gas to the target air fuel ratio. be able to. The “target air-fuel ratio” is an air-fuel ratio of exhaust gas that is required for reducing NOx stored in the NOx storage reduction catalyst, and may be, for example, near or below stoichiometric. By maintaining this target air-fuel ratio, NOx stored in the NOx storage reduction catalyst is reduced.
しかし、還元剤を添加すると、該還元剤が吸蔵還元型NOx触媒に付着して、HC被毒
が起こることがある。このHC被毒は酸素の供給により解消させることができる。そして、1回のリッチスパイクで複数回の還元剤添加を行う場合には、還元剤添加が行われてから次の還元剤添加が行われるまでは、吸蔵還元型NOx触媒へ酸素を供給することができ
る。このように、還元剤と酸素とが交互に供給されることにより、排気中に適度な酸素が含まれるようになるため、過剰なリッチとなることを抑制しつつ、排気の空燃比を目標空燃比とすることができる。そのため、吸蔵還元型NOx触媒におけるNOx浄化率を向上させることができる。そして、添加インターバルを、直前の還元剤添加量に応じて変更することにより、還元剤と酸素とをバランス良く吸蔵還元型NOx触媒へ供給することが可能
となる。すなわち、1回当たりの還元剤添加量が多くなるほど、還元剤添加間隔を大きくすることにより、HC被毒を酸素の供給により回復することができるので、吸蔵還元型NOx触媒でのNOx浄化率を向上させることができる。
However, when a reducing agent is added, the reducing agent may adhere to the NOx storage reduction catalyst and HC poisoning may occur. This HC poisoning can be eliminated by supplying oxygen. In addition, when reducing agent is added multiple times with one rich spike, oxygen is supplied to the NOx storage reduction catalyst from when the reducing agent is added until the next reducing agent is added. Can do. As described above, since the reducing agent and oxygen are alternately supplied so that appropriate oxygen is contained in the exhaust gas, the air-fuel ratio of the exhaust gas is reduced to the target air amount while suppressing excessive richness. The fuel ratio can be set. Therefore, the NOx purification rate in the NOx storage reduction catalyst can be improved. Then, by changing the addition interval according to the immediately preceding reducing agent addition amount, it becomes possible to supply the reducing agent and oxygen to the NOx storage reduction catalyst in a well-balanced manner. That is, as the reducing agent addition amount per time increases, the HC poisoning can be recovered by supplying oxygen by increasing the reducing agent addition interval, so the NOx purification rate in the NOx storage reduction catalyst can be increased. Can be improved.
本発明においては、前記添加インターバルは、直前の還元剤添加により起こる前記吸蔵還元型NOx触媒のHC被毒を回復させる時間として決定されることができる。 In the present invention, the addition interval can be determined as a time for recovering the HC poisoning of the NOx storage reduction catalyst caused by the immediately preceding addition of the reducing agent.
吸蔵還元型NOx触媒に付着しているHC量であるHC被毒量は、還元剤添加手段から
添加される還元剤の添加量と相関がある。そのため、HC被毒を解消させるために必要となる酸素の量も、還元剤添加量と相関がある。したがって、各還元剤添加における添加量によりHC被毒が生じた場合であっても、このHC被毒量に応じて添加インターバルを設けることにより、HC被毒を回復させることができる。すなわち、HC被毒を回復させるために必要な添加間隔を設けることによりNOxの浄化率を向上させることができる。
The amount of HC poisoning, which is the amount of HC adhering to the NOx storage reduction catalyst, has a correlation with the amount of reducing agent added from the reducing agent addition means. Therefore, the amount of oxygen necessary for eliminating HC poisoning is also correlated with the amount of reducing agent added. Therefore, even when HC poisoning occurs due to the addition amount in each reducing agent addition, the HC poisoning can be recovered by providing the addition interval according to the HC poisoning amount. That is, the NOx purification rate can be improved by providing an addition interval necessary to recover HC poisoning.
上記課題を達成するために本発明による内燃機関の排気浄化装置は、以下の手段を採用してもよい。すなわち、本発明による内燃機関の排気浄化装置は、
排気中へ還元剤を添加する還元剤添加手段と、
NOxを吸蔵し且つ吸蔵していたNOxが前記還元剤添加手段により添加される還元剤により還元される吸蔵還元型NOx触媒と、
前記吸蔵還元型NOx触媒に吸蔵されているNOxを還元するために排気の空燃比を目標空燃比とする場合に、目標空燃比とする期間中に還元剤の添加を行う期間である添加期間を複数設け、各添加期間の終了から次の添加期間の開始までの間の添加インターバルを、排気の流量が所定量よりも大きく且つ前記吸蔵還元型NOx触媒の温度が所定温度よりも
高い場合には直前の添加期間における還元剤添加量に応じて決定し、排気の流量が所定量以下または前記NOx触媒の温度が所定温度以下の場合にはクランクアングルに応じて決
定する添加インターバル切替手段と、
を備えることを特徴としてもよい。
In order to achieve the above object, an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention may employ the following means. That is, the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention is
Reducing agent addition means for adding a reducing agent into the exhaust;
A NOx storage reduction catalyst in which NOx is stored and NOx stored is reduced by the reducing agent added by the reducing agent adding means;
When reducing the NOx occluded in the NOx storage reduction catalyst to the target air-fuel ratio for reducing the exhaust air-fuel ratio, an addition period that is a period during which the reducing agent is added during the target air-fuel ratio is set. A plurality of addition intervals between the end of each addition period and the start of the next addition period, when the flow rate of exhaust gas is larger than a predetermined amount and the temperature of the NOx storage reduction catalyst is higher than a predetermined temperature An addition interval switching means that is determined according to the reducing agent addition amount in the immediately preceding addition period, and that is determined according to the crank angle when the flow rate of the exhaust gas is a predetermined amount or less or the temperature of the NOx catalyst is a predetermined temperature or less;
It is good also as providing.
排気の流量が所定量以下または吸蔵還元型NOx触媒の温度が所定温度以下の場合には
、還元剤の霧化が促進されないため、添加インターバルを還元剤添加量に合わせて変更してもNOx浄化率を大幅に向上させることが困難となる。一方、排気行程に合わせて還元
剤を添加する(すなわち、クランクアングルに応じて還元剤を添加する)ことにより、還元剤を排気の流れに乗せることができるので、吸蔵還元型NOx触媒へ速やかに還元剤を
供給することができる。また、還元剤の拡散を抑制することができるので、吸蔵還元型N
Ox触媒における排気の空燃比の制御性を向上させることができる。
When the exhaust gas flow rate is less than the specified amount or the temperature of the NOx storage reduction catalyst is less than the specified temperature, the atomization of the reducing agent is not promoted. It becomes difficult to significantly improve the rate. On the other hand, by adding the reducing agent according to the exhaust stroke (that is, adding the reducing agent according to the crank angle), the reducing agent can be put on the exhaust flow, so that the NOx storage reduction catalyst can be promptly used. A reducing agent can be supplied. Moreover, since the diffusion of the reducing agent can be suppressed, occlusion reduction type N
The controllability of the exhaust air-fuel ratio in the Ox catalyst can be improved.
そして、添加インターバル切替手段は、NOx浄化率を向上し得るときには、還元剤添
加量に応じて添加インターバルを設定し、それ以外のときにはクランクアングルに応じた添加インターバルを設定する。前記「排気の流量が所定量よりも大きく且つ前記吸蔵還元型NOx触媒の温度が所定温度よりも高い場合」とは、添加インターバルをクランクアン
グルに応じて決定するよりも還元剤添加量に応じて決定したほうがNOx浄化率を向上し
得るときとしてもよい。すなわち、「所定量」および「所定温度」は、還元剤添加量に応じて添加インターバルを設定してもNOx浄化率を向上し得ないときの排気の流量および
吸蔵還元型NOx触媒の温度の最大値とすることができる。
The addition interval switching means sets the addition interval according to the reducing agent addition amount when the NOx purification rate can be improved, and sets the addition interval according to the crank angle otherwise. The “when the flow rate of exhaust gas is larger than a predetermined amount and the temperature of the NOx storage reduction catalyst is higher than a predetermined temperature” means that the addition interval is determined according to the amount of reducing agent rather than being determined according to the crank angle. It may be a time when the NOx purification rate can be improved if it is determined. That is, the “predetermined amount” and “predetermined temperature” are the maximum of the flow rate of exhaust gas and the temperature of the NOx storage reduction catalyst when the NOx purification rate cannot be improved even if the addition interval is set according to the reducing agent addition amount. Can be a value.
このようにすることで、NOx浄化率を向上し得る場合にはNOx浄化率を向上させ、NOx浄化率を向上し得ない場合には吸蔵還元型NOx触媒における排気の空燃比の制御性を向上させることができる。 In this way, when the NOx purification rate can be improved, the NOx purification rate is improved, and when the NOx purification rate cannot be improved, the controllability of the exhaust air-fuel ratio in the NOx storage reduction catalyst is improved. Can be made.
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置によれば、1回のリッチスパイク中に複数回の還元剤添加を行う場合に、より適正な添加インターバルを設定することができる。 According to the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, a more appropriate addition interval can be set when a reducing agent is added a plurality of times during one rich spike.
以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。 Hereinafter, specific embodiments of an exhaust emission control device for an internal combustion engine according to the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本実施例に係る内燃機関の排気浄化装置を適用する内燃機関1とその吸・排気系の概略構成を示す図である。図1に示す内燃機関1は、水冷式の4サイクル・ディーゼルエンジンである。 FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an internal combustion engine 1 to which an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to this embodiment is applied and an intake / exhaust system thereof. The internal combustion engine 1 shown in FIG. 1 is a water-cooled four-cycle diesel engine.
内燃機関1には、該内燃機関の気筒内に燃料を供給する燃料噴射弁11が備えられている。また、内燃機関1には、燃焼室へ通じる排気通路2が接続されている。この排気通路2は、下流にて大気へと通じている。
The internal combustion engine 1 is provided with a
前記排気通路2の途中には、吸蔵還元型NOx触媒3(以下、NOx触媒3という。)が設けられている。NOx触媒3は、流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中のNOxを吸蔵し、流入する排気の酸素濃度が低く且つ還元剤が存在するときは吸蔵していたNOx
を還元する機能を有する。
An occlusion reduction type NOx catalyst 3 (hereinafter referred to as NOx catalyst 3) is provided in the middle of the
Has the function of reducing
また、NOx触媒3よりも下流の排気通路2には、該排気通路2内を流れる排気の空燃
比に応じた信号を出力する空燃比センサ4が取り付けられている。また、NOx触媒3よ
りも上流の排気通路2には、該排気通路2内を流れる排気の温度に応じた信号を出力する排気温度センサ5が取り付けられている。この排気温度センサ5によりNOx触媒3の温
度が検出される。
An air-fuel ratio sensor 4 that outputs a signal corresponding to the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing in the
NOx触媒3よりも上流の排気通路2には、該排気通路2を流通する排気中に還元剤た
る燃料(軽油)を添加する燃料添加弁6を備えている。燃料添加弁6は、後述するECU7からの信号により開弁して排気中へ燃料を噴射する。燃料添加弁6から排気通路2内へ噴射された燃料は、排気通路2の上流から流れてきた排気の空燃比をリッチにする。そして、NOx還元時には、NOx触媒3に流入する排気の空燃比を比較的に短い周期でスパイク的(短時間)にリッチとする、所謂リッチスパイク制御を実行する。なお、本実施例においては、燃料添加弁6が、本発明における還元剤添加手段に相当する。
The
さらに、内燃機関1には、燃焼室へ通じる吸気通路8が接続されている。この吸気通路8の途中には、該吸気通路8を流れる空気の量に応じた信号を出力するエアフローメータ9が設けられている。このエアフローメータ9により内燃機関1の吸入空気量が検出される。また、本実施例においてはエアフローメータ9により検出される吸入空気量は、排気の量と等しいとしている。 Furthermore, an intake passage 8 that leads to the combustion chamber is connected to the internal combustion engine 1. An air flow meter 9 for outputting a signal corresponding to the amount of air flowing through the intake passage 8 is provided in the intake passage 8. The air flow meter 9 detects the intake air amount of the internal combustion engine 1. In this embodiment, the intake air amount detected by the air flow meter 9 is assumed to be equal to the exhaust amount.
以上述べたように構成された内燃機関1には、該内燃機関1を制御するための電子制御ユニットであるECU7が併設されている。このECU7は、内燃機関1の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関1の運転状態を制御するユニットである。ECU7には、空燃比センサ4、排気温度センサ5、およびエアフローメータ9が電気配線を介して接続され、これらの出力信号がECU7へ入力されるようになっている。一方、ECU7には、燃料噴射弁11および燃料添加弁6が電気配線を介して接続され、該ECU7により燃料噴射弁11および燃料添加弁6が制御される。
The internal combustion engine 1 configured as described above is provided with an ECU 7 that is an electronic control unit for controlling the internal combustion engine 1. The ECU 7 is a unit that controls the operation state of the internal combustion engine 1 in accordance with the operation conditions of the internal combustion engine 1 and the request of the driver. An air-fuel ratio sensor 4, an exhaust gas temperature sensor 5, and an air flow meter 9 are connected to the ECU 7 via electric wiring, and these output signals are input to the ECU 7. On the other hand, the
ここで、図2は、燃料添加弁6に送られるECU7の指令信号の波形と、その波形に対応する空燃比の変化とを同一時間軸上に示すタイムチャートである。図2(A)はECU7の指令信号の推移を示したタイムチャートであり、図2(B)は空燃比の推移を示したタイムチャートである。 Here, FIG. 2 is a time chart showing the waveform of the command signal of the ECU 7 sent to the fuel addition valve 6 and the change of the air-fuel ratio corresponding to the waveform on the same time axis. FIG. 2A is a time chart showing the transition of the command signal of the ECU 7, and FIG. 2B is a time chart showing the transition of the air-fuel ratio.
燃料添加弁6は、同図2(A)に示す指令信号がオン(「ON」)の状態となっているときに開弁し、燃料を噴射する。燃料添加が行われることにより、NOx触媒3に流入す
る排気の空燃比が低くなる(リッチスパイクが形成される)ようになる。ここで、添加期間(図2(A)参照。)を長くするほど、また添加インターバル(図2(A)参照。)を短くするほど、空燃比の変化量(図2(B)参照。)は大きくなる。また、総添加期間(図2(A)参照。)を長くするほどリッチスパイクの形成期間(図2(B)参照。)も長くなる。一方、燃料添加の休止期間(図2(A)参照。)の長さは、連続的に形成されるリッチスパイクの間においてリーン雰囲気が継続する期間(図2(B)参照。)の長さに対応する。なお、添加期間とその後の添加インターバルとを合わせた期間、すなわち添加期間の開始から次の添加期間の開始までの期間を添加間隔としている。
The fuel addition valve 6 is opened when the command signal shown in FIG. 2A is on (“ON”), and fuel is injected. By performing the fuel addition, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the
次に、図3は、4番気筒の排気行程開始に合わせて燃料添加弁6から燃料を添加させる場合の添加間隔を示した図である。すなわち、クランクアングルに同期して燃料を添加させる場合の添加間隔を示している。図3(A)は燃料添加量が比較的少ない場合、図3(B)は燃料添加量が比較的多い場合を示している。図3(A)または(B)の何れの場合であっても、排気行程開始に合わせて燃料添加を行っているため、添加間隔は同じである。しかし、燃料添加量が比較的少ない場合には、燃料添加量に対して添加インターバルが長くなるため、NOx触媒3において酸素過剰となるおそれがある。また、燃料添加量が
比較的多い場合には、燃料添加量に対して添加インターバルが短くなるため、NOx触媒
3においてHC過剰となるおそれがある。そして、NOx触媒3にHCが過剰に供給され
ると、HC被毒を生じる。そのため、何れの場合であっても、NOx浄化率が向上しない
おそれがある。
Next, FIG. 3 is a diagram showing an addition interval when fuel is added from the fuel addition valve 6 in accordance with the start of the exhaust stroke of the fourth cylinder. That is, the addition interval in the case of adding fuel in synchronization with the crank angle is shown. FIG. 3A shows a case where the fuel addition amount is relatively small, and FIG. 3B shows a case where the fuel addition amount is relatively large. In either case of FIG. 3 (A) or (B), the addition interval is the same because the fuel addition is performed at the start of the exhaust stroke. However, when the amount of fuel added is relatively small, the addition interval becomes longer than the amount of fuel added, so there is a risk that the
一方、図4は、燃料添加弁6からの燃料添加量に応じて添加間隔を設定したときの添加間隔を示した図である。図4(A)は、図3(A)と同量の燃料を添加する場合を示し、図4(B)は、図3(B)と同量の燃料を添加する場合を示している。図4では、燃料添加量(燃料添加期間としてもよい。)に応じて添加インターバルを変更している。すなわち、添加期間が長くなるほど添加インターバルを長くしている。これにより、酸素および燃料の供給を適切に行うことができるので、NOxの浄化率を向上させることができる。
そこで、本実施例では、燃料添加量(燃料添加期間としてもよい。)に応じて添加インタ
ーバルを変更する。
On the other hand, FIG. 4 is a diagram showing the addition interval when the addition interval is set according to the fuel addition amount from the fuel addition valve 6. 4A shows a case where the same amount of fuel as in FIG. 3A is added, and FIG. 4B shows a case where the same amount of fuel as in FIG. 3B is added. In FIG. 4, the addition interval is changed according to the fuel addition amount (may be a fuel addition period). That is, the longer the addition period, the longer the addition interval. Thereby, oxygen and fuel can be supplied appropriately, so that the NOx purification rate can be improved.
Therefore, in this embodiment, the addition interval is changed according to the fuel addition amount (may be a fuel addition period).
添加期間と添加インターバルまたは添加間隔との関係は予め実験等により求めてマップ化し、ECU7に記憶させておく。たとえば、添加期間と添加インターバルまたは添加間隔との比が一定の値となるようにする。この関係は、NOx触媒3のHC被毒量を推定し
、その量が許容値以下となるように決定してもよい。また、HC被毒量は、燃料添加量、排気の流量およびNOx触媒3の床温の影響を受けるため、これらをパラメータとしたマ
ップを用いていてもよい。すなわち、燃料添加量、排気の流量およびNOx触媒3の床温
と、添加インターバルまたは添加間隔と、の関係を予め求めてマップ化しておいてもよい。なお、排気の流量は吸入空気量と等しいとしてもよく、NOx触媒3の床温はNOx触媒3に流入する排気の温度から推定してもよい。
The relationship between the addition period and the addition interval or the addition interval is obtained in advance through experiments or the like and is mapped and stored in the ECU 7. For example, the ratio between the addition period and the addition interval or the addition interval is set to a constant value. This relationship may be determined such that the amount of HC poisoning of the
また、添加量と添加インターバルとの比が所定の値となるように添加インターバルを決定した場合、NOx触媒3のHC被毒が多くなる場合がある。そのため、添加インターバ
ルの下限値を設け、この下限値よりも添加インターバルが短くならないようにしてもよい。
In addition, when the addition interval is determined so that the ratio between the addition amount and the addition interval becomes a predetermined value, the HC poisoning of the
図5は、添加間隔とNOx浄化率および出ガス平均HCとの関係を示した図である。機
関回転数が1800r.p.m.で、機関発生トルクが80Nmの場合の夫々の値を示している。実線は、1回のリッチスパイクあたり4回の燃料添加を行った場合を示し、破線は1回のリッチスパイクあたり3回の燃料添加を行った場合を示している。実線および破線は、1回のリッチスパイク当たりの燃料添加量は同じで添加間隔だけ異なる。なお、出ガス平均HCとは、NOx触媒3から流出するHCの平均濃度(p.p.m.)である。
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the addition interval, the NOx purification rate, and the outgas average HC. The engine speed is 1800 r. p. m. The respective values when the engine generated torque is 80 Nm are shown. A solid line indicates a case where fuel is added four times per rich spike, and a broken line indicates a case where fuel is added three times per rich spike. In the solid line and the broken line, the amount of fuel added per rich spike is the same, but differs by the addition interval. The output gas average HC is the average concentration (ppm) of HC flowing out from the
添加間隔を長くすると、NOx触媒3への酸素の供給量が多くなるため、出ガス平均H
Cは低くなる。しかし、NOx浄化率にはピークがあり、そのピークを超えて添加間隔を
長くすると、NOx浄化率は低下する。すなわち、このピークにおける添加間隔よりも添
加間隔が短いとHC被毒が回復せず、長いとNOx触媒3が酸化雰囲気となる時間が長く
なるので、何れの場合にもNOx浄化率が低下する。したがって、たとえばNOx浄化率を最優先するためには、NOx浄化率が最高となる添加間隔に設定する。ここで、NOx触媒3の雰囲気の空燃比(若しくはNOx触媒3の下流の排気の空燃比としてもよい。)がス
トイキを維持できるように添加間隔を定めるとNOx浄化率を最高とすることができる。
これは、NOx触媒3のHC被毒を回復させるための添加間隔を設けると、ちょうどこの
ような空燃比となるためである。
If the addition interval is lengthened, the amount of oxygen supplied to the
C becomes lower. However, there is a peak in the NOx purification rate, and if the addition interval is extended beyond the peak, the NOx purification rate decreases. That is, if the addition interval is shorter than the addition interval at this peak, the HC poisoning does not recover, and if it is longer, the time during which the
This is because if an addition interval for recovering the HC poisoning of the
また、図6は、1回のリッチスパイク中に添加量の異なる複数回の燃料添加が行われたときの添加インターバルを示した図である。たとえば、NOx還元時には、NOx触媒3に貯蔵されている酸素を速やかに除去するために、燃料添加初期に多くの燃料が添加されることがある。このような場合であっても、燃料添加量(1a),(2a),および(3a)に応じて添加インターバル(1b),(2b),および(3b)を夫々決定する。このときの添加インターバルも、前述の添加量が全て同じ場合と同様にして求めることができる。このように、燃料添加量が1回毎に異なる場合であっても、その都度、添加量に応じて添加インターバルまたは添加間隔を設定することにより、酸素量と燃料量との適正化が可能となる。
FIG. 6 is a diagram showing an addition interval when a plurality of fuel additions with different addition amounts are performed during one rich spike. For example, during NOx reduction, in order to quickly remove oxygen stored in the
以上説明したように、本実施例によれば、燃料添加量または添加期間に応じてNOx触
媒3のHC被毒を回復させるための添加インターバルまたは添加間隔が決定されるため、NOx浄化率を向上させることができる。
As described above, according to this embodiment, the addition interval or addition interval for recovering the HC poisoning of the
排気の流量が少なすぎる場合またはNOx触媒3の温度が低すぎる場合には、燃料添加
弁6から添加された燃料が排気通路2およびNOx触媒3に多く付着する。そのため、添
加インターバルを燃料添加量に合わせて変更してもNOx浄化率を大幅に向上させること
が困難となる。一方、たとえば4番気筒の排気行程に合わせて燃料を添加する(すなわち、クランクアングルに応じて燃料を添加する)ことにより、燃料を排気の流れに乗せることができるので、NOx触媒3へ速やかに燃料を供給することができる。そして、燃料が
排気中で拡散を抑制することができるので、NOx触媒3における排気の空燃比の制御性
を向上させることができる。
When the flow rate of the exhaust is too small or the temperature of the
そこで、本実施例では、NOx浄化率を向上し得る場合には、NOx浄化率の向上を目的として燃料添加量に応じた添加インターバルを設定する。一方、NOx浄化率を向上し得
ない場合には、NOx触媒3における排気の空燃比の制御性を向上させるためにクランク
アングルに同期して燃料添加を行う。
Therefore, in this embodiment, when the NOx purification rate can be improved, the addition interval corresponding to the fuel addition amount is set for the purpose of improving the NOx purification rate. On the other hand, if the NOx purification rate cannot be improved, fuel addition is performed in synchronization with the crank angle in order to improve the controllability of the air-fuel ratio of the exhaust gas in the
図7は、本実施例における燃料添加制御のフローを示したフローチャートである。本ルーチンは、NOx触媒3に吸蔵されているNOxを還元するときに繰り返し実行される。
FIG. 7 is a flowchart showing a flow of fuel addition control in the present embodiment. This routine is repeatedly executed when the NOx stored in the
ステップS101では、燃料添加直前の排気温度Tおよび吸入空気量Gaを読み込む。排気温度TはNOx触媒3の温度を簡易的に示すものとして、また吸入空気量Gaは排気
の流量を示すものとして用いられる。排気温度Tは、排気温度センサ5より得ることができる。また、吸入空気量Gaは、エアフローメータ9より得ることができる。
In step S101, the exhaust temperature T and the intake air amount Ga immediately before fuel addition are read. The exhaust temperature T is used to simply indicate the temperature of the
ステップS102では、排気温度Tが所定温度よりも高く且つ吸入空気量Gaが所定量よりも多いか否か判定される。燃料添加弁6から添加された燃料が排気通路2やNOx触
媒3に付着し、さらにその燃料の蒸発に時間がかかる場合には、添加間隔を変更してもNOx浄化率はほとんど向上しない。このような場合には、添加された燃料を排気の流れに
乗せるために排気行程に合わせて燃料を添加するほうが良い。このような状態を、排気温度Tおよび吸入空気量Gaを基に判定している。そして、前記所定温度および前記所定量は、添加間隔を変えたときにNOx浄化率の大幅な向上を望める値として予め実験等によ
り得ておく。ステップS102で肯定判定がなされた場合にはステップS103へ進み、一方否定判定がなされた場合にはステップS106へ進む。なお、本実施例においては、ステップS102を実行するECU102が、本発明における添加インターバル切替手段に相当する。
In step S102, it is determined whether the exhaust temperature T is higher than a predetermined temperature and the intake air amount Ga is higher than a predetermined amount. When the fuel added from the fuel addition valve 6 adheres to the
ステップS103では、燃料添加量が算出される。添加間隔の変更によりNOx浄化率
が向上し得ることから、後述するステップS106で算出される燃料添加量よりも少なくなる。たとえば、ステップS106と同様に燃料添加量を算出し、NOx浄化率の向上分
だけ燃料添加量を減量してもよい。また、たとえば機関回転数および機関負荷と燃料添加量との関係を予め求めてマップ化しておき、該マップに基づいて燃料添加量を求めてもよい。
In step S103, the fuel addition amount is calculated. Since the NOx purification rate can be improved by changing the addition interval, the fuel addition amount calculated in step S106, which will be described later, is reduced. For example, the fuel addition amount may be calculated in the same manner as in step S106, and the fuel addition amount may be reduced by an amount corresponding to the improvement in the NOx purification rate. Further, for example, the relationship between the engine speed and the engine load and the fuel addition amount may be obtained in advance and mapped, and the fuel addition amount may be obtained based on the map.
ステップS104では、添加間隔が決定される。実施例1と同様にして添加間隔を求める。たとえば、ステップS103で算出された燃料添加量と、添加間隔と、の関係を予めマップ化しておき、該マップに燃料添加量を代入して添加間隔を得てもよい。 In step S104, the addition interval is determined. The addition interval is determined in the same manner as in Example 1. For example, the relationship between the fuel addition amount calculated in step S103 and the addition interval may be mapped in advance, and the addition interval may be obtained by substituting the fuel addition amount into the map.
ステップS105では、燃料添加量に応じて添加間隔を変更しつつ、燃料添加が行われる。 In step S105, fuel addition is performed while changing the addition interval according to the fuel addition amount.
ステップS106では、燃料添加量が算出される。燃料添加量は、機関回転数および機関負荷に基づいて、排気の空燃比がNOx還元時の目標空燃比となるように燃料添加量が
算出される。また、エアフローメータ9で得られる吸入空気量と、燃料噴射弁11および燃料添加弁6から噴射される燃料量と、の比が目標空燃比となるように燃料添加量を決定してもよい。さらに、従来の技術により燃料添加量を算出してもよい。
In step S106, the fuel addition amount is calculated. The fuel addition amount is calculated based on the engine speed and the engine load so that the air-fuel ratio of the exhaust gas becomes the target air-fuel ratio at the time of NOx reduction. Further, the fuel addition amount may be determined so that the ratio of the intake air amount obtained by the air flow meter 9 and the fuel amount injected from the
ステップS107では、クランクアングルに応じて燃料添加が行われる。具体的には、4番気筒の排気行程に合わせて燃料添加が行われる。このように所定の気筒の排気行程に合わせて燃料添加を行うことにより、排気の流量が少ない場合であっても速やかにNOx
触媒3へ燃料を到達させることができるので、NOx触媒3における空燃比の制御性を向
上させることができる。
In step S107, fuel is added according to the crank angle. Specifically, fuel addition is performed in accordance with the exhaust stroke of the fourth cylinder. By adding fuel in accordance with the exhaust stroke of a predetermined cylinder in this way, NOx can be quickly achieved even when the exhaust flow rate is small.
Since the fuel can reach the
このようにして、添加間隔を決定することにより、NOx触媒3におけるNOx浄化率を向上させることができる。また、NOx還元時における燃料添加量を減少させることがで
きるので、燃費を向上させることができる。
Thus, the NOx purification rate in the
1 内燃機関
2 排気通路
3 吸蔵還元型NOx触媒
4 空燃比センサ
5 排気温度センサ
6 燃料添加弁
7 ECU
8 吸気通路
9 エアフローメータ
11 燃料噴射弁
1
8 Intake passage 9
Claims (3)
NOxを吸蔵し且つ吸蔵していたNOxが前記還元剤添加手段により添加される還元剤により還元される吸蔵還元型NOx触媒と、
を備え、
前記吸蔵還元型NOx触媒に吸蔵されているNOxを還元するために排気の空燃比を目標空燃比とする場合に、目標空燃比とする期間中に還元剤の添加を行う期間である添加期間を複数設け、各添加期間の終了から次の添加期間の開始までの間の添加インターバルを、直前の添加期間における還元剤添加量に応じて決定することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 Reducing agent addition means for adding a reducing agent into the exhaust gas discharged from the internal combustion engine;
A NOx storage reduction catalyst in which NOx is stored and NOx stored is reduced by the reducing agent added by the reducing agent adding means;
With
When reducing the NOx occluded in the NOx storage reduction catalyst to the target air-fuel ratio for reducing the exhaust air-fuel ratio, an addition period that is a period during which the reducing agent is added during the target air-fuel ratio is set. An exhaust purification apparatus for an internal combustion engine, wherein a plurality of addition intervals between the end of each addition period and the start of the next addition period are determined according to the amount of reducing agent added in the immediately preceding addition period.
HC被毒を回復させる時間として決定されることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。 2. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the addition interval is determined as a time for recovering HC poisoning of the NOx storage reduction catalyst caused by the immediately preceding addition of the reducing agent.
NOxを吸蔵し且つ吸蔵していたNOxが前記還元剤添加手段により添加される還元剤により還元される吸蔵還元型NOx触媒と、
前記吸蔵還元型NOx触媒に吸蔵されているNOxを還元するために排気の空燃比を目標空燃比とする場合に、目標空燃比とする期間中に還元剤の添加を行う期間である添加期間を複数設け、各添加期間の終了から次の添加期間の開始までの間の添加インターバルを、排気の流量が所定量よりも大きく且つ前記吸蔵還元型NOx触媒の温度が所定温度よりも
高い場合には直前の添加期間における還元剤添加量に応じて決定し、排気の流量が所定量以下または前記NOx触媒の温度が所定温度以下の場合にはクランクアングルに応じて決
定する添加インターバル切替手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 Reducing agent addition means for adding a reducing agent into the exhaust;
A NOx storage reduction catalyst in which NOx is stored and NOx stored is reduced by the reducing agent added by the reducing agent adding means;
When reducing the NOx occluded in the NOx storage reduction catalyst to the target air-fuel ratio for reducing the exhaust air-fuel ratio, an addition period that is a period during which the reducing agent is added during the target air-fuel ratio is set. A plurality of addition intervals between the end of each addition period and the start of the next addition period, when the flow rate of exhaust gas is larger than a predetermined amount and the temperature of the NOx storage reduction catalyst is higher than a predetermined temperature An addition interval switching means that is determined according to the reducing agent addition amount in the immediately preceding addition period, and that is determined according to the crank angle when the flow rate of the exhaust gas is a predetermined amount or less or the temperature of the NOx catalyst is a predetermined temperature or less;
An exhaust emission control device for an internal combustion engine, comprising:
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