JP4816599B2 - 内燃機関の排気浄化システム - Google Patents
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Description
低減するために、内燃機関の排気系に、排気中のNOxを浄化するNOx触媒を設けることが知られている。この技術において例えば吸蔵還元型NOx触媒を設けた場合には、吸蔵
されたNOxの量が増加すると浄化能力が低下するため、リッチスパイク制御を行うこと
により吸蔵還元型NOx触媒に還元剤を供給し、同触媒に吸蔵されたNOxを還元放出することが行われる。
毒を解消するために、吸蔵還元型NOx触媒の床温をSOxの放出が可能な温度まで上昇させるとともに還元剤を供給して吸蔵還元型NOx触媒をリッチ雰囲気とする処理を行う場
合もある(以下、この処理を「SOx再生処理」という。)。このSOx再生処理において、還元剤は吸蔵還元型NOx触媒の床温を上昇させるためにも用いられる。
吸蔵還元型NOx触媒の温度をSOxの還元放出に充分な高温まで上昇させる必要がある。
案されている(例えば、特許文献1参照。)。
における副噴射による技術や、排気通路の吸蔵還元型NOx触媒の上流において還元剤の
添加弁を備え、排気通路を通過する排気に還元剤を添加する技術を適宜組み合わせることが公知である(例えば、特許文献2または3参照。)。
をSOxの還元放出が可能な高温に維持する。また、リッチ燃焼が行われるリッチ期間に
おいては、吸蔵還元型NOx触媒をリッチ雰囲気としてSOxを還元放出させる。
Oxの還元放出が行われず、リッチ期間中にのみSOxの還元放出が行われていた。そうすると、吸蔵還元型NOx触媒のSOx再生処理の処理時間が長くなり、燃費の悪化や触媒の熱劣化が問題となる場合があった。
より短期間で完了させることができる技術を提供することである。
別の方法で排気に燃料を供給する燃料供給手段を備える排気浄化システムを対象としている。そして、リーン燃焼が実行されるリーン期間においては、燃料供給手段から燃料を排気に供給してNOx触媒の温度をSOxの還元放出が可能な高温に維持し、リッチ燃焼が行われるリッチ期間においては、NOx触媒をリッチ雰囲気としてSOxを還元放出させる。さらに本発明においては、リーン期間においても、燃料供給手段からの燃料供給によって排気の空燃比を理論空燃比またはそれより低いリッチ空燃比とすることでSOxを還元放
出することを最大の特徴とする。
内燃機関の筒内における燃焼時の空燃比がリッチ空燃比となるリッチ燃焼を実行するリッチ燃焼手段と、
内燃機関の筒内における燃焼時の空燃比がリーン空燃比となるリーン燃焼を実行するリーン燃焼手段と、
前記筒内における燃焼に係る燃料とは別に、前記排気中に燃料を供給する燃料供給手段と、
を備え、
前記吸蔵還元型NOx触媒のSOx再生処理を実行する際には、前記リッチ燃焼手段によるリッチ燃焼と、前記リーン燃焼手段によるリーン燃焼とを所定期間ずつ交互に実行させ、前記リッチ燃焼が実行されているリッチ期間中には前記吸蔵還元型NOx触媒をSOxの放出還元が可能なリッチ雰囲気とするとともに、前記リーン燃焼が実行されているリーン期間中に前記燃料供給手段によって前記排気中に燃料を供給することで、前記吸蔵還元型NOx触媒の温度をSOxの放出還元が可能な温度に維持する内燃機関の排気浄化システムであって、
前記リーン期間中についても、前記燃料供給手段によって前記排気中に供給された燃料によって、前記吸蔵還元型NOx触媒をSOxの放出還元が可能なリッチ雰囲気とすることを特徴とする。
。本発明の前提となる技術においては、内燃機関の気筒内における燃焼をリッチ燃焼とするリッチ期間と、筒内における燃焼をリーン燃焼とするリーン期間とを所定期間ずつ交互に設け、さらに、リーン期間においては、燃料供給手段によって別途排気に燃料を供給することとしている。
SOxの還元放出が可能な高温に維持するとともに、リッチ期間においてNOx触媒中をリッチ雰囲気とすることでSOxを還元放出する。
温に維持するための期間であり、この期間中はSOxの還元放出は行われていなかった。
一方、実際にSOxが還元放出されるリッチ期間においてはNOx触媒の温度がむしろ低下する傾向があるため、リッチ期間を無制限に長く設定することは困難であった。このことは、SOx再生処理においてSOxの還元放出を完了させるまでの時間を短縮する妨げとなっており、SOx再生処理に係る燃費の悪化や、NOx触媒の熱劣化の原因となるおそれがあった。
化し、NOx触媒をリッチ雰囲気とすることにした。
とすることができ、SOxを還元放出することが可能となる。従って、SOx再生処理においてSOxの還元放出を完了させるまでの時間を短縮することができる。その結果、SOx再生処理に係る燃費を向上でき、NOx触媒の熱劣化も抑制できる。
の上流側に設けられ、前記排気通路を通過する排気に燃料を添加する燃料添加弁としてもよい。
できるとともに、NOx触媒をリッチ雰囲気にすることができる。
ると、リーン期間が長過ぎてNOx触媒の温度が過度に高温になると、触媒の熱劣化や溶
損が生じるおそれがある。一方、リーン期間が短か過ぎると、NOx触媒の温度をSOxの還元放出が可能な温度にまで上昇させることが困難となる場合がある。さらに、本発明においては、燃料供給手段から燃料を排気中に供給することで、NOx触媒をリッチ雰囲気
にしている。すなわち本発明においては、燃料供給手段から供給される燃料を排気の空燃比の制御にも用いているので、リーン期間中の燃料供給量(供給率)に対する自由度は必ずしも高くない。
で完了させることができる。
着)するとともに、排気の酸素濃度が低下し且つ還元剤が存在するときは吸蔵していたNOxを放出還元する吸蔵還元型NOx触媒としてのNSR10が備えられている。また、排気管19におけるNSR10の上流側には、排気管19を通過する排気に還元剤としての燃料を添加することにより、燃料をNSR10に供給する燃料添加弁14が設けられている。
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の運転状態等を制御するユニットである。そして、このECU35によってNSR10に関する制御も行なわれる。
燃機関1の種々の制御を行うためのプログラムや、データを格納したマップが記憶されている。後述する、本発明におけるSOx再生処理ルーチンも、ECU35のROMに記憶
されているプログラムの一つである。
明する。本実施例においては、気筒2内における燃焼時の空燃比をリッチ空燃比とするリッチ燃焼と、燃焼時の空燃比をリーン空燃比とするリーン燃焼とを所定の期間ずつ交互に実行する。すなわち、本実施例においてはリッチ期間とリーン期間が制御の1サイクルとなっており、リッチ期間とリーン期間によって構成される1サイクルが周期的に繰り返される。また、本実施例では、リッチ燃焼を実行するリッチ期間は、リーン燃焼を実行するリーン期間より短く設定されている。
ン期間に切換わると、吸入空気量が増加するためNSR10に導入される排気の温度は若干の時間遅れの後低下する。
で昇温させることができる。
最下段のグラフに破線で示すように、NSR10に導入される排気の空燃比がリーン期間中においてストイキより高い状態となる。この場合には、リーン期間においてはNSR10の温度維持のみが行なわれ、SOxの還元放出が行われない。そうすると、SOx再生処理中におけるリッチ期間にのみNSR10中のSOxが還元放出されることとなるので、
SOx再生処理を完了させるまでの期間が長くなり、SOx再生処理に係る燃費が悪化したり、NSR10の熱劣化が生じたりするおそれがあった。
制することができる。
5のROMに記憶されたプログラムであり、SOx再生処理が必要と判断された場合にO
NされるSOx再生処理フラグのON期間中は所定期間毎にECU35によって繰り返し
実行されるルーチンである。
維持するために要求される発熱量の積算値(要求発熱量積算値)が算出される。より具体的には、SOx再生処理においてリッチ期間とリーン期間によって構成される1サイクル
の間、NSR10をSOx再生処理が可能な温度に維持するために必要な要求燃料積算値
Fr(g)が次式によって算出される。
Fr=Frf+(Tt−Tg)×Gnsr×C・・・・・・・・・(1)
ここでFrf(g)は、前回の本ルーチンのS102を実行した際に得られた要求燃料積算値Fr(g)の値である。Tt(゜C)は、SOx再生処理におけるNSR10の目
標温度である。Tg(゜C)は、S102が実行される時点でNSR10に導入されている排気の温度である。Gnsr(g)はNSR10に導入されている排気の流量である。C(g/g゜C)は床温反応係数であり、1gの排気の温度を1℃上昇させるために必要な燃料の量である。すなわち、本実施例においては、NSR10をSOx再生処理が可能
な温度に維持するために必要な発熱量の積算値を、その際に要求される燃料量の積算値で代用している。S102の処理が終了するとS103に進む。
10に導入される排気の温度ではない)がむしろ低下する傾向があるため、NSR10の温度維持の効率の観点から決定される。
リッチ燃焼の継続期間が予定リッチ期間Prを超えたと判定された場合には、リッチ燃焼を終了すべきと判断されるのでS105に進む。
Ft=Ftf+ΔFt・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(2)
ここで、Ftf(g)は、前回の本ルーチンのS107を実行した際に得られたNSR10に導入された供給燃料積算値Ftの値である。ΔFt(g)は前回の本処理の実行時から今回の本処理の実行時までの間に燃料添加弁14から添加された燃料の量である。S107の処理が終了するとS108に進む。
能な温度に維持した。また、リッチ燃焼を実行する期間であるリッチ期間においては、NSR10に導入される排気の空燃比もリッチとなるため、NSR10に吸蔵されたSOx
をリッチ期間中に還元放出させることができる。
抑制することができる。
19に設けられた燃料添加弁14を採用した。これにより、例えば内燃機関1の気筒2における副噴射を採用した場合のように、NSR10に燃料を供給する際に、気筒2内にオイル希釈が発生したり、燃料が図示しないEGR通路に回り込んだりする不都合を抑制できる。
でき、SOx再生処理に係る燃費の悪化やNSR10の熱劣化を抑制することができると
いう、本発明の最大の効果を奏することは充分に可能である。
放出が可能な温度に維持するために充分な期間とすることができる。これにより、簡単な制御でより確実にNSR10の温度をSOxの還元放出が可能な温度に維持することがで
きる。
めに必要な熱量と、NSR10における実際の発熱に係る熱量とを導出しても構わない。
運転状態の検出値に対応するリーン期間の長さを上記マップから読み出すことによってリーン期間の終了時期を決定しても構わない。この方法でリーン期間の終了時期を決定したとしても、SOx再生処理の処理時間を短縮することができ、SOx再生処理に係る燃費の悪化やNSR10の熱劣化を抑制することができるという、本発明の最大の効果を奏することは充分に可能である。
はリッチ燃焼手段に相当する。また、S105の処理を実行するECU35はリーン燃焼手段に相当する。また、燃料添加弁14は燃料供給手段を構成する。
2・・・気筒
3・・・燃料噴射弁
8・・・吸気枝管
9・・・吸気管
10・・・NSR
14・・・燃料添加弁
15・・・遠心過給機
15a・・・コンプレッサハウジング
15b・・・タービンハウジング
18・・・排気枝管
19・・・排気管
35・・・ECU
Claims (3)
- 内燃機関からの排気が通過する排気通路に設けられ、前記排気中のNOxを浄化する吸
蔵還元型NOx触媒と、
内燃機関の筒内における燃焼時の空燃比がリッチ空燃比となるリッチ燃焼を実行するリッチ燃焼手段と、
内燃機関の筒内における燃焼時の空燃比がリーン空燃比となるリーン燃焼を実行するリーン燃焼手段と、
前記筒内における燃焼に係る燃料とは別に、前記排気中に燃料を供給する燃料供給手段と、
を備え、
前記吸蔵還元型NOx触媒のSOx再生処理を実行する際には、前記リッチ燃焼手段によるリッチ燃焼と、前記リーン燃焼手段によるリーン燃焼とを所定期間ずつ交互に実行させ、前記リッチ燃焼が実行されているリッチ期間中には前記吸蔵還元型NOx触媒をSOxの放出還元が可能なリッチ雰囲気とするとともに、前記リーン燃焼が実行されているリーン期間中に前記燃料供給手段によって前記排気中に燃料を供給することで、前記吸蔵還元型NOx触媒の温度をSOxの放出還元が可能な温度に維持する内燃機関の排気浄化システムであって、
前記リーン期間中についても、前記燃料供給手段によって前記排気中に供給された燃料によって、前記吸蔵還元型NOx触媒をSOxの放出還元が可能なリッチ雰囲気とすることを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。 - 前記燃料供給手段は、前記排気通路における前記吸蔵還元型NOx触媒の上流側に設け
られ前記排気通路を通過する排気に燃料を添加する燃料添加弁であ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システム。 - 前記リーン期間の長さは、前記吸蔵還元型NOx触媒の温度をSOxの還元放出が可能な温度に維持するために必要な熱量に基づいて決定されることを特徴とする請求項1または2に記載の内燃機関の排気浄化システム。
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