JP4868284B2 - Exhaust gas purification method and apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関から排出された排気ガスを浄化するための触媒を還元剤により再生処理する場合、空燃比センサを用いて還元剤の添加量を制御する方法およびその装置に関する。 The present invention relates to a method and an apparatus for controlling an addition amount of a reducing agent using an air-fuel ratio sensor when a catalyst for purifying exhaust gas discharged from an internal combustion engine is regenerated with a reducing agent.
内燃機関から排出される排気ガスに対する環境への影響をできるだけ少なくするため、排気ガス中に含まれる有害成分を捕捉したり吸着したりする触媒装置を内燃機関の排気通路中に組み込んだ排気ガス浄化装置が知られている。例えば、特許文献1には排気ガス中の窒素酸化物(以下、NOXと記述する)を捕捉する窒素還元触媒を用いた排気ガス浄化装置が開示されている。
Exhaust gas purification that incorporates a catalyst device in the exhaust passage of the internal combustion engine to capture and adsorb harmful components contained in the exhaust gas in order to minimize the environmental impact on the exhaust gas emitted from the internal combustion engine The device is known. For example,
このような触媒を用いた排気ガス浄化装置においては、硫黄被毒などによる機能低下が起こるため、定期的に触媒の再生処理を行う必要がある。特許文献1においては、窒素還元触媒に捕捉されたNOXを還元処理して無害化させるため、窒素還元触媒よりも上流側の排気通路内に燃料を還元剤として添加し、NOXを分解させた状態で窒素還元触媒から取り除くようにしている。この場合、排気通路内への燃料の添加量は、窒素還元触媒よりも下流側に位置する排気通路内の排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサからの検出情報に基づいて設定している。
In such an exhaust gas purifying apparatus using a catalyst, a function deterioration due to sulfur poisoning or the like occurs, and therefore it is necessary to periodically regenerate the catalyst. In
排気ガス浄化装置を組み込んだディーゼルエンジンなどの圧縮点火式内燃機関においては、空燃比センサの検出雰囲気に高濃度の還元剤の未燃成分、より具体的には炭化水素が存在している場合、空燃比センサの検出値がリーン側にずれてしまうことが知られている。このため、目標空燃比を理論空燃比よりもリッチ側、つまり酸素不足側となるように燃料の添加量をフィードバック制御する場合、空燃比センサの検出値に基づいて還元剤の添加量を設定すると、実際に必要な量よりも多量の還元剤が窒素還元触媒に添加されることとなる。この結果、大気中に未燃状態の還元剤がそのまま排出されてしまい、正確なフィードバック制御を行うことができなくなる上、白煙が発生したり、燃費が悪化したりする可能性がある。 In a compression ignition type internal combustion engine such as a diesel engine incorporating an exhaust gas purification device, when an unburned component of a high concentration reducing agent, more specifically, a hydrocarbon exists in a detection atmosphere of an air-fuel ratio sensor, It is known that the detection value of the air-fuel ratio sensor shifts to the lean side. For this reason, when feedback control is performed so that the target air-fuel ratio is richer than the stoichiometric air-fuel ratio, that is, the oxygen-deficient side, the amount of reducing agent added is set based on the detected value of the air-fuel ratio sensor As a result, a larger amount of reducing agent than that actually required is added to the nitrogen reduction catalyst. As a result, the unburned reducing agent is discharged as it is into the atmosphere, and accurate feedback control cannot be performed, and white smoke may be generated or fuel consumption may be deteriorated.
上述した特許文献1においては、排気ガス中に添加された燃料の状態、つまりその分子量と、空燃比センサによる検出値とに応じた補正マップを車載の電子制御ユニットに予め組み込んでいる。そして、排気ガス中の燃料の分子量と空燃比センサの検出値とに対応した空燃比を補正マップから読み出し、これに基づいて還元剤の添加量を設定している。
In
窒素還元触媒よりも下流側の排気通路に空燃比センサを組み込んだ内燃機関においては、排気ガス中に還元剤を添加して窒素還元触媒を再生処理する際に空燃比センサの特性に起因する検出誤差が必然的に生ずる。図7は、炭化水素濃度が比較的高い雰囲気における空燃比センサの出力特性を示すグラフである。図中、斜線の領域が添加剤の添加量を示しており、二点鎖線が実際の空燃比の変化を示している。炭化水素濃度が比較的高い雰囲気では、空燃比センサにより検出された実線で示す検出値が二点鎖線で示す実際の空燃比よりもリーン側にずれてしまうことがこの図7から理解できよう。このような不具合は、三元触媒の再生処理の際に空燃比を理論空燃比よりもリッチ側に制御する場合や、排気ガス中に含まれるSOX、つまり硫黄酸化物によって低下した触媒の機能を回復させるための硫黄被毒回復処理の場合においても同様である。 In an internal combustion engine that incorporates an air-fuel ratio sensor in the exhaust passage downstream of the nitrogen reduction catalyst, detection due to the characteristics of the air-fuel ratio sensor when regenerating the nitrogen reduction catalyst by adding a reducing agent to the exhaust gas An error inevitably occurs. FIG. 7 is a graph showing the output characteristics of the air-fuel ratio sensor in an atmosphere with a relatively high hydrocarbon concentration. In the figure, the hatched area indicates the amount of additive added, and the alternate long and two short dashes line indicates the actual change in the air-fuel ratio. It can be understood from FIG. 7 that in an atmosphere having a relatively high hydrocarbon concentration, the detected value indicated by the solid line detected by the air-fuel ratio sensor is shifted to the lean side from the actual air-fuel ratio indicated by the two-dot chain line. Such inconveniences may occur when the air-fuel ratio is controlled to be richer than the stoichiometric air-fuel ratio during regeneration of the three-way catalyst, or when the function of the catalyst is reduced due to SOX contained in exhaust gas, that is, sulfur oxide. The same applies to the sulfur poisoning recovery process for recovery.
特許文献1に開示されているように、空燃比センサによる検出値を排気ガス中に添加された燃料の分子量に応じて補正し、これに基づいて燃料の添加量をフィードバック制御することによって、上述した不具合をある程度解消することが可能である。しかしながら、特許文献1においては排気ガス中への燃料の添加量が変化することを考慮していないため、補正された空燃比が実際に適切な空燃比とはならない場合が頻繁に生ずる。
As disclosed in
本発明の目的は、排気ガス中に還元剤を添加して触媒の再生処理を行う場合、空燃比センサが炭化水素濃度の高い雰囲気にあっても還元剤の添加量をより正確に制御し得る排気ガス浄化方法およびその装置を提供することにある。 It is an object of the present invention to more accurately control the amount of reducing agent added even when the air-fuel ratio sensor is in an atmosphere with a high hydrocarbon concentration when a reducing agent is added to the exhaust gas and the catalyst is regenerated. An object of the present invention is to provide an exhaust gas purification method and an apparatus therefor.
本発明の第1の形態は、内燃機関の燃焼室から排出される排気ガスを浄化するための触媒よりも上流側の排気通路中に還元剤を添加して触媒の再生処理を行う排気ガス浄化方法であって、
燃焼室内に供給される吸入空気量を検出するステップと、
触媒よりも下流側の排気通路中を流れる排気ガスの空燃比を検出するステップと、
検出された吸入空気量と検出された空燃比とに基づき、排気通路中に添加された還元剤の量を算出するステップと、
この算出された還元剤の添加量と、実際に排気通路中に添加された還元剤の量とを比較するステップと、
この比較結果に基づき、触媒よりも下流側の排気通路中を流れる排気ガスの空燃比が目標空燃比となるように、排気通路中に添加される還元剤の量を補正するステップと、
算出された還元剤の添加量と実際に排気通路中に添加された還元剤の量との比較結果に基づいて目標空燃比を補正するステップと
を具え、排気通路中に添加される還元剤の量を補正するステップは、補正された目標空燃比に対して行われることを特徴とするものである。
First embodiment of the present invention, an exhaust gas by adding a reducing agent into the exhaust passage on the upstream side of the catalyst for purifying exhaust gas discharged from the combustion chamber of the internal combustion engine performs the reproduction process of the catalyst A purification method,
Detecting the amount of intake air supplied into the combustion chamber;
Detecting the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing in the exhaust passage downstream of the catalyst;
Calculating the amount of reducing agent added to the exhaust passage based on the detected intake air amount and the detected air-fuel ratio;
Comparing the calculated amount of reducing agent added with the amount of reducing agent actually added into the exhaust passage;
Based on this comparison result, correcting the amount of reducing agent added to the exhaust passage so that the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing in the exhaust passage downstream of the catalyst becomes the target air-fuel ratio ;
A step of correcting the target air-fuel ratio based on a comparison result between the calculated amount of reducing agent added and the amount of reducing agent actually added to the exhaust passage. The step of correcting the amount is performed with respect to the corrected target air-fuel ratio .
排気通路内の炭化水素濃度と、実際に排気通路中に添加された還元剤の量QRに対する算出された還元剤の量QCの割合(以下、これを添加量比と呼称する)QC/QRとの関係を図8に模式的に示す。この図8のグラフから明らかなように、排気通路内の炭化水素濃度が高くなるに連れて添加量比QC/QRも無視できなくなるような小さな値となることが理解されよう。本発明においては、触媒よりも下流側の排気通路中を流れる排気ガスの空燃比を検出し、この検出された空燃比と燃焼室内に供給される吸入空気量とに基づき、排気通路中に添加された還元剤の量を算出する。そして、この算出された還元剤の量と実際に排気通路中に添加された還元剤の量とを比較し、この比較結果に基づき、触媒よりも下流側の排気通路中を流れる排気ガスの空燃比が目標空燃比となるように、排気通路中に添加される還元剤の量を補正する。このように、排気通路内に還元剤を添加することにより、炭化水素の濃度が高くなる触媒再生処理時に空燃比の補正が行われる。 The hydrocarbon concentration in the exhaust passage and the ratio of the calculated reducing agent amount QC to the reducing agent amount QR actually added in the exhaust passage (hereinafter referred to as the addition amount ratio) QC / QR The relationship is schematically shown in FIG. As is apparent from the graph of FIG. 8, it will be understood that as the hydrocarbon concentration in the exhaust passage increases, the addition amount ratio QC / QR becomes a small value that cannot be ignored. In the present invention, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing in the exhaust passage downstream of the catalyst is detected, and added to the exhaust passage based on the detected air-fuel ratio and the intake air amount supplied into the combustion chamber. The amount of the reducing agent applied is calculated. Then, the calculated amount of reducing agent is compared with the amount of reducing agent actually added to the exhaust passage, and based on this comparison result, the exhaust gas flowing in the exhaust passage downstream of the catalyst is emptied. The amount of reducing agent added to the exhaust passage is corrected so that the fuel ratio becomes the target air-fuel ratio. Thus, by adding the reducing agent into the exhaust passage, the air-fuel ratio is corrected during the catalyst regeneration process in which the hydrocarbon concentration increases .
本発明の第1の形態による排気ガス浄化方法において、補正された量の還元剤を排気通路中に添加するステップをさらに具えることができる。 The exhaust gas purification method according to the first aspect of the present invention may further comprise the step of adding a corrected amount of the reducing agent into the exhaust passage.
本発明の第2の形態は、内燃機関の燃焼室から排出される排気ガスを浄化するための触媒よりも上流側の排気通路中に還元剤を添加して触媒の再生処理を行う排気ガス浄化装置であって、
前記排気通路中に還元剤を添加するための還元剤添加弁と、
この還元剤添加弁からの還元剤の添加量を設定する添加量設定手段と、
前記燃焼室内に供給される吸入空気量を検出するエアフローセンサと、
前記触媒よりも下流側の排気通路中を流れる排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサと、
前記エアフローセンサによって検出される吸入空気量と、前記空燃比センサによって検出される空燃比とに基づき、前記還元剤添加弁からの還元剤の添加量を算出する添加量算出手段と、
この添加量算出手段によって算出された還元剤の添加量と、前記添加量設定手段によって設定された還元剤の添加量とを比較する比較手段と、
この比較手段による比較結果に基づき、前記触媒よりも下流側の前記排気通路中を流れる排気ガスの空燃比が目標空燃比となるように、前記添加量設定手段により設定された還元剤の添加量を補正する添加量補正手段と、
前記比較手段による比較結果に基づき、目標空燃比を補正する空燃比補正手段と
を具え、前記添加量補正手段は、空燃比補正手段により補正された目標空燃比に対して還元剤の添加量を補正することを特徴とするものである。
A second aspect of the invention, the exhaust gas by adding a reducing agent into the exhaust passage on the upstream side of the catalyst for purifying exhaust gas discharged from the combustion chamber of the internal combustion engine performs the reproduction process of the catalyst A purification device,
A reducing agent addition valve for adding a reducing agent into the exhaust passage;
An addition amount setting means for setting the addition amount of the reducing agent from the reducing agent addition valve;
An air flow sensor for detecting the amount of intake air supplied into the combustion chamber;
An air-fuel ratio sensor for detecting an air-fuel ratio of exhaust gas flowing in the exhaust passage downstream of the catalyst;
An addition amount calculating means for calculating an addition amount of a reducing agent from the reducing agent addition valve based on an intake air amount detected by the air flow sensor and an air-fuel ratio detected by the air-fuel ratio sensor;
A comparison means for comparing the addition amount of the reducing agent calculated by the addition amount calculation means with the addition amount of the reducing agent set by the addition amount setting means;
Based on the comparison result by the comparison means, the addition amount of the reducing agent set by the addition amount setting means so that the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing in the exhaust passage downstream of the catalyst becomes the target air-fuel ratio. and addition amount correcting means for correcting,
Air-fuel ratio correction means for correcting the target air-fuel ratio based on the comparison result by the comparison means, and the addition amount correction means sets the addition amount of the reducing agent with respect to the target air-fuel ratio corrected by the air-fuel ratio correction means. It is characterized by correcting .
本発明においては、エアフローセンサが燃焼室内に供給される吸入空気量を検出する。そして、空燃比センサによって検出された空燃比とエアフローセンサによって検出された吸入空気量とに基づき、添加量算出手段が排気通路中に添加された還元剤の量を算出する。比較手段は、添加量算出手段によって算出された添加剤の添加量と、添加量設定手段によって設定された還元剤の添加量とを比較する。添加量補正手段は、この比較結果に基づいて触媒よりも下流側の排気通路中を流れる排気ガスの空燃比が目標空燃比となるように、添加量設定手段により設定された還元剤の量を補正する。 In the present invention, the air flow sensor detects the amount of intake air supplied into the combustion chamber. Then, based on the air-fuel ratio detected by the air-fuel ratio sensor and the intake air amount detected by the airflow sensor, the addition amount calculating means calculates the amount of reducing agent added to the exhaust passage. The comparison means compares the additive addition amount calculated by the addition amount calculation means with the reducing agent addition amount set by the addition amount setting means. The addition amount correction means adjusts the amount of the reducing agent set by the addition amount setting means so that the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing in the exhaust passage downstream of the catalyst becomes the target air-fuel ratio based on the comparison result. to correct.
本発明の第2の形態による排気ガス浄化装置において、添加量補正手段によって補正された添加量の還元剤が排気通路中に添加されるように、還元剤添加弁の駆動を制御するための添加弁駆動制御手段をさらに具えることができる。 In the exhaust gas purifying apparatus according to the second aspect of the present invention, the addition for controlling the driving of the reducing agent addition valve so that the addition amount of the reducing agent corrected by the addition amount correction means is added into the exhaust passage. Valve drive control means can further be provided.
本発明の排気ガス浄化方法によると、排気通路中に添加された還元剤の量を算出して実際に排気通路中に添加された還元剤の量と比較し、検出された空燃比を補正して排気通路中に添加される還元剤の量を補正するようにしたので、特に補正された量の還元剤を排気通路中に添加することにより、触媒の再生処理をより正確に行うことができる。また、これによって大気中に排出される排気ガスの組成をさらに望ましい状態に改善することができる。 According to the exhaust gas purification method of the present invention, the amount of reducing agent added to the exhaust passage is calculated and compared with the amount of reducing agent actually added to the exhaust passage to correct the detected air-fuel ratio. Since the amount of reducing agent added to the exhaust passage is corrected, the catalyst regeneration process can be performed more accurately by adding a particularly corrected amount of reducing agent to the exhaust passage. . In addition, this makes it possible to further improve the composition of the exhaust gas discharged into the atmosphere into a desirable state.
本発明の排ガス浄化装置によると、エアフローセンサと、添加量算出手段と、比較手段と、空燃比補正手段と、添加量補正手段とを具えているので、排気通路中に添加された還元剤の量を算出して実際に排気通路中に添加された還元剤の量とを比較し、検出された空燃比を補正して排気通路中に添加される還元剤の量を補正することができる。特に、添加量補正手段によって補正された添加量の還元剤が排気通路中に添加されるように、還元剤添加弁を駆動する添加弁駆動手段をさらに有する場合、触媒の再生処理を従来のものよりも正確に行うことができ、大気中に排出される排気ガスの組成をさらに望ましい状態に改善することが可能となる。 According to the exhaust gas purification apparatus of the present invention, since the air flow sensor, the addition amount calculation means, the comparison means, the air-fuel ratio correction means, and the addition amount correction means are provided, the reducing agent added in the exhaust passage is provided. The amount can be calculated and compared with the amount of reducing agent actually added to the exhaust passage, and the detected air-fuel ratio can be corrected to correct the amount of reducing agent added to the exhaust passage. In particular, when there is further an addition valve driving means for driving the reducing agent addition valve so that the addition amount of the reducing agent corrected by the addition amount correction means is added into the exhaust passage, the regeneration process of the catalyst is conventional. The composition of the exhaust gas discharged into the atmosphere can be further improved to a desirable state.
本発明による排気ガス浄化装置を圧縮点火式内燃機関に応用した実施形態について、図1〜図6を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明はこのような実施形態のみに限らず、用途や目的などに応じて任意に変更することが可能であり、本発明の精神に帰属する他の任意の技術にも応用することができる。 An embodiment in which an exhaust gas purifying apparatus according to the present invention is applied to a compression ignition type internal combustion engine will be described in detail with reference to FIGS. However, the present invention is not limited to such an embodiment, and can be arbitrarily changed according to the use and purpose, and can be applied to any other technique belonging to the spirit of the present invention. it can.
本実施形態におけるエンジンシステムの概念を図1に示し、このエンジンシステムにおける制御ブロックを図2に示す。本実施形態におけるエンジン10は、燃料である軽油を燃料噴射弁11から圧縮状態にある燃焼室12内に直接噴射することにより、自然着火させる圧縮点火式の内燃機関であり、このエンジン10には排気通路13内を流れる排気ガスの一部を吸気通路14内に導く排気ガス還流(EGR)装置15と、排気通路13内を流れる排気ガスの運動エネルギーを利用して燃焼室12への過給を行う図示しないターボ過給機とが組み込まれている。
The concept of the engine system in this embodiment is shown in FIG. 1, and the control block in this engine system is shown in FIG. The
EGR装置15は、排気通路13の主要部を画成する排気管16に一端が連通すると共に他端が吸気通路14の主要部を画成する吸気管17内に連通し、かつEGR通路18を画成するEGR管19と、このEGR管19に設けられてEGR通路18内を流れる排気ガスの流量を制御するEGR弁20とを具えている。本実施形態では、エンジン10を搭載した車両が予め設定されたEGR運転領域にあることを電子制御ユニット(以下、ECUと記述する)21のEGR判定部22が判定した場合、車両の運転状態に応じてEGR弁20の開度がECU21のEGR量設定部23にて設定される。ECU21のEGR弁駆動制御部24は、EGR弁20をEGR量設定部23にて設定された開度に制御し、それ以外の場合は基本的にEGR通路18を塞ぐように閉じた状態に保持する。
The
燃焼室12にそれぞれ臨む吸気ポート25および排気ポート26が形成されたシリンダヘッド27には、吸気ポート25を開閉する吸気弁28および排気ポート26を開閉する排気弁29を含む動弁機構30と、これら吸気弁28および排気弁29に挟まれるように燃焼室12の上端中央に臨む先の燃料噴射弁11とが組み込まれている。本実施形態における動弁機構30は、エンジン10の運転状態に応じて吸気弁28および排気弁29の開閉タイミングを変更し得るものであるが、これらの開閉タイミングが固定されたものであってもよい。
The
吸気ポート25に連通するようにシリンダヘッド27に連結され、吸気ポート25と共に吸気通路14を画成する吸気管17の上流端側には、大気中に含まれる塵埃などを除去して吸気通路14に導くためのエアクリーナ31が設けられている。上述したEGR管19の他端は、吸気弁28と吸気管17の途中に形成されたサージタンク32との間の吸気管17の部分に接続している。
At the upstream end side of the
本実施形態における燃料噴射弁11は、燃料である軽油をピストン33の圧縮上死点近傍でのみ燃焼室12内に噴射する単噴射型式のものであるが、この圧縮行程での燃料噴射に加え、より均一な混合気を形成するために吸気行程においても噴射する多噴射型式のものを採用することも可能である。この燃料噴射弁11における燃料の噴射量および噴射時期は、車両の運転状態に応じてECU21の燃料噴射量設定部34にて設定される。ECU21の噴射弁駆動制御部35は、この燃料噴射量設定部34にて設定された噴射量の燃料が設定された噴射時期に噴射されるよう、燃料噴射弁11の作動を制御する。
The
燃焼室12内に連通するようにシリンダヘッド27に連結されて排気ポート26と共に排気通路13を画成する排気管16の途中には、燃焼室12内での混合気の燃焼により生成する排気ガス中に含まれる未燃固形分を捕捉して燃焼させるためのDPF(Diesel Particulate Filter)などの前処理触媒36と、排気ガス中のNOXを捕捉する窒素還元触媒37とが直列に組み込まれている。また、前処理触媒36よりも上流側の排気通路13の途中、本実施形態では排気ポート26の下流側には、窒素還元触媒37に吸着される窒素酸化物を還元、つまり燃焼させるための還元剤、本実施形態ではエンジン10の燃料である軽油を供給する燃料添加弁38が設けられている。燃料添加弁38による燃料の添加位置は、前処理触媒36よりも上流側の排気通路13内であれば、どこでもかまわない。この燃料添加弁38は、所定のタイミングにて所定量の燃料を排気通路13内に添加し、窒素還元触媒37の加熱後処理、つまり再生を行うものである。燃料添加弁38は、硫黄被毒に対する回復処理の際にも同様に用いられる。燃料添加弁38からの燃料の添加時期やその添加量などは、ECU21に予め設定されたプログラムに従い、燃料噴射弁11による燃料の噴射タイミングとは関係なく、ECU21の添加弁駆動制御部39によって制御される。なお、上述したEGR管19の一端は、前処理触媒36よりも上流側で排気管16に接続している。
In the middle of the
本実施形態では、エンジン10およびこのエンジン10が搭載される車両の運転状態を把握してECU21がEGR弁20の開度,燃料噴射弁11からの燃料の噴射量および噴射時期,燃料添加弁38からの燃料の添加量および添加時期を制御するため、以下に記すような各種センサ類を具えている。すなわち、運転者によって操作されるアクセルペダル40の踏み込み量を検出してこれをECU21に出力するアクセル開度センサ41を具えている。エアクリーナ31とサージタンク32との間の吸気管17の部分には、燃焼室12内に供給される吸入空気量を検出してこれをECU21に出力するエアフローセンサ42が取り付けられている。ピストン33が往復動するシリンダブロック43には、連接棒44を介してピストン33が連結されるクランク軸45の回転位相、つまりクランク角を検出してこれをECU21に出力するクランク角センサ46が取り付けられている。窒素還元触媒37の温度を検出してこれをECU21に出力する触媒温度センサ47および窒素還元触媒37よりも下流側の排気通路13内を流れる排気ガスの空燃比を検出してこれをECU21に出力する空燃比センサ48が排気通路13の途中に組み込まれている。
In the present embodiment, the
ECU21は、図示しないCPU,ROM,RAM,A/D変換器および入出力インターフェイスなどを含むマイクロコンピュータを有し、円滑なエンジン10の運転がなされるように、上述したセンサ41,42,46〜48などからの検出信号に基づいて所定の演算処理を行い、予め設定されたプログラムに従ってEGR弁20,燃料噴射弁11および燃料添加弁38などの作動を制御するようになっている。このため、本実施形態におけるECU21は、上述したEGR判定部22,EGR量設定部23,EGR弁駆動制御部24,燃料噴射量設定部34,噴射弁駆動制御部35に加え、触媒再生判定部49と、添加量算出部50と、添加量設定部51と、比較部52と、空燃比補正部53と、添加量補正部54と、先の添加弁駆動制御部39とを具えている。
The
触媒再生判定部49は、燃料噴射弁11からの燃料の噴射量を積算し、これが予め設定された量を越えている場合、SOX用の触媒再生モードにあると判断する。この硫黄被毒に対する触媒再生モードにおいては、排気通路13中に燃料添加弁38から所定量の燃料を硫黄成分の還元剤として添加し、窒素還元触媒37に吸着されたSOXを無害な硫黄に還元した状態で大気中に排出する。また、この触媒再生判定部49は、燃料噴射弁11からの燃料の噴射量,クランク角センサ46からの検出信号に基づいて算出されるエンジン回転数,アクセル開度センサ41によって検出されるアクセル開度,触媒温度センサ47によって検出される窒素還元触媒37の温度などに基づいて予め設定されたマップから、窒素還元触媒37に捕捉されたNOXの積算量を読み出し、これが所定量を越えている場合、NOX用の触媒再生モードにあると判断する。このNOX用の触媒再生モードにおいては、排気通路13中に燃料添加弁38から所定量の燃料をNOXの還元剤として添加し、NOXを無害な窒素ガスに還元した状態で大気中に排出する。
The catalyst
この場合、周知のようにNOX用の触媒再生モードにおける燃料の添加が1回か2回程度で終了するのに対し、SOX用の触媒再生モードにおける燃料の添加が3回以上の複数回に亙って行なわれる点で、SOX用とNOX用とで再生処理が基本的に相違するが、何れの場合においても、窒素還元触媒37の温度が所定値を越えないように、1回当たりの燃料の添加量および添加時期が適切に設定される。 In this case, as is well known, the addition of fuel in the NOx catalyst regeneration mode is completed once or twice, whereas the fuel addition in the SOx catalyst regeneration mode is performed three or more times. However, in each case, the regeneration process is basically different so that the temperature of the nitrogen reduction catalyst 37 does not exceed a predetermined value. The addition amount and the addition timing of are appropriately set.
添加量算出部50は、空燃比センサ48によって検出された空燃比と、エアフローセンサ42によって検出された吸入空気量とに基づき、燃料添加弁38から排気通路13内に添加された還元剤としての燃料の量を算出する。なお、燃料添加弁38の駆動時に燃料噴射弁11からも燃料が噴射されている場合、燃料噴射量設定部34からの情報を用いて燃料噴射弁11からの燃料の噴射量を減算補正する必要があることは言うまでもない。
The addition
添加量設定部51は、空燃比センサ48による検出値に基づき、窒素還元触媒37よりも下流側の排気通路13中を流れる排気ガスの空燃比が目標空燃比となるような燃料添加弁38からの燃料の添加量を設定する。設定された燃料添加量は添加量補正部54に出力される。なお、触媒再生モードの開始直後において燃料添加弁38から最初に排気通路13内に供給される燃料の添加量は、目標空燃比よりもリーンとなるような所定量に予め設定されている。
The addition
比較部52は、添加量算出部50によって算出された還元剤、つまり燃料の計測添加量QCと、添加量設定部51により設定されて燃料添加弁38から排気通路13内に実際に添加された燃料の量QRとから添加量比QC/QRを算出する。
Comparing
空燃比補正部53には、添加量比QC/QRと空燃比誤差との関係を表す図3に示す如きグラフが予め記憶されており、この空燃比補正部53は、上述した比較部52による比較結果に基づき、空燃比センサ48による検出値に対して図3に示す如きグラフから取得された空燃比誤差を加算すべく補正する。
A graph as shown in FIG. 3 representing the relationship between the addition amount ratio Q C / Q R and the air-fuel ratio error is stored in advance in the air-fuel
添加量補正部54は、空燃比補正部53により補正された空燃比に基づき、添加量設定部51にて設定された燃料添加量を補正して目標添加量を添加弁駆動制御部39に出力する。本実施形態においては、この目標添加量QOを次のように算出している。まず空燃比補正部53にて補正された空燃比の最小値Rmを求め、この時の燃料の添加量QmをQm=(A/Rm)Gから算出する。ここで、Aはエアフローセンサ42によって検出される吸入空気量,Gは予め設定された燃料の比重である。また、目標空燃比ROに対応した目標燃料添加量QOは(A/RO)Gとなるから、補正添加量ΔQCをQO−Qmで表すことができる。従って、目標添加量QOは、QR+ΔQCとなる。
The addition
添加弁駆動制御部39は、添加量補正部54から出力された目標添加量の燃料が設定された添加時期に排気通路13内に添加されるよう、燃料添加弁38の作動を制御する。図6は、触媒再生モードにおける空燃比センサ48の出力変化を模式的に示す。t1,t2,t3の添加時刻毎に空燃比センサ48によって検出された空燃比の最小値Rmが次第に目標空燃比ROに近づくが、空燃比誤差の分だけ目標空燃比ROに対して最小値Rmが離れた状態で収束することが理解されよう。
The addition valve
このような本実施形態における排気ガス浄化方法の制御手順を図4に示す。まずS1のステップにて空燃比センサ48の校正を行う。これは、燃料噴射弁11からの燃料の噴射を休止した運転状態における空燃比センサ48の出力が20.9%の酸素濃度を示すものであるとECU21が設定することで完了する。従って、これ以降、この出力値を基準として空燃比センサ48の検出値がECU21に読み込まれる。
FIG. 4 shows a control procedure of the exhaust gas purification method in the present embodiment. First, in step S1, the air-
次に、S2のステップにて燃料添加弁38が正常であるか否かをECU21が判定し、燃料添加弁38が異常であると判断した場合、適切な触媒再生制御ができなくなるので何もせずに終了する。この場合、必要に応じて何らかの警告を発するようにしてもよい。本実施形態の場合、空燃比センサ48の検出誤差が少ない領域、つまり炭化水素の濃度による影響をあまり受けない特定のリーン領域、例えば空燃比センサ48によって検出される空燃比が18程度となるように、添加弁駆動制御部39によって燃料添加弁38から燃料を排気通路13中に予め短時間添加し、空燃比センサ48の検出値が18を中心として所定の範囲内に収まっている場合、この燃料添加弁38が正常であるとECU21が判断する。
Next, if the
上述したS2のステップにて燃料添加弁38が正常であるとECU21が判断した場合、S3のステップに移行し、触媒再生モードであるか否かを触媒再生判定部49にて判定する。ここで触媒再生モードではないと判断した場合、燃料添加弁38に対する制御を行う必要がないので、この制御フローを終了する。
When the
一方、S3のステップにて触媒再生モードであると触媒再生判定部49が判断した場合、S4のステップに移行し、判定結果に応じてSOX用またはNOX用の再生処理を窒素還元触媒37に対して行う。
On the other hand, when the catalyst
この窒素還元触媒37の再生処理の手順を図5に示す。すなわち、S11のステップにて窒素還元触媒37よりも下流側の排気通路13中を流れる排気ガスの空燃比が目標空燃比ROとなるように、空燃比センサ48からの検出値に基づき、燃料添加弁38からの燃料の添加量QRが添加量設定部51にて設定される。この設定添加量QRに関する情報は比較部52および添加弁駆動制御部39にそれぞれ出力される。
FIG. 5 shows the procedure for the regeneration treatment of the nitrogen reduction catalyst 37. That is, based on the detected value from the air-
一方、S12のステップにて空燃比センサ48により検出された空燃比と、エアフローセンサ42により検出された吸入空気量とに基づき、添加量算出部50が排気通路13中に添加された燃料の量QCを算出する。この算出された燃料添加量QCもまた、比較部52に出力される。
On the other hand, based on the air-fuel ratio detected by the air-
次に、算出された燃料の計測添加量QCと、燃料添加弁38から実際に排気通路13中に添加された燃料の量QRとを比較部52がS13のステップにて比較し、この比較結果である添加量比QC/QRに基づいて空燃比補正部53から読み出される空燃比誤差を用い、空燃比センサ48により検出された空燃比が補正される。
Next, a measurement amount Q C of the calculated fuel
しかる後、S14のステップに移行してこの補正された空燃比に基づき、添加量補正部54が補正添加量ΔQCを算出し、さらにS15のステップにて添加量設定部51にて設定された燃料添加量QRを補正し、排気通路13中に添加される燃料の量、つまり目標添加量QOを添加弁駆動制御部39に出力する。添加弁駆動制御部39は、添加量補正部54から出力された目標添加量QOの燃料を設定された添加時期に排気通路13内に添加する。
Thereafter, the process proceeds to step S14 on the basis of the corrected air-fuel ratio, the addition
このようにして適切な量の燃料が燃料添加弁38から排気通路13内に添加され、窒素還元触媒37の再生処理が適切に行われる。
In this way, an appropriate amount of fuel is added from the
上述した実施形態では、比較部52での比較結果に基づき、空燃比センサ48により検出された空燃比の値を添加量比QC/QRの値に応じて補正し、目標空燃比との差分に相当する燃料をフィードバック制御により燃料添加弁38から排気通路13内に供給するようにしている。しかしながら、比較部52での比較結果に基づき、目標空燃比を添加量比QC/QRの値に応じて補正し、空燃比センサ48により検出された空燃比との差分に相当する還元剤としての燃料の添加量を補正するようにしても同じ結果を得ることができる。
In the embodiment described above, the value of the air-fuel ratio detected by the air-
なお、本発明はその特許請求の範囲に記載された事項のみから解釈されるべきものであり、上述した実施形態においても、本発明の概念に包含されるあらゆる変更や修正が記載した事項以外に可能である。つまり、上述した実施形態におけるすべての事項は、本発明を限定するためのものではなく、本発明とは直接的に関係のないあらゆる構成を含め、その用途や目的などに応じて任意に変更し得るものである。例えば、上述した実施形態においては、窒素還元触媒37の再生処理に対して説明したが、火花点火式内燃機関に装備される三元触媒を再生処理する場合に燃料を添加して理論空燃比よりもリッチ状態に制御したり、あるいは硫黄被毒回復処理の場合にも本発明を適用することが可能である。 It should be noted that the present invention should be construed only from the matters described in the claims, and in the above-described embodiment, all the changes and modifications included in the concept of the present invention are other than those described. Is possible. That is, all matters in the above-described embodiment are not intended to limit the present invention, and include any configuration not directly related to the present invention. To get. For example, in the above-described embodiment, the regeneration process of the nitrogen reduction catalyst 37 has been described. However, when the three-way catalyst equipped in the spark ignition type internal combustion engine is regenerated, the fuel is added to obtain the theoretical air-fuel ratio. Also, the present invention can be applied to a rich state or to sulfur poisoning recovery processing.
10 エンジン
11 燃料噴射弁
12 燃焼室
13 排気通路
14 吸気通路
15 排気ガス還流(EGR)装置
16 排気管
17 吸気管
18 EGR通路
19 EGR管
20 EGR弁
21 電子制御ユニット(ECU)
22 EGR判定部
23 EGR量設定部
24 EGR弁駆動制御部
25 吸気ポート
26 排気ポート
27 シリンダヘッド
28 吸気弁
29 排気弁
30 動弁機構
31 エアクリーナ
32 サージタンク
33 ピストン
34 燃料噴射量設定部
35 噴射弁駆動制御部
36 前処理触媒
37 窒素還元触媒
38 燃料添加弁
39 添加弁駆動制御部
40 アクセルペダル
41 アクセル開度センサ
42 エアフローセンサ
43 シリンダブロック
44 連接棒
45 クランク軸
46 クランク角センサ
47 触媒温度センサ
48 空燃比センサ
49 触媒再生判定部
50 添加量算出部
51 添加量設定部
52 比較部
53 空燃比補正部
54 添加量補正部
QC 添加量算出部にて算出される燃料の添加量
QR 添加量設定部にて設定された燃料の添加量
QO 目標添加量
ΔQC 補正添加量
t1,t2,t3 燃料の添加時期
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
Claims (4)
燃焼室内に供給される吸入空気量を検出するステップと、
触媒よりも下流側の排気通路中を流れる排気ガスの空燃比を検出するステップと、
検出された吸入空気量と検出された空燃比とに基づき、排気通路中に添加された還元剤の量を算出するステップと、
この算出された還元剤の添加量と、実際に排気通路中に添加された還元剤の量とを比較するステップと、
この比較結果に基づき、触媒よりも下流側の排気通路中を流れる排気ガスの空燃比が目標空燃比となるように、排気通路中に添加される還元剤の量を補正するステップと、
算出された還元剤の添加量と実際に排気通路中に添加された還元剤の量との比較結果に基づいて目標空燃比を補正するステップと
を具え、排気通路中に添加される還元剤の量を補正するステップは、補正された目標空燃比に対して行われることを特徴とする排気ガス浄化方法。 A exhaust gas purification method by adding a reducing agent into the exhaust passage on the upstream side of the catalyst for purifying exhaust gas discharged from the combustion chamber of the internal combustion engine performs the reproduction process of the catalyst,
Detecting the amount of intake air supplied into the combustion chamber;
Detecting the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing in the exhaust passage downstream of the catalyst;
Calculating the amount of reducing agent added to the exhaust passage based on the detected intake air amount and the detected air-fuel ratio;
Comparing the calculated amount of reducing agent added with the amount of reducing agent actually added into the exhaust passage;
Based on this comparison result, correcting the amount of reducing agent added to the exhaust passage so that the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing in the exhaust passage downstream of the catalyst becomes the target air-fuel ratio ;
A step of correcting the target air-fuel ratio based on a comparison result between the calculated amount of reducing agent added and the amount of reducing agent actually added to the exhaust passage. The method for purifying exhaust gas, wherein the step of correcting the amount is performed with respect to the corrected target air-fuel ratio .
前記排気通路中に還元剤を添加するための還元剤添加弁と、
この還元剤添加弁からの還元剤の添加量を設定する添加量設定手段と、
前記燃焼室内に供給される吸入空気量を検出するエアフローセンサと、
前記触媒よりも下流側の排気通路中を流れる排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサと、
前記エアフローセンサによって検出される吸入空気量と、前記空燃比センサによって検出される空燃比とに基づき、前記還元剤添加弁からの還元剤の添加量を算出する添加量算出手段と、
この添加量算出手段によって算出された還元剤の添加量と、前記添加量設定手段によって設定された還元剤の添加量とを比較する比較手段と、
この比較手段による比較結果に基づき、前記触媒よりも下流側の前記排気通路中を流れる排気ガスの空燃比が目標空燃比となるように、前記添加量設定手段により設定された還元剤の添加量を補正する添加量補正手段と、
前記比較手段による比較結果に基づき、目標空燃比を補正する空燃比補正手段と
を具え、前記添加量補正手段は、空燃比補正手段により補正された目標空燃比に対して還元剤の添加量を補正することを特徴とする排気ガス浄化装置。 A exhaust gas purification device which performs a reproduction process of a catalyst by adding a reducing agent into the exhaust passage on the upstream side of the catalyst for purifying exhaust gas discharged from the combustion chamber of an internal combustion engine,
A reducing agent addition valve for adding a reducing agent into the exhaust passage;
An addition amount setting means for setting the addition amount of the reducing agent from the reducing agent addition valve;
An air flow sensor for detecting the amount of intake air supplied into the combustion chamber;
An air-fuel ratio sensor for detecting an air-fuel ratio of exhaust gas flowing in the exhaust passage downstream of the catalyst;
An addition amount calculating means for calculating an addition amount of a reducing agent from the reducing agent addition valve based on an intake air amount detected by the air flow sensor and an air-fuel ratio detected by the air-fuel ratio sensor;
A comparison means for comparing the addition amount of the reducing agent calculated by the addition amount calculation means with the addition amount of the reducing agent set by the addition amount setting means;
Based on the comparison result by the comparison means, the addition amount of the reducing agent set by the addition amount setting means so that the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing in the exhaust passage downstream of the catalyst becomes the target air-fuel ratio. and addition amount correcting means for correcting,
Air-fuel ratio correction means for correcting the target air-fuel ratio based on the comparison result by the comparison means, and the addition amount correction means sets the addition amount of the reducing agent with respect to the target air-fuel ratio corrected by the air-fuel ratio correction means. An exhaust gas purifying device characterized by correcting .
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