WO2007136114A1 - 内燃機関の排気浄化装置に適用される燃料添加制御方法、及び排気浄化装置 - Google Patents

内燃機関の排気浄化装置に適用される燃料添加制御方法、及び排気浄化装置 Download PDF

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Koichiro Fukuda
Taro Aoyama
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Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha
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Definitions

  • the present invention relates to an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine that adds fuel upstream of exhaust gas purification means so as to control an exhaust gas purification means such as a NOx storage reduction catalyst to a target temperature, and a fuel addition calorie control method thereof.
  • the NOx storage reduction catalyst used as an exhaust purification means of a lean combustion type internal combustion engine has a reduced catalyst function due to the accumulation of sulfur oxides contained in the exhaust gas. For this reason, when using NOx storage reduction catalysts, it is necessary to periodically perform a regeneration process called S regeneration to decompose and remove sulfur oxides deposited on the catalyst to restore the catalyst function. There is.
  • S regeneration the catalyst temperature is raised to a target temperature (for example, 600 ° C or higher) higher than the temperature range in the normal operating state, and the air-fuel ratio in the vicinity of the catalyst is maintained in the stoichiometric air-fuel ratio or rich region. Is implemented.
  • Patent Document 1 JP-A-2005-337039
  • the present invention suppresses overheating of the exhaust purification means such as the NOx storage reduction catalyst and also adds the fuel to the exhaust purification apparatus for an internal combustion engine that can quickly execute the fuel addition to the exhaust purification means. It is an object of the present invention to provide a control method and an exhaust purification device suitable for carrying out the method.
  • the fuel addition control method of the present invention includes an exhaust gas purification unit that purifies exhaust gas from an internal combustion engine, and a fuel addition unit that adds fuel upstream of the exhaust gas purification unit. And a cycle combining an addition period in which fuel is added from the fuel addition unit and a pause period in which the fuel addition is stopped is repeated to control the exhaust purification unit to a target temperature, and in each cycle, A fuel addition control method for operating the fuel addition means so that the suspension period is detrimentalized across the addition period, wherein the suspension period before addition is a suspension period provided before the addition period.
  • the above-described problem is solved by operating the fuel addition means so that the length of the fuel is changed according to the temperature of the exhaust purification means at the start point of the cycle.
  • the pre-addition stop period is provided before the addition period. Therefore, by reducing the temperature of the exhaust gas purification means during the pre-addition stop period, An excessive increase in the temperature of the exhaust gas purification means can be suppressed.
  • the temperature range of the exhaust gas purification unit that should be reduced during the pre-addition pause period so as to prevent overheating of the exhaust gas purification unit during the addition period varies depending on the temperature of the exhaust gas purification unit at the start of the cycle.
  • the length of the pre-addition stop period is changed according to the temperature of the exhaust gas purification means at the start of the cycle. Suitable for preventing overheating of exhaust purification means It is possible to set a rest period before addition of a long length. As a result, it is possible to prevent a pre-addition stop period having a useless length, so that fuel addition can be performed quickly.
  • the fuel is controlled so that the length of the suspension period before addition becomes shorter as the temperature of the exhaust purification means at the start point of the cycle is lower.
  • the adding means may be operated. The longer the suspension period before addition, the lower the temperature of the exhaust gas purification means during the suspension period before addition, but if the temperature of the exhaust gas purification device is already low, there is no need to provide a long suspension period before addition. It is possible to prevent overheating of the exhaust gas purification means during the addition period. Therefore, the lower the temperature of the exhaust gas purification means at the start point of the cycle, the shorter the pre-addition pause period and the faster the fuel addition.
  • An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine of the present invention includes an occlusion reduction type NOx catalyst provided in an exhaust passage of the internal combustion engine, and a fuel-added calorie means for adding fuel from upstream of the occlusion reduction type NOx catalyst, In order to control the temperature of the NOx storage reduction catalyst to the target temperature, a cycle in which an addition period for adding fuel from the fuel-added calorie means and a pause period for stopping the fuel addition are repeated, and the pause period in each cycle And an addition control means for operating the fuel addition means so as to be divided across the addition period, the addition control means for controlling the NOx storage reduction catalyst to the target temperature.
  • a temperature required addition amount calculating means for calculating a required fuel addition amount, and a fuel addition amount required for maintaining the air-fuel ratio in the NOx storage reduction catalyst at the target air-fuel ratio for a predetermined period.
  • Predicted addition amount Calculating the length of the cycle based on the addition amounts calculated by the output means, the temperature request addition amount calculation means, and the predicted addition amount calculation means, and calculating the predetermined period from the obtained cycle length.
  • a period calculation means for calculating the length of the suspension period in the cycle by subtracting the addition period; a length of the suspension period calculated by the period calculation means; and a temperature of the NOx storage reduction catalyst at the start point of the cycle; Based on the above, the pre-addition pause period calculating means for calculating the length of the pre-addition pause period, which is a pause period provided before the addition period, and the addition of the length calculated by the pre-addition pause period calculation means And an addition timing control means for controlling whether or not fuel can be added from the fuel addition means so that a pre-pause period is provided before the addition period. Resolve.
  • the length of the suspension period before addition is set based on the temperature of the NOx storage reduction catalyst at the start point of the cycle. Similar to the fuel addition control method, it is possible to set a pre-addition stop period of an appropriate length that can prevent overheating of the NOx storage reduction catalyst during the addition period. As a result, it is possible to prevent the pre-addition pause period from being set unnecessarily long, so that fuel addition to the NOx storage reduction catalyst can be performed quickly.
  • the pre-addition stop period is provided before the addition period, the temperature of the exhaust purification means can be lowered during the pre-addition stop period, and an excessive increase in the temperature of the exhaust purification means during the addition period can be suppressed.
  • the pre-addition pause period calculation means calculates the length of the pre-addition pause period as the temperature of the NOx storage reduction catalyst at the start point of the cycle decreases. You may calculate shortly. In this embodiment, as the temperature of the NOx storage reduction catalyst at the beginning of the cycle is lower, the length of the suspension period before addition is shortened. Therefore, as in the above-described embodiment of the fuel addition control method of the present invention, The fuel can be quickly added to the NOx storage reduction catalyst while suppressing the overheating of the NOx storage reduction catalyst.
  • the pre-addition pause period calculating means corrects so that the pre-addition pause period becomes shorter as the NOx storage reduction catalyst deteriorates. It has a degree correction means!
  • the reaction rate at the catalyst decreases, so even if the same amount of fuel is added as before deterioration, the temperature of the catalyst is difficult to rise. For this reason, when the NOx storage reduction catalyst deteriorates, the catalyst temperature does not easily rise during the addition period, so overheating of the NOx storage reduction catalyst during the addition period can be suppressed even if the pre-addition pause period is shortened.
  • the length of the suspension period before addition is corrected to be shorter as the NOx storage reduction catalyst deteriorates.
  • the length of the pre-addition suspension period can be further shortened, and fuel addition to the NOx storage reduction catalyst can be performed more quickly.
  • the pre-addition pause period calculating means includes the temperature of the NOx storage reduction catalyst at the start of the cycle and the exhaust gas of the internal combustion engine at the start of the cycle.
  • the length of the pre-addition rest period based on the temperature difference with the gas temperature May be calculated.
  • the pre-addition pause period calculating means corrects the length of the pre-addition pause period so that the pre-addition pause period becomes longer as the addition period is longer.
  • amendment means to perform may be provided. The longer the addition period, the greater the increase in the temperature of the NOx storage reduction catalyst during that addition period. It is necessary to reduce the temperature of the reduced NOx catalyst. Therefore, the longer the addition period, the longer the pre-addition pause period is corrected. As a result, overheating of the NOx storage reduction catalyst during the addition period can be more reliably suppressed.
  • the addition timing control means when the temperature of the NOx storage reduction catalyst during the suspension period before the addition is below a predetermined lower limit temperature
  • fuel may be added from the fuel addition means to start the addition period from the time when the temperature of the NOx storage reduction catalyst becomes equal to or lower than the predetermined lower limit temperature.
  • fuel addition is performed, so the fuel to the NOx storage reduction catalyst is supplied. The addition can be performed more quickly.
  • this fuel-added calorie is performed when the temperature of the NOx storage reduction catalyst falls below a predetermined lower limit temperature.
  • the addition control means has a time from the start point of the cycle to the time when the temperature of the exhaust gas purification means falls below the predetermined lower limit temperature during the pre-addition pause period.
  • addition period length correction means for correcting the length of the addition period based on the ratio of the pre-addition pause period calculated by the pre-addition pause period calculation means.
  • the addition time control means during the suspension period before addition, when the length of the addition period after being corrected by the addition period length correction means is equal to or less than a predetermined lower limit set in advance Even if the temperature of the NOx storage reduction catalyst falls below the predetermined lower limit temperature, the addition of fuel from the fuel addition means may be prohibited and the suspension period before addition may be continued. If the addition period is too short, the temperature of the NOx storage reduction catalyst may not be stably controlled to the target temperature even if fuel addition is performed. In this case, fuel addition is wasted.
  • the pre-addition pause period is continued even if the temperature of the exhaust gas purification means becomes equal to or lower than the predetermined lower limit temperature. In this way, by continuing the suspension period before addition, the length of the addition period is made longer than a predetermined lower limit value, thereby preventing unnecessary addition of fuel.
  • the addition control means is configured to start fuel addition when the temperature of the exhaust purification means falls below a predetermined lower limit temperature set in advance during the suspension period before addition!
  • the temperature of the NOx storage reduction catalyst is controlled to a target temperature, and the addition timing control means includes the NOx storage reduction catalyst.
  • the NOx storage reduction catalyst has a temperature distribution inside it. Even if the temperature of the NOx storage reduction catalyst decreases in the upstream part, the heat capacity of the catalyst itself causes a part other than the upstream part in comparison with the upstream part. Temperature is unlikely to drop. Therefore, it is necessary to perform an S regeneration process upstream of the NOx storage reduction catalyst as a starting condition for fuel addition during the suspension period before addition, and the temperature of the NOx storage reduction catalyst falls below the specified lower limit temperature. By limiting the number of cases, it is possible to prevent an unnecessarily long addition period from being provided after the S regeneration process in the upstream portion of the catalyst is completed.
  • the temperature in the part other than the upstream part of the catalyst is quickly adjusted to a temperature suitable for the S regeneration process.
  • the S regeneration process can be executed promptly.
  • FIG. 1 is a diagram showing an embodiment in which the present invention is applied to a diesel engine.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of the relationship between the addition pulse of the fuel addition valve and the catalyst bed temperature when the fuel addition control of the present invention is performed.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of a relationship between a fuel addition valve addition pulse and a catalyst temperature bed temperature as a comparative example when control is performed in which half of the total suspension period of the suspension period before addition is performed.
  • FIG. 4 is a flowchart showing a fuel addition timing control routine in the first embodiment.
  • FIG. 5 is a flowchart showing a fuel addition execution routine in the first embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram showing the mutual relationship between various values calculated by the ECU during a cycle, flags controlled by the ECU, and fuel addition amount in the first embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of the relationship between the catalyst bed temperature at the start point of the cycle and the first lean period ratio.
  • FIG. 8 is a graph showing an example of the relationship between the degree of catalyst deterioration and the catalyst bed temperature at the start of the cycle and the first lean period ratio.
  • FIG. 9 is a diagram showing an example of the relationship between the exhaust gas temperature and the catalyst bed temperature at the start of the cycle and the first lean period ratio.
  • FIG. 10 is a diagram showing an example of a relationship between a first determination index and a first lean period ratio.
  • FIG. 11 is a diagram showing an example of the relationship between the second determination index and the first lean period ratio.
  • FIG. 12 is a flowchart showing a fuel addition timing control routine in the second embodiment.
  • FIG. 13 is a flowchart following FIG.
  • FIG. 14 is a diagram showing an example of the relationship between the first lean period reduction rate and the rich time reduction rate.
  • FIG. 15 is a flowchart showing a modification of the fuel addition timing control routine in the second embodiment.
  • FIG. 16 is a flowchart showing another modification of the fuel addition timing control routine in the second embodiment.
  • FIG. 1 shows an embodiment in which the present invention is applied to a diesel engine 1 as an internal combustion engine.
  • the engine 1 is mounted on a vehicle as a driving power source.
  • An intake passage 3 and an exhaust passage 4 are connected to a cylinder 2 of the engine 1, and an intake air filter 5 and a turbocharger 6 compressor are connected to the intake passage 3.
  • 6a, a throttle valve 7 for adjusting the intake air amount, and a turbine 6b of the turbocharger 6 are provided in the exhaust passage 4!
  • a fuel addition valve 10 is provided as a fuel addition means for adding fuel.
  • the exhaust passage 4 and the intake passage 3 are connected by an EGR passage 11, and an EGR cooler 12 and an EGR valve 13 are provided in the EGR passage 11.
  • the fuel addition valve 10 is provided to add a fuel upstream of the catalyst 8 to generate a reducing atmosphere necessary for releasing NOx absorbed in the catalyst 8 and for S regeneration of the catalyst 8. Yes.
  • the fuel addition operation of the fuel addition valve 10 is controlled by an engine control unit (ECU) 20.
  • the ECU 20 is a well-known computer unit that controls the operating state of the engine 1 by operating various devices such as an injector 30 for injecting fuel into the cylinder 2 and a pressure adjusting valve for the common rail 31 that stores fuel pressure supplied to the injector 30. It is.
  • the ECU 20 controls the fuel injection operation of the injector 30 so that the air-fuel ratio given as the mass ratio between the air sucked into the engine 1 and the fuel added from the injector 30 is controlled to be leaner than the stoichiometric air-fuel ratio. . Further, the ECU 20 functions as the addition control means of the present invention by executing the routines shown in FIGS. The details of these routines are It will be described later. Various other forces controlled by the ECU 20 are not shown here.
  • FIG. 2 shows an example of the relationship between the addition pulse of the fuel addition valve 10 and the temperature of the catalyst 8 (hereinafter also referred to as catalyst bed temperature) when the fuel addition control of the present invention is performed.
  • Line L1 in Fig. 2 shows the change in catalyst bed temperature when fuel addition from fuel addition valve 10 is controlled by addition pulse P1
  • line L2 in Fig. 2 shows fuel addition from fuel addition valve 10. The changes in the catalyst bed temperature when controlled by the addition pulse P2 are shown.
  • a cycle T in which a plurality of pulses are continuously added to add fuel is repeated several times!
  • the continuous pulse! / Corresponds to the fuel addition period.
  • each period has a pause period in which fuel addition is stopped before and after the addition period in which fuel is added.
  • the rest period provided before the addition period may be referred to as a pre-addition rest period
  • the rest period provided after the addition period may be referred to as a post-addition rest period.
  • the length of each cycle and the length of the addition period are set based on the amount of fuel to be added in that cycle, and the total length of the suspension period before addition and the suspension period after addition is This is calculated by subtracting the length of the addition period from the length of the period set based on this fuel amount. For this reason, the suspension period after addition is set to a length obtained by subtracting the length of the suspension period before addition from the length of the suspension period.
  • the length of the suspension period before addition is changed according to the catalyst bed temperature at the start point of the cycle T, and the length of the suspension period before addition is shortened as the catalyst bed temperature is lower. .
  • the catalyst bed temperature during the addition period is controlled in advance so as to be lower than a predetermined upper limit temperature (hereinafter abbreviated as bed temperature upper limit temperature) at which the progress of deterioration of the catalyst 8 accelerates.
  • bed temperature upper limit temperature a predetermined upper limit temperature at which the progress of deterioration of the catalyst 8 accelerates.
  • Reduce catalyst bed temperature In the case where the catalyst bed temperature at the start of period T is low! /, The catalyst bed temperature has already dropped even if the length of the suspension period before adding carbon is shortened. It can be controlled below the upper limit temperature.
  • FIG. 3 shows an example of the relationship between the addition pulse of the fuel addition valve 10 and the catalyst bed temperature when fuel addition control is performed in which half of the entire suspension period of the period T is set to the suspension period before addition. It is shown as a comparative example.
  • the control is performed when the catalyst bed temperature at the start point of the period T is the same temperature ⁇ 2 as the line L2 in FIG.
  • the length of the pre-addition pause period is fixed to half of the pause period of the cycle, the force S that can control the catalyst bed temperature during the addition period to below the bed temperature upper limit temperature S, and the catalyst bed during that period The temperature is controlled to be uselessly lower than the bed temperature upper limit temperature.
  • FIG. 6 is a supplemental explanation of the control contents of the routine of FIG. 4, and various values calculated by the routine of FIG. .
  • the fuel addition timing control routine of FIG. 4 is repeatedly executed at a predetermined cycle while the engine 1 is operating.
  • the ECU 20 first determines in step S1 whether temperature control of the catalyst 8 by adding fuel from the fuel addition valve 10 is required. This request is issued when it is necessary to control the temperature of the catalyst 8 to the target temperature during S regeneration by adding fuel based on another routine executed by the ECU 20. If it is determined that there is no temperature control request, the current fuel addition timing control routine is terminated. On the other hand, if it is determined that the temperature control is required, the process proceeds to step S2, and the ECU 20 acquires the operating state of the engine 1.
  • the exhaust gas temperature of the engine 1 As the operating state of the engine 1, for example, the exhaust gas temperature of the engine 1, the flow rate of the exhaust gas, the catalyst bed temperature, and the like are acquired.
  • the catalyst bed temperature may be obtained by providing the catalyst 8 with a temperature sensor, or may be obtained based on the exhaust gas temperature. Further, it may be estimated based on the load of the engine 1, the rotational speed, and the like. Since these acquisition methods may be well-known methods, detailed description thereof is omitted.
  • the ECU 20 calculates a temperature required addition amount Qt (mm 3 / sec.).
  • the required temperature addition amount Qt is the amount of fuel addition per unit time required to control the catalyst 8 to the target temperature, and the target temperature of the catalyst 8 when step S3 is executed and the catalyst 8 It is determined based on parameters such as exhaust gas temperature, exhaust gas flow rate, and heat capacity of catalyst 8 that affect temperature. Some of these values vary depending on the operating condition of engine 1. Therefore, the addition amount calculated in step S3 also changes sequentially reflecting the operating state during routine execution. By executing this step S3, the ECU 20 functions as the temperature required addition amount calculating means of the present invention.
  • step S4 the ECU 20 obtains the cumulative temperature required addition amount Qtsum (mm 3 ).
  • Accumulated temperature requirement addition amount Qtsum is a value obtained by integrating the temperature requirement addition amount Qt from the start point to the end point of one cycle of fuel addition control, and gradually increases from the cycle start point P 1 as shown in Fig. 6. To do. If the cumulative temperature required addition amount Qtsum at the end point P3 of one cycle matches the actual fuel addition amount Qrich added in that cycle, only the amount necessary to control the catalyst 8 to the target temperature in that cycle Fuel was added without excess or deficiency.
  • the ECU 20 means that the first lean end flag for determining whether or not the first lean period in FIG. 6 has ended is OFF, that is, the first lean period has not ended. Whether or not it is in a state is determined.
  • the first lean period is a force equivalent to the suspension period before addition in FIG. 2. If the fuel addition from the fuel addition valve 10 is not performed, the air-fuel ratio in the vicinity of the catalyst 8 is controlled to be lean. This is called the lean period.
  • step S6 the ECU 20 calculates the predicted addition amount Q richp (mm 3 ).
  • the predicted addition amount Qrichp is given by:
  • the amount of fresh air is the amount of air (mm 3 ) sucked into the intake passage 3 from the outside
  • the target air-fuel ratio is the target value of the air-fuel ratio during S regeneration near the catalyst 8
  • the in-cylinder injection amount is This is the amount of fuel (mm 3 ) injected from the injector 30 into the cylinder 2.
  • the rich time is a fuel addition time (sec.) Within one cycle that is uniquely determined from the load on the engine 1 at that time, the temperature rise capability of the catalyst 8, and the requirement for S release. In other words, the rich time is determined from the viewpoint of how many seconds the fuel should be added in one cycle, and corresponds to the time length of the addition period in FIG.
  • the predicted addition amount Qrichp means the amount of fuel addition necessary to maintain the air-fuel ratio in the vicinity of catalyst 8 at the target air-fuel ratio for the rich time.
  • step S6 of Fig. 4 After obtaining the predicted addition amount Qrichp in step S6 of Fig. 4, the process proceeds to step S7, and the predicted addition internal Tint (sec.) Is calculated by the following equation.
  • Tint Qrichp / Qt
  • the ECU 20 calculates a first lean period ratio Rpreln.
  • the ratio of the first lean period Rpreln is a value indicating the ratio of the time length that should be allocated to the first lean period, that is, the suspension period before addition, out of the total length of the suspension period in one cycle.
  • the ECU 20 calculates the first lean period ratio Rpreln with reference to a map showing the relationship between the catalyst bed temperature at the start point of the cycle T and the first lean period ratio Rpreln as shown in FIG. 7 as an example. .
  • the length of the pre-addition pause period is set shorter as the catalyst bed temperature at the start of the cycle T is lower.
  • the routine proceeds to step S9, where the ECU 20 calculates the time length Tlean sec.) Of the first lean period by the following equation.
  • a first lean equivalent addition amount Qleanl (mm 3 ) obtained by converting the time length Tleanl of the first lean period into a fuel addition amount is calculated by the following equation.
  • step SI1 the accumulated temperature required addition amount Qtsum obtained in step S4 is Judge whether the first lean equivalent amount Qleanl has been reached. That is, the fuel addition is stopped until the accumulated temperature requirement addition amount Qtsum intersects the first lean equivalent addition amount Qleanl in FIG. 6, and the first lean period ends at the point of intersection (point P2 in FIG. 6). .
  • This determination is made in step S11 in FIG.
  • the reason for judging after converting the length of time Tleanl to the first lean equivalent addition amount Qleanl is that the temperature is determined not by the time but by the applied energy.
  • step S11 If the condition of step S11 is negative, the ECU 20 still determines that it is the first lean period and ends the current routine. On the other hand, if the condition of step S11 is affirmed, it is determined that the first lean period has ended, the process proceeds to step S12, and the ECU 20 switches the first lean end flag ON. In the following step S13, the ECU 20 switches on the fuel addition permission flag, and then ends the current routine.
  • the ECU 20 repeatedly executes the fuel addition execution routine of FIG. 5 at an appropriate cycle in parallel with the routine of FIG.
  • the routine of FIG. 5 it is determined whether or not the fuel addition valve 10 is adding fuel in step S100, and if it is not adding fuel, it is monitored whether or not the fuel addition permission flag is turned on in step S101.
  • step S101 in FIG. 5 is affirmed, and the ECU 20 causes the fuel addition valve 10 to start fuel addition in step S102 in FIG. This realizes fuel addition during the fuel addition period. If a negative determination is made in step S101, the routine of FIG. 5 is terminated.
  • step S103 the rich time determined by that cycle (e.g., the value used in the calculation of step S9 in FIG. 4 is equal). It is determined whether or not fuel has been added. If it is added! /, The process proceeds to step S104, the fuel addition by the fuel addition valve 10 is terminated, and the routine of FIG. On the other hand, when a negative determination is made in step S103, the routine of FIG.
  • step S5 the condition of step S5 is denied in the routine of FIG.
  • the ECU 20 proceeds to the process of step S14 in FIG.
  • step S14 the fuel addition amount after the fuel addition permission flag is turned on is acquired as the actual addition amount Qr ich (mm 3 ).
  • step S15 the ECU 20 determines that the cumulative temperature required addition amount Qtsum is equal to or greater than the actual addition amount Qrich and the fuel addition from the fuel addition valve 10 is completed Determine whether or not. That is, it is determined whether or not the end point P3 of the second lean period in FIG. While the negative determination is made in step S15, it is determined that the cycle has not ended, and this routine is finished.
  • step S15 the process proceeds to step S16, and the ECU 20 resets the accumulated temperature required addition amount Qtsum and the actual addition amount Qrich to the initial value 0.
  • step S17 the ECU 20 switches off the first lean end flag, and thereafter ends the routine of FIG.
  • the ECU 20 functions as a temperature required addition amount calculation means by step S3, the ECU 20 functions as a predicted addition amount calculation means by step S6, and the engine 20 functions as a ECU 20 period calculation means by step S7.
  • the ECU 20 functions as an addition timing control means by a combination of steps S5, S10 to S13, and S15 to S17.
  • the ECU 20 functions as a pre-addition pause period calculation means.
  • the lower the catalyst temperature at the start point P1 of the cycle the shorter the time length of the first lean period is set, thereby preventing overheating of the catalyst 8 during the addition period.
  • the fuel can be quickly added to the catalyst 8. Since the operating state of the catalyst 8 suitable for S regeneration is limited, the engine 1 operating state is suitable for S regeneration when the operating state of the engine 1 is easily changed. However, there is a risk of changing to an operating state that is not suitable for S regeneration in a short time.
  • the length of the rest period before addition, that is, the first lean period is fixed to half of the entire rest period of one cycle, so the first lean period depends on the temperature of catalyst 8.
  • the length of time may be set unnecessarily long. As a result, during the first lean period, the operating state of engine 1 may deviate from the operating state suitable for S regeneration, and the opportunity for S regeneration may be missed. As is clear from the comparison between the line L2 in FIG. 2 and FIG. 3, in the fuel addition control of the present invention, the time length of the first lean period is changed according to the temperature of the catalyst 8.
  • the first lean period can be set with an appropriate time length that can prevent overheating. Depending on the catalyst bed temperature, the first lean period can be shortened. For this reason, when the operating state of the engine 1 is an operating state suitable for S regeneration, S regeneration can be performed quickly.
  • the method of calculating the first lean period ratio Rpreln used in step S8 of FIG. 4 is not limited to the method described above! /.
  • the increase in the catalyst bed temperature during fuel addition is the degree of deterioration of catalyst 8! /, ( Hereinafter, the degree of deterioration is abbreviated. ) And the temperature rise becomes smaller as the catalyst 8 deteriorates. That is, as the catalyst 8 deteriorates, the catalyst bed temperature is less likely to increase during fuel addition. In this case, overheating of the catalyst 8 at the time of fuel addition can be prevented even if the length of the suspension time before addition is made shorter than before the catalyst 8 deteriorates. Therefore, as shown in FIG.
  • the relationship between the catalyst bed temperature at the start of the cycle and the first lean period ratio Rpreln may be corrected according to the degree of deterioration of the catalyst 8.
  • the degree of deterioration of catalyst 8 is first estimated, and the relationship between the catalyst bed temperature and the first lean period ratio Rpreln is corrected based on the estimation result.
  • the degree of deterioration of the catalyst 8 may be estimated by a known estimation method that estimates based on, for example, the cumulative operation time of the engine 1.
  • correction is performed so that the ratio of the first lean period decreases as the catalyst 8 deteriorates, that is, the time length of the first lean period decreases as the catalyst 8 deteriorates.
  • the relationship shown in FIG. 8 is obtained by, for example, experiments in advance and stored in the ECU 20 as a map.
  • the force at which the catalyst bed temperature periodically fluctuates during S regeneration is affected by the exhaust gas temperature. This is because the catalyst bed temperature when fuel addition is stopped gradually approaches the exhaust gas temperature. Therefore, the upper limit of the temperature range in which the catalyst bed temperature should be controlled during S regeneration is determined by the bed temperature upper limit temperature of catalyst 8, and the lower limit of this temperature range is determined by the exhaust gas temperature. Since the exhaust gas temperature changes according to the operating state of the engine 1, the operation of the engine 1 at that time is corrected by correcting the relationship between the catalyst bed temperature and the first lean period ratio by the exhaust gas temperature at the start of the cycle. The time length of the first lean period ratio suitable for the condition can be calculated.
  • the relationship between the catalyst bed temperature and the first lean period ratio when temperature control is required according to the exhaust gas temperature at the start of S regeneration may be corrected.
  • the first lean period is corrected so that the time length becomes shorter as the exhaust gas temperature becomes higher when the catalyst bed temperature is the same.
  • the first determination index set based on the catalyst bed temperature and the exhaust gas temperature at the start point of the cycle is calculated by the following equation, and the first lean period ratio is calculated based on the first determination index. May be.
  • the calculation of the first lean period from the first determination index is performed using the map shown in Fig. 10.
  • First judgment index (catalyst bed temperature exhaust gas temperature) / (bed temperature upper limit temperature exhaust gas temperature)
  • the denominator of this equation indicates the temperature range corresponding to the temperature range in which the catalyst bed temperature should be controlled during S regeneration, and the numerator indicates the temperature difference between the catalyst bed temperature and the exhaust gas temperature at the start of the cycle.
  • the first judgment is the ratio of the temperature difference obtained by subtracting the exhaust gas temperature from the catalyst bed temperature at the start of the cycle relative to the temperature range to be controlled during S regeneration. Calculated as an index.
  • the addition period It is possible to more reliably suppress overheating of the catalyst 8 at, and to calculate the first lean period suitable for the operating state of the engine 1 at that time.
  • the ratio of the first lean period based on the relative temperature based on the exhaust gas temperature in this way, the influence of different centers can be eliminated when the catalyst bed temperature changes depending on the exhaust gas temperature.
  • the shortest first lean period can be calculated accurately.
  • the proportion of the first lean period is corrected according to the length of the addition period so that the first lean period becomes longer as the addition period becomes longer.
  • the first lean period ratio is calculated based on the map shown in FIG. In FIG. 11, as shown in the following equation, the first lean period ratio is obtained based on the second determination index calculated by multiplying the first determination index used in FIG. 10 by the length of the addition period (rich time).
  • Second judgment index [(catalyst bed temperature exhaust gas temperature) / (bed temperature upper limit temperature exhaust gas temperature)]
  • the time length (rich time) of the addition period By multiplying the time length (rich time) of the addition period in this way, the time length of the first lean period can be corrected longer as the addition period is longer.
  • the shortest first lean period can be calculated more accurately.
  • the ECU 20 functions as the addition period correction means by calculating the length of the pre-addition pause period as the rich time is longer.
  • the change width of the catalyst bed temperature during the addition period is affected by the exhaust gas flow rate and the oxygen concentration of the exhaust gas. Therefore, the first lean period may be corrected according to the exhaust gas flow rate and the oxygen concentration of the exhaust gas.
  • the first lean period can be corrected to a more appropriate time length according to the operating state of engine 1, and when correcting using a part of these physical quantities Can simplify the method for calculating the ratio of the first lean period.
  • FIG. 1 is referred to for the engine 1.
  • FIG. 12 is a flowchart showing a fuel addition timing control routine corresponding to FIG. 4 of the first embodiment
  • FIG. 13 is a flowchart following FIG.
  • the fuel addition execution routine of FIG. 5 is repeatedly executed at an appropriate period in parallel with the control routine of FIG. 12 as in the first embodiment.
  • step S8 is deleted from the routine of FIG. 4, step S20 is provided instead of step S9, and steps S2;! To S23 force S shown in FIG. 13 are added. Has been.
  • FIG. 12 and FIG. 13 the same processing as in FIG.
  • the control routines of FIGS. 12 and 13 are repeatedly executed at a predetermined cycle while the engine 1 is operating.
  • the ECU 20 performs the same process as in the control routine of FIG. 4 until step S7.
  • the ECU 20 sets the time length of the first lean period by multiplying the pause period by 0.5 instead of the first lean period ratio Rpreln in the first embodiment. That is, in the second form, half of the suspension period is allocated to the first lean period.
  • the ECU 20 calculates the first lean equivalent addition amount Qleanl.
  • step SI 1! / The ECU 20 determines whether or not the cumulative temperature required addition amount Qtsum has reached the first lean equivalent addition amount Qleanl. When an affirmative determination is made at step SI1, the processing of steps S12 and S13 is executed, and then the control routine of FIG. 11 is terminated.
  • step S 11 the process proceeds to step S 21 in FIG. 13, and the ECU 20 determines whether or not the catalyst bed temperature is equal to or lower than a predetermined regeneration lower limit temperature.
  • S regeneration of catalyst 8 is performed by raising the catalyst bed temperature to a target temperature (eg, 600 ° C. or higher). As the catalyst bed temperature becomes lower than the target temperature, the sulfur oxide deposited on the catalyst 8 becomes difficult to be decomposed and removed. Therefore, the predetermined regeneration lower limit temperature is set to a temperature at which the decomposition and removal of the sulfur oxide deposited on the catalyst 8 is difficult to proceed, for example, 600 ° C. If it is determined that the catalyst bed temperature is higher than the regeneration lower limit temperature, the current control routine is terminated.
  • step S22 ECU 20 actually performs the first lean period with respect to the time length Tleanl of the first lean period calculated in step S20.
  • Calculate the first lean period shortening ratio Rad which represents the ratio of the time length provided as follows.
  • the first lean equivalent addition amount Qleanl is a value calculated based on the time length Tleanl of the first lean period, it correlates with the calculated time length Tleanl of the first lean period! /.
  • the accumulated temperature requirement addition amount Qtsum when step S21 is executed is the integrated value of the temperature requirement addition amount Qt until step S21 is executed, so step S21 is executed from the start point of one cycle. It correlates with the time length until the time. In other words, it correlates with the length of time actually set as the first lean period. Therefore, calculate the first lean period shortening ratio Rad by dividing the cumulative temperature required addition amount Qtsu m by the first lean equivalent addition amount Qleanl.
  • the ECU 20 corrects the length of the latch time based on the first lean period reduction ratio Rad.
  • the temperature decrease width of catalyst 8 in the first lean period is provided with the first lean period of the time length Tleanl calculated in step S20. Smaller than the case. Therefore, as shown in Figure; L4, when the first lean period is shortened, it is proportional to the shortening rate. If the rich time is not shortened, the catalyst 8 may be overheated during the addition period. Therefore, the rich time is corrected by the following equation so that the rich time is reduced at the same rate as the reduction rate of the first lean period. By correcting the rich time in this way, the ECU 20 functions as the addition period length correcting means of the present invention.
  • the corrected rich time Trich ′ is used as the rich time in the control routines of FIG. 12 and FIG.
  • the process proceeds to step S12 in FIG. 12, and the processes in steps S12 and S13 are executed. Then, the control of Figure 12
  • the catalyst bed temperature is set to a temperature suitable for S regeneration. Can be maintained. Also, depending on the catalyst bed temperature, the first lean period can be shortened and S regeneration can be performed quickly. Furthermore, since the rich time is shortened according to the shortening ratio of the first lean period, overheating of the catalyst 8 during the addition period can be suppressed.
  • FIG. 15 is a modification of the fuel addition timing control routine in the second embodiment.
  • the part corresponding to FIG. 13 is changed in the control routine of FIG. 12, and the rest is the same as the control routine of FIG. Therefore, FIG. 15 shows only the portion corresponding to FIG. 13 in the control routine of FIG.
  • the same processes as those in FIG. 13 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
  • step S31 is added after step S23 with respect to the routine of FIG.
  • step S31 it is determined whether or not the corrected rich time Trich 'is less than a preset minimum rich time.
  • the minimum rich time is the minimum time required from when S regeneration starts to the catalyst 8 until the S regeneration starts to act effectively on the catalyst 8. In other words, the S regeneration is performed efficiently. This is the minimum time required. Since the minimum rich time varies depending on, for example, the performance or capacity of the catalyst 8, change it appropriately according to these parameters.
  • step S12 and S13 are performed. That is, if a negative determination is made in step S31, the first lean period is set. Terminate and allow fuel addition. Thereafter, the current control routine ends.
  • step S31 when the post-correction rich time Trich 'is less than the minimum rich time, the current control routine is terminated. In other words, if a positive determination is made in step S31, the first lean period is continued. When step S31 is affirmed and the first lean period is continued, the value of the cumulative temperature required addition amount Qtsum increases the next time the control routine of FIG. 15 is executed, so the first lean period shortening rate Rad Will increase. As a result, the corrected rich time Trich 'also increases. That is, in the control routine of FIG. 15, the first lean period is continued until the corrected rich time Trich ′ becomes equal to or greater than the minimum rich time.
  • the length of the rich time for fuel addition is set to be equal to or greater than the minimum rich time.
  • the minimum rich time is the minimum time required from the start of S regeneration as described above until the S regeneration starts to act effectively on the catalyst 8. , The rich time ends with insufficient S regeneration even when fuel is added. Therefore, this fuel addition may be wasted.
  • the length of the rich time is always set to be equal to or longer than the minimum rich time, so that unnecessary fuel addition to the catalyst 8 can be prevented. If step S31 is affirmed and the first lean period is continued, the catalyst bed temperature temporarily falls below a predetermined regeneration lower limit temperature.
  • the temperature drop of the other parts (hereinafter referred to as the part after the middle stream) is smaller than the temperature drop of the upstream part.
  • the temperature change of the catalyst 8 first occurs in the upstream part where the exhaust gas flows, and thereafter, the temperature change in the part after the midstream occurs later than the temperature change in the upstream part. This is due to the heat capacity of catalyst 8. For this reason, even if the catalyst bed temperature in the upstream portion falls below the lower limit regeneration temperature for a short time, the catalyst bed temperature can be maintained at the regeneration lower limit temperature or higher in the portion after the middle stream. Therefore, even if the temperature in the upstream portion of the catalyst 8 is equal to or lower than the regeneration lower limit temperature for a short time, the S regeneration processing of the portion after the middle stream can be performed by adding fuel.
  • FIG. 16 shows only the portion corresponding to FIG. 13 in the control routine of FIG. Except for the parts shown in FIG. 16, the control routine of FIG. 12 is the same.
  • the same processes as those in FIG. 13 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
  • the process of step S 41 is first executed to determine whether or not S regeneration of the upstream portion of the catalyst 8 is incomplete. If it is determined that the S regeneration in the upstream portion of the catalyst 8 has been completed, the current control routine is terminated. On the other hand, if it is determined that the S regeneration in the upstream portion of the catalyst 8 has not been completed, the process proceeds to step S21, and the process proceeds thereafter in the same manner as in the control routine of FIG.
  • the processes after step S21 are executed only when S regeneration of the upstream portion of the catalyst 8 is necessary.
  • the portion after the middle stream of the catalyst 8 can be maintained at a temperature higher than the regeneration lower limit temperature even if the temperature of the upstream portion of the catalyst 8 falls below the regeneration lower limit temperature for a short time. Therefore, by limiting the processing after step S21 to be executed only when the S regeneration of the upstream portion of the catalyst 8 is necessary as in this modification, the S regeneration after the completion of the S regeneration of the upstream portion of the catalyst 8 is completed. Reduction of unnecessary rich time can be prevented.
  • the present invention can be implemented in various forms without being limited to the above-described forms.
  • the present invention is not limited to a diesel engine, but may be applied to various internal combustion engines using gasoline or other fuels! /.
  • the present invention is not limited to such a configuration.
  • the present invention can be applied to various cases where it is necessary to control the temperature of an exhaust purification means such as an exhaust purification catalyst to a target temperature suitable for some purpose.
  • an exhaust purification means such as an exhaust purification catalyst
  • a filter that is provided for the purpose of trapping particulate matter in exhaust gas is also used for temperature control when performing processing to restore the filter function by burning particulate matter trapped in the filter. The invention is applicable.
  • Fuel addition for temperature control is not limited to the fuel addition valve provided on the upstream side of the catalyst in the exhaust passage.
  • post injection using the injector 30, that is, injection performed for the purpose of adding fuel to the exhaust gas after main injection for combustion in the cylinder 2 may be controlled according to the present invention.
  • the amount of fuel added may be controlled in consideration of fuel adhesion and evaporation in the exhaust passage 4 and transport delay.
  • the pre-addition stop period is provided before the addition period, and the length of the pre-addition stop period is the exhaust gas at the start point of the cycle. Since the temperature is changed according to the temperature of the purifying means, it is possible to prevent an excessive increase in the temperature of the exhaust gas purifying means during the addition period and to prevent a wasteful pre-addition pause period. Therefore, fuel addition can be performed quickly. Further, according to the exhaust purification device of the present invention, the pre-addition pause period having a length set based on the temperature of the NOx storage reduction catalyst at the start point of the cycle is provided before the addition period. Fuel can be quickly added to the NOx storage reduction catalyst while suppressing overheating of the reduction NOx catalyst.

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Abstract

　排気浄化触媒の過熱を抑制するとともに、排気浄化触媒への燃料添加が要求された場合に燃料添加を速やかに実行する可能な排気浄化装置を提供する。内燃機関（１）の排気を浄化する排気浄化触媒（８）と、排気浄化触媒（８）の上流から燃料を添加する燃料添加弁（１０）とを備えた内燃機関の排気浄化装置において、排気浄化触媒（８）を目標温度に制御すべく、燃料添加弁（１０）から燃料を添加する添加期間と燃料添加を止める休止期間とを組み合わせた周期が繰り返され、その周期において休止期間が添加期間を挟んで設けられるように燃料添加弁（１０）を操作する。添加期間の前に設けられる添加前休止期間の長さは、周期の始点（Ｐ１）における排気浄化触媒（８）の温度に応じて変更される。

Description

明 細 書
内燃機関の排気浄化装置に適用される燃料添加制御方法、及び排気浄 化装置
技術分野
[0001] 本発明は、吸蔵還元型 NOx触媒等の排気浄化手段を目標温度に制御すべく排気 浄化手段の上流に燃料を添加する内燃機関の排気浄化装置、及びその燃料添カロ 制御方法に関する。
背景技術
[0002] 希薄燃焼式の内燃機関 (例えばディーゼルエンジン)の排気浄化手段として利用さ れる吸蔵還元型 NOx触媒は、排気中に含まれる硫黄酸化物の堆積によって触媒機 能が低下する。このため、吸蔵還元型 NOx触媒を使用する場合には、触媒に堆積し た硫黄酸化物を分解、除去して触媒機能を回復させるために、 S再生と呼ばれる再 生処理を定期的に行なう必要がある。 S再生は、触媒温度を通常の運転状態におけ る温度域よりも高温の目標温度（例えば 600° C以上）まで昇温させ、かつ触媒付近 の空燃比を理論空燃比又はリッチ領域に保持することによって実施される。触媒温度 の昇温は例えば排気中に燃料を還元剤として添加することによって実現される力 目 標温度に制御するために必要な量の燃料を連続して添加した場合には、還元反応 が連続して触媒温度が過度に上昇するおそれがある。そこで、 S再生時に吸蔵還元 型 NOx触媒の温度を目標温度に制御すベぐ燃料添加弁から燃料を添加する添カロ 期間と燃料添加を止める休止期間とを組み合わせた周期が繰り返されるように燃料 添加弁を操作する排気浄化装置において、休止期間の半分が添加期間の前に添加 前休止期間として設けられるように各周期における燃料添加弁による燃料添加の可 否を制御する排気浄化装置が提案されている (例えば特許文献 1参照）。
[0003] 特許文献 1：特開 2005— 337039号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0004] 吸蔵還元型 NOx触媒の S再生処理に適した運転状態は限られており、一般に S再 生処理は内燃機関の運転状態がその s再生処理に適した運転状態の場合に行われ る。そのため、 S再生処理を行う必要がある場合は、内燃機関の運転状態が S再生処 理に適した運転状態のときに速や力、に燃料添加が行われることが望ましい。特許文 献 1の排気浄化装置では、添加前休止期間の長さが休止期間の半分に固定される ので、添加前休止期間中に内燃機関の運転状態が s再生処理に適した運転状態か ら外れるなど、 S再生の機会を逃し易い。
[0005] そこで、本発明は、吸蔵還元型 NOx触媒等の排気浄化手段の過熱を抑制するとと もに、排気浄化手段への燃料添加を速やかに実行可能な内燃機関の排気浄化装置 の燃料添加制御方法、及びその方法の実施に適した排気浄化装置を提供すること を目的とする。
課題を解決するための手段
[0006] 本発明の燃料添加制御方法は、内燃機関の排気を浄化する排気浄化手段と、前 記排気浄化手段の上流力 燃料を添加する燃料添加手段と、を備えた内燃機関の 排気浄化装置に適用され、前記排気浄化手段を目標温度に制御すべく前記燃料添 加手段から燃料を添加する添加期間と燃料添加を止める休止期間とを組み合わせ た周期が繰り返され、かつ各周期におレ、て前記休止期間が前記添加期間を挟んで 分害 ijされるように前記燃料添加手段を操作する燃料添加制御方法であって、前記添 加期間の前に設けられる休止期間である添加前休止期間の長さが前記周期の始点 における前記排気浄化手段の温度に応じて変更されるように前記燃料添加手段を 操作することにより、上述した課題を解決する。
[0007] 本発明の燃料添加制御方法によれば、添加期間の前に添加前休止期間が設けら れるので、この添加前休止期間に排気浄化手段の温度を低下させることにより、続く 添加期間における排気浄化手段の温度の過度の上昇を抑えることができる。添加期 間における排気浄化手段の過熱が防止されるように添加前休止期間中に低下させる べき排気浄化手段の温度幅は、周期の始点における排気浄化手段の温度に応じて 異なる。添加前休止期間中に低下させるべき温度幅は添加前休止期間の長さと相 関するため、周期の始点における排気浄化手段の温度に応じて添加前休止期間の 長さを変更することにより、添加期間における排気浄化手段の過熱を防止可能な適 切な長さの添加前休止期間を設定できる。これにより、無駄な長さの添加前休止期 間を設けることを防止できるので、燃料添加を速やかに実行できる。
[0008] 本発明の燃料添加制御方法の一形態にお!/、ては、前記周期の始点における前記 排気浄化手段の温度が低いほど前記添加前休止期間の長さが短くなるように前記 燃料添加手段を操作してもよい。添加前休止期間を長くするほどその添加前休止期 間において排気浄化手段の温度をより低下させることができるが、既に排気浄化手 段の温度が低い場合は長い添加前休止期間を設けなくても添加期間における排気 浄化手段の過熱を防止できる。そこで、周期の始点における排気浄化手段の温度が 低いほど添加前休止期間の長さを短くし、燃料添加を速やかに実行する。
[0009] 本発明の内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気通路に設けられた吸蔵還 元型 NOx触媒と、前記吸蔵還元型 NOx触媒の上流から燃料を添加する燃料添カロ 手段と、前記吸蔵還元型 NOx触媒の温度を目標温度に制御すべく前記燃料添カロ 手段から燃料を添加する添加期間と燃料添加を止める休止期間とを組み合わせた 周期が繰り返され、かつ各周期において前記休止期間が前記添加期間を挟んで分 割されるように前記燃料添加手段を操作する添加制御手段と、を備え、前記添加制 御手段は、前記吸蔵還元型 NOx触媒を前記目標温度に制御するために必要な燃 料添加量を算出する温度要求添加量算出手段と、前記吸蔵還元型 NOx触媒にお ける空燃比を所定期間に亘つて目標空燃比に維持するために必要な燃料添加量を 算出する予測添加量算出手段と、前記温度要求添加量算出手段及び前記予測添 加量算出手段のそれぞれが算出した添加量に基づいて前記周期の長さを算出し、 得られた周期の長さから前記所定期間を前記添加期間として差し引くことにより前記 周期における休止期間の長さを算出する期間算出手段と、前記期間算出手段により 算出された休止期間の長さと前記周期の始点における前記吸蔵還元型 NOx触媒の 温度とに基づいて前記添加期間の前に設けられる休止期間である添加前休止期間 の長さを算出する添加前休止期間算出手段と、前記添加前休止期間算出手段によ り算出された長さの添加前休止期間が前記添加期間の前に設けられるように前記燃 料添加手段からの燃料添加の可否を制御する添加時期制御手段と、を備えてレ、るこ とにより、上述した課題を解決する。 [0010] 本発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、周期の始点における吸蔵還元型 N Ox触媒の温度に基づ!/、て添加前休止期間の長さを設定するので、本発明の燃料 添加制御方法と同様に、添加期間における吸蔵還元型 NOx触媒の過熱を防止可 能な適切な長さの添加前休止期間を設定できる。これにより、添加前休止期間が無 駄に長く設定されることを防止できるので、吸蔵還元型 NOx触媒への燃料添加を速 やかに実行できる。また、添加期間の前に添加前休止期間を設けるので、添加前休 止期間に排気浄化手段の温度を低下させ、添加期間における排気浄化手段の温度 の過度の上昇を抑えることができる。
[0011] 本発明の排気浄化装置の一形態において、前記添加前休止期間算出手段は、前 記周期の始点における前記吸蔵還元型 NOx触媒の温度が低いほど前記添加前休 止期間の長さを短く算出してもよい。この形態では、周期の始点における吸蔵還元型 NOx触媒の温度が低いほど添加前休止期間の長さを短くするので、上述した本発 明の燃料添加制御方法の一形態と同様に、添加期間のおける吸蔵還元型 NOx触 媒の過熱を抑制しつつ、吸蔵還元型 NOx触媒への燃料添加を速やかに実行できる
[0012] 本発明の排気浄化装置の一形態において、前記添加前休止期間算出手段は、前 記吸蔵還元型 NOx触媒が劣化するほど前記添加前休止期間の長さが短くなるよう に補正する劣化度補正手段を備えて!/、てもよ!/、。吸蔵還元型 NOx触媒が劣化する と触媒での反応速度が低下するため、劣化する前と同じ量の燃料を添加しても触媒 の温度が上昇し難くなる。そのため、吸蔵還元型 NOx触媒が劣化した場合は添加期 間に触媒温度が上昇し難くなるので、添加前休止期間の長さを短くしても添加期間 における吸蔵還元型 NOx触媒の過熱を抑制できる。そこで、吸蔵還元型 NOx触媒 が劣化するほど添加前休止期間の長さを短く補正する。これにより添加前休止期間 の長さをさらに短くし、吸蔵還元型 NOx触媒への燃料添加をさらに速やかに実行で きる。
[0013] 本発明の排気浄化装置の一形態において、前記添加前休止期間算出手段は、前 記周期の始点における前記吸蔵還元型 NOx触媒の温度と前記周期の始点におけ る前記内燃機関の排気ガス温度との温度差に基づいて前記添加前休止期間の長さ を算出してもよい。吸蔵還元型 NOx触媒に燃料を添加しない場合、触媒の温度はほ ぼ排気ガス温度と同じになる。すなわち、燃料添加により触媒の温度を上昇させる場 合、排気ガス温度が基準となる。周知のように排気ガス温度は内燃機関の運転状態 によって変動する。そこで、このように触媒の温度と排気ガス温度との温度差に基づ いて添加前休止期間の長さを算出することにより、添加期間における吸蔵還元型 N Ox触媒の過熱をより確実に抑制できるとともに、その時の内燃機関の運転状態に適 した添加前休止期間を算出できる。また、排気ガス温度の影響を考慮して添加前休 止期間の長さを算出するので、精度良くより最短の添加前休止期間の長さを算出す ること力 Sできる。そのため、吸蔵還元型 NOx触媒への燃料添加をより速やかに実行 できる。
[0014] 本発明の排気浄化装置の一形態において、前記添加前休止期間算出手段は、前 記添加期間が長いほど前記添加前休止期間が長くなるように前記添加前休止期間 の長さを補正する添加期間補正手段を備えていてもよい。添加期間が長いほどその 添加期間中における吸蔵還元型 NOx触媒の温度の上昇幅が大きくなるため、添カロ 前休止期間に添加期間における吸蔵還元型 NOx触媒の温度の上昇幅に応じて予 め吸蔵還元型 NOx触媒の温度を低下させておく必要がある。そこで、添加期間が長 いほど添加前休止期間の長さを長く補正する。これにより、添加期間における吸蔵還 元型 NOx触媒の過熱をより確実に抑制できる。
[0015] 本発明の排気浄化装置の一形態において、前記添加時期制御手段は、前記添加 前休止期間中における前記吸蔵還元型 NOx触媒の温度が予め設定した所定の下 限温度以下になった場合、前記吸蔵還元型 NOx触媒の温度が前記所定の下限温 度以下になった時点から前記添加期間を開始すべく前記燃料添加手段から燃料を 添加してもよい。この形態によれば、添加前休止期間中であっても吸蔵還元型 NOx 触媒の温度が所定の下限温度以下になった場合には燃料添加が行われるので、吸 蔵還元型 NOx触媒への燃料添加をさらに速やかに実行できる。また、この燃料添カロ は吸蔵還元型 NOx触媒の温度が所定の下限温度以下になった場合に行われるの で、所定の下限温度を適切に設定することにより、添加期間における吸蔵還元型 N Ox触媒の過熱をより確実に抑制することができる。 [0016] この形態にお!/、て、前記添加制御手段は、前記周期の始点から前記添加前休止 期間中に前記排気浄化手段の温度が前記所定の下限温度以下になった時点まで の時間と前記添加前休止期間算出手段により算出された添加前休止期間の長さと の比に基づいて前記添加期間の長さを補正する添加期間長さ補正手段をさらに備 えていてもよい。このように添加期間の長さを補正することにより、添加期間の前に実 際に燃料が添加されなかった時間に応じた適切な長さの添加期間を設定できる。例 えば、算出された添加前休止期間よりも実際に添加期間の前に燃料添加が休止され ていた時間が短かった場合、添加期間の長さを補正せずに燃料添加を行うと、吸蔵 還元型 NOx触媒の過熱が生じるおそれがある。そのため、このように添加期間を補 正し、添加期間における吸蔵還元型 NOx触媒の過熱を抑制する。
[0017] また、前記添加時期制御手段は、前記添加期間長さ補正手段により補正された後 の添加期間の長さが予め設定した所定の下限値以下の場合、前記添加前休止期間 中に前記吸蔵還元型 NOx触媒の温度が前記所定の下限温度以下になっても前記 燃料添加手段からの燃料の添加を禁止して前記添加前休止期間を継続させてもよ V、。添加期間の長さが短すぎると燃料添加を実行しても吸蔵還元型 NOx触媒の温 度を安定に目標温度に制御できないおそれがある。この場合、燃料添加が無駄にな る。そこで、補正後の添加期間の長さが所定の下限値以下の場合は、排気浄化手段 の温度が所定の下限温度以下になっても添加前休止期間を継続させる。このように 添加前休止期間を継続させることによって添加期間の長さを所定の下限値より長くし 、燃料の無駄な添加を防止する。
[0018] 添加前休止期間中に排気浄化手段の温度が予め設定した所定の下限温度以下 になった場合に燃料の添加を開始する形態にお!/、て、前記添加制御手段は、前記 吸蔵還元型 NOx触媒から硫黄酸化物を放出させる S再生処理が要求された場合に 前記吸蔵還元型 NOx触媒の温度を目標温度に制御し、前記添加時期制御手段は 、前記吸蔵還元型 NOx触媒のうち排気流れの上流側の部分である触媒上流部の S 再生処理を行う必要があり、かつ前記添加前休止期間中における前記吸蔵還元型 NOx触媒の温度が前記所定の下限温度以下になった場合に、前記吸蔵還元型 N Ox触媒の温度が前記所定の下限温度以下になった時点から前記添加期間を開始 すべく前記燃料添加手段から燃料を添加してもよ!/、。吸蔵還元型 NOx触媒はその 内部に温度分布を有しており、吸蔵還元型 NOx触媒は上流部の温度が低下しても 、触媒自体の熱容量により上流部以外の部分は上流部と比較して温度が低下し難 い。そこで、添加前休止期間中における燃料添加の開始条件を、吸蔵還元型 NOx 触媒の上流部の S再生処理を行う必要があり、かつ吸蔵還元型 NOx触媒の温度が 所定の下限温度以下になった場合に限定することにより、触媒上流部の S再生処理 が完了した後に不要に長い添加期間が設けられることを防止できる。なお、触媒上流 部の温度が低下しても、それ以外の部分の温度が低下し難いので、燃料添加を行う ことにより触媒上流部以外の部分の温度を速やかに S再生処理に適した温度に上昇 させ、 S再生処理を速やかに実行することができる。
図面の簡単な説明
[図 1]本発明をディーゼルエンジンに適用した一形態を示す図。
[図 2]本発明の燃料添加制御を行ったときの燃料添加弁の添加パルスと触媒床温と の関係の一例を示す図。
[図 3]添加前休止期間の休止期間全体の半分が割り当てられる制御を行ったときの 燃料添加弁の添加パルスと触媒の温度床温との関係の一例を比較例として示す図。
[図 4]第 1の形態における燃料添加時期制御ルーチンを示すフローチャート。
[図 5]第 1の形態における燃料添加実行ルーチンを示すフローチャート。
[図 6]第 1の形態において ECUがー周期中に算出する各種の値、 ECUが制御する フラグ及び燃料添加量の相互の関係を示す図。
[図 7]周期の始点における触媒床温と第 1リーン期間割合との関係の一例を示す図。
[図 8]触媒の劣化度及び周期の始点における触媒床温と第 1リーン期間割合との関 係の一例を示す図。
[図 9]排気ガス温度及び周期の始点における触媒床温と第 1リーン期間割合との関 係の一例を示す図。
[図 10]第 1判定指標と第 1リーン期間割合との関係の一例を示す図。
[図 11]第 2判定指標と第 1リーン期間割合との関係の一例を示す図。
[図 12]第 2の形態における燃料添加時期制御ルーチンを示すフローチャート。 [図 13]図 12に続くフローチャート。
[図 14]第 1リーン期間短縮割合とリッチ時間短縮割合との関係の一例を示す図。
[図 15]第 2の形態における燃料添加時期制御ルーチンの変形例を示すフローチヤ一 卜。
[図 16]第 2の形態における燃料添加時期制御ルーチンの他の変形例を示すフロー チャート。
発明を実施するための最良の形態
[0020] (第 1の形態）
図 1は、本発明を内燃機関としてのディーゼルエンジン 1に適用した一形態を示し ている。エンジン 1は車両に走行用動力源として搭載されるもので、そのシリンダ 2に は吸気通路 3及び排気通路 4が接続され、吸気通路 3には吸気濾過用のエアフィル タ 5、ターボチャージャ 6のコンプレッサ 6a、吸気量調節用の絞り弁 7が、排気通路 4 にはターボチャージャ 6のタービン 6bがそれぞれ設けられて!/、る。排気通路 4のター ビン 6bよりも下流側には排気浄化手段としての吸蔵還元型 NOx触媒 (以下、触媒と 略称する。）8を含んだ排気浄化ユニット 9と、その触媒 8の上流に還元剤としての燃 料を添加する燃料添加手段としての燃料添加弁 10とが設けられている。排気通路 4 と吸気通路 3とは EGR通路 11で接続され、 EGR通路 11には EGRクーラ 12及び EG R弁 13が設けられている。
[0021] 燃料添加弁 10は、触媒 8の上流に燃料を添加して触媒 8に吸収された NOxの放 出や触媒 8の S再生のために必要な還元雰囲気を生成するために設けられている。 燃料添加弁 10の燃料添加動作はエンジンコントロールユニット（ECU) 20にて制御 される。 ECU20はシリンダ 2に燃料を噴射するためのインジェクタ 30、インジェクタ 30 へ供給される燃料圧力を蓄えるコモンレール 31の圧力調整弁といった各種の装置を 操作してェジン 1の運転状態を制御する周知のコンピュータユニットである。 ECU20 はエンジン 1に吸入される空気とインジェクタ 30から添加される燃料との質量比として 与えられる空燃比が理論空燃比よりもリーン側に制御されるようにインジェクタ 30の燃 料噴射動作を制御する。また、 ECU20は図 4及び図 5に示したルーチンを実行する ことにより本発明の添加制御手段として機能する。なお、これらのルーチンの詳細は 後述する。 ECU20による制御対象はその他にも種々存在する力 ここでは図示を省 略する。
[0022] 次に、図 2を参照して触媒 8を S再生時の目標温度に制御する際の ECU20による 燃料添加制御の概要について説明する。図 2は、本発明の燃料添加制御を行った 場合における燃料添加弁 10の添加パルスと触媒 8の温度（以下、触媒床温と呼ぶこ ともある。）との関係の一例を示している。なお、図 2の線 L1は、燃料添加弁 10からの 燃料添加を添加パルス P1で制御した場合の触媒床温の変化を、図 2の線 L2は、燃 料添加弁 10からの燃料添加を添加パルス P2で制御した場合の触媒床温の変化を それぞれ示している。図 2の燃料添加制御では、複数のパルスを連続させて燃料を 添加する周期 Tが複数回繰り返されて!/、る。周期 Tにおレ、てはパルスが連続して!/、る 間が燃料の添加期間に相当する。図 2に示したように各周期には、燃料を添加する 添加期間の前後に燃料添加を止める休止期間がそれぞれ設けられている。以降、添 加期間の前に設けられる休止期間を添加前休止期間、添加期間の後に設けられる 休止期間を添加後休止期間とそれぞれ呼ぶこともある。なお、各周期の長さ及び添 加期間の長さは、その周期において添加すべき燃料量に基づいて設定され、添カロ 前休止期間と添加後休止期間とを合計した休止期間の長さは、この燃料量に基づい て設定された周期の長さから添加期間の長さを引いて算出される。そのため、添加後 休止期間には、休止期間の長さから添加前休止期間の長さを引いた長さが設定され
[0023] 本発明の燃料添加制御では、添加前休止期間の長さを周期 Tの始点における触 媒床温に応じて変更し、触媒床温が低いほど添加前休止期間の長さを短くする。添 加前休止期間では、添加期間における触媒床温が触媒 8の劣化の進行が加速する 所定の上限温度（以下、床温上限温度と略称する。）よりも低い温度に制御されるよう に予め触媒床温を低下させる。周期 Tの始点における触媒床温が低!/、場合は添カロ 前休止期間の長さを短くしても既に触媒床温が低下しているため、添加期間中の触 媒床温を床温上限温度未満に制御できる。そこで、周期 Tの始点における触媒床温 が低いほど、添加前休止期間の長さを短くする。そのため、本発明では、図 2に示し たように、周期 Tの始点における触媒床温が温度 Θ 1の場合は、添加前休止期間が 時間長 Rlに設定され、周期 Tの始点における触媒床温が温度 Θ 2の場合は添加前 休止期間が時間長 R2に設定される。
[0024] 図 3は、周期 Tの休止期間全体の半分が添加前休止期間に設定される燃料添加制 御を行った場合の燃料添加弁 10の添加パルスと触媒床温との関係の一例を比較例 として示したものである。なお、図 3では、周期 Tの始点における触媒床温が図 2の線 L2と同じ温度 Θ 2の場合の制御である。図 3に示したように添加前休止期間の長さを その周期の休止期間の半分に固定すると、添加期間の触媒床温を床温上限温度未 満に制御できる力 S、その期間の触媒床温を床温上限温度よりも無駄に低く制御する ことになる。
[0025] 次に、図 4〜図 6を参照して ECU20による燃料添加時期制御ルーチンの詳細を説 明する。なお、図 6は図 4のルーチンの制御内容を補足説明するためのものであり、 図 4のルーチンで算出される各種の値と同一符号を付して図 4との対応関係を示して いる。
[0026] 図 4の燃料添加時期制御ルーチンはエンジン 1の運転中に所定の周期で繰り返し 実行される。図 4の制御ルーチンにおいて ECU20は、まずステップ S1で燃料添加 弁 10からの燃料添加による触媒 8の温度制御が要求されているか否かを判断する。 この要求は、 ECU20が実行する別のルーチンに基づいて、燃料添加により触媒 8の 温度を S再生中の目標温度に制御する必要がある場合に発せられる。温度制御要 求がないと判断した場合は今回の燃料添加時期制御ルーチンを終了する。一方、温 度制御が要求されていると判断した場合はステップ S2に進み、 ECU20はエンジン 1 の運転状態を取得する。エンジン 1の運転状態としては、例えばエンジン 1の排気ガ ス温度、排気ガスの流量、及び触媒床温などが取得される。触媒床温は、触媒 8に温 度センサを設けて取得してもよいし、排気ガス温度に基づいて取得してもよい。また、 エンジン 1の負荷、回転数などに基づいて推定してもよい。これらの取得方法は周知 の方法でよいため、詳細な説明は省略する。
[0027] 次のステップ S3において ECU20は温度要求添加量 Qt (mm3/sec. )を算出する 。温度要求添加量 Qtは触媒 8を目標温度に制御するために必要な単位時間当たり の燃料添加量であって、ステップ S3を実行する際の触媒 8の目標温度と、触媒 8の 温度に影響する排気ガス温度、排気ガスの流量、触媒 8の熱容量等のパラメータとに 基づいて定められる。これらの値の幾つかはエンジン 1の運転状態に応じて変動する 値である。従って、ステップ S3で算出される添加量もルーチン実行時の運転状態を 反映して逐次変動する。このステップ S3を実行することにより、 ECU20が本発明の 温度要求添加量算出手段として機能する。
[0028] 続くステップ S4において ECU20は、積算温度要求添加量 Qtsum (mm3)を求める 。積算温度要求添加量 Qtsumは燃料添加制御の一周期の始点から終点までの間 を対象として温度要求添加量 Qtを積算した値であり、図 6に示すように周期の始点 P 1から徐々に増加する。一周期の終点 P3における積算温度要求添加量 Qtsumが、 当該周期において添加される実燃料添加量 Qrichと一致すれば、その周期におい ては、触媒 8を目標温度に制御するために必要な量だけ燃料が過不足なく添加され たことになる。
[0029] 次のステップ S5において ECU20は、図 6の第 1リーン期間が終了したか否かを判 別するための第 1リーン終了フラグがオフ、すなわち第 1リーン期間の未了を意味す る状態か否力、を判別する。第 1リーン期間は図 2における添加前休止期間に相当す る力 燃料添加弁 10からの燃料添加が行なわれない場合には触媒 8の付近の空燃 比がリーンに制御されるためにここではリーン期間と呼ぶことにする。
[0030] 第 1リーン終了フラグがオフの場合はステップ S6に進み、 ECU20は予測添加量 Q richp (mm3)を算出する。予測添加量 Qrichpは次式で与えられる。
[0031] Qrichp = [ (新気量/目標空燃比）—筒内噴射量] Xリッチ時間
[0032] ここで、新気量は外部から吸気通路 3に吸入される空気量 (mm3)、 目標空燃比は 触媒 8の付近における S再生中の空燃比の目標値、筒内噴射量はインジェクタ 30か らシリンダ 2に噴射される燃料量 (mm3)である。また、リッチ時間はその時点における エンジン 1の負荷や、触媒 8の温度の昇温性、 S放出の要求から一義的に定められる 一周期内の燃料添加時間（sec. )である。つまり、リッチ時間は一周期において何秒 間燃料を添加すべきかという観点から定められる時間であって、図 2の添加期間の時 間長に相当する。これらの関係から、予測添加量 Qrichpは、触媒 8付近の空燃比を リッチ時間だけ目標空燃比に維持するために必要な燃料添加量を意味することにな る。リッチ時間においてエンジン 1の負荷が変化すれば筒内噴射量も変動するため、 ここで求められる添加量 Qrichpはあくまで予測値である。
[0033] 図 4のステップ S6にて予測添加量 Qrichpを求めた後はステップ S7に進み、予測 添加インターノ ル Tint (sec. )を次式により算出する。
[0034] Tint = Qrichp/Qt
[0035] つまり、予測添加インターノ ル Tintは、ステップ S3にて算出される単位時間当たり の燃料添加量 Qtで燃料添加を続けると仮定した場合にお!/、て、燃料の添加量が予 測添加量 Qrichpに達するために必要な時間であって、一周期の時間長に相当する
[0036] 続くステップ S8において ECU20は、第 1リーン期間割合 Rprelnを算出する。第 1リ ーン期間割合 Rprelnは、一周期における休止期間全体の時間長のうち第 1リーン期 間、すなわち添加前休止期間に割り当てるべき時間長の割合を示す値である。 ECU 20は、例えば図 7に一例を示したように周期 Tの始点における触媒床温と第 1リーン 期間割合 Rprelnとの関係を示したマップを参照して第 1リーン期間割合 Rprelnを算 出する。上述したように本発明の燃料添加制御では、周期 Tの始点における触媒床 温が低いほど添加前休止期間の長さを短く設定する。そのため、触媒床温が低いほ ど、第 1リーン期間割合 Rprelnは小さくなる。なお、図 7に一例を示した関係は、例え ば予め実験などにより求め、 ECU20にマップとして記憶させておく。第 1リーン期間 割合 Rprelnを算出した後はステップ S9に進み、 ECU20は次式により第 1リーン期 間の時間長 Tlean sec. )を算出する。
[0037] Tleanl = (Tint—リッチ時間） X Rpreln
[0038] この処理では、一周期の時間長 Tintから添加期間の時間長、すなわちステップ S6 の演算で使用されたリッチ時間を減算することにより、一周期における休止期間全体 の時間長を求め、その一部を第 1リーン期間の時間長 Tleanlに割り当てる。
[0039] 次のステップ S 10では、第 1リーン期間の時間長 Tleanlを燃料添加量に換算した 第 1リーン相当添加量 Qleanl (mm3)を次式により算出する。
[0040] Qleanl =Tleanl X Qt
[0041] 続くステップ S I 1においては、ステップ S4で求めた積算温度要求添加量 Qtsumが 第 1リーン相当添加量 Qleanlに達したか否か判断する。すなわち、図 6において積 算温度要求添加量 Qtsumが第 1リーン相当添加量 Qleanlと交差するまでは燃料添 加を休止し、交差した時点（図 6の点 P2)で第 1リーン期間を終了させる。この判断を 図 4のステップ S11で行なう。時間長 Tleanlを第 1リーン相当添加量 Qleanlに換算 してから判断する理由は、温度は時間ではなく与えられるエネルギーで決まるからで ある。
[0042] ステップ S11の条件が否定された場合、 ECU20は未だ第 1リーン期間と判断して 今回のルーチンを終える。一方、ステップ S11の条件が肯定された場合は第 1リーン 期間が終了したと判断してステップ S 12に進み、 ECU20は第 1リーン終了フラグをォ ンに切り替える。続くステップ S13において ECU20は燃料添加許可フラグをオンに 切り替え、その後今回のルーチンを終える。
[0043] ECU20は、図 4のルーチンと併行して図 5の燃料添加実行ルーチンを適宜の周期 で繰り返し実行している。図 5のルーチンでは、ステップ S 100にて燃料添加弁 10が 燃料添加中か否かを判断し、燃料添加中でなければステップ S101で燃料添加許可 フラグがオンされたか否かを監視する。図 4のステップ S 13で燃料添加許可フラグが オンされることにより図 5のステップ S101が肯定され、 ECU20は図 5のステップ S10 2で燃料添加弁 10に燃料添加を開始させる。これにより、燃料添加期間における燃 料添加が実現される。ステップ S101で否定判断された場合は、図 5のルーチンを終 える。燃料添加が開始されると図 5のステップ S100の条件が肯定されて ECU20はス テツプ S 103に進み、その周期で決められたリッチ時間（図 4のステップ S9の演算で 使用される値に等しレ、）だけ燃料が添加された否かを判断する。添加されて!/、ればス テツプ S 104へ進み、燃料添加弁 10による燃料添加を終了させて図 5のルーチンを 終える。一方、ステップ S 103で否定判断されたときは図 5のルーチンを終える。
[0044] 図 5のステップ S 102で燃料添加が開始された後は、図 4のルーチンにおいてステ ップ S 5の条件が否定される。この場合、 ECU20は図 4のステップ S 14の処理へ進む 。ステップ S 14では燃料添加許可フラグがオンされた後の燃料添加量を実添加量 Qr ich (mm3)として取得する。続くステップ S15において ECU20は積算温度要求添加 量 Qtsumが実添加量 Qrich以上で、かつ燃料添加弁 10からの燃料添加が終了して いるか否かを判断する。つまり、図 6における第 2リーン期間の終了時点 P3か否かを 判断する。ステップ S 15が否定判断されている間は周期が終了していないと判断して 今回のルーチンを終える。一方、ステップ S 15が肯定判断された場合はステップ S 16 に進み、 ECU20は積算温度要求添加量 Qtsum及び実添加量 Qrichを初期値 0に リセットする。続くステップ S17で ECU20は第 1リーン終了フラグをオフに切り替え、 その後図 4のルーチンを終える。
[0045] 以上の形態では、ステップ S3により ECU20が温度要求添加量算出手段として機 能し、ステップ S6により ECU20が予測添加量算出手段として機能し、ステップ S7に より ECU20カ期間算出手段として機倉 し、ステップ S5、 S10〜S13、 S15〜S 17の 組み合わせにより ECU20が添加時期制御手段として機能する。また、ステップ S9に より ECU20が添加前休止期間算出手段として機能する。
[0046] 以上に説明したように、この形態では、周期の始点 P1における触媒温度が低いほ ど第 1リーン期間の時間長が短く設定されるので、添加期間中の触媒 8の過熱を防止 しつつ触媒 8への燃料添加を速やかに実行できる。触媒 8の S再生に適した運転状 態は限られているため、エンジン 1の運転状態が変わり易い過渡運転時などは、ェン ジン 1の運転状態が S再生に適した運転状態になったとしても短時間で S再生に適さ ない運転状態に変わるおそれがある。図 3に比較例として示した制御では、添加前休 止期間、すなわち第 1リーン期間の長さが一周期の休止期間全体の半分に固定され るため、触媒 8の温度によっては第 1リーン期間の時間長が無駄に長く設定される場 合がある。そのため、第 1リーン期間の間にエンジン 1の運転状態が S再生に適した 運転状態から外れ、 S再生の機会を逃しているおそれがある。図 2の線 L2と図 3との 比較から明らかなように本発明の燃料添加制御では、触媒 8の温度に応じて第 1リー ン期間の時間長を変化させるので、添加期間における触媒 8の過熱を防止可能な適 切な時間長の第 1リーン期間を設定でき、触媒床温によっては第 1リーン期間の時間 長を短くできる。そのため、エンジン 1の運転状態が S再生に適した運転状態の場合 に、速やかに S再生を行うことができる。
[0047] 図 4のステップ S8で使用する第 1リーン期間割合 Rprelnの算出方法は、上述した 方法に限定されな!/、。燃料添加時の触媒床温の上昇幅は触媒 8の劣化の度合!/、 ( 以下、劣化度と略称する。 )に応じて変化し、触媒 8が劣化するほど温度の上昇幅が 小さくなる。すなわち、触媒 8が劣化するほど、燃料添加時に触媒床温が上昇し難く なる。この場合、触媒 8が劣化する前より添加前休止時間の時間長を短くしても燃料 添加時の触媒 8の過熱を防止することができる。そこで、図 8に一例を示したように触 媒 8の劣化度に応じて周期の始点における触媒床温と第 1リーン期間割合 Rprelnと の関係を補正してもよい。図 8では、まず触媒 8の劣化度を推定し、その推定結果に 基づいて触媒床温と第 1リーン期間割合 Rprelnとの関係を補正する。なお、触媒 8の 劣化度は、例えばエンジン 1の累積運転時間などに基づいて推定する周知の推定方 法により推定すればよい。図 8においては、触媒 8が劣化するほど第 1リーン期間の 割合が小さくなるように、すなわち触媒 8が劣化するほど第 1リーン期間の時間長が短 くなるように補正される。図 8に示した関係は、例えば予め実験などにより求めて ECU 20にマップとして記憶させておく。
[0048] このように触媒 8に劣化度に応じて第 1リーン期間割合を補正することにより、第 1リ ーン期間の時間長をさらに短くすることができる。そのため、触媒 8への燃料添加をさ らに速やかに実行できる。なお、このように触媒 8の劣化度に応じて第 1リーン期間の 時間長を補正することにより、 ECU20は本発明の劣化度補正手段として機能する。
[0049] 図 2に示したように、 S再生時には触媒床温が周期的に変動する力 この変動時の 温度変化の中心温度は排気ガス温度の影響を受ける。これは燃料添加休止時にお ける触媒床温は、排気ガス温度に漸近することによる。そのため、 S再生時に触媒床 温を制御すべき温度範囲の上限値は、触媒 8の床温上限温度によって定められ、こ の温度範囲の下限値は排気ガス温度によって定められる。排気ガス温度はエンジン 1の運転状態に応じて変化するため、周期の始点における排気ガス温度によって触 媒床温と第 1リーン期間割合との関係を補正することにより、そのときのエンジン 1の 運転状態に適した第 1リーン期間割合の時間長を算出できる。そこで、図 9に一例を 示したように S再生開始時における排気ガス温度に応じて温度制御が要求されたとき の触媒床温と第 1リーン期間割合との関係を補正してもよい。図 9に示したように、第 1リーン期間は、触媒床温が同一である場合、排気ガス温度が高くなるほど時間長が 短くなるように補正される。 [0050] また、周期の始点における触媒床温と排気ガス温度とに基づいて設定される第 1判 定指標を次式により算出し、この第 1判定指標に基づいて第 1リーン期間割合を算出 してもよい。なお、第 1判定指標からの第 1リーン期間の算出は、図 10に一例を示し たマップを使用して行う。
[0051] 第 1判定指標 = (触媒床温 排気ガス温度) / (床温上限温度 排気ガス温度）
[0052] この式の分母は S再生時に触媒床温を制御すべき温度範囲に対応する温度幅を 示し、分子は周期の始点における触媒床温と排気ガス温度との温度差を示す。その ため、この式では、 S再生時に制御すべき温度幅に対し、周期の始点における触媒 床温からそのときの排気ガス温度を引いた温度差がどの程度の割合に相当するかが 第 1判定指標として算出される。このように触媒床温のみからではなぐ排気ガス温度 を基準とした触媒床温である排気ガス温度と触媒床温との温度差に基づいて第 1リ ーン期間を算出することにより、添加期間における触媒 8の過熱をより確実に抑制で きるとともに、その時のエンジン 1の運転状態に適した第 1リーン期間を算出できる。ま た、このように排気ガス温度を基準とした相対温度によって第 1リーン期間割合を算 出することにより、排気ガス温度によって触媒床温が変化する際に中心が異なる影響 を排除できるので、より最短の第 1リーン期間を精度良く算出できる。
[0053] また、一周期における添加期間が長くなるほどその添加期間に燃料添加弁 10から 添加される燃料量が増加するため、その添加期間における触媒床温の上昇幅は大 きくなる。そこで、添加期間が長くなるほど第 1リーン期間が長くなるように添加期間の 時間長に応じて第 1リーン期間割合を補正する。この場合、例えば、図 11に一例を 示したマップに基づいて第 1リーン期間割合を算出する。図 11では、次式に示したよ うに図 10で使用した第 1判定指標に添加期間の時間長 (リッチ時間）を掛けて算出す る第 2判定指標に基づいて第 1リーン期間割合を求める。
[0054] 第 2判定指標 = [ (触媒床温 排気ガス温度) / (床温上限温度 排気ガス温度）]
X添加期間の時間長
[0055] このように添加期間の時間長（リッチ時間）を掛けることにより、添加期間が長いほど 第 1リーン期間の時間長を長く補正することができる。このようにして第 1リーン期間を 算出することにより、より最短の第 1リーン期間をさらに精度良く算出できる。このよう にリッチ時間が長いほど添加前休止期間の長さを長く算出することにより、 ECU20が 添加期間補正手段として機能する。
[0056] この他、添加期間における触媒床温の変化幅は、排気ガス流量及び排気ガスの酸 素濃度の影響を受ける。そこで、これら排気ガス流量、及び排気ガスの酸素濃度に 応じて第 1リーン期間を補正してもよい。
[0057] なお、触媒 8の劣化度、排気ガス温度、添加期間の時間長、排気ガス流量、及び排 気ガスの酸素濃度に基づく第 1リーン期間の時間長の補正は、これらの物理量を全 て使用して行ってもよいし、これらの物理量のうちの一部を適宜組み合わせておこな つてもよい。これらの物理量を全て使用して補正する場合は、第 1リーン期間をェンジ ン 1の運転状態に応じたより適切な時間長に補正でき、これらの物理量のうちの一部 を使用して補正する場合は第 1リーン期間割合の算出方法を簡略化できる。
[0058] (第 2の形態）
次に図 12〜； 14を参照して本発明の第 2の形態を説明する。この形態は、燃料添加 時期制御の内容のみ相違し、他の構成は第 1の形態と同一である。従って、エンジン 1については図 1が参照される。図 12は、第 1の形態の図 4に対応する燃料添加時期 制御ルーチンを示したフローチャートであり、図 13は図 12に続くフローチャートであ る。なお、第 2の形態においても第 1の形態と同様に図 5の燃料添加実行ルーチンが 図 12の制御ルーチンと併行して適宜の周期で繰り返し実行される。
[0059] 図 12の制御ルーチンでは、図 4のルーチンに対してステップ S8が削除され、ステツ プ S9の代わりにステップ S20が設けられ、さらに図 13に示したステップ S2；!〜 S23力 S 追加されている。なお、図 12及び図 13において図 4と同一の処理には同一の参照 符号を付して説明を省略する。図 12及び図 13の制御ルーチンは、エンジン 1の運転 中に所定の周期で繰り返し実行される。
[0060] 図 12の制御ルーチンにおいて ECU20は、ステップ S7まで図 4の制御ルーチンと 同様に処理を行う。次のステップ S20において ECU20は、第 1の形態における第 1リ ーン期間割合 Rprelnの代わりに休止期間に 0. 5を掛けて第 1リーン期間の時間長を 設定する。すなわち、第 2の形態では、休止期間の半分が第 1リーン期間に割り当て られる。次のステップ S 10において ECU20は第 1リーン相当添加量 Qleanlを算出 し、続くステップ S I 1にお!/、て ECU20は積算温度要求添加量 Qtsumが第 1リーン 相当添加量 Qleanlに達したか否か判断する。ステップ S I 1で肯定判断された場合 はステップ S 12及び S 13の処理が実行され、その後図 11の制御ルーチンを終える。
[0061] 一方、ステップ S 11が否定判断された場合は図 13のステップ S21に進み、 ECU20 は触媒床温が所定の再生下限温度以下か否か判断する。周知のように触媒 8の S再 生は、触媒床温を目標温度（例えば 600° C以上）まで昇温させて行う。触媒床温が 目標温度よりも低くなるにしたがって触媒 8に堆積した硫黄酸化物が分解、除去され 難くなる。そこで、所定の再生下限温度には、触媒 8に堆積した硫黄酸化物の分解、 除去が進行し難くなる温度、例えば 600° Cが設定される。触媒床温が再生下限温 度より高いと判断した場合は今回の制御ルーチンを終了する。
[0062] 一方、触媒床温が再生下限温度以下と判断した場合はステップ S22に進み、 ECU 20はステップ S20で算出した第 1リーン期間の時間長 Tleanlに対して実際に第 1リ ーン期間として設けられた時間長の割合を表す第 1リーン期間短縮割合 Radを次式 により算出する。
[0063] Rad = Qtsum/Qleanl
[0064] 第 1リーン相当添加量 Qleanlは、第 1リーン期間の時間長 Tleanlに基づいて算 出された値であるため、算出された第 1リーン期間の時間長 Tleanlと相関して!/、る。 一方、ステップ S21が実行された際の積算温度要求添加量 Qtsumは、ステップ S21 が実行されるまでの温度要求添加量 Qtの積算値であるため、一周期の始点からステ ップ S21が実行されたときまでの時間長と相関している。すなわち、実際に第 1リーン 期間として設けられた時間長と相関している。そのため、積算温度要求添加量 Qtsu mを第 1リーン相当添加量 Qleanlで割ることにより、第 1リーン期間短縮割合 Radを 算出すること力 Sでさる。
[0065] 次のステップ S23において ECU20は、第 1リーン期間短縮割合 Radに基づいてリ ツチ時間の長さを補正する。ステップ S21で肯定判断されて第 1リーン期間が短縮さ れた場合、その第 1リーン期間における触媒 8の温度低下幅は、ステップ S 20で算出 された時間長 Tleanlの第 1リーン期間が設けられる場合よりも小さくなる。そのため、 図; L4に一例を示したように第 1リーン期間が短縮された場合はその短縮割合に比例 してリッチ時間を短縮しないと添加期間中に触媒 8の過熱が生じるおそれがある。そ こで、第 1リーン期間の短縮割合と同じ割合でリッチ時間が短縮されるようにリッチ時 間を次式により補正する。このようにリッチ時間を補正することにより、 ECU20は本発 明の添加期間長さ補正手段として機能する。
[0066] Trich =Trich X Rad
[0067] この処理以降は、図 12及び図 5の制御ルーチンにおいて補正後リッチ時間 Trich' がリッチ時間として使用される。ステップ S23でリッチ時間を補正した後は図 12のステ ップ S 12に進み、ステップ S12及び S13の処理が実行される。その後、図 12の制御
[0068] この形態では、第 1リーン期間中であっても触媒床温が所定の再生下限温度以下 になった時点で第 1リーン期間を終了するため、触媒床温を S再生に適した温度に維 持できる。また、触媒床温によっては第 1リーン期間を短縮して速やかに S再生を実 行できる。さらに、第 1リーン期間の短縮割合に応じてリッチ時間も短縮するので、添 加期間における触媒 8の過熱を抑制できる。
[0069] 図 15は、第 2の形態における燃料添加時期制御ルーチンの変形例である。この変 形例では、図 12の制御ルーチンのうち図 13に相当する部分が変更され、それ以外 は図 12の制御ルーチンと同一である。そこで、図 15には、図 12の制御ルーチンのう ち図 13に相当する部分のみを示す。また、図 15において図 13と同一の処理には、 同一の参照符号を付して説明を省略する。
[0070] 図 15の制御ルーチンでは、図 13のルーチンに対してのステップ S23の後にステツ プ S31が追加されている。このステップ S31では、補正後リッチ時間 Trich'が予め設 定した最低リッチ時間未満か否か判断する。最低リッチ時間は、触媒 8に対して S再 生を開始してからその S再生が触媒 8に対して有効に作用し始めるまでに最低限必 要な時間、言い換えると S再生を効率良く実施するために最低限必要な時間である。 最低リッチ時間は、例えば触媒 8の性能、又は容量などにより変化するため、これらの パラメータに応じて適宜変更してょレ、。
[0071] 補正後リッチ時間 Trich'が最低リッチ時間以上の場合はステップ S12及び S 13の 処理が行われる。すなわち、ステップ S31で否定判断された場合は第 1リーン期間を 終了させ、燃料の添加を許可する。その後、今回の制御ルーチンを終える。
[0072] 一方、補正後リッチ時間 Trich'が最低リッチ時間未満の場合は、今回の制御ルー チンを終える。すなわち、ステップ S31で肯定判断されると第 1リーン期間が継続され る。ステップ S31が肯定判断されて第 1リーン期間が継続されると、次に図 15の制御 ルーチンが実行されたときに積算温度要求添加量 Qtsumの値が増加するので、第 1 リーン期間短縮割合 Radが増加する。そのため、補正後リッチ時間 Trich'も増加す る。すなわち、図 15の制御ルーチンでは、補正後リッチ時間 Trich'が最低リッチ時 間以上になるまで、第 1リーン期間を継続する。
[0073] 図 15に示した変形例では、燃料添加を行うリッチ時間の長さが最低リッチ時間以上 に設定される。最低リッチ時間は、上述したように S再生を開始してからその S再生が 触媒 8に対して有効に作用し始めるまでに最低限必要な時間であるため、リッチ時間 が最低リッチ時間未満の場合は燃料を添加しても S再生が不十分な状態でリッチ時 間が終了する。そのため、この燃料添加が無駄になるおそれがある。図 15の変形例 では、リッチ時間の長さが必ず最低リッチ時間以上に設定されるので、触媒 8に対し て無駄な燃料添加を防止できる。なお、ステップ S31が肯定判断されて第 1リーン期 間が継続されると触媒床温が一時的に所定の再生下限温度以下に低下するが、こ の触媒床温の低下は主に触媒 8の上流部において発生し、それ以外の部分（以下、 中流以降の部分と呼ぶ。）の温度の低下幅は上流部の温度低下幅よりも小さい。触 媒 8の温度変化は、まず排気ガスが流入する上流部が変化し、その後中流以降の部 分の温度変化が上流部の温度変化よりも遅れて発生する。これは、触媒 8の熱容量 によるものである。そのため、短時間であれば上流部の触媒床温が再生下限温度以 下になつても、中流以降の部分では触媒床温を再生下限温度以上に維持できる。従 つて、短時間であれば触媒 8の上流部の温度が再生下限温度以下になっても、燃料 添加を実行することにより中流以降の部分の S再生処理を実行できる。
[0074] 次に図 16を参照して第 2の形態における燃料添加時期制御ルーチンの他の変形 例を説明する。図 16も図 15と同様に図 12の制御ルーチンのうち図 13に相当する部 分のみを示す。図 16に示した部分以外は図 12の制御ルーチンと同一である。図 16 において図 13と同一の処理には、同一の参照符号を付して説明省略する。 [0075] 図 16の制御ルーチンでは、ステップ S 11が否定判断された場合にまずステップ S4 1の処理が実行され、触媒 8の上流部の S再生が未完了か否か判断する。触媒 8の 上流部の S再生が完了していると判断した場合は、今回の制御ルーチンを終了する 。一方、触媒 8の上流部の S再生が未完了と判断した場合はステップ S21に進み、以 降図 12の制御ルーチンと同様に処理を進める。
[0076] 図 16の制御ルーチンでは、触媒 8の上流部の S再生が必要なときのみステップ S2 1以降の処理が実行される。上述したように触媒 8の中流以降の部分は、短時間であ れば触媒 8の上流部の温度が再生下限温度以下に低下しても、再生下限温度よりも 高い温度に維持できる。そこで、この変形例のように触媒 8の上流部の S再生が必要 なときのみステップ S21以降の処理が実行されるように限定することにより、触媒 8の 上流部の S再生が完了した後の不要なリッチ時間の短縮を防止できる。
[0077] 本発明は上述した各形態に限定されることなぐ種々の形態にて実施することがで きる。例えば、本発明はディーゼルエンジンに限らず、ガソリンその他の燃料を利用 する各種の内燃機関に適用してよ!/、。
[0078] 上述した各形態では、吸蔵還元型 NOx触媒 8を S再生時の目標温度に制御する 例について説明したが、本発明はそのような形態に限定されない。排気浄化触媒な どの排気浄化手段の温度を何らかの目的に合わせた目標温度に制御する必要があ る様々な場合に本発明を適用することができる。例えば、排気中の粒子状物質の捕 捉を目的として設けられるフィルタに対し、そのフィルタに捕捉されている粒子状物質 を燃焼させてフィルタの機能を回復させる処理を行う際の温度制御にも本発明は適 用できる。
[0079] 温度制御のための燃料添加も排気通路の触媒よりも上流側に設けた燃料添加弁 によるものに限定されない。例えばインジェクタ 30を利用したポスト噴射、すなわちシ リンダ 2における燃焼を目的としたメイン噴射の後に排気ガスへの燃料添加を目的と して実施される噴射を本発明に従って制御してもよい。燃料添加量は排気通路 4に おける燃料付着や蒸発、輸送遅れを考慮して制御してもよい。
[0080] 以上に説明したように、本発明の燃料添加制御方法によれば、添加期間の前に添 加前休止期間が設けられ、かつ添加前休止期間の長さが周期の始点における排気 浄化手段の温度に応じて変更されるので、添加期間における排気浄化手段の温度 の過度の上昇を抑えつつ、無駄な長さの添加前休止期間を設けることを防止できる 。そのため、燃料添加を速やかに実行できる。また、本発明の排気浄化装置によれ ば、周期の始点における吸蔵還元型 NOx触媒の温度に基づいて設定された長さの 添加前休止期間が添加期間の前に設けられるので、添加期間における吸蔵還元型 NOx触媒の過熱を抑制しつつ、吸蔵還元型 NOx触媒への燃料添加を速やかに実 行できる。

Claims

請求の範囲
[1] 内燃機関の排気を浄化する排気浄化手段と、前記排気浄化手段の上流力 燃料 を添加する燃料添加手段と、を備えた内燃機関の排気浄化装置に適用され、前記 排気浄化手段を目標温度に制御すべく前記燃料添加手段から燃料を添加する添加 期間と燃料添加を止める休止期間とを組み合わせた周期が繰り返され、かつ各周期 において前記休止期間が前記添加期間を挟んで分割されるように前記燃料添加手 段を操作する燃料添加制御方法であって、
前記添加期間の前に設けられる休止期間である添加前休止期間の長さが前記周 期の始点における前記排気浄化手段の温度に応じて変更されるように前記燃料添 加手段を操作する排気浄化装置用の燃料添加制御方法。
[2] 前記周期の始点における前記排気浄化手段の温度が低いほど前記添加前休止期 間の長さが短くなるように前記燃料添加手段を操作する請求項 1の燃料添加制御方 法。
[3] 内燃機関の排気通路に設けられた吸蔵還元型 NOx触媒と、前記吸蔵還元型 NO X触媒の上流力 燃料を添加する燃料添加手段と、前記吸蔵還元型 NOx触媒の温 度を目標温度に制御すべく前記燃料添加手段から燃料を添加する添加期間と燃料 添加を止める休止期間とを組み合わせた周期が繰り返され、かつ各周期において前 記休止期間が前記添加期間を挟んで分割されるように前記燃料添加手段を操作す る添加制御手段と、を備え、
前記添加制御手段は、前記吸蔵還元型 NOx触媒を前記目標温度に制御するた めに必要な燃料添加量を算出する温度要求添加量算出手段と、前記吸蔵還元型 N Ox触媒における空燃比を所定期間に亘つて目標空燃比に維持するために必要な 燃料添加量を算出する予測添加量算出手段と、前記温度要求添加量算出手段及 び前記予測添加量算出手段のそれぞれが算出した添加量に基づ!/、て前記周期の 長さを算出し、得られた周期の長さから前記所定期間を前記添加期間として差し引く ことにより前記周期における休止期間の長さを算出する期間算出手段と、前記期間 算出手段により算出された休止期間の長さと前記周期の始点における前記吸蔵還 元型 NOx触媒の温度とに基づいて前記添加期間の前に設けられる休止期間である 添加前休止期間の長さを算出する添加前休止期間算出手段と、前記添加前休止期 間算出手段により算出された長さの添加前休止期間が前記添加期間の前に設けら れるように前記燃料添加手段からの燃料添加の可否を制御する添加時期制御手段 と、を備えている内燃機関の排気浄化装置。
[4] 前記添加前休止期間算出手段は、前記周期の始点における前記吸蔵還元型 NO X触媒の温度が低いほど前記添加前休止期間の長さを短く算出する請求項 3の内燃 機関の排気浄化装置。
[5] 前記添加前休止期間算出手段は、前記吸蔵還元型 NOx触媒が劣化するほど前 記添加前休止期間の長さが短くなるように補正する劣化度補正手段を備えている請 求項 3又は 4の内燃機関の排気浄化装置。
[6] 前記添加前休止期間算出手段は、前記周期の始点における前記吸蔵還元型 NO X触媒の温度と前記周期の始点における前記内燃機関の排気ガス温度との温度差 に基づいて前記添加前休止期間の長さを算出する請求項 3〜5のいずれか一項の 内燃機関の排気浄化装置。
[7] 前記添加前休止期間算出手段は、前記添加期間が長いほど前記添加前休止期 間が長くなるように前記添加前休止期間の長さを補正する添加期間補正手段を備え ている請求項 3〜6のいずれか一項の内燃機関の排気浄化装置。
[8] 前記添加時期制御手段は、前記添加前休止期間中における前記吸蔵還元型 NO X触媒の温度が予め設定した所定の下限温度以下になった場合、前記吸蔵還元型 NOx触媒の温度が前記所定の下限温度以下になった時点から前記添加期間を開 始すべく前記燃料添加手段から燃料を添加する請求項 3〜7のいずれか一項の内 燃機関の排気浄化装置。
[9] 前記添加制御手段は、前記周期の始点から前記添加前休止期間中に前記排気浄 化手段の温度が前記所定の下限温度以下になった時点までの時間と前記添加前休 止期間算出手段により算出された添加前休止期間の長さとの比に基づいて前記添 加期間の長さを補正する添加期間長さ補正手段をさらに備えている請求項 8の内燃 機関の排気浄化装置。
[10] 前記添加時期制御手段は、前記添加期間長さ補正手段により補正された後の添 加期間の長さが予め設定した所定の下限値以下の場合、前記添加前休止期間中に 前記吸蔵還元型 NOx触媒の温度が前記所定の下限温度以下になっても前記燃料 添加手段からの燃料の添加を禁止して前記添加前休止期間を継続させる請求項 9 の内燃機関の排気浄化装置。
前記添加制御手段は、前記吸蔵還元型 NOx触媒から硫黄酸化物を放出させる S 再生処理が要求された場合に前記吸蔵還元型 NOx触媒の温度を目標温度に制御 し、
前記添加時期制御手段は、
前記吸蔵還元型 NOx触媒のうち排気流れの上流側の部分である触媒上流部の S再 生処理を行う必要があり、かつ前記添加前休止期間中における前記吸蔵還元型 NO X触媒の温度が前記所定の下限温度以下になった場合に、前記吸蔵還元型 NOx触 媒の温度が前記所定の下限温度以下になった時点から前記添加期間を開始すべく 前記燃料添加手段から燃料を添加する請求項 8の内燃機関の排気浄化装置。
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