WO2010128564A1 - Exhaust gas purifying device for internal combustion engine - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to an exhaust purification device for an internal combustion engine.
- a NOx storage reduction catalyst that stores NOx contained in the exhaust gas and releases and reduces the stored NOx when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas becomes rich is placed in the engine exhaust passage.
- Arranged internal combustion engines are known. In this internal combustion engine, NOx generated when combustion is performed under a lean air-fuel ratio is stored in the NOx storage reduction catalyst.
- NOx occlusion amount of the NOx occlusion reduction catalyst increases, combustion is temporarily performed under a rich air-fuel ratio, and the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is temporarily made rich, whereby the NOx occlusion reduction catalyst NOx is released and reduced.
- the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas can be calculated from a functional equation using the reducing agent concentration and oxygen concentration in the inflowing exhaust gas, the reducing agent utilization factor determined according to the catalyst temperature and the inflowing exhaust gas flow rate, and the amount of inflowing exhaust gas.
- An internal combustion engine that calculates a decrease in the NOx occlusion amount when rich is known (see Patent Document 1). Further, an internal combustion engine is known that calculates a decrease in the NOx occlusion amount when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is rich based on the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas and the catalyst temperature (see Patent Document 2).
- an exhaust purification device for an internal combustion engine having an exhaust passage, which is a NOx occlusion reduction catalyst disposed in the exhaust passage, and is contained in the inflow exhaust gas when the air-fuel ratio of the inflow exhaust gas is lean.
- NOx occlusion / reduction catalyst that occludes NOx and releases and reduces occluded NOx when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas becomes rich, and NOx occluded in the NOx occlusion reduction catalyst partially releases and reduces
- a rich processing unit that performs rich processing for temporarily switching the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas to rich, a NOx storage amount calculation unit that calculates the NOx storage amount of the NOx storage reduction catalyst, and rich processing based on the NOx storage amount
- Storage reduction catalyst exhaust purifying apparatus for an internal combustion engine decrease per unit of time the NOx storage amount is calculated on the basis of the catalyst temperature is a temperature is provided.
- the amount of NOx occlusion reduction when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is switched to rich can be calculated accurately and easily.
- FIG. 1 is an overall view of an internal combustion engine.
- 2 (A) and 2 (B) are cross-sectional views of the surface portion of the catalyst carrier of the NOx storage reduction catalyst.
- 3A and 3B are diagrams showing a map of the first correction coefficient KC1.
- 4A and 4B are diagrams showing a map of the second correction coefficient KC2.
- 5A and 5B are diagrams showing a map of the third correction coefficient KC3.
- 6A and 6B are time charts for explaining the relationship between the oxygen storage amount OXYst and the lean time tL.
- FIG. 7 is a time chart for explaining how to supply fuel.
- FIG. 8 is a diagram showing a map of index IDXeg.
- FIG. 9 is a diagram showing a map of index IDXet.
- FIG. 10 is a diagram showing a map of index IDXsv.
- FIG. 11 is a diagram showing a map of index IDXsp.
- 12 (A) and 12 (B) are diagrams showing a map of the NOx occlusion speed Vst.
- FIG. 13 is a diagram showing a map of the NOx passage amount QNP.
- FIG. 14 is a time chart for explaining the control of the rich process based on the rich process request index IDX.
- FIGS. 15A and 15B are time charts for explaining control of rich processing based on the excess fuel ratio FER.
- FIG. 16 is a diagram showing a map of a second fuel amount portion QFE2 during the purge process.
- FIGS. 17A and 17B are time charts for explaining the success and failure of the purge process.
- FIG. 18 is a flowchart showing an exhaust purification control routine.
- FIG. 19 is a flowchart showing a rich process routine.
- FIG. 20 is a flowchart showing a purge processing routine.
- FIG. 21 is a flowchart showing a control routine for the rich flag XR.
- FIG. 22 is a flowchart showing a control routine for a purge flag XP.
- FIG. 23 is a flowchart showing a control routine for a purge flag XP.
- FIG. 24 is a flowchart showing a routine for calculating the NOx occlusion amount NOXst.
- FIG. 25 is a flowchart showing a routine for calculating the NOx occlusion amount NOXst.
- FIG. 25 is a flowchart showing a routine for calculating the NOx occlusion amount NOXst.
- FIG. 26 is a flowchart showing a routine for calculating a decrease NOXrd.
- FIG. 27 is a flowchart showing a control routine for a purge failure flag XPF.
- FIG. 28 is a flowchart showing a routine for calculating an excess fuel ratio FER.
- FIG. 29 is a flowchart showing a routine for calculating a rich process request index IDX.
- FIG. 30 is an overall view showing another embodiment of the compression ignition type internal combustion engine.
- FIG. 31 is a time chart for explaining another embodiment of the operation for calculating the NOx occlusion amount NOXst.
- FIG. 32 is a flowchart showing another embodiment of a routine for calculating the NOx occlusion amount NOXst.
- FIG. 33 is a flowchart showing a routine for calculating the NOx occlusion amount NOXst.
- FIG. 34 is a time chart for explaining a method of estimating a reduction amount RNrd by rich processing.
- FIG. 1 shows a case where the present invention is applied to a compression ignition type internal combustion engine.
- the present invention can also be applied to a spark ignition internal combustion engine.
- 1 is an engine body
- 2 is a combustion chamber of each cylinder
- 3 is an electromagnetically controlled fuel injection valve for injecting fuel into each combustion chamber
- 4 is an intake manifold
- 5 is an exhaust manifold.
- the intake manifold 4 is connected to the outlet of the compressor 7 c of the exhaust turbocharger 7 via the intake duct 6, and the inlet of the compressor 7 c is sequentially connected to the air flow meter 9 and the air cleaner 10 via the intake introduction pipe 8.
- An electrically controlled throttle valve 11 is disposed in the intake duct 6, and a cooling device 12 for cooling intake air flowing through the intake duct 6 is disposed around the intake duct 6.
- the exhaust manifold 5 is connected to the inlet of the exhaust turbine 7 t of the exhaust turbocharger 7, and the outlet of the exhaust turbine 7 t is connected to the exhaust aftertreatment device 20.
- Each fuel injection valve 3 is connected to a common rail 14 through a fuel supply pipe 13, and this common rail 14 is connected to a fuel tank 16 through an electrically controlled fuel pump 15 having a variable discharge amount. The fuel in the fuel tank 16 is supplied into the common rail 14 by the fuel pump 15, and the fuel supplied into the common rail 14 is supplied to the fuel injection valve 3 through each fuel supply pipe 13.
- a fuel pressure sensor (not shown) for detecting the fuel pressure in the common rail 14 is attached to the common rail 14 so that the fuel pressure in the common rail 14 matches the target pressure based on a signal from the fuel pressure sensor.
- the fuel discharge amount of the fuel pump 15 is controlled.
- the exhaust manifold 5 and the intake manifold 4 are connected to each other via an exhaust gas recirculation (hereinafter referred to as EGR) passage 17, and an electrically controlled EGR control valve 18 is disposed in the EGR passage 17.
- a cooling device 19 for cooling the EGR gas flowing in the EGR passage 17 is disposed around the EGR passage 17.
- the exhaust aftertreatment device 20 includes an exhaust pipe 21 connected to an outlet of the exhaust turbine 7t.
- the exhaust pipe 21 is connected to a casing 22, and the casing 22 is connected to an exhaust pipe 23.
- a relatively small capacity three-way catalyst 24 is accommodated on the upstream side in the casing 22, and a relatively large capacity NOx storage reduction catalyst 25 is accommodated on the downstream side.
- the three-way catalyst 24 and the NOx storage reduction catalyst 25 may be housed in separate casings. Further, the three-way catalyst 24 may be omitted.
- the exhaust pipe 21 is provided with a temperature sensor 26 that detects the temperature of the exhaust gas flowing into the NOx storage reduction catalyst 25 and an air-fuel ratio sensor 27 that detects the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the casing 22.
- a temperature sensor 28 that detects a catalyst temperature that is the temperature of the NOx storage reduction catalyst 25 and a differential pressure sensor 29 that detects a differential pressure across the casing 22 are attached to the casing 22.
- an air-fuel ratio sensor 30 for detecting the air-fuel ratio of exhaust gas flowing out from the casing 22 is attached to the exhaust pipe 23.
- the electronic control unit 40 is composed of a digital computer, and is connected to each other by a bidirectional bus 41.
- a ROM (read only memory) 42, a RAM (random access memory) 43, a CPU (microprocessor) 44, an input port 45 and an output port 46 are connected. It comprises.
- the output voltages of the air flow meter 9, the temperature sensors 26 and 28, the air-fuel ratio sensors 27 and 30, and the differential pressure sensor 29 are input to the input port 45 via the corresponding AD converters 47.
- a load sensor 50 that generates an output voltage proportional to the amount of depression of the accelerator pedal 49 is connected to the accelerator pedal 49, and the output voltage of the load sensor 50 is input to the input port 45 via the corresponding AD converter 47.
- a crank angle sensor 51 that generates an output pulse every time the crankshaft rotates, for example, 30 degrees is connected to the input port 45.
- the CPU 44 calculates the engine speed based on the output pulse from the crank angle sensor 51.
- the NOx storage reduction catalyst 25 has a honeycomb structure and includes a plurality of exhaust gas flow passages separated from each other by thin partition walls.
- a catalyst carrier made of alumina, for example, is supported on both side surfaces of each partition wall.
- FIGS. 2A and 2B schematically show a cross section of the surface portion of the catalyst carrier 55. As shown in FIGS. 2 (A) and 2 (B), a noble metal catalyst 56 is dispersedly supported on the surface of the catalyst carrier 55, and a layer of NOx absorbent 57 is further provided on the surface of the catalyst carrier 55. Is formed.
- At least one selected from platinum Pt, palladium Pd, osmium Os, gold Au, rhodium Rh, iridium Ir, and ruthenium Ru is used as the noble metal catalyst 56, and the NOx absorbent 57 is configured as a component.
- the noble metal catalyst 56 at least one selected from platinum Pt, palladium Pd, osmium Os, gold Au, rhodium Rh, iridium Ir, and ruthenium Ru is used as the noble metal catalyst 56, and the NOx absorbent 57 is configured as a component.
- alkali metals such as potassium K, sodium Na and cesium Cs, alkaline earth such as barium Ba and calcium Ca, and rare earths such as lanthanum La and yttrium Y is used.
- the air-fuel ratio of the exhaust gas at that position NOx
- the absorbent 57 absorbs NOx when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lean, and performs the NOx absorption / release action of releasing the absorbed NOx when the oxygen concentration in the inflowing exhaust gas decreases. That is, the case where platinum Pt is used as the noble metal catalyst 56 and barium Ba is used as a component constituting the NOx absorbent 57 will be described as an example.
- the three-way catalyst 24 also has a honeycomb structure and includes a plurality of exhaust gas flow passages separated from each other by thin partition walls.
- a catalyst carrier made of, for example, alumina is supported on both surfaces of each partition wall, and a noble metal such as platinum Pt, palladium Pd, and rhodium Rh and an oxygen storage material such as cerium oxide are supported on the surface of the catalyst carrier. It is supported.
- This three-way catalyst 24 simultaneously purifies HC, CO, NOx contained in the exhaust gas when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is substantially the stoichiometric air-fuel ratio.
- the three-way catalyst 24 constitutes an oxygen storage catalyst that stores oxygen contained in the exhaust gas when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lean and releases the stored oxygen when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas becomes rich. .
- the oxygen storage material is made of cerium Ce
- the oxygen molecules O contained in the exhaust gas are described. 2 Is CeO 2 (Ce 2 O 3 -> 2CeO 2 ).
- the reaction proceeds in the reverse direction (2CeO 2 -> Ce 2 O 3 ), Oxygen molecule O 2 Is released.
- combustion is usually performed under a lean air-fuel ratio.
- the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas to the NOx storage reduction catalyst 25 is lean, NOx in the inflowing exhaust gas is stored in the NOx storage reduction catalyst 25 at this time.
- the NOx occlusion amount of the NOx occlusion reduction catalyst 25 increases, and eventually the NOx occlusion reduction catalyst 25 cannot occlude NOx. Therefore, in the embodiment according to the present invention, the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is temporarily enriched before the NOx occlusion reduction catalyst 25 is saturated with NOx, thereby releasing NOx from the NOx occlusion reduction catalyst 25. 2 I'm trying to reduce it. As a result, the NOx occlusion amount is reduced.
- a rich process for temporarily changing the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas to rich is performed.
- combustion is temporarily performed under the rich air-fuel ratio while decreasing the intake air amount and increasing the EGR gas amount.
- a large amount of carbon monoxide CO is contained in the exhaust gas, and this CO mainly acts as a reducing agent.
- a lot of fuel is required to perform rich processing. Therefore, in order to suppress fuel consumption, it is appropriately determined whether or not rich processing should be started during engine operation under a lean air-fuel ratio, and whether or not rich processing should be continued during rich processing.
- the NOx occlusion amount NOXst of the NOx occlusion reduction catalyst 25 is calculated, and the rich process is controlled based on the NOx occlusion amount NOXst.
- the NOx occlusion amount NOXst is repeatedly calculated based on the following formula E1.
- NOXin and NOXrd respectively represent an increment and a decrease of the NOX occlusion amount NOXst per unit time.
- the increment NOXin is set to the inflow NOx amount that is the NOx amount in the inflow exhaust gas when the air-fuel ratio of the inflow exhaust gas is lean, and is set to zero when the air-fuel ratio of the inflow exhaust gas is rich or the stoichiometric air-fuel ratio.
- the inflow NOx amount is calculated based on the engine operating state, for example, the engine load and the engine speed.
- a NOx sensor for detecting the inflow NOx amount is disposed in the exhaust passage upstream of the NOx storage reduction catalyst 25, and an increase NOXin when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lean is obtained based on the output of the NOx sensor. It may be.
- the decrease NOXrd is zero when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lean, and is calculated based on the following equation E2 when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is rich or the stoichiometric air-fuel ratio.
- k0 is a constant
- AFS is the stoichiometric air-fuel ratio
- AFI is the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas detected by the air-fuel ratio sensor 27
- E is the activation energy
- R is the gas constant
- T is detected by the temperature sensor 28.
- ⁇ t represents a calculation time interval
- KC represents a correction coefficient.
- the NOx reduction reaction is represented by the following reaction formula R1. Therefore, the time change dNOXst / dt of the NOx occlusion amount when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is rich is expressed by the following equation E3 in consideration of the reaction rate of the reaction equation R1.
- k represents a constant
- QCO represents an inflow CO amount that is the CO amount in the inflow exhaust gas.
- the inflow CO amount QCO increases as the richness of the air-fuel ratio AFI of the inflowing exhaust gas, that is, the deviation (AFS-AFI) of the air-fuel ratio AFI of the inflowing exhaust gas with respect to the stoichiometric air-fuel ratio AFS increases. Therefore, since the left side of the equation E4 is equal to the negative value ( ⁇ NOXrd) of the decrease NOXrd, the equation E2 is derived by introducing the correction coefficient KC into the equation E4. Using the above-described equation E2, it is possible to easily and accurately calculate the decrease NOXrd during the rich process. In fact, it has been experimentally confirmed that the decrease NOXrd can be calculated with an error of about 3 percent.
- the decrease NOXrd is repeatedly calculated using the above-described equation E2, and the NOx occlusion amount NOXst is repeatedly updated by the decrease NOXrd.
- the decrease NOXrd is calculated based on the inflow CO amount QCO, the NOx occlusion amount NOXst, and the catalyst temperature T.
- the decrease NOXrd is calculated based on the NOx occlusion amount NOXst.
- the conventional calculation method cannot always calculate the decrease NOXrd accurately. Therefore, as long as it is based on such an inaccurate NOx occlusion amount NOXst, the decrease NOXrd cannot always be calculated accurately.
- the decrease NOXrd based on the NOx occlusion amount NOXst.
- NOx occlusion amount NOXst that is, the decrease NOxrd during the rich process is calculated without obtaining the outflow NOx amount that is the amount of NOx flowing out from the NOx occlusion reduction catalyst 25.
- the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is rich, it becomes difficult to accurately detect the outflow NOx amount with the NOx sensor disposed in the exhaust passage of the NOx storage reduction catalyst 25.
- the decrease NOXrd can be accurately calculated.
- the decrease NOXrd is calculated based on the following terms using the inflow reductant amount QRED, the NOx occlusion amount NOXst, and the catalyst temperature T, which is the amount of reductant in the inflow exhaust gas.
- the concept of calculating the decrease NOXrd based on the inflow reducing agent amount QRED, the NOx occlusion amount NOXst, and the catalyst temperature T is that the reducing agent is CO, H 2 It can be applied not only to other materials such as hydrocarbon HC. Therefore, when further generalized, the reduced amount NOXrd is calculated based on the inflow reducing agent amount QRED, the NOx occlusion amount NOXst, and the catalyst temperature T.
- the correction coefficient KC in the equation E2 is calculated based on the following formula E6.
- KC1, KC2, and KC3 represent a first correction coefficient, a second correction coefficient, and a third correction coefficient, respectively.
- Each correction coefficient KC1, KC2, KC3 is set to 1.0 when there is no need to correct each.
- the first correction coefficient KC1 is used to correct the amount of decrease NOXrd based on the CO passage amount that is the amount of CO passing through the NOx storage reduction catalyst 25 without reducing NOx during the rich process. That is, as the CO passing amount increases, the decrease NOXrd decreases. Therefore, the decrease NOXrd is corrected to decrease by the first correction coefficient KC1. As shown in FIG.
- the first correction coefficient KC1 becomes smaller as the intake air amount Ga detected by the air flow meter 9 increases, and the difference between the front and rear of the casing 22 detected by the differential pressure sensor 29 is increased.
- the pressure dP decreases as the pressure dP decreases. That is, the CO passage amount increases as the inflowing exhaust gas amount increases. Further, as the degree of clogging of the casing 22 in which the three-way catalyst 24 and the NOx storage reduction catalyst 25 are housed becomes small, the residence time of the exhaust gas in the casing 22 is shortened, and thus the amount of CO passing is increased.
- the inflow exhaust gas amount is represented by the intake air amount Ga.
- the degree of clogging of the casing 22 is represented by the differential pressure dP.
- the intake air amount Ga and the differential pressure dP are detected, and the first correction coefficient KC1 is calculated based on the intake air amount Ga and the differential pressure dP.
- the first correction coefficient KC1 is stored in the ROM 42 in the form of a map shown in FIG. 3B as a function of the intake air amount Ga and the differential pressure dP.
- the second correction coefficient KC2 is used to correct the amount of decrease NOXrd based on the degree of deterioration of the NOx storage reduction catalyst 25. That is, the decrease NOXrd decreases as the degree of deterioration increases. Therefore, the decrease NOXrd is corrected to decrease by the second correction coefficient KC2. As shown in FIG.
- the second correction coefficient KC2 decreases as the integrated value ST of the catalyst temperature increases, and decreases as the SOx storage amount SOXst of the NOx storage reduction catalyst 25 increases. That is, as the integrated value ST of the catalyst temperature increases, the degree of thermal deterioration of the NOx storage reduction catalyst 25 increases. Further, as the SOx occlusion amount SOXst of the NOx occlusion reduction catalyst 25 increases, the NOx occlusion capacity of the NOx occlusion reduction catalyst 25 decreases, and therefore the degree of deterioration increases.
- the integrated value ST of the catalyst temperature and the SOx occlusion amount SOXst are calculated, and the second correction coefficient KC2 is calculated based on the integrated value ST of the catalyst temperature and the SOx occlusion amount SOXst.
- the second correction coefficient KC2 is stored in the ROM 42 in the form of a map shown in FIG. 4B as a function of the integrated value ST of the catalyst temperature and the SOx occlusion amount SOXst.
- the third correction coefficient KC3 corrects the inflow CO amount QCO to be reduced based on the CO consumption in the exhaust gas consumed by the three-way catalyst 24 during the rich process, and consequently reduces the decrease NOXrd to a decrease. Is to do.
- the third correction coefficient KC3 decreases as the intake air amount Ga decreases, and the air-fuel ratio AFI of the inflowing exhaust gas is maintained lean until the rich process is started. As the lean time tL, which is the waiting time, becomes longer, it becomes smaller. That is, the CO consumption increases as the inflowing exhaust gas amount represented by the intake air amount Ga decreases.
- the CO consumption increases as the oxygen storage amount OXYst of the three-way catalyst 24 increases when the rich process is started.
- the oxygen storage amount OXYst of the three-way catalyst 24 when the rich process is started is represented by the lean time tL.
- the third correction coefficient KC3 is stored in the ROM 42 in the form of a map shown in FIG. 5B as a function of the intake air amount Ga and the lean time tL. The lean time tL will be further described.
- the oxygen storage amount OXYst of the three-way catalyst 24 is increased, and then the rich process is shown as X. Is started.
- the lean time tL is short as shown in FIG. 6B
- the rich process is started as indicated by X while the oxygen storage amount OXYst is small. Therefore, the lean time tL represents the oxygen storage amount OXYst when the rich process is started. Therefore, the intake air amount Ga and the lean time tL are detected, and the third correction coefficient KC3 is calculated based on the intake air amount Ga and the lean time tL.
- the third correction coefficient KC3 is stored in the ROM 42 in the form of a map shown in FIG. 5B as a function of the intake air amount Ga and the lean time tL.
- the oxygen storage reaction of the three-way catalyst 24 when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lean is represented by the following reaction formula R3. Therefore, the oxygen storage amount OXYst is calculated from the time change dOXYst / dt of the oxygen storage amount of the three-way catalyst 24 obtained in consideration of the reaction rate of the reaction formula R3, and the inflowing CO amount based on the calculated oxygen storage amount OXYst. May be corrected.
- the constant k0 in the equation E2 is obtained in advance by experiments. That is, for example, the decrease NOXtd is measured under various NOx occlusion amounts NOXst and the catalyst temperature T.
- the measured decrease NOXrd is substituted into Equation E2 to calculate k0, and by averaging these k0, a constant k0 is calculated.
- NOx reduction not only NOx reduction, but also NOx occlusion, NOx reduction by reducing agents other than CO in the exhaust gas, for example, hydrogen and hydrocarbons, NOx occlusion amount NOXst and catalyst temperature T, three-dimensional distribution, rich Changes in the catalyst temperature T during processing, NOx outflow from the NOx storage reduction catalyst 25 when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas switches from lean to rich, NOx storage reduction when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lean An outflow of NOx from the catalyst 25 occurs.
- the increase NOXin is set to the inflow NOx amount, and the decrease NOXrd is made zero.
- the increment NOXin is set to zero, and the decrease NOXrd is calculated using Equation E2.
- the NOx occlusion amount NOXst in order to release and reduce almost all of the NOx stored in the NOx storage reduction catalyst 25, a purge process for temporarily switching the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas to rich is performed. . If the NOx occlusion amount NOXst is returned to zero when almost all NOx in the NOx occlusion reduction catalyst 25 is released and reduced by the purge process, the NOx occlusion amount NOXst accurately represents the actual NOx occlusion amount.
- the end stage of the expansion stroke in addition to the main fuel M for obtaining the engine output supplied around the compression top dead center (TDC), the end stage of the expansion stroke.
- additional fuel A is injected from the fuel injection valve 3 in the exhaust stroke, whereby the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is switched to rich.
- the inflowing exhaust gas contains a large amount of HC, and HC mainly acts as a reducing agent.
- the additional fuel A hardly contributes to the engine output.
- additional fuel A is supplied every time the cylinder enters the expansion stroke or the exhaust stroke.
- the additional fuel A or the reducing agent is supplied into the combustion chamber 2 in a secondary and pulse form.
- additional fuel A may be injected from the fuel injection valve 3 immediately after the main fuel M is injected, as shown in (ii) of FIG. .
- the additional fuel A partially burns in the combustion chamber 2, and thus partially contributes to the engine output. For this reason, a mechanism for absorbing an additional output from the additional fuel A, for example, an electric motor of a hybrid vehicle is required.
- the main fuel M may be used to temporarily perform combustion under a rich air-fuel ratio.
- FIG. 7 (iv) shows a case where combustion is performed under a lean air-fuel ratio and no additional fuel is injected. Even during the rich processing, additional fuel A can be injected as shown in FIG. 7 (i) or (ii) in order to switch the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas to rich.
- the rich processing request index IDX is repeatedly calculated when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lean.
- the rich process request index IDX indicates the degree of necessity of the rich process, and indicates that the necessity of the rich process increases as the rich process request index IDX increases (0 ⁇ IDX ⁇ 1).
- the rich process is not performed when the rich process request index IDX is smaller than the threshold value TH, and the rich process is performed when the rich process request index IDX is larger than the threshold value TH.
- the rich process request index IDX is calculated based on the following formula E7.
- IDX1 and IDX2 represent a first index and a second index, respectively.
- the first index IDX1 is determined according to the reducing agent utilization efficiency when it is assumed that the rich process is performed. It is calculated based on the following formula E8 using IDXeg and IDXet.
- the index IDXeg is obtained based on the inflow exhaust gas amount.
- the index IDXeg is obtained in advance by standardizing the reducing agent utilization efficiency that varies according to the intake air amount Ga representing the inflowing exhaust gas amount (0 ⁇ IDXeg ⁇ 1). That is, as shown in FIG. 8, the index IDXeg increases as the intake air amount Ga decreases, and is maintained at 1 when the intake air amount Ga further decreases.
- the index IDXeg is stored in the ROM 42 in the form of a map shown in FIG. 8 as a function of the intake air amount Ga.
- the index IDXet is obtained based on the catalyst temperature T.
- the index IDXet is obtained in advance by normalizing the reducing agent utilization efficiency that varies according to the catalyst temperature T (0 ⁇ IDXet ⁇ 1). That is, as shown in FIG. 9, the index IDXet increases as the catalyst temperature T increases when the catalyst temperature T is low, and decreases as the catalyst temperature T increases when the catalyst temperature T is high.
- the index IDXet is stored in the ROM 42 as a function of the catalyst temperature T in the form of a map shown in FIG.
- the second index IDX2 is determined according to the NOx occlusion capacity of the NOx occlusion reduction catalyst 25, and is calculated based on the following formula E9 using the indices IDXsv and IDXsp.
- NOx occlusion speed Vst 0. ⁇ Vst ⁇ 1
- the index IDXsv is the NOx occlusion speed Vst. It is required based on. That is, NOx is less likely to be stored in the NOx storage reduction catalyst 25 as the NOx storage speed Vst decreases. As shown in FIG.
- the index IDXsv increases from zero as the NOx occlusion speed Vst decreases from 1, and is maintained at 1 when it falls below the allowable lower limit LV (0 ⁇ IDXsv ⁇ 1).
- the index IDXsv is stored in the ROM 42 in the form of a map shown in FIG. 10 as a function of the NOx occlusion speed Vst.
- the index IDXsp is obtained based on the NOx passage amount QNP that is the amount of NOx that passes through the NOx storage reduction catalyst when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lean. That is, as the NOx passage amount QNP increases, NOx is less likely to be stored in the NOx storage reduction catalyst 25. As shown in FIG.
- the index IDXsp increases as the NOx passage amount QNP increases, and is maintained at 1 when the allowable upper limit UN is exceeded (0 ⁇ IDXsp ⁇ 1).
- the index IDXsp is stored in the ROM 42 in the form of a map shown in FIG. 11 as a function of the NOx passage amount QNP.
- the NOx occlusion speed Vst increases as the NOx occlusion amount NOXst decreases.
- the NOx occlusion speed Vst increases as the catalyst temperature T increases.
- it is high it decreases as the catalyst temperature T increases.
- the NOx occlusion speed Vst is stored in the ROM 42 in the form of a map shown in FIG.
- the NOx passage amount QNP is stored in the ROM 42 in the form of a map shown in FIG. 13 as a function of the inflow NOx amount QNI, the NOx occlusion speed Vst, and the NOx passage rate RP.
- the NOx passage rate RP is the ratio of the NOx amount that has passed through the NOx storage reduction catalyst 25 to the inflow NOx amount when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lean.
- the ROM 42 as a function of the intake air amount Ga that represents the exhaust gas flow rate. Is stored within.
- the rich process request index IDX may be obtained based on one of the first index IDX1 and the second index IDX2. Further, the first index IDX1 may be obtained based on one of the index IDXeg and the index IDXet, or the second index IDX2 may be obtained based on either the index IDXsv or the index IDXsp. Also good.
- the index IDXet, IDXet is increased, the first index IDX1 is increased.
- the second index IDX2 is increased, so that the rich process request index IDX is increased.
- the rich process is performed when the rich process request index IDX becomes greater than the threshold value TH.
- the NOx occlusion speed Vst described above is repeatedly calculated during the rich process. Since the NOx occlusion amount NOXst gradually decreases during the rich process, the NOx occlusion speed Vst gradually increases.
- the rich process is completed when the NOx occlusion speed Vst reaches a predetermined target NOx occlusion speed TVst.
- the target NOx occlusion speed TVst is set to be smaller than 1, and the NOx occlusion amount NOXst is not reduced to zero by the rich process.
- NOx occluded in the NOx occlusion reduction catalyst 25 is partially released and reduced, so that consumption of fuel or reducing agent can be suppressed.
- X in FIG. 14 when the rich process request index IDX becomes larger than the threshold value TH, the rich process is started, and when the NOx occlusion speed Vst reaches the target NOx occlusion speed TVst during the rich process, the rich process is started. The process will be completed.
- the rich process is controlled based on the excess fuel ratio FER.
- This fuel excess ratio FER is repeatedly calculated based on the following formula E10.
- SQFO represents an operating fuel amount integrated value
- SQFE represents an excess fuel amount integrated value.
- the operating fuel amount integrated value SQFO is an integrated value of the operating fuel amount QFO, which is the amount of fuel supplied for engine operation under a lean air-fuel ratio.
- the excess fuel amount integrated value SQFE is an excess fuel amount QFE that is the amount of fuel supplied in addition to the operating fuel amount QFO in order to make the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas rich, that is, for rich processing and purge processing. Is an integrated value of. In the example shown in (i) or (ii) of FIG.
- the operating fuel amount QFO corresponds to the amount of the main fuel M
- the excess fuel amount QFE corresponds to the amount of the additional fuel A.
- the second fuel amount portion QFE2 represents the amount of fuel that can substantially act as a reducing agent.
- the second fuel amount portion QFE2 is set so that the air-fuel ratio AFI of the inflowing exhaust gas becomes the target rich air-fuel ratio.
- Fuel excess ratio FER represents the degree of deterioration of the fuel consumption rate due to rich processing or purge processing. That is, when the rich process or the purge process is started, the excess fuel amount integrated value SQFE gradually increases, so that the excess fuel ratio FER gradually increases. On the other hand, if the rich process and the purge process are not performed, the excess fuel amount integrated value SQFE does not increase, so the excess fuel ratio FER gradually decreases. It is not preferable that the excess fuel ratio FER is excessively large.
- the rich process is interrupted when the excess fuel ratio FER exceeds the predetermined upper limit value UR1 during the rich process.
- the excessive fuel ratio FER means that the rich process and the purge process have not been performed for a long time, which is also not preferable. Therefore, in the embodiment according to the present invention, when the excess fuel ratio FER becomes smaller than the predetermined lower limit value LR1, the rich process is performed regardless of the rich process request index IDX. As a result, it is possible to prevent NOx release and reduction action from being performed for a long time.
- the intake air amount Ga representing the inflow exhaust gas amount is larger than the upper limit amount UG2, the catalyst temperature T is lower than the lower limit temperature T2, or the NOx occlusion amount NOXst is lower than the lower limit amount LN2.
- the number is small, it is determined that the purge condition is not satisfied, and the purge process is prohibited.
- the purge process is started.
- the main fuel M and the additional fuel A are supplied to each cylinder as described above with reference to FIG.
- the amount of the main fuel M and the amount of the additional fuel A correspond to the operating fuel amount QFO and the excess fuel amount QFE, respectively.
- the excess fuel amount QFE is the first fuel amount portion QFE1 and the second fuel amount. It is the sum of the partial QFE2.
- the second fuel amount partial integrated value SQFE2 when the purge process is started, the second fuel amount partial integrated value SQFE2 is repeatedly calculated, and when the second fuel amount partial integrated value SQFE2 reaches the purge fuel amount QFP, the supply of additional fuel A is performed. Is stopped, and thus the purge process is completed. In this case, it can be considered that the purge fuel amount QFP is divided and supplied by the second fuel amount portion QFE2.
- the purge fuel amount QFP is calculated based on the following formula E11 using the NOx occlusion amount NOXst0 when the purge process should be started.
- MNOX represents the molecular weight of NOx
- RHC represents the stoichiometric ratio of HC to NOx (for example, 2.5)
- MHC represents the average molecular weight of HC (for example, 44). That is, the purge fuel amount QFP is set to the stoichiometric amount of the NOx occlusion amount NOxst0 with respect to NOx, that is, the amount theoretically required to reduce NOx by NOXst0. This is because the purge process is performed when the inflowing exhaust gas amount is small, so that the residence time of the HC or the reducing agent in the NOx occlusion reduction catalyst 25 becomes considerably long. This is because it is considered to react with the stoichiometric ratio RHC.
- the second fuel amount portion QFE2 represents the amount of fuel that can substantially act as a reducing agent. Therefore, by setting the purge fuel amount QFP in this way, almost all NOx in the NOx storage reduction catalyst 25 can be reduced by the purge process.
- the second fuel amount portion QFE2 at the time of the purge process is set as follows. Part of the additional fuel A once adheres to the exhaust passage upstream of the NOx storage reduction catalyst 25, for example, the exhaust manifold 5, the exhaust turbine 7t, and the inner wall surface of the exhaust pipe 21, and then evaporates and then flows into the NOx storage reduction catalyst 25 There is a case.
- adhering fuel the additional fuel A once adhering to the inner wall surface of the exhaust passage
- the adhering fuel flows into the NOx storage reduction catalyst 25 with a delay from the normal timing, which is not preferable.
- the amount of attached fuel increases as the temperature of the inner wall surface of the exhaust passage upstream of the NOx storage reduction catalyst 25 decreases.
- the inner wall surface temperature of the exhaust passage upstream of the NOx storage reduction catalyst 25 is expressed by the temperature of the exhaust gas flowing into the NOx storage reduction catalyst 25, for example. Therefore, in the embodiment according to the present invention, as shown in FIG. 16, the purge is performed so that the temperature Tex of the exhaust gas flowing into the NOx storage reduction catalyst 25 detected by the temperature sensor 26 (FIG.
- the first fuel portion QFE1 is for reducing the air-fuel ratio AFI of the inflowing exhaust gas from the lean air-fuel ratio obtained by the operating fuel amount QFO to the stoichiometric air-fuel ratio AFS as described above. Therefore, the first fuel amount portion QFE1 is calculated based on the following equation E12.
- the purge process is prohibited when it is determined that the purge condition is not satisfied.
- the purge process is also prohibited in the following cases. If the purge time tP, which is the time required from the start of the purge process to completion, becomes longer, the possibility that the purge process will fail increases. Therefore, in the embodiment according to the present invention, the predicted purge time PtP that is the predicted value of the purge time tP when it is assumed that the purge process has been performed is obtained, and when the predicted purge time PtP is longer than the predetermined upper limit time Ut, The purge process is prohibited. As a result, the possibility that the purge process will fail can be kept low.
- Whether the purge process has succeeded or failed is determined as follows. In other words, if the engine acceleration operation is performed during the purge process, the intake air amount Ga representing the inflow exhaust gas amount greatly increases, and the air-fuel ratio AFI of the inflow exhaust gas cannot be maintained rich. In this case, almost all NOx in the NOx occlusion reduction catalyst 25 cannot be released and reduced. Therefore, when the acceleration operation is performed during the purge process, it is determined that the purge process has failed. On the other hand, if the acceleration operation is not performed during the purge process, the air-fuel ratio AFI of the inflowing exhaust gas is maintained rich. Therefore, when the acceleration operation is not performed during the purge process, it is determined that the purge process is successful.
- the predicted purge time PtP is calculated based on, for example, the purge fuel amount QFP, the second fuel amount portion QFE2, and the engine speed. That is, the purge time tP is a time required for the second fuel amount partial integrated value SQFE2 to reach the purge fuel amount QFP. Further, since the second fuel amount portion QFE2 is supplied every expansion stroke or exhaust stroke (see FIG. 7 (i)), the time interval during which the second fuel amount portion QFE2 is supplied is determined according to the engine speed. . Therefore, the predicted purge time PtP can be predicted based on the purge fuel amount QFP, the second fuel amount portion QFE2, and the engine speed. On the other hand, when the purge process is performed, the excess fuel ratio FER (E10) increases.
- the predicted excess fuel ratio PFER which is the predicted value of the excess fuel ratio FER when it is assumed that the purge process is performed, is obtained, and the predicted excess fuel ratio PFER is set to a predetermined upper limit value UR2. When exceeding, purge processing is prohibited. As a result, it is possible to prevent the excess fuel ratio FER from increasing.
- the upper limit value UR2 may be the same as or different from the above upper limit value UR1.
- the predicted fuel excess ratio PFER is calculated as follows, for example.
- the purge fuel amount QFP is calculated from the current NOx occlusion amount NOXst
- the predicted purge time PtP is calculated from the purge fuel amount QFP
- the operating fuel amount QFO total value and the first fuel amount partial total value at the predicted purge time PtP are calculated. Each is calculated.
- the operating fuel amount QFO total value is added to the current operating fuel amount integrated value SQFO
- the first fuel amount partial total value and the purge fuel amount QFP are added to the excess fuel amount integrated value SQEF.
- the purge process may succeed or may fail.
- the purge process is successful, it can be considered that all of the NOx in the NOx storage reduction catalyst 25 has been released and reduced. However, this cannot be considered when the purge process fails. Therefore, in the embodiment according to the present invention, it is determined whether the purge process is successful or unsuccessful, and when it is determined that the purge process is successful, the NOx occlusion amount NOXst is returned to zero. On the other hand, when it is determined that the purge process has failed, the NOx occlusion amount NOXst is held at the value at the start of the purge process.
- FIG. 17B when the acceleration operation is performed during the purge process, it is determined that the purge process has failed, and the NOx occlusion amount NOXst is held at the value at the start of the purge process.
- FIG. 17A when the acceleration operation is not performed during the purge process, it is determined that the purge process is successful, and the NOx occlusion amount NOXst is returned to zero.
- FIG. 18 shows an exhaust purification control routine of the embodiment according to the present invention. This routine is executed by interruption every predetermined time. Referring to FIG.
- step 100 it is determined whether or not the rich flag XR is set.
- the routine proceeds to step 101 where a rich processing routine is executed. This rich processing routine is shown in FIG.
- the routine proceeds from step 100 to step 102, where it is determined whether or not the purge flag XP is set.
- step 110 the NOx occlusion amount NOXst calculated in the routines of FIGS. 24 and 25 is read.
- the NOx occlusion speed Vst of the NOx occlusion reduction catalyst 25 is calculated from the NOx occlusion amount NOXst using the map of FIG.
- step 112 it is determined whether or not the NOx storage speed Vst is equal to or higher than the target NOx storage speed TVst.
- step 113 the excess fuel ratio FER calculated in the routine of FIG. 28 is read.
- step 114 it is determined whether or not the excess fuel ratio FER is equal to or lower than the upper limit value UR1.
- FER ⁇ UR1 the routine proceeds to step 115 where rich combustion is started or continued.
- step 116 rich combustion is stopped, and therefore the rich process is interrupted.
- step 117 the rich flag XR is reset.
- step 120 it is determined in step 120 whether or not the purge fuel amount QFP has already been calculated.
- the routine proceeds to step 121, where the purge fuel amount QFP is calculated using Equation E11.
- the routine proceeds to step 122.
- the purge fuel amount QFP has already been calculated, the routine proceeds from step 120 to step 122.
- the first fuel amount portion QFE1 is calculated using the equation E12.
- the second fuel amount portion QFE2 is calculated using the map of FIG.
- step 126 it is determined whether or not the second fuel amount partial integrated value SQFE2 has reached the purge fuel amount QFP.
- SQFE2 ⁇ QFP the processing cycle is terminated, and thus the purge process is continued.
- step 127 the purge flag XP is reset. Therefore, the purge process is completed.
- FIG. 21 shows a control routine for the rich flag XR. This routine is executed by interruption every predetermined time. Referring to FIG. 21, in step 130, it is determined whether or not both the rich flag XR and the purge flag XP are reset. When the rich flag XR or the purge flag XP is set, the processing cycle is terminated. Therefore, the rich process is not started when the rich process or the purge process is being performed. When both the rich flag XR and the purge flag XP are reset, the routine proceeds to step 131, where the excess fuel ratio FER calculated in the routine of FIG. 28 is read.
- step 132 it is determined whether or not the excess fuel ratio FER is equal to or higher than the lower limit value LR1.
- the routine proceeds to step 133, where the rich process request index IDX calculation routine is executed. This routine is shown in FIG.
- step 134 it is determined whether or not the rich process request index IDX is larger than the threshold value TH.
- IDX> TH the routine proceeds to step 135 where the rich flag XR is set. Therefore, rich processing is performed.
- step 136 the rich flag XR is reset. That is, in this case, rich processing is not performed.
- step 132 when FER ⁇ LR1 at step 132, the routine jumps to step 135 and the rich flag XR is set. That is, in this case, rich processing is performed regardless of the rich processing request index IDX.
- 22 and 23 show the control routine of the purge flag XR. This routine is executed by interruption every predetermined time. Referring to FIGS. 22 and 23, in step 140, it is determined whether or not both the rich flag XR and the purge flag XP are reset. When the rich flag XR or the purge flag XP is set, the processing cycle is terminated. Therefore, the purge process is not started when the rich process or the purge process is being performed.
- step 141 it is determined whether or not the intake air amount Ga is smaller than the upper limit amount UG2.
- Ga ⁇ UG2 the routine proceeds to step 142 where it is determined whether the catalyst temperature T is equal to or higher than the lower limit temperature LT2.
- step 143 the routine proceeds to step 143, where it is judged if the NOx occlusion amount NOXst is equal to or larger than the lower limit amount LN2.
- NOXst ⁇ LN2 the routine then proceeds to step 144 where a routine for calculating the predicted purge time PtP is executed. This routine is illustrated in FIG.
- step 145 it is determined whether or not the predicted purge time PtP is less than or equal to the upper limit time Ut.
- the routine proceeds to step 146, where the predicted excess fuel ratio PFER is calculated.
- step 147 it is determined whether or not the predicted excess fuel ratio PFER is equal to or less than the upper limit value UR2.
- the routine proceeds to step 148, where the purge flag XP is set. Accordingly, in this case, a purge process is performed.
- step 150 it is judged if the purge flag XP is reset.
- the purge flag XP is set, that is, when the purge process is being performed, the processing cycle is terminated.
- the routine proceeds to step 151 where it is determined whether or not the purge flag XP was set in the previous process cycle.
- the routine proceeds to step 152 where the outflow exhaust gas air-fuel ratio AFO is equal to or lower than the stoichiometric air-fuel ratio AFS, that is, outflow exhaust gas. It is determined whether the air-fuel ratio AFO is the stoichiometric air-fuel ratio or rich.
- step 153 When AFO> AFS, that is, when the air-fuel ratio AFO of the outflow exhaust gas is lean, the routine proceeds to step 153, where the inflow NOx amount is calculated, and the increase NOXin is set to the inflow NOx amount. In the following step 154, the decrease NOXrd is made zero. Next, the routine proceeds to step 157.
- AFO ⁇ AFS that is, when the air-fuel ratio AFO of the outflow exhaust gas is the stoichiometric air-fuel ratio or rich
- the routine proceeds to step 155, where the increment NOXin is made zero.
- step 156 a routine for calculating the decrease NOXrd is executed. This routine is illustrated in FIG. Next, the routine proceeds to step 157.
- step 157 the NOx occlusion amount NOXst is updated using the equation E1.
- the routine proceeds from step 151 to step 158 to determine whether or not the purge failure flag XPF is reset. .
- the routine proceeds to step 159, where the NOx occlusion amount NOXst is returned to zero.
- step 158 the routine proceeds from step 158 to step 160, where the purge failure flag XPF is reset.
- the processing cycle is then terminated. Therefore, when the purge process fails, the NOx occlusion amount NOXst is not updated, that is, held at the value at the start of the purge process.
- step 170 the air-fuel ratio AFI of the inflowing exhaust gas is read.
- step 171 the NOx occlusion amount NOXst is read.
- step 172 the catalyst temperature T is read.
- FIG. 27 shows a control routine for the purge failure flag XPF. This routine is executed by interruption every predetermined time. Referring to FIG. 27, in step 180, it is determined whether or not the purge failure flag XPF is reset. When the purge failure flag XPF is reset, the routine proceeds to step 181 where it is determined whether or not the purge flag XP is set.
- step 182 When the purge flag XP is set, that is, during the purge process, the routine proceeds to step 182 where it is determined whether or not an acceleration operation is being performed. When the acceleration operation is being performed, the routine proceeds to step 183 where the purge failure flag XPF is set. In contrast, when the purge failure flag XPF is set at step 180, when the purge flag XP is reset at step 181, or when the acceleration operation is not performed at step 182, the processing cycle is terminated.
- FIG. 28 shows a routine for calculating the excess fuel ratio FER. This routine is executed by interruption every predetermined time. Referring to FIG. 28, in step 190, the operating fuel amount integrated value SQFO is calculated by integrating the operating fuel amount QFO.
- FIG. 29 shows a routine for calculating the rich process request index IDX. This routine is executed by interruption every predetermined time. Referring to FIG. 29, in step 200, it is determined whether or not both the rich flag XR and the purge flag XP are reset. When the rich flag XR or the purge flag XP is set, the processing cycle is terminated. When both the rich flag XR and the purge flag XP are reset, the routine proceeds to step 201, where the index IDXeg is calculated using the map of FIG.
- the index IDXet is calculated using the map of FIG.
- the first index IDX1 is calculated using the mathematical formula E8.
- the index IDXsv is calculated using the map of FIG.
- the index IDXsp is calculated using the map of FIG.
- the second index IDX2 is calculated using the mathematical formula E9.
- the rich process request index IDX is calculated using the mathematical formula E7.
- FIG. 30 shows another embodiment of the compression ignition type internal combustion engine. In the embodiment shown in FIG. 30, the reducing agent addition valve 31 is attached to the exhaust passage upstream of the NOx storage reduction catalyst 25, for example, the exhaust manifold 5.
- a reducing agent such as CO or HC is added in a pulse form from the reducing agent addition valve 31, thereby making the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas temporarily rich.
- the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is maintained rich until the acceleration operation is performed, and NOx is released from the NOx storage reduction catalyst 25 and reduced. Therefore, in another embodiment according to the present invention, when it is determined that the purge process has failed, the NOx occlusion amount NOXst is decreased by the purge process, and the NOx occlusion amount NOXst is decreased by the decrease by the purge process. . As a result, the NOx occlusion amount NOXst can be accurately maintained even when it is determined that the purge process has failed. That is, when it is determined that the purge process has failed, the NOx occlusion amount NOXst is updated based on the following formula E13.
- PNrd represents a decrease amount of the NOx occlusion amount NOXst by one purge process.
- the amount of decrease PNrd due to this purge process is calculated as follows, for example. That is, as described above, in the purge process until the acceleration operation is performed, it is considered that HC or the reducing agent and NOx react with the stoichiometric ratio RHC. Therefore, if the effective HC amount, which is the amount of HC that effectively acts on the release and reduction of NOx during the purge process, is known, the decrease PNrd due to the purge process can be determined.
- the effective HC amount is represented by the air-fuel ratio AFI of the inflowing exhaust gas during the purge process.
- the effective HC amount increases as the deviation (AFS-AFI) of the air-fuel ratio AFI of the inflowing exhaust gas with respect to the stoichiometric air-fuel ratio AFS increases.
- the area of the closed region surrounded by the straight line representing the stoichiometric air-fuel ratio AFS and the curve representing the inflowing exhaust gas AFI represents the total effective HC amount during the purge process. Therefore, in another embodiment according to the present invention, the air-fuel ratio AFI of the inflowing exhaust gas is stored in the RAM 43 during the purge process, and when it is determined that the purge process has failed, the stored air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is stored. Based on the AFI, the area of the closed region is calculated.
- the entire effective HC amount is calculated based on this area, and the decrease amount PNrd due to the purge process is calculated based on the entire effective HC amount.
- the NOx occlusion amount NOXst is updated using Equation 13.
- the decrease amount PNrd due to the purge process is calculated based on the area of the closed region AR, and the NOx occlusion amount NOXst is decreased by the decrease amount PNrd.
- the 32 and 33 show another embodiment of the routine for calculating the NOx occlusion amount NOXst. This routine differs from the routine shown in FIGS. 24 and 25 in the following points.
- step 162 the NOx occlusion amount NOXst is updated using the equation E13.
- HC or reducing agent in the inflowing exhaust gas may be consumed by the three-way catalyst 24. Therefore, the reduction amount PNrd due to the purge process may be corrected based on the amount of reducing agent consumed by the three-way catalyst 24 during the purge process.
- the NOx occlusion amount NOXst decreases as shown in FIG.
- the NOx occlusion amount NOXst decreases by the decrease amount RNrd from the NOx occlusion amount NOXst0 at the start of the rich process.
- the amount of decrease RNrd due to this rich process can be estimated as follows. That is, the reduction amount RNrd due to the rich process is equal to the sum of the reduction amount NOXrd. Then, the following formula E14 is obtained by integrating the formula E3. Assuming that the inflow CO amount QCO is constant during the rich process, the integral term of the equation E14 is equal to the area of the trapezoid hatched in FIG.
- tR is the time during which the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is rich due to the rich process. Therefore, the reduction amount RNrd due to the rich process is expressed by the following equation E16 from the equations E14 and E15.
- Kt is expressed by the following formula E17. Therefore, if the rich time tR is given, the reduction amount RNrd due to the rich process can be estimated using the mathematical formula E16. As a result, the reduction amount RNrd due to the rich process can be estimated easily and accurately.
- the utilization efficiency EFF of CO or the reducing agent when the rich process is performed is expressed by, for example, the following formula E18.
- QFR represents a rich fuel amount that is an integrated value of the second fuel amount portion QFE2 in one rich process, and can be obtained based on the rich time tR and the target rich air-fuel ratio.
- the reduction amount RNrd due to the rich process is estimated by the equation E16
- the utilization efficiency EFF can be estimated by the equation E18.
- the reduction amount RNrd of the NOx occlusion amount due to the rich processing is the NOx occlusion amount NOXst0 at the start of the rich processing, the inflow reducing agent amount QCO and the catalyst temperature T that are assumed to be constant during the rich processing. It will be estimated based on.
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Abstract
In an engine exhaust passage, there is arranged a NOx occluding/reducing catalyst for occluding NOx contained in inflow exhaust gases, when the inflow exhaust gases have a lean air/fuel ratio, and for releasing and reducing the occluded NOx when the air/fuel ratio of the inflow exhaust gases becomes rich. In order to release and reduce partially the NOx occluded in the NOx occluding/reducing catalyst, an enriching operation is performed to enrich the air/fuel ratio of the inflow exhaust gases temporarily. The NOx occluded quantity of the NOx occluding/reducing catalyst is calculated so that the enriching operation is controlled on the basis of the NOx occluded quantity. At the time of the enriching operation, the reduction of the NOx occluded quantity per unit time is calculated on the basis of the inflow reducer quantity that is the reducer quantity in the inflow exhaust gases, the NOx occluded quantity, and the catalyst temperature that is the temperature of the NOx occluding/reducing catalyst.
Description
本発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。
The present invention relates to an exhaust purification device for an internal combustion engine.
流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中に含まれるNOxを吸蔵し流入する排気ガスの空燃比がリッチになると吸蔵したNOxを放出し還元するNOx吸蔵還元触媒を機関排気通路内に配置した内燃機関が知られている。この内燃機関ではリーン空燃比のもとで燃焼が行われているときに発生するNOxがNOx吸蔵還元触媒に吸蔵される。一方、例えばNOx吸蔵還元触媒のNOx吸蔵量が多くなると、燃焼が一時的にリッチ空燃比のもとで行われて流入排気ガスの空燃比が一時的にリッチにされ、それによってNOx吸蔵還元触媒からNOxが放出され還元される。
この場合、NOx吸蔵還元触媒内に吸蔵されているすべてのNOxを放出し還元するように流入排気ガスの空燃比をリッチに切り換えると、極めて多量の燃料が消費され、燃料消費率が増加してしまう。
そこで、NOx吸蔵還元触媒内に吸蔵されているNOxを部分的に放出し還元するように流入排気ガスの空燃比をリッチに切り換えるようにした内燃機関も知られている。このようにすると、NOxを放出し還元するために消費される燃料量を低減することができる。
ところが、この場合には流入排気ガスの空燃比がリッチに切り換えられてもNOx吸蔵量がゼロにならない。したがって、NOx吸蔵量を正確に算出するためには、流入排気ガスの空燃比がリッチに切り換えられたときのNOx吸蔵量の減少分を正確に算出する必要がある。
そこで、流入排気ガス中の還元剤濃度及び酸素濃度と、触媒温度及び流入排気ガス流速に応じて定まる還元剤利用率と、流入排気ガス量とを用いた関数式から流入排気ガスの空燃比がリッチのときのNOx吸蔵量の減少分を算出する内燃機関が公知である(特許文献1参照)。
また、流入排気ガスの空燃比と触媒温度とに基づいて流入排気ガスの空燃比がリッチのときのNOx吸蔵量の減少分を算出する内燃機関が公知である(特許文献2参照)。 When the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lean, a NOx storage reduction catalyst that stores NOx contained in the exhaust gas and releases and reduces the stored NOx when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas becomes rich is placed in the engine exhaust passage. Arranged internal combustion engines are known. In this internal combustion engine, NOx generated when combustion is performed under a lean air-fuel ratio is stored in the NOx storage reduction catalyst. On the other hand, for example, when the NOx occlusion amount of the NOx occlusion reduction catalyst increases, combustion is temporarily performed under a rich air-fuel ratio, and the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is temporarily made rich, whereby the NOx occlusion reduction catalyst NOx is released and reduced.
In this case, if the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is switched rich so that all NOx stored in the NOx storage reduction catalyst is released and reduced, a very large amount of fuel is consumed, and the fuel consumption rate increases. End up.
Therefore, an internal combustion engine is also known in which the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is switched to be rich so that NOx occluded in the NOx occlusion reduction catalyst is partially released and reduced. In this way, it is possible to reduce the amount of fuel consumed for releasing and reducing NOx.
However, in this case, the NOx occlusion amount does not become zero even if the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is switched to rich. Therefore, in order to accurately calculate the NOx occlusion amount, it is necessary to accurately calculate the decrease in the NOx occlusion amount when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is switched to rich.
Therefore, the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas can be calculated from a functional equation using the reducing agent concentration and oxygen concentration in the inflowing exhaust gas, the reducing agent utilization factor determined according to the catalyst temperature and the inflowing exhaust gas flow rate, and the amount of inflowing exhaust gas. An internal combustion engine that calculates a decrease in the NOx occlusion amount when rich is known (see Patent Document 1).
Further, an internal combustion engine is known that calculates a decrease in the NOx occlusion amount when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is rich based on the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas and the catalyst temperature (see Patent Document 2).
この場合、NOx吸蔵還元触媒内に吸蔵されているすべてのNOxを放出し還元するように流入排気ガスの空燃比をリッチに切り換えると、極めて多量の燃料が消費され、燃料消費率が増加してしまう。
そこで、NOx吸蔵還元触媒内に吸蔵されているNOxを部分的に放出し還元するように流入排気ガスの空燃比をリッチに切り換えるようにした内燃機関も知られている。このようにすると、NOxを放出し還元するために消費される燃料量を低減することができる。
ところが、この場合には流入排気ガスの空燃比がリッチに切り換えられてもNOx吸蔵量がゼロにならない。したがって、NOx吸蔵量を正確に算出するためには、流入排気ガスの空燃比がリッチに切り換えられたときのNOx吸蔵量の減少分を正確に算出する必要がある。
そこで、流入排気ガス中の還元剤濃度及び酸素濃度と、触媒温度及び流入排気ガス流速に応じて定まる還元剤利用率と、流入排気ガス量とを用いた関数式から流入排気ガスの空燃比がリッチのときのNOx吸蔵量の減少分を算出する内燃機関が公知である(特許文献1参照)。
また、流入排気ガスの空燃比と触媒温度とに基づいて流入排気ガスの空燃比がリッチのときのNOx吸蔵量の減少分を算出する内燃機関が公知である(特許文献2参照)。 When the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lean, a NOx storage reduction catalyst that stores NOx contained in the exhaust gas and releases and reduces the stored NOx when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas becomes rich is placed in the engine exhaust passage. Arranged internal combustion engines are known. In this internal combustion engine, NOx generated when combustion is performed under a lean air-fuel ratio is stored in the NOx storage reduction catalyst. On the other hand, for example, when the NOx occlusion amount of the NOx occlusion reduction catalyst increases, combustion is temporarily performed under a rich air-fuel ratio, and the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is temporarily made rich, whereby the NOx occlusion reduction catalyst NOx is released and reduced.
In this case, if the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is switched rich so that all NOx stored in the NOx storage reduction catalyst is released and reduced, a very large amount of fuel is consumed, and the fuel consumption rate increases. End up.
Therefore, an internal combustion engine is also known in which the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is switched to be rich so that NOx occluded in the NOx occlusion reduction catalyst is partially released and reduced. In this way, it is possible to reduce the amount of fuel consumed for releasing and reducing NOx.
However, in this case, the NOx occlusion amount does not become zero even if the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is switched to rich. Therefore, in order to accurately calculate the NOx occlusion amount, it is necessary to accurately calculate the decrease in the NOx occlusion amount when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is switched to rich.
Therefore, the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas can be calculated from a functional equation using the reducing agent concentration and oxygen concentration in the inflowing exhaust gas, the reducing agent utilization factor determined according to the catalyst temperature and the inflowing exhaust gas flow rate, and the amount of inflowing exhaust gas. An internal combustion engine that calculates a decrease in the NOx occlusion amount when rich is known (see Patent Document 1).
Further, an internal combustion engine is known that calculates a decrease in the NOx occlusion amount when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is rich based on the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas and the catalyst temperature (see Patent Document 2).
しかしながら、いずれの場合も、NOx吸蔵量の減少分を必ずしも正確に算出できていないのが実際のところである。複雑な計算モデル等を用いればNOx吸蔵量の減少分を正確に算出できるかもしれないが、車両に搭載されたコンピュータでもって複雑な計算モデルを解くのは現実的でない。
However, in all cases, however, the actual decrease in the amount of NOx occlusion cannot always be calculated accurately. If a complicated calculation model or the like is used, the decrease in the NOx occlusion amount may be accurately calculated. However, it is not realistic to solve the complicated calculation model with a computer mounted on the vehicle.
本発明によれば、排気通路を有する内燃機関の排気浄化装置であって、排気通路内に配置されたNOx吸蔵還元触媒であって、流入排気ガスの空燃比がリーンのときには流入排気ガス中に含まれるNOxを吸蔵し流入排気ガスの空燃比がリッチになると吸蔵したNOxを放出し還元するNOx吸蔵還元触媒と、NOx吸蔵還元触媒内に吸蔵されたNOxを部分的に放出し還元するために流入排気ガスの空燃比を一時的にリッチに切り換えるリッチ処理を行うリッチ処理ユニットと、NOx吸蔵還元触媒のNOx吸蔵量を算出するNOx吸蔵量算出ユニットと、該NOx吸蔵量に基づいてリッチ処理を制御するリッチ処理制御ユニットと、を具備し、リッチ処理時に、流入排気ガス中の還元剤量である流入還元剤量と、NOx吸蔵量と、NOx吸蔵還元触媒の温度である触媒温度とに基づいてNOx吸蔵量の単位時間当たりの減少分が算出される内燃機関の排気浄化装置が提供される。
According to the present invention, there is provided an exhaust purification device for an internal combustion engine having an exhaust passage, which is a NOx occlusion reduction catalyst disposed in the exhaust passage, and is contained in the inflow exhaust gas when the air-fuel ratio of the inflow exhaust gas is lean. NOx occlusion / reduction catalyst that occludes NOx and releases and reduces occluded NOx when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas becomes rich, and NOx occluded in the NOx occlusion reduction catalyst partially releases and reduces A rich processing unit that performs rich processing for temporarily switching the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas to rich, a NOx storage amount calculation unit that calculates the NOx storage amount of the NOx storage reduction catalyst, and rich processing based on the NOx storage amount A rich processing control unit for controlling, an inflow reducing agent amount that is an amount of reducing agent in the inflowing exhaust gas, a NOx occlusion amount, and NO during the rich processing Storage reduction catalyst exhaust purifying apparatus for an internal combustion engine decrease per unit of time the NOx storage amount is calculated on the basis of the catalyst temperature is a temperature is provided.
流入排気ガスの空燃比がリッチに切り換えられたときのNOx吸蔵量の減少分を正確にかつ簡単に算出することができる。
The amount of NOx occlusion reduction when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is switched to rich can be calculated accurately and easily.
図1 内燃機関の全体図である。
図2(A)及び2(B) NOx吸蔵還元触媒の触媒担体の表面部分の断面図である。
図3(A)及び3(B) 第1の補正係数KC1のマップを示す図である。
図4(A)及び4(B) 第2の補正係数KC2のマップを示す図である。
図5(A)及び5(B) 第3の補正係数KC3のマップを示す図である。
図6(A)及び6(B) 酸素貯蔵量OXYstとリーン時間tLとの関係を説明するためのタイムチャートである。
図7 燃料の供給の仕方を説明するためのタイムチャートである。
図8 指標IDXegのマップを示す図である。
図9 指標IDXetのマップを示す図である。
図10 指標IDXsvのマップを示す図である。
図11 指標IDXspのマップを示す図である。
図12(A)及び12(B) NOx吸蔵速度Vstのマップを示す図である。
図13 NOx通過量QNPのマップを示す図である。
図14 リッチ処理要求指標IDXに基づくリッチ処理の制御を説明するためのタイムチャートである。
図15(A)及び15(B) 燃料過剰割合FERに基づくリッチ処理の制御を説明するためのタイムチャートである。
図16 パージ処理時の第2燃料量部分QFE2のマップを示す図である。
図17(A)及び17(B) パージ処理の成功及び失敗を説明するためのタイムチャートである。
図18 排気浄化制御ルーチンを示すフローチャートである。
図19 リッチ処理ルーチンを示すフローチャートである。
図20 パージ処理ルーチンを示すフローチャートである。
図21 リッチフラグXRの制御ルーチンを示すフローチャートである。
図22 パージフラグXPの制御ルーチンを示すフローチャートである。
図23 パージフラグXPの制御ルーチンを示すフローチャートである。
図24 NOx吸蔵量NOXstの算出ルーチンを示すフローチャートである。
図25 NOx吸蔵量NOXstの算出ルーチンを示すフローチャートである。
図26 減少分NOXrdの算出ルーチンを示すフローチャートである。
図27 パージ失敗フラグXPFの制御ルーチンを示すフローチャートである。
図28 燃料過剰割合FERの算出ルーチンを示すフローチャートである。
図29 リッチ処理要求指標IDXの算出ルーチンを示すフローチャートである。
図30 圧縮着火式内燃機関の別の実施例を示す全体図である。
図31 NOx吸蔵量NOXstの算出作用の別の実施例を説明するためのタイムチャートである。
図32 NOx吸蔵量NOXstの算出ルーチンの別の実施例を示すフローチャートである。
図33 NOx吸蔵量NOXstの算出ルーチンを示すフローチャートである。
図34 リッチ処理による減少量RNrdの推定方法を説明するためのタイムチャートである。 1 is an overall view of an internal combustion engine.
2 (A) and 2 (B) are cross-sectional views of the surface portion of the catalyst carrier of the NOx storage reduction catalyst.
3A and 3B are diagrams showing a map of the first correction coefficient KC1.
4A and 4B are diagrams showing a map of the second correction coefficient KC2.
5A and 5B are diagrams showing a map of the third correction coefficient KC3.
6A and 6B are time charts for explaining the relationship between the oxygen storage amount OXYst and the lean time tL.
FIG. 7 is a time chart for explaining how to supply fuel.
FIG. 8 is a diagram showing a map of index IDXeg.
FIG. 9 is a diagram showing a map of index IDXet.
10 is a diagram showing a map of index IDXsv.
FIG. 11 is a diagram showing a map of index IDXsp.
12 (A) and 12 (B) are diagrams showing a map of the NOx occlusion speed Vst.
FIG. 13 is a diagram showing a map of the NOx passage amount QNP.
FIG. 14 is a time chart for explaining the control of the rich process based on the rich process request index IDX.
FIGS. 15A and 15B are time charts for explaining control of rich processing based on the excess fuel ratio FER.
FIG. 16 is a diagram showing a map of a second fuel amount portion QFE2 during the purge process.
FIGS. 17A and 17B are time charts for explaining the success and failure of the purge process.
FIG. 18 is a flowchart showing an exhaust purification control routine.
FIG. 19 is a flowchart showing a rich process routine.
FIG. 20 is a flowchart showing a purge processing routine.
FIG. 21 is a flowchart showing a control routine for the rich flag XR.
FIG. 22 is a flowchart showing a control routine for a purge flag XP.
FIG. 23 is a flowchart showing a control routine for a purge flag XP.
FIG. 24 is a flowchart showing a routine for calculating the NOx occlusion amount NOXst.
FIG. 25 is a flowchart showing a routine for calculating the NOx occlusion amount NOXst.
FIG. 26 is a flowchart showing a routine for calculating a decrease NOXrd.
FIG. 27 is a flowchart showing a control routine for a purge failure flag XPF.
FIG. 28 is a flowchart showing a routine for calculating an excess fuel ratio FER.
FIG. 29 is a flowchart showing a routine for calculating a rich process request index IDX.
FIG. 30 is an overall view showing another embodiment of the compression ignition type internal combustion engine.
FIG. 31 is a time chart for explaining another embodiment of the operation for calculating the NOx occlusion amount NOXst.
FIG. 32 is a flowchart showing another embodiment of a routine for calculating the NOx occlusion amount NOXst.
FIG. 33 is a flowchart showing a routine for calculating the NOx occlusion amount NOXst.
FIG. 34 is a time chart for explaining a method of estimating a reduction amount RNrd by rich processing.
図2(A)及び2(B) NOx吸蔵還元触媒の触媒担体の表面部分の断面図である。
図3(A)及び3(B) 第1の補正係数KC1のマップを示す図である。
図4(A)及び4(B) 第2の補正係数KC2のマップを示す図である。
図5(A)及び5(B) 第3の補正係数KC3のマップを示す図である。
図6(A)及び6(B) 酸素貯蔵量OXYstとリーン時間tLとの関係を説明するためのタイムチャートである。
図7 燃料の供給の仕方を説明するためのタイムチャートである。
図8 指標IDXegのマップを示す図である。
図9 指標IDXetのマップを示す図である。
図10 指標IDXsvのマップを示す図である。
図11 指標IDXspのマップを示す図である。
図12(A)及び12(B) NOx吸蔵速度Vstのマップを示す図である。
図13 NOx通過量QNPのマップを示す図である。
図14 リッチ処理要求指標IDXに基づくリッチ処理の制御を説明するためのタイムチャートである。
図15(A)及び15(B) 燃料過剰割合FERに基づくリッチ処理の制御を説明するためのタイムチャートである。
図16 パージ処理時の第2燃料量部分QFE2のマップを示す図である。
図17(A)及び17(B) パージ処理の成功及び失敗を説明するためのタイムチャートである。
図18 排気浄化制御ルーチンを示すフローチャートである。
図19 リッチ処理ルーチンを示すフローチャートである。
図20 パージ処理ルーチンを示すフローチャートである。
図21 リッチフラグXRの制御ルーチンを示すフローチャートである。
図22 パージフラグXPの制御ルーチンを示すフローチャートである。
図23 パージフラグXPの制御ルーチンを示すフローチャートである。
図24 NOx吸蔵量NOXstの算出ルーチンを示すフローチャートである。
図25 NOx吸蔵量NOXstの算出ルーチンを示すフローチャートである。
図26 減少分NOXrdの算出ルーチンを示すフローチャートである。
図27 パージ失敗フラグXPFの制御ルーチンを示すフローチャートである。
図28 燃料過剰割合FERの算出ルーチンを示すフローチャートである。
図29 リッチ処理要求指標IDXの算出ルーチンを示すフローチャートである。
図30 圧縮着火式内燃機関の別の実施例を示す全体図である。
図31 NOx吸蔵量NOXstの算出作用の別の実施例を説明するためのタイムチャートである。
図32 NOx吸蔵量NOXstの算出ルーチンの別の実施例を示すフローチャートである。
図33 NOx吸蔵量NOXstの算出ルーチンを示すフローチャートである。
図34 リッチ処理による減少量RNrdの推定方法を説明するためのタイムチャートである。 1 is an overall view of an internal combustion engine.
2 (A) and 2 (B) are cross-sectional views of the surface portion of the catalyst carrier of the NOx storage reduction catalyst.
3A and 3B are diagrams showing a map of the first correction coefficient KC1.
4A and 4B are diagrams showing a map of the second correction coefficient KC2.
5A and 5B are diagrams showing a map of the third correction coefficient KC3.
6A and 6B are time charts for explaining the relationship between the oxygen storage amount OXYst and the lean time tL.
FIG. 7 is a time chart for explaining how to supply fuel.
FIG. 8 is a diagram showing a map of index IDXeg.
FIG. 9 is a diagram showing a map of index IDXet.
10 is a diagram showing a map of index IDXsv.
FIG. 11 is a diagram showing a map of index IDXsp.
12 (A) and 12 (B) are diagrams showing a map of the NOx occlusion speed Vst.
FIG. 13 is a diagram showing a map of the NOx passage amount QNP.
FIG. 14 is a time chart for explaining the control of the rich process based on the rich process request index IDX.
FIGS. 15A and 15B are time charts for explaining control of rich processing based on the excess fuel ratio FER.
FIG. 16 is a diagram showing a map of a second fuel amount portion QFE2 during the purge process.
FIGS. 17A and 17B are time charts for explaining the success and failure of the purge process.
FIG. 18 is a flowchart showing an exhaust purification control routine.
FIG. 19 is a flowchart showing a rich process routine.
FIG. 20 is a flowchart showing a purge processing routine.
FIG. 21 is a flowchart showing a control routine for the rich flag XR.
FIG. 22 is a flowchart showing a control routine for a purge flag XP.
FIG. 23 is a flowchart showing a control routine for a purge flag XP.
FIG. 24 is a flowchart showing a routine for calculating the NOx occlusion amount NOXst.
FIG. 25 is a flowchart showing a routine for calculating the NOx occlusion amount NOXst.
FIG. 26 is a flowchart showing a routine for calculating a decrease NOXrd.
FIG. 27 is a flowchart showing a control routine for a purge failure flag XPF.
FIG. 28 is a flowchart showing a routine for calculating an excess fuel ratio FER.
FIG. 29 is a flowchart showing a routine for calculating a rich process request index IDX.
FIG. 30 is an overall view showing another embodiment of the compression ignition type internal combustion engine.
FIG. 31 is a time chart for explaining another embodiment of the operation for calculating the NOx occlusion amount NOXst.
FIG. 32 is a flowchart showing another embodiment of a routine for calculating the NOx occlusion amount NOXst.
FIG. 33 is a flowchart showing a routine for calculating the NOx occlusion amount NOXst.
FIG. 34 is a time chart for explaining a method of estimating a reduction amount RNrd by rich processing.
図1は本発明を圧縮着火式内燃機関に適用した場合を示している。しかしながら、本発明を火花点火式内燃機関に適用することもできる。
図1を参照すると、1は機関本体、2は各気筒の燃焼室、3は各燃焼室2内にそれぞれ燃料を噴射するための電磁制御式燃料噴射弁、4は吸気マニホルド、5は排気マニホルドをそれぞれ示す。吸気マニホルド4は吸気ダクト6を介して排気ターボチャージャ7のコンプレッサ7cの出口に連結され、コンプレッサ7cの入口は吸気導入管8を介してエアフロメータ9及びエアクリーナ10に順次連結される。吸気ダクト6内には電気制御式スロットル弁11が配置され、更に吸気ダクト6周りには吸気ダクト6内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置12が配置される。一方、排気マニホルド5は排気ターボチャージャ7の排気タービン7tの入口に連結され、排気タービン7tの出口は排気後処理装置20に連結される。
各燃料噴射弁3は燃料供給管13を介してコモンレール14に連結され、このコモンレール14は電気制御式の吐出量可変な燃料ポンプ15を介して燃料タンク16に連結される。燃料タンク16内の燃料は燃料ポンプ15によってコモンレール14内に供給され、コモンレール14内に供給された燃料は各燃料供給管13を介して燃料噴射弁3に供給される。なお、コモンレール14にはコモンレール14内の燃料圧を検出する燃料圧センサ(図示しない)が取り付けられており、燃料圧センサからの信号に基づきコモンレール14内の燃料圧が目標圧に一致するように燃料ポンプ15の燃料吐出量が制御される。
排気マニホルド5と吸気マニホルド4とは排気ガス再循環(以下、EGRという。)通路17を介して互いに連結され、EGR通路17内には電気制御式EGR制御弁18が配置される。また、EGR通路17周りにはEGR通路17内を流れるEGRガスを冷却するための冷却装置19が配置される。
排気後処理装置20は排気タービン7tの出口に連結された排気管21を具備し、この排気管21はケーシング22に連結され、ケーシング22は排気管23に連結される。ケーシング22内の上流側には比較的小容量の三元触媒24が収容され、下流側には比較的大容量のNOx吸蔵還元触媒25が収容される。なお、三元触媒24とNOx吸蔵還元触媒25とを互いに別のケーシング内に収容してもよい。また、三元触媒24を省略してもよい。
排気管21には、NOx吸蔵還元触媒25に流入する排気ガスの温度を検出する温度センサ26と、ケーシング22内への流入排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサ27とが取り付けられる。また、ケーシング22には、NOx吸蔵還元触媒25の温度である触媒温度を検出する温度センサ28と、ケーシング22の前後差圧を検出する差圧センサ29とが取り付けられる。更に、排気管23にはケーシング22からの流出排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサ30が取り付けられる。
電子制御ユニット40はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス41によって互いに接続されたROM(リードオンリメモリ)42、RAM(ランダムアクセスメモリ)43、CPU(マイクロプロセッサ)44、入力ポート45及び出力ポート46を具備する。エアフロメータ9、温度センサ26,28、空燃比センサ27,30、差圧センサ29の出力電圧はそれぞれ対応するAD変換器47を介して入力ポート45に入力される。また、アクセルペダル49にはアクセルペダル49の踏み込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ50が接続され、負荷センサ50の出力電圧は対応するAD変換器47を介して入力ポート45に入力される。さらに、クランクシャフトが例えば30度回転するごとに出力パルスを発生するクランク角センサ51が入力ポート45に接続される。CPU44ではクランク角センサ51からの出力パルスに基づいて機関回転数が算出される。一方、出力ポート46は対応する駆動回路48を介して燃料噴射弁3、スロットル弁11の駆動装置、燃料ポンプ15、及びEGR制御弁18に接続される。
NOx吸蔵還元触媒25はハニカム構造をなしており、薄肉の隔壁により互いに分離された複数個の排気ガス流通路を具備する。各隔壁の両側表面上には例えばアルミナからなる触媒担体が担持されており、図2(A)及び2(B)はこの触媒担体55の表面部分の断面を図解的に示している。図2(A)及び2(B)に示されるように触媒担体55の表面上には貴金属触媒56が分散して担持されており、更に触媒担体55の表面上にはNOx吸収剤57の層が形成されている。
本発明による実施例では、貴金属触媒56として白金Pt、パラジウムPd、オスミウムOs、金Au、ロジウムRh、イリジウムIr、ルテニウムRuから選ばれた少なくとも一つが用いられ、NOx吸収剤57を構成する成分としては例えばカリウムK、ナトリウムNa、セシウムCsのようなアルカリ金属、バリウムBa、カルシウムCaのようなアルカリ土類、ランタンLa、イットリウムYのような希土類から選ばれた少なくとも一つが用いられる。
吸気通路、燃焼室2及び、排気通路内の或る位置よりも上流の排気通路内に供給された空気及び燃料のような還元剤の比をその位置における排気ガスの空燃比と称すると、NOx吸収剤57は流入排気ガスの空燃比がリーンのときにはNOxを吸収し、流入排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸収したNOxを放出するNOxの吸放出作用を行う。
すなわち、貴金属触媒56として白金Ptを用いNOx吸収剤57を構成する成分としてバリウムBaを用いた場合を例にとって説明すると、流入排気ガスの空燃比がリーンのとき、すなわち流入排気ガス中の酸素濃度が高いときには排気ガス中に含まれるNOは図2(A)に示されるように白金Pt56上において酸化されてNO2となり、次いでNOx吸収剤57内に吸収されて炭酸バリウムBaCO3と結合しながら硝酸イオンNO3 −の形でNOx吸収剤57内に拡散する。このようにしてNOxがNOx吸収剤57内に吸収される。流入排気ガス中の酸素濃度が高い限り白金Pt56の表面でNO2が生成され、NOx吸収剤57のNOx吸収能力が飽和しない限りNO2がNOx吸収剤57内に吸収されて硝酸イオンNO3 −が生成される。
これに対し、流入排気ガスの空燃比がリッチにされると流入排気ガス中の酸素濃度が低下するために反応が逆方向(NO3 −→NO2)に進み、斯くして図2(B)に示されるようにNOx吸収剤57内の硝酸イオンNO3 −がNO2の形でNOx吸収剤57から放出される。次いで放出されたNOxは排気ガス中に含まれる還元剤例えばHC,COによって還元される。
一方、三元触媒24もハニカム構造をなしており、薄肉の隔壁により互いに分離された複数個の排気ガス流通路を具備する。各隔壁の両側表面上には例えばアルミナからなる触媒担体が担持されており、触媒担体の表面上には白金Pt、パラジウムPd、ロジウムRhのような貴金属と酸化セリウムのような酸素吸蔵物質とが担持されている。
この三元触媒24は流入排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比であると、排気ガス中に含まれるHC,CO,NOxを同時に浄化する。
また、三元触媒24は流入排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中に含まれる酸素を蓄え流入排気ガスの空燃比がリッチになると蓄えられている酸素を放出する酸素貯蔵触媒を構成する。すなわち、酸素吸蔵物質をセリウムCeから構成した場合を例にとって説明すると、流入排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中に含まれる酸素分子O2がCeO2の形で取り込まれる(Ce2O3−>2CeO2)。これに対し、流入排気ガスの空燃比がリッチになると反応が逆方向(2CeO2−>Ce2O3)に進み、酸素分子O2が放出される。
さて、本発明による実施例では通常はリーン空燃比のもとで燃焼が行われる。この場合、NOx吸蔵還元触媒25への流入排気ガスの空燃比はリーンであるので、このとき流入排気ガス中のNOxはNOx吸蔵還元触媒25内に吸蔵される。しかしながら、機関運転が継続されるとNOx吸蔵還元触媒25のNOx吸蔵量が多くなり、ついにはNOx吸蔵還元触媒25によりNOxを吸蔵できなくなってしまう。
そこで本発明による実施例では、NOx吸蔵還元触媒25がNOxにより飽和する前に流入排気ガスの空燃比を一時的にリッチしそれによってNOx吸蔵還元触媒25からNOxを放出させN2に還元するようにしている。その結果、NOx吸蔵量が減少される。
具体的に説明すると、NOx吸蔵還元触媒25内に吸蔵されたNOxを部分的に放出し還元するために流入排気ガスの空燃比を一時的にリッチに切り換えるリッチ処理が行われる。この場合、流入排気ガスの空燃比をリッチに切り換えるために、吸入空気量を減少しEGRガス量を増大しつつ燃焼が一時的にリッチ空燃比のもとで行われる。その結果、排気ガス中に多量の一酸化炭素COが含まれるようになり、主としてこのCOが還元剤として作用する。
リッチ処理を行うには多量の燃料が必要となる。したがって、燃料消費を抑制するために、リーン空燃比のもとでの機関運転中にリッチ処理を開始すべきか否かを適切に判断し、リッチ処理中にリッチ処理を継続すべきか終了すべきかを適切に判断する必要がある。
そこで本発明による実施例では、NOx吸蔵還元触媒25のNOx吸蔵量NOXstを算出し、NOx吸蔵量NOXstに基づいてリッチ処理を制御するようにしている。
本発明による実施例では次の数式E1に基づいてNOx吸蔵量NOXstが繰り返し算出される。
ここで、NOXin,NOXrdはNOX吸蔵量NOXstの単位時間当たりの増加分及び減少分をそれぞれ表している。
増加分NOXinは流入排気ガスの空燃比がリーンのときには流入排気ガス中のNOx量である流入NOx量に設定され、流入排気ガスの空燃比がリッチ又は理論空燃比のときにはゼロとされる。ここで、流入NOx量は機関運転状態、例えば機関負荷及び機関回転数に基づいて算出される。あるいは、流入NOx量を検出するNOxセンサをNOx吸蔵還元触媒25上流の排気通路内に配置し、流入排気ガスの空燃比がリーンのときの増加分NOXinをこのNOxセンサの出力に基づいて求めるようにしてもよい。
これに対し、減少分NOXrdは流入排気ガスの空燃比がリーンのときにはゼロとされ、流入排気ガスの空燃比がリッチ又は理論空燃比のときには次の数式E2に基づいて算出される。
ここで、k0は定数、AFSは理論空燃比、AFIは空燃比センサ27により検出される流入排気ガスの空燃比、Eは活性化エネルギ、Rはガス定数、Tは温度センサ28により検出される触媒温度、Δtは計算時間間隔、KCは補正係数をそれぞれ表している。
数式E2は次のようにして導出される。すなわち、還元剤としてCOが用いられる場合には、NOxの還元反応は次の反応式R1のように表される。
したがって、流入排気ガスの空燃比がリッチのときのNOx吸蔵量の時間変化dNOXst/dtは反応式R1の反応速度を考慮すると次の数式E3で表される。
ここで、kは定数、QCOは流入排気ガス中のCO量である流入CO量を表している。
計算回数を表すiを用いて数式E3を離散化すると次の数式E4が得られる。
ここで、流入CO量QCOは流入排気ガスの空燃比AFIによって表されることが本願発明者らにより確認されている。具体的には、流入排気ガスの空燃比AFIのリッチ度合い、すなわち理論空燃比AFSに対する流入排気ガスの空燃比AFIの偏差(AFS−AFI)が大きくなるにつれて流入CO量QCOが多くなる。
したがって、数式E4の左辺は減少分NOXrdの負値(−NOXrd)に等しいので、数式E4に補正係数KCを導入すれば、数式E2が導き出される。
上述した数式E2を用いるとリッチ処理時の減少分NOXrdを簡単にかつ正確に算出することができる。事実、減少分NOXrdを3パーセント程度の誤差で算出できることが実験により確認されている。
リッチ処理時には、減少分NOXrdが上述の数式E2を用いて繰り返し算出され、NOx吸蔵量NOXstは減少分NOXrdずつ繰り返し更新される。
このように本発明による実施例では、流入CO量QCO、NOx吸蔵量NOXst及び触媒温度Tに基づいて減少分NOXrdが算出される。
ここで注目すべきことの一つは、NOx吸蔵量NOXstに基づいて減少分NOXrdが算出されることにある。冒頭で述べたように従来の算出方法では減少分NOXrdを必ずしも正確に算出することができない。したがって、このような必ずしも正確でないNOx吸蔵量NOXstに基づく限り、減少分NOXrdを必ずしも正確に算出することはできない。すなわち、NOx吸蔵量NOXstに基づいて減少分NOXrdを算出するということに想到できなかったのである。
また、注目すべきもう一つは、NOx吸蔵還元触媒25から流出するNOx量である流出NOx量を求めることなくリッチ処理時の減少分NOXrdしたがってNOx吸蔵量NOXstが算出されることにある。流入排気ガスの空燃比がリッチのときには、NOx吸蔵還元触媒25の排気通路内に配置されたNOxセンサでもって流出NOx量を正確に検出するのが困難となる。本発明による実施例では流出NOx量を必要としないので、減少分NOXrdを正確に算出することができる。また、NOx吸蔵還元触媒25下流にNOxセンサを設ける必要もない。
上述の数式E3は、還元反応におけるNOxと還元剤のモル比が理論上1:2である還元剤に適用できる。このような還元剤として水素H2が挙げられる。この場合には、NOxの還元反応は次の反応式R2により表される、
したがって、流入排気ガス中の水素量をQHで表すと、この場合の減少分NOXrdは次の数式E5から算出される。
したがって、一般化していうと、流入排気ガス中の還元剤量である流入還元剤量QRED、NOx吸蔵量NOXst、及び触媒温度Tを用いた次項に基づいて減少分NOXrdが算出されるということになる。
更に、流入還元剤量QRED、NOx吸蔵量NOXst、及び触媒温度Tに基づいて減少分NOXrdを算出するという考え方は還元剤がCO、H2だけでなく、炭化水素HCのような他の物質から構成される場合にも適用できる。
したがって、更に一般化していうと、流入還元剤量QREDと、NOx吸蔵量NOXstと、触媒温度Tとに基づいて減少分NOXrdが算出されるということになる。
次に、数式E2中の補正係数KCについて説明する。
補正係数KCは次の数式E6に基づいて算出される。
ここで、KC1,KC2,KC3は第1の補正係数、第2の補正係数、第3の補正係数をそれぞれ表している。各補正係数KC1,KC2,KC3は補正する必要がないときにはそれぞれ1.0に設定される。
第1の補正係数KC1はリッチ処理時にNOxを還元することなくNOx吸蔵還元触媒25を通過するCO量であるCO通過量に基づいて減少分NOXrdを減量補正するためのものである。すなわち、CO通過量が多くなるにつれて減少分NOXrdが少なくなる。そこで第1の補正係数KC1により減少分NOXrdが減量補正される。この第1の補正係数KC1は図3(A)に示されるように、エアフロメータ9により検出される吸入空気量Gaが多くなるにつれて小さくなり、差圧センサ29により検出されるケーシング22の前後差圧dPが小さくなるにつれて小さくなる。すなわち、流入排気ガス量が多くなるにつれてCO通過量が多くなる。また、三元触媒24及びNOx吸蔵還元触媒25が収容されているケーシング22の詰まり度合いが小さくなるにつれて、ケーシング22における排気ガスの滞留時間が短くなり、したがってCO通過量が多くなる。ここで、流入排気ガス量は吸入空気量Gaによって表される。また、ケーシング22の詰まり度合いは差圧dPによって表される。そこで、吸入空気量Ga及び差圧dPを検出し、これら吸入空気量Ga及び差圧dPに基づいて第1の補正係数KC1を算出するようにしている。なお、第1の補正係数KC1は吸入空気量Ga及び差圧dPの関数として図3(B)に示されるマップの形でROM42に記憶されている。
第2の補正係数KC2はNOx吸蔵還元触媒25の劣化度合いに基づいて減少分NOXrdを減量補正するためのものである。すなわち、劣化度合いが大きくなるにつれて減少分NOXrdが少なくなる。そこで第2の補正係数KC2により減少分NOXrdが減量補正される。この第2の補正係数KC2は図4(A)に示されるように、触媒温度の積算値STが大きくなるにつれて小さくなり、NOx吸蔵還元触媒25のSOx吸蔵量SOXstが多くなるにつれて小さくなる。すなわち、触媒温度の積算値STが大きくなるにつれてNOx吸蔵還元触媒25の熱劣化度合いが大きくなる。また、NOx吸蔵還元触媒25のSOx吸蔵量SOXstが多くなるにつれてNOx吸蔵還元触媒25のNOx吸蔵容量が小さくなり、したがって劣化度合いが大きくなる。そこで、触媒温度の積算値ST及びSOx吸蔵量SOXstを算出し、これら触媒温度の積算値ST及びSOx吸蔵量SOXstに基づいて第2の補正係数KC2を算出するようにしている。なお、第2の補正係数KC2は触媒温度の積算値ST及びSOx吸蔵量SOXstの関数として図4(B)に示されるマップの形でROM42に記憶されている。
第3の補正係数KC3はリッチ処理時に三元触媒24で消費される排気ガス中のCO量であるCO消費量に基づいて流入CO量QCOを減量補正し、結果的に減少分NOXrdを減量補正するためのものである。すなわち、リッチ処理時に排気ガス中のCOは三元触媒24から放出される酸素によって酸化ないし消費される。このCO消費量が多くなるにつれて流入CO量が少なくなり減少分NOXrdが少なくなる。そこで第3の補正係数KC3により減少分NOXrdが減量補正される。この第3の補正係数KC3は図5(A)に示されるように、吸入空気量Gaが少なくなるにつれて小さくなり、リッチ処理が開始されるまでに流入排気ガスの空燃比AFIがリーンに保持されていた時間であるリーン時間tLが長くなるにつれて小さくなる。すなわち、吸入空気量Gaによって表される流入排気ガス量が少なくなるにつれてCO消費量が多くなる。また、リッチ処理が開始されるときの三元触媒24の酸素貯蔵量OXYstが多くなるにつれてCO消費量が多くなる。ここで、リッチ処理が開始されるときの三元触媒24の酸素貯蔵量OXYstはリーン時間tLによって表される。なお、第3の補正係数KC3は吸入空気量Ga及びリーン時間tLの関数として図5(B)に示されるマップの形でROM42に記憶されている。
リーン時間tLについて更に説明すると、図6(A)に示されるようにリーン時間tLが長い場合には、三元触媒24の酸素貯蔵量OXYstが多くなってから、Xで示されるようにリッチ処理が開始される。これに対し、図6(B)に示されるようにリーン時間tLが短い場合には、酸素貯蔵量OXYstが少ないうちに、Xで示されるようにリッチ処理が開始される。したがって、リーン時間tLはリッチ処理が開始されるときの酸素吸蔵量OXYstを表している。
そこで、吸入空気量Ga及びリーン時間tLを検出し、これら吸入空気量Ga及びリーン時間tLに基づいて第3の補正係数KC3を算出するようにしている。なお、第3の補正係数KC3は吸入空気量Ga及びリーン時間tLの関数として図5(B)に示されるマップの形でROM42に記憶されている。
なお、流入排気ガスの空燃比がリーンのときの三元触媒24の酸素貯蔵反応は次の反応式R3により表される。
したがって、反応式R3の反応速度を考慮して得られる三元触媒24の酸素貯蔵量の時間変化dOXYst/dtから酸素貯蔵量OXYstを算出し、算出された酸素貯蔵量OXYstに基づいて流入CO量を補正するようにしてもよい。
一方、数式E2中の定数k0はあらかじめ実験により求められる。すなわち、例えば、種々のNOx吸蔵量NOXst及び触媒温度Tのもとで減少分NOXtdが測定される。その上で、測定された減少分NOXrdが数式E2に代入されてk0が算出され、これらk0を平均することにより定数k0が算出される。リッチ処理中には、NOxの還元だけでなく、NOxの吸蔵、排気ガス中のCO以外の還元剤例えば水素及び炭化水素によるNOx還元、NOx吸蔵量NOXst及び触媒温度Tの3次元的分布、リッチ処理中の触媒温度Tの変化、流入排気ガスの空燃比がリーンからリッチに切り換わったときのNOx吸蔵還元触媒25からのNOxの流出、流入排気ガスの空燃比がリーンのときのNOx吸蔵還元触媒25からのNOxの流出等、が生じている。したがって、上述のように定数k0を算出するようにすると、これらの減少分NOXrdに影響を与える可能性のある種々の現象を数式E2でもって包括的に表すことができる。このことは、減少分NOXrdを数式E2でもって簡単にかつ正確に算出できることを意味している。
なお、ケーシング22への流入排気ガスの空燃比AFIがリッチであっても、三元触媒24の酸素貯蔵能力のために、NOx吸蔵還元触媒25への流入排気ガスがリッチにならない場合がある。一方、NOx吸蔵還元触媒25への流入排気ガスの空燃比がリッチでありNOxの放出及び還元作用が行われている間は、NOx吸蔵還元触媒25からの流出排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチに維持されることが確認されている。
そこで本発明による実施例では、空燃比センサ30により検出される流出排気ガスの空燃比AFOがリーンのときに増加分NOXinが流入NOx量に設定され、減少分NOXrdがゼロとされる。また、流出排気ガスの空燃比AFOが理論空燃比又はリッチのときに増加分NOXinがゼロとされ、減少分NOXrdが数式E2を用いて算出される。
このように、本発明による実施例ではNOx減少分NOXrdを正確に算出することができ、したがってNOx吸蔵量NOXstを正確に算出することができる。
しかしながら、減少分NOXrdないしNOx吸蔵量NOXstにわずかな算出誤差が含まれるおそれがある。このため、機関運転時間が長くなると、計算上のNOXstが実際のNOx吸蔵量から逸脱するおそれがある。
そこで本発明による実施例では、NOx吸蔵還元触媒25内に吸蔵されたほぼすべてのNOxを放出し還元するために流入排気ガスの空燃比を一時的にリッチに切り換えるパージ処理を行うようにしている。パージ処理によってNOx吸蔵還元触媒25内のほぼすべてのNOxが放出され還元されたときにNOx吸蔵量NOXstをゼロに戻せば、NOx吸蔵量NOXstが実際のNOx吸蔵量を正確に表すようになる。
本発明による実施例のパージ処理では、図7の(i)に示されるように、圧縮上死点(TDC)周りで供給される機関出力を得るための主燃料Mに加えて、膨張行程末期又は排気行程に追加の燃料Aが燃料噴射弁3から噴射され、それによって流入排気ガスの空燃比がリッチに切り換えられる。この場合、流入排気ガス中には多量のHCが含まれており、主としてHCが還元剤として作用する。なお、図7の(i)に示される例では、追加の燃料Aは機関出力にほとんど寄与しない。
この場合、気筒で膨張行程又は排気行程になるごとに追加の燃料Aが供給される。したがって、パージ処理時には燃焼室2内に追加の燃料Aないし還元剤が2次的にかつパルス状に供給されるということになる。
あるいは、流入排気ガスの空燃比をリッチに切り換えるために、図7の(ii)に示されるように主燃料Mの噴射直後に追加の燃料Aを燃料噴射弁3から噴射するようにしてもよい。なお図7の(ii)に示される例では、追加の燃料Aは部分的に燃焼室2内で燃焼し、したがって機関出力に部分的に寄与する。このため、追加の燃料Aによる追加の出力を吸収するための機構、例えばハイブリッド車両の電気モータが必要となる。
あるいは、図7の(iii)に示されるように、主燃料Mにより燃焼を一時的にリッチ空燃比のもとで行うようにしてもよい。図7の(iv)は燃焼がリーン空燃比のもとで行われ追加の燃料が噴射されない場合を示している。
なお、リッチ処理時にも、流入排気ガスの空燃比をリッチに切り換えるために、図7の(i)又は(ii)に示されるように追加の燃料Aを噴射することができる。
次に、本発明による実施例のリッチ処理の制御について説明する。
本発明による実施例では、流入排気ガスの空燃比がリーンのときにリッチ処理要求指標IDXが繰り返し算出される。このリッチ処理要求指標IDXはリッチ処理の必要性の度合いを表すものであり、リッチ処理要求指標IDXが大きくなるにつれてリッチ処理の必要性が高いことを表している(0≦IDX≦1)。その上で、リッチ処理要求指標IDXがしきい値THよりも小さいときにはリッチ処理は行われず、しきい値THよりも大きくなるとリッチ処理が行われる。
このリッチ処理要求指標IDXは次の数式E7に基づいて算出される。
ここで、IDX1,IDX2は第1の指標及び第2の指標をそれぞれ表している。
単位還元剤(CO)量あたりの減少分NOXrdを還元剤利用効率と称すると、第1の指標IDX1はリッチ処理が行われたと仮定したときの還元剤利用効率に応じて定まるものであり、指標IDXeg,IDXetを用いた次の数式E8に基づいて算出される。
指標IDXegは流入排気ガス量に基づいて求められるものである。すなわち、流入排気ガス量が多くなるにつれてCO通過量が多くなり、したがって還元剤利用効率が低下する。指標IDXegは流入排気ガス量を表す吸入空気量Gaに応じて変動する還元剤利用効率を規格化することによりあらかじめ求められている(0≦IDXeg≦1)。すなわち、指標IDXegは図8に示されるように、吸入空気量Gaが小さくなるにつれて大きくなり、吸入空気量Gaが更に小さくなると1に保持される。なお、指標IDXegは吸入空気量Gaの関数として図8に示されるマップの形でROM42内に記憶されている。
指標IDXetは触媒温度Tに基づいて求められるものである。すなわち、触媒温度Tに応じてNOx吸蔵還元触媒25におけるNOx還元反応の起こり易さが変動し、したがって還元剤利用効率が変動する。指標IDXetは触媒温度Tに応じて変動する還元剤利用効率を規格化することによりあらかじめ求められている(0≦IDXet≦1)。すなわち、指標IDXetは図9に示されるように、触媒温度Tが低いときには触媒温度Tが高くなるにつれて大きくなり、触媒温度Tが高いときには触媒温度Tが高くなるにつれて小さくなる。なお、指標IDXetは触媒温度Tの関数として図9に示されるマップの形でROM42内に記憶されている。
一方、第2の指標IDX2はNOx吸蔵還元触媒25のNOx吸蔵能力に応じて定まるものであり、指標IDXsv,IDXspを用いた次の数式E9に基づいて算出される。
流入排気ガス中のNOx量に対する、NOx吸蔵還元触媒25に吸蔵されたNOx量の比を規格化したものをNOx吸蔵速度Vst(0≦Vst≦1)と称すると、指標IDXsvはNOx吸蔵速度Vstに基づいて求められるものである。すなわち、NOx吸蔵速度Vstが小さくなるにつれてNOxがNOx吸蔵還元触媒25に吸蔵されにくくなる。指標IDXsvは図10に示されるように、NOx吸蔵速度Vstが1から小さくなるにつれてゼロから大きくなり、許容下限LV以下になると1に保持される(0≦IDXsv≦1)。なお、指標IDXsvはNOx吸蔵速度Vstの関数として図10に示されるマップの形でROM42内に記憶されている。
指標IDXspは流入排気ガスの空燃比がリーンのときにNOx吸蔵還元触媒を通過するNOx量であるNOx通過量QNPに基づいて求められるものである。すなわち、NOx通過量QNPが多くなるにつれてNOxがNOx吸蔵還元触媒25に吸蔵されにくくなる。指標IDXspは図11に示されるように、NOx通過量QNPが多くなるにつれて大きくなり、許容上限UN以上になると1に保持される(0≦IDXsp≦1)。なお、指標IDXspはNOx通過量QNPの関数として図11に示されるマップの形でROM42内に記憶されている。
ここで、NOx吸蔵速度Vstは図12(A)に示されるように、NOx吸蔵量NOXstが少なくなるにつれて大きくなり、触媒温度Tが低いときには触媒温度Tが高くなるにつれて大きくなり、触媒温度Tが高いときには触媒温度Tが高くなるにつれて小さくなる。NOx吸蔵速度VstはNOx吸蔵量NOXst及び触媒温度Tの関数として図12(B)に示されるマップの形でROM42内に記憶されている。なお、NOx吸蔵速度Vstは上述したNOx量の比を規格化しなくてもよい。
一方、NOx通過量QNPは流入NOx量QNI、NOx吸蔵速度Vst、NOx通過率RPの関数として図13に示されるマップの形でROM42内に記憶されている。NOx通過率RPは流入排気ガスの空燃比がリーンのときにおける流入NOx量に対する、NOx吸蔵還元触媒25を通過したNOx量の比であり、例えば排気ガス流量を表す吸入空気量Gaの関数としてROM42内に記憶されている。
なお、リッチ処理要求指標IDXを第1の指標IDX1及び第2の指標IDX2のいずれか一方に基づいて求めるようにしてもよい。また、第1の指標IDX1を指標IDXeg及び指標IDXetのいずれか一方に基づいて求めるようにしてもよいし、第2の指標IDX2を指標IDXsv及び指標IDXspのいずれか一方に基づいて求めるようにしてもよい。
指標IDXet,IDXetが大きくなると第1の指標IDX1が大きくなり、指標IDXsv,IDXspが大きくなると第2の指標IDX2が大きくなるので、リッチ処理要求指標IDXが大きくなる。上述したように、リッチ処理要求指標IDXがしきい値THよりも大きくなるとリッチ処理が行われる。
このようにすると、例えばNOx吸蔵量NOXstが多くても還元剤を有効利用できないときには、リッチ処理は開始されない。したがって、還元剤ないし燃料の消費を抑制しつつNOxを確実に還元することが可能となる。
一方、リッチ処理中には上述したNOx吸蔵速度Vstが繰り返し算出される。リッチ処理中はNOx吸蔵量NOXstが次第に減少するので、NOx吸蔵速度Vstが次第に増大する。次いで、NOx吸蔵速度Vstがあらかじめ定められた目標NOx吸蔵速度TVstに達するとリッチ処理が完了される。
この目標NOx吸蔵速度TVstは1よりも小さく設定されており、リッチ処理によってNOx吸蔵量NOXstがゼロまで減少されない。その結果、NOx吸蔵還元触媒25内に吸蔵されたNOxが部分的に放出され還元されるので、燃料ないし還元剤の消費を抑制することができる。
総括すると、図14にXで示されるようにリッチ処理要求指標IDXがしきい値THよりも大きくなるとリッチ処理が開始され、リッチ処理中にNOx吸蔵速度Vstが目標NOx吸蔵速度TVstに達するとリッチ処理が完了されるということになる。
本発明による実施例では、燃料過剰割合FERに基づくリッチ処理の制御も行われる。
この燃料過剰割合FERは次の数式E10に基づいて繰り返し算出される。
ここで、SQFOは運転燃料量積算値、SQFEは過剰燃料量積算値をそれぞれ表している。
運転燃料量積算値SQFOはリーン空燃比のもとでの機関運転のために供給された燃料量である運転燃料量QFOの積算値である。
一方、過剰燃料量積算値SQFEは流入排気ガスの空燃比をリッチにするために、すなわちリッチ処理及びパージ処理のために、運転燃料量QFOに加えて供給された燃料量である過剰燃料量QFEの積算値である。なお、図7の(i)又は(ii)に示される例では、運転燃料量QFOは主燃料Mの量に対応し、過剰燃料量QFEは追加の燃料Aの量に対応する。
ここで、過剰燃料量QFEは、流入排気ガスの空燃比AFIを運転燃料量QFOで得られるリーン空燃比から理論空燃比AFSまで低下させるための第1燃料量部分QFE1と、流入排気ガスの空燃比AFIを理論空燃比を越えてリッチにするための第2燃料量部分QFE2との和として表される(QFE=QFE1+QFE2)。この第2燃料量部分QFE2は実質的に還元剤として作用し得る燃料量を表している。なお、本発明による実施例のリッチ処理では、流入排気ガスの空燃比AFIが目標リッチ空燃比になるように第2燃料量部分QFE2が設定される。
燃料過剰割合FERはリッチ処理又はパージ処理による燃料消費率の悪化の程度を表している。すなわち、リッチ処理又はパージ処理が開始されると過剰燃料量積算値SQFEが次第に増大するので、燃料過剰割合FERが次第に増大する。これに対し、リッチ処理及びパージ処理が行われなければ過剰燃料量積算値SQFEは増大しないので、燃料過剰割合FERは次第に減少する。
燃料過剰割合FERが過度に大きくなるのは好ましくない。そこで本発明による実施例では、リッチ処理中に燃料過剰割合FERがあらかじめ定められた上限値UR1を越えたときにはリッチ処理を中断するようにしている。その結果、燃料の過剰消費が阻止される。
一方、燃料過剰割合FERが過度に小さくなるのは、リッチ処理及びパージ処理が長時間にわたって行われていないことを意味し、これもまた好ましくない。そこで本発明による実施例では、燃料過剰割合FERがあらかじめ定められた下限値LR1よりも小さくなったときには、上述のリッチ処理要求指標IDXに関わらず、リッチ処理を行うようにしている。その結果、NOx放出及び還元作用が長時間行われないのを阻止することができる。
総括すると、図15(A)にXで示されるように燃料過剰割合FERが下限値LR1よりも小さくなるとリッチ処理要求指標IDXとは関係なくリッチ処理が開始され、図15(B)にYで示されるようにリッチ処理中に燃料過剰割合FERが上限値UR1を越えるとNOx放出速度Vstとは関係なくリッチ処理が中断される。
次に、本発明による実施例のパージ処理の制御について説明する。
流入排気ガス量が多いときにパージ処理を行うと、多量の燃料ないし還元剤量が必要になる。また、触媒温度Tが低いときにパージ処理を行っても、NOxを十分に還元させることはできない。更に、NOx吸蔵量NOXstが少ないときにパージ処理を行っても、燃料ないし還元剤をNOx還元のために有効に利用することができない。
そこで本発明による実施例では、流入排気ガス量を表す吸入空気量Gaが上限量UG2よりも多いか、触媒温度Tが下限温度T2よりも低いか、又はNOx吸蔵量NOXstが下限量LN2よりも少ないときには、パージ条件が成立していないと判断し、パージ処理を禁止するようにしている。
これに対し、吸入空気量Gaが上限量UG2よりも少なく、かつ触媒温度Tが下限温度LT2よりも高く、かつNOx吸蔵量NOXstが下限量LN2よりも多くなると、パージ条件が成立したと判断され、パージ処理が開始される。
パージ処理が開始されると、図7の(i)を参照して上述したように各気筒で主燃料M及び追加の燃料Aが供給される。ここで、主燃料Mの量及び追加の燃料Aの量は上述した運転燃料量QFO及び過剰燃料量QFEにそれぞれ対応しており、過剰燃料量QFEは第1燃料量部分QFE1と第2燃料量部分QFE2との和である。
本発明による実施例では、パージ処理が開始されると第2燃料量部分積算値SQFE2が繰り返し算出され、第2燃料量部分積算値SQFE2がパージ燃料量QFPに達すると、追加の燃料Aの供給が停止され、したがってパージ処理が完了される。この場合、パージ燃料量QFPが第2燃料量部分QFE2ずつ分割して供給されるという見方もできる。
パージ燃料量QFPはパージ処理を開始すべき時点のNOx吸蔵量NOXst0を用いた次の数式E11に基づいて算出される。
ここで、MNOXはNOxの分子量、RHCはNOxに対するHCの化学量論比(例えば2.5)、MHCはHCの平均分子量(例えば44)、をそれぞれ表している。
すなわち、パージ燃料量QFPはNOx吸蔵量NOxst0のNOxに対する化学量論量、すなわちNOxをNOXst0だけ還元するのに理論上必要な量に設定される。このようにしているのは、流入排気ガス量が少ないときにパージ処理が行われるので、HCないし還元剤のNOx吸蔵還元触媒25での滞留時間がかなり長くなり、したがってHCないし還元剤とNOxが化学量論比RHCでもって反応すると考えられるからである。
上述したように、第2燃料量部分QFE2は実質的に還元剤として作用し得る燃料量を表している。したがって、パージ燃料量QFPをこのように設定することによって、パージ処理によりNOx吸蔵還元触媒25内のほぼすべてのNOxを還元することが可能となる。
パージ処理時における第2燃料量部分QFE2は次のように設定される。
追加の燃料Aの一部がNOx吸蔵還元触媒25上流の排気通路、例えば排気マニホルド5、排気タービン7t、排気管21の内壁面にいったん付着し、次いで蒸発した後にNOx吸蔵還元触媒25内に流入する場合がある。ところが、このように排気通路内壁面にいったん付着する追加の燃料Aを付着燃料と称すると、この付着燃料は正規のタイミングから遅れてNOx吸蔵還元触媒25に流入することになり、好ましくない。一方、付着燃料の量はNOx吸蔵還元触媒25上流の排気通路の内壁面温度が低くなるにつれて多くなる。また、NOx吸蔵還元触媒25上流の排気通路の内壁面温度は例えばNOx吸蔵還元触媒25への流入排気ガスの温度によって表される。
そこで本発明による実施例では、図16に示されるように、温度センサ26(図1)によって検出されるNOx吸蔵還元触媒25への流入排気ガスの温度Texが低くなるにつれて少なくなるように、パージ処理時における第2燃料量部分QFE2を設定している。その結果、パージ処理時における追加の燃料Aの供給遅れを抑制することができる。なお、パージ処理時における第2燃料量部分QFE2は流入排気ガス温度Texの関数として図16に示されるマップの形でROM42に記憶されている。
なお、第1燃料部分QFE1は上述したように、流入排気ガスの空燃比AFIを運転燃料量QFOで得られるリーン空燃比から理論空燃比AFSまで低下させるためのものである。したがって第1燃料量部分QFE1は次の数式E12に基づいて算出される。
上述したように、パージ条件が成立していないと判断されるとパージ処理が禁止される。本発明による実施例では、次のような場合もパージ処理が禁止される。
パージ処理が開始されてから完了するまでに要する時間であるパージ時間tPが長くなると、パージ処理が失敗する可能性が高くなる。
そこで本発明による実施例では、パージ処理が行われたと仮定したときのパージ時間tPの予測値である予測パージ時間PtPを求め、予測パージ時間PtPがあらかじめ定められた上限時間Utよりも長いときには、パージ処理を禁止するようにしている。その結果、パージ処理が失敗する可能性を低く維持できる。
パージ処理が成功したか失敗したかは次のようにして判断される。すなわち、パージ処理中に機関加速運転が行われると、流入排気ガス量を表す吸入空気量Gaが大幅に増大し、流入排気ガスの空燃比AFIをリッチに維持できなくなる。この場合、NOx吸蔵還元触媒25内のほぼすべてのNOxを放出し還元することができない。そこで、パージ処理中に加速運転が行われたときにはパージ処理が失敗したと判断される。これに対し、パージ処理中に加速運転が行われなければ、流入排気ガスの空燃比AFIがリッチに維持される。そこで、パージ処理中に加速運転が行われなかったときにはパージ処理が成功したと判断される。
予測パージ時間PtPは例えばパージ燃料量QFP、第2燃料量部分QFE2、及び機関回転数に基づいて算出される。すなわち、パージ時間tPは、第2燃料量部分積算値SQFE2がパージ燃料量QFPに達するのに要する時間である。また、第2燃料量部分QFE2は膨張行程又は排気行程ごとに供給されるので(図7の(i)参照)、第2燃料量部分QFE2が供給される時間間隔は機関回転数に応じて定まる。したがって、予測パージ時間PtPはパージ燃料量QFP、第2燃料量部分QFE2、及び機関回転数に基づいて予測することができる。
一方、パージ処理が行われると、燃料過剰割合FER(E10)が増大する。燃料過剰割合FERが大きくなるのは好ましくない。
そこで本発明による実施例では、パージ処理が行われたと仮定したときの燃料過剰割合FERの予測値である予測燃料過剰割合PFERが求められ、予測燃料過剰割合PFERがあらかじめ定められた上限値UR2を越えるときには、パージ処理が禁止される。その結果、燃料過剰割合FERが大きくなるのを阻止できる。なお、上限値UR2は上述の上限値UR1と同じであってもよいし異なっていてもよい。
予測燃料過剰割合PFERは例えば次のようにして算出される。すなわち、現在のNOx吸蔵量NOXstからパージ燃料量QFPが算出され、パージ燃料量QFPから予測パージ時間PtPが算出され、予測パージ時間PtPにおける運転燃料量QFO合計値及び第1燃料量部分合計値がそれぞれ算出される。その上で、運転燃料量QFO合計値が現在の運転燃料量積算値SQFOに加算され、第1燃料量部分合計値及びパージ燃料量QFPが過剰燃料量積算値SQEFに加算される。次いで、数式E10から算出される燃料過剰割合FER(=SQFE/SQFO)は予測燃料過剰割合PFERを表している。
パージ処理が行われたときには次のようにしてNOx吸蔵量NOXstが更新される。
すなわち、上述したように、パージ処理が成功する場合もあれば失敗する場合もある。パージ処理が成功したときには、NOx吸蔵還元触媒25内のすべてのNOxが放出され還元されたと考えることができる。しかしながら、パージ処理が失敗したときにはこのように考えることはできない。
そこで本発明による実施例では、パージ処理が成功したか失敗したかが判断され、パージ処理が成功したと判断されたときにはNOx吸蔵量NOXstがゼロに戻される。これに対し、パージ処理が失敗したと判断されたときには、NOx吸蔵量NOXstがパージ処理開始時の値に保持される。その結果、NOx吸蔵量NOXstが実際のNOx吸蔵量から大きく逸脱するのが阻止される。
総括すると、図17(B)に示されるようにパージ処理中に加速運転が行われたときにはパージ処理が失敗したと判断され、NOx吸蔵量NOXstはパージ処理開始時の値に保持される。これに対し、図17(A)に示されるようにパージ処理中に加速運転が行われないときにはパージ処理が成功したと判断され、NOx吸蔵量NOXstがゼロに戻される。
図18は本発明による実施例の排気浄化制御ルーチンを示している。このルーチンはあらかじめ定められた設定時間ごとの割り込みによって実行される。
図18を参照すると、ステップ100ではリッチフラグXRがセットされているか否かが判別される。リッチフラグXRはリッチ処理を実行すべきときにセットされ(XR=1)、それ以外はリセットされる(XR=0)。リッチフラグXRがセットされているときには次いでステップ101に進み、リッチ処理ルーチンが実行される。このリッチ処理ルーチンは図19に示されている。一方、リッチフラグXRがリセットされているときにはステップ100からステップ102に進み、パージフラグXPがセットされているか否かが判別される。パージフラグXPはパージ処理を実行すべきときにセットされ(XP=1)、それ以外はリセットされる(XP=0)。パージフラグXPがセットされているときには次いでステップ103に進み、パージ処理ルーチンが実行される。このパージ処理ルーチンは図20に示されている。これに対し、パージフラグXPがリセットされているときには処理サイクルを終了する。
リッチ処理ルーチンを示す図19を参照すると、ステップ110では図24及び図25のルーチンで算出されているNOx吸蔵量NOXstが読み込まれる。続くステップ111では図12(B)のマップを用いてNOx吸蔵量NOXstからNOx吸蔵還元触媒25のNOx吸蔵速度Vstが算出される。続くステップ112ではNOx吸蔵速度Vstが目標NOx吸蔵速度TVst以上か否かが判別される。Vst<TVstのときには次いでステップ113に進み、図28のルーチンで算出されている燃料過剰割合FERが読み込まれる。続くステップ114では燃料過剰割合FERが上限値UR1以下であるか否かが判別される。FER≦UR1のときには次いでステップ115に進み、リッチ燃焼が開始又は継続される。
これに対し、ステップ112においてVst<TVstのとき、又はステップ114においてFER>UR1のときには、次いでステップ116に進み、リッチ燃焼が停止され、したがってリッチ処理が中断される。次いでステップ117に進み、リッチフラグXRがリセットされる。
パージ処理ルーチンを示す図20を参照すると、ステップ120ではパージ燃料量QFPがすでに算出されているか否かが判別される。パージ燃料量QFPがいまだ算出されていないときにはステップ121に進み、パージ燃料量QFPが数式E11を用いて算出される。次いでステップ122に進む。パージ燃料量QFPがすでに算出されているときにはステップ120からステップ122に進む。続くステップ122では数式E12を用いて第1の燃料量部分QFE1が算出される。続くステップ123では図16のマップを用いて第2燃料量部分QFE2が算出される。続くステップ124では過剰燃料量QFEが算出され(QFE=QFE1+QFE2)、膨張行程又は排気行程に追加の燃料Aが過剰燃料量QFEだけ供給される。続くステップ125では第2燃料量部分積算値SQFE2が算出される(SQFE2=SQFE2+QFE2)。続くステップ126では第2燃料量部分積算値SQFE2がパージ燃料量QFPに達したか否かが判別される。SQFE2<QFPのときには処理サイクルを終了し、したがってパージ処理が継続される。これに対し、SQFE2≧QFPのときにはステップ126からステップ127に進み、パージフラグXPがリセットされる。したがって、パージ処理が完了される。続くステップ128では第2燃料量部分積算値SQFE2がクリアされる(SQFE2=0)。
図21はリッチフラグXRの制御ルーチンを示している。このルーチンはあらかじめ定められた設定時間ごとの割り込みによって実行される。
図21を参照すると、ステップ130ではリッチフラグXR及びパージフラグXPが共にリセットされているか否かが判別される。リッチフラグXR又はパージフラグXPがセットされているときには処理サイクルを終了する。したがって、リッチ処理又はパージ処理が行われているときにはリッチ処理は開始されない。リッチフラグXR及びパージフラグXPが共にリセットされているときには次いでステップ131に進み、図28のルーチンで算出されている燃料過剰割合FERが読み込まれる。続くステップ132では燃料過剰割合FERが下限値LR1以上であるか否かが判別される。FER≧LR1のときには次いでステップ133に進み、リッチ処理要求指標IDXの算出ルーチンが実行される。このルーチンは図29に示されている。続くステップ134ではリッチ処理要求指標IDXがしきい値THよりも大きいか否かが判別される。IDX>THのときには次いでステップ135に進み、リッチフラグXRがセットされる。したがって、リッチ処理が行われる。
これに対し、IDX≦THのときにはステップ134からステップ136に進み、リッチフラグXRがリセットされる。すなわち、この場合にはリッチ処理が行われない。
一方、ステップ132においてFER<LR1のときにはステップ135にジャンプしてリッチフラグXRがセットされる。すなわち、この場合にはリッチ処理要求指標IDXに関わらずリッチ処理が行われる。
図22及び図23はパージフラグXRの制御ルーチンを示している。このルーチンはあらかじめ定められた設定時間ごとの割り込みによって実行される。
図22及び図23を参照すると、ステップ140ではリッチフラグXR及びパージフラグXPが共にリセットされているか否かが判別される。リッチフラグXR又はパージフラグXPがセットされているときには処理サイクルを終了する。したがって、リッチ処理又はパージ処理が行われているときにはパージ処理は開始されない。リッチフラグXR及びパージフラグXPが共にリセットされているときには次いでステップ141に進み、吸入空気量Gaが上限量UG2よりも少ないか否かが判別される。Ga<UG2のときには次いでステップ142に進み、触媒温度Tが下限温度LT2以上か否かが判別される。T≧LT2のときには次いでステップ143に進み、NOx吸蔵量NOXstが下限量LN2以上か否かが判別される。NOXst≧LN2のときには次いでステップ144に進み、予測パージ時間PtPの算出ルーチンが実行される。このルーチンは図30に示されている。続くステップ145では予測パージ時間PtPが上限時間Ut以下であるか否かが判別される。PtP≦Utのときには次いでステップ146に進み、予測燃料過剰割合PFERが算出される。続くステップ147では、予測燃料過剰割合PFERが上限値UR2以下であるか否かが判別される。PFER≦UR2のときには次いでステップ148に進み、パージフラグXPがセットされる。したがって、この場合にはパージ処理が行われる。
これに対し、ステップ141においてGa≧UG2のとき、ステップ142においてT<LT2のとき、ステップ143においてNOXst<LN2のとき、ステップ145においてPtP>UtPのとき、ステップ147においてPFER>UR2のときには、次いでステップ149に進み、パージフラグXPがリセットされる。したがって、この場合にはパージ処理が行われない。
次に、NOx吸蔵量NOXstの算出ルーチンを示す図24及び図25を参照すると、ステップ150ではパージフラグXPがリセットされているか否かが判別される。パージフラグXPがセットされているとき、すなわちパージ処理が行われているときには処理サイクルを終了する。すなわち、パージ処理中はNOx吸蔵量NOXstの更新が行われない。これに対し、パージフラグXPがリセットされているときすなわちパージ処理が行われていないときには次いでステップ151に進み、前回の処理サイクルにおいてパージフラグXPがセットされていたか否かが判別される。前回の処理サイクルにおいてパージフラグXPがリセットされていたとき、すなわちパージ処理が完了した直後でないときには次いでステップ152に進み、流出排気ガスの空燃比AFOが理論空燃比AFS以下であるか、すなわち流出排気ガスの空燃比AFOが理論空燃比又はリッチであるか否かが判別される。AFO>AFSのとき、すなわち流出排気ガスの空燃比AFOがリーンのときには次いでステップ153に進み、流入NOx量が算出され、増加分NOXinが流入NOx量に設定される。続くステップ154では減少分NOXrdがゼロとされる。次いでステップ157に進む。
これに対し、AFO≦AFS、すなわち流出排気ガスの空燃比AFOが理論空燃比又はリッチのときには次いでステップ155に進み、増加分NOXinがゼロとされる。続くステップ156では減少分NOXrdの算出ルーチンが実行される。このルーチンは図26に示されている。次いでステップ157に進む。
ステップ157では数式E1を用いてNOx吸蔵量NOXstが更新される。
これに対し、前回の処理サイクルにおいてパージフラグXPがセットされていたとき、すなわちパージ処理が完了した直後のときにはステップ151からステップ158に進み、パージ失敗フラグXPFがリセットされているか否かが判別される。このパージ失敗フラグXPFはパージ処理が失敗したと判断されたときにセットされ(XPF=1)、それ以外はリセットされる(XPF=0)。パージ失敗フラグXPFがリセットされているとき、すなわちパージ処理が成功したと判断されたときには次いでステップ159に進み、NOx吸蔵量NOXstがゼロに戻される。
これに対し、パージ失敗フラグXPFがセットされているとき、すなわちパージ処理が失敗したと判断されたときにはステップ158からステップ160に進み、パージ失敗フラグXPFがリセットされる。次いで処理サイクルを終了する。したがって、パージ処理が失敗したときにはNOx吸蔵量NOXstは更新されず、すなわちパージ処理開始時の値に保持される。
減少分NOXrdの算出ルーチンを示す図26を参照すると、ステップ170では流入排気ガスの空燃比AFIが読み込まれる。続くステップ171ではNOx吸蔵量NOXstが読み込まれる。続くステップ172では触媒温度Tが読み込まれる。続くステップ173では、図3(B)、図4(B)、及び図5(B)のマップを用いて第1の補正係数KC1、第2の補正係数KC2、及び第3の補正係数KC3がそれぞれ算出され、数式E6を用いて補正係数KCが算出される。続くステップ174では数式E2を用いて減少分NOXrdが算出される。
図27はパージ失敗フラグXPFの制御ルーチンを示している。このルーチンはあらかじめ定められた設定時間ごとの割り込みによって実行される。
図27を参照すると、ステップ180ではパージ失敗フラグXPFがリセットされているか否かが判別される。パージ失敗フラグXPFがリセットされているときには次いでステップ181に進み、パージフラグXPがセットされているか否かが判別される。パージフラグXPがセットされているとき、すなわちパージ処理中には次いでステップ182に進み、加速運転が行われているか否かが判別される。加速運転が行われているときには次いでステップ183に進み、パージ失敗フラグXPFがセットされる。これに対し、ステップ180においてパージ失敗フラグXPFがセットされているとき、ステップ181においてパージフラグXPがリセットされているとき、ステップ182において加速運転が行われていないときには、処理サイクルを終了する。
図28は燃料過剰割合FERの算出ルーチンを示している。このルーチンはあらかじめ定められた設定時間ごとの割り込みによって実行される。
図28を参照すると、ステップ190では、運転燃料量QFOを積算することにより運転燃料量積算値SQFOが算出される。続くステップ191では、過剰燃料量QFEを積算することにより過剰燃料量積算値SQFEが算出される。続くステップ192では数式E10を用いて燃料過剰割合FERが算出される。
図29はリッチ処理要求指標IDXの算出ルーチンを示している。このルーチンはあらかじめ定められた設定時間ごとの割り込みによって実行される。
図29を参照すると、ステップ200ではリッチフラグXR及びパージフラグXPが共にリセットされているか否かが判別される。リッチフラグXR又はパージフラグXPがセットされているときには処理サイクルを終了する。リッチフラグXR及びパージフラグXPが共にリセットされているときには次いでステップ201に進み、図8のマップを用いて指標IDXegが算出される。続くステップ202では図9のマップを用いて指標IDXetが算出される。続くステップ203では数式E8を用いて第1の指標IDX1が算出される。続くステップ204では図10のマップを用いて指標IDXsvが算出される。続くステップ205では図11のマップを用いて指標IDXspが算出される。続くステップ206では数式E9を用いて第2の指標IDX2が算出される。続くステップ207では数式E7を用いてリッチ処理要求指標IDXが算出される。
図30に圧縮着火式内燃機関の別の実施例を示す。図30に示される実施例では、NOx吸蔵還元触媒25上流の排気通路、例えば排気マニホルド5に還元剤添加弁31が取り付けられる。リッチ処理又はパージ処理を行うべきときには還元剤添加弁31からCO,HCのような還元剤がパルス状に添加され、それによって流入排気ガスの空燃比が一時的にリッチにされる。
次に、NOx吸蔵量NOXstの算出作用の別の実施例を説明する。
これまで述べてきた本発明による実施例では、パージ処理が失敗したと判断されたときに、NOx吸蔵量NOXstがパージ処理開始時の値に保持される。このことは、パージ処理が失敗したと判断されたときにはNOx吸蔵還元触媒25からNOxが放出されていないということを意味する。しかしながら、加速運転が行われるまでは流入排気ガスの空燃比がリッチに維持されており、NOx吸蔵還元触媒25からNOxが放出され還元されている。
そこで本発明による別の実施例では、パージ処理が失敗したと判断されたときにはNOx吸蔵量NOXstのパージ処理による減少分を求め、パージ処理による減少分だけNOx吸蔵量NOXstを減少するようにしている。その結果、パージ処理が失敗したと判断されたときにもNOx吸蔵量NOXstを正確に維持することができる。
すなわち、パージ処理が失敗したと判断されたときには次の数式E13に基づいてNOx吸蔵量NOXstが更新される。
ここで、PNrdは1回のパージ処理によるNOx吸蔵量NOXstの減少量を表している。
このパージ処理による減少量PNrdは例えば次のようにして算出される。すなわち、上述したように、加速運転が行われるまでのパージ処理では、HCないし還元剤とNOxが化学量論比RHCでもって反応すると考えられる。したがって、パージ処理中にNOxの放出及び還元に有効に作用したHC量である有効HC量がわかれば、パージ処理による減少量PNrdがわかることになる。
一方、有効HC量はパージ処理中の流入排気ガスの空燃比AFIによって表される。具体的には、理論空燃比AFSに対する流入排気ガスの空燃比AFIの偏差(AFS−AFI)が大きくなるほど有効HC量は多くなる。この場合、理論空燃比AFSを表す直線と流入排気ガスAFIを表す曲線とで囲まれた閉領域の面積はパージ処理中の全有効HC量を表しているということになる。
そこで本発明による別の実施例では、パージ処理中に流入排気ガスの空燃比AFIがRAM43に記憶しておき、パージ処理が失敗したと判断されたときには、記憶されている流入排気ガスの空燃比AFIに基づいて閉領域の面積が算出される。次いで、この面積に基づいて有効HC量全体が算出され、有効HC量全体に基づいてパージ処理による減少量PNrdが算出される。次いで、数式13を用いてNOx吸蔵量NOXstが更新される。
総括すると、図31に示されるようにパージ処理が失敗したと判断されたときには、閉領域ARの面積に基づいてパージ処理による減少量PNrdが算出され、NOx吸蔵量NOXstが減少量PNrdだけ減少される。
図32及び図33はNOx吸蔵量NOXstの算出ルーチンの別の実施例を示している。このルーチンは図24及び図25に示されるルーチンと次の点で異なっている。
すなわち、パージ処理が失敗したと判断されたときには、ステップ160においてパージ失敗フラグXPFがリセットされた後にステップ161に進み、パージ処理による減少量PNrdが算出される。続くステップ162では数式E13を用いてNOx吸蔵量NOXstが更新される。
なお、上述したように、流入排気ガス中のHCないし還元剤が三元触媒24で消費されるおそれがある。したがって、パージ処理時に三元触媒24で消費される還元剤量に基づいてパージ処理による減少量PNrdを補正するようにしてもよい。
ところで、リッチ処理が行われると、図34に示されるようにNOx吸蔵量NOXstが減少する。1回のリッチ処理によるNOx吸蔵量NOXrdの減少量をRNrdで表すと、図34に示される例では、リッチ処理開始時のNOx吸蔵量NOXst0から減少量RNrdだけNOx吸蔵量NOXstが減少する。
このリッチ処理による減少量RNrdは次のようにして推定することができる。すなわち、リッチ処理による減少量RNrdは減少分NOXrdを積算したものに一致する。そうすると、数式E3を積分することにより次の数式E14が得られる。
流入CO量QCOがリッチ処理中に一定であると仮定すると、数式E14の積分項は図34でハッチングが付された台形の面積に等しく、次の数式E15で表される。
ここで、tRはリッチ処理により流入排気ガスの空燃比がリッチとなっている時間である。
したがって、数式E14,E15からリッチ処理による減少量RNrdは次の数式E16のように表される。
ここで、Ktは次の数式E17で表される。
したがって、リッチ時間tRを与えれば、数式E16を用いてリッチ処理による減少量RNrdを推定することができる。その結果、リッチ処理による減少量RNrdを簡単にかつ正確に推定することができる。
一方、リッチ処理を行ったときのCOないし還元剤の利用効率EFFは例えば次の数式E18で表される。
ここで、QFRは1回のリッチ処理における第2燃料量部分QFE2の積算値であるリッチ燃料量を表しており、リッチ時間tR及び目標リッチ空燃比に基づいて求めることができる。
そうすると、数式E16によりリッチ処理による減少量RNrdを推定すれば、数式E18により利用効率EFFを推定できるということになる。このようにすると、リッチ処理を実際に行わなくても、利用効率EFFを正確にかつ簡単に推定ことができる。
したがって、一般化していうと、リッチ処理によるNOx吸蔵量の減少量RNrdが、リッチ処理開始時のNOx吸蔵量NOXst0と、リッチ処理中に一定であると仮定された流入還元剤量QCO及び触媒温度Tとに基づいて推定されるということになる。 FIG. 1 shows a case where the present invention is applied to a compression ignition type internal combustion engine. However, the present invention can also be applied to a spark ignition internal combustion engine.
Referring to FIG. 1, 1 is an engine body, 2 is a combustion chamber of each cylinder, 3 is an electromagnetically controlled fuel injection valve for injecting fuel into each combustion chamber 2, 4 is an intake manifold, and 5 is an exhaust manifold. Respectively. The intake manifold 4 is connected to the outlet of the compressor 7 c of the exhaust turbocharger 7 via the intake duct 6, and the inlet of the compressor 7 c is sequentially connected to the air flow meter 9 and the air cleaner 10 via the intake introduction pipe 8. An electrically controlled throttle valve 11 is disposed in the intake duct 6, and a cooling device 12 for cooling intake air flowing through the intake duct 6 is disposed around the intake duct 6. On the other hand, the exhaust manifold 5 is connected to the inlet of the exhaust turbine 7 t of the exhaust turbocharger 7, and the outlet of the exhaust turbine 7 t is connected to the exhaust aftertreatment device 20.
Eachfuel injection valve 3 is connected to a common rail 14 through a fuel supply pipe 13, and this common rail 14 is connected to a fuel tank 16 through an electrically controlled fuel pump 15 having a variable discharge amount. The fuel in the fuel tank 16 is supplied into the common rail 14 by the fuel pump 15, and the fuel supplied into the common rail 14 is supplied to the fuel injection valve 3 through each fuel supply pipe 13. A fuel pressure sensor (not shown) for detecting the fuel pressure in the common rail 14 is attached to the common rail 14 so that the fuel pressure in the common rail 14 matches the target pressure based on a signal from the fuel pressure sensor. The fuel discharge amount of the fuel pump 15 is controlled.
The exhaust manifold 5 and theintake manifold 4 are connected to each other via an exhaust gas recirculation (hereinafter referred to as EGR) passage 17, and an electrically controlled EGR control valve 18 is disposed in the EGR passage 17. A cooling device 19 for cooling the EGR gas flowing in the EGR passage 17 is disposed around the EGR passage 17.
Theexhaust aftertreatment device 20 includes an exhaust pipe 21 connected to an outlet of the exhaust turbine 7t. The exhaust pipe 21 is connected to a casing 22, and the casing 22 is connected to an exhaust pipe 23. A relatively small capacity three-way catalyst 24 is accommodated on the upstream side in the casing 22, and a relatively large capacity NOx storage reduction catalyst 25 is accommodated on the downstream side. The three-way catalyst 24 and the NOx storage reduction catalyst 25 may be housed in separate casings. Further, the three-way catalyst 24 may be omitted.
Theexhaust pipe 21 is provided with a temperature sensor 26 that detects the temperature of the exhaust gas flowing into the NOx storage reduction catalyst 25 and an air-fuel ratio sensor 27 that detects the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the casing 22. In addition, a temperature sensor 28 that detects a catalyst temperature that is the temperature of the NOx storage reduction catalyst 25 and a differential pressure sensor 29 that detects a differential pressure across the casing 22 are attached to the casing 22. Further, an air-fuel ratio sensor 30 for detecting the air-fuel ratio of exhaust gas flowing out from the casing 22 is attached to the exhaust pipe 23.
Theelectronic control unit 40 is composed of a digital computer, and is connected to each other by a bidirectional bus 41. A ROM (read only memory) 42, a RAM (random access memory) 43, a CPU (microprocessor) 44, an input port 45 and an output port 46 are connected. It comprises. The output voltages of the air flow meter 9, the temperature sensors 26 and 28, the air- fuel ratio sensors 27 and 30, and the differential pressure sensor 29 are input to the input port 45 via the corresponding AD converters 47. A load sensor 50 that generates an output voltage proportional to the amount of depression of the accelerator pedal 49 is connected to the accelerator pedal 49, and the output voltage of the load sensor 50 is input to the input port 45 via the corresponding AD converter 47. The Further, a crank angle sensor 51 that generates an output pulse every time the crankshaft rotates, for example, 30 degrees is connected to the input port 45. The CPU 44 calculates the engine speed based on the output pulse from the crank angle sensor 51. On the other hand, the output port 46 is connected to the fuel injection valve 3, the drive device for the throttle valve 11, the fuel pump 15, and the EGR control valve 18 via a corresponding drive circuit 48.
The NOxstorage reduction catalyst 25 has a honeycomb structure and includes a plurality of exhaust gas flow passages separated from each other by thin partition walls. A catalyst carrier made of alumina, for example, is supported on both side surfaces of each partition wall. FIGS. 2A and 2B schematically show a cross section of the surface portion of the catalyst carrier 55. As shown in FIGS. 2 (A) and 2 (B), a noble metal catalyst 56 is dispersedly supported on the surface of the catalyst carrier 55, and a layer of NOx absorbent 57 is further provided on the surface of the catalyst carrier 55. Is formed.
In the embodiment according to the present invention, at least one selected from platinum Pt, palladium Pd, osmium Os, gold Au, rhodium Rh, iridium Ir, and ruthenium Ru is used as thenoble metal catalyst 56, and the NOx absorbent 57 is configured as a component. For example, at least one selected from alkali metals such as potassium K, sodium Na and cesium Cs, alkaline earth such as barium Ba and calcium Ca, and rare earths such as lanthanum La and yttrium Y is used.
When the ratio of the reducing agent such as air and fuel supplied into the intake passage, thecombustion chamber 2 and the exhaust passage upstream of a certain position in the exhaust passage is referred to as the air-fuel ratio of the exhaust gas at that position, NOx The absorbent 57 absorbs NOx when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lean, and performs the NOx absorption / release action of releasing the absorbed NOx when the oxygen concentration in the inflowing exhaust gas decreases.
That is, the case where platinum Pt is used as thenoble metal catalyst 56 and barium Ba is used as a component constituting the NOx absorbent 57 will be described as an example. When the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lean, that is, the oxygen concentration in the inflowing exhaust gas When NO is high, NO contained in the exhaust gas is oxidized on the platinum Pt 56 as shown in FIG.2And then absorbed into the NOx absorbent 57 and barium carbonate BaCO.3Nitrate ion NO while binding3
−In the form of NOx absorbent 57. In this way, NOx is absorbed in the NOx absorbent 57. As long as the oxygen concentration in the inflowing exhaust gas is high, NO on the surface of platinum Pt562NOx is not generated unless the NOx absorption capacity of the NOx absorbent 57 is saturated.2Is absorbed in the NOx absorbent 57 and nitrate ions NO.3
−Is generated.
In contrast, when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is made rich, the oxygen concentration in the inflowing exhaust gas decreases, so the reaction is reversed (NO3 −→ NO2Thus, as shown in FIG. 2B, nitrate ion NO in theNOx absorbent 573
−Is NO2In the form of NOx absorbent 57. Next, the released NOx is reduced by a reducing agent such as HC or CO contained in the exhaust gas.
On the other hand, the three-way catalyst 24 also has a honeycomb structure and includes a plurality of exhaust gas flow passages separated from each other by thin partition walls. A catalyst carrier made of, for example, alumina is supported on both surfaces of each partition wall, and a noble metal such as platinum Pt, palladium Pd, and rhodium Rh and an oxygen storage material such as cerium oxide are supported on the surface of the catalyst carrier. It is supported.
This three-way catalyst 24 simultaneously purifies HC, CO, NOx contained in the exhaust gas when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is substantially the stoichiometric air-fuel ratio.
The three-way catalyst 24 constitutes an oxygen storage catalyst that stores oxygen contained in the exhaust gas when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lean and releases the stored oxygen when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas becomes rich. . That is, the case where the oxygen storage material is made of cerium Ce will be described as an example. When the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lean, the oxygen molecules O contained in the exhaust gas are described.2Is CeO2(Ce2O3-> 2CeO2). In contrast, when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas becomes rich, the reaction proceeds in the reverse direction (2CeO2-> Ce2O3), Oxygen molecule O2Is released.
Now, in the embodiment according to the present invention, combustion is usually performed under a lean air-fuel ratio. In this case, since the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas to the NOxstorage reduction catalyst 25 is lean, NOx in the inflowing exhaust gas is stored in the NOx storage reduction catalyst 25 at this time. However, if the engine operation is continued, the NOx occlusion amount of the NOx occlusion reduction catalyst 25 increases, and eventually the NOx occlusion reduction catalyst 25 cannot occlude NOx.
Therefore, in the embodiment according to the present invention, the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is temporarily enriched before the NOxocclusion reduction catalyst 25 is saturated with NOx, thereby releasing NOx from the NOx occlusion reduction catalyst 25.2I'm trying to reduce it. As a result, the NOx occlusion amount is reduced.
Specifically, in order to partially release and reduce NOx occluded in the NOxocclusion reduction catalyst 25, a rich process for temporarily changing the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas to rich is performed. In this case, in order to switch the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas to rich, combustion is temporarily performed under the rich air-fuel ratio while decreasing the intake air amount and increasing the EGR gas amount. As a result, a large amount of carbon monoxide CO is contained in the exhaust gas, and this CO mainly acts as a reducing agent.
A lot of fuel is required to perform rich processing. Therefore, in order to suppress fuel consumption, it is appropriately determined whether or not rich processing should be started during engine operation under a lean air-fuel ratio, and whether or not rich processing should be continued during rich processing. It is necessary to judge appropriately.
Therefore, in the embodiment according to the present invention, the NOx occlusion amount NOXst of the NOxocclusion reduction catalyst 25 is calculated, and the rich process is controlled based on the NOx occlusion amount NOXst.
In the embodiment according to the present invention, the NOx occlusion amount NOXst is repeatedly calculated based on the following formula E1.
Here, NOXin and NOXrd respectively represent an increment and a decrease of the NOX occlusion amount NOXst per unit time.
The increment NOXin is set to the inflow NOx amount that is the NOx amount in the inflow exhaust gas when the air-fuel ratio of the inflow exhaust gas is lean, and is set to zero when the air-fuel ratio of the inflow exhaust gas is rich or the stoichiometric air-fuel ratio. Here, the inflow NOx amount is calculated based on the engine operating state, for example, the engine load and the engine speed. Alternatively, a NOx sensor for detecting the inflow NOx amount is disposed in the exhaust passage upstream of the NOxstorage reduction catalyst 25, and an increase NOXin when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lean is obtained based on the output of the NOx sensor. It may be.
In contrast, the decrease NOXrd is zero when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lean, and is calculated based on the following equation E2 when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is rich or the stoichiometric air-fuel ratio.
Here, k0 is a constant, AFS is the stoichiometric air-fuel ratio, AFI is the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas detected by the air-fuel ratio sensor 27, E is the activation energy, R is the gas constant, and T is detected by the temperature sensor 28. Catalyst temperature, Δt represents a calculation time interval, and KC represents a correction coefficient.
Mathematical formula E2 is derived as follows. That is, when CO is used as the reducing agent, the NOx reduction reaction is represented by the following reaction formula R1.
Therefore, the time change dNOXst / dt of the NOx occlusion amount when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is rich is expressed by the following equation E3 in consideration of the reaction rate of the reaction equation R1.
Here, k represents a constant, and QCO represents an inflow CO amount that is the CO amount in the inflow exhaust gas.
When the equation E3 is discretized using i representing the number of calculations, the following equation E4 is obtained.
Here, the inventors of the present application have confirmed that the inflow CO amount QCO is represented by the air-fuel ratio AFI of the inflow exhaust gas. Specifically, the inflow CO amount QCO increases as the richness of the air-fuel ratio AFI of the inflowing exhaust gas, that is, the deviation (AFS-AFI) of the air-fuel ratio AFI of the inflowing exhaust gas with respect to the stoichiometric air-fuel ratio AFS increases.
Therefore, since the left side of the equation E4 is equal to the negative value (−NOXrd) of the decrease NOXrd, the equation E2 is derived by introducing the correction coefficient KC into the equation E4.
Using the above-described equation E2, it is possible to easily and accurately calculate the decrease NOXrd during the rich process. In fact, it has been experimentally confirmed that the decrease NOXrd can be calculated with an error of about 3 percent.
During the rich process, the decrease NOXrd is repeatedly calculated using the above-described equation E2, and the NOx occlusion amount NOXst is repeatedly updated by the decrease NOXrd.
Thus, in the embodiment according to the present invention, the decrease NOXrd is calculated based on the inflow CO amount QCO, the NOx occlusion amount NOXst, and the catalyst temperature T.
One thing to be noted here is that the decrease NOXrd is calculated based on the NOx occlusion amount NOXst. As described at the beginning, the conventional calculation method cannot always calculate the decrease NOXrd accurately. Therefore, as long as it is based on such an inaccurate NOx occlusion amount NOXst, the decrease NOXrd cannot always be calculated accurately. That is, it has not been possible to calculate the decrease NOXrd based on the NOx occlusion amount NOXst.
Another notable feature is that the NOx occlusion amount NOXst, that is, the decrease NOxrd during the rich process is calculated without obtaining the outflow NOx amount that is the amount of NOx flowing out from the NOxocclusion reduction catalyst 25. When the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is rich, it becomes difficult to accurately detect the outflow NOx amount with the NOx sensor disposed in the exhaust passage of the NOx storage reduction catalyst 25. In the embodiment according to the present invention, since the amount of outflow NOx is not required, the decrease NOXrd can be accurately calculated. Further, it is not necessary to provide a NOx sensor downstream of the NOx storage reduction catalyst 25.
The above formula E3 can be applied to a reducing agent in which the molar ratio of NOx to the reducing agent in the reduction reaction is theoretically 1: 2. Hydrogen H as such a reducing agent2Is mentioned. In this case, the reduction reaction of NOx is represented by the following reaction formula R2.
Therefore, when the amount of hydrogen in the inflowing exhaust gas is represented by QH, the decrease NOXrd in this case is calculated from the following equation E5.
Therefore, in general terms, the decrease NOXrd is calculated based on the following terms using the inflow reductant amount QRED, the NOx occlusion amount NOXst, and the catalyst temperature T, which is the amount of reductant in the inflow exhaust gas. .
Furthermore, the concept of calculating the decrease NOXrd based on the inflow reducing agent amount QRED, the NOx occlusion amount NOXst, and the catalyst temperature T is that the reducing agent is CO, H2It can be applied not only to other materials such as hydrocarbon HC.
Therefore, when further generalized, the reduced amount NOXrd is calculated based on the inflow reducing agent amount QRED, the NOx occlusion amount NOXst, and the catalyst temperature T.
Next, the correction coefficient KC in the equation E2 will be described.
The correction coefficient KC is calculated based on the following formula E6.
Here, KC1, KC2, and KC3 represent a first correction coefficient, a second correction coefficient, and a third correction coefficient, respectively. Each correction coefficient KC1, KC2, KC3 is set to 1.0 when there is no need to correct each.
The first correction coefficient KC1 is used to correct the amount of decrease NOXrd based on the CO passage amount that is the amount of CO passing through the NOxstorage reduction catalyst 25 without reducing NOx during the rich process. That is, as the CO passing amount increases, the decrease NOXrd decreases. Therefore, the decrease NOXrd is corrected to decrease by the first correction coefficient KC1. As shown in FIG. 3A, the first correction coefficient KC1 becomes smaller as the intake air amount Ga detected by the air flow meter 9 increases, and the difference between the front and rear of the casing 22 detected by the differential pressure sensor 29 is increased. The pressure dP decreases as the pressure dP decreases. That is, the CO passage amount increases as the inflowing exhaust gas amount increases. Further, as the degree of clogging of the casing 22 in which the three-way catalyst 24 and the NOx storage reduction catalyst 25 are housed becomes small, the residence time of the exhaust gas in the casing 22 is shortened, and thus the amount of CO passing is increased. Here, the inflow exhaust gas amount is represented by the intake air amount Ga. Further, the degree of clogging of the casing 22 is represented by the differential pressure dP. Therefore, the intake air amount Ga and the differential pressure dP are detected, and the first correction coefficient KC1 is calculated based on the intake air amount Ga and the differential pressure dP. Note that the first correction coefficient KC1 is stored in the ROM 42 in the form of a map shown in FIG. 3B as a function of the intake air amount Ga and the differential pressure dP.
The second correction coefficient KC2 is used to correct the amount of decrease NOXrd based on the degree of deterioration of the NOxstorage reduction catalyst 25. That is, the decrease NOXrd decreases as the degree of deterioration increases. Therefore, the decrease NOXrd is corrected to decrease by the second correction coefficient KC2. As shown in FIG. 4A, the second correction coefficient KC2 decreases as the integrated value ST of the catalyst temperature increases, and decreases as the SOx storage amount SOXst of the NOx storage reduction catalyst 25 increases. That is, as the integrated value ST of the catalyst temperature increases, the degree of thermal deterioration of the NOx storage reduction catalyst 25 increases. Further, as the SOx occlusion amount SOXst of the NOx occlusion reduction catalyst 25 increases, the NOx occlusion capacity of the NOx occlusion reduction catalyst 25 decreases, and therefore the degree of deterioration increases. Therefore, the integrated value ST of the catalyst temperature and the SOx occlusion amount SOXst are calculated, and the second correction coefficient KC2 is calculated based on the integrated value ST of the catalyst temperature and the SOx occlusion amount SOXst. The second correction coefficient KC2 is stored in the ROM 42 in the form of a map shown in FIG. 4B as a function of the integrated value ST of the catalyst temperature and the SOx occlusion amount SOXst.
The third correction coefficient KC3 corrects the inflow CO amount QCO to be reduced based on the CO consumption in the exhaust gas consumed by the three-way catalyst 24 during the rich process, and consequently reduces the decrease NOXrd to a decrease. Is to do. That is, CO in the exhaust gas is oxidized or consumed by oxygen released from the three-way catalyst 24 during the rich process. As this CO consumption increases, the inflow CO amount decreases and the decrease NOXrd decreases. Therefore, the decrease NOXrd is corrected to decrease by the third correction coefficient KC3. As shown in FIG. 5A, the third correction coefficient KC3 decreases as the intake air amount Ga decreases, and the air-fuel ratio AFI of the inflowing exhaust gas is maintained lean until the rich process is started. As the lean time tL, which is the waiting time, becomes longer, it becomes smaller. That is, the CO consumption increases as the inflowing exhaust gas amount represented by the intake air amount Ga decreases. Further, the CO consumption increases as the oxygen storage amount OXYst of the three-way catalyst 24 increases when the rich process is started. Here, the oxygen storage amount OXYst of the three-way catalyst 24 when the rich process is started is represented by the lean time tL. The third correction coefficient KC3 is stored in the ROM 42 in the form of a map shown in FIG. 5B as a function of the intake air amount Ga and the lean time tL.
The lean time tL will be further described. When the lean time tL is long as shown in FIG. 6 (A), the oxygen storage amount OXYst of the three-way catalyst 24 is increased, and then the rich process is shown as X. Is started. In contrast, when the lean time tL is short as shown in FIG. 6B, the rich process is started as indicated by X while the oxygen storage amount OXYst is small. Therefore, the lean time tL represents the oxygen storage amount OXYst when the rich process is started.
Therefore, the intake air amount Ga and the lean time tL are detected, and the third correction coefficient KC3 is calculated based on the intake air amount Ga and the lean time tL. The third correction coefficient KC3 is stored in theROM 42 in the form of a map shown in FIG. 5B as a function of the intake air amount Ga and the lean time tL.
It should be noted that the oxygen storage reaction of the three-way catalyst 24 when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lean is represented by the following reaction formula R3.
Therefore, the oxygen storage amount OXYst is calculated from the time change dOXYst / dt of the oxygen storage amount of the three-way catalyst 24 obtained in consideration of the reaction rate of the reaction formula R3, and the inflowing CO amount based on the calculated oxygen storage amount OXYst. May be corrected.
On the other hand, the constant k0 in the equation E2 is obtained in advance by experiments. That is, for example, the decrease NOXtd is measured under various NOx occlusion amounts NOXst and the catalyst temperature T. After that, the measured decrease NOXrd is substituted into Equation E2 to calculate k0, and by averaging these k0, a constant k0 is calculated. During the rich treatment, not only NOx reduction, but also NOx occlusion, NOx reduction by reducing agents other than CO in the exhaust gas, for example, hydrogen and hydrocarbons, NOx occlusion amount NOXst and catalyst temperature T, three-dimensional distribution, rich Changes in the catalyst temperature T during processing, NOx outflow from the NOxstorage reduction catalyst 25 when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas switches from lean to rich, NOx storage reduction when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lean An outflow of NOx from the catalyst 25 occurs. Therefore, when the constant k0 is calculated as described above, various phenomena that may affect the decrease NOXrd can be comprehensively expressed by the equation E2. This means that the decrease NOXrd can be calculated easily and accurately with the formula E2.
Even if the air-fuel ratio AFI of the exhaust gas flowing into thecasing 22 is rich, the exhaust gas flowing into the NOx storage reduction catalyst 25 may not become rich because of the oxygen storage capacity of the three-way catalyst 24. On the other hand, while the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx storage reduction catalyst 25 is rich and the NOx release and reduction action is being performed, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing out from the NOx storage reduction catalyst 25 is the stoichiometric air-fuel ratio. Or it has been confirmed that it is kept rich.
Therefore, in the embodiment according to the present invention, when the air-fuel ratio AFO of the outflow exhaust gas detected by the air-fuel ratio sensor 30 is lean, the increase NOXin is set to the inflow NOx amount, and the decrease NOXrd is made zero. Further, when the air-fuel ratio AFO of the outflow exhaust gas is the stoichiometric air-fuel ratio or rich, the increment NOXin is set to zero, and the decrease NOXrd is calculated using Equation E2.
Thus, in the embodiment according to the present invention, the NOx decrease amount NOXrd can be accurately calculated, and therefore the NOx occlusion amount NOXst can be accurately calculated.
However, a slight calculation error may be included in the decrease NOXrd or the NOx occlusion amount NOXst. For this reason, when the engine operation time becomes longer, the calculated NOXst may deviate from the actual NOx storage amount.
Therefore, in the embodiment according to the present invention, in order to release and reduce almost all of the NOx stored in the NOxstorage reduction catalyst 25, a purge process for temporarily switching the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas to rich is performed. . If the NOx occlusion amount NOXst is returned to zero when almost all NOx in the NOx occlusion reduction catalyst 25 is released and reduced by the purge process, the NOx occlusion amount NOXst accurately represents the actual NOx occlusion amount.
In the purge process of the embodiment according to the present invention, as shown in FIG. 7 (i), in addition to the main fuel M for obtaining the engine output supplied around the compression top dead center (TDC), the end stage of the expansion stroke. Alternatively, additional fuel A is injected from thefuel injection valve 3 in the exhaust stroke, whereby the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is switched to rich. In this case, the inflowing exhaust gas contains a large amount of HC, and HC mainly acts as a reducing agent. In the example shown in FIG. 7I, the additional fuel A hardly contributes to the engine output.
In this case, additional fuel A is supplied every time the cylinder enters the expansion stroke or the exhaust stroke. Therefore, during the purge process, the additional fuel A or the reducing agent is supplied into thecombustion chamber 2 in a secondary and pulse form.
Alternatively, in order to switch the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas to be rich, additional fuel A may be injected from thefuel injection valve 3 immediately after the main fuel M is injected, as shown in (ii) of FIG. . In the example shown in FIG. 7 (ii), the additional fuel A partially burns in the combustion chamber 2, and thus partially contributes to the engine output. For this reason, a mechanism for absorbing an additional output from the additional fuel A, for example, an electric motor of a hybrid vehicle is required.
Alternatively, as shown in (iii) of FIG. 7, the main fuel M may be used to temporarily perform combustion under a rich air-fuel ratio. FIG. 7 (iv) shows a case where combustion is performed under a lean air-fuel ratio and no additional fuel is injected.
Even during the rich processing, additional fuel A can be injected as shown in FIG. 7 (i) or (ii) in order to switch the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas to rich.
Next, control of rich processing according to an embodiment of the present invention will be described.
In the embodiment according to the present invention, the rich processing request index IDX is repeatedly calculated when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lean. The rich process request index IDX indicates the degree of necessity of the rich process, and indicates that the necessity of the rich process increases as the rich process request index IDX increases (0 ≦ IDX ≦ 1). In addition, the rich process is not performed when the rich process request index IDX is smaller than the threshold value TH, and the rich process is performed when the rich process request index IDX is larger than the threshold value TH.
The rich process request index IDX is calculated based on the following formula E7.
Here, IDX1 and IDX2 represent a first index and a second index, respectively.
When the decrease NOXrd per unit reducing agent (CO) amount is referred to as reducing agent utilization efficiency, the first index IDX1 is determined according to the reducing agent utilization efficiency when it is assumed that the rich process is performed. It is calculated based on the following formula E8 using IDXeg and IDXet.
The index IDXeg is obtained based on the inflow exhaust gas amount. That is, as the inflowing exhaust gas amount increases, the CO passage amount increases, and therefore the reducing agent utilization efficiency decreases. The index IDXeg is obtained in advance by standardizing the reducing agent utilization efficiency that varies according to the intake air amount Ga representing the inflowing exhaust gas amount (0 ≦ IDXeg ≦ 1). That is, as shown in FIG. 8, the index IDXeg increases as the intake air amount Ga decreases, and is maintained at 1 when the intake air amount Ga further decreases. The index IDXeg is stored in theROM 42 in the form of a map shown in FIG. 8 as a function of the intake air amount Ga.
The index IDXet is obtained based on the catalyst temperature T. That is, the ease of the NOx reduction reaction in the NOxocclusion reduction catalyst 25 varies according to the catalyst temperature T, and therefore the reducing agent utilization efficiency varies. The index IDXet is obtained in advance by normalizing the reducing agent utilization efficiency that varies according to the catalyst temperature T (0 ≦ IDXet ≦ 1). That is, as shown in FIG. 9, the index IDXet increases as the catalyst temperature T increases when the catalyst temperature T is low, and decreases as the catalyst temperature T increases when the catalyst temperature T is high. The index IDXet is stored in the ROM 42 as a function of the catalyst temperature T in the form of a map shown in FIG.
On the other hand, the second index IDX2 is determined according to the NOx occlusion capacity of the NOxocclusion reduction catalyst 25, and is calculated based on the following formula E9 using the indices IDXsv and IDXsp.
When the ratio of the amount of NOx occluded in the NOxocclusion reduction catalyst 25 to the amount of NOx in the inflowing exhaust gas is referred to as NOx occlusion speed Vst (0 ≦ Vst ≦ 1), the index IDXsv is the NOx occlusion speed Vst. It is required based on. That is, NOx is less likely to be stored in the NOx storage reduction catalyst 25 as the NOx storage speed Vst decreases. As shown in FIG. 10, the index IDXsv increases from zero as the NOx occlusion speed Vst decreases from 1, and is maintained at 1 when it falls below the allowable lower limit LV (0 ≦ IDXsv ≦ 1). The index IDXsv is stored in the ROM 42 in the form of a map shown in FIG. 10 as a function of the NOx occlusion speed Vst.
The index IDXsp is obtained based on the NOx passage amount QNP that is the amount of NOx that passes through the NOx storage reduction catalyst when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lean. That is, as the NOx passage amount QNP increases, NOx is less likely to be stored in the NOxstorage reduction catalyst 25. As shown in FIG. 11, the index IDXsp increases as the NOx passage amount QNP increases, and is maintained at 1 when the allowable upper limit UN is exceeded (0 ≦ IDXsp ≦ 1). The index IDXsp is stored in the ROM 42 in the form of a map shown in FIG. 11 as a function of the NOx passage amount QNP.
Here, as shown in FIG. 12A, the NOx occlusion speed Vst increases as the NOx occlusion amount NOXst decreases. When the catalyst temperature T is low, the NOx occlusion speed Vst increases as the catalyst temperature T increases. When it is high, it decreases as the catalyst temperature T increases. The NOx occlusion speed Vst is stored in theROM 42 in the form of a map shown in FIG. 12B as a function of the NOx occlusion amount NOXst and the catalyst temperature T. Note that the NOx occlusion speed Vst does not have to standardize the above-described ratio of the NOx amount.
On the other hand, the NOx passage amount QNP is stored in theROM 42 in the form of a map shown in FIG. 13 as a function of the inflow NOx amount QNI, the NOx occlusion speed Vst, and the NOx passage rate RP. The NOx passage rate RP is the ratio of the NOx amount that has passed through the NOx storage reduction catalyst 25 to the inflow NOx amount when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lean. For example, the ROM 42 as a function of the intake air amount Ga that represents the exhaust gas flow rate. Is stored within.
Note that the rich process request index IDX may be obtained based on one of the first index IDX1 and the second index IDX2. Further, the first index IDX1 may be obtained based on one of the index IDXeg and the index IDXet, or the second index IDX2 may be obtained based on either the index IDXsv or the index IDXsp. Also good.
When the index IDXet, IDXet is increased, the first index IDX1 is increased. When the index IDXsv, IDXsp is increased, the second index IDX2 is increased, so that the rich process request index IDX is increased. As described above, the rich process is performed when the rich process request index IDX becomes greater than the threshold value TH.
In this way, for example, when the reducing agent cannot be effectively used even if the NOx occlusion amount NOXst is large, the rich process is not started. Therefore, it is possible to reliably reduce NOx while suppressing consumption of the reducing agent or fuel.
On the other hand, the NOx occlusion speed Vst described above is repeatedly calculated during the rich process. Since the NOx occlusion amount NOXst gradually decreases during the rich process, the NOx occlusion speed Vst gradually increases. Next, the rich process is completed when the NOx occlusion speed Vst reaches a predetermined target NOx occlusion speed TVst.
The target NOx occlusion speed TVst is set to be smaller than 1, and the NOx occlusion amount NOXst is not reduced to zero by the rich process. As a result, NOx occluded in the NOxocclusion reduction catalyst 25 is partially released and reduced, so that consumption of fuel or reducing agent can be suppressed.
In summary, as shown by X in FIG. 14, when the rich process request index IDX becomes larger than the threshold value TH, the rich process is started, and when the NOx occlusion speed Vst reaches the target NOx occlusion speed TVst during the rich process, the rich process is started. The process will be completed.
In the embodiment according to the present invention, the rich process is controlled based on the excess fuel ratio FER.
This fuel excess ratio FER is repeatedly calculated based on the following formula E10.
Here, SQFO represents an operating fuel amount integrated value, and SQFE represents an excess fuel amount integrated value.
The operating fuel amount integrated value SQFO is an integrated value of the operating fuel amount QFO, which is the amount of fuel supplied for engine operation under a lean air-fuel ratio.
On the other hand, the excess fuel amount integrated value SQFE is an excess fuel amount QFE that is the amount of fuel supplied in addition to the operating fuel amount QFO in order to make the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas rich, that is, for rich processing and purge processing. Is an integrated value of. In the example shown in (i) or (ii) of FIG. 7, the operating fuel amount QFO corresponds to the amount of the main fuel M, and the excess fuel amount QFE corresponds to the amount of the additional fuel A.
Here, the excess fuel amount QFE includes the first fuel amount portion QFE1 for reducing the air-fuel ratio AFI of the inflowing exhaust gas from the lean air-fuel ratio obtained by the operating fuel amount QFO to the stoichiometric air-fuel ratio AFS, and the airflow of the inflowing exhaust gas. It is expressed as the sum of the second fuel amount portion QFE2 for making the fuel ratio AFI rich beyond the stoichiometric air-fuel ratio (QFE = QFE1 + QFE2). The second fuel amount portion QFE2 represents the amount of fuel that can substantially act as a reducing agent. In the rich process according to the embodiment of the present invention, the second fuel amount portion QFE2 is set so that the air-fuel ratio AFI of the inflowing exhaust gas becomes the target rich air-fuel ratio.
Fuel excess ratio FER represents the degree of deterioration of the fuel consumption rate due to rich processing or purge processing. That is, when the rich process or the purge process is started, the excess fuel amount integrated value SQFE gradually increases, so that the excess fuel ratio FER gradually increases. On the other hand, if the rich process and the purge process are not performed, the excess fuel amount integrated value SQFE does not increase, so the excess fuel ratio FER gradually decreases.
It is not preferable that the excess fuel ratio FER is excessively large. Therefore, in the embodiment according to the present invention, the rich process is interrupted when the excess fuel ratio FER exceeds the predetermined upper limit value UR1 during the rich process. As a result, excessive fuel consumption is prevented.
On the other hand, the excessive fuel ratio FER means that the rich process and the purge process have not been performed for a long time, which is also not preferable. Therefore, in the embodiment according to the present invention, when the excess fuel ratio FER becomes smaller than the predetermined lower limit value LR1, the rich process is performed regardless of the rich process request index IDX. As a result, it is possible to prevent NOx release and reduction action from being performed for a long time.
In summary, as shown by X in FIG. 15A, when the excess fuel ratio FER becomes smaller than the lower limit value LR1, rich processing is started regardless of the rich processing request index IDX, and Y in FIG. As shown, when the excess fuel ratio FER exceeds the upper limit value UR1 during the rich process, the rich process is interrupted regardless of the NOx release speed Vst.
Next, control of purge processing according to an embodiment of the present invention will be described.
If a purge process is performed when the inflowing exhaust gas amount is large, a large amount of fuel or reducing agent is required. Further, even if the purge process is performed when the catalyst temperature T is low, NOx cannot be sufficiently reduced. Further, even if the purge process is performed when the NOx occlusion amount NOXst is small, the fuel or the reducing agent cannot be effectively used for NOx reduction.
Therefore, in the embodiment according to the present invention, the intake air amount Ga representing the inflow exhaust gas amount is larger than the upper limit amount UG2, the catalyst temperature T is lower than the lower limit temperature T2, or the NOx occlusion amount NOXst is lower than the lower limit amount LN2. When the number is small, it is determined that the purge condition is not satisfied, and the purge process is prohibited.
In contrast, if the intake air amount Ga is smaller than the upper limit amount UG2, the catalyst temperature T is higher than the lower limit temperature LT2, and the NOx occlusion amount NOXst is larger than the lower limit amount LN2, it is determined that the purge condition is satisfied. The purge process is started.
When the purge process is started, the main fuel M and the additional fuel A are supplied to each cylinder as described above with reference to FIG. Here, the amount of the main fuel M and the amount of the additional fuel A correspond to the operating fuel amount QFO and the excess fuel amount QFE, respectively. The excess fuel amount QFE is the first fuel amount portion QFE1 and the second fuel amount. It is the sum of the partial QFE2.
In the embodiment according to the present invention, when the purge process is started, the second fuel amount partial integrated value SQFE2 is repeatedly calculated, and when the second fuel amount partial integrated value SQFE2 reaches the purge fuel amount QFP, the supply of additional fuel A is performed. Is stopped, and thus the purge process is completed. In this case, it can be considered that the purge fuel amount QFP is divided and supplied by the second fuel amount portion QFE2.
The purge fuel amount QFP is calculated based on the following formula E11 using the NOx occlusion amount NOXst0 when the purge process should be started.
Here, MNOX represents the molecular weight of NOx, RHC represents the stoichiometric ratio of HC to NOx (for example, 2.5), and MHC represents the average molecular weight of HC (for example, 44).
That is, the purge fuel amount QFP is set to the stoichiometric amount of the NOx occlusion amount NOxst0 with respect to NOx, that is, the amount theoretically required to reduce NOx by NOXst0. This is because the purge process is performed when the inflowing exhaust gas amount is small, so that the residence time of the HC or the reducing agent in the NOxocclusion reduction catalyst 25 becomes considerably long. This is because it is considered to react with the stoichiometric ratio RHC.
As described above, the second fuel amount portion QFE2 represents the amount of fuel that can substantially act as a reducing agent. Therefore, by setting the purge fuel amount QFP in this way, almost all NOx in the NOxstorage reduction catalyst 25 can be reduced by the purge process.
The second fuel amount portion QFE2 at the time of the purge process is set as follows.
Part of the additional fuel A once adheres to the exhaust passage upstream of the NOxstorage reduction catalyst 25, for example, the exhaust manifold 5, the exhaust turbine 7t, and the inner wall surface of the exhaust pipe 21, and then evaporates and then flows into the NOx storage reduction catalyst 25 There is a case. However, if the additional fuel A once adhering to the inner wall surface of the exhaust passage is referred to as adhering fuel, the adhering fuel flows into the NOx storage reduction catalyst 25 with a delay from the normal timing, which is not preferable. On the other hand, the amount of attached fuel increases as the temperature of the inner wall surface of the exhaust passage upstream of the NOx storage reduction catalyst 25 decreases. Further, the inner wall surface temperature of the exhaust passage upstream of the NOx storage reduction catalyst 25 is expressed by the temperature of the exhaust gas flowing into the NOx storage reduction catalyst 25, for example.
Therefore, in the embodiment according to the present invention, as shown in FIG. 16, the purge is performed so that the temperature Tex of the exhaust gas flowing into the NOxstorage reduction catalyst 25 detected by the temperature sensor 26 (FIG. 1) decreases as the temperature Tex decreases. A second fuel amount portion QFE2 at the time of processing is set. As a result, the supply delay of the additional fuel A during the purge process can be suppressed. Note that the second fuel amount portion QFE2 during the purge process is stored in the ROM 42 in the form of a map shown in FIG. 16 as a function of the inflow exhaust gas temperature Tex.
The first fuel portion QFE1 is for reducing the air-fuel ratio AFI of the inflowing exhaust gas from the lean air-fuel ratio obtained by the operating fuel amount QFO to the stoichiometric air-fuel ratio AFS as described above. Therefore, the first fuel amount portion QFE1 is calculated based on the following equation E12.
As described above, the purge process is prohibited when it is determined that the purge condition is not satisfied. In the embodiment according to the present invention, the purge process is also prohibited in the following cases.
If the purge time tP, which is the time required from the start of the purge process to completion, becomes longer, the possibility that the purge process will fail increases.
Therefore, in the embodiment according to the present invention, the predicted purge time PtP that is the predicted value of the purge time tP when it is assumed that the purge process has been performed is obtained, and when the predicted purge time PtP is longer than the predetermined upper limit time Ut, The purge process is prohibited. As a result, the possibility that the purge process will fail can be kept low.
Whether the purge process has succeeded or failed is determined as follows. In other words, if the engine acceleration operation is performed during the purge process, the intake air amount Ga representing the inflow exhaust gas amount greatly increases, and the air-fuel ratio AFI of the inflow exhaust gas cannot be maintained rich. In this case, almost all NOx in the NOxocclusion reduction catalyst 25 cannot be released and reduced. Therefore, when the acceleration operation is performed during the purge process, it is determined that the purge process has failed. On the other hand, if the acceleration operation is not performed during the purge process, the air-fuel ratio AFI of the inflowing exhaust gas is maintained rich. Therefore, when the acceleration operation is not performed during the purge process, it is determined that the purge process is successful.
The predicted purge time PtP is calculated based on, for example, the purge fuel amount QFP, the second fuel amount portion QFE2, and the engine speed. That is, the purge time tP is a time required for the second fuel amount partial integrated value SQFE2 to reach the purge fuel amount QFP. Further, since the second fuel amount portion QFE2 is supplied every expansion stroke or exhaust stroke (see FIG. 7 (i)), the time interval during which the second fuel amount portion QFE2 is supplied is determined according to the engine speed. . Therefore, the predicted purge time PtP can be predicted based on the purge fuel amount QFP, the second fuel amount portion QFE2, and the engine speed.
On the other hand, when the purge process is performed, the excess fuel ratio FER (E10) increases. It is not preferable that the excess fuel ratio FER increases.
Therefore, in the embodiment according to the present invention, the predicted excess fuel ratio PFER, which is the predicted value of the excess fuel ratio FER when it is assumed that the purge process is performed, is obtained, and the predicted excess fuel ratio PFER is set to a predetermined upper limit value UR2. When exceeding, purge processing is prohibited. As a result, it is possible to prevent the excess fuel ratio FER from increasing. The upper limit value UR2 may be the same as or different from the above upper limit value UR1.
The predicted fuel excess ratio PFER is calculated as follows, for example. That is, the purge fuel amount QFP is calculated from the current NOx occlusion amount NOXst, the predicted purge time PtP is calculated from the purge fuel amount QFP, and the operating fuel amount QFO total value and the first fuel amount partial total value at the predicted purge time PtP are calculated. Each is calculated. Then, the operating fuel amount QFO total value is added to the current operating fuel amount integrated value SQFO, and the first fuel amount partial total value and the purge fuel amount QFP are added to the excess fuel amount integrated value SQEF. Next, the excess fuel ratio FER (= SQFE / SQFO) calculated from the equation E10 represents the predicted excess fuel ratio PFER.
When the purge process is performed, the NOx occlusion amount NOXst is updated as follows.
That is, as described above, the purge process may succeed or may fail. When the purge process is successful, it can be considered that all of the NOx in the NOxstorage reduction catalyst 25 has been released and reduced. However, this cannot be considered when the purge process fails.
Therefore, in the embodiment according to the present invention, it is determined whether the purge process is successful or unsuccessful, and when it is determined that the purge process is successful, the NOx occlusion amount NOXst is returned to zero. On the other hand, when it is determined that the purge process has failed, the NOx occlusion amount NOXst is held at the value at the start of the purge process. As a result, the NOx occlusion amount NOXst is prevented from greatly deviating from the actual NOx occlusion amount.
In summary, as shown in FIG. 17B, when the acceleration operation is performed during the purge process, it is determined that the purge process has failed, and the NOx occlusion amount NOXst is held at the value at the start of the purge process. On the other hand, as shown in FIG. 17A, when the acceleration operation is not performed during the purge process, it is determined that the purge process is successful, and the NOx occlusion amount NOXst is returned to zero.
FIG. 18 shows an exhaust purification control routine of the embodiment according to the present invention. This routine is executed by interruption every predetermined time.
Referring to FIG. 18, instep 100, it is determined whether or not the rich flag XR is set. The rich flag XR is set when the rich process is to be executed (XR = 1), and is reset otherwise (XR = 0). When the rich flag XR is set, the routine proceeds to step 101 where a rich processing routine is executed. This rich processing routine is shown in FIG. On the other hand, when the rich flag XR is reset, the routine proceeds from step 100 to step 102, where it is determined whether or not the purge flag XP is set. The purge flag XP is set when the purge process is to be executed (XP = 1), and is reset otherwise (XP = 0). When the purge flag XP is set, the routine proceeds to step 103 where a purge process routine is executed. This purge processing routine is shown in FIG. In contrast, when the purge flag XP is reset, the processing cycle is terminated.
Referring to FIG. 19 showing the rich processing routine, instep 110, the NOx occlusion amount NOXst calculated in the routines of FIGS. 24 and 25 is read. In the subsequent step 111, the NOx occlusion speed Vst of the NOx occlusion reduction catalyst 25 is calculated from the NOx occlusion amount NOXst using the map of FIG. In the following step 112, it is determined whether or not the NOx storage speed Vst is equal to or higher than the target NOx storage speed TVst. When Vst <TVst, the routine proceeds to step 113 where the excess fuel ratio FER calculated in the routine of FIG. 28 is read. In the following step 114, it is determined whether or not the excess fuel ratio FER is equal to or lower than the upper limit value UR1. When FER ≦ UR1, the routine proceeds to step 115 where rich combustion is started or continued.
On the other hand, when Vst <TVst atstep 112 or when FER> UR1 at step 114, the routine proceeds to step 116, where rich combustion is stopped, and therefore the rich process is interrupted. Next, the routine proceeds to step 117, where the rich flag XR is reset.
Referring to FIG. 20 showing the purge processing routine, it is determined instep 120 whether or not the purge fuel amount QFP has already been calculated. When the purge fuel amount QFP has not been calculated yet, the routine proceeds to step 121, where the purge fuel amount QFP is calculated using Equation E11. Next, the routine proceeds to step 122. When the purge fuel amount QFP has already been calculated, the routine proceeds from step 120 to step 122. In the following step 122, the first fuel amount portion QFE1 is calculated using the equation E12. In the following step 123, the second fuel amount portion QFE2 is calculated using the map of FIG. In the following step 124, the excess fuel amount QFE is calculated (QFE = QFE1 + QFE2), and the additional fuel A is supplied by the excess fuel amount QFE in the expansion stroke or the exhaust stroke. In the following step 125, the second fuel amount partial integrated value SQFE2 is calculated (SQFE2 = SQFE2 + QFE2). In the following step 126, it is determined whether or not the second fuel amount partial integrated value SQFE2 has reached the purge fuel amount QFP. When SQFE2 <QFP, the processing cycle is terminated, and thus the purge process is continued. In contrast, when SQFE2 ≧ QFP, the routine proceeds from step 126 to step 127, where the purge flag XP is reset. Therefore, the purge process is completed. In the following step 128, the second fuel amount partial integration value SQFE2 is cleared (SQFE2 = 0).
FIG. 21 shows a control routine for the rich flag XR. This routine is executed by interruption every predetermined time.
Referring to FIG. 21, instep 130, it is determined whether or not both the rich flag XR and the purge flag XP are reset. When the rich flag XR or the purge flag XP is set, the processing cycle is terminated. Therefore, the rich process is not started when the rich process or the purge process is being performed. When both the rich flag XR and the purge flag XP are reset, the routine proceeds to step 131, where the excess fuel ratio FER calculated in the routine of FIG. 28 is read. In the following step 132, it is determined whether or not the excess fuel ratio FER is equal to or higher than the lower limit value LR1. When FER ≧ LR1, the routine proceeds to step 133, where the rich process request index IDX calculation routine is executed. This routine is shown in FIG. In the following step 134, it is determined whether or not the rich process request index IDX is larger than the threshold value TH. When IDX> TH, the routine proceeds to step 135 where the rich flag XR is set. Therefore, rich processing is performed.
In contrast, when IDX ≦ TH, the routine proceeds fromstep 134 to step 136, where the rich flag XR is reset. That is, in this case, rich processing is not performed.
On the other hand, when FER <LR1 atstep 132, the routine jumps to step 135 and the rich flag XR is set. That is, in this case, rich processing is performed regardless of the rich processing request index IDX.
22 and 23 show the control routine of the purge flag XR. This routine is executed by interruption every predetermined time.
Referring to FIGS. 22 and 23, instep 140, it is determined whether or not both the rich flag XR and the purge flag XP are reset. When the rich flag XR or the purge flag XP is set, the processing cycle is terminated. Therefore, the purge process is not started when the rich process or the purge process is being performed. When both the rich flag XR and the purge flag XP are reset, the routine proceeds to step 141 where it is determined whether or not the intake air amount Ga is smaller than the upper limit amount UG2. When Ga <UG2, the routine proceeds to step 142 where it is determined whether the catalyst temperature T is equal to or higher than the lower limit temperature LT2. Next, when T ≧ LT2, the routine proceeds to step 143, where it is judged if the NOx occlusion amount NOXst is equal to or larger than the lower limit amount LN2. When NOXst ≧ LN2, the routine then proceeds to step 144 where a routine for calculating the predicted purge time PtP is executed. This routine is illustrated in FIG. In the following step 145, it is determined whether or not the predicted purge time PtP is less than or equal to the upper limit time Ut. When PtP ≦ Ut, the routine proceeds to step 146, where the predicted excess fuel ratio PFER is calculated. In the following step 147, it is determined whether or not the predicted excess fuel ratio PFER is equal to or less than the upper limit value UR2. When PFER ≦ UR2, the routine proceeds to step 148, where the purge flag XP is set. Accordingly, in this case, a purge process is performed.
On the other hand, when Ga ≧ UG2 atstep 141, T <LT2 at step 142, NOXst <LN2 at step 143, PtP> UtP at step 145, PFER> UR2 at step 147, then Proceeding to step 149, the purge flag XP is reset. Therefore, the purge process is not performed in this case.
Next, referring to FIG. 24 and FIG. 25 showing the routine for calculating the NOx occlusion amount NOXst, instep 150, it is judged if the purge flag XP is reset. When the purge flag XP is set, that is, when the purge process is being performed, the processing cycle is terminated. That is, the NOx occlusion amount NOXst is not updated during the purge process. In contrast, when the purge flag XP is reset, that is, when the purge process is not performed, the routine proceeds to step 151 where it is determined whether or not the purge flag XP was set in the previous process cycle. When the purge flag XP has been reset in the previous processing cycle, that is, not immediately after the purge processing is completed, the routine proceeds to step 152 where the outflow exhaust gas air-fuel ratio AFO is equal to or lower than the stoichiometric air-fuel ratio AFS, that is, outflow exhaust gas. It is determined whether the air-fuel ratio AFO is the stoichiometric air-fuel ratio or rich. When AFO> AFS, that is, when the air-fuel ratio AFO of the outflow exhaust gas is lean, the routine proceeds to step 153, where the inflow NOx amount is calculated, and the increase NOXin is set to the inflow NOx amount. In the following step 154, the decrease NOXrd is made zero. Next, the routine proceeds to step 157.
On the other hand, when AFO ≦ AFS, that is, when the air-fuel ratio AFO of the outflow exhaust gas is the stoichiometric air-fuel ratio or rich, the routine proceeds to step 155, where the increment NOXin is made zero. In thesubsequent step 156, a routine for calculating the decrease NOXrd is executed. This routine is illustrated in FIG. Next, the routine proceeds to step 157.
Instep 157, the NOx occlusion amount NOXst is updated using the equation E1.
On the other hand, when the purge flag XP is set in the previous processing cycle, that is, immediately after the purge processing is completed, the routine proceeds fromstep 151 to step 158 to determine whether or not the purge failure flag XPF is reset. . This purge failure flag XPF is set when it is determined that the purge process has failed (XPF = 1), and otherwise it is reset (XPF = 0). When the purge failure flag XPF is reset, that is, when it is determined that the purge process is successful, the routine proceeds to step 159, where the NOx occlusion amount NOXst is returned to zero.
On the other hand, when the purge failure flag XPF is set, that is, when it is determined that the purge process has failed, the routine proceeds fromstep 158 to step 160, where the purge failure flag XPF is reset. The processing cycle is then terminated. Therefore, when the purge process fails, the NOx occlusion amount NOXst is not updated, that is, held at the value at the start of the purge process.
Referring to FIG. 26 showing the routine for calculating the decrease NOXrd, instep 170, the air-fuel ratio AFI of the inflowing exhaust gas is read. In the subsequent step 171, the NOx occlusion amount NOXst is read. In the following step 172, the catalyst temperature T is read. In the subsequent step 173, the first correction coefficient KC1, the second correction coefficient KC2, and the third correction coefficient KC3 are determined using the maps of FIGS. 3B, 4B, and 5B. Each is calculated, and the correction coefficient KC is calculated using Formula E6. In the following step 174, the decrease NOXrd is calculated using the equation E2.
FIG. 27 shows a control routine for the purge failure flag XPF. This routine is executed by interruption every predetermined time.
Referring to FIG. 27, instep 180, it is determined whether or not the purge failure flag XPF is reset. When the purge failure flag XPF is reset, the routine proceeds to step 181 where it is determined whether or not the purge flag XP is set. When the purge flag XP is set, that is, during the purge process, the routine proceeds to step 182 where it is determined whether or not an acceleration operation is being performed. When the acceleration operation is being performed, the routine proceeds to step 183 where the purge failure flag XPF is set. In contrast, when the purge failure flag XPF is set at step 180, when the purge flag XP is reset at step 181, or when the acceleration operation is not performed at step 182, the processing cycle is terminated.
FIG. 28 shows a routine for calculating the excess fuel ratio FER. This routine is executed by interruption every predetermined time.
Referring to FIG. 28, instep 190, the operating fuel amount integrated value SQFO is calculated by integrating the operating fuel amount QFO. In the subsequent step 191, the excess fuel amount integrated value SQFE is calculated by integrating the excess fuel amount QFE. In the following step 192, the excess fuel ratio FER is calculated using Formula E10.
FIG. 29 shows a routine for calculating the rich process request index IDX. This routine is executed by interruption every predetermined time.
Referring to FIG. 29, instep 200, it is determined whether or not both the rich flag XR and the purge flag XP are reset. When the rich flag XR or the purge flag XP is set, the processing cycle is terminated. When both the rich flag XR and the purge flag XP are reset, the routine proceeds to step 201, where the index IDXeg is calculated using the map of FIG. In the subsequent step 202, the index IDXet is calculated using the map of FIG. In the following step 203, the first index IDX1 is calculated using the mathematical formula E8. In the following step 204, the index IDXsv is calculated using the map of FIG. In the following step 205, the index IDXsp is calculated using the map of FIG. In the following step 206, the second index IDX2 is calculated using the mathematical formula E9. In the subsequent step 207, the rich process request index IDX is calculated using the mathematical formula E7.
FIG. 30 shows another embodiment of the compression ignition type internal combustion engine. In the embodiment shown in FIG. 30, the reducing agent addition valve 31 is attached to the exhaust passage upstream of the NOxstorage reduction catalyst 25, for example, the exhaust manifold 5. When the rich process or the purge process is to be performed, a reducing agent such as CO or HC is added in a pulse form from the reducing agent addition valve 31, thereby making the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas temporarily rich.
Next, another embodiment of the operation for calculating the NOx occlusion amount NOXst will be described.
In the embodiments according to the present invention described so far, when it is determined that the purge process has failed, the NOx occlusion amount NOXst is held at the value at the start of the purge process. This means that NOx is not released from the NOxstorage reduction catalyst 25 when it is determined that the purge process has failed. However, the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is maintained rich until the acceleration operation is performed, and NOx is released from the NOx storage reduction catalyst 25 and reduced.
Therefore, in another embodiment according to the present invention, when it is determined that the purge process has failed, the NOx occlusion amount NOXst is decreased by the purge process, and the NOx occlusion amount NOXst is decreased by the decrease by the purge process. . As a result, the NOx occlusion amount NOXst can be accurately maintained even when it is determined that the purge process has failed.
That is, when it is determined that the purge process has failed, the NOx occlusion amount NOXst is updated based on the following formula E13.
Here, PNrd represents a decrease amount of the NOx occlusion amount NOXst by one purge process.
The amount of decrease PNrd due to this purge process is calculated as follows, for example. That is, as described above, in the purge process until the acceleration operation is performed, it is considered that HC or the reducing agent and NOx react with the stoichiometric ratio RHC. Therefore, if the effective HC amount, which is the amount of HC that effectively acts on the release and reduction of NOx during the purge process, is known, the decrease PNrd due to the purge process can be determined.
On the other hand, the effective HC amount is represented by the air-fuel ratio AFI of the inflowing exhaust gas during the purge process. Specifically, the effective HC amount increases as the deviation (AFS-AFI) of the air-fuel ratio AFI of the inflowing exhaust gas with respect to the stoichiometric air-fuel ratio AFS increases. In this case, the area of the closed region surrounded by the straight line representing the stoichiometric air-fuel ratio AFS and the curve representing the inflowing exhaust gas AFI represents the total effective HC amount during the purge process.
Therefore, in another embodiment according to the present invention, the air-fuel ratio AFI of the inflowing exhaust gas is stored in theRAM 43 during the purge process, and when it is determined that the purge process has failed, the stored air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is stored. Based on the AFI, the area of the closed region is calculated. Next, the entire effective HC amount is calculated based on this area, and the decrease amount PNrd due to the purge process is calculated based on the entire effective HC amount. Next, the NOx occlusion amount NOXst is updated using Equation 13.
In summary, when it is determined that the purge process has failed as shown in FIG. 31, the decrease amount PNrd due to the purge process is calculated based on the area of the closed region AR, and the NOx occlusion amount NOXst is decreased by the decrease amount PNrd. The
32 and 33 show another embodiment of the routine for calculating the NOx occlusion amount NOXst. This routine differs from the routine shown in FIGS. 24 and 25 in the following points.
That is, when it is determined that the purge process has failed, after the purge failure flag XPF is reset instep 160, the process proceeds to step 161, and a decrease amount PNrd due to the purge process is calculated. In the following step 162, the NOx occlusion amount NOXst is updated using the equation E13.
As described above, HC or reducing agent in the inflowing exhaust gas may be consumed by the three-way catalyst 24. Therefore, the reduction amount PNrd due to the purge process may be corrected based on the amount of reducing agent consumed by the three-way catalyst 24 during the purge process.
Incidentally, when the rich process is performed, the NOx occlusion amount NOXst decreases as shown in FIG. When the decrease amount of the NOx occlusion amount NOXrd by one rich process is represented by RNrd, in the example shown in FIG. 34, the NOx occlusion amount NOXst decreases by the decrease amount RNrd from the NOx occlusion amount NOXst0 at the start of the rich process.
The amount of decrease RNrd due to this rich process can be estimated as follows. That is, the reduction amount RNrd due to the rich process is equal to the sum of the reduction amount NOXrd. Then, the following formula E14 is obtained by integrating the formula E3.
Assuming that the inflow CO amount QCO is constant during the rich process, the integral term of the equation E14 is equal to the area of the trapezoid hatched in FIG. 34, and is represented by the following equation E15.
Here, tR is the time during which the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is rich due to the rich process.
Therefore, the reduction amount RNrd due to the rich process is expressed by the following equation E16 from the equations E14 and E15.
Here, Kt is expressed by the following formula E17.
Therefore, if the rich time tR is given, the reduction amount RNrd due to the rich process can be estimated using the mathematical formula E16. As a result, the reduction amount RNrd due to the rich process can be estimated easily and accurately.
On the other hand, the utilization efficiency EFF of CO or the reducing agent when the rich process is performed is expressed by, for example, the following formula E18.
Here, QFR represents a rich fuel amount that is an integrated value of the second fuel amount portion QFE2 in one rich process, and can be obtained based on the rich time tR and the target rich air-fuel ratio.
Then, if the reduction amount RNrd due to the rich process is estimated by the equation E16, the utilization efficiency EFF can be estimated by the equation E18. In this way, it is possible to accurately and easily estimate the utilization efficiency EFF without actually performing rich processing.
Therefore, in general terms, the reduction amount RNrd of the NOx occlusion amount due to the rich processing is the NOx occlusion amount NOXst0 at the start of the rich processing, the inflow reducing agent amount QCO and the catalyst temperature T that are assumed to be constant during the rich processing. It will be estimated based on.
図1を参照すると、1は機関本体、2は各気筒の燃焼室、3は各燃焼室2内にそれぞれ燃料を噴射するための電磁制御式燃料噴射弁、4は吸気マニホルド、5は排気マニホルドをそれぞれ示す。吸気マニホルド4は吸気ダクト6を介して排気ターボチャージャ7のコンプレッサ7cの出口に連結され、コンプレッサ7cの入口は吸気導入管8を介してエアフロメータ9及びエアクリーナ10に順次連結される。吸気ダクト6内には電気制御式スロットル弁11が配置され、更に吸気ダクト6周りには吸気ダクト6内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置12が配置される。一方、排気マニホルド5は排気ターボチャージャ7の排気タービン7tの入口に連結され、排気タービン7tの出口は排気後処理装置20に連結される。
各燃料噴射弁3は燃料供給管13を介してコモンレール14に連結され、このコモンレール14は電気制御式の吐出量可変な燃料ポンプ15を介して燃料タンク16に連結される。燃料タンク16内の燃料は燃料ポンプ15によってコモンレール14内に供給され、コモンレール14内に供給された燃料は各燃料供給管13を介して燃料噴射弁3に供給される。なお、コモンレール14にはコモンレール14内の燃料圧を検出する燃料圧センサ(図示しない)が取り付けられており、燃料圧センサからの信号に基づきコモンレール14内の燃料圧が目標圧に一致するように燃料ポンプ15の燃料吐出量が制御される。
排気マニホルド5と吸気マニホルド4とは排気ガス再循環(以下、EGRという。)通路17を介して互いに連結され、EGR通路17内には電気制御式EGR制御弁18が配置される。また、EGR通路17周りにはEGR通路17内を流れるEGRガスを冷却するための冷却装置19が配置される。
排気後処理装置20は排気タービン7tの出口に連結された排気管21を具備し、この排気管21はケーシング22に連結され、ケーシング22は排気管23に連結される。ケーシング22内の上流側には比較的小容量の三元触媒24が収容され、下流側には比較的大容量のNOx吸蔵還元触媒25が収容される。なお、三元触媒24とNOx吸蔵還元触媒25とを互いに別のケーシング内に収容してもよい。また、三元触媒24を省略してもよい。
排気管21には、NOx吸蔵還元触媒25に流入する排気ガスの温度を検出する温度センサ26と、ケーシング22内への流入排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサ27とが取り付けられる。また、ケーシング22には、NOx吸蔵還元触媒25の温度である触媒温度を検出する温度センサ28と、ケーシング22の前後差圧を検出する差圧センサ29とが取り付けられる。更に、排気管23にはケーシング22からの流出排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサ30が取り付けられる。
電子制御ユニット40はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス41によって互いに接続されたROM(リードオンリメモリ)42、RAM(ランダムアクセスメモリ)43、CPU(マイクロプロセッサ)44、入力ポート45及び出力ポート46を具備する。エアフロメータ9、温度センサ26,28、空燃比センサ27,30、差圧センサ29の出力電圧はそれぞれ対応するAD変換器47を介して入力ポート45に入力される。また、アクセルペダル49にはアクセルペダル49の踏み込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ50が接続され、負荷センサ50の出力電圧は対応するAD変換器47を介して入力ポート45に入力される。さらに、クランクシャフトが例えば30度回転するごとに出力パルスを発生するクランク角センサ51が入力ポート45に接続される。CPU44ではクランク角センサ51からの出力パルスに基づいて機関回転数が算出される。一方、出力ポート46は対応する駆動回路48を介して燃料噴射弁3、スロットル弁11の駆動装置、燃料ポンプ15、及びEGR制御弁18に接続される。
NOx吸蔵還元触媒25はハニカム構造をなしており、薄肉の隔壁により互いに分離された複数個の排気ガス流通路を具備する。各隔壁の両側表面上には例えばアルミナからなる触媒担体が担持されており、図2(A)及び2(B)はこの触媒担体55の表面部分の断面を図解的に示している。図2(A)及び2(B)に示されるように触媒担体55の表面上には貴金属触媒56が分散して担持されており、更に触媒担体55の表面上にはNOx吸収剤57の層が形成されている。
本発明による実施例では、貴金属触媒56として白金Pt、パラジウムPd、オスミウムOs、金Au、ロジウムRh、イリジウムIr、ルテニウムRuから選ばれた少なくとも一つが用いられ、NOx吸収剤57を構成する成分としては例えばカリウムK、ナトリウムNa、セシウムCsのようなアルカリ金属、バリウムBa、カルシウムCaのようなアルカリ土類、ランタンLa、イットリウムYのような希土類から選ばれた少なくとも一つが用いられる。
吸気通路、燃焼室2及び、排気通路内の或る位置よりも上流の排気通路内に供給された空気及び燃料のような還元剤の比をその位置における排気ガスの空燃比と称すると、NOx吸収剤57は流入排気ガスの空燃比がリーンのときにはNOxを吸収し、流入排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸収したNOxを放出するNOxの吸放出作用を行う。
すなわち、貴金属触媒56として白金Ptを用いNOx吸収剤57を構成する成分としてバリウムBaを用いた場合を例にとって説明すると、流入排気ガスの空燃比がリーンのとき、すなわち流入排気ガス中の酸素濃度が高いときには排気ガス中に含まれるNOは図2(A)に示されるように白金Pt56上において酸化されてNO2となり、次いでNOx吸収剤57内に吸収されて炭酸バリウムBaCO3と結合しながら硝酸イオンNO3 −の形でNOx吸収剤57内に拡散する。このようにしてNOxがNOx吸収剤57内に吸収される。流入排気ガス中の酸素濃度が高い限り白金Pt56の表面でNO2が生成され、NOx吸収剤57のNOx吸収能力が飽和しない限りNO2がNOx吸収剤57内に吸収されて硝酸イオンNO3 −が生成される。
これに対し、流入排気ガスの空燃比がリッチにされると流入排気ガス中の酸素濃度が低下するために反応が逆方向(NO3 −→NO2)に進み、斯くして図2(B)に示されるようにNOx吸収剤57内の硝酸イオンNO3 −がNO2の形でNOx吸収剤57から放出される。次いで放出されたNOxは排気ガス中に含まれる還元剤例えばHC,COによって還元される。
一方、三元触媒24もハニカム構造をなしており、薄肉の隔壁により互いに分離された複数個の排気ガス流通路を具備する。各隔壁の両側表面上には例えばアルミナからなる触媒担体が担持されており、触媒担体の表面上には白金Pt、パラジウムPd、ロジウムRhのような貴金属と酸化セリウムのような酸素吸蔵物質とが担持されている。
この三元触媒24は流入排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比であると、排気ガス中に含まれるHC,CO,NOxを同時に浄化する。
また、三元触媒24は流入排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中に含まれる酸素を蓄え流入排気ガスの空燃比がリッチになると蓄えられている酸素を放出する酸素貯蔵触媒を構成する。すなわち、酸素吸蔵物質をセリウムCeから構成した場合を例にとって説明すると、流入排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中に含まれる酸素分子O2がCeO2の形で取り込まれる(Ce2O3−>2CeO2)。これに対し、流入排気ガスの空燃比がリッチになると反応が逆方向(2CeO2−>Ce2O3)に進み、酸素分子O2が放出される。
さて、本発明による実施例では通常はリーン空燃比のもとで燃焼が行われる。この場合、NOx吸蔵還元触媒25への流入排気ガスの空燃比はリーンであるので、このとき流入排気ガス中のNOxはNOx吸蔵還元触媒25内に吸蔵される。しかしながら、機関運転が継続されるとNOx吸蔵還元触媒25のNOx吸蔵量が多くなり、ついにはNOx吸蔵還元触媒25によりNOxを吸蔵できなくなってしまう。
そこで本発明による実施例では、NOx吸蔵還元触媒25がNOxにより飽和する前に流入排気ガスの空燃比を一時的にリッチしそれによってNOx吸蔵還元触媒25からNOxを放出させN2に還元するようにしている。その結果、NOx吸蔵量が減少される。
具体的に説明すると、NOx吸蔵還元触媒25内に吸蔵されたNOxを部分的に放出し還元するために流入排気ガスの空燃比を一時的にリッチに切り換えるリッチ処理が行われる。この場合、流入排気ガスの空燃比をリッチに切り換えるために、吸入空気量を減少しEGRガス量を増大しつつ燃焼が一時的にリッチ空燃比のもとで行われる。その結果、排気ガス中に多量の一酸化炭素COが含まれるようになり、主としてこのCOが還元剤として作用する。
リッチ処理を行うには多量の燃料が必要となる。したがって、燃料消費を抑制するために、リーン空燃比のもとでの機関運転中にリッチ処理を開始すべきか否かを適切に判断し、リッチ処理中にリッチ処理を継続すべきか終了すべきかを適切に判断する必要がある。
そこで本発明による実施例では、NOx吸蔵還元触媒25のNOx吸蔵量NOXstを算出し、NOx吸蔵量NOXstに基づいてリッチ処理を制御するようにしている。
本発明による実施例では次の数式E1に基づいてNOx吸蔵量NOXstが繰り返し算出される。
ここで、NOXin,NOXrdはNOX吸蔵量NOXstの単位時間当たりの増加分及び減少分をそれぞれ表している。
増加分NOXinは流入排気ガスの空燃比がリーンのときには流入排気ガス中のNOx量である流入NOx量に設定され、流入排気ガスの空燃比がリッチ又は理論空燃比のときにはゼロとされる。ここで、流入NOx量は機関運転状態、例えば機関負荷及び機関回転数に基づいて算出される。あるいは、流入NOx量を検出するNOxセンサをNOx吸蔵還元触媒25上流の排気通路内に配置し、流入排気ガスの空燃比がリーンのときの増加分NOXinをこのNOxセンサの出力に基づいて求めるようにしてもよい。
これに対し、減少分NOXrdは流入排気ガスの空燃比がリーンのときにはゼロとされ、流入排気ガスの空燃比がリッチ又は理論空燃比のときには次の数式E2に基づいて算出される。
ここで、k0は定数、AFSは理論空燃比、AFIは空燃比センサ27により検出される流入排気ガスの空燃比、Eは活性化エネルギ、Rはガス定数、Tは温度センサ28により検出される触媒温度、Δtは計算時間間隔、KCは補正係数をそれぞれ表している。
数式E2は次のようにして導出される。すなわち、還元剤としてCOが用いられる場合には、NOxの還元反応は次の反応式R1のように表される。
したがって、流入排気ガスの空燃比がリッチのときのNOx吸蔵量の時間変化dNOXst/dtは反応式R1の反応速度を考慮すると次の数式E3で表される。
ここで、kは定数、QCOは流入排気ガス中のCO量である流入CO量を表している。
計算回数を表すiを用いて数式E3を離散化すると次の数式E4が得られる。
ここで、流入CO量QCOは流入排気ガスの空燃比AFIによって表されることが本願発明者らにより確認されている。具体的には、流入排気ガスの空燃比AFIのリッチ度合い、すなわち理論空燃比AFSに対する流入排気ガスの空燃比AFIの偏差(AFS−AFI)が大きくなるにつれて流入CO量QCOが多くなる。
したがって、数式E4の左辺は減少分NOXrdの負値(−NOXrd)に等しいので、数式E4に補正係数KCを導入すれば、数式E2が導き出される。
上述した数式E2を用いるとリッチ処理時の減少分NOXrdを簡単にかつ正確に算出することができる。事実、減少分NOXrdを3パーセント程度の誤差で算出できることが実験により確認されている。
リッチ処理時には、減少分NOXrdが上述の数式E2を用いて繰り返し算出され、NOx吸蔵量NOXstは減少分NOXrdずつ繰り返し更新される。
このように本発明による実施例では、流入CO量QCO、NOx吸蔵量NOXst及び触媒温度Tに基づいて減少分NOXrdが算出される。
ここで注目すべきことの一つは、NOx吸蔵量NOXstに基づいて減少分NOXrdが算出されることにある。冒頭で述べたように従来の算出方法では減少分NOXrdを必ずしも正確に算出することができない。したがって、このような必ずしも正確でないNOx吸蔵量NOXstに基づく限り、減少分NOXrdを必ずしも正確に算出することはできない。すなわち、NOx吸蔵量NOXstに基づいて減少分NOXrdを算出するということに想到できなかったのである。
また、注目すべきもう一つは、NOx吸蔵還元触媒25から流出するNOx量である流出NOx量を求めることなくリッチ処理時の減少分NOXrdしたがってNOx吸蔵量NOXstが算出されることにある。流入排気ガスの空燃比がリッチのときには、NOx吸蔵還元触媒25の排気通路内に配置されたNOxセンサでもって流出NOx量を正確に検出するのが困難となる。本発明による実施例では流出NOx量を必要としないので、減少分NOXrdを正確に算出することができる。また、NOx吸蔵還元触媒25下流にNOxセンサを設ける必要もない。
上述の数式E3は、還元反応におけるNOxと還元剤のモル比が理論上1:2である還元剤に適用できる。このような還元剤として水素H2が挙げられる。この場合には、NOxの還元反応は次の反応式R2により表される、
したがって、流入排気ガス中の水素量をQHで表すと、この場合の減少分NOXrdは次の数式E5から算出される。
したがって、一般化していうと、流入排気ガス中の還元剤量である流入還元剤量QRED、NOx吸蔵量NOXst、及び触媒温度Tを用いた次項に基づいて減少分NOXrdが算出されるということになる。
更に、流入還元剤量QRED、NOx吸蔵量NOXst、及び触媒温度Tに基づいて減少分NOXrdを算出するという考え方は還元剤がCO、H2だけでなく、炭化水素HCのような他の物質から構成される場合にも適用できる。
したがって、更に一般化していうと、流入還元剤量QREDと、NOx吸蔵量NOXstと、触媒温度Tとに基づいて減少分NOXrdが算出されるということになる。
次に、数式E2中の補正係数KCについて説明する。
補正係数KCは次の数式E6に基づいて算出される。
ここで、KC1,KC2,KC3は第1の補正係数、第2の補正係数、第3の補正係数をそれぞれ表している。各補正係数KC1,KC2,KC3は補正する必要がないときにはそれぞれ1.0に設定される。
第1の補正係数KC1はリッチ処理時にNOxを還元することなくNOx吸蔵還元触媒25を通過するCO量であるCO通過量に基づいて減少分NOXrdを減量補正するためのものである。すなわち、CO通過量が多くなるにつれて減少分NOXrdが少なくなる。そこで第1の補正係数KC1により減少分NOXrdが減量補正される。この第1の補正係数KC1は図3(A)に示されるように、エアフロメータ9により検出される吸入空気量Gaが多くなるにつれて小さくなり、差圧センサ29により検出されるケーシング22の前後差圧dPが小さくなるにつれて小さくなる。すなわち、流入排気ガス量が多くなるにつれてCO通過量が多くなる。また、三元触媒24及びNOx吸蔵還元触媒25が収容されているケーシング22の詰まり度合いが小さくなるにつれて、ケーシング22における排気ガスの滞留時間が短くなり、したがってCO通過量が多くなる。ここで、流入排気ガス量は吸入空気量Gaによって表される。また、ケーシング22の詰まり度合いは差圧dPによって表される。そこで、吸入空気量Ga及び差圧dPを検出し、これら吸入空気量Ga及び差圧dPに基づいて第1の補正係数KC1を算出するようにしている。なお、第1の補正係数KC1は吸入空気量Ga及び差圧dPの関数として図3(B)に示されるマップの形でROM42に記憶されている。
第2の補正係数KC2はNOx吸蔵還元触媒25の劣化度合いに基づいて減少分NOXrdを減量補正するためのものである。すなわち、劣化度合いが大きくなるにつれて減少分NOXrdが少なくなる。そこで第2の補正係数KC2により減少分NOXrdが減量補正される。この第2の補正係数KC2は図4(A)に示されるように、触媒温度の積算値STが大きくなるにつれて小さくなり、NOx吸蔵還元触媒25のSOx吸蔵量SOXstが多くなるにつれて小さくなる。すなわち、触媒温度の積算値STが大きくなるにつれてNOx吸蔵還元触媒25の熱劣化度合いが大きくなる。また、NOx吸蔵還元触媒25のSOx吸蔵量SOXstが多くなるにつれてNOx吸蔵還元触媒25のNOx吸蔵容量が小さくなり、したがって劣化度合いが大きくなる。そこで、触媒温度の積算値ST及びSOx吸蔵量SOXstを算出し、これら触媒温度の積算値ST及びSOx吸蔵量SOXstに基づいて第2の補正係数KC2を算出するようにしている。なお、第2の補正係数KC2は触媒温度の積算値ST及びSOx吸蔵量SOXstの関数として図4(B)に示されるマップの形でROM42に記憶されている。
第3の補正係数KC3はリッチ処理時に三元触媒24で消費される排気ガス中のCO量であるCO消費量に基づいて流入CO量QCOを減量補正し、結果的に減少分NOXrdを減量補正するためのものである。すなわち、リッチ処理時に排気ガス中のCOは三元触媒24から放出される酸素によって酸化ないし消費される。このCO消費量が多くなるにつれて流入CO量が少なくなり減少分NOXrdが少なくなる。そこで第3の補正係数KC3により減少分NOXrdが減量補正される。この第3の補正係数KC3は図5(A)に示されるように、吸入空気量Gaが少なくなるにつれて小さくなり、リッチ処理が開始されるまでに流入排気ガスの空燃比AFIがリーンに保持されていた時間であるリーン時間tLが長くなるにつれて小さくなる。すなわち、吸入空気量Gaによって表される流入排気ガス量が少なくなるにつれてCO消費量が多くなる。また、リッチ処理が開始されるときの三元触媒24の酸素貯蔵量OXYstが多くなるにつれてCO消費量が多くなる。ここで、リッチ処理が開始されるときの三元触媒24の酸素貯蔵量OXYstはリーン時間tLによって表される。なお、第3の補正係数KC3は吸入空気量Ga及びリーン時間tLの関数として図5(B)に示されるマップの形でROM42に記憶されている。
リーン時間tLについて更に説明すると、図6(A)に示されるようにリーン時間tLが長い場合には、三元触媒24の酸素貯蔵量OXYstが多くなってから、Xで示されるようにリッチ処理が開始される。これに対し、図6(B)に示されるようにリーン時間tLが短い場合には、酸素貯蔵量OXYstが少ないうちに、Xで示されるようにリッチ処理が開始される。したがって、リーン時間tLはリッチ処理が開始されるときの酸素吸蔵量OXYstを表している。
そこで、吸入空気量Ga及びリーン時間tLを検出し、これら吸入空気量Ga及びリーン時間tLに基づいて第3の補正係数KC3を算出するようにしている。なお、第3の補正係数KC3は吸入空気量Ga及びリーン時間tLの関数として図5(B)に示されるマップの形でROM42に記憶されている。
なお、流入排気ガスの空燃比がリーンのときの三元触媒24の酸素貯蔵反応は次の反応式R3により表される。
したがって、反応式R3の反応速度を考慮して得られる三元触媒24の酸素貯蔵量の時間変化dOXYst/dtから酸素貯蔵量OXYstを算出し、算出された酸素貯蔵量OXYstに基づいて流入CO量を補正するようにしてもよい。
一方、数式E2中の定数k0はあらかじめ実験により求められる。すなわち、例えば、種々のNOx吸蔵量NOXst及び触媒温度Tのもとで減少分NOXtdが測定される。その上で、測定された減少分NOXrdが数式E2に代入されてk0が算出され、これらk0を平均することにより定数k0が算出される。リッチ処理中には、NOxの還元だけでなく、NOxの吸蔵、排気ガス中のCO以外の還元剤例えば水素及び炭化水素によるNOx還元、NOx吸蔵量NOXst及び触媒温度Tの3次元的分布、リッチ処理中の触媒温度Tの変化、流入排気ガスの空燃比がリーンからリッチに切り換わったときのNOx吸蔵還元触媒25からのNOxの流出、流入排気ガスの空燃比がリーンのときのNOx吸蔵還元触媒25からのNOxの流出等、が生じている。したがって、上述のように定数k0を算出するようにすると、これらの減少分NOXrdに影響を与える可能性のある種々の現象を数式E2でもって包括的に表すことができる。このことは、減少分NOXrdを数式E2でもって簡単にかつ正確に算出できることを意味している。
なお、ケーシング22への流入排気ガスの空燃比AFIがリッチであっても、三元触媒24の酸素貯蔵能力のために、NOx吸蔵還元触媒25への流入排気ガスがリッチにならない場合がある。一方、NOx吸蔵還元触媒25への流入排気ガスの空燃比がリッチでありNOxの放出及び還元作用が行われている間は、NOx吸蔵還元触媒25からの流出排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチに維持されることが確認されている。
そこで本発明による実施例では、空燃比センサ30により検出される流出排気ガスの空燃比AFOがリーンのときに増加分NOXinが流入NOx量に設定され、減少分NOXrdがゼロとされる。また、流出排気ガスの空燃比AFOが理論空燃比又はリッチのときに増加分NOXinがゼロとされ、減少分NOXrdが数式E2を用いて算出される。
このように、本発明による実施例ではNOx減少分NOXrdを正確に算出することができ、したがってNOx吸蔵量NOXstを正確に算出することができる。
しかしながら、減少分NOXrdないしNOx吸蔵量NOXstにわずかな算出誤差が含まれるおそれがある。このため、機関運転時間が長くなると、計算上のNOXstが実際のNOx吸蔵量から逸脱するおそれがある。
そこで本発明による実施例では、NOx吸蔵還元触媒25内に吸蔵されたほぼすべてのNOxを放出し還元するために流入排気ガスの空燃比を一時的にリッチに切り換えるパージ処理を行うようにしている。パージ処理によってNOx吸蔵還元触媒25内のほぼすべてのNOxが放出され還元されたときにNOx吸蔵量NOXstをゼロに戻せば、NOx吸蔵量NOXstが実際のNOx吸蔵量を正確に表すようになる。
本発明による実施例のパージ処理では、図7の(i)に示されるように、圧縮上死点(TDC)周りで供給される機関出力を得るための主燃料Mに加えて、膨張行程末期又は排気行程に追加の燃料Aが燃料噴射弁3から噴射され、それによって流入排気ガスの空燃比がリッチに切り換えられる。この場合、流入排気ガス中には多量のHCが含まれており、主としてHCが還元剤として作用する。なお、図7の(i)に示される例では、追加の燃料Aは機関出力にほとんど寄与しない。
この場合、気筒で膨張行程又は排気行程になるごとに追加の燃料Aが供給される。したがって、パージ処理時には燃焼室2内に追加の燃料Aないし還元剤が2次的にかつパルス状に供給されるということになる。
あるいは、流入排気ガスの空燃比をリッチに切り換えるために、図7の(ii)に示されるように主燃料Mの噴射直後に追加の燃料Aを燃料噴射弁3から噴射するようにしてもよい。なお図7の(ii)に示される例では、追加の燃料Aは部分的に燃焼室2内で燃焼し、したがって機関出力に部分的に寄与する。このため、追加の燃料Aによる追加の出力を吸収するための機構、例えばハイブリッド車両の電気モータが必要となる。
あるいは、図7の(iii)に示されるように、主燃料Mにより燃焼を一時的にリッチ空燃比のもとで行うようにしてもよい。図7の(iv)は燃焼がリーン空燃比のもとで行われ追加の燃料が噴射されない場合を示している。
なお、リッチ処理時にも、流入排気ガスの空燃比をリッチに切り換えるために、図7の(i)又は(ii)に示されるように追加の燃料Aを噴射することができる。
次に、本発明による実施例のリッチ処理の制御について説明する。
本発明による実施例では、流入排気ガスの空燃比がリーンのときにリッチ処理要求指標IDXが繰り返し算出される。このリッチ処理要求指標IDXはリッチ処理の必要性の度合いを表すものであり、リッチ処理要求指標IDXが大きくなるにつれてリッチ処理の必要性が高いことを表している(0≦IDX≦1)。その上で、リッチ処理要求指標IDXがしきい値THよりも小さいときにはリッチ処理は行われず、しきい値THよりも大きくなるとリッチ処理が行われる。
このリッチ処理要求指標IDXは次の数式E7に基づいて算出される。
ここで、IDX1,IDX2は第1の指標及び第2の指標をそれぞれ表している。
単位還元剤(CO)量あたりの減少分NOXrdを還元剤利用効率と称すると、第1の指標IDX1はリッチ処理が行われたと仮定したときの還元剤利用効率に応じて定まるものであり、指標IDXeg,IDXetを用いた次の数式E8に基づいて算出される。
指標IDXegは流入排気ガス量に基づいて求められるものである。すなわち、流入排気ガス量が多くなるにつれてCO通過量が多くなり、したがって還元剤利用効率が低下する。指標IDXegは流入排気ガス量を表す吸入空気量Gaに応じて変動する還元剤利用効率を規格化することによりあらかじめ求められている(0≦IDXeg≦1)。すなわち、指標IDXegは図8に示されるように、吸入空気量Gaが小さくなるにつれて大きくなり、吸入空気量Gaが更に小さくなると1に保持される。なお、指標IDXegは吸入空気量Gaの関数として図8に示されるマップの形でROM42内に記憶されている。
指標IDXetは触媒温度Tに基づいて求められるものである。すなわち、触媒温度Tに応じてNOx吸蔵還元触媒25におけるNOx還元反応の起こり易さが変動し、したがって還元剤利用効率が変動する。指標IDXetは触媒温度Tに応じて変動する還元剤利用効率を規格化することによりあらかじめ求められている(0≦IDXet≦1)。すなわち、指標IDXetは図9に示されるように、触媒温度Tが低いときには触媒温度Tが高くなるにつれて大きくなり、触媒温度Tが高いときには触媒温度Tが高くなるにつれて小さくなる。なお、指標IDXetは触媒温度Tの関数として図9に示されるマップの形でROM42内に記憶されている。
一方、第2の指標IDX2はNOx吸蔵還元触媒25のNOx吸蔵能力に応じて定まるものであり、指標IDXsv,IDXspを用いた次の数式E9に基づいて算出される。
流入排気ガス中のNOx量に対する、NOx吸蔵還元触媒25に吸蔵されたNOx量の比を規格化したものをNOx吸蔵速度Vst(0≦Vst≦1)と称すると、指標IDXsvはNOx吸蔵速度Vstに基づいて求められるものである。すなわち、NOx吸蔵速度Vstが小さくなるにつれてNOxがNOx吸蔵還元触媒25に吸蔵されにくくなる。指標IDXsvは図10に示されるように、NOx吸蔵速度Vstが1から小さくなるにつれてゼロから大きくなり、許容下限LV以下になると1に保持される(0≦IDXsv≦1)。なお、指標IDXsvはNOx吸蔵速度Vstの関数として図10に示されるマップの形でROM42内に記憶されている。
指標IDXspは流入排気ガスの空燃比がリーンのときにNOx吸蔵還元触媒を通過するNOx量であるNOx通過量QNPに基づいて求められるものである。すなわち、NOx通過量QNPが多くなるにつれてNOxがNOx吸蔵還元触媒25に吸蔵されにくくなる。指標IDXspは図11に示されるように、NOx通過量QNPが多くなるにつれて大きくなり、許容上限UN以上になると1に保持される(0≦IDXsp≦1)。なお、指標IDXspはNOx通過量QNPの関数として図11に示されるマップの形でROM42内に記憶されている。
ここで、NOx吸蔵速度Vstは図12(A)に示されるように、NOx吸蔵量NOXstが少なくなるにつれて大きくなり、触媒温度Tが低いときには触媒温度Tが高くなるにつれて大きくなり、触媒温度Tが高いときには触媒温度Tが高くなるにつれて小さくなる。NOx吸蔵速度VstはNOx吸蔵量NOXst及び触媒温度Tの関数として図12(B)に示されるマップの形でROM42内に記憶されている。なお、NOx吸蔵速度Vstは上述したNOx量の比を規格化しなくてもよい。
一方、NOx通過量QNPは流入NOx量QNI、NOx吸蔵速度Vst、NOx通過率RPの関数として図13に示されるマップの形でROM42内に記憶されている。NOx通過率RPは流入排気ガスの空燃比がリーンのときにおける流入NOx量に対する、NOx吸蔵還元触媒25を通過したNOx量の比であり、例えば排気ガス流量を表す吸入空気量Gaの関数としてROM42内に記憶されている。
なお、リッチ処理要求指標IDXを第1の指標IDX1及び第2の指標IDX2のいずれか一方に基づいて求めるようにしてもよい。また、第1の指標IDX1を指標IDXeg及び指標IDXetのいずれか一方に基づいて求めるようにしてもよいし、第2の指標IDX2を指標IDXsv及び指標IDXspのいずれか一方に基づいて求めるようにしてもよい。
指標IDXet,IDXetが大きくなると第1の指標IDX1が大きくなり、指標IDXsv,IDXspが大きくなると第2の指標IDX2が大きくなるので、リッチ処理要求指標IDXが大きくなる。上述したように、リッチ処理要求指標IDXがしきい値THよりも大きくなるとリッチ処理が行われる。
このようにすると、例えばNOx吸蔵量NOXstが多くても還元剤を有効利用できないときには、リッチ処理は開始されない。したがって、還元剤ないし燃料の消費を抑制しつつNOxを確実に還元することが可能となる。
一方、リッチ処理中には上述したNOx吸蔵速度Vstが繰り返し算出される。リッチ処理中はNOx吸蔵量NOXstが次第に減少するので、NOx吸蔵速度Vstが次第に増大する。次いで、NOx吸蔵速度Vstがあらかじめ定められた目標NOx吸蔵速度TVstに達するとリッチ処理が完了される。
この目標NOx吸蔵速度TVstは1よりも小さく設定されており、リッチ処理によってNOx吸蔵量NOXstがゼロまで減少されない。その結果、NOx吸蔵還元触媒25内に吸蔵されたNOxが部分的に放出され還元されるので、燃料ないし還元剤の消費を抑制することができる。
総括すると、図14にXで示されるようにリッチ処理要求指標IDXがしきい値THよりも大きくなるとリッチ処理が開始され、リッチ処理中にNOx吸蔵速度Vstが目標NOx吸蔵速度TVstに達するとリッチ処理が完了されるということになる。
本発明による実施例では、燃料過剰割合FERに基づくリッチ処理の制御も行われる。
この燃料過剰割合FERは次の数式E10に基づいて繰り返し算出される。
ここで、SQFOは運転燃料量積算値、SQFEは過剰燃料量積算値をそれぞれ表している。
運転燃料量積算値SQFOはリーン空燃比のもとでの機関運転のために供給された燃料量である運転燃料量QFOの積算値である。
一方、過剰燃料量積算値SQFEは流入排気ガスの空燃比をリッチにするために、すなわちリッチ処理及びパージ処理のために、運転燃料量QFOに加えて供給された燃料量である過剰燃料量QFEの積算値である。なお、図7の(i)又は(ii)に示される例では、運転燃料量QFOは主燃料Mの量に対応し、過剰燃料量QFEは追加の燃料Aの量に対応する。
ここで、過剰燃料量QFEは、流入排気ガスの空燃比AFIを運転燃料量QFOで得られるリーン空燃比から理論空燃比AFSまで低下させるための第1燃料量部分QFE1と、流入排気ガスの空燃比AFIを理論空燃比を越えてリッチにするための第2燃料量部分QFE2との和として表される(QFE=QFE1+QFE2)。この第2燃料量部分QFE2は実質的に還元剤として作用し得る燃料量を表している。なお、本発明による実施例のリッチ処理では、流入排気ガスの空燃比AFIが目標リッチ空燃比になるように第2燃料量部分QFE2が設定される。
燃料過剰割合FERはリッチ処理又はパージ処理による燃料消費率の悪化の程度を表している。すなわち、リッチ処理又はパージ処理が開始されると過剰燃料量積算値SQFEが次第に増大するので、燃料過剰割合FERが次第に増大する。これに対し、リッチ処理及びパージ処理が行われなければ過剰燃料量積算値SQFEは増大しないので、燃料過剰割合FERは次第に減少する。
燃料過剰割合FERが過度に大きくなるのは好ましくない。そこで本発明による実施例では、リッチ処理中に燃料過剰割合FERがあらかじめ定められた上限値UR1を越えたときにはリッチ処理を中断するようにしている。その結果、燃料の過剰消費が阻止される。
一方、燃料過剰割合FERが過度に小さくなるのは、リッチ処理及びパージ処理が長時間にわたって行われていないことを意味し、これもまた好ましくない。そこで本発明による実施例では、燃料過剰割合FERがあらかじめ定められた下限値LR1よりも小さくなったときには、上述のリッチ処理要求指標IDXに関わらず、リッチ処理を行うようにしている。その結果、NOx放出及び還元作用が長時間行われないのを阻止することができる。
総括すると、図15(A)にXで示されるように燃料過剰割合FERが下限値LR1よりも小さくなるとリッチ処理要求指標IDXとは関係なくリッチ処理が開始され、図15(B)にYで示されるようにリッチ処理中に燃料過剰割合FERが上限値UR1を越えるとNOx放出速度Vstとは関係なくリッチ処理が中断される。
次に、本発明による実施例のパージ処理の制御について説明する。
流入排気ガス量が多いときにパージ処理を行うと、多量の燃料ないし還元剤量が必要になる。また、触媒温度Tが低いときにパージ処理を行っても、NOxを十分に還元させることはできない。更に、NOx吸蔵量NOXstが少ないときにパージ処理を行っても、燃料ないし還元剤をNOx還元のために有効に利用することができない。
そこで本発明による実施例では、流入排気ガス量を表す吸入空気量Gaが上限量UG2よりも多いか、触媒温度Tが下限温度T2よりも低いか、又はNOx吸蔵量NOXstが下限量LN2よりも少ないときには、パージ条件が成立していないと判断し、パージ処理を禁止するようにしている。
これに対し、吸入空気量Gaが上限量UG2よりも少なく、かつ触媒温度Tが下限温度LT2よりも高く、かつNOx吸蔵量NOXstが下限量LN2よりも多くなると、パージ条件が成立したと判断され、パージ処理が開始される。
パージ処理が開始されると、図7の(i)を参照して上述したように各気筒で主燃料M及び追加の燃料Aが供給される。ここで、主燃料Mの量及び追加の燃料Aの量は上述した運転燃料量QFO及び過剰燃料量QFEにそれぞれ対応しており、過剰燃料量QFEは第1燃料量部分QFE1と第2燃料量部分QFE2との和である。
本発明による実施例では、パージ処理が開始されると第2燃料量部分積算値SQFE2が繰り返し算出され、第2燃料量部分積算値SQFE2がパージ燃料量QFPに達すると、追加の燃料Aの供給が停止され、したがってパージ処理が完了される。この場合、パージ燃料量QFPが第2燃料量部分QFE2ずつ分割して供給されるという見方もできる。
パージ燃料量QFPはパージ処理を開始すべき時点のNOx吸蔵量NOXst0を用いた次の数式E11に基づいて算出される。
ここで、MNOXはNOxの分子量、RHCはNOxに対するHCの化学量論比(例えば2.5)、MHCはHCの平均分子量(例えば44)、をそれぞれ表している。
すなわち、パージ燃料量QFPはNOx吸蔵量NOxst0のNOxに対する化学量論量、すなわちNOxをNOXst0だけ還元するのに理論上必要な量に設定される。このようにしているのは、流入排気ガス量が少ないときにパージ処理が行われるので、HCないし還元剤のNOx吸蔵還元触媒25での滞留時間がかなり長くなり、したがってHCないし還元剤とNOxが化学量論比RHCでもって反応すると考えられるからである。
上述したように、第2燃料量部分QFE2は実質的に還元剤として作用し得る燃料量を表している。したがって、パージ燃料量QFPをこのように設定することによって、パージ処理によりNOx吸蔵還元触媒25内のほぼすべてのNOxを還元することが可能となる。
パージ処理時における第2燃料量部分QFE2は次のように設定される。
追加の燃料Aの一部がNOx吸蔵還元触媒25上流の排気通路、例えば排気マニホルド5、排気タービン7t、排気管21の内壁面にいったん付着し、次いで蒸発した後にNOx吸蔵還元触媒25内に流入する場合がある。ところが、このように排気通路内壁面にいったん付着する追加の燃料Aを付着燃料と称すると、この付着燃料は正規のタイミングから遅れてNOx吸蔵還元触媒25に流入することになり、好ましくない。一方、付着燃料の量はNOx吸蔵還元触媒25上流の排気通路の内壁面温度が低くなるにつれて多くなる。また、NOx吸蔵還元触媒25上流の排気通路の内壁面温度は例えばNOx吸蔵還元触媒25への流入排気ガスの温度によって表される。
そこで本発明による実施例では、図16に示されるように、温度センサ26(図1)によって検出されるNOx吸蔵還元触媒25への流入排気ガスの温度Texが低くなるにつれて少なくなるように、パージ処理時における第2燃料量部分QFE2を設定している。その結果、パージ処理時における追加の燃料Aの供給遅れを抑制することができる。なお、パージ処理時における第2燃料量部分QFE2は流入排気ガス温度Texの関数として図16に示されるマップの形でROM42に記憶されている。
なお、第1燃料部分QFE1は上述したように、流入排気ガスの空燃比AFIを運転燃料量QFOで得られるリーン空燃比から理論空燃比AFSまで低下させるためのものである。したがって第1燃料量部分QFE1は次の数式E12に基づいて算出される。
上述したように、パージ条件が成立していないと判断されるとパージ処理が禁止される。本発明による実施例では、次のような場合もパージ処理が禁止される。
パージ処理が開始されてから完了するまでに要する時間であるパージ時間tPが長くなると、パージ処理が失敗する可能性が高くなる。
そこで本発明による実施例では、パージ処理が行われたと仮定したときのパージ時間tPの予測値である予測パージ時間PtPを求め、予測パージ時間PtPがあらかじめ定められた上限時間Utよりも長いときには、パージ処理を禁止するようにしている。その結果、パージ処理が失敗する可能性を低く維持できる。
パージ処理が成功したか失敗したかは次のようにして判断される。すなわち、パージ処理中に機関加速運転が行われると、流入排気ガス量を表す吸入空気量Gaが大幅に増大し、流入排気ガスの空燃比AFIをリッチに維持できなくなる。この場合、NOx吸蔵還元触媒25内のほぼすべてのNOxを放出し還元することができない。そこで、パージ処理中に加速運転が行われたときにはパージ処理が失敗したと判断される。これに対し、パージ処理中に加速運転が行われなければ、流入排気ガスの空燃比AFIがリッチに維持される。そこで、パージ処理中に加速運転が行われなかったときにはパージ処理が成功したと判断される。
予測パージ時間PtPは例えばパージ燃料量QFP、第2燃料量部分QFE2、及び機関回転数に基づいて算出される。すなわち、パージ時間tPは、第2燃料量部分積算値SQFE2がパージ燃料量QFPに達するのに要する時間である。また、第2燃料量部分QFE2は膨張行程又は排気行程ごとに供給されるので(図7の(i)参照)、第2燃料量部分QFE2が供給される時間間隔は機関回転数に応じて定まる。したがって、予測パージ時間PtPはパージ燃料量QFP、第2燃料量部分QFE2、及び機関回転数に基づいて予測することができる。
一方、パージ処理が行われると、燃料過剰割合FER(E10)が増大する。燃料過剰割合FERが大きくなるのは好ましくない。
そこで本発明による実施例では、パージ処理が行われたと仮定したときの燃料過剰割合FERの予測値である予測燃料過剰割合PFERが求められ、予測燃料過剰割合PFERがあらかじめ定められた上限値UR2を越えるときには、パージ処理が禁止される。その結果、燃料過剰割合FERが大きくなるのを阻止できる。なお、上限値UR2は上述の上限値UR1と同じであってもよいし異なっていてもよい。
予測燃料過剰割合PFERは例えば次のようにして算出される。すなわち、現在のNOx吸蔵量NOXstからパージ燃料量QFPが算出され、パージ燃料量QFPから予測パージ時間PtPが算出され、予測パージ時間PtPにおける運転燃料量QFO合計値及び第1燃料量部分合計値がそれぞれ算出される。その上で、運転燃料量QFO合計値が現在の運転燃料量積算値SQFOに加算され、第1燃料量部分合計値及びパージ燃料量QFPが過剰燃料量積算値SQEFに加算される。次いで、数式E10から算出される燃料過剰割合FER(=SQFE/SQFO)は予測燃料過剰割合PFERを表している。
パージ処理が行われたときには次のようにしてNOx吸蔵量NOXstが更新される。
すなわち、上述したように、パージ処理が成功する場合もあれば失敗する場合もある。パージ処理が成功したときには、NOx吸蔵還元触媒25内のすべてのNOxが放出され還元されたと考えることができる。しかしながら、パージ処理が失敗したときにはこのように考えることはできない。
そこで本発明による実施例では、パージ処理が成功したか失敗したかが判断され、パージ処理が成功したと判断されたときにはNOx吸蔵量NOXstがゼロに戻される。これに対し、パージ処理が失敗したと判断されたときには、NOx吸蔵量NOXstがパージ処理開始時の値に保持される。その結果、NOx吸蔵量NOXstが実際のNOx吸蔵量から大きく逸脱するのが阻止される。
総括すると、図17(B)に示されるようにパージ処理中に加速運転が行われたときにはパージ処理が失敗したと判断され、NOx吸蔵量NOXstはパージ処理開始時の値に保持される。これに対し、図17(A)に示されるようにパージ処理中に加速運転が行われないときにはパージ処理が成功したと判断され、NOx吸蔵量NOXstがゼロに戻される。
図18は本発明による実施例の排気浄化制御ルーチンを示している。このルーチンはあらかじめ定められた設定時間ごとの割り込みによって実行される。
図18を参照すると、ステップ100ではリッチフラグXRがセットされているか否かが判別される。リッチフラグXRはリッチ処理を実行すべきときにセットされ(XR=1)、それ以外はリセットされる(XR=0)。リッチフラグXRがセットされているときには次いでステップ101に進み、リッチ処理ルーチンが実行される。このリッチ処理ルーチンは図19に示されている。一方、リッチフラグXRがリセットされているときにはステップ100からステップ102に進み、パージフラグXPがセットされているか否かが判別される。パージフラグXPはパージ処理を実行すべきときにセットされ(XP=1)、それ以外はリセットされる(XP=0)。パージフラグXPがセットされているときには次いでステップ103に進み、パージ処理ルーチンが実行される。このパージ処理ルーチンは図20に示されている。これに対し、パージフラグXPがリセットされているときには処理サイクルを終了する。
リッチ処理ルーチンを示す図19を参照すると、ステップ110では図24及び図25のルーチンで算出されているNOx吸蔵量NOXstが読み込まれる。続くステップ111では図12(B)のマップを用いてNOx吸蔵量NOXstからNOx吸蔵還元触媒25のNOx吸蔵速度Vstが算出される。続くステップ112ではNOx吸蔵速度Vstが目標NOx吸蔵速度TVst以上か否かが判別される。Vst<TVstのときには次いでステップ113に進み、図28のルーチンで算出されている燃料過剰割合FERが読み込まれる。続くステップ114では燃料過剰割合FERが上限値UR1以下であるか否かが判別される。FER≦UR1のときには次いでステップ115に進み、リッチ燃焼が開始又は継続される。
これに対し、ステップ112においてVst<TVstのとき、又はステップ114においてFER>UR1のときには、次いでステップ116に進み、リッチ燃焼が停止され、したがってリッチ処理が中断される。次いでステップ117に進み、リッチフラグXRがリセットされる。
パージ処理ルーチンを示す図20を参照すると、ステップ120ではパージ燃料量QFPがすでに算出されているか否かが判別される。パージ燃料量QFPがいまだ算出されていないときにはステップ121に進み、パージ燃料量QFPが数式E11を用いて算出される。次いでステップ122に進む。パージ燃料量QFPがすでに算出されているときにはステップ120からステップ122に進む。続くステップ122では数式E12を用いて第1の燃料量部分QFE1が算出される。続くステップ123では図16のマップを用いて第2燃料量部分QFE2が算出される。続くステップ124では過剰燃料量QFEが算出され(QFE=QFE1+QFE2)、膨張行程又は排気行程に追加の燃料Aが過剰燃料量QFEだけ供給される。続くステップ125では第2燃料量部分積算値SQFE2が算出される(SQFE2=SQFE2+QFE2)。続くステップ126では第2燃料量部分積算値SQFE2がパージ燃料量QFPに達したか否かが判別される。SQFE2<QFPのときには処理サイクルを終了し、したがってパージ処理が継続される。これに対し、SQFE2≧QFPのときにはステップ126からステップ127に進み、パージフラグXPがリセットされる。したがって、パージ処理が完了される。続くステップ128では第2燃料量部分積算値SQFE2がクリアされる(SQFE2=0)。
図21はリッチフラグXRの制御ルーチンを示している。このルーチンはあらかじめ定められた設定時間ごとの割り込みによって実行される。
図21を参照すると、ステップ130ではリッチフラグXR及びパージフラグXPが共にリセットされているか否かが判別される。リッチフラグXR又はパージフラグXPがセットされているときには処理サイクルを終了する。したがって、リッチ処理又はパージ処理が行われているときにはリッチ処理は開始されない。リッチフラグXR及びパージフラグXPが共にリセットされているときには次いでステップ131に進み、図28のルーチンで算出されている燃料過剰割合FERが読み込まれる。続くステップ132では燃料過剰割合FERが下限値LR1以上であるか否かが判別される。FER≧LR1のときには次いでステップ133に進み、リッチ処理要求指標IDXの算出ルーチンが実行される。このルーチンは図29に示されている。続くステップ134ではリッチ処理要求指標IDXがしきい値THよりも大きいか否かが判別される。IDX>THのときには次いでステップ135に進み、リッチフラグXRがセットされる。したがって、リッチ処理が行われる。
これに対し、IDX≦THのときにはステップ134からステップ136に進み、リッチフラグXRがリセットされる。すなわち、この場合にはリッチ処理が行われない。
一方、ステップ132においてFER<LR1のときにはステップ135にジャンプしてリッチフラグXRがセットされる。すなわち、この場合にはリッチ処理要求指標IDXに関わらずリッチ処理が行われる。
図22及び図23はパージフラグXRの制御ルーチンを示している。このルーチンはあらかじめ定められた設定時間ごとの割り込みによって実行される。
図22及び図23を参照すると、ステップ140ではリッチフラグXR及びパージフラグXPが共にリセットされているか否かが判別される。リッチフラグXR又はパージフラグXPがセットされているときには処理サイクルを終了する。したがって、リッチ処理又はパージ処理が行われているときにはパージ処理は開始されない。リッチフラグXR及びパージフラグXPが共にリセットされているときには次いでステップ141に進み、吸入空気量Gaが上限量UG2よりも少ないか否かが判別される。Ga<UG2のときには次いでステップ142に進み、触媒温度Tが下限温度LT2以上か否かが判別される。T≧LT2のときには次いでステップ143に進み、NOx吸蔵量NOXstが下限量LN2以上か否かが判別される。NOXst≧LN2のときには次いでステップ144に進み、予測パージ時間PtPの算出ルーチンが実行される。このルーチンは図30に示されている。続くステップ145では予測パージ時間PtPが上限時間Ut以下であるか否かが判別される。PtP≦Utのときには次いでステップ146に進み、予測燃料過剰割合PFERが算出される。続くステップ147では、予測燃料過剰割合PFERが上限値UR2以下であるか否かが判別される。PFER≦UR2のときには次いでステップ148に進み、パージフラグXPがセットされる。したがって、この場合にはパージ処理が行われる。
これに対し、ステップ141においてGa≧UG2のとき、ステップ142においてT<LT2のとき、ステップ143においてNOXst<LN2のとき、ステップ145においてPtP>UtPのとき、ステップ147においてPFER>UR2のときには、次いでステップ149に進み、パージフラグXPがリセットされる。したがって、この場合にはパージ処理が行われない。
次に、NOx吸蔵量NOXstの算出ルーチンを示す図24及び図25を参照すると、ステップ150ではパージフラグXPがリセットされているか否かが判別される。パージフラグXPがセットされているとき、すなわちパージ処理が行われているときには処理サイクルを終了する。すなわち、パージ処理中はNOx吸蔵量NOXstの更新が行われない。これに対し、パージフラグXPがリセットされているときすなわちパージ処理が行われていないときには次いでステップ151に進み、前回の処理サイクルにおいてパージフラグXPがセットされていたか否かが判別される。前回の処理サイクルにおいてパージフラグXPがリセットされていたとき、すなわちパージ処理が完了した直後でないときには次いでステップ152に進み、流出排気ガスの空燃比AFOが理論空燃比AFS以下であるか、すなわち流出排気ガスの空燃比AFOが理論空燃比又はリッチであるか否かが判別される。AFO>AFSのとき、すなわち流出排気ガスの空燃比AFOがリーンのときには次いでステップ153に進み、流入NOx量が算出され、増加分NOXinが流入NOx量に設定される。続くステップ154では減少分NOXrdがゼロとされる。次いでステップ157に進む。
これに対し、AFO≦AFS、すなわち流出排気ガスの空燃比AFOが理論空燃比又はリッチのときには次いでステップ155に進み、増加分NOXinがゼロとされる。続くステップ156では減少分NOXrdの算出ルーチンが実行される。このルーチンは図26に示されている。次いでステップ157に進む。
ステップ157では数式E1を用いてNOx吸蔵量NOXstが更新される。
これに対し、前回の処理サイクルにおいてパージフラグXPがセットされていたとき、すなわちパージ処理が完了した直後のときにはステップ151からステップ158に進み、パージ失敗フラグXPFがリセットされているか否かが判別される。このパージ失敗フラグXPFはパージ処理が失敗したと判断されたときにセットされ(XPF=1)、それ以外はリセットされる(XPF=0)。パージ失敗フラグXPFがリセットされているとき、すなわちパージ処理が成功したと判断されたときには次いでステップ159に進み、NOx吸蔵量NOXstがゼロに戻される。
これに対し、パージ失敗フラグXPFがセットされているとき、すなわちパージ処理が失敗したと判断されたときにはステップ158からステップ160に進み、パージ失敗フラグXPFがリセットされる。次いで処理サイクルを終了する。したがって、パージ処理が失敗したときにはNOx吸蔵量NOXstは更新されず、すなわちパージ処理開始時の値に保持される。
減少分NOXrdの算出ルーチンを示す図26を参照すると、ステップ170では流入排気ガスの空燃比AFIが読み込まれる。続くステップ171ではNOx吸蔵量NOXstが読み込まれる。続くステップ172では触媒温度Tが読み込まれる。続くステップ173では、図3(B)、図4(B)、及び図5(B)のマップを用いて第1の補正係数KC1、第2の補正係数KC2、及び第3の補正係数KC3がそれぞれ算出され、数式E6を用いて補正係数KCが算出される。続くステップ174では数式E2を用いて減少分NOXrdが算出される。
図27はパージ失敗フラグXPFの制御ルーチンを示している。このルーチンはあらかじめ定められた設定時間ごとの割り込みによって実行される。
図27を参照すると、ステップ180ではパージ失敗フラグXPFがリセットされているか否かが判別される。パージ失敗フラグXPFがリセットされているときには次いでステップ181に進み、パージフラグXPがセットされているか否かが判別される。パージフラグXPがセットされているとき、すなわちパージ処理中には次いでステップ182に進み、加速運転が行われているか否かが判別される。加速運転が行われているときには次いでステップ183に進み、パージ失敗フラグXPFがセットされる。これに対し、ステップ180においてパージ失敗フラグXPFがセットされているとき、ステップ181においてパージフラグXPがリセットされているとき、ステップ182において加速運転が行われていないときには、処理サイクルを終了する。
図28は燃料過剰割合FERの算出ルーチンを示している。このルーチンはあらかじめ定められた設定時間ごとの割り込みによって実行される。
図28を参照すると、ステップ190では、運転燃料量QFOを積算することにより運転燃料量積算値SQFOが算出される。続くステップ191では、過剰燃料量QFEを積算することにより過剰燃料量積算値SQFEが算出される。続くステップ192では数式E10を用いて燃料過剰割合FERが算出される。
図29はリッチ処理要求指標IDXの算出ルーチンを示している。このルーチンはあらかじめ定められた設定時間ごとの割り込みによって実行される。
図29を参照すると、ステップ200ではリッチフラグXR及びパージフラグXPが共にリセットされているか否かが判別される。リッチフラグXR又はパージフラグXPがセットされているときには処理サイクルを終了する。リッチフラグXR及びパージフラグXPが共にリセットされているときには次いでステップ201に進み、図8のマップを用いて指標IDXegが算出される。続くステップ202では図9のマップを用いて指標IDXetが算出される。続くステップ203では数式E8を用いて第1の指標IDX1が算出される。続くステップ204では図10のマップを用いて指標IDXsvが算出される。続くステップ205では図11のマップを用いて指標IDXspが算出される。続くステップ206では数式E9を用いて第2の指標IDX2が算出される。続くステップ207では数式E7を用いてリッチ処理要求指標IDXが算出される。
図30に圧縮着火式内燃機関の別の実施例を示す。図30に示される実施例では、NOx吸蔵還元触媒25上流の排気通路、例えば排気マニホルド5に還元剤添加弁31が取り付けられる。リッチ処理又はパージ処理を行うべきときには還元剤添加弁31からCO,HCのような還元剤がパルス状に添加され、それによって流入排気ガスの空燃比が一時的にリッチにされる。
次に、NOx吸蔵量NOXstの算出作用の別の実施例を説明する。
これまで述べてきた本発明による実施例では、パージ処理が失敗したと判断されたときに、NOx吸蔵量NOXstがパージ処理開始時の値に保持される。このことは、パージ処理が失敗したと判断されたときにはNOx吸蔵還元触媒25からNOxが放出されていないということを意味する。しかしながら、加速運転が行われるまでは流入排気ガスの空燃比がリッチに維持されており、NOx吸蔵還元触媒25からNOxが放出され還元されている。
そこで本発明による別の実施例では、パージ処理が失敗したと判断されたときにはNOx吸蔵量NOXstのパージ処理による減少分を求め、パージ処理による減少分だけNOx吸蔵量NOXstを減少するようにしている。その結果、パージ処理が失敗したと判断されたときにもNOx吸蔵量NOXstを正確に維持することができる。
すなわち、パージ処理が失敗したと判断されたときには次の数式E13に基づいてNOx吸蔵量NOXstが更新される。
ここで、PNrdは1回のパージ処理によるNOx吸蔵量NOXstの減少量を表している。
このパージ処理による減少量PNrdは例えば次のようにして算出される。すなわち、上述したように、加速運転が行われるまでのパージ処理では、HCないし還元剤とNOxが化学量論比RHCでもって反応すると考えられる。したがって、パージ処理中にNOxの放出及び還元に有効に作用したHC量である有効HC量がわかれば、パージ処理による減少量PNrdがわかることになる。
一方、有効HC量はパージ処理中の流入排気ガスの空燃比AFIによって表される。具体的には、理論空燃比AFSに対する流入排気ガスの空燃比AFIの偏差(AFS−AFI)が大きくなるほど有効HC量は多くなる。この場合、理論空燃比AFSを表す直線と流入排気ガスAFIを表す曲線とで囲まれた閉領域の面積はパージ処理中の全有効HC量を表しているということになる。
そこで本発明による別の実施例では、パージ処理中に流入排気ガスの空燃比AFIがRAM43に記憶しておき、パージ処理が失敗したと判断されたときには、記憶されている流入排気ガスの空燃比AFIに基づいて閉領域の面積が算出される。次いで、この面積に基づいて有効HC量全体が算出され、有効HC量全体に基づいてパージ処理による減少量PNrdが算出される。次いで、数式13を用いてNOx吸蔵量NOXstが更新される。
総括すると、図31に示されるようにパージ処理が失敗したと判断されたときには、閉領域ARの面積に基づいてパージ処理による減少量PNrdが算出され、NOx吸蔵量NOXstが減少量PNrdだけ減少される。
図32及び図33はNOx吸蔵量NOXstの算出ルーチンの別の実施例を示している。このルーチンは図24及び図25に示されるルーチンと次の点で異なっている。
すなわち、パージ処理が失敗したと判断されたときには、ステップ160においてパージ失敗フラグXPFがリセットされた後にステップ161に進み、パージ処理による減少量PNrdが算出される。続くステップ162では数式E13を用いてNOx吸蔵量NOXstが更新される。
なお、上述したように、流入排気ガス中のHCないし還元剤が三元触媒24で消費されるおそれがある。したがって、パージ処理時に三元触媒24で消費される還元剤量に基づいてパージ処理による減少量PNrdを補正するようにしてもよい。
ところで、リッチ処理が行われると、図34に示されるようにNOx吸蔵量NOXstが減少する。1回のリッチ処理によるNOx吸蔵量NOXrdの減少量をRNrdで表すと、図34に示される例では、リッチ処理開始時のNOx吸蔵量NOXst0から減少量RNrdだけNOx吸蔵量NOXstが減少する。
このリッチ処理による減少量RNrdは次のようにして推定することができる。すなわち、リッチ処理による減少量RNrdは減少分NOXrdを積算したものに一致する。そうすると、数式E3を積分することにより次の数式E14が得られる。
流入CO量QCOがリッチ処理中に一定であると仮定すると、数式E14の積分項は図34でハッチングが付された台形の面積に等しく、次の数式E15で表される。
ここで、tRはリッチ処理により流入排気ガスの空燃比がリッチとなっている時間である。
したがって、数式E14,E15からリッチ処理による減少量RNrdは次の数式E16のように表される。
ここで、Ktは次の数式E17で表される。
したがって、リッチ時間tRを与えれば、数式E16を用いてリッチ処理による減少量RNrdを推定することができる。その結果、リッチ処理による減少量RNrdを簡単にかつ正確に推定することができる。
一方、リッチ処理を行ったときのCOないし還元剤の利用効率EFFは例えば次の数式E18で表される。
ここで、QFRは1回のリッチ処理における第2燃料量部分QFE2の積算値であるリッチ燃料量を表しており、リッチ時間tR及び目標リッチ空燃比に基づいて求めることができる。
そうすると、数式E16によりリッチ処理による減少量RNrdを推定すれば、数式E18により利用効率EFFを推定できるということになる。このようにすると、リッチ処理を実際に行わなくても、利用効率EFFを正確にかつ簡単に推定ことができる。
したがって、一般化していうと、リッチ処理によるNOx吸蔵量の減少量RNrdが、リッチ処理開始時のNOx吸蔵量NOXst0と、リッチ処理中に一定であると仮定された流入還元剤量QCO及び触媒温度Tとに基づいて推定されるということになる。 FIG. 1 shows a case where the present invention is applied to a compression ignition type internal combustion engine. However, the present invention can also be applied to a spark ignition internal combustion engine.
Referring to FIG. 1, 1 is an engine body, 2 is a combustion chamber of each cylinder, 3 is an electromagnetically controlled fuel injection valve for injecting fuel into each
Each
The exhaust manifold 5 and the
The
The
The
The NOx
In the embodiment according to the present invention, at least one selected from platinum Pt, palladium Pd, osmium Os, gold Au, rhodium Rh, iridium Ir, and ruthenium Ru is used as the
When the ratio of the reducing agent such as air and fuel supplied into the intake passage, the
That is, the case where platinum Pt is used as the
In contrast, when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is made rich, the oxygen concentration in the inflowing exhaust gas decreases, so the reaction is reversed (NO3 −→ NO2Thus, as shown in FIG. 2B, nitrate ion NO in the
On the other hand, the three-
This three-
The three-
Now, in the embodiment according to the present invention, combustion is usually performed under a lean air-fuel ratio. In this case, since the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas to the NOx
Therefore, in the embodiment according to the present invention, the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is temporarily enriched before the NOx
Specifically, in order to partially release and reduce NOx occluded in the NOx
A lot of fuel is required to perform rich processing. Therefore, in order to suppress fuel consumption, it is appropriately determined whether or not rich processing should be started during engine operation under a lean air-fuel ratio, and whether or not rich processing should be continued during rich processing. It is necessary to judge appropriately.
Therefore, in the embodiment according to the present invention, the NOx occlusion amount NOXst of the NOx
In the embodiment according to the present invention, the NOx occlusion amount NOXst is repeatedly calculated based on the following formula E1.
Here, NOXin and NOXrd respectively represent an increment and a decrease of the NOX occlusion amount NOXst per unit time.
The increment NOXin is set to the inflow NOx amount that is the NOx amount in the inflow exhaust gas when the air-fuel ratio of the inflow exhaust gas is lean, and is set to zero when the air-fuel ratio of the inflow exhaust gas is rich or the stoichiometric air-fuel ratio. Here, the inflow NOx amount is calculated based on the engine operating state, for example, the engine load and the engine speed. Alternatively, a NOx sensor for detecting the inflow NOx amount is disposed in the exhaust passage upstream of the NOx
In contrast, the decrease NOXrd is zero when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lean, and is calculated based on the following equation E2 when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is rich or the stoichiometric air-fuel ratio.
Here, k0 is a constant, AFS is the stoichiometric air-fuel ratio, AFI is the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas detected by the air-
Mathematical formula E2 is derived as follows. That is, when CO is used as the reducing agent, the NOx reduction reaction is represented by the following reaction formula R1.
Therefore, the time change dNOXst / dt of the NOx occlusion amount when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is rich is expressed by the following equation E3 in consideration of the reaction rate of the reaction equation R1.
Here, k represents a constant, and QCO represents an inflow CO amount that is the CO amount in the inflow exhaust gas.
When the equation E3 is discretized using i representing the number of calculations, the following equation E4 is obtained.
Here, the inventors of the present application have confirmed that the inflow CO amount QCO is represented by the air-fuel ratio AFI of the inflow exhaust gas. Specifically, the inflow CO amount QCO increases as the richness of the air-fuel ratio AFI of the inflowing exhaust gas, that is, the deviation (AFS-AFI) of the air-fuel ratio AFI of the inflowing exhaust gas with respect to the stoichiometric air-fuel ratio AFS increases.
Therefore, since the left side of the equation E4 is equal to the negative value (−NOXrd) of the decrease NOXrd, the equation E2 is derived by introducing the correction coefficient KC into the equation E4.
Using the above-described equation E2, it is possible to easily and accurately calculate the decrease NOXrd during the rich process. In fact, it has been experimentally confirmed that the decrease NOXrd can be calculated with an error of about 3 percent.
During the rich process, the decrease NOXrd is repeatedly calculated using the above-described equation E2, and the NOx occlusion amount NOXst is repeatedly updated by the decrease NOXrd.
Thus, in the embodiment according to the present invention, the decrease NOXrd is calculated based on the inflow CO amount QCO, the NOx occlusion amount NOXst, and the catalyst temperature T.
One thing to be noted here is that the decrease NOXrd is calculated based on the NOx occlusion amount NOXst. As described at the beginning, the conventional calculation method cannot always calculate the decrease NOXrd accurately. Therefore, as long as it is based on such an inaccurate NOx occlusion amount NOXst, the decrease NOXrd cannot always be calculated accurately. That is, it has not been possible to calculate the decrease NOXrd based on the NOx occlusion amount NOXst.
Another notable feature is that the NOx occlusion amount NOXst, that is, the decrease NOxrd during the rich process is calculated without obtaining the outflow NOx amount that is the amount of NOx flowing out from the NOx
The above formula E3 can be applied to a reducing agent in which the molar ratio of NOx to the reducing agent in the reduction reaction is theoretically 1: 2. Hydrogen H as such a reducing agent2Is mentioned. In this case, the reduction reaction of NOx is represented by the following reaction formula R2.
Therefore, when the amount of hydrogen in the inflowing exhaust gas is represented by QH, the decrease NOXrd in this case is calculated from the following equation E5.
Therefore, in general terms, the decrease NOXrd is calculated based on the following terms using the inflow reductant amount QRED, the NOx occlusion amount NOXst, and the catalyst temperature T, which is the amount of reductant in the inflow exhaust gas. .
Furthermore, the concept of calculating the decrease NOXrd based on the inflow reducing agent amount QRED, the NOx occlusion amount NOXst, and the catalyst temperature T is that the reducing agent is CO, H2It can be applied not only to other materials such as hydrocarbon HC.
Therefore, when further generalized, the reduced amount NOXrd is calculated based on the inflow reducing agent amount QRED, the NOx occlusion amount NOXst, and the catalyst temperature T.
Next, the correction coefficient KC in the equation E2 will be described.
The correction coefficient KC is calculated based on the following formula E6.
Here, KC1, KC2, and KC3 represent a first correction coefficient, a second correction coefficient, and a third correction coefficient, respectively. Each correction coefficient KC1, KC2, KC3 is set to 1.0 when there is no need to correct each.
The first correction coefficient KC1 is used to correct the amount of decrease NOXrd based on the CO passage amount that is the amount of CO passing through the NOx
The second correction coefficient KC2 is used to correct the amount of decrease NOXrd based on the degree of deterioration of the NOx
The third correction coefficient KC3 corrects the inflow CO amount QCO to be reduced based on the CO consumption in the exhaust gas consumed by the three-
The lean time tL will be further described. When the lean time tL is long as shown in FIG. 6 (A), the oxygen storage amount OXYst of the three-
Therefore, the intake air amount Ga and the lean time tL are detected, and the third correction coefficient KC3 is calculated based on the intake air amount Ga and the lean time tL. The third correction coefficient KC3 is stored in the
It should be noted that the oxygen storage reaction of the three-
Therefore, the oxygen storage amount OXYst is calculated from the time change dOXYst / dt of the oxygen storage amount of the three-
On the other hand, the constant k0 in the equation E2 is obtained in advance by experiments. That is, for example, the decrease NOXtd is measured under various NOx occlusion amounts NOXst and the catalyst temperature T. After that, the measured decrease NOXrd is substituted into Equation E2 to calculate k0, and by averaging these k0, a constant k0 is calculated. During the rich treatment, not only NOx reduction, but also NOx occlusion, NOx reduction by reducing agents other than CO in the exhaust gas, for example, hydrogen and hydrocarbons, NOx occlusion amount NOXst and catalyst temperature T, three-dimensional distribution, rich Changes in the catalyst temperature T during processing, NOx outflow from the NOx
Even if the air-fuel ratio AFI of the exhaust gas flowing into the
Therefore, in the embodiment according to the present invention, when the air-fuel ratio AFO of the outflow exhaust gas detected by the air-
Thus, in the embodiment according to the present invention, the NOx decrease amount NOXrd can be accurately calculated, and therefore the NOx occlusion amount NOXst can be accurately calculated.
However, a slight calculation error may be included in the decrease NOXrd or the NOx occlusion amount NOXst. For this reason, when the engine operation time becomes longer, the calculated NOXst may deviate from the actual NOx storage amount.
Therefore, in the embodiment according to the present invention, in order to release and reduce almost all of the NOx stored in the NOx
In the purge process of the embodiment according to the present invention, as shown in FIG. 7 (i), in addition to the main fuel M for obtaining the engine output supplied around the compression top dead center (TDC), the end stage of the expansion stroke. Alternatively, additional fuel A is injected from the
In this case, additional fuel A is supplied every time the cylinder enters the expansion stroke or the exhaust stroke. Therefore, during the purge process, the additional fuel A or the reducing agent is supplied into the
Alternatively, in order to switch the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas to be rich, additional fuel A may be injected from the
Alternatively, as shown in (iii) of FIG. 7, the main fuel M may be used to temporarily perform combustion under a rich air-fuel ratio. FIG. 7 (iv) shows a case where combustion is performed under a lean air-fuel ratio and no additional fuel is injected.
Even during the rich processing, additional fuel A can be injected as shown in FIG. 7 (i) or (ii) in order to switch the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas to rich.
Next, control of rich processing according to an embodiment of the present invention will be described.
In the embodiment according to the present invention, the rich processing request index IDX is repeatedly calculated when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lean. The rich process request index IDX indicates the degree of necessity of the rich process, and indicates that the necessity of the rich process increases as the rich process request index IDX increases (0 ≦ IDX ≦ 1). In addition, the rich process is not performed when the rich process request index IDX is smaller than the threshold value TH, and the rich process is performed when the rich process request index IDX is larger than the threshold value TH.
The rich process request index IDX is calculated based on the following formula E7.
Here, IDX1 and IDX2 represent a first index and a second index, respectively.
When the decrease NOXrd per unit reducing agent (CO) amount is referred to as reducing agent utilization efficiency, the first index IDX1 is determined according to the reducing agent utilization efficiency when it is assumed that the rich process is performed. It is calculated based on the following formula E8 using IDXeg and IDXet.
The index IDXeg is obtained based on the inflow exhaust gas amount. That is, as the inflowing exhaust gas amount increases, the CO passage amount increases, and therefore the reducing agent utilization efficiency decreases. The index IDXeg is obtained in advance by standardizing the reducing agent utilization efficiency that varies according to the intake air amount Ga representing the inflowing exhaust gas amount (0 ≦ IDXeg ≦ 1). That is, as shown in FIG. 8, the index IDXeg increases as the intake air amount Ga decreases, and is maintained at 1 when the intake air amount Ga further decreases. The index IDXeg is stored in the
The index IDXet is obtained based on the catalyst temperature T. That is, the ease of the NOx reduction reaction in the NOx
On the other hand, the second index IDX2 is determined according to the NOx occlusion capacity of the NOx
When the ratio of the amount of NOx occluded in the NOx
The index IDXsp is obtained based on the NOx passage amount QNP that is the amount of NOx that passes through the NOx storage reduction catalyst when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lean. That is, as the NOx passage amount QNP increases, NOx is less likely to be stored in the NOx
Here, as shown in FIG. 12A, the NOx occlusion speed Vst increases as the NOx occlusion amount NOXst decreases. When the catalyst temperature T is low, the NOx occlusion speed Vst increases as the catalyst temperature T increases. When it is high, it decreases as the catalyst temperature T increases. The NOx occlusion speed Vst is stored in the
On the other hand, the NOx passage amount QNP is stored in the
Note that the rich process request index IDX may be obtained based on one of the first index IDX1 and the second index IDX2. Further, the first index IDX1 may be obtained based on one of the index IDXeg and the index IDXet, or the second index IDX2 may be obtained based on either the index IDXsv or the index IDXsp. Also good.
When the index IDXet, IDXet is increased, the first index IDX1 is increased. When the index IDXsv, IDXsp is increased, the second index IDX2 is increased, so that the rich process request index IDX is increased. As described above, the rich process is performed when the rich process request index IDX becomes greater than the threshold value TH.
In this way, for example, when the reducing agent cannot be effectively used even if the NOx occlusion amount NOXst is large, the rich process is not started. Therefore, it is possible to reliably reduce NOx while suppressing consumption of the reducing agent or fuel.
On the other hand, the NOx occlusion speed Vst described above is repeatedly calculated during the rich process. Since the NOx occlusion amount NOXst gradually decreases during the rich process, the NOx occlusion speed Vst gradually increases. Next, the rich process is completed when the NOx occlusion speed Vst reaches a predetermined target NOx occlusion speed TVst.
The target NOx occlusion speed TVst is set to be smaller than 1, and the NOx occlusion amount NOXst is not reduced to zero by the rich process. As a result, NOx occluded in the NOx
In summary, as shown by X in FIG. 14, when the rich process request index IDX becomes larger than the threshold value TH, the rich process is started, and when the NOx occlusion speed Vst reaches the target NOx occlusion speed TVst during the rich process, the rich process is started. The process will be completed.
In the embodiment according to the present invention, the rich process is controlled based on the excess fuel ratio FER.
This fuel excess ratio FER is repeatedly calculated based on the following formula E10.
Here, SQFO represents an operating fuel amount integrated value, and SQFE represents an excess fuel amount integrated value.
The operating fuel amount integrated value SQFO is an integrated value of the operating fuel amount QFO, which is the amount of fuel supplied for engine operation under a lean air-fuel ratio.
On the other hand, the excess fuel amount integrated value SQFE is an excess fuel amount QFE that is the amount of fuel supplied in addition to the operating fuel amount QFO in order to make the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas rich, that is, for rich processing and purge processing. Is an integrated value of. In the example shown in (i) or (ii) of FIG. 7, the operating fuel amount QFO corresponds to the amount of the main fuel M, and the excess fuel amount QFE corresponds to the amount of the additional fuel A.
Here, the excess fuel amount QFE includes the first fuel amount portion QFE1 for reducing the air-fuel ratio AFI of the inflowing exhaust gas from the lean air-fuel ratio obtained by the operating fuel amount QFO to the stoichiometric air-fuel ratio AFS, and the airflow of the inflowing exhaust gas. It is expressed as the sum of the second fuel amount portion QFE2 for making the fuel ratio AFI rich beyond the stoichiometric air-fuel ratio (QFE = QFE1 + QFE2). The second fuel amount portion QFE2 represents the amount of fuel that can substantially act as a reducing agent. In the rich process according to the embodiment of the present invention, the second fuel amount portion QFE2 is set so that the air-fuel ratio AFI of the inflowing exhaust gas becomes the target rich air-fuel ratio.
Fuel excess ratio FER represents the degree of deterioration of the fuel consumption rate due to rich processing or purge processing. That is, when the rich process or the purge process is started, the excess fuel amount integrated value SQFE gradually increases, so that the excess fuel ratio FER gradually increases. On the other hand, if the rich process and the purge process are not performed, the excess fuel amount integrated value SQFE does not increase, so the excess fuel ratio FER gradually decreases.
It is not preferable that the excess fuel ratio FER is excessively large. Therefore, in the embodiment according to the present invention, the rich process is interrupted when the excess fuel ratio FER exceeds the predetermined upper limit value UR1 during the rich process. As a result, excessive fuel consumption is prevented.
On the other hand, the excessive fuel ratio FER means that the rich process and the purge process have not been performed for a long time, which is also not preferable. Therefore, in the embodiment according to the present invention, when the excess fuel ratio FER becomes smaller than the predetermined lower limit value LR1, the rich process is performed regardless of the rich process request index IDX. As a result, it is possible to prevent NOx release and reduction action from being performed for a long time.
In summary, as shown by X in FIG. 15A, when the excess fuel ratio FER becomes smaller than the lower limit value LR1, rich processing is started regardless of the rich processing request index IDX, and Y in FIG. As shown, when the excess fuel ratio FER exceeds the upper limit value UR1 during the rich process, the rich process is interrupted regardless of the NOx release speed Vst.
Next, control of purge processing according to an embodiment of the present invention will be described.
If a purge process is performed when the inflowing exhaust gas amount is large, a large amount of fuel or reducing agent is required. Further, even if the purge process is performed when the catalyst temperature T is low, NOx cannot be sufficiently reduced. Further, even if the purge process is performed when the NOx occlusion amount NOXst is small, the fuel or the reducing agent cannot be effectively used for NOx reduction.
Therefore, in the embodiment according to the present invention, the intake air amount Ga representing the inflow exhaust gas amount is larger than the upper limit amount UG2, the catalyst temperature T is lower than the lower limit temperature T2, or the NOx occlusion amount NOXst is lower than the lower limit amount LN2. When the number is small, it is determined that the purge condition is not satisfied, and the purge process is prohibited.
In contrast, if the intake air amount Ga is smaller than the upper limit amount UG2, the catalyst temperature T is higher than the lower limit temperature LT2, and the NOx occlusion amount NOXst is larger than the lower limit amount LN2, it is determined that the purge condition is satisfied. The purge process is started.
When the purge process is started, the main fuel M and the additional fuel A are supplied to each cylinder as described above with reference to FIG. Here, the amount of the main fuel M and the amount of the additional fuel A correspond to the operating fuel amount QFO and the excess fuel amount QFE, respectively. The excess fuel amount QFE is the first fuel amount portion QFE1 and the second fuel amount. It is the sum of the partial QFE2.
In the embodiment according to the present invention, when the purge process is started, the second fuel amount partial integrated value SQFE2 is repeatedly calculated, and when the second fuel amount partial integrated value SQFE2 reaches the purge fuel amount QFP, the supply of additional fuel A is performed. Is stopped, and thus the purge process is completed. In this case, it can be considered that the purge fuel amount QFP is divided and supplied by the second fuel amount portion QFE2.
The purge fuel amount QFP is calculated based on the following formula E11 using the NOx occlusion amount NOXst0 when the purge process should be started.
Here, MNOX represents the molecular weight of NOx, RHC represents the stoichiometric ratio of HC to NOx (for example, 2.5), and MHC represents the average molecular weight of HC (for example, 44).
That is, the purge fuel amount QFP is set to the stoichiometric amount of the NOx occlusion amount NOxst0 with respect to NOx, that is, the amount theoretically required to reduce NOx by NOXst0. This is because the purge process is performed when the inflowing exhaust gas amount is small, so that the residence time of the HC or the reducing agent in the NOx
As described above, the second fuel amount portion QFE2 represents the amount of fuel that can substantially act as a reducing agent. Therefore, by setting the purge fuel amount QFP in this way, almost all NOx in the NOx
The second fuel amount portion QFE2 at the time of the purge process is set as follows.
Part of the additional fuel A once adheres to the exhaust passage upstream of the NOx
Therefore, in the embodiment according to the present invention, as shown in FIG. 16, the purge is performed so that the temperature Tex of the exhaust gas flowing into the NOx
The first fuel portion QFE1 is for reducing the air-fuel ratio AFI of the inflowing exhaust gas from the lean air-fuel ratio obtained by the operating fuel amount QFO to the stoichiometric air-fuel ratio AFS as described above. Therefore, the first fuel amount portion QFE1 is calculated based on the following equation E12.
As described above, the purge process is prohibited when it is determined that the purge condition is not satisfied. In the embodiment according to the present invention, the purge process is also prohibited in the following cases.
If the purge time tP, which is the time required from the start of the purge process to completion, becomes longer, the possibility that the purge process will fail increases.
Therefore, in the embodiment according to the present invention, the predicted purge time PtP that is the predicted value of the purge time tP when it is assumed that the purge process has been performed is obtained, and when the predicted purge time PtP is longer than the predetermined upper limit time Ut, The purge process is prohibited. As a result, the possibility that the purge process will fail can be kept low.
Whether the purge process has succeeded or failed is determined as follows. In other words, if the engine acceleration operation is performed during the purge process, the intake air amount Ga representing the inflow exhaust gas amount greatly increases, and the air-fuel ratio AFI of the inflow exhaust gas cannot be maintained rich. In this case, almost all NOx in the NOx
The predicted purge time PtP is calculated based on, for example, the purge fuel amount QFP, the second fuel amount portion QFE2, and the engine speed. That is, the purge time tP is a time required for the second fuel amount partial integrated value SQFE2 to reach the purge fuel amount QFP. Further, since the second fuel amount portion QFE2 is supplied every expansion stroke or exhaust stroke (see FIG. 7 (i)), the time interval during which the second fuel amount portion QFE2 is supplied is determined according to the engine speed. . Therefore, the predicted purge time PtP can be predicted based on the purge fuel amount QFP, the second fuel amount portion QFE2, and the engine speed.
On the other hand, when the purge process is performed, the excess fuel ratio FER (E10) increases. It is not preferable that the excess fuel ratio FER increases.
Therefore, in the embodiment according to the present invention, the predicted excess fuel ratio PFER, which is the predicted value of the excess fuel ratio FER when it is assumed that the purge process is performed, is obtained, and the predicted excess fuel ratio PFER is set to a predetermined upper limit value UR2. When exceeding, purge processing is prohibited. As a result, it is possible to prevent the excess fuel ratio FER from increasing. The upper limit value UR2 may be the same as or different from the above upper limit value UR1.
The predicted fuel excess ratio PFER is calculated as follows, for example. That is, the purge fuel amount QFP is calculated from the current NOx occlusion amount NOXst, the predicted purge time PtP is calculated from the purge fuel amount QFP, and the operating fuel amount QFO total value and the first fuel amount partial total value at the predicted purge time PtP are calculated. Each is calculated. Then, the operating fuel amount QFO total value is added to the current operating fuel amount integrated value SQFO, and the first fuel amount partial total value and the purge fuel amount QFP are added to the excess fuel amount integrated value SQEF. Next, the excess fuel ratio FER (= SQFE / SQFO) calculated from the equation E10 represents the predicted excess fuel ratio PFER.
When the purge process is performed, the NOx occlusion amount NOXst is updated as follows.
That is, as described above, the purge process may succeed or may fail. When the purge process is successful, it can be considered that all of the NOx in the NOx
Therefore, in the embodiment according to the present invention, it is determined whether the purge process is successful or unsuccessful, and when it is determined that the purge process is successful, the NOx occlusion amount NOXst is returned to zero. On the other hand, when it is determined that the purge process has failed, the NOx occlusion amount NOXst is held at the value at the start of the purge process. As a result, the NOx occlusion amount NOXst is prevented from greatly deviating from the actual NOx occlusion amount.
In summary, as shown in FIG. 17B, when the acceleration operation is performed during the purge process, it is determined that the purge process has failed, and the NOx occlusion amount NOXst is held at the value at the start of the purge process. On the other hand, as shown in FIG. 17A, when the acceleration operation is not performed during the purge process, it is determined that the purge process is successful, and the NOx occlusion amount NOXst is returned to zero.
FIG. 18 shows an exhaust purification control routine of the embodiment according to the present invention. This routine is executed by interruption every predetermined time.
Referring to FIG. 18, in
Referring to FIG. 19 showing the rich processing routine, in
On the other hand, when Vst <TVst at
Referring to FIG. 20 showing the purge processing routine, it is determined in
FIG. 21 shows a control routine for the rich flag XR. This routine is executed by interruption every predetermined time.
Referring to FIG. 21, in
In contrast, when IDX ≦ TH, the routine proceeds from
On the other hand, when FER <LR1 at
22 and 23 show the control routine of the purge flag XR. This routine is executed by interruption every predetermined time.
Referring to FIGS. 22 and 23, in
On the other hand, when Ga ≧ UG2 at
Next, referring to FIG. 24 and FIG. 25 showing the routine for calculating the NOx occlusion amount NOXst, in
On the other hand, when AFO ≦ AFS, that is, when the air-fuel ratio AFO of the outflow exhaust gas is the stoichiometric air-fuel ratio or rich, the routine proceeds to step 155, where the increment NOXin is made zero. In the
In
On the other hand, when the purge flag XP is set in the previous processing cycle, that is, immediately after the purge processing is completed, the routine proceeds from
On the other hand, when the purge failure flag XPF is set, that is, when it is determined that the purge process has failed, the routine proceeds from
Referring to FIG. 26 showing the routine for calculating the decrease NOXrd, in
FIG. 27 shows a control routine for the purge failure flag XPF. This routine is executed by interruption every predetermined time.
Referring to FIG. 27, in
FIG. 28 shows a routine for calculating the excess fuel ratio FER. This routine is executed by interruption every predetermined time.
Referring to FIG. 28, in
FIG. 29 shows a routine for calculating the rich process request index IDX. This routine is executed by interruption every predetermined time.
Referring to FIG. 29, in
FIG. 30 shows another embodiment of the compression ignition type internal combustion engine. In the embodiment shown in FIG. 30, the reducing agent addition valve 31 is attached to the exhaust passage upstream of the NOx
Next, another embodiment of the operation for calculating the NOx occlusion amount NOXst will be described.
In the embodiments according to the present invention described so far, when it is determined that the purge process has failed, the NOx occlusion amount NOXst is held at the value at the start of the purge process. This means that NOx is not released from the NOx
Therefore, in another embodiment according to the present invention, when it is determined that the purge process has failed, the NOx occlusion amount NOXst is decreased by the purge process, and the NOx occlusion amount NOXst is decreased by the decrease by the purge process. . As a result, the NOx occlusion amount NOXst can be accurately maintained even when it is determined that the purge process has failed.
That is, when it is determined that the purge process has failed, the NOx occlusion amount NOXst is updated based on the following formula E13.
Here, PNrd represents a decrease amount of the NOx occlusion amount NOXst by one purge process.
The amount of decrease PNrd due to this purge process is calculated as follows, for example. That is, as described above, in the purge process until the acceleration operation is performed, it is considered that HC or the reducing agent and NOx react with the stoichiometric ratio RHC. Therefore, if the effective HC amount, which is the amount of HC that effectively acts on the release and reduction of NOx during the purge process, is known, the decrease PNrd due to the purge process can be determined.
On the other hand, the effective HC amount is represented by the air-fuel ratio AFI of the inflowing exhaust gas during the purge process. Specifically, the effective HC amount increases as the deviation (AFS-AFI) of the air-fuel ratio AFI of the inflowing exhaust gas with respect to the stoichiometric air-fuel ratio AFS increases. In this case, the area of the closed region surrounded by the straight line representing the stoichiometric air-fuel ratio AFS and the curve representing the inflowing exhaust gas AFI represents the total effective HC amount during the purge process.
Therefore, in another embodiment according to the present invention, the air-fuel ratio AFI of the inflowing exhaust gas is stored in the
In summary, when it is determined that the purge process has failed as shown in FIG. 31, the decrease amount PNrd due to the purge process is calculated based on the area of the closed region AR, and the NOx occlusion amount NOXst is decreased by the decrease amount PNrd. The
32 and 33 show another embodiment of the routine for calculating the NOx occlusion amount NOXst. This routine differs from the routine shown in FIGS. 24 and 25 in the following points.
That is, when it is determined that the purge process has failed, after the purge failure flag XPF is reset in
As described above, HC or reducing agent in the inflowing exhaust gas may be consumed by the three-
Incidentally, when the rich process is performed, the NOx occlusion amount NOXst decreases as shown in FIG. When the decrease amount of the NOx occlusion amount NOXrd by one rich process is represented by RNrd, in the example shown in FIG. 34, the NOx occlusion amount NOXst decreases by the decrease amount RNrd from the NOx occlusion amount NOXst0 at the start of the rich process.
The amount of decrease RNrd due to this rich process can be estimated as follows. That is, the reduction amount RNrd due to the rich process is equal to the sum of the reduction amount NOXrd. Then, the following formula E14 is obtained by integrating the formula E3.
Assuming that the inflow CO amount QCO is constant during the rich process, the integral term of the equation E14 is equal to the area of the trapezoid hatched in FIG. 34, and is represented by the following equation E15.
Here, tR is the time during which the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is rich due to the rich process.
Therefore, the reduction amount RNrd due to the rich process is expressed by the following equation E16 from the equations E14 and E15.
Here, Kt is expressed by the following formula E17.
Therefore, if the rich time tR is given, the reduction amount RNrd due to the rich process can be estimated using the mathematical formula E16. As a result, the reduction amount RNrd due to the rich process can be estimated easily and accurately.
On the other hand, the utilization efficiency EFF of CO or the reducing agent when the rich process is performed is expressed by, for example, the following formula E18.
Here, QFR represents a rich fuel amount that is an integrated value of the second fuel amount portion QFE2 in one rich process, and can be obtained based on the rich time tR and the target rich air-fuel ratio.
Then, if the reduction amount RNrd due to the rich process is estimated by the equation E16, the utilization efficiency EFF can be estimated by the equation E18. In this way, it is possible to accurately and easily estimate the utilization efficiency EFF without actually performing rich processing.
Therefore, in general terms, the reduction amount RNrd of the NOx occlusion amount due to the rich processing is the NOx occlusion amount NOXst0 at the start of the rich processing, the inflow reducing agent amount QCO and the catalyst temperature T that are assumed to be constant during the rich processing. It will be estimated based on.
1 機関本体
2 燃焼室
3 燃料噴射弁
21 排気管
25 NOx吸蔵還元触媒
27 空燃比センサ
28 温度センサ DESCRIPTION OFSYMBOLS 1 Engine body 2 Combustion chamber 3 Fuel injection valve 21 Exhaust pipe 25 NOx storage reduction catalyst 27 Air-fuel ratio sensor 28 Temperature sensor
2 燃焼室
3 燃料噴射弁
21 排気管
25 NOx吸蔵還元触媒
27 空燃比センサ
28 温度センサ DESCRIPTION OF
Claims (35)
- 排気通路を有する内燃機関の排気浄化装置であって、
排気通路内に配置されたNOx吸蔵還元触媒であって、流入排気ガスの空燃比がリーンのときには流入排気ガス中に含まれるNOxを吸蔵し流入排気ガスの空燃比がリッチになると吸蔵したNOxを放出し還元するNOx吸蔵還元触媒と、
NOx吸蔵還元触媒内に吸蔵されたNOxを部分的に放出し還元するために流入排気ガスの空燃比を一時的にリッチに切り換えるリッチ処理を行うリッチ処理ユニットと、
NOx吸蔵還元触媒のNOx吸蔵量を算出するNOx吸蔵量算出ユニットと、
該NOx吸蔵量に基づいてリッチ処理を制御するリッチ処理制御ユニットと、
を具備し、
リッチ処理時に、流入排気ガス中の還元剤量である流入還元剤量と、NOx吸蔵量と、NOx吸蔵還元触媒の温度である触媒温度とに基づいてNOx吸蔵量の単位時間当たりの減少分が算出される内燃機関の排気浄化装置。 An exhaust purification device for an internal combustion engine having an exhaust passage,
A NOx occlusion reduction catalyst disposed in the exhaust passage, which stores NOx contained in the inflowing exhaust gas when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lean and stores the NOx occluded when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas becomes rich A NOx occlusion reduction catalyst that releases and reduces;
A rich processing unit that performs rich processing for temporarily switching the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas to be rich in order to partially release and reduce NOx stored in the NOx storage reduction catalyst;
A NOx occlusion amount calculation unit for calculating the NOx occlusion amount of the NOx occlusion reduction catalyst;
A rich process control unit for controlling the rich process based on the NOx occlusion amount;
Comprising
At the time of the rich processing, the reduction amount per unit time of the NOx occlusion amount is based on the inflow reducing agent amount that is the amount of reducing agent in the inflowing exhaust gas, the NOx occlusion amount, and the catalyst temperature that is the temperature of the NOx occlusion reduction catalyst An exhaust purification device for an internal combustion engine calculated. - 前記NOx吸蔵還元触媒から流出するNOx量を求めることなく前記減少分が算出される請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。 The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the decrease is calculated without obtaining the amount of NOx flowing out from the NOx occlusion reduction catalyst.
- 前記減少分が
(ここで、QREDは前記流入還元剤量を、NOXstは前記NOx吸蔵量を、Tは前記触媒温度を、Eは活性化エネルギを、Rはガス定数を、それぞれ表す。)に基づいて算出される請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。 The decrease is
Here, QRED is calculated based on the inflow reducing agent amount, NOXst is the NOx occlusion amount, T is the catalyst temperature, E is the activation energy, and R is the gas constant. The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to claim 1. - 前記還元剤が一酸化炭素、水素、又は炭化水素から構成される請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。 The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the reducing agent is made of carbon monoxide, hydrogen, or hydrocarbon.
- リッチ処理時にNOxを還元することなく前記NOx吸蔵還元触媒を通過する還元剤量である還元剤通過量に基づいて前記減少分が補正される請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。 2. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the decrease is corrected based on a reducing agent passage amount that is a reducing agent amount that passes through the NOx occlusion reduction catalyst without reducing NOx during the rich processing.
- 前記還元剤通過量が流入排気ガス量によって表される請求項5に記載の内燃機関の排気浄化装置。 The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 5, wherein the reducing agent passage amount is represented by an inflowing exhaust gas amount.
- 前記還元剤通過量が、前記NOx吸蔵還元触媒が収容されているケーシングの詰まり度合いによって表される請求項5に記載の内燃機関の排気浄化装置。 The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 5, wherein the reducing agent passage amount is represented by a degree of clogging of a casing in which the NOx storage reduction catalyst is accommodated.
- 前記NOx吸蔵還元触媒の劣化度合いに基づいて前記減少分が補正される請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。 The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the decrease is corrected based on a degree of deterioration of the NOx storage reduction catalyst.
- 前記流入還元剤量が流入排気ガスの空燃比に基づいて求められる請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。 The exhaust purification device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the amount of the inflow reducing agent is obtained based on an air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas.
- 流入排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中に含まれる酸素を蓄え流入排気ガスの空燃比がリッチになると蓄えられている酸素を放出する酸素貯蔵触媒が前記NOx吸蔵還元触媒上流の排気通路内に配置されており、リッチ処理時に酸素貯蔵触媒で消費される排気ガス中の還元剤量である還元剤消費量に基づいて前記流入還元剤量が補正される請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。 When the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lean, an oxygen storage catalyst that stores oxygen contained in the exhaust gas and releases the stored oxygen when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas becomes rich is an exhaust passage upstream of the NOx storage reduction catalyst 2. The internal combustion engine according to claim 1, wherein the inflow reducing agent amount is corrected based on a reducing agent consumption amount that is a reducing agent amount in the exhaust gas that is disposed in the exhaust gas and is consumed by the oxygen storage catalyst during the rich processing. Exhaust purification equipment.
- 前記還元剤消費量が吸入空気量によって表される請求項10に記載の内燃機関の排気浄化装置。 The exhaust gas purification device for an internal combustion engine according to claim 10, wherein the amount of consumption of the reducing agent is represented by an intake air amount.
- 前記還元剤消費量が、リッチ処理が開始されるときの酸素貯蔵触媒の酸素貯蔵量によって表される請求項10に記載の内燃機関の排気浄化装置。 The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 10, wherein the reducing agent consumption is represented by an oxygen storage amount of an oxygen storage catalyst when the rich process is started.
- 前記酸素貯蔵量が、リッチ処理が開始されるまでに流入排気ガスの空燃比がリーンに保持されていた時間によって表される請求項12に記載の内燃機関の排気浄化装置。 13. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 12, wherein the oxygen storage amount is represented by a time during which the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is kept lean until the rich process is started.
- 前記NOx吸蔵還元触媒内に吸蔵されたほぼすべてのNOxを放出し還元するために流入排気ガスの空燃比を一時的にリッチに切り換えるパージ処理を行うパージ処理ユニットを更に具備した請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。 2. The purge processing unit according to claim 1, further comprising a purge processing unit that performs a purge process that temporarily changes the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas to be rich in order to release and reduce almost all of the NOx stored in the NOx storage reduction catalyst. Exhaust gas purification device for internal combustion engine.
- 流入排気ガス量があらかじめ定められた上限量よりも多いか、又は前記触媒温度があらかじめ定められた下限温度よりも低いか、又は前記NOx吸蔵量があらかじめ定められた下限量よりも少ないときにパージ処理が禁止される請求項14に記載の内燃機関の排気浄化装置。 Purge when the inflow exhaust gas amount is higher than a predetermined upper limit amount, the catalyst temperature is lower than a predetermined lower limit temperature, or the NOx occlusion amount is lower than a predetermined lower limit amount The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to claim 14, wherein the processing is prohibited.
- 流入排気ガス量があらかじめ定められた上限量よりも少なく、かつ前記触媒温度があらかじめ定められた下限温度よりも高く、かつ前記NOx吸蔵量があらかじめ定められた下限量よりも多いときにパージ処理が行われる請求項14に記載の内燃機関の排気浄化装置。 The purge process is performed when the inflowing exhaust gas amount is less than a predetermined upper limit amount, the catalyst temperature is higher than a predetermined lower limit temperature, and the NOx occlusion amount is larger than a predetermined lower limit amount. The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to claim 14, wherein the exhaust gas purification device is performed.
- パージ処理時に供給される還元剤量のうち流入排気ガスの空燃比を理論空燃比を越えてリッチにするための還元剤量部分の積算値が前記NOx吸蔵量のNOxに対する化学量論量に設定されている請求項14に記載の内燃機関の排気浄化装置。 Of the amount of reducing agent supplied during the purge process, the integrated value of the reducing agent amount portion for making the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas rich beyond the theoretical air-fuel ratio is set to the stoichiometric amount of the NOx occlusion amount with respect to NOx. The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to claim 14.
- パージ処理が成功したか失敗したかが判断され、パージ処理が成功したと判断されたときにはNOx吸蔵量がゼロに戻される請求項14に記載の内燃機関の排気浄化装置。 15. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 14, wherein it is determined whether the purge process is successful or unsuccessful, and the NOx occlusion amount is returned to zero when it is determined that the purge process is successful.
- パージ処理が成功したか失敗したかが判断され、パージ処理が失敗したと判断されたときにはNOx吸蔵量がパージ処理開始時の値に保持される請求項14に記載の内燃機関の排気浄化装置。 15. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 14, wherein it is determined whether the purge process has succeeded or failed, and when it is determined that the purge process has failed, the NOx occlusion amount is held at a value at the start of the purge process.
- パージ処理が成功したか失敗したかが判断され、パージ処理が失敗したと判断されたときにはパージ処理中の流入排気ガスの空燃比に基づいてNOx吸蔵量のパージ処理による減少分が求められると共に該パージ処理による減少分だけNOx吸蔵量が減少される請求項14に記載の内燃機関の排気浄化装置。 It is determined whether the purge process has succeeded or failed. When it is determined that the purge process has failed, a decrease in the NOx occlusion amount due to the purge process is obtained based on the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas during the purge process and The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 14, wherein the NOx occlusion amount is reduced by a reduction amount by the purge process.
- パージ処理時に供給される還元剤量のうち流入排気ガスの空燃比を理論空燃比を越えてリッチにするための還元剤量部分が、NOx吸蔵還元触媒上流の排気通路の内壁面温度に基づいて設定される請求項14に記載の内燃機関の排気浄化装置。 Of the amount of reducing agent supplied during the purge process, the reducing agent amount portion for making the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas rich beyond the stoichiometric air-fuel ratio is based on the inner wall surface temperature of the exhaust passage upstream of the NOx storage reduction catalyst. The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to claim 14, which is set.
- パージ処理が行われたと仮定したときの該パージ処理に要する時間であるパージ時間が前記還元剤量部分に基づいて予測され、該予測されたパージ時間があらかじめ定められた上限時間よりも長いときにはパージ処理が禁止される請求項21に記載の内燃機関の排気浄化装置。 When it is assumed that the purge process has been performed, the purge time, which is the time required for the purge process, is predicted based on the reducing agent amount portion, and when the predicted purge time is longer than a predetermined upper limit time, the purge is performed. The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to claim 21, wherein the processing is prohibited.
- リッチ処理が行われたと仮定したときの還元剤利用効率に応じて定まる第1の指標が求められ、該第1の指標に基づいてリッチ処理を行うべきか否かが判断される請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。 The first index determined according to the reducing agent utilization efficiency when it is assumed that the rich process is performed is determined, and it is determined whether or not the rich process should be performed based on the first index. An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine as described.
- 前記第1の指標が流入排気ガス量と前記触媒温度とのうちの一方又は両方に基づいて求められる請求項23に記載の内燃機関の排気浄化装置。 24. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 23, wherein the first index is obtained based on one or both of an inflowing exhaust gas amount and the catalyst temperature.
- 前記NOx吸蔵還元触媒のNOx吸蔵能力に応じて定まる第2の指標が求められ、該第2の指標に基づいてリッチ処理を行うべきか否かが判断される請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。 2. The internal combustion engine according to claim 1, wherein a second index determined according to the NOx storage capacity of the NOx storage reduction catalyst is obtained, and it is determined based on the second index whether rich processing should be performed. Exhaust purification device.
- 前記第2の指標が前記NOx吸蔵還元触媒のNOx吸蔵速度と、流入排気ガスの空燃比がリーンのときにNOx吸蔵還元触媒を通過するNOx量であるNOx通過量とのうちの一方又は両方に基づいて求められる請求項25に記載の内燃機関の排気浄化装置。 The second index is one or both of the NOx occlusion speed of the NOx occlusion reduction catalyst and the NOx passage amount that is the NOx occlusion amount that passes through the NOx occlusion reduction catalyst when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lean. The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to claim 25, which is obtained based on the above.
- リッチ処理が行われたと仮定したときの還元剤利用効率に応じて定まる第1の指標と、前記NOx吸蔵還元触媒のNOx吸蔵能力に応じて定まる第2の指標とが求められ、これら第1の指標及び該第2の指標に基づいてリッチ処理を行うべきか否かが判断される請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。 A first index determined according to the reducing agent utilization efficiency when it is assumed that the rich process has been performed, and a second index determined according to the NOx storage capacity of the NOx storage reduction catalyst are obtained. The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein whether or not to perform rich processing is determined based on the index and the second index.
- 前記第1の指標が流入排気ガス量と前記触媒温度とに基づいて求められ、前記第2の指標が前記NOx吸蔵還元触媒のNOx吸蔵速度と、流入排気ガスの空燃比がリーンのときにNOx吸蔵還元触媒を通過するNOx量であるNOx通過量とに基づいて求められる請求項27に記載の内燃機関の排気浄化装置。 The first index is obtained based on the inflow exhaust gas amount and the catalyst temperature, and the second index is NOx when the NOx occlusion speed of the NOx storage reduction catalyst and the air-fuel ratio of the inflow exhaust gas are lean. 28. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 27, obtained based on an NOx passage amount that is an NOx amount passing through the storage reduction catalyst.
- 機関運転のために供給された燃料量の積算値に対する、流入排気ガスの空燃比をリッチにするために供給された還元剤量の積算値の割合が求められ、該割合があらかじめ定められた下限値よりも小さくなったときにリッチ処理が行われる請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。 The ratio of the integrated value of the amount of reducing agent supplied to make the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas rich with respect to the integrated value of the fuel amount supplied for engine operation is determined, and the ratio is a predetermined lower limit. The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the rich process is performed when the value becomes smaller than the value.
- 機関運転のために供給された燃料量の積算値に対する、流入排気ガスの空燃比をリッチにするために供給された還元剤量の積算値の割合が求められ、リッチ処理時に前記割合があらかじめ定められた上限値を越えたときにはリッチ処理が中断される請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。 A ratio of the integrated value of the reducing agent supplied to make the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas rich with respect to the integrated value of the fuel amount supplied for engine operation is obtained, and the ratio is determined in advance during the rich processing. 2. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the rich processing is interrupted when the set upper limit value is exceeded.
- 機関運転のために供給された燃料量の積算値に対する、流入排気ガスの空燃比をリッチにするために供給された還元剤量の積算値の割合であってパージ処理が行われたと仮定したときの前記割合が予測され、該予測された割合があらかじめ定められた上限値を越えるときにはパージ処理が禁止される請求項14に記載の内燃機関の排気浄化装置。 When it is assumed that purge processing has been performed with the ratio of the integrated value of the reducing agent supplied to make the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas rich relative to the integrated value of the fuel amount supplied for engine operation 15. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 14, wherein the purge process is prohibited when the ratio is predicted and the predicted ratio exceeds a predetermined upper limit value.
- リッチ処理時に、NOx吸蔵量に応じて定まるNOx吸蔵還元触媒のNOx吸蔵速度があらかじめ定められた目標値に達したときにリッチ処理が完了される請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。 2. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the rich process is completed when the NOx occlusion speed of the NOx occlusion reduction catalyst determined according to the NOx occlusion amount reaches a predetermined target value during the rich process.
- リッチ処理によるNOx吸蔵量の減少量が、リッチ処理開始時のNOx吸蔵量と、リッチ処理中に一定であると仮定された流入還元剤量及び触媒温度とに基づいて推定される請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。 The reduction amount of the NOx occlusion amount due to the rich processing is estimated based on the NOx occlusion amount at the start of the rich processing, and the inflow reducing agent amount and the catalyst temperature that are assumed to be constant during the rich processing. An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine as described.
- 燃焼を一時的にリッチ空燃比のもとで行うことにより前記リッチ処理が行われる請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。 The exhaust purification device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the rich processing is performed by temporarily performing combustion under a rich air-fuel ratio.
- リッチ処理時に前記減少分が繰り返し算出されると共に該算出された減少分ずつ前記NOx吸蔵量が繰り返し更新される請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。 2. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the reduction amount is repeatedly calculated during the rich processing, and the NOx occlusion amount is repeatedly updated by the calculated reduction amount.
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