JP3767533B2

JP3767533B2 - Exhaust purification device

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Publication number: JP3767533B2
Application number: JP2002241853A
Authority: JP
Inventors: 暢宏近藤
Original assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Current assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Priority date: 2001-09-12
Filing date: 2002-08-22
Publication date: 2006-04-19
Anticipated expiration: 2022-08-22
Also published as: JP2003161145A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気空燃比がリーンとなる内燃機関において排気通路にＮＯｘ吸蔵型還元触媒をそなえてなる、排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンでは排気空燃比がリーンとなり（排気中の酸素が過剰になる酸化雰囲気となり）、また、ガソリンエンジンでも希薄燃焼可能なものであればその希薄燃焼時には排気空燃比がリーンとなるため、このような酸化雰囲気でもＮＯｘを浄化できるよう、リーンＮＯｘ触媒が開発されている。
【０００３】
このようなリーンＮＯｘ触媒としては、ＮＯｘ吸蔵型還元触媒（以下、ＮＯｘ吸蔵触媒という）がある。ＮＯｘ吸蔵触媒では、酸化雰囲気では排気中のＮＯｘが吸蔵され、酸素濃度が低下すると吸蔵されたＮＯｘが放出されるようになっており、ＮＯｘ吸蔵触媒から放出されたＮＯｘの殆どが、エンジンから排出された未燃ＨＣ，ＣＯにより無害なＮ₂へと還元されてから大気へと排出される。
【０００４】
そして、ＮＯｘ吸蔵触媒が装備された車両では一般的にいわゆるリッチスパイク制御が行なわれる。つまり、リーンな空燃比での運転が続くとＮＯｘ吸蔵触媒はこれ以上ＮＯｘを吸蔵できない飽和状態となるため、タイミングを見計らって空燃比を一時的に強制的にリッチにする（リッチスパイク制御を行なう）ことで排気中の酸素濃度を低下させてＮＯｘ吸蔵触媒から放出させ、これにより、ＮＯｘを吸蔵しうる状態にＮＯｘ吸蔵触媒を再生するのである。
【０００５】
このようなＮＯｘ吸蔵触媒やリッチスパイク制御に関する技術としては、例えば特許２６９２５３０号公報に開示された技術（以下、従来技術１という）や特開平１０−１８４４１８号公報に開示された技術（以下、従来技術２という）がある。
従来技術１では、ＮＯｘ吸蔵触媒をそなえた内燃機関において、リーン混合気を燃焼させる運転領域（リーン運転領域）から理論空燃比の混合気を燃焼させる運転領域（ストイキ運転領域）に移行する時には、混合気の空燃比を一時的にリッチしてから理論空燃比にするようになっている。
【０００６】
リーン運転領域からストイキ運転領域に移行するとＮＯｘ吸蔵触媒からＮＯｘが放出されるが、ストイキ運転領域では排気中に未燃のＨＣやＣＯが殆ど含まれていないため、ＮＯｘ吸蔵触媒から放出されたＮＯｘの多くが浄化されずに大気へと排出されてしまう。そこで、この技術では、ストイキ運転領域に移行する時に混合気の空燃比を一時的にリッチにすることで、未燃のＨＣやＣＯが多く含まれる排気によって、ＮＯｘ吸蔵触媒から放出されたＮＯｘを十分に還元させた後、ストイキ運転領域に移行するようにしているのである。
【０００７】
また、従来技術２では、ＥＧＲ機構をそなえた内燃機関において、リッチスパイク制御を行なう際、燃料噴射量の増量に加え、スロットル開度を低減させるとともにＥＧＲ弁の開度を増大させて大気から吸入される空気（新気）流量を減少させることで空燃比をリッチ化させるようにしている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来技術１，２では、車両加速初期時にドライバビリティの悪化を招く虞がある。
つまり、従来技術１では、上記特許２６９２５３０号公報の図８に示されているように、スロットル弁１４の開度が増大し（即ちドライバの加速要求有り）、リーン運転領域からストイキ運転領域に移行する際に一時的に燃料噴射量が増大され空燃比が理論空燃比よりもリッチとされ、次いで理論空燃比とされるため、この車両加速初期におけるエンジントルクが急激に増大してしまい、ドライバに違和感を与えてしまう虞がある。
【０００９】
また、従来技術２では、ＮＯｘ吸着量が飽和状態となりリッチスパイク制御が行われる際に、燃料噴射量を増大すると共に、スロットル開度を減少してポンピングロスを起こすことによってトルク低下させてエンジントルクの増大を抑制し、且つＥＧＲ弁開度を増大することによって空燃比のリッチ化を容易にするものの、空燃比が比較的小さくなるようなドライバの加速要求時においてリッチスパイク制御を実施していないため、運転状態によっては燃費悪化を招いてしまう虞がある。
【００１０】
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、ドライバビリティを悪化させることなく且つ燃費悪化を招くことなくＮＯｘ吸蔵型還元触媒の再生を行なえるようにした、排気浄化装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１記載の本発明の排気浄化装置では、加速操作時期判定手段により加速操作後期又は加速操作終了であることが判定されると、弁開度制御手段によりＥＧＲ通路を開閉するＥＧＲ弁と吸気通路及び排気通路の少なくとも一方の通路に介装された絞り弁とが開度制御され、リッチ化された排気がＮＯｘ吸蔵型還元触媒へ流入するようになる。
また、実排気空燃比検知手段により排気通路の排気の実空燃比が推定又は検出され、目標排気空燃比設定手段により、弁開度制御手段による絞り弁及びＥＧＲ弁の開度制御中における排気通路の目標排気空燃比が設定され、実排気空燃比が目標排気空燃比となるように、弁開度制御手段により絞り弁及びＥＧＲ弁の開度制御が行なわれる。
そして、加速操作後期又は加速操作終了の判定時に、実排気空燃比が目標排気空燃比となるように絞り弁及びＥＧＲ弁の開度制御を行ない、絞り弁の開度が最小開度となっても実排気空燃比が目標排気空燃比よりもリーンの場合には燃料噴射量が増量補正される。
【００１２】
請求項２記載の本発明の排気浄化装置では、加速操作時期判定手段において、アクセル開度検出手段によりアクセルペダル開度が検出され、加速操作時期判定演算手段により、このアクセルペダル開度に基づきアクセルペダル開度の変化速度及びアクセルペダル開度の変化加速度が算出されるとともにこれらの変化速度及び変化加速度に基づき加速操作後期又は加速操作終了が判定される。
【００１３】
請求項３記載の本発明の排気浄化装置では、加速操作時期判定手段において、加速操作時期判定演算手段により、目標トルク設定手段により設定された目標トルクに基づき、目標トルクの変化速度及び目標トルクの変化加速度が算出されるとともに、これらの変化速度及び変化加速度に基づき加速操作後期又は加速操作終了が判定される。
【００１４】
請求項４記載の本発明の排気浄化装置では、加速操作時期判定手段において、加速操作時期判定演算手段により、目標噴射量設定手段により設定された目標燃料噴射量に基づき、目標燃料噴射量の変化速度及び目標燃料噴射量の変化加速度が算出されるとともに、これらの変化速度及び変化加速度に基づき加速操作後期又は加速操作終了が判定される。
【００１６】
請求項５記載の本発明の排気浄化装置では、排気通路に介装されたリニアＡ／Ｆセンサにより排気空燃比が連続的に検出される。
請求項６記載の本発明の排気浄化装置では、実排気空燃比検知手段において、新気流量センサにより吸気通路の新気流量が検出され、実排気空燃比演算手段によりこの新気流量と内燃機関に供給される燃料噴射量とに基づき実排気空燃比が演算／推定される。
【００１７】
請求項７記載の本発明の排気浄化装置では、加速操作時期判定手段により加速操作後期又は該加速操作終了が判定され、且つ、ＮＯｘ吸蔵量推定手段で推定又は検出されたＮＯｘ吸蔵量が所定値以上であって、且つ、活性温度範囲判定手段によりＮＯｘ吸蔵型還元触媒が活性温度範囲内であると判定されると、弁開度制御手段により排気通路の排気空燃比がリッチ化されるように絞り弁及びＥＧＲ弁の開度が制御される。
【００１８】
そして、このような制御を行なうことにより、より現実的な制御とすることができる。つまり、ＮＯｘ吸蔵量が微小な状態ではリッチ化運転するメリットが少ない。また、ＮＯｘ吸蔵型還元触媒が活性温度範囲外にあるときにリッチ化運転を行なっても効率よくＮＯｘを還元できない。
そこで、上述のような条件が成立したときに、リッチ化運転を行なうことにより効率よくＮＯｘを還元できるとともに、燃費の悪化も抑制することができる。
【００１９】
請求項８記載の本発明の排気浄化装置では、エンジン回転数とエンジントルクとから得られるエンジンの運転状態が所定の運転範囲内にあると、活性温度範囲判定手段によりＮＯｘ吸蔵型還元触媒が活性温度範囲内にあると判定される。
請求項９記載の本発明の排気浄化装置では、前回のリッチ運転終了時から所定時間内は、リッチ運転制御規制手段により排気通路の排気空燃比のリッチ化が禁止される。つまり、リッチ化運転によりＮＯｘ吸蔵型還元触媒の再生が行なわれてから所定時間内は、ＮＯｘ吸蔵型還元触媒のＮＯｘ吸蔵量は微小であり、この所定時内ではリッチ化運転を禁止することにより、燃費を悪化が抑制される。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１〜図４は本発明の第１実施形態としての排気浄化装置について示す図である。
先ず、本排気浄化装置が装備される内燃機関としてのディーゼルエンジン（以下、単にエンジンともいう）は図１に示すように構成されており、吸気通路２には、エアクリーナ（図示略），吸入（新気）空気量を検出するエアフローセンサ（ＡＦＳ、新気流量センサ）２ａ，ブースト圧力センサ（図示略）及び温度センサ（図示略）が設けられ、また、排気通路３には、ＮＯｘ吸蔵型還元触媒（以下、ＮＯｘ吸蔵触媒という）３ａ，電子制御式の排気スロットルバルブ（絞り弁）３ｂが上流側からこの順に設けられている。ＮＯｘ吸蔵触媒３ａは、従来技術の説明で上述したように、酸化雰囲気には排気中のＮＯｘを吸蔵し、一方、酸素濃度が低下すると吸蔵したＮＯｘを放出するものである。
【００２１】
また、このエンジンには、エンジンからの排気を吸気系へ再循環させるＥＧＲ装置４がそなえられている。ＥＧＲ装置４は、吸気通路２と排気通路３とを連通状態に接続するＥＧＲ通路４ａと、ＥＧＲ通路４ａに介装されたＥＧＲ弁４ｂとをそなえて構成されており、ＥＧＲ通路４ａは、ＡＦＳ２ａよりも下流側で吸気通路２に接続され、ＮＯｘ吸蔵触媒３ａ及び排気スロットルバルブ３ｂよりも上流側で排気通路３に接続されている。
【００２２】
また、このエンジンには、上述したＡＦＳ２ａの他に、例えば、アクセルペダル５の開度（アクセルペダル開度、以下アクセル開度という）θａを検出するアクセルポジションセンサ（アクセル開度検出手段、以下、アクセルセンサという）５ａが設けられており、これらのセンサからの検出情報はＥＣＵ２０へ送られるようになっている。
【００２３】
ここで、本実施形態の排気浄化装置について説明すると、排気浄化装置は、図２に示すように、上記のＮＯｘ吸蔵触媒３ａ，ＥＧＲ弁４ｂと、加速操作時期判定手段２２，弁開度制御手段２３，実排気空燃比推定手段（実排気空燃比検知手段）２４及び目標排気空燃比設定手段２５をそなえて構成されている。
以下、加速操作時期判定手段２２，弁開度制御手段２３，実排気空燃比推定手段２４及び目標排気空燃比設定手段２５について説明する。
【００２４】
先ず加速操作時期判定手段２２について説明すると、加速操作時期判定手段２２は、上記アクセルセンサ５ａとＥＣＵ２０内に機能構成される加速操作時期判定演算手段２２ａとをそなえて構成されており、加速操作時期判定演算手段２２ａは、アクセルセンサ５ａからのアクセル開度情報θａに基づき、加速操作後期すなわち運転者による加速操作が終了する時期に近づいたか否かを判定するものである。
【００２５】
加速操作時期判定演算手段２２ａは、具体的には、アクセル開度情報θａの１階時間微分値（＝アクセル開度の変化速度）ｄθａ／ｄｔと、２階時間微分値（＝アクセル開度の変化加速度）ｄ²θａ／ｄｔ²とが、下式（１），（２）で示す両条件をともに満たしたときに、加速操作後期に入ったと判定するようになっている。
【００２６】
ｄθａ／ｄｔ＞０・・・（１）
ｄ²θａ／ｄｔ²＜ｃ，（ｃ＜０）・・・（２）
つまり、アクセル開度の変化速度（アクセルペダル５の踏み込み速度）ｄθａ／ｄｔが零よりも大きくドライバによるアクセルペダル５の踏み込みが行なわれている最中に、アクセル開度の変化加速度ｄ²θａ／ｄｔ²がマイナス値になった（アクセルペダル５の踏み込み速度が減少した）ことから、現在車両加速中であり且つドライバはこの加速を間もなく終わらせようとしている、即ち、加速操作が後期に入ったと判定しているのである。このようにアクセル開度の変化速度ｄθａ／ｄｔ及びアクセル開度の変化加速度ｄ²θａ／ｄｔ²に基づき判定を行なうことで加速操作が後期になったことを精度良く判定できるようになっている。
【００２７】
そして、上式（２）中のｃは負の定数であり、ヒステリシスを考慮して決定されている。つまり、加速操作後期の直前の加速中期Ｔ２（図４参照）では、アクセル開度の変化速度ｄθａ／ｄｔが零よりも大きく且つアクセル開度の変化加速度ｄ²θａ／ｄｔ²が零になる（ｄθａ／ｄｔ＞０，ｄ²θａ／ｄｔ²＝０）ので、この加速中期Ｔ２に対して加速操作後期Ｔ３を安定して判別できるように定数ｃは零よりも十分に小さく設定されている。勿論、定数ｃが零に近いほど加速操作後期に入ったことを速やかに判定できるので、定数ｃは上記判定が不安定なものとならない範囲で零に近いことが好ましい。
【００２８】
なお、ヒステリシスを考慮しない場合、上式（２）を下式（２）′に置き換えて加速操作後期を判定するようにしても良い。
ｄ²θａ／ｄｔ²＜０・・・（２）′
次に実排気空燃比推定手段２４及び目標排気空燃比設定手段２５について説明する。
【００２９】
実排気空燃比推定手段２４は、上記ＡＦＳ２ａと、ＥＣＵ２０内に機能構成される実排気空燃比演算手段２４ａとにより構成されている。実排気空燃比演算手段２４ａは、ＡＦＳ２ａから出力される新気量情報や、ＥＣＵ２０により設定された燃料噴射量設定値（燃料噴射量情報）や、さらにはブースト圧力・温度やＥＧＲ流量等に基づき実排気空燃比（Ａ／Ｆ）ｃａｌを演算するようになっている。なお、燃料噴射量設定値は、アクセル開度θａや図示しないクランク角センサからのエンジン回転数情報Ｎｅに応じてＥＣＵ２０に予め記憶された燃料噴射量特性マップにしたがって設定されるようになっている。なお、設定された燃料噴射量は、新気量，ブースト圧力・温度等に基づき補正される。
【００３０】
また、目標排気空燃比設定手段２５は、通常時（上記加速操作時期判定手段２２により加速操作後期であると判定されない状態）よりも排気空燃比をリッチ化させるべく目標排気空燃比（Ａ／Ｆ）ｄｅｍを設定するものであり、例えば予め定められ経時的に変化する空燃比パターンに目標排気空燃比（Ａ／Ｆ）ｄｅｍを設定するようになっている。
【００３１】
なお、上述の排気空燃比とは、ここではＮＯｘ吸蔵触媒３ａの上流側の排気通路やエンジン燃焼室、吸気通路等にそれぞれ供給された空気量の合計と、燃料の合計との比を意味するものとする。従って、ＮＯｘ吸蔵触媒３ａの上流側排気通路に燃料または空気が供給されない場合には排気空燃比はエンジンの運転空燃比（エンジン燃焼室内の燃焼における空燃比）と等しくなる。
【００３２】
次に弁開度制御手段２３について説明する。弁開度制御手段２３は、上記加速操作時期判定手段２２により加速操作後期であると判定された場合には、ＮＯｘ吸蔵触媒３ａの再生を目的として、所定時間ＴｒｉｃｈだけＥＧＲ弁４ｂを全開にするとともに排気スロットルバルブ３ｂの開度を目標スロットル開度θｅｘｈに制御して排気空燃比をリッチ化するリッチ運転制御を行なうようになっている。
【００３３】
この目標スロットル開度θｅｘｈは、上記目標排気空燃比設定手段２５により設定された目標排気空燃比（Ａ／Ｆ）ｄｅｍと実排気空燃比（Ａ／Ｆ）ｃａｌとの偏差Δ（Ａ／Ｆ）〔＝（Ａ／Ｆ）ｃａｌ−（Ａ／Ｆ）ｄｅｍ〕が零となるように、下式（３）に示すようにこの偏差Δ（Ａ／Ｆ）の関数として設定されるようになっている。つまり、実排気空燃比（Ａ／Ｆ）ｃａｌが目標排気空燃比（Ａ／Ｆ）ｄｅｍになるように排気スロットルバルブ３ｂの開度がフィードバック制御されるようになっているのである。
【００３４】
θｅｘｈ＝ｆ〔Δ（Ａ／Ｆ）〕・・・（３）
なお、このフィードバック制御を、排気スロットルバルブ３ｂと併せてＥＧＲ弁４ｂを開度制御することにより行なったり、或いは、排気スロットルバルブ３ｂを所定開度としＥＧＲ弁４ｂだけを開度制御することにより行なったりすることも可能である。
【００３５】
また、弁開度制御手段２３にはリッチ運転制御規制手段２３ａがそなえられている。リッチ運転制御規制手段２３ａは、リッチ運転制御が終了してから所定時間Ｔｌｅａｎについては、たとえ上記加速操作時期判定手段２２により加速操作後期であると判定されるような場合でも、ＥＧＲ弁４ｂ及び排気スロットルバルブ３ｂの開度をそれまでの通常開度のまま保持させて、上記リッチ運転制御を行なわせないようにするものである。
【００３６】
つまり、リッチ運転制御によるＮＯｘ吸蔵触媒３ａの再生が行なわれてから所定時間Ｔｌｅａｎ以内は、ＮＯｘ吸蔵触媒３ａのＮＯｘ吸蔵量は微小であることが予想され、したがってこの所定時間Ｔｌｅａｎ内ではリッチ運転制御を禁止することにより、不要に燃費を悪化させてしまうことを防止しているのである。
本発明の第１実施形態としての排気浄化装置は上述したように構成されているので、図３のフローチャートに示すようにリッチ運転制御が行なわれる。
【００３７】
つまり、先ず、ステップＳ１０でリッチ運転制御終了後の経過時間Ｔａが所定時間Ｔｌｅａｎを超えたか否かが判定され、経過時間Ｔａが所定時間Ｔｌｅａｎを超えていればステップＳ２０に進む。一方、経過時間Ｔａが所定時間Ｔｌｅａｎを超えていなければ前回のリッチ運転制御即ちＮＯｘ吸蔵触媒３ａの再生制御が行なわれてから間もないとしてステップＳ１００に進み、排気スロットルバルブ３ｂ及びＥＧＲ弁４ｂの開度が通常開度に保持され、リッチ運転制御を行なうことなくリターンする。したがって、ステップＳ１０により、適切にリッチ運転制御を実施することができ不要にリッチ運転制御が行なわれて燃費が悪化してしまうことを防止できる。
【００３８】
そして、ステップＳ２０でアクセルセンサ５ａによりアクセル開度θａがモニタされ、ステップＳ３０でステップＳ２０の結果を微分値計算してアクセル開度の変化速度ｄθａ／ｄｔ及びアクセル開度の変化加速度ｄ²θａ／ｄｔ²が算出され、ステップＳ４０へ進む。ステップＳ４０では、アクセル開度の変化速度ｄθａ／ｄｔが零より大きく且つアクセル開度の変化加速度ｄ²θａ／ｄｔ²が定数ｃよりも小さいか否かが判定され、上記条件が満たされていれば加速操作は後期に入ったとしてステップＳ５０へ進みリッチ運転制御が開始され、一方、上記条件が満たされていなければ加速操作は未だ後期に入っていないとしてステップＳ１００に進み、排気スロットルバルブ３ｂの開度が通常開度に保持され、リッチ運転制御を行なうことなくリターンする。
【００３９】
ステップＳ５０でリッチ運転制御が開始してからの経過時間Ｔｂのカウントが開始され、ステップＳ６０でＥＧＲ弁４ｂが全開とされ、ステップＳ７０で排気スロットルバルブ３ｂが通常開度よりも小さな目標スロットル開度θｅｘｈに制御される。この目標スロットル開度θｅｘｈは、実排気空燃比推定手段２４により検知された実排気空燃比（Ａ／Ｆ）ｃａｌと目標排気空燃比設定手段２５により設定された目標排気空燃比（Ａ／Ｆ）ｄｅｍとの偏差Δ（Ａ／Ｆ）の関数として設定され、これにより目標排気空燃比（Ａ／Ｆ）ｄｅｍと実排気空燃比（Ａ／Ｆ）ｃａｌとが一致するように排気スロットルバルブ３ｂの開度がフィードバック制御される。
【００４０】
さらに、ステップＳ７２において、実排気空燃比（Ａ／Ｆ）ｃａｌ＞目標排気空燃比（Ａ／Ｆ）ｄｅｍ、且つ目標スロットル開度θｅｘｈが最小値であるか否か判定する。そして、実排気空燃比（Ａ／Ｆ）ｃａｌ＞目標排気空燃比（Ａ／Ｆ）ｄｅｍ且つ目標スロットル開度θｅｘｈが最小値であれば、ステップＳ７４に進み、燃料噴射量の増量補正量△Ｑを実排気空燃比（Ａ／Ｆ）ｃａｌの関数として算出し、さらに増量補正量△Ｑを加算した目標燃料噴射量Ｑｄｅｍが演算される。なお、燃料噴射量の増量補正量△Ｑは、実排気空燃比（Ａ／Ｆ）ｃａｌと目標排気空燃比（Ａ／Ｆ）ｄｅｍとの偏差△（Ａ／Ｆ）の関数として算出しても良い。
【００４１】
即ち、目標スロットル開度θｅｘｈが排気スロットルバルブ３ｂの最小開度（例えば、排気スロットルバルブ３ｂがストッパーに当接しこれ以上閉じられない開度）になるように排気スロットルバルブ３ｂを開度制御しても、実排気空燃比（Ａ／Ｆ）ｃａｌが目標排気空燃比（Ａ／Ｆ）ｄｅｍまで小さくならない場合には、燃料噴射量を補正することにより実排気空燃比（Ａ／Ｆ）ｃａｌを目標排気空燃比（Ａ／Ｆ）ｄｅｍまで下げようとしているのである。
【００４２】
このように加速操作後期（又は加速操作終了時期）に排気スロットルバルブ３ｂの開度を最小値に制御しても実排気空燃比（Ａ／Ｆ）ｃａｌが目標排気空燃比（Ａ／Ｆ）ｄｅｍとしてのリッチ空燃比に達しない場合としては、例えば、加速状態においても中・高負荷状態に至らない軽負荷の場合である。
一方、ステップＳ７２で、実排気空燃比（Ａ／Ｆ）ｃａｌ≦目標排気空燃比（Ａ／Ｆ）ｄｅｍである場合、又は目標スロットル開度θｅｘｈが最小値でない場合には、ステップＳ８０に進む。
【００４３】
ステップＳ８０で、リッチ運転制御開始後の経過時間Ｔｂが所定時間Ｔｒｉｃｈよりも大きいか否かが判定され、上記経過時間Ｔｂが所定時間Ｔｒｉｃｈ以内であればステップＳ７０へ戻り、排気空燃比が目標排気空燃比（Ａ／Ｆ）ｄｅｍとなるよう排気スロットルバルブ３ｂの開度がフィードバック制御され、リッチ運転制御を続行する。
【００４４】
一方、上記経過時間Ｔｂが所定時間Ｔｒｉｃｈを超えていればステップＳ９０へ進み、リッチ運転制御終了後の経過時間Ｔａ及びリッチ運転制御開始後の経過時間Ｔｂがリセットされるとともにリッチ運転制御終了後の経過時間Ｔａのカウントが開始され、ステップＳ１００で排気スロットルバルブ３ｂが通常開度まで開弁されるとともにＥＧＲ弁４ｂが通常開度まで閉弁されリターンする。
【００４５】
ここで、リッチ運転制御について図４を参照してさらに説明する。ドライバがアクセルペダル５を踏み込んで加速操作（加速要求）を開始してから所定期間（加速初期）Ｔ１内では、応答遅れによりアクセルペダル５の踏み込みに対し車両速度の追従性が悪いため、この速度追従に不満が生じドライバはアクセルペダル５の踏み込み速度（アクセル開度の変化速度）ｄθａ／ｄｔを増加させる（アクセル開度の変化加速度ｄ²θａ／ｄｔ²＞０）。
【００４６】
そして、加速操作を開始してから所定時間経過して加速中期Ｔ２に入ると、応答遅れが解消されドライバは車両速度の追従性に満足感を持ちアクセルペダル５の踏み込み速度ｄθａ／ｄｔを一定に保持する（アクセル開度の変化加速度ｄ²θａ／ｄｔ²＝０）。
そして、車両速度は充分増加したとして加速後期Ｔ３に入ると、ドライバはアクセルペダル５の踏み込みを弱め始め（アクセル開度の変化速度ｄθａ／ｄｔを減少させ始め）、アクセル開度の変化加速度ｄ²θａ／ｄｔ²が負の数になる（ｄ²θａ／ｄｔ²＜０）。そして、アクセルペダル５の踏み込み速度ｄθａ／ｄｔが正の数であり（ｄθａ／ｄｔ＞０）、且つアクセル開度の変化加速度ｄ²θａ／ｄｔ²が所定値ｃ（但しｃ＜０）よりも減少すると、ドライバによる加速操作が後期に入ったとして（加速操作後期開始点Ａになったとして）、上記リッチ運転制御が所定時間Ｔｒｉｃｈ行なわれ、ＮＯｘ吸蔵触媒３ａの再生が行なわれ、やがて、アクセルペダル５の踏み込み速度ｄθａ／ｄｔがマイナスになり（ｄθａ／ｄｔ＜０）車両減速が開始され、車両加速が終了する。
【００４７】
リッチ運転制御を実現しやすいタイミングとしては、車両加速時に排気空燃比Ａ／Ｆが小さくなる時点であるが、このようなタイミングとしては、例えば、大きな慣性力を必要とする加速初期Ｔ１中における所定タイミングＡ′、及びドライバの加速要求に見合った燃料噴射量となる上記の加速操作後期開始点Ａの何れかとなる。しかし、加速初期Ｔ１中にリッチ運転制御を行なえば従来技術の課題として説明したようにドライバによる加速要求に対してトルク不足となりこのためドライバが過剰にアクセルペダル５を踏み込む等してドライバビリティが悪化してしまう。
【００４８】
そこで、本排気浄化装置では加速操作後期Ｔ３に入ると直ぐに（加速操作後期開始点Ａになると）図４中に破線で示すようにリッチ運転制御を行なうようにしている。加速操作後期Ａではドライバは加速終了の体制に入っているため、リッチ運転制御を行なってもトルク不足を感じないのである。したがって、ＮＯｘ吸蔵触媒３ａの再生を目的とするリッチ運転制御の際にドライバビリティの悪化を防止できるという利点がある。
【００４９】
次に、本発明の第２実施形態について図５〜図７を用いて説明する。この第２実施形態では、上述の第１実施形態に対してリッチ運転開始時の判定条件が異なるのみであって、これ以外は第１実施形態と同様に構成されている。したがって、以下では、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明し、重複する部分については極力説明を省略する。
【００５０】
さて、上記第１実施形態では、「加速操作後期又は加速操作終了が判定されること」がリッチ運転制御の開始条件として設定されているが、本第２実施形態では、このような条件に対して、さらにＮＯｘ吸蔵触媒３ａの状態に応じた条件を加えることにより、効率良くＮＯｘを還元するとともに燃費の悪化も抑制するものである。
【００５１】
新たに加わる条件としては、「ＮＯｘ吸蔵触媒３ａが活性温度範囲内にあること」及び「ＮＯｘ吸蔵触媒３ａに吸蔵されたＮＯｘが所定値以上であること」の２点であり、第１実施形態の条件及び上記２つの条件が全て成立した場合にリッチ運転が開始されるようになっている。
以下、具体的に説明すると、図５に示すように、ＥＣＵ２０には、リッチ運転範囲判定手段（活性温度範囲判定手段）５１とＮＯｘ吸蔵量演算手段（ＮＯｘ吸蔵量推定手段）５２とが設けられている。
【００５２】
このうち、リッチ運転範囲判定手段５１は、触媒３ａが効率良くＮＯｘを還元できるような状態にあるか否かを判定するものである。つまり、触媒３ａには、ＮＯｘを効率良く還元できる温度範囲（活性温度範囲）があり、この活性温度範囲を外れた点でリッチ運転を実施しても、効率良くＮＯｘを還元できずに燃費が悪化するのみである。そこで、この第２実施形態では、触媒３ａの温度が予め設定された活性温度範囲（所定の温度範囲）内にあるか否かを判定するとともに、上記所定の温度範囲内にある場合にはリッチ運転を許可するようになっている。
【００５３】
ここで、リッチ運転範囲判定手段５１における触媒温度の推定手法について説明すると、図６に示すように、ＥＣＵ２０内には要求エンジントルク設定手段５３（図５では省略）が設けられており、この要求エンジントルク設定手段５３には、アクセルポジションセンサ５ａ及びエンジン回転数センサ６が接続されている。そして、ドライバのアクセル踏み込み量Ａｃｃとそのときのエンジン回転数Ｎｅとに基づいてドライバの要求エンジントルク（エンジン負荷）Ｔｑが設定されるようになっている。
【００５４】
そして、リッチ運転範囲判定手段５１では、上記要求エンジントルク設定手段５３で設定されたエンジントルクＴｑとエンジン回転数Ｎｅとのそれぞれの正規化値（％）に基づき、触媒３ａが活性温度範囲となる運転領域であるか否かを判定するようになっている。ここでエンジン回転数の正規化値とは、アイドル回転数を０％、定格点（最大馬力）回転数を１００％として、その間の回転数に対してリニアに補間した値として規定したものである。また、エンジントルクの正規化値（％）とは、そのときの各エンジン回転数に対して無負荷（０Ｎｍ）を０％、最大負荷を１００％として、その間の負荷に対してリニアに補間した値として規定したものである。
【００５５】
つまり、リッチ運転範囲判定手段５１内には、図６に示すように、エンジントルクＴｑとエンジン回転数Ｎｅとをパラメータとするマップが設けられており、エンジン運転状態が上記マップ内に設定された範囲内にあると、触媒温度が所定の活性温度範囲内にあると判定するようになっている。
このマップは予め実験等により得られた触媒温度とエンジン運転状態との相関関係に基づいて設定されたものであり、エンジントルクＴｑとエンジン回転数Ｎｅとから比較的正確に、且つ安価な構成で触媒温度を推定することができる。
【００５６】
なお、上記では触媒３ａの温度をエンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷（要求エンジントルク）Ｔｑとに基づいて推定しているが、触媒温度を推定又は検出する手法は上記のものに限定されるものではなく種々の手法が適用可能である。例えば、触媒３ａの入口温度又は触媒３ａの内部温度を直接検出してもよいし、他のパラメータに基づき推定してもよい。
【００５７】
次に、ＮＯｘ吸蔵量演算手段５２について説明すると、このＮＯｘ吸蔵量演算手段５２にはアクセルポジションセンサ５ａ及びエンジン回転数センサ６、さらに図示しない種々のセンサが接続されており、エンジン回転数や負荷等の運転履歴から単位時間当たりのＮＯｘ吸蔵量を逐次算出するとともに、この値を積算するようになっている。
【００５８】
そして、ＮＯｘ吸蔵量の積算値が所定値に達するとリッチ運転を許可するようになっている。これは、ＮＯｘ吸蔵量が所定値以下の場合は、ＮＯｘが少ないため、リッチ運転を行なっても効率が低くなるからである。なお、所定値としては、例えばＮＯｘをこれ以上吸蔵すると、リッチ運転による放出還元を実施しても浄化効率が低下してしまうような値が設定されている。また、ＮＯｘ吸蔵量を推定又は検出する手法については上述のものに限定されず、種々の手法が適用可能である。
【００５９】
そして、これら加速操作時期判定手段２２，活性温度範囲判定手段５１及びＮＯｘ吸蔵量演算手段５２からの情報に基づいて、下記の▲１▼〜▲３▼の条件が全て成立すると、ＮＯｘ吸蔵触媒３ａの再生を目的として、所定時間ＴｒｉｃｈだけＥＧＲ弁４ｂを全開にするとともに排気スロットルバルブ３ｂの開度を目標スロットル開度θｅｘｈに制御して排気空燃比をリッチ化するリッチ運転制御を行なうようになっている。なお、このリッチ運転制御の内容については第１実施形態と同様であるので説明を省略する。
▲１▼加速操作時期判定手段２２により加速操作後期又は加速操作終了が判定された。
▲２▼活性温度範囲判定手段５１により触媒３ａが活性温度範囲内であると判定された。
▲３▼ＮＯｘ吸蔵量推定手段で推定されたＮＯｘ吸蔵量が所定値以上である。
【００６０】
また、これらの３つの条件が成立した場合には、ＮＯｘ吸蔵量演算手段５２でカウントされたＮＯｘ吸蔵量の積算値がリセットされるようになっている。
また、第１実施形態では、触媒３ａの再生直後はＮＯｘ吸蔵量が微小であることに着目して、リッチ運転制御が終了してから所定時間Ｔｌｅａｎ内はリッチ運転制御規制手段２３ａによりリッチ運転制御が禁止されるようになっているが、本第２実施形態では、ＮＯｘ吸蔵量推定手段５２によりＮＯｘ吸蔵量を検出又は推定することができるので、リッチ運転制御規制手段２３ａは設けられていない。
【００６１】
本発明の第２実施形態にかかる排気浄化装置は、上述のように構成されているので、例えば図７のフローチャートにしたがってリッチ運転制御が行なわれる。なお、図７のフローチャートは、図３に示すフローチャートのステップＳ４０とステップＳ５０との間に、新たにステップＳ４２及びステップＳ４４を追加したものである。ただし、上述したように、この第２実施形態ではリッチ運転制御規制手段２３ａが設けられていないので、図３におけるステップＳ１０の処理が省略されている。
【００６２】
つまり、リッチ運転制御終了後、アクセル開度の変化速度ｄθａ／ｄｔが０より大きく且つアクセル開度の変化加速度ｄ²θａ／ｄｔ²が定数ｃよりも小さいと判定される（ステップＳ２０，３０，４０）と、次にステップＳ４２に進む。
そして、ステップＳ４２では、触媒３ａにおけるＮＯｘ吸蔵量が所定値以上になったか否かが判定され、ＮＯｘ吸蔵量が所定値以上であると、ステップＳ４４に進む。また、所定値未満であればステップＳ１００（図３参照）に進み通常制御が実行される。
【００６３】
また、ステップＳ４４ではエンジン回転数Ｎｅ及び要求エンジントルクＴｑをパラメータとして所定の運転領域で運転されているかが判定される。この所定の運転領域は、ＮＯｘ吸蔵触媒３ａが活性温度範囲内にある運転領域であり、上記所定の領域で運転されている場合には、ステップＳ５０以降に進み、そうでなければステップＳ１００に進む。
【００６４】
そして、ステップ５０以降で第１実施形態と同様のリッチ運転を行なってＮＯｘの還元が実行される。
以上詳述したように、本発明の第２実施形態にかかる本願発明では、第１実施形態に対して、ＮＯｘ吸蔵量及び触媒温度の条件を加味してリッチ運転を行なうか否かを決定するので、効率よくＮＯｘを還元することができる。つまり、加速操作後期又は加速操作終了が判定され、且つ、触媒３ａのＮＯｘ吸蔵量が所定値以上で、且つ、触媒３ａが活性温度範囲内にあるときにリッチ運転を開始するので、より多くのＮＯｘを還元しながら、リッチ運転に伴う燃費の悪化を極力抑制できる利点がある。
【００６５】
また、新たなセンサ等を追加することなくＮＯｘ吸蔵量の推定及び触媒３ａの温度推定を行っているため、コスト増及び重量増等を招くこともないという利点がある。
【００６６】
なお、本発明の排気浄化装置は上述した各実施形態に限定されず本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形を行なうことが可能である。
例えば、上述の第１実施形態では上式（１），（２）で示す条件を満たした時点、即ち加速操作後期に入った時点でリッチ運転制御を行なうようにしているが、ドライバビリティが悪化してしまわないように、加速操作後期Ｔ３に入ってからリッチ運転制御が開始されれば良い。したがって、加速操作時期判定手段２２により下式（４），（５）を満たした時点（即ち図４に示すＢ点）を加速操作終了と判定させ、この加速操作終了が判定された時点から所定時間Ｔｒｉｃｈだけ弁開度制御手段２３により排気スロットルバルブ３ｂ及びＥＧＲ弁４ｂの開度制御を行なわせてリッチ運転制御を行なわせるようにしても良い。
【００６７】
ｄθａ／ｄｔ＝０・・・（４）
ｄ²θａ／ｄｔ²＜０・・・（５）
また、上述の実施形態では排気空燃比をリッチ化すべく（新気量を絞るべく）絞り弁（排気スロットルバルブ３ｂ）を排気通路に設けているが、かかる絞り弁として図１中に二点鎖線で示すように電子制御式の吸気スロットルバルブ２ｂを吸気通路に設けても良い。この場合、上記では、目標排気空燃比（Ａ／Ｆ）ｄｅｍと実排気空燃比（Ａ／Ｆ）ｃａｌとに応じて排気スロットルバルブ開度θｅｘｈの制御が行なわれていたが、代わりに、上記の吸気スロットルバルブ開度θａの制御が目標排気空燃比（Ａ／Ｆ）ｄｅｍと実排気空燃比（Ａ／Ｆ）ｃａｌとに応じて行なわれるようになる。
【００６８】
また、上記では、加速操作時期判定手段２２において、加速操作時期判定演算手段２２ａによる具体的な判定方法として、アクセル開度情報θａ（１階時間微分値ｄθａ／ｄｔ、及び２階時間微分値ｄ²θａ／ｄｔ²）に基づき、加速操作後期又は加速操作終了を判定したが、これに代えて、エンジンの目標トルクＴｒや目標燃料噴射量Ｆの変化速度及び変化加速度に基づき加速操作後期又は加速操作終了を判定しても良い。
【００６９】
例えば、目標トルク情報に基づく加速操作後期又は加速操作終了の判定は以下の様に実行される。つまり、始めに、アクセルペダル開度θａ及びエンジン回転数Ｎｅに基づき目標トルクＴｒを設定する目標トルク設定手段からの情報として、目標トルク情報が加速操作時期判定演算手段２２ａに取り込まれる。次に、加速操作時期判定演算手段２２ａにおいて、目標トルクの１階時間微分値ｄＴｒ／ｄｔ（目標トルクの変化速度）、及び２階時間微分値ｄ²Ｔｒ／ｄｔ²（目標トルクの変化加速度）を演算し、これら目標トルクの変化速度ｄＴｒ／ｄｔ及び目標トルクの変化加速度ｄ²Ｔｒ／ｄｔ²に基づき、アクセル開度情報を用いた場合と同様に加速操作後期又は加速操作終了を判定する。
【００７０】
また、目標燃料噴射量情報に基づく加速操作後期又は加速操作終了の判定は以下の様に実行される。目標トルクＴｒ（或いはアクセルペダル開度θａ）及びエンジン回転数Ｎｅに基づき目標燃料噴射量Ｆを設定する目標噴射量設定手段からの情報として、目標燃料噴射量情報が加速操作時期判定演算手段２２ａに取り込まれ、目標トルク情報を用いた場合と同様に、燃料噴射量Ｆの変化速度ｄＦ／ｄｔ及び燃料噴射量Ｆの変化加速度ｄ²Ｆ／ｄｔ²に基づき、加速操作後期又は加速操作終了が判定される。
【００７１】
また、上述の各実施形態では、実排気空燃比検知手段を、ＡＦＳ２ａと実排気空燃比演算手段２４ａとからなる実排気空燃比推定手段２４により構成しているが、図１中に二点鎖線で示すように排気通路３に排気空燃比を連続的に検出しうるリニアＡ／Ｆセンサ３ｃを取り付け、このリニアＡ／Ｆセンサ３ｃにより実排気空燃比検知手段を構成しても良い。
【００７２】
また、上述の各実施形態に示した通り、弁開度制御手段２３のみの制御では実際の排気空燃比がリッチ化されない場合には、燃料噴射量を増量補正しているが、膨張行程以降に追加燃料噴射を噴射しても良いし、或いは、リッチ運転制御の開始判定に際して、アクセル開度の変化加速度ｄ²θａ／ｄｔ²が所定加速度以上という条件を追加して、燃料噴射量の補正又は追加燃料噴射を省略するようにしてもよい。
【００７３】
また、上述の各実施形態では、本発明の排気浄化装置をディーゼルエンジンに適用した例を説明したが、本発明の排気浄化装置は排気空燃比がリーンとなる内燃機関であれば適用しうるもので、希薄燃焼可能なガソリンエンジンにも適用しうるものである。
また、上述の第２実施形態において、第１実施形態で説明したリッチ運転制御規制手段２３ａを設けてもよい。
【００７４】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１記載の本発明の排気浄化装置によれば、加速操作後期に入った時点又は加速操作が終了した時点、即ち、車両定速走行又は車両減速走行に移行する際に排気空燃比がリッチ化されてＮＯｘ吸蔵型還元触媒の再生が行なわれるので、絞り弁の制御に基づく上記リッチ化によりエンジントルクが低下してもドライバがエンジントルク不足を感じることが抑制され、ドライバビリティを悪化させることなく且つ燃費悪化を招くことなくＮＯｘ吸蔵型還元触媒の再生を行なえるという利点がある。また、実排気空燃比が目標排気空燃比となるように弁開度制御手段により絞り弁及びＥＧＲ弁が制御されるので、精度良く排気空燃比を目標排気空燃比に制御できるという利点がある。
【００７５】
請求項２記載の本発明の排気浄化装置によれば、アクセルペダル開度の変化速度及びアクセルペダル開度の変化加速度に基づき加速操作後期又は加速操作終了を正確に判定できるという利点がある。
請求項３記載の本発明の排気浄化装置では、目標トルクの変化速度及び目標トルクの変化加速度に基づき加速操作後期又は加速操作終了の判定を行なうので、請求項２記載のアクセルペダル開度による判定と同様に、加速操作後期又は加速操作終了を正確に判定できるという利点がある。
【００７６】
請求項４記載の本発明の排気浄化装置では、目標燃料噴射量の変化速度及び目標燃料噴射量の変化加速度に基づき加速操作後期又は加速操作終了の判定を行なうので、請求項２記載のアクセルペダル開度による判定と同様に、加速操作後期又は加速操作終了を正確に判定できるという利点がある。
【００７７】
請求項５記載の本発明の排気浄化装置では、排気通路に介装されたリニアＡ／Ｆセンサにより排気空燃比を直接検出できるので、排気空燃比を演算する演算手段が不要となり、演算系を簡素化できるという利点がある。
請求項６記載の本発明の排気浄化装置では、新気流量センサにより吸気通路の新気流量が検出され、実排気空燃比演算手段によりこの新気流量と内燃機関に供給される燃料噴射量とに基づき実排気空燃比が演算／推定されるので、一般的に従来より燃料噴射量の補正用としてそなえられるエアフローセンサを利用して実排気空燃比を推定できるという利点がある。
【００７８】
請求項７記載の本発明の排気浄化装置では、請求項１〜６のいずれか１項の利点に加えて、より多くのＮＯｘを還元しながら、リッチ運転に伴う燃費の悪化を極力抑制できる利点があるという利点がある。
請求項８記載の本発明の排気浄化装置では、エンジン回転数とエンジントルクとから得られるエンジンの運転状態が所定の運転範囲内にあると、ＮＯｘ吸蔵型還元触媒が活性温度範囲内にあると推定又は判定されるので、請求項７の利点に加えて、新たな部品等を追加することなく触媒の温度を推定できるという利点がある。
【００７９】
請求項９記載の本発明の排気浄化装置では、前回のリッチ運転終了時から所定時間内は、排気通路の排気空燃比のリッチ化を禁止するので、請求項１〜６のいずれか１項の利点に加えて、燃費を悪化をさらに抑制することができるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる排気浄化装置がそなえられるディーゼルエンジン（内燃機関）の全体構成を示す模式図である。
【図２】本発明の第１実施形態にかかる排気浄化装置の要部構成を示す模式図である。
【図３】本発明の第１実施形態にかかる排気浄化装置におけるリッチ運転制御を説明するためのフローチャートである。
【図４】本発明の第１実施形態にかかる排気浄化装置におけるリッチ運転制御を説明するためのタイムチャートである。
【図５】本発明の第２実施形態にかかる排気浄化装置の要部構成を示す模式図である。
【図６】本発明の第２実施形態にかかる排気浄化装置の動作を説明する模式図である。
【図７】本発明の第２実施形態にかかる排気浄化装置におけるリッチ運転制御を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
２吸気通路
２ａエアフローセンサ（ＡＦＳ，新気流量センサ）
２ｂ吸気スロットルバルブ（絞り弁）
３排気通路
３ａＮＯｘ吸蔵型還元触媒
３ｂ排気スロットルバルブ（絞り弁）
３ｃリニアＡ／Ｆセンサ（実排気空燃比検知手段）
４ＥＧＲ装置
４ａＥＧＲ通路
４ｂＥＧＲ弁
５アクセルペダル
５ａアクセルポジションセンサ（アクセル開度検出手段）
２０ＥＣＵ
２２加速操作時期判定手段
２２ａ加速操作時期判定演算手段
２３弁開度制御手段
２３ａリッチ運転制御規制手段
２４実排気空燃比推定手段（実排気空燃比検知手段）
２４ａ実排気空燃比演算手段
２５目標排気空燃比設定手段
５１リッチ運転範囲判定手段（活性温度範囲判定手段）
５２ＮＯｘ吸蔵量演算手段（ＮＯｘ吸蔵量推定手段）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust emission control device in which an NOx occlusion-type reduction catalyst is provided in an exhaust passage in an internal combustion engine having a lean exhaust air-fuel ratio.
[0002]
[Prior art]
In a diesel engine, the exhaust air / fuel ratio becomes lean (an oxidizing atmosphere in which oxygen in the exhaust becomes excessive). In addition, if the gasoline engine can perform lean combustion, the exhaust air / fuel ratio becomes lean during lean combustion. A lean NOx catalyst has been developed so that NOx can be purified even in such an oxidizing atmosphere.
[0003]
As such a lean NOx catalyst, there is a NOx occlusion type reduction catalyst (hereinafter referred to as NOx occlusion catalyst). In the NOx storage catalyst, NOx in the exhaust gas is stored in an oxidizing atmosphere, and the stored NOx is released when the oxygen concentration is reduced. Most of the NOx released from the NOx storage catalyst is discharged from the engine. Harmless N by unburned HC and CO₂It is discharged into the atmosphere after being reduced.
[0004]
And so-called rich spike control is generally performed in a vehicle equipped with a NOx storage catalyst. In other words, if the operation at a lean air-fuel ratio continues, the NOx storage catalyst becomes saturated so that it can no longer store NOx, and therefore the air-fuel ratio is temporarily forcibly made rich at the timing (rich spike control is performed). Thus, the oxygen concentration in the exhaust gas is reduced and released from the NOx occlusion catalyst, whereby the NOx occlusion catalyst is regenerated so that NOx can be occluded.
[0005]
As a technique related to such NOx storage catalyst and rich spike control, for example, the technique disclosed in Japanese Patent No. 2692530 (hereinafter referred to as Conventional Technique 1) and the technique disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 10-184418 (hereinafter referred to as Conventional). Technology 2).
In the prior art 1, in an internal combustion engine having a NOx storage catalyst, when shifting from an operation region in which a lean air-fuel mixture is combusted (lean operation region) to an operation region in which a stoichiometric air-fuel mixture is combusted (stoichiometric operation region), The air-fuel ratio of the air-fuel mixture is temporarily rich and then the stoichiometric air-fuel ratio is set.
[0006]
When shifting from the lean operation region to the stoichiometric operation region, NOx is released from the NOx storage catalyst. However, in the stoichiometric operation region, the exhaust gas contains almost no unburned HC and CO, so that the NOx released from the NOx storage catalyst. Most of them are discharged into the atmosphere without being purified. Therefore, in this technique, the NOx released from the NOx occlusion catalyst is exhausted by exhaust gas containing a large amount of unburned HC and CO by temporarily enriching the air-fuel ratio of the air-fuel mixture when shifting to the stoichiometric operation region. After sufficiently reducing, the shift to the stoichiometric operation region is made.
[0007]
Further, in the prior art 2, when performing rich spike control in an internal combustion engine equipped with an EGR mechanism, in addition to increasing the fuel injection amount, the throttle opening is reduced and the EGR valve opening is increased to be sucked from the atmosphere. The air-fuel ratio is enriched by reducing the flow rate of air (fresh air).
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the prior arts 1 and 2, the drivability may be deteriorated at the initial stage of vehicle acceleration.
That is, in the prior art 1, as shown in FIG. 8 of the above-mentioned Japanese Patent No. 2692530, the opening of the throttle valve 14 increases (that is, the driver has requested acceleration), and the lean operation region is shifted to the stoichiometric operation region. When this is done, the fuel injection amount is temporarily increased, the air-fuel ratio is made richer than the stoichiometric air-fuel ratio, and then the stoichiometric air-fuel ratio is set. There is a risk of giving a sense of incongruity.
[0009]
Further, in the prior art 2, when the NOx adsorption amount is saturated and the rich spike control is performed, the fuel injection amount is increased, and the torque is decreased by reducing the throttle opening to cause the pumping loss to reduce the engine torque. Although the air-fuel ratio is easily enriched by suppressing the increase in the EGR valve and increasing the EGR valve opening, the rich spike control is not performed when the driver requests acceleration so that the air-fuel ratio becomes relatively small For this reason, depending on the driving state, there is a possibility that the fuel consumption is deteriorated.
[0010]
The present invention was devised in view of such problems, and provides an exhaust emission control device capable of regenerating a NOx occlusion-type reduction catalyst without deteriorating drivability and without causing deterioration of fuel consumption. For the purpose.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
  Therefore, in the exhaust emission control device according to the first aspect of the present invention, when it is determined by the acceleration operation timing determination means that the acceleration operation is late or the acceleration operation is completed, the EGR passage is opened and closed by the valve opening degree control means. The opening degree of the valve and the throttle valve interposed in at least one of the intake passage and the exhaust passage is controlled, and the enriched exhaust gas flows into the NOx storage reduction catalyst.
  Further, the actual exhaust air-fuel ratio detecting means estimates or detects the actual air-fuel ratio of the exhaust passage, and the target exhaust air-fuel ratio setting means detects the exhaust passage during the opening control of the throttle valve and the EGR valve by the valve opening control means. The target exhaust air / fuel ratio is set, and the opening control of the throttle valve and the EGR valve is performed by the valve opening control means so that the actual exhaust air / fuel ratio becomes the target exhaust air / fuel ratio.
  The throttle valve and EGR valve opening are controlled so that the actual exhaust air-fuel ratio becomes the target exhaust air-fuel ratio at the time of late acceleration operation or when the acceleration operation ends, and the throttle valve opening reaches the minimum opening. However, when the actual exhaust air-fuel ratio is leaner than the target exhaust air-fuel ratio, the fuel injection amount is corrected to be increased.
[0012]
In the exhaust emission control device according to the second aspect of the present invention, in the acceleration operation timing determination means, the accelerator pedal opening degree is detected by the accelerator opening detection means, and the acceleration operation timing determination calculation means calculates the accelerator pedal operation based on the accelerator pedal opening degree. The change speed of the pedal opening and the change acceleration of the accelerator pedal opening are calculated, and the late stage of the acceleration operation or the end of the acceleration operation is determined based on the change speed and the change acceleration.
[0013]
In the exhaust emission control device according to the third aspect of the present invention, in the acceleration operation timing determination unit, the acceleration operation timing determination calculation unit calculates the target torque changing speed and the target torque based on the target torque set by the target torque setting unit. The change acceleration is calculated, and the late stage of the acceleration operation or the end of the acceleration operation is determined based on the change speed and the change acceleration.
[0014]
In the exhaust emission control device according to the fourth aspect of the present invention, in the acceleration operation timing determination means, the change in the target fuel injection amount based on the target fuel injection amount set by the target injection amount setting means by the acceleration operation timing determination calculation means. A change acceleration of the speed and the target fuel injection amount is calculated, and the late stage of the acceleration operation or the end of the acceleration operation is determined based on the change speed and the change acceleration.
[0016]
  Claim5In the exhaust emission control device of the present invention described, the exhaust air-fuel ratio is continuously detected by the linear A / F sensor interposed in the exhaust passage.
  Claim6In the exhaust purification apparatus of the present invention, the actual exhaust air / fuel ratio detecting means detects the fresh air flow rate in the intake passage by the new air flow rate sensor, and the actual exhaust air / fuel ratio calculating means supplies the fresh air flow rate to the internal combustion engine. The actual exhaust air-fuel ratio is calculated / estimated based on the fuel injection amount.
[0017]
  Claim7In the exhaust gas purification apparatus of the present invention described above, the late stage of the acceleration operation or the end of the acceleration operation is determined by the acceleration operation timing determination means, and the NOx storage amount estimated or detected by the NOx storage amount estimation means is greater than or equal to a predetermined value. When the NOx occlusion-type reduction catalyst is determined to be within the active temperature range by the active temperature range determining means, the throttle valve and the exhaust valve are controlled so that the exhaust air-fuel ratio in the exhaust passage is enriched by the valve opening control means. The opening degree of the EGR valve is controlled.
[0018]
And by performing such control, it can be set as more realistic control. That is, there is little merit of rich operation when the NOx occlusion amount is small. Further, even if the enrichment operation is performed when the NOx occlusion-type reduction catalyst is outside the activation temperature range, NOx cannot be reduced efficiently.
Therefore, when the above-described conditions are satisfied, the enrichment operation can be performed to efficiently reduce NOx and suppress deterioration in fuel consumption.
[0019]
  Claim8In the exhaust purification device of the present invention described above, when the operating state of the engine obtained from the engine speed and the engine torque is within a predetermined operating range, the NOx occlusion-type reducing catalyst is within the active temperature range by the active temperature range determining means. It is determined that
  Claim9In the exhaust emission control device of the present invention described above, the rich air-fuel ratio in the exhaust passage is prohibited by the rich operation control restricting means within a predetermined time from the end of the previous rich operation. That is, the NOx occlusion amount of the NOx occlusion reduction catalyst is very small within a predetermined time after the regeneration of the NOx occlusion reduction catalyst is performed by the enrichment operation, and the enrichment operation is prohibited within this predetermined time. Deteriorating fuel consumption is suppressed.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
1 to 4 are views showing an exhaust purification apparatus as a first embodiment of the present invention.
First, a diesel engine (hereinafter also simply referred to as an engine) as an internal combustion engine equipped with the exhaust gas purification apparatus is configured as shown in FIG. 1, and an air cleaner (not shown), an intake ( Fresh air) An air flow sensor (AFS, fresh air flow sensor) 2a for detecting the air amount, a boost pressure sensor (not shown) and a temperature sensor (not shown) are provided, and the exhaust passage 3 is provided with a NOx occlusion type reduction. A catalyst (hereinafter referred to as NOx storage catalyst) 3a and an electronically controlled exhaust throttle valve (throttle valve) 3b are provided in this order from the upstream side. As described above in the description of the prior art, the NOx occlusion catalyst 3a occludes NOx in the exhaust in the oxidizing atmosphere, while releasing the occluded NOx when the oxygen concentration decreases.
[0021]
The engine is also provided with an EGR device 4 that recirculates exhaust from the engine to the intake system. The EGR device 4 includes an EGR passage 4a that connects the intake passage 2 and the exhaust passage 3 in a communicating state, and an EGR valve 4b that is interposed in the EGR passage 4a. The EGR passage 4a includes an AFS 2a. Further, it is connected to the intake passage 2 on the downstream side, and connected to the exhaust passage 3 on the upstream side of the NOx storage catalyst 3a and the exhaust throttle valve 3b.
[0022]
In addition to the above-described AFS 2a, the engine includes, for example, an accelerator position sensor (accelerator opening detecting means, hereinafter referred to as an accelerator opening detector) for detecting the opening degree of the accelerator pedal 5 (accelerator pedal opening, hereinafter referred to as accelerator opening) θa. 5a (referred to as an accelerator sensor) is provided, and detection information from these sensors is sent to the ECU 20.
[0023]
Here, the exhaust purification apparatus of the present embodiment will be described. As shown in FIG. 2, the exhaust purification apparatus includes the NOx storage catalyst 3a, the EGR valve 4b, the acceleration operation timing determination means 22, and the valve opening degree control means. 23, an actual exhaust air / fuel ratio estimating means (actual exhaust air / fuel ratio detecting means) 24 and a target exhaust air / fuel ratio setting means 25 are provided.
Hereinafter, the acceleration operation timing determination means 22, the valve opening degree control means 23, the actual exhaust air / fuel ratio estimation means 24, and the target exhaust air / fuel ratio setting means 25 will be described.
[0024]
First, the acceleration operation time determination means 22 will be described. The acceleration operation time determination means 22 includes the accelerator sensor 5a and an acceleration operation time determination calculation means 22a that functions in the ECU 20. Based on the accelerator opening information θa from the accelerator sensor 5a, the determination calculation means 22a determines whether or not the late stage of the acceleration operation, that is, the time when the acceleration operation by the driver ends is approaching.
[0025]
Specifically, the acceleration operation timing determination calculating means 22a is configured to determine the first-order time differential value (= accelerator opening change speed) dθa / dt of the accelerator opening information θa and the second-order time differential value (= accelerator opening value). Change acceleration) d²θa / dt²However, when both conditions shown in the following expressions (1) and (2) are satisfied, it is determined that the acceleration operation has entered the latter half.
[0026]
dθa / dt> 0 (1)
d²θa / dt²<C, (c <0) (2)
That is, while the accelerator opening change speed (depressing speed of the accelerator pedal 5) dθa / dt is larger than zero and the accelerator pedal 5 is being depressed by the driver, the accelerator opening change acceleration d²θa / dt²Has become a negative value (accelerator pedal 5 has been depressed), the vehicle is currently accelerating and the driver is about to end this acceleration soon. -ing Thus, the accelerator opening change speed dθa / dt and the accelerator opening change acceleration d²θa / dt²By making a determination based on the above, it is possible to accurately determine that the acceleration operation has been late.
[0027]
In the above equation (2), c is a negative constant and is determined in consideration of hysteresis. That is, in the middle acceleration period T2 (see FIG. 4) immediately before the latter half of the acceleration operation, the accelerator opening change speed dθa / dt is greater than zero and the accelerator opening change acceleration d.²θa / dt²Becomes zero (dθa / dt> 0, d²θa / dt²= 0), the constant c is set to be sufficiently smaller than zero so that the latter half of the acceleration operation T3 can be stably determined with respect to this middle acceleration T2. Of course, the closer the constant c is to zero, the quicker it can be determined that the acceleration operation has started later, so it is preferable that the constant c be close to zero within a range where the above determination does not become unstable.
[0028]
If hysteresis is not taken into account, the latter stage of the acceleration operation may be determined by replacing the above expression (2) with the following expression (2) ′.
d²θa / dt²<0 (2) '
Next, the actual exhaust air / fuel ratio estimating means 24 and the target exhaust air / fuel ratio setting means 25 will be described.
[0029]
The actual exhaust air / fuel ratio estimating means 24 is composed of the AFS 2a and an actual exhaust air / fuel ratio calculating means 24a that is functionally configured in the ECU 20. The actual exhaust air / fuel ratio calculating means 24a is based on the fresh air amount information output from the AFS 2a, the fuel injection amount setting value (fuel injection amount information) set by the ECU 20, and further based on the boost pressure / temperature, the EGR flow rate, and the like. The actual exhaust air / fuel ratio (A / F) cal is calculated. The fuel injection amount setting value is set according to a fuel injection amount characteristic map stored in advance in the ECU 20 in accordance with the accelerator opening degree θa and engine speed information Ne from a crank angle sensor (not shown). . The set fuel injection amount is corrected based on the fresh air amount, boost pressure / temperature, and the like.
[0030]
Further, the target exhaust air / fuel ratio setting means 25 is configured to make the exhaust air / fuel ratio richer than the normal exhaust time (a state in which the acceleration operation timing determination means 22 does not determine that the acceleration operation is late). ) Dem is set, for example, the target exhaust air-fuel ratio (A / F) dem is set in an air-fuel ratio pattern that is predetermined and changes with time.
[0031]
The exhaust air-fuel ratio mentioned above means the ratio of the total amount of air supplied to the exhaust passage, engine combustion chamber, intake passage, etc. upstream of the NOx storage catalyst 3a and the total fuel. Shall. Therefore, when fuel or air is not supplied to the upstream exhaust passage of the NOx storage catalyst 3a, the exhaust air / fuel ratio becomes equal to the engine operating air / fuel ratio (the air / fuel ratio in the combustion in the engine combustion chamber).
[0032]
Next, the valve opening control means 23 will be described. When it is determined by the acceleration operation timing determination unit 22 that the acceleration operation timing is late, the valve opening control unit 23 fully opens the EGR valve 4b for a predetermined time Trich for the purpose of regeneration of the NOx storage catalyst 3a. At the same time, the rich throttle control is performed to enrich the exhaust air-fuel ratio by controlling the opening of the exhaust throttle valve 3b to the target throttle opening θexh.
[0033]
This target throttle opening degree θexh is a deviation Δ (A / F) between the target exhaust air / fuel ratio (A / F) dem set by the target exhaust air / fuel ratio setting means 25 and the actual exhaust air / fuel ratio (A / F) cal. [= (A / F) cal− (A / F) dem] is set as a function of this deviation Δ (A / F) as shown in the following equation (3) so that it becomes zero. Yes. That is, the opening degree of the exhaust throttle valve 3b is feedback-controlled so that the actual exhaust air / fuel ratio (A / F) cal becomes the target exhaust air / fuel ratio (A / F) dem.
[0034]
θexh = f [Δ (A / F)] (3)
This feedback control is performed by controlling the opening of the EGR valve 4b together with the exhaust throttle valve 3b, or by controlling the opening of only the EGR valve 4b with the exhaust throttle valve 3b being a predetermined opening. It is also possible to do.
[0035]
Further, the valve opening degree control means 23 is provided with rich operation control restriction means 23a. The rich operation control restricting means 23a has the EGR valve 4b and the exhaust gas for the predetermined time Tlean after the rich operation control ends, even if the acceleration operation timing determining means 22 determines that the acceleration operation is late. The opening of the throttle valve 3b is maintained at the normal opening until then, so that the rich operation control is not performed.
[0036]
That is, the NOx occlusion amount of the NOx occlusion catalyst 3a is expected to be very small within a predetermined time Tlean after the regeneration of the NOx occlusion catalyst 3a by the rich operation control, and therefore, the rich operation control within the predetermined time Tlean. By prohibiting this, it is possible to prevent the fuel consumption from being deteriorated unnecessarily.
Since the exhaust emission control device as the first embodiment of the present invention is configured as described above, rich operation control is performed as shown in the flowchart of FIG.
[0037]
That is, first, in step S10, it is determined whether or not the elapsed time Ta after the end of the rich operation control exceeds the predetermined time Tleen. If the elapsed time Ta exceeds the predetermined time Tleen, the process proceeds to step S20. On the other hand, if the elapsed time Ta does not exceed the predetermined time Tleen, the process proceeds to step S100 as soon as the previous rich operation control, that is, the regeneration control of the NOx storage catalyst 3a is performed, and the exhaust throttle valve 3b and the EGR valve 4b are set. The opening degree is maintained at the normal opening degree, and the process returns without performing rich operation control. Therefore, the rich operation control can be appropriately performed by step S10, and it is possible to prevent the rich operation control from being performed unnecessarily and the fuel consumption from being deteriorated.
[0038]
In step S20, the accelerator opening degree θa is monitored by the accelerator sensor 5a. In step S30, the result of step S20 is calculated as a differential value to change the accelerator opening degree of change dθa / dt and the accelerator opening degree of change d.²θa / dt²Is calculated, and the process proceeds to step S40. In step S40, the change rate dθa / dt of the accelerator opening is larger than zero and the change acceleration d of the accelerator opening is made.²θa / dt²Is determined to be smaller than a constant c. If the above condition is satisfied, it is determined that the acceleration operation has entered a later stage, and the operation proceeds to step S50 to start rich operation control. On the other hand, if the above condition is not satisfied, Assuming that the acceleration operation has not yet started, the routine proceeds to step S100, where the opening of the exhaust throttle valve 3b is held at the normal opening, and the routine returns without performing rich operation control.
[0039]
In step S50, the elapsed time Tb from the start of the rich operation control is started. In step S60, the EGR valve 4b is fully opened. In step S70, the exhaust throttle valve 3b is smaller than the normal opening. It is controlled to θexh. The target throttle opening degree θexh is determined by the actual exhaust air / fuel ratio (A / F) cal detected by the actual exhaust air / fuel ratio estimating means 24 and the target exhaust air / fuel ratio (A / F) set by the target exhaust air / fuel ratio setting means 25. is set as a function of a deviation Δ (A / F) from the dem, so that the target exhaust air / fuel ratio (A / F) dem and the actual exhaust air / fuel ratio (A / F) cal are matched with each other. The opening is feedback controlled.
[0040]
Further, in step S72, it is determined whether or not the actual exhaust air / fuel ratio (A / F) cal> target exhaust air / fuel ratio (A / F) dem and the target throttle opening degree θexh is the minimum value. If the actual exhaust air-fuel ratio (A / F) cal> target exhaust air-fuel ratio (A / F) dem and the target throttle opening degree θexh is the minimum value, the process proceeds to step S74, and the fuel injection amount increase correction amount ΔQ Is calculated as a function of the actual exhaust air-fuel ratio (A / F) cal, and the target fuel injection amount Qdem is calculated by adding the increase correction amount ΔQ. The fuel injection amount increase correction amount ΔQ may be calculated as a function of the deviation Δ (A / F) between the actual exhaust air / fuel ratio (A / F) cal and the target exhaust air / fuel ratio (A / F) dem. good.
[0041]
That is, the opening degree of the exhaust throttle valve 3b is controlled so that the target throttle opening degree θexh becomes the minimum opening degree of the exhaust throttle valve 3b (for example, the opening degree where the exhaust throttle valve 3b contacts the stopper and cannot be closed any more). However, if the actual exhaust air-fuel ratio (A / F) cal does not decrease to the target exhaust air-fuel ratio (A / F) dem, the actual exhaust air-fuel ratio (A / F) cal is targeted by correcting the fuel injection amount. The exhaust air-fuel ratio (A / F) is being reduced to dem.
[0042]
Thus, even if the opening degree of the exhaust throttle valve 3b is controlled to the minimum value in the late stage of the acceleration operation (or the end time of the acceleration operation), the actual exhaust air / fuel ratio (A / F) cal becomes the target exhaust air / fuel ratio (A / F) dem. The case where the rich air-fuel ratio is not reached is, for example, the case of a light load that does not reach the middle / high load state even in the acceleration state.
On the other hand, if it is determined in step S72 that the actual exhaust air / fuel ratio (A / F) cal ≦ target exhaust air / fuel ratio (A / F) dem, or if the target throttle opening θexh is not the minimum value, the process proceeds to step S80.
[0043]
In step S80, it is determined whether or not the elapsed time Tb after the start of the rich operation control is longer than the predetermined time Trich. If the elapsed time Tb is within the predetermined time Trich, the process returns to step S70, and the exhaust air-fuel ratio becomes the target exhaust gas. The opening degree of the exhaust throttle valve 3b is feedback controlled so that the air-fuel ratio (A / F) dem is obtained, and the rich operation control is continued.
[0044]
On the other hand, if the elapsed time Tb exceeds the predetermined time Trich, the process proceeds to step S90, the elapsed time Ta after the end of the rich operation control and the elapsed time Tb after the start of the rich operation control are reset and after the end of the rich operation control. The elapsed time Ta starts counting, and in step S100, the exhaust throttle valve 3b is opened to the normal opening, and the EGR valve 4b is closed to the normal opening, and the process returns.
[0045]
Here, the rich operation control will be further described with reference to FIG. Since the driver depresses the accelerator pedal 5 and starts an acceleration operation (acceleration request) within a predetermined period (initial acceleration) T1, the vehicle speed is poorly tracked with respect to the depression of the accelerator pedal 5 due to a response delay. The driver is dissatisfied with the follow-up, and the driver increases the depression speed (accelerator opening change speed) dθa / dt of the accelerator pedal 5 (accelerator opening change acceleration d).²θa / dt²> 0).
[0046]
Then, when a predetermined time elapses after the acceleration operation is started and the acceleration middle period T2 is entered, the response delay is eliminated, and the driver is satisfied with the followability of the vehicle speed, and the depression speed dθa / dt of the accelerator pedal 5 is made constant. Hold (acceleration opening change acceleration d²θa / dt²= 0).
Then, if the vehicle speed has increased sufficiently and enters the late acceleration period T3, the driver begins to weaken the depression of the accelerator pedal 5 (starts to decrease the accelerator opening change speed dθa / dt), and the accelerator opening change acceleration d.²θa / dt²Becomes a negative number (d²θa / dt²<0). The depression speed dθa / dt of the accelerator pedal 5 is a positive number (dθa / dt> 0), and the acceleration acceleration d of the accelerator opening is changed.²θa / dt²Is reduced below a predetermined value c (provided that c <0), the rich operation control is performed for a predetermined time Trich, assuming that the acceleration operation by the driver enters the latter period (assuming that the acceleration operation late start point A is reached), and NOx The regeneration of the storage catalyst 3a is performed. Eventually, the depression speed dθa / dt of the accelerator pedal 5 becomes negative (dθa / dt <0), vehicle deceleration is started, and vehicle acceleration ends.
[0047]
The timing at which the rich operation control is easily realized is the time when the exhaust air-fuel ratio A / F becomes small at the time of vehicle acceleration. As such timing, for example, a predetermined time during the initial acceleration T1 that requires a large inertia force is used. The timing A ′ and any one of the above-mentioned late start point A of the acceleration operation, which is the fuel injection amount that matches the driver's acceleration request. However, if the rich operation control is performed during the initial acceleration T1, the torque becomes insufficient with respect to the acceleration request by the driver as described in the problem of the prior art. Therefore, the drivability deteriorates due to the driver depressing the accelerator pedal 5 excessively. Resulting in.
[0048]
Therefore, in the present exhaust purification apparatus, as soon as the acceleration operation late period T3 is entered (when the acceleration operation late start point A is reached), rich operation control is performed as indicated by a broken line in FIG. In the latter stage A of the acceleration operation, the driver is in a system for ending the acceleration, so that even if the rich operation control is performed, the driver does not feel the torque shortage. Therefore, there is an advantage that deterioration of drivability can be prevented in the rich operation control aiming at regeneration of the NOx storage catalyst 3a.
[0049]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the second embodiment, only the determination conditions at the start of rich operation are different from those in the first embodiment, and the other configurations are the same as those in the first embodiment. Therefore, below, only a different part from 1st Embodiment is demonstrated and description is abbreviate | omitted as much as possible about the overlapping part.
[0050]
Now, in the first embodiment, “determination of the late stage of acceleration operation or termination of acceleration operation” is set as the start condition of the rich operation control. In the second embodiment, however, Further, by adding a condition corresponding to the state of the NOx storage catalyst 3a, NOx is reduced efficiently and deterioration of fuel consumption is also suppressed.
[0051]
The newly added conditions are “the NOx storage catalyst 3a is within the active temperature range” and “the NOx stored in the NOx storage catalyst 3a is greater than or equal to a predetermined value”, which is the first embodiment. The rich operation is started when the above condition and the above two conditions are all satisfied.
Specifically, as shown in FIG. 5, the ECU 20 is provided with a rich operation range determination means (active temperature range determination means) 51 and a NOx occlusion amount calculation means (NOx occlusion amount estimation means) 52 as shown in FIG. ing.
[0052]
Among these, the rich operation range determination means 51 determines whether or not the catalyst 3a is in a state where it can efficiently reduce NOx. In other words, the catalyst 3a has a temperature range (active temperature range) in which NOx can be reduced efficiently. Even if the rich operation is performed at a point outside this active temperature range, NOx cannot be reduced efficiently and fuel efficiency is improved. It only gets worse. Therefore, in the second embodiment, it is determined whether or not the temperature of the catalyst 3a is within a preset active temperature range (predetermined temperature range). Driving is allowed.
[0053]
Here, the estimation method of the catalyst temperature in the rich operation range determination means 51 will be described. As shown in FIG. 6, a required engine torque setting means 53 (not shown in FIG. 5) is provided in the ECU 20, and this request An accelerator position sensor 5 a and an engine speed sensor 6 are connected to the engine torque setting means 53. The driver's required engine torque (engine load) Tq is set based on the accelerator depression amount Acc of the driver and the engine speed Ne at that time.
[0054]
In the rich operation range determination means 51, the catalyst 3a falls within the activation temperature range based on the respective normalized values (%) of the engine torque Tq and the engine speed Ne set by the required engine torque setting means 53. It is determined whether or not it is an operating region. Here, the normalized value of the engine speed is defined as a value that is linearly interpolated with respect to the number of revolutions between the idling number of revolutions of 0% and the rated point (maximum horsepower) number of revolutions of 100%. . The normalized value (%) of the engine torque is linearly interpolated with respect to the load between the engine speeds at that time, assuming no load (0 Nm) as 0% and maximum load as 100%. It is specified as a value.
[0055]
That is, as shown in FIG. 6, a map having the engine torque Tq and the engine speed Ne as parameters is provided in the rich operation range determination means 51, and the engine operation state is set in the map. When it is within the range, it is determined that the catalyst temperature is within the predetermined activation temperature range.
This map is set based on the correlation between the catalyst temperature and the engine operating state obtained in advance through experiments or the like, and has a relatively accurate and inexpensive configuration from the engine torque Tq and the engine speed Ne. The catalyst temperature can be estimated.
[0056]
In the above, the temperature of the catalyst 3a is estimated based on the engine speed Ne and the engine load (required engine torque) Tq. However, the method for estimating or detecting the catalyst temperature is not limited to the above. Various methods can be applied. For example, the inlet temperature of the catalyst 3a or the internal temperature of the catalyst 3a may be directly detected, or may be estimated based on other parameters.
[0057]
Next, the NOx occlusion amount calculating means 52 will be described. The NOx occlusion amount calculating means 52 is connected to an accelerator position sensor 5a, an engine speed sensor 6, and various sensors (not shown). The NOx occlusion amount per unit time is sequentially calculated from the operation history such as, and this value is integrated.
[0058]
When the integrated value of the NOx occlusion amount reaches a predetermined value, rich operation is permitted. This is because when the NOx occlusion amount is less than or equal to the predetermined value, the NOx is small and the efficiency is lowered even when the rich operation is performed. As the predetermined value, for example, when NOx is occluded more than this, a value is set such that the purification efficiency decreases even if the emission reduction by rich operation is performed. Further, the method for estimating or detecting the NOx occlusion amount is not limited to the above-described method, and various methods can be applied.
[0059]
Based on the information from the acceleration operation timing determination unit 22, the active temperature range determination unit 51, and the NOx occlusion amount calculation unit 52, when all of the following conditions (1) to (3) are satisfied, the NOx occlusion catalyst 3a. In order to regenerate the engine, the EGR valve 4b is fully opened for a predetermined time Trich and the opening degree of the exhaust throttle valve 3b is controlled to the target throttle opening degree θexh to perform rich operation control to enrich the exhaust air-fuel ratio. ing. Note that the contents of the rich operation control are the same as those in the first embodiment, and thus description thereof is omitted.
(1) The acceleration operation time determination means 22 determines the latter half of the acceleration operation or the end of the acceleration operation.
(2) The active temperature range determining means 51 determines that the catalyst 3a is within the active temperature range.
(3) The NOx occlusion amount estimated by the NOx occlusion amount estimation means is greater than or equal to a predetermined value.
[0060]
In addition, when these three conditions are satisfied, the integrated value of the NOx occlusion amount counted by the NOx occlusion amount calculation means 52 is reset.
Further, in the first embodiment, paying attention to the fact that the NOx occlusion amount is very small immediately after regeneration of the catalyst 3a, the rich operation control restricting means 23a performs the rich operation control within a predetermined time Tlean after the rich operation control is completed. However, in this second embodiment, the NOx occlusion amount estimation means 52 can detect or estimate the NOx occlusion amount, so the rich operation control restriction means 23a is not provided.
[0061]
Since the exhaust emission control device according to the second embodiment of the present invention is configured as described above, rich operation control is performed according to, for example, the flowchart of FIG. In the flowchart of FIG. 7, steps S42 and S44 are newly added between step S40 and step S50 of the flowchart shown in FIG. However, as described above, the rich operation control restricting means 23a is not provided in the second embodiment, and therefore the process of step S10 in FIG. 3 is omitted.
[0062]
That is, after the rich operation control is finished, the accelerator opening changing speed dθa / dt is larger than 0 and the accelerator opening changing acceleration d is set.²θa / dt²Is determined to be smaller than the constant c (steps S20, 30, 40), the process proceeds to step S42.
In step S42, it is determined whether or not the NOx occlusion amount in the catalyst 3a is equal to or greater than a predetermined value. If the NOx occlusion amount is equal to or greater than the predetermined value, the process proceeds to step S44. If it is less than the predetermined value, the process proceeds to step S100 (see FIG. 3) and normal control is executed.
[0063]
In step S44, it is determined whether the engine is operating in a predetermined operation region using the engine speed Ne and the required engine torque Tq as parameters. This predetermined operation region is an operation region in which the NOx storage catalyst 3a is within the activation temperature range. If the NOx storage catalyst 3a is operated in the predetermined region, the process proceeds to step S50 and thereafter, otherwise the process proceeds to step S100. .
[0064]
Then, after step 50, the same rich operation as in the first embodiment is performed to reduce NOx.
As described above in detail, in the present invention according to the second embodiment of the present invention, it is determined whether or not to perform the rich operation in consideration of the conditions of the NOx occlusion amount and the catalyst temperature with respect to the first embodiment. Therefore, NOx can be reduced efficiently. That is, the rich operation is started when the late stage of the acceleration operation or the end of the acceleration operation is determined, the NOx occlusion amount of the catalyst 3a is equal to or greater than the predetermined value, and the catalyst 3a is within the activation temperature range, so that more There is an advantage that deterioration of fuel consumption associated with rich driving can be suppressed as much as possible while reducing NOx.
[0065]
In addition, since the NOx occlusion amount and the temperature of the catalyst 3a are estimated without adding a new sensor or the like, there is an advantage that the cost and weight are not increased.
[0066]
The exhaust emission control device of the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, in the first embodiment described above, rich operation control is performed when the conditions expressed by the above formulas (1) and (2) are satisfied, that is, when the late stage of the acceleration operation is entered, but drivability deteriorates. In order to prevent this, the rich operation control may be started after entering the late acceleration operation T3. Therefore, the acceleration operation timing determination means 22 determines that the acceleration operation is completed when the following expressions (4) and (5) are satisfied (that is, point B shown in FIG. 4). The rich opening control may be performed by controlling the opening of the exhaust throttle valve 3b and the EGR valve 4b by the valve opening control means 23 for the time Trich.
[0067]
dθa / dt = 0 (4)
d²θa / dt²<0 (5)
Further, in the above-described embodiment, a throttle valve (exhaust throttle valve 3b) is provided in the exhaust passage in order to enrich the exhaust air-fuel ratio (in order to reduce the amount of fresh air). As such a throttle valve, a two-dot chain line in FIG. As shown in the figure, an electronically controlled intake throttle valve 2b may be provided in the intake passage. In this case, in the above, the exhaust throttle valve opening θexh is controlled according to the target exhaust air / fuel ratio (A / F) dem and the actual exhaust air / fuel ratio (A / F) cal. The intake throttle valve opening θa is controlled according to the target exhaust air / fuel ratio (A / F) dem and the actual exhaust air / fuel ratio (A / F) cal.
[0068]
In the above description, in the acceleration operation timing determination means 22, as a specific determination method by the acceleration operation timing determination calculation means 22a, the accelerator opening information θa (first-order time differential value dθa / dt and second-order time differential value d)²θa / dt²However, instead of this, the late acceleration operation or the end of the acceleration operation is determined based on the change speed and the change acceleration of the target torque Tr of the engine or the target fuel injection amount F. May be.
[0069]
For example, the determination of the late stage of the acceleration operation or the end of the acceleration operation based on the target torque information is executed as follows. That is, first, target torque information is taken into the acceleration operation timing determination calculating means 22a as information from the target torque setting means for setting the target torque Tr based on the accelerator pedal opening degree θa and the engine speed Ne. Next, in the acceleration operation time determination calculation means 22a, the first-order time differential value dTr / dt (target torque change speed) of the target torque and the second-order time differential value d.²Tr / dt²(Target torque change acceleration) is calculated, and the target torque change speed dTr / dt and the target torque change acceleration d are calculated.²Tr / dt²Based on the above, it is determined whether the acceleration operation is late or the acceleration operation is completed, as in the case of using the accelerator opening information.
[0070]
Further, the determination of the late stage of the acceleration operation or the end of the acceleration operation based on the target fuel injection amount information is executed as follows. As information from the target injection amount setting means for setting the target fuel injection amount F based on the target torque Tr (or the accelerator pedal opening θa) and the engine speed Ne, the target fuel injection amount information is sent to the acceleration operation timing determination calculating means 22a. The change rate dF / dt of the fuel injection amount F and the change acceleration d of the fuel injection amount F in the same manner as when the target torque information is used.²F / dt²Based on the above, the latter half of the acceleration operation or the end of the acceleration operation is determined.
[0071]
In each of the above-described embodiments, the actual exhaust air / fuel ratio detecting means is constituted by the actual exhaust air / fuel ratio estimating means 24 comprising the AFS 2a and the actual exhaust air / fuel ratio calculating means 24a. As shown in FIG. 5, a linear A / F sensor 3c capable of continuously detecting the exhaust air / fuel ratio may be attached to the exhaust passage 3, and the actual exhaust air / fuel ratio detecting means may be constituted by the linear A / F sensor 3c.
[0072]
Further, as shown in the above-described embodiments, when the actual exhaust air-fuel ratio is not enriched by the control of only the valve opening control means 23, the fuel injection amount is corrected to increase, but after the expansion stroke, An additional fuel injection may be injected, or when the rich operation control is started, the acceleration d of the accelerator opening change is determined.²θa / dt²May be added so that the fuel injection amount correction or additional fuel injection is omitted.
[0073]
In each of the above-described embodiments, the example in which the exhaust purification device of the present invention is applied to a diesel engine has been described. However, the exhaust purification device of the present invention can be applied to any internal combustion engine in which the exhaust air-fuel ratio is lean. Therefore, it can also be applied to a gasoline engine capable of lean combustion.
In the second embodiment described above, the rich operation control restricting means 23a described in the first embodiment may be provided.
[0074]
【The invention's effect】
  As described above in detail, according to the exhaust emission control device of the first aspect of the present invention, the vehicle shifts to the time when the acceleration operation is started or the acceleration operation is finished, that is, the vehicle constant speed traveling or the vehicle decelerating traveling. In this case, the exhaust air-fuel ratio is enriched and the NOx storage reduction catalyst is regenerated. Therefore, even if the engine torque decreases due to the enrichment based on the control of the throttle valve, the driver is prevented from feeling insufficient engine torque. There is an advantage that the NOx occlusion-type reduction catalyst can be regenerated without deteriorating drivability and without deteriorating fuel consumption.Further, since the throttle valve and the EGR valve are controlled by the valve opening degree control means so that the actual exhaust air / fuel ratio becomes the target exhaust air / fuel ratio, there is an advantage that the exhaust air / fuel ratio can be accurately controlled to the target exhaust air / fuel ratio.
[0075]
According to the exhaust emission control device of the present invention described in claim 2, there is an advantage that it is possible to accurately determine the late stage of the acceleration operation or the end of the acceleration operation based on the change speed of the accelerator pedal opening and the change acceleration of the accelerator pedal opening.
In the exhaust emission control device according to the third aspect of the present invention, the late acceleration operation or the end of the acceleration operation is determined based on the target torque changing speed and the target torque changing acceleration. Similarly to the above, there is an advantage that the latter half of the acceleration operation or the end of the acceleration operation can be accurately determined.
[0076]
  In the exhaust emission control device according to the fourth aspect of the present invention, since the determination of the late stage of the acceleration operation or the end of the acceleration operation is made based on the change speed of the target fuel injection amount and the change acceleration of the target fuel injection amount, the accelerator pedal according to claim 2 Similar to the determination based on the opening, there is an advantage that the late stage of acceleration operation or the end of acceleration operation can be accurately determined.The
[0077]
  Claim5In the described exhaust purification apparatus of the present invention, the exhaust air-fuel ratio can be directly detected by the linear A / F sensor interposed in the exhaust passage, so that a calculation means for calculating the exhaust air-fuel ratio becomes unnecessary, and the calculation system can be simplified. There is an advantage.
  Claim6In the exhaust emission control device of the present invention, the fresh air flow rate sensor detects the fresh air flow rate in the intake passage, and the actual exhaust air / fuel ratio calculating means performs the actual flow based on the fresh air flow rate and the fuel injection amount supplied to the internal combustion engine. Since the exhaust air-fuel ratio is calculated / estimated, there is an advantage that the actual exhaust air-fuel ratio can be estimated using an airflow sensor that is generally provided for correcting the fuel injection amount.
[0078]
  Claim7In the exhaust emission control device according to the present invention,6In addition to the advantage of any one of the above, there is an advantage that there is an advantage that deterioration of fuel consumption accompanying rich driving can be suppressed as much as possible while reducing more NOx.
  Claim8In the exhaust purification device of the present invention described above, when the operating state of the engine obtained from the engine speed and the engine torque is within a predetermined operating range, it is estimated or determined that the NOx storage reduction catalyst is within the active temperature range. Claims7In addition to this advantage, there is an advantage that the temperature of the catalyst can be estimated without adding new parts or the like.
[0079]
  Claim9In the exhaust purification device of the present invention described above, since the enrichment of the exhaust air / fuel ratio in the exhaust passage is prohibited within a predetermined time from the end of the previous rich operation,6In addition to the advantage of any one of the above, there is an advantage that deterioration of fuel consumption can be further suppressed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing an overall configuration of a diesel engine (internal combustion engine) provided with an exhaust emission control apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram showing a main configuration of the exhaust gas purification apparatus according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a flowchart for explaining rich operation control in the exhaust gas purification apparatus according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a time chart for explaining rich operation control in the exhaust gas purification apparatus according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a schematic diagram showing a main configuration of an exhaust emission control apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a schematic diagram for explaining the operation of the exhaust emission control apparatus according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a flowchart for explaining rich operation control in the exhaust gas purification apparatus according to the second embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
2 Intake passage
2a Air flow sensor (AFS, fresh air flow sensor)
2b Intake throttle valve (throttle valve)
3 Exhaust passage
3a NOx storage reduction catalyst
3b Exhaust throttle valve (throttle valve)
3c Linear A / F sensor (actual exhaust air / fuel ratio detection means)
4 EGR equipment
4a EGR passage
4b EGR valve
5 Accelerator pedal
5a Accelerator position sensor (Accelerator position detector)
20 ECU
22 Acceleration operation time determination means
22a Acceleration operation time determination calculation means
23 Valve opening control means
23a Rich operation control regulation means
24 Actual exhaust air-fuel ratio estimation means (actual exhaust air-fuel ratio detection means)
24a Actual exhaust air-fuel ratio calculating means
25 Target exhaust air / fuel ratio setting means
51 Rich operation range determination means (active temperature range determination means)
52 NOx occlusion amount calculation means (NOx occlusion amount estimation means)

Claims

A NOx occlusion-type reduction catalyst provided in an exhaust passage of an internal combustion engine mounted on a vehicle;
An EGR valve that opens and closes an EGR passage that connects the intake passage and the exhaust passage of the internal combustion engine in a communicating state;
A throttle valve interposed in at least one of the intake passage and the exhaust passage;
Accelerating operation time determining means for determining the latter stage of accelerating operation or the end of accelerating operation
When the acceleration operation timing determining means determines the latter stage of the acceleration operation or the end of the acceleration operation, the valve opening for controlling the opening of the throttle valve and the EGR valve so that the exhaust air-fuel ratio of the exhaust passage is enriched. Degree control means ,
An actual exhaust air-fuel ratio detecting means for estimating or detecting the actual air-fuel ratio of the exhaust gas in the exhaust passage;
A target exhaust air / fuel ratio setting means for setting a target exhaust air / fuel ratio in the exhaust passage during the opening control of the throttle valve and the EGR valve by the valve opening control means;
The valve opening degree control means controls the opening degree of the throttle valve and the EGR valve so that the actual exhaust air-fuel ratio becomes the target exhaust air-fuel ratio when determining the latter stage of the acceleration operation or the end of the acceleration operation. ,
The exhaust gas purification is characterized in that the fuel injection amount is corrected to be increased when the actual exhaust air-fuel ratio is leaner than the target exhaust air-fuel ratio even when the throttle valve opening is the minimum opening. apparatus.

The acceleration operation time determining means is
An accelerator opening detecting means for detecting an accelerator pedal opening;
Based on the accelerator pedal opening detected by the accelerator opening detection means, a change speed of the accelerator pedal opening and a change acceleration of the accelerator pedal opening are calculated, and the acceleration operation is performed based on the change speed and the change acceleration. The exhaust emission control device according to claim 1, further comprising an acceleration operation timing determination calculation means for determining the end of the latter period or the acceleration operation.

The acceleration operation time determining means is
Target torque setting means for setting a target torque of the internal combustion engine;
Based on the target torque set by the target torque setting means, the change speed of the target torque and the change acceleration of the target torque are calculated, and the late stage of the acceleration operation or the end of the acceleration operation is determined based on the change speed and the change acceleration. The exhaust emission control device according to claim 1, further comprising an acceleration operation time determination calculation means for performing the operation.

The acceleration operation time determining means is
Target injection amount setting means for setting a target fuel injection amount to be supplied to the internal combustion engine;
The change rate of the target fuel injection amount and the change acceleration of the target fuel injection amount are calculated based on the target fuel injection amount set by the target injection amount setting means, and the latter half of the acceleration operation is calculated based on the change speed and the change acceleration. The exhaust emission control device according to claim 1, further comprising an acceleration operation timing determination calculation unit that determines completion of the acceleration operation.

The actual exhaust air / fuel ratio detecting means is a linear A / F sensor that is interposed in the exhaust passage and can continuously detect the exhaust air / fuel ratio.
The exhaust emission control device according to claim 1, wherein:

The actual exhaust air-fuel ratio detecting means detects a fresh air flow rate sensor for detecting a fresh air flow rate in the intake passage;
And an actual exhaust air-fuel ratio calculating means for calculating / estimating the actual exhaust air-fuel ratio based on the fresh air flow detected by the new air flow sensor and the fuel injection amount supplied to the internal combustion engine.
The exhaust emission control device according to claim 1, wherein:

NOx absorption for estimating or detecting the NOx storage amount of the NOx storage type reduction catalyst Storage amount estimation means;
Active temperature range determining means for estimating or determining whether or not the NOx occlusion-type reduction catalyst is within the active temperature range;
The acceleration operation timing determination means determines the late stage of the acceleration operation or the end of the acceleration operation, and the NOx occlusion amount estimated or detected by the NOx occlusion amount estimation means is a predetermined value or more, and the activation temperature When it is determined by the range determination means that the NOx occlusion reduction catalyst is within the active temperature range, the throttle valve The opening of the EGR valve is controlled
The exhaust emission control device according to any one of claims 1 to 6, wherein

The activation temperature range determination means estimates or determines that the NOx occlusion reduction catalyst is within the activation temperature range when the operation state of the engine obtained from the engine speed and the engine torque is within a predetermined operation range. Do
The exhaust emission control device according to claim 7, wherein:

Rich operation control restricting means for prohibiting enrichment of the exhaust air / fuel ratio in the exhaust passage is provided for a predetermined time from the end of the previous rich operation.
The exhaust emission control device according to any one of claims 1 to 6, wherein