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JP4123041B2 - Engine exhaust gas purification device - Google Patents
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JP4123041B2 - Engine exhaust gas purification device - Google Patents

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JP4123041B2 JP2003121446A JP2003121446A JP4123041B2 JP 4123041 B2 JP4123041 B2 JP 4123041B2 JP 2003121446 A JP2003121446 A JP 2003121446A JP 2003121446 A JP2003121446 A JP 2003121446A JP 4123041 B2 JP4123041 B2 JP 4123041B2
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    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの排気ガス浄化装置に関し、詳細には、NOxトラップ触媒がトラップしているNOxを放出させるNOx再生のための制御に関する。
【0002】
【従来の技術】
排気ガス中の窒素酸化物(以下「NOx」という。)を除去する装置として、NOxトラップ触媒が知られている。NOxトラップ触媒は、排気ガスの空燃比がリーンであるときに排気ガス中のNOxをトラップする一方、これがリッチに転じると、トラップしているNOxを放出する。NOxは、放出に際して排気ガス中の還元剤成分により浄化される。NOxトラップ触媒によれば、エンジンの空燃比がリーンである通常時に排気ガスからNOxを除去し、NOxトラップ触媒がある程度のNOxをトラップしたときは、空燃比を一時的にリッチに転じることで、トラップしているNOxを放出させ、その機能回復を図ることができる。なお、トラップしているNOxを放出させてNOxトラップ触媒の機能を回復させることをNOx再生という。
【0003】
ここで、NOx再生を行う時期を決定する方法として、次のものが知られている。第1は、エンジン回転数を積算し、その値が所定値に達した時点をNOx再生を行う時期とする方法である(特許文献1)。第2は、自動車の累積走行距離を算出し、これが所定距離に達した時点をNOx再生を行う時期とする方法である(特許文献2)。
【0004】
【特許文献1】
特許第2600492号公報(第12欄第8〜24行)
【特許文献2】
特開2002−201985号公報(段落番号0042)
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような単に回転数積算値や累積走行距離を所定値と比較することによる方法には、次のような問題がある。すなわち、エンジンから排出されるNOxの量は、同じ回転数や車速のもとでも高度や気温等のエンジンがおかれた環境に応じて異なる。従って、回転数積算値や累積走行距離がそれぞれのしきい値に達した時点でNOxトラップ触媒が実際にトラップしているNOxの量は、エンジンがおかれた環境に応じて異なる。NOxトラップ触媒が設定値よりも少ない量のNOxをトラップしている状態でNOx再生を行うときは、NOx再生が不要に繰り返され、燃費を過度に悪化させることとなる。一方、設定値よりも多い量のNOxをトラップしている状態でNOx再生を行うときは、NOx再生前に規定量を上回るNOxが大気中に放出されるおそれがある。NOxトラップ触媒によるNOx除去率は、NOxトラップ触媒がある程度のNOxをトラップすると、それ以降に減少するからである。
【0006】
そこで、本発明は、NOx再生開始時にNOxトラップ触媒がトラップしているNOxの量を推定し、これをNOx再生のための制御に反映させることで、NOx再生に伴うエミッションや燃費の悪化を抑制することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は、排気通路に設置されたNOxトラップ触媒を含んで構成されるエンジンの排気ガス浄化装置を提供するものである。
【0008】
本発明に係るエンジンの排気ガス浄化装置は、排気ガスの空燃比がリーンとなる通常時において、排気ガス中のNOxをNOxトラップ触媒にトラップさせて除去する。一方、NOxトラップ触媒がトラップしているNOxを放出させるNOx再生時において、排気ガスの空燃比をリッチに転じる。そして、NOxトラップ触媒の上流における排気ガス中の酸素又は還元剤成分の濃度が変化して所定値に達した第1の時点を検出するとともに、NOxトラップ触媒の下流における排気ガス中の酸素又は還元剤成分の濃度が変化して所定値に達した第2の時点を検出し、第1の時点から第2の時点までの時間(以下「センサ出力変化時間差」という。)又はその間にNOxトラップ触媒に供給された還元剤成分の量を検出し、検出したセンサ出力変化時間差又は供給された還元剤成分の量に基づいてNOx再生開始時にNOxトラップ触媒がトラップしているNOxの量(以下「開始時トラップ量」という。)を推定する。ここで、本発明においては、エンジンの運転状態に基づいてNOxトラップ触媒がトラップしているNOxの量(以下「NOxトラップ量」という。)を推定し、これが所定値に達したときにNOx再生を行う時期に至ったと判定することとし、推定した開始時トラップ量が多いときほどこの所定値を小さな値に変更する。
【0009】
このようにすれば、センサ出力変化時間差等に基づいて推定した開始時トラップ量をNOx再生のための制御に反映させて、NOx再生を行う時期やNOx再生時に供給される還元剤成分の量を最適化し、NOx再生に伴うエミッションや燃費の悪化を抑制することができる。具体的には、推定した開始時トラップ量が多いときほどNOx再生時期の判定に関する所定値を小さな値に変更することとし、開始時トラップ量が多い場合は、所定値を小さな値とすることで、次回のNOx再生を早期に行い、NOx除去率の低下を回避することができる。これに対し、開始時トラップ量が少ないときは、所定値を大きな値とすることで、NOx再生の不要な繰り返しによる燃費の悪化を防止することができる。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る自動車用ディーゼルエンジン(以下「エンジン」という。)1の構成図である。
【0011】
吸気通路11の導入部には、図示しないエアクリーナが取り付けられており、エアクリーナにより吸入空気中の粉塵が除去される。吸気通路11には、可変ノズルターボチャージャ12のコンプレッサ12aが介装されており、コンプレッサ12aにより吸入空気が圧縮されて送り出される。コンプレッサ12aの下流には、インタークーラ13が設置されており、インタークーラ13により圧縮された吸入空気が冷却される。インタークーラ13を通過した吸入空気は、サージタンク14に流入し、マニホールド部で各気筒に分配される。サージタンク14の上流には、吸気絞り弁15が設置されている。吸気絞り弁15は、後述する電子制御ユニット(以下「ECU」という。)41からの信号に応じて作動するアクチュエータ15aと接続されており、アクチュエータ15aにより開度が制御される。
【0012】
エンジン本体において、シリンダヘッドには、インジェクタ21が気筒毎に設置されている。インジェクタ21は、ECU41からの信号に応じて作動する。図示しない燃料ポンプにより送り出された燃料は、コモンレール22を介してインジェクタ21に供給され、インジェクタ21により燃焼室内に噴射される。インジェクタ21による噴射は、複数回に分けて行われる。インジェクタ21は、動力を発生させるためのメイン噴射と、メイン噴射後のポスト噴射とを行う。ポスト噴射の実施により排気ガス温度が上昇する。
【0013】
排気通路31には、マニホールド部の下流に可変ノズルターボチャージャ12のタービン12bが設置されている。排気ガスによりタービン12bが駆動されると、コンプレッサ12aが回転する。タービン12bの可動ベーン121は、アクチュエータ121aと接続されており、アクチュエータ121aにより角度が制御される。タービン12bの下流には、上流側から順に酸化触媒32、NOxトラップ触媒33及びディーゼルパティキュレートフィルタ34が設置されている。酸化触媒32は、排気ガス中の炭化水素(以下「HC」という。)及び一酸化炭素(以下「CO」という。)を浄化する。NOxトラップ触媒33は、排気ガスの空燃比に応じて性質を異にし、排気ガスの空燃比がリーンであるときに排気ガス中のNOxをトラップする一方、これがリッチであるときにトラップしているNOxを放出する。NOxは、放出される際に排気ガスに含まれるHC,CO等の還元剤成分により浄化される。NOxトラップ触媒33は、NOx以外に排気ガスに含まれる硫黄分もトラップする。ディーゼルパティキュレートフィルタ34は、セラミック等を素材とした多孔質のフィルタエレメントを含んで構成される。排気ガスがフィルタエレメントによりろ過され、排気ガス中のパティキュレートが除去される。排気通路31と吸気通路11とは、EGR管35により接続されており、EGR管35には、EGR弁36が設置されている。EGR弁36は、アクチュエータ36aに接続されており、アクチュエータ36aにより開度が制御される。
【0014】
排気通路31には、酸化触媒32の上流に第1の排気ガスセンサとしての上流側空燃比センサ51が、NOxトラップ触媒33とディーゼルパティキュレートフィルタ34との間に第2の排気ガスセンサとしての下流側空燃比センサ52、及び排気ガス圧力Texhを検出する圧力センサ53が、NOxトラップ触媒33には、触媒ベッド温度Tnoxを検出する温度センサ54が、ディーゼルパティキュレートフィルタ34には、フィルタベッド温度Tdpfを検出する温度センサ55が設置されている。また、クランク角センサ56及びアクセルセンサ57が設置されている。各センサの出力は、ECU41に入力される。ECU41は、クランク角センサ55の出力に基づいてエンジン回転数Neを演算し、アクセルセンサ56の出力に基づいてアクセル開度APOを演算する。
【0015】
以下に、ECU41の動作をフローチャートにより説明する。
図2は、再生モードを選択するルーチンのフローチャートを示している。
S1では、運転状態としてエンジン回転数Ne及びアクセル開度APOを読み込む。S2では、NOxトラップ触媒33がトラップしているNOxの量(以下「NOxトラップ量」という。)NOXを演算する。NOxトラップ量NOXは、出荷時又は前回に行われたNOx再生が終了した時点からのエンジン回転数Neの積算値として推定する。NOxトラップ量NOXは、たとえばこのルーチンを前回に実行した際に算出したNOxトラップ量をNOXn−1とし、このルーチンの実行周期をΔtとして、下式(1)により算出することができる。NOxトラップ量NOXは、エンジン回転数Neに限らず、走行距離に基づいて推定することもできる。この場合は、自動車がある一定の距離を走行するたびにNOxトラップ量NOXに所定量を加算していけばよい。
【0016】
NOX=NOXn−1+Ne×Δt ・・・(1)
S3では、NOxトラップ触媒33がトラップしている硫黄分の量(以下「硫黄分トラップ量」という。)SOXを演算する。硫黄分トラップ量SOXは、NOxトラップ量NOXと同様に、エンジン回転数Neの積算値として推定することができる。NOxトラップ触媒33がトラップしている硫黄分は、定期的に放出させる必要があり、ECU41は、後述するようにそのための制御を行う。NOxトラップ触媒33がトラップしている硫黄分を放出させることを被毒解除という。硫黄分トラップ量SOXの演算において、エンジン回転数Neの積算の始点は、出荷時又は前回に行われた被毒解除が終了した時点である。
【0017】
S4では、ディーゼルパティキュレートフィルタ34に堆積しているパティキュレートの量(以下「パティキュレート堆積量」という。)PMを演算する。パティキュレート堆積量PMは、排気ガス圧力Pexhに基づいて、排気ガス圧力Pexhが高いときほどを大きな値として推定する。なお、エンジン1から排出されるパティキュレートの量は、そのときの運転状態と相関するため、パティキュレート堆積量PMは、エンジン回転数Neや走行距離に基づいて単位時間当たりの排出量を演算し、これを積算して推定することもできる。
【0018】
S5では、フラグFregによりDPF再生中であるか否かを判定する。ディーゼルパティキュレートフィルタ34に堆積しているパティキュレートを焼却することをDPF再生という。フラグFregが0であるときは、S6へ進み、0でないときは、図4に示すフローチャートのS101へ進み、DPF再生のための制御を行う。
【0019】
S6では、フラグFdesulにより被毒解除中であるか否かを判定する。フラグFdesulが0であるときは、S7へ進み、0でないときは、図8に示すフローチャートのS201へ進み、被毒解除のための制御を行う。
【0020】
S7では、フラグFspによりNOx再生中であるか否かを判定する。フラグFspが0であるときは、S8へ進み、0でないときは、図9に示すフローチャートのS301aへ進み、NOx再生のための制御を行う。
【0021】
S8では、フラグFrecにより故障回避中であるか否かを判定する。フラグFrecは、後述するDPF再生又は被毒解除を行うルーチンで0から1に変更される。フラグFrecが0であるときは、S9へ進み、0でないときは、図11のフローチャートのS401へ進み、故障回避のための制御を行う。
【0022】
S9では、パティキュレート堆積量PMが規定量PM1に達したか否かを判定する。PM1に達していないときは、S10へ進み、PM1に達したときは、図13に示すフローチャートのS501へ進む。パティキュレート堆積量PMが規定量PM1に達したか否かの判定は、排気ガス圧力Pexhと所定値Pexh1との比較により行う。エンジン回転数Ne及びメイン噴射による燃料噴射量Qmにより図3に示すマップを検索し、所定値Pexh1を設定する。排気ガス圧力Pexhが所定値Pexh1に達したときに、パティキュレート堆積量PMが規定量PM1に達したものとする。また、DPF再生が不要に繰り返されることを防止するため、前回に行われたDPF再生が終了してからの累積走行距離を演算し、これが所定値に達していることを前提としてもよい。
【0023】
S10では、硫黄分トラップ量SOXが規定量SOX1に達したか否かを判定する。SOX1に達していないときは、S11へ進み、SOX1に達したときは、図14に示すフローチャートのS601へ進む。
【0024】
S11では、NOxトラップ量NOXが規定量NOX1に達したか否かを判定する。NOX1に達していないときは、このルーチンをリターンし、NOX1に達したときは、図15に示すフローチャートのS701へ進む。
【0025】
図4は、DPF再生のための制御を行うルーチンのフローチャートを示している。
DPF再生では、インジェクタ21によりポスト噴射を行い、排気ガス温度を上昇させる。これによりフィルタベッド温度Tdpfがパティキュレートを焼却することのできる温度に上昇する。
【0026】
S101では、フィルタベッド温度Tdpfを読み込む。S102では、排気ガスの空気過剰率λをパティキュレート堆積量PMに応じた目標空気過剰率tλregに制御する。空気過剰率λは、吸気絞り弁15を作動させて制御する。ECU41は、パティキュレート堆積量PMにより図5に示すテーブルを検索し、DPF再生時における目標空気過剰率tλregを設定する。目標空気過剰率tλregは、パティキュレート堆積量PMが多いときほど小さな値として設定される。空気過剰率λを制御する際に、ECU41は、エンジン回転数Ne及び燃料噴射量Qmにより図6に示すマップを検索し、ストイキに相当する空気過剰率を与える目標吸入空気量tQaを算出する。目標空気過剰率tλregとこの目標吸入空気量tQaとを積算し、DPF再生時における目標吸入空気量tQaregを設定する。
【0027】
S103では、フィルタベッド温度Tdpfが下限値Tdpf1以上であるか否かを判定する。Tdpf1以上であるときは、S105へ進み、Tdpf1未満であるときは、S104へ進む。S104では、ポスト噴射量を増大させ、排気ガス温度を上昇させる。ECU41は、エンジン回転数Ne及び燃料噴射量Qmにより図7に示すマップを検索し、ポスト噴射量補正値ΔPOSTを設定し、これをポスト噴射量に加算する。ポスト噴射量が変化すると、排気ガスの空気過剰率λが変化し、目標空気過剰率tλregから乖離する。ECU41は、吸気絞り弁15を作動させて空気過剰率λを調整し、フィルタベッド温度Tdpfの変化を抑制する。
【0028】
S105では、フィルタベッド温度Tdpfが上限値Tdpf2以下であるか否かを判定する。Tdpf2以下であるときは、S107へ進み、Tdpf2よりも高いときは、S106へ進む。S106では、前述同様にポスト噴射量補正値ΔPOSTを設定し、これをポスト噴射量から減算して、排気ガス温度を低下させる。
【0029】
S107では、S104又はS106により補正した噴射量によるポスト噴射を実施した後、所定時間tdpf1が経過したか否かを判定する。tdpf1が経過したときは、S108へ進み、tdpf1が経過していないときは、このルーチンをリターンする。ポスト噴射の実施から所定時間tdpf1が経過するまでの間にパティキュレートが焼却される。S108では、DPF再生が終了したものと判断し、ポスト噴射量を0に設定し、排気ガス温度を通常温度に復帰させる。S109では、フラグFregを0に設定する。S110では、フラグFrecを1に設定し、ディーゼルパティキュレートフィルタ34の故障を回避するのための制御を行う。パティキュレートに燃え残りが存在するときは、空気過剰率λを即時に通常値に復帰させたとすると、この燃え残りが急速に燃焼し、ディーゼルパティキュレートフィルタ34に過大な熱負荷をかけ、フィルタエレメントの割れ等を来すおそれがあるためである。
【0030】
図8は、被毒解除のための制御を行うルーチンのフローチャートを示している。
S201では、触媒ベッド温度Tnoxを読み込む。S202では、排気ガスの空気過剰率λをストイキに制御する。空気過剰率λは、吸気絞り弁15を作動させて制御する。ECU41は、図6に示すマップを検索して、ストイキに相当する空気過剰率を与える目標吸入空気量tQaを設定し、これが達成されるように吸気絞り弁15を制御する。
【0031】
S203では、触媒ベッド温度Tnoxが所定値Tnox1以上であるか否かを判定する。NOxトラップ触媒33の被毒解除を行うには、排気ガス中の還元剤成分を増加させ、ストイキ又はリッチな雰囲気を形成するだけでなく、NOxトラップ触媒33を加熱し、硫黄分の分解を促す必要がある。触媒成分として、たとえばBa系のものを用いたNOxトラップ触媒33では、600℃以上の温度に加熱する。触媒ベッド温度TnoxがTno1以上であるときは、S205ヘ進み、Tnox未満であるときは、S204ヘ進む。
【0032】
S204では、インジェクタ21によりポスト噴射を行い、排気ガス温度を上昇させる。ポスト噴射の実施により空気過剰率λが変化するが、ECU41は、吸気絞り弁15を作動させ、吸入空気量を調節することによりこのズレを補償する。
【0033】
S205では、ポスト噴射を実施した後、所定時間tdesul1が経過したか否かを判定する。tdesul1が経過したときは、S206へ進み、tdesul1が経過していないときは、このルーチンをリターンする。ポスト噴射の実施から所定時間tdesul1が経過するまでの間に硫黄分が分解され、放出される。硫黄分は、放出される際に排気ガス中の還元剤成分により浄化される。S206では、被毒解除が終了したものと判断し、空気過剰率λを通常値に復帰させる。S207では、フラグFrecを1に設定する。被毒解除が終了した時点における高温下で空気過剰率λを即時に通常値に復帰させたとすると、ディーゼルパティキュレートフィルタ34に堆積しているパティキュレートが急速に燃焼し、ディーゼルパティキュレートフィルタ34に過大な熱負荷をかけるおそれがあるためである。S208では、フラグFdesul及びFspを0に設定する。S209では、硫黄分トラップ量SOX及びNOxトラップ量NOXを0に設定する。被毒解除を行うことにより空気過剰率λがストイキに制御されると、硫黄分とともにNOxも放出され、NOx再生が同時に行われるためである。
【0034】
図9は、NOx再生のための制御を行うルーチンのフローチャートを示している。
S301aでは、空気過剰率λをNOx再生のために予め設定された目標空気過剰率tλsp(たとえば、リッチを示すtλsp=0.9)に制御する。空気過剰率λの制御は、上流側空燃比センサ51からの出力(以下「上流側センサ出力」という。)LAMB1をフィードバックして行う。S302aでは、上流側センサ出力LAMB1及び下流側空燃比センサ52の出力(以下「下流側センサ出力」という。)LAMB2を読み込む。S303aでは、上流側センサ出力LAMB1が所定値LAMBslに達する第1の時点を検出するとともに、下流側センサ出力LAMB2が所定値LAMBslに達する第2の時点を検出する。第1及び第2の時点を検出したときは、両時点間の時間を演算し、これをセンサ出力変化時間差ΔTnとして記憶する。各センサ出力LAMB1,LAMB2は、センサ設置部における排気ガスの空気過剰率λが1となったときに所定値LAMBslに達する。S304aでは、センサ出力変化時間差ΔTnにより図16に示すテーブルを検索し、NOx再生時期の判定に関する所定値NOX1(図2に示すフローチャートのS11)を演算する。所定値NOX1は、ΔTnが長いときほど小さな値として算出される。S30aでは、前回にこのルーチンを実行した際に算出したセンサ出力変化時間差ΔTn−1を読み込み、これに基づいて空燃比をリッチに制御する期間(以下「リッチスパイク期間」という。)tspike1の補正値txを演算する。補正値txは、センサ出力変化時間差ΔTn−1により図10に示すマップを検索し、ΔTn−1が長いときほど大きな値として算出される。S30aでは、リッチスパイク期間tspike1の基本値に補正値txを加算し、tspike1(=tspike1+tx)を設定する。S30aでは、NOx再生を開始した後、リッチスパイク期間tspike1が経過したか否かを判定する。tspike1が経過したときは、S30aへ進み、tspike1が経過していないときは、このルーチンをリターンする。リッチスパイク期間tspike1が経過するまでにトラップされているNOxが分解され、NOxトラップ触媒33から放出される。NOxは、放出される際に排気ガス中の還元剤成分により浄化される。S30aでは、NOx再生が終了したものと判断し、フラグFspを0に設定し、空気過剰率λを通常値に復帰させる。S30aでは、NOxトラップ量NOXを0に設定する。
【0035】
このように、センサ出力変化時間差ΔTnを演算し、これに基づいてNOx再生時期の判定に関する所定値NOX1を変更することで、NOx再生を最適な時期に開始することができる。センサ出力変化時間差ΔTnは、開始時トラップ量に応じて変化するところ、これが長いときは、NOx再生を開始するまでに多くの量のNOxをトラップしており、NOx再生前にNOxトラップ触媒33によるNOx除去率が低下している可能性がある。センサ出力変化時間差ΔTnが長いときは、所定値NOX1を小さな値に変更することで、次に行われるNOx再生を早期に、すなわち、NOx除去率が良好に保たれているうちに開始することができる。一方、センサ出力変化時間差ΔTnが短いときは、NOx再生前にトラップしたNOxの量が少ないので、所定値NOX1を大きな値に変更することで、NOx再生の不要な繰り返しによる燃費の悪化を防止することができる。
また、センサ出力変化時間差ΔTnに基づいてリッチスパイク期間tspike1を変更することで、NOx再生時にNOxトラップ触媒33に供給される還元剤成分の量を最適化することができる。センサ出力変化時間差ΔTnは、開始時トラップ量、すなわち、NOx再生時に還元すべきNOxの量に応じて変化するからである。センサ出力変化時間差ΔTnが長いときは、開始時トラップ量が多く、還元すべきNOxの量が多いので、リッチスパイク期間tspike1を延長することで、還元剤成分の量が不足することによる再生不良の発生を防止することができる。一方、センサ出力変化時間差ΔTnが短いときは、開始時トラップ量が少なく、還元すべきNOxの量が少ないので、リッチスパイク期間tspike1を短縮することで、過剰な量の還元剤成分が供給されることによるエミッション及び燃費の悪化を抑制することができる。
【0036】
図11は、故障回避のための制御を行うルーチンのフローチャートを示している。
S401では、フィルタベッド温度Tdpfを読み込む。S402では、ディーゼルパティキュレートフィルタ34が高温であり、燃え残りのパティキュレートが急速に燃焼することを防止するため、排気ガスの空気過剰率λを故障回避時における目標空気過剰率tλrecに制御する。目標空気過剰率tλrecは、リッチを示し、かつ1.4以下の値に設定する。ECU41は、エンジン回転数Ne及び燃料噴射量Qmにより図12に示すマップを検索して、目標吸入空気量tQaを設定するとともに、上流側センサ出力LAMB1をフィードバックさせて、目標空気過剰率tλrecを達成する。
【0037】
S403では、フィルタベッド温度Tdpfが所定温度Tdpf3以下であるか否かを判定する。Tdpf3以下であるときは、S404へ進み、Tdpfよりも高いときは、このルーチンをリターンする。S404では、燃え残りのパティキュレートが急速に燃焼するおそれが解除されたものと判断し、空気過剰率λを通常値に復帰させる。S405では、フラグFrecを0に設定する。
【0038】
図13は、フラグFregを設定するルーチンのフローチャートである。S501では、パティキュレート堆積量PMが規定量PM1に達したので、DPF再生を行うため、フラグFregを1に設定する。
【0039】
図14は、フラグFdesulを設定するルーチンのフローチャートである。S601では、硫黄分トラップ量SOXが規定量SOX1に達したので、被毒解除を行うため、フラグFdesulを1に設定する。
【0040】
図15は、フラグFspを設定するルーチンのフローチャートである。S701では、NOxトラップ量NOXが規定量NOX1に達したので、NOx再生を行うため、フラグFspを1に設定する。
【0041】
本実施形態に関して、図2に示すフローチャートのS2,11及び図9に示すフローチャートのS304aが再生時期判定手段を構成する。また、図9に示すフローチャートのS301a〜30(S304aを除く。)が触媒再生手段を構成する。
【0042】
以下に、本発明の他の実施形態について説明する。
【0046】
図1は、第の実施形態に係るNOx再生のための制御を行うルーチンのフローチャートを示している。
S301では、前回にこのルーチンを実行した際に演算したセンサ出力変化時間差ΔTn−1により図1に示すテーブルを検索し、NOx再生時における目標空気過剰率tλspを設定する。目標空気過剰率tλspは、リッチを示す値として、ΔTn−1が長いときほど小さな値に設定される。S302では、上流側センサ出力LAMB1をフィードバックさせて、空気過剰率λを目標空気過剰率tλspに制御する。S303では、上流側センサ出力LAMB1及び下流側センサ出力LAMB2を読み込む。S304では、読み込んだLAMB1,LAMB2に基づいてセンサ出力変化時間差ΔTnを演算し、記憶する。S305bでは、センサ出力変化時間差ΔTnにより図16に示すテーブルを検索し、NOx再生時期の判定に関する所定値NOX1(図2に示すフローチャートのS11)を演算する。S306bでは、NOx再生を開始した後、リッチスパイク期間tspike1が経過したか否かを判定する。tspike1が経過したときは、S307bへ進み、tspike1が経過していないときは、このルーチンをリターンする。S307bでは、フラグFspを0に設定する。S308bでは、NOxトラップ量NOXを0に設定する。
【0047】
このように、センサ出力変化時間差ΔTnを演算し、これに基づいてNOx再生時における目標空気過剰率tλspを変更することで、NOx再生時にNOxトラップ触媒33に供給される還元剤成分の量を最適化することができる。センサ出力変化時間差ΔTnは、開始時トラップ量に応じて変化するところ、これが長いときは、開始時トラップ量が多く、NOx再生時に還元すべきNOxの量が多い。センサ出力変化時間差ΔTnが長いときは、目標空気過剰率tλspを小さな値に設定することで、還元剤成分の量が不足することを防止することができる。一方、センサ出力変化時間差ΔTnが短いときは、開始時トラップ量が少なく、還元すべきNOxの量が少ないので、目標空気過剰率tλspを大きな値に設定することで、過剰な量の還元剤成分が供給されることを防止することができる。
【0048】
本実施形態に関して、図2に示すフローチャートのS2,11及び図17に示すフローチャートのS305bが再生時期判定手段を構成する。また、図1に示すフローチャートのS301〜306b(S305bを除く。)が触媒再生手段を構成する。
【0049】
なお、以上では、センサ出力変化時間差ΔTnと、NOx再生開始時におけるNOxトラップ量とが比例するとの仮定のもとに、センサ出力変化時間差ΔTnをNOx再生のための制御に反映させる場合を例に説明した。本発明は、これに限らず、センサ出力変化時間差ΔTnと開始時トラップ量とが比例しない場合に適用することもできる。NOxトラップ触媒33に供給される還元剤成分の量が時間に応じて変化する場合は、上流側センサ出力LAMB1が所定値LAMBslに達してから、下流側センサ出力LAMB2が所定値LAMBslに達するまでの間にNOxトラップ触媒33に供給された還元剤成分の量を反映させる。供給された還元剤成分の量は、NOx再生時における目標当量比1/tλsp又はその基準値に対する差の積算値として算出することができる。
【0050】
また、第1及び第2の排気ガスセンサには、空燃比センサのほか、一般的な酸素センサや空気過剰率センサを採用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係るディーゼルエンジンの構成
【図2】再生モード判定ルーチンのフローチャート
【図3】DPF再生時期判定値設定マップ
【図4】DPF再生ルーチンのフローチャート
【図5】DPF再生時目標空気過剰率設定テーブル
【図6】ストイキ相当目標吸入空気量設定マップ
【図7】ポスト噴射量補正値設定マップ
【図8】被毒解除ルーチンのフローチャート
【図9】NOx再生ルーチンのフローチャート
【図10】リッチスパイク期間補正値設定テーブル
【図11】故障回避ルーチンのフローチャート
【図12】故障回避時目標吸入空気量設定マップ
【図13】DPF再生フラグ設定ルーチンのフローチャート
【図14】被毒解除フラグ設定ルーチンのフローチャート
【図15】NOx再生フラグ設定ルーチンのフローチャート
【図16】NOx再生時期判定値設定テーブル
【図17】本発明の他の実施形態に係るNOx再生ルーチンのフローチャート
【図18】NOx再生時目標空気過剰率設定テーブル
【符号の説明】
1…ディーゼルエンジン、11…吸気通路、12…可変ノズルターボチャージャ、13…インタークーラ、14…サージタンク、15…吸気絞り弁、21…インジェクタ、31…排気通路、32…酸化触媒、33…NOxトラップ触媒、34…ディーゼルパティキュレートフィルタ、35…EGR管、36…EGR弁、41…電子制御ユニット、51…上流側空燃比センサ、52…下流側空燃比センサ、53…排気ガス圧力センサ、54…触媒ベッド温度センサ、55…フィルタベッド温度センサ。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust gas purification device for an engine, and more particularly, to control for NOx regeneration that releases NOx trapped by a NOx trap catalyst.
[0002]
[Prior art]
A NOx trap catalyst is known as an apparatus for removing nitrogen oxides (hereinafter referred to as “NOx”) in exhaust gas. The NOx trap catalyst traps NOx in the exhaust gas when the air-fuel ratio of the exhaust gas is lean, while releasing the trapped NOx when it turns rich. NOx is purified by the reducing agent component in the exhaust gas upon release. According to the NOx trap catalyst, when the air-fuel ratio of the engine is lean, NOx is removed from the exhaust gas, and when the NOx trap catalyst traps a certain amount of NOx, the air-fuel ratio is temporarily changed to rich, The trapped NOx can be released to recover its function. Note that the recovery of the function of the NOx trap catalyst by releasing the trapped NOx is called NOx regeneration.
[0003]
Here, the following methods are known as methods for determining the timing for performing NOx regeneration. The first is a method of accumulating the engine speed and setting the time when the value reaches a predetermined value as the time for performing NOx regeneration (Patent Document 1). The second is a method of calculating the cumulative mileage of the automobile, and setting the time when it reaches a predetermined distance as the timing for performing NOx regeneration (Patent Document 2).
[0004]
[Patent Document 1]
Japanese Patent No. 2600492 (column 12, lines 8-24)
[Patent Document 2]
JP 2002-201985 (paragraph number 0042)
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, the method by simply comparing the rotational speed integrated value or the accumulated traveling distance with a predetermined value as described above has the following problems. That is, the amount of NOx discharged from the engine varies depending on the environment in which the engine is placed, such as altitude and temperature, even at the same rotation speed and vehicle speed. Therefore, the amount of NOx that is actually trapped by the NOx trap catalyst at the time when the rotational speed integrated value and the cumulative travel distance reach the respective threshold values differs depending on the environment in which the engine is placed. When NOx regeneration is performed in a state where the NOx trap catalyst traps an amount of NOx smaller than the set value, NOx regeneration is repeated unnecessarily, and fuel consumption is excessively deteriorated. On the other hand, when NOx regeneration is performed in a state where a larger amount of NOx than the set value is trapped, NOx exceeding the specified amount may be released into the atmosphere before NOx regeneration. This is because the NOx removal rate by the NOx trap catalyst decreases after the NOx trap catalyst traps a certain amount of NOx.
[0006]
Therefore, the present invention estimates the amount of NOx trapped by the NOx trap catalyst at the start of NOx regeneration, and reflects this in the control for NOx regeneration, thereby suppressing emissions and fuel consumption deterioration associated with NOx regeneration. The purpose is to do.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The present invention provides an engine exhaust gas purification device that includes a NOx trap catalyst installed in an exhaust passage.
[0008]
  The engine exhaust gas purifying apparatus according to the present invention removes NOx in the exhaust gas by trapping it in the NOx trap catalyst at the normal time when the air-fuel ratio of the exhaust gas becomes lean. On the other hand, during NOx regeneration in which NOx trapped by the NOx trap catalyst is released, the air-fuel ratio of the exhaust gas turns rich. The first time point when the concentration of oxygen or the reducing agent component in the exhaust gas upstream of the NOx trap catalyst changes and reaches a predetermined value is detected, and the oxygen or reduction in the exhaust gas downstream of the NOx trap catalyst is detected. The second time point at which the concentration of the agent component changes and reaches a predetermined value is detected, and the time from the first time point to the second time point (hereinafter referred to as “sensor output change time difference”) or during that time, the NOx trap catalyst Detected the amount of reducing agent component supplied toSensor output changetimeDifferenceIs the amount of reducing agent component suppliedOn the basis of theThe amount of NOx trapped by the NOx trap catalyst at the start of NOx regeneration (hereinafter referred to as “starting trap amount”).EstimateTo do.Here, in the present invention, the amount of NOx trapped by the NOx trap catalyst (hereinafter referred to as “NOx trap amount”) is estimated based on the operating state of the engine, and NOx regeneration is performed when this amount reaches a predetermined value. The predetermined value is changed to a smaller value as the estimated start trap amount is larger.
[0009]
  If you do this,Sensor output change time difference, etc.Estimated starting trap volume based onIs reflected in the control for NOx regeneration, the timing of NOx regeneration and the amount of the reducing agent component supplied during NOx regeneration can be optimized, and the deterioration of emissions and fuel consumption accompanying NOx regeneration can be suppressed.Specifically, the larger the estimated start trap amount is, the smaller the predetermined value related to the determination of the NOx regeneration timing is, and if the start trap amount is large, the predetermined value is set to a smaller value. The next NOx regeneration can be performed at an early stage to avoid a decrease in the NOx removal rate. On the other hand, when the start trap amount is small, the predetermined value is set to a large value, so that deterioration of fuel consumption due to unnecessary repetition of NOx regeneration can be prevented.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a configuration diagram of an automotive diesel engine (hereinafter referred to as “engine”) 1 according to an embodiment of the present invention.
[0011]
An air cleaner (not shown) is attached to the introduction portion of the intake passage 11, and dust in the intake air is removed by the air cleaner. A compressor 12a of a variable nozzle turbocharger 12 is interposed in the intake passage 11, and the intake air is compressed and sent out by the compressor 12a. An intercooler 13 is installed downstream of the compressor 12a, and the intake air compressed by the intercooler 13 is cooled. The intake air that has passed through the intercooler 13 flows into the surge tank 14 and is distributed to each cylinder in the manifold portion. An intake throttle valve 15 is installed upstream of the surge tank 14. The intake throttle valve 15 is connected to an actuator 15a that operates in response to a signal from an electronic control unit (hereinafter referred to as "ECU") 41, which will be described later, and the opening degree is controlled by the actuator 15a.
[0012]
In the engine body, the cylinder head is provided with an injector 21 for each cylinder. The injector 21 operates in response to a signal from the ECU 41. Fuel delivered by a fuel pump (not shown) is supplied to the injector 21 via the common rail 22 and is injected into the combustion chamber by the injector 21. Injection by the injector 21 is performed in a plurality of times. The injector 21 performs main injection for generating power and post-injection after main injection. The exhaust gas temperature rises due to the post injection.
[0013]
In the exhaust passage 31, a turbine 12b of the variable nozzle turbocharger 12 is installed downstream of the manifold portion. When the turbine 12b is driven by the exhaust gas, the compressor 12a rotates. The movable vane 121 of the turbine 12b is connected to the actuator 121a, and the angle is controlled by the actuator 121a. An oxidation catalyst 32, a NOx trap catalyst 33, and a diesel particulate filter 34 are installed in this order from the upstream side downstream of the turbine 12b. The oxidation catalyst 32 purifies hydrocarbons (hereinafter referred to as “HC”) and carbon monoxide (hereinafter referred to as “CO”) in the exhaust gas. The NOx trap catalyst 33 has different properties according to the air-fuel ratio of the exhaust gas, and traps NOx in the exhaust gas when the air-fuel ratio of the exhaust gas is lean, while trapping when the exhaust gas is rich. Releases NOx. NOx is purified by reducing agent components such as HC and CO contained in the exhaust gas when released. The NOx trap catalyst 33 traps sulfur contained in the exhaust gas in addition to NOx. The diesel particulate filter 34 includes a porous filter element made of ceramic or the like. The exhaust gas is filtered by the filter element, and the particulates in the exhaust gas are removed. The exhaust passage 31 and the intake passage 11 are connected by an EGR pipe 35, and an EGR valve 36 is installed in the EGR pipe 35. The EGR valve 36 is connected to an actuator 36a, and the opening degree is controlled by the actuator 36a.
[0014]
In the exhaust passage 31, an upstream air-fuel ratio sensor 51 serving as a first exhaust gas sensor is disposed upstream of the oxidation catalyst 32, and a downstream side serving as a second exhaust gas sensor is disposed between the NOx trap catalyst 33 and the diesel particulate filter 34. An air-fuel ratio sensor 52, a pressure sensor 53 for detecting the exhaust gas pressure Texh, a temperature sensor 54 for detecting the catalyst bed temperature Tnox for the NOx trap catalyst 33, and a filter bed temperature Tdpf for the diesel particulate filter 34 A temperature sensor 55 for detection is installed. A crank angle sensor 56 and an accelerator sensor 57 are provided. The output of each sensor is input to the ECU 41. The ECU 41 calculates the engine speed Ne based on the output of the crank angle sensor 55 and calculates the accelerator opening APO based on the output of the accelerator sensor 56.
[0015]
Hereinafter, the operation of the ECU 41 will be described with reference to a flowchart.
FIG. 2 shows a flowchart of a routine for selecting the reproduction mode.
In S1, the engine speed Ne and the accelerator opening APO are read as the operating state. In S2, the amount of NOx trapped by the NOx trap catalyst 33 (hereinafter referred to as “NOx trap amount”) NOX is calculated. The NOx trap amount NOX is estimated as an integrated value of the engine speed Ne from the time of shipment or when the NOx regeneration performed last time is completed. The NOx trap amount NOX can be calculated by the following equation (1), for example, assuming that the NOx trap amount calculated when this routine was executed last time is NOXn-1 and the execution cycle of this routine is Δt. The NOx trap amount NOX can be estimated based not only on the engine speed Ne but also on the travel distance. In this case, a predetermined amount may be added to the NOx trap amount NOX every time the vehicle travels a certain distance.
[0016]
NOX = NOXn−1 + Ne × Δt (1)
In S3, the amount of sulfur content trapped by the NOx trap catalyst 33 (hereinafter referred to as “sulfur content trap amount”) SOX is calculated. The sulfur trap amount SOX can be estimated as an integrated value of the engine speed Ne, similarly to the NOx trap amount NOX. The sulfur content trapped by the NOx trap catalyst 33 needs to be periodically released, and the ECU 41 performs control for that purpose as will be described later. Release of the sulfur content trapped by the NOx trap catalyst 33 is called poisoning release. In the calculation of the sulfur trap amount SOX, the starting point of the integration of the engine speed Ne is the time when shipping or the previous poisoning release is completed.
[0017]
In S4, the amount PM of particulates deposited on the diesel particulate filter 34 (hereinafter referred to as “particulate deposition amount”) PM is calculated. The particulate accumulation amount PM is estimated based on the exhaust gas pressure Pexh as a larger value as the exhaust gas pressure Pexh is higher. Since the amount of particulate discharged from the engine 1 correlates with the operating state at that time, the particulate accumulation amount PM is calculated by calculating the amount of discharge per unit time based on the engine speed Ne and the travel distance. These can be integrated and estimated.
[0018]
In S5, it is determined whether or not DPF regeneration is being performed based on the flag Freg. Incineration of particulates deposited on the diesel particulate filter 34 is called DPF regeneration. When the flag Freg is 0, the process proceeds to S6, and when it is not 0, the process proceeds to S101 in the flowchart shown in FIG. 4 to perform control for DPF regeneration.
[0019]
In S6, it is determined by the flag Fdesul whether or not the poisoning is being released. When the flag Fdesul is 0, the process proceeds to S7. When the flag Fdesul is not 0, the process proceeds to S201 in the flowchart shown in FIG.
[0020]
In S7, it is determined whether or not NOx regeneration is being performed based on the flag Fsp. When the flag Fsp is 0, the process proceeds to S8. When the flag Fsp is not 0, the process proceeds to S301a in the flowchart shown in FIG. 9, and control for NOx regeneration is performed.
[0021]
In S8, it is determined whether or not failure avoidance is being performed based on the flag Frec. The flag Frec is changed from 0 to 1 in a routine for performing DPF regeneration or poisoning cancellation to be described later. When the flag Frec is 0, the process proceeds to S9, and when it is not 0, the process proceeds to S401 in the flowchart of FIG. 11 to perform control for failure avoidance.
[0022]
In S9, it is determined whether or not the particulate accumulation amount PM has reached the specified amount PM1. When PM1 has not been reached, the process proceeds to S10, and when PM1 has been reached, the process proceeds to S501 in the flowchart shown in FIG. Whether the particulate accumulation amount PM has reached the specified amount PM1 is determined by comparing the exhaust gas pressure Pexh with a predetermined value Pexh1. The map shown in FIG. 3 is searched by the engine speed Ne and the fuel injection amount Qm by main injection, and a predetermined value Pexh1 is set. It is assumed that when the exhaust gas pressure Pexh reaches a predetermined value Pexh1, the particulate deposition amount PM has reached a specified amount PM1. Further, in order to prevent the DPF regeneration from being repeated unnecessarily, it is possible to calculate the cumulative travel distance since the last DPF regeneration was completed and assume that this has reached a predetermined value.
[0023]
In S10, it is determined whether or not the sulfur trap amount SOX has reached the specified amount SOX1. When SOX1 has not been reached, the process proceeds to S11. When SOX1 has been reached, the process proceeds to S601 in the flowchart shown in FIG.
[0024]
In S11, it is determined whether or not the NOx trap amount NOX has reached the specified amount NOX1. When NOX1 has not been reached, this routine is returned, and when NOX1 has been reached, the routine proceeds to S701 in the flowchart shown in FIG.
[0025]
FIG. 4 shows a flowchart of a routine for performing control for DPF regeneration.
In DPF regeneration, post-injection is performed by the injector 21 to raise the exhaust gas temperature. As a result, the filter bed temperature Tdpf rises to a temperature at which the particulates can be incinerated.
[0026]
In S101, the filter bed temperature Tdpf is read. In S102, the excess air ratio λ of the exhaust gas is controlled to the target excess air ratio tλreg corresponding to the particulate accumulation amount PM. The excess air ratio λ is controlled by operating the intake throttle valve 15. The ECU 41 searches the table shown in FIG. 5 based on the particulate accumulation amount PM, and sets the target excess air ratio tλreg during DPF regeneration. The target excess air ratio tλreg is set to a smaller value as the particulate accumulation amount PM is larger. When controlling the excess air ratio λ, the ECU 41 searches the map shown in FIG. 6 based on the engine speed Ne and the fuel injection amount Qm, and calculates a target intake air amount tQa that gives an excess air ratio corresponding to stoichiometry. The target excess air rate tλreg and the target intake air amount tQa are integrated to set the target intake air amount tQareg during DPF regeneration.
[0027]
In S103, it is determined whether or not the filter bed temperature Tdpf is equal to or higher than the lower limit value Tdpf1. When it is equal to or greater than Tdpf1, the process proceeds to S105, and when it is less than Tdpf1, the process proceeds to S104. In S104, the post injection amount is increased and the exhaust gas temperature is increased. The ECU 41 searches the map shown in FIG. 7 based on the engine speed Ne and the fuel injection amount Qm, sets a post injection amount correction value ΔPOST, and adds this to the post injection amount. When the post injection amount changes, the excess air ratio λ of the exhaust gas changes and deviates from the target excess air ratio tλreg. The ECU 41 operates the intake throttle valve 15 to adjust the excess air ratio λ, and suppresses the change in the filter bed temperature Tdpf.
[0028]
In S105, it is determined whether the filter bed temperature Tdpf is equal to or lower than the upper limit value Tdpf2. When it is equal to or lower than Tdpf2, the process proceeds to S107, and when higher than Tdpf2, the process proceeds to S106. In S106, the post injection amount correction value ΔPOST is set as described above, and is subtracted from the post injection amount to lower the exhaust gas temperature.
[0029]
In S107, it is determined whether or not a predetermined time tdpf1 has elapsed after the post injection with the injection amount corrected in S104 or S106. When tdpf1 has elapsed, the process proceeds to S108, and when tdpf1 has not elapsed, this routine is returned. Particulates are incinerated between the time when post injection is performed and the time tdpf1 has elapsed. In S108, it is determined that the DPF regeneration has ended, the post injection amount is set to 0, and the exhaust gas temperature is returned to the normal temperature. In S109, the flag Freg is set to 0. In S110, the flag Frec is set to 1, and control for avoiding a failure of the diesel particulate filter 34 is performed. When there is unburned residue in the particulate, assuming that the excess air ratio λ is immediately restored to the normal value, the unburned residue burns rapidly, and an excessive heat load is applied to the diesel particulate filter 34, and the filter element This is because there is a risk of cracking.
[0030]
FIG. 8 shows a flowchart of a routine for performing control for releasing poisoning.
In S201, the catalyst bed temperature Tnox is read. In S202, the excess air ratio λ of the exhaust gas is stoichiometrically controlled. The excess air ratio λ is controlled by operating the intake throttle valve 15. The ECU 41 searches the map shown in FIG. 6, sets a target intake air amount tQa that gives an excess air ratio corresponding to stoichiometry, and controls the intake throttle valve 15 to achieve this.
[0031]
In S203, it is determined whether or not the catalyst bed temperature Tnox is equal to or higher than a predetermined value Tnox1. In order to detoxify the NOx trap catalyst 33, not only the reducing agent component in the exhaust gas is increased and a stoichiometric or rich atmosphere is formed, but also the NOx trap catalyst 33 is heated to promote decomposition of the sulfur content. There is a need. The NOx trap catalyst 33 using, for example, a Ba-based catalyst component is heated to a temperature of 600 ° C. or higher. When the catalyst bed temperature Tnox is equal to or higher than Tno1, the process proceeds to S205, and when it is lower than Tnox, the process proceeds to S204.
[0032]
In S204, post-injection is performed by the injector 21 to increase the exhaust gas temperature. Although the excess air ratio λ changes due to the post injection, the ECU 41 operates the intake throttle valve 15 and adjusts the intake air amount to compensate for this deviation.
[0033]
In S205, it is determined whether or not a predetermined time tdesul1 has elapsed after the post injection. When tdesul1 has elapsed, the process proceeds to S206, and when tdesul1 has not elapsed, this routine is returned. Sulfur content is decomposed and released from the execution of post injection until a predetermined time tdesul1 elapses. The sulfur content is purified by the reducing agent component in the exhaust gas when released. In S206, it is determined that the poisoning release has been completed, and the excess air ratio λ is returned to the normal value. In S207, the flag Frec is set to 1. Assuming that the excess air ratio λ is immediately restored to a normal value at a high temperature when the poisoning release is completed, the particulates accumulated in the diesel particulate filter 34 are rapidly burned, and the diesel particulate filter 34 This is because an excessive heat load may be applied. In S208, flags Fdesul and Fsp are set to 0. In S209, the sulfur trap amount SOX and the NOx trap amount NOX are set to zero. This is because when the excess air ratio λ is stoichiometrically controlled by releasing the poisoning, NOx is also released together with the sulfur content, and NOx regeneration is simultaneously performed.
[0034]
  FIG. 9 shows a flowchart of a routine for performing control for NOx regeneration.
  In S301a, the excess air ratio λ is controlled to a target excess air ratio tλsp (for example, tλsp = 0.9 indicating rich) set in advance for NOx regeneration. The excess air ratio λ is controlled by feeding back the output from the upstream air-fuel ratio sensor 51 (hereinafter referred to as “upstream sensor output”) LAMB1. In S302a, the upstream sensor output LAMB1 and the downstream air-fuel ratio sensor 52 output (hereinafter referred to as “downstream sensor output”) LAMB2 are read. In S303a, a first time point at which the upstream sensor output LAMB1 reaches the predetermined value LAMBsl is detected, and a second time point at which the downstream sensor output LAMB2 reaches the predetermined value LAMBsl is detected. When the first time point and the second time point are detected, the time between the two time points is calculated and stored as a sensor output change time difference ΔTn. Each of the sensor outputs LAMB1 and LAMB2 reaches a predetermined value LAMBsl when the excess air ratio λ of the exhaust gas at the sensor installation portion becomes 1.In S304a, the table shown in FIG. 16 is searched based on the sensor output change time difference ΔTn, and a predetermined value NOX1 (S11 in the flowchart shown in FIG. 2) regarding NOx regeneration timing determination is calculated. The predetermined value NOX1 is calculated as a smaller value as ΔTn is longer.S305In a, the sensor output change time difference ΔTn−1 calculated when this routine was executed last time is read, and based on this, the period during which the air-fuel ratio is controlled to be rich (hereinafter referred to as “rich spike period”) tspike1 correction value tx is calculated. The correction value tx is calculated as a larger value as ΔTn−1 is longer by searching the map shown in FIG. 10 based on the sensor output change time difference ΔTn−1. S306In a, the correction value tx is added to the basic value of the rich spike period tspike1 to set tspike1 (= tspike1 + tx). S307In a, after the NOx regeneration is started, it is determined whether or not the rich spike period tspike1 has elapsed. When tspike1 has elapsed, S308Proceed to a. If tspike1 has not elapsed, this routine is returned. The NOx trapped until the rich spike period tspike1 elapses is decomposed and released from the NOx trap catalyst 33. NOx is purified by the reducing agent component in the exhaust gas when released. S308In a, it is determined that NOx regeneration has ended, the flag Fsp is set to 0, and the excess air ratio λ is returned to the normal value. S309In a, the NOx trap amount NOX is set to zero.
[0035]
  Thus, the NOx regeneration can be started at the optimum time by calculating the sensor output change time difference ΔTn and changing the predetermined value NOX1 relating to the determination of the NOx regeneration time based on this. The sensor output change time difference ΔTn changes according to the trap amount at the start. When this is long, a large amount of NOx is trapped before the start of the NOx regeneration, and the NOx trap catalyst 33 before the NOx regeneration starts. There is a possibility that the NOx removal rate is lowered. When the sensor output change time difference ΔTn is long, by changing the predetermined value NOX1 to a small value, the next NOx regeneration can be started early, that is, while the NOx removal rate is kept good. it can. On the other hand, when the sensor output change time difference ΔTn is short, the amount of NOx trapped before NOx regeneration is small. Therefore, by changing the predetermined value NOX1 to a large value, fuel consumption deterioration due to unnecessary repetition of NOx regeneration is prevented. be able to.
  Also, Sensor output change time difference ΔTnBased on the change of the rich spike period tspike1, the amount of the reducing agent component supplied to the NOx trap catalyst 33 during the NOx regeneration can be optimized. Sensor output change time difference ΔTn isOpenInitial trapamount,That is, it changes depending on the amount of NOx to be reduced during NOx regeneration. When the sensor output change time difference ΔTn is long, the amount of trap at the start is large and the amount of NOx to be reduced is large. Therefore, by extending the rich spike period tspike1, the regeneration failure due to the insufficient amount of the reducing agent component Occurrence can be prevented. On the other hand, when the sensor output change time difference ΔTn is short, the trap amount at the start is small and the amount of NOx to be reduced is small. Therefore, by reducing the rich spike period tspike1, an excessive amount of reducing agent component is supplied. It is possible to suppress the emission and the deterioration of fuel consumption.
[0036]
FIG. 11 shows a flowchart of a routine for performing control for failure avoidance.
In S401, the filter bed temperature Tdpf is read. In S402, the diesel particulate filter 34 is at a high temperature and the excess air ratio λ of the exhaust gas is controlled to the target excess air ratio tλrec at the time of failure avoidance in order to prevent the unburned particulates from burning rapidly. The target excess air ratio tλrec is rich and is set to a value of 1.4 or less. The ECU 41 searches the map shown in FIG. 12 based on the engine speed Ne and the fuel injection amount Qm, sets the target intake air amount tQa, and feeds back the upstream sensor output LAMB1 to achieve the target excess air ratio tλrec. To do.
[0037]
In S403, it is determined whether or not the filter bed temperature Tdpf is equal to or lower than a predetermined temperature Tdpf3. When it is equal to or lower than Tdpf3, the process proceeds to S404, and when it is higher than Tdpf, this routine is returned. In S404, it is determined that the risk that the unburned particulates will burn rapidly has been canceled, and the excess air ratio λ is returned to the normal value. In S405, the flag Frec is set to 0.
[0038]
FIG. 13 is a flowchart of a routine for setting the flag Freg. In S501, since the particulate accumulation amount PM has reached the specified amount PM1, the flag Freg is set to 1 in order to perform DPF regeneration.
[0039]
FIG. 14 is a flowchart of a routine for setting the flag Fdesul. In S601, since the sulfur trap amount SOX has reached the specified amount SOX1, the flag Fdesul is set to 1 in order to cancel the poisoning.
[0040]
FIG. 15 is a flowchart of a routine for setting the flag Fsp. In S701, since the NOx trap amount NOX has reached the specified amount NOX1, the flag Fsp is set to 1 in order to perform NOx regeneration.
[0041]
  Regarding this embodiment, S2 and S11 in the flowchart shown in FIG.as well asFIG.S304a of the flowchart shown in FIG.Constitutes a reproduction time determination means. Further, S301a to S301 in the flowchart shown in FIG.7a(Excluding S304a)Constitutes a catalyst regeneration means.
[0042]
  Hereinafter, another embodiment of the present invention will be described.
[0046]
  FIG.7The second27 shows a flowchart of a routine for performing control for NOx regeneration according to the embodiment.
  S301bThen, the sensor output change time difference ΔTn−1 calculated when this routine was executed last time is used to obtain FIG.8And the target excess air ratio tλsp during NOx regeneration is set. The target excess air ratio tλsp is set to a smaller value as ΔTn−1 is longer as a value indicating richness. S302bThen, the upstream sensor output LAMB1 is fed back to control the excess air ratio λ to the target excess air ratio tλsp. S303bThen, the upstream sensor output LAMB1 and the downstream sensor output LAMB2 are read. S304bThen, based on the read LAMB1 and LAMB2, the sensor output change time difference ΔTn is calculated and stored.In S305b, the table shown in FIG. 16 is searched based on the sensor output change time difference ΔTn, and a predetermined value NOX1 (S11 in the flowchart shown in FIG. 2) regarding NOx regeneration timing determination is calculated.S306bThen, after the NOx regeneration is started, it is determined whether or not the rich spike period tspike1 has elapsed. When tspike1 has elapsed, S307bIf tspike1 has not elapsed, this routine is returned. S307bThen, the flag Fsp is set to 0. S308bThen, the NOx trap amount NOX is set to zero.
[0047]
Thus, by calculating the sensor output change time difference ΔTn and changing the target excess air ratio tλsp during NOx regeneration based on this, the amount of reducing agent component supplied to the NOx trap catalyst 33 during NOx regeneration is optimized. Can be The sensor output change time difference ΔTn changes according to the start trap amount. When this is long, the start trap amount is large, and the amount of NOx to be reduced during NOx regeneration is large. When the sensor output change time difference ΔTn is long, it is possible to prevent the amount of the reducing agent component from being insufficient by setting the target excess air ratio tλsp to a small value. On the other hand, when the sensor output change time difference ΔTn is short, the trap amount at the start is small and the amount of NOx to be reduced is small. Therefore, by setting the target excess air ratio tλsp to a large value, an excessive amount of reducing agent component Can be prevented from being supplied.
[0048]
  Regarding this embodiment, S2 and S11 in the flowchart shown in FIG.as well asFIG.S305b of the flowchart shown inConstitutes a reproduction time determination means. In addition, FIG.7S301 in the flowchart shown in FIG.b~ 306b (excluding S305b)Constitutes a catalyst regeneration means.
[0049]
In the above description, the sensor output change time difference ΔTn is reflected in the control for NOx regeneration on the assumption that the sensor output change time difference ΔTn is proportional to the NOx trap amount at the start of NOx regeneration. explained. The present invention is not limited to this, and can also be applied when the sensor output change time difference ΔTn is not proportional to the start trap amount. When the amount of the reducing agent component supplied to the NOx trap catalyst 33 varies with time, the upstream sensor output LAMB1 reaches the predetermined value LAMBsl until the downstream sensor output LAMB2 reaches the predetermined value LAMBsl. In the meantime, the amount of the reducing agent component supplied to the NOx trap catalyst 33 is reflected. The amount of the reducing agent component supplied can be calculated as the integrated value of the difference with respect to the target equivalent ratio 1 / tλsp or its reference value at the time of NOx regeneration.
[0050]
In addition to the air-fuel ratio sensor, a general oxygen sensor or an excess air ratio sensor can be adopted as the first and second exhaust gas sensors.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration of a diesel engine according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart of a playback mode determination routine.
FIG. 3 DPF regeneration timing judgment value setting map
FIG. 4 is a flowchart of a DPF regeneration routine.
FIG. 5 DPF regeneration target air excess ratio setting table
FIG. 6 is a stoichiometric equivalent target intake air amount setting map.
[Fig. 7] Post injection amount correction value setting map
FIG. 8 is a flowchart of a poisoning release routine.
FIG. 9 is a flowchart of a NOx regeneration routine.
FIG. 10 is a rich spike period correction value setting table.
FIG. 11 is a flowchart of a failure avoidance routine.
FIG. 12: Target intake air amount setting map for failure avoidance
FIG. 13 is a flowchart of a DPF regeneration flag setting routine.
FIG. 14 is a flowchart of a poisoning release flag setting routine.
FIG. 15 is a flowchart of a NOx regeneration flag setting routine.
FIG. 16NOx regeneration time judgment value setting table
FIG. 17Flowchart of NOx regeneration routine according to another embodiment of the present invention
FIG. 18NOx regeneration target air excess ratio setting table
[Explanation of symbols]
  DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Diesel engine, 11 ... Intake passage, 12 ... Variable nozzle turbocharger, 13 ... Intercooler, 14 ... Surge tank, 15 ... Intake throttle valve, 21 ... Injector, 31 ... Exhaust passage, 32 ... Oxidation catalyst, 33 ... NOx Trap catalyst, 34 ... diesel particulate filter, 35 ... EGR pipe, 36 ... EGR valve, 41 ... electronic control unit, 51 ... upstream air-fuel ratio sensor, 52 ... downstream air-fuel ratio sensor, 53 ... exhaust gas pressure sensor, 54 ... Catalyst bed temperature sensor, 55 ... Filter bed temperature sensor.

Claims (7)

エンジンの排気通路に設置され、流入する排気ガスの空燃比がリーンであるときに排気ガス中のNOxをトラップする一方、流入する排気ガスの空燃比がリッチであるときにトラップしているNOxを還元して放出するNOxトラップ触媒と、
前記NOxトラップ触媒の上流に設置され、排気ガス中の酸素又は還元剤成分の濃度に応じた信号を出力する第1の排気ガスセンサと、
前記NOxトラップ触媒の下流に設置され、排気ガス中の酸素又は還元剤成分の濃度に応じた信号を出力する第2の排気ガスセンサと、
トラップしているNOxを放出させて前記NOxトラップ触媒を再生させるNOx再生を行う時期に至ったか否かを判定する再生時期判定手段と、
排気ガス中の還元剤成分の量を増加させて前記NOx再生を行う触媒再生手段と、を含んで構成され、
前記触媒再生手段は、
前記NOx再生のために排気ガス中の還元剤成分の量を増加させた後、前記第1の排気ガスセンサの出力が変化して所定値に達する第1の時点を検出するとともに、前記第2の排気ガスセンサの出力が変化して所定値に達する第2の時点を検出し、
第1の時点から第2の時点までの時間であるセンサ出力変化時間差又はその間に増加させた還元剤成分の量を検出し、検出したセンサ出力変化時間差又は増加させた還元剤成分の量に基づいて前記NOx再生開始時に前記NOxトラップ触媒がトラップしているNOxの量を開始時トラップ量として推定し、
前記再生時期判定手段は、
エンジンの運転状態に基づいて前記NOxトラップ触媒がトラップしているNOxの量であるNOxトラップ量を推定し、これが所定値に達したときに前記NOx再生を行う時期に至ったと判定するものであって、前記触媒再生手段により推定した開始時トラップ量が多いときほど前記NOx再生を行う時期の判定に関する所定値を小さな値に変更するエンジンの排気ガス浄化装置。
NOx in the exhaust gas is trapped when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the engine is lean and the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing in is lean, while the NOx trapped when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing in is rich A NOx trap catalyst for reduction and release;
A first exhaust gas sensor installed upstream of the NOx trap catalyst and outputting a signal corresponding to the concentration of oxygen or a reducing agent component in the exhaust gas;
A second exhaust gas sensor installed downstream of the NOx trap catalyst and outputting a signal corresponding to the concentration of oxygen or a reducing agent component in the exhaust gas;
And determining regeneration timing determining means for determining whether or not leading to time to thereby release the NOx that the trap performs NOx regeneration for regenerating the NOx trap catalyst,
Increasing amounts of the reducing agent components in the exhaust gas is configured to include a, a catalyst regeneration means for performing the NOx regeneration,
The catalyst regeneration means includes
After increasing the amount of reducing agent components in the exhaust gas for the NOx regeneration, and detects the first time when the output of said first exhaust gas sensor reaches a predetermined value is changed, the second Detecting a second time point when the output of the exhaust gas sensor changes and reaches a predetermined value;
The sensor output change time difference that is the time from the first time point to the second time point or the amount of the reducing agent component increased during that time is detected, and based on the detected sensor output change time difference or the increased amount of the reducing agent component. the NOx trap catalyst at the start of the NOx regeneration estimates the amount of NOx that the trap as start trap amount Te,
The regeneration time determining means is
The NOx trap amount, which is the amount of NOx trapped by the NOx trap catalyst, is estimated based on the operating state of the engine, and when it reaches a predetermined value, it is determined that the timing for performing the NOx regeneration has come. The engine exhaust gas purification apparatus changes the predetermined value related to the determination of the timing for performing the NOx regeneration to a smaller value as the start trap amount estimated by the catalyst regeneration means is larger .
前記触媒再生手段は、検出したセンサ出力変化時間差が長いか、あるいは増加させた還元剤成分の量が多いときほど前記開始時トラップ量を大きな値として推定する請求項1に記載のエンジンの排気ガス浄化装置。 The catalyst regeneration means, the exhaust gas of an engine according to claim 1 for estimating whether the detected sensor output change time difference is long, or the start time of the trap quantity smaller the amount of reducing agent component which is increased many as a larger value Purification equipment. 前記触媒再生手段は、推定した開始時トラップ量に応じて増加させる還元剤成分の量を変更する請求項1又は2に記載のエンジンの排気ガス浄化装置。The engine exhaust gas purification device according to claim 1 or 2 , wherein the catalyst regeneration means changes the amount of the reducing agent component to be increased in accordance with the estimated starting trap amount. 前記触媒再生手段は、エンジンの空燃比をリッチに制御して排気ガス中の還元剤成分の量を増加させる場合に、推定した開始時トラップ量に応じて空燃比をリッチに制御するリッチスパイク期間又はその間における空燃比の減少代を変更する請求項に記載のエンジンの排気ガス浄化装置。 The catalyst regeneration means is a rich spike period in which the air-fuel ratio is controlled to be rich according to the estimated start trap amount when the air-fuel ratio of the engine is controlled to be rich and the amount of the reducing agent component in the exhaust gas is increased. 4. The engine exhaust gas purifying apparatus according to claim 3 , wherein a reduction amount of the air-fuel ratio in the meantime is changed. 前記触媒再生手段は、推定した開始時トラップ量が多いときほど前記リッチスパイク期間を延長し又は前記空燃比の減少代を拡大する請求項に記載のエンジンの排気ガス浄化装置。 The catalyst regeneration means, the more time is often at the start trap amount estimated by extending the rich spike time period or an exhaust gas purification device for an engine according to claim 4 for enlarging the reduced cost of the air-fuel ratio. 前記第1及び第2の排気ガスセンサは、酸素センサ、空気過剰率センサ又は空燃比センサである請求項1〜のいずれかに記載のエンジンの排気ガス浄化装置。The engine exhaust gas purification device according to any one of claims 1 to 5 , wherein the first and second exhaust gas sensors are oxygen sensors, excess air ratio sensors, or air-fuel ratio sensors. 前記第1及び第2の排気ガスセンサの出力は、排気ガスの空燃比がストイキであるときに前記第1の時点の検出に関する所定値又は前記第2の時点の検出に関する所定値に達する請求項1〜のいずれかに記載のエンジンの排気ガス浄化装置。 The outputs of the first and second exhaust gas sensors, claim the air-fuel ratio of the exhaust gas reaches a predetermined value for a given value or detection of the second point relates to the detection of the first point in time when a stoichiometric 1 The exhaust gas purifying device for an engine according to any one of to 6 .
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