JP4211466B2

JP4211466B2 - Exhaust gas purification system for compression ignition internal combustion engine

Info

Publication number: JP4211466B2
Application number: JP2003107989A
Authority: JP
Inventors: 正明小林; 久大木; 孝太郎林; 忍石山; 尚史曲田; 正晃山口
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-04-11
Filing date: 2003-04-11
Publication date: 2009-01-21
Anticipated expiration: 2023-04-11
Also published as: JP2004316458A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃焼室から排出される排気の浄化を行うＮＯｘ触媒を用いた圧縮着火内燃機関の排気浄化システムに関し、特に吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に供給される排気の空燃比を制御する圧縮着火内燃機関の排気浄化システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
圧縮着火内燃機関、特に希薄燃焼を行う圧縮着火内燃機関から排出される排気に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化すべく吸蔵還元型のＮＯｘ触媒が開発されている。この吸蔵還元型のＮＯｘ触媒は、触媒周囲の雰囲気が高酸素濃度状態である場合は排気中に含まれるＮＯｘを触媒内へと吸蔵し、触媒周囲の雰囲気が低酸素濃度状態で且つ還元成分である燃料の未燃成分が存在している場合等は、触媒内に吸蔵されているＮＯｘを還元することで、排気の浄化を行う触媒である。
【０００３】
吸蔵還元型のＮＯｘ触媒においては、ＮＯｘと同様に排気中に含まれる硫黄酸化物（ＳＯｘ）も吸蔵される。このＳＯｘの吸蔵量が増加するに従い、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化能力が低減する問題が発生する。そこで、ＳＯｘの吸蔵量が増大したＮＯｘ触媒の温度を上昇させるとともに、ＮＯｘ触媒を燃料の未燃成分が存在している雰囲気に曝すことによって、ＮＯｘ触媒に吸蔵されていたＳＯｘを該触媒から離脱させ、以てＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化能力を回復させる。
【０００４】
そのような場合、ＮＯｘ触媒に供給される排気の空燃比を制御して、ＮＯｘ触媒周囲の空燃比を調整する必要がある。そのために、ＮＯｘ触媒の下流に備えられた排気空燃比センサによって排気の空燃比を検出し、その検出値に基づいてＮＯｘ触媒に供給される排気の空燃比をフィードバック制御することが行われる。また、排気の空燃比は、燃焼室から排出される排気に直接燃料を添加する手段によって、又は燃焼室における燃料の噴射量や噴射時期を調整することで燃焼室から排出される排気中に一定量の未燃成分を含有させる手段等によって、調整される。
【０００５】
しかし、フィードバック制御のパラメータである排気の空燃比を検出する排気空燃比センサは、排気に含まれる燃料の分子量によって検出値が実際の空燃比から乖離する減少が生じる。そのような状態では、正確な排気の空燃比のフィードバック制御を行うことができず、結果として白煙等が発生する虞があるため、空燃比センサの検出値に対して一律の補正を行う技術が公開されている（例えば、特許文献１を参照。）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−８９３５０号公報
【特許文献２】
特開平１１−２２９８５５号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に供給される排気の空燃比を、排気の空燃比を検出する空燃比センサの検出値に基づいて、フィードバック制御する場合には、空燃比センサの検出値が実際の空燃比と乖離する現象が生じるため、空燃比センサの検出値を補正する。しかし、上記空燃比センサに生じる検出値の乖離の程度は、排気に含まれる燃料の分子量に依存するものであるため、当該補正を燃料の分子量にかかわらず一律の補正とすると、やはり正確なフィードバック制御が行われない虞がある。
【０００８】
そこで、本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、排気の空燃比のフィードバック制御における制御パラメータをより適正に補正することで、ＮＯｘ触媒に供給される排気に含まれる燃料の分子量に影響されずにより正確なフィードバック制御を実現することで、エミッションの悪化を防止する圧縮着火内燃機関の排気浄化システムを提供をするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記した課題を解決するために、排気の空燃比をフィードバック制御する際に、排気に含まれる燃料の量を調整する手段に着目した。これは、排気に含まれる燃料の量を調整する手段によっては、燃料を含ませる時点での排気の温度等が異なるため、その時期等によって排気中の燃料の分子量が変動し、以て先述した空燃比センサの検出値の乖離現象の程度が異なるためである。
【００１０】
そこで、燃焼室から排出される排気に含まれるＮＯｘを吸蔵、還元して排気の浄化を行うＮＯｘ触媒を有する圧縮着火内燃機関の排気浄化システムにおいて、前記ＮＯｘ触媒の下流を流れる排気の空燃比を検出する排気空燃比センサと、前記排気空燃比センサによって検出される排気の空燃比に基づいて、前記燃焼室内への燃料の噴射時期または噴射回数を調整することによって前記ＮＯｘ触媒へ供給される排気の空燃比をフィードバック制御する第一フィードバック制御手段と、前記排気空燃比センサによって検出される排気の空燃比に基づいて、排気に燃料を添加することによって前記ＮＯｘ触媒へ供給される排気の空燃比をフィードバック制御する第二フィードバック制御手段と、これら前記第一フィードバック制御手段と前記第二フィードバック制御手段との少なくとも何れかを圧縮着火内燃機関の運転状態に基づいて選択するフィードバック制御選択手段と、前記フィードバック制御選択手段によって選択された前記フィードバック制御手段に対応したフィードバック制御のパラメータの補正を行う補正手段と、を備える。
【００１１】
前記第一フィードバック制御手段と前記第二フィードバック制御手段とは、ともに前記排気空燃比センサによって検出された排気の空燃比に基づいて、前記ＮＯｘ触媒に供給される排気の空燃比を目標となる空燃比（以下、「目標値」という）とすべくフィードバック制御する手段である。ここで、前記第一フィードバック制御手段は、排気に含まれる燃料の量を調整するに際しては、燃焼室内への燃料の噴射時期や噴射回数を調整することで行う。噴射時期を調整することによって排気に含まれる燃料の量を調整する例として、燃焼室への燃料噴射時期を遅角側に移行させる遅角噴射が挙げられる。また、噴射回数を調整することによって排気に含まれる燃料の量を調整する例として、通常の燃料噴射である圧縮行程上死点近傍での燃料噴射より以降に別途行う後噴射が挙げられる。ここで、遅角噴射や後噴射等の前記第一フィードバック制御手段において使用される燃料の噴射を、以下「燃焼室噴射」という。
【００１２】
燃焼室噴射は、少なくとも一部の燃料が燃焼された雰囲気に燃料を噴射するため、燃焼室噴射による燃料は高温雰囲気に曝され、燃料を構成する炭化水素の連鎖数が小さくなり、燃料の分子量も比較的短くなる。しかし、燃焼室噴射による燃料の噴射量が増加すると、噴射燃料が燃焼し、それによって機関トルクが増加するため、圧縮着火内燃機関を備える車両が振動し運転性が悪化する。従って、燃焼室噴射による燃料の噴射量には、一定の限度がある。
【００１３】
また、前記第二フィードバック制御手段は、排気に含まれる燃料の量を調整するに際しては、前記第一フィードバック制御手段とは異なり、燃焼室から排出された排気に燃料を添加することで、排気の空燃比をその目標値とする。燃焼室から排出された排気の温度は、燃焼室内での燃焼により発生した燃焼ガスより低いため、前記第二フィードバック制御手段によって排気に添加された燃料は、前記第一フィードバック制御手段での燃焼室噴射によって噴射された燃料より比較的低い温度の雰囲気に曝されるため、燃料を構成する炭化水素が燃焼室噴射による燃料と比べ比較的大きくなり、燃料の分子量も比較的大きくなる。しかし、前記第二フィードバック制御手段によって排気に添加された燃料は、機関トルクに反映されることはないため、先述したような圧縮着火内燃機関を備える車両の運転性の悪化は起こらず、これを理由として排気への添加量が制限されることはない。
【００１４】
そこで、前記フィードバック制御選択手段は、前記ＮＯｘ触媒に供給される排気の空燃比をフィードバック制御するときは、圧縮着火内燃機関の運転状態に基づいて前記第一フィードバック制御手段と前記第二フィードバック制御手段の少なくとも何れかを選択する。即ち、前記ＮＯｘ触媒に供給される排気に含まれる燃料は、その炭化水素の連鎖数が小さくなるに従い前記ＮＯｘ触媒での還元剤としての作用が向上するため、その炭化水素の連鎖数が小さいこと、即ち燃料の分子量が小さい方が好ましい。そこで、圧縮着火内燃機関を備える車両の運転性が悪化しない程度に前記ＮＯｘ触媒に供給する排気に含まれる燃料の量が少ない圧縮着火内燃機関の運転状態のときには、前記第一フィードバック制御手段によって前記ＮＯｘ触媒に供給される排気の空燃比を制御し、それ以外の場合は前記第二フィードバック制御手段によって前記ＮＯｘ触媒に供給される排気の空燃比を制御する。また、圧縮着火内燃機関の運転状態によっては、前記第一フィードバック制御手段と前記第二フィードバック制御手段を併用しても構わない。
【００１５】
ここで、前記排気空燃比センサは、センサ部分が主にジルコニア等の固体電解質で構成され、該固体電解質の内部を酸素イオンが移動することによって該固体電解質に発生する電位差を、該固体電解質表面に設けられた電極によって感知することで検出される酸素濃度を基に空燃比を検出するセンサである。具体的には、ジルコニア型酸素センサ等が挙げられる。しかし、排気空燃比センサは該固体電解質表面上を多孔質部材からなる拡散抵抗層で覆われていること等に依り、前記排気空燃比センサがセンシングする雰囲気中の燃料の分子量が大きくなると、前記排気空燃比センサによって検出される空燃比の値が本来の空燃比の値からリーン側に乖離する傾向がある。
【００１６】
従って、前記フィードバック制御選択手段を介して選択されるフィードバック制御手段によっては、前記ＮＯｘ触媒に供給される排気に含まれる燃料の分子量が異なる。その結果、仮にたとえ同量の燃料を燃焼室噴射によって噴射もしくは排気中に添加しても、前記排気空燃比センサにおける検出特性、即ち本来の空燃比の値からリーン側に乖離する傾向が相異することになり、同一の排気空燃比センサによる検出値に基づいて、前記第一フィードバック制御手段によるフィードバック制御と前記第二フィードバック制御手段によるフィードバック制御が、同じ条件下で行われても、前記ＮＯｘ触媒に供給される排気の空燃比を正確に制御するのが困難となる。
【００１７】
そこで、前記補正手段によって、前記フィードバック制御選択手段を介して選択されるフィードバック制御手段に対応して、フィードバック制御のパラメータに対してそれぞれ異なる補正を行う。即ち、選択されるフィードバック制御手段によって前記ＮＯｘ触媒に供給される排気に含まれる燃料の分子量が相異することに着目し、燃料の分子量が異なることで排気空燃比センサの検出特性が異なるため、それぞれのフィードバック制御手段毎に適したフィードバック制御のパラメータの補正を行うものである。
【００１８】
これによって、上記の圧縮着火内燃機関の排気浄化システムにおいては、ＮＯｘ触媒に供給される排気に含まれる燃料の分子量に影響されずに、より正確な排気の空燃比のフィードバック制御を実現すること可能となり、以てエミッションの悪化を防止する。
【００１９】
ここで、前記補正手段によって、補正される排気の空燃比のフィードバック制御におけるパラメータには、前記第一フィードバック制御手段および前記第二フィードバック制御手段によるフィードバック制御における前記排気空燃比センサの検出値、前記ＮＯｘ触媒に供給される排気の空燃比の目標値の少なくとも何れかが挙げられる。そして、前記パラメータが前記排気空燃比センサの検出値であるときは、前記補正手段は該排気空燃比センサの検出値をリッチ側の値に補正する。これは、排気空燃比センサの検出特性が、先述のように本来検出すべき空燃比よりリーン側に乖離する特性を有するため、フィードバック制御において、該排気空燃比センサの検出値をリッチ側の値に補正し、本来検出すべき空燃比とすることで、より正確なフィードバック制御が可能となる。
【００２０】
また、前記パラメータが前記ＮＯｘ触媒に供給される排気の空燃比の目標値であるときは、前記補正手段は該目標値をリーン側の値に補正する。これは、排気空燃比センサの検出特性が、先述のように本来検出すべき空燃比よりリーン側に乖離する特性を有するため、該目標値を排気空燃比センサの検出特性に合わせて目標値もリーン側の値に補正とすることで、フィードバック制御における偏差を調整し、より正確なフィードバック制御を可能とする。
【００２１】
また、排気空燃比センサの検出特性および目標値をともに補正しても良いが、その場合は、両パラメータを補正することによるフィードバック制御への影響、即ち両パラメータの関連性を考慮して、補正するのが好ましい。
【００２２】
そして、これらのパラメータが、選択されたフィードバック制御手段に対応した補正が行われる。先ず、前記排気空燃比センサの検出値が補正されるときは、前記補正手段による補正は、前記第二フィードバック制御手段によるフィードバック制御実行時の該検出値を、前記第一フィードバック制御手段によるフィードバック制御実行時の該検出値の補正に比べ、よりリッチ側の値の空燃比とする補正が行われる。
【００２３】
先述した前記排気空燃比センサの検出特性の下、前記第二フィードバック制御によるフィードバック制御が実行されているときの排気空燃比センサの検出特性は、前記第一フィードバック制御によるフィードバック制御が実行されているときの排気空燃比センサの検出特性と比べて、前記排気空燃比センサによって検出される空燃比の値が本来の空燃比の値からリーン側に乖離する傾向が強くなる。そこで、前記排気空燃比センサの検出値の補正において、前記第二フィードバック制御によるフィードバック制御が実行されているときは、前記第一フィードバック制御によるフィードバック制御が実行されているときと比べて、前記排気空燃比センサの検出値をよりリッチ側の値に補正することで、フィードバック制御における検出値が本来の排気の空燃比により近づく値となる。その結果、いずれのフィードバック制御が実行されていても、排気の空燃比のフィードバック制御をより正確に行うことが可能となる。
【００２４】
次に、前記排気の空燃比の目標値が補正されるときは、前記補正手段による補正は、前記第二フィードバック制御手段によるフィードバック制御実行時の該目標値を、前記第一フィードバック制御手段によるフィードバック制御実行時の該目標値の補正に比べよりリーン側の値の空燃比とする補正が行われる。
【００２５】
先述した前記排気空燃比センサの検出特性の下、前記第二フィードバック制御によるフィードバック制御が実行されているときの排気空燃比センサの検出特性は、前記第一フィードバック制御によるフィードバック制御が実行されているときの排気空燃比センサの検出特性と比べて、前記排気空燃比センサによって検出される空燃比の値が本来の空燃比の値からリーン側に乖離する傾向が強くなる。そこで、前記排気の空燃比の目標値の補正において、前記第二フィードバック制御によるフィードバック制御が実行されているときは、前記第一フィードバック制御によるフィードバック制御が実行されているときと比べて、前記排気の空燃比の目標値をよりリーン側の値に補正することで、前記排気空燃比センサの検出値における本来の排気の空燃比からのリーン側への乖離の程度に追従させ、フィードバック制御における偏差を調整する。その結果、いずれのフィードバック制御が実行されていても、排気の空燃比のフィードバック制御をより正確に行うことが可能となる。
【００２６】
また、前記第一フィードバック制御手段は、前記燃焼室から排出される排気の一部を再度燃焼室に循環させることで煤の発生を防止する低温燃焼制御が実行されるときに、前記フィードバック制御選択手段によって選択される。ここで、低温燃焼とは、前記圧縮着火内燃機関が燃焼室から排出される排気の少なくとも一部を再度燃焼室内に循環させる排気再循環装置を備えている場合に、燃焼室内に供給されるＥＧＲガスの量を増大していくと煤の発生量が次第に増大してピークに達し、燃焼室内に供給されるＥＧＲガスの量を更に増大していくと燃焼室内における燃焼時の燃料およびその周囲のガス温が煤の生成温度よりも低くなって煤がほとんど発生しなくなる燃焼モードである。低温燃焼制御の実行時は、前記ＮＯｘ触媒に供給される排気の空燃比をリッチ状態にする頻度が高くない、該フィードバック制御に使用される単位時間あたりの燃料の量は少ない。従って、第一フィードバック制御手段は、低温燃焼時に選択されるのが好ましい。
【００２７】
また、前記第二フィードバック制御手段は、前記ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＳＯｘの離脱を行うＳＯｘ被毒再生制御が実行されるときに、前記フィードバック制御選択手段によって選択される。ＳＯｘ被毒再生制御では、前記ＮＯｘ触媒に供給される排気の空燃比を、一定の頻度でリッチ状態とリーン状態に交互に繰り返す排気の空燃比のフィードバック制御が行われる。このとき排気の空燃比を比較的大きいリッチ状態とするため、該フィードバック制御に使用される燃料の量が多くなる。従って、第二フィードバック制御手段は、ＳＯｘ被毒再生制御が実行されているときに選択されるのが好ましい。
【００２８】
また、前記圧縮着火内燃機関の排気浄化システムが、更に排気中の粒子状物質を捕集するフィルタを備え、もしくは前記ＮＯｘ触媒が排気中の粒子状物質を捕集するフィルタに担持されている場合は、前記第二フィードバック制御手段は、前記フィルタに捕集された粒子状物質の酸化を行うフィルタ再生制御が実行されるときに、前記フィードバック制御選択手段によって選択される。フィルタ再生制御では前記ＮＯｘ触媒に供給される排気の空燃比を、一定の空燃比とするフィードバック制御が行われる。このときフィルタ再生制御の行われる頻度は比較的高いため、該フィードバック制御に使用される単位時間あたりの燃料の量が多くなる。従って、第二フィードバック制御手段は、ＳＯｘ被毒再生制御が実行されているときに選択されるのが好ましい。
【００２９】
【発明の実施の形態】
＜第１の実施例＞
ここで、本発明に係る圧縮着火内燃機関の排気浄化システムの実施例について図面に基づいて説明する。図１は、本発明が適用される排気浄化システム、該排気浄化システムを含む圧縮着火内燃機関１およびその制御系統の概略構成を表すブロック図である。
【００３０】
圧縮着火内燃機関１は、４つの気筒２を有する圧縮着火内燃機関である。また、気筒２の燃焼室に直接燃料を噴射する料噴射弁３を備えている。料噴射弁３は、燃料を所定圧に蓄圧する蓄圧室４と接続されている。蓄圧室４は、燃料供給管５を介して燃料ポンプ６と連通している。
【００３１】
次に、圧縮着火内燃機関１には吸気枝管７が接続されており、吸気枝管７の各枝管は、気筒２の燃焼室と吸気ポートを介して連通している。ここで、気筒２の燃焼室と吸気ポートとの連通は、吸気弁の開閉によって行われる。また、吸気枝管７は吸気管８に接続されている。吸気管８には、該吸気管８内を流通する吸気の質量に対応した電気信号を出力するエアフローメータ９が取り付けられている。前記吸気管８における吸気枝管７の直上流に位置する部位には、該吸気管８内を流通する吸気の流量を調節する吸気絞り弁１０が設けられている。この吸気絞り弁１０には、ステップモータ等で構成されて該吸気絞り弁１０を開閉駆動する吸気絞り用アクチュエータ１１が取り付けられている。
【００３２】
ここで、エアフローメータ９と吸気絞り弁１０との間に位置する吸気管８には、排気のエネルギーを駆動源として作動する遠心過給機（ターボチャージャ）１７のコンプレッサハウジング１７ａが設けられ、コンプレッサハウジング１７ａより下流の吸気管８には、前記コンプレッサハウジング１７ａ内で圧縮されて高温となった吸気を冷却するためのインタークーラ１８設けられている。
【００３３】
一方、圧縮着火内燃機関１には排気枝管１２が接続され、排気枝管１２の各枝管が排気ポートを介して気筒２の燃焼室と連通している。ここで、気筒２の燃焼室と排気ポートとの連通は、排気弁の開閉によって行われる。また、排気枝管１２の側面には、排気枝管１２を流れる排気に対して燃料を添加する燃料添加弁３０が設けられている。更に、圧縮着火内燃機関１には、排気再循環装置２１が設けられている。排気再循環装置２１は、排気枝管１２より延出しているＥＧＲ通路２２、該ＥＧＲ通路２２を流れる排気を冷却するＥＧＲクーラ２３が設けられている。更に、ＥＧＲクーラ２３の下流にＥＧＲ弁２４が設けられ、ＥＧＲ通路２２は吸気支管７へと連通している。ここで、ＥＧＲ弁２４は、ＥＧＲ通路２２を経て吸気支管へと再循環される排気（以下、「ＥＧＲガス」という）の流量を調整する弁である。
【００３４】
また、前記排気枝管７は、前記遠心過給機１７のタービンハウジング１７ｂと接続されている。前記タービンハウジング１７ｂは、排気管１３と接続され、この排気管１３は、下流にてマフラー（図示省略）に接続されている。更に、排気管１３の途中には、圧縮着火内燃機関から排出される排気に含まれるＮＯｘを吸蔵、還元して排気の浄化を行うＮＯｘ触媒１６が設けられている。ＮＯｘ触媒１６の下流の排気管１３には、該排気管１３内を流通する排気の流量を調節する排気絞り弁１４が設けられている。この排気絞り弁１４には、ステップモータ等で構成されて該排気絞り弁１４を開閉駆動する排気絞り用アクチュエータ１５が取り付けられている。
【００３５】
ここで、燃料噴射弁３および燃料添加弁３０は、電子制御ユニット（以下、ＥＣＵ：Electronic Control Unitと称する）２０からの制御信号によって開閉動作を行う。即ち、ＥＣＵ２０からの指令によって、燃料噴射弁３および燃料添加弁３０における燃料の噴射時期および噴射量が燃料噴射弁毎に制御される。また、圧縮着火内燃機関１に対する機関出力等に応じてＥＣＵ２０はＥＧＲ弁２４に制御信号を発し、ＥＧＲ弁２４の開度を調整することで、吸気支管７へ再循環されるＥＧＲガスの流量を調整する。
【００３６】
更に、アクセル開度センサ１９がＥＣＵ２０と電気的に接続されており、ＥＣＵ２０はアクセル開度に応じた信号を受け取り、それより圧縮着火内燃機関１に要求される機関出力等を算出する。また、クランクポジションセンサ３２がＥＣＵ２０と電気的に接続されており、ＥＣＵ２０は圧縮着火内燃機関１の出力軸の回転角に応じた信号を受け取り、圧縮着火内燃機関１の機関回転速度や気筒２におけるサイクルの状態等を算出する。また、ＮＯｘ触媒１６の下流の排気管１３には、排気管１３を流れる排気の空燃比を検出する排気空燃比センサ３１が設けられている。排気空燃比センサ３１とＥＣＵ２０は電気的に接続されており、排気空燃比センサ３１によって検出された空燃比の値に基づいて、後述するＮＯｘ触媒１６に供給される排気の空燃比のフィードバック制御が行われる。
【００３７】
排気空燃比センサ３１の検出特性について、図２に基づいて説明する。図２は、排気空燃比センサ３１による空燃比の検出特性を示す図である。図２において、横軸は排気空燃比センサ３１から直接ＥＣＵ２０に入力される電圧値より換算される空燃比の値、即ち排気空燃比センサ３１の空燃比の検出値であり、縦軸は排気空燃比センサ３１が実際に曝されている雰囲気の本来の空燃比の値である。従って、本来的には、排気空燃比センサ３１によって検出される値と本来の空燃比の値とは同一であるべきであって、その検出特性は図２中直線ＬＳ（以下、「基準線ＬＳ」という）で表される特性を示すべきである。
【００３８】
しかし、排気空燃比センサ３１は、自己が曝されている雰囲気に含まれる燃料の分子量によって、ＥＣＵ２０に出力する電圧値、換言すれば検出される排気の空燃比が変動する特性を有する。これは、排気空燃比センサ３１において、電圧が発生する固体電解質の表面上部に形成される多孔質状の拡散抵抗層において、排気中の分子が該拡散抵抗層を移動するのに要する時間が、その分子の分子量に依存する等に依る。即ち、分子量が大きくなるに従い、拡散抵抗層を移動する時間が大きくなるため、分子量の小さい酸素分子は比較的短時間で拡散抵抗層を移動できるが、分子量の大きい燃料はその移動に比較的長い時間を要する。そこで、排気空燃比センサ３１の固体電解質表面において、最終的には多くの酸素分子が存在することになる。そのため排気空燃比センサ３１によって検出される空燃比の特性が、先述のＬＳで示される特性からリーン側へ乖離した特性となる。
【００３９】
図２において、排気空燃比センサ３１によって検出される空燃比特性が、排気空燃比センサ３１が曝される雰囲気に含まれる燃料の分子量によって、基準線ＬＳから乖離していく様子を、曲線Ｌ１とＬ２で表している。従って、排気空燃比センサ３１の検出特性が曲線Ｌ１で表される場合は、該検出特性が曲線Ｌ２で表される場合と比べ排気中に含まれる燃料の分子量が小さいということを表す。
【００４０】
ここで、ＮＯｘ触媒１６に流入する排気の空燃比のフィードバック制御を行う場合がある。この排気の空燃比のフィードバック制御は、排気空燃比センサ３１によって検出された空燃比に基づいて、ＮＯｘ触媒１６に供給される排気の空燃比を推定し、その推定される空燃比が所定の空燃比、即ちＮＯｘ触媒１６に供給すべき排気の空燃比となるように制御するものである。ＮＯｘ触媒１６における排気の空燃比と、排気空燃比センサ３１によって検出される空燃比との関係は、予め実験等で求めておきマップとしてＥＣＵ２０内のＲＯＭに格納しておけばよい。
【００４１】
このような排気の空燃比のフィードバック制御が、先述の検出特性を有する排気空燃比センサ３１によって検出される空燃比の値に基づいて行われると、排気空燃比センサ３１の検出値が、実際の検出値に比べリーン側に乖離していることから、正確な空燃比制御が行われずに白煙が発生する虞がある。
【００４２】
また、ＮＯｘ触媒１６に供給される排気の空燃比をフィードバック制御する際に、排気中に含有される燃料の量を調整する手段としては、燃料噴射弁３によって燃焼室内に噴射される燃料の噴射量や噴射時期を調整する手段と、燃料添加弁３０によって排気中に燃料を添加する手段が挙げられ、これらの手段は圧縮着火内燃機関１における燃焼状態や、ＮＯｘ触媒１６において必要とされる排気の空燃比状態に応じて、選択される。このとき、選択された手段によっては、排気中に含まれる燃料の分子量が異なる。即ち、燃料噴射弁３によって燃焼室内に噴射される燃料の噴射量や噴射時期を調整する手段においては、燃焼室内で燃焼されずに残った未燃成分をＮＯｘ触媒１６へと供給するため、未燃成分の燃料であっても高温の燃焼状態に一度曝されているため、燃料の改質が進み、未燃状態の燃料の分子量はある程度小さくなっていると考えられる。一方で、燃料添加弁３０によって排気中に燃料を添加する手段においては、排気中に直接燃料を添加するため、先の手段ほどには燃料が高温の状態に曝されておらず、燃料の改質が進まない結果、未燃状態の燃料の分子量は比較的大きいと考えられる。
【００４３】
従って、排気中に含有される燃料の量を調整する手段によっては、排気中の燃料の分子量が異なり、それぞれの手段が用いられる場合において、空燃比センサ３１の検出特性が、図２に示す曲線Ｌ１および曲線Ｌ２のように異なる。そこで、排気中に含まれる燃料の分子量を考慮してフィードバック制御のパラメータを補正することで、より正確な排気の空燃比のフィードバック制御を可能となる。そこで、該制御について図３に基づいて説明する。図３は圧縮着火内燃機関１における排気の空燃比のフィードバック制御のフローチャートであり、該排気空燃比フィードバック制御はＥＣＵ２０によって実行される。
【００４４】
先ず、Ｓ１００では、ＮＯｘ触媒１６の制御モードが検出される。ＮＯｘ触媒１６の制御モードとは、ＮＯｘ触媒１６において行われるＮＯｘ触媒１６の触媒機能回復である触媒再生制御等のＮＯｘ触媒１６が置かれる制御状態をいう。例えば、ＮＯｘ触媒１６に吸蔵されているＮＯｘを還元することでＮＯｘ触媒１６の触媒機能を回復させるＮＯｘ還元制御、ＮＯｘ触媒１６に吸蔵されているＳＯｘを離脱させることでＮＯｘ触媒１６の触媒機能を回復させるＳＯｘ被毒再生制御、またはＮＯｘ触媒１６が排気中の粒子状物質を捕集するフィルタに担持されている場合、もしくはＮＯｘ触媒１６とは他に設けられたフィルタによって排気中の粒子状物質を捕集する場合においては、該フィルタに捕集された粒子状物質を酸化させ該フィルタの捕集機能を回復させるフィルタ再生制御が挙げられ、これらの制御モードのうちいずれの制御モードが実行されているかＥＣＵ２０によって検出される。また、これらのいずれの制御モードも行われていない状態（以下、「通常状態」という）についても、Ｓ１００において検出される。Ｓ１００の処理が終了すると、Ｓ１０１へ進む。
【００４５】
Ｓ１０１では、燃焼室における燃料の燃焼モードが検出される。燃焼モードとは、燃焼室に噴射された燃料に加えて、排気再循環装置２１によって燃焼室に再循環されるＥＧＲガスを含めた燃焼室内での燃焼の状態をいう。例えば、先述したＥＧＲガスによる低温燃焼等が挙げられる。Ｓ１０１の処理が終了すると、Ｓ１０２へ進む。
【００４６】
Ｓ１０２では、ＮＯｘ触媒１６に供給される排気の空燃比をフィードバック制御する必要があるか否かを、Ｓ１００において検出されたＮＯｘ触媒１６の触媒制御モードと、Ｓ１０１において検出された燃焼室での燃料の燃焼モードとに基づいて判断される。例えば、Ｓ１００においてＮＯｘ触媒１６に吸蔵されているＳＯｘを離脱させるＳＯｘ被毒再生制御が行われている場合は、ＮＯｘ触媒１６に供給される排気の空燃比を交互に、リッチ状態とリーン状態とを切り替えるいわゆるリッチスパイク制御が行われるため、Ｓ１０２において排気の空燃比をフィードバック制御する必要があると判断される。
【００４７】
また、圧縮着火内燃機関１の排気浄化システムが、更に排気中の粒子状物質を捕集するフィルタを備えるか、もしくはＮＯｘ触媒１６が排気中の粒子状物質を捕集するフィルタに担持されている場合において、前記フィルタに捕集された粒子状物質の酸化を行いフィルタの捕集能力の回復を図るフィルタ再生制御が行われている場合も、フィルタに捕集されている粒子状物質の酸化に必要な空燃比になるべく排気の空燃比を調整する必要があるため、Ｓ１０２において排気の空燃比をフィードバック制御する必要があると判断される。更に、Ｓ１０１においてＥＧＲガス量を調整することで煤の発生量を抑制する低温燃焼制御が行われていると検出されたときであって目標の空燃比の排気をＮＯｘ触媒１６に供給する必要がある場合も、Ｓ１０２において排気の空燃比をフィードバック制御する必要があると判断される。
【００４８】
一方で、ＮＯｘ触媒１６に吸蔵されているＮＯｘを還元するＮＯｘ還元制御においては、ＮＯｘ触媒１６に供給される排気の空燃比を正確に制御する必要がなく、またＮＯｘ還元制御が実行される時間は比較的短いため、Ｓ１０２において排気の空燃比をフィードバック制御する必要があると判断されない。また、ＮＯｘ触媒１６が通常状態である場合も、Ｓ１０２において排気の空燃比をフィードバック制御する必要があると判断されない。尚、上記は一実施例であって、Ｓ１０２における排気の空燃比のフィードバック制御の必要性の判断は、上記の実施例のみに限られない。Ｓ１０２において、排気の空燃比をフィードバック制御する必要があると判断されると、Ｓ１０３へ進む。一方で、Ｓ１０２において、排気の空燃比をフィードバック制御する必要がないと判断されると、本制御を終了する。
【００４９】
Ｓ１０３では、排気の空燃比のフィードバック制御を行うにあたり、燃料添加弁３０によって排気に燃料を添加することで排気の空燃比を調整するのか否かが判断される。従って、Ｓ１０３において、燃料添加弁３０によって排気に燃料を添加することで排気の空燃比を調整しないと判断された場合は、排気の空燃比の調整は、燃焼室噴射を介して行われることを意味する。例えば、前記ＳＯｘ被毒再生制御においては、結果的にＮＯｘ触媒に供給される還元剤としての燃料の量が多いため、燃料添加弁３０によって排気に燃料を添加すると判断される。また、前記フィルタ再生制御においては、その実行頻度が高くなる場合は、結果的に単位時間あたりのＮＯｘ触媒に供給される還元剤としての燃料の量が多いため、燃料添加弁３０によって排気に燃料を添加すると判断される。
【００５０】
一方で、低温燃焼制御の実行時において排気の空燃比をフィードバック制御する場合は、ＮＯｘ触媒１６に供給される排気の空燃比をリッチ状態にする頻度が低いため、燃料添加ではなく燃焼室噴射によって排気の空燃比を調整する。尚、上記は一実施例であって、Ｓ１０２における排気の空燃比のフィードバック制御の必要性の判断は、上記の実施例のみに限られない。Ｓ１０３において、燃料添加弁３０によって排気に燃料を添加すると判断されると、Ｓ１０４へ進む。一方で、Ｓ１０３において、燃料添加弁３０によって排気に燃料を添加しないと判断されると、Ｓ１０５へ進む。
【００５１】
Ｓ１０４およびＳ１０５においては、排気の空燃比のフィードバック制御を行うに際して、フィードバック制御のパラメータの補正（以下、「フィードバック補正」という）が行われる。そして、Ｓ１０４およびＳ１０５で行われるフィードバック補正は、排気の燃料の調整方法に対応した補正である。即ち、燃料添加弁３０による排気の空燃比の調整か、燃焼室噴射による排気の空燃比の調整かによって、行われるフィードバック補正が相異する。
【００５２】
ここで、フィードバック補正の対象となるフィードバック制御のパラメータには、排気空燃比センサ３１の検出値、ＮＯｘ触媒１６に供給される排気の空燃比の目標値が挙げられる。
【００５３】
先ず、Ｓ１０４およびＳ１０５におけるフィードバック補正の対象が排気空燃比センサ３１の検出値である場合の、フィードバック補正について説明する。先述したように、燃料添加弁３０によって燃料を添加することで排気の空燃比を調整すると、燃焼室噴射によって排気の空燃比を調整する場合と比べて、排気空燃比センサ３１の検出特性が、本来あるべき排気の空燃比よりよりリーン側に乖離する。そこで、排気の空燃比のフィードバック制御において、本来の排気の空燃比からリーン側に乖離している排気空燃比センサ３１の検出値を、リッチ側に補正する。このとき、Ｓ１０４におけるフィードバック補正においては、Ｓ１０５におけるフィードバック補正時と比べて、排気空燃比センサ３１の検出値をよりリッチ側の値とする補正を行う。このようにＳ１０４とＳ１０５におけるフィードバック補正を個別に設けることで、ＮＯｘ触媒１６に供給される排気に含まれる燃料の分子量が相異するために排気空燃比センサ３１の検出特性が相異する場合であっても、より正確な排気の空燃比のフィードバック制御が可能となる。
【００５４】
次に、Ｓ１０４およびＳ１０５におけるフィードバック補正の対象がＮＯｘ触媒１６に供給される排気の空燃比の目標値である場合の、フィードバック補正について説明する。排気空燃比センサ３１の検出特性は先述の通りである。そこで、フィードバック制御において、本来到達すべき排気の空燃比を、排気空燃比センサ３１の検出特性におけるリーン側への乖離の程度に従い、該目標値をリーン側に補正し、フィードバック制御上の偏差を調整する。これにより、フィードバック制御上では、排気の空燃比は本来の目標値からリーン側に乖離している空燃比となるが、それは排気空燃比センサ３１に基づくフィードバック制御によるものであるため、実際の排気の空燃比は本来の空燃比となり得る。このとき、Ｓ１０４におけるフィードバック補正においては、Ｓ１０５におけるフィードバック補正時と比べて、該目標値をよりリーン側の値とする補正を行う。このようにＳ１０４とＳ１０５におけるフィードバック補正を個別に設けることで、ＮＯｘ触媒１６に供給される排気に含まれる燃料の分子量が相異するために排気空燃比センサ３１の検出特性が相異する場合であっても、より正確な排気の空燃比のフィードバック制御が可能となる。
【００５５】
尚、Ｓ１０４とＳ１０５におけるフィードバック補正を個別な補正とするには、例えば、排気の空燃比の調整が燃料の添加によって行われる場合と燃焼室噴射によって行われる場合とで排気空燃比センサ３１の検出特性とフィードバック補正の対象となるパラメータによって構成されるマップをＲＯＭに個別に設け、フィードバック制御において最も適したマップを選択してフィードバック補正をするようにすればよい。
【００５６】
また、Ｓ１０４およびＳ１０５においては、排気空燃比センサの検出特性および目標値をともに補正しても良いが、その場合は、両パラメータを補正することによるフィードバック制御への影響、即ち両パラメータの関連性を考慮して、補正するのが好ましい。Ｓ１０４またはＳ１０５の処理が終了すると、本制御を終了する。
【００５７】
尚、本実施例では、Ｓ１０３において、燃料添加弁３０による燃料添加によって排気の空燃比を調整する場合と、燃焼室噴射によって排気の空燃比を調整する場合とに区別しているが、該燃料添加および燃焼室噴射を併せて行うことで排気の空燃比を調整する場合を設けても良い。そして、該燃料添加および燃焼室噴射を併せて行うことで排気の空燃比を調整する場合は、Ｓ１０４およびＳ１０５とは異なるフィードバック補正の処理を行う。
【００５８】
本制御によると、ＮＯｘ触媒に供給する排気の空燃比をフィードバック制御するに際して、排気に含まれる燃料の分子量に応じたフィードバック制御のパラメータの補正が行われる。そのため、排気の空燃比のフィードバック制御における制御パラメータがより適正に補正され、より正確なフィードバック制御を実現することで、エミッションの悪化を防止する。
【００５９】
＜第２の実施例＞
ここで、ＮＯｘ触媒に供給される排気の空燃比をフィードバック制御する別の実施形態について、図４および図５に基づいて説明する。図４は、本発明が適用される排気浄化システム、該排気浄化システムを含む圧縮着火内燃機関１およびその制御系統の概略構成を表すブロック図である。図４に示す排気浄化システム等においては、図１に示す排気浄化システム等に加えて、排気空燃比センサ３１のセンサ素子温度を調整する排気空燃比センサヒータ３３が備えられている。そして、排気空燃比センサヒータ３３は、ＥＣＵ２０と電気的に接続されており、ＥＣＵ２０からの指令によって、排気空燃比センサ３１のセンサ素子の温度を調整する。尚、図４に示す圧縮着火内燃機関１等の構成において、図１に示す圧縮着火内燃機関１等の構成と同一の構成要素については、図１と同一の参照番号を付すことにより、その説明を省略する。
【００６０】
そして、図５には、図４に示す排気浄化システム等におけるＮＯｘ触媒１６に供給される排気の空燃比をフィードバック制御が示されている。図５における排気空燃比フィードバック制御は、ＥＣＵ２０によって実行される制御である。また、図５に示す排気空燃比フィードバック制御のフローにおいて、図３に示す排気空燃比フィードバック制御のフローと同一の処理については、図３と同一の参照番号を付することにより、その説明を省略する。
【００６１】
図５に示す排気空燃比フィードバック制御中の処理Ｓ１０３において、燃料添加弁３０によって排気に燃料を添加すると判断されると、Ｓ２０１へ進む。一方で、Ｓ１０３において、燃料添加弁３０によって排気に燃料を添加しないと判断されると、Ｓ２０２へ進む。
【００６２】
Ｓ２０１およびＳ２０２においては、排気の空燃比のフィードバック制御を行うに際して、排気空燃比センサヒータ３３の温度がそれぞれ異なる温度（Ｔ１およびＴ２）になるべく制御される。温度Ｔ１および温度Ｔ２は、排気空燃比センサ３１に到達する燃料の分子量を小さくすることで、先述した排気空燃比センサ３１の検出特性におけるリーン側の空燃比への乖離の程度を抑制するために、排気空燃比センサ３１のセンサ素子温度を高めるための設定温度である。ここで、温度Ｔ１は温度Ｔ２より高い値が設定される。即ち、燃料添加弁３０によって排気に添加された燃料は、先述の通り、燃焼室噴射によって排気に含まれることになった燃料と比べ、その分子量が大きくなるため、排気空燃比センサ３１の検出特性におけるリーン側の空燃比への乖離の程度が大きくなる。そこで、Ｓ２０１における排気空燃比センサヒータの設定温度Ｔ２をＴ１より高めることで、より確実に排気空燃比センサ３１の検出特性におけるリーン側の空燃比への乖離を抑制する。
【００６３】
また、排気空燃比センサ３１は、排気空燃比センサヒータ３３によって高温に曝されることで、センサ素子の熱劣化が促進される。しかし、本制御においては、排気空燃比センサ３１をより高温とすることが必要とされるとき、即ちＳ１０３において燃料添加弁３０によって排気に燃料を添加すると判断された場合にのみ、排気空燃比センサ３１はより高温である温度Ｔ１とされないため、排気空燃比センサ３１のセンサ素子の熱劣化をより小さく抑えることが可能となる。Ｓ１０４またはＳ１０５の処理が終了すると、本制御を終了する。
【００６４】
尚、本実施例では、Ｓ１０３において、燃料添加弁３０による燃料添加によって排気の空燃比を調整する場合と、燃焼室噴射によって排気の空燃比を調整する場合とに区別しているが、該燃料添加および燃焼室噴射を併せて行うことで排気の空燃比を調整する場合を設けても良い。そして、該燃料添加および燃焼室噴射を併せて行うことで排気の空燃比を調整する場合は、Ｓ２０１およびＳ２０２とは異なる温度Ｔ３に排気空燃比センサヒータ３３の温度を設定する。
【００６５】
本制御によると、ＮＯｘ触媒に供給する排気の空燃比をフィードバック制御するに際して、排気に含まれる燃料の分子量に応じた排気空燃比センサヒータの温度が調整される。そのため、排気空燃比センサに到達する燃料の分子量を小さくすることで、排気空燃比センサの検出特性におけるリーン側への乖離を抑制する。その結果、より正確なフィードバック制御を実現することで、エミッションの悪化を防止する。
【００６６】
【発明の効果】
本発明に係る圧縮着火内燃機関の排気浄化システムは、ＮＯｘ触媒に供給される排気の空燃比を排気空燃比センサに基づいてフィードバック制御するに際して、排気に含まれる燃料の分子量に影響を与える排気における燃料の調整方法に対応したフィードバック制御のパラメータ補正を行う。そのため、ＮＯｘ触媒に供給される排気に含まれる燃料の分子量に起因する排気空燃比センサの検出特性に影響されずに、より正確なフィードバック制御が実現され、以てエミッションの悪化が防止される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る排気浄化システムおよび該排気浄化システムを含む圧縮着火内燃機関およびその制御系統の概略構成を表すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る排気浄化システムにおいて、排気の空燃比を検出する排気空燃比センサの検出特性を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る排気浄化システムにおいて、ＮＯｘ触媒に供給される排気の空燃比のフィードバック制御を示すフロー図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る排気浄化システムおよび該排気浄化システムを含む圧縮着火内燃機関１およびその制御系統の概略構成を表す第２のブロック図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る排気浄化システムにおいて、ＮＯｘ触媒に供給される排気の空燃比のフィードバック制御を示す第２の図である。
【符号の説明】
１・・・・圧縮着火内燃機関
３・・・・燃料噴射弁
１６・・・・ＮＯｘ触媒
２０・・・・ＥＣＵ
２１・・・・排気再循環装置
３０・・・・燃料添加弁
３１・・・・排気空燃比センサ
３３・・・・排気空燃比センサヒータ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust gas purification system for a compression ignition internal combustion engine using a NOx catalyst that purifies exhaust gas discharged from a combustion chamber, and more particularly, to a compression ignition internal combustion engine that controls the air-fuel ratio of exhaust gas supplied to a NOx storage reduction catalyst. The present invention relates to an engine exhaust purification system.
[0002]
[Prior art]
An NOx storage reduction catalyst has been developed to purify nitrogen oxides (NOx) contained in exhaust gas discharged from a compression ignition internal combustion engine, particularly a compression ignition internal combustion engine that performs lean combustion. When the atmosphere around the catalyst is in a high oxygen concentration state, this NOx storage reduction catalyst stores NOx contained in the exhaust gas into the catalyst, and the atmosphere around the catalyst is in a low oxygen concentration state and contains reducing components. When an unburned component of a certain fuel exists, the catalyst purifies exhaust gas by reducing NOx stored in the catalyst.
[0003]
In the NOx storage reduction catalyst, sulfur oxide (SOx) contained in the exhaust gas is also stored in the same manner as NOx. As the storage amount of SOx increases, there arises a problem that the NOx purification ability of the NOx catalyst is reduced. Therefore, by raising the temperature of the NOx catalyst in which the amount of occluded SOx has increased and exposing the NOx catalyst to an atmosphere in which unburned components of the fuel are present, the SOx occluded in the NOx catalyst is released from the catalyst. Thus, the NOx purification ability of the NOx catalyst is recovered.
[0004]
In such a case, it is necessary to adjust the air-fuel ratio around the NOx catalyst by controlling the air-fuel ratio of the exhaust gas supplied to the NOx catalyst. For this purpose, the exhaust air / fuel ratio sensor provided downstream of the NOx catalyst detects the exhaust air / fuel ratio, and feedback control of the exhaust air / fuel ratio supplied to the NOx catalyst is performed based on the detected value. The air-fuel ratio of the exhaust gas is constant in the exhaust gas discharged from the combustion chamber by means of adding fuel directly to the exhaust gas discharged from the combustion chamber, or by adjusting the fuel injection amount and injection timing in the combustion chamber. It is adjusted by means for containing a quantity of unburned components.
[0005]
However, the exhaust air / fuel ratio sensor that detects the air / fuel ratio of the exhaust gas, which is a parameter for feedback control, causes a decrease in the detected value that deviates from the actual air / fuel ratio depending on the molecular weight of the fuel contained in the exhaust gas. In such a state, accurate exhaust air / fuel ratio feedback control cannot be performed, and as a result, white smoke or the like may be generated. Therefore, a technique for uniformly correcting the detection value of the air / fuel ratio sensor. Is disclosed (for example, see Patent Document 1).
[0006]
[Patent Document 1]
JP 2002-89350 A
[Patent Document 2]
JP-A-11-229855
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
When feedback control is performed on the air-fuel ratio of the exhaust gas supplied to the NOx storage reduction catalyst based on the detected value of the air-fuel ratio sensor for detecting the air-fuel ratio of the exhaust gas, the detected value of the air-fuel ratio sensor is the actual air-fuel ratio. Therefore, the detection value of the air-fuel ratio sensor is corrected. However, since the degree of deviation of the detection value generated in the air-fuel ratio sensor depends on the molecular weight of the fuel contained in the exhaust gas, if the correction is made uniform regardless of the molecular weight of the fuel, accurate feedback is still possible. There is a risk that control will not be performed.
[0008]
Therefore, the present invention has been made in view of the above situation, and is more appropriately corrected for the control parameter in the feedback control of the air-fuel ratio of the exhaust gas, thereby being influenced by the molecular weight of the fuel contained in the exhaust gas supplied to the NOx catalyst. The present invention provides an exhaust purification system for a compression ignition internal combustion engine that prevents deterioration of emissions by realizing more accurate feedback control.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, the present invention focuses on means for adjusting the amount of fuel contained in the exhaust when feedback control is performed on the air-fuel ratio of the exhaust. This is because, depending on the means for adjusting the amount of fuel contained in the exhaust, the temperature of the exhaust at the time when the fuel is included differs, so the molecular weight of the fuel in the exhaust fluctuates depending on the timing, etc. This is because the degree of divergence of the detection value of the air-fuel ratio sensor is different.
[0010]
Therefore, in an exhaust gas purification system of a compression ignition internal combustion engine having a NOx catalyst for purifying exhaust gas by storing and reducing NOx contained in the exhaust gas discharged from the combustion chamber, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing downstream of the NOx catalyst is reduced. Exhaust gas supplied to the NOx catalyst by adjusting the fuel injection timing or the number of injections into the combustion chamber based on the exhaust air / fuel ratio sensor to be detected and the exhaust air / fuel ratio detected by the exhaust air / fuel ratio sensor. A first feedback control means for feedback control of the air-fuel ratio of the exhaust, and an air-fuel ratio of the exhaust supplied to the NOx catalyst by adding fuel to the exhaust based on the air-fuel ratio of the exhaust detected by the exhaust air-fuel ratio sensor Second feedback control means for feedback controlling the first feedback control means and the second feedback control means. Feedback control selection means for selecting at least one of the feedback control means based on the operating state of the compression ignition internal combustion engine, and correction of feedback control parameters corresponding to the feedback control means selected by the feedback control selection means Correction means for performing.
[0011]
The first feedback control means and the second feedback control means both have a target air-fuel ratio supplied to the NOx catalyst based on the air-fuel ratio of the exhaust detected by the exhaust air-fuel ratio sensor. It is a means for feedback control to achieve the fuel ratio (hereinafter referred to as “target value”). Here, the first feedback control means adjusts the fuel injection timing and the number of injections into the combustion chamber when adjusting the amount of fuel contained in the exhaust gas. As an example of adjusting the amount of fuel contained in the exhaust gas by adjusting the injection timing, there is a retarded angle injection in which the fuel injection timing to the combustion chamber is shifted to the retarded angle side. Further, as an example of adjusting the amount of fuel contained in the exhaust gas by adjusting the number of injections, there is post-injection separately performed after fuel injection near the top dead center of the compression stroke, which is normal fuel injection. Here, the fuel injection used in the first feedback control means such as retarded injection and post-injection is hereinafter referred to as “combustion chamber injection”.
[0012]
In the combustion chamber injection, the fuel is injected into an atmosphere in which at least a part of the fuel is combusted. Therefore, the fuel by the combustion chamber injection is exposed to a high temperature atmosphere, the number of hydrocarbon chains constituting the fuel is reduced, and the molecular weight of the fuel. Is also relatively short. However, when the amount of fuel injected by combustion chamber injection increases, the injected fuel burns, thereby increasing the engine torque, so that the vehicle equipped with the compression ignition internal combustion engine vibrates and the drivability deteriorates. Therefore, there is a certain limit to the amount of fuel injected by combustion chamber injection.
[0013]
Further, unlike the first feedback control means, the second feedback control means adjusts the amount of fuel contained in the exhaust gas by adding fuel to the exhaust gas discharged from the combustion chamber. The air-fuel ratio is set as the target value. Since the temperature of the exhaust gas discharged from the combustion chamber is lower than the combustion gas generated by the combustion in the combustion chamber, the fuel added to the exhaust gas by the second feedback control means is the combustion chamber in the first feedback control means. Since the fuel is exposed to an atmosphere having a temperature lower than that of the fuel injected by the injection, the hydrocarbon constituting the fuel is relatively larger than the fuel by the combustion chamber injection, and the molecular weight of the fuel is also relatively large. However, since the fuel added to the exhaust gas by the second feedback control means is not reflected in the engine torque, the drivability of the vehicle equipped with the compression ignition internal combustion engine as described above does not deteriorate. The reason is that the amount added to the exhaust is not limited.
[0014]
Therefore, when the feedback control selection means performs feedback control of the air-fuel ratio of the exhaust gas supplied to the NOx catalyst, the first feedback control means and the second feedback control means are based on the operating state of the compression ignition internal combustion engine. At least one of the above is selected. That is, the fuel contained in the exhaust gas supplied to the NOx catalyst has a small number of hydrocarbon chains because its action as a reducing agent in the NOx catalyst improves as the number of hydrocarbon chains decreases. That is, it is preferable that the molecular weight of the fuel is small. Therefore, when the compression ignition internal combustion engine is in an operating state in which the amount of fuel contained in the exhaust gas supplied to the NOx catalyst is small enough that the drivability of the vehicle equipped with the compression ignition internal combustion engine does not deteriorate, the first feedback control means The air-fuel ratio of the exhaust gas supplied to the NOx catalyst is controlled. In other cases, the air-fuel ratio of the exhaust gas supplied to the NOx catalyst is controlled by the second feedback control means. Further, depending on the operating state of the compression ignition internal combustion engine, the first feedback control means and the second feedback control means may be used in combination.
[0015]
Here, the exhaust air / fuel ratio sensor has a sensor portion mainly composed of a solid electrolyte such as zirconia, and a potential difference generated in the solid electrolyte by oxygen ions moving inside the solid electrolyte is measured on the surface of the solid electrolyte. It is a sensor which detects an air fuel ratio based on the oxygen concentration detected by sensing with the electrode provided in. Specifically, a zirconia oxygen sensor and the like can be mentioned. However, if the exhaust air / fuel ratio sensor is covered with a diffusion resistance layer made of a porous member on the surface of the solid electrolyte, the molecular weight of the fuel in the atmosphere sensed by the exhaust air / fuel ratio sensor is increased. The air-fuel ratio value detected by the exhaust air-fuel ratio sensor tends to deviate from the original air-fuel ratio value to the lean side.
[0016]
Accordingly, the molecular weight of the fuel contained in the exhaust gas supplied to the NOx catalyst differs depending on the feedback control means selected via the feedback control selection means. As a result, even if the same amount of fuel is injected or injected into the exhaust by combustion chamber injection, the detection characteristic of the exhaust air-fuel ratio sensor, that is, the tendency to deviate from the original air-fuel ratio value to the lean side is different. Even if the feedback control by the first feedback control means and the feedback control by the second feedback control means are performed under the same conditions based on the detection value by the same exhaust air-fuel ratio sensor, the NOx It becomes difficult to accurately control the air-fuel ratio of the exhaust gas supplied to the catalyst.
[0017]
Therefore, the correction means performs different corrections for the feedback control parameters corresponding to the feedback control means selected via the feedback control selection means. That is, paying attention to the difference in the molecular weight of the fuel contained in the exhaust gas supplied to the NOx catalyst by the selected feedback control means, the detection characteristics of the exhaust air-fuel ratio sensor differ due to the difference in the molecular weight of the fuel, The feedback control parameters suitable for each feedback control means are corrected.
[0018]
As a result, in the exhaust gas purification system for the compression ignition internal combustion engine, it is possible to realize more accurate exhaust air / fuel ratio feedback control without being affected by the molecular weight of the fuel contained in the exhaust gas supplied to the NOx catalyst. Therefore, the deterioration of emissions is prevented.
[0019]
Here, the parameter in the feedback control of the exhaust air / fuel ratio corrected by the correction means includes the detected value of the exhaust air / fuel ratio sensor in the feedback control by the first feedback control means and the second feedback control means, Examples include at least one of the target values of the air-fuel ratio of the exhaust gas supplied to the NOx catalyst. When the parameter is a detected value of the exhaust air / fuel ratio sensor, the correction means corrects the detected value of the exhaust air / fuel ratio sensor to a rich value. This is because the detection characteristic of the exhaust air-fuel ratio sensor has a characteristic that deviates to the lean side from the air-fuel ratio that should be detected as described above. By making the air-fuel ratio that should be detected by correcting to the above, more accurate feedback control becomes possible.
[0020]
Further, when the parameter is a target value of the air-fuel ratio of the exhaust gas supplied to the NOx catalyst, the correction means corrects the target value to a lean value. This is because the detection characteristic of the exhaust air-fuel ratio sensor has a characteristic that it deviates to the lean side from the air-fuel ratio that should be detected as described above, so that the target value is also matched with the detection characteristic of the exhaust air-fuel ratio sensor. By making the correction to the lean side value, the deviation in the feedback control is adjusted to enable more accurate feedback control.
[0021]
In addition, the detection characteristics and target value of the exhaust air / fuel ratio sensor may be corrected together. In this case, the correction is performed in consideration of the influence on the feedback control by correcting both parameters, that is, the relationship between both parameters. It is preferable to do this.
[0022]
These parameters are corrected in accordance with the selected feedback control means. First, when the detection value of the exhaust air-fuel ratio sensor is corrected, the correction by the correction means is performed by using the detection value when the feedback control is executed by the second feedback control means as feedback control by the first feedback control means. Compared to the correction of the detected value at the time of execution, correction is performed to make the air-fuel ratio a richer value.
[0023]
The detection characteristic of the exhaust air-fuel ratio sensor when the feedback control by the second feedback control is executed under the detection characteristic of the exhaust air-fuel ratio sensor described above is the feedback control by the first feedback control. Compared to the detection characteristics of the exhaust air-fuel ratio sensor at that time, the air-fuel ratio value detected by the exhaust air-fuel ratio sensor tends to deviate from the original air-fuel ratio value to the lean side. Therefore, in the correction of the detection value of the exhaust air-fuel ratio sensor, when the feedback control by the second feedback control is being executed, the exhaust gas is compared with when the feedback control by the first feedback control is being executed. By correcting the detected value of the air-fuel ratio sensor to a richer value, the detected value in the feedback control becomes a value closer to the original exhaust air-fuel ratio. As a result, it becomes possible to perform the feedback control of the air-fuel ratio of the exhaust gas more accurately regardless of which feedback control is being performed.
[0024]
Next, when the target value of the air-fuel ratio of the exhaust gas is corrected, the correction by the correction means is performed by using the target value when the feedback control is executed by the second feedback control means as the feedback by the first feedback control means. A correction is made so that the air-fuel ratio has a leaner value than the correction of the target value at the time of control execution.
[0025]
The detection characteristic of the exhaust air-fuel ratio sensor when the feedback control by the second feedback control is executed under the detection characteristic of the exhaust air-fuel ratio sensor described above is the feedback control by the first feedback control. Compared to the detection characteristics of the exhaust air-fuel ratio sensor at that time, the air-fuel ratio value detected by the exhaust air-fuel ratio sensor tends to deviate from the original air-fuel ratio value to the lean side. Accordingly, in the correction of the target value of the air-fuel ratio of the exhaust gas, when the feedback control by the second feedback control is being executed, the exhaust gas is compared with when the feedback control by the first feedback control is being executed. By correcting the target value of the air / fuel ratio to a leaner value, the deviation in feedback control is made to follow the degree of deviation of the detected value of the exhaust air / fuel ratio sensor from the original exhaust air / fuel ratio to the lean side. Adjust. As a result, it becomes possible to perform the feedback control of the air-fuel ratio of the exhaust gas more accurately regardless of which feedback control is being performed.
[0026]
The first feedback control means is configured to select the feedback control when low temperature combustion control is performed to prevent generation of soot by circulating a part of the exhaust discharged from the combustion chamber to the combustion chamber again. Selected by means. Here, the low temperature combustion is an EGR supplied into the combustion chamber when the compression ignition internal combustion engine is provided with an exhaust gas recirculation device that circulates at least a part of the exhaust gas discharged from the combustion chamber into the combustion chamber again. As the amount of gas increases, soot generation gradually increases and reaches a peak, and when the amount of EGR gas supplied into the combustion chamber increases further, the fuel during combustion in the combustion chamber and its surroundings This is a combustion mode in which the gas temperature is lower than the soot generation temperature and soot is hardly generated. When the low temperature combustion control is executed, the frequency of making the air-fuel ratio of the exhaust supplied to the NOx catalyst rich is not high, and the amount of fuel used for the feedback control is small. Therefore, the first feedback control means is preferably selected during low temperature combustion.
[0027]
Further, the second feedback control means is selected by the feedback control selection means when SOx poisoning regeneration control for removing SOx stored in the NOx catalyst is executed. In the SOx poisoning regeneration control, exhaust air / fuel ratio feedback control is performed in which the air / fuel ratio of the exhaust gas supplied to the NOx catalyst is alternately repeated between a rich state and a lean state at a constant frequency. At this time, the air-fuel ratio of the exhaust is set to a relatively large rich state, so that the amount of fuel used for the feedback control increases. Therefore, the second feedback control means is preferably selected when the SOx poisoning regeneration control is being executed.
[0028]
Further, the exhaust purification system of the compression ignition internal combustion engine further includes a filter that collects particulate matter in the exhaust, or the NOx catalyst is supported by a filter that collects particulate matter in the exhaust. The second feedback control means is selected by the feedback control selection means when filter regeneration control for oxidizing the particulate matter collected by the filter is executed. In the filter regeneration control, feedback control is performed in which the air-fuel ratio of the exhaust gas supplied to the NOx catalyst is a constant air-fuel ratio. At this time, since the frequency with which the filter regeneration control is performed is relatively high, the amount of fuel used per unit time for the feedback control increases. Therefore, the second feedback control means is preferably selected when the SOx poisoning regeneration control is being executed.
[0029]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
<First embodiment>
Here, an embodiment of an exhaust gas purification system for a compression ignition internal combustion engine according to the present invention will be described based on the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of an exhaust purification system to which the present invention is applied, a compression ignition internal combustion engine 1 including the exhaust purification system, and a control system thereof.
[0030]
The compression ignition internal combustion engine 1 is a compression ignition internal combustion engine having four cylinders 2. In addition, a fuel injection valve 3 for directly injecting fuel into the combustion chamber of the cylinder 2 is provided. The fuel injection valve 3 is connected to a pressure accumulation chamber 4 that accumulates fuel at a predetermined pressure. The pressure accumulating chamber 4 communicates with the fuel pump 6 through the fuel supply pipe 5.
[0031]
Next, an intake branch pipe 7 is connected to the compression ignition internal combustion engine 1, and each branch pipe of the intake branch pipe 7 communicates with the combustion chamber of the cylinder 2 through an intake port. Here, the communication between the combustion chamber of the cylinder 2 and the intake port is performed by opening and closing the intake valve. The intake branch pipe 7 is connected to the intake pipe 8. An air flow meter 9 that outputs an electrical signal corresponding to the mass of the intake air flowing through the intake pipe 8 is attached to the intake pipe 8. An intake throttle valve 10 for adjusting the flow rate of the intake air flowing through the intake pipe 8 is provided at a portion of the intake pipe 8 located immediately upstream of the intake branch pipe 7. The intake throttle valve 10 is provided with an intake throttle actuator 11 that is configured by a step motor or the like and that opens and closes the intake throttle valve 10.
[0032]
Here, the intake pipe 8 located between the air flow meter 9 and the intake throttle valve 10 is provided with a compressor housing 17a of a centrifugal supercharger (turbocharger) 17 that operates using exhaust energy as a drive source. An intercooler 18 is provided in the intake pipe 8 downstream of the housing 17a for cooling the intake air that has been compressed in the compressor housing 17a and has reached a high temperature.
[0033]
On the other hand, an exhaust branch pipe 12 is connected to the compression ignition internal combustion engine 1, and each branch pipe of the exhaust branch pipe 12 communicates with the combustion chamber of the cylinder 2 through an exhaust port. Here, the communication between the combustion chamber of the cylinder 2 and the exhaust port is performed by opening and closing the exhaust valve. A fuel addition valve 30 that adds fuel to the exhaust gas flowing through the exhaust branch pipe 12 is provided on the side surface of the exhaust branch pipe 12. Further, the compression ignition internal combustion engine 1 is provided with an exhaust gas recirculation device 21. The exhaust gas recirculation device 21 is provided with an EGR passage 22 extending from the exhaust branch pipe 12 and an EGR cooler 23 for cooling the exhaust gas flowing through the EGR passage 22. Further, an EGR valve 24 is provided downstream of the EGR cooler 23, and the EGR passage 22 communicates with the intake branch pipe 7. Here, the EGR valve 24 is a valve that adjusts the flow rate of exhaust gas (hereinafter referred to as “EGR gas”) that is recirculated to the intake branch pipe via the EGR passage 22.
[0034]
The exhaust branch pipe 7 is connected to the turbine housing 17 b of the centrifugal supercharger 17. The turbine housing 17b is connected to an exhaust pipe 13, and the exhaust pipe 13 is connected downstream to a muffler (not shown). Further, in the middle of the exhaust pipe 13, there is provided a NOx catalyst 16 for purifying the exhaust gas by storing and reducing NOx contained in the exhaust gas discharged from the compression ignition internal combustion engine. The exhaust pipe 13 downstream of the NOx catalyst 16 is provided with an exhaust throttle valve 14 that adjusts the flow rate of the exhaust gas flowing through the exhaust pipe 13. The exhaust throttle valve 14 is provided with an exhaust throttle actuator 15 that is configured by a step motor or the like and that drives the exhaust throttle valve 14 to open and close.
[0035]
Here, the fuel injection valve 3 and the fuel addition valve 30 are opened and closed by a control signal from an electronic control unit (hereinafter referred to as an ECU: Electronic Control Unit) 20. That is, the fuel injection timing and the injection amount in the fuel injection valve 3 and the fuel addition valve 30 are controlled for each fuel injection valve in accordance with a command from the ECU 20. Further, the ECU 20 issues a control signal to the EGR valve 24 in accordance with the engine output to the compression ignition internal combustion engine 1 and adjusts the opening degree of the EGR valve 24, thereby controlling the flow rate of the EGR gas recirculated to the intake branch pipe 7. adjust.
[0036]
Further, an accelerator opening sensor 19 is electrically connected to the ECU 20, and the ECU 20 receives a signal corresponding to the accelerator opening, and calculates an engine output and the like required for the compression ignition internal combustion engine 1 therefrom. The crank position sensor 32 is electrically connected to the ECU 20, and the ECU 20 receives a signal corresponding to the rotation angle of the output shaft of the compression ignition internal combustion engine 1, and the engine rotational speed of the compression ignition internal combustion engine 1 and the cylinder 2. Cycle status etc. are calculated. An exhaust air / fuel ratio sensor 31 for detecting the air / fuel ratio of the exhaust gas flowing through the exhaust pipe 13 is provided in the exhaust pipe 13 downstream of the NOx catalyst 16. The exhaust air / fuel ratio sensor 31 and the ECU 20 are electrically connected, and based on the value of the air / fuel ratio detected by the exhaust air / fuel ratio sensor 31, feedback control of the air / fuel ratio of exhaust gas supplied to the NOx catalyst 16 described later is performed. Done.
[0037]
The detection characteristics of the exhaust air / fuel ratio sensor 31 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a diagram showing air-fuel ratio detection characteristics by the exhaust air-fuel ratio sensor 31. In FIG. In FIG. 2, the horizontal axis represents the air-fuel ratio value converted from the voltage value directly input to the ECU 20 from the exhaust air-fuel ratio sensor 31, that is, the detected value of the air-fuel ratio of the exhaust air-fuel ratio sensor 31, and the vertical axis represents the exhaust air This is the original air-fuel ratio value of the atmosphere to which the fuel ratio sensor 31 is actually exposed. Accordingly, the value detected by the exhaust air-fuel ratio sensor 31 and the original air-fuel ratio value should be the same, and the detection characteristic thereof is the straight line LS (hereinafter referred to as “reference line LS” in FIG. 2). ”)).
[0038]
However, the exhaust air / fuel ratio sensor 31 has a characteristic that the voltage value output to the ECU 20, in other words, the detected air / fuel ratio of the exhaust gas varies depending on the molecular weight of the fuel contained in the atmosphere to which the exhaust air / air ratio sensor 31 is exposed. This is because, in the exhaust air-fuel ratio sensor 31, in the porous diffusion resistance layer formed on the surface of the solid electrolyte where the voltage is generated, the time required for the molecules in the exhaust to move through the diffusion resistance layer is It depends on the molecular weight of the molecule. That is, as the molecular weight increases, the time for moving the diffusion resistance layer increases, so that oxygen molecules having a low molecular weight can move through the diffusion resistance layer in a relatively short time, but a fuel having a high molecular weight is relatively long for the movement. It takes time. Therefore, on the surface of the solid electrolyte of the exhaust air / fuel ratio sensor 31, finally, many oxygen molecules exist. Therefore, the characteristic of the air-fuel ratio detected by the exhaust air-fuel ratio sensor 31 is a characteristic that deviates from the characteristic indicated by LS described above to the lean side.
[0039]
In FIG. 2, a state in which the air-fuel ratio characteristic detected by the exhaust air-fuel ratio sensor 31 deviates from the reference line LS depending on the molecular weight of the fuel contained in the atmosphere to which the exhaust air-fuel ratio sensor 31 is exposed is shown as a curve L1. This is indicated by L2. Accordingly, when the detection characteristic of the exhaust air-fuel ratio sensor 31 is represented by the curve L1, it indicates that the molecular weight of the fuel contained in the exhaust gas is smaller than when the detection characteristic is represented by the curve L2.
[0040]
Here, feedback control of the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx catalyst 16 may be performed. This feedback control of the air-fuel ratio of the exhaust estimates the air-fuel ratio of the exhaust supplied to the NOx catalyst 16 based on the air-fuel ratio detected by the exhaust air-fuel ratio sensor 31, and the estimated air-fuel ratio is a predetermined air-fuel ratio. The control is performed so that the fuel ratio becomes the air-fuel ratio of the exhaust gas to be supplied to the NOx catalyst 16. The relationship between the air-fuel ratio of the exhaust gas in the NOx catalyst 16 and the air-fuel ratio detected by the exhaust air-fuel ratio sensor 31 may be obtained in advance through experiments or the like and stored in the ROM in the ECU 20 as a map.
[0041]
When such feedback control of the air-fuel ratio of the exhaust gas is performed based on the value of the air-fuel ratio detected by the exhaust air-fuel ratio sensor 31 having the above-described detection characteristics, the detected value of the exhaust air-fuel ratio sensor 31 becomes the actual value. Since there is a deviation on the lean side compared to the detected value, there is a possibility that white smoke is generated without performing accurate air-fuel ratio control.
[0042]
In addition, as a means for adjusting the amount of fuel contained in the exhaust when the air-fuel ratio of the exhaust supplied to the NOx catalyst 16 is feedback-controlled, fuel injection injected into the combustion chamber by the fuel injection valve 3 is used. Examples include means for adjusting the amount and injection timing, and means for adding fuel into the exhaust gas by the fuel addition valve 30. These means include the combustion state in the compression ignition internal combustion engine 1 and the exhaust gas required in the NOx catalyst 16. It is selected according to the air-fuel ratio state. At this time, the molecular weight of the fuel contained in the exhaust gas varies depending on the selected means. That is, in the means for adjusting the injection amount and injection timing of the fuel injected into the combustion chamber by the fuel injection valve 3, unburned components remaining without being burned in the combustion chamber are supplied to the NOx catalyst 16, so It is considered that even the fuel of the fuel component is once exposed to a high-temperature combustion state, so that the reforming of the fuel proceeds and the molecular weight of the unburned fuel is reduced to some extent. On the other hand, the means for adding fuel into the exhaust gas by the fuel addition valve 30 adds the fuel directly into the exhaust gas, so the fuel is not exposed to a higher temperature than the previous means, and the fuel is not improved. As a result of the poor quality, the molecular weight of the unburned fuel is considered to be relatively high.
[0043]
Therefore, depending on the means for adjusting the amount of fuel contained in the exhaust gas, the molecular weight of the fuel in the exhaust gas differs, and when each means is used, the detection characteristics of the air-fuel ratio sensor 31 are the curves shown in FIG. Different as L1 and curve L2. Therefore, by correcting the feedback control parameters in consideration of the molecular weight of the fuel contained in the exhaust gas, more accurate feedback control of the air-fuel ratio of the exhaust gas becomes possible. The control will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a flowchart of the exhaust air / fuel ratio feedback control in the compression ignition internal combustion engine 1. The exhaust air / fuel ratio feedback control is executed by the ECU 20.
[0044]
First, in S100, the control mode of the NOx catalyst 16 is detected. The control mode of the NOx catalyst 16 refers to a control state in which the NOx catalyst 16 is placed, such as catalyst regeneration control that is recovery of the catalytic function of the NOx catalyst 16 performed in the NOx catalyst 16. For example, NOx reduction control for recovering the catalyst function of the NOx catalyst 16 by reducing NOx stored in the NOx catalyst 16, and the catalyst function of the NOx catalyst 16 by releasing SOx stored in the NOx catalyst 16. The SOx poisoning regeneration control to be recovered, or when the NOx catalyst 16 is supported by a filter that collects particulate matter in the exhaust, or the particulate matter in the exhaust by a filter provided in addition to the NOx catalyst 16 In the case of collecting the filter, there is a filter regeneration control that oxidizes the particulate matter collected by the filter and restores the collection function of the filter, and any of these control modes is executed. It is detected by ECU20. Further, a state in which none of these control modes is performed (hereinafter referred to as “normal state”) is also detected in S100. When the process of S100 ends, the process proceeds to S101.
[0045]
In S101, the fuel combustion mode in the combustion chamber is detected. The combustion mode refers to a state of combustion in the combustion chamber including EGR gas recirculated to the combustion chamber by the exhaust gas recirculation device 21 in addition to the fuel injected into the combustion chamber. For example, the above-described low-temperature combustion with EGR gas can be used. When the process of S101 ends, the process proceeds to S102.
[0046]
In S102, whether or not the air-fuel ratio of the exhaust gas supplied to the NOx catalyst 16 needs to be feedback-controlled is determined based on the catalyst control mode of the NOx catalyst 16 detected in S100 and the fuel in the combustion chamber detected in S101. It is judged based on the combustion mode. For example, when SOx poisoning regeneration control for releasing SOx stored in the NOx catalyst 16 is performed in S100, the air-fuel ratio of the exhaust gas supplied to the NOx catalyst 16 is alternately set to a rich state and a lean state. Since so-called rich spike control is performed to switch between, the air-fuel ratio of the exhaust gas is determined to be feedback-controlled in S102.
[0047]
Further, the exhaust gas purification system of the compression ignition internal combustion engine 1 further includes a filter that collects particulate matter in the exhaust gas, or the NOx catalyst 16 is supported on the filter that collects particulate matter in the exhaust gas. In this case, the particulate matter collected in the filter is also oxidized when the filter regeneration control is performed to oxidize the particulate matter collected in the filter and restore the collection ability of the filter. Since it is necessary to adjust the air-fuel ratio of the exhaust as much as possible, it is determined in S102 that the air-fuel ratio of the exhaust needs to be feedback-controlled. Furthermore, when it is detected in S101 that the low-temperature combustion control that suppresses the generation amount of soot is performed by adjusting the EGR gas amount, it is necessary to supply exhaust gas having a target air-fuel ratio to the NOx catalyst 16. In some cases, it is determined in S102 that the air-fuel ratio of the exhaust gas needs to be feedback-controlled.
[0048]
On the other hand, in the NOx reduction control for reducing NOx stored in the NOx catalyst 16, it is not necessary to accurately control the air-fuel ratio of the exhaust gas supplied to the NOx catalyst 16, and the time during which the NOx reduction control is executed. Is relatively short, it is not determined in S102 that the air-fuel ratio of the exhaust needs to be feedback-controlled. Even when the NOx catalyst 16 is in the normal state, it is not determined in S102 that feedback control of the air-fuel ratio of the exhaust is necessary. Note that the above is one embodiment, and the determination of the necessity of feedback control of the exhaust air-fuel ratio in S102 is not limited to the above embodiment. If it is determined in S102 that the exhaust air-fuel ratio needs to be feedback-controlled, the process proceeds to S103. On the other hand, if it is determined in S102 that there is no need to feedback control the air-fuel ratio of the exhaust, this control is terminated.
[0049]
In S103, when performing feedback control of the air-fuel ratio of the exhaust, it is determined whether or not the air-fuel ratio of the exhaust is adjusted by adding fuel to the exhaust by the fuel addition valve 30. Accordingly, if it is determined in S103 that the fuel addition valve 30 does not adjust the air-fuel ratio of the exhaust by adding fuel to the exhaust, the adjustment of the air-fuel ratio of the exhaust is performed via combustion chamber injection. means. For example, in the SOx poisoning regeneration control, as a result, the amount of fuel as a reducing agent supplied to the NOx catalyst is large, so that it is determined that the fuel is added to the exhaust gas by the fuel addition valve 30. Further, in the filter regeneration control, when the execution frequency is high, the amount of fuel as a reducing agent supplied to the NOx catalyst per unit time is large as a result. Is determined to be added.
[0050]
On the other hand, when feedback control of the air-fuel ratio of the exhaust gas is performed during the low-temperature combustion control, the frequency of making the air-fuel ratio of the exhaust gas supplied to the NOx catalyst 16 rich is low. Adjust the air / fuel ratio of the exhaust. Note that the above is one embodiment, and the determination of the necessity of feedback control of the exhaust air-fuel ratio in S102 is not limited to the above embodiment. If it is determined in S103 that the fuel addition valve 30 adds fuel to the exhaust, the process proceeds to S104. On the other hand, if it is determined in S103 that the fuel addition valve 30 does not add fuel to the exhaust, the process proceeds to S105.
[0051]
In S104 and S105, when performing feedback control of the air-fuel ratio of the exhaust, correction of feedback control parameters (hereinafter referred to as “feedback correction”) is performed. The feedback correction performed in S104 and S105 is a correction corresponding to an exhaust fuel adjustment method. That is, the feedback correction performed differs depending on whether the adjustment of the air-fuel ratio of the exhaust by the fuel addition valve 30 or the adjustment of the air-fuel ratio of the exhaust by combustion chamber injection.
[0052]
Here, the feedback control parameters to be subjected to feedback correction include the detected value of the exhaust air-fuel ratio sensor 31 and the target value of the air-fuel ratio of the exhaust gas supplied to the NOx catalyst 16.
[0053]
First, feedback correction when the target of feedback correction in S104 and S105 is a detection value of the exhaust air-fuel ratio sensor 31 will be described. As described above, when the air-fuel ratio of the exhaust gas is adjusted by adding fuel by the fuel addition valve 30, the detection characteristic of the exhaust air-fuel ratio sensor 31 is higher than that in the case of adjusting the air-fuel ratio of the exhaust gas by combustion chamber injection. It deviates further to the lean side than the air / fuel ratio of the exhaust gas that should be. Therefore, in the feedback control of the exhaust air-fuel ratio, the detection value of the exhaust air-fuel ratio sensor 31 that deviates from the original exhaust air-fuel ratio to the lean side is corrected to the rich side. At this time, in the feedback correction in S104, the detection value of the exhaust air / fuel ratio sensor 31 is corrected to a richer value than in the feedback correction in S105. Thus, by providing feedback correction in S104 and S105 separately, the molecular weight of the fuel contained in the exhaust gas supplied to the NOx catalyst 16 is different, so that the detection characteristics of the exhaust air-fuel ratio sensor 31 are different. Even in such a case, more accurate feedback control of the air-fuel ratio of the exhaust gas is possible.
[0054]
Next, feedback correction when the target of feedback correction in S104 and S105 is the target value of the air-fuel ratio of the exhaust supplied to the NOx catalyst 16 will be described. The detection characteristics of the exhaust air-fuel ratio sensor 31 are as described above. Therefore, in the feedback control, the target value is corrected to the lean side in accordance with the degree of deviation to the lean side in the detection characteristics of the exhaust air / fuel ratio sensor 31, and the deviation in the feedback control is corrected. adjust. Thus, in feedback control, the air-fuel ratio of the exhaust gas becomes an air-fuel ratio that deviates from the original target value to the lean side. However, since this is due to feedback control based on the exhaust air-fuel ratio sensor 31, actual exhaust gas The air / fuel ratio can be the original air / fuel ratio. At this time, in the feedback correction in S104, the target value is corrected to a leaner value than in the feedback correction in S105. Thus, by providing feedback correction in S104 and S105 separately, the molecular weight of the fuel contained in the exhaust gas supplied to the NOx catalyst 16 is different, so that the detection characteristics of the exhaust air-fuel ratio sensor 31 are different. Even in such a case, more accurate feedback control of the air-fuel ratio of the exhaust gas is possible.
[0055]
In order to make the feedback correction in S104 and S105 independent, for example, the detection of the exhaust air / fuel ratio sensor 31 is performed when the adjustment of the air / fuel ratio of the exhaust is performed by addition of fuel and when the adjustment is performed by combustion chamber injection. A map composed of characteristics and parameters to be subjected to feedback correction may be individually provided in the ROM, and the most appropriate map in feedback control may be selected to perform feedback correction.
[0056]
In S104 and S105, both the detection characteristic and the target value of the exhaust air / fuel ratio sensor may be corrected. In this case, the influence on the feedback control by correcting both parameters, that is, the relationship between both parameters. It is preferable to correct in consideration of the above. When the process of S104 or S105 ends, this control ends.
[0057]
In this embodiment, in S103, a distinction is made between the case where the air-fuel ratio of the exhaust is adjusted by fuel addition by the fuel addition valve 30 and the case where the air-fuel ratio of the exhaust is adjusted by combustion chamber injection. In addition, a case where the air-fuel ratio of the exhaust gas is adjusted by performing combustion chamber injection together may be provided. When adjusting the air-fuel ratio of the exhaust gas by performing the fuel addition and the combustion chamber injection together, feedback correction processing different from S104 and S105 is performed.
[0058]
According to this control, when feedback control is performed on the air-fuel ratio of the exhaust gas supplied to the NOx catalyst, the feedback control parameter is corrected according to the molecular weight of the fuel contained in the exhaust gas. For this reason, the control parameter in the feedback control of the air-fuel ratio of the exhaust gas is corrected more appropriately, and more accurate feedback control is realized, thereby preventing the emission from deteriorating.
[0059]
<Second embodiment>
Here, another embodiment for performing feedback control of the air-fuel ratio of the exhaust gas supplied to the NOx catalyst will be described with reference to FIGS. 4 and 5. FIG. 4 is a block diagram showing a schematic configuration of an exhaust purification system to which the present invention is applied, a compression ignition internal combustion engine 1 including the exhaust purification system, and a control system thereof. 4 includes an exhaust air / fuel ratio sensor heater 33 for adjusting the sensor element temperature of the exhaust air / fuel ratio sensor 31 in addition to the exhaust gas purification system and the like shown in FIG. The exhaust air / fuel ratio sensor heater 33 is electrically connected to the ECU 20, and adjusts the temperature of the sensor element of the exhaust air / fuel ratio sensor 31 according to a command from the ECU 20. In the configuration of the compression ignition internal combustion engine 1 and the like shown in FIG. 4, the same components as those of the compression ignition internal combustion engine 1 and the like shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals as those in FIG. Is omitted.
[0060]
FIG. 5 shows feedback control of the air-fuel ratio of the exhaust supplied to the NOx catalyst 16 in the exhaust purification system shown in FIG. The exhaust air / fuel ratio feedback control in FIG. 5 is a control executed by the ECU 20. Further, in the flow of the exhaust air / fuel ratio feedback control shown in FIG. 5, the same processes as those in the flow of the exhaust air / fuel ratio feedback control shown in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals as those in FIG. To do.
[0061]
If it is determined in step S103 during exhaust air-fuel ratio feedback control shown in FIG. 5 that fuel is added to the exhaust by the fuel addition valve 30, the process proceeds to S201. On the other hand, if it is determined in S103 that the fuel addition valve 30 does not add fuel to the exhaust, the process proceeds to S202.
[0062]
In S201 and S202, when the feedback control of the exhaust air-fuel ratio is performed, the temperature of the exhaust air-fuel ratio sensor heater 33 is controlled to be different from each other (T1 and T2). The temperatures T1 and T2 are used to suppress the degree of deviation from the lean air-fuel ratio in the detection characteristics of the exhaust air-fuel ratio sensor 31 described above by reducing the molecular weight of the fuel that reaches the exhaust air-fuel ratio sensor 31. This is the set temperature for increasing the sensor element temperature of the exhaust air-fuel ratio sensor 31. Here, the temperature T1 is set to a value higher than the temperature T2. That is, as described above, the fuel added to the exhaust gas by the fuel addition valve 30 has a higher molecular weight than the fuel that has been included in the exhaust gas by the combustion chamber injection. The degree of deviation from the lean air-fuel ratio increases. Therefore, the set temperature T2 of the exhaust air-fuel ratio sensor heater in S201 is raised above T1, and the deviation to the lean air-fuel ratio in the detection characteristics of the exhaust air-fuel ratio sensor 31 is more reliably suppressed.
[0063]
Further, the exhaust air / fuel ratio sensor 31 is exposed to a high temperature by the exhaust air / fuel ratio sensor heater 33, whereby the thermal deterioration of the sensor element is promoted. However, in this control, the exhaust air / fuel ratio sensor 31 is required to have a higher temperature, that is, only when it is determined in S103 that fuel is added to the exhaust gas by the fuel addition valve 30. Since 31 is not set to a higher temperature T1, thermal deterioration of the sensor element of the exhaust air-fuel ratio sensor 31 can be suppressed to a smaller level. When the process of S104 or S105 ends, this control ends.
[0064]
In this embodiment, in S103, a distinction is made between the case where the air-fuel ratio of the exhaust is adjusted by fuel addition by the fuel addition valve 30 and the case where the air-fuel ratio of the exhaust is adjusted by combustion chamber injection. In addition, a case where the air-fuel ratio of the exhaust gas is adjusted by performing combustion chamber injection together may be provided. When adjusting the air-fuel ratio of the exhaust gas by performing the fuel addition and the combustion chamber injection together, the temperature of the exhaust air-fuel ratio sensor heater 33 is set to a temperature T3 different from S201 and S202.
[0065]
According to this control, when feedback control is performed on the air-fuel ratio of the exhaust supplied to the NOx catalyst, the temperature of the exhaust air-fuel ratio sensor heater is adjusted according to the molecular weight of the fuel contained in the exhaust. Therefore, by reducing the molecular weight of the fuel that reaches the exhaust air-fuel ratio sensor, a deviation toward the lean side in the detection characteristics of the exhaust air-fuel ratio sensor is suppressed. As a result, more accurate feedback control is realized, thereby preventing emission deterioration.
[0066]
【The invention's effect】
The exhaust gas purification system for a compression ignition internal combustion engine according to the present invention provides a feedback control of the air-fuel ratio of the exhaust gas supplied to the NOx catalyst based on the exhaust air-fuel ratio sensor. The feedback control parameter correction corresponding to the fuel adjustment method is performed. Therefore, more accurate feedback control is realized without being affected by the detection characteristics of the exhaust air-fuel ratio sensor due to the molecular weight of the fuel contained in the exhaust gas supplied to the NOx catalyst, thereby preventing the deterioration of emissions.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of an exhaust purification system according to an embodiment of the present invention, a compression ignition internal combustion engine including the exhaust purification system, and a control system thereof.
FIG. 2 is a diagram showing detection characteristics of an exhaust air-fuel ratio sensor that detects an air-fuel ratio of exhaust in the exhaust purification system according to the embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a flowchart showing feedback control of the air-fuel ratio of the exhaust gas supplied to the NOx catalyst in the exhaust gas purification system according to the embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a second block diagram showing a schematic configuration of an exhaust purification system according to an embodiment of the present invention, a compression ignition internal combustion engine 1 including the exhaust purification system, and a control system thereof.
FIG. 5 is a second diagram showing the feedback control of the air-fuel ratio of the exhaust supplied to the NOx catalyst in the exhaust purification system according to the embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 ... Compression ignition internal combustion engine
3. Fuel injection valve
16 .... NOx catalyst
20 .... ECU
21... Exhaust gas recirculation device
30 ... Fuel addition valve
31 ... Exhaust air-fuel ratio sensor
33... Exhaust air / fuel ratio sensor heater

Claims

A NOx catalyst that purifies exhaust by storing and reducing NOx contained in the exhaust discharged from the combustion chamber;
An exhaust air-fuel ratio sensor for detecting an air-fuel ratio of exhaust flowing downstream of the NOx catalyst;
A feedback control is performed on the air-fuel ratio of the exhaust gas supplied to the NOx catalyst by adjusting the injection timing or the number of injections of the fuel into the combustion chamber based on the air-fuel ratio of the exhaust gas detected by the exhaust air-fuel ratio sensor. A feedback control means;
Second feedback control means for feedback-controlling the air-fuel ratio of the exhaust supplied to the NOx catalyst by adding fuel to the exhaust based on the air-fuel ratio of the exhaust detected by the exhaust air-fuel ratio sensor;
Feedback control selection means for selecting at least one of the first feedback control means and the second feedback control means based on the operating state of the compression ignition internal combustion engine;
Correction means for correcting parameters of feedback control corresponding to the feedback control means selected by the feedback control selection means ,
The parameters of the feedback control corrected by the correction means are the detected value of the exhaust air / fuel ratio sensor in the feedback control by the first feedback control means and the second feedback control means, and the air / fuel ratio of the exhaust gas supplied to the NOx catalyst. At least one of the target values of
When the parameter is a detection value of the exhaust air-fuel ratio sensor, the correction means corrects the detection value of the exhaust air-fuel ratio sensor to a rich value,
When the parameter is a target value of the air-fuel ratio of the exhaust gas supplied to the NOx catalyst, the correction means corrects the target value to a lean value,
When correcting the detection value of the exhaust air-fuel ratio sensor by the correction means,
The correction means sets the detected value when the feedback control is executed by the second feedback control means to a richer value of the air-fuel ratio than the correction of the detected value when the feedback control is executed by the first feedback control means. An exhaust gas purification system for a compression ignition internal combustion engine characterized by correcting.

A NOx catalyst that purifies exhaust by storing and reducing NOx contained in the exhaust discharged from the combustion chamber;
An exhaust air-fuel ratio sensor for detecting an air-fuel ratio of exhaust flowing downstream of the NOx catalyst;
A feedback control is performed on the air-fuel ratio of the exhaust gas supplied to the NOx catalyst by adjusting the injection timing or the number of injections of the fuel into the combustion chamber based on the air-fuel ratio of the exhaust gas detected by the exhaust air-fuel ratio sensor. A feedback control means;
Second feedback control means for feedback-controlling the air-fuel ratio of the exhaust supplied to the NOx catalyst by adding fuel to the exhaust based on the air-fuel ratio of the exhaust detected by the exhaust air-fuel ratio sensor;
Feedback control selection means for selecting at least one of the first feedback control means and the second feedback control means based on the operating state of the compression ignition internal combustion engine;
Correction means for correcting parameters of feedback control corresponding to the feedback control means selected by the feedback control selection means,
The parameters of the feedback control corrected by the correction means are the detected value of the exhaust air / fuel ratio sensor in the feedback control by the first feedback control means and the second feedback control means, and the air / fuel ratio of the exhaust gas supplied to the NOx catalyst. At least one of the target values of
When the parameter is a detection value of the exhaust air-fuel ratio sensor, the correction means corrects the detection value of the exhaust air-fuel ratio sensor to a rich value,
When the parameter is a target value of the air-fuel ratio of the exhaust gas supplied to the NOx catalyst, the correction means corrects the target value to a lean value,
When correcting the target value of the air-fuel ratio of the exhaust supplied to the NOx catalyst by the correcting means,
The correction means sets the target value when the feedback control is executed by the second feedback control means to a leaner value of the air-fuel ratio than the correction of the target value when the feedback control is executed by the first feedback control means. An exhaust gas purification system for a compression ignition internal combustion engine characterized by correcting.

The first feedback control means is configured to perform a low temperature combustion control for preventing soot generation by recirculating a part of the exhaust discharged from the combustion chamber to the combustion chamber. The exhaust gas purification system for a compression ignition internal combustion engine according to claim 1 or 2 , wherein the exhaust gas purification system is selected.

It said second feedback control means, when leaving SOx poisoning regeneration control for the SOx that the occluded in the NOx catalyst is performed, according to claim 1, characterized in that it is selected by the feedback control selection means or 2. An exhaust gas purification system for a compression ignition internal combustion engine according to 2 .

In the exhaust purification system of the compression ignition internal combustion engine, further comprising a filter for collecting particulate matter in the exhaust, or wherein the NOx catalyst is supported by a filter for collecting particulate matter in the exhaust,
Said second feedback control means, when the oxidation filter regeneration control for the particulates trapped in the filter is performed, according to claim 1, characterized in that it is selected by the feedback control selection means or 2. An exhaust gas purification system for a compression ignition internal combustion engine according to 2 .