JP4488239B2 - Exhaust gas purification device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に係り、詳しくは、NOx(窒素酸化物)吸蔵触媒に捕捉されたNOxをパージ処理する技術に関する。 The present invention relates to an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, and more particularly to a technique for purging NOx trapped in a NOx (nitrogen oxide) storage catalyst.
内燃機関(エンジン)の排気通路に、排気中のNOxを捕捉することにより排気を浄化するNOx吸蔵触媒が介装されているものがある。このようなNOx吸蔵触媒は排気の空燃比がリーンであるときに排気中のNOxを捕捉する機能を有しており、当該NOxの捕捉により低下した排気の浄化性能を回復させるために、NOxのパージ処理が必要とされる。 Some internal combustion engines (engines) include an NOx storage catalyst that purifies exhaust gas by capturing NOx in the exhaust gas. Such a NOx storage catalyst has a function of capturing NOx in the exhaust gas when the air-fuel ratio of the exhaust gas is lean, and in order to recover the purification performance of exhaust gas that has decreased due to the capture of the NOx, A purge process is required.
パージ処理としては、一定時間毎にリーン空燃比運転と燃料噴射量を増量して排気の空燃比をリッチにするリッチ空燃比運転とを繰り返し行い、未燃燃料(HC)や一酸化炭素(CO)を還元剤として定期的にNOx吸蔵触媒に流入させることでNOx吸蔵触媒に捕捉されたNOxを還元除去する手法が一般に知られている(特許文献1等参照)。
これにより、NOxの蓄積を抑制し、NOx吸蔵触媒における排気の浄化性能を維持可能である。
Thereby, accumulation | storage of NOx can be suppressed and the purification | cleaning performance of the exhaust_gas | exhaustion in a NOx storage catalyst can be maintained.
しかしながら、上記のようにNOx吸蔵触媒においてNOxのパージ処理を行う際、リッチ空燃比運転とリーン空燃比運転とを,短い時間のリッチ運転のあとに長いリーン運転のようなサイクルで繰り返すと、浄化性能が十分に維持されない場合がある。
これは、リッチ空燃比運転の前後のリーン空燃比運転における排気中の酸素により、リッチ空燃比運転での排気中のHC、COが消費(酸化)してしまい、実際にパージ処理に使用されるHC、COが不足してしまうためと考えられる。
However, when the NOx purge process is performed in the NOx storage catalyst as described above, if the rich air-fuel ratio operation and the lean air-fuel ratio operation are repeated in a cycle such as a long lean operation after a short time rich operation, the purification is performed. The performance may not be sufficiently maintained.
This is because oxygen in the exhaust in the lean air-fuel ratio operation before and after the rich air-fuel ratio operation consumes (oxidizes) HC and CO in the exhaust in the rich air-fuel ratio operation, and is actually used for the purge process. It is thought that HC and CO are insufficient.
この場合、リッチ空燃比運転時間を増加する、または燃料噴射量を更に増量させることによりパージ処理を促進させる方法が考えられるが、これらの方法では燃費の低下をもたらし好ましいことではない。
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、パージ処理による燃費低下を抑制しつつ、NOx吸蔵触媒の排気浄化性能を十分に維持できる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
In this case, methods for promoting the purge process by increasing the rich air-fuel ratio operation time or further increasing the fuel injection amount can be considered, but these methods are not preferable because they cause a reduction in fuel consumption.
The present invention has been made to solve such problems, and an object of the present invention is to provide an internal combustion engine that can sufficiently maintain the exhaust purification performance of the NOx storage catalyst while suppressing fuel consumption reduction due to purge processing. An object is to provide an exhaust emission control device.
上記の目的を達成するために、請求項1の発明では、内燃機関の排気通路に設けられ、リーン空燃比雰囲気下で排気中の窒素酸化物を捕捉し、この捕捉した窒素酸化物をリッチ空燃比雰囲下で還元除去する窒素酸化物吸蔵触媒と、前記内燃機関の排気の空燃比を調整する空燃比調整手段と、前記窒素酸化物吸蔵触媒での排気中の窒素酸化物の浄化率を検出する浄化率検出手段と、前記空燃比をリーンにするリーン空燃比運転と前記空燃比をリッチにするリッチ空燃比運転とを繰り返して、前記窒素酸化物吸蔵触媒に捕捉されている窒素酸化物を還元除去するNOxパージ処理時において、前記リーン空燃比運転の開始から前記浄化率検出手段により検出された前記浄化率が所定値以下になるまでの期間を前記リーン空燃比運転の実施期間として設定し、該リーン空燃比運転の実施期間に基づいて前記リーン空燃比運転を実施するよう前記空燃比調整手段を制御する制御手段とを含んで内燃機関の排気浄化装置を構成することを特徴とする。 In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, the nitrogen oxide is provided in the exhaust passage of the internal combustion engine and captures the nitrogen oxide in the exhaust under a lean air-fuel ratio atmosphere. A nitrogen oxide storage catalyst that reduces and removes in an atmosphere of a fuel ratio; an air-fuel ratio adjusting means that adjusts an air-fuel ratio of the exhaust gas of the internal combustion engine; and a purification rate of nitrogen oxide in the exhaust gas by the nitrogen oxide storage catalyst. Nitrogen oxide trapped in the nitrogen oxide storage catalyst by repeating purification rate detection means for detecting, lean air-fuel ratio operation for leaning the air-fuel ratio and rich air-fuel ratio operation for enriching the air-fuel ratio the during NOx purge process to reduce and remove the period from said start lean air-fuel ratio operation to said purification rate detected by the purification rate detecting means becomes below a predetermined value and the lean air-fuel ratio period of operation Set, and characterized in that an exhaust purifying apparatus for an internal combustion engine and a control means for controlling the air-fuel ratio adjusting means to implement the lean air-fuel ratio operation on the basis of the implementation period of the lean air-fuel ratio operation To do.
また、請求項2の発明では、請求項1において、前記リーン空燃比運転の実施期間に前記窒素酸化物吸蔵触媒の捕捉された窒素酸化物の量を検出する窒素酸化物捕捉量検出手段をさらに有し、前記制御手段は、さらに、該窒素酸化物捕捉量検出手段により検出された量の窒素酸化物を還元除去するよう前記リッチ空燃比運転の実施条件を設定し、該リッチ空燃比運転の実施条件に基づいて前記リッチ空燃比運転を実施しつつ、前記リーン空燃比運転と該リッチ空燃比運転とを繰り返すよう前記空燃比調整手段を制御することを特徴とする。
Further, in the invention of
また、請求項3の発明では、請求項1または2において、前記制御手段は、前記リーン空燃比運転の連続運転時間が所定時間経過したときには、前記設定されたリーン空燃比運転の実施期間に拘わらず前記リッチ空燃比運転に切り換えることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the invention, when the continuous operation time of the lean air-fuel ratio operation elapses for a predetermined time, the control means is responsive to the set lean air-fuel ratio operation period. First, the operation is switched to the rich air-fuel ratio operation.
本発明の請求項1の内燃機関の排気浄化装置によれば、NOxのパージ処理を行う際、リーン空燃比運転の実施期間を窒素酸化物吸蔵触媒での排気中の窒素酸化物の浄化率が所定値以下になるまでの期間に設定し、当該リーン空燃比運転の実施期間に基づいてリーン空燃比運転を実施しつつ、リーン空燃比運転とリッチ空燃比運転とを繰り返すようにしたので、NOxのパージ処理を行う際において、窒素酸化物の浄化率が所定値以下にならずに窒素酸化物の浄化率が十分に高く維持されている限りリーン空燃比運転を継続するようにできる。 According to the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine of claim 1 of the present invention, when performing the purge process of NOx, the purification period of the nitrogen oxide in the exhaust gas in the exhaust gas with the nitrogen oxide storage catalyst during the lean air-fuel ratio operation period. Since the lean air-fuel ratio operation and the rich air-fuel ratio operation are repeated while performing the lean air-fuel ratio operation based on the execution period of the lean air-fuel ratio operation, the NOx is set. When performing the purge process, the lean air-fuel ratio operation can be continued as long as the nitrogen oxide purification rate is maintained at a sufficiently high level without the nitrogen oxide purification rate being lower than a predetermined value.
したがって、リーン空燃比運転を十分に長い期間実施してリッチ空燃比運転とリーン空燃比運転との切り換えの頻度、即ちリッチ空燃比運転の前後のリーン空燃比運転での排気中の酸素によってリッチ空燃比運転における排気中のHC、COが無駄に消費(酸化)されてしまう頻度を少なくでき、故に窒素酸化物吸蔵触媒に流入したHC、COを効率的にパージ処理に使用することができ、リッチ空燃比運転時間を増加したり燃料噴射量を更に増量させる必要もなく、燃費の低下を防止しつつ、窒素酸化物吸蔵触媒の排気浄化性能を十分に維持することができる。 Accordingly, the lean air-fuel ratio operation is carried out for a sufficiently long period of time, and the frequency of switching between the rich air-fuel ratio operation and the lean air-fuel ratio operation, that is, the oxygen in the exhaust gas in the lean air-fuel ratio operation before and after the rich air-fuel ratio operation. The frequency of wasteful consumption (oxidation) of HC and CO in the exhaust gas in the fuel ratio operation can be reduced. Therefore, the HC and CO flowing into the nitrogen oxide storage catalyst can be efficiently used for the purge process, and rich. There is no need to increase the air-fuel ratio operation time or further increase the fuel injection amount, and it is possible to sufficiently maintain the exhaust gas purification performance of the nitrogen oxide storage catalyst while preventing a reduction in fuel consumption.
また、請求項2の内燃機関の排気浄化装置によれば、リーン空燃比運転の実施期間に窒素酸化物吸蔵触媒に捕捉された量の窒素酸化物を還元除去するようリッチ空燃比運転の実施条件を設定し、当該リッチ空燃比運転の実施条件に基づいてリッチ空燃比運転を実施しつつ、リーン空燃比運転とリッチ空燃比運転とを繰り返すようにしたので、NOxのパージ処理を行う際、リーン空燃比運転の実施期間における窒素酸化物吸蔵触媒への窒素酸化物の捕捉量に基づいてリッチ空燃比運転を十分に実施するようにできる。
According to the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to
したがって、リーン空燃比運転を十分に長い期間実施するのみならずリッチ空燃比運転を十分に実施してリッチ空燃比運転とリーン空燃比運転との切り換えの頻度をさらに少なくでき、燃費の低下を防止しつつ、窒素酸化物吸蔵触媒の排気浄化性能をさらに十分に維持することができる。
また、請求項3の内燃機関の排気浄化装置によれば、窒素酸化物吸蔵触媒での窒素酸化物の浄化率に基づき設定されたリーン空燃比運転の期間に拘わらず、リーン空燃比運転の連続運転時間が所定時間経過したときには、リーン空燃比運転からリッチ空燃比運転に切り換えるので、所定時間を適宜設定することにより、窒素酸化物の浄化率が所定値以下にならない場合において窒素酸化物吸蔵触媒における窒素酸化物の浄化率を確実に高く維持しつつNOxのパージ処理を実施することができ、窒素酸化物吸蔵触媒の排気浄化性能をより一層十分に維持することができる。
Therefore, not only the lean air-fuel ratio operation is performed for a sufficiently long period, but also the rich air-fuel ratio operation is sufficiently performed, and the frequency of switching between the rich air-fuel ratio operation and the lean air-fuel ratio operation can be further reduced, thereby preventing a decrease in fuel consumption. However, the exhaust gas purification performance of the nitrogen oxide storage catalyst can be maintained more sufficiently.
According to the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine of claim 3, continuous lean air-fuel ratio operation is performed regardless of the lean air-fuel ratio operation period set based on the nitrogen oxide purification rate of the nitrogen oxide storage catalyst. When the operation time has elapsed, the lean air-fuel ratio operation is switched to the rich air-fuel ratio operation. Therefore, when the predetermined time is set appropriately, the nitrogen oxide storage catalyst can be used when the nitrogen oxide purification rate does not fall below the predetermined value. The NOx purge process can be carried out while reliably maintaining the nitrogen oxide purification rate at, and the exhaust gas purification performance of the nitrogen oxide storage catalyst can be more sufficiently maintained.
以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。
図1は、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の構成図である。
図1に示すように、内燃機関であるエンジン本体(以下、エンジンという)1としては、例えば、燃料噴射モードを切り換えることで吸気行程での燃料噴射(吸気行程噴射モード)とともに圧縮行程での燃料噴射(圧縮行程噴射モード)を実施可能な筒内噴射型リーンバーンエンジンが採用される。詳しくは、このエンジン1は、吸気行程噴射モードでは、主として理論空燃比(ストイキオ)での運転モードの他、リッチ空燃比での運転モード(以下、リッチ運転モード)を選択可能であり、圧縮行程噴射モードでは、主としてリーン空燃比での運転モード(以下、リーン運転モード)を選択可能である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a configuration diagram of an exhaust emission control device for an internal combustion engine according to the present invention.
As shown in FIG. 1, an engine body (hereinafter referred to as an engine) 1 that is an internal combustion engine includes, for example, fuel injection in an intake stroke (intake stroke injection mode) and fuel in a compression stroke by switching the fuel injection mode. An in-cylinder injection lean burn engine capable of performing injection (compression stroke injection mode) is employed. Specifically, in the intake stroke injection mode, the engine 1 can select not only an operation mode mainly at the stoichiometric air-fuel ratio (stoichio) but also an operation mode at a rich air-fuel ratio (hereinafter referred to as a rich operation mode). In the injection mode, it is possible to select an operation mode mainly at a lean air-fuel ratio (hereinafter referred to as a lean operation mode).
同図に示すように、エンジン1のシリンダヘッド2には、各気筒毎に点火プラグ4とともに電磁式の燃料噴射弁6が取り付けられており、これにより、燃料を燃焼室内に直接噴射可能である。
点火プラグ4には高電圧を出力する点火コイル8が接続されている。また、燃料噴射弁6には、燃料パイプ7を介して燃料タンクを擁した燃料供給装置(図示せず)が接続されている。より詳しくは、燃料供給装置には、低圧燃料ポンプと高圧燃料ポンプとが設けられており、これにより、燃料タンク内の燃料を燃料噴射弁6に対し低燃圧或いは高燃圧で供給し、この燃料を燃料噴射弁6から燃焼室内に向けて所望の燃圧で噴射可能である。
As shown in the figure, the
An
シリンダヘッド2には、各気筒毎に略直立方向に吸気ポートが形成されており、各吸気ポートと連通するようにして吸気マニホールド10の一端がそれぞれ接続されている。なお、吸気マニホールド10には吸入空気量を調節する電磁式のスロットル弁14が設けられている。スロットル弁14には、その開度を検出するスロットルポジションセンサ(TPS)16が設けられている。
An intake port is formed in the
また、シリンダヘッド2には、各気筒に略水平方向に排気ポートが形成されており、各排気ポートと連通するようにして排気マニホールド20の一端がそれぞれ接続されている。
排気マニホールド20の他端には、排気管22が接続されており、この排気管22には、排気マニホールド20の近傍に位置して三元触媒24が介装されている。三元触媒24は、担体に活性貴金属として白金(Pt)、ロジウム(Rh)、パラジウム(Pd),銅(Cu)、コバルト(Co)、銀(Ag)のいずれかを有し、活性状態でHC、CO及びNOxを除去する。
The
An
排気管22のうち三元触媒24の下流部分には、NOx吸蔵触媒30が介装されている。NOx吸蔵触媒30は、例えば、白金(Pt),パラジウム(Pd)等の貴金属を含んだ担体に、バリウム(Ba),カリウム(K)等のNOx吸蔵剤を担持させて構成されており、リーン空燃比雰囲気(酸化雰囲気)下でNOxを捕捉する一方、リッチ空燃比雰囲気(還元雰囲気)下で、捕捉しているNOxを放出し、排気中のHC、COと反応させて還元する機能を有している。
A
そして、排気管22の三元触媒24の上流側部分には、O2濃度に基づき排気の空燃比を検出する空燃比センサ32が設けられている。
また、NOx吸蔵触媒30には、触媒温度Tcatを検出する触媒温度センサ36が設けられ、NOx吸蔵触媒30の上流及び下流には、NOxセンサ38、40が夫々設けられている。上流側のNOxセンサ38は、NOx吸蔵触媒30へ流入するNOxの流入量Qiを検出する一方、下流側のNOxセンサ40は、NOx吸蔵触媒30から流出するNOxの流出量Qoを検出する。
An air-
Further, the
ECU(電子コントロールユニット)60は、エンジン1等の制御を行うよう構成され、入出力装置、記憶装置(ROM、RAM、不揮発性RAM等)、中央処理装置(CPU)、タイマカウンタ等を含んで構成されている。タイマカウンタは、特にエンジン1の運転時間を計測可能である。
ECU60の入力側には、上述したTPS16、空燃比センサ32、触媒温度センサ36、NOxセンサ38、40等の各種センサ類が接続されており、これらセンサ類からの検出情報が入力される。
The ECU (electronic control unit) 60 is configured to control the engine 1 and the like, and includes an input / output device, a storage device (ROM, RAM, nonvolatile RAM, etc.), a central processing unit (CPU), a timer counter, and the like. It is configured. The timer counter can measure the operation time of the engine 1 in particular.
Various sensors such as the above-described
一方、ECU60の出力側には、燃料噴射弁6、点火コイル8、スロットル弁14等の各種出力デバイスが接続されており、これら各種出力デバイスには各種センサ類からの検出情報に基づきECU60において演算された燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期等がそれぞれ出力され、これにより、適正なタイミングでスロットル弁14が開閉操作され、燃料噴射弁6から適正量の燃料が適正なタイミングで噴射されるとともに、点火プラグ4により適正なタイミングで火花点火が実施される。
On the other hand, various output devices such as the fuel injection valve 6, the
詳しくは、ECU60では、各種センサ類からの検出情報に基づいて燃料噴射モードを決定するとともにエンジン1の筒内における目標空燃比を設定するようにしており、燃料噴射量は当該目標空燃比に応じて設定される。なお、目標空燃比に応じて燃料噴射量が設定されることにより、排気管22内における排気の空燃比が目標空燃比に呼応して調整される(空燃比調整手段)。
Specifically, the
更に、ECU60は、リーン運転モード中において、NOx吸蔵触媒30に捕捉されたNOxを放出し還元すべく定期的にNOxのパージ処理を行うように構成されている。詳しくは、ECU60は、NOxセンサ38、40からのNOxの流入量Qi情報及び流出量Qo 情報に基づき、触媒温度センサ36からの触媒温度Tcat情報をも考慮しながら燃料噴射弁6を制御し、NOxのパージ処理を行うよう構成されている。
Further, the
具体的には、NOxのパージ処理では、燃料噴射弁6を制御して、排気の空燃比をリッチである設定空燃比R1にするリッチ空燃比運転(以下、リッチ運転)とリーンにするリーン空燃比運転(以下、リーン運転)とを繰り返すようにする(制御手段)。
図2は、上記パージ処理を実行するためのECU60における制御手順を示すフローチャートであり、以下同フローチャートに沿い本発明に係るNOxのパージ処理について説明する。
Specifically, in the NOx purge process, the fuel injection valve 6 is controlled to set the rich air / fuel ratio operation (hereinafter referred to as rich operation) to a rich set air / fuel ratio R1 and the lean air to make lean. The fuel ratio operation (hereinafter referred to as lean operation) is repeated (control means).
FIG. 2 is a flowchart showing a control procedure in the
本ルーチンはリーン運転モードでのリーン運転の開始に伴い実行され、先ず、ステップS10では、NOxセンサ38からNOxの流入量Qiを入力し、ステップS12に進む。
ステップS12では、NOxセンサ40からNOxの流出量Qoを入力し、ステップS14に進む。
This routine is executed with the start of the lean operation in the lean operation mode. First, in step S10, the NOx inflow amount Qi is input from the
In step S12, the NOx outflow amount Qo is input from the
ステップS14では、NOx浄化率Rpを演算する。NOx浄化率Rpは、流入量Qiに対する、NOx吸蔵触媒30におけるNOxの捕捉量の割合であって、Rp=(Qi−Qo)/Qiにより演算される。そして、ステップS16に進む。
ステップS16では、リーン継続設定時間Tpを設定する。詳しくは、リーン継続設定時間Tpは、ステップS14において演算されたNOx浄化率Rpに基づいて設定される。具体的には、リーン運転が開始されてからNOx浄化率Rpが所定値以下になるまでのエンジン1の運転時間をタイマカウンタで計測しておき、当該運転時間をリーン継続設定時間Tpとして設定する。そして、ステップS18に進む。
In step S14, the NOx purification rate Rp is calculated. The NOx purification rate Rp is the ratio of the trapped amount of NOx in the
In step S16, a lean continuation set time Tp is set. Specifically, the lean continuation set time Tp is set based on the NOx purification rate Rp calculated in step S14. Specifically, the operation time of the engine 1 from when the lean operation is started until the NOx purification rate Rp becomes a predetermined value or less is measured with a timer counter, and the operation time is set as the lean continuation set time Tp. . Then, the process proceeds to step S18.
ステップS18では、ステップS16において設定されたリーン継続設定時間Tpが、所定時間T1以下であるか否かを判別する。ここに、所定時間T1は、NOx浄化率Rpが上記所定値まで低下しないような場合であっても強制的にNOxのパージ処理が実施されるよう、NOx浄化率Rpに関係なく適宜実験等に基づいて予め設定された値である。リーン継続設定時間Tpが所定時間T1以下と判定された場合は、ステップS20に進む。 In step S18, it is determined whether or not the lean continuation set time Tp set in step S16 is equal to or shorter than a predetermined time T1. Here, the predetermined time T1 is appropriately set to experiments or the like regardless of the NOx purification rate Rp so that the NOx purging process is forcibly performed even when the NOx purification rate Rp does not decrease to the predetermined value. It is a value set in advance based on this. If it is determined that the lean continuation set time Tp is equal to or shorter than the predetermined time T1, the process proceeds to step S20.
ステップS20では、ECU60のタイマカウンタにより計測されているエンジン1の運転時間であるリーン継続時間Tcがリーン継続設定時間Tp以上になったか否か、即ちNOx浄化率Rpが所定値以下になったか否かを判別する。リーン継続時間Tcがリーン継続設定時間Tp未満であると判定された場合は、ステップS10に戻る一方、リーン継続設定時間Tp以上、即ちNOx浄化率Rpが所定値以下になったと判定された場合は、ステップS24に進む。
In step S20, whether or not the lean continuation time Tc, which is the operation time of the engine 1 measured by the timer counter of the
一方、上記ステップS18の判別により、リーン継続設定時間Tpが所定時間T1より多いと判定された場合は、ステップS22に進む。
ステップS22では、リーン継続時間Tcが所定時間T1以上であるか否かを判別する。リーン継続時間Tcが所定時間T1未満と判定された場合は、ステップS10に戻る一方、所定時間T1以上と判定された場合は、上記同様ステップS24に進む。
On the other hand, if it is determined in step S18 that the lean continuation set time Tp is longer than the predetermined time T1, the process proceeds to step S22.
In step S22, it is determined whether or not the lean continuation time Tc is equal to or longer than a predetermined time T1. If it is determined that the lean continuation time Tc is less than the predetermined time T1, the process returns to step S10. If it is determined that the lean continuous time Tc is equal to or longer than the predetermined time T1, the process proceeds to step S24 as described above.
ステップS24では、触媒温度センサ36から触媒温度Tcatを入力し、ステップS26に進む。
ステップS26では、NOx吸蔵触媒30におけるNOxの蓄積量Qtを演算する(窒素酸化物捕捉量検出手段)。蓄積量Qtは、ステップS10において入力されたNOxの流入量QiとステップS14において演算されたNOx浄化率Rpから演算され、更に、ステップS24において入力された触媒温度Tcatにより補正されて求められる。具体的には、例えば、NOxの流入量QiにNOx浄化率Rpを乗算した値をリーン継続時間Tcに亘り積算し、当該積算値に触媒温度Tcatに応じて設定された補正係数を乗算して求める。そして、ステップS28に進む。
In step S24, the catalyst temperature Tcat is input from the
In step S26, the NOx accumulation amount Qt in the
ステップS28では、パージ処理の処理条件(リッチ空燃比運転の実施条件)としてのリッチ運転時間Ttを演算する。このリッチ運転時間Ttは、排気の空燃比が設定空燃比R1である状況下において、上記NOxの蓄積量QtのNOxをNOx吸蔵触媒30から還元除去するために必要な時間である。具体的には、このリッチ運転時間Ttの演算は、例えばあらかじめECU60の記憶装置に記憶させておいたマップから設定空燃比R1と蓄積量Qtに応じて読み出すことによって行えばよい。なお、パージ処理の処理条件として、このように排気の空燃比を一定にしてリッチ運転時間Ttを設定するのではなく、リッチ運転時間Ttを一定にして排気の空燃比(リッチ空燃比)を設定してもよい。そして、ステップS30に進む。
In step S28, a rich operation time Tt is calculated as a purge process condition (condition for performing a rich air-fuel ratio operation). The rich operation time Tt is a time required for reducing and removing NOx of the NOx accumulation amount Qt from the
ステップS30では、NOxのパージ処理を実施する。即ち、ステップS28において演算された処理条件に基づいて、燃料噴射弁6を制御し、リッチ運転を行う。そして、ステップS32に進む。
ステップS32では、計測したリーン継続時間Tcを0にリセットする。そして、リーン運転モードである限り本ルーチンを繰り返し実行する。これにより、リッチ運転とリーン運転とが交互に繰り返し実効される。
In step S30, a NOx purge process is performed. That is, based on the processing conditions calculated in step S28, the fuel injection valve 6 is controlled to perform rich operation. Then, the process proceeds to step S32.
In step S32, the measured lean continuation time Tc is reset to zero. Then, this routine is repeatedly executed as long as it is in the lean operation mode. As a result, the rich operation and the lean operation are repeatedly performed alternately.
このように、本発明に係る排気浄化装置では、NOxのパージ処理においてリッチ運転とリーン運転とを繰り返し実施し、この際、リーン継続設定時間Tp、即ちリーン運転の連続運転時間をNOx吸蔵触媒30におけるNOx浄化率Rpに基づいて設定するようにしており、さらにパージ処理の処理条件としてリッチ運転時間Tt、即ちリッチ運転の連続運転時間をNOx浄化率Rpに基づくNOxの蓄積量Qtに基づいて設定するようにしている。したがって、リーン運転及びリッチ運転の連続運転時間をNOx浄化率RpやNOxの捕捉状態に応じて最適な時間に設定することができる。
As described above, in the exhaust gas purification apparatus according to the present invention, the rich operation and the lean operation are repeatedly performed in the NOx purge process. At this time, the lean continuous setting time Tp, that is, the continuous operation time of the lean operation is set to the
即ち、図3を参照すると、NOxのパージ処理におけるリーン運転時間及びリッチ運転時間が従来の場合(設定条件A)と上記本発明に係るNOxのパージ処理において設定した場合(設定条件B)とで比較して示されているが、本発明に係るNOxのパージ処理を実施することにより、同図に示すように、リーン運転時間とリッチ運転時間とを共に比較的長い時間に設定することができる。 That is, referring to FIG. 3, when the lean operation time and the rich operation time in the NOx purge process are conventional (setting condition A), and when the NOx purge process according to the present invention is set (setting condition B). Although shown in comparison, by performing the NOx purging process according to the present invention, as shown in the figure, both the lean operation time and the rich operation time can be set to a relatively long time. .
図3によれば、設定条件Aと設定条件Bとでリーン運転時間とリッチ運転時間との比が同一であるため、設定条件Bのリーン運転時間とリッチ運転時間とがそれぞれ設定条件Aの2倍に設定されている。
このようにリーン運転時間とリッチ運転時間とを比較的長い時間に設定できると、リーン運転とリッチ運転との切り換えの頻度が少なくなり、同図に示すように、リッチ運転とリーン運転とが切り換わった直前または直後のリッチ運転時間帯TnではNOx吸蔵触媒30の上流側の排気通路22においてリッチ運転とリーン運転との切換時の前後の排気が混ざり合い、リッチ運転時間Tnの直前または直後のリーン運転時における排気中の酸素によりリッチ運転によって供給されるHCやCOが無駄に消費されてしまうのであるが、このようなリーン運転時の排気中の酸素によるリッチ運転時のHC、COの無駄な消費の機会が低減される。
According to FIG. 3, since the ratio between the lean operation time and the rich operation time is the same between the setting condition A and the setting condition B, the lean operation time and the rich operation time of the setting condition B are 2 of the setting condition A, respectively. It is set to double.
If the lean operation time and the rich operation time can be set to a relatively long time as described above, the frequency of switching between the lean operation and the rich operation is reduced, and the rich operation and the lean operation are switched as shown in FIG. In the rich operation time zone Tn immediately before or after the change, the exhaust gas before and after the switching between the rich operation and the lean operation is mixed in the
具体的には、図3によれば、リーン運転時間とリッチ運転時間との比は設定条件AとBとで同一であるので、一定期間内でのパージ処理における燃料の使用量が同一となるところ、設定条件Bの場合は設定条件Aに対して同一期間内でのリーン運転とリッチ運転の切換回数が半分になり、故に時間帯Tnの合計時間も略半分になり、リーン運転時における排気中の酸素によるHC、COの無駄な消費量が略半分に減少する。 Specifically, according to FIG. 3, since the ratio between the lean operation time and the rich operation time is the same between the setting conditions A and B, the amount of fuel used in the purge process within the predetermined period is the same. However, in the case of the setting condition B, the number of times of switching between the lean operation and the rich operation within the same period is halved with respect to the setting condition A, so the total time of the time zone Tn is also almost halved, and the exhaust during lean operation Wasteful consumption of HC and CO by oxygen in the inside is reduced to almost half.
したがって、本発明に係る設定条件Bでは、従来の設定条件Aと比較すると、実際にパージ処理に使用されるHC、COを十分に確保できることになり、パージ処理を効率よく実施することができる。
これより、図4を参照すると、上記各設定条件におけるNOx浄化率Rpの推移が比較して示されているが、同図に示すように、設定条件Aによるパージ処理を行った場合には、多くのHC、COが排気中の酸素によって無駄に消費されてNOx浄化率Rpは徐々に低下してしまうのに対し、本発明に係る設定条件Bによるパージ処理を行った場合には、NOx浄化率は十分に高く維持される。
Therefore, in the setting condition B according to the present invention, compared to the conventional setting condition A, HC and CO that are actually used for the purge process can be sufficiently secured, and the purge process can be performed efficiently.
Thus, referring to FIG. 4, the transition of the NOx purification rate Rp in each of the above set conditions is shown in comparison, but as shown in FIG. 4, when the purge process is performed under the set condition A, While many HCs and COs are wasted by oxygen in the exhaust gas and the NOx purification rate Rp gradually decreases, the NOx purification is performed when the purge process is performed according to the setting condition B according to the present invention. The rate is kept high enough.
以上説明したように、本発明に係る排気浄化装置によれば、NOx浄化率Rpに基づいてリーン運転時間を最適な時間に設定することにより、即ちリーン運転の開始からNOx浄化率Rpが所定値以下となるまでの間に亘りリーン継続設定時間Tpを十分に長く設定することにより、リーン運転とリッチ運転との切り換えの頻度を少なくして、NOx吸蔵触媒30においてHC、COを効率よくパージ処理に利用するようにでき、パージ処理のためにリッチ運転時間を増加したり燃料噴射量を更に増量させる必要もなく、燃費の低下を防止しつつ、NOx吸蔵触媒30の排気浄化性能を十分に維持することができる。
As described above, according to the exhaust gas purification apparatus of the present invention, the NOx purification rate Rp is set to the predetermined value by setting the lean operation time to an optimum time based on the NOx purification rate Rp, that is, from the start of the lean operation. By setting the lean continuous setting time Tp to be sufficiently long until it becomes below, the frequency of switching between the lean operation and the rich operation is reduced, and the HC and CO are efficiently purged in the
さらに、NOx吸蔵触媒30におけるNOxの蓄積量Qtに応じてリッチ運転時間Ttを十分に長く、或いは排気の空燃比を十分にリッチに設定することにより、リーン運転とリッチ運転との切り換えの頻度をさらに少なくして、NOx吸蔵触媒30の排気浄化性能をさらに十分に維持することができる。
また、リーン継続設定時間Tpが所定時間T1以下であるような場合には、NOx浄化率Rpに拘わらずリーン継続時間Tcが所定時間T1以上になったときにNOxのパージ処理を行うようにしているので、NOx浄化率Rpが所定値まで低下しないような場合において高いNOx浄化率Rpを維持しつつNOxのパージ処理を実施することができ、NOx吸蔵触媒30の排気浄化性能をより一層十分に維持することができる。
Furthermore, the frequency of switching between the lean operation and the rich operation is set by setting the rich operation time Tt sufficiently long or setting the air-fuel ratio of the exhaust gas sufficiently rich according to the NOx accumulation amount Qt in the
When the lean continuous set time Tp is equal to or shorter than the predetermined time T1, the NOx purge process is performed when the lean continuous time Tc becomes equal to or longer than the predetermined time T1 regardless of the NOx purification rate Rp. Therefore, when the NOx purification rate Rp does not decrease to a predetermined value, the NOx purging process can be performed while maintaining the high NOx purification rate Rp, and the exhaust purification performance of the
なお、上記実施形態では、NOx還元触媒30へのNOxの流入量Qiを、NOxセンサ38により、触媒温度Tcatを触媒温度センサ36により検出しているが、これらをエンジン回転速度や燃料噴射量等のエンジン1の運転状態に基づいて演算により求めてもよい。
また、本実施形態では、エンジン1として筒内噴射型ガソリンエンジンを用いるようにしたが、これに限られず、ディーゼルエンジンのように排気空燃比がリーンになる内燃機関に本発明を適用することもできる。
In the above embodiment, the NOx inflow amount Qi to the
In the present embodiment, a cylinder injection gasoline engine is used as the engine 1, but the present invention is not limited to this, and the present invention may be applied to an internal combustion engine in which the exhaust air-fuel ratio is lean, such as a diesel engine. it can.
1 エンジン
6 燃料噴射弁
30 NOx吸蔵触媒
38 NOxセンサ
40 NOxセンサ
60 電子コントロールユニット(ECU)
1 Engine 6
Claims (3)
前記内燃機関の排気の空燃比を調整する空燃比調整手段と、
前記窒素酸化物吸蔵触媒での排気中の窒素酸化物の浄化率を検出する浄化率検出手段と、
前記空燃比をリーンにするリーン空燃比運転と前記空燃比をリッチにするリッチ空燃比運転とを繰り返して、前記窒素酸化物吸蔵触媒に捕捉されている窒素酸化物を還元除去するNOxパージ処理時において、前記リーン空燃比運転の開始から前記浄化率検出手段により検出された前記浄化率が所定値以下になるまでの期間を前記リーン空燃比運転の実施期間として設定し、該リーン空燃比運転の実施期間に基づいて前記リーン空燃比運転を実施するよう前記空燃比調整手段を制御する制御手段と、
を含んで構成されることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 A nitrogen oxide storage catalyst that is provided in an exhaust passage of the internal combustion engine, captures nitrogen oxide in exhaust under a lean air-fuel ratio atmosphere, and reduces and removes the captured nitrogen oxide in a rich air-fuel ratio atmosphere;
Air-fuel ratio adjusting means for adjusting the air-fuel ratio of the exhaust gas of the internal combustion engine;
A purification rate detecting means for detecting a purification rate of nitrogen oxide in the exhaust gas at the nitrogen oxide storage catalyst;
During NOx purge processing for reducing and removing nitrogen oxides captured by the nitrogen oxide storage catalyst by repeating lean air-fuel ratio operation that makes the air-fuel ratio lean and rich air-fuel ratio operation that makes the air-fuel ratio rich , The period from the start of the lean air-fuel ratio operation until the purification rate detected by the purification rate detection means falls below a predetermined value is set as the execution period of the lean air-fuel ratio operation, and control means for controlling the air-fuel ratio adjusting means to implement the lean air-fuel ratio operation on the basis of the implementation period,
An exhaust emission control device for an internal combustion engine, comprising:
前記制御手段は、さらに、該窒素酸化物捕捉量検出手段により検出された量の窒素酸化物を還元除去するよう前記リッチ空燃比運転の実施条件を設定し、該リッチ空燃比運転の実施条件に基づいて前記リッチ空燃比運転を実施しつつ、前記リーン空燃比運転と該リッチ空燃比運転とを繰り返すよう前記空燃比調整手段を制御することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。 Nitrogen oxide trapping amount detection means for detecting the amount of nitrogen oxide trapped by the nitrogen oxide storage catalyst during the lean air-fuel ratio operation period;
The control means further sets the execution condition of the rich air-fuel ratio operation so as to reduce and remove the amount of nitrogen oxide detected by the nitrogen oxide trapping amount detection means, and sets the execution condition of the rich air-fuel ratio operation as the execution condition of the rich air-fuel ratio operation. 2. The exhaust of the internal combustion engine according to claim 1, wherein the air-fuel ratio adjusting unit is controlled to repeat the lean air-fuel ratio operation and the rich air-fuel ratio operation while performing the rich air-fuel ratio operation based on the exhaust gas. Purification equipment.
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