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JP7704062B2 - Exhaust gas purification system for internal combustion engine and exhaust gas purification method for internal combustion engine - Google Patents
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JP7704062B2 - Exhaust gas purification system for internal combustion engine and exhaust gas purification method for internal combustion engine - Google Patents

Exhaust gas purification system for internal combustion engine and exhaust gas purification method for internal combustion engine Download PDF

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Description

本開示は、内燃機関の排気浄化システムおよび内燃機関の排気浄化方法に関し、特に、NOx吸蔵還元触媒を備えた内燃機関の排気浄化システムおよび排気浄化方法に関する。 This disclosure relates to an exhaust purification system for an internal combustion engine and an exhaust purification method for an internal combustion engine, and in particular to an exhaust purification system and an exhaust purification method for an internal combustion engine equipped with a NOx storage reduction catalyst.

排気ガス中に含まれるNOx(窒素酸化物)を浄化するために、NOx吸蔵還元触媒(NOx storage reduction catalyst)を備えた内燃機関が知られている。NOx吸蔵還元触媒(以下、NSR触媒とも称する)は、NSR触媒に流入する排気ガスの空燃比がリーンのときNOxを吸蔵し、排気ガスの空燃比がリッチになると吸蔵していたNOxを放出し還元する。 Internal combustion engines equipped with NOx storage reduction catalysts (hereinafter also referred to as NSR catalysts) are known to purify NOx (nitrogen oxides) contained in exhaust gas. NOx storage reduction catalysts (hereinafter also referred to as NSR catalysts) store NOx when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NSR catalyst is lean, and release and reduce the stored NOx when the air-fuel ratio of the exhaust gas becomes rich.

NSR触媒に吸蔵されているNOxを還元するため、排気ガスの空燃比をリッチにする際、内燃機関の膨張行程時にメイン噴射とは別に燃焼室内へ燃料を噴射する、所謂、ポスト噴射を行うことが知られている。たとえば、特開2004-132262号公報(特許文献1)では、ポスト噴射を行うことにより、燃焼室内に噴射された燃料が改質され、排気ガス中のCO濃度(一酸化炭素濃度)が高まり、NSR触媒から放出されるNOxを効率よく還元することができるとされている。 When making the air-fuel ratio of the exhaust gas rich in order to reduce the NOx stored in the NSR catalyst, it is known to perform a so-called post-injection, in which fuel is injected into the combustion chamber during the expansion stroke of the internal combustion engine separately from the main injection. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-132262 (Patent Document 1) claims that by performing post-injection, the fuel injected into the combustion chamber is reformed, the CO concentration (carbon monoxide concentration) in the exhaust gas increases, and the NOx released from the NSR catalyst can be efficiently reduced.

特開2004-132262号公報JP 2004-132262 A

NSR触媒に吸蔵されたNOxを放出還元するため、ポスト噴射を行い排気ガスの空燃比をリッチにすると、燃料の改質時にメタン(CH4)が生成され、燃焼室からメタンが排出される。メタンは、NOxの還元力が弱く、また、触媒によって浄化され難い。このため、ポスト噴射により排気ガスの空燃比をリッチにして、NSR触媒に吸蔵されたNOxを放出還元する際、メタンが大気に放出される。 When post-injection is performed to make the exhaust gas air-fuel ratio rich in order to release and reduce the NOx stored in the NSR catalyst, methane (CH4) is generated during fuel reforming and is discharged from the combustion chamber. Methane has a low ability to reduce NOx and is difficult to purify by catalysts. For this reason, when post-injection is used to make the exhaust gas air-fuel ratio rich and release and reduce the NOx stored in the NSR catalyst, methane is released into the atmosphere.

メタンは、有害性はないものの温室効果ガスであるため、その排出量を制御することが望ましい。 Although methane is not harmful, it is a greenhouse gas, so it is desirable to control its emissions.

本開示の目的は、NSR触媒に吸蔵されているNOxを放出還元するため、燃料噴射により排気ガスの空燃比をリッチにする際に排出されるメタンを、適正な量に制御することである。 The purpose of this disclosure is to control the amount of methane emitted when fuel is injected to enrich the air-fuel ratio of the exhaust gas in order to release and reduce the NOx stored in the NSR catalyst.

本開示の内燃機関の排気浄化システムは、排気ガスの空燃比がリーンのときNOxを吸蔵し、排気ガスの空燃比がリッチのとき吸蔵していたNOxを放出し還元するNOx吸蔵還元触媒と、内燃機関の燃焼室内へ燃料を噴射する燃料噴射弁と、制御装置と、を備えた内燃機関の排気浄化システムである。制御装置は、NOx吸蔵還元触媒に吸蔵されたNOxがパージ要求閾値以上になったとき、燃料噴射弁から燃焼室へ噴射される燃料によって排気ガスの空燃比をリッチとし、NOx吸蔵還元触媒に吸蔵したNOxを放出し還元するリッチパージを実行し、リッチパージの実行時、燃焼室から排出されるメタンの量であるメタン排出量を算出し、メタン排出量がメタン排出許容値を超えたとき、リッチパージを禁止するよう構成されている。 The exhaust purification system for an internal combustion engine disclosed herein is an exhaust purification system for an internal combustion engine that includes a NOx storage reduction catalyst that stores NOx when the air-fuel ratio of the exhaust gas is lean and releases and reduces the stored NOx when the air-fuel ratio of the exhaust gas is rich, a fuel injection valve that injects fuel into the combustion chamber of the internal combustion engine, and a control device. When the NOx stored in the NOx storage reduction catalyst reaches or exceeds a purge request threshold, the control device performs a rich purge that makes the air-fuel ratio of the exhaust gas rich by fuel injected from the fuel injection valve into the combustion chamber and releases and reduces the NOx stored in the NOx storage reduction catalyst, calculates the methane emission amount, which is the amount of methane discharged from the combustion chamber when the rich purge is performed, and prohibits the rich purge when the methane emission amount exceeds the methane emission allowable value.

この構成によれば、内燃機関の排気浄化システムの制御装置は、NOx吸蔵還元触媒に吸蔵されたNOxがパージ要求閾値以上になったとき、燃料噴射弁から燃焼室へ噴射される燃料によって排気ガスの空燃比をリッチとしてリッチパージを実行し、NOx吸蔵還元触媒に吸蔵したNOxを放出し還元する。制御装置は、リッチパージの実行時、燃焼室から排出されるメタンの量であるメタン排出量を算出し、メタン排出量がメタン排出許容値を超えたとき、リッチパージを禁止する。メタン排出量がメタン排出許容値を超えたとき、リッチパージが禁止されるので、リッチパージの実行時に大気に排出されるメタンを、適正な量に制御することができる。 According to this configuration, when the NOx stored in the NOx storage reduction catalyst reaches or exceeds the purge request threshold, the control device of the exhaust purification system of the internal combustion engine performs a rich purge by making the air-fuel ratio of the exhaust gas rich by fuel injected from the fuel injection valve into the combustion chamber, and releases and reduces the NOx stored in the NOx storage reduction catalyst. When a rich purge is performed, the control device calculates the methane emission amount, which is the amount of methane discharged from the combustion chamber, and prohibits the rich purge when the methane emission amount exceeds the methane emission allowable value. Since the rich purge is prohibited when the methane emission amount exceeds the methane emission allowable value, the amount of methane discharged into the atmosphere when a rich purge is performed can be controlled to an appropriate amount.

好ましくは、内燃機関は、車両に搭載されており、制御装置は、車両の走行距離に基づいてメタン排出許容値を算出するようにしてもよい。また、メタン排出量がメタン排出許容値を超えたとき、メタン排出量およびメタン排出許容値を初期値に設定するようにしてもよい。 Preferably, the internal combustion engine is mounted on a vehicle, and the control device may calculate the methane emission allowable value based on the vehicle's travel distance. In addition, when the methane emission amount exceeds the methane emission allowable value, the methane emission amount and the methane emission allowable value may be set to initial values.

この構成によれば、車両の走行距離に基づいてメタン排出許容値を算出するので、大気へのメタン排出量を、排気ガス中の二酸化炭素(CO2)の排出量規制と同様に適切に管理することが可能になる。また、メタン排出量がメタン排出許容値を超えたとき、メタン排出量およびメタン排出許容値を初期値(たとえば「0」であってよい)に設定するので、算出したメタン排出量およびメタン排出許容値を保持するレジスタのオーバフローを抑止できる。 With this configuration, the methane emission allowable value is calculated based on the vehicle's travel distance, making it possible to appropriately manage methane emissions into the atmosphere in a manner similar to the regulations governing carbon dioxide (CO2) emissions in exhaust gas. In addition, when the methane emission amount exceeds the methane emission allowable value, the methane emission amount and the methane emission allowable value are set to initial values (which may be "0", for example), preventing overflow of the register that holds the calculated methane emission amount and the methane emission allowable value.

好ましくは、NOx吸蔵還元触媒の下流の排気通路に、選択還元型NOx触媒が設けられており、制御装置は、リッチパージの実行時に、メタン排出量がメタン排出許容値を超えてリッチパージを禁止した場合、NOx吸蔵還元触媒の温度を上昇させて、NOx吸蔵還元触媒に吸蔵されたNOxを放出する昇温パージを実行するようにしてもよい。 Preferably, a selective reduction type NOx catalyst is provided in the exhaust passage downstream of the NOx storage reduction catalyst, and the control device may perform a temperature increase purge by increasing the temperature of the NOx storage reduction catalyst to release the NOx stored in the NOx storage reduction catalyst if the amount of methane emissions exceeds the methane emission allowable value during rich purge and the control device prohibits rich purge.

この構成によれば、NOx吸蔵還元触媒の下流の排気通路に、選択還元型NOx触媒が設けられる。制御装置は、リッチパージを禁止した場合、昇温パージを実行し、NOx吸蔵還元触媒の温度を上昇させてNOx吸蔵還元触媒に吸蔵されたNOxを放出する。昇温パージによってNOx吸蔵還元触媒から放出されたNOxを、選択還元型NOx触媒で還元することができ、NOxの大気への放出を抑制することができる。 According to this configuration, a selective reduction type NOx catalyst is provided in the exhaust passage downstream of the NOx storage reduction catalyst. When the control device prohibits rich purge, it executes a temperature increase purge to increase the temperature of the NOx storage reduction catalyst and release the NOx stored in the NOx storage reduction catalyst. The NOx released from the NOx storage reduction catalyst by the temperature increase purge can be reduced by the selective reduction type NOx catalyst, and the release of NOx into the atmosphere can be suppressed.

好ましくは、制御装置は、NOx吸蔵還元触媒に吸蔵されたNOxがパージ終了閾値以下になったとき、リッチパージおよび昇温パージの実行を終了するようにしてもよい。 Preferably, the control device may terminate the execution of the rich purge and temperature increase purge when the NOx stored in the NOx storage reduction catalyst falls below the purge end threshold.

この構成によれば、NOx触媒に吸蔵されたNOxがパージ終了閾値以下になるまで、リッチパージあるいは昇温パージが実行されるので、NOx吸蔵還元触媒からNOxを十分に放出でき、NOx吸蔵還元触媒のNOx吸蔵能力の回復が良好に行われる。 With this configuration, a rich purge or temperature-raising purge is performed until the NOx stored in the NOx catalyst falls below the purge end threshold, allowing sufficient NOx to be released from the NOx storage reduction catalyst, and the NOx storage capacity of the NOx storage reduction catalyst is effectively restored.

本開示の内燃機関の排気浄化方法は、排気ガスの空燃比がリーンのときNOxを吸蔵し、排気ガスの空燃比がリッチのとき、吸蔵していたNOxを放出し還元するNOx吸蔵還元触媒と、内燃機関の燃焼室内へ燃料を噴射する燃料噴射弁と、を備えた内燃機関の排気浄化方法である。内燃機関の排気浄化方法は、NOx吸蔵還元触媒に吸蔵されたNOxがパージ要求閾値以上になったとき、燃料噴射弁から燃焼室へ噴射される燃料によって排気ガスの空燃比をリッチとし、NOxを放出し還元するリッチパージを実行するステップと、リッチパージの実行時、燃焼室から排出されるメタンの量であるメタン排出量を算出するとともに、メタン排出量がメタン排出許容値を超えたとき、リッチパージを禁止するステップと、を含む。 The disclosed exhaust gas purification method for an internal combustion engine includes a NOx storage reduction catalyst that stores NOx when the air-fuel ratio of the exhaust gas is lean and releases and reduces the stored NOx when the air-fuel ratio of the exhaust gas is rich, and a fuel injection valve that injects fuel into the combustion chamber of the internal combustion engine. The exhaust gas purification method for an internal combustion engine includes the steps of: when the NOx stored in the NOx storage reduction catalyst reaches or exceeds a purge request threshold, performing a rich purge in which the air-fuel ratio of the exhaust gas is made rich by fuel injected from the fuel injection valve into the combustion chamber and the NOx is released and reduced; and calculating the amount of methane emissions, which is the amount of methane emitted from the combustion chamber when the rich purge is performed, and prohibiting the rich purge when the amount of methane emissions exceeds the methane emissions allowable value.

この排気浄化方法によれば、NOx吸蔵還元触媒に吸蔵されたNOxがパージ要求閾値以上になったとき、NOx吸蔵還元触媒に吸蔵したNOxを放出し還元するために、燃料噴射弁から燃焼室へ噴射される燃料によって排気ガスの空燃比をリッチとしてリッチパージを実行する。リッチパージの実行時、燃焼室から排出されるメタンの量であるメタン排出量を算出するとともに、メタン排出量がメタン排出許容値を超えたとき、リッチパージが禁止される。したがって、メタン排出量がメタン排出許容値を超えたとき、リッチパージが禁止されるので、大気に排出されるメタンを、適正な量に制御することができる。 According to this exhaust purification method, when the NOx stored in the NOx storage reduction catalyst reaches or exceeds the purge request threshold, a rich purge is performed by making the air-fuel ratio of the exhaust gas rich with fuel injected from the fuel injection valve into the combustion chamber in order to release and reduce the NOx stored in the NOx storage reduction catalyst. When a rich purge is performed, the methane emission amount, which is the amount of methane discharged from the combustion chamber, is calculated, and when the methane emission amount exceeds the methane emission allowable value, the rich purge is prohibited. Therefore, since the rich purge is prohibited when the methane emission amount exceeds the methane emission allowable value, the amount of methane discharged into the atmosphere can be controlled to an appropriate amount.

好ましくは、内燃機関は、車両に搭載されており、排気浄化方法は、車両の走行距離に基づいてメタン排出許容値を算出するステップを、さらに含んでもよい。 Preferably, the internal combustion engine is mounted on a vehicle, and the exhaust purification method may further include a step of calculating the methane emission allowable value based on the mileage of the vehicle.

この排気浄化方法によれば、車両の走行距離に基づいてメタン排出許容値を算出するので、大気へのメタン排出量を、メタン排気ガス中の二酸化炭素(CO2)の排出量規制と同様に適切に管理することが可能になる。 This exhaust purification method calculates the allowable methane emissions based on the vehicle's travel distance, making it possible to appropriately manage methane emissions into the atmosphere in a manner similar to the regulations on carbon dioxide (CO2) emissions in methane exhaust gas.

好ましくは、内燃機関は、NOx吸蔵還元触媒の下流の排気通路に選択還元型NOx触媒をさらに備え、排気浄化方法は、リッチパージを禁止するステップでリッチパージを禁止したとき、NOx吸蔵還元触媒の温度を上昇させてNOxを放出する昇温パージを実行するステップを、さらに含んでもよい。 Preferably, the internal combustion engine further includes a selective reduction type NOx catalyst in the exhaust passage downstream of the NOx storage reduction catalyst, and the exhaust purification method may further include a step of performing a temperature increase purge that increases the temperature of the NOx storage reduction catalyst to release NOx when the rich purge is prohibited in the step of prohibiting the rich purge.

この排気浄化方法によれば、リッチパージを禁止した場合に昇温パージを実行し、NOx吸蔵還元触媒の温度を上昇させてNOx吸蔵還元触媒に吸蔵されたNOxを放出する。昇温パージによってNOx吸蔵還元触媒から放出されたNOxを、選択還元型NOx触媒で還元することができ、NOxの大気への放出を抑制することができる。 According to this exhaust purification method, when rich purge is prohibited, a temperature increase purge is performed to raise the temperature of the NOx storage reduction catalyst and release the NOx stored in the NOx storage reduction catalyst. The NOx released from the NOx storage reduction catalyst by the temperature increase purge can be reduced by the selective reduction type NOx catalyst, and the release of NOx into the atmosphere can be suppressed.

本開示によれば、NSR触媒に吸蔵されているNOxを放出還元するため、燃焼室内への燃料噴射により排気ガスの空燃比をリッチにする際に排出されるメタンを、適正な量に制御することができる。 According to the present disclosure, the NOx stored in the NSR catalyst is released and reduced, so that the amount of methane emitted when fuel is injected into the combustion chamber to enrich the air-fuel ratio of the exhaust gas can be controlled to an appropriate amount.

本実施の形態に係る車両の全体構成を示す図である。1 is a diagram showing an overall configuration of a vehicle according to an embodiment of the present invention; エンジン1の概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of an engine 1. FIG. エンジンECU100で実行されるNOx放出制御の処理を示すフローチャートである。3 is a flowchart showing a process of NOx emission control executed by an engine ECU 100. エンジンECU100で実行されるNOx吸蔵量算出処理の一例を示すフローチャートである。4 is a flowchart showing an example of a NOx occlusion amount calculation process executed by an engine ECU 100. エンジンECU100で実行されるメタン排出許容値算出処理の一例を示すフローチャートである。4 is a flowchart showing an example of a methane emission allowable value calculation process executed by an engine ECU 100. (A)~(G)は、本実施の形態の作用を説明する図である。1A to 1G are diagrams illustrating the operation of this embodiment.

以下、図面を参照しつつ、本開示の実施の形態について説明する。以下の説明では、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない場合がある。 Below, an embodiment of the present disclosure will be described with reference to the drawings. In the following description, the same or equivalent parts in the drawings will be given the same reference numerals, and their description may not be repeated.

図1は、本実施の形態に係る車両の全体構成を示す図である。車両Vは、エンジン1と、トルクコンバータ2と、自動変速機3とを備える。 Figure 1 shows the overall configuration of a vehicle according to this embodiment. The vehicle V includes an engine 1, a torque converter 2, and an automatic transmission 3.

本実施の形態において、エンジン1は、排気浄化システムを備えた圧縮着火式内燃機関(ディーゼルエンジン)であり、エンジン1の出力軸は、トルクコンバータ2の入力軸に接続される。トルクコンバータ2は、ロックアップクラッチ付トルクコンバータであり、図示しない、ポンプインペラ、タービンランナ、ステータ、およびロックアップクラッチを備える。トルクコンバータ2の出力軸は、自動変速機3の入力軸に接続される。自動変速機3は、遊星歯車式の多段自動変速機であり、複数の摩擦係合要素の係合および解放の組み合わせを制御することにより、各変速段を達成する。自動変速機3の出力軸は、プロペラシャフトを介してディファレンシャルギヤ4に接続されている。ディファレンシャルギヤ4は、ドライブシャフトを介して駆動輪である後輪5に接続されている。車両Vは後輪駆動車であるが、前輪駆動車であってよく、四輪駆動車であってもよい。 In this embodiment, the engine 1 is a compression ignition type internal combustion engine (diesel engine) equipped with an exhaust purification system, and the output shaft of the engine 1 is connected to the input shaft of the torque converter 2. The torque converter 2 is a torque converter with a lock-up clutch, and is equipped with a pump impeller, a turbine runner, a stator, and a lock-up clutch, which are not shown. The output shaft of the torque converter 2 is connected to the input shaft of the automatic transmission 3. The automatic transmission 3 is a planetary gear type multi-stage automatic transmission, and achieves each gear stage by controlling the combination of engagement and release of multiple friction engagement elements. The output shaft of the automatic transmission 3 is connected to the differential gear 4 via a propeller shaft. The differential gear 4 is connected to the rear wheels 5, which are the driving wheels, via a drive shaft. The vehicle V is a rear-wheel drive vehicle, but may be a front-wheel drive vehicle or a four-wheel drive vehicle.

図1において、符号111は、車速センサであり、車両Vの車速SPDを検出する。エンジン1は、エンジンECU((Electronic Control Unit)100によって制御され、トルクコンバータ2および自動変速機3は、トランスミッションECU200によって制御される。 In FIG. 1, reference numeral 111 denotes a vehicle speed sensor that detects the vehicle speed SPD of the vehicle V. The engine 1 is controlled by an engine ECU (Electronic Control Unit) 100, and the torque converter 2 and the automatic transmission 3 are controlled by a transmission ECU 200.

図2は、エンジン1の概略構成図である。エンジン1は、排気浄化システムを備えた圧縮着火式内燃機関(ディーゼルエンジン)であり、エンジン本体10のシリンダ(気筒)12に形成された燃焼室に、燃料噴射弁(インジェクター)14から燃料を噴射し、圧縮自着火を行う内燃機関である。本実施の形態において、エンジン1は4気筒である。エンジン1の吸気通路20には、エアクリーナ22、インタークーラ24、および絞り弁(ディーゼルスロットル弁)26が設けられており、エアクリーナ22で異物が除去された新気(空気)は、ターボ過給機30のコンプレッサ32で過給(圧縮)され、インタークーラ24で冷却されて、吸気マニホールド28に供給され、吸気ポートから各燃焼室に供給される。 Figure 2 is a schematic diagram of the engine 1. The engine 1 is a compression ignition type internal combustion engine (diesel engine) equipped with an exhaust purification system, and is an internal combustion engine in which fuel is injected from a fuel injection valve (injector) 14 into a combustion chamber formed in a cylinder (cylinder) 12 of the engine body 10, and compression autoignition is performed. In this embodiment, the engine 1 has four cylinders. An air cleaner 22, an intercooler 24, and a throttle valve (diesel throttle valve) 26 are provided in the intake passage 20 of the engine 1. Fresh air from which foreign matter has been removed by the air cleaner 22 is supercharged (compressed) by a compressor 32 of a turbocharger 30, cooled by the intercooler 24, supplied to an intake manifold 28, and supplied to each combustion chamber from an intake port.

燃料タンク40には、燃料が貯留されている。燃料タンク40内の燃料は、フィードポンプ41によって高圧燃料ポンプ42へ供給され、高圧燃料ポンプ42から吐出された高圧の燃料が燃料通路43を介してコモンレール44に圧送される。コモンレール44に蓄えられた高圧の燃料が、インジェクター14から燃焼室(筒内)に噴射される。 Fuel is stored in the fuel tank 40. The fuel in the fuel tank 40 is supplied to the high-pressure fuel pump 42 by the feed pump 41, and the high-pressure fuel discharged from the high-pressure fuel pump 42 is pumped through a fuel passage 43 to a common rail 44. The high-pressure fuel stored in the common rail 44 is injected from the injector 14 into the combustion chamber (inside the cylinder).

燃焼室から排出される排気(排気ガス)は、排気マニホールド50に集められ、排気通路52を介して、外気に放出される。また、排気の一部は、EGR(Exhaust Gas Recirculation)通路60を介して、吸気マニホールド28に還流される。EGR通路60には、EGRクーラ62とEGR弁64が設けられる。 The exhaust gas discharged from the combustion chamber is collected in the exhaust manifold 50 and released to the outside air via the exhaust passage 52. A portion of the exhaust gas is returned to the intake manifold 28 via an EGR (Exhaust Gas Recirculation) passage 60. An EGR cooler 62 and an EGR valve 64 are provided in the EGR passage 60.

排気通路52には、上流側から、ターボ過給機30のタービン34、NOx吸蔵還元触媒(NSR触媒)70、DPF(Diesel Particulate Filter)一体型選択還元触媒(以下、SCR(Selective Catalytic Reduction)DPFとも称する)72、選択還元触媒(以下、SCR触媒とも称する)74が設けられている。 In the exhaust passage 52, from the upstream side, there are provided the turbine 34 of the turbocharger 30, a NOx storage reduction catalyst (NSR catalyst) 70, a DPF (Diesel Particulate Filter) integrated selective reduction catalyst (hereinafter also referred to as SCR (Selective Catalytic Reduction) DPF) 72, and a selective reduction catalyst (hereinafter also referred to as SCR catalyst) 74.

NSR触媒70は、排気ガスの空燃比がリーン(酸素過剰)であるとき、NOxを吸蔵し、排気ガスの空燃比がリッチ(還元雰囲気)になると、吸蔵していたNOxを放出し還元する触媒である。たとえば、コージェライトからなる担体に、NOx吸蔵成分としてバリウム(Ba)、触媒成分として白金族金属を担持したものであってよい。なお、NSR触媒70は、三元触媒にNOx吸蔵材としてアルカリ性の物質を加えた、NOx吸蔵還元型三元触媒であってもよい。 The NSR catalyst 70 is a catalyst that stores NOx when the air-fuel ratio of the exhaust gas is lean (excess oxygen), and releases and reduces the stored NOx when the air-fuel ratio of the exhaust gas becomes rich (reducing atmosphere). For example, it may be a catalyst in which barium (Ba) is supported as a NOx storage component and a platinum group metal is supported as a catalytic component on a support made of cordierite. The NSR catalyst 70 may also be a NOx storage reduction type three-way catalyst in which an alkaline substance is added as a NOx storage material to a three-way catalyst.

SCRDPF72は、排気ガス中の微粒物質(PM:Particulate Matter)を捕集し、捕集したPMを適宜燃焼除去することにより浄化するフィルタ機能と、排気ガス中のNOxを還元浄化する機能を一体化した触媒である。たとえば、コージェライトあるいは炭化ケイ素からなハニカムフィルタに、銅(Cu)イオン交換ゼオライトを触媒として担持したものであってよい。SCR触媒74は、排気ガス中のNOxを還元浄化する触媒であり、たとえば、コージェライトからなる担体に、銅(Cu)イオン交換ゼオライトを触媒として担持したものであってよい。 The SCRDPF72 is a catalyst that combines a filter function that captures particulate matter (PM) in the exhaust gas and purifies the exhaust gas by appropriately burning and removing the captured PM, with a function that reduces and purifies NOx in the exhaust gas. For example, it may be a honeycomb filter made of cordierite or silicon carbide that supports copper (Cu) ion-exchanged zeolite as a catalyst. The SCR catalyst 74 is a catalyst that reduces and purifies NOx in the exhaust gas, and may be a carrier made of cordierite that supports copper (Cu) ion-exchanged zeolite as a catalyst.

SCRDPF72およびSCR触媒74は、アンモニア(NH3)を還元剤として用いることにより、高いNOx浄化率を示すものである。還元剤として利用するアンモニアは、SCRDPF72の上流およびSCR触媒74の上流の排気通路52に供給した尿素水を加水分解することにより生成する。SCRDPF72の上流の排気通路52には、尿素添加弁(尿素水噴射インジェクター)82が設けられ、SCR触媒74の上流の排気通路52には、尿素添加弁83が設けられている。SCRDPF72およびSCR触媒74に流入するNOxを還元浄化するとき、尿素水タンク80から図示しないポンプによって圧送される尿素水を、尿素添加弁82および尿素添加弁83から排気通路52に噴射する。 The SCRDPF 72 and the SCR catalyst 74 use ammonia (NH3) as a reducing agent to achieve a high NOx purification rate. The ammonia used as a reducing agent is generated by hydrolysis of urea water supplied to the exhaust passage 52 upstream of the SCRDPF 72 and upstream of the SCR catalyst 74. A urea addition valve (urea water injection injector) 82 is provided in the exhaust passage 52 upstream of the SCRDPF 72, and a urea addition valve 83 is provided in the exhaust passage 52 upstream of the SCR catalyst 74. When reducing and purifying NOx flowing into the SCRDPF 72 and the SCR catalyst 74, urea water pumped from a urea water tank 80 by a pump (not shown) is injected into the exhaust passage 52 from the urea addition valve 82 and the urea addition valve 83.

NSR触媒70の上流の排気通路52(本実施の形態では、タービン34の上流側の排気通路52)には、燃料添加弁90が設けられている。燃料添加弁90には、燃料タンク40内の燃料がフィードポンプ41により燃料通路45を介して供給されており、燃料添加弁90が開弁すると、排気通路52内へ燃料が添加(噴射)される。 A fuel addition valve 90 is provided in the exhaust passage 52 upstream of the NSR catalyst 70 (in this embodiment, the exhaust passage 52 upstream of the turbine 34). Fuel in the fuel tank 40 is supplied to the fuel addition valve 90 by the feed pump 41 via the fuel passage 45, and when the fuel addition valve 90 opens, fuel is added (injected) into the exhaust passage 52.

SCRDPF72に堆積したPM量が所定値以上になったとき、燃料添加弁90から排気通路52へ燃料を添加(噴射)し、SCRDPF72を昇温して、堆積したPMを燃焼除去する。燃料添加弁90から燃料が添加されると、NSR触媒70の触媒成分が酸化触媒として機能し、燃料が発熱(燃焼)して、SCRDPF72に流入する排気ガスの温度が上昇して、SCRDPF72が昇温する。 When the amount of PM accumulated in the SCRDPF 72 reaches or exceeds a predetermined value, fuel is added (injected) from the fuel addition valve 90 into the exhaust passage 52, the temperature of the SCRDPF 72 is raised, and the accumulated PM is burned off. When fuel is added from the fuel addition valve 90, the catalytic components of the NSR catalyst 70 function as an oxidation catalyst, the fuel generates heat (burns), the temperature of the exhaust gas flowing into the SCRDPF 72 rises, and the temperature of the SCRDPF 72 rises.

エンジンECU100は、CPU(Central Processing Unit)101、ROM(Read Only Memory)およびRAM(Random Access Memory)からなるメモリ102、各種信号を入出力するための入出力ポート(図示せず)等を含み、メモリ102に記憶された情報、各種センサからの情報に基づいて所定の演算処理を実行し、インジェクター14、絞り弁26、高圧燃料ポンプ42、尿素添加弁82,83、燃料添加弁90等を制御する。エンジンECU100が、本開示の「制御装置」に相当する。 The engine ECU 100 includes a CPU (Central Processing Unit) 101, a memory 102 consisting of a ROM (Read Only Memory) and a RAM (Random Access Memory), an input/output port (not shown) for inputting and outputting various signals, and executes predetermined calculation processing based on information stored in the memory 102 and information from various sensors, and controls the injector 14, the throttle valve 26, the high-pressure fuel pump 42, the urea addition valves 82 and 83, the fuel addition valve 90, etc. The engine ECU 100 corresponds to the "control device" of this disclosure.

エンジンECU100に入力される各種センサとしては、たとえば、車速センサ111、エンジン回転速度センサ112、アクセルペダルセンサ113、エアフローメータ114、NSR触媒温度センサ115、SCRDPF温度センサ116、等である。エンジン回転速度センサ112は、エンジン1の回転速度NEを検出する。アクセルペダルセンサ113は、ユーザによるアクセルペダル操作量(以下「アクセル開度」ともいう)APを検出する。エアフローメータ114は、エンジン1の吸気量(吸入空気量)Gaを検出する。NSR触媒温度センサ115は、NSR触媒70の温度Tcを検出する。SCRDPF温度センサ116は、SCRDPF72の温度Tfを検出する。 Various sensors whose signals are input to the engine ECU 100 include, for example, a vehicle speed sensor 111, an engine speed sensor 112, an accelerator pedal sensor 113, an air flow meter 114, an NSR catalyst temperature sensor 115, and an SCRDPF temperature sensor 116. The engine speed sensor 112 detects the rotation speed NE of the engine 1. The accelerator pedal sensor 113 detects the amount of accelerator pedal operation by the user (hereinafter also referred to as "accelerator opening") AP. The air flow meter 114 detects the intake amount (intake air amount) Ga of the engine 1. The NSR catalyst temperature sensor 115 detects the temperature Tc of the NSR catalyst 70. The SCRDPF temperature sensor 116 detects the temperature Tf of the SCRDPF 72.

エンジン1は、ディーゼルエンジンであり、全負荷時においても、空気過剰率は1.5~2で運転され、排気ガスの空燃比はリーンである。そこで、本実施の形態では、排気通路52にNSR触媒70を設け、排気ガスの空燃比がリーンであるとき、NSR触媒70でNOxを吸蔵し、NOxが大気へ排出されることを抑制している。NSR触媒70のNOx吸蔵量には限りがあるので、NSR触媒70に吸蔵されたNOx量が、NOx吸蔵量の許容値(吸蔵容量)を超えると、排気ガス中のNOxは、NSR触媒70で吸蔵されることなく、NSR触媒70の下流に流出する。このため、吸蔵されたNOx量が許容値を超える前に、排気ガスの空燃比をリッチ(還元雰囲気)にして、NSR触媒70に吸蔵されているNOxを放出し還元して、NSR触媒70のNOx吸蔵能力を回復する。なお、排気ガスの空燃比をリッチにして、NSR触媒70に吸蔵されているNOxを放出し還元することを、リッチパージとも称する。 The engine 1 is a diesel engine, and even at full load, the excess air ratio is 1.5 to 2, and the air-fuel ratio of the exhaust gas is lean. Therefore, in this embodiment, an NSR catalyst 70 is provided in the exhaust passage 52, and when the air-fuel ratio of the exhaust gas is lean, the NSR catalyst 70 stores NOx and suppresses the NOx from being discharged into the atmosphere. Since the NOx storage amount of the NSR catalyst 70 is limited, when the amount of NOx stored in the NSR catalyst 70 exceeds the allowable value (storage capacity) of the NOx storage amount, the NOx in the exhaust gas flows out downstream of the NSR catalyst 70 without being stored in the NSR catalyst 70. Therefore, before the amount of stored NOx exceeds the allowable value, the air-fuel ratio of the exhaust gas is made rich (reducing atmosphere), and the NOx stored in the NSR catalyst 70 is released and reduced, thereby recovering the NOx storage capacity of the NSR catalyst 70. In addition, making the air-fuel ratio of the exhaust gas rich to release and reduce the NOx stored in the NSR catalyst 70 is also called rich purge.

また、NSR触媒70では、NSR触媒70の温度Tcが高くなると、NOxの吸蔵能力が低下し、NOx吸蔵量の許容値が低下する。このため、(排気ガスの空燃比をリッチにすることなく、)NSR触媒70の温度Tcを昇温し、NOx吸蔵量の許容値を低下させて、NSR触媒70に吸蔵されているNOxを放出することができる。以下、NSR触媒70の温度Tcを昇温し、NSR触媒70に吸蔵されているNOxを放出すことを、昇温パージとも称する。 In addition, when the temperature Tc of the NSR catalyst 70 increases, the NOx storage capacity of the NSR catalyst 70 decreases, and the allowable amount of NOx storage decreases. Therefore, it is possible to release the NOx stored in the NSR catalyst 70 by raising the temperature Tc of the NSR catalyst 70 (without making the air-fuel ratio of the exhaust gas rich) and lowering the allowable amount of NOx storage. Hereinafter, raising the temperature Tc of the NSR catalyst 70 and releasing the NOx stored in the NSR catalyst 70 is also referred to as temperature-raising purge.

SCRDPF72は、昇温パージによってNSR触媒70から放出されたNOxを還元浄化する。SCRDPF72の入口側(上流側)の排気通路52には、NOxセンサ117が設けられている。NOxセンサ117は、SCRDPF72に流入する排気ガスのNOx濃度を検出する。エンジンECU100は、SCRDPF72に流入する排気ガスのNOx濃度と排気ガス量(吸入空気量Ga)に基づいて、尿素添加弁82から添加する尿素水の添加量を算出し、尿素添加弁82から尿素を添加することにより、SCRDPF72に流入したNOxを還元浄化する。このように、(昇温パージによってNSR触媒70から放出されたNOxにかかわらず)NSR触媒70からSCRDPF72に流入するNOxは、尿素添加弁82から添加される尿素水を用いて、SCRDPF72で還元浄化される。 The SCRDPF 72 reduces and purifies the NOx released from the NSR catalyst 70 by the temperature rise purge. A NOx sensor 117 is provided in the exhaust passage 52 on the inlet side (upstream side) of the SCRDPF 72. The NOx sensor 117 detects the NOx concentration of the exhaust gas flowing into the SCRDPF 72. The engine ECU 100 calculates the amount of urea water to be added from the urea addition valve 82 based on the NOx concentration of the exhaust gas flowing into the SCRDPF 72 and the exhaust gas amount (intake air amount Ga), and reduces and purifies the NOx that has flowed into the SCRDPF 72 by adding urea from the urea addition valve 82. In this way, the NOx that flows into the SCRDPF 72 from the NSR catalyst 70 (regardless of the NOx released from the NSR catalyst 70 by the temperature rise purge) is reduced and purified by the SCRDPF 72 using the urea water added from the urea addition valve 82.

SCR触媒74の入口側(上流側)の排気通路52には、NOxセンサ118が設けられており、SCRDPF72からSCR触媒74に流入するNOxは、同様に、尿素添加弁83から添加される尿素水を用いて、SCR触媒74で還元浄化される。 A NOx sensor 118 is provided in the exhaust passage 52 on the inlet side (upstream side) of the SCR catalyst 74, and the NOx that flows from the SCRDPF 72 into the SCR catalyst 74 is similarly reduced and purified in the SCR catalyst 74 using urea water added from the urea addition valve 83.

NSR触媒70に吸蔵されたNOxを放出還元するため、リッチパージを行う。リッチパージの実行時、排気ガスの空燃比をリッチ(還元雰囲気)にするため、本実施の形態では、絞り弁26を制御して吸入空気量Gaを減少するとともに、インジェクター14から噴射される燃料のメイン噴射の後にポスト噴射を行う。ポスト噴射を行うことにより、出力トルクの増大を招くことなく、排気ガスの空燃比をリッチにする。 A rich purge is performed to release and reduce the NOx stored in the NSR catalyst 70. When a rich purge is performed, in order to make the air-fuel ratio of the exhaust gas rich (reducing atmosphere), in this embodiment, the throttle valve 26 is controlled to reduce the intake air amount Ga, and a post-injection is performed after the main injection of fuel injected from the injector 14. By performing a post-injection, the air-fuel ratio of the exhaust gas is made rich without increasing the output torque.

エンジンECU100は、アクセル開度AP、エンジン回転速度NEに基づいて、燃料噴射量Qfおよび燃料噴射時期を算出する。燃料噴射量Qfは、アクセル開度APとエンジン回転速度NEをパラメータとしたマップとして予め設定されている。本実施の形態では、「パイロット噴射」、「プレ噴射」および「メイン噴射」が行われ、各噴射の燃料噴射時期が、アクセル開度APとエンジン回転速度NEをパラメータとしたマップとして予め設定されている。アクセル開度APとエンジン回転速度NEに基づいて、各マップから、燃料噴射量Qfと各燃料噴射時期を算出する。算出した燃料噴射量Qfは、予め設定された比率に基づいて、「パイロット噴射」、「プレ噴射」および「メイン噴射」に分配され、インジェクター14から燃焼室へ噴射される。 The engine ECU 100 calculates the fuel injection amount Qf and the fuel injection timing based on the accelerator opening AP and the engine speed NE. The fuel injection amount Qf is preset as a map with the accelerator opening AP and the engine speed NE as parameters. In this embodiment, "pilot injection", "pre-injection" and "main injection" are performed, and the fuel injection timing of each injection is preset as a map with the accelerator opening AP and the engine speed NE as parameters. The fuel injection amount Qf and each fuel injection timing are calculated from each map based on the accelerator opening AP and the engine speed NE. The calculated fuel injection amount Qf is distributed to "pilot injection", "pre-injection" and "main injection" based on a preset ratio, and is injected from the injector 14 into the combustion chamber.

リッチパージの実行時には、絞り弁26を制御して吸入空気量Gaを減少させ、吸入空気量Gaと燃料噴射量Qfに基づいて、ポスト噴射量Qpを算出する。ポスト噴射は、排気ガスの空燃比をリッチ(還元雰囲気)にするために、メイン噴射の後、エンジン1の膨張行程に行われる燃料噴射である。たとえば、燃料噴射量Qfとポスト噴射量Qpを合算した総燃料噴射量(Qf+Qp)を燃焼するのに必要な最小吸入空気量をG0としたとき、λ=Ga/G0で表される空気過剰率λを1より小さい所定値にするために必要なポスト噴射量Qpを算出する。燃料噴射量Qfに加えてポスト噴射量Qpをポスト噴射することにより、排気ガスの空燃比がリッチ(還元雰囲気)になり、NSR触媒70に吸蔵されたNOxが放出し還元される。NSR触媒70の上流側(入口側)の排気通路52には、排気ガスの空燃比を検出するA/Fセンサ119が設けられており、リッチパージの実行時、排気ガスの空燃比が目標空燃比になるよう、ポスト噴射量Qpがフィードバック制御される。A/Fセンサ119は、空燃比とNOx濃度を同時に検出可能なセンサであってもよい。 When performing a rich purge, the throttle valve 26 is controlled to reduce the intake air amount Ga, and the post injection amount Qp is calculated based on the intake air amount Ga and the fuel injection amount Qf. Post injection is a fuel injection performed during the expansion stroke of the engine 1 after the main injection in order to make the air-fuel ratio of the exhaust gas rich (reducing atmosphere). For example, when the minimum intake air amount required to burn the total fuel injection amount (Qf + Qp) obtained by adding the fuel injection amount Qf and the post injection amount Qp is set to G0, the post injection amount Qp required to make the air excess ratio λ expressed as λ = Ga / G0 a predetermined value smaller than 1 is calculated. By post-injecting the post injection amount Qp in addition to the fuel injection amount Qf, the air-fuel ratio of the exhaust gas becomes rich (reducing atmosphere), and the NOx stored in the NSR catalyst 70 is released and reduced. An A/F sensor 119 that detects the air-fuel ratio of the exhaust gas is provided in the exhaust passage 52 upstream (inlet side) of the NSR catalyst 70, and when rich purge is performed, the post injection amount Qp is feedback controlled so that the air-fuel ratio of the exhaust gas becomes the target air-fuel ratio. The A/F sensor 119 may be a sensor that can simultaneously detect the air-fuel ratio and the NOx concentration.

燃料として軽油を用いているエンジン1では、通常運転時に燃焼室から排出されるメタンは、極めて少ないが、リッチパージの実行時、ポスト噴射を行い排気ガスの空燃比をリッチにすると、通常運転時に比較して多くのメタンが排出される。この理由は明らかでないが、ポスト噴射された燃料がリッチ雰囲気の燃焼室内で改質される際に、メタンが生成されていると推察される。メタンは、有害性はないものの温室効果ガスであるため、その排出量を制御することが望ましい。 In engine 1, which uses diesel as fuel, very little methane is emitted from the combustion chamber during normal operation, but when a rich purge is performed and post-injection is performed to make the air-fuel ratio of the exhaust gas rich, more methane is emitted than during normal operation. The reason for this is unclear, but it is presumed that methane is produced when the post-injected fuel is reformed in the combustion chamber in a rich atmosphere. Although methane is not harmful, it is a greenhouse gas, so it is desirable to control its emissions.

本実施の形態では、リッチパージの実行時、燃焼室から排出されるメタンの量が許容値を超えたとき、リッチパージを禁止(停止)することにより、リッチパージによって排出されるメタンを適正な量に制御する。 In this embodiment, when a rich purge is performed and the amount of methane discharged from the combustion chamber exceeds an allowable value, the rich purge is prohibited (stopped), thereby controlling the amount of methane discharged by the rich purge to an appropriate level.

図3は、エンジンECU100で実行されるNOx放出制御の処理を示すフローチャートである。このフローチャートは、エンジン1の作動中(図示しない、イグニッションスイッチがONされてからOFFされるまでの間)に、所定期間毎に繰り返し処理される。ステップ(以下、ステップを「S」と略す)10では、フラグFpが1であるか否かを判定する。フラグFpは、NSR触媒70に吸蔵されているNOxを放出しNSR触媒70のNOx吸蔵能力を回復することが必要な場合に、1に設定されるフラグであり、図4に示す処置によって設定される。 Figure 3 is a flowchart showing the process of NOx release control executed by the engine ECU 100. This flowchart is repeatedly processed at predetermined intervals while the engine 1 is operating (between when an ignition switch (not shown) is turned on and when it is turned off). In step (hereinafter, step is abbreviated as "S") 10, it is determined whether or not flag Fp is 1. Flag Fp is a flag that is set to 1 when it is necessary to release NOx stored in the NSR catalyst 70 and restore the NOx storage capacity of the NSR catalyst 70, and is set by the process shown in Figure 4.

図4は、エンジンECU100で実行されるNOx吸蔵量算出処理の一例を示すフローチャートである。このフローチャートは、エンジン1の作動中に、所定期間毎に繰り返し処理される。S30では、フラグFpが1であるか否かを判定する。NSR触媒70に吸蔵されたNOx量が、NOx吸蔵量の許容値を超えていない場合、NSR触媒70からNOxを放出する必要がないので、フラグFpが0に設定されており、S30で否定判定されS31へ進む。 Figure 4 is a flowchart showing an example of the NOx storage amount calculation process executed by the engine ECU 100. This flowchart is repeatedly processed at predetermined intervals while the engine 1 is operating. In S30, it is determined whether or not the flag Fp is 1. If the amount of NOx stored in the NSR catalyst 70 does not exceed the allowable value for the NOx storage amount, there is no need to release NOx from the NSR catalyst 70, so the flag Fp is set to 0, a negative determination is made in S30, and the process proceeds to S31.

S31では、アクセル開度APとエンジン回転速度NEに基づいて、エンジン1のNOx排出量Ngを算出する。たとえば、単位時間当たりにエンジン1から排出されるNOx量が、予め実験等により、アクセル開度APとエンジン回転速度NEをパラメータとして求められており、マップ化され、メモリに格納されている。このマップから読み出した、単位時間当たりに排出されるNOx量に、前回の処理と今回の処理との時間間隔Δtを乗算することにより、NOx排出量Ngを算出する。なお、NOx排出量Ngは、燃料噴射量Qfとエンジン回転速度NEをパラメータとして算出するようにしてもよい。 In S31, the amount of NOx emissions Ng from engine 1 is calculated based on the accelerator opening AP and engine speed NE. For example, the amount of NOx emitted from engine 1 per unit time is determined in advance by experiments or the like using accelerator opening AP and engine speed NE as parameters, mapped, and stored in memory. The amount of NOx emitted per unit time read from this map is multiplied by the time interval Δt between the previous processing and the current processing to calculate the amount of NOx emissions Ng. Note that the amount of NOx emissions Ng may also be calculated using the fuel injection amount Qf and engine speed NE as parameters.

続くS32では、前回のNOx吸蔵量ΣNOxにNOx排出量Ngを加算して、(今回の)NOx吸蔵量ΣNOxを算出し、S33へ進む。 In the next step S32, the NOx emission amount Ng is added to the previous NOx storage amount ΣNOx to calculate the (current) NOx storage amount ΣNOx, and the process proceeds to S33.

S33において、NOx吸蔵量ΣNOxがパージ要求閾値Dc以上か否かを判定する。パージ要求閾値Dcは、NOx吸蔵量ΣNOxがこの値を超えると、NSR触媒70でNOxが吸蔵されることなく、NSR触媒70の下流へ排出されるおそれのある値であり、実験等によって設定される。NOx吸蔵量ΣNOxがパージ要求閾値Dc以上であると、肯定判定されS34へ進み、フラグFpを1に設定し、今回のルーチンを終了する。NOx吸蔵量ΣNOxがパージ要求閾値Dcより小さい場合は、否定判定され、今回のルーチンを終了する。 In S33, it is determined whether the NOx occlusion amount ΣNOx is equal to or greater than the purge request threshold Dc. The purge request threshold Dc is a value that, if the NOx occlusion amount ΣNOx exceeds, there is a risk that NOx will not be occluded in the NSR catalyst 70 and will be discharged downstream of the NSR catalyst 70, and is set by experiment, etc. If the NOx occlusion amount ΣNOx is equal to or greater than the purge request threshold Dc, a positive determination is made and the process proceeds to S34, where the flag Fp is set to 1 and the current routine is terminated. If the NOx occlusion amount ΣNOx is smaller than the purge request threshold Dc, a negative determination is made and the current routine is terminated.

S30において、フラグFpが1であり肯定判定されると、S35へ進む。S35では、フラグFrが1であるか否かを判定する。フラグFrは、リッチパージの実行時、1に設定されるフラグである。フラグFrが1であるときは、S35で肯定判定されS36へ進む。 If the flag Fp is 1 and a positive determination is made in S30, the process proceeds to S35. In S35, it is determined whether the flag Fr is 1. The flag Fr is a flag that is set to 1 when a rich purge is performed. If the flag Fr is 1, a positive determination is made in S35 and the process proceeds to S36.

S36では、ポスト噴射量Qpとエンジン回転速度NEに基づいて、NOx放出量Nr1を算出する。NOx放出量Nr1は、排気ガスの空燃比がリッチ(還元雰囲気)になり、NSR触媒70から放出され還元されたNOx量である。たとえば、単位時間当たりにNSR触媒70から放出還元されるNOx量が、予め実験等により、ポスト噴射量Qpとエンジン回転速度NEをパラメータとして求められており、マップ化され、メモリに格納されている。このマップから読み出した、単位時間当たりに放出還元されるNOx量に、前回の処理と今回の処理との時間間隔Δtを乗算することにより、NOx放出量Nr1を算出する。なお、単位時間当たりにNSR触媒70から放出還元されるNOx量は、エンジン回転速度NE等にかかわらず、一定値であってもよい。 In S36, the NOx emission amount Nr1 is calculated based on the post injection amount Qp and the engine rotation speed NE. The NOx emission amount Nr1 is the amount of NOx released and reduced from the NSR catalyst 70 when the exhaust gas air-fuel ratio becomes rich (reducing atmosphere). For example, the amount of NOx released and reduced from the NSR catalyst 70 per unit time is determined in advance by experiments or the like using the post injection amount Qp and the engine rotation speed NE as parameters, mapped, and stored in memory. The NOx emission amount Nr1 is calculated by multiplying the amount of NOx released and reduced per unit time read from this map by the time interval Δt between the previous processing and the current processing. Note that the amount of NOx released and reduced from the NSR catalyst 70 per unit time may be a constant value regardless of the engine rotation speed NE, etc.

続くS37では、前回のNOx吸蔵量ΣNOxからNOx放出量Nr1を減算して、(今回の)NOx吸蔵量ΣNOxを算出し、S41へ進む。 In the next step S37, the NOx release amount Nr1 is subtracted from the previous NOx storage amount ΣNOx to calculate the (current) NOx storage amount ΣNOx, and the process proceeds to S41.

リッチパージが実行されておらず、フラグFrが0である場合には、S35において、否定判定されS38へ進む。S38では、フラグFtが1であるか否かを判定する。フラグFtは、昇温パージの実行時、1に設定されるフラグである。フラグFtが1であるときは、S38で肯定判定されS39へ進む。フラグFtが0であるときは、S38で否定判定され、今回のルーチンを終了する。 If a rich purge is not being performed and flag Fr is 0, a negative determination is made in S35 and the routine proceeds to S38. In S38, it is determined whether flag Ft is 1. Flag Ft is a flag that is set to 1 when a temperature increase purge is being performed. If flag Ft is 1, a positive determination is made in S38 and the routine proceeds to S39. If flag Ft is 0, a negative determination is made in S38 and the routine ends.

S39では、NSR触媒70の温度Tcに基づいて、NOx放出量Nr2を算出する。NOx放出量Nr2は、NSR触媒72が昇温され、NSR触媒72から放出されたNOx量である。たとえば、温度Tcをパラメータとして、単位時間当たりにNSR触媒70から放出されるNOx量が、予め実験等により求められており、マップ化され、メモリに格納されている。このマップから読み出した、単位時間当たりに放出されるNOx量に、前回の処理と今回の処理との時間間隔Δtを乗算することにより、NOx放出量Nr2を算出する。 In S39, the amount of NOx released Nr2 is calculated based on the temperature Tc of the NSR catalyst 70. The amount of NOx released Nr2 is the amount of NOx released from the NSR catalyst 72 when the temperature of the NSR catalyst 72 is raised. For example, the amount of NOx released from the NSR catalyst 70 per unit time is determined in advance by experiments or the like using the temperature Tc as a parameter, mapped, and stored in memory. The amount of NOx released Nr2 is calculated by multiplying the amount of NOx released per unit time read from this map by the time interval Δt between the previous processing and the current processing.

続くS40では、前回のNOx吸蔵量ΣNOxからNOx放出量Nr2を減算して、(今回の)NOx吸蔵量ΣNOxを算出し、S41へ進む。 In the next step S40, the NOx release amount Nr2 is subtracted from the previous NOx storage amount ΣNOx to calculate the (current) NOx storage amount ΣNOx, and the process proceeds to S41.

S41では、NOx吸蔵量ΣNOxがパージ終了閾値Df以下であるか否かを判定する。パージ終了閾値Dfは、NSR触媒70に吸蔵されていたNOxが放出され、NSR触媒70のNOx吸蔵能力が十分に回復したときのNOx吸蔵量ΣNOxの値であり、たとえば、0であってよい。NOx吸蔵量ΣNOxがパージ終了閾値Df以下になると、肯定判定されS42へ進み、フラグFpを0に設定し、今回のルーチンを終了する。NOx吸蔵量ΣNOxがパージ終了閾値Dfより大きい場合は、否定判定され、今回のルーチンを終了する。 In S41, it is determined whether the NOx occlusion amount ΣNOx is equal to or less than the purge end threshold Df. The purge end threshold Df is the value of the NOx occlusion amount ΣNOx when the NOx occlusion capacity of the NSR catalyst 70 is fully restored after the NOx occlusion amount ΣNOx has been released from the NSR catalyst 70, and may be, for example, 0. If the NOx occlusion amount ΣNOx is equal to or less than the purge end threshold Df, a positive determination is made and the process proceeds to S42, where the flag Fp is set to 0 and the current routine is terminated. If the NOx occlusion amount ΣNOx is greater than the purge end threshold Df, a negative determination is made and the current routine is terminated.

このように、NOx吸蔵量ΣNOxがパージ要求閾値Dc以上になると、フラグFpが1に設定される。また、リッチパージあるいは昇温パージによって、NOx吸蔵量ΣNOxがパージ終了閾値Df以下になると、フラグFpが0に設定される。 In this way, when the NOx occlusion amount ΣNOx becomes equal to or greater than the purge request threshold Dc, the flag Fp is set to 1. Also, when the NOx occlusion amount ΣNOx becomes equal to or less than the purge end threshold Df due to a rich purge or a temperature rise purge, the flag Fp is set to 0.

図3を参照して、フラグFpが1に設定されており、リッチパージあるいは昇温パージによって、NSR触媒70に吸蔵されているNOxを放出し、NSR触媒70のNOx吸蔵能力を回復することが必要な場合、S10において肯定判定されS11へ進む。フラグFpが0に設定されている場合は、否定判定されS20へ進む。 Referring to FIG. 3, if the flag Fp is set to 1 and it is necessary to release the NOx stored in the NSR catalyst 70 by rich purge or temperature increase purge and restore the NOx storage capacity of the NSR catalyst 70, a positive determination is made in S10 and the process proceeds to S11. If the flag Fp is set to 0, a negative determination is made and the process proceeds to S20.

S11では、リッチパージを行うことが可能か否かを判定する。たとえば、エンジン回転速度NEと燃料噴射量Qfに基づいて、エンジン1の運転領域が、絞り弁26を制御して吸入空気量Gaを減少しポスト噴射を行うことにより、排気ガスの空燃比をリッチにできる運転領域か否かを判定する。そして、エンジン1の運転領域が、排気ガスの空燃比をリッチにできる運転領域であり、かつ、NSR触媒70の温度Tcが活性化温度以上であるときに、リッチパージを行うことが可能であると判定する。S11において、リッチパージを行うことが可能であると判定されると、S11へ進む。リッチパージを行うことができない場合は、S11で否定判定されS17へ進む。 In S11, it is determined whether or not a rich purge can be performed. For example, based on the engine rotation speed NE and the fuel injection amount Qf, it is determined whether or not the operating range of the engine 1 is an operating range in which the air-fuel ratio of the exhaust gas can be made rich by controlling the throttle valve 26 to reduce the intake air amount Ga and performing post injection. Then, when the operating range of the engine 1 is an operating range in which the air-fuel ratio of the exhaust gas can be made rich and the temperature Tc of the NSR catalyst 70 is equal to or higher than the activation temperature, it is determined that a rich purge can be performed. If it is determined in S11 that a rich purge can be performed, the process proceeds to S11. If a rich purge cannot be performed, a negative determination is made in S11 and the process proceeds to S17.

S12では、フラグFmが1であるか否かを判定する。フラグFmは、リッチパージを禁止するためのフラグであり、リッチパージの実行時に、燃焼室から排出されるメタンの量が許容値を超えたとき1に設定され、リッチパージが禁止される。なお、フラグFmの詳細については、後述する。フラグFmが0である場合、S12で否定判定されS13へ進む。 In S12, it is determined whether flag Fm is 1. Flag Fm is a flag for prohibiting rich purge, and is set to 1 when the amount of methane discharged from the combustion chamber exceeds an allowable value during execution of rich purge, prohibiting rich purge. Details of flag Fm will be described later. If flag Fm is 0, a negative determination is made in S12 and the process proceeds to S13.

S13では、リッチパージを実行し、フラグFrを1に設定するとともにフラグFtを0に設定する。リッチパージは、前述の通り、絞り弁26を制御して吸入空気量Gaを減少するとともにポスト噴射を実行して、排気ガスの空燃比をリッチにする。なお、前回の処理時に昇温パージが実行されている場合、昇温パージは終了される。 In S13, a rich purge is performed, flag Fr is set to 1, and flag Ft is set to 0. As described above, the rich purge controls the throttle valve 26 to reduce the intake air amount Ga and performs post injection to make the exhaust gas air-fuel ratio rich. If a temperature increase purge was performed during the previous processing, the temperature increase purge is terminated.

続くS14では、燃焼室から排出されるメタンの量であるメタン排出量ΣMe[mg]を算出する。たとえば、エンジン1の各気筒における1サイクル当たりの吸入空気量Gn、燃焼室内温度(筒内温度)、ポスト噴射量Qp、等をパラメータとしたメタン生成モデルから、単位時間当たりに排出されるメタン量m[mg/s]を算出する。そして、単位時間当たりに排出されるメタン量mに、前回の処理と今回の処理との時間間隔Δt[s]を乗算することにより、メタン量Me[mg]を算出する(Me=m×Δt)。そして、前回のメタン排出量ΣMeにメタン量Meを加算して、(今回の)メタン排出量ΣMe[mg]を求める(ΣMe=ΣMe(前回値)+Me)。なお、単位時間当たりに排出されるメタン量mを、吸入空気量Gaと総燃料噴射量(Qf+Qp)とエンジン回転速度NEとをパラメータとして、予め実験等により求めマップ化しておき、このマップを用いて、単位時間当たりに排出されるメタン量mを算出するようにしてもよい。 In the next step S14, the methane emission amount ΣMe [mg], which is the amount of methane emitted from the combustion chamber, is calculated. For example, the amount of methane emitted per unit time m [mg/s] is calculated from a methane generation model using parameters such as the intake air amount Gn per cycle in each cylinder of the engine 1, the temperature inside the combustion chamber (in-cylinder temperature), and the post injection amount Qp. Then, the amount of methane emitted per unit time m is multiplied by the time interval Δt [s] between the previous processing and the current processing to calculate the amount of methane Me [mg] (Me = m x Δt). The amount of methane Me from the previous processing is then added to the amount of methane Me from the current processing to obtain the amount of methane emission (ΣMe = ΣMe (previous value) + Me). The amount of methane m discharged per unit time may be determined in advance through experiments or the like and mapped using the intake air amount Ga, the total fuel injection amount (Qf+Qp), and the engine speed NE as parameters, and the amount of methane m discharged per unit time may be calculated using this map.

S15では、フラグFpが0であるか否かを判定する。NSR触媒70のNOx吸蔵能力が十分に回復していない場合は、フラグFpは1であり否定判定され、NSR触媒70に吸蔵されているNOxの放出を継続するためにS11に戻る。 In S15, it is determined whether or not the flag Fp is 0. If the NOx storage capacity of the NSR catalyst 70 has not been fully restored, the flag Fp is 1 and a negative determination is made, and the process returns to S11 to continue releasing the NOx stored in the NSR catalyst 70.

図5は、エンジンECU100で実行されるメタン排出許容値算出処理を示すフローチャートである。このフローチャートは、エンジン1の作動中(図示しない、イグニッションスイッチがONされてからOFFされるまでの間)に、所定期間毎に繰り返し処理される。まず、S50において、今回許容値AMeを算出する。今回許容値AMeは、本ルーチンの前回の処理から今回の処理までの間に許容されるメタン排出量の許容値であり、車両Vの走行距離当たりのメタン排出目標値Tme[mg/km]に、本ルーチンの前回の処理から今回の処理までの間の車両Vの走行距離[km]を乗算したものである。本実施の形態では、メタン排出目標値Tme[mg/km]に車速SPD[km/h]と前回の処理と今回の処理との時間間隔Δt[h]を乗算することにより、今回許容値AMe[mg]を算出する(AMe=Tme×SPD×Δt)。 Figure 5 is a flowchart showing the methane emission tolerance calculation process executed by the engine ECU 100. This flowchart is repeatedly processed at predetermined intervals while the engine 1 is operating (between when the ignition switch, not shown, is turned on and off). First, in S50, the current tolerance value AMe is calculated. The current tolerance value AMe is the tolerance value of the methane emission amount allowed from the previous processing of this routine to the current processing, and is calculated by multiplying the methane emission target value Tme [mg/km] per driving distance of the vehicle V by the driving distance [km] of the vehicle V from the previous processing of this routine to the current processing. In this embodiment, the current tolerance value AMe [mg] is calculated by multiplying the methane emission target value Tme [mg/km] by the vehicle speed SPD [km/h] and the time interval Δt [h] between the previous processing and the current processing (AMe = Tme x SPD x Δt).

続くS51では、前回のメタン排出許容値ΣAMeに今回許容値AMeを加算して(今回の)メタン排出許容値ΣAMe[mg]を算出し、S52へ進む。 In the next step S51, the current methane emission allowable value AMe is added to the previous methane emission allowable value ΣAMe to calculate the current methane emission allowable value ΣAMe [mg], and the process proceeds to S52.

S52では、フラグFmが1であるか否かを判定する。フラグFmが1のとき、肯定判定され今回のルーチンを終了する。フラグFmが0のとき、否定判定されS53へ進む。 In S52, it is determined whether flag Fm is 1. If flag Fm is 1, the determination is affirmative and the routine ends. If flag Fm is 0, the determination is negative and the routine proceeds to S53.

S53では、メタン排出量ΣMeが、メタン排出許容値ΣAMe以下であるか否かを判定する。メタン排出量ΣMeがメタン排出許容値ΣAMe以下の場合(ΣMe≦ΣAMe)、肯定判定され、今回のルーチンを終了する。メタン排出量ΣMeがメタン排出許容値ΣAMeを超えている場合(ΣMe>ΣAMe)、否定判定されS54へ進む。 In S53, it is determined whether the methane discharge amount ΣMe is equal to or less than the methane discharge allowable value ΣAMe. If the methane discharge amount ΣMe is equal to or less than the methane discharge allowable value ΣAMe (ΣMe≦ΣAMe), a positive determination is made and the current routine is terminated. If the methane discharge amount ΣMe exceeds the methane discharge allowable value ΣAMe (ΣMe>ΣAMe), a negative determination is made and the routine proceeds to S54.

S54では、フラグFmを1に設定したあと、S55へ進んで、メタン排出許容値ΣAMeを0[mg]にリセットし、今回のルーチンを終了する。このように、リッチパージの実行時にS14(図3)で算出したメタン排出量ΣMeが、メタン排出許容値ΣAMeを超えたとき、フラグFmが1に設定される。 In S54, the flag Fm is set to 1, and then the routine proceeds to S55, where the methane emission allowable value ΣAMe is reset to 0 [mg], and the current routine ends. In this way, when the methane emission amount ΣMe calculated in S14 (FIG. 3) during rich purge exceeds the methane emission allowable value ΣAMe, the flag Fm is set to 1.

図3を参照して、フラグFmが1に設定されると、S12で否定判定されて、リッチパージが禁止され、S16へ進む。S16では、メタン排出量ΣMeを0[mg]にリセットしたあと、S17へ進む。 Referring to FIG. 3, when flag Fm is set to 1, a negative determination is made in S12, rich purge is prohibited, and the process proceeds to S16. In S16, the methane discharge amount ΣMe is reset to 0 [mg], and then the process proceeds to S17.

S17では、昇温パージを行うことが可能か否かを判定する。たとえば、SCRDPF70の温度Tfが触媒の活性化温度以上の場合、昇温パージを行うことが可能であると判定する。S17において、昇温パージを行うことが可能であると判定されると、S18へ進む。昇温パージを行うことが可能でない場合は、S17で否定判定されS20へ進む。 In S17, it is determined whether or not a temperature increase purge can be performed. For example, if the temperature Tf of the SCRDPF 70 is equal to or higher than the activation temperature of the catalyst, it is determined that a temperature increase purge can be performed. If it is determined in S17 that a temperature increase purge can be performed, the process proceeds to S18. If a temperature increase purge cannot be performed, a negative determination is made in S17 and the process proceeds to S20.

S18では、昇温パージを実行し、フラグFrを0に設定するとともにフラグFtを1に設定する。なお、前回の処理時にリッチパージが実行されている場合、リッチパージは終了される。昇温パージは、絞り弁26を制御して吸入空気量Gaを減少するとともにメイン噴射時期を遅角して、排気ガスの温度を上昇させ、NSR触媒70を昇温するようにしてよい。また、吸入空気量Gaの減少およびメイン噴射時期の遅角に加えて、排気ガスの空燃比がリッチにならない程度のポスト噴射を、リッチパージの実行時よりも遅角した噴射時期に行ってもよい。また、これらに加えて、あるいは、代えて、燃料添加弁90から燃料を添加することにより、排気ガスの温度を上昇させ、NSR触媒70を昇温するようにしてもよい。S18の処理のあと、S15へ進む。 In S18, a temperature increase purge is performed, and flag Fr is set to 0 and flag Ft is set to 1. If a rich purge was performed in the previous process, the rich purge is terminated. The temperature increase purge may be performed by controlling the throttle valve 26 to reduce the intake air amount Ga and retard the main injection timing to increase the temperature of the exhaust gas and increase the temperature of the NSR catalyst 70. In addition to reducing the intake air amount Ga and retarding the main injection timing, a post injection may be performed at an injection timing retarded from that when the rich purge was performed, so that the air-fuel ratio of the exhaust gas does not become rich. In addition to or instead of these, fuel may be added from the fuel addition valve 90 to increase the temperature of the exhaust gas and increase the temperature of the NSR catalyst 70. After the process of S18, proceed to S15.

NSR触媒70のNOx吸蔵能力が十分に回復し、NOx吸蔵量ΣNOxがパージ終了閾値Df以下になり、S42(図4)において、フラグFpが0に設定されると、S15で肯定判定されS19へ進む。 When the NOx storage capacity of the NSR catalyst 70 is sufficiently restored, the NOx storage amount ΣNOx becomes equal to or less than the purge end threshold Df, and the flag Fp is set to 0 in S42 (FIG. 4), a positive determination is made in S15 and the process proceeds to S19.

S19では、フラグFmを0に設定したあと、S20に進む。S20では、リッチパージを実行している場合は、リッチパージを終了する。また、昇温パージを実行している場合は、昇温パージを終了する。さらに、フラグFrを0に設定するとともにフラグFtを0に設定したあと、今回のルーチンを終了する。 In S19, the flag Fm is set to 0, and the routine proceeds to S20. In S20, if a rich purge is being performed, the rich purge is terminated. Also, if a temperature increase purge is being performed, the temperature increase purge is terminated. Furthermore, the flag Fr is set to 0, and the flag Ft is also set to 0, and the routine is then terminated.

図6は、本実施の形態の作用を説明する図である。図6において横軸は時間であり、(A)は走行距離の推移、(B)はNOx吸蔵量ΣNOxの推移、(C)はフラグFpの推移、(D)はフラグFrの推移、(E)はフラグFtの推移、(F)はメタン排出許容値ΣAMeおよびメタン排出量ΣMeの推移、(G)はフラグFmの推移を表している。 Figure 6 is a diagram explaining the operation of this embodiment. In Figure 6, the horizontal axis is time, (A) represents the progress of the mileage, (B) represents the progress of the NOx storage amount ΣNOx, (C) represents the progress of the flag Fp, (D) represents the progress of the flag Fr, (E) represents the progress of the flag Ft, (F) represents the progress of the methane emission allowable value ΣAMe and the methane emission amount ΣMe, and (G) represents the progress of the flag Fm.

図6を参照して、時刻t0で車両Vのトリップが開始されると、図6(A)に示すように、時間の経過とともに走行距離が増加する。走行距離の増加および時間の経過に伴い、図6(B)に示すよう、NOx吸蔵量ΣNOxが増加する。また、走行距離の増加に伴い、図6(F)に示すよう、メタン排出許容値ΣAMeが増加する。 Referring to FIG. 6, when the trip of vehicle V starts at time t0, the mileage increases over time as shown in FIG. 6(A). As the mileage increases and time passes, the NOx storage amount ΣNOx increases as shown in FIG. 6(B). In addition, as the mileage increases, the methane emission allowable value ΣAMe increases as shown in FIG. 6(F).

時刻t1において、NOx吸蔵量ΣNOxがパージ要求閾値Dc以上になると(図4:S33で肯定判定)、図6(C)に示すよう、フラグFpが1に設定される(図4:S34)。時刻t1で、フラグFpが1に設定されたとき、リッチパージが可能な運転状態であると(図3:S11で肯定判定)、リッチパージが開始され、図6(D)に示すように、フラグFrが1に設定される(図3:S13)。 At time t1, when the NOx occlusion amount ΣNOx becomes equal to or greater than the purge request threshold Dc (positive determination in FIG. 4: S33), flag Fp is set to 1 as shown in FIG. 6(C) (FIG. 4: S34). When flag Fp is set to 1 at time t1, if the engine is in an operating state where a rich purge is possible (positive determination in FIG. 3: S11), a rich purge is started, and flag Fr is set to 1 as shown in FIG. 6(D) (FIG. 3: S13).

フラグFrが1に設定されると、NOx放出量Nr1が算出され、図6(B)に示すよう、NOx吸蔵量ΣNOxが減少する(図4:S36、S37)。また、時刻t1でリッチパージが開始されると、メタン量Meが算出され、図6(F)に示すように、メタン排出量ΣMeが増加する(図3:S14)。 When flag Fr is set to 1, the NOx release amount Nr1 is calculated, and the NOx storage amount ΣNOx decreases as shown in FIG. 6(B) (FIG. 4: S36, S37). Also, when rich purge is started at time t1, the methane amount Me is calculated, and the methane emission amount ΣMe increases as shown in FIG. 6(F) (FIG. 3: S14).

メタン排出量ΣMeが増加し、時刻t2において、メタン排出量ΣMeがメタン排出許容値ΣAMeを超えると(図5:S53で否定判定)、図6(G)に示すように、フラグFmが1に設定される(図5:S54)。 When the methane emission amount ΣMe increases and exceeds the methane emission allowable value ΣAMe at time t2 (negative determination in S53 in FIG. 5), flag Fm is set to 1 (S54 in FIG. 5), as shown in (G) in FIG. 6.

時刻t2で、メタン排出量ΣMeがメタン排出許容値ΣAMeを超えると(図5:S53で否定判定)、図6(F)に示すように、メタン排出許容値ΣAMeが、一旦、0[mg]にリセットされ(図5:S55)、その後、走行距離の増加に伴いメタン排出許容値ΣAMeが増加する。 At time t2, when the methane emission amount ΣMe exceeds the methane emission allowable value ΣAMe (negative judgment in FIG. 5: S53), as shown in FIG. 6 (F), the methane emission allowable value ΣAMe is temporarily reset to 0 [mg] (FIG. 5: S55), and then the methane emission allowable value ΣAMe increases as the mileage increases.

フラグFmが1に設定されているとき、メタン排出量ΣMeは0[mg]にリセットされる(図3:S16)ので、図6(F)に示すよう、時刻t2において、メタン排出量ΣMeが0[mg]になり、その後、リッチパージが開始されるまで(フラグFrが1に設定されるまで)、メタン排出量ΣMeは0[mg]に維持される。 When flag Fm is set to 1, methane emission amount ΣMe is reset to 0 [mg] (Figure 3: S16), so that, as shown in Figure 6 (F), at time t2, methane emission amount ΣMe becomes 0 [mg], and thereafter, methane emission amount ΣMe is maintained at 0 [mg] until rich purge is started (until flag Fr is set to 1).

フラグFmが1に設定されると、リッチパージが禁止され(図3:S12で肯定判定)、昇温パージが可能な運転状態であると(図3:S17で肯定判定)、昇温パージが開始され、図6(E)に示すよう、フラグFtが1に設定される(図3:S18)。また、図6(D)に示すように、フラグFrが0に設定される(図3:S18)。 When flag Fm is set to 1, rich purge is prohibited (positive determination in S12 in FIG. 3), and if the operating state allows for temperature increase purge (positive determination in S17 in FIG. 3), temperature increase purge is started, and flag Ft is set to 1 (S18 in FIG. 3) as shown in (E) in FIG. 6. Also, flag Fr is set to 0 (S18 in FIG. 3) as shown in (D) in FIG. 6.

フラグFrが0に設定され、フラグFtが1に設定されると、NOx放出量Nr2が算出され、図6(B)に示すよう、NOx吸蔵量ΣNOxが減少する(図4:S39、S40)。NOx吸蔵量ΣNOxが減少し、時刻t3において、NOx吸蔵量ΣNOxがパージ終了閾値Df以下になると(図4:S41で肯定判定)、図6(C)に示すよう、フラグFpが0に設定される(図3:S42)。 When flag Fr is set to 0 and flag Ft is set to 1, the NOx release amount Nr2 is calculated, and the NOx occlusion amount ΣNOx decreases as shown in FIG. 6(B) (FIG. 4: S39, S40). When the NOx occlusion amount ΣNOx decreases and becomes equal to or less than the purge end threshold Df at time t3 (positive determination in FIG. 4: S41), flag Fp is set to 0 as shown in FIG. 6(C) (FIG. 3: S42).

フラグFpが0に設定されると、S15(図3)で肯定判定されるので、フラグFmが0に設定され(図3:S19)、リッチパージおよび昇温パージを終了するとともに、フラグFr、フラグFtが0に設定される(図3:S20)。 When flag Fp is set to 0, a positive determination is made in S15 (Fig. 3), so flag Fm is set to 0 (Fig. 3: S19), the rich purge and temperature increase purge are terminated, and flags Fr and Ft are set to 0 (Fig. 3: S20).

時刻t3で、フラグFpが0に設定されると、S30(図4)で否定判定されるので、NOx排出量Ngが算出され、図6(B)に示すように、走行距離の増加とともにNOx吸蔵量ΣNOxが増加する。NOx吸蔵量ΣNOxが増加し、時刻t4において、NOx吸蔵量ΣNOxがパージ要求閾値Dc以上になると、フラグFpが1に設定される。時刻t4~時刻t6は、時刻t1~時刻t3の処理と同様の処理が行われる。 When flag Fp is set to 0 at time t3, a negative determination is made in S30 (FIG. 4), so that the NOx emission amount Ng is calculated, and as shown in FIG. 6(B), the NOx occlusion amount ΣNOx increases with increasing travel distance. When the NOx occlusion amount ΣNOx increases and reaches or exceeds the purge request threshold value Dc at time t4, flag Fp is set to 1. From time t4 to time t6, the same processing as from time t1 to time t3 is carried out.

本実施の形態によれば、NSR触媒70のNOx吸蔵量ΣNOxがパージ要求閾値Dc以上になったとき、インジェクター14から燃焼室へ噴射される燃料によって排気ガスの空燃比をリッチとしてリッチパージを実行し、NSR触媒70に吸蔵したNOxを放出し還元する。エンジンECU100は、は、リッチパージの実行時、燃焼室から排出されるメタンの量であるメタン排出量ΣMeを算出し、メタン排出量ΣMeがメタン排出許容値ΣAMeを超えたとき、フラグFmを1に設定し、リッチパージを禁止する。メタン排出量ΣMeがメタン排出許容値ΣAMeを超えたとき、リッチパージを禁止するので、リッチパージの実行時に大気に排出されるメタンを、適正な量に制御することができる。 According to this embodiment, when the NOx storage amount ΣNOx of the NSR catalyst 70 becomes equal to or greater than the purge request threshold Dc, the air-fuel ratio of the exhaust gas is made rich by the fuel injected from the injector 14 into the combustion chamber, and a rich purge is performed, releasing and reducing the NOx stored in the NSR catalyst 70. The engine ECU 100 calculates the methane emission amount ΣMe, which is the amount of methane discharged from the combustion chamber when a rich purge is performed, and when the methane emission amount ΣMe exceeds the methane emission allowable value ΣAMe, the flag Fm is set to 1 and the rich purge is prohibited. When the methane emission amount ΣMe exceeds the methane emission allowable value ΣAMe, the rich purge is prohibited, so that the amount of methane discharged into the atmosphere when a rich purge is performed can be controlled to an appropriate amount.

本実施の形態では、車両Vの走行距離に基づいてメタン排出許容値ΣAMeを算出しているので、大気へのメタン排出量を、排気ガス中の二酸化炭素(CO2)の排出量規制と同様に適切に管理することが可能になる。また、メタン排出量ΣMeがメタン排出許容値ΣAMeを超えたとき、メタン排出量ΣMeとメタン排出許容値ΣAMeを、0にリセットしているので、算出したメタン排出量ΣMeおよびメタン排出許容値ΣAMeの値を保持するレジスタのオーバフローを抑止することができる。 In this embodiment, the methane emission allowable value ΣAMe is calculated based on the travel distance of the vehicle V, so that methane emissions into the atmosphere can be appropriately managed in a manner similar to the regulations on carbon dioxide (CO2) emissions in exhaust gas. In addition, when the methane emission amount ΣMe exceeds the methane emission allowable value ΣAMe, the methane emission amount ΣMe and the methane emission allowable value ΣAMe are reset to 0, so that the overflow of the register that holds the calculated values of the methane emission amount ΣMe and the methane emission allowable value ΣAMe can be prevented.

本実施の形態では、フラグFmが1に設定され、リッチパージが禁止されたとき、NOx吸蔵量ΣNOxがパージ終了閾値Df以下になるまで昇温パージを実行し、NSR触媒70の温度を上昇させて、NSR触媒70からNOxを放出して、NSR触媒70のNOx吸蔵能力を回復させる。昇温パージによって放出されたNOxは、NSR触媒70の下流に設けたSCRDPF72によって還元浄化されるので、NSR触媒70から放出されたNOxが大気に放出されることを抑制できる。 In this embodiment, when flag Fm is set to 1 and rich purge is prohibited, a temperature increase purge is performed until the NOx storage amount ΣNOx becomes equal to or less than the purge end threshold Df, raising the temperature of the NSR catalyst 70 and releasing NOx from the NSR catalyst 70, thereby recovering the NOx storage capacity of the NSR catalyst 70. The NOx released by the temperature increase purge is reduced and purified by the SCRDPF 72 provided downstream of the NSR catalyst 70, so that the NOx released from the NSR catalyst 70 can be prevented from being released into the atmosphere.

上記実施の形態では、NSR触媒70の下流の排気通路52に、SCRDPF72およびSCR触媒74を設けている。しかし、NSR触媒70の下流にSCR触媒74のみを設けてもよい。また、NSR触媒70の下流にDPFを設け、DPFの流にSCR触媒を設けた構成であってもよい。 In the above embodiment, the SCRDPF 72 and the SCR catalyst 74 are provided in the exhaust passage 52 downstream of the NSR catalyst 70. However, only the SCR catalyst 74 may be provided downstream of the NSR catalyst 70. Alternatively, a DPF may be provided downstream of the NSR catalyst 70, and an SCR catalyst may be provided in the flow of the DPF.

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiments disclosed herein should be considered to be illustrative and not restrictive in all respects. The scope of the present disclosure is indicated by the claims rather than the above description, and is intended to include all modifications within the meaning and scope of the claims.

1 エンジン、2 トルクコンバータ、3 自動変速機、4 ディファレンシャルギヤ、 5 後輪、10 エンジン本体、12 シリンダ、14 インジェクター、20 吸気通路、22 エアクリーナ、24 インタークーラ、26 絞り弁、28 吸気マニホールド、30 ターボ過給器、32 コンプレッサ、34 タービン、40 燃料タンク、41 フィードポンプ、 42 高圧燃料ポンプ、43 燃料通路、44 コモンレール、45 燃料通路、50 排気マニホールド、52 排気通路、60 EGR通路、62 EGRクーラ、64 EGR弁、70 SCR触媒、72 SCRDPF、74 SCR触媒、80 尿素水タンク、82,83 尿素添加弁、90 燃料添加弁、100 エンジンECU、101 CPU、102 メモリ、111 車速センサ、112 エンジン回転速度センサ、113 アクセルペダルセンサ、114 エアフローメータ、115 NSR触媒温度センサ、116 SCRDPF温度センサ、117,118 NOxセンサ、119 A/Fセンサ、200 トランスミッションECU。 REFERENCE SIGNS LIST 1 engine, 2 torque converter, 3 automatic transmission, 4 differential gear, 5 rear wheel, 10 engine body, 12 cylinder, 14 injector, 20 intake passage, 22 air cleaner, 24 intercooler, 26 throttle valve, 28 intake manifold, 30 turbocharger, 32 compressor, 34 turbine, 40 fuel tank, 41 feed pump, 42 high-pressure fuel pump, 43 fuel passage, 44 common rail, 45 fuel passage, 50 exhaust manifold, 52 exhaust passage, 60 EGR passage, 62 EGR cooler, 64 EGR valve, 70 SCR catalyst, 72 SCRDPF, 74 SCR catalyst, 80 urea water tank, 82, 83 urea addition valve, 90 fuel addition valve, 100 engine ECU, 101 CPU, 102 Memory, 111 vehicle speed sensor, 112 engine speed sensor, 113 accelerator pedal sensor, 114 air flow meter, 115 NSR catalyst temperature sensor, 116 SCRDPF temperature sensor, 117, 118 NOx sensor, 119 A/F sensor, 200 transmission ECU.

Claims (8)

排気ガスの空燃比がリーンのときNOxを吸蔵し、前記排気ガスの空燃比がリッチのとき吸蔵していたNOxを放出し還元する、NOx吸蔵還元触媒と、
内燃機関の燃焼室内へ燃料を噴射する燃料噴射弁と、
制御装置と、を備えた内燃機関の排気浄化システムであって、
前記制御装置は、
前記NOx吸蔵還元触媒に吸蔵されたNOxがパージ要求閾値以上になったとき、前記燃料噴射弁から前記燃焼室へ噴射される燃料によって前記排気ガスの空燃比をリッチとし、前記NOx吸蔵還元触媒に吸蔵したNOxを放出し還元するリッチパージを実行し、
前記リッチパージの実行時、前記燃焼室から排出されるメタンの量であるメタン排出量を算出し、前記メタン排出量がメタン排出許容値を超えたとき、前記リッチパージを禁止する、内燃機関の排気浄化システム。
a NOx storage reduction catalyst that stores NOx when the air-fuel ratio of the exhaust gas is lean and releases and reduces the stored NOx when the air-fuel ratio of the exhaust gas is rich;
A fuel injection valve that injects fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine;
An exhaust gas purification system for an internal combustion engine comprising:
The control device includes:
When the NOx stored in the NOx storage reduction catalyst becomes equal to or greater than a purge request threshold, a rich purge is executed in which the air-fuel ratio of the exhaust gas is made rich by the fuel injected from the fuel injection valve into the combustion chamber, and the NOx stored in the NOx storage reduction catalyst is released and reduced;
An exhaust purification system for an internal combustion engine, which calculates a methane emission amount, which is the amount of methane emitted from the combustion chamber when the rich purge is performed, and prohibits the rich purge when the methane emission amount exceeds a methane emission allowable value.
前記内燃機関は、車両に搭載されており、
前記制御装置は、
前記車両の走行距離に基づいて、前記メタン排出許容値を算出する、請求項1に記載の内燃機関の排気浄化システム。
The internal combustion engine is mounted on a vehicle,
The control device includes:
2. The exhaust gas purification system for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the allowable methane emission value is calculated based on a traveling distance of the vehicle.
前記制御装置は、
前記メタン排出量が前記メタン排出許容値を超えたとき、前記メタン排出量および前記メタン排出許容値を初期値に設定する、請求項2に記載の内燃機関の排気浄化システム。
The control device includes:
3. The exhaust gas purification system for an internal combustion engine according to claim 2, wherein when the methane emission amount exceeds the methane emission allowable value, the methane emission amount and the methane emission allowable value are set to initial values.
前記NOx吸蔵還元触媒の下流の排気通路に、選択還元型NOx触媒が設けられており、
前記制御装置は、
前記リッチパージの実行時に、前記メタン排出量が前記メタン排出許容値を超えて前記リッチパージを禁止した場合、前記NOx吸蔵還元触媒の温度を上昇させて、前記NOx吸蔵還元触媒に吸蔵されたNOxを放出する昇温パージを実行する、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の内燃機関の排気浄化システム。
a selective reduction type NOx catalyst is provided in an exhaust passage downstream of the NOx storage reduction catalyst,
The control device includes:
4. The exhaust gas purification system for an internal combustion engine according to claim 1, wherein, when the rich purge is performed, if the methane emission amount exceeds the methane emission allowable value and the rich purge is prohibited, a temperature increase purge is performed to increase the temperature of the NOx storage reduction catalyst and release the NOx stored in the NOx storage reduction catalyst.
前記制御装置は、
前記NOx吸蔵還元触媒に吸蔵されたNOxがパージ終了閾値以下になったとき、前記リッチパージおよび前記昇温パージの実行を終了する、請求項4に記載の内燃機関の排気浄化システム。
The control device includes:
5. The exhaust gas purification system for an internal combustion engine according to claim 4, wherein execution of the rich purge and the temperature increase purge is terminated when the amount of NOx stored in the NOx storage reduction catalyst becomes equal to or less than a purge end threshold value.
排気ガスの空燃比がリーンのときNOxを吸蔵し、前記排気ガスの空燃比がリッチのとき、吸蔵していたNOxを放出し還元する、NOx吸蔵還元触媒と、
内燃機関の燃焼室内へ燃料を噴射する燃料噴射弁と、を備えた内燃機関の排気浄化方法であって、
前記NOx吸蔵還元触媒に吸蔵されたNOxがパージ要求閾値以上になったとき、前記燃料噴射弁から前記燃焼室へ噴射される燃料によって前記排気ガスの空燃比をリッチとし、NOxを放出し還元するリッチパージを実行するステップと、
前記リッチパージの実行時、前記燃焼室から排出されるメタンの量であるメタン排出量を算出するとともに、前記メタン排出量がメタン排出許容値を超えたとき、前記リッチパージを禁止するステップと、を含む、内燃機関の排気浄化方法。
a NOx storage reduction catalyst that stores NOx when the air-fuel ratio of the exhaust gas is lean and releases and reduces the stored NOx when the air-fuel ratio of the exhaust gas is rich;
A method for purifying exhaust gas from an internal combustion engine including a fuel injection valve that injects fuel into a combustion chamber of the internal combustion engine, comprising:
a step of performing a rich purge in which, when the NOx stored in the NOx storage reduction catalyst becomes equal to or greater than a purge request threshold, an air-fuel ratio of the exhaust gas is made rich by fuel injected from the fuel injection valve into the combustion chamber, and NOx is released and reduced;
a step of calculating a methane emission amount, which is an amount of methane emitted from the combustion chamber when the rich purge is performed, and prohibiting the rich purge when the methane emission amount exceeds a methane emission allowable value.
前記内燃機関は、車両に搭載されており、
前記排気浄化方法は、
前記車両の走行距離に基づいて前記メタン排出許容値を算出するステップを、さらに含む、請求項6に記載の内燃機関の排気浄化方法。
The internal combustion engine is mounted on a vehicle,
The exhaust gas purification method includes:
7. The method for purifying exhaust gas from an internal combustion engine according to claim 6, further comprising the step of calculating the allowable methane emission value based on a traveling distance of the vehicle.
前記内燃機関は、前記NOx吸蔵還元触媒の下流の排気通路に選択還元型NOx触媒をさらに備え、
前記排気浄化方法は、
前記リッチパージを禁止するステップで前記リッチパージを禁止したとき、前記NOx吸蔵還元触媒の温度を上昇させてNOxを放出する昇温パージを実行するステップを、さらに含む、請求項6または請求項7に記載の内燃機関の排気浄化方法。
the internal combustion engine further includes a selective reduction type NOx catalyst in an exhaust passage downstream of the NOx storage reduction catalyst,
The exhaust gas purification method includes:
8. The exhaust gas purification method for an internal combustion engine according to claim 6, further comprising the step of performing a temperature raising purge in which a temperature of the NOx storage reduction catalyst is raised to release NOx when the rich purge is prohibited in the step of prohibiting the rich purge.
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