JP2008133744A - Exhaust system for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
【課題】リッチスパイクに伴う内燃機関の出力トルクの変動を抑えつつNOxの浄化率の低下を抑制できる内燃機関の排気システムを提供する。
【解決手段】本発明の内燃機関の排気システムは、排気通路4から排気の一部をEGRガスとして取り出して吸気通路3へ導入する排気還流装置9が設けられた内燃機関1に適用され、吸蔵した窒素酸化物を燃料の存在下で還元するフィルタ17と、排気還流装置9によるEGRガスの取り出し位置よりも上流側に配置されて、フィルタ17に向かって燃料を噴射可能な燃料添加弁18と、を備え、排気の空燃比を一時的にリッチ側に変化させて排気の空燃比が目標空燃比となるように前記燃料添加手段から燃料を噴射させるとともに、EGR率が高い場合は低い場合よりも目標空燃比をリーン側に設定する。
【選択図】図1An exhaust system for an internal combustion engine capable of suppressing a decrease in the purification rate of NOx while suppressing fluctuations in the output torque of the internal combustion engine due to a rich spike.
An exhaust system of an internal combustion engine according to the present invention is applied to an internal combustion engine 1 provided with an exhaust gas recirculation device 9 that extracts a part of exhaust gas from an exhaust passage 4 as EGR gas and introduces the exhaust gas into an intake passage 3. A filter 17 that reduces the oxidized nitrogen in the presence of fuel, and a fuel addition valve 18 that is disposed upstream of the EGR gas take-out position by the exhaust gas recirculation device 9 and can inject fuel toward the filter 17. , And temporarily changing the exhaust air-fuel ratio to the rich side to inject fuel from the fuel adding means so that the exhaust air-fuel ratio becomes the target air-fuel ratio, and when the EGR rate is higher than when it is lower Also set the target air-fuel ratio to the lean side.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、排気の一部をEGRガスとして吸気通路に導入する排気還流装置が設けられた内燃機関に適用される排気システムに関する。 The present invention relates to an exhaust system applied to an internal combustion engine provided with an exhaust gas recirculation device that introduces a part of exhaust gas into an intake passage as EGR gas.
排気中の窒素酸化物(NOx)を吸蔵し、吸蔵したNOxを還元剤としての燃料の存在下で還元して浄化するNOx触媒を有する排気浄化装置が広く知られている。また、燃焼温度を下げてNOxの排出量を低減するため、排気通路から排気の一部をEGRガスとして取り出して吸気通路へ導入する排気還流装置が設けられた内燃機関が広く知られている。例えば、ターボチャージャーのタービン下流にNOx触媒を有する排気浄化装置を設け、その排気浄化装置の下流から排気を取り出してターボチャージャーのコンプレッサの上流に導入する排気還流装置が設けられたターボチャージャー付きのディーゼル機関が知られている(特許文献1)。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献2が存在する。 2. Description of the Related Art Exhaust gas purification apparatuses having NOx catalysts that store nitrogen oxide (NOx) in exhaust gas and reduce and purify the stored NOx in the presence of fuel as a reducing agent are widely known. Also, an internal combustion engine provided with an exhaust gas recirculation device that takes out a part of exhaust gas as EGR gas from an exhaust passage and introduces it into the intake passage in order to lower the combustion temperature and reduce the amount of NOx emission is widely known. For example, a diesel equipped with a turbocharger provided with an exhaust gas purification device having a NOx catalyst downstream of the turbine of the turbocharger, and provided with an exhaust gas recirculation device that takes out the exhaust gas from the downstream of the exhaust gas purification device and introduces the exhaust gas upstream of the turbocharger compressor An engine is known (Patent Document 1). In addition, there is Patent Document 2 as a prior art document related to the present invention.
このようなディーゼル機関の排気は酸素濃度が高く空燃比が理論空燃比よりもリーン側にあるため、NOx触媒が吸蔵したNOxを十分に還元することができない。そこで、排気通路内に燃料を供給して排気の空燃比を一時的にリッチ側に設定するリッチスパイクを実行することによりNOx触媒が吸蔵したNOxを還元させている。特許文献1の装置では、排気浄化装置の下流からEGRガスを取り出しているため、EGRガスの吸気通路への導入中にリッチスパイクを実行すると、リッチ側に設定された排気がEGRガスとして吸気通路に導入されて燃焼状態が変動する結果、内燃機関の出力トルクが変動する。このような出力トルクの変動を抑えるためには、リッチスパイクの際に供給する燃料量を減量して空燃比のリッチ側への設定量を控えざるを得ない。その結果、リッチスパイク時に空燃比を十分に低くできず、排気システムのNOxの浄化率が低下するおそれがある。
Since the exhaust gas of such a diesel engine has a high oxygen concentration and the air-fuel ratio is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio, the NOx stored by the NOx catalyst cannot be reduced sufficiently. Therefore, the NOx occluded by the NOx catalyst is reduced by supplying fuel into the exhaust passage and executing a rich spike that temporarily sets the air-fuel ratio of the exhaust to the rich side. Since the EGR gas is taken out from the downstream side of the exhaust gas purification device in the device of
そこで、本発明は、リッチスパイクに伴う内燃機関の出力トルクの変動を抑えつつNOxの浄化率の低下を抑制できる内燃機関の排気システムを提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an exhaust system for an internal combustion engine that can suppress a decrease in the NOx purification rate while suppressing fluctuations in the output torque of the internal combustion engine due to a rich spike.
本発明の内燃機関の排気システムは、排気通路から排気の一部をEGRガスとして取り出して吸気通路へ導入する排気還流装置が設けられた内燃機関に適用される内燃機関の排気システムにおいて、前記排気通路に配置され、吸蔵した窒素酸化物をリッチ空燃比の時に還元する排気浄化手段と、前記排気還流装置によるEGRガスの取り出し位置よりも上流側の前記排気通路に配置されて、前記排気浄化手段に向かって燃料を噴射可能な燃料添加手段と、排気の空燃比を一時的にリッチ側に変化させて排気の空燃比が目標空燃比となるように前記燃料添加手段から燃料を噴射させる燃料添加制御手段と、前記内燃機関の吸入ガスに対してEGRガスが占める割合としてのEGR率が高い場合は低い場合よりも前記目標空燃比をリーン側に設定する目標空燃比設定手段と、を備えることにより、上述した課題を解決する(請求項1)。 An exhaust system for an internal combustion engine according to the present invention is an exhaust system for an internal combustion engine applied to an internal combustion engine provided with an exhaust gas recirculation device that takes out part of exhaust gas from an exhaust passage as EGR gas and introduces the exhaust gas into an intake passage. An exhaust purification means for reducing the stored nitrogen oxides at a rich air-fuel ratio, and an exhaust purification means arranged in the exhaust passage upstream of the EGR gas take-out position by the exhaust gas recirculation device. Fuel addition means capable of injecting fuel toward the fuel, and fuel addition for injecting fuel from the fuel addition means so as to temporarily change the air-fuel ratio of the exhaust to the rich side so that the air-fuel ratio of the exhaust becomes the target air-fuel ratio The target air-fuel ratio is set on the lean side when the EGR ratio as a ratio of the control means and the EGR gas to the intake gas of the internal combustion engine is high than when the EGR ratio is low That a target air-fuel ratio setting means, by providing, for solving the above problems (claim 1).
本発明の排気システムによれば、排気浄化手段の還元剤としての燃料が排気浄化手段に向かって燃料添加手段にて噴射されるので、その燃料は排気中に均一に拡散する前に液滴状態で排気浄化手段に導かれる。液滴状態の燃料は排気浄化手段に留まって揮発するため、空燃比が局所的にリッチな雰囲気を排気浄化手段内に形成することができる。これにより、排気浄化手段のNOxの還元が可能となる。このように、局所的なリッチ雰囲気を形成できる場合は燃料を排気中に均一に拡散する場合よりも全体の空燃比をリーン側に設定できる。そのため、その排気の一部がEGRガスとして吸気通路へ導入された場合でも空燃比の変動が少なくて済むので、出力トルクの変動を抑制できる。しかも、本発明の排気システムはEGR率が高い場合は低い場合よりも目標空燃比がリーン側に設定されるため、EGR率の増加に伴う出力トルクの変動を抑えながら、局所的なリッチ雰囲気の形成により必要なNOxの浄化率を確保することができる。 According to the exhaust system of the present invention, the fuel as the reducing agent of the exhaust purification means is injected by the fuel addition means toward the exhaust purification means, so that the fuel is in a droplet state before being uniformly diffused into the exhaust. Is led to the exhaust gas purification means. Since the fuel in the droplet state remains in the exhaust purification unit and volatilizes, an atmosphere in which the air-fuel ratio is locally rich can be formed in the exhaust purification unit. As a result, NOx reduction of the exhaust purification unit can be performed. As described above, when the local rich atmosphere can be formed, the entire air-fuel ratio can be set to the lean side as compared with the case where the fuel is uniformly diffused into the exhaust gas. For this reason, even when part of the exhaust gas is introduced into the intake passage as EGR gas, the fluctuation of the air-fuel ratio can be reduced, and the fluctuation of the output torque can be suppressed. Moreover, in the exhaust system of the present invention, when the EGR rate is high, the target air-fuel ratio is set to be leaner than when the EGR rate is low. Therefore, while suppressing fluctuations in output torque due to an increase in the EGR rate, The necessary NOx purification rate can be ensured by the formation.
本発明の排気システムの一態様において、前記目標空燃比設定手段は、同一のEGR率において吸入ガスの温度が低い場合は高い場合よりも前記目標空燃比をリーン側に設定してもよい(請求項2)。吸入ガスの温度(吸気温度)が高いほど、吸入ガスの酸素濃度低下に伴う出力トルクの変動が起こり難くなる。逆に言えば、吸気温度が低いほど吸入ガスの酸素濃度低下に伴う出力トルクの変動が起こり易くなる。この態様によれば、同一のEGR率において吸気温度が低い場合は高い場合よりも目標空燃比がリーン側に設定されるので、同一のEGR率であっても吸気温度に見合った目標空燃比が設定される。これにより、吸気温度の変化を原因とした出力トルクの変動を抑制できるようになる。 In one aspect of the exhaust system of the present invention, the target air-fuel ratio setting means may set the target air-fuel ratio to the lean side when the intake gas temperature is low at the same EGR rate, rather than when the intake gas temperature is high. Item 2). As the intake gas temperature (intake air temperature) is higher, the output torque is less likely to fluctuate due to a decrease in the oxygen concentration of the intake gas. In other words, the lower the intake air temperature, the easier it is for the output torque to fluctuate with a decrease in the oxygen concentration of the intake gas. According to this aspect, when the intake air temperature is low at the same EGR rate, the target air-fuel ratio is set to be leaner than when the intake air temperature is high. Therefore, even if the EGR rate is the same, the target air-fuel ratio corresponding to the intake air temperature is Is set. As a result, it is possible to suppress fluctuations in the output torque caused by changes in the intake air temperature.
本発明の排気システムの一態様において、前記内燃機関には、前記排気通路に配置されたタービンと前記吸気通路に配置されて前記タービンにて駆動されるコンプレッサとを有し、排気のエネルギを利用して過給するターボチャージャーが設けられており、前記排気浄化手段は前記タービンの下流側に配置され、前記燃料添加手段は前記タービンと前記排気浄化手段との間に配置されていてもよい(請求項3)。このように、内燃機関にターボチャージャーが設けられている態様においては、同一のEGR率において前記ターボチャージャーによる過給圧が低い場合は高い場合よりも前記目標空燃比をリーン側に設定してもよい(請求項4)。過給圧が低いほど吸入ガスの酸素濃度低下に伴う出力トルクの変動が起こり易い。この態様によれば、同一のEGR率において過給圧が低い場合は高い場合よりも目標空燃比がリーン側に設定されるので、同一のEGR率であっても過給圧に見合った目標空燃比が設定される。これにより、過給圧の変化を原因とした出力トルクの変動を抑制できるようになる。 In one aspect of the exhaust system of the present invention, the internal combustion engine has a turbine disposed in the exhaust passage and a compressor disposed in the intake passage and driven by the turbine, and uses exhaust energy. In addition, a turbocharger for supercharging may be provided, the exhaust purification unit may be disposed on the downstream side of the turbine, and the fuel addition unit may be disposed between the turbine and the exhaust purification unit ( Claim 3). As described above, in the aspect in which the internal combustion engine is provided with the turbocharger, even when the supercharging pressure by the turbocharger is low at the same EGR rate, the target air-fuel ratio is set to be leaner than when it is high. Good (Claim 4). The lower the supercharging pressure, the more likely the output torque fluctuates with a decrease in the oxygen concentration of the intake gas. According to this aspect, when the supercharging pressure is low at the same EGR rate, the target air-fuel ratio is set to be leaner than when the supercharging pressure is high. Therefore, even if the EGR rate is the same, the target air / fuel ratio corresponding to the supercharging pressure is set. The fuel ratio is set. As a result, it is possible to suppress fluctuations in the output torque caused by changes in the supercharging pressure.
本発明の排気システムの一態様において、前記燃料添加制御手段は、前記目標空燃比がリッチ側に設定されるほど前記燃料添加手段による燃料の霧化が高まるように、前記燃料添加手段による燃料の噴射状態を制御してもよい(請求項5)。目標空燃比がリーン側に設定されるほど排気全体の空燃比がリーン側となるので、そのような空燃比で排気浄化手段によりNOxを還元させるためには局所的なリッチ雰囲気の形成を促進してNOxの浄化率の低下を抑える必要がある。この態様によれば、目標空燃比がリッチ側に設定されるほど燃料の霧化が高められる。換言すれば、目標空燃比がリーン側に設定されるほど霧化が低下するため、燃料が液滴状態で排気浄化手段に導かれ易くなり局所的なリッチ雰囲気の形成が促進される。これにより、目標空燃比の変化に合わせて燃料の霧化が調整されるので、目標空燃比のリーン側への変化に伴うNOxの浄化率の低下を抑えることができる。 In one aspect of the exhaust system of the present invention, the fuel addition control means is configured so that the fuel atomization by the fuel addition means increases as the target air-fuel ratio is set to the rich side. The injection state may be controlled (claim 5). Since the air-fuel ratio of the entire exhaust gas becomes leaner as the target air-fuel ratio is set to the lean side, in order to reduce NOx by the exhaust purification means at such an air-fuel ratio, the formation of a local rich atmosphere is promoted. Therefore, it is necessary to suppress a decrease in the NOx purification rate. According to this aspect, the atomization of the fuel is increased as the target air-fuel ratio is set to the rich side. In other words, since the atomization decreases as the target air-fuel ratio is set to the lean side, the fuel is easily guided to the exhaust gas purification means in a droplet state, and the formation of a local rich atmosphere is promoted. Thereby, since the atomization of the fuel is adjusted in accordance with the change in the target air-fuel ratio, it is possible to suppress a decrease in the NOx purification rate due to the change in the target air-fuel ratio to the lean side.
本発明の排気システムの一態様において、前記燃料添加制御手段は、前記燃料添加手段が排気の空燃比を一時的にリッチ側に変化させるために燃料を噴射する噴射期間において、その噴射期間の初期における燃料の霧化がその噴射期間の後期よりも低下するように前記燃料添加手段による燃料の噴射状態を制御してもよい(請求項6)。燃料添加手段による噴射期間の初期における霧化が後期に比べて低下するので、燃料が液滴状態で排気浄化手段へ供給され易くなる。液滴状態の燃料は排気浄化手段に留まりつつ揮発し、これにより排気浄化手段内には空燃比が局所的にリッチな雰囲気が形成される。その後、噴射期間の後期において霧化が高まるため、排気浄化手段には空燃比が全体的に低下した排気が導かれる。これにより、局所的なリッチ雰囲気によって排気浄化手段から脱離したNOxの還元を促進することができる。よって、局所的なリッチ雰囲気の形成によって排気浄化手段から脱離したNOxが還元されないまま排出することを抑制できるため、NOxの浄化率が向上する。 In one aspect of the exhaust system of the present invention, the fuel addition control means may be configured such that, in the injection period in which the fuel addition means injects fuel so as to temporarily change the air-fuel ratio of the exhaust to the rich side, The fuel injection state by the fuel addition means may be controlled such that the atomization of the fuel in the fuel is lower than in the later stage of the injection period. Since atomization in the initial stage of the injection period by the fuel addition means is lower than that in the latter period, the fuel is easily supplied to the exhaust purification means in a droplet state. The fuel in the droplet state is volatilized while staying in the exhaust purification unit, whereby an atmosphere in which the air-fuel ratio is locally rich is formed in the exhaust purification unit. Thereafter, since atomization increases in the later stage of the injection period, the exhaust gas purification unit is guided to the exhaust gas whose air-fuel ratio has decreased as a whole. Thereby, reduction of NOx desorbed from the exhaust gas purification means can be promoted by a local rich atmosphere. Therefore, NOx desorbed from the exhaust purification unit due to the formation of a local rich atmosphere can be suppressed from being discharged without being reduced, and the NOx purification rate is improved.
本発明の排気システムの一態様において、前記内燃機関には、前記排気還流装置として、EGRガスの取り出し位置が前記ターボチャージャーの前記タービンの下流に位置し、かつEGRガスの導入位置が前記ターボチャージャーの前記コンプレッサの上流に位置する第1の排気還流装置と、EGRガスの取出し位置が前記ターボチャージャーの前記タービンの上流に位置し、かつEGRガスの導入位置が前記ターボチャージャーの前記コンプレッサの下流に位置する第2の排気還流装置とが設けられ、前記第2の排気還流装置によるEGRガスの取り出し位置よりも下流側で、かつ前記燃料添加手段よりも上流側に配置され、前記排気通路内に燃料を噴射可能な上流側燃料添加手段を更に備え、前記燃料添加制御手段は、前記第1の排気還流装置によるEGRガスの導入及び前記第2の排気還流装置によるEGRガスの導入がそれぞれ実行された状態において、排気の空燃比を一時的にリッチ側に変化させて排気の空燃比が目標空燃比となり、かつ前記上流側燃料添加手段及び前記燃料添加手段のそれぞれが噴射すべき燃料の合計に対する前記燃料添加手段が噴射する燃料の割合が前記目標空燃比がリーン側に設定されるほど高くなるように、前記上流側燃料添加手段及び前記燃料添加手段のそれぞれから燃料を噴射させ、前記目標空燃比設定手段は、前記内燃機関の吸入ガスに対して前記第1の排気還流装置が導入するEGRガスが占める割合としてのEGR率が高い場合は低い場合よりも前記目標空燃比をリーン側に設定してもよい(請求項7)。上流側燃料添加手段は第2の排気還流装置のEGRガスの取出し位置よりも下流側に配置されているので、噴射した燃料が第2の排気還流装置を通じて吸気通路へ導入することはない。そのため、目標空燃比の設定については、第2の排気還流装置によりEGRガスが導入されているか否かを問わず、第2の排気還流装置に関するEGR率を考慮する必要がない。そこで、この態様における目標空燃比は第1の排気還流装置に関するEGR率が高い場合は低い場合よりもリーン側に設定される。第1の排気還流装置によるEGRガスの導入及び第2の排気還流装置によるEGRガスの導入がそれぞれ実行された状態では、上流側燃料添加手段及び燃料添加手段のそれぞれが噴射すべき燃料の合計に対する燃料添加手段が噴射する燃料の割合が、目標空燃比がリーン側に設定されるほど高くなる。これにより、第1の排気還流装置によるEGR率の増加に伴う出力トルクの変動を抑えながら局所的なリッチ雰囲気の形成を促進できるため、必要なNOxの浄化率を確保することができる。 In one aspect of the exhaust system of the present invention, the internal combustion engine includes, as the exhaust gas recirculation device, an EGR gas extraction position located downstream of the turbine of the turbocharger and an EGR gas introduction position defined as the turbocharger. A first exhaust gas recirculation device located upstream of the compressor, an EGR gas take-out position is located upstream of the turbine of the turbocharger, and an EGR gas introduction position is located downstream of the compressor of the turbocharger. A second exhaust gas recirculation device is provided, and is disposed downstream of the EGR gas take-out position by the second exhaust gas recirculation device and upstream of the fuel addition means, and is disposed in the exhaust passage. And further comprising an upstream side fuel addition means capable of injecting fuel, wherein the fuel addition control means comprises the first exhaust return. In a state where the introduction of the EGR gas by the device and the introduction of the EGR gas by the second exhaust gas recirculation device are respectively performed, the air-fuel ratio of the exhaust gas is temporarily changed to the rich side so that the air-fuel ratio of the exhaust gas becomes the target air-fuel ratio. And the ratio of the fuel injected by the fuel adding means to the total fuel to be injected by each of the upstream fuel adding means and the fuel adding means becomes higher as the target air-fuel ratio is set to the lean side. The fuel is injected from each of the upstream fuel addition means and the fuel addition means, and the target air-fuel ratio setting means is configured such that the EGR gas introduced by the first exhaust gas recirculation device with respect to the intake gas of the internal combustion engine The target air-fuel ratio may be set on the lean side when the EGR rate as a ratio is high than when it is low (Claim 7). Since the upstream fuel addition means is disposed downstream of the EGR gas take-out position of the second exhaust gas recirculation device, the injected fuel is not introduced into the intake passage through the second exhaust gas recirculation device. Therefore, regarding the setting of the target air-fuel ratio, it is not necessary to consider the EGR rate related to the second exhaust gas recirculation device regardless of whether the EGR gas is introduced by the second exhaust gas recirculation device. Therefore, the target air-fuel ratio in this aspect is set to the lean side when the EGR rate related to the first exhaust gas recirculation device is high, rather than when it is low. In a state where the introduction of the EGR gas by the first exhaust gas recirculation device and the introduction of the EGR gas by the second exhaust gas recirculation device are respectively performed, the upstream fuel addition means and the fuel addition means respectively correspond to the total fuel to be injected. The ratio of the fuel injected by the fuel addition means increases as the target air-fuel ratio is set to the lean side. Thereby, formation of a local rich atmosphere can be promoted while suppressing fluctuations in output torque due to an increase in the EGR rate by the first exhaust gas recirculation device, so that a necessary NOx purification rate can be ensured.
なお、本発明において、リッチ側、リーン側とは空燃比の変化の方向を意味し、理論空燃比よりもリーン又はリッチという絶対的な空燃比を意味するものではない。従って本発明に係る目標空燃比が理論空燃比よりもリッチの値であるとは限らない。 In the present invention, the rich side and the lean side mean the change direction of the air-fuel ratio, and do not mean an absolute air-fuel ratio that is leaner or richer than the stoichiometric air-fuel ratio. Therefore, the target air-fuel ratio according to the present invention is not always richer than the stoichiometric air-fuel ratio.
以上説明したように、本発明によれば、排気浄化手段の還元剤としての燃料が排気浄化手段に向かって燃料添加手段にて噴射されるので、空燃比が局所的にリッチな雰囲気を排気浄化手段内に形成することができる。局所的なリッチ雰囲気を形成できる場合は燃料を排気中に均一に拡散する場合よりも全体の空燃比をリーン側に設定できるため、その排気の一部がEGRガスとして吸気通路へ導入された場合でも空燃比の変動が少なくて済むので、出力トルクの変動を抑制できる。しかも、EGR率が高い場合は低い場合よりも目標空燃比がリーン側に設定されるため、EGR率の増加に伴う出力トルクの変動を抑えながら、局所的なリッチ雰囲気の形成により必要なNOxの浄化率を確保できる。 As described above, according to the present invention, the fuel as the reducing agent of the exhaust gas purification unit is injected by the fuel addition unit toward the exhaust gas purification unit, so that the atmosphere in which the air-fuel ratio is locally rich is purified. Can be formed in the means. When the local rich atmosphere can be formed, the entire air-fuel ratio can be set to the lean side rather than the case where the fuel is diffused uniformly in the exhaust, so that a part of the exhaust is introduced into the intake passage as EGR gas However, since fluctuations in the air-fuel ratio are small, fluctuations in output torque can be suppressed. In addition, when the EGR rate is high, the target air-fuel ratio is set to be leaner than when the EGR rate is low. Therefore, while suppressing fluctuations in the output torque due to the increase in the EGR rate, the necessary NOx is reduced by forming a local rich atmosphere. A purification rate can be secured.
(第1の形態)
図1は本発明の排気システムが適用された内燃機関の要部を示している。内燃機関1は不図示の車両に走行用動力源として搭載され、4つの気筒2が一列に並べられた直列4気筒のディーゼルエンジンとして構成されている。各気筒2には吸気通路3及び排気通路4がそれぞれ接続されている。吸気通路3にはスロットル弁5、ターボチャージャー6のコンプレッサ6a及び吸気を冷却するインタークーラ7が設けられている。排気通路4にはターボチャージャー6のタービン6b及び排気浄化装置8が設けられている。また、内燃機関1には排気通路4から排気の一部をEGRガスとして取り出して吸気通路3へ導入する排気還流装置9が設けられている。排気還流装置9は排気通路4と吸気通路3とを接続するEGR通路10と、EGR通路10を通過するEGRガスを冷却するEGRクーラ11と、吸気通路3へのEGRガスの導入量を調整するEGR弁12とを備えている。また、内燃機関1は各気筒2にそれぞれ設けられる燃料噴射弁13と、各燃料噴射弁13に供給する高圧の燃料を蓄えるコモンレール14とを備えており、そのコモンレール14には不図示の燃料ポンプにて燃料が高圧状態で供給される。
(First form)
FIG. 1 shows a main part of an internal combustion engine to which an exhaust system of the present invention is applied. The
排気浄化装置8は、排気通路4の一部をなすケーシング15と、そのケーシング15に収容される酸化触媒16及びフィルタ17とを備えている。フィルタ17は排気中のパティキュレートを捕集可能な不図示の基材を有し、その基材には吸蔵還元型のNOx触媒物質がコーティングされている。これにより、フィルタ17はパティキュレートを捕集する機能を有するとともに、吸蔵したNOxを燃料の存在下で還元する、言い換えればリッチ空燃比の時に還元する本発明に係る排気浄化手段としても機能する。フィルタ17の代りにパティキュレートの捕集機能を持たないNOx触媒を排気浄化手段として設けてもよい。フィルタ17が吸蔵したNOxを還元させるため、内燃機関1にはフィルタ17に向かって燃料を噴射できる燃料添加弁18が設けられている。燃料添加弁18には燃料ポンプ19が接続され、その燃料ポンプ19によって所定圧力の燃料が供給される。燃料添加弁18の詳細な内部構造の図示を省略したが、燃料添加弁18はその弁体を電磁石を利用して移動させることによりノズルボディに形成された噴孔を開閉する周知の電磁駆動型のインジェクタとして構成されている。燃料添加弁18は電磁石への通電時間(デューティー比)を調整することにより、弁体のリフト量を任意に設定できるように構成されている。燃料ポンプ19は燃料添加弁18による燃料の噴射圧力を独自に調整できる調整機構(不図示)を有している。なお、その噴射圧力を独自に調整する必要がなければ、燃料ポンプ19はコモンレール14へ燃料供給を行う不図示の燃料ポンプと兼用するものでもよい。燃料添加弁18が所定量の燃料を噴射することで、排気の空燃比が一時的にリッチ側に設定される。このような操作はリッチスパイクと呼ばれる周知のものである。なお、リッチスパイクで設定される空燃比はリッチスパイクを実行しない場合の空燃比よりも小さい値、つまりその空燃比よりもリッチ側の値に設定される。従って、リッチスパイクの際の目標空燃比が理論空燃比よりもリッチの値に設定されるとは限らない。
The
リッチスパイクの制御は内燃機関1の運転状態を制御するコンピュータであるエンジンコントロールユニット(ECU)20にて実施される。ECU20には内燃機関1の回転速度を検出できる回転速度センサ21、吸入空気流量に応じた信号を出力するエアフローメータ22、排気の空燃比に応じた信号を出力する空燃比センサ23、気筒2に導入される吸入ガスの温度に応じた信号を出力する吸気温センサ24及び過給圧に応じた信号を出力する過給圧センサ25等の各種センサからの出力信号が入力され、ECU20はそれらの出力信号を参照して内燃機関1の各部の制御を行っている。ECU20が実行する制御は多岐に亘るが、ここでは本発明に関連してECU20が実行する制御について説明する。
The rich spike is controlled by an engine control unit (ECU) 20 that is a computer that controls the operating state of the
ECU20は排気還流装置9による吸気通路3へのEGRガスの導入(排気還流)の実行とその禁止とを内燃機関1の運転状態に応じて判断するとともに、排気還流装置9による排気還流を実行する際に吸気通路3に設けられたスロットル弁5及びEGR弁12のそれぞれの開度を操作して所定のEGR率となるようにEGRガスの導入量を制御する。EGR率は内燃機関1の吸入ガス(空気とEGRガスとの混合ガス)に対するEGRガスの占める割合として定義される。内燃機関1は、燃料添加弁18による燃料の供給位置が排気還流装置9が排気を取り出す位置よりも上流に設けられているので、排気還流装置9による排気還流の実行中にリッチスパイクを実行すると、空燃比がリッチ側に設定された排気が排気還流装置9を通じて吸気通路3に導入され、その排気は吸気通路3で新気と混合されて気筒2内に導入される。本形態はその排気の導入に伴う内燃機関1の出力トルクの変動を抑制するためリッチスパイク時の目標空燃比をEGR率に応じてECU20が設定することをその特徴としている。
The
図2はECU20が実行するリッチスパイク制御の制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンのプログラムはECU20が持つROM等の記憶手段に保持されており所定の周期で繰り返し実行される。まずECU20はステップS1においてフィルタ17によるNOxの吸蔵量Sを推定する。吸蔵量Sの推定は周知の方法で実施できるので詳細な説明は省略する。次にステップS2において、吸蔵量Sが所定の閾値Sth1よりも大きいか否かを判定する。閾値Sth1はリッチスパイクの実行要否を決めるものであり、NOxの吸蔵量の限界値よりも低い値に設定される。ステップS2で吸蔵量Sが閾値Sth1よりも大きい場合はステップS3に進み、そうでない場合はリッチスパイクを実行する必要がないため、以後の処理をスキップして今回のルーチンを終える。
FIG. 2 is a flowchart illustrating an example of a control routine for rich spike control executed by the
ステップS3では、排気還流装置9による排気還流の実行中(EGR実行中)か否かを判定する。この判定はEGR弁12の開度を検出する不図示の開度センサからの情報に基づいて行ってもよいし、図2のルーチンと並行して実行する不図示の排気還流制御のルーチンの処理状態に基づいて行ってもよい。EGR実行中でない場合は、リッチスパイクの実行によって出力トルクが変動する心配がないので、ステップS6に進んで目標空燃比を所定値に設定し、続くステップS7において排気の空燃比がその目標空燃比となるようにリッチスパイクを実行する。即ち、ECU20は排気の空燃比がその目標空燃比となるように、燃料添加弁18の噴射期間を制御して所定量の燃料を排気通路4内に噴射させる。一方、EGR実行中の場合は、ステップS4に進んでEGR率、吸気温度及び過給圧をそれぞれ取得する。EGR率は図2のルーチンと平行して実行する上述した排気還流制御のルーチンの処理状態に基づいて取得される。吸気温度は図1の吸気温センサ24からの情報に基づいて、過給圧は図1の過給圧センサ25からの情報に基づいてそれぞれ取得される。
In step S3, it is determined whether exhaust gas recirculation by the exhaust gas recirculation device 9 is being performed (EGR is being performed). This determination may be performed based on information from an opening sensor (not shown) that detects the opening degree of the
次に、ステップS5では、ステップS4で取得したEGR率、吸気温度及び過給圧に応じた目標空燃比を設定する。ここで、目標空燃比の設定方法について説明する。EGR率が高い場合は、空燃比がリッチ側に設定された排気がEGR率が低い場合よりも気筒2内に多く導入される。このため、仮にその空燃比が一定であると、EGR率が高いほど吸入ガス中の酸素濃度が低下して着火遅れ等の燃焼状態が悪化して内燃機関1の出力トルクが低下する。そこで、本形態では、このような燃焼状態の変動に伴う出力トルクの変動を抑制するため、EGR率が高い場合は低い場合に比べて目標空燃比をリーン側に設定する。なお、EGR率が低い場合は吸入ガス中の酸素濃度が低下して着火遅れ等の燃焼状態が悪化し内燃機関1の出力トルクが低下することがない上限のEGR率となる場合と言い換えることができる。
Next, in step S5, a target air-fuel ratio is set in accordance with the EGR rate, intake air temperature, and boost pressure acquired in step S4. Here, a method for setting the target air-fuel ratio will be described. When the EGR rate is high, more exhaust gas whose air-fuel ratio is set to the rich side is introduced into the cylinder 2 than when the EGR rate is low. For this reason, if the air-fuel ratio is constant, the higher the EGR rate, the lower the oxygen concentration in the intake gas, the worse the combustion state such as ignition delay, and the lower the output torque of the
図3は吸入ガスの酸素濃度に対する着火遅れの変化を示している。図3から明らかなように、吸入ガスの酸素濃度が同じでも、吸気温度が高いほど、又は過給圧が高いほど着火遅れが小さくなる。そこで、本形態では、リッチスパイク時の目標空燃比はEGR率が高い場合は低い場合よりもリーン側に設定され、同一のEGR率において吸気温度が低い場合は高い場合よりもリーン側に設定され、かつ同一のEGR率において過給圧が低い場合は高い場合よりもリーン側に設定される。このような目標空燃比の設定は、例えば図4に示すようにEGR率、吸気温度及び過給圧を変数として目標空燃比を与えるマップをECU20のROMに記憶させておき、そのマップを参照することにより実現できる。ステップS5で目標空燃比を設定した後は、ステップS7において排気の空燃比がその目標空燃比となるようにリッチスパイクを実行して今回のルーチンを終了する。
FIG. 3 shows a change in the ignition delay with respect to the oxygen concentration of the intake gas. As is apparent from FIG. 3, even when the oxygen concentration of the intake gas is the same, the ignition delay becomes smaller as the intake temperature is higher or as the supercharging pressure is higher. Therefore, in this embodiment, the target air-fuel ratio at the time of rich spike is set to a leaner side when the EGR rate is high than when it is low, and is set to a lean side when the intake air temperature is low at the same EGR rate. And when the supercharging pressure is low at the same EGR rate, it is set on the lean side than when it is high. For example, as shown in FIG. 4, a map for giving the target air-fuel ratio is stored in the ROM of the
以上の形態によれば、燃料がフィルタ17に向かって燃料添加弁18にて噴射されるので、その燃料は排気中に均一に拡散する前に液滴状態でフィルタ17に導かれる。液滴状態の燃料はフィルタ17に留まって揮発するため、空燃比が局所的にリッチな雰囲気をフィルタ17内に形成することができ、NOxの還元が可能となる。局所的にリッチな雰囲気を形成できる場合は燃料を排気中に均一に拡散する場合よりも全体の空燃比をリーン側に設定できるため、その排気の一部がEGRガスとして吸気通路へ導入された場合でも空燃比の変動が少なくて済むので出力トルクの変動を抑制できる。更に、図2のルーチンによってEGR率が高い場合は低い場合よりも目標空燃比がリーン側に設定されるため、EGR率の増加に伴う出力トルクの変動を抑えながら、局所的なリッチ雰囲気の形成により必要なNOxの浄化率を確保することができる。また、図2のルーチンでは、目標空燃比の設定の際に吸入ガスの酸素濃度の低下に伴う出力トルクの変動の程度が吸気温度と過給圧とによって変わることが考慮されるので、同一のEGR率であっても吸気温度や過給圧に見合った目標空燃比を設定することができる。
According to the above embodiment, since the fuel is injected toward the
(第2の形態)
次に、本発明の排気システムの第2の形態を説明する。この形態は燃料添加弁18による燃料の噴射状態を目標空燃比に応じて制御することをその特徴とし、この特徴以外は第1の形態と同一である。そのため、以下においては第1の形態との共通部分の説明を省略する。リッチスパイクにおける目標空燃比がリーン側に設定されるほど排気全体の空燃比がリーン側となるので、局所的なリッチ雰囲気の形成を促進してNOxの浄化率を高める必要がある。
(Second form)
Next, the 2nd form of the exhaust system of this invention is demonstrated. This embodiment is characterized in that the fuel injection state by the
図5は燃料添加弁18による燃料の噴射圧力の変化に対する噴射燃料の液滴径の変化及びNOxの浄化率の変化をそれぞれ示している。この図において、NOxの浄化率の変化は、その代表例として空燃比が理論空燃比(ストイキ)の場合と、ストイキよりもリーンの場合とがそれぞれ破線で示されている。この図から明らかなように、空燃比がストイキの場合は噴射圧力が高くなって燃料の液滴径が小さくなるほど、換言すれば燃料の霧化が高まるほどNOxの浄化率が増加する。一方、空燃比がリーンの場合には、噴射圧力が高くなって燃料の液滴径が小さくなるほど、換言すれば燃料の霧化が高まるほどNOxの浄化率が低下する。つまり、NOxの浄化率の低下を抑えるためには、目標空燃比がリーン側に設定されるほど燃料の霧化を低下させて局所的なリッチ雰囲気の形成を促進することが望ましいといえる。反対に、目標空燃比がリッチ側に設定されるほど局所的なリッチ雰囲気を形成する必要性が低下するので、NOx浄化率の低下を抑えるために燃料の霧化を高めることが望ましいといえる。
FIG. 5 shows the change of the droplet diameter of the injected fuel and the change of the purification rate of NOx with respect to the change of the fuel injection pressure by the
そこで、本形態ではリッチスパイクを実行する際に目標空燃比がリッチ側に設定されるほど燃料添加弁18による燃料の霧化が高まるように燃料の噴射状態が制御される。燃料の霧化を変化させるための噴射状態の制御は、例えばECU20が図2のステップS7を実行する際に図1の燃料ポンプ19の動作を目標空燃比に応じて制御して燃料添加弁18への供給燃料の圧力を調整することにより実現できる。燃料添加弁18への供給燃料の圧力が高まると、燃料添加弁18による燃料の噴射圧力が高まって燃料の霧化が高まるためである。これにより、目標空燃比の変化に合わせて燃料の霧化が調整されるので、目標空燃比のリーン側への変化に伴うNOxの浄化率の低下を抑えることができる。
Therefore, in this embodiment, the fuel injection state is controlled so that the fuel atomization by the
(第3の形態)
次に、本発明の排気システムの第3の形態を説明する。この形態は燃料添加弁18による燃料の噴射状態をリッチスパイクにおける噴射期間内に変化させることをその特徴とし、この特徴以外は第1の形態と同一である。そのため、以下においては第1の形態との共通部分の説明を省略する。
(Third form)
Next, the 3rd form of the exhaust system of this invention is demonstrated. This embodiment is characterized in that the fuel injection state by the
上述した各形態は、リッチスパイクにおける噴射期間内の燃料の噴射状態は略一定であり、その噴射期間内に燃料の霧化を積極的に変更するものではない。本形態では、リッチスパイクにおける噴射期間において、その噴射期間の初期における燃料の霧化がその噴射期間の後期よりも低下するように燃料添加弁18による燃料の噴射状態がECU20にて制御される。
In each of the embodiments described above, the fuel injection state during the injection period in the rich spike is substantially constant, and the atomization of the fuel is not actively changed during the injection period. In the present embodiment, in the injection period in the rich spike, the fuel injection state by the
具体的には、図6に示すように、ECU20はリッチスパイクを実行する際に、燃料添加弁18に対するデューティー比を噴射期間の初期に小さく、後期に大きくなるように変化させる。なお、図6には比較のため噴射期間においてデューティー比が一定の比較例も示す。デューティー比が小さい噴射期間の初期には、燃料添加弁18の弁体のリフト量がデューティー比が大きい後期よりも小さくなるので、弁体とノズルボディとの間で圧力損失が生じて燃料添加弁18による燃料の噴射圧力が低下する。これにより、燃料添加弁18にて噴射される燃料の液滴径は噴射期間の初期に大きくなり、噴射期間の後期に小さくなる。つまり、噴射期間の初期における燃料の霧化が後期よりも低下する。なお、デューティー比を変化させる代りに燃料ポンプ19の動作を制御して噴射期間内の初期と後期の噴射圧力を変えることも可能である。
Specifically, as shown in FIG. 6, when executing the rich spike, the
本形態によれば、噴射期間の初期においては、燃料添加弁18から噴射された燃料が液滴状態でフィルタ17へ供給され易くなる。それにより、噴射期間の初期において局所的なリッチ雰囲気の形成が促進され、その後、噴射期間の後期において燃料の霧化が高まるため、フィルタ17には空燃比が全体的に低下した排気が導かれる。これにより、局所的にリッチな雰囲気によってフィルタ17から脱離したNOxの還元を促進することができる。よって、局所的なリッチ雰囲気の形成によってフィルタ17から脱離したNOxが還元されないまま排出することを抑制できるため、NOxの浄化率が向上する。
According to this embodiment, in the initial stage of the injection period, the fuel injected from the
(第4の形態)
次に、本発明の排気システムの第4の形態を説明する。図7は本形態に係る排気システムが適用された内燃機関の要部を示している。以下、第1の形態と同一構成には図7に同一符号を付して説明を省略する。内燃機関40は排気還流装置9に加えてターボチャージャー6のタービン6bの上流の排気通路4からEGRガスを取り出してコンプレッサ6aの下流の吸気通路3に導入する排気還流装置41を備えている。この形態において、排気還流装置9が本発明に係る第1の排気還流装置に、排気還流装置41が本発明に係る第2の排気還流装置にそれぞれ相当する。排気還流装置41はタービン6b上流の排気通路4とコンプレッサ6a下流の吸気通路3とを接続するEGR通路42と、吸気通路3へのEGRガスの導入量を調整するEGR弁43とを備えている。内燃機関40は排気還流装置41に関するEGR率を調整するために使用されるスロットル弁44を備えている。内燃機関40は回転速度センサ21及びエアフローメータ22等の各種センサの情報に基づいて運転状態を取得し、その運転状態に応じてこれら二つの排気還流装置9、41を適宜使い分ける。その使い分け方には3つのパターンがあり、第1のパターンは排気還流装置41のみでEGRガスを吸気通路3へ導入するもの、第2のパターンは排気還流装置9のみでEGRガスを吸気通路3へ導入するもの、第3のパターンは排気還流装置9及び排気還流装置11の両者によってEGRガスを吸気通路3へ導入するものである。例えば、内燃機関40はその負荷が低負荷の場合には第1のパターンにより、高負荷の場合には第2のパターンにより、これらの中間に位置する中負荷の場合には第3のパターンによりそれぞれ排気還流を実行する。
(4th form)
Next, the 4th form of the exhaust system of this invention is demonstrated. FIG. 7 shows a main part of an internal combustion engine to which the exhaust system according to this embodiment is applied. Hereinafter, the same configurations as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals in FIG. In addition to the exhaust gas recirculation device 9, the
図7に示すように、本形態の排気システムでは、排気還流装置41によるEGRガスの取り出し位置よりも下流側で、かつ燃料添加弁18よりも上流側に配置された上流側燃料添加手段としての燃料添加弁45が更に設けられている。燃料添加弁45は下流側の燃料添加弁18と同様の構成を有しており、燃料添加弁45には燃料ポンプ19によって所定圧力の燃料が供給される。
As shown in FIG. 7, in the exhaust system of the present embodiment, as an upstream fuel addition means disposed downstream of the EGR gas take-out position by the exhaust gas recirculation device 41 and upstream of the
次に、ECU20が実行するリッチスパイク制御について説明する。図8は本形態に係るリッチスパイク制御の制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンのプログラムはECU20が持つROM等の記憶手段に保持されており所定の周期で繰り返し実行される。まずECU20はステップS11においてフィルタ17によるNOxの吸蔵量Sを推定する。この処理は図2のステップS1と同様である。次にステップS12において、吸蔵量Sが所定の閾値Sth1よりも大きいか否かを判定する。この処理は図2のステップS2と同様である。ステップS12で吸蔵量Sが閾値Sth1よりも大きい場合はステップS13に進み、そうでない場合はリッチスパイクを実行する必要がないため、以後の処理をスキップして今回のルーチンを終える。
Next, rich spike control executed by the
ステップS13では、上述した3つのパターンのいずれかで排気還流が実行中か否か(EGR実行中か否か)を判定する。EGR実行中でない場合は、リッチスパイクの実行によって出力トルクが変動する心配がないので、ステップS23に進んで通常制御を実行する。通常制御は所定の目標空燃比となるように燃料添加弁18又は燃料添加弁45のいずれかから、又はこれらの両方から排気通路4内に燃料を噴射させる。一方、EGR実行中の場合は、ステップS14に進んで、排気還流が第1のパターンで実行されているか否かを判定し、第1のパターンで排気還流が実行されている場合にはステップS20に進み、そうでない場合はステップS15に進む。排気還流装置41のEGRガスの取出し位置は燃料添加弁18、45よりも上流に位置するため、第1のパターンで排気還流が実行されている場合には、排気通路4に噴射された燃料が還流装置41によって吸気通路3へ導入されてトルク変動が生じることはない。従って、ステップS20ではEGR率に関わりなく目標空燃比がストイキに設定され、続くステップS21において上流側の燃料添加弁45を利用してリッチスパイクが実行される(上流側添加)。その後、今回のルーチンを終了する。
In step S13, it is determined whether exhaust gas recirculation is being executed in any of the three patterns described above (whether EGR is being executed). If EGR is not being executed, there is no concern that the output torque will fluctuate due to execution of the rich spike, so the routine proceeds to step S23 and normal control is executed. In the normal control, fuel is injected into the
一方、第1のパターンでない場合、つまり第2のパターン又は第3のパターンの場合は、EGRガスの取出し位置が燃料添加弁18、45の下流に位置する排気還流装置9にて排気還流が行われるため、上述した第1の形態と同様の考え方で、ステップS15及びステップS16において排気還流装置9に関するEGR率に応じて目標空燃比を設定する。ステップS15は図2のステップS4と同様の処理であり、ステップS16は同図のステップS5と同様の処理である。
On the other hand, when it is not the first pattern, that is, in the case of the second pattern or the third pattern, the exhaust gas recirculation is performed by the exhaust gas recirculation device 9 in which the EGR gas extraction position is located downstream of the
次にステップS17では、排気還流が第3のパターンで実行されているか否かを判定する。第3のパターンで実行されていない場合は第2のパターンで実行されていることになるため、ステップS22に進み第1の形態と同様に燃料添加弁18を使用してリッチスパイクを実行する。その後今回のルーチンを終了する。一方、第3のパターンで排気還流が実行されている場合には、ステップS18に進んで吹分け率を設定する。この吹分け率は燃料添加弁18及び燃料添加弁45のそれぞれが噴射すべき燃料の合計に対する燃料添加弁18が噴射する燃料の割合として定義される。吹分け率は目標空燃比がリーン側に設定されるほど高くなるように目標空燃比の大きさに対応付けられている。この設定は目標空燃比を変数として吹分け率を与えるマップをECU20に予め記憶させておき、ECU20がこのマップを参照することにより実現できる。次に、ステップS19では決定した吹分け率に応じて二つの燃料添加弁18、45のそれぞれから燃料を噴射させることによりリッチスパイクが実行される。その後、今回のルーチンを終了する。
Next, in step S17, it is determined whether exhaust gas recirculation is being executed in the third pattern. If it is not executed in the third pattern, it is executed in the second pattern. Therefore, the process proceeds to step S22, and the rich spike is executed using the
図8のルーチンによれば、第3のパターンにおいて、目標空燃比が排気還流装置9に関するEGR率に応じて設定され、上述した吹分け率がその目標空燃比がリーン側に設定されるほど高くなるように設定される。これにより、排気還流装置9によるEGR率の増加に伴う出力トルクの変動を抑えながら局所的なリッチ雰囲気の形成を促進できるため、必要なNOxの浄化率を確保することができる。 According to the routine of FIG. 8, in the third pattern, the target air-fuel ratio is set according to the EGR rate related to the exhaust gas recirculation device 9, and the above-described air-blowing rate becomes higher as the target air-fuel ratio is set to the lean side. Is set to be As a result, the formation of a local rich atmosphere can be promoted while suppressing fluctuations in the output torque associated with an increase in the EGR rate by the exhaust gas recirculation device 9, so that the necessary NOx purification rate can be ensured.
上記の各形態において、図2又は図8のルーチンを実行することによりECU20は本発明に係る燃料添加制御手段として機能する。また、図2のステップS5又は図8のステップS16を実行することによりECU20は本発明に係る目標空燃比設定手段として機能する。
In each of the above embodiments, the
但し、本発明は上記の各形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の形態にて実施できる。上記の各形態では、目標空燃比を設定する際にEGR率の他に吸気温度及び過給圧をそれぞれ考慮したが、吸気温度及び過給圧を考慮することは必須ではなく、これらを考慮しなくてもよい。また、目標空燃比を設定する際にEGR率の他に吸気温度又は過給圧のいずれか一方を考慮してもよい。上記の各形態では、ターボチャージャー付きの内燃機関に本発明を適用しているが、適用対象の内燃機関がターボチャージャーを備えていなくてもよい。 However, the present invention is not limited to the above embodiments, and can be implemented in various forms within the scope of the gist of the present invention. In each of the above embodiments, the intake air temperature and the boost pressure are considered in addition to the EGR rate when setting the target air-fuel ratio, but it is not essential to consider the intake air temperature and the boost pressure. It does not have to be. Further, when setting the target air-fuel ratio, either the intake air temperature or the supercharging pressure may be considered in addition to the EGR rate. In each of the above embodiments, the present invention is applied to an internal combustion engine with a turbocharger, but the internal combustion engine to be applied may not have a turbocharger.
1 内燃機関
3 吸気通路
4 排気通路
6 ターボチャージャー
6a コンプレッサ
6b タービン
9 排気還流装置(第1の排気還流装置)
17 フィルタ(排気浄化手段)
18 燃料添加弁(燃料添加手段)
20 ECU(燃料添加制御手段、目標空燃比設定手段)
40 内燃機関
41 排気還流装置(第2の排気還流装置)
1
17 Filter (exhaust gas purification means)
18 Fuel addition valve (fuel addition means)
20 ECU (fuel addition control means, target air-fuel ratio setting means)
40 Internal combustion engine 41 Exhaust gas recirculation device (second exhaust gas recirculation device)
Claims (7)
前記排気通路に配置され、吸蔵した窒素酸化物をリッチ空燃比の時に還元する排気浄化手段と、前記排気還流装置によるEGRガスの取り出し位置よりも上流側の前記排気通路に配置されて、前記排気浄化手段に向かって燃料を噴射可能な燃料添加手段と、排気の空燃比を一時的にリッチ側に変化させて排気の空燃比が目標空燃比となるように前記燃料添加手段から燃料を噴射させる燃料添加制御手段と、前記内燃機関の吸入ガスに対してEGRガスが占める割合としてのEGR率が高い場合は低い場合よりも前記目標空燃比をリーン側に設定する目標空燃比設定手段と、を備えることを特徴とする内燃機関の排気システム。 In an exhaust system of an internal combustion engine applied to an internal combustion engine provided with an exhaust gas recirculation device that takes out a part of exhaust gas from an exhaust passage as EGR gas and introduces the exhaust gas into an intake passage.
An exhaust gas purifying means disposed in the exhaust passage for reducing the stored nitrogen oxides at a rich air-fuel ratio; and disposed in the exhaust passage upstream of an EGR gas take-out position by the exhaust gas recirculation device. Fuel addition means capable of injecting fuel toward the purification means, and fuel is injected from the fuel addition means so that the air-fuel ratio of the exhaust gas becomes a target air-fuel ratio by temporarily changing the air-fuel ratio of the exhaust gas to the rich side Fuel addition control means, and target air-fuel ratio setting means for setting the target air-fuel ratio to the lean side when the EGR ratio as a ratio of EGR gas to the intake gas of the internal combustion engine is high, rather than when it is low An exhaust system for an internal combustion engine, comprising:
前記排気浄化手段は前記タービンの下流側に配置され、前記燃料添加手段は前記タービンと前記排気浄化手段との間に配置されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の内燃機関の排気システム。 The internal combustion engine is provided with a turbocharger that has a turbine disposed in the exhaust passage and a compressor disposed in the intake passage and driven by the turbine, and supercharges using the energy of the exhaust. And
3. The internal combustion engine according to claim 1, wherein the exhaust purification unit is disposed on a downstream side of the turbine, and the fuel addition unit is disposed between the turbine and the exhaust purification unit. Exhaust system.
前記第2の排気還流装置によるEGRガスの取り出し位置よりも下流側で、かつ前記燃料添加手段よりも上流側に配置され、前記排気通路内に燃料を噴射可能な上流側燃料添加手段を更に備え、
前記燃料添加制御手段は、前記第1の排気還流装置によるEGRガスの導入及び前記第2の排気還流装置によるEGRガスの導入がそれぞれ実行された状態において、排気の空燃比を一時的にリッチ側に変化させて排気の空燃比が目標空燃比となり、かつ前記上流側燃料添加手段及び前記燃料添加手段のそれぞれが噴射すべき燃料の合計に対する前記燃料添加手段が噴射する燃料の割合が前記目標空燃比がリーン側に設定されるほど高くなるように、前記上流側燃料添加手段及び前記燃料添加手段のそれぞれから燃料を噴射させ、
前記目標空燃比設定手段は、前記内燃機関の吸入ガスに対して前記第1の排気還流装置が導入するEGRガスが占める割合としてのEGR率が高い場合は低い場合よりも前記目標空燃比をリーン側に設定することを特徴とする請求項3に記載の内燃機関の排気システム。 In the internal combustion engine, as the exhaust gas recirculation device, a first EGR gas take-out position is located downstream of the turbine of the turbocharger, and an EGR gas introduction position is located upstream of the compressor of the turbocharger. An exhaust gas recirculation apparatus, and a second exhaust gas recirculation apparatus in which an EGR gas extraction position is located upstream of the turbine of the turbocharger and an EGR gas introduction position is located downstream of the compressor of the turbocharger. Provided,
The apparatus further comprises an upstream fuel addition means disposed downstream of the EGR gas take-out position by the second exhaust gas recirculation device and upstream of the fuel addition means and capable of injecting fuel into the exhaust passage. ,
The fuel addition control means temporarily sets the air-fuel ratio of the exhaust to a rich side in a state where introduction of EGR gas by the first exhaust gas recirculation device and introduction of EGR gas by the second exhaust gas recirculation device are respectively performed. The ratio of the fuel injected by the fuel addition means to the total amount of fuel to be injected by each of the upstream fuel addition means and the fuel addition means is the target air fuel ratio. Injecting fuel from each of the upstream fuel addition means and the fuel addition means so that the fuel ratio becomes higher as the lean side is set,
The target air-fuel ratio setting means makes the target air-fuel ratio leaner when the EGR rate as a ratio of the EGR gas introduced by the first exhaust gas recirculation device to the intake gas of the internal combustion engine is high than when the EGR rate is low. 4. The exhaust system for an internal combustion engine according to claim 3, wherein the exhaust system is set on the side.
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Cited By (5)
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---|---|---|---|---|
JP2010144572A (en) * | 2008-12-17 | 2010-07-01 | Isuzu Motors Ltd | Exhaust emission control system and exhaust emission control method |
JP2010216424A (en) * | 2009-03-18 | 2010-09-30 | Komatsu Ltd | Fuel supply device for engine |
JP2010216425A (en) * | 2009-03-18 | 2010-09-30 | Komatsu Ltd | Fuel supply device for engine |
WO2012056515A1 (en) * | 2010-10-26 | 2012-05-03 | トヨタ自動車 株式会社 | Control device for internal combustion engine |
WO2012108043A1 (en) * | 2011-02-10 | 2012-08-16 | トヨタ自動車株式会社 | Control device for internal combustion engine |
-
2006
- 2006-11-27 JP JP2006318748A patent/JP2008133744A/en active Pending
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010144572A (en) * | 2008-12-17 | 2010-07-01 | Isuzu Motors Ltd | Exhaust emission control system and exhaust emission control method |
JP2010216424A (en) * | 2009-03-18 | 2010-09-30 | Komatsu Ltd | Fuel supply device for engine |
JP2010216425A (en) * | 2009-03-18 | 2010-09-30 | Komatsu Ltd | Fuel supply device for engine |
WO2012056515A1 (en) * | 2010-10-26 | 2012-05-03 | トヨタ自動車 株式会社 | Control device for internal combustion engine |
CN103180586A (en) * | 2010-10-26 | 2013-06-26 | 丰田自动车株式会社 | Control devices for internal combustion engines |
US20130206119A1 (en) * | 2010-10-26 | 2013-08-15 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Control device for internal combustion engine |
US9528452B2 (en) | 2010-10-26 | 2016-12-27 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Control device for internal combustion engine |
WO2012108043A1 (en) * | 2011-02-10 | 2012-08-16 | トヨタ自動車株式会社 | Control device for internal combustion engine |
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