JP4357917B2 - Exhaust gas purification device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。 The present invention relates to an exhaust emission control device for an internal combustion engine.
一般に、自動車等に搭載される筒内噴射型の内燃機関、例えばディーゼル機関では、排気ガス中に含まれる窒素酸化物(NOx)を除去することが要求されている。そしてこのような要求に対し、NOx吸蔵剤を内燃機関の排気通路に配置する方式の排気浄化装置が提案されている。 In general, in-cylinder injection internal combustion engines such as diesel engines mounted on automobiles and the like are required to remove nitrogen oxides (NOx) contained in exhaust gas. In response to such a demand, an exhaust purification device of a system in which a NOx storage agent is arranged in an exhaust passage of an internal combustion engine has been proposed.
このような排気浄化装置に用いられるNOx吸蔵剤は、排気ガスの空燃比がリーンの時にはNOxを吸蔵し、排気ガス中の空燃比が小さくなり、且つ排気ガス中にHCやCO等の還元剤が存在していれば吸蔵したNOxを離脱させ還元浄化する作用(NOxの吸蔵離脱及び還元浄化作用)を有する。そしてこの作用を利用して、排気ガスの空燃比がリーンの時に排気ガス中のNOxをNOx吸蔵剤に吸蔵させ、一定期間使用してNOx吸蔵剤の吸蔵効率が低下した時または低下する前にNOx吸蔵剤の上流側において還元剤(燃料)を添加する等して、NOx吸蔵剤に吸蔵したNOxの還元浄化を行うようにしている。 The NOx storage agent used in such an exhaust purification device stores NOx when the air-fuel ratio of the exhaust gas is lean, the air-fuel ratio in the exhaust gas becomes small, and a reducing agent such as HC or CO in the exhaust gas. If NO exists, it has the action of removing and reducing the stored NOx (NOx storage and release and reduction and purification action). And using this action, when the air-fuel ratio of the exhaust gas is lean, the NOx in the exhaust gas is stored in the NOx storage agent, and when the storage efficiency of the NOx storage agent decreases after a certain period of use or before it decreases A reduction agent (fuel) is added on the upstream side of the NOx storage agent, for example, to reduce and purify NOx stored in the NOx storage agent.
なお、本明細書において「吸蔵」という語は「吸収」及び「吸着」の両方の意味を含むものとして用いる。したがって、「NOx吸蔵剤」は、「NOx吸収剤」と「NOx吸着剤」の両方を含み、前者はNOxを硝酸塩等の形で蓄積し、後者はNO2等の形で吸着する。また、NOx吸蔵剤からの「離脱」という語についても、「吸収」に対応する「放出」の他、「吸着」に対応する「脱離」の意味も含むものとして用いる。 In this specification, the term “occlusion” is used to include both “absorption” and “adsorption”. Therefore, the “NOx storage agent” includes both “NOx absorbent” and “NOx adsorbent”. The former accumulates NOx in the form of nitrate or the like, and the latter adsorbs in the form of NO 2 or the like. The term “desorption” from the NOx storage agent is also used to include the meaning of “desorption” corresponding to “adsorption” in addition to “release” corresponding to “absorption”.
ところで、内燃機関の燃料には硫黄(S)成分が含まれている場合があり、この場合には排気ガス中に硫黄酸化物(SOx)が含まれることとなる。排気ガス中にSOxが存在するとNOx吸蔵剤はNOxの吸蔵作用を行うのと全く同じメカニズムで排気ガス中のSOxの吸蔵を行う。 By the way, the fuel of the internal combustion engine may contain a sulfur (S) component, and in this case, the exhaust gas contains sulfur oxide (SOx). When SOx is present in the exhaust gas, the NOx occlusion agent occludes SOx in the exhaust gas by exactly the same mechanism as the NOx occlusion action.
ところが、NOx吸蔵剤に吸蔵されたSOxは比較的安定であり、一般にNOx吸蔵剤に蓄積されやすい傾向がある。NOx吸蔵剤のSOx蓄積量が増大すると、NOx吸蔵剤のNOx吸蔵容量が減少して排気ガス中のNOxの除去を十分に行うことができなくなるため、NOxの浄化効率が低下するいわゆる硫黄被毒の問題が生じる。特に、燃料として比較的硫黄成分を多く含む軽油を使用するディーゼルエンジンにおいてはこの硫黄被毒の問題が生じやすい。 However, SOx occluded in the NOx occlusion agent is relatively stable and generally tends to accumulate in the NOx occlusion agent. When the amount of SOx stored in the NOx storage agent increases, the NOx storage capacity of the NOx storage agent decreases and the NOx in the exhaust gas cannot be sufficiently removed, so that the NOx purification efficiency decreases, so-called sulfur poisoning Problem arises. In particular, the problem of sulfur poisoning is likely to occur in diesel engines that use light oil containing a relatively large amount of sulfur as a fuel.
一方、NOx吸蔵剤に吸蔵されたSOxについても、NOxと同じメカニズムで離脱させることが可能であることが知られている。しかし、SOxは比較的安定した形でNOx吸蔵剤に吸蔵されるため、通常のNOxの還元浄化制御が行われる温度(例えば250℃程度以上)ではNOx吸蔵剤に吸蔵されたSOxを放出等させることは困難である。このため、硫黄被毒を解消するためには、NOx吸蔵剤を通常のNOx還元浄化制御時より高い温度、すなわち硫黄分放出温度(例えば600℃以上)に昇温し、且つ流入する排気ガスの空燃比をほぼ理論空燃比またはリッチ(以下、単にリッチという)にする硫黄被毒再生制御を定期的に行う必要がある。 On the other hand, it is known that SOx stored in the NOx storage agent can be separated by the same mechanism as NOx. However, since SOx is occluded in the NOx occlusion agent in a relatively stable form, the SOx occluded in the NOx occlusion agent is released at a temperature at which normal NOx reduction and purification control is performed (for example, about 250 ° C. or higher). It is difficult. For this reason, in order to eliminate sulfur poisoning, the NOx storage agent is heated to a temperature higher than that during normal NOx reduction purification control, that is, the sulfur release temperature (for example, 600 ° C. or higher), and the exhaust gas flowing in It is necessary to periodically perform sulfur poisoning regeneration control that makes the air-fuel ratio substantially the stoichiometric air-fuel ratio or rich (hereinafter simply referred to as rich).
そして、このような硫黄被毒再生制御の具体的な方法としては、例えば、機関排気系へ断続的に燃料(還元剤)を添加する方法等が公知となっており(例えば、特許文献1参照)、この方法によればNOx吸蔵剤が過熱されて熱劣化するのを防止しつつ効率的に硫黄被毒の再生を行うことができる。
As a specific method for such sulfur poisoning regeneration control, for example, a method of intermittently adding fuel (reducing agent) to the engine exhaust system is known (see, for example,
ところが、上記のような方法、すなわち例えば排気通路内へ燃料(還元剤)を添加する方法によって硫黄被毒再生制御を行った場合、同再生制御後に白煙が排出されるといった問題が生じる場合がある。すなわち、硫黄被毒再生制御中に燃料(還元剤)添加が行われると、添加された燃料(還元剤)の一部は排気通路内面(例えば、排気管内面)等に付着することになるが、硫黄被毒再生制御が終了して通常の状態(通常制御)に戻ると流通する排気ガスの温度が低下するため、硫黄被毒再生制御が終了した時点において排気通路内面等に付着している燃料(還元剤)はその後もそのままの状態で残存する場合がある。このような残存燃料(残存還元剤)が硫黄被毒再生制御後に何らかの要因(例えば、機関負荷の上昇によって排気通路を流通する排気ガスの温度が一時的に上昇すること等)により脱離し浄化されずに大気中へ放出されると、白煙が排出されることになる。 However, when sulfur poisoning regeneration control is performed by the above method, that is, for example, a method of adding fuel (reducing agent) into the exhaust passage, there may be a problem that white smoke is discharged after the regeneration control. is there. That is, if fuel (reducing agent) is added during sulfur poisoning regeneration control, part of the added fuel (reducing agent) adheres to the inner surface of the exhaust passage (for example, the inner surface of the exhaust pipe). When the sulfur poisoning regeneration control ends and returns to the normal state (normal control), the temperature of the exhaust gas that circulates decreases. Therefore, when the sulfur poisoning regeneration control ends, the exhaust gas adheres to the inner surface of the exhaust passage. The fuel (reducing agent) may remain as it is after that. Such residual fuel (residual reducing agent) is desorbed and purified by some factor after the sulfur poisoning regeneration control (for example, the temperature of exhaust gas flowing through the exhaust passage temporarily increases due to an increase in engine load). If it is released into the atmosphere without being discharged, white smoke will be emitted.
ここで、上述したようなNOx吸蔵剤は一般に活性化した状態においては酸化機能を有しているので、その温度が充分に高ければ脱離して流入してくる燃料(還元剤)を浄化することが可能である。したがって、上記のような白煙発生の問題は、より詳細には、硫黄被毒再生制御の実施後、上記NOx吸蔵剤(あるいは、その下流等に配置された酸化触媒等)の温度が低下した時に上記残存燃料(残存還元剤)の脱離がおきた場合に生じるものと考えられる。 Here, since the NOx storage agent as described above generally has an oxidation function in the activated state, if the temperature is sufficiently high, the desorbed and flowing fuel (reducing agent) can be purified. Is possible. Therefore, the problem of white smoke generation as described above is more specifically, the temperature of the NOx storage agent (or an oxidation catalyst disposed downstream thereof, etc.) has decreased after the sulfur poisoning regeneration control. It is thought that it sometimes occurs when the residual fuel (residual reducing agent) is desorbed.
本発明は、上記のような硫黄被毒再生制御後の白煙発生の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、硫黄被毒再生制御において排気通路内への燃料(還元剤)添加が行われる内燃機関の排気浄化装置において、硫黄被毒再生制御後における白煙の発生を抑制するようにした排気浄化装置を提供することである。 The present invention has been made in view of the problem of white smoke generation after sulfur poisoning regeneration control as described above, and its purpose is to add fuel (reducing agent) into the exhaust passage in sulfur poisoning regeneration control. In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine in which is performed, the exhaust gas purification apparatus is configured to suppress the generation of white smoke after the sulfur poisoning regeneration control.
1番目の発明は、少なくともNOx吸蔵剤を含む排気浄化手段が排気通路内に配置されていて、上記NOx吸蔵剤から硫黄分を放出させるべき時には、上記排気浄化手段の上流側において上記排気通路内へ燃料または還元剤を添加することを含む硫黄被毒再生制御が実施されて上記NOx吸蔵剤から硫黄分が放出せしめられる内燃機関の排気浄化装置において、上記硫黄被毒再生制御が完了した時または完了前に中止された時には、上記燃料または還元剤の添加が停止されている状態で、上記排気通路のうちの上記燃料または還元剤の添加位置近傍から上記排気浄化手段に到るまでの部分の温度を上昇または維持させる、もしくは該部分の温度の低下を抑制するようにする硫黄被毒再生後温度制御を予め定めた時間実施した後、通常制御に戻るようにした排気浄化装置を提供する。 According to a first aspect of the present invention, when an exhaust purification means including at least a NOx storage agent is disposed in the exhaust passage, and when the sulfur content should be released from the NOx storage agent, the exhaust purification means is disposed upstream of the exhaust purification means in the exhaust passage. In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine in which sulfur poisoning regeneration control including adding fuel or a reducing agent to the exhaust gas is performed to release sulfur from the NOx storage agent, when the sulfur poisoning regeneration control is completed or When the fuel or reducing agent addition is stopped when the fuel or reducing agent is stopped before completion, a portion of the exhaust passage from the vicinity of the fuel or reducing agent addition position to the exhaust purification means is reached. After sulfur poisoning regeneration temperature control that increases or maintains the temperature or suppresses the temperature drop of the part is performed for a predetermined time, then return to normal control. To provide an exhaust purifying apparatus that.
硫黄被毒再生制御において排気通路内へ燃料または還元剤の添加が行われる場合には、添加された燃料または還元剤が排気通路内面(例えば、排気管内面)や上記排気浄化手段の上流側端部部分等に付着して硫黄被毒再生制御後まで残存する場合がある。特に燃料または還元剤の添加位置近傍の排気通路内面には多くの燃料または還元剤が付着して残存する恐れがある。このような残存燃料または還元剤は、硫黄被毒再生制御後に何らかの要因により脱離して浄化されずに大気中へ放出され、白煙排出の原因となる。 When the fuel or reducing agent is added into the exhaust passage in the sulfur poisoning regeneration control, the added fuel or reducing agent is added to the exhaust passage inner surface (for example, the exhaust pipe inner surface) or the upstream end of the exhaust purification means. In some cases, it adheres to the part and remains after the sulfur poisoning regeneration control. In particular, a large amount of fuel or reducing agent may adhere and remain on the inner surface of the exhaust passage in the vicinity of the fuel or reducing agent addition position. Such residual fuel or reducing agent is desorbed due to some factors after the sulfur poisoning regeneration control and released into the atmosphere without being purified, causing white smoke emission.
1番目の発明によれば、排気通路内への燃料または還元剤の添加が行われる上記硫黄被毒再生制御が完了した時または完了前に中止された時には、燃料または還元剤が残存している可能性の高い部分、すなわち上記排気通路のうちの上記燃料または還元剤の添加位置近傍から上記排気浄化手段に到るまでの部分の温度を上昇または維持させる、もしくは該部分の温度の低下を抑制するようにする硫黄被毒再生後温度制御が予め定めた時間実施される。これにより、上記部分に付着している燃料または還元剤の蒸発が促進される等して残存燃料または還元剤の低減が図られる。なお、ここで排気通路のうちの上記燃料または還元剤の添加位置近傍から上記排気浄化手段に到るまでの部分とは、例えば上記燃料または還元剤の添加位置近傍から上記排気浄化手段に到るまでの排気管部分のことである。 According to the first invention, when the sulfur poisoning regeneration control in which the fuel or reducing agent is added to the exhaust passage is completed or stopped before completion, the fuel or reducing agent remains. Increase or maintain the temperature of the highly probable portion, that is, the portion of the exhaust passage from the vicinity of the fuel or reducing agent addition position to the exhaust purification means, or suppress the decrease in the temperature of the portion. The temperature control after the sulfur poisoning regeneration is performed for a predetermined time. As a result, the remaining fuel or the reducing agent is reduced by, for example, promoting the evaporation of the fuel or the reducing agent adhering to the portion. Here, the portion of the exhaust passage from the vicinity of the fuel or reducing agent addition position to the exhaust purification means is, for example, from the vicinity of the fuel or reducing agent addition position to the exhaust purification means. It is the exhaust pipe part up to.
また、上記硫黄被毒再生後温度制御は、上記硫黄被毒再生制御の直後に連続的に行われるため、上記硫黄被毒再生後温度制御を実施する際には上記排気浄化手段の温度はまだ比較的高い。そのため、上記のように蒸発された燃料または還元剤は上記排気浄化手段に流入して上記NOx吸蔵剤の酸化機能によって浄化され得る。 The temperature control after the sulfur poisoning regeneration is continuously performed immediately after the sulfur poisoning regeneration control. Therefore, when the temperature control after the sulfur poisoning regeneration is performed, the temperature of the exhaust purification means is not Relatively high. Therefore, the fuel or reducing agent evaporated as described above flows into the exhaust purification means and can be purified by the oxidation function of the NOx storage agent.
上述のように、1番目の発明によれば、上記硫黄被毒再生後温度制御の実施により上記残存燃料または還元剤を低減することができる。そして上記硫黄被毒再生後温度制御の実施後に通常制御に戻るので、硫黄被毒再生制御後における白煙の発生を抑制することができる。特に、1番目の発明では、多くの燃料または還元剤が付着して残存する恐れがある燃料または還元剤の添加位置近傍の排気通路部分について温度の上昇、維持もしくは温度低下の抑制が図られるので、効果的に上記残存燃料または還元剤を低減し白煙の発生を抑制することができる。また、上記予め定めた時間を適切に設定することで、効率良く且つ充分に上記残存燃料または還元剤の低減を図ることができる。なお、ここで通常制御とは、例えば上記硫黄被毒再生制御やNOx吸蔵剤に吸蔵したNOxを放出・還元するためのNOx還元浄化制御、更には堆積した排気微粒子を除去するための排気微粒子除去制御等の特別な制御を行っていない通常時に行われる排気浄化装置の制御を意味する。 As described above, according to the first aspect, the residual fuel or the reducing agent can be reduced by performing the temperature control after the sulfur poisoning regeneration. And since it returns to normal control after implementation of the temperature control after sulfur poisoning regeneration, generation of white smoke after sulfur poisoning regeneration control can be suppressed. In particular, in the first invention, the temperature of the exhaust passage near the fuel or reducing agent addition position where a large amount of fuel or reducing agent may remain attached can be increased, maintained, or suppressed. Thus, it is possible to effectively reduce the residual fuel or reducing agent and suppress the generation of white smoke. Further, by appropriately setting the predetermined time, it is possible to efficiently and sufficiently reduce the remaining fuel or the reducing agent. Here, the normal control is, for example, the above-mentioned sulfur poisoning regeneration control, NOx reduction purification control for releasing / reducing NOx stored in the NOx storage agent, and exhaust particulate removal for removing accumulated exhaust particulates. It means the control of the exhaust gas purification device that is normally performed when no special control such as control is performed.
2番目の発明では1番目の発明において、上記硫黄被毒再生後温度制御においては更に、上記排気浄化手段の温度が維持される、または、上記排気浄化手段の温度の低下が抑制される。 In the second invention, in the first invention, in the temperature control after regeneration by sulfur poisoning, the temperature of the exhaust gas purification means is further maintained, or a decrease in the temperature of the exhaust gas purification means is suppressed.
2番目の発明によれば、上記硫黄被毒再生後温度制御において、上記排気浄化手段の温度が維持される、または、上記排気浄化手段の温度の低下が抑制されるので、上記硫黄被毒再生後温度制御中に上記排気浄化手段に流入してくる燃料または還元剤を上記NOx吸蔵剤の酸化機能によって確実に浄化することができる。特に、上記排気浄化手段の温度が維持される場合には、上記排気浄化手段の熱劣化を防止しつつ流入してくる燃料または還元剤をより確実に浄化することができる。また、上記排気浄化手段の温度の低下が抑制される場合には、上記排気浄化手段の温度変化が緩やかになるために、例えば割れの発生等が低減される。 According to the second aspect of the invention, in the temperature control after the sulfur poisoning regeneration, the temperature of the exhaust gas purification means is maintained, or a decrease in the temperature of the exhaust gas purification means is suppressed. The fuel or the reducing agent flowing into the exhaust purification means during the post-temperature control can be reliably purified by the oxidation function of the NOx storage agent. In particular, when the temperature of the exhaust gas purification means is maintained, the fuel or the reducing agent that flows in can be more reliably purified while preventing thermal deterioration of the exhaust gas purification means. Further, when a decrease in the temperature of the exhaust gas purification means is suppressed, the temperature change of the exhaust gas purification means becomes gentle, so that, for example, the occurrence of cracks is reduced.
3番目の発明では1番目または2番目の発明において、上記硫黄被毒再生制御後温度制御における燃料噴射が、圧縮上死点よりも遅らせた主噴射と、該主噴射の直前に行われるパイロット噴射と、上記主噴射の後であって膨張行程の初期において行われるアフター噴射とから成る。 In the third invention, in the first or second invention, the fuel injection in the temperature control after the sulfur poisoning regeneration control is delayed from the compression top dead center, and the pilot injection performed immediately before the main injection And after-injection performed after the main injection and in the early stage of the expansion stroke.
このような燃料噴射制御を行うことによって、燃焼室から排出される時点での排気ガスの温度を上昇させることができる。そしてこれにより、上記排気通路のうちの上記燃料または還元剤の添加位置近傍から上記排気浄化手段に到るまでの部分の温度を上昇または維持させることができ、また、該部分の温度の低下を抑制することもできる。また同時に、上記排気浄化手段の温度を維持するようにする、もしくは、上記排気浄化手段の温度の低下を抑制するようにすることも可能である。このように、3番目の発明によれば、簡単な燃料噴射制御によって上記硫黄被毒再生制御後温度制御を実施することができ、1番目または2番目の発明と同様の作用及び効果を得ることができる。なお、ここで膨張行程の初期とは、具体的には圧縮上死点後のクランク角が40°までの範囲を意味する。 By performing such fuel injection control, it is possible to increase the temperature of the exhaust gas at the time when it is discharged from the combustion chamber. As a result, the temperature of the portion of the exhaust passage from the vicinity of the fuel or reducing agent addition position to the exhaust purification means can be increased or maintained, and the temperature of the portion can be reduced. It can also be suppressed. At the same time, it is possible to maintain the temperature of the exhaust gas purification means, or to suppress a decrease in the temperature of the exhaust gas purification means. Thus, according to the third invention, the temperature control after the sulfur poisoning regeneration control can be performed by simple fuel injection control, and the same operation and effect as those of the first or second invention can be obtained. Can do. Here, the initial stage of the expansion stroke specifically means a range in which the crank angle after compression top dead center is up to 40 °.
各請求項に記載の発明は、硫黄被毒再生制御後における白煙の発生を抑制するという共通の効果を奏する。 The invention described in each claim has a common effect of suppressing the generation of white smoke after the sulfur poisoning regeneration control.
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、本発明はNOx吸蔵剤であるNOx吸収剤とNOx吸着剤のどちらを用いても実施可能であるが、以下ではNOx吸収剤を用いた場合について説明する。
図1は本発明を圧縮着火式内燃機関に適用した場合を示している。なお、本発明は火花点火式内燃機関にも適用することもできる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, although this invention can be implemented even if it uses any of NOx absorbent and NOx adsorbent which are NOx occlusion agents, the case where NOx absorbent is used is demonstrated below.
FIG. 1 shows a case where the present invention is applied to a compression ignition type internal combustion engine. The present invention can also be applied to a spark ignition type internal combustion engine.
図1を参照すると、1は機関本体、2は各気筒の燃焼室、3は各燃焼室2内にそれぞれ燃料を噴射するための電子制御式燃料噴射弁、4は吸気マニホルド、5は排気マニホルドをそれぞれ示す。吸気マニホルド4は吸気ダクト6を介して排気ターボチャージャ7のコンプレッサ7aの出口に連結され、コンプレッサ7aの入口はエアクリーナ8に連結される。エアクリーナ8とコンプレッサ7aとの間には吸入空気量を検出するエアフローメータ43が設けられている。吸気ダクト6内にはステップモータにより駆動されるスロットル弁9が配置され、更に吸気ダクト6周りには吸気ダクト6内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置(インタークーラ)10が配置される。図1に示される実施形態では機関冷却水がインタークーラ10内に導かれ、機関冷却水によって吸入空気が冷却される。
Referring to FIG. 1, 1 is an engine body, 2 is a combustion chamber of each cylinder, 3 is an electronically controlled fuel injection valve for injecting fuel into each
一方、排気マニホルド5は排気ターボチャージャ7の排気タービン7bの入口に連結され、排気タービン7bの出口はNOx吸収触媒11を内蔵したケーシング12に連結される。排気タービン7bの出口とケーシング12との間には、NOx吸収触媒11の上流側において排気通路内へ例えば炭化水素からなる還元剤を添加するための還元剤添加弁13が配置される。なお、本実施形態においては還元剤として内燃機関の燃料が用いられる。また、ケーシング12の下流側、すなわちNOx吸収触媒11の下流側には排気ガスの空燃比を検出するための空燃比センサ44が配置される。
On the other hand, the
排気マニホルド5と吸気マニホルド4とは排気ガス再循環(以下、EGRと称す)通路14を介して互いに連結され、EGR通路14内には電子制御式EGR制御弁15が配置される。また、EGR通路14周りにはEGR通路14内を流れるEGRガスを冷却するための冷却装置(EGRクーラ)16が配置される。本実施形態では機関冷却水がEGRクーラ16内に導かれ、機関冷却水によってEGRガスが冷却される。更に本実施形態では、EGR通路14のEGRクーラ16の上流に酸化触媒20が設けられており、EGRガス中に含まれる炭化水素等をEGRクーラ16へ流入する前に一定程度処理し、EGRクーラ16の詰まりやEGR制御弁15の固着等を防止するようにされている。
The
一方、各燃料噴射弁3は燃料供給管17を介して燃料リザーバ、いわゆるコモンレール18に連結される。このコモンレール18内へは電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ19から燃料が供給され、コモンレール18内に供給された燃料は各燃料供給管17を介して燃料噴射弁3に供給される。
On the other hand, each
電子制御ユニット30はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス31によって互いに接続されたROM(リードオンリメモリ)32、RAM(ランダムアクセスメモリ)33、CPU(マイクロプロセッサ)34、入力ポート35及び出力ポート36を具備する。上述したエアフローメータ43や空燃比センサ44の出力信号は対応するAD変換器37を介して入力ポート35に入力される。また、アクセルペダル40にはアクセルペダル40の踏込み量Lに比例した出力電圧を発生する負荷センサ41が接続され、負荷センサ41の出力電圧は対応するAD変換器37を介して入力ポート35に入力される。更に入力ポート35にはクランクシャフトが例えば15°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ42が接続される。一方、出力ポート36は対応する駆動回路38を介して燃料噴射弁3、スロットル弁9駆動用ステップモータ、還元剤添加弁13、EGR制御弁15、及び燃料ポンプ19等に接続される。
The
図2(A)は要求トルクTQと、アクセルペダル40の踏込み量Lと、機関回転数Nとの関係を示している。なお、図2(A)において各曲線は等トルク曲線を表しており、TQ=0で示される曲線はトルクが零であることを示しており、残りの曲線はTQ=a、TQ=b、TQ=c、TQ=dの順に次第に要求トルクが高くなる。図2(A)に示される要求トルクTQは図2(B)に示されるようにアクセルペダル40の踏込み量Lと機関回転数Nの関数としてマップの形で予めROM32内に記憶されている。本発明による実施形態では図2(B)に示すマップからアクセルペダル40の踏込み量L及び機関回転数Nに応じた要求トルクTQがまず初めに算出され、この要求トルクTQに基づいて燃料噴射量等が算出される。
ECU30は、このように内燃機関の各構成要素と信号をやり取りして燃料噴射量制御等の機関の基本制御を行う他、後述するNOx吸収剤(NOx吸収触媒11)の硫黄被毒再生制御等、各種の制御を行う。
FIG. 2A shows the relationship between the required torque TQ, the depression amount L of the
The
図1に示すNOx吸収触媒11はハニカム形状のモノリス担体にNOx吸収剤を担持したものであり、本実施形態における排気浄化手段を構成する。このNOx吸収剤は、例えばカリウムK、ナトリウムNa、リチウムLi、セシウムCsのようなアルカリ金属、バリウムBa、カルシウムCaのようなアルカリ土類、ランタンLa、イットリウムYのような希土類から選ばれた少なくとも一つと、白金Ptのような貴金属とから成る。NOx吸収剤は流通する排気ガスの空燃比がリーンの時にはNOxを吸収し、流通する排気ガスの空燃比が小さくなり、且つ還元剤が存在していれば吸収したNOxを放出して還元浄化する作用(NOxの吸収放出及び還元浄化作用)を有する。
The
図1に示されるような圧縮着火式内燃機関では、通常運転時の排気ガス空燃比はリーンでありNOx吸収剤は排気ガス中のNOxの吸収を行う。また、還元剤の添加等により流通する排気ガスの空燃比が小さくされ且つ還元剤の存在する状態にされるとNOx吸収剤は吸収したNOxを放出すると共に放出したNOxを還元浄化する。 In the compression ignition type internal combustion engine as shown in FIG. 1, the exhaust gas air-fuel ratio during normal operation is lean, and the NOx absorbent absorbs NOx in the exhaust gas. Further, when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing through the addition of the reducing agent is reduced and the reducing agent is present, the NOx absorbent releases the absorbed NOx and reduces and purifies the released NOx.
本実施形態においては、このようなNOx吸収剤のNOxの吸収放出及び還元浄化作用を利用して、排気ガスの空燃比がリーンの時に排気ガス中のNOxをNOx吸収剤(NOx吸収触媒11)に吸収させ、一定期間使用してNOx浄化率が低下した時等、吸収したNOxの放出及び還元浄化が必要と判断された時に、還元剤添加弁13から還元剤を添加してNOx吸収剤に吸収したNOxを放出し還元浄化するNOx還元浄化制御を実施するようにしている。
In the present embodiment, by utilizing such NOx absorption / release and reduction and purification action of the NOx absorbent, NOx in the exhaust gas is converted into NOx absorbent (NOx absorbent catalyst 11) when the air-fuel ratio of the exhaust gas is lean. When it is determined that it is necessary to release and reduce the absorbed NOx, such as when the NOx purification rate decreases after a certain period of use, the reducing agent is added from the reducing
次に図3を参照してこの吸収放出及び還元浄化作用のメカニズムについて白金Pt及びバリウムBaを担持させた場合を例にとって簡単に説明する。すなわち、流通する排気ガスの空燃比がかなりリーンになると排気ガス中の酸素濃度が大幅に増大し、図3(A)に示されるようにこれら酸素O2がO2 -またはO2-の形で白金Ptの表面に付着する。一方、排気ガス中のNOは白金Ptの表面上でO2 -またはO2-と反応し、NO2となる。次いで生成されたNO2の一部は白金Pt上で更に酸化されつつNOx吸収剤内に吸収されて酸化バリウムBaOと結合しながら、図3(A)に示されるように硝酸イオンNO3 -の形でNOx吸収剤内に拡散する。このようにしてNOxがNOx吸収剤内に吸収される。 Next, with reference to FIG. 3, the mechanism of the absorption and release and reduction and purification action will be briefly described by taking as an example the case of carrying platinum Pt and barium Ba. That is, when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing becomes considerably lean, the oxygen concentration in the exhaust gas increases greatly, and these oxygen O 2 forms O 2 − or O 2− as shown in FIG. It adheres to the surface of platinum Pt. On the other hand, NO in the exhaust gas reacts with O 2 − or O 2− on the surface of platinum Pt to become NO 2 . Then part of the produced NO 2 while bonding with the barium oxide BaO is absorbed while being further oxidized on the platinum Pt in the NOx absorbent, FIG nitrate as shown in (A) ions NO 3 - in Diffuses in the form of NOx absorbent. In this way, NOx is absorbed into the NOx absorbent.
一方、排気ガス中の酸素濃度が低下してNO2の生成量が低下すると反応が逆方向(NO3 -→NO2)に進み、斯くしてNOx吸収剤内の硝酸イオンNO3 -がNO2の形でNOx吸収剤から放出される。すなわち、排気ガス中の酸素濃度が低下するとNOx吸収剤からNOxが放出されることになる。排気ガスのリーンの度合いが低くなれば排気ガス中の酸素濃度が低下し、したがって排気ガスのリーンの度合いを低くすればNOx吸収剤からNOxが放出されることになる。 On the other hand, when the oxygen concentration in the exhaust gas decreases and the amount of NO 2 produced decreases, the reaction proceeds in the reverse direction (NO 3 − → NO 2 ), so that the nitrate ions NO 3 − in the NOx absorbent are NO. Released from the NOx absorbent in the form of 2 . That is, when the oxygen concentration in the exhaust gas decreases, NOx is released from the NOx absorbent. If the degree of exhaust gas lean decreases, the oxygen concentration in the exhaust gas decreases. Therefore, if the degree of exhaust gas lean decreases, NOx is released from the NOx absorbent.
また、排気ガスの空燃比を小さくすると排気ガス中の酸素濃度が極度に低下するためにNOx吸収剤からNO2が放出されることになるが、この場合、放出されたNO2は図3(B)に示されるように未燃HC、COと反応して還元浄化せしめられる。このようにして白金Ptの表面上にNO2が存在しなくなるとNOx吸収剤から次から次へとNO2が放出される。したがってNOx吸収剤を流通する排気ガスの空燃比を小さくし、且つ還元剤が存在する状態にすると短時間のうちにNOx吸収剤からNOxが放出されて還元浄化されることになる。
なお、ここでいう排気ガスの空燃比とはNOx吸収剤(NOx吸収触媒11)より上流側の排気通路と燃焼室2または吸気通路に供給された空気と燃料との比率をいうものとする。
Further, if the air-fuel ratio of the exhaust gas is reduced, the oxygen concentration in the exhaust gas is extremely reduced, so that NO 2 is released from the NOx absorbent. In this case, the released NO 2 is shown in FIG. As shown in B), it is reduced and purified by reacting with unburned HC and CO. When NO 2 no longer exists on the surface of platinum Pt in this way, NO 2 is released from the NOx absorbent to the next. Accordingly, when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing through the NOx absorbent is reduced and the reducing agent is present, NOx is released from the NOx absorbent and reduced and purified in a short time.
The air-fuel ratio of the exhaust gas here refers to the ratio of the air and fuel supplied to the exhaust passage upstream of the NOx absorbent (NOx absorption catalyst 11) and the
次にNOx吸収剤の硫黄被毒のメカニズムについて説明する。排気ガス中にSOx成分が含まれていると、NOx吸収剤は上述のNOxの吸収と同じメカニズムで排気ガス中のSOxを吸収する。すなわち、排気ガスの空燃比がリーンの時、排気ガス中のSOx(例えばSO2)は白金Pt上で酸化されてSO3 -、SO4 -となり、酸化バリウムBaOと結合してBaSO4を形成する。BaSO4は比較的安定であり、また、結晶が粗大化しやすいため一旦生成されると分解放出されにくい。このため、NOx吸収剤中のBaSO4の生成量が増大するとNOxの吸収に関与できるBaOの量が減少してしまいNOxの吸収能力が低下してしまう。 Next, the mechanism of sulfur poisoning of the NOx absorbent will be described. When the SOx component is contained in the exhaust gas, the NOx absorbent absorbs SOx in the exhaust gas by the same mechanism as the above NOx absorption. That is, when the air-fuel ratio of the exhaust gas is lean, SOx (for example, SO 2 ) in the exhaust gas is oxidized on platinum Pt to become SO 3 − , SO 4 − and combines with barium oxide BaO to form BaSO 4 . To do. BaSO 4 is relatively stable, and since crystals are likely to be coarse, once they are produced, they are not easily decomposed and released. For this reason, when the amount of BaSO 4 produced in the NOx absorbent increases, the amount of BaO that can participate in NOx absorption decreases, and the NOx absorption capacity decreases.
この硫黄被毒を解消するためには、NOx吸収剤中に生成されたBaSO4を高温で分解するとともに、これにより生成されるSO3 -、SO4 -の硫酸イオンをスライトリーンを含むほぼ理論空燃比またはリッチ雰囲気(以下、単に「リッチ雰囲気」という)下で還元し、気体状のSO2に転換してNOx吸収剤から放出させる必要がある。つまり、硫黄被毒再生を行うためには、NOx吸収剤を高温且つリッチ雰囲気の状態にする硫黄被毒再生制御を実施する必要がある。 In order to eliminate this sulfur poisoning, BaSO 4 generated in the NOx absorbent is decomposed at a high temperature, and SO 3 − and SO 4 − sulfate ions generated thereby are almost theoretically including light lean. It is necessary to perform reduction under an air-fuel ratio or a rich atmosphere (hereinafter simply referred to as “rich atmosphere”), convert it into gaseous SO 2 , and release it from the NOx absorbent. That is, in order to perform sulfur poisoning regeneration, it is necessary to carry out sulfur poisoning regeneration control that brings the NOx absorbent into a high temperature and rich atmosphere.
そして、このような硫黄被毒再生制御の具体的な方法としては、NOx吸収剤(NOx浄化触媒11)の上流側において還元剤(燃料)を添加してリッチ雰囲気を創出するようにしたものが種々知られているが、このような方法によると、硫黄被毒再生制御後に白煙が排出されてしまう場合がある。 As a specific method for such sulfur poisoning regeneration control, a rich atmosphere is created by adding a reducing agent (fuel) upstream of the NOx absorbent (NOx purification catalyst 11). Various methods are known, but according to such a method, white smoke may be emitted after the sulfur poisoning regeneration control.
すなわち、硫黄被毒再生制御中に還元剤(燃料)添加が行われると、添加された還元剤(燃料)の一部は排気通路内面(例えば、排気管内面)等に付着することになる。これらの付着還元剤(付着燃料)は、硫黄被毒再生制御を実施している間は流通する排気ガスの温度が比較的高いため、徐々に気化せしめられるが、硫黄被毒再生制御が終了して通常の状態(通常制御)に戻ると流通する排気ガスの温度が低下するため、硫黄被毒再生制御が終了した時点において排気通路内面等に付着している還元剤(燃料)はその後もそのままの状態で残存する場合がある。このような残存還元剤(残存燃料)が硫黄被毒再生制御後に何らかの要因(例えば、機関負荷の上昇によって排気通路を流通する排気ガスの温度が一時的に上昇すること等)により脱離し浄化されずに大気中へ放出されると、白煙が排出されることになる。 That is, when the reducing agent (fuel) is added during the sulfur poisoning regeneration control, a part of the added reducing agent (fuel) adheres to the inner surface of the exhaust passage (for example, the inner surface of the exhaust pipe). These attached reducing agents (attached fuel) are gradually vaporized because the temperature of the exhaust gas that circulates is relatively high during the sulfur poisoning regeneration control, but the sulfur poisoning regeneration control ends. When the normal state (normal control) is restored, the temperature of the exhaust gas that circulates decreases. Therefore, when the sulfur poisoning regeneration control ends, the reducing agent (fuel) adhering to the inner surface of the exhaust passage remains unchanged. May remain in the state. Such residual reducing agent (residual fuel) is desorbed and purified by some factor after the sulfur poisoning regeneration control (for example, the temperature of exhaust gas flowing through the exhaust passage temporarily increases due to an increase in engine load). If it is released into the atmosphere without being discharged, white smoke will be emitted.
ここで、上述したようなNOx吸収剤は一般に活性化した状態においては酸化機能を有しているので、その温度が充分に高ければ脱離して流入してくる還元剤(燃料)を浄化することが可能である。したがって、上記のような白煙発生の問題は、より詳細には、硫黄被毒再生制御の実施後、上記NOx吸収剤の温度が低下した時に上記残存還元剤(残存燃料)の脱離がおきた場合に生じるものと考えられる。 Here, since the NOx absorbent as described above generally has an oxidizing function in an activated state, it is necessary to purify the reducing agent (fuel) that is desorbed and flows in if the temperature is sufficiently high. Is possible. Therefore, more specifically, the problem of the generation of white smoke as described above is that the residual reducing agent (residual fuel) is desorbed when the temperature of the NOx absorbent decreases after the execution of sulfur poisoning regeneration control. This is considered to occur if
本実施形態は、このような白煙の発生を抑制しようとするものであり、次に、その実現のために図1に示した構成によって実施される具体的な方法について説明する。図4はこの方法を実施するための制御ルーチンを示すフローチャートである。本制御ルーチンはECU30により一定時間毎の割込みによって実施される。
The present embodiment is intended to suppress the generation of such white smoke. Next, a specific method implemented by the configuration shown in FIG. 1 for realizing this will be described. FIG. 4 is a flowchart showing a control routine for carrying out this method. This control routine is executed by the
この制御ルーチンがスタートすると、まず、ステップ101でNOx吸収剤(NOx吸収触媒11)の硫黄被毒再生制御の実施条件が成立したか否かが判定される。この硫黄被毒再生制御実施条件には、詳細には実施必要条件と実施可能条件とがあり、両方の条件が成立した場合に硫黄被毒再生制御実施条件が成立したと判定される。上記実施必要条件は、例えばNOx吸収剤に吸収されたSOx量、すなわち吸収SOx量が一定量以上になること等であるが、この場合、吸収SOx量を直接求めることは困難であるので、内燃機関から排出されるSOx量、すなわち例えば燃料噴射量の積算値(燃料消費量)に基づいて吸収SOx量を推定する。つまり、前回硫黄被毒再生制御を実施した時点からの燃料噴射量の積算値が予め定められた設定値よりも大きくなった時に上記実施必要条件が成立したと判定する。あるいは、同様の考え方により、燃料噴射量の積算値の代わりに車両走行距離に基づいて判定するようにしてもよい。
When this control routine is started, first, at
一方、上記実施可能条件は、その時の機関の運転状態、すなわち機関の負荷状態に基づいて成立しているか否かが判定される。これは後述するように、本実施形態において硫黄被毒再生制御は機関の運転状態が一定の範囲内(すなわち、機関負荷の比較的低い範囲内)になければ実施することができないためである。そのため、例えば要求トルクTQと機関回転数Nとによって硫黄被毒再生制御の実施可能領域と実施不可能領域とを表した図5のようなマップを事前に作成しておき、その時の要求トルクTQと機関回転数Nとに基づいて、その時の機関運転状態が硫黄被毒再生制御の実施可能領域にあるかどうかを判定し、それによって上記実施可能条件が成立しているか否かを判定する。なお、図5においては、境界線L1よりも下側の領域、すなわち領域Xと領域Yとが硫黄被毒再生制御の実施可能領域を表し(領域Xと領域Yとの違いについては後述する)、境界線L1よりも上側の領域、すなわち領域Zが実施不可能領域を表している。したがって、その時の要求トルクTQと機関回転数Nとによって表される図5のマップ上の点が、上記領域X内または領域Y内にあれば上記実施可能条件が成立していると判定され、上記領域Z内にあれば上記実施可能条件は成立していないと判定される。 On the other hand, it is determined whether or not the above feasible condition is satisfied based on the operating state of the engine at that time, that is, the load state of the engine. This is because, as will be described later, in this embodiment, the sulfur poisoning regeneration control cannot be performed unless the operating state of the engine is within a certain range (that is, within a relatively low range of the engine load). For this reason, for example, a map as shown in FIG. 5 showing the feasible region and infeasible region of the sulfur poisoning regeneration control based on the required torque TQ and the engine speed N is created in advance, and the required torque TQ at that time On the basis of the engine speed N, it is determined whether or not the engine operating state at that time is within the sulfur poisoning regeneration control feasible region, thereby judging whether or not the feasible condition is satisfied. In FIG. 5, the region below the boundary line L1, that is, the region X and the region Y represent the feasible region for sulfur poisoning regeneration control (the difference between the region X and the region Y will be described later). The area above the boundary line L1, that is, the area Z represents an inoperable area. Therefore, if the point on the map of FIG. 5 represented by the required torque TQ and the engine speed N at that time is within the region X or the region Y, it is determined that the enablement condition is satisfied, If it is within the region Z, it is determined that the enablement condition is not satisfied.
ステップ101において硫黄被毒再生制御実施条件が成立していないと判定された場合には本制御ルーチンは終了し、硫黄被毒再生制御実施条件が成立していると判定された場合にはステップ103に進む。ステップ103においては硫黄被毒再生制御が実施される。
If it is determined in
本実施形態において硫黄被毒再生制御は、NOx吸収剤(NOx吸収触媒11)を硫黄分の放出が可能になる温度(硫黄分放出温度(例えば600℃以上))にまで昇温する昇温制御と、NOx吸収剤(NOx吸収触媒11)の温度を維持しつつリッチ雰囲気の状態にして硫黄分を放出させる硫黄分放出制御とを含んでいる。 In the present embodiment, the sulfur poisoning regeneration control is a temperature rise control for raising the temperature of the NOx absorbent (NOx absorption catalyst 11) to a temperature at which the sulfur content can be released (a sulfur content release temperature (for example, 600 ° C. or higher)). And a sulfur content release control for releasing the sulfur content in a rich atmosphere state while maintaining the temperature of the NOx absorbent (NOx absorption catalyst 11).
ステップ103において硫黄被毒再生制御が開始されると、まず昇温制御が行われる。本実施形態において、この昇温制御は以下で説明するように燃料噴射パターンを制御することによって行われる。
すなわち、図6は図1に示した内燃機関で実施し得る燃料噴射パターンのうちの四つの例について示した概略図であるが、本実施形態の排気浄化装置の通常制御時(すなわち機関の通常運転時)には、機関の運転状態に応じて図6の(I)または(II)で示される噴射パターンとされている。つまり、図6の(I)で示される噴射パターンでは主燃料の噴射(主噴射)Qmのみが圧縮上死点付近で行われ、(II)で示される噴射パターンでは圧縮上死点付近の主噴射Qmに加え、その直前にパイロット噴射Qpが行われる。これに対し、ステップ103において硫黄被毒再生制御が開始され、NOx吸収剤を昇温する必要が生じると、図6の(III)に示されるような燃料噴射パターンとされ、昇温制御が実施される。つまり、主噴射Qmの噴射時期を圧縮上死点以後まで遅角させると共に、それに伴ってパイロット噴射Qpの噴射時期も遅角させ、更に上記主噴射Qm後の膨張行程の初期にアフター噴射Qaを行うようにする。ここで、アフター噴射Qaの噴射時期は概ね圧縮上死点後のクランク角が40°までの範囲であり、より好ましくは、圧縮上死点後のクランク角が20°〜30°の範囲である。
When the sulfur poisoning regeneration control is started in
That is, FIG. 6 is a schematic diagram showing four examples of fuel injection patterns that can be implemented in the internal combustion engine shown in FIG. 1, but during normal control of the exhaust emission control device of this embodiment (that is, normal engine operation). During operation, the injection pattern shown in (I) or (II) of FIG. 6 is set according to the operating state of the engine. That is, in the injection pattern shown in FIG. 6 (I), only the main fuel injection (main injection) Qm is performed near the compression top dead center, and in the injection pattern shown in (II), the main fuel near the compression top dead center. In addition to the injection Qm, the pilot injection Qp is performed immediately before that. On the other hand, when the sulfur poisoning regeneration control is started in
そしてこのような燃料噴射パターンとすると、後燃え期間が長くなることや噴射される総燃料量が増加すること等により、排気ガスの温度を上昇させることができる。特に、この場合、アフター噴射の噴射時期が早期であることから噴射された燃料の殆どが燃焼室内で燃焼するので、燃焼室から排出される時点での排気ガスの温度を上昇させることができる。そしてこのように排気ガス温度を上昇させることにより、NOx吸収剤の温度を上昇させることができる。
なお、本実施形態では、通常制御時(すなわち機関の通常運転時)にはEGR制御弁15が制御され排気ガス再循環(EGR)が行われているが、上記昇温制御時にはEGR制御弁15が閉じられ排気ガス再循環は行われていない。これは空気量を増やし排気ガスの昇温を促進するためである。
With such a fuel injection pattern, the temperature of the exhaust gas can be raised by increasing the post-burn period, increasing the total amount of fuel injected, or the like. In particular, in this case, since the injection timing of after injection is early, most of the injected fuel burns in the combustion chamber, so that the temperature of the exhaust gas at the time of being discharged from the combustion chamber can be raised. And by raising the exhaust gas temperature in this way, the temperature of the NOx absorbent can be raised.
In this embodiment, the
NOx吸収剤が昇温され、その温度が硫黄分を放出するために充分なほど上昇したと判断されると、次に硫黄分放出制御が実施される。なお、NOx吸収剤の昇温が充分であるか否かの判定は、例えば上記昇温制御の実施継続時間に基づいて判定する。すなわち、上記昇温制御の実施継続時間が予め定めた時間以上となった時にはNOx吸収剤は充分に昇温されていると判定するようにする。あるいは、NOx吸収剤(NOx吸収触媒11)の温度を検出するための温度センサを設けておき、その検出温度に基づいて判断するようにしてもよい。 If it is determined that the temperature of the NOx absorbent has risen and the temperature has risen sufficiently to release the sulfur content, then the sulfur content release control is performed. Note that whether or not the temperature rise of the NOx absorbent is sufficient is determined based on, for example, the duration of the temperature rise control. That is, it is determined that the temperature of the NOx absorbent has been sufficiently raised when the execution duration time of the temperature increase control is equal to or longer than a predetermined time. Alternatively, a temperature sensor for detecting the temperature of the NOx absorbent (NOx absorption catalyst 11) may be provided, and the determination may be made based on the detected temperature.
本実施形態において上記硫黄分放出制御は、機関の燃焼をいわゆる低温燃焼または高EGR燃焼とすると共に、還元剤添加弁13により排気通路内に還元剤を添加することによって行われる。なお、低温燃焼と高EGR燃焼の何れの燃焼とするかについては、後述するようにその時の機関運転状態に基づいて決定される。
In the present embodiment, the sulfur content release control is performed by setting the combustion of the engine to so-called low temperature combustion or high EGR combustion and adding a reducing agent into the exhaust passage by the reducing
ここで低温燃焼及び高EGR燃焼について簡単に説明する。図1に示されるような圧縮着火式内燃機関では燃料噴射時期を固定した状態でEGR率(EGRガス量/(EGRガス量+吸入空気量))を増大していくとスモークの発生量が次第に増大してピークに達し、更にEGR率を高めていくと今度はスモークの発生量が急激に低下する。これはEGR率が高いとEGRガスの吸熱作用によって燃焼時における燃料及び周囲のガス温がさほど高くならず、その結果炭化水素が煤まで成長しないからである。低温燃焼はこのような現象を利用したものであり、EGR率をスモークの発生量がピークとなる値よりも大きくして行われるスモーク発生量の少ない燃焼である。これに対し、高EGR燃焼はEGR率をスモークの発生量がピークとなる値よりも小さい範囲で比較的高くして行う燃焼である。これらの燃焼は、何れもEGR率が高いことから、通常燃焼(すなわち、機関の通常運転時に行われる燃焼)に比べて排気ガス温度が高くなる傾向があり、NOx吸収剤の温度を高く維持する上で好ましい。また、EGR率が高いことで通常燃焼に比べて空燃比を低くすることができる。具体的には、例えば低温燃焼時の空燃比は18から20とすることができ、高EGR燃焼時の空燃比は22から25とすることができる。そしてこのように空燃比を低くすることができるので、リッチ雰囲気を創出するために還元剤添加弁13から添加される還元剤の量を低減することができる。
Here, the low temperature combustion and the high EGR combustion will be briefly described. In the compression ignition type internal combustion engine as shown in FIG. 1, when the EGR rate (EGR gas amount / (EGR gas amount + intake air amount)) is increased with the fuel injection timing fixed, the amount of smoke generated gradually increases. If it increases and reaches a peak and the EGR rate is further increased, the amount of smoke generated decreases rapidly. This is because when the EGR rate is high, the temperature of the fuel and the surrounding gas during combustion is not so high due to the endothermic action of the EGR gas, and as a result, hydrocarbons do not grow to soot. Low-temperature combustion utilizes such a phenomenon, and is combustion with a small amount of smoke generated by making the EGR rate larger than a value at which the amount of smoke generated reaches a peak. On the other hand, high EGR combustion is combustion performed by setting the EGR rate relatively high in a range smaller than the value at which the amount of smoke generated reaches a peak. Since all of these combustions have a high EGR rate, the exhaust gas temperature tends to be higher than that of normal combustion (that is, combustion performed during normal operation of the engine), and the temperature of the NOx absorbent is kept high. Preferred above. Further, since the EGR rate is high, the air-fuel ratio can be lowered as compared with the normal combustion. Specifically, for example, the air-fuel ratio at low temperature combustion can be 18 to 20, and the air-fuel ratio at high EGR combustion can be 22 to 25. And since an air fuel ratio can be made low in this way, in order to create a rich atmosphere, the quantity of the reducing agent added from the reducing
一方、低温燃焼は要求トルクTQが高くなると、すなわち燃料噴射量が多くなると燃焼時における燃料及び周囲のガス温が高くなるために実施が困難になる。すなわち、低温燃焼を行い得るのは燃焼による発熱量が少ない機関負荷の低い時に限られる。また、高負荷運転時にはEGR率を低くする必要があることから、高EGR燃焼についても機関負荷の比較的低い時にのみ実施することができる。このようなことから、上述したように本実施形態において硫黄被毒再生制御は機関の運転状態が一定の範囲内(すなわち、機関負荷の比較的低い範囲内)になければ実施することができない。 On the other hand, when the required torque TQ increases, that is, when the fuel injection amount increases, the low temperature combustion becomes difficult to implement because the temperature of the fuel and the surrounding gas during combustion increase. That is, low-temperature combustion can be performed only when the amount of heat generated by combustion is small and the engine load is low. Further, since it is necessary to lower the EGR rate during high load operation, high EGR combustion can be performed only when the engine load is relatively low. For this reason, as described above, in this embodiment, the sulfur poisoning regeneration control cannot be performed unless the operating state of the engine is within a certain range (that is, within a relatively low range of the engine load).
上述したように図5は、要求トルクTQと機関回転数Nとによって硫黄被毒再生制御の実施可能領域(X,Y)と実施不可能領域(Z)とを表したマップであるが、同時に硫黄分放出制御において低温燃焼を行う領域(X)と高EGR燃焼を行う領域(Y)とを表している。つまり、図5において、境界線L1は実施可能領域と実施不可能領域との境界を表し、境界線L2は硫黄分放出制御において低温燃焼を行う領域(X)と高EGR燃焼を行う領域(Y)との境界を表している。ここで、境界線L1は高EGR燃焼の実施可能限界を表し、境界線L2は低温燃焼の実施可能限界を表していると考えることもできる。本実施形態では、図5のマップに基づいて硫黄分放出制御において低温燃焼を行うか高EGR燃焼を行うかが決定される。つまり、硫黄分放出制御を行う場合において、その時の要求トルクTQと機関回転数Nとによって表される図5のマップ上の点が、上記領域X内にあれば低温燃焼が行われ、上記領域Y内にあれば高EGR燃焼が行われる。 As described above, FIG. 5 is a map showing the feasible region (X, Y) and the impracticable region (Z) of the sulfur poisoning regeneration control based on the required torque TQ and the engine speed N. In the sulfur content release control, a region (X) where low temperature combustion is performed and a region (Y) where high EGR combustion is performed are shown. That is, in FIG. 5, the boundary line L1 represents the boundary between the feasible region and the impracticable region, and the boundary line L2 represents the region (X) where low temperature combustion is performed and the region (Y) where high EGR combustion is performed in the sulfur content release control. ). Here, it can be considered that the boundary line L1 represents the feasible limit of high EGR combustion, and the boundary line L2 represents the feasible limit of low temperature combustion. In the present embodiment, whether to perform low temperature combustion or high EGR combustion in the sulfur content release control is determined based on the map of FIG. That is, when performing sulfur content release control, if the point on the map of FIG. 5 represented by the required torque TQ and the engine speed N at that time is within the region X, low temperature combustion is performed, and the region If it is within Y, high EGR combustion is performed.
なお、領域Xと領域Yとの間の運転領域の変化に対してヒステリシスを設けるようにしてもよい。すなわち、機関の運転状態が領域Xから領域Yへ移る時の境界線と領域Yから領域Xへ移る時の境界線を別々に設け、前者の境界線の方が高負荷側にあるようにする。このようにすると二つの領域の境界部分で運転が行われた場合に燃焼が頻繁に切替るのを抑制することができる。同様にして、領域Yと領域Zとの間の運転領域の変化に対してもヒステリシスを設けるようにしてもよい。 In addition, you may make it provide a hysteresis with respect to the change of the driving | running | working area | region between the area | region X and the area | region Y. FIG. That is, a boundary line when the engine operating state moves from the region X to the region Y and a boundary line when the engine operation state moves from the region Y to the region X are provided separately so that the former boundary line is on the high load side. . If it does in this way, when operation is performed in the boundary part of two fields, it can control that combustion changes frequently. Similarly, hysteresis may be provided for changes in the operation region between the region Y and the region Z.
また、本実施形態において低温燃焼が行われる時には、燃料噴射パターンが図6の(IV)のようになるように制御される。つまり、主噴射Qmが進角される。一方、高EGR燃焼が行われる時には、燃料噴射パターンが図6の(I)のようになるように制御される。 Further, when low-temperature combustion is performed in the present embodiment, the fuel injection pattern is controlled to be as shown in (IV) of FIG. That is, the main injection Qm is advanced. On the other hand, when high EGR combustion is performed, the fuel injection pattern is controlled to be as shown in FIG.
還元剤添加弁13による排気通路内への還元剤の添加は、NOx吸収触媒11へ流入する排気ガスの空燃比が断続的または連続的にリッチとなるように行われる。この際、還元剤添加弁13とスロットル弁9とが空燃比センサ44からの出力に基づいてフィードバック制御される。この制御は低温燃焼が行われている場合も高EGR燃焼が行われている場合も同様である。
そして、以上のような制御によってNOx吸収剤が高温且つリッチ雰囲気の状態にされ、NOx吸収剤からの硫黄分の放出が図られる。
The addition of the reducing agent into the exhaust passage by the reducing
Then, the NOx absorbent is brought to a high temperature and rich atmosphere by the control as described above, and the sulfur content is released from the NOx absorbent.
ステップ103において硫黄分放出制御が開始されると、ステップ105に進んで硫黄被毒再生制御終了条件が成立したか否かが判定される。この硫黄被毒再生制御終了条件には、より詳細には硫黄被毒再生が完了したことにより終了する場合の完了条件と、硫黄被毒再生が完了する前に中止されて終了する場合の中止条件とが含まれる。何れか一つの条件が成立すれば、硫黄被毒再生制御終了条件が成立したものと判定される。
When the sulfur content release control is started in
上記完了条件は、例えばNOx吸収剤に残存しているSOx量がゼロになること等であるが、この残存SOx量を直接求めることは困難であるので、例えば上記硫黄分放出制御においてリッチ雰囲気になっている時間の積算値に基づいて残存SOx量を推定する。そして、この残存SOx量がゼロになった時に上記完了条件が成立したと判定する。なお、上記残存SOx量は、NOx吸収剤(NOx吸収触媒11)の温度とSOx放出速度との関係を事前に求めておき、NOx吸収剤(NOx吸収触媒11)の温度と各温度でリッチ雰囲気になっている時間とに基づいて推定するようにしてもよい。この場合、NOx吸収触媒11またはその近傍に温度センサを設ける等してNOx吸収剤(NOx吸収触媒11)の温度を求めるようにする。
The completion condition is, for example, that the amount of SOx remaining in the NOx absorbent becomes zero. However, since it is difficult to directly determine the amount of residual SOx, for example, in the sulfur content release control, a rich atmosphere is obtained. The remaining SOx amount is estimated based on the accumulated value of the remaining time. Then, when the remaining SOx amount becomes zero, it is determined that the completion condition is satisfied. The amount of residual SOx is determined in advance from the relationship between the temperature of the NOx absorbent (NOx absorbent catalyst 11) and the SOx release rate, and the rich atmosphere at each temperature and temperature of the NOx absorbent (NOx absorbent catalyst 11). It may be estimated based on the time when In this case, the temperature of the NOx absorbent (NOx absorbent catalyst 11) is obtained by providing a temperature sensor in the vicinity of the NOx
一方、上記中止条件としては、例えば、機関運転状態が上述の硫黄被毒再生制御実施可能領域から外れた場合等がある。この場合、機関運転状態が硫黄被毒再生制御実施可能領域から外れて、そのまま所定時間経過した時に上記中止条件が成立したと判定するようにしてもよい。すなわち例えば、機関運転状態が硫黄被毒再生制御実施可能領域から外れた場合には、その後所定時間の間は硫黄被毒再生制御の一部として、燃料噴射や還元剤添加等を制御してNOx吸収触媒11の温度を硫黄分放出温度以上に維持する制御を行うようにする。このようにすると、この温度維持制御の間はリッチ雰囲気を創出していないために硫黄分の放出はなされないが、機関運転状態が再び硫黄被毒再生制御実施可能領域に入った場合に直ちに硫黄分の放出を再開できる。
On the other hand, examples of the stop condition include a case where the engine operating state deviates from the above-described sulfur poisoning regeneration control executable region. In this case, it may be determined that the cancellation condition is satisfied when the engine operation state deviates from the sulfur poisoning regeneration control executable region and a predetermined time has passed. That is, for example, when the engine operating state deviates from the sulfur poisoning regeneration control feasible region, the NOx is controlled by controlling fuel injection, reducing agent addition, etc. as a part of the sulfur poisoning regeneration control for a predetermined time thereafter. Control is performed to maintain the temperature of the
ステップ105において硫黄被毒再生制御終了条件が成立していないと判定された場合にはステップ103に戻って硫黄分放出制御が継続される。一方、硫黄被毒再生制御終了条件が成立していると判定された場合にはステップ107に進んで硫黄分放出制御が終了せしめられ(すなわち、還元剤添加弁13による排気通路内への還元剤の添加の停止等が図られ)、続くステップ109へ進む。
If it is determined in
ステップ109においては、排気通路のうちの上記還元剤添加弁13近傍から上記NOx吸収触媒11に到るまでの部分の温度を上昇または維持させる、もしくは該部分の温度の低下を抑制するようにする硫黄被毒再生後温度制御が実施される。この制御は、ステップ103において硫黄分放出制御が実施された際に排気通路内面(例えば、排気管内面)等に付着しそのまま残存してしまった還元剤を蒸発させ、浄化するために実施される。
In
本実施形態において、この硫黄被毒再生後温度制御は図6の(III)のように燃料噴射パターンを制御することによって行われる。つまり、ステップ103における昇温制御に関連して述べたように、主噴射Qmの噴射時期を圧縮上死点以後まで遅角させると共に、それに伴ってパイロット噴射Qpの噴射時期も遅角させ、更に上記主噴射Qm後の膨張行程の初期にアフター噴射Qaを行うようにする。ここで、アフター噴射Qaの噴射時期は概ね圧縮上死点後のクランク角が40°までの範囲であり、より好ましくは、圧縮上死点後のクランク角が20°〜30°の範囲である。
In the present embodiment, the temperature control after the sulfur poisoning regeneration is performed by controlling the fuel injection pattern as shown in (III) of FIG. That is, as described in relation to the temperature rise control in
そして上述したように、このような燃料噴射パターンとすると、燃焼室から排出される時点での排気ガスの温度を通常制御時(すなわち機関の通常運転時)と比較して上昇させることができる。そしてこれにより、排気通路のうちの上記還元剤添加弁13近傍から上記NOx吸収触媒11に到るまでの部分の温度を上昇または維持させることができ、あるいは、該部分の温度の低下を抑制することができる。なお、温度の上昇、維持、低下抑制については、主噴射Qmの遅角量、アフター噴射Qaの噴射時期及び噴射量等を調節することによって制御することができる。また、硫黄分放出制御の継続時間等から還元剤の付着量を推定し、その付着量に応じて温度の上昇、維持、低下抑制の何れを行うかを決定するようにしてもよい。また、上記排気通路の部分に温度センサを設け、その検出温度に基づいて主噴射Qmの遅角量、アフター噴射Qaの噴射時期及び噴射量等を調節するようにしてもよい。
As described above, with such a fuel injection pattern, the temperature of the exhaust gas at the time of being discharged from the combustion chamber can be increased as compared with that during normal control (that is, during normal operation of the engine). As a result, the temperature of the portion of the exhaust passage from the vicinity of the reducing
上記のように排気通路のうちの上記還元剤添加弁13近傍から上記NOx吸収触媒11に到るまでの部分の温度を上昇または維持させる、もしくは該部分の温度の低下を抑制するようにすることによって、上記部分に付着している還元剤の蒸発が促進され残存還元剤の低減を図ることができる。また、上記硫黄被毒再生後温度制御は、上記硫黄被毒再生制御の直後に連続的に行われるため、上記硫黄被毒再生後温度制御を実施する際には上記NOx吸収剤(NOx吸収触媒11)の温度はまだ比較的高く、そのために上記のように蒸発された還元剤は上記NOx吸収触媒11に流入してNOx吸収剤の酸化機能によって浄化され得る。
As described above, the temperature of the portion of the exhaust passage from the vicinity of the reducing
また、上述したように燃料噴射パターンを制御して排気ガスの温度を上昇させることにより、排気通路のうちの上記還元剤添加弁13近傍から上記NOx吸収触媒11に到るまでの部分について上述したような温度制御を行うのに加え、上記NOx吸収剤(NOx吸収触媒11)の温度を維持する、もしくはその温度低下を抑制するようにすることもできる。この温度の維持、低下抑制についても、主噴射Qmの遅角量、アフター噴射Qaの噴射時期及び噴射量等を調節することによって制御することができる。また、上記NOx吸収触媒11またはその近傍に温度センサを設け、その検出温度に基づいて主噴射Qmの遅角量、アフター噴射Qaの噴射時期及び噴射量等を調節するようにしてもよい。
Further, as described above, by controlling the fuel injection pattern to raise the temperature of the exhaust gas, the portion from the vicinity of the reducing
上記NOx吸収剤(NOx吸収触媒11)の温度の維持もしくは低下抑制を図ることにより、上記硫黄被毒再生後温度制御中に上記NOx吸収触媒11に流入してくる還元剤を上記NOx吸収剤の酸化機能によって確実に浄化することができる。特に、上記NOx吸収触媒11の温度が維持される場合には、上記NOx吸収剤の熱劣化を防止しつつ流入してくる還元剤をより確実に浄化することができる。また、上記NOx吸収触媒11の温度の低下が抑制される場合には、上記NOx吸収触媒11の温度変化が緩やかになるために、例えば割れの発生等が低減される。なお、上記NOx吸収剤(NOx吸収触媒11)の温度の維持もしくは低下抑制を図ることにより、NOx吸収触媒11上に付着して残存していた還元剤の除去も図ることができる。
なお、本実施形態では、上記硫黄被毒再生後温度制御時にはEGR制御弁15が閉じられ排気ガス再循環は行われない。また、当然のことながら上記硫黄被毒再生後温度制御時には還元剤添加弁13による排気通路内への還元剤の添加は停止されている。
By maintaining or suppressing the temperature of the NOx absorbent (NOx absorbent catalyst 11), the reducing agent flowing into the NOx
In the present embodiment, the
ステップ109において硫黄被毒再生後温度制御が開始されると、ステップ111に進んで硫黄被毒再生後温度制御終了条件が成立したか否かが判定される。この硫黄被毒再生後温度制御終了条件は、例えば、同制御の実施時間が予め定めた時間に達すること等である。この判定基準となる時間は残存する燃料を除去するのに充分な時間を予め実験等によって求めて決定され、例えば3分間とされ得る。あるいは、その硫黄被毒再生後温度制御を行う前の硫黄分放出制御の実施時間(継続時間)や硫黄被毒再生制御終了条件に応じて決定するようにしてもよい。この硫黄被毒再生後温度制御を実施する時間を適切に設定することで、効率良く且つ充分に残存還元剤の除去を行うことができる。
When the temperature control after sulfur poisoning regeneration is started in
ステップ111において硫黄被毒再生後温度制御終了条件が成立していないと判定された場合にはステップ109に戻って硫黄被毒再生後温度制御が継続される。一方、硫黄被毒再生後温度制御終了条件が成立していると判定された場合には、ステップ113に進んで硫黄被毒再生後温度制御が終了せしめられ、続くステップ115において通常制御に戻されて制御ルーチンが終了する。
When it is determined in
以上のように、本実施形態においては、硫黄被毒再生制御が完了した時または完了前に中止された時に、上述したような硫黄被毒再生後温度制御が実施される。これにより、排気通路内に残存していた還元剤が除去されるので、結果として硫黄被毒再生制御後における白煙の発生を抑制することができる。 As described above, in this embodiment, when the sulfur poisoning regeneration control is completed or stopped before completion, the temperature control after sulfur poisoning regeneration as described above is performed. Thereby, since the reducing agent remaining in the exhaust passage is removed, the generation of white smoke after the sulfur poisoning regeneration control can be suppressed as a result.
図7は、図4のフローチャートで示される制御ルーチンを実施した場合の一例についてNOx吸収触媒11の温度Tc、排気ガス温度Te、残存または付着還元剤量RQの経時変化を概略的に示したものである。なお、図中のTsは硫黄分放出温度を表し、TvはNOx吸収剤が酸化機能を充分に発揮できる温度(活性化温度)を表している。
FIG. 7 schematically shows changes over time in the temperature Tc, the exhaust gas temperature Te, the remaining or attached reducing agent amount RQ of the
この例では、時刻t0の時点では通常制御がなされており、その後時刻t1になった時点で硫黄被毒再生制御が開始されている。時刻t1からt2の間は硫黄被毒再生制御のうちの昇温制御が実施されている。これにより、排気ガス温度Teが上昇し、NOx吸収触媒11の温度Tcも硫黄分放出温度Ts以上に上昇させられている。一方、時刻t2までは残存または付着還元剤量RQはほぼゼロのままである。時刻t2になると硫黄被毒再生制御のうちの硫黄分放出制御が開始される。
In this example, normal control is performed at time t0, and sulfur poisoning regeneration control is started at time t1. During the period from the time t1 to the time t2, the temperature increase control in the sulfur poisoning regeneration control is performed. As a result, the exhaust gas temperature Te rises, and the temperature Tc of the
硫黄分放出制御が開始されると排気ガス温度Teは若干低下するが、NOx吸収触媒11の温度Tcは硫黄分放出温度Ts以上に維持される。一方、残存または付着還元剤量RQは硫黄分放出制御が開始されると次第に増大する。
時刻t3になると硫黄被毒再生制御が終了せしめられ、硫黄被毒再生後温度制御が開始される。硫黄被毒再生後温度制御は時刻t4まで実施され、その後通常制御に戻っている。なお、時刻t3以後において点線で示されているのは、時刻t3において硫黄被毒再生後温度制御を行わず直ぐに通常制御が開始された場合のNOx吸収触媒11の温度Tc、排気ガス温度Te、残存または付着還元剤量RQの経時変化である。
When the sulfur content release control is started, the exhaust gas temperature Te slightly decreases, but the temperature Tc of the
At time t3, sulfur poisoning regeneration control is terminated, and temperature control after sulfur poisoning regeneration is started. The temperature control after sulfur poisoning regeneration is carried out until time t4, and then returns to the normal control. Note that, after time t3, the dotted lines indicate the temperature Tc of the
この例では、硫黄被毒再生後温度制御が開始されると排気ガス温度Teが僅かに上昇している。したがって、この例では硫黄被毒再生後温度制御によって排気通路のうちの上記還元剤添加弁13近傍から上記NOx吸収触媒11に到るまでの部分の温度も僅かに上昇させられると考えられる。一方、NOx吸収触媒11の温度Tcは硫黄被毒再生後温度制御が開始されると徐々に低下している。すなわち、点線で示された硫黄被毒再生後温度制御を行わない場合との比較からも明らかなように、この例では硫黄被毒再生後温度制御によってNOx吸収触媒11の温度Tcの低下が抑制されている。これにより、NOx吸収触媒11の温度Tcが活性化温度Tv以上となっている時間が延長され、硫黄被毒再生後温度制御中にNOx吸収触媒11に流入する還元剤が確実に浄化されるようになっている。
In this example, when the temperature control after sulfur poisoning regeneration is started, the exhaust gas temperature Te slightly increases. Therefore, in this example, it is considered that the temperature of the portion from the vicinity of the reducing
残存または付着還元剤量RQは時刻t3における硫黄被毒再生後温度制御の開始と共に低下し始め、硫黄被毒再生後温度制御が終了する時刻t4にはほぼゼロになっている。一方、硫黄被毒再生後温度制御が行われなかった場合には、残存または付着還元剤量RQは時刻t3において通常制御に戻った時に僅かに低下するのみであり、その後も多量の還元剤が残存したままとなる。このような残存還元剤がNOx吸収触媒11の温度Tcが活性化温度Tvよりも低い通常制御時(すなわち、機関の通常運転時)に何らかの要因で脱離すると、浄化されずに大気中に放出されることになり、白煙が形成されてしまう。つまり、硫黄被毒再生後温度制御によって残存還元剤を除去することにより、結果として硫黄被毒再生制御後における白煙の発生を抑制することができる。
The remaining or attached reducing agent amount RQ starts to decrease with the start of the temperature control after sulfur poisoning regeneration at time t3, and is substantially zero at the time t4 when the temperature control after sulfur poisoning regeneration ends. On the other hand, when the temperature control is not performed after the sulfur poisoning regeneration, the residual or attached reducing agent amount RQ is only slightly decreased when returning to the normal control at the time t3, and a large amount of reducing agent remains thereafter. It remains. If such residual reducing agent is desorbed for some reason during normal control (that is, during normal operation of the engine) where the temperature Tc of the
次に図8を参照し本発明の他の実施形態について説明する。図8に示した構成は基本的には図1に示した構成と同様であり、図1に示した構成と共通する部分については説明を省略する。なお、図8において図1の構成と同一または類似の構成要素については同一の参照番号を付している。 Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The configuration shown in FIG. 8 is basically the same as the configuration shown in FIG. 1, and the description of the parts common to the configuration shown in FIG. 1 is omitted. In FIG. 8, the same reference numerals are assigned to the same or similar components as those in FIG.
図8を参照すると、本実施形態においてはインタークーラ10の下流側に吸気ダクト6内を流れる吸入空気の温度及び圧力を検出するための吸気温センサ45と吸気圧センサ46が設けられている。また、排気タービン7bの出口と還元剤添加弁13との間には排気通路内を流れる排気ガスの空燃比を検出するための空燃比センサ47が設けられている。更に、本実施形態ではケーシング12内に、上流側からNOx吸収触媒11、NOx吸収剤担持フィルタ(以下、「NOx吸収フィルタ」と称す)52、酸化触媒53が内蔵され、これらが排気浄化手段を構成している。ケーシング12におけるNOx吸収触媒11とNOx吸収フィルタ52との間には更に排気浄化手段の温度を検出するための温度センサ49が設けられている。
Referring to FIG. 8, in the present embodiment, an intake
排気タービン7bの出口とケーシング12との間には更に排気ブレーキ等に利用され得る排気絞り弁48が設けられている。図8に示した構成では、排気絞り弁48が還元剤添加弁13の下流側に配置されているが、排気絞り弁48は排気タービン7bの出口とケーシング12との間であればどこに配置してもよい。
An
また、ケーシング12の上下流、すなわち排気浄化手段の上下流の差圧を検出するための差圧センサ51も設けられている。この差圧センサ51により排気浄化手段における圧力損失を検知することができる。更に、ケーシング12の下流には排気浄化手段から流出する排気ガスの温度を検出するための温度センサ50が設けられている。
上記の各センサの出力信号は対応するAD変換器37を介して入力ポート35に入力されている。また、排気絞り弁48は対応する駆動回路38を介して出力ポート36と接続されている。
Further, a differential pressure sensor 51 for detecting a differential pressure upstream and downstream of the
The output signal of each sensor is input to the
図9(A)及び(B)にNOx吸収フィルタ52の構造を示す。なお、図9(A)はNOx吸収フィルタ52の正面図を示しており、図9(B)はNOx吸収フィルタ52の側面断面図を示している。図9(A)及び(B)に示されるようにNOx吸収フィルタ52はハニカム構造をなしており、互いに平行をなして延びる複数個の排気流通路60,61を具備する。これら排気流通路は下流端が栓62により閉塞された排気ガス流入通路60と、上流端が栓63により閉塞された排気ガス流出通路61とにより構成される。なお、図9(A)においてハッチングを付した部分は栓63を示している。したがって排気ガス流入通路60及び排気ガス流出通路61は薄肉の隔壁64を介して交互に配置される。言い換えると排気ガス流入通路60及び排気ガス流出通路61は各排気ガス流入通路60が4つの排気ガス流出通路61によって包囲され、各排気ガス流出通路61が4つの排気ガス流入通路60によって包囲されるように配置される。
FIGS. 9A and 9B show the structure of the
NOx吸収フィルタ52は例えばコージライトのような多孔質材料から形成されており、したがって排気ガス流入通路60内に流入した排気ガスは図9(B)において矢印で示されるように周囲の隔壁64内を通って隣接する排気ガス流出通路61内に流出する。そしてこの際、排気ガス中に含まれている排気微粒子が多孔質材料によって捕集されて排気ガス中から除去され、排気微粒子の大気への放出が防止される。また、上記隔壁64の表面及び内部の細孔内にはNOx吸収剤が担持されており、先に説明したようなNOxの吸収放出及び還元浄化作用も奏する。
The
以上の説明及び図8から明らかなように、本実施形態においても排気浄化手段にNOx吸収剤が含まれている。上述したようにNOx吸収剤は硫黄被毒を受けるため、硫黄被毒再生制御を行う必要がある。そのため本実施形態においても図4を参照して説明した場合とほぼ同様にして、排気通路内への還元剤の添加を伴う方法で硫黄被毒再生制御が行われると共にその後の白煙の発生が抑制される。 As is apparent from the above description and FIG. 8, the NOx absorbent is included in the exhaust purification unit also in this embodiment. As described above, since the NOx absorbent receives sulfur poisoning, it is necessary to perform sulfur poisoning regeneration control. Therefore, in this embodiment as well, the sulfur poisoning regeneration control is performed by a method involving the addition of a reducing agent in the exhaust passage and the subsequent generation of white smoke is performed in substantially the same manner as described with reference to FIG. It is suppressed.
また、本実施形態では排気浄化手段にフィルタが含まれている。上記NOx吸収フィルタ52に捕集された排気微粒子は通常は連続的に燃焼され除去されるのであるが、排気微粒子の量が極めて多い場合等には除去しきれずにフィルタ上に層状に堆積してしまう場合がある。このような場合には、NOx吸収フィルタ52を昇温して堆積した排気微粒子を強制的に燃焼させて除去する排気微粒子除去制御(以下、「PM除去制御」と称す)を行う必要がある。
In the present embodiment, the exhaust purification unit includes a filter. The exhaust particulates collected by the
以上のようなことを踏まえ、次に図8に示した構成において実施される制御について説明する。なお、この制御には図4を参照して説明した制御と共通する部分が含まれており、これらの部分については原則として説明を省略する。
図10は、この制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。本制御ルーチンはECU30により一定時間毎の割込みによって実施される。
Based on the above, control executed in the configuration shown in FIG. 8 will be described next. Note that this control includes portions common to the control described with reference to FIG. 4, and description of these portions will be omitted in principle.
FIG. 10 is a flowchart showing a control routine of this control. This control routine is executed by the
この制御ルーチンがスタートすると、まず、ステップ201においてPM除去制御実施条件が成立したか否かが判定される。このPM除去制御実施条件は、例えばNOx吸収フィルタ52の排気微粒子堆積量が一定量以上になること等であるが、この場合、排気微粒子堆積量を直接求めることは困難であるので、差圧センサ51によって検出される排気浄化手段における圧力損失に基づいて排気微粒子堆積量を推定する。つまり、差圧センサ51によって検出される排気浄化手段における圧力損失が予め定められた設定値よりも大きくなった時にPM除去制御実施条件が成立したと判定する。
When this control routine starts, it is first determined in
ステップ201においてPM除去制御実施条件が成立していると判定された場合にはステップ203に進み、PM除去制御が実施される。本実施形態においてPM除去制御が開始されると、燃料噴射パターンがまず図6の(III)に示されるような燃料噴射パターンとされる。つまり、主噴射Qmの噴射時期を圧縮上死点以後まで遅角させると共に、それに伴ってパイロット噴射Qpの噴射時期も遅角させ、更に上記主噴射Qm後の膨張行程の初期にアフター噴射Qaを行うようにする。このような燃料噴射パターンとすることで排気ガス温度が上昇せしめられ、それによって排気浄化手段が昇温される。
If it is determined in
排気浄化手段が堆積した排気微粒子の燃焼除去を行うのに充分なほど上昇したと判断されると、次に燃料噴射パターンが、図6の(III)に示された燃料噴射パターンにおいてアフター噴射Qaの後に更に補助燃料の噴射(ポスト噴射)を加えた燃料噴射パターン(図示なし)とされる。このポスト噴射の噴射時期及び噴射量は温度センサ49により検出される温度に基づいて排気浄化手段が過熱しないようにフィードバック制御される。このような制御を行うことにより、排気浄化手段の温度が維持され堆積した排気微粒子の燃焼除去が行われる。
If it is determined that the exhaust purification means has risen sufficiently to burn and remove the accumulated exhaust particulates, then the fuel injection pattern is the after injection Qa in the fuel injection pattern shown in FIG. 6 (III). After that, a fuel injection pattern (not shown) is obtained by further adding auxiliary fuel injection (post injection). The post-injection injection timing and injection amount are feedback-controlled based on the temperature detected by the
ステップ203において上記のようにして排気浄化手段の温度維持及び排気微粒子の燃焼除去が開始されると、ステップ205に進んでPM除去制御終了条件が成立したか否かが判定される。このPM除去制御終了条件は、例えばNOx吸収フィルタ52に堆積している排気微粒子量がゼロになることであるが、上述したように排気微粒子堆積量を直接求めることは困難であるので、ステップ201のPM除去制御実施条件の場合と同様、差圧センサ51によって検出される排気浄化手段での圧力損失に基づいて排気微粒子堆積量を推定する。つまり、差圧センサ51によって検出される排気浄化手段での圧力損失が予め定められた設定値よりも小さくなった時にPM除去制御終了条件が成立したと判定する。
When the temperature maintenance of the exhaust gas purification means and the combustion removal of the exhaust particulates are started in
ステップ205においてPM除去制御終了条件が成立していないと判定された場合にはステップ203に戻り、排気浄化手段の温度維持及び排気微粒子の燃焼除去が継続される。一方、PM除去制御終了条件が成立していると判定された場合にはステップ207に進んでPM除去制御が終了せしめられ、続くステップ209へ進む。
If it is determined in
なお、本実施形態では、通常制御時(すなわち機関の通常運転時)にはEGR制御弁15が制御され排気ガス再循環が行われているが、上記PM除去制御時にはEGR制御弁15が閉じられ排気ガス再循環は行われていない。また、上記PM除去制御が機関の運転状態がアイドリング状態である時に実施される場合には、排気絞り弁48を閉じ側に制御して機関負荷を上昇させ、排気ガス温度の上昇を促進するようにしてもよい。
In this embodiment, the
一方、ステップ201においてPM除去制御実施条件が成立していないと判定された場合にはステップ211に進む。ステップ211では硫黄被毒再生制御の実施必要条件が成立しているか否かが判定される。この実施必要条件は図4のステップ101に関連して説明した実施必要条件と同じであり、例えば吸収SOx量が予め定めた量以上であると推定されること等である。
On the other hand, if it is determined in
ステップ211で上記実施必要条件が成立していないと判定された場合には本制御ルーチンは終了し、上記実施必要条件が成立していると判定された場合にはステップ213に進んでPM除去制御が実施される。ここで、ステップ213及びそれに続くステップ215、217における制御は上述のステップ203、205、207における制御とそれぞれ同様であるので説明を省略するが、以上の説明から明らかなように、本実施形態においてはステップ201においてPM除去制御実施条件が成立していないと判定されても硫黄被毒再生制御を実施する必要性のある場合にはPM除去制御が実施される。ステップ217に続いてはステップ219に進む。
If it is determined in
他方、ステップ207においてPM除去制御を終了し、ステップ209に進むと、そこで硫黄被毒再生制御の実施必要条件が成立しているか否かが判定される。ここでの実施必要条件は、上述のステップ211の場合と同様、例えば吸収SOx量が予め定めた量以上であると推定されること等であるが、判定基準となる吸収SOx量はステップ211の場合よりも少なくしておくことが好ましい。これは、ステップ209に進む場合はPM除去制御により排気浄化手段が既に昇温されている場合であり、この機会を有効に利用するためには吸収SOx量がある程度少なくても硫黄被毒再生を実施するようにするのが好ましいからである。
On the other hand, when the PM removal control is terminated in
ステップ209で上記実施必要条件が成立していないと判定された場合には本制御ルーチンは終了し、上記実施必要条件が成立していると判定された場合にはステップ219に進む。
ステップ219においては硫黄被毒再生制御の実施可能条件が成立しているか否かが判定される。この実施可能条件は図4のステップ101に関連して説明した実施可能条件と同じであり、例えばその時の機関の運転状態、すなわち機関の負荷状態に基づいて成立しているか否かが判定される。
If it is determined in
In
ステップ219で上記実施可能条件が成立していないと判定された場合には本制御ルーチンは終了し、上記実施可能条件が成立していると判定された場合にはステップ221に進んで硫黄被毒再生制御が実施される。なお、ステップ221における硫黄被毒再生制御においては、図4のステップ103に関連して説明した硫黄分放出制御のみが行われる。これは、ステップ221に進む場合には、先にPM除去制御が行われており排気浄化手段は既に昇温されているので、ステップ221における硫黄被毒再生制御で昇温制御を実施する必要はないからである。
If it is determined in
ステップ221以降の制御、すなわちステップ221からステップ233までの制御は図4のステップ103からステップ115までの制御とほぼ同様であるので詳細な説明は省略するが、本実施形態では種々の制御(排気ガス空燃比の制御や排気浄化手段の温度制御等)を各種センサからの検出値に基づいて行うことができる。また、ステップ227における制御は図4のステップ109における制御と同様、排気通路内に残存している還元剤を除去するための制御であるが、本実施形態ではこの際に排気浄化手段に流入した還元剤をNOx吸収触媒11及びNOx吸収フィルタ52のNOx吸収剤に加え、酸化触媒53によっても浄化することができる。
Since the control after
そして、上述のように本実施形態においても、図4のステップ109における制御と同様な排気通路内に残存している還元剤を除去するための制御(ステップ227)が行われるので、硫黄被毒再生制御の実施により排気通路内に残存することとなった還元剤は除去され、結果として硫黄被毒再生制御後における白煙の発生が抑制される。
As described above, in the present embodiment as well, the control (step 227) for removing the reducing agent remaining in the exhaust passage is performed in the same manner as the control in
3…燃料噴射弁
4…吸気マニホルド
5…排気マニホルド
7…排気ターボチャージャ
11…NOx吸収触媒
13…還元剤添加弁
3 ...
Claims (3)
上記硫黄被毒再生制御が完了した時または完了前に中止された時には、上記燃料または還元剤の添加が停止されている状態で、上記排気通路のうちの上記燃料または還元剤の添加位置近傍から上記排気浄化手段に到るまでの部分の温度を上昇または維持させる、もしくは該部分の温度の低下を抑制するようにする硫黄被毒再生後温度制御を予め定めた時間実施した後、通常制御に戻るようにした排気浄化装置。 When the exhaust purification means including at least the NOx storage agent is disposed in the exhaust passage and the sulfur content should be released from the NOx storage agent, the fuel or the reducing agent is introduced into the exhaust passage upstream of the exhaust purification means. In an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine in which sulfur poisoning regeneration control including addition is performed and sulfur content is released from the NOx storage agent,
When the sulfur poisoning regeneration control is completed or stopped before completion, the addition of the fuel or reducing agent is stopped and the fuel or reducing agent is added from the vicinity of the fuel or reducing agent addition position in the exhaust passage. After the sulfur poisoning regeneration temperature control for increasing or maintaining the temperature until reaching the exhaust purification means, or suppressing the decrease in the temperature of the portion after a predetermined time, the normal control is performed. Exhaust gas purification device that comes back.
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