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JP2022100067A - Control device for internal combustion engine - Google Patents

Control device for internal combustion engine Download PDF

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JP2022100067A
JP2022100067A JP2020214210A JP2020214210A JP2022100067A JP 2022100067 A JP2022100067 A JP 2022100067A JP 2020214210 A JP2020214210 A JP 2020214210A JP 2020214210 A JP2020214210 A JP 2020214210A JP 2022100067 A JP2022100067 A JP 2022100067A
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JP
Japan
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exhaust
fuel ratio
internal combustion
combustion engine
exhaust gas
Prior art date
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Pending
Application number
JP2020214210A
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Japanese (ja)
Inventor
幸平 今井
Kohei Imai
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
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Abstract

To provide a control device for an internal combustion engine capable of suppressing deterioration of emissions while reducing the amount of ammonia discharged from the internal combustion engine to the outside of a vehicle.SOLUTION: In a control device for an internal combustion engine including: an exhaust emission control catalyst provided in an exhaust passage of the internal combustion engine and purifying exhaust gas passing through the exhaust passage; an EGR passage communicating between the exhaust passage and an intake passage of the internal combustion engine; and an EGR valve provided in the exhaust passage or the EGR passage and controlling the amount of exhaust gas passing through the exhaust passage, when an air-fuel ratio of exhaust gas discharged from the internal combustion engine has changed from a lean air-fuel ratio leaner than a theoretical air-fuel ratio to a rich air-fuel ratio richer than the theoretical air fuel ratio and when a temperature of the exhaust emission control catalyst is in a predetermined temperature range in which ammonia is easily generated in the exhaust emission control catalyst, an opening of the EGR valve is controlled so that the amount of exhaust gas passing through the EGR passage increases compared to when the temperature is outside the predetermined temperature range.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、内燃機関の排気通路を流れる排気ガスの一部を吸気通路に再循環させる内燃機関の制御装置に関する。 The present invention relates to a control device for an internal combustion engine that recirculates a part of exhaust gas flowing through the exhaust passage of the internal combustion engine to the intake passage.

内燃機関から大気中に排出される有害物質の量を低減する技術として、特許文献1には、内燃機関の排気通路を流れる排気ガスの一部を吸気通路に再循環させる排気再循環装置を備える技術や、内燃機関の排気通路に三元触媒や酸化触媒等或いはNOx吸蔵還元触媒などの排気浄化触媒(以下、「触媒」と略す。)を備える技術が記載されている。 As a technique for reducing the amount of harmful substances discharged from the internal combustion engine into the atmosphere, Patent Document 1 includes an exhaust gas recirculation device that recirculates a part of the exhaust gas flowing through the exhaust passage of the internal combustion engine to the intake passage. Techniques and techniques for providing an exhaust purification catalyst (hereinafter abbreviated as "catalyst") such as a three-way catalyst, an oxidation catalyst, or a NOx storage reduction catalyst in an exhaust passage of an internal combustion engine are described.

特開2008?255940号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2008-255940

ところで、排気浄化触媒にはHCやCO及び水を含む排気ガスが流入する。そうすると、触媒作用により排気浄化触媒において水素が生成されることが知られている。ここで、排気ガス中に含まれるNOxと水素が反応するとアンモニアが生成され、排気浄化触媒からアンモニアを含んだ排気ガスが流出してしまう。また、排気浄化触媒の温度によって生成されるアンモニアの量が増減することがわかってきた。 By the way, exhaust gas containing HC, CO and water flows into the exhaust purification catalyst. Then, it is known that hydrogen is generated in the exhaust gas purification catalyst by the catalytic action. Here, when NOx contained in the exhaust gas reacts with hydrogen, ammonia is generated, and the exhaust gas containing the ammonia flows out from the exhaust purification catalyst. It has also been found that the amount of ammonia produced increases or decreases depending on the temperature of the exhaust gas purification catalyst.

排気浄化触媒で生成されたアンモニアは、排気通路を通過してそのまま車両外部へ放散されてしまい、エミッションが悪化してしまうため、特に、生成されるアンモニアの量が多いときには車両外に排出させにくくするような制御が求められる。 Ammonia generated by the exhaust purification catalyst passes through the exhaust passage and is discharged to the outside of the vehicle as it is, which deteriorates the emission. Therefore, it is difficult to discharge the ammonia to the outside of the vehicle, especially when the amount of ammonia generated is large. Control is required.

本開示は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、内燃機関から車両外に排出されるアンモニアの量を減少させつつエミッションの悪化を抑制することができる内燃機関の制御装置を提供することにある。 The present disclosure has been made in view of the above problems, and an object thereof is an internal combustion engine control device capable of suppressing deterioration of emissions while reducing the amount of ammonia discharged from the internal combustion engine to the outside of the vehicle. Is to provide.

本開示は、上述した課題を解決するためなされたものであり、その要旨は以下の通りである。 The present disclosure has been made to solve the above-mentioned problems, and the gist thereof is as follows.

(1)内燃機関の排気通路に設けられ、排気通路を通過する排気ガスを浄化する排気浄化触媒と、排気通路と内燃機関の吸気通路とを連通するEGR通路と、排気通路またはEGR通路に設けられ、排気通路を通過する排気ガスの量を調整するEGR弁と、を備える内燃機関の制御装置であって、制御装置は、内燃機関から排出された排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンなリーン空燃比から理論空燃比よりもリッチなリッチ空燃比に変化したとき、かつ排気浄化触媒の温度が、排気浄化触媒においてアンモニアが生成されやすい所定温度帯であるときは、排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンなリーン空燃比から理論空燃比よりもリッチなリッチ空燃比に変化したとき、かつ所定温度帯以外であるときよりもEGR通路を通る排気ガスの量が増加するようにEGR弁の開度を調整する内燃機関の制御装置。 (1) An exhaust purification catalyst provided in the exhaust passage of the internal combustion engine to purify the exhaust gas passing through the exhaust passage, an EGR passage connecting the exhaust passage and the intake passage of the internal combustion engine, and an exhaust passage or an EGR passage. It is a control device of an internal combustion engine provided with an EGR valve for adjusting the amount of exhaust gas passing through the exhaust passage, and the control device has an air-fuel ratio of exhaust gas discharged from the internal combustion engine higher than the theoretical air-fuel ratio. When the lean air fuel ratio changes from a lean air fuel ratio to a rich air fuel ratio richer than the theoretical air fuel ratio, and the temperature of the exhaust purification catalyst is in a predetermined temperature range in which ammonia is likely to be generated in the exhaust purification catalyst, the exhaust gas is empty. When the fuel ratio changes from a lean air fuel ratio leaner than the theoretical air fuel ratio to a rich air fuel ratio richer than the theoretical air fuel ratio, and the amount of exhaust gas passing through the EGR passage increases compared to when it is outside the predetermined temperature range. An internal combustion engine control device that adjusts the opening of the EGR valve.

(2)EGR通路は、前記排気浄化触媒の下流側の排気通路と前記内燃機関の吸気通路とを連通している上記(1)に記載の内燃機関の制御装置。 (2) The control device for an internal combustion engine according to (1) above, wherein the EGR passage communicates the exhaust passage on the downstream side of the exhaust purification catalyst with the intake passage of the internal combustion engine.

(3)所定温度帯が400℃以上から650℃以下である、上記(1)または(2)に記載の内燃機関の制御装置。 (3) The control device for an internal combustion engine according to (1) or (2) above, wherein the predetermined temperature range is 400 ° C. or higher and 650 ° C. or lower.

(4)排気浄化触媒は、三元触媒またはNOx吸蔵還元触媒である、上記(1)から(3)のいずれか1項に記載の内燃機関の制御装置。 (4) The control device for an internal combustion engine according to any one of (1) to (3) above, wherein the exhaust gas purification catalyst is a three-way catalyst or a NOx storage reduction catalyst.

本開示によれば、内燃機関から車両外に排出されるアンモニアの量を減少させつつエミッションの悪化を抑制することができる内燃機関の制御装置が提供される。 According to the present disclosure, there is provided a control device for an internal combustion engine capable of suppressing deterioration of emissions while reducing the amount of ammonia discharged from the internal combustion engine to the outside of the vehicle.

図1は、本実施形態に係る制御装置が用いられる内燃機関を概略的に示す図である。FIG. 1 is a diagram schematically showing an internal combustion engine in which the control device according to the present embodiment is used. 図2は、排気浄化触媒において生じる反応を概略的に示す図である。FIG. 2 is a diagram schematically showing the reaction occurring in the exhaust gas purification catalyst. 図3は、排気ガスが排気浄化触媒に流入したときの排気浄化触媒の温度とアンモニア生成量との関係を概略的に示す図である。FIG. 3 is a diagram schematically showing the relationship between the temperature of the exhaust purification catalyst and the amount of ammonia produced when the exhaust gas flows into the exhaust purification catalyst. 図4は、本実施形態に係る内燃機関の制御ルーチンを示すフローチャートである。FIG. 4 is a flowchart showing a control routine of an internal combustion engine according to the present embodiment.

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、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, similar components are given the same reference numbers.

<本実施形態>
≪内燃機関全体の説明≫
図1は、本実施形態に係る排気浄化装置が用いられる内燃機関を概略的に示す図である。図1を参照すると1は機関本体、2はシリンダブロック、3はシリンダブロック2内で往復動するピストン、4はシリンダブロック2上に固定されたシリンダヘッド、5はピストン3とシリンダヘッド4との間に形成された燃焼室、6は吸気弁、7は吸気ポート、8は排気弁、9は排気ポートをそれぞれ示す。吸気弁6は吸気ポート7を開閉し、排気弁8は排気ポート9を開閉する。
<The present embodiment>
≪Explanation of the entire internal combustion engine≫
FIG. 1 is a diagram schematically showing an internal combustion engine in which the exhaust gas purification device according to the present embodiment is used. Referring to FIG. 1, 1 is an engine body, 2 is a cylinder block, 3 is a piston that reciprocates in the cylinder block 2, 4 is a cylinder head fixed on the cylinder block 2, and 5 is a piston 3 and a cylinder head 4. A combustion chamber formed between them, 6 is an intake valve, 7 is an intake port, 8 is an exhaust valve, and 9 is an exhaust port. The intake valve 6 opens and closes the intake port 7, and the exhaust valve 8 opens and closes the exhaust port 9.

図1に示したようにシリンダヘッド4の内壁面の中央部には点火プラグ10が配置され、シリンダヘッド4の内壁面周辺部には燃料噴射弁11が配置される。点火プラグ10は、点火信号に応じて火花を発生させるように構成される。また、燃料噴射弁11は、噴射信号に応じて、所定量の燃料を燃焼室5内に噴射する。なお、燃料噴射弁11は、吸気ポート7内に燃料を噴射するように配置されてもよい。また、本実施形態では、燃料として理論空燃比が14.6であるガソリンが用いられる。しかしながら、本開示の制御装置が用いられる内燃機関では、ガソリン以外の燃料、或いはガソリンとの混合燃料を用いてもよい。 As shown in FIG. 1, the spark plug 10 is arranged in the central portion of the inner wall surface of the cylinder head 4, and the fuel injection valve 11 is arranged in the peripheral portion of the inner wall surface of the cylinder head 4. The spark plug 10 is configured to generate sparks in response to an ignition signal. Further, the fuel injection valve 11 injects a predetermined amount of fuel into the combustion chamber 5 in response to the injection signal. The fuel injection valve 11 may be arranged so as to inject fuel into the intake port 7. Further, in the present embodiment, gasoline having a theoretical air-fuel ratio of 14.6 is used as the fuel. However, in the internal combustion engine in which the control device of the present disclosure is used, a fuel other than gasoline or a mixed fuel with gasoline may be used.

各気筒の吸気ポート7はそれぞれ対応する吸気枝管13を介してサージタンク14に連結され、サージタンク14は吸気管15を介してエアクリーナ16に連結される。吸気ポート7、吸気枝管13、サージタンク14、吸気管15は吸気通路を形成する。また、吸気管15内にはスロットル弁駆動アクチュエータ17によって駆動されるスロットル弁18が配置される。スロットル弁18は、スロットル弁駆動アクチュエータ17によって回動せしめられることで、吸気通路の開口面積を変更することができる。 The intake port 7 of each cylinder is connected to the surge tank 14 via the corresponding intake branch pipe 13, and the surge tank 14 is connected to the air cleaner 16 via the intake pipe 15. The intake port 7, the intake branch pipe 13, the surge tank 14, and the intake pipe 15 form an intake passage. Further, a throttle valve 18 driven by the throttle valve drive actuator 17 is arranged in the intake pipe 15. The throttle valve 18 can be rotated by the throttle valve drive actuator 17, so that the opening area of the intake passage can be changed.

一方、各気筒の排気ポート9は排気マニホルド19に連結され、排気マニホルド19は排気浄化触媒20を内蔵したケーシング21に連結される。ケーシング21より下流の箇所と、吸気ポート7より上流の箇所とは、低圧EGR通路23によって連通されている。排気ポート9、排気マニホルド19、ケーシング21、排気管22及び低圧EGR通路23は、排気ガスが流れる排気通路を形成する。また、低圧EGR通路23にはEGR弁駆動アクチュエータ27によって駆動されるEGR弁28が配置される。EGR弁28は、EGR弁駆動アクチュエータ27によって回動せしめられることで、低圧EGR通路23の開口面積を変更することができる。なお、ケーシング21より上流の箇所と、吸気ポート7より上流の箇所とが、図示しない高圧EGR通路によって連通されている構成において、高圧EGR通路にEGR弁28が備えられていてもよい。低圧EGR通路23と高圧EGR通路を総称してEGR通路という。 On the other hand, the exhaust port 9 of each cylinder is connected to the exhaust manifold 19, and the exhaust manifold 19 is connected to the casing 21 containing the exhaust purification catalyst 20. A portion downstream of the casing 21 and a portion upstream of the intake port 7 are communicated with each other by a low-pressure EGR passage 23. The exhaust port 9, the exhaust manifold 19, the casing 21, the exhaust pipe 22, and the low-pressure EGR passage 23 form an exhaust passage through which exhaust gas flows. Further, an EGR valve 28 driven by an EGR valve drive actuator 27 is arranged in the low pressure EGR passage 23. The EGR valve 28 can be rotated by the EGR valve drive actuator 27 to change the opening area of the low pressure EGR passage 23. In a configuration in which a portion upstream of the casing 21 and a portion upstream of the intake port 7 are communicated with each other by a high-pressure EGR passage (not shown), the high-pressure EGR passage may be provided with an EGR valve 28. The low-pressure EGR passage 23 and the high-pressure EGR passage are collectively referred to as an EGR passage.

電子制御ユニット(ECU)31はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス32を介して相互に接続されたRAM(ランダムアクセスメモリ)33、ROM(リードオンリメモリ)34、CPU(マイクロプロセッサ)35、入力ポート36及び出力ポート37を具備する。 The electronic control unit (ECU) 31 is composed of a digital computer, and has a RAM (random access memory) 33, a ROM (read-only memory) 34, a CPU (microprocessor) 35, and inputs connected to each other via a bidirectional bus 32. It includes a port 36 and an output port 37.

吸気管15には、吸気管15内を流れる空気流量を検出するためのエアフロメータ39が配置され、このエアフロメータ39の出力は対応するAD変換器38を介して入力ポート36に入力される。また、排気マニホルド19には排気マニホルド19内を流れる排気ガス(すなわち、排気浄化触媒20に流入する排気ガス)の空燃比を検出する上流側空燃比センサ40が配置される。加えて、排気管22内には排気管22内を流れる排気ガスの空燃比を検出する下流側空燃比センサ41が配置される。これら空燃比センサ40、41の出力も対応するAD変換器38を介して入力ポート36に入力される。 An air flow meter 39 for detecting the flow rate of air flowing in the intake pipe 15 is arranged in the intake pipe 15, and the output of the air flow meter 39 is input to the input port 36 via the corresponding AD converter 38. Further, the exhaust manifold 19 is provided with an upstream air-fuel ratio sensor 40 that detects the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing in the exhaust manifold 19 (that is, the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst 20). In addition, a downstream air-fuel ratio sensor 41 that detects the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing in the exhaust pipe 22 is arranged in the exhaust pipe 22. The outputs of the air-fuel ratio sensors 40 and 41 are also input to the input port 36 via the corresponding AD converter 38.

さらに、排気浄化触媒20には排気浄化触媒20の温度を検出するための触媒温度センサ46が設けられる。温度センサ46は対応するAD変換器38を介して入力ポート36に入力される。なお、排気浄化触媒20を昇温する図示しないヒータを設けて、ヒータへの通電量と内燃機関の作動状態から触媒温度を推定してもよい。 Further, the exhaust gas purification catalyst 20 is provided with a catalyst temperature sensor 46 for detecting the temperature of the exhaust gas purification catalyst 20. The temperature sensor 46 is input to the input port 36 via the corresponding AD converter 38. A heater (not shown) for raising the temperature of the exhaust gas purification catalyst 20 may be provided, and the catalyst temperature may be estimated from the amount of electricity supplied to the heater and the operating state of the internal combustion engine.

また、アクセルペダル42にはアクセルペダル42の踏込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ43が接続され、負荷センサ43の出力電圧は対応するAD変換器38を介して入力ポート36に入力される。クランク角センサ44は例えばクランクシャフトが15度回転する毎に出力パルスを発生し、この出力パルスが入力ポート36に入力される。CPU35ではこのクランク角センサ44の出力パルスから機関回転数が計算される。 Further, a load sensor 43 that generates an output voltage proportional to the amount of depression of the accelerator pedal 42 is connected to the accelerator pedal 42, and the output voltage of the load sensor 43 is input to the input port 36 via the corresponding AD converter 38. To. For example, the crank angle sensor 44 generates an output pulse every time the crankshaft rotates by 15 degrees, and this output pulse is input to the input port 36. In the CPU 35, the engine speed is calculated from the output pulse of the crank angle sensor 44.

一方、出力ポート37は対応する駆動回路45を介して点火プラグ10、燃料噴射弁11、スロットル弁駆動アクチュエータ17及びEGR弁駆動アクチュエータ27に接続される。したがって、ECU31(制御装置)は、これら点火プラグ10、燃料噴射弁11、スロットル弁駆動アクチュエータ17及びEGR弁駆動アクチュエータ27の作動を制御する制御装置として機能する。 On the other hand, the output port 37 is connected to the spark plug 10, the fuel injection valve 11, the throttle valve drive actuator 17, and the EGR valve drive actuator 27 via the corresponding drive circuit 45. Therefore, the ECU 31 (control device) functions as a control device for controlling the operation of the spark plug 10, the fuel injection valve 11, the throttle valve drive actuator 17, and the EGR valve drive actuator 27.

排気浄化触媒20は、本実施形態では、セラミックから成る担体に触媒作用を有する触媒貴金属(例えば、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、ロジウム(Rh)など)を担持させた三元触媒である。三元触媒は、三元触媒に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比に維持されていると、未燃HC、CO及びNOxを同時に浄化する機能を有する。なお、排気浄化触媒20は、還元作用を有する触媒物質を担持していれば、NOx吸蔵還元触媒等、三元触媒以外の触媒であってもよい。 In the present embodiment, the exhaust purification catalyst 20 is a three-way catalyst in which a catalyst noble metal having a catalytic action (for example, platinum (Pt), palladium (Pd), rhodium (Rh), etc.) is supported on a carrier made of ceramic. .. The three-way catalyst has a function of simultaneously purifying unburned HC, CO and NOx when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the three-way catalyst is maintained at the stoichiometric air-fuel ratio. The exhaust gas purification catalyst 20 may be a catalyst other than the three-way catalyst, such as a NOx storage reduction catalyst, as long as it supports a catalytic substance having a reducing action.

≪アンモニア生成について≫
以下では、図2を参照して、排気浄化触媒20におけるアンモニア生成原理について説明する。図2は、リッチ空燃比の排気ガスが排気浄化触媒20に流入するときに排気浄化触媒20において生じる反応を概略的に示す図である。
≪About ammonia production≫
Hereinafter, the principle of ammonia generation in the exhaust gas purification catalyst 20 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a diagram schematically showing the reaction that occurs in the exhaust purification catalyst 20 when the exhaust gas having a rich air-fuel ratio flows into the exhaust purification catalyst 20.

排気浄化触媒20の触媒作用を促進させるにあたっては、排気浄化触媒20の温度がその活性温度以上にまで昇温される必要がある。具体的には、排気浄化触媒20の温度は、300℃以上700℃以下とされ、好ましくは400℃以上650℃以下とされる。 In order to promote the catalytic action of the exhaust gas purification catalyst 20, it is necessary to raise the temperature of the exhaust gas purification catalyst 20 to a temperature higher than the active temperature thereof. Specifically, the temperature of the exhaust gas purification catalyst 20 is set to 300 ° C. or higher and 700 ° C. or lower, preferably 400 ° C. or higher and 650 ° C. or lower.

加えて、排気浄化触媒20の触媒作用を促進させるにあたっては、機関本体1から排出される排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンな空燃比(以下、「リーン空燃比」ともいう)と、理論空燃比よりもリッチな空燃比(以下、「リッチ空燃比」ともいう)になるように燃料噴射弁11からの燃料噴射量が制御される。 In addition, in promoting the catalytic action of the exhaust purification catalyst 20, the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the engine body 1 is leaner than the theoretical air-fuel ratio (hereinafter, also referred to as "lean air-fuel ratio"). The fuel injection amount from the fuel injection valve 11 is controlled so that the air-fuel ratio is richer than the theoretical air-fuel ratio (hereinafter, also referred to as "rich air-fuel ratio").

ここで、リッチ空燃比の排気ガス中には、未燃HCやCOが含まれる。加えて、燃焼室5内で混合気が燃焼することにより水が発生することから、排気ガス中には水が含まれる。したがって、排気浄化触媒20には未燃HCやCO及び水を含む排気ガスが流入する。 Here, the exhaust gas having a rich air-fuel ratio contains unburned HC and CO. In addition, since water is generated by the combustion of the air-fuel mixture in the combustion chamber 5, the exhaust gas contains water. Therefore, the exhaust gas containing unburned HC, CO, and water flows into the exhaust purification catalyst 20.

排気浄化触媒20の温度が300℃から500℃である場合、排気浄化触媒20にCO及び水を含む排気ガスが流入すると、排気浄化触媒20の触媒作用により、下記式(1)によって表される水性ガスシフト反応が排気浄化触媒20内で生じる。
CO+H2O→H2+CO2 …(1)
When the temperature of the exhaust purification catalyst 20 is from 300 ° C to 500 ° C, when the exhaust gas containing CO and water flows into the exhaust purification catalyst 20, it is represented by the following formula (1) due to the catalytic action of the exhaust purification catalyst 20. An aqueous gas shift reaction occurs in the exhaust gas purification catalyst 20.
CO + H2O → H2 + CO2 ... (1)

また、排気浄化触媒20の温度が500℃以上である場合、排気浄化触媒20に未燃HC及び水を含む排気ガスが流入すると、排気浄化触媒20の触媒作用により、下記式(2)や式(3)によって表されるような水蒸気改質反応が排気浄化触媒20内で生じる。
CH4+H2O→3H2+CO …(2)
C12H26+12H2O→25H2+12CO …(3)
Further, when the temperature of the exhaust purification catalyst 20 is 500 ° C. or higher, when the exhaust gas containing unburned HC and water flows into the exhaust purification catalyst 20, the following formula (2) or formula is formed by the catalytic action of the exhaust purification catalyst 20. The steam reforming reaction as represented by (3) occurs in the exhaust gas purification catalyst 20.
CH4 + H2O → 3H2 + CO… (2)
C12H26 + 12H2O → 25H2 + 12CO ... (3)

したがって、排気浄化触媒20の温度が活性温度(例えば、300℃)以上であるときには、排気浄化触媒20にリッチ空燃比の排気ガスが流入すると、排気浄化触媒20において水素が発生する。 Therefore, when the temperature of the exhaust purification catalyst 20 is equal to or higher than the active temperature (for example, 300 ° C.), when the exhaust gas having a rich air-fuel ratio flows into the exhaust purification catalyst 20, hydrogen is generated in the exhaust purification catalyst 20.

また、機関本体1から排出された排気ガスの空燃比がリッチ空燃比である場合であっても、この排気ガス中にはNOx(主にNO)が含まれる。このように排気ガス中に含まれたNOは、排気浄化触媒20の温度が比較的高温であるときには、排気浄化触媒20の触媒作用により、排気浄化触媒20内において下記式(4)に示したように水素と反応してアンモニアを生成する。さらに、機関本体1から排出された排気ガスの空燃比が、燃料カット制御、触媒暖機制御、間欠運転制御に起因するリーン空燃比を経てリッチ空燃比に変化した場合においては、排気ガス中のNOx濃度が高い状態となり、多くの水素と反応するため、アンモニアを多量に生成する。斯かる反応は、排気浄化触媒20の温度が400℃から650℃であるときに特に発生し易い。
2NO+5H2→2NH3+2H2O …(4)
Further, even when the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the engine main body 1 is the rich air-fuel ratio, NOx (mainly NO) is contained in the exhaust gas. When the temperature of the exhaust gas purification catalyst 20 is relatively high, the NO contained in the exhaust gas is represented by the following formula (4) in the exhaust gas purification catalyst 20 due to the catalytic action of the exhaust gas purification catalyst 20. It reacts with hydrogen to produce ammonia. Further, when the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the engine body 1 changes to the rich air-fuel ratio via the lean air-fuel ratio caused by the fuel cut control, the catalyst warm-up control, and the intermittent operation control, the air-fuel ratio in the exhaust gas is changed. Since the NOx concentration becomes high and reacts with a large amount of hydrogen, a large amount of ammonia is produced. Such a reaction is particularly likely to occur when the temperature of the exhaust gas purification catalyst 20 is 400 ° C. to 650 ° C.
2NO + 5H2 → 2NH3 + 2H2O ... (4)

したがって、排気浄化触媒20の温度が活性温度以上であるとき(特に、400℃から650℃であるとき)に、リッチ空燃比の排気ガスが排気浄化触媒20に流入すると、排気浄化触媒20からアンモニアを含んだリッチ空燃比の排気ガスが流出することになる。 Therefore, when the temperature of the exhaust purification catalyst 20 is equal to or higher than the active temperature (particularly when the temperature is 400 ° C. to 650 ° C.), when the exhaust gas having a rich air fuel ratio flows into the exhaust gas purification catalyst 20, the exhaust gas purification catalyst 20 emits ammonia. Exhaust gas with a rich air-fuel ratio including the above will flow out.

ここで、アンモニアを含んだ排気ガスがEGR通路を流れて、吸気通路に流入し、燃焼室内で酸素と燃焼すると、下記式(5)によって表される反応が燃焼室内で生じる。
2NH3+3/2O2→N2+3H2O …(5)
Here, when the exhaust gas containing ammonia flows through the EGR passage, flows into the intake passage, and burns with oxygen in the combustion chamber, the reaction represented by the following formula (5) occurs in the combustion chamber.
2NH3 + 3 / 2O2 → N2 + 3H2O ... (5)

したがって、排気浄化触媒20で生成されたアンモニアを含んだ排気ガスがEGR通路を流れて、吸気通路に流入し、燃焼室内でアンモニアが燃焼することによって、排気浄化触媒20で生成されたアンモニアが車両外に排出されることを抑制できる。 Therefore, the exhaust gas containing ammonia generated by the exhaust purification catalyst 20 flows through the EGR passage and flows into the intake passage, and the ammonia is burned in the combustion chamber, so that the ammonia generated by the exhaust purification catalyst 20 is used in the vehicle. It is possible to suppress the exhaust to the outside.

図3に、リッチ空燃比の排気ガスが排気浄化触媒20に流入したときの排気浄化触媒20の温度とアンモニア生成量との関係を示す。図中の所定温度帯は、アンモニア生成量が最も大きいときの触媒温度であるTmax℃を含む温度帯であり、排気浄化触媒20においてアンモニアが生成されやすい温度帯である。 FIG. 3 shows the relationship between the temperature of the exhaust purification catalyst 20 and the amount of ammonia produced when the exhaust gas having a rich air-fuel ratio flows into the exhaust purification catalyst 20. The predetermined temperature zone in the figure is a temperature zone including Tmax ° C., which is the catalyst temperature when the amount of ammonia produced is the largest, and is a temperature zone in which ammonia is easily produced in the exhaust gas purification catalyst 20.

≪具体的な制御≫
次に、図4を参照して、本実施形態に係る内燃機関の制御における具体的な制御について説明する。図4は、本実施形態に係る内燃機関の制御ルーチンを示すフローチャートである。図示した制御ルーチンは、一定時間間隔毎に実行される。
≪Specific control≫
Next, with reference to FIG. 4, specific control in the control of the internal combustion engine according to the present embodiment will be described. FIG. 4 is a flowchart showing a control routine of an internal combustion engine according to the present embodiment. The illustrated control routine is executed at regular time intervals.

まず、ステップS101では、制御装置31が、排気浄化触媒20に流入する排気ガスの空燃比と排気浄化触媒20の温度を読み込む。なお、排気浄化触媒20に流入する排気ガスの空燃比は、空燃比センサ40から出力される値を用いてもよいし、燃料噴射弁11からの燃料噴射量とスロットル弁からの吸入空気量とEGR弁28から流入される排気ガスの排気再循環量とに基づいて推定してもよい。なお、排気浄化触媒20の温度は、温度センサ46から出力される値を用いても良いし、燃料噴射弁11からの燃料噴射量とスロットル弁からの吸入空気量とEGR弁28から流入される排気ガスの排気再循環量とに基づいて推定してもよい。 First, in step S101, the control device 31 reads the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust gas purification catalyst 20 and the temperature of the exhaust purification catalyst 20. As the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust gas purification catalyst 20, a value output from the air-fuel ratio sensor 40 may be used, or the fuel injection amount from the fuel injection valve 11 and the intake air amount from the throttle valve may be used. It may be estimated based on the exhaust gas recirculation amount of the exhaust gas flowing in from the EGR valve 28. The temperature of the exhaust gas recirculation catalyst 20 may be a value output from the temperature sensor 46, or the fuel injection amount from the fuel injection valve 11, the intake air amount from the throttle valve, and the inflow from the EGR valve 28. It may be estimated based on the exhaust gas recirculation amount of the exhaust gas.

ステップS102では、排気浄化触媒20に流入する空燃比が、理論空燃比よりもリーンな空燃比から理論空燃比よりもリッチなリッチ空燃比に変化したあとであるか否かが判定される。ステップS102において、排気浄化触媒20に流入する空燃比が、理論空燃比よりもリーンな空燃比から理論空燃比よりもリッチなリッチ空燃比に変化したあとでないと判定された場合には、制御ルーチンが終了せしめられる。ステップS102において、排気浄化触媒20に流入する空燃比が、理論空燃比よりもリーンな空燃比から理論空燃比よりもリッチなリッチ空燃比に変化したあとであると判定された場合には、ステップS103へと進む。 In step S102, it is determined whether or not the air-fuel ratio flowing into the exhaust gas purification catalyst 20 has changed from a lean air-fuel ratio than the theoretical air-fuel ratio to a rich air-fuel ratio richer than the theoretical air-fuel ratio. If it is determined in step S102 that the air-fuel ratio flowing into the exhaust gas purification catalyst 20 has not changed from a lean air-fuel ratio than the theoretical air-fuel ratio to a rich air-fuel ratio richer than the theoretical air-fuel ratio, the control routine is used. Is terminated. If it is determined in step S102 that the air-fuel ratio flowing into the exhaust gas purification catalyst 20 has changed from a lean air-fuel ratio than the theoretical air-fuel ratio to a rich air-fuel ratio richer than the theoretical air-fuel ratio, the step is taken. Proceed to S103.

ステップS103では、排気浄化触媒20の温度が排気浄化触媒20でアンモニアが生成されやすい所定温度帯であるか否かが判定される。アンモニアが生成されやすい所定温度帯は、アンモニア生成量が最も大きいときの触媒温度であるTmax℃を含む温度帯であり、具体的には、排気浄化触媒20の温度が、400℃以上650℃以下であるか否かが判定される。なお、アンモニアが生成されやすい運転状態であるときには、所定温度帯を広くしてもよい。なお、アンモニアが生成されにくい運転状態であるときには、所定温度帯を狭くしてもよい。 In step S103, it is determined whether or not the temperature of the exhaust gas purification catalyst 20 is in a predetermined temperature range in which ammonia is likely to be generated by the exhaust gas purification catalyst 20. The predetermined temperature range in which ammonia is easily generated is a temperature range including Tmax ° C., which is the catalyst temperature when the amount of ammonia produced is maximum. Specifically, the temperature of the exhaust gas purification catalyst 20 is 400 ° C. or higher and 650 ° C. or lower. It is determined whether or not it is. When the operating state is such that ammonia is easily generated, the predetermined temperature zone may be widened. When the operating state is such that ammonia is difficult to be generated, the predetermined temperature zone may be narrowed.

ステップS104では、制御装置31が、EGR通路を通る排気ガスの量が増加するようにEGR弁28の開度を調整する。具体的には、EGR弁28の駆動アクチュエータ27の作動を制御し、低圧EGR通路23の開口面積を大きくするようにEGR弁28を開く側に制御させる。これにより、排気浄化触媒20で生成されたアンモニアが排気通路を通過してそのまま車両外部へ放散されてしまう量が低減され、エミッションの悪化を抑制できる。なお、EGR通路を通る排気ガスの量が増加するようにEGR弁28の開度を調整した後に、排気浄化触媒20の温度が所定温度帯以外の温度に変化したときはEGR通路を通る排気ガスの量が減少するように前記EGR弁28の開度を調整してもよい。具体的には、EGR弁28の駆動アクチュエータ27の作動を制御し、低圧EGR通路23の開口面積を小さくするようにEGR弁28を閉じる側に制御させる。 In step S104, the control device 31 adjusts the opening degree of the EGR valve 28 so that the amount of exhaust gas passing through the EGR passage increases. Specifically, the operation of the drive actuator 27 of the EGR valve 28 is controlled, and the EGR valve 28 is controlled to the opening side so as to increase the opening area of the low pressure EGR passage 23. As a result, the amount of ammonia generated by the exhaust purification catalyst 20 passing through the exhaust passage and being discharged to the outside of the vehicle as it is is reduced, and deterioration of emissions can be suppressed. After adjusting the opening degree of the EGR valve 28 so that the amount of exhaust gas passing through the EGR passage is adjusted, when the temperature of the exhaust purification catalyst 20 changes to a temperature other than the predetermined temperature range, the exhaust gas passing through the EGR passage is used. The opening degree of the EGR valve 28 may be adjusted so that the amount of the EGR valve 28 is reduced. Specifically, the operation of the drive actuator 27 of the EGR valve 28 is controlled, and the EGR valve 28 is controlled to the closing side so as to reduce the opening area of the low pressure EGR passage 23.

また、上記実施形態により、本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施形態に
限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
Moreover, the present invention is not limited by the above-described embodiment. The present invention also includes a configuration in which the above-mentioned components are appropriately combined. Further, further effects and modifications can be easily derived by those skilled in the art. Therefore, the broader aspect of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made.

1 :機関本体
5 :燃焼室
11 :燃料噴射弁
20 :排気浄化触媒
27 :EGR弁駆動アクチュエータ
28 :EGR弁
31 :ECU(制御装置)
40,41 :空燃比センサ
46 :触媒温度センサ
1: Engine body 5: Combustion chamber 11: Fuel injection valve 20: Exhaust gas recirculation catalyst 27: EGR valve drive actuator 28: EGR valve 31: ECU (control device)
40,41: Air-fuel ratio sensor 46: Catalyst temperature sensor

Claims (4)

内燃機関の排気通路に設けられ、前記排気通路を通過する排気ガスを浄化する排気浄化触媒と、
前記排気通路と前記内燃機関の吸気通路とを連通するEGR通路と、
前記排気通路または前記EGR通路に設けられ、前記排気通路を通過する排気ガスの量を調整するEGR弁と、
を備える内燃機関の制御装置であって、
前記制御装置は、前記内燃機関から排出された排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンなリーン空燃比から理論空燃比よりもリッチなリッチ空燃比に変化したとき、かつ前記排気浄化触媒の温度が、前記排気浄化触媒においてアンモニアが生成されやすい所定温度帯であるときは、排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンなリーン空燃比から理論空燃比よりもリッチなリッチ空燃比に変化したとき、かつ前記所定温度帯以外であるときよりも前記EGR通路を通る排気ガスの量が増加するように前記EGR弁の開度を調整する内燃機関の制御装置。
An exhaust purification catalyst provided in the exhaust passage of an internal combustion engine to purify the exhaust gas passing through the exhaust passage,
An EGR passage that connects the exhaust passage and the intake passage of the internal combustion engine,
An EGR valve provided in the exhaust passage or the EGR passage and adjusting the amount of exhaust gas passing through the exhaust passage, and an EGR valve.
It is a control device of an internal combustion engine equipped with
The control device is used when the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the internal combustion engine changes from a lean air-fuel ratio leaner than the theoretical air-fuel ratio to a rich air-fuel ratio richer than the theoretical air-fuel ratio, and the exhaust purification catalyst. When the temperature is in a predetermined temperature range in which ammonia is likely to be generated in the exhaust purification catalyst, the air-fuel ratio of the exhaust gas changes from a lean air-fuel ratio leaner than the theoretical air-fuel ratio to a rich air-fuel ratio richer than the theoretical air-fuel ratio. A control device for an internal combustion engine that adjusts the opening degree of the EGR valve so that the amount of exhaust gas passing through the EGR passage is increased as compared with the case where the temperature is outside the predetermined temperature range.
前記EGR通路は、前記排気浄化触媒の下流側の排気通路と前記内燃機関の吸気通路とを連通している請求項1に記載の内燃機関の制御装置。 The control device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the EGR passage communicates the exhaust passage on the downstream side of the exhaust purification catalyst with the intake passage of the internal combustion engine. 前記所定温度帯が400℃以上から650℃以下である、請求項1または請求項2に記載の内燃機関の制御装置。 The control device for an internal combustion engine according to claim 1 or 2, wherein the predetermined temperature range is 400 ° C. or higher and 650 ° C. or lower. 前記排気浄化触媒は、三元触媒またはNOx吸蔵還元触媒である、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の内燃機関の制御装置。 The control device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3, wherein the exhaust gas purification catalyst is a three-way catalyst or a NOx storage reduction catalyst.
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