JP3757433B2

JP3757433B2 - Engine exhaust gas purification device

Info

Publication number: JP3757433B2
Application number: JP12024695A
Authority: JP
Inventors: 祐治柳川; 一雄古賀; 喜朗団野
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 1995-05-18
Filing date: 1995-05-18
Publication date: 2006-03-22
Anticipated expiration: 2021-03-22
Also published as: JPH08312408A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、排気ガス中のＮＯｘの除去のためのリーンＮＯｘ触媒をそなえた、エンジンの排気ガス浄化装置に関し、特に、リーンＮＯｘ触媒を加熱する必要が生じたか否かを判定して加熱の必要が生じるとリーンＮＯｘ触媒を加熱するように制御する、エンジンの排気ガス浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車に搭載された内燃機関（以下、エンジンという）をはじめとして、リーン混合気を燃焼せしめるようにしたエンジンがあるが、かかるエンジンでは、リーン運転時に、排出ガス中のＮＯｘ量が増大する。そこで、このようなエンジンにおいて排気ガスを浄化するために、排気系にリーンＮＯｘ触媒又はリーンＮＯｘ触媒と三元触媒とを組み合わせて設置するようにしたものがある。
【０００３】
このようなリーンＮＯｘ触媒には、流入排気ガスの空燃比がリーンの時にＮＯｘを吸収し、流入排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸収したＮＯｘを放出するＮＯｘ吸収剤を排気通路内に設置し、リーン混合気を燃焼せしめた際に発生するＮＯｘをＮＯｘ吸収剤で吸収して、ＮＯｘ吸収能力が飽和する前にこのＮＯｘ吸収剤に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリッチにすることで、ＮＯｘ吸収剤からＮＯｘを還元しこれを放出させるようにしたものがある。
【０００４】
ところで、燃料や機関の潤滑油内にはイオウが含まれているため排気ガス中にも硫酸塩等のイオウ分（以下、単にイオウという）が含まれ、このイオウもＮＯｘとともにＮＯｘ吸収剤に吸収される。しかしながら、このイオウは、ＮＯｘ吸収剤への流入排気ガスの空燃比を単にリッチにしてもＮＯｘ吸収剤から放出されないため、ＮＯｘ吸収剤内のイオウの量は次第に増大することになり、このイオウの吸収量の増大に応じて、ＮＯｘ吸収剤が吸収しうるＮＯｘの量が次第に低下し、ついにはＮＯｘ吸収剤がＮＯｘをほとんど吸着できなくなってしまう。
【０００５】
ＮＯｘ吸収剤に吸収されたイオウは、ＮＯｘ吸収剤を加熱することで分解してＮＯｘ吸収剤から放出され、しかも、この時、空燃比をリッチ化又はストイキオ状態とすると、ＮＯｘ吸収剤から放出されたイオウが排気ガス中の未燃のＨＣやＣＯによって直ちに還元せしめられる。
そこで、例えば特開平６−６６１２９号に開示された技術では、このような特性に着目して、ある特定条件が満たされた場合に、ＮＯｘ吸収剤を昇温させさらにリッチ運転又はストイキオ運転を行なうことで、ＮＯｘ吸収剤からイオウを放出してさらに酸化処理をして排出するように構成している。この場合の特定条件とは、ＮＯｘ吸収剤に吸収されたイオウの量が所定量に達したことであり、また、ＮＯｘ吸収剤の加熱は、排気系に設置した電気ヒータを作動させることで行なうようになっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、リーンＮＯｘ触媒は、他の排気ガス浄化触媒と同様に、常温よりも適当に高温な温度状態にしておく方がその浄化性能を十部に発揮できる場合がある。したがって、リーンＮＯｘ触媒を加熱すべき状態も発生する。
また、上述の従来のリーンＮＯｘ触媒によるエンジンの排気ガス浄化装置では、次のような課題がある。
【０００７】
つまり、リーンＮＯｘ触媒の復活時期（即ち、ＮＯｘ吸収剤からのイオウの放出時期）は、ＮＯｘ吸収剤に吸収されたイオウの量が所定量に達した時点に設定されているが、このイオウ吸収量自体を直接検出することはできないため、適切なタイミングでリーンＮＯｘ触媒の復活を行なえず、イオウ吸収量が吸収限度を超えてしまい、リーンＮＯｘ触媒がＮＯｘをほとんど吸着できなくなってしまっても、復活が行なわれないおそれがある。
【０００８】
すなわち、従来の技術では、吸収されたイオウの量は車両の走行距離に対応するものと考え、車両の走行距離が所定の距離に達したら吸収されたイオウの量が所定量に達したものと推定し、この推定に基づいてリーンＮＯｘ触媒の復活を行なっている。しかしながら、ＮＯｘ吸収剤に吸収されるイオウの量は、必ずしも車両の走行距離に対応するものではなく、使用燃料やエンジンの運転状況に応じて変化するので、イオウ推定量の精度が十分ではなく、リーンＮＯｘ触媒の復活時期を適切に決定することができず、イオウ除去による触媒復活の時点が遅れてしまうおそれがあるのである。
【０００９】
そこで、触媒復活の判定を短い走行距離単位で行なうことが考えられる。
しかし、走行中に、空燃比をリーンからストイキオ又はリッチに変化させると、トルク変動が生じて運転性能を悪化させるため、これを回避するには、このような触媒復活処理は低負荷領域や低回転領域では用いないようにすることになり、確実な触媒復活を行ないにくい。
【００１０】
さらに、走行中に、空燃比をリーンからストイキオ又はリッチに変化させると、燃費が悪化するという課題もある。
本発明は、上述の課題に鑑み創案されたもので、リーンＮＯｘ触媒を必要に応じて確実に加熱できるようにすることや、トルク変動を招来することのないようにしながら走行中における空燃比の制御によってリーンＮＯｘ触媒に吸着された浄化能力低下物質の除去を行なえるようにした、エンジンの排気ガス浄化装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１記載の本発明のエンジンの排気ガス浄化装置は、燃焼室から排気ガスを排出する排気通路と、該排気通路に設置されてリーン燃焼運転時に排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸収するリーンＮＯｘ触媒と、該燃焼室内での燃焼後の余剰酸素の量を推定する余剰酸素量推定手段と、該余剰酸素量推定手段で推定された量の余剰酸素で完全燃焼するだけの燃料量を算出する燃料量算出手段と、該リーンＮＯｘ触媒を加熱すべき状態であるか否かを判定する加熱判定手段と、加熱判定手段で加熱すべき状態であると判定されたときに該燃料量算出手段で算出された量の燃料を該触媒の上流側に供給する燃料供給手段と、該リーンＮＯｘ触媒よりも下流側に配設されて排気ガス中の酸素濃度が理論空燃比よりもリッチ側であるかリーン側であるかを検出しうる触媒下流側空燃比検出手段と、該リーンＮＯｘ触媒の下流側が理論空燃比に応じた酸素量となるように、該触媒下流側空燃比検出手段の検出結果に基づいて該燃料量算出手段で算出された燃料量を補正する補正手段とが設けられていることを特徴としている。
【００１２】
請求項２記載の本発明のエンジンの排気ガス浄化装置は、請求項１記載の構成において、該加熱判定手段が、該リーンＮＯｘ触媒への浄化能力低下物質の付着状態に応じて該リーンＮＯｘ触媒から該浄化能力低下物質を除去して復活すべき状態であるときに、該リーンＮＯｘ触媒を加熱すべき状態であると判定することを特徴としている。
【００１３】
請求項３記載の本発明のエンジンの排気ガス浄化装置は、請求項１又は２記載の構成において、該燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁が設けられ、該燃料供給手段が、該燃料噴射弁と、該燃料量算出手段で算出されて該補正手段で適宜補正された量の燃料が該エンジンの排気行程中に供給されるように該燃料噴射弁を制御する燃料噴射制御手段とから構成されていることを特徴としている。
【００１４】
請求項４記載の本発明のエンジンの排気ガス浄化装置は、請求項１〜３のいずれかに記載の構成において、該排気通路の該リーンＮＯｘ触媒よりも上流側に配設され排気ガス中の酸素濃度を検出しうる触媒上流側酸素濃度検出手段をそなえ、該余剰酸素量推定手段が、該触媒上流側酸素濃度検出手段の検出結果に基づいて該燃焼室内での燃焼後の余剰酸素の量を推定するように構成されていることを特徴としている。
【００１５】
請求項５記載の本発明のエンジンの排気ガス浄化装置は、請求項１〜３のいずれかに記載の構成において、該排気通路の該リーンＮＯｘ触媒よりも上流側に配設され排気ガス中の酸素濃度から空燃比状態を検出しうる全域空燃比センサをそなえ、該余剰酸素量推定手段が、該全域空燃比センサの検出結果に基づいて該燃焼室内での燃焼後の余剰酸素の量を推定するように構成されていることを特徴としている。
【００１６】
請求項６記載の本発明のエンジンの排気ガス浄化装置は、請求項１〜３のいずれかに記載の構成において、該エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段が設けられ、該余剰酸素量推定手段が、該運転状態検出手段の検出結果に基づいて該燃焼室内での燃焼後の余剰酸素の量を推定するように構成されていることを特徴としている。
【００１７】
請求項７記載の本発明のエンジンの排気ガス浄化装置は、請求項１〜３のいずれかに記載の構成において、該リーンＮＯｘ触媒の下流側に酸化触媒が配設されていることを特徴としている。
請求項８記載の本発明のエンジンの排気ガス浄化装置は、請求項７記載の構成において、該触媒下流側空燃比検出手段が、該リーンＮＯｘ触媒の下流側で且つ該酸化触媒の上流側に配設されていることを特徴としている。
【００１８】
【作用】
上述の請求項１記載の本発明のエンジンの排気ガス浄化装置では、通常の燃焼に対しては、この燃焼が空燃比のリーンなリーン燃焼運転の場合に特に排出され易い窒素酸化物（ＮＯｘ）を、リーンＮＯｘ触媒が吸収する。このため、ＮＯｘの排出が抑制される。
【００１９】
一方、加熱判定手段が、該リーンＮＯｘ触媒を加熱すべき状態であるか否かを判定していて、この該加熱判定手段で加熱すべき状態であると判定されたときに、燃料供給手段が該リーンＮＯｘ触媒の上流側に以下のように設定された所要の量の燃料を供給する。
つまり、余剰酸素量推定手段が、燃焼室内での燃焼後の余剰酸素の量を推定し、燃料量算出手段が、この推定された量の余剰酸素で完全燃焼するだけの燃料量を算出して、燃料供給手段は、この燃料量算出手段で算出された量の燃料をリーンＮＯｘ触媒の上流側に供給する。
【００２０】
これにより、リーンＮＯｘ触媒には、燃焼後の余剰酸素とこの余剰酸素で完全燃焼するだけの量の燃料との混合体、即ち、理論空燃比状態の混合気が供給されることになり、供給された燃料の一部は、リーンＮＯｘ触媒に到達する過程で、供給された燃料の残りは、リーンＮＯｘ触媒に到達して触媒作用を受けて燃焼する。
【００２１】
この燃焼により、リーンＮＯｘ触媒が加熱されて所要の温度状態になる。
上述の請求項２記載の本発明のエンジンの排気ガス浄化装置では、該加熱判定手段が、該リーンＮＯｘ触媒への浄化能力低下物質の付着状態に応じて該リーンＮＯｘ触媒から該浄化能力低下物質を除去して復活すべき状態であるときに、該リーンＮＯｘ触媒を加熱すべき状態であると判定するので、上述の燃焼によるリーンＮＯｘ触媒の加熱によって、触媒内に吸収されたイオウ分が放出され、さらに、空燃比がストイキオ状態とされることで、放出されたイオウ分も排気ガス中の未燃ガスによって直ちに還元される。
【００２２】
つまり、このようにリーンＮＯｘ触媒に供給される混合気は理論空燃比状態であるため、リーンＮＯｘ触媒から排出される排気ガスは、理論空燃比に応じた酸素量となるはずであるが、余剰酸素量の推定誤差や供給燃料量の誤差等によって、実際にリーンＮＯｘ触媒に供給される混合気は、理論空燃比ではない場合もある上に、上述のような触媒に吸収されていたイオウ分などの燃焼（酸化）等によって、実際にリーンＮＯｘ触媒に理論空燃比の混合気を供給しても、リーンＮＯｘ触媒から排出される排気ガスは、理論空燃比に応じた酸素量とならないことがある。
【００２３】
しかし、この装置では、触媒下流側空燃比検出手段が、リーンＮＯｘ触媒よりも下流側の排気ガス中の酸素濃度が理論空燃比よりもリッチ側であるかリーン側であるかを検出しており、補正手段が、この検出結果に基づいて、該リーンＮＯｘ触媒の下流側が理論空燃比に応じた酸素量となるように該燃料量算出手段で算出された燃料量を補正する。
【００２４】
したがって、燃料供給手段では、この補正に基づいた量の燃料を供給するようになる。燃焼後の余剰空気は、このようにリーンＮＯｘ触媒へ向けて供給された燃料を完全燃焼させる。
上述の請求項３記載の本発明のエンジンの排気ガス浄化装置では、該燃料供給手段が、上記リーンＮＯｘ触媒への燃料の供給を、燃焼室内に直接燃料を噴射するように設置された燃料噴射弁を作動させてエンジンの排気行程中に行なう。このように排気行程中に噴射された燃料は、燃焼後の排気ガスとともに燃焼室から排出されるので、この後の燃焼行程へは影響しない。
【００２５】
上述の請求項４記載の本発明のエンジンの排気ガス浄化装置では、該排気通路の該リーンＮＯｘ触媒よりも上流側に配設された触媒上流側酸素濃度検出手段が、排気ガス中の酸素濃度を検出して、該余剰酸素量推定手段が、該触媒上流側酸素濃度検出手段の検出結果に基づいて該燃焼室内での燃焼後の余剰酸素の量を推定する。
【００２６】
上述の請求項５記載の本発明のエンジンの排気ガス浄化装置では、該排気通路の該リーンＮＯｘ触媒よりも上流側に配設された全域空燃比センサが、排気ガス中の酸素濃度から空燃比状態を検出して、該余剰酸素量推定手段が、該全域空燃比センサの検出結果に基づいて該燃焼室内での燃焼後の余剰酸素の量を推定する。
【００２７】
上述の請求項６記載の本発明のエンジンの排気ガス浄化装置では、運転状態検出手段が該エンジンの運転状態を検出して、該余剰酸素量推定手段が、該運転状態検出手段の検出結果に基づいて該燃焼室内での燃焼後の余剰酸素の量を推定する。
上述の請求項７記載の本発明のエンジンの排気ガス浄化装置では、該リーンＮＯｘ触媒の下流側に配設された酸化触媒によって、燃料の未燃成分などのリーンＮＯｘ触媒で燃焼（酸化）しきれなかった成分の燃焼（酸化）が促進される。
【００２８】
上述の請求項８記載の本発明のエンジンの排気ガス浄化装置では、該触媒下流側空燃比検出手段が、該リーンＮＯｘ触媒の下流側で且つ該酸化触媒の上流側に配設されているので、リーンＮＯｘ触媒による作用を受けた後で、且つ、酸化触媒の作用を受ける前の、排気ガス中の酸素濃度に関して空燃比を検出でき、リーンＮＯｘ触媒へ供給すべき燃料量を適切に制御できる。
【００２９】
【実施例】
以下、図面により、本発明の実施例について説明する。
まず、図１〜図６を参照して本発明の第１実施例としてのエンジンの排気ガス浄化装置について説明する。
図２は、本実施例のエンジンの排気ガス浄化装置をそなえた内燃エンジンを示す概略構成図であり、図２において、符号１は自動車用エンジンのガソリンエンジン本体であり、燃焼室を始め吸気系や点火系等がリーン燃焼可能に構成されている。
【００３０】
エンジン本体１は、特に、各気筒内に燃料を直接噴射する筒内噴射エンジンとして構成されており、このため、各気筒には、その燃焼室２に噴射口を直接臨ませるようにして、燃料供給手段としての燃料噴射弁（インジェクタ）３が取り付けられている。
また、本実施例では、このエンジン本体１が４気筒の直列エンジンとして構成されるが、気筒数はこれに限定されず、エンジン形式についてもＶ型エンジンや水平対抗エンジン等の種々のエンジンに適用できる。
【００３１】
そして、燃焼室２に吸気弁４を介して連通する吸気通路５は、各気筒毎に形成された吸気ポート５Ａと、これらの各吸気ポート５Ａに結合された吸気マニホールド５Ｂと、吸気マニホールド５Ｂの上流部に設けられたサージタンク５Ｃと、吸気マニホールド５Ｂの上流端に結合された吸気管５Ｄとから構成される。このような吸気通路５には、上流側から、エアクリーナ６，吸入空気量Ａｆを検出するエアフローセンサ７、スロットルバルブ８，ＩＳＣ（アイドルスピードコントロール）バルブ（図示略）が備えられている。また、エアクリーナ６のケース内には、吸気温度センサ９及び大気圧センサ１０が設けられている。
【００３２】
エアフローセンサ７としては例えばカルマン渦式エアフローセンサ等が用いられている。また、ＩＳＣバルブは、アイドリング回転数を制御するためのものであり、図示しないエアコンの作動等によるエンジン負荷Ｌｅの変動に応じてバルブ開度を調節して吸入空気量を変化させ、アイドリング運転を安定させる。また、このＩＳＣバルブは、後述する空燃比補正制御時には開弁側に作動し、空燃比補正実施に伴う出力低下を補うように作用する。
【００３３】
また、燃焼室２に吸気弁１１を介して連通する排気通路１２は、各気筒毎に形成された排気ポート１２Ａと、これらの各排気ポート１２Ａに結合される排気マニホールド１２Ｂと、排気マニホールド１２Ｂの上流側に結合される排気管１２Ｃとから構成される。このような排気通路１２には、排気ガス浄化触媒（以下、触媒という）１３が設置されている。
【００３４】
触媒１３は、例えば車両の床下に設置された床下触媒として構成されており、リーンＮＯｘ触媒１３Ａと三元触媒１３Ｂとの２つの触媒を備え、リーンＮＯｘ触媒１３Ａの方が三元触媒１３Ｂよりも上流側に配設されている。リーンＮＯｘ触媒１３Ａは、ＮＯｘ吸収剤が設けられており、空燃比のリーンな状態での運転（リーン燃焼運転）の際のような酸化雰囲気においてＮＯｘ（窒素酸化物）を吸着させ、ＨＣ（炭化水素）の存在する還元雰囲気では、ＮＯｘをＮ₂（窒素）等に還元させる機能を持つものである。
【００３５】
このＮＯｘ触媒１３Ａとしては、例えば、耐熱劣化性を有するＰｔとランタン，セリウム等のアルカリ希土類からなる触媒が使用されている。一方、三元触媒１３Ｂは、ＨＣ、ＣＯ（一酸化炭素）を酸化させるとともに、ＮＯｘを還元する機能をもっており、この三元触媒１３ＢによるＮＯｘの還元は、理論空燃比（１４．７）付近において最大に促進されるようになっている。
【００３６】
この触媒１３の上流側の燃焼室２に近い箇所には空燃比センサ（触媒上流側酸素濃度検出手段）１４が装備されている。この空燃比センサ１４としては、例えばリニアＡ／Ｆセンサ（全域空燃比センサ）が用いられており、燃焼室２から排出された排気の酸素濃度に基づいて燃焼室２へ供給された混合気の空燃比を広い領域で検出できるようになっている。
【００３７】
また、触媒１３の下流側の触媒１３に近い箇所には、空燃比センサ（触媒下流側空燃比検出手段）１５が装備されている。この空燃比センサ１５としても、例えばリニアＡ／Ｆセンサ（全域空燃比センサ）が用いられており、燃焼室２から排出された排気の酸素濃度に基づいて燃焼室２へ供給された混合気の空燃比を広い領域で検出できるようになっている。
【００３８】
さらに、触媒１３には触媒本体の温度を検出する触媒温度センサ１６が設けられている。この触媒温度センサ１６は、触媒ベッド（図示略）を通じて触媒本体の温度を検出するようになっており、特に、ＮＯｘ触媒１３Ａの温度を高温域まで検出できる高温センサとして構成されている。なお、触媒温度センサ１６は、エンジン１からの排気温度を推定する排気温度推定手段としても機能可能である。
【００３９】
また、エンジン本体１には、吸気ポート５Ａから燃焼室２に供給された空気と燃焼室２内にインジェクタ３から供給された燃料との混合気に着火するための点火プラグ１７が各気筒毎に配置されている。また、１８はスロットルバルブ７の開度θTHを検出するスロットル開度センサ（スロットルセンサ）、１９は冷却水温ＴＷを検出する水温センサである。
【００４０】
そして、このようなエンジンにおける空燃比制御や、点火時期制御や、吸気量制御や、後述する排気ガス浄化触媒１３に関する制御等を行なうために、ＥＣＵ（電子制御ユニット）２３が設置されている。
このＥＣＵ２３のハードウエア構成は、図３に示すようになるが、このＥＣＵ２３はその主要部としてＣＰＵ２７をそなえており、このＣＰＵ２７へは、上述の吸気温センサ９，大気圧センサ１０，空燃比センサ１４，１５，触媒温度センサ１６，スロットルセンサ１８，水温センサ１９からの検出信号の他に、アクセルペダルの踏込量を検出するアクセルポジションセンサ２４，バッテリの電圧を検出するバッテリセンサ２５，車両の走行距離を車速パルスの積算値等によりカウントする距離メータ２６からの各検出信号も入力インタフェイス２８およびアナログ／デジタルコンバータ３０を介して入力されるようになっている。
【００４１】
さらに、エアフローセンサ７，始動時を検出するクランキングスイッチ〔あるいはイグニッションスイッチ（キースイッチ）〕２０，カムシャフトと連動するエンコーダからクランク角同期信号θCRを検出するクランク角センサ２１，第１気筒（基準気筒）の上死点を検出するＴＤＣセンサ（気筒判別センサ）２２，アイドルスイッチ３３，イグニッションスイッチ等からの検出信号が入力インタフェイス２９を介して入力されようになっている。
【００４２】
なお、エンジン回転速度（エンジン回転数）Ｎｅは、クランク角センサ２１が検出するクランク角同期信号θCRの発生時間間隔から演算されるため、クランク角度を検出するクランク角センサ２１はエンジン回転数を検出する回転数センサも兼ねている。また、このクランク角センサ２１およびＴＤＣセンサ２２はそれぞれディストリビュータに設けられている。
【００４３】
さらに、ＣＰＵ２７は、バスラインを介して、プログラムデータや固定値データを記憶するＲＯＭ３１，更新して順次書き替えられるＲＡＭ３２，フリーランニングカウンタ４８およびバッテリが接続されている間はその記憶内容が保持されることによってバックアップされたバッテリバックアップＲＡＭ（図示せず）との間でデータの授受を行なうようになっている。
【００４４】
なお、ＲＡＭ３２内データはイグニッションスイッチをオフすると消えてリセットされるようになっている。
また、図３では、特に燃料噴射制御に関する部分を中心に示しているが、ＣＰＵ２７で演算結果に基づく燃料噴射制御信号は、各気筒毎の（ここでは、４つの）噴射ドライバ（燃料噴射弁駆動手段）３４に送られ、噴射ドライバ３４が、インジェクタ３のソレノイド（インジェクタソレノイド）３ａ（正確には、インジェクタソレノイド３ａ用のトランジスタ）へのバッテリからの電力供給をオンオフ制御しながらインジェクタ３を開閉させるようになっている。
【００４５】
今、燃料噴射制御（空燃比制御）に着目すると、ＣＰＵ２７で演算された燃料噴射用制御信号がドライバ３４を介して出力され、例えば４つのインジェクタ３を順次駆動させてゆくようになっている。
そして、上述のような筒内噴射エンジンの特徴から、このエンジンでは、燃料噴射の態様として、リーン燃焼による運転（リーン運転）を実現するために圧縮行程後期で燃料噴射を行なう後期噴射モードと、理論空燃比燃焼による運転（理論空燃比運転又はストイキオ運転）を実現するために吸気行程の初期又は前期には燃料噴射を終える前期噴射モードとが設けられている。この理論空燃比運転時には、供給すべき燃料量が多い場合には、排気行程の後期又は終期から燃料噴射を始めて吸気行程の初期又は前期にかけて燃料噴射を終える場合もある。
【００４６】
ＣＰＵ２７の機能のうち本エンジンの排気ガス浄化装置に関する部分について説明すると、図１に示すように、ＣＰＵ２７には、余剰酸素量推定手段１０１と、燃料量算出手段１０２と、燃料量を補正する補正手段１０３と、加熱判定手段１０４と、燃料噴射制御手段１０５とがそなえられている。
このうち、余剰酸素量推定手段１０１は、燃焼室２内での燃焼後の余剰酸素の量を推定するが、本実施例の余剰酸素量推定手段１０１は、空燃比センサ（リニアＡ／Ｆセンサ）１４で検出された空燃比ＡＦ（ｉ），エアフローセンサ７で検出された吸入空気量等から、燃焼室２内での燃焼後の排気系における余剰酸素β（ｉ）を算出するようになっている。
【００４７】
燃料量算出手段１０２は、この余剰酸素量推定手段１０１で推定された余剰酸素量β（ｉ）で完全燃焼するだけの燃料量γ（ｉ）を算出する。
補正手段１０３は、リーンＮＯｘ触媒１３Ａの下流側が理論空燃比に応じた酸素量となるように、この算燃料量算出手段１０２で算出された燃料量γ（ｉ）を補正する。つまり、補正手段１０３では、リーンＮＯｘ触媒１３Ａの下流側に配設された空燃比センサ（触媒下流側空燃比検出手段）１５からの検出情報、即ち、リーンＮＯｘ触媒１３Ａから排出された排気ガス中の酸素濃度が理論空燃比よりもリッチ側であるかリーン側であるかの情報に基づいて、燃料量γ（ｉ）を加減補正する。例えば、リーンＮＯｘ触媒１３Ａから排出された排気ガスがリッチ側なら燃料量γ（ｉ）を一定量だけ減少させ、リーンＮＯｘ触媒１３Ａから排出された排気ガスがリーン側なら燃料量γ（ｉ）を一定量だけ増加させる。
【００４８】
加熱判定手段１０４は、リーンＮＯｘ触媒１３Ａの状態が、復活制御期開始条件、即ち、イオウ分等の浄化能力低下物質を除去すべき状態（即ち、リーンＮＯｘ触媒１３Ａを復活すべき状態、以下、復活モードという）にある場合にリーンＮＯｘ触媒１３Ａを加熱すべきであると判定するもので、加熱開始判定部１０４Ａと加熱完了判定部１０４Ｂとを有する。
【００４９】
つまり、リーンＮＯｘ触媒１３ＡにそなえられるＮＯｘ吸収剤は、排気ガス中の硫酸塩等のイオウ分を吸収していくために吸収できるＮＯｘ量が次第に低下してしまう。そこで、加熱判定手段１０４の加熱開始判定部１０４Ａとでは、このイオウ分のような浄化能力低下物質がある程度溜まったことと、エンジンの作動状態が、以下のように設定される復活モード領域にあるか否かを判定する。
【００５０】
イオウ分のような浄化能力低下物質が溜まったか否かの判定は、ここでは単純に距離メータ２６で検出された車両の走行距離Ｄに基づいて行なっている。つまり、前回の復活モードが完了してからの走行距離ＤがＲＡＭ３２内に記憶されており、この記憶された走行距離Ｄ部が所定値Ｄ₁以上になったら、浄化能力低下物質（イオウ分）がある程度溜まったと判定する。
【００５１】
なお、所定値Ｄ₁は例えば実験結果に応じて設定することができ、イオウ分等の滞留量の予測誤差を安全側に設定するために、所定値Ｄ₁は実験結果に応じたものよりも比較的小さな値を設定することが考えられる。
また、ＲＡＭ３２内に記憶された走行距離Ｄは、図示しない車載のバッテリが取り外されると０にリセットされてしまうので、バッテリセンサ２５からの検出情報に基づいて、バッテリの取外しがあったときには、実際の走行距離Ｄの値に関係なくイオウ分等がある程度溜まった場合と同様な処理を行なう。
【００５２】
そして、もう一方での復活モードの開始条件として、エンジンが安定した運転状態の領域にあることが設定されている。エンジンの運転状態が安定するのは、エンジンが中負荷域から高負荷域（ただし、一定限度以下の高負荷域）にある場合であって、エンジン回転速度Ｎｅ、エンジン負荷Ｌｅの要素である体積効率ηｖおよび冷却水温ＴＷを判定の対象とでき、それぞれの値が下記（１）〜（３）に示す不等式の範囲内となるか否かが判別される。
【００５３】
Ｎｅ１≦Ｎｅ≦Ｎｅ２・・・（１）
ηｖ１≦ηｖ≦ηｖ２・・・（２）
ＴＷ１≦ＴＷ・・・（３）
なお、体積効率ηｖは、エアフローセンサ７により検出された空気流量Ａｆとエンジン回転速度Ｎｅ等とから演算され、大気圧センサ１０が検出する大気圧Ｐａ、吸気温センサ９が検出する吸気温度Ｔａ等によって補正される。さらに、エンジン負荷Ｌｅは、スロットルセンサ１８により検出されるスロットル開度θTH、上記体積効率ηｖ等から演算することができる。
【００５４】
また、Ｎｅ１、Ｎｅ２、ηｖ１、ηｖ２およびＴＷ１は閾値を示し、例えば、Ｎｅ１は１５００rpm 、Ｎｅ２は５０００rpm 、ηｖ１は３０％、ηｖ２は８０％であり、ＴＷ１は、例えば暖機運転が完了したとみなせる５０℃に設定されている。
このように、エンジン１の運転状態が中負荷域から高負荷域となるような運転状態をリフレッシュ運転実施の成立条件をするのは、例えば、Ｎｅ１、ηｖ１よりも小さい低負荷域においてリフレッシュ運転を実施すると、エンジン本体１の出力が安定せず、運転フィーリングが悪化する虞があるためであり、また、Ｎｅ、ηｖの値がＮｅ２、ηｖ２よりも大きい高負荷域においては、排気ガス温度が高温であり、これによりＮＯｘ触媒値１３ａがさらに加熱され、焼損する虞があるためである。
【００５５】
一方、加熱完了判定部１０４Ｂでは、復活のための加熱制御の完了を判定するが、この判定は、触媒温度Ｔ（ｊ）に基づいて行なわれ、触媒温度センサ１６で検出された触媒温度Ｔ（ｊ）が所定温度Ｔ₁（Ｔ₁は例えば６５０°Ｃ程度）以上の状態の継続時間ｔ_Cが所定時間ｔ₁（Ｔ₁は例えば６００秒程度）以上になったら加熱制御（復活制御）が完了したと判定する。
【００５６】
燃料噴射制御手段１０５は、２つの機能、即ち、触媒加熱用燃料噴射制御手段１０５Ａと通常燃料噴射制御手段１０５Ｂとがあり、通常燃料噴射制御手段１０５Ｂでは、燃焼室２での燃焼のための燃料噴射制御（吸気行程〜圧縮行程にかけての噴射）を行なうが、触媒加熱用燃料噴射制御手段１０５Ａでは、触媒復活用の触媒加熱のための燃料噴射の制御を行なう。
【００５７】
つまり、触媒加熱用燃料噴射制御手段１０５Ａでは、加熱判定手段１０４で触媒復活用の触媒加熱制御を行なうべき状態であると判定されたときに、燃料量算出手段１０２で算出され補正手段１０３で補正された量の燃料をリーンＮＯｘ触媒１３Ａの上流側に供給するための制御を行なって、加熱完了判定部１０４Ｂが加熱制御の完了を判定したらこれを終了する。このように、加熱制御時の燃料噴射は、インジェクタ（燃料供給手段）３を用いて行なうが、リーンＮＯｘ触媒１３Ａを加熱させるための燃料噴射であり、燃焼室２での燃焼のために行なう燃料噴射とは異なる。
【００５８】
特に、燃焼室２での燃焼に影響しないように、この触媒加熱のための燃料噴射は、図４に示すように、各気筒の排気行程内（具体的には、膨張行程末期から排気行程の間）の排気弁５の開放中に行なわれるようになっている。なお、図４中に示す吸気行程での噴射は燃焼室２での燃焼のために行なう通常の燃料噴射である。
【００５９】
なお、ＥＣＵ２３の出力側には、上述のインジェクタ３の他に、点火ユニット等が接続されており、各種センサ類からの検出情報に基づいて演算された燃料噴射量や点火時期等の最適値が出力されるようになっている。
本発明の一実施例としてのエンジンの排気ガス浄化装置は、上述のように構成されるため、例えは図５，図６に示すように動作する。
【００６０】
図５に示すフローチャートは、ＥＣＵ２３が実行する加熱制御の開始判定の手順を示し、エンジン本体１の始動毎に実行されるものである。
加熱制御は、前述のようにリーンＮＯｘ触媒１３ａに付着するＮＯｘ以外の付着物（浄化能力低下物質）、例えばイオウやその化合物（即ち、イオウ分）等が所定量に達したと判定されたら、ＮＯｘ触媒１３ａを高温状態に加熱する触媒復活のための触媒加熱用運転を実施して、その浄化能力低下物質をリーンＮＯｘ触媒１３ａから無害化しながら放出するものである。
【００６１】
まず、ステップＡ１０では、ＥＣＵ２３は、浄化能力低下物質の付着量が車両の走行距離（加熱制御完了後の走行距離）Ｄに略比例して増加することから、距離メータ２５によって車両の走行距離Ｄを読み込んで、浄化能力低下物質がＮＯｘ触媒１３ａに付着堆積している量を推定する。
次に、ステップＡ２０では、浄化能力低下物質が所定量に達したか否かを、ステップＡ１０で読み込んだ走行距離Ｄが所定値Ｄ１（例えば、１０００km）以上であるか否かで判別する。この所定値Ｄ１は、実験等により適宜値に設定され、浄化能力低下物質の付着量が許容量を越えない範囲、例えば、浄化能力低下物質の付着によって増加するＮＯｘ排出量が、法規等の規制値を越えない範囲内の値に設定される。
【００６２】
走行距離Ｄが所定値Ｄ１以上のときには、浄化能力低下物質が所定量を越えたと判別でき、次にステップＡ４０に進む。一方、走行距離Ｄが所定値Ｄ１に達していない場合には、次にステップＡ３０に進む。
ステップＡ３０は、制御電源であるバッテリが、車両整備の実施等のために一旦外され、再度接続された直後であるか否かを判別するステップである。この判別は、バッテリが外された際、記憶手段であるＥＣＵ２３に記憶された走行距離Ｄの記憶値が一旦ゼロ値にリセットされ、走行距離Ｄと浄化能力低下物質の付着量との整合性がとれず、ステップＡ１０での付着量の推定が不正確なものとなることを防止すべく実施されるものである。
【００６３】
このステップＡ３０でＮｏ（否定）と判定されると、バッテリは接続されているが、ステップＡ２０での走行距離Ｄの判別結果が未だ所定値Ｄ１に達していない状態と判定でき、この場合には何もせずに当該ルーチンを終了する。一方、バッテリ再接続直後の場合には、ステップＡ３０の判別結果がＹｅｓ（肯定）となるので、ステップＡ２０のＹｅｓ（肯定）の判別結果と同様に、次にステップＡ４０に進む。なお、バッテリが外されても、ＥＣＵ２３のバックアップ機能等により、走行距離Ｄの値が確実に記憶されるような場合には、ステップＡ３０の判別を実施しなくてもよい。
【００６４】
ステップＳ４０では、エンジン本体１の運転状態が、復活制御のための触媒歌熱運転を実施しても良い状態（復活制御領域）であるか否かを、運転状態検出手段である各種センサ類からの信号値に基づいて判別する。
ここでは、エンジン回転速度Ｎｅ，エンジン負荷Ｌｅの要素である体積効率ηｖおよび冷却水温ＴＷが判定の対象となり、それぞれの値が前記（１）〜（３）に示す不等式の範囲内となるか否かが判別される。
【００６５】
そして、エンジン本体１の運転状態が復活制御領域ならば、復活モード（復活制御モード）即ち触媒加熱を実行し（ステップＡ５０）、そうでなければ、復活モード即ち触媒加熱は実行せずに当該ルーチンを終了する。
復活モードを実行する場合には、図６に示すような処理を、機関の作動サイクルに合わせて周期的に行なう。つまり、まず、初期設定を行なう（ステップＢ１０）。この初期設定では、制御サイクル数ｉ，ｊをいずれも１にセットするとともに、リーンＮＯｘ触媒１３ａの下流側の空燃比ＡＦ２（０）を０（理論空燃比）にセットする。
【００６６】
ついで、筒内での燃焼後の空燃比ＡＦ２（ｉ）を検出する（ステップＢ２０）。この検出は空燃比センサ１４により行なわれる。また、この空燃比ＡＦ２（ｉ）は各制御サイクル毎に検出され、制御開始時にはｉ＝１なので検出値はＡＦ２（１）となる。
次に、余剰酸素量推定手段１０１で、この検出した空燃比ＡＦ２（ｉ）やエアフローセンサ７で検出された吸入空気量等に基づいて、排気系での余剰酸素量β（ｉ）を算出する（ステップＢ３０）。空燃比センサ１４としてリニアＡ／Ｆセンサを用いると、広い領域に亘って空燃比を検出でき、余剰酸素量β（ｉ）を適切に算出できる。
【００６７】
ついで、算出した余剰酸素量β（ｉ）に対して完全燃焼する燃料量γ（ｉ）を公知の理論式から算出して、さらに、この燃料量γ（ｉ）に補正値Δγ（ＡＦ２（ｉ−１））を加算して補正する（ステップＢ４０）。この補正値は、前回の制御サイクルのステップＢ８０，Ｂ９０，Ｂ１００で求められたもので、これらのステップについては後述するが、制御開始時には、ＡＦ２（０）が０に初期設定されているので補正は実質的に行なわれないことになる。
【００６８】
ついで、このように算出された燃料量γ（ｉ）＋Δγ（ＡＦ２（ｉ−１））に相当するような燃料噴射時間で、図４に示すように排気行程噴射を行なう（ステップＢ５０）。
そして、ステップＢ６０に進み、空燃比センサ（触媒下流側空燃比検出手段）１５により触媒１３の下流側で検出された排気行程噴射後の排気ガスの空燃比ＡＦ２（ｉ）を検出する。
【００６９】
ついで、ステップＢ７０で、空燃比ＡＦ２（ｉ）が、理論空燃比と等しいか、理論空燃比よりもリッチか又はリーンかを判定する。空燃比ＡＦ２（ｉ）が理論空燃比と等しければ、ステップＢ８０に進んで補正値Δγ（ＡＦ２（ｉ））は０に設定して補正を行なわず、空燃比ＡＦ２（ｉ）が理論空燃比よりもリッチか又はリーンであれば、ステップＢ９０，Ｂ１００に進んで補正値Δγ（ＡＦ２（ｉ））を設定する。リッチの場合、ステップＢ９０で補正値Δγ（ＡＦ２（ｉ））として−Δγ（ｊ）を設定し、リーンの場合、ステップＢ１００で補正値Δγ（ＡＦ２（ｉ））としてΔγ（ｊ）を設定する。補正量Δγ（ｊ）は触媒下流側の空燃比ＡＦ２（ｉ）に応じて設定される。
【００７０】
このようにして、補正値Δγ（ＡＦ２（ｉ））を設定したら、ステップＢ１１０〜Ｂ１３０で、リーンＮＯｘ触媒１３Ａの復活（加熱）が完了したか否かが判定される。ここでは、リーンＮＯｘ触媒１３Ａが第１設定値（例えば６５０°Ｃ）を越えた状態が所定時間（例えば６００秒）よりも多く継続した場合、及び、リーンＮＯｘ触媒１３Ａが第１設定値よりも高い第２設定値（例えば７５０°Ｃ）を越えるように過昇温した場合に、復活完了と判定する。
【００７１】
つまり、まず、ステップＢ１１０で、高温センサ出力、即ち、触媒温度センサ１６からの出力に基づいて、触媒温度Ｔ（ｉ）が第１設定値（例えば６５０°Ｃ）よりも大きいか否かを判定する。制御開始時には、通常は触媒温度Ｔ（ｉ）が第１設定値に達していないので、ステップＢ１６０へ進んで、制御サイクル数ｉ，ｊをそれぞれインクリメントして、次のサイクルの復活モードルーチンの実行のために待機する。
【００７２】
リーンＮＯｘ触媒１３Ａが昇温して、触媒温度Ｔ（ｉ）が第１設定値よりも大きくなると、はじめて大きくなった時点でタイマのカウントをスタートする。このタイマで、触媒温度Ｔ（ｉ）が第１設定値よりも大きい状態の継続時間ｔ₀をカウントするが、続く、ステップＢ１２０で、継続時間ｔ₀が所定時間（例えば６００秒）よりも大きいか否かを判定する。
【００７３】
触媒温度Ｔ（ｉ）が第１設定値よりも大きくなった直後はタイマカウントが進んでいないので、ステップＢ１２０で「Ｎｏ」と判定され、ステップＳ１３０に進む。ステップＳ１３０では、触媒温度センサ１６からの出力に基づいて、触媒温度Ｔ（ｉ）が第２設定値（例えば７５０°Ｃ）よりも大きいか否かを判定する。触媒温度Ｔ（ｉ）が第２設定値以下なら、ステップＢ１６０へ進んで、制御サイクル数ｉ，ｊをそれぞれインクリメントして、次のサイクルの復活モードルーチンの実行のために待機する。
【００７４】
触媒温度Ｔ（ｉ）が第２設定値を越えると、復活完了（ステップＢ１４０）として、タイマ値ｔ₀及び復活制御完了後の走行距離Ｄを０にリセットする（ステップＢ１５０）。
また、触媒温度Ｔ（ｉ）が第２設定値を越えなくても、触媒温度Ｔ（ｉ）が第１設定値を越えた状態が所定時間（例えば６００秒）よりも長くなると、復活完了（ステップＢ１４０）として、タイマ値ｔ₀及び復活制御完了後の走行距離Ｄを０にリセットする（ステップＢ１５０）。
【００７５】
このようにして、復活モードでは、リーンＮＯｘ触媒１３Ａに、燃焼後の余剰酸素とこの余剰酸素で完全燃焼するだけの量の燃料とが混合した、理論空燃比状態の混合気が供給されることになり、供給された燃料の一部は、リーンＮＯｘ触媒１３Ａに到達する過程で、供給された燃料の残りは、リーンＮＯｘ触媒１３Ａに到達して触媒作用を受けて燃焼する。
【００７６】
したがって、リーンＮＯｘ触媒１３Ａの昇温が速やかに行なわれるようになり、リーンＮＯｘ触媒１３ＡのＮＯｘ吸収剤に吸収されたイオウ分は、分解してＮＯｘ吸収剤から放出されて、リーンＮＯｘ触媒１３Ａが復活する。
また、この段階では、イオウ分は例えば酸化イオウＳＯ₃といった有害な状態だが、この時、リーンＮＯｘ触媒１３Ａへ供給される混合気の空燃比が理論空燃比状態とされるので、ＮＯｘ吸収剤から放出されたイオウ分が排気ガス中の未燃のＨＣやＣＯによって直ちに還元せしめられる。
【００７７】
また、空燃比センサ１４により検出されたリーンＮＯｘ触媒１３Ａの上流側の空燃比状態のみに応じて燃料噴射量を設定した場合には、余剰酸素量の算出（又は推定）誤差や供給燃料量の誤差等によって、実際にリーンＮＯｘ触媒に供給される混合気は、理論空燃比ではない場合もあり、さらに、触媒１３Ａに吸収されていたイオウ分などの燃焼（酸化）等によって、実際にリーンＮＯｘ触媒に理論空燃比の混合気を供給しても、リーンＮＯｘ触媒から排出される排気ガスは、理論空燃比に応じた酸素量とならないことがある。
【００７８】
ところが、本排気ガス浄化装置では、燃料噴射量が、リーンＮＯｘ触媒１３Ａの下流側の空燃比状態に応じて補正されるので、リーンＮＯｘ触媒１３Ａに供給される混合気は理論空燃比状態により近づけられることになり、イオウ分の無害化排出を効率よくしかも確実に行なえる利点がある。
特に、通常の燃焼のための燃料噴射とは切り離して、排気行程噴射により復活制御即ち加熱制御を行なうため、通常の燃焼に影響させずに、従って、トルク変動を生じさせることなく、復活制御（加熱制御）を行なうことができる。
【００７９】
このため、例えば走行中にリーン運転中などの低負荷領域や低回転領域でもドライバに違和感を与えないでリーンＮＯｘ触媒の復活制御を行なうことができるという利点がある。
また、排気行程噴射によると、噴射燃料は燃焼室での燃焼にはほとんど供されることなく未燃の状態で排気ガスとともに触媒にほぼ直接的に供給されるため、少ない追加燃料で速やかに触媒の活性を促進して、復活を完了することができる利点がある。
【００８０】
さらに、排気行程噴射によると、復活制御を行なっている場合であっても、通常の燃料噴射（即ち、排気行程の末期から吸気行程での燃料噴射）の制御については、追加燃料噴射を行なっている場合であっても行なっていない場合であっても、同様に行なうことができる。
また、復活モード時に通常のエンジン運転への悪影響がないので、復活モード開始の基準となる所定値Ｄ₁を安全側に小さめに設定して、イオウ分等が過剰に滞留することのないように小まめに復活制御を行なうことができる。
【００８１】
また、空燃比がストイキオ状態になるように排気行程噴射の制御を行なうため、燃費の悪化を抑制しながら触媒の復活制御を行なうことができるという利点がある。
さらに、触媒温度を検出しながら復活完了を判定して、復活モード終了を終了するので、触媒の復活を確実に行なえるとともに、無駄なく効率的に触媒の復活のための排気行程噴射を行なうことができる。
【００８２】
また、装置に触媒加熱用のヒータ等のハード構成を追加することなく触媒９の昇温を行なえるので、コスト増を抑制しながら触媒復活を実現できる。
次に、本発明の第２実施例としてのエンジンの排気ガス浄化装置について説明すると、本実施例では、触媒温度センサ１６をそなえないで、触媒温度を推定により求めるようにしている。
【００８３】
つまり、加熱完了判定部１０４Ｂでは、触媒温度Ｔ（ｉ）に基づいて復活制御（加熱制御）の完了を判定するが、この判定に用いられる触媒温度Ｔ（ｉ）は、まず、体積効率ηｖ（ｉ），エンジン回転数Ｎｅ（ｉ）に基づいて、復活制御開始前の触媒温度〔床下触媒（ＵＣＣ）のベッド温度〕Ｔ（０）を求めて、復活制御開始後には、この復活制御開始前の触媒温度Ｔ（０）に対して排気行程噴射による燃焼によって生じた昇温量ΔＴ（ｉ）を制御サイクル毎に加算していくようになっている。
【００８４】
なお、昇温量ΔＴは次式により求めることができる。

ただし、ηc は次式で示される燃焼効率であり、体積効率ηｖ(i) とエンジン回転数Ｎｅ(i) とに対応して求めることができ、ここでは、マップにより各行程サイクル毎に求められる体積効率ηｖ(i) とエンジン回転数Ｎｅ(i) とに対応して各行程サイクルにおける燃焼効率ηc (i) を求めるようになっている。
ηc (i) ＝実際の燃焼による発熱量／完全燃焼をしたときの発熱量
また、ｍa は空気質量流量、Ｈu は燃料噴射量〔γ(i) ＋γ（ＡＦ２（ｉ−１）〕に対する低位発熱量、14.7は理論空燃比、ρg は燃焼ガス密度、Ｆg は燃焼ガス通路断面積、Ｗg は燃焼ガス速度、Ｃpgは燃焼ガス比熱であり、各行程サイクルに変化しうる空気質量流量ｍa ，低位発熱量Ｈu ，燃焼ガス密度ρg ，燃焼ガス速度Ｗg ，燃焼ガス比熱Ｃpgは、いずれも各行程サイクルに毎の値として、それぞれ、ｍa(i)，Ｈu(i)，ρg(i)，Ｗg(i)，Ｃpg(i) と表すことができる。また、ｋ₂は排気行程噴射による排気ガス温度を補正する係数（ただし、０＜ｋ₂≦１）である。
【００８５】
本発明の第２実施例としてのエンジンの排気ガス浄化装置は、上述のように構成されているので、復活モードにあたっては、例えば図７に示すように行なうことができる。
つまり、まず、初期設定を行なう（ステップＣ１０）。この初期設定では、制御サイクル数ｉ，ｊをいずれも０にセットするとともに、リーンＮＯｘ触媒１３ａの下流側の空燃比ＡＦ２（０）を０（理論空燃比）にセットする。
【００８６】
ついで、ステップＣ２０で、体積効率ηｖ（ｉ），エンジン回転数Ｎｅ（ｉ）に基づいて、マップから復活制御開始前の触媒温度〔床下触媒（ＵＣＣ）のベッド温度〕Ｔ（０）を求める。さらに、ステップＣ３０で、この触媒温度Ｔ（０）が第２設定値（例えば７５０°Ｃ）以上か否かを判定する。触媒温度Ｔ（０）が第２設定値以上ならば、復活完了（復活モード終了）となるが、通常は、復活モード開始時には、触媒温度Ｔ（０）は第２設定値までは昇温していないので、ステップＣ４０へ進む。
【００８７】
ステップＣ４０では、筒内での燃焼後の空燃比ＡＦ２（ｉ）を検出する。ついで、ステップＣ５０に進んで、余剰酸素量推定手段１０１で、この検出した空燃比ＡＦ２（ｉ）やエアフローセンサ７で検出された吸入空気量等に基づいて、排気系での余剰酸素量β（ｉ）を算出する。
ついで、ステップＣ６０で、算出した余剰酸素量β（ｉ）に対して完全燃焼する燃料量γ（ｉ）を公知の理論式から算出して、この燃料量γ（ｉ）に補正値Δγ（ＡＦ２（ｉ−１））を加算して補正する。さらに、ステップＣ７０で、燃料噴射量〔γ(i) ＋γ（ＡＦ２（ｉ−１）〕に対する低位発熱量Ｈu （ｉ）を算出する。そして、このように算出された燃料量γ（ｉ）＋Δγ（ＡＦ２（ｉ−１））に相当するような燃料噴射時間で、図４に示すように排気行程噴射を行なう（ステップＣ８０）。
【００８８】
ついで、ステップＣ９０に進み、触媒下流側空燃比検出手段１５により触媒１３の下流側で検出された排気行程噴射後の排気ガスの空燃比ＡＦ２（ｉ）を検出する。さらに、ステップＣ１００で、空燃比ＡＦ２（ｉ）が、理論空燃比と等しいか、理論空燃比よりもリッチか又はリーンかを判定する。空燃比ＡＦ２（ｉ）が理論空燃比と等しければ、ステップＣ１１０に進んで補正値Δγ（ＡＦ２（ｉ））は０に設定して補正を行なわず、空燃比ＡＦ２（ｉ）が理論空燃比よりもリッチか又はリーンであれば、ステップＣ１２０，Ｃ１３０に進んで補正値Δγ（ＡＦ２（ｉ））を設定する。リッチの場合、ステップＣ１２０で補正値Δγ（ＡＦ２（ｉ））として−Δγ（ｊ）を設定し、リーンの場合、ステップＣ１３０で補正値Δγ（ＡＦ２（ｉ））としてΔγ（ｊ）を設定する。補正量Δγ（ｊ）は触媒下流側の空燃比ＡＦ２（ｉ）に応じて設定される。
【００８９】
このようにして、補正値Δγ（ＡＦ２（ｉ））を設定したら、ステップＣ１４０〜Ｃ１９０で、リーンＮＯｘ触媒１３Ａの復活が完了したか否かが判定される。
つまり、ステップＣ１４０で、体積効率ηｖ(i) とエンジン回転数Ｎｅ(i) とに基づいて、燃焼効率ηc (i) をマップから読み取る。そして、ステップＣ１５０に進み、燃焼効率ηc (i) ，空気質量流量ｍa (i) ，低位発熱量Ｈu (i) ，燃焼ガス密度ρg (i) ，燃焼ガス断面積Ｆg ，燃焼ガス速度Ｗg (i) ，燃焼ガス比熱Ｃpg(i) ，補正係数ｋ₂に基づき、式（４）により昇温量ΔＴを算出する。
【００９０】
そして、ステップＣ１６０で、前回推定された触媒温度Ｔ（ｉ）にこの算出された昇温量ΔＴを加算することで、今回の触媒温度Ｔ（ｉ）を推定する。ただし、制御開始時（第１回目）の制御サイクルでは、ｉ＝０であり、触媒温度Ｔ（０）はステップＣ２０で設定された値となる。
さらに、ステップＣ１７０で、今回推定した触媒温度Ｔ（ｉ）が第１設定値（例えば６５０°Ｃ）よりも大きいか否かを判定する。制御開始時には、通常は触媒温度Ｔ（ｉ）が第１設定値に達していないので、ステップＣ１８０へ進んで、制御サイクル数ｉ，ｊをそれぞれインクリメントして、次のサイクルの復活モードルーチンの実行のために待機する。この場合には、次のサイクルではステップＣ３０から処理を行なう。
【００９１】
リーンＮＯｘ触媒１３Ａが昇温して、触媒温度の推定値Ｔ（ｉ）が第１設定値よりも大きくなると、はじめて大きくなった時点でタイマのカウントをスタートする。このタイマで、触媒温度Ｔ（ｉ）が第１設定値よりも大きい状態の継続時間ｔ₀をカウントする。そして、ステップＣ１９０で、継続時間ｔ₀が所定時間（例えば６００秒）よりも大きいか否かを判定する。
【００９２】
触媒温度Ｔ（ｉ）が第１設定値よりも大きくなった直後はタイマカウントが進んでいないので、ステップＣ１９０で「Ｎｏ」と判定され、ステップＳ１８０に進み、制御サイクル数ｉ，ｊをそれぞれインクリメントして、次のサイクルの復活モードルーチンの実行（ステップＣ３０から開始）のために待機する。
一方、触媒温度Ｔ（ｉ）が第１設定値を越えた状態が所定時間（例えば６００秒）よりも長くなると、復活完了（復活モード終了）となる。この場合には、タイマ値ｔ₀及び復活制御完了後の走行距離Ｄを０にリセットする。
【００９３】
このようにして、第２実施例でも、第１実施例と同様な作用及び効果が得られて、さらに、触媒温度を検出するセンサがない場合でも、触媒温度Ｔ（ｉ）を推定しながら、復活完了（復活モード終了）を判定でき、触媒の復活を確実に行なえるとともに、無駄なく効率的に触媒の復活のための排気行程噴射を行なうことができる。
【００９４】
次に、本発明の第３実施例としてのエンジンの排気ガス浄化装置について説明すると、この実施例では、図８に示すように、第１，２実施例の場合と、排気ガス浄化触媒１３の構成が異なっている。つまり、本実施例では、リーンＮＯｘ触媒１３Ａと酸化触媒１３Ｃとの２つの触媒を備え、酸化触媒１３ＣはリーンＮＯｘ触媒１３Ａの下流側に配設されている。これらのリーンＮＯｘ触媒１３Ａ及び酸化触媒１３Ｃも、例えば車両の床下に設置された床下触媒として構成されている。
【００９５】
酸化触媒１３Ｃは、リーンＮＯｘ触媒１３Ａから放出された燃料の未燃成分等のうちでリーンＮＯｘ触媒で燃焼（酸化）しきれなかったものについて、燃焼（酸化）を促進する。
また、空燃比センサ（触媒下流側空燃比検出手段）１４は、リーンＮＯｘ触媒１３Ａの下流側で且つ酸化触媒１３Ｃの上流側に配設されている。
【００９６】
この他の構成は、第１実施例又は第２実施例と同様に構成される。
本発明の第３実施例としてのエンジンの排気ガス浄化装置は、上述のように構成されるので、復活モードでは、第１，２実施例と同様に、触媒の復活を適切に行なえる。また、通常燃焼時に排気ガス中に発生するＮＯｘやＨＣやＣＯに対しては、リーンＮＯｘ触媒１３ＡがＮＯｘを除去して、酸化触媒１３ＣがＨＣやＣＯを除去する。
【００９７】
また、触媒下流側空燃比検出手段１５が、リーンＮＯｘ触媒１３Ａの下流側で且つ酸化触媒１３Ｃの上流側に配設されているので、リーンＮＯｘ触媒１３Ａの触媒作用を受けたが、酸化触媒１３Ｃの作用は受ける前の排気ガスに対して、その空燃比状態を検出でき、リーンＮＯｘ触媒１３Ａへの供給すべき燃料量を適切に制御できる。
【００９８】
なお、触媒上流側酸素検出手段１４として、空燃比センサ（リニヤＡ／Ｆセンサ）に代えて、他の酸素検出手段を用いたり、又は、機関の運転状態を用いたりすることも考えられる。この場合の機関の運転状態とは、リーン燃焼運転モードなのか理論空燃比燃焼運転モードなのか等の機関の運転モードやこれに機関の負荷や回転数等を加味したものが考えられ、これらを検出する手段（運転状態検出手段）は一般に自動車用エンジン等では既存のものであるので、特別なセンサを設けることなく低コストで触媒復活のための燃料供給制御を行なうことができる利点がある。
【００９９】
また、触媒下流側空燃比検出手段１５として、空燃比センサ（リニヤＡ／Ｆセンサ）に代えて、例えば酸素センサ（Ｏ₂センサ）を用いることも考えられる。この場合、触媒１３の下流側の排気行程噴射後の排気ガスの空燃比ＡＦ２（ｉ）について、理論空燃比よりもリッチか又はリーンかのみを判定することができ、が、空燃比自体を検出することはできないので、補正量Δγ（ｊ）としては予め設定された固定値（例えばΔγ₁）を設定することが考えられる。
【０１００】
なお、上述の各実施例では、触媒復活のために触媒を加熱しているが、触媒復活のためのみならず、例えば、触媒の温度を触媒反応に適するような温度領域に保持するためなどに触媒加熱を行なうこともできる。
【０１０１】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１記載の本発明のエンジンの排気ガス浄化装置によれば、燃焼室から排気ガスを排出する排気通路と、該排気通路に設置されてリーン燃焼運転時に排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸収するリーンＮＯｘ触媒と、該燃焼室内での燃焼後の余剰酸素の量を推定する余剰酸素量推定手段と、該余剰酸素量推定手段で推定された量の余剰酸素で完全燃焼するだけの燃料量を算出する燃料量算出手段と、該リーンＮＯｘ触媒を加熱すべき状態であるか否かを判定する加熱判定手段と、該加熱判定手段で加熱すべき状態であると判定されたときに該燃料量算出手段で算出された量の燃料を該触媒の上流側に供給する燃料供給手段と、該リーンＮＯｘ触媒よりも下流側に配設されて排気ガス中の酸素濃度が理論空燃比よりもリッチ側であるかリーン側であるかを検出しうる触媒下流側酸素センサと、該リーンＮＯｘ触媒の下流側が理論空燃比に応じた酸素量となるように、該触媒下流側空燃比検出手段の検出結果に基づいて該燃料量算出手段で算出された燃料量を補正する補正手段とが設けられるという構成により、リーンＮＯｘ触媒に吸着されたイオウ分等の浄化能力低下物質をリーンＮＯｘ触媒から放出させて且つ還元された上で排気ガスとともに排気通路から排出できるようになり、リーンＮＯｘ触媒の加熱を確実に行なえる。
【０１０２】
これにより、リーンＮＯｘ触媒を所要の温度状態に保つことができて、リーンＮＯｘ触媒の性能を十分に発揮させることができる。
請求項２記載の本発明のエンジンの排気ガス浄化装置は、請求項１記載の構成において、該加熱判定手段が、該リーンＮＯｘ触媒への浄化能力低下物質の付着状態に応じて該リーンＮＯｘ触媒から該浄化能力低下物質を除去して復活すべき状態であるときに、該リーンＮＯｘ触媒を加熱すべき状態であると判定するという構成により、リーンＮＯｘ触媒の加熱を確実に行ないながら、リーンＮＯｘ触媒の排気ガス浄化性能を長期に亘って確保することができる利点がある。
【０１０３】
また、リーンＮＯｘ触媒を復活させるために供給する燃料量も過不足なく制御されるため、燃料消費を抑制しながら、効率よくリーンＮＯｘ触媒を復活させることができる利点がある。
請求項３記載の本発明のエンジンの排気ガス浄化装置によれば、請求項１又は２記載の構成において、該燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁が設けられ、該燃料供給手段が、該燃料噴射弁と、該燃料量算出手段で算出されて該補正手段で適宜補正された量の燃料が該エンジンの排気行程中に供給されるように該燃料噴射弁を制御する燃料噴射制御手段とから構成されることにより、リーンＮＯｘ触媒を復活させるための燃料供給を行なっても、通常の燃焼室での燃焼に影響しないため、エンジンのトルク変動を招くことなくリーンＮＯｘ触媒を復活させることができる。したがって、エンジンの低負荷領域や低回転領域でもリーンＮＯｘ触媒を復活させることができる。さらに、触媒復活を行なわない場合と同様に、通常の燃料噴射の制御を実行することができる。
【０１０４】
請求項４記載の本発明のエンジンの排気ガス浄化装置によれば、請求項１〜３のいずれかに記載の構成において、該排気通路の該リーンＮＯｘ触媒よりも上流側に配設され排気ガス中の酸素濃度を検出しうる触媒上流側酸素濃度検出手段をそなえ、該余剰酸素量推定手段が、該触媒上流側酸素濃度検出手段の検出結果に基づいて該燃焼室内での燃焼後の余剰酸素の量を推定するように構成されることにより、燃焼室内での燃焼後の余剰酸素の量を確実に推定できて、リーンＮＯｘ触媒の加熱を効率よく行なうことができる。
【０１０５】
請求項５記載の本発明のエンジンの排気ガス浄化装置によれば、請求項１〜３のいずれかに記載の構成において、該排気通路の該リーンＮＯｘ触媒よりも上流側に配設され排気ガス中の酸素濃度から空燃比状態を検出しうる全域空燃比センサをそなえ、該余剰酸素量推定手段が、該全域空燃比センサの検出結果に基づいて該燃焼室内での燃焼後の余剰酸素の量を推定するように構成されることにより、リーンＮＯｘ触媒に流入する余剰酸素量を精度良く推定でき、リーンＮＯｘ触媒へ流入する混合気の空燃比を理論空燃比状態により近づけることができ、燃料を効率よく利用しながらリーンＮＯｘ触媒の加熱及び加熱による復活を確実に行なえる。
【０１０６】
請求項６記載の本発明のエンジンの排気ガス浄化装置によれば、請求項１〜３のいずれかに記載の構成において、該エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段が設けられ、該余剰酸素量推定手段が、該運転状態検出手段の検出結果に基づいて該燃焼室内での燃焼後の余剰酸素の量を推定するように構成されることにより、既存の検出手段を利用しながら低コストで触媒加熱及び加熱による復活のための燃料供給制御を行なうことができる。
【０１０７】
請求項７記載の本発明のエンジンの排気ガス浄化装置によれば、請求項１〜３のいずれかに記載の構成において、該リーンＮＯｘ触媒の下流側に酸化触媒が配設されるという構成により、触媒の加熱及び加熱による復活をより確実に且つ速やかに行なえるようになる。
請求項８記載の本発明のエンジンの排気ガス浄化装置によれば、請求項７記載の構成において、該触媒下流側空燃比検出手段が、該リーンＮＯｘ触媒の下流側で且つ該酸化触媒の上流側に配設されるという構成により、リーンＮＯｘ触媒へ供給すべき燃料量を適切に制御することができて、リーンＮＯｘ触媒へ流入する混合気の空燃比を理論空燃比状態により近づけることができ、燃料を効率よく利用しながらリーンＮＯｘ触媒の加熱及び加熱による復活を確実に行なえる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例としてのエンジンの排気ガス浄化装置の要部構成を模式的に示すブロック図である。
【図２】本発明の第１実施例としてのエンジンの排気ガス浄化装置におけるエンジンシステムの全体構成図である。
【図３】本発明の第１実施例としてのエンジンの排気ガス浄化装置におけるエンジンの制御ブロック図である。
【図４】本発明の第１実施例としてのエンジンの排気ガス浄化装置における燃料噴射特性を示す図である。
【図５】本発明の第１実施例としてのエンジンの排気ガス浄化装置の動作を説明するフローチャートである。
【図６】本発明の第１実施例としてのエンジンの排気ガス浄化装置の動作を説明するフローチャートである。
【図７】本発明の第２実施例としてのエンジンの排気ガス浄化装置の動作を説明するフローチャートである。
【図８】本発明の第３実施例としてのエンジンの排気ガス浄化装置におけるエンジンシステムの全体構成図である。
【符号の説明】
１エンジン本体
２燃焼室
３燃料供給手段としての燃料噴射弁（インジェクタ）
３ａインジェクタソレノイド
４吸気弁
５吸気通路
５Ａ吸気ポート
５Ｂ吸気マニホールド
５Ｃサージタンク
５Ｄ吸気管
６エアクリーナ
７エアフローセンサ
８スロットルバルブ
９吸気温度センサ
１０大気圧センサ
１１吸気弁
１２排気通路
１２Ａ排気ポート
１２Ｂ排気マニホールド
１２Ｃ排気管
１３排気ガス浄化触媒
１３ＡリーンＮＯｘ触媒
１３Ｂ三元触媒
１３Ｃ酸化触媒
１４空燃比センサ（触媒上流側酸素検出手段）
１５酸素センサ（触媒下流側空燃比検出手段）
１６触媒温度センサ
１７点火プラグ
１８スロットル開度センサ（スロットルセンサ）
１９水温センサ
２０クランキングスイッチ〔イグニッションスイッチ（キースイッチ）〕
２１クランク角センサ（エンジン回転数センサ）
２２ＴＤＣセンサ（気筒判別センサ）
２３ＥＣＵ（電子制御ユニット）
２４アクセルポジションセンサ
２５バッテリセンサ
２６距離メータ
２７ＣＰＵ
２８，２９入力インタフェイス
３０アナログ／デジタルコンバータ
３１ＲＯＭ
３２ＲＡＭ
３３アイドルスイッチ
３４噴射ドライバ（燃料噴射弁駆動手段）
４８フリーランニングカウンタ
１０１余剰酸素量推定手段
１０２燃料量算出手段
１０３補正手段
１０４加熱判定手段
１０４Ａ加熱開始判定部
１０４Ｂ加熱完了判定部
１０５燃料噴射制御手段
１０５Ａ触媒加熱用燃料噴射制御手段
１０５Ｂ通常燃料噴射制御手段[0001]
[Industrial application fields]
TECHNICAL FIELD The present invention relates to an engine exhaust gas purification apparatus having a lean NOx catalyst for removing NOx in exhaust gas, and in particular, it is necessary to determine whether it is necessary to heat the lean NOx catalyst or not. The present invention relates to an engine exhaust gas purifying device that controls to heat a lean NOx catalyst when the occurrence of the problem occurs.
[0002]
[Prior art]
There are engines such as an internal combustion engine (hereinafter referred to as an engine) mounted on an automobile, in which a lean air-fuel mixture is combusted. In such an engine, the amount of NOx in exhaust gas increases during lean operation. Therefore, in order to purify the exhaust gas in such an engine, there is an exhaust system in which a lean NOx catalyst or a combination of a lean NOx catalyst and a three-way catalyst is installed.
[0003]
Such a lean NOx catalyst is provided with a NOx absorbent in the exhaust passage that absorbs NOx when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lean and releases the absorbed NOx when the oxygen concentration in the inflowing exhaust gas decreases. The NOx generated when the lean air-fuel mixture is burned is absorbed by the NOx absorbent, and the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx absorbent is temporarily made rich before the NOx absorbent capacity is saturated. Then, there is one that reduces NOx from the NOx absorbent and releases it.
[0004]
By the way, since sulfur is contained in fuel and engine lubricating oil, the exhaust gas contains sulfur such as sulfate (hereinafter simply referred to as sulfur), and this sulfur is also absorbed by the NOx absorbent together with NOx. Is done. However, since this sulfur is not released from the NOx absorbent even if the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx absorbent is simply made rich, the amount of sulfur in the NOx absorbent gradually increases. As the amount of absorption increases, the amount of NOx that can be absorbed by the NOx absorbent gradually decreases, and eventually the NOx absorbent can hardly adsorb NOx.
[0005]
Sulfur absorbed in the NOx absorbent is decomposed and released from the NOx absorbent by heating the NOx absorbent, and at this time, if the air-fuel ratio is made rich or stoichiometric, it is released from the NOx absorbent. Sulfur is immediately reduced by unburned HC and CO in the exhaust gas.
Therefore, for example, in the technology disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 6-66129, paying attention to such characteristics, when a specific condition is satisfied, the temperature of the NOx absorbent is increased and further rich operation or stoichiometric operation is performed. In this way, sulfur is released from the NOx absorbent, and is further oxidized and discharged. The specific condition in this case is that the amount of sulfur absorbed in the NOx absorbent reaches a predetermined amount, and the NOx absorbent is heated by operating an electric heater installed in the exhaust system. It is like that.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, as with other exhaust gas purification catalysts, there are cases where the purification performance of the lean NOx catalyst can be fully exhibited when the temperature is appropriately higher than room temperature. Therefore, a state where the lean NOx catalyst should be heated also occurs.
Further, the above-described conventional exhaust gas purification device for an engine using a lean NOx catalyst has the following problems.
[0007]
That is, the recovery time of the lean NOx catalyst (that is, the release timing of sulfur from the NOx absorbent) is set at the time when the amount of sulfur absorbed in the NOx absorbent reaches a predetermined amount. Since the amount itself cannot be detected directly, even if the lean NOx catalyst cannot be restored at an appropriate timing, the sulfur absorption amount exceeds the absorption limit, and the lean NOx catalyst can hardly absorb NOx. There is a risk that the resurrection will not take place.
[0008]
That is, in the prior art, the amount of sulfur absorbed corresponds to the vehicle travel distance, and when the vehicle travel distance reaches a predetermined distance, the amount of sulfur absorbed reaches a predetermined amount. Based on this estimation, the lean NOx catalyst is restored. However, the amount of sulfur absorbed in the NOx absorbent does not necessarily correspond to the mileage of the vehicle, and varies depending on the fuel used and the operating conditions of the engine, so the accuracy of the estimated sulfur amount is not sufficient, The restoration time of the lean NOx catalyst cannot be properly determined, and the catalyst restoration time due to sulfur removal may be delayed.
[0009]
Therefore, it is conceivable to determine the catalyst recovery in units of short mileage.
However, if the air-fuel ratio is changed from lean to stoichiometric or rich during traveling, torque fluctuations occur and the driving performance deteriorates.To avoid this, such a catalyst restoration process is performed in a low load region or a low load. It is not used in the rotation region, and it is difficult to perform reliable catalyst recovery.
[0010]
Furthermore, when the air-fuel ratio is changed from lean to stoichiometric or rich during traveling, there is also a problem that fuel consumption deteriorates.
The present invention has been devised in view of the above-mentioned problems, and it is possible to reliably heat the lean NOx catalyst as necessary, and to prevent the air-fuel ratio during running while preventing torque fluctuations. It is an object of the present invention to provide an engine exhaust gas purification device capable of removing a purification ability lowering substance adsorbed on a lean NOx catalyst by control.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
Therefore, an exhaust gas purification apparatus for an engine according to the first aspect of the present invention includes an exhaust passage for exhausting exhaust gas from the combustion chamber, and a nitrogen oxide in the exhaust gas that is installed in the exhaust passage during the lean combustion operation ( NOx), a lean NOx catalyst, surplus oxygen amount estimating means for estimating the amount of surplus oxygen after combustion in the combustion chamber, and complete combustion with the amount of surplus oxygen estimated by the surplus oxygen amount estimating means A fuel amount calculating means for calculating only the amount of fuel, a heating determining means for determining whether or not the lean NOx catalyst is to be heated, and when the heating determining means determines that the fuel is to be heated A fuel supply means for supplying the amount of fuel calculated by the fuel amount calculation means to the upstream side of the catalyst; and an oxygen concentration in the exhaust gas that is disposed downstream of the lean NOx catalyst so that the stoichiometric air-fuel ratio Or richer than The detection result of the catalyst downstream air-fuel ratio detection means capable of detecting whether it is on the downstream side and the downstream downstream air-fuel ratio detection means so that the downstream side of the lean NOx catalyst has an oxygen amount corresponding to the stoichiometric air-fuel ratio And a correcting means for correcting the fuel amount calculated by the fuel amount calculating means.
[0012]
According to a second aspect of the present invention, there is provided the exhaust gas purification apparatus for an engine according to the first aspect of the invention, wherein the heating determination means is configured so that the lean NOx catalyst is in accordance with the state of attachment of the substance having reduced purification ability to the lean NOx catalyst. The lean NOx catalyst is judged to be in a state to be heated when it is in a state to be recovered by removing the purification ability reducing substance from the catalyst.
[0013]
According to a third aspect of the present invention, there is provided an exhaust gas purifying apparatus for an engine according to the first aspect of the present invention, wherein a fuel injection valve for directly injecting fuel is provided in the combustion chamber, and the fuel supply means An injection valve and fuel injection control means for controlling the fuel injection valve so that an amount of fuel calculated by the fuel amount calculation means and appropriately corrected by the correction means is supplied during the exhaust stroke of the engine It is characterized by being composed.
[0014]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an exhaust gas purifying apparatus for an engine according to the present invention, wherein the exhaust gas purifying apparatus according to any one of the first to third aspects is disposed upstream of the lean NOx catalyst in the exhaust passage. A catalyst upstream oxygen concentration detecting means capable of detecting an oxygen concentration, wherein the surplus oxygen amount estimating means is configured to detect the amount of surplus oxygen after combustion in the combustion chamber based on a detection result of the catalyst upstream oxygen concentration detecting means; It is characterized by being configured to estimate.
[0015]
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided an exhaust gas purification apparatus for an engine according to the present invention, wherein the exhaust gas purifying apparatus according to any one of the first to third aspects is disposed upstream of the lean NOx catalyst in the exhaust passage. A global air-fuel ratio sensor capable of detecting the air-fuel ratio state from the oxygen concentration is provided, and the surplus oxygen amount estimating means estimates the amount of surplus oxygen after combustion in the combustion chamber based on the detection result of the global air-fuel ratio sensor It is characterized by being configured.
[0016]
An exhaust gas purification apparatus for an engine according to a sixth aspect of the present invention is the configuration according to any one of the first to third aspects, further comprising operating state detection means for detecting an operating state of the engine, and the excess oxygen amount The estimating means is configured to estimate the amount of surplus oxygen after combustion in the combustion chamber based on the detection result of the operating state detecting means.
[0017]
According to a seventh aspect of the present invention, the exhaust gas purifying apparatus for an engine according to the present invention is characterized in that, in the structure according to any one of the first to third aspects, an oxidation catalyst is disposed downstream of the lean NOx catalyst. Yes.
The exhaust gas purifying apparatus for an engine of the present invention according to claim 8 is the configuration according to claim 7, wherein the catalyst downstream air-fuel ratio detecting means is disposed downstream of the lean NOx catalyst and upstream of the oxidation catalyst. It is characterized by being arranged.
[0018]
[Action]
In the engine exhaust gas purifying apparatus according to the first aspect of the present invention, for normal combustion, nitrogen oxide (NOx) that is particularly easily discharged in the case of lean combustion operation with lean air-fuel ratio. Is absorbed by the lean NOx catalyst. For this reason, NOx emission is suppressed.
[0019]
On the other hand, when the heating determining means determines whether or not the lean NOx catalyst is to be heated and the heating determining means determines that the lean NOx catalyst is to be heated, the fuel supply means A required amount of fuel set as follows is supplied to the upstream side of the lean NOx catalyst.
That is, the surplus oxygen amount estimating means estimates the amount of surplus oxygen after combustion in the combustion chamber, and the fuel amount calculating means calculates the amount of fuel that can be completely burned with this estimated amount of surplus oxygen. The fuel supply means supplies the amount of fuel calculated by the fuel amount calculation means to the upstream side of the lean NOx catalyst.
[0020]
As a result, the lean NOx catalyst is supplied with a mixture of surplus oxygen after combustion and fuel in an amount sufficient for complete combustion with this surplus oxygen, that is, a mixture in the stoichiometric air-fuel ratio state. Part of the fuel that has been supplied reaches the lean NOx catalyst, and the remainder of the supplied fuel reaches the lean NOx catalyst and undergoes catalytic action to burn.
[0021]
This combustion heats the lean NOx catalyst to a required temperature state.
In the exhaust gas purifying apparatus for an engine according to the second aspect of the present invention, the heating determination means is configured so that the purification ability reducing substance is removed from the lean NOx catalyst in accordance with the state of attachment of the purification ability reducing substance to the lean NOx catalyst. It is determined that the lean NOx catalyst should be heated when it is in a state to be recovered and the sulfur content absorbed in the catalyst is released by the heating of the lean NOx catalyst by the combustion described above. In addition, since the air-fuel ratio is set to the stoichiometric state, the released sulfur is immediately reduced by the unburned gas in the exhaust gas.
[0022]
That is, since the air-fuel mixture supplied to the lean NOx catalyst is in the stoichiometric air-fuel ratio in this way, the exhaust gas discharged from the lean NOx catalyst should have an oxygen amount corresponding to the stoichiometric air-fuel ratio, but the surplus The air-fuel mixture actually supplied to the lean NOx catalyst may not be the stoichiometric air-fuel ratio due to an estimation error of the oxygen amount, an error of the supplied fuel amount, etc., and the sulfur component absorbed by the catalyst as described above Even if the stoichiometric air / fuel mixture is actually supplied to the lean NOx catalyst by combustion (oxidation) or the like, the exhaust gas discharged from the lean NOx catalyst may not have an oxygen amount corresponding to the stoichiometric air / fuel ratio. is there.
[0023]
However, in this apparatus, the catalyst downstream air-fuel ratio detection means detects whether the oxygen concentration in the exhaust gas downstream of the lean NOx catalyst is richer or leaner than the stoichiometric air-fuel ratio. Based on this detection result, the correcting means corrects the fuel amount calculated by the fuel amount calculating means so that the downstream side of the lean NOx catalyst has an oxygen amount corresponding to the stoichiometric air-fuel ratio.
[0024]
Therefore, the fuel supply means supplies an amount of fuel based on this correction. The surplus air after combustion completely burns the fuel supplied to the lean NOx catalyst in this way.
In the engine exhaust gas purifying apparatus according to the third aspect of the present invention, the fuel supply means is configured to inject the fuel to the lean NOx catalyst so as to directly inject the fuel into the combustion chamber. Operate the valve during the engine exhaust stroke. Since the fuel injected during the exhaust stroke is discharged from the combustion chamber together with the exhaust gas after combustion, it does not affect the subsequent combustion stroke.
[0025]
In the engine exhaust gas purifying apparatus according to the fourth aspect of the present invention, the catalyst upstream-side oxygen concentration detection means disposed upstream of the lean NOx catalyst in the exhaust passage includes oxygen concentration in the exhaust gas. And the surplus oxygen amount estimating means estimates the amount of surplus oxygen after combustion in the combustion chamber based on the detection result of the upstream catalyst oxygen concentration detecting means.
[0026]
In the exhaust gas purifying apparatus for an engine according to the fifth aspect of the present invention, the global air-fuel ratio sensor disposed upstream of the lean NOx catalyst in the exhaust passage is configured to convert the air-fuel ratio from the oxygen concentration in the exhaust gas. The state is detected, and the surplus oxygen amount estimation means estimates the amount of surplus oxygen after combustion in the combustion chamber based on the detection result of the global air-fuel ratio sensor.
[0027]
In the engine exhaust gas purifying apparatus according to the sixth aspect of the present invention, the operating state detecting means detects the operating state of the engine, and the surplus oxygen amount estimating means determines the detection result of the operating state detecting means. Based on this, the amount of surplus oxygen after combustion in the combustion chamber is estimated.
In the engine exhaust gas purification apparatus according to the seventh aspect of the present invention, the oxidation catalyst disposed downstream of the lean NOx catalyst burns (oxidizes) the lean NOx catalyst such as unburned components of the fuel. Combustion (oxidation) of components that could not be completed is promoted.
[0028]
In the engine exhaust gas purifying apparatus according to the eighth aspect of the present invention, the catalyst downstream air-fuel ratio detecting means is disposed downstream of the lean NOx catalyst and upstream of the oxidation catalyst. The air-fuel ratio can be detected with respect to the oxygen concentration in the exhaust gas after being acted on by the lean NOx catalyst and before being acted on by the oxidation catalyst, and the amount of fuel to be supplied to the lean NOx catalyst can be appropriately controlled .
[0029]
【Example】
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
First, an exhaust gas purification apparatus for an engine as a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing an internal combustion engine provided with an exhaust gas purification device for an engine according to the present embodiment. In FIG. 2, reference numeral 1 denotes a gasoline engine body of an automobile engine, including a combustion chamber and an intake system. The ignition system and the like are configured to allow lean combustion.
[0030]
In particular, the engine body 1 is an in-cylinder injection engine that directly injects fuel into each cylinder.AsFor this reason, each cylinder is provided with a fuel injection valve (injector) 3 as a fuel supply means so that the injection port faces the combustion chamber 2 directly.
In this embodiment, the engine body 1 is configured as a four-cylinder in-line engine. However, the number of cylinders is not limited to this, and the engine type is also applicable to various engines such as a V-type engine and a horizontally opposed engine. it can.
[0031]
An intake passage 5 communicating with the combustion chamber 2 via an intake valve 4 includes an intake port 5A formed for each cylinder, an intake manifold 5B coupled to each of these intake ports 5A, and an intake manifold 5B. A surge tank 5C provided in the upstream portion and an intake pipe 5D coupled to the upstream end of the intake manifold 5B are configured. The intake passage 5 is provided with an air cleaner 6, an air flow sensor 7 for detecting an intake air amount Af, a throttle valve 8, and an ISC (idle speed control) valve (not shown) from the upstream side. An intake air temperature sensor 9 and an atmospheric pressure sensor 10 are provided in the case of the air cleaner 6.
[0032]
As the air flow sensor 7, for example, a Karman vortex air flow sensor or the like is used. The ISC valve is for controlling the idling speed, and adjusts the valve opening according to the fluctuation of the engine load Le due to the operation of an air conditioner (not shown) to change the intake air amount to perform the idling operation. Stabilize. In addition, this ISC valve operates on the valve opening side during air-fuel ratio correction control, which will be described later, and acts to compensate for a decrease in output accompanying the execution of air-fuel ratio correction.
[0033]
An exhaust passage 12 communicating with the combustion chamber 2 via an intake valve 11 includes an exhaust port 12A formed for each cylinder, an exhaust manifold 12B coupled to each of these exhaust ports 12A, and an exhaust manifold 12B. The exhaust pipe 12C is coupled to the upstream side. An exhaust gas purification catalyst (hereinafter referred to as catalyst) 13 is installed in such an exhaust passage 12.
[0034]
The catalyst 13 is configured, for example, as an underfloor catalyst installed under the floor of the vehicle, and includes two catalysts, a lean NOx catalyst 13A and a three-way catalyst 13B, and the lean NOx catalyst 13A is more than the three-way catalyst 13B. Arranged upstream. The lean NOx catalyst 13A is provided with a NOx absorbent, adsorbs NOx (nitrogen oxides) in an oxidizing atmosphere such as when operating in a lean state of the air-fuel ratio (lean combustion operation), and produces HC (carbonization). In a reducing atmosphere where hydrogen is present, NOx is replaced by N₂It has a function of reducing to (nitrogen) or the like.
[0035]
As the NOx catalyst 13A, for example, a catalyst made of Pt having heat deterioration resistance and an alkali rare earth such as lanthanum or cerium is used. On the other hand, the three-way catalyst 13B has the function of oxidizing HC and CO (carbon monoxide) and reducing NOx. The reduction of NOx by the three-way catalyst 13B is near the stoichiometric air-fuel ratio (14.7). It is to be promoted to the maximum.
[0036]
An air-fuel ratio sensor (catalyst upstream oxygen concentration detection means) 14 is provided at a location near the combustion chamber 2 on the upstream side of the catalyst 13. As the air-fuel ratio sensor 14, for example, a linear A / F sensor (global air-fuel ratio sensor) is used, and the air-fuel ratio supplied to the combustion chamber 2 based on the oxygen concentration of the exhaust gas discharged from the combustion chamber 2 is used. The air-fuel ratio can be detected in a wide area.
[0037]
Further, an air-fuel ratio sensor (catalyst downstream-side air-fuel ratio detecting means) 15 is provided at a location near the catalyst 13 on the downstream side of the catalyst 13. As this air-fuel ratio sensor 15, for example, a linear A / F sensor (entire air-fuel ratio sensor) is used, and the air-fuel ratio supplied to the combustion chamber 2 based on the oxygen concentration of the exhaust gas discharged from the combustion chamber 2 is used. The air-fuel ratio can be detected in a wide area.
[0038]
Further, the catalyst 13 is provided with a catalyst temperature sensor 16 for detecting the temperature of the catalyst body. The catalyst temperature sensor 16 detects the temperature of the catalyst body through a catalyst bed (not shown), and is particularly configured as a high temperature sensor that can detect the temperature of the NOx catalyst 13A up to a high temperature range. The catalyst temperature sensor 16 can also function as exhaust temperature estimation means for estimating the exhaust temperature from the engine 1.
[0039]
The engine body 1 is also provided with a spark plug 17 for igniting a mixture of air supplied from the intake port 5A to the combustion chamber 2 and fuel supplied from the injector 3 into the combustion chamber 2 for each cylinder. Has been placed. Reference numeral 18 denotes a throttle opening sensor (throttle sensor) that detects the opening θTH of the throttle valve 7, and 19 is a water temperature sensor that detects the cooling water temperature TW.
[0040]
An ECU (electronic control unit) 23 is installed in order to perform air-fuel ratio control, ignition timing control, intake air amount control, control related to an exhaust gas purification catalyst 13, which will be described later, and the like.
The hardware configuration of the ECU 23 is as shown in FIG. 3. The ECU 23 includes a CPU 27 as a main part thereof, and the CPU 27 includes the intake air temperature sensor 9, the atmospheric pressure sensor 10, and the air-fuel ratio sensor. 14, 15, in addition to detection signals from the catalyst temperature sensor 16, the throttle sensor 18, and the water temperature sensor 19, an accelerator position sensor 24 that detects the amount of depression of the accelerator pedal, a battery sensor 25 that detects the battery voltage, and travel of the vehicle Each detection signal from the distance meter 26 that counts the distance based on the integrated value of the vehicle speed pulse is also input via the input interface 28 and the analog / digital converter 30.
[0041]
Further, the air flow sensor 7, the cranking switch [or ignition switch (key switch)] 20 for detecting the start time, the crank angle sensor 21 for detecting the crank angle synchronization signal θCR from the encoder linked to the camshaft, the first cylinder (reference) Detection signals from a TDC sensor (cylinder discrimination sensor) 22, an idle switch 33, an ignition switch, and the like for detecting the top dead center of the cylinder) are input via an input interface 29.
[0042]
The engine rotation speed (engine rotation speed) Ne is calculated from the generation time interval of the crank angle synchronization signal θCR detected by the crank angle sensor 21, so the crank angle sensor 21 that detects the crank angle detects the engine rotation speed. Also serves as a rotation speed sensor. The crank angle sensor 21 and the TDC sensor 22 are provided in the distributor.
[0043]
Further, the CPU 27 holds the stored contents while the ROM 31 for storing program data and fixed value data, the RAM 32 to be updated and sequentially rewritten, the free running counter 48 and the battery are connected via the bus line. Thus, data is exchanged with a battery backup RAM (not shown) backed up.
[0044]
The data in the RAM 32 is erased and reset when the ignition switch is turned off.
In FIG. 3, the fuel injection control signal based on the calculation result by the CPU 27 is mainly shown in FIG. 3 regarding the fuel injection control. The injection driver 34 opens and closes the injector 3 while on / off controlling the power supply from the battery to the solenoid (injector solenoid) 3a of the injector 3 (more precisely, the transistor for the injector solenoid 3a). It is like that.
[0045]
Now, paying attention to the fuel injection control (air-fuel ratio control), the fuel injection control signal calculated by the CPU 27 is output via the driver 34, and, for example, the four injectors 3 are sequentially driven.
And, from the characteristics of the in-cylinder injection engine as described above, in this engine, as a mode of fuel injection, a late injection mode in which fuel injection is performed at the latter stage of the compression stroke in order to realize operation by lean combustion (lean operation); In order to realize the operation by stoichiometric air-fuel ratio combustion (theoretical air-fuel ratio operation or stoichiometric operation), an early-stage injection mode in which fuel injection is terminated at the initial stage or the previous period of the intake stroke is provided. During this theoretical air-fuel ratio operation, if the amount of fuel to be supplied is large, fuel injection may be started from the latter stage or the last stage of the exhaust stroke, and the fuel injection may be terminated at the beginning or the first half of the intake stroke.
[0046]
A description will be given of a portion of the function of the CPU 27 related to the exhaust gas purification device of the engine. As shown in FIG. 1, the CPU 27 includes a surplus oxygen amount estimating unit 101, a fuel amount calculating unit 102, and a correction for correcting the fuel amount. Means 103, heating determination means 104, and fuel injection control means 105 are provided.
Among these, the surplus oxygen amount estimating means 101 estimates the amount of surplus oxygen after combustion in the combustion chamber 2, but the surplus oxygen amount estimating means 101 of this embodiment is an air-fuel ratio sensor (linear A / F sensor). ) The surplus oxygen β (i) in the exhaust system after combustion in the combustion chamber 2 is calculated from the air-fuel ratio AF (i) detected at 14 and the intake air amount detected by the airflow sensor 7. ing.
[0047]
The fuel amount calculating means 102 calculates a fuel amount γ (i) that is sufficient for complete combustion with the surplus oxygen amount β (i) estimated by the surplus oxygen amount estimating means 101.
The correcting unit 103 corrects the fuel amount γ (i) calculated by the calculated fuel amount calculating unit 102 so that the downstream side of the lean NOx catalyst 13A has an oxygen amount corresponding to the stoichiometric air-fuel ratio. That is, in the correction means 103, detection information from the air-fuel ratio sensor (catalyst downstream air-fuel ratio detection means) 15 disposed downstream of the lean NOx catalyst 13A, that is, in the exhaust gas discharged from the lean NOx catalyst 13A. The amount of fuel γ (i) is corrected according to whether the oxygen concentration is richer or leaner than the stoichiometric air-fuel ratio. For example, if the exhaust gas discharged from the lean NOx catalyst 13A is rich, the fuel amount γ (i) is decreased by a certain amount, and if the exhaust gas discharged from the lean NOx catalyst 13A is lean, the fuel amount γ (i) is decreased. Increase by a certain amount.
[0048]
The heating determination means 104 determines that the state of the lean NOx catalyst 13A is the recovery control period start condition, that is, the state in which the purification ability reducing substance such as sulfur is to be removed (that is, the state in which the lean NOx catalyst 13A is to be restored, hereinafter The lean NOx catalyst 13A is determined to be heated when it is in the recovery mode, and includes a heating start determination unit 104A and a heating completion determination unit 104B.
[0049]
That is, since the NOx absorbent provided in the lean NOx catalyst 13A absorbs sulfur such as sulfate in the exhaust gas, the amount of NOx that can be absorbed gradually decreases. Therefore, in the heating start determination unit 104A of the heating determination unit 104, the substance having a reduced purification ability such as sulfur is accumulated to some extent, and the operating state of the engine is in the recovery mode region set as follows. It is determined whether or not.
[0050]
Here, the determination as to whether or not a purifying ability lowering substance such as sulfur has accumulated is made based on the vehicle travel distance D detected by the distance meter 26 here. That is, the travel distance D from the completion of the previous recovery mode is stored in the RAM 32, and the stored travel distance D portion is a predetermined value D.₁If it becomes above, it will determine with the purification capacity decreasing substance (sulfur content) having accumulated to some extent.
[0051]
The predetermined value D₁Can be set according to the experimental results, for example, and in order to set the prediction error of the retention amount such as sulfur content on the safe side, the predetermined value D₁It is conceivable to set a relatively smaller value than that according to the experimental result.
The travel distance D stored in the RAM 32 is reset to 0 when an in-vehicle battery (not shown) is removed. Therefore, when the battery is removed based on the detection information from the battery sensor 25, Regardless of the value of the travel distance D, the same processing as in the case where a certain amount of sulfur has accumulated is performed.
[0052]
As another condition for starting the resurrection mode, it is set that the engine is in a stable operating state region. The engine operating state is stable when the engine is in the middle load region to the high load region (however, a high load region below a certain limit), and is a volume that is an element of the engine rotational speed Ne and the engine load Le. The efficiency ηv and the cooling water temperature TW can be determined, and it is determined whether or not each value falls within the range of the inequalities shown in the following (1) to (3).
[0053]
Ne1 ≦ Ne ≦ Ne2 (1)
ηv1 ≦ ηv ≦ ηv2 (2)
TW1 ≦ TW (3)
The volumetric efficiency ηv is calculated from the air flow rate Af detected by the airflow sensor 7 and the engine rotational speed Ne, etc., and the atmospheric pressure Pa detected by the atmospheric pressure sensor 10, the intake air temperature Ta detected by the intake air temperature sensor 9, etc. It is corrected by. Further, the engine load Le can be calculated from the throttle opening θTH detected by the throttle sensor 18, the volume efficiency ηv, and the like.
[0054]
Further, Ne1, Ne2, ηv1, ηv2 and TW1 indicate threshold values. For example, Ne1 is 1500 rpm, Ne2 is 5000 rpm, ηv1 is 30%, ηv2 is 80%, and TW1 can be regarded as the completion of warm-up operation, for example. It is set to 50 ° C.
As described above, the condition for establishing the refresh operation in the operation state where the operation state of the engine 1 is changed from the middle load region to the high load region is, for example, that the refresh operation is performed in a low load region smaller than Ne1 and ηv1. This is because the output of the engine body 1 is not stable and the driving feeling may be deteriorated. In addition, in a high load range where the values of Ne and ηv are larger than Ne2 and ηv2, the exhaust gas temperature is high. This is because the temperature is high and the NOx catalyst value 13a is further heated and may be burned out.
[0055]
On the other hand, in the heating completion determination unit 104B, the completion of the heating control for restoration is determined. This determination is performed based on the catalyst temperature T (j), and the catalyst temperature T ( j) is the predetermined temperature T₁(T₁Is, for example, about 650 ° C.)_CIs the predetermined time t₁(T₁Is, for example, about 600 seconds), it is determined that the heating control (recovery control) has been completed.
[0056]
The fuel injection control means 105 has two functions, namely, a catalyst heating fuel injection control means 105A and a normal fuel injection control means 105B. In the normal fuel injection control means 105B, fuel for combustion in the combustion chamber 2 is provided. The injection control (injection from the intake stroke to the compression stroke) is performed, and the catalyst heating fuel injection control means 105A controls the fuel injection for catalyst recovery for catalyst restoration.
[0057]
That is, in the catalyst heating fuel injection control unit 105A, when the heating determination unit 104 determines that the catalyst heating control for catalyst restoration should be performed, the fuel amount calculation unit 102 calculates the correction and the correction unit 103 corrects it. The control is performed to supply the amount of fuel to the upstream side of the lean NOx catalyst 13A. When the heating completion determination unit 104B determines that the heating control is completed, the control ends. As described above, the fuel injection at the time of the heating control is performed using the injector (fuel supply means) 3, but is a fuel injection for heating the lean NOx catalyst 13 </ b> A and the fuel performed for combustion in the combustion chamber 2. Different from jetting.
[0058]
In particular, the fuel injection for heating the catalyst is performed within the exhaust stroke of each cylinder (specifically, from the end of the expansion stroke to the exhaust stroke so as not to affect the combustion in the combustion chamber 2). This is performed while the exhaust valve 5 is open. The injection in the intake stroke shown in FIG. 4 is a normal fuel injection performed for combustion in the combustion chamber 2.
[0059]
In addition to the above-described injector 3, an ignition unit or the like is connected to the output side of the ECU 23, and optimum values such as the fuel injection amount and ignition timing calculated based on detection information from various sensors are provided. It is output.
The engine exhaust gas purification apparatus according to one embodiment of the present invention is configured as described above, and thus operates as shown in FIGS. 5 and 6, for example.
[0060]
The flowchart shown in FIG. 5 shows the procedure for determining the start of heating control executed by the ECU 23, and is executed every time the engine body 1 is started.
When it is determined that the amount of deposits other than NOx adhering to the lean NOx catalyst 13a (substance for reducing purification capacity), for example, sulfur or its compound (that is, sulfur component) has reached a predetermined amount as described above, The catalyst heating operation for reviving the catalyst to heat the NOx catalyst 13a to a high temperature state is performed, and the purification ability lowering substance is released from the lean NOx catalyst 13a while making it harmless.
[0061]
First, in step A10, the ECU 23 increases the amount of adhesion of the purification capacity-decreasing substance substantially in proportion to the travel distance (travel distance after completion of heating control) D of the vehicle. Is estimated, and the amount of the purification ability lowering substance attached and deposited on the NOx catalyst 13a is estimated.
Next, in step A20, it is determined whether or not the purification ability reducing substance has reached a predetermined amount based on whether or not the travel distance D read in step A10 is a predetermined value D1 (for example, 1000 km) or more. This predetermined value D1 is set to an appropriate value by experiment or the like, and the NOx emission amount that increases due to the attachment of the purification ability reducing substance, for example, the range in which the attachment quantity of the purification ability reduction substance does not exceed the allowable amount, It is set to a value that does not exceed the value.
[0062]
When the travel distance D is equal to or greater than the predetermined value D1, it can be determined that the purification capacity reducing substance has exceeded the predetermined amount, and the process proceeds to step A40. On the other hand, if the travel distance D has not reached the predetermined value D1, the process proceeds to step A30.
Step A30 is a step of determining whether or not the battery as the control power source is immediately after being removed and reconnected for vehicle maintenance or the like. In this determination, when the battery is removed, the stored value of the travel distance D stored in the ECU 23 which is the storage means is once reset to a zero value, and the consistency between the travel distance D and the adhesion amount of the purification ability lowering substance is confirmed. However, this is performed to prevent the estimation of the adhesion amount in step A10 from being inaccurate.
[0063]
If it is determined No (No) in Step A30, it can be determined that the battery is connected, but the determination result of the travel distance D in Step A20 has not yet reached the predetermined value D1, and in this case The routine ends without doing anything. On the other hand, in the case immediately after reconnection of the battery, the determination result of step A30 is Yes (positive), so that the process proceeds to step A40 next, similarly to the determination result of Yes (positive) in step A20. Even if the battery is removed, if the value of the travel distance D is reliably stored by the backup function of the ECU 23 or the like, the determination in step A30 may not be performed.
[0064]
In step S40, whether or not the operating state of the engine body 1 is a state where the catalyst singing heat operation for the recovery control may be performed (recovery control region) is determined from various sensors that are the operating state detection means. It discriminate | determines based on the signal value of.
Here, the volume efficiency ηv and the coolant temperature TW, which are the elements of the engine rotational speed Ne, the engine load Le, and the cooling water temperature TW are to be determined, and whether or not each value falls within the range of the inequalities shown in the above (1) to (3). Is determined.
[0065]
If the operating state of the engine body 1 is the recovery control region, the recovery mode (recovery control mode), that is, catalyst heating is executed (step A50). Otherwise, the recovery mode, that is, catalyst heating is not executed and the routine is executed. Exit.
When executing the restoration mode, the processing as shown in FIG. 6 is periodically performed in accordance with the operation cycle of the engine. That is, first, initial setting is performed (step B10). In this initial setting, both the control cycle numbers i and j are set to 1, and the air-fuel ratio AF2 (0) on the downstream side of the lean NOx catalyst 13a is set to 0 (theoretical air-fuel ratio).
[0066]
Next, the air-fuel ratio AF2 (i) after combustion in the cylinder is detected (step B20). This detection is performed by the air-fuel ratio sensor 14. The air-fuel ratio AF2 (i) is detected for each control cycle. Since i = 1 at the start of control, the detected value is AF2 (1).
Next, the surplus oxygen amount estimating means 101 calculates the surplus oxygen amount β (i) in the exhaust system based on the detected air-fuel ratio AF2 (i), the intake air amount detected by the air flow sensor 7, and the like. (Step B30). When a linear A / F sensor is used as the air-fuel ratio sensor 14, the air-fuel ratio can be detected over a wide region, and the excess oxygen amount β (i) can be calculated appropriately.
[0067]
Next, a fuel amount γ (i) that is completely combusted with respect to the calculated surplus oxygen amount β (i) is calculated from a known theoretical formula, and a correction value Δγ (AF2 (i2) is further added to the fuel amount γ (i). -1)) is added for correction (step B40). This correction value is obtained in steps B80, B90, and B100 of the previous control cycle. These steps will be described later, but are corrected because AF2 (0) is initially set to 0 at the start of control. Will not be performed substantially.
[0068]
Next, the exhaust stroke injection is performed as shown in FIG. 4 in the fuel injection time corresponding to the fuel amount γ (i) + Δγ (AF2 (i−1)) calculated in this way (step B50).
In step B60, the air-fuel ratio AF2 (i) of the exhaust gas after the exhaust stroke injection detected on the downstream side of the catalyst 13 is detected by the air-fuel ratio sensor (catalyst downstream air-fuel ratio detecting means) 15.
[0069]
Next, in step B70, it is determined whether the air-fuel ratio AF2 (i) is equal to the stoichiometric air-fuel ratio, richer than the stoichiometric air-fuel ratio, or lean. If the air-fuel ratio AF2 (i) is equal to the stoichiometric air-fuel ratio, the routine proceeds to step B80 where the correction value Δγ (AF2 (i)) is set to 0 and no correction is performed, and the air-fuel ratio AF2 (i) is less than the stoichiometric air-fuel ratio. If rich or lean, the process proceeds to steps B90 and B100 to set the correction value Δγ (AF2 (i)). If rich, -Δγ (j) is set as the correction value Δγ (AF2 (i)) in step B90, and if lean, Δγ (j) is set as the correction value Δγ (AF2 (i)) in step B100. . The correction amount Δγ (j) is set according to the air-fuel ratio AF2 (i) on the downstream side of the catalyst.
[0070]
When the correction value Δγ (AF2 (i)) is set in this way, it is determined in steps B110 to B130 whether or not the recovery (heating) of the lean NOx catalyst 13A has been completed. Here, when the state where the lean NOx catalyst 13A exceeds the first set value (for example, 650 ° C.) continues for a predetermined time (for example, 600 seconds), and when the lean NOx catalyst 13A is less than the first set value. When the temperature is excessively increased so as to exceed a high second set value (for example, 750 ° C.), it is determined that the restoration is completed.
[0071]
That is, first, in step B110, based on the high temperature sensor output, that is, the output from the catalyst temperature sensor 16, it is determined whether or not the catalyst temperature T (i) is higher than the first set value (for example, 650 ° C.). To do. At the start of the control, the catalyst temperature T (i) normally does not reach the first set value. Therefore, the process proceeds to step B160, where the control cycle numbers i and j are incremented, and the restoration mode routine of the next cycle is executed. Wait for.
[0072]
When the lean NOx catalyst 13A rises in temperature and the catalyst temperature T (i) becomes higher than the first set value, the timer starts counting when the temperature rises for the first time. In this timer, the duration t in which the catalyst temperature T (i) is larger than the first set value.₀Is continued, but in step B120, the duration t₀Is longer than a predetermined time (for example, 600 seconds).
[0073]
Immediately after the catalyst temperature T (i) becomes higher than the first set value, the timer count does not advance. Therefore, “No” is determined in Step B120, and the process proceeds to Step S130. In step S130, based on the output from the catalyst temperature sensor 16, it is determined whether or not the catalyst temperature T (i) is higher than a second set value (for example, 750 ° C.). If the catalyst temperature T (i) is equal to or lower than the second set value, the process proceeds to step B160, where the control cycle numbers i and j are incremented, respectively, and the system waits for execution of the recovery mode routine of the next cycle.
[0074]
When the catalyst temperature T (i) exceeds the second set value, the recovery is completed (step B140), and the timer value t₀And the travel distance D after completion of the restoration control is reset to 0 (step B150).
Further, even if the catalyst temperature T (i) does not exceed the second set value, the recovery is completed when the state in which the catalyst temperature T (i) exceeds the first set value becomes longer than a predetermined time (for example, 600 seconds). As step B140), the timer value t₀And the travel distance D after completion of the restoration control is reset to 0 (step B150).
[0075]
In this way, in the recovery mode, the lean NOx catalyst 13A is supplied with the air-fuel mixture in the stoichiometric air-fuel ratio in which surplus oxygen after combustion is mixed with an amount of fuel sufficient for complete combustion with this surplus oxygen. In the process where part of the supplied fuel reaches the lean NOx catalyst 13A, the remainder of the supplied fuel reaches the lean NOx catalyst 13A and undergoes catalytic action to burn.
[0076]
Accordingly, the temperature of the lean NOx catalyst 13A is quickly raised, and the sulfur component absorbed in the NOx absorbent of the lean NOx catalyst 13A is decomposed and released from the NOx absorbent, so that the lean NOx catalyst 13A is To be resurrected.
At this stage, the sulfur content is, for example, sulfur oxide SO._ThreeAt this time, since the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the lean NOx catalyst 13A is set to the stoichiometric air-fuel ratio, the sulfur content released from the NOx absorbent is unburned HC in the exhaust gas. Or reduced immediately by CO.
[0077]
Further, when the fuel injection amount is set only in accordance with the air-fuel ratio state upstream of the lean NOx catalyst 13A detected by the air-fuel ratio sensor 14, the excess oxygen amount calculation (or estimation) error and the supply fuel amount The air-fuel mixture that is actually supplied to the lean NOx catalyst may not be the stoichiometric air-fuel ratio due to errors or the like. Further, due to combustion (oxidation) of sulfur or the like absorbed by the catalyst 13A, the lean NOx actually Even if a stoichiometric air-fuel mixture is supplied to the catalyst, the exhaust gas discharged from the lean NOx catalyst may not have an oxygen amount corresponding to the stoichiometric air-fuel ratio.
[0078]
However, in the present exhaust gas purification device, the fuel injection amount is corrected according to the air-fuel ratio state downstream of the lean NOx catalyst 13A, so the air-fuel mixture supplied to the lean NOx catalyst 13A is closer to the stoichiometric air-fuel ratio state. Therefore, there is an advantage that sulfur can be detoxified and discharged efficiently and reliably.
In particular, since the recovery control, that is, the heating control, is performed by exhaust stroke injection separately from the fuel injection for the normal combustion, the recovery control (without causing torque fluctuations) without affecting the normal combustion. Heating control).
[0079]
Therefore, for example, there is an advantage that the lean NOx catalyst can be revived and controlled without giving the driver a sense of incongruity even in a low load region or a low rotation region such as during lean driving.
In addition, according to the exhaust stroke injection, the injected fuel is hardly supplied to the combustion in the combustion chamber and is supplied almost directly to the catalyst together with the exhaust gas in an unburned state. There is an advantage that the activity can be promoted and the resurrection can be completed.
[0080]
Further, according to the exhaust stroke injection, even when the recovery control is performed, the additional fuel injection is performed for the control of the normal fuel injection (that is, the fuel injection in the intake stroke from the end of the exhaust stroke). It can be performed in the same manner whether it is present or not.
In addition, since there is no adverse effect on normal engine operation in the recovery mode, a predetermined value D that serves as a reference for starting the recovery mode₁Can be set to a small value on the safe side, and the reversion control can be performed more frequently so that the sulfur content does not stay excessively.
[0081]
Further, since the exhaust stroke injection is controlled so that the air-fuel ratio is in the stoichiometric state, there is an advantage that the reactivation control of the catalyst can be performed while suppressing the deterioration of fuel consumption.
In addition, the completion of the recovery mode is determined by detecting the catalyst temperature, and the end of the recovery mode is completed, so that the recovery of the catalyst can be performed reliably and the exhaust stroke injection for the recovery of the catalyst can be performed efficiently without waste. Can do.
[0082]
Further, since the temperature of the catalyst 9 can be increased without adding a hardware configuration such as a heater for heating the catalyst to the apparatus, the catalyst can be restored while suppressing an increase in cost.
Next, a description will be given of an exhaust gas purification apparatus for an engine as a second embodiment of the present invention. In this embodiment, the catalyst temperature is estimated by estimation without providing the catalyst temperature sensor 16.
[0083]
That is, in the heating completion determination unit 104B, the completion of the recovery control (heating control) is determined based on the catalyst temperature T (i). First, the catalyst temperature T (i) used for this determination is determined based on the volume efficiency ηv ( i) Based on the engine speed Ne (i), the catalyst temperature before the start of the recovery control [the bed temperature of the underfloor catalyst (UCC)] T (0) is obtained. The temperature increase amount ΔT (i) generated by the combustion by the exhaust stroke injection is added to the catalyst temperature T (0) for each control cycle.
[0084]
The temperature increase amount ΔT can be obtained by the following equation.

However, ηc is the combustion efficiency represented by the following equation, and can be obtained corresponding to the volumetric efficiency ηv (i) and the engine speed Ne (i). Here, it is obtained for each stroke cycle by a map. Corresponding to the volumetric efficiency ηv (i) and the engine speed Ne (i), the combustion efficiency ηc (i) in each stroke cycle is obtained.
ηc (i) = calorific value due to actual combustion / calorific value after complete combustion
Further, ma is the air mass flow rate, Hu is the lower heating value with respect to the fuel injection amount [γ (i) + γ (AF2 (i-1)], 14.7 is the stoichiometric air-fuel ratio, ρg is the combustion gas density, and Fg is the combustion gas passage disconnection. The area, Wg is the combustion gas velocity, and Cpg is the combustion gas specific heat. The air mass flow rate ma, lower heating value Hu, combustion gas density ρg, combustion gas velocity Wg, and combustion gas specific heat Cpg that can change in each stroke cycle. Can also be expressed as ma (i), Hu (i), ρg (i), Wg (i), and Cpg (i) as values for each stroke cycle.₂Is a coefficient for correcting the exhaust gas temperature by exhaust stroke injection (where 0 <k₂≦ 1).
[0085]
Since the engine exhaust gas purifying apparatus according to the second embodiment of the present invention is configured as described above, the recovery mode can be performed, for example, as shown in FIG.
That is, first, initial setting is performed (step C10). In this initial setting, both the control cycle numbers i and j are set to 0, and the air-fuel ratio AF2 (0) on the downstream side of the lean NOx catalyst 13a is set to 0 (theoretical air-fuel ratio).
[0086]
Next, in step C20, based on the volumetric efficiency ηv (i) and the engine speed Ne (i), a catalyst temperature [bed temperature of the underfloor catalyst (UCC)] T (0) before starting the recovery control is obtained from the map. Further, in step C30, it is determined whether or not the catalyst temperature T (0) is equal to or higher than a second set value (for example, 750 ° C.). If the catalyst temperature T (0) is equal to or higher than the second set value, the recovery is completed (end of the recovery mode). Normally, at the start of the recovery mode, the catalyst temperature T (0) increases to the second set value. Since it is not, go to Step C40.
[0087]
In step C40, the air-fuel ratio AF2 (i) after combustion in the cylinder is detected. Next, the process proceeds to step C50, where the surplus oxygen amount estimation means 101 detects the surplus oxygen amount β (() in the exhaust system based on the detected air-fuel ratio AF2 (i), the intake air amount detected by the airflow sensor 7, and the like. i) is calculated.
Next, in step C60, a fuel amount γ (i) for complete combustion with respect to the calculated surplus oxygen amount β (i) is calculated from a known theoretical formula, and a correction value Δγ (AF2) is added to the fuel amount γ (i). (I-1)) is added and corrected. Further, in step C70, the lower heating value Hu (i) with respect to the fuel injection amount [γ (i) + γ (AF2 (i-1)] is calculated, and the fuel amount γ (i) + Δγ calculated in this way. Exhaust stroke injection is performed as shown in FIG. 4 at a fuel injection time corresponding to (AF2 (i-1)) (step C80).
[0088]
Next, the process proceeds to step C90, where the catalyst downstream air-fuel ratio detection means 15 detects the air-fuel ratio AF2 (i) of the exhaust gas after exhaust stroke injection detected downstream of the catalyst 13. In step C100, it is determined whether the air-fuel ratio AF2 (i) is equal to the stoichiometric air-fuel ratio, richer than the stoichiometric air-fuel ratio, or lean. If the air-fuel ratio AF2 (i) is equal to the stoichiometric air-fuel ratio, the routine proceeds to step C110, the correction value Δγ (AF2 (i)) is set to 0 and no correction is performed, and the air-fuel ratio AF2 (i) is less than the stoichiometric air-fuel ratio. If also rich or lean, the process proceeds to steps C120 and C130 to set the correction value Δγ (AF2 (i)). If rich, -Δγ (j) is set as the correction value Δγ (AF2 (i)) in step C120, and if lean, Δγ (j) is set as the correction value Δγ (AF2 (i)) in step C130. . The correction amount Δγ (j) is set according to the air-fuel ratio AF2 (i) on the downstream side of the catalyst.
[0089]
When the correction value Δγ (AF2 (i)) is set in this way, it is determined in steps C140 to C190 whether or not the restoration of the lean NOx catalyst 13A has been completed.
That is, in step C140, the combustion efficiency ηc (i) is read from the map based on the volumetric efficiency ηv (i) and the engine speed Ne (i). In step C150, the combustion efficiency ηc (i), the air mass flow rate ma (i), the lower heating value Hu (i), the combustion gas density ρg (i), the combustion gas cross-sectional area Fg, and the combustion gas velocity Wg (i ), Specific heat of combustion gas Cpg (i), correction coefficient k₂Based on the above, the temperature rise ΔT is calculated by the equation (4).
[0090]
In step C160, the current catalyst temperature T (i) is estimated by adding the calculated temperature increase amount ΔT to the previously estimated catalyst temperature T (i). However, in the control cycle at the start of control (first time), i = 0, and the catalyst temperature T (0) is the value set in step C20.
Further, in step C170, it is determined whether or not the currently estimated catalyst temperature T (i) is higher than a first set value (for example, 650 ° C.). At the start of the control, the catalyst temperature T (i) normally does not reach the first set value. Therefore, the process proceeds to step C180, where the control cycle numbers i and j are incremented, and the restoration mode routine of the next cycle is executed. Wait for. In this case, processing is performed from step C30 in the next cycle.
[0091]
When the lean NOx catalyst 13A rises in temperature and the estimated value T (i) of the catalyst temperature becomes larger than the first set value, the timer starts counting when it becomes larger for the first time. With this timer, the duration t in which the catalyst temperature T (i) is larger than the first set value.₀Count. In step C190, the duration t₀Is longer than a predetermined time (for example, 600 seconds).
[0092]
Immediately after the catalyst temperature T (i) becomes higher than the first set value, the timer count does not advance. Therefore, “No” is determined in Step C190, the process proceeds to Step S180, and the control cycle numbers i and j are respectively incremented. Then, it waits for execution of the recovery mode routine of the next cycle (starting from step C30).
On the other hand, when the state in which the catalyst temperature T (i) exceeds the first set value becomes longer than a predetermined time (for example, 600 seconds), the restoration is completed (end of the restoration mode). In this case, the timer value t₀And the travel distance D after completion of the restoration control is reset to zero.
[0093]
Thus, in the second embodiment, the same operation and effect as in the first embodiment can be obtained, and even when there is no sensor for detecting the catalyst temperature, the catalyst temperature T (i) is estimated, Completion of restoration (end of restoration mode) can be determined, the catalyst can be reliably restored, and exhaust stroke injection for catalyst restoration can be performed efficiently without waste.
[0094]
Next, a description will be given of an engine exhaust gas purification apparatus as a third embodiment of the present invention. In this embodiment, as shown in FIG. The configuration is different. That is, in the present embodiment, the two catalysts of the lean NOx catalyst 13A and the oxidation catalyst 13C are provided, and the oxidation catalyst 13C is disposed on the downstream side of the lean NOx catalyst 13A. These lean NOx catalyst 13A and oxidation catalyst 13C are also configured as, for example, underfloor catalysts installed under the floor of the vehicle.
[0095]
The oxidation catalyst 13C promotes combustion (oxidation) of the unburned components of the fuel released from the lean NOx catalyst 13A that cannot be burned (oxidized) by the lean NOx catalyst.
An air-fuel ratio sensor (catalyst downstream air-fuel ratio detection means) 14 is disposed downstream of the lean NOx catalyst 13A and upstream of the oxidation catalyst 13C.
[0096]
Other configurations are the same as those in the first embodiment or the second embodiment.
Since the engine exhaust gas purification apparatus according to the third embodiment of the present invention is configured as described above, in the recovery mode, the catalyst can be appropriately recovered as in the first and second embodiments. Further, for NOx, HC and CO generated in the exhaust gas during normal combustion, the lean NOx catalyst 13A removes NOx, and the oxidation catalyst 13C removes HC and CO.
[0097]
Further, since the catalyst downstream air-fuel ratio detection means 15 is disposed downstream of the lean NOx catalyst 13A and upstream of the oxidation catalyst 13C, it receives the catalytic action of the lean NOx catalyst 13A, but the oxidation catalyst 13C The air-fuel ratio state can be detected with respect to the exhaust gas before receiving the operation, and the amount of fuel to be supplied to the lean NOx catalyst 13A can be appropriately controlled.
[0098]
In addition, as the catalyst upstream oxygen detection means 14, instead of the air-fuel ratio sensor (linear A / F sensor), other oxygen detection means or the operating state of the engine may be used. The engine operating state in this case may be an engine operating mode such as the lean combustion mode or the stoichiometric air-fuel ratio combustion operating mode, and the engine load and engine speed, etc. added to this. Since the means for detecting (operating state detecting means) is generally existing in an automobile engine or the like, there is an advantage that fuel supply control for catalyst restoration can be performed at a low cost without providing a special sensor.
[0099]
Further, as the catalyst downstream side air-fuel ratio detecting means 15, for example, an oxygen sensor (O) is used instead of the air-fuel ratio sensor (linear A / F sensor).₂It is also possible to use a sensor. In this case, it is possible to determine whether the air-fuel ratio AF2 (i) of the exhaust gas after the exhaust stroke injection downstream of the catalyst 13 is richer or leaner than the stoichiometric air-fuel ratio, but the air-fuel ratio itself is detected. Since the correction amount Δγ (j) cannot be performed, a preset fixed value (eg, Δγ₁).
[0100]
In each of the above-described embodiments, the catalyst is heated to restore the catalyst. However, not only to restore the catalyst, but also to maintain the temperature of the catalyst in a temperature range suitable for the catalytic reaction, for example. Catalyst heating can also be performed.
[0101]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the engine exhaust gas purification apparatus of the present invention, the exhaust passage for exhausting exhaust gas from the combustion chamber and the exhaust gas installed in the exhaust passage during the lean combustion operation are provided. A lean NOx catalyst that absorbs nitrogen oxide (NOx) therein, surplus oxygen amount estimating means for estimating the amount of surplus oxygen after combustion in the combustion chamber, and an amount estimated by the surplus oxygen amount estimating means Fuel amount calculation means for calculating the amount of fuel that can be completely burned with surplus oxygen, heating determination means for determining whether or not the lean NOx catalyst should be heated, and the state to be heated by the heating determination means A fuel supply means for supplying the amount of fuel calculated by the fuel amount calculation means to the upstream side of the catalyst when determined to be, and a downstream side of the lean NOx catalyst. Oxygen concentration is higher than the stoichiometric air-fuel ratio A catalyst downstream oxygen sensor capable of detecting whether it is a rich side or a lean side, and a catalyst downstream side air-fuel ratio detecting means such that the downstream side of the lean NOx catalyst has an oxygen amount corresponding to the stoichiometric air-fuel ratio. A correction means for correcting the fuel amount calculated by the fuel amount calculation means based on the detection result is provided, so that the purification ability reducing substance such as sulfur adsorbed on the lean NOx catalyst is released from the lean NOx catalyst. Thus, after being reduced, the exhaust gas can be discharged from the exhaust passage together with the exhaust gas, so that the lean NOx catalyst can be reliably heated.
[0102]
Thereby, the lean NOx catalyst can be maintained at a required temperature state, and the performance of the lean NOx catalyst can be sufficiently exhibited.
According to a second aspect of the present invention, there is provided the exhaust gas purification apparatus for an engine according to the first aspect of the invention, wherein the heating determination means is configured so that the lean NOx catalyst is in accordance with the state of attachment of the substance having reduced purification ability to the lean NOx catalyst. The lean NOx catalyst is reliably heated while the lean NOx catalyst is determined to be in a state in which the lean NOx catalyst is to be heated when the purification ability lowering substance is removed from the exhaust gas. There is an advantage that the exhaust gas purification performance of the catalyst can be ensured over a long period of time.
[0103]
In addition, since the amount of fuel supplied to restore the lean NOx catalyst is controlled without excess or deficiency, there is an advantage that the lean NOx catalyst can be restored efficiently while suppressing fuel consumption.
According to the exhaust gas purification apparatus for an engine of the present invention as set forth in claim 3, in the configuration according to

claim

1 or 2, a fuel injection valve for directly injecting fuel into the combustion chamber is provided, and the fuel supply means comprises: Fuel injection valve and fuel injection control means for controlling the fuel injection valve so that an amount of fuel calculated by the fuel quantity calculation means and appropriately corrected by the correction means is supplied during the exhaust stroke of the engine Therefore, even if the fuel supply for reviving the lean NOx catalyst is performed, the combustion in the normal combustion chamber is not affected, so that the lean NOx catalyst is revived without causing engine torque fluctuations. Can do. Therefore, the lean NOx catalyst can be restored even in a low load region or a low rotation region of the engine. Further, the normal fuel injection control can be executed as in the case where the catalyst is not restored.
[0104]
According to the exhaust gas purification apparatus for an engine of the present invention as set forth in claim 4, in the configuration according to any one of claims 1 to 3, the exhaust gas is disposed upstream of the lean NOx catalyst in the exhaust passage. Provided with a catalyst upstream oxygen concentration detecting means capable of detecting the oxygen concentration in the catalyst, and the surplus oxygen amount estimating means is configured to detect surplus oxygen after combustion in the combustion chamber based on a detection result of the catalyst upstream oxygen concentration detecting means. Therefore, the amount of surplus oxygen after combustion in the combustion chamber can be reliably estimated, and the lean NOx catalyst can be efficiently heated.
[0105]
According to the exhaust gas purification apparatus for an engine of the present invention as set forth in claim 5, in the configuration according to any one of claims 1 to 3, the exhaust gas is disposed upstream of the lean NOx catalyst in the exhaust passage. A global air-fuel ratio sensor capable of detecting an air-fuel ratio state from the oxygen concentration in the exhaust gas, and the surplus oxygen amount estimating means determines the amount of surplus oxygen after combustion in the combustion chamber based on the detection result of the global air-fuel ratio sensor The amount of surplus oxygen flowing into the lean NOx catalyst can be accurately estimated, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture flowing into the lean NOx catalyst can be made closer to the stoichiometric air-fuel ratio, and the fuel can be The lean NOx catalyst can be heated and revived by heating while being used efficiently.
[0106]
According to the exhaust gas purification apparatus for an engine of the present invention as set forth in claim 6, in the configuration according to any one of claims 1 to 3, an operating state detecting means for detecting an operating state of the engine is provided, and the surplus The oxygen amount estimation means is configured to estimate the amount of surplus oxygen after combustion in the combustion chamber based on the detection result of the operating state detection means, thereby reducing the cost while using the existing detection means. Thus, it is possible to perform catalyst supply and fuel supply control for reviving by heating.
[0107]
According to the exhaust gas purification apparatus for an engine of the present invention as set forth in claim 7, in the structure according to any one of claims 1 to 3, an oxidation catalyst is disposed downstream of the lean NOx catalyst. The catalyst can be heated and revived by heating more reliably and promptly.
According to the exhaust gas purification apparatus for an engine of the present invention as set forth in claim 8, in the configuration according to claim 7, the catalyst downstream air-fuel ratio detection means is located downstream of the lean NOx catalyst and upstream of the oxidation catalyst. The amount of fuel to be supplied to the lean NOx catalyst can be appropriately controlled, and the air-fuel ratio of the air-fuel mixture flowing into the lean NOx catalyst can be made closer to the stoichiometric air-fuel ratio state. In addition, the lean NOx catalyst can be reliably heated and revived by heating while efficiently using the fuel.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram schematically showing a main configuration of an exhaust gas purifying apparatus for an engine as a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an overall configuration diagram of an engine system in an engine exhaust gas purification apparatus as a first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a control block diagram of the engine in the engine exhaust gas purification apparatus as the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing fuel injection characteristics in an exhaust gas purifying apparatus for an engine as a first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a flowchart for explaining the operation of the engine exhaust gas purifying apparatus according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 6 is a flowchart for explaining the operation of the engine exhaust gas purifying apparatus according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a flowchart for explaining the operation of the exhaust gas purification apparatus for an engine according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 8 is an overall configuration diagram of an engine system in an engine exhaust gas purification apparatus as a third embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
  1 Engine body
  2 Combustion chamber
  3. Fuel injection valve (injector) as fuel supply means
  3a Injector solenoid
  4 Intake valve
  5 Intake passage
  5A Intake port
  5B Intake manifold
  5C surge tank
  5D intake pipe
  6 Air cleaner
  7 Air flow sensor
  8 Throttle valve
  9 Intake air temperature sensor
  10 Atmospheric pressure sensor
  11 Intake valve
  12 Exhaust passage
  12A exhaust port
  12B Exhaust manifold
  12C exhaust pipe
  13 Exhaust gas purification catalyst
  13A lean NOx catalyst
  13B Three-way catalyst
  13C acidConversioncatalyst
  14 Air-fuel ratio sensor (catalyst upstream oxygen detection means)
  15 Oxygen sensor (catalyst downstream air-fuel ratio detection means)
  16 Catalyst temperature sensor
  17 Spark plug
  18 Throttle opening sensor (throttle sensor)
  19 Water temperature sensor
  20 Cranking switch [Ignition switch (key switch)]
  21 crank angle sensor (engine speed sensor)
  22 TDC sensor (cylinder discrimination sensor)
  23 ECU (Electronic Control Unit)
  24 Accelerator position sensor
  25 Battery sensor
  26 Distance meter
  27 CPU
  28, 29 Input interface
  30 Analog / Digital Converter
  31 ROM
  32 RAM
  33 Idle switch
  34 Injection driver(Fuel injection valve drive means)
  48 Free Running CountT
  101 Excess oxygen amount estimation means
  102 Fuel amount calculation means
  103 Correction means
  104 Heating determination means
  104A Heating start determination unit
  104B Heating completion determination unit
  105 Fuel injection control means
  105A Fuel injection control means for catalyst heating
  105B Normal fuel injection control means

Claims

An exhaust passage for exhaust gas exhaust from the combustion chamber;
A lean NOx catalyst that is installed in the exhaust passage and absorbs nitrogen oxides (NOx) in the exhaust gas during lean combustion operation;
Surplus oxygen amount estimating means for estimating the amount of surplus oxygen after combustion in the combustion chamber;
A fuel amount calculating means for calculating a fuel amount sufficient for complete combustion with the amount of surplus oxygen estimated by the surplus oxygen amount estimating means;
Heating determination means for determining whether or not the lean NOx catalyst is to be heated;
Fuel supply means for supplying an amount of fuel calculated by the fuel amount calculation means to the upstream side of the catalyst when it is determined that the heating determination means is in a state to be heated;
A catalyst downstream air-fuel ratio detecting means disposed downstream of the lean NOx catalyst and capable of detecting whether the oxygen concentration in the exhaust gas is richer or leaner than the stoichiometric air-fuel ratio;
Correction means for correcting the fuel amount calculated by the fuel amount calculation means based on the detection result of the catalyst downstream air-fuel ratio detection means so that the downstream side of the lean NOx catalyst has an oxygen amount corresponding to the stoichiometric air-fuel ratio. And an exhaust gas purifying device for an engine.

When the heating determination means is in a state to be recovered by removing the purification ability lowering substance from the lean NOx catalyst according to the adhesion state of the purification ability lowering substance to the lean NOx catalyst, the lean NOx catalyst is 2. The exhaust gas purifying device for an engine according to claim 1, wherein it is determined that the state is to be heated.

A fuel injection valve for directly injecting fuel into the combustion chamber is provided;
The fuel supply means controls the fuel injection valve and the fuel injection valve so that an amount of fuel calculated by the fuel amount calculation means and appropriately corrected by the correction means is supplied during the exhaust stroke of the engine. The engine exhaust gas purifying device according to claim 1 or 2, characterized by comprising fuel injection control means for controlling.

A catalyst upstream oxygen concentration detecting means disposed upstream of the lean NOx catalyst in the exhaust passage and capable of detecting the oxygen concentration in the exhaust gas;
The surplus oxygen amount estimating means is configured to estimate the amount of surplus oxygen after combustion in the combustion chamber based on the detection result of the catalyst upstream oxygen concentration detecting means. Item 4. The exhaust gas purifying device for an engine according to any one of Items 1 to 3.

A global air-fuel ratio sensor disposed upstream of the lean NOx catalyst in the exhaust passage and capable of detecting an air-fuel ratio state from an oxygen concentration in the exhaust gas;
The surplus oxygen amount estimating means is configured to estimate the amount of surplus oxygen after combustion in the combustion chamber based on a detection result of the global air-fuel ratio sensor. 4. The exhaust gas purifying device for an engine according to any one of 3 above.

An operating state detecting means for detecting the operating state of the engine is provided,
The surplus oxygen amount estimating means is configured to estimate the amount of surplus oxygen after combustion in the combustion chamber based on the detection result of the operating state detecting means. 4. The exhaust gas purifying device for an engine according to any one of 3 above.

The engine exhaust gas purification apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein an oxidation catalyst is disposed downstream of the lean NOx catalyst.

8. The engine exhaust gas purification device according to claim 7, wherein the catalyst downstream air-fuel ratio detecting means is disposed downstream of the lean NOx catalyst and upstream of the oxidation catalyst.