JP4244510B2 - Exhaust gas purification device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気通路に吸蔵型NOx触媒を有する内燃機関の排気浄化装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、内燃機関をリーン空燃比で運転して燃費の向上を図るようにした希薄燃焼内燃機関が実用化されている。この希薄燃焼内燃機関では、リーン空燃比で運転すると、三元触媒がその浄化特性から排ガス中のNOx(窒素酸化物)を充分に浄化できないという問題があり、最近では、例えば、リーン空燃比で運転中に排ガス中のNOxを吸蔵または吸着(以下、単に吸蔵と称する。)し、理論空燃比(ストイキ)またはリッチ空燃比で運転中に吸蔵されたNOxを放出還元する吸蔵型NOx触媒を備えた排気浄化触媒装置が採用されてきている。
【0003】
この吸蔵型NOx触媒は、内燃機関の酸素の過剰状態で排ガス中のNOxを硝酸塩(X−NO3 )として付着させて吸蔵し、吸蔵したNOxを主として一酸化炭素(CO)の過剰状態で放出して窒素(N2 )に還元させる特性(同時に炭酸塩X−CO3 が生成される)を有した触媒である。従って、実際には、リーン空燃比運転が所定時間継続すると、燃焼室内の空燃比の切換えあるいは排気管への還元剤の供給等により排気空燃比を理論空燃比またはリッチ空燃比に制御するようなリッチ空燃比運転に定期的に切換え(これをリッチスパイクという)、これによって酸素濃度低下雰囲気でCOの多い還元雰囲気を生成し、吸蔵したNOxを放出して浄化還元(NOxパージ)することで吸蔵型NOx触媒の再生を図ることができる。このような技術は、例えば、特許第2586738号公報等に開示されている。
【0004】
ところで、このような吸蔵型NOx触媒では、触媒上に吸蔵できるNOx量に限界があり、吸蔵型NOx触媒が吸蔵したNOx量が限界量に達すると、前述したように、リッチスパイクを実施し、所定のリッチ空燃比の下で所定時間に亘りリッチ空燃比運転が実施される。
【0005】
ところが、この吸蔵型NOx触媒におけるNOxの吸蔵量が限界に達してリッチスパイクが必要となる時点は、吸蔵型NOx触媒のNOx浄化効率の劣化度合やNOx及びCOの流量に影響する内燃機関の運転条件等によって変化する。このような吸蔵型NOx触媒が吸蔵したNOx量が限界に達したことを検出して再生するものとして、例えば、特開平7−166851号公報に開示されたものがある。
【0006】
この公報に開示された「排気浄化装置」は、内燃機関の排気通路にNOx吸収剤を配置すると共に、このNOx吸収剤の下流側にNOxセンサを配置し、このNOxセンサが検出した検出値(NOx成分の濃度)が判定値を越えたときに、排気空燃比をリッチ空燃比として触媒上からNOxを放出する再生制御(NOxパージ)を実行するものである。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、世界各国のNOx排出規制による規制値は、例えば、所定走行距離に対する総NOx排出量となっている。前述した従来の「排気浄化装置」では、それぞれのリーン運転区間というある短い期間でNOx成分の濃度を検出して再生制御を実行しているため、運転者の運転の仕方により、判定値の設定に余裕が少ない場合には、所定走行距離ごとでみた際に必ずしも所望のNOx排出量、例えば、規制値を確実にクリアすることができなくなる虞がある。
【0008】
つまり、上述した「排気浄化装置」にあっては、運転中には所定走行距離に対する総NOx排出量が所望の値、例えば、規制値を越えていないかどうかを把握していないので、様々な運転が行われた場合でも所定走行距離での総NOx排出量が所定値以下となるようにするため、再生制御(NOxパージ)開始のための上記判定値を予め余裕を十分もって低く設定しておく必要がある。このように判定値を設定することにより、空燃比をリッチまたはストイキとする再生制御(NOxパージ)の頻度が余裕を十分にもたせた分増加してしまい、燃費が悪化する。即ち、CO2 の排出量が増大してしまういう問題が発生する。
【0009】
なお、所定走行距離当たりのNOx排出量を所定値内に制御するものとして、例えば、特許第2503387号公報に開示されたものがあるが、この公報に開示された「電子式内燃機関制御装置」は、ストイキ運転領域でのみ、点火時期やEGR量を制御してNOx排出量を制御するものであるから、上述したようなリーン空燃比で運転する希薄燃焼内燃機関に適用すると、空燃比を常時ストイキ運転領域にしなくてはならず、燃費の向上を図ることができない。
【0010】
吸蔵型NOx触媒を備えた希薄燃焼内燃機関では、燃費の向上と排気性能の向上との両立が求められている。例えば、加速時の運転領域でもリーン空燃比とすることが考えられるが、リーン空燃比の領域を増やすとNOx排出量が増加して排気性能が悪化する虞がある。
【0011】
このように、吸蔵型NOx触媒を備えた希薄燃焼内燃機関では、燃費の向上と排気性能の向上とを総合的に管理して両立させることが重要である。
【0012】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、燃費の悪化を招くことなく、加速運転条件においても大気中に放出されるNOx排出量を直接管理することにより確実に所望のNOx排出量に抑え、NOx排出量低減とCO2 排出量の低減を両立することのできる内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明の請求項1に係る内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気通路に設けられて排気空燃比がリーン空燃比のときに排気ガス中のNOxを吸蔵すると共に排気空燃比が理論空燃比またはリッチ空燃比のときに前記吸蔵したNOxを還元浄化する排気浄化装置と、加速リーン運転許可領域と加速リーン運転禁止領域に区分されたリーンゾーンマップに従い機関加速運転時のリーン空燃比での運転を許可するか否かを判定すると共に、NOx総排出量を算出し同NOx総排出量と車両の走行距離との関係が所定の関係より総排出量増加側になると前記リーンゾーンマップの加速リーン運転許可領域を狭くする制御手段とを備え、NOx総排出量と車両の走行距離との関係により総排出量に余裕があるときには加速運転時であってもリーン空燃比での運転を許可し、燃費の向上とNOx総排出量の管理とを両立させる。
【0014】
また、本発明の請求項1に係る内燃機関の排気浄化装置は、NOx総排出量を効率よく抑制するとと同時にNOxの還元機会を増やしてNOx吸蔵性能を効率よく回復させる。
【0015】
また、本発明の請求項2に係る内燃機関の排気浄化装置は、制御手段に、車両が所定走行距離に達する前にNOx総排出量が所定量を越えることが導出される場合は加速運転時以外でも全ての領域でリーン空燃比での運転を中止または抑制する機能を備え、所定走行距離内におけるNOx総排出量を確実に所定値内に抑制する。
【0016】
そして、車両の走行期間は、走行距離を適用することが好ましく、NOx総排出量は、大気中に放出される排気のNOx濃度(検出値または推定値)に基づいて算出することが好ましい。
【0017】
【発明の実施の形態】
図1には本発明の一実施形態例に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成、図2乃至図6には本実施形態の内燃機関の排気浄化装置の制御フローチャート、図7には走行距離とNOx総排出量とに基づくリーンゾーンマップ、図8にはエンジン回転速度と目標平均有効圧とに基づくリーンゾーンマップ、図9には走行距離に対する要求出力及び空燃比モード及びNOx総排出量の関係を表すタイムチャート、図10にはNOxパージのタイムチャートを示してある。
【0018】
本実施形態例の内燃機関(以下、エンジンと称する)は、例えば、燃料噴射モード(運転モード)を切換えることで、吸気行程での燃料噴射(吸気行程噴射モード)または圧縮行程での燃料噴射(圧縮行程噴射モード)を実施可能な筒内噴射型火花点火式直列4気筒ガソリンエンジンである。そして、この筒内噴射型のエンジンは、容易にして理論空燃比(ストイキ)での運転やリッチ空燃比での運転(リッチ空燃比運転)の他、リーン空燃比での運転(リーン空燃比運転)が実現可能となっており、特に圧縮行程噴射モードでは、超リーン空燃比での運転が可能となっている。
【0019】
本実施形態例において、図1に示すように、エンジン11のシリンダヘッド12には、各気筒毎に点火プラグ13と共に電磁式の燃料噴射弁14が取付けられており、この燃料噴射弁14によって燃焼室15内に燃料を直接噴射可能となっている。この燃料噴射弁14には、図示しない燃料パイプを介して燃料供給装置(燃料ポンプ)が接続されており、燃料タンク内の燃料が高燃圧で供給され、この燃料を燃料噴射弁14から燃焼室15内に向けて所望の燃圧で噴射する。この際、燃料噴射量は燃料ポンプの燃料吐出圧と燃料噴射弁14の開弁時間(燃料噴射時間)とから決定される。
【0020】
シリンダヘッド12には、各気筒毎に略直立方向に吸気ポートが形成されており、各吸気ポートと連通するようにして吸気マニホールド16の一端がそれぞれ接続されている。そして、吸気マニホールド16の他端にはドライブバイワイヤ(DBW)方式の電動スロットル弁17が接続されており、このスロットル弁17にはスロットル開度θthを検出するスロットルセンサ18が設けられている。また、シリンダヘッド12には、各気筒毎に略水平方向に排気ポートが形成されており、各排気ポートと連通するようにして排気マニホールド19の一端がそれぞれ接続されている。
【0021】
そして、エンジン11には、クランク角を検出するクランク角センサ20が設けられており、このクランク角センサ20はエンジン回転速度Neを検出可能となっている。なお、上述した筒内噴射型エンジン11は既に公知のものであり、その構成の詳細についてはここでは説明を省略する。
【0022】
また、エンジン11の排気マニホールド19には排気管(排気通路)21が接続されており、この排気管21にはエンジン11に近接した小型の三元触媒22及び排気浄化触媒装置23を介して図示しないマフラーが接続されている。そして、この排気管21における三元触媒22と排気浄化触媒装置23との間の部分には、排気浄化触媒装置23の直上流、即ち、後述する吸蔵型NOx触媒25のに直上流に位置して排気温度を検出する高温センサ24が設けられている。
【0023】
この排気浄化触媒装置23は、排気空燃比がリーン空燃比のときに排気ガス中にNOxを吸蔵するNOx低減機能と、排気空燃比が理論空燃比近傍のときに排気ガス中の有害物質(HC,CO,NOx)を浄化する酸化還元機能とをもたせるために、吸蔵型NOx触媒25と三元触媒26との2つの触媒を有して構成されており、三元触媒26の方が吸蔵型NOx触媒25よりも下流側に配設されている。
【0024】
この三元触媒26は吸蔵型NOx触媒25から吸蔵されたNOxが放出された際に吸蔵型NOx触媒25自身で還元しきれなかったNOxを還元する役目も行っている。なお、排気浄化触媒装置23は、吸蔵型NOx触媒25がNOxを還元し、HCとCOを酸化する三元触媒の機能(ここでは、三元機能と称する。)を十分有している場合には、この吸蔵型NOx触媒25だけとした吸蔵型NOx触媒と三元触媒の一体型であってもよい。
【0025】
この吸蔵型NOx触媒25は、酸化雰囲気においてNOxを一旦吸蔵させ(NOx低減機能)、主としてCOの存在する還元雰囲気中においてNOxを放出してN2 (窒素)等に還元させる還元機能を持つものである。詳しくは、吸蔵型NOx触媒25は、貴金属として白金(Pt)、ロジウム(Rh)等を有した触媒として構成されており、吸蔵材としてはバリウム(Ba)等のアルカリ金属、アルカリ土類金属が採用されている。そして、排気浄化触媒装置23の下流側にはNOx濃度を検出するNOxセンサ27が設けられている。
【0026】
更に、入出力装置、記憶装置(ROM、RAM、不揮発性RAM等)、中央処理装置(CPU)、タイマカウンタ等を有する制御手段としてのECU(電子コントロールユニット)28が設けられており、このECU28によりエンジン11を含めた本実施形態の排気浄化装置の総合的な制御が行われる。即ち、ECU28の入力側には、上述した高温センサ24やNOxセンサ27等の各種センサ類が接続されており、これらセンサ類からの検出情報が入力する。
【0027】
一方、ECU28の出力側には、点火コイルを介して上述した点火プラグ13や燃料噴射弁14等が接続されており、これら点火コイル、燃料噴射弁14等には、各種センサ類からの検出情報に基づき演算された燃料噴射量や点火時期等の最適値がそれぞれ出力される。これにより、燃料噴射弁14から適正量の燃料が適正なタイミングで噴射され、点火プラグ13によって適正なタイミングで点火が実施される。
【0028】
実際に、ECU28では、図示しないアクセル開度センサからのアクセル開度情報とクランク角センサ20からのエンジン回転速度情報Neとに基づいてエンジン負荷に対応する目標筒内圧、即ち、目標平均有効圧Peを求めるようにされており、更に、この目標平均有効圧Peとエンジン回転速度情報Neとに応じてマップ(図示せず)より燃料噴射モードを設定するようにされている。例えば、目標平均有効圧Peとエンジン回転速度Neとが共に小さいときには、燃料噴射モードは圧縮行程噴射モードとされて燃料が圧縮行程で噴射され、一方、目標平均有効圧Peが大きくなり、あるいはエンジン回転速度Neが大きくなると燃料噴射モードは吸気行程噴射モードとされ、燃料が吸気行程で噴射される。
【0029】
そして、目標平均有効圧Peとエンジン回転速度Neとから制御目標となる目標空燃比(目標A/F)が設定され、適正量の燃料噴射量がこの目標A/Fに基づいて決定される。また、高温センサ24により検出された排気温度情報からは触媒温度Tcat が推定される。詳しくは、高温センサ24と吸蔵型NOx触媒25とが多少なりとも離れて配置されていることに起因する誤差を補正するために、目標平均有効圧Peとエンジン回転速度情報Neとに応じて温度差マップが予め実験等により設定されており、触媒温度Tcat は、目標平均有効圧Peとエンジン回転速度情報Neとが決まると一義に推定されるようにされている。
【0030】
以下、このように構成された本実施形態の内燃機関の排気浄化装置の作用について説明する。
【0031】
排気浄化触媒装置23の吸蔵型NOx触媒25では、リーンモードにおける超リーン燃焼運転時のような酸素濃度過剰雰囲気で、排気中のNOxが硝酸塩として吸蔵されて排気の浄化が行われる。一方、酸素濃度が低下した雰囲気では、吸蔵型NOx触媒25に吸蔵した硝酸塩と排気中のCOとが反応して炭酸塩が生成されると共にNOxが放出される。従って、吸蔵型NOx触媒25へのNOxの吸蔵が進むと、空燃比のリッチ化あるいは追加の燃料噴射を行うなどして酸素濃度を低下させてCOを供給し、吸蔵型NOx触媒25からNOxを放出させて機能を維持する。
【0032】
本実施形態例では、車両の走行距離に相関するパラメータ値としての車速センサからの信号をもとに車両の走行距離を検出する一方、NOxセンサ27が吸蔵型NOx触媒25から放出されるNOx濃度を検出し、ECU28がこのNOxセンサ27の出力に基づいて大気中に放出され得るNOx総排出量を演算し、更に、このECU28が所定の走行距離に達する前に、NOx総排出量が所定値を越えた場合に排気空燃比を理論空燃比またはリッチ空燃比に変更することで、吸蔵型NOx触媒25からNOxを放出及び還元浄化する(NOxパージ)と共に、それ以降のNOx排出量を抑えるようにしている。
【0033】
そして、本実施形態例の内燃機関の排気浄化装置では、NOx総排出量を算出し、NOx総排出量と車両の走行期間としての走行距離の関係により、要求出力に対してNOx総排出量及び走行距離に余裕が有る場合にはエンジン11の加速運転時であってもNOxが吸蔵可能な状態であればリーン空燃比での運転が行えるようにしたものである。そして、NOx総排出量が増加側の状態になると、エンジン11の加速運転時におけるリーン空燃比での運転領域を狭くして、NOx総排出量を効率よく抑制すると同時に吸蔵されたNOxの還元浄化機会を増やしてNOx吸蔵性能を効率よく回復させると共に、NOxの排出を抑制するようにしたものである。更に、車両が所定走行距離に達する前にNOx総排出量が所定値を越えることが導出された場合、全ての運転領域でリーン空燃比での運転を制限して、所定走行距離内ではNOx総排出量を確実に所定値内に抑制するようにしたものである。
【0034】
ここで、このNOx排出量制御について、図2乃至図6のフローチャートに基づいて説明する。
【0035】
図2に示すように、ステップS1で運転領域が認識される。即ち、ステップS1では加速ストイキ判定及び定常リーン判定が実施され、加速運転か定常運転かが認識される。加速運転か定常運転かが認識された後、ステップS2で許容破過検査による空燃比モード(A/Fモード)判定が実施される(詳細は図4に基づいて後述する)。リーン運転が連続し、NOx排出量が大きく悪化した場合、即ち、許容破過後において(強制)NOxパージを行うようになっているため、ステップS2では、許容破過検査によるA/Fモード判定(リーン禁止もしくは許可の判定)が実施される。
【0036】
許容破過検査によるA/Fモード判定の後、ステップS3で排出量検査によるA/Fモード判定が実施される(詳細は図5に基づいて後述する)。エンジン11に対する要求出力に応じてA/Fモード判定(ストイキ運転もしくはリーン運転、またはリーン運転以外もしくはリーン運転)が実施される。この判定において、加速運転時であってもストイキ運転(リッチ運転含む)が禁止されてリーン運転が実施可能(リーン空燃比での運転を許可)となっている。従って、加速運転時でもリーン空燃比の運転が実施可能となるため、燃費が向上する。
【0037】
ステップS4でリーン運転(W/リーン)からリーン運転以外(W/Oリーン)に切り替わったか否かが判断され、リーン運転以外に切り換わったと判断された場合、ステップS5でリーン継続時間が判定値T1を越えているか否かが判断される。ステップS5でリーン継続時間が判定値T1を越えていると判断された場合、ステップS6でNOxパージが開始される(詳細は図6に基づいて後述する)。
【0038】
NOxパージの後ステップS7でリーン継続時間がリセットされる。ステップS5でリーン継続時間が判定値T1以下であると判断された場合、ステップS7でリーン継続時間がリセットされる。リーン継続時間の判定値T1は、例えば、5秒程度の短時間に設定され、リーン運転からリーン運転以外に切り換わる度にNOxパージが即座に必要以上に頻繁に実施されることを防止している。ステップS4でリーン運転以外に切り換わっていないと判断された場合、もしくは、ステップS7でリーン継続時間がリセットされた後、リターンとなる。
【0039】
本実施形態例では、リーン運転時におけるNOx排出量及び走行距離が、図3に示すように、サブルーチンによる制御により検出されている。NOx排出量及び走行距離の検出を説明する。
【0040】
図3に示すように、ステップS11でリーン開始後経過時間が所定値tを越えているか否かが判断される。NOxセンサ27の出力は、ストイキ運転またはリッチ運転からリーン運転への切り換え直後は出力が安定しない場合があるので、リーン運転が開始してから所定値tの間はNOxセンサ27の出力を見ずにマスクした状態とする。このため、ステップS11でリーン開始後経過時間が所定値tを越えていない場合、ステップS12でNOxセンサ27の出力をM1とし、NOxセンサ27の出力が安定するまでのNOx値を仮の値のM1とする。
【0041】
M1の値の設定方法としては、リーン切り換え直後はNOxは全て吸蔵型NOx触媒25に吸蔵されほとんどNOxが排出されないとして0としてもよい。また、リーン運転開始後t経過時点でのNOxセンサ27の出力Ntを基に、t間のNOxセンサ27の排出量をNt×t×1/2(リーン開始からt経過時まで直線的にNOxが増加すると仮定)として求めたり、出力Ntを基に、t間のNOxセンサ27の排出量をNt×t×1/3(リーン開始からt経過時まで凸状のカーブを描いてNOxが増加すると仮定)として求めることができる。
【0042】
ステップS11でリーン開始後経過時間が所定値tを越えていると判断された場合、もしくは、ステップS12でNOxセンサ27の出力をM1とした後、ステップS13に移行してNOx排出値を演算する。NOx排出値は、下式(1)によって演算することができる。
NOx排出値=NOxセンサ27出力×吸入空気量×係数×計算周期・・(1)
ただし、係数は単位を合わせるためのものである。
そして、ステップS13でNOx排出値を演算した後、ステップS14でNOx総排出量を演算する。NOx総排出量は、下式(2)によって演算することができる。
NOx総排出量=前回のNOx総排出量+NOx排出値 ・・(2)
更に、ステップS15で走行距離を演算する。走行距離は、下式(3)で演算することができる。
走行距離=前回の走行距離+車速×計算周期 ・・(3)
【0043】
NOxセンサ27の出力はNOx濃度(ppm)であるため、濃度から排出量を演算する際に、ここでは排気量を代表するものとして吸入空気量との積としている。吸入空気量は、予め設定されたエンジン11の負荷・回転数マップにより設定してもよいし、排気流量を直接求めてもよい。
【0044】
(2)式及び(3)式で求めたNOx総排出量及び走行距離により、加速ストイキ許可ラインマップPS1(後述する)が設定され、要求出力をそのときどきのリーンゾーンマップ(後述する)のPS1の値と比較してストイキ運転またはリーン運転(リーン運転以外またはリーン運転)を決定する。
【0045】
走行距離を演算した後、ステップS16で走行距離が管理走行距離L1に到達したか否かが判断され、管理走行距離L1に到達したと判断された場合、ステップS17で走行距離及びNOx総排出量を0として(リセット)して再度演算を繰り返す(リターン)。ステップS16で管理走行距離L1に到達していないと判断された場合、そのままリターンとなる。
【0046】
加速ストイキ許可ラインマップPS1について図7に基づいて説明する。加速ストイキ許可ラインマップPS1は、加速時におけるリーン運転上限出力ラインを設定するものである。
【0047】
図7に示すように、加速ストイキ許可ラインマップPS1は、横軸を走行距離として縦軸をNOx総排出量とした領域を複数に区画したものであり、ここでは管理走行距離L1でNOx総排出量が所定量となる点を通るラインの下側をPS1=Aとしている。PS1=Aのゾーンでは、NOx排出量の増加ペースがこのペース以下であれば、管理走行距離L1時点でのNOx総排出量が所定量を越えないというラインである。そして、ここではAと略平行な複数のラインによって区画し、且つ、NOx総排出量が所定量より下の領域をそれぞれPS1=B,C,D領域とし、NOx総排出量=所定量(管理NOx排出量)のラインの外側(上側)をPS1=E領域としている。従って、現時点の走行距離とNOx総排出量の交点が加速ストイキ許可ラインマップPS1のどの領域にあるかで加速時におけるリーン運転上限出力ラインが設定される。
【0048】
尚、走行距離が短い部分については、NOx総排出量の所定量まで余裕があるので、リーン頻度を増やすためにNOx総排出量が大の側へラインを上げることも可能である。管理走行距離L1は、例えば1kmあるいは排ガスモード走行距離とすることができる。NOx総排出量の所定量は、管理走行距離L1を1kmとした場合は、1kmあたりでの排ガスモード規制値にすればよく、管理走行距離L1を排ガスモード走行距離とした場合は、1kmあたりでの排ガスモード規制値に排ガスモード走行距離を乗じた値とすればよい。また、NOx総排出量の所定量は、前述の値に余裕率を乗じた値としてもよい。
【0049】
リーンゾーンマップについて図8に基づいて説明する。リーンゾーンマップは現在の要求出力に対して加速運転時リーンを許可するか否かを判定するものである。
【0050】
図8に示すように、リーンゾーンマップは、横軸をエンジン回転速度Neとして縦軸を目標平均有効圧Peとした領域をエンジン出力が等しくなる点を結んだ複数の等出力線(A〜D)で区画したものであり、各線の内側が加速ストイキ(リッチ含む)禁止領域(加速リーン運転許可領域)であり、外側がW/Oリーン(ストイキまたはリッチ)での加速運転許可領域である。そして、リーンゾーンマップと図7のPS1とを参照することで加速ストイキ運転可否(加速リーン許可)を判定する。A〜Dのラインは、等エンジンアウトNOx量線、等テールパイプNOx量線としてもよい。この場合は、加速ストイキ運転可否の判定を、エンジンアウトNOx量(エンジン回転速度Neと目標平均有効圧Peのマップ値とPS1の比較、あるいは、テールパイプNOx排出量(NOxセンサ27出力値)とPS1との比較とすればよい。尚、等出力線の数はA〜Dよりも多くしても少なくしてもよい。
【0051】
リーンゾーンマップにて、例えば、初期の加速ストイキ許可ゾーンを示す一番外側のラインAは、燃費は気にせずに燃焼面等から最大限リーン運転域を広くできるように設定している。そうすることで、高負荷域もリーン運転域となり、高加速時もリーン運転が可能となる。実際の運転においては、定常運転(一般にはリーン運転)は少なく、過渡運転(一般には加速運転時はストイキもしくはリッチ運転)の頻度が高いため、結果としてリーン頻度が向上し燃費向上につながる。これによって、一般的な運転の範囲においては、オールリーン運転も可能となり、燃費が大きく向上する。リーンゾーンマップにおいて、PS1がAからDに変化するにつれてリーン運転領域は狭くなり、PS1がDの時は全域で加速リーン運転が禁止される。また、PS1がEの時は定常運転時など加速運転以外を含む全域で全てのリーン運転が禁止される。
【0052】
図7に示した加速ストイキ許可ラインマップPS1及び図8に示したリーンゾーンマップにより、現在の車両の状態において加速ストイキ許可ラインマップからPS1を求め、要求出力とPS1をリーンゾーンマップで比較して現在の車両の状態で加速ストイキを許可するか加速ストイキを禁止、即ち、加速リーンを許可するかを判断し、加速リーン運転を実施する。
【0053】
従って、加速運転時にリーン運転が許可されて燃費が向上すると共に、NOx総排出量と走行距離との関係が所定の関係より総排出量増加側になると、加速運転時のリーン空燃比での運転領域を狭くしているので、NOx総排出量を効率よく抑制できると同時に吸蔵型NOx触媒25に吸蔵されたNOxの還元浄化機会を増やしてNOx吸蔵能力を効率よく回復させることができ、燃費の向上とNOx総排出量の管理を効率的に両立させることができる。また、PS1がEの時(管理走行距離L1が所定量を越える時)は加速運転以外も含む全域で全てのリーン運転を禁止するので、所定期間である管理走行距離L1までの間のNOx総排出量を管理NOx総排出量である所定量未満に確実に抑制することができる。
【0054】
図4に基づいてステップS2における許容破過検査を説明する。
【0055】
図4に示すように、ステップS21でリーン継続時間が所定値T2を越えているか否かが判断され、所定値T2を越えていると判断された場合、ステップS22でリーンが禁止される。所定値T2は、前述した判定値T1よりも大きな値であり、例えば、30秒に設定される。ステップS21でリーン継続時間が所定値T2を越えていないと判断された場合、ステップS23でNOx平均濃度が所定値M2以上か否かが判断される。ステップS23でNOx平均濃度が所定値M2を下回っていると判断された場合、ステップS24でリーンが許可され、ステップS23でNOx平均濃度が所定値M2以上であると判断された場合、ステップS22に移行してリーンが禁止される。
【0056】
NOx平均濃度は、NOxセンサ27の所定値T2間の平均値とされている。NOx平均濃度は、所定値T2が経過した時点での瞬時値でもよい。所定値M2は、エンジン回転速度Neと目標平均有効圧Peのマップにより予め設定されている。所定値M2の設定方法としては、吸蔵型NOx触媒25の浄化効率を、例えば50%確保するようにNOxパージすることを考える場合には、エンジンアウトNOx濃度に0.5を乗じた値とすればよい。また、吸蔵型NOx触媒25からのNOxの破過を許容しない場合には所定値M2を0に近い値に設定すればよく、この場合は、所定値M2をマップとしなくてもよい。
【0057】
つまり、リーン運転が所定値T2を越えて継続する場合、即ち、NOx排出量が大きく悪化すると推定されると共に、リーン運転の継続により触媒温度が低下しHC浄化効率が悪化すると推定される場合には、リーン運転を禁止して強制的にNOxパージを行う。所定のリーン継続時間(所定値T2までの間)のNOx平均濃度が所定値M2以上の場合、吸蔵型NOx触媒25がこれ以上NOxを吸蔵できずにNOxが漏れだしているNOx破過状態と判定し、許容破過後としてリーン運転を禁止してNOxパージ制御を行う。
【0058】
図5に基づいてステップS3における排出量検査を説明する。
【0059】
図5に示すように、ステップS31で要求出力を下式(4)により演算する。
要求出力=目標平均有効圧Pe×エンジン回転速度Ne×係数 ・・(4)
要求出力が演算された後、ステップS32で要求出力がPS1を越えているか否かが判断される。つまり、図7に示した加速ストイキ許可ラインマップから求められるPS1(=A〜E)に対応する図8中の出力ラインと要求出力とを比較して、要求出力がPS1対応出力を越えているか否かが判断される。例えば、走行距離とNOx総排出量との関係から、図7に示した加速ストイキ許可ラインマップPS1からPS1=Bとされた時、要求出力が図8のラインBの内側か外側かが判断される。
【0060】
ステップS32で要求出力がPS1を越えていると判断された場合、要求出力が図8のラインの外側であるので、ステップS33で加速ストイキ(リッチを含む)が許可され、要求出力がPS1以下であると判断された場合、要求出力が図8のラインの内側であるので、ステップS34で加速ストイキ(リッチを含む)が禁止、即ち、加速リーンが許可される。つまり、加速運転時にリーン運転が可能となり、燃費向上を図ることが可能になる。次に、ステップS35でPS1=Eか否かが判断され、PS1=Eであると判断された場合、加速運転時のみならず定常運転を含む全域でリーン運転が禁止されリータンとなり、PS1=Eではないと判断された場合そのままリターンとなる。
【0061】
排出量検査では、要求出力をそのときどきのリーンゾーンマップのPS1(PS1の値は加速ストイキ許可ラインマップPS1から求める)と比較して、ストイキ運転またはリーン運転(W/Oリーン運転またはW/リーン運転)を決定する。NOx総排出量が加速ストイキ許可ラインマップにおいて所定量に達した場合は、PS1=Eとして全域加速リーンを禁止すると共に定常リーンも禁止して全域リーン禁止とする。W/リーン運転からW/Oリーン運転に切り換わるときにはNOxパージ制御を行うようにしてもよい。尚、触媒の特性によっては、切り換え時にNOxパージ制御は行わずに、W/Oリーン運転(ストイキ運転もしくはリッチ運転)を行うだけでもよい。
【0062】
図9に示すように、NOx総排出量がAゾーンの上限に至るまでは(走行距離Laまで)、PS1=Aを越えた要求出力に対してのみ加速時ストイキ運転が許可されてA/Fモードがストイキとなり(d部分)、それ以外(a,b,c部分)は加速ストイキが禁止されて加速リーンとなる。NOx総排出量がBゾーンの上限に至るまでは(走行距離Lbまで)、PS1=Bを越えた要求出力に対して加速ストイキが許可されてA/Fモードがストイキとなり(図示例には該当なし)、それ以外(b部分)は加速ストイキが禁止されて加速リーンとなる。NOx総排出量がCゾーンの上限に至るまでは(走行距離Lcまで)、PS1=Cを越えた要求出力に対して加速ストイキが許可されてA/Fモードがストイキとなり(c,d部分)、それ以外(a部分)は加速ストイキが禁止されて加速リーンとなる。
【0063】
要求出力がbの場合、走行距離Lbまでは加速ストイキが禁止されて加速リーンとなるが、走行距離Lbを越えると同じ要求出力bの場合でも加速ストイキが許可されてA/Fモードがストイキとなる。NOx総排出量がCゾーンの上限を越えて所定量に至るまでは(走行距離Ldまで)、PS1=Dを越えた要求出力に対して加速ストイキが許可されてA/Fモードがストイキとなる(b,c部分)。更に、NOx総排出量が所定値に至ると、管理走行距離L1までの間はPS1=Eとして全域リーン禁止としてA/Fモードが全域でストイキとなり、走行距離及びNOx総排出量がリセットされる(ステップS17参照)。
【0064】
図6に基づいてステップS6におけるNOxパージを説明する。NOxパージは、NOx放出制御としてリーン運転からリッチ運転へ空燃比A/Fを切り換える制御である。
【0065】
図6に示すように、ステップS61でリッチパージが未完了でかつNOxパージが未完了であることが確認される。ステップS62でリッチパージが完了したか否かが判断され、最初は完了していないので、ステップS63に移行してリッチ継続時間がt1を越えたか否かが判断される。t1は、吸蔵パラメータ及びSV(Space Velocity:空間速度=ガス流量/触媒容量)の関数により設定される。
【0066】
吸蔵パラメータは、吸蔵型NOx触媒25に吸蔵されているNOx量に相関する値であり、NOxセンサ27の出力から求めることができる。例えば、吸蔵型NOx触媒25の上下流のNOx量の差から吸蔵されているNOx量を算出する。この場合、吸蔵型NOx触媒25の上流のNOx量はエンジン回転速度Neと目標平均有効圧Peに対するマップで求めたり、新たなNOxセンサを設置してもよい(特開平7−166851号公報参照)。また、吸蔵パラメータを単に、エンジン回転速度Neと目標平均有効圧Peに対するマップで求めてもよく、吸蔵型NOx触媒25に吸蔵されているNOx量が多いほどリッチ継続時間またはストイキ継続時間が長くなるように設定される。
【0067】
パージされるNOx量はCO量の影響を大きく受けるため、SVは、吸蔵型NOx触媒25に供給されるCO量を代表するものとして用いられる。発生するCO量は空燃比A/Fの影響も受けるので、リッチパージ時の空燃比A/Fを運転条件等により可変とする場合には、SVの他に空燃比A/Fもリッチ継続時間の関数に加えるのが好ましい。
【0068】
ステップS63では、最初はリッチ継続時間がt1を越えていないと判断されるため、ステップS64でリッチパージが実行され吸蔵型NOx触媒25に流入する排気の空燃比をストイキよりリッチな所定の空燃比に制御する。リッチパージは、エンジン回転速度Neと目標平均有効圧Peに対するマップにより空燃比A/Fを制御したり、エンジン回転速度Neと目標平均有効圧Peに対するマップによりスロットル開度を制御したり、エンジン回転速度Neと通電状況に対するマップにより点火時期を制御することが実施される。ステップS64でリッチパージが開始された後、ステップS65で目標空燃比A/F(目標A/F)がパルス噴射開始空燃比AF1より小さいか否かが判断される。これは、空燃比が所定のリッチ空燃比に向けてテーリングにより徐々に変化している所定のタイミングでパルス噴射を実行させるためのタイミング判定処理である。具体的にはパルス噴射開始空燃比AF1は吸蔵型NOx触媒25からNOxが多量に放出されるストイキもしくはリッチA/Fとすればよい。
【0069】
ステップS65で目標空燃比A/F(目標A/F)がAF1より小さいと判断された場合、即ち、リーン運転からリッチパージ運転への切り換えテーリング時にA/FがAF1を通過した時に、ステップS67でパルス継続時間がt2より短いか否かが判断され、最初はパルス噴射されていないのでパルス継続時間がt2より短いと判断されてステップS68でパルス噴射が開始される。パルス噴射は、リッチパージの最初の期間においてNOxが大量に放出されるので、NOxを還元するHCを触媒に供給するため、膨張行程での燃料噴射を実行するものである。そして、パルス噴射継続時間のt2は、吸蔵パラメータ及びSVの関数により設定される。パルス噴射継続時間がt2を越えるとステップS62に移行する。
【0070】
ステップS63でリッチ継続時間がt1を越えたと判断された場合、ステップS66でリッチパージ完了と判定する。以後、ステップS62ではリッチパージ完了と判定されることになる。リッチパージ完了の判定は、吸蔵型NOx触媒25の下流の図示しないO2 センサの出力がリーン出力からリッチ出力に変化した時(V1以上となった時)をリッチパージ完了と判定してもよい(原理的には特登2692380号等参照)。この場合、O2 センサの代わりにリニアA/Fセンサを用いてもよく、また、これらと同等の信号がNOxセンサから出力される時はその信号を用いることもできる。また、吸蔵型NOx触媒25の上流にもO2 センサを設置し、リッチパージ中常にリッチ出力を示す上流側O2 センサに対し、下流側O2 センサの出力がリーン出力からリッチ出力に変化し、両O2 センサの出力が一致した時点をリッチパージ完了と判定することも可能である。
【0071】
ステップS62でリッチパージ完了であると判断された場合、ステップS69でストイキ継続時間がt3より短いか否かが判断される。最初はストイキ継続時間がt3より短いと判断され、ステップS70で空燃比を理論空燃比とするストイキパージが実行される。ストイキパージは、フィードバックゲインを別設定にして、空燃比を理論空燃比よりもわずかにリッチ側に制御するスライトリッチ化にして実行してもよい。そして、ストイキパージのt3は、前述したt1,t2と同様に、吸蔵パラメータ及びSVの関数により設定される。ストイキ継続時間がt3を越えると、ステップS71に移行してNOxパージ完了となりリターンとなる。
【0072】
NOxパージにおいて、リッチ継続時間、ストイキ継続時間及びパルス噴射継続時間は、触媒劣化度合いによって可変としてもよい。即ち、触媒が劣化するほど、リッチ継続時間及びパルス噴射継続時間を短くすると共にストイキ継続時間を長くするとよい。また、劣化度合いは走行距離の関数として判定してもよいし、NOxセンサの出力から判定してもよい(特登2888124号等参照)。
【0073】
図10に示すように、上述したNOxパージでは、リーン運転からリッチ運転へ空燃比A/Fを切り換える場合、吸蔵型NOx触媒25に主としてCOを供給するために、例えば、A/F=12としてから1〜5秒間(t1)リッチ運転する。リッチ期間の初期においてNOxが多量に放出されるので、NOxを還元するHCを吸蔵型NOx触媒25に供給するため、A/Fが所定値に達した時点(AF1を通過した時点)で、例えば0.1〜0.5秒間(t2)膨張行程で燃料を噴射するパルス噴射を実行する。その後は、NOxはゆっくりと放出されるので、CO,HCを少量供給すればよいため、空燃比を理論空燃比とするストイキ運転(スライトリッチ)に切り換え、直前のリーン時間の約0〜50%の時間(t3)運転する。このストイキ運転の期間は、図示しないO2 センサによるフィードバック制御とすればよい。
【0074】
尚、NOxパージにおけるリッチ運転、パルス噴射、ストイキ(スライトリッチ)運転について、各々の時間や運転形態の組み合わせは、吸蔵型NOx触媒25の放出特性や三元触媒との組み合わせ等により種々選択変更可能であり、上述した実施形態例に限定されるものではない。
【0075】
上述した実施形態例では、加速運転時において、図5中のステップS35にて加速リーンが許可されると、その加速運転が終了するまでリーン運転を継続することとしているが、その連続した加速運転の一部のみをリーン運転するようにしてもよい。例えば、加速中はトランスミッションの変速が行われるが、変速段によってリーン運転とするかどうかという判定を加えてもよい。具体的には、加速リーンが許可された場合でも、低い変速段では加速ストイキ運転とし、高い変速段でのみ加速リーン運転を許可するように、判定条件を追加してもよい。即ち、連続したある加速運転中でも、低い変速段の間は加速ストイキ運転とし、高い変速段に変速されたら加速リーン運転を実施する。また、車速あるいはエンジン回転速度により、加速リーンが許可された場合でも、実際に加速リーンを実施するかどうかの判定条件を追加してもよい。
【0076】
また、加速運転の最初の何割かと残りの何割かをリーン運転とストイキ運転に分けるようにしてもよい。例えば、ある加速運転中において、最初の5割をリーン運転とし、残りの5割をストイキ運転としてもよい。逆に、最初の5割をストイキ運転とし、残りの5割をリーン運転としてもよい。この場合は、時間によって割り振ってもよいし、加速前の出力と要求出力(加速後に到達すると想定される出力)の間で出力によって割り振ってもよい。また、この割合は固定値としてもよいし、図7の加速ストイキ許可ラインマップを元に決定してもよい。即ち、例えば、Bゾーンの中でもNOx総排出量が多くなるほど、ある連続した加速運転中において、リーン運転の割合を減らしストイキ運転の割合を増やすといったように、各ゾーンをさらに細分化し、それによってリーン運転とストイキ運転の割合を決定すればよい。また、Cゾーンからいきなり全加速域リーン禁止のDゾーンへと移行するようにせず、CゾーンとDゾーンの間に、新たにゾーンを複数設定し、NOx総排出量が多くなるほど、ある連続した加速運転中において、リーン運転の割合を減らしストイキ運転の割合を増やすようなゾーン設定としてもよい。
【0077】
また、上述のような連続した加速運転中の一部のみをリーン運転とするかどうかの判定自体を、図7の加速ストイキ許可ラインマップの中に盛り込んでもよい。即ち、例えば、Bゾーンの中でもNOx総排出量が多くなると、ある連続した加速運転中において一部のみをリーン運転とするといったような、各ゾーンをさらに細分化し、一部のみをリーン運転とするかどうかの判定自体を行ってもよい。また、Cゾーンからいきなり全加速域リーン禁止のDゾーンへと移行するようにせず、CゾーンとDゾーンの間に、新たにゾーンを設定し、ある連続した加速運転中において一部のみをリーン運転とするようにしてもよい。
【0078】
上述のように、加速運転中の一部のみをリーン運転とすることにより、より最適に燃費の向上とNOx総排出量の管理を両立できると共に、ドライバビリティの改善も行うことができる。
【0079】
上述した実施形態例では、加速運転時において、図5中のステップS32にて出力要求とPS1の比較のみによって加速リーンを許可するかどうか決定しているが、加速度合いによって加速リーンを許可するかどうかの条件を追加してもよい。例えば、加速度合いをアクセルの踏み込み速さ(スロットル開度の変化の速さ)によって判定し、加速度合いが大きい場合は、加速リーン禁止として加速ストイキとする。加速度合いの代わりに、車速の変化度合い、エンジン回転速度の変化度合いを用いてもよい。
【0080】
また、リーン運転での加速中にNOxが排出されてNOx総排出量が増え、図7の加速ストイキ許可ラインマップPS1の値が変更されて(例えばBからCに変更)、図8のリーンゾーンマップのラインが変更となり(例えば前述のようにBからCに変更)、これによって要求出力が加速リーン禁止領域(加速ストイキ許可領域)に入った場合は、加速途中であっても、それまでのリーン運転を中止して残りの加速運転をストイキ運転に変更するようにしてもよい。
【0081】
上述のように、加速時においても状況に応じて加速リーン運転を許可することにより、より最適に燃費の向上とNOx総排出量の管理を両立できると共に、ドライバビリティの改善も行うことができる。
【0082】
上述した実施形態例では、NOxセンサ27を用いてNOx排出量制御を行っているが、NOxセンサ27を用いずに機関運転状態等に基づいて総NOx排出量を演算し、NOx排出量制御を行うこともできる。この場合、NOxセンサ27を用いないため、コスト面で有利となる。
【0083】
また、NOx排出値は触媒の浄化効率によって異なるが、特に吸蔵型NOx触媒25が燃料中のS分、即ち、硫黄(サルファ)によって被毒すると浄化効率は著しく低下する。その一方で、S被毒により浄化効率が低下した触媒を高温(例えば、550℃以上)で且つリッチとしてやると触媒に蓄積されたS分が放出されて触媒は再生して浄化効率が復活する(S再生)。そこで、NOxセンサ27を用いずに総NOx排出量Aを求める際、どの程度触媒にS分が蓄積されて浄化効率が低下しているか、即ち、どの程度S再生しているかを考慮するようにしても良い。
【0084】
上述した内燃機関の排気浄化装置は、NOxの排出状況に応じてリーン運転域を変化させるので、燃費低減とNOx排出量低減を最適に両立できる。即ち、エンジン11に対する要求出力に応じて加速運転時であっても加速ストイキが禁止されてリーン運転が実施可能(リーン空燃比での運転を許可)となり、加速域の全域もしくは一部でNOx排出状況に応じてリーン運転を行うので、リーン運転域を極力増やして燃費を低減しつつNOx排出量を確実に所定量以下することができる。また、所定期間のトータルのNOx排出量(NOx値の積算)でリーン空燃比での運転許可を判定するので、燃費低減とNOx排出量低減を確実に両立できる。また、NOxセンサ27を用いているので、より正確に制御が行え触媒劣化の影響を受けることがない。更に、NOxセンサ27を触媒の最下流に配置しているので、テールパイプから大気へのNOx放出量(NOx排出規制値)を直接管理することができる。
【0085】
また、加速運転時にリーン運転が許可されて燃費が向上すると共に、NOx総排出量と走行距離との関係が所定の関係より総排出量増加側、即ち、図7においてA領域からB領域乃至E領域側になると、図8に示すように、目標平均有効圧Pe及びエンジン回転速度Neとの関係によるリーンゾーンを制限して加速運転時のリーン空燃比での運転領域を狭くしている。このため、NOx総排出量を効率よく抑制できると同時に吸蔵型NOx触媒25に吸蔵されたNOxの還元浄化機会を増やしてNOx吸蔵能力を効率よく回復させることができ、燃費の向上とNOx総排出量の効率的な管理を両立させることができる。また、図8に示すように、リーンゾーンマップにおいて、全域で全てのリーン運転を禁止する領域Eを設定しているので、所定期間である管理走行距離L1までの間のNOx総排出量を所定範囲内である所定量未満に確実に抑制することができる。
【0086】
上述した実施形態例では、吸蔵型NOx触媒を有する排気浄化触媒装置について説明したが、本発明は、一般にストイキ運転とされる加速時にストイキとするかリーンとするかを判定してリーン運転を可能にすることが特徴であり、触媒の種類や配置に限定されるものではなく、例えば、近接三元触媒が排気マニホールド一体式の場合でもよく、近接三元触媒がない場合でもよい。また、本実施形態例では、排気浄化触媒装置に吸蔵型NOx触媒を用いているが、触媒に吸着したNOxを直接還元する吸着タイプのNOx触媒を用いてもよい。更に、リーン運転が可能なエンジンであれば、エンジン型式には限定されず、吸気管噴射型のリーンバーンエンジンであってもよいし、ディーゼルエンジンでもよい。
【0087】
【発明の効果】
請求項1に係る本発明の内燃機関の排気浄化装置は内燃機関の排気通路に設けられて排気空燃比がリーン空燃比のときに排気ガス中のNOxを吸蔵すると共に排気空燃比が理論空燃比またはリッチ空燃比のときに前記吸蔵したNOxを還元浄化する排気浄化装置と、加速リーン運転許可領域と加速リーン運転禁止領域に区分されたリーンゾーンマップに従い機関加速運転時のリーン空燃比での運転を許可するか否かを判定すると共に、NOx総排出量を算出し同NOx総排出量と車両の走行距離との関係が所定の関係より総排出量増加側になると前記リーンゾーンマップの加速リーン運転許可領域を狭くする制御手段とを備えたので、NOx総排出量と車両の走行距離との関係によりストイキ運転かリーン運転かを判断して加速運転時であってもリーン空燃比での運転が可能になる。この結果、燃費の向上とNOx総排出量の管理とを両立させることができる。
【0088】
また、請求項1に係る本発明の内燃機関の排気浄化装置は、NOx総排出量を効率よく抑制するとと同時にNOxの還元機会を増やしてNOx吸蔵性能を効率よく回復させることが可能になる。
【0089】
請求項2に係る本発明の内燃機関の排気浄化装置は、制御手段に、車両が所定走行距離に達する前にNOx総排出量が所定量を越えることが導出される場合は加速運転時以外でもリーン空燃比での運転を中止または抑制する機能を備えたので、所定走行距離内におけるNOx総排出量を確実に規定内に抑制することが可能になる。
【0090】
従って、本発明の内燃機関の排気浄化装置は、燃費の悪化を招くことなく、加速運転条件においても大気中に放出されるNOx排出量を直接管理することにより確実に所望のNOx排出量に抑え、NOx排出量低減とCO2 排出量の低減を両立することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態例に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成図。
【図2】本実施形態の内燃機関の排気浄化装置の制御フローチャート。
【図3】本実施形態の内燃機関の排気浄化装置の制御フローチャート。
【図4】本実施形態の内燃機関の排気浄化装置の制御フローチャート。
【図5】本実施形態の内燃機関の排気浄化装置の制御フローチャート。
【図6】本実施形態の内燃機関の排気浄化装置の制御フローチャート。
【図7】走行距離とNOx総排出量とに基づくリーンゾーンマップ。
【図8】エンジン回転速度と目標平均有効圧とに基づくリーンゾーンマップ。
【図9】走行距離に対する要求出力及び空燃比モード及びNOx総排出量の関係を表すタイムチャート。
【図10】NOxパージのタイムチャート。
【符号の説明】
11 エンジン
21 排気管(排気通路)
22、26 三元触媒
23 排気浄化触媒装置
25 吸蔵型NOx触媒
27 NOxセンサ
28 ECU(電子コントロールユニット)[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine having a storage type NOx catalyst in an exhaust passage.
[0002]
[Prior art]
In recent years, lean combustion internal combustion engines in which an internal combustion engine is operated at a lean air-fuel ratio to improve fuel efficiency have been put into practical use. In this lean combustion internal combustion engine, when operating at a lean air-fuel ratio, there is a problem that the three-way catalyst cannot sufficiently purify NOx (nitrogen oxide) in the exhaust gas due to its purification characteristics. Recently, for example, at a lean air-fuel ratio, A storage-type NOx catalyst that stores or adsorbs NOx in exhaust gas during operation (hereinafter simply referred to as storage) and releases and reduces NOx stored during operation at a stoichiometric or rich air-fuel ratio is provided. Exhaust gas purification catalyst devices have been adopted.
[0003]
This occlusion-type NOx catalyst converts NOx in exhaust gas to nitrate (X-NO) in an oxygen excess state of an internal combustion engine. Three ) Adsorbed and occluded, and the occluded NOx is released mainly in an excess state of carbon monoxide (CO) to form nitrogen (N 2 ) To reduce (at the same time carbonate X-CO Three Is produced). Therefore, in practice, when the lean air-fuel ratio operation continues for a predetermined time, the exhaust air-fuel ratio is controlled to the stoichiometric air-fuel ratio or the rich air-fuel ratio by switching the air-fuel ratio in the combustion chamber or supplying the reducing agent to the exhaust pipe. Switching to rich air-fuel ratio operation periodically (this is called a rich spike), thereby creating a reducing atmosphere with a large amount of CO in an atmosphere with a low oxygen concentration, and releasing the stored NOx and purifying and reducing (NOx purge). The type NOx catalyst can be regenerated. Such a technique is disclosed in, for example, Japanese Patent No. 2586738.
[0004]
By the way, in such a storage type NOx catalyst, there is a limit to the amount of NOx that can be stored on the catalyst, and when the amount of NOx stored by the storage type NOx catalyst reaches the limit amount, as described above, rich spike is performed, The rich air-fuel ratio operation is performed for a predetermined time under a predetermined rich air-fuel ratio.
[0005]
However, when the NOx occlusion amount in the occlusion type NOx catalyst reaches the limit and the rich spike is required, the operation of the internal combustion engine that affects the deterioration degree of the NOx purification efficiency of the occlusion type NOx catalyst and the flow rates of NOx and CO is affected. Varies depending on conditions. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-166681 discloses that the NOx amount occluded by such an occlusion-type NOx catalyst is detected and regenerated.
[0006]
The “exhaust gas purification device” disclosed in this publication arranges a NOx absorbent in an exhaust passage of an internal combustion engine, arranges a NOx sensor downstream of the NOx absorbent, and detects a detected value ( When the concentration of the NOx component) exceeds the determination value, regeneration control (NOx purge) is performed in which the exhaust air-fuel ratio is made rich and the NOx is released from the catalyst.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the regulation value by the NOx emission regulation of the countries of the world is, for example, the total NOx emission amount with respect to a predetermined travel distance. In the above-described conventional “exhaust gas purification device”, the regeneration control is executed by detecting the concentration of the NOx component in a certain short period of each lean operation section. Therefore, the determination value is set depending on how the driver operates. If the margin is small, there is a possibility that a desired NOx emission amount, for example, a regulation value cannot be surely cleared when viewed at every predetermined travel distance.
[0008]
That is, in the above-described “exhaust gas purification device”, it is not known whether the total NOx emission amount for a predetermined travel distance exceeds a desired value, for example, a regulation value during operation. Even when the operation is performed, the above determination value for starting the regeneration control (NOx purge) is set sufficiently low with a sufficient margin so that the total NOx emission amount at the predetermined travel distance is less than the predetermined value. It is necessary to keep. By setting the determination value in this manner, the frequency of regeneration control (NOx purge) that makes the air-fuel ratio rich or stoichiometric increases by a sufficient margin, and fuel efficiency deteriorates. That is, CO 2 This causes a problem that the amount of discharge increases.
[0009]
In addition, as what controls NOx discharge | emission amount per predetermined travel distance within a predetermined value, for example, there is what was disclosed in Japanese Patent No. 2503387, and “electronic internal combustion engine control device” disclosed in this gazette Since the NOx emission amount is controlled by controlling the ignition timing and EGR amount only in the stoichiometric operation region, when applied to the lean combustion internal combustion engine that operates at the lean air-fuel ratio as described above, the air-fuel ratio is always maintained. It must be in the stoichi driving range and fuel consumption cannot be improved.
[0010]
A lean combustion internal combustion engine equipped with an occlusion-type NOx catalyst is required to improve both fuel efficiency and exhaust performance. For example, it is conceivable that the lean air-fuel ratio is set even in the operating region during acceleration. However, if the lean air-fuel ratio region is increased, the NOx emission amount may increase and the exhaust performance may deteriorate.
[0011]
Thus, in a lean combustion internal combustion engine equipped with an occlusion-type NOx catalyst, it is important to comprehensively manage and improve both fuel efficiency and exhaust performance.
[0012]
The present invention has been made in view of the above situation, and it is possible to reliably suppress the NOx emission amount to a desired amount by directly managing the NOx emission amount released into the atmosphere even under an acceleration operation condition without causing deterioration of fuel consumption. NOx emission reduction and CO 2 It is an object of the present invention to provide an exhaust emission control device for an internal combustion engine that can achieve both reductions in emissions.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an exhaust emission control device for an internal combustion engine according to claim 1 of the present invention is provided in an exhaust passage of the internal combustion engine and stores NOx in exhaust gas when the exhaust air-fuel ratio is a lean air-fuel ratio. And an exhaust purification device that reduces and purifies the stored NOx when the exhaust air-fuel ratio is a stoichiometric air-fuel ratio or a rich air-fuel ratio; In accordance with a lean zone map divided into an acceleration lean operation permission region and an acceleration lean operation prohibition region, it is determined whether or not to permit operation at a lean air-fuel ratio during engine acceleration operation, Calculate the total NOx emissions and the relationship between the total NOx emissions and the distance traveled by the vehicle When the total emission increases from the predetermined relationship, the acceleration lean operation permission area of the lean zone map becomes narrower. Control means for permitting operation at a lean air-fuel ratio even during acceleration operation when the total emission amount has a margin due to the relationship between the total NOx emission amount and the travel distance of the vehicle. Balance total emissions management.
[0014]
An internal combustion engine exhaust gas purification apparatus according to claim 1 of the present invention is also provided. , N The NOx occlusion performance is efficiently recovered by increasing the NOx reduction opportunities at the same time as efficiently suppressing the total amount of Ox emissions.
[0015]
Further, the claims of the present invention 2 In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, the vehicle is distance If it is derived that the total amount of NOx emissions exceeds the predetermined amount before reaching the value, it has a function of stopping or suppressing the operation at the lean air-fuel ratio in all regions except during acceleration operation, distance The total NOx emission amount is reliably suppressed within a predetermined value.
[0016]
The travel distance is preferably applied to the travel period of the vehicle, and the total NOx emission amount is preferably calculated based on the NOx concentration (detected value or estimated value) of the exhaust discharged into the atmosphere.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a schematic configuration of an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention, FIGS. 2 to 6 are control flowcharts of the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine of the present embodiment, and FIG. FIG. 8 shows a lean zone map based on the engine speed and the target average effective pressure. FIG. 9 shows the required output for the travel distance, the air-fuel ratio mode, and the total NOx emission. A time chart showing the relationship, FIG. 10 shows a NOx purge time chart.
[0018]
The internal combustion engine (hereinafter referred to as an engine) according to the present embodiment, for example, by switching the fuel injection mode (operation mode), the fuel injection in the intake stroke (intake stroke injection mode) or the fuel injection in the compression stroke ( This is an in-cylinder injection type spark ignition type in-line four-cylinder gasoline engine capable of performing a compression stroke injection mode). The in-cylinder injection type engine can easily operate at a stoichiometric air-fuel ratio (stoichiometric), operation at a rich air-fuel ratio (rich air-fuel ratio operation), or an operation at a lean air-fuel ratio (lean air-fuel ratio operation). In particular, in the compression stroke injection mode, it is possible to operate at a super lean air-fuel ratio.
[0019]
In this embodiment, as shown in FIG. 1, an electromagnetic
[0020]
An intake port is formed in the
[0021]
The engine 11 is provided with a
[0022]
An exhaust pipe (exhaust passage) 21 is connected to the
[0023]
This exhaust
[0024]
The three-
[0025]
This
[0026]
Further, an ECU (electronic control unit) 28 is provided as a control means having an input / output device, a storage device (ROM, RAM, nonvolatile RAM, etc.), a central processing unit (CPU), a timer counter, and the like. Thus, comprehensive control of the exhaust emission control device of the present embodiment including the engine 11 is performed. That is, various sensors such as the
[0027]
On the other hand, the
[0028]
Actually, in the
[0029]
Then, a target air-fuel ratio (target A / F) as a control target is set from the target average effective pressure Pe and the engine speed Ne, and an appropriate amount of fuel injection is determined based on the target A / F. Further, the catalyst temperature Tcat is estimated from the exhaust gas temperature information detected by the
[0030]
Hereinafter, the operation of the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine of the present embodiment configured as described above will be described.
[0031]
In the occlusion
[0032]
In the present embodiment, the vehicle travel distance is detected based on a signal from the vehicle speed sensor as a parameter value correlated with the travel distance of the vehicle, while the NOx concentration released from the
[0033]
In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present embodiment, the total NOx emission amount is calculated, and the NOx total emission amount and the required output are calculated based on the relationship between the total NOx emission amount and the travel distance as the travel period of the vehicle. When there is a margin in the travel distance, even when the engine 11 is accelerating, it can be operated at a lean air-fuel ratio if NOx can be stored. When the NOx total emission amount is in an increasing state, the operating range at the lean air-fuel ratio during the acceleration operation of the engine 11 is narrowed to efficiently suppress the NOx total emission amount and simultaneously reduce and purify the stored NOx. While increasing the opportunity to efficiently restore the NOx storage performance, the NOx emission is suppressed. Further, if it is derived that the total NOx emission exceeds the predetermined value before the vehicle reaches the predetermined travel distance, the operation at the lean air-fuel ratio is limited in all operation regions, and the NOx total emission is within the predetermined travel distance. The discharge amount is surely suppressed within a predetermined value.
[0034]
Here, this NOx emission amount control will be described based on the flowcharts of FIGS.
[0035]
As shown in FIG. 2, the operation region is recognized in step S1. That is, in step S1, acceleration stoichiometric determination and steady lean determination are performed, and it is recognized whether acceleration operation or steady operation. After the acceleration operation or the steady operation is recognized, the air-fuel ratio mode (A / F mode) determination by the allowable breakthrough inspection is performed in step S2 (details will be described later with reference to FIG. 4). When the lean operation is continued and the NOx emission amount is greatly deteriorated, that is, after the allowable breakthrough (forced) NOx purge is performed, in step S2, the A / F mode determination by the allowable breakthrough inspection ( Lean prohibition or permission determination) is performed.
[0036]
After the A / F mode determination by the allowable breakthrough inspection, the A / F mode determination by the discharge amount inspection is performed in step S3 (details will be described later based on FIG. 5). A / F mode determination (stoichiometric operation or lean operation, or other than lean operation or lean operation) is performed according to the required output to the engine 11. In this determination, even during acceleration operation, stoichiometric operation (including rich operation) is prohibited and lean operation can be performed (operation with a lean air-fuel ratio is permitted). Accordingly, since the lean air-fuel ratio operation can be performed even during acceleration operation, fuel efficiency is improved.
[0037]
In step S4, it is determined whether or not the lean operation (W / lean) is switched to a mode other than the lean operation (W / O lean). If it is determined that the mode is switched to a mode other than the lean operation, the lean continuation time is determined in step S5. It is determined whether or not T1 is exceeded. If it is determined in step S5 that the lean continuation time exceeds the determination value T1, NOx purge is started in step S6 (details will be described later with reference to FIG. 6).
[0038]
After the NOx purge, the lean continuation time is reset in step S7. If it is determined in step S5 that the lean continuation time is equal to or less than the determination value T1, the lean continuation time is reset in step S7. The lean continuation time determination value T1 is set to, for example, a short time of about 5 seconds, and prevents NOx purge from being performed more frequently than necessary immediately after switching from lean operation to non-lean operation. Yes. If it is determined in step S4 that the operation has not been switched to other than the lean operation, or after the lean duration time is reset in step S7, the process returns.
[0039]
In the present embodiment, as shown in FIG. 3, the NOx emission amount and the travel distance during the lean operation are detected by a control by a subroutine. The detection of the NOx emission amount and the travel distance will be described.
[0040]
As shown in FIG. 3, it is determined in step S11 whether the elapsed time after the start of lean exceeds a predetermined value t. Since the output of the
[0041]
As a method for setting the value of M1, immediately after lean switching, all NOx is occluded in the occlusion-
[0042]
When it is determined in step S11 that the elapsed time after the start of lean exceeds the predetermined value t, or after the output of the
NOx emission value =
However, the coefficient is for adjusting the unit.
Then, after calculating the NOx emission value in step S13, the total NOx emission amount is calculated in step S14. The total NOx emission amount can be calculated by the following equation (2).
Total NOx emissions = previous total NOx emissions + NOx emissions value (2)
Further, the travel distance is calculated in step S15. The travel distance can be calculated by the following equation (3).
Travel distance = previous travel distance + vehicle speed x calculation cycle (3)
[0043]
Since the output of the
[0044]
An acceleration stoichiometric permission line map PS1 (described later) is set based on the total NOx emission amount and the travel distance obtained by the equations (2) and (3), and the required output is PS1 of the lean zone map (described later) at that time. The stoichiometric operation or lean operation (other than lean operation or lean operation) is determined by comparing with the value of.
[0045]
After calculating the travel distance, it is determined whether or not the travel distance has reached the management travel distance L1 in step S16. If it is determined that the travel distance has reached the management travel distance L1, the travel distance and the total NOx emission amount are determined in step S17. Is set to 0 (reset) and the calculation is repeated again (return). If it is determined in step S16 that the management travel distance L1 has not been reached, the process returns as it is.
[0046]
The acceleration stoichiometric permission line map PS1 will be described with reference to FIG. The acceleration stoichiometric permission line map PS1 sets a lean operation upper limit output line during acceleration.
[0047]
As shown in FIG. 7, the acceleration stoichiometric permission line map PS1 is divided into a plurality of regions in which the horizontal axis is the travel distance and the vertical axis is the NOx total discharge amount. Here, the NOx total discharge is performed at the management travel distance L1. The lower side of the line passing through the point where the amount becomes a predetermined amount is PS1 = A. In the zone of PS1 = A, if the increasing pace of the NOx emission amount is equal to or less than this pace, the total NOx emission amount at the management travel distance L1 does not exceed the predetermined amount. Here, the areas that are partitioned by a plurality of lines substantially parallel to A and the total NOx emission amount is lower than the predetermined amount are PS1 = B, C, and D regions, respectively, and the total NOx emission amount = predetermined amount (management) The outside (upper side) of the NOx emission amount line is the PS1 = E region. Therefore, the lean operation upper limit output line at the time of acceleration is set according to which region of the acceleration stoichiometric permission line map PS1 the intersection of the current travel distance and the total NOx emission amount is.
[0048]
In addition, since there is a margin to the predetermined amount of the total NOx emission amount for the portion where the travel distance is short, it is also possible to raise the line to the side where the total NOx emission amount is large in order to increase the lean frequency. The management travel distance L1 can be set to, for example, 1 km or the exhaust gas mode travel distance. The predetermined amount of total NOx emission may be set to the exhaust gas mode regulation value per km when the management travel distance L1 is 1 km, and per 1 km when the management travel distance L1 is the exhaust gas mode travel distance. The exhaust gas mode regulation value may be multiplied by the exhaust gas mode travel distance. Further, the predetermined amount of the total NOx emission amount may be a value obtained by multiplying the above value by a margin rate.
[0049]
The lean zone map will be described with reference to FIG. The lean zone map is used to determine whether or not to permit lean during acceleration operation with respect to the current required output.
[0050]
As shown in FIG. 8, the lean zone map includes a plurality of equal output lines (A to D) connecting points where the engine output is equal in a region where the horizontal axis is the engine rotation speed Ne and the vertical axis is the target average effective pressure Pe. ), The inside of each line is an acceleration stoichiometric (including rich) prohibition area (acceleration lean operation permission area), and the outside is an acceleration operation permission area in W / O lean (stoichiometry or rich). Then, it is determined whether or not the acceleration stoichiometric operation is possible (acceleration lean permission) by referring to the lean zone map and PS1 in FIG. The lines A to D may be an equal engine out NOx amount line or an equal tail pipe NOx amount line. In this case, whether or not the acceleration stoichiometric operation is possible is determined based on the engine-out NOx amount (comparison between the map value of the engine speed Ne and the target average effective pressure Pe and PS1, or the tail pipe NOx emission amount (output value of the NOx sensor 27)). The number of iso-output lines may be larger or smaller than A to D.
[0051]
In the lean zone map, for example, the outermost line A indicating the initial acceleration stoichiometric permission zone is set so that the lean operating region can be widened as much as possible from the combustion surface or the like without concern for fuel consumption. By doing so, the high load region also becomes a lean operation region, and lean operation is possible even at high acceleration. In actual operation, steady operation (generally lean operation) is small, and transient operation (generally, stoichiometric or rich operation during acceleration operation) is high. As a result, the lean frequency is improved and fuel efficiency is improved. As a result, all-lean driving is possible in the general driving range, and fuel efficiency is greatly improved. In the lean zone map, the lean operation region becomes narrower as PS1 changes from A to D. When PS1 is D, accelerated lean operation is prohibited in the entire region. When PS1 is E, all lean operations are prohibited in the entire region including those other than the acceleration operation such as during steady operation.
[0052]
Based on the acceleration stoichiometric permission line map PS1 shown in FIG. 7 and the lean zone map shown in FIG. 8, PS1 is obtained from the acceleration stoichiometric permission line map in the current vehicle state, and the requested output and PS1 are compared with the lean zone map. It is determined whether to permit acceleration stoichiometry or prohibit acceleration stoichiometry in the current vehicle state, that is, to allow acceleration lean, and execute an acceleration lean operation.
[0053]
Therefore, when lean operation is permitted during acceleration operation and fuel efficiency is improved, and the relationship between the total NOx emission amount and the travel distance is higher than the predetermined relationship, the operation at the lean air-fuel ratio during acceleration operation is performed. Since the region is narrowed, the total NOx emission amount can be efficiently suppressed, and at the same time, the NOx occlusion capacity can be efficiently recovered by increasing opportunities for reduction and purification of NOx occluded in the occlusion-
[0054]
The allowable breakthrough inspection in step S2 will be described based on FIG.
[0055]
As shown in FIG. 4, it is determined in step S21 whether or not the lean continuation time exceeds a predetermined value T2, and if it is determined that it exceeds the predetermined value T2, lean is prohibited in step S22. The predetermined value T2 is larger than the above-described determination value T1, and is set to 30 seconds, for example. If it is determined in step S21 that the lean continuation time does not exceed the predetermined value T2, it is determined in step S23 whether the NOx average concentration is equal to or greater than the predetermined value M2. If it is determined in step S23 that the NOx average concentration is below the predetermined value M2, lean is permitted in step S24, and if it is determined in step S23 that the NOx average concentration is greater than or equal to the predetermined value M2, the process proceeds to step S22. Transition and lean are prohibited.
[0056]
The NOx average concentration is an average value between the predetermined values T2 of the
[0057]
That is, when the lean operation continues beyond the predetermined value T2, that is, when it is estimated that the NOx emission amount is greatly deteriorated and the catalyst temperature is lowered and the HC purification efficiency is deteriorated due to the continued lean operation. Forbids lean operation and forcibly performs NOx purge. When the NOx average concentration during the predetermined lean continuation time (until the predetermined value T2) is equal to or greater than the predetermined value M2, the NOx breakthrough state in which the NOx storage leaks because the
[0058]
The discharge amount inspection in step S3 will be described based on FIG.
[0059]
As shown in FIG. 5, in step S31, the required output is calculated by the following equation (4).
Required output = Target average effective pressure Pe x Engine rotation speed Ne x Coefficient (4)
After the requested output is calculated, it is determined in step S32 whether the requested output exceeds PS1. That is, the output line in FIG. 8 corresponding to PS1 (= A to E) obtained from the acceleration stoichiometric permission line map shown in FIG. 7 is compared with the required output, and the required output exceeds the PS1-compatible output. It is determined whether or not. For example, from the relationship between the travel distance and the total NOx emission amount, when the acceleration stoichiometric permission line map PS1 shown in FIG. 7 is set to PS1 = B, it is determined whether the requested output is inside or outside the line B in FIG. The
[0060]
If it is determined in step S32 that the required output exceeds PS1, since the required output is outside the line in FIG. 8, acceleration stoichiometry (including rich) is permitted in step S33, and the required output is less than PS1. If it is determined that there is, the requested output is inside the line in FIG. 8, and therefore, the acceleration stoichiometry (including rich) is prohibited in step S34, that is, acceleration lean is permitted. That is, lean operation is possible during acceleration operation, and fuel consumption can be improved. Next, in step S35, it is determined whether PS1 = E. If it is determined that PS1 = E, the lean operation is prohibited not only in the acceleration operation but also in the entire region including the steady operation, and the return becomes the PS1 = E. If it is determined that this is not the case, the process returns as it is.
[0061]
In the emission inspection, the required output is compared with PS1 of the lean zone map at that time (the value of PS1 is obtained from the acceleration stoichiometric permission line map PS1), and stoichiometric operation or lean operation (W / O lean operation or W / lean). Driving). When the total NOx emission amount reaches a predetermined amount in the acceleration stoichiometric permission line map, PS1 = E is set to prohibit the whole area acceleration lean and prohibit the steady lean, thereby prohibiting the whole area lean. When switching from W / lean operation to W / O lean operation, NOx purge control may be performed. Depending on the characteristics of the catalyst, the W / O lean operation (stoichiometric operation or rich operation) may be performed without performing the NOx purge control at the time of switching.
[0062]
As shown in FIG. 9, until the total NOx emission amount reaches the upper limit of the A zone (up to the travel distance La), the acceleration stoichiometric operation is permitted only for the required output exceeding PS1 = A, and the A / F The mode is stoichiometric (d portion), and the rest (a, b, c portion) is inhibited from acceleration stoichiometry and becomes lean. Until the total NOx emission reaches the upper limit of the B zone (up to the travel distance Lb), acceleration stoichiometry is permitted for the required output exceeding PS1 = B and the A / F mode is stoichiometric (corresponding to the example shown in the figure) None), otherwise (b portion), the acceleration stoichiometry is prohibited and the acceleration becomes lean. Until the total NOx emission reaches the upper limit of the C zone (up to the travel distance Lc), the acceleration stoichiometry is permitted for the required output exceeding PS1 = C, and the A / F mode becomes stoichiometric (parts c and d). In other cases (portion a), acceleration stoichiometry is prohibited and acceleration leans.
[0063]
When the required output is b, the acceleration stoichiometry is prohibited up to the travel distance Lb and the acceleration becomes lean. However, when the travel distance Lb is exceeded, the acceleration stoichiometry is permitted and the A / F mode is Become. Until the total NOx emission exceeds the upper limit of the C zone and reaches a predetermined amount (up to the travel distance Ld), the acceleration stoichiometry is permitted for the required output exceeding PS1 = D and the A / F mode becomes stoichiometric. (B, c part). Further, when the total NOx emission reaches a predetermined value, PS1 = E and the whole area lean is prohibited until the management travel distance L1, and the A / F mode becomes stoichiometric throughout the entire area, and the travel distance and the total NOx emission are reset. (See step S17).
[0064]
The NOx purge in step S6 will be described based on FIG. The NOx purge is a control for switching the air-fuel ratio A / F from lean operation to rich operation as NOx release control.
[0065]
As shown in FIG. 6, it is confirmed in step S61 that the rich purge is not completed and the NOx purge is not completed. In step S62, it is determined whether the rich purge is completed. Since the purge is not completed at first, the process proceeds to step S63, where it is determined whether the rich continuation time has exceeded t1. t1 is set by a function of the storage parameter and SV (Space Velocity: space velocity = gas flow rate / catalyst capacity).
[0066]
The storage parameter is a value that correlates with the amount of NOx stored in the storage-
[0067]
Since the purged NOx amount is greatly affected by the CO amount, SV is used as a representative of the CO amount supplied to the storage-
[0068]
In step S63, since it is initially determined that the rich continuation time does not exceed t1, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the
[0069]
When it is determined in step S65 that the target air-fuel ratio A / F (target A / F) is smaller than AF1, that is, when the A / F passes AF1 during tailing from the lean operation to the rich purge operation, step S67. In step S68, it is determined whether or not the pulse duration is shorter than t2. Since it is not initially pulse-injected, it is determined that the pulse duration is shorter than t2, and pulse injection is started in step S68. In the pulse injection, since a large amount of NOx is released in the first period of the rich purge, the fuel injection in the expansion stroke is executed in order to supply HC that reduces NOx to the catalyst. The pulse injection duration t2 is set by a function of the storage parameter and SV. When the pulse injection duration exceeds t2, the process proceeds to step S62.
[0070]
If it is determined in step S63 that the rich continuation time has exceeded t1, it is determined in step S66 that the rich purge is complete. Thereafter, in step S62, it is determined that the rich purge is completed. The determination of the completion of the rich purge is performed by an O (not shown) downstream of the storage
[0071]
If it is determined in step S62 that the rich purge is completed, it is determined in step S69 whether or not the stoichiometric duration is shorter than t3. Initially, it is determined that the stoichiometric duration is shorter than t3, and in step S70, stoichiometric purge with the air-fuel ratio as the stoichiometric air-fuel ratio is executed. The stoichiometric purge may be executed by making the air-fuel ratio slightly richer than the stoichiometric air-fuel ratio by making the feedback gain differently set, and making it rich rich. Then, the stoichiometric purge time t3 is set by the occlusion parameter and the SV function, similarly to the above-described t1 and t2. When the stoichiometric duration exceeds t3, the routine proceeds to step S71 where the NOx purge is completed and a return is returned.
[0072]
In the NOx purge, the rich duration, the stoichiometric duration, and the pulse injection duration may be variable depending on the degree of catalyst deterioration. That is, as the catalyst deteriorates, the rich duration time and the pulse injection duration time are shortened and the stoichiometric duration time is lengthened. Further, the degree of deterioration may be determined as a function of the travel distance, or may be determined from the output of the NOx sensor (refer to Toku No. 2888124, etc.).
[0073]
As shown in FIG. 10, in the above-described NOx purge, when the air-fuel ratio A / F is switched from the lean operation to the rich operation, in order to mainly supply CO to the storage
[0074]
For rich operation, pulse injection, and stoichiometric (slight rich) operation in NOx purge, the combination of each time and operation mode can be selected and changed depending on the release characteristics of the storage
[0075]
In the above-described embodiment, when acceleration lean is permitted in step S35 in FIG. 5 during acceleration operation, the lean operation is continued until the acceleration operation ends. Only a part of the vehicle may be operated lean. For example, the transmission is shifted during acceleration, but a determination may be made as to whether or not to perform lean operation depending on the gear position. Specifically, even when acceleration lean is permitted, a determination condition may be added so that the acceleration stoichiometric operation is performed at a low gear and the acceleration lean operation is permitted only at a high gear. That is, even during a certain acceleration operation, the acceleration stoichiometric operation is performed during a low gear position, and the acceleration lean operation is performed when the gear is shifted to a high gear position. Further, even when acceleration lean is permitted depending on the vehicle speed or the engine rotation speed, a determination condition as to whether or not to actually perform acceleration lean may be added.
[0076]
Further, the first several percent of the acceleration operation and the remaining several percent may be divided into lean operation and stoichiometric operation. For example, during a certain acceleration operation, the first 50% may be a lean operation and the remaining 50% may be a stoichiometric operation. Conversely, the first 50% may be stoichiometric and the remaining 50% may be lean. In this case, it may be allocated according to time, or may be allocated according to the output between the output before acceleration and the required output (output assumed to arrive after acceleration). Further, this ratio may be a fixed value or may be determined based on the acceleration stoichiometric permission line map of FIG. That is, for example, as the total NOx emission in the B zone increases, each zone is further subdivided so that the lean operation ratio is reduced and the stoichiometric operation ratio is increased during a certain continuous acceleration operation. What is necessary is just to determine the ratio of driving | operation and stoichiometric operation. Also, instead of suddenly shifting from the C zone to the D zone, where leaning of the entire acceleration range is prohibited, a plurality of new zones are set between the C zone and the D zone, and as the total NOx emission increases, there is a certain continuous During acceleration operation, the zone setting may be such that the lean operation ratio is decreased and the stoichiometric operation ratio is increased.
[0077]
Further, the determination itself as to whether or not only a part of the continuous acceleration operation as described above is the lean operation may be included in the acceleration stoichiometric permission line map of FIG. That is, for example, when the total NOx emission amount in the B zone increases, each zone is further subdivided and only a part is made lean operation, such that only a part is made lean operation during a certain continuous acceleration operation. The determination itself may be made. Also, instead of suddenly shifting from the C zone to the D zone where leaning of the entire acceleration range is prohibited, a new zone is set between the C zone and the D zone, and only a part of the vehicle is leaned during a certain acceleration operation. You may make it drive.
[0078]
As described above, by making only part of the acceleration operation lean, the fuel consumption can be improved more optimally and the total NOx emission can be managed, and drivability can be improved.
[0079]
In the above-described embodiment, during acceleration operation, whether or not acceleration lean is permitted is determined only by comparing the output request and PS1 in step S32 in FIG. A condition of whether or not may be added. For example, the degree of acceleration is determined based on the accelerator depressing speed (speed of change in throttle opening). If the degree of acceleration is large, acceleration lean is prohibited and acceleration stoichiometry is set. Instead of acceleration, a change degree of the vehicle speed and a change degree of the engine rotation speed may be used.
[0080]
Further, NOx is discharged during acceleration in lean operation, the total NOx emission amount increases, the value of the acceleration stoichiometric permission line map PS1 in FIG. 7 is changed (for example, changed from B to C), and the lean zone in FIG. If the map line is changed (for example, changed from B to C as described above), and the required output enters the acceleration lean prohibition area (acceleration stoichiometric permission area), The lean operation may be stopped and the remaining acceleration operation may be changed to the stoichiometric operation.
[0081]
As described above, even when accelerating, permitting accelerated lean operation in accordance with the situation makes it possible to more optimally improve fuel efficiency and manage total NOx emissions, and also improve drivability.
[0082]
In the above-described embodiment, the NOx emission control is performed using the
[0083]
The NOx emission value varies depending on the purification efficiency of the catalyst. In particular, the purification efficiency is significantly lowered when the
[0084]
The above-described exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine changes the lean operation range in accordance with the NOx emission status, and therefore can optimally achieve both fuel consumption reduction and NOx emission reduction. That is, the acceleration stoichiometry is prohibited even during the acceleration operation according to the required output to the engine 11 and the lean operation can be performed (operation with a lean air-fuel ratio is permitted), and NOx is exhausted in the whole or part of the acceleration region. Since lean operation is performed according to the situation, it is possible to reliably reduce the NOx emission amount to a predetermined amount or less while increasing the lean operation region as much as possible to reduce fuel consumption. Further, since the operation permission at the lean air-fuel ratio is determined based on the total NOx emission amount (accumulation of NOx value) for a predetermined period, both fuel consumption reduction and NOx emission reduction can be reliably achieved. Further, since the
[0085]
Further, lean operation is permitted during acceleration operation and fuel efficiency is improved, and the relationship between the total NOx emission amount and the travel distance is higher than the predetermined relationship, that is, from the A region to the B region to E in FIG. On the region side, as shown in FIG. 8, the lean zone based on the relationship between the target average effective pressure Pe and the engine rotational speed Ne is limited to narrow the operation region at the lean air-fuel ratio during acceleration operation. Therefore, the total NOx emission amount can be efficiently suppressed, and at the same time, the NOx occlusion capacity can be efficiently recovered by increasing the NOx occlusion capacity occluded in the occlusion-
[0086]
In the above-described embodiment, the exhaust purification catalytic device having an occlusion type NOx catalyst has been described. However, the present invention generally enables lean operation by determining whether to perform stoichiometric or lean at the time of acceleration, which is generally stoichiometric operation. The catalyst is not limited to the type and arrangement of the catalyst. For example, the proximity three-way catalyst may be an exhaust manifold integrated type, or the proximity three-way catalyst may be absent. In the present embodiment, an occlusion type NOx catalyst is used for the exhaust purification catalyst device. However, an adsorption type NOx catalyst that directly reduces NOx adsorbed on the catalyst may be used. Furthermore, the engine type is not limited as long as the engine is capable of lean operation, and an intake pipe injection type lean burn engine or a diesel engine may be used.
[0087]
【The invention's effect】
An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to a first aspect of the present invention is provided in an exhaust passage of the internal combustion engine and stores NOx in the exhaust gas when the exhaust air-fuel ratio is a lean air-fuel ratio, and the exhaust air-fuel ratio is the stoichiometric air-fuel ratio. Or an exhaust purification device that reduces and purifies the stored NOx when the air-fuel ratio is rich; In accordance with a lean zone map divided into an acceleration lean operation permission region and an acceleration lean operation prohibition region, it is determined whether or not to permit operation at a lean air-fuel ratio during engine acceleration operation, Calculate the total NOx emissions and the relationship between the total NOx emissions and the distance traveled by the vehicle When the total emission increases from the predetermined relationship, the acceleration lean operation permission area of the lean zone map becomes narrower. Control means for controlling the total NOx emissions and vehicle travel distance Therefore, it is possible to determine whether the stoichiometric operation or the lean operation is performed and to operate at the lean air-fuel ratio even during the acceleration operation. As a result, both improvement in fuel consumption and management of total NOx emission can be achieved.
[0088]
According to claim 1 of the present invention, there is provided an exhaust emission control device for an internal combustion engine. , N It is possible to efficiently reduce the NOx occlusion performance by efficiently suppressing the total amount of Ox emission and increasing the NOx reduction opportunities.
[0089]
Claim 2 In the exhaust emission control device for an internal combustion engine according to the present invention, the control means includes a distance If it is derived that the total amount of NOx emissions exceeds the predetermined amount before reaching the value, it has a function to stop or suppress the operation at the lean air-fuel ratio even during acceleration operation, distance It is possible to reliably suppress the total NOx emission amount within the standard.
[0090]
Therefore, the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention can reliably suppress the NOx emission amount to a desired amount by directly managing the NOx emission amount released into the atmosphere even under accelerated operation conditions without causing deterioration of fuel consumption. NOx emission reduction and CO 2 It is possible to achieve both reduction in emission amount.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an exhaust emission control device for an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a control flowchart of the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present embodiment.
FIG. 3 is a control flowchart of the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present embodiment.
FIG. 4 is a control flowchart of the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present embodiment.
FIG. 5 is a control flowchart of the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present embodiment.
FIG. 6 is a control flowchart of the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present embodiment.
FIG. 7 is a lean zone map based on travel distance and total NOx emission.
FIG. 8 is a lean zone map based on the engine rotation speed and the target average effective pressure.
FIG. 9 is a time chart showing the relationship between the required output, the air-fuel ratio mode, and the total NOx emission amount with respect to the travel distance.
FIG. 10 is a time chart of NOx purge.
[Explanation of symbols]
11 engine
21 Exhaust pipe (exhaust passage)
22, 26 Three-way catalyst
23 Exhaust purification catalytic equipment
25 NOx storage type catalyst
27 NOx sensor
28 ECU (Electronic Control Unit)
Claims (2)
加速リーン運転許可領域と加速リーン運転禁止領域に区分されたリーンゾーンマップに従い機関加速運転時のリーン空燃比での運転を許可するか否かを判定すると共に、NOx総排出量を算出し同NOx総排出量と車両の走行距離との関係が所定の関係より総排出量増加側になると前記リーンゾーンマップの加速リーン運転許可領域を狭くする制御手段と
を備えた
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。Provided in the exhaust passage of the internal combustion engine and stores NOx in the exhaust gas when the exhaust air-fuel ratio is a lean air-fuel ratio, and reduces and purifies the stored NOx when the exhaust air-fuel ratio is the stoichiometric or rich air-fuel ratio An exhaust purification device;
In accordance with the lean zone map divided into the acceleration lean operation permission region and the acceleration lean operation prohibition region, it is determined whether or not the operation at the lean air-fuel ratio at the time of engine acceleration operation is permitted, and the total NOx emission amount is calculated and the NOx is calculated. and wherein <br/> the relationship between the travel distance of the total emissions and vehicle and control means for narrowing the acceleration lean operation permission region of the lean zone map to become total emissions increase side than the predetermined relationship An exhaust purification device for an internal combustion engine.
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。2. The control unit according to claim 1, wherein when the total NOx emission amount is derived to exceed a predetermined amount before the vehicle reaches a predetermined travel distance, the operation at the lean air-fuel ratio is stopped even during acceleration operation. Alternatively, an exhaust purification device for an internal combustion engine, which is provided with a function to suppress.
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