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JP4952374B2 - NOx purification system and control method of NOx purification system - Google Patents

NOx purification system and control method of NOx purification system Download PDF

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JP4952374B2 JP2007137157A JP2007137157A JP4952374B2 JP 4952374 B2 JP4952374 B2 JP 4952374B2 JP 2007137157 A JP2007137157 A JP 2007137157A JP 2007137157 A JP2007137157 A JP 2007137157A JP 4952374 B2 JP4952374 B2 JP 4952374B2
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Description

本発明は、内燃機関の排気ガス通路にNOx吸蔵還元型触媒を備えたNOx浄化システム及びNOx浄化システムの制御方法に関する。   The present invention relates to a NOx purification system including a NOx occlusion reduction type catalyst in an exhaust gas passage of an internal combustion engine and a control method for the NOx purification system.

従来のNOx吸蔵還元型触媒(LNT触媒)を備えたNOx浄化システムでは、NOx吸蔵還元型触媒で、NOxの吸蔵と、この吸蔵したNOxの脱離と分解を繰り返すことで内燃機関から排出される排気ガス中のNOxを低減している。このNOx吸蔵量には触媒の容量によって決まる限界があるので、吸蔵したNOxを脱離、分解してフレッシュな状態に戻すことでNOx吸蔵機能を維持している。そのため、このNOx浄化システムでは、NOx低減機能を維持するために、吸蔵したNOxをある期間ごとに脱離させる制御が最も重要な制御となる。このNOxの脱離は、NOx吸蔵還元型触媒の触媒雰囲気の酸素をゼロとすることで行う。   In a NOx purification system equipped with a conventional NOx occlusion reduction type catalyst (LNT catalyst), NOx occlusion reduction catalyst is used to store NOx and repeatedly desorb and decompose the occluded NOx and exhaust from the internal combustion engine. NOx in exhaust gas is reduced. Since this NOx occlusion amount has a limit determined by the capacity of the catalyst, the NOx occlusion function is maintained by desorbing and decomposing the occluded NOx and returning it to a fresh state. Therefore, in this NOx purification system, in order to maintain the NOx reduction function, the most important control is to desorb the stored NOx every certain period. This desorption of NOx is performed by reducing the oxygen in the catalyst atmosphere of the NOx storage reduction catalyst to zero.

この排気管中の余剰酸素を取り除く方法としては、排気ガスの酸素濃度を測定して、排気管中に燃料を直接噴射する排気管噴射を行って、排気ガス中の余剰酸素を消費させたり、内燃機関のシリンダ内燃焼において燃焼行程後半にシリンダ内に燃料を噴射するポスト噴射を行って、シリンダ内で余剰酸素を消費させたりしている。   As a method of removing the surplus oxygen in the exhaust pipe, the oxygen concentration of the exhaust gas is measured, and the exhaust pipe injection for directly injecting the fuel into the exhaust pipe is performed to consume the surplus oxygen in the exhaust gas, In in-cylinder combustion of an internal combustion engine, post-injection in which fuel is injected into the cylinder is performed in the latter half of the combustion stroke, and excess oxygen is consumed in the cylinder.

このNOxの脱離の頻度は、数分間(2分〜5分)に1回である。この脱離は、排気ガス中の余剰酸素が有る状態、即ち、排気ガス中の空気過剰率が1を超える状態であるリーン状態(Lean)から、この排気ガス中の余剰酸素が無い状態、即ち、排気ガス中の空気過剰率が1以下の状態であるリッチ状態(Rich)へ移行させて行う。このリッチ状態を数秒(3秒〜5秒程度)維持させ、このリッチ状態の時にNOx吸蔵還元型触媒に吸蔵されたNOxが脱離、分解する。このNOx再生制御中における排気ガスの温度は脱離したNOxを分解するために、200℃程度を確保することが望ましい。このNOxの脱離及び分解をさせるNOx再生制御を行った後は、NOx吸蔵能力が回復しているので、その後の通常運転のリーン状態でNOxを再度吸蔵し、これを繰り返しながら、排気ガスのNOxを継続的に浄化する。   The frequency of this NOx desorption is once every several minutes (2 to 5 minutes). This desorption is performed from a state where there is surplus oxygen in the exhaust gas, that is, from a lean state where the excess air ratio in the exhaust gas exceeds 1, that is, from a state where there is no surplus oxygen in the exhaust gas. This is performed by shifting to the rich state (Rich) where the excess air ratio in the exhaust gas is 1 or less. This rich state is maintained for several seconds (about 3 to 5 seconds), and NOx occluded in the NOx occlusion reduction type catalyst is desorbed and decomposed in this rich state. The temperature of the exhaust gas during the NOx regeneration control is desirably secured at about 200 ° C. in order to decompose the desorbed NOx. After performing the NOx regeneration control for desorption and decomposition of NOx, the NOx occlusion capacity has been restored. Therefore, NOx is occluded again in the lean state of normal operation thereafter, and this is repeated, NOx is continuously purified.

このリッチ状態にするNOx再生制御は、例えば、次のように行われる。最初に、NOx吸蔵還元型触媒の前後に設けたNOx濃度センサの出力値と、内燃機関の吸入空気量と投入燃料量から、NOx吸蔵還元型触媒に吸蔵されたNOx量を瞬時毎に計算し、このNOx量を積算して、NOx吸蔵還元型触媒に吸蔵されたNOx吸蔵量を求める。このNOx吸蔵量が予め設定した閾値に到達した時に、吸蔵可能な量である吸蔵量上限の近傍に到達し、再生が必要な時期に近づいたと判断する。   The NOx regeneration control for making the rich state is performed as follows, for example. First, the amount of NOx occluded in the NOx occlusion reduction catalyst is calculated instantaneously from the output values of the NOx concentration sensors provided before and after the NOx occlusion reduction catalyst, the intake air amount of the internal combustion engine, and the input fuel amount. The amount of NOx stored in the NOx storage-reduction catalyst is obtained by integrating the amount of NOx. When the NOx occlusion amount reaches a preset threshold value, it is determined that the NOx occlusion amount has reached the vicinity of the upper limit of the occlusion amount, which is the storable amount, and the time when regeneration is necessary has been approached.

この再生制御は、内燃機関の運転状態(エンジンの回転速度N0と燃料量Q0)が所定の運転範囲内(N1<N0<N2,Q1<Q0<Q2)にあれば、再生を開始し、排気管噴射又はポスト噴射を行う。この再生のための追加燃料噴射量ΔQは、その時の排気ガスの空気過剰率λと吸入空気量から目標の空気過剰率λt(1以下)になるように算出して決定する。この追加燃料噴射量ΔQを、再生燃料噴射装置の後流に設けた酸素濃度センサの検出値λmから算出した値で補正しながら、所定の時間(3秒〜5秒程度)の間、空気過剰率λmがλtになるように、追加燃料噴射を継続する。なお、内燃機関の運転状態が所定の運転範囲内から外れた場合にはこの再生のための追加燃料噴射を中止する。   This regeneration control starts regeneration when the operating state of the internal combustion engine (engine rotational speed N0 and fuel amount Q0) is within a predetermined operating range (N1 <N0 <N2, Q1 <Q0 <Q2), and exhaust Tube injection or post injection is performed. The additional fuel injection amount ΔQ for this regeneration is determined by calculating from the air excess ratio λ and the intake air amount at that time so that the target air excess ratio λt (1 or less) is obtained. While correcting this additional fuel injection amount ΔQ with a value calculated from the detected value λm of the oxygen concentration sensor provided downstream of the regenerative fuel injection device, excessive air is applied for a predetermined time (about 3 to 5 seconds). The additional fuel injection is continued so that the rate λm becomes λt. When the operating state of the internal combustion engine deviates from the predetermined operating range, the additional fuel injection for this regeneration is stopped.

しかし、内燃機関を搭載した車両においては、走行中は内燃機関のエンジン回転速度N0や燃料量Q0が頻繁に変わる。そのため、排気ガス中の空気過剰率λはモータリング時の無限大から、急加速等でターボの応答遅れが発生するような時等の1.0近傍まで変化する。   However, in a vehicle equipped with an internal combustion engine, the engine speed N0 and the fuel amount Q0 of the internal combustion engine frequently change during traveling. Therefore, the excess air ratio λ in the exhaust gas changes from infinity at the time of motoring to around 1.0 when a turbo response delay occurs due to sudden acceleration or the like.

従って、リッチ条件を与えるために設定した燃料量を追加噴射しても、次の瞬間には内燃機関の運転状態が変化して、排気ガス中の空気過剰率λが大きく変化してしまっている場合が多い。また、再生用の所定の運転範囲を通過してしまう場合も多い。このような場合には、排気管噴射やポスト噴射等による追加燃料噴射を行っても、再生目標の空気過剰率λtに到達しない場合が頻繁に発生することになり、燃料の無駄打ちが多くなるため燃費が悪化する。   Therefore, even if the fuel amount set to give the rich condition is additionally injected, the operating state of the internal combustion engine changes at the next moment, and the excess air ratio λ in the exhaust gas changes greatly. There are many cases. Moreover, it often passes through a predetermined operation range for regeneration. In such a case, even if additional fuel injection such as exhaust pipe injection or post injection is performed, a case where the regeneration excess air ratio λt is not reached frequently occurs, resulting in increased fuel wastage. As a result, fuel consumption deteriorates.

本発明者らが行った実験によれば、設定した燃料量で排気管噴射した後に、内燃機関の運転状態が変化してしまうため、目標の空気過剰率λtに到達できる場合や、更に、所定の時間の間、目標の空気過剰率λtを維持できる場合は、予想以上に少ないことが示された。これらの結果から、実際の走行中では、NOx再生制御を実施しても、無駄に燃料が噴射される場合が多いことが分かった。従って、NOx再生制御を行う時期を適切に選定して、再生に必要なリッチ状態に到達できる確率を上げることで、燃料の無駄な消費を減して、燃費の改善を行うことができることが分かった。そのためには、車両走行状態で比較的エンジンの負荷変動が少ない条件を予測することが極めて重要となる。 According to experiments conducted by the present inventors, since the operating state of the internal combustion engine changes after exhaust pipe injection with a set amount of fuel, the target excess air ratio λt can be reached or a predetermined amount When the target excess air ratio λt can be maintained during this time, it was shown to be less than expected. From these results, it was found that in actual traveling, fuel is often wasted even if NOx regeneration control is performed. Therefore, it is understood that by appropriately selecting the timing for performing the NOx regeneration control and increasing the probability that the rich state necessary for regeneration can be reached, wasteful consumption of fuel can be reduced and fuel consumption can be improved. It was. For that purpose, it is extremely important to predict a condition in which the load fluctuation of the engine is relatively small in the vehicle running state.

本発明者らの実験によれば、エンジン回転速度と燃料負荷の変動が激しい北米市街地走行モード運転時のエンジン回転速度変化、排気ガス中の空気過剰率の変化を分析した結果、予混合圧縮着火燃焼(PCI燃焼)が主体となっている領域で、且つ、変速機のギアが3速以上の時に、エンジン回転速度変化が小さく、その期間も長い領域が存在することが分かった。この時は空気過剰率の変化が少なく、その期間も5秒以上継続する場合が多いことも分かった。   According to the experiments by the present inventors, as a result of analyzing the change in the engine rotation speed and the change in the excess air ratio in the exhaust gas during the operation in the North American city driving mode in which the fluctuations in the engine rotation speed and the fuel load are severe, It was found that when the combustion (PCI combustion) is the main area and the gear of the transmission is 3rd speed or higher, the engine speed change is small and the period is long. It was also found that there was little change in the excess air ratio at this time, and that period often lasted for more than 5 seconds.

一方、変速機のギアが1速や2速の場合にはシフトチェンジを行うチャンスが多いのでエンジン回転速度が急激に変化する場合が多く、それに伴って、空気過剰率の変化も大きいことが分かった。従って、変速機のギアが3速以上の場合がNOx再生制御に適した期間となることが分かった。   On the other hand, when the gear of the transmission is 1st speed or 2nd speed, there are many chances to perform a shift change, so the engine rotation speed often changes abruptly. It was. Therefore, it has been found that the period suitable for the NOx regeneration control is when the gear of the transmission is 3rd speed or higher.

本発明者は、これらの実験データを基に、予混合圧縮着火燃焼方式を用いるディーゼルエンジンで、車両のミッションが3速以上にあり、予混合圧縮着火燃焼域で運転されている時に再生制御を実施すると、空気過剰率の変化が少ない時間帯が存在し、再生条件をみたす確率を大幅に向上させることができるという知見を得た。更に、追加燃料噴射量が少なくても、空気過剰率を1以下にしてNOx再生に適したリッチ状態を生成できるエンジン回転速度とエンジン負荷の条件を特定することができ、これにより、NOx再生制御に起因する燃費の悪化を最小にできた。 Based on these experimental data, the present inventor performs regeneration control when a diesel engine using a premixed compression ignition combustion system is operating in a premixed compression ignition combustion zone when the vehicle mission is at the third speed or higher. As a result, there was a time zone in which the change in the excess air ratio was small, and it was found that the probability of satisfying the regeneration conditions can be greatly improved. Furthermore, even if the amount of additional fuel injection is small, it is possible to specify the engine speed and engine load conditions that can generate a rich state suitable for NOx regeneration by setting the excess air ratio to 1 or less. This has minimized the deterioration of fuel consumption caused by.

なお、このNOx再生時の燃費の悪化を防止するために、測定した大気圧とGPSデータに基づいて道路勾配を演算して記憶し、この記憶した道路勾配に基づいて、車両の走行状態を予測し、最低道路勾配が所定勾配を超えるときに還元再生(NOx再生)を行って、排気ガス温度が還元再生温度以下となって還元再生が完了する前に停止することを防止する排ガス浄化触媒還元再生装置が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。   In order to prevent the deterioration of fuel consumption during NOx regeneration, the road gradient is calculated and stored based on the measured atmospheric pressure and GPS data, and the running state of the vehicle is predicted based on the stored road gradient. Exhaust gas purification catalytic reduction that performs reduction regeneration (NOx regeneration) when the minimum road gradient exceeds a predetermined slope to prevent the exhaust gas temperature from becoming lower than the reduction regeneration temperature and stopping before the reduction regeneration is completed A playback device has been proposed (see, for example, Patent Document 1).

しかしながら、このような道路勾配の記憶や道路勾配に基づいた制御は複雑になる上に、必ずしも、毎回同じような走行をするとは限らないため、予測が外れる場合も生じ易く、予測が外れた場合には必ずしも適切なNOx再生制御が行われるとは限らないという問題がある。
特開2006−125300号公報
However, the memory based on the road gradient and the control based on the road gradient are complicated, and the same traveling is not always performed. However, there is a problem that appropriate NOx regeneration control is not always performed.
JP 2006-125300 A

本発明は、上記の知見を得て、上記の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、車両搭載の内燃機関の排気ガス通路にNOx吸蔵還元型触媒を備え、排気ガス中のNOxを浄化するNOx浄化システムにおいて、NOx吸蔵還元型触媒のNOx吸蔵能力を回復するためのNOx再生制御の時期を適切に選択することにより、NOx再生制御に必要な燃料量を最小にして、確実に再生を行うことができて、排気ガスのクリーンなエンジンとすることができるNOx浄化システム及びNOx浄化システムの制御方法を提供することにある。   The present invention has been made in order to obtain the above knowledge and solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a NOx occlusion reduction type catalyst in an exhaust gas passage of an internal combustion engine mounted on a vehicle, and in the exhaust gas. In the NOx purification system for purifying NOx, the amount of fuel required for NOx regeneration control is minimized by appropriately selecting the timing of NOx regeneration control for recovering the NOx storage capacity of the NOx storage reduction catalyst. An object of the present invention is to provide a NOx purification system and a control method for the NOx purification system that can be reliably regenerated and can provide a clean engine of exhaust gas.

上記のような目的を達成するためのNOx浄化システムは、車両搭載の内燃機関の排気ガス通路にNOx吸蔵還元型触媒を備えると共に、該NOx吸蔵還元型触媒のNOx吸蔵能力を回復するためのNOx再生制御を行う再生制御装置を備えたNOx浄化システムにおいて、前記再生制御装置が、NOx吸蔵量がNOx許容吸蔵量の50%〜80%に設定される所定の判定値を越えた場合に、変速機のギアが3速以上であり、かつ、前記内燃機関の燃焼が予混合圧縮着火燃焼を行っており、かつ、前記内燃機関から排出された排気ガスの残留酸素濃度が5%以下1%以上の時に、前記NOx再生制御を行い、前記NOx再生制御では、前記内燃機関の運転状態の吸入空気量と燃料量とから、追加燃料量を空気過剰率が1.0以下になるような値として算出し、この算出した追加燃料量で、前記NOx吸蔵還元型触媒に流入する排気ガスの残留酸素濃度をゼロにすると共に、前記内燃機関の燃焼が予混合圧縮着火燃焼域か否かをエンジン回転速度と燃料量で判定し、かつ、前記残存酸素濃度が5%以下1%以上の範囲内にあるか否かもエンジン回転速度と燃料量で判定し、更に、前記再生制御装置が、NOx吸蔵量が前記NOx許容吸蔵量に達した場合には、前記NOx再生制御とは別のNOx再生制御を行うように構成される。 A NOx purification system for achieving the above object includes a NOx occlusion reduction type catalyst in an exhaust gas passage of an internal combustion engine mounted on a vehicle, and NOx for recovering the NOx occlusion capability of the NOx occlusion reduction type catalyst. In the NOx purification system including a regeneration control device that performs regeneration control, the regeneration control device shifts when the NOx storage amount exceeds a predetermined determination value set to 50% to 80% of the NOx allowable storage amount. The gear of the machine is 3rd speed or more, the combustion of the internal combustion engine is premixed compression ignition combustion, and the residual oxygen concentration of the exhaust gas discharged from the internal combustion engine is 5% or less and 1% or more when, performs the NOx regeneration control, in the NOx regeneration control, the amount of intake air and the fuel quantity of the operating state of the internal combustion engine, the additional fuel amount such that the excess air ratio of 1.0 or less The residual oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the NOx occlusion reduction type catalyst is made zero with this calculated additional fuel amount, and whether the combustion of the internal combustion engine is in the premixed compression ignition combustion region or not is determined. Whether the residual oxygen concentration is within the range of 5% or less and 1% or more is also determined from the engine rotational speed and the fuel amount, and the regeneration control device is further configured to store the NOx. When the amount reaches the NOx allowable storage amount, NOx regeneration control different from the NOx regeneration control is performed .

また、上記のNOx浄化システムにおいて、前記再生制御装置が、前記NOx再生制御を、前記内燃機関のエンジン回転速度が最高出力時の45%以上で予混合圧縮着火燃焼が可能なエンジン回転速度以下であり、かつ、燃料噴射量が26mm3 /st/リットル以上40mm3 /st/リットル以下である場合に開始するように構成される。 Further, in the above NOx purification system, the regeneration control device performs the NOx regeneration control at an engine speed lower than an engine speed at which premixed compression ignition combustion is possible when the engine speed of the internal combustion engine is 45% or more of the maximum output. And when the fuel injection amount is 26 mm 3 / st / liter or more and 40 mm 3 / st / liter or less.

また、上記のNOx浄化システムにおいて、前記再生制御装置が、前記NOx再生制御を行った場合に、スモーク発生量がボッシュナンバーで1.0以下0.0以上となる残留酸素濃度範囲において、前記NOx再生制御を行うように構成される。   Further, in the above NOx purification system, when the regeneration control device performs the NOx regeneration control, the NOx is in a residual oxygen concentration range where the smoke generation amount is 1.0 or less and 0.0 or more in the Bosch number. It is comprised so that reproduction | regeneration control may be performed.

そして、上記のような目的を達成するためのNOx浄化システムの制御方法は、車両搭載の内燃機関の排気ガス通路にNOx吸蔵還元型触媒を備えると共に、該NOx吸蔵還元型触媒のNOx吸蔵能力を回復するためのNOx再生制御を行う再生制御装置を備えたNOx浄化システムの制御方法において、NOx吸蔵量がNOx許容吸蔵量の50%〜80%に設定される所定の判定値を越えた場合に、変速機のギアが3速以上であり、かつ、前記内燃機関の燃焼が予混合圧縮着火燃焼を行っており、かつ、前記内燃機関から排出された排気ガスの残留酸素濃度が5%以下1%以上の時に、前記NOx再生制御を行い、前記NOx再生制御では、前記内燃機関の運転状態の吸入空気量と燃料量とから、追加燃料量を空気過剰率が1.0以下になるような値として算出し、この算出した追加燃料量で、前記NOx吸蔵還元型触媒に流入する排気ガスの残留酸素濃度をゼロにすると共に、前記内燃機関の燃焼が予混合圧縮着火燃焼域か否かをエンジン回転速度と燃料量で判定し、かつ、前記残存酸素濃度が5%以下1%以上の範囲内にあるか否かもエンジン回転速度と燃料量で判定し、更に、NOx吸蔵量が前記NOx許容吸蔵量に達した場合には、前記NOx再生制御とは別のNOx再生制御を行うことを特徴とする。 And the control method of the NOx purification system for achieving the above object includes a NOx occlusion reduction type catalyst in the exhaust gas passage of the internal combustion engine mounted on the vehicle, and the NOx occlusion reduction capability of the NOx occlusion reduction type catalyst. In a control method of a NOx purification system provided with a regeneration control device that performs NOx regeneration control for recovery, when the NOx occlusion amount exceeds a predetermined determination value set to 50% to 80% of the NOx allowable occlusion amount The gear of the transmission is 3rd speed or higher, the combustion of the internal combustion engine is premixed compression ignition combustion, and the residual oxygen concentration of the exhaust gas discharged from the internal combustion engine is 5% or less 1 % when the above, performs the NOx regeneration control, in the NOx regeneration control, the amount of intake air and the fuel quantity of the operating state of the internal combustion engine, the additional fuel amount is excess air ratio I to 1.0 With this additional fuel amount calculated, the residual oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the NOx storage reduction catalyst is made zero, and whether the combustion of the internal combustion engine is in the premixed compression ignition combustion region or not Whether the residual oxygen concentration is within the range of 5% or less and 1% or more is also determined by the engine rotation speed and the fuel amount, and the NOx occlusion amount is When the NOx allowable storage amount is reached, NOx regeneration control different from the NOx regeneration control is performed .

また、上記のNOx浄化システムの制御方法において、前記NOx再生制御を、前記内燃機関のエンジン回転速度が最高出力時の45%以上で予混合圧縮着火燃焼が可能なエンジン回転速度以下であり、かつ、燃料噴射量が26mm3 /st/リットル以上40mm3 /st/リットル以下である場合に開始することを特徴とする。 Further, in the above control method of the NOx purification system, the NOx regeneration control is performed at an engine speed of 45% or more of the maximum output at the maximum output and below an engine speed at which premixed compression ignition combustion is possible, and The method is started when the fuel injection amount is 26 mm 3 / st / liter or more and 40 mm 3 / st / liter or less.

また、上記のNOx浄化システムの制御方法において、前記NOx再生制御を行った場合に、スモーク発生量がボッシュナンバーで1.0以下0.0以上となる残留酸素濃度範囲において、前記NOx再生制御を行うことを特徴とする。   Further, in the control method of the NOx purification system, when the NOx regeneration control is performed, the NOx regeneration control is performed in a residual oxygen concentration range where the smoke generation amount is 1.0 or less and 0.0 or more in the Bosch number. It is characterized by performing.

この予混合圧縮着火燃焼とは、PCI(Premixed Compression Ignition )燃焼と呼ばれる燃焼であり、燃料と空気を充分に混合した後に、燃焼させる方式で、NOxとすすを同時に大幅に低減することができる。一方、従来の通常の燃焼は拡散燃焼で有り、噴射した燃料を空気と混合拡散させながら燃焼させる方式である。また、内燃機関の最高出力時の回転速度は馬力点回転速度ともいう。また、燃料噴射量は、排気量1リットル当たり、1行程当たり、1シリンダ当たりの数値である。   This premixed compression ignition combustion is a combustion called PCI (Premixed Compression Ignition) combustion, which is a system in which fuel and air are sufficiently mixed and then burned, and NOx and soot can be greatly reduced simultaneously. On the other hand, conventional normal combustion is diffusion combustion, in which the injected fuel is burned while being mixed and diffused with air. The rotation speed at the maximum output of the internal combustion engine is also called horsepower point rotation speed. Further, the fuel injection amount is a numerical value per cylinder per one liter of displacement and per stroke.

上記のNOx浄化システム及びNOx浄化システムの制御方法において、NOx吸蔵量が所定の判定量を越えた場合とするのは、NOx吸蔵量が少ない時にNOx再生制御を行うと、NOx再生頻度が多くなり、燃費が悪化するので、これを防ぐためである。この場合の所定の判定量は、NOx吸蔵量の上限近傍ではなく、相当余裕を持たせて、NOx許容吸蔵量の50%〜80%程度に設定される。なお、このNOx許容吸蔵量は実験から得ることができ、所定の判定量は、このNOx許容吸蔵量を基に設定される。   In the NOx purification system and the control method for the NOx purification system, the NOx occlusion amount exceeds a predetermined determination amount. When NOx regeneration control is performed when the NOx occlusion amount is small, the NOx regeneration frequency increases. This is to prevent the fuel consumption from deteriorating. The predetermined determination amount in this case is set to about 50% to 80% of the NOx allowable storage amount with a considerable margin, not near the upper limit of the NOx storage amount. The NOx allowable storage amount can be obtained from experiments, and the predetermined determination amount is set based on the NOx allowable storage amount.

変速機のギアが3速以上とするのは、この変速機のギアが3速以上の場合はギヤのシフトチェンジが比較的少なく、安定した走行状態となり、NOx再生制御に適した期間となるからである。一方、ギアが1速や2速の場合にはシフトチェンジを行うチャンスが多いのでエンジン回転速度が急激に変化する場合が多く、それに伴って、空気過剰率の変化も大きくなる。   The reason why the gear of the transmission is set to the third speed or more is that when the gear of the transmission is the third speed or more, the gear shift change is relatively small and the driving state is stable and the period is suitable for the NOx regeneration control. It is. On the other hand, when the gear is in the first speed or the second speed, there are many opportunities to perform a shift change, so the engine rotation speed often changes abruptly, and the change in the excess air ratio increases accordingly.

予混合圧縮着火燃焼時とする理由は、拡散燃焼が主体の場合では、内燃機関から排出される排気ガス中の残留酸素濃度を7%以下に下げることができないが、予混合圧縮着火燃焼では残留酸素濃度を5%以下に下げることができ、少ない追加燃料量で、NOx再生条件、言い換えれば、NOxの脱離及び分解の条件を達成できるからである。また、予混合圧縮着火燃焼時は車両の走行が安定している場合が多く、内燃機関の運転状態の変化が少なく、NOx再生条件に到達できる確率が高くなるからである。   The reason for the premixed compression ignition combustion is that, when diffusion combustion is mainly used, the residual oxygen concentration in the exhaust gas exhausted from the internal combustion engine cannot be reduced to 7% or less. This is because the oxygen concentration can be lowered to 5% or less, and NOx regeneration conditions, in other words, conditions for desorption and decomposition of NOx can be achieved with a small amount of additional fuel. Also, during premixed compression ignition combustion, the vehicle travel is often stable, there is little change in the operating state of the internal combustion engine, and the probability of reaching the NOx regeneration condition is increased.

図3と図4に、内燃機関のエンジン回転速度が最大出力時の50%の場合の予混合圧縮着火燃焼(PCI燃焼)時と従来の拡散燃焼時の排気ガスの温度と残留酸素濃度を比較した結果を示す。横軸は燃料量Q0を示す。この図3から、PCI燃焼では、排気ガス中の残留酸素濃度を0%にするための燃料量Q0が少なくて、しかも、低酸素濃度状態にできることが分かる。これは、PCI燃焼領域では大量のEGRを行うので、拡散燃焼方式に比べて、排気ガス中の残留酸素濃度が非常に少なくなるからである。また、図4からは、PCI燃焼は、燃料量Q0が多い拡散燃焼よりも排気ガス温度が小さいが、NOx再生に必要な200℃の温度以上にできることが分かる。   3 and 4 compare the exhaust gas temperature and residual oxygen concentration during premixed compression ignition combustion (PCI combustion) and conventional diffusion combustion when the engine speed of the internal combustion engine is 50% of the maximum output. The results are shown. The horizontal axis indicates the fuel amount Q0. From FIG. 3, it can be seen that in PCI combustion, the amount of fuel Q0 for reducing the residual oxygen concentration in the exhaust gas to 0% is small, and a low oxygen concentration state can be achieved. This is because a large amount of EGR is performed in the PCI combustion region, so that the residual oxygen concentration in the exhaust gas becomes very small compared to the diffusion combustion method. FIG. 4 also shows that PCI combustion can be performed at a temperature higher than 200 ° C. necessary for NOx regeneration, although the exhaust gas temperature is lower than that of diffusion combustion with a large amount of fuel Q0.

また、残留酸素濃度を5%以下とする理由は、スモーク(煙)の発生量が最小になるからである。5%より大きいと煙が急激に増加し、5%以下であると煙の増加が少なく、残留酸素濃度を1%程度まで落とせる。また、PCI燃焼で、残留酸素濃度が5.5%を超えるとノッキングが生じ易くなる。   The reason why the residual oxygen concentration is 5% or less is that the amount of smoke (smoke) generated is minimized. If it exceeds 5%, the smoke increases rapidly, and if it is less than 5%, the increase in smoke is small and the residual oxygen concentration can be reduced to about 1%. Further, when the residual oxygen concentration exceeds 5.5% in PCI combustion, knocking is likely to occur.

図5に、エンジン回転速度が最大出力時のエンジン回転速度の50%の時の、排気ガス中の残留酸素濃度と、ボシュナンバー(B.NO.)で示すスモーク発生量(SM)との関係(実験結果の傾向を示す線)を示す。横軸は、残留酸素濃度(%)を示す。スモーク発生量は残留酸素濃度5%〜6%で最低となる。図5中の線Aは、ノッキングし易くなる下限を示す。この線A(約5.7%)を超えるとノッキングし易くなる。また、図5中の線Bは、触媒入口の排気ガス温度が200℃を超える範囲を示す線であり、この線B(約5.3%)よりも小さくなると、触媒入口の排気ガス温度が200℃を超えるようになる。従って、余裕を見て、5%以下とする。   FIG. 5 shows the relationship between the residual oxygen concentration in the exhaust gas and the smoke generation amount (SM) indicated by the Bosch number (B.NO.) when the engine speed is 50% of the engine speed at the maximum output. (A line indicating the tendency of the experimental results). The horizontal axis indicates the residual oxygen concentration (%). The amount of smoke generated becomes the lowest at a residual oxygen concentration of 5% to 6%. A line A in FIG. 5 indicates a lower limit that facilitates knocking. If this line A (about 5.7%) is exceeded, it will be easy to knock. Further, a line B in FIG. 5 is a line indicating a range in which the exhaust gas temperature at the catalyst inlet exceeds 200 ° C. When the temperature becomes smaller than this line B (about 5.3%), the exhaust gas temperature at the catalyst inlet becomes smaller. It will exceed 200 ° C. Therefore, the margin is set to 5% or less with a margin.

この変速機がギア3速以上の場合で、予混合圧縮着火燃焼(PCI燃焼)域で、酸素濃度が5%〜1%であると、比較的容易に、触媒入口の排気ガスの温度をNOx再生に必要な約200℃にすることができる。   When the transmission is gear 3 or higher and the oxygen concentration is 5% to 1% in the premixed compression ignition combustion (PCI combustion) region, the temperature of the exhaust gas at the catalyst inlet can be relatively easily reduced to NOx. It can be about 200 ° C. required for regeneration.

また、エンジン回転速度を45%以上とする理由は、エンジン回転速度に関しては、エンジン回転速度が、45%未満であると比較的燃費とスモークが変化し易い(敏感である)ため、45%以上が好ましい。また、最大出力時の45%以上になると、比較的容易に、触媒入口の排気ガスの温度をNOx再生に必要な約200℃にすることができるからである。   The reason for setting the engine speed to 45% or more is that the engine speed is 45% or more because if the engine speed is less than 45%, fuel consumption and smoke are relatively easy to change (sensitive). Is preferred. In addition, when it is 45% or more of the maximum output, the temperature of the exhaust gas at the catalyst inlet can be set to about 200 ° C. necessary for NOx regeneration relatively easily.

図6に、PCI燃焼方式と拡散燃焼方式とにおける、スモーク発生量(SM)がボシュナンバー(B.NO.)で1.0を超えない限界の排気ガス中残留酸素濃度を比較した結果を示す。横軸は、エンジン回転速度を最大出力時のエンジン回転速度の比(%)で示す。なお、図6中の線Cは、触媒入口の排気ガス温度が200℃を超える範囲を示す線であり、エンジン回転速度を45%以上にすると、触媒入口の排気ガス温度を200℃にできることが分かる。なお、上限は、PCI燃焼域との制限により決まる。   FIG. 6 shows the result of comparing the residual oxygen concentration in the exhaust gas at the limit where the smoke generation amount (SM) does not exceed 1.0 in the Bosch number (B.NO.) between the PCI combustion method and the diffusion combustion method. . The horizontal axis indicates the engine speed as a ratio (%) of the engine speed at the maximum output. A line C in FIG. 6 is a line indicating a range in which the exhaust gas temperature at the catalyst inlet exceeds 200 ° C., and the exhaust gas temperature at the catalyst inlet can be set to 200 ° C. when the engine speed is 45% or more. I understand. The upper limit is determined by the restriction with the PCI combustion zone.

また、燃料噴射量を26mm3 /st/リットル以上とするのは、内燃機関から排出される排気ガス温度を200℃程度に高くして、排気管噴射される燃料を確実に燃焼させるためであり、40mm3 /st/リットル以下とするのは、予混合圧縮着火燃焼の限界であるからである。 The reason why the fuel injection amount is set to 26 mm 3 / st / liter or more is to raise the temperature of the exhaust gas discharged from the internal combustion engine to about 200 ° C. and to reliably burn the fuel injected into the exhaust pipe. 40 mm 3 / st / liter or less is because of the limit of premixed compression ignition combustion.

また、スモーク発生量がボッシュナンバー(B.NO.)で1.0以下0.0以上となる残留酸素濃度範囲において、前記NOx再生制御を行うのは、できるだけスモークの発生量を減少させたいからである。このボッシュナンバーとは、ボッシュ式スモークメーターという装置で、計測した煤濃度である。   In addition, the NOx regeneration control is performed in the residual oxygen concentration range where the smoke generation amount is 1.0 or less and 0.0 or more in the Bosch number (B.NO.) because it is desired to reduce the smoke generation amount as much as possible. It is. This Bosch number is the soot concentration measured by a device called a Bosch type smoke meter.

本発明に係るNOx浄化システム及びNOx浄化システムの制御方法によれば、予混合圧縮着火燃焼(PCI燃焼)方式を用いるディーゼルエンジンで、NOx吸蔵量が所定の判定量を越えた場合に、変速機のギアが3速以上であり、かつ、内燃機関の燃焼が予混合圧縮着火燃焼を行っており、かつ、内燃機関から排出された排気ガスの残留酸素濃度が5%以下1%以上の時に、NOx再生制御を行うので、再生条件を満たす確率を大幅に向上させることができ、NOx吸蔵還元型触媒の再生制御に必要な燃料量を最小にして燃費を向上させることができる。また、確実に再生を行うことができるので、排気ガスのクリーンな内燃機関を提供できる。   According to the NOx purification system and the control method of the NOx purification system according to the present invention, in a diesel engine using a premixed compression ignition combustion (PCI combustion) method, when the NOx occlusion amount exceeds a predetermined determination amount, the transmission When the gear is 3rd speed or more, the combustion of the internal combustion engine is performing premixed compression ignition combustion, and the residual oxygen concentration of the exhaust gas discharged from the internal combustion engine is 5% or less and 1% or more, Since the NOx regeneration control is performed, the probability of satisfying the regeneration condition can be greatly improved, and the fuel consumption can be improved by minimizing the amount of fuel necessary for the regeneration control of the NOx storage reduction catalyst. Moreover, since regeneration can be performed reliably, an internal combustion engine with clean exhaust gas can be provided.

以下、本発明に係る実施の形態のNOx浄化システム及びNOx浄化システムの制御方法について、ディーゼルエンジンの排気通路を通過する排気ガスのNOxを浄化するNOx浄化システムを例にして図面を参照しながら説明する。図1に、本発明の実施の形態のNOx浄化システム1の構成を示す。   Hereinafter, the NOx purification system and the control method of the NOx purification system according to the embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings, taking as an example a NOx purification system that purifies NOx of exhaust gas passing through an exhaust passage of a diesel engine. To do. FIG. 1 shows a configuration of a NOx purification system 1 according to an embodiment of the present invention.

このNOx浄化システム1では、ディーゼルエンジン(E)2の排気ガス通路3に、NOx吸蔵還元型触媒(LNT触媒)4が配設される。このNOx吸蔵還元型触媒4は、モノリス触媒で形成され、コージェライトハニカムなどの担持体に酸化アルミニウム、酸化チタン等の触媒コート層を設け、この触媒コート層に、白金(Pt)、パラジウム(Pd)等の触媒金属と、バリウム(Ba)等のNOx吸蔵材(NOx吸蔵物質)を担持させて構成される。   In this NOx purification system 1, a NOx occlusion reduction type catalyst (LNT catalyst) 4 is disposed in the exhaust gas passage 3 of the diesel engine (E) 2. The NOx occlusion reduction type catalyst 4 is formed of a monolithic catalyst, and a catalyst coat layer such as aluminum oxide or titanium oxide is provided on a support such as a cordierite honeycomb, and platinum (Pt), palladium (Pd) is provided on the catalyst coat layer. ), And a NOx occlusion material (NOx occlusion material) such as barium (Ba).

このNOx吸蔵還元型触媒4は、酸素濃度が高い排気ガスの状態、即ち、リーン空燃比状態の時に、排気ガス中のNOxをNOx吸蔵材が吸蔵することにより、排気ガス中のNOxを浄化し、酸素濃度が低いかゼロの排気ガスの状態、即ち、リッチ空燃比状態かストイキ空燃比状態の時に、吸蔵したNOxを放出すると共に、この放出されたNOxを触媒金属の触媒作用により還元することにより、大気中へのNOxの流出を防止する。   The NOx occlusion reduction type catalyst 4 purifies NOx in the exhaust gas by the NOx occlusion material occludes the NOx in the exhaust gas when the oxygen concentration is high, that is, in the lean air-fuel ratio state. In the exhaust gas state where the oxygen concentration is low or zero, that is, in the rich air fuel ratio state or the stoichiometric air fuel ratio state, the stored NOx is released and the released NOx is reduced by the catalytic action of the catalytic metal. This prevents NOx from flowing out into the atmosphere.

また、NOx吸蔵還元型触媒4の上流側に、NOx再生制御時に排気管内に燃料を噴射して、NOx吸蔵還元型触媒4に流入する排気ガス中の酸素濃度を低下させて還元雰囲気にするための燃料噴射弁5が設けられる。   In addition, fuel is injected into the exhaust pipe upstream of the NOx storage reduction catalyst 4 during NOx regeneration control, so that the oxygen concentration in the exhaust gas flowing into the NOx storage reduction catalyst 4 is lowered to form a reducing atmosphere. The fuel injection valve 5 is provided.

更に、NOx吸蔵還元型触媒4の上流側に排気ガス温度センサ6と、空気過剰率センサ(λセンサ:酸素濃度センサ)7と、第1NOxセンサ(NOx濃度検出センサ)8が配置され、NOx吸蔵還元型触媒4の下流側に第2NOxセンサ(NOx濃度検出センサ)9が配置される。この第1NOxセンサ8と第2NOxセンサ9の検出値を用いて、NOx吸蔵還元型触媒4で吸蔵されたNOx吸蔵量を推定する。   Further, an exhaust gas temperature sensor 6, an excess air ratio sensor (λ sensor: oxygen concentration sensor) 7, and a first NOx sensor (NOx concentration detection sensor) 8 are disposed upstream of the NOx storage reduction catalyst 4, and store NOx. A second NOx sensor (NOx concentration detection sensor) 9 is disposed downstream of the reduction catalyst 4. Using the detected values of the first NOx sensor 8 and the second NOx sensor 9, the NOx occlusion amount occluded by the NOx occlusion reduction type catalyst 4 is estimated.

更に、再生制御装置10が設けられ、この再生制御装置10によりNOx吸蔵還元型触媒4のNOx吸蔵能力を回復するためのNOx再生制御や硫黄被毒から回復するための硫黄再生制御等を行う。この再生制御装置10は、通常はエンジン2の運転全般を制御するECU(エンジンコントロールユニット)と呼ばれる制御装置に組み込まれる。この再生制御装置10には、エンジン2の運転状態(例えば、エンジン回転速度N0、負荷(燃料噴射量)Q0など)、吸入空気量Va、第1及び第2のNOxセンサー8、9で検出されたNOx濃度Cn1、Cn2、排気ガス温度Tg、酸素濃度Co(空気過剰率λm)等が入力される。   Furthermore, a regeneration control device 10 is provided, and this regeneration control device 10 performs NOx regeneration control for recovering the NOx storage capability of the NOx storage reduction catalyst 4, sulfur regeneration control for recovering from sulfur poisoning, and the like. The regeneration control device 10 is usually incorporated in a control device called an ECU (engine control unit) that controls the overall operation of the engine 2. The regeneration control device 10 detects the operating state of the engine 2 (for example, the engine speed N0, the load (fuel injection amount) Q0, etc.), the intake air amount Va, and the first and second NOx sensors 8 and 9. The NOx concentrations Cn1 and Cn2, the exhaust gas temperature Tg, the oxygen concentration Co (excess air ratio λm), and the like are input.

このNOx浄化システム1では、エンジン2から排出された排気ガスG中のNOxは、通常のディーゼルエンジン2の運転状態であるリーン空燃比状態では、NOx吸蔵還元型触媒4のNOx吸蔵材に吸蔵されて浄化される。また、NOx吸蔵還元型触媒4のNOx吸蔵能力を回復するためのNOx再生制御におけるリッチ空燃比状態では、NOx吸蔵還元型触媒4のNOx吸蔵材に吸蔵されたNOxが放出されて、NOx吸蔵能力が回復されると共に、この放出されたNOxはNOx吸蔵還元型触媒4の触媒金属の触媒作用により還元されて浄化される。この浄化された排気ガスGcは、排気ガス通路3を通過して大気中に放出される。   In this NOx purification system 1, NOx in the exhaust gas G discharged from the engine 2 is occluded in the NOx occlusion material of the NOx occlusion reduction type catalyst 4 in the lean air-fuel ratio state that is the normal operation state of the diesel engine 2. To be purified. Further, in the rich air-fuel ratio state in the NOx regeneration control for recovering the NOx occlusion capacity of the NOx occlusion reduction type catalyst 4, NOx occluded in the NOx occlusion material of the NOx occlusion reduction type catalyst 4 is released and the NOx occlusion capacity is obtained. Is recovered, and the released NOx is reduced and purified by the catalytic action of the catalytic metal of the NOx storage reduction catalyst 4. The purified exhaust gas Gc passes through the exhaust gas passage 3 and is released into the atmosphere.

本発明においては、これらのNOx浄化システム1で、再生制御装置10は、図2に例示するような制御フローに従って、次のように制御する。この図2の制御フローは、エンジン2の運転が開始されると、エンジン2の運転制御を行う制御フローから、繰り返し呼ばれて実行され、エンジン2の運転が終了すると、エンジン2の運転制御を行う制御フローと共に終了するものとして示してある。   In the present invention, in these NOx purification systems 1, the regeneration control device 10 performs the following control according to the control flow illustrated in FIG. The control flow of FIG. 2 is repeatedly called and executed from the control flow for controlling the operation of the engine 2 when the operation of the engine 2 is started. When the operation of the engine 2 is completed, the operation control of the engine 2 is performed. It is shown as ending with the control flow to be performed.

この図2の制御フローが呼ばれると、スタートし、ステップS11で、再生制御の開始の判定に必要なデータを入力する。このデータとしては、NOx吸蔵還元型触媒4の前後のNOx濃度Cn1、Cn2と、吸入空気量Va、燃料量Q0を入力し、この吸入空気量Vaと燃料量Q0から排気ガス量Vgを算出し、NOx濃度Cn1、Cn2から、Δt時間内におけるNOx吸蔵量Vn(=Vg×(Cn1−Cn2)×Δt)を算出し、これをΔt時間毎に積算して、NOx吸蔵量Vns(=ΣVn)を算出する。   When the control flow of FIG. 2 is called, the process starts. In step S11, data necessary for determining the start of the reproduction control is input. As this data, the NOx concentrations Cn1 and Cn2 before and after the NOx storage reduction catalyst 4, the intake air amount Va, and the fuel amount Q0 are input, and the exhaust gas amount Vg is calculated from the intake air amount Va and the fuel amount Q0. , NOx occlusion amount Vn (= Vg × (Cn1−Cn2) × Δt) within Δt time is calculated from NOx concentrations Cn1 and Cn2, and this is integrated every Δt time to obtain NOx occlusion amount Vns (= ΣVn). Is calculated.

次のステップS12では、NOx吸蔵量Vnsが所定の判定量Vcよりも大きいか否かを判定する。小さい場合(NO)は、まだ、NOx再生制御を行っても燃費が悪化するデメリットが大きいので、NOx再生制御を行うことなく、リターンに行く。   In the next step S12, it is determined whether or not the NOx occlusion amount Vns is larger than a predetermined determination amount Vc. If it is small (NO), there is still a great demerit that the fuel consumption deteriorates even if the NOx regeneration control is performed, so the process goes to the return without performing the NOx regeneration control.

ステップS12でNOx吸蔵量Vnsが所定の判定量Vcよりも大きい場合(YES)は、NOx再生用の条件が整った場合にNOx再生制御を行った方が、燃費がよくなるので、NOx再生制御の条件の確認のために、ステップS13に行く。
If NOx occlusion amount Vns is greater than the predetermined determination amount Vc (YES) in step S12, is better the NOx regeneration control was performed when the conditions for NOx regeneration is in place, since the fuel consumption is improved, the NOx regeneration control Go to step S13 to check the conditions.

ステップS13では、変速機(ミッション)のギア(ギア段)が3速以上に入っている否かを判定する。この判定で3速以上に入っていなければ(NO)、NOx再生制御を行うことなく、リターンに行く。この判定で3速に入っていれば(YES)、エンジン回転速度N0とエンジン燃料量Q0を入力するステップS14を経て、ステップS15で予混合圧縮着火燃焼(PCI燃焼)域か否かを判定する。この3速以上に入ってる場合では、エンジン回転速度N0が、最大出力時のエンジン回転速度(馬力点回転速度)Nmaxの45%以上になり、この状態では、比較的容易に、触媒入口の排気ガスの温度をNOx再生に必要な約200℃にすることができる。   In step S13, it is determined whether or not the gear (gear stage) of the transmission (mission) is in the third speed or higher. If it is not in the third speed or higher in this determination (NO), the control goes to return without performing NOx regeneration control. If it is determined that the vehicle is in the third speed (YES), it is determined whether or not it is in the premixed compression ignition combustion (PCI combustion) region in step S15 through step S14 in which the engine speed N0 and the engine fuel amount Q0 are input. . In the case of entering the third speed or higher, the engine rotational speed N0 is 45% or more of the engine rotational speed (horsepower rotational speed) Nmax at the maximum output, and in this state, the exhaust at the catalyst inlet is relatively easy. The temperature of the gas can be about 200 ° C. required for NOx regeneration.

ステップS15では、予混合圧縮着火燃焼(PCI燃焼)域であるか否かは、N0<N2、かつ、Q0<Q2であるか否かで判定する。この判定でPCI燃焼で無ければ(NO)、NOx再生制御を行うことなく、リターンに行く。この判定でPCI燃焼であれば(YES)、ステップS16に行く。エンジン2の種類や型式にもよるが、この予混合圧縮着火燃焼(PCI燃焼)の上限のエンジン回転速度N2は予混合圧縮着火燃焼が可能なエンジン回転速度であり、上限のエンジン燃料量Q2は、排気量1リットル当たり、1行程当たり、1シリンダ当たりの数値で示すと、40mm3 /st/リットル程度である。 In step S15, it is determined whether or not the premixed compression ignition combustion (PCI combustion) region is N0 <N2 and Q0 <Q2. If the determination is not PCI combustion (NO), the control goes to return without performing NOx regeneration control. If this determination is PCI combustion (YES), go to step S16. Although depending on the type and model of the engine 2, the upper limit engine speed N2 of the premixed compression ignition combustion (PCI combustion) is an engine speed capable of premixed compression ignition combustion, and the upper limit engine fuel amount Q2 is In terms of the displacement per liter, per stroke, per cylinder, it is about 40 mm 3 / st / liter.

ステップS16では、空気過剰率λの範囲が所定の範囲となるような運転状態であるか否かをチェックし、NOx再生制御を開始してよいか否かを判定する。この判定では、N1<N0、かつ、Q1<Q0であるか否かで判定する。この範囲であれば、残存酸素濃度Coが所定の判定値Coc(5%)以下、つまり、空気過剰率λが所定の判定値λc(1.3)以下となる。このステップS16の判定で、この範囲に無ければ(NO),NOx再生制御を行うことなく、リターンに行く。この範囲にあれば(YES)、NOx再生制御を行うために、ステップS17に行く。エンジン2の種類や型式にもよるが、この下限のエンジン回転速度N1は最大出力時の45%程度であり、下限のエンジン燃料量Q1は、26mm3/st/リットル程度である。 In step S16, it is checked whether or not the operating state is such that the range of the excess air ratio λ falls within a predetermined range, and it is determined whether or not the NOx regeneration control can be started. This determination is based on whether N1 <N0 and Q1 <Q0. Within this range, the residual oxygen concentration Co is equal to or less than the predetermined determination value Coc (5%), that is, the excess air ratio λ is equal to or less than the predetermined determination value λc (1.3). If the determination in step S16 is not within this range (NO), the process returns without performing NOx regeneration control. If it is within this range (YES), go to step S17 to perform NOx regeneration control. Depending on the type and model of the engine 2, the lower limit engine speed N1 is about 45% of the maximum output, and the lower limit engine fuel amount Q1 is about 26 mm 3 / st / liter.

なお、ステップS16の判定は、空気過剰率センサ7で検出された酸素濃度Coをチェックし、NOx再生制御を開始してよいか否かを判定するようにしてもよい。この判定では、酸素濃度Coが所定の判定値Coc(5%)以下で無ければ(NO)、NOx再生制御を行うことなく、リターンに行く。この判定で酸素濃度Coが所定の判定値Coc以下であれば(YES)、NOx再生制御を行うために、ステップS17に行く。なお、酸素濃度Coの代りに空気過剰率λmを用いる場合には、所定の判定値λcは、酸素濃度5%に対応する1.3とされる。   In step S16, the oxygen concentration Co detected by the excess air ratio sensor 7 may be checked to determine whether or not the NOx regeneration control may be started. In this determination, if the oxygen concentration Co is not less than or equal to the predetermined determination value Coc (5%) (NO), the process returns without performing NOx regeneration control. If the oxygen concentration Co is less than or equal to the predetermined determination value Coc in this determination (YES), the process goes to step S17 to perform NOx regeneration control. When the excess air ratio λm is used instead of the oxygen concentration Co, the predetermined determination value λc is 1.3 corresponding to the oxygen concentration of 5%.

ステップS17では、排気管噴射(又はポスト噴射)で行う追加燃料量ΔQを、吸入空気量Vaと燃料量Q0とから算出する。この追加燃料量ΔQは、空気過剰率λが1.0以下になるような値として算出される。   In step S17, an additional fuel amount ΔQ to be performed by exhaust pipe injection (or post injection) is calculated from the intake air amount Va and the fuel amount Q0. This additional fuel amount ΔQ is calculated as a value such that the excess air ratio λ is 1.0 or less.

そして、次のステップS18で、この追加燃料量ΔQで排気管噴射(又はポスト噴射)し、NOx再生用のリッチ制御を所定の時間(各判定のインターバルに関係する時間)の間行う。これにより、NOx吸蔵還元型触媒4に流入する排気ガスの残留酸素濃度をゼロにして、NOx吸蔵還元型触媒4から吸蔵していたNOxを脱離させ、この脱離したNOxをNOx吸蔵還元型触媒4の触媒で還元する。これにより、NOx吸蔵還元型触媒4のNOx吸蔵能力を回復する。   In the next step S18, exhaust pipe injection (or post injection) is performed with this additional fuel amount ΔQ, and rich control for NOx regeneration is performed for a predetermined time (time related to each determination interval). As a result, the residual oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the NOx occlusion reduction catalyst 4 is made zero, the NOx occluded from the NOx occlusion reduction catalyst 4 is desorbed, and this desorbed NOx is removed from the NOx occlusion reduction type. The catalyst 4 is reduced with the catalyst. As a result, the NOx storage capacity of the NOx storage reduction catalyst 4 is recovered.

次のステップS19では、NOx再生が完了したか否かを判定する。この判定は、ステップS18のNOx再生用のリッチ制御が所定の時間を経過したか否かで行ったり、NOx吸蔵還元型触媒4の前後のNOx濃度Cn1,Cn2等から判定したりする。   In the next step S19, it is determined whether or not NOx regeneration is completed. This determination is made based on whether or not the rich control for NOx regeneration in step S18 has passed a predetermined time, or is determined from the NOx concentrations Cn1 and Cn2 before and after the NOx storage reduction catalyst 4 or the like.

このステップS19の判定で、NOx再生が完了していない場合(NO)は、ステップS13に戻り、NOx再生が完了している場合(YES)は、ステップS20に行き、NOx再生終了作業をして、リターンに行く。   If NOx regeneration has not been completed (NO) in step S19, the process returns to step S13. If NOx regeneration has been completed (YES), the process goes to step S20 to perform NOx regeneration end work. Go, return.

ステップS20のNOx再生制御が終了すると、リターンして、図2の制御フローを呼んだ上級の制御フローに戻り、再度、この上級の制御フローから呼ばれて、図2制御フローが繰り返し実行される。なお、この制御フローの途中でエンジンのキーがオフされたりしてエンジン運転の終了となる場合は、エンジンキーオフにより割り込みが生じ、ステップS20のNOx再生終了作業を行ってリターンし、上級の制御フローと共に終了する。   When the NOx regeneration control in step S20 is completed, the process returns to the advanced control flow that called the control flow of FIG. 2, and is called again from this advanced control flow and the control flow of FIG. 2 is repeatedly executed. . If the engine key is turned off in the middle of this control flow and the engine operation is terminated, an interruption occurs due to the engine key off, the NOx regeneration end operation in step S20 is performed, and the process returns. Finish with.

また、この図2のNOx再生制御フローは、NOx吸蔵量Vnsがある程度になった場合に、エンジンの運転状態が、予混合圧縮着火燃焼(PCI燃焼)運転域でかつエンジン回転速度N0が所定の判定値N1(45%)以上の場合にNOx再生用のリッチ制御を行うものであり、NOx吸蔵量Vnsが限界に達した時に行うNOx制御フローを補完するものである。従って、この図2の制御フローのみでは、予混合圧縮着火燃焼(PCI燃焼)運転域でかつエンジン回転速度N0が所定の判定値N1以上にならずに、NOx吸蔵量Vnsが限界に達した場合に対応できない。そのため、この制御を行う図2とは別の制御フローと共同でNOx吸蔵量VnsがNOx許容吸蔵量(限界)に達した場合のNOx再生制御や硫黄被毒再生制御等を行うことにより、より燃費を抑制しつつ効果的にNOx吸蔵還元型触媒4の再生を行うことができる。   Further, in the NOx regeneration control flow of FIG. 2, when the NOx occlusion amount Vns reaches a certain level, the engine operating state is in the premixed compression ignition combustion (PCI combustion) operation region and the engine speed N0 is a predetermined value. When the determination value is N1 (45%) or more, rich control for NOx regeneration is performed, and the NOx control flow performed when the NOx storage amount Vns reaches the limit is complemented. Accordingly, in the control flow of FIG. 2 only, the NOx occlusion amount Vns reaches the limit in the premixed compression ignition combustion (PCI combustion) operation region and the engine speed N0 does not exceed the predetermined determination value N1. Cannot handle. Therefore, by performing NOx regeneration control or sulfur poisoning regeneration control when the NOx storage amount Vns reaches the NOx allowable storage amount (limit) in cooperation with a control flow different from FIG. The NOx storage reduction catalyst 4 can be effectively regenerated while suppressing fuel consumption.

この上記の図2の制御フローに従ったNOx浄化システム1の制御方法により、車両搭載のエンジン2の排気ガス通路3にNOx吸蔵還元型触媒4を備えると共に、NOx吸蔵還元型触媒4のNOx吸蔵能力を回復するためのNOx再生制御を行う再生制御装置10を備えたNOx浄化システム1において、NOx吸蔵量Vnsが所定の判定量Vcを越えた場合に、エンジン2の燃焼がEGR量の多い予混合圧縮着火燃焼(PCI燃焼)を行っており、かつ、エンジンから排出排気ガスの残留酸素濃度Coが5%以下1%以上の時に、ステップS18のNOx再生制御を行うことができる。   With the control method of the NOx purification system 1 according to the control flow of FIG. 2 described above, the NOx storage reduction catalyst 4 is provided in the exhaust gas passage 3 of the engine 2 mounted on the vehicle, and the NOx storage reduction catalyst 4 is stored. In the NOx purification system 1 including the regeneration control device 10 that performs NOx regeneration control for recovering the capacity, when the NOx occlusion amount Vns exceeds a predetermined determination amount Vc, the combustion of the engine 2 is predicted to have a large EGR amount. When the mixed compression ignition combustion (PCI combustion) is performed and the residual oxygen concentration Co of the exhaust gas discharged from the engine is 5% or less and 1% or more, the NOx regeneration control in step S18 can be performed.

また、NOx再生制御を、エンジン2のエンジン回転速度N0が最高出力時の45%以上で予混合圧縮着火燃焼が可能なエンジン回転速度以下であり、かつ、燃料噴射量Q0が26mm3/st/リットル(Q1)以上40mm3/st/リットル以下である場合に行うことができる。 Further, the NOx regeneration control is performed so that the engine rotation speed N0 of the engine 2 is 45% or more of the maximum output and is equal to or less than the engine rotation speed at which premixed compression ignition combustion is possible, and the fuel injection amount Q0 is 26 mm 3 / st / It can be carried out when it is not less than liter (Q1) and not more than 40 mm 3 / st / liter.

また、NOx再生制御を行った場合に、スモーク発生量がボッシュNO.で1.0以下0.0以上となる残存酸素濃度範囲において、NOx再生制御を行うことができる。   In addition, when NOx regeneration control is performed, the amount of smoke generated is Bosch NO. NOx regeneration control can be performed in a residual oxygen concentration range of 1.0 or more and 0.0 or more.

図7及び図8に予混合圧縮着火燃焼(PCI燃焼)と拡散燃焼における、エンジン回転速度と燃費悪化率との関係を示す。この図7及び図8は実験結果を示す図であるが、拡散燃焼よりもPCI燃焼の方が著しく燃費の悪化が少ないことが分かる。また、排気ガス中残存酸素濃度を5%とした場合(白丸)よりも、排気ガス中残存酸素濃度をその時の最小とした場合(黒丸)の方が更に、燃費の悪化が少ないことが分かる。   7 and 8 show the relationship between the engine speed and the fuel consumption deterioration rate in premixed compression ignition combustion (PCI combustion) and diffusion combustion. FIG. 7 and FIG. 8 are graphs showing experimental results, and it can be seen that PCI combustion is remarkably less deteriorated than diffusion combustion. In addition, it can be seen that the deterioration of fuel consumption is further reduced when the residual oxygen concentration in the exhaust gas is minimized (black circle) than when the residual oxygen concentration in exhaust gas is 5% (white circle).

従って、上記のNOx浄化システム1及びNOx浄化システムの制御方法によれば、予混合圧縮着火燃焼(PCI燃焼)方式を用いるディーゼルエンジン2で、NOx吸蔵量Vnsが所定の判定量Vcを越えた場合に、変速機のギアが3速以上であり、かつ、エンジン2の燃焼が予混合圧縮着火燃焼を行っており、かつ、エンジン2から排出された排気ガスGの残留酸素濃度Coが5%以下1%以上の時に、NOx再生制御を行うので、再生条件を満たす確率を大幅に向上させることができ、NOx吸蔵還元型触媒4の再生制御に必要な燃料量を最小にして燃費を向上させることができる。また、確実に再生を行うことができるので、排気ガスのクリーンなエンジン2を提供できる。   Therefore, according to the above-described NOx purification system 1 and the control method of the NOx purification system, when the NOx occlusion amount Vns exceeds the predetermined determination amount Vc in the diesel engine 2 using the premixed compression ignition combustion (PCI combustion) method. In addition, the gear of the transmission is 3rd speed or more, the combustion of the engine 2 is premixed compression ignition combustion, and the residual oxygen concentration Co of the exhaust gas G discharged from the engine 2 is 5% or less. Since the NOx regeneration control is performed at 1% or more, the probability of satisfying the regeneration condition can be greatly improved, and the fuel consumption can be improved by minimizing the amount of fuel required for the regeneration control of the NOx storage reduction catalyst 4. Can do. In addition, since the regeneration can be performed reliably, the engine 2 with clean exhaust gas can be provided.

本発明に係る実施の形態のNOx浄化システムの構成を模式的に示す図である。It is a figure showing typically composition of a NOx purification system of an embodiment concerning the present invention. 本発明に係るNOx浄化システムの制御方法の一例を示す制御フローの図である。It is a figure of the control flow which shows an example of the control method of the NOx purification system which concerns on this invention. PCI燃焼と拡散燃焼における、燃料量と排気ガス中残留酸素濃度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the fuel amount and the residual oxygen concentration in exhaust gas in PCI combustion and diffusion combustion. PCI燃焼と拡散燃焼における、燃料量と排気ガス温度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the fuel quantity and exhaust gas temperature in PCI combustion and diffusion combustion. PCI燃焼における、排気ガス中残存酸素濃度とスモーク発生量の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the residual oxygen concentration in exhaust gas, and the amount of smoke generation in PCI combustion. PCI燃焼と拡散燃焼における、エンジン回転速度と排気ガス中残存酸素濃度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between an engine speed and the residual oxygen concentration in exhaust gas in PCI combustion and diffusion combustion. PCI燃焼と拡散燃焼における、エンジン回転速度と燃費悪化率との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between an engine speed and the fuel consumption deterioration rate in PCI combustion and diffusion combustion. 図7の部分拡大図で、PCI燃焼における、エンジン回転速度と燃費悪化率との関係を示す図である。FIG. 8 is a partially enlarged view of FIG. 7 showing a relationship between engine rotation speed and fuel consumption deterioration rate in PCI combustion.

符号の説明Explanation of symbols

1 NOx浄化システム
2 ディーゼルエンジン(E)
3 排気ガス通路
4 NOx吸蔵還元型触媒(LNT触媒)
5 燃料噴射弁
6 排気ガス温度センサ
7 空気過剰率(λ)センサ
8 第1NOxセンサ(NOx濃度検出センサ)
9 第2NOxセンサ(NOx濃度検出センサ)
10 再生制御装置(ECU)
Cn1,Cn2 NOx濃度
Co 酸素濃度
Coc 所定の判定値
G 排気ガス
Gc 浄化された排気ガス
N1 エンジン回転速度の下限値
N2 エンジン回転速度の上限値
N0 エンジン回転速度
Nmax 最大出力時のエンジン回転速度
Q0 燃料噴射量(負荷)
Q1 エンジン燃料量の下限値
Q2 エンジン燃料量の上限値
tc 所定の判定値
ts NOx再生時間
Tg 排気ガス温度
Va 吸入空気量
Vc 所定の判定量
Vg 排気ガス量
Vn 時間内におけるNOx吸蔵量
Vns NOx吸蔵量
Δt 時間
λ 空気過剰率
λc 所定の判定値
1 NOx purification system 2 Diesel engine (E)
3 Exhaust gas passage 4 NOx storage reduction catalyst (LNT catalyst)
5 Fuel Injection Valve 6 Exhaust Gas Temperature Sensor 7 Excess Air Ratio (λ) Sensor 8 First NOx Sensor (NOx Concentration Detection Sensor)
9 Second NOx sensor (NOx concentration detection sensor)
10 Reproduction control device (ECU)
Cn1, Cn2 NOx concentration Co O2 concentration Coc Predetermined determination value G Exhaust gas Gc Purified exhaust gas N1 Lower limit value of engine rotation speed N2 Upper limit value of engine rotation speed N0 Engine rotation speed Nmax Engine rotation speed at maximum output Q0 Fuel Injection amount (load)
Q1 Lower limit value of engine fuel amount Q2 Upper limit value of engine fuel amount tc Predetermined determination value ts NOx regeneration time Tg Exhaust gas temperature Va Intake air amount Vc Predetermined determination amount Vg Exhaust gas amount Vn NOx occlusion amount Vns NOx occlusion Amount Δt Time λ Excess air ratio λc Predetermined judgment value

Claims (6)

車両搭載の内燃機関の排気ガス通路にNOx吸蔵還元型触媒を備えると共に、該NOx吸蔵還元型触媒のNOx吸蔵能力を回復するためのNOx再生制御を行う再生制御装置を備えたNOx浄化システムにおいて、
前記再生制御装置が、NOx吸蔵量がNOx許容吸蔵量の50%〜80%に設定される所定の判定値を越えた場合に、変速機のギアが3速以上であり、かつ、前記内燃機関の燃焼が予混合圧縮着火燃焼を行っており、かつ、前記内燃機関から排出された排気ガスの残留酸素濃度が5%以下1%以上の時に、前記NOx再生制御を行い、
前記NOx再生制御では、前記内燃機関の運転状態の吸入空気量と燃料量とから、追加燃料量を空気過剰率が1.0以下になるような値として算出し、この算出した追加燃料量で、前記NOx吸蔵還元型触媒に流入する排気ガスの残留酸素濃度をゼロにすると共に、 前記内燃機関の燃焼が予混合圧縮着火燃焼域か否かをエンジン回転速度と燃料量で判定し、かつ、前記残存酸素濃度が5%以下1%以上の範囲内にあるか否かもエンジン回転速度と燃料量で判定し、
更に、前記再生制御装置が、NOx吸蔵量が前記NOx許容吸蔵量に達した場合には、前記NOx再生制御とは別のNOx再生制御を行うことを特徴とするNOx浄化システム。
In a NOx purification system including a NOx storage reduction catalyst in an exhaust gas passage of an internal combustion engine mounted on a vehicle, and a regeneration control device that performs NOx regeneration control for recovering the NOx storage capability of the NOx storage reduction catalyst,
When the regeneration control device determines that the NOx occlusion amount exceeds a predetermined judgment value set to 50% to 80% of the NOx allowable occlusion amount, the gear of the transmission is 3rd speed or more, and the internal combustion engine NOx regeneration control is performed when the combustion of is premixed compression ignition combustion and the residual oxygen concentration of the exhaust gas discharged from the internal combustion engine is 5% or less and 1% or more ,
In the NOx regeneration control, the additional fuel amount is calculated as a value such that the excess air ratio is 1.0 or less from the intake air amount and the fuel amount in the operating state of the internal combustion engine, and the calculated additional fuel amount The residual oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the NOx occlusion reduction type catalyst is set to zero, and it is determined whether the combustion of the internal combustion engine is in a premixed compression ignition combustion region based on the engine speed and the fuel amount, and Whether the residual oxygen concentration is within the range of 5% or less and 1% or more is also determined by the engine speed and the fuel amount,
Furthermore, when the NOx occlusion amount reaches the NOx allowable occlusion amount, the regeneration control device performs NOx regeneration control different from the NOx regeneration control .
前記再生制御装置が、前記NOx再生制御を、前記内燃機関のエンジン回転速度が最高出力時の45%以上で予混合圧縮着火燃焼が可能なエンジン回転速度以下であり、かつ、燃料噴射量が26mm3/st/リットル以上40mm3/st/リットル以下である場合に開始することを特徴とする請求項1記載のNOx浄化システム。 The regeneration control device performs the NOx regeneration control at an engine rotational speed of 45% or more of the maximum output at the maximum output and below an engine rotational speed capable of premixed compression ignition combustion, and a fuel injection amount is 26 mm. 2. The NOx purification system according to claim 1, wherein the NOx purification system starts when it is 3 / st / liter or more and 40 mm 3 / st / liter or less. 前記再生制御装置が、前記NOx再生制御を行った場合に、スモーク発生量がボッシュナンバーで1.0以下0.0以上となる残留酸素濃度範囲において、前記NOx再生制御を行うことを特徴とする請求項1又は2記載のNOx浄化システム。   When the regeneration control device performs the NOx regeneration control, the NOx regeneration control is performed in a residual oxygen concentration range in which a smoke generation amount is 1.0 or less and 0.0 or more in a Bosch number. The NOx purification system according to claim 1 or 2. 車両搭載の内燃機関の排気ガス通路にNOx吸蔵還元型触媒を備えると共に、該NOx吸蔵還元型触媒のNOx吸蔵能力を回復するためのNOx再生制御を行う再生制御装置を備えたNOx浄化システムの制御方法において、
NOx吸蔵量がNOx許容吸蔵量の50%〜80%に設定される所定の判定値を越えた場合に、変速機のギアが3速以上であり、かつ、前記内燃機関の燃焼が予混合圧縮着火燃焼を行っており、かつ、前記内燃機関から排出された排気ガスの残留酸素濃度が5%以下1%以上の時に、前記NOx再生制御を行い、
前記NOx再生制御では、前記内燃機関の運転状態の吸入空気量と燃料量とから、追加燃料量を空気過剰率が1.0以下になるような値として算出し、この算出した追加燃料量で、前記NOx吸蔵還元型触媒に流入する排気ガスの残留酸素濃度をゼロにすると共に、 前記内燃機関の燃焼が予混合圧縮着火燃焼域か否かをエンジン回転速度と燃料量で判定し、かつ、前記残存酸素濃度が5%以下1%以上の範囲内にあるか否かもエンジン回転速度と燃料量で判定し、
更に、NOx吸蔵量が前記NOx許容吸蔵量に達した場合には、前記NOx再生制御とは別のNOx再生制御を行うことを特徴とするNOx浄化システムの制御方法。
Control of a NOx purification system including a NOx storage reduction catalyst in an exhaust gas passage of an internal combustion engine mounted on a vehicle and a regeneration control device for performing NOx regeneration control for recovering the NOx storage capability of the NOx storage reduction catalyst In the method
When the NOx occlusion amount exceeds a predetermined judgment value set to 50% to 80% of the NOx allowable occlusion amount, the gear of the transmission is 3rd speed or more, and the combustion of the internal combustion engine is premixed compression When the ignition combustion is performed and the residual oxygen concentration of the exhaust gas discharged from the internal combustion engine is 5% or less and 1% or more, the NOx regeneration control is performed,
In the NOx regeneration control, the additional fuel amount is calculated as a value such that the excess air ratio is 1.0 or less from the intake air amount and the fuel amount in the operating state of the internal combustion engine, and the calculated additional fuel amount The residual oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the NOx occlusion reduction type catalyst is set to zero, and it is determined whether the combustion of the internal combustion engine is in a premixed compression ignition combustion region based on the engine speed and the fuel amount, and Whether the residual oxygen concentration is within the range of 5% or less and 1% or more is also determined by the engine speed and the fuel amount,
Further, when the NOx occlusion amount reaches the NOx allowable occlusion amount, NOx regeneration control different from the NOx regeneration control is performed .
前記NOx再生制御を、前記内燃機関のエンジン回転速度が最高出力時の45%以上で予混合圧縮着火燃焼が可能なエンジン回転速度以下であり、かつ、燃料噴射量が26mm3/st/リットル以上40mm3/st/リットル以下である場合に開始することを特徴とする請求項4記載のNOx浄化システムの制御方法。 In the NOx regeneration control, the engine rotation speed of the internal combustion engine is 45% or more of the maximum output and the engine rotation speed is less than the engine rotation speed capable of premixed compression ignition combustion, and the fuel injection amount is 26 mm 3 / st / liter or more. 5. The NOx purification system control method according to claim 4, wherein the control method is started when it is 40 mm 3 / st / liter or less. 前記NOx再生制御を行った場合に、スモーク発生量がボッシュナンバーで1.0以下0.0以上となる残留酸素濃度範囲において、前記NOx再生制御を行うことを特徴とする請求項4又は5記載のNOx浄化システムの制御方法。   6. The NOx regeneration control is performed in a residual oxygen concentration range in which a smoke generation amount is 1.0 or less and 0.0 or more in a Bosch number when the NOx regeneration control is performed. NOx purification system control method.
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