JP2006242170A - Exhaust emission control device of internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関から排出された排ガス中のNOxを一時的に捕捉するとともに還元することによって、排ガスを浄化する内燃機関の排ガス浄化装置に関する。 The present invention relates to an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine that purifies exhaust gas by temporarily capturing and reducing NOx in the exhaust gas discharged from the internal combustion engine.
この種の排ガス浄化装置は、内燃機関の排気系に設けられたNOx捕捉材を備えており、このNOx捕捉材に、排ガス中のNOxが捕捉される。また、この捕捉されたNOxは、燃料の増量などにより排ガスを還元状態に制御することによって還元され、以上のNOxの捕捉および還元によって排ガスが浄化される。また、このNOxの還元によって、NOx捕捉材の捕捉能力が回復される。以上のようなNOxの還元を行う従来の排ガス浄化装置として、例えば特許文献1に開示されたものが知られている。
This type of exhaust gas purification apparatus includes a NOx trapping material provided in an exhaust system of an internal combustion engine, and NOx in the exhaust gas is trapped by the NOx trapping material. The trapped NOx is reduced by controlling the exhaust gas to a reduced state by increasing the amount of fuel or the like, and the exhaust gas is purified by capturing and reducing the NOx. Further, the NOx trapping capacity is recovered by the reduction of NOx. As a conventional exhaust gas purification apparatus that performs the reduction of NOx as described above, for example, one disclosed in
この従来の排ガス浄化装置は、ガソリンエンジンに用いられたものであり、このエンジンは、通常時には、燃費の向上を図るため、混合気の空燃比をリーン側に制御するリーンバーン運転を行い、そのときに排出されるNOxがNOx吸収剤により捕捉される。また、排ガス浄化装置では、所定の実行条件が成立したときに、燃料の増量により空燃比を理論空燃比よりもリッチ側に制御し、排ガスを還元状態に制御することによって、捕捉されたNOxが還元される。さらに、この空燃比のリッチ化制御中、スロットル弁を絞ることによって吸入空気量が低減される。また、上記の実行条件には、エンジンの回転数およびスロットル弁の開度がそれぞれの所定値以下であることが含まれるとともに、リーンバーン運転の実行時間を計時するタイマのタイマ値が所定値に達したときに、リッチ化制御が実行される。さらに、この実行条件が成立しなくなったときには、リッチ化制御を実行しないとともに、このタイマ値がリセットされる。 This conventional exhaust gas purifying apparatus is used for a gasoline engine. In order to improve fuel efficiency, this engine performs a lean burn operation for controlling the air-fuel ratio of the air-fuel mixture to the lean side. Sometimes NOx discharged is trapped by the NOx absorbent. Further, in the exhaust gas purifying apparatus, when a predetermined execution condition is satisfied, the trapped NOx is reduced by controlling the air-fuel ratio to a richer side than the stoichiometric air-fuel ratio by increasing the amount of fuel and controlling the exhaust gas to a reduced state. Reduced. Further, during the air-fuel ratio enrichment control, the intake air amount is reduced by throttle the throttle valve. In addition, the execution conditions include that the engine speed and the throttle valve opening are not more than the predetermined values, respectively, and that the timer value of the timer for measuring the execution time of the lean burn operation is set to the predetermined value. When it reaches, the enrichment control is executed. Further, when the execution condition is not satisfied, the enrichment control is not executed and the timer value is reset.
以上のように、上記従来の排ガス浄化装置では、その実行条件の成否によってリッチ化制御の実行の可否が決まるので、リッチ化制御中に、実行条件が成立しなくなったときには、その時点で、リッチ化制御が中止される。このため、リッチ化制御中、この実行条件のパラメータであるエンジンの回転数またはスロットル弁の開度が一時的にその所定値を超えただけでも、リッチ化制御が中止され、NOxの還元が中止されてしまう。また、このようにリッチ化制御が中止されると、上述したタイマ値がリセットされるので、その後すぐに、実行条件が成立しても、その状態でリーンバーン運転が前記所定値に相当する時間、継続しない限り、リッチ化制御が実行されない。このため、NOx吸収剤の捕捉能力が限界に達しているにもかかわらず、リッチ化制御が実行されないことによって、NOxが捕捉されずに大気中に排出されることで、排ガス特性が悪化してしまう。 As described above, in the conventional exhaust gas purification apparatus, whether or not the enrichment control can be executed is determined depending on whether or not the execution condition is satisfied. Therefore, when the execution condition is not satisfied during the enrichment control, the rich control is performed at that time. Control is canceled. For this reason, during the enrichment control, the enrichment control is canceled and the reduction of NOx is canceled even if the engine speed or the throttle valve opening, which is a parameter of this execution condition, temporarily exceeds the predetermined value. Will be. Further, when the enrichment control is stopped in this way, the above-described timer value is reset, so that even if the execution condition is satisfied immediately after that, the lean burn operation is in the state corresponding to the predetermined value in that state. Unless it continues, the enrichment control is not executed. For this reason, although the trapping ability of the NOx absorbent has reached its limit, NOx is not trapped and discharged into the atmosphere without being enriched, and exhaust gas characteristics deteriorate. End up.
本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、NOx還元を適切に中断でき、それにより、排ガス特性を向上させることができる内燃機関の排ガス浄化装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine that can appropriately interrupt NOx reduction and thereby improve exhaust gas characteristics. Objective.
上記目的を達成するため、請求項1に係る発明は、内燃機関3から排気系(実施形態における(以下、本項において同じ)排気管5)に排出された排ガスを浄化する内燃機関の排ガス浄化装置1であって、排気系に設けられ、排ガス中のNOxを捕捉するNOx捕捉材(NOx触媒17)と、NOx捕捉材に捕捉されたNOx量を、NOx捕捉量(NOx排出量積算値S_QNOx)として算出するNOx捕捉量算出手段(ECU2、ステップ2,3)と、内燃機関3が所定の運転条件を満たしているか否かを判定する運転条件判定手段(アクセル開度センサ35、ECU2、ステップ4,12、41,43)と、算出されたNOx捕捉量が所定値(判定値S_QNOxREF)に達し且つ内燃機関3が所定の運転条件を満たしていると判定されたときに、内燃機関3への燃料供給量(燃料噴射量TOUT)を増加させるとともに吸入空気量を低減することによって、NOx捕捉材に捕捉されたNOxを還元するNOx還元手段(インジェクタ6、スロットル弁12、ECU2、ステップ6,9,21,24,25,31,32)と、NOx還元手段によるNOx還元の実行中に内燃機関3が所定の運転条件を満たさなくなったと判定されたときに、NOx還元手段による燃料供給量の増加を中断するとともに吸入空気量の低減を継続するNOx還元中断動作を実行するNOx還元中断手段(ECU2、ステップ13,21,22,23,31,33)と、を備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the invention according to
この内燃機関の排ガス浄化装置によれば、NOx捕捉材によって排ガス中のNOxが捕捉され、また、この捕捉されたNOx量が、NOx捕捉量算出手段によってNOx捕捉量として算出される。さらに、算出されたNOx捕捉量が所定値に達し且つ内燃機関が所定の運転条件を満たしていると判定されたときに、NOx還元手段によって、内燃機関への燃料供給量を増加するとともに吸入空気量を低減することにより、内燃機関で燃焼されるガスの空燃比をリッチ化することで、捕捉されたNOxが還元され、浄化される。 According to the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine, NOx in the exhaust gas is captured by the NOx trapping material, and the trapped NOx amount is calculated as the NOx trapping amount by the NOx trapping amount calculating means. Further, when it is determined that the calculated NOx trapping amount reaches a predetermined value and the internal combustion engine satisfies a predetermined operating condition, the amount of fuel supplied to the internal combustion engine is increased and the intake air is increased by the NOx reduction means. By reducing the amount, the trapped NOx is reduced and purified by enriching the air-fuel ratio of the gas burned in the internal combustion engine.
このように、NOx還元を、燃料供給量の増加に加えて、吸入空気量の低減によって行うことにより、NOx還元開始時における内燃機関の出力トルクの急激な増加によるトルクショックが防止される。また、NOx還元は、NOx捕捉量が所定値に達することと、内燃機関が所定の運転条件を満たしていることを条件として実行される。NOx還元を実行する場合、例えば内燃機関の減速中やアイドル中では、燃料供給量の増加などに対して内燃機関の出力などが変動しやすく、また、排ガス流量が少ないために、NOxの還元反応を効率良く行うことができないおそれがある。このため、例えば、上記の所定の運転条件から減速運転およびアイドル運転を除外することによって、減速中およびアイドル中でのNOx還元の実行による上記のような不具合を回避することができる。 Thus, by performing the NOx reduction by reducing the intake air amount in addition to the increase in the fuel supply amount, torque shock due to a sudden increase in the output torque of the internal combustion engine at the start of NOx reduction is prevented. Further, the NOx reduction is executed on condition that the NOx trapping amount reaches a predetermined value and that the internal combustion engine satisfies a predetermined operating condition. When performing NOx reduction, for example, when the internal combustion engine is decelerating or idling, the output of the internal combustion engine is likely to fluctuate with respect to an increase in the amount of fuel supply and the exhaust gas flow rate is small. May not be performed efficiently. For this reason, for example, by excluding the deceleration operation and the idle operation from the predetermined operation conditions, the above-described problems due to the execution of the NOx reduction during the deceleration and the idle can be avoided.
また、このNOx還元の実行中に内燃機関が所定の運転条件を満たさなくなったときに、NOx還元中断手段によってNOx還元が中断される。これにより、従来と異なり、NOx還元の実行中に内燃機関が所定の運転条件を満たさなくなった後、再び満たすのと同時にNOx還元を再開でき、それにより、NOxを十分に還元でき、したがって、排ガス特性を向上させることができる。 Further, when the internal combustion engine does not satisfy the predetermined operating condition during the execution of the NOx reduction, the NOx reduction is interrupted by the NOx reduction interruption means. Thereby, unlike the conventional case, the NOx reduction can be restarted at the same time as the internal combustion engine does not satisfy the predetermined operating condition during the NOx reduction, and then the NOx reduction is resumed at the same time. Characteristics can be improved.
さらに、上記の中断の際には、燃料供給量の増加を中断する一方で、吸入空気量の低減を継続する。例えば、NOx還元の中断に伴って、吸入空気量の低減を中断し、吸入空気量をNOx還元の実行中よりも増加させた場合、この中断後の再開時に、吸入空気量を低減しても、吸入空気量は、その応答性が低いため、すぐには低減されない。このため、この再開時に、そのように吸入空気量が低減されないまま、燃料供給量が増加されることによって、内燃機関のトルクが急激に増加し、ドライバビリティーが悪化するおそれがある。また、このように吸入空気量がすぐには低減されないことによって、NOx還元剤として用いられる燃料量が不足するので、NOxを十分に還元できないおそれがある。本発明によれば、上述したように、NOx還元の中断中、吸入空気量の低減を継続することによって、吸入空気量を中断前の値に保持するので、この中断後の再開時に、内燃機関のトルクの急激な増化を防止でき、したがって、良好なドライバビリティーを確保することができる。また、同じ理由により、この再開時に、NOx還元剤として用いられる燃料量を十分に確保できるので、NOxをさらに十分に還元でき、したがって、排ガス特性をさらに向上させることができる。 Furthermore, at the time of the above interruption, the increase in the fuel supply amount is interrupted while the intake air amount is continuously reduced. For example, when the reduction of the intake air amount is interrupted with the interruption of NOx reduction and the intake air amount is increased as compared with the execution of NOx reduction, the intake air amount may be reduced when restarting after the interruption. The intake air amount is not immediately reduced because of its low responsiveness. For this reason, at the time of this restart, the fuel supply amount is increased without reducing the intake air amount in this way, so that the torque of the internal combustion engine increases rapidly, and drivability may deteriorate. Further, since the amount of intake air is not immediately reduced in this way, the amount of fuel used as the NOx reducing agent is insufficient, and therefore there is a possibility that NOx cannot be sufficiently reduced. According to the present invention, as described above, during the interruption of NOx reduction, the intake air amount is maintained at the value before interruption by continuing the reduction of the intake air amount. Therefore, it is possible to prevent a sudden increase in torque, and thus it is possible to ensure good drivability. For the same reason, the amount of fuel used as the NOx reducing agent can be sufficiently secured at the time of resumption, so that NOx can be reduced more sufficiently, and the exhaust gas characteristics can be further improved.
前記目的を達成するため、請求項2に係る発明は、内燃機関3から排気系(実施形態における(以下、本項において同じ)排気管5)に排出された排ガスを浄化する内燃機関の排ガス浄化装置1であって、排気系に設けられ、排ガス中のNOxを捕捉するNOx捕捉材(NOx触媒17)と、NOx捕捉材に捕捉されたNOx量を、NOx捕捉量(NOx排出量積算値S_QNOx)として算出するNOx捕捉量算出手段(ECU2、ステップ2,3)と、アクセル開度APを検出するアクセル開度検出手段(アクセル開度センサ35)と、算出されたNOx捕捉量が所定値(判定値S_QNOxREF)に達し且つ検出されたアクセル開度APが全閉状態にないときに、内燃機関3への燃料供給量(燃料噴射量TOUT)を増加させるとともに吸入空気量を低減することによって、NOx捕捉材に捕捉されたNOxを還元するNOx還元手段(インジェクタ6、スロットル弁12、ECU2、ステップ4,6,9,21,24,25,31,32)と、アクセル開度APの全閉状態が継続したか否かを判定する判定手段(ECU2、ステップ12、ステップ41,43)と、NOx還元手段によるNOx還元の実行中に判定手段によりアクセル開度APの全閉状態が継続したと判定されたときに、NOx還元手段によるNOx還元を中断するNOx還元中断手段(ECU2、ステップ13,21,22,23,31,33)と、を備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the invention according to
この内燃機関の排ガス浄化装置によれば、NOx捕捉材によって排ガス中のNOxが捕捉され、また、この捕捉されたNOx量が、NOx捕捉量算出手段によってNOx捕捉量として算出される。さらに、NOx捕捉量が所定値に達し且つ検出されたアクセル開度、すなわちアクセルペダルの開度が全閉状態にないときに、NOx還元手段によって、内燃機関への燃料供給量を増加するとともに吸入空気量を低減することにより、内燃機関で燃焼されるガスの空燃比をリッチ化することで、捕捉されたNOxが還元され、浄化される。 According to the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine, NOx in the exhaust gas is captured by the NOx trapping material, and the trapped NOx amount is calculated as the NOx trapping amount by the NOx trapping amount calculating means. Further, when the NOx trapping amount reaches a predetermined value and the detected accelerator opening, that is, the accelerator pedal opening is not fully closed, the amount of fuel supplied to the internal combustion engine is increased and suctioned by the NOx reduction means. By reducing the amount of air, the trapped NOx is reduced and purified by enriching the air-fuel ratio of the gas burned in the internal combustion engine.
このように、請求項1と同様、NOx還元を、燃料供給量の増加に加えて、吸入空気量の低減によって行うことにより、NOx還元開始時における内燃機関の出力トルクの急激な増加によるトルクショックが防止される。また、NOx還元は、NOx捕捉量が所定値に達するとともに、アクセル開度が全閉状態にないとき、すなわち、内燃機関の減速中およびアイドル中でないときに行われる。これにより、減速中およびアイドル中でのNOx還元の実行を回避でき、したがって、内燃機関の出力などの変動が発生しやすい状態およびNOxの還元反応の効率が低い状態でのNOx還元の実行を回避することができる。 Thus, similarly to the first aspect, by performing the NOx reduction by reducing the intake air amount in addition to the increase in the fuel supply amount, the torque shock due to the sudden increase in the output torque of the internal combustion engine at the start of the NOx reduction is achieved. Is prevented. Further, NOx reduction is performed when the NOx trapping amount reaches a predetermined value and the accelerator opening is not in a fully closed state, that is, when the internal combustion engine is not decelerating or idling. As a result, it is possible to avoid the execution of NOx reduction during deceleration and idling, and therefore avoid execution of NOx reduction in a state in which fluctuations such as the output of the internal combustion engine are likely to occur and the efficiency of the NOx reduction reaction is low. can do.
また、アクセル開度の全閉状態が継続したか否かが、判定手段によって判定されるとともに、上記NOx還元の実行中にアクセル開度の全閉状態が継続したと判定されたときに、NOx還元がNOx還元中断手段によって中断される。これにより、NOx還元の実行中にアクセル開度が全閉状態になったときにNOx還元を中断し、その後、全閉状態でなくなるのと同時に、再開することができる。さらに、NOx還元の中断を、アクセル開度の全閉状態が継続したことを条件として行うので、シフト操作に伴いアクセル開度が一時的に全閉状態になり、短時間で開→全閉→開に変化する場合でも、NOx還元を中断せずに継続することができる。以上により、NOxを十分に還元でき、したがって、排ガス特性を向上させることができる。また、このようにアクセル開度が一時的に全閉状態になった場合でも、その間、NOx還元が中断されず、燃料供給量および吸入空気量がNOx還元用に増減された状態に保持されるので、これらの短時間における増減に伴って内燃機関のトルクが変動したりNOxを十分に還元できなくなったりするのを回避でき、したがって、良好なドライバビリティーの確保および排ガス特性のさらなる向上を達成することができる。 Further, whether or not the fully closed state of the accelerator opening is continued is determined by the determining means, and when it is determined that the fully closed state of the accelerator opening is continued during the execution of the NOx reduction, NOx The reduction is interrupted by the NOx reduction interrupting means. Thus, NOx reduction can be interrupted when the accelerator opening is in a fully closed state during execution of NOx reduction, and then restarted at the same time as it is not in the fully closed state. Furthermore, since the NOx reduction is interrupted on the condition that the fully closed state of the accelerator opening is continued, the accelerator opening is temporarily fully closed in accordance with the shift operation, and opens in a short time → fully closed → Even when it changes to open, NOx reduction can be continued without interruption. As described above, NOx can be sufficiently reduced, and therefore the exhaust gas characteristics can be improved. Further, even when the accelerator opening is temporarily fully closed in this way, during that time, NOx reduction is not interrupted, and the fuel supply amount and the intake air amount are kept increased or decreased for NOx reduction. Therefore, it can be avoided that the torque of the internal combustion engine fluctuates and the NOx cannot be sufficiently reduced due to the increase / decrease in these short periods of time, and therefore, good drivability is ensured and exhaust gas characteristics are further improved. can do.
請求項3に係る発明は、請求項1に記載の内燃機関3の排ガス浄化装置1において、内燃機関3の負荷を検出する負荷検出手段(ECU2、ステップ23,25)と、検出された内燃機関の負荷(燃料噴射量TOUT)が所定の高負荷領域にあるか否かを判別する負荷判別手段(ECU2、ステップ52、61、図10)と、をさらに備え、NOx還元中断手段は、NOx還元の実行中に内燃機関3の負荷が所定の高負荷領域にあると判別されたときには、NOx還元中断動作として、NOx還元手段による燃料供給量の増加および吸入空気量の低減を中断する(ステップ13,21,22,23,31,34)ことを特徴とする。
The invention according to
この構成によれば、NOx還元の実行中に検出された内燃機関の負荷が所定の高負荷領域にあると判別されたときには、NOx還元手段による燃料供給量の増加および吸入空気量の低減が中断される。内燃機関の負荷が高負荷領域に入ったときに、NOx還元を継続すると、高負荷運転用にもともとより多量に設定される出力用の燃料供給量に、NOx還元用の燃料量がさらに付加されることになるため、極めて多量の燃料が内燃機関に供給される。その結果、多量の燃料が一気に燃焼することによって、燃焼温度が非常に高くなるのに伴って内燃機関の温度が非常に高くなるとともに、燃焼圧力が非常に高くなることで、内燃機関の騒音および振動が増大するおそれがある。本発明によれば、上述したように、NOx還元の実行中、内燃機関の付加が高負荷領域に入ったときに、NOx還元を中断することによって、高負荷運転時にNOx還元を行うことによる上述したような不具合を回避することができる。 According to this configuration, when it is determined that the load of the internal combustion engine detected during execution of NOx reduction is in a predetermined high load region, the increase in the fuel supply amount and the reduction in the intake air amount by the NOx reduction means are interrupted. Is done. If NOx reduction is continued when the load of the internal combustion engine enters the high load region, the amount of fuel for NOx reduction is further added to the amount of fuel supply for output that is originally set to be larger for high load operation. Therefore, an extremely large amount of fuel is supplied to the internal combustion engine. As a result, when a large amount of fuel is burned at once, the temperature of the internal combustion engine becomes very high as the combustion temperature becomes very high, and the combustion pressure becomes very high. Vibration may increase. According to the present invention, as described above, during the NOx reduction, when the addition of the internal combustion engine enters the high load region, the NOx reduction is interrupted to interrupt the NOx reduction during the high load operation. Such a malfunction can be avoided.
また、高負荷運転への移行に伴ってNOx還元を中断するときには、NOx還元中断動作として、燃料噴射量の増加の中断に加え、吸入空気量の低減も中断される。例えば、高負荷運転への移行に伴うNOx還元の中断中、請求項1のように吸入空気量の低減を継続した場合には、高負荷運転用の多量の燃料供給量に対して吸入空気量が不足し、その結果、内燃機関のトルクが不足したり、燃焼に伴って生成されるパティキュレート(以下「PM」という)の量が増大したりするおそれがある。本発明によれば、上述したように、高負荷運転への移行に伴うNOx還元の中断中、吸入空気量の低減を中断するので、高負荷運転用の燃料供給量に見合った吸入空気量を確保できる。したがって、内燃機関の適正なトルクを確保できるとともに、PMの量の増大が防止されることによって、良好な排ガス特性を確保することができる。
Further, when the NOx reduction is interrupted with the shift to the high load operation, the reduction of the intake air amount is interrupted in addition to the interruption of the increase in the fuel injection amount as the NOx reduction interruption operation. For example, when the reduction of the intake air amount is continued as in
以下、図面を参照しながら、本発明の第1実施形態による内燃機関の排ガス浄化装置について説明する。図1は、本発明を適用した排ガス浄化装置1を内燃機関3とともに示している。この内燃機関(以下「エンジン」という)3は、車両(図示せず)に搭載された、例えば4気筒(1つのみ図示)のディーゼルエンジンである。
Hereinafter, an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows an exhaust
エンジン3のピストン3aとシリンダヘッド3bの間には、燃焼室3cが形成されている。シリンダヘッド3bには、吸気管4および排気管5(排気系)が接続されるとともに、燃料噴射弁(以下「インジェクタ」という)6(NOx還元手段)が、燃焼室3cに臨むように取り付けられている。
A
インジェクタ6は、燃焼室3cの天壁中央部に配置されており、コモンレールを介して、高圧ポンプおよび燃料タンク(いずれも図示せず)に順に接続されている。インジェクタ6の開弁時間である燃料噴射量TOUT(燃料供給量)は、ECU2からの駆動信号によって制御される(図2参照)。
The
また、エンジン3のクランクシャフト3dには、マグネットロータ30aが取り付けられており、このマグネットロータ30aとMREピックアップ30bによって、クランク角センサ30が構成されている。クランク角センサ30は、クランクシャフト3dの回転に伴い、パルス信号であるCRK信号およびTDC信号をECU2に出力する。
A
CRK信号は、所定のクランク角(例えば30゜)ごとに出力される。ECU2は、このCRK信号に基づき、エンジン3の回転数(以下「エンジン回転数」という)NEを求める。TDC信号は、各気筒のピストン3aが吸気行程開始時のTDC(上死点)付近の所定のクランク角度位置にあることを表す信号であり、4気筒タイプの本例では、クランク角180゜ごとに出力される。
The CRK signal is output every predetermined crank angle (for example, 30 °). The
吸気管4には、過給装置7が設けられており、過給装置7は、ターボチャージャで構成された過給機8と、これに連結されたアクチュエータ9と、ベーン開度制御弁10を備えている。
The
過給機8は、吸気管4に設けられた回転自在のコンプレッサブレード8aと、排気管5に設けられた回転自在のタービンブレード8bおよび複数の回動自在の可変ベーン8c(2つのみ図示)と、これらのブレード8a,8bを一体に連結するシャフト8dとを有している。過給機8は、排気管5内の排ガスによりタービンブレード8bが回転駆動されるのに伴い、これと一体のコンプレッサブレード8aが回転駆動されることによって、吸気管4内の吸入空気を加圧する過給動作を行う。
The
アクチュエータ9は、負圧によって作動するダイアフラム式のものであり、各可変ベーン8cに機械的に連結されている。アクチュエータ9には、負圧ポンプから負圧供給通路(いずれも図示せず)を介して負圧が供給され、この負圧供給通路の途中にベーン開度制御弁10が設けられている。ベーン開度制御弁10は、電磁弁で構成されており、その開度がECU2からの駆動信号で制御されることにより、アクチュエータ9への供給負圧が変化し、それに伴い、可変ベーン8cの開度が変化することにより、過給圧が制御される。
The
吸気管4の過給機8よりも下流側には、上流側から順に、水冷式のインタークーラ11およびスロットル弁12(NOx還元手段)が設けられている。インタークーラ11は、過給装置7の過給動作により吸入空気の温度が上昇したときなどに、吸入空気を冷却するものである。スロットル弁12には、例えば直流モータで構成されたアクチュエータ12aが接続されている。スロットル弁12の開度(以下「スロットル弁開度」という)THは、アクチュエータ12aに供給される電流のデューティ比をECU2で制御することによって、制御される。
A water-cooled
また、吸気管4には、過給機8よりも上流側にエアフローセンサ31が、インタークーラ11とスロットル弁12の間に過給圧センサ32が、それぞれ設けられている。エアフローセンサ31は吸入空気量QAを検出し、過給圧センサ32は吸気管4内の過給圧PACTを検出し、それらの検出信号はECU2に出力される。
The
さらに、吸気管4の吸気マニホールド4aは、その集合部から分岐部にわたって、スワール通路4bとバイパス通路4cに仕切られており、これらの通路4b,4cはそれぞれ、吸気ポートを介して各燃焼室3cに連通している。
Further, the
バイパス通路4cには、燃焼室3c内にスワールを発生させるためのスワール装置13が設けられている。スワール装置13は、スワール弁13aと、これを開閉するアクチュエータ13bと、スワール制御弁13cを備えている。アクチュエータ13bおよびスワール制御弁13cはそれぞれ、過給装置7のアクチュエータ9およびベーン開度制御弁10と同様に構成されており、スワール制御弁13cは、前記負圧ポンプに接続されている。以上の構成により、スワール制御弁13cの開度がECU2からの駆動信号で制御されることにより、アクチュエータ13bに供給される負圧が変化し、スワール弁13aの開度が変化することによって、スワールの強さが制御される。
A
また、エンジン3には、EGR管14aおよびEGR制御弁14bを有するEGR装置14が設けられている。EGR管14aは、吸気管4と排気管5の間に、具体的には、吸気マニホールド4aの集合部のスワール通路4bと排気管5の過給機8よりも上流側とをつなぐように接続されている。このEGR管14aを介して、エンジン3の排ガスの一部が吸気管4にEGRガスとして還流し、それにより、燃焼室3c内の燃焼温度が低下することによって、排ガス中のNOxが低減される。
The
EGR制御弁14bは、EGR管14aに取り付けられたリニア電磁弁で構成されており、そのバルブリフト量VLACTが、ECU2からのデューティ制御された駆動信号によってリニアに制御されることによって、EGRガス量が制御される。
The
また、EGR装置14にはEGRガスを冷却するためのEGR冷却装置15が設けられており、EGR冷却装置15は、バイパス通路15a、EGR通路切替弁15bおよびEGRクーラ15cを有している。バイパス通路15aは、EGR管14aのEGR制御弁14bよりも下流側に、EGR管14aをバイパスするように設けられており、EGR通路切替弁15bはバイパス通路15aの分岐部に取り付けられ、EGRクーラ15cはバイパス通路15aの途中に設けられている。EGR通路切替弁15bは、ECU2による制御によって、EGR管14aのEGR通路切替弁15bよりも下流側の部分を、EGR管14a側とバイパス通路15a側に選択的に切り替える。
The
以上により、EGR通路切替弁15bがバイパス通路15a側に切り替えられた場合には、EGRガスは、バイパス通路15aに通され、EGRクーラ15cで冷却された後、吸気管4に還流する。一方、逆側に切り替えられた場合には、EGRガスは、EGR管14aのみを介して吸気管4に還流する。
As described above, when the EGR
また、排気管5の過給機8よりも下流側には、上流側から順に、三元触媒16およびNOx触媒17(NOx捕捉材)が設けられている。三元触媒16は、ストイキ雰囲気下において、排ガス中のHCおよびCOを酸化するとともに、NOxを還元することによって、排ガスを浄化する。NOx触媒17は、排ガス中の酸素濃度が高い場合(酸化雰囲気)において、排ガス中のNOxを捕捉(吸収)するとともに、排ガス中の還元剤により、捕捉したNOxを還元することによって、排ガスを浄化する。NOx触媒17には、その温度(以下「NOx触媒温度」という)TLNCを検出するNOx触媒温度センサ36が設けられており、その検出信号はECU2に出力される。
Further, a three-
さらに、排気管5の三元触媒16のすぐ上流側および下流側には、第1LAFセンサ33および第2のLAFセンサ34がそれぞれ設けられている。第1および第2のLAFセンサ33,34はそれぞれ、リッチ領域からリーン領域までの広範囲な空燃比の領域において排ガス中の酸素濃度VLAF1,VLAF2をリニアに検出する。ECU2は、第1LAFセンサ33で検出された酸素濃度VLAF1に基づいて、燃焼室3cで燃焼した実際のガスの空燃比を表す実空燃比A/FACTを算出する。ECU2にはさらに、アクセル開度センサ35(運転条件判定手段、アクセル開度検出手段)から、アクセルペダル(図示せず)の操作量(以下「アクセル開度」という)APを表す検出信号が出力される。
Further, a
ECU2は、I/Oインターフェース、CPU、RAMおよびROMなどからなるマイクロコンピュータで構成されている。前述した各種センサ30〜36からの検出信号はそれぞれ、I/OインターフェースでA/D変換や整形がなされた後、CPUに入力される。
The
CPUは、これらの入力信号に応じ、ROMに記憶された制御プログラムなどに従って、エンジン3の運転状態を判別するとともに、判別した運転状態に応じて、燃料噴射量TOUTや吸入空気量QAの制御を含むエンジン3の制御を実行する。また、NOx触媒17に捕捉されたNOxの還元動作として、リッチスパイクの実行条件が成立しているか否かを判定し、その判定結果に応じてリッチスパイクを実行する。なお、リッチスパイクは、後述するように、燃料噴射量TOUTを増大させるとともに、吸入空気量QAを減少させることによって、実空燃比A/FACTを理論空燃比よりもリッチ化することにより行われる。また、本実施形態では、ECU2によって、NOx捕捉量算出手段、運転条件判定手段、NOx還元手段、NOx還元中断手段、判定手段、負荷検出手段、および負荷判別手段が構成されている。
In accordance with these input signals, the CPU determines the operating state of the
次に、図3を参照しながら、上記リッチスパイクの実行条件の判定処理について説明する。本処理は所定時間(例えば10msec)ごとに実行される。まず、ステップ1(「S1」と図示。以下同じ)では、リッチタイマのタイマ値TMRICHが0であるか否かを判別する。このリッチタイマは、リッチスパイクの実行時間を計時するものであり、このタイマ値TMRICHは、エンジン3の始動時に0にリセットされるものである。
Next, the rich spike execution condition determination process will be described with reference to FIG. This process is executed every predetermined time (for example, 10 msec). First, in step 1 (illustrated as “S1”, the same applies hereinafter), it is determined whether or not the timer value TMRICH of the rich timer is zero. The rich timer measures the execution time of the rich spike, and the timer value TMRICH is reset to 0 when the
上記ステップ1の答がYESで、TMRICH=0のときには、エンジン回転数NEおよび要求トルクPMCMDに応じ、マップ(図示せず)を検索することによって、NOx排出量QNOxを算出する(ステップ2)。要求トルクPMCMDは、エンジン3に要求されるトルクであり、エンジン回転数NEおよびアクセル開度APに応じ、マップ(図示せず)を検索することによって算出される。また、NOx排出量QNOxは、そのときにおける排ガス中のNOx量を推定したものであり、このマップでは、エンジン回転数NEが大きいほど、および要求トルクPMCMDが大きいほど、排ガスボリュームが大きいため、より大きな値に設定されている。
When the answer to step 1 is YES and TMRICH = 0, the NOx emission amount QNOx is calculated by searching a map (not shown) according to the engine speed NE and the required torque PMCMD (step 2). The required torque PMCMD is a torque required for the
次いで、算出したNOx排出量QNOxをそのときのNOx排出量積算値S_QNOxに加算した値を、今回のNOx排出量積算値S_QNOx(NOx捕捉量)として更新する(ステップ3)。このNOx排出量積算値S_QNOxは、NOx触媒17に捕捉されたNOxの量(以下「NOx捕捉量」という)に相当する。 Next, a value obtained by adding the calculated NOx emission amount QNOx to the current NOx emission amount integrated value S_QNOx is updated as the current NOx emission amount integrated value S_QNOx (NOx trapping amount) (step 3). This integrated NOx emission amount S_QNOx corresponds to the amount of NOx trapped by the NOx catalyst 17 (hereinafter referred to as “NOx trapped amount”).
次に、アクセル開度APがほぼ0、すなわちアクセルペダルが全閉状態にあるか否かを判別する(ステップ4)。この答がYESのとき、すなわち、減速中またはアイドル中のときには、リッチスパイクの実行条件が成立していないと判定し、そのことを表すために、リッチスパイクフラグF_RICHを「0」にセットした(ステップ5)後、本処理を終了する。これに伴い、リッチスパイクは実行されずに、後述する通常用のエンジン制御が実行される。 Next, it is determined whether or not the accelerator opening AP is substantially 0, that is, whether or not the accelerator pedal is in a fully closed state (step 4). When the answer is YES, that is, when the vehicle is decelerating or idling, it is determined that the rich spike execution condition is not satisfied, and the rich spike flag F_RICH is set to “0” to indicate that ( After step 5), the process is terminated. Accordingly, normal engine control, which will be described later, is executed without executing the rich spike.
一方、上記ステップ4の答がNOで、減速中およびアイドル中のいずれでもないときには、上記ステップ3で求めたNOx排出量積算値S_QNOxが、判定値S_QNOxREF(所定値)以上であるか否かを判別する(ステップ6)。
On the other hand, if the answer to step 4 is NO and the vehicle is neither decelerating nor idling, it is determined whether or not the NOx emission amount integrated value S_QNOx obtained in
この判定値S_QNOxREFは、NOx触媒温度TLNCに応じ、図4に示すテーブルを検索することによって算出される。同テーブルでは、判定値S_QNOxREFは、TLNC≦第1所定値T1(例えば200℃)では第1判定値SQ1に設定され、T1<TLNC<第2所定値T2(例えば300℃)では、NOx触媒温度TLNCが高いほど、より大きな値にリニアに設定され、TLNC≧T2では第1判定値SQ1よりも大きな第2判定値SQ2に設定されている。これは、NOx触媒温度TLNCが低いほど、また、NOx捕捉量が多いほど、NOxの還元率が低下するので、これに対応させるためである。 This determination value S_QNOxREF is calculated by searching the table shown in FIG. 4 according to the NOx catalyst temperature TLNC. In the table, the determination value S_QNOxREF is set to the first determination value SQ1 when TLNC ≦ first predetermined value T1 (for example, 200 ° C.), and NOx catalyst temperature when T1 <TLNC <second predetermined value T2 (for example, 300 ° C.). The higher the TLNC, the larger the value is set linearly. When TLNC ≧ T2, the second determination value SQ2 is set larger than the first determination value SQ1. This is because the NOx reduction rate decreases as the NOx catalyst temperature TLNC decreases and as the amount of NOx trapped increases.
上記ステップ6の答がNOで、S_QNOx<S_QNOxREFのときには、NOx捕捉量が比較的小さいため、リッチスパイクの実行条件が成立していないと判定し、前記ステップ5を実行する。
If the answer to step 6 is NO and S_QNOx <S_QNOxREF, the NOx trapping amount is relatively small, so it is determined that the rich spike execution condition is not satisfied, and
一方、前記ステップ6の答がYESで、S_QNOx≧S_QNOxREFのときには、リッチスパイクの実行条件が成立していると判定し、次のステップ7以降を実行する。
On the other hand, if the answer to step 6 is YES and S_QNOx ≧ S_QNOxREF, it is determined that the rich spike execution condition is satisfied, and the
このステップ7では、NOx排出量積算値S_QNOxを0にリセットする。次いで、リッチタイマのタイマ値TMRICHを所定の実行時間TRO(例えば5sec)にセットし(ステップ8)、リッチスパイクの実行条件が成立していることを表すために、リッチスパイクフラグF_RICHを「1」にセットする(ステップ9)。これに伴い、後述するリッチスパイク用のエンジン制御が行われ、それにより、リッチスパイクが実行される。なお、上記の実行時間TROは、リッチスパイクによりNOxを還元するのに十分な時間に設定されている。
In
次に、リッチタイマのタイマ値TMRICHをダウンカウントし(ステップ10)、本処理を終了する。タイマ値TMRICHは、このステップ10によってのみ、ダウンカウントされる。
Next, the timer value TMRICH of the rich timer is down-counted (step 10), and this process ends. The timer value TMRICH is down-counted only by this
上記ステップ8の実行により前記ステップ1の答がNOとなり、その場合には、アクセル開度のなまし値APAVEを次式(1)によって算出する(ステップ11)。
APAVE←α・AP+(1−α)APAVE ……(1)
ここで、αは1.0未満の所定のなまし係数である。この式(1)から明らかなように、アクセル開度APとそのときのなまし値APAVEとの加重平均値を、今回のなまし値APAVEとして算出する。
As a result of the execution of
APAVE ← α ・ AP + (1-α) APAVE ...... (1)
Here, α is a predetermined annealing coefficient less than 1.0. As is clear from this equation (1), the weighted average value of the accelerator opening AP and the smoothed value APAVE at that time is calculated as the current smoothed value APAVE.
次いで、算出されたなまし値APAVEがほぼ0であるか否かを判別する(ステップ12)。この答がNOのときには、前記ステップ9以降を実行し、リッチスパイクを継続するとともに、タイマ値TMRICHをダウンカウントする。
Next, it is determined whether or not the calculated annealing value APAVE is substantially 0 (step 12). When this answer is NO, the
一方、このステップ12の答がYESで、上記のようにして算出されたなまし値APAVEがほぼ0のとき、すなわちリッチスパイクの実行中、アクセル開度APが全閉状態になるとともに、その状態が継続しているときには、エンジン3の減速またはアイドル運転が行われたとして、リッチスパイクの実行条件が成立していないと判定する。そして、リッチスパイクフラグF_RICHを「0」にセットした(ステップ13)後、本処理を終了する。
On the other hand, when the answer to step 12 is YES and the annealing value APAVE calculated as described above is almost 0, that is, during execution of the rich spike, the accelerator pedal opening AP is fully closed and this state Is continued, it is determined that the condition for executing the rich spike is not satisfied, assuming that the
以上のように、AP≠0(ステップ4:NO)で減速中およびアイドル中でなく、かつS_QNOx≧S_QNOxREF(ステップ6:YES)のときに、リッチスパイクの実行条件が成立していると判定し、その実行が開始される(ステップ9)。また、このリッチスパイクの開始に伴って、リッチタイマのタイマ値TMRICHに実行時間TROがセットされる(ステップ8)。そして、この開始後、リッチスパイクの実行ごとにタイマ値TMRICHがダウンカウントされ(ステップ10)、これが0になったとき(ステップ1:YES)に、リッチスパイクが終了する(ステップ6:NO,ステップ5)。 As described above, it is determined that the rich spike execution condition is satisfied when AP ≠ 0 (step 4: NO) and the vehicle is not decelerating or idling and S_QNOx ≧ S_QNOxREF (step 6: YES). The execution is started (step 9). Also, with the start of this rich spike, the execution time TRO is set to the timer value TMRICH of the rich timer (step 8). Then, after this start, the timer value TMRICH is down-counted every time the rich spike is executed (step 10), and when this becomes 0 (step 1: YES), the rich spike ends (step 6: NO, step 5).
一方、リッチスパイクの実行中に、アクセル開度APの全閉状態が継続し、エンジン3の減速またはアイドル運転が行われたと判定されたとき(ステップ12:YES)には、リッチスパイクが中断される(ステップ13)。そして、その後、アクセル開度APが増加し、減速中およびアイドル中でないと判定されると(ステップ12:NO)、リッチスパイクが再開される(ステップ9)。また、リッチスパイクの中断中、ステップ10は実行されないため、タイマ値TMRICHが中断開始時の値に保持される。これにより、リッチスパイクは、中断されても、その開始時からの実行時間のトータルが実行時間TROに達するまで実行される。
On the other hand, when it is determined that the accelerator opening AP is fully closed during execution of the rich spike and the
さらに、リッチスパイクの実行中に、シフト操作に伴ってアクセル開度APが一時的に全閉状態になった場合には、前記ステップ12の答がNOに維持されるので、リッチスパイクは中断されずに継続される。 Further, when the accelerator opening AP is temporarily fully closed in accordance with the shift operation during execution of the rich spike, the answer to step 12 is maintained NO, so the rich spike is interrupted. Without being continued.
次に、エンジン制御に含まれる燃料噴射量制御処理および吸入空気量制御処理についてそれぞれ説明する。これらの処理は、図3の処理で判定されたリッチスパイクの実行条件の成否に応じて行われる。 Next, the fuel injection amount control process and the intake air amount control process included in the engine control will be described. These processes are performed according to the success or failure of the rich spike execution condition determined in the process of FIG.
図5は、燃料噴射量制御処理を示しており、本処理はTDC信号の入力に同期して実行される。まず、ステップ21では、リッチスパイクフラグF_RICHが「1」であるか否かを判別する。この答がNOで、リッチスパイクの実行条件が成立していないときには、通常用の燃料噴射量TOUTNを、エンジン回転数NEおよび要求トルクPMCMDに応じ、マップ(図示せず)を検索することによって算出する(ステップ22)。このマップでは、燃料噴射量TOUTNは、エンジン回転数NEが大きいほど、および要求トルクPMCMDが大きいほど、より大きな値に設定されている。次いで、算出した燃料噴射量TOUTNを燃料噴射量TOUTとして設定し(ステップ23)、本処理を終了する。
FIG. 5 shows the fuel injection amount control process, and this process is executed in synchronization with the input of the TDC signal. First, in
一方、上記ステップ21の答がYES(F_RICH=1)で、リッチスパイクの実行条件が成立しているときには、リッチスパイク用の燃料噴射量TOUTRICHを、エンジン回転数NEおよび要求トルクPMCMDに応じ、マップ(図示せず)を検索することによって算出する(ステップ24)。このマップでは、燃料噴射量TOUTRICHは、エンジン回転数NEが大きいほど、および要求トルクPMCMDが大きいほど、より大きな値に設定されており、全体として、通常用の燃料噴射量TOUTNよりも大きな値に設定されている。 On the other hand, when the answer to step 21 is YES (F_RICH = 1) and the rich spike execution condition is satisfied, the rich spike fuel injection amount TOUTRICH is mapped according to the engine speed NE and the required torque PMCMD. It is calculated by searching (not shown) (step 24). In this map, the fuel injection amount TOUTRICH is set to a larger value as the engine speed NE is larger and the required torque PMCMD is larger. As a whole, the fuel injection amount TOUTRICH is larger than the normal fuel injection amount TOUTN. Is set.
次いで、算出したリッチスパイク用の燃料噴射量TOUTRICHを燃料噴射量TOUTとして設定し(ステップ25)、本処理を終了する。これにより、燃料噴射量TOUTが通常時よりも増加させられる。 Next, the calculated rich spike fuel injection amount TOUTRICH is set as the fuel injection amount TOUT (step 25), and this process is terminated. As a result, the fuel injection amount TOUT is increased more than usual.
次に、図6を参照しながら、吸入空気量制御処理について説明する。本処理は、リッチスパイクの実行条件の成否に応じ、スロットル開度THを制御することによって吸入空気量QAを制御するものであり、所定時間(例えば10msec)ごとに実行される。 Next, the intake air amount control process will be described with reference to FIG. This process controls the intake air amount QA by controlling the throttle opening TH according to the success or failure of the rich spike execution condition, and is executed every predetermined time (for example, 10 msec).
まず、ステップ31では、リッチスパイクフラグF_RICHが「1」であるか否かを判別する。この答がYESで、リッチスパイクの実行条件が成立しているときには、リッチスパイク用の目標開度THCMDを、エンジン回転数NEおよび要求トルクPMCMDに応じ、マップ(図示せず)を検索することによって算出し(ステップ32)、本処理を終了する。
First, in
このマップでは、目標開度THCMDは、エンジン回転数NEが大きいほど、および要求トルクPMCMDが大きいほど、より大きな値に設定されるとともに、全開値THWOTよりも小さな値に設定されている。また、この目標開度THCMDの算出に伴い、スロットル弁開度THが、リッチスパイク用の目標開度THCMDになるように制御され、それにより、全開よりも閉弁側に制御される。 In this map, the target opening degree THCMD is set to a larger value as the engine rotational speed NE is larger and the required torque PMCMD is larger, and is set to a value smaller than the full opening value THWOT. In addition, with the calculation of the target opening THCMD, the throttle valve opening TH is controlled so as to become the target opening THCMD for the rich spike, and is thereby controlled to the valve closing side rather than the full opening.
一方、上記ステップ31の答がNO(F_RICH=0)で、リッチスパイクの実行条件が成立していないときには、図3の処理で用いたリッチタイマのタイマ値TMRICHが0であるか否かを判別する(ステップ33)。この答がNOで、リッチスパイクが終了していないときには、そのまま本処理を終了する。一方、ステップ33の答がYES(TMRICH=0)で、リッチスパイクが終了しているときには、通常用の目標開度THCMDを全開値THWOTに設定し(ステップ34)、本処理を終了する。これにより、スロットル弁開度THが全開状態に制御される。 On the other hand, if the answer to step 31 is NO (F_RICH = 0) and the rich spike execution condition is not satisfied, it is determined whether the timer value TMRICH of the rich timer used in the processing of FIG. (Step 33). If the answer is NO and the rich spike has not ended, the present process ends. On the other hand, if the answer to step 33 is YES (TMRICH = 0) and the rich spike has ended, the normal target opening degree THCMD is set to the fully open value THWOT (step 34), and this process ends. As a result, the throttle valve opening TH is controlled to the fully open state.
以上のように、本処理によれば、通常時には、基本的に、スロットル弁開度THが全開値THWOTに制御される(ステップ34)。また、リッチスパイク時には、スロットル弁開度THが全開値THWOTよりも小さなリッチスパイク用の値に制御され(ステップ32)、それにより、吸入空気量QAが通常時よりも低減される。さらに、リッチスパイクの中断中では、タイマ値TMRICHがタイムアップしていないため、ステップ33の答がNOとなり、スロットル弁開度THが、全開値THWOTに制御されず、それ以前のリッチスパイク用の値に保持される。 As described above, according to the present processing, the throttle valve opening TH is basically controlled to the full opening value THWOT in the normal time (step 34). Further, at the time of rich spike, the throttle valve opening TH is controlled to a value for rich spike that is smaller than the full open value THWOT (step 32), thereby reducing the intake air amount QA from the normal time. Further, since the timer value TMRICH has not timed up during the rich spike interruption, the answer to step 33 is NO, and the throttle valve opening TH is not controlled to the full open value THWOT. Held in value.
以上のような燃料噴射量制御および吸入空気量制御によって、通常時には、理論空燃比よりもリーンな空燃比で燃焼が行われる。一方、リッチスパイク時には、理論空燃比よりもリッチな空燃比で燃焼が行われる。これにより、排ガスが還元状態に制御され、NOx触媒17に捕捉されたNOxが還元される。なお、過給機8の過給圧、スワール装置13のスワールの強さ、およびEGR装置14のEGRガス量の制御についてもそれぞれ、通常用とリッチスパイク用に分けて実行される。なお、その説明については省略する。
By the fuel injection amount control and the intake air amount control as described above, combustion is normally performed at an air-fuel ratio that is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio. On the other hand, at the time of rich spike, combustion is performed at an air-fuel ratio richer than the theoretical air-fuel ratio. As a result, the exhaust gas is controlled to a reduced state, and NOx trapped by the
以上のように、本実施形態によれば、NOxをNOx触媒17で捕捉するとともに、NOx排出量積算値S_QNOxが判定値S_QNOxREF以上になり、かつアクセル開度APが全閉状態にないとき、すなわち、エンジン3の減速中およびアイドル中でないときに、燃料噴射量TOUTの増加および吸入空気量QAの低減によってリッチスパイクを実行し、それにより、捕捉されたNOxが還元され、浄化される。また、これにより、減速中およびアイドル中でのリッチスパイクの実行を回避でき、したがって、エンジン3の出力などの変動が発生しやすい状態およびNOxの還元反応の効率が低い状態でのリッチスパイクの実行を回避することができる。
As described above, according to the present embodiment, NOx is captured by the
さらに、リッチスパイクの実行中にアクセル開度APの全閉状態が継続したとき、すなわち、エンジン3の減速またはアイドル運転が行われたときに、リッチスパイクが中断される。そして、アクセル開度APが全閉状態から増加し、減速およびアイドル以外のエンジン3の運転が行われるのと同時に、リッチスパイクが再開される。また、このリッチスパイクの中断を、アクセル開度APの全閉状態が継続したことを条件として行うので、アクセル開度APが一時的に全閉状態になり、短時間で開→全閉→開に変化する場合でも、リッチスパイクを中断せずに、タイマ値TMRICHにセットされた実行時間TRO、継続することができる。以上により、NOxを十分に還元でき、したがって、排ガス特性を向上させることができる。さらに、このようにアクセル開度APが一時的に全閉状態になった場合でも、その間、燃料噴射量TOUTおよび吸入空気量QAがリッチスパイク用に増減された状態に保持されるので、これらの短時間における増減に伴ってエンジン3のトルクが変動したりNOxを十分に還元できなくなったりするのを回避でき、したがって、良好なドライバビリティーの確保および排ガス特性のさらなる向上を達成することができる。
Further, when the accelerator opening AP is fully closed during execution of the rich spike, that is, when the
また、リッチスパイクの中断中、吸入空気量QAを中断前の値に保持するので、この中断後の再開時に、エンジン3のトルクの急激な増化を防止でき、したがって、さらに良好なドライバビリティーを確保することができる。さらに、同じ理由により、この再開時に、NOx還元剤として用いられる燃料量を十分に確保できるので、NOxをさらに十分に還元でき、したがって、排ガス特性をより一層向上させることができる。
In addition, since the intake air amount QA is maintained at the value before the interruption during the rich spike interruption, a sudden increase in the torque of the
次に、図7を参照しながら、本発明の第2実施形態によるリッチスパイクの実行条件の判定処理について説明する。同図において、第1実施形態による図3の処理と同じ実行内容の部分については、同じステップ番号を付している。また、同図から明らかように、前記ステップ11および12に代えて、ステップ41〜43の処理を行う点のみが異なっているので、以下、この点を中心として説明する。
Next, with reference to FIG. 7, the processing for determining the rich spike execution condition according to the second embodiment of the present invention will be described. In the same figure, the same step number is attached | subjected about the part of the same execution content as the process of FIG. 3 by 1st Embodiment. Further, as is apparent from the figure, since only the processing of steps 41 to 43 is performed instead of the
このステップ41では、前記ステップ1の答がNOでタイマ値TMRICHが0でないときに、アクセル開度APがほぼ0で、全閉状態であるか否かを判別する。この答がNOのとき、すなわち、減速中およびアイドル中でないときには、ダウンカウント式の全閉タイマのタイマ値TMDLYを所定時間TDO(例えば0.5sec)にセットし(ステップ42)、前記ステップ9以降を実行する。 In step 41, when the answer to step 1 is NO and the timer value TMRICH is not 0, it is determined whether or not the accelerator opening AP is substantially 0 and the valve is fully closed. When the answer is NO, that is, when the vehicle is not decelerating or idling, the timer value TMDLY of the down-counting type fully-closed timer is set to a predetermined time TDO (for example, 0.5 sec) (step 42). Execute.
一方、上記ステップ41の答がYESで、アクセル開度APが全閉状態にあるときには、上記タイマ値TMDLYが0であるか否かを判別する(ステップ43)。この答がNOのときには、前記ステップ9以降を実行する。一方、このステップ43の答がYESのとき、すなわち、アクセル開度APの全閉状態が所定時間TDO、継続したときには、エンジン3の減速またはアイドル運転が行われたと判定する。次いで、前記ステップ13を実行する。
On the other hand, if the answer to step 41 is YES and the accelerator pedal opening AP is in a fully closed state, it is determined whether or not the timer value TMDLY is 0 (step 43). When this answer is NO, the
以上のように、本実施形態によれば、リッチスパイクの実行中にアクセル開度APの全閉状態が所定時間TDO、継続したことを条件として、リッチスパイクを中断するので、アクセル開度APが一時的に全閉状態になっても、リッチスパイクを中断せずに継続することができる。したがって、第1実施形態の効果を同様に得ることができる。 As described above, according to the present embodiment, the rich spike is interrupted on the condition that the fully closed state of the accelerator opening AP continues for a predetermined time TDO during execution of the rich spike. Even if the valve is temporarily fully closed, the rich spike can be continued without interruption. Therefore, the effect of the first embodiment can be obtained similarly.
次に、図8および図9を参照しながら、本発明の第3実施形態によるリッチスパイクの実行条件の判定処理および吸入空気量制御処理について、それぞれ説明する。図8および図9において、第1実施形態による図3および図6の処理とそれぞれ同じ実行内容の部分については、同じステップ番号を付している。以下、第1実施形態と異なる実行内容の部分を中心として説明する。 Next, the rich spike execution condition determination process and the intake air amount control process according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 8 and 9. 8 and 9, the same step numbers are assigned to portions having the same execution contents as the processes of FIGS. 3 and 6 according to the first embodiment. In the following, description will be made centering on the part of the execution contents different from the first embodiment.
図8に示す実行条件の判定処理では、前記ステップ1〜3を実行した後、ステップ51において、エンジン3の負荷が所定の高負荷領域にあるか否かを判別する。この判別は、エンジン回転数NEおよび燃料噴射量TOUTに応じ、図10に示す負荷領域マップに基づいて行われる。この負荷領域マップでは、高負荷領域は、エンジン回転数NEが低〜高で、かつ燃料噴射量TOUTが高い領域に設定されている。
In the execution condition determination process shown in FIG. 8, after performing
上記ステップ51の答がYESで、エンジン3の負荷が高負荷領域にあるときには、リッチスパイクの実行条件が成立していないと判定し、前記ステップ5を実行する。一方、ステップ51の答がNOで、エンジン3の負荷が高負荷領域にないときには、前記ステップ4以降を実行する。
If the answer to step 51 is YES and the load of the
また、前記ステップ1の答がNOで、リッチスパイクの開始時からの中断時間を除く実行時間のトータルが実行時間TROに達していないときには、前記ステップ51と同様、エンジン回転数NEおよび燃料噴射量TOUTに応じ、図10に示す負荷領域マップに基づいて、エンジン3の負荷が所定の高負荷領域にあるか否かを判別する(ステップ52)。この答がNOで、エンジン3の負荷が高負荷領域にないときには、前記ステップ11以降を実行する一方、YESで、高負荷領域にあるときには、リッチスパイクの実行条件が成立していないと判定し、前記ステップ13を実行する。
If the answer to step 1 is NO and the total execution time excluding the interruption time from the start of the rich spike does not reach the execution time TRO, the engine speed NE and the fuel injection amount are the same as in
以上のように、AP≠0(ステップ4:NO)、S_QNOx≧S_QNOxREF(ステップ6:YES)、かつ、エンジン3の負荷が高負荷領域になく、高負荷運転が行われていないとき(ステップ51:NO)には、リッチスパイクの実行条件が成立していると判定し、その実行が開始される(ステップ9)。このように、高負荷運転のときにリッチスパイクを禁止するので、高負荷運転中のリッチスパイクの実行によりエンジン3の温度が非常に高くなったり振動および騒音が増大したりするのを、回避することができる。
As described above, AP ≠ 0 (step 4: NO), S_QNOx ≧ S_QNOxREF (step 6: YES), and when the load of the
また、このリッチスパイクの実行中に、高負荷運転に移行したとき(ステップ52:YES)には、リッチスパイクが中断される(ステップ13)。そして、その後、高負荷運転が終了すると(ステップ52:NO)、リッチスパイクが再開される(ステップ9)。また、この場合の中断中にも、タイマ値TMRICHが中断開始時の値に保持されるので、リッチスパイクは、その開始時からの実行時間のトータルが実行時間TROに達するまで実行される。 Further, when the rich spike operation is being performed and the shift to the high load operation is made (step 52: YES), the rich spike is interrupted (step 13). After that, when the high load operation ends (step 52: NO), the rich spike is resumed (step 9). Further, even during the interruption in this case, the timer value TMRICH is held at the value at the start of interruption, so that the rich spike is executed until the total execution time from the start reaches the execution time TRO.
図9に示す吸入空気量制御処理では、まず、前記ステップ31〜33を実行し、ステップ33の答がNOで、リッチスパイクが終了していないときには、前記ステップ51と同様にして、エンジン3の負荷が高負荷領域にあるか否かを判別する(ステップ61)。この答がNOのときには、そのまま本処理を終了する一方、YESで、エンジン3の負荷が高負荷領域にあるときには、前記ステップ34を実行し、スロットル弁開度THを全開値THWOTに制御する。
In the intake air amount control process shown in FIG. 9, first, the
以上のように、高負荷運転への移行に伴って、リッチスパイクが中断されたとき(ステップ61:YES)には、その中断中、スロットル弁開度THは、第1実施形態と異なり、それ以前のリッチスパイク用の値に保持されず、全開値THWOTに制御される(ステップ34)。 As described above, when the rich spike is interrupted with the shift to the high load operation (step 61: YES), the throttle valve opening TH is different from that in the first embodiment during the interruption. It is not held at the value for the previous rich spike, but is controlled to the full open value THWOT (step 34).
以上のように、本実施形態によれば、リッチスパイクの実行中にエンジン3の負荷が高負荷領域に入ったときに、リッチスパイクを中断するので、高負荷運転時にリッチスパイクを行うことによりエンジン3の温度が非常に高くなったり騒音および振動が増大したりするのを、回避することができる。また、そのような高負荷運転への移行に伴うリッチスパイクの中断中、吸入空気量QAの低減を中断するので、高負荷運転用の燃料噴射量TOUTに見合った吸入空気量QAを確保できる。したがって、内燃機関の適正なトルクを確保できるとともに、PMの量の増大が防止されることによって、良好な排ガス特性を確保することができる。
As described above, according to the present embodiment, the rich spike is interrupted when the load of the
なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、実施形態では、前述した実行時間TROを固定値に設定したが、これを可変にしてもよい。実施形態では、判定値S_QNOxREFがNOx触媒温度TLNCに応じて設定されるので、実行時間TROを判定値S_QNOxREFに応じて設定することによって、そのときのNOx捕捉量などに応じてリッチスパイクを過不足なく実行でき、したがって、捕捉されたNOxをさらに十分に還元することができるとともに、より良好な燃費を得ることができる。 In addition, this invention can be implemented in various aspects, without being limited to the described embodiment. For example, in the embodiment, the execution time TRO described above is set to a fixed value, but this may be variable. In the embodiment, the determination value S_QNOxREF is set according to the NOx catalyst temperature TLNC. Therefore, by setting the execution time TRO according to the determination value S_QNOxREF, the rich spike is excessive or insufficient according to the NOx trapping amount at that time. Therefore, the trapped NOx can be reduced more sufficiently and better fuel efficiency can be obtained.
また、実施形態では、リッチスパイクの終了を、実行時間TROによって規定したが、これに代えて、次のようにして規定してもよい。すなわち、リッチスパイク中にNOx触媒17に還元剤として供給される未燃燃料の量(以下「還元剤供給量」という)REDQを、次式(2)によって算出する。
REDQ=Σ{(14.7−A/FACT)・SV} ……(2)
ここで、SVは排ガスボリュームである。この(14.7−A/FACT)・SVは、NOx触媒17に今回時に供給された還元剤の量に相当するので、これをリッチスパイクの開始時から積算することによって、今回時までにNOx触媒17に供給された還元剤の量を算出することができる。
In the embodiment, the end of the rich spike is defined by the execution time TRO. Instead, it may be defined as follows. That is, the amount of unburned fuel (hereinafter referred to as “reducing agent supply amount”) REDQ supplied as a reducing agent to the
REDQ = Σ {(14.7−A / FACT) · SV} (2)
Here, SV is the exhaust gas volume. Since this (14.7-A / FACT) · SV corresponds to the amount of reducing agent supplied to the
そして、算出した還元剤供給量REDQを判定値REDQREFと比較し、REDQ≧REDQREFが成立したときに、リッチスパイクを終了するようにしてもよい。これにより、還元剤がNOx触媒17に過不足なく供給された時点でリッチスパイクを終了させることによって、捕捉されたNOxをさらに十分に還元することができるとともに、より良好な燃費を得ることができる。
Then, the calculated reducing agent supply amount REDQ may be compared with a determination value REDQREF, and the rich spike may be terminated when REDQ ≧ REDQREF is established. As a result, by stopping the rich spike when the reducing agent is supplied to the
さらに、実施形態では、エンジン3が所定の運転条件、すなわち減速中およびアイドル中であるか否かを、アクセル開度APによって判定したが、この判定するためのパラメータとして、アクセル開度APに加えて、エンジン回転数NEなどを用いてもよいことは勿論である。また、第3実施形態では、エンジン3の負荷を表すパラメータとして、燃料噴射量TOUTを用いているが、これに代えて、またはこれとともに、アクセル開度APなどを用いてもよいことは勿論である。
Furthermore, in the embodiment, whether or not the
さらに、第3実施形態では、エンジン3の負荷が高負荷領域にあるか否かを判別するためのマップとして、リッチスパイク中および通常運転中のいずれの場合にも、図10の負荷領域マップを共通に用いているが、これを次のように別個に用意してもよい。すなわち、前述したように、リッチスパイク用の燃料噴射量TOUTRICHは、通常用の燃料噴射量TOUTNよりも大きな値に設定されているため、このような設定に合うように、負荷領域マップとして、リッチスパイク用のものと、通常用のものを別個に用意してもよい。この場合、リッチスパイクの実行禁止および中断を、通常用およびリッチスパイク用の燃料噴射量TOUTN,TOUTRICHに応じて、きめ細かく適切に行うことができる。
Furthermore, in the third embodiment, as a map for determining whether or not the load of the
また、本発明は、ディーゼルエンジンに限らず、リーンバーンエンジンなどのガソリンエンジンにも適用することができる。さらに、本発明は、クランク軸が鉛直方向に配置された船外機などのような船舶推進機用エンジンを含む、様々な産業用の内燃機関に適用できることはもちろんである。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。 The present invention can be applied not only to a diesel engine but also to a gasoline engine such as a lean burn engine. Further, the present invention can be applied to various industrial internal combustion engines including an engine for a marine propulsion device such as an outboard motor having a crankshaft arranged in a vertical direction. In addition, it is possible to appropriately change the detailed configuration within the scope of the gist of the present invention.
1 排ガス浄化装置
2 ECU(NOx捕捉量算出手段、運転条件判定手段、NOx還元手段、NOx還元
中断手段、判定手段、負荷検出手段、負荷判別手段)
3 エンジン
5 排気管(排気系)
6 インジェクタ(NOx還元手段)
12 スロットル弁(NOx還元手段)
17 NOx触媒(NOx捕捉材)
35 アクセル開度センサ(運転条件判定手段、アクセル開度検出手段)
S_QNOx NOx排出量積算値(NOx捕捉量)
S_QNOxREF 判定値(所定値)
TOUT 燃料噴射量(燃料供給量)
DESCRIPTION OF
Interruption means, determination means, load detection means, load determination means)
3
6 Injector (NOx reduction means)
12 Throttle valve (NOx reduction means)
17 NOx catalyst (NOx trapping material)
35 Accelerator opening sensor (operating condition judging means, accelerator opening detecting means)
S_QNOx NOx emission amount integrated value (NOx trapping amount)
S_QNOxREF judgment value (predetermined value)
TOUT Fuel injection amount (fuel supply amount)
Claims (3)
前記排気系に設けられ、排ガス中のNOxを捕捉するNOx捕捉材と、
当該NOx捕捉材に捕捉されたNOx量を、NOx捕捉量として算出するNOx捕捉量算出手段と、
前記内燃機関が所定の運転条件を満たしているか否かを判定する運転条件判定手段と、
前記算出されたNOx捕捉量が所定値に達し且つ前記内燃機関が前記所定の運転条件を満たしていると判定されたときに、前記内燃機関への燃料供給量を増加させるとともに吸入空気量を低減することによって、前記NOx捕捉材に捕捉されたNOxを還元するNOx還元手段と、
当該NOx還元手段によるNOx還元の実行中に前記内燃機関が前記所定の運転条件を満たさなくなったと判定されたときに、前記NOx還元手段による燃料供給量の増加を中断するとともに吸入空気量の低減を継続するNOx還元中断動作を実行するNOx還元中断手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排ガス浄化装置。 An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine that purifies exhaust gas discharged from an internal combustion engine into an exhaust system,
A NOx trap that is provided in the exhaust system and traps NOx in the exhaust gas;
NOx trapping amount calculating means for calculating the NOx trapped by the NOx trapping material as the NOx trapping amount;
Operating condition determining means for determining whether or not the internal combustion engine satisfies a predetermined operating condition;
When the calculated NOx trapping amount reaches a predetermined value and it is determined that the internal combustion engine satisfies the predetermined operating condition, the amount of fuel supplied to the internal combustion engine is increased and the intake air amount is reduced. NOx reduction means for reducing NOx trapped in the NOx trapping material,
When it is determined that the internal combustion engine no longer satisfies the predetermined operating condition during execution of NOx reduction by the NOx reduction means, the increase in fuel supply amount by the NOx reduction means is interrupted and the intake air amount is reduced. NOx reduction interruption means for executing a continuous NOx reduction interruption operation;
An exhaust gas purifying device for an internal combustion engine, comprising:
前記排気系に設けられ、排ガス中のNOxを捕捉するNOx捕捉材と、
当該NOx捕捉材に捕捉されたNOx量を、NOx捕捉量として算出するNOx捕捉量算出手段と、
アクセル開度を検出するアクセル開度検出手段と、
前記算出されたNOx捕捉量が所定値に達し且つ前記検出されたアクセル開度が全閉状態にないときに、前記内燃機関への燃料供給量を増加させるとともに吸入空気量を低減することによって、前記NOx捕捉材に捕捉されたNOxを還元するNOx還元手段と、
前記アクセル開度の全閉状態が継続したか否かを判定する判定手段と、
前記NOx還元手段によるNOx還元の実行中に前記判定手段により前記アクセル開度の全閉状態が継続したと判定されたときに、前記NOx還元手段によるNOx還元を中断するNOx還元中断手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排ガス浄化装置。 An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine that purifies exhaust gas discharged from an internal combustion engine into an exhaust system,
A NOx trap that is provided in the exhaust system and traps NOx in the exhaust gas;
NOx trapping amount calculating means for calculating the NOx trapped by the NOx trapping material as the NOx trapping amount;
An accelerator opening detecting means for detecting the accelerator opening;
By increasing the fuel supply amount to the internal combustion engine and reducing the intake air amount when the calculated NOx trapping amount reaches a predetermined value and the detected accelerator opening is not fully closed, NOx reduction means for reducing NOx trapped in the NOx trapping material;
Determining means for determining whether or not the fully closed state of the accelerator opening is continued;
NOx reduction interruption means for interrupting NOx reduction by the NOx reduction means when it is determined by the determination means that the fully closed state of the accelerator opening is continued during execution of NOx reduction by the NOx reduction means;
An exhaust gas purifying device for an internal combustion engine, comprising:
当該検出された内燃機関の負荷が所定の高負荷領域にあるか否かを判別する負荷判別手段と、をさらに備え、
前記NOx還元中断手段は、前記NOx還元の実行中に前記内燃機関の負荷が前記所定の高負荷領域にあると判別されたときには、前記NOx還元中断動作として、前記NOx還元手段による燃料供給量の増加および吸入空気量の低減を中断することを特徴とする、請求項1に記載の内燃機関の排ガス浄化装置。 Load detecting means for detecting a load of the internal combustion engine;
Load discriminating means for discriminating whether or not the detected load of the internal combustion engine is in a predetermined high load region;
The NOx reduction interruption means determines the fuel supply amount of the NOx reduction means as the NOx reduction interruption operation when it is determined that the load of the internal combustion engine is in the predetermined high load region during execution of the NOx reduction. The exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the increase and the reduction of the intake air amount are interrupted.
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