JP2007218140A

JP2007218140A - Exhaust emission control device and exhaust emission control method

Info

Publication number: JP2007218140A
Application number: JP2006038071A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Toyama; 博章外山; Morio Narita; 守男成田
Original assignee: Toyota Industries Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-02-15
Filing date: 2006-02-15
Publication date: 2007-08-30

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To inhibit clogging of an addition injector adding fuel to exhaust gas. <P>SOLUTION: ECU 20 estimates NOx quantity absorbed by an storage reduction type NOx catalyst from a history of a operation condition of an engine, and makes fuel injected from the addition injector 17 for a predetermined period of time when the estimated NOx quantity reaches a predetermined value. Adding timing is controlled to complete addition of fuel at completion timing when exhaust in a specific cylinder in which the addition injector 17 is arranged in an exhaust path thereof is completed. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置とその排気浄化方法に関する。 The present invention relates to an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine and an exhaust gas purification method therefor.

ガソリンエンジン等の内燃機関から排出されるＮＯｘ（窒素酸化物）を低減させるために排気再循環装置が用いられている。排気再循環装置は、吸気側に排気の一部を戻して気筒内の燃焼温度を低下させてＮＯｘの発生量を低減させるものである。しかしながら、排気再循環装置だけでは排気ガス規制に対応することはできないので、例えば吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を併用して排気ガスの窒素酸化物を除去することが行われている。また、ＰＭ（排気ガス粒子物質）についても同様に、今後の排気ガス規制に対応するためフィルタ等により除去することが行われている。 An exhaust gas recirculation device is used to reduce NOx (nitrogen oxide) discharged from an internal combustion engine such as a gasoline engine. The exhaust gas recirculation device returns a part of the exhaust gas to the intake side to lower the combustion temperature in the cylinder and reduce the amount of NOx generated. However, the exhaust gas recirculation device alone cannot meet the exhaust gas regulations, and therefore, for example, nitrogen oxides in the exhaust gas are removed by using an NOx storage reduction catalyst together. Similarly, PM (exhaust gas particulate matter) is also removed by a filter or the like in order to comply with future exhaust gas regulations.

ガソリンエンジン等では通常運転時は希薄燃焼状態となるので吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に連続してＮＯｘが吸着され、その結果、ＮＯｘ触媒のＮＯｘの吸着能力が飽和してしまうという問題点がある。そのため、排気ガスに燃料を添加して排気ガスの酸素濃度を低下させ、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＮＯｘを放出させてＮＯｘ吸着能力を回復させることが行われている。 Since a gasoline engine or the like is in a lean combustion state during normal operation, NOx is continuously adsorbed on the NOx storage reduction catalyst, and as a result, the NOx adsorption capacity of the NOx catalyst is saturated. Therefore, fuel is added to the exhaust gas to reduce the oxygen concentration of the exhaust gas, and NOx stored in the NOx storage reduction catalyst is released to recover the NOx adsorption capacity.

特許文献１には、添加ノズルにより排気ガスに燃料を添加する場合に、添加した燃量が排気再循環装置に回り込まないように、排気再循環装置の排気吸入口の反対側に添加ノズルを配置することが記載されている。 In Patent Document 1, when fuel is added to the exhaust gas by the addition nozzle, the addition nozzle is arranged on the side opposite to the exhaust suction port of the exhaust gas recirculation device so that the added fuel amount does not enter the exhaust gas recirculation device. It is described to do.

特許文献２には、排気ガスに燃料を添加する噴射ノズルの先端にデポジットが生成されるのを抑制することが課題として記載されている。特許文献２の段落００６６には、クランクシャフトが第４気筒の圧縮上死点ＴＤＣから所定クランク角θＡだけ回転したときに噴射ノズルから燃料の噴射を開始し、第３気筒の圧縮上死点ＴＤＣから所定クランク角θＢだけ回転したとき燃料の噴射を一時休止させ、さらに、クランクシャフトが第４気筒の圧縮上死点ＴＤＣから所定クランク角θＡだけ回転したとき再び燃料の噴射を開始することが記載されている。このように第３気筒の排気期間は燃料の噴射を休止することで、噴射された燃料が排気中のすすに付着して粒径が大きくなり、粒径が大きくなったすすが第３気筒の排気により噴射ノズルの方向に移動して噴射孔にデポジットが生成されるのを防止している。
特開２００１−２８０１２５号公報特開２００３−２０１８３６号公報 Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-228561 describes as a problem to suppress the generation of deposits at the tip of an injection nozzle that adds fuel to exhaust gas. In paragraph 0066 of Patent Document 2, when the crankshaft rotates by a predetermined crank angle θA from the compression top dead center TDC of the fourth cylinder, fuel injection is started from the injection nozzle, and the compression top dead center TDC of the third cylinder is started. That the fuel injection is temporarily stopped when the crankshaft is rotated by a predetermined crank angle θB, and the fuel injection is started again when the crankshaft is rotated by the predetermined crank angle θA from the compression top dead center TDC of the fourth cylinder. Has been. As described above, by stopping the fuel injection during the exhaust period of the third cylinder, the injected fuel adheres to the soot in the exhaust gas to increase the particle size. It is prevented that deposits are generated in the injection hole by moving in the direction of the injection nozzle by the exhaust.
JP 2001-280125 A JP 2003-201836 A

特許文献１の発明は、添加ノズルの燃料の添加タイミングを制御するものではない。特許文献２の発明は、噴射ノズルの燃料の噴射タイミングを制御しているが、噴射ノズルが設けられている第４気筒の排気終了後も燃料の噴射が行われており、燃料の噴射終了後に噴射ノズル付近に残留する燃料濃度を低くすることはできない。 The invention of Patent Document 1 does not control the fuel addition timing of the addition nozzle. The invention of Patent Document 2 controls the fuel injection timing of the injection nozzle, but the fuel is injected even after the exhaust of the fourth cylinder provided with the injection nozzle is completed. The fuel concentration remaining in the vicinity of the injection nozzle cannot be lowered.

本発明の課題は、排気ガスに燃料を添加する添加インジェクタの詰まりを抑えることである。 The subject of this invention is suppressing the clogging of the addition injector which adds a fuel to exhaust gas.

本発明の排気浄化装置は、多気筒の内燃機関の各気筒の排気ポートに接続された排気マニホールドと、前記多気筒の内の特定の気筒の排気ポートの排気経路、又は、排気ポートの近傍に配置され、排気に燃料やその他の還元剤を添加する添加インジェクタと、前記排気マニホールドから排出される排気の特定成分の除去や排気ガス粒子物質の捕集を行う排気浄化手段と、前記添加インジェクタが排気経路に配置されている前記特定の気筒の排気期間内に燃料の添加が終了するように前記添加インジェクタの添加タイミングを制御する制御手段とを備える。 The exhaust emission control device of the present invention has an exhaust manifold connected to an exhaust port of each cylinder of a multi-cylinder internal combustion engine, an exhaust path of an exhaust port of a specific cylinder among the multi-cylinders, or in the vicinity of the exhaust port. And an addition injector for adding fuel and other reducing agents to the exhaust, an exhaust purification means for removing a specific component of exhaust exhausted from the exhaust manifold and collecting exhaust gas particulate matter, and the addition injector Control means for controlling the addition timing of the addition injector such that the addition of fuel is completed within the exhaust period of the specific cylinder arranged in the exhaust path.

この発明によれば、添加インジェクタが排気経路に配置されている特定の気筒の排気期間内に燃料やその他の還元剤の添加が終了するので、添加インジェクタから噴射された燃料やその他の還元剤は特定の気筒の排気により十分に掃気され、他の気筒の排気で添加インジェクタの近傍に吹き戻される燃料やその他の還元剤の量を低減できる。これにより、燃料やその他の還元剤が添加インジェクタの噴出口に付着して噴出口が詰まるのを抑制できる。 According to the present invention, since the addition of fuel and other reducing agents is completed within the exhaust period of the specific cylinder in which the additive injector is disposed in the exhaust path, the fuel and other reducing agents injected from the additive injector are It is possible to reduce the amount of fuel and other reducing agents that are sufficiently scavenged by the exhaust of a specific cylinder and blown back to the vicinity of the addition injector by the exhaust of other cylinders. Thereby, it can suppress that fuel and other reducing agents adhere to the jet outlet of an addition injector, and a jet nozzle is blocked.

添加インジェクタは、排気ポートに直接設けても良いし、添加インジェクタにより添加されたものが特定の気筒の排気により十分に掃気される位置であれば排気ポートの近傍に設けても良い。 The additive injector may be provided directly in the exhaust port, or may be provided in the vicinity of the exhaust port as long as the material added by the additive injector is sufficiently scavenged by the exhaust of a specific cylinder.

本発明の排気浄化装置において、前記制御手段は、前記特定の気筒の排気の終了タイミングより所定クランク回転角前に燃料やその他の還元剤の添加が終了するように前記添加インジェクタの添加タイミングを制御する。 In the exhaust emission control device of the present invention, the control means controls the addition timing of the addition injector so that the addition of fuel or other reducing agent is completed a predetermined crank rotation angle before the exhaust timing of the specific cylinder. To do.

このように構成することで添加終了後も所定時間排気を行うことができる。これにより、添加インジェクタの近傍に残っている燃料やその他の還元剤を十分に掃気することができるので残留した燃料やその他の還元剤が添加インジェクタの噴射口に付着して噴射口が詰まるのを抑えることができる。 With this configuration, the exhaust can be performed for a predetermined time even after the addition is completed. As a result, the remaining fuel and other reducing agents in the vicinity of the addition injector can be sufficiently scavenged, so that the remaining fuel and other reducing agents can adhere to the injection port of the addition injector and clog the injection port. Can be suppressed.

本発明の排気浄化装置において、前記制御手段は、前記特定の気筒の排気流量とクランク回転角との関係を示すデータに基づいて所定以上の排気流量が得られるタイミングを添加終了タイミングとして設定する。 In the exhaust emission control device of the present invention, the control means sets a timing at which an exhaust flow rate equal to or higher than a predetermined value is obtained as an addition end timing based on data indicating a relationship between the exhaust flow rate of the specific cylinder and the crank rotation angle.

このように構成することで特定の気筒の排気流量が所定以上あるときを添加終了タイミングとして設定することができるので噴射した燃料やその他の還元剤を特定の気筒の排気により十分に掃気することができ、添加インジェクタの噴射口が詰まるのを抑制できる。 With this configuration, when the exhaust flow rate of a specific cylinder is greater than or equal to a predetermined value can be set as the addition end timing, the injected fuel and other reducing agents can be sufficiently scavenged by the exhaust of the specific cylinder. It is possible to suppress clogging of the injection port of the additive injector.

本発明の排気浄化装置において、前記制御手段は、前記特定の気筒の排気が開始される前に燃料やその他の還元剤の添加を開始する。
このように添加の開始タイミングを制御することで十分な期間噴射できるので、添加インジェクタから十分の量の燃料またはその他の還元剤を噴射することができる。 In the exhaust emission control device of the present invention, the control means starts adding fuel and other reducing agents before the exhaust of the specific cylinder is started.
By controlling the addition start timing in this manner, injection can be performed for a sufficient period of time, so that a sufficient amount of fuel or other reducing agent can be injected from the addition injector.

本発明によれば、添加インジェクタから噴射した燃料やその他の還元剤を特定の気筒の排気により十分に掃気することができるので噴射インジェクタの噴射口が詰まるのを抑制できる。 According to the present invention, the fuel and other reducing agent injected from the additive injector can be sufficiently scavenged by the exhaust of the specific cylinder, so that the injection port of the injection injector can be prevented from being clogged.

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、実施の形態の内燃機関の構成を示す図であり、同図は４気筒のデーィゼルンエンジンと排気浄化装置を示している。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an internal combustion engine according to an embodiment. FIG. 1 shows a 4-cylinder diesel engine and an exhaust purification device.

図１において、エンジン１１は、４個の気筒１２ａ〜１２ｄと、各気筒１２ａ〜１２ｄの排気ポート１３ａ〜１３ｄと、各燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射弁１４ａ〜１４ｄとを有する。以下の説明では、図１の正面から見て右端の気筒から順に第１気筒１２ａ、第２気筒１２ｂ、第３気筒１２ｃ、第４気筒１２ｄと呼ぶ。 1, the engine 11 has four cylinders 12a to 12d, exhaust ports 13a to 13d of the cylinders 12a to 12d, and fuel injection valves 14a to 14d for injecting fuel into the combustion chambers. In the following description, the first cylinder 12a, the second cylinder 12b, the third cylinder 12c, and the fourth cylinder 12d are referred to in order from the rightmost cylinder as viewed from the front of FIG.

エンジン１１の各気筒１２ａ〜１２ｄの排気ポート１３ａ〜１３ｄには排気マニホールド１５が接続され、排気マニホールド１５の排気口には排気集合管１６が接続されている。第４気筒１２ｄの排気ポート１３ｄの排気経路には排気ガスに燃料（またはその他の還元剤）を添加する添加インジェクタ１７が配置されている。添加インジェクタ１７には、燃料ポンプ１８から燃料パイプ１９を介して燃料が供給される。この添加インジェクタ１７は燃料を噴射することで後述する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を再生させる働きをする。添加インジェクタ１７の燃料の添加タイミングはエンジンコントロール用電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）２０により制御される。 An exhaust manifold 15 is connected to the exhaust ports 13 a to 13 d of the cylinders 12 a to 12 d of the engine 11, and an exhaust collecting pipe 16 is connected to the exhaust port of the exhaust manifold 15. An addition injector 17 for adding fuel (or other reducing agent) to the exhaust gas is disposed in the exhaust path of the exhaust port 13d of the fourth cylinder 12d. Fuel is supplied to the addition injector 17 from the fuel pump 18 through the fuel pipe 19. The additive injector 17 serves to regenerate an NOx storage reduction catalyst described later by injecting fuel. The fuel addition timing of the addition injector 17 is controlled by an engine control electronic control unit (hereinafter referred to as ECU) 20.

排気集合管１６の排出口側はターボチャージャ２１のタービン２１ｂに接続されており、タービン２１ｂは排気集合管１６から排出される排気ガスにより駆動され、タービン２１ｂに連結されたコンプレッサ２１ａを駆動して吸気を昇圧するとともに、排気ガスを排気管２２に排出する。排気管２２には吸蔵還元型ＮＯｘ触媒等からなるフィルタ２３が接続されている。 The exhaust outlet side of the exhaust collecting pipe 16 is connected to the turbine 21b of the turbocharger 21, and the turbine 21b is driven by the exhaust gas discharged from the exhaust collecting pipe 16 to drive the compressor 21a connected to the turbine 21b. While increasing the pressure of the intake air, the exhaust gas is discharged to the exhaust pipe 22. A filter 23 made of an NOx storage reduction catalyst or the like is connected to the exhaust pipe 22.

吸蔵還元型ＮＯｘ触媒は、流入する排気ガスの酸素濃度が所定以上のとき排気ガス中のＮＯｘを吸収し、排気ガスの酸素濃度が所定値以下となると吸収しているＮＯｘを放出する特性を持っている。吸蔵還元型ＮＯｘ触媒は、燃料の硫黄分が燃焼して生成される硫黄酸化物によりＮＯｘ浄化率が低下するので硫黄酸化物を除去する必要がある。吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度をＮＯｘの放出・還元時より大幅に高い所定の温度にし、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比に設定することで硫黄酸化物を除去して触媒の浄化能力を回復できる。 The NOx storage reduction catalyst absorbs NOx in the exhaust gas when the oxygen concentration of the inflowing exhaust gas is equal to or higher than a predetermined value, and releases the absorbed NOx when the oxygen concentration of the exhaust gas becomes lower than a predetermined value. ing. The NOx storage reduction catalyst needs to remove the sulfur oxide because the NOx purification rate is lowered by the sulfur oxide generated by burning the sulfur content of the fuel. Sulfur oxide is removed by setting the temperature of the NOx storage reduction catalyst to a predetermined temperature that is significantly higher than the NOx release / reduction and setting the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx storage reduction catalyst to the stoichiometric air-fuel ratio. Thus, the purification ability of the catalyst can be recovered.

従って、添加インジェクタ１７の燃料の添加期間とその繰り返し回数等を制御することで吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸着された窒素酸化物と硫黄酸化物を除去することができる。
排気マニホールド１５の右端側（図１の正面から見て）の排気口には、排気ガスの一部を吸気側に戻すための排気環流管２４が接続されている。この排気環流管２４の途中には排気ガスを冷却する排気環流クーラ２５と排気環流量を制御する排気環流弁２６が設けられている。 Therefore, the nitrogen oxide and sulfur oxide adsorbed by the NOx storage reduction catalyst can be removed by controlling the fuel addition period of the addition injector 17 and the number of repetitions thereof.
An exhaust gas recirculation pipe 24 for returning a part of the exhaust gas to the intake side is connected to an exhaust port on the right end side (as viewed from the front of FIG. 1) of the exhaust manifold 15. An exhaust gas recirculation cooler 25 for cooling the exhaust gas and an exhaust gas recirculation valve 26 for controlling the exhaust gas flow rate are provided in the middle of the exhaust gas recirculation pipe 24.

吸気管２７の入力側にはフィルタ２８が接続され、その下流側には前述したターボチャージャ２１のコンプレッサ２１ａが接続されている。コンプレッサ２１ａで昇圧された吸気はインタークーラ２９で冷却され、吸気絞り弁３０を経て吸気マニホールド３１に供給される。この吸気マニホールド３１には、排気環流管２４により環流される排気も供給される。 A filter 28 is connected to the input side of the intake pipe 27, and the compressor 21a of the turbocharger 21 described above is connected to the downstream side thereof. The intake air boosted by the compressor 21 a is cooled by the intercooler 29 and supplied to the intake manifold 31 through the intake throttle valve 30. The intake manifold 31 is also supplied with exhaust gas circulated by the exhaust gas recirculation pipe 24.

ＥＣＵ２０は、図示していないが、エンジン負荷、エンジン回転数等の演算処理を実行するＣＰＵと、エンジン１１の燃料噴射制御処理、吸気絞り弁３０の制御、添加インジェクタ１７の添加タイミング制御処理等のプログラムと各気筒の排気開始、排気終了時のクランク角を示すデータを記憶するＲＯＭ等を有する。 Although not shown in the figure, the ECU 20 executes a calculation process such as an engine load and an engine speed, a fuel injection control process of the engine 11, a control of the intake throttle valve 30, an addition timing control process of the addition injector 17, and the like. It has a ROM that stores a program and data indicating the crank angle at the start and end of exhaust of each cylinder.

ＥＣＵ２０は、アクセル開度センサ３２から出力されるアクセルの踏み込み角度を示す信号、クランク角センサ３３からクランクシャフトが一定角度回転する毎に出力される信号等に基づいてエンジン負荷及びエンジン回転数を演算する。さらに、エンジン負荷とエンジン回転数に基づいてエンジン運転状態を判別する。そして、エンジン運転状態の履歴から吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸収されたＮＯｘ量を推定し、推定したＮＯｘ量が所定値に達したなら、添加インジェクタ１７から燃料を所定期間噴射させて吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸着された窒素酸化物を還元させる。ＥＣＵ２０は、添加インジェクタ１７が排気経路に配置されている特定の気筒（第４気筒１２ｄ）が排気を終了する終了タイミングまたは排気の終了タイミングの所定時間前に添加インジェクタ１７の燃料の添加が終了するように添加タイミングを制御する。 The ECU 20 calculates the engine load and the engine speed based on a signal indicating the accelerator depression angle output from the accelerator opening sensor 32, a signal output every time the crankshaft rotates by a certain angle from the crank angle sensor 33, and the like. To do. Further, the engine operating state is determined based on the engine load and the engine speed. Then, the NOx amount absorbed by the NOx storage reduction catalyst is estimated from the history of the engine operating state, and when the estimated NOx amount reaches a predetermined value, fuel is injected from the addition injector 17 for a predetermined period to store the NOx storage reduction type. Nitrogen oxide adsorbed on the catalyst is reduced. The ECU 20 finishes the addition of the fuel from the addition injector 17 at a predetermined time before the end timing when the specific cylinder (fourth cylinder 12d) in which the addition injector 17 is disposed in the exhaust path ends the exhaust or the end timing of the exhaust. So that the addition timing is controlled.

上記の排気マニホールド１５、排気環流管２４、フィルタ２３、ＥＣＵ２０のＣＰＵ等を総称して排気浄化装置と呼ぶ。
以下、ＥＣＵ２０における添加タイミング制御処理を、図２のフローチャートを参照して説明する。以下の処理はＥＣＵ２０の図示しないＣＰＵにより実行される。 The exhaust manifold 15, the exhaust recirculation pipe 24, the filter 23, the CPU of the ECU 20, and the like are collectively referred to as an exhaust purification device.
Hereinafter, the addition timing control process in the ECU 20 will be described with reference to the flowchart of FIG. The following processing is executed by a CPU (not shown) of the ECU 20.

最初に、添加条件が成立したか否かを判別する（図２，Ｓ１１）。ＥＣＵ２０のＣＰＵは、アクセルの踏み込み角度を示す信号及びクランク回転角の変化を示す信号からエンジン負荷とエンジン回転数を演算し、エンジンの運転状態を判別する。そして、エンジンの運転状態の履歴から吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸着されたＮＯｘ量を推定し、吸着量が所定値に達したか否かにより添加条件が成立したか否かを判別する。添加条件が成立しない場合には（Ｓ１１，ＮＯ）、そこで処理を終了する。 First, it is determined whether or not the addition condition is satisfied (FIG. 2, S11). The CPU of the ECU 20 calculates the engine load and the engine speed from the signal indicating the accelerator depression angle and the signal indicating the change in the crank rotation angle, and determines the operating state of the engine. Then, the NOx amount adsorbed on the NOx storage reduction catalyst is estimated from the history of the operating state of the engine, and it is determined whether or not the addition condition is satisfied based on whether or not the adsorption amount has reached a predetermined value. If the addition condition is not satisfied (S11, NO), the process is terminated there.

添加条件が成立した場合には（Ｓ１１，ＹＥＳ）、添加開始タイミングを演算する（Ｓ１２）。この添加開始タイミングの演算は、例えば以下のように行う。
各気筒の排気開始タイミングと終了タイミングと、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の特性を回復させるために必要な燃料の添加期間を予めＲＯＭ等に記憶しておき、ＥＣＵ２０のＣＰＵが、添加インジェクタ１７が排気経路に配置されている特定の気筒の排気の開始タイミングと終了タイミングをＲＯＭから取得し、特定の気筒の排気期間中、あるいは排気が終了するタイミングの所定時間前のタイミングを燃料の添加終了タイミングとして設定する。 When the addition condition is satisfied (S11, YES), the addition start timing is calculated (S12). The calculation of the addition start timing is performed as follows, for example.
The exhaust start timing and end timing of each cylinder and the fuel addition period required to restore the characteristics of the NOx storage reduction catalyst are stored in advance in a ROM or the like, and the CPU of the ECU 20 controls the addition injector 17 to the exhaust path. The start timing and end timing of the exhaust of a specific cylinder arranged in the engine are acquired from the ROM, and the timing before the exhaust timing of the specific cylinder or a predetermined time before the end of exhaust is set as the fuel addition end timing To do.

具体的には、クランク角センサ３３で検出されるクランク回転角の変化から現在のクランク回転角（以下、クランク角という）を算出し、ＲＯＭから添加インジェクタ１７が配置されている特定の気筒（実施の形態では第４気筒１２ｄ）の排気が終了するクランク角を取得し、その気筒の排気が終了するクランク角または排気が終了するクランク角の所定の角度前のクランク角を添加終了タイミングとして算出する。そして、その添加終了タイミングを基準として必要な添加期間分前のクランク角を算出し、算出したクランク角を添加開始タイミングとして設定する。 Specifically, a current crank rotation angle (hereinafter referred to as a crank angle) is calculated from a change in the crank rotation angle detected by the crank angle sensor 33, and a specific cylinder (implementation) in which the addition injector 17 is disposed from the ROM. In this embodiment, the crank angle at which exhaust of the fourth cylinder 12d) ends is acquired, and the crank angle at which exhaust of that cylinder ends or the crank angle before the crank angle at which exhaust ends ends is calculated as the addition end timing. . Then, the crank angle before the required addition period is calculated based on the addition end timing, and the calculated crank angle is set as the addition start timing.

次に、上記の演算により求めた添加開始タイミングに燃料の添加を開始させる（Ｓ１３）。
次に、添加インジェクタ１７から燃料の噴射を開始して添加終了タイミングとなったなら添加を終了する（Ｓ１４）。 Next, the addition of fuel is started at the addition start timing obtained by the above calculation (S13).
Next, when the fuel injection starts from the addition injector 17 and the addition end timing is reached, the addition ends (S14).

ここで、図３を参照して実施の形態の燃料添加タイミングと、従来の燃料添加タイミングについて説明する。
図３は、第４気筒１２ｄの排気の終了タイミングに燃料の添加終了タイミングを同期させた実施の形態の添加タイミングの制御方法における添加インジェクタ１７近傍の燃料濃度と、特定の気筒の排気開始タイミングに燃料の添加開始タイミングを同期させた従来の添加タイミングの制御方法における添加インジェクタ１７近傍の燃料濃度を比較した図である。 Here, the fuel addition timing of the embodiment and the conventional fuel addition timing will be described with reference to FIG.
FIG. 3 shows the fuel concentration in the vicinity of the addition injector 17 and the exhaust start timing of a specific cylinder in the control method of the addition timing of the embodiment in which the fuel addition end timing is synchronized with the exhaust end timing of the fourth cylinder 12d. It is the figure which compared the fuel concentration of the addition injector 17 vicinity in the control method of the conventional addition timing which synchronized the addition start timing of the fuel.

図３の縦軸はインジェクタ１７近傍の燃料分率を、横軸はクランク角を示している。また、図３に実線で示す特性は実施の形態の添加タイミング制御を行った場合の添加インジェクタ１７近傍の燃料濃度分率を示し、点線で示す特性は従来の添加タイミング制御を行った場合の添加インジェクタ１７近傍の燃料濃度分率を示している。また、図３の真中に記載されている「〜気筒排気」という文字が囲まれた部分は、その気筒の排気弁の開弁時期を表している。 The vertical axis in FIG. 3 indicates the fuel fraction in the vicinity of the injector 17, and the horizontal axis indicates the crank angle. The characteristic indicated by the solid line in FIG. 3 indicates the fuel concentration fraction in the vicinity of the addition injector 17 when the addition timing control of the embodiment is performed, and the characteristic indicated by the dotted line is the addition when the conventional addition timing control is performed. The fuel concentration fraction in the vicinity of the injector 17 is shown. Further, the portion surrounded by the letters “˜cylinder exhaust” described in the middle of FIG. 3 represents the opening timing of the exhaust valve of the cylinder.

今、添加インジェクタ１７が第４気筒１２ｄの排気ポート１３ｄの排気経路に配置されているときに、実施の形態の添加タイミングの制御方法では、第４気筒１２ｄの排気が終了するクランク角（図３の１４４０ｄｅｇ）を添加終了タイミングとして設定し、その第４気筒１２ｄの排気が終了するクランク角を基準にして、所定の燃料添加期間（吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸着されたＮＯｘを放出するのに必要な燃料添加期間）前のクランク角（図３の９００ｄｅｇ）を求め、そのクランク角を添加開始タイミングとして設定している。 Now, when the addition injector 17 is disposed in the exhaust path of the exhaust port 13d of the fourth cylinder 12d, in the addition timing control method of the embodiment, the crank angle at which the exhaust of the fourth cylinder 12d ends (FIG. 3). 1440 deg) is set as the addition end timing, and it is necessary to release a predetermined fuel addition period (NOx adsorbed by the NOx storage reduction catalyst) with reference to the crank angle at which the exhaust of the fourth cylinder 12d ends. The crank angle (900 deg in FIG. 3) before the fuel addition period) is obtained, and the crank angle is set as the addition start timing.

この場合、添加インジェクタ１７近傍の最大燃料分率は約３．５％（重量パーセント）である。
これに対して従来の添加タイミングの制御方法では、第４気筒１２ｄの排気が開始されるクランク角で燃料の添加を開始し、所定の燃料添加期間が経過したときに添加を終了するように制御している。 In this case, the maximum fuel fraction in the vicinity of the addition injector 17 is about 3.5% (weight percent).
On the other hand, in the conventional addition timing control method, the fuel addition is started at the crank angle at which the exhaust of the fourth cylinder 12d is started, and the addition is terminated when a predetermined fuel addition period elapses. is doing.

この場合、図３に点線で示すように添加インジェクタ１７近傍の最大燃料分率は０．１であり、この値は実施の形態の添加タイミング制御を行った場合の最大燃料分率０．０３５と比べると大幅に大きい。これは、第４気筒１２ｄの排気が終了した後も燃料の添加が行われているために、他の気筒（図３では第２気筒と第１気筒）から排気される排気ガスにより噴射した燃料が添加インジェクタ１７の近傍に吹き戻されているためと推測される。 In this case, as shown by a dotted line in FIG. 3, the maximum fuel fraction in the vicinity of the addition injector 17 is 0.1, and this value is 0.035 when the addition timing control of the embodiment is performed. It is much larger than that. This is because fuel is added even after the exhaust of the fourth cylinder 12d is completed, so that the fuel injected by the exhaust gas exhausted from the other cylinders (the second cylinder and the first cylinder in FIG. 3). Is presumed to be blown back in the vicinity of the addition injector 17.

従って、添加インジェクタ１７が排気経路に配置されている第４気筒１２ｄの排気終了タイミングに燃料の添加が終了するように添加タイミングを制御することで、第４気筒１２ｄの排気により、添加インジェクタ１７から噴射した燃料をほとんど掃気することができる。これにより、他の気筒の排気により添加インジェクタ１７の近傍に吹き戻される燃料の量を大幅に低減することができるので、吹き返された燃料が添加インジェクタ１７の排気口に付着して排気口が詰まるのを抑制できる。 Therefore, by controlling the addition timing so that the addition of fuel is completed at the exhaust end timing of the fourth cylinder 12d in which the addition injector 17 is disposed in the exhaust path, the exhaust from the addition injector 17 is caused by the exhaust of the fourth cylinder 12d. Most of the injected fuel can be scavenged. As a result, the amount of fuel blown back to the vicinity of the addition injector 17 by the exhaust of the other cylinders can be greatly reduced, so that the blown back fuel adheres to the exhaust port of the addition injector 17 and the exhaust port is clogged. Can be suppressed.

図４は、第４気筒１２ｄのクランク角に対する排気流量の変化を示すシミュレーション結果を示す図である。図４の縦軸は排気流量を、横軸はクランク角を示している。
第４気筒１２ｄの排気流量は排気開始時にピーク値約０．０３２（ｋｇ／ｓ）となり、その直後流量がほぼ０に減少した後、再び流量が増加し、排気が終了するクランク角１４４０ｄｅｇ付近で排気流量が０に近づく特性を示している。 FIG. 4 is a diagram showing a simulation result showing a change in the exhaust flow rate with respect to the crank angle of the fourth cylinder 12d. The vertical axis in FIG. 4 indicates the exhaust flow rate, and the horizontal axis indicates the crank angle.
The exhaust flow rate of the fourth cylinder 12d has a peak value of about 0.032 (kg / s) at the start of exhaust, and immediately after that, after the flow rate has decreased to almost 0, the flow rate increases again, and the exhaust angle ends near a crank angle of 1440 deg. The exhaust gas flow rate is close to zero.

従って、第４気筒１２ｄの排気終了タイミングに同期させて添加終了タイミングを設定しても添加インジェクタ１７から噴射した燃料を十分に掃気することはできるが、排気終了タイミングの所定時間前の排気流量が０より大きい、あるいは所定値以上となるクランク角のときを燃料の添加終了タイミングとして設定した方が、噴射した燃料を確実に掃気するという点では好ましい。 Therefore, even if the addition end timing is set in synchronization with the exhaust end timing of the fourth cylinder 12d, the fuel injected from the addition injector 17 can be sufficiently scavenged, but the exhaust flow rate before a predetermined time before the exhaust end timing is reduced. It is preferable to set the fuel addition end timing when the crank angle is greater than 0 or greater than or equal to a predetermined value from the viewpoint of surely scavenging the injected fuel.

クランク角に対する排気流量の変化を示す図４の特性は、排気マニホールド１５の形状、排気通路の形状等により変化すると考えられるので個々の設計条件に応じて所望の排気流量が得られるクランク角を添加終了タイミングとして設定すれば良い。 The characteristic of FIG. 4 showing the change in the exhaust flow rate with respect to the crank angle is considered to change depending on the shape of the exhaust manifold 15, the shape of the exhaust passage, etc. Therefore, a crank angle that provides a desired exhaust flow rate is added according to individual design conditions. What is necessary is just to set as an end timing.

上述した実施の形態によれば、添加インジェクタ１７が排気経路に配置されている特定の気筒の排気終了時または排気終了時の所定時間前に燃料の添加が終了するように添加タイミングを制御することで、添加インジェクタ１７から噴射した燃料が特定の気筒の排気により十分に掃気され、他の気筒の排気により添加インジェクタ１７の近傍に吹き戻される燃料を大幅に低減できる。これにより添加した燃料が添加インジェクタ１７の近傍に残留して噴射口に燃料が付着し噴射口が詰まるのを抑制できる。 According to the above-described embodiment, the addition timing is controlled so that the addition of fuel is completed at the end of exhausting a specific cylinder in which the addition injector 17 is disposed in the exhaust path or a predetermined time before the end of exhausting. Thus, the fuel injected from the addition injector 17 is sufficiently scavenged by the exhaust of a specific cylinder, and the fuel blown back to the vicinity of the addition injector 17 by the exhaust of other cylinders can be greatly reduced. As a result, it is possible to prevent the added fuel from remaining in the vicinity of the added injector 17 and the fuel from adhering to the injection port and clogging the injection port.

本発明は上述した実施の形態に限らず、例えば、以下のように構成しても良い。
（１）本発明は、４気筒の内燃機関に限らず他の気筒数のエンジンにも適用できる。また、第４気筒の排気の終了に同期させる場合に限らず、添加インジェクタが排気経路に配置されている気筒の排気終了時または終了時より所定時間前に添加を終了させれば良い。
（２）また、エンジンのクランク角に限らず、気筒の排気タイミングを示す時間データ、センサの検出データ等の他のデータに基づいて添加タイミングを制御しても良い。
（３）吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の代わりに、例えばＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）を備えた排気浄化装置において、ＰＭ（パティキュレートマター）再生やＳ（硫黄）再生を行う場合にも適用できる。また、添加インジェクタは、燃料以外の還元剤を添加するものも適用することができる。 The present invention is not limited to the embodiment described above, and may be configured as follows, for example.
(1) The present invention can be applied not only to a four-cylinder internal combustion engine but also to an engine having another number of cylinders. Further, the addition is not limited to the case of synchronizing with the end of exhaust of the fourth cylinder, and the addition may be terminated a predetermined time before the end of exhaust of the cylinder disposed in the exhaust path or at the end.
(2) The addition timing may be controlled based not only on the crank angle of the engine but also on other data such as time data indicating the exhaust timing of the cylinder and sensor detection data.
(3) Instead of the NOx storage reduction catalyst, the present invention can also be applied to, for example, PM (particulate matter) regeneration or S (sulfur) regeneration in an exhaust purification device equipped with a DPF (diesel particulate filter). In addition, an additive injector to which a reducing agent other than fuel is added can also be applied.

実施の形態の内燃機関の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the internal combustion engine of embodiment. 燃料の添加タイミング制御処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows a fuel addition timing control process. 添加インジェクタ近傍の燃料濃度を示す図である。It is a figure which shows the fuel concentration of the addition injector vicinity. 第４気筒の排気流量とクランク角の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the exhaust flow volume of a 4th cylinder, and a crank angle.

符号の説明Explanation of symbols

１１エンジン
１２ａ〜１２ｄ第１〜第４気筒
１３ａ〜１３ｄ排気ポート
１５排気マニホールド
１６排気集合管
１７添加インジェクタ
１８燃料ポンプ
２０ＥＣＵ
２２排気管
２３フィルタ
２４排気環流管

11 Engine 12a-12d 1st-4th cylinder 13a-13d Exhaust port 15 Exhaust manifold 16 Exhaust collecting pipe 17 Addition injector 18 Fuel pump 20 ECU
22 exhaust pipe 23 filter 24 exhaust recirculation pipe

Claims

多気筒の内燃機関の各気筒の排気ポートに接続された排気マニホールドと、
前記多気筒の内の特定の気筒の排気ポートの排気経路、又は、排気ポートの近傍に配置され、排気に燃料やその他の還元剤を添加する添加インジェクタと、
前記排気マニホールドから排出される排気の特定成分の除去や排気ガス粒子物質の捕集を行う排気浄化手段と、
前記添加インジェクタが排気経路に配置されている前記特定の気筒の排気期間内に燃料やその他の還元剤の添加が終了するように前記添加インジェクタの添加タイミングを制御する制御手段とを備える排気浄化装置。 An exhaust manifold connected to the exhaust port of each cylinder of a multi-cylinder internal combustion engine;
An addition injector that is disposed in the exhaust path of an exhaust port of a specific cylinder of the multi-cylinder or in the vicinity of the exhaust port and adds fuel or other reducing agent to the exhaust,
Exhaust purification means for removing specific components of exhaust exhausted from the exhaust manifold and collecting exhaust gas particulate matter;
An exhaust emission control device comprising control means for controlling the addition timing of the addition injector so that the addition of fuel or other reducing agent is completed within the exhaust period of the specific cylinder in which the addition injector is disposed in the exhaust path. .

前記制御手段は、前記特定の気筒の排気の終了タイミングより所定クランク回転角前に燃料やその他の還元剤の添加が終了するように前記添加インジェクタの添加タイミングを制御する請求項１記載の排気浄化装置。 2. The exhaust gas purification according to claim 1, wherein the control means controls the addition timing of the addition injector so that the addition of fuel or other reducing agent is completed before a predetermined crank rotation angle from the exhaust end timing of the specific cylinder. apparatus.

前記制御手段は、前記特定の気筒の排気流量とクランク回転角との関係を示すデータに基づいて所定以上の排気流量が得られるタイミングを添加終了タイミングとして設定する請求項１または２記載の排気浄化装置。 3. The exhaust gas purification according to claim 1, wherein the control unit sets a timing at which an exhaust gas flow rate equal to or higher than a predetermined value is obtained as an addition end timing based on data indicating a relationship between an exhaust gas flow rate of the specific cylinder and a crank rotation angle. apparatus.

前記触媒は吸蔵還元型ＮＯｘ触媒である請求項１、２または３記載の排気浄化装置。 The exhaust purification device according to claim 1, 2 or 3, wherein the catalyst is an NOx storage reduction catalyst.

前記制御手段は、前記特定の気筒の排気が開始される前に燃料やその他の還元剤の添加を開始する請求項１または２記載の排気浄化装置。 The exhaust emission control device according to claim 1 or 2, wherein the control means starts addition of fuel or other reducing agent before the exhaust of the specific cylinder is started.

多気筒の内燃機関の内の特定の気筒の排気ポートの排気経路に配置され、排気に燃料やその他の還元剤を添加する添加インジェクタを有する排気浄化装置の排気浄化方法であって、
前記添加インジェクタが排気経路に配置されている前記特定の気筒の排気期間内に燃料やその他の還元剤の添加が終了するように前記添加インジェクタの添加タイミングを制御する排気浄化方法。

An exhaust gas purification method for an exhaust gas purification apparatus having an addition injector that is disposed in an exhaust path of an exhaust port of a specific cylinder in a multi-cylinder internal combustion engine and adds fuel or other reducing agent to exhaust gas,
An exhaust purification method for controlling the addition timing of the addition injector so that the addition of fuel or other reducing agent is completed within the exhaust period of the specific cylinder in which the addition injector is disposed in the exhaust path.