JP2007239581A - Air-fuel ratio control device of internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は内燃機関の空燃比制御装置に関する。 The present invention relates to an air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine.
排気ガス中のＮＯｘを浄化するため、従来からＮＯｘトラップ触媒が用いられる。ＮＯｘトラップ触媒は、排気の空燃比がリーンであれば、排気中のＮＯｘをトラップする。一方、排気の空燃比が理論空燃比またはリッチ側であれば、トラップしたＮＯｘを脱離するとともに、その脱離したＮＯｘをそのときの排気中に多く含まれるＣＯ、ＨＣを還元剤として還元処理する。そこで、排気の空燃比を制御して一時的にリッチ化すること（リッチスパイク）により、ＮＯｘトラップ触媒にトラップしたＮＯｘを処理する内燃機関がある（特許文献１参照）。
しかし、前述した従来の内燃機関は、リッチスパイクの実行間隔を検知し、その間隔が所定時間より短くなった場合はストイキ運転を行う。そのため、ＮＯｘトラップ触媒が劣化した場合は、リーン運転が禁止されるため、燃費効果がでないという問題があった。 However, the above-described conventional internal combustion engine detects the execution interval of the rich spike and performs the stoichiometric operation when the interval becomes shorter than a predetermined time. Therefore, when the NOx trap catalyst is deteriorated, lean operation is prohibited, and there is a problem that the fuel efficiency effect is not achieved.
本発明はこのような従来の問題点に着目してなされたものであり、ＮＯｘトラップ触媒が劣化した場合でも、燃費悪化を最小限に抑えつつ、テールパイプ出口でのＣＯ排出量、ＨＣ排出量を抑制することを目的とする。 The present invention has been made paying attention to such conventional problems. Even when the NOx trap catalyst is deteriorated, the CO emission amount and the HC emission amount at the tail pipe outlet are minimized while minimizing the deterioration of fuel consumption. It aims at suppressing.
本発明は、流入する排気の空燃比がリーンのときに排気中のＮＯｘをトラップし、流入する排気の空燃比が理論空燃比またはリッチな空燃比になるとトラップしたＮＯｘを脱離しかつ脱離したＮＯｘを排気中の還元剤を用いて還元処理し、燃料噴射弁を用いてリーン運転時にＮＯｘトラップ触媒手段からＮＯｘを脱離すべく排気の空燃比を一時的にリッチ化し、リッチ化中にＮＯｘトラップ触媒手段からのＮＯｘ脱離作用が完了したか否かを判定し、この判定結果よりＮＯｘトラップ触媒手段からのＮＯｘ脱離作用が完了したときリッチ化を終了し、リーン運転開始からの経過時間をカウント値として計測し、このカウント値が予め定めている所定値未満のときに排気の空燃比を一時的にリッチ化する場合は、このリッチ化終了後前記カウント値が所定値を超えるまでの期間はリーン運転を禁止することを特徴とする。 The present invention traps NOx in the exhaust when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust is lean, and desorbs and desorbs the trapped NOx when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust becomes the stoichiometric or rich air-fuel ratio NOx is reduced using the reducing agent in the exhaust, and the air-fuel ratio of the exhaust is temporarily enriched to desorb NOx from the NOx trap catalyst means during lean operation using the fuel injection valve, and the NOx trap during enrichment It is determined whether or not the NOx desorption action from the catalyst means is completed, and when the NOx desorption action from the NOx trap catalyst means is completed based on this determination result, the enrichment is finished and the elapsed time from the start of the lean operation is determined. When measuring the count value and temporarily enriching the air-fuel ratio of the exhaust gas when the count value is less than a predetermined value, the count is Value time to exceed a predetermined value and inhibits the lean operation.
ＮＯｘトラップ触媒の劣化が大きい場合でも、全面的にリーン運転を禁止するのではなく、リッチスパイク実行後、予め定められた所定時間が経過するまでの期間のリーン運転を禁止する。そして、所定時間経過後は再びリーン運転を行う。そのため、燃費悪化を最小限に抑えることができる。また、所定時間当たりのリッチスパイクの回数も制限されるため、テールパイプ出口でのＣＯ排出量、ＨＣ排出量の増加を防止できる。 Even when the deterioration of the NOx trap catalyst is large, the lean operation is not completely prohibited, but the lean operation for a period until a predetermined time elapses after the rich spike is executed is prohibited. Then, after the predetermined time has elapsed, the lean operation is performed again. Therefore, fuel consumption deterioration can be minimized. In addition, since the number of rich spikes per predetermined time is also limited, it is possible to prevent an increase in CO emissions and HC emissions at the tail pipe outlet.
以下、図面等を参照して本発明の実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図１はエンジンの空燃比制御装置の概略構成を示す図である。 FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an air-fuel ratio control apparatus for an engine.
図１において、空気は吸気通路２の上流のスロットル弁１５で計量される。その後、空気は吸気マニホールド３を経て、エンジン１の燃焼室４に吸入される。そして、空気は燃焼室４に直接臨んで設けられた燃料噴射弁５からの噴射燃料と混合する。このようにして、燃焼室４内に所定の空燃比の混合気が形成される。混合気は点火プラグ６による火花点火により着火燃焼する。燃焼ガスは排気として排気マニホールド７、排気通路８へと排出される。 In FIG. 1, air is measured by a throttle valve 15 upstream of the intake passage 2. Thereafter, the air is taken into the combustion chamber 4 of the engine 1 through the intake manifold 3. Then, the air is mixed with the fuel injected from the fuel injection valve 5 provided directly facing the combustion chamber 4. In this way, an air-fuel mixture having a predetermined air-fuel ratio is formed in the combustion chamber 4. The air-fuel mixture is ignited and burned by spark ignition by the spark plug 6. The combustion gas is discharged to the exhaust manifold 7 and the exhaust passage 8 as exhaust.
排気通路８には酸素ストレージ機能を有する三元触媒９を備える。排気にはＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘの有害三成分が含まれる。理論空燃比での運転時には、この三元触媒９によりこれら三成分が同時に効率よく浄化される。すなわち、三元触媒９におけるＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘの転換効率を最大に維持するには、触媒雰囲気を理論空燃比にする必要がある。これは触媒の酸素ストレージ量を一定に保っておくことで果たされる。例えば、触媒９に流入する排気がリーン側にずれているときは、排気中の酸素が触媒に吸収される。リッチ側にずれているときは、触媒に吸収されている酸素が放出される。これにより、触媒雰囲気が実質的に理論空燃比に保たれる。 The exhaust passage 8 includes a three-way catalyst 9 having an oxygen storage function. Exhaust gas contains toxic three components of HC, CO and NOx. During operation at the theoretical air-fuel ratio, the three-way catalyst 9 simultaneously purifies these three components efficiently. That is, in order to maintain the maximum conversion efficiency of HC, CO, and NOx in the three-way catalyst 9, the catalyst atmosphere needs to be the stoichiometric air-fuel ratio. This is accomplished by keeping the oxygen storage amount of the catalyst constant. For example, when the exhaust gas flowing into the catalyst 9 is shifted to the lean side, oxygen in the exhaust gas is absorbed by the catalyst. When shifted to the rich side, oxygen absorbed in the catalyst is released. As a result, the catalyst atmosphere is substantially maintained at the stoichiometric air-fuel ratio.
燃料噴射弁５が燃焼室４に直接臨んで設けられていると、点火プラグ６の付近に混合気の塊が形成され、いわゆる成層燃焼を行わせることができる。このとき燃焼室４全体としては、理論空燃比よりもリーン側の空燃比とすることができる。なお、燃料噴射弁はこれに限られるものでなく、吸気ポートに設けているものでもかまわない。この場合にも、燃焼室４の全体を希薄な混合気とした均質燃焼を行わせることができる。また、理論空燃比よりリーン側の空燃比とすることができる。 When the fuel injection valve 5 is provided directly facing the combustion chamber 4, a mixture of air-fuel mixtures is formed in the vicinity of the spark plug 6, and so-called stratified combustion can be performed. At this time, the entire combustion chamber 4 can be set to an air-fuel ratio leaner than the stoichiometric air-fuel ratio. The fuel injection valve is not limited to this, and may be provided at the intake port. Also in this case, homogeneous combustion can be performed with the entire combustion chamber 4 being a lean mixture. Further, the air-fuel ratio can be made leaner than the stoichiometric air-fuel ratio.
しかしながら、リーン空燃比での運転時になると、発生するＮＯｘを三元触媒９で効率よく浄化できない。そのため、三元触媒９の下流にはＮＯｘトラップ触媒（ＮＯｘトラップ触媒手段）１０が設けられる。ＮＯｘトラップ触媒１０は、排気の空燃比がリーンであれば、排気中のＮＯｘをトラップする。一方、排気の空燃比が理論空燃比またはリッチ側であるときには、前記トラップしたＮＯｘを脱離するとともに、その脱離したＮＯｘをそのときの排気中に多く含まれるＣＯ、ＨＣを還元剤として還元処理する。なお、ＮＯｘトラップ触媒１０に代えて、ＮＯｘトラップと触媒（例えばＮＯｘトラップの下流に設けられる三元触媒）を組み合わせたものでもよい。 However, when operating at a lean air-fuel ratio, the generated NOx cannot be efficiently purified by the three-way catalyst 9. Therefore, a NOx trap catalyst (NOx trap catalyst means) 10 is provided downstream of the three-way catalyst 9. The NOx trap catalyst 10 traps NOx in the exhaust if the air-fuel ratio of the exhaust is lean. On the other hand, when the air-fuel ratio of the exhaust gas is the stoichiometric air-fuel ratio or the rich side, the trapped NOx is desorbed, and the desorbed NOx is reduced using CO and HC contained in the exhaust at that time as reducing agents. Process. Instead of the NOx trap catalyst 10, a combination of a NOx trap and a catalyst (for example, a three-way catalyst provided downstream of the NOx trap) may be used.
混合気の目標空燃比は、エンジンコントローラ２１によって、運転領域に応じて予め定められている。例えば、大きなエンジン出力が要求されない低負荷側の運転域では、燃費向上のため理論空燃比よりもリーン側の空燃比を目標値として運転が行われる。これに対し、大きなエンジン出力が要求される高負荷側の運転域では、理論空燃比を目標値として運転が行われる。 The target air-fuel ratio of the air-fuel mixture is determined in advance by the engine controller 21 according to the operating region. For example, in a low load side operation region where a large engine output is not required, the operation is performed with the air-fuel ratio leaner than the stoichiometric air-fuel ratio as a target value in order to improve fuel efficiency. On the other hand, in the operating range on the high load side where a large engine output is required, the operation is performed with the theoretical air-fuel ratio as the target value.
エンジンコントローラ２１にはクランク角センサ２２からの回転速度、エアフローメータ２３からの吸入空気流量の信号が入力される。そして、エンジン回転速度と負荷に応じ、低負荷側の運転域では１．０より小さな値の目標当量比ＴＦＢＹＡを定める。この目標当量比ＴＦＢＹＡで基本空燃比（≒理論空燃比）の得られる基本噴射パルス幅Ｔｐを補正し、燃料噴射パルス幅Ｔｉを決定する。高負荷側の運転域になると目標当量比ＴＦＢＹＡ＝１．０（理論空燃比相当）とし、かつ空燃比フィードバック制御条件が成立しているときは、三元触媒９の上流に設置したフロントＯ2センサ２４の出力に基づいて空燃比フィードバック補正係数αを算出する。このαで基本噴射パルス幅Ｔｐを補正することによって燃料噴射パルス幅Ｔｉを決定する。例えば、シーケンシャル噴射時の燃料噴射パルス幅Ｔｉの計算式は次の式であり、点火順序に合わせて所定のタイミングでＴｉの期間、燃料噴射弁５を開弁する。 The engine controller 21 receives a rotation speed signal from the crank angle sensor 22 and an intake air flow rate signal from the air flow meter 23. Then, a target equivalent ratio TFBYA having a value smaller than 1.0 is determined in the low-load operation region according to the engine speed and load. The basic injection pulse width Tp that provides the basic air-fuel ratio (≈theoretical air-fuel ratio) is corrected with the target equivalent ratio TFBYA to determine the fuel injection pulse width Ti. When the operating range on the high load side is reached, the target equivalent ratio TFBYA = 1.0 (corresponding to the theoretical air-fuel ratio) and the air-fuel ratio feedback control condition is satisfied, and the front O 2 installed upstream of the three-way catalyst 9 is established. An air-fuel ratio feedback correction coefficient α is calculated based on the output of the sensor 24. The fuel injection pulse width Ti is determined by correcting the basic injection pulse width Tp with α. For example, the calculation formula of the fuel injection pulse width Ti at the time of sequential injection is the following formula, and the fuel injection valve 5 is opened for a period of Ti at a predetermined timing according to the ignition order.
Ｔｉ＝Ｔｐ×ＴＦＢＹＡ×（α＋αｍ−１）×２＋Ｔｓ …（１）
ただし、αｍ：空燃比学習値
Ｔｓ：無効噴射パルス幅
Ti = Tp × TFBYA × (α + αm−1) × 2 + Ts (1)
Where αm: Air-fuel ratio learning value
Ts: Invalid injection pulse width
また、切換の前後でトルクショックを生じさせることなく目標空燃比を理論空燃比からリーン空燃比へと、あるいはその逆へと切換えるには燃料噴射量と空気量とを共に切換える必要がある。そのため、上記のスロットル弁１５をアクチュエータ１６（例えばステップモータ）により駆動する。詳細には、エンジンコントローラ１１には、アクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルセンサ２５からの信号が入力されており、このアクセルペダルの踏み込み量とエンジン回転速度とに基づいて目標吸入空気量が算出される。この目標空気量が得られるように、アクチュエータ１６を介してスロットル弁１５の開度を制御する。 Further, in order to switch the target air-fuel ratio from the stoichiometric air-fuel ratio to the lean air-fuel ratio or vice versa without causing a torque shock before and after switching, it is necessary to switch both the fuel injection amount and the air amount. Therefore, the throttle valve 15 is driven by an actuator 16 (for example, a step motor). More specifically, the engine controller 11 receives a signal from an accelerator sensor 25 that detects the amount of depression of the accelerator pedal, and calculates a target intake air amount based on the amount of depression of the accelerator pedal and the engine speed. Is done. The opening degree of the throttle valve 15 is controlled via the actuator 16 so that this target air amount is obtained.
ところで、リーン運転時において、ＮＯｘトラップ触媒１０のＮＯｘトラップ量が所定値に達したときは、ＮＯｘトラップ触媒１０を再生する必要がある。そのため、燃料噴射弁５を用いてリッチスパイク（排気の空燃比を一時的にリッチ化すること）を行う。 Incidentally, when the NOx trap amount of the NOx trap catalyst 10 reaches a predetermined value during the lean operation, it is necessary to regenerate the NOx trap catalyst 10. Therefore, a rich spike (temporarily enriching the air-fuel ratio of the exhaust) is performed using the fuel injection valve 5.
このとき、ＮＯｘトラップ触媒１０からのＮＯｘ脱離作用が行われている間は、ＮＯｘトラップ触媒１０から流出する排気の空燃比がわずかばかりリーンとなる。一方、ＮＯｘトラップ触媒１０からのＮＯｘ脱離作用が完了すると、ＮＯｘトラップ触媒１０から流出する排気の空燃比がリッチになる。これを利用して、リッチスパイクを開始した後に、リア空燃比センサ２６（空燃比検出手段）の出力とスライスレベルＳＬとを比較する。そして、リア空燃比センサ２６の出力がこのスライスレベルＳＬを横切ったとき、ＮＯｘトラップ触媒１０からのＮＯｘ脱離作用が完了したと判定する。 At this time, while the NOx desorption action from the NOx trap catalyst 10 is being performed, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing out from the NOx trap catalyst 10 becomes slightly lean. On the other hand, when the NOx desorption action from the NOx trap catalyst 10 is completed, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing out from the NOx trap catalyst 10 becomes rich. Using this, after the rich spike is started, the output of the rear air-fuel ratio sensor 26 (air-fuel ratio detection means) is compared with the slice level SL. Then, when the output of the rear air-fuel ratio sensor 26 crosses the slice level SL, it is determined that the NOx desorption action from the NOx trap catalyst 10 is completed.
図２は通過ＮＯｘ量に対するテールパイプＮＯｘの特性図である。図２において、横軸の通過ＮＯｘ量とは、ＮＯｘトラップ触媒を通過するＮＯｘ量である。縦軸のテールパイプＮＯｘとは、テールパイプ出口のＮＯｘ排出量である。 FIG. 2 is a characteristic diagram of the tail pipe NOx with respect to the passing NOx amount. In FIG. 2, the passing NOx amount on the horizontal axis is the NOx amount passing through the NOx trap catalyst. The tail pipe NOx on the vertical axis is the amount of NOx discharged from the tail pipe outlet.
図３はリッチスパイク回数に対するテールパイプＣＯの特性図である。図３において、縦軸のテールパイプＣＯとは、テールパイプ出口のＣＯ排出量である。 FIG. 3 is a characteristic diagram of the tail pipe CO with respect to the number of rich spikes. In FIG. 3, the tail pipe CO on the vertical axis is the CO emission amount at the tail pipe outlet.
図２に示すように、ＮＯｘトラップ触媒１０が劣化すると、ＮＯｘのトラップ能力が低下する。そのため、少ない通過ＮＯｘ量でもテールパイプ出口のＮＯｘ排出量が増加する。これに対して、リーン運転の継続時間を短くしてリッチスパイク回数を増やせば、ＮＯｘの悪化をある程度は防止できる。 As shown in FIG. 2, when the NOx trap catalyst 10 is deteriorated, the NOx trapping capability is lowered. Therefore, the amount of NOx discharged from the tail pipe outlet increases even with a small amount of passing NOx. On the other hand, if the duration of lean operation is shortened and the number of rich spikes is increased, NOx deterioration can be prevented to some extent.
しかし、その一方で図３に示すように、テールパイプ出口のＣＯ排出量は、ＮＯｘトラップ触媒１０の劣化の程度には関係せず、リッチスパイク回数に依存する。したがって、上記のようにリア空燃比センサ２６の出力に基づいてＮＯｘトラップ触媒１０からのＮＯｘ脱離作用が完了したか否かを判定し、この判定結果よりＮＯｘトラップ触媒１０からのＮＯｘ脱離作用が完了したときに、リッチスパイクを終了させる方式とする場合、ＮＯｘトラップ触媒１０の劣化に伴ってリーン運転時間が短くなり、リッチスパイク回数が増えると、テールパイプ出口でのＣＯ排出量が増加する。 However, on the other hand, as shown in FIG. 3, the CO emission amount at the tail pipe outlet is not related to the degree of deterioration of the NOx trap catalyst 10 and depends on the number of rich spikes. Therefore, it is determined whether the NOx desorption action from the NOx trap catalyst 10 is completed based on the output of the rear air-fuel ratio sensor 26 as described above, and the NOx desorption action from the NOx trap catalyst 10 is determined based on the determination result. When the rich spike is ended when the NOx trap catalyst 10 is deteriorated, the lean operation time is shortened as the NOx trap catalyst 10 is deteriorated, and the CO emission amount at the tail pipe outlet increases as the number of rich spikes increases. .
ここで、リア空燃比センサ２６の出力に基づいてリッチスパイクを終了させる方式において、テールパイプ出口のＣＯ排出量の多くはリッチスパイク時に排出される。 Here, in the system in which the rich spike is terminated based on the output of the rear air-fuel ratio sensor 26, most of the CO emission amount at the tail pipe outlet is discharged during the rich spike.
その理由は、リッチスパイク実行手段としての燃料噴射弁５が、ＮＯｘトラップ触媒１０より遠い位置に設けられているためである。これについて説明すると、リア空燃比センサ２６の出力に基づいてリッチスパイクの終了を判定したときには、まだ燃料噴射弁５の設置位置である燃焼室４からリア空燃比センサ２６までのボリューム（燃焼室＋排気ボリューム）中にＨＣ、ＣＯ（還元剤）が存在する。したがって、リッチスパイクの終了を判定した後に、この還元剤が遅れてＮＯｘトラップ触媒１０に流れてくる。しかし、リッチスパイクの終了を判定した後は、還元すべきＮＯｘがＮＯｘトラップ触媒１０に無い。そのため、この遅れてきた還元剤は、そのままＮＯｘトラップ触媒１０の下流に排出される。 This is because the fuel injection valve 5 as the rich spike execution means is provided at a position far from the NOx trap catalyst 10. Explaining this, when the end of the rich spike is determined based on the output of the rear air-fuel ratio sensor 26, the volume (combustion chamber +) from the combustion chamber 4 where the fuel injection valve 5 is still installed to the rear air-fuel ratio sensor 26 is determined. HC and CO (reducing agent) are present in the exhaust volume). Therefore, after determining the end of the rich spike, this reducing agent flows into the NOx trap catalyst 10 with a delay. However, after determining the end of the rich spike, the NOx trap catalyst 10 has no NOx to be reduced. Therefore, the delayed reducing agent is discharged as it is downstream of the NOx trap catalyst 10.
つまり、排気ボリュームがあることに伴う応答遅れにより、リッチスパイク終了後に必ず一定量のＣＯ、ＨＣが排出される。なお、ＣＯの排出量に対してＨＣの排出量は微量であるため、図３にはＣＯの排出量を示している。 In other words, due to the response delay due to the exhaust volume, a certain amount of CO and HC is always discharged after the end of the rich spike. Since the amount of HC emitted is very small compared to the amount of CO emitted, FIG. 3 shows the amount of CO emitted.
このように、ＮＯｘトラップ触媒１０が劣化すると、少ない通過ＮＯｘ量でもテールパイプ出口のＮＯｘ排出量が増加する。これを回避すべく、リーン運転の継続時間を短くしてリッチスパイク回数を増やせば、テールパイプ出口でのＣＯ排出量が増加する。 Thus, when the NOx trap catalyst 10 deteriorates, the amount of NOx discharged from the tail pipe outlet increases even with a small amount of passing NOx. In order to avoid this, if the duration of lean operation is shortened and the number of rich spikes is increased, the amount of CO emission at the tail pipe outlet increases.
そこで、本実施形態では、リーン運転時において、予め定められた所定時間（所定値）内にＮＯｘトラップ触媒１０のＮＯｘトラップ量が所定値に達した場合（ＮＯｘトラップ触媒１０の劣化が大きい場合）は、リッチスパイクを実行する。このリッチスパイク実行後も、所定時間が経過するまでは、リーン運転を禁止して理論空燃比での運転を行わせる。そして、所定時間経過後、再びリーン運転を許可して、次の所定時間の計測を始める。 Therefore, in the present embodiment, during lean operation, when the NOx trap amount of the NOx trap catalyst 10 reaches a predetermined value within a predetermined time (predetermined value) determined in advance (when the deterioration of the NOx trap catalyst 10 is large). Perform a rich spike. Even after the rich spike is executed, the lean operation is prohibited and the operation at the stoichiometric air-fuel ratio is performed until a predetermined time elapses. Then, after a predetermined time elapses, the lean operation is permitted again and measurement of the next predetermined time is started.
このように、ＮＯｘトラップ触媒１０の劣化が大きい場合に、全面的にリーン運転を禁止するのではなく、リッチスパイク実行後、予め定められた所定時間が経過するまでの期間のリーン運転を禁止する。そして、所定時間経過後は再びリーン運転を行う。そのため、燃費悪化を最小限に抑えることができる。 Thus, when the deterioration of the NOx trap catalyst 10 is large, the lean operation is not completely prohibited, but the lean operation for a period until a predetermined time elapses after the rich spike is executed is prohibited. . Then, after the predetermined time has elapsed, the lean operation is performed again. Therefore, fuel consumption deterioration can be minimized.
また、リッチスパイク実行後、リーン運転を禁止してストイキ運転を行っている期間は、三元触媒９によって排ガス中のＮＯｘは効率よく浄化される。したがって、その期間はＮＯｘトラップ触媒１０のＮＯｘトラップ量が増加しないので、その期間だけ、ＮＯｘトラップ量が所定値に達するまでの期間が延長する。すなわち、リッチスパイクが実施されてから、次にリッチスパイクが実施されるまでの期間が延長する。そのため、全体として、リッチスパイクの回数が抑えられ、テールパイプ出口でのＣＯ排出量、ＨＣ排出量の増加を防止できる。 In addition, after the rich spike is executed, the NOx in the exhaust gas is efficiently purified by the three-way catalyst 9 during the period in which the lean operation is prohibited and the stoichiometric operation is performed. Therefore, since the NOx trap amount of the NOx trap catalyst 10 does not increase during that period, the period until the NOx trap amount reaches a predetermined value is extended only during that period. That is, the period from when the rich spike is performed until the next rich spike is performed is extended. Therefore, as a whole, the number of rich spikes can be suppressed, and an increase in CO emissions and HC emissions at the tail pipe outlet can be prevented.
一方、リーン運転時において、所定時間内にＮＯｘトラップ触媒１０のＮＯｘトラップ量が所定値に達しなかった場合（ＮＯｘトラップ触媒１０の劣化が小さい場合）は、所定時間経過後も、引き続きリーン運転を継続する。このリーン運転継続中に、ＮＯｘトラップ触媒１０のＮＯｘトラップ量が所定値に達した場合は、リッチスパイクを実行する。そして、このリッチスパイク実行後に再びリーン運転を許可して、次の所定時間の計測を始める。 On the other hand, during the lean operation, if the NOx trap amount of the NOx trap catalyst 10 does not reach the predetermined value within a predetermined time (when the deterioration of the NOx trap catalyst 10 is small), the lean operation is continued even after the predetermined time has elapsed. continue. If the NOx trap amount of the NOx trap catalyst 10 reaches a predetermined value while the lean operation continues, rich spike is executed. Then, after the rich spike is executed, the lean operation is permitted again and measurement of the next predetermined time is started.
このように、ＮＯｘトラップ触媒１０の劣化が小さい場合は、予め定められた所定時間経過後も、引き続きリーン運転を継続する。そのため、燃費が向上する。また、リッチスパイク回数を抑えることができるため、テールパイプ出口でのＣＯ排出量、ＨＣ排出量の増加を防止できる。 Thus, when the deterioration of the NOx trap catalyst 10 is small, the lean operation is continued even after a predetermined time has elapsed. Therefore, fuel consumption is improved. Moreover, since the number of rich spikes can be suppressed, it is possible to prevent an increase in CO emission amount and HC emission amount at the tail pipe outlet.
これについて、図４を参照して具体的に説明する。図４は、ＮＯｘトラップ触媒１０の劣化が小さい場合と大きい場合とで、どのように運転が異なってくるかを示したモデル図である。図４において、太実線はリーン運転が行われることを表す。細実線は理論空燃比での運転（図では「ストイキ運転」で略記している。）が行われることを表す。 This will be specifically described with reference to FIG. FIG. 4 is a model diagram showing how the operation differs depending on whether the deterioration of the NOx trap catalyst 10 is small or large. In FIG. 4, a thick solid line indicates that lean operation is performed. A thin solid line indicates that operation at the stoichiometric air-fuel ratio (abbreviated as “stoichiometric operation” in the figure) is performed.
図４（Ａ）は、ＮＯｘトラップ触媒１０の劣化が小さい場合の運転であり、リーン運転時において、所定時間内に、ＮＯｘトラップ触媒１０のＮＯｘトラップ量が所定値にまで達しなかった場合である。この場合は、所定時間経過後も、引き続きリーン運転を継続する。そして、このリーン運転継続中に、ＮＯｘトラップ触媒１０のＮＯｘトラップ量が所定値に達したときにリッチスパイクを実行する。リッチスパイク実行後は、再びリーン運転を行い、次の所定時間の計測を始める。 FIG. 4A is an operation when the deterioration of the NOx trap catalyst 10 is small, and is a case where the NOx trap amount of the NOx trap catalyst 10 does not reach a predetermined value within a predetermined time during the lean operation. . In this case, the lean operation is continued even after the predetermined time has elapsed. Then, during this lean operation, a rich spike is executed when the NOx trap amount of the NOx trap catalyst 10 reaches a predetermined value. After the rich spike is executed, the lean operation is performed again and the measurement for the next predetermined time is started.
図４（Ｂ）は、ＮＯｘトラップ触媒１０の劣化が大きい場合の運転であり、リーン運転時において、所定時間内に、ＮＯｘトラップ触媒１０のＮＯｘトラップ量が所定値に達した場合である。この場合は、ＮＯｘトラップ触媒１０のＮＯｘトラップ量が所定値にまで達した時点で、リッチスパイクを実行する。このリッチスパイク実行後は、所定時間が経過するまで、リーン運転を禁止してストイキ運転を行う。そして、所定時間経過後、再びリーン運転を行い、次の所定時間の計測を始める。 FIG. 4B shows an operation when the deterioration of the NOx trap catalyst 10 is large. In the lean operation, the NOx trap amount of the NOx trap catalyst 10 reaches a predetermined value within a predetermined time. In this case, the rich spike is executed when the NOx trap amount of the NOx trap catalyst 10 reaches a predetermined value. After the rich spike is executed, the lean operation is prohibited and the stoichiometric operation is performed until a predetermined time elapses. Then, after a predetermined time has elapsed, the lean operation is performed again, and measurement of the next predetermined time is started.
図５は、図４（Ａ）（Ｂ）で示した各運転中に行われている制御内容について説明するタイムチャートである。図５には各運転ごとに、上からカウンタ値、リッチスパイクフラグ及びスパイク後ストイキ要求フラグの動きを示す。 FIG. 5 is a time chart for explaining the control content performed during each operation shown in FIGS. 4 (A) and 4 (B). FIG. 5 shows the movement of the counter value, rich spike flag, and post-spike stoichiometric request flag from the top for each operation.
図５（Ａ）は、ＮＯｘトラップ触媒１０の劣化が小さい場合の運転である。図５（Ａ）を参照してＮＯｘトラップ触媒１０の劣化が小さい場合のカウンタ値、リッチスパイクフラグ及びスパイク後ストイキ要求フラグの動きを説明する。 FIG. 5A shows an operation when the deterioration of the NOx trap catalyst 10 is small. With reference to FIG. 5A, the operation of the counter value, the rich spike flag, and the post-spike stoichiometric request flag when the deterioration of the NOx trap catalyst 10 is small will be described.
まず、カウンタ値ＣＴ[ｓ]について説明する。 First, the counter value CT [s] will be described.
カウンタ値ＣＴはリーン運転開始からの経過時間を計測するものである。ｔ0のタイミングで、ストイキ運転からリーン運転に切り替わると、カウンタ値ＣＴはリセットされる。リセットされると、カウンタ値ＣＴは初期値のゼロとなる。その後、カウンタ値ＣＴは、経過時間に応じて増加していく。 The counter value CT measures the elapsed time from the start of lean operation. When the stoichiometric operation is switched to the lean operation at the timing t 0 , the counter value CT is reset. When reset, the counter value CT becomes the initial value zero. Thereafter, the counter value CT increases according to the elapsed time.
図５（Ａ）では、ＮＯｘトラップ触媒１０の劣化が小さいため、所定時間（ｔ0〜ｔ3）を経過してもリーン運転が継続される。したがって、カウンタ値ＣＴもリセットされることなく、経過時間に応じて増加する。その後、ｔ5のタイミングで再びストイキ運転からリーン運転に切り替わると、カウンタ値ＣＴはリセットされ、再び経過時間に応じて増加していく。 In FIG. 5A, since the deterioration of the NOx trap catalyst 10 is small, the lean operation is continued even after a predetermined time (t 0 to t 3 ) has elapsed. Therefore, the counter value CT also increases according to the elapsed time without being reset. Thereafter, when the switching to lean operation from stoichiometric operation again at the timing t 5, the counter value CT is reset, increases in accordance with the elapsed time again.
次にリッチスパイクフラグについて説明する。 Next, the rich spike flag will be described.
リッチスパイクフラグは、リッチスパイクフラグが１となったとき、リッチスパイクの実行を指示するフラグである。 The rich spike flag is a flag for instructing execution of the rich spike when the rich spike flag becomes 1.
リッチスパイクフラグは、ＮＯｘトラップ触媒１０のＮＯｘトラップ量が所定値に達したと判断されると、０から１に切り替わる。その後、リア空燃比センサ２６の出力に基づいて、ＮＯｘトラップ触媒１０からのＮＯｘ脱離作用が完了したと判断されると、１から０に切り替わる。図５（Ａ）では、ｔ4のタイミングでＮＯｘトラップ触媒１０のＮＯｘトラップ量が所定値に達したと判断され、０から１に切り替わる。そして、ｔ5のタイミングでＮＯｘトラップ触媒１０のＮＯｘ脱離作用が完了したと判断され、０から１に切り替わる。 The rich spike flag is switched from 0 to 1 when it is determined that the NOx trap amount of the NOx trap catalyst 10 has reached a predetermined value. Thereafter, when it is determined that the NOx desorption action from the NOx trap catalyst 10 is completed based on the output of the rear air-fuel ratio sensor 26, the value is switched from 1 to 0. In FIG. 5A, it is determined that the NOx trap amount of the NOx trap catalyst 10 has reached a predetermined value at the timing of t 4 , and is switched from 0 to 1. At time t 5 , it is determined that the NOx trapping action of the NOx trap catalyst 10 is completed, and the value is switched from 0 to 1.
次に、スパイク後ストイキ要求フラグについて説明する。 Next, the post-spike stoichiometric request flag will be described.
スパイク後ストイキ要求フラグは本発明において新たに導入したフラグである。本発明では、リーン運転中、所定時間内にＮＯｘトラップ触媒１０のＮＯｘトラップ量が所定値に達すると、リッチスパイクを実行する。前述したように、このリッチスパイク実行後は、所定時間が経過するまで、リーン運転を禁止してストイキ運転を行う。 The post-spike stoichiometric request flag is a flag newly introduced in the present invention. In the present invention, during lean operation, when the NOx trap amount of the NOx trap catalyst 10 reaches a predetermined value within a predetermined time, a rich spike is executed. As described above, after the rich spike is executed, the lean operation is prohibited and the stoichiometric operation is performed until a predetermined time elapses.
スパイク後ストイキ要求フラグは、このリッチスパイク実行後、すなわち、ＮＯｘトラップ触媒１０がトラップしたＮＯｘの全てを還元浄化し終わり、ＨＣ、ＣＯがＮＯｘトラップ触媒１０の下流に排出され、リア空燃比センサ出力ＲＯ２がスライスレベルＳＬ以上になったとき、０から１へ切り替わるフラグである。 The post-spike stoichiometric request flag indicates that after the rich spike is executed, that is, all NOx trapped by the NOx trap catalyst 10 is reduced and purified, HC and CO are discharged downstream of the NOx trap catalyst 10, and the rear air-fuel ratio sensor output This flag is switched from 0 to 1 when RO2 becomes equal to or higher than the slice level SL.
ＮＯｘトラップ触媒１０の劣化が小さい場合の運転では、ＮＯｘトラップ触媒１０の劣化が小さいため、所定時間（ｔ0〜ｔ3）を経過してもリーン運転が継続される。したがって、スパイク後ストイキ要求フラグは０のままである。 In the operation when the deterioration of the NOx trap catalyst 10 is small, since the deterioration of the NOx trap catalyst 10 is small, the lean operation is continued even after a predetermined time (t 0 to t 3 ) has elapsed. Accordingly, the post-spike stoichiometric request flag remains 0.
図５（Ｂ）は、ＮＯｘトラップ触媒１０の劣化が大きい場合の運転である。図５（Ｂ）を参照してＮＯｘトラップ触媒１０の劣化が大きい場合のカウンタ値、リッチスパイクフラグ及びスパイク後ストイキ要求フラグの動きを説明する。 FIG. 5B shows the operation when the NOx trap catalyst 10 is largely deteriorated. With reference to FIG. 5B, the operation of the counter value, rich spike flag, and post-spike stoichiometric request flag when the NOx trap catalyst 10 is largely deteriorated will be described.
まず、カウンタ値について説明する。 First, the counter value will be described.
ｔ0のタイミングで、ストイキ運転からリーン運転に切り替わると、カウンタ値ＣＴはリセットされる。リセットされると、カウンタ値ＣＴは初期値のゼロとなる。その後、カウンタ値ＣＴは、経過時間に応じて増加していく。 When the stoichiometric operation is switched to the lean operation at the timing t 0 , the counter value CT is reset. When reset, the counter value CT becomes the initial value zero. Thereafter, the counter value CT increases according to the elapsed time.
ＮＯｘトラップ触媒１０の劣化が大きいため、所定時間内のｔ1のタイミングで、ＮＯｘトラップ触媒１０のＮＯｘトラップ量が所定値に達する。この場合は、ｔ1の時点で、リッチスパイクが実行される。このリッチスパイク実行後（ｔ2）は、所定時間が経過するまでリーン運転が禁止されストイキ運転が行われる。そして、所定時間を経過したｔ3のタイミングで再びストイキ運転からリーン運転に切り替わると、カウンタ値ＣＴはリセットされ、再び経過時間に応じて増加する。 Since deterioration of the NOx trap catalyst 10 is large, at the timing of t 1 within a predetermined time, NOx trap amount of NOx trap catalyst 10 reaches a predetermined value. In this case, a rich spike is executed at time t 1 . After the rich spike is executed (t 2 ), the lean operation is prohibited and the stoichiometric operation is performed until a predetermined time elapses. When switched to the lean operation from stoichiometric operation again at the timing t 3 when a predetermined time has elapsed, the counter value CT is reset, increases with elapsed time again.
次にリッチスパイクフラグについて説明する。 Next, the rich spike flag will be described.
図５（Ｂ）では、単位時間内のｔ1のタイミングで、ＮＯｘトラップ触媒１０のＮＯｘトラップ量が所定値に達したと判断され、０から１に切り替わる。そして、ｔ2のタイミングでＮＯｘトラップ触媒１０のＮＯｘ脱離作用が完了したと判断され、０から１に切り替わる。 In FIG. 5B, it is determined that the NOx trap amount of the NOx trap catalyst 10 has reached a predetermined value at the timing of t 1 within the unit time, and is switched from 0 to 1. Then, it is determined that the NOx desorption action of the NOx trap catalyst 10 is completed at the timing t 2 , and is switched from 0 to 1.
次に、スパイク後ストイキ要求フラグについて説明する。 Next, the post-spike stoichiometric request flag will be described.
ＮＯｘトラップ触媒１０の劣化が大きいため、単位時間内のｔ1のタイミングで、ＮＯｘトラップ触媒１０のＮＯｘトラップ量が所定値に達する。この場合は、ｔ1の時点で、リッチスパイクが実行される。前述したように、スパイク後ストイキ要求フラグは、このリッチスパイク実行後、すなわち、ＮＯｘトラップ触媒１０がトラップしていたＮＯｘの全てを還元浄化し終わり、ＨＣ、ＣＯがＮＯｘトラップ触媒１０の下流に排出されることによって、リア空燃比センサ出力ＲＯ２がスライスレベルＳＬ以上になったとき、０から１へ切り替わるフラグである。 Since deterioration of the NOx trap catalyst 10 is large, at the timing of t 1 within a unit time, NOx trap amount of NOx trap catalyst 10 reaches a predetermined value. In this case, a rich spike is executed at time t 1 . As described above, the post-spiking stoichiometric request flag indicates that after the rich spike is executed, that is, all NOx trapped by the NOx trap catalyst 10 is reduced and purified, and HC and CO are discharged downstream of the NOx trap catalyst 10. Thus, the flag is switched from 0 to 1 when the rear air-fuel ratio sensor output RO2 becomes equal to or higher than the slice level SL.
したがって、図５（Ｂ）では、ｔ2のタイミングでＮＯｘトラップ触媒１０のＮＯｘ脱離作用が完了したと判断され、０から１に切り替わる。そして、単位時間を経過したｔ3のタイミングで、１から０に切り替わる。 Therefore, in FIG. 5B, it is determined that the NOx desorption action of the NOx trap catalyst 10 is completed at the timing of t 2 , and switches from 0 to 1. Then, at the timing t 3 when passed the unit time changes from 1 to 0.
次に、エンジンコントローラ２１で実行される上述の制御内容を、図６から図８のフローチャートを参照して説明する。 Next, the above-described control content executed by the engine controller 21 will be described with reference to the flowcharts of FIGS.
図６はＮＯｘトラップ触媒１０のＮＯｘトラップ量ＳＮＯｘを算出するもので、一定時間毎（例えば１０ｍｓ毎）に実行する。 FIG. 6 is for calculating the NOx trap amount SNOx of the NOx trap catalyst 10 and is executed at regular time intervals (for example, every 10 ms).
ここではＮＯｘトラップ触媒１０の下流のＮＯｘ濃度に基づいて、ＮＯｘトラップ触媒１０のＮＯｘトラップ量を算出する場合で説明する。なお、ＮＯｘトラップ量の算出方法はこれに限られるものでなく公知の算出方法でかまわない。例えば、リーン運転時に所定のＮＯｘトラップ量を積算したり、ＮＯｘトラップ触媒１０の上流のＮＯｘ濃度（あるいは簡易的にＮＯｘトラップ触媒１０上流の空燃比）と吸入空気量との積を積算することにより、ＮＯｘトラップ量を算出するようにしてもよい。 Here, the case where the NOx trap amount of the NOx trap catalyst 10 is calculated based on the NOx concentration downstream of the NOx trap catalyst 10 will be described. The method for calculating the NOx trap amount is not limited to this, and a known calculation method may be used. For example, by accumulating a predetermined NOx trap amount during lean operation, or by integrating the product of the NOx concentration upstream of the NOx trap catalyst 10 (or simply the air-fuel ratio upstream of the NOx trap catalyst 10) and the intake air amount. The NOx trap amount may be calculated.
ステップＳ１０１では目標当量比ＴＦＢＹＡ［無名数］と１．０とを比較する。目標当量比ＴＦＢＹＡが１．０未満であればリーン運転時であると判断し、ステップＳ１０２に進む。ステップＳ１０２では、ＮＯｘ濃度センサ２６（ＮＯｘ濃度検出手段）の出力を読み込む。このＮＯｘ濃度センサ出力からＮＯｘトラップ触媒１０下流の排気中のＮＯｘ濃度（単位排気量に含まれるＮＯｘ量）Ｘｎｏｘ［％］を算出する。 In step S101, the target equivalent ratio TFBYA [anonymous number] is compared with 1.0. If the target equivalent ratio TFBYA is less than 1.0, it is determined that the lean operation is being performed, and the process proceeds to step S102. In step S102, the output of the NOx concentration sensor 26 (NOx concentration detecting means) is read. From this NOx concentration sensor output, the NOx concentration (NOx amount included in the unit exhaust amount) Xnox [%] in the exhaust downstream of the NOx trap catalyst 10 is calculated.
ここで、排気中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘ濃度センサとは、排気中の酸素濃度を検出する空燃比センサを改良したもので、ＮＯｘ濃度センサも基本的に空燃比センサである（公知）。そのため、本実施形態では、リア空燃比センサ２６は、ＮＯｘ濃度センサでもある。もちろん、リア空燃比センサ２６と別にＮＯｘ濃度センサを設けてもかまわない。 Here, the NOx concentration sensor that detects the NOx concentration in the exhaust is an improvement of the air-fuel ratio sensor that detects the oxygen concentration in the exhaust, and the NOx concentration sensor is basically also an air-fuel ratio sensor (known). Therefore, in the present embodiment, the rear air-fuel ratio sensor 26 is also a NOx concentration sensor. Of course, a NOx concentration sensor may be provided separately from the rear air-fuel ratio sensor 26.
ステップＳ１０３ではこのＮＯｘ濃度Ｘｎｏｘに基づいて次式によりＮＯｘトラップ触媒１０のＮＯｘトラップ量ＳＮＯｘ［ｋｇ］を算出する。 In step S103, based on this NOx concentration Xnox, the NOx trap amount SNOx [kg] of the NOx trap catalyst 10 is calculated by the following equation.
ＳＮＯｘ＝ＳＮＯｘ（前回値）＋Ｘｎｏｘ×Ｑａ×Δｔ …（２）
ただし、Ｑａ：吸入空気量［ｋｇ／ｓ］
ＳＮＯｘ（前回値）：ＳＮＯｘの前回値［ｋｇ］
Δｔ：制御周期［ｓ］
（２）式の吸入空気量Ｑａは排気量の代用である。吸入空気量Ｑａはエアフローメータ２３により検出する。
SNOx = SNOx (previous value) + Xnox × Qa × Δt (2)
However, Qa: intake air amount [kg / s]
SNOx (previous value): previous value of SNOx [kg]
Δt: Control cycle [s]
The intake air amount Qa in equation (2) is a substitute for the exhaust amount. The intake air amount Qa is detected by the air flow meter 23.
ここで、ＮＯｘトラップ触媒１０が劣化すると、ＮＯｘのトラップ能力が低下する。そのため、ＮＯｘトラップ触媒１０下流の排気中のＮＯｘ濃度が新品時より大きくなる。したがって、同じ運転条件では、ＮＯｘトラップ触媒１０の劣化が大きくなるほど（２）式のＮＯｘトラップ量ＳＮＯｘの増え方が早くなる。また、リッチスパイクまでの時間、つまり１回当たりのリーン運転時間が短くなる。 Here, when the NOx trap catalyst 10 is deteriorated, the NOx trapping capability is lowered. Therefore, the NOx concentration in the exhaust gas downstream of the NOx trap catalyst 10 becomes higher than when it is new. Accordingly, under the same operating conditions, the greater the deterioration of the NOx trap catalyst 10, the faster the increase in the NOx trap amount SNOx in the equation (2). Further, the time until the rich spike, that is, the lean operation time per time is shortened.
一方、目標当量比ＴＦＢＹＡが１．０以上であればリッチスパイク中と判断し、ステップＳ１０４、Ｓ１０５に進んでリア空燃比センサ２６の出力ＲＯ２を読み込む。そして、このリア空燃比センサ出力ＲＯ２とスライスレベルＳＬを比較する。ここで、目標当量比ＴＦＢＹＡが１．０以上になるときには、リーン運転域においてリッチスパイクを行っている場合と、リーン運転域から理論空燃比での運転域への切換時にリッチスパイクを行っている場合とがある。 On the other hand, if the target equivalent ratio TFBYA is 1.0 or more, it is determined that the rich spike is being performed, and the process proceeds to steps S104 and S105 to read the output RO2 of the rear air-fuel ratio sensor 26. Then, the rear air-fuel ratio sensor output RO2 is compared with the slice level SL. Here, when the target equivalent ratio TFBYA is 1.0 or more, the rich spike is performed when the rich operation is performed in the lean operation region and when the lean operation region is switched to the operation region at the stoichiometric air-fuel ratio. There are cases.
リーン運転域においてリッチスパイクを行ってＮＯｘトラップ触媒１０をリッチ雰囲気にする（ＨＣをＮＯｘトラップ触媒１０に供給する）と、ＮＯｘトラップ触媒１０ではトラップしたＮＯｘを脱離すると共に、排気中のＨＣ、ＣＯを還元剤として、脱離したＮＯｘを還元浄化する。そのため、トラップしたＮＯｘの全てを還元浄化し終わる前には、ＨＣ、ＣＯはＮＯｘトラップ触媒１０により消費され、ＮＯｘトラップ触媒１０の下流へ出てこない。したがって、リア空燃比センサ出力ＲＯ２はスライスレベルＳＬ未満の状態にあるため、ステップＳ１０５よりステップＳ１０６を飛ばして、そのまま今回の処理を終了する。 When a rich spike is performed in the lean operation region to make the NOx trap catalyst 10 a rich atmosphere (HC is supplied to the NOx trap catalyst 10), the NOx trap catalyst 10 desorbs the trapped NOx, and the HC in the exhaust, The desorbed NOx is reduced and purified using CO as a reducing agent. Therefore, before the trapped NOx is completely reduced and purified, HC and CO are consumed by the NOx trap catalyst 10 and do not come downstream of the NOx trap catalyst 10. Therefore, since the rear air-fuel ratio sensor output RO2 is in a state below the slice level SL, step S106 is skipped from step S105, and the current process is terminated.
やがて、トラップしていたＮＯｘの全てを還元浄化し終わると、脱離ＮＯｘの還元浄化に使われなくなったＨＣ、ＣＯがそのままＮＯｘトラップ触媒１０の下流に排出される。このとき、リア空燃比センサ出力ＲＯ２がスライスレベルＳＬ以上になるため、ステップＳ１０５よりステップＳ１０６に進んで、ＮＯｘトラップ量ＳＮＯｘ＝０とする。 Eventually, when all of the trapped NOx has been reduced and purified, HC and CO that are no longer used for the reduction and purification of the desorbed NOx are discharged directly downstream of the NOx trap catalyst 10. At this time, since the rear air-fuel ratio sensor output RO2 becomes equal to or higher than the slice level SL, the process proceeds from step S105 to step S106, where the NOx trap amount SNOx = 0.
リーン運転域から理論空燃比での運転域への切換時にリッチスパイクを行っている場合も同様である。リッチスパイク中は排気中にＨＣ、ＣＯが多く含まれるので、ＮＯｘトラップ触媒１０では、このＨＣ、ＣＯを還元剤として用いてＮＯｘを還元浄化する。トラップしたＮＯｘの全てを還元浄化し終わる前には、ＨＣ、ＣＯはＮＯｘトラップ触媒１０により消費されてＮＯｘトラップ触媒１０の下流へ出てこない。したがって、リア空燃比センサ出力ＲＯ２はスライスレベルＳＬ未満の状態にあるため、ステップＳ１０５よりステップＳ１０６を飛ばして、そのまま今回の処理を終了する。 The same applies to the case where rich spike is performed at the time of switching from the lean operation region to the operation region at the stoichiometric air-fuel ratio. During the rich spike, exhaust gas contains a lot of HC and CO. Therefore, the NOx trap catalyst 10 uses this HC and CO as a reducing agent to reduce and purify NOx. Before all the trapped NOx is reduced and purified, HC and CO are consumed by the NOx trap catalyst 10 and do not come downstream of the NOx trap catalyst 10. Therefore, since the rear air-fuel ratio sensor output RO2 is in a state below the slice level SL, step S106 is skipped from step S105, and the current process is terminated.
やがて、トラップしたＮＯｘの全てを還元浄化し終わると、ＨＣ、ＣＯがＮＯｘトラップ触媒１０の下流に排出されることになり、リア空燃比センサ出力ＲＯ２がスライスレベルＳＬ以上になるため、ステップＳ１０５よりステップＳ１０６に進んでＮＯｘトラップ量ＳＮＯｘ＝０とする。 Eventually, when all trapped NOx is reduced and purified, HC and CO are discharged downstream of the NOx trap catalyst 10, and the rear air-fuel ratio sensor output RO2 becomes equal to or higher than the slice level SL. Proceeding to step S106, the amount of NOx trap SNOx = 0 is set.
図７は、リーン許可フラグを設定するもので、一定時間毎（例えば１０ｍｓ毎）に実行する。 FIG. 7 sets a lean permission flag, which is executed at regular intervals (for example, every 10 ms).
ステップＳ２０１〜Ｓ２０５はリーン運転を許可するか否かを判定する部分である。すなわち、以下に示す〈１〉〜〈５〉の条件を一つずつチェックし、全ての条件を満たす場合に初めてリーン運転を許可するべく、ステップＳ２０６に進んでリーン許可フラグ＝１とする。条件を一つでも満たさない場合にはリーン運転を不許可とする（つまりリーン運転を禁止する）べく、ステップＳ２０７に進んでリーン許可フラグ＝０とする。 Steps S201 to S205 are portions for determining whether or not the lean operation is permitted. That is, the conditions <1> to <5> shown below are checked one by one, and the process proceeds to step S206 to set the lean permission flag = 1 so as to permit the lean operation only when all the conditions are satisfied. If even one of the conditions is not satisfied, the routine proceeds to step S207 to set the lean permission flag = 0 in order to disable the lean operation (that is, prohibit the lean operation).
〈１〉リーン運転の禁止条件でないこと（ステップＳ２０１）
始動直後や異常時などが、リーン運転を禁止する条件として予め定められる。このようなリーン運転の禁止条件に該当すれば、ステップＳ２０７に進んでリーン許可フラグ＝０（リーン運転禁止）とする。始動直後をリーン運転の禁止条件とするのは、ドライバビリティ（エンジン、車両）の安定化のためである。
<1> It is not a prohibition condition for lean operation (step S201)
Immediately after starting or when an abnormality occurs, conditions for prohibiting lean operation are determined in advance. If such a lean operation prohibition condition is satisfied, the routine proceeds to step S207, where the lean permission flag = 0 (lean operation prohibition) is set. The reason why the lean operation is prohibited immediately after the start is to stabilize drivability (engine, vehicle).
〈２〉リッチスパイクフラグ＝０であること（ステップＳ２０２）
リッチスパイクフラグ＝１であるときはリッチスパイクを行うため、リーン運転を行うことはできない。したがって、ステップＳ２０７に進んでリーン許可フラグ＝０とする。
<2> Rich spike flag = 0 (step S202)
When the rich spike flag = 1, the rich operation is performed, so the lean operation cannot be performed. Accordingly, the process proceeds to step S207 to set the lean permission flag = 0.
〈３〉スパイク後ストイキ要求フラグ＝０であること（ステップＳ２０３）
前述したように、スパイク後ストイキ要求フラグは本発明において新たに導入したフラグである。本発明では、リーン運転中、所定時間内にＮＯｘトラップ触媒１０のＮＯｘトラップ量が所定値に達すると、リッチスパイクを実行する。このリッチスパイク実行後は、所定時間が経過するまで、リーン運転を禁止してストイキ運転を行う。
<3> Post-spike stoichiometric request flag = 0 (step S203)
As described above, the post-spike stoichiometric request flag is a flag newly introduced in the present invention. In the present invention, during lean operation, when the NOx trap amount of the NOx trap catalyst 10 reaches a predetermined value within a predetermined time, a rich spike is executed. After the rich spike is executed, the lean operation is prohibited and the stoichiometric operation is performed until a predetermined time elapses.
スパイク後ストイキ要求フラグは、このリッチスパイク実行後、すなわち、ＮＯｘトラップ触媒１０がトラップしたＮＯｘの全てを還元浄化し終わり、ＨＣ、ＣＯがＮＯｘトラップ触媒１０の下流に排出され、リア空燃比センサ出力ＲＯ２がスライスレベルＳＬ以上になったとき、０から１へ切り替わるフラグである。 The post-spike stoichiometric request flag indicates that after the rich spike is executed, that is, all NOx trapped by the NOx trap catalyst 10 is reduced and purified, HC and CO are discharged downstream of the NOx trap catalyst 10, and the rear air-fuel ratio sensor output This flag is switched from 0 to 1 when RO2 becomes equal to or higher than the slice level SL.
つまり、スパイク後ストイキ要求フラグ＝１であれば、ストイキ運転を行っているため、リーン運転を行うことはできない。したがって、ステップＳ２０７に進んでリーン許可フラグ＝０とする。 That is, if the post-spike stoichiometric request flag = 1, since the stoichiometric operation is performed, the lean operation cannot be performed. Accordingly, the process proceeds to step S207 to set the lean permission flag = 0.
〈４〉ＮＯｘトラップ量ＳＮＯｘが所定値以下であること（ステップＳ２０４）
ＮＯｘトラップ量ＳＮＯｘが所定値（一定値）を超えていれば、ＮＯｘトラップ触媒１０を再生する必要がある。したがって、それ以上リーン運転を継続することはできないため、ステップＳ２０７に進んでリーン許可フラグ＝０とする。
<4> The NOx trap amount SNOx is equal to or less than a predetermined value (step S204).
If the NOx trap amount SNOx exceeds a predetermined value (a constant value), the NOx trap catalyst 10 needs to be regenerated. Accordingly, since the lean operation cannot be continued any further, the process proceeds to step S207 to set the lean permission flag = 0.
前述したように、ＮＯｘトラップ触媒１０が劣化すると、ＮＯｘのトラップ能力が低下する。そのため、ＮＯｘトラップ触媒１０下流の排気中のＮＯｘ濃度が新品時より大きくなる。その結果、ＮＯｘトラップ量ＳＮＯｘの増え方が早くなり、ＮＯｘトラップ量ＳＮＯｘが所定値に達するタイミングが早くなる。 As described above, when the NOx trap catalyst 10 is deteriorated, the NOx trapping capability is lowered. Therefore, the NOx concentration in the exhaust gas downstream of the NOx trap catalyst 10 becomes higher than when it is new. As a result, the NOx trap amount SNOx increases more quickly, and the timing at which the NOx trap amount SNOx reaches the predetermined value is accelerated.
〈５〉理論空燃比への要求（ストイキ要求）がないこと（ステップＳ２０５）
本実施形態のエンジンでは、エンジン出力が要求されない低負荷側の領域においてリーン運転を行う。一方、エンジン出力の要求される高負荷側の運転域になると、空燃比をリーン空燃比から理論空燃比へと切り換える。したがって、理論空燃比での運転域に移って理論空燃比での運転を行うときが、理論空燃比への要求がある場合である。このときは、ステップＳ２０７に進んでリーン許可フラグ＝０とする。
<5> There is no request (stoichiometric request) to the stoichiometric air-fuel ratio (step S205).
In the engine of the present embodiment, the lean operation is performed in the low load side area where the engine output is not required. On the other hand, when the operating range on the high load side where engine output is required, the air-fuel ratio is switched from the lean air-fuel ratio to the stoichiometric air-fuel ratio. Therefore, when the operation at the stoichiometric air-fuel ratio is performed by moving to the operation area at the stoichiometric air-fuel ratio, there is a demand for the stoichiometric air-fuel ratio. In this case, the process proceeds to step S207 to set the lean permission flag = 0.
このように上記〈１〉〜〈５〉の条件を満たさない場合は、ステップＳ２０７に進みリーン許可フラグ＝０とする。 As described above, when the conditions <1> to <5> are not satisfied, the process proceeds to step S207 to set the lean permission flag = 0.
図８は、カウンタ値、リッチスパイクフラグ及びスパイク後ストイキ要求フラグを設定するもので、一定時間毎（例えば１０ｍｓ毎）に実行する。図７に続けて実行する。 FIG. 8 sets a counter value, a rich spike flag, and a post-spike stoichiometric request flag, which are executed at regular intervals (for example, every 10 ms). Execution is continued from FIG.
ステップＳ３０１では、図７で設定するリーン許可フラグをみる。ステップＳ３０１で、リーン許可フラグ＝１のとき、つまりリーン運転が許可になっているときは、ステップＳ３０１からステップＳ３０２に進む。 In step S301, the lean permission flag set in FIG. 7 is checked. In step S301, when the lean permission flag = 1, that is, when lean operation is permitted, the process proceeds from step S301 to step S302.
ステップＳ３０２では、前回はリーン許可フラグ＝０であったか否かを判断する。前回はリーン許可フラグ＝０であった場合、つまり、今回リーン許可フラグが０から１へ切り替わった場合（ストイキ運転からリーン運転に切り替わった場合）は、カウンタ値ＣＴ[ｓ]をリセットするためステップＳ３０３に進む。一方、ステップＳ３０２で、前回はリーン許可フラグ＝１であった場合、つまり前回、今回ともリーン許可フラグ＝０であった場合（リーン運転を継続している場合）は、カウンタ値ＣＴをカウントアップするためステップＳ３０４に進む。 In step S302, it is determined whether or not the lean permission flag was 0 last time. If the lean permission flag is 0 in the previous time, that is, if the lean permission flag is switched from 0 to 1 this time (from stoichiometric operation to lean operation), a step is performed to reset the counter value CT [s]. The process proceeds to S303. On the other hand, in step S302, if the lean permission flag = 1 at the previous time, that is, if the lean permission flag = 0 at the previous time and this time (when the lean operation is continued), the counter value CT is incremented. Therefore, the process proceeds to step S304.
ステップＳ３０３では、カウンタ値ＣＴをリセットして０に戻し、改めてカウントを開始する。 In step S303, the counter value CT is reset to 0 and starts counting again.
ステップＳ３０４では、カウント値ＣＴを演算周期の分だけカウントアップする。カウンタ値ＣＴは、次式により増加させる。 In step S304, the count value CT is counted up by the calculation cycle. The counter value CT is increased by the following equation.
ＣＴ＝ＣＴ（前回値）＋Δｔ …（３）
ただし、ＣＴ（前回値）：ＣＴの前回値［ｓ］
Δｔ：制御周期［ｓ］
CT = CT (previous value) + Δt (3)
However, CT (previous value): previous value of CT [s]
Δt: Control cycle [s]
次に、ステップＳ３０１で、リーン許可フラグ＝０、つまりリーン運転が禁止になっている場合について説明する。ステップＳ３０１で、リーン許可フラグ＝０のときは、ステップＳ３０１からステップＳ３０５に進む。 Next, the case where the lean permission flag = 0, that is, the lean operation is prohibited in step S301 will be described. In step S301, when the lean permission flag = 0, the process proceeds from step S301 to step S305.
ステップＳ３０５では、ステップＳ３０４と同様に、カウント値ＣＴを（３）式により演算周期の分だけカウントアップする。 In step S305, as in step S304, the count value CT is counted up by an amount corresponding to the calculation cycle according to equation (3).
ステップＳ３０６では、前回はリーン許可フラグ＝１であったか否かを判断する。前回はリーン許可フラグ＝１であった場合、つまり、今回リーン許可フラグが１から０へ切り替わった場合（リーン運転からストイキ運転に切り替わった場合）は、リッチスパイクを行わせるためステップＳ３０７に進み、リッチスパイクフラグ＝１とする。 In step S306, it is determined whether or not the lean permission flag is 1 last time. If the lean permission flag is 1 in the previous time, that is, if the lean permission flag is switched from 1 to 0 this time (when the lean operation is switched to the stoichiometric operation), the process proceeds to step S307 to perform a rich spike. Rich spike flag = 1.
一方、ステップＳ３０６で、前回はリーン許可フラグ＝０であった場合、つまり前回、今回ともリーン許可フラグ＝０であった場合（ストイキ運転を継続している場合）は、ステップＳ３０８に進む。 On the other hand, if the lean permission flag = 0 in the previous time in step S306, that is, if the lean permission flag = 0 in the previous time and this time (when the stoichiometric operation is continued), the process proceeds to step S308.
以下は、ストイキ運転が行われている場合についてのフローとなる。 The following is a flow when the stoichiometric operation is performed.
ステップＳ３０８では、スパイク後ストイキ要求フラグ＝１であるか否かを判断する。スパイク後ストイキ要求フラグ＝１である場合、つまり所定時間内にリッチスパイクが実行され、このリッチスパイク実行後にストイキ運転が行われている場合は、ステップＳ３０９に進む。 In step S308, it is determined whether or not a post-spike stoichiometric request flag = 1. When the post-spike stoichiometric request flag = 1, that is, when the rich spike is executed within a predetermined time and the stoichiometric operation is performed after the rich spike is executed, the process proceeds to step S309.
ステップＳ３０９では、カウンタ値と予め定められた所定値とを比較する。その結果、カウンタ値が所定値以上であれば、スパイク後ストイキ要求フラグ＝０とするためステップＳ３１０に進む。一方、カウンタ値が所定値に達していなければ、今回の処理を終了する。 In step S309, the counter value is compared with a predetermined value. As a result, if the counter value is equal to or greater than the predetermined value, the process proceeds to step S310 to set the post-spike stoichiometric request flag = 0. On the other hand, if the counter value has not reached the predetermined value, the current process is terminated.
ステップＳ３０８で、スパイク後ストイキ要求フラグ＝０である場合は、ステップＳ３１１に進む。ステップＳ３１１では、ステップＳ３０９と同様にカウンタ値と予め定められた所定値とを比較する。その結果、カウンタ値が所定値以上であれば、ステップＳ３１２に進む。一方、カウンタ値が所定値に達していなければ、ステップＳ３１５に進む。 If it is determined in step S308 that the post-spiking stoichiometric request flag = 0, the process proceeds to step S311. In step S311, the counter value is compared with a predetermined value as in step S309. As a result, if the counter value is equal to or greater than the predetermined value, the process proceeds to step S312. On the other hand, if the counter value has not reached the predetermined value, the process proceeds to step S315.
ここで、ステップＳ３１１からステップＳ３１２に進む場合とは、ストイキ運転が行われており、かつ、カウンタ値が所定値以上である場合である。つまり、ＮＯｘトラップ触媒１０の劣化が小さい場合であって、所定時間外のリーン運転継続中に、ＮＯｘトラップ触媒１０のＮＯｘトラップ量が所定値に達し、リッチスパイクが実行される場合である。 Here, the case where the process proceeds from step S311 to step S312 is a case where the stoichiometric operation is performed and the counter value is equal to or greater than a predetermined value. That is, when the deterioration of the NOx trap catalyst 10 is small, the NOx trap amount of the NOx trap catalyst 10 reaches a predetermined value and the rich spike is executed while the lean operation is continued outside the predetermined time.
前述したように、ＮＯｘトラップ触媒１０からのＮＯｘ脱離作用が行われている間は、ＮＯｘトラップ触媒１０から流出する排気の空燃比がわずかばかりリーンとなる。一方、ＮＯｘトラップ触媒１０からのＮＯｘ脱離作用が完了すると、ＮＯｘトラップ触媒１０から流出する排気の空燃比がリッチになる。 As described above, while the NOx desorption action from the NOx trap catalyst 10 is performed, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing out from the NOx trap catalyst 10 becomes slightly lean. On the other hand, when the NOx desorption action from the NOx trap catalyst 10 is completed, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing out from the NOx trap catalyst 10 becomes rich.
そのため、ステップＳ３１２、Ｓ３１３でリア空燃比センサ２６の出力ＲＯ２を読み込み、このリア空燃比センサ出力ＲＯ２とスライスレベルＳＬを比較する。 Therefore, the output RO2 of the rear air-fuel ratio sensor 26 is read in steps S312 and S313, and the rear air-fuel ratio sensor output RO2 is compared with the slice level SL.
ステップＳ３１３で、リア空燃比センサ出力ＲＯ２がスライスレベルＳＬ未満のときは、ＮＯｘトラップ触媒１０からのＮＯｘ脱離作用が行われている。この場合は、引き続きリッチスパイクを実行するべく、そのまま今回の処理を終了する。 When the rear air-fuel ratio sensor output RO2 is less than the slice level SL in step S313, the NOx desorption action from the NOx trap catalyst 10 is performed. In this case, in order to continue executing the rich spike, the current process is terminated.
一方、ステップＳ３１３で、リア空燃比センサ出力ＲＯ２がスライスレベルＳＬ以上のときは、ＮＯｘトラップ触媒１０からのＮＯｘ脱離作用が完了している。この場合は、リーン運転に切り替えるべく、ステップＳ３１４に進み、リッチスパイクフラグ＝０とする。 On the other hand, when the rear air-fuel ratio sensor output RO2 is equal to or higher than the slice level SL in step S313, the NOx desorption action from the NOx trap catalyst 10 is completed. In this case, in order to switch to the lean operation, the process proceeds to step S314, and the rich spike flag = 0.
次に、ステップＳ３１１からステップＳ３１５に進む場合とは、所定時間内にストイキ運転が行われている場合である。つまり、ＮＯｘトラップ触媒１０の劣化が大きい場合であって、所定時間内に、ＮＯｘトラップ触媒１０のＮＯｘトラップ量が所定値にまで達し、リッチスパイクが実行される場合である。 Next, the case where the process proceeds from step S311 to step S315 is a case where the stoichiometric operation is performed within a predetermined time. That is, the NOx trap catalyst 10 is greatly deteriorated, and the NOx trap amount of the NOx trap catalyst 10 reaches a predetermined value within a predetermined time, and a rich spike is executed.
この場合も、ステップＳ３１５、Ｓ３１６でリア空燃比センサ２６の出力ＲＯ２を読み込み、このリア空燃比センサ出力ＲＯ２とスライスレベルＳＬを比較する。 Also in this case, the output RO2 of the rear air-fuel ratio sensor 26 is read in steps S315 and S316, and the rear air-fuel ratio sensor output RO2 is compared with the slice level SL.
ステップＳ３１６で、リア空燃比センサ出力ＲＯ２がスライスレベルＳＬ未満のときは、ＮＯｘトラップ触媒１０からのＮＯｘ脱離作用が行われている。この場合は、引き続きリッチスパイクを実行するべく、そのまま今回の処理を終了する。 When the rear air-fuel ratio sensor output RO2 is less than the slice level SL in step S316, the NOx desorption action from the NOx trap catalyst 10 is performed. In this case, in order to continue executing the rich spike, the current process is terminated.
一方、ステップＳ３１６で、リア空燃比センサ出力ＲＯ２がスライスレベルＳＬ以上のときは、ＮＯｘトラップ触媒１０からのＮＯｘ脱離作用が完了している。この場合は、ステップＳ３１４に進み、リッチスパイクフラグ＝０とする。さらに、ステップＳ３１８に進み、所定時間が経過するまで、リーン運転を禁止してストイキ運転を行わせるため、スパイク後ストイキ要求フラグ＝１とする。 On the other hand, when the rear air-fuel ratio sensor output RO2 is equal to or higher than the slice level SL in step S316, the NOx desorption action from the NOx trap catalyst 10 is completed. In this case, the process proceeds to step S314, and the rich spike flag = 0. Further, in step S318, the post-spike stoichiometric request flag is set to 1 so that the lean operation is prohibited and the stoichiometric operation is performed until a predetermined time elapses.
以上説明した本発明によれば、リーン運転時において、予め定められた所定時間内にＮＯｘトラップ触媒１０のＮＯｘトラップ量が所定値に達した場合（ＮＯｘトラップ触媒１０の劣化が大きい場合）は、リッチスパイクを実行する。このリッチスパイク実行後、前記所定時間が経過するまでの期間は、リーン運転を禁止して理論空燃比での運転を行わせる。そして、所定時間経過後は、再びリーン運転を許可して、次の所定時間の計測を始める。 According to the present invention described above, during the lean operation, when the NOx trap amount of the NOx trap catalyst 10 reaches a predetermined value within a predetermined time (when the deterioration of the NOx trap catalyst 10 is large), Perform a rich spike. After the rich spike is executed, the lean operation is prohibited and the operation at the stoichiometric air-fuel ratio is performed until the predetermined time elapses. Then, after the predetermined time has elapsed, the lean operation is permitted again and measurement of the next predetermined time is started.
このように、ＮＯｘトラップ触媒１０の劣化が大きい場合に、全面的にリーン運転を禁止するのではなく、リッチスパイク実行後、予め定められた所定時間が経過するまでの期間のリーン運転を禁止する。そして、所定時間経過後は再びリーン運転を行う。そのため、燃費悪化を最小限に抑えることができる。 Thus, when the deterioration of the NOx trap catalyst 10 is large, the lean operation is not completely prohibited, but the lean operation for a period until a predetermined time elapses after the rich spike is executed is prohibited. . Then, after the predetermined time has elapsed, the lean operation is performed again. Therefore, fuel consumption deterioration can be minimized.
また、リッチスパイク実行後、リーン運転を禁止してストイキ運転を行っている期間は、三元触媒９によって排ガス中のＮＯｘは効率よく浄化される。したがって、その期間はＮＯｘトラップ触媒１０のＮＯｘトラップ量が増加しないので、その期間だけ、ＮＯｘトラップ量が所定値に達するまでの期間が延長する。すなわち、リッチスパイクが実施されてから、次にリッチスパイクが実施されるまでの期間が延長する。そのため、全体として、リッチスパイクの回数が抑えられ、テールパイプ出口でのＣＯ排出量、ＨＣ排出量の増加を防止できる。なお、三元触媒９がない場合であっても、ストイキ運転中では、ＮＯｘトップ触媒１０で排ガス中のＮＯｘは還元処理され得る。 In addition, after the rich spike is executed, the NOx in the exhaust gas is efficiently purified by the three-way catalyst 9 during the period in which the lean operation is prohibited and the stoichiometric operation is performed. Therefore, since the NOx trap amount of the NOx trap catalyst 10 does not increase during that period, the period until the NOx trap amount reaches a predetermined value is extended only during that period. That is, the period from when the rich spike is performed until the next rich spike is performed is extended. Therefore, as a whole, the number of rich spikes can be suppressed, and an increase in CO emissions and HC emissions at the tail pipe outlet can be prevented. Even if the three-way catalyst 9 is not present, during the stoichiometric operation, the NOx in the exhaust gas can be reduced by the NOx top catalyst 10.
一方、リーン運転時において、予め定められた所定時間内にＮＯｘトラップ触媒１０のＮＯｘトラップ量が所定値に達しなかった場合（ＮＯｘトラップ触媒１０の劣化が小さい場合）は、前記所定時間経過後も、引き続きリーン運転を継続する。このリーン運転継続中に、ＮＯｘトラップ触媒１０のＮＯｘトラップ量が所定値に達した場合は、リッチスパイクを実行する。そして、このリッチスパイク実行後に再びリーン運転を許可して、次の所定時間の計測を始める。 On the other hand, during lean operation, if the NOx trap amount of the NOx trap catalyst 10 does not reach a predetermined value within a predetermined time period (when the deterioration of the NOx trap catalyst 10 is small), even after the predetermined time has elapsed. Continue lean operation. If the NOx trap amount of the NOx trap catalyst 10 reaches a predetermined value while the lean operation continues, rich spike is executed. Then, after the rich spike is executed, the lean operation is permitted again and measurement of the next predetermined time is started.
このように、ＮＯｘトラップ触媒１０の劣化が小さい場合は、予め定められた所定時間経過後も、引き続きリーン運転を継続する。そのため、燃費が向上する。また、リッチスパイク回数を抑えることができるため、テールパイプ出口でのＣＯ排出量、ＨＣ排出量の増加を防止できる。 Thus, when the deterioration of the NOx trap catalyst 10 is small, the lean operation is continued even after a predetermined time has elapsed. Therefore, fuel consumption is improved. Moreover, since the number of rich spikes can be suppressed, it is possible to prevent an increase in CO emission amount and HC emission amount at the tail pipe outlet.
なお、本発明は上記の実施形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is obvious that various modifications can be made within the scope of the technical idea.
例えば、本実施形態では、ＮＯｘ濃度センサ２６（ＮＯｘ濃度検出手段）を備え、このセンサ２６により検出されるＮＯｘ濃度に基づいてＮＯｘトラップ触媒１０のＮＯｘトラップ量を算出し、この算出されるＮＯｘトラップ量が所定値以上となったときにリッチスパイクを開始する場合で説明した。これに限らず、センサ２６により検出されるＮＯｘ濃度が所定濃度以上となったときにリッチスパイクを開始するようにしてもかまわない。 For example, in the present embodiment, the NOx concentration sensor 26 (NOx concentration detecting means) is provided, and the NOx trap amount of the NOx trap catalyst 10 is calculated based on the NOx concentration detected by the sensor 26, and the calculated NOx trap. The case where the rich spike is started when the amount becomes a predetermined value or more has been described. However, the present invention is not limited to this, and the rich spike may be started when the NOx concentration detected by the sensor 26 exceeds a predetermined concentration.
また、本実施形態では、リア空燃比センサ２６（空燃比検出手段）を備え、このセンサ２６により検出されるＮＯｘトラップ触媒１０の下流の排気中の空燃比に基づいてＮＯｘトラップ触媒１０からのＮＯｘ脱離作用が完了したか否かを判定する場合で説明した。これに限らず、センサ２６により検出されるＮＯｘ濃度に基づいてＮＯｘトラップ量を算出し、このＮＯｘトラップ量に基づいてＮＯｘトラップ触媒１０からのＮＯｘ脱離作用が完了したか否かを判定するようにしてもかまわない。 Further, in the present embodiment, a rear air-fuel ratio sensor 26 (air-fuel ratio detection means) is provided, and NOx from the NOx trap catalyst 10 is based on the air-fuel ratio in the exhaust downstream of the NOx trap catalyst 10 detected by this sensor 26 The case where it is determined whether or not the desorption action is completed has been described. Not limited to this, the NOx trap amount is calculated based on the NOx concentration detected by the sensor 26, and it is determined whether the NOx desorption action from the NOx trap catalyst 10 is completed based on the NOx trap amount. It doesn't matter.
また、本実施形態では、所定時間を予め定めているが、低負荷領域や高負荷領域などのエンジンの運転領域に応じて、所定時間を変化させてもよい。 Further, in the present embodiment, the predetermined time is determined in advance, but the predetermined time may be changed according to the engine operation region such as the low load region or the high load region.
５ 燃料噴射弁
１０ ＮＯｘトラップ触媒（ＮＯｘトラップ触媒手段）
２６ リア空燃比センサ（空燃比検出手段）又はＮＯｘ濃度センサ（ＮＯｘ濃度検出手段）
Ｓ２０４、Ｓ２０７、Ｓ３０６、Ｓ３０７ リッチ化手段
Ｓ１０５、Ｓ３１３、Ｓ３１６ ＮＯｘ脱離作用完了判定手段
Ｓ３１４、Ｓ３１７ リッチ化終了手段
Ｓ３０３、Ｓ３０４、Ｓ３０５ 時間計測手段
Ｓ３０１、Ｓ３０５、Ｓ３０６、Ｓ３０８〜Ｓ３１１、Ｓ３１５〜Ｓ３１８ リーン運転禁止手段
Ｓ１０２、Ｓ１０３ ＮＯｘトラップ量算出手段
5 Fuel injection valve 10 NOx trap catalyst (NOx trap catalyst means)
26 Rear air-fuel ratio sensor (air-fuel ratio detection means) or NOx concentration sensor (NOx concentration detection means)
S204, S207, S306, S307 Riching means S105, S313, S316 NOx desorption action completion judging means S314, S317 Riching end means S303, S304, S305 Time measuring means S301, S305, S306, S308 to S311, S315 to S318 Lean operation prohibiting means S102, S103 NOx trap amount calculating means
Claims (10)
吸気通路または燃焼室に臨んで設けられる燃料噴射弁と、
前記燃料噴射弁を用いて、リーン運転時に前記ＮＯｘトラップ触媒手段からＮＯｘを脱離すべく排気の空燃比を一時的にリッチ化するリッチ化手段と、
前記リッチ化中に前記ＮＯｘトラップ触媒手段からのＮＯｘ脱離作用が完了したか否かを判定するＮＯｘ脱離作用完了判定手段と、
前記判定の結果よりＮＯｘトラップ触媒手段からのＮＯｘ脱離作用が完了したとき前記リッチ化を終了するリッチ化終了手段と、
リーン運転開始からの経過時間をカウント値として計測する時間計測手段と、
前記カウント値が予め定めている所定値未満のときに、排気の空燃比を一時的にリッチ化する場合は、このリッチ化終了後前記カウント値が前記所定値を超えるまでの期間はリーン運転を禁止するリーン運転禁止手段と、
を有する内燃機関。 When the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lean, NOx in the exhaust gas is trapped. When the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas becomes the stoichiometric air-fuel ratio or a rich air-fuel ratio, the trapped NOx is desorbed and the desorbed NOx is exhausted into the exhaust gas NOx trap catalyst means for reducing using a reducing agent of
A fuel injection valve provided facing the intake passage or the combustion chamber;
Enrichment means for temporarily enriching the air-fuel ratio of the exhaust to desorb NOx from the NOx trap catalyst means during lean operation using the fuel injection valve;
NOx desorption action completion determination means for determining whether NOx desorption action from the NOx trap catalyst means is completed during the enrichment;
Enrichment end means for ending the enrichment when the NOx desorption action from the NOx trap catalyst means is completed based on the result of the determination;
Time measuring means for measuring the elapsed time from the start of lean operation as a count value;
When the air-fuel ratio of the exhaust gas is temporarily enriched when the count value is less than a predetermined value, a lean operation is performed for a period until the count value exceeds the predetermined value after the enrichment is completed. Lean operation prohibition means to prohibit,
An internal combustion engine.
ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。 When the exhaust gas air-fuel ratio is temporarily enriched when the count value is less than a predetermined value, the count value is set to zero when the count value reaches the predetermined value. The internal combustion engine according to claim 1, wherein the internal combustion engine is returned and the elapsed time therefrom is measured again.
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関。 3. If the air-fuel ratio of the exhaust gas is not temporarily enriched even when the count value reaches the predetermined value, the count value is not returned to zero and the count is continued continuously. The internal combustion engine described.
ことを特徴とする請求項３に記載の内燃機関。 When the exhaust gas air-fuel ratio is temporarily enriched when the count value is equal to or greater than the predetermined value, the count value is returned to zero after the enrichment is completed, and the elapsed time from there is measured again. The internal combustion engine according to claim 3, wherein
前記リッチ化手段は、前記検出したＮＯｘ濃度が所定濃度以上となったときに前記リッチ化を開始する
ことを特徴とする請求項１から４までのいずれか一つに記載の内燃機関。 NOx concentration detection means for detecting the NOx concentration in the exhaust downstream of the NOx trap catalyst means,
The internal combustion engine according to any one of claims 1 to 4, wherein the enrichment means starts the enrichment when the detected NOx concentration becomes a predetermined concentration or more.
前記リッチ化手段は、前記算出したＮＯｘトラップ量が所定値以上となったときに前記リッチ化を開始する
ことを特徴とする請求項１から４までのいずれか一つに記載の内燃機関。 NOx trap amount calculating means for calculating the NOx trap amount of the NOx trap catalyst means;
The internal combustion engine according to any one of claims 1 to 4, wherein the enrichment means starts the enrichment when the calculated NOx trap amount becomes a predetermined value or more.
前記検出したＮＯｘ濃度に基づいて前記ＮＯｘトラップ触媒手段のＮＯｘトラップ量を算出する
ことを特徴とする請求項６に記載の内燃機関。 NOx concentration detection means for detecting the NOx concentration in the exhaust downstream of the NOx trap catalyst means,
The internal combustion engine according to claim 6, wherein a NOx trap amount of the NOx trap catalyst means is calculated based on the detected NOx concentration.
前記ＮＯｘ脱離作用完了判定手段は、この検出されるＮＯｘトラップ触媒手段下流の排気中の空燃比に基づいて前記ＮＯｘトラップ触媒手段からのＮＯｘ脱離作用が完了したか否かを判定する
ことを特徴とする請求項１から４までのいずれか一つに記載の内燃機関。 Air-fuel ratio detection means for detecting the air-fuel ratio in the exhaust gas downstream of the NOx trap catalyst means,
The NOx desorption action completion determining means determines whether or not the NOx desorption action from the NOx trap catalyst means is completed based on the detected air-fuel ratio in the exhaust downstream of the NOx trap catalyst means. The internal combustion engine according to any one of claims 1 to 4, wherein the internal combustion engine is characterized in that:
前記ＮＯｘ脱離作用完了判定手段は、このＮＯｘ濃度に基づいてＮＯｘトラップ量を算出し、このＮＯｘトラップ量に基づいて前記ＮＯｘトラップ触媒手段からのＮＯｘ脱離作用が完了したか否かを判定する
ことを特徴とする請求項１から４までのいずれか一つに記載の内燃機関。 NOx concentration detection means for detecting the NOx concentration in the exhaust downstream of the NOx trap catalyst means,
The NOx desorption action completion determination means calculates a NOx trap amount based on the NOx concentration, and determines whether the NOx desorption action from the NOx trap catalyst means is completed based on the NOx trap amount. The internal combustion engine according to any one of claims 1 to 4, wherein
ことを特徴とする請求項５、７、９のいずれか一つに記載の内燃機関。 The internal combustion engine according to any one of claims 5, 7, and 9, wherein the NOx concentration detecting means is a NOx concentration sensor.
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