JP3736416B2

JP3736416B2 - Catalyst temperature controller

Info

Publication number: JP3736416B2
Application number: JP2001312990A
Authority: JP
Inventors: 俊祐利岡; 信也広田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2001-10-10
Filing date: 2001-10-10
Publication date: 2006-01-18
Anticipated expiration: 2021-10-10
Also published as: JP2003120269A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は触媒温度制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
リーン空燃比のもとで燃焼が行われる内燃機関の排気通路内にＮＯ _Ｘ吸収剤を配置し、ＮＯ _Ｘ吸収剤に流入する内燃機関の排気ガスの量を制御するための排気制御弁と、燃焼式ヒータとを具備し、ＮＯ _Ｘ吸収剤の温度を上昇させるべきときにはＮＯ _Ｘ吸収剤にわずかな量の内燃機関の排気ガスが流入するように排気制御弁の開度を制御しながら、リッチ空燃比のもとで作動される燃焼式ヒータの排気ガスをＮＯ _Ｘ吸収剤に供給するようにした触媒温度制御装置が公知である（特開２０００−３４５８３１号公報参照）。このようにすると、内燃機関の排気ガス中の酸素と、燃焼式ヒータの排気ガス中のＨＣ，ＣＯとがＮＯ _Ｘ吸収剤において発熱反応し、斯くしてＮＯ _Ｘ吸収剤の温度が上昇せしめられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この場合、ＮＯ _Ｘ吸収剤の温度又は温度上昇速度は排気制御弁から漏れてＮＯ _Ｘ吸収剤に流入する内燃機関の排気ガス中の酸素の量に依存し、この酸素の量は排気制御弁から漏れた内燃機関の排気ガスの量に依存し、この漏れた排気ガスの量は内燃機関から排出される排気ガスの量に依存する。従って、排気制御弁の開度を一定に保持したとしても、内燃機関の機関運転状態が変動するとＮＯ _Ｘ吸収剤に流入する酸素の量が変動することになり、斯くしてＮＯ _Ｘ吸収剤の温度又は温度上昇速度が変動することになるという問題点がある。
【０００４】
そこで本発明の目的は、安定した触媒昇温作用を得ることができる触媒温度制御装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために１番目の発明によれば、リーン空燃比のもとで燃焼が行われる内燃機関の排気通路内に酸化能を有する触媒を配置し、触媒に流入する内燃機関の排気ガスの量を制御するための排気制御弁と、内燃機関と異なる燃焼装置とを具備し、触媒の温度を上昇させるべきときには該触媒にわずかな量の内燃機関の排気ガスが流入するように排気制御弁の開度を制御しながら、リッチ空燃比のもとで作動される燃焼装置の排気ガスを該触媒に供給して内燃機関の排気ガス中の酸素と燃焼装置の排気ガス中の二次燃料とが該触媒内で発熱反応するようにした触媒温度制御装置において、触媒の温度を上昇させるべきときには該触媒に流入する内燃機関の排気ガス中の酸素の量が予め定められた目標量になるように、該目標量と、触媒内に流入する内燃機関の排気ガスの量と、燃焼室における平均空燃比とに基づいて排気制御弁の開度を制御している。即ち１番目の発明では、触媒に流入する内燃機関の排気ガス中の酸素の量が排気制御弁の開度を制御することによって制御される。
【０００６】
また、上記課題を解決するために２番目の発明によれば、リーン空燃比のもとで燃焼が行われる内燃機関の排気通路を分岐して形成される一対の分岐排気通路内に酸化能を有する触媒をそれぞれ配置し、各触媒に流入する内燃機関の排気ガスの量を制御するための排気制御弁と、内燃機関と異なる燃焼装置とを具備し、触媒の温度を上昇させるべきときには該触媒にわずかな量の内燃機関の排気ガスが流入するように排気制御弁の開度を制御しながら、リッチ空燃比のもとで作動される燃焼装置の排気ガスを該触媒に供給して内燃機関の排気ガス中の酸素と燃焼装置の排気ガス中の二次燃料とが該触媒内で発熱反応するようにした触媒温度制御装置において、触媒の温度を上昇させるべきときには該触媒に流入する内燃機関の排気ガス中の酸素の量が予め定められた目標量になるように、該目標量と、触媒内に流入する内燃機関の排気ガスの量と、燃焼室における平均空燃比とに基づいて排気制御弁の開度を制御している。即ち２番目の発明でも、触媒に流入する内燃機関の排気ガス中の酸素の量が排気制御弁の開度を制御することによって制御される。
【０００７】
また、３番目の発明によれば２番目の発明において、前記目標量を触媒の昇温目的に応じて定めている。
【０００８】
また、４番目の発明によれば２又は３番目の発明において、燃焼装置に供給される空気又は燃料の量を前記目標量に基づいて制御するようにしている。即ち４番目の発明では、燃焼装置の排気ガス中に含まれるＨＣ，ＣＯの量が前記目標量に基づいて定められる。
【０００９】
また、５番目の発明によれば２から４番目の発明のいずれか一つにおいて、内燃機関から排出される排気ガスの温度を上昇させるための手段を具備し、両方の触媒の温度を同時に上昇させるべきときには一方の触媒にわずかな量の内燃機関の排気ガスが流入するように排気制御弁の開度を制御しながら、リッチ空燃比のもとで作動される燃焼装置の排気ガスを該一方の触媒に供給すると共に、他方の触媒の温度を上昇させるために内燃機関から排出される排気ガスの温度を上昇させるようにしている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明を圧縮着火式内燃機関に適用した場合を示している。なお、本発明は火花点火式内燃機関にも適用することもできる。
【００１１】
図１を参照すると、１は機関本体、２はシリンダブロック、３はシリンダヘッド、４はピストン、５は燃焼室、６は電気制御式燃料噴射弁、７は吸気弁、８は吸気ポート、９は排気弁、１０は排気ポートを夫々示す。吸気ポート８は対応する吸気枝管１１を介してサージタンク１２に連結され、サージタンク１２は吸気ダクト１３を介して排気ターボチャージャ１４のコンプレッサ１５に連結される。吸気ダクト１３内にはステップモータ１６により駆動されるスロットル弁１７が配置され、更に吸気ダクト１３周りには吸気ダクト１３内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置１８が配置される。図１に示される実施例では機関冷却水が冷却装置１８内に導かれ、機関冷却水によって吸入空気が冷却される。
【００１２】
一方、排気ポート１０は排気マニホルド１９及び排気管２０を介して排気ターボチャージャ１４の排気タービン２１に連結され、排気タービン２１の出口は分岐管２２を介して第１及び第２の上流側排気ダクトＤＵ１，ＤＵ２に接続される。これら上流側排気ダクトＤＵ１，ＤＵ２は第１及び第２のケーシングＣＡ１，ＣＡ２にそれぞれ接続され、これらケーシングＣＡ１，ＣＡ２は第１及び第２の下流側排気ダクトＤＬ１，ＤＬ２に接続され、これら下流側排気ダクトＤＬ１，ＤＬ２は共通の排気管２３に接続される。
【００１３】
第１及び第２の上流側排気ダクトＤＵ１，ＤＵ２内には第１及び第２の上流側排気制御弁ＶＵ１，ＶＵ２がそれぞれ配置され、第１及び第２の下流側排気ダクトＤＬ１，ＤＬ２内には第１及び第２の下流側排気制御弁ＶＬ１，ＶＬ２がそれぞれ配置される。これら排気制御弁はそれぞれ対応するアクチュエータによりそれぞれ駆動される。また、第１及び第２のケーシングＣＡ１，ＣＡ２内には、内燃機関の排気ガス中に含まれる固体炭素からなる微粒子を捕集するためのパティキュレートフィルタに担持された第１及び第２の触媒がそれぞれ収容されている。本発明による実施例では第１及び第２の触媒は第１及び第２のＮＯ _Ｘ吸収剤ＮＡ１，ＮＡ２から形成される。しかしながら、触媒が酸化能を有する限りどのような触媒を用いてもよい。
【００１４】
ここで、第１の上流側排気ダクトＤＵ１及び第１の下流側排気ダクトＤＬ１を第１の排気ダクトと称し、第１の上流側排気制御弁ＶＵ１及び第１の下流側排気制御弁ＶＬ１を第１の排気制御弁と称すると、第１の排気ダクト内に第１のＮＯ _Ｘ吸収剤ＮＡ１と第１の排気制御弁とが配置されているということになる。同様に、第２の上流側排気ダクトＤＵ２及び第２の下流側排気ダクトＤＬ２を第２の排気ダクトと称し、第２の上流側排気制御弁ＶＵ２及び第２の下流側排気制御弁ＶＬ２を第２の排気制御弁と称すると、第２の排気ダクト内に第２のＮＯ _Ｘ吸収剤ＮＡ２と第２の排気制御弁とが配置されているということになる。
【００１５】
排気マニホルド１９とサージタンク１２とは排気ガス再循環（以下、ＥＧＲと称す）通路２４を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路２４内には電気制御式ＥＧＲ制御弁２５が配置される。また、ＥＧＲ通路２４周りにはＥＧＲ通路２４内を流れるＥＧＲガスを冷却するための冷却装置２６が配置される。図１に示される実施例では機関冷却水が冷却装置２６内に導かれ、機関冷却水によってＥＧＲガスが冷却される。一方、各燃料噴射弁６は燃料供給管６ａを介して燃料リザーバ、いわゆるコモンレール２７に連結される。このコモンレール２７内へは電気制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２８から燃料が供給され、コモンレール２７内に供給された燃料は各燃料供給管６ａを介して燃料噴射弁６に供給される。コモンレール２７にはコモンレール２７内の燃料圧を検出するための燃料圧センサ２９が取付けられ、燃料圧センサ２９の出力信号に基づいてコモンレール２７内の燃料圧が目標燃料圧となるように燃料ポンプ２８の吐出量が制御される。
【００１６】
図１に示す内燃機関はＮＯ _Ｘ吸収剤ＮＡ１，ＮＡ２に二次燃料を供給するための燃焼式ヒータ３０を具備している。この燃焼式ヒータ３０の空気通路３１は開弁割合を変更可能な電気制御式空気絞り弁３２を介して空気ポンプ３３の吐出側に接続されている。一方、燃焼式ヒータ３０の排気通路３４は第１及び第２の上流側排気制御弁ＶＵ１，ＶＵ２よりも下流の第１及び第２の上流側排気ダクトＤＵ１，ＤＵ２内に配置された第１及び第２の電気制御式排気ガス供給ノズルＮＧ１，ＮＧ２に接続されている。また、燃焼式ヒータ３０の燃焼室３５内にはグロープラグ３６が配置される。更に、空気絞り弁３２下流の空気通路３１と排気管２３とはＥＧＲ通路３７を介して連結され、ＥＧＲ通路３７内にはＥＧＲ通路３７内を流通するＥＧＲガスの量を制御するための電気制御式ＥＧＲ弁３８が配置される。一方、燃焼式ヒータ３０の燃焼室３５には吐出量を制御可能な燃料ポンプ３９によって燃料タンク内の燃料が供給される。
【００１７】
ＮＯ _Ｘ吸収剤ＮＡ１，ＮＡ２に燃焼式ヒータ３０の排気ガスを供給すべきときには燃焼式ヒータ３０が作動され、対応する排気ガス供給ノズルＮＧ１，ＮＧ２が開弁される。即ち、空気ポンプ３３及び燃料ポンプ３９が作動され、空気絞り弁３２が開弁され、グロープラグ３６が作動され、斯くして燃焼式ヒータ３０が作動される。ここで、空気絞り弁３２の開度及び燃料ポンプ３９の吐出量を制御することによって燃焼式ヒータ３０に供給される空気量及び燃料量が制御される。なお、図１に示す実施例では燃焼式ヒータ３０を作動すべきときにはＥＧＲ弁３８が開弁され、燃焼式ヒータ３０において消費される燃料量を低減するようにしている。
【００１８】
電子制御ユニット４０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス４１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）４２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）４３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）４４、入力ポート４５及び出力ポート４６を具備する。燃料圧センサ２９の出力信号は対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力される。また、分岐管２２内には内燃機関の燃焼室５における平均空燃比を検出するための空燃比センサ４９が取付けられ、空燃比センサ４９の出力信号は対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力される。第１及び第２の下流側排気ダクトＤＬ１，ＤＬ２内には対応するＮＯ _Ｘ吸収剤ＮＡ１，ＮＡ２から流出した排気ガスの温度を検出するための温度センサＳ１，Ｓ２が取付けられ、これら温度センサＳ１，Ｓ２の出力信号は対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力される。温度センサＳ１，Ｓ２により検出される排気ガスの温度をそれぞれ対応するＮＯ _Ｘ吸収剤ＮＡ１，ＮＡ２の温度を表している。
【００１９】
一方、アクセルペダル５０にはアクセルペダル５０の踏込み量Ｌに比例した出力電圧を発生する負荷センサ５１が接続され、負荷センサ５１の出力電圧は対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力される。更に入力ポート４５にはクランクシャフトが例えば３０°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ５２が接続される。一方、出力ポート４６は対応する駆動回路４８を介して燃料噴射弁６、スロットル弁駆動用ステップモータ１６、ＥＧＲ制御弁２５、燃料ポンプ２８、排気制御弁ＶＵ１，ＶＵ２，ＶＬ１，ＶＬ２の各アクチュエータ、燃焼装置３０の空気絞り弁３２、空気ポンプ３３、グロープラグ３６、ＥＧＲ弁３８、燃料ポンプ３９、及び排気ガス供給ノズルＮＧ１，ＮＧ２にそれぞれ接続される。
【００２０】
各ＮＯ _Ｘ吸収剤ＮＡ１，ＮＡ２は例えばアルミナを担体とし、この担体上に例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ、リチウムＬｉ、セシウムＣｓのようなアルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウムＣａのようなアルカリ土類、ランタンＬａ、イットリウムＹのような希土類から選ばれた少なくとも一つと、白金Ｐｔ、パラジウムＰｄ、ロジウムＲｈ、イリジウムＩｒのような貴金属とが担持されている。
【００２１】
このＮＯ _Ｘ吸収剤は流入する排気ガスの平均空燃比がリーンのときにはＮＯ _Ｘを吸収し、流入する排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸収したＮＯ _Ｘを放出するＮＯ _Ｘの吸放出作用を行う。なお、本明細書では排気通路の或る位置よりも上流の排気通路、燃焼室５、及び吸気通路内に供給された空気と炭化水素ＨＣ及び一酸化炭素ＣＯとの比をその位置における排気ガスの空燃比と称している。
【００２２】
ＮＯ _Ｘ吸収剤の詳細な吸放出メカニズムについては完全には明らかにされていない。しかしながら、現在考えられている吸放出メカニズムを、担体上に白金Ｐｔ及びバリウムＢａを担持させた場合を例にとって簡単に説明すると次のようになる。
【００２３】
即ち、ＮＯ _Ｘ吸収剤に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもかなりリーンになると流入する排気ガス中の酸素濃度が大巾に増大し、酸素Ｏ_２がＯ_２ ⁻又はＯ^２−の形で白金Ｐｔの表面に付着する。一方、流入する排気ガス中のＮＯは白金Ｐｔの表面上でＯ_２ ⁻又はＯ^２−と反応し、ＮＯ_２となる（２ＮＯ＋Ｏ_２→２ＮＯ_２）。次いで生成されたＮＯ_２の一部は白金Ｐｔ上でさらに酸化されつつ吸収剤内に吸収されて酸化バリウムＢａＯと結合しながら、硝酸イオンＮＯ_３ ⁻の形で吸収剤内に拡散する。このようにしてＮＯ _ＸがＮＯ _Ｘ吸収剤内に吸収される。
【００２４】
これに対し、ＮＯ _Ｘ吸収剤に流入する排気ガスの空燃比がリッチ又は理論空燃比になると、排気ガス中の酸素濃度が低下してＮＯ_２の生成量が低下し、反応が逆方向（ＮＯ_３ ⁻→ＮＯ_２）に進み、斯くして吸収剤内の硝酸イオンＮＯ_３ ⁻がＮＯ_２の形で吸収剤から放出される。この放出されたＮＯ _Ｘは排気ガス中のＨＣ，ＣＯと反応して還元せしめられる。このようにして白金Ｐｔの表面上にＮＯ_２が存在しなくなると吸収剤から次から次へとＮＯ_２が放出され、還元される。
【００２５】
本発明による実施例では、第１の上流側排気制御弁ＶＵ１及び第１の下流側排気制御弁ＶＬ１からなる第１の排気制御弁と、第２の上流側排気制御弁ＶＵ２及び第２の下流側排気制御弁ＶＬ２からなる第２の排気制御弁とのうちいずれか一方が全開にされ、他方が閉弁される。従って、或る時点で全開にされている方の上流側及び下流側排気制御弁をＶＵｉ，ＶＬｉ、上流側及び下流側排気制御弁ＶＵｉ，ＶＬｉに対応するＮＯ _Ｘ吸収剤をＮＡｉ（ｉ＝１，２）、閉弁されている方の上流側及び下流側制御弁をＶＵｊ，ＶＬｊ、上流側及び下流側排気制御弁ＶＵｊ，ＶＬｉに対応するＮＯ _Ｘ吸収剤をＮＡｊで表すとすると（ｊ＝１，２）、ＮＯ _Ｘ吸収剤ＮＡｉに内燃機関の排気ガスの大部分が導かれ、ＮＯ _Ｘ吸収剤ＮＡｊにはわずかな量の内燃機関の排気ガスが導かれるということになる。或いは、概略的に言うと、これら排気制御弁が内燃機関の排気ガスをいずれか一方のＮＯ _Ｘ吸収剤ＮＡ１，ＮＡ２に選択的に導いているという見方もできる。
【００２６】
ところで、例えば機関低負荷運転が長時間続くと、内燃機関の排気ガスの大部分が導かれているＮＯ _Ｘ吸収剤ＮＡｉの温度が活性温度よりも低くなる場合がある。そこでＮＯ _Ｘ吸収剤ＮＡｉの温度を活性温度以上に上昇させる必要がある。また、ＮＯ _Ｘ吸収剤ＮＡｉ内に吸収されているイオウ分例えばＳＯ_Ｘの量が許容量よりも多くなったときには、ＮＯ _Ｘ吸収剤ＮＡｉから吸収されているＳＯ_Ｘを放出させるためにＮＯ _Ｘ吸収剤ＮＡｉの温度をＳＯ_Ｘ放出開始温度以上に上昇させ維持する必要がある。更に、パティキュレートフィルタ上に堆積した微粒子の量が許容量よりも多くなったときにも、パティキュレートフィルタ上に堆積した微粒子を酸化除去するためにパティキュレートフィルタ即ちＮＯ _Ｘ吸収剤ＮＡｉの温度を酸化開始温度以上に上昇させ維持する必要がある。
【００２７】
そこで本発明による実施例では、ＮＯ _Ｘ吸収剤ＮＡｉの温度を上昇させるために、ＮＯ _Ｘ吸収剤ＮＡｉにわずかな量の内燃機関の排気ガスが流入するように上流側及び下流側排気制御弁ＶＵｉ，ＶＬｉを閉弁しながら、燃焼式ヒータ３０をリッチ空燃比のもとで作動させ、燃焼式ヒータ３０の排気ガスをＮＯ _Ｘ吸収剤ＮＡｉに供給するようにしている。即ち、図１に示される内燃機関では通常、リーン空燃比のもとで燃焼が行われており、従って燃焼式ヒータ３０の排気ガス中に含まれる多量のＨＣ，ＣＯがＮＯ _Ｘ吸収剤ＮＡｉにおいて内燃機関の排気ガス中に含まれる酸素Ｏ_２と発熱反応し、斯くしてＮＯ _Ｘ吸収剤ＮＡｉの温度が上昇せしめられる。このように、燃焼式ヒータ３０の排気ガス中に含まれるＨＣ，ＣＯはＮＯ _Ｘ吸収剤ＮＡｉの温度を上昇させるための二次燃料として作用する。
【００２８】
この場合、排気制御弁ＶＵｉ，ＶＬｉが閉弁されるのでＮＯ _Ｘ吸収剤ＮＡｉにおける排気ガスの空間速度が低減され、従ってＮＯ _Ｘ吸収剤ＮＡｉの温度を上昇させるのに必要な燃焼式ヒータ３０の排気ガスの量を低減することができ、従って燃焼式ヒータ３０における燃料消費量を低減することができる。
【００２９】
なお、上流側及び下流側排気制御弁ＶＵｉ，ＶＬｉが閉弁されると上述したように上流側及び下流側排気制御弁ＶＵｊ，ＶＬｊが全開にされ、従って内燃機関の排気ガスの大部分がＮＯ _Ｘ吸収剤ＮＡｊに導かれることになる。このとき、下流側遮断弁ＶＬｉが閉弁されているので、ＮＯ _Ｘ吸収剤ＮＡｊ内を流通した内燃機関の排気ガスがＮＯ _Ｘ吸収剤ＮＡｉ内に逆流するのが抑制される。
【００３０】
このようにＮＯ _Ｘ吸収剤ＮＡｉの温度を上昇させるにも様々な目的があり、ＮＯ _Ｘ吸収剤ＮＡｉの温度はこれら昇温目的に応じて予め定められている目標温度、例えば活性温度以上に上昇せしめられる。この場合、ただ単にＮＯ _Ｘ吸収剤ＮＡｉの温度を上昇させるよりも、これら昇温目的を効率的に達成できるようにＮＯ _Ｘ吸収剤ＮＡｉの温度を上昇させるのが好ましい。そこで本発明による実施例では、ＮＯ _Ｘ吸収剤ＮＡｉの温度を、昇温目的に応じて定まる目標温度上昇速度でもって上昇させるようにしている。
【００３１】
ＮＯ _Ｘ吸収剤ＮＡｉの温度及び温度上昇速度はＮＯ _Ｘ吸収剤ＮＡｉで発熱反応する酸素の量に依存し、この酸素の量はＮＯ _Ｘ吸収剤ＮＡｉ内に流入する排気ガス中の酸素の量に依存する。また、ＮＯ _Ｘ吸収剤ＮＡｉに流入する内燃機関の排気ガス中の酸素の量はＮＯ _Ｘ吸収剤ＮＡｉ内に流入する内燃機関の排気ガスの量に依存し、この排気ガスの量は排気制御弁ＶＵｉ，ＶＬｉの開度に依存する。
【００３２】
そこで本発明による実施例では、ＮＯ _Ｘ吸収剤ＮＡｉの温度を目標温度上昇速度ＲＩＴでもって目標温度ＴＮＴ以上に上昇させるのに必要な酸素の量を目標酸素量ＱＯＸＴと称すると、ＮＯ _Ｘ吸収剤ＮＡｉに流入する内燃機関の排気ガス中の酸素の量がこの目標酸素量ＱＯＸＴに一致するように排気制御弁ＶＵｉ，ＶＬｉの開度を制御している。
【００３３】
具体的には、ＮＯ _Ｘ吸収剤ＮＡｉに流入する内燃機関の排気ガス中の酸素の量を目標酸素量ＱＯＸＴに一致させるのに必要な排気制御弁ＶＵｉ、ＶＬｉの開度、即ち目標開度Ｕ，Ｌを予め実験により求めておき、排気制御弁ＶＵｉ，ＶＬｉの開度がこれら目標開度Ｕ，Ｌに一致せしめられる。
【００３４】
この場合、目標開度Ｕ，Ｌは目標酸素量ＱＯＸＴと、ＮＯ _Ｘ吸収剤ＮＡｉ内に流入する排気ガスの量と、燃焼室５における平均空燃比ＥＡＦとの関数になる。ここで、目標酸素量ＱＯＸＴは昇温目的に応じて定まる目標温度上昇速度ＲＩＴ及び目標温度ＴＮＴと、ＮＯ _Ｘ吸収剤ＮＡｉの実際の温度ＴＮｉＡとの関数になる。また、ＮＯ _Ｘ吸収剤ＮＡｉ内に流入する排気ガスの量は内燃機関から排出された排気ガスの量に依存し、この排気ガスの量は機関運転状態、例えば機関回転数Ｎ及び吸入空気量ＥＧａの関数となる。従って、目標開度Ｕ，Ｌは結局、ＲＩＴ，ＴＮＴ，ＴＮｉＡ，Ｎ，ＥＧａ，ＥＡＦの関数になる。これら目標開度Ｕ，ＬはＲＩＴ，ＴＮＴ，ＴＮｉＡ，Ｎ，ＥＧａ，ＥＡＦの関数として予めＲＯＭ４２内に記憶されている。
【００３５】
このようにして、昇温すべきＮＯ _Ｘ吸収剤ＮＡｉに供給される酸素の量が制御される。
【００３６】
これに対し、ＮＯ _Ｘ吸収剤ＮＡｉに供給される二次燃料即ちＨＣ，ＣＯの量はＮＯ _Ｘ吸収剤ＮＡｉに供給される酸素の量即ち目標酸素量ＱＯＸＴに基づいて制御される。例えば、目標酸素量ＱＯＸＴに見合う量の二次燃料がＮＯ _Ｘ吸収剤ＮＡｉに供給される。
【００３７】
ＮＯ _Ｘ吸収剤ＮＡｉに供給される二次燃料の量は燃焼式ヒータ３０における空燃比ＨＡＦと、燃焼式ヒータ３０に供給される燃料量及び空気量とに依存する。従って、燃焼式ヒータ３０に供給すべき燃料量ＨＱＦ及び空気量ＨＧａは目標酸素量ＱＯＸＴと、燃焼式ヒータ３０における空燃比ＨＡＦとの関数になる。
【００３８】
ここで、燃焼式ヒータ３０における空燃比ＨＡＦは燃焼式ヒータ３０での燃焼安定性のことを考えると、上流側排気ダクトＤＵｉ内の圧力の関数になり、この圧力は機関運転状態例えば機関回転数Ｎ及び吸入空気量ＥＧａの関数になる。
【００３９】
従って、燃焼式ヒータ３０に供給すべき燃料ＨＱＦ及び空気量ＨＧａは目標温度上昇速度ＲＩＴと、目標温度ＴＮＴと、ＮＯ _Ｘ吸収剤ＮＡｉの実際の温度ＴＮｉＡと、機関回転数Ｎと、吸入空気量ＥＧａとの関数として求めることができることになる。本発明による実施例では、燃焼式ヒータ３０に供給すべき燃料量ＨＱＦ及び空気量ＨＧａをＲＩＴ，ＴＮＴ，ＴＮｉＡ，Ｎ，ＥＧａの関数として予め実験により求めておき、予めＲＯＭ４２内に記憶している。
【００４０】
このようにしてＮＯ _Ｘ吸収剤ＮＡｉの温度が上昇せしめられる。
【００４１】
一方、ＮＯ _Ｘ吸収剤ＮＡｉの温度を上昇させているときに、内燃機関の排気ガスが導かれている方のＮＯ _Ｘ吸収剤ＮＡｊの温度を上昇させるべきときには、内燃機関から排出される排気ガスの温度を上昇させ、それによりＮＯ _Ｘ吸収剤ＮＡｊの温度が上昇するようにしている。
【００４２】
内燃機関から排出される排気ガスの温度を上昇させる方法には様々な方法がある。その方法の一つは燃料噴射時期を圧縮上死点以後まで遅角させる方法である。即ち、通常主燃料Ｑｍは図２において（Ｉ）に示されるように圧縮上死点付近で噴射される。この場合、図２の（ＩＩ）に示されるように主燃料Ｑｍの噴射時期が遅角されると後燃え期間が長くなり、斯くして内燃機関から排出される排気ガスの温度が上昇する。
【００４３】
また、内燃機関から排出される排気ガスの温度を上昇させるために図２の（ＩＩＩ）に示されるように主燃料Ｑｍに加え、吸気上死点付近において補助燃料Ｑｖを噴射することもできる。このように補助燃料Ｑｖを追加的に噴射すると補助燃料Ｑｖ分だけ燃焼せしめられる燃料が増えるために内燃機関から排出される排気ガスの温度が上昇する。
【００４４】
一方、このように吸気上死点付近において補助燃料Ｑｖを噴射すると圧縮行程中に圧縮熱によってこの補助燃料Ｑｖからアルデヒド、ケトン、パーオキサイド、一酸化炭素等の中間生成物が生成され、これら中間生成物によって主燃料Ｑｍの反応が加速される。従ってこの場合には図２の（ＩＩＩ）に示されるように主燃料Ｑｍの噴射時期を大巾に遅らせても失火を生ずることなく良好な燃焼が得られる。即ち、このように主燃料Ｑｍの噴射時期を大巾に遅らせることができるので内燃機関から排出される排気ガスの温度はかなり高くなる。
【００４５】
また、図２の（ＩＶ）に示されるように主燃料Ｑｍに加え、膨張行程中又は排気行程中に補助燃料Ｑｐを噴射することもできる。即ち、補助燃料Ｑｐが燃焼室又は排気通路内で燃焼するために内燃機関から排出される排気ガスの温度が上昇する。
【００４６】
本発明による実施例では内燃機関から排出される排気ガスの温度を上昇させるために図２の（ＩＶ）に示される補助燃料Ｑｐを供給するようにしている。
【００４７】
図３は上述した本発明による実施例を実行するためのルーチンを示している。このルーチンは予め定められた設定時間毎の割り込みによって実行される。
【００４８】
図３を参照すると、まず初めにステップ１００ではパラメータｉ，ｊが決定される。即ち、この時点で第１の排気制御弁ＶＵ１，ＶＬ１が全開にされているときにはｉ＝１，ｊ＝２とされ、第２の排気制御弁ＶＵ２，ＶＬ２が全開にされているときにはｉ＝２，ｊ＝１とされる。続くステップ１０１ではＮＯ _Ｘ吸収剤ＮＡｉの温度を上昇させるべきか否かが判断される。ＮＯ _Ｘ吸収剤ＮＡｉの温度を上昇させるべきときには次いでステップ１０２に進み、昇温目的に応じた目標温度ＴＮＴ及び目標温度上昇速度ＲＩＴが読み込まれる。続くステップ１０３では目標開度Ｕ，ＬがＲＩＴ，ＴＮＴ，ＴＮｉＡ，Ｎ，ＥＧａ，ＥＡＦから算出される。続くステップ１０４では上流側排気制御弁ＶＵｉの目標開度ＯＰＬｉＴがＵとされ、下流側排気制御弁ＶＬｉの目標開度ＯＰＬｉＴがＬとされ、上流側及び下流側排気制御弁ＶＵｊ，ＶＬｊの目標開度ＯＰＵｊＴ，ＯＰＬｊＴがそれぞれ最大開度ＦＬとされる。続くステップ１０５では排気制御弁ＶＵｉ，ＶＬｉ，ＶＵｊ，ＶＬｊの開度がそれぞれの目標開度ＯＰＵｉＴ，ＯＰＬｉＴ，ＯＰＵｊＴ，ＯＰＬｊＴになるように制御される。続くステップ１０６では燃焼式ヒータ３０に供給すべき燃料量ＨＱＦ及び空気量ＨＧａがＲＩＴ，ＴＮＴ，ＴＮｉＡ，Ｎ，ＥＧａから算出される。続くステップ１０７では燃料及び空気をＨＱＦ及びＨＧａだけ供給しながら燃焼式ヒータ３０が作動されると共に、排気ガス供給ノズルＮＧｉが開弁される。このようにして燃焼式ヒータ３０の排気ガスがＮＯ _Ｘ吸収剤ＮＡｉに供給され、従ってＮＯ _Ｘ吸収剤ＮＡｉの温度が上昇せしめられる。
【００４９】
続くステップ１０８では、ＮＯ _Ｘ吸収剤ＮＡｊの温度を上昇させるべきか否かが判別される。ＮＯ _Ｘ吸収剤ＮＡｊの温度を上昇させるべきときには次いでステップ１０９に進み、補助燃料Ｑｐが供給される。従って、内燃機関から排出される排気ガスの温度が上昇され、この内燃機関の排気ガスによりＮＯ _Ｘ吸収剤ＮＡｊの温度が上昇される。次いでステップ１０１に戻る。これに対し、ＮＯ _Ｘ吸収剤ＮＡｊの温度を上昇させるべきでないときには次いでステップ１１０に進み、補助燃料Ｑｐの供給が停止される。次いでステップ１０１に戻る。
【００５０】
一方、ステップ１０１においてＮＯ _Ｘ吸収剤ＮＡｉの温度を上昇させるべきでないとき又は昇温目的が達成されたときには次いでステップ１１１に進み、燃焼式ヒータ３０が停止され、排気ガス供給ノズルＮＧｉが閉弁される。
【００５１】
これまで述べてきた本発明による実施例では、第１及び第２の下流側排気制御弁ＶＬ１，ＶＬ２又は第１及び第２の上流側排気制御弁ＶＵ１，ＶＵ２をそれぞれ別個の排気制御弁から形成している。しかしながら、図４に示されるように例えば第１及び第２の下流側排気制御弁ＶＬ１，ＶＬ２を排気管２３内に配置される単一の排気制御弁ＶＬから形成することもできる。この場合、第１のＮＯ _Ｘ吸収剤ＮＡ１内を流通する排気ガスの量と第２のＮＯ _Ｘ吸収剤ＮＡ２内を流通する排気ガスの量とがほぼ等しくなっている中間位置から例えば第１のＮＯ _Ｘ吸収剤ＮＡ１内を流通する排気ガスの量を減少させる方向に排気制御弁ＶＬが変位されると、第１の下流側排気制御弁ＶＬ１の開度が小さくされ、第１の下流側排気制御弁ＶＬ２の開度が大きくされたのと同じことになる。
【００５２】
また、図４に示されるように上流側排気制御弁と下流側排気制御弁とのうちいずれか一方を省略することもできる。
【００５３】
更に、上述した本発明による実施例では一対のＮＯ _Ｘ吸収剤ＮＡ１，ＮＡ２を備えている。しかしながら、図５に示されるように単一のＮＯ _Ｘ吸収剤ＮＡを備えた内燃機関に本発明を適用することもできる。この場合、分岐管２２と排気管２３とはＮＯ _Ｘ吸収剤ＮＡを迂回するバイパス管６０によって互いに接続され、排気管２３内に単一の排気制御弁ＶＬが配置される。この排気制御弁ＶＬが全開にされるとバイパス管６０が遮断され、閉弁されるとＮＯ _Ｘ吸収剤ＮＡ内を流通する排気ガスの量が低減される。
【００５４】
排気制御弁ＶＬは通常全開に維持されており、ＮＯ _Ｘ吸収剤ＮＡの温度を上昇させるべきときに閉弁される。この場合、ＮＯ _Ｘ吸収剤ＮＡに流入する排気ガス中の酸素の量が目標酸素量ＱＯＸＴになるように排気制御弁ＶＬの開度が制御される。
【００５５】
【発明の効果】
安定した触媒昇温作用を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】内燃機関の全体図である。
【図２】噴射制御を説明するための図である。
【図３】昇温制御を実行するためのフローチャートである。
【図４】本発明による別の実施例を示す内燃機関の部分図である。
【図５】本発明による別の実施例を示す内燃機関の部分図である。
【符号の説明】
１…機関本体
ＮＡ１，ＮＡ２…ＮＯ _Ｘ吸収剤
３０…燃焼式ヒータ
ＶＵ１，ＶＬ１，ＶＵ２，ＶＬ２…排気制御弁[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to a catalyst temperature control apparatus.
[0002]
[Prior art]
  In the exhaust passage of an internal combustion engine where combustion is performed under a lean air-fuel ratioNO _XPlace the absorbent,NO _XAn exhaust control valve for controlling the amount of exhaust gas of the internal combustion engine flowing into the absorbent, and a combustion heater,NO _XWhen the temperature of the absorbent should be increasedNO _XWhile controlling the opening of the exhaust control valve so that a small amount of exhaust gas of the internal combustion engine flows into the absorbent, the exhaust gas of the combustion heater operated under a rich air-fuel ratio is reduced.NO _XA catalyst temperature control device is known which is supplied to an absorbent (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-345831). In this way, oxygen in the exhaust gas of the internal combustion engine and HC and CO in the exhaust gas of the combustion heater areNO _XReacts exothermically in the absorbent, thusNO _XThe temperature of the absorbent is raised.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
  in this case,NO _XAbsorbent temperature or rate of temperature rise will leak from the exhaust control valve.NO _XDepends on the amount of oxygen in the exhaust gas of the internal combustion engine flowing into the absorbent, the amount of oxygen depends on the amount of exhaust gas of the internal combustion engine leaked from the exhaust control valve, and the amount of exhaust gas leaked Depends on the amount of exhaust gas emitted from the engine. Therefore, even if the exhaust control valve opening is kept constant, the engine operating state of the internal combustion engine fluctuates.NO _XThe amount of oxygen flowing into the absorbent will fluctuate and thusNO _XThere is a problem that the temperature of the absorbent or the rate of temperature rise varies.
[0004]
  Accordingly, an object of the present invention is to provide a catalyst temperature control device capable of obtaining a stable catalyst temperature rising action.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
  In order to solve the above problem, according to a first aspect of the invention, an exhaust gas of an internal combustion engine that flows into the catalyst is provided by disposing a catalyst having oxidizing ability in an exhaust passage of the internal combustion engine that performs combustion under a lean air-fuel ratio. An exhaust control valve for controlling the amount of gas and a combustion apparatus different from the internal combustion engine are provided, and when the temperature of the catalyst is to be raised, the exhaust gas of the internal combustion engine flows into the catalyst in a small amount. Supplying exhaust gas from a combustion device operated under a rich air-fuel ratio to the catalyst while controlling the opening of the control valveThen, the oxygen in the exhaust gas of the internal combustion engine and the secondary fuel in the exhaust gas of the combustion device react exothermically in the catalyst.In the catalyst temperature control apparatus, the oxygen amount in the exhaust gas of the internal combustion engine flowing into the catalyst is set to a predetermined target amount when the temperature of the catalyst should be raised.And based on the target amount, the amount of exhaust gas of the internal combustion engine flowing into the catalyst, and the average air-fuel ratio in the combustion chamberThe opening degree of the exhaust control valve is controlled. That is, in the first invention, the amount of oxygen in the exhaust gas of the internal combustion engine flowing into the catalyst is controlled by controlling the opening degree of the exhaust control valve.
[0006]
  In order to solve the above problem, according to the second aspect of the invention, an oxidizing ability is provided in a pair of branch exhaust passages formed by branching an exhaust passage of an internal combustion engine that performs combustion under a lean air-fuel ratio. Each of which has a catalyst, an exhaust control valve for controlling the amount of exhaust gas of the internal combustion engine flowing into each catalyst, and a combustion device different from the internal combustion engine, and when the temperature of the catalyst should be raised, the catalyst The exhaust gas of the combustion device operated under a rich air-fuel ratio is supplied to the catalyst while controlling the opening of the exhaust control valve so that a small amount of exhaust gas of the internal combustion engine flows intoThen, the oxygen in the exhaust gas of the internal combustion engine and the secondary fuel in the exhaust gas of the combustion device react exothermically in the catalyst.In the catalyst temperature control apparatus, the oxygen amount in the exhaust gas of the internal combustion engine flowing into the catalyst is set to a predetermined target amount when the temperature of the catalyst should be raised.And based on the target amount, the amount of exhaust gas of the internal combustion engine flowing into the catalyst, and the average air-fuel ratio in the combustion chamberThe opening degree of the exhaust control valve is controlled. That is, also in the second invention, the amount of oxygen in the exhaust gas of the internal combustion engine flowing into the catalyst is controlled by controlling the opening degree of the exhaust control valve.
[0007]
  According to a third aspect, in the second aspect, the target amount is determined according to the purpose of raising the catalyst temperature.
[0008]
  According to the fourth invention, 2Or 3In the second invention, the amount of air or fuel supplied to the combustion apparatus is controlled based on the target amount. That is, in the fourth aspect of the invention, the amounts of HC and CO contained in the exhaust gas of the combustion device are determined based on the target amounts.
[0009]
  According to the fifth invention, 2To 4The second inventionAny one ofAnd a means for increasing the temperature of the exhaust gas discharged from the internal combustion engine, and when the temperature of both catalysts should be increased simultaneously, a small amount of the exhaust gas of the internal combustion engine flows into one of the catalysts. In order to supply the exhaust gas of the combustion apparatus operated under a rich air-fuel ratio to the one catalyst while increasing the temperature of the other catalyst while controlling the opening degree of the exhaust control valve at the same time The temperature of the exhaust gas discharged is raised.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  FIG. 1 shows a case where the present invention is applied to a compression ignition type internal combustion engine. The present invention can also be applied to a spark ignition type internal combustion engine.
[0011]
  Referring to FIG. 1, 1 is an engine body, 2 is a cylinder block, 3 is a cylinder head, 4 is a piston, 5 is a combustion chamber, 6 is an electrically controlled fuel injection valve, 7 is an intake valve, 8 is an intake port, 9 Is an exhaust valve, and 10 is an exhaust port. The intake port 8 is connected to a surge tank 12 via a corresponding intake branch pipe 11, and the surge tank 12 is connected to a compressor 15 of an exhaust turbocharger 14 via an intake duct 13. A throttle valve 17 driven by a step motor 16 is disposed in the intake duct 13, and a cooling device 18 for cooling intake air flowing through the intake duct 13 is disposed around the intake duct 13. In the embodiment shown in FIG. 1, the engine cooling water is guided into the cooling device 18 and the intake air is cooled by the engine cooling water.
[0012]
  On the other hand, the exhaust port 10 is connected to an exhaust turbine 21 of an exhaust turbocharger 14 via an exhaust manifold 19 and an exhaust pipe 20, and an outlet of the exhaust turbine 21 is connected to first and second upstream exhaust ducts via a branch pipe 22. Connected to DU1 and DU2. The upstream exhaust ducts DU1 and DU2 are connected to the first and second casings CA1 and CA2, respectively, and the casings CA1 and CA2 are connected to the first and second downstream exhaust ducts DL1 and DL2, respectively. The exhaust ducts DL1 and DL2 are connected to a common exhaust pipe 23.
[0013]
  First and second upstream exhaust control valves VU1 and VU2 are disposed in the first and second upstream exhaust ducts DU1 and DU2, respectively, and are disposed in the first and second downstream exhaust ducts DL1 and DL2. Are provided with first and second downstream exhaust control valves VL1 and VL2, respectively. These exhaust control valves are respectively driven by corresponding actuators. Further, in the first and second casings CA1 and CA2, the first and second catalysts supported on the particulate filter for collecting the fine particles made of solid carbon contained in the exhaust gas of the internal combustion engine. Each is housed. In an embodiment according to the invention, the first and second catalysts are the first and secondNO _XIt is formed from absorbents NA1, NA2. However, any catalyst may be used as long as the catalyst has an oxidizing ability.
[0014]
  Here, the first upstream exhaust duct DU1 and the first downstream exhaust duct DL1 are referred to as a first exhaust duct, and the first upstream exhaust control valve VU1 and the first downstream exhaust control valve VL1 are the first exhaust ducts. When the first exhaust control valve is referred to, the first exhaust duct has a first exhaust control valve.NO _XThis means that the absorbent NA1 and the first exhaust control valve are arranged. Similarly, the second upstream exhaust duct DU2 and the second downstream exhaust duct DL2 are referred to as a second exhaust duct, and the second upstream exhaust control valve VU2 and the second downstream exhaust control valve VL2 are referred to as the second exhaust duct. The second exhaust control valve, the second exhaust duct has a second exhaust duct.NO _XThis means that the absorbent NA2 and the second exhaust control valve are arranged.
[0015]
  The exhaust manifold 19 and the surge tank 12 are connected to each other via an exhaust gas recirculation (hereinafter referred to as EGR) passage 24, and an electrically controlled EGR control valve 25 is disposed in the EGR passage 24. A cooling device 26 for cooling the EGR gas flowing in the EGR passage 24 is disposed around the EGR passage 24. In the embodiment shown in FIG. 1, the engine cooling water is guided into the cooling device 26, and the EGR gas is cooled by the engine cooling water. On the other hand, each fuel injection valve 6 is connected to a fuel reservoir, so-called common rail 27, through a fuel supply pipe 6a. Fuel is supplied into the common rail 27 from an electrically controlled fuel pump 28 with variable discharge amount, and the fuel supplied into the common rail 27 is supplied to the fuel injection valve 6 via each fuel supply pipe 6a. A fuel pressure sensor 29 for detecting the fuel pressure in the common rail 27 is attached to the common rail 27, and a fuel pump 28 is set so that the fuel pressure in the common rail 27 becomes a target fuel pressure based on an output signal of the fuel pressure sensor 29. The discharge amount is controlled.
[0016]
  The internal combustion engine shown in FIG.NO _XA combustion heater 30 is provided for supplying secondary fuel to the absorbents NA1, NA2. The air passage 31 of the combustion heater 30 is connected to the discharge side of the air pump 33 via an electrically controlled air throttle valve 32 whose valve opening ratio can be changed. On the other hand, the exhaust passage 34 of the combustion heater 30 has first and second upstream exhaust ducts DU1 and DU2 disposed downstream of the first and second upstream exhaust control valves VU1 and VU2. The second electrically controlled exhaust gas supply nozzles NG1, NG2 are connected. A glow plug 36 is disposed in the combustion chamber 35 of the combustion heater 30. Further, the air passage 31 downstream of the air throttle valve 32 and the exhaust pipe 23 are connected via an EGR passage 37, and electric control for controlling the amount of EGR gas flowing through the EGR passage 37 in the EGR passage 37. An expression EGR valve 38 is arranged. On the other hand, the fuel in the fuel tank is supplied to the combustion chamber 35 of the combustion heater 30 by a fuel pump 39 capable of controlling the discharge amount.
[0017]
  NO _XWhen the exhaust gas from the combustion heater 30 is to be supplied to the absorbents NA1 and NA2, the combustion heater 30 is activated, and the corresponding exhaust gas supply nozzles NG1 and NG2 are opened. That is, the air pump 33 and the fuel pump 39 are activated, the air throttle valve 32 is opened, the glow plug 36 is activated, and thus the combustion heater 30 is activated. Here, the amount of air and the amount of fuel supplied to the combustion heater 30 are controlled by controlling the opening of the air throttle valve 32 and the discharge amount of the fuel pump 39. In the embodiment shown in FIG. 1, when the combustion heater 30 is to be operated, the EGR valve 38 is opened to reduce the amount of fuel consumed in the combustion heater 30.
[0018]
  The electronic control unit 40 is composed of a digital computer, and is connected to each other by a bidirectional bus 41. A ROM (read only memory) 42, a RAM (random access memory) 43, a CPU (microprocessor) 44, an input port 45 and an output port 46 are connected. It comprises. The output signal of the fuel pressure sensor 29 is input to the input port 45 via the corresponding AD converter 47. An air-fuel ratio sensor 49 for detecting the average air-fuel ratio in the combustion chamber 5 of the internal combustion engine is mounted in the branch pipe 22, and the output signal of the air-fuel ratio sensor 49 is input to the input port via the corresponding AD converter 47. 45. Corresponding in the first and second downstream exhaust ducts DL1, DL2NO _XTemperature sensors S1 and S2 for detecting the temperature of the exhaust gas flowing out from the absorbents NA1 and NA2 are attached, and the output signals of these temperature sensors S1 and S2 are input to the input port 45 via the corresponding AD converter 47. Is done. Corresponding to the temperature of the exhaust gas detected by the temperature sensors S1, S2, respectively.NO _XThe temperatures of the absorbents NA1 and NA2 are shown.
[0019]
  On the other hand, a load sensor 51 that generates an output voltage proportional to the depression amount L of the accelerator pedal 50 is connected to the accelerator pedal 50, and the output voltage of the load sensor 51 is input to the input port 45 via the corresponding AD converter 47. Is done. Further, the input port 45 is connected with a crank angle sensor 52 that generates an output pulse every time the crankshaft rotates, for example, 30 °. On the other hand, the output port 46 is connected to the actuators of the fuel injection valve 6, the throttle valve driving step motor 16, the EGR control valve 25, the fuel pump 28, the exhaust control valves VU1, VU2, VL1, and VL2 via corresponding drive circuits 48, The air throttle valve 32, the air pump 33, the glow plug 36, the EGR valve 38, the fuel pump 39, and the exhaust gas supply nozzles NG1, NG2 of the combustion device 30 are connected to the exhaust gas supply nozzles NG1, NG2, respectively.
[0020]
  eachNO _XThe absorbents NA1 and NA2 use, for example, alumina as a carrier, and on this carrier, for example, alkali metal such as potassium K, sodium Na, lithium Li, and cesium Cs, alkaline earth such as barium Ba and calcium Ca, lanthanum La, and yttrium. At least one selected from rare earths such as Y and a noble metal such as platinum Pt, palladium Pd, rhodium Rh, and iridium Ir are supported.
[0021]
  thisNO _XWhen the average air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lean, the absorbentNO _XAbsorbed when the oxygen concentration in the inflowing exhaust gas decreasesNO _XReleaseNO _XPerforms absorption and release action. In the present specification, the ratio of the air supplied to the exhaust passage upstream of a certain position of the exhaust passage, the combustion chamber 5, and the intake passage to the hydrocarbon HC and carbon monoxide CO is determined as the exhaust gas at that position. It is called the air-fuel ratio.
[0022]
  NO _XThe detailed absorption and release mechanism of the absorbent is not completely clarified. However, the absorption / release mechanism that is currently considered can be briefly described as an example in which platinum Pt and barium Ba are supported on a carrier.
[0023]
  That is,NO _XWhen the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the absorbent becomes considerably leaner than the stoichiometric air-fuel ratio, the oxygen concentration in the inflowing exhaust gas greatly increases, and oxygen O₂Is O₂ ⁻Or O^2-It adheres to the surface of platinum Pt. On the other hand, NO in the inflowing exhaust gas is O on the surface of platinum Pt.₂ ⁻Or O^2-Reacts with NO₂(2NO + O₂→ 2NO₂). Then the generated NO₂A part of the catalyst is further oxidized on platinum Pt while being absorbed in the absorbent and combined with the barium oxide BaO.₃ ⁻Diffuses into the absorbent in the form of In this wayNO _XButNO _XAbsorbed in the absorbent.
[0024]
  In contrast,NO _XWhen the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the absorbent becomes rich or stoichiometric, the oxygen concentration in the exhaust gas decreases and NO₂Production amount decreases and the reaction proceeds in the reverse direction (NO₃ ⁻→ NO₂) And thus nitrate ion NO in the absorbent₃ ⁻Is NO₂Is released from the absorbent in the form of This releasedNO _XIs reduced by reacting with HC and CO in the exhaust gas. In this way, NO on the surface of platinum Pt.₂NO from the absorbent to the next when no longer exists₂Is released and reduced.
[0025]
  In the embodiment according to the present invention, a first exhaust control valve comprising a first upstream exhaust control valve VU1 and a first downstream exhaust control valve VL1, a second upstream exhaust control valve VU2, and a second downstream. Any one of the second exhaust control valves including the side exhaust control valve VL2 is fully opened and the other is closed. Therefore, the upstream and downstream exhaust control valves that are fully opened at a certain time correspond to VUi, VLi, and upstream and downstream exhaust control valves VUi, VLi.NO _XThe absorbent is NAi (i = 1, 2), the closed upstream and downstream control valves are VUj and VLj, and the upstream and downstream exhaust control valves VUj and VLi.NO _XIf the absorbent is represented by NAj (j = 1, 2),NO _XMost of the exhaust gas of the internal combustion engine is led to the absorbent NAi,NO _XA small amount of exhaust gas from the internal combustion engine is guided to the absorbent NAj. Or, generally speaking, these exhaust control valves can be used for exhaust gas from an internal combustion engine.NO _XThere can also be a view that it selectively leads to the absorbents NA1, NA2.
[0026]
  By the way, for example, when the engine low load operation continues for a long time, most of the exhaust gas of the internal combustion engine is led.NO _XThe temperature of the absorbent NAi may be lower than the activation temperature. ThereforeNO _XIt is necessary to raise the temperature of the absorbent NAi above the activation temperature. Also,NO _XSulfur content absorbed in the absorbent NAi, for example SO_XWhen the amount of exceeds the allowable amount,NO _XSO absorbed from the absorbent NAi_XTo releaseNO _XSet the temperature of the absorbent NAi to SO_XIt is necessary to raise and maintain it above the discharge start temperature. Further, when the amount of fine particles deposited on the particulate filter becomes larger than the allowable amount, the particulate filter,NO _XIt is necessary to raise and maintain the temperature of the absorbent NAi above the oxidation start temperature.
[0027]
  In an embodiment according to the present invention,NO _XIn order to increase the temperature of the absorbent NAi,NO _XThe combustion heater 30 is operated under a rich air-fuel ratio while closing the upstream and downstream exhaust control valves VUi, VLi so that a small amount of exhaust gas of the internal combustion engine flows into the absorbent NAi, Exhaust gas from combustion heater 30NO _XThe absorbent NAi is supplied. That is, in the internal combustion engine shown in FIG. 1, combustion is normally performed under a lean air-fuel ratio, so that a large amount of HC and CO contained in the exhaust gas of the combustion heater 30 is generated.NO _XOxygen O contained in the exhaust gas of the internal combustion engine in the absorbent NAi₂And exothermic reaction,NO _XThe temperature of the absorbent NAi is raised. Thus, HC and CO contained in the exhaust gas of the combustion heater 30 areNO _XIt acts as a secondary fuel for raising the temperature of the absorbent NAi.
[0028]
  In this case, the exhaust control valves VUi and VLi are closed.NO _XThe space velocity of the exhaust gas in the absorbent NAi is reduced, and thusNO _XThe amount of exhaust gas of the combustion heater 30 necessary for raising the temperature of the absorbent NAi can be reduced, and therefore the fuel consumption in the combustion heater 30 can be reduced.
[0029]
  When the upstream and downstream exhaust control valves VUi and VLi are closed, as described above, the upstream and downstream exhaust control valves VUj and VLj are fully opened, so that most of the exhaust gas of the internal combustion engine isNO _XIt will be guided to the absorbent NAj. At this time, since the downstream shut-off valve VLi is closed,NO _XThe exhaust gas of the internal combustion engine that circulated in the absorbent NAjNO _XBackflow into the absorbent NAi is suppressed.
[0030]
  in this wayNO _XThere are various purposes to raise the temperature of the absorbent NAi,NO _XThe temperature of the absorbent NAi is raised to a predetermined target temperature, for example, the activation temperature or higher, according to the purpose of raising the temperature. In this case, justNO _XRather than increasing the temperature of the absorbent NAi, so that these temperature increase purposes can be achieved efficientlyNO _XIt is preferable to increase the temperature of the absorbent NAi. In an embodiment according to the present invention,NO _XThe temperature of the absorbent NAi is increased at a target temperature increase rate determined according to the temperature increase purpose.
[0031]
  NO _XThe temperature of the absorbent NAi and the rate of temperature rise areNO _XDepending on the amount of oxygen that exothermically reacts with the absorbent NAi, this amount of oxygen isNO _XIt depends on the amount of oxygen in the exhaust gas flowing into the absorbent NAi. Also,NO _XThe amount of oxygen in the exhaust gas of the internal combustion engine flowing into the absorbent NAi isNO _XIt depends on the amount of exhaust gas of the internal combustion engine flowing into the absorbent NAi, and this amount of exhaust gas depends on the opening degree of the exhaust control valves VUi, VLi.
[0032]
  In an embodiment according to the present invention,NO _XThe amount of oxygen required to raise the temperature of the absorbent NAi to the target temperature TNT or higher at the target temperature increase rate RIT is referred to as a target oxygen amount QOXT.NO _XThe opening degree of the exhaust control valves VUi, VLi is controlled so that the amount of oxygen in the exhaust gas of the internal combustion engine flowing into the absorbent NAi matches this target oxygen amount QOXT.
[0033]
  In particular,NO _XThe opening amounts of the exhaust control valves VUi and VLi necessary for making the amount of oxygen in the exhaust gas of the internal combustion engine flowing into the absorbent NAi coincide with the target oxygen amount QOXT, that is, the target opening amounts U and L are obtained in advance by experiments. The opening degrees of the exhaust control valves VUi and VLi are matched with the target opening degrees U and L.
[0034]
  In this case, the target openings U and L are the target oxygen amount QOXT andNO _XThis is a function of the amount of exhaust gas flowing into the absorbent NAi and the average air-fuel ratio EAF in the combustion chamber 5. Here, the target oxygen amount QOXT is a target temperature increase rate RIT and a target temperature TNT determined according to the purpose of raising the temperature,NO _XIt becomes a function of the actual temperature TNiA of the absorbent NAi. Also,NO _XThe amount of exhaust gas flowing into the absorbent NAi depends on the amount of exhaust gas discharged from the internal combustion engine, and this amount of exhaust gas is a function of the engine operating state, for example, the engine speed N and the intake air amount EGa. . Therefore, the target openings U and L are eventually functions of RIT, TNT, TNiA, N, EGa, and EAF. These target openings U and L are stored in advance in the ROM 42 as functions of RIT, TNT, TNiA, N, EGa, and EAF.
[0035]
  In this way, the temperature should be raisedNO _XThe amount of oxygen supplied to the absorbent NAi is controlled.
[0036]
  In contrast,NO _XThe amount of secondary fuel, that is, HC and CO supplied to the absorbent NAi isNO _XThe amount of oxygen supplied to the absorbent NAi, that is, the target oxygen amount QOXT is controlled. For example, an amount of secondary fuel commensurate with the target oxygen amount QOXTNO _XSupplied to the absorbent NAi.
[0037]
  NO _XThe amount of secondary fuel supplied to the absorbent NAi depends on the air-fuel ratio HAF in the combustion heater 30 and the amount of fuel and air supplied to the combustion heater 30. Therefore, the fuel amount HQF and the air amount HGa to be supplied to the combustion heater 30 are functions of the target oxygen amount QOXT and the air-fuel ratio HAF in the combustion heater 30.
[0038]
  Here, the air-fuel ratio HAF in the combustion type heater 30 is a function of the pressure in the upstream side exhaust duct DUi considering the combustion stability in the combustion type heater 30, and this pressure is an engine operating state, for example, the engine speed. N and a function of the intake air amount EGa.
[0039]
  Accordingly, the fuel HQF and the air amount HGa to be supplied to the combustion heater 30 are the target temperature rise rate RIT, the target temperature TNT,NO _XIt can be obtained as a function of the actual temperature TNiA of the absorbent NAi, the engine speed N, and the intake air amount EGa. In the embodiment according to the present invention, the fuel amount HQF and the air amount HGa to be supplied to the combustion heater 30 are obtained in advance by experiments as functions of RIT, TNT, TNiA, N, and EGa, and stored in the ROM 42 in advance. .
[0040]
  In this wayNO _XThe temperature of the absorbent NAi is raised.
[0041]
  on the other hand,NO _XWhen the temperature of the absorbent NAi is raised, the exhaust gas of the internal combustion engine being ledNO _XWhen the temperature of the absorbent NAj should be raised, the temperature of the exhaust gas discharged from the internal combustion engine is raised, therebyNO _XThe temperature of the absorbent NAj is increased.
[0042]
  There are various methods for raising the temperature of the exhaust gas discharged from the internal combustion engine. One method is to retard the fuel injection timing until after the compression top dead center. That is, the normal main fuel Qm is injected near the compression top dead center as shown in FIG. In this case, as shown in FIG. 2 (II), when the injection timing of the main fuel Qm is retarded, the afterburning period becomes longer, and thus the temperature of the exhaust gas discharged from the internal combustion engine rises.
[0043]
  Further, in order to increase the temperature of the exhaust gas discharged from the internal combustion engine, the auxiliary fuel Qv can be injected in the vicinity of the intake top dead center in addition to the main fuel Qm as shown in FIG. 2 (III). When the auxiliary fuel Qv is additionally injected in this manner, the amount of fuel combusted by the amount of the auxiliary fuel Qv increases, so that the temperature of the exhaust gas discharged from the internal combustion engine increases.
[0044]
  On the other hand, when the auxiliary fuel Qv is injected in the vicinity of the intake top dead center in this way, intermediate products such as aldehyde, ketone, peroxide, carbon monoxide and the like are generated from the auxiliary fuel Qv by the compression heat during the compression stroke. The product accelerates the reaction of the main fuel Qm. Therefore, in this case, as shown in FIG. 2 (III), even if the injection timing of the main fuel Qm is greatly delayed, good combustion can be obtained without causing misfire. That is, since the injection timing of the main fuel Qm can be greatly delayed in this way, the temperature of the exhaust gas discharged from the internal combustion engine becomes considerably high.
[0045]
  Further, as shown in FIG. 2 (IV), the auxiliary fuel Qp can be injected during the expansion stroke or the exhaust stroke in addition to the main fuel Qm. That is, the temperature of the exhaust gas discharged from the internal combustion engine rises because the auxiliary fuel Qp burns in the combustion chamber or the exhaust passage.
[0046]
  In the embodiment according to the present invention, auxiliary fuel Qp shown in (IV) of FIG. 2 is supplied in order to raise the temperature of the exhaust gas discharged from the internal combustion engine.
[0047]
  FIG. 3 shows a routine for executing the above-described embodiment according to the present invention. This routine is executed by interruption every predetermined time.
[0048]
  Referring to FIG. 3, first, in step 100, parameters i and j are determined. That is, at this time, when the first exhaust control valves VU1, VL1 are fully opened, i = 1 and j = 2, and when the second exhaust control valves VU2, VL2 are fully opened, i = 2. , J = 1. In the following step 101NO _XIt is determined whether or not the temperature of the absorbent NAi should be increased.NO _XWhen the temperature of the absorbent NAi is to be raised, the routine proceeds to step 102 where the target temperature TNT and the target temperature rise rate RIT corresponding to the purpose of raising the temperature are read. In the subsequent step 103, the target opening degrees U and L are calculated from RIT, TNT, TNiA, N, EGa and EAF. At the next step 104, the target opening OPLiT of the upstream side exhaust control valve VUi is set to U, the target opening degree OPLiT of the downstream side exhaust control valve VLi is set to L, and the target opening of the upstream side and downstream side exhaust control valves VUj and VLj is opened. The degrees OPUjT and OPLjT are the maximum opening FL. In the subsequent step 105, the exhaust control valves VUi, VLi, VUj, and VLj are controlled so that the opening amounts become the respective target opening amounts OPUiT, OPLiT, OPUjT, and OPLjT. In the following step 106, the fuel amount HQF and the air amount HGa to be supplied to the combustion heater 30 are calculated from RIT, TNT, TNiA, N, and EGa. In the next step 107, the combustion heater 30 is operated while supplying only fuel and air to HQF and HGa, and the exhaust gas supply nozzle NGi is opened. In this way, the exhaust gas of the combustion heater 30 isNO _XSupplied to the absorbent NAi and thusNO _XThe temperature of the absorbent NAi is raised.
[0049]
  In the following step 108,NO _XIt is determined whether or not the temperature of the absorbent NAj should be increased.NO _XWhen the temperature of the absorbent NAj should be raised, the routine proceeds to step 109 where the auxiliary fuel Qp is supplied. Therefore, the temperature of the exhaust gas discharged from the internal combustion engine is raised, and the exhaust gas of the internal combustion engineNO _XThe temperature of the absorbent NAj is increased. Then, the process returns to step 101. In contrast,NO _XWhen the temperature of the absorbent NAj should not be raised, the routine proceeds to step 110 where the supply of the auxiliary fuel Qp is stopped. Then, the process returns to step 101.
[0050]
  On the other hand, in step 101NO _XWhen the temperature of the absorbent NAi should not be raised or when the temperature raising purpose is achieved, the routine proceeds to step 111 where the combustion heater 30 is stopped and the exhaust gas supply nozzle NGi is closed.
[0051]
  In the embodiments according to the present invention described so far, the first and second downstream exhaust control valves VL1, VL2 or the first and second upstream exhaust control valves VU1, VU2 are formed from separate exhaust control valves. is doing. However, as shown in FIG. 4, for example, the first and second downstream exhaust control valves VL <b> 1 and VL <b> 2 can be formed from a single exhaust control valve VL disposed in the exhaust pipe 23. In this case, the firstNO _XThe amount of exhaust gas flowing through the absorbent NA1 and the secondNO _XFrom an intermediate position where the amount of exhaust gas flowing through the absorbent NA2 is substantially equal, for example, the firstNO _XWhen the exhaust control valve VL is displaced in a direction to decrease the amount of exhaust gas flowing through the absorbent NA1, the opening degree of the first downstream exhaust control valve VL1 is reduced, and the first downstream exhaust control valve is reduced. This is the same as increasing the opening of VL2.
[0052]
  Further, as shown in FIG. 4, one of the upstream side exhaust control valve and the downstream side exhaust control valve can be omitted.
[0053]
  Furthermore, in the embodiment according to the present invention described above, a pair ofNO _XAbsorbents NA1 and NA2 are provided. However, as shown in FIG.NO _XThe present invention can also be applied to an internal combustion engine provided with the absorbent NA. In this case, the branch pipe 22 and the exhaust pipe 23 areNO _XThe exhaust pipe 23 is connected to each other by a bypass pipe 60 that bypasses the absorbent NA, and a single exhaust control valve VL is disposed in the exhaust pipe 23. When the exhaust control valve VL is fully opened, the bypass pipe 60 is shut off and closed.NO _XThe amount of exhaust gas flowing through the absorbent NA is reduced.
[0054]
  The exhaust control valve VL is normally kept fully open,NO _XThe valve is closed when the temperature of the absorbent NA should be increased. in this case,NO _XThe opening degree of the exhaust control valve VL is controlled so that the amount of oxygen in the exhaust gas flowing into the absorbent NA becomes the target oxygen amount QOXT.
[0055]
【The invention's effect】
  A stable catalyst temperature rising action can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall view of an internal combustion engine.
FIG. 2 is a view for explaining injection control.
FIG. 3 is a flowchart for executing temperature rise control.
FIG. 4 is a partial view of an internal combustion engine showing another embodiment according to the present invention.
FIG. 5 is a partial view of an internal combustion engine showing another embodiment according to the present invention.
[Explanation of symbols]
1 ... Engine body
NA1, NA2 ...NO _XAbsorbent
30 ... Combustion heater
VU1, VL1, VU2, VL2 ... Exhaust control valve

Claims

リーン空燃比のもとで燃焼が行われる内燃機関の排気通路内に酸化能を有する触媒を配置し、触媒に流入する内燃機関の排気ガスの量を制御するための排気制御弁と、内燃機関と異なる燃焼装置とを具備し、触媒の温度を上昇させるべきときには該触媒にわずかな量の内燃機関の排気ガスが流入するように排気制御弁の開度を制御しながら、リッチ空燃比のもとで作動される燃焼装置の排気ガスを該触媒に供給して内燃機関の排気ガス中の酸素と燃焼装置の排気ガス中の二次燃料とが該触媒内で発熱反応するようにした触媒温度制御装置において、触媒の温度を上昇させるべきときには該触媒に流入する内燃機関の排気ガス中の酸素の量が予め定められた目標量になるように、該目標量と、触媒内に流入する内燃機関の排気ガスの量と、燃焼室における平均空燃比とに基づいて排気制御弁の開度を制御する触媒温度制御装置。An exhaust control valve for controlling the amount of exhaust gas of the internal combustion engine that flows into the catalyst by disposing a catalyst having oxidizing ability in an exhaust passage of the internal combustion engine that performs combustion under a lean air-fuel ratio, and the internal combustion engine And when the temperature of the catalyst should be raised, the rich air-fuel ratio is adjusted while controlling the opening of the exhaust control valve so that a small amount of exhaust gas of the internal combustion engine flows into the catalyst. The catalyst temperature is such that the exhaust gas of the combustion device operated by the above is supplied to the catalyst so that the oxygen in the exhaust gas of the internal combustion engine and the secondary fuel in the exhaust gas of the combustion device react exothermically in the catalyst In the control device, when the temperature of the catalyst is to be raised, the target amount and the internal combustion gas flowing into the catalyst so that the amount of oxygen in the exhaust gas of the internal combustion engine flowing into the catalyst becomes a predetermined target amount. Engine exhaust gas volume and combustion Catalyst temperature control device for controlling the opening of the exhaust control valve on the basis of the average air-fuel ratio in.

リーン空燃比のもとで燃焼が行われる内燃機関の排気通路を分岐して形成される一対の分岐排気通路内に酸化能を有する触媒をそれぞれ配置し、各触媒に流入する内燃機関の排気ガスの量を制御するための排気制御弁と、内燃機関と異なる燃焼装置とを具備し、触媒の温度を上昇させるべきときには該触媒にわずかな量の内燃機関の排気ガスが流入するように排気制御弁の開度を制御しながら、リッチ空燃比のもとで作動される燃焼装置の排気ガスを該触媒に供給して内燃機関の排気ガス中の酸素と燃焼装置の排気ガス中の二次燃料とが該触媒内で発熱反応するようにした触媒温度制御装置において、触媒の温度を上昇させるべきときには該触媒に流入する内燃機関の排気ガス中の酸素の量が予め定められた目標量になるように、該目標量と、触媒内に流入する内燃機関の排気ガスの量と、燃焼室における平均空燃比とに基づいて排気制御弁の開度を制御する触媒温度制御装置。Exhaust gas of the internal combustion engine in which a catalyst having oxidizing ability is arranged in a pair of branch exhaust passages formed by branching the exhaust passage of the internal combustion engine in which combustion is performed under a lean air-fuel ratio, and flows into each catalyst An exhaust control valve for controlling the amount of the exhaust gas and a combustion device different from the internal combustion engine, and when the temperature of the catalyst is to be raised, the exhaust control is performed so that a small amount of the exhaust gas of the internal combustion engine flows into the catalyst While controlling the opening of the valve, the exhaust gas of the combustion device operated under a rich air-fuel ratio is supplied to the catalyst, and the oxygen in the exhaust gas of the internal combustion engine and the secondary fuel in the exhaust gas of the combustion device In a catalyst temperature control device in which an exothermic reaction occurs in the catalyst, the amount of oxygen in the exhaust gas of the internal combustion engine flowing into the catalyst becomes a predetermined target amount when the temperature of the catalyst should be raised as described above, and the target amount Catalyst temperature control device for controlling the amount of exhaust gas of an internal combustion engine flowing into the catalyst, the opening degree of the exhaust control valve on the basis of the average air-fuel ratio in the combustion chamber.

前記目標量を触媒の昇温目的に応じて定めた請求項２に記載の触媒温度制御装置。 The catalyst temperature control apparatus according to claim 2, wherein the target amount is determined according to the purpose of raising the temperature of the catalyst.

燃焼装置に供給される空気又は燃料の量を前記目標量に基づいて制御するようにした請求項２又は３に記載の触媒温度制御装置。The catalyst temperature control device according to claim 2 or 3 , wherein the amount of air or fuel supplied to the combustion device is controlled based on the target amount.

内燃機関から排出される排気ガスの温度を上昇させるための手段を具備し、両方の触媒の温度を同時に上昇させるべきときには一方の触媒にわずかな量の内燃機関の排気ガスが流入するように排気制御弁の開度を制御しながら、リッチ空燃比のもとで作動される燃焼装置の排気ガスを該一方の触媒に供給すると共に、他方の触媒の温度を上昇させるために内燃機関から排出される排気ガスの温度を上昇させるようにした請求項２から４までのいずれか一項に記載の触媒温度制御装置。Means for increasing the temperature of exhaust gas discharged from the internal combustion engine is provided, and when the temperature of both catalysts should be increased at the same time, the exhaust gas is exhausted so that a small amount of exhaust gas of the internal combustion engine flows into one catalyst. While controlling the opening degree of the control valve, the exhaust gas of the combustion device operated under a rich air-fuel ratio is supplied to the one catalyst and discharged from the internal combustion engine to raise the temperature of the other catalyst. The catalyst temperature control device according to any one of claims 2 to 4 , wherein the temperature of the exhaust gas is increased.