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JP3842092B2 - Exhaust purification device and purification method for internal combustion engine - Google Patents

Exhaust purification device and purification method for internal combustion engine Download PDF

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JP3842092B2
JP3842092B2 JP2001292085A JP2001292085A JP3842092B2 JP 3842092 B2 JP3842092 B2 JP 3842092B2 JP 2001292085 A JP2001292085 A JP 2001292085A JP 2001292085 A JP2001292085 A JP 2001292085A JP 3842092 B2 JP3842092 B2 JP 3842092B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、N0x吸蔵触媒を硫黄酸化物被毒から再生する機能を備えた内燃機関の排気浄化装置並びに浄化法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
理論空燃比より希薄な混合気を燃焼させるリーンバーンの内燃機関においては排出されるNOxを浄化するために、N0x吸蔵触媒を用いた排気ガスの浄化装置が使用されている。この浄化装置は、内燃機関のリーン運転時に排出されるN0xを吸着させ、所定の周期毎に空燃比をリッチに切替えて排気ガス中の酸素濃度を低下させることにより、N0x吸蔵触媒に吸蔵されたN0xを放出して還元処理を行い、排気ガスを浄化するものである。
【0003】
内燃機関の排気ガス中には硫黄酸化物(以下SOxと称す)が含まれており、このSOxがN0xと共にN0x吸蔵触媒に吸着される。N0x吸蔵触媒に吸着されたSOxは空燃比をリッチに切替えても放出されないため、運転時間と共に吸着量が増加してN0x吸蔵触媒によるN0xの吸蔵機能を低下させる。これを防止するためにはN0x吸蔵触媒を高温化してSOxを放出することが必要であり、燃料の噴射を吸気行程や圧縮行程以外に燃焼行程や排気行程にて追加噴射したり、あるいは、点火時期を遅らせることにより排気ガス温度を上昇させ、N0x吸蔵触媒からSOxを放出させていた。
【0004】
このような技術を開示したのが例えば特開平8−100638号公報であり、また、特開平11−107813号公報である。前者に開示された技術は、気筒内に直接噴射した燃料を点火して燃焼させる筒内噴射型内燃機関において、第一回目の燃料噴射を圧縮行程にて行い、燃焼行程の初期から中期にかけて第二回目の追加噴射を行い、この追加噴射による燃料を第一回目の噴射による燃料の火炎伝播により着火させることにより、点火装置を重複動作させることなく排気ガスの温度を上昇させ、排気ガスの温度により触媒を活性化するようにしたものであり、内燃機関の運転条件に応じて第二回目の追加噴射か、あるいは、点火時期の遅角かのいずれかを選択して実施すると共に、第二回目の追加噴射を選択したときには必要に応じて第三回目の追加噴射を行うようにしたものである。
【0005】
また、後者に開示された技術は、燃焼制御手段が吸気行程と燃焼行程との二回に分けて燃料を噴射するモードを備えており、N0x吸蔵触媒からSOxを放出させるとき、内燃機関の運転条件に応じて二回に分けた燃料噴射と、点火時期の遅角制御とのいずれかを選択的に実施することにより、排気ガスの温度を上昇させ、この排気ガスの温度によりN0x吸蔵触媒の温度をSOxの放出に必要な温度まで高めるようにしたものである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
このように、燃焼行程において燃料の追加噴射を行うことによりN0x吸蔵触媒の温度を昇温させるとき、特に、特開平8−100638号公報に開示されているような圧縮行程にて主噴射して燃焼行程にて追加噴射する場合においては、スモークが発生する問題があることから圧縮行程での噴射量に制約があり、燃焼行程での噴射量を多くせざるを得ず、未燃焼状態の燃料が排出されやすい。このために、排気経路のN0x吸蔵触媒の上流側に三元触媒が配置されている場合には、三元触媒と未燃焼燃料との反応により三元触媒の温度が異常上昇し、耐熱温度限界を超えて破損する恐れがある。
【0007】
また、特開平11−107813号公報に開示されているように、吸気行程と燃焼行程との二回に分けて燃料を噴射する場合においてはスモークが発生することがないので、燃焼行程での噴射量を少なくして未燃焼燃料による三元触媒の温度の異常上昇を抑制することができるが、N0x吸蔵触媒の昇温のためには吸気行程噴射による空燃比を可能な限りリーン側に設定する必要があり、燃焼が不安定となって内燃機関の回転変動が大きくなると共に、空燃比の僅かな変化によって昇温効果や燃焼状態が大きく変化するという問題があった。
【0008】
燃焼行程における燃料の追加噴射は点火時期の遅角制御に較べてN0x吸蔵触媒の昇温効果が大であり、排気ガス温度の低い低回転時や低負荷時の昇温に用いられるが、追加噴射のタイミングと噴射量とを最適値に制御しないと排気ガスの悪化や三元触媒の異常温度上昇などの現象が現れる。また、SOxが放出されるまでの期間は、N0x吸蔵触媒の温度をSOxの放出に必要な温度(通常、600℃以上)に維持しなければならず、追加噴射によりこの温度を維持する場合には追加噴射をSOxの放出完了まで継続する必要があり、追加噴射の実施期間が長くなってしまう。実車走行状態においては、たとえ一定速度での走行中であってもこのように追加噴射の実施期間が長くなる場合、排気ガスが悪化したり、三元触媒の温度が異常上昇することが避けられないものであった。
【0009】
この発明は、このような課題を解決するためになされたもので、追加噴射によるN0x吸蔵触媒の大きな昇温効果を得ながら排気ガスの悪化や三元触媒の異常温度上昇、さらには燃焼状態の悪化を防止することが可能な内燃機関の排気浄化装置並びにその方法を得ることを目的とするものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
この発明に係わる内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射手段と、燃焼室内の燃料を点火する点火手段と、内燃機関の排気通路に設けられたNOx吸蔵触媒と、燃料噴射手段の燃料噴射量と燃料噴射時期、および、点火手段の点火時期を制御する制御手段とを備え、制御手段が、NOx吸蔵触媒に吸着したSOxの吸着量を推定し、SOxの吸着量が所定値を越えたと判定したとき、内燃機関の燃焼行程または排気行程において燃料を所定の期間追加噴射してNOx吸蔵触媒を所定の温度まで昇温させる昇温モードとし、追加噴射完了後の所定の期間、点火時期の遅角と追加噴射とを交互に実施してNOx吸蔵触媒の温度を維持する昇温維持モードとするようにしたものである。
【0011】
また、追加噴射を行う所定の期間が、内燃機関の運転状態に対応して決定されるようにしたものである。
さらに、追加噴射を行う所定の期間が、追加噴射される燃料の一回当たりの噴射量から算出されるようにしたものである。
さらにまた、追加噴射を行う所定の期間が、NOx吸蔵触媒を所定の温度まで昇温させるのに必要な熱量と、追加噴射される燃料の発熱量とから算出されるようにしたものである。
また、追加噴射を行う所定の期間が、内燃機関の運転状態に対応して補正されるようにしたものである。
【0012】
さらに、追加噴射を行う所定の期間が、内燃機関の排気ガス温度に応じて補正されるようにしたものである。
さらにまた、追加噴射がNOx吸蔵触媒の昇温時と、昇温後の温度維持時とに分割して行われ、昇温時の追加噴射によりNOx吸蔵触媒の温度が目標値に達した後は、点火時期の遅角と追加噴射とを交互に、それぞれの所定期間毎に繰り返すことにより、NOx吸蔵触媒の温度を維持するようにしたものである。
また、点火時期遅角を行う所定の期間が、内燃機関の運転状態に対応して決定されるようにしたものである。
【0013】
さらに、点火時期遅角を行う所定の期間が、NOx吸蔵触媒に吸着されたSOxの吸着量に対応して決定されるようにしたものである。
さらにまた、点火時期の遅角が、NOx吸蔵触媒の温度が所定値に低下するまでの期間実施され、NOx吸蔵触媒の温度が所定値に低下したときにはNOx吸蔵触媒の温度を維持するための追加噴射に移行するようにしたものである。
また、点火時期の遅角実施期間を決定するNOx吸蔵触媒温度の所定値が、NOx吸蔵触媒に吸着されたSOxの吸着量に対応して決定されるようにしたものである。
【0014】
さらに、追加噴射によりNOx吸蔵触媒を所定の温度まで昇温させるときの所定の温度が、NOx吸蔵触媒に吸着されたSOxの吸着量に対応して決定されるようにしたものである。
さらにまた、NOx吸蔵触媒の温度を維持するための点火時期遅角、または、温度を維持するための点火時期遅角および追加噴射の実施期間が、NOx吸蔵触媒に吸着されたSOxの吸着量に対応して決定されるようにしたものである。
【0015】
また、この発明に係わる内燃機関の排気浄化法は、内燃機関の燃焼室に燃料噴射手段を設けて燃料を噴射し、点火手段によりこれを点火すると共に、排気ガスの通路にNOx吸蔵触媒を設けてNOxの吸蔵と還元を行う内燃機関において、NOx吸蔵触媒に吸着するSOxの吸着量が所定値を越えたと推定されたとき、内燃機関の燃焼行程または排気行程において燃料を追加噴射してNOx吸蔵触媒を所定の温度まで昇温させる昇温モードとし、NOx吸蔵触媒の昇温後は点火手段による点火時期の遅角と追加噴射とを交互に行ってNOx吸蔵触媒の温度を維持する昇温維持モードとすることによりNOx吸蔵触媒からSOxを放出させるようにしたものである。
【0016】
さらに、追加噴射の実施期間を、NOx吸蔵触媒温度を所定値まで昇温させるのに必要な熱量と、追加噴射される燃料の発熱量とから算出するようにしたものである。
さらにまた、追加噴射をNOx吸蔵触媒の昇温時と温度維持時とに分割して行い、昇温時における追加噴射を完了した後は、温度を維持するための点火時期の遅角と追加噴射とを交互に行ってNOx吸蔵触媒の温度を維持するようにしたものである。
【0017】
また、温度を維持するための点火時期の遅角が、NOx吸蔵触媒温度が所定値に低下するまで継続され、NOx吸蔵触媒温度が所定値に低下したときには追加噴射により再び昇温するようにしたものである。
さらに、追加噴射によりNOx吸蔵触媒を所定の温度まで昇温させるときの追加噴射の実施期間、または/および、温度を維持するための点火時期遅角の実施期間を、NOx吸蔵触媒に吸着されたSOxの吸着量に対応して決定するようにしたものである。
さらにまた、追加噴射によりNOx吸蔵触媒を所定の温度まで昇温させるときの追加噴射の実施期間、または/および、温度を維持するための点火時期遅角と追加噴射との実施期間を、NOx吸蔵触媒に吸着されたSOxの吸着量に対応して決定するようにしたものである。
【0018】
【発明の実施の形態】
参考形態1.
図1は、この発明の基本的な概念を理解するための参考形態1として示した内燃機関の排気浄化装置の構成図であり、多気筒内燃機関の一気筒分を抜き出して構成を説明するものである。また、図2は、制御手段16の動作を説明するフローチャート、図3は、追加噴射の実施期間を説明する特性説明図である。
【0019】
図1において、内燃機関1の吸気通路2にはエアフローセンサ3と、スロットルバルブ4とが設けられ、吸入空気量がスロットルバルブ4により制御されて燃焼室5に導入されると共に、この吸入空気量はエアフローセンサ3により計測され、スロットルバルブ4の開度はスロットル開度センサ6により計測される。また、燃焼室5には燃料噴射手段としてのインジェクタ7と、点火手段としての点火プラグ8とが設けられ、吸入空気にインジェクタ7から燃料が噴射されて混合気が形成され、この混合気が所定の点火時期において点火プラグ8により点火されるように構成されている。
【0020】
内燃機関1の排気通路9には上流側から混合気の空燃比を計測する空燃比センサ10と、炭化水素などを酸化して排気ガスを浄化する三元触媒11と、排気ガスの温度を計測する排気温センサ12と、N0xを吸着して所定のタイミングで還元処理するN0x吸蔵触媒13とが設けられている。また、内燃機関1のクランク軸14の回転角と回転速度とはクランク角センサ15により計測され、エアフローセンサ3とスロットル開度センサ6と空燃比センサ10と排気温センサ12とクランク角センサ15との各出力信号は内燃機関1を制御する制御手段16に入力され、制御手段16は各センサからの入力信号に基づき内燃機関1を制御する。
【0021】
制御手段16の本発明に関与する制御としては、各信号入力に基づくインジェクタ(燃料噴射手段)7による燃料の噴射量と噴射時期の制御、および、点火プラグ(点火手段)8による点火時期の制御などであり、そのために制御手段16には演算手段や記憶手段などが内蔵されている。燃焼室5内にて混合気が燃焼したとき、上記のように、特にリーンバーンの状態ではN0xが発生する。このNOxを吸蔵し、還元するのがN0x吸蔵触媒13であるが、燃焼により同時にSOxが発生してN0x吸蔵触媒13に吸着し、NOxの吸蔵機能を低下させる。制御手段16はこのSOxを放出させるために内燃機関の燃焼行程または排気行程において燃料を追加噴射してN0x吸蔵触媒13を昇温させると共に、この温度を維持するために点火時期の遅角制御などを行うものである。
【0022】
上記のように排気通路9には上流側に三元触媒11が、また、下流側にN0x吸蔵触媒13が配置されており、N0x吸蔵触媒13を昇温させるために燃料を追加噴射した場合、燃料と三元触媒11との反応で三元触媒11と排気ガスとが加熱され、この熱が下流側のN0x吸蔵触媒13に伝達されてN0x吸蔵触媒13が昇温する。三元触媒11とN0x吸蔵触媒13との温度差は内燃機関1の運転状態により異なるが、運転状態別の両者の温度差を予め求めておき、N0x吸蔵触媒13のSOx放出可能温度を目標温度Tlntとし、N0x吸蔵触媒13をこの温度にするための三元触媒11の目標温度をTtwcとしたとき、三元触媒11の温度を制御してTtwcとすればN0x吸蔵触媒13が昇温してSOxが放出されることになる。以下にその動作について説明する。
【0023】
制御手段16による制御動作の内、SOxの放出に関する動作を示したのが図2のフローチャートであり、このフローチャートの処理は内燃機関1の各気筒に対する燃料噴射の設定周期、例えば、所定のクランク角毎に繰り返し実施されるものである。図2において、ルーチンが開始されると、まず、ステップ201においては制御手段16が各センサからの信号を読み取り、内燃機関1の運転状態を検出する。ここではクランク角センサ15の出力からの回転速度と、エアフローセンサ3などの出力から負荷の量を検出すると共に、空燃比センサ10の出力から内燃機関1の排出ガス温度を推測し、これらのパラメータと排気温センサ12の出力とから三元触媒11の温度とN0x吸蔵触媒13の温度とを推測するものである。
【0024】
次に、ステップ202においてSOx吸着量の推定を行う。このSOx吸着量の推定は、例えば、内燃機関のリーンバーン運転中における燃料噴射パルスの積算値、すなわち、燃料噴射量を積算することにより行われる。続いてステップ203に進み、ここでは上記の運転状態の検出とSOx吸着量の推定とからN0x吸蔵触媒13の昇温許可判定が行われる。この昇温許可判定は、運転状態からN0x吸蔵触媒13が昇温可能な領域にあるか、運転状態が定常状態にあるか、SOxの吸着量が所定値を越えているか、などを判定条件として行われるものである。
【0025】
ステップ203にて昇温許可判定がなされるとステップ204において追加噴射モードフラグが確立されているかどうかを判定し、確立されていなければステップ205に進んで点火時期の遅角モードフラグが確立されているかどうかを判定する。ステップ204と205とが共に確立されていなければこのルーチンからSOxの放出が開始されることになるので、ステップ206に進んで追加噴射モードフラグを確立し、続いてステップ207にて追加噴射の実施期間α、つまり、追加噴射のサイクル数を決定する。
【0026】
この追加噴射の実施期間αは、N0x吸蔵触媒13の温度が上記したSOxの放出可能温度Tlntになるまでの期間、言いかえれば三元触媒11が目標温度Ttwcになるまでの期間、追加噴射が実施されるよう実施期間αが決定されるものである。この決定は、制御手段16に図3に示すような特性のマップを格納しておき、運転条件に応じてαの値を検索して決定する。図3のマップは、内燃機関1の回転速度と負荷とをパラメータとしてそれぞれの値に応じた追加噴射の実施期間αを実験的に求めたもので、このマップは運転状態により各触媒の温度や両触媒間の温度差が異なるため、運転モード(ストイキ、リーン状態など)別に複数のマップが準備される。制御手段16は制御開始直前の運転状態によりマップを選択し、選択されたマップに対して内燃機関1の回転速度と負荷とをパラメータとして追加噴射の実施期間αを検索して実行する。なお、図3に示すように、低回転速度・低負荷であるほどαの値は大きくなる。
【0027】
ステップ207にて追加噴射の実施期間αが決定されるとステップ208に進んで追加噴射のカウンタに追加噴射の実施期間αを設定し、ステップ209にて追加噴射を実行する。この追加噴射は内燃機関1の燃焼行程、または、排気行程にて行われるが、追加噴射の量(燃料の量)は運転状態別に排気ガスや燃焼の悪化が起きないよう、予めマップが制御手段16に格納されており、追加噴射実施時の内燃機関1の回転速度と負荷とをパラメータとして検索される。
【0028】
追加噴射実施後はステップ210に進み、ステップ208で設定した追加噴射カウンタをデクリメントする。そしてステップ211に進み、追加噴射カウンタがゼロになったかどうかを判定してゼロでなければ追加噴射が実施中であるとして今回のルーチンを終了し、ルーチンを繰り返す。追加噴射カウンタがゼロになっておれば追加噴射が完了したと判定してステップ212に進み、追加噴射モードフラグをOFF状態としてステップ213に進む。ステップ213では点火時期の遅角モードフラグをONに設定してスタートに戻る。
【0029】
以上のルーチンにおいて、追加噴射が実施中である場合にはステップ204では追加噴射モードフラグがONになっているのでステップ204からステップ209に飛び、ステップ209からステップ213の各ステップが実行されることになる。また、ステップ205にて点火時期の遅角モードフラグがONになっている場合、ステップ214に進み、N0x吸蔵触媒13の温度が維持される点火時期の遅角量や燃料噴射量を設定して今回のルーチンを終了しスタートに戻る。点火時期の遅角量や燃料噴射量などの制御定数は、運転状態別に排気ガスや燃焼の悪化が起きないよう、予めマップが制御手段16に格納されており、遅角制御実施時の内燃機関1の回転速度と負荷とをパラメータとして検索される。
【0030】
また、このルーチンの実施中にN0x吸蔵触媒13に吸着されたSOxが放出されて所定値以下となったとき、および、追加噴射の実施中に運転状態が変化して過渡挙動になったときなどにおいては、ステップ203における判定が昇温不許可に変化する。ここで不許可の判定がなされるとステップ203からステップ215に進むことになり、ステップ215にて追加噴射モードフラグと点火時期の遅角モードフラグとが共にOFFとされ、ステップ216にて追加噴射カウンタが初期化され、さらに、ステップ217にて現在の運転状態に適合した燃料噴射モードに切り換えられる。
【0031】
以上に説明したように、参考形態1による内燃機関の排気浄化装置においては、燃料の追加噴射によりN0x吸蔵触媒13の昇温制御が行われ、この昇温制御が燃料の追加噴射のみにより行われるのでなく、SOxの放出可能な温度に昇温するまでの間について燃料の追加噴射がなされ、昇温された後は点火時期を遅角することによりSOx放出可能温度を維持するようにしたので、燃料の追加噴射期間を短縮することができ、燃料の追加噴射に伴う排気ガスの悪化や燃焼状態の悪化を抑制すると共に、三元触媒11の過昇温を防止することができるものである。
【0032】
参考形態2.
図4と図5は、更に別のこの発明の基本的な概念を理解するための参考形態2として示した内燃機関の排気浄化装置に使用する追加噴射の実施期間を補正する補正係数の説明図であり、参考形態2による内燃機関の排気浄化装置は、参考形態1にて説明した内燃機関の排気浄化装置に対し、図2のステップ207における追加噴射の実施期間αの決定方法を変えるようにしたものである。すなわち、追加噴射する燃料の発熱量からN0x吸蔵触媒13を目標温度Tlntにまで昇温させるのに必要な追加噴射の実施期間αを演算し決定するようにしたものである。
【0033】
追加噴射する燃料の一サイクルストローク(以下、単にストロークと称し、strにて表す)当たりの発熱量Qinj(cal/str)は、
Qinj=((Gair/Af)−Gfuel)×Hgas ・・・・・・・(1)
として算出される。
ここに、Gairは吸入空気量(g/str)、
Gfuelは燃料噴射量(g/str)、
Hgasは燃料の低位発熱量(cal/g)、
Afは主噴射と追加噴射とのトータルの空燃比、
である。
【0034】
N0x吸蔵触媒13の温度を目標温度Tlntまで昇温させることは、実施の形態1にて述べたように三元触媒11を目標温度Ttwcまで昇温させることであり、このときに必要な熱量を一ストローク当たりの、すなわち、追加噴射一回当たりの発熱量Qinjにて除算すれば必要な追加噴射の実施サイクルが算出できる。しかし、追加噴射による発生熱量が三元触媒11に伝達される熱伝達率は運転状態により変わり、排気の流速が速くなるほど熱伝達効率が低下するため、これを補正する必要がある。図4はこの補正のための熱伝達補正係数Khtを内燃機関1の回転速度と負荷とをパラメータとして表したもので、この熱伝達補正係数Khtがマップとして制御手段16に格納されるようにする。
【0035】
また、三元触媒11やN0x吸蔵触媒13の温度は追加噴射による燃料の発熱量にのみ依存するものでなく、内燃機関1の排気ガスと各触媒との間の熱伝達率によっても変わり、これを補正する排気温度補正係数Ketが必要となる。図5はこの排気温度補正係数Ketを示したもので、排気温度と三元触媒11の温度との差に対して決定され、制御手段16に格納される。
【0036】
このような各補正係数を勘案の上、追加噴射の実施サイクル数Cyinjは次の式(2)により算出できる。なお、実施サイクル数Cyinjの単位はストローク(str)である。
Cyinj=(Ttwc−Tr)×Gcal×Ccal/Qinj×Ket×Kht ・・・・・(2)
ここに、Ttwcは三元触媒の目標温度(℃)
Trは三元触媒の温度(℃)
Gcalは三元触媒の重量(g)
Ccalは三元触媒の比熱(cal/g・℃)
Ketは排気温度補正係数
Khtは熱伝達補正係数
である。
【0037】
このように、図4および図5に示す参考形態による内燃機関の排気浄化装置においては、N0x吸蔵触媒13の温度を目標温度Tlntまで昇温させるために追加噴射する噴射期間を、追加噴射される燃料の供給量、すなわち、発熱量により演算するようにしたので、より精度良く追加噴射の実施期間を決定することができ、容易に排気ガスの悪化や燃焼状態の悪化を抑制することができると共に、三元触媒11などの過昇温を防止することができるものである。
【0038】
実施の形態1.
図6は、この発明の実施の形態1による内燃機関の排気浄化装置の動作を説明するフローチャートであり、この実施の形態による内燃機関の排気浄化装置は、追加噴射によりN0x吸蔵触媒13を所定の温度まで昇温した後、温度維持のために点火時期の遅角と追加噴射とを交互に行うようにしたもので、温度維持のための追加噴射の実施期間と点火時期遅角の実施期間とをマップとして制御手段16に格納しておき、内燃機関1の運転状態に応じてマップを検索し、追加噴射と点火遅角との各実施期間を決定してこれらを交互に行うものである。なお、装置の構成は図1の構成図と同様である。
【0039】
この発明の実施の形態1における動作は図6のフローチャートの通りであり、このフローチャートの処理は内燃機関1の各気筒に対する燃料噴射の設定周期、例えば、所定のクランク角毎に繰り返し実施されるものである。図において、ルーチンが開始されると、まず、ステップ601にて制御手段16が各センサからの信号を読み取り、内燃機関1の運転状態を検出する。この運転状態の検出は、参考形態1の場合と同様に、内燃機関1の回転速度と、エアフローセンサ3などの出力から負荷の量を検出すると共に、空燃比センサ10の出力から内燃機関1の排出ガス温度を推測し、これらのパラメータと排気温センサ12の出力から三元触媒11の温度とN0x吸蔵触媒13の温度とを推測するものである。
【0040】
続いてステップ602では参考形態1と同様にNOx吸蔵触媒13に吸着したSOx吸着量の推定を行い、ステップ603では運転状態の検出とSOx吸着量の推定とからN0x吸蔵触媒13の昇温許可判定が行われる。この判定は上記の参考形態1の場合と同様である。ステップ603にて許可判定がなされるとステップ604において昇温モードフラグが確立されているかどうかを判定し、確立されていなければステップ605に進んで昇温維持モードフラグが確立されているかどうかを判定する。
【0041】
ここで、昇温モードとは、追加噴射によりN0x吸蔵触媒13の温度を目標温度であるTlntまで昇温させるために、N0x吸蔵触媒13の上流に配置されている三元触媒11を目標温度Ttwcまで昇温させるものであり、昇温維持モードとは、追加噴射と点火時期遅角とを交互に繰り返して行い、昇温モードにより昇温されたN0x吸蔵触媒13の温度をSOx放出可能温度に維持するものである。両者のフラグが確立されておらず、OFF状態にあるときにはこのルーチンから昇温モードを開始すると判断するもので、ステップ606にて昇温モードフラグをONにし、ステップ607にて追加噴射実施期間α、すなわち、追加噴射のサイクル数を決定する。
【0042】
この追加噴射のサイクル数の決定は参考形態1の場合と同様であり、N0x吸蔵触媒13の温度を目標温度のTlntまで昇温させるのに必要な、言いかえれば、上流に配置されている三元触媒11を目標温度のTtwcまで昇温させるのに必要な、運転状態別の追加噴射実施期間を予め実験的に求めてマップに格納しておき、内燃機関の回転速度と負荷とをパラメータとして検索して求めるものである。
【0043】
ステップ607にて追加噴射の実施期間αが決定されるとステップ608に進んで追加噴射のカウンタに追加噴射の実施期間αを設定し、ステップ609にて追加噴射を実行する。この追加噴射は参考形態1と同様に内燃機関1の燃焼行程、または、排気行程にて行われるが、追加噴射の量(燃料の量)は運転状態別に排気ガスや燃焼の悪化が起きないよう、予め噴射量のマップが制御手段16に格納されており、追加噴射実施時の内燃機関1の回転速度と負荷とをパラメータとして検索される。そして、ステップ610に進み、ステップ608で設定した追加噴射カウンタをデクリメントする。
【0044】
続いてステップ611に進み、追加噴射カウンタがゼロになったかどうかを判定してゼロでなければ追加噴射が実施中であるとして今回のルーチンを終了し、スタートに戻る。追加噴射カウンタがゼロになっておれば昇温モードにおける追加噴射が完了したと判定してステップ612に進み、昇温モードフラグをOFF状態とし、昇温維持モードを開始するためにステップ613にて昇温維持モードフラグをONにする。昇温維持モードでは、まず、点火時期を遅角して温度を維持するためにステップ614にて点火時期遅角モードフラグをONに設定し、ステップ615にて点火時期遅角の実施期間θを決定する。
【0045】
点火時期遅角の実施期間θの決定は、点火時期の遅角によりN0x吸蔵触媒13の温度をSOx放出可能な温度の下限値まで維持できる期間を予め実験的に求めてマップとして制御手段16に格納しておき、点火時期遅角の実施時に内燃機関の回転速度と負荷とをパラメータとして検索して求めるものである。このときの点火時期の遅角量や燃料噴射量などの制御定数は、運転状態別に昇温効果が高く、挙動が悪化しないような値を選択してマップに格納される。そして、ステップ615にて点火時期遅角の実施期間θが決定されるとステップ616に進み、点火時期遅角のカウンタに実施期間θ設定してスタートに戻る。
【0046】
ステップ605において昇温維持モードフラグが確立されており、ON状態であればステップ617に進み、追加噴射モードフラグが確立されているかどうかを確認する。この確認は昇温維持モードにおいて追加噴射モードと点火時期遅角モードとの判別を行うものであり、追加噴射モードフラグが確立されておればステップ625に、確立されていなければ点火時期遅角モードであると判定してステップ618に進む。ステップ618では点火時期の遅角量や燃料の噴射量を上記のマップ検索により設定して点火時期遅角を実施し、ステップ619に進んで点火時期遅角のカウンタをデクリメントする。
【0047】
続いてステップ620に進み、ここでは点火時期遅角のカウンタがゼロであるかどうか、すなわち、点火時期遅角の実施期間が残っているかどうかを判定し、実施期間が残っておればスタートに戻ってルーチンを繰り返し、カウンタがゼロで実施期間が終了したと判定するとステップ621にて点火時期遅角モードフラグをOFFにする。続いてステップ622にて触媒温度を昇温するために追加噴射モードフラグをONしてステップ623に進み、昇温維持モード時における追加噴射の実施期間γを決定し、ステップ624にて追加噴射のカウンタにこのγの値を設定する。
【0048】
この昇温維持モード時における追加噴射実施期間γの決定は上記した昇温モード時の追加噴射実施期間αの決定と同様であるが、運転状態別の追加噴射実施期間を予め実験的に求めて昇温モード時における追加噴射実施期間マップとは別のマップに格納しておき、内燃機関1の回転速度と負荷とをパラメータとして検索して設定するものである。そしてステップ624にてγの値が設定されれば今回のルーチンを終了し、このカウンタの値がゼロになるまでは次回のルーチンではステップ617からステップ625に進むことになる。
【0049】
ステップ617にて追加噴射モードフラグがONになっておれば上記のようにステップ625に進むが、ステップ625では昇温維持モード時における追加噴射の噴射量を設定して追加噴射を実施し、ステップ626に進んで追加噴射のカウンタ(ステップ624にて設定された)をデクリメントする。ステップ627では昇温維持モードにおける追加噴射の実施期間が終了したかどうかを判定し、カウンタがゼロになっていなければ実施期間が終了していないのでスタートに戻ってルーチンを繰り返し、カウンタがゼロになって実施期間が終了しておればステップ628に進んで追加噴射モードのフラグをOFFにする。
【0050】
ステップ628にて追加噴射モードのフラグをOFFにした後、さらに、ステップ629に進んで点火時期遅角モードフラグをONに設定し、ステップ630において点火時期遅角のカウンタに実施期間θを設定してスタートに戻る。このように、ステップ603にて昇温許可判定がなされている間においては点火時期遅角の実施期間θと追加噴射の実施期間γとが交互に繰り返されることになる。そして、この処理の実施中にN0x吸蔵触媒13に吸着されたSOxが放出されて所定値以下となったとき、および、運転状態が変化して過渡挙動になったときには、ステップ603における判定が昇温不許可に変化し、ステップ631にて追加噴射モードと点火時期遅角モードの各フラグがOFFにされ、ステップ632にて各カウンタが初期化されてステップ633に進み、運転状態に応じた燃焼モードに戻されて処理を完了する。
【0051】
以上のようにこの実施の形態による内燃機関の排気浄化装置においては、昇温許可判定がなされ、昇温モードが確立すると追加噴射が実施され、追加噴射でN0x吸蔵触媒13の温度が所定値まで昇温すると昇温維持のための点火時期の遅角と、昇温維持のための追加噴射とが交互に繰り返されることとなり、点火時期の遅角のみでは昇温維持ができないような運転状態においてもNOx吸蔵触媒13の温度をSOx放出可能な温度に維持することができ、また、最初の昇温のための追加噴射期間を短縮して排気ガスの悪化や三元触媒11の過昇温をより効果的に防止することが可能になるものである。
【0052】
実施の形態2.
図7は、この発明の実施の形態2による内燃機関の排気浄化装置の動作を説明するフローチャートであり、実施の形態1にて説明した図6と同一動作部分には同一ステップ番号が付与されている。この実施の形態による内燃機関の排気浄化装置は、実施の形態1による内燃機関の排気浄化装置に対し、昇温モード時と昇温維持モード時とにおける追加噴射実施期間の設定法と、昇温維持モード時における点火時期遅角実施期間の設定方法とを変更したものである。
【0053】
図7のフローチャートにおいて、ステップ601からステップ606までは上記の実施の形態1と同一処理である。すなわち、ステップ601は各センサからの信号により内燃機関1の運転状態を検出するものであり、ステップ602はNOx吸蔵触媒13に吸着したSOx吸着量の推定を行うものであり、ステップ603は運転状態の検出とSOx吸着量の推定とからN0x吸蔵触媒13の昇温許可判定を行うものである。また、ステップ604では昇温モードフラグが確立されているかどうかを判定し、確立されていなければステップ605に進んで昇温維持モードフラグが確立されているかどうかを判定し、いずれもが確立されていなければステップ606にて昇温モードフラグを確立するものであり、詳細は実施の形態1と同一である。
【0054】
昇温モードフラグが確立されるとステップ607aにて追加噴射の実施期間αを決定するが、この実施の形態における実施期間αの決定は、実施の形態1の場合の予め実験的に求めたマップの検索とは異なり、参考形態2にて説明したように、N0x吸蔵触媒13の温度を目標温度Tlntまで昇温するために必要な噴射期間αを、追加噴射される燃料の発熱量により演算する。すなわち、上記した(2)式により噴射期間αを設定するものである。ステップ607aにて追加噴射の実施期間αが設定されると、ステップ608からステップ614までは実施の形態1の場合と同様の処理が行われ、その詳細は実施の形態1にて説明した通りである。
【0055】
この実施の形態では後述するように、昇温維持モードにおける点火時期遅角の実施期間の設定法が実施の形態1の場合とは異なるため、ステップ614にて昇温維持時の点火時期遅角モードフラグをONに設定すると点火時期遅角の実施期間を設定することなく今回のルーチンを終了してスタートに戻る。ステップ605において昇温維持モードが確立されている場合、実施の形態1の場合と同様にステップ617に進み、ここで追加噴射モードが確立されていなければステップ618に進んで点火時期の遅角量や燃料の噴射量を設定して点火時期遅角を実施するが、続いてステップ701に進み、ここでは点火時期の遅角を継続するかどうかを判定する。
【0056】
ステップ701での判定は、制御手段16がN0x吸蔵触媒13の温度に対する点火時期遅角制御の許可温度を記憶しており、N0x吸蔵触媒13の温度と許可温度とを比較することにより行われる。すなわち、N0x吸蔵触媒13の温度が許可温度より大きければステップ701にてルーチンを終了してスタートに戻り、点火時期の遅角による昇温維持モードを継続する。N0x吸蔵触媒13の温度が許可温度より低下すればステップ621に進んで点火時期遅角モードフラグをOFFにし、ステップ622にて追加噴射モードフラグをONにする。ここではN0x吸蔵触媒13の温度から点火時期遅角モードでは温度の維持ができないと判断して追加噴射モードに切り換えるものである。
【0057】
ステップ622にて追加噴射モードフラグがONになるとステップ623aにて昇温モード時の追加噴射実施期間γを決定するが、ここでの決定法は上記のステップ607aと同様に、噴射期間γを追加噴射される燃料の発熱量から演算する。そして、ステップ624にて追加噴射のカウンタにこのγの値を設定してスタートに戻り、次回のルーチンでは追加噴射モードフラグがONになっているため、ステップ617からステップ625に進んで実施の形態1の場合と同様に追加噴射を実施する。ただし、実施の形態1と比較して、昇温維持モードでは上記のように点火時期遅角実施期間がN0x吸蔵触媒13の温度により判定されるため、点火時期遅角のカウンタ設定(図3のステップ630)は行われず、また、このカウンタのデクリメント処理(図3のステップ619)も行われない。
【0058】
以上のようにこの実施の形態による内燃機関の排気浄化装置においては、追加噴射の噴射期間を、追加噴射される燃料の発熱量により演算するので、より精度良く追加噴射の実施期間を決定することができ、排気ガスの悪化や燃焼状態の悪化を抑制すると共に、三元触媒11の過昇温を防止でき、昇温維持モードにおいて点火時期遅角から追加噴射への切替をN0x吸蔵触媒13の温度を指標にフィードバック的に行うので、N0x吸蔵触媒13の温度制御精度が向上し、処理が簡略化できると共に、内燃機関にバラツキがあってもこれを吸収して確実なSOxの放出が可能になるものである。
【0059】
参考形態3.
参考形態3による内燃機関の排気浄化装置は、参考形態1および2の内燃機関の排気浄化装置に対してN0x吸蔵触媒13が吸着するSOxの吸着量推定値に応じてN0x吸蔵触媒13の温度制御値を変えるようにしたものである。参考形態1にて説明した図2のフローチャートにおいて、ステップ202にてSOxの吸着量を推定するとき、その吸着量に応じたN0x吸蔵触媒13の目標温度を設定する。この目標温度はSOx吸着量の推定値が大であるほど高い値に設定される。
【0060】
また、図2のステップ207においては、追加噴射実施期間αがSOx吸着量に応じて設定された目標温度に対して決定される。すなわち、SOx吸着量が多いほどαの値が大きく決定され、N0x吸蔵触媒13の加熱時間が延長される。このときの追加噴射実施期間αの決定は、制御手段16に参考形態1にて説明した追加噴射実施期間のマップが目標温度毎に格納されており、このマップを切り換えることによりなされる。
【0061】
このように追加噴射実施期間αを決定することにより、N0x吸蔵触媒13に吸着したSOxの量が多いときでも放出速度を速くして短時間での放出が可能になるものである。なお、参考形態2の場合については上記の(2)式にて示した三元触媒の目標温度Ttwcの値をSOx吸着量に対応して変更することにより、同様の効果を得ることができるものである。
【0062】
実施の形態3.
図8は、この発明の実施の形態3による内燃機関の排気浄化装置の動作を説明する特性図であり、この実施の形態による内燃機関の排気浄化装置は、実施の形態1および2の内燃機関の排気浄化装置に対して参考形態3の場合と同様に、SOxの吸着量推定値に応じてN0x吸蔵触媒13の温度制御値を変えるようにしたものである。
【0063】
実施の形態1および2にて説明した図6と図7のフローチャートにおいて、ステップ602にてSOxの吸着量を推定するとき、参考形態3の場合と同様にその吸着量に応じたN0x吸蔵触媒13の目標温度を設定する。また、図6のフローチャートにおいてはステップ615にて昇温維持時の点火時期遅角の実施期間θを決定するとき、SOxの吸着量推定値に応じた複数のマップを準備しておき、SOxの吸着量推定値に応じてマップを選択して使用する。また図7のフローチャートにおいてはステップ701において制御手段16がN0x吸蔵触媒13の温度に対する点火時期遅角制御の許可温度を複数記憶しており、この許可温度をSOx吸着量推定値に応じて選択して使用する。
【0064】
図8はこのような温度制御を表すものであり、SOx吸着量推定値が少ない場合にはステップ607における追加噴射実施期間αの設定をN0x吸蔵触媒13の温度がt1になる時間を選択し、温度がt1に達すると点火時期遅角による昇温維持モードに移行する。そして、N0x吸蔵触媒13の温度がt2まで低下すると昇温維持モードによる追加噴射に移行し、追加噴射をN0x吸蔵触媒13の温度がt1になるまで継続するようにステップ623におけるγの設定と、ステップ615におけるθの設定およびステップ701における許可温度の設定を行う。
【0065】
また、SOx吸着量推定値が大きい場合には、ステップ607における追加噴射実施期間αの設定をN0x吸蔵触媒13の温度がt1より高いt3になる時間を選択し、つまり時間を長くし、温度がt3に達すると点火時期遅角による昇温維持モードに移行する。N0x吸蔵触媒13の温度がt2より高いt4まで低下すると昇温維持モードによる追加噴射に移行し、追加噴射をN0x吸蔵触媒13の温度がt3になるまで継続する。このようにステップ623におけるγの設定と、ステップ615におけるθの設定およびステップ701における許可温度の設定を行うものである。
【0066】
以上のように、昇温時における目標温度と昇温維持時の下限温度とを制御することにより、N0x吸蔵触媒13に吸着したSOxの量が多いときでも放出速度を速くして短時間での放出が可能になるものであり、排気ガスの悪化や触媒の過昇温、燃焼の悪化などを抑制することが可能になるものである。
【0067】
実施の形態4.
実施の形態4による内燃機関の排気浄化装置は、以上に説明した各実施の形態の内燃機関の排気浄化装置において、N0x吸蔵触媒13が吸着するSOxの吸着量推定値に応じてN0x吸蔵触媒13の温度維持時間を変えるようにしたものである。参考形態1および2については、参考形態3の場合と同様に追加噴射の実施期間αを設定し、SOxの吸着量推定値が大きいほど目標温度を高くすることにより温度維持時間の延長を図ると共に、ステップ203による不許可判定までの時間を長くする。実施の形態1および2の場合については、ステップ603にて判定する昇温維持モードの時間をSOxの吸着量推定値に対応して制御するもので、このように制御することにより触媒の温度を過昇温にすることなく効果的にSOxを放出することが可能になるものである。
【0068】
なお、以上に説明した各実施の形態においては三元触媒11の温度やN0x吸蔵触媒13の温度などを空燃比センサ10の出力や排気温センサ12の値から推測するように説明したが、当然のことながら各触媒に温度センサを設けることも可能であり、内燃機関の回転速度や負荷の量など運転状態をパラメータとして推測することもできるものである。
【0069】
【発明の効果】
以上に説明したように、この発明による内燃機関の排気浄化装置において、請求項1に記載の発明によれば、内燃機関の燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射手段と、この燃料を点火する点火手段と、排気通路に設けられたNOx吸蔵触媒と、燃料噴射量と噴射時期、および、点火時期を制御する制御手段とを備え、制御手段がNOx吸蔵触媒に吸着したSOxの吸着量を推定し、SOxの吸着量が所定値を越えたと判定したとき、内燃機関の燃焼行程または排気行程において燃料を所定の期間追加噴射してNOx吸蔵触媒を所定の温度まで昇温させると共に、追加噴射の完了後所定の期間、点火時期の遅角と前記追加噴射とを交互に実施してNOx吸蔵触媒の温度を維持するようにしたので、燃料の追加噴射時間を短縮しながらNOx吸蔵触媒の充分な昇温と温度維持とが可能になり、燃料の追加噴射に伴う排気ガスの悪化や燃焼状態の悪化を抑制し、三元触媒の過昇温を防止するなど、優れた効果を得ることができるものである。
また点火時期の遅角のみでは昇温維持ができないような運転状態においてもNOx吸蔵触媒の温度をSOx放出可能な温度に維持することができるものである。
【0070】
また、請求項2に記載の発明によれば、請求項1の発明において、追加噴射を行う所定の期間を、内燃機関の運転状態に対応して決定するようにしたので、運転状態の差によるNOx吸蔵触媒の昇温に過不足がなくなり、確実にSOxを放出しながら排気ガスや燃焼状態の悪化を抑制し、三元触媒の過昇温を防止することができるものである。
さらに、請求項3に記載の発明によれば、追加噴射を行う所定の期間が、追加噴射される燃料の一回当たりの噴射量から算出されるようにしたので、NOx吸蔵触媒の温度を精度良く制御することができ、精度の向上分、排気ガスや燃焼状態の悪化を抑制することができるものである。
【0071】
さらにまた、請求項4に記載の発明によれば、追加噴射を行う所定の期間を、NOx吸蔵触媒を所定の温度まで昇温させるのに必要な熱量と、追加噴射される燃料の発熱量とから算出するようにしたので、NOx吸蔵触媒の温度をより精度良く制御することができ、排気ガスや燃焼状態の悪化を抑制しながら確実にSOxを放出することができるものである。
また、請求項5に記載の発明によれば、請求項3および4の発明において、追加噴射を行う所定の期間を、内燃機関の運転状態に対応して補正するようにしたので、NOx吸蔵触媒の温度をさらにより精度良く制御することができ、排気ガスや燃焼状態の悪化を抑制することができるものである。
【0072】
さらに、請求項6に記載の発明によれば、請求項3および4の発明において、追加噴射を行う所定の期間を、内燃機関の排気ガス温度に応じて補正するようにしたので、NOx吸蔵触媒の温度をさらに精度良く制御することができ、排気ガスや燃焼状態の悪化を抑制し、三元触媒の過昇温が防止できるものである。
【0073】
さらにまた、請求項7に記載の発明によれば、追加噴射によりNOx吸蔵触媒を所定の温度まで昇温させるときの所定の温度が、NOx吸蔵触媒に吸着されたSOxの吸着量に対応して決定されるようにしたので、SOxの吸着量に応じてNOx吸蔵触媒の温度が制御され、SOxの吸着量が多いときでも短時間にその放出が可能になるものである。
【0074】
また、請求項8に記載の発明によれば、追加噴射によりNOx吸蔵触媒を所定の温度まで昇温し、追加噴射完了後に、点火時期の遅角と追加噴射とを交互に、それぞれの所定期間毎に繰り返すことにより、NOx吸蔵触媒の温度を維持するようにしたので、点火時期の遅角のみでは昇温維持ができないような運転状態においてもNOx吸蔵触媒の温度をSOx放出可能な温度に継続して維持することができ、追加噴射の継続時間は短縮されるので排気ガスや燃焼状態の悪化を抑制できるものである。
また、請求項9に記載の発明によれば、請求項8の発明において、点火時期の遅角を行う所定の期間と追加噴射を行う所定の期間を、内燃機関の運転状態に対応して決定するようにしたので、運転状態によりNOx吸蔵触媒の温度低下の時定数が変動しても的確に追加噴射に移行でき、SOxの放出不完全や三元触媒の過昇温を防止することができるものである。
さらに、請求項10に記載の発明によれば、請求項8の発明において、点火時期遅角を行う所定の期間と追加噴射を行う所定の期間を、NOx吸蔵触媒に吸着されたSOxの吸着量に対応して決定するようにしたので、三元触媒の温度を過昇温にすることなく、効果的にSOxを放出することが可能になるものである。
【0075】
さらにまた、請求項11に記載の発明によれば、請求項8の発明において、点火時期の遅角をNOx吸蔵触媒の温度が所定値に低下するまでの期間実施し、NOx吸蔵触媒の温度が所定値に低下したときにはNOx吸蔵触媒の温度を維持するための追加噴射に移行するようにしたので、NOx吸蔵触媒の維持温度精度が向上し、SOxの放出が短時間化されると共に、内燃機関のバラツキを吸収した制御ができ、温度維持のための追加噴射を必要時のみとして排気ガスや燃焼状態の悪化を抑制することができるものである。
【0076】
また、請求項12に記載の発明によれば、請求項11の発明において、NOx吸蔵触媒温度の所定値を、NOx吸蔵触媒に吸着されたSOxの吸着量に対応して決定するようにしたので、SOxの吸着量に対応してNOx吸蔵触媒の温度を制御でき、SOxの吸着量が多いときでも短時間にSOxの放出が可能になるものである。
【0078】
また、この発明による内燃機関の排気浄化法において、請求項13に記載の発明によれば、内燃機関の燃焼室に燃料噴射手段を設けて燃料を噴射し、点火手段によりこれを点火すると共に、排気ガスの通路にNOx吸蔵触媒を設けてNOxの吸蔵と還元を行う内燃機関において、NOx吸蔵触媒に吸着するSOxの吸着量が所定値を越えたと推定されたとき、内燃機関の燃焼行程または排気行程において燃料を追加噴射してNOx吸蔵触媒を所定の温度まで昇温させると共に、NOx吸蔵触媒の昇温後は点火手段による点火時期の遅角と前記追加噴射とを交互に行って、NOx吸蔵触媒の温度を維持することによりNOx吸蔵触媒からSOxを放出させるようにしたので、燃料の追加噴射時間を短縮しながらNOx吸蔵触媒の昇温と温度維持とが可能になり、燃料の追加噴射に伴う排気ガスの悪化や燃焼状態の悪化を抑制し、三元触媒の過昇温を防止することができるものである。また内燃機関の運転状態に関わらず、NOx吸蔵触媒の温度をSOx放出可能な温度に維持することができるものである。
【0079】
さらに、請求項14に記載の排気浄化法によれば、追加噴射の実施期間を、NOx吸蔵触媒温度を所定値まで昇温させるのに必要な熱量と、追加噴射される燃料の発熱量とから算出するようにしたので、NOx吸蔵触媒の温度を精度良く制御でき、排気ガスや燃焼状態の悪化を抑制しながら確実にSOxを放出することができるものである。
【0081】
また、請求項15に記載の排気浄化法によれば、温度を維持するための点火時期の遅角を、NOx吸蔵触媒温度が所定値に低下するまで継続し、この温度が所定値に低下したときには追加噴射により再び昇温するようにしたので、NOx吸蔵触媒の維持温度精度が向上し、SOxの放出が短時間化されると共に、内燃機関のバラツキを吸収した制御ができるものである。
【0083】
さらに、請求項16に記載の排気浄化法によれば、追加噴射によりNOx吸蔵触媒を所定の温度まで昇温させるときの追加噴射の実施期間、または/および、温度を維持するときの点火時期遅角と追加噴射との実施期間を、NOx吸蔵触媒に吸着されたSOxの吸着量に対応して決定するようにしたので、請求項18と同様に、SOxの吸着量に対応してNOx吸蔵触媒の温度を制御でき、SOxの吸着量が多いときでも短時間にSOxの放出が可能になり、また、三元触媒やNOx吸蔵触媒の温度を抑制しながらSOxの放出が可能になるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の基本的な概念を理解するための参考形態1による内燃機関の排気浄化装置の構成図である。
【図2】参考形態1による内燃機関の排気浄化装置の動作を説明するフローチャートである。
【図3】参考形態1による内燃機関の排気浄化装置の動作特性の説明図である。
【図4】この発明の基本的な概念を理解するための参考形態2による内燃機関の排気浄化装置の補正係数の説明図である。
【図5】参考形態2による内燃機関の排気浄化装置の補正係数の説明図である。
【図6】この発明の実施の形態1による内燃機関の排気浄化装置の動作を説明するフローチャートである。
【図7】この発明の実施の形態2による内燃機関の排気浄化装置の動作を説明するフローチャートである。
【図8】この発明の実施の形態3による内燃機関の排気浄化装置の動作を説明する特性図である。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust emission control device and a purification method for an internal combustion engine having a function of regenerating NOx storage catalyst from sulfur oxide poisoning.
[0002]
[Prior art]
In a lean-burn internal combustion engine that burns an air-fuel mixture that is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio, an exhaust gas purification device that uses a NOx storage catalyst is used to purify NOx that is exhausted. This purification device absorbs N0x exhausted during the lean operation of the internal combustion engine, and switches the air-fuel ratio to rich every predetermined period to reduce the oxygen concentration in the exhaust gas, thereby being stored in the N0x storage catalyst. N0x is released and reduction treatment is performed to purify the exhaust gas.
[0003]
The exhaust gas of the internal combustion engine contains sulfur oxide (hereinafter referred to as SOx), and this SOx is adsorbed by the NOx storage catalyst together with NOx. Since SOx adsorbed on the N0x storage catalyst is not released even when the air-fuel ratio is switched to rich, the adsorption amount increases with the operation time, and the N0x storage function by the N0x storage catalyst is lowered. In order to prevent this, it is necessary to raise the temperature of the NOx storage catalyst and release SOx, and fuel injection is additionally performed in the combustion stroke and exhaust stroke in addition to the intake stroke and compression stroke, or ignition is performed. The exhaust gas temperature was raised by delaying the timing, and SOx was released from the NOx storage catalyst.
[0004]
Such a technique is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-100168 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-107813. In the in-cylinder injection internal combustion engine in which the fuel directly injected into the cylinder is ignited and burned, the technique disclosed in the former performs the first fuel injection in the compression stroke, and the first to the middle of the combustion stroke. By performing the second additional injection and igniting the fuel by this additional injection by the flame propagation of the fuel by the first injection, the temperature of the exhaust gas is increased without causing the ignition device to operate repeatedly. The catalyst is activated by the above-mentioned, and either the second additional injection or the retard of the ignition timing is selected according to the operating condition of the internal combustion engine, and the second is performed. When the third additional injection is selected, the third additional injection is performed as necessary.
[0005]
The technique disclosed in the latter has a mode in which the combustion control means injects fuel in two steps, that is, an intake stroke and a combustion stroke, and the operation of the internal combustion engine is performed when SOx is released from the NOx storage catalyst. The exhaust gas temperature is raised by selectively performing either the fuel injection divided into two according to the conditions or the ignition timing retardation control, and the temperature of the NOx storage catalyst is increased by the exhaust gas temperature. The temperature is increased to a temperature necessary for releasing SOx.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
Thus, when the temperature of the NOx storage catalyst is raised by performing additional injection of fuel in the combustion stroke, the main injection is performed particularly in the compression stroke as disclosed in JP-A-8-1000063. In the case of additional injection in the combustion stroke, there is a problem that smoke is generated, so the injection amount in the compression stroke is limited, the injection amount in the combustion stroke must be increased, and the unburned fuel Is easy to be discharged. For this reason, when a three-way catalyst is arranged upstream of the NOx storage catalyst in the exhaust path, the temperature of the three-way catalyst rises abnormally due to the reaction between the three-way catalyst and unburned fuel, and the heat-resistant temperature limit There is a risk of damage beyond that.
[0007]
Further, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-107813, smoke is not generated when fuel is injected in two steps, that is, an intake stroke and a combustion stroke. Although the amount can be reduced to suppress an abnormal increase in the temperature of the three-way catalyst due to unburned fuel, the air-fuel ratio by intake stroke injection is set as lean as possible to raise the temperature of the NOx storage catalyst. There is a problem that the combustion becomes unstable and the rotational fluctuation of the internal combustion engine increases, and the temperature rise effect and the combustion state change greatly due to a slight change in the air-fuel ratio.
[0008]
The additional injection of fuel in the combustion stroke has a greater effect of increasing the temperature of the NOx storage catalyst compared to the retarding control of the ignition timing, and is used for increasing the temperature at low revolutions and low loads when the exhaust gas temperature is low. If the injection timing and injection amount are not controlled to the optimum values, phenomena such as deterioration of exhaust gas and abnormal temperature rise of the three-way catalyst appear. In addition, during the period until SOx is released, the temperature of the NOx storage catalyst must be maintained at a temperature necessary for releasing SOx (usually 600 ° C or higher), and this temperature is maintained by additional injection. Therefore, it is necessary to continue the additional injection until the SOx release is completed, and the implementation period of the additional injection becomes long. In the actual vehicle running state, even if the vehicle is running at a constant speed, if the implementation period of additional injection becomes long in this way, it is possible to avoid the exhaust gas from deteriorating or the temperature of the three-way catalyst to rise abnormally. It was not.
[0009]
The present invention has been made to solve such a problem. While obtaining a large temperature rise effect of the NOx storage catalyst by additional injection, the exhaust gas deteriorates, the abnormal temperature rise of the three-way catalyst, and further, the combustion state An object of the present invention is to obtain an exhaust gas purification apparatus and method for an internal combustion engine capable of preventing deterioration.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
  An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention includes a fuel injection means for injecting fuel into a combustion chamber of the internal combustion engine, an ignition means for igniting fuel in the combustion chamber, and a NOx storage catalyst provided in an exhaust passage of the internal combustion engine. And a control means for controlling the fuel injection amount and fuel injection timing of the fuel injection means and the ignition timing of the ignition means. The control means estimates the amount of SOx adsorbed on the NOx storage catalyst, When it is determined that the amount of adsorption exceeds a predetermined value, fuel is additionally injected for a predetermined period in the combustion stroke or exhaust stroke of the internal combustion engine to raise the NOx storage catalyst to a predetermined temperature.Set to heating modeThe ignition timing for a predetermined period after the completion of the additional injectionAlternately retard and additional injectionMaintain the temperature of the NOx storage catalystTemperature rising maintenance modeIt is what you do.
[0011]
Further, the predetermined period for performing the additional injection is determined in accordance with the operating state of the internal combustion engine.
Further, the predetermined period for performing the additional injection is calculated from the injection amount per one time of the fuel to be additionally injected.
Furthermore, the predetermined period for performing the additional injection is calculated from the amount of heat required to raise the temperature of the NOx storage catalyst to a predetermined temperature and the amount of heat generated by the additionally injected fuel.
Further, the predetermined period for performing the additional injection is corrected in accordance with the operating state of the internal combustion engine.
[0012]
Further, the predetermined period for performing the additional injection is corrected according to the exhaust gas temperature of the internal combustion engine.
Further, the additional injection is performed separately when the temperature of the NOx storage catalyst is raised and when the temperature is maintained after the temperature rise, and after the temperature of the NOx storage catalyst reaches the target value due to the additional injection during the temperature rise. The temperature of the NOx storage catalyst is maintained by alternately repeating the ignition timing retard and the additional injection every predetermined period.
Further, the predetermined period during which the ignition timing is retarded is determined in accordance with the operating state of the internal combustion engine.
[0013]
Further, the predetermined period during which the ignition timing is retarded is determined in accordance with the amount of SOx adsorbed on the NOx storage catalyst.
Furthermore, the ignition timing is retarded for a period of time until the temperature of the NOx storage catalyst decreases to a predetermined value, and when the temperature of the NOx storage catalyst decreases to a predetermined value, an additional is added to maintain the temperature of the NOx storage catalyst. It is intended to shift to injection.
Further, the predetermined value of the NOx storage catalyst temperature that determines the retarding period of the ignition timing is determined in accordance with the adsorption amount of SOx adsorbed on the NOx storage catalyst.
[0014]
Further, the predetermined temperature when the NOx storage catalyst is raised to a predetermined temperature by additional injection is determined in accordance with the adsorption amount of SOx adsorbed on the NOx storage catalyst.
Furthermore, the ignition timing retardation for maintaining the temperature of the NOx storage catalyst, or the ignition timing retardation for maintaining the temperature and the implementation period of the additional injection are the amounts of SOx adsorbed on the NOx storage catalyst. It is determined correspondingly.
[0015]
  In addition, the exhaust gas purification method for an internal combustion engine according to the present invention provides a fuel injection means in a combustion chamber of the internal combustion engine to inject fuel, ignites this by the ignition means, and a NOx storage catalyst in the exhaust gas passage. In an internal combustion engine that stores and reduces NOx, when it is estimated that the amount of SOx adsorbed on the NOx storage catalyst exceeds a predetermined value, additional fuel is injected during the combustion stroke or exhaust stroke of the internal combustion engine to store NOx. Raise the catalyst to a certain temperatureSet to heating modeAfter the temperature rise of NOx storage catalystIs a pointOf ignition timing by fire meansAlternate retard and additional injectionMaintain the temperature of the NOx storage catalystTemperature rise maintenance modeThus, SOx is released from the NOx storage catalyst.
[0016]
Furthermore, the execution period of the additional injection is calculated from the amount of heat required to raise the NOx storage catalyst temperature to a predetermined value and the heat generation amount of the additionally injected fuel.
Further, the additional injection is divided into a temperature rising time and a temperature maintaining time of the NOx storage catalyst, and after completing the additional injection at the time of the temperature rising, the retard of the ignition timing and the additional injection for maintaining the temperature are performed. Are alternately performed to maintain the temperature of the NOx storage catalyst.
[0017]
In addition, the retard of the ignition timing for maintaining the temperature is continued until the NOx storage catalyst temperature decreases to a predetermined value, and when the NOx storage catalyst temperature decreases to the predetermined value, the temperature is increased again by additional injection. Is.
Furthermore, the NOx storage catalyst is adsorbed during the additional injection period when the NOx storage catalyst is heated to a predetermined temperature by additional injection, and / or the ignition timing retard period for maintaining the temperature. It is determined according to the amount of adsorption of SOx.
Furthermore, the NOx occlusion period is defined as the period for performing the additional injection when the NOx occlusion catalyst is heated to a predetermined temperature by the additional injection, and / or the period for performing the ignition timing retardation and the additional injection for maintaining the temperature. This is determined according to the amount of SOx adsorbed on the catalyst.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Reference Form 1
  FIG. 1 shows the present invention.Shown as reference form 1 to understand the basic concept of1 is a configuration diagram of an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, and illustrates the configuration by extracting one cylinder of a multi-cylinder internal combustion engine. FIG. FIG. 2 is a flow chart for explaining the operation of the control means 16, and FIG. 3 is a characteristic explanatory view for explaining the execution period of the additional injection.
[0019]
In FIG. 1, an air flow sensor 3 and a throttle valve 4 are provided in an intake passage 2 of the internal combustion engine 1, and the intake air amount is controlled by the throttle valve 4 and introduced into the combustion chamber 5. Is measured by the air flow sensor 3, and the opening of the throttle valve 4 is measured by the throttle opening sensor 6. The combustion chamber 5 is provided with an injector 7 as fuel injection means and a spark plug 8 as ignition means. Fuel is injected from the injector 7 into the intake air to form an air-fuel mixture. The ignition plug 8 is ignited at the ignition timing.
[0020]
In the exhaust passage 9 of the internal combustion engine 1, an air-fuel ratio sensor 10 that measures the air-fuel ratio of the air-fuel mixture from the upstream side, a three-way catalyst 11 that purifies exhaust gas by oxidizing hydrocarbons, and the temperature of the exhaust gas are measured. An exhaust gas temperature sensor 12 that performs this process and an N0x storage catalyst 13 that adsorbs N0x and performs a reduction process at a predetermined timing are provided. Further, the rotation angle and rotation speed of the crankshaft 14 of the internal combustion engine 1 are measured by a crank angle sensor 15, and the airflow sensor 3, throttle opening sensor 6, air-fuel ratio sensor 10, exhaust temperature sensor 12, crank angle sensor 15, and so on. These output signals are input to the control means 16 for controlling the internal combustion engine 1, and the control means 16 controls the internal combustion engine 1 based on the input signals from the sensors.
[0021]
The control means 16 involved in the present invention includes control of the fuel injection amount and injection timing by the injector (fuel injection means) 7 based on each signal input, and control of the ignition timing by the spark plug (ignition means) 8. For this purpose, the control means 16 incorporates arithmetic means, storage means, and the like. When the air-fuel mixture burns in the combustion chamber 5, as described above, N0x is generated particularly in the lean burn state. This NOx is occluded and reduced by the N0x occlusion catalyst 13, but SOx is simultaneously generated by combustion and adsorbed to the N0x occlusion catalyst 13 to lower the NOx occlusion function. In order to release the SOx, the control means 16 additionally injects fuel in the combustion stroke or exhaust stroke of the internal combustion engine to raise the temperature of the NOx storage catalyst 13, and in order to maintain this temperature, the ignition timing is retarded, etc. Is to do.
[0022]
As described above, the exhaust passage 9 is provided with the three-way catalyst 11 on the upstream side and the N0x storage catalyst 13 on the downstream side. When fuel is additionally injected to raise the temperature of the N0x storage catalyst 13, The three-way catalyst 11 and the exhaust gas are heated by the reaction between the fuel and the three-way catalyst 11, and this heat is transmitted to the downstream N0x storage catalyst 13 to raise the temperature of the N0x storage catalyst 13. Although the temperature difference between the three-way catalyst 11 and the N0x storage catalyst 13 differs depending on the operation state of the internal combustion engine 1, the temperature difference between the two operation states is obtained in advance, and the SOx release temperature of the N0x storage catalyst 13 is set as the target temperature. When the target temperature of the three-way catalyst 11 for bringing the N0x storage catalyst 13 to this temperature is Ttwc, if the temperature of the three-way catalyst 11 is controlled to Ttwc, the N0x storage catalyst 13 will rise in temperature. SOx will be released. The operation will be described below.
[0023]
FIG. 2 is a flowchart showing an operation related to the release of SOx in the control operation by the control means 16, and the processing of this flowchart is a set cycle of fuel injection for each cylinder of the internal combustion engine 1, for example, a predetermined crank angle. It is repeated every time. In FIG. 2, when the routine is started, first, at step 201, the control means 16 reads signals from each sensor and detects the operating state of the internal combustion engine 1. Here, the rotational speed from the output of the crank angle sensor 15 and the amount of load are detected from the output of the airflow sensor 3 and the like, and the exhaust gas temperature of the internal combustion engine 1 is estimated from the output of the air-fuel ratio sensor 10, and these parameters And the temperature of the three-way catalyst 11 and the temperature of the NOx storage catalyst 13 are estimated from the output of the exhaust temperature sensor 12.
[0024]
Next, in step 202, the SOx adsorption amount is estimated. The estimation of the SOx adsorption amount is performed, for example, by integrating the integrated value of the fuel injection pulse during the lean burn operation of the internal combustion engine, that is, the fuel injection amount. Subsequently, the routine proceeds to step 203, where the temperature rise permission determination of the N0x storage catalyst 13 is performed based on the detection of the above operating state and the estimation of the SOx adsorption amount. This temperature increase permission determination is based on whether the N0x storage catalyst 13 is in a region where the temperature can be increased from the operating state, whether the operating state is in a steady state, or whether the SOx adsorption amount exceeds a predetermined value. Is to be done.
[0025]
If the temperature increase permission determination is made in step 203, it is determined in step 204 whether or not the additional injection mode flag has been established. If not, the routine proceeds to step 205 and the ignition timing retard mode flag is established. Determine whether or not. If both steps 204 and 205 are not established, the SOx release is started from this routine. Therefore, the process proceeds to step 206 to establish the additional injection mode flag, and then the additional injection is performed in step 207. The period α, that is, the number of additional injection cycles is determined.
[0026]
This additional injection execution period α is a period until the temperature of the NOx storage catalyst 13 reaches the SOx dischargeable temperature Tlnt, in other words, a period until the three-way catalyst 11 reaches the target temperature Ttwc. The implementation period α is determined to be implemented. This determination is made by storing a characteristic map as shown in FIG. 3 in the control means 16 and searching for the value of α according to the operating conditions. The map in FIG. 3 is obtained by experimentally obtaining the additional injection execution period α according to the respective values using the rotational speed and load of the internal combustion engine 1 as parameters, and this map shows the temperature of each catalyst according to the operating state. Since the temperature difference between the two catalysts is different, a plurality of maps are prepared for each operation mode (stoichiometric, lean state, etc.). The control means 16 selects a map according to the operation state immediately before the start of control, searches the selected map for the execution period α of the additional injection using the rotation speed and load of the internal combustion engine 1 as parameters, and executes them. As shown in FIG. 3, the value of α increases as the rotational speed is low and the load is low.
[0027]
When the additional injection execution period α is determined in step 207, the process proceeds to step 208 where the additional injection execution period α is set in the additional injection counter, and in step 209 the additional injection is executed. The additional injection is performed in the combustion stroke or the exhaust stroke of the internal combustion engine 1, but the map is previously controlled by the map so that the amount of additional injection (fuel amount) does not deteriorate exhaust gas or combustion depending on the operating state. 16 and is searched using the rotational speed and load of the internal combustion engine 1 at the time of performing the additional injection as parameters.
[0028]
After performing the additional injection, the process proceeds to step 210, and the additional injection counter set in step 208 is decremented. Then, the process proceeds to step 211, where it is determined whether or not the additional injection counter has become zero, and if it is not zero, the routine of this time is terminated assuming that additional injection is being performed, and the routine is repeated. If the additional injection counter is zero, it is determined that the additional injection is completed, and the process proceeds to step 212. The additional injection mode flag is set to the OFF state, and the process proceeds to step 213. In step 213, the ignition timing retard mode flag is set to ON and the process returns to the start.
[0029]
In the above routine, if additional injection is being performed, the additional injection mode flag is ON in step 204, so the routine jumps from step 204 to step 209, and steps 209 to 213 are executed. become. If the ignition timing retard mode flag is ON in step 205, the routine proceeds to step 214, where the ignition timing retard amount and fuel injection amount at which the temperature of the NOx storage catalyst 13 is maintained are set. End this routine and return to the start. The control constants such as the retard amount of the ignition timing and the fuel injection amount are stored in advance in the control means 16 so that the exhaust gas and combustion do not deteriorate depending on the operating state, and the internal combustion engine when the retard control is performed. The search is performed using the rotation speed and load of 1 as parameters.
[0030]
In addition, when the SOx adsorbed by the NOx storage catalyst 13 is released during the routine and becomes equal to or less than a predetermined value, or when the operating state changes during the execution of the additional injection, the behavior becomes transient. In step 203, the determination in step 203 changes to not allowing temperature increase. If a non-permission determination is made, the process proceeds from step 203 to step 215. In step 215, both the additional injection mode flag and the ignition timing retard mode flag are turned OFF, and in step 216, additional injection is performed. The counter is initialized, and further, in step 217, the fuel injection mode suitable for the current operating state is switched.
[0031]
  As explained above,Reference form 1In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the above, the temperature increase control of the NOx storage catalyst 13 is performed by additional fuel injection, and this temperature increase control is not performed only by the additional fuel injection, but at a temperature at which SOx can be released. The additional fuel injection is performed until the temperature rises, and after the temperature is raised, the ignition timing is retarded to maintain the SOx dischargeable temperature, so the fuel additional injection period can be shortened. It is possible to suppress the deterioration of exhaust gas and the deterioration of the combustion state due to the additional injection of fuel, and to prevent excessive temperature rise of the three-way catalyst 11.
[0032]
Reference form 2
  4 and 5Is shown as a reference form 2 for understanding another basic concept of the present invention.It is explanatory drawing of the correction coefficient which correct | amends the implementation period of the additional injection used for the exhaust gas purification apparatus of an internal combustion engine,Reference form 2The exhaust gas purification device for an internal combustion engine byReference form 1The method for determining the execution period α of the additional injection in step 207 of FIG. That is, the execution period α of the additional injection necessary for raising the temperature of the N0x storage catalyst 13 to the target temperature Tlnt is calculated and determined from the calorific value of the fuel to be additionally injected.
[0033]
The calorific value Qinj (cal / str) per one cycle stroke of the fuel to be additionally injected (hereinafter simply referred to as “stroke” and expressed as str) is:
Qinj = ((Gair / Af) −Gfuel) × Hgas (1)
Is calculated as
Here, Gair is the amount of intake air (g / str),
Gfuel is the fuel injection amount (g / str),
Hgas is the lower heating value (cal / g) of the fuel,
Af is the total air-fuel ratio of main injection and additional injection,
It is.
[0034]
Raising the temperature of the NOx storage catalyst 13 to the target temperature Tlnt is raising the temperature of the three-way catalyst 11 to the target temperature Ttwc as described in Embodiment 1, and the amount of heat required at this time is increased. By dividing by a calorific value Qinj per one stroke, that is, per additional injection, a necessary additional injection execution cycle can be calculated. However, the heat transfer rate at which the amount of heat generated by the additional injection is transferred to the three-way catalyst 11 varies depending on the operating state, and the heat transfer efficiency decreases as the exhaust flow rate increases, so this must be corrected. FIG. 4 shows the heat transfer correction coefficient Kht for this correction using the rotational speed and load of the internal combustion engine 1 as parameters, and this heat transfer correction coefficient Kht is stored in the control means 16 as a map. .
[0035]
In addition, the temperature of the three-way catalyst 11 and the NOx storage catalyst 13 does not depend only on the amount of heat generated by the fuel due to the additional injection, but also varies depending on the heat transfer coefficient between the exhaust gas of the internal combustion engine 1 and each catalyst. An exhaust temperature correction coefficient Ket for correcting the above is required. FIG. 5 shows the exhaust temperature correction coefficient Ket, which is determined for the difference between the exhaust temperature and the temperature of the three-way catalyst 11 and stored in the control means 16.
[0036]
Taking these correction factors into consideration, the number of additional injection cycles Cyinj can be calculated by the following equation (2). The unit of the number of execution cycles Cyinj is a stroke (str).
Cyinj = (Ttwc-Tr) x Gcal x Ccal / Qinj x Ket x Kht (2)
Where Ttwc is the target temperature of the three-way catalyst (° C)
Tr is the temperature of the three-way catalyst (℃)
Gcal is the weight of the three way catalyst (g)
Ccal is the specific heat of the three-way catalyst (cal / g · ° C)
Ket is the exhaust temperature correction factor
Kht is heat transfer correction coefficient
It is.
[0037]
  in this way,Reference form shown in FIG. 4 and FIG.In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the above, the injection period for performing additional injection in order to raise the temperature of the N0x storage catalyst 13 to the target temperature Tlnt is calculated by the supply amount of the additionally injected fuel, that is, the heat generation amount. Therefore, the execution period of the additional injection can be determined with higher accuracy, the exhaust gas deterioration and the combustion state deterioration can be easily suppressed, and the excessive temperature rise of the three-way catalyst 11 and the like can be prevented. It is something that can be done.
[0038]
ImplementationForm 1.
  FIG. 6 shows the implementation of the present invention.Form 16 is a flowchart for explaining the operation of the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present embodiment. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to this embodiment increases the temperature of the N0x storage catalyst 13 to a predetermined temperature by additional injection, and then maintains the temperature. Further, the ignition timing retardation and the additional injection are alternately performed, and the execution period of the additional injection for maintaining the temperature and the execution period of the ignition timing retardation are stored in the control means 16 as a map. The map is searched according to the operating state of the internal combustion engine 1, the execution periods of the additional injection and the ignition delay are determined, and these are alternately performed. The configuration of the apparatus is the same as that shown in FIG.
[0039]
  Implementation of this inventionForm 1The operation in is as shown in the flowchart of FIG. 6, and the processing of this flowchart is repeatedly performed for each set period of fuel injection for each cylinder of the internal combustion engine 1, for example, every predetermined crank angle. In the figure, when the routine is started, first, at step 601, the control means 16 reads signals from the respective sensors to detect the operating state of the internal combustion engine 1. The detection of this operating state isReference form 1In the same manner as described above, the amount of load is detected from the rotational speed of the internal combustion engine 1 and the output of the air flow sensor 3 and the like, and the exhaust gas temperature of the internal combustion engine 1 is estimated from the output of the air-fuel ratio sensor 10 and these parameters. The temperature of the three-way catalyst 11 and the temperature of the NOx storage catalyst 13 are estimated from the output of the exhaust gas temperature sensor 12.
[0040]
  Then in step 602Reference form 1Similarly, the SOx adsorption amount adsorbed on the NOx occlusion catalyst 13 is estimated, and in step 603, the temperature rise permission determination of the N0x occlusion catalyst 13 is performed based on the detection of the operating state and the estimation of the SOx adsorption amount. This determination isReference form 1It is the same as the case of. If the permission determination is made in step 603, it is determined in step 604 whether or not the temperature increase mode flag is established. If not established, the process proceeds to step 605 to determine whether or not the temperature increase maintenance mode flag is established. To do.
[0041]
Here, the temperature increase mode refers to the target temperature Ttwc of the three-way catalyst 11 disposed upstream of the N0x storage catalyst 13 in order to raise the temperature of the N0x storage catalyst 13 to the target temperature Tlnnt by additional injection. In the temperature increase maintenance mode, additional injection and ignition timing retardation are alternately repeated, and the temperature of the NOx storage catalyst 13 that has been increased in temperature increase mode is made the SOx dischargeable temperature. To maintain. When both the flags are not established and are in the OFF state, it is determined that the temperature raising mode is started from this routine. In step 606, the temperature raising mode flag is turned ON, and in step 607, the additional injection execution period α is determined. That is, the number of additional injection cycles is determined.
[0042]
  The number of cycles of this additional injection is determinedReference form 1In other words, the temperature of the NOx storage catalyst 13 is necessary to raise the temperature to the target temperature Tlnt. In other words, the three-way catalyst 11 arranged upstream is raised to the target temperature Ttwc. The additional injection execution period for each operation state necessary for this is experimentally obtained in advance and stored in a map, and the rotational speed and load of the internal combustion engine are retrieved as parameters and obtained.
[0043]
  When the additional injection execution period α is determined in step 607, the process proceeds to step 608, where the additional injection execution period α is set in the additional injection counter, and in step 609 the additional injection is executed. This additional jet isReference form 1In the same manner as in the above, the combustion stroke or the exhaust stroke of the internal combustion engine 1 is performed, but the amount of additional injection (the amount of fuel) is determined in advance so that the exhaust gas and the combustion are not deteriorated depending on the operating state. It is stored in the control means 16 and is searched using the rotational speed and load of the internal combustion engine 1 at the time of performing the additional injection as parameters. In step 610, the additional injection counter set in step 608 is decremented.
[0044]
Subsequently, the routine proceeds to step 611, where it is determined whether or not the additional injection counter has become zero, and if it is not zero, the routine of this time is terminated assuming that additional injection is being performed, and the routine returns to the start. If the additional injection counter is zero, it is determined that the additional injection in the temperature raising mode is completed, and the process proceeds to step 612. In step 613, the temperature raising mode flag is turned off and the temperature raising maintenance mode is started. Turn on the temperature increase maintenance mode flag. In the temperature increase maintenance mode, first, in order to retard the ignition timing and maintain the temperature, the ignition timing retardation mode flag is set to ON in step 614, and in step 615, the ignition timing retardation execution period θ is set. decide.
[0045]
The execution period θ of the ignition timing retard is determined by experimentally obtaining in advance the period during which the temperature of the NOx storage catalyst 13 can be maintained up to the lower limit value of the SOx release temperature by the retard of the ignition timing, and as a map to the control means 16. It is stored and obtained by searching the rotational speed and load of the internal combustion engine as parameters when the ignition timing is retarded. At this time, the control constants such as the retard amount of the ignition timing and the fuel injection amount are stored in the map by selecting values that have a high temperature rising effect for each operating state and do not deteriorate the behavior. When the ignition timing retard execution period θ is determined in step 615, the routine proceeds to step 616, where the ignition timing retard counter is set to the execution period θ and the process returns to the start.
[0046]
In step 605, the temperature increase maintenance mode flag is established. If the flag is ON, the process proceeds to step 617 to check whether the additional injection mode flag is established. This confirmation is to distinguish between the additional injection mode and the ignition timing retarding mode in the temperature increase maintenance mode. If the additional injection mode flag is established, the process proceeds to step 625, and if not, the ignition timing retarding mode is established. And the process proceeds to step 618. In step 618, the ignition timing retard amount and the fuel injection amount are set by the above map search to execute the ignition timing retard, and the process proceeds to step 619 to decrement the ignition timing retard counter.
[0047]
Next, the routine proceeds to step 620, where it is determined whether or not the ignition timing retard counter is zero, that is, whether or not there is an ignition timing retard execution period, and if there is an implementation period, the process returns to the start. When the routine is repeated and it is determined that the counter is zero and the execution period has ended, the ignition timing retarding mode flag is turned OFF in step 621. Subsequently, in step 622, the additional injection mode flag is turned on to raise the catalyst temperature, and the process proceeds to step 623 to determine the additional injection execution period γ in the temperature rise maintenance mode, and in step 624, the additional injection is performed. The value of γ is set in the counter.
[0048]
The determination of the additional injection execution period γ in the temperature increase maintenance mode is the same as the determination of the additional injection execution period α in the temperature increase mode described above, but the additional injection execution period for each operating state is experimentally obtained in advance. The map is stored in a different map from the additional injection execution period map in the temperature raising mode, and the rotational speed and load of the internal combustion engine 1 are searched and set as parameters. If the value of γ is set in step 624, the current routine is terminated, and the next routine proceeds from step 617 to step 625 until the value of the counter becomes zero.
[0049]
If the additional injection mode flag is ON in step 617, the process proceeds to step 625 as described above. In step 625, the additional injection is performed by setting the injection amount of the additional injection in the temperature increase maintenance mode, Proceeding to 626, the counter for additional injection (set in step 624) is decremented. In step 627, it is determined whether or not the implementation period of the additional injection in the temperature rising maintenance mode has ended. If the counter is not zero, the implementation period has not ended, so the routine returns to the start and the routine is repeated. If the execution period has ended, the routine proceeds to step 628, where the additional injection mode flag is turned OFF.
[0050]
After the additional injection mode flag is turned off in step 628, the routine further proceeds to step 629, where the ignition timing retard mode flag is set to ON, and in step 630, the execution period θ is set in the ignition timing retard counter. Return to the start. In this way, while the temperature increase permission determination is made in step 603, the ignition timing retard execution period θ and the additional injection execution period γ are alternately repeated. When the SOx adsorbed on the N0x storage catalyst 13 is released and becomes a predetermined value or less during the execution of this process, and when the operating state changes and becomes a transient behavior, the determination in step 603 increases. In step 631, the flags of the additional injection mode and the ignition timing retarding mode are turned OFF, the counters are initialized in step 632, and the process proceeds to step 633, where the combustion corresponding to the operating state is performed. Return to mode to complete the process.
[0051]
As described above, in the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to this embodiment, when the temperature increase permission is determined and the temperature increase mode is established, the additional injection is performed, and the temperature of the N0x storage catalyst 13 reaches the predetermined value by the additional injection. When the temperature rises, the retard of the ignition timing for maintaining the temperature rise and the additional injection for maintaining the temperature rise are alternately repeated, and in an operating state where the temperature rise cannot be maintained only by the retard of the ignition timing. In addition, the temperature of the NOx storage catalyst 13 can be maintained at a temperature at which SOx can be released, and the additional injection period for the first temperature increase is shortened, so that the exhaust gas deteriorates or the three-way catalyst 11 overheats. It becomes possible to prevent more effectively.
[0052]
ImplementationForm 2.
  FIG. 7 shows the implementation of the present invention.Form 2FIG. 3 is a flowchart for explaining the operation of the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to FIG.Form 1The same step numbers are assigned to the same operation portions as those in FIG. An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to this embodiment isForm 1Changed the method for setting the additional injection execution period in the temperature rising mode and the temperature rising maintenance mode and the method for setting the ignition timing retarding execution period in the temperature rising maintenance mode for the exhaust gas purification device for the internal combustion engine by Is.
[0053]
  In the flowchart of FIG. 7, steps 601 to 606 are performed as described above.Form 1Is the same process. That is, step 601 detects the operating state of the internal combustion engine 1 based on signals from each sensor, step 602 estimates the SOx adsorption amount adsorbed on the NOx storage catalyst 13, and step 603 indicates the operating state. The temperature increase permission determination of the N0x storage catalyst 13 is performed based on the detection of the NOx and the estimation of the SOx adsorption amount. In step 604, it is determined whether the temperature increase mode flag has been established. If not, the process proceeds to step 605 to determine whether the temperature increase maintenance mode flag has been established. If not, the temperature raising mode flag is established in step 606.Form 1Is the same.
[0054]
  When the temperature increase mode flag is established, the execution period α of the additional injection is determined in step 607a. The determination of the execution period α in this embodiment is as follows.Form 1Unlike the map search that was obtained experimentally in advance,Reference form 2As described above, the injection period α required to raise the temperature of the N0x storage catalyst 13 to the target temperature Tlnt is calculated from the calorific value of the additionally injected fuel. That is, the injection period α is set by the above-described equation (2). When the execution period α of the additional injection is set in step 607a, steps 608 to 614 are executed.Form 1The same processing as in the case ofForm 1As explained in.
[0055]
  In this embodiment, as will be described later, the method for setting the ignition timing retard period in the temperature increase maintenance mode is implemented.Form 1Therefore, if the ignition timing retardation mode flag at the time of maintaining the temperature rise is set to ON in step 614, the current routine is terminated without returning to the ignition timing retardation execution period, and the process returns to the start. If the temperature rising maintenance mode is established in step 605,Form 1In the same way as in step 617, the process proceeds to step 617. If the additional injection mode is not established, the process proceeds to step 618, where the ignition timing retard amount and the fuel injection amount are set and the ignition timing retard is performed. Subsequently, the routine proceeds to step 701, where it is determined whether or not to retard the ignition timing.
[0056]
The determination in step 701 is performed by the control means 16 storing the permitted temperature of ignition timing retardation control with respect to the temperature of the N0x storage catalyst 13 and comparing the temperature of the N0x storage catalyst 13 with the permitted temperature. That is, if the temperature of the N0x storage catalyst 13 is higher than the permitted temperature, the routine is ended in step 701 and the routine returns to the start, and the temperature increase maintenance mode based on the retard of the ignition timing is continued. If the temperature of the NOx storage catalyst 13 falls below the permitted temperature, the routine proceeds to step 621, where the ignition timing retard mode flag is turned off, and at step 622, the additional injection mode flag is turned on. Here, it is determined from the temperature of the NOx storage catalyst 13 that the temperature cannot be maintained in the ignition timing retard mode, and the mode is switched to the additional injection mode.
[0057]
  When the additional injection mode flag is turned ON in step 622, the additional injection execution period γ in the temperature raising mode is determined in step 623a. The determination method here is the same as in step 607a described above. It calculates from the calorific value of the fuel injected. In step 624, the value of γ is set in the additional injection counter and the process returns to the start. In the next routine, since the additional injection mode flag is ON, the process proceeds from step 617 to step 625.Form 1The additional injection is performed in the same manner as in. However, the implementationForm 1In comparison with the temperature increase mode, the ignition timing retardation execution period is determined by the temperature of the NOx storage catalyst 13 as described above, and therefore the ignition timing retardation counter setting (step 630 in FIG. 3) is not performed. Also, the counter decrement process (step 619 in FIG. 3) is not performed.
[0058]
  As described above, in the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to this embodiment, the injection period of the additional injection is calculated based on the heat generation amount of the additionally injected fuel.And thenThe execution period of the additional injection can be determined with higher accuracy, the deterioration of the exhaust gas and the combustion state can be suppressed, the excessive temperature rise of the three-way catalyst 11 can be prevented, and the ignition timing retarded in the temperature increase maintenance mode. Is switched in a feedback manner using the temperature of the NOx storage catalyst 13 as an index, so that the temperature control accuracy of the NOx storage catalyst 13 can be improved, the processing can be simplified, and even if the internal combustion engine varies, This makes it possible to reliably release SOx.
[0059]
Reference form 3
  Reference form 3The exhaust gas purification device for an internal combustion engine byReference formThe temperature control value of the N0x occlusion catalyst 13 is changed according to the estimated amount of adsorption of SOx adsorbed by the N0x occlusion catalyst 13 to the exhaust gas purification devices of the internal combustion engine 1 and 2.Reference form2, when the SOx adsorption amount is estimated in step 202, the N0x storage catalyst 13 according to the adsorption amount is estimated.Standard temperatureSet the degree. This target temperature is set to a higher value as the estimated value of the SOx adsorption amount is larger.
[0060]
  In step 207 of FIG. 2, the additional injection execution period α is determined with respect to the target temperature set according to the SOx adsorption amount. That is, the larger the SOx adsorption amount, the larger the value of α is determined, and the heating time of the N0x storage catalyst 13 is extended. The control unit 16 determines the additional injection execution period α at this time.Reference formThe map of the additional injection execution period described in 1 is stored for each target temperature, and is made by switching this map.
[0061]
  By determining the additional injection execution period α in this manner, even when the amount of SOx adsorbed on the N0x storage catalyst 13 is large, the release speed can be increased and the release can be performed in a short time. In addition,Reference formIn the case of 2, the same effect can be obtained by changing the value of the target temperature Ttwc of the three-way catalyst shown in the above equation (2) according to the SOx adsorption amount.
[0062]
Embodiment 3 FIG.
  FIG. 8 shows the implementation of the present invention.Form 3FIG. 2 is a characteristic diagram for explaining the operation of the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the embodiment.1 and 2For exhaust purification system of internal combustion engineReference form 3As in the case of the above, the temperature control value of the NOx storage catalyst 13 is changed in accordance with the estimated SOx adsorption amount.
[0063]
  Embodiment1 and 2In the flowcharts of FIGS. 6 and 7 described in step 602, when estimating the adsorption amount of SOx in step 602,Reference form 3The target of the NOx storage catalyst 13 according to the amount of adsorption as in the case oftemperatureSet. In the flowchart of FIG. 6, when determining the execution period θ of the ignition timing delay when maintaining the temperature rise in step 615, a plurality of maps corresponding to the estimated SOx adsorption amount are prepared, and the SOx A map is selected and used according to the estimated adsorption amount. Further, in the flowchart of FIG. 7, in step 701, the control means 16 stores a plurality of permitted temperatures for ignition timing retardation control with respect to the temperature of the N0x storage catalyst 13, and selects these permitted temperatures according to the estimated SOx adsorption amount. To use.
[0064]
FIG. 8 shows such temperature control. When the estimated SOx adsorption amount is small, the setting of the additional injection execution period α in step 607 is selected as the time when the temperature of the NOx storage catalyst 13 becomes t1, When the temperature reaches t1, it shifts to a temperature increase maintenance mode by ignition timing retardation. Then, when the temperature of the N0x storage catalyst 13 decreases to t2, transition to additional injection in the temperature increase maintenance mode, and setting of γ in step 623 so as to continue the additional injection until the temperature of the N0x storage catalyst 13 reaches t1, In step 615, θ is set, and in step 701, the permitted temperature is set.
[0065]
When the estimated SOx adsorption amount is large, the additional injection execution period α in step 607 is set to a time when the temperature of the NOx storage catalyst 13 becomes t3 higher than t1, that is, the time is increased and the temperature is increased. When it reaches t3, it shifts to the temperature increase maintenance mode by the ignition timing retardation. When the temperature of the N0x storage catalyst 13 decreases to t4 higher than t2, the process proceeds to additional injection in the temperature rising maintenance mode, and the additional injection is continued until the temperature of the N0x storage catalyst 13 reaches t3. In this way, γ is set in step 623, θ is set in step 615, and allowed temperature is set in step 701.
[0066]
  As described above, by controlling the target temperature during temperature rise and the lower limit temperature during temperature rise maintenance,NEven when the amount of SOx adsorbed on the 0x storage catalyst 13 is large, the release rate can be increased to enable release in a short period of time, suppressing exhaust gas deterioration, excessive catalyst temperature rise, combustion deterioration, etc. It is possible to do that.
[0067]
Embodiment 4 FIG.
  ImplementationForm 4The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention is the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to each of the embodiments described above. Is to change.Reference forms 1 and 2about,Reference form 3In the same manner as in, the additional injection execution period α is set, the larger the SOx adsorption amount estimation value, the higher the target temperature, thereby extending the temperature maintenance time, and the time until the non-permission determination in step 203 is set. Lengthen. ImplementationForm 1 and 2In this case, the temperature increase maintenance mode time determined in step 603 is controlled in accordance with the SOx adsorption amount estimated value, and the temperature of the catalyst is excessively increased by controlling in this way. Thus, SOx can be effectively released.
[0068]
In each of the embodiments described above, the temperature of the three-way catalyst 11 and the temperature of the NOx storage catalyst 13 are estimated from the output of the air-fuel ratio sensor 10 and the value of the exhaust temperature sensor 12. However, it is also possible to provide a temperature sensor for each catalyst, and it is possible to estimate the operating state such as the rotational speed and load amount of the internal combustion engine as a parameter.
[0069]
【The invention's effect】
  As described above, in the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, according to the first aspect of the present invention, the fuel injection means for injecting fuel into the combustion chamber of the internal combustion engine and the ignition for igniting this fuel Means, a NOx storage catalyst provided in the exhaust passage, and a control means for controlling the fuel injection amount, the injection timing, and the ignition timing, and the control means estimates the adsorption amount of SOx adsorbed on the NOx storage catalyst. When it is determined that the SOx adsorption amount exceeds a predetermined value, the fuel is additionally injected for a predetermined period in the combustion stroke or the exhaust stroke of the internal combustion engine to raise the temperature of the NOx storage catalyst to a predetermined temperature.For a predetermined period after completion, the retard of the ignition timing and the additional injection are alternately performed.Since the temperature of the NOx storage catalyst is maintained, it is possible to sufficiently increase the temperature and maintain the temperature of the NOx storage catalyst while shortening the additional injection time of the fuel. It is possible to obtain excellent effects such as suppressing deterioration of the combustion state and preventing an excessive temperature rise of the three-way catalyst.
Further, the temperature of the NOx storage catalyst can be maintained at a temperature at which SOx can be released even in an operating state where the temperature rise cannot be maintained only by retarding the ignition timing.
[0070]
According to the second aspect of the invention, in the first aspect of the invention, the predetermined period for performing the additional injection is determined in accordance with the operating state of the internal combustion engine. There is no excess or deficiency in the temperature rise of the NOx storage catalyst, and the exhaust gas and the combustion state are prevented from deteriorating while reliably releasing SOx, thereby preventing the temperature rise of the three-way catalyst.
Further, according to the third aspect of the invention, since the predetermined period for performing the additional injection is calculated from the injection amount per one time of the additionally injected fuel, the temperature of the NOx storage catalyst can be accurately adjusted. It is possible to control well and to suppress the deterioration of exhaust gas and combustion state by the improvement in accuracy.
[0071]
Furthermore, according to the invention described in claim 4, the amount of heat necessary for raising the temperature of the NOx storage catalyst to a predetermined temperature and the amount of heat generated by the additionally injected fuel during the predetermined period for performing the additional injection Therefore, the temperature of the NOx storage catalyst can be controlled with higher accuracy, and SOx can be reliably released while suppressing the deterioration of the exhaust gas and the combustion state.
According to the fifth aspect of the invention, in the third and fourth aspects of the invention, the predetermined period for performing the additional injection is corrected in accordance with the operating state of the internal combustion engine. It is possible to control the temperature of the exhaust gas more accurately, and to suppress the deterioration of exhaust gas and combustion state.
[0072]
Further, according to the sixth aspect of the invention, in the third and fourth aspects of the invention, the predetermined period for performing the additional injection is corrected according to the exhaust gas temperature of the internal combustion engine. The temperature of the catalyst can be controlled with higher accuracy, the deterioration of the exhaust gas and the combustion state can be suppressed, and the excessive temperature rise of the three-way catalyst can be prevented.
[0073]
Furthermore, according to the invention of claim 7,Since the predetermined temperature when the NOx storage catalyst is heated to a predetermined temperature by additional injection is determined in accordance with the adsorption amount of SOx adsorbed on the NOx storage catalyst, it corresponds to the adsorption amount of SOx. Thus, the temperature of the NOx storage catalyst is controlled, and even when the amount of SOx adsorbed is large, the NOx storage catalyst can be released in a short time.
[0074]
According to the invention as set forth in claim 8,The temperature of the NOx storage catalyst is increased to a predetermined temperature by additional injection, and after completion of the additional injection, the temperature of the NOx storage catalyst is maintained by alternately repeating the ignition timing retardation and additional injection every predetermined period. As a result, the temperature of the NOx storage catalyst can be continuously maintained at a temperature at which SOx can be released even in an operating state in which the temperature rise cannot be maintained only by retarding the ignition timing, and the duration of the additional injection Is shortened, so that deterioration of exhaust gas and combustion state can be suppressed.
Also,According to the invention of claim 9, in the invention of claim 8,Predetermined period for retarding ignition timingAnd a predetermined period for performing additional injection,Since it is determined according to the operating state of the internal combustion engine, even if the time constant of the temperature decrease of the NOx storage catalyst varies depending on the operating state, it can be accurately shifted to additional injection, and SOx release is incomplete or a three-way catalyst It is possible to prevent an excessive temperature rise.
  further,According to the invention described in claim 10,In the invention, a predetermined period during which the ignition timing is retardedAnd a predetermined period for performing additional injection,Since the determination is made according to the amount of SOx adsorbed on the NOx storage catalyst, SOx can be effectively released without excessively raising the temperature of the three-way catalyst. is there.
[0075]
Furthermore,According to the eleventh aspect of the present invention,In the present invention, the ignition timing is retarded for a period until the temperature of the NOx storage catalyst decreases to a predetermined value, and additional injection for maintaining the temperature of the NOx storage catalyst when the temperature of the NOx storage catalyst decreases to a predetermined value. Therefore, the NOx storage catalyst maintenance temperature accuracy is improved, the SOx release time is shortened, and control that absorbs variations in the internal combustion engine is possible, and additional injection is required to maintain the temperature. Only at times can the deterioration of exhaust gas and combustion conditions be suppressed.
[0076]
Also,According to the invention of claim 12, the invention of claim 11 is provided., The predetermined value of the NOx occlusion catalyst temperature is determined in accordance with the adsorption amount of SOx adsorbed on the NOx occlusion catalyst, so that the temperature of the NOx occlusion catalyst can be controlled in correspondence with the adsorption amount of SOx, Even when the amount of SOx adsorbed is large, SOx can be released in a short time.The
[0078]
In the exhaust gas purification method for an internal combustion engine according to the present invention,Claim 13According to the invention, the fuel injection means is provided in the combustion chamber of the internal combustion engine to inject the fuel, and this is ignited by the ignition means, and the NOx storage catalyst is provided in the exhaust gas passage to store and reduce NOx. When it is estimated that the amount of SOx adsorbed on the NOx storage catalyst exceeds a predetermined value in the internal combustion engine that performs NO, the fuel is additionally injected in the combustion stroke or the exhaust stroke of the internal combustion engine to bring the NOx storage catalyst to the predetermined temperature. After raising the temperature and raising the temperature of the NOx storage catalystThe ignition timing retarded by the ignition means and the additional injection are alternately performed.Since the SOx is released from the NOx storage catalyst by maintaining the temperature of the NOx storage catalyst, it is possible to increase the temperature and maintain the temperature of the NOx storage catalyst while shortening the additional fuel injection time. It is possible to suppress the deterioration of the exhaust gas and the combustion state caused by the additional injection and prevent the excessive temperature rise of the three-way catalyst.Further, the temperature of the NOx storage catalyst can be maintained at a temperature at which SOx can be released regardless of the operating state of the internal combustion engine.
[0079]
further,Claim 14According to the exhaust gas purification method described in the above, the period for performing the additional injection is calculated from the amount of heat required to raise the NOx storage catalyst temperature to a predetermined value and the calorific value of the additionally injected fuel. Therefore, the temperature of the NOx storage catalyst can be accurately controlled, and SOx can be reliably released while suppressing deterioration of exhaust gas and combustion state.
[0081]
Also,Claim 15According to the exhaust gas purification method described in the above, the delay of the ignition timing for maintaining the temperature is continued until the NOx storage catalyst temperature decreases to a predetermined value, and when this temperature decreases to the predetermined value, it is again performed by additional injection. Since the temperature is raised, the maintenance temperature accuracy of the NOx storage catalyst is improved, the release of SOx is shortened, and control that absorbs variations in the internal combustion engine can be performed.
[0083]
further,Claim 16According to the exhaust gas purification method described in the above, the period of execution of the additional injection when the NOx storage catalyst is heated to a predetermined temperature by additional injection, and / or the ignition timing retardation and the additional injection when maintaining the temperature, Is determined in accordance with the adsorption amount of SOx adsorbed on the NOx storage catalyst, so that the temperature of the NOx storage catalyst can be controlled in correspondence with the adsorption amount of SOx as in the case of claim 18. Even when the amount of adsorption of SOx is large, SOx can be released in a short time, and SOx can be released while suppressing the temperature of the three-way catalyst or NOx storage catalyst.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 of the present inventionA reference for understanding basic concepts1 is a configuration diagram of an exhaust purification device for an internal combustion engine according to a first embodiment. FIG.
[Figure 2]Reference form 13 is a flowchart for explaining the operation of the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to FIG.
[Fig. 3]Reference form 1It is explanatory drawing of the operating characteristic of the exhaust gas purification apparatus of the internal combustion engine by this.
FIG. 4 shows the present invention.A reference for understanding basic concepts6 is an explanatory diagram of a correction coefficient of an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to a second embodiment. FIG.
[Figure 5]Reference form 2It is explanatory drawing of the correction coefficient of the exhaust gas purification device of the internal combustion engine by.
FIG. 6 shows the implementation of the present invention.Form 13 is a flowchart for explaining the operation of the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to FIG.
FIG. 7 shows the implementation of the present invention.Form 23 is a flowchart for explaining the operation of the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to FIG.
FIG. 8 shows the implementation of the present invention.Form 3It is a characteristic view explaining operation | movement of the exhaust gas purification apparatus of the internal combustion engine by FIG.

Claims (16)

内燃機関の燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射手段、前記燃焼室内の燃料を点火する点火手段、前記内燃機関の排気通路に設けられたNOx吸蔵触媒、前記燃料噴射手段の燃料噴射量と燃料噴射時期、および、前記点火手段の点火時期を制御する制御手段を備え、前記制御手段が、前記NOx吸蔵触媒に吸着したSOxの吸着量を推定し、SOxの吸着量が所定値を越えたと判定したとき、前記内燃機関の燃焼行程または排気行程において燃料を所定の期間追加噴射して前記NOx吸蔵触媒を所定の温度まで昇温させる昇温モードとし、前記追加噴射完了後の所定の期間、前記点火時期の遅角と前記追加噴射とを交互に実施して前記NOx吸蔵触媒の温度を維持する昇温維持モードとしたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。Fuel injection means for injecting fuel into the combustion chamber of the internal combustion engine, ignition means for igniting fuel in the combustion chamber, NOx storage catalyst provided in the exhaust passage of the internal combustion engine, fuel injection amount and fuel injection of the fuel injection means And a control means for controlling the ignition timing of the ignition means, the control means estimates the amount of adsorption of SOx adsorbed on the NOx storage catalyst, and determines that the amount of adsorption of SOx exceeds a predetermined value In the combustion stroke or the exhaust stroke of the internal combustion engine, the fuel is additionally injected for a predetermined period to be in a temperature raising mode in which the NOx storage catalyst is heated to a predetermined temperature, and the ignition is performed for a predetermined period after completion of the additional injection. An exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine, characterized in that a temperature increase maintaining mode for maintaining the temperature of the NOx storage catalyst by alternately performing a timing delay and the additional injection is provided . 前記昇温モードにおける追加噴射を行う所定の期間が、前記内燃機関の運転状態に対応して決定されることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。2. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein a predetermined period for performing the additional injection in the temperature raising mode is determined in accordance with an operating state of the internal combustion engine. 前記昇温モードにおける追加噴射を行う所定の期間が、追加噴射される燃料の一回当たりの噴射量から算出されることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。2. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the predetermined period for performing the additional injection in the temperature raising mode is calculated from an injection amount per one additional injected fuel. 前記昇温モードにおける追加噴射を行う所定の期間が、前記NOx吸蔵触媒を所定の温度まで昇温させるのに必要な熱量と、追加噴射される燃料の発熱量とから算出されることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。The predetermined period for performing the additional injection in the temperature increasing mode is calculated from the amount of heat required to raise the temperature of the NOx storage catalyst to a predetermined temperature and the calorific value of the additionally injected fuel. The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to claim 1. 前記昇温モードにおける追加噴射を行う所定の期間が、前記内燃機関の運転状態に対応して補正されることを特徴とする請求項3または請求項4に記載の内燃機関の排気浄化装置。5. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 3, wherein a predetermined period for performing the additional injection in the temperature raising mode is corrected in accordance with an operating state of the internal combustion engine. 前記昇温モードにおける追加噴射を行う所定の期間が、前記内燃機関の排気ガス温度に応じて補正されることを特徴とする請求項3または請求項4に記載の内燃機関の排気浄化装置。The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 3 or 4, wherein a predetermined period during which the additional injection in the temperature raising mode is performed is corrected according to an exhaust gas temperature of the internal combustion engine. 前記昇温モードにおける追加噴射により前記NOx吸蔵触媒を所定の温度まで昇温させるときの前記所定の温度が、前記NOx吸蔵触媒に吸着されたSOxの吸着量に対応して決定されることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。 The predetermined temperature when the NOx storage catalyst is heated to a predetermined temperature by additional injection in the temperature increase mode is determined in accordance with the adsorption amount of SOx adsorbed on the NOx storage catalyst. The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to claim 1 . 前記昇温維持モードにおける点火時期の遅角と前記追加噴射の交互の実施は、それぞれ所定期間毎に繰り返すことにより前記NOx吸蔵触媒の温度を維持するようにしたことを特徴とする請求項1〜請求項7のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。 2. The temperature of the NOx storage catalyst is maintained by repeating the ignition timing retardation and the additional injection alternately in the temperature increase maintenance mode at predetermined intervals, respectively. The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to claim 7 . 前記昇温維持モードにおける点火時期遅角を行う所定の期間と追加噴射を行う所定の期間が、前記内燃機関の運転状態に対応して決定されることを特徴とする請求項8に記載の内燃機関の排気浄化装置。 9. The internal combustion engine according to claim 8, wherein a predetermined period during which the ignition timing is retarded and a predetermined period during which additional injection is performed in the temperature increase maintenance mode are determined in accordance with an operating state of the internal combustion engine. Engine exhaust purification system. 前記NOx吸蔵触媒の温度を維持するための点火時期遅角および追加噴射の実施期間が、前記NOx吸蔵触媒に吸着されたSOxの吸着量に対応して決定されることを特徴とする請求項8に記載の内燃機関の排気浄化装置。 9. The ignition timing retardation for maintaining the temperature of the NOx storage catalyst and the execution period of additional injection are determined according to the amount of SOx adsorbed on the NOx storage catalyst. 2. An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to 1. 前記点火時期の遅角が、前記NOx吸蔵触媒の温度が所定値に低下するまでの期間実施され、前記NOx吸蔵触媒の温度が所定値に低下したときには前記NOx吸蔵触媒の温度を維持するための追加噴射に移行することを特徴とする請求項8に記載の内燃機関の排気浄化装置。 The ignition timing is retarded for a period of time until the temperature of the NOx storage catalyst decreases to a predetermined value. When the temperature of the NOx storage catalyst decreases to a predetermined value, the temperature of the NOx storage catalyst is maintained. 9. The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to claim 8, wherein the shift to the additional injection is performed . 前記NOx吸蔵触媒温度の所定値が、前記NOx吸蔵触媒に吸着されたSOxの吸着量に応じて決定されることを特徴とする請求項11に記載の内燃機関の排気浄化装置。The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 11, wherein the predetermined value of the NOx storage catalyst temperature is determined according to an adsorption amount of SOx adsorbed on the NOx storage catalyst . 内燃機関の燃焼室に燃料噴射手段を設けて燃料を噴射し、点火手段によりこれを点火すると共に、排気ガスの通路にNOx吸蔵触媒を設けてNOxの吸蔵と還元とを行う内燃機関において、前記NOx吸蔵触媒に吸着するSOxの吸着量が所定値を越えたと推定されたとき、前記内燃機関の燃焼行程または排気行程において燃料を追加In the internal combustion engine in which the fuel injection means is provided in the combustion chamber of the internal combustion engine to inject the fuel, and this is ignited by the ignition means, and the NOx storage catalyst is provided in the exhaust gas passage to store and reduce NOx. When it is estimated that the amount of SOx adsorbed on the NOx storage catalyst exceeds a predetermined value, fuel is added during the combustion stroke or exhaust stroke of the internal combustion engine. 噴射して前記NOx吸蔵触媒を所定の温度まで昇温させる昇温モードとし、前記NOx吸蔵触媒の昇温後は前記点火手段による点火時期の遅角と前記追加噴射とを交互に行って前記NOx吸蔵触媒の温度を維持する昇温維持モードとすることにより、前記NOx吸蔵触媒からSOxを放出させることを特徴とする内燃機関の排気浄化法。The NOx storage catalyst is heated to a predetermined temperature to be heated to a predetermined temperature, and after the NOx storage catalyst is heated, the ignition timing retarded by the ignition means and the additional injection are alternately performed to perform the NOx storage. An exhaust purification method for an internal combustion engine, characterized in that SOx is released from the NOx storage catalyst by adopting a temperature increase maintenance mode for maintaining the temperature of the storage catalyst. 前記昇温モードにおける追加噴射の実施期間を、前記NOx吸蔵触媒温度を所定値まで昇温させるのに必要な熱量と、前記追加噴射される燃料の発熱量とから算出することを特徴とする請求項13に記載の内燃機関の排気浄化法。The execution period of the additional injection in the temperature raising mode is calculated from the amount of heat required to raise the NOx storage catalyst temperature to a predetermined value and the heat generation amount of the additionally injected fuel. Item 14. An exhaust purification method for an internal combustion engine according to Item 13. 温度を維持するための前記点火時期の遅角が、前記NOx吸蔵触媒温度が所定値に低下するまで継続され、前記NOx吸蔵触媒温度が前記所定値に低下したときには前記追加噴射により再び昇温することを特徴とする請求項13または請求項14に記載の内燃機関の排気浄化法。 The retardation of the ignition timing for maintaining the temperature is continued until the NOx storage catalyst temperature decreases to a predetermined value, and when the NOx storage catalyst temperature decreases to the predetermined value, the temperature is increased again by the additional injection. 15. The exhaust gas purification method for an internal combustion engine according to claim 13 , wherein the exhaust gas purification method is used. 前記昇温モードにおける追加噴射により前記NOx吸蔵触媒を所定の温度まで昇温させるときの追加噴射の実施期間、または/および昇温維持モードにおける温度を維持するための点火時期遅角と追加噴射との実施期間を、前記NOx吸蔵触媒に吸着されたSOxの吸着量に対応して決定することを特徴とする請求項13に記載の内燃機関の排気浄化法。 An execution period of additional injection when the NOx storage catalyst is heated to a predetermined temperature by additional injection in the temperature increase mode, and / or an ignition timing retard and additional injection for maintaining the temperature in the temperature increase maintenance mode; The exhaust gas purification method for an internal combustion engine according to claim 13, wherein an execution period is determined in accordance with an adsorption amount of SOx adsorbed on the NOx storage catalyst .
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