JP3925273B2

JP3925273B2 - Exhaust gas purification device for internal combustion engine

Info

Publication number: JP3925273B2
Application number: JP2002096232A
Authority: JP
Inventors: 学三浦; 浩之糸山
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-03-29
Filing date: 2002-03-29
Publication date: 2007-06-06
Anticipated expiration: 2022-03-29
Also published as: JP2003293742A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気浄化制御に関し、特に、ＮＯｘ浄化制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、流入する排気の空燃比がリーンの時にＮＯｘをトラップし、該空燃比がリッチの時にトラップしたＮＯｘを脱離、浄化するＮＯｘトラップ触媒を備えた内燃機関においては、ＮＯｘトラップ触媒にトラップされるＮＯｘの堆積量が大きくなると、空燃比をリッチにしてＮＯｘを還元するようにしている。
【０００３】
従来、機関運転状態（機関回転速度及び燃料噴射量）に応じて決定される所定の加算量を一定時間毎に加算する積算処理を行って、ＮＯｘトラップ触媒に堆積するＮＯｘ量を演算するようにしたものがある（特開２０００−１３０１５４号参照）。
ところで、機関から排出されるＮＯｘ排出量は機関に吸収される作動ガス（吸入空気量及びＥＧＲガス）中の空気量に依存しており、作動ガス中の空気量が大きいほど燃焼速度が速くなって前記ＮＯｘ排出量は増加する。そして、吸気絞り弁、ＥＧＲ弁、過給機等によって吸入空気量及びＥＧＲ量を制御する際、過渡状態では吸入空気量及びＥＧＲ量の実際値が目標値に対して遅れを伴うため、前記ＮＯｘ排出量は定常状態と過渡状態とで異なる値となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術のように機関回転速度と燃料噴射量だけでＮＯｘ堆積量を推定していると、作動ガス中の空気量の遅れを考慮することにならないため、過渡状態では推定値と実際値との間に差異が生じるといった問題があった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１に係る発明は、
内燃機関の排気通路に配置され、排気空燃比がリーンのとき流入する排気中のＮＯｘをトラップし、排気空燃比がリッチのときトラップしたＮＯｘを脱離浄化するＮＯｘトラップ触媒と、
前記ＮＯｘトラップ触媒のＮＯｘトラップ総量に応じて排気空燃比をリッチにする空燃比制御手段と、
を備えた内燃機関の排気浄化装置において、
予め求められた機関に吸入される作動ガス中の空気量と機関が排出する単位出力単位時間当たりのＮＯｘ排出量との相関に基づき、機関に吸入される作動ガス中の空気量に応じて機関が排出する単位出力単位時間当たりのＮＯｘ排出量を算出し、この単位出力単位時間当たりのＮＯｘ排出量から求められる単位時間当たりのＮＯｘ排出量に基づいて前記ＮＯｘトラップ総量を推定する一方、前記単位時間当たりのＮＯｘ排出量を前記ＮＯｘトラップ触媒にトラップされる単位時間当たりのＮＯｘトラップ量とみなし、該単位時間当たりのＮＯｘトラップ量を前記ＮＯｘトラップ総量の大きさに応じて補正するＮＯｘトラップ総量推定手段と、
を備えたことを特徴とする。
【０００６】
請求項１に係る発明によると、
既述のように、単位出力単位時間当たりに機関から排出されるＮＯｘ量は、機関に流入する作動ガス中の空気量に相関し、該空気量は過渡運転時に大きく変化する（図２参照）。
したがって、該作動ガス中の空気量に応じて算出した単位出力単位時間当たりのＮＯｘ排出量から求められる単位時間当たりのＮＯｘ排出量に基づいて、過渡運転時でも精度良くＮＯｘトラップ総量を推定できる。これにより、排気空燃比リッチ制御によるＮＯｘの還元処理を開始するタイミングを適切に設定でき、排気浄化性能が向上する。
また、ＮＯｘ排出量をＮＯｘトラップ量とみなすことで、ＮＯｘトラップ総量を容易に推定することができる。
【０００７】
また、ＮＯｘトラップ触媒は、排気中のＮＯｘを硫酸塩として化学的にトラップするため、ＮＯｘトラップ総量の増加に伴い、単位時間にトラップできるＮＯｘ量も減少する。そこで、単位時間当たりのＮＯｘトラップ量を、ＮＯｘトラップ総量の大きさに応じて補正することにより精度良く推定することができる。
また、請求項２に係る発明は、
運転状態に基づいて機関出力を演算する機関出力演算手段を備え、
前記ＮＯｘトラップ総量推定手段は、前記単位出力単位時間当たりのＮＯｘ排出量に機関出力を乗じて単位時間当たりのＮＯｘ排出量を演算し、この単位時間あたりのＮＯｘ排出量を積算して前記ＮＯｘトラップ総量を推定することを特徴とする。
【０００８】
請求項２に係る発明によると、
作動ガス中の空気量に応じて先に算出した単位出力単位時間当たりのＮＯｘ排出量に、機関出力を乗じることで容易に単位時間当たりのＮＯｘ排出量に換算でき、この単位時間当たりのＮＯｘ排出量を積算することにより、ＮＯｘトラップ総量を推定することができる。
【０００９】
また、請求項３に係る発明は、
前記機関出力演算手段は、機関回転速度と燃料噴射量とを乗じた値に基づいて前記機関出力を演算することを特徴とする。
請求項３に係る発明によると、
機関出力は、機関回転速度と機関トルクとを乗じて算出されるが、このうち機関トルクは、燃料噴射量に略比例し強い相関がある。機関回転速度は、クランク軸に取り付けられた回転速度センサから、燃料噴射量は燃料噴射弁への通電時間（パルス幅）から容易に検出可能であり、比較的簡単に機関出力相当値を演算できる。したがって、機関回転速度と燃料噴射量とから演算した機関出力相当値で置き換えることで、簡素な演算によりＮＯｘ排出量を十分な精度で推定することができる。
【００１０】
また、請求項４に係る発明は、
機関に吸入される吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段を備え、
前記ＮＯｘトラップ総量推定手段は、前記吸入空気量が前記作動ガス中の空気量とみなすことを特徴とする。
請求項４に係る発明によると、
例えば、吸気絞り弁開度が一定であっても、ＥＧＲ量が変化することにより、そのＥＧＲ量の変化に伴って吸入空気量も変化するので、吸入空気量を検出して検出値を作動ガス中の空気量とみなすことにより、過渡運転時でも高精度に作動ガス中の空気量に応じた単位出力単位時間当たりのＮＯｘ排出量を算出することができる。
【００１２】
また、請求項５に係る発明は、
前記ＮＯｘトラップ総量推定手段は、前記単位時間当たりのＮＯｘトラップ量を、前記単位時間当たりのＮＯｘ排出量の大きさに応じて補正することを特徴とする。
請求項５に係る発明によると、
ＮＯｘトラップ触媒は、その触媒担体上に担持されたトラップ剤に一時的にＮＯｘを保持する。そのトラップ剤が排気と接する表面積は有限であり、よって、単位時間当たりにトラップできるＮＯｘ量も限られている。即ち、トラップ能力を超えたＮＯｘ量が機関から排出されると、その一部のみがトラップされることになる。そこで、単位時間当たりのＮＯｘトラップ量を、単位時間当たりのＮＯｘ排出量の大きさに応じて補正することにより精度良く推定することができる。
【００１３】
また、請求項６に係る発明は、
前記ＮＯｘトラップ総量推定手段は、単位時間当たりのＮＯｘトラップ量を、前記単位時間当たりのＮＯｘトラップ量を機関の排気流量の大きさに応じて補正することを特徴とする。
請求項６に係る発明によると、
上述したように、トラップ剤が排気と接する表面積は有限であるため、単位時間当たりのＮＯｘトラップ量は、排気流量の影響も受けることになる。すなわち、単位時間当たりのＮＯｘ排出量が同一であっても、排気流量が大きくなってくると相対的にトラップされるＮＯｘ量は減少してくる。そこで、単位時間当たりのＮＯｘトラップ量を、排気流量の大きさに応じて補正することにより精度良く推定することができる。
【００１４】
また、請求項７に係る発明は、
前記ＮＯｘトラップ総量推定手段は、機関回転速度と燃料噴射量とに基づき前記排気流量を演算する排気流量演算手段を有することを特徴とする。
請求項７に係る発明によると、
排気流量を機関回転速度と燃料噴射量から簡易に推定演算することができる。
【００１６】
また、請求項８に係る発明は、
前記ＮＯｘトラップ総量推定手段は、前記単位時間当たりのＮＯｘトラップ量を前記ＮＯｘトラップ触媒の担体温度に応じて補正することを特徴とする。
請求項８に係る発明によると、
ＮＯｘトラップ触媒の単位時間当たりのトラップ量は、触媒担体温度の関数である。そこで、単位時間当たりのＮＯｘトラップ量を、ＮＯｘトラップ触媒の担体温度に応じて補正することにより精度良く推定することができる。
【００１７】
また、請求項９に係る発明は、
前記ＮＯｘトラップ総量推定手段は、機関の冷却水温に基づき前記担体温度を演算する担体温度演算手段を有することを特徴とする。
請求項９に係る発明によると、
冷間時のＮＯｘトラップ触媒の触媒担体温度は、機関冷却水温との相関が強い。そこで、一般的でかつ容易に検出可能な機関冷却水温を用いて触媒担体温度を推定演算することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は、過給機付ディーゼルエンジンのシステム図である。
図に示すように、エンジン本体１には、コモンレール２、燃料噴射弁３及び図示しない燃料ポンプを構成要素とするコモンレール燃料噴射系が設けられており、高圧の燃料をエンジン本体１に供給する。前記燃料噴射弁３は、燃焼室に燃料を直接噴射し、かつ、メイン噴射の前にパイロット噴射が可能であり、また、コモンレール２内の設定燃料圧力を変更することにより、燃料噴射圧力（以下噴射圧という）を可変に制御できる。
【００１９】
過給機４のコンプレッサ４ａは吸気通路５に接続されており、駆動されて圧縮空気をエンジン本体１に供給する。
過給機４のタービン４ｂは排気通路６に接続されており、エンジン本体１からの排気により回転されて前記コンプレッサ４ａを駆動する。
吸気通路５には、前記過給機４のコンプレッサ４ａの上流側に配設されたエアフローメータ７と、吸気絞り弁８とが設けられている。
【００２０】
吸気絞り弁８は、例えば、ステップモータを用いて開度変更が可能な電子制御式のものであり、その開度に応じてエンジン本体１に吸入される吸入空気量を制御する。
排気通路６には、エンジン本体１と過給機のタービン４ｂとの間から分岐して吸気通路５に接続するＥＧＲ通路９と、該ＥＧＲ通路９に介装されたＥＧＲ弁１０と、前記過給機４のタービン４ｂの下流側に配設されたＮＯｘトラップ触媒１１が設けられている。
【００２１】
前記ＥＧＲ弁１０は、例えば、ステップモータを用いた電子制御式のものであり、その開度に応じて吸気側に還流する排気の量、すなわち、エンジン本体１に吸入されるＥＧＲ量を制御する。
前記ＮＯｘトラップ触媒１１は、排気中のＮＯｘをトラップしつつ還元浄化する。
【００２２】
各種状態を検出するセンサとして、吸入空気量Ｑａｓ０を検出する前記エアフローメータ７の他、エンジン回転速度Ｎｅを検出する回転速度センサ１２、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ１３、冷却水温Ｔｗを検出する水温センサ１４、前記ＮＯｘトラップ触媒１１の触媒担体温度を検出する熱電対１５等が設けられる。
【００２３】
コントロールユニット２０は、前記各種センサからの検出信号に基づいて前記燃料噴射弁３の駆動制御、前記吸気絞り弁８及びＥＧＲ弁１０の開度制御を行う。また、特に、本発明に係る制御として、前記ＮＯｘトラップ触媒１１にトラップされたＮＯｘを空燃比をリッチ化して還元浄化するに際し、トラップされたＮＯｘの総量を正確に推定する。
【００２４】
上記ＮＯｘトラップ総量を推定するルーチンを、図３のフローチャートにしたがって、説明する。
ステップ１では、前記回転速度センサ１２によって検出されたエンジン回転速度Ｎｅ、アクセル開度センサ１３で検出されたアクセル開度Ａｃｃと前記エンジン回転速度Ｎｅとに基づいてマップからの参照等により設定された燃料噴射量Ｑｆ、エアフローメータ７によって検出された吸入空気量Ｑａｓ０に基づき後述するように演算される単位時間あたりの吸入空気量Ｑac＿mg＿s、熱電対１５によって検出されたＮＯｘトラップ触媒１１の触媒担体温度Ｔｂｅｄ（または、水温センサ１４によって検出された冷却水温Ｔｗ）を読み込む。
【００２５】
ステップ２では、例えば図４に示したような単位時間あたりの吸入空気量Ｑac＿mg＿sとＮＯｘ量との相関を表したテーブルから、エンジン１から排出される単位出力単位時間当たりのＮＯｘ排出量：ＮＯｘ＿g＿kw＿20msを演算する。このＮＯｘ排出量の単位は、ｇ／ｋＷ／２０ｍｓ（２０ｍｓｅｃ．ｊｏｂの場合）である。図示のように、既述した特性に合わせて吸入空気量Ｑａｃが大きくなるほど、ＮＯｘ＿g＿kw＿20msが大きくなるように設定してある。
【００２６】
ステップ３では、ステップ２で演算したＮＯｘ＿g＿kw＿20msと、そのときのエンジン出力Ｐｅとの積によりエンジン１から排出される単位時間当たりのＮＯｘ排出量を演算し、これをＮＯｘトラップ触媒１１にトラップされる単位時間あたりのＮＯｘトラップ量：ＮＯｘ＿g＿20msとする。ここでは、ステップ１で検出した燃料噴射量Ｑｆをエンジントルクとみなし、以下の式によりエンジンの出力相当値Ｐｅを演算してもよい。
【００２７】
Ｐｅ＝Ｎｅ×Ｑｆ
ステップ４では、例えば、図５に示すようなテーブルにより単位時間当たりのＮＯｘ排出量による補正係数ｋＮＯｘ＿eoeを演算する。他の方法としては、エンジンの排気流量とＮＯｘトラップ量との関係を考慮した、図６に示すようなテーブルにより演算したｋＮＯｘ＿qexhや、運転条件によりＮＯｘトラップ量が変化することを考慮した、図７に示すようなマップにより演算したｋＮＯｘ＿ne＿qfに置き換えることができる。
【００２８】
ステップ５では、ＮＯｘトラップ量が触媒担体温度に依存することを考慮して、図８に示すようなテーブルにより、補正係数ｋＮＯｘ＿bedを演算する。他の方法としては、図９に示すように、触媒担体温度とエンジン冷却水温との相関性をりようして、図１０に示すようなテーブルにより、ｋＮＯｘ＿twを演算し、ｋＮＯｘ＿bedと置き換えることができる。
【００２９】
ステップ６では、単位時間当たりのＮＯｘトラップ量が、それまでに触媒へトラップされたＮＯｘの総量：ＮＯｘ＿trapの影響を受けることを考慮した図１１に示すようなテーブルにより補正係数ｋＮＯｘ＿trapを演算する。
ステップ７では、ステップ１〜６にて演算した各補正係数を乗算し、最終補正係数ｋＮＯｘを演算する。
【００３０】

ステップ８では、次式のように、前回までのＮＯｘトラップ総量（図でＮＯｘ＿trap(n-1)：n-1は前回の演算結果を示す）に、ステップ３で演算した今回の単位時間当たりのＮＯｘトラップ量：ＮＯｘ＿g＿20msと、ステップ７で演算した最終補正係数：ｋＮＯｘとの積を加算し、今回のＮＯｘトラップ総量：ＮＯｘ＿trapを演算する。
【００３１】
ＮＯｘ＿trap＝ＮＯｘ＿trap(n-1)＋ＮＯｘ＿g＿20ms×ｋＮＯｘ
次に、前記単位時間あたりの吸入空気量Ｑac＿mg＿sを演算するルーチンを、図１２のフローチャートにしたがって、説明する。
ステップ１１では、エンジン回転速度Ｎｅとエアフローメータ７により検出される吸入空気量Ｑａｓ０とを読み込み、ステップ１２ではこれらの値に基づいて、次式により１シリンダあたりの吸入空気量Ｑａｃ０を演算する。
【００３２】
Ｑａｃ０＝（Ｑａｓ０／Ｎｅ）×ＫＣＯＮ♯
ただし、ＫＣＯＮ♯：気筒数に応じて定まる定数
図１に示したように、エアフローメータ７はコンプレッサ４ａ上流の吸気通路５に設けており、該エアフローメータ７からコンプレッサ４ａ下流のコレクタ部までの遅れ処理を行うため、ステップ１３では、Ｌ（ただし、Ｌは整数の定数）回前のＱａｃ０の値をコレクタ入口部における１シリンダあたりの吸入空気量Ｑａｃｎとして求めている。
【００３３】
そして、ステップ１４では、このＱａｃｎに対して、次式（一次遅れの式）により吸気弁位置における１シリンダあたりの吸入空気量Ｑａｃを演算する。
Ｑａｃ＝Ｑａｃ_n-1×（１−ＫＩＮ×ＫＶＯＬ）＋Ｑａｃｎ×ＫＩＮ×ＫＶＯＬ
ただし、ＫＩＮ：体積効率相当値（ＥＧＲによる体積効率の変化を補正するための値）
ＫＶＯＬ：ＶＥ／ＮＣ／ＶＭ
ＶＥ：排気量
ＮＣ：気筒数
ＶＭ：吸気系容積
Ｑａｃ_n-1：前回のＱａｃ
これは、コレクタ入口部から吸気弁までのダイナミクスを補償するためのものである。
【００３４】
さらに、ステップ１５では、１シリンダあたりの吸入空気量Ｑａｃを単位時間あたりの吸入空気量Ｑac＿mg＿sに変換する。
Ｑac＿mg＿s＝Ｑａｃ_n-1×Ｋｎ♯×｛Ｎｅ／（６０×２）｝
ただし、Ｋｎ♯：定数（４気筒の場合４、６気筒の場合６）
このように、作動ガス中の空気量（吸入空気量）に基づいて算出した単位出力単位時間当たりのＮＯｘ排出量に機関出力を乗じて単位時間当たりのＮＯｘ排出量を求め、該単位時間当たりのＮＯｘ排出量に各種補正を行って算出した単位時間当たりのＮＯｘトラップ量を積算することで、過渡運転時にも高精度にＮＯｘトラップ総量を推定演算できる。
【００３５】
そして、上記にように高精度に推定演算されたＮＯｘトラップ総量に基づいて、ＮＯｘトラップ触媒の再生時期を適切に設定して、空燃比リッチ化による再生処理を行うことができ、ＮＯｘを含めた排気汚染成分を効率よく浄化することができる。
なお、本実施形態では、単位出力単位時間あたりのＮＯｘ排出量ＮＯｘ＿g＿kw＿20msを演算するのに際して、吸入空気量の遅れを正確に把握するために、エアフローメータの検出値Ｑａｓ０に基づき演算される単位時間あたりの吸入空気量Ｑac＿mg＿sを用いたが、エアフローメータの検出値Ｑａｓ０をそのものをそのまま用いてもよい。
【００３６】
すなわち、図２に示したように、吸入空気量は燃料噴射量Ｑｆとエンジン回転速度Ｎｅとの変化に応じて一点鎖線で示したｔＱａのように変化することが望ましいが、実際は遅れを伴うためＱac＿mg＿sのように変化する。ここで、エアフローメータの検出値Ｑａｓ０を用いてＮＯｘ＿g＿kw＿20msを演算する場合であっても吸入空気量の遅れを把握することができ、Ｑac＿mg＿sを用いて演算する場合より、吸入空気量の遅れを検出する精度は２０％程度低下することになるが、制御ロジックの簡素化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置のシステム構成を示す図。
【図２】過渡運転時の燃料噴射量、機関回転速度、吸入空気量、ＮＯｘ排出量の変化を示す図。
【図３】本発明の一実施形態の制御を示すフローチャート。
【図４】吸入空気量と単位時間当たりのＮＯｘ排出量との関係を示す図。
【図５】単位時間当たりのＮＯｘ排出量により補正係数を求めるためのマップ。
【図６】排気流量により補正係数を求めるためのマップ。
【図７】機関回転速度と燃料噴射量により補正係数を求めるためのマップ。
【図８】機関始動後の触媒担体温度と機関冷却水温との関係を示す図。
【図９】触媒担体温度により補正係数を求めるためのマップ。
【図１０】機関冷却水温により補正係数を求めるためのマップ。
【図１１】ＮＯｘトラップ総量により補正係数を求めるためのマップ。
【図１２】単位時間あたりの吸入空気量を求めるためのフローチャート。
【符号の説明】
１エンジン本体
３燃料噴射弁
４過給機
５吸気通路
６排気通路
７エアフローメータ
８吸気絞り弁
９ＥＧＲ通路
１０ＥＧＲ弁
１１ＮＯｘトラップ触媒
１２回転速度センサ
１３アクセルセンサ
１４水温センサ
１５熱電対
２０コントロールユニット[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to exhaust gas purification control of an internal combustion engine, and more particularly to NOx purification control.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in an internal combustion engine equipped with a NOx trap catalyst that traps NOx when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lean and desorbs and purifies NOx trapped when the air-fuel ratio is rich, it is trapped by the NOx trap catalyst. When the amount of accumulated NOx increases, the air-fuel ratio is made rich to reduce NOx.
[0003]
Conventionally, an integration process is performed in which a predetermined addition amount determined according to the engine operation state (engine rotation speed and fuel injection amount) is added at regular intervals to calculate the NOx amount deposited on the NOx trap catalyst. (See JP 2000-130154).
Incidentally, the amount of NOx discharged from the engine depends on the amount of air in the working gas (intake air amount and EGR gas) absorbed by the engine, and the combustion rate increases as the amount of air in the working gas increases. As a result, the NOx emission increases. When the intake air amount and the EGR amount are controlled by the intake throttle valve, the EGR valve, the supercharger, etc., the actual values of the intake air amount and the EGR amount are delayed with respect to the target value in the transient state. The discharge amount is different between the steady state and the transient state.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, if the NOx accumulation amount is estimated only by the engine speed and the fuel injection amount as in the above-described prior art, the delay in the amount of air in the working gas is not taken into consideration, so the estimated value and the actual value in the transient state are not considered. There was a problem that there was a difference between the values.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
For this reason, the invention according to claim 1
A NOx trap catalyst that is disposed in the exhaust passage of the internal combustion engine, traps NOx in exhaust flowing when the exhaust air-fuel ratio is lean, and desorbs and purifies trapped NOx when the exhaust air-fuel ratio is rich;
Air-fuel ratio control means for making the exhaust air-fuel ratio rich according to the total amount of NOx traps of the NOx trap catalyst;
In an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine comprising:
Based on the correlation between the amount of air in the working gas sucked into the engine determined in advance and the NOx emission amount per unit output unit time discharged by the engine, the engine according to the air amount in the working gas sucked into the engine The NOx emission amount per unit output unit time discharged from the unit output is calculated, and the NOx trap total amount is estimated based on the NOx emission amount per unit time obtained from the NOx emission amount per unit output unit time. The NOx trap amount estimation is performed by regarding the NOx emission amount per time as the NOx trap amount per unit time trapped by the NOx trap catalyst, and correcting the NOx trap amount per unit time according to the size of the NOx trap total amount. Means,
It is provided with.
[0006]
According to the invention of claim 1,
As described above, the amount of NOx discharged from the engine per unit output unit time correlates with the amount of air in the working gas flowing into the engine, and the amount of air greatly changes during transient operation (see FIG. 2). .
Therefore, the total NOx trap amount can be accurately estimated even during transient operation based on the NOx emission amount per unit time calculated from the NOx emission amount per unit output unit time calculated according to the air amount in the working gas. Thereby, the timing for starting the NOx reduction process by the exhaust air-fuel ratio rich control can be set appropriately, and the exhaust purification performance is improved.
Further, by considering the NOx emission amount as the NOx trap amount, the total NOx trap amount can be easily estimated.
[0007]
Further, since the NOx trap catalyst chemically traps NOx in the exhaust as sulfate, the amount of NOx that can be trapped per unit time decreases as the total amount of NOx trap increases. Therefore, the NOx trap amount per unit time can be estimated with high accuracy by correcting the NOx trap amount according to the size of the total NOx trap amount.
The invention according to claim 2
Engine output calculation means for calculating the engine output based on the operating state,
The NOx trap total amount estimating means calculates the NOx emission amount per unit time by multiplying the NOx emission amount per unit output unit time by the engine output, and integrates the NOx emission amount per unit time to obtain the NOx trap. It is characterized by estimating the total amount.
[0008]
According to the invention of claim 2,
By multiplying the NOx emission amount per unit output unit time previously calculated according to the air amount in the working gas by the engine output, it can be easily converted into NOx emission amount per unit time, and this NOx emission per unit time By integrating the amounts, the total amount of NOx traps can be estimated.
[0009]
The invention according to claim 3
The engine output calculation means calculates the engine output based on a value obtained by multiplying the engine rotation speed and the fuel injection amount.
According to the invention of claim 3,
The engine output is calculated by multiplying the engine rotational speed and the engine torque. Of these, the engine torque is substantially proportional to the fuel injection amount and has a strong correlation. The engine rotation speed can be easily detected from the rotation speed sensor attached to the crankshaft, and the fuel injection amount can be easily detected from the energization time (pulse width) to the fuel injection valve. . Therefore, by replacing with the engine output equivalent value calculated from the engine speed and the fuel injection amount, the NOx emission amount can be estimated with sufficient accuracy by a simple calculation.
[0010]
The invention according to claim 4
Intake air amount detection means for detecting the amount of intake air sucked into the engine,
The NOx trap total amount estimation means regards the intake air amount as an air amount in the working gas.
According to the invention of claim 4,
For example, even if the intake throttle valve opening is constant, when the EGR amount changes, the intake air amount also changes with the change in the EGR amount. By assuming that the amount of air is medium, the amount of NOx discharged per unit output unit time according to the amount of air in the working gas can be calculated with high accuracy even during transient operation.
[0012]
The invention according to claim 5
The NOx trap total amount estimation means corrects the NOx trap amount per unit time according to the magnitude of the NOx emission amount per unit time.
According to the invention of claim 5 ,
The NOx trap catalyst temporarily holds NOx in the trap agent supported on the catalyst carrier. The surface area where the trapping agent comes into contact with the exhaust gas is limited, and therefore the amount of NOx that can be trapped per unit time is limited. That is, when the amount of NOx exceeding the trapping capacity is exhausted from the engine, only a part of it is trapped. Therefore, the NOx trap amount per unit time can be estimated with high accuracy by correcting according to the amount of NOx emission per unit time.
[0013]
The invention according to claim 6
The NOx trap total amount estimation means corrects the NOx trap amount per unit time, and the NOx trap amount per unit time according to the magnitude of the exhaust flow rate of the engine.
According to the invention of claim 6 ,
As described above, since the surface area where the trapping agent contacts the exhaust gas is finite, the NOx trap amount per unit time is also affected by the exhaust gas flow rate. That is, even if the NOx emission amount per unit time is the same, the NOx amount trapped relatively decreases as the exhaust gas flow rate increases. Therefore, the NOx trap amount per unit time can be accurately estimated by correcting the amount of the NOx trap according to the exhaust flow rate.
[0014]
The invention according to claim 7
The NOx trap total amount estimating means includes exhaust flow rate calculating means for calculating the exhaust flow rate based on an engine speed and a fuel injection amount.
According to the invention of claim 7 ,
The exhaust flow rate can be easily estimated and calculated from the engine speed and the fuel injection amount.
[0016]
The invention according to claim 8 is
The NOx trap total amount estimating means corrects the NOx trap amount per unit time according to the carrier temperature of the NOx trap catalyst.
According to the invention of claim 8 ,
The trap amount per unit time of the NOx trap catalyst is a function of the catalyst support temperature. Therefore, the NOx trap amount per unit time can be accurately estimated by correcting the amount of NOx trap according to the carrier temperature of the NOx trap catalyst.
[0017]
The invention according to claim 9 is
The NOx trap total amount estimation means includes carrier temperature calculation means for calculating the carrier temperature based on the cooling water temperature of the engine.
According to the invention of claim 9 ,
The catalyst carrier temperature of the NOx trap catalyst during cold has a strong correlation with the engine cooling water temperature. Therefore, the catalyst carrier temperature can be estimated and calculated using a general and easily detectable engine cooling water temperature.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a system diagram of a turbocharged diesel engine.
As shown in the figure, the engine body 1 is provided with a common rail fuel injection system including a common rail 2, a fuel injection valve 3 and a fuel pump (not shown) as components, and supplies high-pressure fuel to the engine body 1. The fuel injection valve 3 directly injects fuel into the combustion chamber and can perform pilot injection before main injection, and also changes the fuel injection pressure (hereinafter referred to as fuel injection pressure) by changing the set fuel pressure in the common rail 2. The injection pressure can be variably controlled.
[0019]
The compressor 4 a of the supercharger 4 is connected to the intake passage 5 and is driven to supply compressed air to the engine body 1.
The turbine 4b of the supercharger 4 is connected to the exhaust passage 6, and is rotated by the exhaust from the engine body 1 to drive the compressor 4a.
The intake passage 5 is provided with an air flow meter 7 disposed on the upstream side of the compressor 4 a of the supercharger 4 and an intake throttle valve 8.
[0020]
The intake throttle valve 8 is, for example, an electronically controlled type whose opening can be changed using a step motor, and controls the amount of intake air drawn into the engine body 1 according to the opening.
The exhaust passage 6 includes an EGR passage 9 branched from the engine body 1 and the turbocharger turbine 4b and connected to the intake passage 5, an EGR valve 10 interposed in the EGR passage 9, and the excess passage. A NOx trap catalyst 11 disposed on the downstream side of the turbine 4b of the feeder 4 is provided.
[0021]
The EGR valve 10 is, for example, an electronically controlled type using a step motor, and controls the amount of exhaust gas recirculated to the intake side according to the opening, that is, the EGR amount sucked into the engine body 1. .
The NOx trap catalyst 11 reduces and purifies while trapping NOx in the exhaust gas.
[0022]
As sensors for detecting various states, in addition to the air flow meter 7 for detecting the intake air amount Qas0, the rotational speed sensor 12 for detecting the engine rotational speed Ne, the accelerator opening sensor 13 for detecting the accelerator opening, and the cooling water temperature Tw. A water temperature sensor 14 for detecting, a thermocouple 15 for detecting the temperature of the catalyst carrier of the NOx trap catalyst 11, and the like are provided.
[0023]
The control unit 20 performs drive control of the fuel injection valve 3 and opening control of the intake throttle valve 8 and the EGR valve 10 based on detection signals from the various sensors. In particular, as control according to the present invention, when the NOx trapped by the NOx trap catalyst 11 is reduced and purified by enriching the air-fuel ratio, the total amount of trapped NOx is accurately estimated.
[0024]
A routine for estimating the total NOx trap amount will be described with reference to the flowchart of FIG.
In step 1, the engine rotation speed Ne detected by the rotation speed sensor 12, the accelerator opening degree Acc detected by the accelerator opening sensor 13 and the engine rotation speed Ne are set by reference from a map or the like. The fuel injection amount Qf, the intake air amount Qac_mg_s calculated per unit time based on the intake air amount Qas0 detected by the air flow meter 7, the catalyst carrier temperature Tbed of the NOx trap catalyst 11 detected by the thermocouple 15 (Or the cooling water temperature Tw detected by the water temperature sensor 14) is read.
[0025]
In step 2, for example, as shown in FIG. 4, from a table showing the correlation between the intake air amount Qac_mg_s per unit time and the NOx amount, NOx emission amount per unit output unit time discharged from the engine 1: NOx_g_kw_20 ms is calculated. Calculate. The unit of the NOx emission amount is g / kW / 20 ms (in the case of 20 msec. Job). As illustrated, NOx_g_kw_20 ms is set to increase as the intake air amount Qac increases in accordance with the characteristics described above.
[0026]
In step 3, the NOx emission amount per unit time discharged from the engine 1 is calculated by the product of NOx_g_kw — 20 ms calculated in step 2 and the engine output Pe at that time, and this is trapped in the NOx trap catalyst 11. NOx trap amount per hour: NOx_g_20 ms. Here, the fuel injection amount Qf detected in step 1 may be regarded as the engine torque, and the engine output equivalent value Pe may be calculated by the following equation.
[0027]
Pe = Ne × Qf
In step 4, for example, a correction coefficient kNOx_eoe based on the NOx emission amount per unit time is calculated using a table as shown in FIG. As other methods, considering the relationship between the engine exhaust flow rate and the NOx trap amount, kNOx_qexh calculated by a table as shown in FIG. 6 and the fact that the NOx trap amount changes depending on the operating conditions are shown in FIG. Can be replaced with kNOx_ne_qf calculated by the map as shown in FIG.
[0028]
In step 5, considering that the NOx trap amount depends on the catalyst carrier temperature, the correction coefficient kNOx_bed is calculated using a table as shown in FIG. As another method, as shown in FIG. 9, the correlation between the catalyst carrier temperature and the engine coolant temperature can be determined, and kNOx_tw can be calculated and replaced with kNOx_bed using a table as shown in FIG. .
[0029]
In step 6, the correction coefficient kNOx_trap is calculated using a table as shown in FIG. 11 considering that the NOx trap amount per unit time is affected by the total amount of NOx trapped in the catalyst so far: NOx_trap.
In Step 7, the final correction coefficient kNOx is calculated by multiplying the correction coefficients calculated in Steps 1-6.
[0030]

In step 8, the total amount of NOx traps up to the previous time (NOx_trap (n-1): n-1 indicates the previous calculation result in the figure) per unit time of the current time calculated in step 3 is calculated as follows: The product of the NOx trap amount: NOx_g_20 ms and the final correction coefficient calculated in step 7: kNOx is added to calculate the current NOx trap total amount: NOx_trap.
[0031]
NOx_trap = NOx_trap (n-1) + NOx_g_20 ms × kNOx
Next, a routine for calculating the intake air amount Qac_mg_s per unit time will be described with reference to the flowchart of FIG.
In step 11, the engine rotational speed Ne and the intake air amount Qas0 detected by the air flow meter 7 are read. In step 12, the intake air amount Qac0 per cylinder is calculated by the following equation based on these values.
[0032]
Qac0 = (Qas0 / Ne) × KCON #
However, KCON #: constant determined according to the number of cylinders As shown in FIG. 1, the airflow meter 7 is provided in the intake passage 5 upstream of the compressor 4a, and the delay from the airflow meter 7 to the collector portion downstream of the compressor 4a. In order to perform the processing, in step 13, the value of Qac0 before L (where L is an integer constant) times is obtained as the intake air amount Qacn per cylinder at the collector inlet.
[0033]
In step 14, the intake air amount Qac per cylinder at the intake valve position is calculated for this Qacn by the following equation (primary delay equation).
Qac = Qac _n-1 × (1-KIN × KVOL) + Qacn × KIN × KVOL
However, KIN: value corresponding to volumetric efficiency (value for correcting a change in volumetric efficiency due to EGR)
KVOL: VE / NC / VM
VE: displacement NC: number of cylinders VM: intake system volume Qac _n-1 : previous Qac
This is to compensate for the dynamics from the collector inlet to the intake valve.
[0034]
Further, in step 15, the intake air amount Qac per cylinder is converted into an intake air amount Qac_mg_s per unit time.
Qac_mg_s = Qac _n-1 × Kn # × {Ne / (60 × 2)}
However, Kn #: constant (4 for 4 cylinders, 6 for 6 cylinders)
As described above, the NOx emission amount per unit time is obtained by multiplying the NOx emission amount per unit output unit time calculated based on the air amount (intake air amount) in the working gas by the engine output. By integrating the NOx trap amount per unit time calculated by performing various corrections on the NOx emission amount, the NOx trap total amount can be estimated and calculated with high accuracy even during transient operation.
[0035]
Based on the total amount of NOx traps estimated and calculated with high accuracy as described above, the regeneration timing of the NOx trap catalyst can be set appropriately to perform regeneration processing by enriching the air-fuel ratio, including NOx. Exhaust pollutants can be efficiently purified.
In the present embodiment, when calculating the NOx emission amount NOx_g_kw_20 ms per unit output unit time, in order to accurately grasp the delay of the intake air amount, the unit time calculated based on the detected value Qas0 of the air flow meter However, the detected value Qas0 of the air flow meter may be used as it is.
[0036]
That is, as shown in FIG. 2, it is desirable that the intake air amount changes as tQa indicated by a one-dot chain line in accordance with changes in the fuel injection amount Qf and the engine rotational speed Ne. It changes like Qac_mg_s. Here, even when NOx_g_kw_20ms is calculated using the detected value Qas0 of the air flow meter, the delay of the intake air amount can be grasped, and the delay of the intake air amount is detected compared with the case of calculating using Qac_mg_s. Although the accuracy is reduced by about 20%, the control logic can be simplified.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a system configuration of an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention.
FIG. 2 is a graph showing changes in fuel injection amount, engine rotation speed, intake air amount, and NOx emission amount during transient operation.
FIG. 3 is a flowchart showing control according to the embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the intake air amount and the NOx emission amount per unit time.
FIG. 5 is a map for obtaining a correction coefficient based on the NOx emission amount per unit time.
FIG. 6 is a map for obtaining a correction coefficient based on an exhaust flow rate.
FIG. 7 is a map for obtaining a correction coefficient based on the engine speed and the fuel injection amount.
FIG. 8 is a graph showing the relationship between the catalyst carrier temperature and the engine cooling water temperature after engine startup.
FIG. 9 is a map for obtaining a correction coefficient based on the catalyst carrier temperature.
FIG. 10 is a map for obtaining a correction coefficient based on the engine coolant temperature.
FIG. 11 is a map for obtaining a correction coefficient based on the total amount of NOx traps.
FIG. 12 is a flowchart for obtaining an intake air amount per unit time.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Engine main body 3 Fuel injection valve 4 Supercharger 5 Intake passage 6 Exhaust passage 7 Air flow meter 8 Intake throttle valve 9 EGR passage 10 EGR valve 11 NOx trap catalyst 12 Rotational speed sensor 13 Acceleration sensor 14 Water temperature sensor 15 Thermocouple 20 Control unit

Claims

A NOx trap catalyst that is disposed in an exhaust passage of the internal combustion engine, traps NOx in exhaust flowing when the exhaust air-fuel ratio is lean, and desorbs and purifies trapped NOx when the exhaust air-fuel ratio is rich;
An air-fuel ratio control means for making the exhaust air-fuel ratio rich according to the total amount of NOx traps of the NOx trap catalyst;
In an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine comprising:
Based on the correlation between the amount of air in the working gas sucked into the engine determined in advance and the amount of NOx discharged per unit output unit time discharged by the engine, the engine depends on the amount of air in the working gas sucked into the engine. The NOx emission amount per unit output unit time discharged from the unit output is calculated, and the NOx trap total amount is estimated based on the NOx emission amount per unit time obtained from the NOx emission amount per unit output unit time. The NOx trap amount estimation is performed by regarding the NOx emission amount per time as the NOx trap amount per unit time trapped by the NOx trap catalyst, and correcting the NOx trap amount per unit time according to the size of the NOx trap total amount. Means,
An exhaust emission control device for an internal combustion engine, comprising:

Engine output calculation means for calculating the engine output based on the operating state,
The NOx trap total amount estimating means calculates the NOx emission amount per unit time by multiplying the NOx emission amount per unit output unit time by the engine output, and integrates the NOx emission amount per unit time to obtain the NOx trap. The exhaust gas purification device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the total amount is estimated.

3. The exhaust gas purification control device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the engine output calculation means calculates the engine output based on a value obtained by multiplying an engine rotation speed and a fuel injection amount. .

Intake air amount detection means for detecting the amount of intake air sucked into the engine,
The exhaust purification control apparatus for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3, wherein the NOx trap total amount estimation means regards the intake air amount as an air amount in the working gas.

5. The NOx trap total amount estimation unit corrects the NOx trap amount per unit time according to the magnitude of the NOx emission amount per unit time . 6. An exhaust gas purification control device for an internal combustion engine according to claim 1.

The internal combustion engine according to any one of claims 1 to 4, wherein the NOx trap total amount estimating means corrects the NOx trap amount per unit time according to the magnitude of the exhaust flow rate of the engine. Engine exhaust purification control device.

The exhaust purification control apparatus for an internal combustion engine according to claim 6 , wherein the NOx trap total amount estimation means includes exhaust flow rate calculation means for calculating the exhaust flow rate based on an engine speed and a fuel injection amount.

5. The internal combustion engine according to claim 1, wherein the NOx trap total amount estimation unit corrects the NOx trap amount per unit time according to a carrier temperature of the NOx trap catalyst. Engine exhaust purification control device.

9. The exhaust gas purification control apparatus for an internal combustion engine according to claim 8 , wherein the NOx trap total amount estimation means includes carrier temperature calculation means for calculating the carrier temperature based on a cooling water temperature of the engine.