JP2005016393A - Exhaust-emission control system of internal combustion engine - Google Patents

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伸治 鴨下
Akira Shoji
章 正司
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正彦 矢部
Naoto Suzuki
直人 鈴木
Yoshitake Koyanagi
善武 小柳
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To maintain capacity for oxidation of an EGR catalyst by oxidatively removing PM deposited on the EGR catalyst, and prevent melting loss of the EGR catalyst in an exhaust-emission control system of an internal combustion engine provided with an EGR system having the EGR catalyst. <P>SOLUTION: The exhaust-emission control system is provided with an exhaust-emission control means for trapping particulates contained in exhaust gas, an EGR passage, an EGR cooler, the EGR catalyst, and an EGR valve. In the combustion cycle of the internal combustion engine, a secondary injection of an additional fuel-injection is carried out at a specified timing after a primary injection in order to oxidatively remove particulates trapped by the exhaust-emission control means, and at the same time exhaust gas is allowed to flow to the EGR catalyst through the EGR passage by opening the EGR valve (S107-S112) in a specified period during the secondary injection is being carried out. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

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を行う排気浄化システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
内燃機関から排出される排気のNOxを抑制するための技術として、排気の一部を内燃機関の吸気通路に再循環させる、いわゆるEGR装置がある。EGR装置は、内燃機関の燃焼室に排気を導入することにより、燃焼室内の燃焼温度を下げてNOxの生成量を減少させるものである。
【0003】
EGR装置は、再循環される排気が流れるEGR通路、EGR通路を流れる排気を冷却するためのEGRクーラ、EGR通路を流れる排気量を調整するEGR弁等の機器から構成される。ここで、再循環される排気中に含まれるHCや粒子状物質(以下、「PM」という)等がこれらEGRクーラやEGR弁に付着、堆積すると、EGRクーラの目詰まりによる排気冷却能力の低下や、EGR弁の固着を招き、排気の再循環制御を良好に行うことが困難となる。
【0004】
そこで、EGRクーラの上流側に排気中の物質を酸化するEGR触媒を設けて、EGRクーラ等に流入する排気中のHCやPM等を浄化して、これらに起因する悪影響を未然に防止する技術が公開されている(例えば、特許文献1を参照。)。また、排気に含まれる煤等がEGRクーラに付着してその冷却能力が低下しときに、排気の温度を上昇させて、付着している煤等を燃焼させて、煤等を酸化除去する技術も公開されている(例えば、特許文献2を参照。)。
【0005】
また、内燃機関から排出される排気にはPMが含まれており、内燃機関の排気通路において、排気中のPMを捕集し、外気へPMが放出するのを抑制するための排気浄化手段が備えられる。しかし、排気浄化手段に捕集されたPMが多くなると、排気通路における排気の流れを妨げ、排気通路の背圧が上昇し、内燃機関の運転に悪影響を与える虞がある。そこで、燃料の噴射量や噴射時期を制御もしくは排気へ燃料を添加することで、HCを排気に供給して、排気浄化手段に捕集されているPMを酸化除去する技術が公開されている(例えば、特許文献3を参照。)。
【0006】
【特許文献1】
特開2000−45881号公報
【特許文献2】
特開2002−174148号公報
【特許文献3】
特開2002−180816号公報
【特許文献4】
特開平9−13945号公報
【特許文献5】
特開平8−338320号公報
【特許文献6】
特開2001−140703号公報
【特許文献7】
特開2002−371874号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
EGR装置が備えられている内燃機関において、EGR装置を流れる排気に含まれるHCやPM等を酸化除去することで、HCやPM等によるEGR装置への悪影響を防止するためのEGR触媒が、該EGR装置に設けられている場合、排気中のPMがEGR触媒に堆積するとEGR触媒の酸化能力が低下し、また排気の流れを妨げて良好な排気再循環制御を行うことが困難となる。
【0008】
更に、EGR触媒での酸化反応が良好に進行せず、内燃機関から排出されるPMがEGR触媒に堆積していくような内燃機関の運転状態が比較的長く続いた後に、EGR触媒に流入する排気温度が上昇すると、EGR触媒に堆積したPMが一斉に燃焼し、EGR触媒の温度が過度に昇温して、EGR触媒自体が溶損する虞がある。
【0009】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、EGR触媒を備えるEGR装置を有する内燃機関の排気浄化システムであって、より簡便な手法によって、EGR触媒に堆積したPMを酸化除去してEGR触媒の酸化能力の維持を図るとともに、EGR触媒の堆積が原因となるEGR触媒の溶損を回避する内燃機関の排気浄化システムを提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明は、内燃機関の排気浄化システムの排気浄化手段に堆積したPMを酸化除去するための、主噴射後の所定時期において行われる燃料噴射である副噴射に着目した。これは、副噴射が行われたときの燃料は燃焼室内で高温の燃焼ガスに曝されるため、該燃料によるHCの分子量が小さくなり、より活性な状態となるからである。また、本来、排気浄化手段に堆積したPMを酸化除去させるために行う副噴射を、EGR触媒に堆積したPMの酸化除去に利用することで、特別な装置を必要とせず内燃機関の排気浄化システムをより簡便に構成することが可能となるからである。
【0011】
そこで、内燃機関の排気浄化システムにおいて、内燃機関の排気通路に設けられ、該内燃機関から排出される排気中の物質を酸化するとともに、該排気に含まれるPMを捕集する排気浄化手段と、前記内燃機関から排出される排気の一部を前記排気浄化手段よりも上流の前記排気通路から該内燃機関の吸気通路に再循環させるEGR通路と、前記EGR通路に備えられ、該EGR通路を流れる排気を冷却するEGRクーラと、前記EGRクーラの上流側の前記EGR通路に備えられ、該EGR通路を流れる排気中の物質を酸化するEGR触媒と、前記EGR触媒の下流側の前記EGR通路に備えられ、該EGR通路を流れる排気の流れを制御するEGR弁と、前記内燃機関の燃焼サイクルにおいて主噴射より後の所定時期に再度の燃料噴射である副噴射を行って、前記排気浄化手段に捕集されたPMを酸化除去する副噴射手段と、前記副噴射手段の副噴射によって前記排気浄化手段に捕集されたPMを酸化除去する間の所定期間において、前記EGR弁を開弁することで前記EGR通路を介して前記EGR触媒に排気を流入させるEGR弁制御手段と、を備える。
【0012】
前記内燃機関の排気浄化システムにおいては、排気浄化手段によって排気中に含まれるPMを捕集することで、PMが外気へ放出されるのを抑制する。しかし、捕集されたPMが増大するに従い、排気通路における排気の流れを妨げ、排気通路の背圧が上昇し、内燃機関の運転に悪影響を与える虞がある。
【0013】
そこで、前記副噴射手段による副噴射が行われることで、内燃機関からの排気にHCを多く含ませる。副噴射が行われる前記所定時期とは、内燃機関の燃焼サイクルにおいて、主噴射より後であって副噴射によって噴射された燃料が内燃機関の機関出力に寄与しない時期をいい、例えば、膨張行程中期から排気行程までの期間におけるいずれかの時期をいう。従って、副噴射によって噴射された燃料は、主噴射によって生成された高温の燃焼ガスに噴射されるため、燃料の分子量がより小さくなり、より活性な状態となる。
【0014】
そして、該排気中のHCを排気浄化手段の有する酸化機能によって酸化させて排気温度を昇温させ、排気浄化手段に捕集されているPMを酸化除去する。ここで、前記排気浄化手段は、排気中の物質を酸化する酸化触媒の下流に、排気中のPMを捕集するフィルタから構成される他に、該酸化触媒が該フィルタに担持されている構成でもよい。
【0015】
また、前記内燃機関の排気浄化システムにおいては、内燃機関から排出された排気の一部がEGR通路を経て、内燃機関の吸気通路へ再循環される排気再循環制御が行われることで、排気中のNOxが低減される。ここで、EGR通路に設けられたEGR触媒は、EGR通路を流れる排気に含まれるHCやPM等の物質を酸化して浄化し、下流のEGR通路に存在するEGRクーラやEGR弁にHCやPMが付着、堆積するのを抑制する。
【0016】
しかし、EGR触媒の酸化能力を上回る量のPMが排気に含まれている場合、EGR触媒に比較的多くのPMが堆積する虞がある。そのためEGR触媒の酸化能力が低下し、また、堆積したPMが高温の排気に曝されることにより、その堆積量が比較的多い故にEGR触媒の温度が過度に昇温し、EGR触媒が溶損する虞がある。
【0017】
そこで、本来排気浄化手段に捕集されたPMを酸化除去するために副燃料噴射手段による副噴射で排気中に供給されるHCを、前記EGR弁制御手段によってEGR弁を開弁することで、EGR触媒の方にも供給して、EGR触媒の酸化能力によって排気温度を昇温させて、堆積したPMを酸化除去する。このとき、EGR弁を開弁する期間は、排気浄化手段に捕集されたPMを酸化除去するための副燃料噴射手段による副噴射が実行されている間における期間であり、EGR触媒に堆積しているPMを酸化除去するのに足りる期間であればよい。また、当然に、排気浄化手段に捕集されたPMを酸化除去されている間、EGR弁を開弁状態としてもよい。
【0018】
一般に、EGR触媒に流れ込む排気温度は、排気通路に設けられた排気浄化手段に流れ込む排気温度と比べて高いため、EGR触媒におけるPMの堆積量は、排気浄化手段におけるPMの捕集量より少ない。また、排気浄化手段は本来的に排気中の粒子状を捕集することを目的とした構造をしている。一方、EGR触媒は排気中の物質を酸化させることが目的であり、PMの捕集を主目的とする構造を有してはいない。従って、構造的な観点からも、EGR触媒でのPMの堆積量は、排気浄化手段でのPMの捕集量より少ない。従って、排気浄化手段に捕集されたPMを酸化除去するための副燃料噴射手段による副噴射が実行されている間には、EGR触媒に堆積したPMをほぼ酸化除去することが可能である。
【0019】
これにより、排気浄化手段に捕集されたPMを酸化除去するのと時期を同じくしてEGR触媒に堆積するPMを酸化除去することが、EGR弁を開弁制御するというより簡便な手法によって、可能となる。その結果、EGR触媒でのPMの堆積が原因となるEGR触媒の溶損を回避することも可能となる。
【0020】
ここで、副噴射の燃料は内燃機関の機関出力にならない時期に噴射される。そのため、副噴射が行われる直前の燃焼室内の燃焼ガス温度が低い状態であれば、副噴射によって噴射された燃料の気化が十分に促進されず、該燃料の分子量が大きい状態となる。そのため、排気浄化手段やEGR触媒における酸化反応が効率的に行われず、また内燃機関の排気通路やEGR通路に付着する虞がある。
【0021】
そこで、前記内燃機関の排気浄化システムにおいて、前記内燃機関の燃焼ガス温度が所定の燃焼ガス温度より低いとき、該内燃機関の燃焼ガス温度を上昇させる昇温制御手段を、更に備える。そして、前記副噴射手段は、前記内燃機関の燃焼ガス温度が所定の燃焼ガス温度より低いとき、前記昇温制御手段によって該内燃機関の燃焼ガス温度を該所定の燃焼ガス温度まで上昇させた後に、副噴射を行う。
【0022】
ここで、前記所定の燃焼ガス温度とは、副噴射によって噴射された燃料の気化が十分に促進され得る燃焼ガス温度である。また燃焼ガス温度は、内燃機関の燃焼室から排出された排気の温度、EGR触媒、排気浄化手段に流入する排気の温度等から推定することが可能である。このように、副噴射が行われる時期を制御することで、副噴射によって噴射された燃料の気化が促進され、該燃料による排気浄化手段およびEGR触媒での酸化反応が、より効率的に行われ得る。
【0023】
また、EGR触媒に流入する排気温度が高いと、EGR触媒自身が熱劣化を起こす虞がある。特に、EGR触媒に流入する排気温度は、排気浄化手段に流入する排気温度と比べて、比較的高いため、EGR触媒が熱劣化を起こす虞が高い。そこで、先述までの内燃機関の排気浄化システムにおいて、前記EGR触媒に堆積するPMの堆積量を推定する堆積量推定手段を、更に備える。そして、前記EGR弁制御手段は、前記堆積量推定手段によって推定される堆積量に基づいて前記EGR弁の開弁時間を調整する。
【0024】
EGR触媒に堆積するPMの堆積量推定については、内燃機関の燃焼に供給された燃料量に基づいて推定することが可能である。更に、内燃機関の排気温度が比較的高い場合、即ち内燃機関の機関負荷が中、高負荷領域に属するような場合には、EGR触媒に堆積しているPMが排気熱によって徐々に酸化されて、その堆積量は低減する。一方で、内燃機関の排気温度が比較的低い場合、即ち内燃機関の機関負荷が低負荷領域に属する場合には、排気温度が低いためにEGR触媒でのPM堆積量は減少せずに徐々に増加する。そこで、これら内燃機関の運転状態に基づくことで、EGR触媒におけるPMの堆積量をより正確に推定することが可能である。
【0025】
そして、EGR触媒のPMの堆積量に応じて、EGR弁の開弁時間を調整することで、該堆積量が少ないときは、不必要にEGR弁の開弁時間が長くなるのを抑制することが可能となる。その結果、EGR触媒が高温の排気に曝される時間が短縮されるため、EGR触媒の熱劣化をより確実に抑制することが可能となる。
【0026】
また、EGR触媒の熱劣化を抑制するためには、前記EGR弁制御手段によるEGR弁の開弁頻度を低下させることも有用である。即ち、先述したEGR触媒でのPMの堆積量に基づいてEGR弁の開弁時間を調整するのに代えて、前記EGR弁制御手段は、前記副噴射手段の副噴射による前記排気浄化手段に捕集されたPMの酸化除去が所定回数実行される毎に、前記EGR弁を開弁することで前記EGR通路を介して前記EGR触媒に排気を流入させる。
【0027】
先述したように、一般に、EGR触媒でのPMの堆積量は、排気浄化手段でのPMの捕集量より少ない。そこで、副噴射によって、排気浄化手段でのPMを酸化除去する度にEGR弁を開弁することで、EGR触媒に堆積したPMを酸化除去するのではなく、一定の割合で、即ち排気浄化手段でのPMの酸化除去を所定回数行う毎に一度、EGR弁を開弁する。
【0028】
このように、前記副噴射時におけるEGR弁の開弁頻度を低下させても、EGR触媒に堆積するPMを酸化除去することは可能である。そして、EGR触媒への排気の流入頻度が低下することで、EGR触媒の熱劣化が抑制される。ここで、前記副噴射時におけるEGR弁の開弁頻度である前記所定回数は、実験等で予め求めておけばよい。従って、EGR触媒の熱劣化抑制のための制御が簡便なものとなり、該熱劣化抑制を容易に達成することが可能となる。
【0029】
また、上記までの内燃機関の排気浄化システムにおいて、排気浄化手段に捕集されたPMの酸化除去は、副噴射で排気に供給されるHCによって、行われる。しかし、副噴射によって噴射される燃料量は内燃機関の燃焼室内の状態によって制限されるため、排気浄化手段に到達し得るHC量には限界がある。そのため、排気浄化手段を速やかに昇温させるのが困難となり、排気浄化手段に捕集されたPMを酸化除去するのに要する時間が長くなる。
【0030】
そこで、上記までの内燃機関の排気浄化システムにおいて、前記排気浄化手段より上流側の前記内燃機関の排気通路に設けられ、該排気浄化手段に流入する排気に燃料を添加する燃料添加手段を、更に備える。そして、前記副噴射手段の副噴射による前記排気浄化手段に捕集されたPMの酸化除去が実行されるときに、前記燃料添加手段によって前記排気通路を流れる排気に燃料を添加する。
【0031】
このようにすることで、排気浄化手段に捕集されたPMの酸化除去のために供給されるHCは、副噴射によって供給されるとともに、燃料添加手段によっても供給される。その結果、排気浄化手段の温度が速やかに上昇して、排気浄化手段でのPMの酸化除去が促進され、該PMの酸化除去に要する時間が短縮される。
【0032】
【発明の実施の形態】
<第1の実施の形態>
ここで、本発明に係る内燃機関の排気浄化システムの実施の形態について図面に基づいて説明する。図1は、本発明が適用される排気浄化システム、該排気浄化システムを含む圧縮着火式の内燃機関1およびその制御系統の概略構成を表すブロック図である。
【0033】
内燃機関1は、4つの気筒2を有する内燃機関である。また、気筒2の燃焼室に直接燃料を噴射する燃料噴射弁3を備えている。燃料噴射弁3は、燃料を所定圧に蓄圧する蓄圧室4と接続されている。蓄圧室4は、燃料供給管5を介して燃料ポンプ6と連通している。
【0034】
次に、内燃機関1には吸気枝管7が接続されており、吸気枝管7の各枝管は、気筒2の燃焼室と吸気ポートを介して連通している。ここで、気筒2の燃焼室と吸気ポートとの連通は、吸気弁の開閉によって行われる。また、吸気枝管7は吸気管8に接続されている。吸気管8には、該吸気管8内を流通する吸気の質量に対応した電気信号を出力するエアフローメータ9が取り付けられている。前記吸気管8における吸気枝管7の直上流に位置する部位には、該吸気管8内を流通する吸気の流量を調節する吸気絞り弁10が設けられている。この吸気絞り弁10には、ステップモータ等で構成されて該吸気絞り弁10を開閉駆動する吸気絞り用アクチュエータ11が取り付けられている。
【0035】
ここで、エアフローメータ9と吸気絞り弁10との間に位置する吸気管8には、排気のエネルギーを駆動源として作動する遠心過給機(ターボチャージャ)17のコンプレッサハウジング17aが設けられ、コンプレッサハウジング17aより下流の吸気管8には、前記コンプレッサハウジング17a内で圧縮されて高温となった吸気を冷却するためのインタークーラ16設けられている。
【0036】
一方、内燃機関1には排気枝管12が接続され、排気枝管12の各枝管が排気ポートを介して気筒2の燃焼室と連通している。ここで、気筒2の燃焼室と排気ポートとの連通は、排気弁の開閉によって行われる。更に、内燃機関1には、EGR装置21が設けられている。EGR装置21は排気枝管12の排気の一部を吸気枝管7へ再循環させる。EGR装置21は、排気枝管12(上流側)から吸気枝管7(下流側)へ延出しているEGR通路22と、EGR通路22上に上流側から順に設けられたEGR触媒23、EGRクーラ24、EGR弁25と、から構成される。
【0037】
EGR触媒23は、EGR通路22を流れる排気中のHCやPM等を酸化して排気を浄化する機能を有する触媒である。EGRクーラ24はEGR通路22を流れる排気を冷却し、EGR弁25はEGR通路22を流れる排気の流量を調整する。EGR弁25が開弁することで、排気枝管12にある排気の一部がEGR通路22に流入し、排気中のHCやPM等がEGR触媒23で酸化されてEGRクーラ24、EGR弁25を経て、吸気枝管7に再循環される。
【0038】
また、前記排気枝管7は、前記遠心過給機17のタービンハウジング17bと接続されている。前記タービンハウジング17bは、排気管13と接続され、この排気管13は、下流にてマフラーに接続されている。そして、排気管13の途中には、内燃機関から排気中の物質を酸化する機能を有する酸化触媒14と、酸化触媒14の下流側に排気中のPMを捕集する機能を有するフィルタ15が設けられている。内燃機関1からの排気は、酸化触媒14に流入して、排気中のHCが酸化触媒14で酸化され、その酸化熱によってフィルタ15に流入する排気温度が昇温する。また、排気中のPMがフィルタ15によって捕集され、外気へPMが放出されるのが防止される。更に、酸化触媒14の上流側の排気管13には、排気管13を流れる排気に対して燃料を添加する燃料添加弁30が設けられている。
【0039】
ここで、燃料噴射弁3および燃料添加弁30は、電子制御ユニット(以下、ECU:Electronic Control Unitと称する)20からの制御信号によって開閉動作を行う。即ち、ECU20からの指令によって、燃料噴射弁3および燃料添加弁30における燃料の噴射時期および噴射量が弁毎に制御される。また、EGR弁25も、ECU20からの指令に従い、開弁制御される。
【0040】
更に、アクセル開度センサ35がECU20と電気的に接続されており、ECU20はアクセル開度に応じた信号を受け取り、それより内燃機関1に要求される機関トルク等を算出する。また、クランクポジションセンサ32がECU20と電気的に接続されており、ECU20は内燃機関1の出力軸の回転角に応じた信号を受け取り、内燃機関1の機関回転速度等を算出する。
【0041】
また、酸化触媒14とフィルタ15の間の排気管13には、フィルタ15に流入する排気の温度を検出する排気温度センサ34が設けられている。更に、フィルタ15の下流の排気管13には、フィルタ15から流出する排気の空燃比を検出する排気空燃比センサ31が設けられている。排気温度センサ34および排気空燃比センサ31は、それぞれECU20に電気的に接続され、排気温度センサ34が排気温度に応じた電圧をECU20に伝えることで排気温度が検出され、排気空燃比センサ31が排気中の酸素の濃度に応じた電圧をECU20に伝えることで排気の空燃比が検出される。
【0042】
更に、酸化触媒14の上流側の排気管13には排気を導入する上流側導入管33aの一端が接続され、フィルタ15の下流の排気管13には排気を導入する下流側導入管33bの一端が接続される。上流側導入管33a及び下流側導入管33bの他端は差圧センサ33に接続されている。差圧センサ33は、上流側導入管33a及び下流側導入管33bから導入された排気の差圧に対応した電圧をECU20に伝えることで差圧が検出される。
【0043】
これらのセンサと酸化触媒14、フィルタ15、燃料添加弁3、燃料添加弁30等で構成される排気浄化システムによって、内燃機関1から排出される排気の浄化が行われる。そこで、フィルタ15には、排気中に含まれるPMが捕集されるが、その捕集量が増加すると内燃機関1の運転状態に悪影響を与えるため、捕集されたPMを除去する必要がある。このとき、フィルタ15にPMが捕集されるに従い、差圧センサ33によって検出される差圧が大きくなるため、該差圧が所定の圧力以上となるときにフィルタ15に捕集されたPMの酸化除去を行う。
【0044】
フィルタ15に捕集されたPMの酸化除去は、燃料噴射弁3からの燃料噴射を圧縮上死点近傍で行う主噴射後であって、噴射される燃料が内燃機関の機関出力に寄与しない時期、例えば圧縮上死点後90°に燃料噴射を行う副噴射によって行われる。副噴射による燃料は、燃焼室内の燃焼ガスに曝されてより活性な状態となって、下流の酸化触媒14によって酸化されることで、フィルタ15に流入する排気の温度を上昇させて、フィルタ15に捕集されているPMを酸化除去する。また、燃料添加弁30によって排気へ燃料を直接添加することでも、フィルタ15に捕集されているPMを酸化除去することも可能であるが、燃料添加時の排気温度は幾分下がっているため、添加された燃料の気化がされにくい。この副噴射のための燃料噴射弁3又は燃料添加弁30の開弁時期、開弁時間は、排気温度センサ34および排気空燃比センサ31からの信号を基に、フィルタ15に流入する排気の温度が適切な温度となるべく、ECU20によって制御される。
【0045】
ここで、燃焼によるNOxの生成量を抑制するために、EGR弁25を開弁して排気の再循環を行う。そして、排気がEGR触媒23に流入し、排気中のHCやPMがEGR触媒23において酸化される。しかし、内燃機関1の運転状態によっては、排気温度が低いため排気中のPM量も増大する場合があり、そのような状態が長期間継続すると、EGR触媒23にPMが堆積する。そして、その後、高温の排気がEGR触媒23に流入することで、堆積したPMが酸化し、EGR触媒23が過度に昇温し、溶損する虞がある。そこで、EGR触媒23に堆積したPMを除去する制御について図2に基づいて説明する。図2はEGR触媒23に堆積したPMを酸化除去するためのPM除去制御のフローチャートである。尚、該制御は、ECU20によって実行される。
【0046】
まず、S101では、本制御の開始に際して、本制御において使用するフィルタ15でのPM捕集量やタイマ等の制御パラメータの初期化を行う。S101の処理が終了すると、S102へ進む。
【0047】
S102では、フィルタ15でのPM捕集量Sfを算出する。具体的には、差圧センサ33によって検出される差圧に応じて該PM捕集量Sfを算出する。また、前回の本制御が行われてから、燃料噴射弁3から噴射された燃料噴射量の積算値に応じて該PM捕集量Sfを算出してもよい。S102の処理が終了すると、S103へ進む。
【0048】
S103では、S102で算出されたPM捕集量Sfが所定のPM捕集量Sf0より多いか否かを判断する。ここで、所定のPM捕集量Sf0とは、フィルタ15でのPM捕集量が多くなり内燃機関1での燃焼状態に悪影響を与えるため、その捕集されたPMを酸化除去すべきと判断するための閾値である。従って、S103でPM捕集量Sfが所定のPM捕集量Sf0より多いと判断されるときは、フィルタ15での捕集PMを酸化除去すべくS104以降の処理が行われる。一方で、S103でPM捕集量Sfが所定のPM捕集量Sf0以下であると判断されるときは、フィルタ15にはまだPMを捕集する能力が残存していることを意味し、S102以降の処理が再度行われる。
【0049】
S104では、内燃機関1における燃焼ガスを昇温させる。本制御においては、フィルタ15に捕集されたPMの酸化除去は、後述する副噴射によって排気中に含まれることになるHCが酸化触媒14で酸化され、その酸化熱によって排気温度を上昇させることで行われる。このとき、内燃機関1における燃焼ガス温度が低い場合には、副噴射によって噴射された燃料の気化が十分に促進されないため、酸化触媒14での排気の昇温が不十分な状態となりフィルタ15で捕集されたPMの酸化除去が効率よく行われない。そこで、燃料の気化を促進させて活性状態にするべく、内燃機関1における燃焼ガスを昇温させる。具体的には、圧縮行程上死点近傍において行われる燃料噴射弁3からの燃料噴射(以下、「主噴射」という)が終了する時点の近傍において、例えば圧縮上死点後30°の時点において、再度、燃料噴射量が比較的少ない燃料噴射(以下、「補助噴射」という)を行う。補助噴射によって噴射された燃料は、主噴射燃料の燃焼によって発生した高温の燃焼ガスに曝され、燃焼する。その結果、燃焼ガスの温度が、主噴射のみ場合と比べて、更に上昇することになる。S104の処理が終了すると、S105へ進む。
【0050】
S105では、燃焼ガス温度が所定温度T0より高いか否かが判断される。所定温度とは、燃焼ガス温度が副噴射を行うに十分な程度まで昇温していると判断される閾値である。また、燃焼ガス温度の検出は、本実施の形態においては、排気温度センサ34によって検出される排気温度から推定する。排気温度センサ34による検出温度と燃焼ガス温度との関係は、予め実験等で求めておけばよい。尚、燃焼ガスの温度をより直接に検出すべく排気枝管12の特に排気ポートと連通する部位に温度センサを設けて、排気ポートを経て排出された直後の燃焼ガス温度を検出してもよい。S105で燃焼ガス温度が所定温度T0より高いと判断されるときは、S106へ進む。一方で、S105で燃焼ガス温度が所定温度T0以下であると判断されるときは、フィルタ15で捕集されたPMを酸化除去するための副噴射を行う程には燃焼ガス温度が昇温されていないため、S104以降の処理が再度行われる。
【0051】
S106では、フィルタ15で捕集されたPMを酸化除去するために、副噴射が行われる。副噴射によって噴射される燃料は内燃機関1の機関出力に寄与しないタイミングにおいて行われる。従って、例えば、S104における補助噴射が圧縮行程上死点後30°のタイミングで行われる場合は、副噴射は圧縮行程上死点後90°のタイミングで行う。また、このタイミングに限られず、膨張行程及び排気行程において、内燃機関1での燃焼ガス温度や各気筒におけるピストンの位置等を考慮して、副噴射のタイミングを決定すればよい。
【0052】
S106の副噴射が行われることで、フィルタ15の上流に位置する酸化触媒14に流入する排気中に多量のHCが含まれる。そして、排気中のHCが酸化触媒14において酸化されて、その酸化熱によってフィルタ15に流入する排気温が更に昇温されて、フィルタ15に捕集されたPMを酸化除去する。S106の処理が終了すると、S107へ進む。
【0053】
S107では、EGR弁25を開弁する。これにより、本来フィルタ15に供給される活性状態にあるHCを多く含む排気がEGR触媒23にも流入する。そして、排気中に含まれるHCがEGR触媒23において酸化し、その酸化熱によってEGR触媒23に堆積したPMが酸化除去される。S107の処理が終了すると、S108へ進む。
【0054】
S108では、フィルタ15の温度が所定温度か否かを判定する。ここで、所定温度とは、フィルタ15に捕集されたPMを酸化除去するために十分なフィルタ15の温度をいう。フィルタ15の温度は、排気温度センサ34によって検出される排気温度から推定する。尚、排気温度センサ34による検出温度とフィルタ15の温度との関係は、予め実験等で求めておけばよい。S108でフィルタ15の温度が所定温度であると判断されるときは、S109へ進む。一方で、S108でフィルタ15の温度が所定温度ではないと判断されるときは、フィルタ15の温度が所定温度に至るまで、S108の処理を繰り返す。
【0055】
S109では、タイマTmを始動し、S110へ進む。S110では、タイマTmが所定時間Tm0を越えるまで、次の処理へ進むのを待つ。S110で、Tmが所定時間Tm0を越えると、次のS111へ進む。
【0056】
S111では、S106で開始した副噴射を終了させる。従って、副噴射は、フィルタ15の温度が所定温度なってから所定時間Tm0継続されることになる。そこで、所定時間Tm0とは、フィルタ15に捕集されたPMを酸化除去するために必要な副噴射を継続して行う時間を表す。S111の処理が終了すると、S112へ進む。
【0057】
S112では、S107で開弁したEGR弁25を閉弁し、EGR触媒23に排気が流入するのを中止する。S112の処理後、本制御を終了する。
【0058】
本制御においては、副噴射によってフィルタ15に捕集されたPMを酸化除去する際にEGR弁25を開弁することで、本来フィルタ15に供給されるべき活性状態にあるHCを多く含む排気をEGR触媒23にも供給する。その結果、EGR触媒23に堆積したPMを酸化除去する。従って、EGR弁25の開弁時期を制御するという簡便な手法によって、EGR触媒23に堆積したPMを酸化除去してEGR触媒23の酸化能力の維持を図るとともに、EGR触媒23の堆積が原因となるEGR触媒23の溶損を回避することが可能となる。
【0059】
また、一般にEGR触媒23に流入する排気温度は、フィルタ25に流入する排気温度より高く、更にEGR触媒23の構造は排気中の物質を酸化させる構造であって、PMを捕集することを主目的とした構造となっていないため、EGR触媒23でのPM堆積量はフィルタ15でのPM捕集量より少ない。従って、フィルタ15で捕集されたPMを副噴射によって酸化除去する時間において、EGR弁25を開弁することで、十分にEGR触媒23に堆積したPMを酸化除去することが可能である。
【0060】
また、本制御においては、フィルタ15に捕集されたPMを酸化除去するために、フィルタ15の温度が所定温度となってから副噴射を継続させる時間をタイマによって制御している。ここで、タイマによる制御に代わって、差圧センサ33によって検出される差圧が所定の圧力より小さくなることを以て、副噴射を継続させる時間を制御してもよい。
【0061】
<第2の実施の形態>
ここで、第1の実施の形態に係るPM除去制御においては、フィルタ15に捕集されたPMを酸化除去するための副噴射が行われている間、EGR弁25が開弁することで、EGR触媒23に堆積したPMが酸化除去される。しかし、EGR触媒23に堆積したPM量は、先述したように、一般にフィルタ15に捕集されたPM量より少ない。従って、第1の実施の形態においては、EGR弁25の開弁時間が、EGR触媒23に堆積したPMを酸化除去するには過度に長くなる場合がある。そして、EGR弁25の開弁時間が長くなることで、EGR触媒23に高温の排気が流入する時間が長くなるため、EGR触媒23の熱劣化が進む虞がある。
【0062】
そこで、EGR触媒23に堆積したPMを除去するとともに、EGR触媒23の熱劣化を可及的に抑制するPM除去制御について、図3に基づいて説明する。図3は上記PM除去制御のフローチャートである。該制御は、ECU20によって実行される。尚、図3に示すPM除去制御のフローチャートにおいて、図2に示すPM除去制御のフローチャート中の処理と同一の処理については、図2と同一の参照番号を付すことにより、その説明を省略する。
【0063】
図3のPM除去制御のフローチャートにおいては、S201からS212までの処理が、図2に示すPM除去制御のフローチャートに対して追加されている。本制御において最も特徴ある処理は、EGR触媒23に堆積したPM量に応じて、EGR弁25の開弁時間を制御する点である。
【0064】
本制御においては、処理S102が終了すると、S201へ進む。S201では、EGR触媒23に堆積したPMの堆積量Seを算出する。PM堆積量Seの算出にあたっては、燃料噴射弁3から噴射された燃料噴射量の積算値、および本制御が実行される以外のときにEGR弁25が開弁された積算時間等に応じて該PM堆積量Seを算出する。
【0065】
この際、EGR触媒23に流入する排気の温度は内燃機関1の運転状態によって変動し、特に該排気温度が低くなるときはEGR触媒23にPMが堆積しやすく、該排気温度が高温になるに従いEGR触媒23に堆積したPMは酸化されてその堆積量が減少する。そこで、内燃機関1の運転状態を考慮して、即ちEGR触媒23に流入する排気温度を内燃機関1の運転状態(機関負荷、機関回転速度等)から推定してEGR触媒23でのPM堆積量に反映させることで、より正確に該PM堆積量を算出することが可能となる。S201の処理が終了すると、S103からS106の処理が行われる。
【0066】
そして、S106の処理が終了すると、S202へ進む。S202では、S201において算出したEGR触媒23におけるPM堆積量Seに基づいて、EGR弁25の開弁時間Topenを算出する。該EGR弁開弁時間Topenは、EGR弁25を開弁することでEGR触媒23に堆積しているPMを酸化除去するために要する時間である。従って、EGR触媒23でのPM堆積量が少なくなるに従い、EGR弁開弁時間Topenは短くなる。尚、PM堆積量SeとEGR弁開弁時間Topenとの関係は予め実験等で求め、ECU20内のROMにマップの形で格納する。そして、S202において、該マップにアクセスすることで、EGR弁開弁時間Topenを算出する。S202の処理が終了すると、S203へ進む。
【0067】
S203では、先述したS107と同様に、EGR弁25が開弁されて、EGR触媒23に排気が流入する。S203の処理が終了すると、S204へ進む。S204では、EGRタイマTemが始動される。該EGRタイマTemは、EGR弁25の開弁時間を制御するためのタイマである。S204の処理が終了すると、S205へ進む。
【0068】
S205では、EGRタイマTemが、EGR弁開弁時間Topenを越えているか否か、即ち、EGR弁25がEGR触媒23に堆積したPMを酸化除去するために必要な時間開弁したか否かが判断される。S205で、EGRタイマTemがEGR弁開弁時間Topenを越えていると判断されるときは、S207へ進む。一方で、EGRタイマTemがEGR弁開弁時間Topenを越えていないと判断されるときは、S108へ進む。尚、本制御においては、S108でフィルタ温度が所定温度でないと判断されるときは、S205以降の処理が再度行われる。
【0069】
また、本制御においては、S109とS110の間に、S205と同様の処理を行うS206が設けられている。そして、S206でEGRタイマTemがEGR弁開弁時間Topenを越えていると判断されるときは、S210へ進む。一方で、S206でEGRタイマTemがEGR弁開弁時間Topenを越えていないと判断されるときは、S110へ進む。尚、本制御においては、S110でタイマTmが所定時間Tm0を越えていないと判断されるときは、S206以降の処理が行われる。
【0070】
ここで、S205およびS206で、EGRタイマTemがEGR弁開弁時間Topenを越えていると判断されると、それぞれS207、S210へ進み、EGR弁25が閉弁される。このようにすることで、EGR弁25は、フィルタ15での捕集PM量の酸化除去のための副噴射が行われている間、その開弁状態が継続されるのではなく、EGR触媒23に堆積したPMを酸化除去するために必要な時間のみ開弁される。S207の処理が終了すると、S108およびS109と同様の処理を行うS208およびS209の処理が行われる。
【0071】
そして、S209およびS210の処理が終了すると、S110およびS111と同様の処理を行うS211およびS212の処理が行われる。S212の処理後、本制御を終了する。
【0072】
本制御においては、第1の実施の形態と同様に、EGR弁25の開弁時期を制御するという簡便な手法によって、EGR触媒23に堆積したPMを酸化除去してEGR触媒23の酸化能力の維持を図るとともに、EGR触媒23の堆積が原因となるEGR触媒23の溶損を回避することが可能となる。更に、EGR弁25の開弁時間をEGR触媒に堆積したPM堆積量に基づいて制御することで、EGR触媒23に高温の排気が流入する時間を可及的に短くすることが可能となり、以てEGR触媒23の熱劣化が抑制される。
【0073】
<第3の実施の形態>
ここで先述した第1の実施の形態に代わる、EGR触媒23に堆積したPMを除去するとともにEGR触媒23の熱劣化を可及的に抑制するPM除去制御について、図4に基づいて説明する。図4は上記PM除去制御のフローチャートである。尚、該制御は、ECU20によって実行される。尚、図4に示すPM除去制御のフローチャートにおいて、図2に示すPM除去制御のフローチャート中の処理と同一の処理については、図2と同一の参照番号を付すことにより、その説明を省略する。
【0074】
図4のPM除去制御のフローチャートにおいては、S301からS306までの処理が、図2に示すPM除去制御のフローチャートに対して追加されている。本制御において最も特徴ある処理は、EGR弁25を開弁する頻度を、副噴射によるフィルタ15の堆積PMの酸化除去の頻度より低くする点である。
【0075】
本制御においては、先ず、図2のフローチャート中の処理S101に代わって、S301が行われる。S301では、本制御の開始に際して、本制御において使用するフィルタ15でのPM捕集量やタイマ等の制御パラメータの初期化を行う。但し、後述する副噴射カウンタの初期化は行われない。S301の処理が終了すると、以降、S102からS106の処理が行われる。S106の処理が終了すると、S302へ進む。
【0076】
S302では、副噴射カウンタをカウントして、副噴射回数Nsを算出する。副噴射カウンタとは、処理S106において副噴射が開始される毎にカウントされるパラメータであり、フィルタ15に捕集されたPMを酸化除去を行う回数を表す。S302の処理が終了すると、S303へ進む。
【0077】
S303では、副噴射回数Nsが所定の噴射回数N0以上であるか否かが判断される。S303で副噴射回数Nsが所定の噴射回数N0以上であると判断されると、S304へ進む。一方で、S303で副噴射回数Nsが所定の噴射回数N0未満と判断されると、S108へ進む。
【0078】
また、S304では、先述したS107と同様、EGR弁25を開弁する。これにより、EGR触媒23に堆積したPMが酸化除去される。従って、EGR触媒23に堆積したPMの酸化除去は、副噴射によるフィルタ15に捕集されたPMの酸化除去がN0回行われる毎に1回、行われることになる。従って、先述の所定の噴射回数N0は、いわば副噴射によるフィルタ15に捕集されたPMの酸化除去に対するEGR触媒23に堆積したPMの酸化除去が行われる割合を示すものである。
【0079】
EGR触媒23に堆積したPM量は、先述したように、一般にフィルタ15に捕集されたPM量より少ない。そこで、所定の噴射回数N0は、EGR触媒23におけるPMの堆積具合を踏まえて決定すればよい。また、内燃機関1の運転状態に応じて該PMの堆積具合は異なるため、内燃機関1の所定の運転状態が続くような場合、例えば内燃機関1の機関負荷が低負荷状態が続く場合と中負荷状態が続く場合とでは、該内燃機関1の運転状態に基づいて所定の噴射回数N0自体を変更させて、それぞれの運転状態に応じた所定の噴射回数N0を設定してもよい。S304の処理が終了すると、S305へ進む。
【0080】
S305では、副噴射カウンタを初期化する。即ち、副噴射回数Nsを0とする。S305の処理が終了すると、S108へ進み、以降、S108からS112までの処理が行われる。また、本制御においては、処理S111とS112との間に処理S306が設けられ、EGR弁25が開弁されているか否かの判断が行われ、EGR弁25が開弁していると判断されるときは、S112の処理が行われる。
【0081】
本制御においては、第1の実施の形態と同様に、EGR弁25の開弁時期を制御するという簡便な手法によって、EGR触媒23に堆積したPMを酸化除去してEGR触媒23の酸化能力の維持を図るとともに、EGR触媒23でのPM堆積が原因となるEGR触媒23の溶損を回避することが可能となる。更に、EGR弁25の開弁頻度を、フィルタ15に捕集されたPMの酸化除去が行われる頻度より低減させるという、より簡便な制御方法によって、EGR触媒23に高温の排気が流入する時間を可及的に短くすることが可能となり、以てEGR触媒23の熱劣化が抑制される。
【0082】
<第4の実施の形態>
先述までの実施の形態において、フィルタ15に捕集されたPMの酸化除去は副噴射によって実行される。しかし、副噴射による排気へのHCの供給は、内燃機関1の燃焼室内の状態によって制限されるため、フィルタ15に到達し得るHC量には限界がある。そのため、フィルタ15を速やかに昇温させるのが困難となり、フィルタ15に捕集されたPMを酸化除去するのに要する時間が長くなる。
【0083】
そこで、先述までの実施の形態において、副噴射を行う際に、更に燃料添加弁30から排気への燃料添加を行う。これにより、酸化触媒14に流入する排気中に含まれるHC量が増量されるため、酸化触媒14においてHCの酸化による酸化熱がより多く発生し、以てフィルタ15に流入する排気温度が上昇する。その結果、フィルタ15の温度が、捕集されたPMを酸化除去するために必要な温度へ速やかに昇温される。尚、フィルタ15が捕集されたPMを酸化除去するために必要な温度に上昇した後は、フィルタ15においては捕集されたPMが酸化されることで酸化熱が発生するためフィルタ15の温度が過度に昇温しないように、又は燃料添加弁30による燃料添加を中止することでフィルタ15の温度が過度に下降しない範囲において、燃料添加弁30による燃料添加を中止してもよい。
【0084】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る内燃機関の排気浄化システムは、EGR触媒を備えるEGR装置を有する内燃機関の排気浄化システムであって、内燃機関から排出される排気中のPMを捕集する排気浄化手段において、捕集されたPMを副噴射によって酸化除去する際にEGR弁を開弁して排気をEGR触媒にも流入させるという簡便な手法によって、EGR触媒に堆積したPMを酸化除去してEGR触媒の酸化能力の維持を図るとともに、EGR触媒でのPM堆積が原因となるEGR触媒の溶損を回避することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係る排気浄化システムおよび該排気浄化システムを含む内燃機関およびその制御系統の概略構成を表すブロック図である。
【図2】本発明の実施の形態に係る排気浄化システムにおいて、EGR触媒に堆積した粒子状物質(PM)を酸化除去するPM除去制御を示すフローチャートである。
【図3】本発明の実施の形態に係る排気浄化システムにおいて、EGR触媒に堆積した粒子状物質(PM)を酸化除去するPM除去制御を示す第2のフローチャートである。
【図4】本発明の実施の形態に係る排気浄化システムにおいて、EGR触媒に堆積した粒子状物質(PM)を酸化除去するPM除去制御を示す第3のフローチャートである。
【符号の説明】
1・・・・内燃機関
3・・・・燃料噴射弁
7・・・・吸気枝管
8・・・・吸気管
12・・・・排気枝管
13・・・・排気管
14・・・・酸化触媒
15・・・・フィルタ
20・・・・ECU
21・・・・EGR装置
22・・・・EGR通路
23・・・・EGR触媒
24・・・・EGRクーラ
25・・・・EGR弁
30・・・・燃料添加弁
31・・・・排気空燃比センサ
32・・・・クランクポジションセンサ
33・・・・差圧センサ
34・・・・排気温度センサ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust purification system that performs exhaust purification of an internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
As a technique for suppressing NOx in exhaust gas discharged from an internal combustion engine, there is a so-called EGR device that recirculates a part of the exhaust gas to an intake passage of the internal combustion engine. The EGR device introduces exhaust gas into a combustion chamber of an internal combustion engine, thereby lowering the combustion temperature in the combustion chamber and reducing the amount of NOx produced.
[0003]
The EGR device includes devices such as an EGR passage through which recirculated exhaust flows, an EGR cooler for cooling the exhaust flowing through the EGR passage, and an EGR valve that adjusts the amount of exhaust flowing through the EGR passage. Here, if HC or particulate matter (hereinafter referred to as “PM”) contained in the recirculated exhaust gas adheres to and accumulates on these EGR coolers and EGR valves, the exhaust cooling capacity decreases due to clogging of the EGR cooler. In addition, the EGR valve is stuck, and it becomes difficult to perform the exhaust gas recirculation control well.
[0004]
Therefore, an EGR catalyst that oxidizes substances in exhaust gas is provided on the upstream side of the EGR cooler to purify HC, PM, etc. in the exhaust gas flowing into the EGR cooler, etc., and to prevent adverse effects caused by these. Is disclosed (for example, see Patent Document 1). Further, when soot contained in the exhaust adheres to the EGR cooler and its cooling capacity is reduced, the temperature of the exhaust is raised and the attached soot is burned to remove the soot by oxidation. (See, for example, Patent Document 2).
[0005]
Further, the exhaust gas discharged from the internal combustion engine contains PM, and exhaust purification means for collecting the PM in the exhaust gas and suppressing the release of the PM into the outside air in the exhaust passage of the internal combustion engine. Provided. However, when the amount of PM collected by the exhaust purification means increases, the flow of exhaust in the exhaust passage is hindered, and the back pressure in the exhaust passage increases, which may adversely affect the operation of the internal combustion engine. In view of this, a technique has been disclosed in which the amount of fuel injected and the timing of injection are controlled or fuel is added to the exhaust to supply HC to the exhaust and oxidize and remove the PM collected in the exhaust purification means ( For example, see Patent Document 3.)
[0006]
[Patent Document 1]
JP 2000-45881 A
[Patent Document 2]
JP 2002-174148 A
[Patent Document 3]
JP 2002-180816 A
[Patent Document 4]
JP-A-9-13945
[Patent Document 5]
JP-A-8-338320
[Patent Document 6]
JP 2001-140703 A
[Patent Document 7]
JP 2002-371874 A
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
In an internal combustion engine equipped with an EGR device, an EGR catalyst for preventing adverse effects on the EGR device by HC, PM, etc. by oxidizing and removing HC, PM, etc. contained in the exhaust gas flowing through the EGR device, When the EGR device is provided, if the PM in the exhaust gas accumulates on the EGR catalyst, the oxidation ability of the EGR catalyst decreases, and it becomes difficult to prevent the exhaust flow and to perform good exhaust gas recirculation control.
[0008]
Furthermore, after the oxidation state in the EGR catalyst does not proceed well and the operating state of the internal combustion engine in which PM discharged from the internal combustion engine accumulates on the EGR catalyst lasts for a relatively long time, it flows into the EGR catalyst. When the exhaust gas temperature rises, the PM deposited on the EGR catalyst burns all at once, and the temperature of the EGR catalyst increases excessively, and the EGR catalyst itself may be melted.
[0009]
The present invention has been made in view of the above situation, and is an exhaust gas purification system for an internal combustion engine having an EGR device equipped with an EGR catalyst. The EGR catalyst removes PM deposited on the EGR catalyst by oxidation by a simpler method. It is an object of the present invention to provide an exhaust purification system for an internal combustion engine that maintains the oxidation ability of the EGR catalyst and avoids EGR catalyst erosion caused by the accumulation of the EGR catalyst.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The present invention focuses on sub-injection, which is fuel injection performed at a predetermined time after main injection, for oxidizing and removing PM accumulated in the exhaust purification unit of the exhaust purification system of the internal combustion engine. This is because the fuel when the sub-injection is performed is exposed to high-temperature combustion gas in the combustion chamber, so that the molecular weight of HC by the fuel becomes smaller and the fuel becomes more active. In addition, by using the sub-injection originally performed to oxidize and remove the PM deposited on the exhaust gas purification means for oxidizing and removing the PM accumulated on the EGR catalyst, an exhaust gas purification system for an internal combustion engine without requiring a special device. It is because it becomes possible to comprise more simply.
[0011]
Therefore, in an exhaust gas purification system for an internal combustion engine, an exhaust gas purification unit that is provided in an exhaust passage of the internal combustion engine, oxidizes substances in the exhaust gas discharged from the internal combustion engine, and collects PM contained in the exhaust gas; An EGR passage that recirculates a part of the exhaust discharged from the internal combustion engine from the exhaust passage upstream of the exhaust gas purification means to the intake passage of the internal combustion engine, and the EGR passage are provided in the EGR passage. An EGR cooler that cools the exhaust, an EGR passage that is provided upstream of the EGR cooler, oxidizes a substance in the exhaust that flows through the EGR passage, and an EGR passage that is downstream of the EGR catalyst. An EGR valve for controlling the flow of exhaust gas flowing through the EGR passage, and fuel injection again at a predetermined time after the main injection in the combustion cycle of the internal combustion engine. Between the sub-injection means that oxidizes and removes PM collected by the exhaust purification means, and the PM that is collected by the exhaust purification means by sub-injection of the sub-injection means. EGR valve control means for opening the EGR valve during a predetermined period to cause the exhaust gas to flow into the EGR catalyst via the EGR passage.
[0012]
In the exhaust gas purification system of the internal combustion engine, the PM contained in the exhaust gas is collected by the exhaust gas purification means, thereby suppressing the PM from being released to the outside air. However, as the collected PM increases, the exhaust flow in the exhaust passage is hindered, and the back pressure in the exhaust passage increases, which may adversely affect the operation of the internal combustion engine.
[0013]
Therefore, by performing the sub-injection by the sub-injection means, a lot of HC is included in the exhaust gas from the internal combustion engine. The predetermined time at which the sub-injection is performed refers to a time after the main injection in the combustion cycle of the internal combustion engine and the fuel injected by the sub-injection does not contribute to the engine output of the internal combustion engine. Any time in the period from to the exhaust stroke. Therefore, since the fuel injected by the sub-injection is injected into the high-temperature combustion gas generated by the main injection, the molecular weight of the fuel becomes smaller and the fuel becomes more active.
[0014]
Then, the HC in the exhaust gas is oxidized by the oxidation function of the exhaust gas purification means to raise the exhaust gas temperature, and PM trapped in the exhaust gas purification means is oxidized and removed. Here, the exhaust purification means is configured to include a filter that collects PM in the exhaust downstream of the oxidation catalyst that oxidizes substances in the exhaust, and the oxidation catalyst is supported on the filter. But you can.
[0015]
In the exhaust gas purification system for an internal combustion engine, exhaust gas recirculation control is performed in which a part of the exhaust gas discharged from the internal combustion engine is recirculated to the intake passage of the internal combustion engine via the EGR passage. NOx is reduced. Here, the EGR catalyst provided in the EGR passage oxidizes and purifies substances such as HC and PM contained in the exhaust gas flowing through the EGR passage, and HC and PM are added to the EGR cooler and EGR valve existing in the downstream EGR passage. Suppresses adhesion and deposition.
[0016]
However, when the amount of PM that exceeds the oxidation ability of the EGR catalyst is contained in the exhaust gas, there is a possibility that a relatively large amount of PM is deposited on the EGR catalyst. For this reason, the oxidation ability of the EGR catalyst is reduced, and the accumulated PM is exposed to high-temperature exhaust gas, so that the amount of the accumulated amount is relatively large, so that the temperature of the EGR catalyst is excessively increased and the EGR catalyst is melted. There is a fear.
[0017]
Therefore, by opening the EGR valve by the EGR valve control means, the HC supplied into the exhaust gas by the sub-injection by the sub-fuel injection means in order to oxidize and remove PM originally collected by the exhaust purification means, The EGR catalyst is also supplied and the exhaust temperature is raised by the oxidation ability of the EGR catalyst to oxidize and remove the deposited PM. At this time, the period during which the EGR valve is opened is a period during which the sub-injection by the sub-fuel injection means for oxidizing and removing the PM collected by the exhaust gas purification means is being performed, and is deposited on the EGR catalyst. The period may be sufficient to oxidize and remove the remaining PM. Naturally, the EGR valve may be opened while the PM collected by the exhaust gas purification means is oxidized and removed.
[0018]
In general, the exhaust gas temperature flowing into the EGR catalyst is higher than the exhaust gas temperature flowing into the exhaust gas purification means provided in the exhaust passage, so the amount of PM deposited on the EGR catalyst is less than the amount of PM trapped in the exhaust gas purification means. Further, the exhaust gas purification means has a structure originally intended to collect particulates in the exhaust gas. On the other hand, the EGR catalyst is intended to oxidize substances in the exhaust gas, and does not have a structure mainly for collecting PM. Therefore, also from a structural point of view, the amount of PM deposited on the EGR catalyst is smaller than the amount of PM collected on the exhaust purification means. Therefore, while the sub-injection by the sub fuel injection means for oxidizing and removing the PM collected by the exhaust purification means is being executed, the PM deposited on the EGR catalyst can be almost oxidized and removed.
[0019]
As a result, it is possible to oxidize and remove PM accumulated on the EGR catalyst at the same time as oxidizing and removing PM collected by the exhaust gas purification means by a simpler method of controlling the opening of the EGR valve, It becomes possible. As a result, it is possible to avoid melting of the EGR catalyst caused by PM accumulation on the EGR catalyst.
[0020]
Here, the sub-injected fuel is injected at a time when the engine output of the internal combustion engine is not reached. Therefore, if the temperature of the combustion gas in the combustion chamber immediately before the sub-injection is low, vaporization of the fuel injected by the sub-injection is not sufficiently promoted and the molecular weight of the fuel becomes large. For this reason, the oxidation reaction in the exhaust gas purification means and the EGR catalyst is not efficiently performed, and there is a possibility that the exhaust gas will adhere to the exhaust passage and the EGR passage of the internal combustion engine.
[0021]
Therefore, the exhaust gas purification system for the internal combustion engine further includes a temperature increase control means for increasing the combustion gas temperature of the internal combustion engine when the combustion gas temperature of the internal combustion engine is lower than a predetermined combustion gas temperature. And when the combustion gas temperature of the internal combustion engine is lower than a predetermined combustion gas temperature, the auxiliary injection means raises the combustion gas temperature of the internal combustion engine to the predetermined combustion gas temperature by the temperature increase control means. Sub-injection is performed.
[0022]
Here, the predetermined combustion gas temperature is a combustion gas temperature at which the vaporization of the fuel injected by the sub-injection can be sufficiently promoted. The combustion gas temperature can be estimated from the temperature of the exhaust discharged from the combustion chamber of the internal combustion engine, the temperature of the exhaust gas flowing into the EGR catalyst, the exhaust purification means, and the like. Thus, by controlling the timing at which the sub-injection is performed, the vaporization of the fuel injected by the sub-injection is promoted, and the oxidation reaction by the exhaust purification means and the EGR catalyst by the fuel is performed more efficiently. obtain.
[0023]
Further, if the exhaust gas temperature flowing into the EGR catalyst is high, the EGR catalyst itself may be thermally deteriorated. In particular, since the exhaust gas temperature flowing into the EGR catalyst is relatively higher than the exhaust gas temperature flowing into the exhaust gas purification means, there is a high possibility that the EGR catalyst will be thermally deteriorated. Therefore, the exhaust gas purification system for an internal combustion engine described above further includes a deposit amount estimating means for estimating the amount of PM deposited on the EGR catalyst. The EGR valve control means adjusts the opening time of the EGR valve based on the accumulation amount estimated by the accumulation amount estimation means.
[0024]
The amount of PM accumulated on the EGR catalyst can be estimated based on the amount of fuel supplied to the combustion of the internal combustion engine. Further, when the exhaust temperature of the internal combustion engine is relatively high, that is, when the engine load of the internal combustion engine belongs to the middle and high load region, PM accumulated on the EGR catalyst is gradually oxidized by the exhaust heat. The amount of deposition is reduced. On the other hand, when the exhaust temperature of the internal combustion engine is relatively low, that is, when the engine load of the internal combustion engine belongs to the low load region, the PM temperature on the EGR catalyst gradually decreases without decreasing because the exhaust temperature is low. To increase. Therefore, based on the operating state of these internal combustion engines, it is possible to estimate the PM accumulation amount on the EGR catalyst more accurately.
[0025]
And by adjusting the valve opening time of the EGR valve according to the PM accumulation amount of the EGR catalyst, when the accumulation amount is small, the valve opening time of the EGR valve is suppressed unnecessarily. Is possible. As a result, since the time during which the EGR catalyst is exposed to high-temperature exhaust gas is shortened, it is possible to more reliably suppress thermal degradation of the EGR catalyst.
[0026]
In order to suppress thermal degradation of the EGR catalyst, it is also useful to reduce the frequency of opening the EGR valve by the EGR valve control means. That is, instead of adjusting the valve opening time of the EGR valve based on the PM accumulation amount on the EGR catalyst described above, the EGR valve control means captures the exhaust purification means by sub-injection of the sub-injection means. Every time the collected PM is removed by oxidation a predetermined number of times, the EGR valve is opened to allow exhaust to flow into the EGR catalyst through the EGR passage.
[0027]
As described above, generally, the amount of PM deposited on the EGR catalyst is smaller than the amount of PM collected on the exhaust purification means. Therefore, the PM that has accumulated on the EGR catalyst is not oxidized and removed by opening the EGR valve every time the PM in the exhaust gas purification means is oxidized and removed by the sub-injection, that is, the exhaust gas purification means. The EGR valve is opened once every time oxidation removal of PM is performed a predetermined number of times.
[0028]
Thus, even if the opening frequency of the EGR valve during the sub-injection is lowered, it is possible to oxidize and remove PM deposited on the EGR catalyst. And the thermal deterioration of an EGR catalyst is suppressed because the inflow frequency of the exhaust_gas | exhaustion to an EGR catalyst falls. Here, the predetermined number, which is the opening frequency of the EGR valve at the time of the sub-injection, may be obtained in advance through experiments or the like. Therefore, the control for suppressing the thermal degradation of the EGR catalyst becomes simple, and the thermal degradation can be easily suppressed.
[0029]
In the exhaust gas purification system for an internal combustion engine as described above, the oxidation removal of PM collected by the exhaust gas purification means is performed by HC supplied to the exhaust gas by sub-injection. However, since the amount of fuel injected by the sub-injection is limited by the state in the combustion chamber of the internal combustion engine, the amount of HC that can reach the exhaust purification unit is limited. Therefore, it is difficult to quickly raise the temperature of the exhaust gas purification unit, and the time required for oxidizing and removing the PM collected by the exhaust gas purification unit becomes long.
[0030]
Therefore, in the exhaust gas purification system for an internal combustion engine as described above, a fuel addition means that is provided in an exhaust passage of the internal combustion engine upstream of the exhaust gas purification means and adds fuel to the exhaust gas flowing into the exhaust gas purification means, Prepare. The fuel is added to the exhaust gas flowing through the exhaust passage by the fuel addition unit when the PM collected by the exhaust gas purification unit by the sub-injection of the sub-injection unit is executed.
[0031]
By doing in this way, HC supplied for the oxidation removal of PM collected by the exhaust gas purification means is supplied by the sub-injection and also supplied by the fuel addition means. As a result, the temperature of the exhaust gas purification means rises quickly, the PM oxidation removal by the exhaust gas purification means is promoted, and the time required for the PM oxidation removal is shortened.
[0032]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
<First Embodiment>
Here, an embodiment of an exhaust gas purification system for an internal combustion engine according to the present invention will be described based on the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of an exhaust purification system to which the present invention is applied, a compression ignition type internal combustion engine 1 including the exhaust purification system, and a control system thereof.
[0033]
The internal combustion engine 1 is an internal combustion engine having four cylinders 2. Further, a fuel injection valve 3 for directly injecting fuel into the combustion chamber of the cylinder 2 is provided. The fuel injection valve 3 is connected to a pressure accumulation chamber 4 that accumulates fuel at a predetermined pressure. The pressure accumulating chamber 4 communicates with the fuel pump 6 through the fuel supply pipe 5.
[0034]
Next, an intake branch pipe 7 is connected to the internal combustion engine 1, and each branch pipe of the intake branch pipe 7 communicates with a combustion chamber of the cylinder 2 via an intake port. Here, the communication between the combustion chamber of the cylinder 2 and the intake port is performed by opening and closing the intake valve. The intake branch pipe 7 is connected to the intake pipe 8. An air flow meter 9 that outputs an electrical signal corresponding to the mass of the intake air flowing through the intake pipe 8 is attached to the intake pipe 8. An intake throttle valve 10 for adjusting the flow rate of the intake air flowing through the intake pipe 8 is provided at a portion of the intake pipe 8 located immediately upstream of the intake branch pipe 7. The intake throttle valve 10 is provided with an intake throttle actuator 11 that is configured by a step motor or the like and that opens and closes the intake throttle valve 10.
[0035]
Here, the intake pipe 8 located between the air flow meter 9 and the intake throttle valve 10 is provided with a compressor housing 17a of a centrifugal supercharger (turbocharger) 17 that operates using exhaust energy as a drive source. The intake pipe 8 downstream of the housing 17a is provided with an intercooler 16 for cooling the intake air that has been compressed in the compressor housing 17a and has reached a high temperature.
[0036]
On the other hand, an exhaust branch pipe 12 is connected to the internal combustion engine 1, and each branch pipe of the exhaust branch pipe 12 communicates with the combustion chamber of the cylinder 2 through an exhaust port. Here, the communication between the combustion chamber of the cylinder 2 and the exhaust port is performed by opening and closing the exhaust valve. Further, the internal combustion engine 1 is provided with an EGR device 21. The EGR device 21 recirculates part of the exhaust from the exhaust branch pipe 12 to the intake branch pipe 7. The EGR device 21 includes an EGR passage 22 extending from the exhaust branch pipe 12 (upstream side) to the intake branch pipe 7 (downstream side), an EGR catalyst 23 provided on the EGR passage 22 in order from the upstream side, and an EGR cooler. 24 and an EGR valve 25.
[0037]
The EGR catalyst 23 is a catalyst having a function of purifying exhaust gas by oxidizing HC, PM and the like in the exhaust gas flowing through the EGR passage 22. The EGR cooler 24 cools the exhaust gas flowing through the EGR passage 22, and the EGR valve 25 adjusts the flow rate of the exhaust gas flowing through the EGR passage 22. When the EGR valve 25 is opened, a part of the exhaust gas in the exhaust branch pipe 12 flows into the EGR passage 22, and HC, PM, etc. in the exhaust gas are oxidized by the EGR catalyst 23, and the EGR cooler 24, EGR valve 25. Then, the air is recirculated to the intake branch pipe 7.
[0038]
The exhaust branch pipe 7 is connected to the turbine housing 17 b of the centrifugal supercharger 17. The turbine housing 17b is connected to an exhaust pipe 13, and the exhaust pipe 13 is connected to a muffler downstream. In the middle of the exhaust pipe 13, an oxidation catalyst 14 having a function of oxidizing substances in the exhaust from the internal combustion engine and a filter 15 having a function of collecting PM in the exhaust are provided downstream of the oxidation catalyst 14. It has been. Exhaust gas from the internal combustion engine 1 flows into the oxidation catalyst 14, HC in the exhaust gas is oxidized by the oxidation catalyst 14, and the temperature of the exhaust gas flowing into the filter 15 is raised by the oxidation heat. Further, PM in the exhaust gas is collected by the filter 15 and PM is prevented from being released to the outside air. Further, a fuel addition valve 30 is provided in the exhaust pipe 13 upstream of the oxidation catalyst 14 to add fuel to the exhaust gas flowing through the exhaust pipe 13.
[0039]
Here, the fuel injection valve 3 and the fuel addition valve 30 are opened and closed by a control signal from an electronic control unit (hereinafter referred to as ECU: Electronic Control Unit) 20. That is, in accordance with a command from the ECU 20, the fuel injection timing and the fuel injection amount in the fuel injection valve 3 and the fuel addition valve 30 are controlled for each valve. The EGR valve 25 is also controlled to open according to a command from the ECU 20.
[0040]
Further, an accelerator opening sensor 35 is electrically connected to the ECU 20, and the ECU 20 receives a signal corresponding to the accelerator opening and calculates an engine torque required for the internal combustion engine 1 based on the signal. In addition, the crank position sensor 32 is electrically connected to the ECU 20, and the ECU 20 receives a signal corresponding to the rotation angle of the output shaft of the internal combustion engine 1 and calculates the engine rotational speed and the like of the internal combustion engine 1.
[0041]
The exhaust pipe 13 between the oxidation catalyst 14 and the filter 15 is provided with an exhaust temperature sensor 34 that detects the temperature of the exhaust gas flowing into the filter 15. Further, an exhaust air / fuel ratio sensor 31 for detecting the air / fuel ratio of the exhaust gas flowing out from the filter 15 is provided in the exhaust pipe 13 downstream of the filter 15. The exhaust temperature sensor 34 and the exhaust air / fuel ratio sensor 31 are electrically connected to the ECU 20 respectively. The exhaust temperature sensor 34 transmits a voltage corresponding to the exhaust temperature to the ECU 20 to detect the exhaust temperature, and the exhaust air / fuel ratio sensor 31 The air-fuel ratio of the exhaust is detected by transmitting a voltage corresponding to the concentration of oxygen in the exhaust to the ECU 20.
[0042]
Furthermore, one end of an upstream introduction pipe 33a that introduces exhaust gas is connected to the exhaust pipe 13 upstream of the oxidation catalyst 14, and one end of a downstream introduction pipe 33b that introduces exhaust gas to the exhaust pipe 13 downstream of the filter 15. Is connected. The other ends of the upstream introduction pipe 33 a and the downstream introduction pipe 33 b are connected to the differential pressure sensor 33. The differential pressure sensor 33 detects the differential pressure by transmitting to the ECU 20 a voltage corresponding to the differential pressure of the exhaust gas introduced from the upstream side introduction pipe 33a and the downstream side introduction pipe 33b.
[0043]
Exhaust gas discharged from the internal combustion engine 1 is purified by an exhaust gas purification system including these sensors, the oxidation catalyst 14, the filter 15, the fuel addition valve 3, the fuel addition valve 30, and the like. Therefore, PM contained in the exhaust gas is collected by the filter 15, but if the amount of collection increases, the operating state of the internal combustion engine 1 is adversely affected. Therefore, it is necessary to remove the collected PM. . At this time, since the differential pressure detected by the differential pressure sensor 33 increases as PM is collected by the filter 15, the PM collected by the filter 15 when the differential pressure exceeds a predetermined pressure. Oxidation removal is performed.
[0044]
The oxidation removal of the PM collected by the filter 15 is after the main injection in which the fuel injection from the fuel injection valve 3 is performed near the compression top dead center, and the time when the injected fuel does not contribute to the engine output of the internal combustion engine For example, this is performed by sub-injection in which fuel is injected at 90 ° after compression top dead center. The fuel by the sub-injection is exposed to the combustion gas in the combustion chamber to become a more active state and is oxidized by the downstream oxidation catalyst 14, thereby raising the temperature of the exhaust gas flowing into the filter 15. The PM collected in the catalyst is oxidized and removed. Also, it is possible to oxidize and remove PM collected by the filter 15 by directly adding fuel to the exhaust gas by the fuel addition valve 30, but the exhaust temperature at the time of fuel addition is somewhat lowered. The added fuel is difficult to vaporize. The opening timing and opening time of the fuel injection valve 3 or the fuel addition valve 30 for the sub-injection are based on the temperature of the exhaust gas flowing into the filter 15 based on signals from the exhaust temperature sensor 34 and the exhaust air / fuel ratio sensor 31. Is controlled by the ECU 20 so that the temperature becomes an appropriate temperature.
[0045]
Here, in order to suppress the production amount of NOx due to combustion, the EGR valve 25 is opened and the exhaust gas is recirculated. Then, the exhaust gas flows into the EGR catalyst 23, and HC and PM in the exhaust gas are oxidized in the EGR catalyst 23. However, depending on the operating state of the internal combustion engine 1, the exhaust gas temperature may be low, so the amount of PM in the exhaust gas may also increase. If such a state continues for a long time, PM accumulates on the EGR catalyst 23. After that, when the high-temperature exhaust gas flows into the EGR catalyst 23, the accumulated PM is oxidized, and the EGR catalyst 23 is excessively heated and may be melted. Therefore, control for removing PM deposited on the EGR catalyst 23 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a flowchart of PM removal control for oxidizing and removing PM deposited on the EGR catalyst 23. The control is executed by the ECU 20.
[0046]
First, in S101, when starting this control, control parameters such as the amount of PM trapped by the filter 15 and timer used in this control are initialized. When the process of S101 ends, the process proceeds to S102.
[0047]
In S102, the PM collection amount Sf at the filter 15 is calculated. Specifically, the PM collection amount Sf is calculated according to the differential pressure detected by the differential pressure sensor 33. Further, the PM collection amount Sf may be calculated according to the integrated value of the fuel injection amount injected from the fuel injection valve 3 after the previous main control. When the process of S102 ends, the process proceeds to S103.
[0048]
In S103, it is determined whether or not the PM collection amount Sf calculated in S102 is larger than a predetermined PM collection amount Sf0. Here, the predetermined amount of collected PM Sf0 is judged to be that the collected PM should be removed by oxidation because the amount of collected PM in the filter 15 increases and adversely affects the combustion state in the internal combustion engine 1. It is a threshold for Accordingly, when it is determined in S103 that the PM collection amount Sf is larger than the predetermined PM collection amount Sf0, the processing after S104 is performed to oxidize and remove the PM collected by the filter 15. On the other hand, when it is determined in S103 that the PM collection amount Sf is less than or equal to the predetermined PM collection amount Sf0, it means that the filter 15 still has the ability to collect PM, and S102 The subsequent processing is performed again.
[0049]
In S104, the temperature of the combustion gas in the internal combustion engine 1 is raised. In this control, the oxidation removal of the PM collected by the filter 15 is caused by oxidizing the HC contained in the exhaust gas by the sub-injection described later by the oxidation catalyst 14 and raising the exhaust gas temperature by the oxidation heat. Done in At this time, when the temperature of the combustion gas in the internal combustion engine 1 is low, the vaporization of the fuel injected by the sub-injection is not sufficiently promoted, so that the temperature of the exhaust gas in the oxidation catalyst 14 becomes insufficient and the filter 15 The collected PM is not efficiently oxidized and removed. Therefore, the temperature of the combustion gas in the internal combustion engine 1 is raised in order to promote the vaporization of the fuel and bring it into an active state. Specifically, in the vicinity of the time when fuel injection from the fuel injection valve 3 (hereinafter referred to as “main injection”) performed in the vicinity of the compression stroke top dead center ends, for example, at the time of 30 ° after the compression top dead center. Again, fuel injection with a relatively small fuel injection amount (hereinafter referred to as “auxiliary injection”) is performed. The fuel injected by the auxiliary injection is exposed to the high-temperature combustion gas generated by the combustion of the main injection fuel and burns. As a result, the temperature of the combustion gas further increases as compared with the case of only the main injection. When the process of S104 ends, the process proceeds to S105.
[0050]
In S105, it is determined whether or not the combustion gas temperature is higher than a predetermined temperature T0. The predetermined temperature is a threshold value at which it is determined that the combustion gas temperature has risen to an extent sufficient for performing sub-injection. Further, in the present embodiment, the detection of the combustion gas temperature is estimated from the exhaust gas temperature detected by the exhaust gas temperature sensor 34. The relationship between the temperature detected by the exhaust temperature sensor 34 and the combustion gas temperature may be obtained in advance through experiments or the like. In order to detect the temperature of the combustion gas more directly, a temperature sensor may be provided in a portion communicating with the exhaust port, particularly the exhaust port, to detect the temperature of the combustion gas immediately after being discharged through the exhaust port. . When it is determined in S105 that the combustion gas temperature is higher than the predetermined temperature T0, the process proceeds to S106. On the other hand, when it is determined in S105 that the combustion gas temperature is equal to or lower than the predetermined temperature T0, the combustion gas temperature is raised to the extent that sub-injection for oxidizing and removing the PM collected by the filter 15 is performed. Therefore, the processing after S104 is performed again.
[0051]
In S106, sub-injection is performed to oxidize and remove PM collected by the filter 15. The fuel injected by the sub-injection is performed at a timing that does not contribute to the engine output of the internal combustion engine 1. Therefore, for example, when the auxiliary injection in S104 is performed at a timing of 30 ° after the compression stroke top dead center, the sub-injection is performed at a timing of 90 ° after the compression stroke top dead center. In addition, the timing of the sub-injection may be determined in consideration of the combustion gas temperature in the internal combustion engine 1 and the position of the piston in each cylinder in the expansion stroke and the exhaust stroke, without being limited to this timing.
[0052]
By performing the sub-injection of S106, a large amount of HC is contained in the exhaust gas flowing into the oxidation catalyst 14 located upstream of the filter 15. Then, HC in the exhaust is oxidized in the oxidation catalyst 14, and the exhaust temperature flowing into the filter 15 is further raised by the oxidation heat, and the PM collected in the filter 15 is oxidized and removed. When the process of S106 ends, the process proceeds to S107.
[0053]
In S107, the EGR valve 25 is opened. As a result, the exhaust gas containing a large amount of HC originally in the active state supplied to the filter 15 also flows into the EGR catalyst 23. Then, HC contained in the exhaust is oxidized in the EGR catalyst 23, and PM deposited on the EGR catalyst 23 is oxidized and removed by the oxidation heat. When the process of S107 ends, the process proceeds to S108.
[0054]
In S108, it is determined whether or not the temperature of the filter 15 is a predetermined temperature. Here, the predetermined temperature refers to the temperature of the filter 15 sufficient to oxidize and remove the PM collected by the filter 15. The temperature of the filter 15 is estimated from the exhaust temperature detected by the exhaust temperature sensor 34. It should be noted that the relationship between the temperature detected by the exhaust temperature sensor 34 and the temperature of the filter 15 may be obtained in advance through experiments or the like. When it is determined in S108 that the temperature of the filter 15 is the predetermined temperature, the process proceeds to S109. On the other hand, when it is determined in S108 that the temperature of the filter 15 is not the predetermined temperature, the process of S108 is repeated until the temperature of the filter 15 reaches the predetermined temperature.
[0055]
In S109, the timer Tm is started, and the process proceeds to S110. In S110, the process waits for the next process until the timer Tm exceeds the predetermined time Tm0. If Tm exceeds the predetermined time Tm0 in S110, the process proceeds to the next S111.
[0056]
In S111, the sub-injection started in S106 is terminated. Therefore, the sub-injection is continued for a predetermined time Tm0 after the temperature of the filter 15 reaches the predetermined temperature. Therefore, the predetermined time Tm0 represents a time for continuously performing the sub-injection necessary for oxidizing and removing the PM collected by the filter 15. When the process of S111 ends, the process proceeds to S112.
[0057]
In S112, the EGR valve 25 opened in S107 is closed, and the flow of exhaust gas into the EGR catalyst 23 is stopped. After the process of S112, this control is terminated.
[0058]
In this control, when the PM collected in the filter 15 by the sub-injection is oxidized and removed, the EGR valve 25 is opened, so that exhaust containing a large amount of HC that is originally in an active state to be supplied to the filter 15 is generated. The EGR catalyst 23 is also supplied. As a result, PM deposited on the EGR catalyst 23 is oxidized and removed. Therefore, the PM accumulated on the EGR catalyst 23 is removed by oxidation by a simple method of controlling the opening timing of the EGR valve 25 to maintain the oxidation ability of the EGR catalyst 23, and the accumulation of the EGR catalyst 23 is the cause. It becomes possible to avoid the melting loss of the EGR catalyst 23.
[0059]
In general, the exhaust temperature flowing into the EGR catalyst 23 is higher than the exhaust temperature flowing into the filter 25, and the structure of the EGR catalyst 23 is a structure that oxidizes substances in the exhaust, and mainly collects PM. Since the target structure is not provided, the PM accumulation amount on the EGR catalyst 23 is smaller than the PM collection amount on the filter 15. Therefore, it is possible to sufficiently oxidize and remove the PM accumulated on the EGR catalyst 23 by opening the EGR valve 25 in the time for oxidizing and removing the PM collected by the filter 15 by the sub-injection.
[0060]
Moreover, in this control, in order to oxidize and remove PM collected by the filter 15, the time for continuing the sub-injection after the temperature of the filter 15 reaches a predetermined temperature is controlled by a timer. Here, instead of the control by the timer, the time during which the sub-injection is continued may be controlled by making the differential pressure detected by the differential pressure sensor 33 smaller than a predetermined pressure.
[0061]
<Second Embodiment>
Here, in the PM removal control according to the first embodiment, the EGR valve 25 is opened while the sub-injection for oxidizing and removing the PM collected by the filter 15 is performed. The PM deposited on the EGR catalyst 23 is removed by oxidation. However, the amount of PM deposited on the EGR catalyst 23 is generally smaller than the amount of PM collected by the filter 15 as described above. Therefore, in the first embodiment, the valve opening time of the EGR valve 25 may be excessively long to oxidize and remove the PM deposited on the EGR catalyst 23. Further, since the opening time of the EGR valve 25 becomes longer, the time during which the high-temperature exhaust gas flows into the EGR catalyst 23 becomes longer, so that the EGR catalyst 23 may be further deteriorated by heat.
[0062]
Therefore, PM removal control for removing PM deposited on the EGR catalyst 23 and suppressing thermal degradation of the EGR catalyst 23 as much as possible will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a flowchart of the PM removal control. The control is executed by the ECU 20. In the PM removal control flowchart shown in FIG. 3, the same processes as those in the PM removal control flowchart shown in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals as those in FIG.
[0063]
In the PM removal control flowchart of FIG. 3, the processes from S201 to S212 are added to the PM removal control flowchart shown in FIG. The most characteristic process in this control is that the valve opening time of the EGR valve 25 is controlled according to the amount of PM accumulated on the EGR catalyst 23.
[0064]
In this control, when the process S102 ends, the process proceeds to S201. In S201, the PM deposition amount Se deposited on the EGR catalyst 23 is calculated. In calculating the PM accumulation amount Se, the accumulated value of the fuel injection amount injected from the fuel injection valve 3 and the accumulated time when the EGR valve 25 is opened when this control is not executed are determined. The PM deposition amount Se is calculated.
[0065]
At this time, the temperature of the exhaust gas flowing into the EGR catalyst 23 fluctuates depending on the operating state of the internal combustion engine 1. Especially when the exhaust gas temperature becomes low, PM tends to accumulate on the EGR catalyst 23, and as the exhaust gas temperature increases, The PM deposited on the EGR catalyst 23 is oxidized and the amount of deposition is reduced. Therefore, in consideration of the operation state of the internal combustion engine 1, that is, the exhaust temperature flowing into the EGR catalyst 23 is estimated from the operation state (engine load, engine speed, etc.) of the internal combustion engine 1, and the PM accumulation amount on the EGR catalyst 23 is estimated. By reflecting in the above, it becomes possible to calculate the PM deposition amount more accurately. When the process of S201 is completed, the processes of S103 to S106 are performed.
[0066]
Then, when the process of S106 ends, the process proceeds to S202. In S202, the valve opening time Topen of the EGR valve 25 is calculated based on the PM accumulation amount Se in the EGR catalyst 23 calculated in S201. The EGR valve opening time Topen is a time required for oxidizing and removing PM accumulated on the EGR catalyst 23 by opening the EGR valve 25. Therefore, the EGR valve opening time Topen becomes shorter as the PM accumulation amount on the EGR catalyst 23 becomes smaller. The relationship between the PM accumulation amount Se and the EGR valve opening time Topen is obtained in advance by experiments or the like and stored in the ROM in the ECU 20 in the form of a map. In S202, the EGR valve opening time Topen is calculated by accessing the map. When the process of S202 ends, the process proceeds to S203.
[0067]
In S203, as in S107 described above, the EGR valve 25 is opened, and the exhaust gas flows into the EGR catalyst 23. When the process of S203 ends, the process proceeds to S204. In S204, the EGR timer Tem is started. The EGR timer Tem is a timer for controlling the valve opening time of the EGR valve 25. When the process of S204 ends, the process proceeds to S205.
[0068]
In S205, it is determined whether or not the EGR timer Tem has exceeded the EGR valve opening time Topen, that is, whether or not the EGR valve 25 has been opened for the time necessary for oxidizing and removing the PM deposited on the EGR catalyst 23. To be judged. If it is determined in S205 that the EGR timer Tem has exceeded the EGR valve opening time Topen, the process proceeds to S207. On the other hand, when it is determined that the EGR timer Tem does not exceed the EGR valve opening time Topen, the process proceeds to S108. In this control, when it is determined in S108 that the filter temperature is not the predetermined temperature, the processing after S205 is performed again.
[0069]
Moreover, in this control, S206 which performs the process similar to S205 is provided between S109 and S110. If it is determined in S206 that the EGR timer Tem has exceeded the EGR valve opening time Topen, the process proceeds to S210. On the other hand, when it is determined in S206 that the EGR timer Tem does not exceed the EGR valve opening time Topen, the process proceeds to S110. In this control, when it is determined in S110 that the timer Tm does not exceed the predetermined time Tm0, the processing after S206 is performed.
[0070]
If it is determined in S205 and S206 that the EGR timer Tem has exceeded the EGR valve opening time Topen, the process proceeds to S207 and S210, respectively, and the EGR valve 25 is closed. By doing so, the EGR valve 25 is not maintained in the open state while the sub-injection for the oxidation removal of the collected PM amount by the filter 15 is performed, but the EGR catalyst 23 The valve is opened only for the time necessary to oxidize and remove the PM deposited on the substrate. When the process of S207 is completed, the processes of S208 and S209 that perform the same processes as S108 and S109 are performed.
[0071]
Then, when the processes of S209 and S210 are completed, the processes of S211 and S212 that perform the same processes as S110 and S111 are performed. After the process of S212, this control is terminated.
[0072]
In this control, as in the first embodiment, the PM accumulated on the EGR catalyst 23 is removed by oxidation by the simple technique of controlling the valve opening timing of the EGR valve 25, and the oxidation capacity of the EGR catalyst 23 is controlled. While maintaining, it is possible to avoid melting of the EGR catalyst 23 caused by the accumulation of the EGR catalyst 23. Further, by controlling the valve opening time of the EGR valve 25 based on the PM accumulation amount accumulated on the EGR catalyst, it is possible to shorten the time during which high-temperature exhaust gas flows into the EGR catalyst 23 as much as possible. Thus, thermal degradation of the EGR catalyst 23 is suppressed.
[0073]
<Third Embodiment>
Here, PM removal control that removes PM deposited on the EGR catalyst 23 and suppresses thermal degradation of the EGR catalyst 23 as much as possible, instead of the first embodiment described above, will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a flowchart of the PM removal control. The control is executed by the ECU 20. In the PM removal control flowchart shown in FIG. 4, the same processes as those in the PM removal control flowchart shown in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals as those in FIG.
[0074]
In the PM removal control flowchart of FIG. 4, the processes from S301 to S306 are added to the PM removal control flowchart shown in FIG. The most characteristic process in this control is that the frequency of opening the EGR valve 25 is made lower than the frequency of oxidizing and removing PM deposited on the filter 15 by sub-injection.
[0075]
In this control, first, S301 is performed instead of S101 in the flowchart of FIG. In S301, when starting this control, control parameters such as the amount of PM trapped by the filter 15 used in this control and a timer are initialized. However, the sub-injection counter described later is not initialized. When the process of S301 ends, the processes of S102 to S106 are performed thereafter. When the process of S106 ends, the process proceeds to S302.
[0076]
In S302, the auxiliary injection counter is counted to calculate the auxiliary injection number Ns. The sub-injection counter is a parameter that is counted every time sub-injection is started in the process S106, and represents the number of times PM collected by the filter 15 is removed by oxidation. When the process of S302 ends, the process proceeds to S303.
[0077]
In S303, it is determined whether or not the sub injection number Ns is equal to or greater than a predetermined injection number N0. If it is determined in S303 that the sub-injection number Ns is equal to or greater than the predetermined injection number N0, the process proceeds to S304. On the other hand, if it is determined in S303 that the sub injection number Ns is less than the predetermined injection number N0, the process proceeds to S108.
[0078]
In S304, the EGR valve 25 is opened as in S107 described above. Thereby, PM deposited on the EGR catalyst 23 is oxidized and removed. Therefore, the oxidation removal of the PM deposited on the EGR catalyst 23 is performed once every N0 oxidation removal of the PM collected by the filter 15 by the sub-injection. Therefore, the predetermined number of injections N0 described above indicates the ratio at which the PM removed from the EGR catalyst 23 is oxidized and removed with respect to the oxidation removal of the PM collected by the filter 15 by the sub-injection.
[0079]
As described above, the amount of PM deposited on the EGR catalyst 23 is generally smaller than the amount of PM collected by the filter 15. Therefore, the predetermined number of injections N0 may be determined in consideration of the degree of PM accumulation in the EGR catalyst 23. Further, since the degree of accumulation of PM varies depending on the operation state of the internal combustion engine 1, when the predetermined operation state of the internal combustion engine 1 continues, for example, when the engine load of the internal combustion engine 1 continues to be a low load state, In the case where the load state continues, the predetermined number of injections N0 itself may be changed based on the operating state of the internal combustion engine 1, and the predetermined number of injections N0 corresponding to each operating state may be set. When the process of S304 ends, the process proceeds to S305.
[0080]
In S305, the auxiliary injection counter is initialized. That is, the sub injection number Ns is set to zero. When the process of S305 is completed, the process proceeds to S108, and the processes from S108 to S112 are performed thereafter. In this control, a process S306 is provided between the processes S111 and S112, and it is determined whether or not the EGR valve 25 is opened, and it is determined that the EGR valve 25 is opened. When the process is performed, the process of S112 is performed.
[0081]
In this control, similarly to the first embodiment, the PM accumulated on the EGR catalyst 23 is removed by oxidation by the simple technique of controlling the valve opening timing of the EGR valve 25, and the oxidation capacity of the EGR catalyst 23 is controlled. It is possible to prevent the EGR catalyst 23 from being melted due to PM accumulation on the EGR catalyst 23 while maintaining it. Furthermore, the time during which high-temperature exhaust gas flows into the EGR catalyst 23 can be reduced by a simpler control method in which the frequency of opening the EGR valve 25 is reduced below the frequency at which PM collected by the filter 15 is oxidized and removed. It becomes possible to make it as short as possible, and thus thermal degradation of the EGR catalyst 23 is suppressed.
[0082]
<Fourth embodiment>
In the above-described embodiments, the PM collected by the filter 15 is removed by sub-injection. However, since the supply of HC to the exhaust by sub-injection is limited by the state in the combustion chamber of the internal combustion engine 1, the amount of HC that can reach the filter 15 is limited. For this reason, it is difficult to quickly raise the temperature of the filter 15, and the time required for oxidizing and removing the PM collected by the filter 15 becomes longer.
[0083]
Therefore, in the above-described embodiments, fuel is added from the fuel addition valve 30 to the exhaust when the sub-injection is performed. As a result, the amount of HC contained in the exhaust gas flowing into the oxidation catalyst 14 is increased, so that more oxidation heat is generated in the oxidation catalyst 14 due to the oxidation of HC, and the temperature of the exhaust gas flowing into the filter 15 rises. . As a result, the temperature of the filter 15 is quickly raised to a temperature necessary for oxidizing and removing the collected PM. Note that after the filter 15 rises to a temperature necessary for oxidizing and removing the collected PM, the collected PM is oxidized in the filter 15 to generate oxidation heat. However, the fuel addition by the fuel addition valve 30 may be stopped within a range in which the temperature of the filter 15 does not decrease excessively by stopping the fuel addition by the fuel addition valve 30.
[0084]
【The invention's effect】
As described above, the exhaust gas purification system for an internal combustion engine according to the present invention is an exhaust gas purification system for an internal combustion engine having an EGR device including an EGR catalyst, and collects PM in exhaust gas discharged from the internal combustion engine. The exhaust gas purifying means oxidizes and removes PM accumulated on the EGR catalyst by a simple method of opening the EGR valve and allowing the exhaust gas to flow into the EGR catalyst when the collected PM is oxidized and removed by sub-injection. Thus, it is possible to maintain the oxidation ability of the EGR catalyst and to avoid the EGR catalyst from being damaged due to PM deposition on the EGR catalyst.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of an exhaust purification system according to an embodiment of the present invention, an internal combustion engine including the exhaust purification system, and a control system thereof.
FIG. 2 is a flowchart showing PM removal control for oxidizing and removing particulate matter (PM) deposited on an EGR catalyst in the exhaust purification system according to the embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a second flowchart showing PM removal control for oxidizing and removing particulate matter (PM) deposited on the EGR catalyst in the exhaust purification system according to the embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a third flowchart showing PM removal control for oxidizing and removing particulate matter (PM) deposited on the EGR catalyst in the exhaust purification system according to the embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 ... Internal combustion engine
3. Fuel injection valve
7. Intake branch pipe
8. Intake pipe
12 .... Exhaust branch pipe
13. Exhaust pipe
14 ... Oxidation catalyst
15 ... Filter
20 .... ECU
21... EGR device
22 ... EGR passage
23... EGR catalyst
24 ... EGR cooler
25 ... EGR valve
30 ... Fuel addition valve
31 ... Exhaust air-fuel ratio sensor
32 ... Crank position sensor
33... Differential pressure sensor
34 ... Exhaust temperature sensor

Claims (5)

内燃機関の排気通路に設けられ、該内燃機関から排出される排気中の物質を酸化するとともに、該排気に含まれる粒子状物質を捕集する排気浄化手段と、
前記内燃機関から排出される排気の一部を前記排気浄化手段よりも上流の前記排気通路から該内燃機関の吸気通路に再循環させるEGR通路と、
前記EGR通路に備えられ、該EGR通路を流れる排気を冷却するEGRクーラと、
前記EGRクーラの上流側の前記EGR通路に備えられ、該EGR通路を流れる排気中の物質を酸化するEGR触媒と、
前記EGR触媒の下流側の前記EGR通路に備えられ、該EGR通路を流れる排気の流れを制御するEGR弁と、
前記内燃機関の燃焼サイクルにおいて主噴射より後の所定時期に再度の燃料噴射である副噴射を行って、前記排気浄化手段に捕集された粒子状物質を酸化除去する副噴射手段と、
前記副噴射手段の副噴射によって前記排気浄化手段に捕集された粒子状物質を酸化除去する間の所定期間において、前記EGR弁を開弁することで前記EGR通路を介して前記EGR触媒に排気を流入させるEGR弁制御手段と、を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
An exhaust purification means that is provided in an exhaust passage of the internal combustion engine, oxidizes a substance in the exhaust discharged from the internal combustion engine, and collects particulate matter contained in the exhaust;
An EGR passage for recirculating a part of the exhaust discharged from the internal combustion engine from the exhaust passage upstream of the exhaust purification means to the intake passage of the internal combustion engine;
An EGR cooler that is provided in the EGR passage and cools the exhaust gas flowing through the EGR passage;
An EGR catalyst that is provided in the EGR passage on the upstream side of the EGR cooler and oxidizes a substance in the exhaust gas flowing through the EGR passage;
An EGR valve that is provided in the EGR passage on the downstream side of the EGR catalyst and controls the flow of exhaust gas flowing through the EGR passage;
Sub-injection means for performing sub-injection, which is fuel injection again at a predetermined time after main injection in the combustion cycle of the internal combustion engine, to oxidize and remove particulate matter collected by the exhaust gas purification means;
The EGR valve is opened to exhaust the EGR catalyst through the EGR passage during a predetermined period of time during which the particulate matter trapped in the exhaust purification unit is oxidized and removed by the sub-injection of the sub-injection unit. An exhaust gas purification system for an internal combustion engine, comprising:
前記内燃機関の燃焼ガス温度が所定の燃焼ガス温度より低いとき、該内燃機関の燃焼ガス温度を上昇させる昇温制御手段を、更に備え、
前記副噴射手段は、前記内燃機関の燃焼ガス温度が所定の燃焼ガス温度より低いとき、前記昇温制御手段によって該内燃機関の燃焼ガス温度を該所定の燃焼ガス温度まで上昇させた後に、副噴射を行う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システム。
When the combustion gas temperature of the internal combustion engine is lower than a predetermined combustion gas temperature, further comprising a temperature increase control means for increasing the combustion gas temperature of the internal combustion engine,
When the combustion gas temperature of the internal combustion engine is lower than a predetermined combustion gas temperature, the sub injection means raises the combustion gas temperature of the internal combustion engine to the predetermined combustion gas temperature by the temperature increase control means, The exhaust gas purification system for an internal combustion engine according to claim 1, wherein injection is performed.
前記EGR触媒に堆積する粒子状物質の堆積量を推定する堆積量推定手段を、更に備え、
前記EGR弁制御手段は、前記堆積量推定手段によって推定される堆積量に基づいて前記EGR弁の開弁時間を調整することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の内燃機関の排気浄化システム。
A deposition amount estimating means for estimating a deposition amount of particulate matter deposited on the EGR catalyst;
3. The exhaust gas of the internal combustion engine according to claim 1, wherein the EGR valve control means adjusts a valve opening time of the EGR valve based on the accumulation amount estimated by the accumulation amount estimation means. Purification system.
前記EGR弁制御手段は、前記副噴射手段の副噴射による前記排気浄化手段に捕集された粒子状物質の酸化除去が所定回数実行される毎に、前記EGR弁を開弁することで前記EGR通路を介して前記EGR触媒に排気を流入させることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の内燃機関の排気浄化システム。The EGR valve control means opens the EGR valve by opening the EGR valve every time the oxidation removal of the particulate matter collected by the exhaust gas purification means by the sub injection of the sub injection means is executed a predetermined number of times. The exhaust gas purification system for an internal combustion engine according to claim 1 or 2, wherein exhaust gas is caused to flow into the EGR catalyst via a passage. 前記排気浄化手段より上流側の前記排気通路に設けられ、該排気浄化手段に流入する排気に燃料を添加する燃料添加手段を、更に備え、
前記副噴射手段の副噴射による前記排気浄化手段に捕集された粒子状物質の酸化除去が実行されるときに、前記燃料添加手段によって前記排気通路を流れる排気に燃料を添加することを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化システム。
A fuel addition unit that is provided in the exhaust passage upstream of the exhaust purification unit and that adds fuel to the exhaust gas flowing into the exhaust purification unit;
The fuel addition means adds fuel to the exhaust gas flowing through the exhaust passage when the particulate matter collected by the exhaust gas purification means by the sub-injection of the sub-injection means is removed by oxidation. An exhaust purification system for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 4.
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