JP2006257880A - Exhaust emission control device of internal combustion engine - Google Patents

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Hikari Odajima
光 小田島
Yuzuru Koike
譲 小池
Yoshitaka Takasuka
祥隆 高須賀
Atsushi Izumiura
篤 泉浦
Hiroshi Nagashima
浩 長島
Kiyoshi Saito
清 齋藤
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an exhaust emission control device capable of accurately detecting failure of a DPF, particularly, very small leakage, with a relatively simple constitution. <P>SOLUTION: When an engine 1 stops, a secondary air pump 14 is operated, and air of a very small flow rate is sent to the DPF 13 (S104). At this time, differential pressure DPDPF between upstream side pressure PEUP and downstream side pressure PEDOWN of the DPF 13 is measured (S105), and differential pressure DPNORDPF of a reference state except for influence of soot and ash generated by combustion of the soot, is calculated by correcting its differential pressure DPDPF (S106). The collection ratio CE of the DPF 13 is calculated in response to reference state differential pressure DPNORDPF (S107), and when the collecting ratio CE is a determined threshold value CETH or less, it is determined that the DPF 13 is in failure (S108, and S109). <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関し、特に内燃機関の排気中のパティキュレート(粒子状物質)を捕集するフィルタ(DPF:Diesel Particulate Filter)を有するものに関する。   The present invention relates to an exhaust emission control device for an internal combustion engine, and more particularly to a device having a filter (DPF: Diesel Particulate Filter) for collecting particulates (particulate matter) in exhaust gas from an internal combustion engine.

ディーゼル内燃機関の排気系に排気中のパティキュレートを捕集するDPFを設け、パティキュレートの排出量を低減する技術は従来より広く用いられている。このDPFを構成するフィルタエレメントにひび割れや孔あきといった故障が発生すると、DPFのフィルタ機能が低下し、パティキュレートの排出量が増加する。したがって、このような故障は迅速に検知する必要がある。   2. Description of the Related Art Conventionally, a technique for reducing a particulate discharge amount by providing a DPF for collecting particulates in exhaust gas in an exhaust system of a diesel internal combustion engine has been widely used. When a failure such as a crack or a hole occurs in the filter element constituting the DPF, the filter function of the DPF is lowered, and the particulate discharge amount is increased. Therefore, such a failure needs to be detected quickly.

特許文献1には、DPFの下流側に圧力センサを設け、機関運転中における検出圧力の最大値と最小値との差、すなわち脈動振幅を求め、脈動振幅が規定範囲から外れたとき、故障が発生したと判定する手法が示されている。
特開2004−308454号公報
In Patent Document 1, a pressure sensor is provided on the downstream side of the DPF, and the difference between the maximum value and the minimum value of the detected pressure during engine operation, that is, the pulsation amplitude is obtained. A technique for determining occurrence has been shown.
JP 2004-308454 A

しかしながら、上記特許文献1に示された手法において監視される排気圧力の脈動振幅は、機関運転状態によって不定期に変動するため、パティキュレートの微少量の漏れ(以下「微少漏れ」という)を検出することは困難である。また、特許文献1に示された手法では、排気圧力の脈動振幅を監視し、解析するために、複雑な演算を必要とする。   However, since the pulsation amplitude of the exhaust pressure monitored in the method disclosed in Patent Document 1 fluctuates irregularly depending on the engine operating state, a minute amount of particulate leakage (hereinafter referred to as “small leakage”) is detected. It is difficult to do. Further, the method disclosed in Patent Document 1 requires a complicated calculation in order to monitor and analyze the pulsation amplitude of the exhaust pressure.

一方、DPFの下流側に漏れ出たパティキュレートを直接検出するパティキュレートセンサを設けることが有効であると考えられるが、そのようなセンサは未だ開発が完了していない状況にある。   On the other hand, it is considered effective to provide a particulate sensor that directly detects the leaked particulate on the downstream side of the DPF, but such a sensor has not yet been developed.

本発明は上述した点を考慮してなされたものであり、比較的簡易な構成により、DPFの故障、特に微少漏れを正確に検知し得る排気浄化装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in consideration of the above-described points, and an object of the present invention is to provide an exhaust emission control device capable of accurately detecting a DPF failure, particularly a minute leak, with a relatively simple configuration.

上記目的を達成するため請求項1に記載の発明は、内燃機関(1)の排気中のパティキュレートを捕集するフィルタ手段(13)を備えた内燃機関の排気浄化装置において、前記機関の停止時に前記フィルタ手段(13)に気体を供給する気体供給手段(14,15)と、前記供給される気体の流れに対する前記フィルタ手段(13)の抵抗に起因する圧力変化を検出する圧力変化検出手段(21,22)と、前記気体供給手段(14,15)による気体供給時における前記圧力変化検出手段の出力(DPDPF)に基づいて、前記フィルタ手段(13)の故障を検知する故障検知手段とを備えることを特徴とする。   In order to achieve the above object, an invention according to claim 1 is directed to an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine comprising a filter means (13) for collecting particulates in the exhaust gas of the internal combustion engine (1). Gas supply means (14, 15) for supplying gas to the filter means (13) at times, and pressure change detection means for detecting pressure changes due to the resistance of the filter means (13) to the flow of the supplied gas (21, 22) and a failure detection means for detecting a failure of the filter means (13) based on the output (DPDPF) of the pressure change detection means at the time of gas supply by the gas supply means (14, 15). It is characterized by providing.

請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記気体供給手段は、過給機(8)または2次空気ポンプ(14)により前記気体の供給を行うことを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the first aspect, the gas supply means supplies the gas by a supercharger (8) or a secondary air pump (14). It is characterized by that.

請求項1に記載の発明によれば、機関停止時にフィルタ手段に気体が供給され、そのとき検出されるフィルタ手段の抵抗に起因する圧力変化に基づいて、フィルタ手段の故障が検知される。フィルタ手段にひび割れまたは孔あきがあり、パティキュレートの漏れが発生しているときは、気体がフィルタ手段を通過する際の抵抗が小さくなるため、上記圧力変化の値は小さくなる。したがって、上記圧力変化の値が、正常値の範囲を下回るときは、フィルタ手段にひび割れまたは孔あきによる故障が発生していると判定することができる。しかも、上記圧力変化の検出は、内燃機関が停止している状態、すなわちピストンが停止している状態で行われるため、排気脈動の影響を受けることが無い。その結果、従来検出が困難であったパティキュレートの微少漏れを、正確に検出することができる。   According to the first aspect of the present invention, the gas is supplied to the filter means when the engine is stopped, and the failure of the filter means is detected based on the pressure change caused by the resistance of the filter means detected at that time. When the filter means is cracked or perforated and particulate leakage occurs, the resistance when the gas passes through the filter means becomes small, so the value of the pressure change becomes small. Therefore, when the value of the pressure change is below the normal value range, it can be determined that a failure due to cracking or perforation has occurred in the filter means. In addition, since the pressure change is detected in a state where the internal combustion engine is stopped, that is, in a state where the piston is stopped, there is no influence of exhaust pulsation. As a result, it is possible to accurately detect the minute leakage of the particulates, which has been difficult to detect conventionally.

請求項2に記載の発明によれば、過給機または2次空気ポンプにより、フィルタ手段への気体の供給が行われる。このように内燃機関に元々備えられている装置を利用することにより、構成を簡略化することができる。内燃機関が停止しているため、内燃機関の動作に起因する過給機または2次空気ポンプの出力変動はなく、また過給機または2次空気ポンプにより供給される気体の圧力脈動は、ピストンの作動による排気脈動と比較して極めて小さいため、無視することができる。   According to invention of Claim 2, supply of the gas to a filter means is performed by a supercharger or a secondary air pump. In this way, the configuration can be simplified by using the device originally provided in the internal combustion engine. Since the internal combustion engine is stopped, there is no fluctuation in the output of the supercharger or the secondary air pump due to the operation of the internal combustion engine, and the pressure pulsation of the gas supplied by the supercharger or the secondary air pump Since it is extremely small compared with the exhaust pulsation due to the operation of, it can be ignored.

以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図1は本発明の一実施形態にかかる排気浄化装置を備えた内燃機関及びその制御装置の構成を示す図である。内燃機関(以下単に「エンジン」という)1は、シリンダ内に燃料を直接噴射するディーゼルエンジンであり、各気筒に燃料噴射弁16が設けられている。燃料噴射弁16は、電子制御ユニット(以下「ECU」という)20に電気的に接続されており、燃料噴射弁16の開弁時間及び開弁時期は、ECU20により制御される。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing the configuration of an internal combustion engine equipped with an exhaust emission control device according to an embodiment of the present invention and its control device. An internal combustion engine (hereinafter simply referred to as “engine”) 1 is a diesel engine that directly injects fuel into a cylinder, and a fuel injection valve 16 is provided in each cylinder. The fuel injection valve 16 is electrically connected to an electronic control unit (hereinafter referred to as “ECU”) 20, and the valve opening time and valve opening timing of the fuel injection valve 16 are controlled by the ECU 20.

エンジン1は、吸気管2、排気管4、及び過給機8を備えている。過給機8は、排気の運動エネルギにより駆動されるタービン10と、タービン10により回転駆動され、吸気の圧縮を行うコンプレッサ9と、コンプレッサ9の駆動を補助的に行う電動アクチュエータ11とを備える電動アシストターボチャージャである。   The engine 1 includes an intake pipe 2, an exhaust pipe 4, and a supercharger 8. The supercharger 8 includes a turbine 10 driven by kinetic energy of exhaust, a compressor 9 that is rotationally driven by the turbine 10 and compresses intake air, and an electric actuator 11 that assists in driving the compressor 9. It is an assist turbocharger.

タービン10は、複数の可変ベーン(図示せず)を備えており、可変ベーンの開度を変化させることにより、タービン回転数(回転速度)を変更できるように構成されている。タービン10のベーン開度は、ECU20により電磁的に制御される。電動アクチュエータ11は、排気の運動エネルギが不十分である場合に過給を行うときに、ECU20から供給される制御信号に応じて作動する。   The turbine 10 includes a plurality of variable vanes (not shown), and is configured to change the turbine rotational speed (rotational speed) by changing the opening degree of the variable vanes. The vane opening degree of the turbine 10 is electromagnetically controlled by the ECU 20. The electric actuator 11 operates according to a control signal supplied from the ECU 20 when supercharging is performed when the kinetic energy of the exhaust is insufficient.

吸気管2内の、コンプレッサ9の下流には加圧された空気を冷却するためのインタークーラ5及び吸入空気量を制御するインテークシャッタ(スロットル弁)3が設けられている。インテークシャッタ3は、図示しないアクチュエータを介してECU20により、開閉制御される。   An intercooler 5 for cooling the pressurized air and an intake shutter (throttle valve) 3 for controlling the intake air amount are provided in the intake pipe 2 downstream of the compressor 9. The intake shutter 3 is controlled to be opened and closed by the ECU 20 via an actuator (not shown).

排気管4のタービン10の上流側と、吸気管2のインテークシャッタ5の下流側との間には、排気を吸気管2に還流する排気還流通路6が設けられている。排気還流通路6には、排気還流量を制御するための排気還流制御弁(以下「EGR弁」という)7が設けられている。EGR弁7は、ソレノイドを有する電磁弁であり、その弁開度はECU20により制御される。   Between the upstream side of the turbine 10 in the exhaust pipe 4 and the downstream side of the intake shutter 5 in the intake pipe 2, an exhaust gas recirculation passage 6 for returning the exhaust gas to the intake pipe 2 is provided. The exhaust gas recirculation passage 6 is provided with an exhaust gas recirculation control valve (hereinafter referred to as “EGR valve”) 7 for controlling the exhaust gas recirculation amount. The EGR valve 7 is an electromagnetic valve having a solenoid, and the valve opening degree is controlled by the ECU 20.

排気管4の、タービン10の下流側には、排気を浄化する触媒コンバータ12と、DPF13とが上流側からこの順序で設けられている。さらに触媒コンバータ12の上流側に通路15を介して空気を供給する2次空気ポンプ14が設けられている。2次空気ポンプ14は、バッテリから電力を供給されるモータにより駆動され、その作動はECU20により制御される。2次空気ポンプ14は、通常は触媒コンバータ12における未燃燃料の燃焼を促進するときに駆動されるが、本実施形態では後述するようにDPF13の故障診断を行う際にも駆動される。   On the downstream side of the turbine 10 in the exhaust pipe 4, a catalytic converter 12 for purifying exhaust and a DPF 13 are provided in this order from the upstream side. Further, a secondary air pump 14 for supplying air via a passage 15 is provided on the upstream side of the catalytic converter 12. The secondary air pump 14 is driven by a motor supplied with electric power from a battery, and its operation is controlled by the ECU 20. The secondary air pump 14 is normally driven when accelerating the combustion of unburned fuel in the catalytic converter 12, but in the present embodiment, it is also driven when performing a failure diagnosis of the DPF 13 as will be described later.

触媒コンバータ12は、NOxを吸収するNOx吸収剤及び酸化、還元を促進するための触媒を内蔵する。NOx吸収剤は、エンジン1の燃焼室内の混合気の空燃比が理論空燃比よりリーン側に設定され、排気中の酸素濃度が比較的高い(NOxが多い)排気リーン状態においては、NOxを吸収する一方、逆に混合気の空燃比が理論空燃比近傍または理論空燃比よりリッチ側に設定され、排気中の酸素濃度が比較的低い排気リッチ状態においては、吸収したNOxを放出する特性を有する。   The catalytic converter 12 contains a NOx absorbent that absorbs NOx and a catalyst for promoting oxidation and reduction. The NOx absorbent absorbs NOx in an exhaust lean state in which the air-fuel ratio of the air-fuel mixture in the combustion chamber of the engine 1 is set to be leaner than the stoichiometric air-fuel ratio and the oxygen concentration in the exhaust is relatively high (NOx is high). On the other hand, when the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is set near the stoichiometric air-fuel ratio or richer than the stoichiometric air-fuel ratio, the exhaust gas has a characteristic of releasing the absorbed NOx in an exhaust rich state where the oxygen concentration in the exhaust gas is relatively low. .

触媒コンバータ12は、排気リッチ状態においてNOx吸収剤から放出されるNOxがHC、COにより還元されて、窒素ガスとして排出され、またHC、COは酸化されて水蒸気及び二酸化炭素として排出されるように構成されている。   The catalytic converter 12 is configured so that NOx released from the NOx absorbent in the exhaust rich state is reduced by HC and CO and discharged as nitrogen gas, and HC and CO are oxidized and discharged as water vapor and carbon dioxide. It is configured.

DPF13は、排気がフィルタ壁の微細な孔を通過する際、排気中の炭素(C)を主成分とするパティキュレートであるスート(soot)を、フィルタ壁の表面及びフィルタ壁中の孔に堆積させることによって捕集する。フィルタ壁の構成材料としては、例えば、炭化珪素(SiC)等のセラミックスや金属多孔体が使用される。   When the exhaust gas passes through the fine holes in the filter wall, the DPF 13 deposits soot, which is a particulate mainly composed of carbon (C) in the exhaust gas, on the surface of the filter wall and the holes in the filter wall. Collect by letting. As a constituent material of the filter wall, for example, ceramics such as silicon carbide (SiC) or a porous metal body is used.

DPF13のスート捕集能力の限界、すなわち堆積限界までスートを捕集すると、排気圧力の上昇を引き起こすので、適時スートを燃焼させる再生処理を行う必要がある。この再生処理では、排気の温度をスートの燃焼温度まで上昇させるために、ポスト噴射制御が実行される。ポスト噴射制御においては、燃料噴射弁16により、圧縮行程における通常噴射だけでなく、その後の爆発行程や排気行程における後噴射(ポスト噴射)が行われる。ポスト噴射により噴射された燃料は、その噴射時期により、エンジン1の燃焼室内で燃焼する場合と、触媒コンバータ12で燃焼する場合とがある。   If soot is collected up to the limit of the soot collecting ability of the DPF 13, that is, the accumulation limit, the exhaust pressure is increased, so that it is necessary to perform a regeneration process for burning the soot in a timely manner. In this regeneration process, post-injection control is executed in order to raise the exhaust temperature to the soot combustion temperature. In the post injection control, the fuel injection valve 16 performs not only normal injection in the compression stroke, but also post injection (post injection) in the subsequent explosion stroke and exhaust stroke. The fuel injected by the post injection may be burned in the combustion chamber of the engine 1 or burned by the catalytic converter 12 depending on the injection timing.

DPF13の上流側及び下流側には、上流側圧力PEUP及び下流側圧力PEDOWNを検出する圧力センサ21及び22が設けられている。これらのセンサの検出信号は、ECU20に供給される。
さらにエンジン1のクランク軸の回転角度を検出するクランク角度位置センサ、エンジン1の吸入空気量流量を検出する吸入空気流量センサ、エンジン1の冷却水温を検出する冷却水温センサ(いずれも図示せず)などが設けられており、これらのセンサの検出信号が、ECU20に供給される。エンジン1の回転数は、クランク角度位置センサの出力から算出される。
Pressure sensors 21 and 22 for detecting the upstream pressure PEUP and the downstream pressure PEDDOWN are provided on the upstream side and the downstream side of the DPF 13. Detection signals from these sensors are supplied to the ECU 20.
Furthermore, a crank angle position sensor that detects the rotation angle of the crankshaft of the engine 1, an intake air flow rate sensor that detects the intake air amount flow rate of the engine 1, and a cooling water temperature sensor that detects the cooling water temperature of the engine 1 (all not shown) The detection signals of these sensors are supplied to the ECU 20. The rotational speed of the engine 1 is calculated from the output of the crank angle position sensor.

ECU20は、各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定レベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換する等の機能を有する入力回路、中央演算処理ユニット(以下「CPU」という)、CPUで実行される各種演算プログラム及び演算結果等を記憶する記憶回路、燃料噴射弁16、EGR弁7などに制御信号を供給する出力回路から構成される。   The ECU 20 shapes input signal waveforms from various sensors, corrects the voltage level to a predetermined level, converts an analog signal value into a digital signal value, a central processing unit (hereinafter referred to as “CPU”). A storage circuit that stores various calculation programs executed by the CPU, calculation results, and the like, and an output circuit that supplies control signals to the fuel injection valve 16, the EGR valve 7, and the like.

図2は、DPF13の故障、具体的にはフィルタ壁のひび割れまたは孔あきによるフィルタ機能の低下を診断する処理の手順を示すフローチャートである。この故障診断処理は、ECU20のCPUで実行される。
ステップS101では、DPF13におけるスート堆積量GSOOTを算出する。このスート堆積量GSOOTの算出は、既存の手法、例えばエンジン1の運転状態(エンジン回転数及びエンジン負荷)、及びDPF13の上流側圧力PEUPと下流側圧力PEDOWNとの差圧DPDPFに応じて、予め記憶されたアルゴリズム及びマップに基づいて一定時間毎に堆積量を算出することにより行われる。
FIG. 2 is a flowchart showing a procedure of processing for diagnosing a failure of the DPF 13, specifically, a deterioration of the filter function due to cracking or perforation of the filter wall. This failure diagnosis process is executed by the CPU of the ECU 20.
In step S101, a soot accumulation amount GSOOT in the DPF 13 is calculated. This soot accumulation amount GSOOT is calculated in advance according to an existing method, for example, the operating state of the engine 1 (engine speed and engine load) and the differential pressure DDPPF between the upstream pressure PEUP and the downstream pressure PEDOWN of the DPF 13. This is done by calculating the deposition amount at regular intervals based on the stored algorithm and map.

スート堆積量GSOOTが再生制御閾値GPTHを超えたときは、堆積したスートを燃焼させる再生制御が実行される。再生制御は上述したようにポスト噴射により、排気温度を上昇させることにより行われる。再生制御によりすべてのスートを燃焼させる完全再生が行われたときは、スート堆積量GSOOTを「0」にリセットする。また堆積したスートの一部を燃焼させる不完全再生が行われたときは、燃焼したスート量GSCMBを減算することにより、スート堆積量GSOOTを更新する。   When the soot accumulation amount GSOOT exceeds the regeneration control threshold value GPTH, regeneration control for burning the deposited soot is performed. The regeneration control is performed by raising the exhaust gas temperature by post injection as described above. When the complete regeneration in which all the soot is burned by the regeneration control is performed, the soot accumulation amount GSOOT is reset to “0”. Further, when incomplete regeneration is performed in which a part of the deposited soot is burned, the soot accumulation amount GSOOT is updated by subtracting the burned soot amount GSCMB.

ステップS102では、DPF13におけるスートが燃えた後の灰の堆積量であるアッシュ堆積量GASHを算出する。このアッシュ堆積量GASHは、再生制御による完全再生が行われたときに、ステップS101でスート堆積量GSOOTを算出する手法と同一の手法により算出される。ただし、この場合のアルゴリズム及びマップは、アッシュ堆積量算出用のものを用いる。   In step S102, the ash deposition amount GASH, which is the ash deposition amount after the soot burns in the DPF 13, is calculated. This ash deposition amount GASH is calculated by the same method as the method of calculating the soot deposition amount GSOOT in step S101 when complete regeneration by regeneration control is performed. However, the algorithm and map in this case are for calculating the ash deposition amount.

ステップS103では、エンジン1が停止しているか否かを判別し、エンジン1が停止しているときは、2次空気ポンプ14を作動させて、DPF13へ空気を送る(ステップS104)。このときの空気流量は、微少流量であることが好ましい。   In step S103, it is determined whether or not the engine 1 is stopped. When the engine 1 is stopped, the secondary air pump 14 is operated to send air to the DPF 13 (step S104). The air flow rate at this time is preferably a very small flow rate.

DPF13の圧力損失の要因として、DPF13内に設けられた通路を通過する際の抵抗(通路抵抗)と、フィルタ壁を通過する際の抵抗(フィルタ抵抗)とがあり、微少流量とすることで、通路抵抗が小さくなって無視できるようになる。その結果、DPF13に生じた僅かなひび割れなどの影響が、DPF13の圧力損失として顕著に表れるようになり、軽微な故障も検出することが可能となる。好ましい空気流量は、DPF13の容量などに依存して変化するが、例えば2.2リットルエンジンの場合、50[kg/h]程度とする。   As a factor of the pressure loss of the DPF 13, there are a resistance (passage resistance) when passing through the passage provided in the DPF 13 and a resistance (filter resistance) when passing through the filter wall, The passage resistance becomes small and can be ignored. As a result, the influence of slight cracks or the like generated in the DPF 13 appears remarkably as a pressure loss of the DPF 13, and a minor failure can be detected. The preferable air flow rate varies depending on the capacity of the DPF 13 and the like, but is about 50 [kg / h] in the case of a 2.2 liter engine, for example.

ステップS105では、空気を送っている状態で、圧力センサ21,22により検出される上流側圧力PEUPと、下流側圧力PEDOWNとの差圧DPDPFを計測する。そして、差圧DPDPFを下記式(1)に適用し、基準状態差圧DPNORDPFを算出する(ステップS106)。
DPNORDPF=DPDPF−(DPASH+DPSOOT) (1)
In step S105, the differential pressure DDPPF between the upstream pressure PEUP detected by the pressure sensors 21 and 22 and the downstream pressure PEDDOWN is measured while air is being sent. Then, the differential pressure DDPPF is applied to the following equation (1) to calculate the reference state differential pressure DPNORDPF (step S106).
DPNORDPF = DPDPF− (DPASH + DPSOOT) (1)

ここで、DPASHは、DPF13のアッシュ堆積量GASHに対応する圧力損失(以下「アッシュ損失」という)であり、DPSOOTは、スート堆積量GSOOTに対応する圧力損失(以下「スート損失」という)である。この式(1)により算出される基準状態差圧DPNORDPFは、DPF13に堆積したアッシュ(灰)及びスートの影響を除いた基準状態での差圧に相当する。   Here, DPASH is a pressure loss (hereinafter referred to as “ash loss”) corresponding to the ash accumulation amount GASH of the DPF 13, and DPSOOT is a pressure loss (hereinafter referred to as “soot loss”) corresponding to the soot accumulation amount GSOOT. . The reference state differential pressure DPNORDDPF calculated by the equation (1) corresponds to the differential pressure in the reference state excluding the influence of ash (ash) and soot accumulated on the DPF 13.

アッシュ損失DPASHは、アッシュ堆積量GASHに応じて図3(A)に示すDPASHテーブルを検索することにより算出される。またスート損失DPSOOTは、スート堆積量GSOOTに応じて図3(B)に示すDPSOOTテーブルを検索することにより算出される。ここで、DPASHテーブル及びDPSOOTテーブルは、DPF13に供給される空気流量に対応させて、予め実験的に求められ、ECU20の記憶回路に記憶されたものである。   The ash loss DPASH is calculated by searching the DASH table shown in FIG. 3A according to the ash accumulation amount GASH. The soot loss DPSOOT is calculated by searching the DPSOOT table shown in FIG. 3B according to the soot accumulation amount GSOOT. Here, the DPASH table and the DPSOOT table are experimentally obtained in advance corresponding to the air flow rate supplied to the DPF 13 and stored in the storage circuit of the ECU 20.

ステップS107では、DPF13に送る空気の流量QGAS、及びステップS106で算出された基準状態差圧DPNORDPFに応じて、DPF13によるパティキュレートの捕集率CEを算出する。図3(C)は、空気流量QGASと、基準状態差圧DPNORDPFとの関係を示し、同図の実線は捕集率CEが99%の場合に対応し、破線は捕集率CEが60%の場合に対応する。   In step S107, the particulate collection rate CE by the DPF 13 is calculated according to the flow rate QGAS of the air sent to the DPF 13 and the reference state differential pressure DPNORDPF calculated in step S106. FIG. 3 (C) shows the relationship between the air flow rate QGAS and the reference state differential pressure DPNORDDPF, where the solid line corresponds to the case where the collection rate CE is 99%, and the broken line is the collection rate CE is 60%. This corresponds to the case.

DPF13に供給する空気流量をQG1とすると、捕集率99%に相当する差圧及び捕集率60%の相当する差圧は、それぞれDP99及びDP60となる。したがって、ステップS106で算出された基準状態差圧DPNORDPFを下記式(2)に適用して補間演算を行うことにより、捕集率CE(%)が算出される。

Figure 2006257880
If the flow rate of air supplied to the DPF 13 is QG1, the differential pressure corresponding to a collection rate of 99% and the differential pressure corresponding to a collection rate of 60% are DP99 and DP60, respectively. Therefore, the collection rate CE (%) is calculated by performing the interpolation calculation by applying the reference state differential pressure DPNORDDPF calculated in step S106 to the following equation (2).
Figure 2006257880

ステップS108では、捕集率CEが判定閾値CETH(例えば80%))以下であるか否かを判別する。その結果、捕集率CEが判定閾値CETH以下であるときは、DPF13は故障している、すなわちひび割れ又は孔あきによりフィルタ機能が低下していると判定し(ステップS109)、捕集率CEが判定閾値CETHより大きいときは、DPF13は正常と判定する(ステップS110)。   In step S108, it is determined whether or not the collection rate CE is equal to or less than a determination threshold value CETH (for example, 80%). As a result, when the collection rate CE is equal to or less than the determination threshold value CETH, it is determined that the DPF 13 has failed, that is, the filter function has been degraded due to cracking or perforation (step S109), and the collection rate CE is When it is larger than the determination threshold value CETH, it is determined that the DPF 13 is normal (step S110).

以上のように本実施形態では、エンジン1の停止時に2次空気ポンプ14により、DPF13に微少流量の空気が送られ、この空気の流れに対するDPF13の抵抗に起因する差圧DPDPFが検出され、さらにDPF13に堆積しているアッシュ及びスートの影響を排除するように差圧DPDPFを補正することにより、基準状態差圧DPNORDPFが算出される。そして、基準状態差圧DPNORDPF及び空気流量QGASに基づいてDPF13の捕集率CEが算出され、捕集率CEが判定閾値CETH以下であるとき、DPF13が故障していると判定される。ここで差圧DPDPFの検出は、エンジン1の停止時に行われるため、排気脈動の影響を受けることが無い。その結果、従来検出が困難であったパティキュレートの微少漏れを、正確に検出することが可能となる。   As described above, in the present embodiment, when the engine 1 is stopped, the secondary air pump 14 sends a minute flow of air to the DPF 13, and the differential pressure DDPPF due to the resistance of the DPF 13 to this air flow is detected. By correcting the differential pressure DDPPF so as to eliminate the effects of ash and soot accumulated in the DPF 13, the reference state differential pressure DPNORDDPF is calculated. Then, the collection rate CE of the DPF 13 is calculated based on the reference state differential pressure DPNORDDPF and the air flow rate QGAS. When the collection rate CE is equal to or less than the determination threshold value CETH, it is determined that the DPF 13 has failed. Here, since the detection of the differential pressure DDPPF is performed when the engine 1 is stopped, there is no influence of exhaust pulsation. As a result, it is possible to accurately detect the minute leakage of the particulates, which has been difficult to detect conventionally.

またエンジン1が停止しているため、エンジン1の作動に起因する、2次空気ポンプ14の出力変動はなく、また2次空気ポンプ14により供給される空気の圧力脈動は、ピストンの作動による排気脈動と比較して極めて小さいため、無視することができる。したがって、正確な判定を行うことができる。   Further, since the engine 1 is stopped, there is no fluctuation in the output of the secondary air pump 14 due to the operation of the engine 1, and the pressure pulsation of the air supplied by the secondary air pump 14 is caused by the exhaust of the piston. Since it is extremely small compared to pulsation, it can be ignored. Therefore, an accurate determination can be made.

本実施形態では、DPF13がフィルタ手段に相当し、2次空気ポンプ14及び通路15が気体供給手段に相当し、圧力センサ21,22が圧力変化検出手段に相当する。またECU20が、故障検知手段を構成する。具体的には、図2の処理が故障検知手段に相当する。   In the present embodiment, the DPF 13 corresponds to the filter means, the secondary air pump 14 and the passage 15 correspond to the gas supply means, and the pressure sensors 21 and 22 correspond to the pressure change detection means. Moreover, ECU20 comprises a failure detection means. Specifically, the process of FIG. 2 corresponds to a failure detection unit.

(変形例)
なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上述した実施形態では、2次空気ポンプ14及び通路15によりDPF13に空気を送るようにしたが、これに代えて過給機8のコンプレッサ9をアクチュエータ11により駆動して、DPF13に空気を送るようにしてもよい。多気筒エンジンであれば、エンジン停止時においてもいずれかの気筒の吸排気弁は開弁された状態にあるので、吸気管2から排気管4への空気の流路は確保されるが、必要に応じて排気還流通路6を、コンプレッサ9により送られる空気の流路として利用してもよい。また気体供給手段は、上述した2次空気ポンプ14あるいは過給機(電動アシストターボチャージャ)8に限るものではなく、電動アシストスーパチャージャ、あるいはエンジンの排気あるいは回転駆動力を用いない電動過給機などにより、構成するようにしてもよい。
(Modification)
The present invention is not limited to the embodiment described above, and various modifications can be made. For example, in the above-described embodiment, air is sent to the DPF 13 by the secondary air pump 14 and the passage 15, but instead, the compressor 9 of the supercharger 8 is driven by the actuator 11 to send air to the DPF 13. You may make it send. In the case of a multi-cylinder engine, since the intake / exhaust valve of any cylinder is open even when the engine is stopped, an air flow path from the intake pipe 2 to the exhaust pipe 4 is ensured. Accordingly, the exhaust gas recirculation passage 6 may be used as a flow path for air sent by the compressor 9. Further, the gas supply means is not limited to the secondary air pump 14 or the supercharger (electrically assisted turbocharger) 8 described above, but an electric assist supercharger or an electric supercharger that does not use engine exhaust or rotational driving force. You may make it comprise by these.

また上述した実施形態では、DPF13の上流側圧力PEUPと下流側圧力PEDOWNとの差圧DPDPFを計測したが、DPF13の上流側または下流側の一方における圧力と、基準となる圧力とを比較することにより、故障検知のための圧力変化を検出するようにしてもよい。例えば、上流側圧力PEUPを計測し、大気圧PAと比較することにょり、DPF13の圧力損失を検出するようにしてもよい。その場合には、下流側の圧力センサ22を設ける必要が無くなる。   In the above-described embodiment, the differential pressure DDPPF between the upstream pressure PEUP and the downstream pressure PEDOWN of the DPF 13 is measured, but the pressure on one of the upstream side or the downstream side of the DPF 13 is compared with the reference pressure. Thus, a pressure change for failure detection may be detected. For example, the pressure loss of the DPF 13 may be detected by measuring the upstream pressure PEUP and comparing it with the atmospheric pressure PA. In that case, it is not necessary to provide the downstream pressure sensor 22.

またエンジン停止時にDPF13の送る空気の流量は、一定である必要はなく、2次空気ポンプ14の出力に周期性を持たせて、空気流量を周期的に変化させるようにしてもよい。この場合、エンジン1は停止しているので、空気流量の変化周期は、エンジン1の動作とは無関係に設定可能である。DPF13にひび割れなどが生じている場合には、DPF13の上流側と下流側とで圧力波形が異なってくるため、上流側圧力PEUPと下流側圧力PEDOWNとの差圧の挙動も正常の場合とは明確に異なるものとなる。したがって、この差異を捉えることにより、DPF13の故障を正確に検出できる。   The flow rate of the air sent by the DPF 13 when the engine is stopped need not be constant, and the air flow rate may be changed periodically by giving the output of the secondary air pump 14 periodicity. In this case, since the engine 1 is stopped, the change period of the air flow rate can be set regardless of the operation of the engine 1. When the DPF 13 is cracked or the like, the pressure waveform differs between the upstream side and the downstream side of the DPF 13, so that the behavior of the differential pressure between the upstream pressure PEUP and the downstream pressure PEDOWN is also normal. It will be clearly different. Therefore, a failure of the DPF 13 can be accurately detected by capturing this difference.

上述の実施形態では、捕集率CEを算出する演算法として、差圧DP99とDP60の2点をサンプル点とする一次補間(線形補間)を行ったが、サンプル点は3点以上としてもよく、またサンプル点を通る関数は一次関数に限らず2次以上の関数などとして曲線補間を行ってもよく、あるいは補外法によって予め求めておいたサンプル点から捕集率CEを算出するようにしてもよい。   In the above-described embodiment, as the calculation method for calculating the collection rate CE, primary interpolation (linear interpolation) using two points of differential pressures DP99 and DP60 as sample points is performed. However, the sample points may be three points or more. In addition, the function passing through the sample points is not limited to a linear function but may be a curve interpolation as a quadratic or higher function, or the collection rate CE is calculated from the sample points obtained in advance by the extrapolation method. May be.

また上述した実施形態では、DPF13に微少流量の空気を送るようにしたが、DPF13に送る気体は空気に限らず、他の気体(例えば二酸化炭素、酸素など)であってもよい。
また本発明の排気浄化装置は、クランク軸を鉛直方向とした船外機などのような船舶推進機用エンジンなどにも適用が可能である。
In the above-described embodiment, a very small amount of air is sent to the DPF 13. However, the gas sent to the DPF 13 is not limited to air, and may be other gases (for example, carbon dioxide, oxygen, etc.).
The exhaust emission control device of the present invention can also be applied to a marine vessel propulsion engine such as an outboard motor having a crankshaft in a vertical direction.

本発明の一実施形態にかかる排気浄化装置を備えた内燃機関及びその制御装置の構成を示す図である。It is a figure showing composition of an internal combustion engine provided with an exhaust-air-purification device concerning one embodiment of the present invention, and its control device. 図1に示されるDPFの故障診断の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the failure diagnosis of DPF shown by FIG. DPFの故障診断に用いられるテーブルを示す図である。It is a figure which shows the table used for the failure diagnosis of DPF.

符号の説明Explanation of symbols

1 内燃機関
4 排気管
13 DPF(フィルタ手段)
14 2次空気ポンプ(気体供給手段)
15 通路(気体供給手段)
20 電子制御ユニット(故障検知手段)
21 圧力センサ(圧力変化検出手段)
22 圧力センサ(圧力変化検出手段)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Internal combustion engine 4 Exhaust pipe 13 DPF (filter means)
14 Secondary air pump (gas supply means)
15 passage (gas supply means)
20 Electronic control unit (failure detection means)
21 Pressure sensor (pressure change detection means)
22 Pressure sensor (pressure change detection means)

Claims (2)

内燃機関の排気中のパティキュレートを捕集するフィルタ手段を備えた内燃機関の排気浄化装置において、
前記機関の停止時に前記フィルタ手段に気体を供給する気体供給手段と、
前記供給される気体の流れに対する前記フィルタ手段の抵抗に起因する圧力変化を検出する圧力変化検出手段と、
前記気体供給手段による気体供給時における前記圧力変化検出手段の出力に基づいて、前記フィルタ手段の故障を検知する故障検知手段とを備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
In an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine comprising filter means for collecting particulates in the exhaust gas of the internal combustion engine,
Gas supply means for supplying gas to the filter means when the engine is stopped;
Pressure change detecting means for detecting a pressure change caused by resistance of the filter means with respect to the flow of the supplied gas;
An exhaust emission control device for an internal combustion engine, comprising: a failure detection unit that detects a failure of the filter unit based on an output of the pressure change detection unit during gas supply by the gas supply unit.
前記気体供給手段は、過給機または2次空気ポンプにより前記気体の供給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装置。   The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the gas supply means supplies the gas by a supercharger or a secondary air pump.
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