JP2008297948A - Exhaust emission control device - Google Patents

Exhaust emission control device Download PDF

Info

Publication number
JP2008297948A
JP2008297948A JP2007143787A JP2007143787A JP2008297948A JP 2008297948 A JP2008297948 A JP 2008297948A JP 2007143787 A JP2007143787 A JP 2007143787A JP 2007143787 A JP2007143787 A JP 2007143787A JP 2008297948 A JP2008297948 A JP 2008297948A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
regeneration control
air
fuel ratio
ratio sensor
exhaust
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2007143787A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazutaka Hattori
一孝 服部
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2007143787A priority Critical patent/JP2008297948A/en
Publication of JP2008297948A publication Critical patent/JP2008297948A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)
  • Processes For Solid Components From Exhaust (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Filtering Of Dispersed Particles In Gases (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an exhaust emission control device equipped with a particulate filter (DPF) for collecting PM contained in exhaust gas and properly performing regeneration control for burning and removing the PM deposited in the DPF. <P>SOLUTION: The filter regeneration control is started on the condition that a PM deposition amount in the DPF reaches a predetermined value (steps ST2, ST5), when an element impedance of an air-fuel ration sensor becomes smaller that a predetermined value Z2 (value corresponding to a burnable temperature of the PM) after starting of the regeneration control, termination time of the regeneration control is calculated and termination timing of the regeneration control is determined (steps SR6 to ST8). By thus determining the regeneration control termination timing based on the element impedance correlative to element temperature of the air-fuel ratio sensor, the entire PM deposited in the DPF can be surely burnt and the regeneration control can be terminated at proper timing. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、内燃機関からの排気ガスを浄化する排気浄化装置に関し、さらに詳しくは、排気ガス中に含まれる粒子状物質を捕集するフィルタを備えた排気浄化装置に関する。   The present invention relates to an exhaust gas purification device that purifies exhaust gas from an internal combustion engine, and more particularly to an exhaust gas purification device that includes a filter that collects particulate matter contained in the exhaust gas.

車両等に搭載されるガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの内燃機関(以下、エンジンともいう)を駆動したときに排出される排気ガス中には、そのまま大気に排出することが好ましくない物質が含まれている。特に、ディーゼルエンジンの排気ガス中には、カーボンを主成分とする粒子状物質(以下、PM(Particulate Matter)という場合もある)、SOOT(煤)、SOF(可溶性有機成分:Soluble Organic Fraction)などが含まれており、大気汚染の原因になる。   Exhaust gas discharged when an internal combustion engine (hereinafter also referred to as an engine) such as a gasoline engine or a diesel engine mounted on a vehicle or the like contains a substance that is not preferably discharged into the atmosphere as it is. Yes. In particular, in the exhaust gas of diesel engines, particulate matter containing carbon as a main component (hereinafter sometimes referred to as PM (Particulate Matter)), SOOT (soot), SOF (Soluble Organic Fraction), etc. Is included, causing air pollution.

排気ガス中のPMを浄化する装置として、ディーゼルエンジンの排気通路にパティキュレートフィルタを配置し、排気通路を流れる排気ガス中に含まれるPMを捕集することによって、大気中に放出されるエミッションの量を低減する排気浄化装置が知られている。   As a device for purifying PM in exhaust gas, a particulate filter is placed in the exhaust passage of a diesel engine, and PM contained in the exhaust gas flowing through the exhaust passage is collected, thereby reducing the amount of emissions released into the atmosphere. Exhaust gas purification devices that reduce the amount are known.

パティキュレートフィルタとしては、例えば、DPF(Diesel Particulate Filter)や、DPNR(Diesel Particulate−NOx Reduction system)触媒が用いられている。   As the particulate filter, for example, a DPF (Diesel Particulate Filter) or a DPNR (Diesel Particulate-NOx Reduction system) catalyst is used.

パティキュレートフィルタ(以下、単に「フィルタ」という場合もある)を用いてPMの捕集を行う場合、捕集したPMの堆積量が多くなってフィルタの詰りが生じると、フィルタを通過する排気ガスの圧力損失が増大し、これに伴うエンジンの排気背圧増大によってエンジン出力低下や燃費の低下が発生する。これを解消する方法として、排気通路(フィルタの上流側)に燃料添加を行って排気温度を上昇させることによって、フィルタに堆積したPMを燃焼・除去する制御(フィルタ再生制御)が行われている。   When PM is collected using a particulate filter (hereinafter sometimes simply referred to as “filter”), if the amount of collected PM increases and the filter is clogged, the exhaust gas that passes through the filter is collected. The pressure loss of the engine increases, and the engine exhaust back pressure accompanying this increases the engine output and fuel consumption. As a method for solving this problem, control (filter regeneration control) is performed in which PM accumulated on the filter is burned and removed by adding fuel to the exhaust passage (upstream of the filter) to raise the exhaust temperature. .

また、フィルタの再生制御において排気温度を上昇させる他の方法として、燃料噴射時期を遅角して排気温度を高くする方法や、エンジンの吸入空気量を絞ることにより空燃比(A/F)を低くして排気温度を高くする方法などがある。   In addition, as another method for increasing the exhaust temperature in the regeneration control of the filter, a method of increasing the exhaust temperature by retarding the fuel injection timing, or the air / fuel ratio (A / F) by reducing the intake air amount of the engine. There is a method to raise the exhaust temperature by lowering.

こうしたフィルタ再生制御では、フィルタへのPMの堆積量を推定し、そのPM堆積量が所定の基準値(限界堆積量)に達したときに、フィルタの再生時期であると判定して燃料添加等の再生制御を実施している。   In such filter regeneration control, the PM accumulation amount on the filter is estimated, and when the PM accumulation amount reaches a predetermined reference value (limit accumulation amount), it is determined that it is time to regenerate the filter and fuel is added. Playback control is being implemented.

具体的には、例えば、フィルタの上流側圧力と下流側圧力との差圧(フィルタ前後の差圧)を検出する圧力センサを設け、その圧力センサの出力値(差圧検出値)が所定値(限界堆積量に相当する値)に達したときにフィルタの再生制御を開始し、圧力センサの出力値が所定値(再生制御終了判定値)以下となったときにフィルタの再生制御を終了するという処理が行われている(例えば、特許文献1参照)。   Specifically, for example, a pressure sensor that detects a differential pressure between the upstream pressure and downstream pressure of the filter (a differential pressure before and after the filter) is provided, and an output value (differential pressure detection value) of the pressure sensor is a predetermined value. The filter regeneration control is started when the value reaches (a value corresponding to the limit accumulation amount), and the filter regeneration control is terminated when the output value of the pressure sensor becomes a predetermined value (regeneration control end determination value) or less. (For example, refer to Patent Document 1).

また、排気通路を流れる排気ガスの温度を検出する排気温度センサを設け、その排気温度センサにて検出される排気温度に基づいてPM堆積量を推定してフィルタの再生制御を行っている(例えば、特許文献2参照)。   Further, an exhaust temperature sensor for detecting the temperature of the exhaust gas flowing through the exhaust passage is provided, and the PM regeneration amount is estimated based on the exhaust temperature detected by the exhaust temperature sensor to perform filter regeneration control (for example, , See Patent Document 2).

一方、車両に搭載されるエンジンにおいては、排気通路に配置した空燃比センサによって排気ガス中の酸素濃度を検出し、その検出した酸素濃度に基づいて排気空燃比が適切な目標空燃比となるように空燃比フィードバック制御を実行している。   On the other hand, in an engine mounted on a vehicle, an oxygen concentration in exhaust gas is detected by an air-fuel ratio sensor arranged in an exhaust passage, and the exhaust air-fuel ratio becomes an appropriate target air-fuel ratio based on the detected oxygen concentration. The air-fuel ratio feedback control is executed.

空燃比フィードバック制御等に用いる空燃比センサにおいては、検出精度を維持するために、センサ素子を活性状態に保つ必要がある。そのため、センサ素子を加熱するヒータ(例えば電気ヒータ)を設け、素子温度が所定の活性化温度となるようにヒータへの通電を制御している。   In an air-fuel ratio sensor used for air-fuel ratio feedback control or the like, it is necessary to keep the sensor element in an active state in order to maintain detection accuracy. For this reason, a heater (for example, an electric heater) for heating the sensor element is provided, and energization of the heater is controlled so that the element temperature becomes a predetermined activation temperature.

このようなヒータの通電制御を行うには、センサ素子の温度を検出する必要があるが、一般には素子温度を直接検出するのではなく、センサ素子の素子インピーダンス(交流インピーダンス)と素子温度との間に相関関係があることを利用し、素子インピーダンスを検出し、その検出した素子インピーダンスに基づいて素子温度を間接的に検出している。
特開2004−036454号公報 特開2006−291828号公報 特開2003−097333号公報 特開2001−355503号公報
In order to perform such heater energization control, it is necessary to detect the temperature of the sensor element, but in general, the element temperature is not directly detected, but the element impedance (AC impedance) of the sensor element and the element temperature are not detected. Using the fact that there is a correlation between them, the element impedance is detected, and the element temperature is indirectly detected based on the detected element impedance.
JP 2004-036454 A JP 2006-291828 A JP 2003-097333 A JP 2001-355503 A

ところで、フィルタの再生制御に圧力センサを用いる場合、圧力センサではフィルタの全体が再生されたことを把握することができないため、以下の点が問題となる。   By the way, when a pressure sensor is used for filter regeneration control, the pressure sensor cannot grasp that the entire filter has been regenerated.

まず、フィルタに堆積したPMの燃焼・除去は、フィルタの全体にわたって均一に行われずに、PMが部分的に除去される場合がある。フィルタに堆積したPMが部分的に除去されてフィルタの一部が吹き抜けた状態になると、フィルタ前後の差圧が低下する。このようにしてフィルタ前後の差圧が低下すると、圧力センサの出力値が所定値(再生制御終了判定値)以下となってしまい、フィルタ全体の再生(PM燃焼)が完了していないのにも関わらず、フィルタの再生制御が終了してしまう。さらに、フィルタの吹き抜けた部分にPMが堆積し、その部分に詰まりが生じたときに、再度、フィルタの再生制御が開始されてしまうため、短期間の間に再生制御が繰り返される状況となる場合がある。   First, the PM accumulated on the filter may not be uniformly burned and removed throughout the filter, and the PM may be partially removed. When the PM deposited on the filter is partially removed and a part of the filter is blown through, the differential pressure before and after the filter decreases. When the differential pressure before and after the filter decreases in this way, the output value of the pressure sensor becomes equal to or less than a predetermined value (regeneration control end determination value), and regeneration (PM combustion) of the entire filter is not completed. Regardless, the filter regeneration control ends. Furthermore, when PM accumulates in the part where the filter is blown out and the part is clogged, the regeneration control of the filter is started again, so that the regeneration control is repeated in a short period of time. There is.

また、上記した従来のフィルタ再生制御では、圧力センサや排気温度センサなどの再生制御に必要な情報を得るためのセンサが必要である。   In the conventional filter regeneration control described above, a sensor for obtaining information necessary for regeneration control, such as a pressure sensor and an exhaust temperature sensor, is necessary.

本発明はそのような実情を考慮してなされたもので、内燃機関からの排気ガス中に含まれる粒子状物質を捕集するフィルタを備えた排気浄化装置において、フィルタに堆積したPMを燃焼・除去する再生制御を適切に実行することが可能な技術を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and in an exhaust emission control device provided with a filter that collects particulate matter contained in exhaust gas from an internal combustion engine, PM deposited on the filter is burned. It is an object of the present invention to provide a technique capable of appropriately executing the regeneration control to be removed.

本発明は、内燃機関の排気通路に配設され、排気ガス中の粒子状物質を捕集するフィルタと、前記排気通路に配設された空燃比センサと、前記フィルタに堆積した粒子状物質を燃焼・除去する再生制御を実行する再生制御手段とを備え、所定の条件が成立したときに前記再生制御を開始する排気浄化装置において、前記空燃比センサの素子インピーダンスを検出し、その素子インピーダンスに基づいて前記再生制御の終了タイミングを決定することを特徴としている。   The present invention provides a filter that is disposed in an exhaust passage of an internal combustion engine and collects particulate matter in exhaust gas, an air-fuel ratio sensor that is disposed in the exhaust passage, and a particulate matter deposited on the filter. A regeneration control means for performing regeneration control for combustion / removal, and detecting an element impedance of the air-fuel ratio sensor in the exhaust purification device that starts the regeneration control when a predetermined condition is satisfied, Based on this, the end timing of the reproduction control is determined.

本発明の具体的な構成として、フィルタの再生制御を開始した後、空燃比センサの素子インピーダンスが所定値よりも小さくなった時点で、再生制御終了時間を算出して再生制御の終了タイミングを決定するという構成を挙げることができる。   As a specific configuration of the present invention, after the filter regeneration control is started, when the element impedance of the air-fuel ratio sensor becomes smaller than a predetermined value, the regeneration control end time is calculated to determine the regeneration control end timing. The structure of doing can be mentioned.

次に、本発明の作用を述べる。   Next, the operation of the present invention will be described.

まず、本発明では、所定の条件が成立したときにフィルタの再生制御を開始する。具体的には、フィルタへの粒子状物質の堆積量を推定し、その粒子状物質堆積量が所定値(限界堆積量)に達したことを条件にフィルタの再生制御を開始する。フィルタの再生制御としては、例えば、フィルタの上流側の排気通路に燃料を添加して排気温度を上昇させることで、粒子状物質を燃焼・除去するという方法を採用する。   First, in the present invention, filter regeneration control is started when a predetermined condition is satisfied. Specifically, the amount of particulate matter deposited on the filter is estimated, and filter regeneration control is started on the condition that the amount of particulate matter deposited has reached a predetermined value (limit deposition amount). As the filter regeneration control, for example, a method of burning and removing particulate matter by adding fuel to the exhaust passage upstream of the filter and raising the exhaust temperature is adopted.

なお、フィルタの再生制御を開始する際に、ヒータ加熱により空燃比センサの素子温度が高温(活性化温度)になっている場合、ヒータ加熱を停止して空燃比センサの素子温度を粒子状物質の燃焼可能温度よりも低い温度(例えば素子インピーダンスの検出が可能な温度)にまで低下させた後に、燃料添加等により排気温度を上昇させる。   When starting the regeneration control of the filter, if the element temperature of the air-fuel ratio sensor is high (activation temperature) due to heater heating, the heater heating is stopped and the element temperature of the air-fuel ratio sensor is changed to the particulate matter. After the temperature is lowered to a temperature lower than the combustible temperature (for example, a temperature at which element impedance can be detected), the exhaust temperature is increased by adding fuel or the like.

次に、フィルタ再生制御の終了タイミングを空燃比センサの素子インピーダンスに基づいて決定する。具体的には、空燃比センサの素子温度と相関関係にある素子インピーダンスを検出し、その素子インピーダンスが所定値(粒子状物質の燃焼可能温度に相当する値)よりも小さくなった時点で、再生制御終了時間を算出して再生制御の終了タイミングを決定する。再生制御終了時間は、フィルタに堆積した粒子状物質が十分に燃焼することが可能な時間とし、例えば、内燃機関の積算吸入空気量及び空燃比センサの素子温度に基づいて算出する。そして、このようにして算出した再生制御停止時間が経過した時点でフィルタの再生制御を終了する。   Next, the end timing of the filter regeneration control is determined based on the element impedance of the air-fuel ratio sensor. Specifically, the element impedance correlated with the element temperature of the air-fuel ratio sensor is detected, and when the element impedance becomes smaller than a predetermined value (a value corresponding to the combustible temperature of the particulate matter), the regeneration is performed. The control end time is calculated to determine the end timing of the regeneration control. The regeneration control end time is a time during which the particulate matter deposited on the filter can sufficiently burn, and is calculated based on, for example, the integrated intake air amount of the internal combustion engine and the element temperature of the air-fuel ratio sensor. Then, when the regeneration control stop time calculated in this way has elapsed, the filter regeneration control is terminated.

以上のように、本発明によれば、空燃比センサの素子温度(排気温度)と相関関係にある素子インピーダンスを検出し、その素子インピーダンスに基づいて再生制御終了時間を算出してフィルタの再生制御終了タイミングを決定しているので、空燃比センサの素子インピーダンスをパラメータとして、フィルタに堆積した粒子状物質の全体を確実に燃焼させることが可能な再生制御終了時間を、予め実験・計算等により経験的に求めておけば、フィルタに堆積した粒子状物質の全体が十分に燃焼するタイミングで再生制御を適切に終了することができる。これによって、フィルタ全体の再生が完了していないのにも関わらず、再生制御が終了してしまうといった不具合が発生することがなくなり、フィルタの再生制御を適切に実行することができる。   As described above, according to the present invention, the element impedance that is correlated with the element temperature (exhaust temperature) of the air-fuel ratio sensor is detected, and the regeneration control end time is calculated based on the element impedance, and the filter regeneration control is performed. Since the end timing is determined, the regeneration control end time that allows the entire particulate matter deposited on the filter to be reliably burned is experienced through experiments and calculations in advance using the element impedance of the air-fuel ratio sensor as a parameter. Therefore, regeneration control can be properly terminated at a timing when the entire particulate matter deposited on the filter is sufficiently combusted. As a result, there is no occurrence of a problem that the regeneration control ends even though the regeneration of the entire filter is not completed, and the regeneration control of the filter can be appropriately executed.

しかも、本発明では、内燃機関の制御用の空燃比センサを利用し、その空燃比センサの素子インピーダンスに基づいてフィルタの再生制御を行っているので、圧力センサや排気温度センサなどの再生制御に必要な情報を得るためのセンサを搭載する必要がなくなる。   In addition, in the present invention, since the air-fuel ratio sensor for controlling the internal combustion engine is used and the regeneration control of the filter is performed based on the element impedance of the air-fuel ratio sensor, the regeneration control of the pressure sensor, the exhaust temperature sensor, etc. There is no need to mount a sensor for obtaining necessary information.

本発明において、フィルタの再生制御を開始する前に、空燃比センサのセンサ素子のヒータ加熱を停止し、そのヒータ加熱の停止後に、当該空燃比センサの素子インピーダンスが所定値よりも上昇した時点で再生制御を開始する。   In the present invention, the heater heating of the sensor element of the air-fuel ratio sensor is stopped before the filter regeneration control is started, and when the element impedance of the air-fuel ratio sensor rises above a predetermined value after the heater heating is stopped. Start playback control.

このようにヒータ加熱停止して空燃比センサの素子温度を一度低下させた状態で、フィルタの再生制御を開始することで、再生制御により排気温度が上昇しても、空燃比センサのセンサ素子が過度に加熱されることを防止することができ、センサ素子を保護することができる。   In this manner, when the heater heating is stopped and the element temperature of the air-fuel ratio sensor is once lowered, the filter regeneration control is started, so that even if the exhaust temperature rises due to the regeneration control, the sensor element of the air-fuel ratio sensor Excessive heating can be prevented, and the sensor element can be protected.

本発明において、排気通路への燃料添加にてフィルタの再生制御を実行する場合、再生制御中の空燃比センサの素子インピーダンスが所定値(粒子状物質の燃焼に適した温度に相当する素子インピーダンス)になるように燃料添加量を制御する。このような制御を行うと、再生制御中において空燃比センサの素子インピーダンス(素子温度)つまりフィルタの床温を粒子状物質燃焼に適した温度に保持することが可能となり、粒子状物質の燃焼を効率よく安定して行うことができる。   In the present invention, when filter regeneration control is executed by adding fuel to the exhaust passage, the element impedance of the air-fuel ratio sensor during regeneration control is a predetermined value (element impedance corresponding to a temperature suitable for combustion of particulate matter). The amount of fuel added is controlled so that When such control is performed, it becomes possible to maintain the element impedance (element temperature) of the air-fuel ratio sensor, that is, the filter bed temperature, at a temperature suitable for particulate matter combustion during regeneration control. It can be carried out efficiently and stably.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

−エンジン−
本発明を適用するディーゼルエンジンの概略構成を図1を参照して説明する。
-Engine-
A schematic configuration of a diesel engine to which the present invention is applied will be described with reference to FIG.

この例のディーゼルエンジン1(以下、「エンジン1」という)は、例えばコモンレール式筒内直噴4気筒エンジンであって、燃料供給系2、燃焼室3、吸気通路6、及び、排気通路7などを主要部として構成されている。   A diesel engine 1 (hereinafter referred to as “engine 1”) in this example is, for example, a common rail in-cylinder direct injection four-cylinder engine, and includes a fuel supply system 2, a combustion chamber 3, an intake passage 6, an exhaust passage 7, and the like. Is configured as the main part.

燃料供給系2は、サプライポンプ21、コモンレール22、インジェクタ(燃料噴射弁)23、遮断弁24、燃料添加弁25、燃圧制御弁26、燃料調量弁27、機関燃料通路28、及び、添加燃料通路29などを備えている。   The fuel supply system 2 includes a supply pump 21, a common rail 22, an injector (fuel injection valve) 23, a shutoff valve 24, a fuel addition valve 25, a fuel pressure control valve 26, a fuel metering valve 27, an engine fuel passage 28, and an added fuel. A passage 29 and the like are provided.

サプライポンプ21は、燃料タンクから燃料を汲み上げ、この汲み上げた燃料を高圧にした後、機関燃料通路28を介してコモンレール22に供給する。コモンレール22は、サプライポンプ21から供給された高圧燃料を所定圧力に保持(蓄圧)する蓄圧室としての機能を有し、この蓄圧した燃料を各インジェクタ23に分配する。インジェクタ23は所定電圧が印加されたときに開弁して、燃焼室3内に燃料を噴射供給する電磁駆動式の開閉弁である。   The supply pump 21 pumps fuel from the fuel tank, makes the pumped fuel high pressure, and then supplies the pumped fuel to the common rail 22 via the engine fuel passage 28. The common rail 22 has a function as a pressure accumulation chamber that holds (accumulates) the high-pressure fuel supplied from the supply pump 21 at a predetermined pressure, and distributes the accumulated fuel to the injectors 23. The injector 23 is an electromagnetically driven on-off valve that opens when a predetermined voltage is applied and injects fuel into the combustion chamber 3.

また、サプライポンプ21は、燃料タンクから汲み上げた燃料の一部を、添加燃料通路29を介して燃料添加弁25に供給する。燃料添加弁25は、所定電圧が印加されたときに開弁して、排気通路7の排気ポート71から排気マニホールド72に燃料を添加する電磁駆動式の開閉弁である。遮断弁24は、緊急時に添加燃料通路29を遮断して燃料供給を停止する。   Further, the supply pump 21 supplies a part of the fuel pumped from the fuel tank to the fuel addition valve 25 through the addition fuel passage 29. The fuel addition valve 25 is an electromagnetically driven on-off valve that opens when a predetermined voltage is applied and adds fuel from the exhaust port 71 of the exhaust passage 7 to the exhaust manifold 72. The shutoff valve 24 shuts off the fuel supply by shutting off the added fuel passage 29 in an emergency.

吸気通路6は、シリンダヘッドに形成された吸気ポートに接続される吸気マニホールド63と、この吸気マニホールド63に接続される吸気管64とを備えている。また、吸気通路6には、上流側から順にエアクリーナ65、エアフローメータ32、スロットルバルブ62、吸気温センサ33、及び、吸気圧センサ34が配設されている。   The intake passage 6 includes an intake manifold 63 connected to an intake port formed in the cylinder head, and an intake pipe 64 connected to the intake manifold 63. An air cleaner 65, an air flow meter 32, a throttle valve 62, an intake air temperature sensor 33, and an intake air pressure sensor 34 are disposed in the intake passage 6 in order from the upstream side.

排気通路7は、シリンダヘッドに形成された排気ポート71に接続される排気マニホールド72と、この排気マニホールド72に接続される排気管73とを備えている。排気管73には排気ガス中のPMを捕集するDPF4が配設されている。   The exhaust passage 7 includes an exhaust manifold 72 connected to an exhaust port 71 formed in the cylinder head, and an exhaust pipe 73 connected to the exhaust manifold 72. The exhaust pipe 73 is provided with a DPF 4 that collects PM in the exhaust gas.

DPF4は、図2(A)及び(B)に示すように、多孔質材料(例えばコージェライト)からなる円筒形状のセラミック構造体40によって形成されている。セラミック構造体40の内部は、セル隔壁41によって格子状に区画されたハニカム構造となっており(図2(A)参照)、複数のガス流入側セル42及びガス流出側セル43が設けられている(図2(B)参照)。ガス流入側セル42は排気ガス下流側の端部が閉塞されたガス流路であり、ガス流出側セル43は排気ガス上流側の端部が閉塞されたガス流路である。これらガス流入側セル42とガス流出側セル43とは、ガス流通の際にフィルタとなるセル隔壁(フィルタ隔壁)41を介して互いに隣り合っている。   As shown in FIGS. 2A and 2B, the DPF 4 is formed of a cylindrical ceramic structure 40 made of a porous material (for example, cordierite). The inside of the ceramic structure 40 has a honeycomb structure partitioned in a lattice shape by cell partition walls 41 (see FIG. 2A), and a plurality of gas inflow side cells 42 and gas outflow side cells 43 are provided. (See FIG. 2B). The gas inflow side cell 42 is a gas flow path whose end on the exhaust gas downstream side is closed, and the gas outflow side cell 43 is a gas flow path whose end on the exhaust gas upstream side is closed. The gas inflow side cell 42 and the gas outflow side cell 43 are adjacent to each other via a cell partition wall (filter partition wall) 41 that becomes a filter during gas flow.

以上の構造のDPF4において、上流側開口部42aからガス流入側セル42内に流入した排気ガスは、図2(B)の矢印で示すように、セル隔壁41を通過して隣接するガス流出側セル43に流入し、下流側開口部43aから排出される。このようにして排気ガスがセル隔壁41を通過する際に、排気ガス中に含まれるPMがセル隔壁41で捕集され、PMの排出を抑制することができる。   In the DPF 4 having the above structure, the exhaust gas flowing into the gas inflow side cell 42 from the upstream side opening 42a passes through the cell partition wall 41 and is adjacent to the gas outflow side as shown by the arrow in FIG. It flows into the cell 43 and is discharged from the downstream opening 43a. Thus, when the exhaust gas passes through the cell partition wall 41, PM contained in the exhaust gas is collected by the cell partition wall 41, and PM discharge can be suppressed.

以上のDPF4、燃料添加弁25、添加燃料通路29、後述する空燃比センサ101、及び、燃料添加弁25の開閉制御などを実行するECU(Electronic Control Unit)200等によって排気浄化装置が構成されている。   The DPF 4, the fuel addition valve 25, the added fuel passage 29, an air-fuel ratio sensor 101 described later, and an ECU (Electronic Control Unit) 200 that performs open / close control of the fuel addition valve 25 and the like constitute an exhaust purification device. Yes.

エンジン1には、ターボチャージャ(過給機)5が設けられている。このターボチャージャ5は、タービンシャフト51を介して連結されたタービンホイール52とコンプレッサインペラ53とを備えている。   The engine 1 is provided with a turbocharger (supercharger) 5. The turbocharger 5 includes a turbine wheel 52 and a compressor impeller 53 that are connected via a turbine shaft 51.

コンプレッサインペラ53は吸気管64内部に臨んで配置され、タービンホイール52は排気管73内部に臨んで配置されている。このようなターボチャージャ5は、タービンホイール52が受ける排気流(排気圧)を利用してコンプレッサインペラ53を回転させることにより吸入空気を過給する。この例のターボチャージャ5は、可変ノズル式ターボチャージャであって、タービンホイール52側に可変ノズルベーン機構54が設けられており、この可変ノズルベーン機構54の開度を調整することにより、エンジン1の過給圧を調整することができる。   The compressor impeller 53 is disposed facing the intake pipe 64, and the turbine wheel 52 is disposed facing the exhaust pipe 73. Such a turbocharger 5 supercharges intake air by rotating the compressor impeller 53 using the exhaust flow (exhaust pressure) received by the turbine wheel 52. The turbocharger 5 in this example is a variable nozzle type turbocharger, and a variable nozzle vane mechanism 54 is provided on the turbine wheel 52 side. By adjusting the opening degree of the variable nozzle vane mechanism 54, the engine 1 is overcharged. The supply pressure can be adjusted.

吸気通路6の吸気管64には、ターボチャージャ5での過給によって昇温した吸入空気を強制冷却するためのインタークーラ61が設けられている。このインタークーラ61の下流側にスロットルバルブ62が設けられている。スロットルバルブ62は、その開度を無段階に調整することが可能な電子制御式の開閉弁であり、所定の条件下において吸入空気の流路面積を絞り、この吸入空気の供給量を調整(低減)する機能を有している。   An intake pipe 64 of the intake passage 6 is provided with an intercooler 61 for forcibly cooling intake air whose temperature has been raised by supercharging in the turbocharger 5. A throttle valve 62 is provided on the downstream side of the intercooler 61. The throttle valve 62 is an electronically controlled on-off valve whose opening degree can be adjusted in a stepless manner, and the flow area of the intake air is reduced under a predetermined condition, and the supply amount of the intake air is adjusted ( It has a function to reduce).

また、エンジン1には、吸気通路6と排気通路7とを接続するEGR通路(排気還流通路)8が設けられている。EGR通路8は、排気ガスの一部を適宜吸気通路6に還流させて燃焼室3へ再度供給することにより燃焼温度を低下させ、これによってNOx発生量を低減させるものである。また、EGR通路8には、EGRバルブ81と、EGR通路8を通過(還流)する排気ガスを冷却するためのEGRクーラ82とが設けられており、EGRバルブ81の開度を調整することにより、排気通路7から吸気通路6に導入されるEGR量(排気還流量)を調整することができる。   Further, the engine 1 is provided with an EGR passage (exhaust gas recirculation passage) 8 that connects the intake passage 6 and the exhaust passage 7. The EGR passage 8 is configured to reduce the combustion temperature by recirculating a part of the exhaust gas to the intake passage 6 as appropriate and supplying the exhaust gas again to the combustion chamber 3, thereby reducing the amount of NOx generated. The EGR passage 8 is provided with an EGR valve 81 and an EGR cooler 82 for cooling the exhaust gas passing (refluxing) through the EGR passage 8, and by adjusting the opening degree of the EGR valve 81. The EGR amount (exhaust gas recirculation amount) introduced from the exhaust passage 7 into the intake passage 6 can be adjusted.

−センサ類−
エンジン1の各部位には、各種センサが取り付けられており、それぞれの部位の環境条件や、エンジン1の運転状態に関する信号を出力する。
-Sensors-
Various sensors are attached to each part of the engine 1, and signals related to the environmental conditions of each part and the operating state of the engine 1 are output.

例えば、エアフローメータ32は、吸気通路6のスロットルバルブ62の上流側に配置され、吸入空気量に応じた検出信号を出力する。吸気温センサ33は、吸気マニホールド63に配置され、吸入空気の温度に応じた検出信号を出力する。吸気圧センサ34は、吸気マニホールド63に配置され、吸入空気圧力に応じた検出信号を出力する。レール圧センサ35は、コモンレール22内に蓄えられている燃料の圧力に応じた検出信号を出力する。   For example, the air flow meter 32 is disposed upstream of the throttle valve 62 in the intake passage 6 and outputs a detection signal corresponding to the intake air amount. The intake air temperature sensor 33 is disposed in the intake manifold 63 and outputs a detection signal corresponding to the intake air temperature. The intake pressure sensor 34 is disposed in the intake manifold 63 and outputs a detection signal corresponding to the intake air pressure. The rail pressure sensor 35 outputs a detection signal corresponding to the fuel pressure stored in the common rail 22.

そして、空燃比センサ101は、排気通路7の排気管73(DPF4の下流側)に配置され、排気空燃比に応じた検出信号を出力する。空燃比センサ101の構造について説明する。   The air-fuel ratio sensor 101 is disposed in the exhaust pipe 73 (downstream of the DPF 4) of the exhaust passage 7 and outputs a detection signal corresponding to the exhaust air-fuel ratio. The structure of the air-fuel ratio sensor 101 will be described.

−空燃比センサ−
空燃比センサ101は、積層型の空燃比センサであって、図3に示すように、センサ素子110、通気性の内カバー116、及び、外カバー117などを備えている。また、空燃比センサ101には、センサ素子110を加熱するためのヒータ102が組み込まれている。
-Air-fuel ratio sensor-
The air-fuel ratio sensor 101 is a stacked air-fuel ratio sensor and includes a sensor element 110, a breathable inner cover 116, an outer cover 117, and the like, as shown in FIG. The air-fuel ratio sensor 101 incorporates a heater 102 for heating the sensor element 110.

センサ素子110は、板状の固体電解質層(例えば部分安定化ジルコニア製)111、この固体電解質層111の一方の面に形成された大気側電極(例えば白金電極)112、固体電解質層111の他方の面に形成された排気側電極(例えば白金電極)113、及び拡散抵抗層(例えば多孔質のセラミック)114などによって構成されている。   The sensor element 110 includes a plate-shaped solid electrolyte layer (for example, partially stabilized zirconia) 111, an atmosphere side electrode (for example, a platinum electrode) 112 formed on one surface of the solid electrolyte layer 111, and the other of the solid electrolyte layer 111. The exhaust-side electrode (for example, platinum electrode) 113 and the diffusion resistance layer (for example, porous ceramic) 114 formed on the surface of the substrate.

センサ素子110の大気側電極112は大気ダクト115内に配置されている。大気ダクト115内は大気に解放されており、この大気ダクト115内に流入した大気が大気側電極112に接触する。   The atmosphere side electrode 112 of the sensor element 110 is disposed in the atmosphere duct 115. The atmosphere duct 115 is open to the atmosphere, and the atmosphere flowing into the atmosphere duct 115 contacts the atmosphere side electrode 112.

排気側電極113の表面は拡散抵抗層114にて覆われており、DPF4の下流側の排気管73を流れる排気ガスの一部が、拡散抵抗層114によって拡散された状態で排気側電極113に接触する。なお、排気ガスは、外カバー117の小孔117a及び内カバー116の小孔116aを通過してセンサ素子110(排気側電極113)に達する。   The surface of the exhaust side electrode 113 is covered with the diffusion resistance layer 114, and a part of the exhaust gas flowing through the exhaust pipe 73 on the downstream side of the DPF 4 is diffused by the diffusion resistance layer 114 to the exhaust side electrode 113. Contact. The exhaust gas passes through the small hole 117a of the outer cover 117 and the small hole 116a of the inner cover 116 and reaches the sensor element 110 (exhaust side electrode 113).

ヒータ102は、車載のバッテリ電源VB(図5参照)からの通電により発熱する線状の発熱体によって構成されており、その発熱体の発熱によってセンサ素子110の全体を加熱する。   The heater 102 is composed of a linear heating element that generates heat when energized from a vehicle-mounted battery power supply VB (see FIG. 5), and heats the entire sensor element 110 by the heat generated by the heating element.

以上の構造の空燃比センサ101において、大気側電極112と排気側電極113との間に、後述する検出用電圧VR(=[VAF+]−[VAF−])が印加され、この電圧印加によって空燃比センサ101に、排気ガス中の酸素濃度に応じた電流が流れる。   In the air-fuel ratio sensor 101 having the above structure, a detection voltage VR (= [VAF +] − [VAF−]), which will be described later, is applied between the atmosphere side electrode 112 and the exhaust side electrode 113. A current corresponding to the oxygen concentration in the exhaust gas flows through the fuel ratio sensor 101.

−ECU・空燃比センサの制御回路−
ECU200は、図4に示すように、CPU201、ROM202、RAM203及びバックアップRAM204などを備えている。
-ECU / Air-fuel ratio sensor control circuit-
As shown in FIG. 4, the ECU 200 includes a CPU 201, a ROM 202, a RAM 203, a backup RAM 204, and the like.

ROM202は、各種制御プログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップ等が記憶されている。CPU201は、ROM202に記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて各種の演算処理を実行する。また、RAM203は、CPU201での演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリであり、バックアップRAM204は、例えばエンジン1の停止時にその保存すべきデータ等を記憶する不揮発性のメモリである。   The ROM 202 stores various control programs, maps that are referred to when the various control programs are executed, and the like. The CPU 201 executes various arithmetic processes based on various control programs and maps stored in the ROM 202. The RAM 203 is a memory that temporarily stores calculation results of the CPU 201, data input from each sensor, and the backup RAM 204 is a nonvolatile memory that stores data to be saved when the engine 1 is stopped, for example. Memory.

ECU200には、エンジン1の冷却水温に応じた信号を出力する水温センサ31、エアフローメータ32、吸気温センサ33、吸気圧センサ34、空燃比センサ101、レール圧センサ35、アクセルペダルへの踏み込み量に応じた検出信号を出力するアクセル開度センサ36、及び、エンジン1の出力軸であるクランクシャフトの回転数(エンジン回転数)を検出するクランクポジションセンサ37などが接続されている。   The ECU 200 includes a water temperature sensor 31 that outputs a signal corresponding to the cooling water temperature of the engine 1, an air flow meter 32, an intake air temperature sensor 33, an intake air pressure sensor 34, an air-fuel ratio sensor 101, a rail pressure sensor 35, and a depression amount to the accelerator pedal. An accelerator opening sensor 36 that outputs a detection signal according to the engine speed, a crank position sensor 37 that detects the rotation speed (engine rotation speed) of the crankshaft that is the output shaft of the engine 1, and the like are connected.

また、ECU200には、インジェクタ23、遮断弁24、燃料添加弁25、可変ノズルベーン機構54、スロットルバルブ62、EGRバルブ81、及び、空燃比センサ101のヒータ102などが接続されている。   The ECU 200 is connected to an injector 23, a shutoff valve 24, a fuel addition valve 25, a variable nozzle vane mechanism 54, a throttle valve 62, an EGR valve 81, a heater 102 of the air-fuel ratio sensor 101, and the like.

次に、空燃比センサ101の制御を行う制御回路210の構成を図5を参照して説明する。なお、制御回路210はECU200の内部に組み込まれている。   Next, the configuration of the control circuit 210 that controls the air-fuel ratio sensor 101 will be described with reference to FIG. The control circuit 210 is incorporated in the ECU 200.

この例の空燃比センサ101の制御回路210は、オペアンプOP1〜OP4、シャント抵抗R1、抵抗R2〜R7、基準電圧発生回路211、パルス印加回路212、及び、ヒータ102の制御用のトランジスタ213などを備えている。   The control circuit 210 of the air-fuel ratio sensor 101 in this example includes operational amplifiers OP1 to OP4, shunt resistors R1, resistors R2 to R7, a reference voltage generation circuit 211, a pulse application circuit 212, a transistor 213 for controlling the heater 102, and the like. I have.

基準電圧発生回路211は、電源VCとグランドとの間に直列接続された3つの抵抗R11,R12,R13によって構成されており、抵抗R11と抵抗R12との間で電圧VAF+(例えば3.3V)が生成され、抵抗R12とR13との間で電圧VFA−(例えば2.9V)が生成される。   The reference voltage generation circuit 211 includes three resistors R11, R12, and R13 connected in series between the power supply VC and the ground, and a voltage VAF + (for example, 3.3 V) between the resistors R11 and R12. Is generated, and a voltage VFA− (for example, 2.9 V) is generated between the resistors R12 and R13.

抵抗R11と抵抗R12との間で生成された電圧VAF+は、オペアンプOP3及びパルス印加回路212を介して、オペアンプOP1のプラス側端子に印加される。また、抵抗R12と抵抗R13との間で生成された電圧VAF−は、オペアンプOP2のプラス側端子に直接印加される。   The voltage VAF + generated between the resistor R11 and the resistor R12 is applied to the plus side terminal of the operational amplifier OP1 through the operational amplifier OP3 and the pulse application circuit 212. Further, the voltage VAF− generated between the resistors R12 and R13 is directly applied to the plus side terminal of the operational amplifier OP2.

オペアンプOP1の出力端子は、シャント抵抗R1を介して空燃比センサ101のプラス側入力端子(大気側電極112側の端子)101aに接続されるとともに、抵抗R1,R2を介して当該オペアンプP1のマイナス側端子に接続されている。   The output terminal of the operational amplifier OP1 is connected to the positive side input terminal (terminal on the atmosphere side electrode 112 side) 101a of the air-fuel ratio sensor 101 via the shunt resistor R1, and the negative terminal of the operational amplifier P1 via the resistors R1 and R2. Connected to the side terminal.

オペアンプOP2の出力端子は、抵抗R3,R5を介して空燃比センサ101のマイナス側入力端子(排気側電極113側の端子)101bに接続されるとともに、抵抗R3,R4を介して当該オペアンプOP2のマイナス側端子に接続されている。   The output terminal of the operational amplifier OP2 is connected to the negative side input terminal (terminal on the exhaust side electrode 113 side) 101b of the air-fuel ratio sensor 101 via resistors R3 and R5, and the operational amplifier OP2 via the resistors R3 and R4. Connected to the negative terminal.

空燃比センサ101のプラス側入力端子101aにはオペアンプOP1から電圧VAF+が印加される。また、空燃比センサ101のマイナス側入力端子101bにはオペアンプOP2から電圧VAF−が印加される。これによって、空燃比センサ101の入力端子101a,101b間(大気側電極112と排気側電極113との間)に、電圧VAF+と電圧VAF−との差電圧(例えば0.4V)が、排気ガス中の酸素濃度を検出するための検出用電圧VRとして印加される。   The voltage VAF + is applied from the operational amplifier OP1 to the positive input terminal 101a of the air-fuel ratio sensor 101. Further, the voltage VAF− is applied from the operational amplifier OP2 to the negative input terminal 101b of the air-fuel ratio sensor 101. As a result, a difference voltage (for example, 0.4 V) between the voltage VAF + and the voltage VAF− is generated between the input terminals 101a and 101b of the air-fuel ratio sensor 101 (between the atmosphere side electrode 112 and the exhaust side electrode 113). It is applied as a detection voltage VR for detecting the oxygen concentration therein.

オペアンプOP3の出力端子とオペアンプOP1のプラス側端子との間にはパルス印加回路212が設けられている。パルス印加回路212は、オペアンプOP1のプラス側端子に印加する電圧、つまり、空燃比センサ101のプラス側入力端子101a(大気側電極112)に印加する電圧VAF+を、所定の変化幅ΔVAF(例えばΔVAF=0.2V)でプラス側とマイナス側に所定周期で変化させる回路である。   A pulse application circuit 212 is provided between the output terminal of the operational amplifier OP3 and the positive terminal of the operational amplifier OP1. The pulse application circuit 212 applies a voltage applied to the plus side terminal of the operational amplifier OP1, that is, a voltage VAF + applied to the plus side input terminal 101a (atmosphere side electrode 112) of the air-fuel ratio sensor 101 to a predetermined change width ΔVAF (for example, ΔVAF). = 0.2V), and is changed at a predetermined cycle between the plus side and the minus side.

ヒータ102の一端はバッテリ電源VBに接続されている。ヒータ102の他端にはトランジスタ213が接続されている。トランジスタ213のベースはCPU201に接続されており、そのCPU201からのヒータ制御信号に応じてトランジスタ213がON/OFFすることによってヒータ102の通電が制御される。   One end of the heater 102 is connected to the battery power source VB. A transistor 213 is connected to the other end of the heater 102. The base of the transistor 213 is connected to the CPU 201, and energization of the heater 102 is controlled by turning on / off the transistor 213 in accordance with a heater control signal from the CPU 201.

以上の回路構成において、オペアンプOP1と空燃比センサ101との間に接続されたシャント抵抗R1には、空燃比センサ101に流れる電流(センサ電流Is)と同じ電流が流れるので、そのシャント抵抗R1の両端電位差(V1−V2)は、センサ電流Isに比例した値となる。従って、シャント抵抗R1の両端電位差(V1−V2)を算出することで、空燃比センサ101のセンサ電流Isを検出できる。   In the circuit configuration described above, the same current as the current (sensor current Is) flowing through the air-fuel ratio sensor 101 flows through the shunt resistor R1 connected between the operational amplifier OP1 and the air-fuel ratio sensor 101. The both-end potential difference (V1-V2) is a value proportional to the sensor current Is. Therefore, the sensor current Is of the air-fuel ratio sensor 101 can be detected by calculating the potential difference (V1−V2) across the shunt resistor R1.

そこで、この例では、シャント抵抗R1の空燃比センサ101側の電圧V1をオペアンプOP4のプラス側端子に抵抗R6を介して導き、シャント抵抗R1の空燃比センサ101側とは反対側の電圧V2をオペアンプOP4のマイナス側端子に抵抗R7を介して導いて、それら電圧の差(V1−V2)を演算・増幅している。   Therefore, in this example, the voltage V1 on the air-fuel ratio sensor 101 side of the shunt resistor R1 is guided to the plus terminal of the operational amplifier OP4 via the resistor R6, and the voltage V2 on the opposite side of the shunt resistor R1 from the air-fuel ratio sensor 101 side is obtained. It is led to the negative terminal of the operational amplifier OP4 via a resistor R7, and the voltage difference (V1-V2) is calculated and amplified.

オペアンプOP4の出力信号V3は、センサ電流検出用のアナログデジタル変換器(ADC)214によってデジタル変換された後にCPU201に入力される。CPU201では、オペアンプOP4の出力信号V3(デジタル変換後の信号)からセンサ電流Isを算出し、そのセンサ電流Isに基づいて排気ガスの空燃比を算出する。   The output signal V3 of the operational amplifier OP4 is digitally converted by an analog-digital converter (ADC) 214 for detecting a sensor current and then input to the CPU 201. The CPU 201 calculates the sensor current Is from the output signal V3 (signal after digital conversion) of the operational amplifier OP4, and calculates the air-fuel ratio of the exhaust gas based on the sensor current Is.

また、CPU201には、シャント抵抗R1の両端の電圧V1,電圧V2が、それぞれインピーダンス検出用のアナログデジタル変換器(ADC)215,216を介して入力される。CPU201では、それら入力電圧V1,V2、及び、空燃比センサ101のプラス側入力端子(大気側電極112)に印加する電圧VAF+の変化幅ΔVAFに基づいて空燃比センサ101の素子インピーダンス(交流インピーダンス)を検出する。   Further, the voltage V1 and the voltage V2 at both ends of the shunt resistor R1 are input to the CPU 201 through analog / digital converters (ADC) 215 and 216 for impedance detection, respectively. In the CPU 201, the element impedance (AC impedance) of the air-fuel ratio sensor 101 is based on the input voltage V1, V2 and the change width ΔVAF of the voltage VAF + applied to the plus-side input terminal (atmosphere-side electrode 112) of the air-fuel ratio sensor 101. Is detected.

素子インピーダンスは、センサ素子110に印加する電圧の電圧変化ΔV(ΔVAF)と、その電圧変化ΔVによって生じる電流変化ΔI(シャント抵抗R1の両端電位差(V1−V2)から得られる電流変化量)に基づいて、演算式[素子インピーダンス=ΔV/ΔI]から求めることができる。   The element impedance is based on the voltage change ΔV (ΔVAF) of the voltage applied to the sensor element 110 and the current change ΔI (current change amount obtained from the potential difference (V1−V2) across the shunt resistor R1) caused by the voltage change ΔV. Thus, it can be obtained from an arithmetic expression [element impedance = ΔV / ΔI].

ここで、空燃比センサ101の素子温度と素子インピーダンスとの間には相関関係があるので、この関係を利用して、上記処理により検出した素子インピーダンスに基づいて空燃比センサ101の素子温度を推定することができる。   Here, since there is a correlation between the element temperature of the air-fuel ratio sensor 101 and the element impedance, the element temperature of the air-fuel ratio sensor 101 is estimated based on the element impedance detected by the above processing using this relationship. can do.

そして、ECU200は、上記の処理で検出した空燃比センサ101の素子インピーダンスに基づいてセンサ素子110の温度を求め、その実際の素子温度が目標値(センサ素子の活性化温度(例えば750℃))に一致するように、トランジスタ213へのヒータ制御信号のデューティ比を算出してヒータ102の通電制御を行う。   ECU 200 obtains the temperature of sensor element 110 based on the element impedance of air-fuel ratio sensor 101 detected in the above processing, and the actual element temperature is a target value (the activation temperature of the sensor element (for example, 750 ° C.)). Thus, the duty ratio of the heater control signal to the transistor 213 is calculated so as to control the energization of the heater 102.

また、ECU200は、上記した各種センサの出力に基づいて、エンジン1の各種制御を実行する。さらに、ECU200は下記のフィルタ再生制御を実行する。   Further, the ECU 200 executes various controls of the engine 1 based on the outputs of the various sensors described above. Further, the ECU 200 executes the following filter regeneration control.

−フィルタ再生制御−
まず、この例のフィルタ再生制御では、DPF4へのPMの堆積量が所定値に達したことを条件にDPF4の再生制御を開始し、空燃比センサ101の素子インピーダンスに基づいて再生制御の終了タイミングを決定する点に特徴がある。
-Filter regeneration control-
First, in the filter regeneration control of this example, the regeneration control of the DPF 4 is started on the condition that the amount of PM deposited on the DPF 4 has reached a predetermined value, and the regeneration control end timing is based on the element impedance of the air-fuel ratio sensor 101. It is characterized in that it is determined.

そのフィルタ再生制御の具体的な例を図6及び図7を参照して説明する。図6に示すフィルタ再生制御の制御ルーチンはECU200において所定時間毎に繰り返して実行される。なお、図6に示す制御ルーチンの実行中においても、空燃比センサ101の素子インピーダンスを上記した処理にて逐次検出している。   A specific example of the filter regeneration control will be described with reference to FIGS. The control routine for filter regeneration control shown in FIG. 6 is repeatedly executed at predetermined time intervals in the ECU 200. Even during the execution of the control routine shown in FIG. 6, the element impedance of the air-fuel ratio sensor 101 is sequentially detected by the above-described processing.

ステップST1において、DPF4へのPMの堆積量を推定する。PM堆積量を推定する方法としては、例えば、エンジン1の運転状態(例えば、燃料噴射量、エンジン回転数等)に応じたPM付着量を予め実験等により求めてマップ化しておき、このマップにより求められるPM付着量を積算してPMの堆積量とするという方法を採用する。   In step ST1, the amount of PM deposited on the DPF 4 is estimated. As a method for estimating the PM accumulation amount, for example, the PM adhesion amount corresponding to the operating state of the engine 1 (for example, the fuel injection amount, the engine speed, etc.) is obtained in advance through experiments or the like and mapped. A method is adopted in which the required PM adhesion amount is integrated to obtain the PM deposition amount.

ステップST2では、ステップST1で推定したPM推定量が所定値(限界堆積量)よりも大きくなったときに、DPF4の再生時期であると判断してステップST3に進む。ステップST2の判定結果が否定判定である場合は、このルーチンを一旦抜ける。   In step ST2, when the PM estimation amount estimated in step ST1 becomes larger than a predetermined value (limit accumulation amount), it is determined that it is the regeneration timing of the DPF 4, and the process proceeds to step ST3. If the determination result of step ST2 is negative, this routine is temporarily exited.

ステップST3では、空燃比センサ101のヒータ102をOFFにする。このステップST3の処理は空燃比センサ101の保護を目的として行われる。   In step ST3, the heater 102 of the air-fuel ratio sensor 101 is turned off. The processing in step ST3 is performed for the purpose of protecting the air-fuel ratio sensor 101.

具体的には、空燃比センサ101の素子温度が高い状態(活性温度)のときに、DPF4の再生制御が実行されると、センサ素子110が過度に加熱される可能性があり、これを回避するために、DPF4の再生制御を開始する前に、空燃比センサ101のヒータ102をOFFにして空燃比センサ101の素子温度を一旦低下させている。   Specifically, if the regeneration control of the DPF 4 is executed when the element temperature of the air-fuel ratio sensor 101 is high (active temperature), the sensor element 110 may be excessively heated, and this is avoided. Therefore, before the regeneration control of the DPF 4 is started, the heater 102 of the air-fuel ratio sensor 101 is turned off and the element temperature of the air-fuel ratio sensor 101 is once lowered.

このようにして、ヒータ102をOFFにし、空燃比センサ101の素子温度を一度低下させることにより、DPF4の再生制御(排気通路7への燃料添加)により排気温度が上昇しても、空燃比センサ101のセンサ素子110が高温に加熱されることを防止することができ、センサ素子110を保護することができる。   In this way, the heater 102 is turned off and the element temperature of the air-fuel ratio sensor 101 is once reduced, so that the air-fuel ratio sensor can be used even if the exhaust temperature rises due to regeneration control of the DPF 4 (fuel addition to the exhaust passage 7). The sensor element 110 of 101 can be prevented from being heated to a high temperature, and the sensor element 110 can be protected.

なお、ヒータ102のOFFにより空燃比センサ101の素子温度が低下すると、空燃比センサ101の素子インピーダンスが上昇する(図7参照)。   Note that when the element temperature of the air-fuel ratio sensor 101 decreases due to the heater 102 being turned off, the element impedance of the air-fuel ratio sensor 101 increases (see FIG. 7).

次に、ステップST4において、素子インピーダンスが所定値Z1よりも上昇したか否かを判定する。その判定結果が肯定判定(素子インピーダンス>Z1)となったときにDPF4の再生制御を開始する(ステップST5)。   Next, in step ST4, it is determined whether or not the element impedance has risen above a predetermined value Z1. When the determination result is affirmative (element impedance> Z1), regeneration control of the DPF 4 is started (step ST5).

DPF4の再生制御は、燃料添加弁25の開閉を制御して排気通路7(DPF4の上流側の排気マニホールド72)に燃料添加を断続的に繰り返すという処理によって行う。また、再生制御時の燃料添加量は、空燃比センサ101の素子インピーダンスが所定値Z3(PM燃焼に適した温度に相当する素子インピーダンス)に一致するように制御する(図7参照)。このような燃料添加により、排気温度(DPF4の床温)が上昇し、DPF4に堆積しているPMが酸化され、H2OやCO2となって排出する。また、燃料添加により排気温度が上昇すると、これに伴って空燃比センサ101の温度が上昇して素子インピーダンスが低下する(図7参照)。 The regeneration control of the DPF 4 is performed by a process of intermittently repeating fuel addition to the exhaust passage 7 (the exhaust manifold 72 on the upstream side of the DPF 4) by controlling the opening and closing of the fuel addition valve 25. The amount of fuel added during regeneration control is controlled so that the element impedance of the air-fuel ratio sensor 101 matches a predetermined value Z3 (element impedance corresponding to a temperature suitable for PM combustion) (see FIG. 7). By such fuel addition, the exhaust temperature (the bed temperature of the DPF 4) rises, and the PM deposited on the DPF 4 is oxidized and discharged as H 2 O or CO 2 . Further, when the exhaust gas temperature rises due to fuel addition, the temperature of the air-fuel ratio sensor 101 rises accordingly, and the element impedance decreases (see FIG. 7).

なお、上記ステップST4の判定処理に用いる所定値Z1については、空燃比センサ101の素子インピーダンスの検出限界値(素子インピーダンスの検出が可能な素子温度の下限値に相当する値)に近い値を設定する。   The predetermined value Z1 used for the determination process in step ST4 is set to a value close to the element impedance detection limit value of the air-fuel ratio sensor 101 (a value corresponding to the lower limit value of the element temperature at which the element impedance can be detected). To do.

以上のDPF4の再生制御を開始した後、空燃比センサ101の素子インピーダンスが所定値Z2よりも低下した否かを判定し(ステップST6)、素子インピーダンスが所定値Z2未満(素子インピーダンス<Z2)となった時点で、空燃比センサ101の素子温度つまり排気温度が、PM燃焼が可能な温度に達したと判断してステップST7に進む。なお、ステップST6の判定処理に用いる所定値Z2は、空燃比センサ101の素子温度(PM燃焼可能温度)と素子インピーダンスとの関係を考慮して設定する。   After starting the regeneration control of the DPF 4 described above, it is determined whether or not the element impedance of the air-fuel ratio sensor 101 has decreased below a predetermined value Z2 (step ST6), and the element impedance is less than the predetermined value Z2 (element impedance <Z2). At this point, it is determined that the element temperature of the air-fuel ratio sensor 101, that is, the exhaust temperature has reached a temperature at which PM combustion is possible, and the process proceeds to step ST7. The predetermined value Z2 used for the determination process in step ST6 is set in consideration of the relationship between the element temperature (PM combustion possible temperature) of the air-fuel ratio sensor 101 and the element impedance.

ステップST7では、DPF4の再生制御終了時間Teを算出する。具体的には、エアフローメータ32の出力信号に基づいて積算吸入空気量(再生制御開始時からの積算量)を算出するとともに、素子インピーダンスから空燃比センサ101の素子温度を推定し、それら積算吸入空気量及び素子温度に基づいて、予め作成したマップを参照して再生制御終了時間Teを算出する。再生制御終了時間Teは、図7に示すように、素子インピーダンスが所定値Z2未満(素子インピーダンス<Z2)となった時点から再生制御終了までの時間である。   In step ST7, the regeneration control end time Te of the DPF 4 is calculated. Specifically, the integrated intake air amount (integrated amount from the start of regeneration control) is calculated based on the output signal of the air flow meter 32, the element temperature of the air-fuel ratio sensor 101 is estimated from the element impedance, and the integrated intake air is calculated. Based on the air amount and the element temperature, the regeneration control end time Te is calculated with reference to a previously created map. As shown in FIG. 7, the regeneration control end time Te is the time from when the element impedance becomes less than a predetermined value Z2 (element impedance <Z2) to the end of the regeneration control.

なお、再生制御終了時間Teを求めるマップは、積算吸入空気量と素子温度(素子インピーダンス)とをパラメータとして、DPF4に堆積したPMが十分に燃焼するのに要する時間を、実験・計算等によって経験的に求めた値をマップ化したものであり、ECU200のROM202内に記憶されている。   Note that the map for obtaining the regeneration control end time Te has experienced through experiments and calculations, etc., the time required for the PM accumulated in the DPF 4 to sufficiently burn using the integrated intake air amount and the element temperature (element impedance) as parameters. The obtained values are mapped and stored in the ROM 202 of the ECU 200.

そして、ステップST8において、空燃比センサ101の素子インピーダンスが所定値Z2未満となった時点から、ステップST7で算出した再生制御終了時間Teが経過した否かを判定し、その判定結果が肯定判定となった時点でDPF4の再生制御を終了する(ステップST9)。   In step ST8, it is determined whether or not the regeneration control end time Te calculated in step ST7 has elapsed since the element impedance of the air-fuel ratio sensor 101 is less than the predetermined value Z2, and the determination result is affirmative. At this point, the regeneration control of the DPF 4 is terminated (step ST9).

以上のように、この例の再生制御によれば、空燃比センサ101の素子温度(排気温度)と相関関係にある素子インピーダンスに基づいて再生制御終了時間Teを算出して、DPF4の再生制御終了タイミングを決定しているので、フィルタに堆積した粒子状物質の全体が十分に燃焼するタイミングで再生制御を適切に終了することができる。これによって、再生制御に圧力センサ(差圧センサ)を用いた場合の問題、つまり、DPF4全体の再生(PM燃焼)が完了していないのにも関わらず、DPF4の再生制御が終了してしまうといった不具合が発生することがなく、DPF4の再生制御を適切に実行することができる。   As described above, according to the regeneration control of this example, the regeneration control end time Te is calculated based on the element impedance correlated with the element temperature (exhaust temperature) of the air-fuel ratio sensor 101, and the regeneration control end of the DPF 4 is completed. Since the timing is determined, the regeneration control can be appropriately terminated at a timing when the entire particulate matter deposited on the filter is sufficiently combusted. As a result, the regeneration control of the DPF 4 ends although the problem when the pressure sensor (differential pressure sensor) is used for the regeneration control, that is, the regeneration (PM combustion) of the entire DPF 4 is not completed. Therefore, the regeneration control of the DPF 4 can be appropriately executed.

しかも、エンジン1の制御用の空燃比センサ101を利用し、その空燃比センサ101の素子インピーダンスに基づいてフィルタの再生制御を実行しているので、圧力センサや排気温度センサなどの再生制御に必要な情報を得るためのセンサを搭載する必要がなくなる。   In addition, since the air-fuel ratio sensor 101 for controlling the engine 1 is used and the regeneration control of the filter is executed based on the element impedance of the air-fuel ratio sensor 101, it is necessary for the regeneration control of the pressure sensor, the exhaust temperature sensor, etc. It is no longer necessary to mount a sensor for obtaining accurate information.

さらに、この例では、DPF4の再生制御を行う際に、空燃比センサ101の素子インピーダンスが所定値Z3(PM燃焼に適した温度に相当する素子インピーダンス)に一致するように燃料添加量を制御しているので、再生制御中において空燃比センサ101の素子インピーダンス(素子温度)つまりDPF4の床温をPM燃焼に適した温度に保持することが可能となり、DPF4に堆積しているPMの燃焼を効率よく安定して行うことができる。   Further, in this example, when the regeneration control of the DPF 4 is performed, the amount of fuel added is controlled so that the element impedance of the air-fuel ratio sensor 101 matches a predetermined value Z3 (element impedance corresponding to a temperature suitable for PM combustion). Therefore, during regeneration control, the element impedance (element temperature) of the air-fuel ratio sensor 101, that is, the bed temperature of the DPF 4 can be maintained at a temperature suitable for PM combustion, and combustion of PM accumulated in the DPF 4 can be efficiently performed. It can be carried out well and stably.

−他の実施形態−
以上の例では、排気通路に燃料添加を行って排気温度を上昇させることによって、DPF上のPMの燃焼・除去を行っているが、他の方法を採用してもよい。例えば、燃料噴射時期を遅角(着火遅れ制御)して排気温度を高くする方法、あるいは、エンジンの吸入空気量を絞ることにより空燃比を低くして排気温度を高くする方法によって、DPF上のPMの燃焼・除去を行うようにしてもよい。
-Other embodiments-
In the above example, PM is burned and removed from the DPF by adding fuel to the exhaust passage to raise the exhaust temperature, but other methods may be employed. For example, by delaying the fuel injection timing (ignition delay control) and increasing the exhaust temperature, or by reducing the air intake ratio of the engine and increasing the exhaust temperature, You may make it perform combustion and removal of PM.

以上の例では、積層型の空燃比センサが搭載されたエンジンの排気浄化装置に本発明を適用した例を示したが、本発明はこれに限られることなく、コップ型の空燃比センサが搭載されたエンジンの排気浄化装置にも適用可能である。   In the above example, an example in which the present invention is applied to an exhaust emission control device for an engine equipped with a stacked air-fuel ratio sensor has been shown. However, the present invention is not limited to this, and a cup-type air-fuel ratio sensor is installed. The present invention can also be applied to an engine exhaust gas purification device.

以上の例では、DPFを備えた排気浄化装置に本発明を適用した例を示したが、本発明はこれに限られることなく、例えばDPNRなどの他のパティキュレートフィルタを備えた排気浄化装置にも適用可能である。   In the above example, the example in which the present invention is applied to the exhaust gas purification apparatus provided with the DPF has been shown. However, the present invention is not limited to this, and the present invention is applied to an exhaust gas purification apparatus provided with another particulate filter such as DPNR. Is also applicable.

以上の例では、本発明の排気浄化装置を筒内直噴4気筒ディーゼルエンジンに適用した例を示したが、本発明はこれに限られることなく、例えば筒内直噴6気筒ディーゼルエンジンなど他の任意の気筒数のディーゼルエンジンにも適用できる。また、筒内直噴ディーゼルエンジンに限られることなく、他のタイプのディーゼルエンジンにも本発明の排気浄化装置を適用することできる。   In the above example, the exhaust purification apparatus of the present invention is applied to an in-cylinder direct injection 4-cylinder diesel engine. However, the present invention is not limited to this, and other examples such as an in-cylinder direct injection 6-cylinder diesel engine, etc. It can also be applied to diesel engines with any number of cylinders. Moreover, the exhaust emission control device of the present invention can be applied to other types of diesel engines without being limited to in-cylinder direct injection diesel engines.

さらに、本発明の排気浄化装置は、高い空燃比(リーン雰囲気)の混合気を燃焼に供して機関運転を行う運転領域が、全運転領域の大部分を占める希薄燃焼式ガソリンエンジンにも適用可能である。   Furthermore, the exhaust emission control device of the present invention can also be applied to a lean combustion gasoline engine in which the operating range in which the engine operation is performed by using a high air-fuel ratio (lean atmosphere) mixture for combustion occupies most of the entire operating range. It is.

本発明を適用するディーゼルエンジンの一例を示す概略構成図である。It is a schematic structure figure showing an example of a diesel engine to which the present invention is applied. DPFの正面図(A)及び中央縦断面図(B)を併記して示す図である。It is a figure which writes together and shows the front view (A) and center longitudinal cross-sectional view (B) of DPF. 空燃比センサの構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of an air fuel ratio sensor. ECU等の制御系の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of control systems, such as ECU. 空燃比センサの制御回路の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the control circuit of an air fuel ratio sensor. フィルタの再生制御の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the reproduction | regeneration control of a filter. フィルタの再生制御時における素子インピーダンスの変化を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows the change of the element impedance at the time of regeneration control of a filter.

符号の説明Explanation of symbols

1 エンジン(内燃機関)
2 燃料供給系
21 サプライポンプ
23 インジェクタ
24 遮断弁
25 燃料添加弁
29 添加燃料通路
4 DPF(パティキュレートフィルタ)
7 排気通路
71 排気ポート
72 排気マニホールド
73 排気管
101 空燃比センサ
110 センサ素子
102 ヒータ(空燃比センサ加熱用)
200 ECU
1 engine (internal combustion engine)
2 Fuel Supply System 21 Supply Pump 23 Injector 24 Shutoff Valve 25 Fuel Addition Valve 29 Addition Fuel Passage 4 DPF (Particulate Filter)
7 exhaust passage 71 exhaust port 72 exhaust manifold 73 exhaust pipe 101 air-fuel ratio sensor 110 sensor element 102 heater (for air-fuel ratio sensor heating)
200 ECU

Claims (4)

内燃機関の排気通路に配設され、排気ガス中の粒子状物質を捕集するフィルタと、前記排気通路に配設された空燃比センサと、前記フィルタに堆積した粒子状物質を燃焼・除去する再生制御を実行する再生制御手段とを備え、所定の条件が成立したときに前記再生制御を開始する排気浄化装置において、
前記空燃比センサの素子インピーダンスを検出し、その素子インピーダンスに基づいて前記再生制御の終了タイミングを決定することを特徴とする排気浄化装置。
A filter that is disposed in an exhaust passage of the internal combustion engine and collects particulate matter in the exhaust gas, an air-fuel ratio sensor that is disposed in the exhaust passage, and burns and removes the particulate matter deposited on the filter. An exhaust emission control device that performs regeneration control, and starts the regeneration control when a predetermined condition is satisfied,
An exhaust emission control device for detecting an element impedance of the air-fuel ratio sensor and determining an end timing of the regeneration control based on the element impedance.
請求項1記載の排気浄化装置において、
前記再生制御を開始した後、前記空燃比センサの素子インピーダンスが所定値よりも小さくなった時点で、再生制御終了時間を算出して前記再生制御の終了タイミングを決定することを特徴とする排気浄化装置。
The exhaust emission control device according to claim 1,
An exhaust gas purification characterized by calculating a regeneration control end time and determining a regeneration control end time when an element impedance of the air-fuel ratio sensor becomes smaller than a predetermined value after the regeneration control is started. apparatus.
請求項1または2記載の排気浄化装置において、
前記再生制御を開始する前に、前記空燃比センサのセンサ素子のヒータ加熱を停止し、前記ヒータ加熱の停止後に、当該空燃比センサの素子インピーダンスが所定値よりも大きくなった時点で再生制御を開始することを特徴とする排気浄化装置。
The exhaust emission control device according to claim 1 or 2,
Before starting the regeneration control, the heater heating of the sensor element of the air-fuel ratio sensor is stopped. After the heater heating is stopped, the regeneration control is performed when the element impedance of the air-fuel ratio sensor becomes larger than a predetermined value. An exhaust emission control device characterized by starting.
請求項1〜3のいずれかに記載の排気浄化装置において、
前記排気通路に燃料を添加することにより前記再生制御を行うとともに、当該再生制御中の空燃比センサの素子インピーダンスが所定値になるように燃料添加量を制御することを特徴とする排気浄化装置。
The exhaust emission control device according to any one of claims 1 to 3,
An exhaust emission control device that performs the regeneration control by adding fuel to the exhaust passage and controls the fuel addition amount so that the element impedance of the air-fuel ratio sensor during the regeneration control becomes a predetermined value.
JP2007143787A 2007-05-30 2007-05-30 Exhaust emission control device Pending JP2008297948A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007143787A JP2008297948A (en) 2007-05-30 2007-05-30 Exhaust emission control device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007143787A JP2008297948A (en) 2007-05-30 2007-05-30 Exhaust emission control device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2008297948A true JP2008297948A (en) 2008-12-11

Family

ID=40171701

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007143787A Pending JP2008297948A (en) 2007-05-30 2007-05-30 Exhaust emission control device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2008297948A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7325395B2 (en) Exhaust gas purification device of internal combustion engine
US7743759B2 (en) Gas sensor controller
US7607292B2 (en) Fuel addition apparatus
US7730718B2 (en) Control system for internal combustion engine
JP2009103072A (en) Adding valve control method
US20060042237A1 (en) Accumulating amount estimating device detecting differential pressure of filter
US7497078B2 (en) Exhaust emission control device of internal combustion engine
US10125652B2 (en) Control system for internal combustion engine and control method
JP2010196498A (en) Pm emission estimation device
CN114109629B (en) Engine exhaust temperature control method and device and engine
JP2009174368A (en) Exhaust emission device of internal combustion engine
JP2005325812A (en) Failure determining device for filter
JP5009189B2 (en) Exhaust gas purification device for internal combustion engine
JP4291627B2 (en) Method for removing particulate matter
JP2009002196A (en) Fuel injection system for internal combustion engine
JP4341460B2 (en) Exhaust gas purification device for internal combustion engine
JP2007064182A (en) Exhaust emission control device
JP2011252459A (en) Device for detection of failure in particulate filter
JP6505578B2 (en) Filter failure detection device, particulate matter detection device
JP2011231645A (en) Exhaust emission control device for internal combustion engine
JP2004225616A (en) Exhaust emission control device for internal combustion engine
JP2006002672A (en) Particulate accumulation quantity estimation method and particulate filter regeneration treatment device
JP2008297948A (en) Exhaust emission control device
AU2012270014B2 (en) Exhaust gas control apparatus for internal combustion engine
JP2011241783A (en) Exhaust emission control device for internal combustion engine