JP2010144565A - Exhaust emission control device for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。 The present invention relates to an exhaust emission control device for an internal combustion engine.
従来の内燃機関の排気浄化装置として、排気中の粒子状物質(Particulate Matter;以下「PM」という)を捕捉するディーゼルパティキュレートフィルタ(Diesel Particulate Filter;以下「DPF」という)を排気通路に備えるものがある。このものは、DPFに所定量のPMが堆積したときに排気温度を上昇させて、DPFの温度をPMが自己着火し始める600℃以上に維持してDPFを再生していた(特許文献1参照)。
しかしながら、前述した従来の内燃機関の排気浄化装置では、低負荷運転が連続したときなど、排気温度を十分に昇温させるのが難しい条件での運転が続いたときに、DPFを再生できないという問題点があった。 However, in the above-described conventional exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, there is a problem that the DPF cannot be regenerated when operation under conditions where it is difficult to sufficiently raise the exhaust temperature continues, such as when low load operation continues. There was a point.
本発明はこのような従来の問題点に着目してなされたものであり、DPFの再生効率を高めることを目的とする。 The present invention has been made paying attention to such conventional problems, and aims to increase the regeneration efficiency of the DPF.
本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。 The present invention solves the above problems by the following means. In addition, in order to make an understanding easy, although the code | symbol corresponding to embodiment of this invention is attached | subjected, it is not limited to this.
本発明は、酸素吸蔵放出性能を有し、吸蔵した酸素を放出する酸素放出温度が粒子状物質の自己着火温度よりも低い触媒が坦持され、排気中の粒子状物質を捕捉して堆積させるパティキュレートフィルタ(44)と、パティキュレートフィルタ(44)に堆積した粒子状物質の堆積量を推定する粒子状物質堆積量推定手段(S3)と、パティキュレートフィルタ(44)に堆積した粒子状物質の堆積量が所定の堆積量より多くなったときに、パティキュレートフィルタ(44)の温度を酸素放出温度以上にするとともに、パティキュレートフィルタ(44)に流入する排気中の窒素酸化物の濃度を高めて、パティキュレートフィルタ(44)を再生させる再生手段(S5,S7)と、を備えることを特徴とする。 In the present invention, a catalyst having oxygen storage / release performance and having an oxygen release temperature for releasing the stored oxygen lower than the self-ignition temperature of the particulate matter is supported, and particulate matter in the exhaust is captured and deposited. The particulate filter (44), the particulate matter accumulation amount estimation means (S3) for estimating the amount of particulate matter deposited on the particulate filter (44), and the particulate matter deposited on the particulate filter (44) When the deposition amount of the particulate matter exceeds the predetermined deposition amount, the temperature of the particulate filter (44) is set to the oxygen release temperature or higher, and the concentration of nitrogen oxide in the exhaust gas flowing into the particulate filter (44) is increased. And regenerating means (S5, S7) for regenerating the particulate filter (44).
本発明によれば、DPFの再生効率を高めることができる。 According to the present invention, the regeneration efficiency of DPF can be increased.
以下、図面等を参照して本発明の実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の一実施形態による排気浄化装置100のシステム概略図である。
FIG. 1 is a system schematic diagram of an exhaust
排気浄化装置100は、ディーゼルエンジン(以下「エンジン」という)1と、燃料装置2と、吸気装置3と、排気装置4と、コントローラ5と、を備える。
The
エンジン1は、圧縮して高温にした空気中に噴射された燃料を燃焼させて動力を発生する。
The
燃料装置2は、インジェクタ21と、コモンレール22と、燃料ポンプ23と、を備える。
The
インジェクタ21は、エンジン1の各気筒の燃焼室に臨むように設けられ、各気筒の燃焼室内に燃料を噴射する。インジェクタ21は、コントローラ5からの信号に基づいて、動力を発生させるためのメイン噴射と、筒内で燃焼させずに排気とともに未燃の炭化水素をDPFに供給するためにメイン噴射後に実施されるポスト噴射と、を実施する。
The
コモンレール22は、高圧燃料を蓄えた後、燃料を各インジェクタ21へ供給する。
The
燃料ポンプ23は、高圧にした燃料をコモンレール22に供給する。
The
吸気装置3は、外部から吸い込んだ吸入空気が流れる吸気通路31を備える。
The
吸気通路31には、上流から順に、ターボチャージャ32のコンプレッサ32aと、インタークーラ33と、吸気絞り弁34と、が設けられる。
In the
コンプレッサ32aは、同軸上に取り付けられたタービン32bによって回されて、吸入空気を圧縮して各気筒へ供給する。
The
インタークーラ33は、ターボチャージャ32によって圧縮された吸入空気を冷却する。
The
吸気絞り弁34は、吸気通路31の吸気流通面積を変化させることで、エンジン1に導入される吸気量を調整する。吸気絞り弁34を通過した吸気は、吸気コレクタ35で分配されてエンジン1の各気筒に流入する。
The
排気装置4は、エンジン1から排出される排気が流れる排気通路41を備える。
The
排気通路41には、上流から順に、排気再循環(Exhaust Gas Recirculation;以下「EGR」という)装置42と、ターボチャージャ32のタービン32bと、酸化触媒43と、DPF44と、NOxトラップ触媒45と、が設けられる。
In the
EGR装置42は、EGR通路421と、EGR弁422と、備え、EGR通路421を介してエンジン1から排出された排気の一部を吸気通路31に還流し、燃焼温度を低減して窒素酸化物(NOx)を低減する。
The
EGR通路421は、排気通路41と吸気通路31の吸気コレクタ35とを連通する。
The EGR
EGR弁422は、EGR通路421に設けられ、吸気通路31に流入するEGRガス流量(EGR量)を調整する。
The
タービン32bは、排気のエネルギによって回されて、同軸上に取り付けられたコンプレッサ32aを駆動する。
The
酸化触媒43は、排気中の炭化水素及び一酸化炭素を浄化する。
The
DPF44は、排気中のPMを捕捉して堆積させる。本実施形態によるDPF44は、排気中のPMを捕捉して堆積させるセラミックス等を素材とした多孔質のフィルタエレメントに、PMの燃焼を促進させる触媒、及び、酸素吸蔵放出性能(Oxygen Storage Capacity)を有し、かつ、酸素放出温度がPMの自己着火温度(600℃前後)よりも低い触媒を坦持させたものである。PMの燃焼を促進させる触媒としては、白金(Pt)などの貴金属が挙げられる。酸素吸蔵放出性能を有し、かつ、酸素放出温度がPMの自己着火温度よりも低い触媒としては、セリウム(Ce)、プラセオジム(Pr)などの遷移金属の酸化物が挙げられる。
The
NOxトラップ触媒45は、排気空燃比が理論空燃比(以下「ストイキ」という)よりもリーンのときに排気中のNOxをトラップし、排気空燃比がストイキ又はリッチのときにNOxを脱離および浄化する。NOxトラップ触媒45は、排気中のNOxの他、硫黄酸化物(SOx)も捕捉する。NOxトラップ触媒45は、本実施形態のように一体として構成されたものに限らず、NOxを補足して脱離するNOxトラップと、NOxを浄化する触媒とが、別体として構成されたものなどであっても構わない。
The
コントローラ5は、中央演算装置(CPU)、読み出し専用メモリ(ROM)、ランダムアクセスメモリ(RAM)、及び入出力インタフェース(I/Oインタフェース)を備えたマイクロコンピュータで構成される。
The
コントローラ5には、エンジン回転速度を検出する回転速度センサ51やアクセルペダルの変位量を検出するアクセルストロークセンサ52などのエンジン1の運転状態を検出する種々のセンサ類からの信号が入力される。また、排気温度を検出する排気温度センサ53、DPF44の入口側の排気圧力を検出する排気圧力センサ54及びDPF44の出口側の排気空燃比を検出する空燃比センサ55からの信号が入力される。
The
コントローラ5は、これらの入力信号に基づいて、DPF44のPM堆積量及びNOxトラップ触媒45のNOx堆積量を検出し、それらの再生制御を実施する。
Based on these input signals, the
次に、図2を参照して、本実施形態によるDPF44のPM酸化特性について説明する。図2は、DPF44のPM酸化特性を示す図である。
Next, the PM oxidation characteristic of the
図2に破線で示すように、従来のDPF、すなわちPMの燃焼を促進させる触媒のみを坦持させたDPFの場合は、DPFの温度が600℃になる前後で急速にPMの酸化燃焼が始まり、600℃よりも低い温度では十分なPM酸化性能を得られなかった。 As shown by a broken line in FIG. 2, in the case of a conventional DPF, that is, a DPF that supports only a catalyst that promotes combustion of PM, oxidation combustion of PM starts rapidly before and after the temperature of the DPF reaches 600 ° C. At a temperature lower than 600 ° C., sufficient PM oxidation performance could not be obtained.
これに対して図2に実線Aで示すように、本実施形態によるDPF44の場合は、酸素吸蔵放出性能を有し、かつ、活性酸素放出温度(酸素の放出を開始する(下限)温度)がPMの自己着火温度(600℃前後)よりも低い触媒を坦持させたことによって、PMの急速な酸化燃焼が始まる600℃よりも低い所定の酸化安定温度域において、十分なPM酸化性能が得られる。これは、PMの自己着火温度よりも低い温度域で触媒から放出された酸素は活性酸素(酸素ラジカル)になっており、この活性酸素が、DPF44に堆積したPMを燃焼させるためと考えられる。本実施形態では、酸化安定温度域は、おおよそ450℃から550℃の間となっている。すなわち、本実施形態における酸素の放出を開始する温度は450℃付近、酸素放出温度(の範囲)はおおよそ450℃から550℃の間である。
On the other hand, as shown by a solid line A in FIG. 2, the
そしてさらに、図2に実線Bで示すように、発明者らの鋭意研究によって、DPF44に流入する排気中のNOx濃度を増加させると、酸化安定温度域におけるPM酸化性能が向上することが確認された。これは、NOxの分子触媒反応によると推定されるが、詳細は明らかではない。
Further, as indicated by a solid line B in FIG. 2, the inventors' diligent research confirmed that the PM oxidation performance in the oxidation stable temperature range is improved when the NOx concentration in the exhaust gas flowing into the
図3は、酸素吸蔵放出性能を有する触媒の活性酸素放出温度と、酸化安定温度域の下限温度と、の関係を示す図である。 FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the active oxygen release temperature of a catalyst having oxygen storage / release performance and the lower limit temperature of the oxidation stable temperature range.
図3に示すように、活性酸素放出温度が低くなればなるほど、酸化安定温度域の下限温度が低くなることがわかる。これは、酸素吸蔵放出性能を有する触媒の活性酸素放出温度が低いほど、酸化安定温度域が拡大することを意味している。 As shown in FIG. 3, it can be seen that the lower the active oxygen release temperature, the lower the lower limit temperature of the oxidation stable temperature region. This means that the lower the active oxygen release temperature of the catalyst having oxygen storage / release performance, the wider the oxidation stable temperature range.
図4は、DPF44に流入する排気中のNOx濃度と、酸化安定温度域におけるPM酸化速度と、の関係を示した図である。
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the NOx concentration in the exhaust gas flowing into the
図4に示すように、DPF44に流入する排気中のNOx濃度を高くすると、酸化安定温度域におけるPM酸化速度が増加することがわかる。
As shown in FIG. 4, it is understood that when the NOx concentration in the exhaust gas flowing into the
ここで、道路状況によっては、DPF44のPM堆積量がDPF44の通常再生が必要な所定量(再生量)PM1より多くなった後も低負荷運転が続いてDPF44の再生が実施できず、DPF44にPMが堆積し続けることがある。そうすると、DPF44が閉塞して運転性が悪化するおそれがある。
Here, depending on the road conditions, even after the PM accumulation amount of the
そこで本実施形態では、DPF44のPM堆積量が所定量PM1より大きい所定量(再生加速量)PM2より多くなったときは、次にDPF44を再生するときに排気中のNOx濃度を高くしてDPF44の再生速度を上昇させて、DPF44の閉塞による運転性の悪化を抑制する。
Therefore, in the present embodiment, when the PM accumulation amount of the
以下では、コントローラ5が実施する本実施形態によるDPF44及びNOxトラップ触媒45の再生制御について説明する。なお、この中で、排気中のNOx濃度を高くして行なわれるDPF44の再生は、通常再生(PM堆積量がPM1からPM2の間になったときに行なわれる再生)と比較して効率が向上し、再生が改善・加速されることから、再生加速モードにおける再生と称することとする。
Hereinafter, regeneration control of the
図5は、コントローラ5が実行する再生制御について説明するフローチャートである。コントローラ5は、本ルーチンをエンジン1の運転中に所定の演算周期(例えば10ms)で実行する。
FIG. 5 is a flowchart for explaining the regeneration control executed by the
ステップS1において、コントローラ5は、NOxトラップ触媒45のNOx堆積量を検出する。具体的には、エンジン回転速度の積算値からNOx堆積量を推定して検出する。
In step S <b> 1, the
ステップS2において、コントローラ5は、NOxトラップ触媒45のSOx堆積量を検出する。具体的には、エンジン回転速度の積算値からSOx堆積量を推定して検出する。
In step S <b> 2, the
ステップS3において、コントローラ5は、DPF44のPM堆積量を検出する。具体的には、予め作成されたマップ(図10)を参照して、エンジン回転速度及及び燃料噴射量に基づいて検出した現在の運転状態におけるDPF44にPMが堆積していないときの排気圧力(以下「基準排気圧力」という)を検出する。そして、その基準排気圧力と、排気圧力センサ54で検出した排気圧力と、を比較してPM堆積量を推定し、検出する。
In step S <b> 3, the
ステップS4において、コントローラ5は、DPF44に流入する排気中のNOx濃度を上昇させてDPF44の再生速度を上昇させる再生加速モード中か否かを判定する。具体的には、再生加速フラグreg_accelが1にセットされているか否かを判定する。コントローラ5は、再生加速フラグreg_accelが1にセットされていればステップS5に処理を移行し、そうでなければステップS6に処理を移行する。
In step S <b> 4, the
ステップS5において、コントローラ5は、再生加速処理を実施する。具体的な内容については、図6を参照して後述する。
In step S5, the
ステップS6において、コントローラ5は、DPF44を再生する通常再生モード中か否かを判定する。具体的には、再生フラグregが1にセットされているか否かを判定する。コントローラ5は、再生フラグregが1にセットされていればステップS7に処理を移行し、そうでなければステップS8に処理を移行する。
In step S6, the
ステップS7において、コントローラ5は、通常再生処理を実施する。具体的な内容については、図7を参照して後述する。
In step S7, the
ステップS8において、コントローラ5は、NOxトラップ触媒45の硫黄被毒解除モード中か否かを判定する。具体的には、硫黄被毒解除フラグdesulが1にセットされているか否かを判定する。コントローラ5は、硫黄被毒解除フラグdesulが1にセットされていればステップS9に処理を移行し、そうでなければステップS10に処理を移行する。
In step S8, the
ステップS9において、コントローラ5は、硫黄被毒解除処理を実施する。具体的な内容については、図8を参照して後述する。
In step S9, the
ステップS10において、コントローラ5は、NOxトラップ触媒45に堆積されたNOxを脱離・還元するために、排気空燃比を一時的にリッチ化するリッチスパイクモード中か否かを判定する。具体的には、リッチスパイクフラグspが1にセットされているか否かを判定する。コントローラ5は、リッチスパイクフラグspが1にセットされていればステップS11に処理を移行し、そうでなければステップS12に処理を移行する。
In step S10, the
ステップS11において、コントローラ5は、リッチスパイク処理を実施する。具体的な内容については、図9を参照して後述する。
In step S11, the
ステップS12において、コントローラ5は、DPF44が再生時期に達したか否かを判定する。具体的には、DPF44のPM堆積量がDPF44の通常再生が必要な所定量PM1に達しているか否かを判定する。コントローラ5は、DPF44が再生時期に達したと判定すればステップS13に処理を移行し、DPF44が再生時期に達していないと判定すればステップS14に処理を移行する。
In step S12, the
ステップS13において、コントローラ5は、再生フラグregを1にセットする。
In step S13, the
ステップS14において、コントローラ5は、NOxトラップ触媒45が硫黄被毒解除時期に達したか否かを判定する。具体的には、NOxトラップ触媒45のSOx堆積量がNOxトラップ触媒45の硫黄被毒解除が必要な所定量SOx1に達しているか否かを判定する。コントローラ5は、硫黄被毒解除時期であると判定すればステップS15に処理を移行し、硫黄被毒解除時期でないと判定すればステップS17に処理を移行する。
In step S14, the
ステップS15において、コントローラ5は、硫黄被毒解除フラグdesulを1にセットする。
In step S15, the
ステップS16において、コントローラ5は、再生フラグregを1にセットする。ここで、硫黄被毒解除フラグdesulとともに再生フラグregを1にセットするのは、大量のPMが燃焼することによるDPF44の劣化を抑制する観点から、硫黄被毒解除前にDPF44を再生しておく必要があるためである。
In step S16, the
ステップS17において、コントローラ5は、NOxトラップ触媒45がNOx脱離・還元時期に達したか否かを判定する。具体的には、NOxトラップ触媒45のNOx堆積量がNOxトラップ触媒45からNOxを脱離・還元する必要のある所定量NOx1に達しているか否かを判定する。コントローラ5は、NOx脱離・還元時期であると判定すればステップS18に処理を移行し、NOx脱離・還元時期でないと判定すれば今回の処理を終了する。
In step S17, the
ステップS18において、コントローラ5は、リッチスパイクフラグspを1にセットする。
In step S18, the
図6は、再生加速処理について説明するフローチャートである。 FIG. 6 is a flowchart for explaining the reproduction acceleration process.
ステップS51において、コントローラ5は、予め作成されたマップ(図11)を参照して、DPF44の再生が可能な運転領域でエンジン1が運転しているか否かを判定する。コントローラ5は、DPF44の再生が可能な運転領域であればステップS52に処理を移行し、そうでなければ今回の処理を終了する。
In step S51, the
ステップS52において、コントローラ5は、通常再生を実施しているときよりもEGR率を低減させてDPF44に流入する排気中のNOx濃度を増加させる。EGR率とは、吸入ガス中に占めるEGRガスの割合のことをいう。再生加速時のEGR率は、予め作成されたマップ(図14)を参照して設定される。
In step S <b> 52, the
ステップS53において、コントローラ5は、DPF44の温度が、DPF44に坦持された酸素吸蔵放出性能を有する触媒が活性酸素を放出する活性酸素放出温度より小さいか否かを判定する。本実施形態では、活性酸素放出温度を450℃に設定している。コントローラ5は、DPF44の温度が活性酸素放出温度よりも小さければステップS54に処理を移行する。一方で、DPF44の温度が活性酸素放出温度よりも大きければステップS55に処理を移行する。
In step S <b> 53, the
ステップS54において、コントローラ5は、DPF44の温度を上昇させる。具体的には、予め作成されたマップ(図12)を参照して、エンジン運転状態に応じて吸気絞り弁34及びポスト噴射量を制御して排気温度を上昇させ、DPF44の温度を上昇させる。基本的には、吸入空気量を減少させ、ポスト噴射量を増量させることで排気温度を上昇させている。
In step S54, the
ステップS55において、コントローラ5は、DPF44の温度が、DPF44に堆積したPMが自己着火する温度よりもやや低いPM非着火温度より大きいか否かを判定する。本実施形態では、PM非着火温度を550℃に設定している。コントローラ5はDPF44の温度がPM非着火温度よりも大きければステップS56に処理を移行する。一方で、DPF44の温度がPM非着火温度よりも小さければステップS57に処理を移行する。
In step S55, the
ステップS56において、コントローラ5は、DPF44の温度を低下させる。具体的には、予め作成されたマップ(図12)を参照して、エンジン運転状態に応じて吸気絞り弁34及びポスト噴射量を制御して排気温度を低下させ、DPF44の温度を低下させる。基本的には、吸気絞り量を緩め、ポスト噴射量を減らすことで排気温度を低下させている。
In step S56, the
ステップS57において、コントローラ5は、DPF44のPM堆積量がDPF44の再生加速を必要とする所定量PM2より少なくなったか否かを判定する。コントローラ5は、DPF44の堆積量が所定量PM2より少なくなっていればステップS58に処理を移行し、そうでなければ今回の処理を終了する。
In step S57, the
ステップS58において、コントローラ5は、再生加速フラグreg_accelを0にセットする。
In step S58, the
図7は、通常再生処理について説明するフローチャートである。 FIG. 7 is a flowchart for explaining the normal reproduction process.
ステップS71において、コントローラ5は、予め作成されたマップ(図11)を参照して、DPF44の再生が可能な(排気温度を十分に昇温させるのが難しい低負荷運転などではない)運転領域でエンジン1が運転しているか否かを判定する。コントローラ5は、DPF44の再生が可能な運転領域であればステップS72に処理を移行し、そうでなければ今回の処理を終了する。
In step S71, the
ステップS72において、コントローラ5は、DPF44のPM堆積量がDPF44の再生加速を必要とする所定量PM2より少ないか否かを判定する。コントローラ5は、DPF44のPM堆積量が所定量PM2より多ければステップS73に処理を移行する。一方で、DPF44のPM堆積量が所定量PM2より少なければステップS74に処理を移行する。
In step S <b> 72, the
ステップS73において、コントローラ5は、再生加速フラグreg_accelを1にセットする。
In step S73, the
ステップS74において、コントローラ5は、DPF44の温度が、活性酸素放出温度より小さいか否かを判定する。コントローラ5は、DPF44の温度が活性酸素放出温度よりも小さければステップS75に処理を移行する。一方で、DPF44の温度が活性酸素放出温度よりも大きければステップS76に処理を移行する。
In step S74, the
ステップS75において、コントローラ5は、DPF44の温度を上昇させる。具体的には、予め作成されたマップ(図12)を参照して、エンジン運転状態に応じて吸気絞り弁34及びポスト噴射量を制御して排気温度を上昇させ、DPF44の温度を上昇させる。基本的には、吸入空気量を減少させ、ポスト噴射量を増量させることで排気温度を上昇させている。
In step S75, the
ステップS76において、コントローラ5は、DPF44の温度が、PM非着火温度より大きいか否かを判定する。コントローラ5はDPF44の温度がPM非着火温度よりも大きければステップS77に処理を移行する。一方で、DPF44の温度がPM非着火温度よりも小さければステップS78に処理を移行する。
In step S76, the
ステップS77において、コントローラ5は、DPF44の温度を低下させる。具体的には、予め作成されたマップ(図12)を参照して、エンジン運転状態に応じて吸気絞り弁34及びポスト噴射量を制御して排気温度を低下させ、DPF44の温度を低下させる。基本的には、吸気絞り量を緩め、ポスト噴射量を減らすことで排気温度を低下させている。
In step S77, the
ステップS78において、コントローラ5は、DPF44の再生が終了したか否かを判定する。具体的には、DPF44の温度を活性酸素放出温度からPM非着火温度までの範囲内の温度にしてから所定時間が経過したか否かを判定する。コントローラ5は、DPF44の再生が終了していればステップS79に処理を移行する。一方で、DPF44の再生が終了していなければ今回の処理を終了する。
In step S78, the
ステップS79において、コントローラ5は、再生フラグregを0にセットする。
In step S79, the
図8は、硫黄被毒解除処理について説明するフローチャートである。 FIG. 8 is a flowchart illustrating the sulfur poisoning release process.
ステップS91において、コントローラ5は、排気の空燃比が略ストイキ(空気過剰率λが0.9〜1.0程度)となるように、吸入空気量及びポスト噴射量を制御する。
In step S91, the
ステップS92において、コントローラ5は、NOxトラップ触媒45の温度が、硫黄被毒解除処理中の下限温度より低いか否かを判定する。本実施形態では、下限温度を680℃に設定している。コントローラ5は、NOxトラップ触媒45の温度が下限温度よりも低ければステップS93に処理を移行する。一方で、NOxトラップ触媒45の温度が下限温度よりも高ければステップS94に処理を移行する。
In step S92, the
ステップS93において、コントローラ5は、NOxトラップ触媒45の温度を上昇させる。具体的には、予め作成されたマップ(図13)を参照して、エンジン運転状態に応じて吸気絞り弁34及びポスト噴射量を制御して排気温度を上昇させ、DPF44の温度を上昇させる。基本的には、吸入空気量を減少させ、ポスト噴射量を増量させることで排気温度を上昇させている。
In step S93, the
ステップS94において、コントローラ5は、NOxトラップ触媒45の温度が、硫黄被毒解除処理中の上限温度より高いか否かを判定する。本実施形態では、上限温度を720℃に設定している。コントローラ5は、NOxトラップ触媒45の温度が上限温度よりも高ければステップS95に処理を移行する。一方で、NOxトラップ触媒45の温度が上限温度よりも低ければステップS96に処理を移行する。
In step S94, the
ステップS95において、コントローラ5は、NOxトラップ触媒45の温度を低下させる。具体的には、予め作成されたマップ(図13)を参照して、エンジン運転状態に応じて吸気絞り弁34及びポスト噴射量を制御して排気温度を低下させ、DPF44の温度を低下させる。基本的には、吸気絞り量を緩め、ポスト噴射量を減らすことで排気温度を低下させている。
In step S95, the
ステップS96において、コントローラ5は、硫黄被毒解除が終了したか否かを判定する。具体的には、NOxトラップ触媒45の温度を硫黄被毒解除処理中の下限温度から上限温度までの範囲内の温度にしてから所定時間が経過したか否かを判定する。コントローラ5は、NOxトラップ触媒45の硫黄被毒解除が終了していればステップS97に処理を移行する。一方で、NOxトラップ触媒45の硫黄被毒解除が終了していれば今回の処理を終了する。
In step S96, the
ステップS97において、コントローラ5は、硫黄被毒解除フラグdesulを0にセットする。
In step S97, the
ステップS98において、コントローラ5は、リッチスパイクフラグspを0にセットする。
In step S98, the
図9は、リッチスパイク処理について説明するフローチャートである。 FIG. 9 is a flowchart for explaining the rich spike processing.
ステップS111において、コントローラ5は、排気の空燃比がリッチ(空気過剰率λが0.8程度)となるように、吸入空気量及び燃料噴射量を制御する。
In step S111, the
ステップS112において、コントローラ5は、NOxトラップ触媒45の再生が終了したか否かを判定する。具体的には、排気の空燃比をリッチにしてから所定時間が経過したか否かを判定する。コントローラ5は、NOxトラップ触媒45の再生が終了していればステップS113に処理を移行する。一方で、NOxトラップ触媒45の再生が終了していなければ今回の処理を終了する。
In step S112, the
ステップS113において、コントローラ5は、リッチスパイクフラグspを0にセットする。
In step S113, the
図10は、基準排気圧力を算出するマップである。 FIG. 10 is a map for calculating the reference exhaust pressure.
図10に示すように、エンジン回転速度が高く、メイン噴射量が多いときほど基準排気圧力も高くなる。 As shown in FIG. 10, the reference exhaust pressure increases as the engine speed increases and the main injection amount increases.
図11は、DPF44の再生が可能な運転領域でエンジン1が運転しているか否かを判定するためのマップである。
FIG. 11 is a map for determining whether or not the
図11に示すように、低負荷低回転の運転領域でエンジン1が運転しているときは、排気温度を上昇させにくいので、DPF44の再生を実施しない。
As shown in FIG. 11, when the
図12は、DPF再生時の吸気絞り弁34及びポスト噴射の制御マップである。
FIG. 12 is a control map of the
図12示すように、高負荷時には吸気絞り弁34の開度を制御することによって、排気温度を調整する。低負荷時には吸気絞り弁34の開度及びポスト噴射量を制御するとともに、必要に応じて燃料噴射時期のリタード量を制御することによって、排気温度を調整する。
As shown in FIG. 12, the exhaust temperature is adjusted by controlling the opening degree of the
図13は、硫黄被毒解除処理時の吸気絞り弁34及びポスト噴射の制御マップである。
FIG. 13 is a control map of the
図13に示すように、高負荷時には吸気絞り弁34の開度及びポスト噴射量を制御することによって、排気温度を調整する。中負荷時には吸気絞り弁34の開度及びポスト噴射量を制御するとともに、必要に応じて燃料噴射時期のリタード量を制御することによって、排気温度を調整する。
As shown in FIG. 13, the exhaust temperature is adjusted by controlling the opening degree and the post injection amount of the
図14は、再生加速時のEGR率を決定するためのマップである。なお、理解を容易にするため、破線で通常時にEGR率を決定するマップを示した。 FIG. 14 is a map for determining the EGR rate during playback acceleration. In addition, in order to make an understanding easy, the map which determines an EGR rate at the time of a normal with the broken line was shown.
図14に示すように、再生加速時には、通常時よりもEGR率が低減される。 As shown in FIG. 14, at the time of regeneration acceleration, the EGR rate is reduced as compared with the normal time.
以上説明した本実施形態によれば、酸素吸蔵放出性能を有し、かつ、酸素放出温度がPMの自己着火温度よりも低い触媒を坦持させた。これにより、PMの自己着火温度よりも低い温度域で触媒から放出された活性酸素によって、DPF44に堆積したPMを燃焼させることができるので、従来の温度(PMが自己着火する約600℃以上の温度)よりも低い温度でDPF44を再生させることができる。そのため、低負荷の運転状態でも比較的容易にDPF44の再生を実施できるので、DPF44を再生する回数を増やすことができる。
According to the present embodiment described above, a catalyst having oxygen storage / release performance and having an oxygen release temperature lower than the self-ignition temperature of PM is carried. Thereby, since the PM deposited on the
また、DPF44の再生を従来の温度よりも低い温度で実施することができるので、DPF44の温度を上昇させるために実施していたポスト噴射やメイン噴射の噴射時期のリタードを少なくすることができる。そのため、エンジン1オイルの希釈化を抑制できるとともに、燃費を向上させることができる。
Further, since the regeneration of the
また、本実施形態によるDPF44は、DPF44に流入する排気中のNOx濃度を高めることで、PMの酸化速度を向上させることができる。そのため、エンジン1が低負荷領域で運転している状態が続いた場合でも、次の再生時にDPF44に流入する排気中のNOx濃度を高めることで速やかにDPF44の再生を終了させることができる。これにより、DPF44の閉塞による運転性の悪化を抑制することができる。
Further, the
さらに、DPF44の下流にNOxトラップ触媒45を設けたので、DPF44の再生速度を上昇させるために排気中のNOx濃度を高めたときのエミッション低下を抑制することができる。
Further, since the
なお、本発明は上記の実施形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is obvious that various modifications can be made within the scope of the technical idea.
例えば、上記実施形態では、DPF44のPM堆積量が所定量PM2を超えたときに排気中のNOx濃度を高めていたが、これに限らず再生時であればいつNOx濃度を高めてもよい。
For example, in the above embodiment, the NOx concentration in the exhaust gas is increased when the PM accumulation amount of the
また、上記実施形態では、NOxトラップ触媒45をDPF44の下流に設けたが、上流に設けてもよい。この場合、DPF44の再生加速時にDPF44に必要なNOx濃度を確保するために、コントローラ5は、図15に示すNOxトラップ触媒45の状態、すなわち、NOxトラップ触媒温度と排気流量、に応じてNOx浄化率を示したNOx浄化率マップを参照してエンジン排出NOx濃度を算出する。そして、そのエンジン排出NOx濃度に基づいて目標EGR率を算出し、EGR弁の開度を制御する。エンジン排出NOx濃度は、NOx浄化率マップを参照してNOxトラップ触媒45の温度と排気流量とから瞬時NOx浄化率を算出し、以下の(1)式を用いて算出する。
In the above embodiment, the
また、上記実施形態では、NOxトラップ触媒45のNOx堆積量及びSOx堆積量をエンジン回転速度の累積積算値に基づいて推定していたが、この方法に限らず種々の公知の手法で算出してもよい。例えば、走行距離に基づいて単位時間当たりにNOxトラップ触媒45に堆積されていくNOx及び硫黄分の量を推定してもよい。
In the above-described embodiment, the NOx accumulation amount and the SOx accumulation amount of the
1 ディーゼルエンジン(内燃機関)
44 DPF(ディーゼルパティキュレートフィルタ)
45 NOxトラップ触媒
S3 粒子状物質堆積量検出手段
S5 再生手段
S7 再生手段
1 Diesel engine (internal combustion engine)
44 DPF (diesel particulate filter)
45 NOx trap catalyst S3 Particulate matter accumulation amount detection means S5 regeneration means S7 regeneration means
Claims (7)
前記パティキュレートフィルタに堆積した粒子状物質の堆積量を推定する粒子状物質堆積量推定手段と、
前記パティキュレートフィルタに堆積した粒子状物質の堆積量が所定の堆積量より多くなったときに、パティキュレートフィルタの温度を前記酸素放出温度以上にするとともに、パティキュレートフィルタに流入する排気中の窒素酸化物の濃度を高めて、パティキュレートフィルタを再生させる再生手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 A particulate filter that has an oxygen storage / release capability and supports a catalyst in which the oxygen release temperature for releasing the stored oxygen is lower than the self-ignition temperature of the particulate matter, and traps and deposits particulate matter in the exhaust; ,
Particulate matter accumulation amount estimation means for estimating the amount of particulate matter deposited on the particulate filter;
When the amount of particulate matter deposited on the particulate filter exceeds a predetermined amount, the temperature of the particulate filter is set to be equal to or higher than the oxygen release temperature, and nitrogen in the exhaust gas flowing into the particulate filter Regeneration means for increasing the oxide concentration and regenerating the particulate filter;
An exhaust emission control device for an internal combustion engine, comprising:
前記パティキュレートフィルタに堆積した粒子状物質の堆積量が、前記所定の堆積量より少ない第2の所定の堆積量より多くなったときに、パティキュレートフィルタに流入する排気中の窒素酸化物の濃度を高めることなく、パティキュレートフィルタの温度を前記酸素放出温度以上にして、パティキュレートフィルタを再生させる
ことを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。 The reproducing means includes
The concentration of nitrogen oxides in the exhaust gas flowing into the particulate filter when the amount of particulate matter deposited on the particulate filter is greater than a second predetermined amount of deposit that is less than the predetermined amount of deposit. 2. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the particulate filter is regenerated by raising the temperature of the particulate filter to the oxygen release temperature or higher without increasing the temperature.
再生時のパティキュレートフィルタの温度を、前記粒子状物質の自己着火温度よりも低い温度にする
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の内燃機関の排気浄化装置。 The reproducing means includes
The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 1 or 2, wherein the temperature of the particulate filter during regeneration is set to a temperature lower than the self-ignition temperature of the particulate matter.
ことを特徴とする請求項1から3までのいずれか1つに記載の内燃機関の排気浄化装置。 2. The catalyst having the oxygen storage / release performance, wherein the oxygen release temperature for releasing the stored oxygen is lower than the self-ignition temperature of the particulate matter, releases the stored oxygen as active oxygen. 3. An exhaust emission control device for an internal combustion engine according to any one of items 3 to 3.
通常時に同一の運転状態でEGRを実施するときよりもEGR率を低減させることで、前記パティキュレートフィルタに流入する排気中の窒素酸化物の濃度を高める
ことを特徴とする請求項1から4までのいずれか1つに記載の内燃機関の排気浄化装置。 The reproducing means includes
The concentration of nitrogen oxides in the exhaust gas flowing into the particulate filter is increased by reducing the EGR rate as compared with the case where EGR is performed in the same operation state during normal operation. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to any one of the above.
ことを特徴とする請求項1から5までのいずれか1つに記載の内燃機関の排気浄化装置。 6. The internal combustion engine according to claim 1, further comprising a NOx trap catalyst for trapping, desorbing and purifying nitrogen oxides in exhaust gas downstream of the particulate filter. Engine exhaust purification system.
前記再生手段は、
エンジン運転状態に基づいて前記NOxトラップ触媒の窒素酸化物浄化率を算出し、その窒素酸化物浄化率に応じてEGR率を変更して前記パティキュレートフィルタに流入する排気中の窒素酸化物の濃度を高めてそのパティキュレートフィルタの再生速度を上昇させる
ことを特徴とする請求項1から4までのいずれか1つに記載の内燃機関の排気浄化装置。 Provided upstream of the particulate filter, comprising a NOx trap catalyst for trapping, desorbing and purifying nitrogen oxide in the exhaust,
The reproducing means includes
The nitrogen oxide purification rate of the NOx trap catalyst is calculated based on the engine operating state, and the concentration of nitrogen oxide in the exhaust gas flowing into the particulate filter by changing the EGR rate according to the nitrogen oxide purification rate The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 4, wherein the regeneration speed of the particulate filter is increased by increasing the regenerative speed.
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