JP2015229942A - Internal combustion engine exhaust emission control system - Google Patents

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須沢 匠
Takumi Suzawa
匠 須沢
角岡 卓
Taku Kadooka
卓 角岡
大塚 孝之
Takayuki Otsuka
孝之 大塚
橋本 浩成
Hiroshige Hashimoto
浩成 橋本
紀靖 小橋
Noriyasu Kobashi
紀靖 小橋
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an internal combustion engine exhaust emission control system capable of suppressing an increase in a difference between a pressure in front of a particulate filter and a pressure in rear of the particulate filter.SOLUTION: An exhaust emission control system comprises: a particulate filter collecting particulate matter; and accumulation amount estimation means estimating an accumulation amount of ashes of the particulate matter. The particulate filter contains platinum catalyst particles and rhodium catalyst particles carried on carriers. The platinum catalyst particles are carried on the carriers at a concentration of 1.0 g/L, and the rhodium catalyst particles are carried on the carriers at a concentration of 1.2 g/L. If the accumulation amount of the ashes of the particulate filter exceeds a preset accumulation amount determination value, the exhaust emission control system exerts a control to heat the particulate filter up to a temperature in a range from 750°C to 900°C.

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.

内燃機関は、機関本体で燃料が燃焼されて排気ガスが排出される。機関本体から排出された排気ガスは、排気浄化装置にて浄化される。排気ガスには、一酸化炭素(CO)、未燃炭化水素(HC)および窒素酸化物(NOX)の他に、粒子状物質(PM)が含まれる。一酸化炭素、未燃炭化水素および窒素酸化物は、触媒により酸化または還元されて浄化される。 In an internal combustion engine, fuel is burned in the engine body and exhaust gas is discharged. Exhaust gas discharged from the engine body is purified by an exhaust purification device. The exhaust gas contains particulate matter (PM) in addition to carbon monoxide (CO), unburned hydrocarbon (HC) and nitrogen oxide (NO x ). Carbon monoxide, unburned hydrocarbons and nitrogen oxides are purified by being oxidized or reduced by a catalyst.

排気ガスから粒子状物質を除去するためには、機関排気通路にパティキュレートフィルタと称される捕集フィルタが配置される。粒子状物質は、パティキュレートフィルタに捕集されて堆積する。堆積した粒子状物質の量が多くなった場合には、空気過剰の雰囲気中でパティキュレートフィルタを昇温する再生制御により粒子状物質を燃焼させることができる。   In order to remove particulate matter from the exhaust gas, a collection filter called a particulate filter is disposed in the engine exhaust passage. Particulate matter is collected and deposited on the particulate filter. When the amount of accumulated particulate matter increases, the particulate matter can be burned by regeneration control in which the temperature of the particulate filter is raised in an atmosphere with excess air.

特開2012−012941号公報には、排気ガスを浄化する触媒と、排気ガスの一部を還流させて吸入空気に混合し得る排気ガス再循環装置とを備える内燃機関において、機関回転数と吸入空気量とから触媒温度を推定し、推定した触媒床温度が判定値を超えた場合に燃料カットを禁止する内燃機関の触媒劣化抑制制御方法が開示されている。   Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-012941 discloses an internal combustion engine including a catalyst that purifies exhaust gas and an exhaust gas recirculation device that recirculates part of the exhaust gas and mixes it with intake air. A catalyst deterioration suppression control method for an internal combustion engine is disclosed in which a catalyst temperature is estimated from an air amount, and fuel cut is prohibited when the estimated catalyst bed temperature exceeds a determination value.

特開2012−012941号公報JP 2012-012941 A

排気ガスに含まれる粒子状物質には、機関本体から排出される排気ガスに含まれるスート(煤)に加えて、アッシュと称される粒子状物質が含まれている。アッシュは、例えば、機関本体の潤滑油がシリンダボアとピストンとの摺動部分から燃焼室に流入することにより生じる。アッシュは、主にエンジンオイルに含まれる硫黄成分から生成される硫酸化合物であることが知られている。たとえば、圧縮自着火式の内燃機関では、アッシュは硫酸カルシウムが主成分である。火花点火式の内燃機関では、アッシュには硫酸カルシウムに加えてリン酸カルシウムが含まれる。   Particulate matter contained in the exhaust gas includes particulate matter called ash in addition to soot (soot) contained in the exhaust gas discharged from the engine body. Ash is generated, for example, when lubricating oil in the engine body flows into the combustion chamber from the sliding portion between the cylinder bore and the piston. It is known that ash is a sulfuric acid compound produced mainly from sulfur components contained in engine oil. For example, in a compression self-ignition internal combustion engine, ash is mainly composed of calcium sulfate. In a spark ignition type internal combustion engine, ash contains calcium phosphate in addition to calcium sulfate.

排気ガスに含まれるスートは、パティキュレートフィルタの再生制御により、燃焼させて除去することができる。ところが、アッシュは、再生制御を実施しても燃焼せずに残存する。パティキュレートフィルタに残存するアッシュは、パティキュレートフィルタの基材の開口部を閉塞する。このために、パティキュレートフィルタの前後の差圧が徐々に大きくなるという問題がある。   Soot contained in the exhaust gas can be burned and removed by regeneration control of the particulate filter. However, the ash remains without burning even when the regeneration control is performed. Ash remaining in the particulate filter closes the opening of the base material of the particulate filter. For this reason, there is a problem that the differential pressure before and after the particulate filter gradually increases.

アッシュは、高温の雰囲気中で収縮する特性を有している。アッシュが収縮することによりパティキュレートフィルタの閉塞部分が減少し、パティキュレートフィルタの前後の差圧の増加を抑制することができる。ところが、アッシュが収縮する温度は非常に高く、フィルタに触媒粒子が担持されていると、触媒の浄化能力が低下する虞がある。例えば、パティキュレートフィルタが非常に高温になると触媒粒子が凝集して浄化率が低下するシンタリング現象が生じる虞がある。   Ash has the property of shrinking in a high temperature atmosphere. When the ash contracts, the closed portion of the particulate filter is reduced, and an increase in the differential pressure before and after the particulate filter can be suppressed. However, the temperature at which the ash shrinks is very high, and if the catalyst particles are supported on the filter, the purification ability of the catalyst may be reduced. For example, when the particulate filter becomes very hot, there is a possibility that a sintering phenomenon occurs in which the catalyst particles aggregate and the purification rate decreases.

このために、従来の技術ではアッシュを収縮させる制御を実施することができないという問題があった。たとえば、捕集フィルタの温度が所定の判定値を超えると、捕集フィルタに担持されている触媒の劣化を抑制するために、捕集フィルタの温度上昇が抑制される制御が実施されていた。この結果、アッシュの堆積により捕集フィルタの差圧が上昇するという問題があった。   For this reason, the conventional technique has a problem that it is not possible to carry out control for shrinking the ash. For example, when the temperature of the collection filter exceeds a predetermined determination value, control for suppressing an increase in the temperature of the collection filter has been performed in order to suppress deterioration of the catalyst carried on the collection filter. As a result, there is a problem that the differential pressure of the collection filter increases due to the accumulation of ash.

本発明は、捕集フィルタの前後の差圧の上昇を抑制する内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide an exhaust emission control device for an internal combustion engine that suppresses an increase in differential pressure before and after a collection filter.

本発明の内燃機関の排気浄化装置は、空気過剰の雰囲気中で温度を上昇すると燃焼する燃焼成分および残存する非燃焼成分を含む粒子状物質を捕集する捕集フィルタと、捕集フィルタの粒子状物質の非燃焼成分の堆積量を推定する堆積量推定手段とを備える。捕集フィルタは、セリア、ジルコニア、アルミナおよびバリウムのうち少なくとも一つを含む担体と、担体に担持された白金およびロジウムの触媒粒子とを含む。白金の触媒粒子は1.0g/Lの濃度にて担体に担持され、ロジウムの触媒粒子は1.2g/Lの濃度にて担体に担持されている。排気浄化装置は、捕集フィルタの非燃焼成分の堆積量が予め定められた堆積量判定値を超えた場合に、捕集フィルタを750℃以上900℃以下の範囲内の温度まで上昇させる制御を実施する。   An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention includes a collection filter that collects particulate matter including a combustion component that burns when the temperature rises in an excess air atmosphere and a remaining non-combustion component, and particles of the collection filter And a deposit amount estimating means for estimating the deposit amount of the non-combustion component of the particulate matter. The collection filter includes a support containing at least one of ceria, zirconia, alumina, and barium, and platinum and rhodium catalyst particles supported on the support. The platinum catalyst particles are supported on the carrier at a concentration of 1.0 g / L, and the rhodium catalyst particles are supported on the carrier at a concentration of 1.2 g / L. The exhaust purification device performs control to raise the collection filter to a temperature within a range of 750 ° C. or more and 900 ° C. or less when the accumulation amount of the non-combustion component of the collection filter exceeds a predetermined accumulation amount determination value. carry out.

上記発明においては、要求負荷が零になった場合に燃焼室への燃料の供給を停止する燃料カット制御を実施可能に形成されており、燃料カット制御を実施した場合に捕集フィルタの温度が予め定められた熱劣化判定値を超える場合に、燃料カット制御を禁止するように形成されており、捕集フィルタの非燃焼成分の堆積量が予め定められた堆積量判定値を超えた場合に、燃料カット制御の実施により捕集フィルタの温度が750℃以上900℃以下の範囲内になると推定される時に、燃料カット制御の禁止を解除することができる。   In the above invention, the fuel cut control for stopping the supply of fuel to the combustion chamber when the required load becomes zero is formed so that the temperature of the collection filter is increased when the fuel cut control is performed. It is configured to prohibit fuel cut control when it exceeds a predetermined thermal deterioration judgment value, and when the accumulation amount of the non-combustion component of the collection filter exceeds a predetermined deposition amount judgment value When the temperature of the collection filter is estimated to be within the range of 750 ° C. or more and 900 ° C. or less by performing the fuel cut control, the prohibition of the fuel cut control can be canceled.

上記発明においては、捕集フィルタの非燃焼成分の堆積量が予め定められた堆積量判定値を超えた場合に、捕集フィルタを800℃以上900℃以下の範囲内の温度まで上昇させる制御を実施することが好ましい。   In the above invention, when the accumulation amount of the non-combustion component of the collection filter exceeds a predetermined accumulation amount determination value, the control is performed to raise the collection filter to a temperature in the range of 800 ° C. or more and 900 ° C. or less. It is preferable to implement.

本発明によれば、捕集フィルタの前後の差圧の上昇を抑制する内燃機関の排気浄化装置を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the exhaust gas purification apparatus of the internal combustion engine which suppresses the raise of the differential pressure before and behind a collection filter can be provided.

実施の形態における内燃機関の概略図である。1 is a schematic view of an internal combustion engine in an embodiment. 実施の形態におけるパティキュレートフィルタの概略正面図である。It is a schematic front view of the particulate filter in an embodiment. 実施の形態におけるパティキュレートフィルタを排気ガスの流れ方向に沿って切断した概略断面図である。It is the schematic sectional drawing which cut the particulate filter in an embodiment along the flow direction of exhaust gas. パティキュレートフィルタを温度上昇した後のアッシュと基材との間隙の変化幅のグラフである。It is a graph of the change width of the gap between the ash and the substrate after the temperature of the particulate filter is raised. パティキュレートフィルタを温度上昇した後のアッシュの圧縮比率のグラフである。It is a graph of the compression ratio of the ash after raising the temperature of a particulate filter. パティキュレートフィルタを温度上昇した後の触媒の浄化性能のグラフである。It is a graph of the purification performance of the catalyst after raising the temperature of the particulate filter. 実施の形態におけるアッシュの堆積量を推定する制御のフローチャートである。It is a flowchart of control which estimates the accumulation amount of the ash in embodiment. 実施の形態におけるパティキュレートフィルタに堆積する粒子状物質の堆積量を推定するためのマップである。It is a map for estimating the deposition amount of the particulate matter deposited on the particulate filter in the embodiment. 実施の形態における運転制御のフローチャートである。It is a flowchart of operation control in an embodiment.

図1から図9を参照して、実施の形態における内燃機関の排気浄化装置について説明する。本実施の形態では、火花点火式の内燃機関を例示して説明する。   With reference to FIGS. 1 to 9, an exhaust emission control device for an internal combustion engine in the embodiment will be described. In the present embodiment, a spark ignition type internal combustion engine will be described as an example.

図1は、本実施の形態における内燃機関を概略的に示す図である。内燃機関は、機関本体1を備える。機関本体1は、シリンダブロック2と、シリンダブロック2に固定されたシリンダヘッド4とを含む。シリンダブロック2には穴部(シリンダボア)が形成され、この穴部の内部を往復移動するピストン3が配置されている。燃焼室5は、シリンダブロック2の穴部、ピストン3、およびシリンダヘッド4に囲まれる空間により構成されている。シリンダヘッド4には、吸気ポート7および排気ポート9が形成されている。吸気弁6は吸気ポート7を開閉し、排気弁8は排気ポート9を開閉するように形成されている。   FIG. 1 schematically shows an internal combustion engine in the present embodiment. The internal combustion engine includes an engine body 1. The engine body 1 includes a cylinder block 2 and a cylinder head 4 fixed to the cylinder block 2. A hole (cylinder bore) is formed in the cylinder block 2, and a piston 3 that reciprocates inside the hole is disposed. The combustion chamber 5 is configured by a space surrounded by the hole of the cylinder block 2, the piston 3, and the cylinder head 4. An intake port 7 and an exhaust port 9 are formed in the cylinder head 4. The intake valve 6 opens and closes the intake port 7, and the exhaust valve 8 is formed to open and close the exhaust port 9.

シリンダヘッド4の内壁面において、燃焼室5の中央部には点火プラグ10が配置され、シリンダヘッド4の内壁面の周辺部には燃料噴射弁11が配置される。点火プラグ10は、点火信号に応じて火花を発生させるように構成される。また、燃料噴射弁11は、噴射信号に応じて、所定量の燃料を燃焼室5内に噴射する。なお、燃料噴射弁11は、吸気ポート7内に燃料を噴射するように配置されても構わない。   On the inner wall surface of the cylinder head 4, a spark plug 10 is disposed at the center of the combustion chamber 5, and a fuel injection valve 11 is disposed at the periphery of the inner wall surface of the cylinder head 4. The spark plug 10 is configured to generate a spark in response to the ignition signal. The fuel injection valve 11 injects a predetermined amount of fuel into the combustion chamber 5 according to the injection signal. The fuel injection valve 11 may be disposed so as to inject fuel into the intake port 7.

各気筒の吸気ポート7はそれぞれ対応する吸気枝管13を介してサージタンク14に連結されている。サージタンク14は吸気管15を介してエアクリーナ16に連結される。吸気ポート7、吸気枝管13、サージタンク14、吸気管15は機関吸気通路を構成する。また、吸気管15の内部にはアクチュエータ17によって駆動されるスロットル弁18が配置されている。スロットル弁18は、アクチュエータ17によって回動されることで、機関吸気通路の開口面積を変更することができる。   The intake port 7 of each cylinder is connected to a surge tank 14 via a corresponding intake branch pipe 13. The surge tank 14 is connected to an air cleaner 16 via an intake pipe 15. The intake port 7, the intake branch pipe 13, the surge tank 14, and the intake pipe 15 constitute an engine intake passage. A throttle valve 18 driven by an actuator 17 is disposed inside the intake pipe 15. The throttle valve 18 can be changed by the actuator 17 to change the opening area of the engine intake passage.

内燃機関は、排気浄化装置を備える。本実施の形態の排気浄化装置は、排気浄化触媒20と、排気浄化触媒20よりも下流に配置されている捕集フィルタとしてのパティキュレートフィルタ23とを含む。本実施の形態の排気浄化触媒20は、機関本体1の近傍に配置されている。また、パティキュレートフィルタ23は、床下に配置されている。   The internal combustion engine includes an exhaust purification device. The exhaust purification device of the present embodiment includes an exhaust purification catalyst 20 and a particulate filter 23 as a collection filter disposed downstream of the exhaust purification catalyst 20. The exhaust purification catalyst 20 of the present embodiment is disposed in the vicinity of the engine body 1. Further, the particulate filter 23 is arranged under the floor.

機関排気通路は、各気筒の排気ポート9、排気マニホルド19および排気管22等により構成されている。排気ポート9は、排気マニホルド19に連結される。排気マニホルド19は、複数の排気ポート9に連結される複数の枝部と、これら枝部が集合した集合部とを有する。排気マニホルド19の集合部は、排気浄化触媒20に連結されている。排気浄化触媒20は、排気管22を介してパティキュレートフィルタ23に連結されている。   The engine exhaust passage is constituted by an exhaust port 9 of each cylinder, an exhaust manifold 19, an exhaust pipe 22, and the like. The exhaust port 9 is connected to an exhaust manifold 19. The exhaust manifold 19 has a plurality of branches connected to the plurality of exhaust ports 9 and a collective part in which these branches are assembled. A collecting portion of the exhaust manifold 19 is connected to the exhaust purification catalyst 20. The exhaust purification catalyst 20 is connected to the particulate filter 23 via the exhaust pipe 22.

内燃機関の排気浄化装置は、制御装置を含む。本実施の形態の制御装置は、電子制御ユニット(ECU)31にて構成されている。電子制御ユニット31はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス32を介して相互に接続されたRAM(ランダムアクセスメモリ)33、ROM(リードオンリメモリ)34、CPU(マイクロプロセッサ)35、入力ポート36および出力ポート37を含む。   An exhaust emission control device for an internal combustion engine includes a control device. The control device of the present embodiment is composed of an electronic control unit (ECU) 31. The electronic control unit 31 is composed of a digital computer and includes a RAM (random access memory) 33, a ROM (read only memory) 34, a CPU (microprocessor) 35, an input port 36 and An output port 37 is included.

アクセルペダル42には、アクセルペダル42の踏込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ43が接続されている。負荷センサ43の出力電圧は、対応するAD変換器38を介して入力ポート36に入力される。クランク角センサ44は、例えばクランクシャフトが15度回転する毎に出力パルスを発生し、この出力パルスが入力ポート36に入力される。CPU35は、クランク角センサ44の出力パルスに基づいて機関回転数やクランク角度を検出する。一方、出力ポート37は対応する駆動回路45を介して点火プラグ10、燃料噴射弁11及びスロットル弁を駆動するアクチュエータ17に接続されている。   A load sensor 43 that generates an output voltage proportional to the amount of depression of the accelerator pedal 42 is connected to the accelerator pedal 42. The output voltage of the load sensor 43 is input to the input port 36 via the corresponding AD converter 38. The crank angle sensor 44 generates an output pulse every time the crankshaft rotates 15 degrees, for example, and this output pulse is input to the input port 36. The CPU 35 detects the engine speed and the crank angle based on the output pulse of the crank angle sensor 44. On the other hand, the output port 37 is connected to the actuator 17 that drives the spark plug 10, the fuel injection valve 11, and the throttle valve via a corresponding drive circuit 45.

吸気管15の内部には、吸気管15を流れる空気流量を検出するためのエアフロメータ39が配置されている。エアフロメータ39の出力は対応するAD変換器38を介して入力ポート36に入力される。   An air flow meter 39 for detecting the flow rate of air flowing through the intake pipe 15 is disposed inside the intake pipe 15. The output of the air flow meter 39 is input to the input port 36 via the corresponding AD converter 38.

機関吸気通路、燃焼室、または機関排気通路に供給された排気ガスの空気および燃料(炭化水素)の比を排気ガスの空燃比(A/F)と称すると、排気マニホルド19の集合部には、機関本体1から流出する排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサ40が配置されている。空燃比センサ40により、排気浄化触媒20に流入する排気ガスの空燃比を検出することができる。パティキュレートフィルタ23には、パティキュレートフィルタ23の前後差圧を検出する差圧センサ24が配置されている。パティキュレートフィルタ23の上流には、パティキュレートフィルタ23の上流側の端部の温度を検出する温度検出器として温度センサ25が配置されている。パティキュレートフィルタ23の下流には、パティキュレートフィルタ23の下流側の端部の温度を検出するための温度検出器として温度センサ26が配置されている。これらの温度センサ25,26、空燃比センサ40、および差圧センサ24の出力信号は、対応するAD変換器38を介して入力ポート36に入力される。   When the ratio of the exhaust gas air and fuel (hydrocarbon) supplied to the engine intake passage, combustion chamber, or engine exhaust passage is referred to as the air-fuel ratio (A / F) of the exhaust gas, An air-fuel ratio sensor 40 for detecting the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing out from the engine body 1 is disposed. The air-fuel ratio sensor 40 can detect the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst 20. The particulate filter 23 is provided with a differential pressure sensor 24 that detects a differential pressure across the particulate filter 23. A temperature sensor 25 is disposed upstream of the particulate filter 23 as a temperature detector that detects the temperature of the upstream end of the particulate filter 23. A temperature sensor 26 is arranged downstream of the particulate filter 23 as a temperature detector for detecting the temperature of the downstream end of the particulate filter 23. The output signals of the temperature sensors 25 and 26, the air-fuel ratio sensor 40, and the differential pressure sensor 24 are input to the input port 36 via the corresponding AD converter 38.

本実施の形態の排気浄化触媒20は、いわゆるスタートアップ触媒として機能する三元触媒である。排気浄化触媒20は、内燃機関の始動後の低温域から未燃の炭化水素や一酸化炭素を酸化することができる。なお、排気浄化触媒20は、三元触媒に限られず任意の排気ガスを浄化する触媒を配置することができる。または、排気浄化触媒20は、配置されていなくても構わない。   The exhaust purification catalyst 20 of the present embodiment is a three-way catalyst that functions as a so-called startup catalyst. The exhaust purification catalyst 20 can oxidize unburned hydrocarbons and carbon monoxide from a low temperature range after the internal combustion engine is started. The exhaust purification catalyst 20 is not limited to a three-way catalyst, and a catalyst that purifies any exhaust gas can be disposed. Alternatively, the exhaust purification catalyst 20 may not be arranged.

図2に、本実施の形態のパティキュレートフィルタの概略正面図を示す。図3に、パティキュレートフィルタを軸方向に沿って切断したときの概略断面図を示す。パティキュレートフィルタ23は、排気ガスに含まれる粒子状物質(PM:Particulate Matter)を除去するためのフィルタである。本実施の形態におけるパティキュレートフィルタ23は、円筒形状に形成されている。   FIG. 2 shows a schematic front view of the particulate filter of the present embodiment. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view when the particulate filter is cut along the axial direction. The particulate filter 23 is a filter for removing particulate matter (PM) contained in the exhaust gas. The particulate filter 23 in the present embodiment is formed in a cylindrical shape.

パティキュレートフィルタ23は、ハニカム構造を有する。パティキュレートフィルタ23は、排気ガスの流れ方向に沿って延びる複数の通路60,61を有する。通路60は、下流端が栓62により閉塞されている。通路61は、上流端が栓63により閉塞されている。図2においては、栓63の部分に斜線を付している。通路60および通路61は、薄肉の隔壁64を介して交互に形成されている。   The particulate filter 23 has a honeycomb structure. The particulate filter 23 has a plurality of passages 60 and 61 extending along the flow direction of the exhaust gas. The downstream end of the passage 60 is closed by a plug 62. The passage 61 is closed at the upstream end by a plug 63. In FIG. 2, the plug 63 is hatched. The passages 60 and the passages 61 are alternately formed with thin partition walls 64.

パティキュレートフィルタ23の基材は、多孔質材料から形成されている。本実施の形態の基材は、アルミナ、シリカ、および酸化マグネシウムを含むコージェライトにより形成されている。排気ガスが流入する通路60は、排気ガスが流出する通路61に囲まれている。通路60に流入した排気ガスは、矢印200に示すように、周囲の隔壁64を通って隣接する通路61に流出する。排気ガスが隔壁64を通過するときに粒子状物質が捕集される。粒子状物質が除去された排気ガスは、通路61を通ってパティキュレートフィルタ23から流出する。このように、粒子状物質は、パティキュレートフィルタに捕集される。   The base material of the particulate filter 23 is formed of a porous material. The base material of this embodiment is formed of cordierite containing alumina, silica, and magnesium oxide. The passage 60 through which the exhaust gas flows is surrounded by a passage 61 through which the exhaust gas flows out. The exhaust gas flowing into the passage 60 flows out to the adjacent passage 61 through the surrounding partition wall 64 as indicated by an arrow 200. Particulate matter is collected when the exhaust gas passes through the partition wall 64. The exhaust gas from which the particulate matter has been removed flows out of the particulate filter 23 through the passage 61. In this way, the particulate matter is collected by the particulate filter.

本実施の形態のパティキュレートフィルタ23は、三元触媒としての機能を有する。パティキュレートフィルタ23は、基材の表面に形成されたコート層を有する。コート層は、触媒作用を有する金属の触媒粒子を担持する担体を含む。担体は、セリア、ジルコニア、アルミナ、およびバリウム等のうち少なくとも一つの材質により形成されている。本実施の形態のコート層には、貴金属として白金(Pt)の触媒粒子およびロジウム(Rh)が担持されている。パティキュレートフィルタ23に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比の近傍にすることにより、未燃の炭化水素(HC)、一酸化炭素(CO)および窒素酸化物(NOx)を同時に浄化することができる。本実施の形態のパティキュレートフィルタ23は、コージェライトの基材の表面にコート総量が100g/Lのコート層が形成されている。また、白金の触媒粒子の濃度は1.0g/Lであり、ロジウムの触媒粒子の濃度は0.2g/Lである。   The particulate filter 23 of the present embodiment has a function as a three-way catalyst. The particulate filter 23 has a coat layer formed on the surface of the substrate. The coating layer includes a carrier that supports catalyst particles of metal having a catalytic action. The carrier is made of at least one material selected from ceria, zirconia, alumina, barium and the like. The coat layer of the present embodiment carries platinum (Pt) catalyst particles and rhodium (Rh) as noble metals. Purifying unburned hydrocarbons (HC), carbon monoxide (CO), and nitrogen oxides (NOx) simultaneously by setting the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the particulate filter 23 to be close to the theoretical air-fuel ratio. Can do. In the particulate filter 23 of the present embodiment, a coat layer having a total coat amount of 100 g / L is formed on the surface of a cordierite base material. The concentration of platinum catalyst particles is 1.0 g / L, and the concentration of rhodium catalyst particles is 0.2 g / L.

パティキュレートフィルタに堆積する粒子状物質の量が再生判定値に達すると、パティキュレートフィルタの再生制御を実施する。パティキュレートフィルタの再生制御においては、パティキュレートフィルタに流入する排気ガスの空燃比をリーン空燃比に(理論空燃比よりも大きく)維持する。そして、パティキュレートフィルタ23の温度を再生が可能な温度以上に昇温する。たとえば、約500℃以上で粒子状物質が燃焼可能であるので、パティキュレートフィルタを650℃程度まで昇温する。堆積した粒子状物質の少なくとも一部が燃焼する。そして、燃焼可能な粒子状物質が燃焼するまで所定の温度に維持する。   When the amount of particulate matter deposited on the particulate filter reaches the regeneration determination value, regeneration control of the particulate filter is performed. In the regeneration control of the particulate filter, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the particulate filter is maintained at a lean air-fuel ratio (greater than the theoretical air-fuel ratio). Then, the temperature of the particulate filter 23 is raised to a temperature at which regeneration is possible. For example, since the particulate matter can be combusted at about 500 ° C. or higher, the temperature of the particulate filter is raised to about 650 ° C. At least a part of the deposited particulate matter burns. And it maintains at predetermined temperature until the combustible particulate matter burns.

機関本体1から排出される排気ガスに含まれる粒子状物質には、再生制御により燃焼する燃焼成分と、再生制御によっても燃焼せずに残存する非燃焼成分とが含まれる。燃焼成分には、スート(煤)と称される炭素の粒子、ソフ(SOF)と称される高沸点の有機化合物、およびサルフェートと称される硫黄成分の粒子等が含まれる。これに対して、非燃焼成分はアッシュと称され、硫酸カルシウムが主成分である。アッシュの堆積量は、機関本体1の各部分を潤滑する潤滑油の硫酸灰分含有量に比例する。すなわち、エンジンオイルに含まれる硫黄成分の量に比例する。   The particulate matter contained in the exhaust gas discharged from the engine body 1 includes a combustion component that burns by regeneration control and a non-combustion component that remains without being burned by regeneration control. Combustion components include carbon particles called soot (soot), high-boiling organic compounds called sof (SOF), and sulfur component particles called sulfate. On the other hand, the non-combustion component is called ash, and calcium sulfate is the main component. The amount of ash deposited is proportional to the sulfated ash content of the lubricating oil that lubricates each part of the engine body 1. That is, it is proportional to the amount of sulfur component contained in the engine oil.

アッシュは、パティキュレートフィルタ23の通路の表面に層状になって堆積する。アッシュ層は、温度が非常に高くなると収縮する。アッシュ層が収縮すると亀裂が生じて、この亀裂に排気ガスが流通する。また、アッシュ層が収縮すると、基材とアッシュ層との間の間隙が大きくなり、間隙部を排気ガスが流通する。この結果、パティキュレートフィルタ23の前後の差圧の上昇を抑制することができる。   Ash is deposited in layers on the surface of the passage of the particulate filter 23. The ash layer shrinks when the temperature is very high. When the ash layer contracts, a crack is generated, and exhaust gas flows through the crack. Further, when the ash layer contracts, the gap between the base material and the ash layer increases, and the exhaust gas flows through the gap. As a result, an increase in the differential pressure before and after the particulate filter 23 can be suppressed.

本実施の形態の内燃機関において、燃料に潤滑油を混合してパティキュレートフィルタ23に意図的にアッシュ層を生成する試験を行った。試験燃料に混合するオイルとしては、API(American Petroleum Institute)規格のCF−4グレードのディーゼルエンジン用のエンジンオイルを用いた。このエンジンオイルを2%ガソリンに混合して、機関本体を駆動して、パティキュレートフィルタ23の基材の表面にアッシュ層を形成した。そして、パティキュレートフィルタの温度を上昇したときのアッシュ層の挙動を試験した。   In the internal combustion engine of the present embodiment, a test was performed in which a lubricant is mixed with fuel and an ash layer is intentionally generated in the particulate filter 23. As the oil mixed with the test fuel, an engine oil for an API (American Petroleum Institute) standard CF-4 grade diesel engine was used. This engine oil was mixed with 2% gasoline, the engine body was driven, and an ash layer was formed on the surface of the base material of the particulate filter 23. And the behavior of the ash layer when the temperature of the particulate filter was raised was tested.

図4に、パティキュレートフィルタの温度を上昇させたときに生じる間隙部の変化幅を測定した結果を示す。試験では、数分間の1サイクルを設定し、粒子状物質を堆積させる周期と、パティキュレートフィルタを所定の温度まで昇温して粒子状物質を燃焼させると共にアッシュを収縮させる周期とを1サイクルとして繰り返している。そして、これらの周期の繰り返しを20時間継続している。   FIG. 4 shows the result of measuring the change width of the gap that occurs when the temperature of the particulate filter is raised. In the test, one cycle of several minutes is set, and the cycle for depositing the particulate matter and the cycle for raising the particulate filter to a predetermined temperature to burn the particulate matter and shrink the ash are set as one cycle. It is repeating. These cycles are repeated for 20 hours.

この後にパティキュレートフィルタ23の1つの通路を選定して、選定した通路の壁面において基材とアッシュ層との間隙部を5点計測している。横軸は、パティキュレートフィルタ23を昇温したときの最高温度である。この試験では、650℃から900℃まで温度を変化させて複数回の試験を行っている。縦軸の変化幅は、パティキュレートフィルタ23の最高温度が650℃のときの間隙部の幅からの変化幅を示している。   Thereafter, one passage of the particulate filter 23 is selected, and five gaps between the base material and the ash layer are measured on the wall surface of the selected passage. The horizontal axis is the maximum temperature when the temperature of the particulate filter 23 is raised. In this test, the test is performed a plurality of times while changing the temperature from 650 ° C. to 900 ° C. The change width on the vertical axis indicates the change width from the width of the gap when the maximum temperature of the particulate filter 23 is 650 ° C.

全ての測定点において、パティキュレートフィルタの温度を高くするほど、間隙部の幅が大きくなっていることが分かる。間隙部の幅が大きくなると、排気ガスの流路が大きくなり、排気ガスが流通しやすくなる。アッシュを収縮させるためには、パティキュレートフィルタ23の温度が高い方が好ましいことが分かる。また、全ての測定点において、最高温度が略800℃以上になると、変化幅の上昇が緩やかになり間隙部の幅がほぼ一定になるという結果が得られている。   It can be seen that the width of the gap increases as the temperature of the particulate filter increases at all measurement points. When the width of the gap is increased, the flow path of the exhaust gas is increased and the exhaust gas is easily circulated. It can be seen that the temperature of the particulate filter 23 is preferably higher in order to shrink the ash. Further, at all the measurement points, when the maximum temperature is approximately 800 ° C. or higher, the increase in the change width becomes gradual and the width of the gap is almost constant.

図5に、パティキュレートフィルタの最高温度とアッシュ層の圧縮比率との関係を示す。縦軸は、パティキュレートフィルタを高温にして収縮した結果、アッシュ層の断面積の変化率を示している。また、縦軸は、最高温度が650℃にて試験を行ったときのアッシュ層の断面積を1として比率を算出している。   FIG. 5 shows the relationship between the maximum temperature of the particulate filter and the compression ratio of the ash layer. The vertical axis represents the rate of change in the cross-sectional area of the ash layer as a result of shrinking the particulate filter at a high temperature. The vertical axis represents the ratio with the cross-sectional area of the ash layer when the test is conducted at a maximum temperature of 650 ° C. as 1.

パティキュレートフィルタの最高温度が上昇するほど、圧縮比率が小さくなる結果が得られている。750℃では10%程度および800℃以上では20%程度の圧縮比率が得られている。そして、間隙部の変化幅と同様に、800℃以上ではほぼ一定の圧縮比率になる。このように、間隙部の変化幅および圧縮比率について、パティキュレートフィルタの最高温度が800℃以上では、ほぼ一定になるという同様の傾向が得られている。   As the maximum temperature of the particulate filter increases, the compression ratio decreases. A compression ratio of about 10% is obtained at 750 ° C. and about 20% at 800 ° C. or higher. As with the change width of the gap, the compression ratio is almost constant at 800 ° C. or higher. Thus, the same tendency is obtained that the change width and the compression ratio of the gap portion are substantially constant when the maximum temperature of the particulate filter is 800 ° C. or higher.

一方で、排気浄化触媒は、温度が上昇すると触媒性能が劣化する熱劣化が生じる。熱劣化は、たとえばシンタリング現象を含む。シンタリング現象とは、白金等の触媒粒子同士が接合して粒径が大きくなり、この結果、触媒粒子の表面積の総和が小さくなって浄化能力が低下する現象である。排気浄化触媒の温度が高く、排気浄化触媒の周りの雰囲気が空気過剰である場合には、シンタリング現象を起こす場合がある。本実施の形態の試験においては、触媒性能を確認する試験を行った。   On the other hand, the exhaust purification catalyst undergoes thermal deterioration in which the catalyst performance deteriorates as the temperature rises. Thermal degradation includes, for example, a sintering phenomenon. The sintering phenomenon is a phenomenon in which catalyst particles such as platinum are joined together to increase the particle size, and as a result, the total surface area of the catalyst particles is reduced to reduce the purification ability. When the temperature of the exhaust purification catalyst is high and the atmosphere around the exhaust purification catalyst is excessive in air, a sintering phenomenon may occur. In the test of the present embodiment, a test for confirming the catalyst performance was performed.

図6に、パティキュレートフィルタの最高温度に対する触媒の50%浄化率温度のグラフを示す。縦軸は一酸化炭素について50%の浄化率を達成する温度である。すなわち、排気ガスに含まれる一酸化炭素が50%浄化されるときのパティキュレートフィルタの温度である。   FIG. 6 shows a graph of the 50% purification rate temperature of the catalyst against the maximum temperature of the particulate filter. The vertical axis is the temperature that achieves a purification rate of 50% for carbon monoxide. That is, the temperature of the particulate filter when 50% of carbon monoxide contained in the exhaust gas is purified.

パティキュレートフィルタの最高温度が900℃を超えると、50%浄化率温度が急激に上昇することが分かる。すなわち、パティキュレートフィルタ23の最高温度が900℃を超えると、浄化性能が低下することが分かる。一方で、パティキュレートフィルタ23の温度が900℃までは、50%浄化率温度は、ほぼ一定である。すなわち、パティキュレートフィルタ23の温度が900℃までは、排気浄化触媒としての浄化性能の低下は小さいことが分かる。   It can be seen that when the maximum temperature of the particulate filter exceeds 900 ° C., the 50% purification rate temperature rapidly increases. That is, when the maximum temperature of the particulate filter 23 exceeds 900 ° C., it can be seen that the purification performance deteriorates. On the other hand, until the temperature of the particulate filter 23 reaches 900 ° C., the 50% purification rate temperature is substantially constant. That is, it can be seen that when the temperature of the particulate filter 23 is up to 900 ° C., the reduction in purification performance as an exhaust purification catalyst is small.

発明者らは、これらの試験結果から、パティキュレートフィルタ23の温度を750℃以上900℃以下の温度範囲内の温度にすることにより、パティキュレートフィルタ23の浄化性能の低下を抑制すると共に、アッシュを効果的に収縮させることを見出した。また、パティキュレートフィルタ23の温度を800℃以上900℃以下の温度範囲内にすることにより、更に効果的にアッシュを収縮させることができることを見出した。これらの温度範囲は、パティキュレートフィルタの再生制御の温度よりも高い温度を含み、さらに後述の触媒劣化抑制制御の熱劣化判定値よりも高い温度を含んでいる。   From these test results, the inventors set the temperature of the particulate filter 23 to a temperature within the temperature range of 750 ° C. or more and 900 ° C. or less, thereby suppressing deterioration in the purification performance of the particulate filter 23 and ashing. Has been found to effectively shrink. It has also been found that the ash can be more effectively contracted by setting the temperature of the particulate filter 23 within the temperature range of 800 ° C. or higher and 900 ° C. or lower. These temperature ranges include a temperature that is higher than the temperature for regeneration control of the particulate filter, and further includes a temperature that is higher than a thermal deterioration determination value for catalyst deterioration suppression control described later.

このように、パティキュレートフィルタ23を所定の温度範囲内に維持することにより、シンタリング等の熱劣化を抑制しつつ、アッシュ層を収縮させることができる。この結果、パティキュレートフィルタの前後の差圧の上昇を抑制することができる。なお、上記の試験をパティキュレートフィルタの容積を0.9Lから1.3Lまでの範囲で変化させて実施したが、同様の結果が得られた。このために、前後の差圧の抑制と浄化率の低下は、パティキュレートフィルタの大きさには依存しないものと考えられる。   Thus, by maintaining the particulate filter 23 within a predetermined temperature range, the ash layer can be contracted while suppressing thermal deterioration such as sintering. As a result, an increase in the differential pressure before and after the particulate filter can be suppressed. In addition, although the said test was implemented by changing the volume of a particulate filter in the range from 0.9L to 1.3L, the same result was obtained. For this reason, it is considered that suppression of the differential pressure before and after and reduction of the purification rate do not depend on the size of the particulate filter.

本実施の形態の内燃機関は、アッシュの堆積量を推定する堆積量推定手段を備える。本実施の形態では、排気浄化装置の制御装置が、堆積量推定手段として機能する。制御装置は、パティキュレートフィルタ23に堆積するアッシュの堆積量を推定し、アッシュの堆積量が予め定められた堆積量判定値を超えた場合に、パティキュレートフィルタ23を750℃以上900℃以下に昇温する制御を実施する。   The internal combustion engine of the present embodiment includes a deposition amount estimation unit that estimates the amount of ash deposition. In the present embodiment, the control device for the exhaust gas purification device functions as the accumulation amount estimating means. The control device estimates the amount of ash deposited on the particulate filter 23, and when the amount of ash deposited exceeds a predetermined deposition amount determination value, the particulate filter 23 is set to 750 ° C. or higher and 900 ° C. or lower. Implement control to increase temperature.

ところで、本実施の形態の排気浄化装置では、パティキュレートフィルタ23の温度が熱劣化を抑制するための熱劣化判定値よりも大きくならないように触媒劣化抑制制御を実施している。本実施の形態の排気浄化装置は、パティキュレートフィルタの温度を推定する温度推定手段を備える。熱劣化判定値としては、たとえば700℃以上800℃以下の範囲内の温度を採用することができる。本実施の形態では、アッシュの堆積量が予め定められた堆積量判定値を超えた場合にパティキュレートフィルタ23の温度を推定し、パティキュレートフィルタの温度が750℃以上900℃以下になる場合には、触媒劣化抑制制御を禁止する制御を実施する。   By the way, in the exhaust purification apparatus of the present embodiment, the catalyst deterioration suppression control is performed so that the temperature of the particulate filter 23 does not become higher than the heat deterioration determination value for suppressing the heat deterioration. The exhaust emission control device according to the present embodiment includes temperature estimation means for estimating the temperature of the particulate filter. As the thermal deterioration determination value, for example, a temperature within a range of 700 ° C. or higher and 800 ° C. or lower can be employed. In the present embodiment, the temperature of the particulate filter 23 is estimated when the ash accumulation amount exceeds a predetermined accumulation amount determination value, and the temperature of the particulate filter is 750 ° C. or more and 900 ° C. or less. Performs control for prohibiting catalyst deterioration suppression control.

図1を参照して、本実施の形態の内燃機関は、要求負荷が零になった場合には、燃料噴射弁11からの燃料の供給を停止する。すなわち、燃料カット制御が実施される。燃料カット制御が実施されると、燃焼室5から流出する排気ガスは空気過剰の状態になる。この排気ガスが排気浄化触媒20またはパティキュレートフィルタ23に流入すると、酸化反応が生じて温度が上昇する場合がある。この結果、パティキュレートフィルタ23の温度が上昇して熱劣化が生じる虞がある。   Referring to FIG. 1, the internal combustion engine of the present embodiment stops the supply of fuel from fuel injection valve 11 when the required load becomes zero. That is, fuel cut control is performed. When the fuel cut control is performed, the exhaust gas flowing out from the combustion chamber 5 is in an excess air state. When this exhaust gas flows into the exhaust purification catalyst 20 or the particulate filter 23, an oxidation reaction may occur and the temperature may increase. As a result, there is a possibility that the temperature of the particulate filter 23 rises and thermal degradation occurs.

このために、通常の運転制御では、燃料カット制御を実施するとパティキュレートフィルタ23の温度が熱劣化判定値を超えると判別される場合には、燃料カット制御を禁止する制御を実施している。たとえば、現在のパティキュレートフィルタ23の温度を推定し、この温度が熱劣化判定値よりも高い場合には、燃料カット制御を禁止することができる。この制御により、パティキュレートフィルタ23に熱劣化が生じることを抑制することができる。このように、触媒劣化抑制制御として、燃料カット制御を禁止する制御を実施している。   For this reason, in normal operation control, when it is determined that the temperature of the particulate filter 23 exceeds the thermal deterioration determination value when the fuel cut control is performed, a control for prohibiting the fuel cut control is performed. For example, the current temperature of the particulate filter 23 is estimated, and when this temperature is higher than the thermal deterioration determination value, the fuel cut control can be prohibited. By this control, it is possible to suppress the thermal deterioration of the particulate filter 23. Thus, the control which prohibits fuel cut control is implemented as catalyst deterioration suppression control.

本実施の形態の内燃機関では、燃料カット制御を実施すると、パティキュレートフィルタ23の温度が750℃以上900℃以下になると推定される場合には、触媒劣化抑制制御を禁止する。すなわち、燃料カット制御の禁止を解除することにより、パティキュレートフィルタ23の温度を上昇してアッシュを収縮させる制御を実施する。   In the internal combustion engine of the present embodiment, when the fuel cut control is performed, the catalyst deterioration suppression control is prohibited when the temperature of the particulate filter 23 is estimated to be 750 ° C. or more and 900 ° C. or less. That is, by canceling prohibition of fuel cut control, control is performed to raise the temperature of the particulate filter 23 and contract the ash.

図7に、パティキュレートフィルタに堆積するアッシュの堆積量を推定する制御のフローチャートを示す。前述のように、アッシュは、パティキュレートフィルタ23の再生制御によっても燃焼せずに残存する非燃焼成分に相当する。本実施の形態においては、パティキュレートフィルタ23の再生制御が終了した直後にアッシュの堆積量を推定する。始めに、パティキュレートフィルタ23の再生制御について説明する。   FIG. 7 shows a flowchart of control for estimating the amount of ash deposited on the particulate filter. As described above, ash corresponds to a non-combustion component that remains without being burned even by regeneration control of the particulate filter 23. In the present embodiment, the ash accumulation amount is estimated immediately after the regeneration control of the particulate filter 23 is completed. First, the regeneration control of the particulate filter 23 will be described.

図8に、パティキュレートフィルタに堆積する粒子状物質の量を算出するマップを示す。本実施の形態の内燃機関は、パティキュレートフィルタ23における粒子状物質の堆積量を推定可能に形成されている。単位時間当りにパティキュレートフィルタ23に堆積する粒子状物質の量PMAは、機関回転数Nと燃焼室における燃料噴射量Qとにより求めることができる。このマップにより求められる単位時間当りに堆積する粒子状物質の量PMAを積算することにより、任意の時刻における粒子状物質の堆積量を推定することができる。図1を参照して、このようなマップおよび算出される粒子状物質の堆積量は、電子制御ユニット31に記憶させておくことができる。   FIG. 8 shows a map for calculating the amount of particulate matter deposited on the particulate filter. The internal combustion engine of the present embodiment is formed so that the amount of particulate matter deposited on the particulate filter 23 can be estimated. The amount PMA of particulate matter deposited on the particulate filter 23 per unit time can be obtained from the engine speed N and the fuel injection amount Q in the combustion chamber. By accumulating the amount PMA of particulate matter deposited per unit time obtained from this map, the amount of particulate matter deposited at an arbitrary time can be estimated. With reference to FIG. 1, such a map and the calculated amount of accumulated particulate matter can be stored in the electronic control unit 31.

なお、本実施の形態においては、単位時間当りに堆積される粒子状物質の量のマップを用いて、粒子状物質の堆積量を算出しているが、この形態に限られず、任意の方法により粒子状物質の堆積量を算出することができる。   In this embodiment, the amount of particulate matter deposited per unit time is calculated using a map of the amount of particulate matter deposited per unit time. However, the present invention is not limited to this embodiment, and any method can be used. The amount of particulate matter deposited can be calculated.

粒子状物質の堆積量が予め定められた再生判定値を超えた場合には、パティキュレートフィルタ23の再生制御を実施する。たとえば、排気ガスの空燃比がリーンの状態で排気浄化触媒20に未燃燃料を供給する。酸化反応熱により排気ガスの温度が上昇する。高温の排気ガスによりパティキュレートフィルタ23を昇温することができる。そして、粒子状物質のうち燃焼成分が全て燃焼する時間長さにて再生制御を継続する。再生制御が終了したら機関本体1を元の運転状態に戻す。   When the amount of particulate matter accumulated exceeds a predetermined regeneration determination value, regeneration control of the particulate filter 23 is performed. For example, unburned fuel is supplied to the exhaust purification catalyst 20 in a state where the air-fuel ratio of the exhaust gas is lean. The temperature of the exhaust gas rises due to the heat of oxidation reaction. The temperature of the particulate filter 23 can be raised by the high-temperature exhaust gas. And regeneration control is continued by the time length when all the combustion components burn out among particulate matter. When the regeneration control is completed, the engine body 1 is returned to the original operating state.

図7を参照して、ステップ81においては、パティキュレートフィルタ23の再生制御が終了したか否かを判別する。ステップ81において、パティキュレートフィルタ23の再生制御を実施している期間中であったり、再生制御を実施する前の期間中であったりする場合には、この制御を終了する。ステップ81において、パティキュレートフィルタ23の再生制御が終了した場合にはステップ82に移行する。   Referring to FIG. 7, in step 81, it is determined whether or not the regeneration control of the particulate filter 23 has been completed. In step 81, when the regeneration control of the particulate filter 23 is being performed or during the period before the regeneration control is performed, this control is terminated. If the regeneration control of the particulate filter 23 is completed in step 81, the process proceeds to step 82.

ステップ82においては、パティキュレートフィルタ23の前後差圧を検出する。本実施の形態においては、図1を参照して、差圧センサ24によりパティキュレートフィルタ23の前後の差圧を検出する。   In step 82, the differential pressure across the particulate filter 23 is detected. In the present embodiment, referring to FIG. 1, the differential pressure sensor 24 detects the differential pressure before and after the particulate filter 23.

次に、ステップ83においては、アッシュの堆積量を推定する。本実施の形態では、パティキュレートフィルタ23の再生制御を実施すると、燃焼成分が完全に除去される。再生制御が終了した直後では、パティキュレートフィルタ23には非燃焼成分が残存していると考えられる。このため、パティキュレートフィルタ23の再生制御の直後に前後差圧を検出することにより、アッシュの堆積量を推定することができる。例えば、パティキュレートフィルタの前後の差圧、吸入空気量、および排気ガスの温度を関数にするアッシュの堆積量の値を電子制御ユニット31に予め記憶させておくことができる。再生制御の直後に前後の差圧、吸入空気量およびパティキュレートフィルタに流入する排気ガスの温度を検出し、これらの値に基づいてアッシュの堆積量を推定することができる。このように、パティキュレートフィルタ23の前後の差圧に基づいてアッシュの堆積量を推定することができる。   Next, in step 83, the amount of ash deposited is estimated. In the present embodiment, when regeneration control of the particulate filter 23 is performed, combustion components are completely removed. Immediately after the regeneration control is finished, it is considered that the non-combustion component remains in the particulate filter 23. For this reason, the amount of ash deposited can be estimated by detecting the differential pressure before and after the regeneration control of the particulate filter 23. For example, the value of the ash accumulation amount as a function of the differential pressure before and after the particulate filter, the intake air amount, and the exhaust gas temperature can be stored in the electronic control unit 31 in advance. Immediately after the regeneration control, the differential pressure before and after, the intake air amount, and the temperature of the exhaust gas flowing into the particulate filter can be detected, and the ash accumulation amount can be estimated based on these values. Thus, the amount of ash deposited can be estimated based on the differential pressure before and after the particulate filter 23.

次に、ステップ84では、推定したアッシュの堆積量を電子制御ユニット31に記憶させる。このように、パティキュレートフィルタ23の再生制御を実施するごとにアッシュの堆積量を推定することができる。   Next, in step 84, the estimated accumulation amount of ash is stored in the electronic control unit 31. In this manner, the amount of accumulated ash can be estimated every time regeneration control of the particulate filter 23 is performed.

図9に、本実施の形態における運転制御のフローチャートを示す。ステップ91においては、要求負荷が零であるか否かを判別する。図1を参照して、本実施の形態では、負荷センサ43から出力される要求負荷が零であるか否かを判別する。ステップ91において、要求負荷が零でない場合には、この制御を終了する。ステップ91において、要求負荷が零である場合には、ステップ92に移行する。   FIG. 9 shows a flowchart of operation control in the present embodiment. In step 91, it is determined whether or not the required load is zero. With reference to FIG. 1, in this Embodiment, it is discriminate | determined whether the required load output from the load sensor 43 is zero. In step 91, when the required load is not zero, this control is terminated. In step 91, when the required load is zero, the routine proceeds to step 92.

ステップ92においては、アッシュの堆積量を取得する。すなわち、図8におけるアッシュの堆積量を推定する制御にて推定したにアッシュの堆積量を読み込む。   In step 92, the amount of accumulated ash is acquired. That is, the ash accumulation amount is read as estimated by the control for estimating the ash accumulation amount in FIG.

次に、ステップ93においては、アッシュの堆積量が予め定められた堆積量判定値よりも大きいか否かを判別する。ステップ93において、アッシュの堆積量が予め定められた堆積量判定値以下である場合には、この制御を終了する。ステップ93において、アッシュの堆積量が予め定められた堆積量判定値を超えている場合には、ステップ94に移行する。   Next, in step 93, it is determined whether or not the ash accumulation amount is larger than a predetermined accumulation amount determination value. In step 93, when the ash accumulation amount is equal to or less than a predetermined accumulation amount determination value, this control is terminated. When the ash accumulation amount exceeds the predetermined accumulation amount determination value at step 93, the routine proceeds to step 94.

ステップ94においては、現在のパティキュレートフィルタ23の温度Tccを取得する。本実施の形態の排気浄化装置は、パティキュレートフィルタ23の温度を検出する温度検出装置を備える。パティキュレートフィルタ23の温度としては、パティキュレートフィルタ23の基材の中央部の温度を採用することができる。図1を参照して、本実施の形態では、パティキュレートフィルタ23の上流に配置されている温度センサ25の温度を、パティキュレートフィルタ23の上流側の端部の温度として検出する。そして、パティキュレートフィルタ23の下流に配置されている温度センサ26の温度を、パティキュレートフィルタ23の下流側の端部の温度として検出する。そして、上流側の端部の温度と下流側の端部の温度との平均値をパティキュレートフィルタ23の中央部の温度としている。   In step 94, the current temperature Tcc of the particulate filter 23 is acquired. The exhaust emission control device according to the present embodiment includes a temperature detection device that detects the temperature of the particulate filter 23. As the temperature of the particulate filter 23, the temperature of the central portion of the base material of the particulate filter 23 can be adopted. Referring to FIG. 1, in the present embodiment, the temperature of temperature sensor 25 arranged upstream of particulate filter 23 is detected as the temperature of the end portion on the upstream side of particulate filter 23. Then, the temperature of the temperature sensor 26 disposed downstream of the particulate filter 23 is detected as the temperature of the downstream end of the particulate filter 23. The average value of the temperature at the upstream end and the temperature at the downstream end is used as the temperature at the center of the particulate filter 23.

パティキュレートフィルタ23の温度としては、この形態に限られず、例えば、パティキュレートフィルタ23から流出する排気ガスの温度を採用しても構わない。または、温度検出装置は、パティキュレートフィルタ23の温度を検出する任意の装置を採用することができる。たとえば、基材の中央部に接触する温度センサを含んでいても構わない。   The temperature of the particulate filter 23 is not limited to this form. For example, the temperature of the exhaust gas flowing out from the particulate filter 23 may be adopted. Alternatively, any device that detects the temperature of the particulate filter 23 can be adopted as the temperature detection device. For example, you may include the temperature sensor which contacts the center part of a base material.

図9を参照して、次に、ステップ95においては、温度Tcpが予め定められた昇温許可範囲内であるか否かを判別する。この昇温許可範囲としては、燃料カット制御を実施したときにパティキュレートフィルタの温度が、750℃以上900℃以下の範囲内になると予測される温度を設定することができる。たとえば、750℃以上900℃以下の範囲から予め定められた温度を減算した範囲を採用することができる。   Referring to FIG. 9, next, in step 95, it is determined whether or not temperature Tcp is within a predetermined temperature increase permission range. As the temperature increase permission range, a temperature at which the temperature of the particulate filter is predicted to be within a range of 750 ° C. or higher and 900 ° C. or lower when fuel cut control is performed can be set. For example, a range obtained by subtracting a predetermined temperature from a range from 750 ° C. to 900 ° C. can be employed.

ステップ95において、温度Tccが昇温許可範囲内でない場合には、ステップ96に移行する。ステップ96では、触媒劣化抑制制御を許可する。たとえば、要求負荷が零になった時にパティキュレートフィルタの温度が予め定められた熱劣化判定値以下である場合には、燃料カット制御を実施する。一方で、パティキュレートフィルタの温度が熱劣化判定値よりも大きければ燃料カット制御を禁止する。   In step 95, if the temperature Tcc is not within the allowable temperature rise range, the process proceeds to step 96. In step 96, catalyst deterioration suppression control is permitted. For example, if the temperature of the particulate filter is equal to or lower than a predetermined thermal deterioration determination value when the required load becomes zero, fuel cut control is performed. On the other hand, if the temperature of the particulate filter is higher than the thermal deterioration determination value, fuel cut control is prohibited.

ステップ95において、温度Tccが昇温許可範囲内である場合には、ステップ97に移行する。ステップ97においては、触媒劣化抑制制御を禁止する。すなわち、要求負荷が零になった時にパティキュレートフィルタの温度が熱劣化判定値よりも大きくても燃料カットを実施する。燃料カットを実施することにより、パティキュレートフィルタ23の温度が750℃以上900℃以下の範囲内になり、触媒の劣化を抑制しながらアッシュを収縮させることができる。そして、燃料カット制御を実施した後には触媒劣化抑制制御を許可する状態に戻すことができる。   In step 95, when the temperature Tcc is within the temperature increase permission range, the routine proceeds to step 97. In step 97, catalyst deterioration suppression control is prohibited. That is, when the required load becomes zero, the fuel cut is performed even if the temperature of the particulate filter is higher than the thermal deterioration determination value. By performing the fuel cut, the temperature of the particulate filter 23 falls within the range of 750 ° C. to 900 ° C., and the ash can be contracted while suppressing the deterioration of the catalyst. And after implementing fuel cut control, it can return to the state which permits catalyst deterioration suppression control.

このように、本実施の形態の運転制御においては、触媒劣化を抑制しつつ効果的にパティキュレートをフィルタの前後の差圧の上昇を抑制することができる。この運転制御は、例えば、予め定められた時間間隔ごとに行うことができる。そして、ステップ93におけるアッシュの堆積量判定値は、予め複数の値を設定しておくことができる。このような複数の判定値を設けることにより、1つの判定値を超えるごとにアッシュを収縮させることができる。所定のアッシュの堆積量ごとにアッシュを収縮させるために、1回のアッシュの収縮率が小さくなり、効果的にアッシュを収縮させることができる。   Thus, in the operation control of the present embodiment, it is possible to effectively suppress an increase in the differential pressure before and after the filter while suppressing catalyst deterioration. This operation control can be performed at predetermined time intervals, for example. A plurality of values can be set in advance for the ash accumulation amount determination value in step 93. By providing such a plurality of determination values, the ash can be contracted every time one determination value is exceeded. Since the ash is shrunk for each predetermined amount of ash deposited, the shrinkage rate of one ash is reduced, and the ash can be shrunk effectively.

上記の運転制御のステップ95においては、現在のパティキュレートフィルタの温度Tccに基づいて、燃料カット制御を実施したときに、パティキュレートフィルタの温度が所定の温度範囲内になるか否かを推定しているが、この形態に限られず、燃料カット制御を実施した時のパティキュレートフィルタの温度Tcpを推定しても構わない。たとえば、現在のパティキュレートフィルタの温度Tcc、機関回転数、および吸入空気量等に基づいて、燃料カット制御を実施した場合のパティキュレートフィルタ23の温度Tcpを推定することができる。更には、排気ガスの空燃比等や、パティキュレートフィルタに燃焼成分が堆積している場合には燃焼成分が燃焼したときの温度上昇に基づいて補正しても構わない。そして、ステップ95においては、算出した温度Tcpが750℃以上900℃以下の範囲内であるか否かを判別することができる。   In step 95 of the above operation control, based on the current temperature Tcc of the particulate filter, it is estimated whether or not the temperature of the particulate filter falls within a predetermined temperature range when the fuel cut control is performed. However, the present invention is not limited to this mode, and the temperature Tcp of the particulate filter when the fuel cut control is performed may be estimated. For example, the temperature Tcp of the particulate filter 23 when the fuel cut control is performed can be estimated based on the current temperature Tcc of the particulate filter, the engine speed, the intake air amount, and the like. Further, correction may be made based on the air-fuel ratio of the exhaust gas or the like, or when the combustion component is accumulated on the particulate filter, the temperature rise when the combustion component is combusted. In step 95, it can be determined whether or not the calculated temperature Tcp is within a range of 750 ° C. or higher and 900 ° C. or lower.

上記の運転制御では、パティキュレートフィルタの温度を推定し、パティキュレートフィルタの温度が750℃以上900℃以下になる場合には、触媒劣化抑制制御を禁止する制御を実施しているが、パティキュレートフィルタの温度が800℃以上900℃以下になる場合に触媒劣化抑制制御を禁止する制御がより好ましい。この制御により、より効果的にアッシュを収縮させることができる。   In the above operation control, the temperature of the particulate filter is estimated, and when the temperature of the particulate filter is 750 ° C. or higher and 900 ° C. or lower, control for prohibiting catalyst deterioration suppression control is performed. Control that prohibits catalyst deterioration suppression control when the temperature of the filter is 800 ° C. or higher and 900 ° C. or lower is more preferable. By this control, the ash can be contracted more effectively.

本実施の形態においては、パティキュレートの前後の差圧に基づいて、アッシュの堆積量を推定しているが、この形態に限られず、アッシュの堆積量を推定可能な任意の制御を実施することができる。たとえば、機関本体の潤滑油の消費量の経年変化、機関本体の潤滑油に含まれる硫酸灰分含有量、内燃機関の運転履歴、および走行距離等に基づいて、アッシュの堆積量を推定しても構わない。   In the present embodiment, the ash accumulation amount is estimated based on the differential pressure before and after the particulate. However, the present invention is not limited to this mode, and any control capable of estimating the ash accumulation amount is performed. Can do. For example, even if the ash accumulation amount is estimated based on the secular change of the consumption amount of the lubricating oil of the engine body, the sulfated ash content contained in the lubricating oil of the engine body, the operation history of the internal combustion engine, the travel distance, etc. I do not care.

本実施の形態においては、アッシュの堆積量が所定の判定値を超えた場合に燃料カット制御を実施することにより、パティキュレートフィルタの温度を750℃以上900℃以下にしているが、この形態に限られず、任意の制御および任意の時期に、パティキュレートフィルタの温度を所定の温度まで上昇する制御を実施することができる。たとえば、アッシュの堆積量が堆積量判定値を超えた場合に、パティキュレートフィルタの再生制御の温度を一時的に750℃以上900℃以下に設定しても構わない。   In the present embodiment, the temperature of the particulate filter is set to 750 ° C. or more and 900 ° C. or less by performing fuel cut control when the amount of accumulated ash exceeds a predetermined determination value. The present invention is not limited, and control for raising the temperature of the particulate filter to a predetermined temperature can be performed at any time and at any time. For example, when the ash accumulation amount exceeds the accumulation amount determination value, the temperature of the particulate filter regeneration control may be temporarily set to 750 ° C. or more and 900 ° C. or less.

本実施の形態では、火花点火式の内燃機関に取り付けられる排気浄化装置について説明したが、この形態に限られず、圧縮自着火式の内燃機関にも本発明の排気浄化装置を採用することができる。   In the present embodiment, the exhaust purification device attached to the spark ignition type internal combustion engine has been described. However, the present invention is not limited to this configuration, and the exhaust purification device of the present invention can also be applied to a compression self-ignition internal combustion engine. .

上記の実施の形態は、適宜組み合わせることができる。上述のそれぞれの制御においては、機能および作用が変更されない範囲において適宜ステップの順序を変更することができる。また、上述のそれぞれの図において、同一または相等する部分には同一の符号を付している。なお、上記の実施の形態は例示であり発明を限定するものではない。また、実施の形態においては、特許請求の範囲に示される実施の形態の変更が含まれている。   The above embodiments can be combined as appropriate. In each of the above-described controls, the order of the steps can be appropriately changed within a range where the function and the action are not changed. Moreover, in each said figure, the same code | symbol is attached | subjected to the part which is the same or equivalent. In addition, said embodiment is an illustration and does not limit invention. Further, in the embodiment, changes of the embodiment shown in the claims are included.

1 機関本体
23 パティキュレートフィルタ
24 差圧センサ
25,26 温度センサ
31 電子制御ユニット
43 負荷センサ
64 隔壁
1 Engine Body 23 Particulate Filter 24 Differential Pressure Sensor 25, 26 Temperature Sensor 31 Electronic Control Unit 43 Load Sensor 64 Bulkhead

Claims (3)

空気過剰の雰囲気中で温度を上昇すると燃焼する燃焼成分および残存する非燃焼成分を含む粒子状物質を捕集する捕集フィルタと、
捕集フィルタの粒子状物質の非燃焼成分の堆積量を推定する堆積量推定手段とを備え、
捕集フィルタは、セリア、ジルコニア、アルミナおよびバリウムのうち少なくとも一つを含む担体と、担体に担持された白金およびロジウムの触媒粒子とを含み、
白金の触媒粒子は1.0g/Lの濃度にて担体に担持され、ロジウムの触媒粒子は1.2g/Lの濃度にて担体に担持されており、
捕集フィルタの非燃焼成分の堆積量が予め定められた堆積量判定値を超えた場合に、捕集フィルタを750℃以上900℃以下の範囲内の温度まで上昇させる制御を実施することを特徴とする、内燃機関の排気浄化装置。
A collection filter that collects particulate matter containing combustion components that burn when the temperature rises in an atmosphere of excess air and remaining non-combustion components;
A deposit amount estimating means for estimating a deposit amount of a non-combustible component of the particulate matter of the collection filter;
The collection filter includes a support containing at least one of ceria, zirconia, alumina, and barium, and platinum and rhodium catalyst particles supported on the support,
Platinum catalyst particles are supported on the carrier at a concentration of 1.0 g / L, and rhodium catalyst particles are supported on the carrier at a concentration of 1.2 g / L.
When the accumulation amount of the non-combustion component of the collection filter exceeds a predetermined accumulation amount judgment value, control is performed to raise the collection filter to a temperature in the range of 750 ° C. to 900 ° C. An exhaust purification device for an internal combustion engine.
要求負荷が零になった場合に燃焼室への燃料の供給を停止する燃料カット制御を実施可能に形成されており、
燃料カット制御を実施した場合に捕集フィルタの温度が予め定められた熱劣化判定値を超える場合に、燃料カット制御を禁止するように形成されており、
捕集フィルタの非燃焼成分の堆積量が予め定められた堆積量判定値を超えた場合に、燃料カット制御の実施により捕集フィルタの温度が750℃以上900℃以下の範囲内になると推定される時に、燃料カット制御の禁止を解除する、請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。
It is configured to enable fuel cut control to stop the supply of fuel to the combustion chamber when the required load becomes zero,
When the temperature of the collection filter exceeds a predetermined thermal deterioration judgment value when the fuel cut control is performed, the fuel cut control is configured to be prohibited.
When the accumulation amount of the non-combustion component of the collection filter exceeds a predetermined accumulation amount judgment value, it is estimated that the temperature of the collection filter falls within the range of 750 ° C. or more and 900 ° C. or less by performing the fuel cut control. The exhaust purification device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the prohibition of fuel cut control is canceled when
捕集フィルタの非燃焼成分の堆積量が予め定められた堆積量判定値を超えた場合に、捕集フィルタを800℃以上900℃以下の範囲内の温度まで上昇させる制御を実施する、請求項1または2に記載の内燃機関の排気浄化装置。   The control is performed to raise the collection filter to a temperature in the range of 800 ° C or higher and 900 ° C or lower when the accumulation amount of the non-combustion component of the collection filter exceeds a predetermined accumulation amount determination value. 3. An exhaust emission control device for an internal combustion engine according to 1 or 2.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017219025A (en) * 2016-06-02 2017-12-14 株式会社Soken Exhaust emission control device
CN108622078A (en) * 2017-03-22 2018-10-09 丰田自动车株式会社 The control method of automobile, the control device of automobile and automobile
JP2020176606A (en) * 2019-04-23 2020-10-29 マツダ株式会社 Particulate filter abnormality determination method and abnormality determination device
JP2021014820A (en) * 2019-07-12 2021-02-12 トヨタ自動車株式会社 Control device for internal combustion engine

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017219025A (en) * 2016-06-02 2017-12-14 株式会社Soken Exhaust emission control device
CN108622078A (en) * 2017-03-22 2018-10-09 丰田自动车株式会社 The control method of automobile, the control device of automobile and automobile
JP2018159296A (en) * 2017-03-22 2018-10-11 トヨタ自動車株式会社 Automobile
US10533658B2 (en) 2017-03-22 2020-01-14 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Motor vehicle, control apparatus for motor vehicle, and control method for motor vehicle
JP2020176606A (en) * 2019-04-23 2020-10-29 マツダ株式会社 Particulate filter abnormality determination method and abnormality determination device
JP7194359B2 (en) 2019-04-23 2022-12-22 マツダ株式会社 Abnormality determination method and abnormality determination device for particulate filter
JP2021014820A (en) * 2019-07-12 2021-02-12 トヨタ自動車株式会社 Control device for internal combustion engine
JP7188304B2 (en) 2019-07-12 2022-12-13 トヨタ自動車株式会社 Control device for internal combustion engine

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