JP2019152138A - Exhaust emission control device of internal combustion engine and vehicle - Google Patents

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香澄 米山
Kasumi Yoneyama
香澄 米山
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Abstract

To provide an exhaust emission control device of an internal combustion engine which can reduce an unburned portion of particulate matters (PM) in a PM filter during forcible regeneration of the PM filter.SOLUTION: An exhaust emission control device 40 of an internal combustion engine includes: an oxidation catalyst 41 and a PM filter 42 which are disposed from the upstream side to the downstream side in a written order at an exhaust passage 30 of an internal combustion engine; an electric heater 43 which is disposed adjacent to the oxidation catalyst 41; and a control device 47 which controls the electric heater 43 so that an outer periphery part of the oxidation catalyst 41 is heated during forcible regeneration of the PM filter 42.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本開示は、内燃機関の排気浄化装置、及び車両に関する。   The present disclosure relates to an exhaust emission control device for an internal combustion engine and a vehicle.

一般に、内燃機関の排気通路には、排気ガスに含まれる微粒子状物質(Particulate Matter:以下、「PM」と称する)を捕集するPMフィルタ等の排気浄化装置が設けられている。   In general, an exhaust purification device such as a PM filter that collects particulate matter (hereinafter referred to as “PM”) contained in exhaust gas is provided in an exhaust passage of an internal combustion engine.

この種のPMフィルタは、捕集できるPM量に上限があるため、PMフィルタ中のPMを燃焼除去するフィルタ再生が行われている。   Since this type of PM filter has an upper limit in the amount of PM that can be collected, filter regeneration for burning and removing PM in the PM filter is performed.

従来、この種のPMフィルタにおけるフィルタ再生を効率的に行うための排気浄化装置として、上流側から酸化触媒とPMフィルタとが並んで設けられた排気浄化装置が知られている(例えば、特許文献1を参照)。   Conventionally, as an exhaust gas purification device for efficiently performing filter regeneration in this type of PM filter, an exhaust gas purification device in which an oxidation catalyst and a PM filter are provided side by side from the upstream side is known (for example, Patent Documents). 1).

かかる排気浄化装置においては、通常運転時(ここでは、強制再生時以外のときを表す)には、排気ガス中に含まれるNOが酸化されることにより生成したNOを利用してPMフィルタの再生を連続的に実行し(以下、「連続再生」と称する)、当該連続再生でPMが除去しきれない時には、PMフィルタを強制的に高温化してPMフィルタの再生を実行する(以下、「強制再生」と称する)構成となっている。 In such an exhaust emission control device, during normal operation (representing a time other than during forced regeneration), the PM filter uses NO 2 generated by oxidation of NO contained in the exhaust gas. Regeneration is performed continuously (hereinafter referred to as “continuous regeneration”), and when PM cannot be completely removed by the continuous regeneration, the PM filter is forcibly heated to perform regeneration of the PM filter (hereinafter, “ This is referred to as “forced regeneration”.

連続再生は、一般に、排気ガスの温度が低い状態(例えば、300〜400℃)でも生じ、特にエンジン等の制御を行うことなく、実施される。連続再生の際には、酸化触媒が排気ガス中に含まれるNOをNOに酸化し、当該NOの酸化力を用いて、PMフィルタに堆積するPM(例えば、soot)を酸化除去する。 Continuous regeneration generally occurs even when the temperature of the exhaust gas is low (for example, 300 to 400 ° C.), and is performed without particularly controlling the engine or the like. At the time of continuous regeneration, the oxidation catalyst oxidizes NO contained in the exhaust gas to NO 2 , and oxidizes and removes PM (for example, soot) deposited on the PM filter using the NO 2 oxidizing power.

一方、強制再生は、一般に、PMフィルタ内のPM堆積量が増大した場合に、意図的にエンジン等のインジェクタから噴射する燃料(HC)の噴射量を増加させる等によって、実施される。強制再生の際には、酸化触媒にて当該HCを酸化し(以下、「HC酸化」とも称する)、酸化触媒でのHC酸化熱を利用して、排気ガスを高温化する(例えば、約600℃)。これにより、PMフィルタを加熱し、当該PMフィルタ中のPMを、排気ガス中のOを用いて燃焼除去する。 On the other hand, the forced regeneration is generally performed by intentionally increasing the injection amount of fuel (HC) injected from an injector such as an engine when the PM accumulation amount in the PM filter increases. In forced regeneration, the HC is oxidized by an oxidation catalyst (hereinafter also referred to as “HC oxidation”), and the exhaust gas is heated to a high temperature using the heat of HC oxidation in the oxidation catalyst (for example, about 600). ° C). As a result, the PM filter is heated, and PM in the PM filter is burned and removed using O 2 in the exhaust gas.

特開2015−172341号公報Japanese Patent Laying-Open No. 2015-172341

ところで、PMフィルタの強制再生の際には、PMフィルタに堆積するPMを確実に燃焼除去するため、PMフィルタをむらなく高温化することが求められる。   By the way, when the PM filter is forcibly regenerated, it is required to increase the temperature of the PM filter evenly in order to surely burn and remove the PM deposited on the PM filter.

しかしながら、従来技術に係る強制再生においては、実際には、PMフィルタにおいて径方向(排気管の径方向を表す。以下同じ)の温度分布が生じる場合がある。この要因としては、PMフィルタに対して高温化した排気ガスを送出する酸化触媒において、径方向の温度分布が生じていることが挙げられる。具体的には、酸化触媒は、中心部では、排気ガスの流速が速いことから温度が高くなり、一方で外周部では、放熱の影響で温度が低い状態となっている。そのため、酸化触媒の外周部においては、エンジンのインジェクタ等から追加的に燃料噴射したHCの一部が未反応のまま、スリップする状態が発生する場合がある。   However, in the forced regeneration according to the prior art, in practice, a temperature distribution in the radial direction (representing the radial direction of the exhaust pipe; hereinafter the same) may occur in the PM filter. This is because the temperature distribution in the radial direction is generated in the oxidation catalyst that sends the exhaust gas heated to the PM filter. Specifically, the temperature of the oxidation catalyst is high because the flow rate of the exhaust gas is fast at the center, while the temperature is low at the outer periphery due to heat radiation. For this reason, in the outer peripheral portion of the oxidation catalyst, there may occur a state where a part of the HC additionally injected from the injector of the engine remains unreacted and slips.

このように、酸化触媒の外周部において、HCのスリップ状態が発生した場合、PMフィルタの外周部も、PMを燃焼除去するための温度(例えば、約600℃)まで十分に昇温されないことになる。結果として、PMフィルタにおいて、PMの燃え残りが生じ、PMフィルタの再生インターバルが短くなる事態につながっている。   As described above, when a slip state of HC occurs in the outer peripheral portion of the oxidation catalyst, the temperature of the outer peripheral portion of the PM filter is not sufficiently raised to a temperature for burning and removing PM (for example, about 600 ° C.). Become. As a result, PM remains unburned in the PM filter, leading to a situation where the regeneration interval of the PM filter is shortened.

本開示は、上記の問題点に鑑みてなされたもので、PMフィルタの強制再生の際に、PMフィルタにおけるPMの燃え残りを抑制し得る内燃機関の排気浄化装置、及び車両を提供することを目的とする。   The present disclosure has been made in view of the above problems, and provides an exhaust purification device for an internal combustion engine and a vehicle that can suppress unburned PM in the PM filter when the PM filter is forcibly regenerated. Objective.

前述した課題を解決する主たる本開示は、
内燃機関の排気浄化装置であって、
前記内燃機関の排気通路に上流側から下流側に向かって順に配設された酸化触媒及びPMフィルタと、
前記酸化触媒に隣接して配設された電熱ヒータと、
前記PMフィルタの強制再生の際、前記酸化触媒の外周部が昇温するように、前記電熱ヒータを制御する制御装置と、
を備える排気浄化装置である。
The main present disclosure for solving the above-described problems is as follows.
An exhaust purification device for an internal combustion engine,
An oxidation catalyst and a PM filter disposed in order from the upstream side to the downstream side in the exhaust passage of the internal combustion engine;
An electric heater disposed adjacent to the oxidation catalyst;
A controller for controlling the electric heater so that the outer peripheral portion of the oxidation catalyst is heated during forced regeneration of the PM filter;
It is an exhaust emission control device provided with.

又、他の局面では、
上記の内燃機関の排気浄化装置を備える車両である。
In other aspects,
A vehicle including the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine.

本開示に係る内燃機関の排気浄化装置によれば、PMフィルタの強制再生の際に、PMフィルタにおけるPMの燃え残りを抑制することが可能である。   According to the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present disclosure, it is possible to suppress unburned PM in the PM filter during forced regeneration of the PM filter.

一実施形態に係る排気浄化装置を含む車両の構成の一例を示す図The figure which shows an example of a structure of the vehicle containing the exhaust gas purification apparatus which concerns on one Embodiment. 一実施形態に係る排気浄化装置の酸化触媒の構成の一例を示す図The figure which shows an example of a structure of the oxidation catalyst of the exhaust gas purification apparatus which concerns on one Embodiment 一実施形態に係る排気浄化装置の動作の一例を示すフローチャートThe flowchart which shows an example of operation | movement of the exhaust gas purification apparatus which concerns on one Embodiment. 一実施形態に係るヒータ制御部の動作を模式的に示す図The figure which shows typically operation | movement of the heater control part which concerns on one Embodiment.

以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施形態について詳細に説明する。尚、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the appended drawings. In the present specification and drawings, components having substantially the same function are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

[排気浄化装置の構成]
以下、図1、図2を参照して、一実施形態に係る排気浄化装置の構成について説明する。
[Configuration of exhaust purification system]
Hereinafter, with reference to FIG. 1 and FIG. 2, a configuration of an exhaust emission control device according to an embodiment will be described.

本実施形態では、内燃機関(以下、「エンジン」とも称する)の排気浄化装置の一例として、ディーゼルエンジンに適用した態様ついて説明する。但し、本実施形態に係る排気浄化装置は、ディーゼルエンジンに限らず、ガソリンンジンにも適用し得るのは勿論である。   In the present embodiment, a mode applied to a diesel engine will be described as an example of an exhaust purification device of an internal combustion engine (hereinafter also referred to as “engine”). However, it is needless to say that the exhaust emission control device according to the present embodiment can be applied not only to a diesel engine but also to a gasoline engine.

図1は、本実施形態に係る排気浄化装置40を含む車両1の構成の一例を示す図である。図2は、本実施形態に係る排気浄化装置40の酸化触媒41の構成の一例を示す図である。   FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a configuration of a vehicle 1 including an exhaust purification device 40 according to the present embodiment. FIG. 2 is a diagram illustrating an example of the configuration of the oxidation catalyst 41 of the exhaust purification device 40 according to the present embodiment.

本実施形態に係る車両1は、エンジン本体10、吸気通路20、排気通路30、エアクリーナ21、ターボチャージャ22、吸気スロットルバルブ23、EGR装置31、及び排気浄化装置40等を含んで構成される。   The vehicle 1 according to the present embodiment includes an engine body 10, an intake passage 20, an exhaust passage 30, an air cleaner 21, a turbo charger 22, an intake throttle valve 23, an EGR device 31, an exhaust purification device 40, and the like.

エンジン本体10は、燃焼室及びインジェクタ(図示せず)等を含んで構成される。エンジン本体10は、燃焼室内で、空気の吸気行程、空気の圧縮行程、燃焼ガスの膨張行程、及び燃焼ガスの排気行程が繰り返し行われることよって、車両1の動力を生成する。   The engine body 10 includes a combustion chamber, an injector (not shown), and the like. The engine body 10 generates power for the vehicle 1 by repeatedly performing an air intake stroke, an air compression stroke, a combustion gas expansion stroke, and a combustion gas exhaust stroke in the combustion chamber.

エンジン本体10は、インジェクタやEGR装置31を制御するエンジンECU(図示せず)を有している。そして、エンジンECUは、排気浄化装置40のECU47(詳細は後述)からのフィルタ再生要求に応じて、エンジン本体10のインジェクタ等を、燃費を優先した低燃費運転モード(以下、「通常運転時」と称する)、又は、PMフィルタ42を強制再生する強制再生運転モード等に切り替え可能に構成されている。   The engine body 10 includes an engine ECU (not shown) that controls the injector and the EGR device 31. Then, in response to a filter regeneration request from the ECU 47 (details will be described later) of the exhaust purification device 40, the engine ECU causes the injector of the engine body 10 to operate in a low fuel consumption operation mode (hereinafter referred to as “normal operation”) giving priority to fuel efficiency. Or a forced regeneration operation mode in which the PM filter 42 is forcibly regenerated.

尚、本実施形態に係るエンジン本体10は、4気筒エンジンであり、吸気通路20から吸気マニホルドを介して四つの燃焼室に分岐し、当該四つの燃焼室から排気マニホルドを介して排気通路30に合流する構成となっている。   The engine body 10 according to the present embodiment is a four-cylinder engine, and branches from the intake passage 20 to four combustion chambers via the intake manifold, and from the four combustion chambers to the exhaust passage 30 via the exhaust manifold. It is configured to merge.

吸気通路20は、上流側の吸気口20aから新気(空気)を吸入し、エンジン本体10に当該新気を供給する吸気管である。吸気通路20には、上流側の吸気口20aから燃焼室にかけて、順に、エアクリ−ナ21、ターボチャージャ22のコンプレッサ、及び吸気スロットルバルブ23等が設けられている。   The intake passage 20 is an intake pipe that draws fresh air (air) from the upstream intake port 20 a and supplies the fresh air to the engine body 10. In the intake passage 20, an air cleaner 21, a compressor of a turbocharger 22, an intake throttle valve 23, and the like are provided in order from the upstream intake port 20 a to the combustion chamber.

排気通路30は、エンジン本体10から排出される燃焼後の排気ガスを、車両1の外部に排出する排気管である。排気通路30には、エンジン本体10から下流側に向かって、順に、EGR装置31、ターボチャージャ22のタービン、及び排気浄化装置40等が設けられている。   The exhaust passage 30 is an exhaust pipe that exhausts the exhaust gas after combustion discharged from the engine body 10 to the outside of the vehicle 1. The exhaust passage 30 is provided with an EGR device 31, a turbine of the turbocharger 22, an exhaust purification device 40, and the like in order from the engine body 10 toward the downstream side.

排気浄化装置40は、酸化触媒41、PMフィルタ42、電熱ヒータ43、差圧センサ44、酸素濃度センサ45a、45b、NOx濃度センサ46a、46b、及び、ECU(Electronic Control Unit)47を含んで構成される。   The exhaust purification device 40 includes an oxidation catalyst 41, a PM filter 42, an electric heater 43, a differential pressure sensor 44, oxygen concentration sensors 45a and 45b, NOx concentration sensors 46a and 46b, and an ECU (Electronic Control Unit) 47. Is done.

酸化触媒41は、排気ガス中に含まれる未燃焼燃料の炭化水素や一酸化窒炭素を酸化して除去する。酸化触媒41は、白金や酸化セリウム等の公知の任意の酸化触媒であってよく、例えば、コージェライトや炭化ケイ素等の多孔質セラミックが用いられ、これらに触媒成分を担持して形成されている。   The oxidation catalyst 41 oxidizes and removes unburned fuel hydrocarbons and carbon monoxide contained in the exhaust gas. The oxidation catalyst 41 may be any known oxidation catalyst such as platinum or cerium oxide. For example, a porous ceramic such as cordierite or silicon carbide is used, and the catalyst component is supported thereon. .

又、酸化触媒41は、排気通路30のPMフィルタ42の上流側に隣接して配設されている。そして、酸化触媒41は、排気ガス中のNOをNO等に変換すると共に、PMフィルタ42中のPMを酸化除去するために望ましいレベル(例えば、約300℃)まで排気ガス温度を上昇させるようにも機能する。これによって、PMフィルタ42の連続再生が行われることになる。 Further, the oxidation catalyst 41 is disposed adjacent to the upstream side of the PM filter 42 in the exhaust passage 30. Then, the oxidation catalyst 41 converts NO in the exhaust gas into NO 2 or the like, and raises the exhaust gas temperature to a level (for example, about 300 ° C.) desirable for oxidizing and removing the PM in the PM filter 42. Also works. Thereby, the continuous regeneration of the PM filter 42 is performed.

PMフィルタ42は、排気ガス中に含まれるPMを捕捉する。PMフィルタ42としては、典型的には、コージェライトや炭化ケイ素の多孔質セラミックが素材として用いられる。PMフィルタ42は、例えば、当該多孔質セラミックで形成した捕集壁中を排気ガスが通過するように入口と出口を交互に目封じしたハニカム構造を呈している。   The PM filter 42 captures PM contained in the exhaust gas. As the PM filter 42, typically, a cordierite or silicon carbide porous ceramic is used as a material. The PM filter 42 has, for example, a honeycomb structure in which the inlet and the outlet are alternately sealed so that the exhaust gas passes through the collection wall formed of the porous ceramic.

電熱ヒータ43は、酸化触媒41の外周部(酸化触媒41の径方向における外周部を表す。以下同じ)を加熱するべく、酸化触媒41に隣接して、典型的には、酸化触媒41の外周部の壁面に配設されている。電熱ヒータ43は、例えば、酸化触媒41の外周部の壁面に配設された一対の電極部、及び当該一対の電極部と接続された電源部(図示せず)を含んで構成される。そして、電熱ヒータ43は、電源部から供給する電流を、酸化触媒41の壁面の一対の電極部間に通流させることで、酸化触媒41を加熱する。尚、電熱ヒータ43は、ECU47からの制御信号にしたがって、酸化触媒41の加熱動作を実行する。   The electric heater 43 is typically adjacent to the oxidation catalyst 41 to heat the outer peripheral portion of the oxidation catalyst 41 (representing the outer peripheral portion in the radial direction of the oxidation catalyst 41. The same applies hereinafter). It is arrange | positioned at the wall surface of the part. The electric heater 43 includes, for example, a pair of electrode portions disposed on the wall surface of the outer peripheral portion of the oxidation catalyst 41 and a power source portion (not shown) connected to the pair of electrode portions. The electric heater 43 heats the oxidation catalyst 41 by causing a current supplied from the power supply unit to flow between the pair of electrode portions on the wall surface of the oxidation catalyst 41. The electric heater 43 performs a heating operation of the oxidation catalyst 41 in accordance with a control signal from the ECU 47.

尚、電熱ヒータ43の加熱方式は、酸化触媒41自身の電気抵抗を利用した抵抗加熱に代えて、電熱線等を用いた加熱方式でもよい。   The heating method of the electric heater 43 may be a heating method using a heating wire or the like instead of resistance heating using the electric resistance of the oxidation catalyst 41 itself.

差圧センサ44は、PMフィルタ42の前後差圧を検知する。酸素濃度センサ45aは、酸化触媒41の入口側の酸素濃度を検知する。酸素濃度センサ45bは、酸化触媒41の出口側の酸素濃度を検知する。NOx濃度センサ46aは、酸化触媒41の入口側のNOx濃度を検知する。NOx濃度センサ46bは、酸化触媒41の出口側のNOx濃度を検知する。これらのセンサは、公知の任意のセンサで実現され得る。尚、酸素濃度センサ45a(45b)とNOx濃度センサ46a(46b)とは、排気ガス中に含まれるガス濃度を検知するセンサとして、一体的に構成されてもよい。   The differential pressure sensor 44 detects the differential pressure across the PM filter 42. The oxygen concentration sensor 45 a detects the oxygen concentration on the inlet side of the oxidation catalyst 41. The oxygen concentration sensor 45 b detects the oxygen concentration on the outlet side of the oxidation catalyst 41. The NOx concentration sensor 46 a detects the NOx concentration on the inlet side of the oxidation catalyst 41. The NOx concentration sensor 46 b detects the NOx concentration on the outlet side of the oxidation catalyst 41. These sensors can be realized by any known sensor. The oxygen concentration sensor 45a (45b) and the NOx concentration sensor 46a (46b) may be integrally configured as a sensor for detecting the gas concentration contained in the exhaust gas.

差圧センサ44、酸素濃度センサ45a、45b、及び、NOx濃度センサ46a、46bは、それぞれ、自身が検知したセンサ値に係るセンサ情報(以下、「センサ情報」と略称する)をECU47に送信する。   The differential pressure sensor 44, the oxygen concentration sensors 45a and 45b, and the NOx concentration sensors 46a and 46b each transmit sensor information (hereinafter abbreviated as “sensor information”) related to the sensor value detected by itself to the ECU 47. .

[ECUの構成]
ここで、図1を参照して、本実施形態に係る排気浄化装置40のECU47(本発明の「制御装置」に相当する)の構成の一例について、説明する。
[Configuration of ECU]
Here, an example of the configuration of the ECU 47 (corresponding to the “control device” of the present invention) of the exhaust emission control device 40 according to the present embodiment will be described with reference to FIG.

ECU47は、PMフィルタ42の再生制御や電熱ヒータ43の制御等を行う電子制御ユニットである。   The ECU 47 is an electronic control unit that performs regeneration control of the PM filter 42, control of the electric heater 43, and the like.

ECU47は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、入力ポート、及び出力ポート等を含んで構成されている。尚、ECU47は、エンジンECU等の車両1の各部と通信することで、これらを制御したり、これらからデータを受信したりする。又、ECU47は、車両1に設けられた各種センサ(本実施形態では、差圧センサ44、酸素濃度センサ45a、45b、及び、NOx濃度センサ46a、46b)からセンサ情報を取得して、排気浄化装置40や車両1の各部の状態を検知している。   The ECU 47 includes, for example, a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), an input port, an output port, and the like. The ECU 47 communicates with each part of the vehicle 1 such as the engine ECU, thereby controlling them and receiving data from them. Further, the ECU 47 acquires sensor information from various sensors (in this embodiment, the differential pressure sensor 44, the oxygen concentration sensors 45a and 45b, and the NOx concentration sensors 46a and 46b) provided in the vehicle 1, and purifies the exhaust gas. The state of each part of the apparatus 40 and the vehicle 1 is detected.

ECU47は、PM量推定部47a、フィルタ再生制御部47b、及びヒータ制御部47cを備えている。   The ECU 47 includes a PM amount estimation unit 47a, a filter regeneration control unit 47b, and a heater control unit 47c.

PM量推定部47aは、差圧センサ44のセンサ情報に基づいて、PMフィルタ42に堆積するPM量を推定する。   The PM amount estimation unit 47 a estimates the amount of PM deposited on the PM filter 42 based on the sensor information of the differential pressure sensor 44.

PM量推定部47aは、例えば、差圧センサ44が示すPMフィルタ42の前後差圧から、PMフィルタ42中に堆積するPMに起因する圧力損失を算出し、これによって、PMフィルタ42に堆積するPM量を推定する。   For example, the PM amount estimation unit 47a calculates a pressure loss caused by PM accumulated in the PM filter 42 from the differential pressure before and after the PM filter 42 indicated by the differential pressure sensor 44, and thereby accumulates in the PM filter 42. Estimate the amount of PM.

尚、PMフィルタ42の前後差圧とPMフィルタ42に堆積するPM量との対応関係は、例えば、予め実験等によって求められ、ECU47等の記憶部(例えば、ROM)に記憶されている。   The correspondence relationship between the differential pressure across the PM filter 42 and the amount of PM deposited on the PM filter 42 is obtained in advance through experiments or the like and stored in a storage unit (eg, ROM) such as the ECU 47, for example.

フィルタ再生制御部47bは、PM量推定部47aに算出されたPMフィルタ42中のPM堆積量の推定値を取得し、当該PM堆積量の推定値が所定の閾値を超えた場合に、エンジン本体10の燃料噴射量を増加させる等によって、PMフィルタ42の強制再生を実行する。   The filter regeneration control unit 47b acquires the estimated value of the PM accumulation amount in the PM filter 42 calculated by the PM amount estimation unit 47a, and when the estimated value of the PM accumulation amount exceeds a predetermined threshold, the engine body For example, the PM filter 42 is forcibly regenerated by increasing the fuel injection amount 10.

フィルタ再生制御部47bは、PMフィルタ42を強制再生する際には、例えば、エンジン本体10のエンジンECUに対して制御信号を出力して、エンジン本体10を強制再生運転モードで運転させることによって、PMフィルタ42の強制再生を行う。   When the filter regeneration control unit 47b forcibly regenerates the PM filter 42, for example, by outputting a control signal to the engine ECU of the engine body 10 and operating the engine body 10 in the forced regeneration operation mode, The PM filter 42 is forcibly regenerated.

強制再生運転モードにおいては、例えば、エンジン本体10は、インジェクタから噴射する燃料噴射量を増加したり、ポスト噴射を実行したりして、排気ガス中のHC(炭化水素)量を増加させる。これによって、酸化触媒41で当該HCを酸化させ、酸化触媒41でのHC酸化熱を利用して、排気ガスを600℃程度まで昇温させる。これにより、PMフィルタ42を加熱し、当該PMフィルタ42中のPMを、排気ガス中のOを用いて燃焼除去する。 In the forced regeneration operation mode, for example, the engine body 10 increases the amount of HC (hydrocarbon) in the exhaust gas by increasing the fuel injection amount injected from the injector or performing post injection. As a result, the HC is oxidized by the oxidation catalyst 41, and the exhaust gas is heated to about 600 ° C. using the HC oxidation heat in the oxidation catalyst 41. As a result, the PM filter 42 is heated, and the PM in the PM filter 42 is burned and removed using O 2 in the exhaust gas.

但し、強制再生の手法としては、従来公知の種々の手法を適用することが可能である。例えば、車両1が排気管インジェクタを搭載している場合には、フィルタ再生制御部47bは、エンジン本体10にて追加燃料を噴射させる代わりに、又は、これと共に、当該排気管インジェクタにて追加燃料を噴射させてもよい。   However, as a forced regeneration method, various conventionally known methods can be applied. For example, when the vehicle 1 is equipped with an exhaust pipe injector, the filter regeneration control unit 47b uses the exhaust pipe injector instead of or in addition to injecting additional fuel with the engine body 10. May be injected.

ヒータ制御部47cは、PMフィルタ42の強制再生を実行する際に、酸化触媒41の外周部が昇温するように、電熱ヒータ43を制御する。ヒータ制御部47cは、これによって、酸化触媒41の外周部において、追加的に噴射されたHCが酸化することなく未反応のままスリップする状態(以下、「未反応HCのスリップ状態」と称する)を抑制する。つまり、これによって、PMフィルタ42に到達する排気ガスの温度を、一様に、上昇させる。   The heater control unit 47 c controls the electric heater 43 so that the temperature of the outer peripheral portion of the oxidation catalyst 41 is increased when the PM filter 42 is forcibly regenerated. As a result, the heater control unit 47c slips in the outer peripheral portion of the oxidation catalyst 41 while the additionally injected HC slips unreacted without being oxidized (hereinafter referred to as “slip state of unreacted HC”). Suppress. That is, this uniformly increases the temperature of the exhaust gas that reaches the PM filter 42.

この際、ヒータ制御部47cは、酸化触媒41の外周部の温度が、酸化触媒41の触媒が活性化してHC酸化を促進する温度以上、少なくとも250℃以上、より好適には300℃以上となるように、電熱ヒータ43にて酸化触媒41を加熱する。   At this time, the temperature of the outer peripheral portion of the oxidation catalyst 41 is higher than the temperature at which the catalyst of the oxidation catalyst 41 is activated and promotes HC oxidation, at least 250 ° C., more preferably 300 ° C. or more. As described above, the oxidation catalyst 41 is heated by the electric heater 43.

尚、ヒータ制御部47cは、酸化触媒41の外周部の温度が、一旦、酸化触媒41の触媒が活性化してHC酸化を促進する温度以上まで上昇した場合には、電熱ヒータ43による加熱を終了してもよい。   The heater control unit 47c ends the heating by the electric heater 43 when the temperature of the outer peripheral portion of the oxidation catalyst 41 rises to a temperature that activates the catalyst of the oxidation catalyst 41 and promotes HC oxidation. May be.

又、本実施形態に係るヒータ制御部47cは、エンジン本体10のエンジンECUから燃料噴射量に係る情報を取得すると共に、酸素濃度センサ45a、45b及びNOx濃度センサ46a、46bから、酸化触媒41の入口側と出口側それぞれの酸素濃度及びNOx濃度に係る情報を取得している。ヒータ制御部47cは、これにより、酸化触媒41における酸素の使用量の実際値と予測値を算出し、未反応HCのスリップ状態の発生の有無を検知している。そして、ヒータ制御部47cは、強制再生の際、未反応HCのスリップ状態の発生を検知した場合に限って、電熱ヒータ43による酸化触媒41の加熱を実行する(詳細は後述)。   In addition, the heater control unit 47c according to the present embodiment obtains information on the fuel injection amount from the engine ECU of the engine body 10, and the oxidation catalyst 41 from the oxygen concentration sensors 45a and 45b and the NOx concentration sensors 46a and 46b. Information on the oxygen concentration and the NOx concentration on each of the inlet side and the outlet side is acquired. Thus, the heater control unit 47c calculates an actual value and a predicted value of the amount of oxygen used in the oxidation catalyst 41, and detects whether or not an unreacted HC slip state has occurred. Then, the heater controller 47c performs heating of the oxidation catalyst 41 by the electric heater 43 only when the occurrence of a slip state of unreacted HC is detected during forced regeneration (details will be described later).

但し、ヒータ制御部47cが未反応HCのスリップ状態の発生を検知する手法としては、上記のように、酸化触媒41における酸素の使用量の実際値と予測値を算出する方法に代えて、酸化触媒41の温度低下から間接的に検知する方法を用いてもよい。   However, as a method of detecting the occurrence of the slip state of the unreacted HC by the heater control unit 47c, as described above, instead of the method of calculating the actual value and the predicted value of the amount of oxygen used in the oxidation catalyst 41, the oxidation control A method of detecting indirectly from the temperature drop of the catalyst 41 may be used.

又、ヒータ制御部47cは、強制再生の際に加えて、PMフィルタ42が連続再生されている際であって、酸化触媒41の外周部におけるNOの酸化反応の低下を検知した場合には、電熱ヒータ43を制御して、酸化触媒41の外周部を加熱してもよい。これによって、酸化触媒41の外周部における排気ガス中のNOからNOxへの酸化を促進し、PMフィルタ42の連続再生を促進することができる。   In addition to the forced regeneration, the heater control unit 47c is when the PM filter 42 is continuously regenerated, and when detecting a decrease in the oxidation reaction of NO at the outer peripheral portion of the oxidation catalyst 41, The electric heater 43 may be controlled to heat the outer peripheral portion of the oxidation catalyst 41. As a result, the oxidation of NO in the exhaust gas to NOx at the outer periphery of the oxidation catalyst 41 can be promoted, and the continuous regeneration of the PM filter 42 can be promoted.

尚、ECU47の上記した各機能は、例えば、CPUがROM、RAM等に記憶された制御プログラムや各種データを参照することによって実現される。但し、当該機能は、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア回路によっても実現できることは勿論である。   The above-described functions of the ECU 47 are realized, for example, when the CPU refers to control programs and various data stored in the ROM, RAM, and the like. However, the function is not limited to processing by software, and can of course be realized by a dedicated hardware circuit.

[排気浄化装置の動作]
次に、図3、図4を参照して、本実施形態に係る排気浄化装置40の動作について説明する。尚、ここでは、PMフィルタ42を強制再生するための排気浄化装置40の動作についてのみ説明する。
[Operation of exhaust purification system]
Next, the operation of the exhaust emission control device 40 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. Here, only the operation of the exhaust purification device 40 for forcibly regenerating the PM filter 42 will be described.

図3は、排気浄化装置40の動作の一例を示すフローチャートである。図3に示すフローチャートは、例えば、ECU47がコンピュータプログラムに従って、所定間隔(例えば、1秒毎)で実行するものである。   FIG. 3 is a flowchart showing an example of the operation of the exhaust purification device 40. The flowchart shown in FIG. 3 is executed, for example, by the ECU 47 at a predetermined interval (for example, every second) in accordance with a computer program.

図4は、図3のフローチャートにおけるヒータ制御部47cの動作を模式的に示す図である。   FIG. 4 is a diagram schematically showing the operation of the heater control unit 47c in the flowchart of FIG.

本実施形態に係るヒータ制御部47cは、エネルギー効率の悪化を抑制する観点、及び、PMフィルタ42に到達する排気ガス中の酸素残存量の過度の減少を避ける観点から、強制再生の際に、未反応HCのスリップ状態の発生を検知した場合に、電熱ヒータ43による酸化触媒41の昇温を実行する。   The heater control unit 47c according to the present embodiment performs the forced regeneration from the viewpoint of suppressing deterioration in energy efficiency and avoiding an excessive decrease in the oxygen remaining amount in the exhaust gas reaching the PM filter 42. When the occurrence of a slip state of unreacted HC is detected, the temperature of the oxidation catalyst 41 is increased by the electric heater 43.

未反応HCのスリップ状態の発生の有無は、例えば、酸化触媒41において、HC酸化により、実際に使用された酸素量(以下、「HC酸化に使用された酸素量の実際値」と称する)と、エンジン本体10のインジェクタの燃料噴射量(即ち、HC量)から予測されるHC酸化により使用される酸素量(以下、「HC酸化に使用される酸素量の予測値」と称する)と、を比較することによって判定することができる。即ち、未反応HCのスリップ状態が発生している場合、HC酸化に使用された酸素量の実際値が、HC酸化に使用される酸素量の予測値よりも少ない状態となるため、本実施形態に係るヒータ制御部47cは、当該状態を検知する。   The presence or absence of occurrence of a slip state of unreacted HC is, for example, the amount of oxygen actually used by HC oxidation in the oxidation catalyst 41 (hereinafter referred to as “the actual value of the amount of oxygen used for HC oxidation”). The amount of oxygen used by HC oxidation predicted from the fuel injection amount (that is, the amount of HC) of the injector of engine body 10 (hereinafter referred to as “predicted value of oxygen amount used for HC oxidation”). This can be determined by comparison. That is, when a slip state of unreacted HC occurs, the actual value of the amount of oxygen used for HC oxidation is less than the predicted value of the amount of oxygen used for HC oxidation. The heater control unit 47c according to this detects the state.

一般に、排気ガス中のHC、O、NO等は、酸化触媒41において、以下の式(1)〜(3)のような化学反応を起こすと考えられている。
4HC+5O → 2HO+4CO …式(1)
2NO+O → 2NO …式(2)
8HC+20NO → 4HO+8CO+20NO…式(3)
In general, it is considered that HC, O 2 , NO, and the like in the exhaust gas cause chemical reactions such as the following formulas (1) to (3) in the oxidation catalyst 41.
4HC + 5O 2 → 2H 2 O + 4CO 2 Formula (1)
2NO + O 2 → 2NO 2 Formula (2)
8HC + 20NO 2 → 4H 2 O + 8CO 2 + 20NO Formula (3)

但し、式(1)〜(3)中のHC、O、NOは排気ガス中の成分であり、式(3)中のNOは式(2)で生成された成分である。 However, HC, O 2 and NO in the formulas (1) to (3) are components in the exhaust gas, and NO 2 in the formula (3) is a component generated in the formula (2).

本実施形態に係るヒータ制御部47cは、上記式(1)〜式(3)の化学反応を基準として、酸化触媒41において、HC酸化に使用された酸素量の実際値、及び、HC酸化に使用される酸素量の予測値を算出する。但し、式(1)の化学反応の方が、式(2)及び当該式(2)に起因する式(3)の化学反応に比較して、優先的に生じることから、ヒータ制御部47cは、式(1)の化学反応のみを基準として、HC酸化に使用された酸素量の実際値、及びHC酸化に使用される酸素量の予測値を算出してもよい。   The heater control unit 47c according to the present embodiment uses the chemical reaction of the above formulas (1) to (3) as a reference to determine the actual value of the amount of oxygen used for HC oxidation and the HC oxidation in the oxidation catalyst 41. Calculate the predicted value of the amount of oxygen used. However, since the chemical reaction of the formula (1) occurs preferentially compared to the chemical reaction of the formula (2) and the formula (3) due to the formula (2), the heater control unit 47c The actual value of the amount of oxygen used for HC oxidation and the predicted value of the amount of oxygen used for HC oxidation may be calculated based only on the chemical reaction of formula (1).

尚、本実施形態に係るヒータ制御部47cは、酸素濃度センサ45aのセンサ値と酸素濃度センサ45bのセンサ値の差分から、上記式(1)と式(3)のHC酸化により使用された酸素量を算出し、NOx濃度センサ46aのセンサ値とNOx濃度センサ46bのセンサ値の差分から、上記式(3)のHC酸化により使用された酸素量を算出する。   The heater control unit 47c according to the present embodiment uses the oxygen used by the HC oxidation of the above formulas (1) and (3) from the difference between the sensor value of the oxygen concentration sensor 45a and the sensor value of the oxygen concentration sensor 45b. The amount of oxygen used is calculated from the difference between the sensor value of the NOx concentration sensor 46a and the sensor value of the NOx concentration sensor 46b.

まず、ステップS1において、ECU47は、差圧センサ44のセンサ値に基づいてPMフィルタ42のPM堆積量を推定し、PMフィルタ42のPM堆積量が、強制再生開始を判定するための閾値(例えば、PMフィルタ42のPM堆積量の上限量に対して50%)以上か否かを判定する。そして、PMフィルタ42のPM堆積量が閾値以上の場合(S1:YES)、ECU47は、ステップS2に処理を進める。一方、PMフィルタ42のPM堆積量が閾値未満の場合(S1:NO)、ECU47は、特に処理を実行することなく、一連のフローを終了する。   First, in step S1, the ECU 47 estimates the PM accumulation amount of the PM filter 42 based on the sensor value of the differential pressure sensor 44, and the PM accumulation amount of the PM filter 42 is a threshold for determining the forced regeneration start (for example, Then, it is determined whether or not the PM accumulation amount of the PM filter 42 is 50% or more. If the PM accumulation amount of the PM filter 42 is equal to or greater than the threshold (S1: YES), the ECU 47 advances the process to step S2. On the other hand, when the PM accumulation amount of the PM filter 42 is less than the threshold value (S1: NO), the ECU 47 ends the series of flows without executing any particular processing.

ステップS2において、ECU47は、PMフィルタ42の強制再生を開始する。この際、ECU47は、例えば、エンジン本体10のエンジンECUに対して、強制再生運転モードの実行指令を送信する。これによって、エンジン本体10は、通常運転時よりも燃料噴射量を増加させる強制再生運転モードでの運転を開始する。   In step S2, the ECU 47 starts forced regeneration of the PM filter 42. At this time, for example, the ECU 47 transmits an execution command for the forced regeneration operation mode to the engine ECU of the engine body 10. Thereby, the engine body 10 starts the operation in the forced regeneration operation mode in which the fuel injection amount is increased as compared with the normal operation.

ステップS3において、ECU47は、エンジン本体10のエンジンECUから、燃料噴射量(HC量)に係る情報を取得する。そして、ECU47は、当該燃料噴射量(HC量)から、酸化触媒41においてHC酸化に使用される酸素量の予測値を算出する。   In step S <b> 3, the ECU 47 acquires information related to the fuel injection amount (HC amount) from the engine ECU of the engine body 10. Then, the ECU 47 calculates a predicted value of the amount of oxygen used for HC oxidation in the oxidation catalyst 41 from the fuel injection amount (HC amount).

尚、このステップS3において、ECU47は、例えば、現時点のエンジン本体10の運転状態から、式(1)の化学反応に加えて、所定割合で式(3)の化学反応が生じると仮定して、燃料噴射量(HC量)から、HC酸化に使用される酸素量の予測値を算出する。   In this step S3, the ECU 47 assumes that the chemical reaction of the formula (3) occurs at a predetermined rate in addition to the chemical reaction of the formula (1) from the current operating state of the engine body 10, for example. A predicted value of the amount of oxygen used for HC oxidation is calculated from the fuel injection amount (HC amount).

ステップS4において、ECU47は、酸素濃度センサ45a及びNOx濃度センサ46aからセンサ情報を取得し、酸化触媒41の入口側における酸素濃度及びNOx濃度を検知する。   In step S4, the ECU 47 acquires sensor information from the oxygen concentration sensor 45a and the NOx concentration sensor 46a, and detects the oxygen concentration and the NOx concentration on the inlet side of the oxidation catalyst 41.

ステップS5において、ECU47は、酸素濃度センサ45b及びNOx濃度センサ46bからセンサ情報を取得し、酸化触媒41の出口側における酸素濃度及びNOx濃度を検知する。   In step S5, the ECU 47 acquires sensor information from the oxygen concentration sensor 45b and the NOx concentration sensor 46b, and detects the oxygen concentration and the NOx concentration on the outlet side of the oxidation catalyst 41.

ステップS6において、ECU47は、ステップS4及びステップS5にて検知した酸化触媒41の入口側における酸素濃度及びNOx濃度、並びに、酸化触媒41の出口側における酸素濃度及びNOx濃度に基づいて、HC酸化に使用された酸素量の実際値を算出する。   In step S6, the ECU 47 performs HC oxidation based on the oxygen concentration and NOx concentration on the inlet side of the oxidation catalyst 41 detected in steps S4 and S5 and the oxygen concentration and NOx concentration on the outlet side of the oxidation catalyst 41. Calculate the actual amount of oxygen used.

このステップS6において、ECU47は、例えば、酸素濃度センサ45aのセンサ値と酸素濃度センサ45bのセンサ値との差分から、上記式(1)と式(3)のHC酸化により使用された酸素量を算出し、NOx濃度センサ46aのセンサ値とNOx濃度センサ46bのセンサ値との差分から、上記式(3)のHC酸化により使用された酸素量を算出する。   In this step S6, for example, the ECU 47 calculates the amount of oxygen used by the HC oxidation of the above formulas (1) and (3) from the difference between the sensor value of the oxygen concentration sensor 45a and the sensor value of the oxygen concentration sensor 45b. The oxygen amount used by the HC oxidation of the above equation (3) is calculated from the difference between the sensor value of the NOx concentration sensor 46a and the sensor value of the NOx concentration sensor 46b.

尚、ECU47は、例えば、このステップS6の算出結果に基づいて、式(1)のHC酸化により使用された酸素量と式(3)のHC酸化により使用された酸素量の割合を算出し、必要に応じて、ステップS3で用いた上記所定割合を補正して、HC酸化に使用される酸素量の予測値を補正してもよい。   The ECU 47 calculates, for example, the ratio of the amount of oxygen used by the HC oxidation of equation (1) and the amount of oxygen used by the HC oxidation of equation (3) based on the calculation result of step S6, If necessary, the predicted value of the amount of oxygen used for HC oxidation may be corrected by correcting the predetermined ratio used in step S3.

ステップS7において、ECU47は、ステップS6で算出したHC酸化に使用された酸素量の実際値と、ステップS3で算出したHC酸化に使用される酸素量の予測値と、を比較して、HC酸化に使用された酸素量の実際値が、HC酸化に使用される酸素量の予測値よりも少ないか否かを判定する。そして、HC酸化に使用された酸素量の実際値が、HC酸化に使用される酸素量の予測値よりも少ない場合(S7:YES)、ステップS8に処理を進める。一方、HC酸化に使用された酸素量の実際値が、HC酸化に使用される酸素量の予測値よりも大きい場合(S7:NO)、ステップS9に処理を進める。尚、ステップS7においは、ハンチング動作を防止するためのマージンが設けられており、ECU47は、HC酸化に使用された酸素量の実際値が、HC酸化に使用される酸素量の予測値よりも、当該マージン分少ないか否かを判定する。   In step S7, the ECU 47 compares the actual value of the oxygen amount used in the HC oxidation calculated in step S6 with the predicted value of the oxygen amount used in the HC oxidation calculated in step S3, and compares the HC oxidation. It is determined whether or not the actual value of the oxygen amount used in the step is smaller than the predicted value of the oxygen amount used for HC oxidation. If the actual value of the amount of oxygen used for HC oxidation is smaller than the predicted value of the amount of oxygen used for HC oxidation (S7: YES), the process proceeds to step S8. On the other hand, when the actual value of the amount of oxygen used for HC oxidation is larger than the predicted value of the amount of oxygen used for HC oxidation (S7: NO), the process proceeds to step S9. In step S7, a margin for preventing a hunting operation is provided, and the ECU 47 determines that the actual value of the oxygen amount used for HC oxidation is greater than the predicted value of the oxygen amount used for HC oxidation. It is determined whether or not the margin is small.

このステップS7のように、本実施形態に係るECU47は、酸化触媒41において実際に使用された酸素量(HC酸化に使用された酸素量の実際値)が、燃料噴射量(HC量)から予測される酸素量(HC酸化に使用される酸素量の予測値)よりも少ないか否かを判定することによって、未反応HCのスリップ状態の発生を検知する。   As in step S7, the ECU 47 according to the present embodiment predicts the oxygen amount actually used in the oxidation catalyst 41 (the actual value of the oxygen amount used for HC oxidation) from the fuel injection amount (HC amount). The occurrence of a slip state of unreacted HC is detected by determining whether or not it is less than the amount of oxygen to be performed (predicted value of the amount of oxygen used for HC oxidation).

ステップS8において、ECU47は、電熱ヒータ43による酸化触媒41の加熱を実行する。この際、ECU47は、例えば、酸化触媒41の外周部が300℃以上になるように、電熱ヒータ43を制御する。   In step S <b> 8, the ECU 47 performs heating of the oxidation catalyst 41 by the electric heater 43. At this time, the ECU 47 controls the electric heater 43 so that, for example, the outer peripheral portion of the oxidation catalyst 41 is 300 ° C. or higher.

尚、このステップS8において、ECU47は、電熱ヒータ43による酸化触媒41の加熱を実行中の場合、特に処理を実行することなく、酸化触媒41の加熱を継続する。一方、ステップS7で(S7:NO)の判定結果が継続した場合、電熱ヒータ43による酸化触媒41の加熱を終了する。   In step S8, when the heating of the oxidation catalyst 41 by the electric heater 43 is being executed, the ECU 47 continues the heating of the oxidation catalyst 41 without executing any particular processing. On the other hand, when the determination result of (S7: NO) continues in step S7, heating of the oxidation catalyst 41 by the electric heater 43 is terminated.

ステップS9において、ECU47は、差圧センサ44のセンサ情報に基づいてPMフィルタ42のPM堆積量を推定し、PMフィルタ42のPM堆積量が、強制再生終了を判定するための閾値(例えば、PMフィルタ42のPM堆積量の上限量に対して0.1%)以下に減少したか否かを判定する。そして、PMフィルタ42のPM堆積量が閾値以下に減少した場合(S9:YES)、ECU47は、ステップS10に処理を進め、エンジン本体10のエンジンECUに対して、強制再生運転モードの終了指令を送信し、一連の処理フローを終了する。一方、PMフィルタ42のPM堆積量が閾値以下に減少していない場合(S9:NO)、ECU47は、ステップS3に戻って、再度、ステップS3〜S8の処理を繰り返す。   In step S9, the ECU 47 estimates the PM accumulation amount of the PM filter 42 based on the sensor information of the differential pressure sensor 44, and the PM accumulation amount of the PM filter 42 is a threshold value for determining the end of forced regeneration (for example, PM It is determined whether or not the filter 42 has decreased to 0.1%) or less with respect to the upper limit amount of PM deposition amount. Then, when the PM accumulation amount of the PM filter 42 has decreased below the threshold (S9: YES), the ECU 47 advances the process to step S10, and issues an instruction to end the forced regeneration operation mode to the engine ECU of the engine body 10. Transmit, and a series of processing flow ends. On the other hand, when the PM accumulation amount of the PM filter 42 has not decreased below the threshold value (S9: NO), the ECU 47 returns to step S3 and repeats the processes of steps S3 to S8 again.

[効果]
以上のように、本実施形態に係る内燃機関(エンジン本体10)の排気浄化装置40は、内燃機関の排気通路30に上流側から下流側に向かって順に配設された酸化触媒41及びPMフィルタ42と、酸化触媒41に隣接して配設された電熱ヒータ43と、PMフィルタ42の強制再生の際、酸化触媒41の外周部が昇温するように、電熱ヒータ43を制御する制御装置47(ECU)と、を備えている。
[effect]
As described above, the exhaust purification device 40 of the internal combustion engine (engine body 10) according to the present embodiment includes the oxidation catalyst 41 and the PM filter that are sequentially disposed in the exhaust passage 30 of the internal combustion engine from the upstream side toward the downstream side. 42, the electric heater 43 disposed adjacent to the oxidation catalyst 41, and the control device 47 that controls the electric heater 43 so that the temperature of the outer periphery of the oxidation catalyst 41 rises during forced regeneration of the PM filter 42. (ECU).

従って、本実施形態に係る排気浄化装置40によれば、PMフィルタ42の強制再生の際に、酸化触媒41の外周部を加熱することができるため、当該酸化触媒41の外周部におけるHC(即ち、追加的に噴射した燃料)の酸化を促し、未反応HCのスリップ状態の発生を抑制することが可能である。これによって、PMフィルタ42の外周部に到達する排気ガスの温度についても、上昇させることができるため、PMフィルタの強制再生の際に、PMフィルタ42中のPM(例えば、soot)の燃え残りを抑制することができる。換言すると、これによって、PMフィルタ42の強制再生のインターバルの長期化を図ることができる。   Therefore, according to the exhaust purification device 40 according to the present embodiment, the outer peripheral portion of the oxidation catalyst 41 can be heated when the PM filter 42 is forcibly regenerated. Further, it is possible to promote the oxidation of the additionally injected fuel) and suppress the occurrence of a slip state of unreacted HC. As a result, the temperature of the exhaust gas that reaches the outer peripheral portion of the PM filter 42 can also be raised. Therefore, when the PM filter is forcibly regenerated, unburned PM (for example, soot) in the PM filter 42 is reduced. Can be suppressed. In other words, this makes it possible to lengthen the interval for forced regeneration of the PM filter 42.

特に、本実施形態に係る排気浄化装置40の制御装置47は、PMフィルタ42の強制再生の際、酸化触媒41における未反応HCのスリップ状態の発生の有無を判定し、当該未反応HCのスリップ状態の発生を検知した場合には、電熱ヒータ43による酸化触媒41の昇温を実行し、当該未反応HCのスリップ状態を検知していない場合には、電熱ヒータ43による酸化触媒41の昇温を実行しない構成となっている。これによって、昇温を実行する条件を限って、電熱ヒータ43を利用する構成とできるため、電熱ヒータ43の利用に伴うエネルギー効率の悪化を避けることができる。又、これによって、PMフィルタ42におけるPMの燃焼に用いる排気ガス中の酸素残存量の減少を避けることができる。   In particular, the control device 47 of the exhaust purification device 40 according to the present embodiment determines whether or not an unreacted HC slip state has occurred in the oxidation catalyst 41 when the PM filter 42 is forcibly regenerated, and slips the unreacted HC. When the occurrence of the state is detected, the temperature of the oxidation catalyst 41 is increased by the electric heater 43. When the slip state of the unreacted HC is not detected, the temperature of the oxidation catalyst 41 is increased by the electric heater 43. Is configured not to execute. Accordingly, the electric heater 43 can be used by limiting the conditions for raising the temperature, so that the deterioration of energy efficiency associated with the use of the electric heater 43 can be avoided. This also makes it possible to avoid a decrease in the amount of oxygen remaining in the exhaust gas used for PM combustion in the PM filter 42.

又、特に、本実施形態に係る排気浄化装置40の制御装置47は、酸化触媒41の上流側で噴射された燃料噴射量(HC量)から予測されるHC酸化に使用される酸素量の予測値を算出すると共に、酸化触媒の入口側と出口側それぞれの酸素濃度を検知してHC酸化に使用された酸素量の実際値を算出し、これらを比較することによって、酸化触媒41における未反応HCのスリップ状態の発生の有無を判定する。これによって、高精度に、酸化触媒41における未反応HCのスリップ状態の発生の有無を判定することができる。   In particular, the control device 47 of the exhaust purification device 40 according to the present embodiment predicts the amount of oxygen used for HC oxidation predicted from the fuel injection amount (HC amount) injected on the upstream side of the oxidation catalyst 41. In addition to calculating the value, the oxygen concentration at the inlet side and the outlet side of the oxidation catalyst is detected to calculate the actual value of the amount of oxygen used for HC oxidation, and by comparing these values, unreacted in the oxidation catalyst 41 It is determined whether or not an HC slip state has occurred. This makes it possible to determine whether or not the unreacted HC slip state has occurred in the oxidation catalyst 41 with high accuracy.

又、特に、本実施形態に係る排気浄化装置40の制御装置47は、酸化触媒41の入口側と出口側それぞれに配設された酸素濃度センサ45a、45bのセンサ値、及び、NOx濃度センサ46a、46bのセンサ値を用いて、HC酸化に使用された酸素量の実際値を算出する。これによって、より高精度に、酸化触媒41における未反応HCのスリップ状態の発生の有無を判定することができる。   In particular, the control device 47 of the exhaust purification device 40 according to this embodiment includes the sensor values of the oxygen concentration sensors 45a and 45b disposed on the inlet side and the outlet side of the oxidation catalyst 41, and the NOx concentration sensor 46a. 46b, the actual value of the amount of oxygen used for HC oxidation is calculated. Accordingly, it is possible to determine whether or not the unreacted HC slip state has occurred in the oxidation catalyst 41 with higher accuracy.

(その他の実施形態)
本発明は、上記実施形態に限らず、種々に変形態様が考えられる。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be considered.

例えば、上記実施形態では、ヒータ制御部47cのより好適な一例として、強制再生の際、酸化触媒41における未反応HCのスリップ状態が発生している場合に限って、酸化触媒41の外周部を加熱する態様とした。しかしながら、ECU47の演算負荷の軽減等の観点から、ヒータ制御部47cは、当該未反応HCのスリップ状態の発生の有無を判定することなく、酸化触媒41の外周部を加熱する構成としてもよい。他方、ヒータ制御部47cは、酸化触媒41の外周部の温度を検知して、当該外周部の温度から、酸化触媒41における未反応HCのスリップ状態が発生しているか否かを判定してもよい。   For example, in the above-described embodiment, as a more preferable example of the heater control unit 47c, the outer peripheral portion of the oxidation catalyst 41 is limited to a case where an unreacted HC slip state occurs in the oxidation catalyst 41 during forced regeneration. It was set as the aspect heated. However, from the viewpoint of reducing the calculation load of the ECU 47, the heater control unit 47c may be configured to heat the outer peripheral portion of the oxidation catalyst 41 without determining whether or not the unreacted HC slip state has occurred. On the other hand, the heater control unit 47c detects the temperature of the outer peripheral portion of the oxidation catalyst 41, and determines whether or not a slip state of unreacted HC in the oxidation catalyst 41 has occurred from the temperature of the outer peripheral portion. Good.

又、上記実施形態では、ヒータ制御部47cのより好適な一例として、強制再生の際、酸化触媒41の外周部のみを加熱する態様とした。しかしながら、電熱ヒータ43の構成等によっては、ヒータ制御部47cは、酸化触媒41の外周部に限らず、酸化触媒41の全体を加熱する構成としてもよい。   Moreover, in the said embodiment, it was set as the aspect which heats only the outer peripheral part of the oxidation catalyst 41 in the case of forced regeneration as a more suitable example of the heater control part 47c. However, depending on the configuration of the electric heater 43 and the like, the heater control unit 47c may be configured to heat not only the outer peripheral portion of the oxidation catalyst 41 but also the entire oxidation catalyst 41.

又、上記実施形態では、フィルタ再生制御部47bの一例として、PMフィルタ42の連続再生については、特に、エンジン本体10等の制御を行わない態様を示した。但し、フィルタ再生制御部47bは、PMフィルタ42の連続再生を実行する際には、EGR装置31におけるEGR率を低下させて、エンジン本体10が排出する排気ガスに含有するNOxの量を連続再生前よりも多くする等の制御を行ってもよい。   In the above-described embodiment, as an example of the filter regeneration control unit 47b, the continuous regeneration of the PM filter 42 is not particularly controlled by the engine body 10 and the like. However, when performing the continuous regeneration of the PM filter 42, the filter regeneration control unit 47b reduces the EGR rate in the EGR device 31 and continuously regenerates the amount of NOx contained in the exhaust gas discharged from the engine body 10. You may perform control of increasing more than before.

又、上記実施形態では、排気浄化装置40が有する各種センサの一例として、差圧センサ44、酸素濃度センサ45a、45b、及びNOx濃度センサ46a、46bを示した。但し、PMフィルタ42中のPM堆積量や酸化触媒41における未反応HCのスリップ状態を検知するための手法は、任意であって、他のセンサのセンサ情報を用いて演算処理により、間接的に求められてもよい。   Moreover, in the said embodiment, the differential pressure sensor 44, oxygen concentration sensor 45a, 45b, and NOx concentration sensor 46a, 46b were shown as an example of the various sensors which the exhaust gas purification apparatus 40 has. However, the method for detecting the PM accumulation amount in the PM filter 42 and the slip state of the unreacted HC in the oxidation catalyst 41 is arbitrary, and indirectly by calculation processing using sensor information of other sensors. It may be sought.

又、上記実施形態では、ECU47の構成の一例として、PM量推定部47a、フィルタ再生制御部47b及びヒータ制御部47cの機能が一のコンピュータによって実現されるものとして記載したが、複数のコンピュータによって実現されてもよいのは勿論である。他方、ECU47とエンジンECUの機能を一のECUによって実現してもよいのは勿論である。   In the above embodiment, as an example of the configuration of the ECU 47, the functions of the PM amount estimation unit 47a, the filter regeneration control unit 47b, and the heater control unit 47c are described as being realized by one computer. Of course, it may be realized. On the other hand, it is a matter of course that the functions of the ECU 47 and the engine ECU may be realized by one ECU.

又、上記実施形態では、内燃機関の排気浄化装置40の一例として、車両に適用する態様を示した。しかしながら、本発明に係る排気浄化装置40は、車両に限らず、船舶や航空機等、その他の内燃機関を備える装置にも適用し得るのは勿論である。   Moreover, in the said embodiment, the aspect applied to a vehicle was shown as an example of the exhaust gas purification apparatus 40 of an internal combustion engine. However, the exhaust emission control device 40 according to the present invention can be applied not only to a vehicle but also to a device including another internal combustion engine such as a ship or an aircraft.

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。   As mentioned above, although the specific example of this invention was demonstrated in detail, these are only illustrations and do not limit a claim. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.

本開示に係る内燃機関の排気浄化装置によれば、PMフィルタの強制再生の際に、PMフィルタにおけるPMの燃え残りを抑制することが可能である。   According to the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present disclosure, it is possible to suppress unburned PM in the PM filter during forced regeneration of the PM filter.

1 車両
10 エンジン本体
20 吸気通路
21 エアクリーナ
22 ターボチャージャ
23 吸気スロットルバルブ
30 排気通路
31 EGR装置
40 排気浄化装置
41 酸化触媒
42 PMフィルタ
43 電熱ヒータ
44 差圧センサ
45a、45b 酸素濃度センサ
46a、46b NOx濃度センサ
47 ECU
47a PM量推定部
47b フィルタ再生制御部
47c ヒータ制御部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vehicle 10 Engine main body 20 Intake passage 21 Air cleaner 22 Turbocharger 23 Intake throttle valve 30 Exhaust passage 31 EGR device 40 Exhaust purification device 41 Oxidation catalyst 42 PM filter 43 Electric heater 44 Differential pressure sensor 45a, 45b Oxygen concentration sensor
46a, 46b NOx concentration sensor 47 ECU
47a PM amount estimation unit 47b Filter regeneration control unit 47c Heater control unit

Claims (9)

内燃機関の排気浄化装置であって、
前記内燃機関の排気通路に上流側から下流側に向かって順に配設された酸化触媒及びPMフィルタと、
前記酸化触媒に隣接して配設された電熱ヒータと、
前記PMフィルタの強制再生の際、前記酸化触媒の外周部が昇温するように、前記電熱ヒータを制御する制御装置と、
を備える排気浄化装置。
An exhaust purification device for an internal combustion engine,
An oxidation catalyst and a PM filter disposed in order from the upstream side to the downstream side in the exhaust passage of the internal combustion engine;
An electric heater disposed adjacent to the oxidation catalyst;
A controller for controlling the electric heater so that the outer peripheral portion of the oxidation catalyst is heated during forced regeneration of the PM filter;
An exhaust purification device comprising:
前記制御装置は、前記強制再生の際、
前記酸化触媒における未反応HCのスリップ状態の発生を検知した場合には、前記電熱ヒータの前記制御を実行し、
前記未反応HCのスリップ状態の発生を検知していない場合には、前記電熱ヒータの前記制御を実行しない
請求項1に記載の排気浄化装置。
The control device, during the forced regeneration,
When the occurrence of a slip state of unreacted HC in the oxidation catalyst is detected, the control of the electric heater is executed,
The exhaust emission control device according to claim 1, wherein when the occurrence of a slip state of the unreacted HC is not detected, the control of the electric heater is not executed.
前記制御装置は、
前記酸化触媒の入口側と出口側それぞれで検知される酸素濃度に基づいて、前記酸化触媒においてHC酸化に使用された酸素量の実際値を算出すると共に、前記酸化触媒の上流側で噴射される燃料噴射量に基づいて、前記酸化触媒においてHC酸化に使用される酸素量の予測値を算出し、
前記実際値が、前記予測値よりも少ない場合、前記未反応HCのスリップ状態が発生していると判断する
請求項2に記載の排気浄化装置。
The controller is
Based on the oxygen concentration detected at the inlet side and the outlet side of the oxidation catalyst, the actual value of the amount of oxygen used for HC oxidation in the oxidation catalyst is calculated, and the upstream side of the oxidation catalyst is injected. Based on the fuel injection amount, calculate a predicted value of the oxygen amount used for HC oxidation in the oxidation catalyst
The exhaust emission control device according to claim 2, wherein when the actual value is smaller than the predicted value, it is determined that a slip state of the unreacted HC has occurred.
前記制御装置は、
前記酸化触媒の入口側と出口側それぞれに配設された酸素濃度センサのセンサ値、及び、前記酸化触媒の入口側と出口側それぞれに配設されたNOx濃度センサのセンサ値に基づいて、前記実際値を算出する
請求項3に記載の排気浄化装置。
The controller is
Based on the sensor value of the oxygen concentration sensor disposed on each of the inlet side and the outlet side of the oxidation catalyst, and the sensor value of the NOx concentration sensor disposed on each of the inlet side and the outlet side of the oxidation catalyst, The exhaust emission control device according to claim 3, wherein an actual value is calculated.
前記制御装置は、前記強制再生の際、
前記酸化触媒の外周部の温度が、前記酸化触媒がHC酸化を促進する活性化温度以上になるように、前記電熱ヒータの前記制御を実行する
請求項1乃至4のいずれか一項に記載の排気浄化装置。
The control device, during the forced regeneration,
The control of the electric heater is performed so that the temperature of the outer peripheral portion of the oxidation catalyst is equal to or higher than an activation temperature at which the oxidation catalyst promotes HC oxidation. Exhaust purification device.
前記制御装置は、更に、前記PMフィルタの連続再生の際、
前記酸化触媒の外周部におけるNOの酸化反応の低下を検知した場合、前記電熱ヒータを制御して、前記酸化触媒の外周部を加熱する
請求項1乃至5のいずれか一項に記載の排気浄化装置。
The control device is further configured to continuously regenerate the PM filter.
The exhaust gas purification according to any one of claims 1 to 5, wherein when a decrease in the oxidation reaction of NO at the outer peripheral portion of the oxidation catalyst is detected, the electric heater is controlled to heat the outer peripheral portion of the oxidation catalyst. apparatus.
前記電熱ヒータは、前記酸化触媒の外周部に隣接して配設された
請求項1乃至6のいずれか一項に記載の排気浄化装置。
The exhaust emission control device according to any one of claims 1 to 6, wherein the electric heater is disposed adjacent to an outer peripheral portion of the oxidation catalyst.
前記電熱ヒータは、前記酸化触媒に対して電流を通流させる電極対を含んで構成され、当該電流を用いた抵抗加熱によって、前記酸化触媒の外周部を加熱する
請求項1乃至7のいずれか一項に記載の排気浄化装置。
The electric heater is configured to include an electrode pair that allows current to flow to the oxidation catalyst, and heats the outer peripheral portion of the oxidation catalyst by resistance heating using the current. The exhaust emission control device according to one item.
請求項1乃至8のいずれか一項に記載の排気浄化装置を有する車両。   A vehicle comprising the exhaust emission control device according to any one of claims 1 to 8.
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