JP3565141B2 - Exhaust gas purification device for internal combustion engine - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来よりディーゼル機関においては、排気ガス中に含まれる煤等の微粒子を除去するために機関排気通路内にパティキュレートフィルタを配置する。そして、このパティキュレートフィルタにより排気ガス中の微粒子を一旦捕集し、パティキュレートフィルタ上に捕集した微粒子を除去することでパティキュレートフィルタの再生を図る。
【0003】
ところがパティキュレートフィルタ上で捕集した微粒子は600°C程度以上の高温にならないと着火せず、これに対してディーゼル機関の排気ガス温は通常、600°Cよりもかなり低い。したがって排気ガス熱でパティキュレートフィルタ上の微粒子を着火させるのは困難である。よって600°Cよりもかなり低い排気ガス熱でもパティキュレートフィルタ上に捕集した微粒子を着火させるためには微粒子の着火温度そのものを低くしなければならない。
【0004】
ところで、従来よりパティキュレートフィルタ上に触媒を担持すれば微粒子の着火温度を低下できることが知られており、それ故触媒を担持した種々のパティキュレートフィルタが公知となっている。
【0005】
例えば、特公平7−106290号公報はパティキュレートフィルタ上に白金族金属およびアルカリ土類金属酸化物の混合物を担持させたパティキュレートフィルタを開示する。この公報開示のパティキュレートフィルタは、ほぼ350°Cから400°Cの比較的低い温度でも微粒子の着火が可能であり、次いで運転状況にまかせた連続的な燃焼ができるというものである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
このように排気ガス温が通常は600°Cよりもかなり低いディーゼル機関であるけれども、負荷が高い場合には排気ガス温が350°Cから400°Cにまで達する。したがって前記公報開示のパティキュレートフィルタを適用したディーゼル機関であれば一見したところ、機関負荷が高くなったときに排気ガス熱で微粒子の着火燃焼ができるように見える。
【0007】
しかし排気ガス温が350°Cから400°Cに達したとしても実際には微粒子が着火しない場合がある。また、たとえ微粒子が着火したにしても一部の微粒子しか燃焼せず、多量の微粒子は燃え残るという問題を生ずる。
【0008】
排気ガス中に含まれる微粒子の量が少ないときにはパティキュレートフィルタ上に付着する微粒子量が少なく、よってこのときには排気ガス温が350°Cから400°Cになるとパティキュレートフィルタ上の微粒子は着火し、次いで連続的に燃焼する。しかし排気ガス中に含まれる微粒子の量が多いとパティキュレートフィルタ上に付着した微粒子が完全に燃焼する前にこの微粒子の上に別の微粒子が堆積し、パティキュレートフィルタ上に微粒子が積層状に堆積するようになる。すると活性酸素と接触しやすい一部の微粒子は燃焼するが、活性酸素と接触しづらい位置関係にある微粒子は燃焼せず、斯くして多量の微粒子が燃え残ることになる。
【0009】
したがって機関の運転状態によって排気ガス中に含まれる微粒子の量が多くなると、前記公報記載のパティキュレートフィルタを用いても当該パティキュレートフィルタ上に多量の微粒子が堆積し続けることになる。
【0010】
一方、パティキュレートフィルタ上に多量の微粒子が堆積すると、フィルタ上の微粒子は次第に着火燃焼しずらくなる。その原因はおそらく微粒子が堆積している間に微粒子中の炭素がグラファイト等の燃焼しづらい物質に変化するからである。
【0011】
事実、パティキュレートフィルタ上に多量の微粒子が堆積し続けると350°Cから400°Cの低温の排気ガスでは微粒子は着火せず、堆積した微粒子を着火するためには600°C以上の高温の排気ガスが必要となる。しかしながらディーゼル機関では前記のごとく通常は排気ガス温が600°C以上になることはない。よってパティキュレートフィルタ上に微粒子が堆積し続けると、堆積した微粒子を排気ガス熱で着火するのが困難になる。
【0012】
一方、排気ガス温を600°C以上の高温にすることができそれゆえ堆積した微粒子が着火したとしてもこの場合には別の問題を生ずる。即ち、600°C以上の高温で微粒子が着火すると微粒子は輝炎を発して燃焼するようになる。この結果、パティキュレートフィルタ上に堆積した微粒子の燃焼が完了するまでの長時間に亘って、パティキュレートフィルタは、その温度が800°C以上の高温になる。
【0013】
この結果パティキュレートフィルタが早期に劣化し、斯くしてパティキュレートフィルタを新品と早期に交換しなければならなくなる。
また、堆積した微粒子が燃焼すると燃えカスである灰分、即ちアッシュが凝縮して大きな塊となり、この塊によってパティキュレートフィルタの細孔が詰まって目詰まりを生ずるようになる。目詰まりした細孔の数は時間の経過と共に次第に増大する。よって、パティキュレートフィルタにおける排気ガス流の圧損が次第に大きくなりその結果機関出力が低下する。よってこの点から考慮してもパティキュレートフィルタを新品と早期に交換しなければならなくなる。
【0014】
このように多量の微粒子が一旦積層状に堆積してしまうと上述の如き種々の問題を生じる。したがって排気ガス中に含まれる微粒子の量とパティキュレートフィルタ上で燃焼しうる微粒子量とのバランスを考慮し、微粒子が積層上に堆積しないようにする必要がある。
【0015】
しかし、触媒付きパティキュレートフィルタを排気管に設け、排気浄化を機関の運転状況にまかせた成り行きの連続燃焼処理がなされたのでは上記問題を必ずしも回避することはできない。
【0016】
そこで、運転状況に拘わらずできるだけ微粒子の連続燃焼が可能となるように、浄化装置のパティキュレートフィルタに対して排気流の上流側と下流側とから交互に切換えて排気を流れるようにすれば、パティキュレートフィルタの両側面に微粒子が堆積するようになる。このようにすると微粒子の単位面積あたりの堆積量を減らすことができ、また、排気ガス流の切換えにより、堆積する微粒子を撹乱して飛ばすことができ、さらに、フィルタ基材内部に活性酸素放出剤を設けるならば、微粒子が内部を動き回って、活性酸素放出剤と接触する機会が増え、酸化しうる微粒子量を増やすことができる。
【0017】
しかしこのようにしても排気ガス温度が前記した微粒子燃焼可能温度に常になっているとは限らず、また、運転状態によってはディーゼル機関から多量の微粒子が放出されることもある。よって、そのような場合には、短時間で消失できなかった微粒子がパティキュレートフィルタ上に徐々に堆積してしまう。
【0018】
そして、堆積が進んである程度堆積すると、微粒子を酸化する能力が極端に低下し、そのままの状態で排気ガスをパティキュレートフィルタに流すとさらに微粒子の堆積が進行しパティキュレートフィルタの再生が困難になる。このため、パティキュレートフィルタの微粒子酸化能力が極端に低下しないうちにパティキュレートフィルタを再生することが重要となる。
【0019】
ところがこれまでの技術では、パティキュレートフィルタの微粒子酸化能力が極端に低下する前に微粒子の堆積量を正確に測定したり推定したりする技術がなかった。
【0020】
また、前記公報記載のパティキュレートフィルタでは排気ガス温が350°C以下になると微粒子は着火しないので微粒子がパティキュレートフィルタに堆積する。微粒子の堆積量が少なければ排気ガス温が350°Cから400°Cでも微粒子を燃焼できるけれども微粒子が積層状に堆積してしまうほどに多量であると、もはや350°Cから400°Cの温度では微粒子に着火することはできず、たとえできたとしてもそれは一部の微粒子に過ぎない。よって堆積した大半の微粒子は燃え残ってしまう。
【0021】
本発明は、以上の点に鑑みなされたもので、その解決しようとする課題は、脱離スモーク量から微粒子のフィルタへの堆積量を推定し、微粒子がフィルタ上に積層状に堆積してしまう前に排気ガス温を上昇させて微粒子を燃焼し、フィルタの再生が不能になるような事態を回避できる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
【0022】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために本発明の内燃機関の排気昇温装置は、次の手段を採用した。
【0023】
すなわち、本発明内燃機関の排気浄化装置は、排気ガス中に含まれる微粒子を除去するために機関排気通路内に配置したフィルタにより排気ガス中の微粒子を一旦捕集し、この捕集した微粒子を酸化除去して前記フィルタの再生を図る内燃機関の排気浄化装置において、前記フィルタは、内燃機関が排出する単位時間当たりの機関排出微粒子量が前記フィルタによる単位時間当たりの酸化除去可能微粒子量よりも少ない時は前記捕集した微粒子を輝炎が生じない状態で酸化除去するフィルタであって、前記機関排気通路のうち前記フィルタの下流側に設置し当該設置個所における排気ガスに含まれる微粒子の濃度を検出する微粒子濃度センサと、この微粒子濃度センサの出力値が特定の設定値を超えた時に前記フィルタ上の微粒子の酸化除去を促進する酸化除去促進手段と、を有する。
【0024】
ここで、内燃機関全体の制御を行うECUについて簡単に述べるとともに、本発明の構成要素についての説明を行う。
ECUは、周知のごとくデジタルコンピュータからなり、双方向性バスによって相互に接続した、中央処理制御装置CPU,読み出し専用メモリROM,ランダムアクセスメモリRAM,バックアップRAM,入力ポート,出力ポート等から構成される。
【0025】
入力ポートは、内燃機関や車輌に取り付けた各種センサと電気的に接続され、これら各種センサの出力信号が入力ポートからECU内に入るとこれら各センサに係るパラメータは一時的にランダムアクセスメモリRAMに記憶される。
【0026】
そして、これらのパラメータに基づいてCPUが必要とする演算処理を行うが、この演算処理の実行にあたり、CPUは双方向性バスを通じてランダムアクセスメモリRAMに記憶しておいた前記パラメータを必要に応じて呼び出す。
【0027】
「フィルタ」は、排気ガス中に含まれる煤等の微粒子を除去するパティキュレートフィルタが好適である。
「微粒子濃度センサ」は排気ガス中に含まれる微粒子の濃度を検出する、周知のスモークセンサ,透過式スモークメータ,オパシメータ等を例示できる。
【0028】
「設定値を越えた時」について述べると、設定値の一例としていわゆるしきい値を例示できる。しきい値とは周知のごとくある特定の過程が起こるに必要な最低値のことである。本発明の場合で述べれば微粒子がフィルタ上で積層状に堆積するのに必要な排出スモーク濃度の最低値、換言すれば堆積微粒子量が増大し続け、その堆積量がある量以上になると堆積した微粒子の酸化除去がすみやかにできなくなる限界の微粒子量のことである。前記排出スモーク濃度とは、機関排気通路のうちフィルタの設置してある個所よりも下流に流れてしまったスモークが排気ガスに占める割合(いわゆる脱離スモーク濃度)を意味する。
【0029】
このような場合の排出スモーク濃度は内燃機関の種類やこの内燃機関が搭載される車種によって異なるが、微粒子濃度センサの出力値が瞬間値で例えば15パーセントを越えた場合を挙げられる。
【0030】
また、設定値を越えた場合の他の例としては、機関運転条件に拘わらずある一定の時間や距離を車輌が走行した場合の排出スモーク濃度の平均値がしきい値を越えた場合を挙げられる。
【0031】
「酸化除去促進手段」としては、ECUのROMに記憶され、酸化除去促進のための実行ルーチンであるアプリケーションプログラムを例示できる。具体的には、フィルタに捕集された微粒子を熱利用によって定期的に酸化すべく排気ガス熱を昇温するための昇温制御実行用のアプリケーションプログラムや電気ヒータ等の電熱手段を作動するアプリケーションプログラムを例示できる。
【0032】
前記昇温制御の実行をするための手段としては、例えば燃料噴射弁や吸気通路に設置される吸気絞り弁を挙げられる。燃料噴射弁が噴出する燃料噴射量や吸気絞り弁の制御によって吸気通路を流れる吸気の量が変化することで気筒内で燃焼する燃料量が決まり、延いては排気ガスの温度が変化する。これらのプログラムを記憶するROMの属性はECUにあるので、ECUを酸化除去促進手段といえる。
【0033】
したがって酸化除去促進手段は、フィルタ温度を昇温させるものということができる。
また、フィルタ温度は、温度センサ等の温度検出手段によって測定される。
【0034】
さらに、酸化除去促進手段の他の例として、フィルタ内を流通する排気ガスの流れを逆転させるものを挙げられる。逆転させるとは、フィルタに対してその一方側から流していた排気ガスを他方側から流れるように排気ガスの流れの向きをそれまでの流れの向きに対して反対側から流すことをいう。排気ガスをフィルタの一方側から流すことおよびその他方側から流すことをそれぞれ便宜上順流および逆流ということにする。
【0035】
フィルタに対して排気ガスの流れを逆転させることで、煤などの微粒子がフィルタの基材内を動き回るようになるので、微粒子の酸化を促進して微粒子の浄化を効率よく行うことができるようになる。このように排気ガスの流れの向きを逆転させる手段のことを「排気流切換手段」という。
【0036】
この排気流切換手段を本発明に適用した場合を次に示す。
すなわち、排気ガス中に含まれる微粒子を除去するために機関排気通路内に配置したフィルタにより排気ガス中の微粒子を一旦捕集し、この捕集した微粒子を酸化除去して前記フィルタの再生を図る内燃機関の排気浄化装置において、前記フィルタは、内燃機関が排出する単位時間当たりの機関排出微粒子量が前記フィルタによる単位時間当たりの酸化除去可能微粒子量よりも少ない時は前記捕集した微粒子を輝炎が生じない状態で酸化除去するフィルタであって、前記機関排気通路のうち前記フィルタの下流側に設置し当該設置個所における排気ガスに含まれる微粒子の濃度を検出する微粒子濃度センサと、前記フィルタの一方側から他方側に向けて排気ガスを流す第1の流れおよび前記他方側から前記一方側に向けて排気ガスを流す第2の流れを交互に切換える排気流切換手段と、前記微粒子濃度センサの出力値が特定の設定値を超えた時に前記フィルタ上の微粒子の酸化除去を促進する酸化除去促進手段と、を有するというものである。
【0037】
更に詳しく述べると、排気切換手段が作動した直後、フィルタに堆積した微粒子は反対側からの流れによって剥離されやすくなり、一気にフィルタから排出されることになる。従って、このときの微粒子濃度センサの出力値を検出することで、フィルタにどの程度微粒子が堆積していたか判断できる。この微粒子濃度センサの出力値が設定値を超えたときには、酸化促進手段が作動するように制御させる。
【0038】
「排気流切換手段」は、前記排気通路のうち前記フィルタの設置個所よりも上流箇所に設けた排気切換弁と、この排気切換弁および前記フィルタの前記一方側ならびに前記排気切換弁および前記他方側をそれぞれ結ぶ一対の連通路と、前記排気切換弁の切換制御を行う制御手段とを有するものがよい。
【0039】
前記排気切換弁は、アクチュエータ等の駆動装置によって作動する弁体を有し、この弁体の開閉に応じて前記一対の連通路のうちフィルタの前記一方側とを結ぶ一方の連通路にまたはフィルタの他方側とを結ぶ他方の連通路に向けて、フィルタに向けて排気通路を流れてきた排気ガスを内燃機関が減速するごと,適宜の所定時間ごと,適宜の所定走行距離ごと等、必要に応じて分岐させる弁装置である。
【0040】
前記制御手段とは、内燃機関の制御実行用の各種ルーチンを実現するために前記ROMに記憶してある各種アプリケーション・プログラムのうちの一つである。また、当該制御手段に係るプログラムを記憶するROMの属性はECUにあるので、ECUを制御手段といえる。
【0041】
出力ポートは、前記排気切換弁等の各種作動装置と電気的に接続されており、前記各種センサのうち必要なセンサの出力信号に基づいて各種作動装置を作動するためのものである。
【0042】
そして前記排気切換弁が前記CPUの演算結果に基づいて作動制御されると、前記一対の連通路のうち、排気切換弁およびフィルタの一方側を結ぶ一方の連通路に排気ガスの第1の流れを生ずるようにし、または排気切換弁およびフィルタの他方側を結ぶ他方の連通路に排気ガスの第2の流れを生ずるようにする。
【0043】
このような構成の本発明では、微粒子濃度センサによって微粒子の堆積量を推定し、当該推定された値(微粒子濃度センサによる検出値)が、前記設定値を超えるだけの濃度値である時は、酸化除去促進手段を作動する。よってフィルタの再生ができないほどに微粒子が堆積してしまわないうちに微粒子を燃焼できるので、パティキュレートフィルタの再生が不能になるような事態を回避できる。
【0044】
また、排気流切換手段は、前記のごとく酸化除去促進手段としても機能するので、排気流切換手段によってフィルタ内を流通する排気ガスの流れを逆転したときに微粒子濃度センサによる検出値が前記しきい値を越えていると判明したときは、排気流切換手段の構成部材である排気切換弁の切り替えを頻繁に行って微粒子の酸化を促進し、よって、微粒子の浄化を効率よく行うことで酸化除去促進手段としての機能を高めてもよいが、併せて酸化除去促進手段として前記のごとく昇温制御実行用のアプリケーションプログラムや電気ヒータ等の電熱手段を作動するアプリケーションプログラムの実行により酸化除去の促進を図ってもよい。
【0045】
このようにすると酸化除去能力が倍加され一層効率がよくなる。
さらに、本発明は、排気ガス中に含まれる微粒子を除去するために機関排気通路内に配置したフィルタにより排気ガス中の微粒子を一旦捕集し、この捕集した微粒子を酸化除去して前記フィルタの再生を図る内燃機関の排気浄化装置において、前記フィルタは、内燃機関から排出される単位時間当たりの機関排出微粒子量が前記フィルタによる単位時間当たりの酸化除去可能微粒子量よりも少ない時は前記捕集した微粒子を輝炎を生じさせずに酸化除去するフィルタであって、前記機関排気通路のうち前記フィルタの下流側に設置され当該設置個所における排気ガスに含まれる微粒子の濃度を検出する微粒子濃度センサと、この微粒子濃度センサの出力値が特定の設定値を超えた時に前記フィルタの一方側から他方側に向けて排気ガスを流す第1の流れおよび前記他方側から前記一方側に向けて排気ガスを流す第2の流れを交互に切換える排気流切換手段と、前記微粒子濃度センサの出力値が特定の設定値を超えた時に前記フィルタをバイパスさせた状態で前記機関排気通路に排気ガスを流すバイパス手段と、を有するようにしてもよい。
【0046】
この場合も微粒子濃度センサの出力値を瞬間値でまたは時間や距離の所定間隔における平均値で求め、これらの値が前記特定の設定値を超えた場合に前記酸化除去促進手段を作動するようにしてもよい。
【0047】
「バイパス手段」は、機関排気通路の一部を適用するのが好適である。
フィルタが微粒子を連続的に酸化除去できる許容量はある程度決まっており、この許容量を越えると、微粒子の堆積が一気に増えるため、このような状況下では、排気ガスをバイパスさせ、現在堆積している以上の微粒子の堆積を防ぐ。バイパスされている間、時間をかけて酸化が徐々に促進される。
【0048】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付した図面に基いて説明する。
<装置構成の概要>
図1は本発明を圧縮着火式内燃機関に適用した場合を示している。なお、本発明は火花点火式内燃機関にも適用することもできる。
【0049】
図1を参照すると、1は機関本体、2はシリンダブロック、3はシリンダヘッド、4はピストン、5は燃焼室、6は電気制御式燃料噴射弁、7は吸気弁、8は吸気ポート、9は排気弁、10は排気ポートを夫々示す。
【0050】
吸気ポート8は対応する吸気枝管11を介してサージタンク12に連結され、サージタンク12は吸気ダクト13を介して排気ターボチャージャ14のコンプレッサ15に連結される。
【0051】
吸気ダクト13内にはステップモータ16により駆動するスロットル弁17を配置し、更に吸気ダクト13周りには吸気ダクト13内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置18を配置する。図1に示す実施例では機関冷却水が冷却装置18内に導びかれ、機関冷却水によって吸入空気を冷却する。
【0052】
一方、排気ポート10は排気マニホールド19および排気管20を介して排気ターボチャージャ14の排気タービン21に連結され、排気タービン21の出口はパティキュレートフィルタ22を内蔵したケーシング23を有する排気浄化装置Aに連結される。
【0053】
排気マニホールド19とサージタンク12とは排気ガス再循環(以下、EGRと称す)通路24を介してお互いに連結され、EGR通路24には電気制御式EGR制御弁25を配置してある。
【0054】
また、EGR通路24周りにはEGR通路24内を流れるEGRガスを冷却するための冷却装置26を配置してある。図1に示す実施例では機関冷却水を冷却装置26内に導びき、機関冷却水によってEGRガスを冷却する。
【0055】
一方、燃料噴射弁6は、燃料供給管6aを介して燃料リザーバ、いわゆるコモンレール27に連結してある。
コモンレール27内へは電気制御式の吐出量可変な燃料ポンプ28が燃料を供給し、コモンレール27内に供給した燃料を燃料供給管6aを介して燃料噴射弁6に供給する。コモンレール27にはコモンレール27内の燃料圧を検出するための燃料圧センサ29を取付けてあり、燃料圧センサ29の出力信号に基づいてコモンレール27内の燃料圧が目標燃料圧となるように燃料ポンプ28の吐出量を制御する。
【0056】
電子制御ユニット(以下「ECU」)30はデジタルコンピューターからなり、双方向性バス31によって互いに接続したROM(リードオンリメモリ)32、RAM(ランダムアクセスメモリ)33、CPU(マイクロプロセッサ)34、入力ポート35および出力ポート36を具備する。
【0057】
燃料圧センサ29の出力信号は対応するAD変換器37を介して入力ポート35に入力される。
また、パティキュレートフィルタ22にはパティキュレートフィルタ22の内部温度を検出する温度検出手段としての温度センサ39を取付け、温度センサ39の出力信号は対応するAD変換器37を介して入力ポート35に入力される。
【0058】
アクセルペダル40にはアクセルペダル40の踏込み量L(図2参照)に比例した出力電圧を発生する負荷センサ41が接続され、負荷センサ41の出力電圧は対応するAD変換器37を介して入力ポート35に入力される。更に入力ポート35にはクランクシャフトが例えば30°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ42を接続してある。
【0059】
一方、出力ポート36は対応する駆動回路38を介して燃料噴射弁6、スロットル弁駆動用ステップモータ16、EGR制御弁25,燃料ポンプ28及び後で述べるアクチュエータ72に接続される。
【0060】
図2(A)は要求トルクTQと、アクセルペダル40の踏み込み量Lと、機関回転数Nとの関係を示している。なお、図2(A)において各曲線は等トルク曲線を表しており、TQ=0で示す曲線はトルクが零であることを示しており、残りの曲線はTQ=a,TQ=b,TQ=c,TQ=dの順に次第に要求トルクが高くなることを示す。
【0061】
図2(A)に示す要求トルクTQは図2(B)に示すようにアクセルペダル40の踏込み量Lと機関回転数Nの関数としてマップの形で予めROM32内に記憶してある。本実施形態では図2(B)に示すマップからアクセルペダル40の踏込み量Lおよび機関回転数Nに応じた要求トルクTQをまず初めに算出し、この要求トルクTQに基づいて燃料噴射量等を算出する。
<排気浄化装置の構造>
排気浄化装置Aは、図1、図3、図4に示したように、排気タービン21の出口側で機関排気通路としての排気管70を接続してある。
【0062】
この排気管70から分岐して、パティキュレートフィルタ22を内蔵したケーシング23におけるパティキュレートフィルタ22の一方の面(一方側)と他方の面(他方側)とにそれぞれ接続する第1の排気通路76と第2の排気通路77とを設けてある。
【0063】
さらに、排気管70は、第1の排気通路76と第2の排気通路77の分岐点からパティキュレートフィルタ22を通過せずにそのまま排気ガスを排出する、パティキュレートフィルタ22に対してバイパスするバイパス手段としてのバイパス通路73を含む。
【0064】
そして、第1の排気通路76と第2の排気通路77の分岐点、すなわち排気管70のうちパティキュレートフィルタ22の設置個所よりも上流側の箇所には、排気切換弁71を設置してある。排気切換弁71は、アクチュエータ72によって駆動する弁体71aを備え、この弁体71aの動く位置に応じて、第1の排気通路76を選択してパティキュレートフィルタ22の一方側から他方側に向けて排気ガスを流す第1の流れ(順流)と、第2の排気通路77を選択してパティキュレートフィルタ22の他方側から一方側に向けて排気ガスを流す第2の流れ(逆流)とを、交互に切換えるようになっている。
【0065】
ここで、パティキュレートフィルタ22を収容するケーシング23は、バイパス通路73を形成する排気管70の真上に位置するよう配置され、そのケーシング23の両側に排気管70から排気切換弁71を介して分岐した第1の排気通路76と第2の排気通路77が接続される形となっている。すなわち、第1の排気通路76と第2の排気通路77は、排気切換弁71およびパティキュレートフィルタ22の前記一方側ならびに排気切換弁71およびパティキュレートフィルタ22の前記他方側をそれぞれ結ぶ一対の連通路ということができる。
【0066】
また、排気管70のうち排気浄化装置Aの上流側近傍および下流側近傍には、それぞれ圧力センサ100およびスモークセンサ102を設置してある。圧力センサ100は、排気浄化装置Aの上流側排気圧を検出し、スモークセンサ102は微粒子濃度センサとして排気浄化装置Aの下流側の排気ガスに含まれる微粒子の濃度を検出する。なおスモークセンサ102の代わりに周知の透過式スモークメータやオパシメータ等を用いてもよい。圧力センサ100およびスモークセンサ102の出力信号をそれぞれ対応するAD変換器37を介して入力ポート35に入力する。
【0067】
しかして、排気切換弁71は、前記温度センサ39によって検出したフィルタ温度,圧力センサ100によって検出した排気圧力,スモークセンサ102によって検出した排気ガスに含まれる微粒子の濃度等、機関の運転状態を示す出力信号に応じて前記第1の流れまたは第2の流れをパティキュレートフィルタ22内に生じさせるべく前記切り換えを行う。この切り換えは、機関が減速するごと,適宜の所定時間ごと,適宜の所定走行距離ごとなどの必要時に為される。
【0068】
排気切換弁71による当該切り換えは、ECU30によって制御される。
そして、ケーシング23内のパティキュレートフィルタ22は、排気ガスの通過方向を長さ方向とした場合、長さ方向に直交する幅方向の長さが、長さ方向の長さより長くなっている。このような構成とすることで、パティキュレートフィルタ22を内包するケーシング23からなる排気浄化装置Aの車両への搭載スペースを省スペース化することができる。
【0069】
アクチュエータ72は、ECU30のCPU34上に実現される制御手段75によって駆動制御されるものであり、出力ポート36からの制御信号によって駆動する。また、アクチュエータ72は、内燃機関の駆動に伴って形成される負圧により駆動するもので、負圧を加えないときに第1の排気通路76を選択する位置(順流位置)に弁体71aを制御し、第1の負圧を加えたときに弁体71aを中立位置に制御し、第1の負圧よりも強い第2の負圧を加えたときに第2の排気通路77を選択する位置(逆流位置)に弁体71aを制御する。
【0070】
弁体71aが図3の破線で示す順流位置にあるとき、排気切換弁71は、排気管70を第1の排気通路76に接続するとともに、第2の排気通路77をバイパス通路73に接続するので、排気ガスは、排気管70→第1の排気通路76→パティキュレートフィルタ22→第2の排気通路77→バイパス通路73の順に流れて、大気に放出される。
【0071】
弁体71aが、図3の実線で示す逆流位置にあるとき、排気切換弁71は、排気管70を第2の排気通路77に接続するとともに、第1の排気通路76をバイパス通路73に接続するので、排気ガスは、排気管70→第2の排気通路77→パティキュレートフィルタ22→第1の排気通路76→バイパス通路73の順に流れて、大気に放出される。
【0072】
弁体71aが、排気管70の軸線に平行となった中立位置にあるとき、排気切換弁71は、排気管70を直接バイパス通路73に接続するので、排気ガスは、排気管70からパティキュレートフィルタ22を通過しないでバイパス通路73に流れて、大気に放出される(図12参照)。
【0073】
このように、弁体71aの切換えにより、順流・逆流を繰り返すことで、煤などの微粒子がパティキュレートフィルタ22の基材内を動き回るので、煤などの微粒子の酸化を促進し、よって、微粒子の浄化を効率よく行うことができる。
【0074】
また、排気切換弁71の作動制御実行ルーチンを構成する図示しないプログラムはECU30のROMに記憶され、ROMの属性はECU30にあるので、排気切換弁71の作動制御を行う当該プログラムの属するECU30のことを排気切換弁71の切換制御を行う制御手段ということにする。
【0075】
そして、排気切換弁71の切換制御を行う制御手段であるECU30,排気切換弁71,一対の連通路である第1の排気通路76,第2の排気通路77を少なくとも含むものを排気流切換手段ということにする。
【0076】
<パティキュレートフィルタの構造と微粒子の連続酸化処理>
図5(A)は、パティキュレートフィルタ22に一方向からのみ排気ガスを流す場合のイメージ図であり、微粒子はパティキュレートフィルタの一方の面にのみ蓄積して動かず、排気ガスの圧損上昇の原因となるだけでなく、煤などの微粒子の浄化を妨げる。
【0077】
図5(B)は、パティキュレートフィルタ22に双方向から排気ガスを流す場合のイメージ図であり、微粒子はパティキュレートフィルタの両面で順流方向と逆流方向に撹乱されるので、パティキュレートフィルタ22の両面で、あるいは、基材内部で動き回り、フィルタ基材全体の活性点を利用して煤などの微粒子の酸化を促進することができ、パティキュレートフィルタ22に微粒子が蓄積するのをより少なくすることができる。よって、排気ガスの圧損上昇を避けることができる。
【0078】
図6にパティキュレートフィルタ22の構造を示す。なお、図6において(A)はパティキュレートフィルタ22の正面図を示しており、(B)はパティキュレートフィルタ22の側面断面図を示している。図6(A)および(B)に示したようにパティキュレートフィルタ22はハニカム構造をなしており、互いに平行をなして延びる複数個の排気流通路として排気ガス流入通路50および排気ガス流出通路51を具備するいわゆるウォールフロー型である。
【0079】
前記排気流通路は下流端が栓52により閉塞した排気ガス流入通路50と、上流端が栓53により閉塞した排気ガス流出通路51とにより構成する。なお、図6(A)においてハッチングを付した部分は栓53を示している。
【0080】
したがって、排気ガス流入通路50および排気ガス流出通路51は薄肉の隔壁54を介して交互に配置される。換言すると排気ガス流入通路50および排気ガス流出通路51は各排気ガス流入通路50が4つの排気ガス流出通路51によって包囲され、各排気ガス流出通路51が5つの排気ガス流入通路50によって包囲されるように配置する。
【0081】
パティキュレートフィルタ22は例えばコージライトのような多孔質材料から形成してある。したがって排気ガス流入通路50内に流入した排気ガスは図6(B)において矢印で示すように周囲の隔壁54内を通って隣接する排気ガス流出通路51内に流出する。
【0082】
本実施形態では各排気ガス流入通路50および各排気ガス流出通路51の周壁面、即ち各隔壁54の両側表面上および隔壁54内の細孔内壁面上には例えばアルミナからなる担体の層を形成しており、この担体上に貴金属触媒、および周囲に過剰酸素が存在すると酸素を取込んで酸素を保持しかつ周囲の酸素濃度が低下すると保持した酸素を活性酸素の形で放出する活性酸素放出剤を担持している。
【0083】
この場合、本実施形態では貴金属触媒として白金Ptを用いており、活性酸素放出剤としてカリウムK、ナトリウムNa、リチウムLi、セシウムCs、ルビジウムRbのようなアルカリ金属、バリウムBa、カルシウムCa、ストロンチウムSrのようなアルカリ土類金属、ランタンLa、イットリウムYのような希土類、および遷移金属から選んだ少くとも一つを用いている。
【0084】
なお、この場合活性酸素放出剤としてはカルシウムCaよりもイオン化傾向の高いアルカリ金属又はアルカリ土類金属、即ちカリウムK、リチウムLi、セシウムCs、ルビジウムRb、バリウムBa、ストロンチウムSrを用いることが好ましい。
【0085】
次にパティキュレートフィルタ22による排気ガス中の微粒子除去作用について担体上に白金PtおよびカリウムKを担持した場合を例にとって説明するが他の貴金属、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類、遷移金属を用いても同様な微粒子除去作用がある。
【0086】
図1に示したような圧縮着火式内燃機関では空気過剰のもとで燃焼を行い、したがって排気ガスは過剰な空気を含んでいる。即ち、吸気通路、燃焼室5および排気通路内に供給した空気と燃料との比を排気ガスの空燃比と称すると図1に示したような圧縮着火式内燃機関では排気ガスの空燃比はリーンとなっている。
【0087】
また、燃焼室5内ではNOが発生するので排気ガス中にはNOを含む。さらに燃料中にはイオウSを含んでおり、このイオウSは燃焼室5内で酸素と反応してSO となる。したがって排気ガスにはSO が含まれる。したがって過剰酸素、NOおよびSO を含んだ排気ガスがパティキュレートフィルタ22の排気ガス流入通路50内に流入することになる。
【0088】
図7(A)および(B)は排気ガス流入通路50の内周面および隔壁54内の細孔内壁面上に形成した担体層の表面の拡大図を模式的に表わす。なお、図7(A)および(B)において60は白金Ptの粒子を示しており、61はカリウムKを含んでいる活性酸素放出剤を示している。
【0089】
上述したように排気ガス中には多量の過剰酸素を含んでいるので排気ガスがパティキュレートフィルタ22の排気ガス流入通路50内に流入すると、図7(A)に示したようにこれら酸素Oが、O 又はO2−の形で白金Ptの表面に付着する。
【0090】
一方、排気ガス中のNOは白金Ptの表面上でO 又はO2−と反応し、NOとなる(2NO+O→2NO)。次いで生成されたNOの一部は白金Pt上で酸化しつつ活性酸素放出剤61内に吸収され、カリウムKと結合しながら図7(A)に示したように硝酸イオンNO の形で活性酸素放出剤61内に拡散し、一部の硝酸イオンNO は硝酸カリウムKNOを生成する。
【0091】
また、上述したように排気ガス中にはSOも含んでおり、このSOもNOと同様なメカニズムによって活性酸素放出剤61内に吸収される。即ち、上述したように酸素OがO 又はO2−の形で白金Ptの表面に付着しており、排気ガス中のSOは白金Ptの表面でO 又はO2−と反応してSOとなる。
【0092】
次いで生成されたSOの一部は白金Pt上で更に酸化しつつ活性酸素放出剤61内に吸収され、カリウムKと結合しながら硫酸イオンSO 2−の形で活性酸素放出剤61内に拡散し、硫酸カリウムKSOを生成する。このようにして活性酸素放出触媒61内には硝酸カリウムKNOおよび硫酸カリウムKSOを生成する。
【0093】
さらに、燃焼室5内においては主にカーボンCからなる微粒子を生成し、したがって排気ガス中にはこれら微粒子が含まれる。排気ガス中に含まれているこれら微粒子は排気ガスがパティキユレートフィルタ22の排気ガス流入通路50内を流れているときに、或いは排気ガス流入通路50から排気ガス流出通路51に向かうときに図7(B)において符合62で示したように担体層の表面、例えば活性酸素放出剤61の表面上に接触し付着する。
【0094】
このように微粒子62が活性酸素放出剤61の表面上に付着すると微粒子62と活性酸素放出剤61との接触面では酸素濃度が低下する。すると酸素濃度の高い活性酸素放出剤61内との間で濃度差が生じ、斯くして活性酸素放出剤61内の酸素が微粒子62と活性酸素放出剤61との接触面に向けて移動しようとする。 その結果、活性酸素放出剤61内に形成した硝酸カリウムKNOがカリウムKと酸素OとNOとに分解され、酸素Oが微粒子62と活性酸素放出剤61との接触面に向かい、NOが活性酸素放出剤61から外部に放出される。
【0095】
外部に放出されたNOは下流側の白金Pt上において酸化し、再び活性酸素放出剤61内に吸収される。
このとき活性酸素放出剤61内に形成した硫酸カリウムKSOもカリウムKと酸素OとSOとに分解され、酸素Oが微粒子62と活性酸素放出剤61との接触面に向かい、SOが活性酸素放出剤61から外部に放出される。
【0096】
外部に放出されたSOは下流側の白金Pt上において酸化し、再び活性酸素放出剤61内に吸収される。
ただし、硫酸カリウムKSOは安定化しているため、硝酸カリウムKNOに比べて、活性酸素は放出しづらい。
【0097】
一方、微粒子62と活性酸素放出剤61との接触面に向かう酸素Oは、硝酸カリウムKNO や硫酸カリウムKSOのような化合物から分解された酸素である。
【0098】
化合物から分解された酸素Oは高いエネルギを有しており、極めて高い活性を有する。したがって微粒子62と活性酸素放出剤61との接触面に向かう酸素は活性酸素Oとなっている。これら活性酸素Oが微粒子62に接触すると微粒子62は短時間のうちに輝炎を発することなく酸化し、微粒子62はほとんど消滅する。したがって微粒子62はパティキュレートフィルタ22上に堆積することがない。
【0099】
従来のようにパテイキュレートフイルタ22上に積層状に堆積した微粒子が燃焼するときにはパティキュレートフィルタ22が赤熱し、火炎を伴って燃焼する。このような火炎を伴う燃焼は高温でないと持続せず、したがってこのような火炎を伴う燃焼を持続させるためにはパティキュレートフィルタ22の温度を高温に維持しなければならない。
【0100】
これに対して本実施形態では微粒子62は上述したように輝炎を発することなく酸化し、このときパティキュレートフィルタ22の表面が赤熱することもない。即ち、本発明では従来に比べてかなり低い温度でも微粒子62を酸化除去する。
【0101】
したがって本実施形態による輝炎を発しない微粒子62の酸化による微粒子除去作用は、火炎を伴う従来の燃焼による微粒子除去作用と全く異なっている。
また、微粒子の酸化による微粒子除去作用はかなり低温で行われる。したがってパティキュレートフィルタ22の温度はさほど上昇せず、斯くしてパティキュレートフィルタ22が劣化する危険性はほとんどない。また、パティキュレートフィルタ22上に微粒子がほとんど堆積しないので微粒子の燃えカスであるアッシュが凝集する危険性が少なく、したがってパティキュレートフィルタ22が目詰まりする危険性も少なくなる。
【0102】
ところでこの目詰まりは主に硫酸カルシウムCaSOによって生ずる。即ち、燃料や潤滑油はカルシウムCaを含んでおり、したがって排気ガス中にカルシウムCaを含む。このカルシウムCaはSOが存在すると硫酸カルシウムCaSOを生成する。この硫酸カルシウムCaSOは固体であって高温になっても熱分解しない。したがって硫酸カルシウムCaSOを生成し、この硫酸カルシウムCaSOによってパティキュレートフィルタ22の細孔を閉塞すると目詰まりを生ずることになる。
【0103】
しかしながらこの場合、活性酸素放出剤61としてカルシウムCaよりもイオン化傾向の高いアルカリ金属又はアルカリ土類金属、例えばカリウムKを用いると活性酸素放出剤61内に拡散するSOはカリウムKと結合して硫酸カリウムKSOを形成し、カルシウムCaはSOと結合することなくパティキュレートフィルタ22の隔壁54を通過して排気ガス流出通路51内に流出する。
【0104】
したがってパティキュレートフィルタ22の細孔が目詰まりすることがなくなる。よって前述したように活性酸素放出剤61としてはカルシウムCaよりもイオン化傾向の高いアルカリ金属又はアルカリ土類金属、即ちカリウムK、リチウムLi、セシウムCs、ルビジウムRb、バリウムBa、ストロンチウムSrを用いることが好ましいことになる。
【0105】
ところで白金Ptおよび活性酸素放出剤61はパティキュレートフィルタ22の温度が高くなるほど活性化するので単位時間当りに活性酸素放出剤61が放出しうる活性酸素Oの量はパティキュレートフィルタ22の温度が高くなるほど増大する。したがってパティキュレートフィルタ22上において単位時間当りに輝炎を発することなく当該パティキュレートフィルタ22による酸化除去可能な微粒子量(パティキュレートフィルタ22による単位時間当たりの酸化除去可能微粒子量:以下単に「酸化除去可能微粒子量」)は、パティキュレートフィルタ22の温度が高くなるほど増大する。
【0106】
図8は縦軸に単位時間当りの酸化除去可能微粒子量Gをとり横軸にパティキュレートフィルタ22の温度TFをとってなる、酸化除去可能微粒子量G−パティキュレートフィルタ温度TF図である。
【0107】
そして、単位時間当りに燃焼室5が排出する微粒子の量を機関排出微粒子量Mとすると、この機関排出微粒子Mが酸化除去可能微粒子Gよりも少ない領域を符号Iで示し、機関排出微粒子Mが酸化除去可能微粒子Gよりも多い運転領域を符号IIで示す。
【0108】
図8の領域Iでは燃焼室5から排出した全ての微粒子がパティキュレートフィルタ22に接触するや否や当該捕集した微粒子を短時間のうちにパティキュレートーフィルタ22上において輝炎を生ぜずに酸化除去する運転領域を意味する。
【0109】
これに対し、図8の領域IIは、機関排出微粒子Mが酸化除去可能微粒子Gよりも多い運転領域のとき、即ち領域IIでの機関運転を継続すると活性酸素量の不足に起因して微粒子が積層上に堆積してしまう運転領域を意味する。
【0110】
図9(A)〜(C)は、図8の領域IIにおける微粒子の酸化の様子を示している。
即ち、全ての微粒子を酸化するには活性酸素量が不足している場合において、図9(A)に示すように微粒子62が活性酸素放出剤61上に付着すると微粒子62の一部のみが酸化され、十分に酸化しなかった微粒子部分が担体層上に残留する。次いで活性酸素量が不足している状態が継続すると次から次へと酸化しなかった微粒子部分が担体層上に残留し、その結果図9(B)に示すように担体層の表面が残留微粒子部分63によって覆われる。
【0111】
担体層の表面を覆うこの残留微粒子部分63は次第に酸化されにくいカーボン質に変質し、斯くしてこの残留微粒子部分63はそのまま残留しやすくなる。
また、担体層の表面が残留微粒子部分63によって覆われると白金PtによるNO、SOの酸化作用および活性酸素放出剤61による活性酸素の放出作用が抑制される。その結果、図9(C)に示したように残留微粒子部分63の上に別の微粒子64が次から次へと堆積する。即ち、微粒子が積層状に堆積することになる。
【0112】
このように微粒子が積層状に堆積するとこれら微粒子は白金Ptや活性酸素放出剤61から距離を隔てているためにたとえ酸化しやすい微粒子であってももはや活性酸素Oによって酸化することがなく、したがってこの微粒子64上に更に別の微粒子が次から次へと堆積する。即ち、機関排出微粒子Mが酸化除去可能微粒子量Gよりも多い状態が継続するとパティキュレートフィルタ22上には微粒子が積層状に堆積してしまう。
【0113】
斯くして排気ガス温を高温にするか、或いはパティキュレートフィルタ22の温度を高温にしない限り、堆積した微粒子を着火燃焼させることができなくなる。
【0114】
まとめると、図8の領域Iでは微粒子はパティキュレートフィルタ22上において輝炎を発することなく短時間のうちに酸化するが、図8の領域IIでは微粒子がパティキュレートフィルタ22上に積層状に堆積するといえる。微粒子がパティキュレートフィルタ22上に積層状に堆積しないようにするには機関排出微粒子Mを常時酸化除去可能微粒子量Gよりも少なくしておくことが望ましい。
【0115】
本実施形態で用いているパティキュレートフィルタ22ではその温度TFがかなり低くても微粒子を酸化させることが可能である。よって機関排出微粒子Mが酸化除去可能微粒子量Gよりも少なくなるように機関排出微粒子Mおよびパテイキュレートフィルタ22の温度TFを維持できる。機関排出微粒子Mが酸化除去可能微粒子量Gよりも少なくなるように運転状態を維持するとパティキユレートフィルタ22上に微粒子がほとんど堆積しなくなる。
【0116】
その結果、パテイキュレートフィルタ22における排気ガス流の圧損はほとんど変化することがない。斯くして機関の出力低下を最小限に維持できる。
さて、本実施形態では基本的に全ての運転状態において機関排出微粒子Mが酸化除去可能微粒子量Gよりも少なくなるように機関運転状態を維持するようにしている。
【0117】
しかしながら実際には全ての運転状態において機関排出微粒子Mを酸化除去可能微粒子量Gよりも少くすることは不可能である。よって、機関運転状態の急激な変化等何らかの理由によって機関排出微粒子Mの方が酸化除去可能微粒子量Gよりも多くなるとパティキュレートフィルタ22上で酸化しなかった微粒子部分が残留しはじめ、その結果、パティキュレートフィルタ22上に微粒子が積層状に堆積するようになる。
【0118】
この場合、パティキュレートフィルタ22上に微粒子が堆積し続けるとその後機関が排出する微粒子をパティキュレートフィルタ22上において酸化除去するのが困難となる。したがって機関が排出する微粒子をパティキュレートフィルタ22上で継続的に酸化除去するためにパティキュレートフィルタ22上に堆積した微粒子量が予め定められた限界堆積微粒子量であるしきい値を越えたときには堆積した微粒子がすみやかに酸化除去される状態を作り出さなければならない。
【0119】
しかしながら、実際には機関排出微粒子Mが酸化除去可能微粒子量Gよりも多くなったか否かを判断するのは困難である。
そこで本実施形態では排気管70のうちパティキュレートフィルタ22を含む排気浄化装置Aの下流側に微粒子濃度センサとしてのスモークセンサ102を設置し、このスモークセンサ102の設置個所において排気ガスが含む微粒子の濃度を検出し、その出力値が特定の設定値である前記しきい値を瞬間にまたは機関運転時間や車両走行距離等のある一定期間(所定間隔)における平均値との対比で越えた時にパティキュレートフィルタ22上の微粒子の酸化除去を促進してパティキュレートフィルタ22上に堆積した微粒子をすみやかに酸化除去する状態を作り出すようにしている(図10、11参照)。なお、図10および図11は、縦軸がそれぞれ脱離スモーク濃度および脱離スモーク平均濃度をとり、横軸がともに時間をとってなる、脱離スモーク濃度−時間図および脱離スモーク平均濃度−時間図である。そして、図10はしきい値を脱離スモーク濃度が瞬間的に越えた場合に酸化除去促進手段を作動することを示している。また、図11はしきい値を脱離スモーク平均濃度がしきい値を越えた場合に酸化除去促進手段を作動することを示している。酸化除去促進手段を作動するとパティキュレートフィルタ22の温度が昇温する。
【0120】
さらに詳しく述べると機関の運転状態により酸化除去可能微粒子量Gが例えば図8の領域II内にあった場合はパティキュレートフィルタ22上に微粒子が積層状に堆積して前記しきい値を越えてしまうので、機関排出微粒子Mを減少させかつ酸化除去可能微粒子量Gを増大せしめる領域I内になるように機関制御を行う。
【0121】
堆積した微粒子を酸化除去するために、排気管70に配置した切換弁71を切り換える。切換弁71を切り換えると、パティキュレートフィルタ22の排気上流側と排気下流側とが逆転し、フィルタ内を流通する排気ガスの流れが逆転する。この切り替え前にパティキュレートフィルタ22の排気下流側であった部分において、微粒子が活性酸素放出剤61の表面に付着して活性酸素Oを放出し、この微粒子を酸化除去する。
【0122】
この放出される活性酸素Oの一部は、排気ガスと共にパティキュレートフィルタ22の排気下流側へ移動し、ここに堆積する微粒子を酸化除去する。ここでは前述したように、微粒子はパティキュレートフィルタ22の両面で順流方向と逆流方向に撹乱され、パティキュレートフィルタ22の両面で、あるいは基材内部で動き回り、フィルタ基材全体の活性点に出合って酸化し、フィルタ温度を昇温する。
【0123】
酸化しなかった微粒子がパティキュレートフィルタ22に堆積し始めているときに、パティキュレートフィルタ22の排気上流側と下流側とを逆転することにより、パティキュレートフィルタ22から微粒子を酸化除去できる。
【0124】
またパティキュレートフィルタ22上に微粒子が堆積した場合は、排気ガスの一部又は全体の空燃比を一時的にリッチにすることにより、堆積した微粒子が輝炎を発することなく酸化する。排気ガスの空燃比がリッチになると、即ち排気ガス中の酸素濃度が低下すると活性酸素放出剤61から外部に活性酸素Oが一気に放出され、当該一気に放出された活性酸素Oによって堆積した微粒子が輝炎を発することなく一気に短時間で酸化除去される。
【0125】
このようにパティキュレートフィルタ内を流通する排気ガスの流れを逆転させることで酸化除去を促進するので、排気管70のうちパティキュレートフィルタ22の設置個所よりも上流箇所に設けた排気切換弁71と、この排気切換弁71およびパティキュレートフィルタ22の一方側ならびに排気切換弁71および他方側をそれぞれ結ぶ一対の連通路である第1の排気通路76および第2の排気通路77と、前記排気切換弁の切換制御を行う制御手段75とを有する排気浄化装置Aは、排気流切換手段を有するといえるとともに酸化除去促進手段を有するということもできる。
【0126】
前記のごとく酸化除去促進手段がフィルタ温度を昇温させるものという観点から判断すると、酸化除去促進手段の他の例示として、ECUのROMに記憶され、酸化除去促進のための実行ルーチンであるアプリケーションプログラムを例示できる。
【0127】
具体的には、パティキュレートフィルタに捕集した微粒子を熱利用によって定期的に燃焼すべく排気ガス熱を昇温するための昇温制御実行用のアプリケーションプログラムや電気ヒータ等の電熱手段を作動するアプリケーションプログラムを例示できる。昇温制御の実行をするための手段としては、例えば燃料噴射弁や吸気通路に設置する吸気絞り弁を挙げられる。燃料噴射弁から噴出する燃料噴射量や吸気絞り弁の制御によって吸気通路を流れる吸気の量が変化して気筒内で燃焼する燃料量が決まり、延いては排気ガスの温度が変化する。これらのプログラムを記憶するROMの属性はECUにあるので、ECUを酸化除去促進手段ということもできる。
【0128】
以下、スモークセンサの出力値を用いた微粒子酸化除去の促進方法の応用例について説明する。
(1)スモークセンサーで測定した脱離スモーク濃度と、パティキュレートフィルタ22の温度および排気ガス流量とからパティキュレートフィルタ22に堆積している微粒子量を推定し、この推定結果に基づいて既述した昇温制御手段や排気流切換手段によりパティキュレートフィルタ22の再生制御時期および期間を決定する。パティキュレートフィルタ22の温度および排気ガス流量とから微粒子を処理できる量がおおよそわかるが、これに加えて脱離スモーク濃度がわかれば、両者の差を見てパティキュレートフィルタ22に残存している微粒子量を推定することができる。当該残存量がわかれば昇温制御のための再生制御時期および処理期間をどれだけにするかを有効に決定できる。
(2)スモークセンサ102によって実測した脱離スモーク濃度が排気ガスの流量変化やアクセル開度変化などのエンジン条件の変化に応じた許容脱離スモーク濃度(しきい値)を越えた場合にPM再生処理を行う。
【0129】
許容脱離スモーク濃度のしきい値(比較値)をその時々の運転条件に合わせて変えていることで、より最適なPMの再生処理のタイミングを得ることができる。
(3)アイドル等のある決められた所定の運転条件の際の脱離スモーク濃度の瞬時値あるいは平均値があるしきい値を超えた場合に再生処理を行う。この場合、スモークセンサによって検出された値と比較するしきい値(比較値)は予め1つ設定しておくだけで済む。
(4)パティキュレートフィルタ22の入口側の圧力を圧力センサ100で測定し、瞬間的な高圧波による脱離スモーク濃度がその圧力に応じた脱離量のしきい値を超えた場合に再生処理を行う。すす等の微粒子はある圧力になると脱離するという性質があるのでそれを利用する。
(5)ある期間の平均脱離スモーク量がパティキュレートフィルタ22の入口側の平均圧力に応じた脱離平均量のしきい値を超えた場合に再生処理を行う。この場合、例えばある期間に加速や減速を何度か行った場合の平均脱離スモーク量が対象になる。
(6)排気流切換手段を有する内燃機関の排気浄化装置において、アイドル等のある決められた運転条件の際に排気切換弁71の弁体71aを一定の時間間隔で切換えて排気ガスの流れ方向を順流および逆流に交互に変化させた時に脱離する微粒子量の瞬間値または平均値が、あるしきい値を超えた場合に再生処理を行う。
(7)排気流切換手段を有する内燃機関の排気浄化装置Aにおいて脱離した微粒子がこれまでに述べた運転状態のいずれかまたはそれらの組み合わせに起因して微粒子が脱離するような場合には排気切換弁71の弁体71aの位置を中立状態にし(図12参照)、排気ガスをバイパス通路73を介してバイパスさせ、微粒子がそれ以上に堆積することを防止する。併せてパティキュレートフィルタ22の異常に対する処置を行う。
【0130】
ここでパティキュレートフィルタ22の異常について例示する。パティキュレートフィルタ22が微粒子の酸化処理できる最大量は決まっているが、この最大量を越えて微粒子が堆積してしまった場合、何ら手を施さない状態でおくと微粒子が自着火してしまい、パティキュレートフィルタ22が溶損してしまう虞がある。そこで、このような異常事態が発生する虞がある場合は、事前にバイパスさせて当該異常が生じるのを未然に防ぐというものである。
(8)排気流切換手段を有する内燃機関の排気浄化装置において例えばアイドル運転等の定常運転実行中に脱離スモーク量があるしきい値を超えた場合、急加速等の機関運転の実行により堆積スモークが一気に多量に脱離してしまうような機関運転状態ではバイパス通路73を中立位置にして脱離スモークを抑制する。
【0131】
すす等の微粒子がパティキュレートフィルタ22に捕捉されるのはペースト状のSOF成分によるところが多いが、このSOF成分が機関運転状態によって排気ガス温度が急速に高まるとその温度によって燃えてなくなり微粒子をパティキュレートフィルタ22に捕捉しておけず、その結果、微粒子の離脱が起こることが考えられる。加えて機関運転条件によっては、排気ガスの流れ速度が速く、前記微粒子の脱離を促進してしまうことが考えられるので、当該処理を実行して対処する。
(9)排気流切換手段を有する内燃機関の排気浄化装置Aにおいて脱離スモークがこれまでに述べた運転状態のいずれかまたはそれらの組み合わせに起因して微粒子が脱離するような場合には排気切換弁71aを適当な傾斜位置(中立位置でないある程度傾いた中途開きの状態)にセットし、一部のガスのみがパティキュレートフィルタ22に流れるような状態にして昇温制御を行う。このようにすることにより堆積PMの除去を行うとともに脱離スモークの排出を抑制する。
【0132】
パティキュレートフィルタ22内の微粒子が多い場合はパティキュレートフィルタ22の酸化処理を促進しないといけないので酸化促進を行うが、パティキュレートフィルタ22に後から入って来る微粒子の量がパティキュレートフィルタ22の酸化処理能力以上に多い場合があり得る。よって、そのような場合は、排気切換弁71の弁体71aを幾分傾けて排気ガスの一部をバイパス通路73に流すようにする。これ以上パティキュレートフィルタ22に微粒子を堆積したらパティキュレートフィルタ22の再生に支障が生じるような場合は中立で全部垂れ流すが、パティキュレートフィルタ22においてある程度に酸化が進んでいるときであれば排気切換弁71aを幾分傾けることで対応できるからである。
(10)排気流切換手段を有する内燃機関の排気浄化装置Aにおいて脱離スモークがこれまでに述べた運転状態のいずれかまたはそれらの組み合わせに起因して微粒子が脱離しさらにパティキュレートフィルタの温度が十分に高い場合(300℃以上)には、排気切換弁71の弁体71aを一定期間中立位置にして微粒子をバイパスして流し、その間にパティキュレートフィルタ22に堆積している微粒子の酸化を行ったのち、弁体71aを交互に切換える。
(11)排気流切換手段を有する内燃機関の排気浄化装置Aにおいて脱離スモークがこれまでに述べた運転状態のいずれかまたはそれらの組み合わせに起因して微粒子が脱離するような場合には、弁体71aの切換えを頻繁に行うことによりパティキュレートフィルタ22に堆積している微粒子の酸化促進を図る。そして、脱離スモーク量があるしきい値以下になった場合には弁体71aを交互に切換える。弁体71aの切り替えによってパティキュレートフィルタ22内に適宜に振動を生ずることになり、その結果、微粒子が活性点を自ら探すようになるので、酸化が促進し好適である。
【0133】
なお、弁体71aの動きがゆっくりし過ぎるとバイパスする微粒子の量が必要以上に増えてしまうので、そのような弊害を防止できるような弁体71aの開閉速度で実行することが重要になる。
【0134】
このような構成の内燃機関では、スモークセンサ102によって微粒子の堆積量を推定し、当該推定された値(微粒子濃度センサによる検出値)が、前記しきい値を超えるだけの濃度値である時は、酸化除去促進手段を作動する。よってパティキュレートフィルタの再生ができないほどに微粒子が堆積してしまわないうちに微粒子を酸化できるので、パティキュレートフィルタの再生が不能になるような事態を回避できる。
【0135】
また、排気流切換手段を作動させることによってパティキュレートフィルタ22に付いている微粒子を可能な限り連続的に燃焼させることができる。すなわち排気切換弁71を設けてパティキュレートフィルタ22の両側から排気ガスを交互に流すことができるので、一方向のみからパティキュレートフィルタ22に排気ガスを流すと一方の隔壁面及び隔壁内部のみしか酸化反応の利用がなされず、単位面積に溜まる微粒子の量が増大し、酸化性能が落ちてしまうのに対し、本実施形態の内燃機関の排気浄化装置では、順流と、逆流とを交互に使用することで、パティキュレートフィルタ両側から排気ガスが流れるため、微粒子がパティキュレートフィルタの隔壁面及び隔壁内部で撹拌されて動き回り、パティキュレートフィルタの隔壁面及び隔壁内部全体の触媒活性点を有効に使用することができる。したがって、微粒子の酸化を促進し、その浄化をより連続的に行うことができ、排気浄化性能を高めることができる。
【0136】
なお、この実施形態では、排気浄化装置Aに排気流切換手段とバイパス手段を採用したものを示したが、これらの手段を有さない、すなわちパティキュレートフィルタ22が排気管70の一部として形成され、排気ガスがパティキュレートフィルタ22に直接導入される図13の変形例に示すような形態の排気浄化装置Aを適用するものであってもよいことは勿論である。
【0137】
【発明の効果】
本発明の内燃機関の排気浄化装置では、脱離スモーク量から微粒子のフィルタへの堆積量を推定し、微粒子がフィルタ上に積層状に堆積してしまう前に排気ガス温を上昇させて微粒子を燃焼し、フィルタの再生が不能になるような事態を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明内燃機関の排気浄化装置を適用した内燃機関の全体図
【図2】機関の要求トルクを示す図
【図3】排気浄化装置を示す平面図
【図4】排気浄化装置を示す側面図
【図5】(A)はフィルタ基材に微粒子が堆積する状態を示すイメージ図、(B)は排気ガスの順流、逆流による微粒子の撹乱状態を示すイメージ図
【図6】(A)はパティキュレートフィルタの正面図、(B)はパティキュレートフィルタの側断面図
【図7】微粒子の酸化作用を示す概念図
【図8】酸化除去可能微粒子量とパティキュレートフィルタの温度との関係を示す図
【図9】微粒子の堆積作用を示す概念図
【図10】脱離スモーク濃度−時間図
【図11】脱離スモーク平均濃度−時間図
【図12】弁体が、排気管の軸線に平行となった中立位置にあるときを示す図
【図13】排気浄化装置の変形例を示す図
【符号の説明】
A 排気浄化装置
1 機関本体
2 シリンダブロック
3 シリンダヘッド
4 ピストン
5 燃焼室
6 電気制御式燃料噴射弁
6a 燃料供給管
7 吸気弁
8 吸気ポート
9 排気弁
10 排気ポート
11 吸気枝管
12 サージタンク
13 吸気ダクト
14 排気ターボチャージャ
15 コンプレッサ
16 ステップモータ
17 スロットル弁
18 冷却装置
19 排気マニホールド
20 排気管
21 排気タービン
22 パティキュレートフィルタ(フィルタ)
23 ケーシング
24 EGR通路
25 電気制御式EGR制御弁
26 冷却装置
27 コモンレール
28 燃料ポンプ
29 燃料圧センサ
30 ECU(酸化除去促進手段)
31 双方向性バス
32 ROM
33 RAM
34 CPU
35 入力ポート
36 出力ポート
37 AD変換器
38 駆動回路
39 温度センサ
40 アクセルペダル
41 負荷センサ
42 クランク角センサ
50 排気ガス流入通路
51 排気ガス流出通路
52 栓
53 栓
54 隔壁
60 白金Ptの粒子
61 活性酸素放出剤
62 微粒子
63 残留微粒子部分
64 別の微粒子
70 排気管(機関排気通路)
71 排気切換弁
71a 弁体
72 アクチュエータ
73 バイパス通路(バイパス手段)
75 制御手段
76 第1の排気通路
77 第2の排気通路
100 圧力センサ
102 スモークセンサ(微粒子濃度センサ)
G 酸化除去可能微粒子量
L アクセルペダルの踏み込み量
N 機関回転数
M 排出微粒子量
O 活性酸素
TF パティキュレートフィルタの温度
TQ 要求トルク
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust gas purification device for an internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, in a diesel engine, a particulate filter is disposed in an engine exhaust passage in order to remove fine particles such as soot contained in exhaust gas. Then, the particulate filter once collects the fine particles in the exhaust gas, and removes the fine particles collected on the particulate filter to regenerate the particulate filter.
[0003]
However, the fine particles collected on the particulate filter do not ignite unless they reach a high temperature of about 600 ° C. or higher, whereas the exhaust gas temperature of a diesel engine is usually much lower than 600 ° C. Therefore, it is difficult to ignite the fine particles on the particulate filter with the exhaust gas heat. Therefore, in order to ignite the fine particles collected on the particulate filter even with the exhaust gas heat considerably lower than 600 ° C., the ignition temperature of the fine particles must be lowered.
[0004]
By the way, it is conventionally known that if a catalyst is supported on a particulate filter, the ignition temperature of fine particles can be reduced. Therefore, various particulate filters supporting a catalyst are known.
[0005]
For example, Japanese Patent Publication No. 7-106290 discloses a particulate filter in which a mixture of a platinum group metal and an alkaline earth metal oxide is supported on the particulate filter. The particulate filter disclosed in this publication is capable of igniting fine particles even at a relatively low temperature of approximately 350 ° C. to 400 ° C., and is capable of continuous combustion depending on the operating conditions.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
Thus, although the exhaust gas temperature is usually much lower than 600 ° C., the exhaust gas temperature reaches 350 ° C. to 400 ° C. when the load is high. Therefore, at first glance, it can be seen that a diesel engine to which the particulate filter disclosed in the above publication is applied is capable of igniting and burning fine particles by exhaust gas heat when the engine load becomes high.
[0007]
However, even if the exhaust gas temperature reaches 350 ° C. to 400 ° C., the fine particles may not actually ignite. Further, even if the fine particles are ignited, only a part of the fine particles burn, and a large amount of fine particles remains unburned.
[0008]
When the amount of fine particles contained in the exhaust gas is small, the amount of fine particles adhering to the particulate filter is small. Therefore, at this time, when the exhaust gas temperature changes from 350 ° C to 400 ° C, the fine particles on the particulate filter ignite, Then it burns continuously. However, if the amount of fine particles contained in the exhaust gas is large, before the fine particles adhering to the particulate filter completely burn, another fine particle accumulates on the fine particles, and the fine particles are laminated on the particulate filter. Will be deposited. Then, some of the fine particles that are likely to come into contact with active oxygen burn, but fine particles that are hardly in contact with active oxygen do not burn, and thus a large amount of fine particles remain unburned.
[0009]
Therefore, if the amount of fine particles contained in the exhaust gas increases depending on the operating state of the engine, a large amount of fine particles will continue to accumulate on the particulate filter even if the particulate filter described in the above publication is used.
[0010]
On the other hand, when a large amount of fine particles accumulate on the particulate filter, the fine particles on the filter gradually become difficult to ignite and burn. The cause is probably that the carbon in the fine particles is changed to a hardly combustible substance such as graphite while the fine particles are being deposited.
[0011]
In fact, if a large amount of fine particles continue to accumulate on the particulate filter, the fine particles do not ignite in a low-temperature exhaust gas of 350 ° C. to 400 ° C., and a high temperature of 600 ° C. or more is required to ignite the accumulated fine particles. Exhaust gas is required. However, in a diesel engine, as described above, the exhaust gas temperature does not usually exceed 600 ° C. Therefore, if the particulates continue to deposit on the particulate filter, it becomes difficult to ignite the deposited particulates with the heat of the exhaust gas.
[0012]
On the other hand, even if the exhaust gas temperature can be raised to a high temperature of 600 ° C. or more, and the deposited fine particles ignite, another problem arises in this case. That is, when the fine particles ignite at a high temperature of 600 ° C. or more, the fine particles emit a bright flame and burn. As a result, the temperature of the particulate filter rises to 800 ° C. or more for a long time until the combustion of the fine particles deposited on the particulate filter is completed.
[0013]
As a result, the particulate filter deteriorates early, and the particulate filter must be replaced with a new one early.
Further, when the deposited fine particles burn, the ash, that is, ash, which is a burning residue, is condensed to form a large lump, and the lump clogs the pores of the particulate filter and causes clogging. The number of clogged pores gradually increases over time. Therefore, the pressure loss of the exhaust gas flow in the particulate filter gradually increases, and as a result, the engine output decreases. Therefore, even if this point is taken into consideration, the particulate filter must be replaced with a new one at an early stage.
[0014]
Once such a large amount of fine particles are deposited in a layered manner, various problems as described above occur. Therefore, in consideration of the balance between the amount of the fine particles contained in the exhaust gas and the amount of the fine particles that can be burned on the particulate filter, it is necessary to prevent the fine particles from depositing on the stack.
[0015]
However, if a particulate filter with a catalyst is provided in the exhaust pipe and a continuous combustion process is performed in which exhaust gas purification is entrusted to the operating state of the engine, the above problem cannot always be avoided.
[0016]
Therefore, if the exhaust gas flows alternately from the upstream side and the downstream side of the exhaust flow with respect to the particulate filter of the purification device so that the particulates can be continuously burned as much as possible regardless of the operation condition, Fine particles accumulate on both side surfaces of the particulate filter. In this manner, the amount of the deposited fine particles per unit area can be reduced, and by switching the exhaust gas flow, the deposited fine particles can be disturbed and blown off. Is provided, the fine particles move around the inside, the chance of contact with the active oxygen releasing agent is increased, and the amount of oxidizable fine particles can be increased.
[0017]
However, even in this case, the exhaust gas temperature is not always at the above-mentioned particulate combustible temperature, and a large amount of particulates may be emitted from the diesel engine depending on the operation state. Therefore, in such a case, the fine particles that cannot be eliminated in a short time gradually accumulate on the particulate filter.
[0018]
Then, when the deposition proceeds to some extent, the ability to oxidize the particulates is extremely reduced. If the exhaust gas is passed through the particulate filter as it is, the deposition of the particulates further progresses, and the regeneration of the particulate filter becomes difficult. . For this reason, it is important to regenerate the particulate filter before the particulate filter oxidizing ability of the particulate filter is extremely reduced.
[0019]
However, in the prior art, there is no technique for accurately measuring or estimating the amount of accumulated particulate before the particulate filter oxidizing ability of the particulate filter is extremely reduced.
[0020]
Further, in the particulate filter described in the above publication, when the exhaust gas temperature becomes 350 ° C. or lower, the fine particles do not ignite, so that the fine particles accumulate on the particulate filter. If the amount of the accumulated fine particles is small, the fine particles can be burned even at an exhaust gas temperature of 350 ° C to 400 ° C, but if the amount of the fine particles is large enough to be deposited in a laminating state, the temperature is no longer from 350 ° C to 400 ° C. The particles cannot be ignited, and if they do, they are only some of them. Therefore, most of the deposited fine particles are left unburned.
[0021]
The present invention has been made in view of the above points, and a problem to be solved is to estimate a deposition amount of fine particles on a filter from an amount of desorbed smoke, and the fine particles are deposited on the filter in a stacked state. It is an object of the present invention to provide an exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine, which can prevent a situation in which particulates are burned by raising the temperature of exhaust gas to prevent regeneration of a filter.
[0022]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an exhaust gas heating apparatus for an internal combustion engine according to the present invention employs the following means.
[0023]
That is, the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine of the present invention collects the particulates in the exhaust gas once by a filter arranged in the engine exhaust passage in order to remove the particulates contained in the exhaust gas, and removes the collected particulates. In the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine, which oxidizes and removes the filter to regenerate the filter, the filter may be configured such that the amount of particulates discharged from the internal combustion engine per unit time is smaller than the amount of particulates that can be removed by the filter per unit time. A filter that oxidizes and removes the trapped fine particles in a state where no luminous flame is generated when the amount is small; the filter is provided downstream of the filter in the engine exhaust passage, and the concentration of the fine particles contained in the exhaust gas at the installation location; And a particulate concentration sensor for detecting the concentration of the particulate matter. Having an oxide removal facilitating means for facilitating the.
[0024]
Here, an ECU that controls the entire internal combustion engine will be briefly described, and components of the present invention will be described.
The ECU is a digital computer, as is well known, and includes a central processing controller CPU, a read-only memory ROM, a random access memory RAM, a backup RAM, an input port, an output port, and the like, which are interconnected by a bidirectional bus. .
[0025]
The input ports are electrically connected to various sensors attached to the internal combustion engine or the vehicle. When output signals of these various sensors enter the ECU from the input ports, the parameters related to these sensors are temporarily stored in the random access memory RAM. It is memorized.
[0026]
Then, based on these parameters, the CPU performs the necessary arithmetic processing. In executing the arithmetic processing, the CPU stores the parameters stored in the random access memory RAM through the bidirectional bus as necessary. call.
[0027]
As the “filter”, a particulate filter that removes fine particles such as soot contained in exhaust gas is preferable.
The “particle concentration sensor” may be a known smoke sensor, a transmission smoke meter, an opacimeter, or the like, which detects the concentration of particles contained in exhaust gas.
[0028]
Regarding “when the set value is exceeded”, a so-called threshold can be exemplified as an example of the set value. As is well known, the threshold is the minimum value required for a particular process to occur. In the case of the present invention, the fine particles are deposited on the filter at the minimum value of the exhaust smoke concentration required to be deposited on the filter, in other words, the amount of the deposited fine particles continues to increase, and when the amount of the deposited particles exceeds a certain amount, the fine particles are deposited. This is the limit of the amount of fine particles that cannot be removed immediately by oxidation. The exhaust smoke concentration means a ratio of smoke that has flowed downstream of a portion of the engine exhaust passage where a filter is installed, in the exhaust gas (so-called desorption smoke concentration).
[0029]
In such a case, the exhaust smoke concentration varies depending on the type of the internal combustion engine and the type of vehicle on which the internal combustion engine is mounted, but there is a case where the output value of the particulate concentration sensor exceeds, for example, 15% as an instantaneous value.
[0030]
Another example of the case where the set value is exceeded is a case where the average value of the exhaust smoke concentration exceeds a threshold value when the vehicle has traveled for a certain time or distance regardless of the engine operating conditions. Can be
[0031]
An example of the “oxidation removal promoting unit” is an application program stored in the ROM of the ECU and serving as an execution routine for promoting oxidation removal. Specifically, an application program for executing a heating control for raising the temperature of exhaust gas so as to periodically oxidize fine particles collected by the filter by utilizing heat, and an application for operating an electric heating means such as an electric heater. A program can be exemplified.
[0032]
As means for executing the temperature raising control, for example, a fuel injection valve and an intake throttle valve installed in an intake passage are mentioned. The amount of fuel burned in the cylinder is determined by changing the amount of fuel injected from the fuel injection valve and the amount of intake air flowing through the intake passage by controlling the intake throttle valve, and thus the temperature of exhaust gas changes. Since the ROM for storing these programs has the attribute of the ECU, it can be said that the ECU is a means for promoting oxidation and removal.
[0033]
Therefore, it can be said that the oxidation removal promoting means raises the filter temperature.
Further, the filter temperature is measured by temperature detecting means such as a temperature sensor.
[0034]
Further, as another example of the oxidation removal promoting means, a means for reversing the flow of exhaust gas flowing in the filter can be mentioned. Reversing means flowing the exhaust gas from one side of the filter to the filter so that the exhaust gas flows from the opposite side to the other side so that the exhaust gas flows from the other side. The flow of the exhaust gas from one side of the filter and the flow from the other side are respectively referred to as a forward flow and a backward flow for convenience.
[0035]
By reversing the flow of exhaust gas with respect to the filter, fine particles such as soot move around in the base material of the filter, so that oxidation of the fine particles can be promoted and fine particles can be efficiently purified. Become. The means for reversing the direction of the flow of the exhaust gas in this way is referred to as "exhaust flow switching means".
[0036]
The case where this exhaust flow switching means is applied to the present invention will be described below.
That is, in order to remove the fine particles contained in the exhaust gas, the fine particles in the exhaust gas are once collected by a filter arranged in the engine exhaust passage, and the collected fine particles are oxidized and removed to regenerate the filter. In the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine, the filter shines the trapped fine particles when the amount of engine exhaust particulates discharged per unit time by the internal combustion engine is smaller than the amount of oxidizable and removable fine particles per unit time by the filter. A filter configured to oxidize and remove in a state in which no flame is generated, wherein the filter is provided downstream of the filter in the engine exhaust passage and detects a concentration of particulates contained in exhaust gas at the installation location; A first flow of exhaust gas flowing from one side to the other side and a second flow of exhaust gas flowing from the other side to the one side. Exhaust flow switching means for alternately switching the flow; and oxidation removal promoting means for promoting the oxidation removal of the fine particles on the filter when the output value of the fine particle concentration sensor exceeds a specific set value. .
[0037]
More specifically, immediately after the operation of the exhaust gas switching means, the fine particles deposited on the filter are easily separated by the flow from the opposite side, and are discharged from the filter at once. Therefore, by detecting the output value of the particle concentration sensor at this time, it is possible to determine how much particles have accumulated on the filter. When the output value of the particle concentration sensor exceeds a set value, the control is performed so that the oxidation accelerating means operates.
[0038]
The “exhaust flow switching means” includes an exhaust switching valve provided in the exhaust passage at a location upstream of a location where the filter is installed, and one side of the exhaust switching valve and the filter, and the exhaust switching valve and the other side. And a control means for performing switching control of the exhaust gas switching valve.
[0039]
The exhaust gas switching valve has a valve body that is operated by a driving device such as an actuator, and is connected to one of the pair of communication paths that connects to the one side of the filter or the filter according to opening and closing of the valve body. The exhaust gas flowing through the exhaust passage toward the filter is decelerated toward the other communication passage connecting the other side of the internal combustion engine with the internal combustion engine, at an appropriate predetermined time, at an appropriate predetermined traveling distance, or the like. This is a valve device that branches in response.
[0040]
The control means is one of various application programs stored in the ROM for implementing various routines for executing control of the internal combustion engine. Further, since the attribute of the ROM for storing the program relating to the control means is in the ECU, the ECU can be said to be the control means.
[0041]
The output port is electrically connected to various operating devices such as the exhaust switching valve, and operates the various operating devices based on output signals of necessary sensors among the various sensors.
[0042]
When the operation of the exhaust switching valve is controlled based on the calculation result of the CPU, the first flow of the exhaust gas flows to one of the pair of communication paths that connects the exhaust switching valve and one side of the filter. Or a second flow of exhaust gas is generated in the other communication path connecting the other side of the exhaust switching valve and the filter.
[0043]
In the present invention having such a configuration, when the accumulation amount of the fine particles is estimated by the fine particle concentration sensor, and the estimated value (the detection value by the fine particle concentration sensor) is a concentration value exceeding the set value, Activate the oxidation removal promotion means. Therefore, the particulates can be burned before the particulates are deposited so that the filter cannot be regenerated, so that a situation in which the particulate filter cannot be regenerated can be avoided.
[0044]
Further, since the exhaust flow switching means also functions as the oxidation removal accelerating means as described above, when the exhaust gas switching means reverses the flow of the exhaust gas flowing through the filter, the value detected by the particulate concentration sensor becomes the threshold. When it is determined that the value exceeds the value, the exhaust gas switching means, which is a component of the exhaust gas flow switching means, is frequently switched to promote the oxidation of the fine particles, and thus the fine particles are efficiently purified to remove the oxidation. The function as the accelerating means may be enhanced. In addition, as described above, as the oxidation removing accelerating means, the promotion of the oxidation removing is performed by executing the application program for executing the temperature raising control or the application program for operating the electric heating means such as the electric heater. You may try.
[0045]
In this way, the oxidizing and removing ability is doubled, and the efficiency is further improved.
Further, according to the present invention, the particulates in the exhaust gas are once collected by a filter arranged in an engine exhaust passage in order to remove the particulates contained in the exhaust gas, and the collected particulates are oxidized and removed. In the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine for regenerating the internal combustion engine, the filter includes the trapping unit when the amount of the particulates discharged from the internal combustion engine per unit time is smaller than the amount of the particulates that can be oxidized and removed by the filter per unit time. A filter for oxidizing and removing the collected fine particles without causing a bright flame, wherein the fine particle concentration is provided downstream of the filter in the engine exhaust passage and detects the concentration of fine particles contained in exhaust gas at the installation location. A flow of exhaust gas from one side of the filter to the other side when an output value of the sensor and the particle concentration sensor exceeds a specific set value. Exhaust flow switching means for alternately switching the flow of exhaust gas and the second flow of exhaust gas from the other side to the one side; and the filter when the output value of the particulate concentration sensor exceeds a specific set value. And a bypass means for flowing exhaust gas into the engine exhaust passage in a state where the exhaust gas is bypassed.
[0046]
Also in this case, the output value of the particle concentration sensor is obtained as an instantaneous value or an average value at a predetermined interval of time or distance, and when these values exceed the specific set value, the oxidation removal promoting means is operated. You may.
[0047]
It is preferable to use a part of the engine exhaust passage as the “bypass means”.
The permissible amount by which the filter can continuously oxidize and remove fine particles is determined to some extent.If the permissible amount is exceeded, the accumulation of fine particles increases at a stretch.In such a situation, the exhaust gas is bypassed and the current Prevent the accumulation of more fine particles than are present. While bypassed, oxidation is gradually promoted over time.
[0048]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
<Overview of device configuration>
FIG. 1 shows a case where the present invention is applied to a compression ignition type internal combustion engine. The present invention can also be applied to a spark ignition type internal combustion engine.
[0049]
Referring to FIG. 1, 1 is an engine body, 2 is a cylinder block, 3 is a cylinder head, 4 is a piston, 5 is a combustion chamber, 6 is an electrically controlled fuel injection valve, 7 is an intake valve, 8 is an intake port, 9 Denotes an exhaust valve, and 10 denotes an exhaust port.
[0050]
The intake port 8 is connected to a surge tank 12 via a corresponding intake branch pipe 11, and the surge tank 12 is connected to a compressor 15 of an exhaust turbocharger 14 via an intake duct 13.
[0051]
A throttle valve 17 driven by a step motor 16 is arranged in the intake duct 13, and a cooling device 18 for cooling intake air flowing through the intake duct 13 is arranged around the intake duct 13. In the embodiment shown in FIG. 1, the engine cooling water is guided into the cooling device 18 and cools the intake air by the engine cooling water.
[0052]
On the other hand, the exhaust port 10 is connected to an exhaust turbine 21 of an exhaust turbocharger 14 via an exhaust manifold 19 and an exhaust pipe 20, and an outlet of the exhaust turbine 21 is connected to an exhaust purification device A having a casing 23 having a built-in particulate filter 22. Be linked.
[0053]
The exhaust manifold 19 and the surge tank 12 are connected to each other via an exhaust gas recirculation (hereinafter, referred to as EGR) passage 24, and an electrically controlled EGR control valve 25 is disposed in the EGR passage 24.
[0054]
Further, a cooling device 26 for cooling the EGR gas flowing in the EGR passage 24 is disposed around the EGR passage 24. In the embodiment shown in FIG. 1, the engine cooling water is guided into the cooling device 26, and the engine cooling water cools the EGR gas.
[0055]
On the other hand, the fuel injection valve 6 is connected to a fuel reservoir, a so-called common rail 27, via a fuel supply pipe 6a.
An electrically controlled variable discharge fuel pump 28 supplies fuel into the common rail 27, and supplies the fuel supplied into the common rail 27 to the fuel injection valve 6 via the fuel supply pipe 6a. A fuel pressure sensor 29 for detecting the fuel pressure in the common rail 27 is attached to the common rail 27, and a fuel pump is provided so that the fuel pressure in the common rail 27 becomes a target fuel pressure based on an output signal of the fuel pressure sensor 29. 28 is controlled.
[0056]
An electronic control unit (hereinafter referred to as “ECU”) 30 is composed of a digital computer, and is connected to each other by a bidirectional bus 31. ROM (read only memory) 32, RAM (random access memory) 33, CPU (microprocessor) 34, input port 35 and an output port 36.
[0057]
The output signal of the fuel pressure sensor 29 is input to the input port 35 via the corresponding AD converter 37.
Further, the particulate filter 22 is provided with a temperature sensor 39 as temperature detecting means for detecting the internal temperature of the particulate filter 22, and an output signal of the temperature sensor 39 is input to an input port 35 via a corresponding AD converter 37. Is done.
[0058]
A load sensor 41 that generates an output voltage proportional to the amount of depression L of the accelerator pedal 40 (see FIG. 2) is connected to the accelerator pedal 40, and the output voltage of the load sensor 41 is input to the input port via a corresponding AD converter 37. 35 is input. Further, the input port 35 is connected to a crank angle sensor 42 that generates an output pulse every time the crankshaft rotates, for example, 30 °.
[0059]
On the other hand, the output port 36 is connected to the fuel injection valve 6, the throttle valve driving step motor 16, the EGR control valve 25, the fuel pump 28, and an actuator 72 described later via a corresponding drive circuit 38.
[0060]
FIG. 2A shows a relationship between the required torque TQ, the depression amount L of the accelerator pedal 40, and the engine speed N. In FIG. 2A, each curve represents an equal torque curve, a curve indicated by TQ = 0 indicates that the torque is zero, and the remaining curves are TQ = a, TQ = b, and TQ. = C, TQ = d indicates that the required torque gradually increases.
[0061]
The required torque TQ shown in FIG. 2A is stored in advance in the ROM 32 in the form of a map as a function of the depression amount L of the accelerator pedal 40 and the engine speed N as shown in FIG. 2B. In the present embodiment, first, a required torque TQ according to the depression amount L of the accelerator pedal 40 and the engine speed N is calculated from the map shown in FIG. 2B, and the fuel injection amount and the like are calculated based on the required torque TQ. calculate.
<Structure of exhaust gas purification device>
As shown in FIGS. 1, 3, and 4, the exhaust purification device A is connected to an exhaust pipe 70 as an engine exhaust passage at the outlet side of the exhaust turbine 21.
[0062]
A first exhaust passage 76 branched from the exhaust pipe 70 and connected to one surface (one side) and the other surface (the other side) of the particulate filter 22 in the casing 23 containing the particulate filter 22. And a second exhaust passage 77.
[0063]
Further, the exhaust pipe 70 discharges the exhaust gas from the branch point of the first exhaust passage 76 and the second exhaust passage 77 without passing through the particulate filter 22, and bypasses the particulate filter 22. It includes a bypass passage 73 as a means.
[0064]
An exhaust switching valve 71 is installed at a branch point between the first exhaust passage 76 and the second exhaust passage 77, that is, at a location on the exhaust pipe 70 upstream of the location where the particulate filter 22 is installed. . The exhaust switching valve 71 includes a valve body 71a driven by an actuator 72, and selects a first exhaust passage 76 in accordance with a position where the valve body 71a moves, from one side of the particulate filter 22 to the other side. A first flow (forward flow) in which exhaust gas flows through the second exhaust passage 77 and a second flow (backflow) in which the second exhaust passage 77 is selected to flow exhaust gas from the other side to the one side of the particulate filter 22. , Alternately.
[0065]
Here, the casing 23 accommodating the particulate filter 22 is disposed so as to be located directly above the exhaust pipe 70 forming the bypass passage 73, and the exhaust pipe 70 is provided on both sides of the casing 23 via the exhaust switching valve 71. The branched first exhaust passage 76 and the second exhaust passage 77 are connected. That is, the first exhaust passage 76 and the second exhaust passage 77 are formed by a pair of connecting lines respectively connecting the one side of the exhaust switching valve 71 and the particulate filter 22 and the other side of the exhaust switching valve 71 and the particulate filter 22. It can be called a passage.
[0066]
A pressure sensor 100 and a smoke sensor 102 are installed in the vicinity of the upstream side and the downstream side of the exhaust gas purification device A in the exhaust pipe 70, respectively. The pressure sensor 100 detects an exhaust pressure on the upstream side of the exhaust gas purification device A, and the smoke sensor 102 detects the concentration of particulates contained in exhaust gas on the downstream side of the exhaust gas purification device A as a particle concentration sensor. It should be noted that a well-known transmission type smoke meter, opacimeter, or the like may be used instead of the smoke sensor 102. Output signals of the pressure sensor 100 and the smoke sensor 102 are input to the input port 35 via the corresponding AD converters 37.
[0067]
The exhaust switching valve 71 indicates the operating state of the engine, such as the filter temperature detected by the temperature sensor 39, the exhaust pressure detected by the pressure sensor 100, and the concentration of fine particles contained in the exhaust gas detected by the smoke sensor 102. The switching is performed so as to generate the first flow or the second flow in the particulate filter 22 according to the output signal. This switching is performed whenever necessary, such as every time the engine decelerates, every predetermined time, or every predetermined traveling distance.
[0068]
The switching by the exhaust switching valve 71 is controlled by the ECU 30.
The particulate filter 22 in the casing 23 has a length in the width direction perpendicular to the length direction longer than the length in the length direction when the passage direction of the exhaust gas is the length direction. With such a configuration, the space for mounting the exhaust gas purification device A, which includes the casing 23 that contains the particulate filter 22, on the vehicle can be reduced.
[0069]
The drive of the actuator 72 is controlled by control means 75 implemented on the CPU 34 of the ECU 30, and is driven by a control signal from the output port 36. Further, the actuator 72 is driven by a negative pressure formed as the internal combustion engine is driven. When the negative pressure is not applied, the valve body 71a is moved to a position (a forward flow position) where the first exhaust passage 76 is selected. When the first negative pressure is applied, the valve body 71a is controlled to the neutral position, and when the second negative pressure stronger than the first negative pressure is applied, the second exhaust passage 77 is selected. The valve body 71a is controlled to the position (backflow position).
[0070]
When the valve body 71a is at a forward flow position indicated by a broken line in FIG. 3, the exhaust switching valve 71 connects the exhaust pipe 70 to the first exhaust passage 76 and connects the second exhaust passage 77 to the bypass passage 73. Therefore, the exhaust gas flows in the order of the exhaust pipe 70 → the first exhaust passage 76 → the particulate filter 22 → the second exhaust passage 77 → the bypass passage 73, and is discharged to the atmosphere.
[0071]
When the valve body 71a is at the reverse flow position shown by the solid line in FIG. 3, the exhaust switching valve 71 connects the exhaust pipe 70 to the second exhaust passage 77 and connects the first exhaust passage 76 to the bypass passage 73. Therefore, the exhaust gas flows in the order of the exhaust pipe 70 → the second exhaust passage 77 → the particulate filter 22 → the first exhaust passage 76 → the bypass passage 73 and is discharged to the atmosphere.
[0072]
When the valve body 71a is in the neutral position parallel to the axis of the exhaust pipe 70, the exhaust gas is discharged from the exhaust pipe 70 through the exhaust pipe 70 because the exhaust switching valve 71 connects the exhaust pipe 70 directly to the bypass passage 73. The gas flows into the bypass passage 73 without passing through the filter 22, and is released to the atmosphere (see FIG. 12).
[0073]
As described above, by switching the valve element 71a, the forward flow and the backward flow are repeated, so that the fine particles such as soot move around in the base material of the particulate filter 22, thereby promoting the oxidation of the fine particles such as soot. Purification can be performed efficiently.
[0074]
A program (not shown) constituting the operation control execution routine of the exhaust gas switching valve 71 is stored in the ROM of the ECU 30. Since the ROM has the attribute of the ECU 30, the ECU 30 to which the program for controlling the operation of the exhaust gas switching valve 71 belongs. Are control means for controlling the switching of the exhaust gas switching valve 71.
[0075]
The exhaust flow switching means includes at least an ECU 30 serving as control means for performing switching control of the exhaust switching valve 71, an exhaust switching valve 71, and a first exhaust passage 76 and a second exhaust passage 77 which are a pair of communication paths. I will say that.
[0076]
<Structure of particulate filter and continuous oxidation of fine particles>
FIG. 5A is an image diagram in the case where exhaust gas flows through the particulate filter 22 from only one direction. The fine particles accumulate only on one surface of the particulate filter and do not move, causing a rise in the pressure loss of the exhaust gas. In addition, it hinders purification of fine particles such as soot.
[0077]
FIG. 5B is an image diagram in the case where exhaust gas is caused to flow through the particulate filter 22 from both directions. Since the fine particles are disturbed in both the forward flow direction and the reverse flow direction on both surfaces of the particulate filter 22, both surfaces of the particulate filter 22 are disturbed. In addition, or around the inside of the base material, the active points of the entire filter base material can be used to promote oxidation of fine particles such as soot, and the accumulation of fine particles in the particulate filter 22 can be further reduced. it can. Therefore, an increase in the pressure loss of the exhaust gas can be avoided.
[0078]
FIG. 6 shows the structure of the particulate filter 22. 6A shows a front view of the particulate filter 22, and FIG. 6B shows a side sectional view of the particulate filter 22. As shown in FIGS. 6A and 6B, the particulate filter 22 has a honeycomb structure, and includes a plurality of exhaust gas passages 50 and an exhaust gas outflow passage 51 extending in parallel with each other. It is a so-called wall flow type provided with:
[0079]
The exhaust passage is constituted by an exhaust gas inflow passage 50 whose downstream end is closed by a plug 52 and an exhaust gas outflow passage 51 whose upstream end is closed by a plug 53. In FIG. 6A, hatched portions indicate plugs 53.
[0080]
Therefore, the exhaust gas inflow passages 50 and the exhaust gas outflow passages 51 are alternately arranged via the thin partition walls 54. In other words, the exhaust gas inflow passages 50 and the exhaust gas outflow passages 51 are each surrounded by four exhaust gas outflow passages 51, and each exhaust gas outflow passage 51 is surrounded by five exhaust gas inflow passages 50. To be arranged.
[0081]
The particulate filter 22 is formed from a porous material such as cordierite, for example. Therefore, the exhaust gas that has flowed into the exhaust gas inflow passage 50 flows through the surrounding partition wall 54 into the adjacent exhaust gas outflow passage 51 as indicated by an arrow in FIG. 6B.
[0082]
In this embodiment, a carrier layer made of, for example, alumina is formed on the peripheral wall surface of each exhaust gas inflow passage 50 and each exhaust gas outflow passage 51, that is, on both side surfaces of each partition wall 54 and on the inner wall surface of the pores in the partition wall 54. The noble metal catalyst on this carrier, and active oxygen release that takes in oxygen when there is excess oxygen around it and retains oxygen, and releases the retained oxygen in the form of active oxygen when the surrounding oxygen concentration decreases Carrying agent.
[0083]
In this case, in the present embodiment, platinum Pt is used as a noble metal catalyst, and alkali metals such as potassium K, sodium Na, lithium Li, cesium Cs, and rubidium Rb, barium Ba, calcium Ca, and strontium Sr are used as active oxygen releasing agents. At least one selected from the group consisting of alkaline earth metals such as, lanthanum La, rare earths such as yttrium Y, and transition metals.
[0084]
In this case, as the active oxygen releasing agent, it is preferable to use an alkali metal or alkaline earth metal having a higher ionization tendency than calcium Ca, that is, potassium K, lithium Li, cesium Cs, rubidium Rb, barium Ba, and strontium Sr.
[0085]
Next, the action of removing particulates in the exhaust gas by the particulate filter 22 will be described by taking as an example a case where platinum Pt and potassium K are carried on a carrier, but other noble metals, alkali metals, alkaline earth metals, rare earths, and transition metals are used. Even when used, there is a similar effect of removing fine particles.
[0086]
In a compression ignition type internal combustion engine as shown in FIG. 1, combustion takes place under excess air, and thus the exhaust gas contains excess air. That is, when the ratio of air and fuel supplied to the intake passage, the combustion chamber 5 and the exhaust passage is referred to as the air-fuel ratio of the exhaust gas, the air-fuel ratio of the exhaust gas in the compression ignition type internal combustion engine as shown in FIG. It has become.
[0087]
Further, since NO is generated in the combustion chamber 5, the exhaust gas contains NO. Further, the fuel contains sulfur S, and this sulfur S reacts with oxygen in the combustion chamber 5 to produce SO.2  It becomes. Therefore, the exhaust gas contains SO2  Is included. Thus, excess oxygen, NO and SO2  Will flow into the exhaust gas inflow passage 50 of the particulate filter 22.
[0088]
FIGS. 7A and 7B schematically show enlarged views of the surface of the carrier layer formed on the inner peripheral surface of the exhaust gas inflow passage 50 and the inner wall surface of the pores in the partition wall 54. 7A and 7B, reference numeral 60 denotes platinum Pt particles, and reference numeral 61 denotes an active oxygen releasing agent containing potassium K.
[0089]
As described above, since the exhaust gas contains a large amount of excess oxygen, when the exhaust gas flows into the exhaust gas inflow passage 50 of the particulate filter 22, as shown in FIG.2But O2 Or O2-On the surface of platinum Pt.
[0090]
On the other hand, NO in the exhaust gas becomes O 2 on the surface of platinum Pt.2 Or O2-Reacts with NO2(2NO + O2→ 2NO2). NO generated next2Is absorbed in the active oxygen releasing agent 61 while being oxidized on the platinum Pt, and combined with potassium K to form nitrate ions NO as shown in FIG.3 Is diffused into the active oxygen releasing agent 61 in the form of3 Is potassium nitrate KNO3Generate
[0091]
Further, as described above, SO2 is contained in the exhaust gas.2This SO2Is also absorbed into the active oxygen releasing agent 61 by the same mechanism as NO. That is, as described above, the oxygen O2Is O2 Or O2-Is attached to the surface of platinum Pt in the form of2Is O on the surface of platinum Pt2 Or O2-Reacts with SO3It becomes.
[0092]
Then the generated SO3Is partially absorbed into the active oxygen releasing agent 61 while being further oxidized on platinum Pt, and combined with potassium K to form sulfate ions SO.4 2-In the active oxygen releasing agent 61 in the form of potassium sulfate K2SO4Generate Thus, potassium nitrate KNO is contained in the active oxygen release catalyst 61.3And potassium sulfate K2SO4Generate
[0093]
Further, in the combustion chamber 5, fine particles mainly composed of carbon C are generated, and therefore, these fine particles are contained in the exhaust gas. These fine particles contained in the exhaust gas are generated when the exhaust gas flows in the exhaust gas inflow passage 50 of the particulate filter 22 or when the exhaust gas flows from the exhaust gas inflow passage 50 to the exhaust gas outflow passage 51. In FIG. 7 (B), as indicated by reference numeral 62, it comes into contact with and adheres to the surface of the carrier layer, for example, the surface of the active oxygen releasing agent 61.
[0094]
When the fine particles 62 adhere to the surface of the active oxygen releasing agent 61 as described above, the oxygen concentration at the contact surface between the fine particles 62 and the active oxygen releasing agent 61 decreases. Then, a concentration difference occurs between the active oxygen releasing agent 61 having a high oxygen concentration and the oxygen in the active oxygen releasing agent 61 tends to move toward the contact surface between the fine particles 62 and the active oxygen releasing agent 61. I do. As a result, potassium nitrate KNO formed in the active oxygen releasing agent 613Is decomposed into potassium K, oxygen O and NO, oxygen O is directed to the contact surface between the fine particles 62 and the active oxygen releasing agent 61, and NO is released from the active oxygen releasing agent 61 to the outside.
[0095]
The NO released to the outside is oxidized on platinum Pt on the downstream side, and is again absorbed in the active oxygen releasing agent 61.
At this time, the potassium sulfate K formed in the active oxygen releasing agent 612SO4Also potassium K, oxygen O and SO2Oxygen O moves toward the contact surface between the fine particles 62 and the active oxygen releasing agent 61,2Is released from the active oxygen releasing agent 61 to the outside.
[0096]
SO released outside2Is oxidized on platinum Pt on the downstream side, and is again absorbed in the active oxygen releasing agent 61.
However, potassium sulfate K2SO4Is stabilized, so potassium nitrate KNO3Active oxygen is more difficult to release.
[0097]
On the other hand, the oxygen O heading toward the contact surface between the fine particles 62 and the active oxygen releasing agent 61 is potassium nitrate KNO3  And potassium sulfate K2SO4Is oxygen decomposed from such a compound.
[0098]
Oxygen O decomposed from the compound has high energy and extremely high activity. Therefore, the oxygen that goes to the contact surface between the fine particles 62 and the active oxygen releasing agent 61 is active oxygen O. When the active oxygen O comes into contact with the fine particles 62, the fine particles 62 are oxidized within a short period of time without emitting a bright flame, and the fine particles 62 almost disappear. Therefore, the fine particles 62 do not accumulate on the particulate filter 22.
[0099]
When the particulates deposited in a stacked manner on the particulate filter 22 burn as in the prior art, the particulate filter 22 glows red and burns with a flame. Such combustion with a flame cannot be sustained unless it is at a high temperature. Therefore, in order to maintain such combustion with a flame, the temperature of the particulate filter 22 must be maintained at a high temperature.
[0100]
On the other hand, in the present embodiment, the fine particles 62 are oxidized without emitting a bright flame as described above, and the surface of the particulate filter 22 does not glow at this time. That is, in the present invention, the fine particles 62 are oxidized and removed even at a considerably lower temperature than in the prior art.
[0101]
Therefore, the action of removing fine particles 62 that do not emit a luminous flame by oxidation according to the present embodiment is completely different from the action of removing fine particles by conventional combustion involving a flame.
Further, the action of removing fine particles by oxidation of the fine particles is performed at a considerably low temperature. Therefore, the temperature of the particulate filter 22 does not rise so much, and there is almost no risk of the particulate filter 22 being deteriorated. Further, since almost no fine particles are deposited on the particulate filter 22, there is little danger of ash, which is a burning scum of the fine particles, aggregating, and therefore, there is little danger of the particulate filter 22 being clogged.
[0102]
By the way, this clogging is mainly caused by calcium sulfate CaSO4Caused by That is, the fuel and the lubricating oil contain calcium Ca, and therefore contain calcium Ca in the exhaust gas. This calcium Ca is SO3In the presence of calcium sulfate CaSO4Generate This calcium sulfate CaSO4Is a solid and does not thermally decompose at high temperatures. Therefore, calcium sulfate CaSO4And this calcium sulfate CaSO4If the pores of the particulate filter 22 are closed by this, clogging will occur.
[0103]
However, in this case, when an alkali metal or an alkaline earth metal having a higher ionization tendency than calcium Ca, for example, potassium K is used as the active oxygen releasing agent 61, SO diffused into the active oxygen releasing agent 613Combines with potassium K to form potassium sulfate K2SO4And calcium Ca is SO3The exhaust gas flows through the partition wall 54 of the particulate filter 22 into the exhaust gas outlet passage 51 without being combined with the exhaust gas.
[0104]
Therefore, the pores of the particulate filter 22 are not clogged. Therefore, as described above, as the active oxygen releasing agent 61, an alkali metal or an alkaline earth metal having a higher ionization tendency than calcium Ca, that is, potassium K, lithium Li, cesium Cs, rubidium Rb, barium Ba, and strontium Sr is used. It will be preferable.
[0105]
By the way, the platinum Pt and the active oxygen releasing agent 61 are activated as the temperature of the particulate filter 22 becomes higher, so that the amount of active oxygen O that the active oxygen releasing agent 61 can release per unit time becomes higher when the temperature of the particulate filter 22 becomes higher. It increases indeed. Therefore, the amount of fine particles that can be oxidized and removed by the particulate filter 22 without emitting luminous flame per unit time on the particulate filter 22 (the amount of fine particles that can be oxidized and removed by the particulate filter 22 per unit time; The possible particle amount ") increases as the temperature of the particulate filter 22 increases.
[0106]
FIG. 8 is a graph of the amount G of particulates removable by oxidation and the temperature TF of the particulate filter, in which the vertical axis represents the amount G of particles capable of being removed by oxidation per unit time, and the horizontal axis represents the temperature TF of the particulate filter 22.
[0107]
Assuming that the amount of the particulates discharged from the combustion chamber 5 per unit time is the amount M of the particulates discharged from the engine, an area where the particulates M discharged from the engine is smaller than the particulates G that can be removed by oxidation is indicated by the symbol I, and The operating region in which the number of the oxidizable particles is larger than that of the oxidizable particles G is indicated by II.
[0108]
In the region I of FIG. 8, as soon as all the fine particles discharged from the combustion chamber 5 come into contact with the particulate filter 22, the collected fine particles are oxidized on the particulate filter 22 in a short time without generating a bright flame. It means the operating area to be removed.
[0109]
On the other hand, the region II in FIG. 8 is in an operation region in which the engine discharge particulates M are larger than the oxidation-removable particulates G, that is, when the engine operation is continued in the region II, the particulates are generated due to the shortage of active oxygen. It means the operating area where it is deposited on the stack.
[0110]
FIGS. 9A to 9C show the state of oxidation of the fine particles in the region II in FIG.
That is, in the case where the amount of active oxygen is insufficient to oxidize all the fine particles, when the fine particles 62 adhere to the active oxygen releasing agent 61 as shown in FIG. The fine particles that have not been sufficiently oxidized remain on the carrier layer. Next, when the state of the insufficient amount of active oxygen continues, the fine particles which were not oxidized one after another remain on the carrier layer, and as a result, as shown in FIG. Covered by part 63.
[0111]
The residual fine particle portion 63 covering the surface of the carrier layer is gradually transformed into a carbon material which is hardly oxidized, and therefore, the residual fine particle portion 63 easily remains as it is.
When the surface of the carrier layer is covered with the residual fine particle portion 63, NO, SO2And the active oxygen releasing agent 61 releases active oxygen. As a result, as shown in FIG. 9C, another fine particle 64 is deposited on the remaining fine particle portion 63 one after another. That is, the fine particles are deposited in a layered manner.
[0112]
When the fine particles are deposited in a stacked manner in this manner, these fine particles are separated from the platinum Pt and the active oxygen releasing agent 61, so that even if they are easily oxidized, they are no longer oxidized by the active oxygen O. Further fine particles are deposited on the fine particles 64 one after another. That is, if the state in which the engine discharge fine particles M are larger than the oxidizable / removable fine particle amount G continues, the fine particles accumulate on the particulate filter 22 in a layered manner.
[0113]
Thus, unless the exhaust gas temperature is raised or the temperature of the particulate filter 22 is raised, the deposited particulates cannot be ignited and burned.
[0114]
In summary, in the region I of FIG. 8, the fine particles are oxidized within a short time without emitting a bright flame on the particulate filter 22, but in the region II of FIG. 8, the fine particles are deposited on the particulate filter 22 in a stacked state. I can say that. In order to prevent the fine particles from depositing on the particulate filter 22 in a stacked state, it is desirable that the amount of the fine particles M discharged from the engine is always smaller than the amount G of the fine particles that can be oxidized and removed.
[0115]
The particulate filter 22 used in the present embodiment can oxidize the fine particles even when the temperature TF is considerably low. Therefore, the engine discharge fine particles M and the temperature TF of the particulate filter 22 can be maintained such that the engine discharge fine particles M become smaller than the oxidizable and removable fine particle amount G. If the operating state is maintained such that the engine discharge fine particles M become smaller than the oxidizable and removable fine particle amount G, the fine particles hardly accumulate on the particulate filter 22.
[0116]
As a result, the pressure loss of the exhaust gas flow in the particulate filter 22 hardly changes. Thus, a decrease in engine output can be kept to a minimum.
In the present embodiment, the engine operation state is basically maintained such that the amount of particulates M discharged from the engine is smaller than the amount G of particulates that can be removed by oxidation in all operation states.
[0117]
However, in practice, it is impossible to make the engine exhaust particulates M smaller than the oxidizable and removable particulate quantity G in all operating states. Therefore, if the engine discharge particulates M become larger than the oxidizable and removable particulates G for some reason, such as a sudden change in the engine operating state, the non-oxidized particulates on the particulate filter 22 begin to remain, and as a result, Fine particles are deposited on the particulate filter 22 in a layered manner.
[0118]
In this case, if the particulates continue to accumulate on the particulate filter 22, it becomes difficult to oxidize and remove the particulates discharged from the engine thereafter on the particulate filter 22. Therefore, in order to continuously oxidize and remove the particulates discharged from the engine on the particulate filter 22, the particulate matter deposited on the particulate filter 22 exceeds the threshold value which is a predetermined limit deposited particulate quantity. A state must be created in which the fine particles are quickly oxidized and removed.
[0119]
However, in practice, it is difficult to determine whether or not the engine discharge fine particles M have become larger than the oxidizable and removable fine particle amount G.
Therefore, in the present embodiment, a smoke sensor 102 as a particle concentration sensor is installed on the downstream side of the exhaust gas purification device A including the particulate filter 22 in the exhaust pipe 70, and at a place where the smoke sensor 102 is installed, particles of the exhaust gas are removed. The density is detected, and when the output value exceeds the threshold value, which is a specific set value, instantaneously or when the output value exceeds an average value during a certain period (predetermined interval) such as an engine operation time or a vehicle mileage, the parameter is set. The oxidization and removal of the fine particles on the particulate filter 22 are promoted to create a state in which the fine particles deposited on the particulate filter 22 are immediately oxidized and removed (see FIGS. 10 and 11). 10 and 11, the vertical axis indicates the desorption smoke concentration and the desorption smoke average concentration, respectively, and the horizontal axis indicates the time. The desorption smoke concentration-time diagram and the desorption smoke concentration- FIG. FIG. 10 shows that the oxidation removal accelerating means is activated when the desorption smoke concentration instantaneously exceeds the threshold value. FIG. 11 shows that when the average concentration of smoke desorbed from the threshold exceeds the threshold, the oxidation removal promoting means is activated. When the oxidation removal promoting means is activated, the temperature of the particulate filter 22 increases.
[0120]
More specifically, if the amount G of particulates that can be removed by oxidation is, for example, in the region II in FIG. 8 depending on the operation state of the engine, the particulates are deposited on the particulate filter 22 in a layered manner and exceed the threshold value. Therefore, the engine control is performed so as to be within the region I in which the amount M of the particulate discharged from the engine is reduced and the amount G of the particulate G that can be removed by oxidation is increased.
[0121]
In order to oxidize and remove the deposited fine particles, the switching valve 71 disposed on the exhaust pipe 70 is switched. When the switching valve 71 is switched, the exhaust upstream side and the exhaust downstream side of the particulate filter 22 are reversed, and the flow of the exhaust gas flowing through the filter is reversed. At the portion of the particulate filter 22 downstream of the exhaust before the switching, the fine particles adhere to the surface of the active oxygen releasing agent 61 to release the active oxygen O, and the fine particles are oxidized and removed.
[0122]
A part of the released active oxygen O moves to the exhaust gas downstream of the particulate filter 22 together with the exhaust gas, and oxidizes and removes fine particles deposited there. Here, as described above, the fine particles are disturbed in the forward flow direction and the reverse flow direction on both surfaces of the particulate filter 22, move around on both surfaces of the particulate filter 22, or inside the base material, and meet the active points of the entire filter base material. Oxidizes and raises filter temperature.
[0123]
By reversing the exhaust upstream and downstream of the particulate filter 22 when the unoxidized particulates begin to accumulate on the particulate filter 22, the particulates can be oxidized and removed from the particulate filter 22.
[0124]
In addition, when the particulates accumulate on the particulate filter 22, the accumulated particulates are oxidized without emitting a bright flame by temporarily making the air-fuel ratio of part or the whole of the exhaust gas rich. When the air-fuel ratio of the exhaust gas becomes rich, that is, when the oxygen concentration in the exhaust gas decreases, active oxygen O is released from the active oxygen releasing agent 61 to the outside at a stretch, and the fine particles deposited by the active oxygen O released at a stretch shine. It is oxidized and removed in a short time without emitting a flame.
[0125]
In this manner, the flow of the exhaust gas flowing through the particulate filter is reversed to promote the oxidization and removal. Therefore, the exhaust gas changeover valve 71 provided in the exhaust pipe 70 at a location upstream of the location where the particulate filter 22 is installed is provided. A first exhaust passage 76 and a second exhaust passage 77 which are a pair of communication passages respectively connecting the exhaust switching valve 71 and the particulate filter 22 to one side and the exhaust switching valve 71 and the other side; It can be said that the exhaust gas purifying apparatus A having the control means 75 for performing the switching control of the above has the exhaust flow switching means and also has the oxidation removal promoting means.
[0126]
When judging from the viewpoint that the oxidation removal promotion means raises the filter temperature as described above, another example of the oxidation removal promotion means is an application program stored in the ROM of the ECU and being an execution routine for promoting the oxidation removal. Can be exemplified.
[0127]
Specifically, an application program for executing a temperature increase control for increasing the temperature of exhaust gas heat and a heating means such as an electric heater for periodically burning the particulate matter collected by the particulate filter by utilizing heat are operated. An application program can be exemplified. Means for executing the temperature increase control include, for example, a fuel injection valve and an intake throttle valve installed in an intake passage. By controlling the amount of fuel injected from the fuel injection valve and the control of the intake throttle valve, the amount of intake air flowing through the intake passage changes to determine the amount of fuel to be burned in the cylinder, and consequently the temperature of exhaust gas changes. Since the ROM for storing these programs has the attribute of the ECU, the ECU can also be referred to as an oxidation removal accelerating means.
[0128]
Hereinafter, an application example of the method of accelerating the removal of fine particles by using the output value of the smoke sensor will be described.
(1) The amount of fine particles deposited on the particulate filter 22 is estimated from the desorbed smoke concentration measured by the smoke sensor and the temperature of the particulate filter 22 and the flow rate of exhaust gas. The regeneration control timing and period of the particulate filter 22 are determined by the temperature raising control means and the exhaust flow switching means. From the temperature of the particulate filter 22 and the flow rate of the exhaust gas, it is possible to roughly determine the amount that can process the fine particles. In addition to this, if the concentration of the desorbed smoke is known, the difference between the two can be determined and the fine particles remaining in the particulate filter 22 can be determined. The amount can be estimated. If the remaining amount is known, it is possible to effectively determine the regeneration control timing and the processing period for the temperature rise control.
(2) PM regeneration when the desorption smoke concentration actually measured by the smoke sensor 102 exceeds an allowable desorption smoke concentration (threshold) corresponding to a change in engine conditions such as a change in exhaust gas flow rate or a change in accelerator opening. Perform processing.
[0129]
By changing the threshold value (comparison value) of the allowable desorption smoke concentration in accordance with the operating conditions at each time, more optimal timing of the PM regeneration processing can be obtained.
(3) The regeneration process is performed when the instantaneous value or average value of the desorbed smoke concentration under certain predetermined operating conditions such as idle exceeds a certain threshold value. In this case, only one threshold value (comparison value) to be compared with the value detected by the smoke sensor needs to be set in advance.
(4) The pressure on the inlet side of the particulate filter 22 is measured by the pressure sensor 100, and the regeneration process is performed when the concentration of the desorbed smoke caused by the instantaneous high-pressure wave exceeds the threshold value of the desorbed amount corresponding to the pressure. I do. Fine particles such as soot have the property of desorbing at a certain pressure, and are used.
(5) When the average amount of desorption smoke in a certain period exceeds the threshold value of the average desorption amount corresponding to the average pressure on the inlet side of the particulate filter 22, the regeneration process is performed. In this case, for example, the average amount of desorption smoke when acceleration or deceleration is performed several times during a certain period is a target.
(6) In the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine having the exhaust gas flow switching means, the valve body 71a of the exhaust gas switching valve 71 is switched at certain time intervals under certain predetermined operating conditions such as idling, and the flow direction of the exhaust gas. When the instantaneous value or the average value of the amount of the desorbed fine particles when the flow rate is alternately changed to the forward flow and the reverse flow exceeds a certain threshold value, the regeneration process is performed.
(7) In the case where the desorbed particles in the exhaust gas purifying apparatus A for the internal combustion engine having the exhaust flow switching means are desorbed due to any of the above-described operating states or a combination thereof. The position of the valve body 71a of the exhaust switching valve 71 is set to a neutral state (see FIG. 12), and the exhaust gas is bypassed through the bypass passage 73 to prevent the particulates from accumulating any more. At the same time, a measure for the abnormality of the particulate filter 22 is performed.
[0130]
Here, an example of the abnormality of the particulate filter 22 will be described. The maximum amount that the particulate filter 22 can oxidize the fine particles is determined, but if the fine particles are deposited beyond this maximum amount, the fine particles will self-ignite if no action is taken, There is a possibility that the particulate filter 22 may be melted. Therefore, when there is a possibility that such an abnormal situation may occur, the abnormality is bypassed in advance to prevent the occurrence of the abnormal situation.
(8) In the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine having the exhaust flow switching means, for example, when the amount of desorption smoke exceeds a certain threshold during the execution of a steady operation such as an idling operation, the accumulation is performed by executing the engine operation such as rapid acceleration. In an engine operating state in which a large amount of smoke is released at once, the bypass passage 73 is set to the neutral position to suppress the released smoke.
[0131]
Fine particles such as soot are trapped in the particulate filter 22 by the paste-like SOF component in many cases. However, if the exhaust gas temperature rises rapidly due to the operating state of the engine, the SOF component will not burn due to the temperature and the particulates will not be trapped. It is considered that the particles cannot be captured by the curated filter 22, and as a result, separation of the fine particles occurs. In addition, depending on the engine operating conditions, it is conceivable that the flow rate of the exhaust gas is high and the desorption of the fine particles is promoted.
(9) In the exhaust gas purifying apparatus A for an internal combustion engine having the exhaust flow switching means, when the desorption smoke causes particulates to be desorbed due to any of the above-described operating conditions or a combination thereof, the exhaust gas is exhausted. The switching valve 71a is set to an appropriate tilt position (a halfway open state in which the switch valve 71a is not tilted to a neutral position), and only a part of the gas flows to the particulate filter 22 to control the temperature rise. By doing so, the deposited PM is removed and the emission of the desorbed smoke is suppressed.
[0132]
If the particulate filter 22 contains a large amount of fine particles, the oxidation treatment of the particulate filter 22 must be accelerated. Therefore, the oxidation is promoted. However, the amount of the fine particles that enter the particulate filter 22 later is reduced by the oxidation of the particulate filter 22. There may be more than processing capacity. Therefore, in such a case, the valve body 71 a of the exhaust gas switching valve 71 is slightly tilted so that a part of the exhaust gas flows into the bypass passage 73. If particulates accumulate on the particulate filter 22 more than this, if the particulate filter 22 would be hindered from being regenerated, the particulate filter 22 would be neutrally dripped, but if the particulate filter 22 was oxidized to some extent, the exhaust gas was switched. This is because the valve 71a can be handled by slightly inclining the valve 71a.
(10) In the exhaust gas purifying apparatus A for an internal combustion engine having the exhaust flow switching means, desorption smoke causes particulates to be desorbed due to any of the above-described operating conditions or a combination thereof, and furthermore, the temperature of the particulate filter decreases. If the temperature is sufficiently high (300 ° C. or more), the particulates are bypassed by setting the valve body 71 a of the exhaust switching valve 71 to the neutral position for a certain period, and the particulates deposited on the particulate filter 22 are oxidized during that time. After that, the valve body 71a is alternately switched.
(11) In the exhaust gas purifying apparatus A for an internal combustion engine having the exhaust flow switching means, when the desorption smoke causes particles to desorb due to any of the above-described operating states or a combination thereof, By frequently switching the valve body 71a, the oxidation of the fine particles deposited on the particulate filter 22 is promoted. Then, when the amount of desorption smoke falls below a certain threshold value, the valve body 71a is switched alternately. By switching the valve body 71a, vibration is appropriately generated in the particulate filter 22, and as a result, the fine particles search for the active site by themselves, so that oxidation is promoted and this is preferable.
[0133]
If the movement of the valve body 71a is too slow, the amount of bypassed fine particles increases more than necessary. Therefore, it is important to execute the opening and closing speed of the valve body 71a so as to prevent such adverse effects.
[0134]
In the internal combustion engine having such a configuration, the amount of accumulated fine particles is estimated by the smoke sensor 102, and when the estimated value (the value detected by the fine particle concentration sensor) is a concentration value exceeding the threshold value, Activate the oxidation removal accelerating means. Therefore, the particulates can be oxidized before the particulates are deposited so much that the particulate filter cannot be regenerated, thereby avoiding a situation in which the particulate filter cannot be regenerated.
[0135]
Further, by operating the exhaust flow switching means, the particulates attached to the particulate filter 22 can be burned as continuously as possible. That is, since the exhaust gas can be alternately flown from both sides of the particulate filter 22 by providing the exhaust switching valve 71, when the exhaust gas is flown to the particulate filter 22 from only one direction, only one partition surface and only the inside of the partition are oxidized. While the reaction is not used, the amount of fine particles that accumulate in a unit area increases, and the oxidizing performance decreases. On the other hand, in the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine of the present embodiment, a forward flow and a backward flow are used alternately. As a result, the exhaust gas flows from both sides of the particulate filter, so that the fine particles are agitated and move around on the partition wall surface and inside the partition wall of the particulate filter, thereby effectively using the catalytic active points on the partition wall surface of the particulate filter and the entire inside of the partition wall. be able to. Therefore, the oxidation of the fine particles can be promoted, the purification can be performed more continuously, and the exhaust gas purification performance can be improved.
[0136]
In this embodiment, the exhaust gas purifying apparatus A employs the exhaust flow switching means and the bypass means, but does not have these means, that is, the particulate filter 22 is formed as a part of the exhaust pipe 70. It is needless to say that an exhaust gas purifying apparatus A having a configuration as shown in a modified example of FIG. 13 in which exhaust gas is directly introduced into the particulate filter 22 may be applied.
[0137]
【The invention's effect】
In the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine of the present invention, the amount of particulates deposited on the filter is estimated from the amount of desorbed smoke, and the particulate matter is increased by increasing the exhaust gas temperature before the particulates are deposited on the filter. It is possible to avoid a situation in which the filter burns and the regeneration of the filter becomes impossible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall view of an internal combustion engine to which an exhaust gas purification device for an internal combustion engine of the present invention is applied.
FIG. 2 is a diagram showing a required torque of an engine.
FIG. 3 is a plan view showing an exhaust gas purification device.
FIG. 4 is a side view showing an exhaust gas purification device.
FIG. 5A is an image diagram showing a state in which fine particles are deposited on a filter base material, and FIG. 5B is an image diagram showing a state in which fine particles are disturbed by a forward flow and a backward flow of exhaust gas.
6A is a front view of a particulate filter, and FIG. 6B is a side sectional view of the particulate filter.
FIG. 7 is a conceptual diagram showing an oxidizing action of fine particles.
FIG. 8 is a graph showing the relationship between the amount of fine particles that can be removed by oxidation and the temperature of a particulate filter.
FIG. 9 is a conceptual diagram showing a deposition action of fine particles.
FIG. 10: Desorption smoke concentration-time diagram
FIG. 11: Desorption smoke concentration-time diagram
FIG. 12 is a diagram showing a state where the valve body is at a neutral position parallel to the axis of the exhaust pipe.
FIG. 13 is a diagram showing a modified example of the exhaust emission control device.
[Explanation of symbols]
A Exhaust gas purification device
1 Engine body
2 Cylinder block
3 Cylinder head
4 piston
5 Combustion chamber
6 Electric control type fuel injection valve
6a Fuel supply pipe
7 Intake valve
8 Intake port
9 Exhaust valve
10 Exhaust port
11 Intake branch pipe
12 Surge tank
13 Intake duct
14 Exhaust turbocharger
15 Compressor
16 step motor
17 Throttle valve
18 Cooling device
19 Exhaust manifold
20 exhaust pipe
21 Exhaust turbine
22 Particulate filter (filter)
23 Casing
24 EGR passage
25 Electric control type EGR control valve
26 Cooling device
27 common rail
28 Fuel pump
29 Fuel pressure sensor
30 ECU (oxidation removal accelerating means)
31 Bidirectional bus
32 ROM
33 RAM
34 CPU
35 input port
36 output ports
37 AD converter
38 Drive Circuit
39 Temperature sensor
40 accelerator pedal
41 Load sensor
42 Crank angle sensor
50 Exhaust gas inflow passage
51 Exhaust gas outflow passage
52 stopper
53 stopper
54 partition
60 Platinum Pt particles
61 Active oxygen release agent
62 fine particles
63 Residual fine particle part
64 Another particle
70 exhaust pipe (engine exhaust passage)
71 Exhaust switching valve
71a valve body
72 Actuator
73 Bypass passage (bypass means)
75 Control means
76 First exhaust passage
77 Second exhaust passage
100 pressure sensor
102 Smoke sensor (Particle concentration sensor)
G Amount of fine particles that can be removed by oxidation
L Accelerator pedal depression amount
N engine speed
M Amount of emitted fine particles
O active oxygen
TF Temperature of particulate filter
TQ required torque

Claims (7)

排気ガス中に含まれる微粒子を除去するために機関排気通路内に配置したフィルタにより排気ガス中の微粒子を一旦捕集し、この捕集した微粒子を酸化除去して前記フィルタの再生を図る内燃機関の排気浄化装置において、
前記フィルタは、内燃機関が排出する単位時間当たりの機関排出微粒子量が前記フィルタによる単位時間当たりの酸化除去可能微粒子量よりも少ない時は前記捕集した微粒子を輝炎が生じない状態で酸化除去するフィルタであって、
前記機関排気通路のうち前記フィルタの下流側に設置し当該設置個所における排気ガスに含まれる微粒子の濃度を検出する微粒子濃度センサと、
この微粒子濃度センサの出力値が特定の設定値を超えた時に前記フィルタ上の微粒子の酸化除去を促進する酸化除去促進手段と、
を有する内燃機関の排気浄化装置。
An internal combustion engine that once collects particulates in exhaust gas by a filter disposed in an engine exhaust passage to remove particulates contained in exhaust gas, and oxidizes and removes the collected particulates to regenerate the filter. In the exhaust purification device of
The filter removes the trapped fine particles by oxidation in a state where no luminous flame is generated when the amount of particulates discharged from the internal combustion engine per unit time by the engine is smaller than the amount of fine particles that can be oxidized and removed by the filter per unit time. Filter
A particulate concentration sensor that is installed downstream of the filter in the engine exhaust passage and detects the concentration of particulates contained in exhaust gas at the installation location;
Oxidation removal promoting means for promoting oxidation removal of the particles on the filter when the output value of the particle concentration sensor exceeds a specific set value,
An exhaust gas purification device for an internal combustion engine, comprising:
前記酸化除去促進手段は、フィルタの温度を昇温させるものであることを特徴とする請求項1記載の内燃機関の排気浄化装置。2. The exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein said oxidation removal promoting means raises the temperature of the filter. 前記酸化除去促進手段は、フィルタ内を流通する排気ガスの流れを逆転させるものであることを特徴とする請求項1記載の内燃機関の排気浄化装置。2. The exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein said oxidation removal promoting means reverses the flow of exhaust gas flowing through the filter. 排気ガス中に含まれる微粒子を除去するために機関排気通路内に配置したフィルタにより排気ガス中の微粒子を一旦捕集し、この捕集した微粒子を酸化除去して前記フィルタの再生を図る内燃機関の排気浄化装置において、
前記フィルタは、内燃機関が排出する単位時間当たりの機関排出微粒子量が前記フィルタによる単位時間当たりの酸化除去可能微粒子量よりも少ない時は前記捕集した微粒子を輝炎が生じない状態で酸化除去するフィルタであって、
前記機関排気通路のうち前記フィルタの下流側に設置し当該設置個所における排気ガスに含まれる微粒子の濃度を検出する微粒子濃度センサと、
前記フィルタの一方側から他方側に向けて排気ガスを流す第1の流れおよび前記他方側から前記一方側に向けて排気ガスを流す第2の流れを交互に切換える排気流切換手段と、
前記微粒子濃度センサの出力値が特定の設定値を超えた時に前記フィルタ上の微粒子の酸化除去を促進する酸化除去促進手段と、
を有する内燃機関の排気浄化装置。
An internal combustion engine that once collects particulates in exhaust gas by a filter disposed in an engine exhaust passage to remove particulates contained in exhaust gas, and oxidizes and removes the collected particulates to regenerate the filter. In the exhaust purification device of
The filter removes the trapped fine particles by oxidation in a state where no luminous flame is generated when the amount of particulates discharged from the internal combustion engine per unit time by the engine is smaller than the amount of fine particles that can be oxidized and removed by the filter per unit time. Filter
A particulate concentration sensor that is installed downstream of the filter in the engine exhaust passage and detects the concentration of particulates contained in exhaust gas at the installation location;
Exhaust flow switching means for alternately switching a first flow of exhaust gas flowing from one side to the other side of the filter and a second flow of exhaust gas flowing from the other side to the one side;
Oxidation removal promotion means for promoting the oxidation removal of the particles on the filter when the output value of the particle concentration sensor exceeds a specific set value,
An exhaust gas purification device for an internal combustion engine, comprising:
微粒子濃度センサの出力値を瞬間値でまたは時間や距離の所定間隔における平均値で求め、これらの値が前記特定の設定値を超えた場合に前記酸化除去促進手段を作動することを特徴とする請求項1〜4に記載の内燃機関の排気浄化装置。The output value of the particle concentration sensor is obtained as an instantaneous value or as an average value at a predetermined interval of time or distance, and when these values exceed the specific set value, the oxidation removal promoting means is operated. The exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to claim 1. 排気ガス中に含まれる微粒子を除去するために機関排気通路内に配置したフィルタにより排気ガス中の微粒子を一旦捕集し、この捕集した微粒子を酸化除去して前記フィルタの再生を図る内燃機関の排気浄化装置において、
前記フィルタは、内燃機関から排出される単位時間当たりの機関排出微粒子量が前記フィルタによる単位時間当たりの酸化除去可能微粒子量よりも少ない時は前記捕集した微粒子を輝炎を生じさせずに酸化除去するフィルタであって、
前記機関排気通路のうち前記フィルタの下流側に設置され当該設置個所における排気ガスに含まれる微粒子の濃度を検出する微粒子濃度センサと、
この微粒子濃度センサの出力値が特定の設定値を超えた時に前記フィルタの一方側から他方側に向けて排気ガスを流す第1の流れおよび前記他方側から前記一方側に向けて排気ガスを流す第2の流れを交互に切換える排気流切換手段と、
前記微粒子濃度センサの出力値が特定の設定値を超えた時に前記フィルタをバイパスさせた状態で前記機関排気通路に排気ガスを流すバイパス手段と、
を有する内燃機関の排気浄化装置。
An internal combustion engine that once collects particulates in exhaust gas by a filter disposed in an engine exhaust passage to remove particulates contained in exhaust gas, and oxidizes and removes the collected particulates to regenerate the filter. In the exhaust purification device of
The filter oxidizes the trapped fine particles without producing a bright flame when the amount of fine particles discharged from the internal combustion engine per unit time is smaller than the amount of fine particles that can be oxidized and removed by the filter per unit time. A filter to remove,
A fine particle concentration sensor installed downstream of the filter in the engine exhaust passage and detecting the concentration of fine particles contained in exhaust gas at the installation location;
A first flow of exhaust gas flowing from one side of the filter to the other side and an exhaust gas flowing from the other side to the one side when the output value of the particle concentration sensor exceeds a specific set value. Exhaust flow switching means for alternately switching the second flow;
Bypass means for flowing exhaust gas to the engine exhaust passage in a state where the filter is bypassed when an output value of the particulate concentration sensor exceeds a specific set value;
An exhaust gas purification device for an internal combustion engine, comprising:
微粒子濃度センサの出力値を瞬間値でまたは時間や距離の所定間隔における平均値で求め、これらの値が前記特定の設定値を超えた場合に前記酸化除去促進手段を作動することを特徴とする請求項6に記載の内燃機関の排気浄化装置。The output value of the particle concentration sensor is obtained as an instantaneous value or as an average value at a predetermined interval of time or distance, and when these values exceed the specific set value, the oxidation removal promoting means is operated. An exhaust purification device for an internal combustion engine according to claim 6.
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