JP3593968B2 - 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】
内燃機関、特に、ディーゼルエンジンの排気ガス中には、カーボンを主成分とする有害なパティキュレートが含まれており、大気中へのパティキュレート排出量を低減することが望まれている。そのためにディーゼルエンジンの排気系には、パティキュレートを捕集するフィルタとして、パティキュレートフィルタを配置することが提案されている。このようなパティキュレートフィルタは、パティキュレート捕集量の増加に伴い大きな排気抵抗となるために、捕集したパティキュレートを燃焼させ、パティキュレートフィルタ自身を再生する必要がある。
【0003】
機関高負荷高速運転のように排気ガスが高温となれば、パティキュレートは自然発火して燃焼するために、パティキュレートフィルタを再生することができる。しかしながら、このような機関高負荷高速運転が頻繁に行われる保証はなく、一般的には、ヒータ又は酸化触媒等をパティキュレートフィルタに配置して、再生時期において、ヒータを作動させたり、又は、酸化触媒へ未燃燃料等を供給する等の再生処理が実施されることとなる。
【0004】
従って、パティキュレートフィルタの再生時期を判断することが必要とされるが、判断された再生時期が早過ぎると不必要に再生処理が行われることとなり、バッテリの大型化又は多量の燃料消費等の問題が発生する。また、判断された再生時期が遅過ぎると機関排気系の排気抵抗が非常に大きくなり、機関出力を低下させる。
【0005】
こうして、パティキュレートフィルタの再生時期を正確に判断することが望まれている。例えば、車両走行距離が多いほどパティキュレート捕集量が増大することに基づき、再生時期を判断することが提案されているが、所定走行距離の間の運転状態によってパティキュレート捕集量に顕著な違いが発生するために、この方法では、正確な再生時期を判断することはできない。
【0006】
また、パティキュレートフィルタの上流側と下流側とに圧力センサを配置して、パティキュレート捕集量が増加するほど、これら二つの圧力センサにより検出される差圧が増大することに基づき再生時期を判断することも提案されているが、圧力センサが高価であると共に圧力センサ自身に比較的大きな測定誤差があり、この方法もあまり好ましくはない。
【0007】
安価で比較的正確にパティキュレートフィルタの再生時期を判断するために、特開平3−41112号公報には、パティキュレート捕集量が増加するほど吸入新気量が減少することに基づき、測定された吸入新気量と機関運転状態毎の基準値とを比較してパティキュレートフィルタの再生時期を判断することが提案されている。
【0008】
このような吸入新気量に基づくパティキュレートフィルタの再生時期の判断では、吸入新気量が安定していることが重要であり、定常運転時は、この判断に適しているが、市街地走行においては定常運転が長期間行われないことがあり、判断間隔が長期化するために、パティキュレートフィルタに多量のパティキュレートが捕集されているにも係らずに、再生時期と判断されないことがある。アクセルペダルが開放される機関減速時は、吸入空気量が安定しており、比較的頻繁に再生時期を判断するのにも適している。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、大型車両等には、機関排気系に排気絞り弁が設けられていることがあり、機関減速時に排気ブレーキを発生させるために排気絞りが作動させられると、排気絞り弁がパティキュレートフィルタの上流側に設けられている場合においては、パティキュレート捕集量に関係なく、吸入新気量を減少させることとなり、吸入新気量に基づく再生時期の判断が不可能となる。また、排気絞り弁がパティキュレートフィルタの下流側に設けられている場合においても、パティキュレート捕集量にかかわらずにパティキュレートフィルタの排気上流側の圧力を上昇させ、やはり吸入新気量を減少させることとなるために、吸入新気量に基づく正確な再生時期の判断は不可能となる。
【0010】
従って、本発明の目的は、機関排気系に配置されたパティキュレートフィルタへのパティキュレート捕集量を減速時に推定して再生時期等を的確に判断可能とすると共に、機関排気系に配置された排気絞り弁によって車両を良好に減速させることを可能とする内燃機関の排気浄化装置を提供することである。
【0011】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の本発明による内燃機関の排気浄化装置は、機関排気系に配置されたパティキュレートフィルタと、機関排気系に配置されて機関減速時に閉弁方向へ作動させられる排気絞り弁と、機関吸気系へ取り入れられる新気量を検出する新気量検出手段と、機関減速時に前記排気絞り弁による制動力が必要であるか否かを判断する制動力判断手段とを具備し、機関減速時において、前記制動力判断手段により前記排気絞り弁による制動力が不必要であると判断された時には、前記排気絞り弁の閉弁方向への作動を中止するか又は閉弁方向に作動させられた前記排気絞り弁を開弁させると共に前記新気量検出手段によって検出された前記新気量と基準値とを比較することにより前記パティキュレートフィルタへのパティキュレート捕集量を推定することを特徴とする。
【0012】
また、請求項2に記載の本発明による内燃機関の排気浄化装置は、請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記制動力判断手段は、現在の積載重量、現在の選択変速ギヤ、及び、現在の車速の少なくとも一つに基づき前記排気絞り弁による制動力が必要であるか否かを判断することを特徴とする。
【0013】
また、請求項3に記載の本発明による内燃機関の排気浄化装置は、請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記内燃機関は、機関排気系の前記パティキュレートフィルタ上流側と機関吸気系とを連通する排気ガス再循環通路と、前記排気ガス再循環通路を介して再循環させる排気ガス量を機関運転状態に応じた最適値に制御するための制御弁とを具備し、機関減速時において、前記制動力判断手段により前記排気絞り弁による制動力が不必要であると判断された時には、前記制御弁を設定開度へ開弁させた後に前記新気量検出手段によって検出された前記新気量と基準値とを比較して前記パティキュレートフィルタへのパティキュレート捕集量を推定することを特徴とする。
【0014】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明による内燃機関の排気浄化装置の実施形態を示す概略図である。同図において、1は機関本体、2は機関吸気系、3は機関排気系である。機関吸気系2において、各気筒へ接続されたインテークマニホルド2aの上流側にはスロットル弁4が配置され、スロットル弁4の上流側には機関吸気系2へ取り入れられた新気量を検出するためのエアフローメータ5が配置されている。エアフローメータ5の上流側はエアクリーナを介して大気へ通じている。本実施形態において、スロットル弁4は、アクセルペダルに連動して機械的に駆動されるものではなく、ステップモータ等によって自由に開度設定が可能なものである。
【0015】
一方、機関排気系3においては、各気筒へ接続されたエキゾーストマニホルド3aの下流側にパティキュレートフィルタ6が配置されている。パティキュレートフィルタ6の下流側は、触媒コンバータ及び消音器等を介して大気へ通じている。
【0016】
機関吸気系におけるインテークマニホルド2aとスロットル弁4との間と、機関排気系におけるエキゾーストマニホルド3aとパティキュレートフィルタ6との間とは、排気ガス再循環通路7によって連通され、排気ガス再循環通路7には再循環させる排気ガス量を機関運転状態に応じた最適量に制御するための制御弁7aが配置されている。
【0017】
また、排気ガス再循環通路7には、多量の排気ガスを再循環させることを可能とするために再循環排気ガスを冷却する排気冷却器7bが設けられている。また、機関排気系3における排気ガス再循環通路7の接続部とパティキュレートフィルタ6との間には、ターボチャージャのタービン8aが設けられ、機関吸気系2におけるスロットル弁4とエアフローメータとの間には、ターボチャージャのコンプレッサ8bが設けられている。また、機関吸気系2には、多量の新気を気筒内へ導入することを可能とするために新気を冷却する吸気冷却器2bが設けられている。また、機関排気系3におけるパティキュレートフィルタ6の下流側には、排気ブレーキとして機関排気系の通路断面積を減少させることを可能とする排気絞り弁15が設けられている。排気絞り弁15は、ステップモータ又は負圧アクチュエータ等の駆動装置(図示せず)によって作動させられる。
【0018】
パティキュレートフィルタ6は、例えば、セラミック等の多孔性物質からなる多孔性物質パティキュレートフィルタである。このパティキュレートフィルタは、複数の長手方向に延在する隔壁によって細分化された複数の軸線方向空間を有し、隣接する二つの軸線方向空間において、一方が排気上流側を、他方が排気下流側をセラミック等の閉塞材によって閉塞されている。こうして、隣接する二つの軸線方向空間は、排気上流側から流入した排気ガスが隔壁を介して排気下流側に流出するトラップ通路となり、多孔質物質からなる隔壁は、トラップ壁として、排気ガス通過の際にパティキュレートを捕集するようになっている。
【0019】
また、パティキュレートフィルタ6は、例えば、耐熱性金属繊維の不織布と耐熱性金属の波板から構成された金属繊維パティキュレートフィルタとしても良い。このパティキュレートフィルタは、二枚の不織布と二枚の波板とが互いに違いに厚さ方向に積層されて螺旋状に巻かれ、不織布と波板とによって複数の軸線方向空間が形成されているものである。不織布を構成する耐熱性金属繊維及び波板を構成する耐熱金属として、例えば、Fe−Cr−Al合金又はNi−Cr−Al合金等が利用可能である。二枚の不織布は、排気上流側端部において一方の面同士を互いに密着させて螺旋状に連続して溶接され、また、排気下流側端部において他方の面同士を互いに密着させて螺旋状に連続して溶接される。こうして、半径方向に隣接する二つの軸線方向空間は、排気上流側から流入した排気ガスがいずれかの不織布を介して排気下流側に流出するトラップ通路となり、不織布は、トラップ壁として、排気ガス通過の際にパティキュレートを捕集するようになっている。
【0020】
このようなパティキュレートフィルタ6に捕集されるパティキュレートが多量となると、排気抵抗を大きくして機関出力を大幅に低下させるために、適当量のパティキュレートが捕集された時点でパティキュレートを燃焼させ、パティキュレートフィルタ自身を再生する必要がある。
【0021】
このための手段として、本実施形態では、パティキュレートフィルタにヒータが配置されており、このヒータを作動させるための再生時期の判断が必要である。また、パティキュレートフィルタの再生手段として、酸化触媒等をパティキュレートフィルタに配置して、再生時期に酸化触媒へ未燃燃料等を供給するようにしても良い。
【0022】
再生時期の判断は、早過ぎても遅過ぎても好ましくなく、適当量のパティキュレートが捕集されたことを正確に判断することが必要である。本実施形態では、制御装置20によって、図2に示すフローチャートに従って再生時期の判断を実施するようになっている。
【0023】
先ず、ステップ101において、アクセルペダルストロークセンサ(図示せず)によって検出されるアクセルペダルの踏み込み量Lが0であるか否かが判断される。この判断が否定される時には、アクセルペダルが踏み込まれており、すなわち、機関運転中であるために、再生時期の判断には適しておらず、そのまま終了する。
【0024】
一方、この判断が肯定される時、すなわち、アクセルペダルが踏み込まれていない時には、ステップ102に進み、燃料噴射量Qが0であるか否かが判断される。この判断が否定される時には、燃料噴射が行われて機関運転中であるために、再生時期の判断には適しておらず、そのまま終了する。
【0025】
しかしながら、ステップ102における判断が肯定される時には、機関減速時であるために、ステップ103に進み、排気絞り弁15を閉弁方向に作動させる。それにより、機関排気系3の排気抵抗が増大し、排気行程におけるピストンの仕事量が増加するために、排気ブレーキを発生させることができる。
【0026】
次いで、ステップ104において、車両に積み込まれた荷物等の積載重量Wが設定重量W1以下であるか否かが判断される。この判断が否定される時には、車両の十分な減速を実現するために比較的大きな制動力、すなわち、ブレーキペダルにより発生可能な制動力に加えて排気ブレーキによる制動力が必要となることがあり、排気絞り弁15を作動させたまま終了する。
【0027】
一方、ステップ104における判断が肯定される時には、それほど大きな制動力は必要とされず、排気ブレーキによる制動力は不必要である可能性があり、ステップ105において、シフトレバーによって現在選択されている変速ギヤが4速又は5速等の高速ギヤであるか否かが判断される。この判断が否定される時、すなわち、1,2,3速等の低中速ギヤが選択されている時には、排気絞り弁15を作動させなくても、アクセルペダルの開放と同時に比較的大きなエンジンブレーキが発生するために、排気ブレーキが不必要である可能性は高まり、ステップ107に進む。
【0028】
一方、高速ギヤが選択されている時には、アクセルペダルが開放されてもエンジンブレーキが十分に発生せず、排気ブレーキが必要とされる可能性は高まるが、ステップ106において、ブレーキペダルが踏み込まれているか否かが判断され、この判断が否定される時には、運転者は車両を大幅に減速させようとしてはおらず、排気ブレーキが必要とされる可能性は低く、ステップ107に進む。一方、ブレーキペダルが踏み込まれている時には、運転者は車両を大幅に減速させることを意図しており、排気ブレーキは必要とされるために、排気絞り弁15を作動させたまま終了する。
【0029】
ステップ107では、現在の車速Sが設定車速S1以下であるか否かが判断される。この判断が否定される時には、現在の車速Sは高く、大幅な減速を意図して排気ブレーキが必要とされることがあり、排気絞り弁15を作動させたまま終了する。
【0030】
しかしながら、ステップ107における判断が肯定される時には、積載重量Wが比較的軽く、低中速ギヤが選択されて比較的大きなエンジンブレーキを発生させることができ、又は、高速ギヤが選択されているがブレーキペダルによる制動力も必要とされておらず、また、車速Sも低いために、運転者は車両減速のために排気ブレーキを必要としてはいない。それにより、ステップ108において排気絞り弁15は開弁され、ステップ109以降におけるパティキュレートフィルタの再生時期の判断が実施される。本フローチャートでは、こうして排気ブレーキが必要であるか否かを判断しているが、これは本発明を限定するものではなく、例えば、積載重量、選択ギヤ、及び車速の少なくとも一つに基づき排気ブレーキが必要であるか否かを判断しても良く、また、これらの情報に基づく実際に必要な要求制動力と、現在のエンジンブレーキ及びブレーキペダルによる実制動力とを推定し、要求制動力が実制動力を上回る時にだけ、排気ブレーキが必要であると判断するようにしても良い。
【0031】
ステップ109では、スロットル弁4を全開又は全開に近い設定開度とし、ステップ110において制御弁7aを全開又は全開に近い設定開度とする。次いでステップ111において、現在の機関回転数に基づき各気筒へ吸入されるはずの吸気量基準値Gn’が算出される。もちろん、機関回転数毎の基準値Gn’をマップ化しておいても良い。
【0032】
次いでステップ112において、ステップ111において算出された基準値Gn’とエアフローメータ5により検出される実際の新気量Gnとの差が所定値Aより大きいか否かが判断され、この判断が否定される時には、再生時期ではないとして、そのまま終了する。一方、ステップ112における判断が肯定される時には、ステップ113において再生時期であると判断され、パティキュレートフィルタ6に配置されたヒータを作動して再生処理が実施される。
【0033】
このような吸入空気量に基づくパティキュレートフィルタの再生時期の判断では、吸入空気量が安定していることが必要であり、定常運転時は、この判断に適しているが、市街地走行においては定常運転が長期間行われないことがあり、判断間隔が長期化してしまう。パティキュレートフィルタの再生時期を的確に判断するためには、比較的頻繁に再生時期の判断が必要であり、アクセルペダルが開放される機関減速時は、吸入空気量も安定しており、これに適している。
【0034】
しかしながら、機関減速時にパティキュレートフィルタ6の下流側に配置された排気絞り弁15が作動させられると、パティキュレート捕集量が少なくてもパティキュレートフィルタの排気上流側の圧力が上昇し、吸入新気量を減少させることとなるために、吸入新気量に基づいてパティキュレート捕集量を正確に推定することができなくなる。また、排気絞り弁15がパティキュレートフィルタ6の上流側に配置されている場合にも、排気絞り弁15の作動によって吸入新気量を単に減少させ、吸入新気量に基づくパティキュレート捕集量の推定は不可能となる。
【0035】
本実施形態では、機関減速時において、一旦は排気絞り弁を作動させて排気ブレーキを発生させるが、機関減速時でも排気ブレーキが必要とされない場合も多く、この場合には、排気絞り弁を開弁させて吸入空気量に基づくパティキュレートフィルタの再生時期の判断を実施するようになっており、判断間隔を長期化させることなく、的確な再生時期の判断が可能である。
【0036】
また、本実施形態において、排気ブレーキが必要であると判断されて始めて排気ブレーキを発生させるのではなく、機関減速と同時に排気ブレーキを発生させているために、今回の機関減速が排気ブレーキを必要としている場合には、車両の十分な減速が実現され、運転者が減速不足によって違和感を持つようなことはない。しかしながら、今回の機関減速において排気ブレーキが必要であるか否かの判断時間を制御装置の改良等によって非常に短くすることができれば、この判断後に必要に応じて排気絞り弁を作動させるようにしても、非常に短時間だけ排気ブレーキが発生しないだけであり、運転者の違和感はない。
【0037】
しかしながら、アクセルペダルを開放した直後は、機関回転数の変動が大きく、また、本実施形態のようにターボチャージャを備えている場合には、コンプレッサの回転が低下するまで吸入空気量が安定しない。それにより、アクセルペダルの開放と同時に排気ブレーキを発生させるか否かにかかわらず、アクセルペダルの開放直後は、ステップ109以降の再生時期の判断を実施しないことが好ましい。
【0038】
ところで、吸入新気量に基づく再生時期の判断は、パティキュレート捕集量が増加するほど吸入新気量が減少することに基づいており、実際の吸入新気量が、パティキュレートが全く捕集されていない時の吸入新気量における基準値の例えば80%に低下した場合に、パティキュレートフィルタには適当量のパティキュレートが捕集されたとして再生時期と判断することができる。
【0039】
しかしながら、通常の機関運転時では、再生時期の判断のための吸入新気量の検出に際して、排気ガス再循環を中止する必要があり、この時のNO生成量が増加してしまう。それによっても、本実施形態のように、フューエルカットされて燃焼が中止されている機関減速時に再生時期を判断することは好ましい。しかしながら、機関減速時には、基準値自身が小さくなるために、実際の吸入新気量が基準値の80%となっても、僅かな差であり、正確に再生時期を判断するためには吸入空気量を非常に正確に測定することが必要である。
【0040】
本実施形態では、本発明を限定するものではないが、機関減速時にスロットル弁4を全開近傍へ開弁増加させて、吸入新気量を増大させると共に基準値を増大させている。フューエルカットされていれば、吸入新気量を増大させても特に問題はなく、こうして、吸入空気量の測定に多少の誤差が含まれていても、比較的正確に再生時期を判断することが可能となる。
【0041】
また、本発明を限定するものではないが、本実施形態では、さらに、機関減速時において排気ガス再循環通路7の制御弁を全開している。もし、パティキュレートフィルタ6にパティキュレートが捕集されていないならば、機関吸気系2のスロットル弁4の下流側と、機関排気系6のパティキュレートフィルタ6の上流側とは、ほぼ等しい圧力となるために、排気ガス再循環通路7を通過する気体は存在してもわずかであり、それにより、基準値Gn’と実際の吸入新気量Gnとはほぼ等しくなり、ステップ112における判断は否定される。
【0042】
しかしながら、パティキュレートフィルタ6へパティキュレートが捕集されて排気抵抗が増加すると、機関排気系6におけるパティキュレートフィルタ6の上流側の圧力は高まり、排気ガス再循環通路7を通過して機関吸気系へ気体が再循環し始め、その量は、パティキュレート捕集量が増加するほど多くなる。それにより、実際の吸入新気量は、パティキュレートフィルタ6の排気抵抗の増加に伴って減少すると共に、この再循環気体量に伴って減少することとなる。
【0043】
こうして、パティキュレートフィルタ6へ適当量のパティキュレートが捕集された時点では、基準値Gn’と実際の吸入新気量Gnとの間にはさらに顕著な差が発生することとなる。それにより、ステップ112において、比較的大きな所定値Aを使用することができ、多少の測定誤差があっても正確に再生時期を判断することができる。ここで、基準値Gn’と実際の吸入新気量Gnとの差は、パティキュレートフィルタ6へのパティキュレート捕集量を表す値となる。
【0044】
本実施形態では、基準値Gn’と実際の吸入新気量Gnとの差をパティキュレート捕集量として、これが所定値Aを越える時に再生時期と判断するようにしたが、もちろん、実際の吸入新気量Gnと基準値Gn’との比Gn/Gn’もパティキュレート捕集量を表す値である。この値は、捕集量が0の時には1となり、捕集量の増加と共に減少するものである。それにより、この値が所定値(例えば、0.6)となった時、すなわち、実際の吸入新気量Gnが基準値Gn’の60%となった時に、再生時期と判断するようにしても良い。ここで、所定値60%を使用したが、これは、排気ガス再循環通路7を介しての気体の再循環が起こる結果であり、パティキュレートフィルタが40%も気体を通過させ難くなったことを意味するものではなく、適当量のパティキュレートが捕集された時点で、従来に比較して顕著に吸入新気量が減少することを意味している。
【0045】
図3は、前述したヒータ等の再生手段を有するパティキュレートフィルタとは異なるパティキュレートフィルタ6’の周囲構造を示す平面図であり、図4は、その側面図である。この周囲構造には、エキゾーストマニホルド3aの下流側に排気管3bを介して接続された切換部9と、パティキュレートフィルタ6’と、パティキュレートフィルタ6’の一方側と切換部9とを接続する第一接続部3dと、パティキュレートフィルタ6’の他方側と切換部9とを接続する第二接続部3eと、切換部9の下流側の排気通路3cとが設けられている。切換部9は、切換部9内で排気流れを遮断することを可能とする弁体9aを具備している。弁体9aの一方の遮断位置において、切換部9内の上流側が第一接続部3dと連通されると共に切換部9内の下流側が第二接続部3eと連通され、排気ガスは、図3に矢印で示すように、パティキュレートフィルタ6’の一方側から他方側へ流れる。
【0046】
また、図5は、弁体9aの他方の遮断位置を示している。この遮断位置において、切換部9内の上流側が第二接続部3eと連通されると共に切換部9内の下流側が第一接続部3dと連通され、排気ガスは、図5に矢印で示すように、パティキュレートフィルタ6’の他方側から一方側へ流れる。こうして、弁体9aを切り換えることによって、パティキュレートフィルタ6’へ流入する排気ガスの方向を逆転することができ、すなわち、パティキュレートフィルタ6’の排気上流側と排気下流側とを逆転することが可能となる。
【0047】
このようにして、本パティキュレートフィルタの周囲構造は、非常に簡単な構成によってパティキュレートフィルタの排気上流側と排気下流側とを逆転することが可能となる。また、パティキュレートフィルタにおいては、排気ガスの流入を容易にするために、大きな開口面積が必要とされるが、本パティキュレートフィルタ周囲構造は、車両搭載性を悪化させることなく、図3及び4に示すように、大きな開口面積を有するパティキュレートフィルタを使用可能となる。
【0048】
図6にパティキュレートフィルタ6’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6’の正面図であり、(B)は側面断面図である。これらの図に示すように、本パティキュレートフィルタ6’は、長円正面形状を有し、例えば、コージライトのような多孔質材料から形成されたハニカム構造をなすウォールフロー型であり、多数の軸線方向に延在する隔壁54によって細分された多数の軸線方向空間を有している。隣接する二つの軸線方向空間において、栓52,53によって、一方は排気下流側で閉鎖され、他方は排気上流側で閉鎖される。こうして、隣接する二つの軸線方向空間の一方は排気ガスの流入通路50となり、他方は流出通路51となり、排気ガスは、図6(B)に矢印で示すように、必ず隔壁54を通過する。排気ガス中のパティキュレートは、隔壁54の細孔の大きさに比較して非常に小さいものであるが、隔壁54の排気上流側表面上及び隔壁54内の細孔表面上に衝突して捕集される。こうして、各隔壁54は、パティキュレートを捕集する捕集壁として機能する。本パティキュレートフィルタ6’において、捕集されたパティキュレートを酸化除去するために、隔壁54の両側表面上、及び、好ましくは隔壁54内の細孔表面上にアルミナ等を使用して以下に説明する活性酸素放出剤と貴金属触媒とが担持されている。
【0049】
活性酸素放出剤とは、活性酸素を放出することによってパティキュレートの酸化を促進するものであり、好ましくは、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ものである。
【0050】
この貴金属触媒としては、通常、白金Ptが用いられており、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、及び遷移金属から選ばれた少なくとも一つが用いられている。
【0051】
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。
【0052】
次に、このような活性酸素放出剤を担持するパティキュレートフィルタによって、捕集されたパティキュレートがどのように酸化除去されるかについて、白金Pt及びカリウムKの場合を例にとって説明する。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パティキュレート除去作用が行われる。
【0053】
ディーゼルエンジンでは通常空気過剰のもとで燃焼が行われ、従って排気ガスは多量の過剰空気を含んでいる。即ち、機関吸気系及び燃焼室内に供給された空気と燃料との比を排気ガスの空燃比と称すると、この空燃比はリーンとなっている。また、燃焼室内ではNOが発生するので排気ガス中にはNOが含まれている。また、燃料中にはイオウSが含まれており、このイオウSは燃焼室内で酸素と反応してSOとなる。従って排気ガス中にはSOが含まれている。従って過剰酸素、NO及びSOを含んだ排気ガスがパティキュレートフィルタ6’の排気上流側へ流入することになる。
【0054】
図7(A)及び(B)はパティキュレートフィルタ6’における排気ガス接触面の拡大図を模式的に表わしている。なお、図7(A)及び(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。
【0055】
上述したように排気ガス中には多量の過剰酸素が含まれているので排気ガスがパティキュレートフィルタの排ガス接触面内に接触すると、図7(A)に示されるようにこれら酸素OがO 又はO2−の形で白金Ptの表面に付着する。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上で酸化され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)に示されるように硝酸イオンNO の形で活性酸素放出剤61内に拡散し、硝酸カリウムKNOを生成する。このようにして、排気ガスに含まれる有害なNOをパティキュレートフィルタ6’に吸収し、大気中への放出量を大幅に減少させることができる。
【0056】
一方、上述したように排気ガス中にはSOも含まれており、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。次いで生成されたSOの一部は白金Pt上で更に酸化され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及び硫酸カリウムKSOが生成される。
【0057】
排気ガス中のパティキュレートは、図7(B)において62で示されるように、パティキュレートフィルタに担持された活性酸素放出剤61の表面上に付着する。この時、パティキュレート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。酸素濃度が低下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内の酸素がパティキュレート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内に形成されている硝酸カリウムKNOがカリウムKと酸素OとNOとに分解され、酸素Oがパティキュレート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。外部に放出されたNOは下流側の白金Pt上において酸化され、再び活性酸素放出剤61内に吸収される。
【0058】
一方、このとき活性酸素放出剤61内に形成されている硫酸カリウムKSOもカリウムKと酸素OとSOとに分解され、酸素Oがパティキュレート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。外部に放出されたSOは下流側の白金Pt上において酸化され、再び活性酸素放出剤61内に吸収される。但し、硫酸カリウムKSOは、安定化しているために、硝酸カリウムKNOに比べて活性酸素を放出し難い。
【0059】
一方、パティキュレート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。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。従ってパティキュレート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がパティキュレート62に接触するとパティキュレート62は輝炎を発することなく酸化せしめられる。
【0060】
ところで白金Pt及び活性酸素放出剤61はパティキュレートフィルタ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が放出される活性酸素Oの量はパティキュレートフィルタの温度が高くなるほど増大する。従ってパティキュレートフィルタ上において単位時間当りに輝炎を発することなくパティキュレートを酸化除去可能な酸化除去可能微粒子量はパティキュレートフィルタの温度が高くなるほど増大する。
【0061】
図8の実線は単位時間当りに輝炎を発することなく酸化除去可能な酸化除去可能微粒子量Gを示している。なお、図8において横軸はパティキュレートフィルタの温度TFを示している。単位時間当りに燃焼室から排出されるパティキュレートの量を排出微粒子量Mと称するとこの排出微粒子量Mが酸化除去可能微粒子量Gよりも少ないとき、即ち図8の領域Iでは燃焼室から排出された全てのパティキュレートがパティキュレートフィルタに捕集されるや否や短時間のうちにパティキュレートフィルタにおいて輝炎を発することなく酸化除去せしめられる。
【0062】
これに対し、排出微粒子量Mが酸化除去可能微粒子量Gよりも多いとき、即ち図8の領域IIでは全てのパティキュレートを酸化するには活性酸素量が不足している。図9(A)〜(C)はこのような場合のパティキュレートの酸化の様子を示している。
【0063】
即ち、全てのパティキュレートを酸化するには活性酸素量が不足している場合には図9(A)に示すようにパティキュレート62が活性酸素放出剤61上に付着するとパティキュレート62の一部のみが酸化され、十分に酸化されなかったパティキュレート部分がパティキュレートフィルタの排気上流側面上に残留する。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されなかったパティキュレート部分が排気上流面上に残留し、その結果図9(B)に示されるようにパティキュレートフィルタの排気上流面が残留パティキュレート部分63によって覆われるようになる。
【0064】
このような残留パティキュレート部分63は、次第に酸化され難いカーボン質に変質し、また、排気上流面が残留パティキュレート部分63によって覆われると白金PtによるNO,SOの酸化作用及び活性酸素放出剤61による活性酸素の放出作用が抑制される。それにより、時間を掛ければ徐々に残留パティキュレート部分63を酸化させることができるが、図9(C)に示されるように残留パティキュレート部分63の上に別のパティキュレート64が次から次へと堆積して、即ち、パティキュレートが積層状に堆積すると、これらパティキュレートは、白金Ptや活性酸素放出剤から距離を隔てているために、例え酸化され易いパティキュレートであっても活性酸素によって酸化されることはない。従ってこのパティキュレート64上に更に別のパティキュレートが次から次へと堆積する。即ち、排出微粒子量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上にはパティキュレートが積層状に堆積してしまう。
【0065】
このように図8の領域Iではパティキュレートはパティキュレートフィルタ上において輝炎を発することなく短時間のうちに酸化せしめられ、図8の領域IIではパティキュレートがパティキュレートフィルタ上に積層状に堆積する。従って、排出微粒子量Mと酸化除去可能微粒子量Gとの関係を領域Iにすれば、パティキュレートフィルタ上へのパティキュレートの堆積を防止することができる。しかしながら、これが常に実現されるとは限らず、何もしなければパティキュレートフィルタにはパティキュレートが堆積することがある。
【0066】
このようなパティキュレートの堆積が車両走行に悪影響を与えるようになる以前に、例えば、図10(A)に示す程度にパティキュレートが堆積した時点で、前述のフローチャートによって再生時期であると判断されれば、再生処理として、弁体9aを他方の遮断位置へ切り換えられるようにしても良い。ウォールフロー型パティキュレートフィルタでは、パティキュレートは、排気ガスが主に衝突する隔壁54の排気上流側表面及び細孔内の排気ガス流対向面、すなわち、隔壁54の一方の捕集面に衝突捕集され、この一方の捕集面からの活性酸素の放出が捕集パティキュレートに対して不十分であると、全て酸化除去されずに残留し、この残留パティキュレートに、次々にパティキュレートが堆積する。
【0067】
弁体9aの切り換えによって、パティキュレートフィルタの排気上流側と排気下流側とが逆転されれば、隔壁の一方の捕集面に堆積するパティキュレート上には、さらにパティキュレートが堆積することはなく、一方の捕集面から放出される活性酸素によって残留及び堆積パティキュレートは徐々に酸化除去される。また、特に隔壁の細孔内に残留及び堆積するパティキュレートは、逆方向の排気ガス流によって、図10(B)に示すように、容易に破壊されて細分化され、細孔内を主に下流側へ移動する。
【0068】
それにより、細分化された多くのパティキュレートは、隔壁の細孔内に分散し、隔壁の細孔内表面に担持させた活性酸素放出剤と直接的に接触して酸化除去される機会が多くなる。こうして、隔壁の細孔内にも活性酸素放出剤を担持させることで、残留及び堆積パティキュレートを格段に酸化除去させ易くなる。さらに、この酸化除去に加えて、排気ガスの逆流によって上流側となった隔壁54の他方の捕集面、すなわち、現在において排気ガスが主に衝突する隔壁54の排気上流側表面及び細孔内の排気ガス流対向面(一方の捕集面とは反対側の関係となる)では、排気ガス中の新たなパティキュレートが付着して活性酸素放出剤から放出された活性酸素によって酸化除去される。これらの酸化除去の際に活性酸素放出剤から放出された活性酸素の一部は、排気ガスと共に下流側へ移動し、排気ガスの逆流によっても依然として残留及び堆積するパティキュレートを酸化除去する。
【0069】
すなわち、隔壁における一方の捕集面の残留及び堆積パティキュレートには、この捕集面から放出される活性酸素だけでなく、排気ガスの逆流によって隔壁の他方の捕集面でのパティキュレートの酸化除去に使用された残りの活性酸素が排気ガスと共に到来する。それにより、パティキュレートフィルタの排気上流側と排気下流側とを逆転させてパティキュレートフィルタ隔壁の一方の捕集面と他方の捕集面とをパティキュレートの捕集に交互に使用することにより、逆転時にパティキュレートフィルタ隔壁の一方の捕集面にある程度パティキュレートが積層状に堆積していたとしても、排気ガスの逆流によって、この残留及び堆積パティキュレートへも活性酸素が到来することに加えて、さらにパティキュレートが堆積することはないために、残留及び堆積パティキュレートは徐々に酸化除去される。こいして、現在パティキュレートを捕集する他方の捕集面にパティキュレートが残留及び堆積することにより再生時期となって再び弁体9aが切り換えられるまでには、一方の捕集面に残留及び堆積するパティキュレートを十分に酸化除去可能である。
【0070】
また、排気ガスの空燃比をリッチにすると、即ち排気ガス中の酸素濃度を低下させ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、これら一気に放出された活性酸素Oによって堆積したパティキュレートが輝炎を発することなく一気に燃焼除去させることができる。こうして、弁体9aによってパティキュレートフィルタの排気上流側と排気下流側とを逆転する時に、又は、その直後に排気ガスの空燃比をリッチにすれば、パティキュレートフィルタ隔壁のパティキュレートが残留及び堆積していない他方の捕集面では、一方の捕集面に比較して活性酸素を放出し易いために、さらに多量に放出される活性酸素によって、残留及び堆積パティキュレートを、さらに確実に酸化除去することが可能となる。
【0071】
ところで、排気ガス中のカルシウムCaはSOが存在すると、前述したアッシュのような硫酸カルシウムCaSOを生成する。この硫酸カルシウムCaSOによるパティキュレートフィルタの目詰まりを防止するためには、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触媒コンバータの隔壁を通過する。従ってパティキュレートフィルタがアッシュによって目詰まりすることがなくなる。こうして、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。
【0072】
また、パティキュレートフィルタに白金Ptのような貴金属のみを担持させても、白金Ptの表面上に保持されるNO又はSOから活性酸素を放出させることができる。ただし、この場合には酸化除去可能微粒子量Gを示す実線は図8に示す実線に比べて若干右側に移動する。また、活性酸素放出剤としてセリアを用いることも可能である。セリアは、排気ガス中の酸素濃度が高いと酸素を吸収し、排気ガス中の酸素濃度が低下すると活性酸素を放出するものであるために、パティキュレートの酸化除去のために、排気ガスの空燃比を定期的に又は不定期にリッチにする必要がある。
【0073】
また、活性酸素放出剤として排気ガス中のNO浄化に使用されるNO吸蔵還元触媒を用いることも可能である。この場合においては、吸蔵したNO及びSOを放出させるために排気ガスの空燃比を少なくとも一時的にリッチにする必要があり、このリッチ化制御をパティキュレートフィルタの上流側と下流側との逆転後に実施することが好ましい。
【0074】
【発明の効果】
このように、本発明による内燃機関の排気浄化装置によれば、機関排気系に配置されたパティキュレートフィルタと、機関排気系に配置されて機関減速時に閉弁方向へ作動させられる排気絞り弁と、機関吸気系へ取り入れられる新気量を検出する新気量検出手段と、機関減速時に排気絞り弁による制動力が必要であるか否かを判断する制動力判断手段とを具備し、機関減速時において、制動力判断手段により排気絞り弁による制動力が不必要であると判断された時には、排気絞り弁の閉弁方向への作動を中止するか又は閉弁方向に作動させられた排気絞り弁を開弁させると共に新気量検出手段によって検出された新気量と基準値とを比較することによりパティキュレートフィルタへのパティキュレート捕集量を推定するようになっている。それにより、機関減速時において、制動力判断手段によって排気絞り弁による制動力が必要と判断されれば、閉弁方向へ作動させられる排気絞り弁によって排気ブレーキを発生させ、車両を良好に減速させることが可能である。また、機関減速時において、制動力判断手段によって排気絞り弁による制動力が不必要と判断されれば、排気絞り弁の閉弁方向への作動を中止するか又は既に閉弁方向に作動されている排気絞り弁を開弁させ、排気ブレーキを発生させないようにして、新気量に基づくパティキュレート捕集量の推定を有効にして、この推定を実施することにより、比較的頻繁にパティキュレート捕集量を正確に推定することができ、パティキュレートフィルタの再生時期を的確に判断することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による内燃機関の排気浄化装置の実施形態を示す概略図である。
【図2】再生時期の判断のためのフローチャートである。
【図3】もう一つのパティキュレートフィルタの周囲構造を示す平面図である。
【図4】図3の側面図である。
【図5】切換部内の弁体の図3とは異なるもう一つの遮断位置を示す図である。
【図6】パティキュレートフィルタの構造を示す図である。
【図7】パティキュレートの酸化作用を説明するための図である。
【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である。
【図9】パティキュレートの堆積作用を説明するための図である。
【図10】パティキュレートフィルタの隔壁の拡大断面図である。
【符号の説明】
1…機関本体
2…機関吸気系
3…機関排気系
4…スロットル弁
5…エアフローメータ
6…パティキュレートフィルタ
7…排気ガス再循環通路
7a…制御弁
15…排気絞り弁
20…制御装置
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust gas purification device for an internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
BACKGROUND ART Exhaust gas from an internal combustion engine, particularly a diesel engine, contains harmful particulates containing carbon as a main component, and it is desired to reduce the amount of particulates discharged into the atmosphere. Therefore, it has been proposed to arrange a particulate filter as a filter for collecting particulates in an exhaust system of a diesel engine. Such a particulate filter has a large exhaust resistance with an increase in the amount of trapped particulates. Therefore, it is necessary to burn the collected particulates and regenerate the particulate filter itself.
[0003]
If the exhaust gas is heated to a high temperature as in the case of high-load high-speed operation of the engine, the particulates spontaneously ignite and burn, so that the particulate filter can be regenerated. However, there is no guarantee that such an engine high-load high-speed operation is frequently performed, and in general, a heater or an oxidation catalyst is disposed in a particulate filter, and at the time of regeneration, the heater is operated, or A regeneration process such as supplying unburned fuel or the like to the oxidation catalyst is performed.
[0004]
Therefore, it is necessary to determine the regeneration time of the particulate filter. However, if the determined regeneration time is too early, the regeneration process will be performed unnecessarily, resulting in a large battery or a large amount of fuel consumption. Problems arise. On the other hand, if the determined regeneration time is too late, the exhaust resistance of the engine exhaust system becomes very large, and the engine output decreases.
[0005]
Thus, it is desired to accurately determine the regeneration time of the particulate filter. For example, it has been proposed to determine the regeneration time based on the increase in the amount of particulate collection as the vehicle traveling distance increases. However, the amount of particulate collection increases depending on the driving state during a predetermined traveling distance. Because of the differences, this method cannot determine the exact playback time.
[0006]
In addition, pressure sensors are arranged on the upstream and downstream sides of the particulate filter, and the regeneration timing is set based on the fact that the differential pressure detected by these two pressure sensors increases as the particulate collection amount increases. Judgment has also been proposed, but the pressure sensor is expensive and the pressure sensor itself has relatively large measurement errors, which is also less preferred.
[0007]
In order to judge the regeneration time of the particulate filter at a low cost and relatively accurately, Japanese Patent Laid-Open Publication No. 3-41112 discloses that the measurement is performed based on the fact that the intake fresh air amount decreases as the particulate collection amount increases. It has been proposed to determine the regeneration time of the particulate filter by comparing the intake fresh air amount and a reference value for each engine operating state.
[0008]
In the determination of the regeneration time of the particulate filter based on the intake fresh air amount, it is important that the intake fresh air amount is stable, and is suitable for this determination during steady operation. May not be operated for a long period of time, and the determination interval may be lengthened, so that the regeneration time may not be determined even though a large amount of particulates are collected in the particulate filter. . When the engine is decelerated when the accelerator pedal is released, the intake air amount is stable, which is suitable for determining the regeneration timing relatively frequently.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, large vehicles and the like may be provided with an exhaust throttle valve in the engine exhaust system, and when the exhaust throttle is operated to generate an exhaust brake when the engine is decelerated, the exhaust throttle valve may become a particulate filter. In the case where it is provided on the upstream side, the intake fresh air amount is reduced irrespective of the particulate collection amount, and it becomes impossible to determine the regeneration timing based on the intake fresh air amount. Also, even when the exhaust throttle valve is provided on the downstream side of the particulate filter, the pressure on the exhaust upstream side of the particulate filter is increased regardless of the amount of collected particulates, and the intake fresh air volume is also reduced. Therefore, it is impossible to accurately determine the regeneration timing based on the fresh intake air amount.
[0010]
Accordingly, an object of the present invention is to estimate the amount of particulates collected by a particulate filter disposed in the engine exhaust system at the time of deceleration, to enable accurate determination of the regeneration timing, and to be disposed in the engine exhaust system. It is an object of the present invention to provide an exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine, which enables a vehicle to be favorably decelerated by an exhaust throttle valve.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
An exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to the present invention includes a particulate filter arranged in an engine exhaust system, an exhaust throttle valve arranged in the engine exhaust system and operated in a valve closing direction when the engine is decelerated. A new air amount detecting means for detecting a new air amount taken into the engine intake system, and a braking force determining means for determining whether or not a braking force by the exhaust throttle valve is required at the time of engine deceleration; During deceleration, when the braking force judging means determines that the braking force by the exhaust throttle valve is unnecessary, the operation of the exhaust throttle valve in the valve closing direction is stopped or the valve is operated in the valve closing direction. By opening the exhaust throttle valve and comparing the fresh air amount detected by the fresh air amount detecting means with a reference value, the amount of particulates collected by the particulate filter is reduced. Characterized in that it estimated.
[0012]
According to a second aspect of the present invention, there is provided the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to the first aspect, wherein the braking force determining means includes a current load weight, a currently selected transmission gear. And determining whether or not the braking force by the exhaust throttle valve is necessary based on at least one of the current vehicle speed.
[0013]
The exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to the present invention according to claim 3 is the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the internal combustion engine is connected to the engine exhaust system on the upstream side of the particulate filter. An engine having an exhaust gas recirculation passage communicating with an intake system, and a control valve for controlling an amount of exhaust gas to be recirculated through the exhaust gas recirculation passage to an optimum value according to an engine operating state; At the time of deceleration, when it is determined by the braking force determination means that the braking force by the exhaust throttle valve is unnecessary, the control valve is opened to a set opening and then detected by the fresh air amount detection means. The amount of collected particulates in the particulate filter is estimated by comparing the fresh air amount and a reference value.
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 is a schematic diagram showing an embodiment of an exhaust gas purification device for an internal combustion engine according to the present invention. In the figure, 1 is an engine main body, 2 is an engine intake system, and 3 is an engine exhaust system. In the engine intake system 2, a throttle valve 4 is disposed upstream of an intake manifold 2 a connected to each cylinder, and upstream of the throttle valve 4 is used to detect the amount of fresh air introduced into the engine intake system 2. Are arranged. The upstream side of the air flow meter 5 communicates with the atmosphere via an air cleaner. In the present embodiment, the throttle valve 4 is not mechanically driven in conjunction with the accelerator pedal, but can be freely set in its opening degree by a step motor or the like.
[0015]
On the other hand, in the engine exhaust system 3, a particulate filter 6 is disposed downstream of the exhaust manifold 3a connected to each cylinder. The downstream side of the particulate filter 6 communicates with the atmosphere via a catalytic converter, a silencer, and the like.
[0016]
An exhaust gas recirculation passage 7 communicates between the intake manifold 2a and the throttle valve 4 in the engine intake system and between the exhaust manifold 3a and the particulate filter 6 in the engine exhaust system. Is provided with a control valve 7a for controlling the amount of exhaust gas to be recirculated to an optimum amount according to the operating state of the engine.
[0017]
Further, the exhaust gas recirculation passage 7 is provided with an exhaust cooler 7b for cooling the recirculated exhaust gas so that a large amount of exhaust gas can be recirculated. A turbocharger turbine 8a is provided between the particulate filter 6 and the connection portion of the exhaust gas recirculation passage 7 in the engine exhaust system 3, and is provided between the throttle valve 4 and the air flow meter in the engine intake system 2. Is provided with a turbocharger compressor 8b. Further, the engine intake system 2 is provided with an intake air cooler 2b that cools the fresh air so that a large amount of fresh air can be introduced into the cylinder. Further, an exhaust throttle valve 15 is provided downstream of the particulate filter 6 in the engine exhaust system 3 as an exhaust brake so as to reduce the passage cross-sectional area of the engine exhaust system. The exhaust throttle valve 15 is operated by a driving device (not shown) such as a step motor or a negative pressure actuator.
[0018]
The particulate filter 6 is, for example, a porous material particulate filter made of a porous material such as ceramic. This particulate filter has a plurality of axial spaces subdivided by a plurality of longitudinally extending partitions, and in two adjacent axial spaces, one is on the exhaust upstream side and the other is on the exhaust downstream side. Is closed by a closing material such as ceramic. Thus, the two adjacent axial spaces serve as a trap passage through which the exhaust gas flowing in from the exhaust upstream side flows out to the exhaust downstream side through the partition wall, and the partition wall made of the porous substance serves as a trap wall to allow the exhaust gas to pass therethrough. When collecting particulates.
[0019]
Further, the particulate filter 6 may be, for example, a metal fiber particulate filter composed of a nonwoven fabric of heat-resistant metal fiber and a corrugated sheet of heat-resistant metal. In this particulate filter, two nonwoven fabrics and two corrugated sheets are stacked in a thickness direction differently from each other and spirally wound, and a plurality of axial spaces are formed by the nonwoven fabrics and the corrugated sheets. Things. As the heat-resistant metal fiber forming the nonwoven fabric and the heat-resistant metal forming the corrugated sheet, for example, an Fe-Cr-Al alloy or a Ni-Cr-Al alloy can be used. The two nonwoven fabrics are continuously welded in a spiral shape with one surface in close contact with each other at the exhaust upstream end, and spirally with the other surfaces in close contact with each other at the exhaust downstream end. Welded continuously. Thus, the two axially adjacent spaces in the radial direction serve as a trap passage through which the exhaust gas flowing in from the exhaust upstream side flows out to the exhaust downstream side through any of the nonwoven fabrics. At the time of the collection of particulates.
[0020]
When a large amount of particulates are collected by the particulate filter 6, the exhaust resistance is increased and the engine output is greatly reduced. It is necessary to burn and regenerate the particulate filter itself.
[0021]
As a means for achieving this, in the present embodiment, a heater is disposed on the particulate filter, and it is necessary to determine a regeneration time for operating the heater. As a means for regenerating the particulate filter, an oxidation catalyst or the like may be arranged in the particulate filter so that unburned fuel or the like is supplied to the oxidation catalyst at the time of regeneration.
[0022]
It is not preferable that the regeneration timing is too early or too late, and it is necessary to accurately determine that an appropriate amount of particulates has been collected. In the present embodiment, the control device 20 determines the regeneration timing according to the flowchart shown in FIG.
[0023]
First, in step 101, it is determined whether or not the accelerator pedal depression amount L detected by an accelerator pedal stroke sensor (not shown) is zero. When this determination is denied, the accelerator pedal is depressed, that is, since the engine is operating, it is not suitable for the determination of the regeneration timing, and the process ends.
[0024]
On the other hand, when this determination is affirmative, that is, when the accelerator pedal is not depressed, the routine proceeds to step 102, where it is determined whether or not the fuel injection amount Q is zero. When this determination is denied, the fuel injection is performed and the engine is operating, so it is not suitable for the determination of the regeneration timing, and the process ends.
[0025]
However, when the determination in step 102 is affirmative, the process proceeds to step 103 because the engine is being decelerated, and the exhaust throttle valve 15 is operated in the valve closing direction. Thus, the exhaust resistance of the engine exhaust system 3 increases, and the work amount of the piston in the exhaust stroke increases, so that the exhaust brake can be generated.
[0026]
Next, in step 104, it is determined whether the loaded weight W of the luggage or the like loaded on the vehicle is equal to or less than the set weight W1. When this determination is denied, a relatively large braking force, that is, a braking force generated by an exhaust brake may be required in addition to a braking force that can be generated by a brake pedal to achieve sufficient deceleration of the vehicle, The process ends with the exhaust throttle valve 15 still operating.
[0027]
On the other hand, when the determination in step 104 is affirmative, not so large braking force is required, and the braking force by the exhaust brake may not be necessary. In step 105, the gear shift currently selected by the shift lever is performed. It is determined whether the gear is a high speed gear such as a fourth speed or a fifth speed. When this determination is denied, that is, when a low-to-medium speed gear such as the first, second, and third gears is selected, the relatively large engine is opened simultaneously with opening of the accelerator pedal without operating the exhaust throttle valve 15. Since the brake is generated, the possibility that the exhaust brake is unnecessary increases, and the process proceeds to step 107.
[0028]
On the other hand, when the high-speed gear is selected, even if the accelerator pedal is released, the engine brake is not sufficiently generated, and the possibility that the exhaust brake is required increases. However, in step 106, the brake pedal is depressed. If this determination is denied, the driver has not attempted to significantly decelerate the vehicle, and it is unlikely that an exhaust brake is required, and the process proceeds to step 107. On the other hand, when the brake pedal is depressed, the driver intends to greatly decelerate the vehicle, and since the exhaust brake is required, the operation ends with the exhaust throttle valve 15 being operated.
[0029]
In step 107, it is determined whether the current vehicle speed S is equal to or less than the set vehicle speed S1. If this determination is denied, the current vehicle speed S is high, and an exhaust brake may be required for a large deceleration, and the process ends with the exhaust throttle valve 15 being operated.
[0030]
However, when the determination in step 107 is affirmative, the loading weight W is relatively light, a low-medium-speed gear can be selected to generate a relatively large engine brake, or the high-speed gear has been selected. Since the braking force by the brake pedal is not required and the vehicle speed S is low, the driver does not need the exhaust brake to decelerate the vehicle. As a result, the exhaust throttle valve 15 is opened in step 108, and the determination of the particulate filter regeneration timing in step 109 and thereafter is performed. In the present flowchart, it is determined whether or not the exhaust brake is necessary, but this is not a limitation of the present invention. For example, the exhaust brake is determined based on at least one of the load weight, the selected gear, and the vehicle speed. It is also possible to determine whether or not the required braking force is necessary, and to estimate the actually required braking force based on the information and the actual braking force by the current engine brake and the brake pedal, and calculate the required braking force. Only when the actual braking force is exceeded, it may be determined that the exhaust brake is necessary.
[0031]
In step 109, the throttle valve 4 is set to a fully open or set opening close to full open, and in step 110, the control valve 7a is set to a fully open or set open close to full open. Next, at step 111, an intake amount reference value Gn 'to be taken into each cylinder is calculated based on the current engine speed. Of course, the reference value Gn 'for each engine speed may be mapped.
[0032]
Next, at step 112, it is determined whether or not the difference between the reference value Gn 'calculated at step 111 and the actual fresh air amount Gn detected by the air flow meter 5 is larger than a predetermined value A, and this determination is negative. At this time, it is determined that it is not the reproduction time, and the process ends. On the other hand, when the determination in step 112 is affirmative, it is determined in step 113 that it is the regeneration time, and the heater disposed in the particulate filter 6 is operated to perform the regeneration process.
[0033]
In the determination of the regeneration time of the particulate filter based on the amount of intake air, it is necessary that the amount of intake air is stable, and this is suitable for steady operation. The operation may not be performed for a long period of time, and the determination interval becomes longer. In order to accurately judge the regeneration timing of the particulate filter, it is necessary to judge the regeneration timing relatively frequently.When the engine is decelerated when the accelerator pedal is released, the intake air amount is also stable. Are suitable.
[0034]
However, when the exhaust throttle valve 15 disposed downstream of the particulate filter 6 is operated at the time of engine deceleration, the pressure upstream of the particulate filter at the upstream of the particulate filter increases even if the amount of trapped particulates is small, so that the intake new Since the air volume is reduced, the amount of trapped particulates cannot be accurately estimated based on the intake fresh air volume. Further, even when the exhaust throttle valve 15 is arranged on the upstream side of the particulate filter 6, the intake fresh air amount is simply reduced by the operation of the exhaust throttle valve 15, and the particulate collection amount based on the intake fresh air amount is reduced. Cannot be estimated.
[0035]
In the present embodiment, when the engine is decelerated, the exhaust throttle valve is once operated to generate the exhaust brake. However, in many cases, the exhaust brake is not required even when the engine is decelerated, and in this case, the exhaust throttle valve is opened. Valves are used to determine the timing of regeneration of the particulate filter based on the amount of intake air, so that accurate determination of regeneration timing is possible without lengthening the determination interval.
[0036]
Further, in the present embodiment, the exhaust brake is not generated only when it is determined that the exhaust brake is necessary, but the exhaust brake is generated simultaneously with the engine deceleration. In this case, the vehicle is sufficiently decelerated, and the driver does not feel uncomfortable due to insufficient deceleration. However, if the time for determining whether or not the exhaust brake is necessary in the current engine deceleration can be made very short by improving the control device or the like, after this determination, the exhaust throttle valve is operated as necessary. However, the exhaust brake does not occur for a very short time, and the driver does not feel uncomfortable.
[0037]
However, immediately after the accelerator pedal is released, the fluctuation of the engine speed is large, and when a turbocharger is provided as in the present embodiment, the intake air amount is not stabilized until the rotation of the compressor decreases. Accordingly, it is preferable that the determination of the regeneration timing after step 109 is not performed immediately after the accelerator pedal is released, regardless of whether the exhaust brake is generated simultaneously with the release of the accelerator pedal.
[0038]
By the way, the determination of the regeneration timing based on the intake fresh air amount is based on the fact that the intake fresh air amount decreases as the particulate collection amount increases, and the actual intake fresh air amount does not contain any particulate matter. If the reference value of the intake fresh air amount has not been reduced to, for example, 80%, it can be determined that an appropriate amount of particulates has been collected in the particulate filter and it is time to regenerate.
[0039]
However, during normal engine operation, it is necessary to stop exhaust gas recirculation when detecting the intake fresh air amount for determining the regeneration timing.XThe amount of generation increases. Accordingly, it is preferable to determine the regeneration timing at the time of engine deceleration in which the fuel is cut and the combustion is stopped, as in the present embodiment. However, at the time of engine deceleration, the reference value itself is small, so even if the actual intake fresh air amount becomes 80% of the reference value, there is a slight difference. It is necessary to measure the quantity very accurately.
[0040]
Although the present invention is not limited to this embodiment, the throttle valve 4 is increased to near the fully opened state when the engine is decelerated, so that the intake fresh air amount is increased and the reference value is increased. If the fuel is cut, there is no particular problem even if the intake new air volume is increased.Thus, even if the measurement of the intake air volume includes some errors, the regeneration timing can be determined relatively accurately. It becomes possible.
[0041]
Although the present invention is not limited thereto, in the present embodiment, the control valve of the exhaust gas recirculation passage 7 is fully opened at the time of engine deceleration. If particulates are not collected in the particulate filter 6, the pressure downstream of the throttle valve 4 of the engine intake system 2 and the upstream side of the particulate filter 6 of the engine exhaust system 6 have substantially the same pressure. Therefore, the amount of gas passing through the exhaust gas recirculation passage 7 is small, if any, so that the reference value Gn ′ is substantially equal to the actual intake fresh air amount Gn, and the determination in step 112 is negative. Is done.
[0042]
However, when the particulates are collected by the particulate filter 6 and the exhaust resistance increases, the pressure on the upstream side of the particulate filter 6 in the engine exhaust system 6 increases and passes through the exhaust gas recirculation passage 7 to cause the engine intake system. The gas starts to recirculate, and the amount increases as the amount of trapped particulates increases. Thus, the actual intake fresh air amount decreases with an increase in the exhaust resistance of the particulate filter 6 and also decreases with the recirculated gas amount.
[0043]
In this way, when an appropriate amount of particulates is collected in the particulate filter 6, a more remarkable difference occurs between the reference value Gn 'and the actual intake fresh air amount Gn. As a result, a relatively large predetermined value A can be used in step 112, and the reproduction timing can be accurately determined even if there is some measurement error. Here, the difference between the reference value Gn 'and the actual intake fresh air amount Gn is a value representing the amount of particulate collected by the particulate filter 6.
[0044]
In the present embodiment, the difference between the reference value Gn ′ and the actual intake fresh air amount Gn is used as the particulate collection amount, and when this exceeds a predetermined value A, the regeneration timing is determined. The ratio Gn / Gn ′ between the fresh air amount Gn and the reference value Gn ′ is also a value representing the particulate collection amount. This value is 1 when the trapping amount is 0, and decreases as the trapping amount increases. Thereby, when this value becomes a predetermined value (for example, 0.6), that is, when the actual intake fresh air amount Gn becomes 60% of the reference value Gn ', it is determined that the regeneration time is required. Is also good. Here, the predetermined value of 60% was used. This is a result of the gas being recirculated through the exhaust gas recirculation passage 7, and the particulate filter became difficult to pass the gas by as much as 40%. Does not mean that when the appropriate amount of particulates is collected, the amount of fresh intake air is significantly reduced as compared with the conventional case.
[0045]
FIG. 3 is a plan view showing the surrounding structure of a particulate filter 6 'different from the above-mentioned particulate filter having a regenerating means such as a heater, and FIG. 4 is a side view thereof. In this peripheral structure, the switching unit 9 connected to the downstream side of the exhaust manifold 3a via the exhaust pipe 3b, the particulate filter 6 ', and one side of the particulate filter 6' and the switching unit 9 are connected. A first connection portion 3d, a second connection portion 3e for connecting the other side of the particulate filter 6 'to the switching portion 9, and an exhaust passage 3c downstream of the switching portion 9 are provided. The switching unit 9 includes a valve body 9a that can shut off the exhaust flow in the switching unit 9. At one shutoff position of the valve body 9a, the upstream side in the switching unit 9 is communicated with the first connection unit 3d, and the downstream side in the switching unit 9 is communicated with the second connection unit 3e. As shown by the arrow, the air flows from one side of the particulate filter 6 'to the other side.
[0046]
FIG. 5 shows the other blocking position of the valve element 9a. In this shutoff position, the upstream side in the switching section 9 is communicated with the second connection section 3e, and the downstream side in the switching section 9 is communicated with the first connection section 3d, and the exhaust gas is discharged as shown by an arrow in FIG. , Flows from the other side of the particulate filter 6 'to one side. Thus, by switching the valve element 9a, the direction of the exhaust gas flowing into the particulate filter 6 'can be reversed, that is, the exhaust gas upstream and the exhaust downstream of the particulate filter 6' can be reversed. It becomes possible.
[0047]
In this way, the structure surrounding the present particulate filter can reverse the exhaust upstream side and the exhaust downstream side of the particulate filter with a very simple configuration. Further, in the particulate filter, a large opening area is required to facilitate the inflow of exhaust gas. However, the structure around the particulate filter does not deteriorate the vehicle mountability, and the structure shown in FIGS. As shown in (1), a particulate filter having a large opening area can be used.
[0048]
FIG. 6 shows the structure of the particulate filter 6 '. 6A is a front view of the particulate filter 6 ', and FIG. 6B is a side sectional view. As shown in these figures, the particulate filter 6 ′ has an elliptical front shape and is, for example, a wall flow type having a honeycomb structure formed of a porous material such as cordierite. It has a number of axial spaces subdivided by axially extending partitions 54. In two adjacent axial spaces, one is closed on the exhaust downstream side and the other is closed on the exhaust upstream side by plugs 52,53. Thus, one of the two adjacent axial spaces becomes the exhaust gas inflow passage 50, and the other becomes the outflow passage 51, and the exhaust gas always passes through the partition wall 54 as shown by the arrow in FIG. 6B. Although the particulates in the exhaust gas are very small compared to the size of the pores of the partition wall 54, they collide with and are trapped on the exhaust upstream surface of the partition wall 54 and the pore surface in the partition wall 54. Gathered. Thus, each partition wall 54 functions as a collecting wall for collecting particulates. In the present particulate filter 6 ′, in order to oxidize and remove the trapped particulates, the following description will be given using alumina or the like on both surfaces of the partition walls 54, and preferably on the pore surfaces in the partition walls 54. An active oxygen releasing agent and a noble metal catalyst are supported.
[0049]
The active oxygen releasing agent promotes the oxidation of particulates by releasing active oxygen.Preferably, when there is excess oxygen in the surroundings, it takes in oxygen to retain oxygen and reduce the surrounding oxygen concentration. When lowered, the retained oxygen is released in the form of active oxygen.
[0050]
As this noble metal catalyst, platinum Pt is usually used, and as an active oxygen releasing agent, potassium K, sodium Na, lithium Li, cesium Cs, alkali metal such as rubidium Rb, barium Ba, calcium Ca, strontium Sr. At least one selected from such alkaline earth metals, lanthanum La, rare earths such as yttrium Y, and transition metals is used.
[0051]
In this case, as the active oxygen releasing agent, 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 may be used. preferable.
[0052]
Next, how the collected particulates are oxidized and removed by the particulate filter supporting such an active oxygen releasing agent will be described with reference to platinum Pt and potassium K as an example. The same particulate removal effect can be obtained by using other noble metals, alkali metals, alkaline earth metals, rare earths, and transition metals.
[0053]
Diesel engines usually burn under excess air, so the exhaust gas contains a large amount of excess air. That is, when the ratio of air and fuel supplied to the engine intake system and the combustion chamber is referred to as the air-fuel ratio of the exhaust gas, the air-fuel ratio is lean. Further, since NO is generated in the combustion chamber, the exhaust gas contains NO. Further, the fuel contains sulfur S, which reacts with oxygen in the combustion chamber to produce SO.2It becomes. Therefore, SO in the exhaust gas2It is included. Thus, excess oxygen, NO and SO2Will flow into the particulate filter 6 'upstream of the exhaust gas.
[0054]
FIGS. 7A and 7B schematically show enlarged views of the exhaust gas contact surface of the particulate filter 6 '. 7A and 7B, reference numeral 60 denotes platinum Pt particles, and reference numeral 61 denotes an active oxygen releasing agent containing potassium K.
[0055]
As described above, since a large amount of excess oxygen is contained in the exhaust gas, when the exhaust gas comes into contact with the exhaust gas contact surface of the particulate filter, as shown in FIG.2Is O2 Or O2-On the surface of platinum Pt. 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 of potassium nitrate KNO3Generate In this way, the harmful NO contained in the exhaust gasXIs absorbed by the particulate filter 6 ', and the amount of emission into the atmosphere can be greatly reduced.
[0056]
On the other hand, as described above, SO2 is contained in the exhaust gas.2Is also included in this 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. Then the generated SO3Is absorbed in the active oxygen releasing agent 61 while being further oxidized on the 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 K2SO4Is generated.
[0057]
The particulates in the exhaust gas adhere to the surface of the active oxygen releasing agent 61 carried on the particulate filter, as indicated by 62 in FIG. 7B. At this time, the oxygen concentration decreases at the contact surface between the particulate 62 and the active oxygen releasing agent 61. When the oxygen concentration decreases, 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. Try to move towards. 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 particulate 62 and the active oxygen releasing agent 61, and NO is released from the active oxygen releasing agent 61 to the outside. 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.
[0058]
On the other hand, at this time, potassium sulfate K formed in the active oxygen releasing agent 612SO4Also potassium K, oxygen O and SO2Oxygen O is directed to the contact surface between the particulate 62 and the active oxygen releasing agent 61,2Is released from the active oxygen releasing agent 61 to the outside. 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 stable because potassium nitrate KNO3It is difficult to release active oxygen as compared with.
[0059]
On the other hand, oxygen O toward the contact surface between the particulate 62 and the active oxygen releasing agent 61 is potassium nitrate KNO3And potassium sulfate K2SO4Is oxygen decomposed from such a compound. Oxygen O decomposed from the compound has high energy and extremely high activity. Therefore, the oxygen going to the contact surface between the particulate 62 and the active oxygen releasing agent 61 is active oxygen O. When the active oxygen O comes into contact with the particulate 62, the particulate 62 is oxidized without emitting a bright flame.
[0060]
Incidentally, the platinum Pt and the active oxygen releasing agent 61 are activated as the temperature of the particulate filter increases, so that the amount of active oxygen O released from the active oxygen releasing agent 61 per unit time increases as the temperature of the particulate filter increases. I do. Therefore, the amount of oxidizable particles that can oxidize and remove particulates per unit time on the particulate filter without emitting luminous flame per unit time increases as the temperature of the particulate filter increases.
[0061]
The solid line in FIG. 8 indicates the amount G of the oxidizable and removable fine particles that can be oxidized and removed without emitting a bright flame per unit time. In FIG. 8, the horizontal axis represents the temperature TF of the particulate filter. When the amount of particulates discharged from the combustion chamber per unit time is referred to as the amount M of discharged fine particles, when the amount M of discharged fine particles is smaller than the amount G of fine particles that can be removed by oxidation, that is, in the region I in FIG. As soon as all the particulates collected are collected by the particulate filter, the particulate filter is oxidized and removed within a short period of time without emitting a bright flame.
[0062]
On the other hand, when the amount M of discharged fine particles is larger than the amount G of fine particles that can be removed by oxidation, that is, in the region II in FIG. 8, the amount of active oxygen is insufficient to oxidize all the particulates. FIGS. 9A to 9C show how the particulates are oxidized in such a case.
[0063]
That is, when the amount of active oxygen is insufficient to oxidize all the particulates, when the particulates 62 adhere to the active oxygen releasing agent 61 as shown in FIG. Only the particulates are oxidized, and the particulates that have not been sufficiently oxidized remain on the exhaust upstream side of the particulate filter. Next, when the state of the shortage of the active oxygen amount continues, the particulate portion which has not been oxidized from one to the next remains on the exhaust upstream surface, and as a result, as shown in FIG. The exhaust upstream surface is covered with the residual particulate portion 63.
[0064]
Such a residual particulate portion 63 is gradually transformed into a carbon material which is hardly oxidized, and when the exhaust upstream surface is covered with the residual particulate portion 63, NO, SO by platinum Pt is formed.2And the active oxygen releasing action of the active oxygen releasing agent 61 is suppressed. Thereby, the residual particulate portion 63 can be gradually oxidized with time, but another particulate 64 is placed on the residual particulate portion 63 one after another as shown in FIG. 9C. In other words, when the particulates are deposited in a layered manner, these particulates are spaced apart from platinum Pt and the active oxygen releasing agent. It is not oxidized. Therefore, further particulates accumulate on this particulate 64 one after another. In other words, if the state in which the amount M of discharged fine particles is larger than the amount G of fine particles that can be removed by oxidation continues, the particulates will be deposited in layers on the particulate filter.
[0065]
As described above, in the region I of FIG. 8, the particulates are oxidized in a short time without emitting a bright flame on the particulate filter, and in the region II of FIG. 8, the particulates are deposited on the particulate filter in a stacked manner. I do. Therefore, if the relationship between the discharged fine particle amount M and the oxidizable and removable fine particle amount G is set to the region I, it is possible to prevent the accumulation of particulates on the particulate filter. However, this is not always achieved, and if nothing is done, particulates may accumulate on the particulate filter.
[0066]
Before the accumulation of the particulates has an adverse effect on the traveling of the vehicle, for example, when the particulates accumulate to the extent shown in FIG. Then, as the regeneration process, the valve element 9a may be switched to the other shutoff position. In the wall flow type particulate filter, the particulates collide with the exhaust gas mainly on the upstream side surface of the partition wall 54 where the exhaust gas collides and the exhaust gas flow opposing surface in the pores, that is, on one collecting surface of the partition wall 54. If the release of active oxygen from one of the trapping surfaces is insufficient for the trapped particulates, all of them remain without being oxidized and removed, and the remaining particulates are successively deposited. I do.
[0067]
If the upstream side and the downstream side of the exhaust of the particulate filter are reversed by the switching of the valve element 9a, no more particulate will accumulate on the particulate accumulated on one collection surface of the partition. The residual and deposited particulates are gradually oxidized and removed by the active oxygen released from one of the collecting surfaces. Further, particularly, the particulates remaining and deposited in the pores of the partition walls are easily broken down and fragmented by the exhaust gas flow in the opposite direction, as shown in FIG. Move downstream.
[0068]
As a result, many of the finely divided particulates are dispersed in the pores of the partition walls, and there are many opportunities to be oxidized and removed by directly contacting the active oxygen releasing agent carried on the inner surfaces of the partition wall pores. Become. By carrying the active oxygen releasing agent also in the pores of the partition walls, the residual and deposited particulates can be remarkably easily oxidized and removed. Furthermore, in addition to this oxidation removal, the other trapping surface of the partition wall 54 that has become upstream due to the backflow of the exhaust gas, that is, the exhaust upstream surface of the partition wall 54 where the exhaust gas currently mainly collides and the inside of the pores On the exhaust gas flow-facing surface (which is on the opposite side to the one collecting surface), new particulates in the exhaust gas adhere and are oxidized and removed by the active oxygen released from the active oxygen releasing agent. . A part of the active oxygen released from the active oxygen releasing agent at the time of these oxidative removal moves downstream together with the exhaust gas, and oxidizes and removes the particulates remaining and deposited by the backflow of the exhaust gas.
[0069]
In other words, not only the active oxygen released from this collecting surface but also the oxidation of the particulates on the other collecting surface of the partition due to the backflow of the exhaust gas is caused by the residual and deposited particulates on one collecting surface of the partition. The remaining active oxygen used for removal comes with the exhaust gas. Thereby, by reversing the exhaust upstream side and the exhaust downstream side of the particulate filter and alternately using one collection surface and the other collection surface of the particulate filter partition for collecting particulates, Even if the particulates are deposited to some extent on one of the collecting surfaces of the particulate filter partition wall at the time of reverse rotation, the residual gas and the active oxygen also arrive at the deposited particulates due to the backflow of the exhaust gas. The residual and deposited particulates are gradually oxidized and removed because no further particulates are deposited. Then, the particulates remain and accumulate on the other trapping surface where the particulates are currently trapped, so that the regenerating time is reached and the valve element 9a is switched again, so that the particulates remain and accumulate on one collecting surface. Can be sufficiently removed by oxidation.
[0070]
Further, when the air-fuel ratio of the exhaust gas is made rich, that is, when the oxygen concentration in the exhaust gas is reduced, active oxygen O is released from the active oxygen releasing agent 61 to the outside at a stretch, and the active oxygen O released at a stretch accumulates. The particulates can be burned and removed at once without emitting a bright flame. In this way, if the air-fuel ratio of the exhaust gas is made rich when the exhaust gas upstream and downstream of the particulate filter are reversed by the valve element 9a or immediately thereafter, the particulates in the particulate filter partition remain and accumulate. On the other collecting surface, the active oxygen is released more easily than on the other collecting surface. Therefore, the residual and deposited particulates are more reliably oxidized and removed by the active oxygen released in a larger amount. It is possible to do.
[0071]
By the way, calcium Ca in the exhaust gas is SO3Is present, calcium sulfate CaSO such as ash4Generate This calcium sulfate CaSO4In order to prevent the particulate filter from being clogged, an alkali metal or an alkaline earth metal having a higher ionization tendency than calcium Ca, such as potassium K, is used as the active oxygen releasing agent 61 to diffuse into the active oxygen releasing agent 61. SO3Combines with potassium K to form potassium sulfate K2SO4And calcium Ca is SO3Pass through the partition of the catalytic converter without being combined with. Therefore, the particulate filter is not clogged by the ash. Thus, as described above, as the active oxygen releasing agent 61, 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 is used. Is preferred.
[0072]
Further, even if only a noble metal such as platinum Pt is supported on the particulate filter, NO held on the surface of platinum Pt2Or SO3Can release active oxygen. However, in this case, the solid line indicating the amount of fine particles G that can be removed by oxidation moves slightly to the right as compared with the solid line shown in FIG. Ceria can also be used as an active oxygen releasing agent. Ceria absorbs oxygen when the oxygen concentration in the exhaust gas is high, and releases active oxygen when the oxygen concentration in the exhaust gas decreases.Therefore, the exhaust gas is evacuated to remove particulates by oxidation. The fuel ratio needs to be enriched regularly or irregularly.
[0073]
Also, NO in the exhaust gas is used as an active oxygen releasing agent.XNO used for purificationXIt is also possible to use a storage reduction catalyst. In this case, the stored NOXAnd SOXIt is necessary to at least temporarily make the air-fuel ratio of the exhaust gas rich in order to discharge the exhaust gas, and it is preferable to perform this enrichment control after the reversal of the upstream and downstream sides of the particulate filter.
[0074]
【The invention's effect】
Thus, according to the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, the particulate filter disposed in the engine exhaust system and the exhaust throttle valve disposed in the engine exhaust system and operated in the valve closing direction when the engine is decelerated are provided. A new air amount detecting means for detecting a new air amount introduced into the engine intake system, and a braking force judging means for judging whether or not a braking force by an exhaust throttle valve is necessary at the time of engine deceleration. When the braking force judging means determines that the braking force by the exhaust throttle valve is unnecessary, the operation of the exhaust throttle valve in the valve closing direction is stopped or the exhaust throttle operated in the valve closing direction is stopped. By opening the valve and comparing the fresh air amount detected by the fresh air amount detecting means with a reference value, the amount of particulate trapped in the particulate filter is estimated. Accordingly, when the braking force determination means determines that the braking force by the exhaust throttle valve is necessary at the time of engine deceleration, the exhaust throttle valve is operated in the valve closing direction to generate an exhaust brake, and the vehicle is satisfactorily decelerated. It is possible. Further, when the engine is decelerated, if the braking force judging means judges that the braking force by the exhaust throttle valve is unnecessary, the operation of the exhaust throttle valve in the valve closing direction is stopped or the exhaust throttle valve is already operated in the valve closing direction. By opening the exhaust throttle valve to prevent the occurrence of an exhaust brake, enabling the estimation of the particulate collection amount based on the fresh air amount, and performing this estimation, the particulate collection is performed relatively frequently. The amount of collection can be accurately estimated, and the timing of regeneration of the particulate filter can be accurately determined.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing an embodiment of an exhaust gas purification device for an internal combustion engine according to the present invention.
FIG. 2 is a flowchart for determining a reproduction time.
FIG. 3 is a plan view showing a surrounding structure of another particulate filter.
FIG. 4 is a side view of FIG. 3;
FIG. 5 is a view showing another shut-off position of the valve body in the switching unit different from FIG. 3;
FIG. 6 is a diagram showing a structure of a particulate filter.
FIG. 7 is a diagram for explaining the oxidizing action of particulates.
FIG. 8 is a diagram 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 diagram for explaining a particulate deposition action.
FIG. 10 is an enlarged sectional view of a partition wall of the particulate filter.
[Explanation of symbols]
1. Engine body
2. Engine intake system
3. Engine exhaust system
4: Throttle valve
5 ... Air flow meter
6 ... Particulate filter
7. Exhaust gas recirculation passage
7a ... Control valve
15 ... Exhaust throttle valve
20 ... Control device

Claims (3)

機関排気系に配置されたパティキュレートフィルタと、機関排気系に配置されて機関減速時に閉弁方向へ作動させられる排気絞り弁と、機関吸気系へ取り入れられる新気量を検出する新気量検出手段と、機関減速時に前記排気絞り弁による制動力が必要であるか否かを判断する制動力判断手段とを具備し、機関減速時において、前記制動力判断手段により前記排気絞り弁による制動力が不必要であると判断された時には、前記排気絞り弁の閉弁方向への作動を中止するか又は閉弁方向に作動させられた前記排気絞り弁を開弁させると共に前記新気量検出手段によって検出された前記新気量と基準値とを比較することにより前記パティキュレートフィルタへのパティキュレート捕集量を推定することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。A particulate filter arranged in the engine exhaust system, an exhaust throttle valve arranged in the engine exhaust system to operate in the valve closing direction when the engine is decelerated, and a new air amount detection for detecting a new air amount taken into the engine intake system And braking force determining means for determining whether or not the braking force by the exhaust throttle valve is necessary when the engine is decelerated. When the engine is decelerated, the braking force by the exhaust throttle valve is determined by the braking force determining means. When it is determined that the exhaust throttle valve is unnecessary, the operation of the exhaust throttle valve in the valve closing direction is stopped or the exhaust throttle valve operated in the valve closing direction is opened and the fresh air amount detecting means is opened. An exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine, which estimates the amount of particulates trapped in the particulate filter by comparing the fresh air amount detected by the method with a reference value. 前記制動力判断手段は、現在の積載重量、現在の選択変速ギヤ、及び、現在の車速の少なくとも一つに基づき前記排気絞り弁による制動力が必要であるか否かを判断することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。The braking force determination means determines whether or not a braking force by the exhaust throttle valve is necessary based on at least one of a current load weight, a currently selected transmission gear, and a current vehicle speed. The exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to claim 1. 前記内燃機関は、機関排気系の前記パティキュレートフィルタ上流側と機関吸気系とを連通する排気ガス再循環通路と、前記排気ガス再循環通路を介して再循環させる排気ガス量を機関運転状態に応じた最適値に制御するための制御弁とを具備し、機関減速時において、前記制動力判断手段により前記排気絞り弁による制動力が不必要であると判断された時には、前記制御弁を設定開度へ開弁させた後に前記新気量検出手段によって検出された前記新気量と基準値とを比較して前記パティキュレートフィルタへのパティキュレート捕集量を推定することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。The internal combustion engine is configured such that an exhaust gas recirculation passage communicating the upstream of the particulate filter of an engine exhaust system and an engine intake system, and an exhaust gas amount to be recirculated through the exhaust gas recirculation passage to an engine operating state. And a control valve for controlling the control valve to a corresponding optimum value. When the braking force determining means determines that the braking force by the exhaust throttle valve is unnecessary during engine deceleration, the control valve is set. After the valve is opened to an opening degree, the fresh air amount detected by the fresh air amount detecting means is compared with a reference value to estimate a particulate trapping amount in the particulate filter. Item 2. An exhaust gas purification device for an internal combustion engine according to item 1.
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