JP3646635B2 - 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、詳しくは、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フィルタを配置した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エンジンにおいては、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排気ガス中の微粒子を捕獲可能なパティキュレートフィルタを配置し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が捕集した微粒子を着火燃焼して除去することによりパティキュレートフィルタの再生を図っている。
【0003】
ところが前記捕集した微粒子は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エンジンの排気ガス温は通常、600°Cよりもかなり低く、高負荷運転している場合でもその排気ガス温は350°Cから400°Cでしかない。したがって排気ガス熱だけで微粒子に着火させるのは困難である。
【0004】
そこで、パティキュレートフィルタ上に触媒を担持することで微粒子の着火温度を低下させて排気ガス熱だけで微粒子に着火させるようにした技術がある(なお、パティキュレートフィルタ上に触媒を担持したフィルタを以下「触媒付きパティキュレートフィルタまたは単にフィルタ」と表記する。)。例えば、特公平7−106290号公報記載の技術は、白金族金属およびアルカリ土類金属酸化物の混合物からなる触媒をパティキュレートフィルタに担持させることで前記問題に対処している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のような触媒付きパティキュレートフィルタであっても一部の微粒子のみしか着火せずよって微粒子が燃え残る場合がある。
【0006】
詳しくは、排気ガス中に含まれる微粒子の量が少ない場合は問題ないが、内燃機関の運転状態によっては多量の微粒子が発生する場合があり、その場合はパティキュレートフィルタに付着した微粒子が完全に燃焼する前に微粒子上に別の微粒子が堆積して積層状態になる。すると、酸素と接触しやすい箇所にある例えば上層の微粒子は燃焼しても、酸素と接触しづらい箇所にある例えば下層の微粒子は燃焼せず斯くして微粒子が燃え残るという現象を誘発する。
【0007】
このようになるのは恐らく微粒子が堆積している間に微粒子中の炭素が燃焼しづらいグラファイト等に変化するからであると考えられる。そしてその場合、堆積した微粒子を着火させるには600°C以上の高温状態におくことが必要となる。しかし前記のごとく、ディーゼルエンジンでは、排気ガス温が600°C以上の高温になることがないため、着火燃焼によって除去される微粒子よりも堆積する微粒子(以下「堆積微粒子」という。)が多ければ、幾ら触媒付きパティキュレートフィルタであっても排気ガス熱だけでは不十分であり、堆積した微粒子に着火させるのが困難になる。
【0008】
そこで、排気管のうち触媒付きパティキュレートフィルタの設置個所よりも上流に燃料供給手段を設けて排気中に燃料を供給し、燃料の酸化反応によって発生する反応熱の利用により堆積した堆積微粒子を燃焼するという技術が従来より周知である。
【0009】
しかし、このような技術では、燃料の供給量をフィルタの再生開始時の排気温度に基づいて設定するようにしてあるため、堆積微粒子の燃焼中に例えば機関回転数が増加して排気温度が上昇すると、上昇した排気温度に対して燃料の供給量が過剰となり、急激に酸化が進行し、フィルタ温度が微粒子の燃焼温度よりも高くなってフィルタが熱劣化してしまう虞がある。
【0010】
そこで、排気管のうちフィルタ設置箇所よりも下流に排気中の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段を設け、この酸素濃度検出手段が検出した酸素濃度に基づいてフィルタに熱劣化が生じていないかどうかを検出する技術が例えば特許第2998321号公報に開示されている。
【0011】
しかし、当該フィルタから排出された排気ガスの酸素濃度からフィルタに熱害を生じる虞ありという判断をした時には既にフィルタが熱劣化している虞がある。これは、実際のフィルタ温度とフィルタに熱害を生じる虞ありと判断した時のフフィルタ温度との間には時間遅れがあるからである。
【0012】
本発明は、以上の点に鑑みてなされたもので、その解決しようとする課題は、排気管に触媒付きパティキュレートフィルタを設置した内燃機関の排気浄化装置において、触媒付きパティキュレートフィルタの設置箇所を境とした排気管上流側および下流側の酸素濃度を検出し、これらの酸素濃度からフィルタ内での酸素濃度変化率を算出し、この酸素濃度変化率からフィルタの昇温状態を判定し、当該判定状態に応じて内燃機関への流入酸素量を調節することで、フィルタに熱劣化等の熱害を生じないようにすることができる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
【0013】
【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。
【0014】
(1)本発明内燃機関の排気浄化装置は、排気通路に設置され、触媒を担持し排気ガス中の微粒子を捕獲可能なフィルタと、前記排気通路のうち前記フィルタに入る排気ガス中の酸素濃度を検出する入口側酸素濃度検出手段と、前記フィルタから排出される排気ガス中の酸素濃度を検出する出口側酸素濃度検出手段と、これら両酸素濃度検出手段が検出した値に基づいて前記フィルタ内での単位時間あたりの酸素濃度変化率を算出する酸素濃度変化率算出手段と、この酸素濃度変化率算出手段によって算出した酸素濃度の変化率に基づいて前記フィルタの昇温状態を検出する昇温状態検出手段と、この昇温状態検出手段により検出したフィルタの昇温状態に応じて内燃機関への流入酸素量を調節する流入酸素量調節手段と、を有するようにした。
【0015】
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説明する。
【0016】
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された、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,入力インタフェース回路,出力インタフェース回路等から構成される。
【0017】
入力インタフェース回路は、内燃機関や車輌に取り付けられ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インタフェース回路からECU内に入るとこれらの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。
【0018】
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。
【0019】
「微粒子」とは、内燃機関がディーゼルエンジンの場合は、カーボンスーツ,未燃燃料,オイル等を例示できる。
【0020】
「フィルタ」は内燃機関がディーゼルエンジンの場合は、ディーゼルエンジンから排出される微粒子を捕集するフィルタ、いわゆるDiesel Particulate Filter:DPFを例示できる。
【0021】
(2)入口側酸素濃度検出手段および出口側酸素濃度検出手段は、酸素センサや空燃比センサが好適である。酸素センサも空燃比センサも周知であるため詳しい説明は省略する。
【0022】
(3)入口側酸素濃度検出手段に酸素センサや空燃比センサを用いる代わりに、例えば縦軸に機関回転数をまた横軸に機関燃料噴射量をとってなる機関回転数−機関燃料噴射量線図によって入口側の酸素濃度を推定してもよい。この線図のことを入口側酸素濃度推定マップということにし、当該マップを前記ROMに記憶しておき必要に応じて当該マップから推定した入口側酸素濃度を求めてもよい。
【0023】
「酸素濃度変化率算出手段」としては、入口側酸素濃度検出手段と出口側酸素濃度検出手段とが検出した値から前記フィルタ内での酸素濃度変化率を算出するように設定されかつ前記ROMに記憶されたアプリケーションプログラムを挙げられる。前記アプリケーションプログラムの実行はCPUによってなされCPUの属性はECUにある。よって、ECUを酸素濃度変化率算出手段ということができる。
【0024】
「昇温状態検出手段」としては、前記酸素濃度変化率算出手段によって算出した酸素濃度の変化率(以下「酸素濃度変化率」という。)から前記フィルタの昇温状態を検出するように設定されかつ前記ROMに記憶されたアプリケーションプログラムを挙げられる。前記アプリケーションプログラムの実行はCPUによってなされCPUの属性はECUにある。よって、ECUを昇温状態検出手段ということができる。
【0025】
(4)また、酸素濃度変化率算出手段によって算出した酸素濃度変化率が所定の酸素濃度変化率以上あり、かつ当該状態が所定時間以上持続している場合は、フィルタの昇温状態が異常であると判定する昇温異常判定手段を有することも考えられる。
【0026】
このような「昇温異常判定手段」としては、前記ROMに記憶されたアプリケーションプログラムを挙げられる。当該アプリケーションプログラムの実行はCPUによってなされCPUの属性はECUにある。よって、ECUを昇温異常判定手段ということができる。
【0027】
よって、酸素濃度変化率が所定の酸素濃度変化率以上あり、かつ当該状態が所定時間以上持続していれば、それだけフィルタ内での酸化反応が促進しフィルタ温度が高まり、フィルタがいずれ熱劣化してしまう状態にあることを意味する。よって、所定の酸素濃度変化率と前記所定時間とは、フィルタ内での酸化反応が急速に進行し、そのままの状態を続けているとフィルタが熱劣化を生じてしまう虞が高いことを報せる臨界点を意味する。したがって、酸素濃度の変化率が所定の酸素濃度変化率以上になることとその状態が所定時間以上持続することは、フィルタ内での酸化反応が急速に進行し、フィルタの熱劣化現象を生じる虞が高い状態になる十分条件を意味する。
【0028】
「流入酸素量調節手段」としては、前記昇温状態検出手段による昇温状態に応じて内燃機関への流入酸素量を調節できるように、吸気絞り弁による吸気絞りの実行や空燃比のリッチ化がなされるように設定されたアプリケーションプログラムを挙げられる。このアプリケーションプログラムの実行はCPUによってなされCPUの属性はECUにある。よって、ECUを流入酸素量調節手段ということができる。
【0029】
なお空燃比のリッチ化は、例えば内燃機関のインジェクタ等の燃料噴射装置から噴射される機関燃料の増量によって行うことが挙げられる。そして、酸素センサ(O2センサ)や空燃比センサ(A/Fセンサ)から送られて来る信号によって燃料噴射量の増量分は決められる。
【0030】
このような構成の内燃機関の排気浄化装置では、排気通路における排気ガスの流れ方向において、フィルタに対する排気ガスの入口側および出口側それぞれの酸素濃度を検出し、排気ガスの出口側の酸素濃度が排気ガスの入口側の酸素濃度と比較してどのように変化しているかをみることで、すなわち排気通路におけるフィルタを境にしたその前後における酸素濃度の単位時間あたりの変化率をみることで、フィルタの内部温度が過度に昇温しないようにフィードバック制御することが可能である。
【0031】
そして、フィルタ内部での発熱速度(酸化反応速度)と相関関係にあるフィルタ前後の酸素濃度差の時間的変化率、すなわちフィルタに入った排気ガスがフィルタから排出されるまでの間に酸素濃度がどれだけ変化したか(どれだけの濃度差を生じたか)の単位時間当たりの変化率が、フィルタに熱劣化を生じさせてしまう、前記臨界点の一つである所定の酸素濃度変化率と比較してそれ以上あり、かつその状態がフィルタに熱劣化を生じさせてしまう、前記臨界点の別の一つである所定時間以上持続していると昇温状態検出手段が判定した場合には、昇温異常判定手段によってフィルタ温度が過度に高まってやがて熱劣化してしまう虞のある臨界状態に現在フィルタがある、すなわちフィルタが異常に昇温された状態にあると予測する。そしてその場合には、吸気絞りや空燃比のリッチ化を行って排気ガス中の酸素量を低減させることで酸化反応によるフィルタの過昇温を防止する。よってフィルタの熱劣化を有効に防止できる。
【0032】
また、入口側酸素濃度検出手段に酸素センサや空燃比センサを用いずに入口側酸素濃度推定マップを用いれば酸素センサや空燃比センサによって直接検出する場合に比べて精度的には劣っても入口側酸素濃度検出手段として酸素センサや空燃比センサを用いなくてもよいのでそれだけ部品点数の削減ができる。
【0033】
【発明の実施の形態】
以下、本発明内燃機関の排気浄化装置の実施形態を添付した図面に基づいて説明する。
【0034】
図1は本発明内燃機関の排気浄化装置を圧縮着火式内燃機関であるディーゼルエンジンに適用した場合を示す。
【0035】
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は排気ポートを示す。
【0036】
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。コンプレッサ15を取り付けてある吸気管90には図示しないエアクリーナやエアフローメータを備えてある。
【0037】
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を配置してある。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ようになっている。
【0038】
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を介してターボチャージャ14のタービン21に連結され、タービン21の出口は排気通路である排気管70に設けた排気浄化装置Aに連結してある。また、排気ポート10には燃料供給手段である図示しない燃料添加ノズルを取り付けてある。よって、燃料添加ノズルは、排気管70のうち排気浄化装置Aよりも上流に位置する。
【0039】
排気浄化装置Aは、DPFに酸化触媒を担持しかつ排気ガス中の微粒子を捕獲可能なフィルタである触媒付きパティキュレートフィルタ22をケース体23内に包蔵してなるものである。この排気浄化装置Aを用いて排気ガス中の煤等の微粒子を除去するために微粒子をフィルタで一旦捕集し、当該捕集した微粒子を着火燃焼する。微粒子を着火燃焼するには、排気ガス熱を利用する他、前記燃料添加ノズルから排気中に燃料を供給し、燃料の酸化反応によって発生する反応熱を利用する。このようにして微粒子を燃焼除去することでフィルタから微粒子を除去しフィルタの再生を図る。なお、酸化触媒の代わりに、燃料の酸化機能を有するNOx触媒をDPFに担持してもよい。
【0040】
また、排気マニホールド19とサージタンク12とは、排気ガス再循環装置(以下、「EGR」と称す)の構成部材であるEGR通路24を介してお互いに連結されている。また、EGR通路24は電気制御式EGR制御弁25を有する。加えてEGR通路24にはその中を流れる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ガスを冷却するようになっている。
【0041】
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であるコモンレール27に連結してある。
【0042】
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によって燃料を供給する。そして、コモンレール27内に供給した燃料は燃料供給管6aを介して燃料噴射弁6に供給される。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を取り付けてあり、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。
【0043】
なお、燃料噴射弁6からの噴射燃料の量は、アクセルペダル40の踏み込み量と機関回転数の関数としてマップの形で、次に述べる電子制御ユニット(以下「ECU」と称す。)30のROM32内に記憶しておいた要求トルク算出マップ(図示せず)からアクセルペダル40の踏み込み量および機関回転数に応じた要求トルクを求め、この要求トルクに基づいて算出するようになっている。
【0044】
ECU30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、出力ポート36およびAD変換器37を具備する。
【0045】
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に入力する。
【0046】
また、排気管70のうち排気浄化装置Aの下流側近傍には排気浄化装置Aから排出される排気ガス温度(出ガス温度)Toを検出する排気温度センサ79を取り付けてある。そして排気温度センサ79よりも下流箇所には排気浄化装置A(フィルタ)から排出される排気ガス中の酸素濃度を検出する出口側酸素濃度検出手段としての酸素センサ(または空燃比センサ)81を取り付けてある。そして排気管70のうち排気浄化装置Aの上流側にも酸素センサ(または空燃比センサ)83を取り付けてあり、この酸素センサ83によって排気浄化装置Aに入る排気ガス中の酸素濃度を検出する。よって酸素センサ83は排気浄化装置Aの入口側酸素濃度検出手段といえる。 温度センサ79や酸素センサ81,83の出力信号は、AD変換器37を介して入力ポート35に入る。
【0047】
また、排気管70のうち酸素センサ81よりも下流には、ケース体内に例えば吸蔵還元型NOx触媒を包蔵する触媒コンバータや排気絞り弁(共に図示せず)を取り付けてある。
【0048】
アクセルペダル40にはアクセルペダル40の踏み込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ41を接続してあり、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に入る。更に入力ポート35には、図示しない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。
【0049】
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と接続してある。
【0050】
次に図2のフローチャートを用いて、本実施形態に係る排気浄化装置Aに含まれるフィルタの昇温状態に異常があるかどうかを判定するためのフィルタ昇温異常判定制御実行ルーチンを実現するためのプログラムを説明する。
【0051】
本プログラムは、以下に述べるステップ101〜ステップ107からなる。また、これらのステップからなるプログラムは、ECU30のROMに記憶してあり必要に応じて呼び出される。前記各ステップにおける処理は、すべてECU30のCPU34による。なお、記号Sを用い、例えばステップ101であればS101と省略して示す。
【0052】
S101では酸素センサ81および83により、排気管70のうち排気浄化装置Aのフィルタに入る上流側排気ガス中の酸素濃度およびフィルタから排出される排気ガス中の酸素濃度を検出する。併せて排気温度センサ79により排気浄化装置Aの出ガス温度Toを検出する。
【0053】
S102ではS101で求めた排気浄化装置Aの上流側および下流側それぞれの酸素濃度から両者の酸素濃度差(ΔO2)を算出する。
【0054】
S103では酸素濃度の変化率(以下「酸素濃度変化率」という。)Rを算出するために、本ルーチン実行時における例えば最初の酸素濃度差(ΔO2)を二回目の酸素濃度差(ΔO2)から差し引いたものを単位時間で除する。
【0055】
これらの関係を算式(1)で示す。
【0056】
R=((ΔO2)n−(ΔO2)n−1)/t・・・(1)
ただし、
n:本ルーチンの実行回数を示す。
【0057】
n−1:本ルーチンの前回の実行回数を示す。
【0058】
t:単位時間
S103のことを酸素濃度検出手段である酸素センサ83および81が検出した値に基づいて前記フィルタ内での単位時間あたりの酸素濃度変化率を算出する酸素濃度変化率算出手段という。S103を含む本プログラムはROM32に記憶されROM32の属性はECU30にあるのでECU30を酸素濃度変化率算出手段ということもできる。
【0059】
S104ではS103で求めた酸素濃度変化率Rを所定の酸素濃度変化率Rsと比較し、その大小関係を等記号を含む不等式を用いた算式(2)で判定する。
【0060】
R≧Rs・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(2)
ただし、
Rs:排気浄化装置Aのフィルタ内で酸化反応が急速に進行し、フィルタが熱劣化を生じてしまうことを意味する指標の一つ
S104で肯定判定した場合はS105に進む。また否定判定した場合は本プログラムを必要に応じて繰り返す。酸化反応が急速におこっていないことになるので本発明の対象外だからである。
【0061】
S105ではS104で肯定判定した場合の状態であるR≧Rsの関係が所定時間Ts以上持続しているかどうかを判定する。ここでTsとは、R≧Rsの関係が所定時間Ts以上持続している場合には、それだけフィルタ内での酸化反応が促進してフィルタ温度が異常に高まり、フィルタがやがて熱劣化してしまう状態にあることを意味する指標である。また前記所定時間Tsは、S101で求めた出ガス温度Toによってかつフィルタの種類によって定まる定数である。所定時間Tsを求めるには、予め用意しておいた出ガス温度Toに基づいて定まる一次元マップ(図示せず)から求める。
【0062】
よって、所定の酸素濃度変化率Rsと前記所定時間Tsとは、フィルタ内での酸化反応が急速に進行し、フィルタがやがて熱劣化を生じてしまう臨界点を意味する。換言すれば、酸素濃度の変化率Rが所定の酸素濃度変化率Rs以上になることおよびその状態が所定時間Ts以上持続することは、フィルタ内での酸化反応が急速に進行し、フィルタの熱劣化現象を生じるための十分条件である。
【0063】
そして、これらS104およびS105は、酸素濃度変化率算出手段であるS103で算出した酸素濃度の変化率に基づいてフィルタの昇温状態を検出する昇温状態検出手段ということができる。S104およびS105を含む本プログラムはROM32に記憶されROM32の属性はECU30にあるのでECU30を昇温状態検出手段ということもできる。
【0064】
そして、S105で肯定判定した場合はS106に進み、否定判定した場合は本プログラムを必要に応じて繰り返す。否定判定した場合に本プログラムを終了するのは酸化反応がおこっていてもフィルタに劣化を生じる程の状態にないからである。
【0065】
そして、S106ではS104とS105の条件が揃った場合に進むステップであるからこのS106でフィルタが異常昇温の状態にあると判断する。よってS106は、前記酸素濃度変化率算出手段であるS104およびS105で算出した前記酸素濃度変化率Rを所定の酸素濃度変化率Rsと比較した場合の特定状態R≧Rsが所定時間Ts以上持続している場合には、フィルタの昇温状態が異常であると判定する昇温異常判定手段ということができる。そしてS106を含む本プログラムはROM32に記憶されROM32の属性はECU30にあるのでECU30を昇温異常判定手段いうこともできる。
【0066】
S107ではステップモータ16によりスロットル弁17を閉じて吸気絞りを行う、すなわち昇温状態検出手段であるECU30により検出したフィルタの昇温状態に応じてディーゼルエンジンへの流入酸素量を調節するので、S107を流入酸素量調節手段といえる。そしてS107を含む本プログラムはROM32に記憶されROM32の属性はECU30にあるのでECU30を流入酸素量調節手段ということもできる。また、吸気絞りを行う代わりに空燃比をリッチになるようにしてもよい。このようにすることで排気ガス中の酸素量を低減させることにより、酸化反応によるフィルタの過昇温を防止する。
【0067】
なお、この実施形態では、入口側酸素濃度検出手段に酸素センサ83を用いたものを示したが、その代わりとして、例えば縦軸に機関回転数をまた横軸に機関燃料噴射量をとってなる機関回転数−機関燃料噴射量線図によって入口側の酸素濃度を推定してもよい。この線図のことを入口側酸素濃度推定マップということにし、当該マップを前記ROMに記憶しておき必要に応じて当該マップから推定した入口側酸素濃度を求めてもよい。
【0068】
このような構成のディーゼルエンジンでは、排気管70における排気ガスの流れ方向においてフィルタに対する排気ガスの入口側および出口側それぞれの酸素濃度を検出し、排気ガスの出口側の酸素濃度が排気ガスの入口側の酸素濃度と比較してどのように変化しているかをみることで、すなわち排気管70におけるフィルタを境にしたその前後における酸素濃度の単位時間あたりの変化率をみることで、フィルタの内部温度が過度に昇温しないように吸気絞り等によりフィードバック制御することが可能である。
【0069】
そして、フィルタ内部での発熱速度(酸化反応速度)と相関関係にあるフィルタ前後の酸素濃度差の時間的変化率、すなわちフィルタに入った排気ガスがフィルタから排出されるまでの間に酸素濃度がどれだけ変化したか(どれだけの濃度差を生じたか)の単位時間当たりの変化率Rが、フィルタに熱劣化を生じさせてしまう、前記臨界点の一つである所定の酸素濃度変率Rsと比較してそれ以上あり、かつその状態が、フィルタに熱劣化を生じさせてしまう、前記臨界点の別の一つである所定時間Ts以上持続していると、昇温状態検出手段(S104,S105)が判定した場合には、昇温異常判定手段(S106)によってフィルタ温度が過度に高まってやがて熱劣化してしまう虞のある臨界状態に現在フィルタがある、すなわちフィルタが異常に昇温された状態にある、と予測する。そしてその場合には、吸気絞りや空燃比のリッチ化を行って排気ガス中の酸素量を低減させることで酸化反応によるフィルタの過昇温を防止する。よってフィルタの熱劣化を有効に防止できる。
【0070】
また、入口側酸素濃度検出手段として酸素センサや空燃比センサを用いずに前記入口側酸素濃度推定マップを用いれば、酸素センサや空燃比センサによって直接検出する場合に比べて精度的には劣るかもしれないが入口側酸素濃度検出手段として酸素センサや空燃比センサを用いなくてもよいので、それだけ部品点数の削減ができる。
【0071】
なお、フィルタ内部で微粒子が部分的に燃焼を生じた場合でも本発明内燃機関の排気浄化装置によればリアルタイムに検出することができ、事前にフィルタが過昇温になりそうな状態を把握できる。
【0072】
【発明の効果】
本発明の内燃機関の排気浄化装置では、排気管に触媒付きパティキュレートフィルタを設置した内燃機関の排気浄化装置において、触媒付きパティキュレートフィルタの設置箇所を境とした排気管上流側および下流側の酸素濃度を検出し、これらの酸素濃度からフィルタ内での酸素濃度変化率を算出し、この酸素濃度変化率からフィルタの昇温状態を判定し、当該判定状態に応じて内燃機関への流入酸素量を調節することで、フィルタに熱劣化等の熱害を生じないようにすることができる。
【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】本発明内燃機関の排気浄化装置に係るフィルタの昇温状態に異常があるかどうかを判定するためのフィルタ昇温異常判定制御実行ルーチンを実現するためのプログラムを説明するためのフローチャート
【符号の説明】
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 タービン
22 触媒付きパティキュレートフィルタ(フィルタ)
23 ケース体
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(酸素濃度変化率算出手段,昇温状態検出手段,流入 酸素量調節手段,昇温異常判定手段)
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
40 アクセルペダル
41 負荷センサ
42 クランク角センサ
70 排気管(排気通路)
79 排気温度センサ
81 酸素センサ(出口側酸素濃度検出手段)
83 酸素センサ(入口側酸素濃度検出手段)
A 排気浄化装置
ΔO2 酸素濃度差
R 酸素濃度変化率
Rs 所定の酸素濃度変化率
To 排気ガス温度
Ts 所定時間
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, and more particularly to an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine in which a filter is disposed in an engine exhaust passage in order to remove particulates such as soot contained in exhaust gas.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in a diesel engine, in order to remove particulates such as soot contained in the exhaust gas, a particulate filter capable of capturing the particulates in the exhaust gas is arranged in the engine exhaust passage, and this particulate filter allows the exhaust gas to be contained in the exhaust gas. The particulate filter is once collected and the particulate filter collected by the particulate filter is ignited and burned and removed to regenerate the particulate filter.
[0003]
However, the collected particulate matter will not ignite unless it reaches a high temperature of about 600 ° C or higher. On the other hand, the exhaust gas temperature of a diesel engine is usually much lower than 600 ° C, even when operating at high loads. The exhaust gas temperature is only 350 ° C to 400 ° C. Therefore, it is difficult to ignite the fine particles with only the exhaust gas heat.
[0004]
Therefore, there is a technology in which the catalyst is supported on the particulate filter to lower the ignition temperature of the particulates and the particulates are ignited only by the exhaust gas heat (in addition, the filter supporting the catalyst on the particulate filter is Hereinafter referred to as “particulate filter with catalyst or simply filter”). For example, the technique described in Japanese Patent Publication No. 7-106290 addresses the above problem by supporting a catalyst made of a mixture of a platinum group metal and an alkaline earth metal oxide on a particulate filter.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, even a particulate filter with a catalyst as described above may ignite only a part of the fine particles, so that the fine particles may remain unburned.
[0006]
Specifically, there is no problem if the amount of particulates contained in the exhaust gas is small, but a large amount of particulates may be generated depending on the operating state of the internal combustion engine, in which case the particulates adhering to the particulate filter are completely removed. Prior to burning, other fine particles are deposited on the fine particles to form a laminated state. Then, even if, for example, the upper layer fine particles in a place where it is easy to come into contact with oxygen burns, for example, the lower layer fine particles in a place where it is difficult to come into contact with oxygen do not burn, thus inducing a phenomenon that the fine particles remain unburned.
[0007]
This is probably because the carbon in the fine particles changes into graphite or the like that is difficult to burn while the fine particles are deposited. In that case, it is necessary to keep the accumulated fine particles at a high temperature of 600 ° C. or higher. However, as described above, in a diesel engine, the exhaust gas temperature does not reach a high temperature of 600 ° C. or higher, so if there are more fine particles (hereinafter referred to as “deposited fine particles”) than fine particles removed by ignition combustion. However, no matter how much the particulate filter with a catalyst is used, the exhaust gas heat alone is insufficient, and it becomes difficult to ignite the deposited fine particles.
[0008]
Therefore, fuel supply means is provided upstream of the installation location of the particulate filter with catalyst in the exhaust pipe to supply the fuel into the exhaust, and the deposited fine particles are burned by using the reaction heat generated by the oxidation reaction of the fuel. The technique of doing is well-known conventionally.
[0009]
However, in such a technique, the amount of fuel supplied is set based on the exhaust temperature at the start of regeneration of the filter. Therefore, for example, the engine speed increases during combustion of the deposited particulates, and the exhaust temperature rises. Then, the amount of fuel supplied becomes excessive with respect to the raised exhaust temperature, oxidation proceeds rapidly, and the filter temperature may become higher than the combustion temperature of the fine particles, and the filter may be thermally deteriorated.
[0010]
Therefore, oxygen concentration detection means for detecting the oxygen concentration in the exhaust gas is provided downstream of the filter installation location in the exhaust pipe, and whether the filter is thermally deteriorated based on the oxygen concentration detected by the oxygen concentration detection means. A technique for detecting whether or not is disclosed in, for example, Japanese Patent No. 2998321.
[0011]
However, when it is determined that there is a risk of causing heat damage to the filter from the oxygen concentration of the exhaust gas discharged from the filter, the filter may already be thermally deteriorated. This is because there is a time delay between the actual filter temperature and the filter temperature when it is determined that there is a risk of causing heat damage to the filter.
[0012]
The present invention has been made in view of the above points, and the problem to be solved is an installation place of a particulate filter with a catalyst in an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine in which a particulate filter with a catalyst is installed in an exhaust pipe. The oxygen concentration on the upstream and downstream sides of the exhaust pipe at the boundary is detected, the oxygen concentration change rate in the filter is calculated from these oxygen concentrations, the temperature rise state of the filter is determined from this oxygen concentration change rate, An object of the present invention is to provide an exhaust emission control device for an internal combustion engine that can prevent thermal damage such as thermal degradation from occurring in a filter by adjusting the amount of oxygen flowing into the internal combustion engine in accordance with the determination state.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the exhaust temperature raising apparatus for an internal combustion engine of the present invention employs the following means.
[0014]
(1) An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention is installed in an exhaust passage and is capable of capturing a catalyst and capturing particulates in exhaust gas, and an oxygen concentration in exhaust gas entering the filter in the exhaust passage. Based on the values detected by the oxygen concentration detecting means, the outlet oxygen concentration detecting means for detecting the oxygen concentration in the exhaust gas discharged from the filter, and the values detected by both the oxygen concentration detecting means. The oxygen concentration change rate calculating means for calculating the oxygen concentration change rate per unit time at the temperature, and the temperature rise for detecting the temperature rising state of the filter based on the oxygen concentration change rate calculated by the oxygen concentration change rate calculating means A state detecting means, and an inflowing oxygen amount adjusting means for adjusting the inflowing oxygen amount to the internal combustion engine in accordance with the temperature rising state of the filter detected by the temperature rising state detecting means. .
[0015]
Here, the ECU that controls the entire internal combustion engine will be briefly described, and the components of the present invention will be described.
[0016]
The ECU comprises a digital computer as is well known, and includes a central processing control unit CPU, a read-only memory ROM, a random access memory RAM, a backup RAM, an input interface circuit, an output interface circuit and the like connected to each other by a bidirectional bus. Composed.
[0017]
The input interface circuit is electrically connected to various sensors attached to the internal combustion engine and the vehicle. When output signals of these various sensors enter the ECU from the input interface circuit, these parameters are temporarily stored in the random access memory RAM. Remembered.
[0018]
Based on these parameters, the CPU performs 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.
[0019]
Examples of the “fine particles” include carbon suit, unburned fuel, oil and the like when the internal combustion engine is a diesel engine.
[0020]
When the internal combustion engine is a diesel engine, the “filter” may be a filter that collects particulates discharged from the diesel engine, so-called Diesel Particulate Filter (DPF).
[0021]
(2) As the inlet side oxygen concentration detecting means and the outlet side oxygen concentration detecting means, an oxygen sensor or an air-fuel ratio sensor is suitable. Since both the oxygen sensor and the air-fuel ratio sensor are well known, detailed description is omitted.
[0022]
(3) Instead of using an oxygen sensor or an air-fuel ratio sensor for the inlet side oxygen concentration detecting means, for example, an engine speed-engine fuel injection amount line in which the engine speed is taken on the vertical axis and the engine fuel injection quantity is taken on the horizontal axis. The oxygen concentration on the inlet side may be estimated from the figure. This diagram may be referred to as an inlet side oxygen concentration estimation map, and the map may be stored in the ROM and the inlet side oxygen concentration estimated from the map may be obtained as necessary.
[0023]
The “oxygen concentration change rate calculating means” is set to calculate the oxygen concentration change rate in the filter from the values detected by the inlet side oxygen concentration detecting means and the outlet side oxygen concentration detecting means, and stored in the ROM. Examples include stored application programs. The application program is executed by the CPU, and the attribute of the CPU is in the ECU. Therefore, the ECU can be referred to as oxygen concentration change rate calculation means.
[0024]
The “temperature rise state detection means” is set to detect the temperature rise state of the filter from the oxygen concentration change rate calculated by the oxygen concentration change rate calculation means (hereinafter referred to as “oxygen concentration change rate”). And application programs stored in the ROM. The application program is executed by the CPU, and the attribute of the CPU is in the ECU. Therefore, the ECU can be referred to as a temperature rise state detection means.
[0025]
(4) Also, if the oxygen concentration change rate calculated by the oxygen concentration change rate calculating means is equal to or greater than a predetermined oxygen concentration change rate and the state continues for a predetermined time or more, the temperature rise state of the filter is abnormal. It is also conceivable to have a temperature rise abnormality determination means for determining that there is a certain temperature.
[0026]
Examples of such “temperature rise abnormality determining means” include application programs stored in the ROM. The application program is executed by the CPU, and the CPU attribute is in the ECU. Therefore, the ECU can be referred to as a temperature rise abnormality determination means.
[0027]
Therefore, if the oxygen concentration change rate is equal to or higher than the predetermined oxygen concentration change rate and the state continues for a predetermined time or longer, the oxidation reaction in the filter is accelerated, the filter temperature is increased, and the filter is eventually deteriorated by heat. It means that it is in a state where it ends up. Therefore, the predetermined oxygen concentration change rate and the predetermined time indicate that the oxidation reaction in the filter proceeds rapidly, and that the filter is likely to be thermally deteriorated if the state is kept as it is. It means a critical point. Therefore, if the change rate of the oxygen concentration becomes equal to or higher than the predetermined change rate of oxygen concentration and the state continues for a predetermined time or more, the oxidation reaction in the filter proceeds rapidly, which may cause a thermal deterioration phenomenon of the filter. Means a sufficient condition to be high.
[0028]
As the “inflowing oxygen amount adjustment means”, the intake throttle valve is used to perform the intake throttle or the air-fuel ratio is enriched so that the amount of oxygen flowing into the internal combustion engine can be adjusted according to the temperature rise state by the temperature rise state detection means. Application programs that are set so that The application program is executed by the CPU, and the attribute of the CPU is in the ECU. Therefore, the ECU can be referred to as inflowing oxygen amount adjusting means.
[0029]
Note that enrichment of the air-fuel ratio can be performed by increasing the amount of engine fuel injected from a fuel injection device such as an injector of an internal combustion engine. And oxygen sensor (O 2 Sensor) or an air-fuel ratio sensor (A / F sensor), the amount of increase in the fuel injection amount is determined.
[0030]
In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine having such a configuration, the oxygen concentration on the inlet side and the outlet side of the exhaust gas with respect to the filter is detected in the flow direction of the exhaust gas in the exhaust passage, and the oxygen concentration on the outlet side of the exhaust gas is By looking at how it changes compared to the oxygen concentration on the inlet side of the exhaust gas, that is, by looking at the rate of change per unit time of the oxygen concentration before and after the filter in the exhaust passage, Feedback control can be performed so that the internal temperature of the filter does not rise excessively.
[0031]
Then, the temporal change rate of the oxygen concentration difference before and after the filter, which is correlated with the heat generation rate (oxidation reaction rate) inside the filter, that is, the oxygen concentration before the exhaust gas entering the filter is exhausted from the filter. A predetermined oxygen concentration that is one of the critical points at which the rate of change per unit time of how much has changed (how much concentration difference has occurred) causes thermal degradation of the filter Rate of change When the temperature rise state detecting means determines that the state has exceeded the predetermined time, which is another one of the critical points, which is more than that and causes the filter to be thermally deteriorated. Predicts that the filter is currently in a critical state where the filter temperature is excessively increased by the temperature increase abnormality determination means and may eventually deteriorate due to heat, that is, the filter is abnormally heated. In that case, the temperature of the filter is prevented from excessively rising due to the oxidation reaction by reducing the amount of oxygen in the exhaust gas by enriching the intake air throttle or the air-fuel ratio. Therefore, the thermal deterioration of the filter can be effectively prevented.
[0032]
In addition, if an inlet side oxygen concentration estimation map is used for the inlet side oxygen concentration detection means without using an oxygen sensor or an air / fuel ratio sensor, the inlet side oxygen concentration estimation map may be inaccurate even if it is inferior in accuracy compared with the case of direct detection by an oxygen sensor or air / fuel ratio sensor. Since it is not necessary to use an oxygen sensor or an air-fuel ratio sensor as the side oxygen concentration detection means, the number of parts can be reduced accordingly.
[0033]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of an exhaust emission control device for an internal combustion engine according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
[0034]
FIG. 1 shows a case where an exhaust emission control device for an internal combustion engine of the present invention is applied to a diesel engine which is a compression ignition type internal combustion engine.
[0035]
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 Is an exhaust valve, and 10 is an exhaust port.
[0036]
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. The intake pipe 90 to which the compressor 15 is attached is provided with an air cleaner and an air flow meter (not shown).
[0037]
A throttle valve 17 driven by a step motor 16 is disposed in the intake duct 13, and a cooling device 18 for cooling intake air flowing in the intake duct 13 is disposed around the intake duct 13. In the embodiment shown in FIG. 1, the engine cooling water is guided into the cooling device 18 and the intake air is cooled by the engine cooling water.
[0038]
On the other hand, the exhaust port 10 is connected to a turbine 21 of a turbocharger 14 via an exhaust manifold 19 and an exhaust pipe 20, and an outlet of the turbine 21 is connected to an exhaust purification device A provided in an exhaust pipe 70 that is an exhaust passage. . The exhaust port 10 is provided with a fuel addition nozzle (not shown) as fuel supply means. Therefore, the fuel addition nozzle is located upstream of the exhaust purification device A in the exhaust pipe 70.
[0039]
The exhaust gas purification apparatus A is formed by enclosing a particulate filter 22 with a catalyst, which is a filter that supports an oxidation catalyst in a DPF and can capture particulates in exhaust gas, in a case body 23. In order to remove particulates such as soot in the exhaust gas using this exhaust purification device A, the particulates are once collected by a filter, and the collected particulates are ignited and burned. In order to ignite and burn fine particles, in addition to using exhaust gas heat, fuel is supplied from the fuel addition nozzle into the exhaust gas, and reaction heat generated by the oxidation reaction of the fuel is used. Thus, the particulates are removed from the filter by burning and removing the particulates, thereby regenerating the filter. Instead of the oxidation catalyst, a NOx catalyst having a fuel oxidation function may be supported on the DPF.
[0040]
Further, the exhaust manifold 19 and the surge tank 12 are connected to each other via an EGR passage 24 that is a constituent member of an exhaust gas recirculation device (hereinafter referred to as “EGR”). Further, the EGR passage 24 has an electric control type EGR control valve 25. In addition, the EGR passage 24 is provided with a cooling device 26 for cooling the EGR gas flowing therethrough. In the embodiment shown in FIG. 1, engine cooling water is guided into the cooling device 26, and the EGR gas is cooled by the engine cooling water.
[0041]
On the other hand, the fuel injection valve 6 is connected to a common rail 27 as a fuel reservoir via a fuel supply pipe 6a.
[0042]
Fuel is supplied into the common rail 27 by an electrically controlled fuel pump 28 with variable discharge amount. The fuel supplied into the common rail 27 is supplied to the fuel injection valve 6 through 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 used so that the fuel pressure in the common rail 27 becomes the target fuel pressure based on the output signal of the fuel pressure sensor 29. 28 discharge amount is controlled.
[0043]
The amount of fuel injected from the fuel injection valve 6 is in the form of a map as a function of the amount of depression of the accelerator pedal 40 and the engine speed, and the ROM 32 of an electronic control unit (hereinafter referred to as “ECU”) 30 described below. A required torque corresponding to the amount of depression of the accelerator pedal 40 and the engine speed is obtained from a required torque calculation map (not shown) stored therein, and is calculated based on this required torque.
[0044]
The ECU 30 is a digital computer, and is connected to each other by a bidirectional bus 31. A ROM (read only memory) 32, a RAM (random access memory) 33, a CPU (microprocessor) 34, an input port 35, an output port 36, and an AD converter. 37.
[0045]
The output signal of the fuel pressure sensor 29 is input to the input port 35 via the corresponding AD converter 37.
[0046]
An exhaust temperature sensor 79 for detecting an exhaust gas temperature (outlet gas temperature) To discharged from the exhaust purification device A is attached to the exhaust pipe 70 in the vicinity of the downstream side of the exhaust purification device A. Further, an oxygen sensor (or air-fuel ratio sensor) 81 as an outlet side oxygen concentration detection means for detecting the oxygen concentration in the exhaust gas discharged from the exhaust gas purification apparatus A (filter) is attached at a location downstream of the exhaust temperature sensor 79. It is. An oxygen sensor (or air-fuel ratio sensor) 83 is also attached to the upstream side of the exhaust purification device A in the exhaust pipe 70, and the oxygen sensor 83 detects the oxygen concentration in the exhaust gas entering the exhaust purification device A. Therefore, the oxygen sensor 83 can be said to be an inlet side oxygen concentration detection means of the exhaust purification device A. Output signals from the temperature sensor 79 and the oxygen sensors 81 and 83 enter the input port 35 via the AD converter 37.
[0047]
Further, in the exhaust pipe 70, downstream of the oxygen sensor 81, a catalytic converter and an exhaust throttle valve (both not shown) for storing, for example, an NOx storage reduction catalyst are attached in the case body.
[0048]
A load sensor 41 that generates an output voltage proportional to the amount of depression of the accelerator pedal 40 is connected to the accelerator pedal 40, and the output voltage of the load sensor 41 enters the input port 35 via the corresponding AD converter 37. Further, a crank angle sensor 42 that generates an output pulse every time a crankshaft (not shown) rotates, for example, 30 ° is connected to the input port 35.
[0049]
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, and the fuel pump 28 via a corresponding drive circuit 38.
[0050]
Next, in order to realize a filter temperature increase abnormality determination control execution routine for determining whether or not there is an abnormality in the temperature increase state of the filter included in the exhaust gas purification apparatus A according to the present embodiment, using the flowchart of FIG. Explain the program.
[0051]
This program includes steps 101 to 107 described below. Moreover, the program which consists of these steps is memorize | stored in ROM of ECU30, and is called as needed. All processes in the steps are performed by the CPU 34 of the ECU 30. For example, step 101 is abbreviated as S101 using the symbol S.
[0052]
In S101, the oxygen sensors 81 and 83 detect the oxygen concentration in the upstream exhaust gas entering the filter of the exhaust gas purification apparatus A in the exhaust pipe 70 and the oxygen concentration in the exhaust gas discharged from the filter. At the same time, the exhaust gas temperature To of the exhaust gas purification apparatus A is detected by the exhaust gas temperature sensor 79.
[0053]
In S102, the oxygen concentration difference (ΔO2) between the upstream side and the downstream side of the exhaust gas purification apparatus A obtained in S101 is calculated.
[0054]
In S103, in order to calculate the oxygen concentration change rate (hereinafter referred to as "oxygen concentration change rate") R, for example, the first oxygen concentration difference (ΔO2) at the time of execution of this routine is calculated from the second oxygen concentration difference (ΔO2). Deducted too Unit of Divide by time.
[0055]
These relationships are shown by Formula (1).
[0056]
R = ((ΔO2) n− (ΔO2) n−1) / t (1)
However,
n: Indicates the number of executions of this routine.
[0057]
n-1: Indicates the previous execution count of this routine.
[0058]
t: Unit time
S103 is referred to as oxygen concentration change rate calculating means for calculating the oxygen concentration change rate per unit time in the filter based on the values detected by the oxygen sensors 83 and 81 which are oxygen concentration detecting means. Since this program including S103 is stored in the ROM 32 and the attribute of the ROM 32 is in the ECU 30, the ECU 30 can also be referred to as oxygen concentration change rate calculating means.
[0059]
In S104, the oxygen concentration change rate R obtained in S103 is compared with a predetermined oxygen concentration change rate Rs, and the magnitude relationship is determined by equation (2) using an inequality including equal signs.
[0060]
R ≧ Rs (2)
However,
Rs: One of the indexes that means that the oxidation reaction proceeds rapidly in the filter of the exhaust gas purification apparatus A and the filter is thermally deteriorated.
If a positive determination is made in S104, the process proceeds to S105. If a negative determination is made, this program is repeated as necessary. This is because the oxidation reaction does not occur rapidly and is not the subject of the present invention.
[0061]
In S105, it is determined whether or not the relationship of R ≧ Rs, which is the state when an affirmative determination is made in S104, lasts for a predetermined time Ts or longer. Here, Ts means that when the relationship of R ≧ Rs continues for a predetermined time Ts or longer, the oxidation reaction in the filter is accelerated accordingly, the filter temperature rises abnormally, and the filter eventually deteriorates thermally. It is an index that means being in a state. The predetermined time Ts is a constant determined by the outgas temperature To obtained in S101 and by the type of filter. In order to obtain the predetermined time Ts, it is obtained from a one-dimensional map (not shown) determined based on the prepared outgas temperature To.
[0062]
Therefore, the predetermined oxygen concentration change rate Rs and the predetermined time Ts mean critical points at which the oxidation reaction in the filter proceeds rapidly and the filter eventually undergoes thermal degradation. In other words, when the oxygen concentration change rate R becomes equal to or higher than the predetermined oxygen concentration change rate Rs and the state continues for the predetermined time Ts or longer, the oxidation reaction in the filter proceeds rapidly, and the heat of the filter This is a sufficient condition for causing the deterioration phenomenon.
[0063]
These S104 and S105 can be referred to as a temperature rise state detection means for detecting the temperature rise state of the filter based on the oxygen concentration change rate calculated in S103, which is an oxygen concentration change rate calculation means. The program including S104 and S105 is stored in the ROM 32, and the attribute of the ROM 32 is in the ECU 30, so the ECU 30 can also be referred to as a temperature rise state detecting means.
[0064]
If an affirmative determination is made in S105, the process proceeds to S106. If a negative determination is made, this program is repeated as necessary. The reason for ending this program when a negative determination is made is that the filter is not in a state of causing deterioration even if an oxidation reaction occurs.
[0065]
In step S106, the process proceeds when the conditions in steps S104 and S105 are met. In step S106, it is determined that the filter is in an abnormal temperature rise state. Therefore, in S106, the specific state R ≧ Rs when the oxygen concentration change rate R calculated in the oxygen concentration change rate calculating means S104 and S105 is compared with a predetermined oxygen concentration change rate Rs continues for a predetermined time Ts or longer. In this case, it can be said that the temperature rise abnormality determination means determines that the temperature rise state of the filter is abnormal. The program including S106 is stored in the ROM 32, and the attribute of the ROM 32 is in the ECU 30, so the ECU 30 can also be referred to as a temperature rise abnormality determining means.
[0066]
In step S107, the throttle valve 17 is closed by the step motor 16 and the intake air is throttled, that is, the amount of oxygen flowing into the diesel engine is adjusted according to the temperature rise state of the filter detected by the ECU 30 serving as the temperature rise state detection means. Can be said to be an inflowing oxygen amount adjusting means. The program including S107 is stored in the ROM 32, and the attribute of the ROM 32 is in the ECU 30, so that the ECU 30 can also be referred to as an inflowing oxygen amount adjusting means. Further, the air-fuel ratio may be made rich instead of performing intake throttling. By doing so, the amount of oxygen in the exhaust gas is reduced, thereby preventing overheating of the filter due to the oxidation reaction.
[0067]
In this embodiment, the oxygen sensor 83 is used as the inlet side oxygen concentration detection means, but instead, for example, the vertical axis represents the engine speed and the horizontal axis represents the engine fuel injection amount. The oxygen concentration on the inlet side may be estimated from an engine speed-engine fuel injection amount diagram. This diagram may be referred to as an inlet side oxygen concentration estimation map, and the map may be stored in the ROM and the inlet side oxygen concentration estimated from the map may be obtained as necessary.
[0068]
In the diesel engine having such a configuration, the oxygen concentration on the inlet side and the outlet side of the exhaust gas with respect to the filter in the exhaust gas flow direction in the exhaust pipe 70 is detected, and the oxygen concentration on the outlet side of the exhaust gas is the exhaust gas inlet. By looking at how the oxygen concentration changes in comparison with the oxygen concentration on the side, that is, by looking at the rate of change per unit time of the oxygen concentration before and after the filter in the exhaust pipe 70 as a boundary, Feedback control can be performed by an intake throttle or the like so that the temperature does not rise excessively.
[0069]
Then, the temporal change rate of the oxygen concentration difference before and after the filter, which is correlated with the heat generation rate (oxidation reaction rate) inside the filter, that is, the oxygen concentration before the exhaust gas entering the filter is exhausted from the filter. The rate of change R per unit time of how much has changed (how much concentration difference has occurred) causes a thermal deterioration of the filter, and is a predetermined oxygen concentration change rate Rs that is one of the critical points. The temperature rise state detecting means (S104) is more than the predetermined time Ts, which lasts for a predetermined time Ts, which is another one of the critical points, which causes thermal deterioration of the filter. , S105), the filter is in a critical state where the filter temperature is excessively increased by the temperature rise abnormality determining means (S106) and may eventually be deteriorated. Motor is in a state of being abnormally heated, the predicted. In that case, the temperature of the filter is prevented from excessively rising due to the oxidation reaction by reducing the amount of oxygen in the exhaust gas by enriching the intake air throttle or the air-fuel ratio. Therefore, the thermal deterioration of the filter can be effectively prevented.
[0070]
Further, if the inlet side oxygen concentration estimation map is used as the inlet side oxygen concentration detection means without using an oxygen sensor or an air fuel ratio sensor, the accuracy may be inferior to the case of direct detection by an oxygen sensor or an air fuel ratio sensor. However, since it is not necessary to use an oxygen sensor or an air-fuel ratio sensor as the inlet side oxygen concentration detection means, the number of parts can be reduced accordingly.
[0071]
In addition, even when fine particles partially burn inside the filter, the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention can detect in real time and can grasp in advance the state where the filter is likely to overheat. .
[0072]
【The invention's effect】
In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, in the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine in which a particulate filter with catalyst is installed in the exhaust pipe, the upstream and downstream sides of the exhaust pipe with the installation location of the particulate filter with catalyst as a boundary. The oxygen concentration is detected, the oxygen concentration change rate in the filter is calculated from these oxygen concentrations, the temperature rising state of the filter is determined from the oxygen concentration change rate, and the oxygen flowing into the internal combustion engine is determined according to the determination state By adjusting the amount, it is possible to prevent the filter from causing heat damage such as heat deterioration.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall view of an internal combustion engine to which an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine of the present invention is applied.
FIG. 2 is a flowchart for explaining a program for realizing a filter temperature increase abnormality determination control execution routine for determining whether or not there is an abnormality in the temperature increase state of the filter according to the exhaust gas purification apparatus of the internal combustion engine of the present invention;
[Explanation of symbols]
1 Engine body
2 Cylinder block
3 Cylinder head
4 Piston
5 Combustion chamber
6 Electrically controlled 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 Air intake duct
14 Exhaust turbocharger
15 Compressor
16 step motor
17 Throttle valve
18 Cooling device
19 Exhaust manifold
20 Exhaust pipe
21 Turbine
22 Particulate filter with catalyst (filter)
23 Case body
24 EGR passage
25 Electrically controlled EGR control valve
26 Cooling device
27 Common rail
28 Fuel pump
29 Fuel pressure sensor
30 ECU (oxygen concentration change rate calculating means, temperature rising state detecting means, inflowing oxygen amount adjusting means, temperature rising abnormality determining means)
31 Bidirectional bus
32 ROM
33 RAM
34 CPU
35 input ports
36 output ports
37 AD converter
38 Drive circuit
40 accelerator pedal
41 Load sensor
42 Crank angle sensor
70 Exhaust pipe (exhaust passage)
79 Exhaust temperature sensor
81 Oxygen sensor (exit side oxygen concentration detection means)
83 Oxygen sensor (inlet oxygen concentration detection means)
A Exhaust gas purification device
ΔO2 Oxygen concentration difference
R Oxygen concentration change rate
Rs Predetermined oxygen concentration change rate
To exhaust gas temperature
Ts Predetermined time

Claims (4)

排気通路に設置され、触媒を担持し排気ガス中の微粒子を捕獲可能なフィルタと、
前記排気通路のうち前記フィルタに入る排気ガス中の酸素濃度を検出する入口側酸素濃度検出手段と、
前記フィルタから排出される排気ガス中の酸素濃度を検出する出口側酸素濃度検出手段と、
これら両酸素濃度検出手段が検出した値に基づいて前記フィルタ内での単位時間あたりの酸素濃度変化率を算出する酸素濃度変化率算出手段と、
この酸素濃度変化率算出手段によって算出した酸素濃度の変化率に基づいて前記フィルタの昇温状態を検出する昇温状態検出手段と、
この昇温状態検出手段により検出したフィルタの昇温状態に応じて内燃機関への流入酸素量を調節する流入酸素量調節手段と、
を有する内燃機関の排気浄化装置。
A filter installed in the exhaust passage and capable of carrying a catalyst and capturing particulates in the exhaust gas;
An inlet side oxygen concentration detection means for detecting an oxygen concentration in exhaust gas entering the filter in the exhaust passage;
Outlet side oxygen concentration detection means for detecting the oxygen concentration in the exhaust gas discharged from the filter;
Oxygen concentration change rate calculating means for calculating the oxygen concentration change rate per unit time in the filter based on the values detected by both the oxygen concentration detecting means;
A temperature rise state detecting means for detecting a temperature rise state of the filter based on the oxygen concentration change rate calculated by the oxygen concentration change rate calculating means;
An inflowing oxygen amount adjusting means for adjusting the inflowing oxygen amount to the internal combustion engine according to the temperature rising state of the filter detected by the temperature rising state detection means;
An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine having
前記入口側酸素濃度検出手段および出口側酸素濃度検出手段は、酸素センサまたは空燃比センサ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 purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the inlet side oxygen concentration detecting means and the outlet side oxygen concentration detecting means are an oxygen sensor or an air-fuel ratio sensor. 前記入口側酸素濃度検出手段は、機関回転数と機関燃料噴射量とから前記排気通路のうち前記フィルタに入る排気ガス中の酸素濃度を求め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。  The exhaust gas of an internal combustion engine according to claim 1, wherein the inlet side oxygen concentration detection means obtains an oxygen concentration in exhaust gas entering the filter in the exhaust passage from an engine speed and an engine fuel injection amount. Purification equipment. 前記酸素濃度変化率算出手段によって算出した前記酸素濃度変化率を所定の酸素濃度変化率と比較した場合の特定状態が所定時間以上持続している場合は、フィルタの昇温状態が異常であると判定する昇温異常判定手段を有することを特徴とする請求項1〜3いずれか記載の内燃機関の排気浄化装置。  When the specific state when the oxygen concentration change rate calculated by the oxygen concentration change rate calculating means is compared with a predetermined oxygen concentration change rate is maintained for a predetermined time or more, the temperature rising state of the filter is abnormal. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3, further comprising a temperature rise abnormality determination means for determining.
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JP4622864B2 (en) * 2006-01-10 2011-02-02 株式会社デンソー Overcombustion detection method during particulate filter regeneration processing
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JP5516888B2 (en) * 2010-11-02 2014-06-11 三菱自動車工業株式会社 Exhaust gas purification device for internal combustion engine
JP6216276B2 (en) * 2014-03-24 2017-10-18 ヤンマー株式会社 Exhaust gas purification system
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