JP3876659B2

JP3876659B2 - Exhaust gas purification device for internal combustion engine

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Publication number: JP3876659B2
Application number: JP2001224415A
Authority: JP
Inventors: 太郎横井
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2001-07-25
Filing date: 2001-07-25
Publication date: 2007-02-07
Anticipated expiration: 2021-07-25
Also published as: JP2003035131A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼル機関等の内燃機関の排気ガスから粒子状物質及び窒素酸化物を除去する排気浄化装置に関し、詳細には、そのような排気浄化装置の再生技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
排気ガスから粒子状物質（以下、ＰＭ）及び窒素酸化物（以下、ＮＯｘ）を除去する手段を備える内燃機関の排気浄化装置として、次に述べるものがある（特開平９−５３４４２号公報参照）。
従来技術に係るディーゼル機関は、排気系統において上流から順に酸化触媒、ディーゼル・パティキュレート・フィルタ（以下、ＤＰＦ）及びＮＯｘ吸収剤を備える。これらのうち、酸化触媒は、排気ガスに含まれる未燃燃料（炭化水素）及び一酸化炭素を酸化して無害化し、ＤＰＦは、排気ガスからＰＭを除去する。また、ＮＯｘ吸収剤は、排気ガスからＮＯｘを除去する機能を有し、排気空燃比が希薄（リーン）を示す高空燃比であるときに排気ガスに含まれるＮＯｘを吸収する。
【０００３】
このような排気浄化装置では、ＤＰＦにＰＭが捕集され続けると、やがて目詰まりを起こし、排圧が過大となってしまう。そのため、堆積したＰＭを定期的に除去する必要がある。これを達成するため、排気行程中に燃料を噴射して排気ガスに炭化水素を供給するとともに、排気温度を上昇させる。これにより、酸化触媒において排気ガス中のＮＯが酸化して得られた二酸化窒素（以下、ＮＯ２）と、ＤＰＦ上のＰＭとの反応を促進させることで、ＤＰＦが再生される。
【０００４】
また、ＮＯｘ吸収剤にＮＯｘが吸収され続けても、やがてＮＯｘ吸収剤の吸収能力の限界に達し、流入したＮＯｘがそのまま放出されてしまう。そのため、ここでも吸収したＮＯｘを除去する必要がある。ここで、ＮＯｘ吸収剤には、排気空燃比が過濃（リッチ）な状態にあれば吸収したＮＯｘを放出するという性質がある。放出されたＮＯｘは、排気ガス中の炭化水素と反応して還元され、無害化される。そこで、従来は、定期的に排気空燃比をリッチとするため、排気行程中に燃料を噴射することとしていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このような排気浄化装置によれば、排気ガスからＰＭ及びＮＯｘを除去するとともに、必要に応じて蓄積したＰＭ等を処理して再生を図ることができるが、次に述べる問題がある。
すなわち、ＤＰＦを再生しているときに更にＮＯｘ吸収剤の再生要求があった場合に、排気空燃比をリッチとするために単に燃料を追加噴射しただけでは、酸化触媒の性能に支障を来しかねない。燃焼に寄与しなかった余剰酸素と、ＮＯｘ吸収剤の再生のために追加噴射された燃料（炭化水素）とが酸化触媒で反応し、発熱するからである。ＤＰＦ再生時において酸化触媒は、ＮＯ２とＰＭとの酸化促進のために燃料を燃焼させて高温となっており、そのうえ更に発熱するとなれば、酸化触媒が過剰に昇温し、条件によっては劣化してしまうのである。
【０００６】
酸化触媒が劣化すると、炭化水素や一酸化炭素を浄化するという本来的な役割が果たせなくなるばかりでなく、ＮＯの酸化反応も鈍くなってしまう。そうなると、ＤＰＦにＮＯ２が充分に供給されなくなるため、ＰＭが燃焼（酸化）され難くなって再生されず、排圧が高くなって機関運転が困難となる場合もある。
また、ＤＰＦに関して、使用するＤＰＦが耐熱性の高いものである場合はともかく、捕集効率の良好な炭化珪素等を用いたタイプのものは、熱に弱いので、酸化触媒を介して過剰に加熱された排気ガスが流入すると、劣化してしまう場合がある。
【０００７】
堆積したＰＭの燃焼を容易にすべく、ＤＰＦに酸化触媒を担持させたものを設置する方法がある。この場合に、前述同様にＤＰＦ再生時にＮＯｘ吸収剤の再生のために燃料が更に噴射されると、ＤＰＦが過剰に加熱されることになる。燃焼に寄与しなかった余剰酸素と、ＮＯｘ吸収剤の再生のために噴射された燃料とがＤＰＦ上で反応するからである。炭化珪素等を用いたタイプのＤＰＦは熱に弱いため、過剰な加熱は、その性能を大幅に劣化させてしまう。
【０００８】
以上のようなＤＰＦ再生中に更にＮＯｘ吸収剤の再生要求があった場合の酸化触媒やＤＰＦの劣化を回避するには、ＮＯｘ吸収剤に流入する排気ガスの空燃比をリッチとするために燃焼空燃比（燃焼室内に形成される混合気の空燃比）を低下させることが考えられる。この方法によると、排気行程中に燃料を噴射する場合と比べてスモーク性能は悪化する傾向にあるが、ＤＰＦが設けられているためにそれが問題となることはない。
【０００９】
しかしながら、ＤＰＦを再生する際に燃焼空燃比がリッチとなると、酸化触媒に流入する排気ガスに酸素が含まれなくなるので、酸化反応が起こらなくなる。このため、ＤＰＦの加熱に必要な熱量が得られず、ＤＰＦの再生が行われないという問題がある。結果として、２次エア等を供給しない場合は、燃焼空燃比をリーンとして酸素を残し、燃焼後に燃料を追加噴射するのがＤＰＦの再生には好適と言える。
【００１０】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、排気ガスに含まれるＰＭを捕集する手段と、排気ガスに含まれるＮＯｘを吸収する手段とを備える内燃機関の排気浄化装置において、これらの手段を有効に同時再生する点にある。
また、本発明は、それらの手段の同時再生を効率良く達成することを目的とする。
【００１１】
また、本発明は、そのような同時再生を簡素な構成により実現することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１に記載の発明では、内燃機関の排気浄化装置を、次の（ａ）〜（ｅ）の手段を含んで構成する。すなわち、（ａ）排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集する粒子捕集手段、（ｂ）粒子捕集手段の下流に備えられ、排気空燃比が希薄を示す高空燃比であるときに排気ガスに含まれるＮＯｘを吸収する一方、排気空燃比の低下に応じて吸収したＮＯｘを放出し及び還元するＮＯｘ吸収手段、（ｃ）粒子捕集手段の上流又はそれ自体に備えられ、排気ガスに含まれる特定成分を酸化する酸化手段、（ｄ）粒子捕集手段及びＮＯｘ吸収手段が再生時期にあることをそれぞれ判定する再生時期判定手段、及び（ｅ）再生時期判定手段による判定結果に基づいて粒子捕集手段及びＮＯｘ吸収手段をともに再生するときに、排気ガスに炭化水素を供給するとともに、酸化手段に流入する排気ガスに該供給した炭化水素を燃焼させるのに必要な量よりも少ない量の酸素のみを含ませるように、炭化水素の供給量に基づいて吸入空気量を減少させて、過濃を示す低空燃比にまで排気空燃比を低下させる同時再生手段である。
【００１３】
請求項２に記載の発明では、粒子捕集手段の温度に基づいて炭化水素の供給量を調整する。
請求項３に記載の発明では、粒子捕集手段がその再生に適した所定温度となるように炭化水素の供給量を調整する。
請求項４に記載の発明では、粒子捕集手段の温度が低いほど炭化水素の供給量を増加させる。
【００１４】
請求項５に記載の発明では、粒子捕集手段の温度の前記所定温度に対する偏差に基づいて炭化水素の供給量を調整する。
請求項６に記載の発明では、前記偏差が所定値を超えたときに該偏差を前記所定値以下に収めるように炭化水素の供給量を調整する。
請求項７に記載の発明では、前記所定温度を粒子捕集手段の再生可能下限温度以上に設定する。
【００１５】
請求項８に記載の発明では、前記所定温度を粒子捕集手段の劣化限界温度以下に設定する。
請求項９に記載の発明では、炭化水素の供給量を調整して前記偏差を前記所定値以下に収める場合に、前記所定温度を粒子捕集手段の再生可能下限温度及び劣化限界温度の中間温度に設定するとともに、前記所定値を前記再生可能下限温度及び劣化限界温度の差の半分の値に設定する。
【００１６】
請求項１０に記載の発明では、筒内に臨む燃料噴射弁を備える内燃機関において、膨張行程から排気行程にかけての所定時期に該燃料噴射弁を駆動して、炭化水素を供給する。
請求項１１に記載の発明では、吸気絞り弁を備える内燃機関において、該吸気絞り弁により吸入空気量を制御して排気空燃比を低下させる。
【００１７】
請求項１２に記載の発明では、粒子捕集手段及びＮＯｘ吸収手段をともに再生するときであって、粒子捕集手段が所定の低温状態にあり、かつ、燃焼残ガスに含まれる最大空気量が所定量以下となる場合に、吸入空気量を最大に設定するとともに、炭化水素の供給量を増加して排気空燃比を低下させる。
なお、「燃焼残ガス」とは、筒内において燃焼により生成されるガスを言い、再生のための炭化水素が燃焼後に供給される場合は、燃焼残ガスとこの炭化水素とを含んで排気ガスが形成される。また、「最大空気量」とは、ある運転状態において燃焼残ガスの酸素濃度を減少させるための手段（例えば、ＥＧＲや吸気絞り）を作動させないで得られる燃焼残ガスに含まれる空気の量を言う。
【００１８】
また、請求項１３に記載の発明では、（イ）排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集する粒子捕集手段、（ロ）粒子捕集手段の下流に備えられ、排気空燃比が希薄を示す高空燃比であるときに排気ガスに含まれるＮＯｘを吸収する一方、排気空燃比の低下に応じて吸収したＮＯｘを放出し及び還元するＮＯｘ吸収手段、（ハ）粒子捕集手段の上流又はそれ自体に備えられ、排気ガスに含まれる特定成分を酸化する酸化手段、及び（ニ）粒子捕集手段及びＮＯｘ吸収手段が再生時期にあることをそれぞれ判定する再生時期判定手段を備えた内燃機関の排気浄化装置において、再生時期判定手段による判定結果に基づいて粒子捕集手段及びＮＯｘ吸収手段をともに再生するときに、排気ガスに炭化水素を供給するとともに、粒子捕集手段が再生するのに必要な温度となるための最少量の酸素が酸化手段に供給されるように、炭化水素の供給量に基づいて吸入空気量を減少させて、過濃を示す低空燃比にまで排気空燃比を低下させることとする。
請求項１４に記載の発明では、粒子捕集手段及びＮＯｘ吸収手段をともに再生する同時再生時に酸化手段に供給される、前記最少量としての酸素の量が、再生時期判定手段による判定結果に基づいて粒子捕集手段及びＮＯｘ吸収手段のうち粒子捕集手段のみを再生する場合に酸化手段に供給されるものよりも少ない量に設定する。
【００１９】
【発明の効果】
請求項１，１３及び１４に係る発明によれば、粒子捕集手段及びＮＯｘ吸収手段がともに再生される同時再生に際し、同時再生手段により、まず、排気ガスに供給される炭化水素の量が決定される。そして、この炭化水素の供給量に基づいて、供給された炭化水素を燃焼させるのに必要な量よりも少ない量の酸素のみを酸化手段に流入する排気ガスに含ませるように（又は粒子捕集手段が再生するのに必要な温度となるための最少量の酸素が酸化手段に供給されるように）、吸入空気量が減少され、排気空燃比が過濃を示す低空燃比にまで低下される。従って、酸化手段において過剰な発熱が起こらず、粒子捕集手段を過剰に加熱することもないので、これらの手段の劣化を防止できる。そして、粒子捕集手段が適正範囲内で加熱されるとともに、残りの炭化水素がＮＯｘ吸収手段に供給されるので、これらを有効に同時再生できる。
【００２０】
請求項２，３に係る発明によれば、粒子捕集手段の温度に基づいてその再生のために最適な量の炭化水素を供給できる。そして、この供給量に基づいて排気空燃比が低下される。従って、例えば、同時再生時に炭化水素が増量された場合は、その増量分に対応して排気ガスに含まれる空気量が増加される。このため、酸化手段における発熱量を制御し、粒子捕集手段を温度調整できる。酸化手段において排気ガスに含まれる酸素の殆どが消費されるので、ＮＯｘ吸収手段の再生も効率良く行われる。
【００２１】
請求項４に係る発明によれば、粒子捕集手段が低温であるほど炭化水素の供給量が増加され、酸化手段における発熱量が大きくなるので、低温で再生効率の低い粒子捕集手段を速やかに適正温度にまで加熱できる。一方、粒子捕集手段が高温となると、炭化水素の供給量が減少され、酸化手段における発熱量が小さくなるので、粒子捕集手段の過剰な加熱による劣化を防止できる。
【００２２】
請求項５に係る発明によれば、粒子捕集手段を所定温度に温度調整できる。特に、所定温度を粒子捕集手段の再生可能下限温度以上とすることで（請求項７）、この手段の再生を確実に行わせ、また、所定温度を粒子捕集手段の劣化限界温度以下とすることで（請求項８）、この手段の劣化を防止できる。
ここで、粒子捕集手段の再生可能下限温度及び劣化限界温度は、本発明が適用されるシステムに応じて異なるので、実験等により最適に設定するのが望ましい。再生可能温度については、例えば、酸化手段及び粒子捕集手段として、先の従来技術で述べた酸化触媒とＤＰＦとの組合せを用い、ＤＰＦ上のＰＭを酸化触媒により生成されたＮＯ２を酸化剤として酸化させるシステム（ＣＲＦ）とした場合は、ＤＰＦは３００℃以下の温度でも再生可能とされる。また、ＤＰＦに酸化触媒を担持させ、排気ガスに含まれる酸素とＰＭとをＤＰＦ上で反応させるシステムでは、４００℃以上の温度が必要とされる。
【００２３】
請求項６に係る発明によれば、炭化水素の供給量を調整する際に、所定温度付近に粒子捕集手段の温度に関して調整動作に対する緩衝領域が形成されるので、安定した調整を行える。
請求項９に係る発明によれば、粒子捕集手段が劣化限界温度を超えた場合に、炭化水素の供給量を減少させて劣化温度以下に抑えるとともに、再生可能温度未満となった場合に、この供給量を増加させて再生可能温度に調整できる。
【００２４】
請求項１０に係る発明によれば、機関への燃料供給用の燃料噴射弁により再生のための炭化水素をも賄うことで、再生のために新たな装置を付加する必要がないうえ、制御を簡素化できる。
請求項１１に係る発明によれば、吸気絞り弁により吸入空気量を制御して排気空燃比を低下させることで、燃焼残ガスに含まれる酸素を消費したり或いは分離したりするための手段や、２次エア供給用のポンプ等を排気系統に設けることなく、酸化手段に供給される酸素量を調整できる。
【００２５】
請求項１２に係る発明によれば、同時再生に際し、粒子捕集手段が所定の低温状態にあり、かつ、燃焼残ガスに含まれる最大空気量が所定量以下である場合に、吸入空気量を最大とし、炭化水素の供給量の増量により排気空燃比を低下させることで、運転性に影響を与えずに同時再生が行える。このような条件では、粒子捕集手段が多少加熱されたところで劣化限界温度に至ることはなく、また、燃焼残ガスに含まれる酸素が比較的少ないため、酸化手段における発熱にも限界がある。従って、ここでは、同時再生に際して酸化手段に供給される酸素量を特に制限せずとも、酸化手段及び粒子捕集手段が劣化することはないと判断できる。なお、排気空燃比を低下させるには、ＥＧＲ量を増やしたり或いは吸気絞り弁を閉じることでも対応できるが、これらの場合は、機関の発生トルクに変動が生じてしまうことがある。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置を備えるディーゼル機関（以下、エンジン）１の構成図である。
エンジン１のシリンダブロック２にピストン３が挿入されており、ピストン３は、コネクティングロッド（二点鎖線で示す）４を介してクランク軸５と連結している。シリンダブロック２上にシリンダヘッド６が固定され、ピストン上面とヘッド下面との間に燃焼室７が形成される。
【００２７】
吸気通路８は、燃焼室７の一側に連通しており、ポートに吸気弁９が設置されている。吸気弁９は、吸気カム１０により駆動される。吸気通路８には、上流よりエアクリーナ（図示せず）、エアフローメータ１１、吸気絞り弁（バタフライ弁）１２及びサージタンク１３が設置されている。エアフローメータ１１は、吸入空気量に対応する検出信号を電子制御ユニット（以下、ＥＣＵ）３１に出力する。吸気絞り弁１２は電磁弁であり、ＥＣＵ３１からの制御信号に基づいて駆動装置１４により駆動され、吸入空気量を制御する。吸入空気は、サージタンク１３を通過した後、マニホールド部において各気筒に分配され、吸気弁９の制御を受けて筒内に導入される。
【００２８】
燃焼室７の上部略中央に臨んで燃料噴射弁（以下、インジェクタ）１５が設置されている。インジェクタ１５は、ＥＣＵ３１からの制御信号に基づいて作動し、所定量の燃料を所定時期に筒内に直接噴射する。ＥＣＵ３１にアクセルセンサ１６及びクランク角センサ１７等の検出信号が入力され、ＥＣＵ３１は、これらの制御情報に基づいて噴射量及び噴射時期を設定する。燃焼による仕事をピストン３が受け、コネクティングロッド４を介してクランク軸５が駆動される。
【００２９】
燃焼残ガスは、排気通路１８を介して大気中に放出される。排気通路１８のポートに排気弁１９が設置されている。排気弁１９は、排気カム２０により駆動される。排気通路１８とサージタンク１３とがＥＧＲ通路２１を介して連通され、該通路に制御弁（以下、ＥＧＲ弁）２２が設置されている。ＥＧＲ弁２２がＥＣＵ３１からの制御信号に基づいて開閉し、開弁時において、開度に応じて適量に流量制御された排気ガスが吸気系統に還流される。ＥＧＲによりＮＯｘの発生が抑制される。
【００３０】
また、排気通路１８には、ＥＧＲ通路２１のポートよりも下流に、上流から順に酸化触媒２３、ＤＰＦ２４及びＮＯｘ吸収剤２５が設置されている。酸化触媒２３は、主に、排気ガスに含まれる未燃燃料（炭化水素）及び一酸化炭素を酸化する。ＤＰＦ２４は、排気ガス中に浮遊するＰＭを捕集する。ＮＯｘ吸収剤２５は、排気空燃比がリーンのときに排気ガスに含まれるＮＯｘを吸収し、排気空燃比がリッチのときに吸収したＮＯｘを放出し及び還元する。ここに、酸化触媒２３が本発明に係る酸化手段を、ＤＰＦ２４が粒子捕集手段を、ＮＯｘ吸収剤２５がＮＯｘ吸収手段をそれぞれ構成する。ここで、ＤＰＦ２４に温度センサ２６が設置され、その検出信号がＥＣＵ３１に入力される。
【００３１】
以下に、ＥＣＵ３１により実行される制御について説明する。まず、本制御系統の構成を、図２に示すブロック図により説明する。
ＤＰＦ再生許可部Ａは、ＤＰＦ２４に堆積しているＰＭの量を推定し、ＤＰＦ２４の再生が必要か否かを判定する。また、ＤＰＦ再生時には、再生の進行度合いを確認し、再生が完了したか否かを判定する。該許可部Ａの判定結果は、ポスト噴射量算出部Ｂに反映される。
【００３２】
ポスト噴射量算出部Ｂは、ＤＰＦ再生時において、温度センサ２６からの検出信号に基づいてＤＰＦ２４の温度を検出し、ＤＰＦ２４を所定の温度帯に制御するためのポスト噴射量（燃焼のための噴射以外に、インジェクタ１５が膨張行程から排気行程にかけての所定時期に追加噴射する際の噴射量）を演算する。演算結果は、インジェクタ１５に出力されるとともに、吸気空気量演算部Ｄに反映される。
【００３３】
インジェクタ１５は、圧縮行程に燃焼のために噴射するとともに、ポスト噴射量算出部Ｂにおける演算結果に基づいて、膨張行程から排気行程にかけての所定時期にも噴射する。
ＮＯｘ吸収剤再生許可部Ｃは、ＮＯｘ吸収剤２５に吸収されているＮＯｘの量を推定し、吸収剤２５の再生が必要か否かを判定する。また、吸収剤再生時には、再生の進行度合いを確認し、再生が完了したか否かを判定する。該許可部Ｃの判定結果は、吸入空気量演算部Ｄに反映される。
【００３４】
吸入空気量演算部Ｄは、ＤＰＦ２４及びＮＯｘ吸収剤２５の再生がともに許可された場合に、ポスト噴射による分の燃料をも含めた総合的な排気空燃比を所定空燃比とするための吸入空気量を算出する。該演算部Ｄの演算結果は、吸気絞り弁１２（駆動装置１４）に出力される。
吸気絞り弁１２は、吸入空気量演算部Ｄにおける演算結果に基づいて駆動され、吸気通路８の開口面積を調整する。
【００３５】
次に、各制御ブロックＡ〜Ｄにおける制御を、フローチャートを参照して詳細に説明する。
図３は、ＤＰＦ再生許可部Ａにおける制御のフローチャートである。Ｓ（ステップ）１では、ＤＰＦ再生許可フラグＦＰＭにより、ＤＰＦ２４の再生が許可されているか否かを判定する。許可されていると判定した場合は、Ｓ７へ進み、許可されていないと判定した場合は、Ｓ２へ進む。
【００３６】
Ｓ２では、アクセルセンサ１６及びクランク角センサ１７の出力値に基づいてアクセル開度ＡＶＯ及びエンジン回転数Ｎｅを読み込む。
Ｓ３では、アクセル開度ＡＶＯ及びエンジン回転数Ｎｅに応じて割り付けたマップを参照して、単位時間（本ルーチンの実行周期）当たりのＰＭ堆積量ＰＭを読み込む。
【００３７】
そして、Ｓ４で読み込んだＰＭを積算し、ＤＰＦ２４における総ＰＭ堆積量ΣＰＭを求める。
Ｓ５では、総ＰＭ堆積量ΣＰＭが、ＤＰＦ２４のＰＭの限界堆積量を示す所定値ＳＬＰＭを超えたか否かを判定する。超えていないと判定した場合は、ＤＰＦ２４を再生すべき時期にまだ達していないと判断して、本フローをそのまま終了する。一方、超えたと判定した場合は、ＤＰＦ２４を再生すべき時期に達したと判断して、Ｓ６に進む。
【００３８】
Ｓ６では、ＤＰＦ再生許可フラグＦＰＭに１を代入してＤＰＦ２４の再生を許可し、総ＰＭ堆積量ΣＰＭをリセットして再生停止後のΣＰＭの演算に備え、ＤＰＦ再生時間カウント用タイマＴＭＰＭをリセットする。このタイマＴＭＰＭは、ＤＰＦ２４の再生開始からの経過時間を把握するためのものである。
Ｓ１でＤＰＦ２４の再生が許可されていれば（ＦＰＭ＝１）、Ｓ７へ進み、ＤＰＦ再生時間カウント用タイマＴＭＰＭを所定間隔ＤＬＴＰＭだけ増加させる。この間隔ＤＬＴＰＭは、本ルーチンの実行周期が１秒であれば、１とし、本ルーチンが不等間隔で実行される場合は、前回実行時からの経過時間とする。
【００３９】
Ｓ８では、ＤＰＦ再生時間カウント用タイマＴＭＰＭが、再生完了を示す所定値ＳＬＴＭＰＭを超えたか否かを判定する。超えたと判定した場合は、Ｓ９に進み、ＤＰＦ再生許可フラグＦＰＭに０を代入してＤＰＦ２４の再生を停止した後、本ルーチンを終了する。一方、所定値ＳＬＴＭＰＭをまだ超えていないと判定した場合は、本ルーチンをそのまま終了し、ＤＰＦ２４の再生を続行する。
【００４０】
このように、本実施形態は、ＤＰＦ２４の再生停止を再生開始からの経過時間により判定する構成である。より正確を期すために、再生の間にＤＰＦ２４に流入したＰＭ量を推定して補正してもよい。また、ＤＰＦ２４の再生がＤＰＦの温度に依存することから、ＤＰＦが所定温度以上になった時からの経過時間により判定するのも好適である。再生停止を判定するための他の方法として、ＤＰＦ２４の前後差圧が流入ガス量に応じて決定される所定圧力以下となったときに、再生完了の判定を下すことが考えられる。
【００４１】
図４は、ＮＯｘ吸収剤再生許可部Ｃにおける制御のフローチャートである。本ルーチンの構成は、基本的に図３に示したものと同様である。本ルーチンを簡単に説明すると、次の通りである。
Ｓ１１でＮＯｘ吸収剤再生許可フラグＦＮＯにより、ＮＯｘ吸収剤２５の再生が許可されていると判定した場合は、Ｓ１２へ進み、アクセル開度ＡＶＯ及びエンジン回転数Ｎｅを読み込む。そして、Ｓ１３でＡＶＯ及びＮｅに応じて割り付けたマップを参照して、単位時間当たりのＮＯｘ吸収量ＮＯを読み込む。Ｓ１４で読み込んだＮＯを積算し、総ＮＯｘ吸収量ΣＮＯを求める。さらに、Ｓ１５で総ＮＯｘ吸収量ΣＮＯが所定値ＳＬＮＯを超えたか否かを判定し、超えていないと判定した場合は、本フローをそのまま終了する一方、超えたと判定した場合は、ＮＯｘ吸収剤２５を再生すべき時期に達したと判断してＳ１６に進む。Ｓ１６では、ＮＯｘ吸収剤再生許可フラグＦＮＯに１を代入してＮＯｘ吸収剤２５の再生を許可し、総ＮＯｘ吸収量ΣＮＯをリセットして再生停止後のΣＮＯの演算に備え、再生開始からの経過時間を把握するためのＮＯｘ吸収剤再生時間カウント用タイマＴＭＮＯをリセットする。
【００４２】
一方、Ｓ１１でＮＯｘ吸収剤２５の再生が許可されていれば（ＦＮＯ＝１）、Ｓ１７へ進み、ＮＯｘ吸収剤再生時間カウント用タイマＴＭＮＯを所定間隔ＤＬＴＮＯだけ増加させる。この間隔ＤＬＴＮＯは、本ルーチンの実行周期が０．１秒であれば、０．１とし、本ルーチンが不等間隔で実行される場合は、前回実行時からの経過時間とする。そして、Ｓ１８でタイマＴＭＮＯが所定値ＳＬＴＭＮＯを超えたか否かを判定し、超えたと判定した場合は、Ｓ１９に進み、ＮＯｘ吸収剤再生許可フラグＦＮＯに０を代入してＮＯｘ吸収剤２５の再生を停止する。所定値ＳＬＴＭＮＯをまだ超えていないと判定した場合は、本ルーチンをそのまま終了し、ＮＯｘ吸収剤２５の再生を続行する。
【００４３】
図５は、吸入空気量演算部Ｄにおける制御のフローチャートである。Ｓ２１では、ＮＯｘ吸収剤再生許可フラグＦＮＯにより、ＮＯｘ吸収剤２５の再生が許可されているか否かを判定する。許可されていないと判定した場合は、Ｓ２７へ進み、後述するポスト噴射量算出部Ｂにおける制御で使用されるフラグＦＴＶＣに１を代入する。そして、Ｓ２８で要求吸入空気量Ｑａｒｅｑを最大値ＭＡＸに設定して、本ルーチンを終了する。つまり、ＮＯｘ吸収剤２５の再生が許可されていない間は、吸気絞り弁１２を全開させ、吸入空気量を最大限に得る。一方、ＮＯｘ吸収剤２５の再生が許可されていると判定した場合は、Ｓ２２へ進む。
【００４４】
Ｓ２２では、温度センサ２６及びエアフローメータ１１の出力値に基づいて、ＤＰＦ２５の温度ＴＤＰＦ及び吸入空気量Ｑａを読み込むとともに、燃焼のために噴射される燃料の重量流量（以下、燃焼燃料量）Ｑｆを読み込む。燃焼燃料量Ｑｆは、例えば、アクセル開度ＡＶＯ及びエンジン回転数Ｎｅに対応させて割り付けたマップから読み込む。
【００４５】
Ｓ２３では、吸入空気量Ｑａ及び燃焼燃料量Ｑｆに基づいて、次式（１）により燃焼残ガスに含まれる空気量（筒内に吸入されたものの燃焼に寄与することなく排出される空気の量を言い、以下、燃焼残ガス中空気量）Ｑａｅｘｈを算出する。なお、Ｃ１は、定数であり、理論空燃比に相当する。
Ｑａｅｘｈ＝Ｑａ−Ｑｆ×Ｃ１・・・（１）
Ｓ２４では、ＤＰＦ温度ＴＤＰＦ及び燃焼残ガス中空気量Ｑａｅｘｈに対応させて割り付けたマップを参照して、現在の運転状態の属する領域を判定する。温度ＴＤＰＦが高く、かつ、空気量Ｑａｅｘｈも多い領域では、フラグＦＴＶＣに１を代入して、Ｓ２５へ進む。
【００４６】
Ｓ２５では、ポスト噴射量算出部Ｂにおいて算出されるポスト噴射量Ｑｐを読み込む。
そして、Ｓ２６で燃焼燃料量Ｑｆ及びポスト噴射量Ｑｐに基づいて、次式（２）により要求吸入空気量Ｑａｒｅｑを算出する。なお、Ｃ２は、定数であり、ＮＯｘ吸収剤２５の再生に必要な排気空燃比（過濃を示す低空燃比に設定され、ガソリンでは、およそ１２．５）に相当する。
【００４７】
Ｑａｒｅｑ＝（Ｑｆ＋Ｑｐ）×Ｃ２・・・（２）
ＮＯｘ吸収剤２５の再生（特に、ＤＰＦ２４との同時再生）に際し、ＤＰＦ温度ＴＤＰＦが高く、かつ、燃焼残ガス中空気量Ｑａｅｘｈも多い領域において、このように吸入空気量の調整により排気空燃比を低下させることとするのは、次の理由による。
【００４８】
すなわち、吸入空気量をそのままにして、ポスト噴射量Ｑｐの増量のみによる場合は、酸化触媒２３に供給される酸素量が多過ぎ、酸化反応が過剰に行われることとなり、ＤＰＦ２４が劣化限界温度を超えるおそれがあるためである。そこで、吸入空気量を減量して排気空燃比を低下させ、ＮＯｘ吸収剤２５に流入する排気ガスの空燃比をリッチに調整する。
【００４９】
ここでは、上記手法により排気空燃比をリッチ化したが、吸入空気をＱｆ及びＱｐが理論空燃比で燃焼する分、すなわち、Ｑａｒｅｑ＝（Ｑｆ＋Ｑｐ）×Ｃ１とし、排気空燃比のリッチ化のために必要な燃料を更にポスト噴射により供給する手法を採用してもよい。このような手法によっても、本発明の効果を充分得られる。
【００５０】
そして、Ｓ２６で算出された要求吸入空気量Ｑａｒｅｑに実際の吸入空気量を合わせるように吸気絞り弁１２が駆動される。
以上の結果、筒内へは、重量流量Ｑａｒｅｑの空気が吸入され、噴射された燃料（重量流量Ｑｆ）が燃焼する。燃焼残ガスは、燃焼に寄与せずに残った一部の吸入空気を含む。そして、膨張行程から排気行程にかけての所定時期にポスト噴射が行われ、ＤＰＦ２４及びＮＯｘ吸収剤２５の同時再生のための炭化水素を含んだ排気ガスが形成される。この排気ガスの空燃比はリッチとされるので、排気ガスに含まれる酸素は、上記炭化水素が完全に燃焼するのに必要な量よりも少ない。従って、酸化触媒２３では、この酸素の全部が消費されたとしても、一部の炭化水素が燃焼せずに残ることとなる。この残りの炭化水素は、ＤＰＦ２４を通過して、ＮＯｘ吸収剤２５に供給される。これにより、ＤＰＦ２４を再生可能温度に加熱するとともに、ＮＯｘ吸収剤２５に流入する排気ガスもリッチとなるので、双方を有効に同時再生できるのである。
【００５１】
Ｓ２４でＤＰＦ温度ＴＤＰＦが低く、かつ、燃焼残ガス中空気量Ｑａｅｘｈも少ない領域にあると判定した場合は、フラグＦＴＶＣに０を代入してＳ２８に進む。そして、Ｓ２８で要求吸入空気量Ｑａｒｅｑを最大値ＭＡＸとした後、本ルーチンを終了する。
このように、ＮＯｘ吸収剤２５の再生（ＤＰＦ２４との同時再生）に際し、ＤＰＦ温度ＴＤＰＦが低く、かつ、燃焼残ガス中空気量Ｑａｅｘｈも少ない領域では、吸入空気量を最大限に得て、ポスト噴射量の増量により排気空燃比を低下させる。ＤＰＦ２４は低温であるために劣化限界温度までに充分な余裕があるうえ、酸化触媒２３に供給される酸素量も比較的少ないので、ポスト噴射量を増量してもＤＰＦ２４が過剰に加熱されることはなく、劣化のおそれがないと推測できるからである。
【００５２】
このように、本実施形態では、吸入空気量演算部Ｄにおいて、ＮＯｘ吸収剤２５の再生に際し、ポスト噴射のみで対応できる場合（ＦＴＶＣ＝０）は、ポスト噴射のみによる対応を優先させた。それは、次の理由による。
すなわち、吸気絞り弁１２を閉弁させることにより吸入空気量を減少させる方法では、機関にポンプロスが発生し、同じアクセル開度ＡＶＯでも出力が低下する場合があるからである。近年の制御技術の発達により、そのポンプロス分を補正することも可能となってきたが、運転者の感じるトルク変動を常に消去できるとは限らない。このため、ＮＯｘ吸収剤２５の再生においても、トルク変動の生じ難いポスト噴射をできる限り利用するのが有利である。
【００５３】
図６は、ポスト噴射量算出部Ｂにおける制御のフローチャートである。Ｓ３１では、吸入空気量演算部Ｄで設定したフラグＦＴＶＣの値を判定する。ＦＴＶＣ＝０と判定した場合は、Ｓ４０へ進み、ＦＴＶＣ＝１と判定した場合は、Ｓ３２へ進む。
ＦＴＶＣ＝０の場合は、ＮＯｘ吸収剤２５の再生が許可されており、この再生にポスト噴射のみで対応したとしてもＤＰＦ２４が劣化するおそれのないことが推測されている。Ｓ４０では、吸入空気量Ｑａ及び燃焼燃料量Ｑｆを読み込む。ここで、吸気絞り弁１２は全開とされているため、Ｑａは最大値をとる。そして、Ｓ４１でＱａ及びＱｆに基づいて、次式（３）により排気空燃比をリッチとするポスト噴射量Ｑｐを算出する。
【００５４】
Ｑｐ＝（Ｑａ−Ｑｆ×Ｃ１）／Ｃ２・・・（３）
つまり、ＮＯｘ吸収剤２５の再生が許可されており、かつ、ＤＰＦ２４が劣化するおそれのない場合は、ＤＰＦ２４の再生許可の有無及び温度に拘わらず排気空燃比をリッチとし、ＮＯｘ吸収剤２５を再生する。このとき、ポスト噴射により供給された炭化水素の一部がＤＰＦ２４の再生のために消費され、残った炭化水素がＮＯｘ吸収剤２５に供給されて再生に寄与する。
【００５５】
一方、ＦＴＶＣ＝１の場合は、ＮＯｘ吸収剤２５の再生が許可されていないか、又は許可されていても、ポスト噴射のみで対応するとＤＰＦ２４が劣化するおそれがあるので、吸入空気量も調整することにより排気空燃比をリッチとする。以降のＳ３２〜３９及び４２では、ポスト噴射量Ｑｐが設定されるだけであり、排気空燃比をリッチとする制御は行われない。但し、ＮＯｘ吸収剤２５の再生が許可されている場合は、前述したＳ２６で排気空燃比がリッチとされるので、ＮＯｘ吸収剤２５の再生が同時に行われる。
【００５６】
Ｓ３２では、ＤＰＦ再生許可フラグＦＰＭにより、ＤＰＦ２４の再生が許可されているか否かを判定する。許可されていないと判定した場合は、Ｓ４２へ進み、ポスト噴射量Ｑｐを０とした後、本ルーチンを終了する。
一方、ＤＰＦ２４の再生が許可されていると判定した場合は、Ｓ３３へ進んでＤＰＦ温度ＴＤＰＦを読み込み、以降のステップでＴＤＰＦに基づいてポスト噴射量Ｑｐを設定する。なお、設定されたＱｐは、図５のＳ２５で読み込まれ、要求吸入空気量Ｑａｒｅｑの算出に使用される。
【００５７】
Ｓ３４では、ＤＰＦ温度の目標値ＴＴＧＴと、現在のＤＰＦ温度ＴＤＰＦとの差ＴＤＬＴ（＝ＴＴＧＴ−ＴＤＰＦ）を算出する。
Ｓ３５では、温度差ＴＤＬＴが適正範囲（｜ＴＤＬＴ｜＜ＴＳＬ）内にあるか否かを判定する（ＴＳＬは、ＤＰＦ２４を再生するための適正範囲を示すしきい温度である）。適正範囲内にあると判定した場合は、本ルーチンをそのまま終了して、現在のポスト噴射量Ｑｐを維持する。一方、適正範囲内にないと判定した場合は、Ｓ３６に進む。
【００５８】
Ｓ３６では、温度差ＴＤＬＴに基づいてポスト噴射量の補正量Ｑｄｌｔを読み込む。補正量Ｑｄｔｌは、ＴＤＬＴの絶対値が大きいほど大きくなるように設定するとよい。
Ｓ３７では、補正量Ｑｄｌｔを現在のポスト噴射量Ｑｐに加算する。温度差ＴＤＬＴが正の値であり、ＤＰＦ温度ＴＤＰＦが目標温度ＴＴＧＴよりも低い場合は、Ｑｄｌｔが正の値をとるので、ポスト噴射量Ｑｐは増量される。一方、ＴＤＴＬが負の値である場合は、Ｑｄｌｔが負の値をとるので、ポスト噴射量Ｑｐは減量される。このように、ＴＤＰＦがＴＴＧＴへと収束するように制御される。
【００５９】
ここで、目標温度ＴＴＧＴは、ＤＰＦ２４の再生可能温度（システムによって異なるが、例えば、３００℃（＝再生可能下限温度）以上）であり、かつ、ＤＰＦ２４の劣化限界温度（システムによって異なるが、例えば、１０００℃）よりも充分に低い温度に設定する。例えば、ＴＴＧＴを再生可能下限温度及び劣化限界温度の中間値とするとともに、ＴＳＬをこれらの温度の差の半分の値とするのが望ましい。再生可能温度が低いほど再生効率が高くなるので、今後は、再生可能温度がより低下することも予想される。
【００６０】
そして、Ｓ３８でポスト噴射量Ｑｐがインジェクタ１５の動作限界を示す所定値ＱｐＭＡＸよりも大きいと判定された場合は、Ｓ３９においてＱｐにＱｐＭＡＸを代入し、ポスト噴射量ＱｐをＱｐＭＡＸ以下に制限する。
なお、補正量Ｑｄｌｔを算出するには、一般的なＰＩＤ制御等の方法を採用してもよい。また、上記の例では、ポスト噴射量算出部Ｂ（図６のフローチャート）において、ＤＰＦの再生が許可されていない場合にＱｐが０となる（Ｓ４２）。従って、次に再生が許可されたときのポスト噴射量Ｑｐの初期値は、０となる。目標温度ＴＴＧＴへの収束を速めるには、運転状態（例えば、トルク及びエンジン回転数）に対応させて初期値を割り付けたマップを使用するとよい。
【００６１】
本実施形態において、本発明に係る「再生時期判定手段」は、図５及び６に示すフローチャートのＳ２１及び３２が、また、「同時再生手段」は、両フロチャートのＳ２４〜２８（２７を除く），３７及び４１がそれぞれ相当する。
以上では、酸化手段及び粒子捕集手段として、酸化触媒２３とＤＰＦ２４との組合せを用い、ＤＰＦ２４の上流に酸化触媒２３を配した構成（ＣＲＦ）を示した。本発明は、このような構成に限らず、上流の酸化触媒によらず、ＤＰＦ上に酸化手段として酸化能力を持つ貴金属を担持したタイプのものを用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置を備えるディーゼルエンジンの構成図
【図２】同上排気浄化装置の制御系統の構成を示すブロック図
【図３】ＤＰＦ再生許可部の制御フローチャート
【図４】ＮＯｘ吸収剤再生許可部の制御フローチャート
【図５】吸入空気量演算部の制御フローチャート
【図６】ポスト噴射量算出部の制御フローチャート
【符号の説明】
１…エンジン
２…シリンダブロック
３…ピストン
６…シリンダヘッド
７…燃焼室
８…吸気通路
９…吸気弁
１２…吸気絞り弁
１３…サージタンク
１４…駆動装置
１５…インジェクタ
１６…アクセルセンサ
１７…クランク角センサ
１８…排気通路
１９…排気弁
２１…ＥＧＲ通路
２２…ＥＧＲ弁
２３…酸化触媒
２４…ＤＰＦ（ディーゼル・パティキュレート・フィルタ）
２５…ＮＯｘ吸収剤
２６…温度センサ
３１…ＥＣＵ（電子制御ユニット）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust purification device that removes particulate matter and nitrogen oxides from exhaust gas of an internal combustion engine such as a diesel engine, and more particularly to a regeneration technology for such an exhaust purification device.
[0002]
[Prior art]
As an exhaust gas purification device for an internal combustion engine provided with means for removing particulate matter (hereinafter referred to as PM) and nitrogen oxide (hereinafter referred to as NOx) from exhaust gas, there is the following (refer to Japanese Patent Laid-Open No. 9-53442). .
A diesel engine according to the prior art includes an oxidation catalyst, a diesel particulate filter (hereinafter referred to as DPF), and a NOx absorbent in order from upstream in an exhaust system. Among these, the oxidation catalyst oxidizes unburned fuel (hydrocarbon) and carbon monoxide contained in the exhaust gas to render them harmless, and the DPF removes PM from the exhaust gas. Further, the NOx absorbent has a function of removing NOx from the exhaust gas, and absorbs NOx contained in the exhaust gas when the exhaust air-fuel ratio is a high air-fuel ratio indicating lean.
[0003]
In such an exhaust purification device, if PM continues to be collected in the DPF, it will eventually become clogged and the exhaust pressure will become excessive. Therefore, it is necessary to periodically remove the accumulated PM. In order to achieve this, fuel is injected during the exhaust stroke to supply hydrocarbons to the exhaust gas, and the exhaust temperature is raised. Thus, the DPF is regenerated by promoting the reaction between nitrogen dioxide (hereinafter referred to as NO2) obtained by oxidizing NO in the exhaust gas in the oxidation catalyst and PM on the DPF.
[0004]
Even if NOx continues to be absorbed by the NOx absorbent, it eventually reaches the limit of the absorption capacity of the NOx absorbent and the inflowed NOx is released as it is. Therefore, it is necessary to remove the absorbed NOx also here. Here, the NOx absorbent has a property of releasing absorbed NOx if the exhaust air-fuel ratio is in a rich state. The released NOx reacts with hydrocarbons in the exhaust gas and is reduced and rendered harmless. Therefore, conventionally, in order to periodically make the exhaust air-fuel ratio rich, fuel is injected during the exhaust stroke.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
According to such an exhaust purification device, PM and NOx can be removed from the exhaust gas, and the accumulated PM and the like can be processed and regenerated as necessary. However, there is a problem described below.
In other words, if there is a further request to regenerate the NOx absorbent while regenerating the DPF, simply performing additional injection to make the exhaust air / fuel ratio rich will hinder the performance of the oxidation catalyst. It might be. This is because surplus oxygen that has not contributed to combustion and fuel (hydrocarbon) additionally injected for regeneration of the NOx absorbent react with each other in the oxidation catalyst and generate heat. At the time of DPF regeneration, the oxidation catalyst becomes high temperature by burning the fuel to promote the oxidation of NO2 and PM, and if further heat is generated, the oxidation catalyst will be excessively heated and deteriorate depending on the conditions. It will end up.
[0006]
When the oxidation catalyst deteriorates, not only the essential role of purifying hydrocarbons and carbon monoxide cannot be achieved, but also the oxidation reaction of NO becomes slow. In this case, NO2 is not sufficiently supplied to the DPF, so that PM is not easily burned (oxidized) and is not regenerated, and the exhaust pressure becomes high and engine operation may be difficult.
In addition, regarding DPF, regardless of whether the DPF used has high heat resistance, the type using silicon carbide or the like having good collection efficiency is weak against heat, so it is heated excessively through an oxidation catalyst. When exhausted exhaust gas flows in, it may deteriorate.
[0007]
In order to facilitate the combustion of the accumulated PM, there is a method of installing a DPF carrying an oxidation catalyst. In this case, as described above, if fuel is further injected for regeneration of the NOx absorbent during regeneration of the DPF, the DPF is excessively heated. This is because the surplus oxygen that has not contributed to the combustion reacts with the fuel injected for the regeneration of the NOx absorbent on the DPF. Since the type of DPF using silicon carbide or the like is vulnerable to heat, excessive heating significantly deteriorates its performance.
[0008]
In order to avoid deterioration of the oxidation catalyst and DPF when there is a request for regeneration of NOx absorbent during DPF regeneration as described above, combustion is performed to make the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx absorbent rich. It is conceivable to reduce the air-fuel ratio (the air-fuel ratio of the air-fuel mixture formed in the combustion chamber). According to this method, the smoke performance tends to deteriorate as compared with the case of injecting fuel during the exhaust stroke, but this does not cause a problem because the DPF is provided.
[0009]
However, if the combustion air-fuel ratio becomes rich when the DPF is regenerated, the exhaust gas flowing into the oxidation catalyst does not contain oxygen, so that the oxidation reaction does not occur. For this reason, there is a problem that the amount of heat necessary for heating the DPF cannot be obtained and the DPF is not regenerated. As a result, when secondary air or the like is not supplied, it can be said that it is preferable for regeneration of the DPF to leave oxygen with the combustion air-fuel ratio as lean and to additionally inject fuel after combustion.
[0010]
The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is an internal combustion engine including means for collecting PM contained in exhaust gas and means for absorbing NOx contained in exhaust gas. In the exhaust emission control device, these means are effectively simultaneously regenerated.
Another object of the present invention is to efficiently achieve simultaneous reproduction of these means.
[0011]
It is another object of the present invention to realize such simultaneous reproduction with a simple configuration.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
For this reason, in the first aspect of the present invention, the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine includes the following means (a) to (e). That is, (a) particle collecting means for collecting particulate matter contained in the exhaust gas, (b) provided at the downstream of the particle collecting means, and the exhaust gas when the exhaust air-fuel ratio is a high air-fuel ratio indicating lean NOx absorbing means that absorbs NOx contained in the exhaust gas while releasing and reducing NOx absorbed in accordance with a decrease in the exhaust air-fuel ratio, (c) upstream of the particle collecting means or Is provided in itself, oxidizing means for oxidizing a specific component contained in the exhaust gas, (d) regeneration timing determining means for determining that the particle collecting means and the NOx absorbing means are at the regeneration timing, and (e) When regenerating both the particle collecting means and the NOx absorbing means based on the determination result by the regeneration time determining means, while supplying hydrocarbons to the exhaust gas, The exhaust gas flowing into the oxidant means contains only a small amount of oxygen less than that required to burn the supplied hydrocarbon. Simultaneous regeneration means for reducing the intake air amount based on the supply amount and lowering the exhaust air-fuel ratio to a low air-fuel ratio that indicates over-concentration.
[0013]
In the second aspect of the present invention, the supply amount of hydrocarbons is adjusted based on the temperature of the particle collecting means.
In the invention according to claim 3, the supply amount of hydrocarbons is adjusted so that the particle collecting means has a predetermined temperature suitable for the regeneration.
In the fourth aspect of the invention, the lower the temperature of the particle collecting means, the greater the amount of hydrocarbons supplied.
[0014]
In the invention according to claim 5, the supply amount of hydrocarbons is adjusted based on the deviation of the temperature of the particle collecting means from the predetermined temperature.
In a sixth aspect of the present invention, when the deviation exceeds a predetermined value, the supply amount of hydrocarbons is adjusted so that the deviation falls below the predetermined value.
In the invention according to claim 7, the predetermined temperature is set to be equal to or higher than the reproducible lower limit temperature of the particle collecting means.
[0015]
In the invention described in claim 8, the predetermined temperature is set to be equal to or lower than the deterioration limit temperature of the particle collecting means.
In the invention according to claim 9, when adjusting the supply amount of hydrocarbons and keeping the deviation below the predetermined value, the predetermined temperature is set to an intermediate temperature between the regenerative lower limit temperature and the deterioration limit temperature of the particle collecting means. And the predetermined value is set to a value half the difference between the renewable lower limit temperature and the deterioration limit temperature.
[0016]
According to the tenth aspect of the present invention, in an internal combustion engine having a fuel injection valve facing the cylinder, the fuel injection valve is driven at a predetermined time from the expansion stroke to the exhaust stroke to supply hydrocarbons.
In the invention according to claim 11, in the internal combustion engine provided with the intake throttle valve, By the intake throttle valve The intake air amount is controlled to lower the exhaust air-fuel ratio.
[0017]
In the invention according to claim 12, when the particle collecting means and the NOx absorbing means are both regenerated, the particle collecting means is in a predetermined low temperature state, and the maximum amount of air contained in the combustion residual gas is When the amount is less than or equal to the predetermined amount, the intake air amount is set to the maximum, and the supply amount of hydrocarbons is increased to lower the exhaust air-fuel ratio.
“Combustion residual gas” refers to a gas generated by combustion in a cylinder. When hydrocarbons for regeneration are supplied after combustion, exhaust gas containing the combustion residual gas and the hydrocarbons is included. Is formed. The “maximum air amount” is the amount of air contained in the combustion residual gas obtained without operating the means for reducing the oxygen concentration of the combustion residual gas (for example, EGR or intake throttle) in a certain operating state. To tell.
[0018]
In the invention according to claim 13, (b) a particle collecting means for collecting particulate matter contained in the exhaust gas, and (b) provided downstream of the particle collecting means, the exhaust air-fuel ratio is made lean. NOx absorption means that absorbs NOx contained in the exhaust gas when the air-fuel ratio is high, and releases and reduces the absorbed NOx as the exhaust air-fuel ratio decreases, (c) upstream of the particle collecting means or Is an internal combustion engine that is provided with itself, and includes an oxidizer that oxidizes a specific component contained in the exhaust gas, and (d) a regeneration timing determination device that determines that the particle collection device and the NOx absorption device are at the regeneration timing. In the engine exhaust purification system, based on the determination result by the regeneration timing determination means Particle collection means and NOx absorption When regenerating the means together with supplying hydrocarbons to the exhaust gas ,grain So that the minimum amount of oxygen is supplied to the oxidation means to reach the temperature required for the child collection means to regenerate, Decreasing the amount of intake air based on the amount of hydrocarbons supplied, The exhaust air-fuel ratio is lowered to a low air-fuel ratio that indicates overconcentration.
In the invention according to claim 14, the particle collecting means and the NOx absorption means are supplied to the oxidizing means at the time of simultaneous regeneration for regenerating both. in front The amount of oxygen as the minimum amount is less than that supplied to the oxidizing means when regenerating only the particle collecting means of the particle collecting means and the NOx absorbing means based on the determination result by the regeneration timing determining means. Set to quantity.
[0019]
【The invention's effect】
According to the first, thirteenth and fourteenth aspects of the present invention, in the simultaneous regeneration in which both the particle collecting means and the NOx absorbing means are regenerated, the simultaneous regeneration means first determines the amount of hydrocarbons supplied to the exhaust gas. Is done. And this Hydrocarbon Based on supply quantity The exhaust gas flowing into the oxidation means contains only a smaller amount of oxygen than is necessary for burning the supplied hydrocarbon (or the temperature required for the particle collection means to regenerate). The intake air volume is reduced, so that a minimum amount of oxygen is supplied to the oxidation means) The exhaust air / fuel ratio is reduced to a low air / fuel ratio that is excessively rich. . Obedience Thus, excessive heat generation does not occur in the oxidizing means, and the particle collecting means is not excessively heated, so that deterioration of these means can be prevented. The particle collecting means is heated within an appropriate range, and the remaining hydrocarbons are supplied to the NOx absorbing means, so that they can be effectively regenerated simultaneously.
[0020]
According to the invention which concerns on Claim 2, 3, the optimal quantity of hydrocarbon can be supplied for the reproduction | regeneration based on the temperature of a particle | grain collection means. Then, the exhaust air-fuel ratio is reduced based on this supply amount. Therefore, for example, when the amount of hydrocarbons is increased during simultaneous regeneration, the amount of air contained in the exhaust gas is increased corresponding to the increased amount. For this reason, the calorific value in the oxidation means can be controlled, and the temperature of the particle collecting means can be adjusted. Since most of the oxygen contained in the exhaust gas is consumed in the oxidation means, the NOx absorption means is also efficiently regenerated.
[0021]
According to the fourth aspect of the invention, the lower the temperature of the particle collecting means, the greater the amount of hydrocarbons supplied and the greater the amount of heat generated in the oxidizing means. Can be heated to an appropriate temperature. On the other hand, when the temperature of the particle collecting means becomes high, the amount of hydrocarbons supplied is reduced and the amount of heat generated in the oxidizing means is reduced, so that deterioration of the particle collecting means due to excessive heating can be prevented.
[0022]
According to the fifth aspect of the invention, the temperature of the particle collecting means can be adjusted to a predetermined temperature. In particular, by setting the predetermined temperature to be equal to or higher than the lower limit temperature at which the particle collecting means can be regenerated (Claim 7), the means can be reliably regenerated, and the predetermined temperature is set to be equal to or lower than the deterioration limit temperature of the particle collecting means. By doing so, the deterioration of this means can be prevented.
Here, the renewable lower limit temperature and the deterioration lower limit temperature of the particle collecting means differ depending on the system to which the present invention is applied, and therefore it is desirable to set them optimally through experiments or the like. Regarding the reproducible temperature, for example, as the oxidizing means and the particle collecting means, the combination of the oxidation catalyst and the DPF described in the prior art is used, and PM on the DPF is generated by the oxidation catalyst and NO2 is generated as the oxidizing agent. In the case of an oxidation system (CRF), the DPF can be regenerated even at a temperature of 300 ° C. or lower. Further, in a system in which an oxidation catalyst is supported on the DPF and oxygen and PM contained in the exhaust gas are reacted on the DPF, a temperature of 400 ° C. or higher is required.
[0023]
According to the sixth aspect of the present invention, when adjusting the amount of supply of hydrocarbons, a buffer region for the adjustment operation is formed in the vicinity of the predetermined temperature with respect to the temperature of the particle collecting means, so that stable adjustment can be performed.
According to the invention according to claim 9, when the particle collecting means exceeds the deterioration limit temperature, the supply amount of hydrocarbons is decreased to suppress the deterioration temperature or less, and when the temperature becomes lower than the renewable temperature, This supply amount can be increased to adjust to a recyclable temperature.
[0024]
According to the tenth aspect of the present invention, it is not necessary to add a new device for regeneration by providing the hydrocarbon for regeneration by the fuel injection valve for supplying fuel to the engine, and control is performed. It can be simplified.
According to the invention of claim 11, By intake throttle valve By controlling the amount of intake air and lowering the exhaust air-fuel ratio, means for consuming or separating oxygen contained in the combustion residual gas, a pump for supplying secondary air, etc. are provided in the exhaust system The amount of oxygen supplied to the oxidizing means can be adjusted without any problems.
[0025]
According to the twelfth aspect of the present invention, in the simultaneous regeneration, when the particle collecting means is in a predetermined low temperature state and the maximum air amount contained in the combustion residual gas is not more than the predetermined amount, the intake air amount is reduced. By making the maximum and lowering the exhaust air-fuel ratio by increasing the amount of hydrocarbons supplied, simultaneous regeneration can be performed without affecting operability. Under such conditions, the deterioration limit temperature is not reached when the particle collecting means is heated to some extent, and since the oxygen contained in the combustion residual gas is relatively small, the heat generation in the oxidizing means is also limited. Therefore, it can be determined here that the oxidizing means and the particle collecting means are not deteriorated without particularly limiting the amount of oxygen supplied to the oxidizing means during simultaneous regeneration. Note that the exhaust air-fuel ratio can be reduced by increasing the EGR amount or closing the intake throttle valve. However, in these cases, the generated torque of the engine may fluctuate.
[0026]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a configuration diagram of a diesel engine (hereinafter, engine) 1 including an exhaust purification device for an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention.
A piston 3 is inserted into a cylinder block 2 of the engine 1, and the piston 3 is connected to a crankshaft 5 via a connecting rod (indicated by a two-dot chain line) 4. A cylinder head 6 is fixed on the cylinder block 2, and a combustion chamber 7 is formed between the upper surface of the piston and the lower surface of the head.
[0027]
The intake passage 8 communicates with one side of the combustion chamber 7, and an intake valve 9 is installed at the port. The intake valve 9 is driven by an intake cam 10. An air cleaner (not shown), an air flow meter 11, an intake throttle valve (butterfly valve) 12, and a surge tank 13 are installed in the intake passage 8 from upstream. The air flow meter 11 outputs a detection signal corresponding to the intake air amount to an electronic control unit (hereinafter, ECU) 31. The intake throttle valve 12 is an electromagnetic valve, and is driven by the drive device 14 based on a control signal from the ECU 31 to control the intake air amount. The intake air passes through the surge tank 13 and is then distributed to each cylinder in the manifold portion, and is introduced into the cylinder under the control of the intake valve 9.
[0028]
A fuel injection valve (hereinafter referred to as “injector”) 15 is installed facing the substantially upper center of the combustion chamber 7. The injector 15 operates based on a control signal from the ECU 31, and directly injects a predetermined amount of fuel into the cylinder at a predetermined time. Detection signals from the accelerator sensor 16 and the crank angle sensor 17 are input to the ECU 31, and the ECU 31 sets the injection amount and the injection timing based on these control information. The piston 3 receives work due to combustion, and the crankshaft 5 is driven via the connecting rod 4.
[0029]
The combustion residual gas is released into the atmosphere through the exhaust passage 18. An exhaust valve 19 is installed at the port of the exhaust passage 18. The exhaust valve 19 is driven by an exhaust cam 20. The exhaust passage 18 and the surge tank 13 communicate with each other via an EGR passage 21, and a control valve (hereinafter referred to as EGR valve) 22 is installed in the passage. The EGR valve 22 opens and closes based on a control signal from the ECU 31, and when the valve is opened, the exhaust gas whose flow rate is controlled to an appropriate amount according to the opening degree is recirculated to the intake system. EGR suppresses generation of NOx.
[0030]
Further, in the exhaust passage 18, an oxidation catalyst 23, a DPF 24, and a NOx absorbent 25 are installed in order from the upstream, downstream from the port of the EGR passage 21. The oxidation catalyst 23 mainly oxidizes unburned fuel (hydrocarbon) and carbon monoxide contained in the exhaust gas. The DPF 24 collects PM floating in the exhaust gas. The NOx absorbent 25 absorbs NOx contained in the exhaust gas when the exhaust air-fuel ratio is lean, and releases and reduces the NOx absorbed when the exhaust air-fuel ratio is rich. Here, the oxidation catalyst 23 constitutes the oxidation means according to the present invention, the DPF 24 constitutes the particle collecting means, and the NOx absorbent 25 constitutes the NOx absorption means. Here, the temperature sensor 26 is installed in the DPF 24, and the detection signal is input to the ECU 31.
[0031]
Below, the control performed by ECU31 is demonstrated. First, the configuration of this control system will be described with reference to the block diagram shown in FIG.
The DPF regeneration permission unit A estimates the amount of PM accumulated in the DPF 24 and determines whether or not the regeneration of the DPF 24 is necessary. Also, during DPF regeneration, the progress of regeneration is checked to determine whether regeneration is complete. The determination result of the permission unit A is reflected in the post injection amount calculation unit B.
[0032]
The post-injection amount calculation unit B detects the temperature of the DPF 24 based on the detection signal from the temperature sensor 26 during DPF regeneration, and controls the post-injection amount (injection for combustion) for controlling the DPF 24 to a predetermined temperature range. In addition, the injection amount when the injector 15 performs additional injection at a predetermined time from the expansion stroke to the exhaust stroke is calculated. The calculation result is output to the injector 15 and reflected in the intake air amount calculation unit D.
[0033]
The injector 15 injects for combustion in the compression stroke, and also injects at a predetermined time from the expansion stroke to the exhaust stroke based on the calculation result in the post injection amount calculation unit B.
The NOx absorbent regeneration permitting unit C estimates the amount of NOx absorbed in the NOx absorbent 25 and determines whether or not regeneration of the absorbent 25 is necessary. Further, at the time of regeneration of the absorbent, the progress of regeneration is confirmed, and it is determined whether or not regeneration is completed. The determination result of the permission unit C is reflected in the intake air amount calculation unit D.
[0034]
The intake air amount calculation unit D, when both the regeneration of the DPF 24 and the NOx absorbent 25 are permitted, takes in the intake air for setting the total exhaust air / fuel ratio including fuel for the post injection to a predetermined air / fuel ratio. Calculate the amount. The calculation result of the calculation unit D is output to the intake throttle valve 12 (drive device 14).
The intake throttle valve 12 is driven based on the calculation result in the intake air amount calculation unit D, and adjusts the opening area of the intake passage 8.
[0035]
Next, the control in each of the control blocks A to D will be described in detail with reference to a flowchart.
FIG. 3 is a flowchart of control in the DPF regeneration permission unit A. In S (step) 1, it is determined whether regeneration of the DPF 24 is permitted by the DPF regeneration permission flag FPM. If it is determined that it is permitted, the process proceeds to S7, and if it is determined that it is not permitted, the process proceeds to S2.
[0036]
In S2, the accelerator opening AVO and the engine speed Ne are read based on the output values of the accelerator sensor 16 and the crank angle sensor 17.
In S3, the PM accumulation amount PM per unit time (the execution period of this routine) is read with reference to a map assigned in accordance with the accelerator opening AVO and the engine speed Ne.
[0037]
Then, the PM read in S4 is integrated to obtain the total PM accumulation amount ΣPM in the DPF 24.
In S5, it is determined whether or not the total PM accumulation amount ΣPM exceeds a predetermined value SLPM indicating the PM limit accumulation amount of the DPF 24. If it is determined that it has not exceeded, it is determined that the time to regenerate the DPF 24 has not yet been reached, and this flow ends. On the other hand, if it is determined that it has exceeded, it is determined that it is time to regenerate the DPF 24, and the process proceeds to S6.
[0038]
In S6, 1 is substituted into the DPF regeneration permission flag FPM to permit the regeneration of the DPF 24, and the total PM accumulation amount ΣPM is reset to prepare for the calculation of ΣPM after the regeneration is stopped, and the DPF regeneration time counting timer TMPM is reset. . This timer TMPM is for grasping the elapsed time from the start of regeneration of the DPF 24.
If regeneration of the DPF 24 is permitted in S1 (FPM = 1), the process proceeds to S7, and the DPF regeneration time counting timer TMPM is increased by a predetermined interval DLTPM. This interval DLTPM is set to 1 if the execution cycle of this routine is 1 second, and is set to an elapsed time from the previous execution when this routine is executed at unequal intervals.
[0039]
In S8, it is determined whether or not the DPF regeneration time counting timer TMPM has exceeded a predetermined value SLTMPM indicating completion of regeneration. If it is determined that it has exceeded, the process proceeds to S9, where 0 is substituted into the DPF regeneration permission flag FPM to stop the regeneration of the DPF 24, and then this routine is terminated. On the other hand, if it is determined that the predetermined value SLTMPM has not yet been exceeded, this routine is terminated as it is, and the regeneration of the DPF 24 is continued.
[0040]
As described above, the present embodiment has a configuration in which the regeneration stop of the DPF 24 is determined by the elapsed time from the start of regeneration. In order to be more accurate, the amount of PM flowing into the DPF 24 during regeneration may be estimated and corrected. Further, since the regeneration of the DPF 24 depends on the temperature of the DPF, it is also preferable to make a determination based on the elapsed time from when the DPF becomes equal to or higher than a predetermined temperature. As another method for determining the regeneration stop, it can be considered that the regeneration completion is determined when the differential pressure across the DPF 24 becomes equal to or lower than a predetermined pressure determined according to the amount of inflowing gas.
[0041]
FIG. 4 is a flowchart of control in the NOx absorbent regeneration permission unit C. The configuration of this routine is basically the same as that shown in FIG. The routine will be briefly described as follows.
If it is determined in S11 that the regeneration of the NOx absorbent 25 is permitted by the NOx absorbent regeneration permission flag FNO, the process proceeds to S12, and the accelerator opening AVO and the engine speed Ne are read. Then, the NOx absorption amount NO per unit time is read with reference to the map assigned according to AVO and Ne in S13. The NO read in S14 is integrated to determine the total NOx absorption amount ΣNO. Further, in S15, it is determined whether or not the total NOx absorption amount ΣNO has exceeded the predetermined value SLNO. If it is determined that the total NOx absorption amount ΣNO has not exceeded, the present flow is terminated as it is. Is determined to have reached the time to be reproduced, and the process proceeds to S16. In S16, 1 is substituted into the NOx absorbent regeneration permission flag FNO to permit regeneration of the NOx absorbent 25, and the total NOx absorption amount ΣNO is reset to prepare for the calculation of ΣNO after the regeneration is stopped. The NOx absorbent regeneration time counting timer TMNO for grasping the time is reset.
[0042]
On the other hand, if regeneration of the NOx absorbent 25 is permitted in S11 (FNO = 1), the process proceeds to S17, and the NOx absorbent regeneration time counting timer TMNO is increased by a predetermined interval DLTNO. This interval DLTNO is set to 0.1 when the execution cycle of this routine is 0.1 seconds, and is set to the elapsed time from the previous execution when this routine is executed at unequal intervals. Then, in S18, it is determined whether or not the timer TMNO has exceeded the predetermined value SLTMNO. If it is determined that the timer TMNO has exceeded, the process proceeds to S19, and 0 is substituted into the NOx absorbent regeneration permission flag FNO to regenerate the NOx absorbent 25. Stop. If it is determined that the predetermined value SLTMNO is not yet exceeded, this routine is terminated as it is, and the regeneration of the NOx absorbent 25 is continued.
[0043]
FIG. 5 is a flowchart of control in the intake air amount calculation unit D. In S21, it is determined whether or not regeneration of the NOx absorbent 25 is permitted by the NOx absorbent regeneration permission flag FNO. If it is determined that it is not permitted, the process proceeds to S27, and 1 is substituted into a flag FTVC used in the control in the post injection amount calculation unit B described later. In step S28, the required intake air amount Qareq is set to the maximum value MAX, and this routine is terminated. That is, while regeneration of the NOx absorbent 25 is not permitted, the intake throttle valve 12 is fully opened to obtain the maximum amount of intake air. On the other hand, if it is determined that the regeneration of the NOx absorbent 25 is permitted, the process proceeds to S22.
[0044]
In S22, the temperature TDPF and the intake air amount Qa of the DPF 25 are read based on the output values of the temperature sensor 26 and the air flow meter 11, and the weight flow rate of fuel injected for combustion (hereinafter referred to as combustion fuel amount) Qf is calculated. Read. The combustion fuel amount Qf is read from, for example, a map assigned in correspondence with the accelerator opening AVO and the engine speed Ne.
[0045]
In S23, based on the intake air amount Qa and the combustion fuel amount Qf, the amount of air contained in the combustion residual gas (the amount of air discharged into the cylinder without contributing to combustion based on the following equation (1)): Hereinafter, the amount of air in the combustion residual gas) Qaexh is calculated. C1 is a constant and corresponds to the theoretical air-fuel ratio.
Qaexh = Qa−Qf × C1 (1)
In S24, a region to which the current operating state belongs is determined with reference to a map assigned in correspondence with the DPF temperature TDPF and the combustion residual gas air amount Qaexh. In a region where the temperature TDPF is high and the air amount Qaexh is also large, 1 is assigned to the flag FTVC, and the process proceeds to S25.
[0046]
In S25, the post injection amount Qp calculated by the post injection amount calculation unit B is read.
In S26, based on the combustion fuel amount Qf and the post-injection amount Qp, the required intake air amount Qareq is calculated by the following equation (2). C2 is a constant and corresponds to an exhaust air / fuel ratio (set to a low air / fuel ratio indicating overconcentration, approximately 12.5 for gasoline) necessary for regeneration of the NOx absorbent 25.
[0047]
Qareq = (Qf + Qp) × C2 (2)
When the NOx absorbent 25 is regenerated (especially at the same time as the DPF 24), the exhaust air-fuel ratio is adjusted by adjusting the intake air amount in the region where the DPF temperature TDPF is high and the combustion residual gas air amount Qaexh is large. The reason for the reduction is as follows.
[0048]
That is, when the intake air amount is left as it is and only the post-injection amount Qp is increased, the amount of oxygen supplied to the oxidation catalyst 23 is too large, and the oxidation reaction is excessively performed, so that the DPF 24 sets the deterioration limit temperature. It is because there is a possibility of exceeding. Therefore, the intake air amount is reduced to lower the exhaust air-fuel ratio, and the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx absorbent 25 is adjusted to be rich.
[0049]
Here, the exhaust air-fuel ratio is enriched by the above method, but the intake air is combusted at the stoichiometric air-fuel ratio of Qf and Qp, that is, Qareq = (Qf + Qp) × C1 to enrich the exhaust air-fuel ratio. You may employ | adopt the method of supplying required fuel by post injection further. Even with such a technique, the effects of the present invention can be sufficiently obtained.
[0050]
Then, the intake throttle valve 12 is driven so that the actual intake air amount matches the required intake air amount Qareq calculated in S26.
As a result, the weight flow rate Qareq of air is sucked into the cylinder, and the injected fuel (weight flow rate Qf) is combusted. The combustion residual gas includes a part of the intake air remaining without contributing to combustion. Then, post injection is performed at a predetermined time from the expansion stroke to the exhaust stroke, and exhaust gas containing hydrocarbons for simultaneous regeneration of the DPF 24 and the NOx absorbent 25 is formed. Since the air-fuel ratio of the exhaust gas is made rich, the oxygen contained in the exhaust gas is less than the amount necessary for complete combustion of the hydrocarbons. Therefore, in the oxidation catalyst 23, even if all of this oxygen is consumed, some hydrocarbons remain without being burned. This remaining hydrocarbon passes through the DPF 24 and is supplied to the NOx absorbent 25. As a result, the DPF 24 is heated to a recyclable temperature, and the exhaust gas flowing into the NOx absorbent 25 becomes rich, so that both can be effectively regenerated simultaneously.
[0051]
If it is determined in S24 that the DPF temperature TDPF is low and the combustion residual gas air amount Qaexh is also in a small region, 0 is substituted for the flag FTVC and the process proceeds to S28. Then, after the required intake air amount Qareq is set to the maximum value MAX in S28, this routine is ended.
Thus, when the NOx absorbent 25 is regenerated (simultaneous regeneration with the DPF 24), the intake air amount is maximized in the region where the DPF temperature TDPF is low and the combustion residual gas air amount Qexh is small. The exhaust air / fuel ratio is lowered by increasing the injection amount. Since the DPF 24 has a low temperature, there is a sufficient margin to the deterioration limit temperature, and the amount of oxygen supplied to the oxidation catalyst 23 is relatively small. Therefore, even if the post injection amount is increased, the DPF 24 is excessively heated. This is because it can be assumed that there is no risk of deterioration.
[0052]
As described above, in the present embodiment, when the regeneration of the NOx absorbent 25 can be handled only by the post injection (FTVC = 0) in the intake air amount calculation unit D, priority is given to the response by only the post injection. The reason is as follows.
That is, in the method of reducing the intake air amount by closing the intake throttle valve 12, a pump loss occurs in the engine, and the output may decrease even at the same accelerator opening AVO. With the recent development of control technology, it has become possible to correct the pump loss, but the torque fluctuation felt by the driver cannot always be eliminated. For this reason, even in the regeneration of the NOx absorbent 25, it is advantageous to use as much post-injection as possible without causing torque fluctuations.
[0053]
FIG. 6 is a flowchart of control in the post injection amount calculation unit B. In S31, the value of the flag FTVC set by the intake air amount calculation unit D is determined. If it is determined that FTVC = 0, the process proceeds to S40, and if it is determined that FTVC = 1, the process proceeds to S32.
In the case of FTVC = 0, regeneration of the NOx absorbent 25 is permitted, and it is estimated that there is no possibility that the DPF 24 will deteriorate even if this regeneration is handled only by post injection. In S40, the intake air amount Qa and the combustion fuel amount Qf are read. Here, since the intake throttle valve 12 is fully opened, Qa takes the maximum value. In S41, based on Qa and Qf, a post injection amount Qp that makes the exhaust air-fuel ratio rich is calculated by the following equation (3).
[0054]
Qp = (Qa−Qf × C1) / C2 (3)
That is, when regeneration of the NOx absorbent 25 is permitted and there is no possibility that the DPF 24 will deteriorate, the exhaust air / fuel ratio is made rich regardless of whether or not the regeneration of the DPF 24 is permitted and the temperature, and the NOx absorbent 25 is regenerated. To do. At this time, a part of the hydrocarbons supplied by the post injection is consumed for regeneration of the DPF 24, and the remaining hydrocarbons are supplied to the NOx absorbent 25 and contribute to regeneration.
[0055]
On the other hand, when FTVC = 1, the regeneration of the NOx absorbent 25 is not permitted, or even if permitted, the DPF 24 may be deteriorated if only the post-injection is used, so the intake air amount is also adjusted. As a result, the exhaust air-fuel ratio is made rich. In the subsequent S32 to 39 and 42, only the post injection amount Qp is set, and control for making the exhaust air-fuel ratio rich is not performed. However, if the regeneration of the NOx absorbent 25 is permitted, the exhaust air / fuel ratio is made rich in S26 described above, and therefore the regeneration of the NOx absorbent 25 is performed simultaneously.
[0056]
In S32, it is determined by the DPF regeneration permission flag FPM whether regeneration of the DPF 24 is permitted. If it is determined that it is not permitted, the process proceeds to S42, the post injection amount Qp is set to 0, and then this routine is terminated.
On the other hand, if it is determined that regeneration of the DPF 24 is permitted, the process proceeds to S33, where the DPF temperature TDPF is read, and the post injection amount Qp is set based on the TDPF in the subsequent steps. The set Qp is read in S25 of FIG. 5 and used to calculate the required intake air amount Qareq.
[0057]
In S34, a difference TDLT (= TTGT−TDPF) between the target value TTGT of the DPF temperature and the current DPF temperature TDPF is calculated.
In S35, it is determined whether or not the temperature difference TDLT is within an appropriate range (| TDLT | <TSL) (TSL is a threshold temperature indicating an appropriate range for regenerating the DPF 24). If it is determined that it is within the appropriate range, this routine is terminated as it is, and the current post injection amount Qp is maintained. On the other hand, when it determines with it not being in an appropriate range, it progresses to S36.
[0058]
In S36, the post injection amount correction amount Qdlt is read based on the temperature difference TDLT. The correction amount Qdtl may be set to increase as the absolute value of TDLT increases.
In S37, the correction amount Qdlt is added to the current post injection amount Qp. When the temperature difference TDLT is a positive value and the DPF temperature TDPF is lower than the target temperature TTGT, Qdlt takes a positive value, and the post injection amount Qp is increased. On the other hand, when TDTL is a negative value, since Qdlt takes a negative value, the post injection amount Qp is decreased. In this way, the TDPF is controlled to converge to TTGT.
[0059]
Here, the target temperature TTGT is the recyclable temperature of the DPF 24 (which differs depending on the system, for example, 300 ° C. (= renewable lower limit temperature) or more), and the degradation limit temperature of the DPF 24 (varies depending on the system, for example, 1000 ° C.). For example, it is desirable that TTGT is set to an intermediate value between the renewable lower limit temperature and the deterioration limit temperature, and TSL is set to a half value of the difference between these temperatures. Since the regeneration efficiency increases as the recyclable temperature decreases, it is expected that the reproducible temperature will further decrease in the future.
[0060]
If it is determined in S38 that the post injection amount Qp is larger than the predetermined value QpMAX indicating the operation limit of the injector 15, QpMAX is substituted for Qp in S39, and the post injection amount Qp is limited to QpMAX or less.
In order to calculate the correction amount Qdlt, a general method such as PID control may be employed. Further, in the above example, in the post-injection amount calculation unit B (flowchart in FIG. 6), Qp becomes 0 when DPF regeneration is not permitted (S42). Therefore, the initial value of the post-injection amount Qp when regeneration is permitted next is 0. In order to speed up the convergence to the target temperature TTGT, it is preferable to use a map in which initial values are assigned in accordance with operating conditions (for example, torque and engine speed).
[0061]
In this embodiment, the “regeneration time determination means” according to the present invention is S21 and 32 in the flowcharts shown in FIGS. 5 and 6, and the “simultaneous reproduction means” is S24 to 28 (except 27 in both flowcharts). ), 37 and 41 respectively.
The configuration (CRF) in which the combination of the oxidation catalyst 23 and the DPF 24 is used as the oxidation means and the particle collection means and the oxidation catalyst 23 is arranged upstream of the DPF 24 has been shown. The present invention is not limited to such a configuration, and a type in which a noble metal having an oxidizing ability is supported as an oxidizing means on the DPF may be used regardless of the upstream oxidation catalyst.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a diesel engine equipped with an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of a control system of the exhaust gas purification apparatus
FIG. 3 is a control flowchart of a DPF regeneration permission unit.
FIG. 4 is a control flowchart of the NOx absorbent regeneration permission unit.
FIG. 5 is a control flowchart of an intake air amount calculation unit.
FIG. 6 is a control flowchart of a post injection amount calculation unit.
[Explanation of symbols]
1 ... Engine
2 ... Cylinder block
3 ... Piston
6 ... Cylinder head
7 ... Combustion chamber
8 ... Intake passage
9 ... Intake valve
12 ... Inlet throttle valve
13 ... Surge tank
14 ... Drive device
15 ... Injector
16 ... Accelerator sensor
17 ... Crank angle sensor
18 ... Exhaust passage
19 ... Exhaust valve
21 ... EGR passage
22 ... EGR valve
23 ... Oxidation catalyst
24 ... DPF (diesel particulate filter)
25 ... NOx absorbent
26 ... Temperature sensor
31 ... ECU (electronic control unit)

Claims

Particle collecting means for collecting particulate matter contained in exhaust gas;
NOx that is provided downstream of the means and absorbs NOx contained in the exhaust gas when the exhaust air-fuel ratio is a lean air-fuel ratio, and releases and reduces the absorbed NOx as the exhaust air-fuel ratio decreases. Absorption means;
Upstream or provided to itself of the particle collecting means, an oxidation means for oxidizing a specific component contained in exhaust gas,
A regeneration time determining means for determining that the particle collecting means and the NOx absorbing means are in a regeneration time;
When both the particle collecting means and the NOx absorbing means are regenerated based on the determination result by the means, hydrocarbons are supplied to the exhaust gas and the supplied hydrocarbons are combusted to the exhaust gas flowing into the oxidizing means. At the same time, the intake air amount is decreased based on the amount of hydrocarbons supplied so as to include only a smaller amount of oxygen than is necessary to reduce the exhaust air / fuel ratio to a low air / fuel ratio that indicates overconcentration. Reproduction means;
An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, characterized by comprising:

2. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the simultaneous regeneration unit adjusts a supply amount of hydrocarbons based on a temperature of the particle collecting unit.

2. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the simultaneous regeneration means adjusts the amount of hydrocarbons supplied so that the particle collecting means has a predetermined temperature suitable for the regeneration.

The exhaust purification device for an internal combustion engine according to claim 2 or 3, wherein the simultaneous regeneration means increases the amount of hydrocarbons supplied as the temperature of the particle collecting means decreases.

The exhaust purification device for an internal combustion engine according to claim 3, wherein the simultaneous regeneration means adjusts the amount of hydrocarbons supplied based on a deviation of the temperature of the particle collecting means from the predetermined temperature.

6. The internal combustion engine according to claim 5, wherein the simultaneous regeneration means adjusts the amount of hydrocarbons supplied so that the deviation falls below the predetermined value when the deviation exceeds a predetermined value. Exhaust purification device.

The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 3, 5 or 6, wherein the predetermined temperature is equal to or higher than a recyclable lower limit temperature of the particle collecting means.

The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to any one of claims 3 and 5 to 7, wherein the predetermined temperature is equal to or lower than a deterioration limit temperature of the particle collecting means.

When the simultaneous regeneration means adjusts the amount of hydrocarbons supplied to keep the deviation below the predetermined value, the predetermined temperature is set to an intermediate temperature between the regenerative lower limit temperature and the deterioration limit temperature, and the predetermined value The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 8, wherein is set to a value that is half the difference between the renewable lower limit temperature and the deterioration limit temperature.

2. An internal combustion engine having a fuel injection valve facing a cylinder, wherein the simultaneous regeneration means drives the fuel injection valve at a predetermined time from an expansion stroke to an exhaust stroke to supply hydrocarbons. The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to any one of 1 to 9.

11. The internal combustion engine having an intake throttle valve, wherein the simultaneous regeneration means controls the intake air amount by the intake throttle valve to lower the exhaust air / fuel ratio. Exhaust gas purification device for internal combustion engine.

When regenerating both the particle collecting means and the NOx absorbing means, when the particle collecting means is in a predetermined low temperature state and the maximum amount of air contained in the combustion residual gas is less than a predetermined amount The simultaneous regeneration means sets the intake air amount to a maximum and increases the supply amount of hydrocarbons to lower the exhaust air-fuel ratio, according to any one of claims 1 to 11. An exhaust purification device for an internal combustion engine.

Particle collecting means for collecting particulate matter contained in exhaust gas;
NOx that is provided downstream of the means and absorbs NOx contained in the exhaust gas when the exhaust air-fuel ratio is a lean air-fuel ratio, and releases and reduces the absorbed NOx as the exhaust air-fuel ratio decreases. Absorption means;
Upstream or provided to itself of the particle collecting means, an oxidation means for oxidizing a specific component contained in exhaust gas,
An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, comprising: regeneration timing determination means for respectively determining that the particle collecting means and the NOx absorption means are in a regeneration timing;
When both reproducing the particle collecting means, and NOx absorption means based on a determination result of the regeneration timing determining unit supplies the hydrocarbon into the exhaust gas, pre Symbol particle collecting means is required to play The amount of intake air is reduced based on the amount of hydrocarbons supplied so that the minimum amount of oxygen to reach the temperature is supplied to the oxidizing means, and the exhaust air / fuel ratio is lowered to a low air / fuel ratio indicating overconcentration. An exhaust emission control device for an internal combustion engine.

The amount of oxygen as the minimum amount supplied to the oxidation means at the time of simultaneous regeneration in which both the means are regenerated is based on the determination result by the regeneration timing determination means among the particle collection means and the NOx absorption means. The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to claim 13, wherein the amount is less than that supplied to the oxidizing means when only the particle collecting means is regenerated.