JP3911406B2

JP3911406B2 - Exhaust gas purification device for internal combustion engine

Info

Publication number: JP3911406B2
Application number: JP2001356202A
Authority: JP
Inventors: 太郎青山; 広樹松岡; 辰優杉山; 康彦大坪; 丈和伊藤; 淳田原; 守沖; 正訓横山; 英志草次; 恵一水口
Original assignee: Toyota Industries Corp; Denso Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp; Denso Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 2001-11-21
Filing date: 2001-11-21
Publication date: 2007-05-09
Anticipated expiration: 2021-11-21
Also published as: JP2003155921A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気を浄化する技術に関し、特に、排気中に含まれる微粒子を浄化する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車等に搭載される内燃機関では、排気エミッションの向上が要求されており、特に軽油を燃料とする圧縮着火式のディーゼル機関では、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯx）等に加え、排気中に含まれる煤やＳＯＦ（Soluble Organic Fraction）等の微粒子（ＰＭ：Particulate Matter）を浄化もしくは除去することが要求されている。
【０００３】
このため、ディーゼル機関では、断面積が非常に小さい細孔を多数備えた多孔質の基材からなるパティキュレートフィルタを排気通路に配置し、そのパティキュレートフィルタの細孔に排気を流すことにより、排気中のＰＭを捕集する方法が知られている。
【０００４】
一方、パティキュレートフィルタのＰＭ捕集量が過剰に増加すると、パティキュレートにおける排気抵抗が高くなり、それに応じて内燃機関に作用する背圧が過剰に高くなる虞があるため、パティキュレートフィルに捕集されたＰＭを適宜浄化してパティキュレートフィルタのＰＭ捕集能力を再生させる必要がある。
【０００５】
このような要求に対し、例えば、特開２０００−１７０５２１号公報に記載されているようなパティキュレートフィルタの再生方法が提案されている。この公報に記載されているパティキュレートフィルタの再生方法は、内燃機関から排出されるＰＭ量と内燃機関の運転状態に応じたパティキュレートフィルタのＰＭ捕集効率とを考慮してパティキュレートフィルタのＰＭ捕集量を推定し、その推定量が所定量に達した時点でパティキュレートフィルタの再生処理を実行するとともに、再生処理実行時において単位時間当たりに燃焼されるＰＭ量を推定し、その推定値がＰＭ捕集量に達した時点で再生処理の実行を終了する方法である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記したような従来の技術では、パティキュレートフィルタの再生処理実行時において単位時間当たりの燃焼量を推定しているものの、パティキュレートフィルタにおける実際の再生状況が考慮されていないため、パティキュレートフィルタにおいて全てのＰＭの浄化が完了する時期と、推定による再生処理実行終了時期との間に誤差が生じる場合がある。
【０００７】
パティキュレートフィルタにおいて全てのＰＭが浄化される時期と再生処理実行終了時期との間に誤差が生じると、パティキュレートフィルタにおいて全てのＰＭが浄化された時点から再生処理実行終了までの期間が不要に長くなる場合がある。
【０００８】
通常の再生処理では、膨張行程又は排気行程の気筒において副次的に燃料を燃焼させ、或いは内燃機関の負荷を故意に高める等の方法を利用して排気温度を高めることにより、パティキュレートフィルタに捕集されたＰＭを燃焼及び除去することになるため、パティキュレートフィルタにおいて全てのＰＭが浄化された時点から再生処理実行終了までの期間が不要に長くなると、再生処理に係る燃料消費量が不要に増加する虞がある。
【０００９】
本発明は、上記したような種々の実情に鑑みてなされたものであり、パティキュレートフィルタを備えた内燃機関の排気浄化装置において、パティキュレートフィルタの再生処理を好適に実行することができる技術を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記した課題を解決するために以下のような手段を採用した。すなわち、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気通路に設けられ、排気中に含まれる微粒子を捕集可能な捕集機構と、前記捕集機構に捕集された微粒子を除去して前記捕集機構の捕集能力を再生させる再生手段と、前記内燃機関から単位時間当たりに排出される微粒子量、前記捕集機構の捕集効率、及び前記捕集機構で単位時間当たりに酸化される微粒子量である酸化微粒子量を推定し、それらの推定値から前記捕集機構の微粒子捕集量を求める推定手段と、前記推定手段により求められた微粒子捕集量が上限値以上となったときに前記再生手段による再生処理を開始し、前記推定手段により求められた微粒子捕集量が下限値以下となったときに前記再生手段による再生処理を終了する再生期間決定手段と、前記再生手段による再生処理が実行されているときに、前記捕集機構において単位時間当たりに実際に酸化される微粒子量を取得し、取得された微粒子量に応じて前記推定手段により推定された酸化微粒子量を補正する補正手段と、を備えている。
【００１１】
この発明は、内燃機関の排気通路に設けられた捕集機構の微粒子捕集量を推定し、その推定量に応じて捕集機構の再生処理の実行開始時期及び実行終了時期を定める内燃機関の排気浄化装置において、再生処理実行時の捕集機構の状態に応じて再生処理実行終了時期を補正することを最大の特徴としている。
【００１２】
かかる内燃機関の排気浄化装置では、推定手段は、前記内燃機関から単位時間当たりに排出される微粒子量（以下、「機関排出微粒子量」と称する）、前記捕集機構の捕集効率、及び前記捕集機構で単位時間当たりに酸化される微粒子量である酸化微粒子量を推定し、それらの推定値から捕集機構の微粒子捕集量を求める。例えば、推定手段は、機関排出微粒子量と捕集効率との乗算値から酸化微粒子量を減算した値を積算することにより、捕集機構の微粒子捕集量を求める。このようにして求められた微粒子捕集量が上限値以上になると、再生期間決定手段は再生手段による再生処理を開始する。推定手段は、再生手段による再生処理が行われているときも上記した方法により微粒子捕集量を求める。そして、推定手段により求められた微粒子捕集量が下限値（例えば、「０」）以下になると、再生期間決定手段が再生手段による再生処理を終了させる。
【００１３】
ところで、推定手段により求められる微粒子捕集量はあくまで推定値であるため、再生処理実行時における捕集機構の実際の再生状況が反映されていない。そこで、本発明の内燃機関の排気浄化装置は、再生処理実行時における実際の再生状況を、推定手段により求められる微粒子捕集量に反映させるようにした。具体的には、本発明にかかる内燃機関の排気浄化装置は、再生手段による再生処理が実行されているときに、捕集機構において単位時間当たりに実際に酸化される微粒子量を取得し、取得された微粒子量に応じて推定手段により推定された酸化微粒子量を補正する補正手段を備えるようにした。
【００１４】
この場合、推定手段が微粒子捕集量を求める際に用いられる酸化微粒子量は、捕集機構において単位時間当たりに実際に酸化される微粒子量が反映された値となる。その結果、推定手段により求められる微粒子捕集量も、捕集機構において単位時間当たりに実際に酸化される微粒子量が反映された値となる。よって、捕集機構に捕集されている全ての微粒子の浄化が実際に完了する時期と再生処理の実行終了時期との誤差が減少されることとなる。
【００１５】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置において、再生手段による再生処理が行われているときに捕集機構において単位時間当たりに実際に酸化される微粒子量は、捕集機構より上流における排気圧力と捕集機構より下流における排気圧力との差圧の変化率、およびまたは、内燃機関の吸入空気量の変化率などと相関する。
【００１６】
ここで、捕集機構に捕集される微粒子量が多くなるほど捕集機構内の排気抵抗が高くなるため、捕集機構の上流と下流とにおける排気圧力の差が大きくなるとともに、内燃機関に作用する背圧が上昇して吸入空気量が減少することになる。
【００１７】
これに対し、捕集機構の再生処理が実行されているときは、捕集機構に捕集された微粒子の除去が進行するほど、言い換えれば、捕集機構に残存する微粒子量が少なくなるほど、捕集機構の上流と下流とにおける排気圧力の差が小さくなるとともに、内燃機関に作用する背圧が低下して吸入空気量が増加することになる。
【００１８】
上記の点を考慮すると、再生処理実行時において、捕集機構の上流と下流とにおける排気圧力の差が小さくなるほど、およびまたは、内燃機関の吸入空気量が増加するほど、捕集機構に残存する微粒子量が少ないと見なすことができる。
【００１９】
従って、差圧の変化率（低下率）およびまたは吸入空気量の変化率（増加率）が高くなるほど、捕集機構において単位時間当たりに実際に酸化される微粒子量が多いことになる。
【００２０】
尚、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置において、捕集機構としては、パティキュレートフィルタ、或いはＮＯx触媒が担持されたパティキュレートフィルタ等を例示することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。
【００２２】
図１は、本発明に係る排気浄化装置を適用する内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図である。
【００２３】
図１に示す内燃機関１は、４つの気筒２を有する圧縮着火式のディーゼル機関である。この内燃機関１には、各気筒２の燃焼室内へ直接燃料を噴射する燃料噴射弁３と、該内燃機関１の機関出力軸たるクランクシャフトが所定の角度（例えば、１５°）回転する度にパルス信号を出力するクランクポジションセンサ４と、該内燃機関１の図示しないウォータージャケットを流れる冷却水の温度に対応した電気信号を出力する水温センサ５とが取り付けられている。
【００２４】
前記した燃料噴射弁３は、燃料パイプ６を介して蓄圧室（コモンレール）７と接続されている。前記コモンレール７は、燃料タンク８に取り付けられた燃料ポンプ９と燃料パイプ１０を介して接続されるとともに、リターンパイプ１１を介して燃料タンク８と接続されている。
【００２５】
前記コモンレール７におけるリターンパイプ１１の接続部位には、該コモンレール７内の燃料圧力が予め設定された最大圧力より低いときは閉弁してコモンレール７とリターンパイプ１１との導通を遮断し、コモンレール７内の燃料圧力が前記最大圧力以上となったときは開弁してコモンレール７とリターンパイプ１１との導通を許容する圧力調整弁１２が設けられている。
【００２６】
前記コモンレール７には、該コモンレール７内の燃料圧力に応じた電気信号を出力する燃料圧センサ１３が取り付けられている。
【００２７】
このように構成された燃料系では、燃料ポンプ９が燃料タンク８内に貯蔵された燃料を汲み上げ、汲み上げた燃料を燃料パイプ１０を介して前記コモンレール７へ圧送する。その際、燃料ポンプ９の燃料吐出量は、前記した燃料圧センサ１３の出力信号値に基づいてフィードバック制御される。
【００２８】
燃料ポンプ９からコモンレール７へ供給された燃料は、該燃料の圧力が所望の目標圧力に達するまで蓄圧される。コモンレール７において目標圧力まで蓄圧された燃料は、燃料パイプ６を介して各気筒２の燃料噴射弁３へ分配される。各燃料噴射弁３は、駆動電流が印加されたときに開弁して、前記コモンレール７から供給された目標圧力の燃料を各気筒２の燃焼室内へ噴射する。
【００２９】
尚、前記した燃料系では、コモンレール７内の燃料圧力が最大圧力より高くなると、圧力調整弁１２が開弁する。この場合、コモンレール７内に蓄えられた燃料の一部がリターンパイプ１１を介して燃料タンク８へ戻され、コモンレール７内の燃料圧力が減圧されることになる。
【００３０】
次に、内燃機関１には、複数の枝管が一本の集合管に合流するよう形成された吸気枝管１４が連結されている。前記吸気枝管１４の各枝管は、図示しない吸気ポートを介して各気筒２の燃焼室と連通している。前記吸気枝管１４の集合管は、吸気管１５と接続され、吸気管１５は、エアクリーナボックス１６と接続されている。
【００３１】
前記吸気管１５において前記エアクリーナボックス１６の直下流の部位には、該吸気管１５内を流れる吸気の質量に対応した電気信号を出力するエアフローメータ１７と、該吸気管１５内を流れる吸気の温度に対応した電気信号を出力する吸気温度センサ１８とが取り付けられている。
【００３２】
前記吸気管１５において前記エアフローメータ１７より下流の部位には、内燃機関１から排出される排気の熱エネルギを駆動源として作動する遠心過給機（ターボチャージャ）１９のコンプレッサハウジング１９ａが設けられている。
【００３３】
前記吸気管１５において前記コンプレッサハウジング１９ａより下流の部位には、前記コンプレッサハウジング１９ａ内で圧縮されて高温となった新気を冷却するためのインタークーラ２０が設けられている。
【００３４】
前記吸気管１５において前記インタークーラ２０より下流の部位には、該吸気管１５内を流れる吸気の流量を調節する吸気絞り弁２１が設けられている。この吸気絞り弁２１には、該吸気絞り弁２１を開閉駆動する吸気絞り用アクチュエータ２１ａと、前記吸気絞り弁２１の開度に応じた電気信号を出力する吸気絞り弁開度センサ２１ｂとが取り付けられている。
【００３５】
このように構成された吸気系では、エアクリーナボックス１６に流入した新気は、該エアクリーナボックス１６内の図示しないエアクリーナによって新気中の塵や埃等が除去された後、吸気管１５を介して遠心過給機１９のコンプレッサハウジング１９ａに流入する。
【００３６】
コンプレッサハウジング１９ａに流入した新気は、該コンプレッサハウジング１９ａに内装されたコンプレッサホイールの回転によって圧縮される。前記コンプレッサハウジング１９ａ内で圧縮されて高温となった新気は、インタークーラ２０にて冷却される。
【００３７】
インタークーラ２０によって冷却された新気は、必要に応じて吸気絞り弁２１によって流量を調節されて吸気枝管１４に導かれる。吸気枝管１４に導かれた新気は、該吸気枝管１４の集合管から各枝管へ分配されて各気筒２の燃焼室へ導かれる。
【００３８】
各気筒２の燃焼室へ分配された新気は、図示しないピストンによって圧縮され、燃料噴射弁３から噴射された燃料を着火源として燃焼する。
【００３９】
次に、内燃機関１には、複数の枝管が一本の集合管に合流するよう形成された排気枝管２４が連結されている。前記排気枝管２４の各枝管は、図示しない排気ポートを介して各気筒２の燃焼室と連通している。前記排気枝管２４の集合管は、遠心過給機１９のタービンハウジング１９ｂを介して排気管２５ａに接続されている。
【００４０】
前記排気枝管２４において前記タービンハウジング１９ｂの直上流に位置する部位と前記排気管２５ａにおいて前記タービンハウジング１９ｂの直下流に位置する部位とは、前記タービンハウジング１９ｂを迂回するタービンバイパス通路２６によって接続されている。
【００４１】
前記タービンバイパス通路２６には、該タービンバイパス通路２６を開閉する弁体２７ａと、弁体２７ａを開閉駆動するアクチュエータ２７ｂとからなるウェストゲートバルブ２７が取り付けられている。
【００４２】
前記アクチュエータ２７ｂは、コンプレッサハウジング１９ａの直下流に位置する吸気管１５と作動圧通路２８を介して接続されており、コンプレッサハウジング１９ａ直下流の吸気管１５内を流れる新気の圧力、言い換えれば、コンプレッサハウジング１９ａにおいて圧縮された新気の圧力（過給圧）を利用して前記弁体２７ａを開閉駆動する。
【００４３】
具体的には、アクチュエータ２７ｂは、吸気管１５から作動圧通路２８を介して所定圧未満の圧力が印加されているときは弁体２７ａを閉弁位置に保持し、吸気管１５から作動圧通路２８を介して所定圧以上の圧力が印加されたときは弁体２７ａを開弁駆動する。
【００４４】
つまり、アクチュエータ２７ｂは、遠心過給機１９による吸気の過給圧が所定圧以上に達すると、弁体２７ａを開弁させてタービンバイパス通路２６を導通状態とし、タービンハウジング１９ｂに流入する排気の流量を減少させ、以て過給圧が前記した所定圧を越えないようにする。
【００４５】
前記排気管２５ａは、排気中の有害ガス成分、特に煤等の微粒子（ＰＭ：Particulate Matter）を浄化する排気浄化機構２９に接続されている。前記排気浄化機構２９は排気管２５ｂに接続され、排気管２５ｂは下流にて図示しないマフラーに接続されている。以下では、排気浄化機構２９より上流の排気管２５ａを上流側排気管２５ａと称し、排気浄化機構２９より下流の排気管２５ｂを下流側排気管２５ｂと称するものとする。
【００４６】
前記排気浄化機構２９は、本発明に係る捕集機構の一実施態様であり、排気中に含まれるＰＭを捕集するＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）や、多孔質の基材からなるウォールフロー型のパティキュレートフィルタに白金（Ｐｔ）に代表される酸化触媒とカリウム（Ｋ）やセシウム（Ｃｓ）などに代表されるＮＯx吸蔵剤とが担持されたＤＰＮＲ（Diesel Particulate NOx Reduction）触媒を例示することができる。尚、以下では、排気浄化機構２９をパティキュレートフィルタ２９と称するものとする。
【００４７】
前記上流側排気管２５ａには、該上流側排気管２５ａ内を流れる排気の温度に対応した電気信号を出力する排気温度センサ３８が取り付けられている。前記上流側排気管２５ａと前記下流側排気管２５ｂには、これら上流側排気管２５ａ内の排気圧力と下流側排気管２５ｂ内の排気圧力との差圧に対応した電気信号を出力する差圧センサ３９が取り付けられている。
【００４８】
前記下流側排気管２５ｂには、該下流側排気管２５ｂ内を流れる排気の流量を調節する排気絞り弁３３が取り付けられている。この排気絞り弁３３には、該排気絞り弁３３を開閉駆動する排気絞り用アクチュエータ３４が取り付けられている。
【００４９】
このように構成された排気系では、内燃機関１の各気筒２の燃焼室で燃焼された既燃ガスは、各気筒２の排気ポートを介して排気枝管２４へ排出され、次いで排気枝管２４の各枝管から集合管を通って遠心過給機１９のタービンハウジング１９ｂ内に流入する。
【００５０】
遠心過給機１９のタービンハウジング１９ｂ内に排気が流入すると、排気の熱エネルギが前記タービンハウジング１９ｂ内に回転自在に支持されたタービンホイールの回転エネルギに変換される。タービンホイールの回転エネルギは、前述のコンプレッサハウジング１９ａのコンプレッサホイールへ伝達され、コンプレッサホイールは、前記タービンホイールから伝達された回転エネルギによって新気を圧縮する。
【００５１】
その際、コンプレッサハウジング１９ａ内で圧縮された新気の圧力（過給圧）が所定圧以上まで上昇すると、その過給圧が作動圧通路２８を介してウェストゲートバルブ２７のアクチュエータ２７ｂへ印加され、アクチュエータ２７ｂが弁体２７ａを開弁駆動することになる。
【００５２】
ウェストゲートバルブ２７の弁体２７ａが開弁されると、排気枝管２４を流れる排気の一部がタービンバイパス通路２６を介して上流側排気管２５ａへ流れるため、タービンハウジング１９ｂに流入する排気の流量が減少し、タービンハウジング１９ｂ内に流入する排気の熱エネルギ、言い換えれば、タービンハウジング１９ｂにおいてタービンホイールの回転エネルギに変換される熱エネルギが減少する。この結果、タービンホイールからコンプレッサホイールへ伝達される回転エネルギが減少し、過給圧の過剰な上昇が抑制される。
【００５３】
前記タービンハウジング１９ｂから上流側排気管２５ａへ排出された排気、及び、タービンバイパス通路２６から上流側排気管２５ａへ導かれた排気は、上流側排気管２５ａからパティキュレートフィルタ２９へ流入する。パティキュレートフィルタ２９に流入した排気は、該排気に含まれる煤などの微粒子を浄化又は除去された後に下流側排気管２５ｂへ排出され、下流側排気管２５ｂを通って大気中に放出される。
【００５４】
また、排気枝管２４には、排気再循環通路（ＥＧＲ通路）１００が接続され、このＥＧＲ通路１００は、前記吸気枝管１４に接続されている。前記ＥＧＲ通路１００と前記吸気枝管１４との接続部位には、前記吸気枝管１４における前記ＥＧＲ通路１００の開口端を開閉するＥＧＲ弁１０１が設けられている。前記ＥＧＲ弁１０１は、電磁弁などで構成され、印加電力の大きさに応じて開度を変更することが可能となっている。
【００５５】
前記ＥＧＲ通路１００の途中には、該ＥＧＲ通路１００内を流れる排気（以下、ＥＧＲガスと称する）を冷却するためのＥＧＲクーラ１０３が設けられている。
【００５６】
前記ＥＧＲクーラ１０３には、２本の配管１０４、１０５が接続され、これら２本の配管１０４、１０５は、内燃機関１の冷却水が持つ熱を大気中に放熱するためのラジエター１０６と接続されている。
【００５７】
前記した２本の配管１０４、１０５のうちの一方の配管１０４は、前記ラジエター１０６において冷却された冷却水の一部を前記ＥＧＲクーラ１０３へ導くための配管であり、もう一方の配管１０５は、前記ＥＧＲクーラ１０３内を循環した後の冷却水を前記ラジエター１０６へ導くための配管である。尚、以下では、前記配管１０４を冷却水導入管１０４と称し、前記配管１０５を冷却水導出管１０５と称するものとする。
【００５８】
前記冷却水導出管１０５の途中には、該冷却水導出管１０５内の流路を開閉する開閉弁１０７が設けられている。この開閉弁１０７は、駆動電力が印加されたときに開弁する電磁駆動弁などで構成されている。
【００５９】
このように構成された排気再循環機構（ＥＧＲ機構）では、ＥＧＲ弁１０１が開弁されるとＥＧＲ通路１００が導通状態となり、排気枝管２４内を流れる排気の一部が前記ＥＧＲ通路１００を通って吸気枝管１４へ導かれる。
【００６０】
その際、開閉弁１０７が開弁状態にあると、ラジエター１０６と冷却水導入管１０４とＥＧＲクーラ１０３と冷却水導出管１０５とを結ぶ循環経路が導通状態となり、ラジエター１０６で冷却された冷却水がＥＧＲクーラ１０３を循環することになる。その結果、ＥＧＲクーラ１０３では、ＥＧＲ通路１００内を流れるＥＧＲガスとＥＧＲクーラ１０３内を循環する冷却水との間で熱交換が行われ、ＥＧＲガスが冷却される。
【００６１】
ＥＧＲ通路１００を介して排気枝管２４から吸気枝管１４へ還流されたＥＧＲガスは、吸気枝管１４の上流から流れてきた新気と混ざり合いつつ各気筒２の燃焼室へ導かれ、前記燃料噴射弁３から噴射される燃料を着火源として燃焼される。
【００６２】
ここで、ＥＧＲガスには、水（Ｈ₂Ｏ）や二酸化炭素（ＣＯ₂）などのように、自らが燃焼することがなく、且つ、吸熱性を有する不活性ガス成分が含まれている。このため、ＥＧＲガスが混合気中に含有されると、混合気の燃焼温度が低められ、以て窒素酸化物（ＮＯ_x）の発生量が抑制される。
【００６３】
更に、ＥＧＲクーラ１０３においてＥＧＲガスが冷却された場合は、ＥＧＲガス自体の温度が低下するとともにＥＧＲガスの体積が縮小されるため、ＥＧＲガスが燃焼室内に供給されたときに該燃焼室内の雰囲気温度が不要に上昇することがなくなるとともに、燃焼室内に供給される新気の量（新気の体積）が不要に減少することがない。
【００６４】
このように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）３５が併設されている。このＥＣＵ３５は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態を制御するユニットである。
【００６５】
ＥＣＵ３５には、クランクポジションセンサ４、水温センサ５、燃料圧センサ１３、エアフローメータ１７、吸気温度センサ１８、吸気絞り弁開度センサ２１ｂ、排気温度センサ３８、差圧センサ３９に加えて、車両の室内に設けられたアクセルペダル３６の操作量（アクセル開度）に対応した電気信号を出力するアクセルポジションセンサ３７が電気的に接続され、上記した各センサの出力信号がＥＣＵ３５に入力されるようになっている。
【００６６】
一方、ＥＣＵ３５には、燃料噴射弁３、燃料ポンプ９、吸気絞り用アクチュエータ２１ａ、排気絞り用アクチュエータ３４、ＥＧＲ弁１０１、開閉弁１０７等が電気的に接続され、ＥＣＵ３５が上記した各部を制御することが可能になっている。
【００６７】
ここで、ＥＣＵ３５は、図２に示すように、双方向性バス４０によって相互に接続された、ＣＰＵ４１と、ＲＯＭ４２と、ＲＡＭ４３と、バックアップＲＡＭ４４と、入力ポート４５と、出力ポート４６とを備えるとともに、前記入力ポート４５に接続されたＡ／Ｄコンバータ（Ａ／Ｄ）４７を備えている。
【００６８】
前記入力ポート４５は、クランクポジションセンサ４のようにデジタル信号形式の信号を出力するセンサの出力信号を入力し、それらの出力信号を双方向性バス４０を介してＣＰＵ４１やＲＡＭ４３へ送信する。
【００６９】
前記入力ポート４５は、水温センサ５、燃料圧センサ１３、エアフローメータ１７、吸気温度センサ１８、吸気絞り弁開度センサ２１ｂ、アクセルポジションセンサ３７、排気温度センサ３８、差圧センサ３９等のように、アナログ信号形式の信号を出力するセンサの出力信号をＡ／Ｄ４７を介して入力し、それらの出力信号を双方向性バス４０を介してＣＰＵ４１やＲＡＭ４３へ送信する。
【００７０】
前記出力ポート４６は、燃料噴射弁３、燃料ポンプ９、吸気絞り用アクチュエータ２１ａ、排気絞り用アクチュエータ３４、ＥＧＲ弁１０１、開閉弁１０７等と図示しない駆動回路を介して電気的に接続され、ＣＰＵ４１から出力される制御信号を前記した各部へ送信する。
【００７１】
前記ＲＯＭ４２は、燃料噴射制御ルーチン、吸気絞り制御ルーチン、排気絞り制御ルーチン、ＥＧＲ制御ルーチンなどの各種アプリケーションプログラムを記憶するとともに、種々の制御マップを記憶している。
【００７２】
前記ＲＡＭ４３は、各センサからの出力信号やＣＰＵ４１の演算結果等を格納する。前記演算結果は、例えば、クランクポジションセンサ４がパルス信号を出力する時間的な間隔に基づいて算出される機関回転数である。これらのデータは、クランクポジションセンサ４がパルス信号を出力する都度、最新のデータに書き換えられる。
【００７３】
前記バックアップＲＡＭ４４は、内燃機関１の運転停止後もデータを記憶可能な不揮発性のメモリである。
【００７４】
前記ＣＰＵ４１は、前記ＲＯＭ４２に記憶されたアプリケーションプログラムに従って動作して、燃料噴射制御、燃料ポンプ制御、吸気絞り制御、排気絞り制御、ＥＧＲ制御などの周知の制御に加え、本発明の要旨となるＰＭ再生制御を実行する。
【００７５】
ＰＭ再生制御では、ＣＰＵ４１は、パティキュレートフィルタ２９に捕集されているＰＭの量を推定し、その推定量が所定量以上となった時点でパティキュレートフィルタ２９に捕集されているＰＭを燃焼及び除去すべくＰＭ再生処理を実行する。
【００７６】
パティキュレートフィルタ２９に捕集されているＰＭ量を推定する方法としては、内燃機関１から単位時間当たりに排出されるＰＭ量とパティキュレートフィルタ２９の捕集効率とを乗算して得られる値を積算する方法を例示することができる。
【００７７】
内燃機関１から単位時間当たりに排出されるＰＭの量（以下、機関排出ＰＭ量と称する）は、内燃機関１で単位時間当たりに燃焼される燃料量と相関があるため、燃料噴射量と機関回転数と機関排出ＰＭ量との関係を予め実験的に求めておき、それらの関係をマップ化してＲＯＭ４２に記憶させておくようにすればよい。
【００７８】
パティキュレートフィルタ２９の捕集効率は、パティキュレートフィルタ２９を流通する排気の流速が高くなるほど低下し、パティキュレートフィルタ２９を流通する排気の流速が低くなるほど高くなる。排気の流速は内燃機関１から単位時間当たりに排出される排気量に応じて定まり、内燃機関１から単位時間当たりに排出される排気量は内燃機関１の吸入空気量と機関回転数とに応じて定まる。
【００７９】
更に、パティキュレートフィルタ２９のＰＭ捕集効率は、パティキュレートフィルタ２９に捕集されているＰＭ量によっても変化する。すなわち、パティキュレートフィルタ２９に捕集されているＰＭ量が増加すると該パティキュレートフィルタ２９内の排気流路の断面積が縮小するため、ＰＭ捕集効率が高くなる。
【００８０】
本実施の形態では、排気の流速に応じて変化するパティキュレートフィルタ２９の捕集効率を第１のＰＭ捕集効率と称し、その第１のＰＭ捕集効率と吸入空気量と機関回転数との関係を予め実験的に求め、それらの関係をマップ化してＲＯＭ４２に記憶させておくものとする。更に、本実施の形態では、パティキュレートフィルタ２９に捕集されているＰＭ量に応じて変化するパティキュレートフィルタ２９の捕集効率を第２のＰＭ捕集効率と称し、その第２のＰＭ捕集効率とパティキュレートフィルタ２９に捕集されているＰＭ量との関係を予め実験的に求め、それらの関係をマップ化してＲＯＭ４２に記憶させておくものとする。尚、パティキュレートフィルタ２９のＰＭ捕集効率は、パティキュレートフィルタ２９の温度又は排気温度に応じて変化する場合があるため、排気温度やパティキュレートフィルタ２９の温度をパラメータとしたＰＭ捕集効率が設定されるようにしてもよい。
【００８１】
一方、パティキュレートフィルタ２９に捕集されたＰＭは、所定のＰＭ酸化温度（例えば、６００℃）以上で酸化するため、排気温度が前記所定温度以上となるような運転状態に内燃機関１がある時や後述する再生処理によってパティキュレートフィルタ２９の雰囲気温度が前記所定温度以上とされた時には、パティキュレートフィルタ２９に捕集されているＰＭ量が減少することになる。
【００８２】
そこで、本実施の形態では、内燃機関１から単位時間当たりに排出されるＰＭ量とパティキュレートフィルタ２９の第１及び第２の捕集効率とを乗算して得られた値から、パティキュレートフィルタ２９において単位時間当たりに減少するＰＭ量を減算し、それにより得られた値を積算してパティキュレートフィルタ２９のＰＭ捕集量を算出するようにした。
【００８３】
パティキュレートフィルタ２９において単位時間当たりに酸化されるＰＭ量は、
パティキュレートフィルタ２９内の雰囲気温度が高くなるほど多くなり、パティキュレートフィルタ２９内の雰囲気温度は排気温度が高く且つ単位時間当たりにパティキュレートフィルタ２９を流通する排気量が多くなるほど高くなる。更に単位時間当たりにパティキュレートフィルタ２９を流通する排気量は、内燃機関１から単位時間当たりに排出される排気量に相当し、内燃機関１から単位時間当たりに排出される排気量は、前述したように吸入空気量と機関回転数に応じて定める。本実施の形態では、パティキュレートフィルタ２９において単位時間当たりに酸化されるＰＭ量と排気温度と吸入空気量と機関回転数との関係を予め実験的に求め、それらの関係をマップ化してＲＯＭ４２に記憶させておくようにした。
【００８４】
尚、以下では、パティキュレートフィルタ２９に捕集されているＰＭ量をＰＭ捕集量：ＰＭt、内燃機関１から単位時間当たりに排出されるＰＭ量を機関排出ＰＭ量：ＰＭe、パティキュレートフィルタ２９の第１のＰＭ捕集効率を第１のＰＭ捕集効率：ｋ1、パティキュレートフィルタ２９の第２のＰＭ捕集効率を第２のＰＭ捕集効率：ｋ2、パティキュレートフィルタ２９において単位時間当たりに酸化されるＰＭ量を酸化ＰＭ量：ＰＭdと記すものとする。この場合、ＰＭ捕集量：ＰＭtは、下記の演算式によって算出されることになる。
ＰＭt＝ＰＭtold＋ＰＭe×ｋ1×ｋ2−ＰＭd
上記の演算式においてＰＭtoldは、前回の演算処理により得られたＰＭ捕集量：ＰＭtであり、ＰＭ再生処理が実行されると“０”にリセットされる。
【００８５】
このようにしてＰＭ捕集量：ＰＭtが推定されると、ＣＰＵ４１は、推定されたＰＭ捕集量：ＰＭtが予め定められた上限値：ＰＭmax以上であるか否かを判別し、ＰＭ捕集量：ＰＭtが上限値：ＰＭmax以上である場合に、ＰＭ再生処理を実行する。
【００８６】
ＰＭ再生処理では、ＣＰＵ４１は、排気温度を前述したＰＭ酸化温度以上まで高めるべく排気昇温制御を実行する。排気昇温制御の実行方法としては、燃料噴射量を増量させると同時に排気絞り弁３３を所定量閉弁する方法、通常の燃料噴射（主燃料噴射）に加えて各気筒２の膨張行程時に追加の燃料噴射（膨張行程噴射）を行なう方法、主燃料噴射及び膨張行程噴射の燃料量を増加させると同時に排気絞り弁３３を所定量閉弁する方法、主燃料噴射に加えて各気筒２の排気行程時に追加の燃料噴射（排気行程噴射）を行うことで未燃の燃料をパティキュレートフィルタ２９へ供給して燃焼させる方法などを例示することができる。
【００８７】
このようにしてＰＭ再生処理が実行されると、パティキュレートフィルタ２９に捕集されていたＰＭが燃焼してパティキュレートフィルタ２９から除去されることになる。ＰＭ再生処理が実行されているときにもＣＰＵ４１は前述したＰＭ捕集量推定方法に従ってＰＭ捕集量：ＰＭtを算出し、ＰＭ捕集量：ＰＭtが“０”となった時点でＰＭ再生処理の実行を終了する。
【００８８】
ところで、前述したＰＭ捕集量：ＰＭtには、ＰＭ再生処理実行時におけるパティキュレートフィルタ２９の実際の状態、言い換えればＰＭ再生処理実行時におけるパティキュレートフィルタ２９の実際の再生状況が反映されていないため、パティキュレートフィルタ２９において全てのＰＭが燃焼し終わる時期と、ＰＭ捕集量推定によるＰＭ再生処理の実行終了時期との間に誤差が生じる場合がある。
【００８９】
このため、パティキュレートフィルタ２９に捕集されている全てのＰＭを燃焼及び除去する上では、実際のＰＭ燃焼完了時期に比してＰＭ再生処理実行終了時期が短くならないよう余裕を持ってＰＭ捕集量を推定する必要がある。その結果、実際のＰＭ燃焼完了時期に対してＰＭ再生処理実行終了時期が不要に遅延し、ＰＭ再生処理に係る燃料消費量が不要に増加する場合がある。
【００９０】
これに対し、本実施の形態に係るＰＭ再生制御では、ＣＰＵ４１は、ＰＭ再生処理実行時におけるパティキュレートフィルタ２９の再生状況に基づいて、ＰＭ捕集量の推定に用いられる酸化ＰＭ量：ＰＭdを補正するようにした。
【００９１】
ＰＭ再生処理実行時におけるパティキュレートフィルタ２９の再生状況を示すパラメータとしては、単位時間当たりにおける差圧センサの出力信号値（パティキュレートフィルタ２９の上流と下流とにおける排気圧力の差、以下フィルタ前後差圧と称する）の変化量、およびまたは単位時間当たりにおける吸入空気量の変化量を例示することができる。
【００９２】
ここで、パティキュレートフィルタ２９のＰＭ捕集量が多くなるほど、パティキュレートフィルタ２９内の排気流路の断面積が縮小されるため、パティキュレートフィルタ２９における排気の圧力損失が大きくなると同時に内燃機関１に作用する背圧が高くなる。
【００９３】
このため、内燃機関１の運転状態が同一の運転状態となる条件下では、パティキュレートフィルタ２９のＰＭ捕集量が多い時はＰＭ捕集量が少ない時に比してフィルタ前後差圧が大きくなると同時に吸入空気量が少なくなる。
【００９４】
上記の相関関係を考慮すると、単位時間当たりにパティキュレートフィルタ２９において実際に酸化されるＰＭ量が多くなるほど、単位時間当たりのフィルタ前後差圧の減少量が多くなるとともに、単位時間当たりの吸入空気量の増加量が多くなることになる。
【００９５】
そこで、本実施の形態に係るＰＭ再生制御では、ＣＰＵ４１は、ＰＭ再生処理実行時に単位時間当たりのフィルタ前後差圧の減少量が多くなるほど、およびまたは、単位時間当たりの吸入空気量の増加量が多くなるほど、酸化ＰＭ量：ＰＭdを増量補正し、補正後の酸化ＰＭ量：ＰＭdを用いてＰＭ捕集量を算出する。
【００９６】
このようにしてＰＭ再生処理実行時におけるＰＭ捕集量：ＰＭtが算出されると、ＰＭ再生処理実行時におけるパティキュレートフィルタ２９の実際の再生状況がＰＭ捕集量：ＰＭtに反映されることになるため、そのようなＰＭ捕集量：ＰＭtに従ってＰＭ再生処理の実行が終了されれば、実際のＰＭ燃焼完了時期とＰＭ再生処理実行終了時期との誤差が減少する。
【００９７】
この結果、実際のＰＭ燃焼完了時期に対してＰＭ再生処理実行終了時期が不要に遅延することがなくなり、ＰＭ再生処理に係る燃料消費量が不要に増加することもなくなる。
【００９８】
以下、本実施の形態に係るＰＭ再生制御について図３に沿って説明する。
図３は、ＰＭ再生制御ルーチンを示すフローチャート図である。このＰＭ再生制御ルーチンは、予めＲＯＭ４２に記憶されているルーチンであり、ＣＰＵ４１によって所定時間毎（例えば、クランクポジションセンサ４がパルス信号を出力する度）に繰り返し実行されるルーチンである。
【００９９】
ＰＭ再生制御ルーチンでは、ＣＰＵ４１は、先ずＳ３０１においてＲＡＭ４３から燃料噴射量、吸入空気量、機関回転数、排気温度、及び前回のＰＭ捕集量：ＰＭtoldを読み出す。
【０１００】
Ｓ３０２では、ＣＰＵ４１は、前記Ｓ３０１において読み出された各種データをパラメータとして、機関排出ＰＭ量：ＰＭe、第１のＰＭ捕集効率：ｋ1、第２のＰＭ捕集効率：ｋ2、酸化ＰＭ量：ＰＭdを算出する。
【０１０１】
具体的には、ＣＰＵ４１は、燃料噴射量と機関回転数とをパラメータとして機関排出ＰＭ量：ＰＭeを算出し、吸入空気量と機関回転数とをパラメータとして第１のＰＭ捕集効率：ｋ1を算出し、前回のＰＭ捕集量：ＰＭtoldをパラメータとして第２のＰＭ捕集効率：ｋ2を算出し、更に吸入空気量と機関回転数と排気温度とをパラメータとして酸化ＰＭ量：ＰＭdを算出する。
【０１０２】
Ｓ３０３では、ＣＰＵ４１は、前記Ｓ３０１で読み出された前回のＰＭ捕集量：ＰＭtoldと、前記Ｓ３０２で算出された機関排出ＰＭ量：ＰＭe、第１のＰＭ捕集効率：ｋ1、第２のＰＭ捕集効率：ｋ2、及び酸化ＰＭ量：ＰＭdとを用いてパティキュレートフィルタ２９の現時点におけるＰＭ捕集量：ＰＭtを算出し（ＰＭt＝ＰＭtold＋ＰＭe×ｋ1×ｋ2−ＰＭd）、算出されたＰＭ捕集量：ＰＭtをＲＡＭ４３に記憶させる。
【０１０３】
Ｓ３０４では、ＣＰＵ４１は、前記Ｓ３０３で算出されたＰＭ捕集量：ＰＭtが上限値：ＰＭmax以上であるか否かを判別する。
【０１０４】
前記Ｓ３０４において前記ＰＭ捕集量：ＰＭtが上限値：ＰＭmax未満であると判定された場合は、ＣＰＵ４１は、パティキュレートフィルタ２９のＰＭ再生処理を実行する必要がないとみなし、本ルーチンの実行を一旦終了する。
【０１０５】
一方、前記Ｓ３０４において前記ＰＭ捕集量：ＰＭtが上限値：ＰＭmax以上であると判定された場合は、ＣＰＵ４１は、パティキュレートフィルタ２９のＰＭ再生処理を実行する必要があるとみなし、Ｓ３０５においてＰＭ再生処理の実行を開始する。
【０１０６】
Ｓ３０６では、ＣＰＵ４１は、ＲＡＭ４３からＲＡＭ４３から燃料噴射量、吸入空気量、機関回転数、排気温度、及び前回のＰＭ捕集量：ＰＭtold（この場合は、Ｓ３０３で算出されたＰＭ捕集量：ＰＭt）の最新のデータを読み出す。
【０１０７】
Ｓ３０７では、ＣＰＵ４１は、前記Ｓ３０６において読み出された各種データをパラメータとして、機関排出ＰＭ量：ＰＭe、第１のＰＭ捕集効率：ｋ1、第２のＰＭ捕集効率：ｋ2、酸化ＰＭ量：ＰＭdを算出する。
【０１０８】
Ｓ３０８では、ＣＰＵ４１は、差圧センサ３９とエアフローメータ１７との出力信号値を所定期間センシングして、所定期間内における前後差圧の変化量と吸入空気量の変化量とを算出する。
【０１０９】
Ｓ３０９では、ＣＰＵ４１は、前記Ｓ３０７で算出された酸化ＰＭ量：ＰＭdを前記Ｓ３０８で算出された前後差圧の変化量と吸入空気量の変化量とに基づいて補正する。その際、ＣＰＵ４１は、前後差圧の減少量が多くなるほど且つ吸入空気量の増加量が多くなるほど酸化ＰＭ量：ＰＭdが多くなるような補正を行うとともに、前後差圧の減少量が少なくなるほど且つ吸入空気量の増加量が少なくなるほど酸化ＰＭ量：ＰＭdが少なくなるような補正を行う。
【０１１０】
Ｓ３１０では、ＣＰＵ４１は、前記Ｓ３０６で読み出された前回のＰＭ捕集量：ＰＭtoldと、前記Ｓ３０７で算出された機関排出ＰＭ量：ＰＭe、第１のＰＭ捕集効率：ｋ1、及び第２のＰＭ捕集効率：ｋ2と、前記Ｓ３０９で補正された酸化ＰＭ量：ＰＭdと、を用いてパティキュレートフィルタ２９の現時点におけるＰＭ捕集量：ＰＭtを算出し（ＰＭt＝ＰＭtold＋ＰＭe×ｋ1×ｋ2−ＰＭd）、算出されたＰＭ捕集量：ＰＭtをＲＡＭ４３に記憶させる。
【０１１１】
Ｓ３１１では、ＣＰＵ４１は、前記Ｓ３１０で算出されたＰＭ捕集量：ＰＭtが“０”であるか否かを判別する。
【０１１２】
前記Ｓ３１１において前記ＰＭ捕集量：ＰＭtが“０”でないと判定された場合は、ＣＰＵ４１は、パティキュレートフィルタ２９に捕集された全てのＰＭが酸化されていないとみなし、前述したＳ３０６以降の処理を繰り返し実行する。
【０１１３】
一方、前記Ｓ３１１において前記ＰＭ捕集量：ＰＭtが“０”であると判定された場合は、ＣＰＵ４１は、パティキュレートフィルタ２９に捕集された全てのＰＭが酸化されたとみなし、Ｓ３１２においてＰＭ酸化処理の実行を終了する。
【０１１４】
続いて、ＣＰＵ４１は、Ｓ３１３においてＲＡＭ４３に記憶されている前回のＰＭ捕集量：ＰＭtを“０”にリセットし、本ルーチンの実行を一旦終了する。
【０１１５】
このようにＣＰＵ４１がＰＭ再生制御ルーチンを実行することにより、ＰＭ再生処理実行時におけるパティキュレートフィルタ２９の実際の再生状況がＰＭ捕集量：ＰＭtの推定処理に反映されることになるため、そのようなＰＭ捕集量：ＰＭtに従ってＰＭ再生処理の実行が終了されれば、実際のＰＭ燃焼完了時期とＰＭ再生処理実行終了時期との誤差を減少させることが可能となる。
【０１１６】
従って、本実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置によれば、ＰＭ再生処理の実行期間が実際のＰＭ燃焼完了時期に対して不要に長引くことがなく、ＰＭ再生処理に係る燃料消費量が不要に増加することもなくなる。
【０１１７】
【発明の効果】
本発明は、内燃機関の排気通路に設けられた捕集機構の微粒子捕集量を推定し、その推定量に応じて捕集機構の再生処理実行期間を定める内燃機関の排気浄化装置において、再生処理実行時の捕集機構の状態に応じて再生処理実行期間を補正するため、補正後の再生処理実行期間は、再生処理実行時における捕集機構の状態が反映された期間となる。
【０１１８】
この結果、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置によれば、捕集機構に捕集されている全ての微粒子の浄化が実際に完了する時期と再生処理の実行終了時期との誤差を減少させることが可能となり、捕集機構の再生処理を好適に実行することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態に係る排気浄化装置を適用する内燃機関の概略構成を示す図
【図２】ＥＣＵの内部構成を示すブロック図
【図３】ＰＭ再生制御ルーチンを示すフローチャート図
【符号の説明】
１・・・・内燃機関
２・・・・気筒
１７・・・エアフローメータ
２１・・・吸気絞り弁
２４・・・排気枝管
２９・・・排気浄化機構
３９・・・差圧センサ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a technology for purifying exhaust gas from an internal combustion engine, and more particularly to a technology for purifying particulates contained in the exhaust gas.
[0002]
[Prior art]
In recent years, internal combustion engines mounted on automobiles and the like have been required to improve exhaust emission. In particular, in compression ignition type diesel engines using light oil as fuel, carbon monoxide (CO), hydrocarbon (HC), nitrogen In addition to oxides (NOx) and the like, it is required to purify or remove particulates (PM) such as soot and SOF (Soluble Organic Fraction) contained in exhaust gas.
[0003]
For this reason, in a diesel engine, by disposing a particulate filter made of a porous base material having a large number of pores having a very small cross-sectional area in the exhaust passage, and flowing exhaust gas through the pores of the particulate filter, A method for collecting PM in exhaust gas is known.
[0004]
On the other hand, if the amount of PM trapped by the particulate filter increases excessively, the exhaust resistance at the particulate increases, and the back pressure acting on the internal combustion engine may increase accordingly. It is necessary to regenerate the PM collection ability of the particulate filter by appropriately purifying the collected PM.
[0005]
In response to such a demand, for example, a method for regenerating a particulate filter as described in JP-A-2000-170521 has been proposed. The regeneration method of the particulate filter described in this publication is based on the PM amount of the particulate filter in consideration of the amount of PM discharged from the internal combustion engine and the PM collection efficiency of the particulate filter according to the operating state of the internal combustion engine. Estimate the amount collected, perform particulate filter regeneration when the estimated amount reaches a predetermined amount, and estimate the amount of PM burned per unit time during regeneration processing. Is a method of terminating the execution of the regeneration process when the amount of collected PM reaches the PM collection amount.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the conventional technique as described above, although the combustion amount per unit time is estimated at the time of executing the regeneration process of the particulate filter, the actual regeneration state in the particulate filter is not taken into consideration. There may be an error between the time when the purification of all PMs is completed in the filter and the time when the regeneration processing execution is estimated.
[0007]
If an error occurs between the time when all particulates are purified in the particulate filter and the end time of regeneration processing execution, the period from the time when all PMs are purified in the particulate filter to the end of regeneration processing becomes unnecessary. May be longer.
[0008]
In a normal regeneration process, a particulate filter is used by increasing the exhaust temperature by using a method such as by burning the fuel secondarily in the cylinder of the expansion stroke or the exhaust stroke, or intentionally increasing the load of the internal combustion engine. Since the collected PM is burned and removed, if the period from when all PMs are purified in the particulate filter to the end of the regeneration process is unnecessarily long, the fuel consumption associated with the regeneration process is unnecessary. May increase.
[0009]
The present invention has been made in view of the various circumstances as described above, and a technique capable of suitably executing the regeneration processing of the particulate filter in the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine provided with the particulate filter. The purpose is to provide.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
  The present invention employs the following means in order to solve the above-described problems. That is, the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention isThe collection mechanism provided in the exhaust passage of the internal combustion engine and capable of collecting the particulates contained in the exhaust, and the collection ability of the collection mechanism is regenerated by removing the particulates collected by the collection mechanism. The regenerating means, the amount of fine particles discharged from the internal combustion engine per unit time, the collection efficiency of the collection mechanism, and the amount of oxidized fine particles that is the amount of fine particles oxidized per unit time by the collection mechanism And estimating means for obtaining the collected amount of particles of the collecting mechanism from these estimated values, and starting the regeneration processing by the regenerating means when the collected amount of particles obtained by the estimating means exceeds an upper limit value. And a regeneration period determining means for ending the regeneration process by the regeneration means when the amount of collected particulates obtained by the estimating means is not more than a lower limit value, and when the regeneration process by the regeneration means is being executed. The collection And correcting means for actually is to get the amount of particulates oxidation per unit time, correcting the estimated oxidized particulate amount by the estimating means in accordance with the obtained amount of particulate in the structure, theI have.
[0011]
  The present invention estimates the amount of collected particulate matter of the collection mechanism provided in the exhaust passage of the internal combustion engine, and regenerates the collection mechanism according to the estimated amount.The execution start time and execution end timeIn the exhaust gas purifying apparatus for the internal combustion engine, the regeneration processEnd of lineThe greatest feature is correction.
[0012]
  With such an exhaust purification device for an internal combustion engineThe estimation means includes an amount of fine particles discharged from the internal combustion engine per unit time (hereinafter referred to as “engine exhaust fine particle amount”), a collection efficiency of the collection mechanism, and a unit of the collection mechanism per unit time. The amount of fine particles to be oxidized is estimated, and the amount of fine particles collected by the collection mechanism is obtained from these estimated values. For example, the estimation means obtains the particulate collection amount of the collection mechanism by integrating the value obtained by subtracting the oxidized particulate amount from the multiplication value of the engine exhaust particulate amount and the collection efficiency. When the amount of collected particulates obtained in this way becomes equal to or greater than the upper limit value, the regeneration period determining means starts the regeneration process by the regeneration means. The estimation means obtains the amount of collected fine particles by the above-described method even when the regeneration process is performed by the regeneration means. Then, when the amount of collected particulates obtained by the estimating means becomes equal to or less than the lower limit (for example, “0”), the regeneration period determining means ends the regeneration process by the regeneration means.
[0013]
By the way, since the amount of collected particulate matter obtained by the estimating means is only an estimated value, the actual regeneration state of the collection mechanism at the time of regeneration processing is not reflected. Therefore, the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention reflects the actual regeneration state at the time of performing the regeneration process in the amount of collected particulates obtained by the estimating means. Specifically, the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention acquires and acquires the amount of particulates actually oxidized per unit time in the collection mechanism when the regeneration process is being performed by the regeneration means. Correction means for correcting the oxidized fine particle amount estimated by the estimating means in accordance with the fine particle amount is provided.
[0014]
  in this caseThe amount of oxidized fine particles used when the estimating means obtains the amount of collected fine particles is a value reflecting the amount of fine particles actually oxidized per unit time in the collecting mechanism. As a result, the amount of collected particulates determined by the estimating means is also a value reflecting the amount of particulates actually oxidized per unit time in the collection mechanism. Therefore, catchThe error between the time when the purification of all the particulates collected by the collecting mechanism is actually completed and the time when the regeneration process is finished is reduced.
[0015]
  In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present inventionThe amount of fine particles actually oxidized per unit time in the collection mechanism when the regeneration process is being performed by the regeneration means isDifference between the exhaust pressure upstream of the collection mechanism and the exhaust pressure downstream of the collection mechanismRate of change of pressure,And / or intake air of an internal combustion engineCorrelate with the rate of change of quantity.
[0016]
Here, as the amount of particulates collected by the collection mechanism increases, the exhaust resistance in the collection mechanism increases, so that the difference in exhaust pressure between the upstream and downstream of the collection mechanism increases and acts on the internal combustion engine. As the back pressure increases, the amount of intake air decreases.
[0017]
On the other hand, when the regeneration process of the collection mechanism is being executed, the more the particles removed by the collection mechanism progress, in other words, the smaller the amount of particles remaining in the collection mechanism, the more the collection mechanism collects. As the difference between the exhaust pressure upstream and downstream of the collecting mechanism is reduced, the back pressure acting on the internal combustion engine is reduced and the intake air amount is increased.
[0018]
In consideration of the above points, when the regeneration process is executed, the difference in the exhaust pressure upstream and downstream of the collection mechanism decreases, or the intake air amount of the internal combustion engine increases, so that the remaining in the collection mechanism. It can be considered that the amount of fine particles is small.
[0019]
  ThereforeThe higher the rate of change of differential pressure (decrease rate) and / or the rate of change of air intake (increase rate),Per unit time in the collection mechanismTo be actually oxidizedThe large amount of particlesBecome.
[0020]
In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, examples of the collection mechanism include a particulate filter, a particulate filter carrying a NOx catalyst, and the like.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, specific embodiments of an exhaust emission control device for an internal combustion engine according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[0022]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an internal combustion engine to which an exhaust gas purification apparatus according to the present invention is applied and its intake and exhaust system.
[0023]
An internal combustion engine 1 shown in FIG. 1 is a compression ignition type diesel engine having four cylinders 2. In the internal combustion engine 1, every time a fuel injection valve 3 that directly injects fuel into the combustion chamber of each cylinder 2 and a crankshaft that is an engine output shaft of the internal combustion engine 1 rotate by a predetermined angle (for example, 15 °). A crank position sensor 4 that outputs a pulse signal and a water temperature sensor 5 that outputs an electrical signal corresponding to the temperature of cooling water flowing through a water jacket (not shown) of the internal combustion engine 1 are attached.
[0024]
The fuel injection valve 3 described above is connected to a pressure accumulating chamber (common rail) 7 through a fuel pipe 6. The common rail 7 is connected to a fuel pump 9 attached to the fuel tank 8 via a fuel pipe 10 and to the fuel tank 8 via a return pipe 11.
[0025]
When the fuel pressure in the common rail 7 is lower than a preset maximum pressure, the common rail 7 is closed at the connecting portion of the return pipe 11 to cut off the conduction between the common rail 7 and the return pipe 11. When the internal fuel pressure becomes equal to or higher than the maximum pressure, there is provided a pressure regulating valve 12 that opens and allows the common rail 7 and the return pipe 11 to conduct.
[0026]
A fuel pressure sensor 13 for outputting an electric signal corresponding to the fuel pressure in the common rail 7 is attached to the common rail 7.
[0027]
In the fuel system configured as described above, the fuel pump 9 pumps up the fuel stored in the fuel tank 8 and pumps the pumped up fuel to the common rail 7 through the fuel pipe 10. At that time, the fuel discharge amount of the fuel pump 9 is feedback-controlled based on the output signal value of the fuel pressure sensor 13 described above.
[0028]
The fuel supplied from the fuel pump 9 to the common rail 7 is accumulated until the pressure of the fuel reaches a desired target pressure. The fuel accumulated up to the target pressure in the common rail 7 is distributed to the fuel injection valves 3 of the respective cylinders 2 through the fuel pipe 6. Each fuel injection valve 3 opens when a drive current is applied, and injects fuel at a target pressure supplied from the common rail 7 into the combustion chamber of each cylinder 2.
[0029]
In the fuel system described above, when the fuel pressure in the common rail 7 becomes higher than the maximum pressure, the pressure adjustment valve 12 is opened. In this case, a part of the fuel stored in the common rail 7 is returned to the fuel tank 8 through the return pipe 11, and the fuel pressure in the common rail 7 is reduced.
[0030]
Next, an intake branch pipe 14 formed so that a plurality of branch pipes merge into one collecting pipe is connected to the internal combustion engine 1. Each branch pipe of the intake branch pipe 14 communicates with the combustion chamber of each cylinder 2 via an intake port (not shown). A collecting pipe of the intake branch pipe 14 is connected to an intake pipe 15, and the intake pipe 15 is connected to an air cleaner box 16.
[0031]
An air flow meter 17 that outputs an electric signal corresponding to the mass of the intake air flowing in the intake pipe 15 and a temperature of the intake air flowing in the intake pipe 15 are disposed in the intake pipe 15 immediately downstream of the air cleaner box 16. And an intake air temperature sensor 18 for outputting an electrical signal corresponding to the above.
[0032]
A compressor housing 19a of a centrifugal supercharger (turbocharger) 19 that operates using the thermal energy of exhaust gas discharged from the internal combustion engine 1 as a drive source is provided in a portion of the intake pipe 15 downstream of the air flow meter 17. Yes.
[0033]
An intercooler 20 for cooling fresh air that has been compressed in the compressor housing 19a and has reached a high temperature is provided in a portion of the intake pipe 15 downstream of the compressor housing 19a.
[0034]
An intake throttle valve 21 for adjusting the flow rate of the intake air flowing through the intake pipe 15 is provided in a portion of the intake pipe 15 downstream of the intercooler 20. An intake throttle actuator 21a that opens and closes the intake throttle valve 21 and an intake throttle valve opening sensor 21b that outputs an electrical signal corresponding to the opening of the intake throttle valve 21 are attached to the intake throttle valve 21. It has been.
[0035]
In the intake system configured as described above, fresh air that has flowed into the air cleaner box 16 is removed through the intake pipe 15 after dust or dust in the fresh air is removed by an air cleaner (not shown) in the air cleaner box 16. It flows into the compressor housing 19a of the centrifugal supercharger 19.
[0036]
The fresh air flowing into the compressor housing 19a is compressed by the rotation of the compressor wheel built in the compressor housing 19a. The fresh air that has been compressed in the compressor housing 19 a and has reached a high temperature is cooled by the intercooler 20.
[0037]
The fresh air cooled by the intercooler 20 is guided to the intake branch pipe 14 with the flow rate adjusted by the intake throttle valve 21 as necessary. The fresh air guided to the intake branch pipe 14 is distributed from the collecting pipe of the intake branch pipe 14 to each branch pipe and is guided to the combustion chamber of each cylinder 2.
[0038]
The fresh air distributed to the combustion chamber of each cylinder 2 is compressed by a piston (not shown), and burns using the fuel injected from the fuel injection valve 3 as an ignition source.
[0039]
Next, an exhaust branch pipe 24 formed so that a plurality of branch pipes merge into one collecting pipe is connected to the internal combustion engine 1. Each branch pipe of the exhaust branch pipe 24 communicates with the combustion chamber of each cylinder 2 via an exhaust port (not shown). The collecting pipe of the exhaust branch pipe 24 is connected to the exhaust pipe 25 a via the turbine housing 19 b of the centrifugal supercharger 19.
[0040]
A portion of the exhaust branch pipe 24 located immediately upstream of the turbine housing 19b and a portion of the exhaust pipe 25a located immediately downstream of the turbine housing 19b are connected by a turbine bypass passage 26 that bypasses the turbine housing 19b. Has been.
[0041]
A waste gate valve 27 including a valve body 27a for opening and closing the turbine bypass path 26 and an actuator 27b for opening and closing the valve body 27a is attached to the turbine bypass path 26.
[0042]
The actuator 27b is connected to the intake pipe 15 located immediately downstream of the compressor housing 19a via the working pressure passage 28, and the pressure of fresh air flowing in the intake pipe 15 immediately downstream of the compressor housing 19a, in other words, The valve body 27a is driven to open and close using the pressure (supercharging pressure) of fresh air compressed in the compressor housing 19a.
[0043]
Specifically, the actuator 27b holds the valve body 27a in the closed position when a pressure less than a predetermined pressure is applied from the intake pipe 15 via the operating pressure passage 28, and the operating pressure passage from the intake pipe 15 When a pressure higher than a predetermined pressure is applied via 28, the valve element 27a is driven to open.
[0044]
That is, when the supercharging pressure of the intake air by the centrifugal supercharger 19 reaches a predetermined pressure or higher, the actuator 27b opens the valve body 27a to bring the turbine bypass passage 26 into a conductive state, and the exhaust gas flowing into the turbine housing 19b The flow rate is decreased so that the supercharging pressure does not exceed the predetermined pressure.
[0045]
The exhaust pipe 25a is connected to an exhaust purification mechanism 29 that purifies harmful gas components in the exhaust, particularly particulates such as soot (PM). The exhaust purification mechanism 29 is connected to an exhaust pipe 25b, and the exhaust pipe 25b is connected downstream to a muffler (not shown). Hereinafter, the exhaust pipe 25a upstream from the exhaust purification mechanism 29 is referred to as an upstream exhaust pipe 25a, and the exhaust pipe 25b downstream from the exhaust purification mechanism 29 is referred to as a downstream exhaust pipe 25b.
[0046]
The exhaust purification mechanism 29 is an embodiment of the collection mechanism according to the present invention, and is a DPF (Diesel Particulate Filter) that collects PM contained in the exhaust or a wall flow type made of a porous substrate. An example is a DPNR (Diesel Particulate NOx Reduction) catalyst in which an oxidation catalyst typified by platinum (Pt) and a NOx occluding agent typified by potassium (K) or cesium (Cs) are supported on the particulate filter. it can. Hereinafter, the exhaust purification mechanism 29 is referred to as a particulate filter 29.
[0047]
An exhaust temperature sensor 38 that outputs an electric signal corresponding to the temperature of the exhaust gas flowing through the upstream exhaust pipe 25a is attached to the upstream exhaust pipe 25a. Differential pressure that outputs an electrical signal corresponding to the differential pressure between the exhaust pressure in the upstream exhaust pipe 25a and the exhaust pressure in the downstream exhaust pipe 25b to the upstream exhaust pipe 25a and the downstream exhaust pipe 25b. A sensor 39 is attached.
[0048]
An exhaust throttle valve 33 that adjusts the flow rate of the exhaust gas flowing through the downstream exhaust pipe 25b is attached to the downstream exhaust pipe 25b. An exhaust throttle actuator 34 that opens and closes the exhaust throttle valve 33 is attached to the exhaust throttle valve 33.
[0049]
In the exhaust system configured as described above, the burned gas burned in the combustion chamber of each cylinder 2 of the internal combustion engine 1 is discharged to the exhaust branch pipe 24 through the exhaust port of each cylinder 2 and then the exhaust branch pipe. It flows into the turbine housing 19b of the centrifugal supercharger 19 from each branch pipe of 24 through the collecting pipe.
[0050]
When the exhaust gas flows into the turbine housing 19b of the centrifugal supercharger 19, the heat energy of the exhaust gas is converted into the rotational energy of the turbine wheel that is rotatably supported in the turbine housing 19b. The rotational energy of the turbine wheel is transmitted to the compressor wheel of the aforementioned compressor housing 19a, and the compressor wheel compresses fresh air by the rotational energy transmitted from the turbine wheel.
[0051]
At that time, when the pressure (supercharging pressure) of fresh air compressed in the compressor housing 19 a rises to a predetermined pressure or higher, the supercharging pressure is applied to the actuator 27 b of the wastegate valve 27 through the operating pressure passage 28. The actuator 27b drives the valve body 27a to open.
[0052]
When the valve element 27a of the wastegate valve 27 is opened, a part of the exhaust gas flowing through the exhaust branch pipe 24 flows to the upstream exhaust pipe 25a via the turbine bypass passage 26, so that the exhaust gas flowing into the turbine housing 19b is discharged. The flow rate decreases, and the thermal energy of the exhaust gas flowing into the turbine housing 19b, in other words, the thermal energy converted into the rotational energy of the turbine wheel in the turbine housing 19b decreases. As a result, rotational energy transmitted from the turbine wheel to the compressor wheel is reduced, and an excessive increase in supercharging pressure is suppressed.
[0053]
Exhaust gas discharged from the turbine housing 19b to the upstream side exhaust pipe 25a and exhaust gas guided from the turbine bypass passage 26 to the upstream side exhaust pipe 25a flow into the particulate filter 29 from the upstream side exhaust pipe 25a. The exhaust gas flowing into the particulate filter 29 is purified or removed from particulates such as soot contained in the exhaust gas, then discharged to the downstream exhaust pipe 25b, and then released into the atmosphere through the downstream exhaust pipe 25b.
[0054]
Further, an exhaust gas recirculation passage (EGR passage) 100 is connected to the exhaust branch pipe 24, and the EGR passage 100 is connected to the intake branch pipe 14. An EGR valve 101 that opens and closes an opening end of the EGR passage 100 in the intake branch pipe 14 is provided at a connection portion between the EGR passage 100 and the intake branch pipe 14. The EGR valve 101 is composed of an electromagnetic valve or the like, and the opening degree can be changed according to the magnitude of applied power.
[0055]
In the middle of the EGR passage 100, an EGR cooler 103 for cooling the exhaust gas flowing in the EGR passage 100 (hereinafter referred to as EGR gas) is provided.
[0056]
Two pipes 104 and 105 are connected to the EGR cooler 103, and these two pipes 104 and 105 are connected to a radiator 106 for radiating the heat of the cooling water of the internal combustion engine 1 into the atmosphere. ing.
[0057]
One of the two pipes 104 and 105 described above is a pipe for guiding a part of the cooling water cooled in the radiator 106 to the EGR cooler 103, and the other pipe 105 is This is a pipe for guiding the cooling water after circulating through the EGR cooler 103 to the radiator 106. Hereinafter, the pipe 104 will be referred to as a cooling water introduction pipe 104 and the pipe 105 will be referred to as a cooling water outlet pipe 105.
[0058]
In the middle of the cooling water outlet pipe 105, an on-off valve 107 for opening and closing a flow path in the cooling water outlet pipe 105 is provided. The on-off valve 107 is composed of an electromagnetically driven valve that opens when drive power is applied.
[0059]
In the exhaust gas recirculation mechanism (EGR mechanism) configured as described above, when the EGR valve 101 is opened, the EGR passage 100 becomes conductive, and a part of the exhaust gas flowing in the exhaust branch pipe 24 passes through the EGR passage 100. It is led to the intake branch pipe 14.
[0060]
At this time, if the on-off valve 107 is in the open state, the circulation path connecting the radiator 106, the cooling water introduction pipe 104, the EGR cooler 103, and the cooling water outlet pipe 105 becomes conductive, and the cooling water cooled by the radiator 106 Circulates through the EGR cooler 103. As a result, in the EGR cooler 103, heat exchange is performed between the EGR gas flowing in the EGR passage 100 and the cooling water circulating in the EGR cooler 103, thereby cooling the EGR gas.
[0061]
The EGR gas recirculated from the exhaust branch pipe 24 to the intake branch pipe 14 via the EGR passage 100 is guided to the combustion chamber of each cylinder 2 while being mixed with fresh air flowing from the upstream side of the intake branch pipe 14. The fuel injected from the fuel injection valve 3 is burned using an ignition source.
[0062]
Here, the EGR gas contains water (H₂O) and carbon dioxide (CO₂) And the like, and an inert gas component having endothermic properties is contained. For this reason, when EGR gas is contained in the air-fuel mixture, the combustion temperature of the air-fuel mixture is lowered, and thus nitrogen oxides (NO_x) Is suppressed.
[0063]
Further, when the EGR gas is cooled in the EGR cooler 103, the temperature of the EGR gas itself is reduced and the volume of the EGR gas is reduced. Therefore, when the EGR gas is supplied into the combustion chamber, the atmosphere in the combustion chamber is reduced. The temperature will not increase unnecessarily, and the amount of fresh air (volume of fresh air) supplied into the combustion chamber will not unnecessarily decrease.
[0064]
The internal combustion engine 1 configured as described above is provided with an electronic control unit (ECU) 35 for controlling the internal combustion engine 1. The ECU 35 is a unit that controls the operation state of the internal combustion engine 1 in accordance with the operation conditions of the internal combustion engine 1 and the request of the driver.
[0065]
In addition to the crank position sensor 4, the water temperature sensor 5, the fuel pressure sensor 13, the air flow meter 17, the intake air temperature sensor 18, the intake throttle valve opening sensor 21 b, the exhaust gas temperature sensor 38, and the differential pressure sensor 39, the ECU 35 An accelerator position sensor 37 that outputs an electrical signal corresponding to the amount of operation (accelerator opening) of an accelerator pedal 36 provided in the room is electrically connected, and the output signal of each sensor described above is input to the ECU 35. It has become.
[0066]
On the other hand, the ECU 35 is electrically connected to the fuel injection valve 3, the fuel pump 9, the intake throttle actuator 21a, the exhaust throttle actuator 34, the EGR valve 101, the on-off valve 107, and the like, and the ECU 35 controls the above-described parts. It is possible.
[0067]
Here, as shown in FIG. 2, the ECU 35 includes a CPU 41, a ROM 42, a RAM 43, a backup RAM 44, an input port 45, and an output port 46 connected to each other by a bidirectional bus 40. And an A / D converter (A / D) 47 connected to the input port 45.
[0068]
The input port 45 receives an output signal of a sensor that outputs a signal in the form of a digital signal like the crank position sensor 4 and transmits the output signal to the CPU 41 and the RAM 43 via the bidirectional bus 40.
[0069]
The input port 45 includes a water temperature sensor 5, a fuel pressure sensor 13, an air flow meter 17, an intake air temperature sensor 18, an intake throttle valve opening sensor 21b, an accelerator position sensor 37, an exhaust temperature sensor 38, a differential pressure sensor 39, and the like. An output signal of a sensor that outputs an analog signal format signal is input via the A / D 47, and these output signals are transmitted to the CPU 41 and the RAM 43 via the bidirectional bus 40.
[0070]
The output port 46 is electrically connected to the fuel injection valve 3, the fuel pump 9, the intake throttle actuator 21a, the exhaust throttle actuator 34, the EGR valve 101, the on-off valve 107, etc. via a drive circuit (not shown), and the CPU 41 The control signal output from is transmitted to each unit described above.
[0071]
The ROM 42 stores various application programs such as a fuel injection control routine, an intake throttle control routine, an exhaust throttle control routine, an EGR control routine, and various control maps.
[0072]
The RAM 43 stores output signals from the sensors, calculation results of the CPU 41, and the like. The calculation result is, for example, an engine speed calculated based on a time interval at which the crank position sensor 4 outputs a pulse signal. These data are rewritten to the latest data every time the crank position sensor 4 outputs a pulse signal.
[0073]
The backup RAM 44 is a non-volatile memory capable of storing data even after the operation of the internal combustion engine 1 is stopped.
[0074]
The CPU 41 operates in accordance with an application program stored in the ROM 42, and in addition to well-known controls such as fuel injection control, fuel pump control, intake throttle control, exhaust throttle control, EGR control, PM which is the gist of the present invention Perform playback control.
[0075]
In the PM regeneration control, the CPU 41 estimates the amount of PM collected by the particulate filter 29, and burns the PM collected by the particulate filter 29 when the estimated amount exceeds a predetermined amount. Then, the PM regeneration process is executed to remove the PM.
[0076]
As a method for estimating the amount of PM collected by the particulate filter 29, a value obtained by multiplying the amount of PM discharged from the internal combustion engine 1 per unit time by the collection efficiency of the particulate filter 29 is used. A method of integrating can be exemplified.
[0077]
Since the amount of PM discharged from the internal combustion engine 1 per unit time (hereinafter referred to as engine discharge PM amount) has a correlation with the amount of fuel burned per unit time in the internal combustion engine 1, the fuel injection amount and the engine A relationship between the rotational speed and the engine exhaust PM amount may be experimentally obtained in advance, and the relationship may be mapped and stored in the ROM 42.
[0078]
The collection efficiency of the particulate filter 29 decreases as the flow velocity of the exhaust gas flowing through the particulate filter 29 increases, and increases as the flow velocity of the exhaust gas flowing through the particulate filter 29 decreases. The flow rate of the exhaust gas is determined according to the exhaust amount discharged per unit time from the internal combustion engine 1, and the exhaust amount discharged per unit time from the internal combustion engine 1 depends on the intake air amount of the internal combustion engine 1 and the engine speed. Determined.
[0079]
Further, the PM collection efficiency of the particulate filter 29 also varies depending on the amount of PM collected by the particulate filter 29. That is, when the amount of PM collected by the particulate filter 29 increases, the cross-sectional area of the exhaust passage in the particulate filter 29 is reduced, so that the PM collection efficiency is increased.
[0080]
In the present embodiment, the collection efficiency of the particulate filter 29 that changes according to the flow rate of the exhaust is referred to as the first PM collection efficiency, and the first PM collection efficiency, the intake air amount, the engine speed, These relationships are experimentally obtained in advance, and these relationships are mapped and stored in the ROM 42. Furthermore, in the present embodiment, the collection efficiency of the particulate filter 29 that changes in accordance with the amount of PM collected by the particulate filter 29 is referred to as second PM collection efficiency, and the second PM collection efficiency. The relationship between the collection efficiency and the amount of PM collected by the particulate filter 29 is experimentally obtained in advance, and the relationship is mapped and stored in the ROM 42. Note that the PM collection efficiency of the particulate filter 29 may vary depending on the temperature of the particulate filter 29 or the exhaust temperature. Therefore, the PM collection efficiency using the exhaust temperature or the temperature of the particulate filter 29 as a parameter is high. It may be set.
[0081]
On the other hand, since PM collected by the particulate filter 29 is oxidized at a predetermined PM oxidation temperature (for example, 600 ° C.) or higher, the internal combustion engine 1 is in an operating state in which the exhaust temperature is higher than the predetermined temperature. When the ambient temperature of the particulate filter 29 is set to the predetermined temperature or higher by the regeneration process described later, the amount of PM collected in the particulate filter 29 decreases.
[0082]
Therefore, in the present embodiment, the particulate filter is obtained from the value obtained by multiplying the amount of PM discharged from the internal combustion engine 1 per unit time by the first and second collection efficiencies of the particulate filter 29. 29, the amount of PM that decreases per unit time is subtracted, and the values obtained thereby are integrated to calculate the amount of PM collected by the particulate filter 29.
[0083]
The amount of PM oxidized per unit time in the particulate filter 29 is
The higher the ambient temperature in the particulate filter 29 is, the higher the ambient temperature in the particulate filter 29 is. The higher the exhaust temperature is, and the higher the amount of exhaust gas flowing through the particulate filter 29 per unit time is. Further, the amount of exhaust flowing through the particulate filter 29 per unit time corresponds to the amount of exhaust discharged from the internal combustion engine 1 per unit time, and the amount of exhaust discharged from the internal combustion engine 1 per unit time is described above. Thus, it is determined according to the intake air amount and the engine speed. In the present embodiment, the relationship among the PM amount oxidized per unit time in the particulate filter 29, the exhaust temperature, the intake air amount, and the engine speed is experimentally obtained in advance, and these relationships are mapped into the ROM 42. I remembered it.
[0084]
In the following description, the amount of PM collected by the particulate filter 29 is defined as PM collection amount: PMt, and the amount of PM discharged from the internal combustion engine 1 per unit time is defined as engine exhaust PM amount: PMe, and the particulate filter 29. The first PM collection efficiency is the first PM collection efficiency: k1, the second PM collection efficiency of the particulate filter 29 is the second PM collection efficiency: k2, and the particulate filter 29 is per unit time. The amount of PM oxidized in the following manner is denoted as oxidized PM amount: PMd. In this case, the PM collection amount: PMt is calculated by the following arithmetic expression.
PMt = PMtold + PMe × k1 × k2−PMd
In the above arithmetic expression, PMtold is the PM trapping amount: PMt obtained by the previous calculation process, and is reset to “0” when the PM regeneration process is executed.
[0085]
When the PM collection amount: PMt is estimated in this way, the CPU 41 determines whether the estimated PM collection amount: PMt is equal to or greater than a predetermined upper limit value: PMmax, and collects the PM. When the amount: PMt is equal to or higher than the upper limit value: PMmax, the PM regeneration process is executed.
[0086]
In the PM regeneration process, the CPU 41 executes exhaust gas temperature raising control to increase the exhaust gas temperature to the above-described PM oxidation temperature or higher. As a method of executing the exhaust gas temperature raising control, a method of increasing the fuel injection amount and simultaneously closing the exhaust throttle valve 33 by a predetermined amount, adding in the expansion stroke of each cylinder 2 in addition to normal fuel injection (main fuel injection). In addition to the main fuel injection, the exhaust of each cylinder 2 is increased. A method of supplying unburned fuel to the particulate filter 29 and burning it by performing additional fuel injection (exhaust stroke injection) during the stroke can be exemplified.
[0087]
When the PM regeneration process is executed in this way, the PM collected by the particulate filter 29 is burned and removed from the particulate filter 29. Even when the PM regeneration process is being executed, the CPU 41 calculates the PM collection amount: PMt according to the PM collection amount estimation method described above, and the PM regeneration process is performed when the PM collection amount: PMt becomes “0”. The execution of is terminated.
[0088]
By the way, the above-described PM collection amount: PMt does not reflect the actual state of the particulate filter 29 when the PM regeneration process is executed, in other words, the actual regeneration state of the particulate filter 29 when the PM regeneration process is executed. For this reason, an error may occur between the time when all the PMs finish burning in the particulate filter 29 and the time when the PM regeneration process is completed by estimating the amount of collected PM.
[0089]
For this reason, in burning and removing all the PM collected by the particulate filter 29, the PM trapping with a margin should be made so that the PM regeneration processing execution end timing is not shortened compared to the actual PM combustion completion timing. It is necessary to estimate the amount of collection. As a result, there is a case where the PM regeneration processing execution end timing is unnecessarily delayed with respect to the actual PM combustion completion timing, and the fuel consumption related to the PM regeneration processing increases unnecessarily.
[0090]
On the other hand, in the PM regeneration control according to the present embodiment, the CPU 41 calculates the oxidized PM amount: PMd used for estimating the PM collection amount based on the regeneration state of the particulate filter 29 at the time of executing the PM regeneration process. I corrected it.
[0091]
As a parameter indicating the regeneration status of the particulate filter 29 when the PM regeneration process is executed, an output signal value of the differential pressure sensor per unit time (a difference in exhaust pressure between the upstream and downstream of the particulate filter 29, hereinafter referred to as a difference before and after the filter) (Referred to as pressure) and / or the amount of change in the intake air amount per unit time.
[0092]
Here, as the amount of PM trapped by the particulate filter 29 increases, the cross-sectional area of the exhaust passage in the particulate filter 29 is reduced, so that the pressure loss of the exhaust gas in the particulate filter 29 increases and at the same time the internal combustion engine 1. Increases the back pressure acting on.
[0093]
For this reason, under the condition that the operation state of the internal combustion engine 1 is the same operation state, when the PM collection amount of the particulate filter 29 is large, the differential pressure across the filter is larger than when the PM collection amount is small. At the same time, the amount of intake air decreases.
[0094]
Considering the above correlation, the more the amount of PM actually oxidized in the particulate filter 29 per unit time, the greater the amount of decrease in the differential pressure across the filter per unit time, and the intake air per unit time The amount of increase will increase.
[0095]
  Therefore, in the PM regeneration control according to the present embodiment, the CPU 41 increases the amount of decrease in the differential pressure before and after the filter per unit time when performing the PM regeneration process and / or increases the amount of intake air per unit time. As the amount increases, the amount of oxidized PM: PMd is increased and corrected, and the corrected amount of oxidized PM: PMd is used for PM collection amountcalculate.
[0096]
When the PM collection amount PMt at the time of executing the PM regeneration process is calculated in this way, the actual regeneration state of the particulate filter 29 at the time of executing the PM regeneration process is reflected in the PM collection amount PMt. Therefore, if the execution of the PM regeneration process is terminated according to such a PM trapping amount: PMt, the error between the actual PM combustion completion timing and the PM regeneration process execution termination time decreases.
[0097]
As a result, the PM regeneration process execution end time is not unnecessarily delayed with respect to the actual PM combustion completion time, and the fuel consumption amount related to the PM regeneration process is not unnecessarily increased.
[0098]
Hereinafter, PM regeneration control according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 3 is a flowchart showing a PM regeneration control routine. This PM regeneration control routine is a routine stored in the ROM 42 in advance, and is a routine that is repeatedly executed by the CPU 41 every predetermined time (for example, every time the crank position sensor 4 outputs a pulse signal).
[0099]
In the PM regeneration control routine, the CPU 41 first reads the fuel injection amount, the intake air amount, the engine speed, the exhaust temperature, and the previous PM collection amount: PMtold from the RAM 43 in S301.
[0100]
In S302, the CPU 41 uses the various data read in S301 as parameters, and the engine exhaust PM amount: PMe, the first PM collection efficiency: k1, the second PM collection efficiency: k2, and the oxidized PM amount: PMd is calculated.
[0101]
Specifically, the CPU 41 calculates the engine exhaust PM amount: PMe using the fuel injection amount and the engine speed as parameters, and sets the first PM collection efficiency: k1 using the intake air amount and the engine speed as parameters. The second PM collection efficiency: k2 is calculated using the previous PM collection amount: PMtold as a parameter, and the oxidized PM amount: PMd is calculated using the intake air amount, engine speed, and exhaust temperature as parameters. .
[0102]
In S303, the CPU 41 reads the previous PM collection amount read in S301: PMtold, the engine emission PM amount calculated in S302: PMe, the first PM collection efficiency: k1, and the second PM. The PM collection amount: PMt at the present time of the particulate filter 29 is calculated using PM collection efficiency: k2 and oxidized PM amount: PMd (PMt = PMtold + PMe × k1 × k2−PMd), and the calculated PM collection Amount: PMt is stored in the RAM 43.
[0103]
In S304, the CPU 41 determines whether or not the PM collection amount: PMt calculated in S303 is equal to or greater than the upper limit value: PMmax.
[0104]
When it is determined in S304 that the amount of collected PM: PMt is less than the upper limit: PMmax, the CPU 41 considers that it is not necessary to execute the PM regeneration process of the particulate filter 29, and executes this routine. Exit once.
[0105]
On the other hand, when it is determined in S304 that the amount of collected PM: PMt is equal to or greater than the upper limit value: PMmax, the CPU 41 considers that it is necessary to execute the PM regeneration process of the particulate filter 29, and in S305, the PM Start playback processing.
[0106]
In S306, the CPU 41 sends the fuel injection amount, the intake air amount, the engine speed, the exhaust temperature, and the previous PM collection amount: PMtold (in this case, the PM collection amount calculated in S303: PMt) from the RAM 43 to the RAM 43. ) Read the latest data.
[0107]
In S307, the CPU 41 uses the various data read out in S306 as parameters, and the engine exhaust PM amount: PMe, the first PM collection efficiency: k1, the second PM collection efficiency: k2, and the oxidized PM amount: PMd is calculated.
[0108]
In S308, the CPU 41 senses the output signal values of the differential pressure sensor 39 and the air flow meter 17 for a predetermined period, and calculates the change amount of the front-rear differential pressure and the change amount of the intake air amount within the predetermined period.
[0109]
In S309, the CPU 41 corrects the oxidized PM amount calculated in S307: PMd based on the change amount of the front-rear differential pressure and the change amount of the intake air amount calculated in S308. At that time, the CPU 41 performs correction such that the amount of oxidation PM: PMd increases as the amount of decrease in the front-rear differential pressure increases and the amount of increase in the intake air amount increases, and the amount of decrease in the front-rear differential pressure decreases. Correction is performed so that the amount of PM oxidation: PMd decreases as the increase in the intake air amount decreases.
[0110]
In S310, the CPU 41 reads the previous PM collection amount read out in S306: PMtold, the engine emission PM amount calculated in S307: PMe, the first PM collection efficiency: k1, and the second Using the PM collection efficiency: k2 and the oxidized PM amount corrected at S309: PMd, the PM collection amount: PMt at the current time of the particulate filter 29 is calculated (PMt = PMtold + PMe × k1 × k2−PMd). ), The calculated amount of collected PM: PMt is stored in the RAM 43.
[0111]
In S311, the CPU 41 determines whether or not the PM collection amount PMt calculated in S310 is “0”.
[0112]
When it is determined in S311 that the PM collection amount: PMt is not “0”, the CPU 41 regards that all PM collected by the particulate filter 29 is not oxidized, and the above-described S306 and subsequent steps Repeat the process.
[0113]
On the other hand, if it is determined in S311 that the amount of PM collected: PMt is “0”, the CPU 41 regards that all PM collected by the particulate filter 29 has been oxidized, and in step S312, PM oxidation is performed. The execution of the process is terminated.
[0114]
Subsequently, in S313, the CPU 41 resets the previous PM collection amount PMt stored in the RAM 43 to “0”, and temporarily ends the execution of this routine.
[0115]
Since the CPU 41 executes the PM regeneration control routine in this way, the actual regeneration state of the particulate filter 29 at the time of executing the PM regeneration process is reflected in the process of estimating the PM collection amount: PMt. If the execution of the PM regeneration process is completed in accordance with the amount of PM collected: PMt, the error between the actual PM combustion completion timing and the PM regeneration process execution completion timing can be reduced.
[0116]
Therefore, according to the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present embodiment, the execution period of the PM regeneration process is not unnecessarily prolonged with respect to the actual PM combustion completion timing, and the fuel consumption related to the PM regeneration process is reduced. It will not increase unnecessarily.
[0117]
【The invention's effect】
The present invention relates to an exhaust purification device for an internal combustion engine that estimates a particulate collection amount of a collection mechanism provided in an exhaust passage of the internal combustion engine and determines a regeneration processing execution period of the collection mechanism according to the estimated amount. Since the regeneration process execution period is corrected according to the state of the collection mechanism at the time of processing execution, the corrected regeneration process execution period is a period reflecting the state of the collection mechanism at the time of regeneration process execution.
[0118]
As a result, according to the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, an error between the time when the purification of all the particulates collected by the collection mechanism is actually completed and the time when the regeneration process is finished is reduced. Therefore, the regeneration process of the collection mechanism can be suitably executed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an internal combustion engine to which an exhaust emission control device according to an embodiment is applied.
FIG. 2 is a block diagram showing the internal configuration of the ECU
FIG. 3 is a flowchart showing a PM regeneration control routine.
[Explanation of symbols]
1 ... Internal combustion engine
2. Cylinder
17 ... Air flow meter
21 ... Inlet throttle valve
24 ... Exhaust branch pipe
29 ... Exhaust gas purification mechanism
39 ... Differential pressure sensor

Claims

  A collection mechanism provided in an exhaust passage of the internal combustion engine, capable of collecting fine particles contained in the exhaust;
  Regenerating means for regenerating the collecting ability of the collecting mechanism by removing the fine particles collected by the collecting mechanism;
  Estimating the amount of fine particles discharged from the internal combustion engine per unit time, the collection efficiency of the collection mechanism, and the amount of oxidized fine particles, which is the amount of fine particles oxidized per unit time by the collection mechanism, and estimating them An estimation means for obtaining the amount of collected fine particles of the collection mechanism from a value;
  When the particulate collection amount determined by the estimation means is equal to or greater than the upper limit value, the regeneration process is started by the regeneration means, and when the particulate collection amount determined by the estimation means is equal to or less than the lower limit value. Reproduction period determining means for ending reproduction processing by the reproduction means;
  When the regeneration process by the regeneration unit is being executed, the amount of particulates actually oxidized per unit time in the collection mechanism is acquired, and the oxidation estimated by the estimation unit according to the acquired particulate amount Correction means for correcting the amount of fine particles;
An exhaust emission control device for an internal combustion engine, comprising:

Further comprising differential pressure detection means for detecting a differential pressure between the pressure in the exhaust passage upstream from the collection mechanism and the pressure in the exhaust passage downstream from the collection mechanism;
Wherein the correction means based on the differential pressure change rate when playback processing performed by the reproduction means is being executed, a feature that you seek particulate amount actually oxidized per unit time in the collection mechanism The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to claim 1.

An intake air amount detecting means for detecting an intake air amount of the internal combustion engine;
It said correction means, based on the intake air amount of the rate of change when the reproduction process by the reproduction unit is running, characterized that you seek particulate amount actually oxidized per unit time in the collection mechanism The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to claim 1.

Differential pressure detection means for detecting a differential pressure between the pressure in the exhaust passage upstream from the collection mechanism and the pressure in the exhaust passage downstream from the collection mechanism;
An intake air amount detecting means for detecting an intake air amount of the internal combustion engine;
The correction means obtains the amount of particulates actually oxidized per unit time in the collection mechanism based on the differential pressure and the change rate of the intake air amount when the regeneration process by the regeneration means is executed. The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein:

The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the collection mechanism is a particulate filter carrying an oxidation catalyst and a NOx storage agent.