JP4032774B2 - Exhaust gas purification device for internal combustion engine - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンは経済性に優れている反面、排気中に含まれる浮遊粒子状物質である煤に代表されるパティキュレートマター(Particulate Matter:以下特に断らない限り「PM」という。)の除去が重要な課題となっている。このため、大気中にPMが放出されないようにディーゼルエンジンの排気系にPMの捕集を行うパティキュレートフィルタ(以下、単に「フィルタ」とする)を設ける技術が知られている。
【0003】
このフィルタにより排気中のPMが一旦捕集され大気中へ放出されることを防止することができる。しかし、フィルタに捕集されたPMが該フィルタに堆積するとフィルタの目詰まりを発生させることがある。この目詰まりが発生すると、フィルタ上流の排気の圧力が上昇し内燃機関の出力低下やフィルタの毀損を誘発する虞がある。このようなときには、フィルタ上に堆積したPMを着火燃焼せしめることにより該PMを除去することができる。このようにフィルタに堆積したPMを除去することをフィルタの再生という。
【0004】
このようなフィルタの再生において、例えば特開平5−288037号公報では、フィルタの前後差圧から複数回のフィルタ再生後の詰まり度の平均値を検出し、その値に応じて再生時期を補正している。ここで、複数回のフィルタ再生後においてフィルタ詰まり度平均値に、新品時のフィルタ詰まり度、又はフィルタ使用初期の詰まり度と差が生じるならば、その変化分はフィルタに捕集された灰分に起因するものと見ることができる。従って、走行距離から灰分が寄与する詰まり度変化を類推するのではなく、複数回のフィルタ再生後のフィルタつまり度平均値を検出することで、直接的に灰分に起因する詰まり度変化を検知し、フィルタ再生時期を補正している。このようにして、補正されるフィルタ再生時期を適正なものとすることができ毎回のPM捕集量が一定化し安定した再生を実施することが可能となっている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、フィルタ前後の差圧のみを用いてフィルタ詰まりを検出する方法では、減速時やアイドル時、定常運転時等の特定の運転条件に限り判定を行うことが可能であるが、その他の運転状態において詰まり判定を行うことは困難である。詰まり判定が長期間なされないまま多量のPMが堆積すると、次回フィルタ再生時に多量のPMが燃焼することによりフィルタが過熱し、該フィルタに熱劣化が発生する虞がある。
【0006】
本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、内燃機関の排気浄化装置において、広範囲の運転領域でフィルタの詰まりを検出することができる技術を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために本発明の内燃機関の排気浄化装置は、以下の手段を採用した。即ち、第1の発明は、
排気中の粒子状物質を一時捕獲可能なフィルタと、
前記フィルタの少なくとも上流の圧力を検出する圧力検出手段と、
内燃機関に吸入される新気の量を検出する吸入空気量検出手段と、
前記圧力検出手段により検出された圧力を前記吸入空気量検出手段により検出された新気の量で除した値で前記フィルタの詰まり度合いを判定する詰まり判定手段と、
を具備することを特徴とする。
【0008】
本発明の最大の特徴は、内燃機関の排気浄化装置において、前記圧力検出手段により検出された圧力を前記吸入空気量検出手段により検出された新気の量で除した値を用いることにより運転状態に起因したセンサ出力の変動を除去し、加減速時においても詰まり判定を精度良く行うことにある。
【0009】
このように構成された内燃機関の排気浄化装置では、圧力検出手段によりフィルタ前の圧力、若しくはフィルタ前後の差圧が検出される。ここで、圧力検出手段により検出された値は加減速時には大きく変動するため、この値のみに基づいてフィルタの詰まりを判定することは困難である。しかし、圧力検出手段により検出される圧力は、吸入空気量と相関関係があるため、圧力検出手段の検出値を吸入空気量検出手段の検出値で除することにより、運転状態の変化に起因した変動分を除去することが可能となる。これにより、加減速時であってもフィルタの詰まり度合いを表す値を得ることが可能となり、フィルタの詰まりを判定することが可能となる。
【0010】
上記課題を達成するために本発明の内燃機関の排気浄化装置は、以下の手段を採用した。即ち、第2の発明は、
排気中の粒子状物質を一時捕獲可能なフィルタと、
前記フィルタの少なくとも上流の圧力を検出する圧力検出手段と、
内燃機関に吸入される新気の量を検出する吸入空気量検出手段と、
前記フィルタに流入する排気の温度を検出する排気温度検出手段と、
前記圧力検出手段により検出された圧力を前記排気温度検出手段により検出された排気の温度に基づいて基準となる状態における圧力に補正する圧力補正手段と、
前記圧力補正手段により補正された圧力を前記吸入空気量検出手段により検出された新気の量で除した値で前記フィルタの詰まり度合いを判定する詰まり判定手段と、
を具備することを特徴とする。
【0011】
本発明の最大の特徴は、内燃機関の排気浄化装置において、前記圧力検出手段により検出された圧力に温度補正を加えた値を前記吸入空気量検出手段により検出された新気の量で除した値を用いることにより運転状態に起因したセンサ出力の変動を除去し、加減速時においても詰まり判定を精度良く行うことにある。
【0012】
このように構成された内燃機関の排気浄化装置では、圧力検出手段によりフィルタ前の圧力、若しくはフィルタ前後の差圧が検出される。また、排気の温度が変動すると圧力検出手段により検出される圧力も変動するため、圧力補正手段は、排気の温度に基づいて検出された圧力を基準状態における圧力に換算する。
【0013】
ここで、圧力補正手段により検出された圧力値は加減速時には大きく変動するため、この値のみに基づいてフィルタの詰まりを判定することは困難である。しかし、圧力補正手段により補正される圧力値は、吸入空気量と相関関係があるため、圧力補正手段により補正された圧力値を吸入空気量検出手段により検出された値で除することにより、運転状態の変化に起因した変動分を除去することが可能となる。これにより、加減速時であってもフィルタの詰まり度合いを表す値を得ることが可能となり、フィルタの詰まりを判定することが可能となる。
【0014】
本発明においては、前記詰まり判定手段は、車両の加速度が所定範囲外のときに求められた値を除外してフィルタの詰まり判定を行うことができる。ここで、急加速時若しくは急減速時には、脈動波や応答遅れにより吸入空気量とフィルタ前圧力との間の相関関係が成立しなくなることがある。従って、このときの値を除外することにより誤判定を防止することが可能となる。
【0015】
本発明においては、前記詰まり判定手段は、吸入空気量検出手段により検出された値が所定値以下のときに求められた値を除外してフィルタの詰まり判定を行うことができる。ここで、吸入空気量が少ないときには、吸入空気に伝播する脈動波の影響が大きいために、吸入空気量を誤検出する虞がある。従って、このときの値を除外することにより誤判定を防止することが可能となる。
【0016】
本発明においては、前記詰まり判定手段は、平均化処理を行った値を用いて詰まり判定を行うことができる。このように構成された内燃機関の排気浄化装置では、残存する変動分を小さくすることが可能となる。平均化処理は、例えばなまし、平均化等により行うことが可能である。
【0017】
本発明においては、前記フィルタは、窒素酸化物を窒素に還元するNOx触媒を担持することができる。ここで、NOx触媒を担持させることによりフィルタに捕集された粒子状物質を容易に除去することが可能となる。しかも、フィルタの詰まり判定を行うときに、吸入空気量を増量する必要がないので、粒子状物質の連続再生能力を維持することが可能となる。
【0018】
本発明においては、前記詰まり判定手段は、前記判定値の変化割合を求め、その変化割合が所定値以上の場合にはフィルタに捕集された粒子状物質の除去を行う間隔を短くすることができる。このように構成された内燃機関の排気浄化装置では、連続してフィルタの詰まり判定が可能であるため、フィルタの詰まりを早期に検出しフィルタに捕集された粒子状物質を除去することにより、フィルタに過度に粒子状物質が堆積することを抑制することが可能となる。
【0019】
【発明の実施の形態】
図1は、本実施の形態に係るエンジンとその吸排気系の概略構成を示す図である。
【0020】
図1に示す内燃機関1は、水冷式の4サイクル・ディーゼル機関である。
【0021】
内燃機関1には、吸気管2が接続されており、該吸気管2の途中には、該吸気管2内を流通す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3が取り付けられている。
【0022】
一方、内燃機関1には、排気管4が接続され、該排気管4の途中には、吸蔵還元型NOx触媒を担持したパティキュレートフィルタ(以下、単にフィルタという。)5が設けられている。前記フィルタ5より上流の排気管4には、該排気管4内を流通す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6が取り付けられている。また、フィルタ5上流には排気を導入する上流側導入管7aの一端が接続され、フィルタ5下流には下流側導入管7bの一端が接続される。上流側導入管7aの他端及び下流側導入管7bの他端は差圧センサ7に接続されている。差圧センサ7は、上流側導入管7a及び下流側導入管7bから導入された排気の差圧に対応した電気信号を出力する。
【0023】
以上述べた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)11が併設されている。このECU11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。
【0024】
ECU11には、各種センサが電気配線を介して接続され、上記した各種センサの出力信号がECU11に入力されるようになっている。また、前記ECU11は、各種アプリケーションプログラム及び各種制御マップを記憶している。
【0025】
ところで、フィルタ5に捕集されたPMが該フィルタ5に堆積するとフィルタ5の目詰まりを発生させることがある。この目詰まりが発生すると、フィルタ5上流の排気の圧力が上昇し内燃機関1の出力低下やフィルタ5の毀損を誘発する虞がある。このようなときには、フィルタ5上に堆積したPMを除去するフィルタ5の再生を行う必要がある。
【0026】
このようなフィルタの再生を行う方法としては、排気中への燃料添加や、再循環するEGRガス量を増大させて煤の発生量が増加して最大となった後に、更にEGRガス量を増大させる低温燃焼(特許第3116876号)、機関出力のための燃料を噴射させる主噴射の後の膨張行程中に再度燃料を噴射させる副噴射等の方法が考えられる。
【0027】
尚、本実施の形態では、フィルタ5より上流の排気管4を流通する排気中に還元剤たる燃料(軽油)を添加する還元剤供給機構を備え、この還元剤供給機構から排気中へ燃料を添加することにより、フィルタ5に流入する排気の酸素濃度を低下させてフィルタ5の再生を行うようにした。
【0028】
還元剤供給機構は、図1に示されるように、その噴孔が排気管4内に臨むように取り付けられ、ECU11からの信号により開弁して燃料を噴射する還元剤噴射弁8と、燃料ポンプ9から吐出された燃料を前記還元剤噴射弁8へ導く還元剤供給路10と、を備えている。
【0029】
このような還元剤供給機構では、燃料ポンプ9から吐出された高圧の燃料が還元剤供給路10を介して還元剤噴射弁8へ印加される。そして、ECU11からの信号により該還元剤噴射弁8が開弁して排気管4内へ還元剤としての燃料が噴射される。
【0030】
次に、排気中への燃料添加によるフィルタ5の再生制御について説明する。
【0031】
再生制御では、ECU11は、フィルタ5に流入する排気中に燃料を添加する燃料添加制御を実行する。
【0032】
ECU11は、還元剤噴射弁8から還元剤たる燃料を噴射させるべく該還元剤噴射弁8を制御することにより、フィルタ5に流入する排気の空燃比を一時的に所定の目標空燃比とする。
【0033】
具体的には、ECU11は、機関回転数、アクセル開度、エアフローメータ3の出力信号値(吸入空気量)、燃料噴射量等を読み出す。更に、ECU11は、前記した機関回転数とアクセル開度と吸入空気量と燃料噴射量とをパラメータとして還元剤添加量制御マップへアクセスし、排気の空燃比を予め設定された目標空燃比とする上で必要となる還元剤の添加量(目標添加量)を算出する。
【0034】
続いて、ECU11は、前記目標添加量をパラメータとして流量調整弁制御マップへアクセスし、還元剤噴射弁8から目標添加量の還元剤を噴射させる上で必要となる還元剤噴射弁8の開弁時間(目標開弁時間)を算出する。
【0035】
還元剤噴射弁8の目標開弁時間が算出されると、ECU11は、還元剤噴射弁8を開弁させる。
【0036】
ECU11は、還元剤噴射弁8を開弁させた時点から前記目標開弁時間が経過すると、還元剤噴射弁8を閉弁させる。
【0037】
このように還元剤噴射弁8が通常目標開弁時間だけ開弁されると、通常目標添加量の燃料が還元剤噴射弁8から排気管4内へ噴射されることになる。そして、還元剤噴射弁8から噴射された還元剤は、排気管4の上流から流れてきた排気と混ざり合って目標空燃比の混合気を形成してフィルタ5に流入する。
【0038】
この結果、フィルタ5に流入する排気は、比較的に短い周期で酸素濃度が変化することになる。そして、フィルタ5に流入した燃料により活性酸素が放出されることによって、PMが酸化されやすいものに変質し単位時間あたりの酸化除去可能量が向上する。また、燃料添加により、触媒の酸素被毒が除去され、触媒の活性が上がるため活性酸素を放出し易くなる。更に、燃料の酸化反応によりフィルタ5の温度が上昇する。そして、活性酸素によりPMは酸化燃焼され除去される。
【0039】
ところで、フィルタ5に担持された吸蔵還元型NOx触媒は、該NOx触媒に流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中の窒素酸化物(NOx)を吸蔵し、一方、該NOx触媒に流入する排気の酸素濃度が低下したときは吸蔵していたNOxを放出する。その際、排気中に炭化水素(HC)や一酸化炭素(CO)等の還元成分が存在していれば、NOx触媒は、該NOx触媒から放出された窒素酸化物(NOx)を窒素(N2)に還元せしめることができる。
【0040】
ここで、内燃機関1が希薄燃焼運転されている場合は、内燃機関1から排出される排気の空燃比がリーン雰囲気となり排気の酸素濃度が高くなるため、排気中に含まれる窒素酸化物(NOx)がNOx触媒に吸蔵されることになるが、内燃機関1の希薄燃焼運転が長期間継続されると、NOx触媒のNOx吸蔵能力が飽和し、排気中の窒素酸化物(NOx)がNOx触媒にて除去されずに大気中へ放出されてしまう。
【0041】
従って、内燃機関1が希薄燃焼運転されている場合は、NOx触媒のNOx吸蔵能力が飽和する前にNOx触媒に還元剤を供給し、NOx触媒に吸蔵された窒素酸化物(NOx)を還元させる必要がある。
【0042】
このような還元剤を供給する方法としても、前記排気中への燃料添加等を行うことができる。このような方法により、フィルタ5に還元剤が供給されると、NOxが還元されると共に前記したようにPMが酸化除去される。
【0043】
ところで、フィルタに所定量以上のPMが捕獲された後にフィルタの再生処理を行うと、捕獲されたPMが燃焼するときに発生する熱によりフィルタが過熱し熱劣化を生じる虞がある。従って、所定量以上のPMが捕獲される前にフィルタの再生を行う必要があり、フィルタの再生時期を精度良く求めることが重要となる。
【0044】
ここで、従来の内燃機関の排気浄化装置では、フィルタの再生を行う時期をフィルタ前後の差圧若しくは吸入空気量に基づいて定めていた。即ち、内燃機関がアイドル状態、減速状態、定常状態等の特定の運転状態にあるときのフィルタ前後の差圧が、所定の値よりも大きくなった場合、若しくは、所定の運転状態にあるときの吸入空気量が所定の値よりも小さくなった場合にフィルタに詰まりが発生していると判定していた。
【0045】
このような判定方法では、加減速時にはセンサ等の変動が大きくなり、所定の運転状態以外でフィルタの詰まりを判定することは困難である。また、例えば、減速時にフィルタ前後の差圧を用いて判定を行う場合には、EGR弁を閉弁し、吸気絞り弁を開弁して吸入空気量を増大させて差圧の検出精度を向上させることがあるが、このような状態ではフィルタの床温が低下し易く、PMの連続再生能力が低下してフィルタにPMが堆積してしまう虞がある。
【0046】
そこで、本実施の形態では、フィルタ前後の差圧を吸入空気量で除した値に基づいてフィルタの詰まり判定を行う。ここで、フィルタ前後の差圧は差圧センサ7により検出され、吸入空気量はエアフローメータ3により検出されるが、どちらの値も加減速時に変動するため、どちらかの値を単独で用いて詰まり判定を行うことは困難である。しかし、フィルタ前後の差圧と吸入空気量とには、相関関係があるため、フィルタ前後の差圧を吸入空気量で除すると、加減速に起因したセンサ出力の変動が除去され、加減速時であってもフィルタの詰まり度合いを表す数値を得ることができる。
【0047】
尚、本実施の形態では、差圧センサ7の出力値をそのまま用いないで排気温度によりその値を基準状態の圧力に換算して用いている。これは、排気の温度が変動すると、排気の量が変動しなくてもフィルタ前後の差圧が変動するからである。これにより、排気温度の変動が大きい運転状態であっても精度の良い詰まり判定を行うことができる。ここで、排気の温度は排気温度センサ6の出力信号により求める。フィルタ5前後の差圧ΔPは、排気温度センサ6によって検出される排気温度より基準状態における差圧ΔP’に換算される。このときの換算式は、予め実験等により求めておいても良い。
【0048】
また、本実施の形態では、所定の加速度の範囲外である急加減速が行われた場合のセンサ出力値は除外する。これは、エアフローメータ3から差圧センサ7までの経路が長いため、エアフローメータ3で検出された吸入空気量が差圧センサ7で検出されるまでに時間を要し、相関関係が成立しなくなるので、センサ出力の変動を除去することが困難となるためである。また、排気管4に発生する脈動によって差圧センサ7の出力のみが変動するため詰まり判定が困難となるためである。
【0049】
更に、本実施の形態では、機関回転数が低いときのセンサ出力値は除外して詰まり判定を行う。これは、吸入空気量が少ない状態では、吸気脈動波の振幅が大きくエアフローメータ3の出力信号が変動するからである。特に、吸気絞り弁を備えないディーゼル機関では、吸気絞り弁により脈動波が遮断されないためその影響が大きくなる。
【0050】
一方、本実施の形態では、フィルタ5前後の差圧を排気温度で補正し更に吸入空気量で除した値に平均化処理を加えて詰まり判定を行う。これにより、ノイズ等によるセンサの検出不良若しくは出力変動等をある程度除去することができ、詰まり判定の精度を向上させることができる。ここで、本実施の形態では、例えば、0.1秒毎に補正後の差圧ΔP’を算出し、200乃至300の重みづけにてなまし(指数平均)を行う。若しくは、0.1秒毎に補正後の差圧ΔP’を算出し、200乃至300のデータを平均化(加算平均)する。または、1秒毎に補正後の差圧ΔP’を算出し、今までのデータの20分の19と新たに算出されたデータの20分の1を加算するなましを行っても良い。
【0051】
尚、本実施形態では、フィルタ5前後の差圧を排気温度で補正し更に吸入空気量で除した値が所定値以上となった場合にフィルタ5に詰まりが発生する虞があるとしてPM再生を行う。この判定条件となる所定値は、予め実験等により求めておくことが可能である。
【0052】
ここで、図2は、車速の推移に対する、フィルタ前後差圧ΔP、吸入空気量Ga、吸入空気量Gaあたりの補正差圧ΔP’、吸入空気量Gaあたりの補正差圧ΔP’をなました値、吸入空気量Gaあたりの補正差圧ΔP’をなました値であって急加減速及びアイドル時の値を除外したものを指し示す図である。
【0053】
領域▲1▼は、車両が停止している状態であり、アイドル状態である。このときには、差圧ΔP及び吸入空気量Gaの変動が大きい。また、差圧ΔPと吸入空気量Gaとに相関がないため、差圧ΔP’を吸入空気量Gaで除した値の変動も大きくなっている。従って、精度の良い詰まり判定が困難となるため、詰まり判定時にはこのときの値を除外している。
【0054】
領域▲2▼は、車両が緩やかに加速している状態である。このときには、差圧ΔPと吸入空気量Gaとには相関関係があるため、差圧ΔP’を吸入空気量Gaで除した値の変動が小さくなっている。更に、なまし処理を行うことにより変動を小さくすることができ、詰まり判定を行うことが可能となる。
【0055】
領域▲3▼は、車両が一定の速度で走行している定常状態である。このときには、差圧ΔPと吸入空気量Gaとには相関関係があるため、差圧ΔP’を吸入空気量Gaで除した値の変動が小さくなっている。更に、なまし処理を行うことにより変動を小さくすることができ、詰まり判定を行うことが可能となる。
【0056】
領域▲4▼は、車両が急加速している状態である。このときには、差圧ΔPと吸入空気量Gaとに相関がないため、差圧ΔP’を吸入空気量Gaで除した値の変動が大きくなっている。従って、精度の良い詰まり判定が困難となるため、詰まり判定時にはこのときの値を除外している。
【0057】
領域▲5▼は、定常状態であり領域▲3▼と同様である。
【0058】
領域▲6▼は、車両が緩やかに減速している状態である。このときには、差圧ΔPと吸入空気量Gaとには相関関係があるため、差圧ΔP’を吸入空気量Gaで除した値の変動が小さくなっている。更に、なまし処理を行うことにより変動を小さくすることができ、詰まり判定を行うことが可能となる。
【0059】
領域▲7▼は、アイドル状態であり領域▲1▼と同様である。
【0060】
このように、本実施の形態では、図2の車両状態において領域▲2▼、▲3▼、▲5▼、▲6▼でフィルタの詰まり判定が可能である。
【0061】
次に、本実施の形態によるPM詰まり判定方法のフローを説明する。
【0062】
図3は、本実施の形態によるPM詰まり判定方法のフローを示すフローチャート図である。
【0063】
ステップS101では、フィルタ5の前後差圧ΔP、機関吸入空気量Ga、フィルタ5上流の排気温度T、車両速度Vが検出される。
【0064】
ステップS102では、排気温度Tに基づいてフィルタ前後差圧ΔPを標準状態における差圧に換算し、補正差圧ΔP’を算出する。
【0065】
ステップS103では、吸入空気量当たりのフィルタ前後差圧(ΔP’/Ga)を算出する。
【0066】
ステップS104では、差圧検出条件が成立しているか否か判定する。差圧検出条件として、吸入空気量Gaが所定値よりも大きいか否か判定される。ここで、所定値とは、アイドル時の吸入空気量Gaであり予め実験等により求めておく。更に、差圧検出条件として、車両の加速度が所定の範囲内であるか否かも判定される。車両の加速度は、スピードセンサ(図示省略)からの信号により得られる車両速度の変化率を算出することにより得られる。所定の範囲となる加速度は、予め実験等により求めておく。
【0067】
ステップS104で肯定判定がなされた場合にはステップS105へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本ルーチンを終了する。
【0068】
ステップS105では、ステップS103で算出された吸入空気量当たりのフィルタ前後差圧(ΔP’/Ga)になまし処理(平均化処理)を行う。なまし処理後のフィルタ前後差圧を(ΔP’/Ga)aveとする。
【0069】
ステップS106では、ステップS105でなまし処理が行われた吸入空気量当たりのフィルタ前後差圧(ΔP’/Ga)aveが所定値よりも大きいか否か判定する。ここで、予め実験等によりフィルタ5に詰まりが発生したときの値を求めておき、それよりも小さい数値を判定条件となる所定値としてECU11に記憶させておく。
【0070】
ステップS106で肯定判定がなされた場合にはステップS107へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本ルーチンを終了させる。
【0071】
ステップS107では、PM再生制御が行われる。ECU11は、フィルタ5に還元剤を供給し、堆積したPMを酸化除去する。
【0072】
このようにして、フィルタ5のPM再生時期を求め、PM再生制御を実行することが可能となる。
【0073】
ここで、従来の内燃機関の排気浄化装置では、限られた運転状態においてPM再生時期を求めることができた。
【0074】
しかし、フィルタ再生時期の判定に適した運転状態にならないと詰まり判定を行うことができず、多量のPMがフィルタに堆積する虞があった。
【0075】
その点、本実施の形態による内燃機関の排気浄化装置では、加減速時であっても精度良くフィルタのPM再生時期を求めることができる。
【0076】
尚、本実施の形態では、フィルタ前後の差圧ΔPを排気温度Tで補正し更に吸入空気量Gaで除した値が所定値以上の速さで変化した場合には、PM再生の間隔を短くしても良い。ここで、従来の内燃機関の排気浄化装置では、所定の運転条件においてフィルタの詰まり判定を行っていたため、その条件外で運転されている場合にスモーク等の発生により、急激にフィルタの詰まりが進行してもそれを検出することができなかった。従って、多量のPMがフィルタに堆積する虞があった。
【0077】
その点、本実施の形態による内燃機関の排気浄化装置では、加速状態等においても連続的に詰まり判定を行うことができ、フィルタの詰まり度合いの変化率を求めることができる。詰まり度合いが所定速度以上で変化した場合には、フィルタ再生間隔を短くしてフィルタ5に多量のPMが堆積することを抑制することができる。このようにして、PM除去時のフィルタの過熱を抑制することができる。
【0078】
尚、本実施の形態では、フィルタ前後の差圧を用いたが、これに代えてフィルタ上流の圧力を用いても良い。
【0079】
以上説明したように、本実施の形態による内燃機関の排気浄化装置では、吸入空気量当たりのフィルタ前後差圧が所定値以上となった場合には、フィルタに詰まりが発生する虞があると判定することができる。
【0080】
【発明の効果】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置では、フィルタ上流の圧力若しくはフィルタ前後の差圧を吸入空気量で除した値が所定値よりも大きい場合にフィルタに詰まりが発生すると判定することができる。これによりフィルタに堆積した粒子状物質を除去する時期を精度良く求めることができる。従って、フィルタに多くの粒子状物質が堆積してしまい、該粒子状物質を燃焼除去するときに発生する熱によりフィルタが過熱することを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置を適用するエンジンとその吸排気系とを併せ示す概略構成図である。
【図2】 車速とセンサ出力値及び判定値との推移を指し示したタイムチャート図である。
【図3】 PM詰まり判定方法のフローを示すフローチャート図である。
【符号の説明】
1・・・・内燃機関
2・・・・吸気管
3・・・・エアフローメータ
4・・・・排気管
5・・・・パティキュレートフィルタ
6・・・・排気温度センサ
7・・・・差圧センサ
8・・・・還元剤噴射弁
9・・・・燃料ポンプ
10・・・還元剤供給路
11・・・ECU
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust emission control device for an internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
Diesel engines are economical, but it is important to remove particulate matter (particulate matter: hereinafter referred to as “PM”) unless otherwise specified. It has become a challenge. For this reason, a technique is known in which a particulate filter (hereinafter simply referred to as “filter”) that collects PM is provided in the exhaust system of a diesel engine so that PM is not released into the atmosphere.
[0003]
This filter can prevent PM in the exhaust gas from being collected once and released into the atmosphere. However, when PM collected by the filter accumulates on the filter, the filter may be clogged. If this clogging occurs, the pressure of the exhaust gas upstream of the filter may increase, leading to a decrease in the output of the internal combustion engine and damage to the filter. In such a case, the PM accumulated on the filter can be removed by igniting and burning. The removal of PM deposited on the filter in this way is called filter regeneration.
[0004]
In such filter regeneration, for example, in Japanese Patent Laid-Open No. H5-288037, the average value of the degree of clogging after a plurality of filter regenerations is detected from the differential pressure across the filter, and the regeneration timing is corrected according to the detected value. ing. Here, if there is a difference between the filter clogging level at the time of a new product or the clogging level at the beginning of filter use after the filter regeneration multiple times, the change will be in the ash collected in the filter. It can be seen as the cause. Therefore, instead of inferring the clogging degree change that the ash contributes from the travel distance, the clogging degree change caused by the ash is detected directly by detecting the filter after multiple filter regenerations, that is, the degree average value. The filter regeneration time is corrected. In this way, the corrected filter regeneration time can be made appropriate, and the amount of PM trapped each time can be made constant and stable regeneration can be performed.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the method of detecting filter clogging using only the differential pressure before and after the filter, it is possible to make a determination only under specific operating conditions such as during deceleration, idling, steady operation, etc. It is difficult to make a clogging determination at. If a large amount of PM accumulates without the clogging determination being made for a long period of time, the filter may be overheated due to the burning of a large amount of PM during the next filter regeneration, which may cause thermal degradation of the filter.
[0006]
The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a technique capable of detecting clogging of a filter in a wide range of operation in an exhaust purification device for an internal combustion engine. .
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine of the present invention employs the following means. That is, the first invention is
A filter that can temporarily capture particulate matter in the exhaust;
Pressure detecting means for detecting pressure at least upstream of the filter;
Intake air amount detection means for detecting the amount of fresh air sucked into the internal combustion engine;
Clogging determination means for determining the degree of clogging of the filter by a value obtained by dividing the pressure detected by the pressure detection means by the amount of fresh air detected by the intake air amount detection means;
It is characterized by comprising.
[0008]
The most significant feature of the present invention is that in an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, an operating state is obtained by using a value obtained by dividing the pressure detected by the pressure detecting means by the amount of fresh air detected by the intake air amount detecting means. This is to eliminate the fluctuation of the sensor output due to the occurrence of clogging and to accurately perform the clogging determination even during acceleration / deceleration.
[0009]
In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine thus configured, the pressure detection means detects the pressure before the filter or the differential pressure before and after the filter. Here, since the value detected by the pressure detecting means varies greatly during acceleration / deceleration, it is difficult to determine the clogging of the filter based only on this value. However, since the pressure detected by the pressure detection means has a correlation with the intake air amount, the detection value of the pressure detection means is divided by the detection value of the intake air amount detection means, resulting from a change in the operating state. It is possible to remove fluctuations. As a result, it is possible to obtain a value representing the degree of filter clogging even during acceleration / deceleration, and it is possible to determine clogging of the filter.
[0010]
In order to achieve the above object, the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine of the present invention employs the following means. That is, the second invention is
A filter that can temporarily capture particulate matter in the exhaust;
Pressure detecting means for detecting pressure at least upstream of the filter;
Intake air amount detection means for detecting the amount of fresh air sucked into the internal combustion engine;
Exhaust temperature detecting means for detecting the temperature of the exhaust gas flowing into the filter;
Pressure correcting means for correcting the pressure detected by the pressure detecting means to a pressure in a reference state based on the temperature of the exhaust detected by the exhaust temperature detecting means;
Clogging determination means for determining the degree of clogging of the filter by a value obtained by dividing the pressure corrected by the pressure correction means by the amount of fresh air detected by the intake air amount detection means;
It is characterized by comprising.
[0011]
The greatest feature of the present invention is that, in an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, a value obtained by adding a temperature correction to the pressure detected by the pressure detecting means is divided by the amount of fresh air detected by the intake air amount detecting means. By using the value, the fluctuation of the sensor output due to the operating state is removed, and the clogging determination is performed accurately even during acceleration / deceleration.
[0012]
In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine thus configured, the pressure detection means detects the pressure before the filter or the differential pressure before and after the filter. In addition, since the pressure detected by the pressure detection unit also varies when the exhaust temperature varies, the pressure correction unit converts the pressure detected based on the exhaust temperature to the pressure in the reference state.
[0013]
Here, since the pressure value detected by the pressure correction means varies greatly during acceleration / deceleration, it is difficult to determine clogging of the filter based only on this value. However, since the pressure value corrected by the pressure correction means has a correlation with the intake air amount, the operation is performed by dividing the pressure value corrected by the pressure correction means by the value detected by the intake air amount detection means. It is possible to remove the fluctuation due to the change of the state. As a result, it is possible to obtain a value representing the degree of filter clogging even during acceleration / deceleration, and it is possible to determine clogging of the filter.
[0014]
In the present invention, the clogging determination means can perform filter clogging determination by excluding a value obtained when the acceleration of the vehicle is outside a predetermined range. Here, at the time of sudden acceleration or sudden deceleration, the correlation between the intake air amount and the pre-filter pressure may not be established due to a pulsating wave or a response delay. Therefore, it is possible to prevent erroneous determination by excluding the value at this time.
[0015]
In the present invention, the clogging determination means can perform filter clogging determination by excluding a value obtained when the value detected by the intake air amount detection means is equal to or less than a predetermined value. Here, when the intake air amount is small, the influence of the pulsating wave propagating to the intake air is large, and thus there is a possibility of erroneously detecting the intake air amount. Therefore, it is possible to prevent erroneous determination by excluding the value at this time.
[0016]
In the present invention, the clogging determination means can perform clogging determination using a value obtained by performing the averaging process. In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine configured as described above, the remaining fluctuation can be reduced. The averaging process can be performed by, for example, annealing or averaging.
[0017]
In the present invention, the filter can carry a NOx catalyst that reduces nitrogen oxides to nitrogen. Here, by supporting the NOx catalyst, the particulate matter collected by the filter can be easily removed. Moreover, since it is not necessary to increase the amount of intake air when determining the clogging of the filter, it is possible to maintain the ability to continuously regenerate particulate matter.
[0018]
In the present invention, the clogging determination means obtains a change rate of the determination value, and when the change rate is equal to or greater than a predetermined value, the interval for removing the particulate matter collected by the filter may be shortened. it can. In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine configured as described above, it is possible to continuously determine the clogging of the filter, so by detecting the clogging of the filter at an early stage and removing the particulate matter collected in the filter, It is possible to suppress excessive accumulation of particulate matter on the filter.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an engine and its intake / exhaust system according to the present embodiment.
[0020]
The internal combustion engine 1 shown in FIG. 1 is a water-cooled four-cycle diesel engine.
[0021]
An intake pipe 2 is connected to the internal combustion engine 1, and an air flow meter 3 that outputs an electrical signal corresponding to the mass of intake air flowing through the intake pipe 2 is attached to the intake pipe 2. Yes.
[0022]
On the other hand, an exhaust pipe 4 is connected to the internal combustion engine 1, and a particulate filter (hereinafter simply referred to as a filter) 5 carrying an NOx storage reduction catalyst is provided in the middle of the exhaust pipe 4. An exhaust gas temperature sensor 6 that outputs an electrical signal corresponding to the temperature of the exhaust gas flowing through the exhaust pipe 4 is attached to the exhaust pipe 4 upstream of the filter 5. One end of an upstream introduction pipe 7a for introducing exhaust gas is connected upstream of the filter 5, and one end of a downstream introduction pipe 7b is connected downstream of the filter 5. The other end of the upstream introduction pipe 7 a and the other end of the downstream introduction pipe 7 b are connected to the differential pressure sensor 7. The differential pressure sensor 7 outputs an electrical signal corresponding to the differential pressure of the exhaust gas introduced from the upstream side introduction pipe 7a and the downstream side introduction pipe 7b.
[0023]
The internal combustion engine 1 configured as described above is provided with an electronic control unit (ECU) 11 for controlling the internal combustion engine 1. The ECU 11 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.
[0024]
Various sensors are connected to the ECU 11 via electric wiring, and output signals of the various sensors described above are input to the ECU 11. The ECU 11 stores various application programs and various control maps.
[0025]
By the way, when PM collected by the filter 5 accumulates on the filter 5, the filter 5 may be clogged. When this clogging occurs, the pressure of the exhaust gas upstream of the filter 5 may increase, leading to a reduction in the output of the internal combustion engine 1 and damage to the filter 5. In such a case, it is necessary to regenerate the filter 5 to remove PM accumulated on the filter 5.
[0026]
As a method of regenerating such a filter, after adding fuel to the exhaust gas or increasing the amount of recirculated EGR gas to increase the amount of soot generated to the maximum, further increase the amount of EGR gas. There are conceivable methods such as low-temperature combustion (Japanese Patent No. 3116876), sub-injection in which fuel is injected again during the expansion stroke after main injection in which fuel is injected for engine output.
[0027]
In the present embodiment, a reducing agent supply mechanism for adding fuel (light oil) as a reducing agent to the exhaust gas flowing through the exhaust pipe 4 upstream from the filter 5 is provided, and the fuel is supplied from the reducing agent supply mechanism into the exhaust gas. By adding, the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the filter 5 is lowered, and the filter 5 is regenerated.
[0028]
As shown in FIG. 1, the reducing agent supply mechanism is attached so that its injection hole faces the exhaust pipe 4, and the reducing agent injection valve 8 that opens by the signal from the ECU 11 to inject fuel, and the fuel And a reducing agent supply path 10 for guiding the fuel discharged from the pump 9 to the reducing agent injection valve 8.
[0029]
In such a reducing agent supply mechanism, high-pressure fuel discharged from the fuel pump 9 is applied to the reducing agent injection valve 8 through the reducing agent supply path 10. Then, the reducing agent injection valve 8 is opened by a signal from the ECU 11 and fuel as a reducing agent is injected into the exhaust pipe 4.
[0030]
Next, regeneration control of the filter 5 by adding fuel to the exhaust will be described.
[0031]
In the regeneration control, the ECU 11 executes fuel addition control for adding fuel to the exhaust gas flowing into the filter 5.
[0032]
The ECU 11 temporarily sets the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the filter 5 to a predetermined target air-fuel ratio by controlling the reducing agent injection valve 8 to inject fuel as a reducing agent from the reducing agent injection valve 8.
[0033]
Specifically, the ECU 11 reads out the engine speed, the accelerator opening, the output signal value (intake air amount) of the air flow meter 3, the fuel injection amount, and the like. Further, the ECU 11 accesses the reducing agent addition amount control map using the engine speed, the accelerator opening, the intake air amount, and the fuel injection amount as parameters, and sets the air / fuel ratio of the exhaust to a preset target air / fuel ratio. The amount of addition of the reducing agent (target addition amount) required above is calculated.
[0034]
Subsequently, the ECU 11 accesses the flow rate adjustment valve control map using the target addition amount as a parameter, and opens the reducing agent injection valve 8 necessary for injecting the reducing agent injection valve 8 with the target addition amount. Calculate the time (target valve opening time).
[0035]
When the target valve opening time of the reducing agent injection valve 8 is calculated, the ECU 11 opens the reducing agent injection valve 8.
[0036]
The ECU 11 closes the reducing agent injection valve 8 when the target valve opening time elapses from the time when the reducing agent injection valve 8 is opened.
[0037]
Thus, when the reducing agent injection valve 8 is opened for the normal target valve opening time, the normal target addition amount of fuel is injected into the exhaust pipe 4 from the reducing agent injection valve 8. Then, the reducing agent injected from the reducing agent injection valve 8 is mixed with the exhaust gas flowing from the upstream side of the exhaust pipe 4 to form an air-fuel mixture having a target air-fuel ratio and flows into the filter 5.
[0038]
As a result, the exhaust gas flowing into the filter 5 changes its oxygen concentration in a relatively short cycle. Then, the active oxygen is released by the fuel flowing into the filter 5, so that the PM is easily oxidized and the amount capable of being removed by oxidation per unit time is improved. Further, the addition of fuel removes oxygen poisoning of the catalyst and increases the activity of the catalyst, so that active oxygen is easily released. Furthermore, the temperature of the filter 5 rises due to the oxidation reaction of the fuel. Then, PM is oxidized and burned by active oxygen and removed.
[0039]
By the way, the NOx storage reduction catalyst carried by the filter 5 stores nitrogen oxide (NOx) in the exhaust gas when the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the NOx catalyst is high, and flows into the NOx catalyst. When the oxygen concentration in the exhaust gas decreases, the stored NOx is released. At that time, if a reducing component such as hydrocarbon (HC) or carbon monoxide (CO) is present in the exhaust, the NOx catalyst converts nitrogen oxide (NOx) released from the NOx catalyst to nitrogen (N 2 ).
[0040]
Here, when the internal combustion engine 1 is in a lean combustion operation, the air-fuel ratio of the exhaust discharged from the internal combustion engine 1 becomes a lean atmosphere, and the oxygen concentration of the exhaust becomes high. Therefore, nitrogen oxides (NOx) contained in the exhaust ) Is stored in the NOx catalyst. However, if the lean combustion operation of the internal combustion engine 1 is continued for a long period of time, the NOx storage capacity of the NOx catalyst is saturated, and nitrogen oxides (NOx) in the exhaust gas become NOx catalyst. It will be released into the atmosphere without being removed at
[0041]
Therefore, when the internal combustion engine 1 is in lean burn operation, the reducing agent is supplied to the NOx catalyst before the NOx storage capacity of the NOx catalyst is saturated, and the nitrogen oxide (NOx) stored in the NOx catalyst is reduced. There is a need.
[0042]
As a method of supplying such a reducing agent, fuel addition to the exhaust can be performed. When a reducing agent is supplied to the filter 5 by such a method, NOx is reduced and PM is oxidized and removed as described above.
[0043]
By the way, if the filter regeneration process is performed after a predetermined amount or more of PM has been captured by the filter, the filter may be overheated by heat generated when the captured PM is burned, which may cause thermal degradation. Therefore, it is necessary to regenerate the filter before a predetermined amount or more of PM is captured, and it is important to accurately obtain the regeneration time of the filter.
[0044]
Here, in the conventional exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, the timing for regenerating the filter is determined based on the differential pressure before and after the filter or the intake air amount. That is, when the differential pressure before and after the filter when the internal combustion engine is in a specific operation state such as an idle state, a deceleration state, or a steady state is greater than a predetermined value, or when the internal combustion engine is in a predetermined operation state When the amount of intake air becomes smaller than a predetermined value, it is determined that the filter is clogged.
[0045]
In such a determination method, during acceleration / deceleration, fluctuations of the sensor and the like increase, and it is difficult to determine clogging of the filter except in a predetermined operation state. Also, for example, when the determination is made using the differential pressure before and after the filter during deceleration, the EGR valve is closed and the intake throttle valve is opened to increase the intake air amount to improve the differential pressure detection accuracy. However, in such a state, the bed temperature of the filter is likely to be lowered, and there is a possibility that PM may be deposited on the filter due to a decrease in the ability of continuously regenerating PM.
[0046]
Therefore, in this embodiment, the filter clogging is determined based on the value obtained by dividing the differential pressure before and after the filter by the intake air amount. Here, the differential pressure before and after the filter is detected by the differential pressure sensor 7, and the intake air amount is detected by the air flow meter 3. Since both values fluctuate during acceleration / deceleration, either value is used alone. It is difficult to determine clogging. However, there is a correlation between the differential pressure before and after the filter and the intake air amount. Therefore, if the differential pressure before and after the filter is divided by the intake air amount, fluctuations in the sensor output due to acceleration / deceleration are eliminated, and Even so, a numerical value representing the degree of clogging of the filter can be obtained.
[0047]
In this embodiment, the output value of the differential pressure sensor 7 is not used as it is, but the value is converted into the pressure in the reference state according to the exhaust temperature. This is because when the temperature of the exhaust gas varies, the differential pressure before and after the filter varies even if the amount of exhaust gas does not vary. As a result, it is possible to perform clogging determination with high accuracy even in an operation state in which fluctuations in the exhaust temperature are large. Here, the exhaust temperature is obtained from the output signal of the exhaust temperature sensor 6. The differential pressure ΔP before and after the filter 5 is converted into the differential pressure ΔP ′ in the reference state from the exhaust temperature detected by the exhaust temperature sensor 6. The conversion formula at this time may be obtained in advance by experiments or the like.
[0048]
Further, in the present embodiment, sensor output values are excluded when sudden acceleration / deceleration that is outside the predetermined acceleration range is performed. This is because the path from the air flow meter 3 to the differential pressure sensor 7 is long, so that it takes time until the intake air amount detected by the air flow meter 3 is detected by the differential pressure sensor 7, and the correlation is not established. This is because it becomes difficult to eliminate fluctuations in sensor output. Further, since only the output of the differential pressure sensor 7 fluctuates due to pulsation generated in the exhaust pipe 4, it is difficult to determine clogging.
[0049]
Further, in the present embodiment, clogging is determined by excluding the sensor output value when the engine speed is low. This is because when the amount of intake air is small, the amplitude of the intake pulsation wave is large and the output signal of the air flow meter 3 fluctuates. In particular, in a diesel engine that does not include an intake throttle valve, the influence is increased because the pulsation wave is not blocked by the intake throttle valve.
[0050]
On the other hand, in the present embodiment, clogging is determined by adding an averaging process to a value obtained by correcting the differential pressure across the filter 5 by the exhaust temperature and further dividing by the intake air amount. As a result, sensor detection failure or output fluctuation due to noise or the like can be eliminated to some extent, and the accuracy of clogging determination can be improved. Here, in the present embodiment, for example, the corrected differential pressure ΔP ′ is calculated every 0.1 second, and annealing (exponential averaging) is performed with a weight of 200 to 300. Alternatively, the differential pressure ΔP ′ after correction is calculated every 0.1 second, and 200 to 300 data are averaged (addition average). Alternatively, the corrected differential pressure ΔP ′ may be calculated every second, and annealing may be performed by adding 19 / 20th of the existing data and 1/20 of the newly calculated data.
[0051]
In the present embodiment, PM regeneration is performed because there is a possibility that the filter 5 may be clogged when the value obtained by correcting the differential pressure across the filter 5 with the exhaust temperature and further dividing by the intake air amount exceeds a predetermined value. Do. The predetermined value as the determination condition can be obtained in advance by experiments or the like.
[0052]
Here, FIG. 2 shows the differential pressure ΔP before and after the filter, the intake air amount Ga, the corrected differential pressure ΔP ′ per intake air amount Ga, and the corrected differential pressure ΔP ′ per intake air amount Ga with respect to the transition of the vehicle speed. It is a figure which shows the value which made | formed the value and correction | amendment differential pressure | voltage (DELTA) P 'per intake air amount Ga, and excluded the value at the time of sudden acceleration / deceleration and idle.
[0053]
Region {circle around (1)} is a state where the vehicle is stopped and is in an idle state. At this time, fluctuations in the differential pressure ΔP and the intake air amount Ga are large. Further, since there is no correlation between the differential pressure ΔP and the intake air amount Ga, the variation of the value obtained by dividing the differential pressure ΔP ′ by the intake air amount Ga is also large. Therefore, since it is difficult to accurately determine clogging, the value at this time is excluded when clogging is determined.
[0054]
Region (2) is a state in which the vehicle is slowly accelerating. At this time, since there is a correlation between the differential pressure ΔP and the intake air amount Ga, the fluctuation of the value obtained by dividing the differential pressure ΔP ′ by the intake air amount Ga is small. Furthermore, by performing the annealing process, the fluctuation can be reduced, and the clogging determination can be performed.
[0055]
Region (3) is a steady state in which the vehicle is traveling at a constant speed. At this time, since there is a correlation between the differential pressure ΔP and the intake air amount Ga, the fluctuation of the value obtained by dividing the differential pressure ΔP ′ by the intake air amount Ga is small. Furthermore, by performing the annealing process, the fluctuation can be reduced, and the clogging determination can be performed.
[0056]
Region (4) is a state in which the vehicle is rapidly accelerating. At this time, since there is no correlation between the differential pressure ΔP and the intake air amount Ga, the fluctuation of the value obtained by dividing the differential pressure ΔP ′ by the intake air amount Ga is large. Therefore, since it is difficult to accurately determine clogging, the value at this time is excluded when clogging is determined.
[0057]
Region (5) is in a steady state and is similar to region (3).
[0058]
Region (6) is a state where the vehicle is slowly decelerating. At this time, since there is a correlation between the differential pressure ΔP and the intake air amount Ga, the fluctuation of the value obtained by dividing the differential pressure ΔP ′ by the intake air amount Ga is small. Furthermore, by performing the annealing process, the fluctuation can be reduced, and the clogging determination can be performed.
[0059]
Region (7) is in an idle state and is the same as region (1).
[0060]
Thus, in the present embodiment, it is possible to determine whether the filter is clogged in the areas (2), (3), (5), and (6) in the vehicle state of FIG.
[0061]
Next, the flow of the PM clogging determination method according to this embodiment will be described.
[0062]
FIG. 3 is a flowchart showing a flow of the PM clogging determination method according to the present embodiment.
[0063]
In step S101, the differential pressure ΔP across the filter 5, the engine intake air amount Ga, the exhaust temperature T upstream of the filter 5, and the vehicle speed V are detected.
[0064]
In step S102, the differential pressure ΔP before and after the filter is converted into the differential pressure in the standard state based on the exhaust temperature T, and the corrected differential pressure ΔP ′ is calculated.
[0065]
In step S103, a differential pressure across the filter (ΔP ′ / Ga) per intake air amount is calculated.
[0066]
In step S104, it is determined whether a differential pressure detection condition is satisfied. As a differential pressure detection condition, it is determined whether or not the intake air amount Ga is larger than a predetermined value. Here, the predetermined value is the intake air amount Ga at the time of idling and is obtained in advance by experiments or the like. Furthermore, it is also determined whether or not the vehicle acceleration is within a predetermined range as a differential pressure detection condition. The acceleration of the vehicle is obtained by calculating the rate of change of the vehicle speed obtained from a signal from a speed sensor (not shown). The acceleration within the predetermined range is obtained in advance through experiments or the like.
[0067]
If an affirmative determination is made in step S104, the process proceeds to step S105. On the other hand, if a negative determination is made, this routine ends.
[0068]
In step S105, a smoothing process (averaging process) is performed on the differential pressure before and after the filter (ΔP ′ / Ga) per intake air amount calculated in step S103. A differential pressure before and after the filter after the annealing process is set to (ΔP ′ / Ga) ave.
[0069]
In step S106, it is determined whether or not the filter front-rear differential pressure (ΔP ′ / Ga) ave per intake air amount subjected to the annealing process in step S105 is greater than a predetermined value. Here, a value when the filter 5 is clogged is obtained in advance by experiments or the like, and a numerical value smaller than that is stored in the ECU 11 as a predetermined value as a determination condition.
[0070]
If an affirmative determination is made in step S106, the process proceeds to step S107. On the other hand, if a negative determination is made, this routine is terminated.
[0071]
In step S107, PM regeneration control is performed. The ECU 11 supplies a reducing agent to the filter 5 and oxidizes and removes the accumulated PM.
[0072]
In this manner, the PM regeneration timing of the filter 5 can be obtained and PM regeneration control can be executed.
[0073]
Here, in the conventional exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, the PM regeneration timing can be obtained in a limited operating state.
[0074]
However, clogging cannot be determined unless the operating state is suitable for determining the filter regeneration time, and a large amount of PM may accumulate on the filter.
[0075]
In that respect, the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present embodiment can accurately obtain the PM regeneration timing of the filter even during acceleration / deceleration.
[0076]
In the present embodiment, when the differential pressure ΔP before and after the filter is corrected by the exhaust gas temperature T and further divided by the intake air amount Ga is changed at a speed higher than a predetermined value, the PM regeneration interval is shortened. You may do it. Here, in a conventional internal combustion engine exhaust gas purification device, a filter clogging determination is made under predetermined operating conditions. Therefore, when operating outside the conditions, clogging of the filter proceeds rapidly due to the occurrence of smoke or the like. Even so, it could not be detected. Therefore, a large amount of PM may be accumulated on the filter.
[0077]
In that respect, the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present embodiment can continuously determine clogging even in an acceleration state or the like, and can determine the rate of change of the degree of clogging of the filter. When the degree of clogging changes at a predetermined speed or higher, the filter regeneration interval can be shortened to prevent a large amount of PM from accumulating on the filter 5. In this way, overheating of the filter during PM removal can be suppressed.
[0078]
Although the differential pressure before and after the filter is used in the present embodiment, the pressure upstream of the filter may be used instead.
[0079]
As described above, in the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present embodiment, it is determined that the filter may be clogged when the differential pressure before and after the filter per intake air amount exceeds a predetermined value. can do.
[0080]
【The invention's effect】
In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, it can be determined that the filter is clogged when the value obtained by dividing the pressure upstream of the filter or the differential pressure before and after the filter by the intake air amount is greater than a predetermined value. As a result, it is possible to accurately determine the timing for removing the particulate matter deposited on the filter. Therefore, it can be suppressed that a large amount of particulate matter accumulates on the filter and the filter is overheated by heat generated when the particulate matter is burned and removed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating an engine to which an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention is applied and an intake / exhaust system thereof.
FIG. 2 is a time chart showing the transition of vehicle speed, sensor output value, and judgment value.
FIG. 3 is a flowchart showing a flow of a PM clogging determination method.
[Explanation of symbols]
1 ... Internal combustion engine
2 ... Intake pipe
3. Air flow meter
4 ... Exhaust pipe
5 ... Particulate filter
6 ... Exhaust temperature sensor
7 ... Differential pressure sensor
8 ... Reducing agent injection valve
9. Fuel pump
10 ... Reducing agent supply path
11 ... ECU

Claims (6)

排気中の粒子状物質を一時捕獲可能なフィルタと、
前記フィルタの少なくとも上流の圧力を検出する圧力検出手段と、
内燃機関に吸入される新気の量を検出する吸入空気量検出手段と、
前記圧力検出手段により検出された圧力を前記吸入空気量検出手段により検出された新気の量で除した値で前記フィルタの詰まり度合いを判定する詰まり判定手段と、
を具備し
前記詰まり判定手段は、車両の加速度が所定範囲外のときに求められた値を除外してフィルタの詰まり判定を行うことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
A filter that can temporarily capture particulate matter in the exhaust;
Pressure detecting means for detecting pressure at least upstream of the filter;
Intake air amount detection means for detecting the amount of fresh air sucked into the internal combustion engine;
Clogging determination means for determining the degree of clogging of the filter by a value obtained by dividing the pressure detected by the pressure detection means by the amount of fresh air detected by the intake air amount detection means;
Equipped with,
The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, wherein the clogging determination means performs filter clogging determination by excluding a value obtained when a vehicle acceleration is outside a predetermined range .
排気中の粒子状物質を一時捕獲可能なフィルタと、
前記フィルタの少なくとも上流の圧力を検出する圧力検出手段と、
内燃機関に吸入される新気の量を検出する吸入空気量検出手段と、
前記圧力検出手段により検出された圧力を前記吸入空気量検出手段により検出された新気の量で除した値で前記フィルタの詰まり度合いを判定する詰まり判定手段と、
を具備し、
前記詰まり判定手段は、前記判定値の変化割合を求め、その変化割合が所定値以上の場合にはフィルタに捕集された粒子状物質の除去を行う間隔を短くすることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
A filter that can temporarily capture particulate matter in the exhaust;
Pressure detecting means for detecting pressure at least upstream of the filter;
Intake air amount detection means for detecting the amount of fresh air sucked into the internal combustion engine;
Clogging determination means for determining the degree of clogging of the filter by a value obtained by dividing the pressure detected by the pressure detection means by the amount of fresh air detected by the intake air amount detection means;
Comprising
The clogging determination means obtains a change ratio of the determination value, and shortens an interval for removing particulate matter collected by the filter when the change ratio is equal to or greater than a predetermined value. Exhaust purification equipment.
前記フィルタに流入する排気の温度を検出する排気温度検出手段と、  Exhaust temperature detecting means for detecting the temperature of the exhaust gas flowing into the filter;
前記圧力検出手段により検出された圧力を前記排気温度検出手段により検出された排気の温度に基づいて基準となる状態における圧力に補正する圧力補正手段と、  Pressure correcting means for correcting the pressure detected by the pressure detecting means to a pressure in a reference state based on the temperature of the exhaust detected by the exhaust temperature detecting means;
をさらに具備し、  Further comprising
前記詰まり判定手段は、前記圧力補正手段により補正された圧力を前記吸入空気量検出手段により検出された新気の量で除した値で前記フィルタの詰まり度合いを判定することを特徴とする請求項1又は2に記載の内燃機関の排気浄化装置。  The clogging determining means determines the degree of clogging of the filter by a value obtained by dividing the pressure corrected by the pressure correcting means by the amount of fresh air detected by the intake air amount detecting means. 3. An exhaust emission control device for an internal combustion engine according to 1 or 2.
前記詰まり判定手段は、吸入空気量検出手段により検出された値が所定値以下のときに求められた値を除外してフィルタの詰まり判定を行うことを特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載の内燃機関の排気浄化装置。  4. The clogging determination unit performs filter clogging determination by excluding a value obtained when a value detected by the intake air amount detection unit is equal to or less than a predetermined value. 2. An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to 1. 前記詰まり判定手段は、平均化処理を行った値を用いて詰まり判定を行うことを特徴とする請求項1乃至4の何れかに記載の内燃機関の排気浄化装置。  The exhaust purification device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 4, wherein the clogging determination means performs clogging determination using a value obtained by performing an averaging process. 前記フィルタは、窒素酸化物を窒素に還元するNOx触媒を担持していることを特徴とする請求項1乃至5の何れかに記載の内燃機関の排気浄化装置。6. The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the filter carries a NOx catalyst for reducing nitrogen oxides to nitrogen.
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