JP4044836B2 - 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、自動車などに搭載される内燃機関の排気浄化技術に関し、特に排気中の微粒子を捕集する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関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、自動車などに搭載される内燃機関に対し、煤などの微粒子(PM:Particulate Matter)の大気中への放出を抑制する技術が望まれている。
【0003】
このような要求に対し、内燃機関の排気通路にパティキュレートフィルタを配置し、内燃機関から排出される微粒子をパティキュレートフィルタにより捕集する技術が知られている。
【0004】
パティキュレートフィルタに捕集された微粒子は、該パティキュレートフィルタから適宜除去させられる必要がある。パティキュレートフィルタに捕集された微粒子を除去する方法としては、微粒子が酸化可能な温度域までパティキュレートフィルタを昇温させつつパティキュレートフィルタ内を酸化雰囲気(すなわち、酸素過剰な雰囲気)とすることにより、微粒子を酸化及び除去する方法が一般的であるが、その際にパティキュレートフィルタの温度が過剰に高くなると該パティキュレートフィルタの熱劣化を招く虞があった。
【0005】
そこで、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に捕集された微粒子を除去する時に、パティキュレートフィルタ下流の排気温度からパティキュレートフィルタの温度を推定し、推定された温度に従ってパティキュレートフィルタへ流入する排気量を調節する技術が提案されている(例えば、特許文献1を参照。)。
【0006】
【特許文献1】
特開2002−106325号公報
【特許文献2】
特開平05−222916号公報
【特許文献3】
特開平04−19315号公報
【発明が解決しようとする課題】
ところで、パティキュレートフィルタ下流における排気温度はパティキュレートフィルタと排気との間で授受される熱量に応じて変化するため、パティキュレートフィルタの温度変化に対してパティキュレートフィルタ下流における排気の温度変化が遅延する場合がある。
【0007】
このような場合には、パティキュレートフィルタ下流における排気温度が所定温度以上に達した時点でパティキュレートフィルタの温度が所定温度を大きく上回っている可能性がある。
【0008】
本発明は、上記したような課題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に捕集された微粒子を好適に除去することができる技術を提供することを目的とする。
【0009】
【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、本発明は、内燃機関の排気通路に設けられ排気中の微粒子を捕集するパティキュレートフィルタと、パティキュレートフィルタに捕集された微粒子を酸化除去する酸化除去手段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に捕集された微粒子を酸化除去しているときに内燃機関の吸入空気量を減少させる運転条件が成立すると、パティキュレートフィルタへ流入する排気量の減少速度を低下させ、以てパティキュレートフィルタから排気中へ放出される熱量の急激な減少を抑制するようにした。
【0010】
パティキュレートフィルタに捕集された微粒子は高温(例えば、500℃〜700℃)且つ酸素過剰な雰囲気において酸化されてパティキュレートフィルタから除去されることが知られている。
【0011】
このため、パティキュレートフィルタに捕集された微粒子を該パティキュレートフィルタから除去する場合に、酸化除去手段は、微粒子が酸化可能な温度域(以下、微粒子酸化温度域と称する)までパティキュレートフィルタを昇温させる昇温処理と排気の空燃比を酸素過剰な空燃比(リーン空燃比)にする空燃比処理とを含む酸化除去処理を実行することになる。
【0012】
上記したような酸化除去処理が実行された場合には、パティキュレートフィルタにおいて微粒子が酸化することになるため、微粒子の酸化熱によってパティキュレートフィルタが過剰に昇温することが考えられるが、パティキュレートフィルタが持つ熱の一部は排気中へ放出されることになるため、パティキュレートフィルタへ流入する排気量がある程度多ければ、パティキュレートフィルタが過剰に昇温する虞はない。
【0013】
しかしながら、酸化除去処理実行中に内燃機関の吸入空気量が減少すると、それに応じてパティキュレートフィルタへ流入する排気量も減少するため、パティキュレートフィルタから排気中へ放出される熱量が減少することになる。
【0014】
特に、パティキュレートフィルタへ流入する排気流量が急激に減少する場合には、パティキュレートフィルタから排気中へ放出される熱量が急激に減少する上、排気量が減少したときに酸化途中の微粒子が存在すると、その微粒子の酸化熱が排気中へ放出されずにパティキュレートフィルタ内に籠もることが想定される。 更に、パティキュレートフィルタへ流入する排気流量が急激に減少した後もパティキュレートフィルタ内で微粒子が酸化し続ける可能性があり、その際に発生する酸化熱も排気中へ放出されずにパティキュレートフィルタ内に籠もることが想定される。
【0015】
従って、パティキュレートフィルタへ流入する排気流量が急激に減少した場合には、パティキュレートフィルタ内に熱が籠もり易く、パティキュレートフィルタが過剰に昇温してしまう虞がある。
【0016】
これに対し、パティキュレートフィルタへ流入する排気量の減少速度が低下させられると、パティキュレートフィルタから排気中へ放出される熱量が急激に減少しなくなるため、パティキュレートフィルタ内に熱が籠もり難くなる。
【0017】
従って、本発明にかかる内燃機関の排気浄化装置は、パティキュレートフィルタの酸化除去処理実行中に内燃機関の吸入空気量を減少させる運転条件が成立すると、パティキュレートフィルタへ流入する排気量の減少速度を低下させる排気量調整手段を備えることにより、パティキュレートフィルタの過昇温を抑制することができるようにした。
【0018】
パティキュレートフィルタへ流入する排気量の減少速度を低下させる方法としては、例えば、(1)吸入空気量の減少速度を低下させることによりパティキュレートフィルタへ流入する排気量の減少速度を間接的に低下させる方法と、(2)パティキュレートフィルタへ流入する排気量の減少速度を直接的に低下させる方法とが考えられる。
【0019】
吸入空気量の減少速度を低下させる方法としては、吸気絞り弁の閉弁速度を低下させる方法、可変ノズル式遠心過給器のノズル開度を絞ることにより吸気の過給圧を上昇させる方法、自動変速機の変速比を減速側へ変更することにより機関回転数を高める方法、等を例示することができる。
【0020】
パティキュレートフィルタへ流入する排気量の減少速度を直接的に低下させる方法としては、排気再循環機構により再循環される排気量を減少させる方法、パティキュレートフィルタより上流の排気中へ二次空気を供給する方法、等を例示することができる。
【0021】
本発明にかかる内燃機関の排気浄化装置において、排気量調整手段は、内燃機関の吸入空気量を減少させる運転条件が成立した時点から所定期間は、パティキュレートフィルタへ流入する排気量の減少を抑制し、所定期間経過後に徐々に排気量を減少させるようにしてもよい。
【0022】
この場合、パティキュレートフィルタから排気中への放熱が十分に行われた後に排気量が減少されることになるため、パティキュレートフィルタ内に熱が一層籠もり難くなる。
【0023】
また、本発明にかかる内燃機関の排気浄化装置において、排気量調整手段がパティキュレートフィルタへ流入する排気量の減少速度を低下させているときには、酸化除去手段は、前述したような昇温処理の実行を中断するようにしてもよい。
【0024】
この場合、パティキュレートフィルタから排気中への放熱によって該パティキュレートフィルタの温度が低下し易くなるため、パティキュレートフィルタ内に熱が籠もることがなくなる。
【0025】
但し、パティキュレートフィルタの温度が前述した微粒子酸化温度域から過剰に低下するような場合には、パティキュレートフィルタの酸化除去処理を速やかに再開することが困難となるため、そのような場合には、酸化除去手段は、パティキュレートフィルタの温度が微粒子酸化温度域から過剰に低下しない程度に昇温処理を続行するようにしてもよい。
【0026】
例えば、パティキュレートフィルタを昇温させる方法として、パティキュレートフィルタに酸化触媒を担持させた上で該パティキュレートフィルタへ未燃燃料成分を供給する方法が採用されている場合には、酸化除去手段は、パティキュレートフィルタに対する未燃燃料成分の供給量を減少させるようにすればよい。
【0027】
尚、本発明にかかる内燃機関の排気浄化装置において、内燃機関の吸入空気量を減少させる運転条件が成立する場合としては、アクセルペダルの操作量が減少或いは零となる場合や、変速機の変速比が増速側へ変更される場合などを例示することができる。
【0028】
【発明の実施の形態】
本発明にかかる内燃機関の排気浄化装置の具体的な実施の形態について図面に基づいて説明する。
【0029】
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。
【0030】
図1に示す内燃機関1は、4つの気筒2を有する水冷式の4サイクル・ディーゼル機関である。
【0031】
内燃機関1は、各気筒2の燃焼室に直接燃料を噴射する燃料噴射弁3を備えている。各燃料噴射弁3は、蓄圧室(コモンレール)4と接続され、このコモンレール4は燃料供給管5を介して燃料ポンプ6と連通している。
【0032】
前記内燃機関1には、吸気通路7が接続されており、この吸気通路7はエアクリーナボックス8に接続されている。前記エアクリーナボックス8より下流の吸気通路7には、該吸気通路7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9が取り付けられている。
【0033】
吸気通路7における前記エアフローメータ9より下流の部位には、可変容量型遠心過給器(可変容量型ターボチャージャー)10のコンプレッサハウジング10aが設けられている。
【0034】
コンプレッサハウジング10aより下流の吸気通路7には、インタークーラ11が取り付けられている。更にインタークーラ11より下流の吸気通路7には、該吸気通路7内を流通する吸気の流量を調節する吸気絞り弁12が設けられ、この吸気絞り弁12には、吸気絞り用アクチュエータ13が取り付けられている。
【0035】
前記内燃機関1には、排気通路14が接続され、この排気通路14は、下流にてマフラーと接続されている。前記排気通路14の途中には、前記可変容量型遠心過給機10のタービンハウジング10bが配置されている。前記排気通路14における前記タービンハウジング10bより下流の部位には、排気中の有害ガス成分を浄化するための排気浄化触媒15が配置されている。
【0036】
前記排気浄化触媒15は、パティキュレートフィルタに酸化触媒、吸蔵還元型NOx触媒、三元触媒などが担持された触媒である(パティキュレートフィルタ15と記す)。
【0037】
パティキュレートフィルタ15より下流の排気通路14には、該排気通路14内を流通する排気の空燃比に対応した電気信号を出力する空燃比センサ16と、該排気通路14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17とが取り付けられている。
【0038】
前記吸気通路7における吸気絞り弁12より下流の部位と、前記排気通路14におけるタービンハウジング10bより上流の部位とは、排気再循環通路(EGR通路)18を介して連通されている。このEGR通路18の途中には、流量調整弁(EGR弁)19が設けられている。
【0039】
また、内燃機関1の1番気筒2の排気ポート20には、該排気ポート20内を流通する排気中に燃料を添加する燃料添加弁21が取り付けられ、この燃料添加弁21は燃料通路22を介して前記燃料ポンプ6と接続されている。
【0040】
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)25が併設されている。このECU25は、CPU、ROM、RAM、バックアップRAMなどからなる算術論理演算回路である。
【0041】
ECU25には、前述したエアフローメータ9、空燃比センサ16、排気温度センサ17に加え、内燃機関1に取り付けられたクランクポジションセンサ23及び水温センサ24や、内燃機関1を搭載した車両の室内に取り付けられたアクセルポジションセンサ26等の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ECU25に入力されるようになっている。
【0042】
一方、ECU25には、燃料噴射弁3、吸気絞り用アクチュエータ13、EGR弁19、燃料添加弁21等が電気配線を介して接続され、ECU25が燃料噴射弁3、吸気絞り用アクチュエータ13、EGR弁19、及び燃料添加弁21を制御することが可能になっている。
【0043】
例えば、ECU25は、一定時間毎に実行すべき基本ルーチンにおいて、各種センサの出力信号の入力、機関回転数の演算、燃料噴射量の演算、燃料噴射時期の演算などを実行する。基本ルーチンにおいてECU25が入力した各種信号やECU14が演算して得られた各種制御値は、該ECU25のRAMに一時的に記憶される。
【0044】
更に、ECU25は、各種のセンサやスイッチからの信号の入力、一定時間の経過、或いはクランクポジションセンサ23からのパルス信号の入力などをトリガとした割り込み処理において、RAMから各種制御値を読み出し、それら制御値に従って燃料噴射弁3を制御する。
【0045】
また、ECU25は、クランクポジションセンサ23に基づく割り込み処理、或は一定時間毎の割り込み処理として、以下に述べるような排気浄化制御を実行する。
【0046】
排気浄化制御では、ECU25は、パティキュレートフィルタ15の酸化除去処理実行条件(以下、PM酸化除去処理実行条件と称する)が成立したときに、パティキュレートフィルタ15に捕集されている微粒子(PM:Particulate Matter)を除去すべく、PM酸化除去処理を実行する。
【0047】
PM酸化除去処理実行条件としては、パティキュレートフィルタ15に捕集されたPM量が一定量以上であるという条件を例示することができる。
【0048】
パティキュレートフィルタ15に捕集されたPM量が一定量以上であるか否かを判別する方法としては、パティキュレートフィルタ15の前後差圧(パティキュレートフィルタ15より上流の排気圧力とパティキュレートフィルタ15より下流の排気圧力との差圧)が一定圧以上であるときにパティキュレートフィルタ15のPM捕集量が一定量以上であると判定する方法、或いは、前回のPM酸化除去処理実行終了時からの燃料噴射量の積算値が一定量以上であるときにパティキュレートフィルタ15のPM捕集量が一定量以上であると判定する方法、等を例示することができる。
【0049】
上記したような方法によりPM酸化除去処理実行条件が成立としていると判定された場合には、ECU25は、パティキュレートフィルタ15の温度を500℃〜700℃程度の高温域まで昇温させるための昇温処理を実行するとともに、パティキュレートフィルタ15へ流入する排気を酸素過剰な雰囲気とするための空燃比処理を行う。
【0050】
昇温処理の実行方法としては、例えば、(1)排気温度を上昇させて排気の熱をパティキュレートフィルタ15へ伝達させる方法と、(2)パティキュレートフィルタ15において未燃燃料を酸化させ、その際に発生する反応熱によりパティキュレートフィルタ15自体を昇温させる方法とを例示することができる。
【0051】
上記した(1)の具体的な方法としては、内燃機関1における混合気の燃焼時期を遅角させる方法、内燃機関1において膨張行程時の気筒2の燃料噴射弁3から副次的に燃料を噴射(副噴射)させて燃焼期間を長引かせる方法、EGRガスの量を増加させることにより内燃機関1において低温燃焼を行わせる方法、等を例示することができる。
【0052】
上記した(2)の具体的な方法としては、燃料添加弁21から排気中へ燃料を添加させる方法、内燃機関1において排気行程時の気筒2の燃料噴射弁3から副噴射させる方法、等を例示することができる。
【0053】
空燃比処理は、前述した昇温処理の実行方法として、燃料噴射弁3から副噴射させる方法、又は、燃料添加弁21から排気中へ燃料を添加させる方法が採用された場合に、空燃比センサ16の出力信号値がリーン空燃比に相当する値となるように、燃料噴射弁3から副噴射される燃料量又は燃料添加弁21から排気中へ添加される燃料量を調整する制御である。
【0054】
上記したようなPM酸化除去処理が実行されると、パティキュレートフィルタ15に捕集されているPMが酸化され、パティキュレートフィルタ15からPMが除去されることになる。
【0055】
ところで、上記したようなPM酸化除去処理の実行により、パティキュレートフィルタ15においてPMが酸化すると、PMの酸化熱によってパティキュレートフィルタ15が過剰に昇温することが考えられるが、パティキュレートフィルタ15が持つ熱の一部は排気中へ放出されることになるため、パティキュレートフィルタ15へ流入する排気量がある程度多ければ、パティキュレートフィルタ15が過剰に昇温する虞はない。
【0056】
しかしながら、パティキュレートフィルタ15の酸化除去処理実行中に内燃機関1の吸入空気量が減少すると、それに応じてパティキュレートフィルタ15へ流入する排気量も減少するため、パティキュレートフィルタ15から排気中へ放出される熱量が減少することになる。
【0057】
特に、PM酸化除去処理の実行途中にアクセルポジションセンサ26の出力信号(アクセル開度)が“0”になった場合、言い換えれば、PM酸化除去処理の実行途中に内燃機関1が減速運転される場合には、吸気絞り弁12の開度が全閉に近い開度まで急速に小さくされるため、内燃機関1の吸入空気量が急激に減少するとともに、パティキュレートフィルタ15へ流入する排気流量も急激に減少することになる。
【0058】
この場合、パティキュレートフィルタ15から排気中へ放出される熱量が急激に減少するため、アクセル開度が“0”となった時点でパティキュレートフィルタ15内に酸化途中のPMが存在すると、そのPMの酸化熱が排気中へ放出されずにパティキュレートフィルタ15内に籠もることが想定される。
【0059】
更に、パティキュレートフィルタ15へ流入する排気流量が急激に減少した後も、パティキュレートフィルタ15内でPMが酸化する可能性があり、その際に発生する酸化熱もパティキュレートフィルタ15内に籠もることが想定される。
【0060】
従って、パティキュレートフィルタ15へ流入する排気流量が急激に減少した後は、パティキュレートフィルタ15内に熱が籠もり易く、パティキュレートフィルタ15が過剰に昇温してしまう虞がある。
【0061】
これに対し、本実施の形態における排気浄化制御では、ECU25は、PM酸化除去処理の実行途中でアクセルポジションセンサ26の出力信号(アクセル開度)が“0”になった場合に、パティキュレートフィルタ15を流通する排気流量の減少速度を低下させるようにした。
【0062】
パティキュレートフィルタ15を流通する排気流量の減少速度を低下させる方法としては、(1)吸気絞り弁12の閉弁速度を低下させることにより、内燃機関1の吸入空気量の減少速度を低下させる方法、(2)EGRガスの量を減少させることにより、内燃機関1の吸入空気量の減少速度を低下させる方法、(3)可変容量型遠心過給器のノズルベーン開度を絞ることにより過給圧を高め、以て内燃機関1の吸入空気量の減少速度を低下させる方法、(4)内燃機関1に自動変速機を連結させ、その自動変速機の変速比を減速側へ変更することにより機関回転数を高め、以て内燃機関1の吸入空気量の減少速度を低下させる方法、(5)パティキュレートフィルタ15より上流の排気通路14に二次空気噴射弁を取り付け、その二次空気噴射弁から二次空気を噴射させる方法、等を例示することができる。尚、本実施の形態では、吸気絞り弁12の閉弁速度を低下させる方法により、パティキュレートフィルタ15を流通する排気流量の減少速度を低下させる例について述べる。
【0063】
例えば、ECU25は、通常時(PM酸化除去処理が実行されていないとき)は図2中の点線で示すようにアクセルポジションセンサ26の出力信号(アクセル開度)が“0”を示した時点から急速に吸気絞り弁12を閉弁させるのに対し、PM酸化除去処理実行時は図2中の実線で示すようにアクセルポジションセンサ26の出力信号(アクセル開度)が“0”を示した時点から徐々に吸気絞り弁12を閉弁させるようにしてもよい。
【0064】
また、ECU25は、通常時は図3中の点線で示すようにアクセルポジションセンサ26の出力信号(アクセル開度)が“0”を示した時点から直ちに吸気絞り弁12を閉弁させるのに対し、PM酸化除去処理実行時は図3中の実線で示すようにアクセルポジションセンサ26の出力信号(アクセル開度)が“0”を示した時点から一定時間:tは吸気絞り弁12を閉弁させず(アクセルポジションセンサ26の出力信号が“0”となった時点の開度を維持し)、且つ、前記一定時間:tが経過した時点から吸気絞り弁12を閉弁させるようにしてもよい。
【0065】
上記した図2又は図3の説明で述べたように、PM酸化除去処理実行時における吸気絞り弁12の閉弁速度が通常時より低下させられると、アクセル開度が“0”となった時点から吸気絞り弁12が全閉近傍の開度となる時点までの所要時間(以下、閉弁所要時間と称する)は、通常時に比してPM酸化除去処理実行時の方が長くなる。
【0066】
従って、PM酸化除去処理実行時の閉弁所要時間内においてパティキュレートフィルタ15を流通する排気流量は、通常時の閉弁所要時間内にパティキュレートフィルタ15を流通する排気流量より多くなる。
【0067】
この結果、PM酸化除去処理実行時の閉弁所要時間内にパティキュレートフィルタ15から排気中へ放出される熱量は、通常時の閉弁所要時間内にパティキュレートフィルタ15から排気中へ放出される熱量より多くなる。
【0068】
但し、閉弁所要時間内において前述した昇温処理が継続して実行されると、パティキュレートフィルタ15内でPMの酸化が継続され、パティキュレートフィルタ15の過剰な昇温を招く可能性があるため、閉弁所要時間内では昇温処理の実行を中断することが好ましい。
【0069】
以下、本実施の形態における排気浄化制御について図4に沿って説明する。
【0070】
図4は、本実施の形態における排気浄化制御ルーチンを示すフローチャート図である。排気浄化制御ルーチンは、予めECU25のROMに記憶されているルーチンであり、一定時間の経過、或いはクランクポジションセンサ23からのパルス信号の入力などをトリガとした割り込み処理としてECU25が実行するルーチンである。
【0071】
排気浄化制御ルーチンでは、ECU25は、先ず、S401においてPM酸化除去処理実行条件が成立しているか否かを判別する。
【0072】
前記S401においてPM酸化除去処理実行条件が不成立であると判定された場合は、ECU25は、本ルーチンの実行を終了する。
【0073】
前記S401においてPM酸化除去処理実行条件が成立していると判定された場合は、ECU25は、S402へ進み、PM酸化除去処理を実行する。具体的には、ECU25は、前述した昇温処理と空燃比処理とを実行する。
【0074】
S403では、ECU25は、PM酸化除去処理実行終了条件が成立した否かを判別する。PM酸化除去処理実行終了条件としては、例えば、PM酸化除去処理の実行時間が予め定められた所定時間以上である、或いは、パティキュレートフィルタ15の前後差圧(パティキュレートフィルタ15より上流の排気圧力とパティキュレートフィルタ15より下流の排気圧力との差圧)が一定圧以下である、等の条件を例示することができる。
【0075】
尚、前記した所定時間は、例えば、パティキュレートフィルタ15のPM捕集量に応じて決定される時間であり、パティキュレートフィルタ15のPM捕集量が多くなるほど長く設定される時間である。また、前記した一定圧は、パティキュレートフィルタ15がPMを捕集していないときの前後差圧に相当する圧力である。
【0076】
前記S403においてPM酸化除去処理実行終了条件が不成立であると判定された場合は、ECU25は、S404へ進み、内燃機関1の減速運転条件が成立しているか否かを判別する。内燃機関1の減速運転条件としては、例えば、機関回転数が一定回転数より高く且つアクセルポジションセンサ26の出力信号(アクセル開度)が“0”であるという条件を例示することできる。
【0077】
前記S404において内燃機関1の減速運転条件が不成立であると判定された場合には、ECU25は、前述したS403以降の処理を再度実行する。
【0078】
前記S404において内燃機関1の減速運転条件が成立していると判定された場合には、ECU25は、S405へ進み、前述した図2又は図3の説明で述べたように吸気絞り弁12の閉弁速度を通常時より低下させるべく吸気絞り用アクチュエータ13を制御する。
【0079】
続いて、ECU25は、S406へ進み、パティキュレートフィルタ15の昇温処理の実行を中断して、本ルーチンの実行を終了する。
【0080】
このようにECU25が排気浄化制御ルーチンを実行することにより、パティキュレートフィルタ15のPM酸化除去処理実行途中で内燃機関1の吸入空気量を減少させる運転条件が成立した場合には、吸気絞り弁12の閉弁所要時間が通常時より長くなるとともに、閉弁所要時間内にパティキュレートフィルタ15の昇温処理が実行されなくなる。
【0081】
吸気絞り弁12の閉弁所要時間が通常時より長くなると、パティキュレートフィルタ15へ流入する排気流量の減少速度が低くなるため、内燃機関1の吸入空気量を減少させる運転条件が成立した時点でパティキュレートフィルタ15内に酸化途中のPMが存在しても、そのPMの酸化熱が排気中へ放出されるようになる。
【0082】
更に、吸気絞り弁12の閉弁所要時間が通常時より長くなる上に、前記閉弁所要時間内にパティキュレートフィルタ15の昇温処理が実行されなくなると、前記閉弁所要時間内にパティキュレートフィルタ15の温度が低下するため、内燃機関1の吸入空気量を減少させる運転条件が成立した後にパティキュレートフィルタ15内でPMの酸化が継続されなくなる。
【0083】
従って、本実施の形態における排気浄化制御によれば、パティキュレートフィルタ15のPM酸化除去処理実行途中で内燃機関1の吸入空気量を減少させる運転条件が成立した場合に、パティキュレートフィルタ15の過剰な昇温を防止することが可能となる。
【0084】
尚、本実施の形態における排気浄化制御では、閉弁所要時間内において昇温処理の実行が中断される例について述べたが、パティキュレートフィルタ15の過剰な温度低下を防止する程度に昇温処理を実行するようにしてもよい。
【0085】
例えば、昇温処理の実行方法として、パティキュレートフィルタ15において未燃燃料を酸化させることによりパティキュレートフィルタ15自体を昇温させる方法が採用されている場合、すなわち、燃料添加弁21から排気中へ燃料を添加させる方法、又は、排気行程時の気筒2の燃料噴射弁3から燃料を副噴射させる方法が採用されている場合に、燃料添加弁21からの燃料添加量、又は燃料噴射弁3からの副噴射量を減量させることにより、パティキュレートフィルタ15の過剰な昇温を防止すると同時にパティキュレートフィルタ15の過剰な温度低下を防止するようにしてもよい。
【0086】
この場合、内燃機関1が減速運転状態から通常の運転状態へ復帰した際に、直ちにPM酸化除去処理を再開することが可能となる。
【0087】
【発明の効果】
本発明によれば、内燃機関の排気通路に設けられ排気中の微粒子を捕集するパティキュレートフィルタと、パティキュレートフィルタに捕集された微粒子を酸化除去する酸化除去手段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酸化除去処理中に内燃機関の吸入空気量を減少させる運転条件が成立した場合に、パティキュレートフィルタから排気中へ放出される熱量の急激な減少を抑制することが可能となり、以てパティキュレートフィルタの過剰な昇温を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明を適用する内燃機関の概略構成を示す図
【図2】 吸気絞り弁の開度と時間との関係を示す図(1)
【図3】 吸気絞り弁の開度と時間との関係を示す図(2)
【図4】 排気浄化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
10・・可変容量型遠心過給器
12・・吸気絞り弁
13・・吸気絞り用アクチュエータ
15・・パティキュレートフィルタ
18・・EGR通路
19・・EGR弁
21・・燃料添加弁
25・・ECU[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust purification technology for an internal combustion engine mounted on an automobile or the like, and more particularly to an exhaust purification device for an internal combustion engine provided with a particulate filter that collects particulates in the exhaust.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, a technique for suppressing the release of particulates (PM) such as soot into the atmosphere has been desired for internal combustion engines mounted on automobiles and the like.
[0003]
In response to such demands, a technique is known in which a particulate filter is disposed in an exhaust passage of an internal combustion engine, and particulates discharged from the internal combustion engine are collected by the particulate filter.
[0004]
Pa Fine particles collected by the particulate filter The child is Removed from the particulate filter as appropriate. Be made There is a need. As a method of removing the particulates collected by the particulate filter, the particulate filter is heated to an oxidizing atmosphere (that is, an oxygen-excessive atmosphere) while raising the temperature of the particulate filter to a temperature range where the particulates can be oxidized. Thus, the method of oxidizing and removing the fine particles is generally used. However, if the temperature of the particulate filter becomes excessively high at that time, there is a possibility that the particulate filter is thermally deteriorated.
[0005]
Therefore, in the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine equipped with a particulate filter, when removing particulates collected by the particulate filter, the temperature of the particulate filter is estimated from the exhaust temperature downstream of the particulate filter, and estimated. A technique for adjusting the amount of exhaust gas flowing into the particulate filter in accordance with the temperature has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
[0006]
[Patent Document 1]
Special Open 2 No. 002-106325
[Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 05-222916
[Patent Document 3]
Japanese Patent Laid-Open No. 04-19315
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the exhaust gas temperature downstream of the particulate filter changes according to the amount of heat transferred between the particulate filter and the exhaust gas, so the exhaust gas temperature change downstream of the particulate filter is delayed with respect to the particulate filter temperature change. There is a case.
[0007]
In such a case, the temperature of the particulate filter may greatly exceed the predetermined temperature when the exhaust gas temperature downstream of the particulate filter reaches a predetermined temperature or higher.
[0008]
This invention is made | formed in view of the above subjects, and it aims at providing the technique which can remove suitably the microparticles | fine-particles collected by the particulate filter.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The present invention employs the following means in order to solve the above-described problems. That is, the present invention provides an exhaust gas for an internal combustion engine that includes a particulate filter that is provided in an exhaust passage of the internal combustion engine and collects particulates in the exhaust gas, and an oxidation removal unit that oxidizes and removes the particulates collected by the particulate filter. In the purification device, if the operating condition for reducing the intake air amount of the internal combustion engine is satisfied while the particulates collected by the particulate filter are removed by oxidation, the rate of reduction of the exhaust amount flowing into the particulate filter is reduced. Therefore, a rapid decrease in the amount of heat released from the particulate filter into the exhaust gas is suppressed.
[0010]
It is known that fine particles collected by the particulate filter are oxidized and removed from the particulate filter at a high temperature (for example, 500 ° C. to 700 ° C.) and in an oxygen-excess atmosphere.
[0011]
For this reason, when removing the particulates collected by the particulate filter from the particulate filter, the oxidation removing means removes the particulate filter to a temperature range where the particulates can be oxidized (hereinafter referred to as particulate oxidation temperature range). An oxidation removal process including a temperature raising process for raising the temperature and an air-fuel ratio process for setting the air-fuel ratio of the exhaust to an oxygen-excess air-fuel ratio (lean air-fuel ratio) is executed.
[0012]
When the oxidation removal process as described above is performed, the particulates are oxidized in the particulate filter, and it is considered that the particulate filter excessively rises in temperature due to the oxidation heat of the particulates. Since a part of the heat of the filter is released into the exhaust, if the amount of exhaust flowing into the particulate filter is large to some extent, there is no risk that the particulate filter will be excessively heated.
[0013]
However, if the intake air amount of the internal combustion engine decreases during the execution of the oxidation removal process, the amount of exhaust gas flowing into the particulate filter also decreases accordingly, so that the amount of heat released from the particulate filter into the exhaust gas decreases. Become.
[0014]
In particular, when the flow rate of exhaust gas flowing into the particulate filter decreases rapidly, the amount of heat released from the particulate filter into the exhaust gas decreases sharply, and there are particulates in the middle of oxidation when the exhaust amount decreases. Then, it is assumed that the oxidation heat of the fine particles is not released into the exhaust gas but is trapped in the particulate filter. Furthermore, there is a possibility that fine particles may continue to oxidize in the particulate filter even after the exhaust flow rate that flows into the particulate filter sharply decreases, and the oxidation heat generated at that time is not released into the exhaust gas but the particulate filter. It is assumed that it is trapped inside.
[0015]
Therefore, when the exhaust gas flow rate flowing into the particulate filter is suddenly reduced, heat tends to be trapped in the particulate filter, and the particulate filter may be excessively heated.
[0016]
On the other hand, if the rate of decrease in the amount of exhaust flowing into the particulate filter is reduced, the amount of heat released from the particulate filter into the exhaust does not decrease rapidly, making it difficult for heat to accumulate in the particulate filter. Become.
[0017]
Therefore, the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention reduces the amount of exhaust gas flowing into the particulate filter when an operating condition for reducing the intake air amount of the internal combustion engine is satisfied during the oxidation removal processing of the particulate filter. By providing an exhaust amount adjusting means for lowering the temperature, the excessive temperature rise of the particulate filter can be suppressed.
[0018]
As a method of reducing the reduction rate of the exhaust amount flowing into the particulate filter, for example, (1) By decreasing the reduction rate of the intake air amount, the reduction rate of the exhaust amount flowing into the particulate filter is indirectly reduced. And (2) a method of directly reducing the reduction rate of the exhaust amount flowing into the particulate filter.
[0019]
As a method of reducing the reduction rate of the intake air amount, a method of reducing the valve closing speed of the intake throttle valve, a method of increasing the supercharging pressure of intake air by restricting the nozzle opening of the variable nozzle centrifugal supercharger, A method of increasing the engine speed by changing the gear ratio of the automatic transmission to the deceleration side can be exemplified.
[0020]
As a method of directly reducing the reduction rate of the exhaust amount flowing into the particulate filter, there is a method of reducing the exhaust amount recirculated by the exhaust recirculation mechanism, or the secondary air is introduced into the exhaust upstream of the particulate filter. Examples of the supply method can be given.
[0021]
In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, the exhaust gas amount adjusting means suppresses a decrease in the exhaust gas flowing into the particulate filter for a predetermined period from the time when the operating condition for reducing the intake air amount of the internal combustion engine is established. The exhaust amount may be gradually decreased after a predetermined period.
[0022]
In this case, the amount of exhaust is reduced after the heat release from the particulate filter into the exhaust is sufficiently performed, so that it becomes more difficult for heat to accumulate in the particulate filter.
[0023]
Further, in the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, when the exhaust gas amount adjusting means is reducing the decrease rate of the exhaust gas flowing into the particulate filter, the oxidation removing means performs the temperature increasing process as described above. Execution may be interrupted.
[0024]
In this case, since the temperature of the particulate filter is likely to decrease due to heat radiation from the particulate filter into the exhaust, heat does not accumulate in the particulate filter.
[0025]
However, in the case where the temperature of the particulate filter is excessively lowered from the particulate oxidation temperature range described above, it is difficult to restart the particulate filter oxidation removal process quickly. The oxidation removing means may continue the temperature raising process so that the temperature of the particulate filter does not excessively decrease from the particulate oxidation temperature range.
[0026]
For example, as a method of raising the temperature of the particulate filter, when a method of supplying an unburned fuel component to the particulate filter after supporting the oxidation catalyst on the particulate filter, the oxidation removing means is The supply amount of the unburned fuel component to the particulate filter may be reduced.
[0027]
In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, when the operating condition for reducing the intake air amount of the internal combustion engine is satisfied, the operation amount of the accelerator pedal decreases or becomes zero, or the transmission shift of the transmission A case where the ratio is changed to the speed increasing side can be exemplified.
[0028]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A specific embodiment of an exhaust emission control device for an internal combustion engine according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[0029]
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.
[0030]
An
[0031]
The
[0032]
An intake passage 7 is connected to the
[0033]
A
[0034]
An
[0035]
An
[0036]
The
[0037]
In the
[0038]
A portion of the intake passage 7 downstream of the intake throttle valve 12 and a portion of the
[0039]
Further, a
[0040]
The
[0041]
In addition to the air flow meter 9, the air-
[0042]
On the other hand, the
[0043]
For example, the
[0044]
Further, the
[0045]
Further, the
[0046]
In the exhaust gas purification control, the
[0047]
An example of the PM oxidation removal process execution condition is a condition that the amount of PM collected by the
[0048]
As a method for determining whether or not the amount of PM collected by the
[0049]
When it is determined that the PM oxidation removal process execution condition is established by the above-described method, the
[0050]
As a method for executing the temperature raising process, for example, (1) a method of increasing the exhaust temperature to transmit the heat of the exhaust to the
[0051]
As a specific method of the above (1), a method of retarding the combustion timing of the air-fuel mixture in the
[0052]
Specific methods of the above (2) include a method of adding fuel into the exhaust from the
[0053]
In the air-fuel ratio process, the air-fuel ratio sensor is used when a method of performing sub-injection from the
[0054]
When the PM oxidation removal process as described above is executed, the PM collected in the
[0055]
By the way, when PM is oxidized in the
[0056]
However, if the intake air amount of the
[0057]
In particular, when the output signal (accelerator opening) of the
[0058]
In this case, since the amount of heat released from the
[0059]
Further, PM may be oxidized in the
[0060]
Therefore, after the exhaust flow rate flowing into the
[0061]
On the other hand, in the exhaust purification control in the present embodiment, the
[0062]
As a method of reducing the reduction rate of the exhaust flow rate flowing through the
[0063]
For example, the
[0064]
Further, the
[0065]
As described in the explanation of FIG. 2 or FIG. 3 above, when the closing speed of the intake throttle valve 12 at the time of executing the PM oxidation removal processing is reduced from the normal time, the accelerator opening becomes “0”. The time required from when the intake throttle valve 12 is opened to near the fully closed position (hereinafter referred to as valve closing required time) is longer when the PM oxidation removal process is executed than when it is normal.
[0066]
Therefore, the exhaust flow rate that flows through the
[0067]
As a result, the amount of heat released from the
[0068]
However, if the above-described temperature raising process is continuously performed within the valve closing time, PM oxidation is continued in the
[0069]
Hereinafter, the exhaust purification control in the present embodiment will be described with reference to FIG.
[0070]
FIG. 4 is a flowchart showing an exhaust purification control routine in the present embodiment. The exhaust purification control routine is a routine that is stored in advance in the ROM of the
[0071]
In the exhaust purification control routine, the
[0072]
If it is determined in S401 that the PM oxidation removal process execution condition is not satisfied, the
[0073]
If it is determined in S401 that the PM oxidation removal process execution condition is satisfied, the
[0074]
In S403, the
[0075]
The predetermined time described above is, for example, a time determined according to the amount of PM collected by the
[0076]
If it is determined in S403 that the PM oxidation removal process execution termination condition is not satisfied, the
[0077]
When it is determined in S404 that the deceleration operation condition of the
[0078]
If it is determined in S404 that the deceleration operation condition of the
[0079]
Subsequently, the
[0080]
In this way, when the
[0081]
If the required time for closing the intake throttle valve 12 is longer than usual, the rate of decrease in the exhaust flow rate flowing into the
[0082]
Furthermore, if the required time for closing the intake throttle valve 12 becomes longer than normal, and if the temperature raising process of the
[0083]
Therefore, according to the exhaust purification control in the present embodiment, when the operating condition for reducing the intake air amount of the
[0084]
In the exhaust purification control according to the present embodiment, the example in which the execution of the temperature raising process is interrupted within the valve closing required time has been described. However, the temperature raising process is performed to such an extent that excessive temperature decrease of the
[0085]
For example, as a method of executing the temperature raising process, a method of raising the temperature of the
[0086]
In this case, when the
[0087]
【The invention's effect】
According to the present invention, the exhaust gas of the internal combustion engine provided with the particulate filter that is provided in the exhaust passage of the internal combustion engine and collects particulates in the exhaust gas, and the oxidation removing means that oxidizes and removes the particulates collected by the particulate filter. In the purification apparatus, when an operating condition for reducing the intake air amount of the internal combustion engine is satisfied during the oxidation removal processing of the particulate filter, it is possible to suppress a rapid decrease in the amount of heat released from the particulate filter into the exhaust gas. Accordingly, it is possible to prevent excessive temperature rise of the particulate filter.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an internal combustion engine to which the present invention is applied.
FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the opening of the intake throttle valve and time (1)
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the opening of the intake throttle valve and time (2)
FIG. 4 is a flowchart showing an exhaust purification control routine.
[Explanation of symbols]
1 ... Internal combustion engine
10. ・ Variable capacity centrifugal supercharger
12. Intake throttle valve
13. ・ Intake throttle actuator
15. ・ Particulate filter
18. EGR passage
19. EGR valve
21. Fuel addition valve
25. ・ ECU
Claims (7)
前記パティキュレートフィルタへ燃料を供給することにより、該パティキュレートフィルタに捕集された微粒子を酸化除去するPM酸化除去処理を行う酸化除去手段と、
前記PM酸化除去処理の実行中に前記内燃機関の吸入空気量を減少させる運転条件が成立した場合は、前記PM酸化除去処理の非実行中に前記内燃機関の吸入空気量を減少させる運転条件が成立した場合に比して、前記パティキュレートフィルタへ流入する排気量の減少速度を低下させる排気量調整手段と、
前記排気量調整手段が前記パティキュレートフィルタへ流入する排気量の減少速度を低下させているときに、前記パティキュレートフィルタへ供給される燃料量を減量させる燃料供給制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。A particulate filter disposed in an exhaust passage of an internal combustion engine and having a function of collecting particulates contained in the exhaust and a function of oxidizing a reducing component in the exhaust;
Ri by the supplying the fuel to the particulate filter, and oxidation removal means for performing a PM oxidation removal process you oxidizing remove particles trapped in the particulate filter,
If operating conditions to reduce the intake air amount of the internal combustion engine during the previous SL PM oxidation removal process is formed upright, reducing the intake air amount of the internal combustion engine during non-execution of the PM oxidation removal process as compared with the case where the operating condition is satisfied, and the previous SL exhaust quantity adjusting means for reducing the rate of reduction amount of the exhaust gas flowing into the particulate filter,
Fuel supply control means for reducing the amount of fuel supplied to the particulate filter when the exhaust amount adjusting means is reducing the reduction rate of the exhaust amount flowing into the particulate filter;
An exhaust emission control device for an internal combustion engine, comprising:
前記排気量調整手段は、前記内燃機関の吸入空気量を減少させる運転条件が成立したときに、前記可変ノズル式遠心過給器のノズル開度を絞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。A variable nozzle centrifugal supercharger for compressing intake air of the internal combustion engine;
The exhaust amount adjusting means restricts the nozzle opening of the variable nozzle centrifugal supercharger when an operating condition for reducing the intake air amount of the internal combustion engine is satisfied. An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine as described.
前記排気量調整手段は、前記内燃機関の吸入空気量を減少させる運転条件が成立したときに、前記内燃機関へ再循環される排気量を減少させるべく前記排気再循環機構を制御することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。An exhaust gas recirculation mechanism for recirculating a part of the exhaust gas discharged from the internal combustion engine to the internal combustion engine;
The exhaust amount adjusting means controls the exhaust gas recirculation mechanism to reduce the exhaust amount recirculated to the internal combustion engine when an operating condition for decreasing the intake air amount of the internal combustion engine is satisfied. The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to claim 1.
前記排気量調整手段は、前記内燃機関の吸入空気量を減少させる運転条件が成立したときに、前記自動変速機の変速比を減速側へ変更すべく前記自動変速機を制御することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。An automatic transmission connected to the internal combustion engine;
The exhaust amount adjusting means controls the automatic transmission to change the gear ratio of the automatic transmission to a deceleration side when an operating condition for reducing the intake air amount of the internal combustion engine is satisfied. The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to claim 1.
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