JP4161591B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - 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】
例えば、特開平８−１７０５２０号公報では、フィルタ上流に酸化触媒を設けて該酸化触媒に還元剤を供給し、そのときに発生した熱により下流のフィルタを加熱してＰＭを燃焼させフィルタの再生を行っている。このように構成された内燃機関の排気浄化装置では、酸化触媒はＰＭ燃焼時の熱による該酸化触媒の熱劣化を抑制することができ、一方、酸化触媒での燃焼熱により均一にフィルタを加熱することが可能となり、還元剤の消費量を低減させることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このように構成された内燃機関の排気浄化装置では、酸化触媒を別途設ける必要があるため、コスト高となる。また、設置する場所も必要となる。
【０００６】
また、フィルタに酸化機能を有する触媒を担持させると、フィルタ上流端では排気に直接曝されるため還元剤の燃焼熱による温度の上昇がほとんどない。従って、排気の温度が低い場合には、フィルタ上流端にＰＭが堆積し易くなり、目詰まりが発生する虞がある。
【０００７】
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、フィルタ上流端の詰まりを回復することができる技術を提供することを目的とする。
【０００８】
【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、
酸化機能を有する触媒を担持し排気中の粒子状物質を一時捕獲可能なフィルタと、
前記フィルタへ還元剤を供給する還元剤供給手段と、
前記フィルタに詰まりが発生しているか否かを判定する詰まり判定手段と、
前記フィルタの上流端に詰まりが発生しているか否かを判定する上流端詰まり判定手段と、
前記上流端詰まり判定手段によりフィルタの上流端に詰まりが発生していると判定された場合に、上流端の詰まりを回復させる上流端詰まり回復手段と、
を具備することを特徴とする。
【０００９】
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、フィルタの上流端に詰まりがあるか否か判定し、詰まりがあると判定された場合には上流端の詰まりを回復させることにある。
【００１０】
このように構成された内燃機関の排気浄化装置では、酸化機能を有する触媒へ還元剤が供給されると熱が発生し、フィルタに捕獲された粒子状物質が除去される。しかし、フィルタの上流端では排気に直接曝されるため温度が上昇せずに粒子状物質が残留し、フィルタの詰まりが発生することがある。上流端詰まり判定手段によりフィルタの上流端に詰まりが発生していると判定された場合には、上流端詰まり回復手段によりフィルタ上流端に堆積した粒子状物質を除去しフィルタ上流端の詰まりを回復することが可能となる。
【００１１】
本発明においては、前記フィルタに担持されている酸化機能を有する触媒は、流入する排気の空燃比がリーンのときにはＮＯxを吸蔵し流入する排気の空燃比が低下したときに吸蔵したＮＯxをＮ2に還元する吸蔵還元型ＮＯx触媒であっても良い。ここで、吸蔵還元型ＮＯx触媒を担持させることによりＮＯxの浄化を可能としつつ、ＮＯx還元時にフィルタに捕集された粒子状物質を除去することが可能となる。
【００１２】
本発明においては、前記フィルタに流入する排気の量を推定する排気流入量推定手段と、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、を備え、前記上流端詰まり判定手段は、前記排気流入量推定手段の推定値に比例し且つ前記排気温度検出手段の検出値に反比例する値の積算値が所定値以上となった場合にフィルタの上流端に詰まりが発生したと判定することができる。ここで、排気温度が低い程、また排気の流量が多い程フィルタの上流端面に詰まりが発生しやすくなる。そこで、上流端詰まり判定手段は、排気流入量に比例し且つ排気温度に反比例する値の積算値を判定値として用い、この値が所定値以上となった場合にフィルタの上流端に詰まりが発生したと判定することが可能となる。
【００１３】
本発明においては、前記フィルタに詰まりが発生しているか否かを判定する詰まり判定手段と、前記フィルタの上流端以外の詰まりを回復可能な詰まり回復手段と、を備え、前記上流端詰まり判定手段は、前記詰まり回復手段がフィルタの詰まりを回復した後で詰まり判定手段がフィルタに詰まりがあることを判定した場合には前記フィルタの上流端に詰まりが発生していると判定することができる。このように構成された内燃機関の排気浄化装置では、詰まり判定手段は、例えば、フィルタ前後の差圧、若しくはフィルタ前の圧力、又は吸入空気量等からフィルタに詰まりが発生しているか否か判定する。しかし、この判定条件ではフィルタ全体に詰まりが発生しているのか、またはフィルタの上流端に詰まりが発生しているのか判定することが困難である。そこで、先ず詰まり回復手段によりフィルタ全体の詰まりを回復させる。このときに、排気の温度が低い場合にはフィルタ上流端で温度が上昇せずに捕獲された粒子状物質が残留する。フィルタ全体の詰まりを回復させる処理を実施した後に再度詰まり判定手段により詰まりの判定が行われ、詰まりが回復していない場合には上流端詰まり判定手段はフィルタ上流端に詰まりが発生していると判定することが可能となる。
【００１４】
本発明においては、排気系と吸気系を連通し排気の一部を還流させるＥＧＲ装置と、吸入される新気の量を調整する吸気絞り弁と、を備え、前記上流端詰まり回復手段はＥＧＲ装置によりＥＧＲガスを還流させ、吸気絞り弁により新気の量を減量させて前記フィルタの上流端の詰まりを回復させることができる。ここで、ＥＧＲガスを還流させると吸気の温度が上昇し、それだけ排気の温度を上昇させることができる。しかし、ＥＧＲガスを還流させても、軽負荷領域では排気の温度があまり上昇せず、また、スモークが発生する虞がある。一方、吸気絞り弁を極力閉じることにより、燃料量に対して新気の量が減少し、排気の温度を上昇させることができる。また、このときにＥＧＲガスの還流を停止させると気筒内に吸入される新気の量が増加するため、燃焼が促進され燃焼温度が上昇する。更に、ＥＧＲガスの還流によるスモークの発生を防止することができる。このように排気の温度を上昇させることにより、フィルタ上流端に堆積している粒子状物質を燃焼除去することが可能となる。
【００１５】
本発明においては、前記フィルタの上流端の詰まりを回復しているときに還元剤の供給を禁止する還元剤供給禁止手段を備え、前記上流端詰まり回復手段は、詰まりの回復を開始してから所定温度以上で所定時間以上経過したときに前記フィルタの上流端詰まりが回復したと判定することができる。このように構成された内燃機関の排気浄化装置では、上流端詰まり回復手段がフィルタの上流端の詰まりを回復させているときには、還元剤供給禁止手段により還元剤の供給が禁止され、還元剤がフィルタ上流端を冷却してしまうことを防止することができる。そして、フィルタ上流端の温度が所定温度以上となると粒子状物質の燃焼が始まり、所定時間以上この温度が継続したときに粒子状物質の燃焼が完了する。従って、上流端詰まり判定手段は、所定温度以上の排気が所定時間以上フィルタに流入したときにフィルタ上流端の詰まりが回復したと判定することが可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る内燃機関の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。ここでは、本発明に係る内燃機関を車両駆動用のディーゼル機関に適用した場合を例に挙げて説明する。
【００１７】
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。
【００１８】
図１に示すエンジン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。
【００１９】
エンジン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、燃料を所定圧まで蓄圧する蓄圧室（コモンレール）４と接続されている。
【００２０】
前記コモンレール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。この燃料ポンプ６は、エンジン１の出力軸（クランクシャフト）の回転トルクを駆動源として作動するポンプであり、該燃料ポンプ６の入力軸に取り付けられたポンププーリ６ａがエンジン１の出力軸（クランクシャフト）に取り付けられたクランクプーリ１ａとベルト７を介して連結されている。
【００２１】
このように構成された燃料噴射系では、クランクシャフトの回転トルクが燃料ポンプ６の入力軸へ伝達されると、燃料ポンプ６は、クランクシャフトから該燃料ポンプ６の入力軸へ伝達された回転トルクに応じた圧力で燃料を吐出する。
【００２２】
前記燃料ポンプ６から吐出された燃料は、燃料供給管５を介してコモンレール４へ供給され、コモンレール４にて所定圧まで蓄圧されて各気筒２の燃料噴射弁３へ分配される。そして、燃料噴射弁３に駆動電流が印加されると、燃料噴射弁３が開弁し、その結果、燃料噴射弁３から気筒２内へ燃料が噴射される。
【００２３】
また、エンジン１には、吸気枝管８が接続されており、吸気枝管８の各枝管は、各気筒２の燃焼室と吸気ポート（図示省略）を介して連通している。
【００２４】
前記吸気枝管８は、吸気管９に接続され、該吸気管９の途中には、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）１５のコンプレッサハウジング１５ａが設けられている。また、ターボチャージャの上流の吸気管９には、該吸気管９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１１が取り付けられている。
【００２５】
このように構成された吸気系では、吸気は吸気管９を介してコンプレッサハウジング１５ａに流入する。
【００２６】
コンプレッサハウジング１５ａに流入した吸気は、該コンプレッサハウジング１５ａ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た後、吸気枝管８に流入する。吸気枝管８に流入した吸気は、各枝管を介して各気筒２の燃焼室へ分配され、各気筒２の燃料噴射弁３から噴射された燃料を着火源として燃焼される。
【００２７】
一方、エンジン１には、排気枝管１８が接続され、排気枝管１８の各枝管が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。
【００２８】
前記排気枝管１８は、前記遠心過給機１５のタービンハウジング１５ｂと接続されている。前記タービンハウジング１５ｂは、排気管１９と接続され、この排気管１９は、下流にてマフラー（図示省略）に接続されている。
【００２９】
前記排気管１９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。）２０が設けられている。フィルタ２０は、ＰＭを捕獲するとともに、流入する排気の空燃比がリーンのときに還元剤の存在下において吸蔵したＮＯxをＮ2に還元する機能を有する。前記ターボチャージャ１５の下流で且つフィルタ２０より上流の排気管１９には、該排気管１９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１２が取り付けられている。また、フィルタ２０上流には排気を導入する上流側導入管１０ａの一端が接続され、フィルタ２０下流には下流側導入管１０ｂの一端が接続される。上流側導入管１０ａの他端及び下流側導入管１０ｂの他端は差圧センサ１０に接続されている。差圧センサ１０は、上流側導入管１０ａ及び下流側導入管１０ｂ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。
【００３０】
前記したフィルタ２０より下流の排気管１９には、該排気管１９内を流通する排気の流量を調節する排気絞り弁１６が設けられている。この排気絞り弁１６には、ステップモータ等で構成されて該排気絞り弁１６を開閉駆動する排気絞り用アクチュエータ１７が取り付けられている。
【００３１】
このように構成された排気系では、エンジン１の各気筒２で燃焼された混合気（既燃ガス）が排気ポートを介して排気枝管１８へ排出され、次いで排気枝管１８から遠心過給機１５のタービンハウジング１５ｂへ流入する。タービンハウジング１５ｂに流入した排気は、該排気が持つエネルギを利用してタービンハウジング１５ｂ内に回転自在に支持されたタービンホイールを回転させる。その際、タービンホイールの回転トルクは、前述したコンプレッサハウジング１５ａのコンプレッサホイールへ伝達される。
【００３２】
前記タービンハウジング１５ｂから排出された排気は、排気管１９を介してフィルタ２０へ流入し、排気中のＰＭが捕集され且つ有害ガス成分が除去又は浄化された後マフラーを介して大気中に放出される。
【００３３】
また、排気枝管１８と吸気枝管８とは、排気枝管１８内を流通する排気の一部を吸気枝管８へ再循環させる排気再循環通路（以下、ＥＧＲ通路とする。）２１を介して連通されている。このＥＧＲ通路２１の途中には、電磁弁などで構成され、印加電力の大きさに応じて前記ＥＧＲ通路２１内を流通する排気（以下、ＥＧＲガスとする。）の流量を変更する流量調整弁（以下、ＥＧＲ弁とする。）２２が設けられている。
【００３４】
前記ＥＧＲ通路２１の途中でＥＧＲ弁２２より上流には、該ＥＧＲ通路２１内を流通するＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ２３が設けられている。前記ＥＧＲクーラ２３には、冷却水通路（図示省略）が設けられエンジン１を冷却するための冷却水の一部が循環する。
【００３５】
このように構成された排気再循環機構では、ＥＧＲ弁２２が開弁されると、ＥＧＲ通路２１が導通状態となり、排気枝管１８内を流通する排気の一部が前記ＥＧＲ通路２１へ流入し、ＥＧＲクーラ２３を経て吸気枝管８へ導かれる。
【００３６】
ＥＧＲ通路２１を介して排気枝管１８から吸気枝管８へ還流されたＥＧＲガスは、吸気枝管８の上流から流れてきた新気と混ざり合いつつ各気筒２の燃焼室へ導かれる。
【００３７】
以上述べたように構成されたエンジン１には、該エンジン１を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）２７が併設されている。このＥＣＵ２７は、エンジン１の運転条件や運転者の要求に応じてエンジン１の運転状態を制御するユニットである。
【００３８】
ＥＣＵ２７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ＥＣＵ２７に入力されるようになっている。一方、ＥＣＵ２７には、燃料噴射弁３、吸気絞り用アクチュエータ１４、排気絞り用アクチュエータ１７、ＥＧＲ弁２２、還元剤噴射弁２４、遮断弁２６等が電気配線を介して接続され、制御することが可能になっている。また、前記ＥＣＵ２７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。
【００３９】
尚、本実施の形態では、フィルタ２０より上流の排気管１９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２０に流入する排気の酸素濃度を低下させるとともに還元剤の濃度を高めるようにした。
【００４０】
還元剤供給機構は、図１に示されるように、その噴孔が排気枝管１８内に臨むように取り付けられ、ＥＣＵ２７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２４と、前述した燃料ポンプ６から吐出された燃料を前記還元剤噴射弁２４へ導く還元剤供給路２５と、還元剤供給路２５に設けられて該還元剤供給路２５内の燃料の流通を遮断する遮断弁２６と、を備えている。
【００４１】
このような還元剤供給機構では、燃料ポンプ６から吐出された高圧の燃料が還元剤供給路２５を介して還元剤噴射弁２４へ印加される。そして、ＥＣＵ２７からの信号により該還元剤噴射弁２４が開弁して排気枝管１８内へ還元剤としての燃料が噴射される。
【００４２】
還元剤噴射弁２４から排気枝管１８内へ噴射された還元剤は、排気枝管１８の上流から流れてきた排気の酸素濃度を低下させる。
【００４３】
その後、ＥＣＵ２７からの信号により還元剤噴射弁２４が閉弁し、排気枝管１８内への還元剤の添加が停止される。
【００４４】
このようにして、フィルタ２０に還元剤が供給された結果、フィルタ２０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２０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２０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。
【００４５】
また、フィルタ２０に流入した酸素濃度の低い排気は、フィルタ２０に吸蔵されていた窒素酸化物（ＮＯx）を窒素（Ｎ2）に還元する。
【００４６】
ところで、フィルタ２０に供給された還元剤はフィルタ２０に担持された吸蔵還元型ＮＯx触媒で熱を発生させる。
【００４７】
ここで、図２は、還元剤供給時のフィルタ内部の温度分布を示した図である。
【００４８】
還元剤の反応により発生した熱は、下流へと流れフィルタ２０の温度を上昇させるが、フィルタ２０の上流端では排気に曝されているため排気の温度と略等しい温度となる。従って、排気の温度が低いディーゼル機関等では、フィルタ２０の上流端に堆積したＰＭを燃焼除去することが困難となり、上流端でフィルタ２０の詰まりが発生する虞がある。
【００４９】
このような問題に対し、従来の内燃機関の排気浄化装置では、フィルタ２０の上流に酸化機能を有する触媒を設け、該酸化機能を有する触媒で還元剤を反応させて下流のフィルタの温度を上昇させていた。このように構成された、内燃機関の排気浄化装置では、フィルタ上流端にも温度の高い排気を供給することができるので、フィルタの詰まりを回復させることが可能であった。
【００５０】
しかし、フィルタ詰まりを回復させるために別途酸化機能を有する触媒を設けなくてはならず、コスト高となる。また、車両搭載時には取り付けスペースが限られているため、小型化することが望ましい。
【００５１】
そこで、本実施の形態では、フィルタ２０に吸蔵還元型ＮＯx触媒を担持させつつ、フィルタ２０の上流端の詰まりを判定し、詰まりが発生していた場合には、上流端に堆積したＰＭの除去を行う。
【００５２】
図３は、フィルタ上流端の温度とフィルタ上流端のＰＭ堆積量との関係を示した図である。フィルタ上流端温度が高くなるほどフィルタ上流端に堆積していたＰＭの燃焼が促進される。フィルタ上流端の温度がａで示される温度となったときに詰まりが回復されている。この図より、排気の流量にはほとんど関係なく、所定の温度ａとなった場合にフィルタの再生が可能となっている。
【００５３】
次に、図４は、排気の流量とフィルタ入ガス温度との関係を示した図である。
【００５４】
ＥＧＲガスの還流及び吸気絞り弁による吸入空気量の減少により、フィルタ入ガス温度を上昇させることができる。しかし、吸気絞り弁によるほうがより温度上昇率が大きいため、本実施の形態では、吸気絞り弁によりフィルタ入ガス温度の上昇を行う。ここで、吸気絞り弁により、吸入空気量を減少させると、排気の流量が減少するが、図３により排気の流量が低下したとしてもＰＭの除去にはほとんど影響がない。
【００５５】
次に、フィルタ上流端に詰まりが発生しているか否かの判定方法について説明する。
【００５６】
図５は、通常の詰まり回復制御前後の排気の流量とフィルタ圧力損失との関係を示した図である。
【００５７】
フィルタ内部（セル間の隔壁内部）及び上流端に詰まりが発生している場合には、フィルタ内部のみに詰まりが発生している場合よりも上流端の詰まり分だけフィルタの圧力損失が大きくなる。また、通常の詰まり回復制御を実施すると、フィルタ内部のＰＭは除去されるが、上流端に堆積したＰＭは前記した理由により除去されないので、詰まり回復制御実施後、上流端に詰まりが発生していた場合のほうがフィルタの圧力損失が大きくなる。
【００５８】
従って、通常の詰まり回復制御後にフィルタの圧力損失が所定値以上の場合には、フィルタの上流端に詰まりが発生していると判定することができる。
【００５９】
ここで、フィルタの圧力損失は、フィルタ前後の差圧を検出する差圧センサ１０の出力信号により求まる。また、判定条件となる所定値は、予め実験等により求めておき、ＥＣＵ２７に記憶させておく。
【００６０】
通常の詰まり回復制御では、フィルタ２０に還元剤が供給される。このような還元剤を供給する方法としては、前記したように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若しくは排気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。
【００６１】
そして、フィルタの上流端に詰まりが発生していると判定された場合には、その詰まりを回復させるためのフィルタ上流端詰まり回復制御を行う。
【００６２】
フィルタ上流端詰まり回復制御では、ＥＧＲ弁２２が閉弁される。また、吸気絞り弁１３が極力閉じられる。ここで、ＥＧＲガスの還流を停止させると気筒２内に吸入される新気の量が増加するため、燃焼が促進され燃焼温度が上昇する。また、ＥＧＲガスの還流によるスモークの発生を防止することができる。更に、吸気絞り弁１３を極力閉じることにより、燃料量に対して新気の量が減少するため、排気の温度が上昇する。このように排気の温度を上昇させることにより、フィルタ上流端に堆積しているＰＭを燃焼除去することが可能となる。
【００６３】
尚、本実施の形態では、フィルタ上流端詰まり回復制御実行中には、還元剤の供給を停止する。このようにして、還元剤の供給によりフィルタ上流端の冷却を防止し、詰まり回復に必要となる温度まで上昇させることができる。
【００６４】
また、本実施の形態では、フィルタ上流端詰まり回復制御を開始してからの経過時間が所定時間以上となった場合に、フィルタ上流端の詰まりが回復したとして、フィルタ上流端詰まり回復制御を終了させる。このときの判定条件となる所定時間は、予め実験とにより求めておき、ＥＣＵ２７に記憶させておく。
【００６５】
尚、本実施の形態では、フィルタ２０を通過する排気の量に比例し、且つフィルタ２０に流入する排気の温度に反比例する値を積算した値が所定値以上となった場合に、フィルタ上流端に詰まりが発生していると判定しても良い。
【００６６】
ここで、フィルタ２０に流入する排気の量が多くなる程、フィルタ２０に流入するＰＭの量が多くなる。また、フィルタ２０に流入する排気の温度が低い程、ＰＭが燃焼せずに堆積する。従って、フィルタ２０を通過する排気の量に比例し、且つフィルタ２０に流入する排気の温度に反比例する値は、そのときにフィルタに捕集されるＰＭの量と相関関係がある。この値を積算していき、積算値が所定値以上となった場合に詰まりが発生したと判定する。ここで、判定条件となる所定値は、予め実験等により求めておく。また、判定式は例えば次式により表すことができる。
【００６７】
Σ（Ｇｇ／Ｔ）・α
ここで、αは定数若しくは運転状態により定まる値であり、予め実験等により求めておく。Ｇｇは、フィルタ２０に流入する排気の量であり、エアフローメータ１１の出力信号から求める。Ｔは、フィルタ２０に流入する排気の温度であり、排気温度センサ１２の出力信号から求まる。
【００６８】
上記判定式によりフィルタ２０に詰まりが発生している場合には、前記フィルタ上流端詰まり回復制御を実施する。
【００６９】
ここで、従来の内燃機関の排気浄化装置では、フィルタ上流に酸化機能を有する触媒を設けてフィルタ上流端を加熱し詰まりを抑制していた。従って、取り付けスペースが余計に必要となり、また、コスト高となっていた。
【００７０】
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、フィルタ上流端に詰まりが発生していることを検出することができ、通常のフィルタ再生とは異なる処理により、フィルタ上流端に堆積したＰＭを除去することができる。
【００７１】
以上説明したように、本実施の形態によれば、フィルタ上流端にＰＭが堆積していることを検出し、堆積しているＰＭを除去することができる。
【００７２】
【発明の効果】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置では、フィルタ上流端の詰まりを検出することができる。また、フィルタ上流端に堆積した粒子状物質を除去することができる。
【００７３】
従って、上流に酸化機能を有する触媒を設けることなく、フィルタの詰まりを回復させることができる。
【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】 還元剤供給時のフィルタ内部の温度分布を示した図である。
【図３】 フィルタ上流端の温度とフィルタ上流端のＰＭ堆積量との関係を示した図である。
【図４】 排気の流量とフィルタ入ガス温度との関係を示した図である。
【図５】 通常の詰まり回復制御前後の排気の流量とフィルタ圧力損失との関係を示した図である。
【符号の説明】
１・・・・エンジン
２・・・・気筒
３・・・・燃料噴射弁
４・・・・コモンレール
５・・・・燃料供給管
６・・・・燃料ポンプ
７・・・・ベルト
８・・・・吸気枝管
９・・・・吸気管
１０・・・差圧センサ
１１・・・エアフローメータ
１２・・・排気温度センサ
１３・・・吸気絞り弁
１４・・・吸気絞り用アクチュエータ
１５・・・ターボチャージャ
１６・・・排気絞り弁
１７・・・排気絞り用アクチュエータ
１８・・・排気枝管
１９・・・排気管
２０・・・パティキュレートフィルタ
２１・・・ＥＧＲ通路
２２・・・ＥＧＲ弁
２３・・・ＥＧＲクーラ
２４・・・還元剤噴射弁
２５・・・還元剤供給路
２６・・・遮断弁
２７・・・ＥＣＵ
【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】
例えば、特開平８−１７０５２０号公報では、フィルタ上流に酸化触媒を設けて該酸化触媒に還元剤を供給し、そのときに発生した熱により下流のフィルタを加熱してＰＭを燃焼させフィルタの再生を行っている。このように構成された内燃機関の排気浄化装置では、酸化触媒はＰＭ燃焼時の熱による該酸化触媒の熱劣化を抑制することができ、一方、酸化触媒での燃焼熱により均一にフィルタを加熱することが可能となり、還元剤の消費量を低減させることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このように構成された内燃機関の排気浄化装置では、酸化触媒を別途設ける必要があるため、コスト高となる。また、設置する場所も必要となる。
【０００６】
また、フィルタに酸化機能を有する触媒を担持させると、フィルタ上流端では排気に直接曝されるため還元剤の燃焼熱による温度の上昇がほとんどない。従って、排気の温度が低い場合には、フィルタ上流端にＰＭが堆積し易くなり、目詰まりが発生する虞がある。
【０００７】
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、フィルタ上流端の詰まりを回復することができる技術を提供することを目的とする。
【０００８】
【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、
酸化機能を有する触媒を担持し排気中の粒子状物質を一時捕獲可能なフィルタと、
前記フィルタへ還元剤を供給する還元剤供給手段と、
前記フィルタに詰まりが発生しているか否かを判定する詰まり判定手段と、
前記フィルタの上流端に詰まりが発生しているか否かを判定する上流端詰まり判定手段と、
前記上流端詰まり判定手段によりフィルタの上流端に詰まりが発生していると判定された場合に、上流端の詰まりを回復させる上流端詰まり回復手段と、
を具備することを特徴とする。
【０００９】
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、フィルタの上流端に詰まりがあるか否か判定し、詰まりがあると判定された場合には上流端の詰まりを回復させることにある。
【００１０】
このように構成された内燃機関の排気浄化装置では、酸化機能を有する触媒へ還元剤が供給されると熱が発生し、フィルタに捕獲された粒子状物質が除去される。しかし、フィルタの上流端では排気に直接曝されるため温度が上昇せずに粒子状物質が残留し、フィルタの詰まりが発生することがある。上流端詰まり判定手段によりフィルタの上流端に詰まりが発生していると判定された場合には、上流端詰まり回復手段によりフィルタ上流端に堆積した粒子状物質を除去しフィルタ上流端の詰まりを回復することが可能となる。
【００１１】
本発明においては、前記フィルタに担持されている酸化機能を有する触媒は、流入する排気の空燃比がリーンのときにはＮＯxを吸蔵し流入する排気の空燃比が低下したときに吸蔵したＮＯxをＮ2に還元する吸蔵還元型ＮＯx触媒であっても良い。ここで、吸蔵還元型ＮＯx触媒を担持させることによりＮＯxの浄化を可能としつつ、ＮＯx還元時にフィルタに捕集された粒子状物質を除去することが可能となる。
【００１２】
本発明においては、前記フィルタに流入する排気の量を推定する排気流入量推定手段と、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、を備え、前記上流端詰まり判定手段は、前記排気流入量推定手段の推定値に比例し且つ前記排気温度検出手段の検出値に反比例する値の積算値が所定値以上となった場合にフィルタの上流端に詰まりが発生したと判定することができる。ここで、排気温度が低い程、また排気の流量が多い程フィルタの上流端面に詰まりが発生しやすくなる。そこで、上流端詰まり判定手段は、排気流入量に比例し且つ排気温度に反比例する値の積算値を判定値として用い、この値が所定値以上となった場合にフィルタの上流端に詰まりが発生したと判定することが可能となる。
【００１３】
本発明においては、前記フィルタに詰まりが発生しているか否かを判定する詰まり判定手段と、前記フィルタの上流端以外の詰まりを回復可能な詰まり回復手段と、を備え、前記上流端詰まり判定手段は、前記詰まり回復手段がフィルタの詰まりを回復した後で詰まり判定手段がフィルタに詰まりがあることを判定した場合には前記フィルタの上流端に詰まりが発生していると判定することができる。このように構成された内燃機関の排気浄化装置では、詰まり判定手段は、例えば、フィルタ前後の差圧、若しくはフィルタ前の圧力、又は吸入空気量等からフィルタに詰まりが発生しているか否か判定する。しかし、この判定条件ではフィルタ全体に詰まりが発生しているのか、またはフィルタの上流端に詰まりが発生しているのか判定することが困難である。そこで、先ず詰まり回復手段によりフィルタ全体の詰まりを回復させる。このときに、排気の温度が低い場合にはフィルタ上流端で温度が上昇せずに捕獲された粒子状物質が残留する。フィルタ全体の詰まりを回復させる処理を実施した後に再度詰まり判定手段により詰まりの判定が行われ、詰まりが回復していない場合には上流端詰まり判定手段はフィルタ上流端に詰まりが発生していると判定することが可能となる。
【００１４】
本発明においては、排気系と吸気系を連通し排気の一部を還流させるＥＧＲ装置と、吸入される新気の量を調整する吸気絞り弁と、を備え、前記上流端詰まり回復手段はＥＧＲ装置によりＥＧＲガスを還流させ、吸気絞り弁により新気の量を減量させて前記フィルタの上流端の詰まりを回復させることができる。ここで、ＥＧＲガスを還流させると吸気の温度が上昇し、それだけ排気の温度を上昇させることができる。しかし、ＥＧＲガスを還流させても、軽負荷領域では排気の温度があまり上昇せず、また、スモークが発生する虞がある。一方、吸気絞り弁を極力閉じることにより、燃料量に対して新気の量が減少し、排気の温度を上昇させることができる。また、このときにＥＧＲガスの還流を停止させると気筒内に吸入される新気の量が増加するため、燃焼が促進され燃焼温度が上昇する。更に、ＥＧＲガスの還流によるスモークの発生を防止することができる。このように排気の温度を上昇させることにより、フィルタ上流端に堆積している粒子状物質を燃焼除去することが可能となる。
【００１５】
本発明においては、前記フィルタの上流端の詰まりを回復しているときに還元剤の供給を禁止する還元剤供給禁止手段を備え、前記上流端詰まり回復手段は、詰まりの回復を開始してから所定温度以上で所定時間以上経過したときに前記フィルタの上流端詰まりが回復したと判定することができる。このように構成された内燃機関の排気浄化装置では、上流端詰まり回復手段がフィルタの上流端の詰まりを回復させているときには、還元剤供給禁止手段により還元剤の供給が禁止され、還元剤がフィルタ上流端を冷却してしまうことを防止することができる。そして、フィルタ上流端の温度が所定温度以上となると粒子状物質の燃焼が始まり、所定時間以上この温度が継続したときに粒子状物質の燃焼が完了する。従って、上流端詰まり判定手段は、所定温度以上の排気が所定時間以上フィルタに流入したときにフィルタ上流端の詰まりが回復したと判定することが可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る内燃機関の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。ここでは、本発明に係る内燃機関を車両駆動用のディーゼル機関に適用した場合を例に挙げて説明する。
【００１７】
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。
【００１８】
図１に示すエンジン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。
【００１９】
エンジン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、燃料を所定圧まで蓄圧する蓄圧室（コモンレール）４と接続されている。
【００２０】
前記コモンレール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。この燃料ポンプ６は、エンジン１の出力軸（クランクシャフト）の回転トルクを駆動源として作動するポンプであり、該燃料ポンプ６の入力軸に取り付けられたポンププーリ６ａがエンジン１の出力軸（クランクシャフト）に取り付けられたクランクプーリ１ａとベルト７を介して連結されている。
【００２１】
このように構成された燃料噴射系では、クランクシャフトの回転トルクが燃料ポンプ６の入力軸へ伝達されると、燃料ポンプ６は、クランクシャフトから該燃料ポンプ６の入力軸へ伝達された回転トルクに応じた圧力で燃料を吐出する。
【００２２】
前記燃料ポンプ６から吐出された燃料は、燃料供給管５を介してコモンレール４へ供給され、コモンレール４にて所定圧まで蓄圧されて各気筒２の燃料噴射弁３へ分配される。そして、燃料噴射弁３に駆動電流が印加されると、燃料噴射弁３が開弁し、その結果、燃料噴射弁３から気筒２内へ燃料が噴射される。
【００２３】
また、エンジン１には、吸気枝管８が接続されており、吸気枝管８の各枝管は、各気筒２の燃焼室と吸気ポート（図示省略）を介して連通している。
【００２４】
前記吸気枝管８は、吸気管９に接続され、該吸気管９の途中には、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）１５のコンプレッサハウジング１５ａが設けられている。また、ターボチャージャの上流の吸気管９には、該吸気管９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１１が取り付けられている。
【００２５】
このように構成された吸気系では、吸気は吸気管９を介してコンプレッサハウジング１５ａに流入する。
【００２６】
コンプレッサハウジング１５ａに流入した吸気は、該コンプレッサハウジング１５ａ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た後、吸気枝管８に流入する。吸気枝管８に流入した吸気は、各枝管を介して各気筒２の燃焼室へ分配され、各気筒２の燃料噴射弁３から噴射された燃料を着火源として燃焼される。
【００２７】
一方、エンジン１には、排気枝管１８が接続され、排気枝管１８の各枝管が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。
【００２８】
前記排気枝管１８は、前記遠心過給機１５のタービンハウジング１５ｂと接続されている。前記タービンハウジング１５ｂは、排気管１９と接続され、この排気管１９は、下流にてマフラー（図示省略）に接続されている。
【００２９】
前記排気管１９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。）２０が設けられている。フィルタ２０は、ＰＭを捕獲するとともに、流入する排気の空燃比がリーンのときに還元剤の存在下において吸蔵したＮＯxをＮ2に還元する機能を有する。前記ターボチャージャ１５の下流で且つフィルタ２０より上流の排気管１９には、該排気管１９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１２が取り付けられている。また、フィルタ２０上流には排気を導入する上流側導入管１０ａの一端が接続され、フィルタ２０下流には下流側導入管１０ｂの一端が接続される。上流側導入管１０ａの他端及び下流側導入管１０ｂの他端は差圧センサ１０に接続されている。差圧センサ１０は、上流側導入管１０ａ及び下流側導入管１０ｂ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。
【００３０】
前記したフィルタ２０より下流の排気管１９には、該排気管１９内を流通する排気の流量を調節する排気絞り弁１６が設けられている。この排気絞り弁１６には、ステップモータ等で構成されて該排気絞り弁１６を開閉駆動する排気絞り用アクチュエータ１７が取り付けられている。
【００３１】
このように構成された排気系では、エンジン１の各気筒２で燃焼された混合気（既燃ガス）が排気ポートを介して排気枝管１８へ排出され、次いで排気枝管１８から遠心過給機１５のタービンハウジング１５ｂへ流入する。タービンハウジング１５ｂに流入した排気は、該排気が持つエネルギを利用してタービンハウジング１５ｂ内に回転自在に支持されたタービンホイールを回転させる。その際、タービンホイールの回転トルクは、前述したコンプレッサハウジング１５ａのコンプレッサホイールへ伝達される。
【００３２】
前記タービンハウジング１５ｂから排出された排気は、排気管１９を介してフィルタ２０へ流入し、排気中のＰＭが捕集され且つ有害ガス成分が除去又は浄化された後マフラーを介して大気中に放出される。
【００３３】
また、排気枝管１８と吸気枝管８とは、排気枝管１８内を流通する排気の一部を吸気枝管８へ再循環させる排気再循環通路（以下、ＥＧＲ通路とする。）２１を介して連通されている。このＥＧＲ通路２１の途中には、電磁弁などで構成され、印加電力の大きさに応じて前記ＥＧＲ通路２１内を流通する排気（以下、ＥＧＲガスとする。）の流量を変更する流量調整弁（以下、ＥＧＲ弁とする。）２２が設けられている。
【００３４】
前記ＥＧＲ通路２１の途中でＥＧＲ弁２２より上流には、該ＥＧＲ通路２１内を流通するＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ２３が設けられている。前記ＥＧＲクーラ２３には、冷却水通路（図示省略）が設けられエンジン１を冷却するための冷却水の一部が循環する。
【００３５】
このように構成された排気再循環機構では、ＥＧＲ弁２２が開弁されると、ＥＧＲ通路２１が導通状態となり、排気枝管１８内を流通する排気の一部が前記ＥＧＲ通路２１へ流入し、ＥＧＲクーラ２３を経て吸気枝管８へ導かれる。
【００３６】
ＥＧＲ通路２１を介して排気枝管１８から吸気枝管８へ還流されたＥＧＲガスは、吸気枝管８の上流から流れてきた新気と混ざり合いつつ各気筒２の燃焼室へ導かれる。
【００３７】
以上述べたように構成されたエンジン１には、該エンジン１を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）２７が併設されている。このＥＣＵ２７は、エンジン１の運転条件や運転者の要求に応じてエンジン１の運転状態を制御するユニットである。
【００３８】
ＥＣＵ２７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ＥＣＵ２７に入力されるようになっている。一方、ＥＣＵ２７には、燃料噴射弁３、吸気絞り用アクチュエータ１４、排気絞り用アクチュエータ１７、ＥＧＲ弁２２、還元剤噴射弁２４、遮断弁２６等が電気配線を介して接続され、制御することが可能になっている。また、前記ＥＣＵ２７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。
【００３９】
尚、本実施の形態では、フィルタ２０より上流の排気管１９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２０に流入する排気の酸素濃度を低下させるとともに還元剤の濃度を高めるようにした。
【００４０】
還元剤供給機構は、図１に示されるように、その噴孔が排気枝管１８内に臨むように取り付けられ、ＥＣＵ２７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２４と、前述した燃料ポンプ６から吐出された燃料を前記還元剤噴射弁２４へ導く還元剤供給路２５と、還元剤供給路２５に設けられて該還元剤供給路２５内の燃料の流通を遮断する遮断弁２６と、を備えている。
【００４１】
このような還元剤供給機構では、燃料ポンプ６から吐出された高圧の燃料が還元剤供給路２５を介して還元剤噴射弁２４へ印加される。そして、ＥＣＵ２７からの信号により該還元剤噴射弁２４が開弁して排気枝管１８内へ還元剤としての燃料が噴射される。
【００４２】
還元剤噴射弁２４から排気枝管１８内へ噴射された還元剤は、排気枝管１８の上流から流れてきた排気の酸素濃度を低下させる。
【００４３】
その後、ＥＣＵ２７からの信号により還元剤噴射弁２４が閉弁し、排気枝管１８内への還元剤の添加が停止される。
【００４４】
このようにして、フィルタ２０に還元剤が供給された結果、フィルタ２０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２０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２０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。
【００４５】
また、フィルタ２０に流入した酸素濃度の低い排気は、フィルタ２０に吸蔵されていた窒素酸化物（ＮＯx）を窒素（Ｎ2）に還元する。
【００４６】
ところで、フィルタ２０に供給された還元剤はフィルタ２０に担持された吸蔵還元型ＮＯx触媒で熱を発生させる。
【００４７】
ここで、図２は、還元剤供給時のフィルタ内部の温度分布を示した図である。
【００４８】
還元剤の反応により発生した熱は、下流へと流れフィルタ２０の温度を上昇させるが、フィルタ２０の上流端では排気に曝されているため排気の温度と略等しい温度となる。従って、排気の温度が低いディーゼル機関等では、フィルタ２０の上流端に堆積したＰＭを燃焼除去することが困難となり、上流端でフィルタ２０の詰まりが発生する虞がある。
【００４９】
このような問題に対し、従来の内燃機関の排気浄化装置では、フィルタ２０の上流に酸化機能を有する触媒を設け、該酸化機能を有する触媒で還元剤を反応させて下流のフィルタの温度を上昇させていた。このように構成された、内燃機関の排気浄化装置では、フィルタ上流端にも温度の高い排気を供給することができるので、フィルタの詰まりを回復させることが可能であった。
【００５０】
しかし、フィルタ詰まりを回復させるために別途酸化機能を有する触媒を設けなくてはならず、コスト高となる。また、車両搭載時には取り付けスペースが限られているため、小型化することが望ましい。
【００５１】
そこで、本実施の形態では、フィルタ２０に吸蔵還元型ＮＯx触媒を担持させつつ、フィルタ２０の上流端の詰まりを判定し、詰まりが発生していた場合には、上流端に堆積したＰＭの除去を行う。
【００５２】
図３は、フィルタ上流端の温度とフィルタ上流端のＰＭ堆積量との関係を示した図である。フィルタ上流端温度が高くなるほどフィルタ上流端に堆積していたＰＭの燃焼が促進される。フィルタ上流端の温度がａで示される温度となったときに詰まりが回復されている。この図より、排気の流量にはほとんど関係なく、所定の温度ａとなった場合にフィルタの再生が可能となっている。
【００５３】
次に、図４は、排気の流量とフィルタ入ガス温度との関係を示した図である。
【００５４】
ＥＧＲガスの還流及び吸気絞り弁による吸入空気量の減少により、フィルタ入ガス温度を上昇させることができる。しかし、吸気絞り弁によるほうがより温度上昇率が大きいため、本実施の形態では、吸気絞り弁によりフィルタ入ガス温度の上昇を行う。ここで、吸気絞り弁により、吸入空気量を減少させると、排気の流量が減少するが、図３により排気の流量が低下したとしてもＰＭの除去にはほとんど影響がない。
【００５５】
次に、フィルタ上流端に詰まりが発生しているか否かの判定方法について説明する。
【００５６】
図５は、通常の詰まり回復制御前後の排気の流量とフィルタ圧力損失との関係を示した図である。
【００５７】
フィルタ内部（セル間の隔壁内部）及び上流端に詰まりが発生している場合には、フィルタ内部のみに詰まりが発生している場合よりも上流端の詰まり分だけフィルタの圧力損失が大きくなる。また、通常の詰まり回復制御を実施すると、フィルタ内部のＰＭは除去されるが、上流端に堆積したＰＭは前記した理由により除去されないので、詰まり回復制御実施後、上流端に詰まりが発生していた場合のほうがフィルタの圧力損失が大きくなる。
【００５８】
従って、通常の詰まり回復制御後にフィルタの圧力損失が所定値以上の場合には、フィルタの上流端に詰まりが発生していると判定することができる。
【００５９】
ここで、フィルタの圧力損失は、フィルタ前後の差圧を検出する差圧センサ１０の出力信号により求まる。また、判定条件となる所定値は、予め実験等により求めておき、ＥＣＵ２７に記憶させておく。
【００６０】
通常の詰まり回復制御では、フィルタ２０に還元剤が供給される。このような還元剤を供給する方法としては、前記したように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若しくは排気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。
【００６１】
そして、フィルタの上流端に詰まりが発生していると判定された場合には、その詰まりを回復させるためのフィルタ上流端詰まり回復制御を行う。
【００６２】
フィルタ上流端詰まり回復制御では、ＥＧＲ弁２２が閉弁される。また、吸気絞り弁１３が極力閉じられる。ここで、ＥＧＲガスの還流を停止させると気筒２内に吸入される新気の量が増加するため、燃焼が促進され燃焼温度が上昇する。また、ＥＧＲガスの還流によるスモークの発生を防止することができる。更に、吸気絞り弁１３を極力閉じることにより、燃料量に対して新気の量が減少するため、排気の温度が上昇する。このように排気の温度を上昇させることにより、フィルタ上流端に堆積しているＰＭを燃焼除去することが可能となる。
【００６３】
尚、本実施の形態では、フィルタ上流端詰まり回復制御実行中には、還元剤の供給を停止する。このようにして、還元剤の供給によりフィルタ上流端の冷却を防止し、詰まり回復に必要となる温度まで上昇させることができる。
【００６４】
また、本実施の形態では、フィルタ上流端詰まり回復制御を開始してからの経過時間が所定時間以上となった場合に、フィルタ上流端の詰まりが回復したとして、フィルタ上流端詰まり回復制御を終了させる。このときの判定条件となる所定時間は、予め実験とにより求めておき、ＥＣＵ２７に記憶させておく。
【００６５】
尚、本実施の形態では、フィルタ２０を通過する排気の量に比例し、且つフィルタ２０に流入する排気の温度に反比例する値を積算した値が所定値以上となった場合に、フィルタ上流端に詰まりが発生していると判定しても良い。
【００６６】
ここで、フィルタ２０に流入する排気の量が多くなる程、フィルタ２０に流入するＰＭの量が多くなる。また、フィルタ２０に流入する排気の温度が低い程、ＰＭが燃焼せずに堆積する。従って、フィルタ２０を通過する排気の量に比例し、且つフィルタ２０に流入する排気の温度に反比例する値は、そのときにフィルタに捕集されるＰＭの量と相関関係がある。この値を積算していき、積算値が所定値以上となった場合に詰まりが発生したと判定する。ここで、判定条件となる所定値は、予め実験等により求めておく。また、判定式は例えば次式により表すことができる。
【００６７】
Σ（Ｇｇ／Ｔ）・α
ここで、αは定数若しくは運転状態により定まる値であり、予め実験等により求めておく。Ｇｇは、フィルタ２０に流入する排気の量であり、エアフローメータ１１の出力信号から求める。Ｔは、フィルタ２０に流入する排気の温度であり、排気温度センサ１２の出力信号から求まる。
【００６８】
上記判定式によりフィルタ２０に詰まりが発生している場合には、前記フィルタ上流端詰まり回復制御を実施する。
【００６９】
ここで、従来の内燃機関の排気浄化装置では、フィルタ上流に酸化機能を有する触媒を設けてフィルタ上流端を加熱し詰まりを抑制していた。従って、取り付けスペースが余計に必要となり、また、コスト高となっていた。
【００７０】
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、フィルタ上流端に詰まりが発生していることを検出することができ、通常のフィルタ再生とは異なる処理により、フィルタ上流端に堆積したＰＭを除去することができる。
【００７１】
以上説明したように、本実施の形態によれば、フィルタ上流端にＰＭが堆積していることを検出し、堆積しているＰＭを除去することができる。
【００７２】
【発明の効果】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置では、フィルタ上流端の詰まりを検出することができる。また、フィルタ上流端に堆積した粒子状物質を除去することができる。
【００７３】
従って、上流に酸化機能を有する触媒を設けることなく、フィルタの詰まりを回復させることができる。
【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】 還元剤供給時のフィルタ内部の温度分布を示した図である。
【図３】 フィルタ上流端の温度とフィルタ上流端のＰＭ堆積量との関係を示した図である。
【図４】 排気の流量とフィルタ入ガス温度との関係を示した図である。
【図５】 通常の詰まり回復制御前後の排気の流量とフィルタ圧力損失との関係を示した図である。
【符号の説明】
１・・・・エンジン
２・・・・気筒
３・・・・燃料噴射弁
４・・・・コモンレール
５・・・・燃料供給管
６・・・・燃料ポンプ
７・・・・ベルト
８・・・・吸気枝管
９・・・・吸気管
１０・・・差圧センサ
１１・・・エアフローメータ
１２・・・排気温度センサ
１３・・・吸気絞り弁
１４・・・吸気絞り用アクチュエータ
１５・・・ターボチャージャ
１６・・・排気絞り弁
１７・・・排気絞り用アクチュエータ
１８・・・排気枝管
１９・・・排気管
２０・・・パティキュレートフィルタ
２１・・・ＥＧＲ通路
２２・・・ＥＧＲ弁
２３・・・ＥＧＲクーラ
２４・・・還元剤噴射弁
２５・・・還元剤供給路
２６・・・遮断弁
２７・・・ＥＣＵ
Claims (6)
- 酸化機能を有する触媒を担持し排気中の粒子状物質を一時捕獲可能なフィルタと、
前記フィルタへ還元剤を供給する還元剤供給手段と、
前記フィルタに詰まりが発生しているか否かを判定する詰まり判定手段と、
前記フィルタの上流端に詰まりが発生しているか否かを判定する上流端詰まり判定手段と、
前記上流端詰まり判定手段によりフィルタの上流端に詰まりが発生していると判定された場合に、上流端の詰まりを回復させる上流端詰まり回復手段と、
を具備することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 - 前記フィルタに担持されている酸化機能を有する触媒は、流入する排気の空燃比がリーンのときにはＮＯxを吸蔵し流入する排気の空燃比が低下したときに吸蔵したＮＯxをＮ2に還元する吸蔵還元型ＮＯx触媒であ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。 - 前記フィルタに流入する排気の量を推定する排気流入量推定手段と、
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、
を備え、
前記上流端詰まり判定手段は、前記排気流入量推定手段の推定値に比例し且つ前記排気温度検出手段の検出値に反比例する値の積算値が所定値以上となった場合にフィルタの上流端に詰まりが発生したと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。 - 前記フィルタの上流端以外の詰まりを回復可能な詰まり回復手段と、
を備え、
前記上流端詰まり判定手段は、前記詰まり回復手段がフィルタの詰まりを回復した後で詰まり判定手段がフィルタに詰まりがあることを判定した場合には前記フィルタの上流端に詰まりが発生していると判定する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。 - 排気系と吸気系を連通し排気の一部を還流させるＥＧＲ装置と、
吸入される新気の量を調整する吸気絞り弁と、
を備え、
前記上流端詰まり回復手段はＥＧＲ装置によりＥＧＲガスを還流させ、吸気絞り弁により新気の量を減量させて前記フィルタの上流端の詰まりを回復させる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。 - 前記フィルタの上流端の詰まりを回復しているときに還元剤の供給を禁止する還元剤供給禁止手段を備え、前記上流端詰まり回復手段は、詰まりの回復を開始してから所定温度以上で所定時間以上経過したときに前記フィルタの上流端詰まりが回復したと判定することを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の排気浄化装置。
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