JP4259068B2 - 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】
近年、ディーゼルエンジンの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、「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9−94434号公報では、セル間の隔壁内部に形成された気孔内に触媒を薄く均一に担持させ、隔壁内部の気孔内部でPMを燃焼除去できるウォールフロー型のフィルタが開示されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、フィルタに捕集されたPMは、それ自身がフィルタの役目を果たし、PMの捕集量が多くなるほど排気中のPMの捕集率が大きくなる。従って、フィルタの再生を行いフィルタに堆積するPMの量が減少するとPMの捕集率が低下することがある。
【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、フィルタによるPMの捕集率を維持しつつフィルタの再生を行う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、
酸化能を有する触媒を担持し且つ内燃機関からの排気中に含まれる粒子状物質を一時捕集可能なパティキュレートフィルタと、
前記パティキュレートフィルタの温度を検出するフィルタ温度検出手段と、
機関運転状態を検出する運転状態検出手段と、
前記フィルタ温度検出手段の検出値及び前記運転状態検出手段の検出値に基づいて内燃機関の運転を制御する機関制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【0008】
本発明の最大の特徴は、機関から排出される粒子状物質の量をフィルタの温度に基づいて調整し、フィルタに堆積する粒子状物質の量を適正に保つことにある。
【0009】
フィルタに捕集された粒子状物質は、酸化させることにより除去することが可能となるが、このときの酸化速度は該フィルタの温度(床温)により異なり、温度が高いほど酸化速度は速くなる。従って、内燃機関が高回転高負荷で運転されているときには、機関から排出される粒子状物質の量よりもフィルタでの粒子状物質の酸化速度が速くなり、フィルタに堆積した粒子状物質が除去される。しかし、内燃機関の回転数や負荷が変化しても、フィルタの温度はすぐには変化せずある程度の時間を要する。従って、機関負荷が大きい場合であってもフィルタの温度が低いときがあり、一方、機関負荷が小さい場合であってもフィルタの温度が高いときがある。ここで、フィルタの温度が高い場合には、粒子状物質の酸化速度が速いために機関から排出される粒子状物質の量が多くても酸化することができる。そこで、フィルタの温度に基づいて機関の運転制御を行い、粒子状物質の排出量を制御すれば、フィルタに堆積する粒子状物質の量を制御することが可能となり、フィルタの目詰まりや捕集率の低下を抑制することが可能となる。
【0010】
本発明においては、前記運転状態検出手段は機関の負荷状態及び機関の回転数を検出し、
機関の負荷状態及び機関の回転数から内燃機関の運転制御を行う制御マップであってフィルタの温度に対して制御値が異なる複数の制御マップをさらに備えることができる。
【0011】
フィルタの温度により異なる複数の制御マップを備えることにより、フィルタの温度に基づいた内燃機関の運転制御が可能となる。
【0012】
本発明においては、前記機関制御手段は、前記フィルタ温度検出手段により検出された温度が低いほど粒子状物質の排出量が少なくなるように機関の運転を制御する。
【0013】
フィルタの温度が低い場合には、粒子状物質の酸化速度が遅いため、粒子状物質の排出量が少なくなるような運転状態とすることにより、フィルタの目詰まりを抑制することが可能となる。
【0014】
本発明においては、前記フィルタ温度検出手段により検出された温度と該温度のときのフィルタに捕集された粒子状物質の酸化速度と前記内燃機関から排出される粒子状物質の量とからフィルタに残留する粒子状物質の量を求める残留量推定手段を更に備え、前記機関制御手段は、前記残留量推定手段により推定される粒子状物質の量が所定範囲内となるように機関から排出される粒子状物質の量を制御することができる。
【0015】
フィルタで酸化される粒子状物質の量よりも内燃機関から排出される粒子状物質の量が多い場合にはフィルタに堆積する粒子状物質の量が増加する。一方、フィルタで酸化される粒子状物質の量よりも内燃機関から排出される粒子状物質の量が少ない場合にはフィルタに堆積する粒子状物質の量が減少する。従って、内燃機関から排出される粒子状物質の量を制御することにより、フィルタに堆積する粒子状物質の量の増減を所定の範囲内に収めることが可能となり、粒子状物質の捕集率を維持することが可能となる。
【0016】
本発明においては、前記パティキュレートフィルタに堆積している粒子状物質の量を検出する堆積量検出手段と、
前記堆積量検出手段により検出された堆積量が多いときほど粒子状物質の排出量が少なくなるように前記機関制御手段の制御値を補正する手段と、
を更に備えることができる。
【0017】
フィルタに捕集された粒子状物質の量が多くなると、フィルタに目詰まりが生じる虞がある。また、堆積した粒子状物質が酸化される際に発生する熱によりフィルタが劣化する虞がある。そこで、フィルタに捕集された粒子状物質の量が多くなるほど粒子状物質の排出量が少なくなるように機関を制御することにより、フィルタの目詰まりや劣化を抑制することが可能となる。
【0018】
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、
酸化能を有する触媒を担持し且つ内燃機関からの排気中に含まれる粒子状物質を一時捕集可能なパティキュレートフィルタと、
前記パティキュレートフィルタに堆積している粒子状物質の量を検出する堆積量検出手段と、
前記堆積量検出手段の検出値からそのときの粒子状物質の捕集率を推定する捕集率推定手段と、
前記捕集率推定手段による推定値に基づいて内燃機関の運転を制御する機関制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【0019】
本発明の最大の特徴は、粒子状物質のフィルタにおける捕集率に基づいて機関から排出される粒子状物質の量を調整してフィルタに堆積する粒子状物質の量を適正に保つことにある。
【0020】
排気中の粒子状物質のうちフィルタが捕集可能な粒子状物質の率(捕集率)は、フィルタに堆積している粒子状物質の量により異なる。この捕集率はフィルタに堆積している粒子状物質の量が多くなるほど高くなる。一方で、フィルタに堆積する粒子状物質の量が多くなると、フィルタの目詰まりや劣化を誘発する。そこで、フィルタにおける粒子状物質の捕集率に基づいて機関の運転制御を行い、粒子状物質の排出量を制御すれば、フィルタに堆積する粒子状物質の量を制御することが可能となり、フィルタの目詰まりや捕集率の低下を抑制することが可能となる。
【0021】
本発明においては、前記機関制御手段は、前記捕集率推定出手段により推定される粒子状物質の捕集率が所定範囲内となるように機関の運転を制御することができる。
【0022】
粒子状物質の捕集率が高い場合には、フィルタに堆積している粒子状物質の量が多くなっている。このような場合には、粒子状物質の排出量を減少させることによりフィルタの目詰まりや劣化を抑制することが可能となる。一方、粒子状物質の捕集率が所定範囲よりも低くなると大気中へ放出される粒子状物質の量が増加してしまう。このような場合には、機関からの粒子状物質の排出量を増加させることによりフィルタでの粒子状物質の堆積量を適正化することが可能となり、捕集率を所定の範囲内に維持することが可能となる。
【0023】
第1及び第2の発明においては、前記パティキュレートフィルタは、吸蔵還元型NOx触媒を担持し、
該吸蔵還元型NOx触媒に吸蔵されたNOx量を推定するNOx吸蔵量推定手段と、
NOx吸蔵量推定手段により推定されたNOxの吸蔵量が多いほどNOxの排出量が少なくなるように前記機関制御手段の制御値を補正する手段と、
をさらに備えることができる。
【0024】
吸蔵還元型NOx触媒に吸蔵することができるNOxの量には限りがある。そこで、NOxの吸蔵量が多くなった場合には、機関から排出されるNOxの量を減少させることにより、大気中へのNOxの放出を抑制することが可能となる。
【0025】
【発明の実施の形態】
<第1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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
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。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
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。
【0033】
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。前記吸気管9における吸気枝管8の直上流に位置する部位には、該吸気管9内を流通する吸気の流量を調節する吸気絞り弁10が設けられている。この吸気絞り弁10には、ステップモータ等で構成されて該吸気絞り弁10を開閉駆動する吸気絞り用アクチュエータ11が取り付けられている。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12が取り付けられている。
【0034】
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。
【0035】
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。
【0036】
一方、エンジン1には、排気枝管13が接続され、排気枝管13の各枝管が排気ポート1bを介して各気筒2の燃焼室と連通している。
【0037】
前記排気枝管13は、前記ターボチャージャ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14と接続され、この排気管14は、下流にてマフラー(図示省略)に接続されている。
【0038】
前記排気管14の途中には、吸蔵還元型NOx触媒を担持し、且つ排気中のPMを捕集するためのパティキュレートフィルタ(以下、単にフィルタという。)16が設けられている。
【0039】
ここで、本実施の形態に係るフィルタ16について説明する。
【0040】
図2は、フィルタ16の断面図である。図2(A)は、フィルタ16の横方向断面を示す図である。図2(B)は、フィルタ16の縦方向断面を示す図である。
【0041】
図2(A)及び(B)に示されるようにフィルタ16は、互いに平行をなして延びる複数個の排気流通路50、51を具備するいわゆるウォールフロー型である。これら排気流通路は下流端が栓52により閉塞された排気流入通路50と、上流端が栓53により閉塞された排気流出通路51とにより構成される。なお、図2(A)においてハッチングを付した部分は栓53を示している。従って、排気流入通路50および排気流出通路51は薄肉の隔壁54を介して交互に配置される。換言すると排気流入通路50および排気流出通路51は各排気流入通路50が4つの排気流出通路51によって包囲され、各排気流出通路51が4つの排気流入通路50によって包囲されるように配置される。
【0042】
フィルタ16は例えばコージェライトのような多孔質材料から形成されており、従って排気流入通路50内に流入した排気は図2(B)において矢印で示されるように周囲の隔壁54内を通って隣接する排気流出通路51内に流出する。
【0043】
本実施例では各排気流入通路50および各排気流出通路51の周壁面、即ち各隔壁54の両側表面上および隔壁54内の細孔内壁面上には例えばアルミナからなる担体の層が形成されており、この担体上に吸蔵還元型NOx触媒が坦持されている。
【0044】
フィルタ16は、例えば、アルミナを担体とし、その担体上に、カリウム(K)、ナトリウム(Na)、リチウム(Li)、もしくはセシウム(Cs)等のアルカリ金属と、バリウム(Ba)もしくはカルシウム(Ca)等のアルカリ土類と、ランタン(La)もしくはイットリウム(Y)等の希土類とから選択された少なくとも1つと、白金(Pt)等の貴金属とを担持して構成されている。尚、本実施の形態では、アルミナからなる担体上にバリウム(Ba)と白金(Pt)とを担持して構成される吸蔵還元型NOx触媒(以下、単にNOx触媒という。)を採用した。更に、O2ストレージ能力のあるセリア(Ce23)を添加しても良い。
【0045】
このように構成された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)を吸蔵する。
【0046】
一方、NOx触媒は、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窒素酸化物(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。
【0047】
前記ターボチャージャ15の下流で且つフィルタ16より上流の排気管14には、該排気管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が取り付けられている。排気温度センサ17によりフィルタ16に流入する排気の温度が検出されるが、この温度によりフィルタ16の床温を推定することができる。
【0048】
前記したフィルタ16より下流の排気管14には、該排気管14内を流通する排気の流量を調節する排気絞り弁18が設けられている。この排気絞り弁18には、ステップモータ等で構成されて該排気絞り弁18を開閉駆動する排気絞り用アクチュエータ19が取り付けられている。
【0049】
このように構成された排気系では、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1bを介して排気枝管13へ排出され、次いで排気枝管13からターボチャージャ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。
【0050】
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14を介してフィルタ16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。
【0051】
また、排気枝管13と吸気枝管8とは、排気枝管13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。)20を介して連通されている。このEGR通路20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20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。)21が設けられている。
【0052】
このように構成された排気再循環機構では、EGR弁21が開弁されると、EGR通路20が導通状態となり、排気枝管13内を流通する排気の一部が前記EGR通路20を経て吸気枝管8へ導かれる。
【0053】
EGR通路20を介して排気枝管13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。
【0054】
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)22が併設されている。このECU22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。
【0055】
ECU22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ECU22に入力されるようになっている。一方、ECU22には、燃料噴射弁3、吸気絞り用アクチュエータ11、排気絞り用アクチュエータ19、EGR弁21、後述する還元剤噴射弁23等が電気配線を介して接続され、これらを制御することが可能になっている。また、前記ECU22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。
【0056】
尚、本実施の形態では、フィルタ16より上流の排気管14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16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。
【0057】
還元剤供給機構は、図1に示されるように、その噴孔が排気ポート1b若しくは排気枝管13内に臨むように取り付けられ、ECU22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23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23へ導く還元剤供給路24と、を備えている。
【0058】
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24を介して還元剤噴射弁23へ印加される。そして、ECU22からの信号により該還元剤噴射弁23が開弁して排気枝管13内へ還元剤としての燃料が噴射される。
【0059】
還元剤噴射弁23から排気ポート1b若しくは排気枝管13内へ噴射された還元剤は、排気枝管13の上流から流れてきた排気の酸素濃度を低下させる。
【0060】
その後、ECU22からの信号により還元剤噴射弁23が閉弁し、排気枝管13内への還元剤の添加が停止される。
【0061】
このようにして、フィルタ16に還元剤が供給された結果、フィルタ16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16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16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。また、フィルタ16に流入した酸素濃度の低い排気は、フィルタ16に吸蔵されていた窒素酸化物(NOx)を還元する。
【0062】
ここで、前記フィルタ16は、PMの捕集量が多くなるとPM自体がフィルタの役目を果たして捕集率が向上していた。従って、フィルタ16の再生を実施して、フィルタ16に捕集されたPMを全て除去してしまうとPMの捕集率が低下することがあった。
【0063】
ところで、機関の運転状態が変化すると排気の温度が変化し、この排気の温度変化に伴ってフィルタ16の温度が変化する。このときフィルタ16の温度は徐々に変化するため、フィルタ16の温度が機関運転状態に相応したものとなるまでにはある程度の時間を要する。このように温度が変化している間に機関運転状態にのみ基づいて機関運転制御を行うと、フィルタ16にPMが必要以上に堆積したり、またはPMが必要以上に除去されたりする虞があった。
【0064】
例えば、従来の機関では、低負荷運転時にフィルタ16が低温となるためにPMの酸化速度が遅くなるものとして、PMの排出量を減少させるような運転制御を行ってフィルタ16の詰まりを抑制していた。しかし、高負荷運転が続いた後に低負荷運転に移行した場合には、フィルタ16の温度はまだ高い状態であるため、PMの酸化速度は速い状態となっている。従って、上述のようなPMの排出量を減少させるような運転制御を行う必要はない。また、PMの排出量とNOxの排出量とでは反比例する関係にあるため、PMの排出量を減少させるような運転制御を行わずに、NOxの排出量を減少させるような運転制御を行えば、吸蔵還元型NOx触媒に吸蔵されたNOxを還元させるための燃料の添加を減少させることができ、燃費低減を図ることができる。
【0065】
一方、低負荷運転が続いた後に高負荷運転状態に移行した場合には、フィルタ16の温度はまだ低い状態であるためPMの酸化速度が遅い。従って、PMの排出量が多い場合にはフィルタ16の目詰まりが発生してしまう。このため、速やかにフィルタ16の温度を上昇させるような運転制御を行ことにより、フィルタ16の目詰まりを抑制することができる。
【0066】
図3は、フィルタ16の温度毎に回転数とトルク(負荷)とからエンジン運転条件を決定するためのマップである。フィルタ16の床温が例えば200℃未満の場合にはマップ1を使用し、例えば200℃以上300℃未満の場合にはマップ2を使用し、例えば300℃以上400℃未満の場合にはマップ3を使用し、例えば400℃以上の場合にはマップ4を使用する。
【0067】
このマップにより、EGR弁21の開度、吸気絞り弁10の開度、燃料噴射弁3から噴射される燃料の噴射時期及び噴射量等が制御されエンジン1が運転される。ここで、EGR弁21は、開弁することによりエンジン1に吸入されるEGR量が増加し、閉弁することによりエンジン1に吸入されるEGR量が減少する。EGRガスは、気筒2内の燃焼温度を低下させるため、NOxの排出量を低下させることができるが、燃焼状態が不安定となるためPMの排出量が増加させることがある。また、吸気絞り弁10は、開弁することによりエンジン1に吸入される新気の量が増加し、安定した燃焼状態が得られるため燃焼温度が上昇し、NOxの排出量が増加するもののPMの排出量は減少する。一方、吸気絞り弁10を閉弁することによりエンジン1に吸入される新気の量が減少し、燃焼状態が不安定となるため燃焼温度が低下する。そのため、NOxの排出量が減少するもののPMの排出量は増加する。更に、燃料噴射時期を遅角させることにより、機関出力とならないまま排出される混合気が増加するので排気の温度を上昇させ、また、吸蔵還元型NOx触媒において未燃ガスの酸化により発生する熱によりフィルタ16の温度を上昇させることが可能となる。また、燃料の噴射圧力を上昇させることにより燃料の霧化が促進されるので、燃焼温度を上昇させることができるとともにPMの排出量を減少させることができる。他にも、排気絞り弁18の開度や、ターボチャージャ15に可変容量型ターボチャージャを採用した場合にはノズルベーンの開度等を制御しても良い。ここで、排気絞り弁18またはノズルベーンの開度を閉じ側へ制御するとEGRガスの還流量が増加するため、PMの排出量が増加するとともにNOxの排出量が減少する。
【0068】
これら、EGR弁21の開度、吸気絞り弁10の開度、燃料噴射弁3から噴射される燃料の噴射時期及び噴射量、排気絞り弁18の開度、ノズルベーンの開度等とフィルタ温度、機関回転数、機関負荷との関係は、予め実験等により求めてマップ化したものをECU22に記憶させておく。
【0069】
次に、図4は、フィルタ16の温度と使用マップとの関係を示したタイムチャート図である。図中▲1▼及び▲2▼の範囲は、従来の機関運転制御と異なる運転制御を実施する領域である。この図4では、最初に低負荷で定常状態若しくはアイドル状態で運転されている。この場合、エンジン1から排出される排気の温度は低いためにフィルタ16の床温は低い状態であり、図3中のマップ1が適用される。次に、車両が加速して次第に速度が速くなるが、フィルタ16の床温はすぐには上昇しない。従って、車両が加速を始めてからすぐにはマップを変更されず、フィルタ16の床温が例えば200℃となった時点で図3中のマップ2に変更される。次いで、フィルタ16の床温が例えば300℃となった時点で図3中のマップ3に変更される。ここで、車両速度は一定となるが、フィルタ16の床温は上昇を続ける。そして、フィルタ16の床温が例えば400℃となった時点で図3中のマップ4に変更される。その後、車両は減速されるが、フィルタ16の床温はすぐには低下しないため引き続きマップ4が適用される。車両が低負荷定常状態若しくはアイドル状態で運転され、フィルタ16の床温が例えば400℃まで低下した時点でマップ3に、300℃まで低下した時点でマップ2に、200℃まで低下した時点でマップ1に変更される。
【0070】
このようにして、フィルタ16床温に基づいたエンジン1の運転制御が可能となる。
【0071】
以上説明したように、本実施の形態によれば、フィルタ16の床温に基づいて運転制御マップを変更し、PM排出量及びNOx排出量に応じたエンジン1の運転制御を行うことが可能となる。
【0072】
フィルタの床温が高い場合には、NOxの排出量を減少させる運転制御を行うことができ、NOx還元のための燃料添加量を減少させ燃費の悪化を抑制することができる。また、フィルタの床温が低い場合には、燃料噴射弁3から噴射される燃料の噴射時期を遅角させてフィルタの温度を上昇させることができる。これによりフィルタの目詰まりを抑制することができる。
<第2の実施の形態>
本実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置は、第1の実施の形態と比較してフィルタ16に堆積しているPMの量が所定範囲内となるようにエンジン制御を行う点で異なる。尚、適用対象となるエンジン1やその他ハードウェアの基本構成については、第1の実施の形態と共通なので説明を割愛する。
【0073】
フィルタ16にPMが堆積するとPM自体がフィルタの役目を果たす。従って、フィルタ16に堆積しているPMの量が少ないと、該フィルタ16をPMがすり抜けてPMの捕集率が低くなることがある。
【0074】
図5は、PMの堆積量と捕集率との関係を示した図である。
【0075】
図5中の低捕集率領域では、PMの堆積量が少ないため捕集率が低下する。一方、PM酸化速度低下領域では、PMの堆積量が多いためPMの酸化速度が遅くなりフィルタの目詰まりが発生する虞が生じたり、PMの酸化反応時に発生する熱によりフィルタ16が溶損若しくは劣化する虞が生じたり、さらにはフィルタ16の通気抵抗が増大して機関出力が低下する虞が生じたりする。
【0076】
そこで、本実施の形態では、PMの堆積量が図5中の低捕集率領域よりも多く、且つPM酸化速度低下領域よりも少ない範囲内となるようにエンジン制御を行う。
【0077】
次に、図6は、本実施の形態によるエンジン制御を行う場合のフィルタ16の床温とエンジンからのPM排出量との関係を示した図である。ここで、フィルタ16の床温が高くなるほどPMの酸化速度が速くなり、フィルタ16に捕集されているPMの量が少なくなる。一方、フィルタ16の床温が低くなるほどPMの酸化速度が遅くなるため、エンジン1からのPMの排出量を減少させる必要がある。
【0078】
本実施の形態では、PMの排出量が図6中のPM排出量制御領域内に入るようにエンジン1の運転制御が行われる。この領域は、フィルタ16に捕集されたPMが酸化されて減少する量と、エンジン1から排出されるPMの量とが同量となるようにPMの排出量の上限を設定する(図6中のPM排出量上限の線)。一方、エンジン1から排出されるPMの量が少なくなりすぎると、PMの堆積量が減少してPMの捕集率が低下するため、予め実験等によりPM排出量の下限を求めて設定しておく(図6中のPM排出量下限の線)。ここで、PM排出量は、第1の実施の形態と同様にして、EGR弁21の開度、吸気絞り弁10の開度、燃料噴射弁3から噴射される燃料の噴射時期及び噴射量、排気絞り弁18の開度、ノズルベーンの開度等により制御される。
【0079】
PMの酸化速度は、フィルタ16に堆積したPMの量により異なるため、PMの堆積量を検出して、この検出値に基づいて制御範囲を変更しても良い。即ち、フィルタ16に捕集されたPMの量が多くなるほどPMの酸化速度は遅くなるため、PMの排出量が少なくなるように制御範囲を変更する。フィルタ16に捕集されたPMの量は、例えば、フィルタ16前後の差圧を検出する差圧センサ(図示省略)を排気管に取り付けて、該差圧センサの検出値に応じたPM量を予め実験等により求めておくことにより求めることができる。また、運転状態に応じたPM排出量を予め実験等により求めてマップ化しておき、このマップにより求まるPM排出量を積算してPMの堆積量とすることもできる。更に、車両走行距離若しくは走行時間に応じてPMの堆積量を推定しても良い。
【0080】
尚、フィルタ16の床温からPMの酸化速度(若しくはPM減少量)を求め、一方で、エンジン1から排出されるPM量を求め、これらの値からPM残留量を算出して該PM残留量を所定の範囲に入るようにエンジン制御を行うとしても良い。フィルタ16の床温とPM酸化速度(若しくはPM減少量)の関係は予め実験等により求めることができる。PMの減少量と排出量とを積算することによりPMの残留量を求めることができる。
【0081】
また、本実施の形態では、エンジンからのPMの排出量に応じてエンジン制御を行う態様について説明したが、これに代えて、フィルタ16に捕集されるPMの捕集率に応じたエンジン制御を行っても良い。PMの捕集率は、図5の関係に基づいて求めることができる。ここで、図5に示した低捕集率領域及び酸化速度低下領域に入らないようにPMの排出量を制御する。
【0082】
このように、本実施の形態によれば、フィルタ16に堆積するPMの減少によるPMの捕集率の低下を抑制することができ、且つ、フィルタ16の目詰まりや劣化を抑制することができる。
<第3の実施の形態>
本実施の形態においては、第1及び第2の実施の形態と比較して、フィルタ16の床温及びフィルタ16に堆積しているPMの量に応じてエンジン運転制御を行う点で異なる。尚、適用対象となるエンジン1やその他ハードウェアの基本構成については、第1の実施の形態と共通なので説明を割愛する。
【0083】
第1の実施の形態では、フィルタ16の床温に応じたエンジン制御マップを有していたが、本実施の形態では、フィルタ16の床温及びフィルタ16に堆積するPMの量に応じたエンジン制御マップを有する。
【0084】
フィルタ16に捕集されているPMの量が少ないときには、該フィルタ16をPMがすり抜けることがあるため捕集率が低くなる。ここで、フィルタ16の床温が高い場合には、PMの酸化速度が速いために、フィルタ16に捕集されているPMの量が減少してしまう。一方、フィルタ16に捕集されたPMの量が多くなると、PMの酸化反応時に発生する熱によりフィルタ16が溶損若しくは劣化する虞が生じる。また、PMの捕集量が多くなると、フィルタ16の通気抵抗が増大して機関出力が低下してしまう。
【0085】
ここで、PMの排出量は、第1の実施の形態と同様にして、EGR弁21の開度、吸気絞り弁10の開度、燃料噴射弁3から噴射される燃料の噴射時期及び噴射量、排気絞り弁18の開度、ノズルベーンの開度等により制御される。
【0086】
次に、フィルタ16に捕集されたPMの量は、第2の実施の形態と同様にして、フィルタ16前後の差圧を検出する差圧センサ(図示省略)を排気管に取り付けて、該差圧センサの検出値に応じたPM量を予め実験等により求めておくことにより求めることができる。また、運転状態に応じたPM排出量を予め実験等により求めてマップ化しておき、このマップにより求まるPM排出量を積算してPMの堆積量とすることもできる。更に、車両走行距離若しくは走行時間に応じてPMの堆積量を推定しても良い。
【0087】
PMの堆積量とフィルタ16の床温、機関回転数、機関負荷とで前記EGR弁21の開度、吸気絞り弁10の開度、燃料噴射弁3から噴射される燃料の噴射時期及び噴射量、排気絞り弁18の開度、ノズルベーンの開度等を制御するマップを予め実験等により求めてECU22に記憶させておく。このようにして、PMの堆積量、フィルタ16の床温、機関回転数、機関負荷からエンジン1の運転制御を行い、最適なPM堆積量を維持することが可能となる。
【0088】
尚、本実施の形態では、第1の実施の形態と同様にフィルタ16の床温に応じたエンジン制御マップを有し、該マップをフィルタ16に堆積しているPMの量に基づいて補正するとしても良い。
【0089】
以上説明したように、本実施の形態によれば、フィルタ16に堆積するPMの減少によるPMの捕集率の低下を抑制することができ、且つ、フィルタ16の目詰まりや劣化を抑制することができる。
<第4の実施の形態>
本実施の形態においては、第1の実施の形態と比較して、フィルタ16の床温及びフィルタ16に担持された吸蔵還元型NOx触媒に吸蔵されたNOxの量に応じてエンジン運転制御を行う点で異なる。尚、適用対象となるエンジン1やその他ハードウェアの基本構成については、第1の実施の形態と共通なので説明を割愛する。
【0090】
第1の実施の形態では、フィルタ16の床温に応じたエンジン制御マップを有していたが、本実施の形態では、フィルタ16の床温に応じたエンジン制御マップを吸蔵還元型NOx触媒に吸蔵されているNOxの量に応じて補正する。
【0091】
ここで、エンジンから排出されるNOxの量は、EGRガス量が少なくなるほど、エンジンに吸入される新気量が多くなるほど、燃料噴射時期が早くなると、燃料噴射圧力が高くなるほど多くなる。また、筒内における空燃比が理論空燃比近傍で多くなる。従って、NOxの吸蔵量が多くなりNOxの排出量を低減させる場合には、EGR弁21の開度を閉じ側へ、吸気絞り弁10の開度を開き側へ、燃料噴射弁3から噴射される燃料の噴射時期を進角側へ、燃料噴射圧力を減圧側へ、噴射量を理論空燃比近傍側へ、排気絞り弁18を開き側へ、ノズルベーンを開き側へ制御するようにエンジン制御マップを補正する。
【0092】
吸蔵還元型NOx触媒に吸蔵されたNOxの量は、例えば、フィルタ16下流の排気管にNOxセンサを取り付けて、該NOxセンサにより検出されるNOxの量により求めることができる。また、運転状態に応じたNOx排出量を予め実験等により求めてマップ化しておき、このマップにより求まるNOx排出量を積算して吸蔵されたNOxの量とすることもできる。更に、車両走行距離若しくは走行時間に応じて吸蔵されたNOxの量を推定しても良い。
【0093】
このように、エンジン制御マップを補正することにより、NOxの排出量を減少させることができ、吸蔵還元型NOx触媒に吸蔵されたNOx量が多くなり、且つ、NOxの還元を行うことができない場合であってもNOxを大気中へ放出することを抑制することができる。また、吸蔵還元型NOx触媒に吸蔵されたNOxを還元させるための燃料の添加を減少させることができ、燃費低減を図ることができる。
【0094】
尚、本実施の形態においては、フィルタ16の床温及び吸蔵還元型NOx触媒に吸蔵されたNOxの量毎にエンジン制御マップを有していても良い。
【0095】
また、フィルタ16のPM堆積量及び吸蔵還元型NOx触媒のNOx吸蔵量を夫々検出して、PM若しくはNOxの排出量の何れかを目標としてエンジン制御を行っても良い。一般に、PMの排出量が増加すればNOxの排出量は減少し、PMの排出量が減少すればNOxの排出量が増加する。ここで、フィルタ16の状態若しくはエンジン1の運転状態により、PMまたはNOxの排出量の何れかを優先させてエンジン制御を行うようにしても良い。
【0096】
以上説明したように、本実施の形態によれば、フィルタ16の床温に基づいて運転制御マップを変更し、且つ運転制御マップをNOxの吸蔵量に基づいて補正して、NOx吸蔵量に応じたエンジン1の運転制御を行うことが可能となる。
【0097】
これにより、NOx還元のための燃料添加量を減少させ燃費の悪化を抑制することができる。また、吸蔵量が多くなった場合には、大気中へのNOxの放出を抑制することができる。
【0098】
【発明の効果】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置では、フィルタに堆積した粒子状物質の量を所定の範囲内に維持することができ、粒子状物質の捕集率の低下を抑制することができる。また、フィルタの劣化及び目詰まりの発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 第1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。
【図2】 (A)は、パティキュレートフィルタの横方向断面を示す図である。(B)は、パティキュレートフィルタの縦方向断面を示す図である。
【図3】 フィルタ16の温度毎に回転数とトルク(負荷)とからエンジン運転条件を決定するためのマップである。
【図4】 フィルタ16の温度と使用マップとの関係を示したタイムチャート図である。
【図5】 PMの堆積量と捕集率との関係を示した図である。
【図6】 第2の実施の形態によるエンジン制御を行う場合のフィルタ床温とエンジンからのPM排出量との関係を示した図である。
【符号の説明】
1・・・・エンジン
1a・・・クランクプーリ
1b・・・排気ポート
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
6a・・・ポンププーリ
7・・・・ベルト
8・・・・吸気枝管
9・・・・吸気管
10・・・吸気絞り弁
11・・・吸気絞り用アクチュエータ
12・・・エアフローメータ
13・・・排気枝管
14・・・排気管
15・・・ターボチャージャ
16・・・パティキュレートフィルタ
17・・・排気温度センサ
18・・・排気絞り弁
19・・・排気絞り用アクチュエータ
20・・・EGR通路
21・・・EGR弁
22・・・ECU
23・・・還元剤噴射弁
24・・・還元剤供給路
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust emission control device for an internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
In recent years, removal of particulate matter (hereinafter referred to as “PM”) represented by soot, which is a suspended particulate matter contained in diesel engine exhaust, has become an important issue. For this reason, a technique of providing a particulate filter (hereinafter simply referred to as “filter”) for collecting PM in an exhaust system so that PM is not released into the atmosphere is known.
[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 deposited 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]
For example, Japanese Patent Laid-Open No. 9-94434 discloses a wall flow type filter in which a catalyst is thinly and uniformly supported in pores formed inside the partition walls between cells, and PM can be burned and removed inside the pores inside the partition walls. ing.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the PM collected by the filter itself serves as a filter, and the collection rate of PM in the exhaust gas increases as the amount of collected PM increases. Accordingly, when the amount of PM accumulated on the filter is reduced by regenerating the filter, the PM collection rate may decrease.
[0006]
This invention is made | formed in view of the above problems, and it aims at providing the technique which can regenerate | regenerate a filter, maintaining the collection rate of PM by a filter.
[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 particulate filter carrying a catalyst having oxidizing ability and capable of temporarily collecting particulate matter contained in exhaust from an internal combustion engine;
Filter temperature detecting means for detecting the temperature of the particulate filter;
An operating state detecting means for detecting an engine operating state;
Engine control means for controlling the operation of the internal combustion engine based on the detection value of the filter temperature detection means and the detection value of the operating state detection means;
It is characterized by providing.
[0008]
The greatest feature of the present invention is that the amount of particulate matter discharged from the engine is adjusted based on the temperature of the filter, and the amount of particulate matter deposited on the filter is kept appropriate.
[0009]
Particulate matter collected in the filter can be removed by oxidation, but the oxidation rate at this time depends on the temperature of the filter (bed temperature), and the higher the temperature, the faster the oxidation rate. . Therefore, when the internal combustion engine is operated at a high rotation and high load, the oxidation rate of the particulate matter in the filter is faster than the amount of particulate matter discharged from the engine, and the particulate matter deposited on the filter is removed. Is done. However, even if the rotational speed or load of the internal combustion engine changes, the temperature of the filter does not change immediately and requires a certain amount of time. Therefore, the filter temperature may be low even when the engine load is large, while the filter temperature may be high even when the engine load is small. Here, when the temperature of the filter is high, since the oxidation rate of the particulate matter is high, the particulate matter can be oxidized even if the amount of the particulate matter discharged from the engine is large. Therefore, if the engine operation is controlled based on the temperature of the filter and the amount of particulate matter discharged is controlled, the amount of particulate matter that accumulates on the filter can be controlled. It is possible to suppress a decrease in rate.
[0010]
In the present invention, the operating state detection means detects the engine load state and the engine speed,
A control map for controlling the operation of the internal combustion engine based on the engine load state and the engine speed may further include a plurality of control maps having different control values with respect to the filter temperature.
[0011]
By providing a plurality of control maps that differ depending on the filter temperature, it is possible to control the operation of the internal combustion engine based on the filter temperature.
[0012]
  In the present invention, the engine control means controls the operation of the engine so that the lower the temperature detected by the filter temperature detection means, the smaller the amount of particulate matter discharged.The
[0013]
When the temperature of the filter is low, the particulate matter is oxidized at a low rate. Therefore, the filter can be prevented from being clogged by setting the operation state so that the amount of particulate matter discharged is reduced.
[0014]
In the present invention, the filter detects the temperature detected by the filter temperature detecting means, the oxidation rate of the particulate matter collected by the filter at the temperature, and the amount of the particulate matter discharged from the internal combustion engine. Residual amount estimation means for obtaining the amount of residual particulate matter is further provided, and the engine control means is discharged from the engine so that the amount of particulate matter estimated by the residual amount estimation means falls within a predetermined range. The amount of particulate matter can be controlled.
[0015]
When the amount of particulate matter discharged from the internal combustion engine is larger than the amount of particulate matter oxidized by the filter, the amount of particulate matter deposited on the filter increases. On the other hand, when the amount of particulate matter discharged from the internal combustion engine is smaller than the amount of particulate matter oxidized by the filter, the amount of particulate matter deposited on the filter decreases. Therefore, by controlling the amount of particulate matter discharged from the internal combustion engine, it becomes possible to keep the increase or decrease in the amount of particulate matter deposited on the filter within a predetermined range, thereby increasing the particulate matter collection rate. Can be maintained.
[0016]
In the present invention, a deposition amount detection means for detecting the amount of particulate matter deposited on the particulate filter,
Means for correcting the control value of the engine control means so that the amount of particulate matter discharged decreases as the amount of accumulation detected by the accumulation amount detection means increases;
Can be further provided.
[0017]
When the amount of the particulate matter collected by the filter increases, the filter may be clogged. In addition, the filter may be deteriorated by heat generated when the accumulated particulate matter is oxidized. Therefore, it is possible to suppress clogging and deterioration of the filter by controlling the engine so that the discharge amount of the particulate matter decreases as the amount of the particulate matter collected by the filter increases.
[0018]
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 particulate filter carrying a catalyst having oxidizing ability and capable of temporarily collecting particulate matter contained in exhaust from an internal combustion engine;
A deposition amount detecting means for detecting the amount of particulate matter deposited on the particulate filter;
A collection rate estimating means for estimating the collection rate of particulate matter at that time from the detection value of the accumulation amount detection means;
Engine control means for controlling the operation of the internal combustion engine based on the estimated value by the collection rate estimating means;
It is characterized by providing.
[0019]
The greatest feature of the present invention is to adjust the amount of particulate matter discharged from the engine based on the collection rate of the particulate matter filter, and to keep the amount of particulate matter deposited on the filter appropriate. .
[0020]
Of particulate matter in the exhaust gas, the rate of particulate matter that can be collected by the filter (collection rate) varies depending on the amount of particulate matter deposited on the filter. The collection rate increases as the amount of particulate matter deposited on the filter increases. On the other hand, when the amount of particulate matter deposited on the filter increases, clogging or deterioration of the filter is induced. Therefore, if the operation of the engine is controlled based on the particulate matter collection rate in the filter and the amount of particulate matter discharged is controlled, the amount of particulate matter deposited on the filter can be controlled. It is possible to suppress the clogging and the decrease in the collection rate.
[0021]
In the present invention, the engine control means can control the operation of the engine so that the collection rate of the particulate matter estimated by the collection rate estimation means is within a predetermined range.
[0022]
When the collection rate of particulate matter is high, the amount of particulate matter deposited on the filter is large. In such a case, it becomes possible to suppress clogging and deterioration of the filter by reducing the discharge amount of the particulate matter. On the other hand, when the collection rate of the particulate matter is lower than the predetermined range, the amount of the particulate matter released into the atmosphere increases. In such a case, it is possible to optimize the amount of particulate matter deposited on the filter by increasing the amount of particulate matter discharged from the engine, and to maintain the collection rate within a predetermined range. It becomes possible.
[0023]
In the first and second inventions, the particulate filter carries an NOx storage reduction catalyst,
NOx occlusion amount estimation means for estimating the NOx amount occluded in the NOx storage reduction catalyst;
Means for correcting the control value of the engine control means so that the larger the NOx occlusion amount estimated by the NOx occlusion amount estimation means, the smaller the NOx emission amount;
Can further be provided.
[0024]
There is a limit to the amount of NOx that can be stored in the NOx storage reduction catalyst. Therefore, when the stored amount of NOx increases, it becomes possible to suppress the release of NOx into the atmosphere by reducing the amount of NOx discharged from the engine.
[0025]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
<First Embodiment>
Hereinafter, specific embodiments of the internal combustion engine according to the present invention will be described with reference to the drawings. Here, the case where the internal combustion engine according to the present invention is applied to a diesel engine for driving a vehicle will be described as an example.
[0026]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an engine and its intake / exhaust system according to the present embodiment.
[0027]
An engine 1 shown in FIG. 1 is a water-cooled four-cycle diesel engine having four cylinders 2.
[0028]
The engine 1 includes a fuel injection valve 3 that injects fuel directly into the combustion chamber of each cylinder 2. Each fuel injection valve 3 is connected to a pressure accumulation chamber (common rail) 4 that accumulates fuel to a predetermined pressure.
[0029]
The common rail 4 communicates with a fuel pump 6 through a fuel supply pipe 5. This fuel pump 6 is a pump that operates using the rotational torque of the output shaft (crankshaft) of the engine 1 as a drive source, and a pump pulley 6 a attached to the input shaft of the fuel pump 6 is connected to the output shaft (crankshaft) of the engine 1. ) And the belt pulley 7 are connected to each other.
[0030]
In the fuel injection system configured as described above, when the rotational torque of the crankshaft is transmitted to the input shaft of the fuel pump 6, the fuel pump 6 transmits the rotational torque transmitted from the crankshaft to the input shaft of the fuel pump 6. The fuel is discharged at a pressure according to the pressure.
[0031]
The fuel discharged from the fuel pump 6 is supplied to the common rail 4 via the fuel supply pipe 5, accumulated in the common rail 4 up to a predetermined pressure, and distributed to the fuel injection valves 3 of each cylinder 2. When a drive current is applied to the fuel injection valve 3, the fuel injection valve 3 opens, and as a result, fuel is injected from the fuel injection valve 3 into the cylinder 2.
[0032]
An intake branch pipe 8 is connected to the engine 1, and each branch pipe of the intake branch pipe 8 communicates with a combustion chamber of each cylinder 2 through an intake port (not shown).
[0033]
The intake branch pipe 8 is connected to an intake pipe 9, and a compressor housing 15 a of a turbocharger 15 that operates using the heat energy of the exhaust as a drive source is provided in the middle of the intake pipe 9. An intake throttle valve 10 for adjusting the flow rate of the intake air flowing through the intake pipe 9 is provided at a portion of the intake pipe 9 located immediately upstream of the intake branch pipe 8. The intake throttle valve 10 is provided with an intake throttle actuator 11 that is configured by a step motor or the like and that opens and closes the intake throttle valve 10. An air flow meter 12 that outputs an electrical signal corresponding to the mass of the intake air flowing through the intake pipe 9 is attached to the intake pipe 9 upstream of the turbocharger.
[0034]
In the intake system configured as described above, the intake air flows into the compressor housing 15 a via the intake pipe 9.
[0035]
The intake air flowing into the compressor housing 15a is compressed by the rotation of the compressor wheel built in the compressor housing 15a, and then flows into the intake branch pipe 8. The intake air that has flowed into the intake branch pipe 8 is distributed to the combustion chambers of the respective cylinders 2 through the respective branch pipes, and is burned using the fuel injected from the fuel injection valves 3 of the respective cylinders 2 as an ignition source.
[0036]
On the other hand, an exhaust branch pipe 13 is connected to the engine 1, and each branch pipe of the exhaust branch pipe 13 communicates with a combustion chamber of each cylinder 2 via an exhaust port 1b.
[0037]
The exhaust branch pipe 13 is connected to a turbine housing 15 b of the turbocharger 15. The turbine housing 15b is connected to an exhaust pipe 14, and the exhaust pipe 14 is connected downstream to a muffler (not shown).
[0038]
A particulate filter (hereinafter simply referred to as a filter) 16 is provided in the middle of the exhaust pipe 14 for supporting the NOx storage reduction catalyst and collecting PM in the exhaust.
[0039]
Here, the filter 16 according to the present embodiment will be described.
[0040]
FIG. 2 is a cross-sectional view of the filter 16. FIG. 2A is a diagram illustrating a cross section in the horizontal direction of the filter 16. FIG. 2B is a view showing a longitudinal section of the filter 16.
[0041]
As shown in FIGS. 2A and 2B, the filter 16 is a so-called wall flow type having a plurality of exhaust flow passages 50 and 51 extending in parallel with each other. These exhaust flow passages include an exhaust inflow passage 50 whose downstream end is closed by a plug 52 and an exhaust outflow passage 51 whose upstream end is closed by a plug 53. In FIG. 2A, hatched portions indicate plugs 53. Therefore, the exhaust inflow passages 50 and the exhaust outflow passages 51 are alternately arranged via the thin partition walls 54. In other words, the exhaust inflow passage 50 and the exhaust outflow passage 51 are arranged such that each exhaust inflow passage 50 is surrounded by four exhaust outflow passages 51 and each exhaust outflow passage 51 is surrounded by four exhaust inflow passages 50.
[0042]
The filter 16 is made of a porous material such as cordierite, so that the exhaust gas flowing into the exhaust inflow passage 50 is adjacent to the surrounding partition wall 54 as indicated by an arrow in FIG. To the exhaust outlet passage 51.
[0043]
In this embodiment, a carrier layer made of alumina, for example, is formed on the peripheral wall surfaces of the exhaust inflow passages 50 and the exhaust outflow passages 51, that is, on both side surfaces of the partition walls 54 and on the inner wall surfaces of the pores in the partition walls 54. The NOx storage reduction catalyst is supported on the carrier.
[0044]
The filter 16 uses, for example, alumina as a carrier, and an alkali metal such as potassium (K), sodium (Na), lithium (Li), or cesium (Cs), and barium (Ba) or calcium (Ca). ), An alkaline earth such as lanthanum (La) or yttrium (Y), and a noble metal such as platinum (Pt). In the present embodiment, an occlusion reduction type NOx catalyst (hereinafter simply referred to as NOx catalyst) configured by supporting barium (Ba) and platinum (Pt) on a support made of alumina is employed. In addition, O2Ceria with storage capability (Ce2OThree) May be added.
[0045]
The thus configured NOx catalyst occludes nitrogen oxide (NOx) in the exhaust when the oxygen concentration of the exhaust flowing into the NOx catalyst is high.
[0046]
On the other hand, the NOx catalyst releases the stored nitrogen oxide (NOx) when the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the NOx catalyst decreases. 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 (N2).
[0047]
An exhaust temperature sensor 17 that outputs an electrical signal corresponding to the temperature of the exhaust gas flowing through the exhaust pipe 14 is attached to the exhaust pipe 14 downstream of the turbocharger 15 and upstream of the filter 16. The temperature of the exhaust gas flowing into the filter 16 is detected by the exhaust temperature sensor 17, and the bed temperature of the filter 16 can be estimated from this temperature.
[0048]
The exhaust pipe 14 downstream of the filter 16 is provided with an exhaust throttle valve 18 that adjusts the flow rate of the exhaust gas flowing through the exhaust pipe 14. The exhaust throttle valve 18 is provided with an exhaust throttle actuator 19 that is configured by a step motor or the like and that drives the exhaust throttle valve 18 to open and close.
[0049]
In the exhaust system configured as described above, the air-fuel mixture (burned gas) combusted in each cylinder 2 of the engine 1 is discharged to the exhaust branch pipe 13 through the exhaust port 1b, and then from the exhaust branch pipe 13 to the turbocharger. 15 flows into the turbine housing 15b. The exhaust gas flowing into the turbine housing 15b rotates the turbine wheel rotatably supported in the turbine housing 15b using the energy of the exhaust gas. At that time, the rotational torque of the turbine wheel is transmitted to the compressor wheel of the compressor housing 15a described above.
[0050]
Exhaust gas discharged from the turbine housing 15b flows into the filter 16 through the exhaust pipe 14, PM in the exhaust gas is collected, and harmful gas components are removed or purified, and then released into the atmosphere through the muffler. Is done.
[0051]
Further, the exhaust branch pipe 13 and the intake branch pipe 8 serve as an exhaust gas recirculation passage (hereinafter referred to as an EGR passage) 20 for recirculating a part of the exhaust gas flowing through the exhaust branch pipe 13 to the intake branch pipe 8. It is communicated through. In the middle of the EGR passage 20, a flow rate adjusting valve that is constituted by an electromagnetic valve or the like and changes the flow rate of exhaust gas (hereinafter referred to as EGR gas) flowing through the EGR passage 20 according to the magnitude of applied power. (Hereinafter referred to as EGR valve) 21 is provided.
[0052]
In the exhaust gas recirculation mechanism configured as described above, when the EGR valve 21 is opened, the EGR passage 20 becomes conductive, and a part of the exhaust gas flowing through the exhaust branch pipe 13 is sucked through the EGR passage 20. It is guided to the branch pipe 8.
[0053]
The EGR gas recirculated from the exhaust branch pipe 13 to the intake branch pipe 8 through the EGR passage 20 is guided to the combustion chamber of each cylinder 2 while being mixed with fresh air flowing from the upstream side of the intake branch pipe 8.
[0054]
The engine 1 configured as described above is provided with an electronic control unit (ECU) 22 for controlling the engine 1. The ECU 22 is a unit that controls the operating state of the engine 1 in accordance with the operating conditions of the engine 1 and the driver's request.
[0055]
Various sensors are connected to the ECU 22 via electrical wiring, and output signals of the various sensors described above are input to the ECU 22. On the other hand, the ECU 22 is connected to the fuel injection valve 3, the intake throttle actuator 11, the exhaust throttle actuator 19, the EGR valve 21, the reducing agent injection valve 23, which will be described later, and the like, and these can be controlled. It is possible. The ECU 22 stores various application programs and various control maps.
[0056]
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 14 upstream from the filter 16 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 16 is decreased and the concentration of the reducing agent is increased.
[0057]
As shown in FIG. 1, the reducing agent supply mechanism is mounted so that its injection hole faces the exhaust port 1b or the exhaust branch pipe 13, and is opened by a signal from the ECU 22 to inject fuel. A valve 23 and a reducing agent supply path 24 that guides the fuel discharged from the fuel pump 6 to the reducing agent injection valve 23 are provided.
[0058]
In such a reducing agent supply mechanism, high-pressure fuel discharged from the fuel pump 6 is applied to the reducing agent injection valve 23 via the reducing agent supply path 24. Then, the reducing agent injection valve 23 is opened by a signal from the ECU 22, and fuel as a reducing agent is injected into the exhaust branch pipe 13.
[0059]
The reducing agent injected from the reducing agent injection valve 23 into the exhaust port 1b or the exhaust branch pipe 13 reduces the oxygen concentration of the exhaust gas flowing from the upstream side of the exhaust branch pipe 13.
[0060]
Thereafter, the reducing agent injection valve 23 is closed by a signal from the ECU 22, and the addition of the reducing agent into the exhaust branch pipe 13 is stopped.
[0061]
As a result of supplying the reducing agent to the filter 16 in this way, the oxygen concentration of the exhaust gas flowing into the filter 16 changes in a relatively short cycle. Then, the active oxygen is released by the fuel that has flowed into the filter 16, so that the PM is easily oxidized and the oxidizable removal amount 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 16 rises due to the oxidation reaction of the fuel. Then, PM is oxidized and burned by active oxygen and removed. The exhaust gas having a low oxygen concentration flowing into the filter 16 reduces nitrogen oxide (NOx) stored in the filter 16.
[0062]
Here, when the amount of collected PM increases, the filter 16 serves as a filter and the collection rate is improved. Therefore, if the regeneration of the filter 16 is performed to remove all the PM collected by the filter 16, the PM collection rate may decrease.
[0063]
By the way, when the operating state of the engine changes, the temperature of the exhaust gas changes, and the temperature of the filter 16 changes in accordance with the change in the exhaust gas temperature. At this time, since the temperature of the filter 16 gradually changes, a certain amount of time is required until the temperature of the filter 16 corresponds to the engine operating state. If the engine operation control is performed based only on the engine operation state while the temperature is changing as described above, PM may be accumulated on the filter 16 more than necessary or PM may be removed more than necessary. It was.
[0064]
For example, in a conventional engine, the filter 16 is at a low temperature during low-load operation, so that the PM oxidation rate is slowed down, and operation control is performed to reduce the PM emission amount to suppress clogging of the filter 16. It was. However, when shifting to low load operation after high load operation continues, the temperature of the filter 16 is still high, so the PM oxidation rate is fast. Therefore, it is not necessary to perform operation control that reduces the amount of PM emission as described above. Further, since the PM emission amount and the NOx emission amount are in an inversely proportional relationship, the operation control for reducing the NOx emission amount is performed without performing the operation control for reducing the PM emission amount. Further, the addition of fuel for reducing NOx stored in the NOx storage reduction catalyst can be reduced, and fuel consumption can be reduced.
[0065]
On the other hand, when shifting to the high load operation state after the low load operation continues, the temperature of the filter 16 is still low, so the PM oxidation rate is slow. Therefore, when the PM emission amount is large, the filter 16 is clogged. For this reason, the clogging of the filter 16 can be suppressed by performing the operation control that promptly increases the temperature of the filter 16.
[0066]
FIG. 3 is a map for determining engine operating conditions from the rotational speed and torque (load) for each temperature of the filter 16. For example, when the bed temperature of the filter 16 is lower than 200 ° C., the map 1 is used, for example, when the temperature is 200 ° C. or higher and lower than 300 ° C., the map 2 is used, and when the bed temperature is 300 ° C. or higher and lower than 400 ° C. For example, when the temperature is 400 ° C. or higher, map 4 is used.
[0067]
With this map, the opening degree of the EGR valve 21, the opening degree of the intake throttle valve 10, the injection timing and the injection amount of the fuel injected from the fuel injection valve 3 are controlled, and the engine 1 is operated. Here, when the EGR valve 21 is opened, the EGR amount sucked into the engine 1 increases, and when the EGR valve 21 is closed, the EGR amount sucked into the engine 1 decreases. Since the EGR gas lowers the combustion temperature in the cylinder 2, it can reduce the NOx emission amount, but the combustion state becomes unstable, which may increase the PM emission amount. Further, when the intake throttle valve 10 is opened, the amount of fresh air sucked into the engine 1 is increased, and a stable combustion state is obtained, so that the combustion temperature rises and the NOx emission amount increases, but PM Emissions will decrease. On the other hand, closing the intake throttle valve 10 reduces the amount of fresh air taken into the engine 1 and makes the combustion state unstable, so that the combustion temperature decreases. Therefore, although the NOx emission amount decreases, the PM emission amount increases. Further, by retarding the fuel injection timing, the air-fuel mixture discharged without increasing the engine output increases, so that the temperature of the exhaust gas rises, and the heat generated by the oxidation of unburned gas in the NOx storage reduction catalyst As a result, the temperature of the filter 16 can be increased. Further, since the atomization of the fuel is promoted by increasing the fuel injection pressure, the combustion temperature can be increased and the PM emission amount can be decreased. In addition, the opening degree of the exhaust throttle valve 18 or the opening degree of the nozzle vane when a variable displacement turbocharger is used as the turbocharger 15 may be controlled. Here, when the opening degree of the exhaust throttle valve 18 or the nozzle vane is controlled to the closed side, the recirculation amount of the EGR gas increases, so that the PM discharge amount increases and the NOx discharge amount decreases.
[0068]
The opening degree of the EGR valve 21, the opening degree of the intake throttle valve 10, the injection timing and injection amount of fuel injected from the fuel injection valve 3, the opening degree of the exhaust throttle valve 18, the opening degree of the nozzle vane and the filter temperature, The relationship between the engine speed and the engine load is obtained in advance by experiments or the like and mapped in the ECU 22.
[0069]
Next, FIG. 4 is a time chart showing the relationship between the temperature of the filter 16 and the usage map. The range of (1) and (2) in the figure is a region where operation control different from conventional engine operation control is performed. In FIG. 4, the vehicle is first operated in a steady state or an idle state with a low load. In this case, since the temperature of the exhaust discharged from the engine 1 is low, the floor temperature of the filter 16 is low, and the map 1 in FIG. 3 is applied. Next, although the speed of the vehicle gradually increases as the vehicle accelerates, the bed temperature of the filter 16 does not rise immediately. Therefore, the map is not changed immediately after the vehicle starts accelerating, and is changed to the map 2 in FIG. 3 when the bed temperature of the filter 16 becomes 200 ° C., for example. Next, when the bed temperature of the filter 16 becomes 300 ° C., for example, the map 16 in FIG. 3 is changed. Here, although the vehicle speed is constant, the floor temperature of the filter 16 continues to rise. Then, when the floor temperature of the filter 16 becomes 400 ° C., for example, the map 16 in FIG. 3 is changed. Thereafter, the vehicle is decelerated, but the floor temperature of the filter 16 does not decrease immediately, so the map 4 is continuously applied. When the vehicle is operated in a low-load steady state or in an idle state and the floor temperature of the filter 16 is lowered to, for example, 400 ° C., the map 3 is displayed. 1 is changed.
[0070]
In this way, it is possible to control the operation of the engine 1 based on the filter 16 bed temperature.
[0071]
As described above, according to the present embodiment, it is possible to change the operation control map based on the bed temperature of the filter 16 and perform operation control of the engine 1 according to the PM emission amount and the NOx emission amount. Become.
[0072]
When the bed temperature of the filter is high, it is possible to perform operation control for reducing the NOx emission amount, and to reduce the amount of fuel added for NOx reduction, thereby suppressing deterioration of fuel consumption. Further, when the floor temperature of the filter is low, the temperature of the filter can be raised by retarding the injection timing of the fuel injected from the fuel injection valve 3. Thereby, clogging of the filter can be suppressed.
<Second Embodiment>
The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present embodiment is different from the first embodiment in that the engine control is performed so that the amount of PM deposited on the filter 16 is within a predetermined range. Note that the basic configuration of the engine 1 and other hardware to be applied is the same as that of the first embodiment, and thus description thereof is omitted.
[0073]
When PM accumulates on the filter 16, the PM itself serves as a filter. Therefore, if the amount of PM deposited on the filter 16 is small, PM may pass through the filter 16 and the PM collection rate may be lowered.
[0074]
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the amount of PM deposited and the collection rate.
[0075]
In the low collection rate region in FIG. 5, the collection rate decreases because the amount of PM deposited is small. On the other hand, in the PM oxidation rate lowering region, since the amount of PM deposited is large, the PM oxidation rate becomes slow and the filter may be clogged, or the filter 16 may be melted or damaged by the heat generated during the PM oxidation reaction. There is a possibility that the engine output deteriorates, or the ventilation resistance of the filter 16 increases and the engine output may decrease.
[0076]
Therefore, in the present embodiment, engine control is performed so that the amount of accumulated PM is within a range that is greater than the low collection rate region in FIG. 5 and less than the PM oxidation rate decrease region.
[0077]
Next, FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the bed temperature of the filter 16 and the PM emission from the engine when engine control according to the present embodiment is performed. Here, as the bed temperature of the filter 16 increases, the oxidation rate of PM increases, and the amount of PM trapped in the filter 16 decreases. On the other hand, since the oxidation rate of PM becomes slower as the bed temperature of the filter 16 becomes lower, it is necessary to reduce the PM emission amount from the engine 1.
[0078]
In the present embodiment, the operation control of the engine 1 is performed so that the PM emission amount falls within the PM emission amount control region in FIG. In this region, the upper limit of the PM emission amount is set so that the amount of PM collected by the filter 16 is reduced by oxidation and the amount of PM discharged from the engine 1 is the same amount (FIG. 6). The upper limit PM emission line). On the other hand, if the amount of PM discharged from the engine 1 becomes too small, the amount of accumulated PM will decrease and the PM collection rate will decrease. (PM lower limit line in FIG. 6). Here, the PM emission amount is the same as that in the first embodiment, the opening degree of the EGR valve 21, the opening degree of the intake throttle valve 10, the injection timing and the injection amount of the fuel injected from the fuel injection valve 3, It is controlled by the opening degree of the exhaust throttle valve 18 and the opening degree of the nozzle vane.
[0079]
Since the PM oxidation rate varies depending on the amount of PM deposited on the filter 16, the PM deposition amount may be detected and the control range may be changed based on this detected value. That is, as the amount of PM collected by the filter 16 increases, the PM oxidation rate becomes slower, so the control range is changed so that the amount of PM emission decreases. The amount of PM collected by the filter 16 is obtained by, for example, attaching a differential pressure sensor (not shown) for detecting the differential pressure before and after the filter 16 to the exhaust pipe, and determining the PM amount according to the detected value of the differential pressure sensor. It can be obtained by obtaining in advance by experiments or the like. Further, the PM emission amount corresponding to the operation state can be obtained in advance by experiments or the like and mapped, and the PM emission amount obtained from this map can be integrated to obtain the PM accumulation amount. Furthermore, the PM accumulation amount may be estimated according to the vehicle travel distance or travel time.
[0080]
The PM oxidation rate (or PM reduction amount) is obtained from the bed temperature of the filter 16, while the PM amount discharged from the engine 1 is obtained, and the PM residual amount is calculated from these values to obtain the PM residual amount. The engine may be controlled so as to fall within a predetermined range. The relationship between the bed temperature of the filter 16 and the PM oxidation rate (or PM reduction amount) can be obtained in advance by experiments or the like. The PM residual amount can be obtained by integrating the PM reduction amount and the discharge amount.
[0081]
In the present embodiment, the aspect of performing the engine control according to the PM emission amount from the engine has been described. Instead, the engine control according to the PM collection rate collected by the filter 16 is performed. May be performed. The PM collection rate can be obtained based on the relationship shown in FIG. Here, the PM emission amount is controlled so as not to enter the low collection rate region and the oxidation rate reduction region shown in FIG.
[0082]
As described above, according to the present embodiment, it is possible to suppress a decrease in the collection rate of PM due to a decrease in PM accumulated on the filter 16, and it is possible to suppress clogging and deterioration of the filter 16. .
<Third Embodiment>
The present embodiment is different from the first and second embodiments in that engine operation control is performed according to the bed temperature of the filter 16 and the amount of PM accumulated on the filter 16. Note that the basic configuration of the engine 1 and other hardware to be applied is the same as that of the first embodiment, and thus description thereof is omitted.
[0083]
In the first embodiment, the engine control map corresponding to the bed temperature of the filter 16 is provided. However, in this embodiment, the engine corresponding to the bed temperature of the filter 16 and the amount of PM deposited on the filter 16 is used. Has a control map.
[0084]
When the amount of PM collected by the filter 16 is small, the PM may pass through the filter 16 and the collection rate becomes low. Here, when the bed temperature of the filter 16 is high, since the oxidation rate of PM is fast, the amount of PM collected in the filter 16 is reduced. On the other hand, when the amount of PM collected by the filter 16 increases, the filter 16 may be melted or deteriorated by heat generated during the oxidation reaction of PM. Further, when the amount of collected PM increases, the ventilation resistance of the filter 16 increases and the engine output decreases.
[0085]
Here, in the same way as in the first embodiment, the PM discharge amount is the opening degree of the EGR valve 21, the opening degree of the intake throttle valve 10, the injection timing and the injection amount of the fuel injected from the fuel injection valve 3. It is controlled by the opening degree of the exhaust throttle valve 18 and the opening degree of the nozzle vane.
[0086]
Next, the amount of PM collected by the filter 16 is set in the same manner as in the second embodiment by attaching a differential pressure sensor (not shown) for detecting the differential pressure before and after the filter 16 to the exhaust pipe. The amount of PM corresponding to the detection value of the differential pressure sensor can be obtained in advance through experiments or the like. Further, the PM emission amount corresponding to the operation state can be obtained in advance by experiments or the like and mapped, and the PM emission amount obtained from this map can be integrated to obtain the PM accumulation amount. Furthermore, the PM accumulation amount may be estimated according to the vehicle travel distance or travel time.
[0087]
The opening amount of the EGR valve 21, the opening amount of the intake throttle valve 10, the injection timing and the injection amount of fuel injected from the fuel injection valve 3, depending on the PM accumulation amount, the bed temperature of the filter 16, the engine speed, and the engine load. A map for controlling the opening degree of the exhaust throttle valve 18 and the opening degree of the nozzle vane is obtained in advance through experiments or the like and stored in the ECU 22. In this way, it is possible to control the operation of the engine 1 from the PM accumulation amount, the bed temperature of the filter 16, the engine speed, and the engine load, and maintain the optimum PM accumulation amount.
[0088]
In the present embodiment, as in the first embodiment, an engine control map corresponding to the bed temperature of the filter 16 is provided, and the map is corrected based on the amount of PM accumulated in the filter 16. It is also good.
[0089]
As described above, according to the present embodiment, it is possible to suppress a decrease in the collection rate of PM due to a decrease in PM accumulated on the filter 16 and to suppress clogging and deterioration of the filter 16. Can do.
<Fourth embodiment>
In the present embodiment, compared with the first embodiment, engine operation control is performed according to the bed temperature of the filter 16 and the amount of NOx occluded in the NOx storage reduction catalyst supported on the filter 16. It is different in point. Note that the basic configuration of the engine 1 and other hardware to be applied is the same as that of the first embodiment, and thus description thereof is omitted.
[0090]
In the first embodiment, the engine control map corresponding to the bed temperature of the filter 16 is provided. However, in this embodiment, the engine control map corresponding to the bed temperature of the filter 16 is used as the NOx storage reduction catalyst. Correction is made according to the amount of NOx occluded.
[0091]
Here, the amount of NOx discharged from the engine increases as the EGR gas amount decreases, the fresh air amount sucked into the engine increases, and the fuel injection timing increases, so that the fuel injection pressure increases. Further, the air-fuel ratio in the cylinder increases near the stoichiometric air-fuel ratio. Accordingly, when the NOx occlusion amount increases and the NOx emission amount is reduced, the opening of the EGR valve 21 is injected from the fuel injection valve 3 to the closed side and the opening of the intake throttle valve 10 to the open side. Engine control map to control the fuel injection timing to the advance side, the fuel injection pressure to the pressure reduction side, the injection amount to the theoretical air-fuel ratio side, the exhaust throttle valve 18 to the open side, and the nozzle vane to the open side Correct.
[0092]
The amount of NOx occluded in the NOx storage reduction catalyst can be obtained from the amount of NOx detected by an NOx sensor attached to the exhaust pipe downstream of the filter 16, for example. Further, the NOx emission amount corresponding to the operation state can be obtained in advance by experiments or the like and mapped, and the NOx emission amount obtained from this map can be integrated to obtain the stored NOx amount. Furthermore, the amount of stored NOx may be estimated according to the vehicle travel distance or travel time.
[0093]
As described above, when the engine control map is corrected, the NOx emission amount can be reduced, the amount of NOx stored in the NOx storage reduction catalyst increases, and NOx reduction cannot be performed. Even so, it is possible to suppress the release of NOx into the atmosphere. Further, the addition of fuel for reducing NOx stored in the NOx storage reduction catalyst can be reduced, and fuel consumption can be reduced.
[0094]
In the present embodiment, an engine control map may be provided for each bed temperature of the filter 16 and the amount of NOx stored in the NOx storage reduction catalyst.
[0095]
Further, the PM accumulation amount of the filter 16 and the NOx occlusion amount of the NOx storage reduction catalyst may be detected, respectively, and engine control may be performed with either PM or NOx emission amount as a target. In general, if the PM emission amount increases, the NOx emission amount decreases, and if the PM emission amount decreases, the NOx emission amount increases. Here, depending on the state of the filter 16 or the operating state of the engine 1, either PM or NOx emission may be prioritized and engine control may be performed.
[0096]
As described above, according to the present embodiment, the operation control map is changed based on the bed temperature of the filter 16, and the operation control map is corrected based on the storage amount of NOx, according to the NOx storage amount. It is possible to control the operation of the engine 1.
[0097]
Thereby, the fuel addition amount for NOx reduction can be reduced and deterioration of fuel consumption can be suppressed. Further, when the amount of occlusion increases, the release of NOx into the atmosphere can be suppressed.
[0098]
【The invention's effect】
In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, the amount of the particulate matter deposited on the filter can be maintained within a predetermined range, and a decrease in the collection rate of the particulate matter can be suppressed. In addition, the deterioration of the filter and the occurrence of clogging can be suppressed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an engine and an intake / exhaust system thereof according to a first embodiment.
FIG. 2A is a diagram showing a transverse cross section of a particulate filter. (B) is a figure which shows the longitudinal direction cross section of a particulate filter.
FIG. 3 is a map for determining engine operating conditions from the rotation speed and torque (load) for each temperature of the filter 16;
FIG. 4 is a time chart showing the relationship between the temperature of the filter 16 and a usage map.
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the amount of PM deposited and the collection rate.
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the filter bed temperature and the PM emission amount from the engine when engine control according to the second embodiment is performed.
[Explanation of symbols]
1 ... Engine
1a ... Crank pulley
1b: Exhaust port
2. Cylinder
3. Fuel injection valve
4 ... Common rail
5. Fuel supply pipe
6. Fuel pump
6a ... Pump pulley
7. Belt
8 ... Intake branch pipe
9. Intake pipe
10 ... Intake throttle valve
11 ... Intake throttle actuator
12 ... Air flow meter
13 ... Exhaust branch pipe
14 ... Exhaust pipe
15 ... Turbocharger
16 ... Particulate filter
17 ... Exhaust temperature sensor
18 ... Exhaust throttle valve
19 ... Exhaust throttle actuator
20 ... EGR passage
21 ... EGR valve
22 ... ECU
23 ... Reducing agent injection valve
24 ... Reducing agent supply path

Claims (7)

酸化能を有する触媒を担持し且つ内燃機関からの排気中に含まれる粒子状物質を一時捕集可能なパティキュレートフィルタと、
前記パティキュレートフィルタの温度を検出するフィルタ温度検出手段と、
機関運転状態を検出する運転状態検出手段と、
前記フィルタ温度検出手段の検出値及び前記運転状態検出手段の検出値に基づいて内燃機関の運転を制御する機関制御手段と、
を備え、前記機関制御手段は、前記フィルタ温度検出手段により検出された温度が低いほど粒子状物質の排出量が少なくなるように機関の運転を制御することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
A particulate filter carrying a catalyst having oxidizing ability and capable of temporarily collecting particulate matter contained in exhaust from an internal combustion engine;
Filter temperature detecting means for detecting the temperature of the particulate filter;
An operating state detecting means for detecting an engine operating state;
Engine control means for controlling the operation of the internal combustion engine based on the detection value of the filter temperature detection means and the detection value of the operating state detection means;
Wherein the engine control unit, an exhaust gas purification for an internal combustion engine, characterized that you control the operation of the engine as emissions decreases enough particulate matter is low the temperature detected by the filter temperature detection means apparatus.
前記運転状態検出手段は機関の負荷状態及び機関の回転数を検出し、
機関の負荷状態及び機関の回転数から内燃機関の運転制御を行う制御マップであってフィルタの温度に対して制御値が異なる複数の制御マップをさらに備え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。
The operating state detecting means detects the load state of the engine and the engine speed,
The control map for controlling the operation of the internal combustion engine based on the engine load state and the engine speed, further comprising a plurality of control maps having different control values with respect to the temperature of the filter. An exhaust purification device for an internal combustion engine.
前記フィルタ温度検出手段により検出された温度と該温度のときのフィルタに捕集された粒子状物質の酸化速度と前記内燃機関から排出される粒子状物質の量とからフィルタに残留する粒子状物質の量を求める残留量推定手段を更に備え、前記機関制御手段は、前記残留量推定手段により推定される粒子状物質の量が所定範囲内となるように機関から排出される粒子状物質の量を制御することを特徴とする請求項1または2に記載の内燃機関の排気浄化装置。Particulate matter remaining in the filter from the temperature detected by the filter temperature detecting means, the oxidation rate of the particulate matter collected by the filter at the temperature, and the amount of particulate matter discharged from the internal combustion engine A residual amount estimating means for determining the amount of particulate matter, and the engine control means is configured to reduce the amount of particulate matter discharged from the engine so that the amount of particulate matter estimated by the residual amount estimating means is within a predetermined range. The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to claim 1 or 2 , wherein 前記パティキュレートフィルタに堆積している粒子状物質の量を検出する堆積量検出手段と、
前記堆積量検出手段により検出された堆積量が多いときほど粒子状物質の排出量が少なくなるように前記機関制御手段の制御値を補正する手段と、
を更に備えることを特徴とする請求項1からの何れかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
A deposition amount detecting means for detecting the amount of particulate matter deposited on the particulate filter;
Means for correcting the control value of the engine control means so that the amount of particulate matter discharged decreases as the amount of accumulation detected by the accumulation amount detection means increases;
The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3 , further comprising:
酸化能を有する触媒を担持し且つ内燃機関からの排気中に含まれる粒子状物質を一時捕集可能なパティキュレートフィルタと、
前記パティキュレートフィルタに堆積している粒子状物質の量を検出する堆積量検出手段と、
前記堆積量検出手段の検出値からそのときの粒子状物質の捕集率を推定する捕集率推定手段と、
前記捕集率推定手段による推定値に基づいて内燃機関の運転を制御する機関制御手段と、
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 carrying a catalyst having oxidizing ability and capable of temporarily collecting particulate matter contained in exhaust from an internal combustion engine;
A deposition amount detecting means for detecting the amount of particulate matter deposited on the particulate filter;
A collection rate estimating means for estimating the collection rate of particulate matter at that time from the detection value of the accumulation amount detection means;
Engine control means for controlling the operation of the internal combustion engine based on the estimated value by the collection rate estimating means;
An exhaust emission control device for an internal combustion engine, comprising:
前記機関制御手段は、前記捕集率推定手段により推定される粒子状物質の捕集率が所定範囲内となるように機関の運転を制御することを特徴とする請求項に記載の内燃機関の排気浄化装置。The engine control means according to claim 5, the collection rate of particulate matter estimated by said collection rate estimation Teite stage and controls the operation of the engine to be within a predetermined range An exhaust purification device for an internal combustion engine. 前記パティキュレートフィルタは、吸蔵還元型NOx触媒を担持し、
該吸蔵還元型NOx触媒に吸蔵されたNOx量を推定するNOx吸蔵量推定手段と、
NOx吸蔵量推定手段により推定されたNOxの吸蔵量が多いほどNOxの排出量が少なくなるように前記機関制御手段の制御値を補正する手段と、
をさらに備えることを特徴とする請求項1からの何れかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
The particulate filter carries an NOx storage reduction catalyst,
NOx occlusion amount estimation means for estimating the NOx amount occluded in the NOx storage reduction catalyst;
Means for correcting the control value of the engine control means such that the larger the NOx occlusion amount estimated by the NOx occlusion amount estimation means, the smaller the NOx emission amount;
The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 6 , further comprising:
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