JP4701566B2 - Exhaust gas purification device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は排気ガス浄化装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来よりディーゼル機関においては、排気ガス中に含まれる微粒子を除去するために機関排気通路内にパティキュレートフィルタを配置してこのパティキュレートフィルタにより排気ガス中の微粒子を一旦捕集し、パティキュレートフィルタ上に捕集された微粒子を着火燃焼せしめることによりパティキュレートフィルタを再生するようにしている。この場合、捕集された微粒子を着火燃焼させるにはかなりの高温とかなりの時間を要する。
【0003】
一方、空燃比がリーンのときにはNOXを吸収し空燃比をリッチにすると吸収したNOXを放出し還元するNOX吸収剤をパティキュレートフィルタ上に担持した内燃機関が公知である(特開平6−159037号公報参照)。この内燃機関では通常リーン空燃比のもとで機関が運転され、NOX吸収剤に吸収されているNOX量が許容値を越えるとNOX吸収剤からNOXを放出させるために空燃比が一時的にリッチされる。
【0004】
NOX吸収剤からNOXが放出され還元されるとNOXの還元時に発生する熱によってパティキュレートフィルタの温度が上昇する。そこでこの内燃機関の一例ではNOXの放出完了時に空燃比を再びリーンに戻し、このときパティキュレートフィルタの温度が上昇していることを利用してパティキュレートフィルタ上に堆積した微粒子を燃焼せしめるようにしている。また、他の例ではNOX吸収剤からNOXを放出すべきときにパティキュレートフィルタ上流の排圧が一定圧を越えていないときには空燃比を単にリッチにし、パティキュレートフィルタ上流の排圧が一定圧を越えているときには空燃比をリッチしてNOX吸収剤からNOXを放出させた後に空燃比をリーンにしてパティキュレートフィルタ上に堆積した微粒子を燃焼せしめるようにしている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで前述したようにパティキュレートフィルタ上に捕集された微粒子を着火燃焼させるにはかなりの高温とかなりの時間を要する。この場合、パティキュレートフィルタの温度を堆積微粒子が着火燃焼する温度まで上昇させるには外部からエネルギを供給しなければならず、そのために通常は追加の燃料を供給したり或いは電気ヒータを用いてパティキュレートフィルタの温度を上昇させるようにしている。当然、この外部から供給されるエネルギはできるだけ少ないのが好ましい。
【0006】
このような観点から堆積した微粒子の性質を研究した結果、堆積した微粒子の性質が次第に明らかになってきた。詳細については後に述べるが簡単に言うとパティキュレートフィルタ上での微粒子の堆積時間が長くなれば長くなるほど堆積した微粒子は酸化しづらくなり、即ち微粒子の酸化性が次第に変化することが判明したのである。
【0007】
微粒子の酸化性が比較的高いときには微粒子を着火燃焼させるのに必要なエネルギは少なくて済むけれども、微粒子の酸化性が比較的低いときには多くのエネルギがなければ微粒子を着火燃焼させることができない。このため、パティキュレートフィルタの温度をただ単に上昇させるようにすると、微粒子の酸化性が高いときには外部からのエネルギが過剰になり、微粒子の酸化性が低いときには微粒子を確実に着火燃焼させることができない恐れがある。
【0008】
一方、パティキュレートフィルタ上に堆積した微粒子が燃焼しているときに例えば内燃機関が停止されると、微粒子の燃焼が中断されることになる。微粒子の燃焼時には、パティキュレートフィルタ上に堆積した微粒子は空燃比がリーンでかつ高温の排気に長時間晒されている。ところが、これも詳しくは後に述べるが空燃比がリーンでかつ高温の排気に微粒子が長時間晒されると微粒子の酸化性が大幅に低下することが判明した。従って、微粒子の燃焼が中断されたときにパティキュレートフィルタ上に残存している微粒子の酸化性はかなり低くなっており、この酸化性がかなり低い微粒子を再び着火燃焼させるためにはかなりの外部エネルギが必要になるという問題点がある。
【0009】
そこで本発明の目的はパティキュレートフィルタ上に堆積した微粒子を酸化除去するために外部から供給されるエネルギを有効に利用することができる排気ガス浄化装置を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために1番目の発明によれば、機関排気通路内に排気ガス中の微粒子を捕集し除去するためのパティキュレートフィルタを配置し、リーン空燃比のもとで継続して燃焼が行われる内燃機関において、パティキュレートフィルタ上に堆積した微粒子の酸化性を算出する酸化性算出手段と、パティキュレートフィルタ上における微粒子の堆積量が予め定められた量を越えたか否かを判定する判定手段と、パティキュレートフィルタ上における微粒子の堆積量が予め定められた量を越えたと判定されたときにはパティキュレートフィルタ上に堆積した微粒子を酸化除去するためにパティキュレートフィルタ上に堆積した微粒子の酸化性に応じて定まる温度制御条件に基づきリーン空燃比のもとでパティキュレートフィルタの温度を上昇させる温度制御手段とを具備している。
【0011】
2番目の発明によれば1番目の発明において、前記温度制御手段はパティキュレートフィルタの温度を前記温度制御条件により定まる設定温度まで上昇させかつ該設定温度に維持し、該設定温度はパティキュレートフィルタ上に堆積した微粒子の酸化性が低いときには高いときに比べて高く設定されている。
【0012】
3番目の発明によれば1番目の発明において、前記温度制御手段はパティキュレートフィルタの温度を前記温度制御条件により定まる設定時間にわたって上昇させ、該設定時間はパティキュレートフィルタ上に堆積した微粒子の酸化性が低いときには高いときに比べて長く設定されている。
【0013】
また、前記課題を解決するために4番目の発明によれば、機関排気通路内に排気ガス中の微粒子を捕集し除去するためのパティキュレートフィルタを配置し、リーン空燃比のもとで継続して燃焼が行われる内燃機関において、パティキュレートフィルタ上に堆積した微粒子を酸化除去するためにリーン空燃比のもとでパティキュレートフィルタの温度を上昇させることが可能な温度制御手段と、パティキュレートフィルタ上における微粒子の堆積量が予め定められた第1の量を越えたか否かを判定する第1の判定手段と、パティキュレートフィルタ上における微粒子の堆積量が第1の量を越えたときには温度制御手段による温度制御を実行する第1の温度制御実行手段と、温度制御手段による温度制御が中断されたときにパティキュレートフィルタ上に残存している微粒子の堆積量が予め定められた第2の量よりも多いか否かを判定する第2の判定手段と、パティキュレートフィルタ上に残存している微粒子の堆積量が第2の量よりも多いときにはパティキュレートフィルタ上に残存している微粒子の性質を酸化しやすい性質に変化させるためにパティキュレートフィルタに流入する排気ガスの空燃比を一時的にリーンからリッチに切換え、次いで温度制御手段による温度制御を実行する第2の温度制御実行手段とを具備している。
【0014】
堆積した微粒子が酸化しづらくなったときに微粒子の性質を酸化しやすい性質に変化させることができれば微粒子の燃焼に必要な外部エネルギを低減でき、従って有効に利用できることになる。そこでこの点に関し更に研究を進めた結果、空燃比を一時的にリッチにすれば堆積した微粒子の性質を酸化しやすい性質に変化させうることが判明した。
【0015】
そこで4番目の発明では、パティキュレートフィルタ上に残存している微粒子の性質を酸化しやすい性質に変化させるためにパティキュレートフィルタに流入する排気ガスの空燃比を一時的にリーンからリッチに切換え、次いでパティキュレートフィルタ上に残存している微粒子を酸化除去するためにリーン空燃比のもとでパティキュレートフィルタの温度を上昇させるようにしている。
【0016】
【発明の実施の形態】
図1は本発明を圧縮着火式内燃機関に適用した場合を示している。なお、本発明は火花点火式内燃機関にも適用することもできる。
【0017】
図1を参照すると、1は機関本体、2はシリンダブロック、3はシリンダヘッド、4はピストン、5は燃焼室、6は電気制御式燃料噴射弁、7は吸気弁、8は吸気ポート、9は排気弁、10は排気ポートを夫々示す。吸気ポート8は対応する吸気枝管11を介してサージタンク12に連結され、サージタンク12は吸気ダクト13を介して排気ターボチャージャ14のコンプレッサ15に連結される。吸気ダクト13内にはステップモータ16により駆動されるスロットル弁17が配置され、更に吸気ダクト13周りには吸気ダクト13内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置18が配置される。図1に示される実施例では機関冷却水が冷却装置18内に導かれ、機関冷却水によって吸入空気が冷却される。一方、排気ポート10は排気マニホルド19および排気管20を介して排気ターボチャージャ14の排気タービン21に連結され、排気タービン21の出口はパティキュレートフィルタ22を内蔵したケーシング23に連結される。
【0018】
排気マニホルド19とサージタンク12とは排気ガス再循環(以下、EGRと称す)通路24を介して互いに連結され、EGR通路24内には電気制御式EGR制御弁25が配置される。また、EGR通路24周りにはEGR通路24内を流れるEGRガスを冷却するための冷却装置26が配置される。図1に示される実施例では機関冷却水が冷却装置26内に導かれ、機関冷却水によってEGRガスが冷却される。一方、各燃料噴射弁6は燃料供給管6aを介して燃料リザーバ、いわゆるコモンレール27に連結される。このコモンレール27内へは電気制御式の吐出量可変な燃料ポンプ28から燃料が供給され、コモンレール27内に供給された燃料は各燃料供給管6aを介して燃料噴射弁6に供給される。コモンレール27にはコモンレール27内の燃料圧を検出するための燃料圧センサ29が取付けられ、燃料圧センサ29の出力信号に基づいてコモンレール27内の燃料圧が目標燃料圧となるように燃料ポンプ28の吐出量が制御される。
【0019】
電子制御ユニット30はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス31によって互いに接続されたROM(リードオンリメモリ)32、RAM(ランダムアクセスメモリ)33、CPU(マイクロプロセッサ)34、入力ポート35および出力ポート36を具備する。燃料圧センサ29の出力信号は対応するAD変換器37を介して入力ポート35に入力される。また、パティキュレートフィルタ22にはパティキュレートフィルタ22の温度を検出するための温度センサ39が取付けられ、この温度センサ39の出力信号は対応するAD変換器37を介して入力ポート35に入力される。また、パティキュレートフィルタ22にはパティキュレートフィルタ22の上流側排気ガス圧と下流側排気ガス圧との圧力差、即ちパティキュレートフィルタ22における圧損を検出するための圧力センサ(差圧センサ)43が取付けられ、この圧力センサ43の出力信号は対応するAD変換器37を介して入力ポート35に入力される。
【0020】
一方、アクセルペダル40にはアクセルペダル40の踏込み量Lに比例した出力電圧を発生する負荷センサ41が接続され、負荷センサ41の出力電圧は対応するAD変換器37を介して入力ポート35に入力される。更に入力ポート35にはクランクシャフトが例えば30°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ42が接続される。一方、出力ポート36は対応する駆動回路38を介して燃料噴射弁6、スロットル弁駆動用ステップモータ16、EGR制御弁25、および燃料ポンプ28に接続される。
【0021】
図2にパティキュレートフィルタ22の構造を示す。なお、図2において(A)はパティキュレートフィルタ22の正面図を示しており、(B)はパティキュレートフィルタ22の側面断面図を示している。図2(A)および(B)に示されるようにパティキュレートフィルタ22はハニカム構造をなしており、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。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ガス流入通路50と、上流端が栓53により閉塞された排気ガス流出通路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。従って排気ガス流入通路50および排気ガス流出通路51は薄肉の隔壁54を介して交互に配置される。言い換えると排気ガス流入通路50および排気ガス流出通路51は各排気ガス流入通路50が4つの排気ガス流出通路51によって包囲され、各排気ガス流出通路51が4つの排気ガス流入通路50によって包囲されるように配置される。
【0022】
パティキュレートフィルタ22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、従って排気ガス流入通路50内に流入した排気ガスは図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ガス流出通路51内に流出する。
【0023】
本発明による実施例では各排気ガス流入通路50および各排気ガス流出通路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、この担体上に白金Ptのような貴金属触媒、又はセリウムCeのような希土類触媒が担持されている。なお、リーン空燃比でNOXを吸収しリッチ空燃比でNOXを放出するNOX吸収剤をパティキュレートフィルタ22上に担持させることもできる。
【0024】
排気ガス中に含まれる主に炭素の固体からなる微粒子はパティキュレートフィルタ22上に捕集され、堆積する。パティキュレートフィルタ22上に堆積した微粒子は30秒から1時間程度の間に順次酸化せしめられ、従ってパティキュレートフィルタ22上には常時微粒子が堆積している。パティキュレートフィルタ22の温度が微粒子を酸化しうる温度、例えば250℃以上に維持されている場合にはパティキュレートフィルタ22に単位時間当り送り込まれる微粒子量がそれほど多くないときには微粒子はいつかは酸化せしめられ、従ってこの場合全微粒子が連続酸化せしめられる。
【0025】
一方、パティキュレートフィルタ22に単位時間当り送り込まれる微粒子量が多くなると、或いはパティキュレートフィルタ22の温度が低くなると十分に酸化されない微粒子の量が増大するためにパティキュレートフィルタ22上の堆積微粒子量が増大する。実際の運転状態ではパティキュレートフィルタ22に単位時間当り送り込まれる微粒子量が多くなることもあるし、パティキュレートフィルタ22の温度が低くなることもあるのでパティキュレートフィルタ22上の堆積微粒子量は次第に増大する。
【0026】
そこで本発明による実施例では、パティキュレートフィルタ22上における微粒子の堆積量が予め定められた第1の上限量を越えたか否かを判定し、パティキュレートフィルタ22上における微粒子堆積量が第1の上限量を越えたときにはパティキュレートフィルタ22上に堆積した微粒子を酸化除去するためにリーン空燃比のもとでパティキュレートフィルタ22の温度を上昇させるようにしている。即ち、図3に示すようにパティキュレートフィルタ22上における微粒子堆積量が第1の上限値UL1を越えたときにはパティキュレートフィルタ22の温度TFを設定時間SPにわたって上昇させると共に、パティキュレートフィルタ22の温度TFを設定温度STまで上昇させかつ設定温度STに維持する昇温制御が行われる。昇温制御が開始されてから設定時間SPだけ経過すると昇温制御が停止され、このとき微粒子堆積量は下限量LLよりも少なくなっている。このようにしてパティキュレートフィルタ22が再生される。
【0027】
次に図4を参照しつつパティキュレートフィルタ22上に堆積した微粒子の酸化のしやすさの程度、即ち微粒子酸化性について説明する。なお、図4においてA/Fはパティキュレートフィルタ22に流入する排気ガスの空燃比を示している。本願では吸気通路、燃焼室5およびパティキュレートフィルタ22上流の排気通路内に供給された空気と燃料との比を排気ガスの空燃比と称している。
【0028】
図4において実線X1はパティキュレートフィルタ22の温度が比較的低いときを示しており、破線X2はパティキュレートフィルタ22の温度が高いときを示している。パティキュレートフィルタ22上に微粒子が堆積すると堆積した微粒子の塊まり内には多数の細孔又は空隙が形成されており、従って微粒子の塊まり内の表面積Sと微粒子の塊まりの体積Vとの比、即ち表面積体積比S/Vはかなり大きな値となっている。表面積体積比S/Vが大きいということは微粒子と酸素との接触面積が大きいことを意味しており、従って微粒子の酸化性がよいことを示している。
【0029】
一方、微粒子が捕集されてから空燃比A/Fがリーンとなっている状態が続くと微粒子同士が凝集して微粒子の寸法が次第に大きくなり、その結果微粒子の塊まり内の細孔又は空隙の個数が次第に減少する。従って微粒子の塊まりの表面積体積比S/Vは次第に減少し、斯くして図4のX1,X2で示されるように微粒子の酸化性は次第に低下する。微粒子同士の凝集作用は温度が高いほど激しくなり、従って図4に示されるように破線X2で示される高温の場合の方が実線X1で示される低温の場合よりも早期に微粒子の酸化性が低下する。
【0030】
微粒子の酸化性が比較的高いときにはパティキュレートフィルタ22の温度が低くても昇温制御の時間が短くてもパティキュレートフィルタ22上に堆積した微粒子を良好に酸化除去することができる。これに対し、微粒子の酸化性が比較的低いときには微粒子を確実に酸化除去するためにはパティキュレートフィルタ22の温度を高くし又は昇温制御を長時間にわたって行う必要がある。
【0031】
そこで本発明による実施例では、パティキュレートフィルタ22上に堆積した微粒子を酸化除去すべきときに、パティキュレートフィルタ22上に堆積した微粒子の酸化性を求め、この微粒子の酸化性に応じて昇温条件を求め、この昇温条件に基づいてパティキュレートフィルタ22の昇温制御を実行するようにしている。
【0032】
図5は本発明の実施例による昇温制御の基本的な考え方を示している。なお、図5においてTFはパティキュレートフィルタ22の温度を示している。
【0033】
図5(A)に示す例では、設定時間SPが一定のPCに維持され、設定温度STが微粒子酸化性に応じて変更されている。即ち、図5(A)において実線W1で示す微粒子酸化性が比較的高い場合にはパティキュレートフィルタ22の温度TFが比較的低い温度TLまで上昇され、図5(A)において破線W2で示す微粒子酸化性が比較的低い場合にはパティキュレートフィルタ22の温度TFが比較的高い温度THまで上昇される。言い換えると、微粒子酸化性が比較的高い場合には設定温度STがTLに設定され、微粒子酸化性が比較的低い場合には設定温度STがTHに設定されるということになる。
【0034】
この場合の設定温度STはパティキュレートフィルタ22の温度TFを一定のPCにわたって上昇させたときにパティキュレートフィルタ22上における微粒子堆積量を第1の上限値UL1から下限量LLよりも少なくするのに必要な時間であって、予め実験により求められている。この設定温度STは図6(A)に示されるように微粒子酸化性が高くなると低くなる。なお、この設定温度STは図6(A)に示すマップの形で予めROM32内に記憶されている。
【0035】
一方、図5(B)に示す例では、設定温度STが一定のPTに維持され、設定時間SPが微粒子酸化性に応じて変更されている。即ち、図5(B)において実線Z1で示す微粒子酸化性が比較的高い場合にはパティキュレートフィルタ22の温度TFが比較的短い時間PSにわたって上昇され、図5(B)において破線Z2で示す微粒子酸化性が比較的低い場合にはパティキュレートフィルタ22の温度TFが比較的長い時間PLにわたって上昇される。言い換えると、微粒子酸化性が比較的高い場合には設定時間SPがPSに設定され、微粒子酸化性が比較的低い場合には設定時間SPがPLに設定されるということになる。
【0036】
この場合の設定時間SPはパティキュレートフィルタ22の温度TFを一定のTCまで上昇させ維持したときにパティキュレートフィルタ22上における微粒子堆積量を第1の上限値UL1から下限量LLよりも少なくするのに必要な時間であって、予め実験により求められている。この設定時間SPは図6(B)に示されるように微粒子酸化性が高くなると短くなる。なお、この設定時間SPは図6(B)に示すマップの形で予めROM32内に記憶されている。
【0037】
ところで、パティキュレートフィルタ22の温度を上昇させる方法には種々の方法がある。例えばパティキュレートフィルタ22の上流端に電気ヒータを配置して電気ヒータによりパティキュレートフィルタ22又はパティキュレートフィルタ22に流入する排気ガスを加熱する方法や、パティキュレートフィルタ22上流の排気通路内に燃料を噴射してこの燃料を燃焼させることによりパティキュレートフィルタ22を加熱する方法や、排気ガス温を上昇させてパティキュレートフィルタ22の温度を上昇させる方法がある。
【0038】
ここで最後の方法、即ち排気ガス温を上昇させる方法について図7を参照しつつ簡単に説明しておく。
【0039】
排気ガス温を上昇させるのに有効な方法の一つは燃料噴射時期を圧縮上死点以後まで遅角させる方法である。即ち、通常主燃料Qmは図7において(I)に示されるように圧縮上死点付近で噴射される。この場合、図7の(II)に示されるように主燃料Qmの噴射時期が遅角されると後燃え期間が長くなり、斯くして排気ガス温が上昇する。排気ガス温が高くなるとそれに伴ってパティキュレートフィルタ22の温度TFが上昇する。
【0040】
また、排気ガス温を上昇させるために図7の(III)に示されるように主燃料Qmに加え、吸気上死点付近において補助燃料Qvを噴射することもできる。このように補助燃料Qvを追加的に噴射すると補助燃料Qv分だけ燃焼せしめられる燃料が増えるために排気ガス温が上昇し、斯くしてパティキュレートフィルタ22の温度TFが上昇する。
【0041】
一方、このように吸気上死点付近において補助燃料Qvを噴射すると圧縮行程中に圧縮熱によってこの補助燃料Qvからアルデヒド、ケトン、パーオキサイド、一酸化炭素等の中間生成物が生成され、これら中間生成物によって主燃料Qmの反応が加速される。従ってこの場合には図7の(III)に示されるように主燃料Qmの噴射時期を大巾に遅らせても失火を生ずることなく良好な燃焼が得られる。即ち、このように主燃料Qmの噴射時期を大巾に遅らせることができるので排気ガス温はかなり高くなり、斯くしてパティキュレートフィルタ22の温度TFをすみやかに上昇させることができる。
【0042】
また、図7の(IV)に示されるように主燃料Qmに加え、膨張行程中又は排気行程中に補助燃料Qpを噴射することもできる。即ち、この場合、大部分の補助燃料Qpは燃焼することなく未燃HCの形で排気通路内に排出される。この未燃HCはパティキュレートフィルタ22上において過剰酸素により酸化され、このとき発生する酸化反応熱によってパティキュレートフィルタ22の温度TFが上昇せしめられる。
【0043】
ここで、図7の(II)に示す例では主燃料の噴射時期を変更することにより、図7の(III)に示す例では主燃料の噴射時期又は補助燃料Qvの量を変更することにより、図7の(IV)に示す例では補助燃料Qpの量を変更することにより、排気ガスの温度を変更することができ、従ってパティキュレートフィルタ22の温度TFを様々な設定温度STに一致させることができる。
【0044】
図3を参照して上述したように、微粒子堆積量が第1の上限値UL1を越えるとパティキュレートフィルタ22の昇温制御が開始され、設定時間SPだけ経過すると昇温制御が停止され即ち完了される。
【0045】
ところが、昇温制御時に例えば内燃機関が停止されたり、或いは図7の(IV)に示す例における補助燃料Qvを噴射することができなくなると昇温制御を継続することができなくなる。言い換えると、このような昇温制御の中断事由が発生すると昇温制御が中断されることになる。このとき、パティキュレートフィルタ22上には微粒子が残存している。
【0046】
そこで本発明による実施例では、昇温制御が中断されたときにパティキュレートフィルタ22上に残存している微粒子の堆積量が予め定められた第2の上限量よりも多いか否かを判定し、パティキュレートフィルタ22上に残存している微粒子の堆積量が第2の上限量よりも多いときにはパティキュレートフィルタ22上に残存している微粒子を酸化除去するためにリーン空燃比のもとでパティキュレートフィルタ22の温度を上昇させるようにしている。
【0047】
ところが、図4を参照して上述したように空燃比A/Fがリーンに維持されると微粒子の酸化性が低下し、このときパティキュレートフィルタ22の温度TFが高いほど微粒子の酸化性が低下する。昇温制御時にはパティキュレートフィルタ22の温度TFが高い状態で空燃比A/Fがリーンに維持されており、従って昇温制御が中断されたときにパティキュレートフィルタ22上に残存している微粒子の酸化性はかなり低くなっている。このように酸化性がかなり低い微粒子を酸化除去するには大きな外部エネルギが必要となる。
【0048】
ところがこのように微粒子の酸化性が低下したときに図8(A)に示すように空燃比A/Fをリッチにすると微粒子の酸化性が回復することが判明したのである。その理由については明確ではないが空燃比A/Fをリッチにすることはコークス生成時の賦活作用に類似していると考えられる。即ち、空燃比A/Fがリッチにされると酸素が極めて少ないために排気ガス中のCO2やH2Oが炭素結合を分断するようになり、その結果多数の細孔又は空隙が再び生成されるものと考えられる。事実、空燃比A/Fをリッチにした後の微粒子の塊まりの表面積体積比S/Vを測定してみると表面積体積比S/Vがかなり増大する。図8(A)において、実線X1はパティキュレートフィルタ22の温度TFが低い場合を、破線X2はパティキュレートフィルタ22の温度TFが高い場合をそれぞれ示している。
【0049】
なお、この場合もパティキュレートフィルタ22の温度TFが高い方がCO2やH2Oによる攻撃が激しくなり、従って図8(B)において破線Y2で示すパティキュレートフィルタ22の温度TFが高い場合の方が実線Y1で示すパティキュレートフィルタ22の温度TFが低い場合に比べて微粒子の酸化性が高くなる。
【0050】
そこで本発明による実施例では、パティキュレートフィルタ22上に残存している微粒子の堆積量が第2の上限量よりも多いときにはパティキュレートフィルタ22上に残存している微粒子の性質を酸化しやすい性質に変化させるためにパティキュレートフィルタ22に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリーンからリッチに切換え、次いでパティキュレートフィルタ22上に残存している微粒子を酸化除去するためにリーン空燃比のもとでパティキュレートフィルタ22の温度を上昇させるようにしている。
【0051】
なお、空燃比A/Fを一時的にリーンからリッチに切換える方法は種々の方法が存在する。例えば燃焼室5内における平均空燃比をリッチにする方法や、膨張行程後半又は排気行程中に燃焼室5内に追加の燃料を噴射する方法や、パティキュレートフィルタ22上流の排気通路内に追加の燃料を噴射する方法がある。
【0052】
図9は本発明の実施例による昇温制御および運転制御の基本的な考え方を示している。
【0053】
微粒子堆積量が第1の上限値UL1を越えるとパティキュレートフィルタ22の温度が設定温度STまで上昇されSTに維持される。この昇温制御時に昇温制御の中断事由が発生すると昇温制御が中断される。次いで中断事由がなくなると、このときパティキュレートフィルタ22上に残存している微粒子の堆積量が第2の上限値UL2よりも多いか否かが判定され、微粒子堆積量が第2の上限値UL2よりも多いときにはパティキュレートフィルタ22上に残存している微粒子の性質を酸化しやすい性質に変化させるためにパティキュレートフィルタ22に流入する排気ガスの空燃比が一時的にリーンからリッチに切換えられる。次いで、パティキュレートフィルタ22上に残存している微粒子を酸化除去するためにリーン空燃比のもとでパティキュレートフィルタ22の温度を設定時間SPにわたって設定温度STまで上昇させSTに維持する昇温制御が行われる。
【0054】
なお、図9では堆積微粒子を燃焼すべくパティキュレートフィルタ22の温度を上昇させるのに図7の(IV)の方法が用いられている。従って図9に示されるようにパティキュレートフィルタ22の温度を上昇すべきときには空燃比A/Fが少しばかり小さくなる。
【0055】
図10は本発明による実施例に従って昇温制御および運転制御を実行するためのフローチャートを示している。
【0056】
図10を参照すると、まず初めにステップ70では昇温制御の中断事由が発生していないか否かが判別される。中断事由が発生していないときには次いでステップ71に進み、昇温制御の中断中であるか否かが判別される。昇温制御の中断中でないときには次いでステップ72に進み、パティキュレートフィルタ22上における微粒子の堆積量が第1の上限量を越えたか否か、即ち圧力センサ43により検出されたパティキュレートフィルタ22における圧損PDが図3および図9のUL1に相当する許容限界PDX1を越えたか否かが判別される。PD≦PDX1のときにはステップ78にジャンプする。PD>PDX1のときにはステップ73に進み、別のルーチンで算出されている微粒子酸化性が読み込まれる。続くステップ74では、図6(A)又は図6(B)に示すマップを用いて昇温制御の昇温条件、即ち設定温度ST又は設定時間SPが算出される。続くステップ75では算出された昇温条件に基づきリーン空燃比のもとで昇温制御が行われ、それによってパティキュレートフィルタ22上に堆積した微粒子が燃焼せしめられる。
【0057】
続くステップ76では昇温制御が完了したか否かが判別される。昇温制御が完了していないときには次いでステップ77に進み、昇温制御の中断事由が発生したか否かが判別される。中断事由が発生していないときには次いでステップ75に戻り、昇温制御が継続される。これに対し、中断事由が発生したときには次いでステップ78に進み、通常運転が行われる。即ち、昇温制御が中断される。
【0058】
昇温制御の中断事由がなくなるまでステップ70からステップ78に進み、従って昇温制御が行われない。次いで中断事由がなくなるとステップ70からステップ71に進んだ後にステップ79に進み、パティキュレートフィルタ22の温度TFが微粒子を酸化しうる温度To例えば250℃よりも高くかつパティキュレートフィルタ22上における微粒子の堆積量が第2の上限量を越えたか否か、即ち圧力センサ43により検出されたパティキュレートフィルタ22における圧損PDが図3および図9のUL2に相当する許容限界PDX2よりも多いか否かが判別される。TF≦To又はPD≦PDX2のときには次いでステップ78に進み、通常運転が行われる。
【0059】
TF>ToかつPD>PDX2のときには次いでステップ80に進み、空燃比A/Fを一時的にリッチにするリッチ処理が行われ、それによって微粒子の酸化性が回復される。このリッチ処理が完了するとステップ73に進んで微粒子酸化性が読み込まれ、続くステップ74で昇温条件が算出される。この場合の昇温条件はパティキュレートフィルタ22上に残存している微粒子の量に応じて図6を参照して説明した昇温条件を補正される。次いでステップ75に進み、算出された昇温条件に基づきリーン空燃比のもとで昇温制御が行われる。続くステップ76において昇温制御が完了したと判断されたときには次いでステップ78に進み、通常運転が再開され即ち昇温制御が停止される。
【0060】
次に、図11から図24を参照して微粒子酸化性を求めるための第1から第5実施例について説明する。
【0061】
図11および図12に示す第1実施例では、パティキュレートフィルタ22上に堆積した微粒子の単位時間当りの酸化性の低下量又は増加量を算出し、これら酸化性の低下量又は増大量に基づいて微粒子酸化性を求めるようにしている。
【0062】
即ち、図4および図8を参照しつつ説明したように空燃比A/Fがリーンに維持されているときにはパティキュレートフィルタ22の温度TFが高いほど微粒子の酸化性が低下し、空燃比A/Fがリッチのときにはパティキュレートフィルタ22の温度TFが高いほど微粒子の酸化性が増大する。従って概略的に言うと微粒子の単位時間当りの酸化性の低下量ΔDEOは図11のように表すことができる。即ち、空燃比A/Fがリーンのときには実線Lで示されるように微粒子の酸化性の低下量ΔDEOはパティキュレートフィルタ22の温度TFが高くなるほど大きくなる。一方、空燃比A/Fがリッチのときには実線Rで示すように微粒子の酸化性の低下量ΔDEOは負となり、低下量ΔDEOの絶対値、即ち微粒子の酸化性の単位時間当りの増大量はパティキュレートフィルタ22の温度TFが高くなるほど大きくなる。
【0063】
従って図11に示される微粒子の酸化性の低下量ΔDEOを単位時間毎に算出し、これら算出された低下量ΔDEOを積算すれば微粒子の酸化性の低下量が判定できることになる。この第1実施例ではこの微粒子の酸化性の低下量が大きいときには小さいときに比べて微粒子酸化性が低いと判断するようにしている。
【0064】
図12は第1実施例を実行するためのフローチャートを示している。
【0065】
図12を参照するとまず初めにステップ100では、パティキュレートフィルタ22の昇温制御が完了したか又は微粒子酸化性を高めるためにリッチ処理が行われたか否かが判別される。昇温処理が完了しておらずかつリッチ処理が行われていないときには次いでステップ101に進み、微粒子の酸化性の低下量ΔDEOが図11に基づいて算出される。続くステップ102では微粒子の酸化性の低下量ΔDEOがDEOに加算される。このようにして微粒子酸化性を表すDEOが算出される。
【0066】
一方、昇温制御が完了し又はリッチ処理が行われたときにはステップ100からステップ103に進み、微粒子の酸化性の低下量DEOがクリアされる。
【0067】
図13から図19に第2実施例を示す。この第2実施例ではパティキュレートフィルタ22上に堆積した微粒子のうちで酸化性の最も低下した微粒子量をモデルを用いて算出し、酸化性の最も低下した微粒子量に基づいて微粒子酸化性を求めるようにしている。
【0068】
まず初めに図13を参照すると、図13における実線Zはパティキュレートフィルタ22上における微粒子の酸化速度、即ち例えば1分間当りに酸化除去可能な微粒子量G(g/min)とパティキュレートフィルタ22の温度TFとの関係を示している。即ち、図13において曲線Zはパティキュレートフィルタ22に流入する微粒子量が酸化除去可能な微粒子量Gに一致しているバランス点を示している。このときには流入微粒子量と酸化除去される微粒子量が等しいのでパティキュレートフィルタ22上の堆積微粒子量は一定に維持される。一方、図13の領域Iでは流入微粒子量が酸化除去可能な微粒子量よりも少ないので堆積微粒子量は少なくなり、図13の領域IIでは流入微粒子量が酸化除去可能な微粒子量よりも多くなるので堆積微粒子量が増大する。
【0069】
図14は流入微粒子量が酸化除去可能な微粒子量Gに一致しているときの堆積微粒子の状態をモデル化して模式的に表している。図14において横軸に沿い並んでいる数字1から5は堆積微粒子の酸化性を示しており、数字1から5に向けて酸化性が悪くなる。また、図14においてW1,W2,W3,W4,W5は或る時刻において堆積している酸化性が夫々1,2,3,4,5である微粒子量を示しており、WO1,WO2,WO3,WO4,WO5は一定時間後に酸化除去された微粒子量を示しており、WR1,WR2,WR3,WR4,WR5はこのとき依然として堆積している残存微粒子量を示している。
【0070】
このモデルではパティキュレートフィルタ22に流入した微粒子W1は一定期間の間にWO1だけ酸化除去せしめられるのでWR1だけ微粒子が残存し、この微粒子WR1は酸化性が1から2へと低下し、次いで残存した微粒子W2は一定期間の間にWO2だけ酸化除去せしめられるのでWR2だけ微粒子が残存し、この微粒子WR2は酸化性が2から3に低下するように考えている。従って図14からわかるようにこのモデルではW2はWR1に一致し、W3はWR2に一致し、W4はWR3に一致し、W5はWR4に一致する。
【0071】
また、このモデルでは各堆積微粒子量W1,W2,W3,W4,W5のうちで一定時間の間に酸化除去せしめられる微粒子量WO1,WO2,WO3,WO4,WO5の各割合WO1/W1,WO2/W2,WO3/W3,WO4/W4,WO5/W5は夫々一定とされている。この場合、微粒子の酸化性が低下するほどこれら割合は小さくなると考えられ、従ってこのモデルではWO1/W1が60パーセント、WO2/W2が57パーセント、WO3/W3が54パーセント、WO4/W4が52パーセント、WO5/W5が50パーセントとされている。
【0072】
また、WO5/W5が50パーセントであるのでWR5/W5も50パーセントとなり、この残存している微粒子WR5は続く一定時間の間に酸化除去される。このように考えて図14に示すモデルが作成されている。
【0073】
一方、流入微粒子量が酸化除去可能な微粒子量Gよりも多くなると図15(A)に示されるようにW1に対するWO1の割合、W2に対するWO2の割合、W3に対するWO3の割合、W4に対するWO4の割合、W5に対するWO5の割合が図14に示す場合に比べて小さくなる。その結果、残留微粒子量WR1,WR2,WR3,WR4,WR5が図14に示す場合に比べて増大する。このような状態が続くと図15(B)に示すように酸化性が5の微粒子量W5が大巾に増大する。
【0074】
即ち、このようなモデルを考えると最も酸化性の悪い微粒子量W5を求めることができるようになる。
【0075】
次にこの最も酸化性の悪い微粒子量W5を算出する方法について概略的に説明する。
【0076】
図16(A)および図16(B)は流入微粒子量と酸化除去可能な微粒子量Gとのバランス点が夫々図13のA点およびB点である場合を示している。図16(A),(B)は図14と同様に微粒子の状態を示しているが図16(A),(B)では横軸が時間で表されている。即ち、図16(A)では横軸は夫々微粒子が流入してから5分後、10分後、15分後、20分後、25分後を示しており、図16(B)では横軸は夫々微粒子が流入してから2分後、4分後、6分後、8分後、10分後を示している。
【0077】
図13のB点はA点に比べて酸化除去可能な微粒子量G、即ち流入微粒子量が多いので図16(B)における微粒子量W1のほうが図16(A)における微粒子量W1に比べて大きくなる。一方、図13のB点はA点に比べてパティキュレートフィルタ22の温度TFが高いので微粒子の酸化性は早期に低下する。それにもかかわらず酸化性が5となる前に微粒子が酸化除去せしめられるということは図16(B)に示されるように微粒子は早期に酸化除去せしめられていることになる。
【0078】
微粒子W1の60%が酸化除去せしめられるのに要する時間Δt、或いは微粒子W2の57%が酸化除去せしめられるのに要する時間Δtは図16(A)では5分であるのに対して図16(B)では2分である。このようにこの時間Δtは図17に示される如くパティキュレートフィルタ22の温度TFが高くなるほど短かくなる。
【0079】
この第2実施例ではこの時刻Δtが経過する毎に残留微粒子量WR1,WR2,WR3,WR4,WR5を算出し、残留微粒子量WR5が多いときには少ないときに比べて微粒子酸化性が低いと判断するようにしている。
【0080】
また、残留微粒子量を算出するには流入微粒子量、即ち機関から排出される排出微粒子量を求めなければならない。この排出微粒子量は機関の型式によって変化するが機関の型式が定まると要求トルクTQおよび機関回転数Nの関数となる。図18(A)は図1に示される内燃機関の排出微粒子量Mを示しており、各曲線M1,M2,M3,M4,M5は等排出微粒子量(M1<M2<M3<M4<M5)を示している。図18(A)に示される例では要求トルクTQが高くなるほど排出微粒子量Mが増大する。なお、図18(A)に示される排出微粒子量Mは要求トルクTQおよび機関回転数Nの関数として図18(B)に示すマップの形で予めROM32内に記憶されている。
【0081】
図19は第2実施例を実行するためのフローチャートを示している。
【0082】
図15および図16を参照するとまず初めにステップ200では、パティキュレートフィルタ22の昇温制御が完了したか又は微粒子酸化性を高めるためにリッチ処理が行われたか否かが判別される。昇温処理が完了しておらずかつリッチ処理が行われていないときには次いでステップ201に進み、図17に示す関係から時間Δtが算出される。次いでステップ202では図18(B)に示される排出微粒子量MのΔt時間における積算量ΣMが算出される。次いでステップ203では図13に示す酸化除去可能微粒子量GのΔt時間における積算量ΣGが算出される。次いでステップ204ではΔt時間が経過したか否かが判別される。Δt時間が経過していないときには処理サイクルを終了し、Δt時間が経過したときにはステップ205に進む。
【0083】
ステップ205では酸化除去される微粒子量WO1(=ΣG×0.6)、WO2(=WR1×0.57)、WO3(=WR2×0.54)、WO4(=WR3×0.52)、WO5(=WR4×0.5)が算出される。次いでステップ206では次式に基づいて各残留微粒子量WR5,WR4,WR3,WR2,WR1が算出される。
【0084】
WR5←WR4−WO5
WR4←WR3−WO4
WR3←WR2−WO3
WR2←WR1−WO2
WR1←ΣM−WO1
これらの式の意味は図14から明らかであると考えられるので説明を省略する。このようにして微粒子酸化性を表す残留微粒子量WR5が算出される。
【0085】
一方、昇温制御が完了し又はリッチ処理が行われたときにはステップ200からステップ207に進み、初期化が行われる。
【0086】
図20および図21に第3実施例を示す。この実施例では一方ではパティキュレートフィルタ22における圧損を推定し、他方ではパティキュレートフィルタ22における実際の圧損を検出し、推定された圧損と実際の圧損との圧損差に基づいて微粒子酸化性を求めるようにしている。即ち、微粒子の酸化性が低下すると微粒子は十分に酸化されることなく堆積するためにパティキュレートフィルタ22における圧損が増大する。従ってこのことから微粒子の酸化性がどの程度低下したか否かを判定することができる。
【0087】
そこでまず初めにパティキュレートフィルタ22における圧損を推定する方法について説明する。この実施例では微粒子の堆積量ΣWRが排出微粒子量Mおよび酸化除去可能微粒子量Gから算出される。図20(A)は基準状態における微粒子の堆積量ΣWRと圧損ΔPDとの関係を示しており、従って微粒子の堆積量ΣWRが求まると図20(A)に示す関係から基準状態における圧損ΔPDが求まる。
【0088】
一方、微粒子の堆積量ΣWRが同一であってもパティキュレートフィルタ22の温度TFおよび排気ガス量GEが変化するとそれに伴なって圧損が変化する。本発明による実施例では基準状態における圧損ΔPDに対する補正係数Kが図20(B)に示されているようにマップの形で予めROM32内に記憶されており、圧損ΔPDに補正係数Kを乗算することによってパティキュレートフィルタ22の温度TFおよび排気ガス量GEに応じた圧損PDDが算出される。
【0089】
微粒子の酸化性が低下すると図20(C)に示されるように算出される圧損PDDに比べて圧力センサ43により検出された実際の圧損PDは高くなる。第3実施例ではこれら圧損の差DIF(=PD−PDD)が大きいときには小さいときに比べて微粒子酸化性が低いと判断するようにしている。
【0090】
図21は第3実施例を実行するためのフローチャートを示している。
【0091】
図21を参照するとまず初めにステップ300では、パティキュレートフィルタ22の昇温制御が完了したか又は微粒子酸化性を高めるためにリッチ処理が行われたか否かが判別される。昇温処理が完了しておらずかつリッチ処理が行われていないときには次いでステップ301に進み、図18(B)に示すマップから排出微粒子量Mが算出され、図13に示す関係から酸化除去可能微粒子量Gが算出される。次いでステップ302では前回の処理サイクル時に堆積していた微粒子量WRと排出微粒子量Mとの和(M+WR)から酸化除去可能微粒子量Gを減算することによって現在の堆積微粒子量ΣWR(=(M+WR)−G)が算出される。次いでステップ303ではΣWRがWRとされる。
【0092】
次いでステップ304では一定時間が経過したか否かが判別される。一定時間が経過していないときには処理サイクルを終了し、一定時間が経過したときにはステップ305に進む。ステップ305では堆積微粒子量ΣWRに基づいて図20(A)に示す関係から圧損ΔPDが算出され、この圧損ΔPDと図20(B)に示す補正係数Kから圧損の推定値PDDが算出される。次いでステップ306では圧力センサ43により検出された実際の圧損PDと圧損の推定値PDDとの圧損差DIF(=PD−PDD)が算出される。このようにして微粒子酸化性を表す圧損差DIFが算出される。
【0093】
一方、昇温制御が完了し又はリッチ処理が行われたときにはステップ300からステップ307に進み、圧損差DIFがクリアされる。
【0094】
図22および図23に第4実施例を示す。この実施例ではパティキュレートフィルタ22の温度TFを一時的に450℃程度まで昇温して一部の堆積微粒子を酸化させ、その後の圧損の大きさに基づいて微粒子酸化性を求めるようにしている。
【0095】
即ち、パティキュレートフィルタ22の温度TFを昇温させると微粒子の酸化性が高い場合には多量の堆積微粒子が酸化されるが微粒子の酸化性が低い場合には堆積微粒子はほとんど酸化されない。従ってパティキュレートフィルタ22の温度TFを昇温させた後の圧損は微粒子の酸化性が高い場合には図22(A)において実線PDDで示すように圧損は低くなり、微粒子の酸化性が低い場合には図22(A)において破線PDで示すように圧損が高くなる。従ってこれら圧損PDとPDDの差DIF(=PD−PDD)が大きいときには小さいときに比べて微粒子酸化性が低いと判定できることになる。
【0096】
具体的に云うとこの実施例では圧力センサ43により検出された実際の圧損PDが予め定められた目標値PDTとなったときにパティキュレートフィルタ22の昇温制御が行われる。この目標値PDTは図22(B)に示されるように要求トルクTQおよび機関回転数Nの関数として予めROM32内に記憶されている。次いで昇温制御完了後、図22(A)に示される判定時期TKになると実際の圧損PDと微粒子の酸化性が高いときの圧損PDDとが比較される。この圧損PDDは実験等により予め求められており、この圧損PDDは図22(C)に示されるように要求トルクTQおよび機関回転数Nの関数として予めROM32内に記憶されている。この実施例では圧損差DIF(=PD−PDD)が大きいときには小さいときに比べて微粒子酸化性が低いと判断するようにしている。
【0097】
図23は第4実施例を実行するためのフローチャートを示している。
【0098】
図23を参照するとまず初めにステップ400では、パティキュレートフィルタ22の昇温制御が完了したか又は微粒子酸化性を高めるためにリッチ処理が行われたか否かが判別される。昇温処理が完了しておらずかつリッチ処理が行われていないときには次いでステップ401に進み、圧力センサ43により検出された実際の圧損PDが図22(B)に示される目標値PDTとなったか否かが判別される。PD=PDTでないときには処理サイクルを終了し、PD=PDTのときにはステップ402に進む。ステップ402ではパティキュレートフィルタ22の温度TFを一時的に昇温するための昇温制御が行われる。昇温制御が完了するとステップ403に進んで図22(A)に示す判定時期TKに達したか否かが判別される。判定時期TKに達するとステップ404に進んで圧力センサ43により検出された実際の圧力PDと図22(C)に示すマップから求められた圧損PDDとの圧損差DIF(=PD−PDD)が算出される。このようにして微粒子酸化性を表す圧損差DIFが算出される。
【0099】
一方、昇温制御が完了し又はリッチ処理が行われたときにはステップ300からステップ405に進み、圧損差DIFがクリアされる。
【0100】
次に第5実施例について説明する。パティキュレートフィルタ22の昇温制御、又はパティキュレートフィルタ22上に堆積した微粒子の酸化性を高めるためのリッチ処理が完了してからの経過時間が長くなるにつれて微粒子酸化性が次第に低下すると考えられる。従って、例えば昇温制御又はリッチ処理が完了してからの機関の運転時間、機関回転数の累積値又は車両走行距離が大きいときには小さいときに比べて微粒子酸化性が低いと判断することができることになる。
【0101】
そこでこの実施例では昇温制御又はリッチ処理が完了してからの機関回転数の累積値が大きいときには小さいときに比べて微粒子酸化性が低いと判断するようにしている。
【0102】
図24は第5実施例を実行するためのフローチャートを示している。
【0103】
図24を参照するとまず初めにステップ500では、パティキュレートフィルタ22の昇温制御が完了したか又は微粒子酸化性を高めるためにリッチ処理が行われたか否かが判別される。昇温処理が完了しておらずかつリッチ処理が行われていないときには次いでステップ501に進み、現在の機関回転数Nが累積値ΣNに加算される。このようにして微粒子酸化性を表すΣNが算出される。
【0104】
一方、昇温制御が完了し又はリッチ処理が行われたときにはステップ500からステップ502に進み、累積値ΣNがクリアされる。
【0105】
次に本発明を実施するのに適した低温燃焼方法について図25から図27を参照しつつ簡単に説明する。
【0106】
図1に示される内燃機関ではEGR率(EGRガス量/(EGRガス量+吸入空気量))を増大していくとスモークの発生量が次第に増大してピークに達し、更にEGR率を高めていくと今度はスモークの発生量が急激に低下する。このことについてEGRガスの冷却度合を変えたときのEGR率とスモークとの関係を示す図25を参照しつつ説明する。なお、図25において曲線AはEGRガスを強力に冷却してEGRガス温をほぼ90℃に維持した場合を示しており、曲線Bは小型の冷却装置でEGRガスを冷却した場合を示しており、曲線CはEGRガスを強制的に冷却していない場合を示している。
【0107】
図25の曲線Aで示されるようにEGRガスを強力に冷却した場合にはEGR率が50パーセントよりも少し低いところでスモークの発生量がピークとなり、この場合にはEGR率をほぼ55パーセント以上にすればスモークがほとんど発生しなくなる。一方、図25の曲線Bで示されるようにEGRガスを少し冷却した場合にはEGR率が50パーセントよりも少し高いところでスモークの発生量がピークとなり、この場合にはEGR率をほぼ65パーセント以上にすればスモークがほとんど発生しなくなる。また、図25の曲線Cで示されるようにEGRガスを強制的に冷却していない場合にはEGR率が55パーセントの付近でスモークの発生量がピークとなり、この場合にはEGR率をほぼ70パーセント以上にすればスモークがほとんど発生しなくなる。
【0108】
このようにEGRガス率を55パーセント以上にするとスモークが発生しなくなるのは、EGRガスの吸熱作用によって燃焼時における燃料および周囲のガス温がさほど高くならず、即ち低温燃焼が行われ、その結果炭化水素が煤まで成長しないからである。
【0109】
この低温燃焼は、空燃比にかかわらずにスモークの発生を抑制しつつNOXの発生量を低減することができるという特徴を有する。即ち、空燃比がリッチにされると燃料が過剰となるが燃焼温度が低い温度に抑制されているために過剰な燃料は煤まで成長せず、斯くしてスモークが発生することがない。また、このときNOXも極めて少量しか発生しない。一方、平均空燃比がリーンのとき、或いは空燃比が理論空燃比のときでも燃焼温度が高くなれば少量の煤が生成されるが低温燃焼下では燃焼温度が低い温度に抑制されているためにスモークは全く発生せず、NOXも極めて少量しか発生しない。
【0110】
ところで機関の要求トルクTQが高くなると、即ち燃料噴射量が多くなると燃焼時における燃料および周囲のガス温が高くなるために低温燃焼を行うのが困難となる。即ち、低温燃焼を行いうるのは燃焼による発熱量が比較的少ない機関中低負荷運転時に限られる。図26(A)において領域Iは煤の発生量がピークとなる不活性ガス量よりも燃焼室5の不活性ガス量が多い第1の燃焼、即ち低温燃焼を行わせることのできる運転領域を示しており、領域IIは煤の発生量がピークとなる不活性ガス量よりも燃焼室内の不活性ガス量が少ない第2の燃焼、即ち通常の燃焼しか行わせることのできない運転領域を示している。
【0111】
図26(B)は運転領域Iにおいて低温燃焼を行う場合の目標空燃比A/Fを示しており、図27は運転領域Iにおいて低温燃焼を行う場合の要求トルクTQに応じたスロットル弁17の開度、EGR制御弁25の開度、EGR率、空燃比、噴射開始時期θS、噴射完了時期θE、噴射量を示している。なお、図27には運転領域IIにおいて行われる通常の燃焼時におけるスロットル弁17の開度等も合わせて示している。
【0112】
図26(B)および図27から運転領域Iにおいて低温燃焼が行われているときにはEGR率が55パーセント以上とされ、空燃比A/Fが15.5から18程度のリーン空燃比とされることがわかる。前述したように低温燃焼が行われているときにはスモーク、即ち微粒子がほとんど排出されず、従ってパティキュレートフィルタ22上に多量の微粒子が堆積するのを回避することができるという利点がある。
【0113】
また、低温燃焼を用いると多量の煤、即ち多量の微粒子を発生させることなく燃焼室5内における空燃比をリッチにすることができる。従って機関の運転状態が図26に示す第2の運転領域IIにあるときに微粒子の酸化性を増大すべく空燃比A/Fを一時的にリッチにすべきであると判定されたときには機関の運転状態が第1の運転領域Iに移行するまで空燃比A/Fをリッチにせず、機関の運転状態が第1の運転領域IIに移行した後に空燃比A/Fをリッチにすることが好ましい。
【0114】
【発明の効果】
パティキュレートフィルタ上に堆積した微粒子を酸化除去するために外部から供給されるエネルギを有効に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】内燃機関の全体図である。
【図2】パティキュレートフィルタを示す図である。
【図3】昇温制御の一例を示す図である。
【図4】微粒子の酸化性の変化を示す図である。
【図5】昇温制御の一例を示す図である。
【図6】昇温条件の一例を示す図である。
【図7】噴射制御を説明するための図である。
【図8】微粒子の酸化性の変化を示す図である。
【図9】昇温制御および機関運転制御の一例を示す図である。
【図10】昇温制御および機関運転制御を実行するためのフローチャートである。
【図11】微粒子酸化性の低下量を示す図である。
【図12】微粒子酸化性を算出するためのフローチャートである。
【図13】酸化除去可能微粒子量とパティキュレートフィルタの温度との関係を示す図である。
【図14】堆積微粒子の状態を説明するための図である。
【図15】堆積微粒子の状態を説明するための図である。
【図16】堆積微粒子の状態を説明するための図である。
【図17】時間Δtを示す図である。
【図18】排出微粒子量を示す図である。
【図19】微粒子酸化性を算出するためのフローチャートである。
【図20】圧損の変化を説明するための図である。
【図21】微粒子酸化性を算出するためのフローチャートである。
【図22】圧損の変化を説明するための図である。
【図23】微粒子酸化性を算出するためのフローチャートである。
【図24】微粒子酸化性を算出するためのフローチャートである。
【図25】スモークの発生量を示す図である。
【図26】機関の運転領域等を示す図である。
【図27】スロットル弁開度等の変化を示す図である。
【符号の説明】
5…燃焼室
6…燃料噴射弁
22…パティキュレートフィルタ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust gas purification device.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in a diesel engine, in order to remove particulates contained in the exhaust gas, a particulate filter is disposed in the engine exhaust passage, and particulates in the exhaust gas are once collected by this particulate filter, and the particulate filter The particulate filter is regenerated by igniting and burning the fine particles collected above. In this case, it takes a considerably high temperature and a considerable time to ignite and burn the collected fine particles.
[0003]
On the other hand, when the air-fuel ratio is lean, NO X Is absorbed and the air-fuel ratio is made rich, the absorbed NO X NO to release and reduce X An internal combustion engine in which an absorbent is carried on a particulate filter is known (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-1559037). In this internal combustion engine, the engine is normally operated under a lean air-fuel ratio, and NO X NO absorbed by the absorbent X NO when quantity exceeds tolerance X NO from absorbent X The air-fuel ratio is temporarily enriched to release the.
[0004]
NO X NO from absorbent X NO is released and reduced X The temperature of the particulate filter rises due to the heat generated during the reduction. Therefore, in this example of the internal combustion engine, NO X When the release of the air is completed, the air-fuel ratio is returned to lean again, and the particulates deposited on the particulate filter are burned by utilizing the fact that the temperature of the particulate filter is rising at this time. In another example, NO X NO from absorbent X When the exhaust pressure upstream of the particulate filter does not exceed a certain pressure when the exhaust gas is to be released, the air-fuel ratio is simply made rich, and when the exhaust pressure upstream of the particulate filter exceeds the certain pressure, the air-fuel ratio is made rich and NO. X NO from absorbent X After the air is released, the air-fuel ratio is made lean so that the fine particles deposited on the particulate filter are burned.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
Incidentally, as described above, it takes a considerably high temperature and a considerable time to ignite and burn the particulates collected on the particulate filter. In this case, in order to raise the temperature of the particulate filter to a temperature at which the deposited particulates ignite and burn, energy must be supplied from the outside. For this reason, an additional fuel is usually supplied or a particulate matter is used using an electric heater. The temperature of the curate filter is raised. Of course, it is preferable that the energy supplied from the outside be as small as possible.
[0006]
As a result of studying the properties of the deposited fine particles from such a point of view, the properties of the deposited fine particles have gradually become clear. Although the details will be described later, simply speaking, it has been found that as the deposition time of the fine particles on the particulate filter becomes longer, the deposited fine particles become difficult to oxidize, that is, the oxidizability of the fine particles gradually changes. .
[0007]
When the fine particles have a relatively high oxidizability, less energy is required to ignite and burn the fine particles. However, when the fine particles have a relatively low oxidizability, the fine particles cannot be ignited and burned without much energy. For this reason, if the temperature of the particulate filter is merely increased, the energy from the outside becomes excessive when the particulate oxidizability is high, and the particulate cannot be reliably ignited and combusted when the particulate oxidizability is low. There is a fear.
[0008]
On the other hand, for example, when the internal combustion engine is stopped while the fine particles deposited on the particulate filter are burning, the combustion of the fine particles is interrupted. During the combustion of the fine particles, the fine particles deposited on the particulate filter are exposed to high-temperature exhaust gas for a long time with a lean air-fuel ratio. However, as will be described later in detail, it has been found that if the fine particles are exposed to a high-temperature exhaust gas with a lean air-fuel ratio for a long time, the oxidizability of the fine particles is greatly reduced. Therefore, when the particulate combustion is interrupted, the particulates remaining on the particulate filter have a considerably low oxidizability. In order to reignite and burn these particulates having a very low oxidizability, considerable external energy is required. There is a problem that is necessary.
[0009]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an exhaust gas purifying apparatus capable of effectively using energy supplied from the outside in order to oxidize and remove fine particles deposited on a particulate filter.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problem, according to the first invention, a particulate filter for collecting and removing particulates in the exhaust gas is disposed in the engine exhaust passage, and continuously under a lean air-fuel ratio. In an internal combustion engine where combustion takes place, the oxidation of fine particles deposited on the particulate filter calculate Oxidizing Calculation Means for determining whether or not the amount of particulates deposited on the particulate filter exceeds a predetermined amount, and determining that the amount of particulates deposited on the particulate filter exceeds a predetermined amount In order to oxidize and remove particulates deposited on the particulate filter, the temperature of the particulate filter is raised under a lean air-fuel ratio based on temperature control conditions determined according to the oxidizability of the particulates deposited on the particulate filter. Temperature control means.
[0011]
According to a second invention, in the first invention, the temperature control means raises the temperature of the particulate filter to a set temperature determined by the temperature control condition and maintains the set temperature, and the set temperature is the particulate filter. When the oxidizability of the fine particles deposited thereon is low, it is set higher than when it is high.
[0012]
According to a third aspect, in the first aspect, the temperature control means raises the temperature of the particulate filter over a set time determined by the temperature control condition, and the set time is used to oxidize particulates deposited on the particulate filter. When the property is low, it is set longer than when it is high.
[0013]
According to a fourth aspect of the present invention for solving the above-described problem, a particulate filter for collecting and removing particulates in the exhaust gas is disposed in the engine exhaust passage, and is continued under a lean air-fuel ratio. Temperature control means capable of raising the temperature of the particulate filter under a lean air-fuel ratio in order to oxidize and remove particulates deposited on the particulate filter in an internal combustion engine in which combustion is performed, and the particulate First determination means for determining whether or not the amount of particulates deposited on the filter exceeds a predetermined first amount, and temperature when the amount of particulates deposited on the particulate filter exceeds the first amount. A first temperature control executing means for executing temperature control by the control means; and a particulate filter when temperature control by the temperature control means is interrupted. A second determination means for determining whether or not a deposition amount of the fine particles remaining on the filter is larger than a predetermined second amount; and a deposition amount of the fine particles remaining on the particulate filter is When the amount is larger than the second amount, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the particulate filter is temporarily switched from lean to rich in order to change the property of the fine particles remaining on the particulate filter to the property of being easily oxidized. Then, second temperature control execution means for executing temperature control by the temperature control means is provided.
[0014]
If the properties of the fine particles can be changed to a property that is easy to oxidize when the deposited fine particles are difficult to oxidize, the external energy required for the combustion of the fine particles can be reduced, and therefore can be used effectively. As a result of further research on this point, it has been found that if the air-fuel ratio is temporarily made rich, the properties of the deposited fine particles can be changed to properties that are easily oxidized.
[0015]
Therefore, in the fourth aspect of the invention, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the particulate filter is temporarily switched from lean to rich in order to change the properties of the fine particles remaining on the particulate filter into properties that are easily oxidized. Next, in order to oxidize and remove the fine particles remaining on the particulate filter, the temperature of the particulate filter is increased under a lean air-fuel ratio.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 shows a case where the present invention is applied to a compression ignition type internal combustion engine. The present invention can also be applied to a spark ignition type internal combustion engine.
[0017]
Referring to FIG. 1, 1 is an engine body, 2 is a cylinder block, 3 is a cylinder head, 4 is a piston, 5 is a combustion chamber, 6 is an electrically controlled fuel injection valve, 7 is an intake valve, 8 is an intake port, 9 Is an exhaust valve, and 10 is an exhaust port. The intake port 8 is connected to a
[0018]
The
[0019]
The
[0020]
On the other hand, a
[0021]
FIG. 2 shows the structure of the
[0022]
The
[0023]
In the embodiment according to the present invention, a carrier layer made of alumina, for example, is formed on the peripheral wall surfaces of the exhaust
[0024]
Fine particles mainly composed of carbon solid contained in the exhaust gas are collected and deposited on the
[0025]
On the other hand, when the amount of particulates fed into the
[0026]
Therefore, in the embodiment according to the present invention, it is determined whether or not the deposition amount of the particulates on the
[0027]
Next, with reference to FIG. 4, the degree of oxidization of the fine particles deposited on the
[0028]
In FIG. 4, a solid line X 1 Indicates when the temperature of the
[0029]
On the other hand, if the air-fuel ratio A / F continues to be lean after the fine particles are collected, the fine particles are aggregated to gradually increase the size of the fine particles. As a result, the pores or voids in the fine particle lump. Gradually decreases. Accordingly, the surface area volume ratio S / V of the mass of fine particles gradually decreases, and thus X in FIG. 1 , X 2 As shown in the graph, the oxidizability of the fine particles gradually decreases. The agglomeration effect between the fine particles becomes more severe as the temperature rises, and therefore, as shown in FIG. 2 The solid line X is at the high temperature indicated by 1 The oxidizability of the fine particles is lowered earlier than in the case of the low temperature indicated by
[0030]
When the particulates are relatively highly oxidizable, the particulates deposited on the
[0031]
Therefore, in the embodiment according to the present invention, when the fine particles deposited on the
[0032]
FIG. 5 shows the basic concept of the temperature rise control according to the embodiment of the present invention. In FIG. 5, TF indicates the temperature of the
[0033]
In the example shown in FIG. 5A, the set time SP is maintained at a constant PC, and the set temperature ST is changed according to the particulate oxidation property. That is, the solid line W in FIG. 1 When the particulate oxidation property indicated by (2) is relatively high, the temperature TF of the
[0034]
The set temperature ST in this case is used to reduce the amount of particulates deposited on the
[0035]
On the other hand, in the example shown in FIG. 5B, the set temperature ST is maintained at a constant PT, and the set time SP is changed according to the particulate oxidation property. That is, the solid line Z in FIG. 1 5 is relatively high, the temperature TF of the
[0036]
In this case, the set time SP is such that when the temperature TF of the
[0037]
There are various methods for raising the temperature of the
[0038]
Here, the last method, that is, a method of raising the exhaust gas temperature will be briefly described with reference to FIG.
[0039]
One effective method for raising the exhaust gas temperature is to retard the fuel injection timing until after compression top dead center. That is, the normal main fuel Qm is injected near the compression top dead center as shown in FIG. In this case, as shown in FIG. 7 (II), when the injection timing of the main fuel Qm is retarded, the afterburning period becomes longer, and thus the exhaust gas temperature rises. As the exhaust gas temperature increases, the temperature TF of the
[0040]
Further, in order to raise the exhaust gas temperature, auxiliary fuel Qv can be injected in the vicinity of the intake top dead center in addition to the main fuel Qm as shown in FIG. 7 (III). When the auxiliary fuel Qv is additionally injected in this manner, the amount of fuel combusted by the amount of the auxiliary fuel Qv increases, so that the exhaust gas temperature rises and thus the temperature TF of the
[0041]
On the other hand, when the auxiliary fuel Qv is injected in the vicinity of the intake top dead center in this way, intermediate products such as aldehyde, ketone, peroxide, carbon monoxide and the like are generated from the auxiliary fuel Qv by the compression heat during the compression stroke. The product accelerates the reaction of the main fuel Qm. Therefore, in this case, as shown in (III) of FIG. 7, even if the injection timing of the main fuel Qm is greatly delayed, good combustion can be obtained without causing misfire. That is, since the injection timing of the main fuel Qm can be greatly delayed in this way, the exhaust gas temperature becomes considerably high, and thus the temperature TF of the
[0042]
Further, as shown in FIG. 7 (IV), in addition to the main fuel Qm, the auxiliary fuel Qp can be injected during the expansion stroke or the exhaust stroke. That is, in this case, most of the auxiliary fuel Qp is discharged into the exhaust passage in the form of unburned HC without burning. The unburned HC is oxidized on the
[0043]
Here, in the example shown in FIG. 7 (II), the main fuel injection timing is changed, and in the example shown in FIG. 7 (III), the main fuel injection timing or the amount of the auxiliary fuel Qv is changed. In the example shown in FIG. 7 (IV), the temperature of the exhaust gas can be changed by changing the amount of the auxiliary fuel Qp. Therefore, the temperature TF of the
[0044]
As described above with reference to FIG. 3, when the particulate accumulation amount exceeds the first upper limit value UL1, the temperature increase control of the
[0045]
However, for example, if the internal combustion engine is stopped during the temperature rise control, or if the auxiliary fuel Qv in the example shown in FIG. 7 (IV) cannot be injected, the temperature rise control cannot be continued. In other words, the temperature rise control is interrupted when such a temperature rise control interruption event occurs. At this time, fine particles remain on the
[0046]
Therefore, in the embodiment according to the present invention, it is determined whether or not the accumulation amount of the fine particles remaining on the
[0047]
However, as described above with reference to FIG. 4, when the air-fuel ratio A / F is maintained lean, the oxidization property of the fine particles decreases. At this time, the higher the temperature TF of the
[0048]
However, it has been found that when the air-fuel ratio A / F is made rich as shown in FIG. Although the reason for this is not clear, it is considered that making the air-fuel ratio A / F rich is similar to the activation action during coke generation. That is, when the air-fuel ratio A / F is made rich, the amount of oxygen is extremely small, so that the CO in the exhaust gas 2 And H 2 It is thought that O breaks the carbon bond, and as a result, a large number of pores or voids are generated again. In fact, when the surface area volume ratio S / V of the lump of fine particles after the air-fuel ratio A / F is made rich is measured, the surface area volume ratio S / V increases considerably. In FIG. 8A, a solid line X 1 Indicates the case where the temperature TF of the
[0049]
In this case, the higher the temperature TF of the
[0050]
Therefore, in the embodiment according to the present invention, when the amount of the fine particles remaining on the
[0051]
There are various methods for temporarily switching the air-fuel ratio A / F from lean to rich. For example, a method of enriching the average air-fuel ratio in the
[0052]
FIG. 9 shows the basic concept of temperature rise control and operation control according to an embodiment of the present invention.
[0053]
When the amount of accumulated particulate matter exceeds the first upper limit value UL1, the temperature of the
[0054]
In FIG. 9, the method (IV) in FIG. 7 is used to raise the temperature of the
[0055]
FIG. 10 shows a flowchart for executing the temperature raising control and the operation control according to the embodiment of the present invention.
[0056]
Referring to FIG. 10, first, at
[0057]
In the following
[0058]
The process proceeds from
[0059]
TF> T o When PD> PDX2, the routine then proceeds to step 80, where rich processing for temporarily enriching the air-fuel ratio A / F is performed, whereby the oxidizability of the fine particles is recovered. When this rich process is completed, the routine proceeds to step 73, where fine particle oxidization is read, and at
[0060]
Next, with reference to FIGS. 11 to 24, first to fifth embodiments for obtaining fine particle oxidation will be described.
[0061]
In the first embodiment shown in FIG. 11 and FIG. 12, the amount of decrease or increase in oxidation per unit time of fine particles deposited on the
[0062]
That is, as described with reference to FIGS. 4 and 8, when the air-fuel ratio A / F is maintained lean, the higher the temperature TF of the
[0063]
Accordingly, the amount of decrease in oxidation of the fine particles can be determined by calculating the amount of decrease ΔDEO in the fine particles shown in FIG. 11 per unit time and integrating the calculated amount of decrease ΔDEO. In the first embodiment, it is determined that the particulate oxidation is lower when the amount of reduction in the oxidation of the particulate is large than when it is small.
[0064]
FIG. 12 shows a flowchart for executing the first embodiment.
[0065]
Referring to FIG. 12, first, at
[0066]
On the other hand, when the temperature raising control is completed or the rich process is performed, the process proceeds from
[0067]
A second embodiment is shown in FIGS. In this second embodiment, among the fine particles deposited on the
[0068]
First, referring to FIG. 13, the solid line Z in FIG. 13 indicates the oxidation rate of fine particles on the
[0069]
FIG. 14 schematically shows a model of the state of the deposited fine particles when the inflow fine particle amount coincides with the fine particle amount G that can be removed by oxidation. In FIG. 14, the
[0070]
In this model, the fine particles W1 flowing into the
[0071]
Further, in this model, the proportion of each of the deposited fine particle amounts W1, W2, W3, W4, W5 that are oxidized and removed during a certain period of time WO1, WO2, WO3, WO4, WO5. W2, WO3 / W3, WO4 / W4, and WO5 / W5 are fixed. In this case, it is considered that these ratios become smaller as the oxidizability of the fine particles decreases. Therefore, in this model, WO1 / W1 is 60%, WO2 / W2 is 57%, WO3 / W3 is 54%, and WO4 / W4 is 52%. , WO5 / W5 is 50%.
[0072]
Further, since WO5 / W5 is 50%, WR5 / W5 is also 50%, and the remaining fine particles WR5 are oxidized and removed during the subsequent fixed time. In this way, the model shown in FIG. 14 is created.
[0073]
On the other hand, when the inflowing particulate amount is larger than the particulate amount G that can be removed by oxidation, as shown in FIG. 15A, the ratio of WO1 to W1, the ratio of WO2 to W2, the ratio of WO3 to W3, and the ratio of WO4 to W4. , The ratio of WO5 to W5 is smaller than that shown in FIG. As a result, the residual fine particle amounts WR1, WR2, WR3, WR4, and WR5 increase compared to the case shown in FIG. If such a state continues, as shown in FIG. 15B, the amount W5 of fine particles having an oxidizing property of 5 increases greatly.
[0074]
In other words, considering such a model, it is possible to determine the finest particle amount W5 having the worst oxidation property.
[0075]
Next, a method for calculating the most oxidizable fine particle amount W5 will be schematically described.
[0076]
FIGS. 16A and 16B show a case where the balance points between the amount of inflowing fine particles and the amount G of fine particles that can be oxidized and removed are the points A and B in FIG. 13, respectively. FIGS. 16A and 16B show the state of fine particles as in FIG. 14, but in FIGS. 16A and 16B, the horizontal axis represents time. That is, in FIG. 16 (A), the horizontal axis shows 5 minutes, 10 minutes, 15 minutes, 20 minutes, and 25 minutes after the inflow of fine particles, respectively, and in FIG. 16 (B), the horizontal axis Indicates 2 minutes, 4 minutes, 6 minutes, 8 minutes and 10 minutes after the inflow of fine particles.
[0077]
In FIG. 13B, the amount of fine particles G that can be oxidized and removed, that is, the amount of inflowing fine particles is larger than the point A, so the amount of fine particles W1 in FIG. 16B is larger than the amount of fine particles W1 in FIG. Become. On the other hand, since the temperature TF of the
[0078]
The time Δt required for 60% of the fine particles W1 to be removed by oxidation or the time Δt required for 57% of the fine particles W2 to be removed by oxidation is 5 minutes in FIG. In B) it is 2 minutes. Thus, the time Δt becomes shorter as the temperature TF of the
[0079]
In the second embodiment, the residual fine particle amounts WR1, WR2, WR3, WR4, and WR5 are calculated every time the time Δt elapses, and it is determined that the fine particle oxidation is lower when the residual fine particle amount WR5 is large than when it is small. I am doing so.
[0080]
In order to calculate the amount of residual fine particles, the amount of inflowing fine particles, that is, the amount of fine particles discharged from the engine must be obtained. The amount of discharged fine particles varies depending on the engine model, but when the engine model is determined, it becomes a function of the required torque TQ and the engine speed N. FIG. 18A shows the amount M of discharged fine particles of the internal combustion engine shown in FIG. 1 , M 2 , M Three , M Four , M Five Is the amount of fine particles discharged (M 1 <M 2 <M Three <M Four <M Five ). In the example shown in FIG. 18A, the amount M of discharged particulate increases as the required torque TQ increases. The discharged particulate amount M shown in FIG. 18A is stored in advance in the
[0081]
FIG. 19 shows a flowchart for executing the second embodiment.
[0082]
Referring to FIGS. 15 and 16, first, in
[0083]
In
[0084]
WR5 ← WR4-WO5
WR4 ← WR3-WO4
WR3 ← WR2-WO3
WR2 ← WR1-WO2
WR1 ← ΣM-WO1
The meaning of these equations is considered to be clear from FIG. In this way, the residual fine particle amount WR5 representing the fine particle oxidation property is calculated.
[0085]
On the other hand, when the temperature raising control is completed or the rich process is performed, the process proceeds from
[0086]
20 and 21 show a third embodiment. In this embodiment, the pressure loss in the
[0087]
First, a method for estimating the pressure loss in the
[0088]
On the other hand, even if the particulate accumulation amount ΣWR is the same, the pressure loss changes as the temperature TF of the
[0089]
When the oxidizability of the fine particles decreases, the actual pressure loss PD detected by the pressure sensor 43 becomes higher than the pressure loss PDD calculated as shown in FIG. In the third embodiment, when the pressure loss difference DIF (= PD−PDD) is large, it is judged that the fine particle oxidation property is lower than when the pressure loss difference DIF is small.
[0090]
FIG. 21 shows a flowchart for executing the third embodiment.
[0091]
Referring to FIG. 21, first, at
[0092]
Next, at
[0093]
On the other hand, when the temperature raising control is completed or the rich process is performed, the process proceeds from
[0094]
22 and 23 show a fourth embodiment. In this embodiment, the temperature TF of the
[0095]
That is, when the temperature TF of the
[0096]
Specifically, in this embodiment, the temperature rise control of the
[0097]
FIG. 23 shows a flowchart for executing the fourth embodiment.
[0098]
Referring to FIG. 23, first, at
[0099]
On the other hand, when the temperature raising control is completed or the rich process is performed, the process proceeds from
[0100]
Next, a fifth embodiment will be described. It is considered that the particulate oxidation property gradually decreases as the elapsed time from the completion of the temperature rise control of the
[0101]
Therefore, in this embodiment, when the accumulated value of the engine speed after completion of the temperature rise control or the rich process is large, it is determined that the particulate oxidation is lower than when it is small.
[0102]
FIG. 24 shows a flowchart for executing the fifth embodiment.
[0103]
Referring to FIG. 24, first, at
[0104]
On the other hand, when the temperature raising control is completed or the rich process is performed, the process proceeds from
[0105]
Next, a low-temperature combustion method suitable for carrying out the present invention will be briefly described with reference to FIGS.
[0106]
In the internal combustion engine shown in FIG. 1, as the EGR rate (EGR gas amount / (EGR gas amount + intake air amount)) increases, the amount of smoke generated gradually increases and reaches a peak, and the EGR rate is further increased. This time, the amount of smoke generated decreases rapidly. This will be described with reference to FIG. 25 showing the relationship between the EGR rate and smoke when the degree of cooling of the EGR gas is changed. In FIG. 25, curve A shows the case where EGR gas is strongly cooled and the EGR gas temperature is maintained at about 90 ° C., and curve B shows the case where EGR gas is cooled by a small cooling device. Curve C shows the case where the EGR gas is not forcibly cooled.
[0107]
As shown by the curve A in FIG. 25, when the EGR gas is strongly cooled, the amount of smoke generated peaks when the EGR rate is slightly lower than 50%. In this case, the EGR rate is increased to about 55% or more. If this is done, smoke will hardly occur. On the other hand, as shown by curve B in FIG. 25, when the EGR gas is slightly cooled, the amount of smoke generated reaches a peak when the EGR rate is slightly higher than 50%. In this case, the EGR rate is approximately 65% or more. If it is made, smoke will hardly occur. In addition, as shown by the curve C in FIG. 25, when the EGR gas is not forcibly cooled, the amount of smoke generated reaches a peak when the EGR rate is around 55%. In this case, the EGR rate is approximately 70%. If it is more than a percentage, smoke is hardly generated.
[0108]
As described above, when the EGR gas ratio is 55% or more, smoke is not generated because the endothermic action of the EGR gas does not cause the temperature of the fuel and the surrounding gas to be so high, that is, low-temperature combustion is performed. This is because hydrocarbons do not grow to soot.
[0109]
This low-temperature combustion suppresses the generation of smoke regardless of the air-fuel ratio, while NO. X It has the characteristic that the generation amount of can be reduced. That is, when the air-fuel ratio is made rich, the fuel becomes excessive, but the combustion temperature is suppressed to a low temperature, so that the excessive fuel does not grow to the soot, and thus smoke does not occur. At this time, NO X However, only a very small amount is generated. On the other hand, even when the average air-fuel ratio is lean, or even when the air-fuel ratio is the stoichiometric air-fuel ratio, a small amount of soot is produced if the combustion temperature is high, but the combustion temperature is suppressed to a low temperature under low-temperature combustion. NO smoke at all, NO X However, only a very small amount is generated.
[0110]
By the way, when the required torque TQ of the engine is increased, that is, when the fuel injection amount is increased, the temperature of the fuel and the surrounding gas at the time of combustion is increased, so that it is difficult to perform low temperature combustion. That is, low-temperature combustion can be performed only when the engine is in a low load operation where the amount of heat generated by combustion is relatively small. In FIG. 26A, a region I is an operation region in which the first combustion in which the amount of inert gas in the
[0111]
FIG. 26B shows the target air-fuel ratio A / F when low-temperature combustion is performed in the operation region I, and FIG. 27 shows the
[0112]
26B and 27, when the low temperature combustion is performed in the operation region I, the EGR rate is 55% or more, and the air-fuel ratio A / F is a lean air-fuel ratio of about 15.5 to 18. I understand. As described above, when low-temperature combustion is performed, there is an advantage that smoke, that is, fine particles are hardly discharged, so that a large amount of fine particles can be prevented from being deposited on the
[0113]
Further, when low temperature combustion is used, the air-fuel ratio in the
[0114]
【The invention's effect】
The energy supplied from the outside can be used effectively in order to oxidize and remove the fine particles deposited on the particulate filter.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall view of an internal combustion engine.
FIG. 2 is a diagram showing a particulate filter.
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of temperature rise control.
FIG. 4 is a diagram showing changes in the oxidizability of fine particles.
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of temperature rise control.
FIG. 6 is a diagram showing an example of temperature raising conditions.
FIG. 7 is a view for explaining injection control.
FIG. 8 is a diagram showing a change in oxidizing property of fine particles.
FIG. 9 is a diagram illustrating an example of temperature rise control and engine operation control.
FIG. 10 is a flowchart for executing temperature rise control and engine operation control.
FIG. 11 is a diagram showing a decrease amount of fine particle oxidation.
FIG. 12 is a flowchart for calculating fine particle oxidation.
FIG. 13 is a graph showing the relationship between the amount of fine particles that can be removed by oxidation and the temperature of the particulate filter.
FIG. 14 is a diagram for explaining the state of deposited fine particles.
FIG. 15 is a diagram for explaining the state of deposited fine particles.
FIG. 16 is a diagram for explaining the state of deposited fine particles.
FIG. 17 is a diagram illustrating time Δt.
FIG. 18 is a diagram showing the amount of discharged fine particles.
FIG. 19 is a flowchart for calculating fine particle oxidation.
FIG. 20 is a diagram for explaining a change in pressure loss.
FIG. 21 is a flowchart for calculating fine particle oxidation.
FIG. 22 is a diagram for explaining a change in pressure loss.
FIG. 23 is a flowchart for calculating fine particle oxidation.
FIG. 24 is a flowchart for calculating fine particle oxidation.
FIG. 25 is a diagram showing the amount of smoke generated.
FIG. 26 is a diagram showing an engine operating region and the like.
FIG. 27 is a diagram showing changes in throttle valve opening and the like.
[Explanation of symbols]
5 ... Combustion chamber
6 ... Fuel injection valve
22 ... Particulate filter
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001276935A JP4701566B2 (en) | 2001-09-12 | 2001-09-12 | Exhaust gas purification device |
Applications Claiming Priority (1)
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