JP5751198B2 - Exhaust gas purification device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、自動車用ディーゼルエンジン等の内燃機関に搭載される排気浄化装置に関し、特に排気通路にNOx吸蔵材およびPMフィルタを備えたものに係る。 The present invention relates to an exhaust emission control device mounted on an internal combustion engine such as a diesel engine for automobiles, and particularly relates to an exhaust purification device having a NOx occlusion material and a PM filter in an exhaust passage.
従来より、自動車等に搭載されるディーゼルエンジン(以下、単にエンジンという場合もある)の排気浄化装置として、酸素濃度の高い排気中においてもNOx(窒素酸化物)を浄化可能なリーンNOx触媒と、排気中に含まれる粒子状物質(Particulate Matter:PM)を捕集するPMフィルタと、を備えたものが知られている(例えば下記の特許文献1を参照)。
Conventionally, a lean NOx catalyst capable of purifying NOx (nitrogen oxide) even in exhaust gas having a high oxygen concentration, as an exhaust gas purification device for a diesel engine (hereinafter sometimes simply referred to as an engine) mounted on an automobile or the like, A PM filter that collects particulate matter (PM) contained in exhaust gas is known (see, for example,
リーンNOx触媒の中でもNOx吸蔵還元型の触媒(NOx Storage Reduction:NSR)は、排気中の酸素濃度が高い状態、言い換えると排気の空燃比(A/F)がリーンな状態でNOxを吸蔵するNOx吸蔵材を有している。そして、酸素濃度の低下、即ち空燃比のリッチ化に伴ってNOx吸蔵材から放出されるNOxを、排気中のHC(炭化水素)やCO(一酸化炭素)などと反応させて、還元浄化する。 Among the lean NOx catalysts, the NOx storage reduction type (NOx Storage Reduction: NSR) catalyst stores NOx in a state where the oxygen concentration in the exhaust gas is high, in other words, in a state where the air-fuel ratio (A / F) of the exhaust gas is lean. Has occlusion material. Then, NOx released from the NOx occlusion material as the oxygen concentration decreases, that is, the air-fuel ratio becomes richer, reacts with HC (hydrocarbon), CO (carbon monoxide), etc. in the exhaust to reduce and purify. .
このようなNSRでは、NOx吸蔵量の増大に連れて排気中のNOxを吸蔵する能力が低下するので、吸蔵量が所定の閾値に達すれば意図的に排気の空燃比をリッチ化させて、吸蔵されているNOxを放出させかつ還元するためのNOx還元制御が行われる。具体的には例えば、排気系に燃料添加弁を設けて燃料を供給したり、燃焼室内への主燃料噴射の後に少量の燃料を噴射(ポスト噴射)することで、排気の空燃比をリッチ化させてNSRを還元雰囲気にすることができる。 In such NSR, as the NOx occlusion amount increases, the ability to occlude NOx in the exhaust gas decreases, so if the occlusion amount reaches a predetermined threshold, the exhaust air-fuel ratio is intentionally enriched and occluded. NOx reduction control is performed to release and reduce the NOx that has been discharged. Specifically, for example, a fuel addition valve is provided in the exhaust system to supply fuel, or a small amount of fuel is injected (post-injection) after main fuel injection into the combustion chamber to enrich the air-fuel ratio of the exhaust NSR can be reduced to a reducing atmosphere.
一方、前記のPMフィルタとしては、通過する排気の流れから効率よくPMを漉し取る(捕集する)ために種々の構造が提案されており、例えばDPF(Diesel Particulate Filter)やDPNR(Diesel Particulate-NOx Reduction)として知られている。こうしてPMを捕集するフィルタでは、捕集したPMが壁面に堆積することでフィルタの通気抵抗が大きくなり、やがては目詰まりを生じることになる。 On the other hand, as the PM filter, various structures have been proposed for efficiently scavenging (collecting) PM from the flow of exhaust gas passing therethrough, such as DPF (Diesel Particulate Filter) and DPNR (Diesel Particulate-). This is known as NOx Reduction. In the filter that collects PM in this way, the collected PM accumulates on the wall surface, thereby increasing the ventilation resistance of the filter and eventually causing clogging.
そこで、フィルタにおけるPMの捕集量(堆積量)が所定の閾値に達すれば、前記のNOx還元制御と同様に排気系への燃料供給やポスト噴射などを行い、こうして排気中に供給された燃料の燃焼によってフィルタ温度を所定以上に高めることで、堆積しているPMを酸化(燃焼)させて除去するフィルタ再生制御が行われる。 Therefore, when the amount of PM collected (deposited amount) in the filter reaches a predetermined threshold value, fuel supply to the exhaust system, post-injection, etc. are performed in the same manner as in the NOx reduction control, and thus the fuel supplied into the exhaust gas. The filter regeneration control is performed to oxidize (burn) and remove the accumulated PM by raising the filter temperature to a predetermined level or higher by combustion of.
ところが、自動車用のエンジンの運転状態はドライバーの意志や走行環境による影響を強く受けるため、前記のNOx還元制御やフィルタ再生制御を十分には行えないことがある。すなわち、ディーゼルエンジンは熱効率が高い分、ガソリンエンジンに比べて排気の温度が低くなるので、例えば渋滞路など非常に走行速度の低い状態が続くと、NSRやPMフィルタの温度もかなり低くなってしまう。 However, since the driving state of an automobile engine is strongly influenced by the driver's will and driving environment, the NOx reduction control and the filter regeneration control may not be sufficiently performed. In other words, the diesel engine has higher thermal efficiency, and the exhaust temperature is lower than that of the gasoline engine. Therefore, if the traveling speed continues at a very low speed such as a congested road, the temperature of the NSR and PM filter will be considerably lower. .
このように温度の低い状態ではPMフィルタを、なかなかPMの燃焼するような温度まで昇温させることができないし、NSRも温度の低い状態では活性が低く、NOxの放出や還元を十分には行えない。特に、フィルタ再生制御の場合は、フィルタのPMを燃やし尽くすために比較的長い時間を要することから、一旦、制御を開始してもエンジンの運転状態の変化によって、途中で制御を中断せざるを得ないこともある。 In such a low temperature state, the PM filter cannot be raised to a temperature at which PM burns easily, and the NSR is also low in activity at a low temperature, so that NOx can be released and reduced sufficiently. Absent. In particular, in the case of filter regeneration control, since it takes a relatively long time to burn out the PM of the filter, once control is started, control must be interrupted halfway due to changes in the operating state of the engine. Sometimes you don't get.
そのため、前記のような低速走行の頻度が高い自動車においては長期間、有効なフィルタ再生制御が行えず、PMフィルタにおけるPMの堆積量がなかなか少なくならないという実情があった。また、仮にPMの堆積量が許容される上限値を越えてしまうと、その後にフィルタ再生制御が行われたとき、PMの燃焼によってフィルタ温度が高くなり過ぎるおそれもある。 Therefore, in the automobile having a high frequency of low-speed driving as described above, there is a situation that effective filter regeneration control cannot be performed for a long period of time, and the amount of accumulated PM in the PM filter is not decreased. Further, if the PM accumulation amount exceeds an allowable upper limit value, the filter temperature may become too high due to PM combustion when the filter regeneration control is subsequently performed.
一方、NOx還元制御についてはフィルタ再生制御に比べればNSRの温度が低くても実行可能であり、また、短時間でNOxの放出および還元浄化を終了できるものであるが、それでも一定以上の期間、有効な制御を行えず、NOx吸蔵量が許容上限値を越えてしまう可能性がある。 On the other hand, the NOx reduction control can be executed even when the temperature of the NSR is lower than the filter regeneration control, and the NOx release and reduction purification can be completed in a short time. There is a possibility that effective control cannot be performed and the NOx occlusion amount exceeds the allowable upper limit value.
かかる点に鑑みて本発明の目的は、排気浄化装置においてNSR、PMフィルタのそれぞれの浄化性能を回復させる制御(NOx還元制御やフィルタ再生制御)の実行機会をできるだけ増やして、排気浄化性能を安定的に確保することにある。 In view of this point, the object of the present invention is to stabilize the exhaust purification performance by increasing the execution opportunities of the control (NOx reduction control and filter regeneration control) for recovering the purification performance of the NSR and PM filters in the exhaust purification device as much as possible. It is to secure it.
前記の目的を達成するために本発明の発明者は、実際に自動車に搭載されたディーゼルエンジンにおいてNOx還元制御やフィルタ再生制御が行われる状況を検証した結果、前記のようにPMフィルタが過剰なPM堆積状態になったときでもNSRのNOx吸蔵能力には余裕があることが多く、両者を併せた排気浄化装置全体としてはその能力を十全に発揮していないことに気づいた。 In order to achieve the above object, the inventors of the present invention have verified that NOx reduction control and filter regeneration control are actually performed in a diesel engine mounted on an automobile. As a result, the PM filter is excessive as described above. Even when the PM accumulated state, the NOSR occlusion capacity of NSR often has a margin, and the exhaust gas purification apparatus that combines the two has realized that the capacity is not fully exhibited.
かかる知見に基づいて発明者は、従来までのようにNSRの状態のみに基づいてNOx還元制御を行い、PMフィルタの状態のみに基づいてフィルタ再生制御を行うのではなく、NOx吸蔵量およびPM捕集量のバランスを考慮して、いずれか一方のみが多くなり過ぎないように内燃機関の燃焼状態を制御するようにした。 Based on this knowledge, the inventor performs NOx reduction control based only on the state of the NSR as in the past, and does not perform filter regeneration control based only on the state of the PM filter, but rather the NOx occlusion amount and PM trapping. In consideration of the balance of the collection amount, the combustion state of the internal combustion engine is controlled so that only one of them does not become excessive.
−解決手段−
具体的に本発明は、内燃機関の排気通路に配設され、所定の状態で排気中のNOxを吸蔵するNOx吸蔵材と、排気中に含まれるPMを捕集するPMフィルタと、を備えた排気浄化装置が対象であり、前記内燃機関には、燃焼室に残留もしくは還流させる既燃ガス量を調整可能な既燃ガス量調整手段が設けられている。この場合に、前記NOx吸蔵材におけるNOxの吸蔵量が所定の閾値に達するか、または、前記PMフィルタにおけるPMの捕集量が所定の閾値に達するか、のいずれかのときに、前記燃焼室において生成されるNOxおよびPMのうち、前記閾値に達した方の生成量が減少するように、前記既燃ガス量調整手段によって既燃ガス量を増量または減量させる補正制御を行う、制御手段を備えたものである。
また、その制御手段は、NOxの吸蔵量およびPMの捕集量のうち、閾値に達していない方の当該閾値までの余裕代に応じて、前記既燃ガス量調整手段による既燃ガス量の増量または減量補正の度合いを変更するように構成されている。
-Solution-
Specifically, the present invention includes a NOx occlusion material that is disposed in an exhaust passage of an internal combustion engine and occludes NOx in exhaust gas in a predetermined state, and a PM filter that collects PM contained in the exhaust gas. The exhaust gas purification apparatus is an object, and the internal combustion engine is provided with a burned gas amount adjusting means capable of adjusting the burned gas amount remaining or recirculated in the combustion chamber. In this case, when the storage amount of NOx in the NOx storage material reaches a predetermined threshold value, or the amount of PM trapped in the PM filter reaches a predetermined threshold value, the combustion chamber Control means for performing correction control to increase or decrease the burned gas amount by the burned gas amount adjusting means so that the generated amount of the NOx and PM that have reached the threshold value is reduced. It is provided.
Further, the control means determines the amount of burned gas by the burned gas amount adjusting means according to the margin to the threshold of the stored amount of NOx and the collected amount of PM that has not reached the threshold. The degree of increase or decrease correction is changed.
この特定事項により、内燃機関の運転中に燃焼室において生成されるNOxおよびPMは、それぞれ排気浄化装置のNOx吸蔵材に吸蔵され、また、PMフィルタに捕集されて除去される。そして、NOxの吸蔵量またはPMの捕集量のいずれかが所定の閾値に達すれば、この閾値に達した方の生成量が減少するように、内燃機関の燃焼室に残留もしくは還流される既燃ガス(以下、まとめてEGRともいう)の量が増量または減量される。 Due to this specific matter, NOx and PM generated in the combustion chamber during operation of the internal combustion engine are respectively stored in the NOx storage material of the exhaust purification device, and are collected and removed by the PM filter. When either the NOx occlusion amount or the PM trapping amount reaches a predetermined threshold value, the amount that has reached this threshold value is reduced or the residual amount that has already been returned to the combustion chamber of the internal combustion engine is reduced. The amount of fuel gas (hereinafter collectively referred to as EGR) is increased or decreased.
すなわち、例えばPMフィルタのPM捕集量が閾値に達すればEGRは減量され、燃焼に伴うPMの生成量が減少するので、PMフィルタのPM堆積量が許容される上限値を越えるまでの期間を延長して、フィルタ再生制御の実行機会を増やすことができる。同様にNOx吸蔵量が閾値に達すればEGRは増量され、NOxの生成量が減少するので、NOx吸蔵材のNOx吸蔵量が許容上限値を越えるまでの期間を延長して、NOx還元制御の実行機会を増やすことができる。 That is, for example, if the amount of PM collected by the PM filter reaches a threshold value, EGR is reduced, and the amount of PM produced due to combustion decreases. Therefore, the period until the PM accumulation amount of the PM filter exceeds the allowable upper limit value is increased. As a result, it is possible to increase the opportunities for executing filter regeneration control. Similarly, if the NOx occlusion amount reaches the threshold value, the EGR is increased and the NOx generation amount decreases. Therefore, the period until the NOx occlusion amount of the NOx occlusion material exceeds the allowable upper limit value is extended, and the NOx reduction control is executed. Opportunities can be increased.
つまり、NOx吸蔵量およびPM捕集量のいずれか一方のみが多くなり過ぎないようにEGRを補正制御することで、内燃機関の燃焼に伴うNOxおよびPMの生成量のバランスを修正することができる。これにより、NOx吸蔵材およびPMフィルタの能力が飽和するまでの期間を極力、延長し、それぞれの能力を十全に発揮させて、排気浄化性能を安定的に確保することができる。
特に前記制御手段は、NOxの吸蔵量およびPMの捕集量のうち閾値に達していない方の当該閾値までの余裕代に応じて、前記既燃ガス量調整手段による既燃ガス(EGR)量の増量または減量補正の度合いを変更するようにしており、例えばPM捕集量が閾値に達したとき、NOx吸蔵量の閾値までの余裕代が大きければ、その分、EGRの減量補正量を大きくすることで、PM捕集量が許容上限値を越えるまでの期間を十分に延長することができる。
In other words, by correcting and controlling EGR so that only one of the NOx occlusion amount and the PM trapping amount does not increase too much, the balance between the NOx and PM generation amounts accompanying the combustion of the internal combustion engine can be corrected. . Thereby, the period until the capacity of the NOx occlusion material and the PM filter is saturated is extended as much as possible, and each capacity is fully exhibited, and the exhaust purification performance can be stably secured.
In particular, the control means determines the amount of burned gas (EGR) by the burned gas amount adjusting means according to the margin to the threshold of the stored amount of NOx and the collected amount of PM that has not reached the threshold. For example, when the amount of PM trapped reaches the threshold, if the margin to the NOx occlusion amount is large, the EGR reduction correction amount is increased accordingly. By doing so, it is possible to sufficiently extend the period until the amount of PM trapped exceeds the allowable upper limit.
好ましい態様として、前記のようなEGRの補正制御を始めるタイミングは、NOx還元制御やフィルタ再生制御を始めるタイミングと同じにしてもよい。すなわち、前記制御手段は、PMフィルタにおけるPMの捕集量が閾値に達したときに、内燃機関が所定の運転状態、即ちPMフィルタの昇温が難しいような運転状態にあれば、前記のように既燃ガス(EGR)量の補正制御を行う。 As a preferred mode, the timing for starting the EGR correction control as described above may be the same as the timing for starting the NOx reduction control or the filter regeneration control. That is, when the amount of PM collected in the PM filter reaches a threshold value, the control means is as described above if the internal combustion engine is in a predetermined operation state, that is, an operation state in which it is difficult to raise the temperature of the PM filter. The correction control of the burnt gas (EGR) amount is performed.
一方、内燃機関が当該所定の運転状態になければフィルタ再生制御を行い、PMフィルタの温度を上昇させて、捕集されているPMを燃焼除去することで、フィルタの捕集能力を回復させる。換言すれば本来、フィルタ再生制御を行うべき程度にまでPM捕集量が多くなっているにもかかわらず、PMを燃焼除去できないときに限って、前記したEGRの減量補正を行う。つまり、機関運転状態などに応じて適正に設定されているEGR量を極力、変更せず、EGRによるポンプロスの低減効果などを十分に得ることができる。 On the other hand, if the internal combustion engine is not in the predetermined operating state, filter regeneration control is performed, the temperature of the PM filter is increased, and the collected PM is burned and removed, thereby recovering the filter's collection ability. In other words, the EGR reduction correction described above is performed only when PM cannot be burned and removed despite the fact that the amount of PM trapped has increased to the extent that filter regeneration control should be performed. That is, the EGR amount appropriately set according to the engine operating state or the like is not changed as much as possible, and the effect of reducing pump loss by EGR can be sufficiently obtained.
また、前記制御手段は、NOx吸蔵材におけるNOxの吸蔵量が閾値に達したときに、内燃機関が所定の運転状態にあれば前記既燃ガス(EGR)量の補正制御を行う一方、該所定の運転状態になければ前記NOx吸蔵材に流入する排気の空燃比をリッチ化させて、吸蔵されているNOxを還元浄化するためのNOx還元制御を行うものとしてもよい。 The control means performs correction control of the burnt gas (EGR) amount if the internal combustion engine is in a predetermined operation state when the NOx storage amount in the NOx storage material reaches a threshold value. If the operating state is not, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx storage material may be enriched to perform NOx reduction control for reducing and purifying the stored NOx.
こうすればNOx吸蔵材についても、必要に応じてNOx還元制御を行い、NOx吸蔵能力を適正に回復することができる。また、本来、NOx還元制御を行うべき状況にもかかわらず、NOx還元制御を行えないときに限ってEGRの増量補正を行うことで、機関運転状態などに応じて適正に設定されているEGR量を極力、変更せず、EGRの増量に伴う燃焼状態の悪化などを抑制できる。 If it carries out like this, also about NOx occlusion material, NOx reduction | restoration control can be performed as needed and NOx occlusion capability can be recovered | restored appropriately. In addition, the EGR amount that is appropriately set according to the engine operating state or the like is obtained by performing the EGR increase correction only when the NOx reduction control cannot be performed in spite of the situation where the NOx reduction control should be performed. As much as possible, the deterioration of the combustion state accompanying the increase in EGR can be suppressed.
具体的に前記制御手段は、内燃機関の燃焼室に残留もしくは還流させる既燃ガス(EGR)量が、運転状態に対応する目標値になるように前記既燃ガス量調整手段を制御するものとし、前記補正制御としては前記既燃ガス量の目標値を増量または減量補正するものとしてもよい。 Specifically, the control means controls the burned gas amount adjusting means so that the burned gas (EGR) amount remaining or recirculated in the combustion chamber of the internal combustion engine becomes a target value corresponding to the operating state. As the correction control, the target value of the burnt gas amount may be increased or decreased.
一般にディーゼルエンジンにおいては、燃焼に伴い生成されるNOxおよびPMの量がEGRの影響を受け、EGRの増量によってNOxの生成を抑制できるもののPMは増大する傾向があり、反対にEGRを減量すればPMは少なくなるものの、NOxの生成が盛んになる傾向がある。よって、機関運転状態に応じてEGRを適正に制御することで、排気中のNOxおよびPMをバランスよく低減することができる。 In general, in diesel engines, the amount of NOx and PM produced by combustion is affected by EGR, and although the amount of NOx can be suppressed by increasing EGR, PM tends to increase, and conversely, if EGR is reduced Although there is less PM, NOx generation tends to increase. Therefore, NOx and PM in the exhaust gas can be reduced in a well-balanced manner by appropriately controlling EGR according to the engine operating state.
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置によると、NOx吸蔵材のNOx吸蔵量とPMフィルタのPM捕集量とを考慮してEGRの補正制御を行い、燃焼に伴うNOxおよびPMの生成量のバランスを修正することによって、NOx吸蔵材またはPMフィルタの能力が飽和するまでの期間を極力、延長することができる。これにより、NOx吸蔵材およびPMフィルタの能力を十全に発揮させ、排気の浄化性能を安定的に確保することができる。 According to the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, EGR correction control is performed in consideration of the NOx occlusion amount of the NOx occlusion material and the PM trapping amount of the PM filter, and the amount of NOx and PM produced by combustion is controlled. By correcting the balance, the period until the capacity of the NOx storage material or PM filter is saturated can be extended as much as possible. Thereby, the ability of the NOx occlusion material and the PM filter can be fully exhibited, and the exhaust purification performance can be secured stably.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は、自動車に搭載されたコモンレール式筒内直噴型多気筒(例えば直列4気筒)ディーゼルエンジン(内燃機関)に本発明を適用した場合について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the present embodiment, a case where the present invention is applied to a common rail in-cylinder direct injection multi-cylinder (for example, in-line 4-cylinder) diesel engine (internal combustion engine) mounted on an automobile will be described.
−エンジンの構成−
先ず、本実施形態に係るディーゼルエンジンの概略構成を、図1を参照して説明すると、このディーゼルエンジン1(以下、単にエンジン1ともいう)においては各気筒1a内の燃焼室にそれぞれ噴孔を臨ませてインジェクタ2が配置されている。これら各気筒1a毎のインジェクタ2は全ての気筒1aに共通のコモンレール11に接続されており、このコモンレール11を介して上流側のサプライポンプ10から送られてくる燃料の供給を受ける。
-Engine configuration-
First, a schematic configuration of a diesel engine according to the present embodiment will be described with reference to FIG. 1. In this diesel engine 1 (hereinafter, also simply referred to as an engine 1), nozzle holes are respectively provided in combustion chambers in the
サプライポンプ10は、燃料タンクから汲み上げられた燃料を加圧した後に燃料通路10aを介してコモンレール11に供給する。コモンレール11は、サプライポンプ10から吐出される燃料の変動を緩和して燃圧を所定値に維持(蓄圧)する蓄圧室としての機能を有し、この蓄圧した燃料を各インジェクタ2に分配する。インジェクタ2は、所定電圧が印加されたときに開弁して、気筒1a内に燃料を噴射供給する電磁駆動式の開閉弁である。このインジェクタ2の開閉制御、即ち燃料の噴射量および噴射時期の制御は、制御手段としてのECU(Electronic Control Unit)100によって行われる。
The
エンジン1には吸気通路3および排気通路4が接続されている。吸気通路3には、上流部(吸入空気流れ方向の上流部)から下流側に向けて順に、エアクリーナ9、エアフローメータ33、ターボチャージャ6のコンプレッサ63、インタークーラ8、および、スロットルバルブ5が配置されている。スロットルバルブ5はスロットルモータ51によって開度が調整される。このスロットル開度はスロットル開度センサ41によって検出される。なお、吸気通路3は、スロットルバルブ5の下流側に配置された吸気マニホールド3aにおいて各気筒1aに対応して分岐している。
An
一方、排気通路4は、エンジン1の各気筒1aに繋がる排気マニホールド4aによって、複数の気筒1aからの排気の流れを1つに集合させる。この排気マニホールド4aよりも下流側の排気通路4には、排気の空燃比(A/F)がリーンな(排気中の酸素濃度が高い)状態でもNOxを浄化可能なNOx吸蔵還元型触媒(NOx Storage Reduction:以下、NSR21という)と、排気中に含まれるPM(粒子状物質)を捕集するDPF(Diesel Particulate Filter)22とが順に配置されている。
On the other hand, the exhaust passage 4 collects exhaust flows from the plurality of
NSR21は一例として、一般的な三元触媒にNOx吸蔵材としてアルカリ類、アルカリ土類、希土類酸化物を担持したものであり、排気の空燃比(A/F)がリーンな状態で排気中のNOxをNOx吸蔵材により吸蔵する一方、排気の空燃比がリッチ化すると、NOx吸蔵材から放出されるNOxを排気中のHC(炭化水素)やCO(一酸化炭素)などと反応させて、還元浄化する。
As an example, the
一方、DPF22は、一例としてコージェライトやシリカ等の多孔質セラミックス構造体であり、排気の流れ方向に延びる多数の細長いセルを有する。隣り合うセルの前端部と後端部とは交互に目封じされており、前端部の開放したセルに流入した排気が隣のセルとの間の多孔質の壁を通過する際に、排気中のPMが捕集される。また、本実施形態のDPF22には白金等の貴金属が担持されており、後述するDPF再生制御の際には、堆積したPMの酸化反応を促進する酸化触媒として機能する。
On the other hand, the
NSR21の上流側(排気流れの上流側)の排気通路4にはA/Fセンサ36および第1排気温センサ37が配置されており、この第1排気温センサ37の出力信号によりNSR21に流入する排気の温度を検出することができる。また、NSR21とDPF22との間の排気通路4には第2排気温センサ38が配置されており、この第2排気温センサ38の出力信号によりDPF22に流入する排気の温度を検出することができる。更にDPF22の上流側圧力と下流側圧力との差圧を検出する差圧センサ39も設けられている。
An A /
また、本実施形態のエンジン1にはターボチャージャ6が装備されている。ターボチャージャ6は、排気通路4のタービン62と吸気通路3のコンプレッサ63とをロータシャフト61を介して連結してなり、タービン62が受ける排気流(排気圧)を利用して、コンプレッサ63を回転させることにより吸気を過給するものである。なお、ターボチャージャ6によって過給された吸気は、吸気通路3に配設されたインタークーラ8によって冷却される。
The
更に本実施形態のエンジン1にはEGR装置7が装備されている。EGR装置7は、排気通路4から排気の一部を吸気通路3に還流させて、各気筒1aの燃焼室へ再循環させるものである。一例としてEGR装置7は、吸気マニホールド3aと排気マニホールド4aとを接続するEGR通路71を備え、このEGR通路71には、吸気側へ還流される排気(以下、EGRガスともいう)を冷却するためのEGRクーラ73と、EGRバルブ72とが設けられている。
Furthermore, the
EGRガスの流量はEGRバルブ72の開度に応じて調整されるので、本実施形態ではEGR通路71とEGRバルブ72とによって、気筒1a内の燃焼室に還流させる既燃ガス量を調整可能な既燃ガス量調整手段が構成されている。そして、以下に述べるECU100からの制御指令に応じて、EGRバルブ72のアクチュエータ(図示せず)が動作され、その開度が調整される。
Since the flow rate of the EGR gas is adjusted according to the opening degree of the
−ECU−
ECU100は、図2に示すように、CPU101、ROM102、RAM103およびバックアップRAM104などを備えている。ROM102には、各種制御プログラムや、それら制御プログラムを実行する際に参照されるマップ等が記憶されている。CPU101は、ROM102に記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて演算処理を実行する。また、RAM103はCPU101での演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリであり、バックアップRAM104はエンジン1の停止時にその保存すべきデータ等を記憶する不揮発性のメモリである。
-ECU-
As shown in FIG. 2, the
これらCPU101、ROM102、RAM103、および、バックアップRAM104はバス107を介して互いに接続されるとともに、入力インターフェース105および出力インターフェース106と接続されている。
The
入力インターフェース105には、エンジン1の出力軸であるクランクシャフトの回転数を検出するエンジン回転数センサ31、エンジン水温(冷却水温)を検出する水温センサ32、吸気の流量を検出するエアフローメータ33、吸気マニホールド3aに配置された吸気温センサ34、吸気マニホールド3aに配置された吸気圧センサ35、前記A/Fセンサ36、第1排気温センサ37、第2排気温センサ38、差圧センサ39、コモンレール11内の高圧燃料の圧力を検出するレール圧センサ40、スロットル開度センサ41、アクセル開度センサ42、および、車速センサ43などが接続されており、これらの各センサからの信号がECU100に入力される。
The
一方、出力インターフェース106には、インジェクタ2、サプライポンプ10、スロットルバルブ5のスロットルモータ51、EGRバルブ72のアクチュエータなどが接続されている。そして、ECU100は、前記した各種センサの出力信号に基づいて、エンジン1のスロットルバルブ5の開度制御、インジェクタ2による燃料噴射制御(噴射量・噴射時期の制御)、および、EGRガス量の制御などを含むエンジン1の各種制御を実行する。
On the other hand, the
一例としてECU100は、インジェクタ2による燃料噴射制御として、図3に模式的に示すようにパイロット噴射やメイン噴射(主としてエンジン1のトルク生成に寄与する燃料噴射)、およびポスト噴射を実行する。公知のようにパイロット噴射は、メイン噴射に先立って噴射した少量の燃料を燃焼させることにより、引き続いてメイン噴射される燃料の着火遅れ時間を短縮して、初期燃焼が過度に激しくなることを阻止するものである。
As an example, the
また、公知のようにポスト噴射は、メイン噴射の後に噴射した燃料が気筒1a内で燃焼しないタイミングで行うもので、以下に説明するNOx還元制御においてエンジン1のトルク変動を招くことなく、排気の空燃比をリッチ化しNSR21の周囲を還元雰囲気にするのに利用される。また、ポスト噴射は、以下に説明するDPF再生制御(フィルタ再生制御)においてDPF22の温度を上昇させるためにも利用される。
Further, as is well known, post-injection is performed at a timing at which fuel injected after main injection does not burn in the
更にECU100は、エンジン1の運転状態に応じてEGRバルブ72の開度を制御し、気筒1a内に充填される吸気中のEGRガスの割合を調整する。すなわち、一般にディーゼルエンジン1において燃焼に伴い生成されるNOxおよびPMの量は、EGRの影響を受ける。EGRガスの割合が多いとNOxは少なくなるもののPMは多くなる傾向があり、反対にEGRガスの割合が少ないとPMは少なくなるもののNOxが多くなる傾向がある。
Further, the
本実施形態では、例えば図4に示すようなEGRの制御マップに基づいて、基本的にエンジン1の運転状態に応じてEGRバルブ72の開度を制御するようにしている。図示の制御マップは、エンジン回転数NEおよび燃料噴射量Qvをパラメータとし、好適なEGRバルブ72の開度を実験・計算等によって求めた値egr(EGRガス量の目標値に対応)をマップ化したものであって、ECU100のROM102内に記憶されている。なお、図4のマップでは、エンジン回転数NEの高いときや燃料噴射量Qvの多いときにはEGRバルブ72を閉じる(egrは零)ように設定されている。
In the present embodiment, the opening degree of the
−排気浄化装置の制御動作−
以下に、本実施形態の排気浄化装置によるNOx還元制御、DPF再生制御、およびそれらを協調させるためのEGR制御について説明する。先ず、ディーゼルエンジンにおいて周知のNOx還元制御およびDPF再生制御について説明した後に、EGRの補正制御について説明する。
-Control operation of exhaust gas purification device-
Hereinafter, the NOx reduction control, the DPF regeneration control, and the EGR control for coordinating them with the exhaust purification device of the present embodiment will be described. First, the well-known NOx reduction control and DPF regeneration control in a diesel engine will be described, and then EGR correction control will be described.
(NOx還元制御)
一般的にディーゼルエンジン1においては、大部分の運転領域で排気の空燃比はリーン空燃比となり、通常の運転状態ではNSR21の周囲雰囲気は酸素濃度の高い状態になって、排気中のNOxがNSR21に吸蔵される。そして、NSR21の周囲雰囲気が低酸素濃度となる状況は非常に少ないため、NOxの吸蔵量は徐々に増大し、これに連れてNSR21のNOx吸蔵能力が低下してゆく。
(NOx reduction control)
In general, in the
そこで、エンジン運転状態などに基づいて推定されるNOx吸蔵量が所定の閾値(以下、還元閾値ともいう)に達したときに、インジェクタ2からのポスト噴射によって排気中に燃料を供給することにより、その空燃比(A/F)を一時的にリッチ化させる。これにより、NSR21の周囲が還元雰囲気になって吸蔵されているNOxが放出され、還元浄化される。そして、NSR21のNOx吸蔵能が回復する。
Therefore, when the NOx occlusion amount estimated based on the engine operating state or the like reaches a predetermined threshold (hereinafter also referred to as a reduction threshold), fuel is supplied into the exhaust by post injection from the
なお、前記NOx吸蔵量の推定手法としては、エンジン回転数とインジェクタ2からの燃料噴射量とに応じたNOx吸蔵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められるNOx吸蔵量を積算するという方法が挙げられる。
As a method for estimating the NOx occlusion amount, the NOx occlusion amount corresponding to the engine speed and the fuel injection amount from the
(DPF再生制御)
一般的にディーゼルエンジン1においては、排気中に含まれるPMをDPF22によって捕集するが、こうして捕集されたPMはセルの壁面に堆積して排気の流れの妨げとなり、通気抵抗が大きくなってゆく。これに伴ってDPF22の上流側の排気圧力と下流側の排気圧力との差圧が大きくなるので、差圧からDPF22のPM堆積量を推定することができる。
(DPF regeneration control)
In general, in the
そこで、ECU100は、差圧センサ39の出力信号から得られる差圧に基づいてマップを参照し、DPF22におけるPMの堆積量を推定する。なお、このPM堆積量の推定に用いるマップは、DPF22前後の差圧とPM堆積量との相関関係を考慮して、実験・計算等によって適合した値をマップ化したものであって、ECU100のROM102内に記憶されている。
Therefore, the
ECU100は、推定したPMの堆積量(捕集量)が所定の閾値(以下、再生閾値ともいう)に達すれば、インジェクタ2からのポスト噴射によって排気中に燃料を供給することにより、DPF22に堆積したPMを燃焼除去するDPF再生制御を実行する。すなわち、ポスト噴射された燃料は排気とともにNSR21に達してHCやCO等の成分が酸化され、この酸化反応に伴う発熱で排気温度が上昇し、DPF22の温度が上昇する。
When the estimated accumulation amount (collected amount) of PM reaches a predetermined threshold value (hereinafter also referred to as a regeneration threshold value), the
DPF22の温度がPMの燃焼するような温度(例えば600°以上)まで昇温すれば、DPF22に堆積したPMが燃焼を始め、この燃焼に伴う発熱でDPF22の温度は更に上昇する。このような状態を所定の時間(例えば10分間くらい)、維持することができれば堆積したPMは除去され、DPF22のPM捕集能力が回復する。
If the temperature of the
(EGRの補正制御)
ところで、本実施形態のように自動車に搭載されたディーゼルエンジン1の運転状態はドライバーの意志や走行環境による影響を強く受けるため、前記のNOx還元制御やDPF再生制御を十分には行えないこともあり得る。すなわち、ディーゼルエンジン1は熱効率が高い分、排気の温度は例えば200〜400°くらいと比較的低くなるので、渋滞路等のように非常に走行速度の低い状態が続くと、NSR21やDPF22の温度はかなり低下してしまう。
(EGR correction control)
By the way, since the driving state of the
このように温度の低い状態のDPF22を昇温させて、前記のようにPMが燃焼するような高温状態にすることは難しく、そのような高温状態に維持することは更に難しい。すなわち、一旦、DPF再生制御を開始してDPF22を高温状態にしたとしても、その後、ドライバーが自動車を停止させてしまえば、途中で制御を中断せざるを得ない。
As described above, it is difficult to raise the temperature of the
このため、低速走行の頻度が高い自動車においては長期間、有効なDPF再生制御を行えず、DPF22におけるPMの堆積量が再生閾値を超えてしまうことがあった。一例として図5に示すように、DPF22におけるPMの堆積量が再生閾値を超えて更に増大し、許容上限値を越えてしまうと、その後にDPF再生制御が行われたときにPMが過度に激しく燃焼することにより、DPF22が一時的に過熱するおそれがあった。
For this reason, in an automobile with a high frequency of low-speed traveling, effective DPF regeneration control cannot be performed for a long time, and the amount of PM accumulated in the
ここで図5の例では、DPF22のPM堆積量が再生閾値に達したときでもNSR21のNOx吸蔵能には大きな余裕代があり、その後、前記のように許容上限値を超えたときにもNOx吸蔵能には依然、余裕代がある。換言すれば、DPF22の過熱のおそれがあるような状況に至っても、NSR21を含めた排気浄化装置全体としてはその能力が十全に発揮されていないと言うことができる。
Here, in the example of FIG. 5, even when the PM accumulation amount of the
そこで、本実施形態では、前記従来までのNOx還元制御およびDPF再生制御を個別に行うだけではなく、NSR21におけるNOx吸蔵量とDPF22におけるPM堆積量とのバランスを考慮して、いずれか一方のみが多くなり過ぎないようにEGRを補正制御するようにした。こうすることで、いわばNOx還元制御およびDPF再生制御を協調させて、NSR21およびDPF22の両方を併せた排気浄化装置全体としての能力を十全に発揮させることができる。
Therefore, in the present embodiment, not only the conventional NOx reduction control and DPF regeneration control are performed individually, but also only one of them is considered in consideration of the balance between the NOx occlusion amount in the
以下、EGRの補正制御の具体的な手順について図6のフローチャートを参照して説明する。なお、このフローチャートに示される処理は、エンジン1の運転開始後、ECU100により所定の周期で繰り返し実行される。
Hereinafter, a specific procedure of EGR correction control will be described with reference to the flowchart of FIG. Note that the processing shown in this flowchart is repeatedly executed by the
先ず、ステップS1においては、現在のNSR21の温度状態や自動車の運転状態、運転履歴などに基づいて、NOx還元制御を実行可能か否か判定する。なお、NSR21の温度状態は、第1排気温センサ37の出力信号により検出してもよいし、第1排気温センサ37および第2排気温センサ38の両方の出力信号により検出することもできる。
First, in step S1, it is determined whether or not the NOx reduction control can be executed based on the current temperature state of the
そして、NSR21の温度状態がかなり低く、有効なNOxの放出や還元を行えない低活性の状態であったり、例えば渋滞路などで非常に走行速度の低い状態であるときには、NOx還元制御を実行できない(ステップS1でNO)と判定して後述のステップS9に進む。一方、NOx還元制御を実行可能であれば(ステップS1でYES)ステップS2に進んで、NSR21におけるNOx吸蔵量が予め設定された還元閾値未満であるかどうか判定する。
The NOx reduction control cannot be executed when the
その還元閾値は、NOx吸蔵量の増大に伴いNSR21による排気中のNOxの吸蔵能力が所定以下にまで低下するような値として適宜設定されており、NOx吸蔵量が還元閾値に達していればNOと判定してステップS3に進み、NOx還元用のポスト噴射を開始して前記のNOx還元制御を実行する。一方、NOx吸蔵量が還元閾値未満であれば(即ち還元閾値に達していなければ)YESと判定し、NOx還元制御は未だ必要ないので、ステップS4に進んで今度はDPF再生制御を実行可能か否か判定する。
The reduction threshold is appropriately set as a value such that the NOx occlusion capacity in the exhaust gas by the
DPF再生制御を実行可能か否かの判定は、前記のNSR21の場合と同じくDPF22の温度状態や自動車の運転状態、運転履歴などに基づいて行われる。例えば、現在のDPF22の温度状態は第2排気温センサ38の出力信号により検出することができる。また、第1排気温度センサ37の出力信号によりNSR21の温度状態がDPF再生制御に適したものか否かも考慮することが好ましい。
Whether or not the DPF regeneration control can be executed is determined based on the temperature state of the
そして、DPF再生制御を実行できないと判定すれば(ステップS4でNO)後述のステップS7に進む一方、YESでDPF再生制御を実行可能であればステップS5に進んで、DPF22におけるPM堆積量が予め設定された再生閾値未満であるかどうか判定する。PMの堆積量は、差圧センサ39の出力信号から得られる差圧に基づいてマップを参照し、算出(推定)される。また、再生閾値は、DPF22に堆積したPMによって、通過する排気の圧力損失が所定値以上に大きくなるような値として適宜設定されている。
If it is determined that the DPF regeneration control cannot be performed (NO in step S4), the process proceeds to step S7 described later. If YES, the process proceeds to step S5, and the PM accumulation amount in the
そして、PM堆積量が再生閾値以上であり(即ち再生閾値に達し)、ステップS5でNOと判定すればステップS6に進み、DPF再生用のポスト噴射を開始して前記のDPF再生制御を実行する。一方、PM堆積量が再生閾値未満であれば(即ち再生閾値に達していなければ)ステップS5でYESと判定し、DPF再生制御は未だ必要ないので、リターンする。 If the PM accumulation amount is equal to or greater than the regeneration threshold value (that is, reaches the regeneration threshold value), if NO is determined in step S5, the process proceeds to step S6, where post injection for DPF regeneration is started and the DPF regeneration control is executed. . On the other hand, if the PM accumulation amount is less than the regeneration threshold value (that is, if the regeneration threshold value has not been reached), it is determined YES in step S5, and DPF regeneration control is not necessary yet, and the process returns.
つまり、NOx還元制御およびDPF再生制御のいずれも実行可能な状況下において、NOx吸蔵量が還元閾値に達すればNOx還元制御を実行し、また、PM堆積量が再生閾値に達すればDPF再生制御を実行して、NSR21およびDPF22のそれぞれの能力を回復させることができる。
In other words, in a situation where both NOx reduction control and DPF regeneration control can be performed, NOx reduction control is executed when the NOx occlusion amount reaches the reduction threshold, and DPF regeneration control is performed when the PM accumulation amount reaches the regeneration threshold. As a result, the respective capacities of the
これに対し、前記ステップS4においてDPF再生制御を実行できないと判定した場合はステップS7に進み、前記のステップS5と同じくDPF22のPM堆積量が再生閾値未満であるかどうか判定する。この判定がYESでPM堆積量が再生閾値未満であれば(即ち再生閾値に達していなければ)、リターンする。
On the other hand, if it is determined in step S4 that the DPF regeneration control cannot be executed, the process proceeds to step S7, and it is determined whether the PM deposition amount of the
一方、ステップS7においてPM堆積量が再生閾値以上である(NO)、即ち再生閾値に達していると判定された場合は、ステップS8に進んでEGRの減量補正を実行する。例えば、図4に例示した制御マップから読み出したEGRバルブ72の開度の制御目標値egrを減少するように補正する。そして、本実施形態では、この補正量を可変としている。
On the other hand, if it is determined in step S7 that the PM accumulation amount is equal to or greater than the regeneration threshold (NO), that is, it has reached the regeneration threshold, the process proceeds to step S8, and the EGR reduction correction is executed. For example, it correct | amends so that the control target value egr of the opening degree of the
すなわち、NSR21のNOx吸蔵量の還元閾値までの余裕代に応じて、EGRバルブ72の開度の補正量を、言い換えるとEGRガス量の減量補正の度合いを変更するようにしている。そのためには例えば、前記のようにPM堆積量が再生閾値に達した時点でのNOx吸蔵量の余裕代と、その時点までNOx吸蔵量が増大するペース(走行距離あたりの増大量)とに応じた補正量を、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められる補正量をEGRバルブ72の開度の制御目標値から減算すればよい。
That is, in accordance with allowance to the NOx occlusion amount of the reducing threshold NSR21, the correction amount of the opening degree of the
つまり、本来、DPF再生制御を行うべき程度にまでPM堆積量が多くなっているにもかかわらず、DPF2に堆積したPMを燃焼除去できないときには、気筒1a内の燃焼室に還流させるEGRガス量を減らすことによって(NO2を増大させ)、燃焼に伴うPMの生成量を減少させる。こうすると、図7に一例を示すように、再生閾値を越えてからPM堆積量の増大するペースが鈍化し、PM堆積量が許容上限値を越えるまでに自動車がより長い距離を走行できるようになるから、DPF再生制御を実行する機会を増やすことができる。
That is, when the PM accumulation amount has increased to such an extent that DPF regeneration control should be performed originally, but the PM accumulated in the
なお、前記のようにEGRガス量を減量すると、燃焼温度の上昇に伴いNOxの生成量が増大し、図示のようにNOx吸蔵量の増大するペースは上がることになるが、還元閾値には達しておらず余裕代があるので、問題は生じない。図7には、NOx吸蔵量の余裕代に応じてEGRの補正量を変更するようにした場合について示しており、これにより、PM堆積量およびNOx吸蔵量は概ね同じ時期に許容上限値に達するようになる。 If the EGR gas amount is reduced as described above, the amount of NOx generated increases as the combustion temperature rises, and the pace at which the NOx occlusion amount increases as shown in the figure increases, but the reduction threshold is reached. Since there is no allowance, there is no problem. FIG. 7 shows a case where the correction amount of EGR is changed in accordance with the margin of the NOx occlusion amount, whereby the PM accumulation amount and the NOx occlusion amount reach the allowable upper limit value at substantially the same time. It becomes like this.
ところで、前記ステップS1においてNOx還元制御が実行できない(NO)と判定された場合は通常、DPF再生制御も実行できないので、この場合はステップS9において前記のステップS5,S7と同じくPM堆積量が再生閾値未満であるかどうか判定する。そして、再生閾値に達していれば(判定はNO)ステップS10に進んでNSR21のNOx吸蔵量が還元閾値未満であるかどうか判定し、判定がYESでNOx吸蔵量に余裕代があれば前記ステップS8に進んで、EGRの減量補正を実行する。
By the way, if it is determined in step S1 that NOx reduction control cannot be executed (NO), DPF regeneration control cannot usually be executed. In this case, in step S9, the PM accumulation amount is regenerated as in steps S5 and S7. It is determined whether it is less than the threshold value. If the regeneration threshold has been reached (determination is NO), the process proceeds to step S10 to determine whether or not the NOx occlusion amount of the
一方、ステップS10の判定がNOでNSR21のNOx吸蔵量が還元閾値に達していれば、すなわちNOx吸蔵量に余裕代がなければ(判定はNO)、EGRの減量補正は実行しない。この場合は、DPF22のPM堆積量が更に増大して許容上限値に達する前に何らかの処置をする必要があるので、ステップS11に進んで例えばミルイルミネーションの点灯など、ドライバーへの所定の報知処理を行ってリターンする。
On the other hand, if the determination in step S10 is NO and the NOx occlusion amount of the
また、前記ステップS9においてPMの堆積量が再生閾値に達してないYESと判定すればステップS12に進み、ここでもNSR21のNOx吸蔵量が還元閾値未満であるかどうか判定する。この判定がYESでNOx吸蔵量が還元閾値に達していなければリターンする一方、NOx吸蔵量が還元閾値に達していれば、ステップS13に進んでEGRの増量補正を行う。
If it is determined in step S9 that the PM accumulation amount has not reached the regeneration threshold value, the process proceeds to step S12, where it is determined whether the NOx storage amount of the
すなわち、NSR21についても本来、NOx還元制御を行う程度にまでNOx吸蔵量が多くなっていて、それにもかかわらずNOx還元制御を行えないときには、EGRの増量補正によってNOxの生成量を減少させる。こうすると、図8に一例を示すように、再生閾値を越えてからNOx吸蔵量の増大するペースが鈍化し、それが許容上限値を越えるまでに自動車がより長い距離を走行できるようになるから、NOx還元制御を実行する機会を増やすことができる。
In other words, when the NSR storage amount of the
したがって、本実施形態の排気浄化装置によると、ディーゼルエンジン1の排気系に配設されたNSR21の状態に基づいてNOx還元制御を行い、DPF22の状態に基づいてDPF再生制御を行うだけではなく、NSR21におけるNOx吸蔵量とDPF22におけるPM堆積量とのバランスを考慮して、いずれか一方のみが多くなり過ぎないようにEGRの補正制御行うようにしている。
Therefore, according to the exhaust gas purification apparatus of the present embodiment, not only the NOx reduction control is performed based on the state of the
すなわち、DPF22のPM堆積量が再生閾値に達すればEGRを減量補正し、燃焼に伴うPMの生成量を減少させることにより、PM堆積量が許容上限値を越えるまでの期間を延長し、DPF再生制御の実行機会を増やすことができる。同様にNSR21のNOx吸蔵量が還元閾値に達すればEGRを増量補正し、NOxの生成量を減少させることにより、NOx吸蔵量が許容上限値を越えるまでの期間を延長し、NOx還元制御の実行機会を増やすことができる。
That is, when the amount of accumulated PM in the
つまり、エンジン1の運転状態などに応じて好適に設定されているEGRガス量を敢えて変更することで、NSR21およびDPF22の余裕代に応じて、NOxおよびPMの生成量のバランスを修正することができる。これにより、NSR21およびDPF22のいずれかの能力が飽和するまでの期間を極力、延長し、その能力を回復する機会を増やすことができ、排気浄化装置全体として能力を十全に発揮させ、排気浄化性能を安定的に確保することができる。
In other words, by appropriately changing the EGR gas amount that is suitably set according to the operating state of the
しかも、そうしたEGRガス量の補正制御は、PM堆積量が再生閾値に達しているにもかかわらずDPF再生制御を実行できないとき、および、NOx吸蔵量が還元閾値に達しているにもかかわらずNOx還元制御を行えないとき、のいずれかに限って行う。よって、好適に設定されているEGRガス量の減量によってポンプロスの低減効果が目減りすることやEGRの増量によって燃焼状態が悪化することなどの弊害は最小限に抑制できる。 Moreover, such EGR gas amount correction control is performed when the DPF regeneration control cannot be executed even though the PM accumulation amount has reached the regeneration threshold, and when the NOx occlusion amount has reached the reduction threshold. When reduction control cannot be performed, it is performed only in either case. Therefore, it is possible to minimize adverse effects such as a reduction in pump loss by reducing the amount of EGR gas that is suitably set, and deterioration of the combustion state due to an increase in EGR.
−他の実施形態−
以上、説明した実施形態は自動車に搭載されたコモンレール式筒内直噴型多気筒ディーゼルエンジン1に本発明を適用した場合について説明した。本発明はこれに限らず、自動車以外に搭載されるディーゼルエンジンにも適用可能である。また、ディーゼルエンジンに限らず、ガソリンエンジンに対しても本発明は適用可能である。
-Other embodiments-
The embodiment described above has been described with respect to the case where the present invention is applied to a common rail in-cylinder direct injection
また、前記実施形態では、EGR通路71を還流させるEGRガス量をEGRバルブ72によって調整するものであったが、本発明は、これに限らず、例えば吸気バルブ、排気バルブの開閉タイミングを変更することによって、気筒1a内に残留もしくは排気通路4から直接、還流させる既燃ガス量を調整するものにも適用可能である。
In the above-described embodiment, the amount of EGR gas that recirculates the
また、前記実施形態では、インジェクタ2からのポスト噴射によってNOx還元制御やDPF再生制御を行うものであったが、本発明は、これに限らず、例えば排気通路4に設けた燃料添加弁からの燃料添加によってNOx還元制御やDPF再生制御を行う場合にも適用可能である。
Further, in the above embodiment, the NOx reduction control and the DPF regeneration control are performed by the post injection from the
また、前記実施形態では、NOx還元制御およびDPF再生制御の両方に本発明を適用した場合について説明したが、本発明は、これに限らず、NOx還元制御またはDPF再生制御のいずれか一方のみにも適用可能である。但し、PM堆積量が許容上限値を超えた場合のDPF過熱のおそれを考慮すると、少なくともDPF再生制御に本発明を適用するのが好ましい。 In the above embodiment, the case where the present invention is applied to both NOx reduction control and DPF regeneration control has been described. However, the present invention is not limited to this, and only one of NOx reduction control or DPF regeneration control is used. Is also applicable. However, considering the risk of DPF overheating when the PM accumulation amount exceeds the allowable upper limit value, it is preferable to apply the present invention to at least DPF regeneration control.
更に、前記実施形態では、PMを捕集するフィルタとしてはDPF22を備えたシステムについて説明したが、DPNRを備えたシステムに対しても本発明は適用可能である。
Further, in the above-described embodiment, the system including the
本発明は、NOx吸蔵材およびPMフィルタを備えた排気浄化装置の能力を十全に発揮させることができるものであり、特に自動車に搭載されるディーゼルエンジン等に適用して極めて有益である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can fully exhibit the ability of an exhaust purification device including a NOx occlusion material and a PM filter, and is particularly useful when applied to a diesel engine or the like mounted on an automobile.
1 エンジン(内燃機関)
1a 気筒(燃焼室)
4 排気通路
21 NSR(NOx吸蔵材)
22 DPF(PMフィルタ)
71 EGR通路(既燃ガス量調整手段)
72 EGRバルブ(既燃ガス量調整手段)
100 ECU(制御手段)
1 engine (internal combustion engine)
1a cylinder (combustion chamber)
4
22 DPF (PM filter)
71 EGR passage (burned gas amount adjusting means)
72 EGR valve (burned gas amount adjusting means)
100 ECU (control means)
Claims (4)
前記内燃機関には、燃焼室に残留もしくは還流させる既燃ガス量を調整可能な既燃ガス量調整手段が設けられ、
前記NOx吸蔵材におけるNOxの吸蔵量が所定の閾値に達するか、または、前記PMフィルタにおけるPMの捕集量が所定の閾値に達するか、のいずれかのときに、前記燃焼室において生成されるNOxおよびPMのうち、前記閾値に達した方の生成量が減少するように、前記既燃ガス量調整手段によって既燃ガス量を増量または減量させる補正制御を行う、制御手段を備えており、
前記制御手段は、NOxの吸蔵量およびPMの捕集量のうち、閾値に達していない方の当該閾値までの余裕代に応じて、前記既燃ガス量調整手段による既燃ガス量の増量または減量補正の度合いを変更するように構成されていることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 An exhaust purification device comprising a NOx occlusion material that is disposed in an exhaust passage of an internal combustion engine and occludes NOx in the exhaust in a predetermined state, and a PM filter that collects PM contained in the exhaust,
The internal combustion engine is provided with a burnt gas amount adjusting means capable of adjusting a burnt gas amount that remains or recirculates in the combustion chamber,
It is generated in the combustion chamber when either the NOx occlusion amount in the NOx occlusion material reaches a predetermined threshold value or the PM collection amount in the PM filter reaches a predetermined threshold value. Control means for performing correction control to increase or decrease the amount of burned gas by the burned gas amount adjusting means so that the amount of NOx and PM that has reached the threshold value decreases ,
The control means is configured to increase the amount of burned gas by the burned gas amount adjusting means according to the margin to the threshold of the stored amount of NOx and the collected amount of PM that has not reached the threshold, or An exhaust purification device for an internal combustion engine, characterized in that the degree of weight reduction correction is changed .
前記制御手段は、前記PMフィルタにおけるPMの捕集量が前記閾値に達したとき、前記内燃機関が所定の運転状態にあれば前記既燃ガス量の補正制御を行う一方、当該所定の運転状態になければ、前記PMフィルタの温度を上昇させて、捕集されているPMを燃焼除去するためのフィルタ再生制御を行う、内燃機関の排気浄化装置。 The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 1,
The control means performs correction control of the burnt gas amount if the internal combustion engine is in a predetermined operation state when the amount of collected PM in the PM filter reaches the threshold value, while the predetermined operation state If not, the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine that performs filter regeneration control for increasing the temperature of the PM filter and burning and removing the collected PM.
前記制御手段は、前記NOx吸蔵材におけるNOxの吸蔵量が前記閾値に達したとき、前記内燃機関が所定の運転状態にあれば前記既燃ガス量の補正制御を行う一方、当該所定の運転状態になければ、前記NOx吸蔵材に流入する排気の空燃比をリッチ化させて、吸蔵されているNOxを還元浄化するためのNOx還元制御を行う、内燃機関の排気浄化装置。 The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to claim 1 or 2,
When the NOx occlusion amount in the NOx occlusion material reaches the threshold value, the control means performs correction control of the burned gas amount if the internal combustion engine is in a predetermined operation state, while the predetermined operation state If not, an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine that performs NOx reduction control for reducing and purifying the stored NOx by enriching the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx storage material.
前記制御手段は、前記内燃機関の燃焼室に残留もしくは還流させる既燃ガス量が、運転状態に対応する目標値になるように前記既燃ガス量調整手段を制御するとともに、前記補正制御として前記既燃ガス量の目標値を増量または減量補正する、内燃機関の排気浄化装置。 The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3,
The control means controls the burned gas amount adjusting means so that the burned gas amount remaining or recirculated in the combustion chamber of the internal combustion engine becomes a target value corresponding to the operating state, and the correction control includes the An exhaust purification device for an internal combustion engine that corrects the target value of the burned gas amount to increase or decrease .
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